電子電氣設(shè)備用銅合金、電子電氣設(shè)備用銅合金塑性加工材、電子電氣設(shè)備用元件及端子的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種作為半導(dǎo)體裝置的連接器等的端子、或者電磁繼電器的可動導(dǎo)電 片、或引線框架等電子電氣設(shè)備用元件使用的電子電氣設(shè)備用銅合金、使用該電子電氣設(shè) 備用銅合金的電子電氣設(shè)備用銅合金塑性加工材、電子電氣設(shè)備用元件及端子。
[0002] 本申請主張基于2013年7月31日在日本申請的專利申請2013-159642號優(yōu)先 權(quán)，及2014年6月6日在日本申請的專利申請2014-117998號的優(yōu)先權(quán)，并將其內(nèi)容援用 于此。
【背景技術(shù)】
[0003] 以往，隨著電子設(shè)備或電氣設(shè)備等的小型化，使用于這些電子設(shè)備或電氣設(shè)備等 的連接器等端子、繼電器、引線框架等電子電氣設(shè)備用元件實(shí)現(xiàn)小型化及薄壁化。因此，作 為構(gòu)成電子電氣設(shè)備用元件的材料，要求彈性、強(qiáng)度、彎曲加工性優(yōu)異的銅合金。尤其，如非 專利文獻(xiàn)1中記載，作為連接器等的端子、繼電器、引線框架等的電子電氣設(shè)備用元件使用 的銅合金，優(yōu)選屈服強(qiáng)度較高。
[0004] 在此，作為使用于連接器等的端子、繼電器、引線框架等的電子電氣設(shè)備用元件的 銅合金，已開發(fā)了非專利文獻(xiàn)2中記載的Cu-Mg合金和專利文獻(xiàn)1中記載的Cu-Mg-Zn-B合 金等。
[0005] 這些Cu-Mg系合金中，由圖1所示的Cu-Mg系狀態(tài)圖可知，在Mg的含量設(shè)為1. 3 質(zhì)量％以上（3. 3原子％以上）的情況下，通過進(jìn)行固溶化處理與析出處理，能夠析出由Cu 與Mg構(gòu)成的金屬間化合物。即，這些Cu-Mg系合金中，能夠通過析出固化而具有較高的導(dǎo) 電率與強(qiáng)度。
[0006] 然而，在非專利文獻(xiàn)2及專利文獻(xiàn)1中記載的Cu-Mg系合金中，由于母相中分散有 許多粗大的將Cu與Mg作為主成分的金屬間化合物，彎曲加工時，這些金屬間化合物成為起 點(diǎn)而容易產(chǎn)生破裂等，因此存在無法成形成復(fù)雜形狀的電子電氣設(shè)備用元件這樣的問題。
[0007] 尤其，在移動電話或個人計(jì)算機(jī)等的民生用品中所使用的電子電氣設(shè)備用元件 中，要求小型化及輕量化，而且要求強(qiáng)度與彎曲加工性兼?zhèn)涞碾娮与姎庠O(shè)備用銅合金。然 而，在如上述Cu-Mg系合金的析出固化型合金中，若通過析出固化而提高強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度， 則彎曲加工性顯著降低。因此，無法成形薄壁且復(fù)雜的形狀的電子電氣設(shè)備用元件。
[0008] 因此，專利文獻(xiàn)2中，提出有一種通過對Cu-Mg合金固溶化后進(jìn)行淬冷而制作的 Cu-Mg過飽和固溶體的加工固化型銅合金。
[0009] 該Cu-Mg合金中，優(yōu)異的強(qiáng)度、導(dǎo)電率、彎曲性的平衡優(yōu)異，尤其適合作為上述的 電子電氣設(shè)備用元件的原材料。
[0010] 專利文獻(xiàn)1 :日本專利公開平07-018354號公報(bào)
[0011] 專利文獻(xiàn)2 :日本專利第5045783號公報(bào)
[0012] 非專利文獻(xiàn)1 :野村幸矢、「3本夕夕用高性能銅合金條①技術(shù)動向t當(dāng)社?開発 戦略」、神戸製鋼技報(bào)Vol. 54 No. I (2004)p. 2 - 8(野村幸矢，"連接器用高性能銅合金條的 技術(shù)動向與本公司的開發(fā)戰(zhàn)略"，神戶制鋼技報(bào)Vol. 54 No. I (2004)p. 2-8)
[0013] 非專利文獻(xiàn)2 :掘茂徳、他2名、「Cu - Mg合金粒界型析出」、伸銅技術(shù)研 究會誌Vol. 19(1980)p. 115 - 124(掘茂德等三人，"Cu-Mg合金中的晶界型析出"，伸銅技 術(shù)研究會志 Vol. 19 (1980) P. 115-124)
[0014] 然而，最近以來，隨著電子電氣設(shè)備的進(jìn)一步輕量化，使用于這些電子設(shè)備或電氣 設(shè)備等的連接器等端子、繼電器、引線框架等電子電氣設(shè)備用元件實(shí)現(xiàn)薄壁化及微細(xì)化。因 此，成為電子電氣設(shè)備用元件的原材料的電子電氣設(shè)備用銅合金塑性加工材要求比以往加 工成板厚更薄或是線徑更細(xì)。
[0015] 在此，電子電氣設(shè)備用銅合金的內(nèi)部存在大量氧化物等粗大的夾雜物的情況下， 產(chǎn)生起因于這些夾雜物等的缺陷，存在產(chǎn)品成品率大幅降低的問題。尤其，Mg為活性元素， 因此在上述Cu-Mg合金中，存在容易產(chǎn)生將Mg作為起因的夾雜物的傾向，并在加工時容易 產(chǎn)生缺陷的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本發(fā)明是鑒于所述情況而完成的，其目的在于能夠提供一種力學(xué)性能優(yōu)異，并且 即使加工成板厚較薄或是線徑較細(xì)的情況下，也能夠抑制缺陷的產(chǎn)生的電子電氣設(shè)備用銅 合金、電子電氣設(shè)備用銅合金塑性加工材、電子電氣設(shè)備用元件以及端子。
[0017] 為了解決該課題，本發(fā)明的電子電氣設(shè)備用銅合金的特征在于，以1.3質(zhì)量％以 上且2. 8質(zhì)量％以下的范圍含有Mg，且剩余部分實(shí)際上為Cu及不可避免的雜質(zhì)，H的含量 設(shè)為10質(zhì)量ppm以下，0的含量設(shè)為100質(zhì)量ppm以下，S的含量設(shè)為50質(zhì)量ppm以下，C 的含量設(shè)為10質(zhì)量ppm以下。
[0018] 上述構(gòu)成的電子電氣設(shè)備用銅合金中，0的含量設(shè)為100質(zhì)量ppm以下，S的含量 設(shè)為50質(zhì)量ppm以下，因此能夠減少由Mg氧化物或Mg硫化物等構(gòu)成的夾雜物，并能夠抑 制加工時缺陷的產(chǎn)生。并且，能夠防止通過與0及S反應(yīng)而消耗Mg的情況，并能夠抑制力 學(xué)性能的劣化，
[0019] 并且，H的含量設(shè)為10質(zhì)量ppm以下，因此能夠抑制鑄錠內(nèi)產(chǎn)生氣孔缺陷，并能夠 抑制加工時缺陷的產(chǎn)生。
[0020] 而且，C的含量設(shè)為10質(zhì)量ppm以下，因此能夠確保冷加工性，并能夠抑制加工時 缺陷的產(chǎn)生。
[0021] 在此，本發(fā)明的電子電氣設(shè)備用銅合金中，優(yōu)選在掃描式電子顯微鏡觀察下，粒徑 0. 1 μπ?以上的以Cu與Mg作為主成分的金屬間化合物的平均個數(shù)設(shè)為1個/ μL?2以下。
[0022] 此時，如圖1的狀態(tài)圖所示，以1.3質(zhì)量％以上且2. 8質(zhì)量％以下（3. 3原子％ 且6. 9原子％以下）的范圍含有固溶限以上的Mg，而且在掃描式電子顯微鏡觀察下，粒徑 0. 1 μπι以上的以Cu與Mg作為主成分的金屬間化合物的平均個數(shù)設(shè)為1個/ μπι2以下，因 此將Cu與Mg作為主成分的金屬間化合物的析出得到抑制，Mg成為在母相中過飽和固溶的 Cu-Mg過飽和固溶體。
[0023] 另外，將粒徑0. 1 μ m以上的Cu與Mg作為主成分的金屬間化合物的平均個數(shù)利用 場發(fā)射式掃描電子顯微鏡，在倍率：5萬倍、視場：約4. 8 μm2進(jìn)行10個視場的觀察而算出。
[0024] 并且，將Cu與Mg作為主成分的金屬間化合物的粒徑設(shè)為金屬間化合物的長徑 (在中途未與晶界相接的條件下，在晶粒內(nèi)能夠最長地畫出的直線的長度）與短徑（在與長 徑直角相交的方向，在中途未與晶界相接的條件下，能夠最長地畫出的直線的長度）的平 均值。
[0025] 這種由Cu-Mg過飽和固溶體構(gòu)成的銅合金，在母相中并未大量分散由Cu與Mg作 為主成分的粗大金屬間化合物而成為破裂的起點(diǎn)，從而提高了彎曲加工性，因此能夠?qū)?fù) 雜形狀的連接器等的端子、繼電器、引線框架等的電子電氣設(shè)備用元件進(jìn)行成形。
[0026] 而且，由于使Mg過飽和地固溶，因此通過加工固化能夠提高強(qiáng)度。
[0027] 并且，本發(fā)明的電子電氣設(shè)備用銅合金中，將Mg的含量設(shè)為A原子％時，導(dǎo)電率 σ (% IACS)優(yōu)選設(shè)在 〇 彡 1·7241Λ-0·0347ΧΑ2+0·6569ΧΑ+1·7)Χ100 的范圍內(nèi)。
[0028] 此時，如圖1的狀態(tài)圖所示，以1.3質(zhì)量％以上且2. 8質(zhì)量％以下（3. 3原子％且 6. 9原子％以下）的范圍含有固溶限以上的Mg，且導(dǎo)電率設(shè)在上述范圍內(nèi)，因此Mg成為在 母相中過飽和固溶的Cu-Mg過飽和固溶體。
[0029] 因此，如上所述，母相中并未大量分散由Cu與Mg作為主成分的粗大金屬間化合物 而成為破裂的起點(diǎn)，從而提高了彎曲加工性，因此能夠?qū)?fù)雜形狀的連接器等的端子、繼電 器、引線框架等的電子電氣設(shè)備用元件進(jìn)行成形。
[0030] 而且，由于使Mg過飽和地固溶，因此通過加工固化能夠提高強(qiáng)度。
[0031] 另外，關(guān)于Mg的原子％，忽視不可避免的雜質(zhì)元素而假定僅由Cu、Mg及其他元素 構(gòu)成來算出即可。
[0032] 并且，本發(fā)明的電子電氣設(shè)備用銅合金中，能夠以合計(jì)0. 01質(zhì)量％以上且3. 0質(zhì) 量％以下的范圍內(nèi)含有Sn、Zn、Al、Ni、Si、Mn、Li、Ti、Fe、Co、Cr、Zr、P中的一種或兩種以 上。
[0033] 這些元素具有能夠提高Cu-Mg合金的強(qiáng)度等特性的作用效果，因此優(yōu)選按照所需 特性適當(dāng)?shù)靥砑印Ｔ诖?，上述元素的添加量的合?jì)若小于0. 01質(zhì)量％，則無法充分地獲得 上述強(qiáng)度提高的作用效果。另一方面，若上述元素的添加量的合計(jì)超過3.0質(zhì)量％，則導(dǎo)電 率會大幅降低。因此，本發(fā)明中，將上述元素的添加量的合計(jì)設(shè)定在〇. 01質(zhì)量％以上且3. 0 質(zhì)量％以下的范圍內(nèi)。
[0034] 而且，本發(fā)明的電子電氣設(shè)備用銅合金中，優(yōu)選具有0. 2%屈服強(qiáng)度為400MPa以 上的力學(xué)性能。
[0035] 在0. 2%屈服強(qiáng)度為400MPa以上時，變得不容易塑性變形，因此尤其適于連接器 等的端子、繼電器、引線框架等的電子設(shè)備用元件。
[0036] 并且，本發(fā)明的電子電氣設(shè)備用銅合金中，板表面的來自{111}面的X射線衍射強(qiáng) 度設(shè)為I {111}，來自{200}面的X射線衍射強(qiáng)度設(shè)為I {200}，來自{220}面的X射線衍射 強(qiáng)度設(shè)為I {220}，來自{311}面的X射線衍射強(qiáng)度設(shè)為I {311}，來自{220}面的X射線衍 射強(qiáng)度的比例 R{220}設(shè)為 R{220} =1{220}八1{111}+1{200}+1{220}+1{311}的情況下， 優(yōu)選R{220}設(shè)為0.9以下。
[0037] 此時，由于板表面的來自{220}面的X射線衍射強(qiáng)度的比例R{220}設(shè)為0.9以 下，因此板表面中{220}面的存在得到抑制。{220}面容易由乳制加工形成，若該{220}面 的比例增高，則相對于乳制方向，將彎曲軸設(shè)為平行時的彎曲加工性顯著地降低。因此，通 過將該板表面的來自{220}面的X射線衍射強(qiáng)度的比例R{220}抑制在0.9以下，能夠確保 彎曲加工性，并能夠提高屈服強(qiáng)度-彎曲平衡性。
[0038] 另外，上述電子電氣設(shè)備用銅合金中，優(yōu)選R{220}設(shè)為0.3以上且0.9以下。
[0039] 而且，本發(fā)明的電子電氣設(shè)備用銅合金中，優(yōu)選由相對于乳制方向平行的方向上 進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時的強(qiáng)度TS和0. 2%屈服強(qiáng)度YS算出的屈服比YS/TS超過90%。
[0040] 此時，因由相對于乳制方向平行的方向上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時的強(qiáng)度TS和0. 2%屈服 強(qiáng)度YS算出的屈服比YS/TS超過90 %，0. 2 %屈服強(qiáng)度YS相對于強(qiáng)度TS相對地較高。因 此，屈服強(qiáng)度-彎曲平衡性提高，相對于乳制方向平行的方向上的彎曲加工性變得優(yōu)異。因 此，如繼電器或大型端子一樣，即使是在相對于銅合金乳制板的乳制方向平行的方向上進(jìn) 行彎曲加工而成形為復(fù)雜的形狀時，也能夠抑制破裂等的產(chǎn)生。
[0041] 上述的電子電氣設(shè)備用銅合金中，優(yōu)選平均結(jié)晶粒徑設(shè)為50 μπι以下。
[0042] 調(diào)查結(jié)晶粒徑與屈服比YS/TS的關(guān)系的結(jié)果，明確了通過減小結(jié)晶粒徑能夠使屈 服比YS/TS提高。而且，在本發(fā)明的Cu-Mg系合金中，通過將平均結(jié)晶粒徑抑制在50 μ m以 下，能夠使上述的屈服比大幅提尚為超過90%。
[0043] 本發(fā)明的電子電氣設(shè)備用銅合金塑性加工材的特征在于：通過對由上述電子電氣 設(shè)備用銅合金構(gòu)成的銅原材料進(jìn)行塑性加工而形成。另外，本說明書中，塑性加工材是指在 任一制造工序中，實(shí)施有塑性加工的銅合金。
[0044] 如上所述，該結(jié)構(gòu)的銅合金塑性加工材中，由于由力學(xué)性能優(yōu)異的電子電氣設(shè)備 用銅合金構(gòu)成，因此尤其適合作為電子電氣設(shè)備用元件的原材料。
[0045] 在此，本發(fā)明的電子電氣設(shè)備用銅合金塑性加工材，優(yōu)選通過具備如下工序的制 造方法而成形，即，將所述銅原材料加熱至400°C以上且900°C以下的溫度，并且將加熱的 所述銅原材料以60°C /min以上的冷卻速度冷卻至200°C以下的熱處