銅合金材料、銅合金材料的制造方法、引線框架和連接器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及銅合金材料、銅合金材料的制造方法、引線框架和連接器。
【背景技術(shù)】
[0002] 引線框架、端子或連接器等使用的是銅合金材料。這樣的銅合金材料需要高導電 性和高強度。其中，作為具有高導電性和高強度的銅合金材料，開發(fā)了 Cu-Fe-Ni-P系銅合 金材料（例如參照專利文獻1和2)。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0004] 專利文獻
[0005] 專利文獻1 :日本特許第2956696號
[0006] 專利文獻2 :日本特開2012-1781號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 發(fā)明所要解決的課題
[0008] 近年來，正在尋求與現(xiàn)有的銅合金材料相比兼具進一步的高導電性和高強度的銅 合金材料。進而，強烈需要在具有高導電性和高強度的同時，還需要與現(xiàn)有銅合金材料相比 具有高耐應力緩和性的銅合金材料，以使得即使在高溫環(huán)境下也確保充分的可靠性。
[0009] 本發(fā)明的目的在于提供均衡地提高了導電性、強度和耐應力緩和性的銅合金材 料、銅合金材料的制造方法、引線框架和連接器。
[0010] 用于解決課題的手段
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的一個方式，提供一種銅合金材料，所述銅合金材料含有〇. 2質(zhì)量％ 以上〇. 6質(zhì)量％以下的鐵、0. 02質(zhì)量％以上0. 06質(zhì)量％以下的鎳、0. 07質(zhì)量％以上0. 3質(zhì) 量％以下的磷以及〇. 01質(zhì)量％以上〇. 2質(zhì)量％以下的鎂，含有合計0. 001質(zhì)量％以上0. 05 質(zhì)量％以下的選自錫、銀、錳、鉻和鈦的1種以上的元素，余部包含銅和不可避免的雜質(zhì)；所 述銅合金材料的導電率為70% IACS以上，0. 2%屈服強度為500MPa以上，在150°C的條件 下加熱1000小時后的應力緩和率為30%以下。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的另一方式，提供一種銅合金材料的制造方法，所述制造方法具有鑄 造鑄錠的鑄造工序、對所述鑄錠進行熱乳以形成熱乳材的熱乳工序、對所述熱乳材進行冷 乳以形成第1冷乳材的第1冷乳工序、對所述第1冷乳材進行熱處理以形成熱處理材的熱 處理工序以及對所述熱處理材進行冷乳以形成第2冷乳材的第2冷乳工序；在所述鑄造工 序中鑄造所述鑄錠，所述鑄錠含有0. 2質(zhì)量％以上0. 6質(zhì)量％以下的鐵、0. 02質(zhì)量％以上 0. 06質(zhì)量％以下的鎳、0. 07質(zhì)量％以上0. 3質(zhì)量％以下的磷以及0. 01質(zhì)量％以上0. 2質(zhì) 量％以下的鎂，含有合計〇. 001質(zhì)量％以上〇. 05質(zhì)量％以下的選自錫、銀、錳、鉻和鈦的1 種以上的元素，余部包含銅和不可避免的雜質(zhì)；在所述第2冷乳工序中，以50 %以上80 %以 下的總加工度進行所述冷乳。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的進一步的其他方式，提供一種引線框架，所述引線框架具有基材，所 述基材含有0. 2質(zhì)量％以上0. 6質(zhì)量％以下的鐵、0. 02質(zhì)量％以上0. 06質(zhì)量％以下的鎳、 〇. 07質(zhì)量％以上0. 3質(zhì)量％以下的磷以及0. 01質(zhì)量％以上0. 2質(zhì)量％以下的鎂，含有合 計0. 001質(zhì)量％以上0. 05質(zhì)量％以下的選自錫、銀、錳、鉻和鈦的1種以上的元素，余部包 含銅和不可避免的雜質(zhì)；所述基材的導電率為70% IACS以上，0. 2%屈服強度為500MPa以 上，在150°C的條件下加熱1000小時后的應力緩和率為30%以下。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的進一步的其他方式，提供一種連接器，所述連接器具有導體部，所述 導體部含有〇. 2質(zhì)量％以上0. 6質(zhì)量％以下的鐵、0. 02質(zhì)量％以上0. 06質(zhì)量％以下的鎳、 〇. 07質(zhì)量％以上0. 3質(zhì)量％以下的磷以及0. 01質(zhì)量％以上0. 2質(zhì)量％以下的鎂，含有合 計0. 001質(zhì)量％以上0. 05質(zhì)量％以下的選自錫、銀、錳、鉻和鈦的1種以上的元素，余部包 含銅和不可避免的雜質(zhì)；所述導體部的導電率為70% IACS以上，0.2%屈服強度為500MPa 以上，在150°C的條件下加熱1000小時后的應力緩和率為30%以下。
[0015] 發(fā)明的效果
[0016] 根據(jù)本發(fā)明，能夠提供均衡地提高了導電性、強度和耐應力緩和性的銅合金材料、 銅合金材料的制造方法、引線框架和連接器。
【具體實施方式】
[0017] -.發(fā)明人等獲得的見解
[0018] 首先，關(guān)于發(fā)明人等獲得的見解，對大體情況進行說明。
[0019] 根據(jù)發(fā)明人等的深入研究，關(guān)于銅合金材料的耐應力緩和性，發(fā)現(xiàn)了如下見解。應 力緩和是指，在對銅合金材料（例如在高溫）施加了一定的應變的狀態(tài)下，隨著時間的流 逝，彈性應變變?yōu)樗苄詰?，應力減小的現(xiàn)象。這樣的應力緩和在原子水平上通過原子的擴 散和位錯的移動兩者來進行。原子的擴散通過原子以空孔為媒介跳躍并移動來進行。為了 提高銅合金材料的耐應力緩和性，需要抑制這樣的原子的擴散、位錯的移動。
[0020] 此外，關(guān)于銅合金材料的導電性和強度，發(fā)現(xiàn)了如下見解。在Cu-Fe-Ni-P系銅合 金中，若增加鐵（Fe)或鎳（Ni)的含量，則Fe和磷（P)的化合物（以下稱為Fe-P化合物） 或Ni和P的化合物（以下稱為Ni-P化合物）分散析出，從而提高銅合金材料的強度。而 另一方面，若增加 Fe或Ni的含量，則不生成Fe-P化合物或Ni-P化合物而固溶于銅合金 材料中的Fe或Ni增加，從而存在銅合金材料的導電性會降低的可能性。相反地，若減少 Fe或Ni的含量，則存在銅合金材料的導電性提高而銅合金材料的強度會降低的可能性。 Cu-Fe-Ni-P系銅合金材料的導電性與強度以這種方式存在此消彼長的關(guān)系。
[0021] 本發(fā)明是基于本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)的上述見解的。
[0022] 二.本發(fā)明的一個實施方式
[0023] 接下來，對本發(fā)明的一個實施方式涉及的銅合金材料的構(gòu)成進行說明。
[0024] (1)銅合金材料的構(gòu)成
[0025] 本實施方式涉及的銅合金材料含有規(guī)定量的Fe、Ni、P和鎂（Mg)，含有規(guī)定量的選 自錫（Sn)、銀（Ag)、錳（Mn)、鉻（Cr)和鈦（Ti)的1種以上的元素，余部包含Cu和不可避 免的雜質(zhì)。此外，本實施方式涉及的銅合金材料的導電率為70% IACS以上，銅合金材料的 0. 2%屈服強度為500MPa以上，在150°C的條件下加熱1000小時后的應力緩和率為30%以 下。以下對詳細情況進行說明。
[0026] 本實施方式的銅合金材料例如含有選自Sn、Ag、Mn、Cr和Ti的1種以上的元素。 這些元素具有提高銅合金材料的耐應力緩和性、實現(xiàn)車載用電氣設備所需的那種高耐應力 緩和性的效果。此外，這些元素還具有提高銅合金材料的強度的效果。
[0027] Sn、Ag、Mn、Cr和Ti具有原子半徑與作為母相的Cu的原子半徑大體相同或比Cu 的原子半徑大的共同特征。以下將與Cu的原子半徑大體相同或比Cu的原子半徑大的元素 簡稱為"原子半徑大的元素"。
[0028] 這里，如果原子半徑大的元素被摻入銅合金材料的結(jié)晶中，則發(fā)生銅合金材料的 結(jié)晶的晶格應變。然而，原子半徑大的元素具有與銅合金材料的結(jié)晶中的空孔相結(jié)合以使 該晶格應變減輕的傾向。空孔通過與原子半徑大的元素相結(jié)合，空孔的容積變小。例如，即 使銅合金材料在高溫環(huán)境下使用，母相的Cu原子移動時，母相的Cu原子也難以進入到容積 變小的空孔中，因此，變得難以通過該空孔進行移動。通過這種方式，能夠抑制原子的擴散。
[0029] 此外，摻入到銅合金材料中的原子半徑大的元素在銅合金材料中的位錯的周圍偏 析，以使得減輕銅合金材料的結(jié)晶的晶格應變。這種狀態(tài)被稱為科特雷爾氣團?？铺乩谞?氣團在能量上是穩(wěn)定的。例如即使銅合金材料在高溫環(huán)境下使用、位錯移動時，位錯也必須 在維持科特雷爾氣團的狀態(tài)的情形下移動，因此位錯變得難以移動。這樣，能夠抑制位錯的 移動。
[0030] 本實施方式中，銅合金材料含有選自Sn、Ag、Mn、Cr和Ti的1種以上的元素作為 原子半徑大的元素，從而這些元素通過上述作用抑制原子的擴散和位錯的移動。由此，能夠 提尚耐應力緩和性。
[0031] 選自Sn、Ag、Mn、Cr和Ti的1種以上的元素的含量例如合計為0. 001質(zhì)量％以上 0. 05質(zhì)量％以下。當選自Sn、Ag、Mn、Cr和Ti的1種以上的元素的合計含量低于0. 001質(zhì) 量％時，存在這些元素與空孔相結(jié)合的量減少或這些元素在位錯周邊偏析的量減少的可能 性。因此，存在無法提高銅合金材料的耐應力緩和性的可能性。而本實施方式中，通過選自 Sn、Ag、Mn、Cr和Ti的1種以上的元素的合計含量為0. 001質(zhì)量％以上，能夠表現(xiàn)出這些 原子半徑大的元素導致的提高銅合金材料的耐應力緩和性的效果。具體而言，如后所述，能 夠?qū)⒃?50°C的條件下加熱1000小時后的應力緩和率設為30%以下。此外，還能夠表現(xiàn)出 這些原子半徑大的元素導致的提高銅合金材料的強度的效果。進而，選自Sn、Ag、Mn、Cr和 Ti的1種以上的元素的合計含量優(yōu)選為0. 01質(zhì)量％以上。由此，能夠更為確實地表現(xiàn)出這 些原子半徑大的元素導致的提高銅合金材料的耐應力緩和性和強度的效果。另一方面，當 選自Sn、Ag、Mn、Cr和Ti的1種以上的元素的合計含量超過0. 05質(zhì)量％時，這些元素在銅 合金材料中大量固溶，從而存在不能無視這些元素導致的使銅合金材料的導電性降低的影 響的可能性。因此，存在難以維持銅合金材料的高導電性的可能性。而本實施方式中，選自 51138、111、(>和11的1種以上的元素的合計含量為0.05質(zhì)量％以下，從而能夠抑制這些 元素導致的使銅合金材料的導電性降低的影響。進而，選自Sn、Ag、Mn、Cr和Ti的1種以 上的元素的合計含量優(yōu)選為0. 04質(zhì)量％以下。由此，能夠進一步抑制這些元素導致的使銅 合金材料的導電性降低的影響。
[0032] 本實施方式的銅合金材料進一步含有Mg。Mg通過在銅合金材料中固溶，表現(xiàn)出抑 制銅合金材料的導電性的降低并且提高銅合金材料的強度的效果。通過在添加后述Fe、Ni 和P的同時在銅合金材料中添加 Mg，能夠維持高導電性并且提高銅合金材料的強度。
[0033] 此外，Mg的原子半徑也比Cu的原子半徑大，因此Mg具有提高銅合金材料的耐應力 緩和性的效果。然而，當不添加上述選自Sn、Ag、Mn、Cr和Ti的1種以上的元素而僅添加 Mg 時，存在無法將在150°C的條件下加熱1000小時后的應力緩和率設為期望的值（30% )以 下的情況。因此，本實施方式中，在添加 Mg的同時，在銅合金材料中添加規(guī)定量的選自Sn、 Ag、Mn、Cr和Ti的1種以上的元素。由此，能夠?qū)⒃?50°C的條件下加熱1000小時后的應 力緩和率設為期望的值（30% )以下。
[0034] 本實施方式的銅合金材料中Mg的含量例如為為0. 01質(zhì)量％以上0. 2質(zhì)量％以 下。當Mg的含量低于0.01質(zhì)量％時，Mg會與作為不可避免的雜質(zhì)的氧（0)、硫⑶相結(jié)合， 從而存在無法使一定量的Mg在銅合金材料中固溶的可能性。其中，MgO、MgS等不具有提高 銅合金材料的強度的效果。因此，存在不能提高銅合金材料的強度的可能性。此外，存在無 法充分獲得Mg導致的提高銅合金材料的耐應力緩和性的效果的可能性。而本實施方式中， Mg的含量為0. 01質(zhì)量％以上，從而即使部分Mg與作為不可避免的雜質(zhì)的0、S相結(jié)合，也 能夠使一定量的Mg在銅合金材料中固溶。由此，能夠提高銅合金材料的強度。例如能夠?qū)?銅合金材料的〇. 2%屈服強度設為500MPa以上。此外，通過Mg的含量為上述值以上，能夠 表現(xiàn)出Mg導致的提高銅合金材料的耐應力緩和性的效果。進而，Mg的含量優(yōu)選為0. 03質(zhì) 量％以上。由此，能夠進一步提高銅合金材料的強度和耐應力緩和性。另一方面，雖然Mg 是使導電性降低的影響小的成分，但當Mg的含量超過0. 2質(zhì)量％時，Mg在銅合金材料中大 量固溶，從而存在不能無視Mg導致的使銅合金材料的導電性降低的影響的可能性。因此， 存在難以維持銅合金材料的高導電性的可能性。而本實施方式中，通過Mg的含量為0. 2質(zhì) 量％以下，能夠抑制Mg導致的使銅合金材料的導電