JPH0534409B2

JPH0534409B2 -

Info

Publication number: JPH0534409B2
Application number: JP1133378A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Kanehara; Michihiro Kosaka
Original assignee: Dowa Mining Co Ltd
Current assignee: Dowa Holdings Co Ltd
Priority date: 1989-05-26
Filing date: 1989-05-26
Publication date: 1993-05-24
Also published as: JPH032341A

Description

【発明の詳細な説明】

(イ) 技術分野本発明は、導電用リード材等に要求される高い
導電率と高強度を兼備し、かつはんだ付け後の経
時変化に対し、はんだ付け部の剥離により電気伝
導性が損なわれることのないはんだ耐候性に優れ
た銅合金に関するものである。 (ロ) 従来技術電気または電子工業の急速な進歩に伴ない使用
されるリード材、特に銅系合金のリード材におい
ては、電気及び熱の伝導性が良好なことのみでな
く、高強度かつ良好な繰返し曲げ性、耐軟化性、
めつき性やはんだ付け性等の諸特性を兼備したリ
ード材であることが必要であり、しかも製造が容
易でコスト的にも安価であることが重要である。従来使用されてきたリード材としての銅系合金
としては、リン青銅、錫入銅、CDA−194等が良
く知られているが、リン青銅は高価なSnを合金
元素として６〜８重量％含有し、高強度ではある
が導電性や耐軟化性が充分でない。また、錫入銅は導電性は良いが耐軟化性と強度
がリン青銅より劣り、またCDA−194は強度、耐
軟化性及び導電性は前二者の中間に位置するが、
その強度とめつき性において充分でない。近来、上記の要望を満たすべく各種合金が開発
され、例えば本出願人の提案に係る特許第
1457743号がある。この合金は良好な熱放散性と
電気伝導性を有し、高強度かつ良好な繰返し曲げ
性、耐軟化性、めつき性、はんだ付け性を兼備し
ており、リード材、コネクター材等に使用されて
いる。しかしながら、使用環境が高温でかつ銅合金部
材にNiメツキ等が施されていない場合、はんだ
付け後の経時変化ではんだ接合面に脆弱層が発生
することがわかり、使用範囲が限定されるように
なつた。 (ハ) 発明の開示本発明はこのような実情に鑑み、上記特許第
1457743号銅合金（以下、「特許1457743号合金」
という）の改良を目的とし、更に厳しい環境下で
各種用途に使用できる銅合金、特にはんだ付け部
の剥離が発生しない銅合金を提供するものであ
る。上記特許1457743号合金のはんだ耐候性につい
て詳細な検討を行なつた結果、次の事柄が判明し
た。即ち、 () 銅合金によく見られる現象であるが、Cuと
Snとの相互拡散により化合物が形成されてボ
イドが生じること、 () 剥離面にFeが偏在しており、剥離を助長し
ていること、 () 上記（）、（）の現象は特許1457743号
合金に特徴的なものであつて、通常の銅合金と
はんだ間の剥離とは発生機構が異なること、等
が考えられる。この対策として、本発明者らはFeが偏在した
場合に銅合金とはんだ接合境界面のCu−Sn化合
物の形成を抑制できる元素に関して検討を加えた
結果、高強度、高電気伝導性、良好な繰返し曲げ
性、耐軟化性、メツキ性及びはんだ付け性を兼備
した上記特許1457743号合金のはんだ耐候性を改
善させるに必要な元素としてZnを発見し、本発
明合金を開発するに至つたのである。即ち、本発明合金は、重量％でNi：0.05〜0.40
％、Ｂ：0.005〜0.06％、Fe：0.50〜1.50％、Sn：
0.50〜1.50％、Ｐ：0.01％〜0.1％、Zn：0.05〜0.1
％未満、残部がCuおよび不可避不純物からなり、
マトリツクス中にFe−Ni−Ｐ系化合物が分散析
出した組織を有する銅合金であつて導電率が40％
IACS以上、引張強さが55Kgｆ／mm²以上であるこ
とを特徴とする高強度高導電性銅合金である。本発明合金の諸特性は、該合金の製造に際して
時効処理を実施することにより更に有利に発揮さ
れる。これは特許1457743号合金と同様の析出物
が形成されるためであり、更に該合金のはんだ耐
候性を向上させる役目を果すZnは、これら化合
物の形成を妨害することなく、また溶解鋳造性、
熱間加工性及び冷間加工性等も阻害しないのであ
る。従つて、本発明者らが意図した結晶構造を形成
し得て、本発明合金は良好な製造性と優れた経済
性を有しているのである。本発明合金の添加元素の添加理由並びにその含
有量の限定理由を説明すると次の通りである。 (1) Ｂについて、ＢはＰと共に本発明合金の溶製時における溶
湯の脱酸に重要な役割を果し、品質良好なイン
ゴツトを製造するのに寄与する。後記する比較例のNo.８のＢ無添加の試料と本
願発明合金の比較からも明らかなように、Ｂの
添加によつて伸びが改善される。これはＢの脱
酸効果により、銅マトリツクス中の溶質酸素原
子が減少して、加工時の転位との相互作用が減
少することがその主要因であると考えられる。Ｂが0.005重量％未満では脱酸効果が十分で
はない。また、Ｂが多くなれば脱酸効果は向上
するが、ＢのCu中への固溶限は室温で0.06重量
％近傍であり、この固溶限を越えるとCuとＢ
の化合物が形成されてかえつて加工性が劣化す
るようになる。従つて、本発明合金において、
Ｂの添加量は0.005〜0.06重量％とした。 (2) Niについて、 NiはCuマトリツクス中に固溶し、機械的強
度及び耐軟化性、更には耐食性を向上させる
が、0.05重量％未満ではその効果は充分ではな
い。一方、0.40重量％を越えて含有すると、導
電率の低下が顕著となる。従つてNi含有量は
0.05〜0.40重量％とした。 (3) Feについて、銅マトリツクス中に過飽和に固溶したFeは
時効によりNiおよびＰと化合物を形成して銅
マトリツクス中に析出し、強度を向上させる。
また、高温加熱時の結晶粒の粗大化を阻止して
耐軟化性を向上させる。 Fe含有量が0.50重量％未満では前記化合物の
銅マトリツクス中への析出が十分ではなく、強
度と耐軟化性の改善効果が不充分となる。ま
た、Fe含有量が1.50重量％を越えると導電性が
低下して加工性も悪くなる。従つて、本発明合金においてFeは0.50〜1.50
重量％含有させる。 (4) Snについて、 Snは銅マトリツクス中に固溶して強度と耐
軟化性を向上させる。しかし、Sn含有量が0.50
重量％未満ではこの強度と耐軟化性の向上効果
が充分でなく、一方Sn含有量が1.50重量％を越
えると導電性が悪くなり、また熱間加工性も悪
くなる。この理由から、Sn含有量は0.50〜1.50
重量％とする。 (5) Ｐについて、Ｐは溶製時の溶湯の脱酸効果と共に、Sn、
Feの酸化防止効果も有する。従つて、品質良
好なインゴツトを得るうえで重要な働きをす
る。そして、銅マトリツクス中に過飽和に固溶し
たＰはFeおよびNiと化合物を形成し、前述の
ように析出硬化に寄与する。Ｐ含有量が0.01重
量％未満では脱酸効果が十分でなく0.10重量％
を越えると導電性が低下する。このため、Ｐ含
有量は0.01〜0.10重量％とした。 (6) Znについて、 Znは銅マトリツクス中に固溶し、他の添加
元素と化合物を形成しない。Znは蒸気圧が高
くて酸化し易いため、ＢおよびＰと同様に脱酸
効果があり、また溶解中の溶湯を保護する役目
を果す。従つて、添加元素の損失が減少し、成
分コントロールがし易くなる。更に、Znははんだ付け後の経時変化におい
て反応界面即ち銅合金とはんだとの接合界面に
優先的に拡散移動し、CuとSnとの間の化合物
の形成を抑制する。前述のように本発明合金に
おいてFeが反応界面にも移動してくるが、Zn
の移動速度の方が大で、従つてFeの偏在によ
る接着強度の低下が生じない。つまり、Znは自ら拡散することにより、Cu
−Sn間の反応を抑制するのみでなく、Feの偏
在を抑制する効果を発現させ、本発明合金のは
んだ耐候性を向上させるのである。この効果は、Znが0.05重量％未満では不充分
であり、また0.1重量％以上添加してもはんだ
耐候性向上の効果が飽和し、また脱Zn現象や
応力腐食、割れ感受性の増大、電気伝導性を低
下させる傾向がある。以上のように、本発明合金は重量％でNi：0.05
〜0.40％、Ｂ：0.005〜0.06％、Fe：0.50〜1.50％、
Sn：0.50〜1.50％、Ｐ：0.01〜0.10％並びにZnを
0.05〜0.1％未満をCuに含有させたことに特徴が
あり、これによつてリード材等に要求される強
度、導電性、耐軟化性、加工性並びにはんだ付け
性、はんだ耐候性等を兼備した点で、従来材には
ない優れた効果を発揮するのである。そして、これらの特性はFe−Ni−Ｐ系の微細
な化合物を銅マトリツクス中に析出させる時効処
理によつて有利に達成されるのである。次に、本発明を実施例により具体的に説明す
る。 (ニ) 実施例実施例１供試した合金の成分組成を第１表および第２表
に示す。第１、２表中の試料No.１〜No.16の合金は、いず
れも高周波大気溶解炉で溶製し、カーボン鋳型に
鋳造した。このインゴツトを850℃で熱間圧延して板圧８
mmの熱延板とし、この熱延板を通常の酸洗処理し
た後、冷間圧延して板圧４mmの冷延板とした。次
いで、この冷延板を500℃で30分の時効処理を行
つた。そして、酸洗処理した後、再び冷間圧延し
て板圧２mmの冷延板とし、500℃で30分の時効処
理を行つた。その後酸洗し、最終仕上げ圧延して0.4mmの冷
延板とし、次に375℃で30分のひずみ取り焼鈍を
行い仕上げた。このようにして得られた各合金の引張強さ、伸
び、導電率、軟化温度、繰返し曲げ、及びはんだ
付性を測定し、その結果を第１表に、またはんだ
耐候性試験の結果を第２表に併記した。引張強さと伸びの測定はJIS−Z2241に従い、
導電率の測定はJIS−H0505の方法によつた。軟化温度は試料を200℃から600℃の各温度で30
分間加熱したときの加熱後の硬さが仕上げ冷延板
の硬さの80％となるときの温度とした。繰返し曲げは90°曲げ（Ｒ＝0.4）を行つた後、
曲げ戻しを行なつてその時点で１回とし、試験片
が破断するまでの回数をもつて繰返し曲げ回数と
した。はんだ付け性ははんだ濡れ広がり試験を行な
い、はんだ濡れ面積が95％以上を「良」とした。はんだ耐候性試験は供試材に共晶はんだをはん
だ付けし、150℃大気中で所定時間保持した後、
メツキ密着性試験機（JIS−H8504）により剥離
の状態を観察した。剥離が起きる回数を剥離発生回数とした。ま
た、各保持時間につき各５個のサンプルの平均回
数とした。また、比較合金として第１表及び第２表に示す
成分組成の合金についても本発明合金と同様に製
造および諸測定試験を行ない、その結果を第１表
及び第２表に併記した。第１表の結果から明らかなように、本発明合金
であるNo.１〜No.４は引張り強度が55Kg／mm²以上、
導電率は40％以上の高い値を示し、かつ充分な耐
軟化性を有し、繰返し曲げ回数も多く、はんだ付
け性も「良」である。これに対して、比較合金No.５とNo.６に示される
ように、本発明合金の成分組成範囲よりＰの多い
合金は過剰のＰのために導電率が低く、かつ伸び
が低くて繰返し曲げ性に劣り、はんだ付け性も
「不良」である。 No.７に示すFeの少ない比較合金は引張強度が
著しく低く、導電率も低い。また、Ｂが無添加の
No.８合金は前述したように伸びが低い。また、
Snの少ないNo.９合金は強度が低く、Znの多いNo.
10合金は導電率が本発明合金に比べて劣つてい
る。以上のように、本発明合金は高強度、高導電
率、耐軟化性、繰返し曲げ性及びはんだ付け性を
兼備した極めて優れた銅基合金であることが分
る。次に、本発明合金ならびに比較合金のはんだ剥
離試験を行なつた結果を第２表に併記したが、こ
の結果から次のことが分る。本発明合金である試料No.14〜No.16は100時間で
も全くはんだが剥離せず、524時間でNo.14合金は
14回、No.15合金は16回であり、Zn量の比較的多
いNo.16合金では16回曲げを行なつても全く剥離が
生じない。これに対して、本発明合金のZn組成範囲より
少ない（即ちZnが0.05％以下）No.11〜No.13合金で
は100時間で20回未満ではんだが剥離してしまう。この結果から、前記した通りZnがはんだ耐候
性を向上させる元素であることが分る。通常電子部品用として信頼性の要求される基準
としては、大気中150℃で100時間の保持条件で剥
離の発生しない材料を合格としていることからし
ても、本発明合金がはんだ耐候性に優れている合
金であることが分る。

【表】

【表】 (ホ) 発明の効果以上から明らかなように、本発明合金は高強
度、高導電性、耐軟化性を有し、かつ繰返し曲げ
性およびはんだ付け性に優れており、更に優れた
はんだ耐候性を有しているので、電気・電子用材
料として最適な銅合金を提供することができる。特に、本発明合金ははんだ耐候性に優れている
ので、激しい環境下での使用に充分に耐え、かつ
安価で高性能であるので、リード材やコネクター
等として好適な銅合金である。

Claims

【特許請求の範囲】

１重量％でNi：0.05％〜0.40％、Ｂ：0.005〜
0.06％、Fe：0.50〜1.50％、Sn：0.50〜1.50％、
Ｐ：0.01〜0.1％、Zn：0.05〜0.1％未満、残部が
Cuおよび不可避不純物からなり、マトリツクス
中にFe−Ni−Ｐ系化合物が分散析出した組織を
有する銅合金であつて、導電率が40％IACS以上、
引張強さが55Kgｆ／mm²以上であることを特徴とす
る高強度高導電性銅合金。