KR100592206B1

KR100592206B1 - 전자재료용 구리합금

Info

Publication number: KR100592206B1
Application number: KR1020040038146A
Authority: KR
Inventors: 에라나오히꼬; 후까마찌가즈히꼬
Original assignee: 닛꼬 긴조꾸 가꼬 가부시키가이샤
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2004-05-28
Publication date: 2006-06-23
Also published as: KR20040103409A; TWI272313B; TW200426233A; JP4679040B2; JP2004353069A

Abstract

리드 프레임, 단자, 커넥터, 스위치, 계전기 등의 각종 전자기기 부품에 사용하기에 적합한 강도, 굽힘가공성을 가지면서 도전율도 우수한 전자재료용 구리합금을 제공한다.

Ni：1.0 ∼ 4.8 질량%, Si：0.30 ∼ 1.2 질량%를 함유하고, 또한 Mn, Mg 의 1 종 또는 2 종을 합계 0.03 ∼ 0.5 질량% 함유하는 잔부 Cu 및 불가피한 불순물로 이루어지는 구리합금에 있어서, 최종제품의 도전율을 EC (%IACS), 합금조성 중의 Ni 및 Si 의 첨가량 (질량%) 을 [Ni] 및 [Si] 로 하고, 이들이 합금 중에 고용된 경우의 도전율을 EC_합금으로 하여 EC_합금 = 150/{1.72 + 1.5[Ni] + 4[Si]} 로 나타낸 경우에, 제조공정의 가공과 열처리를 조정하여 최종 제품의 도전율 (EC) 을 EC_합금 + 20 ≤EC ≤EC_합금 + 30 이 되는 범위로 제어한 것을 특징으로 하는 고강도 고굽힘가공성 전자재료용 구리합금.

Description

전자재료용 구리합금 {COPPER ALLOY FOR ELECTRONIC MATERIAL}

본 발명은, 리드 프레임, 단자, 커넥터, 스위치, 계전기 등의 각종 전자기기 부품에 사용하기에 적합한 강도, 도전율 및 굽힘가공성이 우수한 전자재료용 구리합금에 관한 것이다.

전자기기에 사용되는 재료는, 부품의 소형화나 고신뢰성의 요구에 따라, 고강도, 고전도성에 더하여 내식성이나 내열성이 보다 우수할 것이 요망되고 있다. 종래의 전자기기용 구리합금으로는, 인청동이나 황동과 같은 고용강화형 (固溶强化型) 이 널리 사용되어 왔지만, 고도전성이라는 관점에서 Cu-Ni-Si 계의 코슨 합금 (Corson Alloy) 과 같은 석출경화형 구리합금도 사용되게 되어 왔다.

석출경화형 구리합금 중에서도 Cu-Ni-Si 계 합금은 고강도와 비교적 높은 도전율을 겸비하는 합금계이다. 이 강화기구는, Cu 매트릭스 중에 Ni-Si 계의 금속간 화합물 입자가 석출됨으로써 강도를 향상시킨 것이다.

최근의 반도체 기기의 고집적화나 소형화, 또는 고밀도 실장에 따라 전자기기에 사용되는 재료도 판두께가 얇아지는 경향이 있다. 판두께가 얇아진 경우에는 통전시의 충분한 접압 (接壓) 을 확보하여 정보전달속도 및 방열특성을 확보 하기 위해 고강도, 고도전화가 요구된다. 또한, 기기의 고집적화나 소형화에 따라 복잡한 굽힘가공이 실시되는 용도가 확대되고 있다. 따라서, 종래보다도 고강도인 데다가 엄격한 굽힘가공에 견딜 수 있으며, 정보전달에 충분한 도전율 및 방열특성에 충분한 열전도율이 많이 요구되고 있다 (예를 들어, 일본 공개특허공보 제2001-207229호).

일본 공개특허공보 제2001-207229호에서는, 강도, 도전성 및 굽힘가공성이 양호하기 때문에, Ni/Si = 3 ∼ 7 이 되도록 조정함으로써 강도, 도전성 및 굽힘가공성이 우수한 전자재료용 구리합금으로 규정하고 있다.

그러나, 석출경화형 구리합금이 고강도, 고도전율을 확보한 후에 양호한 굽힘가공성도 확보하기 위해서는, 그 제조공정에서 굽힘가공성을 손상시키지 않도록 공정을 설계하는 것이 더욱 중요하다. 일반적인 석출경화형 구리합금의 제조공정으로는, 용해 주조, 균질화 소둔, 압연 등 소정의 공정을 거쳐 제조된 소조 (素條) 를 사용하여 제 2 상 입자를 구성하는 원소를 구리매트릭스 중에 고용시키기 위한 용체화 (溶體化) 처리를 실시한다. 용체화 처리 후의 소조는 소둔 후에 압연과 시효를 1 회 이상 반복함으로써 원하는 특성을 발휘하는데 그 순서 및 회수에 제한은 없으며, 필요에 따라 변형제거를 수반하는 소둔공정에서 대체하는 것도 가능하다. 이 용체화 처리는 그 합금계가 고용되는 온도에서 소정 시간 유지한 후 급냉하는 것이 석출분율의 증가에는 바람직하지만, 통상 재결정온도 이상의 고온에서 실시한다. 이 용체화를 수반하는 소둔시에 용체화와는 다른 기구로 동 시에 생성되는 재결정조직에 의해 재료는 강도 저하된다. 저하된 강도를 상승시키기 위해 시효처리와 압연을 1 회 이상 실시하는데, 이 경우의 최종가공도가 높은 경우는 고강도화를 기대할 수 있는 반면 연성이 저하된다. 다시 말해서, 고굽힘가공성을 고려한 공정을 설계하기 위해서는, 용체화 처리 후의 연성을 유지하기 위해 최종가공도를 저가공도로 하여 고도전, 고굽힘가공성이 되는 공정을 선택하게 된다.

양호한 굽힘가공성과 도전율을 확보하기 위해 시효 석출을 수반하는 소둔조건을 과시효조건으로 한 경우에는 현저한 강도 저하를 수반하는 일이 있다. 또, 저가공도재를 고강도화할 목적으로 미리 결정입자 미세화를 시도한 경우에는, 입계이동 억제에 핀고정 작용을 하는 제 2 상 입자가 시효를 수반하는 소둔시에 조대화되어 고도전율은 얻을 수 있지만, 강도에 기여하지 않을 뿐만 아니라 굽힘가공성을 열화시키는 기점으로서 작용하는 일도 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 리드 프레임, 단자, 커넥터, 스위치, 계전기 등의 각종 전자기기 부품에 사용하기에 적합한 강도, 굽힘가공성을 가지면서 도전율도 우수한 전자재료용 구리합금을 제공하는 것이다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

발명자들은, 예의연구한 결과, 제조공정의 가공과 열처리를 조정하여 최종제품의 도전율을 제어함으로써 고강도와 고굽힘가공성을 갖는 전자재료용 구리합금을 찾아내었다.

즉,

(1) Ni：1.0 ∼ 4.8 질량%, Si：0.30 ∼ 1.2 질량%를 함유하고, 또한 Mn, Mg 의 1 종 또는 2 종을 합계 0.03 ∼ 0.5 질량% 함유하는 잔부 Cu 및 불가피한 불순물로 구성되는 구리합금에 있어서, 최종제품의 도전율을 EC (%IACS), 합금조성 중의 Ni 및 Si 의 첨가량 (질량%) 을 각각 [Ni] 및 [Si] 로 하고, 이들이 합금 중에 고용된 경우의 도전율을 EC_합금으로 하여 EC_합금 = 150/{1.72 + 1.5[Ni] + 4[Si]} 로 나타낸 경우에, 제조공정의 가공과 열처리를 조정하여 최종 제품의 도전율 (EC) 을 EC_합금 + 20 ≤EC ≤EC_합금 + 30 이 되는 범위로 제어한 것을 특징으로 하는 고강도 고굽힘가공성 전자재료용 구리합금,

(2) Sn, Ti, Zr, Al, Co, Cr, Fe, Zn, Ag 중 1 종 또는 2 종 이상을 0.003 ∼ 2.0 질량% 함유한 상기 (1)에 기재된 고강도 고굽힘가공성 전자재료용 구리합금이다.

(발명의 실시의 형태)

이하에 발명의 한정 이유를 설명한다.

1. Mn 및 Mg

Mg 는 가공경화능이 높은 원소이며 응력완화특성 및 최종강도를 개선하는 효과가 크지만, 그 첨가량이 0.03% 미만이면 그 효과가 얻어지지 않고, 한편 0.50% 이상이면 용해 주조시의 주물 표면의 열화 등 주조성이 저하된다. 또, Mn 은 고용강화에 의해 합금강도를 현저하게 개선하는 동시에 Ni 및 Si 의 공(共)첨가에 의한 강도 상승의 효과를 일부 보완하는 효과를 구비하고 있다. Mn 의 첨가량이 0.03% 미만이면 그 효과는 얻어지지 않고, 한편 0.50% 를 초과한 경우에는 도전율이 현저하게 저하된다. 이들 원소를 공첨가한 경우의 첨가량은 0.03% 이하에서는 그 효과는 얻어지지 않고, 한편 0.5% 이상에서는 도전율이 현저하게 저하되기 때문에 바람직하지 않다. 그래서 Mn 및 Mg 의 1 종 또는 2 종의 첨가량을 0.03 ∼ 0.5 질량% 로 하였다.

2. Ni 및 Si 가 합금 중에 고용된 경우의 도전율 (EC_합금) 과 최종제품의 도전율 (EC)

Ni 및 Si 가 합금 중에 고용된 경우의 도전율은 가열조건에 따라 여러 가지로 다르지만, 완전히 고용되는 온도로 가열하여 1 시간 이상 유지한 후 급냉한 경우에는 EC_합금 = 150/{1.72 + 1.5[Ni] + 4[Si]} 로 나타내는 도전율에 도달한다. 이 도전율을 기준으로 하여 최종제품의 도전율 (EC) 이 EC_합금 + 20 ≤EC ≤EC_합금 + 30 이 되도록 가공 및 열처리조건을 제어함으로써 굽힘가공성을 크게 손상시키지 않고 고강도화를 도모하는 것이 가능하다. 이 경우의 용체화를 수반하는 소둔 후의 제조조건에 관해서는 압연과 시효를 1 회 이상 반복하는 것이 특성발휘를 위해 바람직하지만 그 순서 및 회수에 제한은 없고, 필요에 따라 변형제거를 수반하는 소둔공정에서 대체하는 것도 가능하다. 이 최종제품의 도전율 (EC) 이 EC_합금 + 20 > EC 인 경우에는 시효에 의한 석출이 충분하게 진행되지 않기 때문에 강도가 상승하지 않아 바람직하지 않다. 혹은, 상당히 높은 가공도로 냉간압연을 실시 하였기 때문에 변형의 축적 또는 석출입자의 분단 등에 의해 도전율이 저하하여 굽힘가공성도 현저하게 열화된다.

한편 최종제품의 도전율 (EC) 이 EC > EC_합금 + 30 인 경우에는 과시효에 의해 강도가 부족해지기 쉽고, 또 조대입자가 생성되어 굽힘가공성이 열화되기 쉽기 때문에 바람직하지 않다.

(실시예)

고주파 용해로에서 표 1 의 각 조성의 구리합금을 용제하였다. 그 후 열간압연, 냉간압연, 용체화처리, 냉간압연, 시효처리, 필요에 따라 최종 냉간압연, 변형제거소둔을 실시하였다. 구체적으로 용체화처리 온도는 700℃ 에서 900℃ 의 범위에서 1 분 이상 유지하고, 그 후 곧바로 물로 냉각하였다. 계속해서 여러 가지 가공도로 냉간압연 및 400 ∼ 600℃ 의 각 온도에서 시효처리하는데, 이 경우의 최적조건은 청구항 1 에 기재된 식에서 산출되는 값이 되도록 가공도, 유지온도 및 유지시간을 조정하였다.

또, 일부의 재료에는 최종 냉간압연을 실시한 후 변형제거소둔을 실시하였다. 강도는 인장시험기로 인장강도를 측정하고, 도전율은 더블브리지를 사용하여 전기저항을 측정하였다. 굽힘시험은 시험편 폭을 10㎜ 로 하고 판두께와 동일한 굽힘 반경으로 부하하중 5 톤으로 W 굽힘시험을 행하였다. 또, 굽힘시험 후의 평가는, 압연평행방향 (굽힘 폭이 압연방향에 직각) 의 굽힘부 표면을 광학현미경 (배율 50 배 이상) 으로 관찰하여 양호한 것 (크랙이 없고 표면이 많이 거칠 지 않은 것) 을 Ｏ, 표면이 많이 거칠고 크랙이 발생한 것을 ×로 하였다.

표 1 에 나타낸 바와 같이, 발명예 No. 1 ∼ 21 에서는, 도전율 (EC) 이 본 발명의 청구범위에 있고, 강도, 굽힘가공성 모두 양호한 특성을 구비한 구리합금이 얻어진다.

한편, 비교예 No. 22 ∼ 26 에서는, 합금조성은 본 발명예의 범위이지만 제조공정이 부적절하기 때문에 목표로 하는 특성이 얻어지지 않은 예이며, 비교예 No. 22 에서는 용체화 온도가 낮아 미고용량이 증가하였기 때문에, 시효처리 후의 도전율이 EC > EC_합금 + 30 이 되어 강도가 부족하였다. No. 23 에서는 No. 22 를 더욱 강도 상승시키기 위해 최종 냉간압연을 실시하였으나, 원하는 강도를 얻기 위해서는 고강도화를 요하여, 연성이 저하하며 굽힘가공성이 열화되었다. No. 24 에서는 시효소둔 전의 냉간압연 가공도가 높고, 또한 시효온도도 고온이었기 때문에 과시효소둔이 되어 최종강도가 열화되었다. No. 25 에서는 No. 24 의 강도를 더 상승시키기 위해 저가공도의 냉간압연을 실시하였으나, 시효 전의 냉간압연에 의해 결정입자가 압연조직을 노출시키고 편평해져, 굽힘가공성이 열화되었다. No. 26 에서는 고온에서 용체화 처리한 후 냉간압연 및 시효처리를 실시하였으나, 시효시간이 짧았기 때문에 강도의 상승에 대하여 시효처리 후의 도전율이 낮고, 또한 고온에서의 용체화처리시에 결정입자 직경이 조대화되었기 때문에 굽힘가공성이 열화하였다.

또, No. 27 은 Ni, Si 모두 낮기 때문에 강도가 열화된다. 비교예 No.28 은 Ni 가 높기 때문에 도전율이 열화된다. No. 29 는 Si 가 높기 때문에 열간압연 중에 현저한 균열이 생겨 특성평가가 불가능하였다. 비교예 No. 30 은 Mn 이 높기 때문에 도전율이 현저하게 저하하였다. No. 31 은 부성분이 본 발명 범위를 넘고 있기 때문에 도전율이 현저하게 저하하였다. No. 32 는 부성분이 본 발명 범위를 넘고 있기 때문에 열간압연 중에 현저한 균열이 생겨 특성평가가 불가능하였다. No. 33 은 용체화처리 부족으로 조대입자가 잔존하여, 최종 시 효처리 후에 강도 및 굽힘가공성이 열화된 예이다.

이상 설명한 바와 같이, 제조공정의 가공과 열처리를 조정하여 최종제품의 도전율을 제어함으로써 고강도 및 고굽힘가공성을 갖는 전자재료용 구리합금을 얻을 수 있다.

Claims

Ni：1.0 ∼ 4.8 질량%, Si：0.30 ∼ 1.2 질량%를 함유하고, 또한 Mn, Mg 의 1 종 또는 2 종을 합계 0.03 ∼ 0.5 질량% 함유하는 잔부 Cu 및 불가피한 불순물로 구성되는 구리합금에 있어서, 최종제품의 도전율을 EC (%IACS), 합금조성 중의 Ni 및 Si 의 첨가량 (질량%) 을 각각 [Ni] 및 [Si] 로 하고, 이들이 합금 중에 고용된 경우의 도전율을 EC_합금으로 하여 EC_합금 = 150/{1.72 + 1.5[Ni] + 4[Si]} 로 나타낸 경우에, 제조공정의 가공과 열처리를 조정하여 최종 제품의 도전율 (EC) 을 EC_합금 + 20 ≤EC ≤EC_합금 + 30 이 되는 범위로 제어한 것을 특징으로 하는 고강도 고굽힘가공성 전자재료용 구리합금.
제 1 항에 있어서, Sn, Ti, Zr, Al, Co, Cr, Fe, Zn, Ag 중 1 종 또는 2 종 이상을 0.003 ∼ 2.0 질량% 함유한 고강도 고굽힘가공성 전자재료용 구리합금.