JPS63266049A - 高力銅基合金の製造法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電子・電気機器、特に電子部品のリード材、ス
イッチ、端子、コネクター等の配器材やばね材として用
いられる高い強度と優れたメッキ性、半田接合性、耐食
性、耐熱性等を示す高力銅基合金の製造法に関するもの
である。

（従来の技術および発明が解決すべき問題点）電子機器
部品、例えば半導体（Ｔｒ、ＩＣ。

ＬＳＩ、ＶＬＳＩ等）のリードフレーム材、ヒートシン
ク材、電子部品のリード材、構成部品（コネクター、ス
イッチ、リレー等）のばね材。

各種端子材には多くの銅合金が利用されてきた。

近年電子機器部品の小型化、高性能化、高密度化に伴っ
てより高性能の合金が求められるようになり、特に最先
端にある半導体は高集積化が目覚しく、これに用いられ
るリード材には高い強度が要求されている。

強度の優れた代表的な銅合金としては、Ｃｕ−３ｎ−Ｐ
系、Ｃｕ−Ｎ　１−３ｎ系、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｐｂ系、Ｃｕ
−Ｎｉ−３ｉ系の合金が知られているが、これ等の合金
はその熱間加工性が乏しいか又は溶体化処理のための設
備投資やそれに伴う諸問題の解決が必要であり、これが
生産性を著しく低下せしめてコスト高の一因となってい
る。

このような熱間加工性に乏しい合金の場合でも、材料製
造には熱間加■は不可欠であり、そのため様々の方法が
考えられているか以下の問題点を克服していない。

（１）熱延時に大気中での高温加熱が必要なため、この
処理中に材料表面に多層、多量の酸化スケールが発生し
、また熱間加工時にもこの酸化スケールが発生する。そ
こでその除去のため、多大な研削が必要となり、材料歩
留りの低下が起きると共に、添加元素の内部酸化や圧延
時の酸化スケールの巻き込み等によって内部欠陥を生じ
、半田付は性やメッキ密着性を低下させる原因となる。

（２）大気加熱による再熱割れ並びに熱間加工時の割れ
による歩留りの低下と生産コストの増加をもたらす。

（３）熱間加工時に材料を高温に加熱するため、多くの
エネルギーとそれに伴う設備投資が必要であり、生産コ
ストの増加を招く。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明はこれに鑑み種々検問の結果、上記諸問題の発生
源となる熱間加工を省略した高力銅基合金の製造法を開
発したものである。

即ち本発明製造法は、Ｓｎ１．５〜１０ｗｔ％（以下ｗ
ｔ％を単に％と略記）、Ｎｉ０．１〜１０％。

Ｓｉ０．１〜５％を含み、又はこれにＺｎ２．５％以下
、Ｆｅ２．５％以下、Ｍｎ２．５％以下、ＣＯ２，５％
以下、Ａｌ２゜５％以下、Ｍ！７０．５％以下。

Ａｓ０．５％以下、　Ｃａ０．５％以下、Ｖ０．５％以
下、Ｙ０．５％以下、希土類元素０．５％以下。

Ｉｎ０．５％以下、Ｐｂ０．５％以下、３ｂ０．５％以
下、３ｉ０．５％以下、Ｔｅ０．５％以下、Ａｇ０．５
％以下、Ａｕ０．５％以下、Ｐ０．５％以下。

８０．５％以下、Ｃｒ０．５％以下、Ｑａ０．５％以下
、Ｔｉ０．５％以下、Ｚｒ０．５％以下、Ｇｅ０．５％
以下の範囲内で何れか１種又は２種以上を合計３．０％
以下含み、残部Ｃｕと不可避的不純物からなる銅合金を
連続鋳造後、鋳塊表面の偏析層及び鋳塊欠陥を研削して
除去する工程と、研削した鋳塊を２０〜９５％の加工率
で冷間加工し、しかる後非酸化性雰囲気中３００〜９５
０℃で５秒〜２４時間加熱後、０．０１〜ｂ で冷却する工程と、冷却した材料の表面を酸洗又は研削
又はこれ等の組み合せにより清浄化した後、５〜９０％
の加工率で冷間加工し、しかる後非酸化性雰囲気中２０
０〜６５０℃で５秒〜２４時間熱処理することを１回以
上繰返す工程とからなることを特徴とするものである。

〔作　用〕

本発明において、使用する合金の組成を上記の如く限定
したのは次の理由によるものである。

３ｎ、Ｎｉ及びＳｉは、合金の強度を高めるためで、そ
れぞれ下限未満では十分な強度が１９られず、上限を越
えると高い強度は１ワられるが、冷間加工性や曲げ成型
性の低下が著しく、更に半田付は性やメッキ密着性を低
下するためである。

Ｚｎ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃ０．ＡＪ！、Ｍ９．ＡＳ。

Ｃａ、Ｖ、Ｙ、希土類元素（ＲＥ）、Ｉｎ。

Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂ　ｉ、Ｔｅ、Ａｇ、ＡＵ、Ｐ、Ｂ。

Ｃｒ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｇｅ　（以下副成分という）
は、何れも強度を向上すると共に半田付は性、メッキ密
着性及び鋳造性を改祝するためで、それぞれ上限を越え
るか、又は２種以上の合計が３％を越えると、逆に鋳造
性、半田付は性及びメッキ密着性を劣化するためである
。

次に連続鋳造した鋳塊は、鋳造時の欠陥や偏析を除去す
るために機械的又は／及び化学的に表層を研削し、これ
に冷間加工を施すのは、次の加熱処理により再結晶させ
るためで、この冷間加工の加工率を２０〜９５％と限定
したのは、２０％未満では次の加熱処理により再結晶を
起こさせるのに不十分であり、９５％を越えると材料組
織の不均一性を招くためである。冷間加工後の加熱処理
温度を３００〜９５０℃と限定したのは３００　’Ｃ未
満では材料の再結晶が不十分であり、９５０　’Ｃを越
える温度では粗大な結晶粒を生じ、その後の特性を劣化
させるためである。また加熱処理時間を５秒〜２４時間
と限定したのは、５秒未満では再結晶を伴う焼鈍の効果
がなく、２４時間を越える加熱処理は生産性を低下させ
てコスト高の要因となる。また加熱処理後の冷却速度を
０．　ｏｉ〜５００℃／秒と限定したのは、冷却速度が
０．０１℃／秒未満では冷却終了までの１４間が長く、
生産性を低下せしめると共に、Ｃｒの粗大析出物の成長
を誘発する原因となり、５００℃／秒を越えると、冷却
に伴う温度差により材料変形の問題を生じるためである
。

更に加熱処理後冷却した材料を溶解又は／及び研削によ
り材料表面を清浄化するのは、製造工程中における材料
酸化や冷間圧延時の圧延油の付着に伴う加熱処理時の変
色等を除去するためのもので、これをそのまま放置して
製品化すると、半田付は性やメッキ密着性の著しい低下
を引き起し、信頼性を大きく損ねる。これを防止するた
めに酸やパフ等により溶解又は／及び研削を行ない、表
面欠陥部を除去する事により、上記特性の劣化を抑える
ことができる。除去量としては０．１〜５μ７ｎ程度が
望ましく、これを越えると逆に表面が荒れ、半田付は性
やメッキ密着性を低下する。この表面清浄化した材料に
冷間加工を施すが、その加工率を５〜９０％と限定した
のは、５％未満の加工では材料の平坦度や面粗度を良好
にすることができず、また求める強度も得られず、９０
％を越える加工は材料組織の不均一性を招くためである
。更にその後の熱処理を２００〜６５０’Ｃで５秒〜２
４時間と限定したのは、仕上げ加工後の熱処理では調質
と内部歪を除去し、中間焼鈍では以後の加工を容易にす
るためで、この範囲外では所望とする特性が１ｑられな
い。

尚、上記表面清浄化、冷間加工及び熱処理は適宜繰返し
行なう事により、平滑で表面欠陥のない表面性に優れた
高強度かつ伸びの優れた材料を得ることができる。しか
して仕上げ加工後の熱処理は２００〜５６０℃で５秒〜
２４時間と再結晶温度以下とし、中間焼鈍は４００〜６
５０℃で１０秒〜２４時間と再結晶領域で行なうことが
望ましい。また上記加熱処理及び熱処理を非酸化性雰囲
気中で行なうのは材料の表面及び内部酸化を抑制するた
めである。また本発明は最終的に歪とりと形状矯正のた
め、テンションレベラーやテンションアニール等を行な
うことにより所望の特性に調整することもできる。

〔実施例〕

第１表に示す組成の合金について、水平連続鋳造した鋳
塊（厚さ１０ｍ）を片面あたり０．５ｍ面削し、これを
厚さ１．５ｍまで冷間圧延した侵、６１０℃で２時間加
熱処理し、しかる後０．０３℃／秒の速度で冷却した。

続いて冷却した材料の表面を清浄にしてから厚さ０．４
２７１１１１１まで冷間圧延した後、４８０℃で１時間
熱処理し、しかる後０．０３’Ｃ／秒の速度で冷却した
。次に冷却した材料の表面を再び清浄にしてから厚さ０
．２５ｍまで冷間圧延した後、３００℃で２時間熱処理
し、しかる後０，０５℃／秒の速度で冷却した。これ等
について引張強ざ、伸び１曲げ成型性、半田接合強度及
びメッキ密着性を調べた。その結束を第１表に併記した
。

尚曲げ成型性は先端半径（Ｒ）の異なる９０’ダイスで
折り曲げ、マイクロクラックの発生を調べ、クシツクの
発生する先端半径（Ｒ）と板厚（１）の比（Ｒ／ｌ）で
表わした。折り曲げ軸は圧延方向と平行な方向について
行なった。半田接合強度は直径１２ｍの面に引張用リー
ド線を共晶半田付（プした後、１５０℃で６００時間保
持してから引張試験を行なった。またメッキ密着性につ
いてはホウフッ化物浴を用いて５ｎ−５％Ｐｂ合金を７
．５μｍの厚さにメッキした後、１０５℃で１０００時
間保持し、しかる後１８０°に折曲げて、折曲げ部のメ
ッキ層の剥離を検鏡した。

次に第１表に示すＮＯ３の合金について、水平連続鋳造
したｖｉ塊（厚さ１０ｍ　＞を片面あたり０．５ｍ面削
し、これを厚さ１．５ｍまで冷間圧延した後、加熱処理
を第２表に示す条件で行ない、続いて表面清浄にしてか
ら厚さ０．４２ｍまで冷間圧延した後、４８０　’Ｃで
１時間熱処理し、しかるｉＨ，ｏ３℃／秒の速度で冷却
した。続いて材料の表面を再び清浄にしてから厚さ０．
２５＃まで冷間圧延した後、３００℃で２時間熱処理し
、しかる後０．０５℃／秒の速度で冷却した。これ等に
ついて上記と同様にして引張強さ、伸び１曲げ成型性、
半田接合強度及びメッキ密着性を調べた。

その結果を第２表に併記した。

次に第１表に示すＮ０．　５の合金について、水平連続
ｖｉ造した鋳塊（厚さ１０ｍｍ＞を片面あたり０．５＃
１１面削し、これを厚さ１．５ｍまで冷間圧延した後、
５８０’Ｃで５時間加熱処理し、しかる俊０．０２℃／
秒の速度で冷却した。続いて冷却した材料の表面を清浄
にしてから第３表に示す加工率で冷間圧延し、これを３
００℃で２時間熱処理し、しかる後０．０５℃／秒の速
度で冷却した。これらについて上記と同様にして引張強
ざ、伸び。

曲げ成型性、半田接合強度及びメッキ密着性を調べた。

その結果を第３表に併記した。

次に第１表に示すＮα５の合金について、水平連続鋳造
した鋳塊（厚さ１０ｍ）を片面あたり０．５ａｎ而削し
、これを厚さ１．５履まで冷間圧延した後、６１０℃で
２時間加熱処理し、しかる後０．０３℃／秒の速度で冷
却した。続いて冷却した材料の表面を清浄にしてから厚
さ０．４２Ｍまで冷間圧延した後、４８０℃で１時間熱
処理し、しかる後０．ｂ 表面清浄にしてから厚さ０．２５Ｍまで冷間圧延した後
、第４表に示す条件で熱処理した。これらについて上記
と同様にして引張強ざ、伸び２曲げ成型性、半田接合強
度及びメッキ密着性を調べた。その結果を第４表に併記
した。尚実施例における加熱処理及び熱処理は何れもＮ
２ガス中で行なった。

第１表〜第４表から明らかなように、本発明法Ｎ０．１
〜１１．　Ｎ０．１２〜１４．　Ｎ（１１８〜２１及び
Ｎ０．２４〜２７によるものは何れ゛ｂ引張強さ６８Ｋ
ｙ　ｆ　／−以上、伸び９．５％以上、曲げ成型性０．
８以下、半田接合強度０．９ＫｃＪｆ／Ｉｒｕ７１以上
の特性を示し、かつメッキ密着性も良いことが判る。

これに対し本発明で規定する製造条件より外れる比較法
Ｎα１５〜１７．　Ｎ０．２２〜２３．　Ｎ０．２８〜
２９では上記特性の何れか１つ以上が劣化していること
が判る。

（発明の効果〕 本発明製造法は処理中に材料表面の酸化スケールの発生
、内部酸化、酸化スケールの巻込み等の問題点の発生源
となる熱間加工を省略し、特性の優れた高力銅基合金を
製造するもので、熱間加工時の材料を高温に加熱するた
めの多くのエネルギーとそれに伴う設備投資を必要とせ
ず、歩留りを向上し、生産コストを低減することができ
る等、工業上顕著な効果を奏するものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｓｎ１．５〜１０ｗｔ％、Ｎｉ０．１〜１０ｗｔ％、Ｓ
   ｉ０．１〜５ｗｔ％を含み、又はこれにＺｎ２．５ｗｔ
   ％以下、Ｆｅ２．５ｗｔ％以下、Ｍｎ２．５ｗｔ％以下
   、Ｃｏ２．５ｗｔ％以下、Ａｌ２．５ｗｔ％以下、Ｍｇ
   ０．５ｗｔ％以下、Ａｓ０．５ｗｔ％以下、Ｃａ０．５
   ｗｔ％以下、Ｖ０．５ｗｔ％以下、Ｙ０．５ｗｔ％以下
   、希土類元素０．５ｗｔ％以下、Ｉｎ０．５ｗｔ％以下
   、ｐｂ０．５ｗｔ％以下、Ｓｂ０．５ｗｔ％以下、Ｂｉ
   ０．５ｗｔ％以下、Ｔｅ０．５ｗｔ％以下、Ａｇ０．５
   ｗｔ％以下、Ａｕ０．５ｗｔ％以下、Ｐ０．５ｗｔ％以
   下、Ｂ０．５ｗｔ％以下、Ｃｒ０．５ｗｔ％以下、Ｇａ
   ０．５ｗｔ％以下、Ｔｉ０．５ｗｔ％以下、Ｚｒ０．５
   ｗｔ％以下、Ｇｅ０．５ｗｔ％以下の範囲内で何れか１
   種又は２種以上を合計３．０ｗｔ％以下含み、残部Ｃｕ
   と不可避的不純物からなる銅合金を連続鋳造後、鋳塊表
   面の偏析層及び鋳塊欠陥を研削して除去する工程と、研
   削した鋳塊を２０〜９５％の加工率で冷間加工し、しか
   る後非酸化性雰囲気中３００〜９５０℃で５秒〜２４時
   間加熱後、０．０１〜５００℃／秒の冷却速度で冷却す
   る工程と、冷却した材料の表面を酸洗又は研削又はこれ
   等の組み合せにより清浄化した後、５〜９０％の加工率
   で冷間加工し、しかる後非酸化性雰囲気中２００〜６５
   ０℃で５秒〜２４時間熱処理することを１回以上繰返す
   工程とからなる高力銅基合金の製造法。