JP2001158927A - 熱間加工性に優れた銅合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】鋳造割れや、熱間加工時に割れを発生させるこ
とがなく、さらに、機械的特性および耐熱性にも優れる
銅合金を提供する。 【解決手段】Ｆｅを１．８〜２．３重量％、Ｐを０．０
１〜０．１重量％、Ｚｎを０．０５〜１．０重量％、Ｓ
ｎを０．０５〜０．３重量％、およびＣを４〜１００重
量ｐｐｍ含有し、残部がＣｕより成る銅合金。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱間加工性に優れ
た銅合金に関し、特に、熱間加工時に割れを発生させる
ことのないＣｕ−Ｆｅ系銅合金に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置のリードフレーム等の
電子部品、あるいは端子、コネクター等の電気部品に使
用される銅合金として、Ｆｅを１．５〜３重量％含有
し、さらに、０．０１〜０．１重量％のＰと０．０３〜
１重量％のＺｎを含有し、残りがＣｕおよび不可避的不
純物から成る合金組成を有し、優れた強度と導電性を兼
ね備えた銅合金が知られている。

【０００３】このＣｕ−Ｆｅ系合金においては、Ｆｅの
含有量が１．５〜３重量％のときに優れた強度と導電性
が得られるとされているが、実際には、２．３重量％を
超えてＦｅが存在するとＦｅ系晶出物が巨大化しやすく
なる性質を有しており、従って、一般には、Ｆｅの量を
１．５〜２．３重量％に設定するのが普通である。

【０００４】通常、この銅合金からリードフレーム等を
製造するには、次の手順を経る。まず、前記成分組成と
なるように素材を溶解して銅合金の溶湯を調整し、これ
を連続あるいは半連続的に鋳造して鋳塊を製造し、次い
で、この鋳塊を８００〜１０５０℃の高温で熱間圧延す
ることによって熱延板を製作する。

【０００５】次に、製作された熱延板を水冷して面削加
工した後、冷間圧延、時効熱処理および表面研磨加工を
繰り返し行い、最終圧延加工と歪み取り焼鈍処理を施す
ことにより銅合金条を製造し、その後、この銅合金条に
プレス加工、打ち抜き加工、曲げ加工等の金属加工を加
え、メッキ処理を施すことによって所定のリードフレー
ムあるいは端子、コネクタ等とする。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のこの種
の銅合金によると、鋳造割れや、熱間圧延の際に熱延材
のエッジ部に耳割れを発生させやすい問題を有してい
る。一旦、耳割れを発生させた熱延材は、銅合金条に加
工した後にその耳割れ部を除去したとしても、熱間加工
中の粒界割れを原因とした欠陥部を内蔵させていること
が多く、このため、このような銅合金条を使用してリー
ドフレームを製造すると、打ち抜き加工や曲げ加工時に
おけるリードの折損、あるいは熱処理段階での割れやメ
ッキ膨れなどを多発させる恐れがある。

【０００７】従って、本発明の目的は、鋳造割れや熱間
加工時の耳割れを防ぐことのできる熱間加工性に優れた
銅合金を提供することにある。また、本発明の他の目的
は、従来のＣｕ−Ｆｅ系合金よりも機械的特性および耐
熱性を向上させた熱間加工性に優れる銅合金を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、Ｆｅを１．８〜２．３重量％、Ｐを０．
０１〜０．１重量％、Ｚｎを０．０５〜１．０重量％、
Ｓｎを０．０５〜０．３重量％、およびＣを４〜１００
重量ｐｐｍ含有し、残りがＣｕの合金から成ることを特
徴とする熱間加工性に優れた銅合金を提供するものであ
る。

【０００９】一般に、銅合金等の連続あるいは半連続鋳
造においては、鋳塊表層の数ｍｍを除いた内部は、徐々
に冷却される形で凝固する。このため、凝固後の冷却過
程では、限界を超えて固溶した合金元素が、結晶粒界お
よび結晶粒内に析出するようになる。

【００１０】一方、Ｃｕ−Ｆｅ系合金の常温でのＣｕ中
へのＦｅの固溶は、０．３％以下であり、従って、たと
えば、Ｃｕ−２．３％Ｆｅ−０．０３％Ｐ−０．１２％
Ｚｎの銅合金の場合には、２％以下のＦｅが結晶粒界お
よび結晶粒内に析出することになるが、結晶粒界にＦｅ
が多量に析出すると、高温下での粒界のすべりが起きに
くくなり、このため、粒界の高温強度が悪化して熱間加
工時に割れが発生するようになる。

【００１１】本発明は、特定の合金元素を特定の量のも
とに添加することにより鋳造組織の結晶粒を微細化する
とともに、結晶粒界へのＦｅの析出を抑制し、これによ
って粒界の中高温強度と中高温脆性を改善して熱間加工
性を向上させ、さらに、機械的特性および耐熱性の面で
も特性の向上を図るもので、以下、各元素の添加理由
と、その添加量設定の根拠を述べる。

【００１２】Ｆｅには、Ｃｕ中に固溶および析出して強
度および耐熱性を向上させる作用があり、この作用に充
分なものを得るためには、少なくとも１．８重量％が必
要となる。また、添加量が２．３重量％を超過すると、
鋳造中に晶出あるいは析出するＦｅの粒子が巨大化し、
プレス加工等の金属加工性の悪化、あるいは得られるリ
ードフレーム等の半田付け時の劣化やメッキの膨れ等の
不具合を招くようになる。従って、Ｆｅの添加量は、
１．８〜２．３重量％に制限される。より好ましい添加
量としては、１．９〜２．２重量％に設定することがで
きる。

【００１３】Ｐは、銅合金を溶解させて鋳造するときの
脱酸のために混入される。その添加量は、下限において
は充分な脱酸作用を得るため、そして、上限において
は、脱酸効果が飽和するようになることと導電率および
加工性を維持する目的から、０．０１〜０．１重量％の
範囲に設定される。より好ましい添加量は、０．０２〜
０．０５重量％である。

【００１４】Ｚｎには、脱酸および脱ガス作用と、Ｃｕ
のマイグレーション形成を抑えて漏洩電流を抑制する作
用があり、これらの作用を得るためには、少なくとも
０．０５重量％が必要となる。また、その上限値として
は、１．０重量％に設定する必要があり、これを超える
と、導電性が低下するので避ける必要がある。より好ま
し範囲としては、０．０８〜０．２重量％に設定するこ
とができる。

【００１５】Ｓｎは、Ｃｕ中に固溶しての強度および耐
熱性の向上と、鋳造中におけるＦｅ粒子晶出の分散化の
ために混入される。これらの目的のためには、少なくと
も０．０５重量％が必要であり、一方、添加量が０．３
重量％を超過すると、混入効果が飽和するとともに導電
率を低下させるようになる。より好ましいＳｎの含有量
は、０．１〜０．２重量％である。

【００１６】Ｃには、溶湯中のＦｅと反応して結晶核と
なるＦｅ−Ｃ粒子を形成し、これにより鋳造組織を微細
化する作用があり、この作用に適度なものを得るために
は、含有量を４〜１００重量ｐｐｍに設定する必要があ
る。Ｃ量が４重量ｐｐｍを下廻ると、上記の作用に充分
なものが得られず、逆に、１００重量ｐｐｍを超過する
ときには、０．０１ｍｍ以上の粗大なＦｅ−Ｃ粒子を形
成するようになる。より好ましいＣ量としては、５〜５
０重量ｐｐｍの範囲に設定することができる。

【００１７】なお、本発明による銅合金の中には、不可
避的に混入する不純物は当然含まれ、また、発明の目的
を阻害しないかぎり、他の成分の添加が可能である。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、本発明による熱間加工性に
優れた銅合金の実施の形態を説明する。電気銅をカーボ
ン粉末で被覆することにより大気から遮断し、低周波誘
導溶解炉で溶解した後、表１に示されるＣ以外の元素を
添加することによって成分調整を行い、次いで、カーボ
ン粉末で被覆された合金溶湯中に低周波誘導撹拌を利用
して表１の量のＣを含有させた。

【００１９】

【表１】

【００２０】次に、これらの溶湯を、カーボン粉末で被
覆した鋳造樋を介して鋳型にそれぞれ鋳造し、厚さが１
５０ｍｍ、幅が４５０ｍｍ、および長さが３５００ｍｍ
の銅合金鋳塊を製造した後、これらを９５０℃の温度下
で熱間圧延することにより、厚さが１１ｍｍの熱延板を
製造した。熱間圧延作業は、１パス毎の圧下率を約１８
％に設定し、圧延最終温度が６５０℃以下となるように
条件を設定して行った。

【００２１】次いで、このようにして得られた熱延板の
上下面を面削することによって厚さが１０ｍｍの板と
し、さらに、これを冷間圧延することによって２ｍｍの
厚さまで圧延し、６００℃で１時間の時効熱処理を施し
た。次に、熱処理した板の表面から酸化膜を除去し、２
次冷間圧延を行って厚さが０．８ｍｍのシート材とした
後、圧下率７５％で最終圧延を行い、厚さが０．２ｍｍ
のＣｕ−Ｆｅ系合金条を得た。

【００２２】表１に、実施例と比較例の熱間圧延時にお
ける割れの発生状況、結晶組織、および完成合金条の特
性を示す。なお、割れの観察は圧延パス毎に行い、何回
目のパスのときに割れが発生したかを表示した。表中の
平均結晶粒径および最大Ｆｅ晶出寸法は、銅合金鋳塊の
横断面における表面近傍３点と、同横断面における中央
部３点の計６点（各例とも同じ）について、１点当たり
の観察面積を２０ｍｍ×２０ｍｍに設定して結晶組織を
観察し、測定した結果を示したものである。また、軟化
温度は、サンプルを所定の試験温度で５時間加熱したと
き、加熱後のビッカース硬さが加熱前のビッカース硬さ
の９０％になる試験温度とした。

【００２３】表１によれば、実施例１〜４がいずれも熱
間圧延時に割れを発生させていないのに比べ、ＳｎとＣ
を含有しない比較例１の場合には、３回目のパスで熱延
板のエッジに割れが発生しており、また、Ｓｎを含有し
ない比較例２の場合にも２回目のパスで割れが発生して
いる。さらに、Ｃの含有量が本発明で限定する範囲より
も少ない比較例３とＣを含有しない比較例４の場合に
は、いずれも１回目と３回目のパスでエッジ割れと表面
割れが発生しているとともに、それぞれ５回目と４回目
のパスで崩壊に至っている。

【００２４】これらの熱間加工性の差は、結晶組織によ
るものであり、熱間加工性に優れる実施例１〜４が、い
ずれも３ｍｍ以下の小さな平均結晶粒径と０．０１ｍｍ
以下の微細なＦｅ晶出寸法を有しているのに比べ、比較
例１〜４の場合には、格段に大きな数値を示しており、
この結晶組織の違いが熱間加工性の差となって現れたも
のである。また、実施例１〜４と比較例１、２の間に
は、引張強さと伸びの機械的特性において大きな差が認
められ、さらに、耐熱性を示す軟化温度においても顕著
な差が認められる。

【００２５】ＳｎとＣを、それぞれ本発明が限定する数
量を超えて含有する比較例５および６の場合には、いず
れも良好な熱間加工性を示している。しかし、これらと
実施例１〜４を比較すると、比較例５は、引張強さ、伸
びおよび導電率において大きく劣り、一方、比較例６
は、Ｆｅ晶出寸法において極端に粗大であるとともに、
引張強さと伸びの機械的特性においても大きく劣り、特
に、伸び特性は格段に低い。

【００２６】Ｆｅ、Ｐ、Ｚｎ、ＳｎおよびＣを同時に含
み、それぞれの含有量を特定の範囲に設定することによ
って成立する本発明の銅合金は、表１に示されるよう
に、３ｍｍ以下の平均結晶粒径と０．０１ｍｍ以下のＦ
ｅ晶出寸法を有する微細な鋳造組織とすることによって
熱間加工時における熱延板の割れを防止するとともに、
熱間加工および冷間加工を経て得られる合金条に、５３
０Ｎ／ｍｍ2 以上の引張強さ、４．５％以上の伸び、６
６％ＩＡＣＳ以上の導電率、および４３０℃以上の軟化
温度特性を与えるものであり、リードフレーム等の原材
料として最適な特質を有している。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による銅合
金によれば、１．８〜２．３重量％のＦｅと、０．０１
〜０．１重量％のＰと、０．０５〜１．０重量％のＺｎ
と、０．０５〜０．３重量％のＳｎと、４〜１００重量
ｐｐｍのＣと、残部Ｃｕから成る合金組成とすることに
より、熱間加工性、機械的特性および耐熱性に優れた銅
合金を提供するものであり、トランジスタや集積回路の
リード機のような電子部品用コネクタ、端子のような電
気部品用としてその有用性は大である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｆｅを１．８〜２．３重量％、Ｐを０．０
   １〜０．１重量％、Ｚｎを０．０５〜１．０重量％、Ｓ
   ｎを０．０５〜０．３重量％ 、およびＣを４〜１００
   重量ｐｐｍ含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物から
   成る組成を有することを特徴とする熱間加工性に優れた
   銅合金。
2. 【請求項２】前記組成を有する鋳造物は、３ｍｍ以下の
   平均結晶粒径を有し、０．０１ｍｍ以下のＦｅ晶出寸法
   を有することを特徴とする請求項１項記載の熱間加工性
   に優れた銅合金。
3. 【請求項３】前記組成を有する銅合金条は、５３０Ｎ／
   ｍｍ2 以上の引張強さ、４．５％以上の伸び、６６％Ｉ
   ＡＣＳ以上の導電率、および４３０℃以上の軟化温度を
   有することを特徴とする請求項１項記載の熱間加工性に
   優れた銅合金。