【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
産業分野
この発明は、リードフレーム等に使用するFe
―Ni―Co系封着合金に係り、打抜性、切断加工
性及び耐応力腐食割れ性にすぐれたFe―Ni―Co
系封着合金に関する。
背景技術
一般に、25〜35wt％Ni―13〜20wt％Co―Fe
合金は、ガラス，セラミツクスの熱膨張特性と近
似していることから、薄板や細線に加工したの
ち、所要形状に打抜きあるいはエツチング加工さ
れて、ICや表示素子等のリードフレーム、また、
IC，トランジスタ，リードスイツチのリード等
に多用されており、製造に際しては、連続して大
量に生産されている。
上記のリードフレームやリードなどは非常に微
細なパターンで極めて高い寸法精度が要求されて
いるため、高速プレスによる打抜加工では、従来
のFe―Ni―Co系封着合金は打抜加工性が悪く、
成形金型の摩耗が激しく、プレス金型の修正や研
摩等の頻度が甚しく、生産能率の低下によつて製
品コストの高騰をもたらす問題があつた。
また、従来のFe―Ni―Co系封着合金は、塩素
イオン環境下で応力腐食割れを起し易いことが知
られており、Ｉ・Ｃのリードフレームの製造工程
では酸洗，めつきされるので、このような環境下
での耐食性の向上が望まれていた。
発明の目的
この発明は、プレス打抜性や切断加工性を改善
し、耐応力腐食割れ性のすぐれたFe―Ni―Co系
封着合金を目的としている。
発明の構成と効果
この発明は、Fe―Ni―Co系封着合金の打抜性
や切断加工性及び応力腐食割れ性の改善を目的に
合金組成等を種々検討した結果、合金の成分組成
を特定し、かつ組織内に均一に分散するMn，Si，
Mo及びAl，Zr，Ca，Mg，Ｒ・Ｅの窒化物、炭
化物、酸化物、硫化物等の非金属介在物の大きさ
を特定することにより、Fe―Ni―Co系封着合金
の打抜性，切断加工性及び耐応力腐食割れ性が著
しく向上することを知見したものである。
すなわち、この発明は、
Ni 25〜35wt％、Co 13〜20wt％、
Si 0.03〜0.50wt％、
Ｃ 0.05wt％以下、
Mn 0.05〜0.95wt％、
Mo 0.05〜0.50wt％、
Ｓ 0.003〜0.025wt％、
但し、Mn＋Mo／Ｓ≧10、
Ｏ 100ppm以下、Ｎ 50ppm以下、を含有し、
あるいはさらに、Al，Zr，Ca，Mg，Ｒ・Ｅの
うち少なくとも１種を0.0005〜0.10wt％を含有
し、
残部はFe及び不可避的不純物からなり、
Si，Mn，Mo及びAl，Zr，Ca，Mg，Ｒ・Ｅ
の酸化物、窒化物、炭化物、硫化物等の3μm以下
の微細非金属介在物が、組織内に均一に分散する
ことを特徴とする打抜性及び耐応力腐食割れ性の
良好なるFe―Ni―Co系封着合金である。
一般に、Fe―Ni―Co系封着合金を第３図の如
く、ダイス，ポンチにより打抜，切断した場合の
切断面状況は、第１図に示す如く、被打抜材の平
面部１より連続したダレ面２、剪断面３、破断面
４、そしてカエリ面５とからなつており、この場
合のポンチの移動距離であるポンチストロークｌ
と切断に要する力である剪断抵抗Ｒとの関係は、
第２図のごとき曲線となることが知られている。
第２図において、最大剪断抵抗が小さく、かつ
破断までのポンチストロークが小さいほど、切断
に要するエネルギーが小さく、金型に加わる負荷
が小さくなり、金型寿命が長くなるが、この最大
剪断抵抗は、被打抜材の引張強さ、硬度等の機械
的強度により決定され、また、切断までのポンチ
ストロークと、（剪断面厚み／板厚）はほぼ正比
例する。
また、（剪断面厚み／板厚）は、材料の機械的
強度のみならず、微量含有元素や析出物，介在物
量などの材料の内質に大きく左右されると考えら
れ、この発明の如く、組成を限定しかつ非金属介
在物の大きさを特定することにより、（剪断面厚
み／板厚）を小さくでき、切断までのポンチスト
ロークが小さくなり、金型寿命を延長できる。
組成の限定理由
Niは、硬質ガラスやアルミナ系セラミツク等
との強固な付着接合が要求される本系合金の基本
成分であり、Coの含有量を考慮して適宜選定さ
れるが、25wt％未満では、熱膨張係数が小さく
なりすぎ、35wt％を越えると熱膨張係数が大き
くなりすぎ、いずれもガラス，セラミツクスの熱
膨張係数との偏差が大きくなるので好ましくな
く、25wt％〜35wt％に限定する。
Coは、硬質ガラスやアルミナ系セラミツク等
との強固な付着接合が要求される本系合金の基本
成分であり、Niの含有量を考慮して適宜選定さ
れるが、13wt％未満では、熱膨張係数が小さく
なりすぎ、20wt％を越えると熱膨張係数が大き
くなりすぎ、いずれもガラス，セラミツクスの熱
膨張係数との偏差が大きくなるので好ましくな
く、13wt％〜20wt％に限定する。
Siは、鋳塊中の気泡発生を防止する脱酸元素で
あり、またガラス封着時に重要な表面酸化被膜の
密着性を改善する効果があるが、0.03wt％未満で
はその効果がなく、また、0.50wt％を越えると材
質的に硬化して冷間加工性が劣化するため好まし
くなく、0.03wt％〜0.50wt％に限定する。
Ｃは、ガラスあるいはセラミツクスとの密着時
の加熱過程において、表面からガスとして発生し
て封着界面に内包され、封着強度を低下させるの
で、0.05wt％以下に限定する。
Mnは、熱間加工性を改善する効果があるが、
0.05wt％未満ではその効果がなく、0.95wt％を越
えると熱膨張係数が大きくなりすぎ、ガラス，セ
ラミツクスとの封着性を阻害するため、0.05wt％
〜0.95wt％に限定する。
Moは、Ｏ，Ｓ，Ｃ，Ｎと結びつき、酸化物、
炭化物、窒化物、硫化物を生成し、合金内に分散
し、プレス加工性を改善する効果があり、さら
に、Fe―Ni―Co合金の耐応力腐食割れ性を向上
させるため含有するが、0.05wt％未満では、プレ
ス性及び耐応力腐食割れ性の改善効果がなく、
0.50wt％を越えると冷間加工性が阻害されるた
め、0.05wt％〜0.50wt％に限定する。
Ｓは、合金内のMn及びMoと結合して微細な
硫化物を生成し、これが組織内に均一に分散して
プレス加工性を改善するが、0.003wt％未満では
改善効果が少なく、0.025wt％を越えると、巨大
なMn硫化物を生成し易くなり、薄板等に加工す
る際に表面剥離，割れ等の欠陥が発生し易くなる
ため、0.003wt％〜0.025wt％に限定する。
Mn及びMoとＳの含有比、Mn＋Mo／Ｓは、
組織内にMn，Moと含有しないＳが残存して熱
間加工性を低下し、かつ割れ疵等の欠陥が発生し
易くなるのを防止するために限定する必要があ
り、Mn＋Mo／Ｓを10以上とする必要がある。
しかし、その上限は、300が好ましく、好ましい
Mn＋Mo／Ｓ範囲としては、35〜200が望まし
い。
Ｏ，Ｎは、プレス打抜性の観点から、Si，Mn，
Al，Zr，Ca，Mg，Ｒ・Ｅ（希土類元素）の酸化
物，窒化物として、組織内に微小介在物が均一に
分散分布していることが望ましく、かつ、熱間加
工性及び冷間加工性改善の観点より、Ｏは
100ppm以下、Ｎは50ppm以下にする必要がある。
Al，Zr，Ca，Mg，Ｒ・Ｅ（希土類元素）は、
Ni，FeよりもＳ，Ｃ，Ｎ，Ｏとの親和力が強い
ため、酸化物，炭化物、窒化物、硫化物を生成
し、プレス加工性を改善する効果があるため、上
記元素のうち少なくとも１種を添加するが、
0.0005wt％未満では上記効果がなく、0.10wt％を
越えると熱間加工性，冷間加工性を劣化させるの
で好ましくなく、0.0005wt％〜0.10wt％の含有と
する。
また、上記のＲ・Ｅ（希土類元素）は、少なく
とも１種の希土類元素であればよく、コストの面
からLa，Ce及びミツシユメタルが好ましい。
Feは、本系合金の基本組成であり、上記の各
元素を含有した残余の範囲とする。
Si，Mn，Mo，Al，Zr，Ca，Mg，Ｒ・Ｅの
酸化物，炭化物，窒化物，硫化物等の非金属介在
物の組織内での大きさを限定した理由は、非金属
介在物の大きさが3μmを越えると、打抜加工、切
断加工時のカエリが多くなり、薄板の曲げ加工、
絞り加工時に亀裂，割れ発生の起点となるためで
あり、上記非金属介在物の大きさは3μm以下で、
かつ組織内に均一に分散，含有されていることが
重要である。
また、この発明において、合金組成内の非金属
介在物の大きさを3μm以下に且つ均一に分散分布
させるためには、溶製条件、造塊条件及び脱酸剤
の添加時期，添加量を適宜選定する必要がある。
また、この発明合金の好ましい組成範囲は、
Ni 25〜35wt％、
Co 13〜20wt％、
Si 0.10〜0.30wt％、
Ｃ 0.03wt％以下、
Mn 0.35〜0.85wt％、
Mo 0.03〜0.20wt％、
Ｓ 0.003〜0.015wt％、
但し、Mn＋Mo／Ｓ＝35〜200、
Ｏ 100ppm以下、Ｎ 50ppm以下、を含有し、
あるいはさらに、Al，Zr，Ca，Mg，Ｒ・Ｅの
うち少なくとも１種を0.0005〜0.05wt％を含有
し、
残部はFe及び不可避的不純物からなり、3μm
以下の微細な非金属介在物が60ppm以上存在し、
かつ均一に分散するものである。
実施例
第１表に示すような、本発明範囲ならびに本発
明範囲外の各種組成範囲のFe―Ni―Co系封着合
金を、同一条件で製造して、厚み0.25mmの薄板に
仕上げた。この薄板より幅８mm×長さ50mmの試料
を採取し、第３図のごとき、圧縮試験機を用い
て、ダイ７に載置した試料６を、幅７mm×長さ10
mm寸法のポンチ８によるプレス打ち抜きを行な
い、該試験機の可動アームの移動距離により、ポ
ンチストロークｌを測定し、剪断抵抗Ｒはロード
セルにより測定した。
これにより第２図の如く、剪断抵抗Ｒとポンチ
ストロークｌの関係図を求め、切断までのポンチ
ストロークを実測した。
また、打抜後の試料の切断断面を光学顕微鏡に
より観察し、剪断面厚み及び板厚を測定して（剪
断面厚み／板厚）を算出した。
各種合金の介在物量は、定電位電解法によつて
金属のみ溶解し、溶解液中の酸化物，炭化物，窒
化物，硫化物等の非金属介在物残渣を、ミクロフ
イルターで、3.0μm以下のものと、3.0μmを越え
るものとに分離抽出して測定した。
また、第４図に示す如く、ポリフリオルエチレ
ン製の治具９に、0.25mm×５mm×100mm寸法の試
料６を湾曲させて挿入し、治具９と共に、35wt
％のCuCl2水溶液中に、25℃に保持して30分間放
置した後、該試料６を取出し、その断面に発生し
た割れ深さを光学顕微鏡にて400倍の倍率で読み
取り、応力腐食割れ性を評価した。
上記の各測定結果を、試料の機械的強度及び熱
膨張特性と共に第１表に示す。
第１表から明らかなように、この発明による
Fe―Ni―Co系封着合金は、切断までのポンチス
トローク及び（剪断面厚み／板厚）が、比較例の
従来合金よりはるかに小さく、所要の熱膨張特性
および機械的強度を損うことなく、打抜，切断加
工性が改善されたことが明白で、金型寿命の延長
に多大の効果を有し、かつ、耐応力腐食割れ性に
もすぐれていることが分る。
Industrial Field This invention is an Fe used for lead frames etc.
- Fe-Ni-Co, which is a Ni-Co based sealing alloy and has excellent punchability, cutting workability, and stress corrosion cracking resistance.
Related to system sealing alloys. Background technology Generally, 25-35wt%Ni-13-20wt%Co-Fe
Since alloys have thermal expansion properties similar to those of glass and ceramics, they are processed into thin plates or thin wires, then punched or etched into the desired shape to make lead frames for ICs, display elements, etc.
It is widely used for leads for ICs, transistors, reed switches, etc., and is produced in large quantities continuously during manufacturing. The lead frames and leads mentioned above have very fine patterns and require extremely high dimensional accuracy, so conventional Fe-Ni-Co sealing alloys have poor punching workability when punched using a high-speed press. Bad,
There was a problem in that the molding molds were severely worn, the press molds had to be repaired and polished frequently, and the production efficiency was lowered, leading to a rise in product costs. In addition, it is known that conventional Fe-Ni-Co sealing alloys are prone to stress corrosion cracking in chlorine ion environments, and are not used for pickling and plating in the manufacturing process of I/C lead frames. Therefore, it has been desired to improve corrosion resistance in such environments. Purpose of the Invention The object of the present invention is to provide a Fe--Ni--Co based sealing alloy that has improved press punchability and cutting workability and has excellent stress corrosion cracking resistance. Structure and Effects of the Invention The present invention has been developed as a result of various studies on alloy compositions for the purpose of improving punchability, cutting workability, and stress corrosion cracking resistance of Fe-Ni-Co sealing alloys. Mn, Si, and
By specifying the size of Mo and nonmetallic inclusions such as nitrides, carbides, oxides, and sulfides of Al, Zr, Ca, Mg, and R. It was discovered that the extractability, cutting workability, and stress corrosion cracking resistance were significantly improved. That is, this invention includes Ni 25-35wt%, Co 13-20wt%, Si 0.03-0.50wt%, C 0.05wt% or less, Mn 0.05-0.95wt%, Mo 0.05-0.50wt%, S 0.003-0.025wt%. %, provided that Mn+Mo/S≧10, O 100ppm or less, N 50ppm or less, or further contains 0.0005 to 0.10wt% of at least one of Al, Zr, Ca, Mg, and R/E. , the remainder consists of Fe and unavoidable impurities, including Si, Mn, Mo, Al, Zr, Ca, Mg, R・E
Fe-Ni with good punchability and stress corrosion cracking resistance, characterized by fine nonmetallic inclusions of 3 μm or less such as oxides, nitrides, carbides, and sulfides uniformly dispersed within the structure. - Co-based sealing alloy. In general, when a Fe-Ni-Co sealing alloy is punched and cut using a die or a punch as shown in Figure 3, the cut surface is from the flat part 1 of the material to be punched, as shown in Figure 1. It consists of a continuous sag surface 2, shear surface 3, fracture surface 4, and burr surface 5, and in this case, the punch stroke l is the distance the punch moves.
The relationship between and shearing resistance R, which is the force required for cutting, is:
It is known that the curve shown in FIG. 2 is obtained. In Figure 2, the smaller the maximum shear resistance and the smaller the punch stroke until breakage, the smaller the energy required for cutting, the less the load on the mold, and the longer the mold life. , is determined by mechanical strengths such as tensile strength and hardness of the material to be punched, and the punch stroke until cutting and (sheared surface thickness/plate thickness) are almost directly proportional. In addition, it is believed that (sheared surface thickness/plate thickness) is greatly influenced not only by the mechanical strength of the material but also by the internal properties of the material such as the amount of trace elements, precipitates, and inclusions. By limiting the composition and specifying the size of non-metallic inclusions, (sheared surface thickness/plate thickness) can be reduced, the punch stroke until cutting can be reduced, and the life of the mold can be extended. Reason for composition limitation Ni is a basic component of this alloy that requires strong adhesive bonding with hard glass, alumina ceramics, etc., and is selected appropriately taking into account the Co content, but it must be less than 25wt%. Then, the coefficient of thermal expansion becomes too small, and if it exceeds 35wt%, the coefficient of thermal expansion becomes too large, and the deviation from the coefficient of thermal expansion of glass and ceramics increases, which is not preferable, so it is limited to 25wt% to 35wt%. . Co is a basic component of this alloy that requires strong adhesive bonding with hard glass, alumina ceramics, etc., and is selected appropriately taking into account the Ni content. If the coefficient becomes too small and exceeds 20 wt%, the coefficient of thermal expansion becomes too large, and the deviation from the coefficient of thermal expansion of glass or ceramics becomes large, which is not preferable, so it is limited to 13 wt% to 20 wt%. Si is a deoxidizing element that prevents the generation of bubbles in the ingot, and also has the effect of improving the adhesion of the surface oxide film, which is important when sealing glass, but if it is less than 0.03 wt%, it has no effect. If it exceeds 0.50wt%, the material will harden and cold workability will deteriorate, so it is not preferable, and it is limited to 0.03wt% to 0.50wt%. C is limited to 0.05 wt % or less because it is generated as a gas from the surface during the heating process during close contact with glass or ceramics and is included in the sealing interface, reducing the sealing strength. Mn has the effect of improving hot workability, but
If it is less than 0.05wt%, there is no effect, and if it exceeds 0.95wt%, the coefficient of thermal expansion becomes too large, which impairs the sealing properties with glass and ceramics, so 0.05wt%
Limited to ~0.95wt%. Mo combines with O, S, C, and N, forming oxides,
It generates carbides, nitrides, and sulfides, which are dispersed within the alloy and have the effect of improving press workability.Furthermore, it is included to improve the stress corrosion cracking resistance of the Fe-Ni-Co alloy, but 0.05 If it is less than wt%, there is no improvement effect on pressability and stress corrosion cracking resistance.
If it exceeds 0.50wt%, cold workability will be inhibited, so it is limited to 0.05wt% to 0.50wt%. S combines with Mn and Mo in the alloy to produce fine sulfides, which are uniformly dispersed within the structure and improve press workability, but if it is less than 0.003wt%, the improvement effect is small; If it exceeds 0.0%, giant Mn sulfides are likely to be produced and defects such as surface peeling and cracking are likely to occur when processing into thin plates, etc., so the content is limited to 0.003wt% to 0.025wt%. The content ratio of Mn, Mo and S, Mn+Mo/S is,
It is necessary to limit Mn + Mo/S to 10 to prevent Mn, Mo and uncontained S from remaining in the structure, reducing hot workability and increasing the likelihood of defects such as cracks. It is necessary to do more than that.
However, the upper limit is preferably 300.
The Mn+Mo/S range is preferably 35 to 200. From the viewpoint of press punchability, O and N are Si, Mn,
As oxides and nitrides of Al, Zr, Ca, Mg, and R/E (rare earth elements), it is desirable that minute inclusions are uniformly distributed within the structure, and the hot workability and cold workability are improved. From the viewpoint of improving workability, O is
It is necessary to keep it below 100ppm, and N needs to be below 50ppm. Al, Zr, Ca, Mg, R・E (rare earth elements) are
Because it has a stronger affinity with S, C, N, and O than Ni and Fe, it produces oxides, carbides, nitrides, and sulfides, and has the effect of improving press workability, so at least one of the above elements Add seeds,
If it is less than 0.0005 wt%, the above effect will not be obtained, and if it exceeds 0.10 wt%, hot workability and cold workability will deteriorate, which is not preferable, so the content should be 0.0005 wt% to 0.10 wt%. Further, the above-mentioned R/E (rare earth element) may be at least one kind of rare earth element, and from the viewpoint of cost, La, Ce, and Mitsushi metal are preferable. Fe is the basic composition of the present alloy, and is the residual range containing each of the above elements. The reason for limiting the size of nonmetallic inclusions such as oxides, carbides, nitrides, and sulfides of Si, Mn, Mo, Al, Zr, Ca, Mg, and R/E in the structure is that nonmetallic inclusions If the size of the object exceeds 3μm, there will be more burrs during punching and cutting, and bending of thin plates,
This is because it becomes a starting point for cracks and fractures during drawing, and the size of the nonmetallic inclusions is 3 μm or less.
It is also important that it is uniformly dispersed and contained within the tissue. In addition, in this invention, in order to reduce the size of nonmetallic inclusions in the alloy composition to 3 μm or less and to uniformly disperse and distribute them, melting conditions, agglomeration conditions, and the timing and amount of addition of the deoxidizing agent are appropriately adjusted. It is necessary to select. Further, the preferred composition range of the alloy of the present invention is: Ni 25-35wt%, Co 13-20wt%, Si 0.10-0.30wt%, C 0.03wt% or less, Mn 0.35-0.85wt%, Mo 0.03-0.20wt%, S 0.003 to 0.015wt%, provided that Mn + Mo / S = 35 to 200, O 100ppm or less, N 50ppm or less, or in addition, at least one of Al, Zr, Ca, Mg, R・E 0.0005% Contains ~0.05wt%, the remainder consists of Fe and unavoidable impurities, and has a thickness of 3μm
The following fine nonmetallic inclusions are present at 60ppm or more,
and is uniformly dispersed. Examples Fe--Ni--Co based sealing alloys having various composition ranges within the scope of the present invention and outside the scope of the present invention as shown in Table 1 were manufactured under the same conditions and finished into thin plates with a thickness of 0.25 mm. A sample with a width of 8 mm x length of 50 mm was taken from this thin plate, and as shown in Fig. 3, using a compression tester, the sample 6 placed on the die 7 was tested with a width of 7 mm x length of 10 mm.
Press punching was performed using a punch 8 having a size of mm, the punch stroke l was measured by the moving distance of the movable arm of the testing machine, and the shear resistance R was measured by a load cell. As a result, as shown in FIG. 2, a relationship diagram between shear resistance R and punch stroke l was obtained, and the punch stroke up to cutting was actually measured. In addition, the cut section of the sample after punching was observed with an optical microscope, the sheared surface thickness and plate thickness were measured, and (sheared surface thickness/plate thickness) was calculated. The amount of inclusions in various alloys can be determined by dissolving only metals using constant potential electrolysis, and removing non-metallic inclusions such as oxides, carbides, nitrides, and sulfides from the solution using a microfilter with a size of 3.0 μm or less. The particles were separated and measured into those larger than 3.0 μm and those larger than 3.0 μm. In addition, as shown in FIG. 4, a sample 6 with dimensions of 0.25 mm x 5 mm x 100 mm was inserted in a curved manner into a jig 9 made of polyfurioethylene, and together with the jig 9, a 35 wt.
% CuCl 2 aqueous solution for 30 minutes at 25°C, the sample 6 was taken out, and the depth of cracks that occurred in its cross section was read using an optical microscope at 400x magnification to determine stress corrosion cracking. was evaluated. The above measurement results are shown in Table 1 along with the mechanical strength and thermal expansion properties of the samples. As is clear from Table 1, according to this invention
Fe--Ni--Co based sealing alloys have much smaller punch strokes and (shear surface thickness/plate thickness) until cutting than conventional alloys in comparative examples, which may impair the required thermal expansion characteristics and mechanical strength. It is clear that the punching and cutting workability has been improved, and it has a great effect on extending the life of the mold, and also has excellent stress corrosion cracking resistance.
【表】【table】
【表】【table】
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]
第１図はFe―Ni―Co系封着合金の切断断面を
示す斜視図であり、第２図はポンチストロークｌ
と剪断抵抗Ｒとの関係を示すグラフである。第３
図は打抜き装置の説明図、第４図は応力腐食割れ
試験の治具の斜視図である。
１…平面部、２…ダレ面、３…剪断面、４…破
断面、５…カエリ面、６…試料、７…ダイ、８…
ポンチ、９…治具。
Figure 1 is a perspective view showing a cut section of Fe-Ni-Co sealing alloy, and Figure 2 is a punch stroke l.
It is a graph which shows the relationship between and shear resistance R. Third
The figure is an explanatory diagram of a punching device, and FIG. 4 is a perspective view of a jig for stress corrosion cracking testing. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Flat part, 2... Sagging surface, 3... Sheared surface, 4... Fractured surface, 5... Burr surface, 6... Sample, 7... Die, 8...
Punch, 9... jig.