JP3049149B2

JP3049149B2 - 耐マイグレーション性が優れた高力・高導電性銅合金及びその製造方法

Info

Publication number: JP3049149B2
Application number: JP4053932A
Authority: JP
Inventors: 元久宮藤; 功細川
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1992-03-12
Filing date: 1992-03-12
Publication date: 2000-06-05
Anticipated expiration: 2015-06-05
Also published as: JPH05345940A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気・電子部品の半導体
素子集積回路又は端子・コネクタ用の銅合金として好的
の耐マイグレーション性が優れた高力・高導電性銅合金
及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来においても、Ｆｅ；1.5〜3.0重量％
を含有する銅合金を加工して電子部品等の材料を製造す
ることは、特公昭52-620404号公報、特公昭55-014133号
公報及び特公昭55-014134号公報に記載されている。

【０００３】即ち、上記特公昭55-014134号公報には、
Ｆｅ；1.5〜3.0重量％を含有し、本質的に残部Ｃｕであ
る銅合金を800〜1020℃の温度で熱間加工し、更に、30
％以上の圧下率で冷間加工し、400〜550℃の温度で30分
間以上の時効焼鈍を行い、更に、200℃／１時間以下の
冷却速度で冷却する方法が示されている。この方法にお
いては、冷間圧延と時効焼鈍との組み合わせを３サイク
ル実施することが最も望ましいとあり、機械的性質及び
導電率もある程度の値が得られている。

【０００４】近年、電気・電子部品は軽薄短小化のニー
ズに伴い、例えば、集積回路及び抵抗器等は電極数の増
加傾向と、プリント基盤への高密度で且つ薄型実装の必
要性とから、従来の電極間ピッチが1/10インチ（2.54m
m）から、1/20インチ（1.27mm）及び1/30インチ（0.846
mm）へと小さくなっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに、端子・コネクタの極間ピッチが小さくなると、大
気中の湿気の結露又は水分の侵入によって、極間の水分
が付着した部分に銅イオンが溶出し、電極間電位で還元
される等の現象の繰り返しによりＣｕのマイグレーショ
ン現象が生じ、電極間を短絡してしまうという不具合が
生ずる。また、端子・コネクタの小型化又は多極化によ
る電流容量の増大により、電流密度が増加し、従来の導
電率が低い材料では発熱焼損等の不具合が生じる。

【０００６】また、Ｆｅ；1.5〜3.0重量％を含有する銅
合金は溶解及び鋳造中に酸素を吸蔵しやすい。そこで、
この種の合金には、この吸蔵酸素を除去するために、Ｐ
を0.02〜0.1重量％添加する。しかし、このＰは鋳塊中
に残留し、製品の導電率を低下させる。また、溶解及び
鋳造中に脱酸を行わない場合には、鋳塊の熱間圧延が困
難となる。更に、Ｐは銅合金の応力腐食割れ感受性を高
くするため、好ましくない。

【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、高密度及び高実装化に伴うＣｕのマイグレ
ーションを防止でき、また処理工程を簡素化することが
できる耐マイグレーション性が優れた高力・高導電性銅
合金及びその製造方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る熱間加工性
が優れた高力・高導電性導合金は、Ｆｅ；1.5〜3.0重量
％、Ｓｉ；0.001〜0.1重量％、Ｚｎ；1.0〜5.0重量％
（1.0重量％を含まず）、及びＭｎ；0.002〜0.2重量％
を含有すると共に、Ｃｒ，Ｔｉ及びＺｒから選択された
１種又は２種以上の元素を総量で0.001〜0.01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。

【０００９】本発明に係る耐マイグレーション性が優れ
た高力・高導電性銅合金の製造方法は、Ｆｅ；1.5〜3.0
重量％、Ｓｉ；0.001〜0.1重量％、Ｚｎ；1.0〜5.0重量
％（1.0重量％を含まず）、Ｍｎ；0.002〜0.2重量％を
含有すると共に、Ｃｒ，Ｔｉ及びＺｒから選択された１
種又は２種以上の元素を総量で0.001〜0.01重量％含有
し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる銅合金の鋳
塊を800〜1050℃の温度で熱間圧延し、その後トータル
減面率が70％以上の冷間圧延を行い、550℃（但し、550
℃を含まず）〜600℃の温度で30分間以上の焼鈍を行っ
た後、冷却途中で450℃〜525℃の温度において30分間以
上の焼鈍を行うことを特徴とする。

【００１０】

【作用】以下、本発明に係る耐マイグレーション性が優
れた高力・高導電性銅合金の成分添加理由及び組成限定
理由について説明する。

【００１１】Ｆｅ；1.5〜3.0重量％Ｆｅは銅合金の強度を高める元素である。Ｆｅ含有量が
1.5重量％未満では、強度への寄与効果が小さく、逆に
Ｆｅが3.0重量を超えて含有されると、耐食性及び熱間
加工性が劣化する。従って、Ｆｅの含有量は1.5〜3.0重
量％とする。

【００１２】Ｓｉ；0.001〜0.1重量％Ｓｉは銅合金の溶解処理中に原料及び大気中から溶湯中
に混入する酸素を脱酸し、また熱間圧延性を向上させる
作用がある。Ｓｉ含有量が0.001重量％未満では、脱酸
及び熱間圧延性の向上効果は小さい。一方、Ｓｉが0.1
重量％超えて含有されても、その効果は飽和する。従っ
て、Ｓｉ含有量は0.001〜0.1重量％とする。

【００１３】Ｚｎ；1.0〜5.0重量％（1.0重量％を含ま
ず）Ｚｎは電圧が印加された電気・電子部品の極間に水分の
侵入又は結露等が生じた場合に、Ｃｕのマイグレーショ
ン現象を抑制し、漏洩電流を抑制するという重要な作用
をもつ元素であり、本発明において、必須元素である。
Ｚｎ含有量が1.0重量％以下では黄銅と同等の耐マイグ
レーション特性が得られず、逆に5.0重量％を超えた場
合は耐マイグレーション性は向上するものの、導電率が
低下するとか、応力腐食割れが起きやすくなる等の不都
合が生じる。従って、Ｚｎ含有量は1.0〜5.0重量％（1.
0重量％は含まず）とする。望ましくは、Ｚｎ含有量は
１．５重量％以上である。

【００１４】Ｍｎ；0.002〜0.2重量％Ｍｎは溶湯中に混入する酸素を除去し、更に鋳塊の粒界
を強化して熱間加工性を向上させる。Ｍｎの添加量が0.
002重量％未満では、その効果が少ない。一方、Ｍｎ含
有量が0.2重量％を超えると、導電率が低下すると共
に、はんだ濡れ性の劣化が著しくなる。従って、Ｍｎの
含有量は0.002〜0.2重量％とする。

【００１５】Ｃｒ，Ｔｉ及びＺｒ；総量で0.001〜0.01
重量％Ｃｒ，Ｔｉ及びＺｒはいずれも鋳塊の粒界を強化し、熱
間加工性を向上させる作用がある。これらの元素は相互
に置換可能であり、その１種又は２種以上を選択して添
加すれば良い。しかし、これらの添加元素の含有量が、
総量で、0.001重量％未満の場合には、その添加効果が
得られない。また、これらの元素が総量で0.01重量％を
超えて含有されると、熱間加工性と鋳塊の鋳肌が悪くな
る。従って、Ｃｒ，Ｔｉ及びＺｒのいずれか１種又は２
種以上の元素の総含有量は0.001〜0.01重量％とする。

【００１６】次いで、本発明の高力・高導電性が優れた
銅合金の製造方法について説明する。本発明方法におい
ては、、Ｆｅ；1.5〜3.0重量％、Ｓｉ；0.001〜0.1重量
％、Ｚｎ；1.0〜5.0重量％（1.0重量％を含有せず）、
及びＭｎ；0.002〜0.2重量％を含有すると共に、Ｃｒ，
Ｔｉ及びＺｒから選択された１種又は２種以上の元素を
総量で0.001〜0.01重量％含有し、残部がＣｕ及び不可
避不純物からなる銅合金の鋳塊を800〜1050℃の温度で
熱間圧延し、その後のトータル減面率を70％以上とする
冷間圧延を行い、550℃（但し、550℃を含まず）〜600
℃の温度で30分間以上の焼鈍を実施した後、冷却途中の
450〜525℃の温度において、30分間以上の焼鈍を行う。

【００１７】而して、従来のＦｅ；1.5〜3.0重量％を含
有し、残部Ｃｕからなる銅合金の処理工程は、基本的に
は400〜550℃の温度で30分間以上の焼鈍と、30％以上の
圧下率の冷間圧延を２サイクル以上、理想的には３サイ
クル行うことが必須であり、従って、これらの工程を考
えると焼鈍はコイル状態でベル型炉材で行われるので、
焼鈍時の密着防止対策、更に焼鈍後は酸化スケールの除
去工程が２〜３回必要となっている。

【００１８】本発明に係る製造方法においては、550〜6
00℃の温度での焼鈍は１回であり、焼鈍前の密着防止対
策と焼鈍後の酸化スケールの除去は夫々１回で済む。こ
のため、工程の短縮化を図ることができる。

【００１９】なお、Ｍｎ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｔｉ及び
Ｃｕは0.002〜0.2重量％含有されていても、導電率55％
IACSを満足するので許容される。

【００２０】

【実施例】次に、本発明に係る耐マイグレーション性が
優れた高力・高導電性銅合金及びその製造方法の実施例
について説明する。

【００２１】小型電気炉により木炭被覆下で下記表１に
示す化学成分の合金を溶解し、この溶湯を傾注式の鋳鉄
製の鋳型に鋳込み、厚さ50mm、幅80mm、長さ180mmの鋳
塊を製造した。

【００２２】

【表１】

【００２３】次いで、これらの鋳塊の表・裏面を夫々約
2mm面削し、900℃の温度で熱間圧延を開始して、厚さ10
mmの熱間圧延板を得、これを700℃の温度から水中に投
入して急冷した。この熱間圧延材の表面の酸化スケール
を酸洗い除去し、２分割した。そのうちの一つについて
は、以後、本発明方法を適用し、残りのものについて
は、比較例方法を適用した。

【００２４】本発明に係る製造方法で製造されたもの
は、冷間圧延ロールで厚さ10mmから厚さ0.5まmmまで加
工したが、耳割れ等は生じなかった。この材料を脱脂
後、窒素ガス炉中で575℃の温度で２時間焼鈍した後、
冷却の途中で500℃に達した時に、更に４時間焼鈍を行
って冷却し、下記表２に示す結果を得た。

【００２５】比較例方法は厚さ10mmの板材を冷間圧延し
て厚さ2.5mmとし、この材料を490℃の温度で２時間焼鈍
を行い、酸洗いした後、冷間圧延して厚さ1mmとし、次
いで、この材料を440℃の温度で２時間の焼鈍を行い、
更に酸洗いした後、冷間圧延して厚さ0.5mmとし、この
材料を440℃の温度で２時間焼鈍した。得られた材料の
種々の特性を下記表２に示す。

【００２６】

【表２】

【００２７】引張試験における試験片の引張方向は圧延
方向に平行であり、試験片の形状はＪＩＳ１３号Ｂとし
た。耐マイグレーション性の評価試験は、図１に示すよ
うに、厚さが0.5mm、幅が3mm、長さが80mmの試験片を２
枚１組とし、直流電圧14Ｖを印加した状態で水道水中に
浸漬し、５分間浸漬→５分間乾燥のサイクルを繰り返し
て、50サイクルに至るまでの間の最大の漏洩電流値を高
感度レコーダで測定することにより行った。

【００２８】Ｚｎを1.0重量％以上含有する合金はＺｎ
含有量が少ないNo.１０．１２．１３及び１５の合金に
比して漏洩電流値が小さく、黄銅と同等の漏洩電流値を
示す。No.１１の合金は漏洩電流は小さく優れいている
が、導電率が劣る。また、Ｚｎ含有による機械的性質の
劣化は認められない。

【００２９】下記表３は、表１の本発明の実施例No.５
の組成の合金を、本発明方法と比較例方法により調整し
た場合の得られた材料の特性を示す。

【００３０】

【表３】表３から明らかなように、本発明の実施例方法は、従来
の製造方法に比して、処理工程が容易で且つ従来法より
も優れた導電率を有している。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る耐マ
イグレーション性が優れた効力・高導電性銅合金及びそ
の製造方法によれば、薄型化及び小型化に伴うＣｕのマ
イグレーション現象を抑制することができ、また導電性
率が優れた材料を提供できる。また、本発明の製造方法
は簡略化されるため、省資源、省エネルギ及びコスト低
減等の効果があり、本発明はこれらの分野に著しい貢献
をなす。

【図面の簡単な説明】

【図１】耐マイグレーション性の評価試験方法を示す模
式図である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｆｅ；1.5〜3.0重量％、Ｓｉ；0.001〜
0.1重量％、Ｚｎ；1.0〜5.0重量％（1.0重量％を含ま
ず）、及びＭｎ；0.002〜0.2重量％を含有すると共に、
Ｃｒ，Ｔｉ及びＺｒから選択された１種又は２種以上の
元素を総量で0.001〜0.01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耐マイグレ
ーション性が優れた高力・高導電性銅合金。
【請求項２】Ｆｅ；1.5〜3.0重量％、Ｓｉ；0.001〜
0.1重量％、Ｚｎ；1.0〜5.0重量％（1.0重量％を含ま
ず）、Ｍｎ；0.002〜0.2重量％を含有すると共に、Ｃ
ｒ，Ｔｉ及びＺｒから選択された１種又は２種以上の元
素を総量で0.001〜0.01重量％含有し、残部がＣｕ及び
不可避的不純物からなる銅合金の鋳塊を800〜1050℃の
温度で熱間圧延し、その後トータル減面率が70％以上の
冷間圧延を行い、550℃（但し、550℃を含まず）〜600
℃の温度で30分間以上の焼鈍を行った後、冷却途中で45
0℃〜525℃の温度において30分間以上の焼鈍を行うこと
を特徴とする耐マイグレーション性が優れた高力・高導
電性銅合金の製造方法。