JP3222550B2 - 高強度高導電性銅合金の製造方法 - Google Patents
高強度高導電性銅合金の製造方法Info
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Description
路(IC)などのリードフレーム、端子・コネンター、
スイッチ、リレーなどのバネ材に好適な電気電子機器用
銅合金の製造法に関するものである。
ターやリードフレームなどの電気電子機器に使用される
銅合金条はこれらの機器の小型高密化の進展により、従
来から用いられているSn入り銅やC194などのFe
入り銅では強度・バネ性及び導電性の高度なバランスが
得られないことから、これらの特性に優れたCu−Cr
−Sn−Zn系合金やCu−Ni−Si系の銅合金が使
用されるに至っている。
歩はとどまることを知らず、300ピンを越える超多ピ
ンパッケージを実現するに至っている。これらの超多ピ
ンパッケージを実装可能な寸法におさめるためのアウタ
ーリードと呼ばれるリードの断面形状は、厚さ0.15
mm以下、幅0.20mm以下ときわめて小さいものとな
る。しかしながらその強度はFe−Ni合金並みの高強
度が要求され、かつ半導体チップ内で発生する多量の熱
を放散させるためにはSn入り銅並みの高熱伝導性が要
求されるに至っている。
品の小型化の要求が厳しさを増している。ことに自動車
用を中心とする大電流用途の端子の小型化はジュール熱
の発生により著しく温度上昇を引き起こすので、プラス
チックのハウジングや電線の被覆を熱的に損傷させる危
険が大きく、小型化のためにはバネ性が大きくかつ高導
電性の材料を端子材料として用いる必要性が増してい
る。
は相反するもので強度と導電性を高度に調和した材料は
現存していないのが実状である。
つ材料としてはCu−Ni−Si系、Cu−Be系、C
u−Ti系、Cu−Ni−Sn系などが知られている。
これらはいずれも引張強さ75kg/mm2 以上を示すもの
の、熱伝導性と等価な導電率では50%IACS以下で
あり、Sn入り銅の80%IACSに比べると大きく劣
っている。
Zn合金はリードフレーム用、端子用として広く用いら
れており、導電率は約80%IACSと良好なものの、
引張強さは65kg/mm2 以下であって強度が不十分であ
る。
小さなCrなどを大量に添加しても、これまでの製造方
法では強度は飽和してしまい、こういった要求特性を満
足することは不可能であった。
鋭意検討された結果なされたものであり、その目的とす
るところは、強度・バネ性に優れ、かつ導電性が良好な
銅合金材料を提供することである。
ss%を含み残部Cuと不可避的不純物からなるCu合
金、Cr:0.5〜2.0mass%とSn:0.05
〜0.5mass%もしくはZn:0.05〜1.0m
ass%の1種もしくは2種を含み残部Cuと不可避的
不純物からなるCu合金のいすれかのCu合金溶湯を1
00℃/秒以上の冷却速度で鋳造し、その後60%以下
の減面率で冷間加工を行い、または行わずに350〜6
00℃で10分〜6時間の時効処理を実施することを特
徴とするものであり、上記鋳造を単ロール法、双ロール
法、オープンベルト法のいずれかにより実施するとよ
い。
Cu−Cr−Zn、Cu−Cr−Sn−Zn系銅合金は
Cu、Cu−Sn、Cu−Zn、Cu−Sn−Znのマ
トリックス中に10〜1000nm程度のCr粒を分散さ
せ、析出硬化によって高強度を得、時効温度付近でのC
rの固溶量が少ないためにマトリックスの純度が純銅に
近い状態であることにより、高導電性を獲得する合金で
ある。
溶量の多い900〜1000℃付近での溶体化処理と水
中などへの急冷によって非平衡状態を常温にまで持ち来
たし、その後固溶量が少なく適度な拡散速度を持つ温度
域にて長時間熱処理する事によって析出物の寸法・密度
を制御している。従って溶体化処理を行う温度での平衡
固溶量を越えたCrは溶体化処理中に粗大な析出物に成
長し、強度上昇に寄与することなく、組織の不均一性の
ためむしろエッチングなどの微細加工時に有害である。
析出物の総量と強い正の相関があることから、一定以上
のCrの添加は強度に寄与せず、これまではCr0.2
0〜0.35%程度が強度向上の実用的範囲であった。
これに対し本発明ではCu−Cr系の溶湯を急速に凝固
させ、瞬時に析出温度域以下まで冷却することよって多
大なCr量を持つ固溶体を得ることが可能となったもの
である。
することなく、高強度を実現する添加元素であり、0.
5mass%以上2.0mass%以下と限定した理由
は0.5mass%未満では従来の製造プロセスとの差
が明確でなく、2.0mass%を越えると強度は高く
なるものの析出密度が大きすぎ、加工性を劣化するため
である。
く、マトリックスの加工性を改善するもので0.05m
ass%以上0.5mass%以下と限定した理由は
0.05mass%未満ではその改善効果が充分でな
く、0.5mass%を越えると導電性が低下するため
である。
け、Snメッキの信頼性を向上する添加元素であり、そ
の範囲を0.05mass%以上1.0mass%以下
と限定した理由は0.05mass%未満ではその効果
が充分でなく、1.0mass%を越えると導電性が著
しく劣化するためである。
る。溶湯を急速冷却して鋳造するのは均質な液相の状態
をできるだけそのままの状態で常温まで持ち来たすため
であり、冷却速度を100℃/秒以上と限定した理由は
100℃/秒未満ではCrの高温における析出が起こ
り、その後の熱処理を施しても強度の向上が不十分とな
るためである。このように溶湯から直接固溶状態の板材
(ストリップ:条材)を鋳造するわけであるが、その方
法はアモルファス材料を製造するために通常用いられる
単ロール法、双ロール法などが利用でき、さらに広い幅
を持つ材料を製造するためにはオープンベルト方式など
の溶湯の連続鋳造方式を用いることも可能である。
後、熱処理を行うのは粒子サイズを制御しながら析出さ
せるためである。その条件を350〜600℃で10分
〜6時間と限定した理由は350℃未満では10分〜6
時間の熱処理を行っても析出が不十分であって強度と導
電性が共に不足し、600℃を越えると10分〜6時間
の熱処理を行うと過時効となり、強度が低下するためで
ある。また、熱処理時間が10分未満では析出が不十分
であって強度と導電性が共に不足し、6時間を越えて行
うことは特性上は充分であるが熱処理コストが上昇し、
経済的でないためである。
と400℃〜600℃で10分〜6時間の時効処理の間
に60%以下の減面率にて冷間加工を行うのは、さらに
強度を向上させるためであり、60%以下としたのはこ
れを越えると加工性が著しく劣化するためである。
れば、コネクター・リードフレームなどの電気電子機器
部品に使用するのに好適な強度及び導電性に極めて優れ
た銅合金を製造することが可能となった。
る。第1表に示す組成の銅合金を溶解し、図1に示す装
置により1200℃の溶湯(1)を水冷ロール(2)
(2)によって連続鋳造し、厚さ0.3mm、幅30mmの
板状の鋳塊(3)を得た。なお図中(4)はルツボ、
(5)は高周波炉である。
(6)により鋳塊(3)がロール(2)を出た直後の温
度を測定し、次式によって算出し、その値は表2に示し
た。 冷却速度=(1200−T)/(L/V) ここでTは図1の双ロールの出側の測定点での温度、L
は双ロールの中心を結ぶ線と鋳塊の交点と温度測定点の
間の距離、Vは鋳造速度である。
に、そのまま又は80%までの加工率にて冷間圧延した
ものを各種の温度及び時間によって熱処理をし、下記の
ように特性を評価した。
びを測定した。また熱伝導性はこれときわめて高い正の
相関を示す導電率によって評価した。加工性はW曲げ試
験により曲げ加工部外側で割れの発生した際の曲げポン
チの先端の曲率(R)を板厚(t)で除した値(R/
t)を求めた。そしてハンダおよびSnメッキの接合の
経時劣化特性は接合後150℃×1000時間の加熱を
行い、その後曲げ試験を行い剥離の程度を実体顕微鏡に
て観察して剥離なし(○)、微小な剥離(△)、剥離
(×)の3段階で評価を行った。これらの結果を表3に
示す。
〜16の銅合金はいずれも高強度と高導電性を兼備えて
いるのに対し、No.17〜29の比較例は強度、導電
性、加工性などの点で不十分である。さらにNo.30〜
32の従来例に比べ本発明例の強度、導電性における向
上は著しいものといえる。
って、コネクター、リードフレーム、スイッチ、リレー
などの電気電子機器部品に使用するのに好適な強度・導
電性に優れた銅合金を得ることが可能となる等工業上顕
著な効果を奏するものである。
明図である。
Claims (5)
- 【請求項1】Cr:0.5〜2.0mass%を含み、
残部がCuと不可避的不純物からなるCu合金の溶湯を
100℃/秒以上の冷却速度で鋳造し、その後60%以
下の減面率で冷間加工を行い、350〜600℃で10
分〜6時間の時効処理を行うことを特徴とする高強度高
導電性銅合金の製造方法。 - 【請求項2】請求項1記載の成分に、更にSnを0.0
5〜0.5mass%を含み、残部がCuと不可避的不
純物からなるCu合金の溶湯を100℃/秒以上の冷却
速度で鋳造し、その後60%以下の減面率で冷間加工を
行い、350〜600℃で10分〜6時間の時効処理を
行うことを特徴とする高強度高導電性銅合金の製造方法 - 【請求項3】請求項1記載の成分に、更にZnを0.0
5〜1.0mass%を含み、残部がCuと不可避的不
純物からなるCu合金の溶湯を100℃/秒以上の冷却
速度で鋳造し、その後60%以下の減面率で冷間加工を
行い、350〜600℃で10分〜6時間の時効処理を
行うことを特徴とする高強度高導電性銅合金の製造方法 - 【請求項4】請求項1記載の成分に、Snを0.05〜
0.5mass%とZnを0.05〜1.0mass%
含み、残部がCuと不可避的不純物からなるCu合金の
溶湯を100℃/秒以上の冷却速度で鋳造し、その後6
0%以下の減面率で冷間加工を行い、350〜600℃
で10分〜6時間の時効処理を行うことを特徴とする高
強度高導電性銅合金の製造方法。 - 【請求項5】請求項1〜4に記載の成分を有するCu合
金の溶湯を100℃/秒以上の冷却速度で鋳造し、その
後冷間加工を行わずに350〜600℃で10分〜6時
間の時効処理を行うことを特徴とする高強度高導電性銅
合金の製造方法。
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JP14822692A JP3222550B2 (ja) | 1992-05-14 | 1992-05-14 | 高強度高導電性銅合金の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH05311364A JPH05311364A (ja) | 1993-11-22 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14822692A Expired - Fee Related JP3222550B2 (ja) | 1992-05-14 | 1992-05-14 | 高強度高導電性銅合金の製造方法 |
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1992
- 1992-05-14 JP JP14822692A patent/JP3222550B2/ja not_active Expired - Fee Related
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