KR100366843B1

KR100366843B1 - 동합금 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR100366843B1
Application number: KR10-2000-0059167A
Authority: KR
Inventors: 이상주; 권기양; 최상민; 최세정
Original assignee: 한국카파매트리얼 주식회사
Priority date: 2000-10-09
Filing date: 2000-10-09
Publication date: 2003-01-09
Also published as: KR20010000600A

Abstract

본 발명은 고용강화 합금원소의 첨가를 최소화하고 전기저항이 작고, 화학적 및 열적 안정성이 뛰어난 금속간화합물을 석출시켜 고전도도를 유지하면서 강도, 반복굽힘특성, 내응력부식균열성, 및 열간 가공성이 우수하여 초LSI 반도체에 적합한 리드 프레임 재료로 사용되는 동합금 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 동합금은 Cr ; 0.05∼1.0wt.%, Si : 0.6∼0.8wt.%, Fe : 0.1∼0.5wt.%, Mn : 0.1∼1.0wt.%, Sn : 0.1∼1.0wt.%, Ni : 0.1∼0.4wt.%, Mg : 0.005∼0.01wt.%, Se : 0.02∼0.1wt.%, Ag, Te 및 Zr로 이루어진 군중에서 선택된 적어도 하나의 원소 : 0.01∼0.1wt.%, 및 잔부 Cu로 이루어진다. 본 발명의 동합금 제조방법은 Cr ; 0.05∼1.0wt.%, Si : 0.6∼0.8wt.%, Fe : 0.1∼0.5wt.%, Mn : 0.1∼1.0wt.%, Sn : 0.1∼1.0wt.%, Ni : 0.1∼0.4wt.%, Mg : 0.005∼0.01wt.%, Se : 0.02∼0.1wt.%, Ag, Te 및 Zr로 이루어진 군중에서 선택된 적어도 하나의 원소 : 0.01∼0.1wt.%, 및 잔부 Cu의 배합비로 원자재를 배합하는 단계; 배합된 원자재를 1300∼1700℃의 온도로 용해하는 단계; 용해된 원자재를 1150∼1200℃에서 정련하는 단계; 정련된 원자재를 수직주조하여 잉곳을 주조하는 단계; 주조된 잉곳을 900∼950℃의 온도에서 열간압연을 행하는 단계; 850∼900℃의 온도에서 30∼60분동안 유지하고 10∼12℃/초의 냉각속도로 냉각하여 용체화처리를 행하는 단계; 상기 용체화처리 후 500∼650℃의 온도에서 1차 어닐링을 행하는 단계; 상기 1차 어닐링 후에 상온에서 초기압연(break down)하는 단계; 상기 초기압연 후 500∼650℃의 온도에서 2차 어닐링을 행하는 단계; 상기 2차 어닐링 후에 상온에서 중간압연하는 단계; 상기 중간압연 후 500∼650℃의 온도에서 3차 어닐링하는 단계; 3차 어닐링 후에 상온에서 마무리 압연하는 단계; 및 500∼650℃의 온도에서 1∼5분 동안 4차 어닐링하는 단계를 포함한다.

Description

동합금 및 그의 제조방법{copper alloy and method of manufacturing the same}

본 발명은 동합금 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 고용강화 합금원소의 첨가를 최소화하고 전기저항이 작고, 화학적 및 열적 안정성이 뛰어난 금속간화합물을 석출시켜 고전도도를 유지하면서 강도, 반복굽힘특성, 내응력부식균열성, 및 열간가공성이 우수하여 초LSI 반도체에 적합한 리드 프레임 재료로 사용되는 동합금 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

과거 IC 및 LSI 반도체용 리드 프레임 재료는 인장강도, 항복강도, 영률 등과 같은 기계적 성질, 연신율과 반복굽힘 강도와 같은 인성, 그리고 열전도성이 우수하고, Si에 가까운 열팽창계수를 가져야 하며, 내열성 및 내응력부식균열 감수성이 높고, 도금성과 내납땜성이 우수한 특성이 요구되었다. 그러나, 초LSI 반도체 리드 프레임 재료에 있어서는, 더욱 심화된 소형화 및 고집적화로 인해 열전도성 및 열방산성에 대한 요구가 더욱 높아진 반면, 최근 반도체 제조기술의 진보에 의해 도금공정을 생략하고 반도체 칩을 직접 동합금 리드프레임에 다이본딩 또는 와이어본딩하는 베어본딩기술이 발달하여 생산성 향상 및 생산비용의 저감을 위해 니켈도금 또는 귀금속도금을 생략하고 있어, 도금성에 대한 요구는 감소하고 있다.

반도체용 리드 프레임 재료는 선팽창계수가 소자 및 세라믹과 근사한 Fe-42wt.%Ni합금으로 제조되었으나, 접착기술과 소자용 밀봉제의 발전에 따라 열방산이 우수하면서 상대적으로 가격이 낮은 동계재료(copper-based material)로 대체되었다. IC 및 LSI 반도체 리드 프레임 재료인 Cu-Sn계 합금을 제1세대로 하여, Cu-Fe-P계 및 개량된 Cu-Sn계 합금을 제2세대, Cu-Ni-Si계 및 복합재료를 제3세대로 분류할 수 있다.

초LSI 반도체 리드프레임용 재료는 기존의 IC 및 LSI 반도체 리드 프레임 재료인 Cu-Ni-Si계 합금의 요구특성을 만족시키면서 열전도성 및 열방산성이 보다 우수할 것을 요구하고 있다.

본 발명의 목적은 Cu-Ni-Si계 합금으로 만든 리드 프레임 재료 수준 이상의 높은 강도, 양호한 반복굽힘특성, 우수한 내응력부식균열성 및 열간가공성을 가지며, 또한 우수한 전기전도도, 열전도도 및 내열 특성을 갖는 초LSI 반도체용 리드 프레임용 동합금 및 그의 제조법을 제공하는 데에 있다. 이는 주조공정에서의 석출 및 용체화처리에 의한 석출을 통해 합금원소들의 기지내에 고용을 최소화함으로써 달성된다. 즉, 금속간화합물인 Mn₅Si₃, Cr-Si-Fe Ni₂Si 등을 석출시키므로써 달성되는 것이다.

도 1은 본 발명의 동합금의 미세조직 및 Mn Ai 석출물의 SEM 맵핑(Mapping) 사진으로, a)는 SEM 이미지 사진이고, b)는 Mn WDX(wavelength dispersive X-ray) 맵핑 사진이며, c)는 Si WDX 맵핑 사진.도 2는 본 발명의 동합금의 미세조직 및 Cr-Si-Fe계 석출물의 SEM 맵핑 사진으로, a)는 SEM 이미지 사진이고, b)는 Fe WDX(wavelength dispersive X-ray) 맵핑 사진이며, c)는 Cr WDX 맵핑 사진이며, d)는 Si WDX 맵핑 사진.도 3은 본 발명의 동합금은 미세조직 사진으로, a)Ni/Si SEM 라인 스캐닝(line scanning) 사진 및 b) XRD(X-ray diffraction) 분석결과.

본 발명의 동합금은 Cr ; 0.05∼1.0wt.%, Si : 0.6∼0.8wt.%, Fe : 0.1∼0.5wt.%, Mn : 0.1∼1.0wt.%, Sn : 0.1∼1.0wt.%, Ni : 0.1∼0.4wt.%, Mg : 0.005∼0.01wt.%, Se : 0.02∼0.1wt.%, Ag, Te 및 Zr로 이루어진 군중에서 선택된 적어도 하나의 원소 : 0.01∼0.1wt.%, 및 잔부 Cu로 이루어지고, Cr-Si-Fe계, Ni₂Si 및 Mn₅Si₃의 석출물을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 동합금 제조방법은 Cr ; 0.05∼1.0wt.%, Si : 0.6∼0.8wt.%, Fe : 0.1∼0.5wt.%, Mn : 0.1∼1.0wt.%, Sn : 0.1∼1.0wt.%, Ni : 0.1∼0.4wt.%, Mg : 0.005∼0.01wt.%, Se : 0.02∼0.1wt.%, Ag, Te 및 Zr로 이루어진 군중에서 선택된 적어도 하나의 원소 : 0.01∼0.1wt.%, 및 잔부 Cu의 배합비로 원자재를 배합하는 단계; 배합된 원자재를 1300∼1700℃의 온도로 용해하는 단계; 용해된 원자재를 1150∼1200℃에서 정련하는 단계; 정련된 원자재를 수직주조하여 잉곳을 주조하는 단계; 주조된 잉곳을 900∼950℃의 온도에서 열간압연을 행하는 단계; 850∼900℃의 온도에서 30∼60분동안 유지하고 10∼12℃/초의 냉각속도로 냉각하여 용체화처리를 행하는 단계; 상기 용체화처리 후 500∼650℃의 온도에서 1차 어닐링을 행하는 단계; 상기 1차 어닐링 후에 상온에서 초기압연(break down)하는 단계; 상기 초기압연 후 500∼650℃의 온도에서 2차 어닐링을 행하는 단계; 상기 2차 어닐링 후에 상온에서 중간압연하는 단계; 상기 중간압연 후 500∼650℃의 온도에서 3차 어닐링하는 단계; 3차 어닐링 후에 상온에서 마무리 압연하는 단계; 및 500∼650℃의 온도에서 1∼5분 동안 4차 어닐링하는 단계를 포함하며, Cr-Si-Fe계, Ni₂Si 및 Mn₅Si₃의 석출물을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.첨부도면 중 도 1은 본 발명의 동합금의 미세조직 및 Mn Ai 석출물의 SEM 맵핑(Mapping) 사진으로, a)는 SEM 이미지 사진이고, b)는 Mn WDX(wavelength dispersive X-ray) 맵핑 사진이며, c)는 Si WDX 맵핑 사진이다. 도 2는 본 발명의 동합금의 미세조직 및 Cr-Si-Fe계 석출물의 SEM 맵핑 사진으로, a)는 SEM 이미지 사진이고, b)는 Fe WDX(wavelength dispersive X-ray) 맵핑 사진이며, c)는 Cr WDX 맵핑 사진이고, d)는 Si WDX 맵핑 사진이다. 도 3은 본 발명의 동합금은 미세조직 사진으로, a)는 Ni/Si SEM 라인 스캐닝(line scanning) 사진이고, b)는 XRD(X-ray diffraction) 분석결과이다.

본 발명에 따른 동합금에서 첨가원소의 조성을 한정하는 이유를 구체적으로 설명하고자 한다.

Cr : 0.05 ∼ 1.0wt.%

Cr은 0.05wt.%까지 고용되고, 전기전도성을 크게 떨어뜨리지 않으면서 도 2에 보인 바와 같이 Cr-Si-Fe계 석출물을 형성하여 인장강도 및 내열성을 향상시키는 원소이다. 그 함량이 0.05wt.%미만이면, Si이 0.6∼0.8wt.% 함유되어 있어도 석출물을 형성하지 못하고, 강도와 내열성에 있어서 효과가 없다. Cr함량이 1.0wt.%를 초과하면, 금속상 Cr의 석출물이 과도하게 생성되어 전기전도도가 떨어지고, 비경제적이다. 따라서, Cr의 함량을 0.05∼1.0wt.%로 하였다.

Si : 0.6 ∼ 0.8wt.%

Si는 도 1 내지 도 3에서 보인 바와 같이, 응고시 Cr-Si-Fe계 및 Mn₅Si₃형태로 석출되고 용체화처리시 Ni₂Si 석출물을 형성하여 강도 및 내열성을 제공하는 원소이다. Si함량이 0.6wt.% 미만이면 석출물의 형성이 어려워 강도 및 내열성에 있어 효과가 없다. Si함량이 0.8wt.%를 초과하면 전기전도도가 떨어지고 열간가공특성이 악화된다. 따라서 Si 함량은 0.6∼0.8wt.%로 하였다.

Fe : 0.1 ∼ 0.5wt.%

Fe는 도 2에서 보인 바와 같이, Cr-Si-Fe계 석출물을 형성하여 강도 및 내열성을 제공하는 원소이다. Fe함량이 0.1wt.%미만이면, 석출물의 형성이 어려워 강도 및 내열성에 있어 개선이 없다. Fe함량이 0.5wt.%를 초과하면, 전기전도도가 급격히 감소한다.

Mn : 0.1 ∼ 1.0wt.%

도 1에서 보인 바와 같이, Mn은 열간가공특성을 개선하고 Si과 결합하여 Mn₅Si₃형태로 석출되어 내열성을 향상시키는 원소이다. Mn 함량이 0.1wt.%미만이면 효과가 매우 적게 나타난다. Mn함량이 1.0wt.%를 초과하면, 주조시 유동성에 악영향을 미쳐 잉곳의 생산성이 저하된다. 따라서 Mn의 함량은 0.1∼1.0wt.%이어야 한다.

Sn : 0.1 ∼ 1.0wt.%

Sn은 강성강도와 반복굽힘특성을 개선하는 원소이다. Sn함량이 0.1wt.%미만이면, 이러한 효과는 매우 적게 나타난다. Sn함량이 1.0wt.%를 초과하면, 전기전도도, 내열성, 열간가공특성에 악영향을 미친다. 따라서, Sn의 함량은 0.1∼1.0wt.%로 하였다.

Ni : 0.1 ∼ 0.4wt.%

도 3에서 보인 바와 같이, Ni는 Cu와 전율고용체를 이루고, Si과 Ni₂Si 형태의 석출물을 형성하여 강도를 제공하는 원소이다. 그 함량이 0.1wt.%미만이면, Si이 0.6∼0.8wt.% 함유되어 있어도 석출물 형성이 어려워 강도와 내열성에 있어서 효과가 없다. Ni함량이 0.4wt.%를 초과하면 전기전도도가 떨어지고 비경제적이다. 따라서, Ni의 함량은 0.1∼0.4wt.%로 하였다.

Mg : 0.005 ∼ 0.01.%

불가피하게 혼입되는 S와 혼합물을 매트릭스내에서 형성하여 열간가공을 가능케하는 필수원소이다. Mg의 함량이 0.005wt.%미만이면, S은 안정한 MgS로 되지 않고, 그대로 혹은 MnS형태로 남아 있다. S 혹은 MnS는 입계로 이동하여 열간압연을 위해 가열하는 동안 또는 열간압연하는 동안 균열을 생기게 한다. Mg의 함량이 0.01wt.%를 초과하는 경우 잉곳을 722℃이상 가열하면 잉곳에 형성된 공정 Cu+MgCl₂(용융점 722℃)으로 인하여 잉곳에 균열이 생기며, 용융금속이 산화되고, 용융금속의 유동성이 나쁘게 되고, 잉곳의 질이 나쁘게 되며, 잉곳의 생산성이 저하된다. 따라서, Mg의 함량은 0.005∼0.01wt.%로 하였다.

Se : 0.02 ∼ 0.1wt.%

전기전도도를 크게 떨어뜨리지 않으면서 고온인장강도를 향상시키는 원소이다. Se함량이 0.02wt.%미만이면, 이러한 효과는 매우 적게 나타난다. Se함량이 0.1wt.%를 초과하면, 열간가공특성에 악영향을 미치고, 비경제적이다. 따라서, Sn의 함량은 0.02∼0.1wt.%로 하였다.

Ag, Te, Zr :

이들 원소는 내열특성 및 열간압연특성을 개선시키는 원소들이다. 이것들의 함량이 0.01wt.% 미만이면, 이러한 효과가 매우 적게 나타나며, 0.1wt.%를 초과하면, 잉곳 주조시 용융금속의 유동성이 불량하여 잉곳의 생산성이 저하한다. 따라서, Ag, Te 및 Zr의 함량은 0.01∼0.1wt.%로 하였다.

다음은 본 발명에 따른 동합금의 제조방법을 설명한다.

본 발명의 동합금은 상술한 바와 같이 초LSI 반도체의 리드 프레임 재료에 적합한 동합금재이므로 그 사용에 알맞도록 최종 두께가 0.25mm 수준의 박판으로 제조되어야 한다. 따라서 제조공정은 크게 주조 및 열처리를 통한 금속간화합물의 석출공정과 0.25mm 수준의 박판으로 제조하기 위한 압연과 어닐링공정으로 나눌 수 있다. 따라서 우선 상술한 조성을 갖는 원자재를 1300∼1700℃의 온도로 용해하고, 용해된 원자재를 1150∼1200℃에서 30분간 유지하여 정련한 후, 정련된 원자재를 수직주조하여 잉곳을 주조한다.상기 원자재의 용해온도가 1300℃ 미만이면 충분한 용해가 이루어지지 않고, 1700℃를 초과하면 과다한 에너지가 소요되므로 1300∼1700℃의 온도로 용해하여야 한다. 또한 원자재의 정제시 정제온도가 1150℃ 미만이면 원자재의 유동성이 떨어져 편석현상이 발생할 수 있으며, 1200℃를 초과하면 고온에서의 산화현상 및 가스 발생 등에 의한 화학성분조성에 문제가 야기될 뿐만 아니라 비경제적이므로 1150∼1200℃에서 정련하는 것이 바람직하다.정련된 원자재를 주조할 시, 1175℃∼1225℃의 온도로부터 냉각속도를 100∼120℃/초로 하며, 이는 주조시 형성되는 Cr-Si-Fe계 및 Mn₅Si₃형태의 석출물을 미세하고 균일하게 분포시키기 위함이다. 상기 냉각속도가 100℃/초 미만이면 이들 석출물들이 조대해지고 편석을 일으켜 인장강도 및 내열특성에 유리한 조건을 제공하지 못하며, 120℃/초를 초과하면 주조 조직에 결함이 발생될 수 있으므로 100∼120℃/초로 하는 것이 바람직하다.

주조된 잉곳을 열간압연하되, 압연온도가 900℃ 미만이면 6회 압연 가공시 가공경화 및 열간가공의 특성을 저하시키고, 950℃를 초과하면 주조 조직이 파괴(cerak)될 우려가 있으며, 압하율이 18%/회 미만이면 조직표면의 가공경화 현상 및 열간강공의 특성이 저하되고, 24%/회를 초과하면 제품 특성상 파탄 및 파괴 현상이 발생할 수 있으며, 압연 회수가 6회 미만이면 화학성분의 구성상 열간가공시에 조직의 균열이 발생할 수 있고, 7회를 초과하면 열간가공의 특성을 저하시킬 뿐만 아니라 비경제적이므로, 안정적이고 효율적인 가공상태를 유지하기 위하여 900∼950℃의 온도에서 18∼24%/회의 압하율로 6 내지 7회 반복하여 열간압연한다.

열간압연 후, 850∼900℃의 온도에서 30분 내지 60분 동안 유지 후 10∼12℃/초의 속도로 냉각하여 용체화처리를 실시한다. 여기서, 유지온도가 850℃ 미만이면 냉각속도에 관계없이 기지내에 Cr의 완전한 재고용이 어려워 Cr 석출물이 잔존함으로써 용체화처리가 완전히 달성되지 않으며, 900℃를 초과하면 냉각을 시작하기 전에 석출이 일어나므로 용체화 처리가 완전히 달성되지 않아 후속하는 조질 압연에 악영향을 미치고, 냉각속도가 10℃/초 미만이면 용체화처리 중 Cr의 석출이 일어나 용체화효과가 저하되며, 12℃/초를 초과하면 석출은 일어나지 않으나 용체화처리의 목적을 이룰 수 없는 문제가 있다. 또한 유지시간이 30분 미만이면 압연판의 균일한 온도분포를 기대하기 어렵고 60분을 초과하면 표면 산화물의 양이 증가하므로 두께에 따라 30분 내지 60분 동안 유지하는 것이 바람직하다.

후술하는 조질압연 후에 Ni-Si화합물을 석출시키기 위해, 1시간 내지 4시간동안 500∼650℃의 온도에서 1차 어닐링을 행한다. 어닐링시 급냉하면 소재의 강도가 높아저 어닐링의 효율이 반감되며, 완냉시에는 작업능률의 저하로 인하여 비경제적이므로 1℃/초의 냉각속도로 하는 것이 바람직하나, 반드시 이를 제한하는 것은 아니다. 또한 1차 어닐링 온도가 500℃미만이면 비록 어닐링 시간이 1시간 내지 4시간이더라도 Ni-Si화합물 즉, Ni₂Si의 석출은 완전하지 않아 상당량의 Ni이 고용되어 전기전도도가 감소하고, 잔류 Si 또한 불순물로 작용하여 강도에 영향을 미친다. 반면 어닐링 온도가 650℃를 초과하면 석출은 일어나지 않으므로 Ni와 Si는 전기전도성을 상당히 악화시킨다. 따라서 어닐링 온도는 500∼650℃이어야 하며, 어닐링 시간은 1시간 내지 4시간이어야 한다. 1시간 미만의 어닐링 시간은 충분한 석출물을 제공하지 못하며, 4시간을 초과하면, 비경제적이다.

1차 어닐링 후에 표면에 스컬핑한 후 상온에서 조질압연을 수행하는데 초기 압연(break down), 중간압연, 마무리 압연(refining finish rolling)순으로 목표 두께인 0.25㎜에 도달하되, 각 조질압연 공정 사이에는 500∼650℃의 온도에서 두께에 따라 60 내지 120분간 2차 어닐링 및 500∼650℃의 온도에서 1 내지 5분 동안 3차 어닐링을 수행한다. 즉, 초기압연 후 중간압연 전에 2차 어닐링을, 중간압연 후 마무리 압연 전에 3차 어닐링을 수행하는 것이며, 2차 어닐링은 과다한 압연으로 인한 가공경화 현성 및 파탄 현상을 완하하기 위한 것이고, 3차 어닐링 역시 과다한 압연으로 인한 파탄 현상을 완화하기 위한 것이며, 2차 및 3차 어닐링은 가공응력을 제거하여 다음 압연을 원활하게 수행하기 위한 통상의 어닐링의 목적 또한 갖는다. 2차 어닐링와 3차 어닐링의 조건은 조질압연 직전에 수행한 1차 어닐링 온도조건과 동일하며, 즉 500∼650℃의 온도이며, 2차 어닐링 시간은 1차 어닐링과 동일하게 두께에 따라 60분 내지 120분 동안 수행하고, 3차 어닐링 시간이 1분 미만이면 충분한 심장율을 회복하지 못하고, 5분을 초과하면 비경제적이므로 1 내지 5분간 시행한다.

조질마무리 압연(refining finish rolling) 후, 압연 때문에 저하된 신장을 회복하기 위하여 그리고 잔류응력을 감소시키고 균일하게 만들기 위해 1분 내지 5분 동안 500℃∼650℃의 온도에서 4차 어닐링을 행한다. 500℃미만의 온도에서의 4차 어닐링은 어닐링을 1분 내지 5분간 지속해도 저하된 신장회복이 미약할 뿐만 아니라 잔류응력도 감소되지 못하고, 반대로 650℃를 초과한 온도에서 4차 어닐링을 하면 석출된 Ni-Si화합물이 재고용되므로 제품의 품질이 불량해진다. 1분 미만의 어닐링 시간은 심장율을 회복하고, 잔류응력을 감소하고 균일하게 하는데 충분하지가 않다. 5분을 초과한 어닐링 시간은 비경제적이며 생산성이 감소된다. 따라서 4차 어닐링 시간은 1분 내지 5분으로 한다.이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한 것으로, 후술하는 실시예들은 특히 초LSI 반도체의 리드 프레임 재료와 그 제조방법에 관한 것이다.

[실시예1]

표 1에 보여진 각 실시예들의 조성을 갖는 동합금을 플레이크 카본(Flake Carbon)으로 피복한 유도용해로를 이용하여 용해하였다. 용융 동합금을 두께 45㎜, 폭 80㎜, 길이 200㎜의 주철로 제조된 몰드 내에 주입하여 잉곳을 제조하였다.

제조된 잉곳의 표면을 깊이 0.3㎜까지 스컬핑하여 두께 44.4㎜, 폭 79.4㎜, 길이 200㎜의 압연 빌렛으로 제조하였다. 압연 빌렛을 900℃에서 평균 압하율 22%로 6회 반복 열간압연하여 두께 10㎜의 플레이트로 만들었다. 이이서 875℃에서 60분간 유지 후 10℃/초의 속도로 냉각하여 용체화처리 한 다음 600℃에서 180분간 유지 후 로냉하여 1차어닐링을 마쳤다.

1차 어닐링 후에 표면을 스컬핑한 후 상온에서 상기에 서술한 조질압연, 2차 및 3차 어닐링을 수행하여 0.25㎜두께로 만들어진 시트를 초석욕로(Saltpetre bath furnace)를 이용하여 600℃에서 1분 30초 동안 유지 후 로냉하여 4차 어닐링을 하였다.

[실시예2]

실시예2는 표 1에 보여진 시편번호 2의 조성을 갖는 동합금을 플레이크 카본(Flake Carbon)으로 피복한 유도용해로를 이용하여 용해하였다. 용융 동합금을실시예1에서와 동일한 조건으로 잉곳을 제조하고, 제조된 잉곳의 표면을 깊이 0.3㎜까지 스컬핑하여 두께 44.4㎜, 폭 79.4㎜, 길이 200㎜의 압연 빌렛으로 제조하였다. 압연 빌렛을 925℃에서 평균 압하율 21%로 7회 반복 열간압연하여 두께 10㎜의 플레이트로 만들었다. 이이서 875℃에서 60분간 유지 후 10℃/초의 속도로 냉각하여 용체화처리 한 다음 600℃에서 180분간 유지 후 로냉하여 1차어닐링을 마쳤다.

1차 어닐링 후에 표면을 스컬핑한 후 상온에서 상기에 서술한 조질압연, 2차 및 3차 어닐링을 수행하여 0.25㎜두께로 만들어진 시트를 초석욕로(Saltpetre bath furnace)를 이용하여 600℃에서 3분동안 유지 후 로냉하여 4차 어닐링을 하였다.

[실시예3]

실시예3은 표 1에 보여진 시편번호 3의 조성을 갖는 동합금을 실시예 1에서와 동일한 조건으로 잉곳을 제조하고, 스컬핑하여 두께 44.4㎜, 폭 79.4㎜, 길이 200㎜의 압연 빌렛으로 제조하였다. 압연 빌렛을 950℃에서 평균 압하율 20%로 7회 반복 열간압연하여 두께 10㎜의 플레이트로 만들었다. 이이서 900℃에서 60분간 유지 후 10℃/초의 속도로 냉각하여 용체화처리 한 다음 650℃에서 240분간 유지 후 로냉하여 1차 어닐링을 마쳤다.

1차 어닐링 후에 표면을 스컬핑한 후 상온에서 상기에 서술한 조질압연, 2차 및 3차 어닐링을 수행하여 0.25㎜두께로 만들어진 시트를 초석욕로(Saltpetre bath furnace)를 이용하여 600℃에서 5분동안 유지 후 로냉하여 4차 어닐링을 하였다.

[실시예4]

실시예4는 표 1에 보여진 시편번호 4의 조성을 갖는 동합금을 실시예 1에서와 동일한 조건으로 잉곳을 제조하고, 스컬핑하여 두께 44.4㎜, 폭 79.4㎜, 길이 200㎜의 압연 빌렛으로 제조하였다. 압연 빌렛을 950℃에서 평균 압하율 20%로 7회 반복 열간압연하여 두께 10㎜의 플레이트로 만들었다. 이이서 900℃에서 60분간 유지 후 10℃/초의 속도로 냉각하여 용체화처리 한 다음 600℃에서 180분간 유지 후 로냉하여 1차어닐링을 마쳤다.

어닐링 후에 표면을 스컬핑한 후 상온에서 상기에 서술한 조질압연, 2차 및 3차 어닐링을 수행하여 0.25㎜두께로 만들어진 시트를 초석욕로(Saltpetre bath furnace)를 이용하여 550℃에서 5분 동안 유지 후 로냉하여 4차 어닐링을 하였다.

[비교예1, 2]

비교예 1, 2는 표 1에 보여진 시편번호 5, 6의 조성을 갖는 동합금을 실시예1, 2에서와 동일한 조건으로 잉곳을 제조하고, 스컬핑하여 두께 44.4㎜, 폭 79.4㎜, 길이 200㎜의 압연 빌렛으로 제조하였다. 빌렛을 850℃에서 두께 10㎜로 열간압연하고 이이서 30℃/초의 속도로 600℃이상에서 수냉하였다. 스케일을 제거한 후 열간 압연한 금속을 두께 0.5㎜로 냉간압연하고 나서 500℃에서 120분간 어닐링하였다. 냉간압연한 시트를 0.25㎜두께의 시트로 만들기 위해 다시 냉간압연하였다. 이 냉간압연한 시트를 최석욕로(Saltpetre bath furnace)를 이용하여 500℃에서 20초간 어닐링하였다.표 2는 본 발명의 실시예들에 따른 개략적인 공정순서 및 조건을 나타낸다.

이렇게 얻어진 시편의 시험결과를 표 3에 나타내었다. 사용된 시험방법은 아래와 같다.

(1) 인장강도는 압연방항에 평행하게 자른 JIS No.13B 시편을 사용하여 측정하였다. 경도는 마이크로-비커스 경도계로 측정하였다.

(2) 반복굽힘시험은 프레스로 펀치된 폭이 0.5㎜인 리드를 시편으로 하여 행하였다. 시험편의 한 끝에 250g의 추를 매달고 0.25R^-1조건으로 파단이 일어나기 전까지 일방향 왕복 90°굽힘을 행하는 시험을 했다. 그 결과를 파단전의 굽힘의 수(왕복을 1회로 함)로 기록하였다. 다섯개의 시편에 대한 평균치를 표시했다. 굽힘의 축은 압연 방향에 평행하다.

(3) 강성강도는 압연방향에 대해 수직으로 자른 두께 0.25㎜, 폭 10㎜, 길이 60㎜의 시편을 사용하여 측정하였다. 강성강도는 곡률반경 40㎜로 굽힐 때 시편이 변위각 10°에 이르는데 요구되는 굽힘 모멘트로 표시하였다.

(4) 내열성은 초석욕로를 이용하여 450℃의 온도에서 5분간 가열한 시편의 경도를 측정함으로써 평가하였다.

본 발명의 실시예 1 내지 4가 전기전도도 및 내열특성이 우수함을 표3에서 알 수 있다. 이는 본 동합금이 초LSI반도체 리드프레임용 재료에 적합한 물성을 가지고 있다는 것을 알 수 있다.

더욱이, 상기 시편들은 비교예 1 및 2의 물성치 이상으로 개선된다. 즉, 본 발명의 실시예 1 내지 4는 인장강도가 900MOa 대의 동일한 수준이면서도 80IACS% 정도의 높은 전기전도성을 갖고 있어 비교예 1 및 비해 최고 1.8 배 이상으로 개선된다.

본 발명의 시편은 Cu내에 고용되어 전기전도도를 떨어뜨리는 합금원소들을 주조공정에서의 석출 및 용체화처리에 의한 석출을 통해 기지내에 고용을 최소화시켰는데, Cr은 Cr-Si-Fe계 석출물로, Si은 Cr-Si-Fe계, Mn₅Si₃, Ni₂Si 등으로 석출하고, Fe는 Cr-Si-Fe계로, 그리고 Ni은 Ni₂Si로 석출시킴으로써 Cu-Ni-Si계 합금으로 만든 리드 프레임 재료보다 높은 강도, 양호한 반복굽힘특성, 내응력부식균열성, 열간가공성과 같은 우수한 특성을 갖으면서, 전기전도도, 열전도도 및 내열 특성에 있어 매우 우수하다.

Claims

중량%로 Cr ; 0.05∼1.0wt.%, Si : 0.6∼0.8wt.%, Fe : 0.1∼0.5wt.%, Mn : 0.1∼1.0wt.%, Sn : 0.1∼1.0wt.%, Ni : 0.1∼0.4wt.%, Mg : 0.005∼0.01wt.%, Se : 0.02∼0.1wt.%, Ag, Te 및 Zr로 이루어진 군중에서 선택된 적어도 하나의 원소 : 0.01∼0.1wt.%, 및 잔부 Cu로 이루어지고, Cr-Si-Fe계, Ni₂Si 및 Mn₅Si₃의 석출물을 포함하는 것을 특징으로 하는 동합금.
삭제
Cr ; 0.05∼1.0wt.%, Si : 0.6∼0.8wt.%, Fe : 0.1∼0.5wt.%, Mn : 0.1∼1.0wt.%, Sn : 0.1∼1.0wt.%, Ni : 0.1∼0.4wt.%, Mg : 0.005∼0.01wt.%, Se : 0.02∼0.1wt.%, Ag, Te 및 Zr로 이루어진 군중에서 선택된 적어도 하나의 원소 : 0.01∼0.1wt.%, 및 잔부 Cu의 배합비로 원자재를 배합하는 단계; 배합된 원자재를 1300∼1700℃의 온도로 용해하는 단계; 용해된 원자재를 1150∼1200℃에서 정련하는 단계; 정련된 원자재를 수직주조하여 잉곳을 주조하는 단계; 주조된 잉곳을 900∼950℃의 온도에서 열간압연을 행하는 단계; 850∼900℃의 온도에서 30∼60분동안 유지하고 10∼12℃/초의 냉각속도로 냉각하여 용체화처리를 행하는 단계; 상기 용체화처리 후 500∼650℃의 온도에서 1차 어닐링을 행하는 단계; 상기 1차 어닐링 후에 상온에서 초기압연(break down)하는 단계; 상기 초기압연 후 500∼650℃의 온도에서 2차 어닐링을 행하는 단계; 상기 2차 어닐링 후에 상온에서 중간압연하는 단계; 상기 중간압연 후 500∼650℃의 온도에서 3차 어닐링하는 단계; 3차 어닐링 후에 상온에서 마무리 압연하는 단계; 및 500∼650℃의 온도에서 1∼5분 동안 4차 어닐링하는 단계를 포함하여, Cr-Si-Fe계, Ni₂Si 및 Mn₅Si₃의 석출물을 포함하는 동합금의 제조방법.
제 3항에 있어서, 상기 잉곳을 주조하는 단계에서 냉각속도가 100∼120℃/초인 것을 특징으로 하는 동합금의 제조방법
제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 용체화처리 후의 1차 어닐링 단계는 500∼650℃의 온도에서 1 내지 4시간 동안 행하여지는 동합금의 제조방법.
제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 4차 어닐링 단계는 500∼650℃의 온도에서 1분 내지 5분동안 행하여지는 동합금의 제조방법.
제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 열간 압연단계에서 18∼24%/회의 압하율로 6 내지 7회 반복하여 열간압연이 행해지는 동합금의 제조방법.