JP2516623B2 - 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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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%,P0.1%以下,Zn
0.1〜5%,Mn0.03〜0.5%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。
0.1〜5%,Mn0.03〜0.5%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%,P0.1%以下,Zn0.
1〜1.0%,Mn0.03〜0.5%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。
1〜1.0%,Mn0.03〜0.5%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0.1%以下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。
(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0.1%以下に抑えることにより上記脆化
現象を防止したもので、Znと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S
n3〜8%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,Te,Fe,Sb,Bi,Y,希土類元素
についても同様の効果が見られた。
現象を防止したもので、Znと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S
n3〜8%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,Te,Fe,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Znの含有量を0.1〜1.0%、Mnの含有量を0.03
〜0.5%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を低下させたり、
SCC感受性を再起させるためである。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0.1%以下と限定した
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。
〜0.5%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を低下させたり、
SCC感受性を再起させるためである。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0.1%以下と限定した
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
〜5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.6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.6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.1〜5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。
〜5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.6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.6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.1〜5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.6〜10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Zn等やCr等を含まない比較合金No.6で
はSCCを起すばかりか、半田接合強度も劣り、またZnやM
nの含有量が多い比較合金No.7やNo.10では導電率の低下
が著しく、特にZn含有量の多い比較合金No.7ではSCCを
起す。またP含有量の多い比較合金No.9では曲げ性が劣
り、Cr等の含有量が多い比較合金No.8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。尚比較の
ため第1表中本発明合金No.5について熱間圧延後、空冷
(2.1℃/sec)し、その後、冷間圧延と熱処理を施した
ものは、引張強度61.4kg/mm2、伸び9.4%にすぎなかっ
た。また上記実施例において第1表中本発明合金No.5に
ついて、熱処理前の冷間加工率を35%と20%にしたとこ
ろ夫々強度64.4kg/mm2、60.1kg/mm2であった。
No.6〜10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Zn等やCr等を含まない比較合金No.6で
はSCCを起すばかりか、半田接合強度も劣り、またZnやM
nの含有量が多い比較合金No.7やNo.10では導電率の低下
が著しく、特にZn含有量の多い比較合金No.7ではSCCを
起す。またP含有量の多い比較合金No.9では曲げ性が劣
り、Cr等の含有量が多い比較合金No.8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。尚比較の
ため第1表中本発明合金No.5について熱間圧延後、空冷
(2.1℃/sec)し、その後、冷間圧延と熱処理を施した
ものは、引張強度61.4kg/mm2、伸び9.4%にすぎなかっ
た。また上記実施例において第1表中本発明合金No.5に
ついて、熱処理前の冷間加工率を35%と20%にしたとこ
ろ夫々強度64.4kg/mm2、60.1kg/mm2であった。
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 佐藤 力 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) 特開 昭60−245754(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%,P0.1wt%以下,Zn0.1〜1.0w
t%,Mn0.03〜0.5wt%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%,P0.1wt%以下,Zn0.1〜1.0w
t%,Mn0.03〜0.5wt%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3
0%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 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5177224A Division JP2521879B2 (ja) | 1986-04-10 | 1993-06-24 | 電子電気機器用銅合金とその製造法 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6345337A JPS6345337A (ja) | 1988-02-26 |
JP2516623B2 true JP2516623B2 (ja) | 1996-07-24 |
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Family Applications (5)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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JP8537087A Pending JPS6345338A (ja) | 1986-04-10 | 1987-04-07 | 電子電気機器用銅合金とその製造法 |
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JP2516623B2 (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 |
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