JP2017002368A - 銅合金材 - Google Patents

Abstract

【課題】例えばリードフレームやコネクタのさらなる小型化、高機能化を図ることができる技術を提供する。
【解決手段】０．１質量％以上０．４質量％以下のクロムと、０．０２質量％以上０．２質量％以下のジルコニウムと、を含み、残部が銅および不可避不純物からなり、導電率が７５％ＩＡＣＳ以上であり、０．２％耐力が５００ＭＰａ以上であり、板厚方向の結晶粒の粒径をａ、圧延方向の結晶粒の粒径をｂとしたとき、ａの最大値が３μｍ以下であり、ｂ／ａの平均値が４０以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、銅合金材に関する。

従来より、リードフレーム、端子、コネクタなどには、銅合金材が用いられている。このような銅合金材として、例えばＣｕ−Ｆｅ−Ｐ系合金からなる銅合金材が用いられることがある（例えば特許文献１参照）。

特開２０１２−１７８１号公報

しかしながら、リードフレームやコネクタ等のさらなる小型化、高機能化の観点から、リードフレームやコネクタ等に用いられる銅合金材には、より高い導電性及び高い強度を有していることが要求されている。上述のＣｕ−Ｆｅ−Ｐ系の銅合金材では、高導電性及び高強度をバランス良く両立させることができないことがある。

本発明は、上記課題を解決し、リードフレームやコネクタ等のさらなる小型化、高機能化を図ることができる技術を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、
０．１質量％以上０．４質量％以下のクロムと、０．０２質量％以上０．２質量％以下のジルコニウムと、を含み、残部が銅および不可避不純物からなり、
導電率が７５％ＩＡＣＳ以上であり、
０．２％耐力が５００ＭＰａ以上であり、
板厚方向の結晶粒の粒径をａ、圧延方向の結晶粒の粒径をｂとしたとき、ａの最大値が３μｍ以下であり、ｂ／ａの平均値が４０以下である銅合金材が提供される。

本発明によれば、例えばリードフレームやコネクタ等のさらなる小型化、高機能化を図ることができる。

本発明の一実施形態にかかる銅合金材にプレス打ち抜き加工を行うことで形成される打ち抜き断面の正面概略図（正面図）及び側面概略図（側面図）を示す。

＜発明者等の得た知見＞
本発明の実施形態の説明に先立ち、本発明者が得た知見について説明する。

上述したように、半導体パッケージに用いられるリードフレームや、自動車の電気系統に用いられるコネクタや端子等には、例えばＣｕ−Ｆｅ−Ｐ系合金からなる銅合金材が用いられている。Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系合金として、例えば、２．１質量％以上２．６質量％以下のＦｅと、０．０１５質量％以上０．１５質量％以下のＰと、０．０５質量％以上０．２０質量％以下のＺｎとを含有する銅合金（Ｃ１９４００合金）や、０．０５質量％以上０．１５質量％以下のＦｅと、０．０２５質量％以上０．０４質量％以下のＰとを含有する銅合金（Ｃ１９２１０合金）が用いられている。

近年、リードフレームやコネクタ等に用いられる銅合金材には、小型化、高機能化の観点から、より高い導電性及び高い強度を有していることが要求されている。例えば、リードフレームに用いられる銅合金材には、銅合金材の厚さ（板厚）をより薄くした場合であっても割れ等が発生することがない強度を有するとともに、十分な放熱性を確保することができる導電性を有していることが要求されている。また、コネクタに用いられる銅合金材には、例えばコネクタに接続された電線を流れる電流値が増加した場合であっても、ジュール熱の発生が少ない導電性を有するとともに、より高いばね性を満足できる強度を有していることが要求されている。

しかしながら、上述のＣ１９４００合金は、０．２％耐力が５００ＭＰａ前後と高く、高強度を有するものの、導電率が６５％ＩＡＣＳ程度と低く、要求される導電性を有さないことがある。上述のＣ１９２１０合金は、導電率は９０％ＩＡＣＳ前後と高く、高導電性を有するものの、０．２％耐力を４５０ＭＰａより高くすることは難しく、要求される強度を有さないことがある。

そこで、例えば７０％ＩＡＣＳを超える導電率を有するとともに高い強度（例えば優れた耐応力緩和性）を有する、つまり高導電性及び高強度をバランス良く両立させたＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金が提案されている。このようなＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金は、自動車の電気系統に用いられるコネクタに好適に用いることができる。

上述のリードフレームやコネクタ、端子等は、銅合金材にプレス打ち抜き加工や曲げ加工を行うことで形成されている。このため、リードフレームやコネクタ等に用いられる銅合金材には、プレス打ち抜き加工を行った際に形成される打ち抜き断面にバリやダレ等が発生していないこと、曲げ加工を行った際に曲げ部分の表面（外表面）に割れが生じていないことが要求されている。つまり、リードフレームやコネクタ等に用いられる銅合金材には、優れたプレス加工性（打ち抜き加工性、プレス打ち抜き加工性）と優れた曲げ加工性とを有することが要求されている。

上述のＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金は、高導電性及び高強度を有するものの、近年のプレス加工性及び曲げ加工性に対する要求を満足することができないことがある。

そこで、本発明者等は、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金において、高導電性及び高強度を維持しつつ、プレス加工性及び曲げ加工性をより向上させるべく鋭意研究を行った。その結果、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金において、組成の制御に加えて金属組織を制御することで、上記課題を解決することができることを見出した。本発明は、本発明者等が見出した上記知見に基づくものである。

＜本発明の一実施形態＞
（１）リードフレーム、コネクタの構成
まず、本発明の一実施形態にかかるリードフレーム、コネクタの構成について説明する。

本実施形態にかかるリードフレームは、半導体素子が載置されるダイパッドと、半導体素子に電気的に接続されるリードと、を備えている。つまり、リードフレームは、リードフレーム基材として板状の銅合金材を用い、リードフレーム基材に例えばプレス打ち抜き加工を行ってダイパッドとリードとを形成することで構成されている。

本実施形態にかかるコネクタ（端子）は、例えば、電子機器側（相手側）のコネクタ（端子）に電気的に接続される導体部と、導体部が収容されるハウジング（収容部）と、を備えている。コネクタの導体部は、例えば銅合金材により形成されている。

（２）銅合金材の構成
以下に、上述のリードフレーム、コネクタに好適に用いられる銅合金材の構成について説明する。

本実施形態にかかる銅合金材は、所定量のクロム（Ｃｒ）と、所定量のジルコニウム（Ｚｒ）と、を含み、残部が銅（Ｃｕ）及び不可避不純物からなっている。銅合金材は、例えば圧延加工等を行うことで板状に形成されている。

銅合金材の母材であるＣｕとしては、例えば純度が９９．９％以上の無酸素銅（ＯＦＣ：Ｏｘｙｇｅｎ Ｆｒｅｅ Ｃｏｐｐｅｒ）等を用いることが好ましい。

銅合金材にＣｒを含ませることで、母相中にＣｒが析出する。Ｃｒは、単独で、つまり他の金属（例えばＣｕ、Ｚｒ）と化合物を作ることなく、母相中に析出する。母相中にＣｒが析出することで、銅合金材の強度を向上させることができる。また、銅合金材の耐熱性を向上させることもできる。

銅合金材にＺｒを含ませることで、母相中にＺｒとＣｕとの化合物（以下、Ｃｕ−Ｚｒ化合物ともいう）が析出する。Ｚｒは、Ｃｕと化合物を作って母相中に析出する。母相中にＣｕ−Ｚｒ化合物が析出することで、銅合金材の強度をより向上させることができる。また、銅合金材の耐熱性をより向上させることができる。

銅合金材に、所定量のＣｒと所定量のＺｒとを含ませることで、ＣｒとＺｒとの相乗効果により、Ｃｒ、Ｚｒのそれぞれの含有量を増やすことなく、つまり銅合金材の導電率を低下させることなく、銅合金材の強度を向上させることができる。つまり、Ｃｒ及びＺｒの合計含有量を、Ｃｒ（又はＺｒ）のみを含有させたときのＣｒ（又はＺｒ）の含有量よりも少なくしても、Ｃｒ（又はＺｒ）のみを含有させた銅合金材よりも強度を向上させることができる。また、Ｃｒ及びＺｒの合計含有量を少なくすることで、導電性の低下を抑制することができる。

銅合金材中のＣｒ、Ｚｒの含有量によって、母相中に析出する析出物（析出粒子、例えばＣｒ、Ｃｕ−Ｚｒ化合物）の量や、析出物の大きさが変化する。そこで、銅合金材中のＣｒ、Ｚｒの含有量をそれぞれ以下のようにするとよい。

銅合金材中のＣｒの含有量は、例えば０．１質量％以上０．４質量％以下、好ましくは０．２質量％以上０．３質量％以下であるとよい。

銅合金材中のＣｒの含有量が０．１質量％未満であると、母相中に析出するＣｒの量が少ないことがある。このため、Ｚｒの含有量を増やさなければ、銅合金材の強度を充分に向上させることができないことがある。例えば、銅合金材の０．２％耐力が５００ＭＰａ未満になることがある。また、後述の粒径ａの最大値が３μｍを超えることがあり、プレス加工性が低下することがある。

Ｃｒの含有量を０．１質量％以上にすることで、母相中に充分な量のＣｒを析出させることができる。従って、Ｚｒの含有量を増やすことなく、銅合金材の強度を充分に向上させることができる。例えば、銅合金材の０．２％耐力を５００ＭＰａ以上にすることができる。また、後述の粒径ａの最大値を３μｍ以下にすることができ、プレス加工性を向上させることができる。Ｃｒの含有量を０．２質量％以上にすることで、母相中に析出するＣｒの量を増やすことができる。これにより、銅合金材の強度をより確実に向上させることができるとともに、後述の粒径ａの最大値を３μｍ以下に確実にすることができる。

しかしながら、Ｃｒの含有量が０．４質量％を超えると、母相中に析出する析出物（Ｃｒの析出物）の大きさが大きくなることがある。つまり、母相中に粗大な析出物が析出することがある。粗大な析出物は、銅合金材の強度を向上させることができず、また銅合金材に対して曲げ加工を行った際に発生する割れの起点になりやすい。つまり、銅合金材中に粗大な析出物が析出すると、銅合金材の強度を充分に向上させることができないとともに、曲げ加工性が低下することがある。例えば、銅合金材の０．２％耐力が５００ＭＰａ未満になったり、後述のＲ／ｔの値が０．５を超えることがある。

Ｃｒの含有量を０．４質量％以下にすることで、母相中に粗大な析出物が析出することを抑制することができる。これにより、銅合金材の強度を充分に向上させることができるとともに、曲げ加工性の低下を抑制することができる。例えば、銅合金材の０．２％耐力を５００ＭＰａ以上にすることができるとともに、後述のＲ／ｔの値を０．５以下にすることができる。Ｃｒの含有量を０．３質量％以下にすることで、母相中に粗大な析出物が析出することをより確実に抑制することができる。これにより、銅合金材の強度を充分に向上させつつ、曲げ加工性をより向上させることができる。

銅合金材中のＺｒの含有量は、例えば０．０２質量％以上０．２質量％以下、好ましくは０．０５質量％以上０．１質量％以下であるとよい。

Ｚｒの含有量が０．０２質量％未満であると、母相中に析出するＣｕ−Ｚｒ化合物の量が少ないことがある。このため、Ｃｒの含有量を増やさなければ、銅合金材の強度を充分に向上させることができないことがある。例えば、銅合金材の０．２％耐力が５００ＭＰａ未満になることがある。

Ｚｒの含有量を０．０２質量％以上にすることで、母相中に充分な量のＣｕ−Ｚｒ化合物を析出させることができる。従って、Ｃｒの含有量を増やすことなく、銅合金材の強度を充分に向上させることができる。例えば、銅合金材の０．２％耐力を５００ＭＰａ以上にすることができる。Ｚｒの含有量を０．０５質量％以上にすることで、母相中により多くのＣｕ−Ｚｒ化合物を析出させることができ、銅合金材の強度をより確実に向上させることができる。

しかしながら、Ｚｒの含有量が０．２質量％を超えると、母相中に粗大な析出物（Ｃｕ−Ｚｒ化合物）が析出することがある。上述したように、母相中に粗大な析出物が析出すると、銅合金材の強度を充分に向上させることができないとともに、曲げ加工性が低下することがある。例えば、銅合金材の０．２％耐力が５００ＭＰａ未満になったり、後述のＲ／ｔの値が０．５を超えることがある。

Ｚｒの含有量を０．２質量％以下にすることで、母相中に粗大な析出物が析出することを抑制することができる。これにより、銅合金材の強度を充分に向上させることができるとともに、曲げ加工性の低下を抑制することができる。例えば、銅合金材の０．２％耐力を５００ＭＰａ以上にすることができるとともに、後述のＲ／ｔの値を０．５以下にすることができる。Ｚｒの含有量を０．１質量％以下にすることで、母相中に粗大な析出物が析出することをより確実に抑制することができる。これにより、銅合金材の強度を充分に向上させつつ、曲げ加工性をより向上させることができる。

銅合金材には、上述のＣｒ及びＺｒに加え、スズ（Ｓｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、チタン（Ｔｉ）、鉄（Ｆｅ）およびシリコン（Ｓｉ）からなる群から選択した１種以上の成分が例えば０．３質量％以下、好ましくは０．０５質量％以上０．２０質量％以下の範囲で含有されているとよい。なお、上述のＳｎ等からなる群から２種以上の成分を選択して銅合金材中に含有する場合は、２種以上の成分の合計含有量が上記範囲内であることが好ましい。

上述のＳｎ等は、銅合金材の強度を向上させる特性を有している。特に、Ｃｒ、Ｚｒと共にＳｎ等を銅合金材中に含ませることで、Ｃｒ、Ｚｒとの相乗効果により、Ｓｎ等が有する上述の特性をより発揮させやすくなる。これにより、銅合金材の強度をより向上させることができる。

しかしながら、Ｓｎ等の含有量が０．３質量％を超えると、銅合金材の導電性が低下することがある。例えば、銅合金材の導電率が７５％ＩＡＣＳ未満になることがある。

Ｓｎ等の含有量を０．３質量％以下にすることで、Ｓｎ等による銅合金材の導電性の低下を抑制することができる。例えば、銅合金材の導電率を７５％ＩＡＣＳ以上にすることができる。Ｓｎ等の含有量を０．２０質量％以下にすることで、銅合金材の導電性の低下をより抑制することができる。

なお、Ｓｎ等の含有量が０．０５質量％未満であると、Ｓｎ等を含有させる効果が充分に得られないことがある。Ｓｎ等の含有量を０．０５質量％以上にすることで、Ｓｎ等を含有させる効果を充分に得ることができ、銅合金材の強度をより向上させることができる。

銅合金材は、高導電性及び高強度を維持しつつ、プレス加工性、曲げ加工性を向上させる観点から、微細な結晶粒を有する金属組織（結晶組織）で構成されていることが好ましい。

銅合金材を構成する金属組織（以下、金属組織ともいう）は、銅合金材の板厚方向における結晶粒の粒径を粒径ａとしたとき、粒径ａの最大値が例えば３μｍ以下であるとよい。なお、粒径ａの最大値の下限値は特に限定されない。

粒径ａの最大値が３μｍを超えると、結晶粒の大きさが大きくなる傾向にある。結晶粒の大きさが大きくなると、銅合金材にプレス打ち抜き加工を行っている際に１つの結晶粒内でせん断変形が進行するため、結晶粒が大きくせん断変形することがある。これにより、プレス加工性が低下することがある。例えばプレス打ち抜き加工を行った際に形成される打ち抜き断面（以下、打ち抜き断面ともいう。）にせん断変形が発生しやすくなる。その結果、銅合金材にプレス打ち抜き加工を行った際の初期の段階で（例えば破断が始まるまで）生じるせん断すべりによる打ち抜き断面の変形量が大きくなる、つまりせん断面の面積が大きくなることがある。例えば、打ち抜き断面において、せん断面及び破断面の合計面積に対するせん断面の面積の割合（以下、打ち抜き断面におけるせん断面の面積割合ともいう。）が５０％を超えることがある。その結果、例えば図１に示すような打ち抜き断面における上部に発生するダレや、打ち抜き断面における下部に発生するバリが大きくなることがある。

なお、プレス打ち抜き加工の初期の段階では、銅合金材は、主にせん断すべりによって変形する。このとき、打ち抜き断面には、凹凸が少なく、比較的滑らかな面であるせん断面が形成される。さらにプレス打ち抜き加工が進行して、銅合金材が破断し始めると、細かな凹凸を有する面である破断面が形成される。つまり、図１に示すように、打ち抜き断面にはせん断面と破断面とが形成される。

粒径ａの最大値を３μｍ以下にすることで、結晶粒の大きさを充分に小さくすることができる。具体的には、結晶粒の大きさを、打ち抜き断面にせん断変形が発生しにくくなる程度まで充分に小さくすることができる。例えば、結晶粒の大きさを、プレス打ち抜き加工を行っている際、転位が結晶粒界に集積し、それを起点として破断が起き、大きなせん断変形が起こることを抑制できる大きさにすることができる。

これにより、プレス加工性を向上させることができる。例えばプレス打ち抜き加工を行った際に打ち抜き断面にせん断変形が発生することを抑制することができ、打ち抜き断面を、破断面よりもせん断面の割合が小さな面にすることができる。例えば打ち抜き断面におけるせん断面の面積割合を５０％以下にすることができる。打ち抜き断面におけるせん断面の面積の割合が小さくなるほど、せん断すべりによる打ち抜き断面の変形量が小さいことになる。その結果、打ち抜き断面における上部に発生するダレや、打ち抜き断面における下部に発生するバリを小さくすることができる。

金属組織は、銅合金材の圧延方向（長手方向）における結晶粒の粒径を粒径ｂとしたとき、上述の粒径ａに対する粒径ｂの比率（ｂ／ａ）の平均値が例えば４０以下であるとよい。なお、ｂ／ａの平均値の下限値は特に限定されない。

ｂ／ａの平均値が４０を超えると、結晶粒の形状が圧延方向に長い形状、つまり結晶粒が過度に引き延ばされた状態になる。このため、曲げ加工性が低下することがある。具体的には、曲げ軸が圧延方向と同一方向となるようにして銅合金材に対して曲げ加工を行った際、銅合金材の表面（外表面）に結晶粒界に沿った割れが発生することがある。例えば、ＪＩＳ Ｈ３１００に規定されるＷ曲げ試験において割れが発生しない最小曲げ半径Ｒと板厚（銅合金材の厚さ）ｔとの比率Ｒ／ｔの値が０．５を超えることがある。

ｂ／ａの平均値を４０以下にすることで、結晶粒の形状を所定の形状にでき、曲げ加工性を向上させることができる。例えば上述のＲ／ｔの値を０．５以下にすることができる。Ｒ／ｔの値が小さいほど、厳しい曲げでも割れが生じず、良好な曲げ加工性を有するということになる。

上述の金属組織の制御、つまり粒径ａ、粒径ｂの制御はそれぞれ、後述の圧延条件、時効処理の条件等を制御することで行うことができる。

（３）銅合金材の製造方法
次に、本実施形態にかかる銅合金材の製造方法について、溶解鋳造法を例示して説明する。

（鋳造工程）
まず、母材としての例えば純度が９９．９％以上である無酸素銅を例えば高周波溶解炉を用いて窒素雰囲気下で溶解して銅の溶湯を生成する。続いて、銅の溶湯中にＣｒ及びＺｒを添加して銅合金の溶湯を生成する。なお、Ｃｒの含有量が例えば０．１質量％以上０．４質量％以下になり、Ｚｒの含有量が例えば０．０２質量％以上０．２質量％以下になるように、Ｃｒ及びＺｒの添加量を調整する。また、銅（銅合金）の溶湯中に上述のＳｎ等を添加してもよい。この場合、Ｓｎ等の含有量が例えば０．３質量％以下になるように、Ｓｎ等の添加量を調整する。このように生成した銅合金の溶湯を鋳型に注いで（出湯して）冷却し、所定の組成を有する所定形状の鋳塊を鋳造する。

（圧延工程）
鋳造工程が終了した後、鋳塊を所定温度（例えば９００℃以上１０００℃以下、好ましくは９５０℃）で所定時間（例えば２時間）加熱して、所定の加工度（例えば総加工度が９０％以上９５％以下）で熱間圧延を行い、所定厚さ（例えば８ｍｍ）の熱間圧延材を形成する。その後、熱間圧延材に対して、所定の加工度の冷間圧延と、時効を目的とする熱処理（時効処理）と、をそれぞれ交互に所定回数繰り返して行い、所定厚さ（例えば０．３ｍｍ）の冷間圧延材を形成する。

熱間圧延、冷間圧延等の圧延（圧延加工）を行うことで、鋳塊中の鋳造組織を微細な金属組織（結晶組織）へと変化させることができる。つまり、圧延加工により、被圧延材を構成する金属組織が有する結晶粒を引き伸ばすことができ、結晶粒の微細化を図ることができる。また、圧延加工により結晶粒の微細化を図ることで、最終的に形成される銅合金材の強度をより向上させることができる。

圧延工程は、冷間圧延と時効処理とを交互に所定回数繰り返した後、冷間圧延で終了するとよい。圧延工程では、複数回（２回、好ましくは３回以上）の冷間圧延と、１回又は複数回の時効処理と、を行うことが好ましい。これにより、微細な結晶粒を有する金属組織で構成される銅合金材を安定して形成することができる。

時効処理は、被処理材を所定温度で所定時間加熱することで行われる。時効処理は、比較的低温（例えば３５０℃以上４５０℃以下）で行うことが好ましい。

時効処理の温度が高くなるほど、被処理材を構成する金属組織が有する結晶粒が成長して大きくなるため、最終的に形成される銅合金材の上述の粒径ａが大きくなる。例えば、時効処理が４５０℃を超える条件で行われると、粒径ａの最大値が３μｍを超えやすくなる。

時効処理を４５０℃以下の条件で行うことで、結晶粒が大きく成長することを抑制することができ、粒径ａの最大値を例えば３μｍ以下に確実にすることができる。

しかしながら、時効処理を３５０℃未満の条件で行うと、銅合金材中にＣｒや、Ｃｕ−Ｚｒ化合物を充分に析出（分散析出）させることができないことがある。従って、銅合金材の強度を充分に高めることができないことがある。例えば、銅合金材の０．２％耐力が５００ＭＰａ未満になることがある。

時効処理を３５０℃以上の条件で行うことで、銅合金材中にＣｒや、Ｃｕ−Ｚｒ化合物を充分に析出させることができる。従って、ＣｒやＺｒの含有量を増加させることなく、銅合金材の強度を充分に高めることができる。例えば、銅合金材の０．２％耐力を５００ＭＰａ以上に確実にすることができる。

特に、最終の冷間圧延（最後に行う冷間圧延）の前（直前）に行う時効処理を例えば３５０℃以上４５０℃以下の条件で行うことが好ましい。これにより、上述の粒径ａの最大値を３μｍ以下により確実にすることができる。

また、最終の冷間圧延の加工度が高くなるほど、上述のｂ／ａの平均値が大きくなる。従って、最終の冷間圧延の加工度を例えば６０％未満、好ましくは４０％以上５０％以下にするとよい。最終の冷間圧延の加工度が７５％以上であると、上述のｂ／ａの平均値が４０を超えることがある。最終の冷間圧延の加工度を６０％未満にすることで、ｂ／ａの平均値を４０以下にすることができる。最終の冷間圧延の加工度を５０％以下にすることで、ｂ／ａの平均値を４０以下により確実にすることができる。しかしながら、最終の冷間圧延の加工度が４０％未満になると、銅合金材の生産性が低下することがある。最終の冷間圧延の加工度を４０％以上にすることで、銅合金材の生産性が低下することを抑制することができる。

（歪み取り焼鈍工程）
圧延工程が終了した後、冷間圧延材に対して、所定温度（例えば３００℃）で所定時間（例えば１分間）加熱する歪み取り焼鈍を行い、銅合金材を形成する。

（４）本実施形態にかかる効果
本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果を奏する。

（ａ）Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金において、組成制御に加えて組織制御を行うことで、高導電性及び高強度を維持しつつ、プレス加工性及び曲げ加工性を向上させることができる。

（ｂ）つまり、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金において、０．１質量％以上０．４質量％以下のＣｒと、０．０２質量％以上０．２質量％以下のＺｒと、を含むように組成制御を行うことで、銅合金材を高導電性及び高強度を有するものにすることができる。例えば、銅合金材の導電率を７５％ＩＡＣＳ以上にするとともに、０．２％耐力を５００ＭＰａ以上にすることができる。

（ｃ）また、銅合金材を構成する金属組織が有する結晶粒の板厚方向の粒径を粒径ａ、圧延方向の粒径を粒径ｂとしたとき、粒径ａの最大値が３μｍ以下になり、ｂ／ａの平均値が４０以下になるように金属組織の制御（組織制御）を行うことで、高導電性及び高強度を維持しつつ、プレス加工性及び曲げ加工性を向上させることができる。例えば打ち抜き断面におけるせん断面の面積割合を５０％以下にすることができる。また、Ｗ曲げ試験において割れが発生しない最小曲げ半径Ｒと板厚ｔとの比率Ｒ／ｔの値を０．５以下にすることができる。

（ｄ）Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金においてＣｒの組成制御（Ｃｒの含有量の調整）を行うことで、粒径ａの最大値を例えば３μｍ以下により確実にすることができる。その結果、ｂ／ａの平均値を例えば４０以下により確実にすることができる。これにより、プレス加工性をより向上させることができるとともに、Ｒ／ｔの値を０．５以下により確実にすることができ、曲げ加工性をより向上させることができる。

（ｅ）プレス加工性を向上させることで、破断が始まるまでの時間を短縮することができ、プレス打ち抜き加工を行う際に用いられる金型の摩耗を低減することができる。

（ｆ）圧延工程で行う時効処理を、比較的低温（例えば３５０℃以上４５０℃以下）で行うことで、金属組織が有する結晶粒が大きく成長することを抑制することができる。例えば、上述の粒径ａの最大値を３μｍ以下により確実にすることができる。また、微細な結晶粒を有する金属組織で構成される銅合金材を安定して形成することができる。

ここで、参考までに、従来のＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金からなる銅合金材の製造方法について説明する。従来の製造方法では、通常、圧延工程において、高温の熱処理を行っている。例えば、鋳塊に対して所定の熱間圧延を行って形成した熱間圧延材に対して、溶体化を目的として例えば８００℃以上で被処理材を加熱する熱処理（溶体化処理）と、時効を目的として例えば４００〜７００℃程度で被処理材を加熱する熱処理（時効処理）と、をそれぞれ冷間圧延をはさんで行っている。このように溶体化処理や時効処理の熱処理を高温で行うと、金属組織が有する結晶粒が大きくなりやすくなる。つまり、上述の粒径ａの最大値が例えば３μｍ以下になるように、金属組織を制御することが難しくなる。

これに対し、上述の実施形態では、圧延工程で行う熱処理を、従来よりも低温で行っている。具体的には、圧延工程において、溶体化処理を行わず、時効処理も例えば３５０℃〜４５０℃程度の低温で行っている。これにより、圧延工程で行う熱処理により、金属組織が有する結晶粒が大きくなることを抑制することができる。

（ｇ）本実施形態にかかる銅合金材は、銅合金材の厚さ（板厚）を例えば０．３ｍｍ程度と薄くした場合であっても、高導電性及び高強度を維持しつつ、優れたプレス加工性及び優れた曲げ加工性を有している。従って、本実施形態にかかる銅合金材が例えばリードフレームに用いられた場合、十分な放熱性を確保しつつ、リードフレームのさらなる小型化、高機能化を図ることができる。また、本実施形態にかかる銅合金材が例えばコネクタ（コネクタの導体部）に用いられた場合、コネクタに接続された電線を流れる電流値が増加した場合であっても、ジュール熱の発生が少ない導電性を有するとともに、より高いばね性を満足することができ、コネクタのさならる小型化、さらなる高機能化を図ることができる。このように、本実施形態にかかる銅合金材は、リードフレームやコネクタの導体部に用いられる場合に特に有効である。

（ｈ）本実施形態にかかる銅合金材は、高い耐熱性も有するので、自動車内の高温環境で使用されるような用途に特に有効である。

（本発明の他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

上述の実施形態では、高周波溶解炉を用いて溶湯（銅の溶湯、銅合金の溶湯）を生成したが、これに限定されない。例えば、原料を加熱して溶解して溶湯を生成することが可能な種々の溶解炉を用いることができる。

上述の実施形態では、銅合金材がリードフレーム、コネクタに用いられる場合について説明したが、これに限定されない。

次に、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

＜試料の作製＞
（試料１）
まず、高周波溶解炉が備える坩堝内に、母材としての無酸素銅と、０．２５質量％のＣｒと、０．１質量％のＺｒとを投入し、高周波溶解炉を用いて窒素雰囲気下で坩堝内を加熱して銅合金の溶湯を溶製した。溶製した銅合金の溶湯を所定形状の鋳型に注いで厚さが２５ｍｍ、幅が３０ｍｍ、長さが１５０ｍｍの鋳塊（インゴット）を鋳造した。

得られたインゴットを９５０℃に加熱した後、インゴットに対して被圧延材の厚さが８ｍｍになるように熱間圧延を行って熱間圧延材を形成した。

熱間圧延材に対して被圧延材の厚さが１ｍｍになるように冷間圧延（第１の冷間圧延）を行って第１の冷間圧延材を形成した。第１の冷間圧延材を４２０℃の条件下で４時間加熱（加熱保持）して熱処理（時効処理）を行った。

時効処理後の第１の冷間圧延材に対して、被圧延材の厚さが０．５ｍｍになるように冷間圧延（第２の冷間圧延）を行って第２の冷間圧延材を形成した。第２の冷間圧延材を４００℃の条件下で４時間加熱して熱処理（時効処理）を行った。なお、本試料では、この時効処理を最終圧延前の熱処理とし、この時効処理の温度を最終圧延前の熱処理温度とする。

時効処理後の第２の冷間圧延材に対して、被圧延材の厚さが０．３ｍｍになるように加工度が４０％の冷間圧延（第３の冷間圧延、本試料では最終の冷間圧延（最終圧延））を行って第３の冷間圧延材を形成した。

第３の冷間圧延材を３００℃の条件下で１分間加熱して歪み取り焼鈍を行って銅合金材を作製した。この銅合金材を試料１とした。

（試料２〜１９）
試料２〜１９では、銅合金材（インゴット）の組成が下記の表１に示す通りになるように、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｓｉの添加量（投入量）を調整した。その他は、上述の試料１と同様にして、厚さが０．３ｍｍである銅合金材を作製した。これらをそれぞれ試料２〜１９とした。

（試料２０〜２５）
試料２０〜２５ではそれぞれ、最終圧延前の熱処理温度、最終圧延の加工度を下記の表１に示す通りにした。具体的には、最終圧延前の熱処理温度を４００℃〜５４０℃にし、最終圧延の加工度を４０％〜７５％にした。その他は、上述の試料１と同様にして銅合金材を作製した。これらをそれぞれ試料２０〜２５とした。なお、最終圧延の加工度を４０％にすると、銅合金材（第３の冷間圧延材）の厚さは０．３ｍｍになり、最終圧延の加工度を７５％にすると、銅合金材の厚さは０．１２５ｍｍになる。

＜評価＞
試料１〜２５の銅合金材についてそれぞれ、金属組織、導電性、強度、プレス加工性及び曲げ加工性の評価を行った。

（金属組織の評価）
各試料を構成する金属組織の評価は、各試料の金属組織が有する結晶粒の板厚方向の粒径（粒径ａ）と、圧延方向の粒径（粒径ｂ）と、をそれぞれ測定し、粒径ａの最大値と、ｂ／ａの平均値とを求めることで行った。粒径ａ及び粒径ｂの測定はそれぞれ、ＪＩＳ Ｈ０５０１に準拠した切断法により行った。具体的には、各試料の圧延方向に平行な断面に対して研磨及びエッチングを行った。その後、各試料の研磨及びエッチングを行った面の１５０μｍ×１００μｍの所定領域を光学顕微鏡により６００倍の倍率で撮影して金属組織写真を得た。得られた金属組織写真についてそれぞれ、結晶粒の板厚方向に１本の直線を引き、その直線で切断される各結晶粒におけるその切断長さを測定し、この切断長さを各結晶粒の粒径ａとした。そして、測定した粒径ａの最大値をそれぞれ、各試料の粒径ａの最大値とした。また、上記直線で切断された各結晶粒についてそれぞれ圧延方向の長さを測定し、この長さをそれぞれ各結晶粒の圧延方向における粒径ｂとした。また、上記直線で切断される結晶粒の個数を数えた。そして、各結晶粒のｂ／ａを算出し、その平均値を算出した。各試料の粒径ａの最大値、ｂ／ａの平均値を表１に示す。

（導電性の評価）
導電性の評価は、各試料の導電率を測定することで行った。導電率は、ＪＩＳ Ｈ０５０５に準拠した導電率測定方法により測定した。測定結果を表１に示す。

（強度の評価）
強度の評価は、各試料の引張強さ、０．２％耐力を測定することで行った。引張強さ、０．２％耐力はそれぞれ、ＪＩＳ Ｚ２２４１に準拠した引張試験方法により測定した。測定結果を表１に示す。

（プレス加工性の評価）
プレス加工性の評価は、各試料に対してプレス打ち抜き加工を行った際に形成される打ち抜き断面におけるせん断面及び破断面の合計面積に対するせん断面の面積の割合を測定することで行った。具体的には、所定形状の金型を用い、クリアランス８％の条件下で各試料に対してプレス打ち抜き加工を行い、各試料をそれぞれ直径が１０ｍｍである円板状に打ち抜いた。プレス打ち抜き加工を行うことで形成された打ち抜き断面の任意の４箇所を光学顕微鏡を用いて２００倍の倍率で撮影して外観写真を得た。得られた外観写真についてそれぞれ、せん断面の面積と、破断面の面積と、を測定した。そして、せん断面及び破断面の合計面積に対するせん断面の面積の割合を算出した。各試料の任意の４箇所のせん断面及び破断面の合計面積に対するせん断面の面積の割合の平均値を算出し、この平均値を、打ち抜き断面におけるせん断面の面積割合とした。算出結果を表１に示す。

（曲げ加工性の評価方法）
曲げ加工性の評価は、各試料についてＷ曲げ試験を行い、割れが発生しない最小曲げ半径Ｒと板厚ｔとの比率Ｒ／ｔの値を測定することで行った。Ｗ曲げ試験はＪＩＳ Ｈ３１００に準拠した方法により測定した。具体的には、Ｂａｄｗａｙ（曲げ軸が圧延方向と同一方向）のＷ曲げ試験を行った。まず、所定の曲げ半径を有するＷ字型の治具に各試料を挟んで、各試料をＷ字型に曲げた。次に、各試料における中央の曲げ部分の外側の表面に割れが発生していないか否かを、目視で観察した。中央の曲げ部分に割れが発生していない場合は、より小さい曲げ半径を有するＷ字型の治具に試料を挟んで、上述した目視観察を行った。そして、各試料の表面（外側表面）に割れが発生しない曲げ半径の最小値、つまり最小曲げ半径Ｒを測定した。そして、各試料についてそれぞれ最小曲げ半径Ｒと板厚ｔ（各試料の厚さｔ）との比率Ｒ／ｔの値を算出した。Ｒ／ｔの値が小さいほど、厳しい曲げでも割れが生じず、良好な曲げ加工性を有することになる。Ｗ曲げ試験のＲ／ｔの算出結果をそれぞれ表１に示す。

なお、表１に記載のそれぞれの銅合金材を構成する元素以外の残部はＣｕおよび不可避不純物からなる。

＜評価結果＞
試料１〜１０、２５から、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金の銅合金材において、組成制御に加えて組織制御を行うことで、高導電性及び高強度をバランス良く両立させつつ、プレス加工性及び曲げ加工性を向上させることができることを確認した。

例えば、試料１〜１０と、試料１１〜１９と、の比較から、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金において、組成制御を行うことで、導電率を７５％ＩＡＣＳ以上にすることができるとともに、０．２％耐力を５００ＭＰａ以上にすることができることを確認した。

また、例えば、試料１、２０と、試料２１〜２５と、の比較から、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金において、組成制御に加えて金属組織の制御を行うことで、良好なバランスで高導電性及び高強度を維持しつつ、プレス加工性及び曲げ加工性を向上させることができることを確認した。つまり、銅合金材に例えばプレス打ち抜き加工を行った際に形成される打ち抜き断面がせん断変形することを抑制し、打ち抜き断面を破断面よりもせん断面の割合が小さな面にすることができることを確認した。例えば、打ち抜き断面におけるせん断面の面積割合を例えば５０％以下にすることができることを確認した。また、Ｗ曲げ試験において割れが発生しない最小曲げ半径Ｒと板厚ｔとの比率Ｒ／ｔの値を０．５以下にすることができることを確認した。

また、例えば試料１、試料２０〜２５から、最終圧延前の熱処理温度、最終圧延の加工度を調整することで、金属組織の制御を行うことができることを確認した。例えば、最終圧延前の熱処理温度を低くすることで、結晶粒の板厚方向の結晶粒の粒径ａの最大値を小さくすることができることを確認した。また例えば、最終圧延の加工度を低くすることで、ｂ／ａの平均値を小さくすることができることを確認した。

試料１１、試料１３から、Ｃｒの含有量が０．１質量％未満であったり、Ｚｒの含有量が０．０２質量％未満であると、銅合金材の強度が低くなることがあることを確認した。例えば、０．２％耐力が５００ＭＰａより低くなることがあることを確認した。

また、試料１１、試料１３から、Ｃｒの含有量が０．２質量％未満であると、金属組織が所定の組織にならないことがあることを確認した。例えば、金属組織が有する結晶粒の板厚方向の粒径ａの最大値が３μｍを超えることがあることを確認した。これにより、プレス加工性が低下することがあることを確認した。例えば打ち抜き断面におけるせん断面の面積割合が５０％を超えることがあることを確認した。

試料１２、試料１４から、Ｃｒの含有量が０．４質量％を超えたり、Ｚｒの含有量が０．２質量％を超えると、銅合金材を、高い強度を有するものにすることができるものの、導電性が低くなることがあることを確認した。例えば、０．２％耐力を５００ＭＰａ以上にすることができる一方で、導電率が７５％ＩＡＣＳ未満になることがあることを確認した。

試料１５〜１９から、Ｓｎ等の含有量が０．３質量％を超えると、高い導電性を維持することができないことがあることを確認した。例えば、導電率が７５％ＩＡＣＳ未満になることがあることを確認した。

試料１１、１３、２１、２２から、金属組織が有する結晶粒の板厚方向の粒径ａの最大値が３μｍを超えると、プレス加工性が低下することがあることを確認した。例えば打ち抜き断面におけるせん断面の面積割合が５０％を超えることがあることを確認した。

試料２３〜試料２５から、ｂ／ａの平均値が４０を超えると、曲げ加工性が低下することがあることを確認した。例えば、Ｗ曲げ試験におけるＲ／ｔの値が０．５を超えることがあることを確認した。

＜好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。

［付記１］
本発明の一態様によれば、
０．１質量％以上０．４質量％以下のクロムと、０．０２質量％以上０．２質量％以下のジルコニウムと、を含み、残部が銅および不可避不純物からなり、
導電率が７５％ＩＡＣＳ以上であり、
０．２％耐力が５００ＭＰａ以上であり、
板厚方向の結晶粒の粒径をａ、圧延方向の結晶粒の粒径をｂとしたとき、ａの最大値が３μｍ以下であり、ｂ／ａの平均値が４０以下である銅合金材が提供される。

［付記２］
付記１の銅合金材であって、好ましくは、
スズ、マグネシウム、チタン、鉄およびシリコンからなる群から選択した１種以上の成分が０．３質量％以下の範囲で含有されている。

［付記３］
付記１又は２の銅合金材であって、好ましくは、
プレス打ち抜き加工を行った際に形成される打ち抜き断面において、せん断面及び破断面の合計面積に対するせん断面の面積の割合が５０％以下である。

［付記４］
付記１ないし３のいずれかの銅合金材であって、好ましくは、
Ｗ曲げ試験において割れが発生しない最小曲げ半径Ｒと板厚ｔとの比Ｒ／ｔの値が０．５以下である。

［付記５］
本発明の他の態様によれば、
０．１質量％以上０．４質量％以下のクロムと、０．０２質量％以上０．２質量％以下のジルコニウムと、を含有し、残部が銅および不可避不純物からなる鋳塊を鋳造する鋳造工程と、
前記鋳塊に対して熱間圧延を行って熱間圧延材を形成し、前記熱間圧延材に対して冷間圧延と、熱処理と、をそれぞれ所定回数交互に行い銅合金材を形成する圧延工程と、を有する銅合金材の製造方法が提供される。

［付記６］
付記５の銅合金材の製造方法であって、好ましくは、
前記熱処理は、３５０℃以上４５０℃以下の条件で行う時効処理である。

［付記７］
付記５又は６の銅合金材の製造方法であって、好ましくは、
前記圧延工程では、最終の前記冷間圧延の前に行う前記熱処理の温度を３５０℃以上４５０℃以下の条件で行う。

［付記８］
付記５ないし７の銅合金材の製造方法であって、好ましくは、
前記圧延工程では、最終の前記冷間圧延の加工度を６０％未満にする。

［付記９］
本発明のさらに他の態様によれば、
０．１質量％以上０．４質量％以下のクロムと、０．０２質量％以上０．２質量％以下のジルコニウムと、を含み、残部が銅および不可避不純物からなり、導電率が７５％ＩＡＣＳ以上であり、０．２％耐力が５００ＭＰａ以上であり、板厚方向の結晶粒の粒径をａ、圧延方向の結晶粒の粒径をｂとしたとき、ａの最大値が３μｍ以下であり、ｂ／ａの平均値が４０以下である銅合金材がリードフレーム基材として用いられているリードフレームが提供される。

［付記１０］
本発明のさらに他の態様によれば、
０．１質量％以上０．４質量％以下のクロムと、０．０２質量％以上０．２質量％以下のジルコニウムと、を含み、残部が銅および不可避不純物からなり、導電率が７５％ＩＡＣＳ以上であり、０．２％耐力が５００ＭＰａ以上であり、板厚方向の結晶粒の粒径をａ、圧延方向の結晶粒の粒径をｂとしたとき、ａの最大値が３μｍ以下であり、ｂ／ａの平均値が４０以下である銅合金材で形成された導体部を備えるコネクタが提供される。

Claims (4)

1. ０．１質量％以上０．４質量％以下のクロムと、０．０２質量％以上０．２質量％以下のジルコニウムと、を含み、残部が銅および不可避不純物からなり、
   導電率が７５％ＩＡＣＳ以上であり、
   ０．２％耐力が５００ＭＰａ以上であり、
   板厚方向の結晶粒の粒径をａ、圧延方向の結晶粒の粒径をｂとしたとき、ａの最大値が３μｍ以下であり、ｂ／ａの平均値が４０以下である
   銅合金材。
2. スズ、マグネシウム、チタン、鉄およびシリコンからなる群から選択した１種以上の成分が０．３質量％以下の範囲で含有されている
   請求項１に記載の銅合金材。
3. プレス打ち抜き加工を行った際に形成される打ち抜き断面において、せん断面及び破断面の合計面積に対するせん断面の面積の割合が５０％以下である
   請求項１又は２に記載の銅合金材。
4. Ｗ曲げ試験において割れが発生しない最小曲げ半径Ｒと板厚ｔとの比Ｒ／ｔの値が０．５以下である
   請求項１ないし３のいずれかに記載の銅合金材。