(57)【要約】【課題】  鋳塊から板厚方向に一定の厚さを有する平板を製造し、その平板を異形ロールにより冷間圧延して、板幅方向に厚さの異なる異形断面銅合金板を製造するに当たり、異形ロールによる冷間圧延の中間又は最終で一度も焼鈍を行わずに、高耐熱性を有し、かつ高導電性及び優れた曲げ加工性を有する異形断面銅合金板を得る。【解決手段】  Ｆｅ：０．０３〜０．３質量％、Ｐ：０．０１〜０．１質量％を含有し、ＦｅとＰとの質量比であるＦｅ／Ｐが２．０〜４．０であり、かつＳｎ：０．００５〜０．５質量％を含有し、残部銅及び不可避不純物からなる銅合金を用いる。必要に応じて、Ｚｎ：０．００５〜０．５％を含む。異形ロールによる冷間圧延において、薄肉部の冷間加工率は３０〜９０％とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ：０．０３〜０．３質量％、Ｐ：０．０１〜０．１質量％を含有し、ＦｅとＰとの質量比であるＦｅ／Ｐが２．０〜４．０であり、かつＳｎ：０．００５〜０．５質量％を含有し、残部銅及び不可避不純物からなり、冷間加工により板幅方向に厚さの異なる異形断面加工が施されていることを特徴とする異形断面銅合金板。
【請求項２】
さらにＺｎ：０．００５〜０．５％を含有することを特徴とする請求項１に記載された異形断面銅合金板。
【請求項３】
薄肉部の冷間加工率が３０〜９０％であることを特徴とする請求項１又は２に記載された異形断面銅合金板。
【請求項４】
冷間加工により板幅方向に厚さの異なる異形断面加工が施される異形断面銅合金板用の素材であり、Ｆｅ：０．０３〜０．３質量％、Ｐ：０．０１〜０．１質量％を含有し、ＦｅとＰとの質量比であるＦｅ／Ｐが２．０〜４．０であり、かつＳｎ：０．００５〜０．５質量％を含有し、残部銅及び不可避不純物からなることを特徴とする銅合金平板。
【請求項５】
さらにＺｎ：０．００５〜０．５％を含有することを特徴とする請求項４に記載された銅合金平板。
【請求項６】
前記異形断面銅合金板の薄肉部の冷間加工率が３０〜９０％であることを特徴とする請求項４又は５に記載された異形断面銅合金板。
【請求項７】
銅合金鋳塊から板幅方向に一定の厚さを有する銅合金平板を製造する平板加工工程と、その銅合金平板を冷間加工して板幅方向に厚さの異なる異形断面銅合金板を製造する異形加工工程からなり、前記銅合金の組成が、Ｆｅ：０．０３〜０．３質量％、Ｐ：０．０１〜０．１質量％を含有し、ＦｅとＰとの質量比であるＦｅ／Ｐが２．０〜４．０であり、かつＳｎ：０．００５〜０．５質量％を含有し、残部銅及び不可避不純物からなり、前記異形加工工程において一度も焼鈍することなく異形断面銅合金板を得ることを特徴とする異形断面銅合金板の製造方法。
【請求項８】
前記銅合金鋳塊が、さらにＺｎ：０．００５〜０．５％を含有することを特徴とする請求項７に記載された異形断面銅合金板の製造方法。
【請求項９】
前記異形加工工程において、異形断面銅合金板の薄肉部の冷間加工率を３０〜９０％とすることを特徴とする請求項７又は８に記載された異形断面銅合金板の製造方法。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれかに記載された方法により製造されたことを特徴とする異形断面銅合金板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リードフレームや端子・コネクタなどの電気・電子部品の製造に使用される、板幅方向に厚さの異なる異形断面銅合金板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
異形断面銅合金板は大電流部材に多く使用されることから、熱放散性と通電性に優れることが必要であり、その指標として高導電性が重要視されている。また、半導体部品への組み立て工程等の熱履歴に耐える必要があることから高耐熱性が要求され、さらに実使用上において曲げ加工性が要求されている。
そのため、異形断面銅合金板には、従来よりＣｕ−Ｆｅ−Ｐ系の銅合金が多く用いられ、例えばＣ１９２１０合金（Ｆｅ：０．０５〜０．１５質量％、Ｐ：０．０２５〜０．０４０質量％）は、銅合金の中でも導電性と耐熱性に優れてることから、標準的な合金として多く使用されている。
【０００３】
異形断面銅合金板は、鋳塊から板幅方向に一定の厚さを有する平板を製造する平板加工工程と、その平板を用いて板幅方向に厚さの異なる異形断面板を製造する異形加工工程により製造される。平板加工工程は、鋳塊の均熱、熱間圧延、冷間圧延、焼鈍、続いて必要に応じて行われる冷間圧延の各工程からなる。異形加工工程は、平板加工工程で製造された平板を必要幅にスリットした後に行われ、冷間加工、焼鈍、仕上げ冷間加工、必要に応じて行われる矯正の各工程からなる。冷間加工の中間で焼鈍を行わず、仕上げ冷間加工後、焼鈍を行うこともある。なお、異形加工工程における冷間加工は、異形ロールによる冷間圧延や異形金型による冷間鍛造等により行われ、異なる加工方法が組み合わされることもある。
【０００４】
異形断面銅合金板には、耐熱性が要求されることから、上記のように、異形加工工程の中間又は最終で焼鈍が施されることが通常であり、これにより異形加工工程で導入された転位を開放して耐熱性を確保することができる。しかし、この焼鈍工程を入れることで、製造コストが大幅アップとなっていた。
このような状況から、特許文献１に記載されたように、焼鈍工程を含まない異形加工工程が提案されている。この特許文献１には、半導体素子製造プロセスで加熱されても再結晶化による軟化が生じにくいと記載されているが、その点は実証されてない。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１３６２０３号公報
【０００６】
一方、本発明者らが、Ｃｕ−０．１０Ｆｅ−０．０３Ｐの組成を有する銅合金を用いて、異形加工工程における焼鈍工程の有無と耐熱性の関係を調べたところ、焼鈍工程を省略することにより耐熱性が大きく劣化することが分かった。
図１は、１つは後述する実施例２に記載した方法（焼鈍抜き）で、もう１つは異形ロールによる冷間圧延途中で焼鈍を行い（焼鈍有り；従来工程）、それぞれ実施例２と同じ断面形状の異形断面条を製造し、各薄肉部から試料を切り出し、実施例１に示す耐熱性試験を行い、その結果をグラフ化したものである。なお、焼鈍抜きのものは薄肉部の冷間加工率が８０％、焼鈍有りのものは冷間加工率が２５％（焼鈍後の冷間加工率）であった。図１をみると、耐熱温度（ビッカース硬さがＨｖ１００になる温度）が、焼鈍有りの異形断面条で５００℃であるのに対し、焼鈍抜きの異形断面条は３４０℃に低下している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、異形加工工程の中間又は最終で一度も焼鈍を行わずに異形断面銅合金板を製造するに当たり、高耐熱性を有し、併せて高導電性及び優れた曲げ加工性を有する異形断面銅合金板を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る異形断面銅合金板は、Ｆｅ：０．０３〜０．３質量％、Ｐ：０．０１〜０．１質量％を含有し、ＦｅとＰとの質量比であるＦｅ／Ｐが２．０〜４．０であり、かつＳｎ：０．００５〜０．５質量％を含有し、残部銅及び不可避不純物からなることを特徴とし、その製造方法は、銅合金鋳塊から板幅方向に一定の厚さを有する銅合金平板を製造する平板加工工程と、その銅合金平板を冷間加工して板幅方向に厚さの異なる異形断面銅合金板を製造する異形加工工程からなり、前記異形加工工程において一度も焼鈍することなく異形断面銅合金板を得ることを特徴とする。前記銅合金は、さらにＺｎ：０．００５〜０．５％を含有することができる。また、異形加工工程において薄肉部の冷間加工率を３０〜９０％とすることが望ましい。
なお、本発明でいう銅合金板とはコイル形状のもの（いわゆる条）を含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、異形加工工程の中間又は最終で一度も焼鈍を行わずに、高耐熱性と、高導電性及び曲げ加工性を併せもつ異形断面銅合金板を安価に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る異形断面銅合金板及びその製造方法について、具体的に説明する。
まず、本発明に係る銅合金の組成を上記のように限定した理由を説明する。
（Ｆｅ：０．０３〜０．３質量％）
Ｆｅは、銅合金中に微細なＦｅ−Ｐ析出物粒子として析出して、耐熱性を向上させるのに必要な元素である。０．０３％未満の含有では微細な析出物粒子が不足するため、耐熱性向上効果を有効に発揮させるには、０．０３％以上の含有が必要である。但し、０．３％を超えて過剰に含有させると、高導電率化が達成できない。従って、Ｆｅの含有量は０．０３〜０．３質量％の範囲とする。なお、さらに高導電率を追求するためには、Ｆｅの含有量は０．２質量％以下とすることがより好ましい。
【００１１】
（Ｐ：０．０１〜０．１質量％）
Ｐは、脱酸作用を有する他、上記Ｆｅと析出物を形成して、銅合金の耐熱性を向上させるのに必要な元素である。０．０１％未満の含有では微細な析出物粒子が不足するため、耐熱性向上効果を有効に発揮させるには、０．０１％以上の含有が必要である。但し、０．１％を超えて過剰に含有させると、導電率が低下し、高導電率化が達成できない。また、熱間加工性も低下する。従って、Ｐの含有量は０．０１〜０．１質量％の範囲とする。なお、さらに高導電率を追求するためには、Ｐの含有量は０．０７質量％以下とすることがより好ましい。
【００１２】
（Ｆｅ／Ｐ：２．０〜４．０）
微細な析出物粒子を有効に析出させ、高導電率化と高耐熱性を実現するためには、ＦｅとＰの個々の含有範囲だけではなく、ＦｅとＰとの質量比であるＦｅ／Ｐも併せて規定する必要がある。Ｆｅ／Ｐが２．０未満では、Ｐが過剰となって、銅マトリックスの中に固溶して、導電率が低下し、高導電率化が達成できない。一方、Ｆｅ／Ｐが４．０を超えた場合、逆にＦｅが過剰となって、単体のＦｅ粒子として粗大に生成するため、耐熱性が低下する。従って、Ｆｅ／Ｐは２．０〜４．０の範囲とする。なお、さらに高導電率を追求するためには、Ｆｅ／Ｐは２．５〜３．５の範囲とすることがより好ましい。なお、Ｆｅ／Ｐを上記に規定することは、電子部品の接合に用いられるはんだや、電気接点の信頼性確保に用いられるＳｎめっきの耐熱密着性を改善し、熱剥離を抑制することにも有効である。
【００１３】
（Ｓｎ：０．００５〜０．５質量％）
Ｓｎは、銅合金の耐熱性を向上させるのに必要な元素であるが、特にＦｅ、Ｐとの共存において、極微量で大きく耐熱性を向上する効果を有する。この効果を有効に発揮させるには、０．００５％以上含有することが好ましい。しかし、０．５％を超えて過剰に含有すると、導電率が大きく低下し、高導電率化が達成できない。従って、Ｓｎの含有量は０．００５〜０．５質量％の範囲とする。なお、さらに高導電率を追求するためには、Ｓｎの含有量は０．２質量％以下とすることがより好ましい。
【００１４】
（Ｚｎ：０．００５〜０．５％）
Ｚｎは電子部品の接合に用いられるはんだや、電気接点の信頼性確保に用いられるＳｎめっきの耐熱密着性を改善し、熱剥離を抑制するのに有効な元素である。この様な効果を有効に発揮させるには、０．００５％以上含有することが好ましい。しかし、０．５％を超えて過剰に含有すると、却ってはんだや溶融Ｓｎの濡れ広がり性を劣化させるだけでなく、導電率を低下させる。従って、Ｚｎは０．００５〜０．５質量％の範囲で、選択的に含有させる。なお、さらに高導電率を追求するためには、Ｚｎの含有量は０．２質量％以下とすることがより好ましい。
【００１５】
その他の、例えばＮｉ，Ｃｏ，Ｍｎなどの元素は不純物元素であり、粗大な晶・析出物が生成し易くなる他、導電率の低下も引き起こし易くなる。従って、総量で０．５質量％以下の極力少ない含有量にすることが好ましい。この他、銅合金中に微量に含まれているＢ、Ｃ、Ｎａ、Ｓ、Ｃａ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｂｉ、ＭＭ（ミッシュメタル）等の元素も、導電率の低下を引き起こし易くなるので、これらの総量で０．１質量％以下の極力少ない含有量に抑えることが好ましい。特に、Ａｓ、Ｃｄ、Ｐｂは環境面において有害な元素であることから、それぞれ単独で０．００５％以下とすることが好ましく、さらには０．００1％以下とすることがより好ましい。
【００１６】
次に、本発明に係る異形断面銅合金板の製造方法について説明する。この製造方法は、鋳塊から板幅方向に一定の厚さを有する平板を製造する平板加工工程と、その平板を用いて板幅方向に厚さの異なる異形断面板を製造する異形加工工程からなる。
平板加工工程では、前記組成を有する銅合金鋳塊を加熱又は均質化熱処理した後に熱間圧延し、熱延後の板を水冷する。その後、冷間圧延を行い、板幅方向に一定の厚さを有する銅合金平板を製作し、焼鈍を行う。この焼鈍は、再結晶を伴うものと伴わないもののいずれでもよい。
【００１７】
なお、この段階で焼鈍を行う理由は２点ある。１点目は、固溶状態にあるＦｅとＰを微細なＦｅ-Ｐ析出物として析出させ、高導電性と高耐熱性を達成させるためである。２点目は、異形加工工程の前に焼鈍することにより、異形断面板となった後の耐熱性を確保すると同時に曲げ加工性を確保するためである。耐熱性と曲げ加工性は材料に加えられた冷間加工率が高くなるほど低下することから、この時点で焼鈍を行わない場合は耐熱性と曲げ加工性が大きく低下することとなる。焼鈍後の時点で、結晶粒の大きさ（板幅方向に測定した平均結晶粒径）は５０μｍ以下であることが好ましく、さらには２０μｍ以下であることがより好ましい。結晶粒の大きさが５０μｍを越えると異形断面板となった後の曲げ加工性が低下するとともに、耐熱性の低下要因にもなる。
【００１８】
異形断面加工工程では、焼鈍後の平板を冷間加工することにより、板幅方向に厚さの異なる異形断面銅合金板を成形する。この冷間加工は、異形ロールによる冷間圧延や異形金型による冷間鍛造等、種々の加工方法で行うことができ、異なる加工方法を組み合わせて行うこともできる。異形断面加工においては、薄肉部の冷間加工率を９０％以下とするのが望ましく、さらに８５％以下とすることがより望ましい。これは、焼鈍後の冷間加工率が高くなるほど、耐熱性と曲げ加工性がしだいに低下するためである。また、薄肉部の冷間加工率は３０％以上、望ましくは５０％以上である。これは、３０％未満ではＳｎ無添加でも耐熱性に不足はなく、５０％以上でＳｎ添加による耐熱性改善効果が大きくなるからである。なお、電気・電子部品用の異形断面銅合金板の薄肉部と厚肉部の厚さ比は、ほぼ１：１．５〜６程度が一般的である。
【実施例１】
【００１９】
以下、本発明の実施例を説明する。この実施例では、Ｃｕ−０．１０Ｆｅ−０．０３Ｐ−０．０３Ｓｎの組成を有する銅合金を用いて板幅方向に一定の厚さを有する銅合金平条を製作し、この平条に対し種々の冷間加工率で異形断面加工を行い、得られた各異形断面銅合金条の耐熱性試験を行った。
具体的には、溶解炉にて上記組成の銅合金鋳塊を製作し、９００℃で熱間圧延し厚さが１５ｍｍで水冷した。その後、この圧延板表面を面削して酸化スケールを除去した後、厚さ２ｍｍまで冷間圧延して板幅方向に一定の厚さを有する銅合金平条を製作し、再結晶焼鈍を行った後、異形ロールによる冷間圧延により、種々の冷間加工率（薄肉部の冷間加工率１５〜９０％）で異形断面銅合金条を製造した。
【００２０】
耐熱性試験は、各異形断面銅合金条の薄肉部から試料を切り出し、種々の異なる温度で５分間の加熱を行い、その後ビッカース硬さＨｖを測定した。ビッカース硬さの測定は、マイクロビッカース硬度計にて、４．９Ｎ（０．５ｋｇ）の荷重を加えて行なった。
図２は、耐熱性試験の結果をグラフ化したものである。図２から分かるように、冷間加工率が高くなるにつれて耐熱温度（ビッカース硬さがＨｖ１００になる温度）が低下している。しかし、図２のグラフから求めた耐熱温度は、冷間加工率８０％のものでは４４０℃であり、Ｓｎを含まない従来の銅合金条（図１参照）の３４０℃と比べ、１００℃アップしている。
【実施例２】
【００２１】
この実施例では、表１に示す各組成の銅合金を用いて板幅方向に一定の厚さを有する銅合金平条を製作し、その後異形断面加工を行って異形断面銅合金条を製造し、各特性を評価した。
具体的には、実施例１と同じプロセスで、厚さ２ｍｍの銅合金平条を製作し、再結晶焼鈍を行った後、異形ロールによる冷間圧延により、下記寸法の異形断面銅合金条を製造した。なお、冷間加工率は薄肉部が８０％、厚肉部が２５％である。
・薄肉部の厚さ：０．４０ｍｍ
・厚肉部の厚さ：１．５０ｍｍ
・薄肉部の幅：３０ｍｍ
・厚肉部の幅：２５ｍｍ
【００２２】
このようにして得た異形断面銅合金条の薄肉部から試料を切り出し、実施例１と同じ要領で耐熱性試験を行い、その結果をグラフ化して耐熱温度（ビッカース硬さがＨｖ１００になる温度）を求め、下記要領で導電率の測定、及び曲げ加工性、はんだ耐熱密着性の試験を行った。これらの結果を表１に示す。
導電率は、ミーリングにより、幅１０ｍｍ×長さ３００ｍｍの短冊状の試験片を加工し、ダブルブリッジ式抵抗測定装置により電気抵抗を測定して平均断面積法により算出した。
【００２３】
曲げ加工性は、伸銅協会標準ＪＢＭＡ−Ｔ３０７に規定されるＷ曲げ試験［Ｒ（曲げ半径）／ｔ（板厚）＝２，曲げ軸が圧延方向に平行］を行い、曲げ部の表面観察により、５段階（Ａ：しわなし，Ｂ：しわ小，Ｃ：しわ大，Ｄ：割れ小，Ｅ：割れ大）で評価した。Ａ〜Ｃが合格レベルで、Ｄ〜Ｅは不合格レベルである。
はんだ耐熱密着性は、試料をＳｎ−４０％Ｐｂはんだに２４５℃×５秒間浸漬して試料表面にはんだを接合し、本試料を１５０℃×５００ｈｒ加熱後した後、１８０°曲げ戻し（曲げＲ＝２ｍｍ）を行い、曲げの内側のはんだの密着性を３段階（○：剥離なし，△：微小剥離，×：全面剥離）で評価した。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表１に示すように、本発明例のＮｏ．１〜１０は、Ｓｎ含有量の不足するＮｏ．１１〜１３、及びＦｅ，Ｐ含有量の不足するＮｏ．１５，１７，１９に比べて耐熱性が優れ、Ｓｎ含有量が過剰なＮｏ．１４、及びＦｅ，Ｐ含有量が過剰なＮｏ．１６，１８，２０に比べて高い導電率を有し、さらに、Ｆｅ／Ｐ比が２〜４の範囲内にないＮｏ．２１，２２に比べて導電率が優れ、はんだ耐熱密着性も優れている。また、Ｆｅ，Ｐ含有量が過剰なＮｏ．１６，１８，２０に比べて曲げ加工性が優れている。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来組成の異形断面銅合金条を用いた耐熱性試験の結果を示すグラフである。
【図２】本発明の組成の異形断面銅合金条を用いた耐熱性試験の結果を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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