JPH10130755A - 剪断加工性に優れる高強度、高導電性銅合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気・電子部品用銅合金として要求される強
度、導電率、はんだ付け性、めっき性などの特性に優
れ、同時に剪断加工性にも優れた銅合金を得る。 【解決手段】 Ｆｅ：０．０５〜３．５ｗｔ％、Ｐ：
０．０１〜１．０ｗｔ％を含有し、Ｏが３００ｐｐｍ以
下であり、残部が実質的にＣｕと不可避不純物からなる
組成を有し、Ｆｅ、Ｃｕ−Ｆｅ化合物、Ｆｅ−Ｐ化合物
の１又は２以上が析出（及び晶出）している銅合金にお
いて、その粒径が０．０２μｍ未満のもの（小粒子）及
び０．０２μｍ〜１００μｍのもの（大粒子）が存在
し、小粒子／大粒子の数の比率が１以上である銅合金。
剪断加工性を向上させる観点から、小粒子／大粒子の粒
径（いずれも中央値）の比率が０．５以下であることが
好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えばリードフ
レーム、端子、コネクター、ばねなど電気電子部品に用
いられる銅合金において、特に、打抜き加工を含む複数
の剪断加工により製造された電気電子部品の「ばり」、
「だれ」及び残留応力が少なく、打抜き金型の摩耗が少
ないなど、剪断加工性に優れる高強度、高導電性銅合金
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般に、上記の各種電気電子部品
には、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−０．１ｗｔ％Ｚｒ）やＣ１８
９９０（Ｃｕ−２ｗｔ％Ｓｎ−０．１５ｗｔ％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】

【発明が解決しようとする課題】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。そのため、リードフレーム、端子などに対しても、
寸法精度の要求が非常に厳しくなり、たとえば、回路の
短絡防止のために「ばり」及び「だれ」のないこと、打
抜き後の平坦性を確保し例えばＩＣチップとリードフレ
ームのワイヤボンディング精度の向上を図るために、打
ち抜き後の残留応力も小さいことが切望されている。ま
た、打抜き加工の生産性向上のために打抜き加工に用い
られる金型の摩耗が小さく金型寿命が長いことが求めら
れている。

【０００４】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寸
法精度に関する厳しい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、したがって使用寿命が短くなる。

【０００５】本発明はリードフレーム、端子、コネクタ
ーなど電気・電子部品用銅合金として要求される強度、
導電率、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、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、金型の摩
耗を少なくして寿命を伸ばすなど、銅合金の剪断加工性
を向上させることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に関わる剪断加工
性に優れる高強度、高導電性銅合金は、Ｆｅ：０．０５
〜３．５ｗｔ％、Ｐ：０．０１〜１．０ｗｔ％を含有
し、Ｏが３００ｐｐｍ以下であり、残部が実質的にＣｕ
と不可避不純物からなる組成を有し、Ｆｅ、Ｃｕ−Ｆ
ｅ、Ｆｅ−Ｐ化合物の１又は２以上が析出している銅合
金において、その粒径が０．０２μｍ未満のもの（小粒
子）及び０．０２μｍ〜１００μｍのもの（大粒子）が
存在し、かつ小粒子／大粒子の数の比率が１以上である
ことを特徴とする。なお、本発明において上記の析出
は、いわゆる晶出（溶湯からの析出）を含むものとす
る。つまり、本発明の組成では、Ｆｅ含有量が多くなる
とＦｅ、Ｃｕ−Ｆｅ、Ｆｅ−Ｐ化合物の１又は２以上が
晶出し、その場合、析出粒子と晶出粒子の双方が含まれ
ることになるからである。この銅合金では、小粒子／大
粒子の粒径（いずれも中央値）の比率が０．５以下であ
ることが好ましい。

【０００７】また、上記銅合金は、上記成分に加えてＺ
ｎを０．００５〜５．０ｗｔ％含有し、さらに、Ｍｎ、
Ｍｇ、Ｃａの群（Ａ群）とＺｒ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ｂ
ｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔの群（Ｂ群）
を合わせたうちから１種又は２種以上を選択し、Ａ群か
ら選択した場合は合計で０．０００１〜１．０ｗｔ％、
Ｂ群から選択した場合は合計で０．００１〜１．０ｗｔ
％、Ａ群及びＢ群の双方から選択した場合は合計で１．
０％以下を含有することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明において、成分及び析出粒
子（Ｆｅ、Ｆｅ化合物（Ｃｕ−Ｆｅ、Ｆｅ−Ｐ、））の
析出状態（小粒子と大粒子の粒径、数の比率、粒径の比
率）を上記のように限定した理由を以下に説明する。

【０００９】［Ｆｅ量］Ｆｅには、合金の強度及び耐熱
性を確保する作用があると共に、化合物を後述する状態
に析出及び晶出させることにより剪断加工性を向上させ
る。しかし、その含有量が０．０５ｗｔ％未満であると
所望の強度及び耐熱性及び剪断加工性が得られず、一
方、３．５ｗｔ％を越える割合でＦｅを含有させると熱
間圧延時の加工性が低下すると共に、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、Ｆｅの含有量は０．０５〜３．５ｗｔ％と定めた。

【００１０】［Ｐ量］Ｐは、Ｆｅとの化合物を析出して
強度及び耐熱性を向上させると共に、化合物を後述する
状態に析出及び晶出させることにより剪断加工性を向上
させる。Ｐの含有量が０．０１ｗｔ％未満の場合は、化
合物の析出及び晶出が不十分であるため、所望の強度及
び耐熱性並びに剪断加工性が得られない。一方、Ｐの含
有量が１．０ｗｔ％を越える場合には、熱間加工時の加
工性が低下すると共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０．０１〜１．０ｗｔ
％と定めた。

【００１１】［Ｏ量］Ｏは、Ｐと合金中で反応しやすく
Ｐが酸化物として合金中に捕らえられていると後述する
化合物の析出を阻害し、そのため剪断加工性の向上効果
が低下する。また、はんだ付け性、めっき性などが低下
する。従って、Ｏの含有量は合計で３００ｐｐｍ以下と
定めた。好ましくは、１００ｐｐｍ以下、より好ましく
は７０ｐｐｍ以下である。

【００１２】［小粒子／大粒子の状態］粒径が０．０２
μｍ未満の小粒子は、主に合金の強度及び耐熱性を向上
させるが剪断加工性にはあまり寄与しない。一方、粒径
が０．０２μｍ以上の大粒子は合金の強度及び耐熱性の
向上にはあまり寄与しないが、剪断加工時に応力を集中
的に受け、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。また、剪断面に露出したものは、工
具と切屑間の潤滑作用をもたらし剪断抵抗を減少させ、
ひいては金型摩耗を減少させる。しかし、粒径が１００
μｍを越えるような粒子が存在すると、材料にＡｇめっ
きなどを行った場合に、局所的にめっき厚が厚くなる
（突起）などの不具合が発生するため、好ましくない。
粒子の上限は、好ましくは５０μｍ以下、さらに好まし
くは２０μｍ以下である。なお、１０μｍを越す粒子は
ほぼ全てが晶出粒子である。また、小粒子／大粒子の数
の比率が１未満の場合、強度及び耐熱性の向上効果が少
ない。一方、この比率が余り大きいと理論上剪断加工性
の向上効果が少なくなるが、大粒子を析出させるための
具体的加工熱処理条件（後述）では、この比率は大きく
ても１００〜１００００程度までの値であり、その比率
でも優れた剪断加工性が得られているので、現実には上
限値は問題にならない。強いていえば、１０⁸以下の比
率であれば剪断加工性の向上効果があるといえる。従っ
て、析出粒子の粒径を１００μｍ以下に限定し、その中
に粒径が０．０２μｍ未満の小粒子と０．０２μｍ〜１
００μｍの大粒子が存在することとし、かつ、小粒子／
大粒子の数の比率を１以上と定めた。さらに、小粒子／
大粒子の粒径（いずれも中央値）の比率が０．５より大
きい場合、同様に所望の剪断加工性の向上効果が少な
い。従って、小粒子／大粒子の粒径の比率を０．５以下
と定めた。

【００１３】なお、上記の析出の状態を得る方法として
は、たとえば以下の方法による。 １）Ｆｅの含有量が１ｗｔ％以上になると、晶出粒子の
粗大化が特に発生しやくすなるので、晶出粒子の寸法を
目的の範囲内とするには、Ｆｅ添加後溶湯を１２００℃
以上の温度に５分以上保持し、Ｆｅを完全に溶解させ、
鋳造温度〜凝固温度まで鋳型内での冷却速度を０．３℃
／秒以上とする。 ２）熱間圧延後の熱延材を水中急冷し、さらに冷間圧延
した材料を５００〜７００℃で１分〜２時間の加熱を行
って大粒子を析出させる。その後、さらに冷間圧延を加
え、今度は３００〜６００℃で３０分以上の加熱を行い
小粒子を析出させる。 ３）熱間圧延終了時に冷却する際に急冷せず、５００〜
７００℃で１分〜２時間保持して大粒子を析出させた後
急冷する。さらに冷間圧延を加えた後、今度は３００〜
６００℃で３０分以上の加熱を行って小粒子を析出させ
る。

【００１４】また、上記の析出及び晶出の状態を観察
し、小粒子と大粒子の数及び粒径を測定する方法として
は、例えば以下の方法が挙げられる。透過電子線顕微鏡
（ＴＥＭ）、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）及び光学顕微鏡
によりそれぞれ３０視野程度の観察を行い、画像解析装
置を用いて観察写真中の粒子サイズに対する粒子の数の
分布を測定する。透過電子線顕微鏡は０．１μｍ未満の
粒子の観察に、走査電子顕微鏡は０．１〜５μｍの粒子
の観察に、光学顕微鏡は５μｍ以上の大粒子の観察に用
いる。

【００１５】［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。この効果は含有量が
０．００５ｗｔ％未満の場合、所望の効果が得られな
い。一方、その含有量が５．０ｗｔ％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０．００５〜５．０ｗｔ％と定
めた。

【００１６】「Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃａ量］Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃａ
は、銅合金の熱間加工性の向上に寄与する。しかし、Ｍ
ｎ、Ｍｇ、Ｃａの１種又は２種以上の含有量が合計で
０．０００１ｗｔ％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１．０ｗｔ％を越えてく
ると上述した化合物の析出及び晶出を阻害し、ひいては
剪断加工性の向上を妨げる。また、導電率の低下も激し
くなる。従って、これらの元素の含有量は総量で０．０
００１〜１．０ｗｔ％と定めた。

【００１７】［Ｚｒ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｓｎ、
Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ量］これらの成分は銅合
金の強度を向上させる効果がある。しかし、これらの成
分の１種又は２種以上の含有量が合計で０．００１ｗｔ
％未満の場合、所望の効果か得られない。一方、その含
有量が合計で１．０ｗｔ％を越えてくると上述した化合
物の析出及び晶出を阻害し、ひいては剪断加工性の向上
効果を妨げる。また、導電率の低下も激しく、好ましく
ない。従って、これらの元素の含有量は合計で０．００
１〜１．０ｗｔ％と定めた。なお、これらの成分を上記
Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃａと共に含有する場合、合計含有量は
１．０ｗｔ％以下とする。

【００１８】［Ｈｆ、Ｔｈ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｓｒ、Ｐ
ｄ、Ｗ、Ｓ、Ｓｉ、Ｃ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｖ、Ｙ、Ｍｏ、Ｐ
ｂ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｂ、
ミッシュメタル量］これらの成分は、その１種又は２種
以上の含有量が合計で０．１ｗｔ％を越えた場合、上述
した化合物の析出を阻害し、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
０．１ｗｔ％以下と定めた。

【００１９】

【実施例】本発明に係わる剪断加工性に優れる高強度、
高導電性銅合金の実施例について、その比較例及び従来
例と共に説明する。表１〜４に示す成分組成の銅合金
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。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】

【表３】

【００２３】

【表４】

【００２４】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、実施例については、冷間圧延−大粒子析
出処理：５５０〜６５０℃×３０分−冷延−小粒子析出
処理：４５０〜５５０℃×２〜４時間−冷延によって、
厚さ０．２５ｍｍ、幅２０ｍｍの条を作製した。また、
大粒子析出処理及び小粒子析出処理条件を変えることに
より比較例の条を準備した。

【００２５】得られた条について、強度、導電率、耐熱
温度、Ａｇめっき性、はんだ耐熱剥離性、剪断加工性、
小粒子及び大粒子の状態（透過電子顕微鏡及び光学顕微
鏡で観察）について測定した。結果は表５〜６に示す通
りである。

【００２６】

【表５】

【００２７】

【表６】

【００２８】なお、Ａｇめっき性は、シアン系Ａｇめっ
きを厚さ１μｍ行った時に、局所的に厚さが厚くなる現
象（突起）の有無を実態顕微鏡で観察した。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１０００
Ｈｒ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の
１０％となる時の温度である。剪断加工性は、プレスに
より長さ３０ｍｍ、幅０．５ｍｍのリードを打抜き、リ
ード幅、「ばり」及び「だれ」量を測定して表した。

【００２９】析出及び晶出粒子は、透過電子線顕微鏡、
走査電子顕微鏡及び光学顕微鏡によりそれぞれ３０視野
の観察を行い、画像解析装置（株式会社ニレコ製、商品
名ルーゼックス）を用いて観察写真中の粒子サイズ（粒
径）に対する粒子の数の分布を測定した。具体的には、
透過電子線顕微鏡は、観察倍率６００００倍（観察面積
２μｍ²）で０．０２μｍより大きい粒子の粒径と数を
求め、０．０２μｍ以下の粒子については同一視野をさ
らに１５００００倍で観察し、最小粒径０．００３μｍ
までの粒子を測定した。走査電子顕微鏡では５０００倍
で０．１〜５μｍの粒子を、光学顕微鏡では４００倍で
５μｍ以上の粒子を観察した。なお、小粒子及び大粒子
のサイズはそれぞれ最も数の多い粒子の値（中央値）を
用いた。また、小粒子と大粒子のサイズの比は中央値の
比とした。

【００３０】表５〜６より、本発明合金Ｎｏ．１〜１２
は、強度、導電率、耐熱温度、Ａｇめっき性など電気電
子部品が要求する特性を具備した上で、剪断加工性が共
に優れている。なお、剪断加工性の向上は、「ばり」及
び「だれ」が小さい、リード幅寸法の高い精度という効
果となって表れ、また、「ばり」及び「だれ」が小さい
ことから、打ち抜き加工後の残留応力が小さくなってい
ることが推定できる。一方、比較例Ｎｏ．１３〜２４は
いずれかの性能が低いことがわかる。

【００３１】

【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、しかも、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）により製造した
とき、「ばり」、「だれ」並びに残留応力が小さく、そ
の寸法精度が良い。また、剪断加工性に優れるため、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。したがって、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 (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｆｅ：０．０５〜３．５ｗｔ％、Ｐ：
   ０．０１〜１．０ｗｔ％を含有し、Ｏが３００ｐｐｍ以
   下であり、残部が実質的にＣｕと不可避不純物からなる
   組成を有し、Ｆｅ、Ｃｕ−Ｆｅ化合物、Ｆｅ−Ｐ化合物
   の１又は２以上が析出している銅合金において、その粒
   径が０．０２μｍ未満のもの（以後、小粒子という）及
   び０．０２μｍ〜１００μｍのもの（以後、大粒子とい
   う）が存在し、かつ小粒子／大粒子の数の比率が１以上
   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。
2. 【請求項２】 小粒子／大粒子の粒径（いずれも中央
   値）の比率が０．５以下であ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。
3. 【請求項３】 さらに、Ｚｎを０．００５〜５．０ｗｔ
   ％含有することを特徴とする請求項１又は２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。
4. 【請求項４】 さらに、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃａのうち１種又
   は２種以上を合計で０．０００１〜１．０ｗｔ％含有す
   ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載され
   た剪断加工性に優れる高強度、高導電性銅合金。
5. 【請求項５】 さらに、Ｚｒ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ｂ
   ｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔのうち１種又
   は２種以上を合計で０．００１〜１．０ｗｔ％含有する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載された
   剪断加工性に優れる高強度、高導電性銅合金。
6. 【請求項６】 さらに、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃａのうち１種又
   は２種以上を合計で０．０００１〜１．０ｗｔ％と、Ｚ
   ｒ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎ
   ｉ、Ａｕ、Ｐｔのうち１種又は２種以上を合計で０．０
   ０１〜１．０ｗｔ％を、全体の合計で１．０％以下含有
   することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載さ
   れた剪断加工性に優れる高強度、高導電性銅合金。
7. 【請求項７】 Ｈｆ、Ｔｈ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｓｒ、Ｐ
   ｄ、Ｗ、Ｓ、Ｓｉ、Ｃ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｖ、Ｙ、Ｍｏ、Ｐ
   ｂ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｂ、
   ミッシュメタルのうち１種又は２種以上が合計で０．１
   ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項１〜６のいず
   れか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。