JP4413992B2 - 電気・電子部品用銅合金板材 - Google Patents
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Description
本発明は、銅合金板材に関する。
従来、一般的に電気・電子機器用材料としては、鉄系材料の他、電気伝導性および熱伝導性に優れるリン青銅、丹銅、黄銅等の銅系材料も広く用いられている。
近年，電気・電子機器の小型化、軽量化、さらにこれに伴う高密度実装化に対する要求が高まり、これらに適用される銅系材料にも種々の特性が求められている。主な特性として、強度、導電性、耐応力緩和特性、曲げ加工性、プレス加工性と並びめっき性や半田濡れ性などの表面特性が挙げられる。
近年，電気・電子機器の小型化、軽量化、さらにこれに伴う高密度実装化に対する要求が高まり、これらに適用される銅系材料にも種々の特性が求められている。主な特性として、強度、導電性、耐応力緩和特性、曲げ加工性、プレス加工性と並びめっき性や半田濡れ性などの表面特性が挙げられる。
その中で、Ｃｕ中にＮｉとＳｉを加えてそのＮｉとＳｉから構成される析出物を形成させて強化させたコルソン合金と呼ばれる合金は、多くの析出型合金の中ではその強化する能力が非常に高く、いくつかの市販合金（例えば、ＣＤＡ（Ｃｏｐｐｅｒ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）登録合金であるＣＤＡ７０２５０）でも用いられている。
電子機器用銅合金として、上述のコルソン銅において表面粗度を規定した公知例がある。
特開昭６３−３２４７８２号公報と特開平１１−１２４６９８公報はリードフレームを用いた半導体製造工程における金ワイヤーなどの接続を銅合金へめっき無しで行えることを特徴としている。特開２０００−２８８９９１号公報の用途は箔であり、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ：フレキシブルプリント基板）に用いられている技術である。また、特開２００１−１００５８１公報は中間工程における粗度を規定している。なお、特開平１１−１２４６９８公報には半田付け性の向上を述べているが、どの程度の改善があったかなどの具体例は公開されていない。更に、リードフレーム用途の場合、樹脂モールドとの密着性を向上させる目的で酸化膜密着性を評価した例が幾つか見られる。
しかし、これらの特許文献は表面粗度の中心線平均粗さ（Ｒａ）や、最大高さ（Ｒｙ）等で規定しているが、表面粗度の凸成分と凹成分それぞれがめっき性や半田濡れ性などの表面特性との関係の記載はない。
特開昭６３−３２４７８２号公報と特開平１１−１２４６９８公報はリードフレームを用いた半導体製造工程における金ワイヤーなどの接続を銅合金へめっき無しで行えることを特徴としている。特開２０００−２８８９９１号公報の用途は箔であり、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ：フレキシブルプリント基板）に用いられている技術である。また、特開２００１−１００５８１公報は中間工程における粗度を規定している。なお、特開平１１−１２４６９８公報には半田付け性の向上を述べているが、どの程度の改善があったかなどの具体例は公開されていない。更に、リードフレーム用途の場合、樹脂モールドとの密着性を向上させる目的で酸化膜密着性を評価した例が幾つか見られる。
しかし、これらの特許文献は表面粗度の中心線平均粗さ（Ｒａ）や、最大高さ（Ｒｙ）等で規定しているが、表面粗度の凸成分と凹成分それぞれがめっき性や半田濡れ性などの表面特性との関係の記載はない。
Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ合金（コルソン合金）は熱処理により、含有成分であるＮｉとＳｉがＮｉ−Ｓｉ金属間化合物として析出を起こして、強度と導電率を向上する。しかしながら、その熱処理は一般的に４００〜６００℃と高温で、かつ、時間も０．５〜５時間と長時間で行われるため、材料表面近傍のＳｉは熱処理炉内の微量な酸素と結合して酸化ケイ素化合物を形成する。
また、溶体化処理（再結晶処理、均質化処理という場合もある）は、更に高温で行われるため表面近傍のＳｉは同様に酸化してしまう。
これらの酸化ケイ素化合物は最終製品まで残存すると、めっき密着性や半田濡れ性が著しく劣化することが知られているため、最終製品までに表面近傍の酸化ケイ素化合物を除去する工程が行われる。
この酸化Ｓｉ化合物除去には、酸溶解（フッ酸系溶液、希薄硫酸＋過酸化水素の混合酸液など）が用いられることが多く、また、通常はコイル状の板を溶液浴中に浸す連続通板を行いながら除去をしている。しかし、十分に表面近傍の酸化ケイ素化合物を除去させるためには、浸積時間を長くする必要があり、コストや酸溶液の管理の面から一般的には、酸溶解後にブラシやバフと呼ばれる素材で、表面に付着した酸化ケイ素化合物の除去を物理的・機械的に行っている。
そのブラシやバフで酸溶解した板の表面を擦ると凹凸が発生する。よって、コルソン合金は製造の中間工程で比較的粗度の大きい（≒粗い）表面となってしまう。そして、しばしばその凹凸が大きいとめっき密着性や半田濡れ性が劣化することが分かっている。
また、溶体化処理（再結晶処理、均質化処理という場合もある）は、更に高温で行われるため表面近傍のＳｉは同様に酸化してしまう。
これらの酸化ケイ素化合物は最終製品まで残存すると、めっき密着性や半田濡れ性が著しく劣化することが知られているため、最終製品までに表面近傍の酸化ケイ素化合物を除去する工程が行われる。
この酸化Ｓｉ化合物除去には、酸溶解（フッ酸系溶液、希薄硫酸＋過酸化水素の混合酸液など）が用いられることが多く、また、通常はコイル状の板を溶液浴中に浸す連続通板を行いながら除去をしている。しかし、十分に表面近傍の酸化ケイ素化合物を除去させるためには、浸積時間を長くする必要があり、コストや酸溶液の管理の面から一般的には、酸溶解後にブラシやバフと呼ばれる素材で、表面に付着した酸化ケイ素化合物の除去を物理的・機械的に行っている。
そのブラシやバフで酸溶解した板の表面を擦ると凹凸が発生する。よって、コルソン合金は製造の中間工程で比較的粗度の大きい（≒粗い）表面となってしまう。そして、しばしばその凹凸が大きいとめっき密着性や半田濡れ性が劣化することが分かっている。
ところで、上記課題は、従来のリードフレーム材などに関しては問題とされていなかったが、近年では高温多湿化での耐環境性や無鉛はんだ化対応などの要求が強まっており、上記各特許出願公開公報に開示された技術によっては、めっき密着性や半田濡れ性等の特性を満足できないことが生じるようになった。そこで、上記のような問題点に鑑み、本発明は、過酷な使用環境下においてもめっき性、半田濡れ性に優れ、電気・電子機器用のリードフレーム、コネクタ、端子材等に適した銅合金を提供することをその課題とする。
本発明者らは、電気・電子部品用途に適した銅合金について研究を行い、銅合金の板の表面粗度に着目し、表面粗さの凹凸成分を表す度数分布曲線におけるピーク位置が、表面粗さを示す曲線の平均値（度数分布曲線におけるゼロの位置）よりプラス側（凸成分）にあるときに材料のめっき性、半田濡れ性が向上する関係を見出し、さらに検討を重ね発明を完成させるに至った。
すなわち本発明は、表面性状に優れたＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ（コルソン銅）を得るものである。
すなわち本発明は、表面性状に優れたＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ（コルソン銅）を得るものである。
すなわち、本発明によれば、以下の手段が提供される：
（１）Ｎｉを１．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｓｉを０．３〜１．５ｍａｓｓ％含有し、残部がＣｕと不可避不純物からなる銅合金板材であって、板の圧延直角方向の表面粗さの平均粗さＲａが０．３μｍ以下、最大高さＲｙが３．０μｍ以下であって、表面粗さの凹凸成分を表す度数分布曲線におけるピーク位置が前記表面粗さを示す曲線の平均値よりプラス側（凸成分）にあることを特徴とする電気・電子部品用銅合金板材、
（２）Ｃｏを０．５〜２．０ｍａｓｓ％、ＮｉとＣｏを合計で１．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｓｉを０．３〜１．５ｍａｓｓ％含有し、残部がＣｕと不可避不純物からなる銅合金板材であって、板の圧延直角方向の表面粗さの平均粗さＲａが０．３μｍ以下、最大高さＲｙが３．０μｍ以下であって、表面粗さの凹凸成分を表す度数分布曲線におけるピーク位置が前記表面粗さを示す曲線の平均値よりプラス側（凸成分）にあることを特徴とする電気・電子部品用銅合金板材、
（３）前記銅合金がＳｎ、Ｚｎ、ＣｒおよびＭｇからなる群から選ばれる少なくとも１つを合計で０．００５〜１．０ｍａｓｓ％含有することを特徴とする（１）または（２）に記載の電気・電子部品用銅合金板材。
（１）Ｎｉを１．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｓｉを０．３〜１．５ｍａｓｓ％含有し、残部がＣｕと不可避不純物からなる銅合金板材であって、板の圧延直角方向の表面粗さの平均粗さＲａが０．３μｍ以下、最大高さＲｙが３．０μｍ以下であって、表面粗さの凹凸成分を表す度数分布曲線におけるピーク位置が前記表面粗さを示す曲線の平均値よりプラス側（凸成分）にあることを特徴とする電気・電子部品用銅合金板材、
（２）Ｃｏを０．５〜２．０ｍａｓｓ％、ＮｉとＣｏを合計で１．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｓｉを０．３〜１．５ｍａｓｓ％含有し、残部がＣｕと不可避不純物からなる銅合金板材であって、板の圧延直角方向の表面粗さの平均粗さＲａが０．３μｍ以下、最大高さＲｙが３．０μｍ以下であって、表面粗さの凹凸成分を表す度数分布曲線におけるピーク位置が前記表面粗さを示す曲線の平均値よりプラス側（凸成分）にあることを特徴とする電気・電子部品用銅合金板材、
（３）前記銅合金がＳｎ、Ｚｎ、ＣｒおよびＭｇからなる群から選ばれる少なくとも１つを合計で０．００５〜１．０ｍａｓｓ％含有することを特徴とする（１）または（２）に記載の電気・電子部品用銅合金板材。
本発明の上記及び他の特徴及び利点は、適宜添付の図面を参照して、下記の記載からより明らかになるであろう。
本発明の銅合金板材の好ましい実施の態様について、詳細に説明する。
本発明の銅合金材に用いられる銅合金組成について説明する。
Ｎｉの含有量は１．５〜４．０ｍａｓｓ％であり、好ましくは２．０〜３．０ｍａｓｓ％である。Ｓｉの含有量は０．３〜１．５ｍａｓｓ％であり、好ましくは０．４〜０．７ｍａｓｓ％である。ＮｉとＳｉとの質量比は、特に制限するものではないが好ましくは３．５／１〜５．０／１である。
また銅合金板材のＲａは０．３μｍ以下であり、好ましくは０．２μｍ以下である。ここで、Ｒａは小さいほど好ましく、その下限値に特に制限はないが、通常０．０１μｍ以上である。Ｒｙは３．０μｍ以下であり、好ましくは２．０μｍ以下である。Ｒｙは小さいほど好ましく、その下限値に特に制限はないが、通常０．１μｍ以上である。
本発明の銅合金板材は、表面粗さの凹凸成分を表す度数分布曲線におけるピーク位置を、表面粗さ曲線の平均値（度数分布曲線におけるゼロの位置）よりプラス側（凸成分）に制御したものである。本発明において銅合金板材とは、圧延ロールにより形成される圧延板をいい、その厚さや幅に特に制限はなく、また、板状だけでなく条材も含む意味である。
本発明の電気・電子部品用銅合金材料の製造において、まず常法により製造した合金鋳塊を常法により、溶体化処理、熱間圧延、冷間圧延を行ったのち、好ましくは４００〜５５０℃で、好ましくは１〜４時間、熱処理する。次いで酸洗いする。この酸洗いは特に制限されるものではないが、希酸で浸漬時間が通常５〜１００秒間、好ましくは、１０〜３０秒間洗浄して行われる。
希酸としては、例えば２０％以下の希硫酸、希塩酸又は希硝酸などをあげることができ、これらの希酸は１０％以下で使用することが望ましい。
また圧延板を上記の熱処理後脱脂処理することもよい。この脱脂処理は、例えば、ヘキサン、アセトン、トルエンなどの有機溶媒や水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムなどのアルカリ水溶液など、種々の洗浄液に浸漬する方法によって行うことができる。
この酸洗い及び／又は脱脂処理によって本発明の目的の表面粗さの凹凸成分を表す度数分布曲線におけるピーク値が、表面粗さを示す曲線の平均値（度数分布曲線におけるゼロの位置）よりプラス側にあるようにすることができる。
本発明において次いで仕上圧延を行うが、仕上圧延の圧下率は特に制限はなく、好ましくは４０％以下であり、より好ましくは５〜４０％である。
本発明の銅合金材に用いられる銅合金組成について説明する。
Ｎｉの含有量は１．５〜４．０ｍａｓｓ％であり、好ましくは２．０〜３．０ｍａｓｓ％である。Ｓｉの含有量は０．３〜１．５ｍａｓｓ％であり、好ましくは０．４〜０．７ｍａｓｓ％である。ＮｉとＳｉとの質量比は、特に制限するものではないが好ましくは３．５／１〜５．０／１である。
また銅合金板材のＲａは０．３μｍ以下であり、好ましくは０．２μｍ以下である。ここで、Ｒａは小さいほど好ましく、その下限値に特に制限はないが、通常０．０１μｍ以上である。Ｒｙは３．０μｍ以下であり、好ましくは２．０μｍ以下である。Ｒｙは小さいほど好ましく、その下限値に特に制限はないが、通常０．１μｍ以上である。
本発明の銅合金板材は、表面粗さの凹凸成分を表す度数分布曲線におけるピーク位置を、表面粗さ曲線の平均値（度数分布曲線におけるゼロの位置）よりプラス側（凸成分）に制御したものである。本発明において銅合金板材とは、圧延ロールにより形成される圧延板をいい、その厚さや幅に特に制限はなく、また、板状だけでなく条材も含む意味である。
本発明の電気・電子部品用銅合金材料の製造において、まず常法により製造した合金鋳塊を常法により、溶体化処理、熱間圧延、冷間圧延を行ったのち、好ましくは４００〜５５０℃で、好ましくは１〜４時間、熱処理する。次いで酸洗いする。この酸洗いは特に制限されるものではないが、希酸で浸漬時間が通常５〜１００秒間、好ましくは、１０〜３０秒間洗浄して行われる。
希酸としては、例えば２０％以下の希硫酸、希塩酸又は希硝酸などをあげることができ、これらの希酸は１０％以下で使用することが望ましい。
また圧延板を上記の熱処理後脱脂処理することもよい。この脱脂処理は、例えば、ヘキサン、アセトン、トルエンなどの有機溶媒や水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムなどのアルカリ水溶液など、種々の洗浄液に浸漬する方法によって行うことができる。
この酸洗い及び／又は脱脂処理によって本発明の目的の表面粗さの凹凸成分を表す度数分布曲線におけるピーク値が、表面粗さを示す曲線の平均値（度数分布曲線におけるゼロの位置）よりプラス側にあるようにすることができる。
本発明において次いで仕上圧延を行うが、仕上圧延の圧下率は特に制限はなく、好ましくは４０％以下であり、より好ましくは５〜４０％である。
製品の粗度は圧延ロール粗度でも影響を受ける。圧延ロールの粗度が材料に転写され、大きいロールほど圧延材の粗度は大きい傾向がある。しかし、ロールの粗度を小さくしてしまうと、先進率がマイナスになり、スリップした状態での圧延加工になってしまうために表面欠陥の発生や板逃げ等の圧延作業性に悪影響を及ぼす。
なお、最終の圧延で制御できる粗度にも限界があり、同じロール粗度で圧延された場合、最終圧延前に提供される材料粗度は小さいほど、圧下量が大きければ粗度が小さいことも周知である。
なお、最終の圧延で制御できる粗度にも限界があり、同じロール粗度で圧延された場合、最終圧延前に提供される材料粗度は小さいほど、圧下量が大きければ粗度が小さいことも周知である。
これらの知見を総合的に検討し、発明者らは板材の粗度の凹凸成分の比を変えることでめっき性、半田濡れ性が変わることを見出した。すなわち、表面粗さはその平均値に相当する中心線を境に凹凸の各成分が均等に現れることが分かっているが、それを意図的に変えることでめっき性、半田濡れ性が改善されることが分かった。
本発明において目的の製品である銅合金板材の粗度は途中の冷間圧延もしくは仕上圧延のロールの粗度にも影響されることがある。したがって前記の冷間圧延ロールの表面粗さはＲａ＝０．２〜０．６μｍ、Ｒｙ＝２〜６μｍに規制するのが良く、仕上圧延ロールの粗度Ｒａ＝０．０２〜０．１５μｍ、Ｒｙ＝０．２〜１．５μｍに規制するのが良い。
上記に示したように表面の酸化ケイ素化合物の除去方法や圧延ロール粗度を変えると板材の粗度の凹凸量は変えることができるが、板材の粗度の凹成分と凸成分との比を精度良く制御することはできなかった。そこで、前記した特許文献では表面粗度のＲａやＲｙなどを規定することにとどまっていた。
本発明では、熱処理と表面の酸洗処理を繰り返した材料を最終圧延前（仕上圧延前）に希薄酸（例えば、１０％硫酸水溶液）中に浸積後に仕上圧延を行うと、表面粗さの凹凸成分を表す度数分布曲線におけるピーク位置が、表面粗さを示す曲線の平均値（度数分布曲線におけるゼロの位置）よりプラス側（凸成分）に現れる。また、同じく最終圧延前に脱脂（例えば、ヘキサンやそれを主とする有機溶媒、あるいは炭化水素系洗浄液中に浸漬）後に仕上圧延を行うと、同様に、表面粗さの凹凸成分を表す度数分布曲線におけるピーク位置が、表面粗さを示す曲線の平均値（度数分布曲線におけるゼロの位置）よりプラス側（凸成分）に現れる。
このような現象の理由はまだ定かではないが、最終圧延前における材料の表面近傍の化学的状態が最終圧延後に影響を及ぼすことによる、表面粗さの凹凸成分を表す度数分布曲線におけるピーク位置が、表面粗さを示す曲線の平均値（度数分布曲線におけるゼロの位置）よりプラス側（凸成分）に現れることによるものと推測される。例えば、酸洗前の熱処理工程で形成される酸化膜や脱脂前の冷間圧延工程で形成される加工変質層などの表面層の除去に差が現れていると推定される。このため、酸洗や脱脂で除去される厚さがわずかに変わると考えられる。
本発明において目的の製品である銅合金板材の粗度は途中の冷間圧延もしくは仕上圧延のロールの粗度にも影響されることがある。したがって前記の冷間圧延ロールの表面粗さはＲａ＝０．２〜０．６μｍ、Ｒｙ＝２〜６μｍに規制するのが良く、仕上圧延ロールの粗度Ｒａ＝０．０２〜０．１５μｍ、Ｒｙ＝０．２〜１．５μｍに規制するのが良い。
上記に示したように表面の酸化ケイ素化合物の除去方法や圧延ロール粗度を変えると板材の粗度の凹凸量は変えることができるが、板材の粗度の凹成分と凸成分との比を精度良く制御することはできなかった。そこで、前記した特許文献では表面粗度のＲａやＲｙなどを規定することにとどまっていた。
本発明では、熱処理と表面の酸洗処理を繰り返した材料を最終圧延前（仕上圧延前）に希薄酸（例えば、１０％硫酸水溶液）中に浸積後に仕上圧延を行うと、表面粗さの凹凸成分を表す度数分布曲線におけるピーク位置が、表面粗さを示す曲線の平均値（度数分布曲線におけるゼロの位置）よりプラス側（凸成分）に現れる。また、同じく最終圧延前に脱脂（例えば、ヘキサンやそれを主とする有機溶媒、あるいは炭化水素系洗浄液中に浸漬）後に仕上圧延を行うと、同様に、表面粗さの凹凸成分を表す度数分布曲線におけるピーク位置が、表面粗さを示す曲線の平均値（度数分布曲線におけるゼロの位置）よりプラス側（凸成分）に現れる。
このような現象の理由はまだ定かではないが、最終圧延前における材料の表面近傍の化学的状態が最終圧延後に影響を及ぼすことによる、表面粗さの凹凸成分を表す度数分布曲線におけるピーク位置が、表面粗さを示す曲線の平均値（度数分布曲線におけるゼロの位置）よりプラス側（凸成分）に現れることによるものと推測される。例えば、酸洗前の熱処理工程で形成される酸化膜や脱脂前の冷間圧延工程で形成される加工変質層などの表面層の除去に差が現れていると推定される。このため、酸洗や脱脂で除去される厚さがわずかに変わると考えられる。
また、仕上圧延ロールの粗度（ロールの粗度にも凸成分、凹成分が存在する）に起因する部分もある。圧延ロールの粗度で凸成分が多ければ、材料には凹成分が増加し、逆に、圧延ロールに凹成分が多ければ、材料には凸成分が増す。つまり、圧延ロール粗度によって、材料の粗度及び粗度成分（凹凸成分）が変化する。
ここで、最終製品の材料表面粗度のＲａが０．３μｍ以下、最大高さＲｙが３．０μｍ以下の場合、表面粗さの凹凸成分を表す度数分布曲線におけるピーク位置が、表面粗さを示す曲線の平均値（度数分布曲線におけるゼロの位置）よりプラス側（凸成分）にある場合に、はんだ濡れ性やめっき性に優れるものとできる。
ここで、最終製品の材料表面粗度のＲａが０．３μｍ以下、最大高さＲｙが３．０μｍ以下の場合、表面粗さの凹凸成分を表す度数分布曲線におけるピーク位置が、表面粗さを示す曲線の平均値（度数分布曲線におけるゼロの位置）よりプラス側（凸成分）にある場合に、はんだ濡れ性やめっき性に優れるものとできる。
材料の表面粗さの凹凸成分の度数分布曲線におけるピークが、表面粗さを示す曲線の平均値（度数分布曲線におけるゼロの位置）よりプラス成分にあることは、粗さ曲線（断面曲線）が「ろ波うねり曲線」から得られた「平均線」より、凸成分が多くなるか、凹成分が少なくなることである。
半田濡れ性は溶融した半田が材料表面へ濡れていく時間とその時の荷重の変化を調べる試験であるが、コルソン合金のように合金成分にＳｉを含む合金では凹部分に半田の回り込みが起きにくく、半田濡れ性が劣る。従って、凹成分が減少すれば半田濡れ性が向上する。
一方、電気めっきでは凹部分にめっき中に発生した水素がトラップされ、その部分にめっきが付かなかったり、凹部分の周囲に電流集中が起きた結果、めっきコブが発生したりする等の不良が発生することがある。凹成分が減少すればこの不良発生率が低減され、めっき性が向上すると推測される。
材料表面の凹成分が少なく、表面粗さの凹凸成分の度数分布曲線におけるピーク位置が、表面粗さを示す曲線の平均値（度数分布曲線におけるゼロの位置）よりプラス側（凸成分）にあるとき、材料の半田濡れ性及びめっき性が向上する。
半田濡れ性は溶融した半田が材料表面へ濡れていく時間とその時の荷重の変化を調べる試験であるが、コルソン合金のように合金成分にＳｉを含む合金では凹部分に半田の回り込みが起きにくく、半田濡れ性が劣る。従って、凹成分が減少すれば半田濡れ性が向上する。
一方、電気めっきでは凹部分にめっき中に発生した水素がトラップされ、その部分にめっきが付かなかったり、凹部分の周囲に電流集中が起きた結果、めっきコブが発生したりする等の不良が発生することがある。凹成分が減少すればこの不良発生率が低減され、めっき性が向上すると推測される。
材料表面の凹成分が少なく、表面粗さの凹凸成分の度数分布曲線におけるピーク位置が、表面粗さを示す曲線の平均値（度数分布曲線におけるゼロの位置）よりプラス側（凸成分）にあるとき、材料の半田濡れ性及びめっき性が向上する。
また、本発明において前記のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ合金は、更にＳｎ、Ｚｎ、Ｃｒ、およびＭｇの群から選ばれる少なくとも１つの添加成分を合計で０．００５〜１．０ｍａｓｓ％、好ましくは０．０５〜０．５ｍａｓｓ％含有してもよい。これは、これらの添加成分は、コルソン合金に対する本発明の効果を損なわずに製品の強度、導電率に加えて、応力緩和特性（耐クリープ特性）、曲げ加工性、半田密着性などの向上に効果があるからである。
強度は本合金系の特徴であるＮｉとＳｉの化合物の析出強化に加えて、Ｓｎ、Ｚｎ，Ｍｇは固溶強化を重畳させることができる。
また、応力緩和特性（耐クリープ特性）は、Ｓｎ，Ｚｎ，Ｍｇの固溶により無添加材と比較して向上する。
さらに、曲げ加工性は、結晶粒径を微細にすれば加工性が向上するが、Ｃｒ添加は効果が結晶粒微細化効果を発揮する。
なお、半田密着性の向上はＺｎが効果的で、半田とＣｕ母相の界面に偏析して、半田と母相の経時変化で生じるボイド生成を抑制する効果がある。
しかし、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｍｇが多すぎると、導電性を阻害するためその添加量は、合計で１．０ｍａｓｓ％以下に制御することが望ましく、上記の効果を発揮させるためには０．００５ｍａｓｓ％以上の添加量がよい。
さらに、Ｃｏは上記のＮｉとＳｉの化合物の一部を置換して、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｓｉ化合物として強度に寄与する。この場合、Ｃｏの含有量は０．５〜２．０ｍａｓｓ％で、Ｃｏの含有量とＮｉの含有量との合計が１．５〜４．０ｍａｓｓ％となるように添加することが好ましい。
強度は本合金系の特徴であるＮｉとＳｉの化合物の析出強化に加えて、Ｓｎ、Ｚｎ，Ｍｇは固溶強化を重畳させることができる。
また、応力緩和特性（耐クリープ特性）は、Ｓｎ，Ｚｎ，Ｍｇの固溶により無添加材と比較して向上する。
さらに、曲げ加工性は、結晶粒径を微細にすれば加工性が向上するが、Ｃｒ添加は効果が結晶粒微細化効果を発揮する。
なお、半田密着性の向上はＺｎが効果的で、半田とＣｕ母相の界面に偏析して、半田と母相の経時変化で生じるボイド生成を抑制する効果がある。
しかし、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｍｇが多すぎると、導電性を阻害するためその添加量は、合計で１．０ｍａｓｓ％以下に制御することが望ましく、上記の効果を発揮させるためには０．００５ｍａｓｓ％以上の添加量がよい。
さらに、Ｃｏは上記のＮｉとＳｉの化合物の一部を置換して、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｓｉ化合物として強度に寄与する。この場合、Ｃｏの含有量は０．５〜２．０ｍａｓｓ％で、Ｃｏの含有量とＮｉの含有量との合計が１．５〜４．０ｍａｓｓ％となるように添加することが好ましい。
表面粗度の測定には日本工業規格（ＪＩＳ）の表面粗さ−定義及び表示（Ｂ０６０１−２００１）に準拠し、測定を行った。ＲａやＲｔ、Ｒｙを求めていく方法と同じく、平均線を求めることがポイントの１つである。上記ＪＩＳによれば、「ろ波うねり曲線」から平均線を求められるが、この平均線で上に出た成分を凸成分と称し、下に出た成分を凹成分とする。具体的には同ＪＩＳの図１（ａ）を引用した図１を示す。この図で平均線より粗さ曲線が上に出た部分が凸成分で、下に出た部分が凹成分である。
今回は測定では、材料の圧延垂直方向の表面粗度を測定したが、標準の長さは４ｍｍ、よってカットオフ値は０．８ｍｍ（上記ＪＩＳに準拠）、走査速度は０．１ｍｍ／ｓｅｃとした。測定は、小坂研究所（株）社製の表面粗さ測定機（Ｓｕｒｆｃｏｒｄｅｒ ＳＥ３５００）を用いたため、測定長４ｍｍでは測定データ数が７５００点であった。このデータを平均線から上（プラス）の成分と下（マイナス）の成分に分類して度数分布をプロットし、評価を行った。
一般的に考えれば、平均線は凸成分、凹成分の平均を示す線であるが、上記条件で測定すると平均線が度数分布のピークにはならない材料が存在する。図２に種々の条件で作製した材料の粗度チャート（（１）、（２）、（３）、（４））を示す。このチャートから凸成分と凹成分を分けて、縦軸をその頻度（％）、横軸を粗さ（μｍ）でプロットし直すと、図３になる。このプロットで、横軸の粗さの０μｍに線を引くと、頻度のピークが凹成分（マイナス側）にある材料と、凸成分（プラス側）にある材料、ならびにほぼ０にある材料がある。
発明者らは、この図３における材料（１）（ピークが凸成分側にある）が半田濡れ性、めっき性に優れることに注目し、本発明をなしたものである。
今回は測定では、材料の圧延垂直方向の表面粗度を測定したが、標準の長さは４ｍｍ、よってカットオフ値は０．８ｍｍ（上記ＪＩＳに準拠）、走査速度は０．１ｍｍ／ｓｅｃとした。測定は、小坂研究所（株）社製の表面粗さ測定機（Ｓｕｒｆｃｏｒｄｅｒ ＳＥ３５００）を用いたため、測定長４ｍｍでは測定データ数が７５００点であった。このデータを平均線から上（プラス）の成分と下（マイナス）の成分に分類して度数分布をプロットし、評価を行った。
一般的に考えれば、平均線は凸成分、凹成分の平均を示す線であるが、上記条件で測定すると平均線が度数分布のピークにはならない材料が存在する。図２に種々の条件で作製した材料の粗度チャート（（１）、（２）、（３）、（４））を示す。このチャートから凸成分と凹成分を分けて、縦軸をその頻度（％）、横軸を粗さ（μｍ）でプロットし直すと、図３になる。このプロットで、横軸の粗さの０μｍに線を引くと、頻度のピークが凹成分（マイナス側）にある材料と、凸成分（プラス側）にある材料、ならびにほぼ０にある材料がある。
発明者らは、この図３における材料（１）（ピークが凸成分側にある）が半田濡れ性、めっき性に優れることに注目し、本発明をなしたものである。
本発明によれば、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ合金、更にはＳｎ、Ｚｎ、Ｃｒ、ＭｇおよびＣｏの添加を行うことにより、強度、導電率、応力緩和特性（耐クリープ特性）、曲げ加工性、半田密着性などに優れ、電気・電子機器用途に好適な銅合金を提供することができる。
次に、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
（実施例１）
表１に示した成分を含有し、残部がＣｕと不可避不純物から成る合金を高周波溶解炉により溶解し、これを１０〜３０℃／秒の冷却速度で鋳造して厚さ３０ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ１５０ｍｍの鋳塊を得た。
得られた鋳塊を９３０〜９７０℃×０．５〜１．０ｈの保持後、熱間圧延を行い板厚ｔ＝１２ｍｍの熱延板を作製し、その両面を各１ｍｍ面削してｔ＝１０ｍｍとし、次いで冷間圧延によりｔ＝０．３ｍｍに仕上げた。
次いで、グループＡは、４２５〜５００℃×１〜４ｈの熱処理を行った後、（１）表面を酸洗した材料、（２）脱脂した材料ならびに、（３）いずれも行わない材料に分けて、その後、仕上圧延を行って材料を作製した。なお、（１）は１０％硫酸水溶液、（２）はヘキサンを使用し、いずれも浸積時間は１０〜３０ｓｅｃとした。
また、グループＢは、ｔ＝０．３ｍｍの板材を８５０〜９５０℃×１０〜３０ｓｅｃで溶体化熱処理処理後、直ちに水焼入を行い、グループＡと同様に４２５〜５００℃×１〜４ｈの熱処理を行った後、（１）、（２）、（３）に分類した後、仕上圧延（ロール表面の粗さはグループＡでは、Ｒａ＝０．０３μｍ、Ｒｙ＝０．３μｍ、一方、グループＢでは、Ｒａ＝０．０６μｍ、Ｒｙ＝０．７１μｍを使用）を行って材料を作製した。
最後に、仕上圧延のロールは同じロールを用いて、仕上加工率は１０、２０、３０％などで実施し、必要に応じて、３００〜４５０℃で低温焼鈍を行って特性を試験した。
表１に示した成分を含有し、残部がＣｕと不可避不純物から成る合金を高周波溶解炉により溶解し、これを１０〜３０℃／秒の冷却速度で鋳造して厚さ３０ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ１５０ｍｍの鋳塊を得た。
得られた鋳塊を９３０〜９７０℃×０．５〜１．０ｈの保持後、熱間圧延を行い板厚ｔ＝１２ｍｍの熱延板を作製し、その両面を各１ｍｍ面削してｔ＝１０ｍｍとし、次いで冷間圧延によりｔ＝０．３ｍｍに仕上げた。
次いで、グループＡは、４２５〜５００℃×１〜４ｈの熱処理を行った後、（１）表面を酸洗した材料、（２）脱脂した材料ならびに、（３）いずれも行わない材料に分けて、その後、仕上圧延を行って材料を作製した。なお、（１）は１０％硫酸水溶液、（２）はヘキサンを使用し、いずれも浸積時間は１０〜３０ｓｅｃとした。
また、グループＢは、ｔ＝０．３ｍｍの板材を８５０〜９５０℃×１０〜３０ｓｅｃで溶体化熱処理処理後、直ちに水焼入を行い、グループＡと同様に４２５〜５００℃×１〜４ｈの熱処理を行った後、（１）、（２）、（３）に分類した後、仕上圧延（ロール表面の粗さはグループＡでは、Ｒａ＝０．０３μｍ、Ｒｙ＝０．３μｍ、一方、グループＢでは、Ｒａ＝０．０６μｍ、Ｒｙ＝０．７１μｍを使用）を行って材料を作製した。
最後に、仕上圧延のロールは同じロールを用いて、仕上加工率は１０、２０、３０％などで実施し、必要に応じて、３００〜４５０℃で低温焼鈍を行って特性を試験した。
この供試材について下記の特性調査を行った。
ａ．粗度
材料の圧延垂直方向の測定を行った。測定は、ＪＩＳ−Ｂ０６０１（２００１）に準拠して実施した。測定距離は４ｍｍで、カットオフ値は０．８ｍｍ（上記ＪＩＳに準拠）、走査速度は０．１ｍｍ／ｓｅｃとした。測定は、小坂研究所（株）社製の表面粗さ測定機（Ｓｕｒｆｃｏｒｄｅｒ ＳＥ３５００）を用いて行った。測定数は３回繰り返し、Ｒａ，Ｒｙはその平均値を求めた。また、凸成分と凹成分は３回の測定で、図３に示したグラフを作成し、粗さ０μｍの線からピークが上（プラス）の成分にあるか、下（マイナス）の成分にあるか確認して判断した。もし、３回の測定でバラツキが有った場合、例えば、２回の測定が上（プラス）成分側にピークがあれば、凸成分が高いと判断した。
ｂ．半田濡れ性
ＪＩＳ−Ｃ００５３（１９９６）に準拠して実施した。測定は、（株）レスカ社製のソルダーチェッカー（ＳＡＴ−５０００）を用い、浸漬深さ５ｍｍ、浸漬速度２５ｍｍ／ｓｅｃ、浸漬時間１０ｓｅｃで行った。評価は、メニスコグラフのゼロクロスタイムが３ｓｅｃ未満の場合は評価結果を◎、ゼロクロスタイムが３ｓｅｃ以上６ｓｅｃ未満の場合は評価結果を○、ゼロクロスタイムが６ｓｅｃ以上９ｓｅｃ未満の場合は評価結果を△、ゼロクロスタイムが９ｓｅｃ以上の場合は評価結果を×とした４段階で評価した。
ｃ．めっき性
銀めっきを厚み１μｍで行って評価した。前処理は、アセトンで脱脂後、６０℃の１０％水酸化ナトリウム水溶液中で電流密度２．５Ａ／ｄｍ２で３０ｓｅｃカソード電解脱脂を行い、希硫酸（１０％）中で３０ｓｅｃ酸洗処理を行って２０×５０ｍｍの面積にめっきを行った。銀めっきは、シアン化銀カリウムを５５ｇ／ｌ、シアン化カリウムを７５ｇ／ｌ、水酸化カリウムを１０ｇ／ｌ、炭酸カリウムを２５ｇ／ｌ含むめっき液中において、室温で電流密度１．０Ａ／ｄｍ２の条件で行った。めっき後、光学顕微鏡の×５０倍でめっき表面の不具合を観察して評価した。観察はめっき面の１０×１０ｍｍの任意に３ヶ所（めっき試験片の端部が入らないように）選んで行い、めっきコブ（直径が５μｍ以上）やめっきが付いていない箇所（欠陥）の個数を数え、３ヶ所で見つかった欠陥個数を合計して評価結果とした。評価基準は不具合の３ヶ所の合計が０〜５個の場合は○、６〜２０個の場合は△、２１個以上の場合は×とした。
ａ．粗度
材料の圧延垂直方向の測定を行った。測定は、ＪＩＳ−Ｂ０６０１（２００１）に準拠して実施した。測定距離は４ｍｍで、カットオフ値は０．８ｍｍ（上記ＪＩＳに準拠）、走査速度は０．１ｍｍ／ｓｅｃとした。測定は、小坂研究所（株）社製の表面粗さ測定機（Ｓｕｒｆｃｏｒｄｅｒ ＳＥ３５００）を用いて行った。測定数は３回繰り返し、Ｒａ，Ｒｙはその平均値を求めた。また、凸成分と凹成分は３回の測定で、図３に示したグラフを作成し、粗さ０μｍの線からピークが上（プラス）の成分にあるか、下（マイナス）の成分にあるか確認して判断した。もし、３回の測定でバラツキが有った場合、例えば、２回の測定が上（プラス）成分側にピークがあれば、凸成分が高いと判断した。
ｂ．半田濡れ性
ＪＩＳ−Ｃ００５３（１９９６）に準拠して実施した。測定は、（株）レスカ社製のソルダーチェッカー（ＳＡＴ−５０００）を用い、浸漬深さ５ｍｍ、浸漬速度２５ｍｍ／ｓｅｃ、浸漬時間１０ｓｅｃで行った。評価は、メニスコグラフのゼロクロスタイムが３ｓｅｃ未満の場合は評価結果を◎、ゼロクロスタイムが３ｓｅｃ以上６ｓｅｃ未満の場合は評価結果を○、ゼロクロスタイムが６ｓｅｃ以上９ｓｅｃ未満の場合は評価結果を△、ゼロクロスタイムが９ｓｅｃ以上の場合は評価結果を×とした４段階で評価した。
ｃ．めっき性
銀めっきを厚み１μｍで行って評価した。前処理は、アセトンで脱脂後、６０℃の１０％水酸化ナトリウム水溶液中で電流密度２．５Ａ／ｄｍ２で３０ｓｅｃカソード電解脱脂を行い、希硫酸（１０％）中で３０ｓｅｃ酸洗処理を行って２０×５０ｍｍの面積にめっきを行った。銀めっきは、シアン化銀カリウムを５５ｇ／ｌ、シアン化カリウムを７５ｇ／ｌ、水酸化カリウムを１０ｇ／ｌ、炭酸カリウムを２５ｇ／ｌ含むめっき液中において、室温で電流密度１．０Ａ／ｄｍ２の条件で行った。めっき後、光学顕微鏡の×５０倍でめっき表面の不具合を観察して評価した。観察はめっき面の１０×１０ｍｍの任意に３ヶ所（めっき試験片の端部が入らないように）選んで行い、めっきコブ（直径が５μｍ以上）やめっきが付いていない箇所（欠陥）の個数を数え、３ヶ所で見つかった欠陥個数を合計して評価結果とした。評価基準は不具合の３ヶ所の合計が０〜５個の場合は○、６〜２０個の場合は△、２１個以上の場合は×とした。
本発明の銅合金板材は、電気・電子機器用のリードフレーム、コネクタ、端子材等、更に、自動車車載用などのコネクタや端子材、リレー、スイッチなどの電気電子部品に好適に適用されるものである。
本発明をその実施態様とともに説明したが、我々は特に指定しない限り我々の発明を説明のどの細部においても限定しようとするものではなく、添付の請求の範囲に示した発明の精神と範囲に反することなく幅広く解釈されるべきであると考える。
本願は、２００７年１０月３日に日本国で特許出願された特願２００７−２６０３９７に基づく優先権を主張するものであり、ここに参照してその内容を本明細書の記載の一部として取り込む。
Claims (3)
- Ｎｉを１．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｓｉを０．３〜１．５ｍａｓｓ％含有し、残部がＣｕと不可避不純物からなる銅合金板材であって、板の圧延直角方向の表面粗さの平均粗さＲａが０．３μｍ以下、最大高さＲｙが３．０μｍ以下であって、表面粗さの凹凸成分を表す度数分布曲線におけるピーク位置が前記表面粗さを示す曲線の平均値よりプラス側（凸成分）にあることを特徴とする電気・電子部品用銅合金板材。
- Ｃｏを０．５〜２．０ｍａｓｓ％、ＮｉとＣｏを合計で１．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｓｉを０．３〜１．５ｍａｓｓ％含有し、残部がＣｕと不可避不純物からなる銅合金板材であって、板の圧延直角方向の表面粗さの平均粗さＲａが０．３μｍ以下、最大高さＲｙが３．０μｍ以下であって、表面粗さの凹凸成分を表す度数分布曲線におけるピーク位置が前記表面粗さを示す曲線の平均値よりプラス側（凸成分側）にあることを特徴とする電気・電子部品用銅合金板材。
- 前記銅合金がＳｎ、Ｚｎ、ＣｒおよびＭｇからなる群から選ばれる少なくとも１つを合計で０．００５〜１．０ｍａｓｓ％含有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の電気・電子部品用銅合金板材。
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