JP3273613B2 - 高い強さおよび導電率を有する銅合金の製造方法 - Google Patents

高い強さおよび導電率を有する銅合金の製造方法

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JP3273613B2 JP51114594A JP51114594A JP3273613B2 JP 3273613 B2 JP3273613 B2 JP 3273613B2 JP 51114594 A JP51114594 A JP 51114594A JP 51114594 A JP51114594 A JP 51114594A JP 3273613 B2 JP3273613 B2 JP 3273613B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高い強さと、高い導電率とを有する銅合金
の製造方法に関する。特に、銅・ジルコニウム・クロム
基合金は、電気的および電子的の用途のための銅合金を
形成するためにコバルト（および／または鉄）と、チタ
ンとの添加によって改質される。
【０００２】 コネクタのような電気的な構成要素と、リードフレー
ムのような電子的な構成要素とは、銅の高い導電率を活
用するために銅合金から製造される。C10200（99.95重
量％の最低銅含有量を有する酸素無し銅）のような純銅
は、該構成要素が挿入および除去に関連する力を受ける
用途に対して過度に弱い約37kg/mm2（52ksi）の降伏強
さをスプリングテンバー（弾性限の上限を上昇させる焼
もどし法）において有している。銅の強さを増大するた
め、広い範囲の合金用元素は、銅に添加されている。大
抵の場合には、合金用添加物によって達成される降伏強
さの増大と結果として生じる導電率の低減との間にかね
合いが存在する。
【０００３】 この明細書の全体にわたって、C10200のような合金の
表示は、統一番号付け法（Unified Numbering System）
の表示を利用する。構成元素の％は、特別に表示されな
ければ質量％である。 電気的および電子的の用途のために、ジルコニウム
と、ジルコニウムおよびクロムの混合物とは、銅に屡々
添加される。例えば、銅合金C15100（公称成分0.05％〜
0.15％ジルコニウムと、残部銅）は、95％IACSの導電率
を有している（IACSは、非合金の銅が100％IACSの導電
率を有しているとして定義される国際焼鈍銅基準を表わ
す）。C15100は、46kg/mm2（66ksi）よりも大きくない
スプリングテンバーの降伏強さを有している。銅・ジル
コニウムの金属間化合相は、合金の強さを増大する熱処
理（析出硬化）に続いて個々別々の第２相として銅母組
織から析出する。しかしながら、C15100の降伏強さは、
小型化される用途において一層高い強さのコネクタおよ
びリードフレームに対する現在の傾向に対して依然とし
て過度に低い。
【０００４】 一層高い強さは、クロムおよびジルコニウムの混合物
を銅に添加することによって得られる。C18100（公称成
分0.4％−1.0％のクロム、0.08％−0.2％のジルコニウ
ム、0.03％−0.06％のマグネシウムおよび残部銅）は、
47−50kg/mm2（67−72ksi）の降伏強さにおいて80％IAC
Sの導電率を有している。C18100の導電率は、受入れ可
能であるが、降伏強さは、所望なよりも僅かに低い。ま
た、銅／クロムの２成分から成る合金に対して約0.65％
の銅中のクロムの最大固溶度以上のクロム含有量は、劣
った表面特性および不均等な化学的食刻特性（chemical
etching characteristics）に寄与する大きい第２相の
分散を生じる。
【０００５】 半導体ディバイスの寿命を延長するために高い熱消散
を必要とするリードフレームと、抵抗加熱が有害である
高電流を運ぶ電気コネクタとに対して、約70％IACS以上
の導電率と、約56g/mm2（80ksi）以上の降伏強さとを有
することは、望ましい。
【０００６】 該合金は、室温と、上昇される（200℃まで）常用温
度との双方において良好な応力緩和抵抗特性を有せねば
ならない。外部応力が金属ストリップへ加えられると
き、該金属は、等しく反対の内部応力を展開することに
よって反作用する。金属が歪んだ位置で保持されれば、
内部応力は、時間および温度の双方の関数として低減す
る。応力緩和と呼ばれるこの現象は、微小塑性流れによ
り弾性ひずみが塑性ひずみあるいは永久ひずみに置換さ
れるために生じる。銅基電気コネクタは、延長される時
間にわたり組合わされる部材上にしきい値接触力（thre
shold contact force）以上を維持せねばならないばね
接触部材に屡々形成される。応力緩和は、開放回路へ導
くしきい値（threshold）以下に接触力を低下する。従
って、電気的および電子的の用途のための銅合金は、室
温および高い周囲温度の双方において応力緩和に対する
高い抵抗を有すべきである。
【０００７】 最小曲げ半径（MBR）は、如何に過酷な曲げが該曲げ
の外側半径に沿う「オレンジ剥離」ないし折断なしに金
属ストリップに形成可能であるかを定める。該MBRは、
外側導線がプリント回路ボードへの挿入のために90゜の
角度に曲げられるリードフレームの重要な特性である。
また、コネクタは、種々な角度のベンドを形成される。
ここにｔが金属ストリップの厚さであるベンド（bend）
即ち曲げの成形性であるMBR/tは、金属ストリップが破
損することなくそのまわりに曲げられるマンドレルの曲
率の最小半径と、金属の厚さとの比である。
【数１】
【０００８】 約2.5以下のMBR/tは、金属ストリップの圧延方向に対
して垂直の曲げ軸線の「良い方向」（good way）で作ら
れるベンドに望ましい。約2.5以下のMBRは、金属ストリ
ップの圧延方向に対して平行な曲げ軸線の「悪い方向」
（bad way）で作られるベンドに望ましい。 要するに、電気的および電子的の用途に対して望まし
い銅合金は、下記の特性の總ての組合わせを有してい
る。 ・70％IACSよりも大きい導電率。 ・56kg/mm2（80ksi）よりも大きい降伏強さ。 ・150℃までの高い温度における応力緩和に対する抵
抗。 ・「良い方向」および「悪い方向」における2.5よりも
小さいMBR/t。
【０００９】 該銅合金は、酸化に抵抗して均等に食刻（etch）せね
ばならない。均等な食刻は、鋭く滑らかな垂直のリード
壁を食刻されるリードフレームに与える。また、予清掃
の際の均等な化学的食刻は、電気分解または無電解の手
段による良好な被覆を促進する。 アクツ等（Akutsu et al）に対する米国特許第4,872,
048号は、リードフレーム用銅合金を開示する。該特許
は、0.05−１％のクロムと、0.05−0.3％のジルコニウ
ムと、0.001−0.05％のリチウムまたは５−60ppmの炭素
のいづれかとを含有する銅合金を開示する。また、種々
なその他の添加物の約２％までは、存在してもよい。２
つの開示される実例は、80kg/mm2（114ksi）の引張り強
さと、69％IACSの導電率とを有する合金21（0.98％クロ
ム、0.049％ジルコニウム、0.026％リチウム、0.41％ニ
ッケル、0.48％錫、0.63％チタン、0.03％シリコン、0.
13％燐、残部銅）、73kg/mm2（104ksi）の引張り強さ
と、63％IACSの導電率とを有する合金75（0.75％クロ
ム、0.019％ジルコニウム、30ppm炭素、0.19％コバル
ト、0.22％錫、0.69％チタン、0.13％ニオブ、残部銅）
とである。
【００１０】 ゴスダーストベニイ メタロブ（Gosudarstvenny Met
allov）に対する英国特許第1,353,430号は、錫およびチ
タンを含む銅・クロム・ジルコニウム合金を開示する。
合金１は、0.5％クロム、0.13％チタン、0.25％錫、0.1
2％ジルコニウムおよび残部の銅応を含み、62−67kg/mm
2（88−95ksi）の引張り強さと、72％IACSの導電率とを
有している。
【００１１】 オリンコーポレーション（Olin Corporation）に対す
る英国特許第1,549,107号は、ニオブを含む銅・クロム
・ジルコニウム合金を開示する。処理の方法に依存し
て、0.55％クロム、0.15％ジルコニウム、0.25％ニオブ
および残部の銅を含む合金は、51−64kg/mm2（73−92ks
i）の降伏応力と、71−83％IACSの導電率とを有してい
る。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記で明示される要件を満足する銅合金に対する当該
技術における必要性が残存することは、明らかである。
従って、本発明の目的は、該合金の製造方法を提供する
ことである。銅合金がコバルトおよびチタン、鉄および
チタン、またはコバルト、鉄およびチタンの特定の濃度
を含む銅・コバルト・ジルコニウム合金であることは、
本発明の特徴である。本発明の他の特徴は、コバルト対
チタン、鉄対チタン、またはコバルト＋鉄対チタンの原
子％比が高い導電率を与えると共に合金の強さを維持す
るように制御されることである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の方法における銅合金が約56kg/mm2（79ksi）
以上の降伏強さを有し、複数の工程中時効硬化焼鈍の付
加により降伏強さが約62kg/mm2（89ksi）以上に増大さ
れることは、本発明の利点である。本発明の更に他の利
点は、特許請求の合金の導電率が73％IACS以上であっ
て、或る実施例では、77％IACSを越えることである。本
発明の別の利点は、該銅合金が3000時間にわたる150℃
への露出後に残る応力の95％以上を有する優れた強さ緩
和抵抗を示すことである。本発明の更に別の利点は、幾
つかの処理の具現に続いて、合金のMBR/tが特許請求さ
れる銅合金に対して良い方向において約1.8であって、
悪い方向において約2.3であることである。
【００１４】 本発明による銅合金の製造のための方法は， ａ） 質量％で、0.1％から1.0％までの量のクロムと、
0.05％から0.40％までのジルコニウムと、0.1％から1.0
％までの“M"と、0.05％から0.7％までのチタンと、残
部銅および不可避不純物とから本質的に成る銅合金を鋳
造（10）し，ここに、“M"が、鉄、コバルトおよびこれ
等の混合物から成る群から選択され， ｂ） 少くとも部分的に均質化するために該銅合金を加
熱（12）し， ｃ） 50％以上の面積の縮小のために該銅合金を熱間圧
延（14）し， ｄ） 25％以上の減面率で該銅合金を冷間圧延（18）
し， ｅ） 該銅合金を容体化（20）し， ｆ） 最終厚さまで該銅合金を冷間圧延（24）し， ｇ） 銅合金が最終寸法である間に350℃から600℃まで
の温度で15分から16時間までの時間だけ該銅合金を析出
（26）時効する 段階を備えることを特徴とする。上述の目的、特徴およ
び利点は、次の明細書および図面から一層明らかにな
る。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の銅合金は、本質的に、クロム、ジルコニウ
ム、コバルトおよび／または鉄およびチタンから成って
いる。クロムは、析出硬化によって強さを増大するのに
有効な量から約0.8％までの量で存在する。ジルコニウ
ムは、約0.05％から約0.40％までの量で存在する。コバ
ルトは、約0.1％から約１％までの量で存在する。コバ
ルトの一部または總てのいづれかは、鉄または他の遷移
元素の等しい質量％で置換されてもよい。チタンは、約
0.05％から約0.7％までの量で存在する。該合金の残部
は、銅である。
【００１６】 クロム−クロムは、析出硬化（時効）によって合金の
強さを増大するのに有効な量から約1.0％までの量で合
金に存在する。好ましくは、最大のクロム含有量は、約
0.5％である。銅合金におけるクロムが最大固溶度限界
に近づくと、粗い第２相の析出物が増大する。粗い析出
物は、合金の強さを増大することなく銅合金の表面特性
と、食刻（etching）およびメッキの特性との双方に有
害に作用する。
【００１７】 また、合金中に存在するコバルト、鉄およびチタン
は、コバルト−Ｘまたは鉄−Ｘを含む種々な析出物を形
成するように結合し、ここに、Ｘは、主にチタンである
が、幾らかのクロムおよびジルコニウムを含む。下記で
論議されるように、Ti格子点の一部は、通常ジルコニウ
ムまたはクロムによって占められる。過剰な鉄、コバル
トまたはチタンが銅母組織における固溶体中に未反応の
ままであれば、導電率は、低減される。クロムは、導電
率のこの低減を減少するように付加的なチタンに結合す
る。好適なクロム含有量は、約0.1％から約0.4％までで
あり、最も好適なクロム含有量は、約0.25％から約0.35
％までである。 ジルコニムウ−ジルコニウムの含有量は、約0.05％か
ら約0.40％までである。好適な最大ジルコニウム含有量
は、約0.25％である。ジルコニウム含有量が過度に低け
れば、該合金は、応力緩和に対し劣った抵抗を有する。
ジルコニウム含有量が過度に高ければ、強さにおいて如
何なる増大をも与えることなく合金の表面特性および食
刻特性の双方に有害な影響を与える粗い粒子が形成す
る。好適なジルコニウム含有量は、約0.1％から約0.2％
までである。 ハフニウムは、同一の質量％においてジルコニウムの
一部または全部に対する好適な代用物である。ハフニウ
ムに関連する余分な費用は、その使用をあまり望ましく
ないものにしている。
【００１８】 遷移元素（“M"）−コバルト、鉄およびこれ等の混合
物から成る集団から選択される遷移元素（“M"）は、約
0.1％から約１％までの量で存在する。コバルトおよび
鉄は、一般に置換可能であるが、鉄は、導電率に僅かな
低減（約５−６％IACS低下）を伴って強さに僅かな増大
（約４−5ksiの改善）を与える。コバルトおよび／また
は鉄の含有量が過度に高ければ、粗い第２相粒子が、鋳
造の際に形成される。粗い析出物は、合金の表面特性お
よび食刻特性の双方に有害な影響を与える。“M"が銅母
組織中に固溶体で残るように不十分なチタンまたはクロ
ムが存在すれば、該合金の導電率は、低下する。コバル
トおよび／または鉄の含有量が過度に低ければ、該合金
は、時効による析出硬化を受けず、該合金の強さが増大
しない。コバルトおよび／または鉄の好適な量は、約0.
25％から約0.6％までである。最も好適な量は、約0.3％
から約0.5％までである。
【００１９】 出願人等は、コバルトおよび／または鉄の幾らかまた
は總てがニッケルで置換可能と信じる。しかしながら、
ニッケルの有用さは、銅の導電率におけるニッケルの効
果によって示唆されるが、ニッケルはあまり好適ではな
い。第１表に示されるように、ニッケルは、純銅に固溶
体として存在すると、コバルトまたは鉄のいづれよりも
銅の導電率に少い効果しかもたらさない。102.6％IACS
からの導電率の低下は、高純度銅において現在達成され
る最高値からの導電率の低下を表わす。
【００２０】 驚ろくべきことに、遷移金属が固溶体から析出される
とき、ニッケルは、第２表に示されるようにコバルトま
たは鉄のいづれよりも導電率に一層有害な効果を有して
いる。第２表の合金は、公称導電率を測定するのに先立
って溶体化焼鈍、冷間圧延および500℃において２時間
にわたる時効の手順によって処理された。該合金は、最
大導電率を測定するのに先立って48時間にわたり500℃
に加熱することによって過剰に時効された。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【表２】
【００２３】 図１は、表２のニッケル含有合金の1000倍に拡大され
た顕微鏡写真であり、図２は、表２のコバルト含有合金
の1000倍に拡大された顕微鏡写真である。ニッケル含有
合金は、粗い第２相の析出物が分布している。コバルト
含有合金は、粗い第２相の析出物が殆なく、むしろ微細
な粒子４の均等な分散を含む。粗い析出物２は、圧延ま
たはその他の加工の際に潜在的な割れの開始個所であ
り、回避されるべきである。従って、本発明の好適な合
金は、約0.25％以下のニッケル、好ましくは約0.15％以
下のニッケル、最も好ましくは0.10％以下のニッケルを
含む。 ニオブ、バナジウムおよびマンガンのようなその他の
遷移元素は、使用されてもよい。マンガンのようなあま
り反応的でない遷移金属は、あまり好適ではない。固溶
体に残留のマンガンおよびチタンは、導電率を受入れ不
能なレベルまで低減する。ニオブおよびバナジウムは、
チタンに反応しないが、強さを増大する元素の分散相を
与える。
【００２４】 チタン−チタンは、約0.05％から約0.7％までの量で
存在する。好適な最大のチタン含有量は、約0.5％であ
る。チタンは、六方晶系の結晶構造を有する第２相析出
物を形成するように“M"と化合する。該第２相は、主と
して結晶形CoTiまたはFeTiである。Ti格子点の一部は、
ジルコニウムまたはクロムの原子によって占められる。
チタンに対するコバルトおよび／または鉄の好適な比
（重量％において）は、約1.2:1から約7.0:1までであ
る。一層好適な比は、約1.4:1から約5.0:1までであり、
最も好適な範囲は、約1.5:1から約3:1までである。コバ
ルト、鉄およびチタンの含有量が好適な比から変化する
際、余分は、銅母組織における固形体に残り、合金の導
電率を低減する。この効果は、導電率に対してCo/Tiの
比を比較する第３図に線図で示される。導電率は、約1.
2:1の比において劇的に低下し、該比は、該値よりも上
に維持されるべきである。
【００２５】 添加物 本発明の合金は、少量の他の元素の添加によって特定
の用途に対して向くように造られる特性を有してもよ
い。該添加物は、導電率または曲げ成形性のような望ま
しい特性を有意に低減することなく所望の特性の向上を
達成するのに効果的な量においてなされる。これ等の他
の元素の全体の含有量は、約５％以下であり、好ましく
は約１％以下である。 マグネシウムは、はんだ付け性能およびはんだの付着
を改善するために添加されてもよい。好適なマグネシウ
ム含有量は、約0.05％から約0.2％までである。また、
マグネシウムは、合金の応力緩和特性を改善する。 導電率を有意に低減することなく機械加工性は、硫
黄、セレン、テルル、鉛またはビスマスの添加物によっ
て向上可能である。これ等の機械加工性向上添加物は、
合金内に別個の相を形成し、導電率を低下しない。好適
な含有量は、約0.05％から約0.5％までである。
【００２６】 脱酸剤は、約0.001％から約0.1％までの好適な量で添
加されてもよい。好適な脱酸剤は、硼素、リチウム、ベ
リリウム、カルシウム、および個々のまたはミッシュメ
タルとしての希土類金属を含む。硼化物を形成する硼素
は、合金の強さをも増大するために有益である。 導電率の低下を伴って強さを増大する添加物は、アル
ミニウムおよび錫を含み、１％までの量で添加されても
よい。 一層安い価格の合金のために、銅の20％までは、亜鉛
で置換されてもよい。亜鉛希釈剤は、価格を低減して、
黄色を帯びる合金を与える。好適な亜鉛含有量は、約５
％から約15％までである。
【００２７】 本発明の合金は、任意の好適な工程によって形成され
る。２つの好適な方法は、図４から図６までに示され
る。図４は、２つの好適な方法に一般的な工程の段階を
ブロック図で示す。図５は、高い強さおよび高い導電率
の双方を有する合金を作るための次の処理段階を示す。
図６は、導電率における最小の犠牲を伴って正に一層高
い強さを有する合金を作る代りの処理段階をブロック図
で示す。 図４を参照すると、該合金は、任意の好適な工程によ
って鋳造10される。１つの好例の工程では、陰極の銅
は、保護木炭被覆の下でシリカるつぼ内で溶解される。
次に、コバルトおよび／または鉄の所望の量が添加され
る。次に、チタンは、溶融物に添加され、次に、クロム
およびジルコニウムが添加される。次に、溶融物は、銅
の鋳型に注入されて、鋳塊に鋳造される。
【００２８】 次に、該鋳塊は、約30分から約24時間までにわたりほ
ぼ約850℃と1050℃との間の温度に圧延12に先立って加
熱され、これは、また該合金を少くとも部分的に均質化
する。好ましくは、加熱は、約２−３時間にわたり約90
0℃−950℃までである。 代りに、該鋳塊は、当該技術で「ストリップ鋳造」と
して周知の薄いスラブに直接に鋳造される。該スラブ
は、約2.5mmから約25mm（0.1″−１″）までの厚さを有
している。次に、鋳造されたストリップは、冷間圧延さ
れるか、または鋳造後の再結晶／均質化の焼鈍によって
処理されて次に冷間圧延されるかのいづれかである。
【００２９】 均質化12に続いて、該鋳塊は、約50％以上の減面率ま
で、好ましくは約75％から約95％までの範囲の減面率ま
で熱間圧延14される。この明細書の全体にわたって、圧
延による減面率は、他の態様に明示されなければ、横断
面の面積の縮小として与えられる。熱間圧延での変形14
は、単一のパスでもよく複数パスを必要としてもよい。
最後の熱間圧延での変形14に直ぐ続いて、該鋳塊は、固
溶体に合金用元素を維持するように室温まで代表的に水
中の急冷16によって時効温度より下に急速に冷却され
る。出願人等の工程において明示される急冷段階の各々
は、好適であるが、随意であり、各急冷段階は、当該技
術で周知の急速冷却の任意のその他の手段によって置換
えられてもよい。
【００３０】 急冷16に続いて、処理段階の２つの異なる系列（シー
ケンス）は、僅かに異なる特性を有する合金を生じる。
第１工程（“工程1"と呼ばれる）は、第５図に示され
る。該合金は、高い強さと、高い導電率とを達成する。
第２工程（“工程2"と呼ばれる）は、導電率の最小の犠
牲によって一層高い強さを達成する。第５図は、工程１
を示す。該合金は、約25％以上の減面率で、好ましくは
約60％から約90％までの減面率で冷間圧延される。該冷
間圧延18は、中間の再結晶焼鈍を伴って、またはなし
に、多量パスまたは単一パスでもよい。冷間圧延18に続
いて、該合金は、約30秒から約２時間にわたって約750
℃から約1050℃までの温度に加熱することによって溶体
化20される。好ましくは、該溶体化20は、約30秒から２
分までにわたり約900℃から約925℃までの温度において
である。
【００３１】 該合金は、次に急冷22された後、最終厚さまで冷間圧
延24される。冷間圧延24は、約25％以上の減面率であ
り、好ましくは、約60％から約90％までの範囲内の減面
率である。冷間圧延24は、中間再結晶焼鈍を伴って、ま
たはなしに多重パスまたは単一パスでもよい。 該合金が冷間圧延24によって最終厚さまで縮小された
後、該合金の強さは、析出時効26によって増大される。
該合金は、約15分から約16時間までにわたり約350℃か
ら約600℃までの温度に加熱することによって時効され
る。好ましくは、該合金は、約１時間から約８時間にわ
たり約425℃から約525℃までの温度に加熱される。工程
１は、強さ、導電率および成形性の最適の組合わせが必
要の際に利用される。
【００３２】 導電率の僅かな低減において一層高さ強さが必要であ
れば、図６に示されるように工程２が利用される。急冷
16（図４）に続いて、該合金は、溶体化厚さ（solution
izing gauge）まで冷間圧延28される。該冷間圧延の縮
小変形は、約25％以上であり、好ましくは約60％から約
90％までの範囲内である。冷間圧延段階28は、中間の再
結晶焼鈍を伴って、またはなしに多重パスまたは単一パ
スでもよい。 冷間圧延28に続いて、該合金は、約15秒から約２時間
までにわたり約750℃から約1050℃までの温度に加熱す
ることによって溶体化30される。一層好ましくは、溶体
化温度は、約30秒から約２分にわたり約900℃から約925
℃までである。溶体30に続いて、該合金は、時効温度よ
りも下に代表的に水中で急冷32になるように急速に冷却
される。
【００３３】 次に、該合金は、約25％から約50％までの減面率で冷
間圧延34される。該縮小変形は、中間の溶体化再結晶焼
鈍を伴う多重パスまたは単一パスでもよい。 冷間圧延34に続いて、該合金は、再結晶を回避するの
に十分に低い温度で時効36される。時効36は、好ましく
は、約15分から約８時間までの時間にわたり約350℃か
ら約600℃までの温度においてである。一層好ましく
は、非再結晶の析出硬化処理36は、約２時間から約３時
間までにわたり約450℃から約500℃までの温度において
である。 非再結晶の時効36に続いて、該合金は、約30％から約
60％までの減面率で冷間圧延38される。冷間圧延段階38
に続いて、該合金は、約30分から約５時間までにわたり
約350℃から約600℃までの範囲内の温度で約２非再結晶
析出硬化焼鈍40を随意に与えられる。好ましくは、この
随意の第２非再結晶析出硬化焼鈍40は、約２時間から約
４時間までにわたり約450℃から約500℃までの温度にお
いてである。随意の該第２非再結晶析出硬化段階40の正
確な時間および温度は、該合金の導電率を最大化するよ
うに選択される。
【００３４】 次に、該合金は、中間の亜再結晶焼鈍（sub−recryst
allization）を伴うかまたはなしに多重パスまたは単一
パスにおいて最終厚さに約35％から約65％までの減面率
で冷間圧延42される。冷間圧延42に続いて、該合金は、
ストランド（strand）焼鈍のために約10秒から約10分ま
でにわたり約300℃から約600℃までの温度において安定
化リリーフ（relief）焼鈍44を与えられる。ベル（bel
l）焼鈍に対して、安定化リリーフ焼鈍44は、約15分か
ら約８時間までにわたり約400℃までの温度においてで
ある。一層好適には、約１時間から約２時間にわたり約
250℃から約400℃までにおけるベル焼鈍である。安定化
焼鈍44に続いて、該合金は、ストランド焼鈍されれば、
急冷46される。急冷は、一般に、ベル焼鈍に続いて利用
されない。工程２は、導電率の最小の犠牲によって最大
の強さを有する合金を作る。
【００３５】 他の工程の実施例では、均質化焼鈍（第４図の符号4
8）は、工程１または工程２のいづれかに含まれる。均
質化焼鈍48は、冷間圧延段階（図５の18または図６の2
8）の前または後で熱間圧延段階14と溶体化段階（図５
の20または図６の30）との間に挿入される。均質化焼鈍
48は、約15分から約８時間にわたり約350℃から約750℃
までの温度においてである。好ましくは、均質化焼鈍48
は、約６時間から約８時間にわたり約550℃から約650℃
までの温度においてである。 一般に、工程１によって作られる合金は、高い強さ、
高い導電率および成形性がコネクタおよびリードフレー
ムの用途におけるように必要である場合に利用される。
工程２は、一層高い強さと、優れた応力緩和抵抗とが必
要であって、導電率における或る最小の低下が許容さ
れ、例えば高い強さの導線を必要とするリードフレーム
と共に、自動車の用途に対するように上昇される温度に
さらされる電気コネクタの用途において利用される。
【００３６】 本発明方法による合金の利点は、下記の実例によって
明らかである。該実例は、好例であって、本発明の範囲
を制限するように意図されない。 実 例 本発明の合金の電気的および機械的の特性は、リード
フレームおよびコネクタの用途において従来使用される
銅合金に比較された。星印を前に付けた合金H,I,Pは、
本発明の合金であり、一方、他の合金は、通常の合金ま
たは合金G,K,Lのようにクロムの寄与またはチタンに対
する“M"の比の寄与のいづれかを示すための好適な成分
の変形例のいづれかである。
【００３７】
【表３】
【００３８】 合金ＡからＭまでおよびＰは、上述の方法によって作
られた。各合金の5.2kg（10ポンド）の鋳塊は、保護木
炭被覆の下でシリカるつぼ炉内で陰極の銅を溶解し、所
要のコバルトおよび／または鉄の添加物を装入した後、
クロムおよびチタンを加え、特定の合金に対して所要な
ようにジルコニウムおよびマンガンを続いて添加するこ
とによって作られた。各溶解物は、次に鋼鋳型に注入さ
れ、該鋳型は、凝固の際に4.45cm（1.75″）の厚さと、
10.16cm（４″）の長さおよび巾の双方とを有する鋳塊
を作った。合金N,Oは、H08（スプリング）テンパーを有
するストリップとして得られる市販用合金である。合金
Ｑは、HR04（ハード（hard）リリーフ焼鈍）テンパーに
おいて市販用に作られるストリップとして得られる合金
C15100である。
【００３９】 表４は、工程１で処理される合金ＡからＭまでとＲの
電気的および機械的の特性を示す。合金H,I,Jは、銅ク
ロムジルコニウム合金ベースライン（base line）（合
金Ｂ）と同様に銅ジルコニウム合金ベースライン（合金
Ｃ）よりも高い強さを有している。驚ろくべきことに、
約0.3重量％のクロムを有する合金H,I,Jは、殆３倍多い
クロム含有量を有する合金Ａにほぼ等しい降伏強さおよ
び極限引張り強さを有している。 導電率を向上するクロムの効果は、合金Ｇと、合金Ｉ
とを比較することによって示される。該合金の間の成分
における唯一の有意の差異は、0.29％クロムの合金Ｉに
おける存在である。合金Ｉの導電率72.0％IACSは、合金
Ｇの導電率65.1％IACSよりも有意に高い。
【００４０】 （コバルトおよび／または鉄）：チタンに対する2:1
の重量比の重要性は、約1:1の比を有する合金K,Lに対し
て2:1の比を有する合金H,Iを比較することによって立証
される。合金H,Iおよび合金K,Lの強さは、ほぼ等しい
が、合金K,Lの導電率は、約20％IAC低い。
【００４１】
【表４】
【００４２】 合金D,Rは、特定の用途に対してチタンが除去されて
もよいことを示す。該銅・クロム・ジルコニウム・コバ
ルト合金は、一層良好な成形性、食刻およびめっきの特
性を有し著しく高いクロムを含む合金に等しい強さを有
している。導電率は、チタン含有合金のものよりも高い
が、強さの低下が生じている。クロム、ジルコニウムお
よびコバルトの範囲は、本発明の他の合金のものと同一
であることが考えられる。
【００４３】 表５は、工程２によって処理されるときの合金Ａから
E,GからＪ、およびＲの特性を示す。１つの例外は、工
程の時効焼鈍において単一に処理された合金Ｃである。
合金Ｃは、30秒にわたり900℃において溶体化された後
に水で急冷された熱間圧延板（図１の16）から2.54mm
（0.10″）の厚さに冷間圧延された。次に、該合金は、
50％の縮小まで冷間圧延され、７時間にわたり450℃に
おいて時効された後、0.64MM（0.025″）の最終厚さま
で50％の減面率で冷間圧延された。次に、合金Ｃは、５
分にわたり350℃においてリリーフ焼鈍された。
【００４４】 本発明の合金H,I,Jの總ては、本発明の合金のものの
殆３倍のクロム含有量を有する市販用合金C181（合金
Ａ）を含む通常の合金よりも高い強さを有している。更
に、意味のある強さの増大即ち降伏強さに関し5.6−8.4
kg/mm2（８−12ksi）の増大は、導電率の低下を殆伴わ
ない。 工程２は、合金Ｃのような２成分から成る銅ジルコニ
ウム合金に優る約21kg/mm2（30ksi）の降伏強さの改善
を有する本発明の合金を生じる。クロム添加の利点は、
合金Ｇ（０％Cr）の導電率を合金Ｉ（0.29％Cr）の導電
率に比較することによって明らかである。合金Ｇは、5
9.3％IACSの導電率を有し、合金Ｉは、75.5％IACSの導
電率を有している。
【００４５】
【表５】
【００４６】
【表６】
【００４７】
【表７】
【００４８】 表６は、２成分から成る銅・ジルコニウム合金（合金
C,Q）または３成分から成る銅・ジルコニウム・クロム
合金（合金Ａ）のいづれのものよりも良好である本発明
の合金の応力緩和を示す。第６表の第２欄の「工程型
式」、即ち、 ・時効硬化＝工程１による処理。 ・２−IPA＝工程中焼鈍２回を伴う工程２による処理。 ・１−IPA＝第２析出硬化焼鈍（図３の40）を削除した
工程中焼鈍１回を伴う工程２による処理。
【００４９】 本発明の合金が特に好適な一用途は、表７に示される
ように電子回路パッケージ用リードフレームである。合
金N,Oは、電子回路のパッケージの用途に通常使用され
る合金を示す。合金Ｎは、銅合金C197であり、合金Ｏ
は、C18070であり、市場で入手可能なリードフレーム合
金である。本発明の合金の合金Ｐは、通常のリードフレ
ーム合金のものに同等の導電率を有している。合金Ｐの
降伏強さは、合金N,Oのものよりも著しく高い。最小曲
げ半径は、合金Ｐに対して一層小さく、応力緩和に対す
る抵抗は、著しく改善される。
【００５０】 本発明の合金は、電気コネクタおよびリードフレーム
のような電気的および電子的の用途に対して特別な有用
さを有しているが、該合金は、高い強さおよび／または
良好な導電率が必要である任意の用途に使用されてもよ
い。該用途は、導電性ロッド、電線および母線を含む。
その他の用途は、溶接棒のような高い導電性と、応力緩
和に対する抵抗とを必要とするものを含む。 本発明により、上述の目的、概念および利点を完全に
満足させ電気的および電子的の用途に特に好適であり高
い強さと、高い導電率とによって特徴づけられる銅合金
が提供されたことは、明らかである。本発明は、その特
定の実施例および実例の組合わせで述べられたが、多く
の変更、変形および改変が前述の説明によって当該技術
の熟達者に明白であることは、明らかである。従って、
添付の請求の範囲の精神および広い範囲内に属する総て
の該変更、変形および改変を包含することが意図され
る。 図面の簡単な説明
【図１】 図１は、遷移金属添加物としてニッケルを有しクロ
ム、ジルコニウムおよびチタンを含む銅基合金の顕微鏡
写真である。
【図２】 図２は、遷移金属添加物としてコバルトを有しクロ
ム、ジルコニウムおよびチタンを含む銅基合金の顕微鏡
写真である。
【図３】 図３は、コバルト／チタンの重量％比の導電率への効
果を線図で示す。
【図４】 図４は、本発明によりクロム、ジルコニウム、コバル
トおよび／または鉄、およびチタンを含む銅合金の最初
の処理をブロック図で示す。
【図５】 図５は、高い強さおよび高い導電率のために該銅合金
を更に処理する第１実施例をブロック図で示す。
【図６】 図６は、特別な高い強さと、導電率の最小の低下とを
伴って該銅合金を更に処理する第２実施例をブロック図
で示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−128158（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−199332（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−38543（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−258440（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−193233（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−214829（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−51674（ＪＰ，Ａ) 特公 昭62−41301（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22F 1/00 - 3/02 C22C 1/00 - 49/14

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】銅合金の製造のための方法において， ａ） 質量％で、0.1％から1.0％までの量のクロムと、
    0.05％から0.40％までのジルコニウムと、0.1％から1.0
    ％までの“M"と、0.05％から0.7％までのチタンと、残
    部銅および不可避不純物とから本質的に成る銅合金を鋳
    造（10）し，ここに、“M"が、鉄、コバルトおよびこれ
    等の混合物から成る群から選択され， ｂ） 少くとも部分的に均質化するために該銅合金を加
    熱（12）し， ｃ） 50％以上の面積の縮小のために該銅合金を熱間圧
    延（14）し， ｄ） 25％以上の減面率で該銅合金を冷間圧延（18）
    し， ｅ） 該銅合金を溶体化（20）し， ｆ） 最終厚さまで該銅合金を冷間圧延（24）し， ｇ） 銅合金が最終寸法である間に350℃から600℃まで
    の温度で15分から16時間までの時間だけ該銅合金を析出
    （26）時効する 段階を備えることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の方法において，前記銅合
    金が、段階ｃ（14）、ｅ（20）の少くとも１つの後に急
    冷（16,22）されることを特徴とする方法。
  3. 【請求項３】請求項１に記載の方法において，段階ｄ
    （18）が中間の再結晶焼鈍を伴って反復されることを特
    徴とする方法。
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