JP2516623C

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Publication number: JP2516623C
Authority: JP
Publication date: 1998-04-15

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
などの接点ばね、端子等として強度、導電性、メッキ性、半田付け性等の実用特
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きい。これと同種の欠
陥として電気接点や接続部に貴金属に代えてＳｎやＳｎ−Ｐｂ合金（半田）メッ
キを用いる場合、経時的に密着性が失われ、前記半田接合部と同様に剥離現象を
起こす。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のバリヤー層をメッ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Ｃ
１９５（１．５％Ｆｅ，０．６％Ｓｎ，０．２％Ｃｏ，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、精密な曲げ加工におい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、機械的強度や精密加工性の優れたＣｕ−Ｓｎ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Ｓｎ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）半田接合やＳｎ，Ｓｎ−Ｐｂ合金メッ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、メッ
キ性、半田付け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、Ｓｎ０．０５〜８％，Ｐ０．１ｗｔ％以下，Ｚｎ０．
１〜１．０ｗｔ％，Ｍｎ０．０３〜０．５％を含み、更にＣｒ，Ｔｉ，Ｚｒの何
れか１種又は２種以上を合計０．０５〜１％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、Ｓｎ０．０５〜８％，Ｐ０．１ｗｔ％以下，Ｚｎ０．１
〜１．０ｗｔ％，Ｍｎ０．０３〜０．５％を含み、更にＣｒ，Ｔｉ，Ｚｒの何れ
か１種又は２種以上を合計０．０５〜１％を含み、残部Ｃｕからなる合金を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、４００〜６
５０℃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、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℃の低温焼鈍を施せば、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Ｓｎ含有量を０．０５〜３％、特に０．１〜２％とする。［作用］本発明合金はＣｒ，Ｔｉ，Ｚｒの析出を併用したＣｕ−Ｓｎ固溶体合金であり
、同一Ｓｎ量の合金に対し、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Ｓｎ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、特にＺｒはＣｕ₃Ｚｒ，ＴｉはＴｉ
Ｓｎ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０．１％以下と通常のリン青銅のＰ量（０．１〜０．２５％）
より低濃度化し、替りにＺｎやＭｎを脱酸剤として利用したものである。Ｐの低
下は熱間加工時の割れの主因となるＣｕ−Ｐ、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐ等の低融点相の形
成を防止し、Ｓｎメッキや半田付け性を大巾に改善する。即ち剥離したメッキや
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
れはメッ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。本発明はＰを０．１％以下に抑えることにより上記脆化現象を防止したもので
、ＺｎとＭｎの添加は上記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Ｚｎ、Ｍｎの作用のメカニズムは不明であるが、ＣｕとＳｎとの拡散反応に関与して脆化層の発生を防止するものと推される。熱間
加工性はＣｕ−Ｓｎ合金、特にＳｎ３〜８％の高Ｓｎ合金の課題であり、粒界に
おけるＳｎ偏析や、上記Ｐの作用に因る。Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ等の添加元素も結晶
微細化して上記偏析を防止し、熱間加工性を改善するものである。またＶ，Ｍｇ
，Ｂｅ，Ｆｅ，Ｔｅ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｙ，希土類元素についても同様な効果が見ら
れた。しかしてＺｎの含有量を０．１〜１．０ｗｔ％、Ｍｎの含有量を０．０３〜０
．５％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。またＣｒ，
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０．１％以下と
限定したのは、これを越える過剰の濃度では、上記改善効果が実用的に発現され
難いためである。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℃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、上記の効果が得られない。また３０％以上の冷間加工を施してか
ら４００〜６５０℃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］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１０ｍｍの板とした。これを９０
０℃に加熱してから厚さ１．２ｍｍまで熱間圧延した。上がり温度は７１０〜７
５０℃であり、これを直ちに水冷した。４００℃迄の冷却速度は約２０℃／ｓｅ
ｃであった。これを酸洗いしてから厚さ０．６ｍｍ迄冷間圧延し、５５０℃で３
０分間熱処理した。更にこれを０．２１ｍｍ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、割れ発生のない最小Ｒと板厚（ｔ）
の比で比較した。半田接合強度はリード線を半田付け（４．５ｍｍ²）した後、
１５０℃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、３Ｖｏｌ％ＮＨ₃ガス中で４
０ｋｇ／ｍｍ²の定荷重をかけ、破断するまでの時間を求めた。【第１表】【第２表】第１表及び第２表から明らかなように本発明合金Ｎｏ．１〜３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合金Ｎｏ．４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Ｎｏ．４では熱間圧延時にコバ割れを起すばかりか、ＳＣＣをも起
し、更に半田接合強度も劣るのに、本発明合金Ｎｏ．１〜３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Ｎｏ．４〜６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Ｃｒ等を含まな
い比較合金Ｎｏ．４ではＳＣＣを起すばかりか、半田接合強度も劣り、またＺｎ
の含有量が多い比較合金Ｎｏ．５では導電率の低下が著しく、ＳＣＣを起す。ま
たＣｒ等の含有量が多い比較合金Ｎｏ．６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Ｎｏ．３について熱
間圧延後、空冷（２．１℃／ｓｅｃ）し、その後、冷間圧延と熱処理を施したも
のは、引張強度６１．４ｋｇ／ｍｍ²、伸び９．４％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Ｎｏ．３について、熱処理前の冷間加工率を
３５％と２０％にしたところ夫々強度６４．４ｋｇ／ｍｍ²、６０．１ｋｇ／ｍ
ｍ²であった。［発明の効果］このように本発明によれば、Ｃｕ−Ｓｎ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、メッキ性、半田付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ある。

Claims

【特許請求の範囲】（１）Ｓｎ０．０５〜８ｗｔ％，Ｐ０．１ｗｔ％以下，Ｚｎ０．１〜１．０ｗｔ
％，Ｍｎ０．０３〜０．５ｗｔ％を含み、更にＣｒ，Ｔｉ，Ｚｒの何れか１種又
は２種以上を合計０．０５〜１ｗｔ％を含み、残部Ｃｕからなる電子電気機器用
銅合金。（２）Ｓｎ０．０５〜８ｗｔ％，Ｐ０．１ｗｔ％以下，Ｚｎ０．１〜１．０ｗｔ
％，Ｍｎ０．０３〜０．５ｗｔ％を含み、更にＣｒ，Ｔｉ，Ｚｒの何れか１種又
は２種以上を合計０．０５〜１ｗｔ％を含み、残部Ｃｕからなる合金を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電子電気機器用銅合金の製造法。