JPH10219374A - 剪断加工性に優れる高強度銅合金 - Google Patents
剪断加工性に優れる高強度銅合金Info
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- JPH10219374A JPH10219374A JP4161597A JP4161597A JPH10219374A JP H10219374 A JPH10219374 A JP H10219374A JP 4161597 A JP4161597 A JP 4161597A JP 4161597 A JP4161597 A JP 4161597A JP H10219374 A JPH10219374 A JP H10219374A
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Abstract
の特性に優れ、同時に剪断加工性の優れた電気、電子部
品用銅合金を得る。 【解決手段】 Ni:1.0〜8.0wt%、Si:
0.1超〜2.0wt%、Zn:0.05〜5.0wt
%、必要に応じてMn、Mg、Caのうち1種又は2種
以上を合計で0.0001〜1.0wt%含有し、Oが
300ppm以下、残部実質的にCuと不可避不純物か
らなる組成を有し、Ni−Si化合物が析出している銅
合金において、その粒径が0.03μm未満のもの(以
後、小粒子という)及び0.03μm〜100μmのも
の(以後、大粒子という)が存在し、かつ小粒子/大粒
子の数の比率が1以上、小粒子/大粒子の粒径(いずれ
も中央値)の比率が0.5以下の銅合金。
Description
レーム、端子、コネクター、ばねなど電気電子部品に用
いられる銅合金において、特に、打抜き加工を含む複数
の剪断加工により製造された電気電子部品の「ばり」、
「だれ」及び残留応力が少なく、打抜き金型の摩耗が少
ないなど、剪断加工性に優れる高強度銅合金に関する。
には、強度、伸び、ばね性、導電性、耐熱性、Agめっ
き性及びはんだの耐熱剥離性などの特徴を具備すること
が要求されていることから、これらの特性をもった、例
えばC64710(Cu−3.2Ni−0.7Si−
0.3Zn)やC70250(Cu−3.0Ni−0.
65Si−0.15Mg)をはじめ、その他多くの銅合
金が製造に用いられている。
器の軽薄短小化及び実装密度の向上要求に対して、使用
部品の小形化、リード間距離の縮小などが加速してい
る。そのため、リードフレーム、端子などに対しても、
寸法精度の要求が非常に厳しくなり、たとえば、回路の
短絡防止のために「ばり」及び「だれ」のないこと、打
抜き後の平坦性を確保し例えばICチップとリードフレ
ームのワイヤボンディング精度の向上を図るために、打
ち抜き後の残留応力も小さいことが切望されている。ま
た、打抜き加工の生産性向上のために打抜き加工に用い
られる金型の摩耗が小さく金型寿命が長いことが求めら
れている。
して各種電気電子部品を製造した場合、「ばり」及び
「だれ」の量が大きく、残留応力も比較的大きいため寸
法精度に関する厳しい要求を満足することが難しくなっ
ている。また、金型寿命についても、打抜き金型の摩耗
が比較的大きく、したがって使用寿命が短くなる。
ーなど電気・電子部品用銅合金として要求される強度、
導電率、はんだ付け性、めっき性などの特性を通常の銅
合金以上に維持しながら、打抜き加工によって発生する
「ばり」、「だれ」及び残留応力を小さくし、金型の摩
耗を少なくして寿命を伸ばすなど、銅合金の剪断加工性
を向上させることを目的とする。
性に優れる高強度銅合金は、Ni:1.0〜8.0wt
%、Si:0.1超〜2.0wt%、Zn:0.05〜
5.0wt%を含有し、Oが300ppm以下であり、
残部が実質的にCuと不可避不純物からなる組成を有
し、Ni−Si化合物が析出している銅合金において、
その粒径が0.03μm未満のもの(小粒子)及び0.
03μm〜100μmのもの(大粒子)が存在し、かつ
小粒子/大粒子の数の比率が1以上であることを特徴と
する。なお、本発明において上記の析出は、いわゆる晶
出(溶湯からの析出)を含むものとする。つまり、本発
明の組成では、Ni及びSi含有量が多くなるとNi−
Si化合物が晶出し、その場合、析出粒子と晶出粒子の
双方が含まれることになるからである。この銅合金で
は、小粒子/大粒子の粒径(いずれも中央値)の比率が
0.5以下であることが好ましい。
n、Mg、Caの群(A群)とFe、Zr、Ag、C
r、Cd、Be、Sn、Ti、Co、Au、Ptの群
(B群)を合わせたうちから1種又は2種以上を選択
し、A群から選択した場合は合計で0.0001〜1.
0wt%、B群から選択した場合は合計で0.001〜
5.0wt%、A群及びB群の双方から選択した場合は
合計で5.0wt%以下を含有することができる。
子の状態(小粒子と大粒子の粒径、数の比率、粒径の比
率)を上記のように限定した理由を以下に説明する。
性を確保する作用があると共に、化合物を後述する状態
に析出及び晶出させることにより剪断加工性を向上させ
る。しかし、その含有量が1.0wt%未満であると所
望の強度及び耐熱性及び剪断加工性が得られず、一方、
8.0wt%を越える割合でNiを含有させると熱間圧
延時の加工性が低下すると共に、製品の曲げ加工性及び
導電率の低下が著しくなり、好ましくない。従って、N
iの含有量は1.0〜8.0wt%と定めた。その中で
も特に好ましい範囲は1.0〜3.2wt%である。
して強度及び耐熱性を向上させると共に、化合物を後述
する状態に析出及び晶出させることにより剪断加工性を
向上させる。Siの含有量が0.1wt%以下の場合
は、化合物の析出及び晶出が不十分であるため、所望の
強度及び耐熱性並びに剪断加工性が得られない。一方、
Siの含有量が2.0wt%を越える場合には、熱間加
工時の加工性が低下すると共に導電率の低下が生じるた
め、好ましくない。従って、Siの含有量は0.1超〜
2.0wt%と定めた。その中でも特に好ましい範囲は
0.2〜0.7wt%である。
めっきの耐熱剥離性を改善する。この効果は含有量が
0.05wt%未満の場合、所望の効果が得られない。
一方、その含有量が5.0wt%を越えるとはんだ濡れ
性が低下する。また、導電率の低下も激しくなる。従っ
て、Znの含有量は0.05〜5.0wt%と定めた。
その中でも特に好ましい範囲は0.3〜2.0%であ
る。
くSiが合金中に酸化した状態で捕らえられていると後
述する化合物の析出を阻害し、そのため剪断加工性の向
上効果が低下する。また、はんだ付け性、めっき性など
が低下する。従って、Oの含有量は300ppm以下と
定めた。好ましくは、100ppm以下、より好ましく
は50ppm以下である。
μm未満の小粒子は、主に合金の強度及び耐熱性を向上
させるが剪断加工性にはあまり寄与しない。一方、粒径
が0.03μm以上の大粒子は合金の強度及び耐熱性の
向上にはあまり寄与しないが、剪断加工時に応力を集中
的に受け、ミクロクラックの発生源となり剪断加工性を
著しく向上させる。また、剪断面に露出したものは、工
具と切屑間の潤滑作用をもたらし剪断抵抗を減少させ、
ひいては金型摩耗を減少させる。しかし、粒径が100
μmを越えるような粒子が存在すると、材料にAgめっ
きなどを行った場合に、局所的にめっき厚が厚くなる
(突起)などの不具合が発生するため、好ましくない。
粒子の上限は、好ましくは50μm以下、さらに好まし
くは10μm以下である。なお、5μmを越す粒子はほ
ぼ全てが晶出粒子である。また、小粒子/大粒子の数の
比率が1未満の場合、強度及び耐熱性の向上効果が少な
い。一方、この比率が余り大きいと理論上剪断加工性の
向上効果が少なくなるが、大粒子を析出させるための具
体的加工熱処理条件(後述)では、この比率は大きくて
も100〜10000程度までの値であり、その比率で
も優れた剪断加工性が得られているので、現実には上限
値は問題にならない。強いていえば、108以下の比率
であれば剪断加工性の向上効果があるといえる。従っ
て、析出粒子の粒径を100μm以下に限定し、その中
に粒径が0.03μm未満の小粒子と0.03μm〜1
00μmの大粒子が存在することとし、かつ、小粒子/
大粒子の数の比率を1以上と定めた。さらに、小粒子/
大粒子の粒径(いずれも中央値)の比率が0.5より大
きい場合、同様に所望の剪断加工性の向上効果が少な
い。従って、小粒子/大粒子の粒径の比率を0.5以下
と定めた。
は、たとえば以下の方法による。 1)Niの含有量が4wt%、Siの含有量が1wt%
以上になると、晶出粒子の粗大化が特に発生しやすくな
るので、晶出粒子の寸法を目的の範囲内とするには、N
i及びSi添加後溶湯を1300℃以上の温度に5分以
上保持し、両者を完全に溶解させ、鋳造温度〜凝固温度
まで鋳型内での冷却速度を0.3℃/秒以上とする。 2)熱間圧延後の熱延材を水中急冷し、さらに冷間圧延
した材料を500〜700℃で1分〜2時間の加熱を行
って大粒子を析出させる。その後、さらに冷間圧延を加
え、今度は300〜600℃で30分以上の加熱を行い
小粒子を析出させる。 3)熱間圧延終了時に冷却する際に急冷せず、500〜
700℃で1分〜2時間保持して大粒子を析出させた後
急冷する。さらに冷間圧延を加えた後、今度は300〜
600℃で30分以上の加熱を行って小粒子を析出させ
る。
し、小粒子と大粒子の数及び粒径を測定する方法として
は、例えば以下の方法が挙げられる。透過電子線顕微鏡
(TEM)、走査電子顕微鏡(SEM)及び光学顕微鏡
によりそれぞれ30視野程度の観察を行い、画像解析装
置を用いて観察写真中の粒子サイズに対する粒子の数の
分布を測定する。透過電子線顕微鏡は0.1μm未満の
粒子の観察に、走査電子顕微鏡は0.1〜5μmの粒子
の観察に、光学顕微鏡は5μm以上の大粒子の観察に用
いる。
は、銅合金の熱間加工性の向上に寄与する。しかし、M
n、Mg、Caの1種又は2種以上の含有量が合計で
0.0001wt%未満の場合、所望の効果が得られな
い。一方、その含有量が合計で1.0wt%を越えてく
ると上述した化合物の析出及び晶出を阻害し、ひいては
剪断加工性の向上を妨げる。また、導電率の低下も激し
くなる。従って、これらの元素の含有量は総量で0.0
001〜1.0wt%と定めた。
Sn、Ti、Co、Au、Pt量]これらの成分は銅合
金の強度を向上させる効果がある。しかし、これらの成
分の1種又は2種以上の含有量が合計で0.001wt
%未満の場合、所望の効果が得られない。一方、その含
有量が合計で5.0wt%を越えてくると上述した化合
物の析出及び晶出を阻害し、ひいては剪断加工性の向上
効果を妨げる。また、導電率の低下も激しく、好ましく
ない。従って、これらの元素の含有量は合計で0.00
1〜5.0wt%と定めた。なお、これらの成分を上記
Mn、Mg、Caと共に含有する場合、合計含有量は
5.0wt%以下とする。
d、W、S、P、C、Nb、Al、V、Y、Mo、P
b、In、Ga、Ge、As、Sb、Bi、Te、B、
ミッシュメタル量]これらの成分は、その1種又は2種
以上の含有量が合計で0.1wt%を越えた場合、上述
した化合物の析出を阻害し、ひいては剪断加工性の向上
効果を妨げる。従って、これらの元素の含有量は合計で
0.1wt%以下と定めた。
合金の実施例について、その比較例及び従来例と共に説
明する。表1〜2に示す成分組成の銅合金を、クリプト
ル炉にて木炭被覆下で大気溶解し、ブックモールドに鋳
造し、50mm×80mm×200mmの鋳塊を作製し
た。
ちに水中急冷し、厚さ15mmの熱延材を作製した。こ
の熱延材の表面の酸化スケールを除去するため、軽く表
面切削した後、実施例については、冷間圧延−大粒子析
出処理:500〜600℃×30分−冷延−小粒子析出
処理:400〜500℃×2〜4時間−冷延によって、
厚さ0.25mm、幅20mmの条を作製した。また、
大粒子析出処理及び小粒子析出処理条件を変えることに
より比較例の条を準備した。
温度、Agめっき性、はんだ耐熱剥離性、剪断加工性、
小粒子及び大粒子の状態(透過電子顕微鏡、走査電子顕
微鏡及び光学顕微鏡で観察)について測定した。結果は
表3〜4に示す通りである。
きを厚さ1μm行った時に、局所的に厚さが厚くなる現
象(突起)の有無を実態顕微鏡で観察した。はんだ耐熱
剥離性は、6Sn/4Pbはんだを245±5℃×5秒
にてはんだ付けした後、150℃のオーブンで1000
Hrまで加熱した。この試験片を180゜曲げ戻しにて
加工を加え加工部のはんだが剥離するか観察した。耐熱
温度は、5分間加熱してHvの低下量が加熱前のHvの
10%となる時の温度である。剪断加工性は、プレスに
より長さ30mm、幅0.5mmのリードを打抜き、リ
ード幅、「ばり」及び「だれ」量を測定して表した。
走査電子顕微鏡及び光学顕微鏡によりそれぞれ30視野
の観察を行い、画像解析装置(株式会社ニレコ製、商品
名ルーゼックス)を用いて観察写真中の粒子サイズ(粒
径)に対する粒子の数の分布を測定した。具体的には、
透過電子線顕微鏡は、観察倍率60000倍(観察面積
2μm2)で0.03μmより大きい粒子の粒径と数を
求め、0.03μm以下の粒子については同一視野をさ
らに150000倍で観察し、最小粒径0.003μm
までの粒子を測定した。走査電子顕微鏡では5000倍
で0.1〜5μmの粒子を、光学顕微鏡では400倍で
5μm以上の粒子を観察した。なお、小粒子及び大粒子
のサイズはそれぞれ最も数の多い粒子の値(中央値)を
用いた。また、小粒子と大粒子のサイズの比は中央値の
比とした。
は、強度、導電率、耐熱温度、Agめっき性など電気電
子部品が要求する特性を具備した上で、剪断加工性が共
に優れている。なお、剪断加工性の向上は、「ばり」及
び「だれ」が小さい、リード幅寸法の高い精度という効
果となって表れ、また、「ばり」及び「だれ」が小さい
ことから、打ち抜き加工後の残留応力が小さくなってい
ることが推定できる。一方、比較例No.13〜23は
いずれかの性能が低いことがわかる。
として要求される特性を具備し、しかも、例えば半導体
装置のリード材や、端子及びコネクタなどの各種の電気
電子部品を剪断加工(打抜き加工など)により製造した
とき、「ばり」、「だれ」並びに残留応力が小さく、そ
の寸法精度が良い。また、剪断加工性に優れるため、打
抜き金型の摩耗を抑制し、打抜き金型の使用寿命を長く
する。したがって、各種電気電子機器の微細化による寸
法精度に対する厳しい要求に対応が可能となる。また、
打抜き金型の使用寿命が長くなるので、スタンピングの
生産性も向上する。
Claims (6)
- 【請求項1】 Ni:1.0〜8.0wt%、Si:
0.1超〜2.0wt%、Zn:0.05〜5.0wt
%を含有し、Oが300ppm以下であり、残部が実質
的にCuと不可避不純物からなる組成を有し、Ni−S
i化合物が析出している銅合金において、その粒径が
0.03μm未満のもの(以後、小粒子という)及び
0.03μm〜100μmのもの(以後、大粒子とい
う)が存在し、かつ小粒子/大粒子の数の比率が1以上
であることを特徴とする剪断加工性に優れる高強度銅合
金。 - 【請求項2】 小粒子/大粒子の粒径(いずれも中央
値)の比率が0.5以下であることを特徴とする請求項
1に記載された剪断加工性に優れる高強度銅合金。 - 【請求項3】 さらに、Mn、Mg、Caのうち1種又
は2種以上を合計で0.0001〜1.0wt%含有す
ることを特徴とする請求項1又は2に記載された剪断加
工性に優れる高強度銅合金。 - 【請求項4】 さらに、Fe、Zr、Ag、Cr、C
d、Be、Sn、Ti、Co、Au、Ptのうち1種又
は2種以上を合計で0.001〜5.0wt%含有する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載された剪断加工
性に優れる高強度銅合金。 - 【請求項5】 さらに、Mn、Mg、Caのうち1種又
は2種以上を合計で0.0001〜1.0wt%と、F
e、Zr、Ag、Cr、Cd、Be、Sn、Ti、C
o、Au、Ptのうち1種又は2種以上を合計で0.0
01〜5.0wt%を、全体の合計で5.0wt%以下
含有することを特徴とする請求項1又は2に記載された
剪断加工性に優れる高強度銅合金。 - 【請求項6】 Hf、Th、Li、Na、K、Sr、P
d、W、S、P、C、Nb、Al、V、Y、Mo、P
b、In、Ga、Ge、As、Sb、Bi、Te、B、
ミッシュメタルのうち1種又は2種以上が合計で0.1
wt%以下であることを特徴とする請求項1〜5のいず
れかに記載された剪断加工性に優れる高強度銅合金。
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---|---|---|---|
JP04161597A JP3797736B2 (ja) | 1997-02-10 | 1997-02-10 | 剪断加工性に優れる高強度銅合金 |
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JP04161597A JP3797736B2 (ja) | 1997-02-10 | 1997-02-10 | 剪断加工性に優れる高強度銅合金 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH10219374A true JPH10219374A (ja) | 1998-08-18 |
JP3797736B2 JP3797736B2 (ja) | 2006-07-19 |
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ID=12613254
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP04161597A Expired - Lifetime JP3797736B2 (ja) | 1997-02-10 | 1997-02-10 | 剪断加工性に優れる高強度銅合金 |
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