JP2000273562A - 耐応力緩和特性に優れた高強度、高導電性銅合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高強度で高導電性を備え、耐応力緩和特性に
優れた電気・電子機器用等として有用な銅合金を開発す
ること。 【解決手段】 質量％でＭｇ：０．１〜０．３％，Ｎ
ｉ：０．０１〜１．０％，Ｐ：０．０１〜０．２％を含
み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる、高強度、高
導電性で耐応力緩和特性に優れた銅合金を開示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気接続端子やコ
ネクタあるいは半導体用リードフレームの如き電気・電
子部品用として用いられる銅合金に関し、特に優れた強
度と導電性を備えると共に、耐応力緩和特性に優れた電
気・電子部品用銅合金に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電気・電子機器の軽量・薄肉・小
型化が進むにつれて、それらのリードフレームや接続端
子、コネクタなどとして用いられる電気・電子部品用銅
合金にも一層の小型・軽量化が求められ、それに伴っ
て、それら電気・電子部品に使用される銅合金材料には
一段と高い強度と電導性が要求されている。

【０００３】一方、自動車エンジン等の電子制御化が進
むにつれて、電気・電子部品をエンジンルーム内に配置
する場合も増大しており、該電気・電子部品の接続に用
いられるコネクタなどもエンジンルーム内の高い温度環
境で使用されることが多くなっている。従って、その様
な高温環境下で使用した場合でも高い信頼性を確保でき
る様、強度や導電性に加えて耐応力緩和特性にも優れた
材料が要望されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、高強度・高
導電性材料として汎用されてきた従来のＣｕ−Ｓｎ−Ｐ
合金は、耐応力緩和特性が不十分で信頼性や耐久性に問
題がある。また、耐応力緩和特性の改善された銅合金と
して、Ｃｕ−Ｍｇ−Ｐ合金（「伸鋼技術研究会誌」、１
９８８，２７巻、第１１５頁）や、Ｃｕ−Ｍｇ−Ｐ−Ｔ
ｉ−Ｎｉ合金（特公平４−７８７０２）なども提案され
ているが、これらの合金はいずれも多量のＭｇが含まれ
ているため曲げ加工性に問題がある。また、Ｍｇ含有量
の多い銅合金は溶製時に溶湯酸化を受け易く、健全な鋳
塊の製造が困難であるばかりでなく生産性にも問題が指
摘される。

【０００５】本発明はこの事情に着目してなされたもの
であって、高い強度と導電性を有すると共に耐応力緩和
特性、或いは更に耐半田剥離特性にも優れ、高温条件下
での使用にも十分に耐える銅合金を提供しようとするも
のである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明に係る耐応力緩和特性に優れた高強度、
高導電性銅合金とは、質量％で、Ｍｇ：０．１〜０．３
％，Ｎｉ：０．０１〜１．０％，Ｐ：０．０１〜０．２
％を含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなるところ
に要旨を有している。本発明の該銅合金においては、他
の元素として０．０５〜３．０％のＺｎを含有させるこ
とによって、耐半田剥離性にも優れた特性を与えること
ができるので好ましく、この銅合金は、その優れた強度
と導電性及び対応力緩和特性を活かして、接続端子やコ
ネクター、リードフレームの如き電気・電子部品材料と
して有効に活用できる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る銅合金の成分
組成を定めた理由を明らかにする。

【０００８】Ｍｇ：０．１〜０．３％ Ｍｇは、マトリックスに固溶して加工硬化性を増進し、
銅合金の強度を高めるうえで欠くことのできない元素で
あり、しかも転位の動きを抑えて耐応力緩和特性を向上
させる作用も有している。こうしたＭｇの作用を有効に
発揮させるには少なくとも０．１％以上含有させなけれ
ばならず、より好ましくは０．１５％以上含有させるこ
とが望ましい。しかしＭｇ量が０．３％を超えると、強
度は上昇するものの導電性が低下すると共に、溶湯の酸
化が激しくなって湯流れ性が低下し、健全な鋳塊が得ら
れ難くなるので、０．３％以下、より好ましくは０．２
５％以下に抑えなければならない。

【０００９】Ｐ：０．０１〜０．２％ Ｐは、溶湯の脱酸に寄与すると共に、Ｍｇと金属間化合
物（Ｍｇ₃Ｐ₂）を形成して銅合金の強度を高める作用を
有しており、こうした作用を有効に発揮させるには０．
０１％以上、より好ましくは０．０３％以上含有させな
ければならない。しかし、Ｐ含有量が０．２％を超える
と熱間加工性が劣化すると共に、金属間化合物の形成に
よって固溶Ｍｇ量が減少し、強度は上昇するものの耐応
力緩和特性が低下してくるので、０．２％以下、より好
ましくは０．１％以下に抑えなければならない。

【００１０】Ｎｉ：０．０１〜１．０％ Ｎｉは、Ｍｇと同様にＣｕマトリックス中に固溶して耐
応力緩和特性を向上させる作用があり、その作用を有効
に発揮させるには０．０１％以上、より好ましくは０．
１％以上含有させなければならない。しかし、Ｎｉ量が
１．０％を超えると導電性の低下が著しくなるので、
１．０％以下、より好ましくは０．５％以下に抑えなけ
ればならない。

【００１１】本発明の銅合金における必須の元素は上記
３種で、残部は実質的にＣｕであるが、微量の不可避不
純物が含まれていても差し支えない。

【００１２】また本発明においては、上記必須元素に加
えて適量のＺｎを含有させることによって、特に半田の
耐熱剥離性を向上させることも有効であり、こうしたＺ
ｎ添加の作用は０．０５％以上、より好ましくは０．１
％以上含有させることによって有効に発揮される。但
し、Ｚｎ量が多すぎると導電性が極端に低下してくるの
で、３．０％以下、より好ましくは２．０％以下に抑え
るべきである。

【００１３】本発明の上記銅合金を溶製するに当たって
は、特にＭｇ成分の酸化消耗を抑えるため木炭被覆等で
湯面を保護し、あるいはアルゴンなどの不活性ガスで置
換して空気酸化を防止しながら溶製すべきである。溶製
後はカーボン鋳型などを用いて鋳造して鋳塊を得、面削
処理してから８００〜９５０℃程度の温度で熱間圧延
し、次いで表面の酸化スケールを除去してから任意の厚
さまで冷間圧延し、最後に３００〜５００℃程度の温度
で時効処理して高強度化されるが、こうした溶製条件、
熱間・冷間の圧延条件や時効処理条件などには一切制限
がなく、最終製品の形状や要求特性などに応じてその都
度最適の条件を設定すればよい。

【００１４】何れにしても本発明によれば、銅合金中の
Ｍｇ，Ｎｉ，Ｐの各含有量を特定することによって、優
れた強度と導電性および耐応力緩和特性を兼備し、或い
は更に適量のＺｎを含有させることによって耐半田剥離
特性も高めることが、電気・電子部品材料として優れた
性能の銅合金を提供し得ることになった。

【００１５】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明するが、本発明は下記実施例によって制限を受ける
ものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当
に変更して実施することも可能であり、それらはいずれ
も本発明の範疇に含まれる。

【００１６】実施例１ 下記表１に示す組成の銅合金を、高周波溶解炉を用いて
大気中、木炭被覆下で溶製する。この溶湯を用いてカー
ボン製鋳型により鋳造し、厚さ５０ｍｍ、幅８０ｍｍ、
長さ１８０ｍｍの鋳塊を得た。次いで該鋳塊の表面を面
削し、９５０℃で厚さ１６ｍｍまで熱間圧延し、７５０
℃以上の温度から水中に浸漬して急冷した。

【００１７】得られた圧延材表面の酸化スケールをフラ
イスによって除去してから冷間圧延し、その後３００〜
５００℃で２〜４時間の時効析出処理を行ない、更に６
０〜９０％の冷間圧延を行なって板厚を０．２５ｍｍと
し、３００〜５００℃の塩浴に２０秒〜１時間浸漬して
保持した後、２５℃の水中に潰漬して急冷した。

【００１８】得られた各銅合金板について、以下に示す
物性試験を行なった。 ・引張試験：各銅合金板を圧延方向に平行に切り出して
ＪＩＳ １３号試験片を作製し、この試験片を用いて引
張特性を調べた。 ・硬さ：各銅合金板について、マイクロビッカース硬度
計を用いて荷重５００ｇｆで硬さを測定した。 ・導電率：各銅合金板につき、ＪＩＳ Ｈ０５０５に準
じて導電率を測定した。 ・ばね限界値：ＪＩＳ Ｈ３１３０に準拠し、モーメン
ト式試験によりばね限界値を測定した。 ・耐応力緩和特性：幅１０ｍｍ×長さ７０ｍｍの試験片
を使用し、日本電子材料工業規格ＥＭＡ８−３００３に
準拠し、最大応力として耐力の８０％を負荷して片持ち
梁方式で１５０℃×１０００時間保持した後の応力緩和
率で評価した。 ・曲げ加工性：曲げ線を圧延方向に直角に設定し、ＪＩ
Ｓ Ｈ３１１０で規定されるＷ曲げ試験法に従って、Ｒ
／ｔ＝１（Ｒ＝０．２５ｍｍ）で９０°曲げを行ない、
曲げ部を２０倍のルーペで観察してクラックの発生の有
無により評価した。

【００１９】結果は表２に示す通りであり、本発明の規
定要件を満たす合金Ｎｏ．１〜３は、応力緩和率が低く
且つ高い引張強さと硬さ及び優れた導電率を有している
のに対し、Ｍｇの添加量が不足する合金Ｎｏ．４は強度
が低くて耐応力緩和特性も不十分である。また、Ｍｇ量
が規定範囲を超える合金Ｎｏ．５は、耐応力緩和特性は
優れるものの曲げ加工性が悪く且つ導電率も低い。Ｎｉ
量が不足する合金Ｎｏ．６は、耐応力緩和特性が良好で
なく、Ｎｉ量が多すぎる合金Ｎｏ．７は導電率が低く且
つ曲げ加工性も悪い。Ｐ量が不足する合金Ｎｏ．８は強
度が低く、Ｐ量が多すぎる合金Ｎｏ．９は耐応力緩和特
性が不良で曲げ加工性も悪い。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】 実施例２ 下記表３に示す組成の銅合金を用いて実施例１と同様に
して板状に加工し、半田耐熱剥離性試験を行った。半田
耐熱剥離性は、組成が６Ｓｎ／４Ｐｄの半田を２４５±
５℃×５秒で半田付けし、１５０℃のオーブンで１００
０時間加熱した後、各試験片に曲げ半径０．２５ｍｍで
１８０°曲げ戻しの加工を行い、加工部の半田が剥離す
る否かを目視観察して評価した。

【００２２】結果は表４に示す通りであり、本発明の規
定要件を満たす合金Ｎｏ．１０には半田の剥離が見られ
ないが、Ｚｎ量が不足する合金Ｎｏ．１１では半田の剥
離が生じており、半田剥離性に欠けることが分かる。ま
たＺｎ量が多すぎる合金Ｎｏ．１２では、半田の剥離は
見られないものの導電率が低い。

【００２３】

【表３】

【００２４】

【表４】

【００２５】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、Ｍ
ｇ，Ｎｉ，Ｐの各含有率を規定することによって、高強
度で高い導電性を有すると共に優れた耐応力緩和特性を
有し、電気・電子部品用として優れた性能の銅合金を提
供し得ることになった。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 質量％で、Ｍｇ：０．１〜０．３％，Ｎ
   ｉ：０．０１〜１．０％，Ｐ：０．０１〜０．２％を含
   み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなることを特徹と
   する耐応力緩和特性に優れた高強度、高導電性銅合金。
2. 【請求項２】 他の元素として、Ｚｎ：０．０５〜３．
   ０％を含有するものである請求項１に記載の銅合金。
3. 【請求項３】 電気・電子部品用材料として使用される
   ものである請求項１または２に記載の銅合金。