电子电气设备用铜合金、电子电气设备用铜合金塑性加工材、电子电气设备用元件及端子的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种作为半导体装置的连接器等的端子、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元件使用的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塑性加工材、电子电气设备用元件及端子。
[0002] 本申请主张基于2013年7月31日在日本申请的专利申请2013-159642号优先 权，及2014年6月6日在日本申请的专利申请2014-117998号的优先权，并将其内容援用 于此。
【背景技术】
[0003] 以往，随着电子设备或电气设备等的小型化，使用于这些电子设备或电气设备等 的连接器等端子、继电器、引线框架等电子电气设备用元件实现小型化及薄壁化。因此，作 为构成电子电气设备用元件的材料，要求弹性、强度、弯曲加工性优异的铜合金。尤其，如非 专利文献1中记载，作为连接器等的端子、继电器、引线框架等的电子电气设备用元件使用 的铜合金，优选屈服强度较高。
[0004] 在此，作为使用于连接器等的端子、继电器、引线框架等的电子电气设备用元件的 铜合金，已开发了非专利文献2中记载的Cu-Mg合金和专利文献1中记载的Cu-Mg-Zn-B合 金等。
[0005] 这些Cu-Mg系合金中，由图1所示的Cu-Mg系状态图可知，在Mg的含量设为1. 3 质量％以上（3. 3原子％以上）的情况下，通过进行固溶化处理与析出处理，能够析出由Cu 与Mg构成的金属间化合物。即，这些Cu-Mg系合金中，能够通过析出固化而具有较高的导 电率与强度。
[0006] 然而，在非专利文献2及专利文献1中记载的Cu-Mg系合金中，由于母相中分散有 许多粗大的将Cu与Mg作为主成分的金属间化合物，弯曲加工时，这些金属间化合物成为起 点而容易产生破裂等，因此存在无法成形成复杂形状的电子电气设备用元件这样的问题。
[0007] 尤其，在移动电话或个人计算机等的民生用品中所使用的电子电气设备用元件 中，要求小型化及轻量化，而且要求强度与弯曲加工性兼备的电子电气设备用铜合金。然 而，在如上述Cu-Mg系合金的析出固化型合金中，若通过析出固化而提高强度及屈服强度， 则弯曲加工性显著降低。因此，无法成形薄壁且复杂的形状的电子电气设备用元件。
[0008] 因此，专利文献2中，提出有一种通过对Cu-Mg合金固溶化后进行淬冷而制作的 Cu-Mg过饱和固溶体的加工固化型铜合金。
[0009] 该Cu-Mg合金中，优异的强度、导电率、弯曲性的平衡优异，尤其适合作为上述的 电子电气设备用元件的原材料。
[0010] 专利文献1 :日本专利公开平07-018354号公报
[0011] 专利文献2 :日本专利第5045783号公报
[0012] 非专利文献1 :野村幸矢、「3本夕夕用高性能銅合金条①技術動向t当社?開発 戦略」、神戸製鋼技報Vol. 54 No. I (2004)p. 2 - 8(野村幸矢，"连接器用高性能铜合金条的 技术动向与本公司的开发战略"，神户制钢技报Vol. 54 No. I (2004)p. 2-8)
[0013] 非专利文献2 :掘茂徳、他2名、「Cu - Mg合金粒界型析出」、伸銅技術研 究会誌Vol. 19(1980)p. 115 - 124(掘茂德等三人，"Cu-Mg合金中的晶界型析出"，伸铜技 术研究会志 Vol. 19 (1980) P. 115-124)
[0014] 然而，最近以来，随着电子电气设备的进一步轻量化，使用于这些电子设备或电气 设备等的连接器等端子、继电器、引线框架等电子电气设备用元件实现薄壁化及微细化。因 此，成为电子电气设备用元件的原材料的电子电气设备用铜合金塑性加工材要求比以往加 工成板厚更薄或是线径更细。
[0015] 在此，电子电气设备用铜合金的内部存在大量氧化物等粗大的夹杂物的情况下， 产生起因于这些夹杂物等的缺陷，存在产品成品率大幅降低的问题。尤其，Mg为活性元素， 因此在上述Cu-Mg合金中，存在容易产生将Mg作为起因的夹杂物的倾向，并在加工时容易 产生缺陷的问题。
【发明内容】
[0016] 本发明是鉴于所述情况而完成的，其目的在于能够提供一种力学性能优异，并且 即使加工成板厚较薄或是线径较细的情况下，也能够抑制缺陷的产生的电子电气设备用铜 合金、电子电气设备用铜合金塑性加工材、电子电气设备用元件以及端子。
[0017] 为了解决该课题，本发明的电子电气设备用铜合金的特征在于，以1.3质量％以 上且2. 8质量％以下的范围含有Mg，且剩余部分实际上为Cu及不可避免的杂质，H的含量 设为10质量ppm以下，0的含量设为100质量ppm以下，S的含量设为50质量ppm以下，C 的含量设为10质量ppm以下。
[0018] 上述构成的电子电气设备用铜合金中，0的含量设为100质量ppm以下，S的含量 设为50质量ppm以下，因此能够减少由Mg氧化物或Mg硫化物等构成的夹杂物，并能够抑 制加工时缺陷的产生。并且，能够防止通过与0及S反应而消耗Mg的情况，并能够抑制力 学性能的劣化，
[0019] 并且，H的含量设为10质量ppm以下，因此能够抑制铸锭内产生气孔缺陷，并能够 抑制加工时缺陷的产生。
[0020] 而且，C的含量设为10质量ppm以下，因此能够确保冷加工性，并能够抑制加工时 缺陷的产生。
[0021] 在此，本发明的电子电气设备用铜合金中，优选在扫描式电子显微镜观察下，粒径 0. 1 μπ?以上的以Cu与Mg作为主成分的金属间化合物的平均个数设为1个/ μL?2以下。
[0022] 此时，如图1的状态图所示，以1.3质量％以上且2. 8质量％以下（3. 3原子％ 且6. 9原子％以下）的范围含有固溶限以上的Mg，而且在扫描式电子显微镜观察下，粒径 0. 1 μπι以上的以Cu与Mg作为主成分的金属间化合物的平均个数设为1个/ μπι2以下，因 此将Cu与Mg作为主成分的金属间化合物的析出得到抑制，Mg成为在母相中过饱和固溶的 Cu-Mg过饱和固溶体。
[0023] 另外，将粒径0. 1 μ m以上的Cu与Mg作为主成分的金属间化合物的平均个数利用 场发射式扫描电子显微镜，在倍率：5万倍、视场：约4. 8 μm2进行10个视场的观察而算出。
[0024] 并且，将Cu与Mg作为主成分的金属间化合物的粒径设为金属间化合物的长径 (在中途未与晶界相接的条件下，在晶粒内能够最长地画出的直线的长度）与短径（在与长 径直角相交的方向，在中途未与晶界相接的条件下，能够最长地画出的直线的长度）的平 均值。
[0025] 这种由Cu-Mg过饱和固溶体构成的铜合金，在母相中并未大量分散由Cu与Mg作 为主成分的粗大金属间化合物而成为破裂的起点，从而提高了弯曲加工性，因此能够对复 杂形状的连接器等的端子、继电器、引线框架等的电子电气设备用元件进行成形。
[0026] 而且，由于使Mg过饱和地固溶，因此通过加工固化能够提高强度。
[0027] 并且，本发明的电子电气设备用铜合金中，将Mg的含量设为A原子％时，导电率 σ (% IACS)优选设在 〇 彡 1·7241Λ-0·0347ΧΑ2+0·6569ΧΑ+1·7)Χ100 的范围内。
[0028] 此时，如图1的状态图所示，以1.3质量％以上且2. 8质量％以下（3. 3原子％且 6. 9原子％以下）的范围含有固溶限以上的Mg，且导电率设在上述范围内，因此Mg成为在 母相中过饱和固溶的Cu-Mg过饱和固溶体。
[0029] 因此，如上所述，母相中并未大量分散由Cu与Mg作为主成分的粗大金属间化合物 而成为破裂的起点，从而提高了弯曲加工性，因此能够对复杂形状的连接器等的端子、继电 器、引线框架等的电子电气设备用元件进行成形。
[0030] 而且，由于使Mg过饱和地固溶，因此通过加工固化能够提高强度。
[0031] 另外，关于Mg的原子％，忽视不可避免的杂质元素而假定仅由Cu、Mg及其他元素 构成来算出即可。
[0032] 并且，本发明的电子电气设备用铜合金中，能够以合计0. 01质量％以上且3. 0质 量％以下的范围内含有Sn、Zn、Al、Ni、Si、Mn、Li、Ti、Fe、Co、Cr、Zr、P中的一种或两种以 上。
[0033] 这些元素具有能够提高Cu-Mg合金的强度等特性的作用效果，因此优选按照所需 特性适当地添加。在此，上述元素的添加量的合计若小于0. 01质量％，则无法充分地获得 上述强度提高的作用效果。另一方面，若上述元素的添加量的合计超过3.0质量％，则导电 率会大幅降低。因此，本发明中，将上述元素的添加量的合计设定在〇. 01质量％以上且3. 0 质量％以下的范围内。
[0034] 而且，本发明的电子电气设备用铜合金中，优选具有0. 2%屈服强度为400MPa以 上的力学性能。
[0035] 在0. 2%屈服强度为400MPa以上时，变得不容易塑性变形，因此尤其适于连接器 等的端子、继电器、引线框架等的电子设备用元件。
[0036] 并且，本发明的电子电气设备用铜合金中，板表面的来自{111}面的X射线衍射强 度设为I {111}，来自{200}面的X射线衍射强度设为I {200}，来自{220}面的X射线衍射 强度设为I {220}，来自{311}面的X射线衍射强度设为I {311}，来自{220}面的X射线衍 射强度的比例 R{220}设为 R{220} =1{220}八1{111}+1{200}+1{220}+1{311}的情况下， 优选R{220}设为0.9以下。
[0037] 此时，由于板表面的来自{220}面的X射线衍射强度的比例R{220}设为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，若该{220}面 的比例增高，则相对于乳制方向，将弯曲轴设为平行时的弯曲加工性显著地降低。因此，通 过将该板表面的来自{220}面的X射线衍射强度的比例R{220}抑制在0.9以下，能够确保 弯曲加工性，并能够提高屈服强度-弯曲平衡性。
[0038] 另外，上述电子电气设备用铜合金中，优选R{220}设为0.3以上且0.9以下。
[0039] 而且，本发明的电子电气设备用铜合金中，优选由相对于乳制方向平行的方向上 进行拉伸试验时的强度TS和0. 2%屈服强度YS算出的屈服比YS/TS超过90%。
[0040] 此时，因由相对于乳制方向平行的方向上进行拉伸试验时的强度TS和0. 2%屈服 强度YS算出的屈服比YS/TS超过90 %，0. 2 %屈服强度YS相对于强度TS相对地较高。因 此，屈服强度-弯曲平衡性提高，相对于乳制方向平行的方向上的弯曲加工性变得优异。因 此，如继电器或大型端子一样，即使是在相对于铜合金乳制板的乳制方向平行的方向上进 行弯曲加工而成形为复杂的形状时，也能够抑制破裂等的产生。
[0041] 上述的电子电气设备用铜合金中，优选平均结晶粒径设为50 μπι以下。
[0042] 调查结晶粒径与屈服比YS/TS的关系的结果，明确了通过减小结晶粒径能够使屈 服比YS/TS提高。而且，在本发明的Cu-Mg系合金中，通过将平均结晶粒径抑制在50 μ m以 下，能够使上述的屈服比大幅提尚为超过90%。
[0043] 本发明的电子电气设备用铜合金塑性加工材的特征在于：通过对由上述电子电气 设备用铜合金构成的铜原材料进行塑性加工而形成。另外，本说明书中，塑性加工材是指在 任一制造工序中，实施有塑性加工的铜合金。
[0044] 如上所述，该结构的铜合金塑性加工材中，由于由力学性能优异的电子电气设备 用铜合金构成，因此尤其适合作为电子电气设备用元件的原材料。
[0045] 在此，本发明的电子电气设备用铜合金塑性加工材，优选通过具备如下工序的制 造方法而成形，即，将所述铜原材料加热至400°C以上且900°C以下的温度，并且将加热的 所述铜原材料以60°C /min以上的冷却速度冷却至200°C以下的热处