JP2016037646A - Ｃｕ−Ｃｏ−Ｔｉ系銅合金条及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】導電率や強度を維持しつつ、加工性に優れたＣｕ−Ｃｏ−Ｔｉ系銅合金条及びその製造方法並びに該銅合金板を用いた大電流用電子部品及び放熱用電子部品を提供する。【解決手段】Ｃｏ：０．２〜２．０質量％，Ｔｉ：０．１〜１．８質量％を含有し、Ｃｏ/Ｔｉの質量比：１．１〜１．７であって、残部が銅および不可避的不純物からなり、０．２％耐力（ＹＳ）が５５０ＭＰａ以上、導電率が６５％ＩＡＣＳ以上、かつ曲げ軸が圧延方向と平行になるようにＷ曲げ試験を行ったとき、割れの発生しない最小曲げ半径（ＭＢＲ）と板厚（ｔ）との比（ＭＢＲ／ｔ）が１．０以下であるＣｕ−Ｃｏ−Ｔｉ系銅合金条である。【選択図】なし

Description

本発明は電子材料などの電子部品の製造に好適に使用可能なＣｕ−Ｃｏ−Ｔｉ系銅合金板及び通電用又は放熱用電子部品に関し、特に、電機・電子機器、自動車等に搭載される端子、コネクタ、リレー、スイッチ、ソケット、バスバー、リードフレーム、放熱板等の電子部品の素材として使用されるＣｕ−Ｃｏ−Ｔｉ系銅合金板、及び該銅合金板を用いた電子部品に関する。中でも、電気自動車、ハイブリッド自動車等で用いられる大電流用コネクタや端子等の大電流用電子部品の用途、又はスマートフォンやタブレットＰＣで用いられる液晶フレーム等の放熱用電子部品の用途に好適なＣｕ−Ｃｏ−Ｔｉ系銅合金板及び該銅合金板を用いた電子部品に関するものである。

電子機器の端子、コネクタ、スイッチ、ソケット、リレー、バスバー、リードフレーム、放熱板等の電気又は熱を伝えるための材料として、強度と導電率に優れた銅合金条が広く用いられている。ここで、電気伝導性と熱伝導性は比例関係にある。ところで、近年、電子機器のコネクタにおいて高電流化が進んでおり、良好な曲げ性を有し，５５％ＩＡＣＳ以上の導電率、５５０ＭＰａ以上の耐力を有することが必要と考えられている。また、はんだ性を確保するため、コネクタ材料には良好なめっき性やはんだ濡れ性が求められる。

一方、例えばスマートフォンやタブレットＰＣの液晶には液晶フレームと呼ばれる放熱部品が用いられている。このような放熱用途の銅合金板においても、高熱伝導率化が進んでおり、良好な曲げ性を有し、高強度を有することが必要と考えられている。このため、放熱用途の銅合金板においても、６０％ＩＡＣＳ以上の導電率、５５０ＭＰａ以上の耐力を有することが必要と考えられている。

しかしながら、６０％ＩＡＣＳ以上の導電率をＮｉ-Ｔｉ系銅合金で達成することは難しく，Ｃｏ-Ｓｉ系銅合金、Ｃｏ-Ｔｉ系銅合金の開発が進められてきた。Ｃｏ-Ｓｉ系銅合金やＣｏ−Ｔｉ系銅合金は、Ｃｏ_２ＳｉやＣｏＴｉ化合物の固溶量が少ないため、Ｎｉ-Ｔｉ系銅合金よりも導電率を高くすることができる。
このＣｏ-Ｔｉ系銅合金として、リードフレーム用銅合金（特許文献１、２）が開示されている。

特開昭60-218440号公報（第１表の試料Ｎｏ．６） 特開昭62-211337号公報（第２表のサンプル１、２）

しかしながら、特許文献１記載のＣｏ-Ｔｉ系銅合金の場合、導電率は７０％ＩＡＣＳ以上と高いものの、引張強さが５５０ＭＰａ未満であるため、耐力も５５０ＭＰａ未満となり、強度が十分とはいえない。この理由としては、特許文献１記載のＣｏ-Ｔｉ系銅合金が溶体化処理を実施していないために強度が低いと考えられる。
又、特許文献２記載のＣｏ-Ｔｉ系銅合金の場合、導電率は７０％ＩＡＣＳ以上と高いものの、溶体化処理を実施していないことから引張強さが５５０ＭＰａ未満であるため、耐力も５５０ＭＰａ未満となり、強度が十分とはいえない。
そして、特許文献１、２記載のいずれのＣｏ-Ｔｉ系銅合金も、曲げ性（加工性）が十分ではなかった。
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、導電率や強度を維持しつつ、加工性に優れたＣｕ−Ｃｏ−Ｔｉ系銅合金条及びその製造方法の提供を目的とする。さらには、本発明は、該銅合金板の製造方法、及び大電流用途又は放熱用途に好適な電子部品を提供することをも目的とする。

本発明のＣｕ−Ｃｏ−Ｔｉ系銅合金条は、Ｃｏ：０．２〜２．０質量％，Ｔｉ：０．１〜１．８質量％を含有し、Ｃｏ/Ｔｉの質量比：１．１〜１．７であって、残部が銅および不可避的不純物からなり、０．２％耐力（ＹＳ）が５５０ＭＰａ以上、導電率が６５％ＩＡＣＳ以上、かつ曲げ軸が圧延方向と平行になるようにＷ曲げ試験を行ったとき、割れの発生しない最小曲げ半径（ＭＢＲ）と板厚（ｔ）との比（ＭＢＲ／ｔ）が１．０以下である。

本発明のＣｕ−Ｃｏ−Ｔｉ系銅合金条において、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ａｇ、Ｐ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｅ、Ｂ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ａｌ及びＦｅからなる群から選ばれる１種以上を合計０．０１〜１．０質量％含有することが好ましい。

本発明のＣｕ−Ｃｏ−Ｔｉ系銅合金条の製造方法は、前記Ｃｕ−Ｃｏ−Ｔｉ系銅合金条の製造方法であって、熱間圧延、第１の冷間圧延、８５０℃以上の温度での溶体化処理、時効処理、及び加工度１０％以上の第２の冷間圧延、最終焼鈍をこの順で行う。

本発明の大電流用電子部品は、前記Ｃｕ−Ｃｏ−Ｔｉ系銅合金条を用いてなる。
本発明の放熱用電子部品は、前記Ｃｕ−Ｃｏ−Ｔｉ系銅合金条を用いてなる。

本発明によれば、導電率や強度を維持しつつ、加工性に優れたＣｕ−Ｃｏ−Ｔｉ系銅合金条及びその製造方法、並びに大電流用途又は放熱用途に好適な電子部品を提供することが可能である。この銅合金板は、端子、コネクタ、スイッチ、ソケット、リレー、バスバー、リードフレーム等の電子部品の素材として好適に使用することができ、特に大電流を通電する電子部品の素材又は大熱量を放散する電子部品の素材として有用である。

以下、本発明の実施形態に係るＣｕ−Ｃｏ−Ｔｉ系銅合金条について説明する。なお、本発明において％とは、特に断らない限り、質量％を示すものとする。

まず、銅合金条の組成の限定理由について説明する。
＜Ｃｏ及びＴｉ＞
Ｃｏ及びＴｉは、時効処理を行うことによりＣｏとＴｉを含む微細な金属間化合物（例えば、ＣｏＴｉを主体）の析出粒子を形成し、合金の強度を著しく増加させる。また、時効処理でのＣｏＴｉ等の析出に伴い、導電性が向上する。ただし、Ｃｏ濃度が０．２％未満の場合、またはＴｉ濃度が０．１％未満の場合は、他方の成分を添加しても所望とする強度が得られない。また、Ｃｏ濃度が２．０％を超える場合、またはＴｉ濃度が１．８％を超える場合は鋳造時や熱間加工時に割れが生じ、製造が困難になる。
よって、Ｃｏの含有量を０．２〜２．０質量％とする。好ましくは、Ｃｏの含有量を０．２〜１．０質量％とする。同様に、Ｔｉの含有量を０．１〜１．８質量％とする。好ましくは、Ｔｉの含有量を０．１２〜０．４５質量％とする。

Ｃｏ/Ｔｉの質量比を１．１〜１．７とすると、析出硬化後の強度と導電率を共に向上させることができる。Ｃｏ/Ｔｉの質量比が１．１未満であるとＣｏＴｉ等として析出しないＴｉの濃度が多くなって導電率が低下する。Ｃｏ/Ｔｉの質量比が１．７を超えるとＣｏＴｉ等として析出しないＣｏの濃度が多くなって導電率が低下する。

さらに、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ａｇ、Ｐ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｅ、Ｂ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ａｌ及びＦｅからなる群から選ばれる１種以上を合計０．０１〜１．０質量％含有することが好ましい。これら元素は固溶強化や析出強化等により強度上昇に寄与する。これら元素の合計量が０．０１質量％未満であると上記効果が得られない場合がある。又、これら元素の合計量が１．０質量％を超えると導電率が低下したり、熱間圧延で割れる場合がある。

本発明のＣｕ−Ｃｏ−Ｔｉ系銅合金条の厚みは特に限定されないが、例えば０．０３〜０．６０ｍｍとすることができる。

＜０．２％耐力（ＹＳ）及び導電率＞
Ｃｕ−Ｃｏ−Ｔｉ系銅合金条の０．２％耐力が５５０ＭＰａ以上、かつ導電率が６５％ＩＡＣＳ以上である。
銅合金条の０．２％耐力が５５０ＭＰａ未満であると強度が十分でなく、特に高電流化対応のコネクタ等に適さない。導電率が６５％ＩＡＣＳ未満であると電気伝導性及び熱伝導性が十分でない。

＜（ＭＢＲ／ｔ）＞
Ｃｕ−Ｃｏ−Ｔｉ系銅合金条を曲げ軸が圧延方向と平行になるようにＷ曲げ試験を行ったとき、割れの発生しない最小曲げ半径（ＭＢＲ）と板厚（ｔ）との比（ＭＢＲ／ｔ）が１．０以下である。
銅合金条の（ＭＢＲ／ｔ）が１．０を超えると加工性が十分でなく、特に高電流化対応のコネクタ等に加工することが困難になることがある。

＜製造＞
Ｃｕ−Ｃｏ−Ｔｉ系銅合金条を製造する条件として、インゴットを熱間圧延、第１の冷間圧延、溶体化処理（加熱とそれに続く水冷からなる処理）、時効処理、及び加工度１０％以上の第２の冷間圧延、最終焼鈍をこの順で行う。このとき、溶体化処理を850℃以上で行うことで、その後の時効時に析出させるための元素を銅中に確実に固溶させられる。これにより、時効時の強度が向上し、０．２％耐力（ＹＳ）、導電率及び（ＭＢＲ／ｔ）を上記範囲とする合金条が得られる。
時効処理後に加工度１０％以上の第２の冷間圧延を行うことで強度が上昇する。
第２の冷間圧延の加工度が１０％未満の場合、上記した効果が得られない。第２の冷間圧延の加工度が９５％を超える場合、曲げ加工性が低下する。第２の冷間圧延の加工度が１０〜９５％であると好ましい。
なお、第１の冷間圧延の加工度は、例えば80〜98％である。

その他の条件は、通常のＣｕ−Ｃｏ−Ｔｉ系銅合金条の製造条件と同等とすることができる。

電気銅を原料とし、大気溶解炉を用いて表１に示す組成の銅合金を溶製し、インゴットに鋳造した。このインゴットを８５０〜１０００℃で熱間圧延を行ない、熱間圧延後の材料を適宜面削等を行って１０ｍｍの厚みとした。その後、第1の冷間圧延を加工度80〜98%で行い、その後、850〜1000℃で1〜60秒の加熱とそれに続く水冷を溶体化処理として行った。次に、時効処理を500〜700℃で1〜50時間行い、第2の冷間圧延を加工度10〜95%で行った。最後に３５０℃で６０秒の最終焼鈍を行い、０．２ｍｍの厚みの試料を製造した。
各試料につき、以下の評価を行った。

＜０．２％耐力（ＹＳ）＞
引張試験機により、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に従い、圧延方向と平行な方向における０．２％耐力（ＹＳ）を測定した。

＜導電率（％ＩＡＣＳ）＞
得られた試料の導電率（％ＩＡＣＳ）を４端子法により測定した。
＜曲げ性＞
ＪＩＳ−Ｈ３１３０に従って、Ｂａｄｗａｙ（曲げ軸が圧延方向と同一方向）のＷ曲げ試験を行い、割れの発生しない最小半径（ＭＢＲ）と板厚（ｔ）との比である（ＭＢＲ／ｔ）値を測定した。試料の幅は１０ｍｍとした。ｔ＝０．２ｍｍである。

得られた結果を表１に示す。

表１から明らかなように、Ｃｏ，Ｔｉの含有量、及びＣｏ/Ｔｉの質量比を所定の範囲として製造した各実施例の場合、０．２％耐力（ＹＳ）が５５０ＭＰａ以上、導電率が６５％ＩＡＣＳ以上、（ＭＢＲ／ｔ）が１．０以下となり、導電率や強度を維持しつつ、加工性が向上した。

一方、Ｃｏ，Ｔｉの含有量が所定の範囲未満となった比較例１の場合、０．２％耐力（ＹＳ）が５５０ＭＰａ未満となり、強度が劣った。
Ｃｏ，Ｔｉの含有量が所定の範囲を超えた比較例２の場合、熱間圧延で材料が割れ、製造ができなかった。
Ｃｏ/Ｔｉの質量比が所定の範囲を超えた比較例３の場合、及びＣｏ/Ｔｉの質量比が所定の範囲未満となった比較例４の場合、いずれも導電率が６５％ＩＡＣＳ未満に低下した。

Claims (5)

1. Ｃｏ：０．２〜２．０質量％，Ｔｉ：０．１〜１．８質量％を含有し、Ｃｏ/Ｔｉの質量比：１．１〜１．７であって、残部が銅および不可避的不純物からなり、
   ０．２％耐力（ＹＳ）が５５０ＭＰａ以上、導電率が６５％ＩＡＣＳ以上、
   かつ曲げ軸が圧延方向と平行になるようにＷ曲げ試験を行ったとき、割れの発生しない最小曲げ半径（ＭＢＲ）と板厚（ｔ）との比（ＭＢＲ／ｔ）が１．０以下であるＣｕ−Ｃｏ−Ｔｉ系銅合金条。
2. Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ａｇ、Ｐ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｅ、Ｂ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ａｌ及びＦｅからなる群から選ばれる１種以上を合計０．０１〜１．０質量％含有する請求項１記載のＣｕ−Ｃｏ−Ｔｉ系銅合金条。
3. 請求項１又は２に記載のＣｕ−Ｃｏ−Ｔｉ系銅合金条の製造方法であって、
   熱間圧延、第１の冷間圧延、８５０℃以上の温度での溶体化処理、時効処理、及び加工度１０％以上の第２の冷間圧延、最終焼鈍をこの順で行うＣｕ−Ｃｏ−Ｔｉ系銅合金条の製造方法。
4. 請求項１又は２に記載のＣｕ−Ｃｏ−Ｔｉ系銅合金条を用いた大電流用電子部品。
5. 請求項１又は２に記載のＣｕ−Ｃｏ−Ｔｉ系銅合金条を用いた放熱用電子部品。