TWI448569B - Cu-Si-Co based copper alloy for electronic materials and its manufacturing method - Google Patents

Cu-Si-Co based copper alloy for electronic materials and its manufacturing method Download PDF

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TWI448569B
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桑垣寬
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Description

電子材料用Cu-Si-Co系銅合金及其製造方法
本發明係關於一種析出硬化型銅合金,特別是關於一種適合使用於各種電子零件之Cu-Si-Co系銅合金。
連接器、開關、繼電器、接腳、端子、引線框架等各種電子零件所使用之電子材料用銅合金中,基本特性要求必須兼顧高強度與高導電性(或導熱性)。近年來,電子零件之高集成化及小型化、薄壁化迅速進步,與之相對應,對於電子機器零件中所使用之銅合金之要求水準越來越高。
就高強度及高導電性之觀點,作為電子材料用銅合金,析出硬化型之銅合金之使用量不斷增加,替代先前之以磷青銅、黃銅等為代表之固溶強化型銅合金。於析出硬化型銅合金中,藉由對經固溶處理之過飽和固溶體進行時效處理,微細之析出物均勻地分散,合金強度提高,同時銅中之固溶元素量減少、導電性提升。因此,可獲得強度、彈性等機械性質優異,且導電性、導熱性良好之材料。
於析出硬化型銅合金中,通常稱為卡遜系合金(Corson alloy)之Cu-Ni-Si系銅合金為兼具相對較高之導電性、強度、及彎曲加工性的代表性銅合金,且為業界目前正在積極地進行開發之合金之一。於該銅合金中,藉由使微細之Ni-Si系金屬間化合物粒子於銅基質中析出而謀求強度及導電率之提升。
最近,亦嘗試謀求增加Cu-Si-Co系銅合金之特性來取代Cu-Ni-Si。例如日本特開2010-236071號公報(專利文獻1)中記載有:為了得到具備作為電子材料用銅合金較佳的機械及電特性,且機械特性均勻的Cu-Co-Si系合金,而發明了一種電子材料用銅合金,其係含有Co:0.5~4.0質量%、Si:0.1~1.2質量%,剩餘部分由Cu及不可避免之雜質構成的電子材料用銅合金,該銅合金之平均結晶粒徑為15~30μm,每觀察視野0.5mm2 之最大結晶粒徑與最小結晶粒徑之差的平均為10μm以下。
作為該文獻中所記載之製造銅合金之方法,揭示有包含依序進行如下步驟之製造方法:- 步驟1,熔解鑄造具有所欲之組成之鑄錠;- 步驟2,於950℃~1050℃加熱1小時以上後進行熱壓延,將熱壓延結束時之溫度設為850℃以上,將自850℃至400℃之平均冷卻速度設為15℃/s以上進行冷卻;- 步驟3,加工度70%以上之冷壓延;- 步驟4,於350℃~500℃加熱1~24小時之時效處理;- 步驟5,於950℃~1050℃進行固溶處理,將材料溫度自850℃下降至400℃時之平均冷卻速度設為15℃/s以上;- 步驟6,任意之冷壓延;- 步驟7,時效處理;及- 步驟8,任意之冷壓延。
[專利文獻1]:日本特開2010-236071號公報
根據專利文獻1所記載之銅合金,雖然可獲得機械特性或電特性優異之電子材料用Cu-Si-Co系合金,然而彈性極限值尚留有改善之餘地。因此,本發明之課題之一在於提供一種提高彈性極限值之Cu-Si-Co系合金。又,本發明之另外之課題之一在於提供該種Cu-Si-Co系合金的製造方法。
本發明人等為了解決上述課題,反覆進行潛心研究後發現,若於特定之溫度及時間條件下對固溶處理後之時效處理以3階段實施多段時效,則除強度及導電性之外,彈性極限值亦獲得顯著提高。因此,對其原因進行調查後發現由X射線繞射法所獲得之壓延面之結晶方位具有如下特異性:位於相對於壓延面之{200}Cu面為55°(於測定條件方面,α=35°)之位置關係上之{111}Cu面的繞射峰中之β角度90°之峰高相對於銅粉末相同角度之峰高為2.5倍以上。雖然不清楚獲得該種繞射峰之理由,但認為是第二相粒子之微細的分佈狀態造成了影響。
以上述見解為基礎而完成之本發明於一態樣中,係一種銅合金,係含有Co:0.5~2.5質量%、Si:0.1~0.7質量%,剩餘部分由Cu及不可避免之雜質構成的電子材料用銅合金;於以壓延面為基準之X射線繞射極圖測定所得之結果中,由α=35°之β掃描所得之相對於{200}Cu面之{111}Cu面的繞射峰強度中,β角度90°之峰高相對於標準 銅粉末相同角度之峰高為2.5倍以上。
本發明之銅合金於另外一實施形態中,滿足下述式A與式B:式A:-55×(Co濃度)2 +250×(Co濃度)+520≧YS≧-55×(Co濃度)2 +250×(Co濃度)+370,及式B:60×(Co濃度)+400≧Kb≧60×(Co濃度)+275(式中,Co濃度之單位為質量%,YS為0.2%保證應力,Kb為彈性極限值)。
本發明之銅合金於又一實施形態中,YS為500MPa以上,且Kb與YS之關係滿足下述式C:式C:0.43×YS+215≧Kb≧0.23×YS+215(式中,YS為0.2%保證應力,Kb為彈性極限值)。
本發明之銅合金於又一實施形態中,Co之質量濃度對Si之質量濃度的比Co/Si滿足3≦Co/Si≦5。
本發明之銅合金於又一實施形態中,進一步含有未達1.0質量%的Ni。
本發明之銅合金於又一實施形態中,進一步含有總計最多2.0質量%之選自Cr、Mg、P、As、Sb、Be、B、Mn、Sn、Ti、Zr、Al、Fe、Zn及Ag之群中的至少1種元素。
本發明於另一態樣中,係一種銅合金之製造方法,包含依序進行如下步驟:- 步驟1,熔解鑄造具有上述任一組成之銅合金鑄錠;- 步驟2,於900℃以上且1050℃以下加熱1小時以上 後進行熱壓延;- 步驟3,進行冷壓延;- 步驟4,於850℃以上且1050℃以下進行固溶處理,將至400℃之平均冷卻速度設為每秒10℃以上來進行冷卻;- 步驟5,為第一時效處理,具有將材料溫度設為480~580℃加熱1~12小時之第一段、繼而將材料溫度設為430~530℃加熱1~12小時之第二段及繼而將材料溫度設為300~430℃加熱4~30小時之第三段,將自第一段起至第二段之冷卻速度及自第二段起至第三段之冷卻速度分別設為0.1℃/分鐘以上,將第一段與第二段之溫度差設為20~80℃,將第二段與第三段之溫度差設為20~180℃進行多段時效;- 步驟6,進行冷壓延;及- 步驟7,為於100℃以上且未達350℃進行1~48小時之第二時效處理。
本發明之銅合金之製造方法於一實施形態中,於步驟7之後,進一步含有酸洗及/或研磨步驟8。
本發明於又一態樣中,係一種伸銅品,係由本發明之銅合金構成。
本發明於又一態樣中,係一種電子零件,其具備本發明之銅合金。
根據本發明,可提供一種強度、導電性、彈性極限值均優異之電子材料用Cu-Si-Co系合金。
Co及Si之添加量
Co及Si係藉由實施適當之熱處理而形成金屬間化合物,可在不使導電率變差之下實現高強度化。
Co及Si之添加量若分別為Co:未達0.5質量%、Si:未達0.1質量%,則無法獲得所欲之強度,相反地,若Co:超過2.5質量%、Si:超過0.7質量%,則強度提高效果飽和,進一步彎曲加工性或熱加工性變差。因此,將Co及Si之添加量設為Co:0.5~2.5質量%、Si:0.1~0.7質量%。Co及Si之添加量較佳為Co:1.0~2.0質量%、Si:0.2~0.6質量%。
又,若Co之質量濃度對Si之質量濃度之比Co/Si過低,即Si對Co之比率過高,則由於固溶Si造成導電率降低或於退火步驟中於材料表層形成SiO2 之氧化皮膜而使焊接性變差。另一方面,若Co對Si之比例過高,則由於矽化物形成時所需要之Si不足故而難以獲得較高之強度。
因此,較佳為將合金組成中之Co/Si比控制在3≦Co/Si≦5之範圍,更佳為控制在3.7≦Co/Si≦4.7之範圍。
Ni之添加量
Ni藉由固溶處理等而再固溶,但於繼續之時效析出時生成與Si之化合物,且不太損害導電率地使強度上升。然而,若Ni濃度為1.0質量%以上,則未完全時效析出的Ni固溶於母相,且導電率下降。因此,於本發明之Cu-Si-Co系合金中,可添加未達1.0質量%之Ni。其中,若未達0.03質量%則其效果較小,故而較佳為添加0.03質量%以上 且未達1.0質量%,更佳為添加0.09~0.5質量%。
Cr之添加量
由於Cr於熔解鑄造時之冷卻過程中優先析出於晶界,故而可強化晶界,熱加工時變得不易產生破裂,且可抑制良率降低。即,於熔解鑄造時晶界析出之Cr藉由固溶處理等而再固溶,但於繼續之時效析出時生成以Cr作為主成分之bcc結構之析出粒子或與Si之化合物。於添加之Si量之中,無助於時效析出之Si會在保持固溶於母相之狀態下抑制導電率之上升,但藉由添加作為矽化物形成元素之Cr,使矽化物進一步析出,可降低固溶Si量,可不損害強度地使導電率上升。然而,若Cr濃度超過0.5質量%,特別是超過2.0質量%,則由於變得容易形成粗大之第二相粒子,故而損害製品特性。因此,於本發明之Cu-Si-Co系合金中,可添加最多2.0質量%之Cr。其中,若未達0.03質量%則其效果較小,故而較佳為添加0.03~0.5質量%,更佳為添加0.09~0.3質量%。
Mg、Mn、Ag及P之添加量
以微量添加Mg、Mn、Ag及P,即可不降低導電率地改善強度、應力緩和特性等製品特性。添加之效果主要是藉由固溶於母相中而發揮,但亦可藉由被含有於第二相粒子而發揮進一步之效果。然而,若Mg、Mn、Ag及P之總濃度超過0.5質量%,特別是超過2.0質量%,則特性改善效果飽和,且有損製造性。因此,於本發明之Cu-Si-Co系合金中,可添加總計最多2.0質量%之選自Mg、Mn、Ag 及P中之1種或2種以上,較佳為可添加最多1.5質量%。其中,若未達0.01質量%則其效果較小,故而較佳為總計添加0.01~1.0質量%,更佳為總計添加0.04~0.5質量%。
Sn及Zn之添加量
對於Sn及Zn,以微量添加,即可不降低導電率地改善強度、應力緩和特性、鍍敷性等製品特性。添加之效果主要藉由固溶於母相中而發揮。然而,若Sn及Zn總計超過2.0質量%,則特性改善效果飽和,且有損製造性。因此,於本發明之Cu-Si-Co系合金中,可添加總計最多2.0質量%之選自Sn及Zn中之1種或2種。其中,若未達0.05質量%則其效果較小,故而較佳為總計添加0.05~2.0質量%,更佳為總計添加0.5~1.0質量%。
As、Sb、Be、B、Ti、Zr、Al及Fe之添加量
對於As、Sb、Be、B、Ti、Zr、Al及Fe,亦可根據所要求之製品特性來調整添加量,藉此改善導電率、強度、應力緩和特性、鍍敷性等製品特性。添加之效果主要藉由固溶於母相中而發揮,但亦可藉由被含有於第二相粒子或形成新組成之第二相粒子而發揮進一步之效果。然而,若該等元素總計超過2.0質量%,則特性改善效果飽和,且有損製造性。因此,於本發明之Cu-Si-Co系合金中,可添加總計最多2.0質量%之選自As、Sb、Be、B、Ti、Zr、Al及Fe中之1種或2種以上。其中,若未達0.001質量%則其效果較小,故而較佳為總計添加0.001~2.0質量%,更佳為總計添加0.05~1.0質量%。
若上述Ni、Cr、Mg、P、As、Sb、Be、B、Mn、Sn、Ti、Zr、Al、Fe、Zn、及Ag之添加量總計超過2.0質量%,則易於損害製造性,故而較佳為使該等總計為2.0質量%以下,更佳為使該等總計為1.5質量%以下。
結晶方位
本發明之銅合金於以壓延面為基準之X射線繞射極圖測定所得的結果中,由α=35°之β掃描所得之相對於{200}Cu面之{111}Cu面的繞射峰強度中,β角度90°之峰高相對於標準銅粉末相同角度之峰高的比率(以下稱作「β角度90°之峰高比率」)為2.5倍以上。藉由控制{111}Cu面之繞射峰中β角度90°之峰高可提高彈性極限值的理由未必清楚,雖然僅為推測,但認為是使第1次時效處理成為3段時效,因此,由於第1段及第2段中析出之第2相粒子之成長及第3段中析出之第2相粒子,而使得於下一步驟之壓延中易累積加工應變,而於第2時效處理中織構會以累積之加工應變為驅動力而發展。
β角度90°之峰高比率較佳為2.8倍以上,更佳為3.0倍以上。純銅標準粉末係定義為325網眼(mesh)(JIS Z8801)之純度99.5%之銅粉末。
{111}Cu面之繞射峰中之β角度90°之峰高藉由以下順序測定。著眼於某一繞射面{hk1}Cu,相對於著眼之{hk1}Cu面之2 θ值(固定檢測器之掃描角2 θ),逐步進行α軸掃描,相對於角α值對試樣進行β軸掃描(0~360°為止之平面旋轉(自轉))的測定方法係稱作極圖測定。另外,於本 發明之XRD極圖測定中,將垂直於試樣面之方向定義為α 90°,並作為測定之基準。又,極圖測定係藉由反射法(α:-15°~90°)來測定。於本發明中,將相對於α=35°之β角度之強度作圖,將β=85°~95°之範圍內最高強度讀取為90°之峰值。
特性
本發明之銅合金於一實施形態中,可滿足下述式A與式B:式A:-55×(Co濃度)2 +250×(Co濃度)+520≧YS≧-55×(Co濃度)2 +250×(Co濃度)+370,及式B:60×(Co濃度)+400≧Kb≧60×(Co濃度)+275(式中,Co濃度之單位為質量%,YS為0.2%保證應力,Kb為彈性極限值)。
本發明之銅合金於較佳之一實施形態中,可滿足下述式A'與式B':式A':-55×(Co濃度)2 +250×(Co濃度)+500≧YS≧-55×(Co濃度)2 +250×(Co濃度)+380,及式B':60×(Co濃度)+390≧Kb≧60×(Co濃度)+285更佳為可滿足下述式A"與式B":式A":-55×(Co濃度)2 +250×(Co濃度)+490≧YS≧-55×(Co濃度)2 +250×(Co濃度)+390,及式B":60×(Co濃度)+380≧Kb≧60×(Co濃度)+ 295(式中,Co濃度之單位為質量%,YS為0.2%保證應力,Kb為彈性極限值)。
本發明之銅合金於一實施形態中,YS為500MPa以上,且Kb與YS之關係滿足下述式C:式C:0.43×YS+215≧Kb≧0.23×YS+215(式中,YS為0.2%保證應力,Kb為彈性極限值)。
本發明之銅合金於較佳之一實施形態中,YS為500MPa以上,且Kb與YS之關係可滿足下述式C':式C':0.43×YS+205≧Kb≧0.23×YS+225更佳為可滿足下述式C":式C":0.43×YS+195≧Kb≧0.23×YS+235(式中,YS為0.2%保證應力,Kb為彈性極限值)。
本發明之銅合金於一實施形態中,YS為500~800MPa,典型為600~760MPa。
製造方法
於卡遜系銅合金之通常之製造製程中,首先使用大氣熔解爐,熔解電解銅、Si、Co等原料,而獲得所欲之組成之熔液。繼而,將此熔液鑄造成鑄錠。其後,進行熱壓延,重複進行冷壓延與熱處理,加工成具有所欲之厚度及特性之條或箔。熱處理有固溶處理與時效處理。於固溶處理中,於約700~約1050℃之高溫進行加熱,使第二相粒子固溶於Cu基地中,同時使Cu基地再結晶。亦存在以熱壓延兼作固溶處理之情形。於時效處理中,於約350~約600℃之 溫度範圍加熱1小時以上,使於固溶處理中固溶之第二相粒子析出為奈米級之微細粒子。藉由此時效處理,強度與導電率會上升。為了獲得更高之強度,有時於時效前及/或時效後會進行冷壓延。又,於在時效後進行冷壓延之情形時,有時於冷壓延後會進行弛力退火(低溫退火)。
於上述各步驟之間隙可適當進行用以適當去除表面之氧化皮之磨削、研磨、珠粒噴擊酸洗等。
本發明之銅合金亦經過上述製造製程,但為了使最終所獲得之銅合金之特性在本發明規定之範圍內,嚴密控制熱壓延、固溶處理及時效處理條件是為重要。其原因在於,與先前之Cu-Ni-Si系卡遜合金不同,本發明之Cu-Co-Si系合金積極地添加第二相粒子之控制較難之Co作為用以時效析出硬化之必需成分。其原因在於,因為雖然Co與Si會一起形成第二相粒子,但其生成及成長速度對於熱處理時之保持溫度與冷卻速度敏感。
首先,因於鑄造時之凝固過程中不可避免地生成粗大的晶出物,於此冷卻過程中不可避免地生成粗大的析出物,故而需要於其後之步驟中將該等第二相粒子固溶於母相中。若於900℃~1050℃保持1小時以上,其後進行熱壓延,則Co可固溶於母相中。與其他卡遜系合金之情形相比,900℃以上之溫度條件係較高之溫度設定。若熱壓延前之保持溫度未達900℃,則固溶不充分,若超過1050℃,則材料有可能會熔解。又,較理想為於熱壓延結束後迅速地進行冷卻。
於固溶處理中,其目的在於使熔解鑄造時之結晶粒子或熱壓延後之析出粒子固溶,提高固溶處理之後之時效硬化能。此時,固溶處理時之保持溫度與時間、及保持後之冷卻速度變得重要。於保持時間為固定時間之情形時,若提高保持溫度,則可使熔解鑄造時之結晶粒子或熱壓延後之析出粒子固溶。
固溶處理後之冷卻速度越快越可抑制冷卻中之析出。於冷卻速度過慢之情形時,由於冷卻中第二相粒子粗大化,第二相粒子中之Co、Si含量增加,故而無法於固溶處理中進行充分之固溶,時效硬化能降低。因此,固溶處理後之冷卻較佳為設為急冷卻。具體而言,於850℃~1050℃進行固溶處理後,使平均冷卻速度為每秒10℃以上,較佳為15℃以上,更佳為每秒20℃以上而冷卻至400℃其效果較佳。並未特別規定上限,但根據設備之使用說明,設為每秒100℃以下。此處之“平均冷卻速度”係指測量自固溶溫度起至400℃之冷卻時間,由“(固溶溫度-400)(℃)/冷卻時間(秒)”計算出之值(℃/秒)。
於製造本發明之Cu-Co-Si系合金時,於固溶處理後分2階段進行輕度之時效處理,於2次時效處理之間進行冷壓延是為有效。藉此,可抑制析出物之粗大化,從而可獲得良好之第二相粒子之分佈狀態。而且,認為其最終與本發明之銅合金特有的結晶方位有所關聯。
本發明人發現,若將緊接在固溶處理後之第1時效處理於下述特定條件下設置為3段時效,則彈性極限值顯著 提高。雖然有藉由進行多段時效而提高強度及導電性之平衡之文獻,然而令人驚訝的是藉由嚴密控制多段時效之段數、溫度、時間、冷卻速度,彈性極限值亦會顯著提高。根據本發明人之實驗,1段時效或2段時效無法獲得此效果,且僅將第2時效處理設為3段時效,亦得不到充分之效果。
並無根據理論限制本發明之意圖,但認為藉由採用3段時效而使彈性極限值顯著提高之理由如下。本發明人認為使第1次時效處理為3段時效,藉此,由於第1段及第2段中析出之第2相粒子之成長及第3段中第2相粒子之析出,造成於下一步驟之壓延中織構會變得難以發展。
於3段時效中,首先,進行如下之第一段:使材料溫度為480~580℃加熱1~12小時。於第一段中目的在於提高第二相粒子之成核及成長所引起之強度、導電率。
若第一段中之材料溫度未達480℃或加熱時間未達1小時,則第二相粒子之體積分率較小,難以獲得所欲之強度、導電率。另一方面,於加熱至材料溫度超過580℃之情形或於加熱時間超過12小時之情形時,雖然第二相粒子之體積分率變大,但由於粗大化而導致強度降低之傾向變強。
第一段結束後,將冷卻速度設為0.1℃/分鐘以上,而過渡至第二段之時效溫度。設定為如此之冷卻速度之理由在於不使於第一段中析出之第二相粒子過度成長。其中,若冷卻速度過快,則下衝(undershoot)變大,故較佳為設為100℃/分鐘以下。此處之冷卻速度係藉由(第一段時效 溫度-第二段時效溫度)(℃)/(自第一段時效溫度起至到達第二段時效溫度之冷卻時間(分鐘))來測定。
繼而,進行將材料溫度設為430~530℃加熱1~12小時之第二段。其目的為:於第二段中藉由使於第一段中析出之第二相粒子於有助於提高強度之範圍內成長而提高導電率;及藉由於第二段中使第二相粒子重新析出(小於第一段中析出之第二相粒子)而提高強度、導電率。
若第二段中之材料溫度未達430℃或加熱時間未達1小時,則由於第一段中析出之第二相粒子幾乎不成長,故而難以提高導電率,又,由於無法於第二段中使第二相粒子重新析出,故而無法提高強度、導電率。另一方面,於加熱至材料溫度超過530℃之情形或於加熱時間超過12小時之情形時,於第一段中析出之第二相粒子過度成長,從而導致粗大化,強度降低。
若第一段與第二段之溫度差過小,則於第一段中析出之第二相粒子粗大化而引起強度降低,另一方面,若溫度差過大,則於第一段中析出之第二相粒子幾乎不成長,從而無法提高導電率。又,由於在第二段中第二相粒子變得難以析出,故而無法提高強度及導電率。因此,第一段與第二段之溫度差應為20~80℃。
第二段結束後,因與上述相同之理由,將冷卻速度設為0.1℃/分鐘以上而過渡至第三段之時效溫度。與自第一段過渡至第二段時相同,較佳為將冷卻速度設為100℃/分鐘以下。此處之冷卻速度係藉由(第二段時效溫度-第三 段時效溫度)(℃)/(自第二段時效溫度起達到第三段時效溫度之冷卻時間(分鐘))來測定。
繼而,進行將材料溫度設為300~430℃加熱4~30小時之第三段。其目的為:於第三段中使於第一段與第二段中析出之第二相粒子稍微成長,及重新生成第二相粒子。
若第三段中之材料溫度未達300℃或加熱時間未達4小時,則無法使於第一段與第二段中析出之第二相粒子成長,又,無法使第二相粒子重新生成,故而難以獲得所欲之強度、導電率及彈性極限值。另一方面,於加熱至材料溫度超過430℃之情形或於加熱時間超過30小時之情形時,於第一段與第二段中析出之第二相粒子過度成長而導致粗大化,故而難以獲得所欲之強度及彈性極限值。
若第二段與第三段之溫度差過小,則於第一段、第二段中析出之第二相粒子粗大化而導致強度及彈性極限值降低,另一方面,若溫度差過大,則於第一段、第二段中析出之第二相粒子幾乎無法成長,從而無法提高導電率。又,於第3段中第二相粒子變得難以析出,故而無法提高強度、彈性極限值及導電率。因此,第二段與第三段之溫度差應設為20~180℃。
於一個階段中之時效處理中,由於第2相粒子之分佈變化,故而原則是溫度設為固定溫度,但相對於設定溫度即使存在±5℃左右之變動亦無妨礙。因此,各步驟係於溫度之浮動幅度為10℃以內進行。
於第1時效處理後進行冷壓延。於該冷壓延中可藉由 加工硬化而補充於第1時效處理中之不足的時效硬化。為了達到所期望之強度級別,此時之加工度為10~80%,較佳為15~50%。但彈性極限值降低。進一步於第1時效處理中析出之細微粒子因差排而被剪斷,並再固溶而會導致導電率降低。
冷壓延後,重要的是於第2時效處理中提高彈性極限值與導電率。若將第2時效溫度設定較高,則彈性極限值與導電率上升,但於溫度條件過高之情形下,已經析出之粒子粗大化,變為過時效狀態,強度降低。因此,於第2時效處理中,為了實現導電率與彈性極限值之恢復,要注意於低於通常所進行之條件之溫度下長時間保持。其原因在於同時提高含有Co之合金系之析出速度之抑制與差排之再排列之效果。若列舉第2時效處理之條件之一例,可為於100℃以上且未達350℃之溫度範圍進行1~48小時,更佳為於200℃以上且300℃以下之溫度範圍進行1~12小時。
第2時效處理後即使於立刻在惰性氣體環境中進行時效處理之情形時,表面仍會些微氧化,焊料潤濕性(solder wettability)差。因此,於要求焊料潤濕性之情形時,可進行酸洗及/或研磨。酸洗之方法可使用眾所周知之任意手段。研磨之方法亦可使用眾所周知之任意手段。
本發明之Cu-Si-Co系合金可加工成各種伸銅品,例如板、條、管、棒及線,進一步,本發明之Cu-Si-Co系銅合金可使用於引線框架、連接器、接腳、端子、繼電器、 開關、二次電池用箔材等電子零件等。
[實施例]
將本發明之實施例與比較例一同示於下文,該等實施例係為了更好地理解本發明及其優點而提供,而非意圖限定發明。
於高頻熔解爐中以1300℃對含有表1中記載之各添加元素且剩餘部分由銅及雜質構成之銅合金進行熔鑄,鑄造成厚度30mm之鑄錠。繼而,將此鑄錠於1000℃加熱3小時後,熱壓延至板厚為10mm,且於熱壓延結束後迅速進行冷卻。繼而,為了去除表面之鏽皮而實施面削至厚度為9mm後,藉由冷壓延而製成厚度0.13mm之板。繼而,於850℃~1050℃進行120秒固溶處理,其後進行冷卻。冷卻條件為自固溶溫度起至400℃之平均冷卻速度設為20℃/s而進行水冷。繼而,於惰性環境中且於表1中記載之各條件下實施第一時效處理。各段中之材料溫度維持在表1中記載之設定溫度±3℃以內。其後,冷壓延至0.1mm,最後,於惰性環境中且於300℃花費3小時進行第二時效處理,從而製造各試片。
針對如此獲得之各試片,如下述般對合金特性進行測定。
關於強度,依據JIS Z2241進行壓延平行方向之拉伸試驗,測定0.2%保證應力(YS:MPa)。
關於導電率(EC:%IACS),係藉由利用雙電橋之體積電阻率測定而求出。
彈性極限值係依據JIS H3130,實施重複式彎曲試驗,自永久變形殘留之彎曲力矩測定表面最大應力。
關於β角度90°之峰高比率,係藉由上述測定方法,使用Rigaku公司製造之型號RINT-2500V之X射線繞射裝置而求出。
將各試片之試驗結果示於表2。
可知,實施例其β角度90°之峰高比率為2.5以上,強度、導電性及彈性極限值之平衡優異。
比較例No.8、比較例No.19~23、比較例N0.25~33係以二段時效進行第一時效之例。
比較例No.7係以一段時效進行第一時效之例。
比較例No.5係第1段之時效時間較短之例。
比較例No.11係第1段之時效時間較長之例。
比較例No.1係第1段之時效溫度較低之例。
比較例No.15係第1段之時效溫度較高之例。
比較例No.6係第2段之時效時間較短之例。
比較例No.10係第2段之時效時間較長之例。
比較例No.3係第2段之時效溫度較低之例。
比較例No.14係第2段之時效溫度較高之例。
比較例No.2及比較例No.9係第3段之時效時間較短之例。
比較例No.12係第3段之時效時間較長之例。
比較例No.4係第3段之時效溫度較低之例。
比較例No.13係第3段之時效溫度較高之例。
比較例No.16係自第2段至第3段之冷卻速度較低之例。
比較例No.17係自第1段至第2段之冷卻速度較低之例。
可知比較例中任一者其β角度90°之峰高比率均未達2.5,與實施例相比,強度、導電性及彈性極限值之平衡較 差。
雖然比較例18其β角度90°之峰高比率為2.5以上,但因Co濃度及Si濃度較低,故強度、導電性及彈性極限值之平衡比發明例差。
雖然比較例24其β角度90°之峰高比率為2.5以上,且強度、導電性及彈性極限值之平衡優異,但與實施例40相比,即便Co濃度增加0.5%其特性亦幾乎相同,於製造成本方面成為問題。
關於該等例子,將使YS為x軸、使Kb為y軸繪製之圖示於圖1,將使Co之質量%濃度(Co)為x軸、使YS為y軸而繪製之圖示於圖2,將使Co之質量%濃度(Co)為x軸,使Kb為y軸而繪製之圖示於圖3。根據圖1可知於實施例之銅合金中滿足0.43×YS+215≧Kb≧0.23×YS+215之關係。根據圖2可知於實施例之銅合金中可滿足式A:-55×(Co濃度)2 +250×(Co濃度)+520≧YS≧-55×(Co濃度)2 +250×(Co濃度)+370。根據圖3可知於實施例之銅合金中可滿足式B:60×(Co濃度)+400≧Kb≧60×(Co濃度)+275。
圖1係將YS設為x軸,將Kb設為y軸而對實施例及比較例繪製之圖。
圖2係將Co之質量%濃度(Co)設為x軸,將YS設為y軸而對實施例及比較例繪製之圖。
圖3係將Co之質量%濃度(Co)設為x軸,將Kb設 為y軸而對實施例及比較例繪製之圖。

Claims (7)

  1. 一種銅合金,其係含有Co:0.5~2.5質量%、Si:0.1~0.7質量%,剩餘部分由Cu及不可避免之雜質構成的電子材料用銅合金;於以壓延面為基準之X射線繞射極圖測定所得之結果中,由α=35°之β掃描所得之相對於{200}Cu面之{111}Cu面的繞射峰強度中,β角度90°之峰高相對於標準銅粉末相同角度之峰高為2.5倍以上且4.0倍以下。
  2. 如申請專利範圍第1項之銅合金,其滿足如下(a)及(b)任一者或兩者之組成條件:(a)進一步含有未達1.0質量%的Ni;(b)進一步含有總計最多2.0質量%之選自Cr、Mg、P、As、Sb、Be、B、Mn、Sn、Ti、Zr、Al、Fe、Zn及Ag之群中的至少1種元素。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之銅合金,其滿足下述式A與式B:式A:-55×(Co濃度)2 +250×(Co濃度)+520≧YS≧-55×(Co濃度)2 +250×(Co濃度)+370,及式B:60×(Co濃度)+400≧Kb≧60×(Co濃度)+275(式中,Co濃度之單位為質量%,YS為0.2%保證應力,Kb為彈性極限值)。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之銅合金,其中,YS為500MPa以上,且Kb與YS之關係滿足下述式C:式C:0.43×YS+215≧Kb≧0.23×YS+215 (式中,YS為0.2%保證應力,Kb為彈性極限值)。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之銅合金,其中,Co之質量濃度對Si之質量濃度的比Co/Si滿足3≦Co/Si≦5。
  6. 一種銅合金之製造方法,包含依序進行如下步驟:-步驟1,熔解鑄造具有申請專利範圍第1至5項中任一項之組成的銅合金鑄錠;-步驟2,於900℃以上且1050℃以下加熱1小時以上後進行熱壓延;-步驟3,進行冷壓延;-步驟4,於850℃以上且1050℃以下進行固溶處理,將至400℃之平均冷卻速度設為每秒10℃以上來進行冷卻;-步驟5,為第一時效處理,具有將材料溫度設為480~580℃加熱1~12小時之第一段、繼而將材料溫度設為430~530℃加熱1~12小時之第二段及繼而將材料溫度設為300~430℃加熱4~30小時之第三段,將自第一段起至第二段之冷卻速度及自第二段起至第三段之冷卻速度分別設為0.1℃/分鐘以上,將第一段與第二段之溫度差設為20~80℃,將第二段與第三段之溫度差設為20~180℃進行多段時效;-步驟6,進行冷壓延;及-步驟7,為於100℃以上且未達350℃進行1~48小時之第二時效處理。
  7. 如申請專利範圍第6項之銅合金之製造方法,其中,於該步驟7之後,進一步含有酸洗及/或研磨步驟8。
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