JP2016141878A - 銅合金条およびそれを備える大電流用電子部品及び放熱用電子部品 - Google Patents
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Abstract
Description
近年、スマートフォン、タブレットPCおよびパソコンの小型化に伴い、電気・電子機器内の液晶部品またはICチップ等に通電した際の蓄熱が大きくなる傾向がある。蓄熱が大きい状態はICチップや基盤への熱的損傷が大きいため、放熱部品の放熱性が問題となっている。
オーステナイト系ステンレス鋼(SUS304)は、曲げ性加工性は良好であるが、熱伝導性が低く、それを補うため高価な熱伝導シート等を併用している。そのため放熱部品の単価が高くなる。一方、純アルミニウムおよびアルミニウム合金では曲げ性加工性は良好であるが熱伝導性および構造体としての強度が足りていない。
また、端子、コネクタ等の通電部品においては、通電部における銅合金の断面積が小さくなる傾向にある。断面積が小さくなると、通電した際の銅合金からの発熱が増大する。特に、成長著しい電気自動車やハイブリッド自動車で用いられる電子部品には、バッテリー部のコネクタ等の著しく高い電流が流される部品があり、通電時の銅合金の発熱が問題になっている。そこで発熱量が減ずるよう、通電材料には導電性に優れることが求められ、さらに部品の小型化や高機能化に対応できるように、強度(特に高い0.2%耐力)や優れた曲げ加工性が求められている。
本発明の大電流用電子部品及び放熱用電子部品は、上記の何れかの銅合金条を備えるものである。
本発明の一実施形態に係る銅合金条は、その銅合金条の導電率を80%IACS以上且つ引張強さを550MPa以上とすることを目的とする。導電率が80%IACS以上であれば熱伝導率も良好であり、大電流用電子部品および放熱部品用の素材として問題無い。また、引張強さが550MPa以上であれば、構造材としての必要な強度を有している。また、0.2%耐力/引張強さが0.9以上であれば、コネクタ、スイッチ、ソケット、リレー材などの電子部品に必要なバネ特性を有している。300℃×30min加熱後の0.2%耐力が500MPa以上あれば、大電流用電子部品および放熱部品としての耐熱性を有している。X線回折法を用いたX線回折積分強度が0.1≦[I{200}+I{111}+I{311}]/I{220}≦0.6の範囲であると良好な曲げ加工性を有しているといえる。
上記特性を兼ね備える本発明の銅合金条は、放熱用電子部品および大電流電子部品の用途に好適である。
本発明の実施の形態に係るCu−Zr系合金条は、Zrを0.040〜0.50質量%含有するものであり、このZrの総含有量は好ましくは、0.050〜0.30質量%、より好ましくは0.050〜0.20質量%とする。Zrの合計が小さすぎると、550MPa以上の引張強さを得ることが難しくなる。Zr濃度が大きくなり過ぎると、熱間圧延割れ等により合金の製造が困難になる。
製品の厚み、つまり板厚(t)は0.05〜2.0mmであることが好ましい。厚みが小さすぎると、十分な放熱性が得られなくなるため、放熱用電子部品の素材として不適である。一方で、厚みが大きすぎると、曲げ加工および絞り加工が困難になる。このような観点から、より好ましい厚みは0.08〜1.5mmである。厚みが上記範囲となることにより、蓄熱を抑えつつ、曲げ加工性を良好なものとすることができる。
本発明では、JIS H0505に準拠して測定した導電率を80%IACS以上とする。導電率が80%IACS以上であれば、熱伝導率が良好であり、良好な放熱性も確保できる。より好ましくは85%IACS以上とする。
本発明では、銅合金条の引張強さを550MPa以上であれば、構造材の素材として必要な強度を有しているといえる。より好ましくは570MPa以上とする。
本発明では、銅合金条の0.2%耐力/引張強さ(YS/TS)を0.9以上とし、これによれば、銅合金条が、コネクタ、スイッチ、リレー材に必要なばね性を有しているといえる。
本発明では、300℃×30min加熱後の0.2%耐力≧500MPaとし、これによれば大電流用電子部品および放熱部品としての耐熱性を有しているといえる。
本発明の曲げ加工性の評価は幅10mm×長さ30mmの短冊状の試験片を用いた、W曲げ試験(JIS−H3130)により行う。試験片採取方向は、圧延平行方向(GW)および圧延直角方向(BW)とし、割れの発生しない最小曲げ半径MBR(Minimum Bend Radius)と板厚tの比MBR/tにて評価する。この最小曲げ半径(MBR)の割合(MBR/t)は、2.0以下とすることが、良好な曲げ性を確保するとの観点から好ましい。MBR/tのさらに好適な範囲は、1.8以下である。
X線回折法を用い圧延面の表面において厚み方向に求めた{200}面のX線回折積分強度をI{200}とし、{111}面のX線回折積分強度をI{111}とし、{220}面のX線回折積分強度をI{220}とし、{311}面のX線回折積分強度をI{311}としたときに、0.1≦[I{200}+I{111}+I{311}]/I{220}≦0.6(すなわち、0.1以上0.6以下)の場合、曲げ加工性が向上する。より好ましい範囲は0.25以上0.55以下である。一方、上記範囲を外れる場合、曲げ加工性が劣る。なお、純銅粉末標準試料は、325メッシュ(JIS Z8801)の純度99.5%の銅粉末で定義されるものである。
圧延組織が再結晶化しないような適当な条件で焼鈍することで、その後の圧延による加工硬化が大きくなり550MPa以上の引張強さが得られる。時効温度が400℃より高いと550MPa以上の強度が得られない。一方、時効温度が300℃より低いと80%IACS以上の導電率が得られない。
最後の時効温度は最後から1つ前の時効温度に対して±25℃の範囲に調整することで、結晶方位が0.1≦[I{200}+I{111}+I{311}]/I{220}≦0.6の範囲になり曲げ加工性が改善する。
さらに、最後の時効温度が最後から1つ前の時効温度よりも0〜25℃低い場合に、300℃×30min加熱後の0.2%耐力が500MPa以上となる。一方、最後の時効温度が高いと、300℃×30min加熱後の0.2%耐力が500MPa以下となり、強度、導電率および曲げ加工性のバランスには優れるものの、耐熱性の観点で改善の余地が残る。
なお、引張強さ、導電率、0.2%耐力は、加工処理の諸条件、例えば時効処理間の加工度、一回目の時効処理の温度、最終の冷間圧延の加工度、Zrの濃度、添加元素などの調節などを適切に行うことにより、より良好なものとすることができる。
(1)引張強さ≧550MPaのためには、
a.時効温度を400℃未満に調整する。
b.仕上圧延加工度を50%以上に調整する。
(2)導電率≧80%IACSのためには、
a.時効温度を300℃以上に調整する。
b.仕上圧延加工度を80%以下に調整する。
(3)YS/TS≧0.9のためには、
a.時効と時効の間の冷間圧延加工度を60%以上に調整する。
(4)300℃×30min加熱後の0.2%耐力≧500MPaのためには、
a.最後の時効温度を最後から1つ前の時効温度より0〜25℃低く調整する。
(5)0.1≦[I{200}+I{111}+I{311}]/I{220}≦0.6のためには、
a.最後の時効温度が最後から1つ前の時効温度に対して±25℃の範囲に調整する。
最終の冷間圧延後または歪取焼鈍後の材料の合金元素濃度をICP−質量分析法で分析した。なお、表中の成分分析値は10ppmよりも低い元素は記入していない。
最終の冷間圧延後および歪取焼鈍後の材料につき、JIS Z2241に規定する13B号試験片を引張方向が圧延方向と平行になるように採取し、JIS Z2241に準拠して圧延方向と平行に引張試験を行い、引張強さ(TS)および0.2%耐力(YS)を求めた。
300℃に設定した炉に材料を30min保持した後、取り出し空冷したサンプルを「引張強さおよび0.2%耐力」の項で説明したものと同方法で0.2%耐力を測定した。
最終の冷間圧延後または歪取焼鈍後の材料から、JIS Z2241に規定する13B号試験片を引張方向が圧延方向と平行になるように採取し、標点間距離50mmとして伸びを測定した。
最終の冷間圧延後または歪取焼鈍後の材料から、試験片の長手方向が圧延方向と平行になるように試験片を採取し、JIS H0505に準拠し四端子法により20℃での導電率を測定した。
最終の冷間圧延後または歪取焼鈍後の材料の圧延面の表面に対し、{200}、{111}、{311}および{220}面のX線回折強度Iをそれぞれ測定した。X線回折装置には(株)リガク製RINT2500を使用し、Cu管球にて、管電圧25kV、管電流20mAで測定を行った。
JIS H3130に準拠して、曲げ軸が圧延方向と直角方向であるGW(Goodway)方向および、曲げ軸が圧延方向と同一方向であるBW(Badway)方向のそれぞれのW曲げ試験を行い、W字型の金型を用いて曲げ半径を変化させ、割れの発生しない最小曲げ半径(MBR)と厚さ(t)の比(MBR/t)を求めた。
また、1回目と最終の時効の温度差を±25℃以内とした場合は曲げ加工性が改善し、なお且つ1回目の時効温度を最終の時効温度より低くした場合は耐熱性が改善した。この観点から、他の発明例と比較すると、発明例5は1回目の時効温度が最終の時効温度より低かったため耐熱性が悪く、発明例7は1回目と最終の時効の温度差が25℃以上であったため、耐熱性および曲げ加工性が悪かった。
比較例3は、時効間の冷間圧延加工度が低く、0.2%耐力/引張強さの比が0.9を下回った。
比較例5、6は最終の冷間圧延加工度が50〜80%の範囲外であり、加工度が低い比較例5は引張強さが低く、加工度が高い比較例6は導電率が低かった。
比較例7および8は1回の時効処理で製造した材料であり、引張強さ、または0.2%耐力/引張強さの比、または導電率のバランスを両立することは難しかった。
比較例9はZr濃度が低く引張強さが低かった。
比較例10は添加元素の濃度が0.1質量%以上であったため、導電率が低かった。
比較例11は特許文献1(特開2010−248592号公報)の実施例1と同製法で作製した銅合金である。引張強さ、0.2%耐力/引張強さの比が低かった。
比較例12および13は特許文献2(特開2010−242177号公報)のそれぞれ実施例1および実施例12と同製法で作製した銅合金である。比較例12のCu−Zr合金では引張強さ、0.2%耐力/引張強さの比が共に低かった。一方、比較例13のように添加元素を加えることで引張強さ≧550MPaおよび導電率≧80%IACSを満たしたが、0.2%耐力が低く、0.2%耐力/引張強さの比が低かった。
比較例14は特許文献3(特開2012−172168号公報)の実施例5と、比較例15は特許文献4(特許第5170916号公報)の発明例1−1と、同製法で作製した銅合金であるが、0.2%耐力が低く、0.2%耐力/引張強さの比が低かった。
Claims (6)
- 0.04〜0.5質量%のZrを含有し、引張強さが550MPa以上で0.2%耐力/引張強さ≧0.9かつ導電率が80%IACS以上を満たす銅合金条。
- 300℃×30min加熱後の0.2%耐力≧500MPaを満たす請求項1に記載の銅合金条。
- 圧延面の表面における{200}面からのX線回折強度をI{200}とし、{111}面からのX線回折強度をI{111}とし、{220}面からのX線回折強度をI{220}としたとき、0.1≦[I{200}+I{111}+I{311}]/I{220}≦0.6を満たす請求項1または2に記載の銅合金条。
- Ag、Ni、Mn、Mg、Zn、Sn、BおよびCaからなる群から選ばれる元素の少なくとも1種を最大で0.1質量%含有する請求項1〜3の何れか一項に記載の銅合金条。
- 請求項1〜4の何れか1項に記載の銅合金条を備える大電流用電子部品。
- 請求項1〜4の何れか1項に記載の銅合金条を備える放熱用電子部品。
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