電気・電子部品用銅合金およびその製造方法
【課題】より簡略化した銅合金の製造方法を用いて、高強度、高導電性を有すると共に、耐熱性に優れた電気・電子部品用銅合金を提供する。
【解決手段】本発明に係る電気・電子部品用銅合金は、Ｆｅを２．１重量％以上２．６重量％以下、Ｐを０．０１５重量％以上０．１５重量％以下、Ｚｎを０．０５重量％以上０．２０重量％以下で含有し、残部がＣｕと不可避的不純物からなる銅合金であり、Ｃｕ母相中に分散したＦｅ析出物の中で、Ｆｅ１個あたりが占める面積が２０ｎｍ２以上２００ｎｍ２未満である析出物のＣｕ母相全体に対する面積率Ｓ１が、０．４％以上であり、Ｆｅ１個あたりが占める面積が２００ｎｍ２以上である析出物のＣｕ母相全体に対する面積率Ｓ２が、０．４≦Ｓ１／Ｓ２≦１．４の関係を満たす銅合金である。
【解決手段】本発明に係る電気・電子部品用銅合金は、Ｆｅを２．１重量％以上２．６重量％以下、Ｐを０．０１５重量％以上０．１５重量％以下、Ｚｎを０．０５重量％以上０．２０重量％以下で含有し、残部がＣｕと不可避的不純物からなる銅合金であり、Ｃｕ母相中に分散したＦｅ析出物の中で、Ｆｅ１個あたりが占める面積が２０ｎｍ２以上２００ｎｍ２未満である析出物のＣｕ母相全体に対する面積率Ｓ１が、０．４％以上であり、Ｆｅ１個あたりが占める面積が２００ｎｍ２以上である析出物のＣｕ母相全体に対する面積率Ｓ２が、０．４≦Ｓ１／Ｓ２≦１．４の関係を満たす銅合金である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リードフレーム、端子、コネクタ等の電子・電子部品として使用される素材であり、強度や導電性のほか耐熱性に優れる銅合金およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器に用いられる半導体製品に使用されるリードフレームは多ピン化、薄肉化に伴い、強度、導電性、耐熱性が要求され、これらの特性を比較的良好に満足する材料としてＣＤＡ Ａｌｌｏｙ １９４が用いられる。ＣＤＡ Ａｌｌｏｙ １９４の構成は、鉄（Ｆｅ）を２．１〜２．６重量％、リン（Ｐ）を０．０１５〜０．１５重量％、亜鉛（Ｚｎ）を０．０５〜０．２０重量％含有し、残部（９７重量％以上）が銅（Ｃｕ）である。
【０００３】
例えば、特許文献１では、高力高導電性の銅基合金の製造方法が記載されているが、鉄（Ｆｅ）を２．３重量％、リン（Ｐ）を０．０２６重量％、亜鉛（Ｚｎ）を０．１重量％含有し、残部が銅（Ｃｕ）であるＣＤＡ Ａｌｌｏｙ １９４が用いられている。
【０００４】
ＣＤＡ Ａｌｌｏｙ １９４は加工硬化による高強度化とＦｅを析出させることによる耐熱性、導電性の改善により上記要求特性を満たしたものである。この銅合金の製造方法としては、例えば、規定された組成からなる銅基合金の鋳塊を、８００〜１０５０℃で熱間圧延した後、第１の冷間圧延をし、９００℃以上の温度で３０秒以上保持後、直ちに５００℃まで毎分１００℃以上の冷却速度で冷却し、更に室温まで冷却し、その後、第２の冷間圧延をし、５５０〜６５０℃の温度で３０分〜６時間の焼鈍し、更に４００〜５２５℃の温度で１〜１０時間の焼鈍をし、加工度７０〜８５％の第３の冷間圧延をして仕上げる製造方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公 昭５２−２０４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のＣＤＡ Ａｌｌｏｙ １９４の銅合金の製造方法は、２段以上の焼鈍を必要とするため、工程が増加し、コストアップを招くばかりか、熱処理時間の増加に伴う二酸化炭素等の温暖化ガス排出量の増加を招いている。
【０００７】
そこで、本発明では、より簡略化した銅合金の製造方法を用いて、リードフレーム等に用いられる従来のＣＤＡ Ａｌｌｏｙ １９４の強度、導電性、耐熱性の特性よりも優れた特性を持つ銅合金を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は、Ｆｅを２．１重量％以上２．６重量％以下、Ｐを０．０１５重量％以上０．１５重量％以下、Ｚｎを０．０５重量％以上０．２０重量％以下で含有し、残部がＣｕと不可避的不純物からなる銅合金において、Ｃｕ母相中に分散したＦｅ析出物の中で、Ｆｅ１個あたりが占める面積が２０ｎｍ２以上２００ｎｍ２未満である析出物のＣｕ母相全体に対する面積率Ｓ１が、０．４％以上であり、Ｆｅ１個あたりが占める面積が２００ｎｍ２以上である析出物のＣｕ母相全体に対する面積率Ｓ２が、０．４≦Ｓ１／Ｓ２≦１．４の関係を満たすことを特徴とする電気・電子部品用銅合金を提供する。
【０００９】
また、前記電気・電子部品用銅合金において、１．２≦Ｓ１／Ｓ２≦１．４であることが好ましい。
【００１０】
また、Ｆｅを２．１重量％以上２．６重量％以下、Ｐを０．０１５重量％以上０．１５重量％以下、Ｚｎを０．０５重量％以上０．２０重量％以下で含有し、残部がＣｕと不可避的不純物からなる鋳塊を熱間圧延、第一の冷間圧延、溶体化処理、第二の冷間圧延、焼鈍、第三の冷間圧延の工程を経て所望の板厚まで加工する銅合金の製造工程において、前記焼鈍は、５５０℃以上６５０℃以下で３０分以上、４時間以下で加熱し、その後、平均冷却速度を０．３℃／分以上１℃／分以下で該加熱温度から４５０℃に冷却し、前記第三の冷間圧延は、７０〜８５％の加工度で冷間圧延することを特徴とする電気・電子部品用銅合金の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の銅合金は、リードフレーム等に用いられる従来のＣＤＡ Ａｌｌｏｙ １９４の強度、導電性、耐熱性の特性よりも優れた特性を持つ。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態における金属組織の模式図である。
【図２】本発明の一実施形態における銅合金材の製造工程フローを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態における焼鈍工程の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（１）銅合金の成分
本発明において、銅合金を構成する成分について添加の理由と限定理由を以下に説明する。
【００１４】
（I）鉄（Ｆｅ）の成分
本発明におけるＦｅの含有量は２．１重量％以上２．６重量％以下、好ましくは２．１重量％以上２．３重量％以下である。ＦｅはＣｕ母相中に固溶若しくは析出させることによって、強度と耐熱性を向上させるために含有させる。２．１重量％未満であるとＦｅの固溶量や析出量が不足して強度および耐熱性を得られない。一方、２．６重量％を越えるとＦｅの固溶による導電率の低下が大きいと共に、鋳造時に粗大なＦｅの晶出物が生成し、これが製品に残存すると打ち抜き加工時の割れやめっき不良の原因になりうる。
【００１５】
（II）リン（Ｐ）の成分
本発明におけるＰの含有量は０．０１５重量％以上０．１５重量％以下である。Ｐは溶解鋳造中に溶湯に混入する酸素を脱酸する作用があるが、０．０１５重量％未満であるとその効果を得るには十分でない。０．１重量％を超えると脱酸効果に飽和傾向がみられるものの、Ｆｅと化合して析出物を形成し、この析出物も強度や耐熱性の向上に寄与することもある。ただし、０．１重量％を超えると、熱間圧延時の粒界割れの原因となることがまれにある。さらに、０．１５％を越えると脱酸効果や強度への寄与も飽和状態となるばかりか、鋳造時に結晶粒界等に析出したＰとＦｅの化合物が芯割れ熱間圧延時の粒界割れの原因となり悪影響が生じる。以上のことから、より好ましい範囲としては、０．０１５重量％以上０．１重量％以下である。
【００１６】
（III）亜鉛（Ｚｎ）の成分
本発明におけるＺｎの含有量は０．０５重量％以上０．２０重量％以下、好ましくは０．０５重量％以上０．１５重量％以下である。Ｚｎは半田濡れ性を向上させるとともに、脱酸、脱ガス作用やＣｕのマイグレーションの抑制作用があるが、０．０１重量％未満であるとその効果を得るには十分でない。一方、０．２０重量％を越えると導電率の低下をもたらす。
【００１７】
（IV）その他の元素成分
本発明における銅合金は基本的にはＣｕを主成分とし、かつ特定量のＦｅ、Ｐ、Ｚｎを含有するものである。しかし、不純物として、他の元素が混入することを避けられない場合があり、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｚｒ、およびＳｎ等を含有することがある。しかし、０．１重量％未満であれば耐熱性等に悪影響を与えるものではなく、不可避的不純物として許容してよい範囲である。
【００１８】
（２）銅合金の金属組織
図１は、発明に係る銅合金の金属組織の要点を示す模式図である。本発明の銅合金の金属組織は、Ｃｕ母相中に分散したＦｅ析出物の中で、Ｆｅ１個あたりが占める面積が２０ｎｍ２以上２００ｎｍ２未満である析出物のＣｕ母相全体の面積Ｓ０に対する面積率Ｓ１（Ｓ１＝Ｓ０１／Ｓ０）が、０．４％以上であり、Ｆｅ１個あたりが占める面積が２００ｎｍ２以上である析出物のＣｕ母相全体に対する面積率Ｓ２（Ｓ２＝Ｓ０２／Ｓ０）が、０．４≦Ｓ１／Ｓ２≦１．４の関係を満たすことを特徴とする。以下に構成要素について詳述する。
【００１９】
（I）Ｃｕ母相中のＦｅ析出物
本発明の銅合金は後述の焼鈍工程にてＦｅを析出させる。母相のＣｕ中には、析出したＦｅは、導電率の向上に寄与する。ここで、Ｆｅの析出量が少なく、Ｃｕへの固溶量が多い場合は、導電率には寄与しない。このため、後述する焼鈍工程で、十分Ｆｅを析出させることが重要である。
【００２０】
一方、加工の繰り返し、又は、高い加工度で加工すると、圧延された際にＣｕ合金材全体の耐熱性が大きく低下する場合がある。発明者らは、Ｆｅ析出物が微細なものほど、同条件で加工された場合でも、耐熱性が低下しにくいという知見を得た。
【００２１】
上記二点を踏まえて、さらに、鋭意検討した結果、粒径の大きさ、それらの比に着目することにより、導電率を高く維持しつつ、かつ高い耐熱性を実現する銅合金材を得た。以下に詳述する。
【００２２】
（II）Ｆｅ１個あたりが占める面積が２０ｎｍ２以上２００ｎｍ２未満である析出物のＣｕ母相全体の面積Ｓ０に対する面積率（Ｓ１）
Ｃｕ母相中に分散したＦｅ析出物の中で、１個あたりが占める面積が２０ｎｍ２以上２００ｎｍ２未満である析出物(以下、析出物Ａと称す)を分散させる。全体の面積に対する析出物Ａの合計面積の割合（Ｓ１）を０．４以上とする。以下に各数値限定の理由を述べる。
【００２３】
（２０ｎｍ２の下限値について）
上述の通り、耐熱性、導電率をより高くするためには、Ｆｅを析出させることが重要である。しかし、銅合金を鋳造した後、引張強さを所望の値とすること等を目的として、実際に使用できる形状まで、複数回の加工（圧延）や高加工度の圧延を行う。このとき、微細な析出物は加工による転位や粒界の通過で再固溶されてしまう。このため、加工を経た後のＦｅ析出物のうち、２０ｎｍ２未満のものは、その割合がかなり小さく、無視することができる。また、実質的に導電率に寄与する析出物は２０ｎｍ２以上のものであると考えられるため、その下限を２０ｎｍ２とした。
【００２４】
（２００ｎｍ２の上限値について）
上述の通り、大きすぎる析出物は、３回以上の加工（圧延）や高加工度の圧延を経たとき、耐熱性へ悪影響を及ぼす。発明者らは、鋭意検討した結果、耐熱性の向上を抑制してしまうＦｅ析出物のサイズは、２００ｎｍ２の大きさで分類することで、耐熱性への影響を定量化できるという知見を得た。
【００２５】
（面積率（Ｓ１）が０．４以上であることについて）
全体の面積（Ｓ１）に対して、２０ｎｍ２以上２００ｎｍ２未満である析出物の合計面積の割合（Ｓ１）を０．４以上とした理由は、０．４以上であれば、高い導電率の銅合金を得ることができるからである。
【００２６】
（III）Ｓ１とＳ２の比が、０．４≦Ｓ１／Ｓ２≦１．４であること
本発明において、全体の面積に対する析出物Ａの合計面積の割合（Ｓ１）と、全体の面積に対する２００ｎｍ２以上のＦｅ析出物（以下、析出物Ｂと称す。）の合計の面積の割合（Ｓ２）は、０．４≦Ｓ１／Ｓ２≦１．４の関係式を満たす。以下に各数値限定の理由を述べる。
【００２７】
（Ｓ１／Ｓ２が０．４以上であることについて）
上述の通り、Ｓ１の量は導電率へ大きく寄与すると考えられる。このため、導電率へ寄与するＦｅ析出物Ａと、導電率への寄与が少ない２００ｎｍ２以上のＦｅ析出物Ｂとの比が、０．４以上であることが好ましい。
【００２８】
（Ｓ１／Ｓ２が１．４以下であることについて）
２００ｎｍ２を超えるＦｅ析出物Ｂが全くない場合、焼鈍工程において、Ｆｅ析出物が十分に成長できていないことを示す。この場合、耐熱性が低くなってしまう。耐熱性を十分発揮するためには、Ｓ２の存在も必要である。ただし、多すぎると、耐熱性へ大きく悪影響を及ぼす。発明者らは、比（Ｓ１／Ｓ２）が１．４以上である場合、耐熱性が大きく低下するという知見を得た。そのため、比（Ｓ１／Ｓ２）が、１．４以下であることが好ましい。
【００２９】
（３）銅合金の製造方法
図２に発明に係る銅合金の製造工程フローの一例を示す。本発明の形態の銅合金は、まず、原材料として、銅合金材の鋳塊を準備する（所定の組成を有する銅合金材の形成：ステップ１、以下、ステップを「Ｓ」と表記する）。前記銅合金組成を有する鋳塊を熱間圧延（Ｓ２）、第一の冷間圧延（Ｓ３）、溶体化処理（又は液体化処理）（Ｓ４）、第二の冷間圧延（Ｓ５）、焼鈍（Ｓ６）、第三の冷間圧延の工程（Ｓ７）を経て所望の板厚まで加工する。上記の銅合金の製造工程において、時効処理を５５０℃以上６５０℃以下で３０分以上、１０時間以下の時間で加熱し、その後、加熱温度から４５０℃にかけた平均冷却速度０．３℃以上１℃／秒以下で冷却し、その後、７０〜８５％の加工度で冷間圧延する。以下、銅合金の製造工程を工程ごとに詳述する。
【００３０】
（I）溶解・鋳造、熱間圧延、第１の冷間圧延（Ｓ１〜Ｓ３）
本発明では、溶解・鋳造をして、所定の組成を有する銅合金材の形成した後（Ｓ１）、その銅合金を８００℃以上１０５０℃以下の温度によって、熱間圧延する（Ｓ２）。８００℃未満であると、Ｆｅの析出量が多く、熱間圧延時に割れが起こりやすい。次に、冷間圧延（Ｓ３）をするが、続く溶体化処理時において素材全体に均等に効率よく熱を伝えるためには板厚を３ｍｍ以下になるように減面率を設定することが好ましい。
【００３１】
（II）溶体（液体）化処理（Ｓ４）
前記熱間圧延、冷間圧延後、９００℃以上の温度で３０秒以上保持した後、直ちに３００℃まで毎分１００℃以上の冷却速度で冷却し、更に室温まで冷却する。溶体化処理は熱間圧延時に析出したＦｅ析出物を固溶させるために行うものである。この工程を省略すると目標とする強度および耐熱性を得られない。
【００３２】
（III）第２の冷間圧延（Ｓ５）
前記溶体化処理後、冷間圧延を行う。冷間圧延は減面率が５０％以上となるように行うことが好ましい。これにより次に述べる時効での析出をスムーズにすることができる。
【００３３】
（IV）焼鈍（Ｓ６）
図３の焼鈍工程の概略図に示すように、本発明においては、焼鈍を５５０℃以上６５０℃以下で３０分以上４時間以下、好ましくは５５０℃以上６００℃以下で１時間以上４時間以下、加熱する。この工程は主に析出物Ｂを析出させるための工程である。これは５５０℃未満にした場合、Ｆｅの析出および成長により長い時間を必要とし、製造工程の簡略・短縮化に効果が小さい。６５０℃より高くした場合、Ｆｅ析出物が適正サイズよりも粗大になり、これもまた耐熱性低下の原因になる。時間も規定範囲を外れると析出物サイズが適正サイズから外れ、耐熱性および／または導電率低下の原因になる。
【００３４】
本発明においては５５０℃以上６５０℃以下で加熱した後、加熱温度から４５０℃にかけた平均冷却速度を０．３℃／分以上１℃／分以下、好ましくは加熱温度から４５０℃にかけた平均冷却速度を０．５℃／分以上０．８℃／分以下で冷却する。この工程は主に析出物Ａを析出させるための工程である。平均冷却速度を加熱温度から４５０℃の範囲と既定したのは、４５０℃未満ではＦｅの析出がほとんど進まないためである。また、平均冷却速度を０．３℃／分以上１℃／分以下と既定したのは、０．３℃/分未満では製造工程の簡略・短縮化に効果が薄い。１℃／分より早い冷却速度ではＦｅの析出が十分に進まず目標の導電率を得られない。ここで、平均冷却速度（℃／分）は以下の数式（数１）で求められる。
【００３５】
【数１】
【００３６】
（V）第３の冷間圧延（Ｓ７）
前記時効後、圧延を７０％以上８５％以下の加工度で冷間加工する。７０％未満の加工度では目標の強度を得ることができず、８５％より大きい加工度では耐熱性が低下し、目標の耐熱性を得ることができない。なお、更にこの後に、伸びの向上や歪除去のために低温焼鈍を行っても良い。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３８】
（実施例１）
重量％にして２．２％のＦｅ、０．０３％のＰ、０．１％のＺｎを含有し、残部がＣｕと不可避不純物からなる銅合金を高周波誘導型坩堝で溶解後、銅製鋳型で半連続鋳造し、横断面２００ｍｍ×４５０ｍｍ、長さ４０００ｍｍの直方体の鋳塊を作製した。この鋳塊の表面をそれぞれ５ｍｍ面作し、９５０℃で２時間保持後熱間圧延を行い、板厚１２ｍｍとした。更に表面および裏面をそれぞれ１ｍｍ面削した後、第１の冷間圧延により板厚２．５ｍｍとした。
【００３９】
次に、材料の最高温度が最大９５０℃になるように制御しながら、連続焼鈍炉の加熱帯中に銅板を走行させた。加熱帯に続いて、冷却帯および水冷プールを通過させて急冷させて溶体化処理とした。更に表面及び裏面を研磨した後、第２の冷間圧延により板厚０．７ｍｍとした。次に電気炉を用いて窒素ガス雰囲気中で５５０℃の温度で３時間焼鈍（焼鈍工程における加熱）し、冷却速度０．５℃／分で加熱温度である５５０℃から４５０℃まで降温した。その後は炉冷にて室温まで下げた。
【００４０】
表１は、焼鈍工程における各条件（加熱温度、加熱時間、冷却範囲、焼鈍時間、冷却速度）を示した表である。
【００４１】
【表１】
【００４２】
「加熱温度×加熱時間」の形で記載しているのは、加熱温度と加熱時間の積が大きい場合、析出が進むと考えられるためである。実際の加熱温度は、温度に若干の斑が生じることがあるが、温度下限である５５０℃を下回らないように試料の温度が加熱温度となるように行った。
【００４３】
「冷却範囲」は、冷却開始の温度、すなわち、上記の加熱温度から、後述する冷却速度を算出するための下限の温度４５０℃までを示している。なお、４５０℃を下回ったあとは、炉の中で放置して冷却する。
【００４４】
「焼鈍時間」は上記の加熱温度から、後述する冷却速度を算出するための下限の温度４５０℃までかかった冷却時間を示している。
【００４５】
「冷却速度」は、数式（数１）で示すように、「冷却範囲」に記載された温度差を、「焼鈍時間」で除したものである。なお、４５０℃を用いている理由は、Ｆｅ析出物の析出が収束するのが、概ね４５０℃だからである。
【００４６】
次に、第３の冷間圧延により板厚０．１４ｍｍとし、最後に伸び向上の目的で連続焼鈍炉の加熱帯中を走行させた。そのときの素材の温度は最大で４００℃であり、その通過時間は５分以下あった。この０．１４ｍｍ厚の板に対して、金属組織、機械・電気的特性、耐熱性を評価した。評価方法は下記の通りである。
【００４７】
金属組織は、圧延方向に垂直な面を薄膜化した試料を、透過電子顕微鏡の１０万倍で観察できる視野をもつＥＤＳを用いてＦｅ元素を面分析した。これによって得られた結果（Ｆｅが検出された面積）を画像解析ソフトにより解析し、析出物ＡとＢを合わせた総面積（Ｓ０１＋Ｓ０２）の面積率、析出物Ａの総面積（Ｓ０１）、析出物Ｂの総面積（Ｓ０２）を評価した。
【００４８】
機械的・電気的特性は引張強さ、伸び、導電率、ビッカース硬さを評価した（引張強さ、伸び（破断伸び）はＪＩＳ Ｚ２２４１で、ビッカース硬さはＪＩＳ Ｚ２２４４である。）。また、耐熱性は第３の冷間圧延後のビッカース硬さと、第３の冷間圧延後に４５０℃×５分の熱処理を加えた後のビッカース硬さを測定し、（熱処理後のビッカース硬さ）÷（熱処理前のビッカース硬さ）にて評価した。耐熱性は、９０％以上が許容される範囲である。
【００４９】
表２は、実施例及び比較例における析出物Ａの合計の面積に対する割合（Ｓ１）、析出物Ｂの合計の面積に対する割合（Ｓ２）、それらの面積率の比（Ｓ１／Ｓ２）、引張強さ、伸び率、導電率、ビッカース硬さ、耐熱性を示した表である。
【００５０】
【表２】
【００５１】
表２に示すとおり、実施例１における銅合金板は、Ｆｅ析出物Ａの合計の面積に対する割合（Ｓ１）が０．６％、Ｆｅ析出物Ｂの合計の面積に対する割合（Ｓ２）が０．５％
であり、それらの面積率の比（Ｓ１／Ｓ２）は、１．２であった。また、引張強さは５３１ＭＰａ、伸び率は７％、導電率は６６％ＩＡＣＳ、ビッカース硬さは１５９Ｈｖであり、耐熱性は９５％を維持していた。なお、銅板材が５５０℃に昇温されてから３時間加熱し、４５０℃まで冷却するのに要した時間は、表１に示すように３２０分である。
【００５２】
（実施例２〜５）
実施例２〜５においても表１に示した焼鈍条件にて製造した。焼鈍条件を規定範囲内に設定した場合は実施例１と同様に良好な特性が得られた。
【００５３】
本実施例の方法は、２段以上の焼鈍を必要としないので、工程やコストアップを低減できる。また、熱処理時間の増加に伴う二酸化炭素等の温暖化ガス排出量の増加を低減することができる。
【００５４】
表２より、実施例２では、Ｓ１の割合が０．４％、Ｓ２の割合が０．７％であり、それらの面積率の比（Ｓ１／Ｓ２）は、０．６であった。また、引張強さは５３２ＭＰａ、伸び率は５％、導電率は６４％ＩＡＣＳ、ビッカース硬さは１５９Ｈｖであり、耐熱性は９４％を維持していた。
【００５５】
実施例３では、Ｓ１の割合が０．７％、Ｓ２の割合が０．５％であり、それらの面積率の比（Ｓ１／Ｓ２）は、１．４であった。また、引張強さは５３４ＭＰａ、伸び率は６％、導電率は６５％ＩＡＣＳ、実施例２と同様に、ビッカース硬さは１５９Ｈｖであり、耐熱性は９４％を維持していた。
【００５６】
実施例４では、Ｓ１の割合が０．４％、Ｓ２の割合が０．４％であり、それらの面積率の比（Ｓ１／Ｓ２）は、１．０であった。これは、Ｆｅ析出物Ａの合計の面積に対する割合と、Ｆｅ析出物Ｂの合計の面積に対する割合が等しい例である。また、引張強さは５４６ＭＰａ、伸び率は５％、導電率は６０％ＩＡＣＳ、ビッカース硬さは１５６Ｈｖであり、耐熱性は９１％であった。
【００５７】
実施例５では、実施例４と同様に、Ｓ１の割合が０．４％、Ｓ２の割合が０．４％であり、それらの面積率の比（Ｓ１／Ｓ２）は、１．０であった。また、引張強さは５３５ＭＰａ、伸び率は５％、導電率は６０％ＩＡＣＳ、ビッカース硬さは１５７Ｈｖであり、耐熱性は９２％であった。
【００５８】
上記、実施例１〜３と実施例４、５を比較すると、実施例１〜３の方が、Ｓ１とＳ２の割合が等しい実施例４、５よりも特性（引張強さ、伸び率、導電率、ビッカース硬さ、耐熱性）が良いことがわかる。
【００５９】
（実施例６）
実施例６は、実施例１と同様の温度条件で製造しているが、加熱時間は１２時間と長くした。表２より、Ｓ１の割合が０．４％、Ｓ２の割合が１．１％であり、それらの面積率の比（Ｓ１／Ｓ２）は、０．４であった。また、引張強さは５４７ＭＰａ、伸び率は７％、導電率は６７％ＩＡＣＳ、ビッカース硬さは１５９Ｈｖであり、耐熱性は９３％であった。製造時間およびコストを考慮する場合は、実施例１〜３の方がより好ましい。
【００６０】
（実施例７）
実施例７は、焼鈍条件を除いて実施例１と同様の組成で、同様に製造した。実施例７では第２の冷間圧延の工程後、電気炉を用いて窒素ガス雰囲気中で６００℃の温度で２時間焼鈍し、冷却速度５℃／分で５００℃まで冷却し、その後２時間焼鈍した。
【００６１】
その後、５℃／分で４５０℃まで冷却し、この温度で２時間保持した。４５０℃で保持した後は炉冷にて室温まで下げた。表１に実施例７の焼鈍条件を示す。次に、第３の冷間圧延により板厚０．１４ｍｍとし、最後に伸び向上の目的で連続焼鈍炉の加熱帯中を走行させた。そのときの素材の温度は最大で４００℃であり、その通過時間は５分以下であった。本実施例７における銅板の特性は引張特性５４３Ｍｐａ、伸び率５％、導電率６６％ＩＡＣＳ、ビッカース硬さ１５８Ｈｖであり、耐熱性は９１％を維持していた。
【００６２】
なお、銅板材が６００℃に昇温されてから４５０℃で２時間保持が終了するまでに要した時間は３８０分である。本実施例は、実施例１から３と同程度の性能が得られるが、時間がかかる。
【００６３】
なお、上記、各実施例のＦｅ析出物のうち、２０ｎｍ２未満のものは、０．０２％以下であった。
【００６４】
（比較例１〜６）
比較例１〜６も焼鈍条件を除いて実施例１と同様の組成で、同様に製造した。焼鈍条件については表１に示したとおりである。
【００６５】
比較例１は加熱時間を規定範囲より短くし、１０分とした例である。表２に示すように耐熱性が６２％と、不足している。Ｓ１の割合が０．７％、Ｓ２の割合が０．１％であり、それらの面積率の比（Ｓ１／Ｓ２）は、７．０であり、Ｓ１に対してＳ２の割合が小さく、焼鈍工程において、Ｆｅ析出物が十分に成長できていないことが原因と考えられる。
【００６６】
比較例２は加熱温度を規定範囲よりも低くし、５００℃とした例である。この場合、規定時間よりも長く、６時間熱処理をしても耐熱性が６２％と、不足する。これは、加熱温度が低かったために、Ｆｅの析出が促進されなかったため、２００ｎｍ２以上のＦｅ析出物が不足し、面積率の比（Ｓ１／Ｓ２）は、２．３となり、耐熱性不足になったと考えられる。
【００６７】
比較例３は加熱温度を規定範囲よりも高くし、７００℃とした例である。２００ｎｍ２を超える粗大な析出物が多くなってしまっており、面積率の比（Ｓ１／Ｓ２）は０．３となり、０．４を下回っている。このため、導電率が４３％ＩＡＣＳと低下し、耐熱性が６１％と、大きく低下している。
【００６８】
比較例４は冷却速度を規定範囲よりも遅く、０．１℃／分とし、焼鈍時間を長く、１０３０分とした例である。Ｓ１の面積率が１．２％と高く、導電率は７３％ＩＡＣＳと確保できているが、面積率の比（Ｓ１／Ｓ２）が４．０と高くなっている。そのため、耐熱性が、６２％と低く、確保できない。
【００６９】
比較例５は加熱時間を規定範囲よりも長く、６時間とし、焼鈍工程における冷却速度を規定範囲よりも早く、５℃／分とした例である。この場合、耐熱性は９０％と高いが、Ｓ１の面積率が実質的にゼロであり、導電率が５３％ＩＡＣＳと低下している。
【００７０】
比較例６は５５０℃で４時間加熱した後、直ちに水冷した例である。この場合、Ｓ２の割合が０．８％であり、析出物のサイズの大部分は２００ｎｍ２以上のものが多く得られた為、耐熱性については規定範囲内の９１％の特性を得られたが、Ｓ１が０．４％未満であり、導電率は５４％となり、不足した。
【００７１】
比較例７は５５０℃まで昇温後、直ちに０．３℃／分で冷却をした例である。この場合、Ｓ１（０．３％）に対して、Ｓ２（０．１％）が小さいため、面積率の比（Ｓ１／Ｓ２）が３．０となり、１．４を超えてしまい、耐熱性は６０％と低く、規定範囲から外れた。
【００７２】
なお、比較例７と実施例３に着目すると、これらの違いは５５０℃×３０分の保持時間である。焼鈍工程における冷却時の析出には、その前の加熱状態の保持時間が大きく影響しているといえる。
【００７３】
以上、本発明の実施例１〜７と比較例１〜７について、それらの条件と評価結果について説明してきた。表２の評価結果より、特に実施例１と実施例３において、優れた伸び率、導電率、ビッカース硬さ、耐熱性を得ることができた。実施例１と実施例３において、面積率の比（Ｓ１／Ｓ２）は、１．２及び１．４であることから、本発明の銅合金において、１．２≦Ｓ１／Ｓ２≦１．４であることがより好ましい。
【００７４】
上記の本発明の実施の形態によれば、高強度、高導電性を有すると共に、耐熱性に優れた銅合金を提供することができる。また、工程を簡略化でき、製造コストを抑えることできる。それにより、処理時間を短縮化でき、二酸化炭素等の温暖化ガスの排出量を減少させることができる。
【符号の説明】
【００７５】
１…Ｃｕ母相、２…Ｆｅ相（２０ｎｍ２以上２００ｎｍ２）、３…Ｆｅ相（２００ｎｍ２以上）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リードフレーム、端子、コネクタ等の電子・電子部品として使用される素材であり、強度や導電性のほか耐熱性に優れる銅合金およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器に用いられる半導体製品に使用されるリードフレームは多ピン化、薄肉化に伴い、強度、導電性、耐熱性が要求され、これらの特性を比較的良好に満足する材料としてＣＤＡ Ａｌｌｏｙ １９４が用いられる。ＣＤＡ Ａｌｌｏｙ １９４の構成は、鉄（Ｆｅ）を２．１〜２．６重量％、リン（Ｐ）を０．０１５〜０．１５重量％、亜鉛（Ｚｎ）を０．０５〜０．２０重量％含有し、残部（９７重量％以上）が銅（Ｃｕ）である。
【０００３】
例えば、特許文献１では、高力高導電性の銅基合金の製造方法が記載されているが、鉄（Ｆｅ）を２．３重量％、リン（Ｐ）を０．０２６重量％、亜鉛（Ｚｎ）を０．１重量％含有し、残部が銅（Ｃｕ）であるＣＤＡ Ａｌｌｏｙ １９４が用いられている。
【０００４】
ＣＤＡ Ａｌｌｏｙ １９４は加工硬化による高強度化とＦｅを析出させることによる耐熱性、導電性の改善により上記要求特性を満たしたものである。この銅合金の製造方法としては、例えば、規定された組成からなる銅基合金の鋳塊を、８００〜１０５０℃で熱間圧延した後、第１の冷間圧延をし、９００℃以上の温度で３０秒以上保持後、直ちに５００℃まで毎分１００℃以上の冷却速度で冷却し、更に室温まで冷却し、その後、第２の冷間圧延をし、５５０〜６５０℃の温度で３０分〜６時間の焼鈍し、更に４００〜５２５℃の温度で１〜１０時間の焼鈍をし、加工度７０〜８５％の第３の冷間圧延をして仕上げる製造方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公 昭５２−２０４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のＣＤＡ Ａｌｌｏｙ １９４の銅合金の製造方法は、２段以上の焼鈍を必要とするため、工程が増加し、コストアップを招くばかりか、熱処理時間の増加に伴う二酸化炭素等の温暖化ガス排出量の増加を招いている。
【０００７】
そこで、本発明では、より簡略化した銅合金の製造方法を用いて、リードフレーム等に用いられる従来のＣＤＡ Ａｌｌｏｙ １９４の強度、導電性、耐熱性の特性よりも優れた特性を持つ銅合金を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は、Ｆｅを２．１重量％以上２．６重量％以下、Ｐを０．０１５重量％以上０．１５重量％以下、Ｚｎを０．０５重量％以上０．２０重量％以下で含有し、残部がＣｕと不可避的不純物からなる銅合金において、Ｃｕ母相中に分散したＦｅ析出物の中で、Ｆｅ１個あたりが占める面積が２０ｎｍ２以上２００ｎｍ２未満である析出物のＣｕ母相全体に対する面積率Ｓ１が、０．４％以上であり、Ｆｅ１個あたりが占める面積が２００ｎｍ２以上である析出物のＣｕ母相全体に対する面積率Ｓ２が、０．４≦Ｓ１／Ｓ２≦１．４の関係を満たすことを特徴とする電気・電子部品用銅合金を提供する。
【０００９】
また、前記電気・電子部品用銅合金において、１．２≦Ｓ１／Ｓ２≦１．４であることが好ましい。
【００１０】
また、Ｆｅを２．１重量％以上２．６重量％以下、Ｐを０．０１５重量％以上０．１５重量％以下、Ｚｎを０．０５重量％以上０．２０重量％以下で含有し、残部がＣｕと不可避的不純物からなる鋳塊を熱間圧延、第一の冷間圧延、溶体化処理、第二の冷間圧延、焼鈍、第三の冷間圧延の工程を経て所望の板厚まで加工する銅合金の製造工程において、前記焼鈍は、５５０℃以上６５０℃以下で３０分以上、４時間以下で加熱し、その後、平均冷却速度を０．３℃／分以上１℃／分以下で該加熱温度から４５０℃に冷却し、前記第三の冷間圧延は、７０〜８５％の加工度で冷間圧延することを特徴とする電気・電子部品用銅合金の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の銅合金は、リードフレーム等に用いられる従来のＣＤＡ Ａｌｌｏｙ １９４の強度、導電性、耐熱性の特性よりも優れた特性を持つ。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態における金属組織の模式図である。
【図２】本発明の一実施形態における銅合金材の製造工程フローを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態における焼鈍工程の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（１）銅合金の成分
本発明において、銅合金を構成する成分について添加の理由と限定理由を以下に説明する。
【００１４】
（I）鉄（Ｆｅ）の成分
本発明におけるＦｅの含有量は２．１重量％以上２．６重量％以下、好ましくは２．１重量％以上２．３重量％以下である。ＦｅはＣｕ母相中に固溶若しくは析出させることによって、強度と耐熱性を向上させるために含有させる。２．１重量％未満であるとＦｅの固溶量や析出量が不足して強度および耐熱性を得られない。一方、２．６重量％を越えるとＦｅの固溶による導電率の低下が大きいと共に、鋳造時に粗大なＦｅの晶出物が生成し、これが製品に残存すると打ち抜き加工時の割れやめっき不良の原因になりうる。
【００１５】
（II）リン（Ｐ）の成分
本発明におけるＰの含有量は０．０１５重量％以上０．１５重量％以下である。Ｐは溶解鋳造中に溶湯に混入する酸素を脱酸する作用があるが、０．０１５重量％未満であるとその効果を得るには十分でない。０．１重量％を超えると脱酸効果に飽和傾向がみられるものの、Ｆｅと化合して析出物を形成し、この析出物も強度や耐熱性の向上に寄与することもある。ただし、０．１重量％を超えると、熱間圧延時の粒界割れの原因となることがまれにある。さらに、０．１５％を越えると脱酸効果や強度への寄与も飽和状態となるばかりか、鋳造時に結晶粒界等に析出したＰとＦｅの化合物が芯割れ熱間圧延時の粒界割れの原因となり悪影響が生じる。以上のことから、より好ましい範囲としては、０．０１５重量％以上０．１重量％以下である。
【００１６】
（III）亜鉛（Ｚｎ）の成分
本発明におけるＺｎの含有量は０．０５重量％以上０．２０重量％以下、好ましくは０．０５重量％以上０．１５重量％以下である。Ｚｎは半田濡れ性を向上させるとともに、脱酸、脱ガス作用やＣｕのマイグレーションの抑制作用があるが、０．０１重量％未満であるとその効果を得るには十分でない。一方、０．２０重量％を越えると導電率の低下をもたらす。
【００１７】
（IV）その他の元素成分
本発明における銅合金は基本的にはＣｕを主成分とし、かつ特定量のＦｅ、Ｐ、Ｚｎを含有するものである。しかし、不純物として、他の元素が混入することを避けられない場合があり、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｚｒ、およびＳｎ等を含有することがある。しかし、０．１重量％未満であれば耐熱性等に悪影響を与えるものではなく、不可避的不純物として許容してよい範囲である。
【００１８】
（２）銅合金の金属組織
図１は、発明に係る銅合金の金属組織の要点を示す模式図である。本発明の銅合金の金属組織は、Ｃｕ母相中に分散したＦｅ析出物の中で、Ｆｅ１個あたりが占める面積が２０ｎｍ２以上２００ｎｍ２未満である析出物のＣｕ母相全体の面積Ｓ０に対する面積率Ｓ１（Ｓ１＝Ｓ０１／Ｓ０）が、０．４％以上であり、Ｆｅ１個あたりが占める面積が２００ｎｍ２以上である析出物のＣｕ母相全体に対する面積率Ｓ２（Ｓ２＝Ｓ０２／Ｓ０）が、０．４≦Ｓ１／Ｓ２≦１．４の関係を満たすことを特徴とする。以下に構成要素について詳述する。
【００１９】
（I）Ｃｕ母相中のＦｅ析出物
本発明の銅合金は後述の焼鈍工程にてＦｅを析出させる。母相のＣｕ中には、析出したＦｅは、導電率の向上に寄与する。ここで、Ｆｅの析出量が少なく、Ｃｕへの固溶量が多い場合は、導電率には寄与しない。このため、後述する焼鈍工程で、十分Ｆｅを析出させることが重要である。
【００２０】
一方、加工の繰り返し、又は、高い加工度で加工すると、圧延された際にＣｕ合金材全体の耐熱性が大きく低下する場合がある。発明者らは、Ｆｅ析出物が微細なものほど、同条件で加工された場合でも、耐熱性が低下しにくいという知見を得た。
【００２１】
上記二点を踏まえて、さらに、鋭意検討した結果、粒径の大きさ、それらの比に着目することにより、導電率を高く維持しつつ、かつ高い耐熱性を実現する銅合金材を得た。以下に詳述する。
【００２２】
（II）Ｆｅ１個あたりが占める面積が２０ｎｍ２以上２００ｎｍ２未満である析出物のＣｕ母相全体の面積Ｓ０に対する面積率（Ｓ１）
Ｃｕ母相中に分散したＦｅ析出物の中で、１個あたりが占める面積が２０ｎｍ２以上２００ｎｍ２未満である析出物(以下、析出物Ａと称す)を分散させる。全体の面積に対する析出物Ａの合計面積の割合（Ｓ１）を０．４以上とする。以下に各数値限定の理由を述べる。
【００２３】
（２０ｎｍ２の下限値について）
上述の通り、耐熱性、導電率をより高くするためには、Ｆｅを析出させることが重要である。しかし、銅合金を鋳造した後、引張強さを所望の値とすること等を目的として、実際に使用できる形状まで、複数回の加工（圧延）や高加工度の圧延を行う。このとき、微細な析出物は加工による転位や粒界の通過で再固溶されてしまう。このため、加工を経た後のＦｅ析出物のうち、２０ｎｍ２未満のものは、その割合がかなり小さく、無視することができる。また、実質的に導電率に寄与する析出物は２０ｎｍ２以上のものであると考えられるため、その下限を２０ｎｍ２とした。
【００２４】
（２００ｎｍ２の上限値について）
上述の通り、大きすぎる析出物は、３回以上の加工（圧延）や高加工度の圧延を経たとき、耐熱性へ悪影響を及ぼす。発明者らは、鋭意検討した結果、耐熱性の向上を抑制してしまうＦｅ析出物のサイズは、２００ｎｍ２の大きさで分類することで、耐熱性への影響を定量化できるという知見を得た。
【００２５】
（面積率（Ｓ１）が０．４以上であることについて）
全体の面積（Ｓ１）に対して、２０ｎｍ２以上２００ｎｍ２未満である析出物の合計面積の割合（Ｓ１）を０．４以上とした理由は、０．４以上であれば、高い導電率の銅合金を得ることができるからである。
【００２６】
（III）Ｓ１とＳ２の比が、０．４≦Ｓ１／Ｓ２≦１．４であること
本発明において、全体の面積に対する析出物Ａの合計面積の割合（Ｓ１）と、全体の面積に対する２００ｎｍ２以上のＦｅ析出物（以下、析出物Ｂと称す。）の合計の面積の割合（Ｓ２）は、０．４≦Ｓ１／Ｓ２≦１．４の関係式を満たす。以下に各数値限定の理由を述べる。
【００２７】
（Ｓ１／Ｓ２が０．４以上であることについて）
上述の通り、Ｓ１の量は導電率へ大きく寄与すると考えられる。このため、導電率へ寄与するＦｅ析出物Ａと、導電率への寄与が少ない２００ｎｍ２以上のＦｅ析出物Ｂとの比が、０．４以上であることが好ましい。
【００２８】
（Ｓ１／Ｓ２が１．４以下であることについて）
２００ｎｍ２を超えるＦｅ析出物Ｂが全くない場合、焼鈍工程において、Ｆｅ析出物が十分に成長できていないことを示す。この場合、耐熱性が低くなってしまう。耐熱性を十分発揮するためには、Ｓ２の存在も必要である。ただし、多すぎると、耐熱性へ大きく悪影響を及ぼす。発明者らは、比（Ｓ１／Ｓ２）が１．４以上である場合、耐熱性が大きく低下するという知見を得た。そのため、比（Ｓ１／Ｓ２）が、１．４以下であることが好ましい。
【００２９】
（３）銅合金の製造方法
図２に発明に係る銅合金の製造工程フローの一例を示す。本発明の形態の銅合金は、まず、原材料として、銅合金材の鋳塊を準備する（所定の組成を有する銅合金材の形成：ステップ１、以下、ステップを「Ｓ」と表記する）。前記銅合金組成を有する鋳塊を熱間圧延（Ｓ２）、第一の冷間圧延（Ｓ３）、溶体化処理（又は液体化処理）（Ｓ４）、第二の冷間圧延（Ｓ５）、焼鈍（Ｓ６）、第三の冷間圧延の工程（Ｓ７）を経て所望の板厚まで加工する。上記の銅合金の製造工程において、時効処理を５５０℃以上６５０℃以下で３０分以上、１０時間以下の時間で加熱し、その後、加熱温度から４５０℃にかけた平均冷却速度０．３℃以上１℃／秒以下で冷却し、その後、７０〜８５％の加工度で冷間圧延する。以下、銅合金の製造工程を工程ごとに詳述する。
【００３０】
（I）溶解・鋳造、熱間圧延、第１の冷間圧延（Ｓ１〜Ｓ３）
本発明では、溶解・鋳造をして、所定の組成を有する銅合金材の形成した後（Ｓ１）、その銅合金を８００℃以上１０５０℃以下の温度によって、熱間圧延する（Ｓ２）。８００℃未満であると、Ｆｅの析出量が多く、熱間圧延時に割れが起こりやすい。次に、冷間圧延（Ｓ３）をするが、続く溶体化処理時において素材全体に均等に効率よく熱を伝えるためには板厚を３ｍｍ以下になるように減面率を設定することが好ましい。
【００３１】
（II）溶体（液体）化処理（Ｓ４）
前記熱間圧延、冷間圧延後、９００℃以上の温度で３０秒以上保持した後、直ちに３００℃まで毎分１００℃以上の冷却速度で冷却し、更に室温まで冷却する。溶体化処理は熱間圧延時に析出したＦｅ析出物を固溶させるために行うものである。この工程を省略すると目標とする強度および耐熱性を得られない。
【００３２】
（III）第２の冷間圧延（Ｓ５）
前記溶体化処理後、冷間圧延を行う。冷間圧延は減面率が５０％以上となるように行うことが好ましい。これにより次に述べる時効での析出をスムーズにすることができる。
【００３３】
（IV）焼鈍（Ｓ６）
図３の焼鈍工程の概略図に示すように、本発明においては、焼鈍を５５０℃以上６５０℃以下で３０分以上４時間以下、好ましくは５５０℃以上６００℃以下で１時間以上４時間以下、加熱する。この工程は主に析出物Ｂを析出させるための工程である。これは５５０℃未満にした場合、Ｆｅの析出および成長により長い時間を必要とし、製造工程の簡略・短縮化に効果が小さい。６５０℃より高くした場合、Ｆｅ析出物が適正サイズよりも粗大になり、これもまた耐熱性低下の原因になる。時間も規定範囲を外れると析出物サイズが適正サイズから外れ、耐熱性および／または導電率低下の原因になる。
【００３４】
本発明においては５５０℃以上６５０℃以下で加熱した後、加熱温度から４５０℃にかけた平均冷却速度を０．３℃／分以上１℃／分以下、好ましくは加熱温度から４５０℃にかけた平均冷却速度を０．５℃／分以上０．８℃／分以下で冷却する。この工程は主に析出物Ａを析出させるための工程である。平均冷却速度を加熱温度から４５０℃の範囲と既定したのは、４５０℃未満ではＦｅの析出がほとんど進まないためである。また、平均冷却速度を０．３℃／分以上１℃／分以下と既定したのは、０．３℃/分未満では製造工程の簡略・短縮化に効果が薄い。１℃／分より早い冷却速度ではＦｅの析出が十分に進まず目標の導電率を得られない。ここで、平均冷却速度（℃／分）は以下の数式（数１）で求められる。
【００３５】
【数１】
【００３６】
（V）第３の冷間圧延（Ｓ７）
前記時効後、圧延を７０％以上８５％以下の加工度で冷間加工する。７０％未満の加工度では目標の強度を得ることができず、８５％より大きい加工度では耐熱性が低下し、目標の耐熱性を得ることができない。なお、更にこの後に、伸びの向上や歪除去のために低温焼鈍を行っても良い。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３８】
（実施例１）
重量％にして２．２％のＦｅ、０．０３％のＰ、０．１％のＺｎを含有し、残部がＣｕと不可避不純物からなる銅合金を高周波誘導型坩堝で溶解後、銅製鋳型で半連続鋳造し、横断面２００ｍｍ×４５０ｍｍ、長さ４０００ｍｍの直方体の鋳塊を作製した。この鋳塊の表面をそれぞれ５ｍｍ面作し、９５０℃で２時間保持後熱間圧延を行い、板厚１２ｍｍとした。更に表面および裏面をそれぞれ１ｍｍ面削した後、第１の冷間圧延により板厚２．５ｍｍとした。
【００３９】
次に、材料の最高温度が最大９５０℃になるように制御しながら、連続焼鈍炉の加熱帯中に銅板を走行させた。加熱帯に続いて、冷却帯および水冷プールを通過させて急冷させて溶体化処理とした。更に表面及び裏面を研磨した後、第２の冷間圧延により板厚０．７ｍｍとした。次に電気炉を用いて窒素ガス雰囲気中で５５０℃の温度で３時間焼鈍（焼鈍工程における加熱）し、冷却速度０．５℃／分で加熱温度である５５０℃から４５０℃まで降温した。その後は炉冷にて室温まで下げた。
【００４０】
表１は、焼鈍工程における各条件（加熱温度、加熱時間、冷却範囲、焼鈍時間、冷却速度）を示した表である。
【００４１】
【表１】
【００４２】
「加熱温度×加熱時間」の形で記載しているのは、加熱温度と加熱時間の積が大きい場合、析出が進むと考えられるためである。実際の加熱温度は、温度に若干の斑が生じることがあるが、温度下限である５５０℃を下回らないように試料の温度が加熱温度となるように行った。
【００４３】
「冷却範囲」は、冷却開始の温度、すなわち、上記の加熱温度から、後述する冷却速度を算出するための下限の温度４５０℃までを示している。なお、４５０℃を下回ったあとは、炉の中で放置して冷却する。
【００４４】
「焼鈍時間」は上記の加熱温度から、後述する冷却速度を算出するための下限の温度４５０℃までかかった冷却時間を示している。
【００４５】
「冷却速度」は、数式（数１）で示すように、「冷却範囲」に記載された温度差を、「焼鈍時間」で除したものである。なお、４５０℃を用いている理由は、Ｆｅ析出物の析出が収束するのが、概ね４５０℃だからである。
【００４６】
次に、第３の冷間圧延により板厚０．１４ｍｍとし、最後に伸び向上の目的で連続焼鈍炉の加熱帯中を走行させた。そのときの素材の温度は最大で４００℃であり、その通過時間は５分以下あった。この０．１４ｍｍ厚の板に対して、金属組織、機械・電気的特性、耐熱性を評価した。評価方法は下記の通りである。
【００４７】
金属組織は、圧延方向に垂直な面を薄膜化した試料を、透過電子顕微鏡の１０万倍で観察できる視野をもつＥＤＳを用いてＦｅ元素を面分析した。これによって得られた結果（Ｆｅが検出された面積）を画像解析ソフトにより解析し、析出物ＡとＢを合わせた総面積（Ｓ０１＋Ｓ０２）の面積率、析出物Ａの総面積（Ｓ０１）、析出物Ｂの総面積（Ｓ０２）を評価した。
【００４８】
機械的・電気的特性は引張強さ、伸び、導電率、ビッカース硬さを評価した（引張強さ、伸び（破断伸び）はＪＩＳ Ｚ２２４１で、ビッカース硬さはＪＩＳ Ｚ２２４４である。）。また、耐熱性は第３の冷間圧延後のビッカース硬さと、第３の冷間圧延後に４５０℃×５分の熱処理を加えた後のビッカース硬さを測定し、（熱処理後のビッカース硬さ）÷（熱処理前のビッカース硬さ）にて評価した。耐熱性は、９０％以上が許容される範囲である。
【００４９】
表２は、実施例及び比較例における析出物Ａの合計の面積に対する割合（Ｓ１）、析出物Ｂの合計の面積に対する割合（Ｓ２）、それらの面積率の比（Ｓ１／Ｓ２）、引張強さ、伸び率、導電率、ビッカース硬さ、耐熱性を示した表である。
【００５０】
【表２】
【００５１】
表２に示すとおり、実施例１における銅合金板は、Ｆｅ析出物Ａの合計の面積に対する割合（Ｓ１）が０．６％、Ｆｅ析出物Ｂの合計の面積に対する割合（Ｓ２）が０．５％
であり、それらの面積率の比（Ｓ１／Ｓ２）は、１．２であった。また、引張強さは５３１ＭＰａ、伸び率は７％、導電率は６６％ＩＡＣＳ、ビッカース硬さは１５９Ｈｖであり、耐熱性は９５％を維持していた。なお、銅板材が５５０℃に昇温されてから３時間加熱し、４５０℃まで冷却するのに要した時間は、表１に示すように３２０分である。
【００５２】
（実施例２〜５）
実施例２〜５においても表１に示した焼鈍条件にて製造した。焼鈍条件を規定範囲内に設定した場合は実施例１と同様に良好な特性が得られた。
【００５３】
本実施例の方法は、２段以上の焼鈍を必要としないので、工程やコストアップを低減できる。また、熱処理時間の増加に伴う二酸化炭素等の温暖化ガス排出量の増加を低減することができる。
【００５４】
表２より、実施例２では、Ｓ１の割合が０．４％、Ｓ２の割合が０．７％であり、それらの面積率の比（Ｓ１／Ｓ２）は、０．６であった。また、引張強さは５３２ＭＰａ、伸び率は５％、導電率は６４％ＩＡＣＳ、ビッカース硬さは１５９Ｈｖであり、耐熱性は９４％を維持していた。
【００５５】
実施例３では、Ｓ１の割合が０．７％、Ｓ２の割合が０．５％であり、それらの面積率の比（Ｓ１／Ｓ２）は、１．４であった。また、引張強さは５３４ＭＰａ、伸び率は６％、導電率は６５％ＩＡＣＳ、実施例２と同様に、ビッカース硬さは１５９Ｈｖであり、耐熱性は９４％を維持していた。
【００５６】
実施例４では、Ｓ１の割合が０．４％、Ｓ２の割合が０．４％であり、それらの面積率の比（Ｓ１／Ｓ２）は、１．０であった。これは、Ｆｅ析出物Ａの合計の面積に対する割合と、Ｆｅ析出物Ｂの合計の面積に対する割合が等しい例である。また、引張強さは５４６ＭＰａ、伸び率は５％、導電率は６０％ＩＡＣＳ、ビッカース硬さは１５６Ｈｖであり、耐熱性は９１％であった。
【００５７】
実施例５では、実施例４と同様に、Ｓ１の割合が０．４％、Ｓ２の割合が０．４％であり、それらの面積率の比（Ｓ１／Ｓ２）は、１．０であった。また、引張強さは５３５ＭＰａ、伸び率は５％、導電率は６０％ＩＡＣＳ、ビッカース硬さは１５７Ｈｖであり、耐熱性は９２％であった。
【００５８】
上記、実施例１〜３と実施例４、５を比較すると、実施例１〜３の方が、Ｓ１とＳ２の割合が等しい実施例４、５よりも特性（引張強さ、伸び率、導電率、ビッカース硬さ、耐熱性）が良いことがわかる。
【００５９】
（実施例６）
実施例６は、実施例１と同様の温度条件で製造しているが、加熱時間は１２時間と長くした。表２より、Ｓ１の割合が０．４％、Ｓ２の割合が１．１％であり、それらの面積率の比（Ｓ１／Ｓ２）は、０．４であった。また、引張強さは５４７ＭＰａ、伸び率は７％、導電率は６７％ＩＡＣＳ、ビッカース硬さは１５９Ｈｖであり、耐熱性は９３％であった。製造時間およびコストを考慮する場合は、実施例１〜３の方がより好ましい。
【００６０】
（実施例７）
実施例７は、焼鈍条件を除いて実施例１と同様の組成で、同様に製造した。実施例７では第２の冷間圧延の工程後、電気炉を用いて窒素ガス雰囲気中で６００℃の温度で２時間焼鈍し、冷却速度５℃／分で５００℃まで冷却し、その後２時間焼鈍した。
【００６１】
その後、５℃／分で４５０℃まで冷却し、この温度で２時間保持した。４５０℃で保持した後は炉冷にて室温まで下げた。表１に実施例７の焼鈍条件を示す。次に、第３の冷間圧延により板厚０．１４ｍｍとし、最後に伸び向上の目的で連続焼鈍炉の加熱帯中を走行させた。そのときの素材の温度は最大で４００℃であり、その通過時間は５分以下であった。本実施例７における銅板の特性は引張特性５４３Ｍｐａ、伸び率５％、導電率６６％ＩＡＣＳ、ビッカース硬さ１５８Ｈｖであり、耐熱性は９１％を維持していた。
【００６２】
なお、銅板材が６００℃に昇温されてから４５０℃で２時間保持が終了するまでに要した時間は３８０分である。本実施例は、実施例１から３と同程度の性能が得られるが、時間がかかる。
【００６３】
なお、上記、各実施例のＦｅ析出物のうち、２０ｎｍ２未満のものは、０．０２％以下であった。
【００６４】
（比較例１〜６）
比較例１〜６も焼鈍条件を除いて実施例１と同様の組成で、同様に製造した。焼鈍条件については表１に示したとおりである。
【００６５】
比較例１は加熱時間を規定範囲より短くし、１０分とした例である。表２に示すように耐熱性が６２％と、不足している。Ｓ１の割合が０．７％、Ｓ２の割合が０．１％であり、それらの面積率の比（Ｓ１／Ｓ２）は、７．０であり、Ｓ１に対してＳ２の割合が小さく、焼鈍工程において、Ｆｅ析出物が十分に成長できていないことが原因と考えられる。
【００６６】
比較例２は加熱温度を規定範囲よりも低くし、５００℃とした例である。この場合、規定時間よりも長く、６時間熱処理をしても耐熱性が６２％と、不足する。これは、加熱温度が低かったために、Ｆｅの析出が促進されなかったため、２００ｎｍ２以上のＦｅ析出物が不足し、面積率の比（Ｓ１／Ｓ２）は、２．３となり、耐熱性不足になったと考えられる。
【００６７】
比較例３は加熱温度を規定範囲よりも高くし、７００℃とした例である。２００ｎｍ２を超える粗大な析出物が多くなってしまっており、面積率の比（Ｓ１／Ｓ２）は０．３となり、０．４を下回っている。このため、導電率が４３％ＩＡＣＳと低下し、耐熱性が６１％と、大きく低下している。
【００６８】
比較例４は冷却速度を規定範囲よりも遅く、０．１℃／分とし、焼鈍時間を長く、１０３０分とした例である。Ｓ１の面積率が１．２％と高く、導電率は７３％ＩＡＣＳと確保できているが、面積率の比（Ｓ１／Ｓ２）が４．０と高くなっている。そのため、耐熱性が、６２％と低く、確保できない。
【００６９】
比較例５は加熱時間を規定範囲よりも長く、６時間とし、焼鈍工程における冷却速度を規定範囲よりも早く、５℃／分とした例である。この場合、耐熱性は９０％と高いが、Ｓ１の面積率が実質的にゼロであり、導電率が５３％ＩＡＣＳと低下している。
【００７０】
比較例６は５５０℃で４時間加熱した後、直ちに水冷した例である。この場合、Ｓ２の割合が０．８％であり、析出物のサイズの大部分は２００ｎｍ２以上のものが多く得られた為、耐熱性については規定範囲内の９１％の特性を得られたが、Ｓ１が０．４％未満であり、導電率は５４％となり、不足した。
【００７１】
比較例７は５５０℃まで昇温後、直ちに０．３℃／分で冷却をした例である。この場合、Ｓ１（０．３％）に対して、Ｓ２（０．１％）が小さいため、面積率の比（Ｓ１／Ｓ２）が３．０となり、１．４を超えてしまい、耐熱性は６０％と低く、規定範囲から外れた。
【００７２】
なお、比較例７と実施例３に着目すると、これらの違いは５５０℃×３０分の保持時間である。焼鈍工程における冷却時の析出には、その前の加熱状態の保持時間が大きく影響しているといえる。
【００７３】
以上、本発明の実施例１〜７と比較例１〜７について、それらの条件と評価結果について説明してきた。表２の評価結果より、特に実施例１と実施例３において、優れた伸び率、導電率、ビッカース硬さ、耐熱性を得ることができた。実施例１と実施例３において、面積率の比（Ｓ１／Ｓ２）は、１．２及び１．４であることから、本発明の銅合金において、１．２≦Ｓ１／Ｓ２≦１．４であることがより好ましい。
【００７４】
上記の本発明の実施の形態によれば、高強度、高導電性を有すると共に、耐熱性に優れた銅合金を提供することができる。また、工程を簡略化でき、製造コストを抑えることできる。それにより、処理時間を短縮化でき、二酸化炭素等の温暖化ガスの排出量を減少させることができる。
【符号の説明】
【００７５】
１…Ｃｕ母相、２…Ｆｅ相（２０ｎｍ２以上２００ｎｍ２）、３…Ｆｅ相（２００ｎｍ２以上）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅを２．１重量％以上２．６重量％以下、Ｐを０．０１５重量％以上０．１５重量％以下、Ｚｎを０．０５重量％以上０．２０重量％以下で含有し、残部がＣｕと不可避的不純物からなる銅合金において、
Ｃｕ母相中に分散したＦｅ析出物の中で、Ｆｅ１個あたりが占める面積が２０ｎｍ２以上２００ｎｍ２未満である析出物のＣｕ母相全体に対する面積率Ｓ１が、０．４％以上であり、
Ｆｅ１個あたりが占める面積が２００ｎｍ２以上である析出物のＣｕ母相全体に対する面積率Ｓ２が、０．４≦Ｓ１／Ｓ２≦１．４の関係を満たすことを特徴とする電気・電子部品用銅合金。
【請求項２】
請求項１に記載の電気・電子部品用銅合金であって、１．２≦Ｓ１／Ｓ２≦１．４であることを特徴とする電気・電子部品用銅合金。
【請求項３】
Ｆｅを２．１重量％以上２．６重量％以下、Ｐを０．０１５重量％以上０．１５重量％以下、Ｚｎを０．０５重量％以上０．２０重量％以下で含有し、残部がＣｕと不可避的不純物からなる鋳塊を熱間圧延、第一の冷間圧延、溶体化処理、第二の冷間圧延、焼鈍、第三の冷間圧延の工程を経て所望の板厚まで加工する銅合金の製造工程において、
前記焼鈍は、５５０℃以上６５０℃以下で３０分以上、４時間以下で加熱し、その後、
平均冷却速度を０．３℃／分以上１℃／分以下で該加熱温度から４５０℃に冷却し、
前記第三の冷間圧延は、７０〜８５％の加工度で冷間圧延すること
を特徴とする電気・電子部品用銅合金の製造方法。
【請求項１】
Ｆｅを２．１重量％以上２．６重量％以下、Ｐを０．０１５重量％以上０．１５重量％以下、Ｚｎを０．０５重量％以上０．２０重量％以下で含有し、残部がＣｕと不可避的不純物からなる銅合金において、
Ｃｕ母相中に分散したＦｅ析出物の中で、Ｆｅ１個あたりが占める面積が２０ｎｍ２以上２００ｎｍ２未満である析出物のＣｕ母相全体に対する面積率Ｓ１が、０．４％以上であり、
Ｆｅ１個あたりが占める面積が２００ｎｍ２以上である析出物のＣｕ母相全体に対する面積率Ｓ２が、０．４≦Ｓ１／Ｓ２≦１．４の関係を満たすことを特徴とする電気・電子部品用銅合金。
【請求項２】
請求項１に記載の電気・電子部品用銅合金であって、１．２≦Ｓ１／Ｓ２≦１．４であることを特徴とする電気・電子部品用銅合金。
【請求項３】
Ｆｅを２．１重量％以上２．６重量％以下、Ｐを０．０１５重量％以上０．１５重量％以下、Ｚｎを０．０５重量％以上０．２０重量％以下で含有し、残部がＣｕと不可避的不純物からなる鋳塊を熱間圧延、第一の冷間圧延、溶体化処理、第二の冷間圧延、焼鈍、第三の冷間圧延の工程を経て所望の板厚まで加工する銅合金の製造工程において、
前記焼鈍は、５５０℃以上６５０℃以下で３０分以上、４時間以下で加熱し、その後、
平均冷却速度を０．３℃／分以上１℃／分以下で該加熱温度から４５０℃に冷却し、
前記第三の冷間圧延は、７０〜８５％の加工度で冷間圧延すること
を特徴とする電気・電子部品用銅合金の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１３６７４６（Ｐ２０１２−１３６７４６Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９０６５９（Ｐ２０１０−２９０６５９）
【出願日】平成２２年１２月２７日（２０１０．１２．２７）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２７日（２０１０．１２．２７）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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