JPH06207233A - 電子電気機器用銅合金とその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 Ｓｎ：0.05〜８wt％，Ｐ： 0.005〜0.1 wt
％，Ｍｎ：0.03〜2.0 wt％を含み、更にＣｒ，Ｃｏ，Ｔ
ｉ，Ｚｒの何れか１種又は２種以上を合計0.05〜１wt％
を含み、残部Ｃｕからなる電子電気機器用銅合金。 【効果】 本発明によれば、Ｃｕ−Ｓｎ合金の優れた機
械的強度や精密加工性を活かしつつその欠点を改善した
もので電子電気機器、特に半導体リード材、コネクタ
ー、スイッチ、リレーなどの接点ばね、端子として強
度、導電性、メッキ性、半田付け性等の実用特性を満足
することができる等工業上顕著な効果を奏するものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子電気機器、特に半導
体リード材、コネクター、スイッチ、リレーなどの接点
ばね、端子等として強度、導電性、メッキ性、半田付け
性等の実用特性に優れた銅合金とその製造法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】電子電気機器の部品や部材にはＣｕ合金
が多用されているが、近時小型化、高密度化、高精度化
に加えて経済性が強く志向され、従来の純Ｃｕ、黄銅、
リン青銅に替ってより高性能と経済性が要求されるよう
になった。例えば黄銅に比べてはるかに機械的特性が優
れたリン青銅でも応力腐食割れ（ＳＣＣ）感受性に加え
て、電子電気用途に普遍的な半田接合の信頼性の問題が
大きい。これと同種の欠陥として電気接点や接続部に貴
金属に代えてＳｎやＳｎ−Ｐｂ合金（半田）メッキを用
いる場合、経時的に密着性が失なわれ、前記半田接合部
と同様に剥離現象を起す。これはＣｕとＳｎとの拡散反
応に起因する現象で 100℃以下の低温でも進行するた
め、特公昭51-41222号公報や特開昭49-108562 号公報に
例示される如く厚いＣｕやＮｉのバリヤー層をメッキ等
により予め形成する等余分の工程を必要とする。

【０００３】このため一部ではＣｕ−Ｆｅ合金、例えば
Ｃ１９４（ 2.3wt％Ｆｅ，0.12wt％Ｚｎ，0.03wt％Ｐ，
残部Ｃｕ）（以下wt％を％と略記）やＣ１９５（ 1.5％
Ｆｅ， 0.6％Ｓｎ， 0.2％Ｃｏ，0.03％Ｐ，残部Ｃｕ）
等が用いられている。これ等合金は多量のＦｅ分をリン
化物や金属単体状に析出分散させたもので、精密な曲げ
加工においてミクロクラックを起すばかりか、前記半田
接合の信頼性に劣る問題がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような状況下にお
いて、機械的強度や精密加工性の優れたＣｕ−Ｓｎ合金
について、下記の欠点欠陥の改善が強く望まれている。

【０００５】(1) 高価なＳｎを節約して同等の強度を発
揮させること。 (2) 強度と導電率は相反する関係にあるが、これをより
高い値で両立させること。 (3) ＳＣＣを起さないこと。 (4) 半田接合やＳｎ，Ｓｎ−Ｐｂ合金メッキの経時剥離
を起さないこと。 (5) 熱間加工において割れなどの欠陥を起さない製造上
有利な組成であること。 (6) 特別な設備を必要としない大気溶解鋳造で造られる
こと。

【０００６】

【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、電子電気機器、特に半導体リード材、コネ
クター、スイッチ、リレーなどの接点ばね、端子等とし
て強度、導電性、メッキ性、半田付け性等の実用特性に
優れた銅合金とその製造法を開発したものである。

【０００７】本発明銅合金としては、Ｓｎ：0.05〜８
％，Ｐ： 0.005〜0.1 ％，Ｍｎ：0.03〜2.0 ％を含み、
更にＣｒ，Ｃｏ，Ｔｉ，Ｚｒの何れか１種又は２種以上
を合計0.05〜１％を含み、残部Ｃｕからなることを特徴
とするものである。

【０００８】また本発明製造法は、Ｓｎ：0.05〜８％，
Ｐ： 0.005〜0.1 ％，Ｍｎ：0.03〜2.0 ％を含み、更に
Ｃｒ，Ｃｏ，Ｔｉ，Ｚｒの何れか１種又は２種以上を合
計0.05〜１％を含み、残部Ｃｕからなる合金を 700〜10
50℃で熱間加工してから、少なくとも 400℃まで15℃／
sec 以上の速度で冷却し、しかる後30％以上の冷間加工
を行なってから、 400〜 650℃で熱処理を施すことを特
徴とするものである。

【０００９】即ち本発明は上記組成の合金からなり、そ
のインゴットを 700〜1050℃で熱間加工してから、少な
くとも 400℃まで15℃／sec 以上の速度で冷却し、その
後30％以上の冷間加工を施し、しかる後 400〜 650℃で
熱処理を施すことにより造られる。また本発明合金は上
記熱処理後、更に加工して所望サイズに仕上げてから20
0 〜 400℃の低温焼鈍を施せば、強度を失うことなく、
伸びや応力緩和抵抗を向上することができる。更にコネ
クター、スイッチ、リレーなどのばね性を必要とする用
途では、Ｓｎ含有量を２〜８％、特に４〜７％とし、他
方半導体リード材や電気機器類のように導電性及び耐熱
性が重視されるものではＳｎ含有量を0.05〜３％、特に
0.1〜２％とする。

【００１０】

【作用】本発明合金はＣｒ，Ｃｏ，Ｔｉ，Ｚｒの析出を
併用したＣｕ−Ｓｎ固溶体合金であり、同一Ｓｎ量の合
金に対し、強度、導電率を向上することができる。添加
元素や組成にもよるが大略Ｓｎ量の１〜２％分に相当す
るので、経済的にも有利である。上記添加元素は金属単
体、Ｐとの化合物、特にＺｒはＣｕ₃ Ｚｒ，ＴｉはＴｉ
Ｓｎとして微小な析出物となり、Ｃｕ−Ｓｎ合金のＳＣ
Ｃ感受性を大巾に改善抑制することができる。

【００１１】本発明ではＰを 0.005〜0.1 ％以下と通常
のリン青銅のＰ量（ 0.1〜0.25％）より低濃度化し、替
りにＺｎやＭｎを脱酸剤として利用したものである。Ｐ
の低下は熱間加工時の割れの主因となるＣｕ−Ｐ、Ｃｕ
−Ｓｎ−Ｐ等の低融点相の形成を防止し、Ｓｎメッキや
半田付け性を大巾に改善する。即ち剥離したメッキや半
田接合部は何れも黒色を呈し、ＣｕやＳｎの他に濃縮し
たＰが検出される。これはメッキや半田とリン青銅との
界面に形成されるＣｕとＳｎの金属間化合物（η′相と
ε相）のうちリン青銅側のε相にリン青銅中のＰが拡散
濃縮し、ε相が一層脆化することにより、半田接合部の
強度を低下するものである。

【００１２】本発明はＰを 0.005〜0.1 ％以下に抑える
ことにより上記脆化現象を防止したもので、Ｍｎの添加
は上記脆化現象を防止するばかりか、熱間加工性の向上
や機械的性質をも改善する。上記のＺｎ、Ｍｎの作用の
メカニズムは不明であるが、ＣｕとＳｎとの拡散反応に
関与して脆化層の発生を抑止するものと推される。熱間
加工性はＣｕ−Ｓｎ合金、特にＳｎ３〜８％の高Ｓｎ合
金の課題であり、粒界におけるＳｎ偏析や、上記Ｐの作
用に因る。Ｃｒ，Ｃｏ，Ｔｉ，Ｚｒ等の添加元素も結晶
微細化して上記偏析を防止し、熱間加工性を改善するも
のである。またＶ，Ｍｇ，Ｂｅ，Ｆｅ，Ｔｅ，Ｓｂ，Ｂ
ｉ，Ｙ，希土類元素についても同様の効果が見られた。

【００１３】しかしてＭｎの含有量を0.03〜2.0 ％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、上限を越えると導電率や加工性、特に曲げ成形性を
低下させるためである。またＣｒ，Ｃｏ，Ｔｉ，Ｚｒの
何れか１種又は２種以上（以下Ｃｒ等と略記）の合計含
有量を0.05〜１％と限定したのは、0.05％未満では上記
効果を発揮し難く、１％を越えると冷間等の加工性を阻
害するためである。またＰ含有量を 0.1％以下と限定し
たのは、これを越える過剰の濃度では、上記改善効果が
実用的に発現され難いためである。即ち過剰のＰはＣｒ
等と結合し、Ｃｒ等の添加効果を減少せしめるばかり
か、加工性を阻害する。

【００１４】本発明合金は析出硬化を利用したものであ
り、700 〜1050℃の高温熱間加工後、15℃／sec 以上の
速度で少なくとも 400℃まで冷却するのは上記析出物の
析出を抑制するためであり、冷却速度が15℃／sec 未満
では粗大粒状析出を起し、上記の効果が得られない。ま
た30％以上の冷間加工を施してから 400〜 650℃で熱処
理するのは加工歪により均一微細な析出を起させるため
であり、加工率30％未満の加工歪では均一微細な析出が
得られない。

【００１５】

【実施例】表１に示す組成の合金を木炭被覆の黒鉛ルツ
ボにより溶解し、金型に鋳造して小型鋳塊（３kg）とし
てから外削し、厚さ10mmの板とした。これを 900℃に加
熱してから厚さ 1.2mmまで熱間圧延した。上り温度は 7
10〜 750℃であり、これを直ちに水冷した。 400℃迄の
冷却速度は約20℃／sec であった。これを酸洗してから
厚さ 0.6mm迄冷間圧延し、 550℃で30分間熱処理した。
更にこれを0.21mm迄圧延してから 310℃で20分間低温焼
鈍を行なった。これ等について導電率、引張強さ、伸
び、曲げ性、半田接合強度、ＳＣＣを調べ、その結果を
表２に示す。

【００１６】曲げ性は各種先端半径（Ｒ）の押し棒と90
°溝ダイスを用い、プレスにより折り曲げ、角部のミク
ロクラックを検査し、割れ発生のない最小Ｒと板厚
（ｔ）の比で比較した。半田接合強度はリード線を半田
付け（ 4.5mm² ）した後、 150℃に 300時間エージング
してからプル強度を測定し、半田接合の経時劣化を比較
した。ＳＣＣはJISC8306に従い、３ Vol％ＮＨ₃ ガス中
で40kg／mm² の定荷重をかけ、破断するまでの時間を求
めた。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】表１及び表２から明らかなように本発明合
金Ｎo.１〜６は何れの特性も優れており、従来のリン青
銅からなる比較合金Ｎo.９と比較し、同じ強度を得るの
にＳｎ量にして１％前後の節約ができ、かつ高い導電率
を示すことが判る。特に比較合金Ｎo.９では熱間圧延時
にコバ割れを起すばかりか、ＳＣＣをも起し、更に半田
接合強度も劣るのに、本発明合金Ｎo.１〜６では、熱間
圧延時にコバ割れを起すことがなく、ＳＣＣも抑制さ
れ、半田接合強度も改善されることが判る。

【００２０】これに対し本発明合金の組成範囲から外れ
る比較合金Ｎo.７〜９では、要求される特性の何れか一
つ以上が劣ることが判る。即ちＭｎやＣｒ等を含まない
比較合金Ｎo.９ではＳＣＣを起すばかりか、半田接合強
度も劣り、またＭｎの含有量が多い比較合金Ｎo.７では
導電率の低下が著しい。またＰ含有量の多い比較合金Ｎ
o.８では曲げ性が劣り、Ｃｒ等の含有量が多い比較合金
Ｎo.10では熱間圧延において割れが著しく、その後の加
工を中止した。

【００２１】尚比較のため表１中本発明合金Ｎo.１につ
いて熱間圧延後、空冷（2.1 ℃/sec）し、その後、冷間
圧延と熱処理を施したものは、引張強度61.0kg／mm² 、
伸び8.5 ％にすぎなかった。また上記実施例において表
１中本発明合金Ｎo.１について、熱処理前の冷間加工率
を35％と20％にしたところ夫々強度64.2kg／mm² 、60.8
kg／mm² であった。

【００２２】

【発明の効果】このように本発明によれば、Ｃｕ−Ｓｎ
合金の優れた機械的強度や精密加工性を活かしつつ上記
改善点 (1)〜(6) のすべてを改善したもので電子電気機
器、特に半導体リード材、コネクター、スイッチ、リレ
ーなどの接点ばね、端子として強度、導電性、メッキ
性、半田付け性等の実用特性を満足することができる等
工業上顕著な効果を奏するものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 篠崎 重雄 栃木県日光市清滝町500番地 古河電気工 業株式会社日光電気精銅所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｓｎ：0.05〜８wt％，Ｐ： 0.005〜0.1
   wt％，Ｍｎ：0.03〜2.0 wt％を含み、更にＣｒ，Ｃｏ，
   Ｔｉ，Ｚｒの何れか１種又は２種以上を合計0.05〜１wt
   ％を含み、残部Ｃｕからなる電子電気機器用銅合金。
2. 【請求項２】 Ｓｎ：0.05〜８wt％，Ｐ： 0.005〜0.1
   wt％，Ｍｎ：0.03〜2.0 wt％を含み、更にＣｒ，Ｃｏ，
   Ｔｉ，Ｚｒの何れか１種又は２種以上を合計0.05〜１wt
   ％を含み、残部Ｃｕからなる合金を 700〜1050℃で熱間
   加工してから、少なくとも 400℃まで15℃／sec 以上の
   速度で冷却し、しかる後30％以上の冷間加工を行なって
   から、 400〜 650℃で熱処理を施すことを特徴とする電
   子電気機器用銅合金の製造法。