电子电气设备用铜合金、铜合金薄板、导电元件以及端子的制作方法
【专利说明】电子电气设备用铜合金、铜合金薄板、导电元件从及端子
[0001] 本申请是针对申请日为2013年1月4日、申请号为201380001177. 7、发明名称 为"电子电气设备用铜合金、电子电气设备用铜合金薄板、电子电气设备用铜合金的制造方 法、电子电气设备用导电元件W及端子"的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明设及一种用作半导体装置的连接器或其他端子、或者电磁继电器的可动 导电片或引线框架等电子电气设备用的导电元件的铜合金。本发明尤其设及一种在黄铜 (化-化合金）中添加Sn而成的化-Zn-Sn系电子电气设备用铜合金、使用该电子电气设备 用铜合金的电子电气设备用铜合金薄板、电子电气设备用铜合金的制造方法、电子电气设 备用导电元件W及端子。
[0003] 本申请主张基于2012年1月6日于日本申请的日本专利申请2012-001177号及 2012年9月14日于日本申请的日本专利申请2012-203517号的优先权，并将其内容援用于 本说明书中。
【背景技术】
[0004] 作为半导体装置的连接器等端子或者电磁继电器的可动导电片等电子电气用的 导电元件，使用铜或铜合金，其中，从强度、加工性、成本平衡等的观点考虑，一直W来广泛 使用黄铜（化-化合金）。并且，当为连接器等端子时，主要为了提高与相对侧的导电部件的 接触可靠性，大多在包括化-化合金的基材（原板）的表面实施锻锡（Sn)来使用。 阳0化]在如上述W化-化合金为基材在其表面实施锻Sn的连接器等导电元件中，为了提 高锻Sn材的再利用性的同时提高强度，有时对作为基材的化-化合金本身也使用添加作为 合金成分的Sn的Cu-Zn-Sn系合金。
[0006] 作为半导体的连接器等电子电气设备用导电元件的制造工艺，一般情况下，通常 通过社制加工将原材料铜合金做成厚度为0. 05~1.Omm左右的薄板（条材），通过冲切加 工做成预定的形状，进而对其至少局部实施弯曲加工。此时，导电元件大多W如下方式使 用：在弯曲部分附近与对方侧导电部件接触来获得与对方侧导电部件的电连接，并且通过 弯曲部分的弹性来维持与对方侧导电部件的接触状态。在用于运种连接器等导电元件的铜 合金中，为了抑制在通电时产生电阻发热而希望其导电性优异，并且希望强度高、且通过社 制成薄板（条材）并实施冲切加工的方面考虑希望社制性和冲切加工性优异。此外，当为 如前所述W实施弯曲加工并通过其弯曲部分的弹性在弯曲部分附近维持与对方侧导电部 件的接触状态的方式使用的连接器等时，不仅对铜合金部件要求弯曲加工性优异，而且为 了长时间（或在高溫氛围下也）良好地保持弯曲部分附近处的与对方侧导电部件的接触而 要求耐应力松弛特性优异。目P，在利用弯曲部分的弹性维持与对方侧导电部件的接触状态 的连接器等端子中，如果铜合金部件的耐应力松弛特性差，且弯曲部分的残余应力随时间 而变得松弛，或者弯曲部分的残余应力在高溫使用环境下变得松弛，则无法充分确保与对 方侧导电部件的接触压力，从而容易提前产生接触不良的问题。
[0007] 作为用于提高在连接器等导电元件中使用的化-Zn-Sn系合金的耐应力松弛特性 的对策，W往例如提出了如专利文献1~专利文献3所示的提案。另外，作为引线框架用的 化-Zn-Sn系合金，在专利文献4中也示出了用于提高耐应力松弛特性的对策。
[0008] 在专利文献1中示出了如下内容：在化-Zn-Sn系合金中含有Ni并生成Ni-P系化 合物，从而提高耐应力松弛特性，并且化的添加也有效地提高耐应力松弛特性。并且，在专 利文献2的提案中记载了如下内容：在化-Zn-Sn系合金中与P-同添加NiJe而生成化合 物，从而能够提高合金的强度、弹性W及耐热性。虽然其中未直接记载耐应力松弛特性，但 是可W认为上述的强度、弹性W及耐热性的提高意味着耐应力松弛特性的提高。
[0009] 如运些专利文献1、2的提案所示，本发明人等也确认到了在化-Zn-Sn系合金中添 加Ni、Fe、P会有效地提高耐应力松弛特性运一点，但是在专利文献1、2的提案中，只考虑了 Ni、Fe、P的个别的含量。本发明人等通过实验和研究，明确了仅仅通过运种个别含量的调 整未必能够可靠且充分地提高耐应力松弛特性运一点。
[0010] 而在专利文献3的提案中，记载了能够通过在化-Zn-Sn系合金中添加Ni且将Ni/ Sn比调整为特定范围内来提高耐应力松弛特性的内容，并且记载了化的微量添加也有效 地提高耐应力松弛特性的内容。
[0011] 虽然运种专利文献3的提案所示的Ni/Sn比的调整也确实有效地提高耐应力松弛 特性，但是完全没有提到P化合物与耐应力松弛特性的关系。目P，尽管可W想到如专利文献 1、2所示，P化合物对耐应力松弛特性带来较大的影响，但在专利文献3的提案中，关于生成 P化合物的化、Ni等元素却完全没有考虑到其含量与耐应力松弛特性的关系，在本发明人 等的实验中也明确了仅仅按照专利文献3的提案是无法充分且可靠地提高耐应力松弛特 性运一点。
[0012] 在W引线框架为对象的专利文献4的提案中记载了如下内容：在化-Zn-Sn系合金 中与P-同添加Ni、Fe，同时将（Fe+W)/P的原子比调整为0. 2~3的范围内，并生成化-P 系化合物、Ni-P系化合物或者Fe-Ni-P系化合物，从而能够提高耐应力松弛特性。
[0013] 然而，根据本发明人等的实验，明确了如专利文献4所规定仅仅通过调整化、Ni、 P的合计量和（Fe+Ni)/P的原子比是无法充分提高耐应力松弛特性运一点。其理由虽然不 是很明确，但是通过本发明人等的实验和研究明确了如下原因：为了可靠且充分地提高耐 应力松弛特性，除了调整化、Ni、P的合计量和（Fe+Ni)/P之外，重要的是化/Ni比的调整W 及Sn/(Ni+Fe)的调整，若不均衡地调整运些各含量比率，就无法可靠且充分地提高耐应力 松弛特性。
[0014] 如W上所述，作为包括化-Zn-Sn系合金的电子电气设备用铜合金，在用于提高耐 应力松弛特性的W往提案中，耐应力松弛特性的提高效果尚未可靠和充分，有待于进一步 改善。目P，如连接器，在具有社制成薄板（条）并实施弯曲加工的弯曲部分、且W在其弯曲 部分附近与对方侧导电部件接触并通过弯曲部分的弹性维持与对方侧导电部件的接触状 态的方式使用的元件中，残余应力随时间或在高溫环境下变得松弛而无法保持与对方侧导 电部件的接触压力，其结果存在容易提前产生接触不良等不良情况之类的问题。为了避免 运种问题，W往不得不加大材料的壁厚，因此导致材料成本的上升，而且导致重量的增加。
[0015] 专利文献1 :日本特开平5-33087号公报
[0016] 专利文献2 :日本特开2006-283060号公报
[0017] 专利文献3 :日本专利第3953357号公报
[0018] 专利文献4 :日本专利第3717321号公报
[0019] 如前所述，用作锻Sn黄铜条的基材的W往的化-Zn-Sn系合金在作为W实施弯曲 加工并在其弯曲部分附近保持与对方侧导电部件的接触的方式使用的薄板材料（条材） 时，耐应力松弛特性尚未可靠且充分地优异，因此强烈希望更进一步可靠且充分地改善耐 应力松弛特性。
【发明内容】
[0020] 本发明是WW上情况为背景而完成的，其课题在于提供一种电子电气设备用铜 合金W及使用该电子电气设备用铜合金的电子电气设备用铜合金薄板、电子电气设备用 铜合金的制造方法、电子电气设备用导电元件W及端子，其中，作为用作连接器或其他端 子、电磁继电器的可动导电片、引线框架等电子电气设备的导电元件的铜合金，尤其作为 化-Zn-Sn系合金，耐应力松弛特性可靠且充分优异，且能够使元件原材料比W往更加薄壁 化，而且强度也高，并且弯曲加工性和导电率等各种特性也优异。
[0021] 为了解决上述课题，本发明人等进行了深入实验和研究的结果，得知W下见解从 而完成了本发明：在化-Zn-Sn系合金中同时添加适当量的Ni(儀）和化（铁），并且添加 适当量的P(憐），并且不仅调整运些各合金元素的个别含量，而且分别W原子比计将合金 中的Ni、Fe、P及Sn的相互间的比率、尤其是化及Ni的含量比化/Ni、Ni及化的合计含 量（Ni+Fe)与P的含量之比（Ni+Fe)/P、Sn的含量与Ni及化的合计含量（Ni+Fe)之比Sn/ (Ni+Fe)调整为适当的范围内，由此适当地析出含有化和/或NiW及P的析出物，同时适 当地调整母相（a相主体）的结晶粒径，从而可W获得在可靠且充分地提高耐应力松弛特 性的同时提高强度、且其他弯曲加工性和导电率等在连接器或其他端子或者电磁继电器的 可动导电片、引线框架等中要求的各种特性也优异的铜合金。
[0022] 并且，得知了能够通过与上述Ni、Fe、P-同添加适量的Co来更进一步提高耐应力 松弛特性及强度的见解。
[0023] 目P，基于本发明的基本方式（第1方式）的电子电气设备用铜合金的特征在于，
[0024] W质量％计，含有超过2. 0%且36. 5%W下的化、0. 1%W上且0. 9%W下的Sn、 0. 05%W上且不到1. 0%的Ni、0.OOl%W上且不到0. 10%的化W及0. 005%W上且 0. 10%W下的P，剩余部分包括化及不可避免杂质，并且，规定成：
[0025] 化的含量与Ni的含量之比Fe/NiW原子比计满足0. 002《Fe/Ni< 1. 5，
[0026]Ni及化的合计含量（Ni+Fe)与P的含量之比（Ni+Fe)/P W原子比计满足3 < (Ni+Fe)/P< 15，
[0027]Sn的含量与Ni及化的合计量（Ni+Fe)之比Sn/(Ni+Fe)W原子比计满足0.3 < Sn/(Ni+Fe) < 5，
[0028] 含有化、Zn及Sn的a相的晶粒的平均粒径在0. 1~50ym的范围内，
[0029] 并且，所述电子电气设备用铜合金包括含有化和/或NiW及P的析出物。
[0030] 根据运种本发明的基本方式，除了适当量的Sn,还同时与P-同添加适当量的Ni 及化，而且适当地限制Sn、NiJe及P的相互间的添加比率，从而能够获得适当存在含有从 母相（a相主体）析出的化和/或Ni(选自化和Ni的一种或两种元素）W及P的析出 物即[Ni,Fe]-P系析出物的组织的化-Zn-Sn系合金。而且，在如此适当地存在[Ni,Fe]-P系析出物的同时将母相的a相的平均结晶粒径调整在0.1~50ym的范围内的化-Zn-Sn 系合金中，耐应力松弛特性可靠且充分优异，而且强度（屈服强度）也高，其他导电率等各 种特性也优异。简单地只通过将Sn、NiJe及P的个别含量调整在预定的范围内，有时根据 实际材料中运些元素的含量而无法充分改善耐应力松弛特性，并且有时导致其他特性变得 不充分。在本发明中，通过将运些元素的含量的相对比率限制在所述各公式中规定的范围 内，能够可靠且充分地提高耐应力松弛特性的同时满足强度（屈服强度）。
[0031] 另外，在此[Ni,Fe]-P系析出物是指Ni-Fe-PS元系析出物或者化-P或Ni-P二 元系析出物，而且有时包括在运些析出物中含有其他元素、例如作为主成分的化、Zn、Sn和 作为杂质的0、5、(：、(：〇、化、1〇、1旨、111、2'、1'1等的多元系析出物。并且，该阳1，化]斗系析 出物W憐化物或固溶有憐的合金的形态存在。
[0032] 并且，基于本发明的第2方式的电子电气设备用铜合金为所述第1方式的电子电 气设备用铜合金，其特征在于，含有化和/或NiW及P的所述析出物的平均粒径为IOOnm W下。
[0033] 通过如此将析出物的平均粒径限制在IOOnmW下，能够更加可靠地提高耐应力松 弛特性，并且还能够提高强度。
[0034] 基于本发明的第3方式的电子电气设备用铜合金为所述第2方式的电子电气设备 用铜合金，其特征在于，W体积分率计，含有化和/或NiW及P且平均粒径为IOOnmW下 的所述析出物的析出密度在0.001~1.0%的范围内。
[0035] 如此W体积分率计将平均粒径为IOOnmW下的析出物的析出密度调整在0.OOl~ 1. 0%的范围内也有助于提高耐应力松弛特性和强度。
[0036] 基于本发明的第4方式的电子电气设备用铜合金为所述第1方式的电子电气设备 用铜合金，其特征在于，含有化和/或NiW及P的所述析出物具有化2P系或NizP系结晶 结构。
[0037] 根据本发明人等的详细的实验和研究，明确了如下一点：关于如前所述的含有化 和/或NiW及P的析出物，具有化2P系或NizP系结晶结构即六方晶或者化2P系结晶结构 即正交晶的结晶结构的析出物的存在，有助于提高耐应力松弛特性，而且通过晶粒微细化 有助于提高强度。
[0038] 并且，基于本发明的第5方式的电子电气设备用铜合金的特征在于，
[0039] W质量％计，含有超过2. 0%且36. 5%W下的化、0. 1%W上且0. 9%W下的Sn、 0. 05%W上且不到1. 0%的Ni、0.OOl%W上且不到0. 10%的化、0.OOl%W上且不到 0. 10 %的CoW及0. 005 %W上且0. 10 %W下的P，剩余部分包括化及不可避免杂质，并且， 规定成： W40] 化及Co的合计含量与Ni的含量之比（Fe+Co)/NiW原子比计满足0. 002《（Fe+Co)/Ni<1. 5，
[0041] Ni、化及Co的合计含量（Ni+Fe+Co)与P的含量之比（Ni+Fe+Co)/P W原子比计 满足3<(Ni+Fe+Co)/P<15， 阳0创 Sn的含量与Ni、化及Co的合计含量（Ni+Fe+Co)之比Sn/(Ni+Fe+Co)