CN101548025A - 电气电子部件用铜合金材料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电气电子部件用铜合金材料，其是以400℃以上600℃以下的温度在30秒以上1000秒以下的条件对材料进行去应变退火处理而形成的，所述材料是以40％以下的加工率对其进行精轧，并且在该精轧后利用连续退火炉以500℃以上800℃以下的温度在1秒以上100秒以下的条件下进行热处理而得到的，其中，所述去应变退火处理前后的压延平行方向与压延垂直方向中的任一尺寸变化率均在－0.02％至+0.02％的范围内。

Description

电气电子部件用铜合金材料及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种电气电子部件用铜合金材料及其制造方法。

背景技术

使用于引线框、端子、连接器、继电器、开关等电气电子部件的铜基合金系板条材料，除了要具有高强度与高导电性外，还要求精密加工。

并且，例如，使用作为集成电路中的电路基板的引线框，是通过对铜基合金系板条材料进行冲压加工，以制造具备所需条数的引线的框架本体。

随着近年电气电子部件的高密度集成化，须对连接器进行微细且精密的冲压加工，并且，在对引线数增加、复杂化的引线框进行的加工工序中，至少要分成2次进行冲压加工。此时，所采用的方法如下：在最初的冲压加工后，施以去应变退火，消除因冲压加工所导致的加工应变后，再次施以冲压加工，以制造最终的引线框。

然而，以往的电气电子部件材料存在下述问题：在上述去应变退火前后，因材料的尺寸发生变化而难以进行高精度冲压加工的问题；以及因搬送用导销的间隔发生变化而难以自动搬送至压机的问题等。

作为针对引线框加工时去应变退火前后的尺寸变化的现有技术，例如，已提出以下方法。

由Fe-Ni系合金或Fe-Ni-Co系合金制成的引线框的制造法包括下述方法：在冷压延至制品板厚后，进行狭缝加工以达到既定的宽度，接着在进行去应变退火的制造工序中，在不施加张力的情况下进行去应变退火，或者将张力控制在5.0kg/mm²以下进行去应变退火，由此制造在650℃下加热10分钟后，相对于材料原长，其收缩率在0.03％以下的引线框材料。这里，收缩率以{(原长-加热后的长度)/原长}×100来定义(例如，参照日本特开平5-109960号公报)。

另外，由铜或铜合金制成的引线框的制造法包括下述方法：使材料制造工序中通过(通板)连续退火炉时的炉内张力为通过前材料的0.2％屈服应力的1.0～8.5％以下，由此制造以材料加工工序中的去应变退火温度或再结晶温度进行加热处理后，在上述加热处理前后的收缩率为0.01％以下的引线框材料。在此，收缩率被定义为以长边方向为基准的长度在加热后的形状变化率(例如，参照日本特开2003-286527号公报)。

发明内容

对需施加微细加工的电气电子部件用金属材料来说，上述减小收缩率的方法受到关注，因而逐渐采用上述传统技术的方法。然而，无论是日本特开平5-109960号公报还是日本特开2003-286527号公报，都仅注意到平行于压延方向的收缩率，而关于垂直于压延方向的尺寸变化率则无记载，故并无法充分解决上述问题。另外，日本特开2003-286527号公报对连续退火炉的炉内张力进行了限定，但关于炉内温度，则仅记载了实施例的条件，故亦无法充分解决上述问题。并且日本特开2003-286527号公报的实施例中所使用的铜合金仅为C194合金，对于其他一般铜合金，则无具体表示是否可适用该实施例的条件。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种可同时抑制冲压加工后在去应变退火前后压延平行方向与压延垂直方向的尺寸变化率的电气电子部件用铜合金材料。

为了同时控制铜合金材料的去应变退火前后压延平行方向与压延垂直方向的尺寸变化率，本发明人等进行研究的结果，发现以下事实。

为了同时控制冲压加工中或加工后在去应变退火前后压延平行方向与压延垂直方向的尺寸变化率，进行各种实验研究后发现：例如在搬送销与导孔的空隙在单侧为5μm左右时，为了进行稳定的自动搬送，须使压延平行方向与压延垂直方向中的任一尺寸变化率至少在-0.02％至+0.02％(优选在-0.01％至+0.01％)的范围内。尤其是在引线框窄宽度间距化，对朝4方向突出的外引线(Outer Lead)进行±3μm左右的高精度冲压加工时，压延垂直方向的尺寸变化率变得特别重要，须控制压延平行方向与压延垂直方向中任一者的尺寸变化率至少在-0.02％至+0.02％(优选在-0.01％至+0.01％)的范围内。

另外，本发明人等针对加热处理前后的尺寸变化现象，将注意力集中在(1)因压延所导入的晶格缺陷的消失(移动)与(2)母相中的Ni₂Si的析出再固溶现象。即，可推测，随着由于热经历将压延所致的晶格缺陷加以消除(移动)所引起的集合组织的变化，使得母相中发生尺寸变化；而由于压延所致的晶格缺陷的排列具有方向性，因此尺寸变化在压延平行方向与压延垂直方向具有不同的变化。对于此点，进行各种研究的结果，发现特别会对压延平行方向的尺寸变化造成巨大影响。另外，可推测，因Ni₂Si的优先成长析出及再固溶而使得母相中发生尺寸变化；而由于析出现象具有优先成长方向，因此尺寸变化在压延平行方向与压延垂直方向具有不同的变化，进行各种研究的结果，发现因优先成长析出及再固溶所引起的尺寸变化特别会对压延垂直方向的尺寸变化造成巨大影响。本发明即基于上述发现而完成。

根据本发明，可提供以下的方案：

(1)一种电气电子部件用铜合金材料，其是以400℃以上600℃以下的温度在30秒以上1000秒以下的条件下对材料进行去应变退火处理而形成的，所述材料是以40％以下的加工率进行精轧(仕上げ圧延)，并且在该精轧后利用连续退火炉以500℃以上800℃以下的温度在1秒以上100秒以下的条件下进行热处理而得到的，其中，

所述去应变退火处理前后的压延平行方向与压延垂直方向中的任一尺寸变化率均在-0.02％至+0.02％的范围内。

(2)根据(1)所述的电气电子部件用铜合金材料，其中，所述去应变退火处理在电气电子部件的加工步骤中进行。

(3)根据(1)或(2)所述的电气电子部件用铜合金材料，其中，该电气电子部件用铜合金材料为引线框材料。

(4)根据(1)-(3)中任一项所述的电气电子部件用铜合金材料，其中，该铜合金材料含有1.5质量％以下4.5质量％以下的Ni、0.35质量％以上1.0质量％以下的Si，并且含有选自0.05质量％以上0.15质量％以下的Mg、0.05质量％以上0.5质量％以下的Sn、0.05质量％以上1质量％以下的Zn、0.01质量％以上0.1质量％以下的Ag、0.05质量％以上0.4质量％以下的Cr中的1种或2种以上的元素，余量为铜及不可避免的杂质。

(5)一种制造电气电子部件用铜合金材料的方法，其中，

在400℃以上600℃以下对材料进行30秒以上1000秒以下的去应变退火处理，使该去应变退火处理前后的压延平行方向与压延垂直方向中的任一尺寸变化率均在-0.02％至+0.02％的范围内，所述材料是以40％以下的加工率对铜合金材料进行精轧，并且在该精轧后利用连续退火炉在500℃以上800℃以下进行1秒以上100秒以下的热处理而得到的。

(6)根据(5)所述的制造电气电子部件用铜合金材料的方法，其中，在电气电子部件的材料加工步骤中进行所述去应变退火处理。

本发明的上述与其他的特征及优点，可由下述记载更加清楚了解。

具体实施方式

本发明的电气电子部件用铜合金材料通过下述方法制得：在材料制造步骤中以40％以下的加工率进行精轧后，再以500℃以上800℃以下的温度、1秒间以上100秒间以下的条件利用连续退火炉进行热处理，得到电气电子部件材料，再在材料加工步骤中对获得的电子部件材料进行加工。本发明中的所述材料制造步骤，是指由铸块制造电气电子部件材料(板材、条形材料等)之前的步骤，包含精轧步骤以及利用连续退火炉所进行的热处理。

另外，本发明中的所述材料加工步骤，是指对上述材料制造步骤所制得的电气电子部件材料(板材、条形材料等)进行加工，制得电气电子部件之前的步骤，包含冲压加工等的步骤。

若材料制造步骤的精轧的加工率过大，则由于会在表面产生裂纹及导入过多的晶格缺陷，导致在其后的步骤(例如材料加工步骤)的热处理前后的压延平行方向的尺寸变化率特别大，而难以同时将压延平行方向与压延垂直方向的尺寸变化率控制在适当的范围。因此，材料制造步骤的精轧的加工率在40％以下，优选为10％以上20％以下。

若材料制造步骤的连续退火温度过低，则由于会残留压延所导入的晶格缺陷，导致其后的步骤(例如材料加工步骤)的热处理前后的压延平行方向的尺寸变化率特别大，而难以同时将压延平行方向与压延垂直方向的尺寸变化率控制在适当的范围。并且，若连续退火温度过低，则为了消除晶格缺陷必须花费较多的热处理时间，而导致生产性降低。相反地，若上述连续退火温度过高，则由于在其后的步骤(例如材料加工步骤)的热处理前后，析出现象快速进行，导致压延垂直方向的尺寸变化率特别大，而难以同时将压延平行方向与压延垂直方向的尺寸变化率控制在适当的范围。并且，若连续退火温度过高，会造成材料软化，而难以得到所期待的机械特性。因此，材料制造步骤的连续退火温度在500℃以上800℃以下，优选在600℃以上750℃以下。

若材料制造步骤的连续退火时间过长，则会造成材料软化而无法得到所期待的机械特性、或成为导致生产性显著降低的原因之一。因此，材料制造步骤的理想的连续退火时间在100秒以下，优选在60秒以下。另外，若连续退火时间过短时，则不能获得稳定的材料温度分布，而无法产生稳定的再固溶现象及回复压延的应变等，无法得到所期待的机械特性，故连续退火时间在1秒以上，优选在10秒以上。

上述材料制造步骤所制得的材料的厚度，并无特别限制，但优选为0.25～0.05mm。另外，本发明中的所述材料，包含通常被称为板材及条形材料的材料。

本发明通过包含以400℃以上600℃以下的温度进行30秒以上1000秒以下的去应变退火的材料加工步骤，将上述材料制造步骤所制得的材料加工成加工品。此材料加工步骤优选为电气电子部件的加工步骤。另外，材料加工步骤优选包含冲压加工步骤。

若材料加工步骤的去应变退火温度过低，则无法充分去除冲压加工的应变。另外，若上述去应变退火温度过高，则会造成材料软化而无法得到所期待的机械特性。因此，材料加工步骤的去应变退火温度在400℃以上600℃以下，优选为450℃以上550℃以下。

若材料加工步骤的去应变退火时间过短，则无法充分去除冲压加工的应变。另外，若上述去应变退火时间过长，则会造成材料软化而无法得到所期待的机械特性、或成为导致生产性显著降低的原因之一。因此，材料加工步骤的去应变退火时间在30秒以上1000秒以下，优选在180秒以上600秒以下。

本发明的电气电子部件用铜合金材料，其热处理(用以进行去应变退火)前后的压延平行方向与压延垂直方向中的任一尺寸变化率均在-0.02％至+0.02％。优选使压延平行方向与压延垂直方向中的任一尺寸变化率均在-0.01％至+0.01％的范围内。

接着，说明本发明的电气电子部件用铜合金材料的铜合金的优选组成。

其一例，是含有1.5质量％以上4.5质量％以下的Ni、0.35质量％以上1.0质量％以下的Si，并且含有选自0.05质量％以上0.15质量％以下的Mg、0.05质量％以上0.5质量％以下的Sn，0.05质量％以上1质量％以下的Zn，0.01质量％以上0.1质量％以下的Ag，0.05质量％以上0.4质量％以下的Cr中的1种或2种以上的元素，余量为铜及不可避免的杂质的合金。

Ni及Si除了具有通过分别固溶于铜合金中以提高合金强度的效果外，通过进行适当的时效处理而形成Ni₂Si组成的析出物，以显著提升合金强度，同时显著提升导电度。但是，当Ni含量低于1.5质量％或Si含量低于0.35质量％时，可能无法得到所期待的机械特性。另外，当Ni含量超过4.5质量％或Si含量超过1.0质量％时，可能会造成导电率显著降低、及由于在母相中生成粗大的Ni-Si粒子而导致难以同时将压延平行方向与压延垂直方向的尺寸变化率控制在适当的范围。Ni含量更优选在2.0质量％以上4.0质量％以下。此外，Si含量更优选在0.4质量％以上0.90质量％以下。并且，为了同时控制压延平行方向与压延垂直方向的尺寸变化率，优选使合金中所含有Ni与Si的原子比率接近Ni₂Si的化学计量组成的原子比率。因此，Ni含量相对于Si含量之比(Ni含量/Si含量)优选为2至8，尤其优选为4。

另外，除了上述成分以外，还含有选自0.05质量％以上0.15质量％以下的Mg、0.05质量％以上0.5质量％以下的Sn、0.05质量％以上1质量％以下的Zn、0.01质量％以上0.1质量％以下的Ag、0.05质量％以上0.4质量％以下的Cr中的1种或2种以上的元素。通过以上述含量含有上述金属，有助于增加强度。进一步优选含有选自0.1质量％以上0.125质量％以下的Sn、0.1质量％以上0.5质量％以下的Zn中的1种或2种以上的元素。

需要指出的是，本发明中的所述尺寸变化率，是指：((退火后基准长度)-(退火前基准长度))÷(退火前基准长度)×100，式中，使用了平行于压延方向或垂直于压延方向的退火前基准长度、和在退火后长度发生变化后的所述基准长度。

此处，尺寸变化率为正者表示膨胀，为负者则表示收缩。

除了上述以外，可直接使用电气电子部件用铜合金材料的材料制造步骤及材料加工步骤中的通常步骤、处理。例如，在本发明中，精轧之前所进行的热压延的加工率优选为90～99％。另外，精轧之前所进行的冷压延的加工率优选为90～99％。

本发明的电气电子部件可为引线框、连接器、端子、继电器、开关等中的任何一种，尤其优选引线框、连接器这样的要求微细且精密加工者。

本发明的铜合金材料，可在电气电子部件的制造步骤中，制成冲压加工中或加工后的去应变退火前后的压延平行方向与压延垂直方向中的任一尺寸变化率同时降低或受到控制的铜合金材料，尤其适合作为因引线框、携带电话的小型化而需要进行微细且精密冲压加工的连接器的材料。

此外，根据本发明方法，可在工业上制造具有上述优异物性的电气电子部件用铜合金材料。

实施例

以下，根据实施例进一步详细说明本发明，但本发明并不限定于此。

[实施例(本发明例)及比较例]

使用具有表1所示的各种化学组成的铜合金作为引线框用材料。上述材料是以通常方法予以溶解、冷却，制得铸块。由铸块进行热压延后加以退火，接着重复冷压延-退火后，如表2所示，使精轧的加工率为3％、10％、20％、40％或45％，制得板厚0.05mm～0.25mm的各种板厚的冷压延材料。

接着，使连续退火炉的炉内张力为0.7kg/mm²，炉内温度为450、500、600、700、800或850℃，退火时间为10、60、100或120秒，对上述冷压延材料进行热处理，得到表2所示的No.1～44的材料。

然后，对上述材料设想引线框加工步骤的冲压加工中或加工后的去应变退火，在氩气氛围中对板宽55mm的材料进行温度500℃、180秒的加热处理，针对加热处理前在上述材料中留下的压延平行方向的基准长度100mm、及压延垂直方向的基准长度50mm在加热后的尺寸变化进行测量，并算出尺寸变化率。其结果示于表2。No.1～32为本发明例，No.33～No.44为比较例。

[表1]

[表2]

从表2清楚可知，本发明例No.1～32的热处理前后的压延平行方向与压延垂直方向中的任一尺寸变化率均在-0.02％至+0.02％的范围，故即使当例如搬送销与导孔的空隙在单侧为5μm左右时，也具有可进行稳定自动搬送的优异作用。

另外，制造条件尤为理想的No.8、9、11、12、20、21、23、24，热处理前后的压延平行方向与压延垂直方向中的任一尺寸变化率均在-0.01％至+0.01％的范围，特别优异。

另一方面，精轧的加工率大于本发明范围的比较例No.33～36，其压延平行方向的尺寸变化率增大。另外，连续退火的炉内温度低于本发明范围的No.37、39，在压延平行方向的尺寸变化率增大。而连续退火的炉内温度高于本发明范围的No.38、40，压延垂直方向的尺寸变化率特别增大。此外，连续退火的退火时间大于本发明范围的No.41～44，在压延垂直方向的尺寸变化率特别增大。

工业实用性

本发明的电气电子部件用铜合金材料，是在为了施加电气电子部件用的微细加工而实施去应变退火的电气电子部件用铜合金材料中，可同时控制上述去应变退火的热处理前后的压延平行方向与压延垂直方向的尺寸变化率的电气电子部件用铜合金材料。另外，本发明的电气电子部件用铜合金材料的制造方法，可适合制造上述电气电子部件用铜合金材料。

以上结合实施方式对本发明进行了具体说明，但在未特别指定的情况下，本发明不受限于说明的任何一个细节部分，在不违反本发明所附权利要求所示的发明主旨和范围的前提下，应在宽范围下加以解释。

本申请要求2006年10月10日在日本提出专利申请的特愿2006-276808，及2008年10月3日在日本提出专利申请的特愿2007-260386的优先权，并将上述专利申请的内容作为参照记载在本说明书的一部分中。

Claims (6)

1.一种电气电子部件用铜合金材料，其是以400℃以上600℃以下的温度在30秒以上1000秒以下的条件下对材料进行去应变退火处理而形成的，所述材料是以40％以下的加工率进行精轧，且在该精轧后利用连续退火炉以500℃以上800℃以下的温度在1秒以上100秒以下的条件下进行热处理而得到的，其中，

所述去应变退火处理前后的压延平行方向与压延垂直方向中的任一尺寸变化率均在-0.02％至+0.02％的范围内。

2.根据权利要求1所述的电气电子部件用铜合金材料，其中，所述去应变退火处理在电气电子部件的材料加工步骤中进行。

3.根据权利要求1或2所述的电气电子部件用铜合金材料，其中，该电气电子部件用铜合金材料为引线框材料或连接器材料。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的电气电子部件用铜合金材料，其中，该铜合金材料含有1.5质量％以上4.5质量％以下的Ni、0.35质量％以上1.0质量％以下的Si，并且含有选自0.05质量％以上0.15质量％以下的Mg、0.05质量％以上0.5质量％以下的Sn、0.05质量％以上1质量％以下的Zn、0.01质量％以上0.1质量％以下的Ag、0.05质量％以上0.4质量％以下的Cr中的1种或2种以上的元素，余量为铜及不可避免的杂质。

5.一种制造电气电子部件用铜合金材料的方法，其中，

以400℃以上600℃以下的温度在30秒以上1000秒以下的条件对材料进行去应变退火处理，使该去应变退火处理前后的压延平行方向与压延垂直方向中的任一尺寸变化率均在-0.02％至+0.02％的范围内，所述材料是以40％以下的加工率对铜合金材料进行精轧，且在该精轧后利用连续退火炉以500℃以上800℃以下的温度在1秒以上100秒以下的条件下进行热处理而得到的。

6.根据权利要求5所述的制造电气电子部件用铜合金材料的方法，其中，在电气电子部件的材料加工步骤中进行所述去应变退火处理。