JP2950715B2

JP2950715B2 - 電気・電子部品用銅合金

Info

Publication number: JP2950715B2
Application number: JP5245470A
Authority: JP
Inventors: 好信津崎; 哲男加藤; 幸男太田; 直樹角田
Original assignee: Kobe Steel Ltd; Yazaki Sogyo KK
Current assignee: Kobe Steel Ltd; Yazaki Corp
Priority date: 1993-09-30
Filing date: 1993-09-30
Publication date: 1999-09-20
Anticipated expiration: 2014-09-20
Also published as: WO1995009252A1; KR100238957B1; JPH0797645A; KR950704527A; US5624506A; DE4497281T1; DE4497281C2

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、端子及びコネクタ等の
構成材料として使用される電気・電子部品用銅合金に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、Ｃｕに２．３重量％のＦｅ、０．
０３重量％のＰ及び０．１３重量％のＺｎを添加した鉄
含有銅合金（Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ−Ｚｎ合金）は、導電性が
優れており、耐熱性が良好な電気・電子部品用の高力銅
合金材料として公知である（特公昭５２−２０４０４４
号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この鉄含有銅合金は、
常温において、Ｃｕ中へのＦｅの固溶限以上のＦｅを含
有する。従って、連続鋳造又は半連続鋳造により作製し
た鉄含有銅合金の鋳塊には、晶出物及び析出物として鉄
が存在する。

【０００４】この鉄含有銅合金鋳塊を熱間加工する際に
は、晶出及び析出した鉄を固溶させるために、熱間加工
前の熱処理として、９３０乃至１０５０℃の温度での均
質化処理を必要とする。

【０００５】また、上記鉄含有合金等の銅合金鋳塊には
５００乃至７００℃に脆性域があり、この温度域での高
温伸びは６％以下である。更に、これらの鉄含有合金等
の銅合金がＳを含有すると、Ｓが粒界中を移動して脆性
を助長することになる。

【０００６】従って、１０ｋｇｆ／ｍｍ²以上の残留応
力が存在する鋳塊を均質化処理する過程で、脆性温度域
に３０分以上保持すると、加熱割れが発生しやすくな
り、更には熱間圧延工程での割れが発生しやすいという
問題がある。

【０００７】そこで、これらの不具合を防止すべく、鋳
塊の昇温速度を最大にする対策がとられているが、例え
ば、厚さ：１５０ｍｍ、幅：５５０ｍｍ、長さ：５００
０ｍｍ、重量：４ｔ程度に大型化された鋳塊の場合、脆
性温度域を急速に通過させることは困難である。

【０００８】一方、上記鉄含有銅合金の強度及び成形加
工性を向上させるためには、Ｓｎの添加が有効である
が、Ｓｎの添加は脆性を更に促進させてしまうという問
題点を発生させる。

【０００９】更に、近年、電気・電子部品は軽量化及び
小型化の要請に伴い、例えば集積回路抵抗器等において
は、電極数の増加及びプリント基盤への高密度実装の必
要上、前記電極の電極間のピッチは、１／１０インチ
（２．５４ｍｍ）から１／２０インチ（１．２７ｍｍ）
又は１／３０インチ（０．８４７ｍｍ）へと小さくなっ
てきており、これに対応して端子・コネクタの極間ピッ
チも狭くなってきている。

【００１０】このように、電気・電子部品の電極間ピッ
チが狭くなると、湿気の結露又は水分の侵入によって電
極間の水分が付着した部分にイオンが溶出し、このイオ
ン化した金属元素が陰極に移動して析出し、メッキ（電
析）と同じように陰極から樹脂状に金属結晶が成長し、
陽極側まで達して短絡するという不具合が生じ易い。こ
れはマイグレーション現象といわれるが、電気・電子部
品用銅合金の場合には、Ｃｕのマイグレーション現象が
生じ易く、これが発生した場合には電極間が短絡すると
いう問題点がある。

【００１１】更に、現状の電気・電子部品用銅合金は、
条材をプレス打ち抜き（スタンピング）することによっ
て成形される場合が多く、従って、コスト面の見地か
ら、使用される金属の工具寿命（耐摩耗性）の改善も要
求されるようになっている。

【００１２】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、前述のＣｕ−Ｆｅ−Ｐ−Ｚｎ系合金の欠
点、即ち熱間加工工程中の加熱中又は熱間加工中に鋳塊
割れが生じ易いという従来の問題点を解消することがで
き、また、銅合金を材料とする電気・電子部品の高密度
化に伴い発生しやすい銅のマイグレーション現象による
短絡を防止でき、更に金型の工具寿命（耐摩耗性）も改
善でき、製造コストを低減できる電気・電子部品用銅合
金を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る電気・電子
部品用銅合金は、Ｆｅ：１．８乃至２．０重量％、Ｐ：
０．０２５乃至０．０４０重量％、Ｚｎ：１．７乃至
１．９重量％、Ｓｎ：０．４０乃至１．０重量％及びＣ
ａ：０．０００１乃至０．０１重量％を含有し、残部が
Ｃｕ及び不可避的不純物からなることを特徴とする。

【００１４】また、Ｃｒ：０．００１乃至０．０１重量
％及びＭｇ：０．００１乃至０．０１重量％から選択さ
れた１種又は２種の元素を総量で０．００１乃至０．０
１重量％含有してもよい。

【００１５】

【作用】本発明は銅合金への特定の合金元素の添加によ
り、鋳塊でのＦｅの結晶粒界への析出を抑制し、粒界の
脆化及び中高温脆性を改善すると共に、電気・電子部品
のマイグレーションの形成を抑制し、更に金型の工具寿
命（耐摩耗性）を改善したものである。特に、本発明は
銅合金中にＳｎを添加し、強度及び成形加工性を向上さ
せる一方、Ｓｎの添加により生じる熱間加工性の低下を
Ｃａの微量添加による単体Ｓの除去によって補い、更に
は、Ｚｎの適量添加により、耐マイグレーション性の向
上及び打ち抜き時（スタンピング）の金型の摩耗量を低
減させたものである。

【００１６】以下、各添加元素の添加理由及び組成限定
理由について説明する。

【００１７】Ｆｅ：１．８乃至２．０重量％Ｆｅはγ鉄として析出することにより、素材の強度の向
上に寄与するが、含有量が１．８重量％以下では目的と
する高強度が得られない。また、Ｆｅを２．０重量％を
超えて含有した場合は、Ｆｅの晶出物が多くなりすぎ、
その後、熱処理を施してもＦｅの析出物は減少し難くな
る。更に、このＦｅ晶出物は硬さが大きいため、金型の
耐摩耗性を低下させてしまう。従って、Ｆｅの含有量は
１．８乃至２．０重量％とする。

【００１８】Ｐ：０．０２５乃至０．０４０重量％Ｐは含有量が０．０２５重量％未満では、溶湯中の脱酸
効果は十分ではなく、また、０．０４０重量％を超えて
Ｐを含有すると、共晶Ｃｕ＋Ｃｕ₃Ｐが生じ、熱間加工
性の劣化をもらたす。従って、Ｐの含有量は０．０２５
乃至０．０４０重量％とする必要がある。

【００１９】Ｚｎ：１．７乃至１．９重量％Ｚｎは電圧が印加された電気・電子部品の極間に水の侵
入又は結露等が生じた場合のＣｕのマイグレーションの
形成を抑制し、漏洩電流を抑制するために必須の元素で
ある。また、Ｚｎの添加は金型工具寿命の延長にも寄与
する。

【００２０】Ｚｎ含有量が１．７重量％未満の場合は、
マイグレーション抑制効果は小さく、Ｚｎ含有量が１．
９重量％を超えた場合は、導電率が低くなり、また応力
腐食割れを起こし易くなる。更に、工具寿命について
も、Ｚｎを１．９重量％を超えて添加してもそれ以上の
寿命の増大効果が得られない。従って、Ｚｎの含有量は
１．７乃至１．９重量％とする。

【００２１】Ｓｎ：０．４０乃至１．０重量％Ｓｎは素材に固溶して、強度及び成形加工性を向上させ
る効果を有する。しかし、Ｓｎの添加量が０．４０重量
％未満ではその効果は小さく、また、１．０重量％以上
Ｓｎを含有すると導電率の低下を将来する。従って、Ｓ
ｎの含有量は０．４０乃至１．０重量％とする。

【００２２】Ｃａ：０．０００１乃至０．０１重量％Ｃａは硫化物生成自由エネルギが最も低い元素である。
従って、原料、炉材又は雰囲気から混入するＳを安定な
Ｃａとの化合物の形（ＣａＳ）で浮上させ、残留Ｓは母
相中にＭｇＳの形で固定して除去し、熱間加工性を向上
させる元素である。しかしながら、Ｃａ含有量が０．０
００１重量％未満では上述の添加効果は少ない。一方、
Ｍｇが０．０１重量％未満の場合、Ｓは粒界中を移動し
て粒界割れを助長する。一方、Ｃａの含有量が０．０１
重量％を超えると、製造コストが高くなり、不利であ
る。従って、Ｃａの含有量は０．０００１乃至０．０１
重量％とする。なお、Ｃａは、先ず、酸素との化合物を
生成し、酸素がない場合に始めてＳとの化合物を形成す
る。従って、Ｃａの添加に先立ち、Ｍｇ及びＰ等の安価
な元素の添加により、酸素を除去しておく必要がある。

【００２３】Ｃｒ，ＭｇＣｒ及びＭｇはいずれもＣａと共添されることにより、
熱間加工性を向上させる元素である。更に詳しくは、Ｃ
ｒは鋳塊における結晶粒界を強化し、ＭｇはＣａと同様
に、Ｓを安定なＭｇとの化合物の形で母相中に固定し、
熱間加工性を向上させる元素である。

【００２４】そこで、必要に応じて、Ｃｒ：０．００１
乃至０．０１重量％及びＭｇ：０．００１乃至０．０１
重量％の内からいずれか一種以上を総量で０．００１乃
至０．０１重量％含有する。

【００２５】Ｃｒ及びＭｇはいずれも添加量が０．００
１重量％未満では、熱間割れの抑制効果を十分に得られ
ない。また、Ｃｒ及びＭｇを単独で及び総量で、０．０
１重量％を超えて含有すると、溶湯が酸化しやすくな
り、良好な鋳塊が得られず、導電率も低下するという弊
害が生じる。

【００２６】従って、Ｃｒ及びＭｇの含有量はいずれも
０．００１乃至０．０１重量％であり、その総量もＭ
ｇ：０．００１乃至０．０１重量％とする。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例に係る電気・電子部品
銅合金について、その特性を比較例合金と比較して説明
する。先ず、下記表１に示す組成の銅合金を電気炉によ
り大気中で木炭被覆下で溶解し、厚さが１５０ｍｍ、幅
が５５０ｍｍ、長さが５０００ｍｍの鋳塊を溶製した。

【００２８】

【表１】

【００２９】このようにして溶製した各鋳塊を切断し、
厚さが４０ｍｍ、幅が１８０ｍｍ、長さが２５０ｍｍの
熱間圧延試験片を作製した。熱間圧延条件は、圧延開始
温度を９５０℃とし、１パス毎の圧下率を約２５％とし
て、３パスにて圧延を完了した。圧延終了温度は６５０
℃以上であり、厚さ１５ｍｍに仕上げた。

【００３０】更に、上記鋳塊から厚さが５ｍｍ、幅が２
０ｍｍ、長さが１５０ｍｍの中高温脆性の評価試験片を
作製した。中高温脆性の評価試験は３点支持曲げにて１
０ｋｇｆ／ｍｍ²の応力を負荷し、６００℃にて１時間
保持し、冷却後常温にて内側面曲げ半径３０ｍｍで９０
°に曲げて、割れの有無を評価した。

【００３１】また、機械的特性の測定及び耐マイグレー
ション性の試験のために、各鋳塊の一部を９５０℃で１
時間加熱した後、熱間圧延を行い、厚さが１５ｍｍの板
材にした後、これを水中に急冷した。

【００３２】上記熱間圧延材の表面の酸化スケールをグ
ラインダにより除去した後、冷間圧延を行い、０．５ｍ
ｍの板厚にした後、５７５℃に２時間加熱し、更に４５
０℃に４時間加熱する二段焼鈍による析出処理を施し
た。次いで、冷間圧延を行い、厚さが０．２５ｍｍの圧
延材を製作し、４００℃の最終歪除去焼鈍を施し、供試
材とした。この供試材からＪＩＳ５号引張試験片及び耐
マイグレーション試験片（幅：３ｍｍ、長さ：８０ｍ
ｍ）等の各種試験片を製作した。

【００３３】図１及び図２は、上記試験片を使用した耐
マイグレーション性試験用（漏洩電流測定用）の試験装
置である。図１及び図２において、１ａ、１ｂは試験
片、２は厚さ１ｍｍのＡＢＳ樹脂、３はＡＢＳ樹脂２の
押え板である。４は押え板３を押圧固定するための塩ビ
製クリップ、５はバッテリー、６は電線である。試験片
１ａ、１ｂは端部に電線６が接続されている。

【００３４】図１及び図２に示す２枚の試験片１ａ、１
ｂにバッテリー５から直流電圧１４Ｖを印加して、水道
水中に５分間浸漬した後、続いて１０分間乾燥する乾燥
試験を５０回行い、その間の最大漏洩電流を高感度レコ
ーダー（図示せず）で測定した。

【００３５】また、金型の工具寿命（耐摩耗性）につい
ては、図３のような装置を製作して評価した。即ち、市
販のボール１０をボールホルダー１１に取り付け、銅合
金条材の供試材１２にボール１０を押し付けた後、ホル
ダー１１を回転させ、供試材１２を図中矢印にて示す方
向に定速で進行させた後のボール１０の摩耗量を図４に
示す方法で算出することにより、金型の工具寿命（耐摩
耗性）を評価した。即ち、図４（ａ）に示すように、ボ
ール１０の磨耗面１５の半径をｃとした。そして、図４
（ｂ）に示すように、磨耗部の高さをｈとすると、高さ
ｈは下記数式１により表される。

【００３６】

【数１】ｈ＝ｒ−（ｒ²−ｃ²）^1/2 但し、ｒは球の半径である。そして、この図４（ｂ）に
示す磨耗部の体積ｖは下記数式２により表される。

【００３７】

【数２】ｖ＝πｈ²（ｒ−ｈ／３）この数式１、２により磨耗部の体積ｖを求め、これに球
の比重（７．９）を積算して、球の磨耗部の重量を求
め、これを磨耗量とした。

【００３８】以上説明した各種試験の他に、引張強さ、
伸び、硬さ及び導電率も測定した。引張強さ及び伸びに
ついては、供試材より圧延方向に平行に切り出したＪＩ
Ｓ５号試験片を使用して引張り試験した。硬さは、ビッ
カース硬度計を使用して荷重５００ｇで測定した。

【００３９】導電率は、ＪＩＳＨ０５０５に従って、
供試材から圧延方向に平行に切り出した試験片（幅：１
０ｍｍ、長さ：３００ｍｍ）について、その電気抵抗を
ダブルブリッジにより測定し、平均断面積法により導電
率を算出した。

【００４０】これらの試験結果を下記表２及び表３に示
す。

【００４１】

【表２】

【００４２】

【表３】

【００４３】表２は熱間圧延試験及び応力負荷試験結果
を示す。両試験に関して、熱間加工試験結果の良好な材
料については応力負荷試験結果も良好であり、熱間圧延
試験にて割れが発生しているものについては応力負荷試
験にても割れの発生が認められる。これから両試験が相
対応していることがわかる。

【００４４】表２の結果から明らかなように、本実施例
合金Ｎｏ．１乃至Ｎｏ．６においては、加熱中の昇温途
中における最も脆化しやすい温度である６００℃で、１
０ｋｇｆ／ｍｍ²の応力が負荷された状態に１時間保持
しても全く割れが生じていない。また、９５０℃からの
熱間圧延試験においても、いずれも割れは生じていな
い。更に、表３に示すように本実施例合金Ｎｏ．１乃至
ＮＯ．６は、引張強さが５１０Ｎ／ｍｍ²以上、伸びが
１３％以上及び硬さがＨＶ１６０以上と機械的特性が優
れており、導電率も４３％ＩＡＣＳ以上を有している。

【００４５】また、耐マイグレーション性においても、
本実施例合金Ｎｏ．１乃至Ｎｏ．６は最大漏洩電流が
０．５０Ａ以下と小さく、耐マイグレーション性が優れ
ている。金型の工具寿命（耐摩耗性）については、ボー
ル摩耗量は２．３×１０^-7ｇ以下と少なく、工具寿命の
向上を期待できる。

【００４６】即ち、本発明合金においては、Ｃａを０．
０００１乃至０．０１重量％含有し、単体Ｓを低減する
ことによって、熱間加工性が向上しており、更に、Ｃｒ
を０．００１乃至０．０１重量％及びＭｇを０．００１
乃至０．０１重量％のうち、１種又は２種を総量で０．
００１乃至０．０１重量％含有することによって更に熱
間加工性が向上している。また、Ｓｎを０．４０乃至
１．０重量％含有することにより機械的特性が向上し、
Ｚｎを１．７乃至１．９重量％含有することにより、耐
マイグレーション性及び金型の工具寿命（耐摩耗性）が
向上している。

【００４７】これらの本発明の実施例合金に対して、比
較例合金Ｎｏ．７乃至Ｎｏ．９においては、表２に示す
ように、９５０℃からの熱間圧延試験で耳割れ及び表面
割れが発生し、比較例合金Ｎｏ．７では２パスで、比較
例合金Ｎｏ．８，９では３パスで崩壊した。また、これ
らは６００℃における応力負荷試験においては貫通割れ
を生じている。

【００４８】比較例合金Ｎｏ．１０及びＮｏ．１１にお
いては、良好な鋳塊を得られず、後の試験を中断した。

【００４９】比較例合金Ｎｏ．１２においては、熱間圧
延試験で耳割れ及び表面割れが発生し、２パスで崩壊し
た。また、応力負荷試験においては貫通割れが生じてい
る。

【００５０】また、比較例合金Ｎｏ．１３においては、
表３に示すように最大漏洩電流が１．２２Ａと高く、耐
マイグレーション性が劣り、また、工具摩耗量も５．８
×１０^-7ｇと大きく、金型の工具寿命（耐摩耗性）が劣
っている。

【００５１】更に、比較例合金Ｎｏ．１４は導電率が劣
り、比較例合金ＮＯ．１５は機械的特性が劣っている。

【００５２】比較例合金Ｎｏ．１６は機械的特性は優れ
ているが導電率が低い。

【００５３】即ち、比較例合金Ｎｏ．７乃至Ｎｏ．１０
においては、Ｃａ、Ｃｒ及びＭｇの含有量が本発明の特
許請求の範囲にて規定した範囲を逸脱しているため、熱
間加工時に割れが生じている。更に、比較例合金Ｎｏ．
７乃至Ｎｏ．９においては、Ｃａを添加していないた
め、Ｓ含有量が大きくなり、熱間加工時に割れを生じて
いる。比較例合金Ｎｏ．１０においては、Ｃｒの含有量
が本発明の特許請求の範囲にて規定した範囲を超えてい
るので、鋳塊肌が荒くなり、良好な鋳塊が得られていな
い。

【００５４】また、比較例合金Ｎｏ．１１においては、
Ｐ含有量が本発明の特許請求の範囲にて規定した範囲よ
りも少ないため、脱酸効果が十分でなく、良好な鋳塊が
得られていない。

【００５５】比較例合金Ｎｏ．１２においては、Ｐ含有
量が本発明の特許請求の範囲を超えて含有されているた
め、熱間加工性の低下を招いている。

【００５６】また、比較例合金Ｎｏ．１３においては、
Ｚｎ含有量が本発明の特許請求の範囲にて規定した範囲
よりも少ないため、耐マイグレーション性及び金型の工
具寿命（耐摩耗性）が劣っている。

【００５７】比較例合金Ｎｏ．１４においては、Ｚｎ含
有量が本発明の特許請求の範囲にて規定した範囲を超え
ているため、導電率が劣っている。

【００５８】比較例合金Ｎｏ．１５においては、Ｓｎ含
有量が本発明の特許請求の範囲にて規定した範囲より少
ないため、機械的特性が劣り、比較例合金Ｎｏ．１６に
おいては、本発明で規定した上限値を超えてＳｎを含有
しているため、導電率が低い。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明合金は中高
温における脆性が改善され、熱間圧延が可能であり、機
械的特性及び成形加工性が優れており、またＣｕのマイ
グレーション現象が抑制され、電極間の短絡がなく、更
に工具摩耗性が優れているため、金型寿命が延長され、
金型交換に要するコストを低減することができる経済的
な電気・電子部品用銅合金が得られることを示してい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】最大漏洩電流を測定するための実験装置の平面
図である。

【図２】最大漏洩電流を測定するための実験装置の平面
図である。

【図３】工具摩耗試験装置の概略図である。

【図４】工具摩耗試験条件及びボール摩耗量の測定方法
を示す模式図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ；試験片２；ＡＢＳ樹脂３；押え板４；クリップ５；バッテリー６；電線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者太田幸男静岡県榛原郡榛原町布引原206−１矢崎部品株式会社内 (72)発明者角田直樹静岡県榛原郡榛原町布引原206−１矢崎部品株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C22C 9/00 - 9/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｆｅ：１．８乃至２．０重量％、Ｐ：
０．０２５乃至０．０４０重量％、Ｚｎ：１．７乃至
１．９重量％、Ｓｎ：０．４０乃至１．０重量％及びＣ
ａ：０．０００１乃至０．０１重量％を含有し、残部が
Ｃｕ及び不可避的不純物からなることを特徴とする電気
・電子部品用銅合金。
【請求項２】Ｆｅ：１．８乃至２．０重量％、Ｐ：
０．０２５乃至０．０４０重量％、Ｚｎ：１．７乃至
１．９重量％、Ｓｎ：０．４０乃至１．０重量％及びＣ
ａ：０．０００１乃至０．０１重量％を含有し、更に、
Ｃｒ：０．００１乃至０．０１重量％及びＭｇ：０．０
０１乃至０．０１重量％から選択された１種又は２種の
元素を総量で０．００１乃至０．０１重量％含有し、残
部がＣｕ及び不可避的不純物からなることを特徴とする
電気・電子部品用銅合金。