JP3957391B2

JP3957391B2 - 剪断加工性に優れる高強度、高導電性銅合金

Info

Publication number: JP3957391B2
Application number: JP07360698A
Authority: JP
Inventors: 洋介三輪
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1998-03-06
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2018-03-06
Also published as: JPH11256255A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、リードフレーム、端子、コネクタ、ばねなど電気、電子部品に用いられる高強度、高導電性銅合金に関し、特に、打抜き加工等の剪断加工性に優れた、具体的には「ばり」、「だれ」及び残留応力が少なく、打抜き金型の摩耗が少ない、高強度、高導電性銅合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記の各種電気、電子部品には、一般に強度、伸び、ばね性、導電性、耐熱性、Ａｇめっき性及びはんだの耐熱剥離性などの特徴を具備することが要求されていることから、これらの特性をもった、例えばＣ１５１００（Ｃｕ−０．１ｍａｓｓ％Ｚｒ）やＣ１８９９０（Ｃｕ−２ｍａｓｓ％Ｓｎ−０．１５ｍａｓｓ％Ｃｒ）をはじめ、その他多くの銅合金がその製造に用いられている。
【０００３】
最近の各種電気電子機器の軽薄短小化及び実装密度の向上要求に対して、使用部品の小形化、リード間距離の縮小などが加速している。そして、例えばＩＣの組立作業において、樹脂モールド後にリード間にはみ出した樹脂を除去するが、リードの「ばり」、「だれ」が大きくなるとはみ出す樹脂の量が多くなり、除去作業に手間がかかるようになる。従って、寸法精度の要求だけでなく打抜いた断面形状が矩形に近い、つまり「ばり」及び「だれ」の小さいことが望まれている。また、打抜き後の平坦性確保のために残留応力が小さく、さらに打抜き加工の生産性向上のため、打抜き加工に用いられる金型の摩耗が小さく金型寿命が長いことも求められている。
しかし、上記の従来の銅合金を打抜き加工して各種電気電子部品を製造した場合、「ばり」及び「だれ」の量が大きく、残留応力も比較的大きいため要求を満足することが難しくなっている。また、金型寿命についても、打抜き金型の摩耗が比較的大きく、従って使用寿命が短くなる。
【０００４】
また最近では、特開平１−１３９７３６号公報では、Ｃｕ母相中にＦｅ−Ｐ及びＦｅ−Ｎｉ化合物を分散析出させることにより高強度及び高導電性を得るとともに、Ｓｉ−Ｎｉ化合物により伸びの改善を行った銅合金が提案されている。また、特開平９−１０４９５６号公報では、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｐ系化合物をＣｕマトリックス中に均一微細に析出することによって硬度、引張強さ、導電性、曲げ加工性、めっき密着性を向上させた銅合金が提案されている。
これらで提案された合金は、強度、伸び、導電性、曲げ加工性、めっき密着性といった特性を良好とするためにＦｅ−Ｐ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｓｉ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｐといった化合物の析出を利用し、これらの析出物を均一微細に析出することで目的とする特性を得ている。
しかしながら、化合物を均一微細に析出することだけでは、打ち抜き加工時の「ばり」及び「だれ」が小さく、打抜き後の平坦性確保のために残留応力を小さくするには不十分である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はリードフレーム、端子、コネクタなど電気・電子部品用銅合金として要求される強度、導電性、はんだ付け性、めっき性などの特性を通常の銅合金以上に維持しながら、その剪断加工性を向上させる、具体的には打抜き加工によって発生する「ばり」、「だれ」及び残留応力を小さくし、打抜き金型の摩耗を抑制し金型寿命を伸ばすことを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る剪断加工性に優れる高強度、高導電性銅合金は、Ｃｏ：０．０５〜１．０ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０１〜０．４ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．００５〜０．５ｍａｓｓ％を含有し、Ｓｉ：０．０１ｍａｓｓ％未満、Ｏ：１００ｐｐｍ以下、Ｈ：１０ｐｐｍ以下であり、残部が実質的にＣｕと不可避不純物であることを特徴とする。
この銅合金は、さらに（１）Ｚｎ：０．０５〜５．０ｍａｓｓ％、（２）Ｍｇ、Ｓｎの１種又はその両方を合計で０．０１〜１．０ｍａｓｓ％、のいずれか又は両方を含有することができる。
また、上記の銅合金において、Ｍｎ、Ｃａ、Ｚｒ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｈｆ、Ｔｈ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｓｒ、Ｐｄ、Ｗ、Ｓ、Ｃ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｖ、Ｙ、Ｍｏ、Ｐｂ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｂ、Ｓｅ、ミッシュメタルが合計で０．０１ｍａｓｓ％以下であるのが望ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る銅合金において、成分を上記の通りに限定した理由を以下に説明する。
（Ｃｏ量）
Ｃｏには、Ｐとの化合物を形成し合金中に析出することで、合金の強度及び耐熱性を確保する作用がある。しかし、その含有量が０．０５ｍａｓｓ％未満であると所望の強度及び耐熱性が得られず、一方１．０ｍａｓｓ％を越える割合で含有させると熱間圧延時の加工性が低下するとともに、製品の曲げ加工性及び導電率の低下が著しくなり、好ましくない。従って、Ｃｏの含有量は０．０５〜１．０ｍａｓｓ％とする。なお、Ｃｏの代わりにＦｅ：０．０５〜１．０ｍａｓｓ％、又はＣｏと共にＦｅを両者の合計で０．０５〜１．０ｍａｓｓ％添加しても、同様の作用が得られる。
【０００８】
（Ｐ量）
Ｐは、Ｆｅ及びＣｏとの化合物を生成し合金中に析出して強度及び耐熱性を向上させる。また、後述するＮｉとの化合物も生成し合金中に析出して剪断加工性を向上させる。Ｐの含有量が０．０１ｍａｓｓ％未満の場合は、化合物の析出が不十分であるため、所望の強度、耐熱性及び剪断加工性が得られない。一方、Ｐの含有率が０．４ｍａｓｓ％を越える場合には、熱間加工時の加工性が低下するとともに導電率の低下が生じるため、好ましくない。従って、Ｐの含有量は０．０１〜０．４ｍａｓｓ％とする。特に０．０５％を越えて添加されるのが剪断加工性を向上させる意味でさらに好ましい。
【０００９】
（Ｎｉ量）
Ｎｉは、Ｐとの粗大な化合物を生成し合金中に析出して剪断加工性を向上させる。この粗大化合物が合金中に分散されていると、母材との金属学的な連続性がないため、剪断加工時に応力を集中的に受けてミクロクラックの発生源となり、剪断加工性を著しく向上させる。
Ｎｉの含有量が０．００５ｍａｓｓ％未満の場合は、Ｎｉ−Ｐ化合物が微細に析出するようになり、所望の剪断加工性が得られない。ただし、ここでの微細な析出とは、Ｆｅ−Ｐ及びＣｏ−Ｐ化合物よりも小さなサイズで析出した場合をいう。一方、Ｎｉの含有量が０．５ｍａｓｓ％を越える場合には、Ｎｉ−Ｐの粗大化合物が多くなり、ＰがＮｉ−Ｐの化合物形成にとられてしまい、結果、Ｆｅ−Ｐ及びＣｏ−Ｐの化合物の析出を阻害し所望の強度及び耐熱性を得られないばかりでなく、析出できなかったＦｅ及びＣｏにより導電率の低下が生じるため、好ましくない。従って、Ｎｉの含有量は０．００５〜０．５ｍａｓｓ％とする。
【００１０】
（Ｓｉ量）
Ｓｉは、Ｎｉとの化合物を生成し合金中に析出する。しかしながら、Ｓｉの含有量が０．０１ｍａｓｓ％を越えた場合、ＮｉはＳｉとの化合物を形成するのに使用され、Ｎｉ−Ｐの粗大な化合物の形成を阻害してしまう。結果、Ｎｉ−Ｐの粗大化合物によって得られるはずの剪断加工性を阻害する。また、導電率の低下も激しいため好ましくない。従って、Ｓｉの含有量は０．０１ｍａｓｓ％未満とする。
【００１１】
（Ｏ量）
Ｏは、Ｐと反応しやすい。Ｏが１００ｐｐｍを越えた場合、反応したＰは上述したＮｉとの粗大化合物を形成できなくなる。結果、剪断加工性向上の効果が得られない。従って、Ｏの含有量は１００ｐｐｍ以下とする。
（Ｈ量）
Ｈは、Ｏが１０ｐｐｍ以上含有されている場合、Ｈ量が１０ｐｐｍを越えてくると、鋳造時の冷却過程でＯと結びついて水蒸気となり、この水蒸気が鋳塊中にブローホール欠陥を生じてしまう。従って、Ｈの含有量は１０ｐｐｍ以下、好ましくは４ｐｐｍ以下、さらに好ましくは２ｐｐｍ以下とする。
なお、Ｏ量、Ｈ量の低減は、原材料の十分な乾燥、溶解鋳造工程における雰囲気制御等により可能である。
【００１２】
（Ｚｎ量）
Ｚｎは銅合金のはんだ及びＳｎめっきの耐熱剥離性を改善する。しかし、含有量が０．０５ｍａｓｓ％未満の場合、所望の効果が得られない。一方、その含有量が５．０ｍａｓｓ％を越えるとはんだ濡れ性が低下する。また、導電率の低下も激しくなる。従って、Ｚｎの含有量は０．０５〜５．０ｍａｓｓ％とする。
（Ｍｇ、Ｓｎ量）
Ｍｇ、Ｓｎは銅合金の強度向上に寄与する。しかし、Ｍｇ、Ｓｎの１種又はその両方の合計で０．０１ｍａｓｓ％未満の場合、所望の効果が得られない。一方、その含有量が合計で１．０ｍａｓｓ％を越えてくると導電率の低下が激しくなる。従って、これらの元素の含有量は総量で０．０１〜１．０ｍａｓｓ％とする。
【００１３】
（Ｍｎ等の不純物）
Ｍｎ、Ｃａ、Ｚｒ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｈｆ、Ｔｈ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｓｒ、Ｐｄ、Ｗ、Ｓ、Ｃ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｖ、Ｙ、Ｍｏ、Ｐｂ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｂ、Ｓｅ、ミッシュメタルの含有量が合計で０．０１ｍａｓｓ％を越えた場合、上述したＮｉ−Ｐの粗大化合物の形成を阻害し、ひいては剪断加工性の向上効果を妨げる。従って、これらの元素の含有量は合計で０．０１ｍａｓｓ％以下に規制される。
【００１４】
【実施例】
本発明に係る高強度、高導電性銅合金の実施例について、その比較例及び従来例とともに説明する。
表１及び表２に示す含有成分及び含有割合の銅合金をクリプトル炉にて木炭被覆下で大気溶解し、ブックモールドに鋳造し５０ｍｍ×８０ｍｍ×２００ｍｍの鋳塊を作製した。この鋳塊を約８５０℃にて熱間圧延し、直ちに水中急冷し、厚さ１５ｍｍの熱延材を作製した。この熱延材の表面の酸化スケールを除去するため、軽く表面切削した後、冷間圧延−熱処理−冷間圧延を行い厚さ０．２５ｍｍ、幅２０ｍｍの条を作製した。
【００１５】
【表１】

【００１６】
【表２】

【００１７】
得られた条について強度、導電率、耐熱温度、はんだ耐熱剥離性、剪断加工性について下記要領にて測定した。結果は表３に示す通りである。
強度は、条からＪＩＳ５号試験片を加工して引張強さを測定し、導電率は、ＪＩＳＨ０５０５に規定されている方法に基づきダブルブリッジを用いて測定した。
はんだ耐熱剥離性は、６Ｓｎ／４Ｐｂはんだを２４５±５℃×５秒にてはんだ付けした後、１５０℃のオーブンで１０００Ｈｒまで加熱した。この試験片を１８０゜曲げ戻しにて加工を加え加工部のはんだが剥離するか観察した。
耐熱温度は、５分間加熱してＨｖの低下量が加熱前のＨｖで１０％の時の温度のことであり、剪断加工性は、プレスにより長さ２０ｍｍ、幅０．３ｍｍのリードを打ち抜き、打ち抜いたリードの「ばり」及び「だれ」量を測定して表した。
【００１８】
【表３】

【００１９】
表３より、合金Ｎｏ．１〜９は、強度、導電率、耐熱温度など電気電子部品が要求する特性を具備した上で、剪断加工性が共に優れており、比較例Ｎｏ．１０〜２１は材料調整ができていないか、いずれかの性能が低いことがわかる。なお、Ｎｏ．１２はＰ含有量が少なく、Ｎｏ．１３はＮｉ含有量が少なく、Ｎｏ．１５はＳｉ含有量が多く、Ｎｏ．１９はＣｒ等の含有量が多く、Ｎｏ．２０はＯ含有量が多いため、剪断加工性が劣っている。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の銅合金は電気電子部品用銅合金として要求される特性を具備した上で、例えば半導体装置のリード材や、端子及びコネクタなどの各種の電気電子部品を剪断加工（打抜き加工など）により製造すると、「ばり」、「だれ」並びに残留応力が小さいためその寸法精度が良い。さらに、打抜き金型の摩耗を抑制し、打抜き金型の使用寿命を長くする。従って、各種電気電子機器の微細化による寸法精度に対する厳しい要求に対応が可能となる。また、打抜き金型の使用寿命が長くなるので、スタンピングの生産性も向上する。

Claims

Ｃｏ：０．０５〜１．０ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０１〜０．４ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．００５〜０．５ｍａｓｓ％、Ｚｎ：０．０５〜５．０ｍａｓｓ％を含有し、Ｍｎ、Ｃａ、Ｚｒ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｈｆ、Ｔｈ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｓｒ、Ｐｄ、Ｗ、Ｓ、Ｃ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｖ、Ｙ、Ｍｏ、Ｐｂ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｂ、Ｓｅ、ミッシュメタルが合計で０．０１ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：０．０１ｍａｓｓ％未満、Ｏ：１００ｐｐｍ以下、Ｈ：１０ｐｐｍ以下であり、残部がＣｕと不可避不純物であることを特徴とする剪断加工性に優れる高強度、高導電性銅合金。
さらにＭｇ、Ｓｎの１種又はその両方を合計で０．０１〜１．０ｍａｓｓ％含有することを特徴とする請求項１に記載された剪断加工性に優れる高強度、高導電性銅合金。