WO2015087624A1 - 電子・電気機器用銅合金、電子・電気機器用銅合金塑性加工材、電子・電気機器用部品及び端子 - Google Patents

電子・電気機器用銅合金、電子・電気機器用銅合金塑性加工材、電子・電気機器用部品及び端子 Download PDF

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copper alloy
copper
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優樹 伊藤
牧　一誠
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三菱マテリアル株式会社
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    • H01B1/02—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of metals or alloys
    • H01B1/026—Alloys based on copper

Definitions

  • the present invention relates to a copper alloy for electronic / electric equipment used as a terminal for a connector of a semiconductor device, a movable conductive piece of an electromagnetic relay, or a component for electronic / electric equipment such as a lead frame, and an electronic / electronic device using the same.
  • the present invention relates to a copper alloy plastic working material for electrical equipment, parts for electronic and electrical equipment, and terminals.
  • Non-Patent Document 1 a copper alloy having high proof strength is desirable as a copper alloy used as a component for electronic and electrical equipment such as a terminal such as a connector, a relay, and a lead frame.
  • Cu—Mg alloys described in Non-Patent Document 2, and Patent Document 1 are described as copper alloys used for electronic and electrical device parts such as terminals such as connectors, relays, and lead frames.
  • Cu-Mg-Zn-B alloys and the like have been developed.
  • these Cu—Mg alloys as can be seen from the Cu—Mg phase diagram shown in FIG. 1, when the Mg content is 3.3 atomic% or more, solution treatment and precipitation treatment are performed.
  • An intermetallic compound composed of Cu and Mg can be deposited. That is, these Cu—Mg alloys can have relatively high electrical conductivity and strength by precipitation hardening.
  • Non-Patent Document 2 and Patent Document 1 a large amount of coarse intermetallic compounds containing Cu and Mg are dispersed in the parent phase. Since these intermetallic compounds sometimes start from cracks and the like, there is a problem in that it is impossible to mold parts for electronic / electric equipment having complicated shapes. In particular, electronic and electrical equipment parts used in consumer products such as mobile phones and personal computers are required to be smaller and lighter. Copper alloys for electronic and electrical equipment that have both strength and bending workability. Is required. However, in a precipitation hardening type alloy such as the above-described Cu—Mg alloy, bending workability is significantly reduced when the strength and proof stress are improved by precipitation hardening. For this reason, it was not possible to mold a thin and complicated part for electronic / electric equipment.
  • Patent Document 2 proposes a work-hardening type copper alloy of a Cu—Mg supersaturated solid solution produced by quenching a Cu—Mg alloy after solution.
  • This Cu—Mg alloy has an excellent balance of strength, electrical conductivity, and bendability, and is particularly suitable as a material for the above-mentioned parts for electronic and electrical devices.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and is excellent in strength and bending workability, in particular, a copper alloy for electronic / electric equipment having excellent bending workability of GW and high strength of BW,
  • An object is to provide a copper alloy plastic working material for electric equipment, parts for electronic and electric equipment, and terminals.
  • the copper alloy for electronic and electrical equipment includes Mg in a range of 3.3 atomic% to 6.9 atomic%, with the balance being substantially Cu and Strength calculated from tensile strength TS TD when tensile test is performed in a direction perpendicular to the rolling direction, and strength TS LD when tensile test is performed in a direction parallel to the rolling direction.
  • the ratio TS TD / TS LD is characterized by exceeding 1.02.
  • the copper alloy for an electrical and electronic equipment having the above-mentioned requirements, and strength TS TD when performing the tensile direction orthogonal test to the rolling direction, when subjected to a tensile test in a direction parallel to the rolling direction
  • the intensity ratio TS TD / TS LD calculated from the intensity TS LD exceeds 1.02. For this reason, since there are many ⁇ 220 ⁇ planes in a plane perpendicular to the normal direction to the rolling surface, excellent bending is achieved when bending is performed so that the bending axis is perpendicular to the rolling direction. While having workability, strength TS TD when a tensile test is performed in a direction orthogonal to the rolling direction is increased. Therefore, it is excellent in the moldability of the small terminal mentioned above.
  • the average number of intermetallic compounds mainly composed of Cu and Mg having a particle size of 0.1 ⁇ m or more is It is preferably 1 / ⁇ m 2 or less.
  • Mg is contained in the range of 3.3 atomic% or more and 6.9 atomic% or less of the solid solution limit
  • the average number of intermetallic compounds mainly composed of Cu and Mg having a particle diameter of 0.1 ⁇ m or more is 1 / ⁇ m 2 or less. For this reason, precipitation of an intermetallic compound containing Cu and Mg as main components is suppressed, and a Cu—Mg supersaturated solid solution in which Mg is supersaturated in the matrix is obtained.
  • the average number of intermetallic compounds mainly composed of Cu and Mg having a particle size of 0.1 ⁇ m or more was 10 ⁇ at a magnification of 50,000 times and a field of view of about 4.8 ⁇ m 2 using a field emission scanning electron microscope. Calculate by observing the visual field.
  • the particle size of the intermetallic compound containing Cu and Mg as the main components is the major axis of the intermetallic compound (the length of the straight line that can be drawn the longest in the grain under the condition of not contacting the grain boundary in the middle) and the minor axis (major axis and It is defined as an average value of the length of a straight line that can be drawn longest in a direction that intersects at right angles and does not contact the grain boundary in the middle.
  • the conductivity ⁇ (% IACS) may be within the range of the following formula when the Mg content is X atomic%. preferable. ⁇ ⁇ 1.7241 / ( ⁇ 0.0347 ⁇ X 2 + 0.6569 ⁇ X) +1.7) ⁇ 100
  • Mg is contained in the range of 3.3 atomic% or more and 6.9 atomic% or less of Mg that is above the solid solution limit, and the conductivity is in the above range. Is within. For this reason, a Cu—Mg supersaturated solid solution in which Mg is supersaturated in the matrix phase is obtained.
  • the atomic% of Mg may be calculated on the assumption that in the case of a binary alloy of Cu and Mg, the inevitable impurity elements are ignored and only Cu and Mg are included.
  • one of Sn, Zn, Al, Ni, Si, Mn, Li, Ti, Fe, Co, Cr, Zr, and P is further included. Or you may contain 2 or more types in the range of 0.01 to 3.00 atomic% in total. Since these elements have the effect of improving the properties such as strength of the Cu—Mg alloy, it is preferable to add them appropriately according to the required properties.
  • the total addition amount of the above-described elements is less than 0.01 atomic%, the above-described effect of improving the strength cannot be obtained sufficiently.
  • the total amount of the above elements exceeds 3.00 atomic%, the conductivity is greatly reduced. Therefore, in one embodiment of the present invention, the total amount of the above-described elements is set in a range of 0.01 atomic% to 3.00 atomic%.
  • the strength TS TD when a tensile test is performed in a direction orthogonal to the rolling direction is 400 MPa or more, and is orthogonal to the rolling direction.
  • the bending workability R / t represented by the ratio when the radius of the W bending jig is R and the thickness of the copper alloy is t is preferably 1 or less.
  • the strength TS TD when the tensile test is performed in the direction orthogonal to the rolling direction is 400 MPa or more, the strength is sufficiently high, and the spring property at BW can be secured.
  • the bending workability R / t represented by the ratio when the radius of the W bending jig is R and the thickness of the copper alloy is t is 1 or less. Therefore, sufficient bending workability of the GW can be ensured. Therefore, it is particularly excellent in the moldability of the small terminal described above.
  • the copper alloy plastic working material for electronic / electric equipment is characterized by being formed (formed) by plastic working a copper material made of the above-described copper alloy for electronic / electric equipment.
  • the plastic working material refers to a copper alloy that has undergone plastic working in any manufacturing process.
  • the copper alloy plastic working material having this requirement is made of a copper alloy for electronic and electrical equipment having excellent mechanical properties, and thus is particularly suitable as a material for electronic and electrical equipment parts such as small terminals. ing.
  • the heating step of heating the copper material to a temperature of 400 ° C. or more and 900 ° C. or less, and the heated copper material It is preferably formed by a production method having a rapid cooling step of cooling to 200 ° C. or less at a cooling rate of 60 ° C./min or more and a plastic working step of plastic working the copper material.
  • the solution of Mg can be formed by heating the copper material having the above composition to a temperature of 400 ° C. or higher and 900 ° C. or lower. Further, by cooling the heated copper material to 200 ° C.
  • Sn plating may be given to the surface.
  • the contact resistance between the contacts is stabilized, and the corrosion resistance can be improved.
  • An electronic / electric equipment component is characterized by comprising the above-described copper alloy plastic working material for electronic / electric equipment.
  • the electronic / electric device parts in one embodiment of the present invention include terminals such as connectors, relays, lead frames, and the like.
  • the terminal which concerns on 1 aspect of this invention consists of the above-mentioned copper alloy plastic processing material for electronic and electric apparatuses, It is characterized by the above-mentioned.
  • the parts and terminals for electronic and electrical equipment having this requirement are manufactured using copper alloy plastic working material for electronic and electrical equipment with excellent mechanical properties, so there are no cracks even in complicated shapes. Since the strength is sufficiently secured, it is excellent in reliability.
  • a copper alloy for electronic / electric equipment a copper alloy plastic working material for electronic / electric equipment, which has excellent strength and bending workability, in particular, excellent bending workability of GW and high strength of BW.
  • Electronic parts and terminals can be provided.
  • the component composition of the copper alloy for electronic / electric equipment according to this embodiment includes Mg in the range of 3.3 atomic% to 6.9 atomic%, with the balance being substantially composed of Cu and inevitable impurities. -Mg binary alloy.
  • the electrical conductivity ⁇ (% IACS) is within the range of the following formula. ⁇ ⁇ 1.7241 / ( ⁇ 0.0347 ⁇ X 2 + 0.6569 ⁇ X + 1.7) ⁇ 100
  • the average number of intermetallic compounds mainly composed of Cu and Mg having a particle diameter of 0.1 ⁇ m or more is 1 piece / ⁇ m 2 or less. That is, the copper alloy for electronic and electrical equipment according to the present embodiment has almost no intermetallic compound mainly composed of Cu and Mg, and Mg is a solid solution exceeding the solid solution limit in the matrix phase. -Mg supersaturated solid solution.
  • the copper alloy for electronic and electric devices which is this embodiment, not only the component composition is adjusted as described above, but also mechanical properties such as strength and bending are defined as follows. That is, the copper alloy for electronic / electrical equipment according to the present embodiment has a strength TS TD when a tensile test is performed in a direction orthogonal to the rolling direction and a tensile test in a direction parallel to the rolling direction.
  • the intensity ratio TS TD / TS LD calculated from the intensity TS LD exceeds 1.02 (TS TD / TS LD > 1.02).
  • Mg is an element that has the effect of improving the strength and raising the recrystallization temperature without greatly reducing the electrical conductivity. Further, excellent bending workability can be obtained by dissolving Mg in the matrix.
  • the content of Mg is less than 3.3 atomic%, the effect cannot be achieved.
  • the Mg content exceeds 6.9 atomic%, an intermetallic compound containing Cu and Mg as main components remains when heat treatment is performed for solution treatment, and subsequent hot working is performed. And there is a risk of cracking during cold working. For these reasons, the Mg content is set to 3.3 atomic% or more and 6.9 atomic% or less.
  • Mg is an active element
  • strength will not fully improve.
  • Mg oxide generated by reacting with oxygen is involved when melted and cast by adding excessively. Therefore, it is more preferable that the Mg content is in the range of 3.7 atomic% to 6.3 atomic%.
  • the composition value of the above-mentioned atomic% is a binary alloy of Cu and Mg in the present embodiment, it is assumed that the element is composed of only Cu and Mg ignoring inevitable impurity elements, and from the value of mass%. It is calculated.
  • inevitable impurities include Ag, B, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, rare earth elements, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Re, Ru, Os, Se, Te, Rh, Ir, Pd, Pt, Au, Cd, Ga, In, Ge, As, Sb, Tl, Pb, Bi, Be, N, Hg, H, C, O, S, Sn, Zn, Al, Ni, Si, Mn, Li, Ti, Fe, Co, Cr, Zr, P, etc. are mentioned. These inevitable impurities are desirably 0.3 mass% or less in total.
  • the conductivity ⁇ (% IACS) within the range of the following formula. ⁇ ⁇ 1.7241 / ( ⁇ 0.0292 ⁇ X 2 + 0.6797 ⁇ X + 1.7) ⁇ 100 In this case, since the amount of the intermetallic compound mainly composed of Cu and Mg is smaller, the bending workability is further improved.
  • the average number of intermetallic compounds mainly composed of Cu and Mg having a particle size of 0.1 ⁇ m or more is 1 / ⁇ m 2 or less. That is, almost no intermetallic compound mainly composed of Cu and Mg is precipitated, and Mg is dissolved in the matrix.
  • the solution formation is incomplete, or when an intermetallic compound mainly composed of Cu and Mg is precipitated after solution formation, a large amount of intermetallic compounds exist in a large size. It becomes a starting point of cracking, and bending workability is greatly deteriorated.
  • the intermetallic compound containing Cu and Mg as main components having a particle size of 0.1 ⁇ m or more is 1 / ⁇ m 2 or less in the alloy, that is, the intermetallic compound containing Cu and Mg as main components. If there is no or a small amount, good bending workability can be obtained. Furthermore, in order to ensure that the above-described effects are achieved, the number of intermetallic compounds mainly composed of Cu and Mg having a particle diameter of 0.05 ⁇ m or more is 1 / ⁇ m 2 or less in the alloy. More preferred.
  • the average number of intermetallic compounds mainly composed of Cu and Mg was observed using a field emission scanning electron microscope with 10 fields of view at a magnification of 50,000 times and a field of view of about 4.8 ⁇ m 2. The average value is calculated.
  • the particle size of the intermetallic compound containing Cu and Mg as the main components is the major axis of the intermetallic compound (the length of the straight line that can be drawn the longest in the grain under the condition of not contacting the grain boundary in the middle) and the minor axis (major axis and It is defined as an average value of the length of a straight line that can be drawn longest in a direction that intersects at right angles and does not contact the grain boundary in the middle.
  • the intermetallic compound containing Cu and Mg as main components has a crystal structure represented by the chemical formula MgCu 2 , prototype MgCu 2 , Pearson symbol cF24, and space group number Fd-3m.
  • the strength TS TD when a tensile test is performed in a direction orthogonal to the rolling direction, and the strength TS LD when a tensile test is performed in a direction parallel to the rolling direction exceeds 1.02.
  • the intensity ratio TS TD / TS LD is preferably 1.05 or more.
  • the intensity ratio TS TD / TS LD is preferably 1.3 or less, and more preferably 1.25 or less.
  • the strength TS TD when the tensile test is performed in the direction orthogonal to the rolling direction is 400 MPa or more, and the direction orthogonal to the rolling direction.
  • the bending workability R / t represented by a ratio when the radius of the W bending jig is R and the thickness of the copper alloy is t is 1 or less, where is a bending axis.
  • the above-described elements are added to a molten copper obtained by melting a copper raw material to adjust the components, thereby producing a molten copper alloy.
  • Mg Mg alone, Cu—Mg master alloy or the like can be used.
  • the molten copper is preferably so-called 4NCu having a purity of 99.99 mass% or more.
  • the copper alloy molten metal whose components are adjusted is poured into a mold to produce an ingot.
  • Heating step S02 Next, heat treatment is performed for homogenization and solution of the obtained ingot. Inside the ingot, there are intermetallic compounds and the like mainly composed of Cu and Mg generated by the concentration of Mg by segregation during the solidification process. Therefore, in order to eliminate or reduce these segregation and intermetallic compounds, a heat treatment is performed to heat the ingot to 400 ° C. or higher and 900 ° C. or lower. Thereby, Mg is uniformly diffused in the ingot, or Mg is dissolved in the matrix.
  • the heating step S02 is preferably performed in a non-oxidizing or reducing atmosphere.
  • the heating temperature is set in the range of 400 ° C. or higher and 900 ° C. or lower.
  • the heating temperature is preferably 400 ° C. or higher and 850 ° C. or lower, more preferably 420 ° C. or higher and 800 ° C. or lower.
  • Hot processing step S03 In order to increase the efficiency of rough machining and make the structure uniform, hot working is performed after the heating step S02 described above. At this time, the processing method is not particularly limited, and hot rolling may be applied when the final shape is a plate or a strip. When the final shape is a wire or bar, extrusion or groove rolling may be applied. If the final shape is a bulk shape, forging or pressing may be applied.
  • the hot working temperature is preferably in the range of 400 ° C. to 900 ° C., more preferably in the range of 450 ° C. to 800 ° C., and most preferably in the range of 450 ° C. to 750 ° C. It is.
  • the hot working step S03 by obtaining a recrystallized structure having an average crystal grain size of 3 ⁇ m or more, it is possible to efficiently increase the strength ratio TS TD / TS LD in the finishing processing described later. . Note that this hot working step S03 may be omitted.
  • a rapid cooling step S04 for cooling to a temperature of 200 ° C. or less at a cooling rate of 60 ° C./min or more is performed.
  • Mg dissolved in the matrix phase is prevented from precipitating as an intermetallic compound containing Cu and Mg as main components.
  • the particle size is 0.1 ⁇ m or more.
  • the average number of intermetallic compounds containing Cu and Mg as main components can be 1 / ⁇ m 2 or less. That is, the copper material can be a Cu—Mg supersaturated solid solution.
  • the copper material after the rapid cooling step S04 is finished into a predetermined shape.
  • the processing rate is not particularly limited.
  • rolling can be employed.
  • wire or bar wire drawing, extrusion, groove rolling, or the like can be employed.
  • forging or pressing can be employed.
  • the temperature condition in the finishing step S05 is not particularly limited, but is preferably in the range of ⁇ 200 to 200 ° C. which is cold or warm.
  • the processing rate is appropriately selected so as to approximate the final shape, but in order to increase the above-described strength ratio TS TD / TS LD , the processing rate is preferably 30% or more, More preferably 40% or more.
  • a finish heat treatment is performed on the copper material after the finish processing step S05 to remove strain.
  • the heat treatment temperature is preferably in the range of 200 ° C to 800 ° C.
  • This heat treatment is preferably performed in a non-oxidizing atmosphere or a reducing atmosphere.
  • a cooling method cools the said copper raw material heated, such as water quenching, to 100 degrees C or less with the cooling rate of 60 degrees C / min or more.
  • Such rapid cooling suppresses precipitation of Mg dissolved in the matrix as an intermetallic compound mainly composed of Cu and Mg, and makes the copper material a Cu—Mg supersaturated solid solution.
  • the copper alloy for electronic / electric equipment and the copper alloy plastic working material for electronic / electric equipment according to the present embodiment are produced.
  • Sn plating with a film thickness of about 0.1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less may be applied to the surface.
  • the method of Sn plating in this case is not particularly limited, but electrolytic plating may be applied according to a conventional method, or depending on the case, reflow treatment may be performed after electrolytic plating.
  • the electronic / electric device parts and terminals according to the present embodiment are manufactured by punching, bending, or the like to the above-described copper alloy plastic working material for electronic / electric devices.
  • the strength TS TD when a tensile test is performed in the direction orthogonal to the rolling direction and the direction parallel to the rolling direction exceeds 1.02. For this reason, there are many ⁇ 220 ⁇ planes in the plane perpendicular to the normal direction to the rolling plane. Therefore, it has excellent bending workability when bending so that the bending axis is perpendicular to the rolling direction, and strength TS TD when a tensile test is performed in the orthogonal direction to the rolling direction. Becomes higher. Therefore, it is excellent in the moldability of the small terminal mentioned above.
  • the average number of intermetallic compounds mainly composed of Cu and Mg having a particle diameter of 0.1 ⁇ m or more is 1 /
  • the conductivity ⁇ (% IACS) is within the range of the following formula, and Mg is supersaturated in the parent phase: Mg supersaturated solid solution. ⁇ ⁇ 1.7241 / ( ⁇ 0.0347 ⁇ X 2 + 0.6569 ⁇ X + 1.7) ⁇ 100
  • a heating step S02 for heating the copper material having the above-described composition to a temperature of 400 ° C. or more and 900 ° C. or less, and the heated copper material at a cooling rate of 60 ° C./min or more at 200 ° C.
  • the copper alloy for electronic / electric equipment is manufactured by a manufacturing method having a rapid cooling step S04 for cooling to below ° C., a hot working step S02 for plastic working a copper material, and a finishing step S05. Therefore, as described above, the copper alloy for electronic / electric equipment can be a Cu—Mg supersaturated solid solution in which Mg is supersaturated in the matrix phase.
  • the electronic device parts and terminals according to the present embodiment are manufactured by using the above-described copper alloy plastic working material for electronic devices, so that the yield strength is high and the bending workability is excellent. Therefore, even in a complicated shape, there is no crack and the reliability is improved.
  • the copper alloy for electronic / electric equipment, the copper alloy plastic working material for electronic / electric equipment, the parts for electronic / electric equipment and the terminal according to the embodiment of the present invention have been described, but the present invention is limited to this. However, it can be changed as appropriate without departing from the requirements of the invention.
  • an example of a method for manufacturing a copper alloy for electronic / electric equipment and a method for manufacturing a copper alloy plastic working material for electronic / electric equipment has been described.
  • the manufacturing method is limited to this embodiment. Instead, existing manufacturing methods may be selected as appropriate.
  • Sn, Zn, Al, Ni, Si, Mn, Li, Ti, Fe , Co, Cr, Zr, and P may be contained within a total range of 0.01 atomic% or more and 3.00 atomic% or less.
  • Elements such as Sn, Zn, Al, Ni, Si, Mn, Li, Ti, Fe, Co, Cr, Zr, and P are elements that improve characteristics such as the strength of the Cu-Mg alloy, so that the required characteristics are achieved. Accordingly, it is preferable to add appropriately.
  • the total amount of addition is 0.01 atomic% or more, the strength of the Cu—Mg alloy can be reliably improved.
  • the total amount of addition is 3.00 atomic% or less, conductivity can be ensured.
  • the regulation of conductivity described in the embodiment is not applied, but it can be confirmed from the distribution of precipitates that it is a Cu—Mg supersaturated solid solution. Further, it is assumed that the atomic% of these elements consists only of Cu, Mg and these additive elements, and the atomic% concentration is calculated from the measured mass% value.
  • a copper raw material made of oxygen-free copper (ASTM B152 C10100) having a purity of 99.99 mass% or more was prepared.
  • the copper raw material was charged into a high-purity graphite crucible and melted at high frequency in an atmosphere furnace having an Ar gas atmosphere.
  • Various additive elements were added to the obtained molten copper to prepare the component compositions shown in Table 1, and poured into a carbon mold to produce an ingot.
  • the size of the ingot was about 120 mm thick ⁇ about 220 mm wide ⁇ about 300 mm long.
  • at% (atomic%) of the composition shown in Table 1 was composed only of Cu, Mg and other additive elements, and the atomic% concentration was calculated from the measured mass% value.
  • the vicinity of the casting surface (the surface of the ingot as cast) was chamfered by 10 mm or more, and a block of 100 mm ⁇ 200 mm ⁇ 100 mm was cut out.
  • This block was kept in an Ar gas atmosphere for 48 hours under the temperature conditions shown in Table 1. And it hot-rolled on the conditions shown in Table 1 with respect to the block after heat-holding, and performed water quenching.
  • finish rolling was performed at the rolling rates shown in Table 1 to produce a thin plate having a thickness of 0.25 mm and a width of about 200 mm. Then, after finish rolling, a finish heat treatment was performed in an Ar atmosphere under the conditions shown in Table 1, followed by water quenching to create a thin plate for property evaluation.
  • the metal structure of the hot-rolled material subjected to the above hot rolling was observed.
  • a plane perpendicular to the rolling width direction that is, a TD plane (Transverse direction) as an observation plane
  • the grain boundary and the crystal orientation difference distribution were measured as follows using an EBSD measuring apparatus and OIM analysis software. Mechanical polishing was performed using water-resistant abrasive paper and diamond abrasive grains, and then final polishing was performed using a colloidal silica solution.
  • an EBSD measuring device Quanta FEG 450 manufactured by FEI, OIM Data Collection manufactured by EDAX / TSL (currently AMETEK)) and OIM Data Analysis ver.5 manufactured by analysis software (EDAX / TSL (currently AMETEK)). .3), the orientation difference of each crystal grain was analyzed in a measurement area of 1000 ⁇ m 2 or more in an electron beam acceleration voltage of 20 kV and a measurement interval of 0.1 ⁇ m. The CI value of each measurement point was calculated by the analysis software OIM, and those having a CI value of 0.1 or less were excluded from the analysis of the crystal grain size.
  • a crystal grain boundary map was created with the crystal grain boundary as a crystal grain boundary between two adjacent crystal orientation differences of 15 ° or more. Based on the cutting method of JIS H 0501, draw 5 vertical and horizontal line segments at a time on the grain boundary map, count the number of crystal grains to be completely cut, and average the cutting length The value was defined as the average crystal grain size.
  • the particle size of the intermetallic compound As for the particle size of the intermetallic compound, the major axis of the intermetallic compound (the length of the straight line that can be drawn the longest in the grain without contact with the grain boundary in the middle) and the minor axis (in the direction perpendicular to the major axis, the grain in the middle The average value of the length of the straight line that can be drawn the longest under conditions that do not contact the boundary). And the density (piece / micrometer ⁇ 2 >) of the intermetallic compound which has Cu and Mg as a main component with a particle size of 0.1 micrometer or more was calculated
  • test piece having a width of 10 mm and a length of 150 mm was collected from the thin plate for characteristic evaluation, and the electric resistance was determined by a four-terminal method. Moreover, the dimension of the test piece was measured using the micrometer, and the volume of the test piece was calculated. And electrical conductivity was computed from the measured electrical resistance value and volume. In addition, the test piece was extract
  • Tables 1 and 2 show the component composition, production conditions, and evaluation results.
  • Comparative Example 1 in which the Mg content is lower than the range of the present embodiment, the strength TS LD when the tensile test is performed in the direction parallel to the rolling direction is 381 MPa, and the direction perpendicular to the rolling direction is perpendicular to the rolling direction.
  • the strength TS TD at the time of performing the tensile test was as low as 385 MPa.
  • the intensity ratio TS TD / TS LD was 1.02 or less.
  • Comparative Example 2 in which the Mg content is higher than the range of the present embodiment, large ear cracks occurred during finish rolling, and it was impossible to perform subsequent characteristic evaluation.
  • Examples 1 to 8 of the present invention in which the Mg content is within the range of the present embodiment and the strength ratio TS TD / TS LD exceeds 1.02, the direction parallel to the rolling direction is used.
  • the strength TS LD when the tensile test was performed and the strength TS TD when the tensile test was performed in the direction perpendicular to the rolling direction were both high, and the bending workability was also good. Moreover, there was no occurrence of ear cracks.
  • an additive element is added within the range of the present embodiment, and in Examples 9 to 15 of the present invention in which the strength ratio TS TD / TS LD exceeds 1.02, tensile is performed in a direction parallel to the rolling direction.
  • the strength TS LD at the time of the test and the strength TS TD at the time of the tensile test in the direction orthogonal to the rolling direction were both high, and the bending workability was also good. Moreover, there was no occurrence of ear cracks.
  • the copper alloy for electronic / electric equipment which has excellent bending workability of GW, high strength of BW, and excellent moldability of small terminals, copper for electronic / electric equipment It was confirmed that an alloy plastic working material can be provided.
  • the copper alloy for electronic / electrical equipment of this embodiment is excellent in strength and bending workability, and particularly has excellent bending workability of GW and high strength of BW. For this reason, the copper alloy for electronic / electric equipment of this embodiment is applied to terminals for electronic devices such as connectors of semiconductor devices, movable conductive pieces of electromagnetic relays, and lead frames.

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Abstract

　この電子・電気機器用銅合金は、Ｍｇを３．３原子％以上６．９原子％以下の範囲で含み、残部が実質的にＣｕ及び不可避不純物からなり、圧延方向に対して直交方向に引張試験を行った際の強度ＴＳＴＤと、圧延方向に対して平行方向に引張試験を行った際の強度ＴＳＬＤと、から算出される強度比ＴＳＴＤ／ＴＳＬＤが１．０２を超える。

Description

電子・電気機器用銅合金、電子・電気機器用銅合金塑性加工材、電子・電気機器用部品及び端子
　本発明は、半導体装置のコネクタ等の端子、あるいは電磁リレーの可動導電片や、リードフレームなどの電子・電気機器用部品として使用される電子・電気機器用銅合金と、それを用いた電子・電気機器用銅合金塑性加工材、電子・電気機器用部品及び端子に関するものである。
　本願は、２０１３年１２月１１日に、日本に出願された特願２０１３－２５６３１０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　従来、電子機器や電気機器等の小型化にともない、これら電子機器や電気機器等に使用されるコネクタ等の端子、リレー、リードフレーム等の電子・電気機器用部品の小型化および薄肉化が図られている。このため、電子・電気機器用部品を構成する材料として、ばね性、強度、曲げ加工性に優れた銅合金が要求されている。特に、非特許文献１に記載されているように、コネクタ等の端子、リレー、リードフレーム等の電子・電気機器用部品として使用される銅合金としては、耐力が高いものが望ましい。
　ここで、コネクタ等の端子、リレー、リードフレーム等の電子・電気機器用部品に使用される銅合金として、非特許文献２に記載されているＣｕ－Ｍｇ合金、や、特許文献１に記載されているＣｕ－Ｍｇ－Ｚｎ－Ｂ合金等が開発されている。
　これらのＣｕ－Ｍｇ系合金では、図１に示すＣｕ－Ｍｇ系状態図から分かるように、Ｍｇの含有量が３．３原子％以上の場合、溶体化処理と、析出処理を行うことで、ＣｕとＭｇからなる金属間化合物を析出させることができる。すなわち、これらのＣｕ－Ｍｇ系合金においては、析出硬化によって比較的高い導電率と強度を有することが可能となるのである。
　しかしながら、非特許文献２および特許文献１に記載されたＣｕ－Ｍｇ系合金では、母相中に多くの粗大なＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が分散されていることから、曲げ加工時にこれらの金属間化合物が起点となって割れ等が発生しやすいため、複雑な形状の電子・電気機器用部品を成形することができないといった問題があった。
　特に、携帯電話やパソコン等の民生品に使用される電子・電気機器用部品においては、小型化及び軽量化が求められており、強度と曲げ加工性とを両立した電子・電気機器用銅合金が求められている。しかしながら、上述のＣｕ－Ｍｇ系合金のような析出硬化型合金においては、析出硬化によって強度及び耐力を向上させると曲げ加工性が著しく低下してしまうことになる。このため、薄肉で複雑な形状の電子・電気機器用部品を成形することはできなかった。
　そこで、特許文献２には、Ｃｕ－Ｍｇ合金を溶体化後に急冷することによって作製したＣｕ－Ｍｇ過飽和固溶体の加工硬化型銅合金が提案されている。
　このＣｕ－Ｍｇ合金は、優れた強度、導電率、曲げ性のバランスに優れており、上述の電子・電気機器用部品の素材として、特に適している。
　ところで、最近では、電子・電気機器のさらなる小型化及び軽量化が図られている。ここで、小型化及び軽量化した電子・電気機器に用いられる小型端子においては、材料の歩留りの観点から、圧延方向に対して曲げの軸が直交方向（Ｇｏｏｄ　Ｗａｙ：ＧＷ）になるように曲げ加工がされ、圧延方向に対して曲げの軸が平行な方向（Ｂａｄ　ｗａｙ：ＢＷ）にはわずかに変形を加えることによって成型されており、ＢＷで引張試験をした際の材料強度ＴＳＴＤにより、ばね性を確保している。そのため、ＧＷの優れた曲げ加工性とＢＷの高い強度が求められている。
特開平０７－０１８３５４号公報 特許第５０４５７８３号公報
野村幸矢、「コネクタ用高性能銅合金板条の技術動向と当社の開発戦略」、神戸製鋼技報Ｖｏｌ．５４Ｎｏ．１（２００４）ｐ．２－８ 掘茂徳、他２名、「Ｃｕ－Ｍｇ合金における粒界反応型析出」、伸銅技術研究会誌Ｖｏｌ．１９（１９８０）ｐ．１１５－１２４
　この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、強度および曲げ加工性に優れ、特にＧＷの優れた曲げ加工性とＢＷの高い強度を有する電子・電気機器用銅合金、電子・電気機器用銅合金塑性加工材、電子・電気機器用部品及び端子を提供することを目的とする。
　この課題を解決するために、本発明の一態様に係る電子・電気機器用銅合金は、Ｍｇを３．３原子％以上６．９原子％以下の範囲で含み、残部が実質的にＣｕ及び不可避不純物からなり、圧延方向に対して直交方向に引張試験を行った際の強度ＴＳＴＤと、圧延方向に対して平行方向に引張試験を行った際の強度ＴＳＬＤと、から算出される強度比ＴＳＴＤ／ＴＳＬＤが１．０２を超えることを特徴としている。
　上述の要件を有する電子・電気機器用銅合金によれば、圧延方向に対して直交方向に引張試験を行った際の強度ＴＳＴＤと、圧延方向に対して平行方向に引張試験を行った際の強度ＴＳＬＤと、から算出される強度比ＴＳＴＤ／ＴＳＬＤが１．０２を超える。このため、圧延面に対して法線方向に垂直な面に｛２２０｝面が多く存在することにより、圧延方向に対して曲げの軸が直交方向になるような曲げ加工したときに優れた曲げ加工性を有するとともに、圧延方向に対して直交方向に引張試験を行った際の強度ＴＳＴＤが高くなる。よって、上述した小型端子の成型性に優れることになる。
　ここで、本発明の一態様に係る電子・電気機器用銅合金では、走査型電子顕微鏡による観察において、粒径０．１μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の平均個数が、１個／μｍ２以下であることが好ましい。
　この場合、図１の状態図に示すように、Ｍｇを固溶限度以上の３．３原子％以上６．９原子％以下の範囲で含有しており、かつ、走査型電子顕微鏡による観察において、粒径０．１μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の平均個数が、１個／μｍ２以下である。このため、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の析出が抑制されており、Ｍｇが母相中に過飽和に固溶したＣｕ－Ｍｇ過飽和固溶体となる。
　なお、粒径０．１μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の平均個数は、電界放出型走査電子顕微鏡を用いて、倍率：５万倍、視野：約４．８μｍ２で１０視野の観察を行って算出する。
　また、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の粒径は、金属間化合物の長径（途中で粒界に接しない条件で粒内に最も長く引ける直線の長さ）と短径（長径と直角に交わる方向で、途中で粒界に接しない条件で最も長く引ける直線の長さ）の平均値とする。
　このようなＣｕ－Ｍｇ過飽和固溶体からなる銅合金においては、母相中には、割れの起点となる粗大なＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が多く分散されておらず、曲げ加工性が向上することになる。このため、複雑な形状のコネクタ等の端子、リレー、リードフレーム等の電子・電気機器用部品等を成形することが可能となる。
　さらに、Ｍｇを過飽和に固溶させていることから、加工硬化によって強度を向上させることが可能となる。
　また、本発明の一態様に係る電子・電気機器用銅合金においては、Ｍｇの含有量をＸ原子％としたときに、導電率σ（％ＩＡＣＳ）が、次式の範囲内であることが好ましい。
　σ≦１．７２４１／（－０．０３４７×Ｘ２＋０．６５６９×Ｘ）＋１．７）×１００
　この場合、図１の状態図に示すように、Ｍｇを固溶限度以上のＭｇを３．３原子％以上６．９原子％以下の範囲で含有しており、かつ、導電率が上記の範囲内である。このため、Ｍｇが母相中に過飽和に固溶したＣｕ－Ｍｇ過飽和固溶体となる。
　従って、上述のように、母相中には、割れの起点となる粗大なＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が多く分散されておらず、曲げ加工性が向上する。
　さらに、Ｍｇを過飽和に固溶させていることから、加工硬化によって強度を向上させることが可能となる。
　なお、Ｍｇの原子％については、ＣｕとＭｇの２元合金の場合、不可避不純物元素を無視し、ＣｕとＭｇのみからなると仮定して算出すればよい。
　また、本発明の一態様に係る電子・電気機器用銅合金においては、さらに、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｌｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｐのうち１種または２種以上を合計で０．０１原子％以上３．００原子％以下の範囲内で含んでいてもよい。
　これらの元素は、Ｃｕ－Ｍｇ合金の強度等の特性を向上させる作用効果を有することから、要求特性に応じて適宜添加することが好ましい。ここで、上述の元素の添加量の合計が０．０１原子％未満では、上述した強度向上の作用効果を十分に得ることができない。一方、上述の元素の添加量の合計が３．００原子％を超えると導電率が大きく低下することになる。そこで、本発明の一態様では、上述の元素の添加量の合計を０．０１原子％以上３．００原子％以下の範囲内に設定している。
　さらに、本発明の一態様に係る電子・電気機器用銅合金においては、圧延方向に対して直交方向に引張試験を行った際の強度ＴＳＴＤが４００ＭＰａ以上であり、圧延方向に対して直交する方向を曲げの軸としたとき、Ｗ曲げ冶具の半径をＲとし、銅合金の厚みをｔとしたときの比で表わされる曲げ加工性Ｒ／ｔが１以下であることが好ましい。
　この場合、圧延方向に対して直交方向に引張試験を行った際の強度ＴＳＴＤが４００ＭＰａ以上であるので、強度が十分に高く、ＢＷでのばね性を確保することが可能となる。また、圧延方向に対して直交する方向を曲げの軸としたとき、Ｗ曲げ冶具の半径をＲとし、銅合金の厚みをｔとしたときの比で表わされる曲げ加工性Ｒ／ｔが１以下であるので、ＧＷの曲げ加工性を十分に確保することができる。よって、上述した小型端子の成型性に特に優れることになる。
　本発明の一態様に係る電子・電気機器用銅合金塑性加工材は、上述の電子・電気機器用銅合金からなる銅素材を塑性加工することによって成形（形成）されたことを特徴としている。なお、この明細書において塑性加工材とは、いずれかの製造工程において、塑性加工が施された銅合金をいうものとする。
　この要件を有する銅合金塑性加工材においては、上述のように、機械的特性に優れた電子・電気機器用銅合金からなることから、小型端子等の電子・電気機器用部品の素材として特に適している。
　ここで、本発明の一態様に係る電子・電気機器用銅合金塑性加工材においては、前記銅素材を４００℃以上９００℃以下の温度にまで加熱する加熱工程と、加熱された前記銅素材を６０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で２００℃以下にまで冷却する急冷工程と、前記銅素材を塑性加工する塑性加工工程と、を有する製造方法によって成形されたものであることが好ましい。
　この場合、上述の組成の銅素材を４００℃以上９００℃以下の温度にまで加熱することにより、Ｍｇの溶体化を行うことができる。また、加熱された前記銅素材を、６０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で２００℃以下にまで冷却することにより、冷却の過程で金属間化合物が析出することを抑制でき、銅素材をＣｕ－Ｍｇ過飽和固溶体とすることが可能となる。従って、母相中に粗大なＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が多く分散されておらず、曲げ加工性が向上することになる。
　また、本発明の一態様に係る電子・電気機器用銅合金塑性加工材においては、表面にＳｎめっきが施されていてもよい。
　この場合、端子・コネクタ等を成型した際に接点同士の接触抵抗が安定するとともに、耐食性を向上させることができる。
　本発明の一態様に係る電子・電気機器用部品は、上述の電子・電気機器用銅合金塑性加工材からなることを特徴としている。なお、本発明の一態様における電子・電気機器用部品とは、コネクタ等の端子、リレー、リードフレーム等を含むものである。
　また、本発明の一態様に係る端子は、上述の電子・電気機器用銅合金塑性加工材からなることを特徴としている。
　この要件を有する電子・電気機器用部品及び端子は、機械的特性に優れた電子・電気機器用銅合金塑性加工材を用いて製造されているので、複雑な形状であっても割れ等がなく、強度も十分に確保されているので、信頼性に優れている。
　本発明の一態様によれば、強度および曲げ加工性に優れ、特にＧＷの優れた曲げ加工性とＢＷの高い強度を有する電子・電気機器用銅合金、電子・電気機器用銅合金塑性加工材、電子・電気機器用部品及び端子を提供することができる。
Ｃｕ－Ｍｇ系状態図である。 本実施形態である電子・電気機器用銅合金の製造方法のフロー図である。
　以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
　本実施形態である電子・電気機器用銅合金の成分組成は、Ｍｇを３．３原子％以上６．９原子％以下の範囲で含み、残部が実質的にＣｕ及び不可避不純物からなり、いわゆるＣｕ－Ｍｇの２元系合金である。
　ここで、Ｍｇの含有量をＸ原子％としたときに、導電率σ（％ＩＡＣＳ）が、次式の範囲内である。
　σ≦１．７２４１／（－０．０３４７×Ｘ２＋０．６５６９×Ｘ＋１．７）×１００
　また、走査型電子顕微鏡による観察において、粒径０．１μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の平均個数が、１個／μｍ２以下である。
　すなわち、本実施形態である電子・電気機器用銅合金は、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物がほとんど析出しておらず、Ｍｇが母相中に固溶限度以上に固溶したＣｕ－Ｍｇ過飽和固溶体とされているのである。
　そして、本実施形態である電子・電気機器用銅合金においては、その成分組成を上述のように調整するだけでなく、強度、曲げ等の機械的特性を次のように規定している。
　すなわち、本実施形態である電子・電気機器用銅合金は、圧延方向に対して直交方向に引張試験を行った際の強度ＴＳＴＤと、圧延方向に対して平行方向に引張試験を行った際の強度ＴＳＬＤと、から算出される強度比ＴＳＴＤ／ＴＳＬＤが１．０２を超える（ＴＳＴＤ／ＴＳＬＤ＞１．０２）。
　ここで、上述のように成分組成、導電率、析出物の個数、機械的特性を規定した理由について以下に説明する。
（Ｍｇ：３．３原子％以上６．９原子％以下）
　Ｍｇは、導電率を大きく低下させることなく、強度を向上させるとともに再結晶温度を上昇させる作用効果を有する元素である。また、Ｍｇを母相中に固溶させることにより、優れた曲げ加工性が得られる。
　ここで、Ｍｇの含有量が３．３原子％未満では、その作用効果を奏功せしめることはできない。一方、Ｍｇの含有量が６．９原子％を超えると、溶体化のために熱処理を行った際に、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が残存してしまい、その後の熱間加工及び冷間加工時に割れが発生してしまうおそれがある。このような理由から、Ｍｇの含有量を、３．３原子％以上６．９原子％以下に設定している。
　なお、Ｍｇの含有量が少ないと、強度が十分に向上しない。また、Ｍｇは活性元素であることから、過剰に添加されることによって、溶解鋳造時に、酸素と反応して生成されたＭｇ酸化物を巻きこむ恐れがある。したがって、Ｍｇの含有量を、３．７原子％以上６．３原子％以下の範囲とすることが、さらに好ましい。
　ここで、上述の原子％の組成値については、本実施形態ではＣｕとＭｇの２元合金であることから、不可避不純物元素を無視してＣｕとＭｇのみからなると仮定し、ｍａｓｓ％の値から算出したものである。
　その他の不可避不純物としては、Ａｇ，Ｂ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｓｃ，Ｙ，希土類元素，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｂｉ，Ｂｅ，Ｎ，Ｈｇ，Ｈ，Ｃ，Ｏ，Ｓ，Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｌｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｐ等が挙げられる。これらの不可避不純物は、総量で０．３ｍａｓｓ％以下であることが望ましい。
（導電率σ）
　ＣｕとＭｇとの２元系合金において、Ｍｇの含有量をＸ原子％としたときに、導電率σが、次式の範囲内である場合には、金属間化合物がほとんど存在しないことになる。
　σ≦１．７２４１／（－０．０３４７×Ｘ２＋０．６５６９×Ｘ＋１．７）×１００
　すなわち、導電率σが上記式の範囲を超える場合には、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が多量に存在し、サイズも比較的大きいことから、曲げ加工性が大幅に劣化することになる。よって、導電率σが、上記式の範囲内となるように、製造条件を調整する。
　なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、導電率σ（％ＩＡＣＳ）を、次式の範囲内とすることが好ましい。
　σ≦１．７２４１／（－０．０２９２×Ｘ２＋０．６７９７×Ｘ＋１．７）×１００
　この場合、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物がより少量であるために、曲げ加工性がさらに向上することになる。
（析出物）
　本実施形態である電子・電気機器用銅合金においては、走査型電子顕微鏡で観察した結果、粒径０．１μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の平均個数が、１個／μｍ２以下である。すなわち、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物がほとんど析出しておらず、Ｍｇが母相中に固溶しているのである。
　ここで、溶体化が不完全であったり、溶体化後にＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が析出することにより、サイズの大きい金属間化合物が多量に存在すると、これらの金属間化合物が割れの起点となり、曲げ加工性が大幅に劣化することになる。
　組織を調査した結果、粒径０．１μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が合金中に１個／μｍ２以下の場合、すなわち、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が存在しないかあるいは少量である場合、良好な曲げ加工性が得られることになる。
　さらに、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、粒径０．０５μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の個数が合金中に１個／μｍ２以下であることが、より好ましい。
　なお、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の平均個数は、電界放出型走査電子顕微鏡を用いて、倍率：５万倍、視野：約４．８μｍ２で１０視野の観察を行い、その平均値を算出する。
　また、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の粒径は、金属間化合物の長径（途中で粒界に接しない条件で粒内に最も長く引ける直線の長さ）と短径（長径と直角に交わる方向で、途中で粒界に接しない条件で最も長く引ける直線の長さ）の平均値とする。
　ここで、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物は、化学式ＭｇＣｕ２、プロトタイプＭｇＣｕ２、ピアソン記号ｃＦ２４、空間群番号Ｆｄ－３ｍで表される結晶構造を有するものである。
（ＴＳＴＤ／ＴＳＬＤ＞１．０２）
　強度比ＴＳＴＤ／ＴＳＬＤが１．０２を超える場合には、圧延面に対して法線方向に垂直な面に｛２２０｝面が多く存在することになる。この｛２２０｝面が増加することによって、圧延方向に対して曲げの軸が直交方向になるような曲げ加工をしたときに優れた曲げ加工性を有し、圧延方向に対して直交方向に引張試験を行った際の強度ＴＳＴＤが高くなる。一方、｛２２０｝面が著しく発達すると、加工組織となり曲げ加工性が劣化することになる。
　以上のことから、本実施形態では、圧延方向に対して直交方向に引張試験を行った際の強度ＴＳＴＤと、圧延方向に対して平行方向に引張試験を行った際の強度ＴＳＬＤと、から算出される強度比ＴＳＴＤ／ＴＳＬＤが１．０２を超える。なお、強度比ＴＳＴＤ／ＴＳＬＤは１．０５以上であることが好ましい。また、強度比ＴＳＴＤ／ＴＳＬＤは１．３以下が好ましく、１．２５以下がさらに好ましい。
　ここで、本実施形態である電子・電気機器用銅合金においては、圧延方向に対して直交方向に引張試験を行った際の強度ＴＳＴＤが４００ＭＰａ以上であり、圧延方向に対して直交する方向を曲げの軸としたとき、Ｗ曲げ冶具の半径をＲとし、銅合金の厚みをｔとしたときの比で表わされる曲げ加工性Ｒ／ｔが１以下であることが好ましい。このように強度ＴＳＴＤと、Ｒ／ｔとを設定することによって、ＴＤ方向の強度と、ＧＷの曲げ加工性とを十分に確保することが可能となる。
　次に、このような要件を有する本実施形態である電子・電気機器用銅合金の製造方法及び電子・電気機器用銅合金塑性加工材の製造方法について、図２に示すフロー図を参照して説明する。
（溶解・鋳造工程Ｓ０１）
　まず、銅原料を溶解して得られた銅溶湯に、前述の元素を添加して成分調整を行い、銅合金溶湯を製出する。なお、Ｍｇの添加には、Ｍｇ単体やＣｕ－Ｍｇ母合金等を用いることができる。また、Ｍｇを含む原料を銅原料とともに溶解してもよい。また、本合金のリサイクル材およびスクラップ材を用いてもよい。
　ここで、銅溶湯は、純度が９９．９９ｍａｓｓ％以上とされたいわゆる４ＮＣｕとすることが好ましい。また、溶解工程では、Ｍｇの酸化を抑制するために、真空炉、あるいは、不活性ガス雰囲気または還元性雰囲気とされた雰囲気炉を用いることが好ましい。
　そして、成分調整された銅合金溶湯を鋳型に注入して鋳塊を製出する。なお、量産を考慮した場合には、連続鋳造法または半連続鋳造法を用いることが好ましい。
（加熱工程Ｓ０２）
　次に、得られた鋳塊の均質化および溶体化のために加熱処理を行う。鋳塊の内部には、凝固の過程においてＭｇが偏析で濃縮することにより発生したＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物等が存在することになる。そこで、これらの偏析および金属間化合物等を消失または低減させるために、鋳塊を４００℃以上９００℃以下にまで加熱する加熱処理を行う。これにより、鋳塊内において、Ｍｇを均質に拡散させたり、Ｍｇを母相中に固溶させたりする。なお、この加熱工程Ｓ０２は、非酸化性または還元性雰囲気中で実施することが好ましい。
　ここで、加熱温度が４００℃未満では、溶体化が不完全となり、母相中にＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が多く残存するおそれがある。一方、加熱温度が９００℃を超えると、銅素材の一部が液相となり、組織や表面状態が不均一となるおそれがある。従って、加熱温度を４００℃以上９００℃以下の範囲に設定している。加熱温度は、好ましくは４００℃以上８５０℃以下であり、更に好ましくは４２０℃以上８００℃以下である。
（熱間加工工程Ｓ０３）
　粗加工の効率化と組織の均一化のために、前述の加熱工程Ｓ０２の後に熱間加工を実施する。このとき、加工方法に特に限定はなく、最終形状が板や条の場合は熱間圧延を適用すればよい。最終形状が線や棒の場合には押出や溝圧延を適用すればよい。最終形状がバルク形状の場合には鍛造やプレスを適用すればよい。また、熱間加工温度は、４００℃以上９００℃以下の範囲内とすることが好ましく、４５０℃以上８００℃以下の範囲内がさらに好ましく、４５０℃以上７５０℃以下の範囲内とすることが最適である。ここで、熱間加工工程Ｓ０３において、平均結晶粒径３μｍ以上の再結晶組織を得ることにより、後述する仕上加工の際に、強度比ＴＳＴＤ／ＴＳＬＤを効率良く高くすることが可能となる。なお、この熱間加工工程Ｓ０３を省略してもよい。
（急冷工程Ｓ０４）
　熱間加工工程Ｓ０３後に、２００℃以下の温度にまで６０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で冷却する急冷工程Ｓ０４を実施する。この急冷工程Ｓ０４により、母相中に固溶したＭｇが、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物として析出することを抑制し、走査型電子顕微鏡による観察において、粒径０．１μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の平均個数を１個／μｍ２以下とすることができる。すなわち、銅素材をＣｕ－Ｍｇ過飽和固溶体とすることができるのである。
（仕上加工工程Ｓ０５）
　急冷工程Ｓ０４後の銅素材に対して所定の形状に仕上加工を行う。再結晶組織形成後の加工率を高くすることにより、上述の強度比ＴＳＴＤ／ＴＳＬＤを高くすることが可能となる。ここで、加工方法に特に限定はなく、例えば最終形態が板や条の場合には圧延を採用することができる。線や棒の場合には線引きや押出や溝圧延等を採用することができる。バルク形状の場合には鍛造やプレスを採用することができる。また、この仕上加工工程Ｓ０５における温度条件は特に限定はないが、冷間または温間となる－２００～２００℃の範囲内とすることが好ましい。また、加工率は、最終形状に近似するように適宜選択されることになるが、上述の強度比ＴＳＴＤ／ＴＳＬＤを高くするためには、加工率を３０％以上とすることが好ましく、４０％以上とすることがより好ましい。
（仕上熱処理工程Ｓ０６）
　次に、仕上加工工程Ｓ０５後の銅素材に対して、ひずみ取りのために仕上熱処理を実施する。熱処理温度は、２００℃以上８００℃以下の範囲内とすることが好ましい。なお、この仕上熱処理工程Ｓ０５においては、溶体化されたＭｇが析出しないように、熱処理条件（温度、時間、冷却速度）を設定する必要がある。例えば２００℃では１分～２４時間程度、４００℃では１秒～１０秒程度とすることが好ましい。この熱処理は、非酸化雰囲気または還元性雰囲気中で行うことが好ましい。
　また、冷却方法は、水焼入など、加熱された前記銅素材を、６０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で、１００℃以下にまで冷却することが好ましい。このように急冷することにより、母相中に固溶したＭｇがＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物として析出することが抑制されることになり、銅素材をＣｕ－Ｍｇ過飽和固溶体とすることができる。
　さらに、上述の仕上加工工程Ｓ０５と仕上熱処理工程Ｓ０６とを、繰り返し実施してもよい。
　このようにして、本実施形態である電子・電気機器用銅合金及び電子・電気機器用銅合金塑性加工材が製出されることになる。なお、この電子・電気機器用銅合金塑性加工材においては、表面に、膜厚０．１μｍ以上１０μｍ以下程度のＳｎめっきを施してもよい。
　この場合のＳｎめっきの方法は特に限定されないが、常法に従って電解めっきを適用したり、また場合によっては電解めっき後にリフロー処理を施したりしてもよい。
　また、本実施形態である電子・電気機器用部品及び端子は、上述の電子・電気機器用銅合金塑性加工材に対して、打ち抜き加工、曲げ加工等を施すことによって製造される。
　以上のような要件を有する本実施形態である電子・電気機器用銅合金によれば、圧延方向に対して直交方向に引張試験を行った際の強度ＴＳＴＤと、圧延方向に対して平行方向に引張試験を行った際の強度ＴＳＬＤと、から算出される強度比ＴＳＴＤ／ＴＳＬＤが１．０２を超える。このため、圧延面に対して法線方向に垂直な面に｛２２０｝面が多く存在する。従って、圧延方向に対して曲げの軸が直交方向になるような曲げ加工したときに優れた曲げ加工性を有するととともに、圧延方向に対して直交方向に引張試験を行った際の強度ＴＳＴＤが高くなる。従って、上述した小型端子の成型性に優れることになる。
　また、本実施形態の電子・電気機器用銅合金においては、走査型電子顕微鏡による観察において、粒径０．１μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の平均個数が、１個／μｍ２以下であるとともに、Ｍｇの含有量をＸ原子％としたときに、導電率σ（％ＩＡＣＳ）が、次式の範囲内であり、Ｍｇが母相中に過飽和に固溶したＣｕ－Ｍｇ過飽和固溶体とされている。
　σ≦１．７２４１／（－０．０３４７×Ｘ２＋０．６５６９×Ｘ＋１．７）×１００
　このため、母相中には、割れの起点となる粗大なＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が多く分散されておらず、曲げ加工性が向上することになる。従って、複雑な形状のコネクタ等の端子、リレー、リードフレーム等の電子・電気機器用部品等を成形することが可能となる。さらに、Ｍｇを過飽和に固溶させていることから、加工硬化によって強度を向上させることが可能となる。
　ここで、本実施形態では、上述の組成を有する銅素材を４００℃以上９００℃以下の温度にまで加熱する加熱工程Ｓ０２と、加熱された銅素材を６０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で、２００℃以下にまで冷却する急冷工程Ｓ０４と、銅素材を塑性加工する熱間加工工程Ｓ０２及び仕上加工工程Ｓ０５と、を有する製造方法によって、電子・電気機器用銅合金は製造されている。このため、電子・電気機器用銅合金を、上述のように、Ｍｇが母相中に過飽和に固溶したＣｕ－Ｍｇ過飽和固溶体とすることができる。
　また、本実施形態である電子・電気機器用部品及び端子は、上述の電子・電気機器用銅合金塑性加工材を用いて製造されているので、耐力が高く、かつ、曲げ加工性に優れており、複雑な形状であっても割れ等がなく、信頼性が向上することになる。
　以上、本発明の実施形態である電子・電気機器用銅合金、電子・電気機器用銅合金塑性加工材、電子・電気機器用部品及び端子について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の要件を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
　例えば、上述の実施形態では、電子・電気機器用銅合金の製造方法及び電子・電気機器用銅合金塑性加工材の製造方法の一例について説明したが、製造方法は本実施形態に限定されることはなく、既存の製造方法を適宜選択して製造してもよい。
　また、本実施形態では、Ｃｕ－Ｍｇの２元系合金を例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｌｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｐのうち１種または２種以上を合計で０．０１原子％以上３．００原子％以下の範囲内で含んでいてもよい。
　Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｌｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｐといった元素は、Ｃｕ－Ｍｇ合金の強度等の特性を向上させる元素であることから、要求特性に応じて適宜添加することが好ましい。ここで、添加量の合計を０．０１原子％以上としているので、Ｃｕ－Ｍｇ合金の強度を確実に向上させることができる。一方、添加量の合計を３．００原子％以下としているので、導電率を確保することができる。
　なお、上述の元素を含有する場合には、実施形態で説明した導電率の規定は適用されないが、析出物の分布状態からＣｕ－Ｍｇの過飽和固溶体であることを確認することができる。また、これらの元素の原子％は、Ｃｕ、Ｍｇおよびこれらの添加元素のみからなると仮定し、測定された質量％の値から原子％濃度を算出することになる。
　以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。
　純度９９．９９ｍａｓｓ％以上の無酸素銅（ＡＳＴＭ　Ｂ１５２　Ｃ１０１００）からなる銅原料を準備した。この銅原料を高純度グラファイト坩堝内に装入して、Ａｒガス雰囲気とされた雰囲気炉内において高周波溶解した。得られた銅溶湯内に、各種の添加元素を添加して表１に示す成分組成に調製し、カーボン鋳型に注湯して鋳塊を製出した。ここで、鋳塊の大きさは、厚さ約１２０ｍｍ×幅約２２０ｍｍ×長さ約３００ｍｍとした。
　また、表１に示す組成のａｔ％（原子％）は、Ｃｕ、Ｍｇおよびその他の添加元素のみからなると仮定し、測定された質量％の値から原子％濃度を算出した。
　得られた鋳塊において、鋳肌（鋳造したままの鋳塊の表面）の近傍を１０ｍｍ以上面削し、１００ｍｍ×２００ｍｍ×１００ｍｍのブロックを切り出した。
　このブロックを、Ａｒガス雰囲気中において、表１に記載の温度条件で４８時間保持した。そして、加熱保持後のブロックに対して、表１に示す条件で熱間圧延を実施し、水焼入れを行った。
　次に、表１に示す圧延率で仕上圧延を実施し、厚さ０．２５ｍｍ、幅約２００ｍｍの薄板を製出した。
　そして、仕上圧延後に、表１に示す条件で、Ａｒ雰囲気中で仕上熱処理を実施し、その後、水焼入れを行い、特性評価用薄板を作成した。
（熱間圧延材の平均結晶粒径）
　上述の熱間圧延を実施した熱間圧延材の金属組織の観察を行った。圧延の幅方向に対して垂直な面、すなわちＴＤ面(Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）を観察面として、ＥＢＳＤ測定装置及びＯＩＭ解析ソフトによって、次のように結晶粒界および結晶方位差分布を測定した。
　耐水研磨紙、ダイヤモンド砥粒を用いて機械研磨を行い、次いで、コロイダルシリカ溶液を用いて仕上げ研磨を行った。そして、ＥＢＳＤ測定装置（ＦＥＩ社製Ｑｕａｎｔａ　ＦＥＧ　４５０、ＥＤＡＸ／ＴＳＬ社（現在はＡＭＥＴＥＫ社）製ＯＩＭ　Ｄａｔａ　Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ）と、解析ソフト（ＥＤＡＸ／ＴＳＬ社（現在はＡＭＥＴＥＫ社）製ＯＩＭ　Ｄａｔａ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｖｅｒ．５．３）によって、電子線の加速電圧２０ｋＶ、測定間隔０．１μｍのステップで１０００μｍ２以上の測定面積において、各結晶粒の方位差の解析を行った。解析ソフトＯＩＭにより各測定点のＣＩ値を計算し、結晶粒径の解析からはＣＩ値が０．１以下のものは除外した。結晶粒界に関して、二次元断面観察の結果、隣り合う２つの結晶間の配向方位差が１５°以上となる測定点間を結晶粒界として結晶粒界マップを作成した。ＪＩＳ　Ｈ　０５０１の切断法に準拠し、結晶粒界マップに対して、縦、横の所定長さの線分を５本ずつ引き、完全に切られる結晶粒数を数え、その切断長さの平均値を平均結晶粒径とした。
（加工性の評価）
　加工性の評価として、前述の仕上圧延時における耳割れ（edge cracking）の有無を観察した。目視で耳割れが全くあるいはほとんど認められなかったものを◎（Excellent）と表記した。長さ１ｍｍ未満の小さな耳割れが発生したものを○（Good）と表記した。長さ１ｍｍ以上３ｍｍ未満の耳割れが発生したものを△（Fair）と表記した。長さ３ｍｍ以上の大きな耳割れが発生したものを×（Bad）と表記した。耳割れに起因して圧延途中で破断したものを××（Very Bad）と表記した。
　なお、耳割れの長さとは、圧延材の幅方向端部から幅方向中央部に向かう耳割れの長さのことである。
（析出物の観察）
　各試料の圧延面に対して、鏡面研磨、イオンエッチングを行った。ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の析出状態を確認するため、ＦＥ－ＳＥＭ（電界放出型走査電子顕微鏡）を用い、1万倍の視野（約１２０μｍ２／視野）で観察を行った。
　次に、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の密度（個／μｍ２）を調査するために、金属間化合物の析出状態が特異ではない１万倍の視野（約１２０μｍ２／視野）を選び、その領域で、５万倍で連続した１０視野（約４．８μｍ２／視野）の撮影を行った。金属間化合物の粒径については、金属間化合物の長径（途中で粒界に接しない条件で粒内に最も長く引ける直線の長さ）と短径（長径と直角に交わる方向で、途中で粒界に接しない条件で最も長く引ける直線の長さ）の平均値とした。そして、粒径０．１μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の密度（個／μｍ２）を求めた。
（機械的特性）
　特性評価用薄板からＪＩＳ　Ｚ　２２４１に規定される１３Ｂ号試験片を採取した。ＪＩＳ　Ｚ　２２４１に準拠して、圧延方向に対して直交になる方向に引張試験をしたときの引張強度ＴＳＴＤ、及び圧延方向に対して平行になる方向に引張試験をしたときの引張強度ＴＳＬＤを求めた。得られたそれぞれの値よりＴＳＴＤ/ＴＳＬＤを算出した。
（曲げ加工性）
　日本伸銅協会技術標準ＪＣＢＡ－Ｔ３０７：２００７の４試験方法に準拠して曲げ加工を行った。圧延方向に対して曲げの軸が直交方向になるように、特性評価用薄板から幅１０ｍｍ×長さ３０ｍｍの試験片を複数採取し、曲げ角度が９０度、曲げ半径が０．２５ｍｍ（Ｒ／ｔ＝１）のＷ型の治具を用い、Ｗ曲げ試験を行った。
　曲げ部の外周部を目視で観察して割れが観察された場合は「×」（Bad）と判定した。破断や微細な割れが確認されなかった場合は「○」（Good）と判定した。すなわち、「○」と判定されたものは、Ｒ／ｔ＝０．２５／０．２５＝１．０以下となる。
（導電率）
　特性評価用薄板から幅１０ｍｍ×長さ１５０ｍｍの試験片を採取し、４端子法によって電気抵抗を求めた。また、マイクロメータを用いて試験片の寸法の測定を行い、試験片の体積を算出した。そして、測定した電気抵抗値と体積とから、導電率を算出した。なお、試験片は、その長手方向が特性評価用薄板の圧延方向に対して垂直になるように採取した。
　成分組成、製造条件、評価結果について、表１、２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　Ｍｇの含有量が本実施形態の範囲よりも低い比較例１においては、圧延方向に対して平行方向に引張試験を行った際の強度ＴＳＬＤが３８１ＭＰａであり、圧延方向に対して直交方向に引張試験を行った際の強度ＴＳＴＤが３８５ＭＰａと低かった。また、強度比ＴＳＴＤ／ＴＳＬＤも１．０２以下であった。
　Ｍｇの含有量が本実施形態の範囲よりも高い比較例２においては、仕上圧延時に大きな耳割れが発生し、その後の特性評価を実施することが不可能であった。
　Ｍｇの含有量が本実施形態の範囲内であるものの、強度比ＴＳＴＤ／ＴＳＬＤが１．００である比較例３においては、圧延方向に対して平行方向に引張試験を行った際の強度ＴＳＬＤが３９２ＭＰａであり、圧延方向に対して直交方向に引張試験を行った際の強度ＴＳＴＤが３９３ＭＰａと低く強度が不十分であった。
　これに対して、Ｍｇの含有量が本実施形態の範囲内であるとともに、強度比ＴＳＴＤ／ＴＳＬＤが１．０２を超える本発明例１～８においては、圧延方向に対して平行方向に引張試験を行った際の強度ＴＳＬＤ及び圧延方向に対して直交方向に引張試験を行った際の強度ＴＳＴＤがともに高く、かつ、曲げ加工性も良好であった。また、耳割れの発生もなかった。
　また、Ｍｇ以外に添加元素を本実施形態の範囲内で添加するとともに、強度比ＴＳＴＤ／ＴＳＬＤが１．０２を超える本発明例９～１５においても、圧延方向に対して平行方向に引張試験を行った際の強度ＴＳＬＤ及び圧延方向に対して直交方向に引張試験を行った際の強度ＴＳＴＤがともに高く、かつ、曲げ加工性も良好であった。また、耳割れの発生もなかった。
　以上のことから、本実施形態によれば、ＧＷの優れた曲げ加工性とＢＷの高い強度を有し、小型端子の成型性に優れた電子・電気機器用銅合金、電子・電気機器用銅合金塑性加工材を提供することができることが確認された。
　本実施形態の電子・電気機器用銅合金は、強度および曲げ加工性に優れ、特にＧＷの優れた曲げ加工性とＢＷの高い強度を有する。このため、本実施形態の電子・電気機器用銅合金は、半導体装置のコネクタ等の端子、あるいは電磁リレーの可動導電片や、リードフレームなどの電子・電気機器用部品に適用される。

Claims (10)

  1. 　Ｍｇを３．３原子％以上６．９原子％以下の範囲で含み、残部が実質的にＣｕ及び不可避不純物からなり、
    　圧延方向に対して直交方向に引張試験を行った際の強度ＴＳＴＤと、圧延方向に対して平行方向に引張試験を行った際の強度ＴＳＬＤと、から算出される強度比ＴＳＴＤ／ＴＳＬＤが１．０２を超えることを特徴する電子・電気機器用銅合金。
  2. 　走査型電子顕微鏡による観察において、粒径０．１μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の平均個数が、１個／μｍ２以下であることを特徴とする請求項１に記載の電子・電気機器用銅合金。
  3. 　Ｍｇの含有量をＸ原子％としたときに、導電率σ（％ＩＡＣＳ）が、次式の範囲内であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子・電気機器用銅合金。
    　σ≦１．７２４１／（－０．０３４７×Ｘ２＋０．６５６９×Ｘ＋１．７）×１００
  4. 　さらに、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｌｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｐのうち１種または２種以上を合計で０．０１原子％以上３．００原子％以下の範囲内で含んでいることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子・電気機器用銅合金。
  5. 　圧延方向に対して直交方向に引張試験を行った際の強度ＴＳＴＤが４００ＭＰａ以上であり、圧延方向に対して直交する方向を曲げの軸としたとき、Ｗ曲げ冶具の半径をＲとし、銅合金の厚みをｔとしたときの比で表わされる曲げ加工性Ｒ／ｔが１以下であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電子・電気機器用銅合金。
  6. 　請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電子・電気機器用銅合金からなる銅素材を塑性加工することによって成形されたことを特徴とする電子・電気機器用銅合金塑性加工材。
  7. 　前記銅素材を４００℃以上９００℃以下の温度にまで加熱する加熱工程と、加熱された前記銅素材を６０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で２００℃以下にまで冷却する急冷工程と、前記銅素材を塑性加工する塑性加工工程と、を有する製造方法によって成形されたことを特徴とする請求項６に記載の電子・電気機器用銅合金塑性加工材。
  8. 　表面にＳｎめっきが施されていることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の電子・電気機器用銅合金塑性加工材。
  9. 　請求項６から請求項８のいずれか一項に記載された電子・電気機器用銅合金塑性加工材からなることを特徴とする電子・電気機器用部品。
  10. 　請求項６から請求項８のいずれか一項に記載された電子・電気機器用銅合金塑性加工材からなることを特徴とする端子。
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