TWI441197B

TWI441197B - Conductive wire for electronic equipment and wiring for wiring using it

Info

Publication number: TWI441197B
Application number: TW097141947A
Authority: TW
Inventors: Kuniteru Mihara; Isao Takahashi
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2007-11-01
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2014-06-11
Also published as: US20100294534A1; CN101842852B; KR20100080617A; EP2219193A1; EP2219193A4; CN101842852A; JP5006405B2; TW200926214A; WO2009057697A1; JPWO2009057697A1

Description

電子機器用導體線材及使用其之配線用電線

本發明係關於一種電子機器用導體線材及使用其之配線用電線。

以往，電子機器用途、汽車之配線用電線、機械人用配線材，主要係使用如JIS C3102所規定之軟銅線、或者是將施加有鍍錫等於此軟銅線所形成之線加以撚合，然後再將氯乙烯‧交聯聚乙烯等絕緣體被覆於該撚線導體成同心圓狀之電線。

又，於一部分之電子機器亦有以無被覆之狀態與連接器(雌)側嵌合之形式。於該等上述所示之軟銅線，強度不足，而使用導電性較純銅低之合金線，例如，JIS-C2700W(黃銅)、C5191W(磷青銅)或JIS-C1940W(摻雜有鐵之銅)、C7025W(卡遜合金銅)、C1720W(鈹銅)等。

再者，汽車所裝載之各種控制電路，於近年來日益增加，其配線部位的數目亦增多。特別於汽車配線電路，控制用等之訊號電流電路所占之比例增高。因此，不僅所使用之電線重量增加，且更加提高對電線之接合部等之耐久性、長期通電性之可靠性的要求。由於如此之狀況，並從節省能源的立場，而要求能確保如上述之可靠性，並且將電線重量輕量化。

於電子機器之用途，由於每年所使用之電流的頻率增高的關係，期盼導電性更高之材料，再者，同樣地要求輕量化與可靠性，故需要可承受高接壓之高強度材料。

另一方面，亦有用以因應嵌合部分所產生之發熱問題之高導電性的要求。電線及導體，除具有導電之目的外，亦具有將嵌合部分所產生之熱加以排除的功能(例如，參照非專利文獻1)。亦即，由於透過導體部分，有助於散熱的作用，故可達成抑制起火或伴隨發熱所產生之劣化的重要功能。

以往使用純銅之電線導體，儘管通電容量充分足夠，但由於電線導體本身及其端子壓接部的機械強度較弱，故難以細徑化。

另一方面，合金線的場合雖可得充分的強度，但相反地，卻會有導電性低所造成的問題。關於合金線之製造，曾揭示有嘗試高強度與細線化者(例如，參照專利文獻1)，又，藉由撚合複數條銅合金線與硬銅線以製成難以留下捲繞痕跡者，且嘗試改善機械、電氣特性者亦有揭示(例如，參照專利文獻2)。然而，該等先前技術，具有當使用作為電線彼此之接合部或導線時之焊料接合部容易脫離等缺點。再者，專利文獻3、4所記載之合金線，並無法得到具有所欲強度與導電性之材料。

又，為了應用於廣泛用途，必須為廉價之材料。若使用特殊之熔解方法(真空熔解爐)或粉末冶金法等，則成本將會增高(例如，參照專利文獻5)。

非專利文獻1：古河電工時報第81號p123。

專利文獻1：日本特開平6-60722號公報。

專利文獻2：日本特開平11-224538號公報。

專利文獻3：日本特開2001-316741號公報。

專利文獻4：日本特開2007-157509號公報。

專利文獻5：日本特開平10-140267號公報。

本發明人等，經潛心研究的結果，發現藉由特定組成的銅合金，可製得高強度且高導電性之材料。本發明係有鑒於此點而完成者。

亦即，本發明係提供以下之電子機器用導體線材及配線用電線。

(1)一種電子機器用導體線材，其特徵在於，係由含有鈷0.5～3.0質量%、矽0.1～1.0質量%、剩餘部分為銅與不可避免之雜質所構成之銅合金材所形成。

(2)如(1)所記載之電子機器用導體線材，其中，該銅合金材，進一步含有鎳0.1～3.0質量%。

(3)如(1)或(2)所記載之電子機器用導體線材，其中，該銅合金材，進一步含有以總量計0.05～1.0質量%之選自由鐵、銀、鉻、鋯、及鈦所構成群中之1種或2種以上之元素。

(4)如(1)～(3)中任一項所記載之電子機器用導體線材，其中，該銅合金材，進一步含有以總量計0.01～3.0質量%之選自由0.05～0.5質量%之鎂、0.1～2.5質量%之鋅、0.1～2.0質量之錫、0.01～0.5質量%之錳、及0.01～0.5質量%之鋁所構成群中之1種或2種以上之元素。

(5)如(1)～(4)中任一項所記載之電子機器用導體線材，其時效熱處理前與時效熱處理後之冷加工率的總合為99%以上。

(6)一種配線用電線，係將複數條之(1)～(5)中任一項所記載之電子機器用導體線材撚合而成。本發明之上述及其他特徵與優點，可由下述之記載清楚得知。

以下，詳細說明本發明之電子機器用導體線材。

首先，詳細說明本發明之電子機器用導體線材所使用之銅(Cu)合金之各合金元素及合金組成與其作用效果。

鈷(Co)與矽(Si)，可藉由控制其添加量比，使Co-Si析出物(CoSi、Co₂ Si、CoSi₂ )形成於基質中而進行析出強化，係可藉由該添加來提升銅合金之強度的元素。鈷之含量，係0.5～3.0質量%，較佳為1.0～2.0質量%。若鈷之量過少，則其析出硬化量小而導致強度不足。而鈷之量即使過多，其效果亦會呈飽和。

矽以質量%計算時，已知於鈷之添加量之約1～1/2時，強化量會增大。有鑑於此點，於本發明之電子機器用導體線材，矽之含量為0.1～1.0質量%，更佳為0.3～0.8質量%。

鎳(Ni)，與鈷同樣地，會與矽形成析出物(Ni-Si、Ni₂ Si)。又，一部分會與鈷進行取代，而生成三元系化合物(Ni-Co-Si系)，皆可提升銅合金之強度。當含有鎳時之含量，較佳為0.1～3.0質量%，更佳為0.5～1.5質量%。若鎳之量過少，則其析出硬化量小而導致強度不足。而鎳之量即使過多，其效果亦會呈飽和。又，過剩之含量，鎳將會固溶於銅母相而損害導電性。

鐵(Fe)、銀(Ag)、鉻(Cr)、鋯(Zr)、鈦(Ti)皆為會於銅母相自行析出、強化之元素。含有該等元素時之含量的合計，較佳為0.05～1.0質量%，更佳為0.1～0.5質量%。若此等元素之含量過少，則無法得到充分的強化量，相反地，若含量過多，則會損害加工性(產生龜裂、斷線等)。

鎂(Mg)、鋅(Zn)、錫(Sn)、錳(Mn)、鋁(Al)皆為會固溶於銅母相而發揮固溶強化之元素。雖然只要添加就會提升強度，但相反地，若含量過多，則會損害導電性。

含有鎂時之含量，較佳為0.05～0.5質量%，更佳為0.1～0.5質量%。

含有鋅時之含量，較佳為0.1～2.5質量%，更佳為0.3～1.0質量%。

含有錫時之含量，較佳為0.1～2.0質量%，更佳為0.2～1.0質量%。

含有錳時之含量，較佳為0.01～0.5質量%，更佳為0.05～0.2質量%。

含有鋁時之含量，較佳為0.01～0.5質量%，更佳為0.05～0.2質量%。

當含有選自由該等之鎂、鋅、錫、錳及鋁所構成群中之至少1種元素時，該至少1種元素之含量合計，較佳為0.01～3.0質量%，更佳為0.05～1.0質量%。

本發明之電氣、電子機器用之配線電線導體所使用之銅合金線材，可依一般方法來製造。例如，可以下述方法來製造。亦即，對將配合有所欲金屬之原料加以熔解後所鑄造之鑄塊進行製作。接著，由於在該鑄塊中存在有熔解鑄造時所產生之巨大結晶物、析出物(皆≧1μm)，故為了使該等再固溶，係進行以800～1000℃保持0.1～2小時之稱為均質化處理的熱處理。於該熱處理後，進行熱擠壓或壓延，並立即加以急速冷卻。藉此可使晶粒微細化，且可提供抑制巨大析出物之形成的熱加工材。於熱擠壓之後，較佳為立即進行水中淬火。又，將鑄造之鑄塊直接連續地進行熱加工之方法(SCR法等)之提供亦可適用於本發明。

以此方式，例如可製造圓棒，並將其拉伸至既定之直徑以作成導體線材。以此方式所得之導體線材，於直徑方向所產生之應變大致均一，例如在壓接端子時，具有壓接強度穩定之優點。惟，本發明之導體線材，並不限於上述之圓棒、拉伸加工，亦可視目的之用途，成型加工為所需之大小、形狀。

為了得到高強度且高導電性之材料，一般係利用使用析出強化與加工強化之強化機構。

本發明所使用之合金，析出熱處理(所謂之時效熱處理)之前後冷加工率之總和，較佳為99%以上，更佳為99.3～99.9%，再更佳為99.5～99.9%，藉此，可得高強度高導電性之電氣機器用導體線材。所謂冷加工，係在無加熱下對材料進行加工之方法，上述所示之熱加工(擠壓)並非為冷加工。於本發明，時效熱處理條件，較佳為，以300～600℃進行0.5～4小時。再者，較佳為，當時效熱處理前之冷加工率為≦50%時為500～600℃，≦90%時為400～500℃，＞90%時為300～450℃。然而，於任一情形皆以使時效熱處理前與時效熱處理後之冷加工率之和(≒由熱加工至完成製品為止之加工率)為≧99%的方式來調整加工率，藉此，可作成同時兼顧強度與導電率之材料。

又，若分數次進行時效熱處理，則可更加提升導電性之特性。例如，對熱壓延後之材料進行550℃×2小時之熱處理，接著，進行冷加工90%後，進行400℃×1小時之熱處理，然後再次進行冷加工90%，總的加工率(由熱加工至完成製品為止之加工率)為99%之材料，可製作成較1次時效熱處理之材料具更高導電性之材料。

又，此處，加工率係加工前之材料之截面積與加工後之截面積之差除以加工前之截面積的百分率。

接著，說明本發明之配線用電線。

當本發明為撚線時，將其複數條依一般方法加以撚合(較佳為撚合3～20條)，可製成本發明之配線用電線。本發明之配線用電線的形態、大小並無特別限定，可視目的之用途加工成所欲之形態、大小，亦可進一步被覆絕緣體材料等。又，本發明之配線用電線經進一步壓縮後，例如，可以300～550℃進行時效退火1～5小時。

如此，本發明所使用之電氣、電子機器用導體，藉由於Cu-Co-Si合金，視需要添加既定量之各種元素，可展現高強度及高導電性，不僅電子、電氣機器用途之線材、及使用其之配線用電線，亦可利用於***式端子(male terminal)、針腳、汽車用電線車(wire harness)等。

本發明之電子機器用導體線材，由於拉伸強度(TS)為600MPa以上，故可製作成導電率為40% IACS以上之高強度高導電線材，不需特殊之熔解方法或拉線方法等而可廉價地製造。

又，本發明之電子機器用線材，具有優異之強度及導電性，可適用於要求高強度化、高導電化之電氣、電子機器用途及配線用電線。

又，藉由本發明，在作為因具有衝擊荷重等而必須使材料伸長之用途時，藉由在冷加工至所欲尺寸後實施時效熱處理，可得伸長為5%以上、拉伸強度(TS)為400MPa以上、導電率為40% IACS以上之導體線材。特別是於汽車、機械人等配線用途，藉由將本發明之導體線材複數條加以撚合後進形壓縮，再進一步實施時效熱處理，可得高伸長值之配線用電線。此處，對導體線材進行加工時之時效熱處理、與該時效熱處理前後之冷加工之加工率的總合，及將複數條導體線材撚合後所進行之時效熱處理，分別以上述較佳條件實施為佳。

【實施例】

以下，根據實施例進一步詳細說明本發明，但本發明並不限定於該等。

[實施例1]

將各金屬材料以高頻熔解爐及大氣熔解爐熔解，鑄造成鑄塊，使其成為下述表1～2中所示之合金組成。接著，對上述鑄塊進行900℃×1小時之均質化處理後，進行熱擠壓，再立即進行水中淬火，製得圓棒(直徑20mm)。接著，對該圓棒以低溫進行拉線，製得各種線徑之材料。將該具有各種線徑之線材，以各種熱處理條件進行熱處理後，進行低溫拉線。又，視需要準備經由反覆時效熱處理與低溫拉線之步驟所製成之樣品。

又，具有本發明所規定之範圍的合金組成者為本發明例，其範圍外者則顯示於比較例。

對以此方式所製得之各電線試樣，以下述方法測量[1]拉伸強度、[2]導電率。各項目之測量方法如以下所示。

[1]拉伸強度(TS)

根據JIS Z 2241，對各電線試樣3條測量拉伸強度，其平均值(MPa)示於表3～4。

[2]導電率(EC)

使用四端子法，於控管在20℃(±1℃)之恆溫槽中，對各電線試樣2條測量導電率，其平均值(% IACS)示於表3～4。此時之端子間距離為100mm。

表1所示之材料No.1～30為具有本發明之合金成分之本發明例，表2所示之材料No.101～118則為比較例。

表2中，材料No.101、102及113～116，為上述(1)項之發明(本發明例材料No.1～5)之比較例，材料No.103為上述(2)項之發明(本發明例材料No.6～8)之比較例，材料No.104～107為上述(3)項之發明(本發明例材料No.9～13、23)之比較例，材料No.108～112、117及118，為上述(4)項之發明(本發明例材料No.14～18、20～22及24～30)之比較例。

表1～2中，數值之單位為質量%，剩餘部分為銅與不可避免之雜質。

於表3～4，係顯示改變時效熱處理與冷加工率之組合所試作時之材料特性(拉伸強度、導電率)。於表3～4，拉伸強度(TS)之單位為MPa，導電率(EC)之單位為% IACS。又，表3係顯示本發明例，表4則顯示比較例。

製程(1)：冷加工(加工率=90%)-時效熱處理(440℃、2小時)-冷加工(加工率=90%)[總的加工率99%]

製程(2)：時效熱處理(550℃、2小時)-冷加工(加工率=99%)

製程(3)：冷加工(加工率=75%)-時效熱處理(490℃、2小時)-冷加工(加工率=75%)-時效熱處理(500℃、2小時)-冷加工(加工率=90%)[總的加工率99.375%]

如表3所示，可知本發明例之No.1～30，以製程(1)～製程(3)中之至少一製程所製造之線材，具有拉伸強度600MPa以上、導電率為40% IACS以上之優異特性。特別是經製程(3)處理之線材，相較於製程(1)、製程(2)處理之線材，顯示出更高之導電性。

相對於此，如表4所示，比較例之No.101～118，以製程(1)～製程(3)之任一製程所製造之線材，拉伸強度未滿600MPa，或導電率未滿40% IACS，或有於途中斷線者。

接著，使冷加工率為本發明之較佳範圍之外之例、及未實施時效熱處理之例示於表5。於表5，拉伸強度(TS)之單位為MPa，導電率(EC)之單位為% IACS。

製程(4)：冷加工(加工率=50%)-時效熱處理(500℃、2小時)-冷加工(加工率=50%)[總的加工率75%]

製程(5)：冷加工(加工率=99%)[總的加工率99%]無熱處理。

如表5所示，可知製程(4)與製程(1)～製程(3)相較之下，金屬材料之強度有些許變差之傾向，製程(5)與製程(1)～製程(3)相較之下，金屬材料之導電率有些許變差之傾向。亦即，表5所示之例，係顯示本發明之實施例內之較佳要求物性中之滿足必要最小限度之物性之例。又，於製程(4)或(5)，雖存在有拉伸強度600MPa以上且導電率為40% IACS以上之例(較佳例)，但並非如製程(1)～(3)般之材料No.1～30全部皆為拉伸強度600MPa以上且導電率為40% IACS以上。

又，本發明之各實施例所得之線材，藉由例如使用周知之撚線機將複數條加以撚合，可製作成配線用之撚線。將7條表3及表5所示之本發明例1～30之電線，以一般方法加以撚合而形成配線用撚線，皆未產生斷線等不良情形。

[實施例2]

對表1之本發明例之材料(No.1、14、16、28、30)及表2之比較例之材料(No.101、118)，分別將各圓棒(直徑20mm)依上述實施例1中之製程(1)施以低溫拉線(冷加工)與時效熱處理，製得直徑0.17mm之銅合金線材(導體線材)。將7條該線材以一般方法加以撚合，並壓縮製成截面積為0.13mm² 之撚線。對該撚線以450℃進行時效熱處理2小時，再以絕緣體(聚乙烯)被覆以製造配線用電線(試作材)。

對所得之電線，以上述方法，測量拉伸強度(TS，單位：MPa)、導電率(EC，單位：% IACS)。於測量拉伸強度時，同時亦測量伸長(EL，單位：%)。於表6顯示試作材之特性之測量結果。

如表6所示，可知以各材料所製造之試作材，伸長皆為5%以上，故可適用作為因具有衝擊荷重等而必須使材料伸長之用途。然而，本發明之合金組成範圍外或其較佳範圍外之比較例之材料No.101、118所製造之試作材，拉伸強度(TS)低至未滿400MPa，或導電率(EC)低至未滿40% IACS，可知並不適合使用作為配線用電線。

本發明之電子機器用導體線材，可適用於電子機器用用途所使用之所有線材，特別是可適用於汽車及機械人之配線等，再者，亦適用於為了連接而將端子壓接使用之電子機器用導體線材。

使用本發明之電子機器用導體線材之配線用電線，係適用作為配線用電線。

雖一同說明本發明與其實施態樣，但只要本發明無特別指定，即使是在說明本發明之任一細節，亦非欲以限定者，在不違反本發明之申請專利範圍所示之發明精神與範圍，應作廣義地解釋。

本申請案係主張基於2007年11月1日於日本提出專利申請之特願2007-285585之優先權，本發明係參照此申請案並將其內容加入作為本說明書之記載的一部份。

Claims

一種電子機器用導體線材，其特徵在於：係由含有鈷0.5~3.0質量%、矽0.1~1.0質量%、剩餘部分為銅與不可避免之雜質所構成之銅合金材所形成；其線材係時效熱處理前與時效熱處理後之冷加工率的總合為99%以上。
如申請專利範圍第1項之電子機器用導體線材，其中，該銅合金材，進一步含有鎳0.1~3.0質量%。
如申請專利範圍第1項之電子機器用導體線材，其中，該銅合金材，進一步含有以總量計0.05~1.0質量%之選自由鐵、銀、鉻、鋯、及鈦所構成群中之1種或2種以上之元素。
如申請專利範圍第2項之電子機器用導體線材，其中，該銅合金材，進一步含有以總量計0.05~1.0質量%之選自由鐵、銀、鉻、鋯、及鈦所構成群中之1種或2種以上之元素。
如申請專利範圍第1至4項中任一項之電子機器用導體線材，其中，該銅合金材，進一步含有以總量計0.01~3.0質量%之選自由0.05~0.5質量%之鎂、0.1~2.5質量%之鋅、0.1~2.0質量%之錫、0.01~0.5質量%之錳、及0.01~0.5質量%之鋁所構成群中之1種或2種以上。
一種配線用電線，係將複數條之申請專利範圍第1~5項中任一項之電子機器用導體線材撚合而成。