JPH01198440A - 高力電気電子機器用銅合金 - Google Patents

高力電気電子機器用銅合金

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JPH01198440A
JPH01198440A JP2158588A JP2158588A JPH01198440A JP H01198440 A JPH01198440 A JP H01198440A JP 2158588 A JP2158588 A JP 2158588A JP 2158588 A JP2158588 A JP 2158588A JP H01198440 A JPH01198440 A JP H01198440A
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JP
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alloy
copper alloy
electronic equipment
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JP2158588A
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Masato Asai
真人 浅井
Yoshimasa Oyama
大山 好正
Shigeo Shinozaki
篠崎 重雄
Yukihiro Saida
幸弘 斉田
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は強度、耐食性、半田付は性、耐熱性、曲げ加工
性等に優れ、小型化された電気電子機器用精密部品の製
造に適した高力電気電子機器用鋼合金に関するものであ
る。
〔従来の技術〕
電気電子機器、特にコネクター、スイッチ。
ソケット、接点ばねや半導体(IC,トランジスター)
のリード等には強度、曲げ加工性、疲労特性、応力緩和
特性、耐応力腐食割れ性、耐熱性等が優れている材料が
要求されている。
このような材料として42合金(F e −42wt%
Ni合金)や52合金(F e−52wt%Ni合金)
等のFe−Ni合金、Cu−Be系合金、Cu−Ti系
合金が知られているが、これ等の合金は高価であり、特
にFe−Ni系合金では強度不足等の問題がある。また
Qu−Ni−3n系スピノ一ダル合金はその製造が難し
く、製品の信頼性に劣る。
このようなことがらCu−3n系合金、即ちリン青銅、
特に3nを6〜Bwt%(以下wt%を%と略記)含む
ばね用リン青銅が多用されてい。
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記ばね用リン青銅は60〜80ffy/#IIl!程
度の強度しかなく、電気電子機器用精密部品の小型化を
はかるためには強度が不足し、更に半田接合強度の経時
劣化や腐食割れ感受性の面から実用上大きな欠点となっ
ている。このため先のCu−B系合金等が一部で使われ
ているが、コスト面で低コスト化への妨げとなっている
近年電気電子機器は小型化、高集積化の傾向にあり、こ
れらに使用するCu金合金して強度や実装時の面実装化
の動向に応えるためには、半田接合強度、3nや3n−
pb合金メツキの密着信頼性の向上に加えて、多量に使
用するためには安価であること等が要求されている。
このような要求に応えて従来合金に代るには高性能で、
低コストなパフォーマンスの合金が必要である。即ち (1) 9ONg/m以上の高い強度を保持しつつある
程度の導電性を有すること。
(2)コスト的に安いこと。
(3)電気電子機器部品への成形時の曲げ加工における
信頼性が高いこと、即ち曲げ加工表面にクラック等が生
じることなく寸法精度がよいこと。
(4)加工性、耐食性、耐応力腐食割れ性、疲労特性、
応力緩和性に優れていること。
(5)半田接合強度や5n、5n−pb合金メツキとの
密着性が長期にわたり安定していること。
(6)電子機器用途では3nやSn合金の他にAu、A
i N +等のメツキが多用されており、これ等とのメ
ツキ性にも優れていること。
(課題を解決するための手段〕 本発明はこれに鑑み種々検討の結果、特に強度、曲げ加
工性、疲労特性、応力緩和特性、耐応力腐食割れ性及び
耐熱性が優れ、小型化された電気電子機器用精密部品、
例えばコネクター。
スイッチ、ソケット、接点ばね、半導体(IC。
トランジスター)のリード等に適した高力電気電子機器
用銅合金を開発したものである。
即ち本発明合金の一つは、Ni3.5〜10.0wt%
(以下wt%を%と略記)、Aj!0.2〜4゜0%、
 3n0.5〜5.0%を含み、Z no、05〜5.
0%、 Mn0.01〜5.0%、 M20.001〜
0.8%。
Ca0.001 〜0.8  %、  cdo、05〜
1.0  %、 ハ、90、001〜0.5%の範囲内
で何れか1種又は2種以上を合計0.005〜5.0%
含み、更にCr0.005〜0.4%、 V0.OO1
〜0.4%、Ti0.005〜0.4%、 Yo、00
1〜0.2%,Zr0.2%、 Goo、005〜0.
4%、Fe−P化合物(Fex PY ) 0.005
〜0.4%、Cr−P化合物(CrX Py ) 0.
005〜0.4%。
Go−P化合物(Cox PY ) 0.005〜0.
4%の範囲内で何れか1種又は2種以上を合計0、00
5〜1.0%含み、残部Cuと不可避的不純物からなり
、不純物中O2含有量を1100pp以下、S含有量を
10ppm以下とし、結晶粒度を20μm以下としたこ
とを特徴とするものである。
また本発明合金の他の一つは、Ni3.5〜io、o%
、 Ai0.2〜4.0%、 3n0.5〜5.0%を
含み、Z no、05〜5.0%、 Mno、01〜5
.0%。
M g0.001〜0.8%、 Ca0.001〜0.
8%。
Cd 0.05〜1.0%、Ag1>、001〜0.5
%の範囲内で何れか1種又は2種以上を合計0.005
〜5.0%含み、更に(:、 r 0.005〜0.4
%、Vo、 ooi〜0.4%、 T i 0.005
〜0.4%、Yo、001 〜0.2 %、  Z r
0.005〜0.2 %、CO0.005〜0.4%、
Fe−P化合物(Fex PY )0.005〜0.4
%、cr−p化合物(Crx PY )0.005〜0
.4%、Co−P化合物(COX PY )0.005
〜0.4%の範囲内で何れか1種又は2種以上を合計0
.005〜1.0%含み、更にはPb0.0005〜0
.03%、  I n 0.0005〜0.03%、 
Qa0.0005〜0.05%、 (3e 0.000
5〜0.05%、As0、0005〜0.01%、 3
b0.0005〜0.05%,Bi0.0005〜0.
02%、 T20.001〜0.05%、 Be0.0
05〜0.5%、 Bo、ooi〜0.05%、希土類
元素(RE ) 0.0005〜0.05%、3i0.
01〜0.5%の範囲内で何れか1種又は2種以上を合
計0.001〜0.5%含み、残部Cuと不可避的不純
物からなり、不純物中O2を100ppm以下、S含有
量を10ppm以下とし、結晶粒度を20μm以下とし
たことを特徴とするものでおる。
本発明合金は上記組成に配合して溶解鋳造した鋳塊に、
熱間又は/及び冷間加工と熱処理を施して造られる。例
えば鋳塊を650〜1000℃に加熱保持した′俊、熱
間加工を行ない、その終了後水冷等の冷却を施し、これ
をミーリング、シェービング又は酸洗により表面を清浄
化してから冷間圧延や引抜き等の冷間加工を施し、しか
る後時効熱処理と冷間加工又は容体化処理と時効熱処理
と冷間加工の組合せにより造られる。
また最終の冷間加工後に200〜850℃で5秒〜24
時間の調質焼鈍、テンションレベラー、テンションアニ
ーリング等と組合せる事で、形状の矯正や残留歪の除去
等を行う事により、より高い特性を得ることができる。
また本発明合金を連続鋳造機により鋳造し、直接冷間加
工や組織の均一化熱処理を行なった後、冷間加工、時効
、容体化等の熱処理を施して製造することもできる。
(作 用) 本発明合金は上記製造法によって造られ、合金組成にも
よるが、強度90〜160 Kg/mA、伸び2〜20
%、導電率10〜40%lAC3の特性を示す。
このような本発明合金はN1xA1Y化合物又はN i
x Aiy Cuz化合物或いは3n)(Niv化合物
や3n)(N iv Alzの化合物を有効に分散せし
め、強度やばね性の向上と導電率及び耐熱性の向上を可
能にする。
しかしてNi、/l、Snの各々を上記の如く限定した
のは、何れかが下限未満では十分な強度やばね性が得ら
れず、上限を越えると半田付は性を悪化させると共に、
加工性、特に熱間加工性を悪くし、製造性を害するため
であるらZn、Mn、M9.Ca、Cd、Ag (以下
へ元素群という)からなる群は半田付は後の信頼性の劣
化を抑制すると共に脱酸、脱硫効果を示し、合金の鋳造
性や熱間加工時の欠陥発生を抑制する。またマイグレー
ションによる電気短絡を予防する働きを示す。しかして
zno、os〜5.0%、 Mn0.01〜5.0%、
 Mg0.001〜0.8%、 Ca0.001〜0.
8%、 cdo、05〜1.0%。
Ag0.001〜0.5%の範囲内で何れか1種又は2
種以上を合計0.005〜5.0%と限定したのは、何
れも下限未満では十分な効果が得られず、上限を越える
と鋳塊の健全性を損ね、生産性を著しく悪くするためで
ある。
Cr、V、Ti、Y、Zr,Co、FexPy 、Cr
x PY 、COX PY (以下B元素群という)か
らなる群は容体化処理等の熱処理時の結晶粒の成長を抑
制し、微細化組織として良好な延性を獲得し、曲げ成形
性を良好にするのに大きく作用し、更に熱間加工性の向
上効果もあり、製造性の容易さに大きく寄与する。しか
してCro、005〜0.4%、 V0.001 〜0
.4%。
T i 0.005〜0.4%、 vo、ooi 〜o
、i%,Zr0.2%、 Goo、005〜0.4%、
FexPY 0.005〜0.4%、 Crx PY 
0.005〜0.4%、 Cox Py 0.005〜
0.4%の範囲内で何れか1種又は2種以上を合計0.
005〜1.0%と限定したのは何れも上記範囲をはず
れると鋳造性を低下させたり、半田濡れ性やメツキ性等
を悪くし、更には加工性も悪化させるためである。
Pb、I n、Ga、Ge、AS、Sb、3 i 。
Te、Be、B、RE、S i (以下C元素群という
)からなる群では快削性を良くすると共にプレス金型の
摩耗を著しく抑制する働きを示す。しかしてP b0.
0005〜0.03%、  I no、0005〜0.
03%、 Ga0.0005〜0.05%、 Ge 0
.0005〜0.05%、 As0.0O05〜0.0
1%、 3b0.0005〜0.05%、 3 i Q
、QG05〜0102%、 Te0.001〜0゜05
%、 Be0.0O05〜0.01%、 130.00
1〜0.05%。
RE 0.0005〜0.05%、3i0.01〜0.
5%の範囲内で何れか1種又は2種以上を合計o、 o
oi〜0.5%と限定したのは、何れも上記範囲をはず
れると効果がないばかりか、上限を越えると鋳造性や熱
間加工性等を大きく低下せしめると共に、導電性や繰返
し曲げ性も低下させてしまうためである。
本発明合金は上記組成と更に不純物中のα含有量をio
oppm以下とすることにより、N1xAiY化合物又
はN ix AJ!y Cuz化合物或いは5nXNi
Y化合物やSnx N iy A、ez化合物を微細か
つ均一に分散させるのに効果を示し、半田付は性やメツ
キ性の向上に寄与する。
しかして上限を越えると上記効果が見られなくなるばか
りか、上記化合物を粗大化せしめて強度やメツキ性等の
諸特性を劣化せしめる。またS含有量をiooppmJ
X下とすることにより、Qと同様にN1xAJ!y化合
物やN ix AJ!YCuz化合物を微細かつ均一に
分散させるのに効果を示し、熱間加工性を向上せしめ、
更にメツキ物の異常成長を抑える働きを持つ。しかして
上限を越えると熱間加工性を大きく低下させ製造性を悪
くする。更には本発明合金野構成元素と硫化物を形成し
、強度やばね性等の機械的特性を低下させ、メツキ性を
大きく阻害する。
結晶粒度は曲げ成形性、特(曲げ部表面の平滑性に大き
く影響するもので、20μmを越えると曲げ部表面が著
しく平滑性を欠き、大きなシワや割れを生じ、部品寿命
を劣化させるため、結晶粒度を20μm以下に限定した
。尚化合物を形成しないP量としては0.03%以下と
することが望ましい。また本発明合金中の分散粒子はメ
ツキ性、曲げ加工性及び強度の劣化を抑制する意味で1
0μm以下とすることが望ましい。
〔実施例〕
第1表に示す組成の合金を溶解鋳造し、厚さ50mm、
巾120m、長さ200 Jlllnの鋳塊を得た。こ
れを面削し、830℃で6時間均質化処理した後、83
0℃で熱間圧延し、これを水冷、して厚さ10all1
1の板とした。これ等の板について冷間圧延と中間焼鈍
(630℃・1時間)を繰返し、0.4sの板厚で容体
化処理(880℃で2分間保持後水冷)を施し、最終加
工率40%で厚さ0.25J1mの板に仕上げ、420
℃で1時間の調質焼鈍を施した後、各試験片を切り出し
、これについて強度、導電。
率、曲げ成形性、メツキ密着性、半田接合強度、応力腐
食割れ性を調べた。その結果を第2表に示す。
強度ハJIS 72241 k−基ツキ、ss率c;t
、osHO505に基づき測定した。曲げ成形性はJI
S2224Bのブロック法に基づいて試験を行ない、試
験片の表面に割れを生じさせる最小曲げ半径(R)を試
験片の厚さ(1>で割った値で示した。メツキ密着性は
30X30mの試験片について、表面清浄後Agメツキ
を行ない、これを大気中で加熱してメツキ表面の膨れを
観察し、550℃で5分の加熱により膨れの見られない
ものを0印、1〜3個見られるものをΔ印、それ以上の
ものをX印で示した。半田接合強度は20X 25mの
試験片に半田面積が直径9Mになるように無酸素銅のリ
ード線を60/40共晶半田により接合し、150℃で
500時間の加熱加速試験を行なった後に、引張試験を
行ない、その強度が加熱加速試験前の70%以上のもの
をO印、50〜70%のものをΔ印、それ以下のものを
X印で表わした。
応力腐食割れ性はJIS C8306に基づき、NH3
:3 vo1%の雰囲気中で30Kgf/rrI!1の
引張荷重をかけた低荷重試験を行ない、割れが発生する
までの時間を測定した。
次にロードミード型連続鋳造機を用いて第3表に示す組
成の合金を鋳造し、厚さ10履、巾85mのコイル状鋳
塊を1qた。これを750℃で10時間焼鈍した後面削
し、冷間圧延と中間焼鈍(610℃・1時間)を繰返し
、厚さ0.4mで容体化処理(880℃・2分間保持後
水冷)を施し、最終huT率40%の厚さ0.25mの
板に仕上げ、400℃で1時間の調質焼鈍を施した後、
前記と同様に各種特性とプレス金型の摩耗性を測定した
尚プレス金型の摩耗性については、上記板材より新たに
、巾45.にスリッティングしたコイルを用い、100
万パンチの打俵きを行なった後、金型の表面を走査電子
顕微鏡で観察し、摩耗の程度を調査し、はとんど摩耗し
ないものをQ印、成る程度摩耗したものをΔ印、摩耗の
著しいものをX印で表わした。
第1表及び第2表と第3表及び第4表から明らかなよう
に、本発明合金Nα1〜10及びNα18〜23は何れ
も従来合金Nα17と比較して、強度、導電性、半田接
合強度、応力腐食割れ性に優れていることが判る。
これに対しNiとA1の含有量が多い比較合金Nα12
では熱間加工において著しい割れを生じ供試材が製造で
きず、A、8元素群の多過ぎる比較合金Nα13も同様
に健全な鋳塊が得られず、かつ熱間加工時に割れを生じ
てしまい、供試材が得られなかった。またA、B、C元
素群を含有しない比較合金Nα11では結晶が粗大化し
、曲げ成形性を損ない、メツキ密着性や半田接合強度を
大きく劣化している。
更に0含有量の多い比較合金Nα14では曲げ成形性や
メツキ密着性が大きく劣り、半田接合強度も劣化してい
る。またS含有量の多い比較合金N015は熱間加工で
甚だしい割れを生じ、比較合金Nα12.13と同様供
試材が得られなかった。
また本発明合金Nα3と同成分組成であるが、容体化処
理を950℃で1時間行なって結晶粒度が粗大化した比
較合金Nα16では曲げ成形性が大きく損なわれている
ことが判る。
尚C元素群を含有した本発明合金はプレス金型の摩耗性
が優れていることが第3表及び第4表から判る。これに
対しC元素群を含まず、結晶粒が大きい比較合金Nα2
4ではプレス金型の摩耗性が著しく悪く、結晶粒が大き
いか又はO2含有量の多い比較合金Nα25.26では
C元素群の添加をもってしても、プレス金型の摩耗性は
若干の改善しか示さない。
〔発明の効果〕
このように本発明によれば、強度、導電性(熱伝導性)
、曲げ加工性、応力腐食割れ性が優れ、半田信頼性(接
合強度、耐熱剥離性)及びメツキの信頼性が大巾に改善
され、更にプレス金型の摩耗性が良好な銅合金が得られ
、電気電子機器として例えばコネクター、スイッチ。
ソケット、接点ばねや半導体(IC,トランジスター)
のリード、端子、熱交換器等に有用であり、電気電子機
器の小型化、精密化を可能にする等、工業上顕著な効果
を秦するものである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)Ni3.5〜10.0wt%,Al0.2〜4.
    0wt%,Sn0.5〜5.0wt%を含み、Zn0.
    05〜5.0wt%,Mn0.01〜5.0wt%,M
    g0.001〜0.8wt%,Ca0.001〜0.8
    wt%,Cd0.05〜1.0wt%,Ag0.001
    〜0.5wt%の範囲内で何れか1種又は2種以上を合
    計0.005〜5.0wt%含み、更にCr0.005
    〜0.4wt%,V0.001〜0.4wt%,Ti0
    .005〜0.4wt%,Y0.001〜0.2wt%
    ,Zr0.005〜0.2wt%,Co0.005〜0
    .4wt%,Fe−P化合物(Fe_XP_Y)0.0
    05〜0.4wt%,Cr−P化合物(Cr_XP_Y
    )0.005〜0.4wt%,Co−P化合物(Co_
    XP_Y)0.005〜0.4wt%の範囲内で何れか
    1種又は2種以上を合計0.005〜1.0wt%含み
    、残部Cuと不可避的不純物からなり、不純物中O_2
    含有量を100ppm以下、S含有量を10ppm以下
    とし、結晶粒度を20μm以下としたことを特徴とする
    高力電気電子機器用銅合金。
  2. (2)Ni3.5〜10.0wt%,Al0.2〜4.
    0wt%,Sn0.5〜5.0wt%を含み、Zn0.
    05〜5.0wt%,Mn0.01〜5.0wt%,M
    g0.001〜0.8wt%,Ca0.001〜0.8
    wt%,Cd0.05〜1.0wt%,Ag0.001
    〜0.5wt%の範囲内で何れか1種又は2種以上を合
    計0.005〜5.0wt%含み、更にCr0.005
    〜0.4wt%,V0.001〜0.4wt%,Ti0
    .005〜0.4wt%,Y0.001〜0.2wt%
    ,Zr0.005〜0.2wt%,Co0.005〜0
    .4wt%,Fe−P化合物(Fe_XP_Y)0.0
    05〜0.4wt%,Cr−P化合物(Cr_XP_Y
    )0.005〜0.4wt%,Co−P化合物(Co_
    XP_Y)0.005〜0.4wt%の範囲内で何れか
    1種又は2種以上を合計0.005〜1.0wt%含み
    、更にはPb0.0005〜0.03wt%,In0.
    0005〜0.03wt%,Ga0.0005〜0.0
    5wt%,Ge0.0005〜0.05wt%,As0
    .0005〜0.01wt%,Sb0.0005〜0.
    05wt%,Bi0.0005〜0.02wt%,Te
    0.001〜0.05wt%,Be0.005〜0.5
    wt%,B0.001〜0.05wt%,希土類元素0
    .0005〜0.05wt%,Si0.01〜0.5w
    t%の範囲内で何れか1種又は2種以上を合計0.00
    1〜0.5wt%含み、残部Cuと不可避的不純物から
    なり、不純物中O_2を100ppm以下、S含有量を
    10ppm以下とし、結晶粒度を20μm以下としたこ
    とを特徴とする高力電気電子機器用銅合金。
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