KR101136265B1

KR101136265B1 - 전기 전자 부품용 구리 합금판

Info

Publication number: KR101136265B1
Application number: KR1020087031900A
Authority: KR
Inventors: 야스히로 아루가; 료오이찌 오자끼; 요오스께 미와
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2006-07-21
Filing date: 2007-06-20
Publication date: 2012-04-23
Also published as: US9644250B2; EP2339039B8; KR20090023422A; CN101899587A; US9631260B2; EP2045344B1; EP2045344A1; US20120308429A1; EP2339039A2; EP2339039A3; US20090311128A1; EP2339039B1; WO2008010378A1; EP2339038A2; CN101899587B; EP2339038B8; EP2339038B1; EP2045344A4; EP2339038A3

Abstract

Cu-Fe-P계 구리 합금판의 판 표면의 {311}면으로부터의 X선 회절 강도 피크의 반가폭(β)을 그 피크 높이(H)로 나눈 값이 0.015 이상으로 되는 전위 밀도에 따르면, 전단면율이 저하된다. 또한, Fe 함유량이 비교적 적은 Cu-Fe-P계 구리 합금판을, 판 표면의 (200)면으로부터의 X선 회절 강도 I(200)와 (220)면으로부터의 X선 회절 강도 I(220)의 비, I(200)/I(220)가 0.3 이하인 집합 조직으로 한다. 또한, Fe 함유량이 비교적 적은 Cu-Fe-P계 구리 합금판을, FE-SEM에 의한 EBSP를 사용한 결정 방위 해석 방법에 의해 측정한 브래스 방위의 방위 분포 밀도가 25 ％ 이상인 집합 조직으로 하는 동시에, 평균 결정립경을 6.0 ㎛ 이하로 한다.

구리 합금판, 펀칭 구멍, 절단 부위, Cu-Fe-P계 구리 합금판, X선 회절 강도

Description

전기 전자 부품용 구리 합금판 {COPPER ALLOY SHEETS FOR ELECTRICAL/ELECTRONIC PART}

본 발명은 고강도이고, 또한 스탬핑 가공시의 프레스 펀칭성이 우수한 Cu-Fe-P계의 구리 합금판에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 고강도이고, 또한 변형 제거 어닐링 등의 열처리를 행한 경우의 강도 저하가 적어, 내열성이 우수한 Cu-Fe-P계의 구리 합금판에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 고강도이고, 또한 패키지ㆍ크랙이나 박리의 문제에 대처하기 위해 산화막 밀착성을 향상시킨 Cu-Fe-P계의 구리 합금판에 관한 것이다. 본 발명의 구리 합금판은, 반도체 장치용 리드 프레임의 소재로서 적합하고, 반도체 장치용 리드 프레임 이외에도, 그 밖의 반도체 부품, 프린트 배선판 등의 전기ㆍ전자 부품 재료, 개폐기 부품, 부스버, 단자ㆍ커넥터 등의 기구 부품 등 다양한 전기 전자 부품용으로서 적절하게 사용된다. 단, 이하의 설명에서는, 대표적인 용도예로서, 반도체 부품인 리드 프레임에 사용하는 경우를 중심으로 설명을 진행한다.

반도체 리드 프레임용 구리 합금으로서는, 종래 Fe와 P를 함유하는 Cu-Fe-P계의 구리 합금이 일반적으로 사용되고 있다. 이들 Cu-Fc-P계의 구리 합금으로서는, 예를 들어 Fe : 0.05 내지 0.15 ％, P : 0.025 내지 0.040 ％를 함유하는 구리 합금(C19210 합금)이나, Fe : 2.1 내지 2.6 ％, P : 0.015 내지 0.15 ％, Zn : 0.05 내지 0.20 ％를 함유하는 구리 합금(CDA194 합금)이 예시된다. 이들 Cu-Fe-P계의 구리 합금은, 구리 모상 중에 Fe 또는 Fe-P 등의 금속간 화합물을 석출시키면, 구리 합금 중에서도, 강도, 도전성 및 열전도성이 우수하기 때문에, 국제 표준 합금으로서 범용되고 있다.

최근, 전자 기기에 사용되는 반도체 장치의 대용량화, 소형화, 고기능화에 수반하여, 반도체 장치에 사용되는 리드 프레임의 소단면적화가 진행되고, 한층 더 강도, 도전성, 열전도성이 요구되고 있다. 이에 수반하여, 이들 반도체 장치에 사용되는 리드 프레임에 사용되는 구리 합금판에도, 한층 더 고강도화, 열전도성이 요구되고 있다.

한편, 고강도화한 구리 합금판에는, 상기 소단면적화한 리드 프레임으로의 가공성도 요구된다. 구체적으로는, 구리 합금판은 리드 프레임으로 스탬핑 가공되기 때문에, 구리 합금판에는 우수한 프레스 펀칭성이 요구된다. 이 요구는, 리드 프레임 이외의 용도라도, 구리 합금판이 프레스 펀칭되어 가공되는 용도에서는 동일하다

Cu-Fe-P계 구리 합금판에 있어서, 프레스 펀칭성을 향상시키는 수단은, 종래 Pb, Ca 등의 미량 첨가나, 파단의 기점으로 되는 화합물을 분산시키는 등의 화학 성분을 제어하는 수단이나, 결정립경 등을 제어하는 수단이 범용되어 왔다.

그러나, 이들 수단은 제어 자체가 곤란하거나, 다른 특성을 열화시키거나, 또한 그로 인해 제조 비용의 상승으로 이어지는 등의 문제를 갖고 있었다.

이에 반해, Cu-Fe-P계 구리 합금판의 조직에 착안하여, 프레스 펀칭성이나 굽힘 가공성을 향상시키는 것이 제안되어 있다. 예를 들어, 특허 문헌 1에서는, Fe : 0.005 내지 0.5 wt ％, P : 0.005 내지 0.2 wt％를 포함하고, 필요에 따라서 또한 Zn : 0.01 내지 10 wt％, Sn : 0.01 내지 5 wt％의 어느 한쪽 또는 양쪽을 포함하고, 잔량부 Cu와 불가피 불순물로 이루어지는 Cu-Fe-P계 구리 합금판이 개시되어 있다. 그리고, 특허 문헌 1에서는, 이 구리 합금판의 결정 방위의 집적도를 제어함으로써, 프레스 펀칭성을 향상시키고 있다(특허 문헌 1 참조).

보다 구체적으로, 특허 문헌 1에서는, 이 집적도 제어를, 구리 합금판이 재결정하고, 조직의 결정립경이 커짐에 따라서, 판 표면으로의 {200}, {311}면의 집적 비율이 증가시키고, 압연하면 {220}면의 집적 비율이 증가해 오는 것을 이용하여 행하고 있다. 그리고, 특징적으로는, {200}, {311}면에 대해, 판 표면으로의 {220}면의 집적 비율을 증가시켜 프레스 펀칭성을 향상시키고자 한다. 보다 구체적으로는, 이 판 표면에 있어서의 {200}면으로부터의 X선 회절 강도를 I[200], {311}면으로부터의 X선 회절 강도를 I[311], {220}면으로부터의 X선 회절 강도를 I[220]로 했을 때, 〔I[200] ＋ I[311]〕/I[220] ＜ 0.4의 식을 만족하는 것으로 하고 있다.

특허 문헌 2에서는, 프레스 펀칭성을 향상시키기 위해, 구리 합금판의 (200)면의 X선 회절 강도 I(200)와, (220)면의 X선 회절 강도 I(220)의 비, I(200)/I(220)가 0.5 이상 10 이하이거나, 또는 큐브(Cube) 방위의 방위 밀도 : D(큐브 방위)가 1 이상 50 이하인 것, 혹은 큐브 방위의 방위 밀도 : D(큐브 방위) 와 S 방위의 방위 밀도 : D(S 방위)의 비 : D(큐브 방위)/D(S 방위)가 0.1 이상 5 이하인 것이 제안되어 있다(특허 문헌 2 참조).

또한, 특허 문헌 3에서는, Cu-Fe-P계 구리 합금판의 굽힘 가공성을 향상시키기 위해, (200)면의 X선 회절 강도와 (311)면의 X선 회절 강도의 합과, (220)면의 X선 회절 강도의 비,〔I(200) ＋ I(311)〕/I(220)를 0.4 이상으로 하는 것이 제안되어 있다(특허 문헌 3 참조).

또한, 특허 문헌 4에서는, Cu-Fe-P계 구리 합금판의 굴곡성을 향상시키기 위해, I(200)/I(110)를 1.5 이하로 하는 것이 제안되어 있다(특허 문헌 4 참조).

또한, 한편, 고강도화한 Cu-Fe-P계의 구리 합금판에는, 변형 제거 어닐링 등의 열처리를 행한 경우라도 강도 저하를 거의 일으키는 일이 없도록 내열성이 우수한 것이 요구된다.

Cu-Fe-P계의 구리 합금판을, 리드 프레임 등으로의 가공을 행할 때에는, 스탬핑 가공(프레스 펀칭 가공)함으로써 다핀 형상으로 하는 것이 일반적이다. 최근 에는, 전술한 바와 같이 전기ㆍ전자 부품의 소형화ㆍ박육 경량화에 대응하기 위해, 원재료로서 사용하는 구리 합금판의 박육화나 다핀화가 진행되고 있고, 그것에 수반하여, 상기 스탬핑 후의 가공품에 변형 응력이 잔류하기 쉬워 핀이 가지런해지지 않는 경향이 있다. 따라서 통상은, 스탬핑하여 얻어지는 다핀 형상의 구리 합금판에, 열처리(변형 제거 어닐링)를 실시하여 변형을 제거하는 것이 행해진다.

그런데 이와 같은 열처리를 행하면 재료가 연화되기 쉽고, 열처리 전의 기계적 강도를 유지할 수 없다. 또한 제조 공정면으로부터 보면, 생산성 향상의 관점 으로부터 상기 열처리를 보다 고온ㆍ단시간에 행하는 것이 요구되고 있고, 고온에서의 열처리 후도 고강도를 유지할 수 있는 내열성이 강하게 요구되고 있다.

이와 같은 과제에 대해, 지금까지도 Fe, P, Zn 등의 합금 원소나, 그 밖의 Sn, Mg, Ca 등의 미량 첨가 원소를 함유시키거나, 혹은 그들 첨가량을 조정하는 등의 개선책이 강구되어 왔다. 또한, 구리 합금의 창출물, 석출물의 제어도 행해져 왔다. 그러나, 이와 같은 성분 조정이나 창출물, 석출물의 제어만으로는 구리 합금 부품의 소형ㆍ경량화나 내열 강도 특성 등에 충분히 대응할 수 없기 때문에, 구리 합금의 조직 등을 제어하는 기술이 더 제안되어 있다.

예를 들어, 특허 문헌 5에서는, Cu-Fe-P계의 구리 합금은 아니나, 무산소 구리에 소량의 은을 첨가한 구리 합금을 소재로서 사용하여, 최종 압연 후의 X선 회절 강도비와 최종 압연 전의 결정립경을 제어함으로써, 강도의 향상을 도모하고 있다. 즉, 열간 압연 후, 냉간 압연과 재결정 어닐링을 반복하고, 최종 냉간 압연에 있어서의 가공도와, 최종 냉간 압연 전의 재결정 어닐링 후의 평균 결정립경, 및 최종 어닐링 전의 냉간 압연 가공도를 제어함으로써, 최종 압연 후의 X선 회절 강도비와 최종 압연 전의 결정립경을 제어하고, 고강도화를 도모하고 있다. 그런데, 이 문헌에서 권장하는 압연ㆍ어닐링 조건을, 그대로, 본 발명이 대상으로 하는 Cu-Fe-P계의 구리 합금에 적용해도, 상기한 리드 프레임 등에 요구되는 바와 같은 고레벨의 내열성을 얻을 수는 없다(특허 문헌 5 참조).

이에 대해, Cu-Fe-P계 구리 합금에 있어서의 내열성 개선 기술도 다양하게 제안되어 있다. 예를 들어, 특허 문헌 6에서는, 실질적인 Fe의 함유량이 0.7 ％ 이상으로 많은 Cu-Fe-P계 구리 합금의 창출물, 석출물의 형태 자체를 제어함으로써, 고내열성을 얻는 것이 제안되어 있다. 즉, 조직 중에 포함되는 γ-Fe 석출물의 X선 피크 면적(Xγ)과 α-Fe 석출물의 X선 피크 면적(Xα)의 비(Xγ/Xα)가 0.05 이상으로서, 고내열성을 얻는 것이 제안되어 있다(특허 문헌 6 참조).

또한, 특허 문헌 7에서는, 집합 조직의 제어에 의해 고내열성을 얻기 위해, 실질적인 Fe의 함유량이 0.5 ％ 이상으로 많은 Cu-Fe-P계 구리 합금의 500 ℃에서 1분간 어닐링한 후의 큐브 방위의 방위 밀도를 50 ％ 이하로 하고, 또한 평균 결정립경을 30 ㎛ 이하로 하여, 고내열성을 얻는 것이 제안되어 있다(특허 문헌 7 참조).

또한, 특허 문헌 2에서는, 실질적인 Fe의 함유량이 2 ％ 이상으로 많은 Cu-Fe-P계 구리 합금에 대해, 내열성의 향상 목적은 아니나, 판의 가공성이나 리드 프레임으로의 성형성을, 집합 조직의 제어에 의해 향상시키는 것이 개시되어 있다. 이 가공성이라 함은, 냉간 압연에 있어서의 판의 물결이나 사행, 잔류 응력의 불균일, 슬리터한 가지(條)의 사행, 스탬핑 가공에 있어서의 굽힘이나 버어의 발생, 리드 굽힘 가공부의 표면 거칠함이나 균열 등이다. 또한, 집합 조직은, (200)면과 (220)면의 X선 회절 강도비와, 큐브 방위의 방위 밀도를 적정 범위로 제어하는 것이다.

또한, 한편, 반도체 디바이스의 플라스틱 패키지는, 열경화성 수지에 의해 반도체 칩을 밀봉하는 패키지가, 경제성과 양산성이 우수하기 때문에, 주류로 되어 있다. 이들 패키지는, 최근의 전자 부품의 소형화의 요구에 수반하여, 점점 박육 화되고 있다.

이들 패키지의 조립에 있어서, 리드 프레임에 반도체 칩을 Ag 페이스트 등을 사용하여 가열 접착하거나, 혹은 Au, Ag 등의 도금 층을 통해 납땜 혹은 Ag 납땜한다. 그리고, 그 후 수지 밀봉을 행하고, 수지 밀봉을 행한 후에, 아우터 리드에 전기 도금에 의한 외장을 행하는 것이 일반적이다.

이들 패키지의 신뢰성에 관한 최대의 과제는, 표면 실장시에 발생하는 패키지ㆍ크랙이나 박리의 문제이다. 패키지의 박리는, 반도체 패키지를 조립한 후, 수지와 다이 패드(리드 프레임의 반도체 칩을 적재하는 부분)와의 밀착성이 낮은 경우, 후의 열처리시의 열응력에 의해 발생한다.

이에 반해, 패키지ㆍ크랙은, 반도체 패키지를 조립한 후, 몰드 수지가 대기로부터 흡습하기 때문에, 후의 표면 실장에서의 가열에 있어서 수분이 기화하고, 패키지 내부에 크랙이 있으면, 박리면에 수증기가 인가되어 내압으로서 작용한다. 이 내압에 의해 패키지에 팽창을 발생시키거나, 수지가 내압에 견디지 못해 크랙을 발생시킨다. 표면 실장 후의 패키지에 크랙이 발생하면 수분이나 불순물이 침입하여 칩을 부식시키기 때문에, 반도체로서의 기능을 해친다. 또한, 패키지가 팽창됨으로써 외관 불량으로 되어 상품 가치가 잃게 된다. 이와 같은 패키지ㆍ크랙이나 박리의 문제는, 최근 상기 패키지의 박형의 진전에 수반하여 현저하게 되어 있다.

여기서, 패키지ㆍ크랙이나 박리의 문제는, 수지와 다이 패드와의 밀착성 불량에 기인하나, 수지와 다이 패드와의 밀착성에 가장 큰 영향을 미치고 있는 것이, 리드 프레임 모재의 산화막이다. 리드 프레임 모재는, 판의 제조나 리드 프레임 제작을 위해, 다양한 가열 공정을 거치고 있다. 이로 인해, Ag 등의 도금 전에, 모재의 표면에는, 수십 내지 수백 ㎚의 두께의 산화막이 형성되어 있다. 다이 패드 표면에서는, 이 산화막을 개재하여 구리 합금과 수지가 접하고 있기 때문에, 이 산화막의 리드 프레임 모재와의 박리는, 완전히 수지와 다이 패드와의 박리로 이어져, 리드 프레임 모재로의 수지의 밀착성을 현저하게 저하시킨다.

따라서, 패키지ㆍ크랙이나 박리의 문제는, 이 산화막의 리드 프레임 모재와의 밀착성에 결려 있다. 이로 인해, 리드 프레임 모재로서의, 상기 고강도화한 Cu-Fe-P계의 구리 합금판에는, 다양한 가열 공정을 거쳐 표면에 형성된 산화막의 밀착성이 높은 것이 요구된다.

이와 같은 과제에 대해, 지금까지 그다지 대책은 제안되어 있지 않으나, 특허 문헌 8에서는, 구리 합금 극표층의 결정 배향을 제어함으로써, 산화막 밀착성을 향상시키는 것이 제안되어 있다. 즉, 특허 문헌 8에서는, 리드 프레임 모재 구리 합금의 XRD의 박막법에 의해 평가되는 극표면의 결정 배향에 있어서, {111} 피크 강도에 대한 {100} 피크 강도비를 0.04 이하로 하여, 산화막 밀착성을 향상시키는 것이 제안되어 있다. 또한, 이 특허 문헌 8에서는, 모든 리드 프레임 모재 구리 합금을 포함하나, 실질적으로 예시하고 있는 Cu-Fe-P계 구리 합금은, Fe의 함유량이 2.4 ％ 이상으로 많은 Cu-Fe-P계 구리 합금뿐이다.

특허 문헌 1 : 일본 공개 특허 공보 제2000-328158호(전문)

특허 문헌 2 : 일본 공개 특허 공보 제2002-339028호(전문)

특허 문헌 3 : 일본 공개 특허 공보 제2000-328157호(특허 청구 범위)

특허 문헌 4 : 일본 공개 특허 공보 제2006-63431호(특허 청구 범위)

특허 문헌 5 : 일본 공개 특허 공보 제2003-96526호(전문)

특허 문헌 6 : 일본 공개 특허 공보 제2004-91895호(전문)

특허 문헌 7 : 일본 공개 특허 공보 제2005-139501호(전문)

특허 문헌 8 : 일본 공개 특허 공보 제2001-244400호(전문)

상기한 특허 문헌 1이나 2에서는, 판 표면으로의 {220}면이나 {200}면의 집적 비율을 증가시켜, 프레스 펀칭성을 향상시키고 있다. 이들 특정면의 집적 비율을 증가시킴으로써, 확실히 Cu-Fe-P계 구리 합금판의 프레스 펀칭성은 향상된다.

그러나, 상기 리드 프레임의 소단면적화는 점점 진행되어, 리드 폭(0.5 ㎜ → 0.3 ㎜)이나 판 두께(0.25 ㎜ → 0.15 ㎜)도 점점 작아져, 고강도화한 Cu-Fe-P계 구리 합금판으로의, 스탬핑 가공시의 프레스 펀칭성 향상의 요구는 보다 엄격해지고 있다.

이로 인해, 상기한 특허 문헌 1이나 2와 같은 조직의 집적 비교적 제어에 의한 프레스 펀칭성 향상 효과에서는, 이 요구되는 프레스 펀칭성을 만족시키지 않게 되어 있다. 또한, 상기한 특허 문헌 1이나 2에서 행하고 있는, 구리 합금판에 리드를 펀칭하고, 그때의 버 높이(the height of burrs)를 SEM 관찰에 의해 측정하는 프레스 펀칭성의 시험 조건에서는, 고강도화한 Cu-Fe-P계 구리 합금판의 상기 요구되는 프레스 펀칭성을 정확하게 평가할 수 없게 되어 있다.

또한, Cu-Fe-P계 구리 합금의 내열성의 향상을 목적으로 한 이들 특허 문헌 6, 7의 기술이나, 혹은 목적이 다른 특허 문헌 2의 기술에서는, 본 발명에서 의도하는 고레벨의 내열성을 보장하기까지는 이르지 않는다.

즉, 이들 특허 문헌에 있어서의 Cu-Fe-P계 구리 합금의 실질적인 Fe의 함유량은, 최저라도 0.5 ％를 초과하여 많다. 이 점에서, 이들 특허 문헌의 기술은, 확실히 Fe의 함유량이 많은 Cu-Fe-P계 구리 합금의 내열성 향상에는 유효할지도 모른다.

그러나, Fe의 함유량이 0.5 ％를 초과하여 많아지면, 도전율이나 Ag 도금성이 저하된다는, 별도의 문제가 발생한다. 이에 반해 도전율을 무리하게 증가시키기 위해, 예를 들어 상기 석출 입자의 석출량을 증가시키고자 하면, 반대로 석출 입자의 성장ㆍ조대화를 초래하여, 강도나 내열성이 저하되는 문제가 있다. 바꾸어 말하면, 이들 특허 문헌의 기술에서는, Cu-Fe-P계 구리 합금에 요구되는 고강도화와, 내열성을 겸비시킬 수 없다.

따라서, 이들 특허 문헌의 기술을, Fe의 함유량을 실질적으로 0.5 ％ 이하로 저감한 조성에 의해, 고강도화한 Cu-Fe-P계 구리 합금에 그대로 적용해도, 상기한 리드 프레임 등에 요구되는 바와 같은 고레벨의 내열성을 얻을 수는 없다.

또한, 특허 문헌 8의 기술에서는, 본 발명에서 의도하는 고레벨의 산화막 밀착성을 보장하기까지는 이르지 않는다.

즉, 특허 문헌 8에 있어서의 Cu-Fe-P계 구리 합금의 실질적인 Fe의 함유량은, 상기한 바와 같이, 최저라도 2.4 질량％를 초과하여 많다. 이 점에서, 특허 문헌 8의 기술은, 확실히 Fe의 함유량이 많은 Cu-Fe-P계 구리 합금의 산화막 밀착성 향상에는 유효할지도 모른다. 실제로, 특허 문헌 8에서는 Fe의 함유량이 2.41 ％인 제1 실시예의 Cu-Fe-P계 구리 합금의 산화막 밀착성은, 산화막의 박리 한계 온도에서 633 K(360 ℃)까지 향상되고 있다.

그러나, Fe의 함유량이 2.4 질량％를 초과하여 많아지면, 도전율 등의 재료 특성뿐만 아니라, 주조성 등의 생산성이 현저하게 저하된다는, 별도의 문제가 발생한다. 실제로, 특허 문헌 8에서는, 상기 제1 실시예의 Cu-Fe-P계 구리 합금의 인장 강도는 530 ㎫로 비교적 높으나, 도전율은 63 ％ IACS로 낮다.

이에 반해 도전율을 무리하게 증가시키기 위해, 예를 들어 상기 석출 입자의 석출량을 증가시키고자 하면, 반대로 석출 입자의 성장ㆍ조대화를 초래하여, 강도나 내열성이 저하되는 문제가 있다. 바꾸어 말하면, 특허 문헌 8의 기술에서는, Cu-Fe-P계 구리 합금에 요구되는 고강도화와 산화막 밀착성을 겸비시킬 수 없다.

따라서, 이 특허 문헌 8의 기술을, Fe의 함유량을 실질적으로 0.5 ％ 이하로 저감한 조성에 의해, 고강도화한 Cu-Fe-P계 구리 합금에 그대로 적용해도, 상기한 리드 프레임 등에 요구되는 산화막 밀착성을 얻을 수는 없다.

본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 고강도화와, 우수한 프레스 펀칭성을 양립시킨 Cu-Fe-P계 구리 합금판을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 그 목적은 Fe의 함유량을 실질적으로 0.5 ％ 이하로 저감한 조성에 의해서도, 고강도화와 우수한 내열성을 양립시킨 Cu-Fe-P계 구리 합금판을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 그 목적은 Fe의 함유량을 실질적으로 0.5 ％ 이하로 저감한 조성에 의해서도, 고강도화와 우수한 산화막 밀착성을 양립시킨 Cu-Fe-P 계 구리 합금판을 제공하는 것이다.

전술의 목적을 달성하기 위해, 프레스 펀칭성이 우수한 본 발명 전기 전자 부품용 구리 합금판의 요지는, 질량％로, Fe : 0.01 내지 0.50 ％, P : 0.01 내지 0.15 ％를 각각 함유하는 구리 합금판이며, 판 표면의 {311}면으로부터의 X선 회절 강도 피크의 반가폭을 그 피크 높이로 나눈 값이 0.015 이상인 것으로 한다.

본 발명 구리 합금판은, 고강도를 달성하기 위해, 또한 질량％로 0.005 내지 5.0 ％의 Sn을, 혹은 땜납 및 Sn 도금의 내열 박리성 개선을 위해, 또한 질량％로 0.005 내지 3.0 ％의 Zn을 각각 함유해도 좋다.

본 발명 구리 합금판은, 고강도의 목표로서, 인장 강도가 500 ㎫ 이상, 경도가 150 Hv 이상인 것이 바람직하다. 또한, 도전율은 판의 강도에 상관하는 것이고, 본 발명에서 말하는 고도전율이라 함은, 고강도인 셈치고는 도전율이 비교적 높다는 의미이다.

본 발명 구리 합금판은, 또한 질량％로, Mn, Mg, Ca 중 1종 또는 2종 이상을 합계로 0.0001 내지 1.0 ％ 함유해도 좋다.

본 발명 구리 합금판은, 또한 질량％로, Zr, Ag, Cr, Cd, Be, Ti, Co, Ni, Au, Pt 중 1종 또는 2종 이상을 합계로 0.001 내지 1.0 ％ 함유해도 좋다.

본 발명 구리 합금판은, 또한 질량％로, Mn, Mg, Ca 중 1종 또는 2종 이상을 합계로 0.0001 내지 1.0 ％와, Zr, Ag, Cr, Cd, Be, Ti, Co, Ni, Au, Pt 중 1종 또는 2종 이상을 합계로 0.001 내지 1.0 ％를 각각 함유하는 동시에, 이들 함유하는 원소의 합계 함유량을 1.0 ％ 이하로서, 함유해도 좋다.

본 발명 구리 합금판은, 또한 Hf, Th, Li, Na, K, Sr, Pd, W, S, Si, C, Nb, Al, V, Y, Mo, Pb, In, Ga, Ge, As, Sb, Bi, Te, B, 미시 메탈의 함유량을, 이들 원소 전체의 합계로 0.1 질량％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명 전기 전자 부품용 구리 합금판의 요지는, 질량％로, Fe : 0.01 내지 0.50 ％, P : 0.01 내지 0.15 ％를 각각 함유하는 구리 합금판이며, 판 표면의 (200)면으로부터의 X선 회절 강도 I(200)와 (220)면으로부터의 X선 회절 강도 I(220)의 비, I(200)/I(220)가 0.3 이하인 것으로 한다.

본 발명 구리 합금판은, 고강도화의 목표로서, 인장 강도가 500 ㎫ 이상, 경도가 150 Hv 이상인 것이 바람직하다. 또한, 도전율은 판의 강도에 상관하는 것이고, 본 발명에서 말하는 고도전율이라 함은, 고강도인 셈치고는 도전율이 비교적 높다는 의미이다.

또한, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명 전기 전자 부품용 구리 합금판의 요지는, 질량％로, Fe : 0.01 내지 0.50 ％, P : 0.01 내지 0.15 ％를 각각 함유하는 구리 합금판이며, 서로 인접하는 결정의 방위차가 ±15°이내의 것은 동일한 결정면에 속하는 것으로 간주한 경우에, 전계 방사형 주사 전자 현미경 FE-SEM에 의한 후방 산란 전자 회절상 EBSP를 사용한 결정 방위 해석 방법에 의해 측정한 브래스(Brass) 방위의 방위 분포 밀도가 25 ％ 이상인 집합 조직을 갖는 동시에, 평균 결정립경을 6.0 ㎛ 이하로 한다.

본 발명에서는, 상기한 특허 문헌 1이나 2 등과 마찬가지로, 판 표면의 특정 결정 방위로부터의 X선 회절 강도를 규정하여, 집합 조직을 제어하고 있는 것처럼 보인다. 그러나, 특허 문헌 1이나 2는, 실질적으로는, 결정의 배향성을 규정하는 것이며, 구리 합금판에 리드를 펀칭할 때의 버 높이를 작게(낮게) 하기 위해 {220}면의 집적 비율을 높이고자 하는 것이다.

단, 원래 랜덤한 방위를 갖고 있는 구리 합금에 있어서, 특정의 방위의 집적 비율만을 증가시키기 위해서는 큰 한계가 있다. 이것은, 특허 문헌 1이나 2 등의 {220}면이나, 본 발명에서 규정하는 {311}면 등의 결정 방위를 선택하고자 하는 것과 동일하다. 이것이, 상기한 특허 문헌 1이나 2와 같은 조직의 집적 비교적 제어에 의한 프레스 펀칭성 향상 효과에서는, Cu-Fe-P계 구리 합금판에 요구되는 프레스 펀칭성을 만족시키지 않게 되어 있는 원인이기도 하다.

이에 반해, 본 발명에서는, 종래와 같은 특정의 방위(결정 방위)의 집적 비율이 아니라, Cu-Fe-P계 구리 합금판 조직의 전위 밀도를 제어한다. 즉, Cu-Fe-P계 구리 합금판 조직의 전위 밀도를 높게 하여, 프레스 펀칭성을 향상시킨다. 본 발명자들의 지견에 따르면, 이 전위 밀도는, Cu-Fe-P계 구리 합금판의 압연 조건에 따라, 그 도입량을 제어하는 것이 가능하고, 또한 이 전위 밀도 제어에 의한 프레스 펀칭성의 향상 효과가 크다.

단, 이 전위 밀도는, 매우 작은 문제이므로, Cu-Fe-P계 구리 합금판 조직에 도입된 전위 밀도를 직접 관찰, 혹은 정량화하는 것은 매우 곤란하다. 그러나, 본 발명자들의 지견에 따르면, Cu-Fe-P계 구리 합금판 조직에 도입된 이 전위 밀도는, X선 회절 강도 피크의 반가폭, 그것도, 반가폭을 X선 회절 강도 피크 높이로 나눈 값과 매우 잘 상관한다. 이 경우, 어느 X선 회절 강도 피크에서도, 동등하게 이 전위 밀도와는 상관한다. 단, 본 발명에서 규정하고 있는 판 표면의 {311}면으로부터의 X선 회절 강도 피크가, 다른 면으로부터의 X선 회절 강도 피크에 비해, 반가폭을 나누어야 할 X선 회절 강도 피크가 그다지 크지(높지) 않고, 반가폭도 그 나름대로 있기 때문에, X선 회절 강도 피크의 반가폭을 높이로 나눈 값의 신뢰성이 높다. 따라서, 본 발명에서는, 판 표면의 {311}면으로부터의 X선 회절 강도 피크에 의해, 이 전위 밀도를, 간접적이기는 하나, 정확 또한 재현성 있는 형태로 규정, 정량화한다.

이와 같이, 본 발명에서는, 전위 밀도량과 밀접하게 상관하는, 판 표면의 {311}면으로부터의 X선 회절 강도 피크의 반가폭으로, 이 전위 밀도량을 규정하고, 프레스 펀칭성을 향상시키고, Cu-Fe-P계 구리 합금판에 요구되는 프레스 펀칭성을 만족시킨다. 그리고, 바람직하게는, 인장 강도가 500 ㎫ 이상, 경도가 150 Hv 이상인, 고강도인 Cu-Fe-P계 구리 합금판의 프레스 펀칭성을 향상시킨다.

본 발명에서, 상기 X선 회절 강도비, I(200)/I(220)를 0.3 이하로 하고 있는 것은, 큐브 방위의 발달을 억제하는 동시에, 큐브 방위 이외의 특정의 결정 방위의 발달을 강하게 하고, 이방성을 강하게 하여, 우수한 내열성을 얻고자 하기 때문이다. 또한, Fe의 함유량을 실질적으로 0.5 ％ 이하로 저감한 Cu-Fe-P계 구리 합금판의 조성에 의해서도, 고강도화와, 우수한 내열성을 양립시키고자 하기 때문이다.

이에 반해, 동일한 X선 회절 강도비로 규정하고 있는, 상기 특허 문헌 2는, I(200)/I(220)를, 본 발명과는 반대로 0.5 이상, 10 이하로 하고 있다. 이것은 상기 특허 문헌 2에서는, 상기한 가공성 향상을 위해, 본 발명과는 반대로, 큐브 방위를 발달시키는 동시에, 큐브 방위 이외의 특정의 결정 방위의 발달이 강해지는 것을 억제하고, 이방성을 억제하고자 하고 있기 때문이다. 이것에서는, Fe의 함유량을 실질적으로 0.5 ％ 이하로 저감한 Cu-Fe-P계 구리 합금판의 조성에 있어서, 고강도화와, 우수한 내열성을 양립시킬 수 없다.

통상의 구리 합금판의 경우, 주로 이하에 나타낸 바와 같은 큐브 방위, 고스(Goss) 방위, 브래스 방위(이하, B 방위라고도 함), 쿠퍼(Copper) 방위(이하, Cu 방위라고도 함), S 방위 등이라 불리는 집합 조직을 형성하고, 그들에 따른 결정면이 존재한다.

이들 집합 조직의 형성은 동일한 결정계의 경우라도 가공, 열처리 방법에 의해 다르다. 압연에 의한 판재의 집합 조직의 경우에는, 압연면과 압연 방향에서 나타내어져 있고, 압연면은 {ABC}로 표현되고, 압연 방향은 <DEF>로 표현된다. 이러한 표현을 기초로 하여, 각 방위는 하기와 같이 표현된다.

큐브(Cube) 방위{001}<100>

고스(Goss) 방위{011}<100>

회전된 고스(Rotated-Goss) 방위{011}<011>

브래스(Brass) 방위(B 방위){011}<211>

쿠퍼(Copper) 방위(Cu 방위){112}<111>

(혹은 D 방위{4 4 11}<11 11 8>)

S 방위{123}<634>

B/G 방위{011}<511>

B/S 방위{168}<211>

P 방위{011}<111>

여기서, B 방위 내지 Cu 방위 내지 S 방위는 각 방위 사이에서 연속적으로 변화되는 파이버 집합 조직(β-fiber)으로 존재하고 있다.

통상의 구리 합금판의 집합 조직은, 상술한 바와 같이, 상당히 많은 방위 인자로 이루어지나, 이들 구성 비율이 변화되면, 판재의 소성 이방성이 변화되어, 가공성이나 성형성 등의 특성이 변화된다.

상기한 특허 문헌 8은, 이 집합 조직 중에서, 특히 {111} 피크 강도에 대한 {100} 피크 강도비를 0.04 이하로 하여, 산화막 밀착성을 향상시키고 있다. 그러나, 이와 같이, 쿠퍼 방위(Cu 방위)에 대해, 큐브 방위나 고스 방위의 방위 분포 밀도를 증가시켜도, 특히 본 발명이 대상으로 하는 Fe의 함유량을 0.5 ％ 이하로 적게 한 Cu-Fe-P계 조성을 갖는 구리 합금판에서는, 고강도화할 수 없고, 산화막의 밀착성도 향상시킬 수 없다. 이로 인해, 이 Fe의 함유량이 적은 Cu-Fe-P계 조성을 갖는 구리 합금판에서는, 고강도화와 우수한 내열성을 양립시킬 수 없다.

이에 반해, 본 발명에서는, 브래스 방위(110면)의 방위 분포 밀도를 증가시켜(높게 하여), 가능한 한 동일 방위의 집합 조직으로 한다. 이것에 의해, 이 Fe의 함유량이 적은 Cu-Fe-P계 조성을 갖는 구리 합금판에 있어서, 고강도화와 우수한 내열성을 양립시킨다.

즉, 이 Fe의 함유량이 적은 Cu-Fe-P계 조성을 갖는 구리 합금판에서는, 상기 집합 조직 중에서는, 특히 브래스 방위(B 방위)의 방위 분포 밀도가 산화막의 밀착성에 크게 영향을 미친다. 이 B 방위의 방위 분포 밀도가 클수록, 압연 집합 조직이 발달되어 있어, 강도가 높아지는 동시에, 산화막의 밀착성이 향상된다.

본 발명의 구리 합금판은 다양한 전기 전자 부품용에 적용 가능하나, 특히 반도체 부품인 반도체 리드 프레임 용도로 사용되는 것이 바람직하다.

도1은 X선 회절 강도 피크의 반가폭을 나타내는 모식도이다.

도2는 전단면율의 측정 방법을 나타내는 설명도이다.

[부호의 설명]

1 : 구리 합금판

2 : 펀칭 구멍

3 : 절단 부위

(1)

이하에, 반도체 리드 프레임용 등으로서 필요한 특성을 만족시키기 위한, 본 발명 Cu-Fe-P계 구리 합금판에 있어서의 각 요건의 의의나 실시 형태를 구체적으로 설명한다.

(반가폭)

본 발명에서는, 프레스 펀칭성을 향상시키고, 요구되는 프레스 펀칭성을 만족시키기 위해, Cu-Fe-P계 구리 합금판 표면의 {311}면으로부터의 X선 회절 강도 피크의 반가폭을 그 피크 높이로 나눈 값이 0.015 이상인, 일정량 이상의 전위 밀도를 갖는 것으로 한다. 이에 의해, 보다 구체적으로는, 인장 강도가 500 ㎫ 이상, 경도가 150 Hv 이상인 고강도의 Cu-Fe-P계 구리 합금판의 프레스 펀칭성을 향상시킬 수 있다.

이 X선 회절 강도 피크의 반가폭을 그 피크 높이로 나눈 값이 0.015 미만에서는, 판에 도입되어 있는 전위 밀도가 적어진다. 이것에서는, 종래 전위 밀도가 적고 Cu-Fe-P계 구리 합금판과 큰 차가 없어져, 프레스 펀칭성이 저하되거나, 향상 되지 않는다.

이 반가폭은, 주지와 같이, 도1에 모식적으로 나타낸 바와 같이, 종축 : 선 회절 강도, 횡축 : 각도(2θ)로 나타내어지는 X선 회절 강도 피크[높이 H]의, 절반 정도의 위치(높이 H/2)에 있어서의 X선 회절 강도 피크의 폭(β)으로서 정의된다. 덧붙여, 이 반가폭은, 통상은 금속 표면의 결정성이나 비결정성, 결정자 사이즈, 격자 변형을 판별, 정량화하기 위해 사용된다. 이에 반해 본 발명에서는, 상기한 바와 같이, 직접 관찰 혹은 정량화할 수 없는 전위 밀도를, 이 전위 밀도와 매우 잘 상관하는, 판 표면의 {311}면으로부터의 X선 회절 강도 피크의 반가폭(β)을 그 피크 높이(H)로 나눈 값에 의해 규정한다. 또한, Cu-Fe-P계 구리 합금판 표면의 X선 회절 강도 피크로서는, 다른 {220}면으로부터의 X선 회절 강도 피크의 반가폭(β)이나 그 피크 높이(H)가 가장 크다. 그러나, X선 회절 강도 피크의 높이가 크면(높으면), 반가폭을 나누는 그 피크 높이도 커지고, X선 회절 강도 피크의 반가폭을 그 피크 높이로 나눈 값으로서 지나치게 작아져, 값 자체의 오차가 많아져 재현성이 부족해진다. 이로 인해, 본 발명에서는, X선 회절 강도 피크의 반가폭을 그 피크 높이로 나눈 값이 크고(피크 높이가 크지 않고, 반가폭이 그 나름대로 큼), {311}면으로부터의 X선 회절 강도 피크를 채용했다.

따라서, 본 발명에서는, 어디까지나 판으로의 전위 밀도의 도입 상태를 문제로 하는 것이며, 상기한 특허 문헌 1이나 2와 같은, 판 표면의 특정 결정면의 X선 회절 강도 피크에서, 조직의 집적 비율, 판 표면의 결정립경, 혹은 압연 집합 조직을 제어하는 것은 아니다. 바꾸어 말하면, 이들 판 표면의 특정 결정면의 X선 회 절 강도 피크에서는, 혹은 조직의 집적 비율, 판 표면의 결정립경, 혹은 압연 집합 조직 등의 제어에서는, 판으로의 전위 밀도의 도인 상태를 규정도 제어도 할 수 없다.

(전위 밀도의 도입)

Cu-Fe-P계 구리 합금판 표면의 {311}면으로부터의 X선 회절 강도 피크의 반가폭을 그 피크 높이로 나눈 값이 0.015 이상인 전위 밀도를 도입하기 위해서는, 후술하는 바와 같이, 최종 냉간 압연에서의 도입 변형량을 크게 한다. 즉, 최종 냉간 압연에 있어서의, 롤 직경을 80 ㎜φ 미만의 소직경 롤로 하거나, 1패스당의 압하율을 20 ％ 이상으로 하거나, 롤 길이(롤 폭)를 500 ㎜ 이상으로 하는 등의 수단을 선택하여 사용하거나, 조합하여 사용한다.

(전단면율)

상기한 바와 같이, 특허 문헌 1이나 2에서 행하고 있는, 구리 합금판에 리드를 펀칭하고, 그때의 버 높이를 측정하는 프레스 펀칭성의 시험 조건에서는, 이 요구되는 프레스 펀칭성을 정확하게 평가할 수 없게 되어 있다.

이로 인해, 본 발명에서는, 구리 합금판의 리드 펀칭을 모의한 프레스 펀칭에 의해 설치한 리드 단면의 전단면율(전단면 비율)에 의해, 프레스 펀칭성을 보다 정확하게 평가한다. 이 전단면율이 75 ％ 이하이면, 프레스 펀칭성이 좋다고 평가할 수 있다. 물론, 이것에, 상기 버 높이의 측정을 가미하여, 이 전단면율에 의한 프레스 펀칭성 평가를 뒷받침해도 좋다.

이때, 프레스 펀칭 시험에 있어서의 전단면율 측정에 재현성을 갖게 하기 위 해, 재현성을 보증할 수 있는 만큼의 시험 조건을 구체적으로 규정한다. 즉, 프레스 펀칭 시험은, 펀칭 프레스(간극 : 5 ％)에 의해, 도2에 나타낸 바와 같이, 폭 1 ㎜ × 길이 10 ㎜의 리드를, 니혼고오사꾸제G-6316의 윤활유를 사용하여, 길이 방향이 구리 합금판(1)의 압연 방향에 대해 수직을 향하도록 펀칭한다.

이에 의해, 펀칭 구멍(2)의 중심을 길이 방향을 따라 절단[절단 부위를 파선(3)으로 나타냄], 펀칭 구멍(2)의 절단면을 화살표(4)의 방향으로부터 관찰하여, 광학식 마이크로 스코프를 사용한 절단면의 표면 사진으로부터 화상 해석에 의해 구했다. 전단율은 절단면에 있어서의 전단면의 면적 비율(전단면의 면적/절단면의 면적)이며, 절단면의 면적은 구리 합금판의 판 두께 0.15 ㎜ × 측정 폭 0.5 ㎜로 하고, 전단면의 면적은 측정 폭 0.5 ㎜의 범위 내의 전단면의 면적으로 했다. 1시료에 대해 구멍을 3군데 펀칭하고, 각 구멍에서 3군데씩 측정하여(합계 9군데), 그 평균값을 구했다.

(구리 합금판의 성분 조성)

본 발명에서는, 반도체 리드 프레임용 등으로서, 인장 강도가 500 ㎫ 이상, 경도가 150 Hv 이상인 고강도와, 상기한 프레스 펀칭성을 아울러 달성한다. 이로 인해, Cu-Fe-P계 구리 합금판으로서, 질량％로, Fe의 함유량이 0.01 내지 0.50 ％의 범위, 상기 P의 함유량이 0.01 내지 0.15 ％의 범위로 한, 잔량부 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 기본 조성으로 한다.

이 기본 조성에 대해, Zn, Sn의 1종 또는 2종을, 또한 하기 범위에서 함유하는 형태라도 좋다. 또한, 그 밖의 선택적 첨가 원소 및 불순물 원소도, 이들 특성 을 저해하지 않는 범위에서의 함유를 허용한다. 또한, 합금 원소나 불순물 원소의 함유량의 표시 ％는 모두 질량％의 의미이다.

(Fe)

Fe는, Fe 또는 Fe기 금속간 화합물로서 석출하여, 구리 합금의 강도나 내열성을 향상시키는 주요 원소이다. Fe의 함유량이 0.01 ％ 미만에서는, 제조 조건에 따라서는, 상기 석출 입자의 생성량이 적고, 도전율의 향상은 만족되기는 하나, 강도 향상으로의 기여가 부족하여, 강도가 부족하다. 한편, Fe의 함유량이 0.50 ％를 초과하면, 도전율이나 Ag 도금성이 저하된다. 도전율을 무리하게 증가시키기 위해, 상기 석출 입자의 석출량을 증가시키고자 하면, 반대로 석출 입자의 성장ㆍ조대화를 초래한다. 이로 인해 강도와 프레스 펀칭성이 저하된다. 따라서, Fe의 함유량은 0.01 내지 0.50 ％의 범위로 한다.

(P)

P는 탈산 작용이 있는 것 외에, Fe와 화합물을 형성하여, 구리 합금을 고강도화시키는 주요 원소이다. P 함유량이 0.01 ％ 미만에서는, 제조 조건에 따라서는, 화합물의 석출이 불충분하기 때문에, 원하는 강도가 얻어지지 않다. 한편, P 함유량이 0.15 ％를 초과하면, 도전성이 저하될 뿐만 아니라, 열간 가공성이나 프레스 펀칭성이 저하된다. 따라서, P의 함유량은 0.01 내지 0.15 ％의 범위로 한다.

(Zn)

Zn은 리드 프레임 등에 필요한, 구리 합금의 땜납 및 Sn 도금의 내열 박리성 을 개선한다. Zn의 함유량이 0.005 ％ 미만인 경우에는 원하는 효과를 얻을 수 없다. 한편, 3.0 ％를 초과하면 땜납 습윤성이 저하될 뿐만 아니라, 도전율의 저하도 커진다. 따라서, 선택적으로 함유시키는 경우의 Zn의 함유량은, 용도에 요구되는 도전율과 땜납 및 Sn 도금의 내열 박리성과의 균형에 따라서(균형을 고려하여), 0.005 내지 3.0 ％의 범위로부터 선택한다.

(Sn)

Sn은 구리 합금의 강도 향상에 기여한다. Sn의 함유량이 0.001 ％ 미만인 경우에는 고강도화에 기여하지 않는다. 한편, Sn의 함유량이 많아지면, 그 효과가 포화되어, 반대로 도전율의 저하를 초래한다. 따라서, 선택적으로 함유시키는 경우의 Sn 함유량은, 용도에 요구되는 강도(경도)와 도전율의 균형에 따라서(균형을 고려하여), 0.001 내지 5.0 ％의 범위로부터 선택하여 함유시키는 것으로 한다.

(Mn, Mg, Ca 양)

Mn, Mg, Ca는 구리 합금의 열간 가공성의 향상에 기여하므로, 이들의 효과가 필요한 경우에 선택적으로 함유된다. Mn, Mg, Ca의 1종 또는 2종 이상의 함유량이 합계로 0.0001 ％ 미만인 경우, 원하는 효과를 얻을 수 없다. 한편, 그 함유량이 합계로 1.0 ％를 초과하면, 조대한 창출물이나 산화물이 생성되어 강도나 내열성을 저하시킬 뿐만 아니라, 도전율의 저하도 심해진다. 따라서, 이들 원소의 함유량은 총량으로 0.0001 내지 1.0 ％의 범위에서 선택적으로 함유시킨다.

(Zr, Ag, Cr, Cd, Be, Ti, Co, Ni, Au, Pt 양)

이들의 성분은 구리 합금의 강도를 향상시키는 효과가 있으므로, 이들의 효 과가 필요한 경우에 선택적으로 함유된다. 이들의 성분의 1종 또는 2종 이상의 함유량이 합계로 0.001 ％ 미만인 경우, 원하는 효과를 얻을 수 없다. 한편, 그 함유량이 합계로 1.0 ％를 초과하면, 조대한 창출물이나 산화물이 생성되어 강도나 내열성을 저하시킬 뿐만 아니라, 도전율의 저하도 심해, 바람직하지 않다. 따라서, 이들 원소의 함유량은 합계로 0.001 내지 1.0 ％의 범위에서 선택적으로 함유시킨다. 또한, 이들의 성분을, 상기 Mn, Mg, Ca와 함께 함유하는 경우, 이들 함유하는 원소의 합계 함유량은 1.0 ％ 이하로 한다.

(Hf, Th, Li, Na, K, Sr, Pd, W, S, Si, C, Nb, Al, V, Y, Mo, Pb, In, Ga, Ge, As, Sb, Bi, Te, B, 미시 메탈 양)

이들의 성분은 불순물 원소이고, 이들 원소의 함유량의 합계가 0.1 ％를 초과한 경우, 조대한 창출물이나 산화물이 생성되어 강도나 내열성을 저하시킨다. 따라서, 이들 원소의 함유량은 합계로 0.1 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

(제조 조건)

다음에, 구리 합금판 조직을 상기 본 발명 규정의 조직으로 하기 위한, 바람직한 제조 조건에 대해 이하에 설명한다. 본 발명 구리 합금판은, 상기 전위 밀도를 도입한 본 발명 규정의 조직으로 하기 위한, 최종 냉간 압연 조건 등의 바람직한 조건을 제외하고, 통상의 제조 공정 자체를 크게 바꾸는 것은 불필요하고, 상법과 동일한 공정으로 제조할 수 있다.

즉, 우선 상기 바람직한 성분 조성으로 조정한 구리 합금 용탕을 주조한다. 그리고, 주괴를 면삭 후, 가열 또는 균질화 열처리한 후에 열간 압연하고, 열연 후 의 판을 수냉한다.

그 후, 중간 압연이라 불리는 1차 냉간 압연하여, 어닐링, 세정 후, 또한 마무리(최종) 냉간 압연, 저온 어닐링(최종 어닐링, 마무리 어닐링)하여, 제품판 두께의 구리 합금판 등으로 한다. 이들 어닐링과 냉간 압연을 반복하여 행해도 좋다. 예를 들어, 리드 프레임 등의 반도체용 재료에 사용되는 구리 합금판의 경우에는, 제품판 두께가 0.1 내지 0.4 ㎜ 정도이다.

또한, 1차 냉간 압연 전에 구리 합금판의 용체화 처리 및 수냉에 의한 켄칭 처리를 행해도 좋다. 이때, 용체화 처리 온도는, 예를 들어 750 내지 1000 ℃의 범위로부터 선택된다.

(최종 냉간 압연)

Cu-Fe-P계 구리 합금판 표면의 {311}면으로부터의 X선 회절 강도 피크의 반가폭을 그 피크 높이로 나눈 값이 0.015 이상인 전위 밀도를 도입하기 위해서는, 후술하는 바와 같이, 최종 냉간 압연에서의 도입 변형량을 크게 한다. 즉, 최종 냉간 압연에 있어서의, 롤 직경을 80 ㎜φ 미만의 소직경 롤로 하거나, 1패스당의 최소 압하율(냉연율, 가공율)을 20 ％ 이상으로 하거나, 롤 길이(롤 폭)를 500 ㎜ 이상으로 하는 등의 수단을 선택하여 사용하거나, 조합하여 사용한다.

최종 냉간 압연에 있어서의 롤 직경이 지나치게 작고, 1패스당의 최소 압하율이 지나치게 작고, 롤 길이가 지나치게 짧으면, Cu-Fe-P계 구리 합금판에 도입되는 전위 밀도가 부족할 가능성이 높다. 이로 인해, 판 표면의 {311}면으로부터의 X선 회절 강도 피크의 반가폭을 그 피크 높이로 나눈 값이 0.015 미만으로 되어, 종래의 전위 밀도가 적어 Cu-Fe-P계 구리 합금판과 큰 차가 없어져, 프레스 펀칭성이 저하되거나, 향상되지 않는다.

최종 냉간 압연의 패스수는, 과소나 과다의 패스수를 피해, 통상의 3 내지 4회의 패스수로 행하는 것이 바람직하다. 또한, 1패스당의 압하율은 50 ％를 초과할 필요는 없고, 1패스당의 각 압하율은, 원래의 판 두께, 냉연 후의 최종 판 두께, 패스수, 상기 1패스당의 최소 압하율 및 이 최대 압하율을 고려하여 결정된다.

(최종 어닐링)

본 발명에서는, 최종 냉간 압연 후에, 저온에서의 최종 어닐링을 행하는 것이 바람직하다. 이 최종 어닐링 조건은, 100 내지 400 ℃에서 0.2분 이상 300분 이하의 저온 조건으로 하는 것이 바람직하다. 통상의 리드 프레임에 사용되는 구리 합금판의 제조 방법에서는, 강도가 저하되기 때문에, 변형 제거를 위한 어닐링(350 ℃ × 20초 정도)을 제외하고, 최종 냉간 압연 후에 최종 어닐링은 하지 않는다. 그러나, 본 발명에서는, 상기 냉간 압연 조건에 의해, 또한 최종 어닐링의 저온화에 의해, 이 강도 저하가 억제된다. 그리고, 최종 어닐링을 저온에서 행함으로써, 프레스 펀칭성이 향상된다.

어닐링 온도가 100 ℃보다도 낮은 온도나, 어닐링 시간이 0.2분 미만인 시간 조건, 혹은 이 저온 어닐링을 하지 않는 조건에서는, 구리 합금판의 조직ㆍ특성은, 최종 냉연 후의 상태로부터 거의 변화되지 않을 가능성이 높다. 반대로, 어닐링 온도가 400 ℃를 초과하는 온도나, 어닐링 시간이 300분을 초과하는 시간에서 어닐링을 행하면, 재결정이 발생하여, 전위의 재배열이나 회복 현상이 과도하게 발생하 고, 석출물도 조대화되기 때문에, 프레스 펀칭성이나 강도가 저하될 가능성이 높다.

(제1 실시예)

이하에 본 발명의 실시예를 설명한다. 최종 냉간 압연에 있어서의 롤 직경과 1패스당의 최소 압하율을 바꾸어, 다양한 판 표면의 {311}면으로부터의 X선 회절 강도 피크의 반가폭(전위 밀도)을 갖는 구리 합금 박판을 제조했다. 그리고, 이들 각 구리 합금 박판의 인장 강도, 경도, 도전율, 전단면율 등의 특성을 평가했다. 이들 결과를 표1에 나타낸다.

구체적으로는, 표1에 나타내는 각 화학 성분 조성의 구리 합금을 각각 코어리스 노에 의해 용제한 후, 반연속 주조법으로 조괴하여, 두께 70 ㎜ × 폭 200 ㎜ × 길이 500 ㎜의 주괴를 얻었다. 각 주괴를 표면을 면삭하여 가열 후, 950 ℃의 온도에서 열간 압연을 행하여 두께 16 ㎜의 판으로 하고, 750 ℃ 이상의 온도로부터 수중에 급랭했다. 다음에, 산화 스케일을 제거한 후, 1차 냉간 압연(중간 압연)을 행했다. 이 판을 면삭 후, 중간 어닐링을 넣으면서 냉간 압연을 4패스 행하는 최종 냉간 압연을 행하고, 이어서 350 ℃에서 20초의 저온 조건에서 최종 어닐링을 행하여, 리드 프레임의 박판화에 대응한 두께 0.15 ㎜의 구리 합금판을 얻었다.

최종 냉간 압연의 롤 직경(㎜)과 1패스당의 최소 압하율(％)을 표1에 각각 나타낸다. 또한, 최종 냉간 압연에서는 4패스 모두 동일한 롤 직경의 롤을 사용했다. 또한, 롤 직경을 바꾸어도 각 롤 길이는 500 ㎜로 일정하게 했다.

또한, 표1에 나타내는 각 구리 합금 모두, 기재 원소량을 제외한 잔량부 조성은 Cu이고, 그 밖의 불순물 원소로서, Hf, Th, Li, Na, K, Sr, Pd, W, S, Si, C, Nb, Al, V, Y, Mo, Pb, In, Ga, Ge, As, Sb, Bi, Te, B, 미시 메탈의 함유량은, 표1에 기재된 원소를 포함하여, 이들 원소 전체의 합계로 0.1 질량％ 이하였다.

또한, Mn, Mg, Ca 중 1종 또는 2종 이상을 포함하는 경우에는, 합계량을0.0001 내지 1.0 질량％의 범위로 하고, Zr, Ag, Cr, Cd, Be, Ti, Co, Ni, Au, Pt 중 1종 또는 2종 이상을 경우에는, 합계량을 0.001 내지 1.0 질량％의 범위로 하고, 또한 이들 원소 전체의 합계량도 1.0 질량％ 이하로 했다.

이와 같이 하여 얻은 구리 합금판에 대해, 각 예 모두, 구리 합금판으로부터 시료를 잘라내고, 각 시료의 전위 밀도(집합 조직), 인장 강도, 경도, 도전율, 전단면율 등의 특성을 평가했다. 이들 결과를 표1에 각각 나타낸다.

(반가폭의 측정)

구리 합금판 시료에 대해, 통상의 X선 회절법에 의해, 타깃에 Co를 사용하여, 관 전압 50 ㎸, 관 전류 200 ㎃, 주사 속도 2°/분, 샘플링 폭 0.02°, 측정 범위(2θ) 30°내지 115°의 조건으로, 리가꾸제 X선 회절 장치를 사용하여 X선 회절 패턴을 취득했다. 여기서부터, 판 표면의 {311}면으로부터의 X선 회절 강도 피크의 반가폭을 상기한 방법에 의해 구했다.

측정은 2군데 행하고, 반가폭은 그들의 평균값으로 했다.

(경도 측정)

구리 합금판 시료의 경도 측정은, 마이크로 비커스 경도계에 의해, 0.5 ㎏의 하중을 가하여 3군데 행하고, 경도는 그들의 평균값으로 했다.

(도전율 측정)

구리 합금판 시료의 도전율은, 밀링에 의해, 폭 10 ㎜ × 길이 300 ㎜의 스트립 형상의 시험편을 가공하고, 더블 브릿지식 저항 측정 장치에 의해 전기 저항을 측정하여, 평균 단면적법에 의해 산출했다.

(전단면율 측정)

상기한 시험 조건에 의해 구리 합금판 시료의 전단면율(전단면 비율)을 측정했다. 광학식 마이크로 스코프를 사용한 절단면의 표면 사진으로부터의 화상 해석 시에, 설치한 리드의 최대의 버 높이도 참고로 측정했다.

표1로부터 명백한 바와 같이, 본 발명 조성 내의 구리 합금인 제1 내지 제14 발명예는, 최종 냉간 압연에 있어서의 롤 직경과 1패스당의 최소 압하율 등의 제조 방법도 바람직한 조건 내에서 제조되어 있다. 이로 인해, 제1 내지 제14 발명예는, 판 표면의 {311}면으로부터의 X선 회절 강도 피크의 반가폭을 그 피크 높이로 나눈 값이 0.015 이상으로 되는 전위 밀도를 갖는다.

이 결과, 제1 내지 제14 발명예는, 인장 강도가 500 ㎫ 이상, 경도가 150 Hv 이상의 고강도인 셈치고는 비교적 고도전율이며, 또한 전단면율이 75 ％ 이하이고, 프레스 펀칭성도 우수하다.

이에 반해, 제15 내지 제17 비교예는, 본 발명 조성 내의 구리 합금이기는 하나, 최종 냉간 압연에 있어서의 롤 직경이나 1패스당의 최소 압하율이 지나치게 작다. 이로 인해, 제15 내지 제17 비교예는, 판 표면의 {311}면으로부터의 X선 회절 강도 피크의 반가폭을 그 피크 높이로 나눈 값이 0.015 미만으로, 전위 밀도가 너무 낮다. 이 결과, 강도 레벨이 낮은 셈치고는 전단면율이 78 ％ 이상으로, 프레스 펀칭성이 현저하게 떨어진다.

제18 비교예의 구리 합금은 Fe의 함유량이 0.006 ％로, 하한 0.01 ％를 낮게 벗어나 있다. 한편, 최종 냉간 압연에 있어서의 롤 직경과 1패스당의 최소 압하율 등의 제조 방법도 바람직한 조건 내에서 제조되어 있다. 이로 인해, 판 표면의 {311}면으로부터의 X선 회절 강도 피크의 반가폭을 그 피크 높이로 나눈 값이 0.015 이상으로 되는 전위 밀도를 갖기는 하나, 강도나 경도가 낮은 셈치고는 전단면율이 높고, 프레스 펀칭성이 떨어지고, 또한 고강도화도 달성할 수 없다.

제19 비교예의 구리 합금은, Fe의 함유량이 0.55 ％로, 상한 5.0 ％를 높게 벗어나 있으나, 최종 냉간 압연 등의 제조 방법은 바람직한 조건 내에서 제조되어 있다. 이로 인해, 판 표면의 {311}면으로부터의 X선 회절 강도 피크의 반가폭을 그 피크 높이로 나눈 값이 0.015 이상으로 되는 전위 밀도를 갖기는 하나, 전단면율이 높고, 프레스 펀칭성이 떨어지고, 도전율이 현저하게 낮다.

제20 비교예의 구리 합금은, P의 함유량이 0.007 ％로, 하한 0.01 ％를 낮게 벗어나 있으나, 최종 냉간 압연 등의 제조 방법은 바람직한 조건 내에서 제조되어 있다. 이로 인해, 판 표면의 {311}면으로부터의 X선 회절 강도 피크의 반가폭을 그 피크 높이로 나눈 값이 0.015 이상으로 되는 전위 밀도를 갖기는 하나, 강도나 경도가 낮은 셈치고는 전단면율이 높고, 프레스 펀칭성이 떨어지고, 또한 고강도화도 달성할 수 없다.

제21 비교예의 구리 합금은, P의 함유량이 0.16 ％로, 상한 0.15 ％를 높게 벗어나 있기 때문에, 열연 중에 판 단부에 균열이 발생했다. 단, 최종 냉간 압연 등의 제조 방법은 바람직한 조건 내에서 제조되어 있다. 이로 인해, 판 표면의 {311}면으로부터의 X선 회절 강도 피크의 반가폭을 그 피크 높이로 나눈 값이 0.015 이상으로 되는 전위 밀도를 갖기는 하나, 전단면율이 높고, 프레스 펀칭성이 떨어지고, 또한 도전율이 현저하게 낮다.

(버 높이)

상기 제1 내지 제14 발명예는, 상기 프레스 펀칭 시험에 있어서 관찰된 버 높이(최대)는 모두 5 ㎛ 이하였다. 또한, 상기 제15 내지 제17 비교예도, 프레스 펀칭 시험에 있어서의 버 높이는 모두 5 ㎛ 이하이고, 발명예로 손색은 없었다. 한편, 상기 제18 내지 제21 비교예는, 프레스 펀칭 시험에 있어서의 버 높이는 모두 6 ㎛를 초과하고 있어, 상기 발명예보다도 떨어지고 있었다.

따라서, 프레스 펀칭 시험에 있어서의 버 높이의 평가는, 극단적으로 프레스 펀칭성이 다른 것끼리(제1 내지 제14 발명예와 제18 내지 제21 비교예)의 비교, 식별에는 사용할 수 있다. 그러나, 제1 내지 제14 발명예와 제15 내지 제17 비교예에서는, 버 높이에는 그다지 의미있는 차가 나지 않고, 불량의 식별을 할 수 없는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명에서 문제로 하는 레벨, 즉 상기한 리드 프레임의 소단면적화에 수반하여, 작아진 리드 폭이나 판 두께에 대응하여 고강도화된 Cu-Fe-P계 구리 합금판의 스탬핑 가공시의 프레스 펀칭성 평가에는 불충분한 것을 알 수 있다.

이상의 결과로부터, 고강도화시킨 후에, 프레스 펀칭성도 우수하게 하기 위한, 본 발명 구리 합금판의 성분 조성, 판 표면의 {311}면으로부터의 X선 회절 강도 피크의 반가폭을 그 피크 높이로 나눈 값의 임계적인 의의 및, 이와 같은 조직을 얻기 위한 바람직한 제조 조건의 의의가 뒷받침된다.

(2)

이하에, 반도체 리드 프레임용 등으로서, 필요한 특성을 만족시키기 위한, 본 발명 Cu-Fe-P계 구리 합금판에 있어서의 각 요건의 의의나 실시 형태를 구체적으로 설명한다.

(X선 회절 강도비)

본 발명의 X선 회절 강도비는, 통상의 X선 회절법을 사용하여, 판 표면에 있어서의, 큐브 방위인 (200)면으로부터의 X선 회절 강도 I(200)와, 큐브 방위 이외의 방위인 (220)면으로부터의 X선 회절 강도 I(220)를 측정한다. 그리고, 이들 X선 회절 강도비(X선 회절 피크비), I(200)/I(220)로부터 구할 수 있다.

통상의 구리 합금판의 집합 조직은, 상술한 바와 같이, 상당히 많은 방위 인자로 이루어지나, 이들 구성 비율이 변화되면 판재의 소성 이방성이 변화되어, 내열성이 변화된다. 그리고, 그 중에서도, 특히 큐브 방위의 방위 밀도[D(큐브)라고도 함]와, 그것 이외의 특정의 결정 방위 밀도를 적정 범위로 제어함으로써, 내열성이 향상된다.

이로 인해, 본 발명에서는, 판 표면에 있어서의, 큐브 방위인 (200)면으로부터의 X선 회절 강도 I(200)와, 큐브 방위 이외의 방위인 (220)면으로부터의 X선 회절 강도 I(220)의 비, I(200)/I(220)가 0.3 이하, 바람직하게는 0.25 이하인 것으로 한다.

이에 의해, 상기한 바와 같이, 큐브 방위의 발달을 억제하는 동시에, 큐브 방위 이외의 특정의 결정 방위의 발달을 강하게 하고, 이방성을 강하게 하여, 우수한 내열성을 얻을 수 있다. 그리고, Fe의 함유량을 실질적으로 0.5 ％ 이하로 저감한 Cu-Fe-P계 구리 합금판의 조성에 의해서도, 고강도화와 우수한 내열성을 양립시킬 수 있다.

이에 반해, I(200)/I(220)가 0.3, 보다 엄격하게는 0.25를 초과한 경우, 상기한 바와 같이, 특허 문헌 2 등과 동일하게 되어, 큐브 방위가 발달하고, 큐브 방위 이외의 특정의 결정 방위의 발달이 억제되고, 이방성이 억제된다. 이로 인해, Fe의 함유량을 실질적으로 0.5 ％ 이하로 저감한 Cu-Fe-P계 구리 합금판의 조성에서는, 고강도화와 우수한 내열성을 양립시킬 수 없게 된다.

(구리 합금판의 성분 조성)

본 발명에서는, 반도체 리드 프레임용 등으로서, 인장 강도가 500 ㎫ 이상, 경도가 150 Hv 이상, 도전율이 50 ％ IACS 이상인 고강도화와 우수한 내열성을 아울러 달성한다. 이로 인해, Cu-Fe-P계 구리 합금판으로서, 질량％로, Fe의 함유량이 0.01 내지 0.50 ％의 범위, 상기 P의 함유량이 0.01 내지 0.15 ％의 범위로 한, 잔량부 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 기본 조성으로 한다.

이 기본 조성에 대해, Zn, Sn의 1종 또는 2종을, 또한 하기 범위에서 함유하는 형태라도 좋다. 또한, 그 밖의 선택적 첨가 원소 및 불순물 원소도, 이들 특성을 저해하지 않는 범위에서의 함유를 허용한다. 또한, 합금 원소나 불순물 원소의 함유량의 표시 ％는 모두 질량％의 의미이다.

(Fe)

Fe는, Fe 또는 Fe기 금속간 화합물로서 석출하여, 구리 합금의 강도나 내열성을 향상시키는 주요 원소이다. Fe의 함유량이 0.01 ％ 미만에서는, 제조 조건에 따라서는, 상기 석출 입자의 생성량이 적고, 도전율의 향상은 만족되기는 하나, 강도 향상으로의 기여가 부족하여, 강도나 내열성이 부족하다. 한편, Fe의 함유량이 0.50 ％를 초과하면, 상기한 종래 기술과 같이, 도전율이나 Ag 도금성이 저하된다. 따라서, 도전율을 무리하게 증가시키기 위해, 상기 석출 입자의 석출량을 증가시키고자 하면, 반대로 석출 입자의 성장ㆍ조대화를 초래한다. 이로 인해, 강도나 내열성, 프레스 펀칭성 등이 저하된다. 따라서, Fe의 함유량은 0.01 내지 0.50 ％의 비교적 조금 낮은 범위로 한다.

(P)

P는 탈산 작용이 있는 것 외에, Fe와 화합물을 형성하여, 구리 합금의 강도나 내열성을 향상시키는 주요 원소이다. P 함유량이 0.01 ％ 미만에서는, 제조 조건에 따라서는, 화합물의 석출이 불충분하기 때문에, 원하는 강도나 내열성이 얻어지지 않는다. 한편, P 함유량이 0.15 ％를 초과하면, 도전성이 저하될 뿐만 아니라, 오히려 내열성이나, 열간 가공성, 프레스 펀칭성 등도 저하된다. 따라서, P의 함유량은 0.01 내지 0.15 ％의 범위로 한다.

(Zn)

Zn은 리드 프레임 등에 필요한, 구리 합금의 땜납 및 Sn 도금의 내열 박리성을 개선한다. Zn의 함유량이 0.005 ％ 미만인 경우에는 원하는 효과가 얻어지지 않는다. 한편, 3.0 ％를 초과하면 땜납 습윤성이 저하될 뿐만 아니라, 도전율의 저하도 커진다. 따라서, 선택적으로 함유시키는 경우의 Zn의 함유량은, 용도에 요구되는 도전율과 땜납 및 Sn 도금의 내열 박리성과의 균형에 따라서(균형을 고려하여), 0.005 내지 3.0 ％의 범위로부터 선택한다.

(Sn)

(Mn, Mg, Ca 양)

(Zr, Ag, Cr, Cd, Be, Ti, Co, Ni, Au, Pt 양)

이들의 성분은 구리 합금의 강도를 향상시키는 효과가 있으므로, 이들의 효과가 필요한 경우에 선택적으로 함유된다. 이들의 성분의 1종 또는 2종 이상의 함유량이 합계로 0.001 ％ 미만인 경우, 원하는 효과를 얻을 수 없다. 한편, 그 함유량이 합계로 1.0 ％를 초과하면, 조대한 창출물이나 산화물이 생성되어 강도나 내열성을 저하시킬 뿐만 아니라, 도전율의 저하도 심해, 바람직하지 않다. 따라서, 이들 원소의 함유량은 합계로 0.001 내지 1.0 ％의 범위에서 선택적으로 함유시킨다. 또한, 이들의 성분을, 상기 Mn, Mg, Ca와 함께 함유하는 경우, 이들 함유하는 원소의 합계 함유량은 1.0 ％ 이하로 한다.

(제조 조건)

다음에, 구리 합금판 조직을 상기 본 발명 규정의 조직으로 하기 위한, 바람직한 제조 조건에 대해 이하에 설명한다. 본 발명 구리 합금판은, 상기 집합 조직을 제어한 본 발명 규정의 조직으로 하기 위한, 최종 냉간 압연 조건 등의 바람직한 조건을 제외하고, 통상의 제조 공정 자체를 크게 바꾸는 것은 불필요하고, 상법과 동일한 공정으로 제조할 수 있다.

즉, 우선, 상기 바람직한 성분 조성으로 조정한 구리 합금 용탕을 주조한다. 그리고, 주괴를 면삭 후, 가열 또는 균질화 열처리 한 후에 열간 압연하고, 열연 후의 판을 수냉한다. 이 열간 압연은 통상의 조건이라도 좋다.

(최종 냉간 압연)

Cu-Fe-P계 구리 합금판 표면의 (200)면으로부터의 X선 회절 강도 I(200)와 (220)면으로부터의 X선 회절 강도 I(220)의 비, I(200)/I(220)를 0.3 이하로 하기 위해서는, 최종 냉간 압연에서의 압연 속도를 크게 하거나, 최종 냉간 압연에 있어서의 롤의 경도(쉐어 경도)를 높게 한다. 즉, 최종 냉간 압연에서의 압연 속도를 200 m/분 이상으로 크게 하거나, 최종 냉간 압연에 있어서의 롤의 경도(쉐어 경도)를 60 Hs 이상으로 높게 하는 등의 수단을 선택하여 사용하거나, 조합하여 사용한다.

이에 의해, 본 발명과 같은 Fe 함유량이 적은 Cu-Fe-P계 구리 합금판이라도, 큐브 방위의 발달을 억제하는 동시에, 큐브 방위 이외의 특정의 결정 방위의 발달을 강하게 하고, 이방성을 강하게 하여, 상기 X선 회절 강도비, I(200)/I(220)를 0.3 이하로 할 수 있어, 우수한 내열성을 얻을 수 있다.

한편, 최종 냉간 압연에 있어서의 압연 속도가 지나치게 작고, 롤의 경도가 너무 낮으면, 본 발명과 같은 Fe 함유량이 적은 Cu-Fe-P계 구리 합금판에서는, 특히 큐브 방위가 발달하여, 큐브 방위 이외의 특정의 결정 방위의 발달이 억제되고, 이방성이 억제된다. 이로 인해, 상기 X선 회절 강도비 I(200)/I(220)를 0.3 이하로 할 수 없게 된다.

또한, 상기 스탬핑 가공에 있어서의 프레스 펀칭성을 향상시키기 위해서는, 최종 냉간 압연에서의 도입 변형량을 크게 한다. 즉, 최종 냉간 압연에 있어서의, 롤 직경을 80 ㎜φ 미만의 소직경 롤로 하거나, 1패스당의 최소 압하율(냉연율, 가공율)을 20 ％ 이상으로 하거나, 롤 길이(롤 폭)를 500 ㎜ 이상으로 하는 등의 수단을 선택하여 사용하거나, 조합하여 사용하는 것이 바람직하다.

최종 냉간 압연의 패스수는, 과소나 과다의 패스수를 피해, 통상의 3 내지 4회의 패스수로 행하는 것이 바람직하다. 또한, 1패스당의 압하율은 50 ％를 초과할 필요는 없고, 1패스당의 각 압하율은, 원래의 판 두께, 냉연 후의 최종 판 두께, 패스수, 이 최대 압하율을 고려하여 결정된다.

(최종 어닐링)

본 발명에서는, 최종 냉간 압연 후에, 저온에서의 최종 어닐링을 행하는 것이 바람직하다. 이 최종 어닐링 조건은, 100 내지 400 ℃에서 0.2분 이상 300분 이하의 저온 조건으로 하는 것이 바람직하다. 통상의 리드 프레임에 사용되는 구리 합금판의 제조 방법에서는, 강도가 저하되기 때문에, 변형 제거를 위한 어닐링(350 ℃ ×20초 정도)을 제외하고, 최종 냉간 압연 후에 최종 어닐링은 하지 않는다. 그러나, 본 발명에서는, 상기 냉간 압연 조건에 의해, 또한 최종 어닐링의 저온화에 의해, 이 강도 저하가 억제된다. 그리고, 최종 어닐링을 저온에서 행함으로써, 프레스 펀칭성이 향상된다.

어닐링 온도가 100 ℃보다도 낮은 온도나, 어닐링 시간이 0.2분 미만인 시간 조건, 혹은 이 저온 어닐링을 하지 않는 조건에서는, 구리 합금판의 조직ㆍ특성은, 최종 냉연 후의 상태로부터 거의 변화되지 않을 가능성이 높다. 반대로, 어닐링 온도가 400 ℃를 초과하는 온도나, 어닐링 시간이 300분을 초과하는 시간에서 어닐링을 행하면, 재결정이 발생하여, 전위의 재배열이나 회복 현상이 과도하게 발생하고, 석출물도 조대화되기 때문에, 프레스 펀칭성이나 강도가 저하될 가능성이 높다.

(제2 실시예)

이하에 본 발명의 실시예를 설명한다. 최종 냉간 압연에 있어서의 압연 속도나, 롤의 경도(쉐어 경도)를 바꾸어, 다양한 판 표면의 상기 X선 회절 강도비 I(200)/I(220)를 갖는 구리 합금 박판을 제조했다. 그리고, 이들 각 구리 합금 박판의 인장 강도, 경도, 도전율 등의 특성이나, 500 ℃에서 1분간 어닐링한 후의 경도 저하량으로 내열성을 평가했다. 이들 결과를 표2에 나타낸다.

구체적으로는, 표2에 나타내는 각 화학 성분 조성의 구리 합금을 각각 코어리스 노에 의해 용제한 후, 반연속 주조법으로 조괴하여, 두께 70 ㎜ × 폭 200 ㎜ × 길이 500 ㎜의 주괴를 얻었다. 각 주괴를 표면을 면삭하여 가열 후, 950 ℃의 온도에서 열간 압연을 행하여 두께 16 ㎜의 판으로 하고, 750 ℃ 이상의 온도로부터 수중에 급랭했다. 다음에, 산화 스케일을 제거한 후, 1차 냉간 압연(중간 압연)을 행했다. 이 판을 면삭 후, 중간 어닐링을 넣으면서 냉간 압연을 4패스 행하는 최종 냉간 압연을 행하고, 이어서 350 ℃에서 20초의 저온 조건에서 최종 어닐링을 행하여, 리드 프레임의 박판화에 대응한 두께 0.15 ㎜의 구리 합금판을 얻었다.

최종 냉간 압연의 압연 속도, 롤의 경도(쉐어 경도)를 표2에 각각 나타낸다. 또한, 최종 냉간 압연에서의 사용 롤 직경은 60 ㎜, 1패스당의 최소 압하율은 25 ％로 했다.

또한, 표2에 나타내는 각 구리 합금 모두, 기재 원소량을 제외한 잔량부 조성은 Cu이고, 그 밖의 불순물 원소로서, Hf, Th, Li, Na, K, Sr, Pd, W, S, Si, C, Nb, Al, V, Y, Mo, Pb, In, Ga, Ge, As, Sb, Bi, Te, B, 미시 메탈의 함유량은, 표2에 기재된 원소를 포함하여, 이들 원소 전체의 합계로 0.1 질량％ 이하였다.

이와 같이 하여 얻은 구리 합금판에 대해, 각 예 모두, 구리 합금판으로부터 시료를 잘라내어, 각 시료의 집합 조직, 인장 강도, 경도, 도전율, 내열성 등의 특성을 평가했다. 이들 결과를 표2에 각각 나타낸다.

(집합 조직의 측정)

구리 합금판 시료에 대해, 리가꾸제 X선 회절 장치를 사용하고, 타깃에 Co를 사용하여, 관 전압 50 ㎸, 관 전류 200 ㎃, 주사 속도 2°/분, 샘플링 폭 0.02°, 측정 범위(2θ) 30°내지 115°의 조건으로, 판 표면의 (200)면으로부터의 X선 회절 강도 I(200)와 (220)면으로부터의 X선 회절 강도 I(220)를 측정하고, 이들 X선 회절 강도비 I(200)/I(220)를 구했다. 측정은 2군데 행하고, I(200)/I(220)는 그들의 평균값으로 했다.

(경도 측정)

구리 합금판 시료의 경도 측정은, 마이크로비커스 경도계에 의해, 0.5 ㎏의 하중을 가하여 4군데 행하고, 경도는 그들의 평균값으로 했다.

(도전율 측정)

(내열성)

또한 각 시험재의 내열성은, 어닐링에 의한 경도의 저하 정도로 평가했다. 경도의 측정은, 최종 냉간 압연과 최종 저온 어닐링을 끝낸 제품 구리 합금판과, 이것을 500 ℃에서 1분간 어닐링 후에 수냉한 판과, 각각 임의로 시험편(폭 10 ㎜ × 길이 10 ㎜)을 채취하고, 마쯔자와 세이끼샤제의 마이크로 비커스 경도계(상품명「미소 경도계」)를 사용하여 0.5 ㎏의 하중을 가하여 행했다.

표2로부터 명백한 바와 같이, 본 발명 조성 내의 구리 합금인 제1 내지 제14 발명예는, 최종 냉간 압연의 압연 속도, 롤의 경도 등의 제조 방법도 바람직한 조건 내에서 제조되어 있다. 이로 인해, 제1 내지 제14 발명예는, Cu-Fe-P계 구리 합금판 표면의 (200)면으로부터의 X선 회절 강도 I(200)와 (220)면으로부터의 X선 회절 강도 I(220)의 비, I(200)/I(220)가 0.3 이하이다.

이 결과, 제1 내지 제14 발명예는, 인장 강도가 500 ㎫ 이상, 경도가 150 Hv 이상의 고강도이며, 500 ℃에서 1분간 어닐링한 후의 경도 저하량이 30 Hv 이하인 우수한 내열성을 갖는다.

이에 반해, 제15 내지 제17 비교예는, 본 발명 조성 내의 구리 합금이기는 하나, 최종 냉간 압연에 있어서의 압연 속도가 지나치게 작거나, 롤의 경도가 너무 낮다. 이로 인해, 이로 인해, 제15 내지 제17 비교예는, 상기 X선 회절 강도비 I(200)/I(220)가 상한 0.3을 크게 초과하고 있다. 이 결과, 강도 레벨이 낮고, 500 ℃에서 1분간 어닐링한 후의 경도 저하량도 50 Hv를 초과하고 있어, 내열성이 현저하게 떨어진다.

제18 비교예의 구리 합금은 Fe의 함유량이 0.005 ％로, 하한 0.01 ％를 낮게 벗어나 있다. 한편, 최종 냉간 압연의 압연 속도, 롤의 경도 등의 제조 방법도 바람직한 조건 내에서 제조되어 있다. 이로 인해, 상기 X선 회절 강도비 I(200)/I(220)가 0.3 이하이기는 하나, 이 결과, 강도 레벨이 낮고, 500 ℃에서 1분간 어닐링한 후의 경도 저하량도 40 Hv를 초과하고 있어, 내열성이 현저하게 떨어진다.

제19 비교예의 구리 합금은, Fe의 함유량이 0.55 ％로, 상한 5.0 ％를 높게 벗어나 있으나, 최종 냉간 압연 등의 제조 방법은 바람직한 조건 내에서 제조되어 있다. 이로 인해, 상기 X선 회절 강도비 I(200)/I(220)가 0.3 이하로, 내열성과 도전율이 현저하게 낮다.

제20 비교예의 구리 합금은, P의 함유량이 0.005 ％로, 하한 0.01 ％를 낮게 벗어나 있으나, 최종 냉간 압연 등의 제조 방법은 바람직한 조건 내에서 제조되어 있다. 이로 인해, 상기 X선 회절 강도비 I(200)/I(220)가 0.3 이하이기는 하나, 강도 레벨이 낮고, 500 ℃에서 1분간 어닐링한 후의 경도 저하량도 40 Hv를 초과하고 있어, 내열성이 현저하게 떨어진다.

제21 비교예의 구리 합금은, P의 함유량이 0.17 ％로, 상한 0.15 ％를 높게 벗어나 있기 때문에, 열연 중에 판 단부에 균열이 발생했다. 단, 최종 냉간 압연 등의 제조 방법은 바람직한 조건 내에서 제조되어 있기 때문에, 상기 X선 회절 강도비 I(200)/I(220)가 0.3 이하로, 내열성과 도전율이 현저하게 낮다.

이상의 결과로부터, 고강도화시킨 후, 내열성도 우수하게 하기 위한, 본 발명 구리 합금판의 성분 조성, 상기 X선 회절 강도비 I(200)/I(220)의 임계적인 의의, 및 이와 같은 조직을 얻기 위한 바람직한 제조 조건의 의의가 뒷받침된다.

(3)

(B 방위의 방위 분포 밀도의 측정)

본 발명에 있어서의 Cu-Fe-P계 구리 합금판의 브래스 방위(B 방위)의 방위 분포 밀도의 측정은, 전계 방사형 주사 전자 현미경 FESEM(Field Emission Scanning Electron Microscope)에 의한, 후방 산란 전자 회절상 EBSP(electronBackscatter Diffraction Pattern)를 사용한 결정 방위 해석 방법에 의해 측정한다.

본 발명에서 판의 브래스 방위의 집합 조직을 규정할 때에, 상기 EBSP를 사용한 결정 방위 해석 방법에 의한 측정에 의해 규정하고 있는 것은, 산화막의 밀착성 향상을 위해서는, 판(판 표면)의 보다 작은 영역의 조직(집합 조직)이 영향을 미치고 있기 때문이다. 상기 EBSP를 사용한 결정 방위 해석 방법에서는, 이 작은 영역의 집합 조직을 정량화할 수 있다.

이에 반해, 집합 조직 규정 또는 측정을 위해 범용되는 X선 회절선(회절 강도 등)에서는, 상기 EBSP를 사용한 결정 방위 해석 방법에 비해, 비교적 큰 영역의 조직(집합 조직)을 측정하고 있는 것으로 된다. 이로 인해, 산화막의 밀착성 향상을 위한, 판의 상기보다 작은 영역의 조직(집합 조직)을 정확하게 측정할 수 없다.

실제로, 본 발명자들이 측정하고, 비교한 바에 따르면, 상기 EBSP를 사용한 결정 방위 해석 방법에 의해 측정한 B 방위의 방위 분포 밀도값과, X선 회절에 의해 측정한 B 방위의 방위 분포 밀도값은, 동일한 판이라도 서로 크게 다르다. 이로 인해, B 방위의 방위 분포 밀도가 다른 복수의 판끼리에서의 비교에 있어서, B 방위의 방위 분포 밀도가 극단적으로 크거나, 혹은 극단적으로 작은 군 전체의 경향(대략적인 경향)에서는, 이들 양 측정 방법은 일치하기는 하나, 측정한 각 판의 B 방위의 방위 분포 밀도값의 순위는, 양 측정 방법에서는 크게 다르다. 따라서, 결과적으로, 서로의 측정 방법에는 호환성(상관성)은 없다.

바꾸어 말하면, 이 사실로부터도, 산화막의 밀착성에 판의 보다 작은 영역의 집합 조직이 영향을 미치고 있는 것, 그리고 이 작은 영역의 브래스 방위집합 조직을 상기 EBSP를 사용한 결정 방위 해석 방법에 의한 측정에 의해 규정하고 있는, 본 발명의 의의를 알 수 있다.

(B 방위의 방위 분포 밀도 측정 방법)

이 결정 방위 해석 방법은, 시료 표면에 비스듬히 전자선을 맞혔을 때에 발생하는 후방 산란 전자 회절 패턴[국지(菊地) 패턴]을 기초로 하여, 결정 방위를 해석한다. 그리고, 이 방법은, 고분해 가능 결정 방위 해석법(FESEM/EBSP법)으로서, 다이아몬드 박막이나 구리 합금 등의 결정 방위 해석에서도 공지이다. 본 발명과 마찬가지로 구리 합금의 결정 방위 해석을 이 방법으로 행하고 있는 예는, 일본 공개 특허 공보 제2005-29857호, 일본 공개 특허 공보 제2005-139501호 등에도 개시되어 있다.

이 결정 방위 해석 방법에 의한 해석 순서는, 우선 측정되는 재료의 측정 영역을 통상, 육각형 등의 영역으로 구획하고, 구획된 각 영역에 대해, 시료 표면에 입사시킨 전자선의 반사 전자로부터, 국지 패턴(B 방위 맵핑)을 얻는다. 이때, 전자선을 시료 표면에 2차원으로 주사시켜, 소정 피치마다 결정 방위를 측정하면, 시료 표면의 방위 분포를 측정할 수 있다.

다음에, 얻어진 상기 국지 패턴을 해석하여, 전자선 입사 위치의 결정 방위를 알 수 있다. 즉, 얻어진 국지 패턴을 공지된 결정 구조의 데이터와 비교하여, 그 측정점에서의 결정 방위를 구한다. 마찬가지로 하여, 그 측정점에 인접하는 측정점의 결정 방위를 구하고, 이들 서로 인접하는 결정의 방위차가 ±15°이내(결정면에서 ±15°이내의 어긋남)의 것은 동일한 결정면에 속하는 것으로 한다(간주함). 또한, 양쪽의 결정의 방위차가 ±15°를 초과하는 경우에는, 그 사이(양쪽의 육각형이 접하고 있는 변 등)를 입계로 한다. 이와 같이 하여, 시료 표면의 결정립계의 분포를 구한다.

보다 구체적으로는, 제조한 구리 합금판으로부터 조직 관찰용의 시험편을 채취하여, 기계 연마 및 버프 연마를 행한 후, 전해 연마하여 표면을 조정한다. 이와 같이 얻어진 시험편에 대해, 예를 들어 니혼덴시샤제의 FESEM과, TSL사제의 EBSP 측정ㆍ해석 시스템 0IM(0rientation Imaging Macrograph)을 사용하고, 상기 시스템의 해석 소프트(소프트명「OIMAnalysis」)를 사용하여, 각 결정립이, 대상으로 하는 브래스 방위의 방위 밀도(이상 방위로부터 15°이내)인지 여부를 판정하여, 측정 시야에 있어서의 브래스 방위 밀도를 구한다.

이 측정 시야 범위는, 500 ㎛ ×500 ㎛ 정도의 미소(마이크로) 영역이고, X선 회절의 측정 범위에 비교해도, 현저하게 미소한 영역이다. 따라서, 산화막의 밀착성에 영향을 미치는, 판의 보다 작은 영역의 조직에 있어서의 방위 밀도 측정을, X선 회절에 의한 방위 밀도 측정에 비해, 상기한 바와 같이, 보다 상세하고 또한 고정밀도로 행할 수 있다.

또한, 이들의 방위 분포는 판 두께 방향으로 변화되어 있기 때문에, 판 두께 방향으로 몇 점인가 임의에 있어서 평균을 취함으로써 구하는 쪽이 바람직하다. 단, 리드 프레임 등의 반도체용 재료에 사용되는 구리 합금판의 경우, 판 두께가 0.1 내지 0.4 ㎜ 정도의 박판이기 때문에, 그 상태로의 판 두께로 측정한 값으로도 평가할 수 있다.

(방위 분포 밀도의 의의)

본 발명에서는, 상기한 바와 같이, Fe 함유량이 적은 Cu-Fc-P계 구리 합금판의 고강도화와 우수한 산화막의 밀착성을 양립시키기 위해, 그 압연 집합 조직의 발달을, 특정 방위에 대해 조정한다.

이로 인해, 본 발명에서는, 브래스 방위(B 방위)의 방위 분포 밀도를 증가시켜(높게 하여), 상기한 FESEM/EBSP를 사용한 결정 방위 해석 방법에 의한 측정에서 25 ％ 이상으로 한 집합 조직으로 한다. 단, 전제로서, 본 발명에 있어서는, 이들의 서로 인접하는 결정의 방위차가 ±15°이내(결정면에서 ±15°이내의 어긋남)의 것은 동일한 결정면에 속하는 것으로 간주한다.

Fe 함유량이 적은(0.5 ％ 이하의) Cu-Fe-P계 조성을 갖는 구리 합금판에서는, B 방위의 방위 분포 밀도가 산화막의 밀착성에 크게 영향을 미친다. B 방위의 방위 분포 밀도가 클수록, 압연 집합 조직이 발달하고 있어, 강도가 높아지는 동시에, 산화막의 밀착성이 향상된다.

이에 반해, 브래스 방위(B 방위)의 상기 방위 분포 밀도가 25 ％ 미만에서는, Fe 함유량이 적은 Cu-Fe-P계 구리 합금판의 압연 집합 조직이 발달하지 않고, 강도가 낮아지는 동시에, 산화막의 밀착성이 향상되지 않는다.

(평균 결정립경)

본 발명에서는, 상기 집합 조직으로의 제어나, 상기 집합 조직 자체의 효과를 발휘시키기 위한 전제적인 조건으로서, 구리 합금판 조직에 있어서의 평균 결정립경을, 상기한 FESEM/EBSP를 사용한 결정 방위 해석 방법에 의한 측정값에서 6.0 ㎛ 이하로 한다. 이 평균 결정립경을 6.0 ㎛ 이하로 미세화시킴으로써 산화막의 밀착성도 향상되고, 또한 상기 집합 조직으로의 제어나, 상기 집합 조직 자체의 산화막의 밀착성 향상 효과 발휘가 용이하게 된다. 한편, 이 평균 결정립경이 6.0 ㎛를 초과하여 조대화된 경우, 상기 집합 조직으로의 제어나, 상기 집합 조직 자체의 효과의 발휘가 어려워진다.

이 평균 결정립경은, 상기한 바와 같이, FESEM/EBSP를 사용한 결정 방위 해석 방법에 의한 B 방위의 방위 분포 밀도 측정 중에서 측정할 수 있다.

(구리 합금판의 성분 조성)

본 발명에서는, 반도체 리드 프레임용 등으로서, 인장 강도가 500 ㎫ 이상, 경도가 150 Hv 이상, 도전율이 50 ％ IACS 이상인 고강도화와 우수한 산화막 밀착성을 아울러 달성한다. 이로 인해, Cu-Fe-P계 구리 합금판으로서, 질량％로, Fe의 함유량이 0.01 내지 0.50 ％의 범위, 상기 P의 함유량이 0.01 내지 0.15 ％의 범위로 한, 잔량부 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 기본 조성으로 한다.

이 기본 조성에 대해, Zn, Sn의 1종 또는 2종을, 하기 범위에서 더 함유하는 형태라도 좋다. 또한, 그 밖의 선택적 첨가 원소 및 불순물 원소도, 이들 특성을 저해하지 않는 범위에서의 함유를 허용한다. 또한, 합금 원소나 불순물 원소의 함유량의 표시 ％는 모두 질량％의 의미이다.

(Fe)

Fe는, Fe또는 Fe기 금속간 화합물로서 석출하여, 구리 합금의 강도나 내열성을 향상시키는 주요 원소이다. Fe의 함유량이 0.01 ％ 미만에서는, 제조 조건에 따라서는, 상기 석출 입자의 생성량이 적고, 도전율의 향상은 만족되기는 하나, 강도 향상으로의 기여가 부족하여, 강도나 내열성이 부족하다. 한편, Fe의 함유량이 0.50 ％를 초과하면, 상기한 종래 기술과 같이, 도전율이나 Ag 도금성이 저하된다. 따라서, 도전율을 무리하게 증가시키기 위해, 상기 석출 입자의 석출량을 증가시키고자 하면, 반대로 석출 입자의 성장ㆍ조대화를 초래한다. 이로 인해, 강도나 내열성이 저하된다. 따라서, Fe의 함유량은 0.01 내지 0.50 ％의 비교적 조금 낮은 범위로 한다.

(P)

P는 탈산 작용이 있는 것 외에, Fe와 화합물을 형성하여, 구리 합금의 강도나 내열성을 향상시키는 주요 원소이다. P 함유량이 0.01 ％ 미만에서는, 제조 조건에 따라서는, 화합물의 석출이 불충분하기 때문에, 원하는 강도나 내열성이 얻어지지 않다. 한편, P 함유량이 0.15 ％를 초과하면, 도전성이 저하될 뿐만 아니라, 오히려 내열성이나, 열간 가공성, 프레스 펀칭성이 저하된다. 따라서, P의 함유량은 0.01 내지 0.15 ％의 범위로 한다.

(Zn)

Zn은 리드 프레임 등에 필요한, 구리 합금의 땜납 및 Sn 도금의 내열 박리성을 개선한다. Zn의 함유량이 0.005 ％ 미만인 경우에는 원하는 효과를 얻을 수 없다. 한편, 3.0 ％를 초과하면 땜납 습윤성이 저하될 뿐만 아니라, 오히려 내열성이나 도전율의 저하도 커진다. 따라서, 선택적으로 함유시키는 경우의 Zn의 함유량은, 용도에 요구되는 도전율과 땜납 및 Sn 도금의 내열 박리성과의 균형에 따라서(균형을 고려하여), 0.005 내지 3.0 ％의 범위로부터 선택한다.

(Sn)

(Mn, Mg, Ca 양)

(Zr, Ag, Cr, Cd, Be, Ti, Co, Ni, Au, Pt 양)

(제조 조건)

다음에, 구리 합금판 조직을 상기 본 발명 규정의 조직으로 하기 위한, 바람직한 제조 조건에 대해 이하에 설명한다. 본 발명 구리 합금판은, 상기 집합 조직을 제어한 본 발명 규정의 조직으로 하기 위한, 최종 저온 어닐링 조건 등의 바람직한 조건을 제외하고, 통상의 제조 공정 자체를 크게 바꾸는 것은 불필요하고, 상법과 동일한 공정으로 제조할 수 있다.

즉, 우선, 상기 바람직한 성분 조성으로 조정한 구리 합금 용탕을 주조한다. 그리고, 주괴를 면삭 후, 가열 또는 균질화 열처리한 후에 열간 압연하고, 열연 후의 판을 수냉한다. 이 열간 압연은 통상의 조건이라도 좋다.

(최종 냉간 압연)

최종 냉간 압연도 상법에 의한다. 단, 리드 프레임에 스탬핑 가공 후의 열처리(변형 제거 어닐링) 등에서의 강도 저하가 적은 내열성을 향상시키기 위해서는, 최종 냉간 압연에서의 압연 속도를 크게 하거나, 최종 냉간 압연에 있어서의 롤의 경도(쉐어 경도)를 높게 하는 것이 바람직하다. 즉, 최종 냉간 압연에서의 압연 속도를 200 m/분 이상으로 크게 하거나, 최종 냉간 압연에 있어서의 롤의 경도(쉐어 경도)를 60 Hs 이상으로 높게 하는 등의 수단을 선택하여 사용하거나, 조합하여 사용하는 것이 바람직하다.

최종 냉간 압연의 패스수는, 과소나 과다의 패스수를 피해, 통상의 3 내지 4회의 패스수로 행하는 것이 바람직하다. 또한, 1패스당의 압하율은 50 ％를 초과할 필요는 없고, 1패스당의 각 압하율은, 원래의 판 두께, 냉연 후의 최종판 두께, 패스수, 이 최대 압하율을 고려하여 결정된다.

(최종 어닐링)

본 발명에서는, 최종 냉간 압연 후에, 저온에서의 최종 어닐링을 연속적인 열처리로에 의해 행하는 것이 바람직하다. 이 연속적인 열처리로에서의 최종 어닐링 조건은, 100 내지 400 ℃에서 0.2분 이상 300분 이하의 저온 조건으로 하는 것이 바람직하다. 통상의 리드 프레임에 사용되는 구리 합금판의 제조 방법에서는, 강도가 저하되기 때문에, 변형 제거를 위한 어닐링(350 ℃ ×20초 정도)을 제외하고, 최종 냉간 압연 후에 최종 어닐링은 하지 않는다. 그러나, 본 발명에서는, 상기 냉간 압연 조건에 의해, 또한 최종 어닐링의 저온화에 의해, 이 강도 저하가 억제된다. 그리고, 최종 어닐링을 저온에서 행함으로써, 프레스 펀칭성이 향상된다.

(최종 어닐링에서의 집합 조직, 평균 결정립경 제어)

그 후, 이 최종 어닐링을 연속적인 열처리로에 의해 행함으로써, 상기 본 발명에서 규정하는 집합 조직, 평균 결정립경으로 할 수 있어, 강도를 높고, 산화막의 밀착성을 향상시킬 수 있다. 즉, 연속적인 열처리로에서는, 통판시의 판에 부하하는 장력과 통판 속도를 제어할 수 있고, 이에 의해, 브래스 방위(B 방위)의 방위 분포 밀도를 25 ％ 이상으로 한 압연 집합 조직을 발달시킬 수 있다. 또한, 평균 결정립경을 6.0 ㎛ 이하로 미세화할 수 있다. 연속적인 열처리로에 있어서의, 통판시의 판에 부하하는 장력과 통판 속도라 함은, 브래스 방위(B 방위)의 방위 분포 밀도나 평균 결정립경에 크게 영향을 미친다.

이 본 발명에서 규정하는 집합 조직과 평균 결정립경으로 하기 위해서는, 연속적인 열처리로에 의한 최종 어닐링에 있어서의 통판시에, 0.1 내지 8 kgf/㎟의 범위에서 장력을 가하고, 또한 통판 속도를 10 내지 100 m/분의 범위로 제어한다. 통판시의 장력과 통판 속도 중 어느 한쪽, 혹은 양쪽이 이 범위를 벗어난 경우에는, 본 발명에서 규정하는 집합 조직이나 평균 결정립경으로 할 수 없을 가능성이 높다.

(제3 실시예)

이하에 본 발명의 실시예를 설명한다. 연속적인 열처리로에 의한 최종 어닐링에 있어서의 통판시의 장력과 통판 속도를 바꾸어, 다양한 브래스 방위의 방위 분포 밀도, 평균 결정립경을 갖는 구리 합금 박판을 제조했다. 그리고, 이들 각 구리 합금 박판의 인장 강도, 경도, 도전율 등의 특성이나, 산화 피막의 밀착성(산화 피막의 박리 온도)을 평가했다. 이들 결과를 표3에 나타낸다.

구체적으로는, 표3에 나타내는 각 화학 성분 조성의 구리 합금을 각각 코어리스 노에 의해 용제한 후, 반연속 주조법으로 조괴하여, 두께 70 ㎜ × 폭 200 ㎜ × 길이 500 ㎜의 주괴를 얻었다. 각 주괴를 표면을 면삭하여 가열 후, 950 ℃의 온도에서 열간 압연을 행하여 두께 16 ㎜의 판으로 하고, 750 ℃ 이상의 온도로부터 수중에 급랭했다. 다음에, 산화 스케일을 제거한 후, 1차 냉간 압연(중간 압연)을 행했다. 이 판을 면삭 후, 중간 어닐링을 넣으면서 냉간 압연을 4패스 행하는 최종 냉간 압연을 행하고, 이어서 노의 분위기 온도 450 ℃에서 최종 어닐링을 행하여, 리드 프레임의 박판화에 대응한 두께 0.15 ㎜의 구리 합금판을 얻었다.

최종 냉간 압연의 압연 속도는 300 m/분, 롤의 경도(쉐어 경도)는 90 Hs, 사용 롤 직경은 60 ㎜φ, 1패스당의 최소 압하율은 10 ％로 했다.

연속적인 열처리로에 의한 최종 어닐링에 있어서의, 통판시의 각 장력(㎏f/㎟)과 각 통판 속도(m/분)는 표3에 나타낸다.

또한, 표3에 나타내는 각 구리 합금 모두, 기재 원소량을 제외한 잔량부 조성은 Cu이고, 그 밖의 불순물 원소로서, Hf, Th, Li, Na, K, Sr, Pd, W, S, Si, C, Nb, Al, V, Y, Mo, Pb, In, Ga, Ge, As, Sb, Bi, Te, B, 미시 메탈의 함유량은, 표3에 기재된 원소를 포함하여, 이들 원소 전체의 합계로 0.1 질량％ 이하였다.

상기한 바와 같이 하여 얻어진 구리 합금판에 대해, 각 예 모두, 구리 합금판으로부터 시료를 잘라내어, 각 시료의 집합 조직, 인장 강도, 경도, 도전율, 산화 피막의 밀착성 등의 특성을 평가했다. 이들 결과를 표3에 각각 나타낸다.

(집합 조직의 측정)

상기 얻어진 구리 합금판으로부터 조직 관찰용의 시험편을 채취하여, 기계 연마 및 버프 연마를 행한 후, 전해 연마하여 표면을 조정했다. 얻어진 각 시험편에 대해, 상기한 방법에서의 측정을, 500 ㎛ ×500 ㎛의 영역을, 1 ㎛의 간격으로, 브래스 방위(B 방위)의 방위 분포 밀도를 측정했다.

측정 및 해석은, 상기한 바와 같이, 니혼덴시가부시끼가이샤제의 FESEM과 TSL사제의 EBSP 측정ㆍ해석 시스템과 동일한 시스템의 해석 소프트를 사용하여 행했다.

(경도 측정)

상기한 바와 같이 하여 얻어진 구리 합금판으로부터 10 ×10 ㎜의 시험편을 잘라내어, 마쯔자와 세이끼샤제의 마이크로 비커스 경도계(상품명「미소 직경도계」)를 사용하여 0.5 ㎏의 하중을 가하여 4 군데 경도 측정을 행하고, 경도는 그들의 평균값으로 했다.

(도전율 측정)

(산화막 밀착성)

또한 각 시험재의 산화막 밀착성은, 테이프 필링 시험에 의해, 산화막이 박리하는 한계 온도로 평가했다. 테이프 필링 시험은, 상기와 같이 하여 얻어진 구리 합금판으로부터 10 ×30 ㎜의 시험편을 잘라내어, 대기 중 소정 온도에서 5분간 가열한 후, 산화막이 생성한 시험편 표면에, 시판된 테이프(상품명 : 스미또모쓰리엠제 맨딩테이프)를 붙이고, 떼었다. 이때, 가열 온도를 10 ℃씩 상승 변화시켰을 때에, 산화막의 박리가 발생하는 가장 낮은 온도를 구하고, 이것을 산화막 박리 온도로 했다.

표3으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명 조성 내의 구리 합금인 제1 내지 제14 발명예는, 연속적인 열처리로에 의한 최종 어닐링에 있어서의 통판시의 장력과 통판 속도가 바람직한 조건 내에서 제조되어 있다. 이로 인해, 제1 내지 제14 발명예는, 상기 측정법에 의한, 브래스 방위의 방위 분포 밀도를 25 ％ 이상으로 한 집합 조직을 갖고, 평균 결정립경을 6.0 ㎛ 이하로 미세화할 수 있다.

이 결과, 제1 내지 제14 발명예는, 인장 강도가 500 ㎫ 이상, 경도가 150 Hv 이상의 고강도이며, 산화막 박리 온도가 350 ℃ 이상인 우수한 산화막 밀착성을 갖는다. 따라서, 제1 내지 제14 발명예는, 반도체 모재로서, 반도체 패키지의 조립시의 수지와 다이 패드와의 밀착성이 높고, 패키지의 신뢰성이 높다.

이에 반해, 제15 내지 제17 비교예는, 본 발명 조성 내의 구리 합금이기는 하나, 연속적인 열처리로에 의한 최종 어닐링에 있어서의 통판시의 장력과 통판 속도의 어느 한쪽, 또는 양쪽이 바람직한 조건으로부터 벗어나 있다. 이로 인해, 제15 내지 제17 비교예는, 상기 측정법에 의한, 브래스 방위의 방위 분포 밀도를 25 ％ 미만인 동시에, 평균 결정립경도 6.0 ㎛를 초과하여 조대화하고 있다. 이 결과, 강도 레벨이 낮고, 산화막 박리 온도가 330 ℃ 이하로, 산화막 밀착성이 현저하게 떨어진다.

제18 비교예의 구리 합금은 Fe의 함유량이 0.007 ％로, 하한 0.01 ％를 낮게 벗어나 있다. 한편, 연속적인 열처리로에 의한 최종 어닐링에 있어서의 통판시의 장력과 통판 속도는 바람직한 조건 내에서 제조되어 있다. 이로 인해, 브래스 방위의 방위 분포 밀도를 25 ％ 이상으로 한 집합 조직을 갖고, 평균 결정립경을 6.0 ㎛ 이하로 미세화할 수 있어, 산화막 밀착성이 우수하기는 하나, 강도 레벨이 낮다.

제19 비교예의 구리 합금은, Fe의 함유량이 0.58 ％로, 상한 5.0 ％를 높게 벗어나 있다. 한편, 연속적인 열처리로에 의한 최종 어닐링에 있어서의 통판시의 장력과 통판 속도는 바람직한 조건 내에서 제조되어 있다. 이로 인해, 브래스 방위의 방위 분포 밀도를 25 ％ 이상으로 한 집합 조직을 갖고, 평균 결정립경을 6.0 ㎛ 이하로 미세화할 수 있어, 산화막 밀착성이 우수하기는 하나, 도전율이 현저하게 낮다.

제20 비교예의 구리 합금은, P의 함유량이 0.008 ％로, 하한 0.01 ％를 낮게 벗어나 있다. 한편, 연속적인 열처리로에 의한 최종 어닐링에 있어서의 통판시의 장력과 통판 속도는 바람직한 조건 내에서 제조되어 있다. 이로 인해, 브래스 방위의 방위 분포 밀도를 25 ％ 이상으로 한 집합 조직을 갖고, 평균 결정립경을 6.0 ㎛ 이하로 미세화할 수 있어, 산화막 밀착성이 우수하기는 하나, 강도 레벨이 낮다.

제21 비교예의 구리 합금은, P의 함유량이 0.16 ％로, 상한 0.15 ％를 높게 벗어나 있기 때문에, 열연 중에 판 단부에 균열이 발생했다. 한편, 연속적인 열처리로에 의한 최종 어닐링에 있어서의 통판시의 장력과 통판 속도는 바람직한 조건 내에서 제조되어 있다. 이로 인해, 브래스 방위의 방위 분포 밀도를 25 ％ 이상으로 한 집합 조직을 갖고, 평균 결정립경을 6.0 ㎛ 이하로 미세화할 수 있어, 산화막 밀착성이 우수하기는 하나, 도전율이 현저하게 낮다.

이상의 결과로부터, 고강도화시킨 후, 내열성도 우수하게 하기 위한, 본 발명 구리 합금판의 성분 조성, 집합 조직 규정의 임계적인 의의 및 이와 같은 조직을 얻기 위한 바람직한 제조 조건의 의의가 뒷받침된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 고강도화시킨 후, 프레스 펀칭성도 우수하고, 이들 특성을 양립(겸비)시킨 Cu-Fe-P계 구리 합금판을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 고강도화시킨 후, 내열성도 우수하고, 이들 특성을 양립(겸비)시킨 Cu-Fe-P계 구리 합금판을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 고강도화시킨 후, 산화막 밀착성도 우수하고, 이들 특성을 양립(겸비)시킨 Cu-Fe-P계 구리 합금판을 제공할 수 있다. 이 결과, 반도체 패키지의 조립시의 수지와 다이 패드와의 밀착성이 높고, 패키지의 신뢰성이 높은 반도체 모재를 제공할 수 있다.

이들 결과, 소형화 및 경량화한 전기 전자 부품용으로서, 반도체 장치용 리드 프레임 이외에도, 리드 프레임, 커넥터, 단자, 스위치, 릴레이 등의 고강도화가 요구되고, 또한 엄격한 굽힘 가공성이 요구되는 용도나, 내열성이 요구되는 용도, 또는 산화막 밀착성 = 패키지의 신뢰성이 요구되는 용도에 적용할 수 있다.

Claims

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Fe : 0.01 내지 0.50 ％(질량%의 의미, 이하 동일함), P : 0.01 내지 0.15 ％를 각각 함유하고, 잔량부 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 구리 합금판이며, 판 표면의 {311}면으로부터의 X선 회절 강도 피크의 반가폭을 그 피크 높이로 나눈 값을 0.015 이상의 조직으로 함으로써, 프레스 펀칭성을 높인 것을 특징으로 하는 전기 전자 부품용 구리 합금판.
제2항에 있어서, 상기 구리 합금판이, 또한 Sn : 0.005 내지 5.0 ％를 함유하고, Zn : 0.005 내지 3.0 ％를 함유하는 전기 전자 부품용 구리 합금판.
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Fe : 0.01 내지 0.50 ％, P : 0.01 내지 0.15 ％를 각각 함유하고, 잔량부 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 구리 합금판이며, 서로 인접하는 결정의 방위차가 ±15°이내의 것은 동일한 결정면에 속하는 것으로 간주한 경우에, 전계 방사형 주사 전자 현미경 FE-SEM에 의한 후방 산란 전자 회절상 EBSP를 사용한 결정 방위 해석 방법에 의해 측정한, 브래스 방위의 방위 분포 밀도가 25 ％ 이상인 집합 조직을 갖는 동시에, 평균 결정립경을 6.0 ㎛ 이하로 함으로써, 산화막 밀착성을 높인 것을 특징으로 하는 전기 전자 부품용 구리 합금판.
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제6항에 있어서, 상기 구리 합금판이, 또한 Sn : 0.005 내지 5.0 ％를 함유하고, Zn : 0.005 내지 3.0 ％를 함유하는 전기 전자 부품용 구리 합금판.
제2항, 제3항, 제6항 또는 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구리 합금판의 인장 강도가 500 ㎫ 이상, 경도가 150 Hv 이상인 전기 전자 부품용 구리 합금판.
제2항, 제3항, 제6항 또는 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구리 합금판이, 또한 하기 A군 내지 D군으로부터 선택되는 1종 이상의 군으로 이루어지는 원소를 함유하는 전기 전자 부품용 구리 합금판.

A군 :

Mn, Mg, Ca 중 1종 또는 2종 이상을 합계로 0.0001 내지 1.0 ％,

B군 :

Zr, Ag, Cr, Cd, Be, Ti, Co, Ni, Au, Pt 중 1종 또는 2종 이상을 합계로 0.001 내지 1.0 ％,

C군 :

Mn, Mg, Ca 중 1종 또는 2종 이상을 합계로 0.0001 내지 1.0 ％와, Zr, Ag, Cr, Cd, Be, Ti, Co, Ni, Au, Pt 중 1종 또는 2종 이상을 합계로 0.001 내지 1.0 ％를 각각 함유하는 동시에, 이들 함유하는 원소의 합계 함유량이 1.0 ％ 이하,

D군 :

Hf, Th, Li, Na, K, Sr, Pd, W, S, Si, C, Nb, Al, V, Y, Mo, Pb, In, Ga, Ge, As, Sb, Bi, Te, B, 미시 메탈의 함유량이, 이들 원소 전체의 합계로 0.1 ％ 이하.