JX金属グループの先端素材と技術が支える未来

2020.12.03 10:08

　第11回　高機能素材Week　が幕張メッセで12月2日（水）~4日（金）に開催された。

　第7回高機能金属展において、初日JX金属グループのブースを訪問した。JX金属では、長年にわたる溶解鋳造・圧延・熱処理・スリットまでの一貫生産で培った技術や合金開発のノウハウを活かした、製品が紹介されていた。

　各製品の特長については、展示会特設ページが参考となる。

→ JX金属グループの先端素材と技術の紹介

　JX金属グループのブースでは、

　　1.チタン銅
　　2.コルソン合金
　　3.Liイオン電池用高強度圧延銅箔

について、お話を伺った。

１．超高強度チタン銅

　高強度が要求される、スマートフォンのカメラモジュールのばね材に、チタン銅が採用されている。チタン銅は、一般的な銅合金材料であるりん青銅に比べ、強度が高く、超小型端子でも高い接触力が得られる。また昨今はカメラ機能の高性能化の一環で、搭載されるレンズの大型化が進んでおり、ばね材には従来に増して高い強度が求められるようになってきた。

　ブースでは、チタン銅の耐応力緩和性（ある材料を高温環境下に置いた際にどの程度ばね性を維持するかを表す特性）を体感させていただいた。りん青銅では③（イニシャル）は白い円盤を押した際の接圧を感じるのに対し④（150℃×1000hr加熱後）は、円盤を押した際の先端の追従感が失われていた。チタン銅では①（イニシャル）と②（150℃×1000hr加熱後）ともに接圧が保持され、動きに追従した。

図1　耐応力緩和性の比較

　展示において、JX金属では、こうしたニーズを満たす銅合金最高レベルとなる 1,500 メガパスカルの引張強度を持つ、超高強度のチタン銅「C1995」を開発したことも紹介されていた（図2）。当材料は銅合金で最高レベルの機械特性を有し、高温下での接触力を保持できる特長をもつ。

図2　導電率（％IACS）と引張強度の関係

２．強度と導電率を高い次元で両立させたコルソン合金

　昨今の CPU の演算性能向上に伴い、CPU ソケットの接点はますます狭ピッチ化と通電量の増加が進行しており、当用途に用いられるコルソン合金（※）には従来に増して強度と導電率の両立が求められている。

※コルソン合金とは、ニッケルとシリコンの微細な金属間化合物を銅マトリックス中に析出させることでバランスのとれた強度と導電率特性を実現する合金で、コルソン博士に由来する名前とのこと。

　電子部品用の伸銅品は強度を上げるために合金化されているが、強度を上げるためには多量の添加元素が必要になる。また、導電性を上げるためには逆に添加元素を少量にする必要があるため、強度と導電性とは相反する関係にある。

図３　コルソン合金の種類

　JX金属は、長年培ってきた独自の合金開発のノウハウと、精密なプロセス制御技術により、高導電と高強度を両立する開発・製造を行い、市場への供給を進めている。ブースでは、コルソン合金のラインナップの紹介とともに、コルソン合金の通電時の発熱量に関するデモ展示がされ、汎用材料であるリン青銅と比較した優位性が示されていた。

左　NKC4820 60%IACS　発熱抑制　◎　24.4 ℃
中央　NKC286 41%IACS　発熱抑制　〇　　26.8　℃
右　りん青銅（汎用品）　33.4℃

図4　コルソン合金の通電時の発熱量の比較　通電時の温度変化

（スマートフォン安全規格　30℃を下回る）

　JX金属ではこのたび新たにコルソン合金「NKC8738」も開発したとのこと。コルソン合金では最高レベルとなる引張強度 1,000 メガパスカルと高い導電性（40％IACS）の両方を兼ね備えた CPU ソケット用の高性能銅合金である。（図2）こうした高い性能から、CPUソケットの他、高性能化が進むスマートフォンなどに使用されるマイクロコネクタにも、使用できる。

３．高い耐熱性を持つリチウムイオン電池向け高強度圧延銅箔

　ドローンやウェアラブル端末などの電子機器に搭載されるリチウムイオン電池の高出力化に向けた技術開発が活発に進められている。電池の出力密度を向上させるための負極活物質を塗工する際、高温・長時間の熱処理を行う場合があり、負極集電体に用いられる銅箔にも高い耐熱性が求めらる。 JX金属では、これら熱処理にも耐えられる圧延銅箔も新たに開発した。（図５）

図５　高い耐熱性を持つリチウムイオン電池向け圧延銅箔

（IRUNIVERSE　tetsukoFY）

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