JP2007246931A

JP2007246931A - 電気伝導性に優れた電子電気機器部品用銅合金

Info

Publication number: JP2007246931A
Application number: JP2006067567A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Tanaka; 信行田中; Takao Hirai; 崇夫平井; Kuniteru Mihara; 邦照三原; Isao Takahashi; 高橋　　功
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2006-03-13
Filing date: 2006-03-13
Publication date: 2007-09-27

Abstract

【課題】電子電気機器部品の小型化および高密度化に十分対応し得る、強度、導電率、および耐応力緩和特性に優れる電子電気機器部品用銅合金材料を提供する。
【解決手段】Ｎｉを１．０〜５．０ｍａｓｓ％、Ｓｉを０．２〜１．１ｍａｓｓ％含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなり、ＮｉとＳｉの含有量の比（Ｎｉ／Ｓｉ）が４．４〜４．９であり、且つ圧延方向に平行な断面において０．１μｍ以上の析出物が５×１０^４個／ｍｍ^２〜５×１０^５個／ｍｍ^２存在している、電子電気機器部品用銅合金。
【選択図】なし

Description

本発明は、特に、強度と導電率に優れ、電子電気機器部品の小型化、高密度化に十分対応し得る端子、コネクタ、スイッチ、リレーなどの電子電気機器部品用銅合金に関する。

従来、電子電気機器部品には、Ｃｕ−Ｚｎ系合金、Ｃｕ−Ｆｅ系合金、Ｃｕ−Ｓｎ系合金などの銅合金が使用され、特に、強度と導電率の両立が求められる部品にはＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金（特許文献１）などが使用されている。
ところで、近年、電子電気機器部品の小型化、高密度化に伴い、例えば、箱型端子などではオス端子のタブ幅が２ｍｍ（０９０端子）から、約１ｍｍ（０４０端子）へと所謂バネ部の断面積が減少する傾向にあるが、バネ部に要求される接触圧力は従来と同じため、断面積の減少には、バネの変位を大きく取ることで対処しており、このため材料への負荷応力が従来にも増して高くなり、応力緩和が生じ易い状況になっている。さらにバネ部の断面積の減少は導電量の低下を招く。

特開昭６１−１２７８４２号公報特開平５−５９４６８号公報

このような状況から、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金にＭｇを添加して耐応力緩和特性を改善した銅合金が提案された（特許文献２）が、この銅合金は強度が高くなるが、導電率が低下してしまうという問題があった。
本発明は、電子電気機器部品の小型化および高密度化に十分対応し得る、所望の強度や耐応力緩和特性を維持しつつ導電率を向上でき、場合によっては所望の導電率を維持しつつ強度や耐応力緩和特性を向上できる銅合金の提供を目的とする。

請求項１記載発明は、Ｎｉを１．０〜５．０ｍａｓｓ％、Ｓｉを０．２〜１．１ｍａｓｓ％含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなり、ＮｉとＳｉの含有量の比（Ｎｉ／Ｓｉ）が４．４〜４．９であり、且つ圧延方向に平行な断面において０．１μｍ以上の析出物が５×１０^４〜５×１０^５個／ｍｍ^２存在していることを特徴とする電子電気機器部品用銅合金である。

請求項２記載発明は、Ｎｉを１．０〜５．０ｍａｓｓ％、Ｓｉを０．２〜１．１ｍａｓｓ％含有し、さらにＡｇ、Ｃｏ、Ｃｒの１種以上を合計で０．００５〜２．０ｍａｓｓ％含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなり、ＮｉとＳｉの含有量の比（Ｎｉ／Ｓｉ）が４．４〜４．９であり、且つ圧延方向に平行な断面において０．１μｍ以上の析出物が５×１０^４〜５×１０^５個／ｍｍ^２存在していることを特徴とする電子電気機器部品用銅合金である。

請求項３記載発明は、Ｎｉを１．０〜５．０ｍａｓｓ％、Ｓｉを０．２〜１．１ｍａｓｓ％、Ｍｇを０．０１〜０．２ｍａｓｓ％、Ｓｎを０．０５〜１．５ｍａｓｓ％、Ｚｎを０．２〜１．５ｍａｓｓ％含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなり、ＮｉとＳｉの含有量の比（Ｎｉ／Ｓｉ）が４．４〜４．９であり、且つ圧延方向に平行な断面において０．１μｍ以上の析出物が５×１０^４〜５×１０^５個／ｍｍ^２存在していることを特徴する電子電気機器部品用銅合金である

請求項４記載発明は、Ｎｉを１．０〜５．０ｍａｓｓ％、Ｓｉを０．２〜１．１ｍａｓｓ％、Ｍｇを０．０１〜０．２ｍａｓｓ％、Ｓｎを０．０５〜１．５ｍａｓｓ％、Ｚｎを０．２〜１．５ｍａｓｓ％含有し、さらにＡｇ、Ｃｏ、Ｃｒの１種以上を合計で０．００５〜２．０ｍａｓｓ％含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなり、ＮｉとＳｉの含有量の比（Ｎｉ／Ｓｉ）が４．４〜４．９であり、且つ圧延方向に平行な断面において０．１μｍ以上の析出物が５×１０^４〜５×１０^５個／ｍｍ^２で存在していることを特徴する電子電気機器部品用銅合金である。

請求項１記載発明の銅合金はＮｉおよびＳｉを適量含む銅合金であり、請求項２記載発明の銅合金はＮｉ、Ｓｉに、さらにＭｇ、Ｓｎ、Ｚｎを適量含む銅合金であり、請求項３記載発明の銅合金はＮｉ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｚｎに、さらにＡｇ、Ｃｏ、Ｃｒのうちの少なくとも１種を適量含む銅合金であり、これらの銅合金は、ＮｉとＳｉの含有量比と、０．１μｍ以上の析出物の個数を規定したものなので、強度および耐応力緩和特性を低下させずに、導電率を高めることができる。従って、端子、コネクタ、スイッチ、リレーなどの電子電気機器部品の小型化、高密度化に十分対応できる。

ＮｉとＳｉの含有量比（Ｎｉ／Ｓｉ）は、Ｎｉ_２Ｓｉ化合物のＮｉとＳｉの比（ｍａｓｓ％比４．２）に合わせるのが一般的であるが、本発明の銅合金は、Ｎｉの割合を多くして、前記比が４．４〜４．９になるようにし、かつ圧延方向に平行な断面における、大きさが０．１μｍ以上の析出物を５×１０^４〜５×１０^５個／ｍｍ^２存在させたもので、所望の強度および応力緩和特性を維持しつつ導電率を向上させるなど、強度、応力緩和特性、導電率をバランスよく向上或いは維持できるものである。

本発明において、Ｎｉの含有量を１．０〜５．０ｍａｓｓ％、Ｓｉの含有量を０．２〜１．１ｍａｓｓ％に規定する理由は、いずれが下限値未満でも、強度、応力緩和特性、導電率をバランスよく向上或いは維持できるという本発明の効果が十分に得られず、いずれが上限値を超えても鋳造時および熱間加工時に、強度に影響しない粗大な化合物が晶出（析出）して含有量に見合う強度が得られなくなり、また熱間加工性および曲げ加工性が低下するためである。特に望ましい含有量はＮｉ１．７〜３．０ｍａｓｓ％、Ｓｉ０．４〜０．７ｍａｓｓ％である。

請求項２記載発明は、Ｎｉ、Ｓｉの他に、さらにＭｇ、Ｓｎ、Ｚｎを含有させた銅合金であって、これらの合金元素は相互に関係しあって種々の特性をバランス良く改善する。Ｍｇは応力緩和特性を大幅に改善する。その含有量を０．０１〜０．２ｍａｓｓ％に規定する理由は、０．０１ｍａｓｓ％未満ではその効果が十分に得られず、０．２ｍａｓｓ％を超えると曲げ加工性が低下するためである。

ＳｎはＭｇと相互に関係し合って応力緩和特性をより一層向上させる。その含有量を０．０５〜１．５ｍａｓｓ％に規定する理由は、０．０５ｍａｓｓ％未満ではその効果が十分に得られず、１．５ｍａｓｓ％を超えると導電率が低下するためである。

ＺｎはＭｇを含有させることによる曲げ加工性の低下を緩和する。また錫めっき層や半田めっき層の耐熱剥離性、耐マイグレーション特性を改善する。Ｚｎの含有量を０．２〜１．５ｍａｓｓ％に規定する理由は、０．２ｍａｓｓ％未満ではその効果が十分に得られず、１．５ｍａｓｓ％を超えると導電率が低下するためである。

請求項３記載発明は、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｚｎに加えて、さらにＡｇ、Ｃｏ、Ｃｒの群から選ばれる１種または２種以上を含有させたものであって、前記Ａｇ、Ｃｏ、Ｃｒは強度向上に寄与し、その他、Ａｇは耐熱性を向上させる効果および結晶粒の粗大化を阻止して曲げ加工性を向上させる効果も有する。前記Ａｇ、Ｃｏ、Ｃｒの合計の含有量を０．００５〜２．０ｍａｓｓ％に規定する理由は、０．００５ｍａｓｓ％未満ではその効果が十分に得られず、２．０ｍａｓｓ％を超えると、高価なＡｇはコスト高を招き、ＣｏおよびＣｒは鋳造時および熱間加工時に粗大な化合物を晶出（析出）して含有量に見合う強度が得られなくなり、また熱間加工性および曲げ加工性が低下するためである。

Ｃｏは、高価であるが、Ｎｉと同様の作用を果たし、Ｎｉよりもその効果が大きい。またＣｏ−Ｓｉ化合物は析出硬化能が高いため応力緩和特性も改善される。従って、電気伝導性が重視される部材などにはＮｉの一部をＣｏで代替するのが有効である。

Ｃｒは銅中に微細に析出して強度向上に寄与する。Ｃｒは曲げ加工性を低下させるため０．２ｍａｓｓ％以下に規定するのが望ましい。Ａｇは高価なので０．３ｍａｓｓ％以下が望ましい。

本発明では、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｐ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ａｌなどの元素を添加して種々特性を改善することが可能である。例えば、Ｍｎを、導電率を低下させない範囲（０．０１〜０．５ｍａｓｓ％）で添加して熱間での加工性を改善することができる。

不純物元素のＳは熱間加工性を悪化させるので、その含有量は０．００５ｍａｓｓ％未満に規定する。特には０.００２ｍａｓｓ％未満が望ましい。

本発明の銅合金は、ＮｉとＳｉの含有量の比（Ｎｉ／Ｓｉ）を４．４〜４．９に規定する。４．４未満でも、４．９を超えても導電率が低下してしまうためである。好ましくは４．５５〜４．７である。本発明の銅合金は、例えば、鋳造、熱間圧延、冷間圧延、所定の溶体化処理および時効処理などを施す通常の工程により製造できる。

以下に本発明を実施例により詳細に説明する。
表１に示す組成の銅合金を高周波溶解炉にて溶解し、ＤＣ法により鋳造して、厚さ３０ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ１５０ｍｍの鋳塊を得た。次にこれら鋳塊を９００℃に加熱し、この温度に１時間保持後、厚さ１２ｍｍに熱間圧延し、速やかに冷却した。次いで両面を各１．５ｍｍづつ切削して酸化皮膜を除去したのち、冷間圧延により厚さ０．２５〜０．５０ｍｍに加工した。この後、７５０〜９００℃の種々の条件で溶体化熱処理を行い、直ちに１５℃／秒以上の冷却速度で冷却した。次いで１０〜３０％の加工率で冷間圧延を行った。次に不活性ガス雰囲気中で、５００℃、２ｈの時効熱処理を施し、その後、最終塑性加工である冷間圧延を行い、最終的な板厚を０．２５ｍｍに揃えた。最終塑性加工後、３５０℃で２時間の低温焼鈍処理を施した材料で各種特性評価を行った。

実施例１で製造した各々の銅合金板について（１）引張強さ、（２）導電率、（３）応力緩和特性を調べた。

（１）引張強さは、ＪＩＳＺ２２０１記載の５号試験片を用い、ＪＩＳＺ２２４１に準拠して求めた。
（２）導電率はＪＩＳＨ０５０５に準拠して求めた。
（３）応力緩和特性は、日本電子材料工業会標準規格（ＥＭＡＳ−３００３）の片持ちブロック式を採用し、表面最大応力が４５０Ｎ／ｍｍ^２になるように負荷応力を設定して１５０℃の恒温槽に１０００時間保持して緩和率（Ｓ．Ｒ．Ｒ）を求めた。

［比較例１］
ＮｉとＳｉの含有量比または／および析出物の個数が本発明規定値外の銅合金板を製造し、実施例１と同じ調査を行った。

実施例１および比較例１の結果を表１に示した。表１には０．１μｍ以上の析出物（Ｎｉ_２Ｓｉ）の個数を併記した。析出物の個数は厚み０．２５ｍｍの板の圧延方向に平行な面をエッチングして顕微鏡観察により測定した。測定面積は１ｍｍ^２（０．２５ｍｍ（厚み）×４．０ｍｍ（圧延方向））とした。

このＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金では、強度、導電率、応力緩和特性はＮｉ量およびＳｉ量によって異なるが、表１から明らかなように、本発明の銅合金（実施例１、Ｎｏ．１〜１１）は、強度が同じ場合、比較例１の銅合金より導電率が２〜３％ＩＡＣＳ高くなっている（備考欄参照）。これはＮｉとＳｉの含有量の比（Ｎｉ／Ｓｉ）が４．４〜４．９であり、且つ圧延方向に平行な断面に０．１μｍ以上の析出物が５×１０^４〜５×１０^５個／ｍｍ^２存在していることによる。応力緩和率も１０〜１６％で問題ないことが分かる。Ｎｏ．８はＳを含むが、微量なので熱間加工性を悪化させることもなく特性にも影響を及ぼさなかった。

なお、比較例１のＮｏ．１２、１８はＮｉ／Ｓｉ比が小さいため、Ｎｏ．１４はＮｉ／Ｓｉ比が大きいため、Ｎｏ．１３、１６、１７、２０は析出物の個数が少ないためいずれも導電率が劣る。Ｎｏ．１５は析出物個数が多いため強度が劣る。Ｎｏ．１９はＮｉ、Ｓｉ比が小さく、析出物個数も少ないため導電率が劣る。

Claims

Ｎｉを１．０〜５．０ｍａｓｓ％、Ｓｉを０．２〜１．１ｍａｓｓ％含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなり、ＮｉとＳｉの含有量の比（Ｎｉ／Ｓｉ）が４．４〜４．９であり、且つ圧延方向に平行な断面において０．１μｍ以上の析出物が５×１０^４〜５×１０^５個／ｍｍ^２存在していることを特徴とする電子電気機器部品用銅合金。
Ｎｉを１．０〜５．０ｍａｓｓ％、Ｓｉを０．２〜１．１ｍａｓｓ％含有し、さらにＡｇ、Ｃｏ、Ｃｒの１種以上を合計で０．００５〜２．０ｍａｓｓ％含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなり、ＮｉとＳｉの含有量の比（Ｎｉ／Ｓｉ）が４．４〜４．９であり、且つ圧延方向に平行な断面において０．１μｍ以上の析出物が５×１０^４〜５×１０^５個／ｍｍ^２存在していることを特徴とする電子電気機器部品用銅合金。
Ｎｉを１．０〜５．０ｍａｓｓ％、Ｓｉを０．２〜１．１ｍａｓｓ％、Ｍｇを０．０１〜０．２ｍａｓｓ％、Ｓｎを０．０５〜１．５ｍａｓｓ％、Ｚｎを０．２〜１．５ｍａｓｓ％含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなり、ＮｉとＳｉの含有量の比（Ｎｉ／Ｓｉ）が４．４〜４．９であり、且つ圧延方向に平行な断面において０．１μｍ以上の析出物が５×１０^４〜５×１０^５個／ｍｍ^２存在していることを特徴する電子電気機器部品用銅合金。
Ｎｉを１．０〜５．０ｍａｓｓ％、Ｓｉを０．２〜１．１ｍａｓｓ％、Ｍｇを０．０１〜０．２ｍａｓｓ％、Ｓｎを０．０５〜１．５ｍａｓｓ％、Ｚｎを０．２〜１．５ｍａｓｓ％含有し、さらにＡｇ、Ｃｏ、Ｃｒの１種以上を合計で０．００５〜２．０ｍａｓｓ％含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなり、ＮｉとＳｉの含有量の比（Ｎｉ／Ｓｉ）が４．４〜４．９であり、且つ圧延方向に平行な断面において０．１μｍ以上の析出物が５×１０^４〜５×１０^５個／ｍｍ^２で存在していることを特徴する電子電気機器部品用銅合金。