[0001] 本发明涉及一种含有磷和铁的铜合金以及使用了该铜合金的电子元件。特别是涉及一种含有磷和铁的高导电性耐热铜合金，该含有磷和铁的高导电性耐热铜合金适合使用于暴露在较高温环境下的车载电子元件、电动汽车或者混合动力汽车等的用于通过大电流的接线端子等的配电部件，进一步地，适合使用于太阳能发电设备等的在高温环境下使用的电子元件等。

[0002] 作为用于电子元件的铜材，通常采用具有高导电性和高传热性的反射炉精炼铜。反射炉精炼铜JISC1100的导电率，按照JIS的规定是100％IACS以上。另外，虽然反射炉精炼铜的耐热性不明确，但在高加工率情况下，一旦长时间保持于80℃的环境下则有软化的可能。

[0003] 然而，例如在用于汽车的配电部件的情况下，汽车的行驶时间越长，则相应配电部件暴露于较高温度环境的时间也就越长。因此，即使长时间暴露于这样严酷的环境，也要求其物理性强度不会劣化。而且，例如，电线压接部的强度与材料的应力有关。因此，例如在使用反射炉精炼铜那样的耐热性较差的材料的情况下，伴随着再结晶容易使应力下降，其结果，压接部的卷曲强度下降，相对于应具备的品质的可靠性变差。另外，有关被使用于暴露在沙漠等的高温地域的太阳能发电装置等的电子元件，也被要求具有同样的特性。

[0004] 因此，在如上所述的长时间暴露于较高温度环境的用途中，就要采用导电率高、具有良好耐热性的铜合金，含有铁的铜、含有锡的铜等，人们熟知的铜合金已被广泛应用。然而，在这些耐热铜合金中，虽然不存在耐热性的问题，但导电率与95％IACS～78％IACS的反射炉精炼铜相比则较低，另外，还存在这样的缺点，即添加的合金元素是导致成本增加的主要原因。

[0005] 另一方面，作为纯铜系的具耐热性的铜合金有磷脱氧铜。即使在磷脱氧铜之中，JIS C1220为含磷0.015质量％～0.040质量％的合金，导电率低于90％IACS～70％IACS，但被使用于广泛的用途。另外，JIS C1201为含磷0.004质量％～0.014质量％的铜合金，在对应的美国标准中的C12000，其导电率相当于98％IACS。尽管没有关于该合金C12000的耐热性方面的知识，但是只要磷氧化就会导致耐热性不足。

[0006] 从以上说明可以理解，含有稀少的合金成分，接近于纯铜的铜合金，能够确保近年来所要求的耐热性水平，并且，人们还期待着能够确保与反射炉精炼铜匹敌的99％IACS以上高导电率的铜合金。

[0007] 非专利文献1：2007年JIS非铁手册

[0008] 非专利文献2：STANDARD HANDBOOK第8版1985C.D.AINC

[0020] 以下，针对本发明的实施方式加以描述，先说明有关本发明中的导电率和耐热性。本发明所述的导电率是指将铜合金材料进行最终退火后的导电率，使用日本霍金(HOCKING)公司制造的数字导电率计(自动西格玛3000)测定的结果来表示。最终退火的铜合金材料进一步给予塑性加工，则导电率会降低1％IACS～3％IACS左右，所以铜合金的导电率通常以最终退火后的导电率来表示。该导电率越高越好，优选为与100％IACS以上的反射炉精炼铜相比大致相同或更高。

[0021] 另外，本发明所述的耐热性，作为一般的退火软化特性，如果具有接近磷脱氧铜C1220的耐热性就足够了。因此，采用经300℃×1小时的热处理而不软化的基准(能够确保在维氏硬度(Hv)80以上)来进行判断是合适的。另一方面，车载用配电部件的可靠性评价通常是采用在150℃或200℃下加热500小时～1000小时后的可靠性来加以评价。而且，200℃×1000小时的热负荷与300℃×1小时的热处理几乎相当。以下，详细说明本发明的内容。

[0022] 关于本发明的高导电性耐热铜合金的形态：本发明所述的高导电性耐热铜合金是具有良好耐热性的铜合金，其特征在于具有含有以下的磷和铁的组成，

[0023] P：0.004质量％～0.009质量％

[0024] Fe：0.004质量％～0.010质量％

[0025] 余量：铜以及不可避免的杂质。

[0026] 从上述组成可以判断，本发明所述的铜合金采用P和Fe作为稀少合金成分，并且通过控制各合金的成分量，具有高导电率和适合使用于用于车载的配电部件或者暴露于高温环境的电子元件等的耐热性，为一种用于电子元件的高导电性耐热铜合金。该铜合金如后述的制造方法中所述的那样，通过使用P和Fe作为脱氧剂而首次获得。

[0027] 本发明所述的铜合金，合金添加元素相对于铜的含量基于以下考虑而确定。首先，在熔解铸造铜合金的时候，主要的脱氧剂为P。作为该脱氧剂添加的P，优选使其含有0.004质量％～0.009质量％作为铜合金的合金成分。作为合金成分的P的含量在不足0.004质量％的情况下，不能得到充分的脱氧效果。一旦不能得到充分的脱氧效果，在熔解铸造的过程中，一部分P被氧化而作为P氧化物存在，其结果是成为缺乏耐热性的铜合金。另一方面，如果作为合金成分的P的含量大于0.010质量％时，导电率就显著降低。而且，作为合金成分的P的含量超过0.009质量％，则无法获得具有确保导电率在99％IACS以上的铜合金。因此，如上所述，作为合金成分的的P的含量优选是在0.004质量％～0.009质量％的范围。

[0028] 另外，除了上述P之外，作为合金成分如果含有微量的Fe，则会在提高脱氧效果的同时，可以使P在铜合金中以稳定的状态存在。这是因为在合金原料熔解的状态下，Fe相较于P优先与氧结合。因此，作为合金成分的Fe的含量在不足0.004质量％的情况下，不能起到作为脱氧材料的Fe的效果。另一方面，作为铜合金的合金成分微量存在的Fe，由于其在铜合金的组织中形成复合氧化物使得导电率变高。但是，一旦作为铜合金的合金成分的Fe的含量超过0.010质量％，则会导致相对于铜基质的Fe的固溶量变多，难以得到导电率在99％IACS以上的铜合金。因此，如上所述，作为合金成分的Fe的含量最好是在0.004质量％～0.010质量％的范围。

[0029] 以上所述组成的本发明的高导电性耐热铜合金，在经过300℃×1小时的热处理后，具有维氏硬度(Hv)在80以上的硬度。如果在300℃×1小时的热处理后能够维持高水平的维氏硬度(Hv)，则在通常的使用条件下不会产生伴随再结晶而产生的应力降低，例如，在作为压接端子使用的情况下能够维持电线压接部卷曲强度，而在作为功能部件使用的情况下不会引起强度降低，因此提高了对于所要求的品质的可靠性。

[0030] 另外，同时，本发明所述的高导电性耐热铜合金，其导电率在99％IACS以上，具有与用于普通电子元件的反射炉精炼铜同样的高导电性能。即，从这些特性来看，本发明所述的高导电性耐热铜合金是一种适合于用于：电动汽车或者混合动力车等的由于通过高电流使自身发热并使得温度上升的効果与高环境温度所产生的协同効果而出现问题的电子元件；其他假设使用环境温度在80℃以上或者130℃以上的用于汽车的配电部件；更进一步的，暴露于高温环境下的太阳能发电设备等使用的假设使用环境温度在80℃以上的电子元件等、的材料的高导电性耐热铜。

[0031] 在制造本发明所述的高导电性耐热铜合金时，通过熔解铸造法铸造铜锭，该铜锭的铜合金组成调整为：P的含量为0.004质量％～0.009质量％，Fe的含量为0.004质量％～0.010质量％，余量为铜以及不可避免的杂质。此时，在熔融金属上施以木炭盖，在燃烧气体环境下加以熔解等，该木炭盖虽然能够与大气环境形成一定的隔离状态，但相应的隔离也是不完全的，在排出熔融液或者除渣时即使与空气接触也没有关系。即，几乎可以原封不动地采用现有的磷脱氧铜的制造方法。因此，即使存在制造成本的上升也十分有限。但是，为了完全发挥作为合金元素的P的提高耐热性的効果，必须有效地进行脱氧处理。

[0032] 在此，对用作本发明脱氧成分的含量调整方法加以说明。为了使本发明所述的高导电性耐热铜合金具有高导电率，如上所述的那样，作为合金元素的P的含量不能太高。因此，作为熔解铸造时的脱氧成分使其同时含有P和Fe来调整铜合金的组成。具体来讲，在熔解材料的熔融时间点进行成分分析，为了满足规定的目标含油量，适量地添加P和Fe。为了得到上述范围的合金组成，作为脱氧剂P和Fe的含量适合分别调整为0.006质量％～0.008质量％的范围。另外，当熔融时，如果P和Fe的分析值超过了0.010质量％，则主动将熔融液与空气接触，将P和Fe的分析值调整到0.010质量％以下的范围。之后，在决定加热并排出熔融液的时候，更优选的是将P的含量调整为0.005质量％～0.010质量％、Fe的含量调整为0.007质量％～0.010质量％。再者，考虑到在本发明中的调整误差和氧化消耗，并不预先确定铜合金中的P和Fe的含量。

[0033] 之后，在有关本发明所述的高导电性耐热铜合金的制造方法中，在进行熔解铸造、将铜合金的成分熔解进行成分分析之后，优选为根据需要调整P和Fe的各个成分的含量。这些合金成分中的P和Fe，通过使其熔解会使得其含量在一定程度上发生变化。因此，通过确认使原料熔解时的状态，优选为事后再进行调整。另外，由于本发明所述的高导电性耐热铜合金中含有的磷成分以及铁成分是非常微量的，只要在熔解铸造的最终阶段添加就可以简单地调整这些合金成分的精密含量。

[0034] 另外，本发明所述的铜合金，在熔解铸造之后，与一般的合金一样进行热轧、切割之后，实施冷轧和最终退火，通过之后的冷轧调整对应于用途的厚度和强度。调整硬度是由设定的冷轧的加工率来进行的，灵活运用加工硬化现象就可以使维氏硬度(Hv)达到130左右。

[0035] 有关本发明所述的电子元件的形态：关于本发明的电子元件，其特征是采用上述高导电性耐热铜合金制得。有关本发明所述的高导电性耐热铜合金，在具有良好的机械性能的同时，也具有良好的导电性能、耐热性能、热传导性能、散热性能。因此，有关本发明所述的电子元件是满足于这些特性要求的电子元件。这里所述的电子元件包括电线压接端子等在内的部件，对其形状并无限定。即，是将全部同时具有导电性和耐热性的电子元件作为对象。并且，由于同时具有良好的耐热性能和导电性能，所以也可以作为对安全性要求严格的用于车载的配电部件来使用。这里所述的用于车载的配电部件的概念是指，包括构成汽车的各种部件在内的布线材料、接线部件、散热部件等的所有部件。以下通过实施例以及比较例来具体说明本发明所述的高导电性耐热铜合金。

[0036] 〔实施例1〕

[0037] 实施例1中，使用生产线上的燃气炉，在还原性燃烧废气环境下将原料加以熔解，在中间漏槽以及模具内施以木炭盖，将P的含量为0.007质量％，Fe的含量为0.008质量％，余量为铜以及不可避免的杂质所组成的高导电性耐热铜合金进行半连续铸造，得到实施例1的铜锭。此时的杂质的含量组成为：Pb为0.007质量％、Sn为0.006质量％、Zn为0.006质量％，余量的铜为99.97质量％。对此时的熔解铸造工序进行详细说明。在原料熔解时，从商业废料材料、工厂内反复使用的材料等中选择适当的材料进行熔解。之后，提取熔解之后的样品进行分析，P的含量为0.008质量％，Fe的含量为0.003质量％。在这里，将铜锭组成的目标值设定为：P的含量为0.008质量％，Fe的含量为0.008质量％，于是适量补充添加Fe的成分。

[0038] 之后，使用现场的生产线，将实施例1的铜锭加热到800℃之后，将其热轧为厚度13mm。之后进行切割，进而进行冷轧做成厚度为1.8mm的冷轧材料，从该冷轧材料上提取样品。之后，对此样品进行400℃×1小时的加热处理(最终退火)之后，使用试验用轧制机进行加工率75％的冷轧，得到厚度为0.45mm的实施例1的板状铜合金材料。

[0039] 实施例1的板状铜合金材料的物理性质为，维氏硬度(Hv)为126、抗拉强度为2 2
419N/mm、耐力(0.2％耐力)为407N/mm、延展率为2.3％、导电率为98.7％IACS(最终退火之后的导电率为101％IACS)。之后，对该实施例1的板状铜合金材料进行以下的耐热试验。

[0040] 耐热试验1：在耐热试验1中，将从实施例1的板状铜合金材料上切割出来的样本在浴温维持在300℃的盐浴中浸泡1小时之后，淬火冷却至室温，测定该样本的维氏硬度2
(Hv)。其结果为，维氏硬度(Hv)为114、抗拉强度为356N/mm、耐力(0.2％耐力)为331N/
2
mm、延展率为10％、导电率为100％IACS。在耐热试验前后的维氏硬度(Hv)和耐力(0.2％耐力)的变化以及最终退火之后的导电率如之后的表1所示。

[0041] 耐热试验2：在耐热试验2中，将从实施例1的板状铜合金材料上切割出来的样本在环境温度维持在150℃的空气热处理槽中保持500小时。之后，冷却至室温，测定该样本的维氏硬度(Hv)。其结果为，维氏硬度(Hv)与低温退火的硬化作用相比变得更高，为130。

[0042] 〔实施例2〕

[0043] 实施例2中，也与实施例1同样，使用生产线上的燃气炉，在还原性燃烧废气环境下将原料加以熔解，在中间漏槽以及模具内施以木炭盖，将具有P的含量为0.005质量％，Fe的含量为0.005质量％，余量为铜以及不可避免的杂质所组成的铜合金进行半连续铸造，得到实施例2的铜锭。此时的杂质的含量组成为：Pb为0.002质量％、Zn为0.002质量％、Ni为0.003质量％，余量的铜为99.97质量％。

[0044] 此时，提取熔解之后的样品进行分析，P的含量为0.005质量％，Fe的含量为0.002质量％。在这里，将组成的目标值设定为：P的含量为0.008质量％，Fe的含量为0.008质量％，于是适量补充添加P和Fe的成分。

[0045] 之后，使用实施例2的铜锭，与实施例1同样，进行热轧/切割/冷轧/最终退火/冷轧，得到厚度为0.45mm的实施例2的板状铜合金材料。实施例2的板状铜合金材料的2 2
物理性质为，维氏硬度(Hv)为126、抗拉强度为426N/mm、耐力(0.2％耐力)为420N/mm、延展率为3.6％、导电率为97.4％IACS(最终退火之后的导电率为100％IACS)。另外，实
2
施耐热试验1的结果为，维氏硬度(Hv)为117、抗拉强度为352N/mm、耐力(0.2％耐力)为
2
321N/mm、延展率为13％、导电率为99.0％IACS。在耐热试验前后的维氏硬度(Hv)和耐力(0.2％耐力)的变化以及最终退火之后的导电率如之后的表1所示。由于耐热试验1的结果良好，所以就没有实施耐热试验2。

[0046] 〔比较例1〕

[0047] 比较例1中，为了与实施例1以及实施例2进行对比，使用了反射炉精炼铜。该反射炉精炼铜符合JISC1100的规定，使用了在生产线上进行热轧、切割、冷轧、最终退火(连续退火)而完成的厚度为1.8mm的板状反射炉精炼铜材料。之后，将该板状反射炉精炼铜材料进一步使用试验用轧制机进行轧制，得到厚度为0.45mm的比较例1的板状铜合金材料。

[0048] 比较例1的板状铜合金材料的物理性质为，维氏硬度(Hv)为125、抗拉强度为2 2
423N/mm、耐力(0.2％耐力)为414N/mm、延展率为2.1％、导电率为99.4％IACS(最终退火之后的导电率为102％IACS)。之后，实施耐热试验1的结果为，维氏硬度(Hv)为52、抗
2 2
拉强度为230N/mm、耐力(0.2％耐力)为64N/mm、延展率为42％、导电率为102％IACS。
在耐热试验前后的维氏硬度(Hv)和耐力(0.2％耐力)的变化以及最终退火之后的导电率如之后的表1所示。

[0049] 耐热试验2：由于从比较例1中的耐热试验1看到了很大的变化，所以与实施例1同样来实施耐热试验2，测定在150℃的环境下保持1小时后和500小时后的维氏硬度(Hv)。其结果为，维氏硬度(Hv)在1小时后已经变为63，500小时后是49。

[0050] 〔比较例2〕

[0051] 比较例2中，与实施例1同样，使用生产现场的燃气炉，在还原性燃烧废气环境下将原料加以熔解，在中间漏槽以及模具内施以木炭盖，将具有P的含量为0.007质量％，Fe的含量为0.003质量％，余量为铜以及不可避免的杂质所组成的铜合金进行半连续铸造，得到比较例2的铜锭。此时的杂质的含量组成为：Pb为0.002质量％、Sn为0.002质量％、Zn为0.005质量％，余量的铜为99.97质量％。

[0052] 此时，提取熔解之后的样品进行分析，P的含量为0.009质量％，Fe的含量为0.002质量％。在这里，将组成的目标值设定为：Fe的含量为0.005质量％，于是不添加P的成分而适量补充添加Fe的成分。之后，使用比较例2中的铜锭，与实施例1同样，进行热轧/切割/冷轧/最终退火/冷轧，得到厚度为0.45mm的比较例2的板状铜合金材料。

[0053] 比较例2的板状铜合金材料的物理性质为，维氏硬度(Hv)为131、抗拉强度为2 2
429N/mm、耐力(0.2％耐力)为424N/mm、延展率为1.8％、导电率为97.2％IACS(最终退火之后的导电率为100％IACS)。之后，实施耐热试验后的维氏硬度(Hv)为73、抗拉强度为
2 2
352N/mm、耐力(0.2％耐力)为275N/mm、延展率为34％、导电率为100％IACS。在耐热试验前后的维氏硬度(Hv)和耐力(0.2％耐力)的变化以及最终退火之后的导电率如之后的表1所示。

[0054] 〔比较例3〕

[0055] 比较例3中，与实施例1同样，使用生产现场的燃气炉，将商业废料材料和工厂内反复使用的材料作为原料加以熔解。提取熔解之后的样品进行分析，P的含量为0.006质量％，Fe的含量为0.001质量％。对该熔融金属不进行特别的成分调整，直接加温进行半连续铸造，得到比较例3的铜锭。该铜锭的合金组成为，P的含量为0.002质量％，Fe的含量为0.001质量％。之后，使用比较例3的铜锭，与实施例1同样，进行热轧/切割/冷轧，做成厚度为1.8mm的冷轧材料。

[0056] 但是，将从该冷轧材料提取的样品进行400℃×1小时的最终退火时，由于表面产生了气泡，判断为不合格品，就没有进行之后的冷轧加工。实施最终退火的时候的导电率为102％IACS。可以认为这里发生的气泡的原因是由于，在没有实施将Fe的含量调整在规定范围的措施的情况下又试图使P的含量构成降低，所以导致了含有的P的成分全部被氧化而造成的。

[0057] 〔表1〕

[0058]

[0059] 〔实施例与比较例的对比〕

[0060] 导电率：如表1所示，板厚为1.8mm的最终退火的时候的导电率，实施例1为101％、实施例2为100％、比较例1为102％、比较例2为100％。另外，在比较例3中虽然产生了气泡但导电率也是102％，所有的示例均显示了99％IACS以上的高水准的导电率。

[0061] 维氏硬度(Hv)：如表1所示，300℃×1小时的热处理之后的维氏硬度(Hv)，实施例1和实施例2显示了较高的值为114和117，但是比较例1为52，表示已经完全软化(再结晶)了。另外，比较例2的维氏硬度(Hv)也呈现了73的半软化状态，表明了比较例的铜合金都具有耐热性不足的问题。

[0062] 耐力(0.2％耐力)：如表1所示，300℃×1小时的热处理之后的耐力(0.2％耐力)的降低率，实施例1和实施例2仅显示为18.7％和23.6％，但是比较例1为84.5％，已变为软质材质(完成退火材料)的程度了。这样大的耐力(0.2％耐力)的降低，会导致使得压接部强度的降低等需要强度的部分的强度不足的问题，会造成电子部件可靠性的重大问题。另外，也许是由于比较例2中的Fe的含量不足且P的一部分被氧化，所以耐力(0.2％耐力)的降低为35.1％，表明了比较例的铜合金都具有耐热性不足的问题。

[0063] 产业上的可利用性

[0064] 本发明所述的高导电性耐热铜合金，是具有良好耐热性的含有磷和铁的铜合金，其特征在于相对于磷脱氧铜其具有含有铁的成分的组成。即，通过将磷和铁的含量控制在规定的数值，使得铜合金具有高导电率和所希望的耐热性。因此，本发明所述的高导电性耐热铜合金，不仅可以用于通过大电流，也适合作为长时间暴露于较高温度环境下的用于车载的配电部件、或者太阳能发电设备等的在高温环境下使用的电子部件的构成材料来使用。

[0065] 另外，有关本发明所述的高导电性耐热铜合金的制造方法，在进行熔解铸造的工序中，具有作为脱氧成分含有P和Fe的特征，但是在其他方面，由于可以原封不动地采用现有的磷的含量为0.015质量％以上的磷脱氧铜的制造方法，所以可以利用现有的设备。因此，也不需要进行新的设备投资。