JP2013119639A - Co−Si系銅合金板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Co:0.5〜3.0質量%、Si:0.1〜1.6質量%を含有し、さらに、Mn、Fe、Mg、Ni、Cr、V、Nb、Mo、Zr、B、Ag、Be、Zn、Sn、ミッシュメタル及びPからなる群から選択される1種又は2種以上を、2.0質量%を超え4.0質量%以下含有し、残部がCu及び不可避不純物からなるCo-Si系銅合金板であって、{(圧延平行方向の60度鏡面光沢度G(RD))-(圧延直角方向の60度鏡面光沢度G (TD))}≧90%である。
【選択図】図1
Description
このようなことから、表面粗度をRaを0.2μm以下、かつRtを2μm以下に規定し、はんだ濡れ性を向上させた銅合金材料が開発されている(特許文献1)。
又、上記した酸洗バフ研磨を行うと、バフによる畝状の凹凸が表面に生じてはんだ濡れ性を低下させることから、仕上げ圧延前に酸洗又は脱脂処理を施し、はんだ濡れ性を向上させた銅合金材料が開発されている(特許文献2)。仕上げ圧延前に酸洗又は脱脂処理を行うと、表面の凹凸成分を表す度数分布図におけるピーク位置が、粗さ曲線のための平均線(度数分布図におけるゼロの位置)よりプラス側(凸成分)に現れ、はんだ濡れ性やめっき性が向上するとされる。
又、特許文献2記載の技術の場合、仕上げ圧延前に酸洗又は脱脂処理が必要となることから工程が複雑となり、生産性に劣る。又、Co−Si系のコルソン合金の酸化皮膜は非常に堅固なため、酸洗だけでは落ちにくいが、特許文献2記載の技術は熱処理後に酸洗のみを行い研磨を行わない工程、又は酸洗と研磨を行わない工程であるため、材料表面の酸化皮膜が十分に取りきれていないと考えられ、ピンホールが生じ易い。
すなわち、本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、はんだ濡れ性に優れ、かつ半田付けの際のピンホールが少ないCo-Si系銅合金板の提供を目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明のCo-Si系銅合金板は、Co:0.5〜3.0質量%、Si:0.1〜1.6質量%を含有し、さらに、Mn、Fe、Mg、Ni、Cr、V、Nb、Mo、Zr、B、Ag、Be、Zn、Sn、ミッシュメタル及びPからなる群から選択される1種又は2種以上を、合計2.0質量%を超え4.0質量%以下含有し、残部がCu及び不可避不純物からなるCo-Si系銅合金板であって、{(圧延平行方向の60度鏡面光沢度G(RD))-(圧延直角方向の60度鏡面光沢度G (TD))}≧90%である。
圧延平行方向の表面粗さRz(RD)≦0.50μmであることが好ましい。
又、表面粗さRaとは、JIS−B0601(2001年)に規格する中心線平均粗さであり、表面粗さRzとは、同JISに規格する最大高さである。
まず、最終熱処理後の銅合金板2を酸洗槽4に導入して酸洗すると、圧延平行方向(RD)及び圧延直角方向(TD)にほぼ均一に酸化皮膜が溶解して減肉される。このため、酸洗後の圧延平行方向の60度鏡面光沢度G(RD)及び圧延直角方向の60度鏡面光沢度G(TD)はほぼ同一であり、これらの差{G(RD)−G(TD)}≒0となる(図1(a)参照)。
なお、60度鏡面光沢度は、所定の面積の材料表面の状態を反映する。一方、表面粗さ(Ra等)は所定の直線上の材料表面の状態を反映する。そのため、60度鏡面光沢度は表面粗さよりも、材料表面に局所的に存在する酸化皮膜や異物等の状態をより良く反映すると考える。
なお、バフ6は円筒状であり、その表面に研磨砥粒が付着している。そして、バフ6を銅合金板2の通板方向(図1の左から右へ)と順方向に回転させることでバフ6の研磨砥粒が銅合金板2の表面を削るようになっている。従って、バフ研磨の進行による酸化皮膜の除去度合は、研磨砥粒の粒径(番手)、銅合金板2の通板回数、通板速度(ライン速度)、バフ6の回転数等によって調整することができる。
なお、測定データは、標準の長さ1.25mm、カットオフ値25mm(JIS−B0601に準拠)、走査速度0.1mm/secで測定する。測定は、小坂研究所社製の表面粗さ測定機(Surfcorder SE3400)を用い、測定長1.25mmで測定データ数が7500点である。
ここで、上記「ピーク位置」の判別は次のようにして行う。まず、頻度―粗さ曲線のための平均線からの高さのグラフ(図2、図3参照)にて、値が最も高い頻度をP1、値が次に高い頻度をP2とする。そして、(1)ピーク位置が凹成分(マイナス側)とは、P1とP2が両方ともマイナス側にある場合、又は、P2/P1<99% かつP1がマイナス側にある場合をいう。(2)ピーク位置が凸成分(プラス側)とは、P1とP2が両方ともプラス側にある場合、又は、P2/P1<99% かつP1がプラスにある場合をいう。(3)ピーク位置が0とは、P2/P1≧99%である場合(但し、P1とP2が両方ともマイナス側にある場合、及びP1とP2が両方ともプラス側にある場合を除く)をいう。
なお、粗さ曲線のための平均線からの高さが0μmの線は、粗さ曲線のための平均線を意味する。
なお、3回測定した結果からそれぞれ求めたピーク位置がプラスとマイナスにばらついた場合、2回の測定が上(プラス)成分にピークがあれば,凸成分側とみなした。
又、図3は、後述する実施例18の実際の測定データにつき、縦軸を頻度(%)、横軸を粗さ曲線のための平均線からの高さ(μm)でプロットし直したグラフである。
図3の場合、表面の凹凸成分の度数分布図におけるピーク位置が、粗さ曲線のための平均線よりもプラス側(凸成分側)にあり、図2の場合、上記ピーク位置が粗さ曲線のための平均線よりマイナス側(凹成分側)にあることがわかる。つまり、本発明(例えば図2、実施例4)においては、ピーク位置がマイナス側(凹成分側)にあっても濡れ特性が良好であり、濡れ特性はピーク位置によらない。なお、実施例18は酸洗時の酸洗液を変更したことにより、ピーク位置がプラスとなっている。
<組成>
Co:0.5〜3.0質量%、Si:0.1〜1.6質量%を含有し残部がCu及び不可避不純物とする。
Co及びSiの含有量が上記範囲より少ないと、Co2Siによる析出強化が十分でなく、強度の向上が図れない。一方、Co及びSiの含有量が上記範囲を超えると、導電性を劣化させ,熱間加工性も劣化させる。Coの好ましい含有量は1.5〜2.5質量%であり、より好ましい含有量は1.7〜2.2質量%である。Siの好ましい含有量は0.5〜1.3質量%であり、より好ましい含有量は0.7〜1.1質量%である。
Co/Siの質量比は3.5〜5.0が好ましく、3.8〜4.6がより好ましい。Co/Siの質量比がこの範囲であれば、Co2Siを十分に析出させることができる。
B、Zr及びFeの添加によっても、強度、導電率,応力緩和特性、めっき性等の製品特性が改善する。これらの元素は主に母相へ固溶することにより上記効果が発揮されるが、第二相粒子に含有されることで、又は新たな組成の第二相粒子を形成することで一層の効果が発揮される。
Ni、Cr、V、Nb、Mo、Be、Zn、Sn及びミッシュメタルは相互に特性を補完し、強度、導電率だけでなく,応力緩和特性,曲げ加工性、めっき性や鋳塊組織の微細化による熱間加工性の改善のような製造性をも改善する。
なお、本発明の合金の特性に悪影響を与えない範囲で、本明細書に具体的に記載されていない元素が添加されてもよい。
溶体化処理は例えば、700℃以上1000℃以下の範囲で選択とすることができる。又、時効処理は例えば、400℃〜650℃で1〜20時間とすることができる。
又、最終圧延加工度は,好ましくは5〜50%,さらに好ましくは20%〜30%である。本発明の合金材の結晶粒径は特に限定されないが,一般的には3〜20μm以下である。析出物の粒径は5nm〜10μmである。
(1)Ra及びRz
JIS−B0601(2001年)に従い、中心線平均粗さRa及び最大高さRzを測定した。測定は、圧延平行方向(RD)及び圧延直角方向(TD)についてそれぞれ測定した。測定は、標準の長さは1.25mm、カットオフ値0.25mm(上記JISに準拠)、走査速度0.1mm/secとし、小坂研究所社製の表面粗さ測定機(Surfcorder SE3400)を用い、測定長1.25mmで測定データ数が7500点とした。
(1)で得られた圧延直角方向の測定データにつき、測定データのうち、「粗さ曲線のための平均線」から上(プラス)の成分と下(マイナス)の成分に分類し、粗さ曲線のための平均線からの高さを0.05μmきざみとして度数分布をプロットした。測定データから、縦軸を頻度(%)、横軸を粗さ曲線のための平均線からの高さ(μm)でプロットし直し、図2及び図3が得られた。図2及び図3で、横軸の粗さ曲線のための平均線からの高さの0μmに線を引くと、頻度のピークが凹成分(マイナス側)か凸成分(プラス側)か、(又は0か)が判別できる。
60度鏡面光沢度は、JIS Z8741に準拠した光沢度計(日本電色工業製、商品名「PG-1M」)を使用し、それぞれ圧延平行方向RD、及び圧延直角方向TDにつき、入射角60度で測定した。
又、図3は、後述する実施例18の実際の測定データにつき、縦軸を頻度(%)、横軸を粗さ曲線のための平均線からの高さ(μm)でプロットし直したグラフである。
(3−1)ピンホール数
ピンホール数は、はんだが濡れずに,下地(銅合金材)がみえる穴の数をいう。ピンホール数が多くなると半田付け不良が生じ易くなる。ピンホール数の試験は、10mm幅の試料を10質量%の希硫酸水溶液で酸洗した後に、浸漬深さ12mm、浸漬速度25mm/s,浸漬時間10secで、はんだ浴に浸漬して引き上げたとき、表裏を光学顕微鏡(倍率50倍)で観察して下地が目視された数をカウントし、5個以下を良好とした。
はんだ試験はJIS-C60068-2-54に準拠して実施した.はんだ浴の組成は、スズ60wt%,鉛40wt%とし、さらにフラックス(ロジン25wt%,エタノール75wt%)を適量加え、はんだ温度235℃±3℃とした。
(3−1)ゼロクロスタイム(T2値)
ゼロクロスタイム(T2値)は、濡れ応力値がゼロになるまでの時間であり、ゼロクロスタイムが短いほど、はんだに濡れやすい。試験は、試料を10wt%の希硫酸水溶液で酸洗した後に、浸漬深さ4mm,浸漬速度25mm/s,浸漬時間10secで、235℃±3℃の上記はんだ浴に浸漬し、JISC60068-2-54に準拠して実施し、メニスコグラフ法でゼロクロスタイムを求めた。ゼロクロスタイムが2.0秒以下をはんだ濡れ性良好とした。
A法:バフ研磨回数1回、通板速度40m/min、バフ目粗さ(研磨砥粒)1000番手、バフ回転数500rpm
B法:バフ研磨回数3回、通板速度10m/min、バフ目粗さ(研磨砥粒)2000番手、バフ回転数1400rpm
なお、一部の試料については、仕上圧延前に、10%硫酸水溶液に30秒浸漬させる酸洗のみ行った。また、一部の試料については、仕上圧延前に、ヘキサンに30秒浸漬させる脱脂のみ行った。又、他の試料は仕上圧延前に何ら処理を行わなかった。
なお、各実施例では、酸洗バフ研磨を、研磨砥粒が2000番以上、通板回数2回以上、通板速度10mpm以下、回転数1200回転/分以上の条件で行ったが、勿論、製造装置に応じてこれらの最適範囲は変化する。
比較例3、5,8,20の場合,酸洗バフ研磨の通板回数が2回未満であるためと考えられる。なお、比較例20は、最終圧延後に上述A法で酸洗研磨を実施した。
比較例13の場合,酸洗は行ったが,バフ研磨を行わなかったためと考えられる。
比較例6,7の場合,酸洗バフ研磨の研磨砥粒を4000番としたために研磨砥粒が細か過ぎ、あまり研磨されないため,Ra(RD)の低減効果が少なかったと考えられる。
比較例11,12の場合,酸洗バフ研磨の回転数が1200回転/分未満であるためと考えられる。
比較例9,10の場合,研磨砥粒が粗過ぎて酸洗バフ研磨面が荒れ、{(圧延平行方向の60度鏡面光沢度G(RD))-(圧延直角方向の60度鏡面光沢度G (TD))}<90%となりピンホールが増加し,ゼロクロスタイムが悪くなった。これは,酸洗バフ研磨の研磨砥粒を500番としたために研磨砥粒が粗すぎたためと考えられる。
比較例4、14、16、18,21の場合、最終圧延後に酸洗バフ研磨をしなかったため表面の酸化皮膜,異物の押し込みが除去されずに圧延された表面ままの状態が維持されたためと考えられる。なお、比較例21は、最終圧延のロールの粗さを細かくしたこと以外は各実施例と同様にして製造した。
又、比較例4、13、16,21の場合、ゼロクロスタイムが2.0秒を超え、はんだ濡れ性も劣化したが、この理由は、酸洗およびバフ研磨を1回も行っていないため,酸化皮膜が金属表面に多く残存したためと考えられる。(なお,比較例16が特許文献2記載の条件に該当している)
Claims (4)
- Co:0.5〜3.0質量%、Si:0.1〜1.6質量%を含有し、さらに、Mn、Fe、Mg、Ni、Cr、V、Nb、Mo、Zr、B、Ag、Be、Zn、Sn、ミッシュメタル及びPからなる群から選択される1種又は2種以上を、合計2.0質量%を超え4.0質量%以下含有し、残部がCu及び不可避不純物からなるCo-Si系銅合金板であって、
{(圧延平行方向の60度鏡面光沢度G(RD))-(圧延直角方向の60度鏡面光沢度G (TD))}≧90%であるCo-Si系銅合金板。 - 圧延平行方向の表面粗さRa(RD)≦0.07μmである請求項1記載のCo-Si系銅合金板。
- 圧延平行方向の表面粗さRz(RD)≦0.50μmである請求項2記載のCo-Si系銅合金板。
- 圧延直角方向の表面の凹凸成分を表す度数分布図におけるピーク位置が、粗さ曲線のための平均線よりマイナス側(凹成分側)にある請求項1〜3のいずれか記載のCo-Si系銅合金板。
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