JP4838524B2

JP4838524B2 - 電気電子部品用銅合金材

Info

Publication number: JP4838524B2
Application number: JP2005098921A
Authority: JP
Inventors: 昌泰西村; 良一尾崎; 章畚野; 利久原; 洋介三輪
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2025-03-30
Also published as: JP2006274416A

Description

本発明は、例えば携帯電話やパーソナルコンピュータの電子部品などに使用される電気電子部品用銅合金材に関し、特には多数回のリフローはんだ付けを必要とする電気電子部品用の銅合金材に関するものである。

出願人においては、従来より、この種の電気電子部品用銅合金材を提供しており、そのうちのＣＤＡ７２５００（９％Ｎｉ−２．３％Ｓｎ）を改良した銅合金は、トランジスタ用にも使用されている。しかし、この銅合金材は固溶したＮｉを８％以上含むため、Ｓｎを含むめっきを施した際のＣｕ−Ｓｎ金属間化合物（Ｃｕ−Ｓｎ合金層）は針状形態になり易く、合金層成長速度が早くなるため、リフローはんだ付け性が悪くなる傾向にあった。

また、近年のはんだ合金の鉛（Ｐｂ）フリー化とリフロー回数の増加により、リフローはんだ付け性（耐リフロー性）の問題が注目され始めている。更に電気電子部品用（例えばトランジスタ用、特にはミニトランジスタ用）においては、アセンブリ工程での樹脂モールディングの際に発生する樹脂バリ剥離性も要求されている。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、電気電子部品の製造過程などで要求される耐リフロー性はもとより樹脂バリ剥離性や曲げ加工性に優れ、更には引張強度や導電率にも優れる電気電子部品用銅合金材を提供するものである。

上記の目的を達成するために、本発明（請求項１）に係る電気電子部品用銅合金材は、１．５〜２．０％（質量％、以下同じ）の固溶Ｎｉを含み、Ｎｉの含有量は１．８〜３．２％であって、更に１．５％以下（０％を含まず）のＳｉを含み、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなるものである。この銅合金材は、更に８．０％以下のＳｎを含むこと（請求項２）、更に、２．０％以下のＺｎ、０．５％以下のＭｇの１つあるいは両方を含むことができるし（請求項３）、また更に、０．０２０％以下のＭｎを含むことができる（請求項４）。

本発明に係る電気電子部品用銅合金材によれば、引張強度、導電率等の機械的特性や、樹脂バリ剥離性、曲げ加工性などの電気電子部品用材料、特にはトランジスタ用材料として要求される特性を損なうことなく、近年のＰｂフリー化に伴う耐リフロー性向上の要求に対応することができる。

本発明者等は、ＣＤＡ７２５００（９％Ｎｉ−２．３％Ｓｎ）を改良した銅合金材のように固溶したＮｉを８％以上含むと、リフローはんだ付け性が悪くなる傾向にあることを見出した後、その原因を調査した。その結果、以下のようなことが判明した。即ち、電気電子部品の製造工程におけるはんだ付けは、一般にリフローはんだ付けにより、基板とリードとを接合する。従来のはんだ付けでは、融点の低いＳｎ−Ｐｂはんだを用いたリフロー処理を数回行う程度であった。しかし、近年のＰｂフリー化及び電気電子部品の小型化に伴い、高温かつ多数回のリフロー処理が行われるようになった。この様な高温かつ多数回のリフロー処理は、はんだと素材との合金化(金属間化合物の生成)を促進させる。この合金化は素材に含まれる固溶Ｎｉ量が多いほど促進する傾向にある。

そして、上記の調査結果から、本発明では固溶したＮｉ量を０．５〜３．５％とし、これにより耐リフロー性及び樹脂バリ剥離性を向上させ得たものであって、この固溶Ｎｉ量が０．５％未満であると樹脂バリ剥離性が悪く、３．５％を超えると耐リフロー性に悪影響を及ぼす。なお、固溶Ｎｉ量が０．５％未満であると樹脂バリ剥離性が悪くなる理由は、明確ではないが次のように考える。即ち、通常、樹脂密着性は、銅合金材が純銅に近い（他元素が入っていない）ほど向上する（樹脂バリ剥離性は悪くなる）。特に固溶Ｎｉは、ＳｎやＺｎに比べ樹脂密着性への寄与が大きいようで、この固溶Ｎｉが多く含まれると、前記純銅に比べ加熱した際の酸化膜が薄くなり、この皮膜が薄いことが樹脂との密着性を悪くしている（樹脂バリ剥離性を向上する）ものと考える。

以下、固溶Ｎｉ以外の成分の含有量の限定理由について説明する。
Ｓｉは１．５％以上含有すると、引張強度が高くなりすぎ、このため曲げ加工性に悪影響を与える。

Ｓｎは耐リフロー性には影響を及ぼさないが、樹脂バリ剥離性を向上させる効果があり、好ましくは８．０％以下添加することが望ましい。このＳｎは、固溶強化により、引張強度に大きく寄与するが、８．０％を超えると引張強度が高くなりすぎるため、８．０％以下が適する。

Ｚｎは、Ｓｎ同様に、固溶強化により、引張強度に大きく寄与するが、２．０％を超えると引張強度が高くなりすぎるため、２．０％以下が適する。

Ｍｇは０．５％を超える量含まれると熱間加工性に劣るため、０．５％以下が適する。

Ｍｎは、Ｍｇ同様に、熱間加工性を向上させるが、０．０２％以上含まれると、強度が高くなり、このため曲げ加工性が悪くなる。

Ｐｂは０．０１０％以上含まれると、熱間加工時に割れを生じることが懸念され、また所定の強度が得られ難い。

なお、一般的なことではあるが、引張強度は高くなると曲げ加工性を損なうことが知られている。そこで、本発明の場合、特に限定するものではないが、引張強度を５６０〜６２０Ｎ／ｍｍ^２となるように製造することが好ましく、引張強度が５６０Ｎ／ｍｍ^２以下では成形性が悪くなり、６２０Ｎ／ｍｍ^２を超えると曲げ加工性を劣化させることが懸念される。また、導電率も電気電子部品製造の際の抵抗溶接性に影響を及ぼすため３５％ＩＡＣＳ以下となるように製造することが好ましく、導電率が３５％ＩＡＣＳを超えると抵抗溶接性を劣化させることが懸念される。

次に、本発明の実施例について、比較例と比較して説明する。
小型電気炉を使用して表１に示す本発明例Ｎｏ．１〜８（但し、Ｎｏ．２、３は参考例）及び比較例Ｎｏ．９〜１８の各成分組成の銅合金を大気中にて木炭被覆下で溶解し、その溶湯を鋳造して、厚さ５０ｍｍ、幅８０ｍｍ、長さ１８０ｍｍの鋳塊を作製した。作製した鋳塊の表、裏面を各５ｍｍ面削し、Ｎｏ．１、４、６、７、８、１４、１５、１６、１７、１８については９５０℃、Ｎｏ．２、１０、１２については９００℃、Ｎｏ．３については８００℃、Ｎｏ．５、９については９３０℃、Ｎｏ．１１については９６５℃、Ｎｏ．１３については７２５℃でそれぞれ熱間圧延を行い、厚さ１５ｍｍの板材とした。

上記で得た厚さ１５ｍｍの板材を、更に板材の表、裏面を面削し、それぞれ下記の処理を施し、冷間圧延して厚さ０．２５ｍｍの板材とした。

本発明のＮｏ．１、４〜８と比較例９、１４〜１８は、冷間圧延前に７５０℃の溶体化処理を施した。なお、溶体化処理に代えてバッチ焼鈍を行いＮｉ固溶量を制御した後冷間圧延してもよい。溶体化処理及びバッチ焼鈍を施した場合、表面の酸化スケールを２５％硫酸＋２．８％過酸化水素＋フッ素量が８０００〜１００００ｐｐｍのＫＦＨＦ（フッ化水素カリウム）を２倍に希釈した水溶液にて酸洗、研磨により除去する必要がある。

参考例のＮｏ．２、３と比較例の１０〜１３は、冷間圧延前に５００℃〜９００℃の範囲の適正な処理温度で２０秒の焼鈍を行った後、２０ｖｏｌ％硫酸水にて、酸洗、研磨し表面の酸化スケールを除去した。

上記のようにして板厚０．２５ｍｍに作製した各供試材をさらに３５０℃×２０秒にて低温焼鈍を施した後、それぞれ２５％硫酸＋２．８％過酸化水素＋フッ素量が８０００〜１００００ｐｐｍのＫＦＨＦを２倍に希釈した水溶液および２０ｖｏｌ％硫酸水を用いて酸洗、研磨することで表面の酸化スケールを除去した。なお、Ｎｏ．１１については、低温焼鈍は省略した。

次に、上記で得た板厚０．２５ｍｍの各供試材を基に下記の要領でＮｉ固溶量、引張強度、導電率、耐リフロー性、樹脂バリ剥離性、曲げ加工性について調査した。

Ｎｉ固溶量は、上記で得た板材を２５ｖｏｌ％ＨＮＯ_３水溶液にて溶解させ、析出物であるＮｉ−Ｓｉ化合物をろ紙にて除去した後、ＩＣＰ発光分析にてＮｉ量を分析して求めた。

引張強度と導電率は、上記で得た板材の長手方向を圧延方向に平行とし、ＪＩＳ５号試験片にて圧延平行方向の引張強度を測定した。また、導電率はＪＩＳＨ０５０５に基づいて測定した。

耐リフロー性は、上記で得た板材を１００ｍｍ×１００ｍｍに切断後、電解脱脂（４Ａ／ｄｍ^２×６０秒）、２０％硫酸酸洗を５秒することで表面を清浄にした後、ＰｂフリーはんだめっきであるＳｎ−Ｂｉめっきを６μｍ程度施した。その後、Ｎ_２ガス雰囲気中にて２５０℃×７５秒加熱し、断面をミクロトームにて切断後、切断面を表面ＳＥＭにて観察し、生成されたＳｎ−Ｃｕ合金層の厚さを観察した。合金層の平均厚さが６μｍまで到達した材料は×、３μｍ〜６μｍのものを△、３μｍ以下のものを○として評価した。

樹脂バリ剥離性は、上記で得た板材の表面を清浄化し、その各板材をホットプレートにて２８０℃×１０秒加熱した後、モールドプレス金型１８０℃、樹脂注入圧力６．８ＭＰａ、注入時間２０秒の条件にて樹脂モールドを行った。樹脂は市販の半導体モールディング用樹脂を使用した。このモールディングした材料についてシェアテスターでシェア強度を測定し素材と樹脂との剥離性を評価した。樹脂剥離強度が０．５〜３．０ｋｇｆを○、３．０〜４．０ｋｇｆを△、４．０ｋｇｆ以上を×として評価した。

曲げ加工性は、幅１０ｍｍの短冊試験片を用いＷ曲げ試験により評価した。曲げ半径Ｒ、板厚ｔとし、Ｒ／ｔ＝２で評価した際に、良好なもの(クラックおよび大きな肌荒れがないもの)を○、肌荒れの大きなものを△、肌荒れが大きくクラックの発生しているものを×として評価した。

上記要領で調査した結果について、Ｎｉ固溶量は表１に、その他は表２にそれぞれ示す。

上記表１及び表２より明らかなように、本発明例Ｎｏ．１〜８（但し、Ｎｏ．２、３は参考例）の合金は機械的特性である、引張強度５６０〜６２０Ｎ／ｍｍ^２、導電率：３５％ＩＡＣＳ以下を満足している。また更に、耐リフロー性、樹脂バリ剥離性及び曲げ加工性にも優れる。

比較例Ｎｏ．９、１０、１２は、固溶Ｎｉ量が０．５％未満（０．４％、０．２２％）と少なく、このため樹脂バリ剥離性が劣る。また、比較例Ｎｏ．１１は、固溶Ｎｉ量が４％と多く含まれているため、はんだ付け時の合金層成長が早く耐リフロー性が悪い。また、比較例Ｎｏ．１３は、Ｓｎが９．０％と多く含まれているため、引張強度が高くなりすぎ、曲げ加工性にも劣る。

比較例Ｎｏ．１４〜１８は、固溶Ｎｉ量は本発明を満たすものの、比較例Ｎｏ．１４はＳｉが２．０％、比較例Ｎｏ．１５はＺｎが２．０％、比較例Ｎｏ．１６はＭｇが０．７％、比較例Ｎｏ．１７はＭｎが０．１０％、比較例Ｎｏ．１８はＰｂが０．１０％とそれぞれ多く含まれているため、引張強度が高く、またこのように引張強度が高いため十分に曲げ加工性が得られない。なお、比較例Ｎｏ．１６についてはＭｇが０．７％と多く含まれているため、熱間加工性も劣ることになる。

Claims

１．５〜２．０％（質量％、以下同じ）の固溶Ｎｉを含み、Ｎｉの含有量は１．８〜３．２％であって、更に１．５％以下（０％を含まず）のＳｉを含み、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなることを特徴とする電気電子部品用銅合金材。
更に、８．０％以下のＳｎを含む請求項１記載の電気電子部品用銅合金材。
更に、２．０％以下のＺｎ、０．５％以下のＭｇの１つあるいは両方を含む請求項１又は２記載の電気電子部品用銅合金材。
また更に、０．０２０％以下のＭｎを含む請求項１乃至３のいずれかに記載の電気電子部品用銅合金材。