DE4497281C2 - Eisenhaltige Kupferlegierung für elektrische und elektronische Bauteile - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine eisenhaltige Kupferlegierung für elektrische und elektronische Bauteile gemäß Oberbegriff von Anspruch 1, z. B. für Anschlüsse und Verbindungsstellen und dergleichen.

In der Druckschrift Stolberger Metallwerke GmbH & Co. KG:
"Kupferbasis-Legierungen." in: Metall, 40. Jahrgang, Heft 11, November 1986, Seiten 1154 bis 1157, wird die Anwendung von Kupferbasis-Legierungen als Trägerwerkstoffe für integrierte Schaltkreise und Steckverbindungen erörtert. Bei den erörterten Kupferbasis-Legierungen wurde besonders auf die Recycle- Fähigkeit der Werkstoffe geachtet und auf den Einsatz der Legierungselemente Berryllium, Zirkonium, Chrom, Titan, Kobalt und andere für das Recycling kritische Elemente verzichtet. Die in dieser Druckschrift angegebenen Kupferlegierungen weisen einen höheren Eisengehalt und einen niedrigeren Zinkgehalt auf als die anmeldungsgemäße Kupferlegierung.

Herkömmlicherweise ist eine eisenhaltige Kupferlegierung (Cu-Fe- P-Zn-Legierung), in der Cu mit 2,3 Gew.-% Fe, 0,03 Gew.-% P und 0,13 Gew.-% Zn beigegeben ist, hinsichtlich der Leitfähigkeit vorzuziehen und als hochfestes Kupferlegierungsmaterial bei elektrischen und elektronischen Bauteilen bekannt, die hinsichtlich des Wärmewiderstands vorzuziehen sind.

Die eisenhaltige Kupferlegierung enthält bei einer Durchschnittstemperatur Fe über einer Feststofflösungsgrenze von Fe in Cu. Demgemäß ist Eisen in Form von kristallisierten Substanzen oder Ausscheidungen in einem Gußblock aus der eisenhaltigen Kupferlegierung enthalten, der mittels kontinuierlichen Gießens oder halbkontinuierlichen Gießens erzeugt wurde.

Bevor der Gußblock der herkömmlichen eisenhaltigen Kupferlegierung warmverformt wird, ist es erforderlich, diesen im Rahmen einer Wärmebehandlung vor der Warmverformung durch Glühen bei einer Temperatur von 930 bis 1050°C zu homogenisieren, um das kristallisierte oder ausgeschiedene Eisen in eine feste Lösung zu bringen.

Gußblöcke einer Kupferlegierung, wie etwa der vorhergehend erwähnten eisenhaltigen Legierung und dergleichen, weisen im Bereich von 500 bis 700°C eine Versprödung auf, wobei deren Hochtemperaturbruchdehnung in diesem Temperaturbereich nicht größer als 6% ist. Wenn ferner diese Kupferlegierung, wie etwa eine eisenhaltige Kupferlegierung und dergleichen, Schwefel (S) enthält, bewegt sich dieser in eine Korngrenze, was die Sprödigkeit erhöht.

Daher besteht ein Problem darin, daß, wenn der Gußblock mit einer Restspannung von nicht weniger als 98,1 kg/mm² bei einem Sprödigkeits-Temperaturbereich über 30 Minuten in einem Homogenisier-Glühprozeß gehalten wird, Risse auftreten können, wobei weitere Risse bei einem Heißwalzprozeß auftreten können.

Um diese Nachteile zu verhindern, wird der Gußblock mit einer Hochtemperatur-Steigerungsrate erwärmt. Jedoch ist es im Falle des Gußblockes, der beispielsweise 150 mm dick, 550 mm breit, 5000 mm lang und 4 Tonnen schwer großstückig bemessen worden ist, schwierig, mit einer Hochtemperatur-Steigungsrate durch den Sprödigkeits-Temperaturbereich zu gehen.

Obwohl es andererseits effektiv ist, Sn beizugeben, um die Festigkeit und eine Gießbearbeitbarkeit der vorhergehend erwähnten eisenhaltigen Kupferlegierung zu verbessern, besteht ein Problem darin, daß der Zusatz von Sn die Sprödigkeit weiter erhöht.

Da ferner in den letzten Jahren die Widerstände eines integrierten Schaltkreises, etc. in der Anzahl der Elektroden gesteigert wurde und mit hoher Dichte in die Druck- Schaltkreisplatine gepackt wurden, und zwar mit der Bedingung einer Gewichtseinsparung und einer Miniaturisierung der elektrischen und elektronischen Bauteile, wurde der Abstand zwischen den Elektroden von 2,54 mm auf 1,27 mm oder 0,847 mm gesenkt und demgemäß der Abstand zwischen dem Anschluß und der Verbindungsstelle gering.

Auf diese Weise wurde der Abstand zwischen den Elektroden der elektrischen und elektronischen Bauteile gering, so daß der Nachteil entstand, daß Ionen in Wasser eluiert werden, das sich aufgrund einer Dampfkondensation oder eines Wassereintritts zwischen den Elektroden befindet, wobei sich das ionisierte Metallelement zum negativen Pol bewegt, um darauf abgeschieden zu werden, und Metallkristalle in einer Dendrit-Form von dem negativen Pol aus wachsen, und zwar auf gleiche Weise wie bei einer Plattierung (einer Elektro-Abscheidung), so daß die Metallkristalle den positiven Pol erreichen, um einen Kurzschluß zu verursachen. Dies wird als Migrations-Phänomen bezeichnet. Im Falle der Kupferlegierung für die Anwendung bei elektrischen und elektronischen Bauteilen kann bei Cu das Migrations-Phänomen auftreten. Es besteht ein Problem darin, daß, wenn dieses Phänomen auftritt, sich die Elektroden miteinander kurzschließen.

Ferner gibt es viele Fälle, bei denen die Kupferlegierung für die Anwendung bei den elektrischen und elektronischen Bauteilen in der Regel durch Prägen eines Band-Materials verformt werden. Demgemäß wird hinsichtlich der Kosten eine Verbesserung der Lebensdauer (des Verschleißwiderstandes) des verwendeten Metallwerkzeugs benötigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kupferlegierung für elektrische und elektronische Bauteile zu schaffen, welche die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten eisenhaltigen Kupferlegierung beseitigt, so daß die Rißbildung am Gußblock bei der Wärmebehandlung und beim Warmverformen sowie das Auftreten von Kurzschlüssen bei integrierten Schaltkreisen verhindert werden und weiterhin die Lebensdauer des Prägewerkzeugs erhöht wird und so die Produktionskosten gesenkt werden.

Diese Aufgabe wird durch eine Kupferlegierung mit der im Anspruch 1 angegebenen Zusammensetzung gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung der eisenhaltigen Kupferlegierung nach Anspruch 1 ist im Anspruch 2 angegeben.

Bei der vorliegenden Erfindung wird Fe aufgrund des Zusatzes der speziellen Legierungselemente in die Kupferlegierung von der Abscheidung zur Korngrenze im Gußblock gehindert, wobei die Versprödung der Korngrenze und Sprödigkeit bei mittlerer und hoher Temperatur vermindert sind, wobei die Bildung der Migration bei elektrischen und elektronischen Bauteilen erniedrigt ist und ferner die Lebensdauer (der Verschleißwiderstand) des Prägewerkzeugs verbessert ist. Insbesondere besteht die vorliegende Erfindung darin, Sn in die Kupferlegierung beizumischen, um die Festigkeit und die Gießbarkeit zu verbessern und um die Abnahme der Heißbearbeitbarkeit auszugleichen, und zwar dadurch, daß Spuren von Schwefel aufgrund des Zusatzes einer sehr geringen Ca-Menge entfernt werden, und um ferner die Migrations-Widerstands- Charakteristik zu verbessern und das Verschleiß-Ausmaß des Prägewerkzeugs während des Prägens durch Zusetzen von einer passenden Zn-Menge zu senken.

Der Grund dafür, warum jeweilige Zusatzelemente beigefügt werden und die Zusammensetzung begrenzt ist, wird nachstehend beschrieben.

Fe: 1,8-2,0 Gew.-%

Fe scheidet als γ-Eisen aus und verbessert somit die Festigkeit einer Kupferlegierung; jedoch ist im Falle, daß deren Inhalt kleiner als 1,8 Gew.-% ist, die erstrebenswerte hohe Festigkeit nicht erreichbar. Zudem ist im Falle, daß Fe über 2,0 Gew.-% in einer geschmolzenen Kupferlegierung enthalten ist, Fe in einem Gußblock zu stark kristallisiert. Selbst wenn bei der Kupferlegierung eine Wärmebehandlung durchgeführt wird, sind die Fe-Ausscheidungen schwer zu senken. Da ferner die kristallisierte Fe-Substanz eine hohe Härte aufweist, sinkt der Verschleißwiderstand des Prägewerkzeugs. Demgemäß ist der Fe- Anteil auf 1,8-2,0 Gew.-% festgelegt.

P: 0,025-0,040 Gew.-%

Beträgt der P-Anteil weniger als 0,025 Gew.-% in dem geschmolzenem Metall, ist dies hinsichtlich der Deoxidations- Wirkung nicht ausreichend. Alternativ kann im Falle, daß der P- Anteil 0,040 Gew.-% überschreitet, eutektisches Cu und Cu₃P produziert werden, wobei anschließend eine Beeinträchtigung der Heißbearbeitbarkeit der Kupferlegierung bewirkt wird. Demgemäß ist ein P-Anteil von 0,025-0,040 Gew.-% erforderlich.

Zn: 1,7-1,9 Gew.-%

Zn ist ein Element, das unentbehrlich ist, um die Bildung der Cu-Migration zu verhindern, um somit den Leckstrom in einem Fall zu senken, wonach ein Wassereintritt oder eine Dampfkondensation zwischen den mit einer Spannung beaufschlagten Polen der elektrischen und elektronischen Bauteile auftritt. Zusätzlich trägt der Zn-Zusatz zu einer Verlängerung der Lebensdauer des Prägewerkzeugs bei.

Die Migrations-Begrenzungswirkung ist in dem Falle gering, daß der Zn-Anteil weniger als 1,7 Gew.-% ist und die Leitfähigkeit gesenkt ist und die Spannungskorrosionsrisse in einem Falle auftreten, daß der Zn-Anteil 1,9 Gew.-% überschreitet. Selbst wenn ferner Zn über 1,9 Gew.-% beigegeben wird, kann keine Verlängerung der Werkzeug-Lebensdauer erreicht werden. Demgemäß ist der Zn-Anteil auf 1,7-1,9 Gew.-% festgelegt.

Sn: 0,40-1,0 Gew.-%

Das Zinn löst sich in der Kupferlegierung und verbessert die Festigkeit und Gießbarkeit. Ist die Sn-Zusatzmenge jedoch geringer als 0,40 Gew.-%, ist diese Wirkung gering, wobei die Leitfähigkeit sinkt, wenn der Sn-Anteil 1,0 Gew.-% überschreitet. Demgemäß ist der Sn-Anteil auf 0,40-1,0 Gew.-% festgelegt.

Ca: 0,0001-0,01 Gew.-%

Ca ist ein Element, das bei der Bildung von Hydrosulfid die geringste freie Energie aufweist. Demgemäß ist Ca das Element zum Aufschwemmen und Abscheiden von S in der geschmolzene Kupferlegierung, und zwar als stabile Verbindung mit Ca (CaS). Das Element S ist aus dem Rohmaterial, der Innenisolation und der Atmosphäre in die geschmolzene Kupferlegierung gelangt. Zudem wird das verbleibende S mittels Mg in der Basisphase als MgS gebunden, um es zu entfernen, wodurch die Heißbearbeitbarkeit verbessert wird. Ist der vorhergehend erwähnte Ca-Zusatz geringer als 0,0001 Gew.-%, so ist diese Wirkung jedoch geringer. Andererseits bewegt sich S in die Korngrenze, um Korngrenzen-Risse dann zu beschleunigen, wenn der Ca-Anteil kleiner als 0,001 Gew.-% ist. Andererseits werden die Produktionskosten derart teuer, daß sie dann nachteilhaft sind, wenn der Ca-Anteil 0,01 Gew.-% überschreitet. Demgemäß ist der Ca-Anteil auf 0,0001-0,01 Gew.-% festgelegt. Überdies erzeugt Ca zuerst eine Sauerstoffverbindung und keine S-Verbindung, sofern Sauerstoff vorhanden ist. Demgemäß ist es erforderlich, Sauerstoff vorher zu entfernen, und zwar durch Zusatz einer billigen Verbindung aus Mg und P und dergleichen vor dem Ca- Zusatz.

Cr, Mg

Cr und Mg sind Elemente für die Verbesserung der Heißbearbeitbarkeit durch deren Zusatz zusammen mit Ca.

Ausführlicher beschrieben ist Cr ein Element für die Festigung der Korngrenze im Gußblock und Mg ein Element für das Binden von S in der Basisphase als stabile Verbindung (MgS) mit Mg, um die Heißbearbeitbarkeit zu verbessern. Mg wirkt wie Ca.

Demgemäß ist, falls nötig, zumindest ein Element von Cr von 0,001-0,01 Gew.-% und Mg von 0,001-0,01 Gew.-% als Gesamtbetrag mit 0,001-0,01 Gew.-% enthalten.

Sowohl Cr als auch Mg haben keine ausreichende Wirkung, um Heißrisse dann zu verhindern, wenn deren Zusatzmenge kleiner als 0,001 Gew.-% ist. Wenn Cr und Mg mit über 0,01 Gew.-% einzeln oder in der Gesamtmenge enthalten sind, kann das geschmolzene Metall oxidieren, so daß kein einwandfreier Gußblock erreichbar ist, wobei anschließend eine Senkung der Leitfähigkeit verursacht wird.

Demgemäß wurden die Anteile von Cr und Mg jeweils auf 0,001-0,01 Gew.-% und deren Gesamtmenge auf 0,001-0,01 Gew.-% festgelegt.

Erfindungsgemäß kann eine wirtschaftliche Kupferlegierung für elektrische und elektronische Bauteile erreicht werden, bei der die Versprödung bei einer mittleren und hohen Temperatur vermindert ist, das Heißwalzen realisierbar ist, die mechanischen Kennwerte und die Gießbarkeit vorteilhaft sind und das Migrations-Phänomen von Kupfer und damit der Kurzschluß zwischen den Elektroden beseitigt ist, und ferner, da der Werkzeugs-Verschleißwiderstand vorteilhaft ist, die Lebensdauer des Prägewerkzeugs verlängert ist, wodurch die Kosten, die für einen häufigen Prägewerkzeug-Wechsel erforderlich sind, gesenkt sind.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht einer Versuchsvorrichtung für das Messen des maximalen Leckstromes;

Fig. 2 eine Draufsicht der Versuchsvorrichtung für das Messen des maximalen Leckstromes;

Fig. 3 eine Werkzeug-Verschleißwiderstand-Meßvorrichtung;

Fig. 4 den Zustand bei einem Werkzeug- Verschleißwiderstandsmeßversuch und ein Verfahren zum Messen einer Verschleißmenge einer Kugel.

Die Kupferlegierung zur Verwendung für elektrische und elektronische Bauteile gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen beschrieben, wobei ihre Charakteristik mit der von Vergleichslegierungen verglichen wird. Zuerst wird die Kupferlegierung mit der in der folgenden Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzung in atmosphärischer Umgebung geschmolzen, und zwar mittels eines Elektro-Schmelzofens in einem Zustand, bei dem das Kupfer mit Holzkohle bedeckt ist, wodurch der Gußblock einer Dicke von 150 mm, einer Breite von 550 mm und einer Länge von 5000 mm hergestellt wurde.

Die jeweiligen, auf diese Weise produzierten Gußblöcke werden geschnitten, um Heißwalz-Versuchsstücke mit einer Dicke von 40 mm, einer Breite von 180 mm und einer Länge von 250 mm zu bilden. Die Heißwalz-Versuchsstücke werden dreimal heiß-gewalzt, und zwar mit dreimaligen Durchlauf des Heißwalzzustandes, bei welchem die Anfangstemperatur 950°C beträgt und ein Walzverhältnis von jedem Durchlauf etwa 25% beträgt. Die Temperaturen der Heißwalz-Versuchsstücke nach Abschluß des Heißwalzen sind nicht geringer als 650°C und die Dicke der Versuchsstücke ist 15 mm.

Ferner wurden Versuchsstücke für die Bewertung der Versprödung bei mittlerer und hoher Temperatur aus dem vorhergehenden Gußblock angefertigt, von denen jeder 5 mm dick, 20 mm breit und 150 mm lang war. Bei dem Versuch zur Bewertung der Versprödung bei mittlerer und hoher Temperatur wurde das Versuchsstück mit einer Spannung von 98,1 N/mm² belastet, und zwar durch ein Drei-Punkt-Stütz-Biegen, um für eine Stunde auf 600°C gehalten werden, wobei nach dem Kühlen das Versuchsstück bei normaler Temperatur mit einem einwärts gerichteten Krümmungsradius von 30 mm bei 90° gebogen wurde, wobei das Vorhandensein von Rissen überprüft wurde.

Zudem wurden für den Versuch für die mechanischen Kennwerte und den Migrations-Widerstand jeder einzelne Abschnitt von jeweiligen Gußblöcken für eine Stunde auf 950°C erwärmt und danach das Heißwalzen durchgeführt, um eine 15 mm dicke Platte herzustellen, wobei die Platte in Wasser abgeschreckt wurde.

Eine Skala auf der Oberfläche des vorhergehend erwähnten Heißwalz-Materials wurde mittels einer Schleifvorrichtung entfernt, wobei danach das Kaltwalzen durchgeführt wurde, um eine 0,5 mm dicke Platte anzufertigen, wobei anschließend ein Zwei-Stufen-Glühen durchgeführt wurde, bei dem die Platte für zwei Stunden auf 575°C erwärmt wurde, und weiterhin für vier Stunden auf 450°C erwärmt wurde, um sie auszuhärten. Danach wurde das Kaltwalzen durchgeführt, um ein 0,25 mm dickes gewalztes Material anzufertigen, wobei danach ein abschließendes Glühen bei 400°C für das Entfernen von Spannung durchgeführt wurde, um ein Versuchsstück zu erhalten, aus welchen verschiedene Probestücke, wie etwa ein Spannungs-Probestück und ein Migration-Widerstand-Probestück (3 mm breit, 80 mm lang) und dergleichen angefertigt wurden.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Versuchsapparat für die Anwendung bei einem Migrations-Widerstandsversuch (für die Anwendung bei der Messung eines Leckstromes) unter Verwendung des vorhergehend erwähnten Probestückes. Bei den Fig. 1 und 2 ist mit 1a, 1b ein Versuchsstück bezeichnet, mit 2 ein ABS-Harz, das 1 mm dick ist, mit 3 eine Druckplatte des ABS-Harzes 2, mit 4 ein Stück aus Vinylchlorid für das Drücken und Fixieren der Druckplatte 3, mit 5 eine Batterie und mit 6 eine elektrische Leitung. Die Versuchsstücke 1a, 1b sind an dessen Endabschnitten mit der elektrischen Leitung 6 verbunden.

Zwei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Probestücke 1a, 1b werden mit einer direkten Spannung von 14 V von der Batterie 5 aus gespeist und für 5 Minuten in Leitungswasser eingetaucht. Anschließend werden die Probestücke 10 Minuten lang getrocknet. Diese Trockenversuche werden 50-mal durchgeführt, während der maximale Leckstrom mittels eines nicht gezeigten Hochempfindlichkeitsmeßgerätes gemessen wird.

Die Lebensdauer (Verschleißwiderstand) des Prägewerkzeugs wird mittels der Fig. 3 gezeigten Vorrichtung bewertet. Das heißt, daß die Kugel 10 auf den Markierungen, die auf dem Kugelhalter 11 angebracht sind, auf das Probestück 12 des Kupferlegierungsbandes gedrückt wird, wobei danach der Kugelhalter 11 gedreht wird, so daß das Probestück 12 bei konstanter Geschwindigkeit in der in Fig. 3 gezeigten Pfeilrichtung vorgerückt wird, wobei anschließend die Verschleißmenge der Kugel 10 mittels eines in Fig. 4 gezeigten Verfahrens berechnet wird. Auf diese Weise wird die Lebensdauer (Verschleißwiderstand) des Prägewerkzeugs bewertet. Dabei ist gemäß Fig. 4(a) der Radius der Verschleißoberfläche 15 der Kugel 10 mit c bezeichnet. Wenn demgemäß nach Fig. 4(b) die Höhe der Verschleißoberfläche mit h bezeichnet ist, so errechnet sich die Höhe h aus der folgenden Gleichung (1):

h = r - (r² - c²)^½ (1)

wobei r der Kugelradius ist. Das Volumen v des in Fig. 4(b) gezeigten Verschleißabschnittes wird aus der folgenden Gleichung (2) berechnet:

v = π h² (r - h/3) (2).

Das Volumen v des Verschleiß-Abschnittes wird durch die Gleichungen (1) und (2) erhalten, wobei das Volumen v mit dem spezifischen Gewicht der Kugel multipliziert wird, um das Gewicht des Verschleißabschnitts der Kugel zu erhalten, wobei dieser erhaltene Wert die Verschleißmenge ist.

Weitere verschiedene vorhergehend erklärte Versuche werden durchgeführt, die Zugfestigkeit, die Bruchdehnung, die Härte und die Leitfähigkeit werden gemessen. Die Zugfestigkeit und die Bruchdehnung werden unter Verwendung eines Versuchsstückes untersucht, bei dem das Probestück parallel zur Walzrichtung geschnitten wird. Die Härte wird bei einer Belastung von 500 g unter Verwendung des Vickers-Härte-Versuchgeräts gemessen.

Hinsichtlich des Versuchsstückes (10 mm breit, 300 mm lang), das gemäß JIS H0505 (Japanischer Industrie-Standard) parallel zur Walzrichtung ausgeschnitten wird, wird dessen elektrischer Widerstand mittels einer Doppelbrücke gemessen und anschließend die Leitfähigkeit mittels eines Durchschnitts- Querschnittsbereichs-Verfahren berechnet.

Diese Versuchsergebnisse sind in den folgenden Tabellen 2 und 3 gezeigt.

Die Tabelle 2 zeigt Ergebnisse des Heißwalz-Versuchs und des Spannungs-Belastungs-Versuchs. In bezug auf beide Versuche ist das Material, das bei dem Heiß-Bearbeitungs-Versuch ein herausragendes Ergebnis erzielt, im Ergebnis des Spannungs- Belastungs-Versuchs herausragend, wobei das Material, welches bei dem Heißwalz-Versuch gerissen wurde, bei dem Spannungs- Belastungsversuch Risse aufwies. Demgemäß stehen beide Versuche in Beziehung zueinander.

Wie aus dem Ergebnis der Tabelle 2 ersichtlich, werden bei den Legierungen Nr. 1 bis Nr. 5 dieses Ausführungsbeispiels, selbst wenn das Versuchsstück für eine Stunde in einem Zustand, in welchem eine Spannung von 98,1 N/mm² ausgeübt wird, und bei 600°C gehalten wird, bei welcher Temperatur das Probestück anfällig dafür ist, bei der Temperatursteigerung während der Erwärmung stark zu verspröden, überhaupt keine Risse erzeugt. Bei dem Heißwalz-Versuch bei 950°C treten ebenso keine Risse auf. Gemäß der Tabelle 3 sind die Probestücke der Legierung Nr. 1 bis Nr. 5 dieses Ausführungsbeispiels bezüglich der mechanischen Festigkeit vorteilhaft, bei der die Zugfestigkeit nicht geringer als 511 N/mm² ist, die Bruchdehnung nicht geringer als 13% ist und die Härte nicht kleiner als HV160 ist, wobei das Probestück eine Leitfähigkeit von nicht weniger als 43%IACS hat.

Zudem ist die Migrations-Widerstands-Charakteristik vorteilhaft, da die Legierungen Nr. 1 bis Nr. 5 dieses Ausführungsbeispiels einen geringen maximalen Leckstrom aufweisen, der nicht größer als 0,50 A ist. Die Werkzeug-Lebensdauer (Verschleißwiderstand) des Prägewerkzeugs wird verbessert, da die Verschleißmenge der Kugel nicht größer als 2,3 × 10^-7 g ist.

Das heißt, daß die erfindungsgemäße Legierung 0,0001-0,01 Gew.-% Ca enthält, so daß die Menge der Verunreinigung an Schwefel (S) abgesenkt ist, um die Heißbearbeitbarkeit zu verbessern. Ferner enthält die erfindungsgemäße Legierung ein oder zwei Elemente, aus der Gruppe Cr mit 0,001-0,01 Gew.-% und Mg mit 0,001-0,01 Gew.-% mit einer Gesamtmenge von 0,001-0,01 Gew.-% ausgewählt sind, so daß die Heiß-Bearbeitbarkeit weiter verbessert ist. Zudem enthält die erfindungsgemäße Legierung 0,40-1,0 Gew.-% Sn, um die mechanische Charakteristik zu verbessern, und 1,7-1,9 Gew.-% Zn, um die Migrations-Widerstands-Charakteristik und die Lebensdauer (Verschleißwiderstand) des Prägewerkzeuges zu verbessern.

Bei der Legierung des Ausführungsbeispiels traten gemäß der Tabelle 2 bei dem Heißwalzversuch in den Vergleichslegierungen Nr. 7 bis Nr. 9 Kantenrisse und Oberflächenrisse ausgehend von 950°C auf. Die Legierung Nr. 7 ist nach dem zweiten Walzdurchlauf gebrochen, während die Legierungen Nr. 8 und Nr. 9 nach drei Walzdurchläufen gebrochen sind. Zudem wurden bei diesen Versuchsstücken durchgehende Risse bei dem Spannungs- Belastungs-Versuch bei 600°C erzeugt.

Bei den Vergleichslegierungen Nr. 10 bis Nr. 11 des Ausführungsbeispiels konnte kein einwandfreier Gußblock erreicht werden, woraufhin die nachfolgenden Versuche unterbrochen wurden.

Bei der Vergleichslegierung Nr. 12 traten bei dem Heißwalz- Versuch Kantenrisse und Oberflächenrisse auf. Die Legierung Nr. 12 riß nach dem zweiten Walz-Durchlauf. Bei dem Spannungs- Belastungsversuch wurde ein durchgehender Riß verursacht. Überdies ist bei der Vergleichslegierung Nr. 13 gemäß der Tabelle 3 der maximale Leckstrom bei etwa 1,22 A, so daß die Migrations-Widerstands-Charakteristik schlecht ist, wobei die Verschleißmenge des Werkzeugs 5,8 × 10^-7 g groß ist, so daß die Lebensdauer (der Verschleißwiderstand) des Prägewerkzeugs gering ist.

Ferner hat die Vergleichslegierung Nr. 14 des Beispiels eine schlechte Leitfähigkeit und die Legierung Nr. 15 eine schlechte mechanische Charakteristik.

Die Vergleichslegierung Nr. 16 des Beispiels ist hinsichtlich der mechanischen Charakteristik vorteilhaft, jedoch hinsichtlich der Leitfähigkeit schlecht.

Das heißt, daß bei den Vergleichslegierungen Nr. 7 bis Nr. 10 des Beispiels, da die Ca-, Cr- und Mg-Anteile von dem Bereich abweichen, der erfindungsgemäß durch die Ansprüche bestimmt wurde, Risse zum Zeitpunkt der Heißbearbeitung auftreten. Da ferner bei den Legierungen Nr. 7 bis Nr. 9 der Vergleichsbeispiele kein Ca beigegeben wurde, ist der S-Anteil (Schwefel) erhöht, so daß bei der Heißbearbeitung Risse auftreten. Da bei der Legierung Nr. 10 des Vergleichsbeispiels der Cr-Anteil von dem Bereich abweicht, der durch die erfindungsgemäßen Ansprüche bestimmt wurde, wird die Oberfläche des Stahlgusses rauh und kann kein fester Gußblock erreicht werden.

Da auch bei der Legierung Nr. 11 des Vergleichsbeispiels der P- Anteil von dem Bereich abweicht, der mittels der erfindungsgemäßen Ansprüche bestimmt ist, ist die Deoxidations- Wirkung nicht ausreichend, wobei kein fester Gußblock erreichbar ist.

Da bei der Legierung Nr. 12 des Vergleichsbeispiels der P-Anteil den Bereich überschreitet, der mittels der erfindungsgemäßen Ansprüche bestimmt wurde, wird eine Abnahme der Heißbearbeitbarkeit verursacht.

Da bei der Legierung Nr. 13 des Vergleichsbeispiels der Zn- Anteil kleiner als der Bereich ist, der durch die erfindungsgemäßen Ansprüche bestimmt wurde, ist die Migrations- Widerstands-Charakteristik und die Werkzeug-Wartung (Verschleißwiderstand) des Werkzeugs schlecht.

Da bei der Legierung Nr. 14 des Vergleichsbeispiels der Zn- Anteil den Bereich überschreitet, der durch die erfindungsgemäßen Ansprüche bestimmt wurde, ist die Leitfähigkeit schlecht.

Da bei der Legierung Nr. 15 des Vergleichsbeispiels der Sn- Anteil kleiner als der Bereich ist, der mittels der erfindungsgemäßen Ansprüche bestimmt wurde, ist die mechanische Charakteristik schlecht, wobei bei der Legierung Nr. 16 des Vergleichsbeispiels die Leitfähigkeit gering ist, da der Sn- Anteil die Obergrenze überschreitet, die mittels der erfindungsgemäßen Ansprüche definiert worden ist.

Eine Kupferlegierung für elektrische und elektronische Bauteile mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung kann das aus dem Stand der Technik bekannte Problem vermeiden, daß während der Erwärmung im Heiß-Bearbeitungsprozeß oder während der Heiß- Bearbeitung Risse im Gußblock auftreten können, und kann einen Kurzschluß aufgrund des Migrations-Phänomens von Kupfer verhindern, der bei der Integration hoher Dichte von elektrischen und elektronischen Bauteilen aus einer Kupferlegierung auftreten kann, und kann ferner die Lebensdauer (den Verschleißwiderstand) des Prägewerkzeugs verlängern und dadurch die Produktionskosten senken.

Claims (2)

1. Eisenhaltige Kupferlegierung für elektrische und elektronische Bauteile, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 1,8 bis 2,0 Gew.-% Eisen, 0,025 bis 0,040 Gew.-% Phosphor, 1,7 bis 1,9 Gew.-% Zink, 0,40 bis 1,0 Gew.-% Zinn und 0,0001 bis 0,01 Gew.-% Calcium und Kupfer als Rest mit unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.

2. Kupferlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich ein oder zwei Elemente enthält, die aus der Gruppe: 0,001 bis 0,01 Gew.-% Chrom und 0,001 bis 0,01 Gew.-% Magnesium ausgewählt sind, wobei der Chrom- und/oder Magnesium- Anteil 0,001 bis 0,01 Gew.-% der Gesamtmenge ist.