DE10117447B4

DE10117447B4 - Ein stanzbares Kupferlegierungsblech und ein Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE10117447B4
Application number: DE10117447.0A
Authority: DE
Inventors: Takao Hirai; Yoshimasa Ohyama; Takayuki Usami
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2000-04-10
Filing date: 2001-04-06
Publication date: 2016-10-27
Anticipated expiration: 2021-04-07
Also published as: KR100540604B1; DE10117447A1; KR20010090780A; US20010052377A1; US6482276B2; TW508605B

Abstract

Kupferlegierungsblech mit ausgezeichneter Stanzbarkeit, umfassend 0,2 bis 0,35 Gew.-% Cr, 0,1 bis 0,5 Gew.-% Sn, 0,1 bis 0,5 Gew.-% Zn und 0,005 bis 0,1 Gew.-% Si, wobei der Rest Cu und unvermeidbare Verunreinigungen enthält, wobei in einer Cu-Matrix eine Präzipitationsphase A aus Cr oder einer Cr-Verbindung mit einem Maximaldurchmesser von 0,1 bis 10 μm in einer zahlenmäßigen Dichte von 1 × 103 bis 3 × 105/mm2 vorliegt, und eine Präzipitationsphase B aus Cr oder einer Cr-Verbindung mit einem Maximaldurchmesser von 0,001 bis 0,030 μm in einer zahlenmäßigen Dichte, die dem 10-fachen oder mehr von der der Präzipitationsphase A entspricht, vorliegt, erhältlich durch ein Verfahren, in dem die Kupferlegierung wenigstens einer Warmverarbeitung und einer Kaltverarbeitung unterzogen wird, wobei eine Hitzebehandlung bei einer Temperatur von 910 bis 940°C für zwei Stunden vor der Warmverarbeitung angewendet wird, wobei die Warmverarbeitung durch Warmwalzen durchgeführt wird, wobei das warmgewalzte Blech schnell abgekühlt wird, indem es in Wasser eingetaucht wird, und wobei Alterungsbehandlung bei einer Temperatur von 360 bis 470°C vor oder nach der Kaltverarbeitung angewendet wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kupferlegierungsblech, das als ein Leiterplatinenmaterial, ein Anschluß- und/oder Verbindungsmaterial, ein Schaltermaterial oder dergleichen geeignet ist, und das in gewünschter Form durch ein Verfahren bearbeitet wird, welches einen Stanzschritt einschließt. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Kupferlegierungsblechs.
Hintergrund der Erfindung
Gewöhnlich werden Materialien der Kupferreihe mit ausgezeichneter elektrischer und Wärme-Leitfähigkeit, wie auch Materialien der Eisenreihe häufig als Leiterplatinenmaterial oder Anschlußmaterial eingesetzt. Ein solches Material der Kupferserie wird auch für eine Halbleitervorrichtungseinheit eingesetzt, deren Hitzestrahlungseigenschaft im Zusammenhang mit der Weiterentwicklung hoher Integration und Miniaturisierung der Halbleitereinheit wichtig ist.
Wenn ein Material der Kupferserie für eine Leiterplatine verwendet wird, muss das Material ausgezeichnete Beschichtungseigenschaften hinsichtlich Edelmetallen (wie Ag oder Pd) oder Lot besitzen und Oberflächenglätte, wie auch elektrische und Wärme-Leitfähigkeit.
Obgleich eine Reihe von Leiterplatinen-Kupferlegierungen in der Vergangenheit entwickelt wurden, um solche Anforderungen zu erfüllen, waren nicht viele solcher Kupferlegierungen zufriedenstellend. Daher werden nun nur einzelne Typen der Legierungen verwendet. Unter diesen ist eine Legierung der Cu-Cr-Sn-Reihe als kompatibel mit hoher Leitfähigkeit und hoher mechanischer Festigkeit anerkannt, so dass diese eine der am häufigsten verwendeten Legierungen ist.
In der Zwischenzeit wird, obgleich ein Stanzverfahren oder ein Ätzverfahren allgemein zur Leiterplatinenformherstellung angewendet werden, vom Standpunkt der Produktivität das Stanzverfahren häufig verwendet.
Bezüglich der gewöhnlichen Legierung der Cu-Cr-Sn-Reihe jedoch, tritt Gratbildung oder Bildung von verarbeitungsbedingtem Pulver während des Stanzens auf, was Ursache für das Auftreten eines Kurzschlusses zwischen Leitungen oder für verminderte dimensionale Präzision einer Leiterplatine ist. Wenn Gratbildung auftritt wird der Wartungszyklus des Metallstanzwerkzeugs verkürzt und die Herstellungskosten steigen. Diese Probleme werden insbesondere bei Leiterplatinen des Multipin-Typs bedeutsam.
Bei einem Leiterplatinenhersteller werden aufgrund der schnell wachsenden Halbleiterindustrie preiswerte Leiterplatinen nachgefragt. Daher kommen diesen wichtige Aufgaben, wie bei der Steigerung der Betriebsrate von Stanzeinrichtungen und der Verringerung von Stanzfehlern und Erhöhung von Produktausbeuten zu. Insbesondere wird für die Leiterplatine, die aus einer Legierung der Cu-Cr-Sn-Reihe besteht, mit deren gestiegener Nachfrage, eine signifikante Verbesserung der Stanzbarkeit (Stanzverarbeitbarkeit) nachdrücklich begehrt.
DE 36 34 495 A1 beschreibt eine Kupferlegierung und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Zusammenfassung der Erfindung

(1) Ein Kupferlegierungsblech mit ausgezeichneter Stanzbarkeit, umfassend 0,2 bis 0,35 Gew.-% Cr, 0,1 bis 0,5 Gew.-% Sn, 0,1 bis 0,5 Gew.-% Zn und 0,005 bis 0,1 Gew.-% Si, wobei der Rest aus Cu und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht, wobei in einer Cu-Matrix eine Präzipitationsphase A aus Cr oder einer Cr-Verbindung mit einem Maximaldurchmesser von 0,1 bis 10 μm in einer zahlenmäßigen Dichte von 1 × 10³ bis 3 × 10⁵/mm² vorliegt, und eine Präzipitationsphase B aus Cr oder einer Cr-Verbindung mit einem Maximaldurchmesser von 0,001 bis 0,030 μm in einer zahlenmäßigen Dichte, die dem 10-fachen oder mehr von der der Präzipitationsphase A entspricht, vorliegt, erhältlich durch ein Verfahren, in dem die Kupferlegierung wenigstens einer Warmverarbeitung und einer Kaltverarbeitung unterzogen wird, wobei eine Hitzebehandlung bei einer Temperatur von 910 bis 940°C für zwei Stunden vor der Warmverarbeitung angewendet wird, wobei die Warmverarbeitung durch Warmwalzen durchgeführt wird, wobei das warmgewalzte Blech schnell abgekühlt wird, indem es in Wasser eingetaucht wird, und wobei Alterungsbehandlung bei einer Temperatur von 360 bis 470°C vor oder nach der Kaltverarbeitung angewendet wird. (im folgenden wird diese Kupferlegierung als erste Ausführungsform der Erfindung bezeichnet).
(2) Eine Kupferlegierung mit ausgezeichneter Stanzbarkeit, umfassend 0,2 bis 0,35 Gew.-% Cr, 0,1 bis 0,5 Gew.-% Sn, 0,1 bis 0,5 Gew.-% Zn, 0,005 bis 0,1 Gew.-% Si und des weiteren umfassend wenigstens eines gewählt aus der Gruppe, bestehend aus 0,001 bis 0,06 Gew.-% Pb, 0,001 bis 0,06 Gew.-% Bi, 0,005 bis 0,1 Gew.-% Ca, 0,005 bis 0,1 Gew.-% Sr, 0,005 bis 0,1 Gew.-% Te, 0,005 bis 0,1 Gew.-% Se, und 0,005 bis 0,1 Gew.-% eines Seltenerdenelements, in einer Gesamtmenge von 0,001 bis 0,1 Gew.-%, wobei der Rest aus Cu und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht, wobei in einer Cu-Matrix eine Präzipitationsphase A aus Cr oder einer Cr-Verbindung mit einem Maximaldurchmesser von 0,1 bis 10 μm in einer zahlenmäßigen Dichte von 1 × 10³ bis 3 × 10⁵/mm² vorliegt, und eine Präzipitationsphase B aus Cr oder einer Cr-Verbindung mit einem Maximaldurchmesser von 0,001 bis 0,030 μm in einer zahlenmäßigen Dichte, die dem 10-fachen oder mehr von der der Präzipitationsphase A entspricht, vorliegt, erhältlich durch ein Verfahren, in dem die Kupferlegierung wenigstens einer Warmverarbeitung und einer Kaltverarbeitung unterzogen wird, wobei eine Hitzebehandlung bei einer Temperatur von 910 bis 940°C für zwei Stunden vor der Warmverarbeitung angewendet wird, wobei die Warmverarbeitung durch Warmwalzen durchgeführt wird, wobei das warmgewalzte Blech schnell abgekühlt wird, indem es in Wasser eingetaucht wird, und wobei Alterungsbehandlung bei einer Temperatur von 360 bis 470°C vor oder nach der Kaltverarbeitung angewendet wird. (im folgenden wird diese Kupferlegierung als zweite Ausführungsform der Erfindung bezeichnet).
(3) Ein Verfahren zur Herstellung einer Kupferlegierung mit ausgezeichneter Stanzbarkeit, wie unter jedem der obigen Punkte (1) bis (2) dargelegt, wobei das Herstellungsverfahren die Schritte umfasst, dass die Kupferlegierung wenigstens einer Warmverarbeitung und einer Kaltverarbeitung unterzogen wird, wobei eine Hitzebehandlung bei einer Temperatur von 910 bis 940°C für zwei Stunden vor der Warmverarbeitung angewendet wird, wobei die Warmverarbeitung durch Warmwalzen durchgeführt wird, wobei das warmgewalzte Blech schnell abgekühlt wird, indem es in Wasser eingetaucht wird, und wobei Alterungsbehandlung bei einer Temperatur von 360 bis 470°C vor oder nach der Kaltverarbeitung angewendet wird.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Obgleich die vorliegende Erfindung ein Kupferlegierungsblech betrifft, das als Leiterplatinenmaterial besonders brauchbar ist, ist sie auf allgemeine Materialien, die durch ein Stanzen enthaltendes Verfahren hergestellt werden, wie Anschlußmaterialien wie für Automobile verwendet werden oder ein Verbindungsmaterial für kommerziell erhältliche Ausrüstung, anwendbar.
Das Kupferlegierungsblech der vorliegenden Erfindung ist in erster Linie dadurch gekennzeichnet, dass in einer Cu-Matrix eine Präzipitationsphase A aus grobem Cr oder einer Cr-Komponente mit 0,1 bis 10 μm Maximaldurchmesser zur Verbesserung der Stanzbarkeit und eine Präzipitationsphase B aus feinem Cr oder einer Cr-Verbindung mit 0,001 bis 0,030 μm (1 nm bis 30 nm) Maximaldurchmesser, zur Sicherung der mechanischen Festigkeit, koexistieren. Der hier genannte Maximaldurchmesser ist der Durchmesser einer Kugel, wenn die Präzipitationsphase kugelförmig ist; ein langer Durchmesser, wenn die Phase elliptisch ist; und die maximale Länge wenn die Phase stabförmig ist.
Die Erfinder betrieben Forschung betreffend eine Kupferlegierungsreihe und fanden heraus, dass ein idealer Präzipitationszustand von Cr oder einer Cr-Verbindung durch eine spezielle Menge an Komponenten und Definition der Herstellungsbedingungen erreicht werden kann, um eine Kupferlegierung mit ausgezeichneter Brauchbarkeit zu erhalten. Das erfindungsgemäße Kupferlegierungsblech wird hergestellt indem es einer Hitzebehandlung bei 910 bis 940°C vor der Warmverarbeitung unterworfen wird, um grobes Cr oder eine Cr-Verbindung zu präzipitieren und des weiteren einer Alterungsbehandlung bei 360 bis 470°C unterworfen wird, um feines Cr oder eine Cr-Verbindung zu präzipitieren.
Im folgenden werden Gründe für die Definition der Legierungskomponenten einer Kupferlegierung für das Kupferlegierungsblech gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Gewöhnlich wurde, wenn Cr zu Cu gegeben wurde, nur die Präzipitation und Härtung von Cr erwartet. Die Größe einer jeden der Präzipitationsphasen von Cr oder einer Cr-Verbindung, die in der Cu-Phase dispergieren, betrug im Maximaldurchmesser 0,001 bis 0,030 μm und es existierte fast keine grobe Präzipitationsphase mit einem Maximaldurchmesser von 0,1 bis 10 μm.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, indem herausgefunden wurde, dass es zum Zwecke des Erhaltens verbesserter, vorteilhafter Wirkungen, sowohl hinsichtlich Stanzbarkeit, als auch auf Präzipitation und Härtung, nötig ist die Cr-Komponente in einem spezifischen Bereich zu definieren.
In der vorliegenden Erfindung präzipitiert, sofern die Cr-Menge weniger als 0,2 Gew.-% beträgt, selbst wenn eine Hitzebehandlung vor der Warmverarbeitung bei 980°C durchgeführt wird, fast keine grobe Präzipitationsphase A, und somit ist die Stanzbarkeit nicht verbessert.
Umgekehrt, falls die Cr-Menge 0,35 Gew.-% überschreitet, fällt Cr als kristallisiertes Material während der Gußverfestigung an. Dieses kristallisierte Cr kann Ausgangspunkt des Bruchs während des Stanzverfahrens sein und somit kann es sich auf das Stanzen auswirken. Das Cr dispergiert aufgrund der Natur eines kristallisierten Materials jedoch spärlich und seine Größe tendiert dazu grob zu sein (größer als 10 μm). Das heißt, selbst wenn Cr 0,35 Gew.-% überschreitend zugegeben wird, kann eine vorteilhafte Wirkung, proportional zu einer zugegebenen Menge, nicht erhalten werden. Darüber hinaus ist ein kristallisiertes Cr-Material einer 10 μm überschreitenden Größe hinsichtlich der Abnutzung der Werkzeuge mangelhaft, und die Nutzungsdauer eines Metallwerkzeugs ist verkürzt.
Von obigem Standpunkt aus, wurde die Menge des Cr-Gehalts als 0,2 bis 0,35 Gew.-% definiert.
Wie oben beschrieben, ist die vorliegende Erfindung hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, dass eine grobe Präzipitationsphase A aus Cr oder einer Cr-Verbindung und eine feine Präzipitationsphase B koexistieren.
So wie die grobe Präzipitationsphase A der vorliegenden Erfindung die Stanzbarkeit als Ausgangspunkt des Bruchs verbessert, kann eine Präzipitationsphase von weniger als 0,1 μm Maximaldurchmesser nicht Ausgangspunkt eines Bruchs sein. Somit kann eine Verbesserung der Stanzbarkeit, welche Ziel der vorliegenden Erfindung ist, nicht erzielt werden. Umgekehrt ist eine Präzipitationsphase mit mehr als 10 μm Maximaldurchmesser nicht bevorzugt, da die Nutzungsdauer eines Stanzmetallwerkzeugs verringert ist. Daher ist ein Zustand, in welchem Präzipitationsphase A mit 0,1 bis 10 μm Maximaldurchmesser in passender Menge dispergiert, ideal.
Wenn die zahlenmäßige Dichte der groben Präzipitationsphase A weniger als 1 × 10³/mm² beträgt, ist die Stanzbarkeit nicht verbessert. Wenn 3 × 10⁵/mm² überschritten wird, nimmt die Präzipitationsphase B, mit einer Zunahme der Präzipitionsphase A, ab und die Festigkeitscharakteristika sind herabgesetzt. Daher haben wir die zahlenmäßige Dichte der Präzipitationsphase A auf 1 × 10³ bis 3 × 10⁵/mm² festgesetzt.
Andererseits verbessert eine feine Präzipitationsphase B, welche im Nanometerbereich präzipitiert, die Festigkeitscharakteristika. Die benötigten Festigkeitscharakteristika können nicht erreicht werden, sofern nicht die zahlenmäßige Dichte der Präzipitationsphase B wenigstens dem 10-fachen oder mehr von der der Präzipitationsphase A beträgt. Wenn die feine Präzipitationsphase in ihrer Menge übermäßig ansteigt, wird die zahlenmäßige Dichte der groben Präzipitationsphase A, welche die Stanzbarkeit verbessert, verringert. Daher kann die zahlenmäßige Dichte der Präzipitationsphase B passenderweise so festgesetzt werden, dass ausreichende Festigkeitscharakteristika und Stanzbarkeit erhalten werden. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kupferlegierungsblech mit verbesserter Stanzbarkeit durch Beschränken von Größe und zahlenmäßiger Dichte, von sowohl der Präzipitationsphase A aus Cr oder einer Cr-Verbindung als auch der Präzipitationsphase B, wie auch dem Cr-Gehalt.
Sn besitzt eine vorteilhafte Wirkung auf die Steigerung der Festigkeitscharakteristika des Materials. Wenn dessen Gehalt niedriger ist als 0,1 Gew.-%, kann die vorteilhafte Wirkung nicht hinlänglich erzielt werden. Wenn 0,5 Gew.-% überschritten werden, wird die Leitfähigkeit deutlich verringert. Daher reicht der Sn-Gehalt von 0,1 bis 0,5 Gew.-%.
Zn besitzt eine vorteilhafte Wirkung der Verbesserung der Lotablösebeständigkeit oder Beschichtung unter Hitze bei Sn-Beschichtung oder Lotbeschichtung, und Migrationsbeständigkeit. Insbesondere wenn Zn als Leiterplatine verwendet wird oder als ein Anschluß, ist die Verschlechterung des Lotteils mit der Zeit nach der Anbringung wichtig. Somit ist die Zugabe von Zn unerläßlich. Wenn dessen Gehalt weniger als 0,1 Gew.-% beträgt, kann keine ausreichende vorteilhafte Wirkung erzielt werden. Umgekehrt, wenn der Gehalt 0,5 Gew.-% überschreitet, kann ein vorteilhafter Effekt, proportional zu einer derartigen Menge nicht erhalten werden, und zusätzlich ist die Leitfähigkeit vermindert. Daher reicht der Gehalt von Zn von 0,1 bis 0,5 Gew.-%.
Pb, Bi, Ca, Sr, Te, Se und ein Seltenerdenelement, wie Sc, Y oder La können zur Verbesserung der Stanzbarkeit zugegeben werden. Diese Elemente besitzen geringe Festkörperlöslichkeit in der Cu-Matrix und sie sind in der Cu-Matrix dispergiert und sie können somit die Stanzbarkeit, als Ausgangspunkt des Bruchs, wie Cr oder eine Cr-Verbindung, verbessern. Diese Elemente verursachen jedoch Nachteile hinsichtlich der für die Produktion notwendigen Eigenschaften, wie der Gußeigenschaft oder Warmverarbeitungseigenschaft und daher muß deren Zugabemenge strikt kontrolliert werden.
Pb und Bi sind in der Cu-Matrix kaum festkörperlöslich und daher ist die Wirkung auf die Verbesserung der Stanzbarkeit deutlich. Es ist erkannt worden, dass die Wirkung auf die Verbesserung der Stanzbarkeit auftritt, wenn diese in Mengen von 0,001 Gew.-% oder mehr an Pb bzw. Bi zugegeben werden. Die Herstellungseigenschaften werden jedoch durch solche Zugabe bedeutend beeinflußt und eine Legierung kann nicht normal hergestellt werden, wenn Pb und Bi 0,06 Gew.-% überschreitend zugegeben werden.
Eine Wirkung auf die Verbesserung der Stanzbarkeit tritt durch Zugabe von Ca, Sr, Te, Se und einem Seltenerdenelement in einer Menge von 0,005 Gew.-% oder mehr an Ca, Sr, Te, Se bzw. einem Seltenerdenelement auf. Wenn diese Elemente 0,1 Gew.-% überschreitend zugegeben werden, wird die Gußeigenschaft und Warmverarbeitungseigenschaft geschädigt.
Daher wird die Zugabemenge eines dieser Elemente wie oben beschrieben kontrolliert und die Gesamtzugabemenge von zwei oder mehreren Elementen ist auf 0,001 bis 0,1 Gew.-% festgelegt.
Im folgenden wird Si, enthalten in einer Kupferlegierung gemäß der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform dieser Erfindung beschrieben.
Si bildet durch dessen Zugabe in geringer Menge eine Cr-Si-Verbindung, die Cr leicht präzipitieren läßt. Die Folge war, dass die zahlenmäßige Dichte einer Präzipitationsphase A ansteigt und die Stanzbarkeit deutlich verbessert ist. Wenn der Gehalt weniger als 0,005 Gew.-% beträgt, wird die Cr-Si-Verbindung kaum gebildet. Wenn er 0,1 Gew.-% übersteigt, wächst die Präzipitationsphase A übermäßig an, wobei die Präzipitationsphase B mit diesem Anwachsen verringert wird und die Festigkeitscharakteristik verschlechtert wird. Zusätzlich steigt die Menge an Si in der festen Lösung und die Leitfähigkeit nimmt ab.
Vorzugsweise wird Si zugegeben, um Cr:Si = 3:1 im Sinne des Verhältnisses der Anzahl der Atome zu ergeben, so dass Si als Cr₃Si existieren kann.
Im folgenden werden Gründe beschrieben, weshalb Si aus einer Anzahl von Elementen gewählt wurde.
Gemäß einem der Ziele der vorliegenden Erfindung ist es erforderlich Cr-Verbindungen durch Reaktion mit Cr herzustellen. Elemente zur Herstellung von Cr-Verbindungen schließen P, S, O, Ge und Pt, wie auch Si ein. Unter diesen besitzen P, S und O eine sehr starke Kraft Cr zu binden, da sie Nichtmetallelemente sind und eine Verbindung wird während des Lösens und/oder Gießens erhalten. Daher ist deren Dispersionszustand im wesentlichen nicht kontrollierbar.
Darüber hinaus werden Ge und Pt kaum gelöst und sie sind teuer, so dass deren Verwendung nicht praktikabel ist. Daher wurde Si gewählt, welches in jeder Hinsicht am wirksamsten ist.
Bei der oben beschriebenen Verbindung der vorliegenden Erfindung ist das Herstellungsverfahren wichtig, um vorzugsweise die benötigten Charakteristika zu erhalten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wird die zahlenmäßige Dichte der großen Präzipitationsphase A, welche die Stanzbarkeit verbessert, so kontrolliert, dass sie 1 × 10³ bis 3 × 10⁵/mm² beträgt, indem die Temperatur der Hitzebehandlung vor der Warmverarbeitung auf 910 bis 940°C beschränkt ist.
Gewöhnlich überschritt, im Falle der Legierungen einer Cu-Cr-Reihe, die Temperatur der Hitzebehandlung vor der Warmverarbeitung 980°C. Dies ist so, weil die obige Hitzebehandlung so durchgeführt wurde, dass Cr vollständig als feste Lösung gelöst wurde und die Hitzebehandlung nicht bei einer Temperatur von 980°C oder weniger durchgeführt wurde, bei welcher Cr präzipitiert.
Wenn die Temperatur der Hitzebehandlung höher als 980°C ist, wird die zahlenmäßige Dichte der Präzipitationsphase A aus groben Cr oder einer Cr-Verbindung mit einem Maximaldurchmesser von 0,1 bis 10 μm verringert und die Stanzbarkeit ist nicht verbessert.
Umgekehrt, wenn die Temperatur der Hitzebehandlung weniger als 880°C beträgt, ist die zahlenmäßige Dichte der Präzipitationsphase A übermäßig hoch. Daher wird die zahlenmäßige Dichte der Präzipitationsphase B mit 0,001 bis 0,030 μm, welche im nachfolgenden Verfahren präzipitiert, verringert, und die verlangte Festigkeitscharakteristik kann nicht erhalten werden.
Von einem solchen Standpunkt aus, ist die Temperatur der Hitzebehandlung vor der Warmverarbeitung im Bereich von 910 bis 940°C.
In der vorliegenden Erfindung, wird die zahlenmäßige Dichte der feinen Präzipitationsphase B, welche zur Verbesserung der Festigkeitscharakteristika beiträgt, so kontrolliert, dass sie das 10-fache oder mehr von der der Präzipitationsphase A beträgt, indem die Temperatur der Alterungsbehandlung auf 360 bis 470°C beschränkt wird.
Wenn die Temperatur der Alterungsbehandlung weniger als 360°C beträgt, präzipitiert die Präzipitationsphase B nicht ausreichend. Wenn die Temperatur 470°C übersteigt, wird die Präzipitationsphase B vergröbert. In jedem Fall können die benötigten Festigkeitscharakteristika nicht erzielt werden. Diese Alterungsbehandlung, die auf die Heißverarbeitung folgt, wird vor oder nach der Kaltverarbeitung ausgeführt. Wie dem auch sei, die Behandlung kann während der Kaltverarbeitung durchgeführt werden. In diesem Fall wird empfohlen, dass das Glühen bei einer vergleichsweise niedrigen Temperatur nach der Kaltverarbeitung angewendet wird und dass Arbeitsverformung (working strain) verringert wird.
Wenn obiges Niedertemperaturglühen als diskontinuierliches Glühen angewendet wird, wird das Glühen vorzugsweise 0,5 bis 5 Stunden bei einer Temperatur von 200 bis 400°C durchgeführt. Wenn das obige Glühen als laufendes Glühen angewendet wird, wird das Glühen vorzugsweise 5 bis 60 Sekunden bei einer Temperatur von 600 bis 800°C durchgeführt.
Eine Korrekturbehandlung kann mittels einer Spannungsrichtmaschine, einer Rollenrichtmaschine oder dergleichen, vor oder nach der letzten Wärmebehandlung (Alterungsbehandlung oder Niedertemperaturglühen), je nach Bedarf, durchgeführt werden.
Wie oben beschrieben, wird gemäß der erfindungsgemäßen Cu-Legierung in der Cu-Matrix einer Legierung einer Cu-Cr-Reihe eine Präzipitationsphase A aus Cr oder einer Cr-Verbindung mit 0,1 bis 10 μm Maximaldurchmesser bei einer zahlenmäßigen Dichte von 1 × 10³ bis 3 × 10⁵/mm² bereitgestellt, um die Stanzbarkeit zu verbessern und eine Präzipitationsphase B aus Cr oder einer Cr-Verbindung mit 0,001 bis 0,030 μm Maximaldurchmesser bei einer Dichte des 10-fachen oder mehr von der der Präzipitationsphase A bereitgestellt, um die Festigkeitscharakteristika zu verbessern. Diese Legierung kann für allgemeine leitende Materialien, wie Anschlußverbindungen, Schaltern, mittels einer Presse gestanzte Relaismaterialien, einschließlich Multipin- und feingestanzten Small-Pitch-Leiterplatinen eingesetzt werden, wobei eine Verbesserung der Produktivität sichergestellt wird. Zusätzlich kann das erfindungsgemäße Kupferlegierungsblech leicht hergestellt werden, indem es einer Hitzebehandlung bei einer Temperatur von 910 bis 940°C vor der Warmverarbeitung unterworfen wird und indem es einer Alterungsbehandlung bei 360 bis 470°C vor oder nach der Kaltverarbeitung unterworfen wird. Daher wird vom industriellen Standpunkt aus eine deutlich vorteilhafte Wirkung erzielt.
Die vorliegende Erfindung wird in größerem Detail basierend auf den unten angegebenen Beispielen beschrieben, aber die vorliegende Erfindung soll nicht als durch diese Beispiele beschränkt angesehen werden.
Beispiele
(Beispiel 1)
Eine Legierung, deren Zusammensetzung innerhalb der Definition gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in Tabelle 1 gezeigt, lag, wurde in einem Hochfrequenzschmelzofen geschmolzen und die geschmolzene Legierung wurde zu einem Gußblock von 30 mm Dicke, 100 mm Breite und 150 mm Länge gegossen. Dieser Gußblock wurde 2 Stunden einer Hitzebehandlung bei 930°C unterzogen und dann wurde er auf 11 mm Dicke warmgewalzt. Nach dem Warmwalzen wurde das warmgewalzte Metall sofort in Wasser eingetaucht und schnell abgekühlt. Dann wurde beide Oberflächen um 1 mm geschält und dann wurde das resultierende Material auf 0,25 mm Dicke kaltgewalzt. Dieses kaltgewalzte Material wurde 2 Stunden einer Alterungsbehandlung bei 425°C in der Atmosphäre eines inaktiven Gases unterworfen. Dann wurde das bearbeitete Material um vollendet zu werden auf 0,15 mm kaltgewalzt und es wurde es wurde 2 Stunden Niedertemperaturglühen bei 300°C unterzogen, um ein Kupferlegierungsblech herzustellen.
(Vergleichsbeispiel 1)
Ein Kupferlegierungsblech wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass eine Legierung Verwendung fand, deren Zusammensetzung außerhalb der Definition gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in Tabelle 1 gezeigt, lag.
Jedes Teststück wurde aus jedem der Kupferlegierungsbleche, hergestellt in Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1, ausgeschnitten, und wir untersuchten jeweils die zahlenmäßige Dichte der Präzipitationsphasen A und B, Zugfestigkeit, Elongation, elektrische Leitfähigkeit, Stanzbarkeit und Lotablösebeständigkeit oder Beschichtung unter Hitze.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
Bezüglich der zahlenmäßigen Dichte der Präzipitationsphase A wurde das Teststück 30 Sekunden in eine sauere Wasserlösung getaucht (6 Vol.-% H₂SO₄ + 7 Vol.-% H₂O₂) und dann wurde es geätzt. Dann wurde die Oberfläche des resultierenden Teststücks unter Verwendung eines Scanning-Elektronenmikroskops (×500) photographiert, um die zahlenmäßige Dichte zu bestimmen.
Die zahlenmäßige Dichte der Präzipitationsphase B wurde unter Verwendung eines Transmissions-Elektronenmikroskops bestimmt. Die Beschleunigungsspannung wurde auf 300 kV festgelegt.
Im Transmissions-Elektronenmikroskop kann die zahlenmäßige Dichte der Präzipitationsphase B abhängig von der Dicke der Prüfstücke unterschiedlich erscheinen. Daher wurde die zahlenmäßige Dichte an drei Stellen unterschiedlicher Dicke eines jeden Prüfstücks bestimmt. Dann wurde, nur wenn die zahlenmäßige Dichte der Präzipitationsphase B dem 10-fachen oder mehr von der der Präzipitationsphase A an jeder der obigen drei Stellen entsprach, dies als „die zahlenmäßige Dichte der Präzipitationsphase B entsprach dem 10-fachen oder mehr von der der Präzipitationsphase A” definiert.
Die Zugfestigkeit (TS) und Elongation (El) wurden gemäß JIS Z 2241 bestimmt und die elektrische Leitfähigkeit (EC), die die thermische und elektrische Leitfähigkeit kennzeichnet, wurde gemäß JIS H 005 bestimmt.
Durch Stanzen einer Anzahl rechtwinkliger Löcher (1 mm × 5 mm) mit einem Werkzeug, wurde die Stanzbarkeit hinsichtlich eines FAR (Fracture Area Ratio; Bruchflächenverhältnisses), einer Grathöhe (burring height) und eines Abriebverschleißes des Stanzwerkzeugs untersucht. Das Werkzeug und der Stempel des obigen Stanzwerkzeugs wurden aus einer ultraharten Legierung hergestellt und der freie Raum zwischen beiden wurde auf 9 μm (6% im Verhältnis zur Blechdicke) eingestellt.
Hinsichtlich des obigen FAR wurde eine als rechteckiges Loch herausgearbeitete Fläche beobachtet und die Dicke „t„ des Bruchbereichs wurde bestimmt. Der Wert (t/T), erhalten durch Dividieren des gemessenen Werts „t„ durch die Dicke „T„ eines Prüfstücks vor dem Stanzen, wurde an 20 Stellen berechnet und die Bewertung wurde am Durchschnittswert (Prozent) durchgeführt. Mit steigendem FAR kann bessere Stanzbarkeit erzielt werden.
Hinsichtlich der Grathöhe wurde die Höhe des Grats an der Kante des rechteckigen Lochs an 20 Stellen unter Verwendung eines Form-Meßinstrument des Kontakttyps bestimmt und durch dessen Durchschnittswert bezeichnet.
Der Abriebverschleiß des Stanzwerkzeugs wurde unter Verwendung eines Konturform-Meßinstruments des Kontaktnadeltyps bewertet, indem die Differenz (S – s) zwischen einer anfänglichen Schnittfläche „S„ an der spitzen Endfläche eines Stempels und einer Schnittfläche „s„ nach 1000000 Stanzvorgängen erhalten wurde.
Hinsichtlich der Lotablösebeständigkeit oder Beschichtung unter Hitze wurde ein Löthilfsmittel auf Harzbasis auf das Prüfstück aufgebracht, das verwendete Prüfstück wurde 5 Sekunden bei 230°C in ein eutektisches Lot (Pb- 63 Gew.-% Sn-Legierung) getaucht, wobei das Lot abgeschieden wurde. Dann wurde das getauchte Prüfstück 1000 Stunden auf 150°C in atmosphärischer Luft erhitzt, das erhitzte Prüfstück wurde um 180 Grad auf Kontakt gebogen und dann zurück gebogen. Dann wurde zur Beurteilung mit bloßem Auge beobachtet, ob am zurückgebogenen Teil Lotablösung oder keine solche auftrat.
Wie aus dem Ergebnis aus Tabelle 2 ersichtlich, zeigen Nr. 1 bis Nr. 12 und Nr. 41, welche Beispiele gemäß der vorliegenden Erfindung sind, ausgezeichnete Stanzbarkeit und sie besaßen auch gute Lotablösebeständigkeit oder Hitzebeschichtung.
Im Gegensatz dazu waren Nr. 13 und Nr. 14, mit zu geringem Anteil an Cr, welche Vergleichsbeispiele sind, hinsichtlich der Stanzbarkeit, aufgrund von deren geringem Anteil an Präzipitationsphase A, schlecht. No. 15, mit zu hohem Anteil an Sn, war hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit schlecht und Nr. 16, Zn-frei, war hinsichtlich der Lotablösebeständigkeit oder Hitzebeschichtung schlecht. Nr. 17, mit zu hohem Anteil an Cr, wurde beim Stanzen merklich abgenutzt. Nr. 18, mit zu hohem Anteil an Si, war hinsichtlich der zahlenmäßigen Dichte der Präzipitationsphase A hoch, während die zahlenmäßige Dichte der Präzipitationsphase B erniedrigt war, wodurch die Festigkeitscharakteristika schlecht waren. Nr. 19, mit einer Gesamtmenge von mehr als 0,1 Gew.-% der obigen Elemente und Nr. 42, mit einem zu großen Anteil an Bi, wurden nicht gewöhnlich hergestellt, da während des Warmwalzens Risse auftraten.
(Beispiel 2)
Ein Kupferlegierungsblech wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass Legierung Nr. 5, deren Zusammensetzung, wie in Tabelle 1 gezeigt, innerhalb der Definition gemäß der vorliegenden Erfindung war, eingesetzt wurde und Hitzebehandlung vor dem Warmwalzen und Alterungsbehandlung nach dem Kaltwalzen auf verschiedene Weise unter den Bedingungen innerhalb der Definition gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in obigem Punkt (5) dargelegt, geändert wurden.
(Vergleichsbeispiel 2)
Ein Kupferlegierungsblech wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 2 hergestellt, außer dass Hitzebehandlung vor dem Warmwalzen oder Alterungsbehandlung nach dem Kaltwalzen auf verschiedene Weise außerhalb der Bedingungen der Definition gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in obigem Punkt (5) dargelegt, geändert wurden.
Jedes Prüfstück wurde aus jedem der in Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2 hergestellten Kupferlegierungsbleche geschnitten und eine Reihe von Charakteristika wurden in gleicher Weise wie in Beispiel 1 untersucht.
Die Herstellungsbedingungen sind in Tabelle 3 dargestellt und die Prüfungsergebnisse sind in Tabellen 3 und 4 dargestellt.
Wie aus den Ergebnissen aus Tabellen 3 und 4 ersichtlich, zeigen Nr. 21 bis Nr. 28, welche Beispiele gemäß der vorliegenden Erfindung sind, ausgezeichnete Stanzbarkeit und sie besaßen auch gute Lotablösebeständigkeit oder Hitzebeschichtung.
Im Gegensatz dazu war in Nr. 29, welches ein Vergleichsbeispiel ist, die Hitzebehandlungstemperatur vor dem Warmwalzen zu hoch. Somit existierte die Präzipitationsphase A kaum und die Stanzbarkeit war niedrig.
In Nr. 30, welches ein weiteres Vergleichsbeispiel ist, war die Hitzebehandlungstemperatur vor dem Warmwalzen zu gering. Somit wurde die zahlenmäßige Dichte der Präzipitationsphase A zu hoch, während die zahlenmäßige Dichte der Präzipitationsphase B herabgesetzt wurde und daher die Festigkeitscharakteristika herabgesetzt wurden. Die Stanzbarkeit war trotz einer großen Anzahl grober Präzipitationsphase A schlecht. Dies ist so, weil eine bestimmte mechanische Festigkeit benötigt wird, um die Stanzbarkeit zu verbessern.
In Nr. 31, welches ein weiteres Vergleichsbeispiel ist, war die Temperatur der Alterungsbehandlung zu niedrig. Daher war die Menge an Elementen in fester Lösung erhöht und die Leitfähigkeit verringert.
In Nr. 32, welches ein weiteres Vergleichsbeispiel ist, betrug die Alterungsbehandlungstemperatur 630°C. Daher wurde die Präzipitationsphase B kaum beobachtet, die mechanische Festigkeit war ziemlich niedrig und die Stanzbarkeit war schlecht. Darüber hinaus war eine große Anzahl an Elementen in fester Lösung vorhanden und somit war die elektrische Leitfähigkeit vergleichsweise niedrig. In diesem Prüfstück wurde anstelle der feinen Präzipitationsphase B eine große Anzahl an Präzipitationsphasen mit einem Maximaldurchmesser von 0,04 bis 0,07 μm beobachtet, welche durch Wachsen der Präzipitationsphase B resultierten.
Nachdem unsere Erfindung bezugnehmend auf die vorliegenden Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es unsere Intention, dass die Erfindung, sofern nicht anders angegeben, nicht auf irgendeines der Details der Beschreibung beschränkt ist, sondern eher breit, innerhalb des Geistes und Umfangs, wie durch die begleitenden Ansprüche dargelegt, aufgefasst wird.

Claims

Kupferlegierungsblech mit ausgezeichneter Stanzbarkeit, umfassend 0,2 bis 0,35 Gew.-% Cr, 0,1 bis 0,5 Gew.-% Sn, 0,1 bis 0,5 Gew.-% Zn und 0,005 bis 0,1 Gew.-% Si, wobei der Rest Cu und unvermeidbare Verunreinigungen enthält, wobei in einer Cu-Matrix eine Präzipitationsphase A aus Cr oder einer Cr-Verbindung mit einem Maximaldurchmesser von 0,1 bis 10 μm in einer zahlenmäßigen Dichte von 1 × 10³ bis 3 × 10⁵/mm² vorliegt, und eine Präzipitationsphase B aus Cr oder einer Cr-Verbindung mit einem Maximaldurchmesser von 0,001 bis 0,030 μm in einer zahlenmäßigen Dichte, die dem 10-fachen oder mehr von der der Präzipitationsphase A entspricht, vorliegt, erhältlich durch ein Verfahren, in dem die Kupferlegierung wenigstens einer Warmverarbeitung und einer Kaltverarbeitung unterzogen wird, wobei eine Hitzebehandlung bei einer Temperatur von 910 bis 940°C für zwei Stunden vor der Warmverarbeitung angewendet wird, wobei die Warmverarbeitung durch Warmwalzen durchgeführt wird, wobei das warmgewalzte Blech schnell abgekühlt wird, indem es in Wasser eingetaucht wird, und wobei Alterungsbehandlung bei einer Temperatur von 360 bis 470°C vor oder nach der Kaltverarbeitung angewendet wird.
Kupferlegierungsblech mit ausgezeichneter Stanzbarkeit, umfassend 0,2 bis 0,35 Gew.-% Cr, 0,1 bis 0,5 Gew.-% Sn, 0,1 bis 0,5 Gew.-% Zn, 0,005 bis 0,1 Gew.-% Si und des weiteren umfassend wenigstens eines gewählt aus der Gruppe bestehend aus 0,001 bis 0,06 Gew.-% Pb, 0,001 bis 0,06 Gew.-% Bi, 0,005 bis 0,1 Gew.-% Ca, 0,005 bis 0,1 Gew.-% Sr, 0,005 bis 0,1 Gew.-% Te, 0,005 bis 0,1 Gew.-% Se, und 0,005 bis 0,1 Gew.-% eines Seltenerdenelements, in einer Gesamtmenge von 0,001 bis 0,1 Gew.-%, wobei der Rest aus Cu und unvermeidbare Verunreinigungen besteht, wobei in einer Cu-Matrix eine Präzipitationsphase A aus Cr oder einer Cr-Verbindung mit einem Maximaldurchmesser von 0,1 bis 10 μm in einer zahlenmäßigen Dichte von 1 × 10³ bis 3 × 10⁵/mm² vorliegt, und eine Präzipitationsphase B aus Cr oder einer Cr-Verbindung mit einem Maximaldurchmesser von 0,001 bis 0,030 μm in einer zahlenmäßigen Dichte, die dem 10-fachen oder mehr von der der Präzipitationsphase A entspricht, vorliegt erhältlich durch ein Verfahren, in dem die Kupferlegierung wenigstens einer Warmverarbeitung und einer Kaltverarbeitung unterzogen wird, wobei eine Hitzebehandlung bei einer Temperatur von 910 bis 940°C für zwei Stunden vor der Warmverarbeitung angewendet wird, wobei die Warmverarbeitung durch Warmwalzen durchgeführt wird, wobei das warmgewalzte Blech schnell abgekühlt wird, indem es in Wasser eingetaucht wird, und wobei Alterungsbehandlung bei einer Temperatur von 360 bis 470°C vor oder nach der Kaltverarbeitung angewendet wird.
Kupferlegierungsblech, wie in Anspruch 2 beansprucht, wobei die Kupferlegierung wenigstens eines enthält, das ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus 0,001 bis 0,06 Gew.-% Pb und 0,001 bis 0,06 Gew.-% Bi in einer Gesamtmenge von 0,001 bis 0,1 Gew.-%.
Kupferlegierungsblech, wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, wobei Si zugegeben ist, um Cr:Si = 3:1 im Sinne des Verhältnisses der Anzahl der Atome zu ergeben.
Verfahren zur Herstellung eines Kupferlegierungsblechs mit ausgezeichneter Stanzbarkeit, umfassend 0,2 bis 0,35 Gew.-% Cr, 0,1 bis 0,5 Gew.-% Sn, 0,1 bis 0,5 Gew.-% Zn und 0,005 bis 0,1 Gew.-% Si, wobei der Rest Cu und unvermeidbare Verunreinigungen enthält, wobei in einer Cu-Matrix eine Präzipitationsphase A aus Cr oder einer Cr-Verbindung mit einem Maximaldurchmesser von 0,1 bis 10 μm in einer zahlenmäßigen Dichte von 1 × 10³ bis 3 × 10⁵/mm² vorliegt, und eine Präzipitationsphase B aus Cr oder einer Cr-Verbindung mit einem Maximaldurchmesser von 0,001 bis 0,030 μm in einer zahlenmäßigen Dichte, die dem 10-fachen oder mehr von der der Präzipitationsphase A entspricht, vorliegt, wobei das Herstellungsverfahren die Schritte umfasst, dass die Kupferlegierung wenigstens einer Warmverarbeitung und einer Kaltverarbeitung unterzogen wird, wobei eine Hitzebehandlung bei einer Temperatur von 910 bis 940°C für zwei Stunden vor der Warmverarbeitung angewendet wird, wobei die Warmverarbeitung durch Warmwalzen durchgeführt wird, wobei das warmgewalzte Blech schnell abgekühlt wird, indem es in Wasser eingetaucht wird, und wobei Alterungsbehandlung bei einer Temperatur von 360 bis 470°C vor oder nach der Kaltverarbeitung angewendet wird.
Verfahren zur Herstellung eines Kupferlegierungsblechs mit ausgezeichneter Stanzbarkeit, umfassend 0,2 bis 0,35 Gew.-% Cr, 0,1 bis 0,5 Gew.-% Sn, 0,1 bis 0,5 Gew.-% Zn, 0,005 bis 0,1 Gew.-% Si und des weiteren umfassend wenigstens eines gewählt aus der Gruppe bestehend aus 0,001 bis 0,06 Gew.-% Pb, 0,001 bis 0,06 Gew.-% Bi, 0,005 bis 0,1 Gew.-% Ca, 0,005 bis 0,1 Gew.-% Sr, 0,005 bis 0,1 Gew.-% Te, 0,005 bis 0,1 Gew.-% Se, und 0,005 bis 0,1 Gew.-% eines Seltenerdenelements, in einer Gesamtmenge von 0,001 bis 0,1 Gew.-%, wobei der Rest Cu und unvermeidbare Verunreinigungen enthält, wobei in einer Cu-Matrix eine Präzipitationsphase A aus Cr oder einer Cr-Verbindung mit einem Maximaldurchmesser von 0,1 bis 10 μm in einer zahlenmäßigen Dichte von 1 × 10³ bis 3 × 10⁵/mm² vorliegt, und eine Präzipitationsphase B aus Cr oder einer Cr-Verbindung mit einem Maximaldurchmesser von 0,001 bis 0,030 μm in einer zahlenmäßigen Dichte, die dem 10-fachen oder mehr von der der Präzipitationsphase A entspricht, vorliegt, wobei das Herstellungsverfahren die Schritte umfasst, dass die Kupferlegierung wenigstens einer Warmverarbeitung und einer Kaltverarbeitung unterzogen wird, wobei eine Hitzebehandlung bei einer Temperatur von 910 bis 940°C für zwei Stunden vor der Warmverarbeitung angewendet wird, wobei die Warmverarbeitung durch Warmwalzen durchgeführt wird, wobei das warmgewalzte Blech schnell abgekühlt wird, indem es in Wasser eingetaucht wird, und wobei Alterungsbehandlung bei einer Temperatur von 360 bis 470°C vor oder nach der Kaltverarbeitung angewendet wird.
Verfahren, wie in Anspruch 6 beansprucht, wobei die Kupferlegierung wenigstens eines enthält, das ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus 0,001 bis 0,06 Gew.-% Pb und 0,001 bis 0,06 Gew.-% Bi in einer Gesamtmenge von 0,001 bis 0,1 Gew.-%.
Verfahren, wie in einem der Ansprüche 5, 6 oder 7 beansprucht, wobei Si zugegeben wird, um Cr:Si = 3:1 im Sinne des Verhältnisses der Anzahl der Atome zu ergeben.
Verfahren, wie in einem der Ansprüche 5 bis 8 beansprucht, wobei die Alterungsbehandlung im Verlauf der Kaltverarbeitung angewendet wird.
Verfahren, wie in Anspruch 9 beansprucht, wobei nach der Kaltverarbeitung, ein Niedertemperaturglühen gemäß diskontinuierlichem Glühen bei einer Temperatur von 200 bis 400°C für 0,5 bis 5 Stunden angewendet wird.
Verfahren, wie in Anspruch 9 beansprucht, wobei nach der Kaltverarbeitung, ein Niedertemperaturglühen gemäß laufendem Glühen bei einer Temperatur von 600 bis 800°C für 5 bis 60 Sekunden angewendet wird.