JPS6338543A - 電子機器用銅合金とその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電気機器用銅合金とその製造法に関し、特に機
械的強度や電気・熱伝導性を向上し、かつ半田付は性、
メツキ性、耐食性等を改善したものである。

（従来の技術〕 電子機器、例えば半導体リードフレーム、コネクター、
接点等に使用されるＣＬＩ合金としてはリン青銅（Ｃｕ
−３ｎ系合金）、黄銅（Ｃｕ−２ｎ系合金）、洋白（Ｃ
ｕ−Ｎ　ｉ　−Ｚｎ系合金）等が一般に用いられている
。この内黄銅と洋白は応力腐食割れという致命的欠陥を
有するため、機械的ストレスの大きい用途には適さない
。またリン青銅は強度や成型加工性が優れているところ
から広く利用されているが、導電率が低く、かつ高価な
ｓｒ＋を多厘に使用する。更に半田付けや３ｎ、３ｎ合
金メツキの剥離現象を起し易く、応力腐食割れ感受性も
黄銅や洋白はとではないが保有する。

このため一部の用途ではＣＬＪ−Ｆｅ系合金が利用され
ている。例えば０１９４（Ｃｕ−２，３ｗｔ％Ｆ　ｅ　
−０，１２ｗｔ％Ｚｒ１−Ｐ合金）（以下ｗｔ％を％と
略記〉ヤＣ１９５（ＣＬｌ−１，５％Ｆｅ−０，８％Ｃ
ｏ−０，６％５ｒｌ−Ｐ合金）は６％５ｎリン青銅はど
の強度はないが、その２〜３倍の導電率を有し、応力腐
食割れ感受性はない。しかしながら加工性が劣るばかり
か、半田付は性が不十分である。

（発明が解決しようとする問題点〕 近年電子機器の小型化、高集積度化、高機能化と共に、
信頼性と経済性の強い要求に応え得る高性能のＣＵ金合
金求められている。このような合金には下記の特性が要
求されている。

（１）強度と導電性（熱伝導性）が共に優れていること
。

（２）成型加工性が良いこと。

（３）耐食性、即ち応力腐食割れ感受性がないこと。

（４）半田付は性やメツキ性、即ち半田接合強度や３ｎ
、３ｎ合金メツキの密着性が長期にわたり高いこと。

（問題点を解決するための手段〕 本発明はこれに鑑み種々研究の結果、機械的強度と電気
・熱伝導性が優れ、かつ半田付は性、メツキ性及び耐食
性を向上した電子機器用鋼合金とその製造法を開発した
ものである。

即ち本発明合金の一つは、Ｚｒ０．０３〜０．３％、０
、　ｒ０．０５〜０．５％、Ｚ　ｎ０．０１〜０．５％
、ＭＱ。

Ｃａ、レアーアース（ＲＥ）の内少なくとも１種以上を
０．０００５〜０．０５％を含有し、α含有量を３０ｐ
ｐｍ以下、Ｐ含有量を３０ｐｐｍ以下、Ｓ含有量をｉｏ
ｐｐｍ以下、析出物粒径を１０μ以下に制限し、残部Ｃ
ｕと不可避的不純物からなることを特徴とするものでお
る。

また本発明合金の他の一つは、Ｚｒ０．０３〜０．３％
、Ｃｒ　０．０５〜０．５％、Ｚｎ０．０１〜０．５％
、Ｍｇ、Ｃａ、レアーアース（ＲＥ）の内少なくとも１
種以上を０．　ｏｏｏｓ〜０．０５％を含有し、更にＦ
ｅ、Ｔｉ、Ｙ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ａｇ、Ｍｎ。

Ｈｆ、Ｎ　ｉ、Ｓｎ、Ｃ０．ｓｂ、Ｂ　ｉ、Ｂｅ。

Ｌｉ、Ｂ、Ｂａの内の少なくとも２種以上を０．５％以
下含有し、α含有量を３０ｐｐｍ以下、Ｐ含有量を３０
ｐｐｍ以下、Ｓ含有量をｌｈｐｍ以下、析出物粒径を１
０μ以下に制限し、残部Ｃｕと不可避的不純物からなる
ことを特徴とするものである。

また本発明製造法は、Ｚｒ０．０３〜０．３％、Ｃｒ０
．０５〜０．５％、Ｚ　ｎ０．０１〜０．５％、ＭＯ。

Ｃａ、レアーアース（ＲＥ）の内の少なくとも１種以上
を０．０００５〜０．０５％を含有し、又はこれにＦｅ
、Ｔｉ、Ｙ、Ｉｎ、Ｓｉ、ＡＱ、Ｍｎ。

Ｈｆ、Ｎ　ｉ、Ｓｎ、Ｇ０．Ｓｂ、Ｂ　ｉ、Ｂｅ。

Ｌｉ、Ｂ、Ｂａの内の少なくとも２種以上を０．５％以
下を含有せしめ、α含有量を３０ｐｐｍ以下、Ｐ含有量
を３０ｐｐｍ以下、Ｓ含有量を１０ｐｐｍ以下に制限し
、残部ＣＬＪと不可避的不純物からなるＣＵ合金鋳塊に
、熱間加工と冷間加工を施した後、９００〜１０３０℃
の実体温度で５〜１８００秒間保持した後、３００〜８
５０℃で１０秒〜１２時間の焼鈍と加工率１０％以上の
冷間加工を１回以上繰返し、最終的に加工率５０％以下
の仕上げ加工を施して析出物粒径を１０μ以下、望まし
くは５μ以下とするものである。

〔作用〕

本発明合金は、Ｃｒとｚｒの成分が均質に析出分散した
合金で、両者の作用を相乗的に併合して所定の特性を発
揮せしめたものである。

Ｍｇ、Ｃａ、ＲＥは何れもＺｒとＣｒの析出分散の均質
化に有効に作用し、特にＣｒへの作用が大きい。これ等
の成分の作用は本発明合金の組成範囲内において、実用
上有効であり、その下限未満では効果が得られず、上限
を越えると製造上の欠陥や導電率の低下をきたす。特に
過剰のＣｒやＺｒは粗大析出粒となり易く、加工性、メ
ツキ性、半田付は性等に有害に働く。しかしてＣｒ０．
１５〜０．３５％、Ｚｒ０．１〜０．２％、ＭＱ、Ｃａ
、ＲＥの白河れか１種以上を０．００５〜０．０２％と
してときに要求特性を最大とすることができる。

ｚｎはＣｒの粗大析出を抑制し、半田付けやメツキの密
着強度の劣化を抑制する効果を示し、特に本発明合金の
組成範囲内において有効に作用し、またＺｎ含有ｉを０
．０５〜０．２％としたときに最も有効に作用する。し
かして含有量が本発明で規定する下限未満では効果が薄
く、上限を越えると成型加工性を劣化する。

Ｆｅ、Ｔｉ、Ｙ、Ｉｎ、Ｓｉ、／’ｌ、Ｍｎ。

Ｈｆ、Ｎ　ｉ、Ｓｎ、Ｇ０．ｓｂ、Ｂ　ｉ、Ｂｅ。

Ｌｉ、Ｂ、Ｂａ（以下これ等を副成分と略記）は溶体化
処理時の結晶粗大化を抑制するものであるが、単体で含
有される場合には導電性、メツキ性、半田付は性等の特
性面や製造面から含有量が制限されて効果が不十分とな
るため、少なくとも２種以上複合添加するものでおる。

これ等の副成分は複合添加することにより、前記特性を
劣化することなく、結晶粗大化を抑制し、更にはＣｒや
Ｚｒの析出作用の時間に対する感受性を緩かにする働き
を持っており、特に０、００５〜０．３％において最も
有効である。しかして本発明で規定する上限を越えると
導電性、メツキ性、半田付は性等を劣化するばかりか、
製造性を阻害する。

■は本発明合金の成分の均一な析出分散に有害で、粗大
な析出粒を作り易く、強度の向上を阻害するばかりか、
メツキ性、半田付は性を劣化させ、更には成型加工性を
劣化させ、電子機器に要求される精密な加工部品におい
て実用上特に有害なため、その含有量を３０ｐｐｍ以下
、望ましくは５ｐｐｍ以下に制限した。Ｐは過剰に含ま
れると本発明合金の特徴である高導電性を著しく損なう
と共に、半田との界面に濃縮し、半田付は性を悪化させ
るため、３０ｐｐｍ以下、望ましくは１１０１）ｌ）以
下に制限した。またＳは粒界や最終凝固部に凝集して熱
間圧延性を大きく悪化させめるため、１０ｐｐｍ以下、
望ましくは５ｐｐｍ以下に制限した。

本発明合金は特に上記製造法によって強度などの特性を
最適化することができる。しかして合金鋳塊を９００〜
１０３０℃に加熱した後、急冷して溶体化処理するのは
、９００℃未満でも、１０３０℃を越える温度に加熱保
持して急冷しても十分に溶体化せず、粗大結晶粒となっ
て成型加工性、特に曲げ成型性を劣化させ、更には粒界
析出を起し、特性面で劣化を生ずるためで、望ましくは
副成分を添加しないものでは９３０〜９８０℃、副成分
を添加したものでは９３０〜１０１０℃で溶体化処理す
るとよい。また保持時間を５〜１８００秒と限定したの
は５秒未満では溶体化せず、１８００秒を越えると効果
が見出せないためである。

次に溶体化処理後に５％以上の冷間加工を施してから、
３００〜８５０℃で１０秒〜１２時間の焼鈍と、１０％
以上の冷間加工を少なくとも１回以上行なうのは、均質
な析出を（ｑるためで、範囲外の条件では析出作用がな
かったり、過時効による粗大析出物を生じたり、最終的
に満足する特性が得られない。また最終仕上加工率を５
０％以下と限定したのは、これを越えて加工すると急激
に曲げ成型性を劣化し、電子機器用銅合金としては不適
当なものとなるためでおる。

尚本発明合金は最終の仕上げ加工後、２００〜５００℃
で調質焼鈍やテンションレベラー等を組み合せることに
より、更に優れた特性とすることができる。

（実施例） 第１表に示す組成の鋳塊（巾４０．、厚ざ４０ｍ、長さ
３００ｍ＞を外削してから８８０℃に加熱して１５分保
持した後、熱間圧延を施して厚さ１００　Ｍとした。こ
れを面前してから厚さ１．２＃まで冷間圧延し、次に連
続焼入れ炉を用い、非酸化性雰囲気中で実体が９５０℃
で１００秒保持の条件により溶体化処理を行なった。尚
冷却は処理材に水を吹き付けて迅速に行なった。

その後０．０Ｂ、まで冷間圧延してから時効処理（４５
０℃、１時間）し、次に厚さ０．３３．に圧延した後、
４５０℃で１時間時効処理し、しかる後、加工率２０％
の最終加工を施して厚さ０．２５ｍｍの仮に仕上げた。

これ等を３００　’Ｃで３０分間調調質鈍した後、サン
プルを切り出して析出粒径、引張り強さ、導電率、曲げ
成型性、耐食性、半田付は性及びメツキ性を調べた。そ
の結果を従来品であるＣ１９４　（Ｃｕ−２，３％Ｆｅ
−０，１２％Ｚｎ−Ｐ合金）及び６％リン青銅（ＣＬＩ
−６％５ｎ−Ｐ合金）と比較して第２表に示す。

曲げ成型性は各種先端半径（Ｒ）の９０’　Ｖ曲げ試験
により、曲げ部の割れ状態を検鏡し、マイクロクラック
のない最少半径（Ｒ）と板厚（１）との比（Ｒ／ｌ）を
求めた。耐食性はＪＩＳ　Ｃ８３０６に準じて応力腐食
割れ（３ｖｏ１％ＮＨ３蒸気中定荷重法）により割れの
時間を求めた。荷重は引張強ざの５０％とした。半田付
は性は、直径９ＩｎＩｎの部分にリード線を共晶半田付
けしてから１５０℃で６００時間エージングしてからプ
ル試験により接合強度を求めた。またメツキ性はホウフ
ッ化物浴を用いて５ｎ−５％Ｐｂ合金メツキを７．５μ
の厚さにメツキし、１０５°Ｃで２０００時間保持して
から１８０°に折り曲げ、折り曲げ部のメツキ層の剥離
を検鏡した。

尚第２表中の比較合金Ｎα１７及びＮα１８は第１表中
の本発明合金ＮＱ３と同一成分であるが、Ｎα１７は溶
体化処理条件を１０５０℃、１００秒とし、Ｎα１８は
最終加工率を６０％としたものである。

７Ｒ１表及び第２表から明らかなように、本発明合金Ｎ
α１〜１０を本発明法により製造したものは何れも従来
品Ｎα１９．Ｎα２０と比較し、各特性がはるかに優れ
ていることが判る。

これに対し本発明合金で規定する組成範囲より外れる比
較合金及び本発明合金であっても、本発明製造法の条件
より外れる比較量では何れも各特性の一つ以上が劣る。

即ちＣＬＪ含有量の多い比較合金Ｎ０．　１１及びＯ２
含有量の多い比較合金Ｎ０１３では析出粒径が大きくな
り、曲げ成型性、半田接合強度及びメツキ性が劣り、Ｚ
ｎを含まない比較合金Ｎα１２では半田接合強度が劣る
。またＰ含有量の多い比較合金Ｎ０．１４では析出粒径
が大きくなり強度、導電率、曲げ成型性及び半田接合強
度が劣り、Ｍ（Ｊ１′）Ｃａの含有量が多い比較合金Ｎ
０１５では熱間圧延で割れを生じ、それ以後の加工が不
可能であった。また副成分の多い比較合金Ｎα１６では
優れた強度を示すも、導電率及び曲げ成型性が劣る。更
に本発明合金の組成範囲内であっても、製造条件が外れ
る比較量Ｎα１７．Ｎα１８では曲げ成型性及びメツキ
性が劣る。

〔発明の効果〕

このように本発明によれば、強度、電気・熱伝導性、成
型加工性、耐食性、メツキ性及び半田付は性において、
従来の銅合金よりはるかに優れたものが得られ、電子機
器用、例えば半導体リードフレームやコネクター・スイ
ッチ等のばね材として有用である等工業上顕著な効果を
奏するものである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｚｒ０．０３〜０．３ｗｔ％、Ｃｒ０．０５〜０
   ．５ｗｔ％、Ｚｎ０．０１〜０．５ｗｔ％、Ｍｇ、Ｃａ
   、レアーアース（ＲＥ）の内の少なくとも１種以上を０
   ．０００５〜０．０５ｗｔ％を含有し、Ｏ＿２含有量を
   ３０ｐｐｍ以下、Ｐ含有量を３０ｐｐｍ以下、Ｓ含有量
   を１０ｐｐｍ以下、析出物粒径を１０μ以下に制限し、
   残部Ｃｕと不可避的不純物からなる電子機器用銅合金。
2. （２）Ｚｒ０．０３〜０．３ｗｔ％、Ｃｒ０．０５〜０
   ．５ｗｔ％、Ｚｎ０．０１〜０．５ｗｔ％、Ｍｇ、Ｃａ
   、レアーアース（ＲＥ）の内の少なくとも１種以上を０
   ．０００５〜０．０５ｗｔ％を含有し、更にＦｅ、Ｔｉ
   、Ｙ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｈｆ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｃ
   ｏ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｂｅ、Ｌｉ、Ｂ、Ｂａの内の少なくと
   も２種以上を０．５ｗｔ％以下含有し、Ｏ＿２含有量を
   ３０ｐｐｍ以下、Ｐ含有量を３０ｐｐｍ以下、Ｓ含有量
   を１０ｐｐｍ以下、析出物粒径を１０μ以下に制限し、
   残部Ｃｕと不可避的不純物からなる電子機器用銅合金。
3. （３）Ｚｒ０．０３〜０．３ｗｔ％、Ｃｒ０．０５〜０
   ．５ｗｔ％、Ｚｎ０．０１〜０．５ｗｔ％、Ｍｇ、Ｃａ
   、レアーアース（ＲＥ）の内の少なくとも１種以上を０
   ．０００５〜０．５ｗｔ％を含有し、又はこれにＦｅ、
   Ｔｉ、Ｙ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｈｆ、Ｎｉ、Ｓｎ
   、Ｃｏ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｂｅ、Ｌｉ、Ｂ、Ｂａの内の少な
   くとも２種以上を０．５ｗｔ％以下を含有せしめ、Ｏ＿
   ２含有量を３０ｐｐｍ以下、Ｐ含有量を３０ｐｐｍ以下
   、Ｓ含有量を１０ｐｐｍ以下に制限し、残部Ｃｕと不可
   避的不純物ならなるＣｕ合金鋳塊に、熱間加工と冷間加
   工を施した後、９００〜１０３０℃の実態温度で５〜１
   ８００秒保持し、これを３０℃／秒以上の冷却速度で急
   冷して溶体化処理した後、加工率５％以上の冷間加工を
   施し、その後３００〜８５０℃で１０秒〜１２時間の焼
   鈍と加工率１０％以上の冷間加工を１回以上繰返し、最
   終仕上加工率を５０％以下として、析出物粒径を１０μ
   以下とすることを特徴とする電子機器用銅合金の製造法
   。