JPS63247328A

JPS63247328A - 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: JPS63247328A
Application number: JP8360387A
Authority: JP
Inventors: Motohisa Miyato; 宮藤　元久; Isao Hosokawa; 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: 1988-10-14
Anticipated expiration: 2010-07-26
Also published as: JPH0768594B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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コン性電
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−０．１３％Ｚ
ｎからなる鉄人り銅合金は、導電性に優れ、＃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。

上記の鉄人り銅合金は、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人り銅合金鋳塊には
、晶出および析出した鉄が存在する。この鉄人り銅合金
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ａ処理として９３０〜９８
０℃の温度で２〜３時間の均質化処理を必要とする。

また、さらに上記鉄人り銅合金鋳塊には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／ｌＯインチ（２，５４ｍｍ）から１／２０
インチ（１，２７ｍｍ）、１７３０インチ（０，８４７
ｍｍ）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減少が生じ、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−０，０３Ｆ
−０，１３％Ｚｎからなる鉄入り銅合金は、１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、熱闘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−０，０
３％Ｆ−０，１３％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
用銅合金において、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、
Ｔｉ　、Ｚｒのいずれか一種以上を０．００１〜０．０
１％（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。

したがッテ、　Ｃｕ　　２　、３％Ｆｅ−０，０３％Ｐ
−０，１３％Ｚｎからなる鉄入り銅合金では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６００℃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１粒界の中高温強度、中高温脆
性を改善し、また電気拳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：０．００１〜０．０１％（０、０１
％は含まず）とする。

Ｍｇは、原料、炉材あるい雰囲気から混入するＳを、安
定なＭｇとの化合物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
を助長することとなる。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７２
２℃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部となり、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ｏ、ｏｏｉ〜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％（ｏ　、　ｏ　
ｉ％は含まず）含有する。

Ｃｒ、Ｔｉ　、Ｚｒのいずれか１種以上の含有量が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のい
ずれか１種以上を０．００１〜０．０１％（０、Ｏ１％
含まず）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、また応力腐食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００１％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０．００１〜０．１％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、半田付は性の劣化および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中で木炭
被覆下で溶解し、厚さ５０ｍｍ、幅８０ｍｍ、長さ１８
０ｍｍ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Ａ　
Ｓ　ＴＭＥ　８の高温引張試験片と厚さ４０ｍｍ、幅８
０ｍｍ、長さ１８０ｍｍの熱間圧延試験片と厚さ５ｍｍ
、輻２０　ｍ　ｍ、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９５０℃とし、引張速度は２
ｍｍ／ｍｉｎとした。

熱間圧延条件は、圧延開始温度９５０℃とし、ｌパス毎
の圧下率は大略２５％とし、３パスにて圧延し、圧延終
了温度６５０℃以下、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
／ｍｒｎ’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ルは２ｏｖＯ見％硫
酸水にて除去後、冷間圧延にて。

途中、５００℃Ｘ２ｈｒ、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、Ｏｍ
ｍ、長さ８０　ｍ　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
、ｌａ、ｌｂは試験片、２は厚さ１ｍｍのＡＢＳ樹脂、
３は前記ＡＢＳ樹脂２の押え板である。４は、前記押え
板３を抑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、
ｌｂ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。

ｌｂ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ｌＯ分間乾爆の乾湿試験
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
、１〜７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（ゝても
、各々異常な破断および割れを生シ。

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、１〜７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
れている。

すなわち、本発明の実施例においては１Ｍｇを０．００
１〜０．０１％（０、Ｏ１％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１０〜５．０％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Ｎ０１８〜１１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、激しい粒界割れを生じている。

さらに、ｔ５３表において９５０℃での熱間圧延試験で
はｌ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、８およびＮ００９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３．７
５Ａおよび１．３５Ａと高い値となっており、耐マイグ
レージオン性に劣っている。

すなわち１本発明の実施例に対する比較例Ｎｏ、８〜Ｎ
ｏ、１１においては１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　、　Ｔ　ｉ　、　Ｚ
　ｎ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Ｎ００８およびＮ０８９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ジオン性に劣っている。

尚１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ｍであり、さらには。

Ｃｕのマイグレーション現象を抑制することにより、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側断面図である。ｌａ、ｌｂ・・・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】

Ｆｅ：１．５〜３．０％（重量％以下同じ。）Ｐ：０．
００１〜０．１％、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０．００１〜
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
。