JP2007070651A

JP2007070651A - 銅合金材およびその製造方法

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Publication number: JP2007070651A
Application number: JP2005255494A
Authority: JP
Inventors: Hirosato Takano; 浩聡高野; Yoshinori Yamamoto; 佳紀山本; Koichi Furutoku; 浩一古徳; 慶平 ▲冬▼; Kiyouhei Fuyu
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2005-09-02
Filing date: 2005-09-02
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2025-09-02
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Abstract

【課題】優れた引張強さ、伸びおよび導電性を兼備し、良好な曲げ加工性を具備し、安定した接合品質を保持することができる銅合金材を提供する。
【解決手段】Ｎｉを１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２〜１．０質量％、Ｚｎを１．０〜５．０質量％、Ｓｎを０．１〜０．５質量％、Ｐを０．００３〜０．３質量％含有し、残部がＣｕと不可避不純物からなる銅合金材であって,目的とする最終板厚の１．３〜１．７倍の厚さまで冷間圧延する第１の冷間圧延工程、第１の冷間圧延後の材料を７００〜９００℃に加熱後、毎分２５℃以上の降温速度で３００℃以下まで冷却する第１の熱処理工程、第１の熱処理後の材料を最終板厚まで冷間圧延する第２の冷間圧延工程、第２の冷間圧延後の材料を４００〜５００℃に加熱して３０分〜１０時間保持する第２の熱処理工程、及び第２の熱処理後の材料を長手方向に張力を加えながら４００〜５５０℃で１０秒〜３分間加熱保持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、銅合金材およびその製造方法に関し、特に、引張強さや０．２％耐力に代表される機械的強度、伸び及び導電性に優れ、良好な曲げ加工性を具備し、かつ鉛フリーはんだを使用した接合の信頼性に優れた銅合金材およびその製造方法に関する。

近年、携帯電話やノートＰＣなどの電子機器において、小型・薄型化および軽量化が進行し、そこで使用される電気・電子部品も、より軽・短・薄なものが使用されるようになっている。

こうした小型化によって、使用される材料もより薄肉になっているが、特性の信頼性を保つ必要から、薄肉であっても、より機械的強度（単に強度という場合もある）の高い材料が要求されている。さらに、部品加工時の曲げ加工で割れが生じないようにするため、良好な伸びを兼ね備える必要がある。こうした強度や曲げ加工性において、材料の圧延方向と圧延直交方向で特性差（異方性）があることは好ましくなく、どの方向でも良好な特性を示すことが重要である。

また、機器の高機能化に伴う電極数の増加や通電電流の増大によって発生するジュール熱も多大なものになりつつあり、上記の機械的な特性に加えて、良好な導電率を兼備する材料への要求が強まっている。こうした高導電率材は、特に、通電電流の増大が急速に進んでいる自動車向けの端子・コネクタ材やパワーＩＣ用のリードフレーム材として強く求められている。

一方、上述の電気・電子部品の接続、実装には、一般的に、はんだを使用した接合が用いられている。はんだは、これまでＳｎ−Ｐｂ共晶系のものが主流であったが、近年、Ｐｂが有害物質として規制されることになり、Ｓｎ濃度がより高い鉛フリーはんだが広く用いられるようになってきている。

従来広く使用されてきたＳｎ−Ｐｂ共晶はんだから鉛フリーはんだ化への進行にともない、これまでにない問題が生じている。大部分の鉛フリーはんだは、従来のＳｎ−Ｐｂ共晶はんだに比べて融点が高いため、鉛フリーはんだの適用によって、部品接合時の加熱温度を従来より高温にすることが必要になる。ここで、電気・電子部品の組立て工程において加熱が繰り返して行われる場合、接合界面では高温であるがために部品中のＣｕとはんだ中のＳｎの相互拡散が促進される。その結果、接合界面でＣｕとＳｎの金属間化合物の形成・成長が従来以上に促進される。形成される（生成する）金属間化合物は、主にＣｕ_６Ｓｎ_５とＣｕ_３Ｓｎであるが、中でも特に、Ｃｕ_３Ｓｎは脆い性質があり、接合界面での成長が進むと接合の信頼性が大きく低下する。

これらの電気・電子部品の材料としては、様々な銅合金が使用されている。中でも、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉを主成分とする銅合金は機械的強度と導電率を両立しやすい材料として提案され、使用されている（例えば、特許文献１乃至特許文献４参照）。
特開２００２−２６６０４２号公報特許第２５７２０４２号公報特許第２９７７８４５号公報特許第３４６５５４１号公報

しかしながら、これらの銅合金中に含まれるＮｉは、はんだ層への拡散速度が速く、ＣｕとＳｎの金属間化合物の形成、成長を助長する働きを持つ。よって、上記のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ合金においてもＮｉの含有量が多くなると金属間化合物が成長しやすくなる危険があった。

さらに、こうしたＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ合金において、高い強度を実現しようとした場合、同時に曲げ加工性の悪化や機械的特性の異方性が強くなるといった弊害が伴い、これらの特性を両立させることが困難であるという問題があった。

従って、本発明の目的は、優れた機械的強度（引張強さや０．２％耐力）、伸びおよび導電性を兼備し、曲げ加工に対する異方性が小さい良好な曲げ加工性を具備し、かつ鉛フリーはんだを使用した接合において安定した接合品質を保持することができる銅合金材およびその製造方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、Ｎｉを１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２〜１．０質量％、Ｚｎを１．０〜５．０質量％、Ｓｎを０．１〜０．５質量％、Ｐを０．００３〜０．３質量％含有し、残部がＣｕと不可避不純物からなる銅合金材であって、前記Ｎｉと前記Ｓｉ、Ｚｎ、Ｓｎの質量比がＮｉ／Ｓｉ＝４〜６、Ｚｎ／Ｎｉ＝０．５以上、およびＳｎ／Ｎｉ＝０．０５〜０．２であり、かつ引張強さが８００Ｎ／ｍｍ^２以上、伸びが８％以上、および導電率が３５％ＩＡＣＳ以上であることを特徴とする銅合金材を提供する。

また、本発明は、上記目的を達成するため、上記の銅合金材の製造方法であって、上記組成を有する銅合金を素材として形成した後、形成した銅合金素材を目的とする最終板厚の１．３〜１．７倍の厚さまで冷間圧延する第１の冷間圧延工程と、第１の冷間圧延後の材料を７００〜９００℃に加熱後、毎分２５℃以上の降温速度で３００℃以下まで冷却する第１の熱処理工程と、第１の熱処理後の材料を目的とする最終板厚まで冷間圧延する第２の冷間圧延工程と、第２の冷間圧延後の材料を４００〜５００℃に加熱して３０分〜１０時間保持する第２の熱処理工程と、第２の熱処理後の材料を長手方向に１０〜１００Ｎ／ｍｍ^２の張力を加えながら４００〜５５０℃で１０秒〜３分間加熱保持する第３の熱処理工程とを含むことを特徴とする銅合金材の製造方法を提供する。

本発明によれば、優れた引張強さ、伸びおよび導電性を兼備し、曲げ加工における異方性が小さい良好な曲げ加工性を具備し、かつ鉛フリーはんだを使用した接合において安定した接合品質を保持することができる銅合金材を提供できる。

〔銅合金材の組成〕
本実施の形態における銅合金材は、その平均組成において、Ｎｉを１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２〜１．０質量％、Ｚｎを１．０〜５．０質量％、Ｓｎを０．１〜０．５質量％、Ｐを０．００３〜０．３質量％含有する銅合金材であって、前記Ｎｉと前記Ｓｉ、Ｚｎ、Ｓｎの質量比がＮｉ／Ｓｉ＝４〜６、Ｚｎ／Ｎｉ＝０．５以上、Ｓｎ／Ｎｉ＝０．０５〜０．２であることを特徴とする。

本実施の形態において、銅合金材を構成する合金成分の添加理由と限定理由を以下に説明する。

Ｎｉは、Ｓｉと共に添加することによってＮｉ−Ｓｉ化合物を形成して材料中に分散析出し、それによって良好な導電率を維持しつつ強度を向上させることができる。

Ｓｉの添加量は、０．２質量％未満では効果的なＳｉ化合物が形成されず、１．０質量％を超えて添加すると導電性に対する悪影響が大きくなる。よって、Ｓｉの組成範囲は０．２〜１．０質量％に規定する。より望ましくは、０．４〜０．７質量％に規定する。

このＳｉの組成範囲に対して効果的に化合物を形成させ高強度と高導電性を両立させるためには、Ｎｉの組成範囲を１．０〜５．０質量％に規定する必要がある。Ｎｉの含有量がこの組成範囲の下限を下回る場合、化合物の形成量が不十分になり機械的強度が不足する。また、この組成範囲の上限を超える場合は、余剰のＮｉが銅中に固溶して導電率を低下させるとともに、はんだ層との界面において固溶Ｎｉが拡散を促進させる働きを示し、界面のＣｕ−Ｓｎ金属間化合物の成長を促進して接合の信頼性を低下させる。Ｎｉの組成範囲は、より望ましくは、２．５〜３．５質量％に規定する。

Ｚｎは、はんだとの接合界面において境界部分に濃縮し、ＣｕとＳｎの相互拡散の障害として働くことで金属間化合物の生成・成長を抑制する効果を持つ。また、強度の向上効果を持つとともに、耐マイグレーション性を大幅に向上させる働きも持っている。Ｚｎの組成範囲は、１．０〜５．０質量％に規定する必要がある。Ｚｎの含有量がこの規定範囲の下限を下回る場合、はんだ層との界面でＣｕの拡散を阻害する効果が小さく、この規定範囲の上限を超える場合、導電率の低下などの悪影響が生じる。Ｚｎの組成範囲は、より望ましくは、１．５〜２．０質量％に規定する。

Ｓｎは、強度向上効果を持つ。Ｓｎの組成範囲は、０．１〜０．５質量％に規定する必要がある。この規定範囲より少ない含有量では、強度を向上させる効果が小さい。また、この規定範囲を越えて含有させると、導電率の低下などの悪影響を生じさせるとともに、はんだ層との界面においてＣｕ−Ｓｎ金属間化合物の成長を促進させる。Ｓｎの組成範囲は、より望ましくは、０．２〜０．４質量％に規定する。

Ｐは、脱酸剤としての効果があり、銅合金素材の形成過程（例えば、鋳造時）でＳｉの酸化によるロスを抑える効果を持つ。また、Ｎｉと化合物を形成して分散析出し、強度の向上にも寄与する。Ｐの添加量を０．００３質量％未満にすると、脱酸剤としての十分な効果を得ることができない。０．３質量％を超えて添加すると、銅合金素材の形成過程（例えば、鋳造時）でＰ化合物の偏析に起因する割れが起こりやすくなる。よって、Ｐの組成範囲は、０．００３〜０．３質量％に規定する。より望ましくは、０．０１〜０．０５質量％に規定する。

また、本発明の目的を達成するためには、Ｎｉ／Ｓｉ、Ｚｎ／Ｎｉ、Ｓｎ／Ｎｉの質量比を規定する必要がある。具体的には、上記の各元素において、ＮｉとＳｉ、Ｚｎ、Ｓｎとの各質量比を、Ｎｉ／Ｓｉ＝４〜６、Ｚｎ／Ｎｉ＝０．５以上、Ｓｎ／Ｎｉ＝０．０５〜０．２と規定する。より望ましくは、Ｎｉ／Ｓｉ＝４〜５、Ｚｎ／Ｎｉ＝０．９以上、Ｓｎ／Ｎｉ＝０．１〜０．１７と規定する。

ＮｉとＳｉの質量比（Ｎｉ／Ｓｉ）を上記特定の範囲に規定することにより、銅中に固溶状態で残留するＮｉとＳｉの量を減らして導電率の低下を抑えながら、析出物の分散強化による効果で強度を向上させることができる。さらに、銅中に固溶状態で残るＮｉの量を抑えることができるため、はんだ接合界面での固溶Ｎｉの拡散によるＣｕ−Ｓｎ金属間化合物の成長促進を抑えることができる。

ＮｉとＳｉの質量比（Ｎｉ／Ｓｉ）が４未満になる場合は化合物形成時にＳｉが過剰になり導電率を低下させる。質量比が６を超える場合はＮｉが過剰になり、導電率を害するとともに固溶状態で残留したＮｉの拡散効果ではんだ層との界面においてＣｕ−Ｓｎ金属間化合物の成長が促進される。

また、ＮｉとＺｎの質量比（Ｚｎ／Ｎｉ）を上記特定の範囲に規定することにより、Ｃｕ−Ｓｎ金属間化合物の成長を促進する効果を持つＮｉに対して一定以上の割合で成長抑制効果を持つＺｎが添加されることになり、総合的にＣｕ−Ｓｎ金属間化合物の成長を抑えることができる。

ＮｉとＺｎの質量比（Ｚｎ／Ｎｉ）が０．５未満になる場合は、はんだ層との界面においてＺｎ成分が不足となり、Ｃｕ−Ｓｎ金属間化合物の成長抑制効果が十分に得られない。

さらに、ＮｉとＳｎの質量比（Ｓｎ／Ｎｉ）を上記特定の範囲に規定することにより、適正量のＳｎを添加することが可能となる。Ｓｎは過剰に添加するとＣｕ−Ｓｎ金属間化合物の成長を促進する働きをするが、添加量が不足すると強度向上の効果が少ない。ＮｉとＳｎの質量比（Ｓｎ／Ｎｉ）を上記範囲に規定することで適正量のＳｎを添加することができる。

ＮｉとＳｎの質量比（Ｓｎ／Ｎｉ）が０．０５未満になる場合、Ｎｉ量が適正であればＳｎ量が少なくなるためＳｎ添加による強度向上効果が十分に得られない。質量比が０．２以上になる場合、Ｎｉ量が適正であればＳｎ量が多くなるため、はんだ層との界面においてＣｕ-Ｓｎ金属間化合物の成長が促進される。

〔銅合金材の製造方法〕
図１は、本発明の実施の形態に係る銅合金材の製造工程のフローを示す図である。上記本実施の形態の銅合金材は、上記の平均組成を有する銅合金を素材として形成した後、形成した銅合金素材を目的とする最終板厚の１．３〜１．７倍の厚さまで冷間圧延する第１の冷間圧延工程と、第１の冷間圧延後の材料を７００〜９００℃に加熱後、毎分２５℃以上の降温速度で３００℃以下まで冷却する第１の熱処理工程と、第１の熱処理後の材料を目的とする最終板厚まで冷間圧延する第２の冷間圧延工程と、第２の冷間圧延後の材料を４００〜５００℃に加熱して３０分〜１０時間保持する第２の熱処理工程と、第２の熱処理後の材料を長手方向に１０〜１００Ｎ／ｍｍ^２の張力を加えながら４００〜５５０℃で１０秒〜３分間加熱保持する第３の熱処理工程とを行うことにより製造される。なお、銅合金素材の形成工程は、合金鋳造工程と鋳造後の熱間加工工程からなる工程が１例として挙げられる。

（第１の冷間圧延工程）
第１の冷間圧延工程では、形成した銅合金素材に対して、目的とする最終板厚の１．３〜１．７倍の厚さとなるまで冷間圧延を行う。これによって、次工程の第１の熱処理で再結晶を起こしやすくさせるとともに、再結晶後に大きさの揃った結晶粒組織を得ることができる。ここで圧延後の板厚を最終板厚の１．３〜１．７倍に規定するのは、後述する第１の熱処理工程後の冷間圧延（第２の冷間圧延工程）において適度な量の格子欠陥（例えば、転位）を導入するためである。規定範囲より板厚が厚い場合は、熱処理後の冷間圧延（第２の冷間圧延工程）で過度の格子欠陥が導入されるために、最終材の伸び特性が低下し、かつ、曲げ加工に対して圧延方向に依存した異方性が生じ、良好な曲げ加工性が確保できない。また、規定範囲より板厚が薄い場合は、熱処理後の冷間圧延（第２の冷間圧延工程）で導入される格子欠陥が少なくなるため、低い機械的強度（引張強さや０．２％耐力）しか得られなくなる。

（第１の熱処理工程）
第１の熱処理工程では、溶体化熱処理（固溶化熱処理）を意図して、第１の冷間圧延後の銅合金材を７００〜９００℃に加熱昇温後、３００℃以下まで２５℃／分以上の速度で冷却する。より望ましくは、７７０〜８６０℃に加熱昇温後、３００℃以下まで１５０℃／分以上の速度で冷却する。加熱昇温時の保持時間は特に規定されないが、生産性の観点からは短い方が好ましく、実質的に当該温度領域に１秒以上保持されれば良い。本工程の溶体化熱処理とは、最終材において合金成分を均一微細に分散析出させるために、銅母相中に合金成分を均一に分散（固溶）させることを目的とする。これによって、銅合金素材の形成工程で生成する可能性のある不均一な析出物をいったん銅母相中に再固溶させることができる。加熱温度を７００℃以上に規定することで十分に固溶を進行させ、冷却速度を２５℃／分以上に規定することで冷却中に粗大な析出物が再形成されることを防ぐ。

また、この第１の熱処理によって、強い冷間圧延（第１の冷間圧延工程）で歪んだ状態にある結晶を再結晶させて異方性の小さい結晶組織に変えると共に、圧延材の伸び特性を回復させることによって良好な曲げ加工性を実現することもできる。加熱温度が９００℃を超える場合、結晶粒の粗大化（過度の再結晶）が起こり、曲げ加工性が低下する危険があるため、加熱温度の上限を９００℃に規定する。

（第２の冷間圧延工程）
第２の冷間圧延工程では、第１の熱処理後の銅合金材に対して、目的とする最終板厚となるまで冷間圧延を行う。これによって、材料中には後述の熱処理（第２の熱処理工程）において析出物形成の起点となる格子欠陥が適度に導入され、次の熱処理（第２の熱処理工程）で均一微細な析出物の形成を促進することができるとともに、機械的強度を向上させることができる。

（第２の熱処理工程）
第２の熱処理工程では、時効硬化熱処理（析出硬化熱処理）を意図して、第２の冷間圧延後の銅合金材を４００〜５００℃に加熱し、３０分〜１０時間保持する。より望ましくは、４３０〜４８０℃に加熱し、１〜５時間保持する。これによって、ＮｉとＳｉが化合物を作り、銅母相中に微細な形状で分散析出し、高い強度と優れた導電率を両立させることができる。処理条件が、規定範囲である「４００〜５００℃で３０分〜１０時間」より高温、長時間になった場合、析出物が粗大化するために十分な強度が得られなくなる。また、低温、短時間になった場合、析出が十分に進行せず、導電率、強度とも十分な値が得られない。

（第３の熱処理工程）
第３の熱処理工程では、第２の熱処理後の銅合金材を長手方向に１０〜１００Ｎ／ｍｍ^２の張力を加えながら４００〜５５０℃で１０秒〜３分間加熱する。より望ましくは、２０〜５０Ｎ／ｍｍ^２の張力を加えながら４５０〜５００℃で３０秒〜１分間加熱する。このように、適度な張力を加えながら熱処理を施すことにより、時効硬化熱処理後の材料形状を矯正することができるとともに、更に導電率を向上させることができる。張力が１０Ｎ／ｍｍ^２未満では、形状の矯正に不十分であり、１００Ｎ／ｍｍ^２を超える場合は、材料が過剰に変形して板切れを起こす心配がある。また、加熱条件が規定範囲である「４００〜５５０℃で１０秒〜３分間」より高温、長時間になった場合、析出物が粗大化して強度が低下する心配があり、低温、短時間になった場合、張力による形状の矯正効果が十分に得られないとともに析出が進行せず、導電率の向上が得られない。

〔実施の形態の効果〕
上記の本発明の実施の形態によれば、下記の効果を奏する。
（１）８００Ｎ／ｍｍ^２以上の引張強さ、８％以上の伸び、３５％ＩＡＣＳ以上の導電率を兼備し、かつ、曲げ加工における異方性が小さい（良好な曲げ加工性を有する）銅合金材を得ることができる。
（２）上記（１）の優れた性質に加え、鉛フリーはんだを使用した実装において、はんだ接合後に界面に生じるＣｕとＳｎの金属間化合物の成長を抑制して接合部の脆化を防止し、安定した接合品質を保持することができる。
（３）上記（１），（２）の優れた性質を併せ持つため、小型化が進む電気部品において、その設計の自由度を大幅に広げることができる。
（４）上記（１），（２）の優れた性質を兼備するにもかかわらず、従来材と同等のコストで製造することができる。

以下、本発明を実施例に基づいて更に詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
Ｎｉ：３．０質量％、Ｓｉ：０．７質量％、Ｚｎ:１．７ｗｔ％、Ｓｎ:０．３ｗｔ％、Ｐ:０．０２ｗｔ％の組成をもつ銅合金を、無酸素銅を母材にして高周波溶解炉で溶製し、直径３０ｍｍ、長さ２５０ｍｍのインゴットに鋳造した。

これを８５０℃に加熱して押出加工（熱間加工）し、幅２０ｍｍ、厚さ８ｍｍの板状にして銅合金素材を形成した後、厚さ０．４５ｍｍまで冷間圧延した（第１の冷間圧延）。次に、冷間圧延した材料を８６０℃で１分間保持した後、水中に投入して約３００℃／分の速度で室温（約２０℃）まで冷却する熱処理を行った（第１の熱処理）。次に、冷却した材料を厚さ０．３ｍｍまで冷間圧延した後（第２の冷間圧延）、４５０℃で４時間保持する熱処理を行った（第２の熱処理）。これに長手方向に３０Ｎ／ｍｍ^２の張力を加えながら４５０℃で１分間保持する熱処理を行った（第３の熱処理）（試料Ｎｏ．１）。

以上のようにして製造した試料Ｎｏ．１について、引張強さ、伸び、導電率の各特性値を測定した。測定方法に関して、引張強さ、伸びについてはＪＩＳＺ２２４１に、導電率についてはＪＩＳＨ０５０５に規定された方法に準拠した。測定した結果を表２に示す。

表２より、試料Ｎｏ．１は引張強さ８１６Ｎ／ｍｍ^２、伸び１０％、導電率３８％ＩＡＣＳという本発明の目的に適合する良好な特性を兼備していることが判る。

さらに、得られた試料Ｎｏ．１を脱脂酸洗した後、溶融したＳｎ−３ｍａｓｓ％Ａｇ−０．５ｍａｓｓ％Ｃｕはんだ中に浸漬して、試料の両面にはんだを塗布した。これを２００℃に保持した恒温槽に入れて１時間加熱を施した。

加熱後の試料を樹脂に埋め込んで切断し、断面の観察を行って、材料とはんだの界面部分に形成されたＣｕ−Ｓｎ金属間化合物層の厚みを測定するとともに、金属間化合物層内部や界面における欠陥（クラック、ボイド）の有無を観察した。測定・観察した結果を表２に示す。

表２より、金属間化合物層は４μｍと薄く、クラックやボイドなどの欠陥も見られなかったことが判る。

（実施例２〜３）
次に、表１の試料Ｎｏ．２〜Ｎｏ．３に示す組成の銅合金を実施例１（試料Ｎｏ．１）と同様に鋳造し、実施例１（試料Ｎｏ．１）と同様の工程で厚さ０．３ｍｍの試料に加工した後、同様の第２，第３の熱処理を行った。これらの試料Ｎｏ．２〜Ｎｏ．３についても実施例１と同様に、引張強さ、伸び、導電率の各特性値を測定するとともに、はんだを塗布して加熱した時の金属間化合物層の厚みを測定し、欠陥の有無を観察した。測定・観察した結果を表２に示す。

表２より、試料Ｎｏ．２〜Ｎｏ．３はいずれも本発明の目的に適合した良好な特性を兼備していることが判る。また、金属間化合物層は３〜４μｍと薄く、クラックやボイドなどの欠陥も見られなかったことが判る。

（比較例１〜１２）
本発明の材料について、その合金組成の限定理由を、比較例を挙げて説明する。
表１の試料Ｎｏ．４〜Ｎｏ．１５に示す組成の銅合金を実施例１（試料Ｎｏ．１）と同様に鋳造し、実施例１（試料Ｎｏ．１）と同様の工程で厚さ０．３ｍｍの試料に加工した後、同様の第２，第３の熱処理を行った。得られた試料Ｎｏ．４〜Ｎｏ．１５についても実施例１と同様に、引張強さ、伸び、導電率の各特性値を測定するとともに、はんだを塗布して加熱した時の金属間化合物層の厚みを測定し、欠陥の有無を観察した。測定・観察した結果を表２に示す。

試料Ｎｏ．４およびＮｏ．５は、Ｎｉ、Ｓｉの含有量が規定範囲から外れた例である。試料Ｎｏ．４は、Ｎｉ、Ｓｉの含有量が多すぎることに起因して導電率が悪化している。また、Ｎｉの含有量が多いことによって固溶Ｎｉの量も相対的に増え、その効果で、はんだ界面の金属間化合物層も厚く成長している。試料Ｎｏ．５は、Ｎｉ、Ｓｉの含有量が少なすぎることで十分な強度が得られていない。

試料Ｎｏ．６およびＮｏ．７は、ＮｉとＳｉの質量比が規定範囲から外れた例である。Ｎｉが過剰になった場合（Ｎｏ．７）も、Ｓｉが過剰になった場合も（Ｎｏ．６）、導電率が悪くなり、引張強さも良好な値が得られてない。また、Ｎｉが過剰になった場合（Ｎｏ．７）は、固溶Ｎｉの効果で、はんだ界面の金属間化合物層も厚く成長している。

試料Ｎｏ．８〜Ｎｏ．１０は、Ｚｎの含有量またはＺｎとＮｉの質量比が規定範囲から外れた例である。Ｚｎの含有量が多すぎるＮｏ．８は、導電率が悪化する。逆に、Ｚｎの含有量が少なすぎるＮｏ．９は、Ｚｎによる金属間化合物層の成長抑制効果が不十分で金属間化合物層が厚く成長している。Ｎｏ．１０は、ＺｎとＮｉの質量比が規定範囲から外れた場合であるが、この場合も金属間化合物層の成長抑制効果が不十分になっている。

試料Ｎｏ．１１〜Ｎｏ．１４は、Ｓｎの含有量またはＳｎとＮｉの質量比が規定範囲から外れた例である。Ｓｎの含有量が少なすぎでＮｉに対する質量比が小さすぎるＮｏ．１１およびＮｉに対する質量比が小さすぎるＮｏ．１３は、強度（引張強さ）がやや不足している。Ｓｎの含有量が多すぎでＮｉに対する質量比が大きすぎるＮｏ．１２は、導電率が悪化しており、また、はんだ界面の金属間化合物層も厚く成長している。Ｎｉに対するＳｎの質量比が大きすぎるＮｏ．１４は、はんだ界面の金属間化合物層が厚く成長している。

試料Ｎｏ．１５は、Ｐの含有量が規定範囲から外れた例である。この場合、Ｐが多すぎることによって導電率が悪化しているとともに伸びの値も不十分になっている。

（比較例１３〜２３）
次に、本発明の銅合金材の製造条件についての限定理由を、比較例を挙げて説明する。
実施例１における試料Ｎｏ．１と同じ組成の銅合金について、実施例１と同様の工程で加工する際、第１の熱処理前の冷間圧延材と第３の熱処理後の最終材との板厚比、第１、第２の熱処理の各加熱条件、および第３の熱処理の加熱条件と負荷張力を表３に示す条件で実施して、試料Ｎｏ．１６〜２６を製造した。ここで、第３熱処理の負荷張力を高めた試料Ｎｏ．２６は、熱処理中に板切れが生じたため最終的な試料を得ることができなかった。得られた各試料について、実施例１と同様に、引張強さ、伸び、導電率の各特性値を測定した。

その後さらに、試料Ｎｏ．１およびＮｏ．２２〜Ｎｏ．２５については、第３熱処理による形状の矯正効果を確認する目的で反りの量を測定した。測定方法は、試料を長さ３００ｍｍに切断し、反りの凸側の面が壁面に沿うような向きで垂直な壁面に沿わせて吊り下げ、静止させた。ここで、反りによって跳ね上がった試料の下端部と壁面の間の距離を測定して反りの量とした。引張強さ、伸び、導電率および反り試験の結果を表４に示す。

試料Ｎｏ．１６およびＮｏ．１７は、第１の熱処理前の板厚が規定範囲から外れた例である。第１の熱処理前の板厚が薄すぎると、引張強さが不十分になる。また、第１の熱処理前の板厚が厚すぎると、第１の熱処理後の第２の冷間圧延で伸びの低下が大きく、最終材の伸びが不足する。

試料Ｎｏ．１８およびＮｏ．１９は、第１の熱処理の加熱温度が規定範囲から外れた例である。加熱温度が低すぎる場合は引張強さが低くなり、温度が高すぎる場合は伸びや導電率が不十分になる。

試料Ｎｏ．２０およびＮｏ．２１は、第２の熱処理の加熱温度が規定範囲から外れた例である。加熱温度が低すぎる場合は引張強さと導電率が不足し、加熱温度が高すぎる場合は引張強さが大きく低下する。

試料Ｎｏ．２２は、第３の熱処理を実施しなかった例である。この場合、伸びが不十分になるとともに大きな反りが残りやすい。

試料Ｎｏ．２３およびＮｏ．２４は、第３の熱処理の加熱温度が規定範囲から外れた例である。加熱温度が低すぎる場合は伸びが不十分になるとともに反りの矯正効果が不十分である。温度が高すぎる場合は強度や導電率が低下して不十分になる。

試料Ｎｏ．２５およびＮｏ．２６は、第３の熱処理時の負荷張力が規定範囲から外れた例である。負荷張力が低い場合、伸びを回復させることはできるが反りの矯正効果が不十分である。負荷張力が高い場合、試料Ｎｏ．２６のように板切れの危険が生じる。

本発明の実施の形態の銅合金材の製造工程のフローを示す図である。

Claims

Ｎｉを１．０〜５．０質量％、Ｓｉを０．２〜１．０質量％、Ｚｎを１．０〜５．０質量％、Ｓｎを０．１〜０．５質量％、Ｐを０．００３〜０．３質量％含有し、残部がＣｕと不可避不純物からなる銅合金材であって、前記Ｎｉと前記Ｓｉ、Ｚｎ、Ｓｎの質量比がＮｉ／Ｓｉ＝４〜６、Ｚｎ／Ｎｉ＝０．５以上、およびＳｎ／Ｎｉ＝０．０５〜０．２であり、かつ引張強さが８００Ｎ／ｍｍ^２以上、伸びが８％以上、および導電率が３５％ＩＡＣＳ以上であることを特徴とする銅合金材。
請求項１に記載の銅合金材の製造方法であって、
請求項１に示す組成を有する銅合金を素材として形成した後、前記銅合金素材を目的とする最終板厚の１．３〜１．７倍の厚さまで冷間圧延する第１の冷間圧延工程と、第１の冷間圧延後の材料を７００〜９００℃に加熱後、毎分２５℃以上の降温速度で３００℃以下まで冷却する第１の熱処理工程と、第１の熱処理後の材料を目的とする最終板厚まで冷間圧延する第２の冷間圧延工程と、第２の冷間圧延後の材料を４００〜５００℃に加熱して３０分〜１０時間保持する第２の熱処理工程と、第２の熱処理後の材料を長手方向に１０〜１００Ｎ／ｍｍ^２の張力を加えながら４００〜５５０℃で１０秒〜３分間加熱保持する第３の熱処理工程とを含むことを特徴とする銅合金材の製造方法。