JP2555068B2 - 高力銅基合金の製造法 - Google Patents

高力銅基合金の製造法

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JP2555068B2 JP62101402A JP10140287A JP2555068B2 JP 2555068 B2 JP2555068 B2 JP 2555068B2 JP 62101402 A JP62101402 A JP 62101402A JP 10140287 A JP10140287 A JP 10140287A JP 2555068 B2 JP2555068 B2 JP 2555068B2
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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、特に電子部品のリード材,
スイッチ,端子,コネクター等の配器材やばね材として
用いられる高い強度と優れたメッキ性,半田接合性,耐
食性,耐熱性等を示す高力銅基合金の製造法に関するも
のである。
〔従来の技術および発明が解決すべき問題点〕
電子機器部品、例えば半導体(Tr,IC,LSI,VLSI等)の
リードフレーム材、ヒートシンク材,電子部品のリード
材,構成部品(コネクター,スイッチ,リレー等)のば
ね材,各種端子材には多くの銅合金が利用されてきた。
近年電子機器部品の小型化,高性能化,高密度化に伴っ
てより高性能の合金が求められるようになり、特に最先
端にある半導体は高集積化が目覚しく、これに用いられ
るリード材には高い強度が要求されている。
強度の優れた代表的な銅合金としては、Cu−Sn−P
系,Cu−Ni−Sn系,Cu−Zn−Pb系の合金が知られている
が、これ等の合金はその熱間加工性が乏しいか又は溶体
化処理のための設備投資やそれに伴う諸問題の解決が必
要であり、これが生産性に著しく低下せしめてコスト高
の一因となっている。
このような熱間加工性に乏しい合金の場合でも、材料
製造には熱間加工は不可欠であり、そのため様々の方法
が考えられているが以下の問題点を克服していない。
(1)熱延時に大気中での高温加熱が必要なため、この
処理中に材料表面に多層,多量の酸化スケールが発生
し、また熱間加工時にもこの酸化スケールが発生する。
そこでその除去のため、多大な研削が必要となり、材料
歩留りの低下が起きると共に、添加元素の内部酸化や圧
延時の酸化スケールの巻き込み等によって内部欠陥を生
じ、半田付け性やメッキ密着性を低下させる原因とな
る。
(2)大気加熱による再熱割れ並びに熱間加工時の割れ
による歩留りの低下と生産コストの増加をもたらす。
(3)熱間加工時に材料を高温に加熱するため、多くの
エネルギーとそれに伴う設備投資が必要であり、生産コ
ストの増加を招く。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明はこれに鑑み種々検討の結果、上記諸問題の発
生源となる熱間加工を省略した高力銅基合金の製造法を
開発したものである。
即ち本発明製造法は、Sn1.5〜10wt%(以下wt%を単
に%と略記),Cr0.01〜1.0%を含み、又はこれにNi2.5
%以下,Zn2.5%以下,Fe2.5%以下,Mn2.5%以下,Co2.5%
以下,Al2.5%以下,Mg0.5%以下,As0.5%以下,Ca0.5%以
下,V0.5%以下,Y0.5%以下,希土類元素0.5%以下,In0.
5%以下,Pb0.5%以下,Sb0.5%以下,Bi0.5%以下,Te0.5
%以下,Ag0.5%以下,Au0.5%以下,P0.5%以下,B0.5%以
下,Ga0.5%以下,Zr0.5%以下,Ge0.5%以下の範囲内で何
れか1種又は2種以上を合計3.0%以下含み、残部Cuと
不可避的不純物からなる銅合金を連続鋳造後、鋳塊表面
の偏析層及び鋳塊欠陥を研削して除去する工程と、研削
した鋳塊を20〜95%の加工率で冷間加工し、しかる後非
酸化性雰囲気中300〜900℃で5秒〜24時間加熱後、0.01
〜500℃/秒の冷却速度で冷却する工程と、冷却した材
料の表面を酸洗又は研削又はこれ等の組み合せにより清
浄化した後、5〜90%の加工率で冷間加工し、しかる後
非酸化性雰囲気中200〜650℃で5秒〜24時間熱処理する
ことを1回以上繰返す工程とからなることを特徴とする
ものである。
〔作 用〕
本発明において、使用する合金の組成を上記の如く限
定したのは次の理由によるものである。
Sn及びCrは、合金の強度を高めるためで、それぞれ下
限未満では十分な強度が得られず、上限を越えると高い
強度は得られるが、冷間加工性や曲げ成型性の低下が著
しく、更に半田付け性やメッキ密着性を低下するためで
ある。
Ni,Zn,Fe,Mn,Co,Al,Mg,As,Ca,V,Y,希土類元素(RE),
In,Pb,Sb,Bi,Te,Ag,Au,P,B,Ga,Zr,Ge(以下副成分とい
う)は、何れも強度を向上すると共に半田付け性,メッ
キ密着性及び鋳造性を改善するためで、それぞれ上限を
越えるか、又は2種以上の合計が3%を越えると、逆に
鋳造性,半田付け性及びメッキ密着性を劣化するためで
ある。
次に連続鋳造した鋳塊は、鋳造時の欠陥や偏析を除去
するために機械的又は/及び化学的に表層を研削し、こ
れに冷間加工を施すのは、次の加熱処理により再結晶さ
せるためで、この冷間加工の加工率を20〜95%と限定し
たのは、20%未満では次の加熱処理により再結晶を起こ
させるのに不十分であり、95%を越えると材料組織の不
均一性を招くためである。冷間加工後の加熱処理温度を
300〜900℃と限定したのは300℃未満では材料の再結晶
が不十分であり、900℃を越える温度では粗大な結晶粒
を生じ、その後の特性を劣化させるためである。また加
熱処理時間を5秒〜24時間と限定したのは、5秒未満で
は再結晶を伴う焼鈍の効果がなく、24時間を越える加熱
処理は生産性を低下させてコスト高の要因となる。また
加熱処理後の冷却速度を0.01〜500℃/秒と限定したの
は、冷却速度が0.01℃/秒未満では冷却終了までの時間
が長く、生産性を低下せしめると共に、Crの粗大析出物
の成長を誘発する原因となり、500℃/秒を越えると、
冷却に伴う温度差により材料変形の問題を生じるためで
ある。
更に加熱処理後冷却した材料を溶解又は/及び研削に
より材料表面を清浄化するのは、製造工程中における材
料酸化や冷間圧延時の圧延油の付着に伴う加熱処理時の
変色等を除去するためのもので、これをそのまま放置し
て製品化すると、半田付け性やメッキ密着性の著しい低
下を引き起し、信頼性を大きく損ねる。これを防止する
ために酸やバフ等により溶解又は/及び研削を行ない、
表面欠陥部を除去する事により、上記特性の劣化を抑え
ることができる。除去量としては0.1〜5μm程度が望
ましく、これを越えると逆に表面が荒れ、半田付け性や
メッキ密着性を低下する。この表面清浄化した材料に冷
間加工を施すが、その加工率を5〜90%と限定したの
は、5%未満の加工では材料の平坦度や面粗度を良好に
することができず、また求める強度も得られず、90%を
越える加工は材料組織の不均一性を招くためである。更
にその後の熱処理を200〜650℃で5秒〜24時間と限定し
たのは、仕上げ加工後の熱処理では調質と内部歪を除去
し、中間焼鈍では以後の加工を容易にするためで、この
範囲外では所望とする特性が得られない。
尚、上記表面清浄化,冷間加工及び熱処理は適宜繰返
し行なう事により、平滑で表面欠陥のない表面性に優れ
た高強度かつ伸びの優れた材料を得ることができる。し
かして仕上げ加工後の熱処理は200〜560℃で5秒〜24時
間と再結晶温度以下とし、中間焼鈍は400〜650℃で10秒
〜24時間と再結晶領域で行なうことが望ましい。また上
記加熱処理及び熱処理を非酸化性雰囲気中で行なうのは
材料の表面及び内部酸化を抑制するためである。また本
発明は最終的に歪とりと形状矯正のため、テンションレ
ベラーやテンションアニール等を行なうことにより所望
の特性に調整することもできる。
〔実施例〕
第1表に示す組成の合金について、水平連続鋳造した
鋳塊(厚さ10mm)を片面あたり0.5mm面削し、これを厚
さ1.5mmまで冷間圧延した後、520℃で2時間加熱処理
し、しかる後0.03℃/秒の速度で冷却した。続いて冷却
した材料の表面を清浄にしてから厚さ0.42mmまで冷間圧
延した後、460℃で1時間熱処理し、しかる後0.03℃/
秒の速度で冷却した。次に冷却した材料の表面を再び清
浄にしてから厚さ0.25mmまで冷間圧延した後、300℃で
2時間熱処理し、しかる後0.05℃/秒の速度で冷却し
た。これ等について引張強さ,伸び,曲げ成型性,半田
接合強度及びメッキ密着性を調べた。その結果を第1表
に併記した。
尚曲げ成型性は先端半径(R)の異なる90゜ダイスで
折り曲げ、マイクロクラックの発生を調べ、クラックの
発生する先端半径(R)と板厚(t)の比(R/t)で表
わした。折り曲げ軸は圧延方向と平行な方向について行
なった。半田接合強度は直径12mmの面に引張用リード線
を共晶半田付けした後、150℃で600時間保持してから引
張試験を行なった。またメッキ密着性についてはホウフ
ッ化物浴を用いてSn−5%Pb合金を7.5μmの厚さにメ
ッキした後、105℃で1000時間保持し、しかる後180゜に
折曲げて、折曲げ部のメッキ層の剥離を検鏡した。
次に第1表に示すNo.3の合金について、水平連続鋳造
した鋳塊(厚さ10mm)を片面あたり0.5mm面削し、これ
を厚さ1.5mmまで冷間圧延した後、加熱処理を第2表に
示す条件で行ない、続いて表面清浄にしてから厚さ0.42
mmまで冷間圧延した後、460℃で1時間熱処理し、しか
る後0.03℃/秒の速度で冷却した。続いて材料の表面を
再び清浄にしてから厚さ0.25mmまで冷間圧延した後、30
0℃で2時間熱処理し、しかる後0.05℃/秒の速度で冷
却した。これ等について上記と同様にして引張強さ,伸
び,曲げ成型性,半田接合強度及びメッキ密着性を調べ
た。その結果を第2表に併記した。
次に第1表に示すNo.3の合金について、水平連続鋳造
した鋳塊(厚さ10mm)を片面あたり0.5mm面削し、これ
を厚さ1.5mmまで冷間圧延した後、480℃で5時間加熱処
理し、しかる後0.02℃/秒の速度で冷却した。続いて冷
却した材料の表面を清浄にしてから第3表に示す加工率
で冷間圧延し、これを300℃で2時間熱処理し、しかる
後0.05℃/秒の速度で冷却した。これらについて上記と
同様にして引張強さ,伸び,曲げ成型性,半田接合強度
及びメッキ密着性を調べた。その結果を第3表に併記し
た。
次に第1表に示すNo.3の合金について、水平連続鋳造
した鋳塊(厚さ10mm)を片面あたり0.5mm面削し、これ
を厚さ1.5mmまで冷間圧延した後、520℃で2時間加熱処
理し、しかる後0.03℃/秒の速度で冷却した。続いて冷
却した材料の表面を清浄にしてから厚さ0.42mmまで冷間
圧延した後、460℃で1時間熱処理し、しかる後0.03℃
/秒の速度で冷却した。これを再び表面清浄にしてから
厚さ0.25mmまで冷間圧延した後、第4表に示す条件で熱
処理した。これらについて上記と同様にして引張強さ,
伸び,曲げ成型性,半田接合強度及びメッキ密着性を調
べた。その結果を第4表に併記した。尚実施例における
加熱処理及び熱処理は何れもN2ガス中で行なった。
第1表〜第4表から明らかなように、本発明法No.1〜
11,No.12〜14,No.18〜21及びNo.24〜27によるものは何
れも引張強さ61kgf/mm2以上、伸び10.8%以上、曲げ成
型性0.8以下、半田接合強度1.0kgf/mm2以上の特性を示
し、かつメッキ密着性も良いことが判る。
これに対し本発明で規定する製造条件より外れる比較
法No.15〜17,No.22〜23,No.28〜29では上記特性の何れ
か1つ以上劣化していることが判る。
〔発明の効果〕
本発明製造法は処理中に材料表面の酸化スケールの発
生,内部酸化,酸化スケールの巻込み等の問題点の発生
源となる熱間加工を省略し、特性の優れた高力銅基合金
を製造するもので、熱間加工時の材料を高温に加熱する
ための多くのエネルギーとそれに伴う設備投資を必要と
せず、歩留りを向上し、生産コストを低減することがで
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 志賀 章二 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61−143566(JP,A) 特公 昭56−18665(JP,B2)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Sn1.5〜10wt%,Cr0.01〜1.0wt%を含み、
    又はこれにNi2.5wt%以下,Zn2.5wt%以下,Fe2.5wt%以
    下,Mn2.5wt%以下,Co2.5w%以下,Al2.5wt%以下,Mg0.5w
    t%以下,As0.5wt%以下,Ca0.5wt%以下,V0.5wt%以下,Y
    0.5wt%以下,希土類元素0.5wt%以下,In0.5wt%以下,P
    b0.5wt%以下,Sb0.5wt以下,Bi0.5wt%以下,Te0.5wt%以
    下,Ag0.5wt%以下,Au0.5wt%以下,P0.5wt%以下,B0.5wt
    %以下,Ga0.5wt%以下,Zr0.5wt%以下,Ge0.5wt%以下の
    範囲内で何れか1種又は2種以上を合計3.0wt%以下含
    み、残部Cuと不可避的不純物からなる銅合金を連続鋳造
    後、鋳塊表面の偏析層及び鋳塊欠陥を研削して除去する
    工程と、研削した鋳塊を20〜95%の加工率で冷間加工
    し、しかる後非酸化性雰囲気中300〜900℃で5秒〜24時
    間加熱後、0.01〜500℃/秒の冷却速度で冷却する工程
    と、冷却した材料の表面を酸洗又は研削又はこれ等の組
    み合せにより清浄化した後、5〜90%の加工率で冷間加
    工し、しかる後非酸化性雰囲気中200〜650℃で5秒〜24
    時間熱処理することを1回以上繰返す工程とからなる高
    力銅基合金の製造法。
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