JP6155405B2

JP6155405B2 - 銅合金材料およびその製造方法

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Publication number: JP6155405B2
Application number: JP2016567450A
Authority: JP
Inventors: 恵人藤井; 岳己磯松; 樋口　優; 優樋口
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2015-04-24
Filing date: 2016-04-13
Publication date: 2017-06-28
Anticipated expiration: 2036-04-13
Also published as: CN107208191A; JPWO2016171055A1; KR102059917B1; TWI695075B; CN107208191B; WO2016171055A1; KR20170125805A; TW201704490A

Description

本発明は、銅合金材料およびその製造方法に関し、特に、半導体装置に用いられるリードフレームをはじめとした電気電子部品に用いられる銅合金材料およびその製造方法に関する。

ＩＣやＬＳＩ等の半導体装置に用いられるリードフレームは、銅合金材料をプレス加工することで形成されるが、この際、材料中に加工歪が残留する。この加工歪が残留すると、後工程のエッチングを行う際、材料に反りが生じ、リードフレームのリードピン間隔の寸法精度が低下する。このため、通常、プレス加工後のリードフレームに４００〜４５０℃での熱処理を施して加工歪を除去するが、この熱処理の際に銅合金の結晶組織が再結晶化することによって、銅合金材料の強度が低下する傾向があることが知られている。そこで、リードフレームに使用される電子機器用銅合金材料には、前述の熱処理を施しても強度が低下しない特性（耐熱性）を具備することが必要とされる。

またリードフレーム用銅合金材料には、小型化された部品に適用するための高強度と、部品の発熱を抑制するための高導電率とを具備することに加えて、部品成型の自由度を高めるための良好な曲げ加工性を兼ね備えていることも要求される。

このような要求を満たす銅合金材料として、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系合金が広く提供されている。Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系合金は、Ｎｉ−Ｐ系の化合物を析出させることで、高強度、高導電率および良好な曲げ加工性を兼ね備えることができる。

特許文献１〜９では、析出物のサイズや分布を制御することで、引張強度、導電率、曲げ加工性に加え、ばね性、耐応力緩和特性、プレス加工性、耐食性、めっき性、半田濡れ性、耐マイグレーション性、熱間加工性といった様々な特性を兼ね備えることが検討されている。

特開平４−１５４９４２号公報特開平４−２３６７３６号公報特開平１０−２２６８３５号公報特開２０００−１２９３７７号公報特開２０００−２５６８１４号公報特開２００１−２６２２５５号公報特開２００１−２６２２９７号公報特開２００６−２９１３５６号公報特開２００７−１００１１１号公報

Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系合金は、高強度、高導電率および良好な曲げ加工性を兼ね備えた優れた合金系であるが、プレス加工後のリードフレームに施される４００〜４５０℃の熱処理に対する耐熱性は、十分とは言い難い。

特許文献１〜９ではいずれも、様々な材料特性の改良を試みてはいるものの、耐熱性の向上に着目したものではない。

上記の事情に鑑み、本発明の目的は、高強度、高導電率および良好な曲げ加工性に加えて、さらに良好な耐熱性を兼ね備えた銅合金材料およびその製造方法を提供することにある。

本発明者らは、リードフレームをはじめとした電気電子部品に用いられるＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系合金について研究を行い、Ｎｉを０．０５〜１．２質量％、Ｐを０．０１〜０．１５質量％およびＳｎを０．０５〜２．５質量％含有する合金組成を有し、電解研磨後の材料表面をＦＥ−ＳＥＭで観察し、１μｍ×１μｍの視野面積当たり、粒子径が５〜３０ｎｍである化合物粒子の個数割合を２０個／μｍ^２以上、粒子径が３０ｎｍ超えである化合物粒子の個数割合を１個／μｍ^２以下とすることで、高強度、高導電率および良好な曲げ加工性を具備するだけではなく、さらに良好な耐熱性をも兼ね備えた銅合金材料が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明の要旨構成は、以下のとおりである。
（１）Ｎｉを０．０５〜１．２質量％、Ｐを０．０１〜０．１５質量％およびＳｎを０．０５〜２．５質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる合金組成を有し、電解研磨後の材料表面をＦＥ−ＳＥＭで観察し、１μｍ×１μｍの視野面積当たり、粒子径が５〜３０ｎｍである化合物粒子の個数割合が２０個／μｍ^２以上、粒子径が３０ｎｍ超えである化合物粒子の個数割合が１個／μｍ^２以下であることを特徴とする銅合金材料。

（２）Ｎｉを０．０５〜１．２質量％、Ｐを０．０１〜０．１５質量％およびＳｎを０．０５〜２．５質量％を含有し、さらにＦｅ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｔｉ、ＭｎおよびＣｏの中から選ばれる少なくとも１成分を含有し、Ｆｅが０．００１〜０．１質量％、Ｚｎが０．００１〜０．５質量％、Ｐｂが０．００１〜０．０５質量％、Ｓｉが０．００１〜０．１質量％、Ｍｇが０．００１〜０．３質量％、Ｚｒが０．００１〜０．１５質量％、Ｃｒが０．００１〜０．３質量％、Ｔｉが０．００１〜０．０５質量％、Ｍｎが０．００１〜０．２質量％およびＣｏが０．００１〜０．２質量％であり、かつＭｇ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｔｉ、ＭｎおよびＣｏを２以上含有する場合の合計含有量が０．００１〜０．５質量％であり、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる合金組成を有し、電解研磨後の材料表面をＦＥ−ＳＥＭで観察し、１μｍ×１μｍの視野面積当たり、粒子径が５〜３０ｎｍである化合物粒子の個数割合が２０個／μｍ^２以上、粒子径が３０ｎｍ超えである化合物粒子の個数割合が１個／μｍ^２以下であることを特徴とする銅合金材料。

（３）Ｓｎを０．０５〜０．５質量％含有し、引張強度が４００ＭＰａ以上、導電率が５０％ＩＡＣＳ以上であることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の銅合金材料。

（４）Ｓｎを０．５質量％超え２．５質量％以下含有し、引張強度が５００ＭＰａ以上、導電率が２５％ＩＡＣＳ以上であることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の銅合金材料。

（５）下記（ａ）〜（ｅ）の工程を含むことを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれか１項に記載された銅合金材料の製造方法。
（ａ）３００℃までの冷却速度を３０℃／分以上とする溶解鋳造工程。
（ｂ）５℃／分以上で昇温し、６００〜１０００℃で３０分〜１０時間保持する均質化熱処理工程。
（ｃ）３００℃までの冷却速度を３０℃／分以上とする熱間圧延工程。
（ｄ）加工率を８０％以上とする冷間圧延工程。
（ｅ）３５０〜６００℃で５秒〜１０時間保持する焼鈍工程。

本発明によれば、Ｎｉを０．０５〜１．２質量％、Ｐを０．０１〜０．１５質量％およびＳｎを０．０５〜２．５質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる合金組成を有し、電解研磨後の材料表面をＦＥ−ＳＥＭで観察し、１μｍ×１μｍの視野面積当たり、粒子径が５〜３０ｎｍである化合物粒子の個数割合を２０個／μｍ^２以上、粒子径が３０ｎｍ超えである化合物粒子の個数割合を１個／μｍ^２以下とすることにより、高強度、高導電率および良好な曲げ加工性に加えて、さらに良好な耐熱性を兼ね備えた銅合金材料の提供が可能になった。

図１は、本発明の銅合金材料（実施例１４）の電解研磨後の表面をＦＥ−ＳＥＭにより倍率:５００００倍で観察したときのＳＥＭ写真である。図２は、比較例２２の電解研磨後の表面をＦＥ−ＳＥＭにより倍率:５００００倍で観察したときのＳＥＭ写真である。

以下、本発明の銅合金材料の好ましい実施の態様について、詳細に説明する。
（銅合金材料の成分組成）
本発明の銅合金材料の基本組成は、Ｎｉを０．０５〜１．２質量％、Ｐを０．０１〜０．１５質量％およびＳｎを０．０５〜２．５質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物である。

［必須含有成分］
（Ｎｉ：０．０５〜１．２質量％）
Ｎｉは、母相に固溶し、またＰと化合物を形成することで、強度を増加させる元素である。また、Ｎｉは、Ｐと化合物を生成し、この生成物を析出させることで、導電率を高めるとともに耐熱性も向上させる効果を有している。しかしながら、Ｎｉ含有量が０．０５質量％未満では、その効果を十分に発揮することができず、また、１．２質量％超えでは、導電率が顕著に低下する。このため、Ｎｉ含有量は、０．０５〜１．２質量％とし、好ましくは０．１０〜１．００質量％、より好ましくは０．１０〜０．４０質量％とした。

（Ｐ：０．０１〜０．１５質量％）
Ｐは、Ｎｉと化合物を生成することで、強度の増加、導電率の上昇、および耐熱性の向上に寄与する元素である。しかしながら、Ｐ含有量が０．０１質量％未満では、その効果を十分に得られず、また、０．１５質量％超えだと、導電率の低下、粗大（例えば、粒子径が３０ｎｍ超え）な化合物粒子の生成による曲げ加工性の低下、微細（例えば、粒子径が５〜３０ｎｍ）な化合物の生成割合を減少させることによる耐熱性の低下、加工性の低下を引き起こす。このため、Ｐ含有量は、０．０１〜０．１５質量％とし、好ましくは０．０１〜０．１０質量％、より好ましくは０．０５〜０．１０質量％とした。

（Ｓｎ：０．０５〜２．５質量％）
Ｓｎは、母相に固溶することで、強度の増加および耐熱性の向上に寄与する元素である。しかしながら、Ｓｎ含有量が０．０５質量％未満では、その効果を十分に得られず、また、２．５質量％超えだと、導電率の低下、熱間加工性の劣化を引き起こす。このため、Ｓｎ含有量は、０．０５〜２．５質量％とした。なお、引張強度と導電率のうち、特に導電率を重視する場合には、Ｓｎ含有量を０．０５〜０．５質量％に限定すれば、引張強度が４００ＭＰａ以上で、５０％ＩＡＣＳ以上の高導電率を具備することができる点で好ましく、また、特に引張強度を重視する場合には、Ｓｎ含有量を０．５質量％超え２．５質量％以下に限定すれば、２５％ＩＡＣＳ以上の導電率で、５００ＭＰａ以上の高引張強度を具備することができる点で好ましい。

［任意添加成分］
本発明では、基本組成として、上述したＮｉ、ＰおよびＳｎを含有することを必須とするが、さらに任意添加成分として、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｔｉ、ＭｎおよびＣｏの中から選ばれる少なくとも１成分を選択的に含有させてもよい。

（Ｆｅ：０．００１〜０．１質量％）
Ｆｅは、Ｐと化合物を形成することで強度の増加、耐熱性の向上に寄与する元素であり、この効果を奏するには、Ｆｅ含有量を０．００１質量％以上とすることが好ましい。しかしながら、Ｆｅ含有量が０．１質量％よりも多いと、材料が磁性を帯びやすくなり、材料が磁性を帯びると、リードフレームにおける伝送信号の伝達特性が劣化する懸念がある。このため、Ｆｅ含有量は、０．００１〜０．１質量％とすることが好ましく、０．００１〜０．０５質量％がより好ましく、０．００１〜０．０１質量％がさらに好ましい。

（Ｚｎ：０．００１〜０．５質量％）
Ｚｎは、母相に固溶することで強度の増加、半田濡れ性の向上、めっき性の向上に寄与する元素であり、この効果を奏するには、Ｚｎ含有量を０．００１質量％以上とすることが好ましい。しかしながら、Ｚｎ含有量が０．５質量％より多いと、導電率が低下する傾向がある。このため、Ｚｎ含有量は、０．００１〜０．５質量％であることが好ましく、０．０１〜０．５質量％がより好ましく、０．１〜０．５質量％がさらに好ましい。

（Ｐｂ：０．００１〜０．０５質量％）
Ｐｂは、プレス加工性の向上に寄与する元素であり、この効果を奏するには、Ｐｂ含有量を０．００１質量％以上とすることが好ましい。しかしながら、Ｐｂ含有量を０．０５質量％よりも多くしても、効果の更なる向上は認められず、また、近年の環境保護の観点から、Ｐｂ含有量を極力抑えることが望ましい。このため、Ｐｂ含有量は０．００１〜０．０５質量％にすることが好ましく、０．００１〜０．０１質量％がより好ましい。

（Ｓｉ：０．００１〜０．１質量％）
Ｓｉは、強度の増加に寄与する元素であり、この効果を奏するには、Ｓｉ含有量を０．００１質量％以上とすることが好ましい。しかしながら、Ｓｉ含有量を０．１質量％よりも多くすると、導電率の低下や、粗大な化合物の生成による曲げ加工性の劣化が懸念される。このため、Ｓｉ含有量は、０．００１〜０．１質量％が好ましく、０．０１〜０．１質量％がより好ましい。

（Ｍｇ：０．００１〜０．３質量％）
Ｍｇは、強度の増加や耐熱性の向上に寄与する元素である。また例えば電子部品のばね接点などにおいて、耐応力緩和特性の向上に寄与する。これらの効果を奏するには、Ｍｇ含有量を０．００１質量％以上とすることが好ましい。しかしながら、Ｍｇ含有量を０．３質量％よりも多くすると、導電率の低下や、鋳造時の介在物の形成が懸念される。このため、Ｍｇ含有量は、０．００１〜０．３質量％が好ましく、０．０１〜０．３質量％がより好ましい。

（Ｚｒ：０．００１〜０．１５質量％）
Ｚｒは、強度の増加や耐熱性の向上に寄与する元素である。また例えば電子部品のばね接点などにおいて、耐応力緩和特性の向上に寄与する。これらの効果を奏するには、Ｚｒ含有量を０．００１質量％以上とすることが好ましい。しかしながら、Ｚｒ含有量を０．１５質量％よりも多くすると、導電率の低下や、熱間加工時の割れが懸念される。このため、Ｚｒ含有量は、０．００１〜０．１５質量％が好ましく、０．０１〜０．１質量％がより好ましい。

（Ｃｒ：０．００１〜０．３質量％）
Ｃｒは、強度の増加や耐熱性の向上に寄与する元素であり、この効果を奏するには、Ｃｒ含有量を０．００１質量％以上とすることが好ましい。しかしながら、Ｃｒ含有量を０．３質量％よりも多くすると、鋳造時の晶出物の発生による曲げ加工性の低下が懸念される。このため、Ｃｒ含有量は、０．００１〜０．３質量％が好ましく、０．０１〜０．３質量％がより好ましい。

（Ｔｉ：０．００１〜０．０５質量％）
Ｔｉは、強度の増加や耐熱性の向上に寄与する元素である。また例えば電子部品のばね接点などにおいて、耐応力緩和特性の向上に寄与する。これらの効果を奏するには、Ｔｉ含有量を０．００１質量％以上とすることが好ましい。しかしながら、Ｔｉ含有量を０．０５質量％よりも多くすると、導電率の低下や、鋳塊表面の鋳肌異常が懸念される。このため、Ｔｉ含有量は、０．００１〜０．０５質量％が好ましく、０．０１〜０．０５質量％がより好ましい。

（Ｍｎ：０．００１〜０．２質量％）
Ｍｎは、強度の増加や耐熱性の向上、熱間加工性の向上に寄与する元素であり、この効果を奏するには、Ｍｎ含有量を０．００１質量％以上とすることが好ましい。しかしながら、Ｍｎ含有量を０．２質量％よりも多くすると、導電率の低下が懸念される。このため、Ｍｎ含有量は、０．００１〜０．２質量％が好ましく、０．０１〜０．２質量％がより好ましい。

（Ｃｏ：０．００１〜０．２質量％）
Ｃｏは、強度の増加や熱間加工性の向上に寄与する元素であり、この効果を奏するには、Ｃｏ含有量を０．００１質量％以上とすることが好ましい。しかしながら、Ｃｏ含有量を０．２質量％よりも多くすると、導電率の低下が懸念される。このため、Ｃｏ含有量は、０．００１〜０．２質量％が好ましく、０．０１〜０．２質量％がより好ましい。

（Ｍｇ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｔｉ、ＭｎおよびＣｏを２以上含有する場合の合計含有量：０．００１〜０．５質量％）
Ｍｇ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｔｉ、ＭｎおよびＣｏは、Ｐと化合物を形成することで、強度の増加、耐熱性の向上に寄与する。これらの元素の添加量は０．００１〜０．５質量％が好ましく、０．０１〜０．５質量％がより好ましく、０．１〜０．５質量％がさらに好ましい。０．５質量％より大きい場合、導電率の低下、粗大な化合物形成による曲げ加工性の低下が懸念される。

（化合物粒子）
本発明においては、電解研磨後の材料表面をＦＥ−ＳＥＭで観察し、１μｍ×１μｍの視野面積当たり、粒子径が５〜３０ｎｍである化合物粒子の個数割合を２０個／μｍ^２以上、粒子径が３０ｎｍ超えである化合物粒子の個数割合を１個／μｍ^２以下とすることで、高強度、高導電率および良好な曲げ加工性に加えて、良好な耐熱性をも兼ね備えた銅合金材料を得ることができる。ここでいう「化合物粒子」とは、鋳造時に形成される介在物や晶出物、鋳造凝固後に形成される析出物の総称である。また、化合物粒子の粒子径は、長径の長さを意味する。１μｍ×１μｍの視野面積当たり、粒子径が５〜３０ｎｍである微細な化合物粒子の個数割合が２０個／μｍ^２以上であるとき、微細な化合物粒子により十分なピン止め効果が得られることで再結晶が抑制され、良好な耐熱性が得られる。一方、微細な化合物粒子の個数割合が２０個／μｍ^２より少ない場合には良好な耐熱性が得られない。また、粒子径が３０ｎｍ超えである粗大な化合物粒子の個数割合が１個／μｍ^２以下とすることで、良好な曲げ加工性が得られる。粗大な化合物粒子の個数割合が１個／μｍ^２を超えると、粗大な化合物粒子が破壊の起点となって、曲げ加工性が顕著に劣化する。さらにこのとき、粗大な化合物粒子が多く形成されると、微細な化合物粒子の個数割合が減少する傾向があるため、耐熱性も悪化するおそれもある。従来、化合物粒子の分散状態は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて観察し、視野中の個数や面積率で表現されることが多いが、それらの数値は試験片の厚さに依存する。しかしながら、ＴＥＭ用に作製される試験片の厚さを一様に揃えることは困難であり、加えて、同じ試験片で測定したとしても、測定回によってやや異なる結果になる可能性もある。このため、本発明では、試験片の厚さに因らない電界放射型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）を用いて化合物粒子の個数割合を評価した。

（銅合金材料の製造方法）
次に、本発明の銅合金材料の製造方法について説明する。
本発明の銅合金材料は、通常、溶解鋳造→均質化熱処理→熱間圧延→冷間圧延→焼鈍→仕上げ圧延を行うことで製造される。各工程の間に、必要に応じて、面削、バフ研磨、酸洗、脱脂等を適宜行っても良い。また、冷間圧延と焼鈍は、複数回繰り返し行なっても良く、さらに仕上げ圧延後に低温焼鈍を施しても良い。本発明の製造方法においては、溶解鋳造、均質化熱処理および熱間圧延で粗大な化合物粒子を極力生成させず、その後の冷間圧延および焼鈍で微細な析出物を多く生成させることが重要である。本発明の製造方法は、従来と同程度の工程数でありながら、それぞれの工程条件を適切に調整することで、材料特性の向上を実現することができる。

＜溶解鋳造＞
溶解鋳造は、一般的な方法で実施すれば良いが、本発明では、鋳造時、３００℃までの冷却を、３０℃／分以上の冷却速度で行なうことが、冷却時の晶出や析出を抑制し、粗大な化合物粒子の生成を抑制する点で好ましい。前記冷却速度が３０℃／分よりも小さいと、冷却時の晶出や析出を十分に抑制することができず、粗大な化合物粒子が生成しやすくなる傾向があるからである。

＜均質化熱処理＞
均質化熱処理は、溶解鋳造で生成された粗大な化合物粒子を母相に固溶させ、溶体化状態とするために実施する。均質化熱処理は、６００〜１０００℃で３０分〜１０時間保持することが好ましい。従来、均質化熱処理の昇温速度は重要視されていなかったが、本発明では、規定する材料組織を得るために、特に昇温速度を、５℃／分以上、好ましくは１０℃／分以上に制御することが必要である。昇温速度が５℃／分より小さいと、昇温時に溶解鋳造で形成された粗大な化合物粒子が成長し、その後の均質化熱処理で粗大な化合物粒子を、母相に十分に溶かしきることができずに残存しやすくなって、最終特性で曲げ加工性を劣化させるからである。また、微細な化合物粒子の個数割合も減少するため、耐熱性も悪化する。保持温度が６００℃未満および保持時間が３０分未満の少なくとも一方を満たす場合には、母相に固溶し切れなかった粗大な化合物粒子が残存しやすくなって、最終特性で曲げ加工性は劣化する恐れがあり、また、保持温度が１０００℃超えの場合には、続く熱間圧延工程において、熱間加工割れが生じる恐れがあるからである。なお、保持時間は、溶体化の効果の飽和や、実際の製造における時間制約の観点から、上限を１０時間とすることが好ましい。

＜熱間圧延＞
熱間圧延は、５５０〜９５０℃で実施することが好ましい。本発明では、特に、３００℃までの冷却速度を３０℃／分以上とすることが必要である。３００℃までの冷却速度が３０℃／分より小さいと、冷却中に粗大な化合物粒子が析出しやすくなって、最終特性に悪影響を及ぼすからである。

＜冷間圧延＞
熱間圧延後の冷間圧延は、８０％以上の加工率で実施することが好ましい。加工率が８０％未満だと、材料内に均一にひずみが導入されず、後の焼鈍で微細な化合物粒子が析出する際、材料内で析出状態に差が出る恐れがあるからである。

＜焼鈍＞
焼鈍は、３５０〜６００℃で５秒〜１０時間保持するのが好ましい。前記の範囲よりも低温短時間だと、微細な化合物粒子の析出が不十分で、強度および導電率の低下が懸念され、また、前記の範囲よりも高温長時間だと、粗大な化合物粒子が析出し、曲げ加工性の劣化や耐熱性の悪化が懸念されるからである。

＜仕上げ圧延＞
仕上げ圧延の加工率は特に限定されるものではないが、良好な曲げ加工性を得るため、６０％以下とすることが好ましい。

＜低温焼鈍＞
仕上げ圧延後に、２５０〜４００℃で２秒〜５時間の低温焼鈍を実施しても良い。低温焼鈍により、材料のばね性や耐応力緩和特性を向上させることができる。前記の範囲よりも低温短時間だと、低温焼鈍の効果が得られない恐れがあり、また、前記の範囲よりも高温長時間だと、微細な化合物粒子が粗大に成長し、曲げ加工性や耐熱性に悪影響を及ぼす恐れがあるからである。また材料の再結晶が進行し、所望の強度が得られなくなる恐れがある。

本発明の銅合金材料は、所定の合金組成を有するＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ系銅合金中の化合物粒子のサイズと量を制御することで、高強度、高導電率および良好な曲げ加工性に加えて、さらに耐熱性も兼ね備えることができる。このため、本発明の銅合金材料は、リードフレームをはじめとした電気電子部品に用いるのに好適である。

以下、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。

（実施例１〜２６および比較例１〜２２）
以下に、実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

合金成分を溶解し、３００℃まで３０℃／分以上の冷却速度で冷却しながら鋳造して、表１に示す成分組成を有する鋳塊を作製した後、表２に示す昇温速度で昇温し、６００〜１０００℃で３０分から１０時間保持する均質化熱処理を施し、次いで熱間圧延を実施した。熱間圧延後に、表２に示す３００℃までの冷却速度で冷却し、その後、面削により表面酸化層を除去し、８０％以上の加工率で冷間圧延を実施した。更にその後、３５０〜６００℃で５秒〜１０時間焼鈍を実施し、次いで仕上げ圧延を６０％以下の加工率で施し、最後に２５０〜４００℃で２秒〜５時間の低温焼鈍を行い、板厚０．５ｍｍの銅合金材料を製造した。

このようにして製造した供試材について、下記の評価を実施した。

（組織観察）
製造した各銅合金材料（供試材）から採取した試験片（サイズ：２０ｍｍ×２０ｍｍ）の表面２０μｍをリン酸系水溶液で電解研磨した後、ＦＥ−ＳＥＭにより、材料表面を１００００〜１０００００倍で観察した。観察は１μｍ×１μｍの範囲を任意に３視野観察し、その視野範囲内に存在する、粒子径が５〜３０ｎｍの微細な化合物粒子の個数と、粒子径が３０ｎｍ超えの粗大な化合物粒子の個数を計測した。その後、計測した個数を、１μｍ×１μｍ（１μｍ^２）の視野面積当たりの個数割合に換算した。換算した個数割合は四捨五入して、微細な化合物粒子に関しては整数で示し、また、粗大な化合物粒子に関しては小数点第二位の数字までを示した。

（引張強度の測定）
引張強度は、各供試材から、ＪＩＳＺ２２４１：２０１１の附属書Ｂに規定されている５号試験片を、圧延平行方向に沿って切り出して３本採取し、ＪＩＳＺ２２４１：２０１１に規定された「金属材料引張試験方法」に準じて３本測定した。それらの引張強度の平均値を表２に示す。

（導電率の測定）
２０℃（±０．５℃）に保たれた恒温漕中で、四端子法により比抵抗値を計測し、計測した比抵抗値から導電率を算出した。なお、端子間距離は１００ｍｍとした。

（曲げ加工性）
ＪＣＢＡＴ３０７：２００７に基づき、曲げ試験を実施した。板幅１０ｍｍの試験片を、曲げ軸が圧延方向と垂直になる方向（Ｇ．Ｗ．方向）及び平行になる方向（Ｂ．Ｗ．方向）に対してそれぞれ内側曲げ半径０．５ｍｍで、曲げ角度９０°のＷ曲げを行った。リードフレームをはじめとする電気電子部品においては、Ｇ．Ｗ．方向とＢ．Ｗ．方向の両方向の曲げ加工が想定されるため、曲げ後の曲げ部頂点の表面を光学顕微鏡により観察し、Ｇ．Ｗ．方向とＢ．Ｗ．方向のいずれも割れの発生していなかったものを曲げ加工性良好（Ａ）、発生していたものを曲げ加工性不良（Ｄ）として評価した。その評価結果を表２に示す。

（耐熱性）
耐熱性は、４５０℃に昇温した塩浴中に試験片を投入し、５分間経過後に取出し水冷する熱処理を施し、熱処理後の硬さを、熱処理前の硬さで除した値が０．８以上である場合を耐熱性良好（Ａ）、０．８未満であったものを耐熱性不良（Ｄ）として評価した。その評価結果を表２に示す。なお、硬さは、ＪＩＳＺ２２４４：２００９に規定されるビッカース硬さ試験−試験方法に基づき測定した。また、熱処理後の材料は、塩浴と接触した表面に皮膜が形成されていたため、酸洗で除去した後に硬さを測定した。

表１および表２に示す結果から、Ｓｎ濃度が０．０５〜０．５質量％の範囲である実施例１〜１３はいずれも、引張強度が４３２〜４９２ＭＰａと４００ＭＰａ以上であり、導電率が５０〜７７％ＩＡＣＳと５０％ＩＡＣＳ以上であり、良好な曲げ加工性（Ａ）と良好な耐熱性（Ａ）が得られている。これに対して、表１に示した成分組成が本発明の範囲外である比較例１〜９ならびに表２に示した製造条件が本発明の範囲外である比較例１０および１１はいずれも、引張強度、導電率、曲げ加工性、耐熱性および製造性の少なくとも１つが劣っていた。

また、Ｓｎ濃度が０．５質量％超え２．５質量％以下の範囲である実施例１４〜２６はいずれも、引張強度が５１２〜５９３ＭＰａと５００ＭＰａ以上であり、導電率が２７〜３８％ＩＡＣＳと２５％ＩＡＣＳ以上であり、良好な曲げ加工性（Ａ）と良好な耐熱性（Ａ）が得られている。これに対して、表１に示した成分組成が本発明の範囲外である比較例１２〜２０ならびに表２に示した製造条件が本発明の範囲外である比較例２１および２２はいずれも、引張強度、導電率、曲げ加工性、耐熱性および製造性の少なくとも１つが劣っていた。

また、図１および図２は、それぞれ実施例１４と比較例２２の銅合金材料の電解研磨後の表面を、ＦＥ−ＳＥＭにより観察したときのＳＥＭ写真を示したものである。図１に示す実施例１４の銅合金材料では、微細な化合物粒子が分散しているのに対し、図２に示す比較例２２の銅合金材料では、化合物粒子が粗大となっているのがわかる。

本発明によれば、高強度、高導電率および良好な曲げ加工性に加えて、さらに良好な耐熱性を兼ね備えた銅合金材料の提供が可能になった。本発明の銅合金材料は、特に、半導体装置に用いられるリードフレームをはじめとした電気電子部品に用いられるのに好適である。

Claims

Ｎｉを０．０５〜１．２質量％、Ｐを０．０１〜０．１５質量％およびＳｎを０．０５〜２．５質量％含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる合金組成を有し、電解研磨後の材料表面をＦＥ−ＳＥＭで観察し、１μｍ×１μｍの視野面積当たり、粒子径が５〜３０ｎｍである化合物粒子の個数割合が２０〜１８０個／μｍ^２、粒子径が３０ｎｍ超えである化合物粒子の個数割合が０〜０．６７個／μｍ^２であることを特徴とする銅合金材料。
Ｎｉを０．０５〜１．２質量％、Ｐを０．０１〜０．１５質量％およびＳｎを０．０５〜２．５質量％を含有し、さらにＦｅ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｔｉ、ＭｎおよびＣｏの中から選ばれる少なくとも１成分を含有し、Ｆｅが０．００１〜０．１質量％、Ｚｎが０．００１〜０．５質量％、Ｐｂが０．００１〜０．０５質量％、Ｓｉが０．００１〜０．１質量％、Ｍｇが０．００１〜０．３質量％、Ｚｒが０．００１〜０．１５質量％、Ｃｒが０．００１〜０．３質量％、Ｔｉが０．００１〜０．０５質量％、Ｍｎが０．００１〜０．２質量％およびＣｏが０．００１〜０．２質量％であり、かつＭｇ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｔｉ、ＭｎおよびＣｏを２以上含有する場合の合計含有量が０．００１〜０．５質量％であり、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる合金組成を有し、電解研磨後の材料表面をＦＥ−ＳＥＭで観察し、１μｍ×１μｍの視野面積当たり、粒子径が５〜３０ｎｍである化合物粒子の個数割合が２０〜１２０個／μｍ^２、粒子径が３０ｎｍ超えである化合物粒子の個数割合が０〜０．６７個／μｍ^２であることを特徴とする銅合金材料。
Ｓｎを０．０５〜０．５質量％含有し、引張強度が４００ＭＰａ以上、導電率が５０％ＩＡＣＳ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の銅合金材料。
Ｓｎを０．５質量％超え２．５質量％以下含有し、引張強度が５００ＭＰａ以上、導電率が２５％ＩＡＣＳ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の銅合金材料。
請求項１〜４のいずれか１項に記載された銅合金材料を製造する方法であって、
下記（ａ）〜（ｅ）の工程を含むことを特徴とする銅合金材料の製造方法。
（ａ）３００℃までの冷却速度を３０℃／分以上とする溶解鋳造工程。
（ｂ）５℃／分以上で昇温し、６００〜１０００℃で３０分〜１０時間保持する均質化熱処理工程。
（ｃ）３００℃までの冷却速度を３０℃／分以上とする熱間圧延工程。
（ｄ）加工率を８０％以上とする冷間圧延工程。
（ｅ）３５０〜６００℃で５秒〜１０時間保持する焼鈍工程。