超小型コネクタ用高強度銅合金(C7035)の開発

菅原須田章1
高維 林2)) 鈴 木 基 彦2)久 Peter W. Robinson

構造(スピノーダル構造)による強化機構を有し強度が高いも. 緒

言のの，導電率が十数IACS 程度と低いという欠点がある．
Cu Sn P 系銅合金(りん青銅)は，強度は前述合金よりも情報通信機器や自動車電装品の小型軽量化に伴い，コネク低いが，曲げ加工性，コストの面に優れていることから広範

タも小型化，多極化，高密度実装化が進み，ばね材料として囲で使用されている．しかし，導電率が十数IACS 程度と使用される銅系素材は，より薄肉化され，高い耐力，導電性低いこと，耐応力緩和性が劣るため，近年の電気電子部品のが必要となっている．また，複雑な形状に成形加工できる曲小型化，高集積化や大電流化に対応できなくなっている．

げ加工性，高温環境下やジュール熱など熱影響によるばねの一方， Cu NiSi 系合金(コルソン合金)は，強度と導電性保持力の低下に対抗する耐応力緩和特性も重要となってきてのバランスに優れた材料として，リードフレームやコネクタいる(1)(2)．加えて価格，リサイクル性，環境負荷，グローバ材料として広く使用されている．特性は，例えば，溶体化処ル調達性なども重要である．

理，時効処理，冷間圧延，低温焼鈍などの加工熱処理工程や特に最近の CPU ソケットや車載向けの超小型コネクタ向条件を最適化することにより，30～50IACS と比較的高い

け に ， 0.2  耐 力 が 850 MPa 以 上 ， 導 電 率 は 35  IACS 以導電率を維持しながら，700 MPa 以上の0.2耐力を得るこ

上，板厚の 2 倍以下の小さい曲げ半径で曲げることができ，とができる．しかしながら，更なる強度の向上(例えば 850

150°Cの温度で優れた耐応力緩和特性を示し，且つ価格面，MPa 以上の 0.2 耐力を達成すること)は，強度と導電率，リサイクル性，環境負荷，グローバル調達性に優れた材料開強度と曲げ加工性，曲げ加工性と耐応力緩和特性などのトレ発が切望されていた．

ードオフの関係から，達成するのは非常に困難であった．
CuNiSi 系銅合金における高強度化の手段としては，Ni,

.

高強度銅合金の現状と開発課題

Si の多量添加による析出量の増大，仕上げ圧延(加工)率を大きくし加工ひずみの増大，溶体化処理時の結晶粒微細化な高強度銅合金として， Cu Be 系合金， Cu Ti 系銅合金，

どがある．

CuNiSn 系銅合金，CuSnP 系銅合金などが挙げられる．

Ni, Si 添加量の増加は，導電率の低下を引き起こすだけで

Cu Be 系合金(ベリリウム銅)は，銅合金の中で最高レベなく，添加量が一定量(例えば，3 massの Ni，0.7 mass

ルの強度を有するが，コストと環境負荷の観点から敬遠されの Si)以上になると，強度の増加が飽和し，850 MPa 以上のる傾向にある．CuTi 系銅合金(チタン銅)および CuNiSn0.2耐力を達成することは導電率，曲げ加工性，コストと系銅合金は，固溶元素が母相内で周期的に濃度変動する変調のトレードオフから困難であった．
仕上げ圧延率を上げる対策も曲げ加工性，特に圧延方向を

DOWA メタルテック株式会社技術センター
1)センター長 2)主任研究員
DOWA オーリンメタル株式会社技術部マネージャー
Director, Metals Research Laboratories: Global Brass andCopper Inc.
Development of High Strength Copper Alloy(C7035) for
Microminiature Connectors; Akira Sugawara, Weilin Gao,
Motohiko Suzuki, Hisashi Suda and Peter W.
Robinson(DOWA METALTECH Co., LTD., Dowa
Olin Metal Corporation, Global Brass and Copper Inc.)2011年10月28日受理ま て り あ 第51巻 第 2 号(2012)Materia Japan

曲げ軸とする曲げ( Bad way 曲げ)加工性が著しく悪化し，結晶粒微細化は，粒界面積の増加に伴い銅合金中の原子拡散が加速するため，CuNiSi 系銅合金の耐応力緩和性を著しく低下させ(3)，これらの手法では目標を達成できなかった．

.

本合金開発のコンセプトと有用性

Olin Brass 社(現 Global Brass and Copper 社)は，CuNi



図2

図1

C7035および C7025の集合組織測定結果．

C7035の透過電子顕微鏡(TEM)写真．

Co Si 系合金により， Ni Co Si 系析出物を微細に析出させ強度と導電率を両立させることができた．しかしながら，曲げ加工性，耐応力緩和特性は不十分であった．そこで，
株 が開発した集合組織制御技術と前述
DOWA メタルテックの析出制御技術を組み合わせることにより，完成した合金が高強度 C7035 である．以下に C7035 の開発コンセプトと改善手法，製品の特長，有用性，発展性を説明する．
析出物制御による強度導電率の向上

コルソン合金は Ni2Si の析出物を利用しているが，本合金系は，( Ni, Co )2 Si の Ni Co Si 系の析出物が，導電率を維

図3持しつつ強度向上に大きく寄与する(4)ことを見出し，開発に至った．C7035の代表成分は，massにおいて，Cu1.5 Ni

90°
W 曲げ(板厚 t＝0.1 mm，曲げ半径 R/t＝1.0)後の表面写真( 0.2 耐力， C7035  910 MPa ，C7025745 MPa)．

1.1 Co0.6 Si である．
Ni, Co, Si の含有量および溶体化処理，時効処理，冷間加図に，C7035および代表的なコルソン合金である C7025

工，低温焼鈍などのプロセス，条件を最適化し，析出強化，(代表成分 Cu3.0 Ni0.65 Si0.15 Mg)の溶体化処理材(ST)加工硬化により，例えば 0.2 耐力 850 MPa ，導電率 45 および冷間圧延，低温焼鈍後の最終製品の ND 面におけるIACS の C7035 ( 質 別 EH ) ， 0.2  耐 力 910 MPa ， 導 電 率

各方位成分の面積分率を EBSP により測定した結果を示す．

38  IACS の C7035 (質別 SH )を得ることができた．以下

C7025の Cube 方位の面積分率は 5に満たない．に，より高強度な質別 SH を例に説明する．

図に， C7035および C7025の 90°
W 曲げ(R/t＝ 1.0)試験

図に C7035の透過電子顕微鏡(TEM )写真を示す． EDS後の表面写真を示す． C7025 と比較して， C7035 は 0.2 耐による分析したところ，析出物は at で 20 ～ 25  Ni, 35 ～力が約165 MPa 高いにも関わらず， GW, BW ともに曲げ加50Co, 30～35Si の 3 元素で構成されている．

工性に優れており，前述の集合組織制御の効果が確認された．



集合組織制御による強度曲げ加工性の向上



双晶密度制御による曲げ加工性
耐応力緩和特性の向上

コルソン合金は，高い強度を得ようとすると曲げ加工性が

図に，C7035および C7025の溶体化処理後の表面組織写低下し，両者のトレードオフを断ち切ることができなかっ真を示す．C7035は Cube 方位の面積分率が多いため，結晶た．そこで集合組織を制御することにより，強度を維持した粒内の双晶が C7025 のそれに比べて非常に多い．ほとんどまま，曲げ加工性を向上させることを試みた．具体的には，の双晶は，圧延方向と 45 °または45 °を成していることか

製造工程の見直し，溶体化処理条件の最適化により，溶体化ら，双晶を有する結晶粒は，Cube 方位({100}〈100〉)の結晶処理後で曲げ加工性および等方性に優れる Cube 方位({100}粒である．よく知られるように，双晶は粒界エネルギーがほ〈 100 〉)(5) を面積分率で 70 まで高めることに成功した．そぼゼロの特殊な粒界であり，粒界拡散，粒界破壊，粒界偏の後の圧延工程により Cube 方位は減少するが，製品で約析，粒界すべりなどが発生しないので，耐応力緩和特性，曲45 の面積分率が得られており，従来にはない組織を達成

げ加工性，疲労特性などを著しく向上できる(6)．

した．



C7035 の優れた曲げ加工性(図 3)と耐応力緩和特性(図)

新技術・新製品

は，そのような双晶が高い密度で存在することに起因してい置し，優れている．図より，特性間のトレードオフを解決ると考えられる．また， C7035は Cube 方位と双晶により優した C7035EH ， SH は，他の汎用合金に比較し，特性，コれた曲げ加工性が確保されているため，強度や場合によってスト，環境負荷なども含めトータルバランスに優れているこは曲げ加工性を向上させる手段である結晶粒微細化を必要ととがわかる．

しない．

また，本開発合金や析出物制御，集合組織や双晶密度など

以上より，C7035は高強度(高耐力)且つ適切な導電性，優の組織制御に関わる特許を世界各国に出願し，例えば日本特れた曲げ加工性，耐応力緩和特性を同時に達成することがで

許第4563495号で権利化され，また，開発の過程で生まれたきた．

他の優先方位を有する集合組織制御技術(日本特許第C7035の特性バランスと各種銅合金の比較

4189435 号他)などの技術についても出願，権利化が進み，研究成果が特許の面でも大きく展開されている．

C7035 (質別 EH, SH )の強度( 0.2 耐力)，導電率，曲げ加工性(90°W 最小曲げ半径)，耐応力緩和特性，コスト，環.

開発合金の実績，将来性，発展性

境性などを，現在汎用的に使用されている低ベリリウム銅( C17530 )，コルソン合金( C7025 )，りん青銅( C5210 )と比較し，図 6 と図 7 に示す．

C7035は，前述のように強度，導電率，曲げ加工性，耐応力緩和特性に優れ，且つコストと環境面にも優れ，コネクタ

図は，最小曲げ半径( R / t )が 2 で 90 °W 曲げ可能な導電率0.2耐力の関係である．C7035は従来合金より右上に位材料を一新した銅合金となった．
現在 C7035 は，世界中で認定，採用され始め，特に CPUソケット，携帯電話用超小型コネクタなどでは確固たる地位を築いている．更に自動車用超小型コネクタの開発も進んでおり，C7035の高い強度と導電率，曲げ加工性，耐応力緩和特性のバランスは注目されている． C7035 素材の板厚は，0.05～0.15 mm と薄いにも関わらず，既に年間 500トン以上の販売実績がある．また，最近開発された多くの新銅合金の中でも注目され，販売量の伸びは特筆すべきものである．
析出物制御技術，集合組織や双晶密度などの組織制御技術は，更に多くの可能性を秘め，現在 0.2耐力が 960 MPa ，導電率が37IACS，曲げ加工性，耐応力緩和特性も C7035を超える新合金の開発も進行中である．また，本技術は，従来銅合金の改良や特性向上にも応用できると考えられ，その価値は大きいといえる．

文献( 1 ) 菅原 章，花 佳武まてりあ，37(1998), 271273.
( 2 ) A. Sugawara, H. Narieda and Y. Hana: IICIT Connector Symposium (1999), 125.
( 3 ) 高 維林，須田 久，成枝宏人，菅原 章銅と銅合金， 48(2009), 129.
( 4 ) 須田 久，高 維林，成枝宏人，菅原 章銅と銅合金， 47(2008), 56.
( 5 ) 高 維林，青山智胤，須田 久，菅原 章，田中優樹，大森俊洋，石田清仁銅と銅合金，50(2011), 215.
( 6 ) 古林英一「再結晶と材料組織」，内田老鶴圃(2000), 22.

図4

最終溶体化処理後の圧延板材表面組織．

図6
図5

C7035の応力緩和率測定結果．

ま て り あ 第51巻 第 2 号(2012)Materia Japan

各種銅合金の導電率と 0.2 耐力の関係．

図7C7035合金と諸合金の比較．

