JP2516622B2 - 電子電気機器用銅合金とその製造法 - Google Patents
電子電気機器用銅合金とその製造法Info
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- JP2516622B2 JP2516622B2 JP62085368A JP8536887A JP2516622B2 JP 2516622 B2 JP2516622 B2 JP 2516622B2 JP 62085368 A JP62085368 A JP 62085368A JP 8536887 A JP8536887 A JP 8536887A JP 2516622 B2 JP2516622 B2 JP 2516622B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電子電気機器、特に半導体リード材、コネク
ター、スイッチ、リレーなどの接点ばね、端子等として
強度、導電性、メッキ性、半田付け性等の実用特性に優
れた銅合金とその製造法に関するものである。
ター、スイッチ、リレーなどの接点ばね、端子等として
強度、導電性、メッキ性、半田付け性等の実用特性に優
れた銅合金とその製造法に関するものである。
電子電気機器の部品や部材にはCu合金が多用されてい
るが、近時小型化、高密度化、高精度化に加えて経済性
が強く志向され、従来の純Cu、黄銅、リン青銅に替って
より高性能と経済性が要求されるようになった。例えば
黄銅に比べてはるかに機械的特性が優れたリン青銅でも
応力腐食割れ（SCC）感受性に加えて、電子電気用途に
普遍的な半田接合の信頼性の問題が大きい。これと同種
の欠陥として電気接点や接続部に貴金属に代えてSnやSn
-Pb合金（半田）メッキを用いる場合、経時的に密着性
が失なわれ、前記半田接合部と同様に剥離現象を起す。
これはCuとSnとの拡散反応に起因する現象で100℃以下
の低温でも進行するため、特公昭51-41222号や特開昭49
-108562号に例示される如く厚いCuやNiのバリヤー層を
メッキ等により予め形成する等余分の工程を必要とす
る。
るが、近時小型化、高密度化、高精度化に加えて経済性
が強く志向され、従来の純Cu、黄銅、リン青銅に替って
より高性能と経済性が要求されるようになった。例えば
黄銅に比べてはるかに機械的特性が優れたリン青銅でも
応力腐食割れ（SCC）感受性に加えて、電子電気用途に
普遍的な半田接合の信頼性の問題が大きい。これと同種
の欠陥として電気接点や接続部に貴金属に代えてSnやSn
-Pb合金（半田）メッキを用いる場合、経時的に密着性
が失なわれ、前記半田接合部と同様に剥離現象を起す。
これはCuとSnとの拡散反応に起因する現象で100℃以下
の低温でも進行するため、特公昭51-41222号や特開昭49
-108562号に例示される如く厚いCuやNiのバリヤー層を
メッキ等により予め形成する等余分の工程を必要とす
る。
このため一部ではCu-Fe合金、例えばC194（2.3wt％F
e,0.12wt％Zn,0.03wt％P,残部Cu）（以下wt％を％と略
記）やC195（1.5％Fe,0.6％Sn,0.2％Co,0.03％P,残部C
u）等が用いられている。これ等合金は多量のFe分をリ
ン化物や金属単体状に析出分散させたもので、精密な曲
げ加工におてミクロクラックを起すばかりか、前記半田
接合の信頼性に劣る問題がある。
e,0.12wt％Zn,0.03wt％P,残部Cu）（以下wt％を％と略
記）やC195（1.5％Fe,0.6％Sn,0.2％Co,0.03％P,残部C
u）等が用いられている。これ等合金は多量のFe分をリ
ン化物や金属単体状に析出分散させたもので、精密な曲
げ加工におてミクロクラックを起すばかりか、前記半田
接合の信頼性に劣る問題がある。
このような状況下において、機械的強度や精密加工性
の優れたCu-Sn合金について、下記の欠点欠陥の改善が
強く望まれている。
の優れたCu-Sn合金について、下記の欠点欠陥の改善が
強く望まれている。
（１）高価なSnを節約して同等の強度を発揮させるこ
と。
と。
（２）強度と導電率は相反する関係にあるが、これをよ
り高い値で両立させること。
り高い値で両立させること。
（３）SCCを起さないこと。
（４）半田接合やSn,Sn-Pb合金メッキの経時剥離を起さ
ないこと。
ないこと。
（５）熱間加工において割れなどの欠陥を起さない製造
上有利な組成であること。
上有利な組成であること。
（６）特別な設備を必要としない大気溶解鋳造で造られ
ること。
ること。
本発明はこれに鑑み種々検討の結果、電子電気機器、
特に半導体リード材、コネクター、スイッチ、リレーな
どの接点ばね、端子等として強度、導電性、メッキ性、
半田付け性等の実用特性に優れた銅合金とその製造法を
開発したものである。
特に半導体リード材、コネクター、スイッチ、リレーな
どの接点ばね、端子等として強度、導電性、メッキ性、
半田付け性等の実用特性に優れた銅合金とその製造法を
開発したものである。
本発明銅合金としては、Sn0.05〜８％,P0.001％以上
0.005％未満,Mn0.03〜2.0％を含み、更にCr,Co,Ti,Zrの
何れか１種又は２種以上を合計0.05〜１％を含み、残部
Cuからなることを特徴とするものである。
0.005％未満,Mn0.03〜2.0％を含み、更にCr,Co,Ti,Zrの
何れか１種又は２種以上を合計0.05〜１％を含み、残部
Cuからなることを特徴とするものである。
また本発明製造法は、Sn0.05〜８％,P0.001％以上0.0
05％未満,Mn0.03〜2.0％を含み、更にCr,Co,Ti,Zrの何
れか１種又は２種以上を合計0.05〜１％を含み、残部Cu
からなる合金を700〜1050℃で熱間加工してから、少な
くとも400℃まで15℃/sec以上の速度で冷却し、しかる
後30％以上の冷間加工を行なってから、400〜650℃で熱
処理を施すことを特徴とするものである。
05％未満,Mn0.03〜2.0％を含み、更にCr,Co,Ti,Zrの何
れか１種又は２種以上を合計0.05〜１％を含み、残部Cu
からなる合金を700〜1050℃で熱間加工してから、少な
くとも400℃まで15℃/sec以上の速度で冷却し、しかる
後30％以上の冷間加工を行なってから、400〜650℃で熱
処理を施すことを特徴とするものである。
即ち本発明は上記組成の合金からなり、そのインゴッ
トを700〜1050℃で熱間加工してから、少なくとも400℃
まで15℃/sec以上の速度で冷却し、その後30％以上の冷
間加工を施し、しかる後400〜650℃で熱処理を施すこと
により造られる。また本発明合金は上記熱処理後、更に
加工して所望サイズに仕上げてから200〜400℃の低温焼
鈍を施せば、強度を失うことなく、伸びや応力緩和抵抗
を向上することができる。更にコネクター、スイッチ、
リレーなどのばね性を必要とする用途では、Sn含有量を
２〜８％、特に４〜７％とし、他方半導体リード材や電
気機器類のように導電性及び耐熱性が重視されるもので
はSn含有量を0.05〜３％、特に0.1〜２％とする。
トを700〜1050℃で熱間加工してから、少なくとも400℃
まで15℃/sec以上の速度で冷却し、その後30％以上の冷
間加工を施し、しかる後400〜650℃で熱処理を施すこと
により造られる。また本発明合金は上記熱処理後、更に
加工して所望サイズに仕上げてから200〜400℃の低温焼
鈍を施せば、強度を失うことなく、伸びや応力緩和抵抗
を向上することができる。更にコネクター、スイッチ、
リレーなどのばね性を必要とする用途では、Sn含有量を
２〜８％、特に４〜７％とし、他方半導体リード材や電
気機器類のように導電性及び耐熱性が重視されるもので
はSn含有量を0.05〜３％、特に0.1〜２％とする。
本発明合金はCr,Co,Ti,Zrの析出を併用したCu-Sn固溶
体合金であり、同一Sn量の合金に対し、強度、導電率を
向上することができる。添加元素や組成にもよるが大略
Sn量の１〜２％分に相当するので、経済的にも有利であ
る。上記添加元素は金属単体、Ｐとの化合物、特にZrは
Cu3Zr,TiはTiSnとして微小な析出物となり、Cu-Sn合金
のSCC感受性を大巾に改善抑制することができる。
体合金であり、同一Sn量の合金に対し、強度、導電率を
向上することができる。添加元素や組成にもよるが大略
Sn量の１〜２％分に相当するので、経済的にも有利であ
る。上記添加元素は金属単体、Ｐとの化合物、特にZrは
Cu3Zr,TiはTiSnとして微小な析出物となり、Cu-Sn合金
のSCC感受性を大巾に改善抑制することができる。
本発明ではＰを0.001％以上0.005％未満と通常のリン
青銅のＰ量（0.1〜0.25％）より低濃度化し、替りにZn
やMnを脱酸剤として利用したものである。Ｐの低下は熱
間加工時の割れの主因となるCu-P、Cu-Sn-P等の低融点
相の形成を防止し、Snメッキや半田付け性を大巾に改善
する。即ち剥離したメッキや半田接合部は何れも黒色を
呈し、CuやSnの他に濃縮したＰが検出される。これはメ
ッキや半田とリン青銅との界面に形成されるCuとSnの金
属間化合物（η′相とε相）のうちリン青銅側のε相に
リン青銅中のＰが拡散濃縮し、ε相が一層脆化すること
により、半田接合部の強度を低下するものである。
青銅のＰ量（0.1〜0.25％）より低濃度化し、替りにZn
やMnを脱酸剤として利用したものである。Ｐの低下は熱
間加工時の割れの主因となるCu-P、Cu-Sn-P等の低融点
相の形成を防止し、Snメッキや半田付け性を大巾に改善
する。即ち剥離したメッキや半田接合部は何れも黒色を
呈し、CuやSnの他に濃縮したＰが検出される。これはメ
ッキや半田とリン青銅との界面に形成されるCuとSnの金
属間化合物（η′相とε相）のうちリン青銅側のε相に
リン青銅中のＰが拡散濃縮し、ε相が一層脆化すること
により、半田接合部の強度を低下するものである。
本発明はＰを0.001％以上0.005％未満に抑えることに
より上記脆化現象を防止したもので、Mnの添加は上記脆
化現象を防止するばかりか、熱間加工性の向上や機械的
性質をも改善する。上記のZn、Mnの作用のメカニズムは
不明であるが、CuとSnとの拡散反応に関与して脆化層の
発生を抑止するものと推される。熱間加工性はCu-Sn合
金、特にSn3〜８％の高Sn合金の課題であり、粒界にお
けるSn偏析や、上記Ｐの作用に因る。Cr,Co,Ti,Zr等の
添加元素も結晶微細化して上記偏析を防止し、熱間加工
性を改善するものである。またV,Mg,Be,Fe,Te,Sb,Bi,Y,
希土類元素についても同様の効果が見られた。
より上記脆化現象を防止したもので、Mnの添加は上記脆
化現象を防止するばかりか、熱間加工性の向上や機械的
性質をも改善する。上記のZn、Mnの作用のメカニズムは
不明であるが、CuとSnとの拡散反応に関与して脆化層の
発生を抑止するものと推される。熱間加工性はCu-Sn合
金、特にSn3〜８％の高Sn合金の課題であり、粒界にお
けるSn偏析や、上記Ｐの作用に因る。Cr,Co,Ti,Zr等の
添加元素も結晶微細化して上記偏析を防止し、熱間加工
性を改善するものである。またV,Mg,Be,Fe,Te,Sb,Bi,Y,
希土類元素についても同様の効果が見られた。
しかしてMnの含有量を0.03〜2.0％と限定したのは、
何れも下限未満では十分な効果が得られず、上限を越え
ると導電率や加工性、特に曲げ成形性を低下させるため
である。またCr,Co,Ti,Zrの何れか１種又は２種以上
（以下Cr等と略記）の合計含有量を0.05〜１％と限定し
たのは、0.05％未満では上記効果を発揮し難く、１％を
越えると冷間等の加工性を阻害するためである。またＰ
含有量を0.005％未満と限定したのは、これを越える過
剰の濃度では、上記改善効果が実用的に発現され難いた
めである。即ち過剰のＰはCr等と結合し、Cr等の添加効
果を減少せしめるばかりか、加工性を阻害する。
何れも下限未満では十分な効果が得られず、上限を越え
ると導電率や加工性、特に曲げ成形性を低下させるため
である。またCr,Co,Ti,Zrの何れか１種又は２種以上
（以下Cr等と略記）の合計含有量を0.05〜１％と限定し
たのは、0.05％未満では上記効果を発揮し難く、１％を
越えると冷間等の加工性を阻害するためである。またＰ
含有量を0.005％未満と限定したのは、これを越える過
剰の濃度では、上記改善効果が実用的に発現され難いた
めである。即ち過剰のＰはCr等と結合し、Cr等の添加効
果を減少せしめるばかりか、加工性を阻害する。
本発明合金は析出硬化を利用したものであり、700〜1
050℃の高温熱間加工後、15℃/sec以上の速度で少なく
とも400℃まで冷却するのは上記析出物の析出を抑制す
るためであり、冷却速度が15℃/sec未満では粗大粒状析
出を起し、上記の効果が得られない。また30％以上の冷
間加工を施してから400〜650℃で熱処理するのは加工歪
により均一微細な析出を起させるためであり、加工率30
％未満の加工歪では均一微細な析出が得られない。
050℃の高温熱間加工後、15℃/sec以上の速度で少なく
とも400℃まで冷却するのは上記析出物の析出を抑制す
るためであり、冷却速度が15℃/sec未満では粗大粒状析
出を起し、上記の効果が得られない。また30％以上の冷
間加工を施してから400〜650℃で熱処理するのは加工歪
により均一微細な析出を起させるためであり、加工率30
％未満の加工歪では均一微細な析出が得られない。
第１表に示す組成の合金を木炭被覆の黒鉛ルツボによ
り溶解し、金型に鋳造して小形鋳塊（3Kg）としてから
外削し、厚さ10mmの板とした。これを900℃に加熱して
から厚さ1.2mmまで熱間圧延した。上り温度は710〜750
℃であり、これを直ちに水冷した。400℃迄の冷却速度
は約20℃/secであった。これを酸洗してから厚さ0.6mm
迄冷間圧延し、550℃で30分間熱処理した。更にこれを
0.21mm迄圧延してから310℃で20分間低温焼鈍を行なっ
た。これ等について導電率、引張強さ、伸び、曲げ性、
半田接合強度、SCCを調べ、その結果を第２表に示す。
り溶解し、金型に鋳造して小形鋳塊（3Kg）としてから
外削し、厚さ10mmの板とした。これを900℃に加熱して
から厚さ1.2mmまで熱間圧延した。上り温度は710〜750
℃であり、これを直ちに水冷した。400℃迄の冷却速度
は約20℃/secであった。これを酸洗してから厚さ0.6mm
迄冷間圧延し、550℃で30分間熱処理した。更にこれを
0.21mm迄圧延してから310℃で20分間低温焼鈍を行なっ
た。これ等について導電率、引張強さ、伸び、曲げ性、
半田接合強度、SCCを調べ、その結果を第２表に示す。
曲げ性は各種先端半径（Ｒ）の押し棒と90°溝ダイス
を用い、プレスにより折り曲げ、角部のミクロクラック
を検査し、割れ発生のない最小Ｒと板厚（ｔ）の比で比
較した。半田接合強度はリード線を半田付け（4.5mm2）
した後、150℃に300時間エージングしてからプル強度を
測定し、半田接合の経時劣化を比較した。SCCはJISC830
6に従い、3Vol％NH3ガス中で40Kg/mm2の定荷重をかけ、
破断するまでの時間を求めた。
を用い、プレスにより折り曲げ、角部のミクロクラック
を検査し、割れ発生のない最小Ｒと板厚（ｔ）の比で比
較した。半田接合強度はリード線を半田付け（4.5mm2）
した後、150℃に300時間エージングしてからプル強度を
測定し、半田接合の経時劣化を比較した。SCCはJISC830
6に従い、3Vol％NH3ガス中で40Kg/mm2の定荷重をかけ、
破断するまでの時間を求めた。
第１表及び第２表から明らかなように本発明合金No.1
は何れの特性も優れており、従来のリン青銅からなる比
較合金No.4と比較し、同じ強度を得るのにSn量にして１
％前後の節約ができ、かつ高い導電率を示すことが判
る。特に比較合金No.4では熱間圧延時にコバ割れを起す
ばかりか、SCCをも起し、更に半田接合強度も劣るの
に、本発明合金No.1では、熱間圧延時にコバ割れを起す
ことがなく、SCCも抑制され、半田接合強度も改善され
ることが判る。
は何れの特性も優れており、従来のリン青銅からなる比
較合金No.4と比較し、同じ強度を得るのにSn量にして１
％前後の節約ができ、かつ高い導電率を示すことが判
る。特に比較合金No.4では熱間圧延時にコバ割れを起す
ばかりか、SCCをも起し、更に半田接合強度も劣るの
に、本発明合金No.1では、熱間圧延時にコバ割れを起す
ことがなく、SCCも抑制され、半田接合強度も改善され
ることが判る。
これに対し本発明合金の組成範囲から外れる比較合金
No.2〜４では、要求される特性の何れか一つ以上が劣る
ことが判る。即ちMnやCr等を含まない比較合金No.4では
SCCを起すばかりか、半田接合強度も劣り、またMnの含
有量が多い比較合金No.2では導電率の低下が著しい。ま
たＰ含有量の多い比較合金No.3では曲げ性が劣り、Cr等
の含有量が多い比較合金No.5では熱間圧延において割れ
が著しく、その後の加工を中止した。
No.2〜４では、要求される特性の何れか一つ以上が劣る
ことが判る。即ちMnやCr等を含まない比較合金No.4では
SCCを起すばかりか、半田接合強度も劣り、またMnの含
有量が多い比較合金No.2では導電率の低下が著しい。ま
たＰ含有量の多い比較合金No.3では曲げ性が劣り、Cr等
の含有量が多い比較合金No.5では熱間圧延において割れ
が著しく、その後の加工を中止した。
このように本発明によれば、Cu-Sn合金の優れた機械
的強度や精密加工性を活かしつつ上記改善点（１）〜
（６）のすべてを改善したもので電子電気機器、特に半
導体リード材、コネクター、スイッチ、リレーなどの接
点ばね、端子として強度、導電性、メッキ性、半田付け
性等の実用特性を満足することができる等工業上顕著な
効果を奏するものである。
的強度や精密加工性を活かしつつ上記改善点（１）〜
（６）のすべてを改善したもので電子電気機器、特に半
導体リード材、コネクター、スイッチ、リレーなどの接
点ばね、端子として強度、導電性、メッキ性、半田付け
性等の実用特性を満足することができる等工業上顕著な
効果を奏するものである。
フロントページの続き (72)発明者 篠崎 重雄 日光市清滝町500番地 古河電気工業株 式会社日光電気精銅所内 (56)参考文献 特開 昭59−153853（ＪＰ，Ａ) 特公 昭61−413（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭60−59979（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (2)
- 【請求項１】Sn0.05〜8wt％,P0.001wt％以上0.005wt％
未満,Mn0.03〜2.0wt％を含み、更にCr,Co,Ti,Zrの何れ
か１種又は２種以上を合計0.05〜1wt％を含み、残部Cu
からなる電子電気機器用銅合金。 - 【請求項２】Sn0.05〜8wt％,P0.001wt％以上0.005wt％
未満,Mn0.03〜2.0wt％を含み、更にCr,Co,Ti,Zrの何れ
か１種又は２種以上を合計0.05〜1wt％を含み、残部Cu
からなる合金を700〜1050℃で熱間加工してから、少な
くとも400℃まで15℃/sec以上の速度で冷却し、しかる
後30％以上の冷間加工を行なってから、400〜650℃で熱
処理を施すことを特徴とする電子電気機器用銅合金の製
造法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8274586 | 1986-04-10 | ||
| JP61-82745 | 1986-04-10 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5177225A Division JP2521880B2 (ja) | 1986-04-10 | 1993-06-24 | 電子電気機器用銅合金とその製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6345336A JPS6345336A (ja) | 1988-02-26 |
| JP2516622B2 true JP2516622B2 (ja) | 1996-07-24 |
Family
ID=13782959
Family Applications (5)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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|---|---|---|---|---|
| JP2516622B2 (ja) * | 1986-04-10 | 1996-07-24 | 古河電気工業株式会社 | 電子電気機器用銅合金とその製造法 |
| JPH01219133A (ja) * | 1988-02-25 | 1989-09-01 | Mitsubishi Electric Corp | 電子部品用銅合金 |
| KR940010455B1 (ko) * | 1992-09-24 | 1994-10-22 | 김영길 | 고강도, 우수한 전기전도도 및 열적안정성을 갖는 동(Cu)합금 및 그 제조방법 |
| CA2145751C (fr) * | 1993-07-29 | 2001-11-27 | Bertrand Piot | Composition utilisable pour le maquillage des yeux |
| DE4440290C1 (de) * | 1994-11-11 | 1995-12-07 | Daimler Benz Ag | Verfahren zur Bestimmung eines Auslöseschwellenwertes für einen automatischen Bremsvorgang |
| DE4440291C1 (de) * | 1994-11-11 | 1995-12-21 | Telefunken Microelectron | Verfahren zur Steuerung des Bremsprozesses bei einem Kraftfahrzeug |
| DE19927137C1 (de) * | 1999-06-15 | 2001-03-01 | Wieland Werke Ag | Verwendung einer Kupfer-Zinn-Eisen-Titan-Legierung |
| TWI291994B (en) * | 2002-11-13 | 2008-01-01 | Sumitomo Electric Industries | Copper alloy conductor and the manufacturing method |
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