JPH0768594B2

JPH0768594B2 - 熱間加工性に優れた耐マイグレ−シヨン性電気・電子部品用銅合金

Info

Publication number: JPH0768594B2
Application number: JP62083603A
Authority: JP
Inventors: 元久宮藤; 功細川
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1987-04-03
Filing date: 1987-04-03
Publication date: 1995-07-26
Anticipated expiration: 2010-07-26
Also published as: JPS63247328A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、熱間加工性に優れた耐マイグレーション性電
気・電子部品用銅合金（詳しくは、半導体素子・集積回
路および端子・コネクター用銅合金）に関するものであ
る。

［従来技術］従来、特公昭43−38397号公報にて提案されているCu−
2.3％Fe−0.03％Ｐ−1.13％Znからなる鉄入り銅合金
は、導電性に優れ、耐熱性の良好な電気・電子部品用の
高力銅合金材料として知られている。

上記の鉄入り銅合金は、常温において、Cu中へのFeの固
溶限以上のFeを含有する。したがって、連続鋳造あるい
は半連続鋳造にて作製した鉄入り銅合金鋳塊には、晶出
および析出した鉄が存在する。この鉄入り銅合金鋳塊を
熱間加工する際には、晶出および析出した鉄を固溶させ
るために熱間加工前の熱処理として930〜980℃の温度で
２〜３時間の平均化処理を必要とする。

また、さらに上記鉄入り同合金鋳塊には500〜700℃に脆
性域があり、この温度域での高温伸びは６％以下であ
る。

したがって、熱間加工する際に均質化処理を行なわない
場合は、10Kgf/mm²以上の残留応力の存在する鋳塊を脆
性域内で30分以上保持すると熱間割れを発生しやすいと
いう問題があった。

さらに、近年電気・電子部品は軽薄短小化のニーズに伴
ない、例えば集積回路抵抗器などは電極数の増加やプリ
ント基盤への高密度実装の必要から前記電極の電極間ピ
ッチは、1/10インチ（2.54mm）から1/20インチ（1.27m
m）、1/30インチ（0.847mm）へと小さくなってきてお
り、これに対応して端子・コネクターの極間ピッチも小
さくなっている。

上記のように、電気・電子部品の電極間ピッチが小さく
なると、湿気の結露あるいは水分の侵入によって電極間
の水分の付着した部分に銅イオンが溶出し、当該銅イオ
ンが電極間電位で還元され、当該還元の繰り返しによ
り、Cuのマイグレーション現象が生じ、電極間を短絡す
るという不具合が生じ易い。

すなわち、従来の電気・電子部品用銅合金では、Cuのマ
イグレーション現象が生じ易く、電極間の短絡という問
題がある。

［発明が解決しようとする問題点］以上説明したように、Cu−2.3％Fe−0.03P−0.13％Znか
らなる鉄入り銅合金は、鋳塊状態では、600℃付近の中
高温度域での高温伸びは６％以下と低いため、熱間加工
前の熱処理として930〜980℃の温度で数時間の均質化処
理が必要となる。

本発明は、上記に説明したCu−2.3％Fe−0.03％Ｐ−0.1
3％Znからなる鉄入り銅合金が熱間加工における加熱
中、あるいは熱間加工中に粒界割れを生じ易いという問
題点を解決し、さらには、当該銅合金を材料とする電気
・電子部品の高密度化に伴なう銅のマイグレーション現
象により発生する短絡という問題点を解決すべくなされ
たものである。

［問題点を解決するための手段］本発明は以上の事情に基づいてなされたものであり、熱
間加工性に優れた耐マイグレーション性電気・電子部品
用合金において、Fe:1.5〜3.0％,P:0.001〜0.1％,Zn:1.
0〜5.0％,Mg:0.001〜0.01％（0.01％は含まず）とCr,T
i,Zrのいずれか一種以上を0.001〜0.01％（0.1％は含ま
ず）含有し、残部がCuと不可避不純物からなることに要
旨が存在する。

［作用］以下に本発明の熱間加工性に優れた耐マイグレーション
性電気・電子部品用銅合金について詳細に説明する。

一般的に、銅合金などの連続鋳造あるいは半連続鋳造に
おいては、鋳塊の表層部数mmを除いた部分は徐冷されて
凝固している。

また、Cu−Fe系合金の550℃以下の温度でのCu中へのFe
の固溶限は0.15％以下である。

したがって、Cu−2.3％Fe−0.03％Ｐ−0.13％Znからな
る鉄入り合金では2.15％以上のFeが結晶粒界・粒内に析
出している。特に、結晶粒界にFeが多量に析出すると、
高温下における粒界のすべりが起り難くなり、粒界の高
温強度が著しく劣化し、熱間割れの原因となる。また60
0℃付近の中高温度域で高温伸びが６％以下となり、脆
性を示す。

本発明は銅合金において合金元素の添加によりFeの結晶
粒界への析出を抑制し、粒界の中高温強度、中高温脆性
を改善し、また電気・電子部品のマイグレーションの形
成を抑えた、熱間加工性に優れた耐マイグレーション性
銅合金に関するものであり、以下に各添加元素の限定理
由および作用について説明する。

（Mg） Mg:0.001〜0.1％（0.01％は含まず）とする。

Mgは、原料、炉材あるいは雰囲気から混入するＳを、安
定なMgとの化の形で母相中に固定し、熱間加工性を向上
させる必須元素であり、含有量が0.001％未満では上記
効果はなく、Ｓは粒界中を移動して粒界割れを助言する
こととなる。Mgの含有量が0.01％以上であると鋳塊内部
にCu＋MgCu₂という融点722℃の共晶を生じ、熱間加工温
度である850〜950℃に加熱することが不可能となり、さ
らには鋳塊の表面に酸化物の巻き込みが多くなり、健全
な鋳塊が得られなくなる。したがってMg含有量は0.001
〜0.01％（0.01％含まず）とする。

（Cr,Ti,Zr） Cr,Ti,Zr:いずれか１種以上を0.001〜0.
01％（0.01％は含まれず）含有する。

Cr,Ti,Zrいずれか１種類以上の含有量が0.001％未満で
は熱間割れの抑制効果は得られず、また0.01％以上含有
すると溶湯が酸化し易くなり、良好な鋳塊が得られな
い。したがってCr,Ti,Zr:いずれか１種以上を0.001〜0.
01％（0.01％は含まれず）含有する必要がある。

（Zn） Zn:1.0〜5.0％ Znは、電圧が印加された電気・電子部品の極間に水の侵
入や結露などが生じた場合のCuのマイグレーション形成
を抑え、漏洩電流を抑制するための必須元素である。

Zn含有量が1.0％未満ではマイグレーション抑制効果が
得られず、Zn含有量が5.0％を越えた場合は、導電率が
小さくなり、また応力腐触割れを起こしやすくなる。し
たがってZn含有量は1.0〜5.0とする。

（Ｐ） P:0.001〜0.1％Ｐは含有量が0.001％未満では、溶湯中の脱酸効果が得
られず、また0.1％を越えて含有すると熱間加工性の劣
化および導電率の低下をきたす。したがって、Ｐの含有
量は0.001から0.1％とする必要がある。

（Fe） Fe:1.5〜3.0％ Feは素材の強度向上に寄与するが、その含有量が1.5％
未満では目的とする高強度が得られず、また3.0％を越
えて含有すると導電率の低下および晶出するFeが巨大化
し、その結果、半田付け性の劣化およびAu,Agめっきの
ふくれ等の不具合を生じ易くなる。したがって、Feの含
有量は1.5〜3.0％とする必要がある。

［実施例］以下に本発明の熱間加工性に優れた電気・電子部品用銅
合金の実施例について説明する。

第１表に示す組成の銅合金を電気炉により大気巾で木炭
被覆下で溶解し、厚さ50mm、幅80mm、長さ180mmの鋳塊
を溶製した。

以上により溶製した各鋳塊を切断し、厚さ6mmのASTME8
の高温引張試験片と厚さ40mm、幅80mm、厚さ180mmの熱
間圧延試験方と厚さ5mm、幅20mm、長さ150mmの中高温脆
性特性の評価試験片を作製した。

高温引張試験条件は、温度600℃、700℃,800℃および95
0℃とし、引張速度は2mm/minとした。

熱間圧延条件は、圧延開始温度950℃とし、１パス毎の
圧下率は大幅25％とし、３パスにて圧延し、圧延終了温
度650℃以上、厚さ15mmに仕上げた。

中高温脆性の評価試験は、３点支持曲げにて10Kgf/mm²
の応力を付加し、真空炉中で600℃にて１時間保持し、
冷却後常温にて内側面曲げ半径30mmで、90度曲げて割れ
の有無を確認した。

また、耐マイグレーションの試験のために、前記鋳塊の
それぞれの一部を950℃で１時間加熱後熱間圧延を行な
い、厚さ15mmの板材とし水中急冷した。

上記熱間圧延材の表面の酸化スケースは20vol％硫酸水
にて除去後、冷間圧延にて、途中、500℃×2hr、で焼鈍
し、厚さ0.32mmの圧延材を作製した。

上記の冷間圧延材から、厚さ0.32mm、幅3.0mm、長さ80m
mの試験片を作製した。

第１図および第２図は、上記試験片を使用した漏洩電流
測定用の試験装置である。第１図および第２図におい
て、1a,1bは試験片、２は厚さ1mmのABS樹脂、３は前記A
BS樹脂２の押え板である。４は、前記押え板３を押圧固
定するため表面に絶縁塗料を塗布したクリップ、５はバ
ッテリー、６は電線である。試験片1a,1bは端部を電線
６に接続している。

第１図および第２図に示す２枚の試験片1a,1bに、バッ
テリー５より直流電圧14Vを印加して、水道水中に５分
間浸漬、続いて10分間乾燥の乾湿試験を50回行ない、そ
の間の最大漏電流を高感度レコーダー（図示せず）で測
定した。

以上説明した、試験結果を第２表および第３表に示す。
第３表の結果から明らかなように、本発明の実施例No.1
〜18においては、加熱中の昇温途中における一番脆化し
易い温度である600℃で、10Kgf/mm²の応力が付加された
状態で１時間保持しても、全く割れを生じない。

また、第２表、第３表における中高温引張試験および第
３表における950℃からの熱間圧延試験においても、各
々異常な破断および割れを生じてない。

また、第２表に示すように、耐マイグレションの点にお
いても本発明の実施例No.1〜18は最大漏洩電流が0.48〜
0.56Aと小さく耐マイグレーション性に優れいる。

すなわち、本発明の実施例においては、Mgを0.001〜0.0
1％（0.01％含まず）含有させ、さらにCr,Ti,Zrのいず
れか１種以上を0.001〜0.01％（0.01％含まず）含有さ
せることによって、熱間加工性が良くなっている。ま
た、本発明の実施例においては、Znを1.0〜5.0％含有さ
せることにより、耐マイグレーションも良くなってい
る。

以上説明した実施例に対して、第２表および第３表に示
す、比較例No.19〜29においては、第３表に示す600℃に
おける応力付加試験において、貫通割れを生じている。

また第２表、第３表における中高温引張試験において
は、伸び率は低く、950℃における高温引張試験での切
断部以外の割れ状況は、激しく粒界割れを生じている。

さらに、第３表において950℃での熱間圧延試験では１
パスで耳割れ、表面割れが発生し、２パスで崩壊した。

さらにまた、比較例No.21,22,23,26および29において
は、第２表に示すように、最大漏洩電流がそれぞれ3.15
A〜4.35Aと高い値となっており。耐マイグレーション性
に劣っている。

すなわち、本発明の実施例に対する比較例No.20〜No.32
においては、本発明の必須要件を満足するMg:0.001〜0.
01％（0.01％含まず）が含有されておらず、また、同様
にCr,Ti,Zrのいずれか１種以上を0.001〜0.01％（0.01
％含まず）含有されていないため、熱間加工性が悪い。

また、比較例No.21,22,23および26においては、本発明
の必須要件を満足するZn:1.0〜5.0％を含有していない
ために耐マイグレーション性に劣っている。

尚、本発明の実施例において、漏洩電流の試験時におけ
る印加電圧は直流14Vとしたが直流印加電圧24Vあるい
は、100V交流印加電圧においても、良好の耐マイグレー
ション性を示す。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、鋳塊の均質化処
理を行なうことなく、中高温における脆性を改善し、熱
間加工が可能であり、さらには、Cuのマイグレーション
現象を制御することにより、電極間短絡のない、熱間加
工性に優れた耐マイグレーション性電気・電子部品用銅
合金を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、最大漏洩電流を測定のための実
験装置の平面図および測断面図である。 1a,1b……試験片、２……ABS樹脂、４……クリップ、５
……バッテリー、６……電線、３……押え板、2a……放
電穴

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Fe:1.5〜3.0％（重量％以下同じ。）P:0.0
01〜0.1％,Zn:1.0〜5.0％,Mg:0.001〜0.01％（0.01％は
含まず）を含有し、Cr,Ti,Zrのいずれか一種以上を0.00
1〜0.01％（0.01％は含まず）含有し、残部がCuと不可
避不純物からなることを特徴とする、熱間加工性に優れ
た耐マイグレーション性電気・電子部品用銅合金。