電子設備用導體線材以及使用該線材的配線用電線的製作方法

2023-07-16 02:02:01 3

專利名稱：電子設備用導體線材以及使用該線材的配線用電線的製作方法
技術領域：
本發明涉及電子設備用導體線材以及使用該線材的配線用電線。
背景技術：
以往，作為電子設備用途、汽車的配線用電線、機器人用配線材料，主要使用的是 JIS C3102中所規定的軟銅線、或者是將對上述軟銅線施加鍍錫而得到的線加以捻合，然後 再在該捻線導體上同心圓狀地包覆氯乙烯/交聯聚乙烯等絕緣體而得到的電線。另外，還有在部分電子設備上以未被覆的狀態與連接器(雌)嵌合的類型。在 這些類型中，上述所示的軟銅線使用了強度不足，但導電性較純銅低的合金線，例如， JIS-C2700ff(黃銅)、C5191W(磷青銅)或JIS_C1940W(摻雜有鐵的銅)、C7025W(科森合金 銅)、C1720W(鈹銅)等。此外，在汽車中裝載的各種控制電路在近年來日益增加，其配線部位的數目也增 多。特別是在汽車配線電路中，用於控制等的信號電流電路所佔的比例不斷增加。因此， 所使用的電線重量增加，並且對電線的接合部等的耐久性、長期通電性的可靠性的要求也 進一步增加。鑑於這樣的狀況，並從節省能源的觀點開考慮，要求能夠確保如上所述的可靠 性，並且還要求電線重量輕量化。在電子設備的用途中，由於所使用的電流的頻率逐年增高，因此越來越期盼導電 性高的材料，此外，由於同樣的輕量化和可靠性的要求，期望可承受高的接觸壓力的高強度 材料。另一方面，還要求用來適應嵌合部分產生的發熱問題的高導電性。電線和導體除 了具有導電的目的之外，還具有將嵌合部分所產生的熱加以排除的功能(例如，參照非專 利文獻1)。也就是說，由於透過導體部分有助於散熱的作用，因此可實現抑制起火或伴隨發 熱而產生的劣化的重要功能。以往的使用純銅的電線導體，儘管通電容量足夠充分，但由於電線導體本身及其 端子壓接部的機械強度較弱，因此難以細徑化。另一方面，就合金線的情況而言，雖可得到充分的強度，但會存在導電性低的問 題。關於合金線的製造，公開了對高強度與細線化進行嘗試的合金線的製造方法(例如，參 照專利文獻1)，另外，還公開了通過捻合多根銅合金線與硬銅線以製成不易留下卷繞痕跡， 來嘗試改善機械、電特性的合金線的製造方法(例如，參照專利文獻2)。然而，這些方法制 造的合金線都存在如下缺點在電線之間的接合部或作為引線使用時的焊料接合部容易脫 離等。此外，專利文獻3、4所記載的合金線不能得到具有所期望的強度和導電性的材料。另外，為了應用於廣泛用途，必須是廉價的材料。如果使用特殊的熔融方法(真空熔化爐)或粉末冶金法等，則成本將會增加(例如，參照專利文獻5)。非專利文獻1 古河電工時報第81號P123專利文獻1 日本特開平6-60722號公報專利文獻2 日本特開平11-224538號公報
專利文獻3 日本特開2001-316741號公報專利文獻4 日本特開2007-157509號公報專利文獻5 日本特開平10-140267號公報

發明內容
本發明人等進行深入研究的結果發現，通過特定組成的銅合金，可製得高強度且 高導電性的材料。本發明就是鑑於此而完成的。即，本發明提供以下的電子設備用導體線材和配線用電線。(1) 一種電子設備用導體線材，其由銅合金材料構成，所述銅合金材料含有0. 5 3.0質量％的鈷、0. 1 1.0質量％的矽，餘量為銅和不可避免的雜質。(2)上述(1)所述的電子設備用導體線材，其中，所述銅合金材料還含有0. 1 3.0質量％的鎳。(3)上述(1)或(2)所述的電子設備用導體線材，其中，所述銅合金材料還含有選 自鐵、銀、鉻、鋯和鈦中的1種或2種以上的元素，且它們的總含量為0. 05 1. 0質量％。(4)上述(1) (3)中任一項所述的電子設備用導體線材，其中，所述銅合金材料 還含有選自0. 05 0. 5質量％的鎂、0. 1 2. 5質量％的鋅、0. 1 2. 0質量的錫、0. 01 0. 5質量％的錳和0. 01 0. 5質量％的鋁中的1種或2種以上，且它們的總含量為0. 01 3.0質量％。(5)上述⑴ (4)中任一項所述的電子設備用導體線材，其時效熱處理前與時效 熱處理後的冷加工率的總和為99%以上。(6) 一種配線用電線，其是將多根上述⑴ (5)中任一項所述的電子設備用導體 線材捻合而成的。本發明的上述及其它特徵與優點，可由下面的記載而明確。
具體實施例方式下面，對本發明的電子設備用導體線材進行詳細說明。首先，對於本發明的電子設備用導體線材所使用的銅(Cu)合金的各合金元素及 合金組成，結合其作用效果進行詳細說明。鈷(Co)與矽(Si)是可以通過控制其添加量比而在基質中形成Co-Si析出物 (CoSi、Co2Si、COSi2)來進行析出強化、並可以通過其添加來提高銅合金的強度的元素。鈷 的含量為0. 5 3. 0質量％，優選為1. 0 2. 0質量％。如果鈷的量過少，則其析出固化量 小而導致強度不足。而鈷的量過多時，其效果會達到飽和。已知當矽以質量％計算時，其添加量為鈷的添加量的大約1 1/2時，強化量會增 大。鑑於此點，在本發明的電子設備用導體線材中，矽的含量為0. 1 1.0質量％，更優選 為0. 3 0. 8質量％。對於鎳(Ni)而言，與鈷同樣地，會與矽形成析出物(Ni-Si、Ni2Si)。另外，部分鎳 與鈷進行置換，生成三元化合物(Ni-Co-Si系)，均可以提高銅合金的強度。當含有鎳時，其 含量優選為0. 1 3. 0質量％，更優選為0. 5 1. 5質量％。如果鎳的量過少，則其析出固 化量小而有時會導致強度不足。而鎳的量過多時，其效果會達到飽和。另外，過剩含量的鎳會固溶於銅母相中而損害導電性。鐵(Fe)、銀(Ag)、鉻(Cr)、鈷(Zr)、鈦(Ti)均是會在銅母相中自行析出而具有強 化作用的元素。含有該等元素時，它們的總含量優選為0. 05 1. 0質量％，更優選為0. 1 0. 5質量％。如果這些元素的含量過少，則有時無法得到充分的強化量，相反，如果這些元素 的含量過多，則會損害加工性(產生裂紋、斷線等)。鎂(Mg)、鋅(Zn)、錫(Sn)、錳(Mn)、鋁(Al)都是會固溶在銅母相中而發揮固溶強 化作用的元素。雖然只要添加就會提高強度，但相反地，如果這些元素的含量過多，則會損 害導電性。含有鎂時，其含量優選為0. 05 0. 5質量％，更優選為0. 1 0. 5質量％。含有鋅時，其含量優選為0. 1 2.5質量％，更優選為0.3 1.0質量％。
含有錫時，其含量優選為0. 1 2.0質量％，更優選為0.2 1.0質量％。含有錳時，其含量優選為0. 01 0. 5質量％，更優選為0. 05 0. 2質量％。含有鋁時，其含量優選為0.01 0.5質量％，更優選為0.05 0.2質量％。當含有選自這些鎂、鋅、錫、錳和鋁中的至少1種元素時，該至少1種元素的總含量 優選為0.01 3.0質量％，更優選為0. 05 1.0質量％。本發明的電氣電子設備用的配線電線導體所使用的銅合金線材可按照通常的方 法來製造。例如，可以按照下述方法來製造。即，將配合有所需金屬的原料加以熔解，然後 進行鑄造來製作鑄塊。接著，由於在該鑄塊中存在熔解鑄造時所產生的粗大的結晶物、析出 物(均大於ι μ m)，因此，為了使上述結晶物、析出物再次固溶，進行在800 1000°C保持 0. 1 2小時的被稱為均質化處理的熱處理。在該熱處理之後，進行熱擠出或軋制，然後立 即進行驟冷。由此，可使晶粒微細化，並可以提供抑制了粗大析出物的形成的熱加工材料。 在熱擠出之後，優選立即進行水中淬火。此外，將鑄造的鑄塊直接連續地進行熱加工的方法 (SCR法等)也可以適用於本發明。以此方式，例如可製造圓棒，然後將其拉伸至既定的直徑以製成導體線材。這樣獲 得的導體線材，在徑向產生的應變幾乎是均勻的，因此具有例如在壓接端子時壓接強度穩 定的優點。但是，本發明的導體線材並不限於上述的圓棒、拉伸加工，也可以根據目標用途 來成型加工成所需的大小、形狀。為了得到高強度且高導電性的材料，通常會利用使用了析出強化和加工強化的強 化機構。就本發明中使用的合金而言，通過使其在析出熱處理(所謂的時效熱處理)前 後的冷加工率的總和優選為99%以上、更優選為99. 3 99. 9%、進一步優選為99. 5 99. 9%，可以得到高強度高導電性的電氣設備用導體線材。所謂冷加工，是指在無加熱的情 況下對材料進行加工的方法，上述所示的熱加工(擠出)不是冷加工。在本發明中，作為時 效熱處理的條件，優選在300 600°C進行0. 5 4小時。此外，當時效熱處理前的冷加工 率< 50%時，優選在500 600°C下進行；當冷加工率 90%時，優選在300 450°C下進行。然而，任何一種情況都要調節加工 率以使時效熱處理前與時效熱處理後的冷加工率之和( 由熱加工至完成製品為止的加 工率)> 99%，由此，可製成強度與導電率的平衡良好的材料。另外，如果分成幾次來進行時效熱處理，則可進一步提高導電性的特性。例如，對熱軋後的材料進行550°C X2小時的熱處理，接著進行90%的冷加工，再進行400°C Xl小 時的熱處理，然後再次進行90%的冷加工，總的加工率(由熱加工至完成製品為止的加工 率)為99%的材料，可製成較1次時效熱處理的材料具有更高導電性的材料。需要說明的是，這裡所說的加工率是加工前的材料的截面積與加工後的截面積之 差除以加工前的截面積而得到的百分率。接著，對本發明的配線用電線進行說明。當本發明為捻線時，可以按照通常的方法將多根捻合(優選捻合3 20根)來制 成本發明的配線用電線。本發明的配線用電線的形態、大小沒有特別限定，可根據目標用途 加工成所需的形態、大小，也可以進一步包覆絕緣體材料等。此外，本發明的配線用電線還 可以在進一步壓縮後，在例如300 550°C進行1 5小時的時效退火。由此，本發明所使用的電氣電子設備用導體通過在Cu-Co-Si合金中根據需要 添加指定量的各種元素，可發揮出高強度及高導電性，不僅適用於電氣電子設備用途的 線材以及使用該線材的配線用電線，還適用於外端子、插頭(peen)、汽車用配線束(wire harness)等。本發明的電子設備用導體線材的拉伸強度(TS)為600MPa以上，可以製成導電率 為40% IACS以上的高強度高導電線材，可以無需特殊的熔解方法或拉線方法等而廉價地 製造。另外，本發明的電子設備用線材具有優異的強度及導電性，可適用於要求高強度 化、高導電化的電氣電子設備用途及配線用電線。此外，根據本發明，在因衝擊荷重作用等而必須使材料伸長的用途中，通過在冷 加工至所希望的尺寸後實施時效熱處理，可以得到伸長率為5%以上、拉伸強度(TS)為 400MPa以上、導電率為40% IACS以上的導體線材。特別是在汽車、機器人等的配線用途 中，通過將多根本發明的導體線材加以捻合後進行壓縮、再實施時效熱處理，可以得到伸長 率值高的配線用電線。這裡，就對導體線材進行加工時的時效熱處理、與該時效熱處理前後 的冷加工時的加工率的總和、以及將多根導體線材捻合後所進行的時效熱處理而言，分別 優選在上述的優選條件下進行。實施例下面，基於實施例更詳細地說明本發明，但本發明並不限於這些實施例。[實施例1]按照下述表1 2中所示的合金組成將各金屬材料在高頻熔爐及大氣熔解爐中熔 解，鑄造坯料。接著，對上述坯料進行900°C Xl小時的均質化處理，然後進行熱擠出，再立 即進行水中淬火，得到圓棒(直徑20mm)。接著，對該圓棒以低溫進行拉線，製得各種線徑的 材料。將該具有各種線徑的線材在各種熱處理條件下進行熱處理後，進行低溫拉線。另外， 根據需要準備經過反覆進行時效熱處理與低溫拉線步驟而製作的試樣。需要說明的是，具有本發明所規定的範圍的合金組成者為本發明例，而合金組成 為上述規定範圍之外者則表示為比較例。對於這樣獲得的各種電線試樣，按照下述方法測定[1] 拉伸強度、[2]導電率。各 項目的測定方法如下所示。[1]拉伸強度(TS)
基於JIS Z 2241標準，對各電線試樣各3根測定拉伸強度，其平均值(MPa)示於 表3 4。[2]導電率(EC)使用四端子法，在控制於20°C (士 1°C )的恆溫槽中對各電線試樣各2條測定導電 率，其平均值(％ IACS)示於表3 4。此時的端子間距離為100mm。表1所示的材料No. 1 30為具有本發明的合金成分的本發明例，表2所示的材 料No. 101 118為比較例。表2中，材料No. 101、102及113 116為上述第(1)項的發明(本發明例材料 No. 1 5)的比較例；材料No. 103為上述第(2)項的發明(本發明例材料No. 6 8)的比 較例；材料No. 104 107為上述第(3)項的發明(本發明例材料No. 9 13、23)的比較例； 材料No. 108 112、117及118為上述第(4)項的發明(本發明例材料No. 14 18、20 22及24 30)的比較例。表1 2中，數值的單位為質量％，餘量為銅和不可避免的雜質。
[表 1] [表2] 表3 4示出了改變時效熱處理與冷加工率的組合來進行製作時材料的特性(拉 伸強度、導電率)。在表3 4中，拉伸強度(TS)的單位為MPa、導電率(EC)的單位為％ IACS。另外，表3示出本發明例、表4則示出比較例。步驟(1)冷加工(加工率=90% )_時效熱處理(440°C、2小時)_冷加工(加工 率=90% )[總加工率為99% ]
步驟⑵時效熱處理(550°C、2小時)_冷加工(加工率=99% )步驟(3)冷加工(加工率=75%)-時效熱處理(490°C、2小時)_冷加工(加工率 =75%)-時效熱處理(500°C、2小時)-冷加工(加工率=90 % )[總加工率為99. 375 % ][表 3]
如表3所示可知，本發明例的No. 1 30是採用步驟(1) 步驟(3)中的至少一 個步驟製造的線材，對於該線材而言，其具有拉伸強度為600MPa以上、導電率為40% IACS 以上的優異特性。特別是採用步驟(3)處理過的線材，與採用步驟(1)、步驟(2)處理的線 材相比，顯示出更高的導電性。與此相對，如表4所示，比較例的No. 101 118是採用步驟(1) 步驟(3)的任 意步驟製造的線材，對於該線材而言，其會出現拉伸強度低於600MPa、或導電率低於40% IACS、或者發生途中斷線中的任意情況。接著，表5示出了冷加工率為本發明的優選範圍之外的例子、以及未實施時效熱 處理的例子。在表5中，拉伸強度(TS)的單位為MPa、導電率(EC)的單位為％ IACS。步驟⑷冷加工(加工率=50% )_時效熱處理(500°C、2小時)_冷加工(加工 率=50% )[總加工率75% ]步驟(5)冷加工(加工率=99% )[總加工率99% ]無熱處理。[表 5] 如表5所示可知，步驟(4)與步驟(1) 步驟(3)相比，金屬材料的強度有些許 變差的傾向，步驟(5)與步驟(1) 步驟(3)相比，金屬材料的導電率有些許變差的傾向。 也就是說，表5所示的例子顯示本發明的實施例中優選的要求物性中的滿足必要最小限度 的物性的例子。另外，在步驟⑷或(5)中，雖然存在拉伸強度為600MPa以上且導電率為 40% IACS以上的例子(優選例)，但並不能像步驟(1) (3)那樣，使材料No. 1 30均達 到拉伸強度為600MPa以上且導電率為40% IACS以上。另外，本發明的各實施例中所得到的線材，例如可以通過使用公知的捻線機將多 根加以捻合來製作配線用的捻線。按照通常的方法將7根表3和表5所示的本發明例1 30的電線捻合而形成配線用捻線時，任何一個所形成的配線用捻線都未產生斷線等不良情形。[實施例2]對於表1的本發明例的材料(No. 1、14、16,28,30)及表2的比較例的材料 (No. 101、118)，分別按照上述實施例1中的步驟(1)對各圓棒(直徑20mm)實施低溫拉線 (冷加工)與時效熱處理，製得直徑0. 17mm的銅合金線材(導體線材)。按照通常的方法 將7根上述線材捻合，並進行壓縮而製成截面積為0. 13mm2的捻線。在450°C對上述捻線進 行2小時時效熱處理，再用絕緣體(聚乙烯)進行包覆，製造配線用電線(試作材料)。
對於製得的電線，按照上述的方法測定拉伸強度(TS，單位MPa)、導電率(EC，單 位％ LACS)。在測定拉伸強度時，同時也對伸長率(EL，單位％ )進行測定。表6示出 試作材料的特性的測定結果。[表 6] 如表6所示可知，採用各種材料製造的試作材料的伸長率均為5%以上，因此可 適用於因衝擊荷重作用等而需要使材料伸長的用途。然而，由本發明的合金組成範圍外或 其優選範圍之外的比較例的材料No. 101、118製造的試作材料，其拉伸強度(TS)低至低於 400MPa、或導電率(EC)低至低於40% IACS，可知並不適合作為配線用電線使用。工業實用性本發明的電子設備用導體線材可適用於電子設備用途中使用的所有線材，特別是 可以適用於汽車及機器人的配線等，此外，還適合作為用於連接時對端子進行壓接而使用 的電子設備用導體線材使用。使用了本發明的電子設備用導體線材的配線用電線適合作為配線用電線使用。以上結合其實施方式對本發明進行了說明，但只要沒有特別指定，則並不是要在 說明的哪個細節中對本發明進行限定，在不違反所附的權利要求書所示的發明的精神和範 圍的情況下，應作寬的解釋。
本申請主張2007年11月1日在日本提出專利申請的特願2007-285585的優先權，在此作為參照將其內容作為本說明書記載的一部分引入到本發明中。
權利要求
一種電子設備用導體線材，其由銅合金材料構成，所述銅合金材料含有0.5～3.0質量％的鈷、0.1～1.0質量％的矽，餘量為銅和不可避免的雜質。
2.權利要求1所述的電子設備用導體線材，其中，所述銅合金材料還含有0.1 3.0質量％的鎳。
3.權利要求1或2所述的電子設備用導體線材，其中，所述銅合金材料還含有選自鐵、 銀、鉻、鋯和鈦中的1種或2種以上的元素，且它們的總含量為0. 05 1. 0質量％。
4.權利要求1 3中任一項所述的電子設備用導體線材，其中，所述銅合金材料還含有 選自0. 05 0. 5質量％的鎂、0. 1 2. 5質量％的鋅、0. 1 2. 0質量的錫、0. 01 0. 5質 量％的錳和0. 01 0. 5質量％的鋁中的1種或2種以上，且它們的總含量為0. 01 3. 0 質量％。
5.權利要求1 4中任一項所述的電子設備用導體線材，其時效熱處理前與時效熱處 理後的冷加工率的總和為99%以上。
6.一種配線用電線，其是將多根權利要求1 5中任一項所述的電子設備用導體線材 捻合而成的。
全文摘要
本發明提供一種電子設備用導體線材，其由銅合金材料構成，所述銅合金材料含有0.5～3.0質量％的鈷、0.1～1.0質量％的矽，餘量為銅和不可避免的雜質。另外，所述導體線材還可以含有0.1～3.0質量％的鎳；並可以進一步含有選自鐵、銀、鉻、鋯和鈦中的1種或2種以上的元素，且它們的總含量為0.05～1.0質量％；此外，還可以含有選自0.05～0.5質量％的鎂、0.1～2.5質量％的鋅、0.1～2.0質量的錫、0.01～0.5質量％的錳和0.01～0.5質量％的鋁中的1種或2種以上，且它們的總含量為0.01～3.0質量。
文檔編號C22C9/02GK101842852SQ20088011412
公開日2010年9月22日 申請日期2008年10月30日 優先權日2007年11月1日
發明者三原邦照, 高橋功 申請人:古河電氣工業株式會社