电子电气设备用铜合金、电子电气设备用铜合金薄板、电子电气设备用导电元件及端子的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用作半导体装置的连接器、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导电元件的Cu-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、电子电气设备用导电元件及端 子。
[0002] 本申请基于2013年7月10日在日本申请的专利申请2013-145008号、及2013年 12月27日在日本申请的专利申请2013-273549号主张优先权，并将其内容援用于此。
【背景技术】
[0003] 作为上述电子电气设备用导电元件，从强度、加工性、成本平衡等观点来看，Cu-Zn 合金一直以来被广泛使用。
[0004] 并且，当为连接器等端子时，为了提高与相对侧导电部件的接触的可靠性，有时对 由Cu-Zn合金构成的基材（原材料板）的表面实施镀锡（Sn)来使用。以Cu-Zn合金作为 基材对其表面实施镀Sn的连接器等导电元件中，为了提高镀Sn材的再利用性，并且提高强 度，有时使用Cu-Zn-Sn系合金。
[0005] 在此，例如连接器等电子电气设备用导电元件一般是通过对厚度为0. 05~1. 0mm 左右的薄板（乳制板）实施冲压加工而作成规定形状，且通过对其至少一部分实施弯曲加 工而制造。此时，上述导电元件以在弯曲部分附近与对方侧相对侧导电部件进行接触来获 得与相对侧导电部件的电连接，并且通过弯曲部分的弹性而维持与相对侧导电部件的接触 状态的方式使用。
[0006] 使用于这种电子电气设备用导电元件的电子电气设备用铜合金，希望导电性、乳 制性和冲压加工性优异。并且，如前所述，实施弯曲加工并通过其弯曲部分的弹性在弯曲部 分附近维持与相对侧导电部件的接触状态的方式使用的连接器等的情况下，要求弯曲加工 性、耐应力松弛特性优异。
[0007] 因此，在例如专利文献1~4中提出了用于提高Cu-Zn-Sn系合金的耐应力松弛特 性的方法。
[0008] 并且，在专利文献4中，提出了在冲压加工时，提高剪切加工性，以能够抑制冲压 模具产生磨损和毛刺的Cu-Zn-Sn系合金。
[0009] 专利文献1中示出了通过使Cu-Zn-Sn系合金中含有Ni而生成Ni-P系化合物，从 而能够提高耐应力松弛特性，且添加Fe对于提高耐应力松弛特性也有效。
[0010] 专利文献2中记载了通过在Cu-Zn-Sn系合金中与P-同添加Ni、Fe而生成化合 物，从而能够提高强度、弹性、耐热性，上述强度、弹性、耐热性的提高可以认为意味着耐应 力松她特性的提尚。
[0011] 并且，专利文献3中记载了通过在Cu-Zn-Sn系合金中添加Ni，并将Ni/Sn比调整 为在特定的范围内，由此能够提高耐应力松弛特性，并且记载有微量添加Fe对于耐应力松 弛特性的提高也有效的内容。
[0012] 以引线框架材料作为对象的专利文献4中，记载了通过在Cu-Zn-Sn系合金中与P 一同添加Ni、Fe，将（Fe+Ni)/P的原子比调整为在0. 2~3的范围内，从而生成Fe-P系化 合物、Ni-P系化合物、Fe-Ni-P系化合物，由此能够提高耐应力松弛特性的内容。
[0013] 并且，该专利文献4中记载了通过在Cu-Zn-Sn系合金中添加不固溶于铜的母相中 的Pb、Bi、Se、Te、Ca、Sr及MM(混合稀土金属）之类的元素，这些元素作为冲压加工时的断 裂点发挥作用，提高冲压加工性的内容。
[0014] 然而，最近实现电子电气设备的进一步的小型化及轻量化，在用于电子电气设备 用导电元件的电子电气设备用铜合金中，要求进一步提高强度、弯曲加工性、耐应力松弛特 性。
[0015] 然而，专利文献1、2中仅考虑Ni、Fe、P个别含量，仅调整这些个别含量，并不一定 能够可靠且充分地提高耐应力松弛特性。
[0016] 并且，专利文献3中虽公开了调整Ni/Sn比，但完全没有考虑到P化合物与耐应力 松弛特性的关系，无法实现耐应力松弛特性的充分且可靠的提高。
[0017] 而且，专利文献4中，仅调整Fe、Ni、P的合计量与（Fe+Ni)/P的原子比，无法实现 耐应力松弛特性的充分的提高。
[0018] 如上所述，以往所提出的方法无法使Cu-Zn-Sn系合金的耐应力松弛特性充分提 高。因此，在上述结构的连接器等中，随时间或者在高温环境下，残余应力松弛而无法维持 与相对侧导电部件的接触压力，从而有容易在早期发生接触不良等的缺陷的问题。为避免 这种问题，以往不得不加大材料的壁厚，从而导致材料成本的上升、重量的增加。因此，强烈 希望进一步可靠且充分地改善耐应力松弛特性。
[0019] 并且，伴随电子电气设备的进一步的小型化及轻量化，冲压成型（冲压加工）的高 精度化成为重要的课题。因此，与以往相比，要求剪切加工性优异的电子电气设备用铜合 金。然而，上述Cu-Zn-Sn系合金在冲压加工时，因剪切产生毛刺等所造成的模具的磨损、产 生冲压肩成为问题，剪切加工性不充分。
[0020] 在此，专利文献4中，公开了通过对Cu-Zn-Sn系合金添加Pb、Bi、Se、Te、Ca、Sr& MM之类的元素，从而提高剪切加工性，但仅添加这些元素，无法使剪切加工性充分提高。并 且，由于Pb、Bi、Te之类的元素为低熔点金属，因此有可能热加工性会大幅劣化。
[0021] 专利文献1 :日本专利公开平05-33087号公报
[0022] 专利文献2 :日本专利公开2006-283060号公报
[0023] 专利文献3 :日本专利第3953357号公报
[0024] 专利文献4 :日本专利第3717321号公报
[0025] 本发明是以如上所述的情况为背景而完成的，其课题在于提供一种耐应力松弛特 性可靠且充分，并且强度、弯曲加工性、剪切加工性优异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薄板、电子电气设备用导电元件及端子。
【发明内容】
[0026] 本发明人们重复积极地实验研究的结果发现通过满足以下条件（a)、（b)，能够获 得可靠且充分提高耐应力松弛特性，且在强度、弯曲加工性、剪切加工性优异的铜合金，从 而完成本发明。
[0027] (a)在Cu-Zn-Sn系合金中适量添加Ni，并且适量添加P，且将Ni的含量与P的含 量之比Ni/P、及Sn的含量与Ni的含量之比Sn/Ni分别以原子比计调整为在适当的范围内。
[0028] (b)同时，将含有Cu、Zn及Sn的α相的表面中的维氏硬度设为1〇〇以上。
[0029] 并且，发现通过与上述的Ni、Ρ同时添加适量的Fe及Co,能够更进一步提高耐应 力松弛特性及强度。
[0030] 本发明所涉及的电子电气设备用铜合金的特征在于，含有大于2. 0质量％且36. 5 质量％以下的Ζη、0. 10质量％以上且0.90质量％以下的Sn、0. 15质量％以上且小于1.00 质量％的附、0.005质量％以上且0. 100质量％以下的P，剩余部分由Cu及不可避免的杂质 构成，Ni的含量与P的含量之比Ni/P以原子比计，满足3. 0 <Ni/P< 100. 0,并且，Sn的 含量与Ni的含量之比Sn/Ni以原子比计，满足0. 10 <Sn/Ni< 2. 90,并且含有Cu、Zn及 Sn的α相的表面的维氏硬度为100以上。
[0031] 根据上述结构的电子电气设备用铜合金，由于将含有Cu、Zn及Sn的α相的表面 的维氏硬度设为1〇〇以上，因此母相中含有位错密度较高的组织。这种位错密度较高的组 织由于在剪切加工时容易导致断裂，因此抑制了塌边和毛刺的大小，剪切加工性提高。
[0032] 而且，通过与Ρ-同添加Ni，限制Sn、Ni、及Ρ的相互间的添加比率，从而耐应力松 弛特性可靠且充分优异，而且强度（屈服强度）也高。
[0033] 而且，基于本发明的第二方式的电子电气设备用铜合金的特征在于，在上述电子 电气设备用铜合中，含有Cu、Zn及Sn的α相的晶粒的平均结晶粒径在〇. 1μπι以上且15μπι 以下的范围内，并且包含含有Ni与Ρ的析出物。
[0034] 在基于本发明的第二方式的电子电气设备用铜合金中，α相的平均结晶粒径在 0. 1μπι以上且15μπι以下的范围内，与Ρ-同添加Ni，限制Sn、Ni及Ρ相互间的添加比率。 由此，由于使从母相（α相主体）析出的含有Ni与P的Ni-P系析出物适当地存在，因此耐 应力松弛特性优异，并且强度（屈服强度）及剪切加工性提高。另外，其中所谓Ni-P系析 出物为Ni-P的二元系析出物，而且包括在这些析出物中含有其他元素例如主成分Cu、Zn、 Sn、杂质0、S、C、Fe、Co、Cr、Mo、Mn、Mg、Zr、Ti等的多元系析出物。而且，该Ni-P系析出物 以磷化物或固溶有磷的合金的形态存在。
[0035] 而且，基于本发明的第三方式的电子电气设备用铜合金的特征在于，在上述电子 电气设备用铜合中，通过EBSD法以0.Ιμπι测定间隔的步长测定ΙΟΟΟμπι2以上的测定面 积，并排除通过数据分析软件〇頂分析的CI值为0. 1以下的测定点而对含有Cu、Zn及Sn 的α相进行分析，将相邻的测定点间的方位差大于15°的测定点间作为晶界，且Σ3、Σ9、 X27a、X27b的各晶界长度之和L〇相对于晶界总长度L的比率、即特殊晶界长度比率 (L〇 /L)为 10% 以上。
[0036] 基于本发明的第三方式的电子电气设备用铜合金中，通过将特殊晶界长度比率 (L〇 /L)设定为10%以上来增加结晶性较高的晶界（原子排列的紊乱较少的晶界）。由此， 可减少弯曲加工时成为破坏的起点的晶界的比例，使弯曲加工性优异。
[0037] 另外，所谓EBSD法为基于附带有背散射电子衍射图像系统的扫描式电子显微 镜的电子反射衍射法（ElectronBackscatterDiffractionPatterns:EBSD)法。0ΙΜ 为使用基于EBSD的测定数据来分析结晶方位的数据分析软件（OrientationImaging Microscopy:OIM)。而且所谓CI值为可靠性指数（ConfidenceIndex)，且为当使用EBSD装 置的分析软件OIMAnalysis(Ver. 5. 3)进行分析时，作为表示结晶方位决定的可靠性的数 值而显示的数值（例如，「EBSD読本：0頂爸使用t§ (乙务feoT(改定第3版）」鈴木清一 著、2009年9月、株式会社TSLyy1 3 ''発行（《EBSD读本：在使用0頂时（改定 第3版）》铃木清一著、2009年9月、株式会社TSLSOLUTIONS发行））。
[0038] 在此，利用EBSD测定并利用0頂分析的测定点的组织为加工组织时，由于结晶图 案不明确，因此结晶方位决定的可靠性降低，CI值降低。尤其CI值为0. 1以下时，判断为 该测定点的组织为加工组织。
[0039] 基于本发明的第四方式的电子电气设备用铜合金的特征在于，含有大于2.0质 量％且36. 5质量％以下的Ζη、0. 10质量％以上且0.90质量％以下的Sn、0. 15质量％以上 且小于1.00质量％的附、0. 005质量％以上且0. 100质量％以下的P，并且，含有0.001质 量％以上且小于0. 100质量％的Fe及0. 001质量％以上且小于0. 100质量％的Co的任一 方或两方，剩余部分由Cu及不可避免的杂质构成，Ni、Fe及Co的合计含量（Ni+Fe+Co)与 P的含量之比（Ni+Fe+Co)/