KR100894076B1

KR100894076B1 - 고전도성, 고강도 및 고가공성을 갖는 전기 및 전자부품용동합금 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100894076B1
Application number: KR1020070035022A
Authority: KR
Inventors: 황인엽; 윤상필; 김대현
Original assignee: 주식회사 풍산
Priority date: 2007-04-10
Filing date: 2007-04-10
Publication date: 2009-04-21
Also published as: KR20080091929A

Abstract

본 발명은 동합금 조성을 적절히 배합함과 함께 제조시 냉간과정에서 석출처리후 2차냉간압연(중간압연) 및 2차 소둔(중간소둔)을 생략하고, 최종압연 및 시효처리를 통해 저렴한 제조원가를 갖게 함과 함께 기존 제품보다 일정수준 이상의 인장강도(46㎏/㎟이상)에서 연신율 16% 이상을 확보할 수 있으며, 고전기전도(70%

IACS 이상)와 고가공성이 증대된 동합금 및 그 제조방법에 관한 것이다.

이에 따른 본 발명은 100중량%로서, 철(Fe) 2.0∼3.0중량%, 주석(Sn) 0.002∼0.2중량%, 인(P) 0.015∼0.15중량%, 아연(Zn) 1.0중량% 이하이고, 나머지가 동(Cu) 및 불가피한 불순물로 조성된 고전도성, 고강도를 갖는 전기 및 전자부품용 동합금 및 상기 조성된 용탕을 얻는 단계, 주조하여 조괴를 만들어 800∼1000℃온도에서 열간압연하는 단계, 이어서 냉각한 후 압하율 70∼90%로 냉간압연하는 단계, 400∼600℃온도에서 1∼10시간 열처리하는 단계, 중간압연 및 중간열처리없이 압하율 40∼60%로 완제압연하는 단계, 400∼700℃ 온도에서 1∼3분간 열처리하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 고전도성, 고강도, 고가공성을 갖는 전기 및 전자부품용 동합금의 제조방법으로 이루어진다.

동합금, 고전도성, 전기전도도

Description

고전도성, 고강도 및 고가공성을 갖는 전기 및 전자부품용 동합금 및 그 제조방법{copper alloy for electric and electro parts having an improved combination of high conductivity, high strength , high workability ＆ method of manufacture for the same}

도 1은 종래의 제조공정도

도 2는 본 발명의 제조공정도

도 3은 굽힘시험을 평가한 현미경 사진

도 4는 스탬핑 후 밴딩부를 나타낸 사진

본 발명은 전기, 전자부품용 동합금 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일반적으로 리드프레임용으로 양산 공급하는 범용 동합금의 조성 및 그 제조공정을 획기적으로 개선함으로서 일정수준 이상의 강도를 확보하면서 고전기전도도, 내연화성 및 최대 가공성을 필요로 하는 단자재에 필수적인 연신율을 최적으로 확보하는 등 물리적 특성을 동시에 만족시키는 동합금 및 그 제조공정에 관한 것이다.

일반적으로 동(Cu)은 우수한 전기 도전체로서 강도와 내연화성을 향상시키기 위해 동(Cu)에 합금원소를 첨가하여 왔으나, 순동에 비해 전기전도도가 크게 떨어지므로 일정한 강도와 내연화성, 고전도도 및 고가공성이 동시에 요구되는 소재 사용에는 적합하지 못한 단점이 있어 왔다.

이를 개선한 리드프레임용 자동차 단자용 재료로는 고강도형인 CDA194(OLIN사)(Cu-Fe-P-Zn)와 CDA195(Cu-Fe-Co-Sn-P) 및 일본특개소60-145343호(Cu-Cr-Ni-P)가 있고, 고전기전도도형으로는 OLIN151(Cu-Zr), KFC(Cu-Fe-P), 일본특개소59-140338호(Cu-Cr-Ni-P), CAC16(Kobe), DK3(Dowa) 등이 있으나, 고강도형은 전기전도도와 내연화성이 좋지않고, 고전기 전도도형 중 OLIN151은 고가이고, CAC16및 DK3는 주조 및 제조방법에 곤란성이 있으며, CDA194는 컨넥터용에 만족하는 연신율을 보유치 못하고, KFC는 만족할 만한 강도를 보유치 못하고 있다. 특히 일정수준 이상의 고가공성 및 열적환경에 필수적인 내연화 특성이 부족하다.

상기 기존 특허에서 CDA194(OLIN사)의 통상 강도는 37∼44kg/mm³ 이고, 전기전도도는 60%, 연신율은 4∼8%를 나타내고 있으며, 동일합금에 따른 기존 제조공정 적용시 강도 48kg/mm³ 수준에서 연신율 최대 8% 이하로 단자용 동합금으로 요구되는 가공성 기준 12%에 현저하게 부족한 문제점이 있으며, 또한 단자용으로 스탬핑 후 미세 단자 조립부에서 굽힙가공시 밴딩부 균열 발생으로 요구하는 가공성을 만족하지 못한다.

또한 도 1은 기존의 제조공정도를 나타낸 것으로, 1차 냉간압연 및 1차 소 둔공정에 이어서 2차 냉간압연(중간압연)과 2차 소둔처리(중간소둔) 함에 따라 제조원가를 상승시키는 문제점을 안고 있다.

본 발명은 상기 한 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 동합금 조성을 적절히 배합함과 함께 제조시 냉간과정에서 석출처리후 2차냉간압연(중간압연) 및 2차 소둔(중간소둔)을 생략하고, 최종압연 및 시효처리를 통해 저렴한 제조원가를 갖게 함과 함께 기존 제품보다 일정수준 이상의 인장강도(46㎏/㎟이상)에서 연신율 16% 이상을 확보할 수 있으며, 고전기전도(70%IACS 이상)와 고가공성 및 내연화성이 증대된 동합금 및 그 제조방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적 달성을 위한 본 발명은 100중량%로서, 철(Fe) 2.0∼3.0중량%, 주석(Sn) 0.002∼0.2중량%, 인(P) 0.015∼0.15중량%, 아연(Zn)1.0중량% 이하이고, 나머지가 동(Cu) 및 불가피한 불순물로 조성됨을 특징으로 하는 고전도성(70∼74%AICS), 고강도(46∼49kg/mm²) 및 고가공성(연신율: 16∼25%)을 갖는 전기 및 전자부품용 동합금으로 이루어진다.

또한 본 발명은 도 2에 나타낸 바와 같이 상기한 조성이 되게 용탕을 얻는 단계, 이어서 주조하여 조괴를 얻는 단계, 850∼1000℃에서 열간압연하는 단계, 냉각한 후 냉간압연하는 단계, 400∼600℃온도에서 1∼10시간 소둔열처리하는 단계, 압하율 40%∼60%로 최종냉간압연하는 단계, 400∼700℃에서 1∼3분간 열처리하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 제조방법으로 이루어진다.

일반적으로 고강도 및 고전기전도도 동합금 소재로 Cu-Fe-P합금은 45㎏/㎟ 이상 인장강도 확보시 소재 특성상 연신율은 8%이하로, 통상 연신율 3∼6로 떨어지게 된다

그러나 본 발명은 전기전도도 70%IACS 이상, 인장강도 46㎏/㎟이상에서 연신율 16% 이상을 확보할 수 있는, 이상적으로는 46㎏/㎟ ∼49㎏/㎟ 수준에서 연신율 16%∼20% 수준을 갖는다.

본 발명은 철(Fe) 2.0∼3.0중량%, 인(P) 0.015∼0.15중량% 함유시켜 Cu기지에 Fe입자분산 및 Fe와 P의 결합에 의한 Fe₃P, Fe₂P 등의 석출물을 형성하여 전기전도도 및 강도를 향상시킨다.

상기 조성에서 Fe 2.0중량% 이하 및 P 0.01중량% 이하의 경우 분산효과 및 석출물 형성부족에 따른 강도확보가 어려우며, Fe 3.0중량% 이상, P 0.2중량% 이상에서는 첨가원소 함량과다에 따른 적정 석출량을 벗어나 전기전도도 저하로 전기전도도 특성을 요구하는 반도체용 리드프레임용 요구수준인 60% IACS를 확보하기 어렵다.

본 발명은 0.002∼0.2중량% 주석(Sn)첨가로 이를 고용시켜 높은 강도를 유지하고 내열특성을 향상시키나, 그 함량이 0.002중량% 이하의 경우 첨가효과를 가질 수 없으며, 0.2중량 이상의 경우 전기전도도 하한 불량을 야기하게 된다.

본 발명은 상기한 조성에 Zn 1.0중량% 이하 첨가시킬 수 있는 것으로, 상기 원소는 전기전도도 및 강도에 영향에 미치며 그 첨가량이 1.0중량%를 초과하면 강도는 증가하나 전기전도도가 저하된다.

또한 본 발명은 상기한 조성이 되게 용해 주조하여 조괴를 얻고, 이를 800∼1000℃온도에서 열간압연 하는데, 열간가공시의 온도는 중요한 것으로 1차적인 석출물의 형성이 시작되며 적정온도가 중요하며, 이때에 1차적으로 형성되는 석출물이 전체의 65%이상을 차지하고 있다.

상기 온도에서 1000℃를 초과하면 오히려 석출물의 형성이 저하되며, 800℃온도 미만에서도 마찬가지 현상을 나타낸다. 이와 같은 열간압연 후 급냉을 실시하고, 이어서 1차 냉간압연 한다.

냉간가공시의 압하율(가공율)은 소둔온도와 밀접한 관계를 가지며, 높은 압하율(70∼90%)은 전체조직의 균질화와 소둔시의 석출물 형성을 촉진시키는데 결정적인 역할을 담당하게 된다.

냉간가공율이 60% 이하이면 Cu기지에 고용된 Fe 및 P성분에 대한 열처리시 충분한 열적구동력을 확보키 어려우며, 그에 따른 기지의 강도 및 충분한 전도도 확보가 어렵게 된다.

또한 냉간가공율 90% 이상은 제조공정에서 충분한 압하율로 제조키 어려운 문제가 있어 공업적으로 널리 이용되지 못하고 있다.

실제 냉간가공에 의해 감소되는 전기전도도의 저하보다는 냉간가공에 의한 소둔시의 석출물 형성촉진에 따른 전기전도도의 증가가 더 크다고 할 수 있으며 동시에 강도향상을 도모하고 있다.

냉간압연에 의한 슬립밴드(slip band)상에 치밀하게 분포되는 석출물의 양은 소둔처리 이전의 냉간가공의 양이 많을수록 더욱 커지며 압하율 70∼90%에서 적정 소둔조건은 400∼600℃에서 1∼10시간이다.

소둔조건에서 600℃를 초과하고 10시간 초과하면 강도에 직접적인 영향을 미치며 높은 온도 및 장시간에서는 오히려 전기전도도가 감소하는 현상을 나타내며, 400℃ 미만이고, 1시간 미만에서는 높은 가공에 의한 석출물의 형성이 상당히 늦게 진행됨으로 장시간 소둔을 행하여야 함으로 공업적으로 경제성이 없다.

상기 1차 냉간가공 및 소둔공정에 이어서 기존의 방법들은 대부분 2차냉간압연(중간압연) 및 2차 소둔처리(중간소둔), 최종냉간압연 하거나 이어서 최종 3차소둔처리하고 있다.

그러나 본 발명은 기존의 2차냉간가공(중간압연) 및 2차 소둔처리(중간소둔) 공정을 생략하고 상기 1차 소둔처리 후 40∼60% 압하율로 최종 냉간압연에 이어서 400∼600℃에서 최종 열처리함으로서 본 발명의 공정이 완성된다.

상기한 최종 냉간압연함에 있어 압하율이 40% 이하의 경우 압하율 미흡에 따른 요구물성을 만족할 수 없고, 60% 이상의 경우 강도상한에 따른 최종물성 불량발생 및 가공성 확보가 어렵다.

이하 본 발명을 실시예에 따라 설명한다.

(표 1)은 합금조성에 따라 도 1과 같은 기존 공정인 냉간압연(1차)후 소둔(1차) 및 중간압연(2차)후 나타낸 물성변화 결과를 나타낸 것이다.

		Fe	P	Zn	Sn	Cu	소둔온도 (℃)	중간압연 (%)	인장강도 (㎏/㎟)	전기전도도 (%)
본 발 명	비교예1	1.0	0.04	0.3	0.001	잔부	500	85	30	77
	실시예	2.1	0.04	0.1	0.01	잔부	500	85	38	70
	비교예2	3.4	0.08	0.2	0.02	잔부	500	85	45	58
종래		2.3	0.06	0.15	-	잔부	500	85	34	65

상기 (표1)에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예가 종래 합금조성에 비해 향상된 물성치(인장강도 및 전기전도도)로 나타났다.

하기 (표2)는 상기 (표1)의 합금조성을 이용하여 도 2와 같은 본 발명의 공정인 조괴를 이용하여 1차 냉간압연(압하율85%), 1차소둔, 최종냉간압연(완제압연)에 따른 물성결과를 나타낸 것이다.

	합금 번호	1차소둔 온도(℃) 및 시간(Hr)	완제압연율 (%)	인장강도 (㎏/㎟)	전기전도도 (%IACS)	연신율 (%)
본발명	비교예1	450×8	55	51.8	72.7	2
	실시예	550×8	60	54.2	73.8	2
	비교예2	450×8	40	44.2	65.1	2
종래		550×8	45	46.8	68.6	2

하기 (표3)은 상기 (표2)와 같은 1차소둔처리 및 완제압연율 후 최종열처리(시효처리)에 따른 물성변화를 나타낸 것이다.

		열처리조건	인장강도 (㎏/㎟)	연신율 (%)	전기전도도 (%IACS)
본발명	비교예1	450℃×1Min	45.8	15	70.8
	실시예	650℃×1Min	48.2	25	72.6
	비교예2	450℃×1Min	38.8	6	62.5
종래		650℃×1Min	40.4	8	65.9

이상의 실시예에서 나타난 바와 같이 본발명이 종래에 비해 높은 강도 및 전기전도도를 확보하면서 동시에 2배 이상의 높은 연신율을 나타내고 있다.
또한 본 발명의 실시예는 본 발명의 수치한정 범위를 벗어난 비교예(1 및 2)에 비해 우수함을 알 수 있다.

도 3은 굽힘시험을 평가한 현미경사진을 나타낸 것이고, 도 4는 스탬핑후 밴딩시험을 나타낸 사진이다.

도 3 및 도 4에서와 같이 본 발명은 종래의 경우보다 고전도, 고강도를 유지하면서도 현저하게 우수한 가공성을 확보할 수 있는 최소 16% 이상의 연신율을 갖는 합금임을 알 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명은 기존보다 훨씬 높은 고강도, 고전도성, 고가공성을 유지하면서도 고연신율을 갖는 동합금으로 자동차 단자용 Junction bus-bar 소재 이외에 반도체용 리드프레임 소재 및 트랜지스터(Transistor)용 소재로 가능하며, 고강도, 고전도 및 고가공성 소재로 고내열성을 요하는 컨넥터용 단자재로 활용할 수 있는 장점이 있다.

Claims

100중량%로서, 철(Fe) 2.0∼3.0중량%, 주석(Sn) 0.002∼0.2중량%, 인(P) 0.015∼0.15중량%, 아연(Zn)1.0중량% 이하이고, 나머지가 동(Cu) 및 불가피한 불순물로 조성됨을 특징으로 하는 고전도성(70∼74%AICS), 고강도(46∼49kg/mm²) 및 고가공성(연신율: 16∼25%)을 갖는 전기 및 전자부품용 동합금.

100중량%로서, 철(Fe) 2.0∼3.0중량%, 주석(Sn) 0.002∼0.2중량%, 인(P) 0.015∼0.15중량%, 아연(Zn) 1.0중량% 이하이고, 나머지가 동(Cu) 및 불가피한 불순물로 조성된 용탕을 얻는 단계, 주조하여 조괴를 만들어 800∼1000℃온도에서 열간압연하는 단계, 이어서 냉각한 후 압하율 70∼90%로 냉간압연하는 단계, 400∼600℃온도에서 1∼10시간 열처리하는 단계, 중간압연 및 중간열처리없이 압하율 40∼60%로 완제압연하는 단계, 400∼700℃ 온도에서 1∼3분간 열처리하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 고전도성(70∼74%AICS), 고강도(46∼49kg/mm²) 및 고가공성(연신율: 16∼25%)을 갖는 전기 및 전자부품용 동합금의 제조방법.

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