(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｉ：０．４〜４．０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．０５〜１．０ｍａｓｓ％、Ｚｎ：０．１〜５．０ｍａｓｓ％、Ｍｇ：０．１〜１．０ｍａｓｓ％、Ｓ：０．０００３〜０．００５ｍａｓｓ％、Ｃ：０．０００３〜０．０１ｍａｓｓ％を含有し、残部Ｃｕ及び不可避不純物からなることを特徴とするスタンピング加工性及び銀めっき性に優れる高力銅合金。
【請求項２】
Ｎｉ：０．４〜４．０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．０５〜１．０ｍａｓｓ％、Ｚｎ：０．１〜５．０ｍａｓｓ％、Ｍｇ：０．１〜１．０ｍａｓｓ％、Ｓ：０．０００３〜０．００５ｍａｓｓ％、Ｃ：０．０００３〜０．０１ｍａｓｓ％を含有し、残部Ｃｕ及び不可避不純物からなり、板厚方向の平均結晶粒径が２０μｍ以下であることを特徴とするスタンピング加工性及び銀めっき性に優れる高力銅合金。
【請求項３】
Ｎｉ：０．９〜４．０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．２〜１．０ｍａｓｓ％、Ｚｎ：０．１〜５．０ｍａｓｓ％、Ｍｇ：０．１〜１．０ｍａｓｓ％、Ｓ：０．０００３〜０．００５ｍａｓｓ％、Ｃ：０．０００３〜０．０１ｍａｓｓ％を含有し、副成分としてＢｅ、Ｂ、Ａｌ、Ｐ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｂ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｔａのうち１種又は２種以上を総量で０．００１〜１．０ｍａｓｓ％含有し、残部Ｃｕ及び不可避不純物からなることを特徴とするスタンピング加工性及び銀めっき性に優れる高力銅合金。
【請求項４】
Ｎｉ：０．９〜４．０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．２〜１．０ｍａｓｓ％、Ｚｎ：０．１〜５．０ｍａｓｓ％、Ｍｇ：０．１〜１．０ｍａｓｓ％、Ｓ：０．０００３〜０．００５ｍａｓｓ％、Ｃ：０．０００３〜０．０１ｍａｓｓ％を含有し、副成分としてＢｅ、Ｂ、Ａｌ、Ｐ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｂ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｔａのうち１種又は２種以上を総量で０．００１〜１．０ｍａｓｓ％含有し、残部Ｃｕ及び不可避不純物からなり、板厚方向の平均結晶粒径が２０μｍ以下であることを特徴とするスタンピング加工性及び銀めっき性に優れる高力銅合金。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体リードフレーム、端子、コネクタ、リレー、スイッチなどの電気・電子部品に使用されるスタンピング加工性及び銀めっき性に優れる高力銅合金に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金は、強度と導電率を兼備することから、半導体リードフレーム、端子、コネクタなどの電気・電子部品に広く使用されている。近年、電気・電子部品の小型化、軽量化、高集積化に伴い、リードフレームのリード間隔の縮小あるいはコネクタの極間ピッチの縮小が図られている。これにより高強度化、高導電率化の要求はもとより、スタンピング加工性（スタンピング加工後のばり、だれなどが少ないこと）に優れ、スタンピング金型を摩耗させない材料の要求が増大している（例えば、特開平２−６６１３０号公報参照）。また、これらの電気・電子部品は銀めっきされることがあるが、信頼性の向上要求増大により、従来にも増して、銀めっき性が重要視されるようになってきている（例えば、特開昭６３−１３０７３９号公報、特開平５−５９４６８号公報、特開平８−３１９５２８号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
電気・電子部品用Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金において、導電率の低下を抑えて強度の向上を図る添加元素としてＭｇが使用される。そして、Ｍｇは、上記特開平２−６６１３０号公報に記載されているように、スタンピング加工性及び金型摩耗の低減にも効果が大きいが、一方、微量でも銀めっき性を劣化（銀めっきの突起を発生）させることが知られている。
本発明は、Ｍｇを含有するＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系高力銅合金において、スタンピング加工性と銀めっき性という従来は相反すると考えられていた特性を両立させることを目的としたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
スタンピング加工性及び銀めっき性に優れる高力銅合金は、Ｎｉ：０．４〜４．０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．０５〜１．０ｍａｓｓ％、Ｚｎ：０．１〜５．０ｍａｓｓ％、Ｍｇ：０．００５〜１．０ｍａｓｓ％、Ｓ：０．０００３〜０．００５ｍａｓｓ％、Ｃ：０．０００３〜０．０１ｍａｓｓ％を含有し、残部Ｃｕ及び不可避不純物からなり、さらにＭｇとＳの含有量が下記式（１）及び（２）を同時に満たすことを特徴とする。なお、下記式において、［Ｍｇ］はＭｇのｍａｓｓ％、［Ｓ］はＳのｍａｓｓ％を意味する。
０．５［Ｍｇ］＋［Ｓ］≧０．００５・・・・（１）
０．２５［Ｍｇ］≧［Ｓ］          ・・・・（２）
【０００５】
上記銅合金は、副成分として、Ｂｅ、Ｂ、Ａｌ、Ｐ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｂ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｔａのうち１種又は２種以上を総量で０．００１〜１．０ｍａｓｓ％含有することができる。また、板厚方向の平均結晶粒径が２０μｍ以下であることが好ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、上記銅合金の成分及び結晶粒径の限定理由について説明する。
（Ｎｉ）
ＮｉはＳｉとともに添加することにより、ＮｉとＳｉの化合物を生成し、合金の強度を向上させる作用を有する元素である。しかし、０．４ｍａｓｓ％未満ではこの効果が小さく、４．０ｍａｓｓ％を超えて含有すると熱間加工性及び冷間加工性が劣化するので好ましくない。従って、Ｎｉの含有量は０．４〜４．０ｍａｓｓ％とする。
【０００７】
（Ｓｉ）
ＳｉはＮｉとともに添加することにより、ＮｉとＳｉの化合物を生成し、合金の強度を向上させる作用を有する元素である。しかし、０．０５ｍａｓｓ％未満ではこの効果が小さく、また１．０ｍａｓｓ％を超えて含有すると、熱間加工性及び冷間加工性が劣化するので好ましくない。従って、Ｓｉの含有量は０．０５〜１．０ｍａｓｓ％とする。
【０００８】
（Ｚｎ）
Ｚｎは錫及び錫合金めっきの耐熱剥離性を向上させ、さらに耐マイグレーション性を向上させ、金型摩耗の低減に効果のある元素である。しかし、０．１ｍａｓｓ％未満ではこれらの効果は小さく、５．０ｍａｓｓ％を超えて含有しても効果が飽和するとともに、導電率の低下、耐応力腐食割れ感受性の増大を招くので好ましくない。従って、Ｚｎの含有量は０．１〜５．０ｍａｓｓ％とする。
【０００９】
（Ｍｇ）
Ｍｇは強度、耐応力緩和特性及びスタンピング加工性を向上させるとともに、金型摩耗の低減に効果がある元素である。０．００５ｍａｓｓ％未満ではその効果は小さく、１．０ｍａｓｓ％を超えて含有してもその効果が飽和するとともに、鋳造性、熱間加工性の劣化、及び導電率の低下を招くので好ましくない。従って、Ｍｇの含有量は０．００５〜１．０ｍａｓｓ％とする。
さらにＭｇは、以下に述べるとおり、Ｓとの相互作用で銀めっき性にも関与する。
【００１０】
（Ｓ）
ＳはＭｇとともにスタンピング加工性を向上させる反面、銀めっき時の銀突起を発生させやすい元素でもある。０．０００３ｍａｓｓ％未満ではスタンピング加工性を向上させる効果が小さく、０．００５ｍａｓｓ％を超えて含有すると銀めっき性及び熱間加工性を劣化させる。従って、Ｓの含有量は０．０００３〜０．００５ｍａｓｓ％とする。
【００１１】
（Ｍｇ及びＳの関係）
Ｍｇを含有するＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系高力銅合金において、スタンピング加工性及び銀めっき性を両立させるために、以下の範囲に両成分を限定する必要があることを本発明者らは見い出した。
まず、スタンピング加工性の面からはＭｇ及びＳは多い方が望ましく、最低限下記式（１）を満たすことが必要である。
０．５［Ｍｇ］＋［Ｓ］≧０．００５・・・・（１）
【００１２】
次に、銀めっき性の面からは以下のような考え方でその比率を制御することが必要である。すなわち、銀突起の主原因はＭｇとＳが結合して生成したＭｇＳであり、それが銅合金の中に局在化することにより、その部分の局部的な電位が低くなり、銀の局部的な析出が起こるためである。しかし、Ｍｇの含有量が十分に多いと、銅中に固溶するＭｇが銅合金のマトリックスとＭｇＳとの間の電位差を小さくしてくれるため、銀の局部的な析出が起こりにくくなる。従って、ＭｇはＳとの比率で多い方が望ましく、最低限下記式（２）を満たすことが必要である。
０．２５［Ｍｇ］≧［Ｓ］          ・・・・（２）
【００１３】
（Ｃ）
ＣはＭｇを含有するＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金のスタンピング加工性を向上させる作用があることを本発明者らは見い出した。しかし、０．０００３ｍａｓｓ％未満ではその効果は小さく、０．０１ｍａｓｓ％を超えて含有するとその効果が飽和するとともに、熱間加工性を劣化させる。したがって、Ｃの含有量は０．０００３〜０．０１ｍａｓｓ％、好ましくは０．００１〜０．０１ｍａｓｓ％とする。
【００１４】
（副成分）
Ｂｅ、Ｂ、Ａｌ、Ｐ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｂ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｔａの副成分は、強度とスタンピング加工性をさらに向上させる目的で、導電率の低下が許される範囲で添加することができる元素である。これらの元素の１種又は２種以上の総量が０．００１ｍａｓｓ％未満では強度向上効果が小さく、１ｍａｓｓ％を超えて含有すると、導電率の低下が著しくなり好ましくない。したがって、これらの副成分の総量を０．００１〜１ｍａｓｓ％とする。
【００１５】
（結晶粒径）
Ｍｇを含有するＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金において、特に板厚方向の結晶粒径がスタンピング加工性に関与することを本発明者らは見い出した。最終板製品状態での板厚方向の平均結晶粒径が２０μｍ以下であればスタンピング加工性を向上させることができる。望ましくは１５μｍ以下である。再結晶段階で２０μｍを超す結晶粒径であったとしても、その後の冷間加工により結晶粒が偏平となり、板厚方向の平均結晶粒径が２０μｍ以下となる場合は、これに含まれる。
なお、再結晶後に合計９０％以上の冷間加工を施した材料に認められる、いわゆるファイバー組織の場合は結晶粒は観察困難であるが、このようなファイバー組織も本発明に含まれる。
【００１６】
【実施例】
本発明に係るスタンピング加工性及び銀めっき性に優れる高力銅合金の実施例について、その比較例とともに以下に説明する。
表１〜４に示す成分組成の銅合金を、クリプトル炉にて木炭被覆下で大気溶解し、ブックモールドに鋳造し、５０ｍｍ×８０ｍｍ×２００ｍｍの鋳塊を作製した。この鋳塊を９３０℃に加熱し熱間圧延後、ただちに水中急冷し厚さ１５ｍｍの熱延材とした。この熱延材の表面の酸化スケールを除去するため、表面をグラインダで切削した。この熱延材を冷間圧延で厚さ０．３６ｍｍとし、６５０〜８５０℃で２０秒間熱処理した後水中急冷した。さらに厚さ０．２５ｍｍまで冷間圧延し、４５０〜５００℃で２時間の焼鈍を施し、表面の酸化皮膜を酸洗にて除去後試験に供した。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
【表２】
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【００１９】
【表３】
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【００２０】
【表４】
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【００２１】
この供試材について、下記要領にて引張強さ、導電率、結晶粒径、スタンピング加工性、銀めっき性及びはんだ耐熱剥離性を調査した。これらの結果を表５及び表６に示す。
引張強さは、ＪＩＳ５号試験片を用いた。
導電率はダブルブリッジ法にて測定した。
結晶粒径は、ＪＩＳＨ０５０１に規定する伸銅品結晶粒度試験方法の切断法により、板厚方向に測定した。
スタンピング加工性の評価は、プレスにより長さ３０ｍｍ、幅０．５ｍｍのリードを打抜き、ばりの高さを測定した。
銀めっき性は、シアン系銀めっきを厚さ１μｍ施したときに、局所的にめっき厚さが厚くなる現象（突起）の有無を実体顕微鏡で観察した。
はんだ耐熱剥離性は、２４５℃のはんだ浴（６０Ｓｎ／４０Ｐｂ）に５秒間浸漬して約２０μｍのめっき層を被覆した材料を１５０℃で１０００時間加熱後、１８０°曲げて平板に戻した後はんだめっき層の剥離の有無を観察した。
【００２２】
【表５】
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【００２３】
【表６】
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【００２４】
表５に示すように、本発明合金Ｎｏ．１〜１９は、いずれの特性も良好である。一方、表６に示すように、比較合金Ｎｏ．２０〜３７は一部の成分が本発明に規定する範囲を外れるため、いずれかの特性が劣っている。なお、Ｎｏ．３７及び３８は、Ｍｇ及びＳの含有量が本発明の規定範囲に含まれるものの、式（１）又は式（２）の範囲を外れるため、銀めっき性あるいはスタンピング加工性が劣る。
【００２５】
また、表１のＮｏ．２の合金については、結晶粒径の影響を見るために中間の２０秒間の熱処理の温度を変え（他の加工熱処理工程等は表５の実施例Ｎｏ．２と同じ）、上記と同じ試験に供した。その結果を表７に示す。
表７に示すように、２０秒間の熱処理の温度が低く再結晶が起こらなかったＮｏ．２−２はファイバー組織となり、Ｎｏ．２とほぼ同等の特性が得られたが、熱処理の温度が高かったＮｏ．２−３は、平均結晶粒径が大きく、スタンピング加工性がＮｏ．２より低くなっている。
【００２６】
【表７】
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【００２７】
【発明の効果】
本発明の銅合金は、電気・電子部品用として要求される強度、導電率、はんだの耐熱剥離性などの特性を満足するとともに、例えば半導体装置のリードフレームや端子、コネクタなどの電気・電子部品をスタンピング加工したときに、ばり高さが小さいため、寸法精度ひいては打抜き金型の使用寿命を著しく向上させることができる。また、銀めっきした時の銀突起の発生を抑制することができる。従って、本発明は、電気・電子部品の生産性並びに信頼性向上に対する寄与が大である。