JPS6345338A - 電子電気機器用銅合金とその製造法 - 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、特に半導体リード材、コネクタ
ー、スイッチ、リレーなどの接点は地、端子等として強
度、導電性、メツキ性、半田付は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。

〔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ぎい。これと
同種の欠陥として電気接点や接続部に白金属に代えてＳ
ｎヤ５ｎ−Ｐｂ合金（半田〉メツキを用いる場合、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号や特開昭４９−１０８５６２号に例示さ
れる如く厚いＣｕやＮｉのバリヤ一層をメツキ等により
予め形成する等余分の工程を必要とする。

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％５ｎ。

０．２％Ｃ０．０．０３％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、精密な曲げカＤ工におて
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。

（発明が解決しようとする問題点〕 このような状況下において、機械的強度ヤ精密加工性の
優れたＣｕ−３ｎ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。

（１）高価な３ｎ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）半田接合ヤ３ｎ、３ｎ−ｐｂ合金メツキの経時剥
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。

（問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、メツキ性、半
田付は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。

本発明銅合金としては、３ｎ０．０５〜８％とＰ０．０
００９％以下を含み、更にＺｎ０．１〜５％。

Ｍｎ０．０３〜２．０％の範囲内で何れか１種又は２種
と、Ｃｒ、Ｃ０．Ｔｉ、　Ｚｒの何れか１種又は２種以
上を合計０．０５〜１％とを含み、残部Ｃｕからなるこ
とを特徴とするものである。

また本発明製造法は、３ｎ０．０５〜８％とＰ０．００
０９％以下を含み、更にＺｎ０．１〜５％。

Ｍｎ０．０３〜２．０％の範囲内で何れか１種又は２種
と、Ｃｒ、Ｃ０．Ｔ　ｉ、Ｚｒの何れか１種文は２種以
上を合計０．０５〜１％とを含み、残部Ｃｕかうなる合
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ものである
。

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℃で熱間力０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２００〜４００℃の低温焼鈍を施ぜば、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３ｎ含有量を
０．０５〜３％、特に０．１〜２％とする。

（作　用） 本発明合金はＣｒ、Ｇ０．Ｔ　ｉ、　Ｚｒの析出をイＪ
［用したＣｕ−３ｎ固溶体合金であり、同一５ｎｆｆｉ
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３ｎ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、待にＺｒはＣＬＩ：＋Ｚｒ、Ｔ
ｉＧｔＴｉ３ｎとして微小な析出物となり、Ｃｕ−Ｓｎ
合金のＳＣＣ感受性を大巾に改善抑制することができる
。

本発明ではＰを０．０００９％以下、望ましくは０、０
００１〜０．０００９％とし、通常のリン青銅のＰ量（
０，１〜０．２５％）より極めて低濃度化し、熱間加工
時の割れの主因となるｃｕ−ｐ、ｃｕ−３ｎ−Ｐ等の低
融点相の形成を防止し、Ｓｎメツキや半田付は性を大巾
に改善する。即ち剥離したメツ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
。これはメツ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。更にＣｒ、Ｃｏ等と金属間化合物の析出物を
形成しやすく、熱延時に粗大化を示し、その後のＡｇや
Ａｕ等の貴金属とのメツキ密着性を阻害する。

一方０．０００１％以上のＰは湯流れに有効で１！！造
上有利に働く。

本発明はＰを０．０００９％以下に抑えることにより上
記脆化現象を特に防止したもので、ＺｎとＭｎの少なく
とも何れか１種（以下Ｚｎ等と略記）の添加は上記半田
接続部の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３ｎ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−３ｎ合金、特にＳｎ３〜８％の高３ｎ
合金の課題で必り、粒界における３ｎ偏析や、上記Ｐの
作用に因る。

Ｃｒ、Ｃ０．Ｔ　ｉ、Ｚｒ等の添７３０　元素モ結晶微
細化して上記偏析を防止し、熱間加工斗を改善するもの
である。またＶ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｆｅ。

Ｔｆ、Ｓｂ、Ｂ　ｉ、Ｙ、希土類元素についても同様の
効果が見られた。

しかしてＺｎの含有量を０．１〜５％、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を低下
させたり、ＳＣＣ感受性を再起させるためである。更に
Ｚｎ、１１，４ｎ単独では、それぞれ０．４〜５．０％
、０．１〜２．０％が望ましく、複合ではそれぞれ０．
１〜２．０％、　０．０３〜１．０％が良好で必る。ま
たＣｒ、Ｃ０．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．
０００９％以下と限定したのは、これを越える過剰の濃
度においても、上記改善効果は見られるが信頼性の面で
問題を生じやすいために限定した。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
、加工性やメツキ密着性を阻害する。

本発明合金は析出硬化を利用したものであり、７００〜
１０５０′Ｃ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（ワ
られない。また３０％以上の冷開加工を施してから４０
０〜６５０℃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。

〔実施例１〕 第１表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１０ｍの板とした。これを９００℃に加
熱してから厚さ１．２７１＋７１まで熱間圧延した。上
り温度は７１０〜７５０℃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０．６＃迄冷間圧延し、５５
０℃で３０分間熱処理した。更にこれを０．２１ｍ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メツキ密着性を調べ、その結果を第２表に示す
。

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、υ］れ発生のない最小Ｒと板厚（１）の比で
比較した。半田接合強度はリード線を半田付け（４，５
ｉ）　Ｌ／た後、１５０″Ｃ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、３Ｖｏ　１％ＮＨ３
ガス中で４０に３／７の定荷重をかけ、破断するまでの
時間を求めた。メツキ密着性は表面を０．３μエツチン
グしてから常法に従ってＡ９ストライクメツキ浴とＡｇ
厚メツキ浴を用いて厚さ３μのＡｇメツキを行ない、こ
れを４５０℃で５分間加熱して実体顕微鏡によりフクレ
の有無を調べ、フクレ無しを◎印、１〜２個をＯ印、３
個以上をＸ印で表わした。

第１表及び第２表から明らかなように本発明合金Ｎα１
〜９は何れの特性も優れており、従来のリン青銅からな
る比較台金Ｎα１０〜１１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ＮＱＩＯ〜１１では熱間圧延時にコバ割れ
を起すばかりか、ＳＣＣをも起し、更に半田接続強度も
劣るのに、本発明合金Ｎα１〜９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。

これに対し本発明合金の組成範囲から外れる比較合金Ｎ
０．１０〜１５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Ｚｎ等やＯｒ等を含まない比較
合金ＮＱＩＯ〜１１ではＳＣＣを起すばかりか、半田接
合強度も劣り、またＺｎ等の含有量が多い比較合金ＮＱ
１２．１３では導電率の低下が著しく、特にＺｎ含有口
の多い比較合金Ｎ０１２ではＳＣＣを起す。またＰ含有
量の多い比較合金Ｎ０１５では曲げ性が劣り、Ｃｒ等の
含有量が多い比較合金Ｎ０１４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。尚比較のため第
１表中本発明合金ＮＱ１について熱間圧延後、空冷（２
，１℃／５ｅＣ）シ、その後、冷間圧延と熱処理を施し
たものは、引張強度６２．１Ｋｇ／ｍｒＡ、伸び１０．
３％にすぎなかった。また上記実施例において第１表中
本発明合金Ｎα１について、熱処理前の冷間加工率を３
５％と２０％にしたところ夫々強度６２．５Ｋｇ／ｉ、
６１．２Ｎｇ／＃Ｉｉであった。

（実施例２） 第３表に示す組成の合金を実施例１と同様にして製造し
、その半田接続強度を調べた。その結果を第３表に併記
した。

半田接続強度は半田付は後１７５℃で５００時間エージ
ングしてからプル強度を測定した。

第３表 第３表から明らかなようにＰ含有量の少ない本発明合金
Ｎα１６〜１７は１７５℃，５００時間のエージング後
においても半田接合強度の経時劣化は見られないが、Ｐ
含有量の多い比較合金Ｎｏ−１８では経時劣化が著しい
ことが判る。

〔発明の効果〕

このように本発明によれば、Ｃｕ−３ｎ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、メツキ性、半田イ」
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おる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｓｎ０．０５〜８ｗｔ％とＰ０．０００９ｗｔ％
   以下を含み、更にＺｎ０．１〜５ｗｔ％、Ｍｎ０．０３
   〜２．０ｗｔ％の範囲内で何れか１種又は２種と、Ｃｒ
   、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｚｒの何れか１種又は２種以上を合計０
   ．０５〜１ｗｔ％とを含み、残部Ｃｕからなる電子電気
   機器用銅合金。
2. （２）Ｓｎ０．０５〜８ｗｔ％とＰ０．０００９ｗｔ％
   以下を含み、更にＺｎ０．１〜５ｗｔ％、Ｍｎ０．０３
   〜２．０ｗｔ％の範囲内で何れか１種又は２種と、Ｃｒ
   、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｚｒの何れか１種又は２種以上を合計０
   ．０５〜１ｗｔ％とを含み、残部Ｃｕからなる合金を７
   ００〜１０５０℃で熱間加工してから、少なくとも４０
   ０℃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。