JPH032341A - 高強度高導電性銅合金 - Google Patents

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】 （イ）技術分野 本発明は、導電用リード材等に要求される高い導電率と
高強度を兼備し、かつはんだ付は後の経時変化に対し、
はんだ付は部の剥離により電気伝導性が損なわれること
のないはんだ耐候性に優れた銅合金に関するものである
。

（ロ）従来技術 電気または電子工業の急速な進歩に伴ない使用されるリ
ード材、特に銅系合金のリード材においては、電気及び
熱の伝導性が良好なことのみでなく、高強度かつ良好な
繰返し曲げ性、耐軟化性。

めっき性やはんだ付は性等の品持性を兼備したリード材
であることが必要であり、しかも製造が容易でコスト的
にも安価であることが重要である。

従来使用されてきたリード材としての銅系合金としては
、リン青銅、錫入銅、０ＤＡ−１９４等が良く知られて
いるが、リン青銅は高価なＳｎを合金元素として６〜８
重量％含有し、高強度ではあるが導電性や耐軟化性が充
分でない。

また、錫入銅は導電性は良いが耐軟化性と強度がリン青
銅より劣り、また０ＤＡ−１９４は強度、ｍ軟化性及び
導電性は前二者の中間に位置するが、その強度とめっき
性において充分でない。

近来、上記の要望を満たすべく各種合金が開発され１例
えば本出願人の提案に係る特許第１４５７７４３号があ
る。この合金は良好な熱放散性と電気伝導性を有し、高
強度かつ良好な繰返し曲げ性、耐軟化性、めっき性、は
んだ付は性を兼、備しており、リード材、コネクター材
等に使用されている。

しかしながら、使用項境が高温でかつ銅合金部材にＮｉ
メツキ等が施されていない場合、はんだ付は後の経時変
化ではんだ接合面に脆弱層が発生することがわかり、使
用範囲が限定されるようになった。

（ハ）発明の開示 本発明はこのような実情に鑑み、上記特許第１４５７７
４３重相合金（以下、「特許１４５７７４３号合金」と
い重合金改良を目的とし、更に厳しい環境下で各種用途
に使用できる銅合金、特にはんだ付は部の！Ａ＃が発生
しない銅合金を提供するものである。

上記特許１４５７７４３号合金のはん重合金性について
詳細な検討を行なった結果１次のπ柄が判明した。即ち
、 ■）銅合金によく見られる現象であるが、ＣｕとＳｎと
の相互拡散により化合物が形成されてボイドが生じるこ
と、 ＩＩ　）剥離面にＦｅが偏在しており、」敲を助長して
いること、 ｍ）　Ｊ―記１）、ｒｌ）の現象は特許１４５７７４３
号合金に特徴重合金のであって１通常の銅合金とはんだ
間の′、Ａ＃とは発生機構が異なること、等が考えられ
る。

この対策として、本発明者らはＦｅが偏在した場合に銅
合金とはんだ接合境界面のＣｕ−Ｓｎ化合物の形成を抑
制できる元素に関して検討を加えた結果、高強度、高電
気伝導性、良好な繰返し曲げ性、＃軟化性、メツキ性及
びはんだ付は性を兼備した１−記特許１４５７７４３号
合金のはんだ耐候性を改善させるに必要な元麦としてＺ
ｎを発見し、本発明合金を開発するに至ったのである。

即ち、本発明合金は１重融％でＮ　ｉ　：　０．０５〜
０．４０％、　Ｂ　：　０．００５〜０．０６％、　Ｆ
　ｅ　：　０．５０〜１．５０％、　Ｓ　ｎ　：　０．
５０〜１．５０％、　Ｐ　：　０．０１〜Ｑ、１％。

Ｚ　ｎ　：　０．０５〜１．０％、残部がＣｕおよび不
可避的不純物からなり、マトリックス中にＦｅ−Ｎ１−
Ｐ系化合物が分散析出したｉ織を有する高強度高導電性
銅合金である。

未発１１合金の品持性は、該合金の製造に際して時効処
理を実施することにより更に有利に発揮される。これは
特許１４５７７４３号合金と同様重合金物が形成される
ためであり、更に該合金のはんだ耐候性を向とさせる役
目を果すＺｎは、これら化合物の形成を妨害することな
く、また溶解鋳造性、熱間加工性及び冷間加Ｅ性等も阻
害しないのである。

従って、本発明者らが意図した結晶ａ造を形成し得て、
本発明合金は良好な製造性と優れた経済性を有している
のである。

本発明合金の添加元素の添加理由並びにその含有量の限
定理由を説明すると次の通りである。

（＋）　Ｂについて、 ＢはＰと共に本発明合金の溶製昨における溶湯の脱酸に
重要な役割を果し、品質良好なインゴットを製造するの
に寄与する。

後記する比較例のＮ０１８のＢ無添加の試料と本願発明
合金の比較からも明らかなように、Ｂの添加によって伸
びが改善される。これはＢの脱酸効果により、銅マトリ
ツクス中の溶質酸素原子が減少して、加■−時の転位と
の相互作用が減少することがその主要因であると考えら
れる。

Ｂが０．００５　ＹＣＩ＆％未満では脱酸効果が十分で
はない、また、Ｂが多くなれば脱酸効果は向−卜するが
、ＢのＣｕ中への固溶限は室温で０．０６重に％近傍で
あり、この固溶限を越えるとＣｕとＢの化合物が形成さ
れてかえって加工性が劣化するようになる。従って１本
発明合金において、Ｂの添加量は０．００５〜０．０６
重Ｍ％とした。

（２）Ｎｉについて、 ＮｉはＣｕマトリックス中に固溶し１機械的強度及びｒ
Ｍ軟化性、更には耐食性を向上させるが、０．０５ｍｆ
Ｊ−％未満ではその効果は充分ではない。

方、０．４０重量％を越えて含有すると、導電率の低下
が顕著となる。従ってＮｉ含有星は０．０５〜０．４０
重Ｖ％とした。

（３）Ｆｅについて、 銅マトリツクス中に過飽和に固溶したＦｅは時効により
ＮｉおよびＰと化合物を形成して銅マトリツクス中に析
出し１強度を向りさせる。また、高温加熱時の結晶粒の
粗大化を阻止して耐軟化性を向丘させる。

Ｆｅ含有量が０．５０重ｔ％未満では前記化合物の銅マ
トリツクス中への析出が十分ではなく、強度と耐軟化性
の改善効果が不充分となる。また。

Ｆｅ含有是が１．５０重穢％を越えると導電性が低下し
て加工性も悪くなる。

従って１本発明合金においてＦｅは０．５０〜１．５０
重敬％含有させる。

（４）Ｓｎについて。

Ｓｎは銅マトリツクス中に固溶して強度と耐軟化性を向
上させる。しかし、Ｓｎ含有量が０．５０重量％未満で
はこの強度と耐軟化性の向り効果が充分でなく、一方Ｓ
ｎ含有量が１．５０重量％を越えると導電性が悪くなり
、また熱間加工性も悪くなる。この理由から、Ｓｎ含有
？は０．５０〜１．５０重量％とする。

（５）Ｐについて、 Ｐは溶製時の溶湯の脱酸効果と共に、Ｓｎ。

Ｆｅの酸化防止効果も有する。従って、品質良好なイン
ゴットを得るうえで１（要な（ＭＳをする。

そして、銅マトリツクス中に過飽刑に固溶したＰはＦｅ
およびＮｉと化合物を形成し、前述のように析出硬化に
寄墜する。Ｐ含有量が０．０１重量％未満では脱酸効果
が十分でなく０．１０重量％を越えると導電性が低下す
る。このため、Ｐ含有量は０゜０１−０．１０重量％と
した。

（６）Ｚｎについて、 Ｚｎは銅マトリツクス中に固溶し、他の添加元素と化合
物を形成しない、Ｚｎは蒸気圧が高くてＭ化し易いため
、ＢおよびＰと同様に脱酸効果があり、また溶解中の溶
湯を保護する役目を果す。

従って、添加元素の損失が減少し、成分コントロールが
し易くなる。

更に、Ｚｎははんだ付は後の経時変化において反応界面
即ち銅合金とはんだとの接合界面に優先的に拡散移動し
、ＣｕとＳｎとの間の化合物の形成を抑ル１する。＃述
のように本発明合金においてＦｅが反応界面にも移動し
てくるが、Ｚｎの移動速度の方が大で、従ってＦｅの偏
在による接着強度の低下が生じない。

つまり、Ｚｎは自ら拡散することにより、Ｃｕ−５ｎ間
の反応を抑制するのみでなく、Ｆｅの偏在を抑制する効
果を発現させ１本発明合金のはんだ耐候性を向上させる
のである。

この効果は、Ｚｎが０，０５重量％未満では不充分であ
り、またｔ、ｏ　＠Ｈ％を越えて添加すると、脱Ｚｎ現
象や応力腐食等が起きて電気伝導性を低下させる傾向が
ある。

以上のように、本発明合金は倍量％でＮｉ：０．０５〜
０．４Ｑ　％　、　　Ｂ　　二　０．００５　　〜０．
０１３　％　、　　　Ｆ　　ｅ　　：　　０．５０〜１
．５０％、　Ｓ　ｎ　：　０．５０〜１．５０％、　ｐ
　：　ｏ、ｏｔ　〜ｏ、ｔ。

％並びにＺｎを（１，０５〜１．０％をＣｕに含有させ
たことに特徴があり、これによってリード材等に要求さ
れる強度、導電性、耐軟化性、加工性並びｋはんだ付は
性、はんだ耐候性等を兼備した点で。

従来材にはない優れた効果を発揮するのである。

そして、これらの特性はＦｅ−Ｎｔ−Ｐ系の微細な化合
物を銅マトリツクス中に析出させる時効処理によって有
利に達成されるのである。

次に１本発明を実施例により具体的に説明する− （ニ）実施例 実施例１ 供試した合金の成分組成を第１表および第２表に示す。

第１．２表中の試料Ｎｏ、１−Ｎｏ、１Ｂの合金は、い
ずれも高周波大気溶解炉で溶製し、カーボン鋳型に鋳造
した。

このインゴットを８５０”Ｃｕで熱間圧延して板圧８禦
ｌの熱延板とし、この熱延板を通常の酸洗処理をした後
、冷間圧延して板圧４−■の冷延板とした０次いで、こ
の冷延板を５００℃で３０分の時効処理を行った。そし
て、酸洗処理した後、再び冷間圧延して板圧２聰諺の冷
延板とし、５００℃で３０分の時効処理を行った。

その後酸洗し、最駐仕ｔげ圧延して０．４１■の冷延板
とし、次に３７５℃で３０分のひずみ取り焼鈍を行い仕
りげた。

このようにして得られた各合金の引張強さ、伸び、導電
率、軟化温度、ｔ＆返し曲げ、及びはんだ付性を測定し
、その結果を第１表に、またはんだＩｆＦｌ＠性試験の
結果を第２表に併記した。

引張強さと伸びの測定はＪＩＳ−２２２４１に従い、導
電率の測定はＪＩＳ−ＨＯ５０５の方法によった。

軟化温度は試料を２００℃から６００℃の各温度で３０
分間加熱したときの加熱後の硬さが仕上げ冷延板の硬さ
の８０％となるときの温度とした。

経返し曲げは９０°曲げ（Ｒ＝０．４）を行った後、曲
げ戻しを行なってその時点で１回とし、試験片が破断す
るまでの回数をもって繰返し曲げ回数とした。

はんだ付は性ははんだ濡れ広がり試験を行ない、はんだ
濡れ面積が９５％以りを「良」とした。

はんだ耐候性試験は供試材に共晶はんだをはんだ付けし
、１５０℃大気中で所定時間保持した後、メツキ密着性
試験機（ＪＩＳ−）１８５０４）により２１１１１Ｂの
状ｙ魚を観察した。

剥離が起きる回数を剥離発生回数とした。また、各保持
時間につき各５個のサンプルの平均回数とした。

また、比較合金として第１表及び第２表に示す成分組成
の合金についても本発明合金と同様に製造および諸測定
試験を行ない、その結果を第１表及び第２表に併記した
。

第１表の結果から明らかなように、本発明合金であるＮ
ｏ、１−Ｎｏ、４は引張り強度が５５　Ｋｇｆ／ａｍ”
以］−１導電率は４０％以上の高い値を示し、かつ充分
な耐軟化性を有し、鰻返し曲げ回数も多く、はんだ付は
性も「良」である。

これに対して、比較合金Ｎ０９５とＮ０１６に示される
ように、本発明合金の成分組成範囲よりＰの多い合金は
過剰のＰのために導電率が低く、かつ伸びが低くて繰返
し曲げ性に劣り、はんだ付は性もｒ不良」である。

ＮＯ６７に示すＦｅの少ない比較合金は引張強度が著し
く低く、導電率も低い、また、Ｂが無添加のＮｏ、８合
金は前述したように伸びが低い、また、Ｓｎの少ないＮ
ｏ、９合金は強度が低く、Ｚｎの多いＮ。

、１０合金は導電率が本発明合金に比べて劣っている。

以上のように、本発明合金は高強度、高導電率、耐軟化
性、＆！返し曲げ性及びはんだ付は性を兼備した極めて
優れた銅基合金であることが分る。

次に、本発明合金ならびに比較合金のはんだ剥離試験を
行なった結果を第２表に併記したが、この結果から次の
ことが分る。

本発明合金である試料Ｎｏ、１４〜Ｎｏ、１Ｂは１００
時間でも全くはんだが剥離せず、５２４時間でＮｏ、１
４合金は１４回、　Ｎｏ、１５合金は１５回であり、Ｚ
ｎ量の比較的多いＮｏ、１６合金では２０回曲げを行な
っても全く剥離が生じない。

これに対して１本発明合金のＺｎ組成範囲より少ない（
即ちＺｎが０．０５％未満）　Ｎｏ、１１−Ｎｏ、１３
合金では１００時間で２０回未満ではんだが剥離してし
まう。

この結果から、前記した通りＺｎがはんだｌ１ｌ）ｌ候
性を向トさせる元素であることが分る。

通常電子部品用として信頼性の要求される基準としては
、大気中１５０℃で１００峙間の保持条件で２ｑａの発
生しない材料を合格としていることからしても、本発明
合金がはんだ耐候性に優れている合金であることが分る
。

（以下余白） （ホ）発明の効果 以−にから明らかなように、本発明合金は高強度、高導
電性、ＦＭ軟化性を有し、かつ綴返し曲げ性およびはん
だ付は性に優れており、更に優れたはんだ耐候性を有し
ているので、電気・電子用材料として最適な銅合金を提
供することができる。

特に、本発明合金ははんだ耐候性に優れているので、激
しい環境下での使用に充分に耐え、かつ安価で高性能で
あるので、リード材やコネクター等として好適な銅合金
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　重量％でＮｉ：０．０５〜０．４０％，Ｂ：０．００
   ５〜０．０６％，Ｆｅ：０．５０〜１．５０％，Ｓｎ：
   ０．５０〜１．５０％，Ｐ：０．０１〜０．１％，Ｚｎ
   ：０．０５〜１．０％，残部がＣｕおよび不可避的不純
   物からなり、マトリックス中にＦｅ−Ｎｉ−Ｐ系化合物
   が分散析出した組織を有する高強度高導電性銅合金。