JP2010031339A - 導電率および強度に優れる電気・電子部品用銅合金およびSnめっき銅合金材 - Google Patents

導電率および強度に優れる電気・電子部品用銅合金およびSnめっき銅合金材 Download PDF

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Abstract

【課題】導電率、強度、応力緩和特性、曲げ加工性、耐マイグレーション特性および加熱後のSnめっき耐熱剥離性に優れた電気・電子部品用銅合金およびSnめっき銅合金材。
【解決手段】Fe:0.1〜0.3質量%、P:0.05〜0.15質量%、Mg:0.04〜0.15質量%、Sn:0.01〜0.2質量%およびZn:0.05〜0.5質量%を含み、残部がCuおよび不可避的不純物からなり、Fe、MgおよびPの含有量について、(Fe+Mg)/Pが2.0〜4.0、かつ、Fe>Mg、の関係を満たし、ビッカース硬さが130以上、圧延方向に対して平行方向および直角方向において、150℃で1000時間加熱後の応力緩和率が35%以下であり、150℃で1000時間加熱後もSnめっきが剥離しないことを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、電気・電子部品の素材として用いられる導電率および強度に優れる銅合金に関するものである。
銅合金は、強度、導電性および熱伝導性に優れることから、家電製品の部品、半導体装置用リードフレーム等の半導体部品、プリント配線板等の電気・電子部品材料、開閉器部品、バスバー、端子・コネクタ等の機構部品や産業用機器などの各種用途に用いられる。
これらの各種用途に用いられる銅合金には、強度、導電性および熱伝導性以外に、その用途に応じて、各種の特性が求められる。例えば、車載用ジャンクションボックス(以下、「JB」と略す)のバスバーとして、図1に示す接点構造を有するものが知られており、このバスバー1では、圧接部2a,2bを有するメス端子部3と、リレーやヒューズなどのオス端子4との電気的な接触を維持するために、応力の集中するメス端子部3の圧接部2a,2bの下部5は、強度、応力緩和特性等の特性に優れることが求められる。特に、応力緩和特性は、電気的接触を良好に保つために重要な特性である。また、バスバー1の板厚は、通常0.64〜0.8mmと厚く、曲げが困難であるため、種々の加工に耐え得る曲げ加工性も重要な特性となる。
また、近年の車載電装用部品における低コスト化、小型化および軽量化の傾向から、車載JB用バスバーの材料には、従来から要望されている機械的特性に加えて、一段と高い導電率[具体的には、60%IACS以上〔IACS:万国標準軟銅(International Annealed Copper Standard)〕]であることが望まれている。
さらに、従来、バスバーは、耐食性を高めるためにSnめっきを施した状態で使用されている。ここで、前記のとおり、JBにおける近年の小型化および軽量化の要求に適応するため、バスバーに直接、半導体を実装するタイプが増加しており、耐食性だけでなく加熱後のめっき耐熱剥離性などの特性も重要になってきている。
そこで、これらの問題に対応するため、各種の銅合金が提案されている。例えば、特許文献1には、バスバー、自動車用コネクタ端子、電気・電子部品の端子等の通電部品用に適した銅合金として、質量%でFe:0.15〜0.7%、P:0.04〜0.5%、Sn:0.5%以下、Mg:0.01〜0.5%を含有し、結晶粒径、導電率、引張強さ、曲げ加工性およびプレス打ち抜き性を所定範囲に規定した銅合金が開示されている.
また、特許文献2には、バスバー、端子等に用いる銅合金として、強度、導電率および曲げ加工性の向上を目的として、Fe:0.01〜3.0%、P:0.01〜0.3%、Sn:0.01〜5.0%、Mg:0.1〜1.0%、Zn0.005〜3.0%を含有し、結晶粒径とその標準偏差が所定範囲にある銅合金が開示されている。
さらに、特許文献3には、強度、耐マイグレーション性、応力緩和性に優れた高導電率銅合金として、Fe:0.02〜0.50%、P:0.01〜0.1%、Sn:0.1〜1.0%、Mg:0.1〜1.0%、Zn:0.3〜2.0%を含有する銅合金が開示されている。
特開2007−291518号公報(請求項1,2,6等) 特開2007−177274号公報(請求項1,4,5等) 特開平03−97816号公報(特許請求の範囲等)
しかし、特許文献1に開示された銅合金は、150℃で長時間加熱することによってSnめっきが剥離を生じることがあり、加熱後のSnめっきの耐熱剥離性に劣るという問題がある。また、特許文献2に開示された銅合金は、製造に際して、冷間圧延材を高温に急速加熱した後、急冷する必要があり、製造コストアップとなる。また、この銅合金は、導電率が十分に高くないという問題点がある。
さらに、特許文献3に開示された銅合金は、500℃で2時間の焼鈍における析出処理において、P化物を形成する元素、具体的にはFe、Mgに対しP量が少ないため、母相に固溶するFe、Mgの量が多くなり、高導電率を得にくい。また、他の特性も十分なものとは言い難い。
そこで、本発明の課題は、高い導電率および強度を有するとともに、応力緩和特性、曲げ加工性、および耐マイグレーション特性にも優れた電気・電子部品用銅合金と、この電気・電子部品用銅合金を用いてなるSnめっき耐熱剥離性に優れたSnめっき銅合金材を提供することにある。
そこで、本発明者らは、銅合金の強度や導電率の向上に有効なFe−P析出物およびMg−P析出物を形成するために必要なFeおよびMgの含有量について鋭意検討した。その結果、銅合金においては、Fe、P、Mg、SnおよびZnを特定の量含有し、残部がCuおよび不可避的不純物で構成される成分組成にするとともに、Fe、MgおよびPの含有量を、(Fe+Mg)/Pが2.0〜4.0、かつ、Fe>Mg、の関係にすることが、Fe−P析出物およびMg−P析出物を形成させて、強度や導電率を向上させるために有効であることを知見した。そして、この銅合金が、応力緩和特性、曲げ加工性、および耐マイグレーション特性にも優れることを知見した。
すなわち、請求項1に係る発明の電気・電子部品用銅合金は、Fe:0.1〜0.3質量%、P:0.05〜0.15質量%、Mg:0.04〜0.15質量%、Sn:0.01〜0.2質量%およびZn:0.05〜0.5質量%を含み、残部がCuおよび不可避的不純物からなり、Fe、MgおよびPの含有量について、(Fe+Mg)/Pが2.0〜4.0、かつ、Fe>Mg、の関係を満たし、ビッカース硬さが130以上、圧延方向に対して平行方向および直角方向において、150℃で1000時間加熱後の応力緩和率が35%以下であり、150℃で1000時間加熱後もSnめっきが剥離しないことを特徴とする。
この銅合金は、このような構成を有することによって、高い導電率および強度を示し、さらに、応力緩和特性、曲げ加工性、耐マイグレーション特性および加熱後のSnめっき耐熱剥離性に優れるものである。
請求項2に係る発明のSnめっき銅合金材は、前記電気・電子部品用銅合金からなる銅合金母材と、前記銅合金母材の表面に形成された厚さ3μm以下のCu−Sn合金層と、前記Cu−Sn合金層の表面に形成された厚さ0.3〜3.0μmのSnめっき層と、を有することを特徴とする。
このSnめっき銅合金材は、このような構成によって、高い導電率および強度を有するとともに、応力緩和特性、曲げ加工性が向上し、また、耐マイグレーション特性の向上による優れた耐腐食性を示し、さらに、Snめっき層の加熱後の耐熱剥離性を向上させることができる。また、表面にSn層が存在するため、Snめっき銅合金材より製作した端子をPbレスはんだや一般のはんだを用いて基板等にはんだ付けする際のはんだ広がり性が優れ、良好なはんだ接合強度が得られる。
請求項3に係る発明のSnめっき銅合金材は、前記電気・電子部品用銅合金からなる銅合金母材と、前記銅合金母材の表面に形成された厚さ3μm以下のCu−Sn合金層と、前記Cu−Sn合金層の表面に形成された厚さ0.3〜2.0μmのSnめっき層と、を有し、前記Cu−Sn合金層、及び前記Snめっき層は、前記銅合金母材の表面に形成したSnめっき層をリフロー処理することにより形成されたものであることを特徴とする。
このSnめっき銅合金材は、このような構成によって、銅合金母材を構成する銅合金に起因する高い導電率および強度、優れた応力緩和特性および曲げ加工性を有するとともに、耐マイグレーション特性の向上による優れた耐腐食性を示し、さらにSn層の加熱後の耐熱剥離性を向上させることができる。また、表面にSn層が存在するため、Snめっき銅合金材より製作した端子をPbレスはんだや一般のはんだを用いて基板等にはんだ付けする際のはんだ広がり性が優れ、良好なはんだ接合強度が得られる。更に、Snめっき後のリフロー処理により、めっき層に発生する応力が低減され、Snのウィスカーが発生せず、狭ピッチの端子に用いても短絡が発生せず、電子部品の信頼性が向上する。
本発明に係る電気・電子部品用銅合金は、高い導電率および強度を有するとともに、応力緩和特性、曲げ加工性、耐マイグレーション特性に優れるものである。そのため、本発明の銅合金は、電気・電子部品用の材料だけでなく、家電、半導体部品、産業用機器、並びに自動車用電機電子部品に幅広く有効に活用できる。特に、車載用JBのバスバーを構成する素材として用いた場合には、バスバーの小型化および軽量化を図ることができる。本発明に係る電気・電子部品用銅合金は、一般的な銅合金の製造方法によって製造することができるために、バスバーの低コスト化にも寄与する。
また、本発明に係るSnめっき銅合金材は、本発明に係る銅合金からなる銅合金母材の表面に、Cu−Sn合金層と、Snめっき層、またはリフロー処理により形成されたCu−Sn合金層とSn層とを有するものであり、銅合金母材を構成する本発明の銅合金によって、高い導電率および強度を有するとともに、応力緩和特性、曲げ加工性および耐マイグレーション特性に優れたものであり、さらに、表面に形成されたSnめっき層またはSn層は加熱後の耐熱剥離性に優れるものである。
以下、本発明の導電率および強度に優れる電気・電子部品用銅合金(以下、「本発明の銅合金」という)および本発明の銅合金を用いてなるSnめっき銅合金材について詳細に説明する。
本発明の銅合金は、Fe、P、Mg、SnおよびZnを特定の量含有し、残部がCuおよび不可避的不純物で構成される成分組成を有するとともに、Fe、MgおよびPの含有量が特定の関係を有するものである。以下、本発明の銅合金を構成する各成分の含有量の数値範囲およびその数値範囲の限定理由、さらに、Fe、MgおよびPの含有量の関係について説明する。
(Feの含有量:0.1〜0.3質量%)
Feは、Fe−P系の微細な析出物を形成して、析出硬化によって強度を向上させるとともに、導電率を向上させるために有効な元素である。Feの含有量が0.1質量%未満では、十分な析出による強度および導電率の向上効果を得ることができず、0.3質量%を超えると、導電率の低下を招く。したがって、Feの含有量は0.1〜0.3質量%の範囲とする。このFeの含有量は、0.12〜0.28質量%が好ましく、さらに好ましくは0.15〜0.25質量%である。
(Pの含有量:0.05〜0.15質量%)
Pは、FeやMgと析出物を形成して、析出硬化によって強度を向上させるとともに、導電率を向上させるために有効な元素である。Pの含有量が0.05質量%未満では、FeやMgとの析出物が十分に形成されず、FeやMgの固溶量が増加し、導電率の低下を招く。一方、Pの含有量が0.15質量%を越えると、Pの固溶量が増加し、導電率の低下を招く。したがって、Pの含有量は、0.05〜0.15質量%の範囲とする。このPの含有量は、0.07〜0.13質量%が好ましく、さらに好ましくは0.08〜0.12質量%である。
(Mgの含有量:0.04〜0.15質量%)
Mgは、Mg−P系の微細な析出物を形成して、析出硬化によって強度を向上させるとともに、導電率を向上させるために有効な元素である。また、析出せず固溶したままのMgは、固溶による強度の向上と耐応力緩和特性の向上に有効である。Mgの含有量が、0.04質量%未満では、Mg−P析出物の析出による強度および導電率の向上と固溶Mgによる固溶強化と耐応力緩和特性の向上を十分に得ることができず、0.15質量%を超えると、固溶Mgが増加し、導電率を低下させる。したがって、Mgの含有量は、0.04〜0.15質量%の範囲とする。このMgの含有量は、0.06〜0.13質量%が好ましく、さらに好ましくは0.08〜0.12質量%である。
(Fe、MgおよびPの含有量の関係)
本発明の銅合金において、Fe、MgおよびPの含有量は、(Fe+Mg)/Pが2.0〜4.0の関係にあることが必須である。(Fe+Mg)/Pが2.0未満でも4.0を超えてもFe−P析出物およびMg−P析出物が十分に析出せず、Fe、MgおよびPの固溶量が増え、導電率が低下する。このとき、再結晶温度を上げる効果がMgよりFeの方が高いため、FeおよびMg量の関係は、Fe>Mg、とする。(Fe+Mg)/Pの範囲は2.5〜3.5の範囲が望ましい。
(Snの含有量:0.01〜0.2質量%)
Snは、固溶による強度の向上と耐応力緩和特性の向上に有効な元素である。Snの含有量が0.01質量%未満では、固溶による強度の向上と耐応力緩和特性の向上が十分に得られず、また、0.2質量%を超えると、導電率を低下する。したがって、Snの含有量は、0.01〜0.2質量%の範囲とする。このSnの含有量は、0.02〜0.18質量%が好ましく、さらに好ましくは0.04〜0.15質量%である。
(Znの含有量:0.05〜0.5質量%)
Znは、電子部品の接合に用いる、Snめっきやはんだの耐熱剥離性を改善し、熱剥離を抑制するために有効な元素である。Znの含有量が0.05質量%未満では、Snめっきやはんだの耐熱剥離性の向上に十分な効果が得られず、0.5質量%を超えると、導電率が低下する。したがって、Znの含有量は、0.05〜0.5質量%の範囲とする。このZnの含有量は、0.07〜0.40質量%が好ましく、さらに好ましくは0.10〜0.30質量%である。
(不可避的不純物)
不可避的不純物は、例えば、Mn、Ni、Co、Zr等である。これらの不可避的不純物の含有量は、導電率60%IACSを満足し得る範囲で含有すれば、本発明の銅合金の導電性に影響せず、また、強度にも悪影響がない。
本発明の銅合金は、その用途に応じて、各種の形態、形状に成形される。例えば、本発明の銅合金からなる板材、板材を幅方向にスリットしてなる条や、条をコイル化した形態、線材等の各種の形態、形状に成形される。そして、本発明の銅合金からなる板材、条等からなる母材(銅合金母材)を電気・電子部品用部品の素材として用いる場合は、その銅合金母材の表面に、Cu−Sn合金層とSnめっき層とが形成されたSnめっき銅合金材とすることが好ましい。
Cu−Sn合金層は、銅合金母材の表面にSnめっき層を形成することによって、銅合金母材とSnめっき層の界面に、CuとSnの合金化によって形成される層であり、室温程度の温度でもCu中におけるSnの拡散係数が大きいことから、Snめっき材を室温に放置した状態でも生成する。このCu−Sn合金層は脆く、Snめっき材の曲げ加工性を低下させるため、3μm以下とする。Cu−Sn合金層の厚さは、2μm以下であることが望ましい。
Snめっき層は、はんだ付け性の向上、耐腐食性等の向上を目的として、銅合金母材の表面に形成されるものであり、結果的に、銅合金母材の表面に形成される形成されるCu−Sn合金層上に形成されることとなる。Snめっき層の厚さは、0.3〜3.0μmであることが好ましい。Snめっき層の厚さが0.3μm未満であると、はんだ付け時のはんだ広がり性が低下し、はんだ接合強度が低下する。
銅合金母材の表面に、Snめっき層を形成したSnめっき銅合金材に、リフロー処理を施すことが好ましい。これにより、銅合金母材の表面に、Cu−Sn合金層と、Snめっき層が溶融したSn層とが形成されたSnめっき銅合金材が得られる。
リフロー処理後のSnめっき銅合金材において、Cu−Sn合金層は曲げ加工性を低下させるため、その厚さは3.0μm以下であることが好ましい。
また、前記Sn層は、はんだ付け性を確保するため、厚さが0.3〜2.0μmであることが好ましい。
本発明の銅合金は、前記の成分組成およびFe、MgおよびPの含有量の関係を満足する銅合金を製造可能な方法であれば、特に制限されず、いずれの方法にしたがって製造されたものでもよい。通常、鋳造、熱間圧延、冷間圧延、焼鈍、仕上げ圧延および低温焼鈍の各工程を、この順で行う方法によって製造することができる。
鋳造は、Cuと、Fe、P、Mg、SnおよびZnを、前記成分組成に調製した銅合金溶湯を鋳造して行うことができる。
また、熱間圧延は、鋳造によって得られた鋳塊を850〜950℃で30分〜3時間均熱処理した後、所定の厚さまで圧延し、さらに、700℃以上で焼き入れ処理することによって行うことができる。この熱間圧延において、圧延温度が低過ぎると、再結晶が不完全となり不均一な組織となる虞がある。圧延温度が高過ぎると、結晶粒が粗大化して曲げ加工性が低下する虞がある。そして、熱間圧延後は水冷する。
次に、冷間圧延は、次工程の焼鈍および仕上げ圧延前に、熱間圧延された圧延板を通常圧下率70%以上で圧延する工程である。この冷間圧延によって、その後の焼鈍を行った後の結晶粒径およびそのばらつきを調整することができる。
焼鈍は、再結晶およびP化合物(Fe−P析出物、Mg−P析出物)の析出処理を行って微細な析出物を形成させ、銅合金板の強度と導電率を向上(回復)させるための工程である。この焼鈍は、450〜600℃で15分〜10時間加熱して行うことができる。
仕上げ圧延は、所期の厚さに圧延する工程である。この仕上げ圧延では、本発明の銅合金またはSnめっき銅合金材が、特に曲げ加工性を必要とする場合は加工率50%以下とすることが好ましい。
また、低温焼鈍は、仕上げ圧延による歪を除去し、応力緩和特性およびばね限界値を増加させることを目的として行う。この低温焼鈍は、通常、300〜500℃で5秒〜1分加熱処理することによって行うことができる。
また、本発明の銅合金を母材(銅合金母材)とするSnめっき銅合金材は、前記の低温焼鈍に続いて、Snめっきを行うことによって製造することができる。これによって、銅合金母材と、銅合金母材とSnめっきとの合金からなるCu−Sn合金層と、Snめっき層とを有するSnめっき銅合金材を得ることができる。
リフロー処理を行わない場合、光沢Snめっきを行うことが望ましく、例えば、硫酸第1錫を40g/l、硫酸を100g/l、クレゾールスルフォン酸を30g/l、分散剤を20g/l、光沢剤を10ml/l、ホルマリンを5ml/l等を含むめっき浴中で、浴温度:20℃、対極としてSn板を用い、電流密度:2.5A/dmのめっき条件で行うことができる。
また、リフロー処理を行う場合は、Snめっきとして、例えば、硫酸第1錫を50g/l、硫酸を80g/l、クレゾールスルフォン酸を30g/l、光沢剤を10g/l等を含むめっき浴中で、浴温度:30℃、対極としてSn板を用い、電流密度:3A/dmのめっき条件で行うことができる。
さらに、Snめっき銅合金材をリフロー処理することにより、Cu−Sn合金層を介して、銅合金母材とSn層とがより緊密に接合された構造とすることが好ましい。リフロー処理は、Snめっきを施した後、通常、240〜600℃で3〜30秒加熱することによって行うことができる。
本発明の銅合金は、前記した成分組成を有し、前記した製造方法および製造条件によって製造されることによって、60%IACS以上の高い導電率と、ビッカース硬度130Hv以上の高い強度を有し、さらに、応力緩和特性(150℃で1000時間加熱後の応力緩和率が平行および垂直方向のいずれも35%以下)、曲げ加工性、耐マイグレーション特性、およびSnめっき耐熱剥離特性(150℃で1000時間加熱後もSnめっきが剥離しない)に優れたものである。また、このとき平均結晶粒サイズは、JIS H0501に記載されている切断法により測定した場合、2〜10μm程度である。
以下、本発明の実施例について、その比較例と比較して具体的に説明する。
(実施例1〜7および比較例1〜14に係る試料の製造条件)
各例の成分組成を表1に示す。この表1に示す成分組成の銅合金を溶製した後、ブックモールドに鋳造して、厚さ45mmの鋳塊を得た。鋳塊を900℃で1時間均熱処理後、熱間圧延して厚さ15mmとし、700℃以上で焼き入れを行った。次に、焼き入れ後の熱間圧延板の両面を厚さ1mm程度研磨して、表面の酸化スケールおよび傷を除去した。その後、厚さ1.07〜1.28mmに冷間圧延した。このとき、次の仕上げ圧延における加工率に応じて目標板厚を変更した。次に、500〜550℃で2時間再結晶および析出焼鈍を行った後、仕上げ圧延して厚さ0.64mmとした。そして、350℃で20秒間低温焼鈍して、試料(銅合金板)を得た。
(試料の評価方法)
実施例1〜8および比較例1〜14の各銅合金板について、下記の試験方法に従って、導電率、ビッカース硬度、機械的特性(0.2%耐力)、応力緩和率および結晶粒径の測定、ならびに曲げ加工性の評価を行った。
〔導電率の測定〕
JIS−H0505に規定されている非鉄金属材料導電率測定法に準拠し、ダブルブリッジを用いた四端子法で体積抵抗率を測定した。測定された体積抵抗率を、万国標準軟銅(International Annealed Copper Standard)の体積抵抗率1.7241×10−8Ωmで除し、百分率で表し、導電率(%IACS)を求めた。
〔ビッカース硬さの測定〕
JIS−Z2248に規定されている微小硬さ試験方法に準拠し、試験加重2.94N(=0.3kgf)でビッカース硬さを測定した。
〔機械的特性の測定〕
長手方向が圧延方向(L.D.:Longtudinal Direction)および垂直方向(T.D.:Transverse Direction)となるJIS5号引張り試験片を、機械加工にて作製した。2つの試験片(L.D.、T.D.)のそれぞれについて、JIS−Z2241に準拠して引張り試験を実施した。永久伸び0.2%に相当する引張強さを耐力として求めた。
〔応力緩和率の測定〕
応力緩和率は、片持ち梁方式によって測定した。すなわち、幅10mmの短冊状試験片(長さ方向が板材の圧延方向に対して平行方向(L.D.:Longtudinal Direction)になるものおよび直角方向(T.D.:Transverse Direction)になるもの)を切り出し、その一端を剛体試験台に固定する。固定端から一定距離の位置で試験片に10mmのたわみを与えたとき、固定端において、試験片の採取方向にあわせ、それぞれの方向の材料の0.2%耐力の80%に相当する表面応力を負荷する。たわみを与える位置の固定端からの距離はJCBA T309:2004 銅及び銅合金薄板条の曲げによる応力緩和試験方法により算出した。剛体試験台に固定し、たわみを与えた試験片を150℃のオーブン中に1000時間保持した後に取り出し、たわみ量dを取り去ったときの永久歪みδを測定し、応力緩和率RS=(δ/d)×100を計算する。
〔曲げ加工性の評価〕
曲げ加工性は、伸銅協会標準JBMA−T307に規定されるW曲げ試験方法に従って評価した。すなわち、銅合金板から幅10mm、長さ30mmの試験片を切り出し、Good Way(曲げ軸が圧延方向に垂直、以下、「G.W.」という)およびBad Way(曲げ軸が圧延方向に平行、以下、「B.W.」という)の曲げ試験を行った。曲げ部における割れの有無を100倍の光学顕微鏡により目視観察し、下記の基準で評価した。
A しわ無し
B しわ小
C しわ中〜大
D 割れ小
E 割れ大
〔結晶粒径の測定〕
試料表面を研磨後、エッチングして光学顕微鏡による組織写真を撮影し、その組織写真からJIS H0501に規定されている切断法(線分の向きを板幅方向)により結晶粒径を測定した。なお、測定は、板幅方向に加え、板幅方向に対し直角および45度についても行い、それぞれ3箇所の平均値を結晶粒径とした。
(Snめっき銅合金板の製造と評価)
実施例1および3、比較例9、12、13および14の各銅合金板に、下記めっき条件でSnめっきを行い、表面に膜厚1.0μmのSnめっき層を形成した。
[光沢Snめっき条件]
めっき浴の組成:硫酸第1錫40g/l、硫酸100g/l、クレゾールスルフォン酸30g/l、分散剤20g/l、光沢剤10ml/l、ホルマリン5ml/l
めっき浴の温度:20℃
電流密度: 2.5A/dm
対極材料:Sn板
[リフロー前のSnめっき条件]
めっき浴の組成:硫酸第1錫50g/l、硫酸80g/l、クレゾールスルフォン酸30g/l、光沢剤10g/l
めっき浴の温度:30℃
電流密度: 3A/dm
対極材料:Sn板
Snめっき層を形成した銅合金板について、下記の方法に従って、Sn層の厚さ(表2に「Sn層厚」と記す)とCu−Sn合金層の厚さ(表2に「Cu−Sn合金層厚」と記す)の測定、加熱後のSnめっき耐熱剥離性試験を行った。
〔Sn層の厚さおよびCu−Sn合金層の厚さの測定〕
蛍光X線膜厚計(セイコー電子工業株式会社:SFT3200)を用いて測定した。
〔加熱後のSnめっき耐熱剥離性の評価〕
長さ30mm×幅10mmの寸法に切り出した試験片を、オーブン中、150℃で1000時間加熱した後、マンドレル180度曲げ治具にて直径2mmで180度の曲げ戻し試験を行い、曲げ部内側のSnめっきの外観を観察して剥離の有無を調べた。
次に、リフロー前のSnめっき層が形成された銅合金板を、380℃で13秒間加熱することで、リフロー処理を行った。こうして、Sn層が形成された銅合金板について、前記の方法に従って、Sn層の厚さ(表3に「Sn層厚」と記す)とCu−Sn合金層の厚さ(表3に「Cu−Sn合金層厚」と記す)の測定、加熱後のSnめっき耐熱剥離性試験を行った。
(試験結果)
以上の導電率、ビッカース硬さ、機械的特性(0.2%耐力)、応力緩和率、曲げ加工性および結晶粒径の測定について、その測定結果を表1に併記する。また、Snめっき層を形成した銅合金板、およびリフロー処理を施した銅合金板について、Sn層の厚さとCu−Sn合金層の厚さの測定結果および加熱後のSnめっき耐熱剥離性の評価結果を表2および表3に示す。
Figure 2010031339
注:含有量は質量%で示す。
*1 L.D./T.D.を示す。
*2 180℃で24時間加熱後の応力緩和率(L.D./T.D.)
*3 G.W./B.W.についてR/tの曲げ加工性を評価した。
*4 JIS H0501規定の切断法により測定した。
Figure 2010031339
注:含有量は質量%で示す。
Figure 2010031339
表1に示すとおり、比較例1は、Feの含有量(0.07質量%)が本発明の範囲(Fe:0.1〜0.3質量%)を外れるため、本発明のビッカース硬さ(Hv)の範囲(130以上)より劣る結果(125)を示している。
比較例2は、Feの含有量(0.32質量%)が本発明の範囲(Fe:0.1〜0.3質量%)を外れるため、導電率が低い値(57%IACS)を示している。
比較例3は、Pの含有量(0.04質量%)が本発明の範囲(P:0.05〜0.15質量%)を外れるため、本発明のビッカース硬さ(Hv)の範囲(130以上)より劣る結果(125)を示している。
比較例4は、Pの含有量(0.17質量%)が本発明の範囲(P:0.05〜0.15質量%)を外れるため、T.D.の応力緩和率が大きい値(37%)を示している。
比較例5は、Snの含有量(0.0005質量%)が、本発明の範囲(Sn:0.01〜0.2質量%)を外れるため、本発明のビッカース硬さ(Hv)の範囲(130以上)より劣る結果(125)を示し、さらに、耐力が低く、およびT.D.の応力緩和率が大きい値(45%)を示している。
比較例6は、Snの含有量(0.22質量%)が、本発明の範囲(Sn:0.01〜0.2質量%)を外れるため、導電率が低い値(56%IACS)を示している。
比較例7は、Mgの含有量(0.03質量%)が、本発明の範囲(Mg:0.04〜0.15質量%)を外れるため、本発明のビッカース硬さ(Hv)の範囲(130以上)より劣る結果(128)を示している。
比較例8は、Mgの含有量(0.17質量%)が、本発明の範囲(Mg:0.04〜0.15質量%)を外れるため、導電率が低い値(55%IACS)を示している。
比較例9は、Znの含有量(0.03質量%)が、本発明の範囲(Zn:0.05〜0.5質量%)を外れるため、表2および表3に示すとおり、加熱後のSnめっき耐熱剥離性に劣る結果(剥離有)を示している。
比較例10は、Znの含有量(0.7質量%)が、本発明の範囲(Zn:0.05〜0.5質量%)を外れるため、導電率が低い値(56%IACS)を示している。
比較例11は、FeおよびMgの含有量について、Fe<Mgであり、本発明の関係(Fe>Mg)を満たさないため、ビッカース硬さ(Hv)が、本発明の範囲(130以上)より劣る結果(125)を示している。
比較例12は、Znの含有量(0質量%)が本発明の範囲(Zn:0.05〜0.5質量%)を外れるため、表2および表3に示すとおり、加熱後のSnめっき耐熱剥離性に劣る結果(剥離有)を示している。
比較例13は、Snの含有量(0質量%)およびZnの含有量(0質量%)が本発明の範囲(Sn:0.001〜0.2質量%、Zn:0.05〜0.5質量%)を外れるため、T.D.の応力緩和率が大きい値(37%)を示している。
比較例14は、Pの含有量(0.035質量%)、Snの含有量(0.3質量%)およびMgの含有量(0.2質量%)が、本発明の範囲(P:0.05〜0.15質量%、Sn:0.001〜0.2質量%、Mg:0.04〜0.15質量%)を外れ、さらに、Fe、MgおよびPの含有量が、本発明の関係((Fe+Mg)/P:2.0〜4.0)を満たさないため、導電率が低い値(51%IACS)を示している。
これらの比較例1〜14に対して、実施例1〜7は、Fe、P、Sn、MgおよびZnの含有量が本発明の範囲にあるとともに、Fe、MgおよびPの含有量が、本発明の関係((Fe+Mg)/P:2.0〜4.0、Fe>Mg)を満たし、さらに、ビッカース硬さ(130以上)、圧延方向に対して平行方向および直角方向における応力緩和率が35%以下であり、加熱後のSnめっき耐熱剥離性についても優れた結果(剥離無)を示している。
バスバーの構造例を示す概略図である。
符号の説明
1 バスバー
2a,2b 圧接部
3 メス端子部
4 オス端子
5 下部

Claims (3)

  1. Fe:0.1〜0.3質量%、P:0.05〜0.15質量%、Mg:0.04〜0.15質量%、Sn:0.01〜0.2質量%およびZn:0.05〜0.5質量%を含み、残部がCuおよび不可避的不純物からなり、
    Fe、MgおよびPの含有量について、(Fe+Mg)/Pが2.0〜4.0、かつ、Fe>Mg、の関係を満たし、ビッカース硬さが130以上、圧延方向に対して平行方向および直角方向において、150℃で1000時間加熱後の応力緩和率が35%以下であり、150℃で1000時間加熱後もSnめっきが剥離しないことを特徴とする導電率および強度に優れる電気・電子部品用銅合金。
  2. 請求項1に記載の電気・電子部品用銅合金からなる銅合金母材と、
    前記銅合金母材の表面に形成された厚さ3μm以下のCu−Sn合金層と、
    前記Cu−Sn合金層の表面に形成された厚さ0.3〜3.0μmのSnめっき層と、を有することを特徴とするSnめっき銅合金材。
  3. 請求項1に記載の電気・電子部品用銅合金からなる銅合金母材と、
    前記銅合金母材の表面に形成された厚さ3μm以下のCu−Sn合金層と、前記Cu−Sn合金層の表面に形成された厚さ0.3〜2.0μmのSnめっき層と、を有し、前記Cu−Sn合金層、及び前記Snめっき層は、前記銅合金母材の表面に形成したSnめっき層をリフロー処理することにより形成されたものであることを特徴とするSnめっき銅合金材。
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