KR101866129B1

KR101866129B1 - 전자재료용 구리합금

Info

Publication number: KR101866129B1
Application number: KR1020170040843A
Authority: KR
Inventors: 아키히로 카키타니
Original assignee: 제이엑스금속주식회사
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2018-06-08
Also published as: JP6306632B2; TW201736615A; CN110273083A; KR20170113407A; JP2017179569A; CN107267804B; CN107267804A; TWI626323B

Abstract

전자재료에 이용하기 적합한 0.2% 내력 및 도전율을 가지고, 프레스 가공했을 때의 치수 안정성을 향상시킬 수 있는 전자재료용 구리합금을 제공한다.
본 발명의 전자재료용 구리합금은 Co: 0.5~3.0질량%, Si: 0.1~1.0질량%를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피한 불순물로 구성되는 전자재료용 구리합금으로, 압연 평행 방향의 0.2% 내력이 500MPa 이상, 도전율이 60% IACS 이상, 압연 평행 단면에서의 평균 결정립 직경이 10㎛ 이하이며, 표면에 있어서의 {200} 결정면으로부터의 X선 회절 적분 강도 I{200}과, {220} 결정면으로부터의 X선 회절 적분 강도 I{220}과, {311} 결정면으로부터의 X선 회절 적분 강도 I{311}이, (I{220}＋I{311})/I{200}≥5.0인 관계를 만족시키는 것이다.

Description

전자재료용 구리합금 {COPPER ALLOY FOR ELECTRONIC MATERIALS}

본 발명은, 각종 전자부품에 이용하기에 적합한 석출경화형 구리합금인 Cu-Co-Si계 합금에 관한 것이며, 특히, 프레스 가공 시의 치수 안정성을 향상시킬 수 있는 기술을 제안하는 것이다.

커넥터, 스위치, 릴레이, 핀, 단자, 리드 프레임 등의 각종 전자부품에 사용되는 전자재료용 구리합금에는 기본 특성으로서 고강도 및 고도전성(또는 열 전도성)을 양립시키는 것이 요구된다. 그리고, 최근 전자부품의 고집적화 및 소형화·박육(薄肉)화가 급속하게 진행되어, 이에 따라 전자기기 부품에 사용되는 구리합금에 대한 요구는 더욱 고도화되고 있다.

고강도 및 고도전성 관점에서, 전자재료용 구리합금으로서 종래의 인청동, 황동 등으로 대표되는 고용강화형 구리합금 대신 석출경화형 구리합금의 사용량이 증가하고 있다. 석출경화형 구리합금에서는, 용체화 처리된 과포화 고용체를 시효처리함으로써 미세한 석출물이 균일하게 분산되어, 합금 강도가 높아짐과 동시에 구리 속의 고용 원소량이 감소하여 전기 전도성이 향상한다. 이 때문에, 스프링성 등의 기계적 성질이 뛰어나고, 게다가 전기 전도성, 열 전도성이 양호한 재료를 얻을 수 있다.

석출경화형 구리합금 중, 콜슨계 합금(Corson Alloy)이라 일반적으로 일컬어지는 Cu-Ni-Si계 합금은 비교적 높은 도전성, 강도 및 굽힘 가공성을 가지는 대표적인 구리합금이며, 당업계에서는 현재 활발하게 개발이 이루어지고 있는 합금 중 하나이다. 이 구리합금에서는, 구리 매트릭스 속에 미세한 Ni-Si계 금속간 화합물 입자를 석출시킴으로써 강도와 도전율 향상을 도모할 수 있다.

이러한 콜슨계 합금에서는, 한층 더한 특성 개선을 목적으로 하여, Co를 첨가하거나, 또는 Ni을 Co로 치환한 Cu-Co-Si계 합금이 제안되고 있다.

Cu-Co-Si계 합금은 일반적으로, Cu-Ni-Si계 합금에 비하여 용체화 온도가 높아 용체화 처리 후의 결정립을 미세화하는 것이 곤란하다. 이에 대하여, 특허문헌 1~3 등에서는, Cu-Co-Si계 합금으로 결정립을 제어하는 기술이 기재되어 있다.

구체적으로는, 특허문헌 1에서는, 굽힘성 향상, 기계적 특성의 격차 개선에 착안하여, 용체화 처리에 앞서 시효 처리를 실시함으로써 결정립이 미세화하는 것이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는 열간압연의 종료 온도나 중간압연의 최종 패스 가공도를 조정함으로써 평균 결정립을 제어하여, 도금성이 개선되는 것이 개시되어 있다. 그리고 또한, 특허문헌 3에는 Cube 방위의 결정 방위를 제어함으로써 굽힘성을 개선한 것이 기재되어 있다.

이러한 Cu-Co-Si계 합금은 일반적으로, 잉곳을 용해 주조한 후, 열간압연, 제1 냉간압연, 용체화 처리, 시효처리 및 최종 냉간압연을 순차적으로 실시하여 제조된다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 특개2012-72470호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 특개2011-252216호 특허문헌 3: 일본 공개특허공보 특개2013-32564호

그런데, 최근 전자부품의 소형화·박육화에 따라, 예를 들면, 그것에 내장되는 커넥터는 배열되는 핀이 이웃하는 간격(이른바 피치)이나 단자의 폭이 극히 좁아지거나, 또는 두께도 얇아지는 경향에 있다.

이러한 소형 커넥터를 제조하기 위해 상술한 바와 같은 종래 기술의 Cu-Co-Si계 합금에 대하여 프레스 가공을 하면, 그 프레스 시에 피치가 크게 변동하여, 예를 들면 목표 치수로부터 핀이 상하 좌우로 움직여 변형한다는 문제가 있었다. 즉, 종래 기술과 같은 결정립 직경 제어에 따라서는, 프레스 가공의 치수 안정성을 의미 있게 향상시킬 수 없었다. 이러한 제품 치수 악화는 조립공정에서의 제품 비율을 크게 저하시킨다.

또한, 특히, 플로팅 커넥터로 대표되는 바와 같은 좁은 피치이고 스프링 길이가 긴 커넥터의 재료로서도, 뛰어난 강도 및 도전율 등의 특성을 가지는 콜슨계 합금이 채용되는 일이 많아지고 있는 현상에 있어서는, 상술한 바와 같이 프레스 시에 핀의 치수가 안정되지 않는다는 문제에 대한 유효한 대책이 요구되고 있다.

이 발명은 이러한 문제를 해결하는 것을 과제로 하는 것으로, 그 목적은 전자재료에 이용하기 적합한 0.2% 내력 및 도전율을 가지고, 커넥터 형상 등으로 프레스 가공했을 때의 치수 안정성을 향상시킬 수 있는 전자재료용 구리합금을 제공하는 것에 있다.

발명자는 열심히 검토한 결과, Cu-Co-Si계 합금의 결정립을 미세화함과 동시에 결정 방위를 제어하여, X선 회절법에 의해 측정한 {200} 결정면, {220} 결정면 및 {311} 결정면으로부터의 각 X선 회절 적분 강도가 소정의 관계를 만족시키는 것으로 함으로써, 프레스 가공 시의 커넥터 단자의 핀 치수를 안정화시킬 수 있다는 것을 발견하였다. 그리고, 이러한 결정립의 미세화 및 결정 방위 제어는 종래의 제조공정에서의 제1 냉간압연과 시효처리 사이에 소정의 조건에 의한 용체화 처리를 2회 실시함과 동시에, 더욱이 그러한 용체화 처리 사이에 소정 조건의 중간압연을 실시함으로써 실현할 수 있다는 새로운 식견을 얻었다.

상기 식견 하에, 이 발명의 전자재료용 구리합금은 Co: 0.5~3.0질량%, Si: 0.1~1.0질량% 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피한 불순물로 구성되는 전자재료용 구리합금으로서, 압연 평행 방향의 0.2% 내력이 500MPa 이상, 도전율이 60% IACS 이상, 압연 평행 단면에 있어서의 평균 결정립 직경이 10㎛ 이하이고, 표면에 있어서의 {200} 결정면으로부터의 X선 회절 적분 강도 I{200}과, {220} 결정면으로부터의 X선 회절 적분 강도 I{220}과, {311} 결정면으로부터의 X선 회절 적분 강도 I{311}이, (I{220}＋I{311})/I{200}≥5.0인 관계를 만족시키는 것이다.

이 발명의 전자재료용 구리합금은 압연 평행 방향의 0.2% 내력으로부터 압연 직각 방향의 0.2% 내력을 뺀 0.2% 내력의 차이가 50MPa 이하인 것이 바람직하다.

이 발명의 전자재료용 구리합금은 표면에 있어서의 {200} 결정면으로부터의 X선 회절 적분 강도 I{200}과, 순동 표준 분말의 X선 회절 적분 강도 Io{200}이 I{200}/Io{200}≤1.0인 관계를 만족시키는 것이 바람직하다.

이 발명의 전자재료용 구리합금은 Cr을 0.5질량% 이하로 추가 함유할 수 있다.

또한, Ni을 2.0질량% 이하로 추가 함유할 수 있다.

또한, 더욱이 Zn 및 Sn을 각각 1.0질량% 이하, Mg, P, Ca, Mn을 각각 최대 0.2질량% 이하로 추가 함유하고, 그들 Zn, Sn, Mg, P, Ca 및 Mn으로부터 선택되는 1종 이상을 합계 2.0질량% 이하로 할 수 있다.

이 발명의 전자재료용 구리합금에 의하면, 표면에 있어서의 {200} 결정면으로부터의 X선 회절 적분 강도 I{200}과 {220} 결정면으로부터의 X선 회절 적분 강도 I{220}과, {311} 결정면으로부터의 X선 회절 적분 강도 I{311}이, (I{220}＋I{311})/I{200}≥5.0인 관계를 만족시킴으로써, 프레스 후의 치수 정밀도를 유효하게 높일 수 있다. 이로써, 전자재료를 제조할 때의 제품 비율을 향상시키는 것이 가능해진다.

도 1은 실시예에 있어서의 프레스성 평가로 프레스 파면에 형성된 파단면 및 전단면을 개략적으로 나타내는 모식도이다.

이하에, 이 발명의 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다.

이 발명의 한 실시형태의 전자재료용 구리합금은 Co: 0.5~3.0질량%, Si: 0.1~1.0질량%를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피한 불순물로 구성되는 전자재료용 구리합금이며, 압연 평행 방향의 0.2% 내력이 500MPa 이상, 도전율이 60% IACS 이상, 압연 평행 단면에서 구한 평균 결정립 직경이 10㎛ 이하이고, 표면에 있어서의 {200} 결정면으로부터의 X선 회절 적분 강도 I{200}과, {220} 결정면으로부터의 X선 회절 적분 강도 I{220}과, {311} 결정면으로부터의 X선 회절 적분 강도 I{311}이, (I{220}＋I{311})/I{200}≥5.0인 관계를 만족시킨다.

(Co, Si의 첨가량)

Co 및 Si은 적당한 열처리를 실시함으로써 금속간 화합물을 형성하여, 도전율을 열화시키지 않고 고강도화를 도모할 수 있다.

Co 및 Si의 첨가량이 각각 Co: 0.5질량% 미만, Si: 0.1질량% 미만에서는 원하는 강도를 얻지 못하며, 한편, Co: 3.0질량% 초과, Si: 1.0질량% 초과에서는 고강도화는 도모할 수 있지만 도전율이 현저하게 저하하고, 나아가서는 열간 가공성이 열화한다. 따라서, Co 및 Si의 첨가량은 Co: 0.5~3.0질량% 및 Si: 0.1~1.0질량%로 한다.

Cu-Co-Si계에서는 Cu-Ni-Si계보다 고강도가 바람직하다. 이 때문에, Co농도는 높은 것이 기대되며, 바람직하게는 1.0질량% 이상, 보다 바람직하게는 1.5질량% 이상이다. Co 및 Si의 첨가량은 바람직하게는 Co: 1.0~2.5질량%, Si: 0.3~0.8질량%, 보다 바람직하게는 Co: 1.5~2.0질량%, Si: 0.4~0.6질량%이다.

(Cr의 첨가량)

Cr은 용해 주조 시의 냉각 과정에 있어서 결정립계에 우선 석출하기 위해 입계를 강화할 수 있으며, 열간 가공 시의 분열이 발생하기 어려워져 제품비율 저하를 억제할 수 있다. 즉, 용해 주조 시에 입계 석출한 Cr은 용체화 처리 등으로 재고용하지만, 이어지는 시효 석출 시에 Cr을 주성분으로 한 bcc 구조의 석출 입자 또는 Si과의 화합물을 생성한다. 통상의 Cu-Ni-Si계 합금에서는 첨가한 Si량 중, 시효 석출에 기여하지 않은 Si은 모상(母相)으로 고용한채 도전율 상승을 억제하지만, 규화물 형성 원소인 Cr을 첨가하여, 규화물을 더 석출시킴으로써, 고용 Si량을 저감할 수 있어 강도를 해하지 않고 도전율을 상승할 수 있다. 그렇지만, Cr농도가 0.5질량%를 넘으면 거친 제2 상 입자를 형성하기 쉬워지기 때문에, 제품 특성을 해친다. 따라서, 이 발명에서는, Cr을 최대 0.5질량% 첨가할 수 있다. 단, 0.03질량% 미만에서는 그 효과가 작기 때문에, 바람직하게는 0.03~0.5질량%, 보다 바람직하게는 0.09~0.3질량% 첨가하는 것이 좋다.

(Sn 및 Zn의 첨가량)

Sn 및 Zn에 있어서도, 미량의 첨가로 도전율을 해하지 않고 강도, 응력 완화 특성, 도금성 등의 제품 특성을 개선한다. 첨가 효과는 주로 모상으로의 고용에 의해 발휘된다. 그렇지만, Sn 및 Zn의 각 농도가 1.0질량%를 넘으면 특성 개선 효과가 포화하기 때문에 제조성을 해친다. 따라서, 이 발명에서는, Sn 및 Zn은 각각 최대 1.0질량% 첨가할 수 있다. 단, Sn 및 Zn의 합계가 0.05질량% 미만에서는 그 효과가 작기 때문에, Sn 및 Zn의 합계는 바람직하게는 0.05~2.0질량%, 보다 바람직하게는 0.5~1.0질량%로 할 수 있다.

(Mg, P, Ca 및 Mn의 첨가량)

Mg, P, Ca 및 Mn은 미량의 첨가로 도전율을 해치지 않고 강도, 응력 완화 특성 등의 제품 특성을 개선한다. 첨가 효과는 주로 모상으로의 고용에 의해 발휘되지만, 제2 상 입자에 함유됨으로써 한층 더 효과를 발휘시킬 수도 있다. 그렇지만, Mg, P, Ca 및 Mn의 각 농도가 0.5질량%를 넘으면 특성 개선 효과가 포화하기 때문에 제조성을 해친다. 따라서, 이 발명에서는, Mg, P, Ca 및 Mn을 각각 최대 0.5질량% 첨가할 수 있다. 단, Mg, P, Ca 및 Mn의 합계가 0.01 질량% 미만에서는 그 효과가 작기 때문에, Mg, P, Ca 및 Mn의 합계는 바람직하게는 0.01~0.5질량%, 보다 바람직하게는 0.04~0.2질량%로 할 수 있다.

상술한 Zn, Sn, Mg, P, Ca, Mn을 함유하는 경우, 그들 Zn, Sn, Mg, P, Ca 및 Mn으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 합계는 2.0질량% 이하로 한다. 이 합계가 2.0질량%를 넘으면, 특성 개선 효과가 포화함과 동시에 제조성 악화를 초래하기 때문이다.

(Ni의 첨가량)

Ni도 역시 요구되는 제품 특성에 따라서 첨가량을 조정함으로써, 도전율, 강도, 응력 완화 특성, 도금성 등의 제품 특성을 개선한다. 첨가 효과는 주로 모상으로의 고용에 의해 발휘되지만, 제2 상 입자(주로 Ni-Co-Si계 또는 Ni-Si계 석출물)에 함유되거나 혹은 새로운 조성의 제2 상 입자를 형성함으로써 한층 더 효과를 발휘시킬 수도 있다. 그렇지만, Ni 첨가량이 2.0질량%를 넘으면 특성 개선 효과가 포화하기 때문에 제조성을 해친다. 따라서, 이 발명에서는, Ni을 최대 2.0질량% 첨가할 수 있다. 단, 0.001질량% 미만에서는 그 효과가 작기 때문에, 바람직하게는 0.001~2.0질량%, 보다 바람직하게는 0.05~1.0질량%로 한다.

(0.2% 내력)

커넥터 등의 소정의 전자재료에서 요구되는 특성을 만족시키기 위해, 압연 평행 방향의 0.2% 내력은 500MPa 이상으로 한다. 압연 평행 방향의 0.2% 내력은 바람직하게는 500MPa~950MPa, 보다 바람직하게는 600MPa~950MPa의 범위 내로 한다.

또한, 압연 평행 방향의 0.2% 내력으로부터 압연 직각 방향의 0.2% 내력을 뺀 0.2% 내력의 차이는 50MPa 이하인 것이 바람직하다. 이로써, 프레스 시의 치수 안정성을 한층 더 크게 개선할 수 있다. 즉, 0.2% 내력의 차이가 너무 크면, 프레스 시에 커넥터의 핀이 상하 좌우로 변형하기 쉬워져, 치수 정밀도가 저하할 가능성이 있다. 이 관점에서는, 0.2% 내력의 차이는 작을수록 바람직하고, 구체적으로는 보다 바람직하게는 30MPa, 보다 바람직하게는 20MPa로 한다.

0.2% 내력은 인장 시험기를 이용하여 JIS　Z2241에 준거하여 측정한다.

(도전율)

도전율은 60% IACS 이상으로 한다. 이로써, 전자재료로서 유효하게 이용할 수 있다. 도전율은 JIS　H0505에 준거하여 측정할 수 있다. 도전율은 65% IACS 이상인 것이 바람직하다.

(평균 결정립 직경)

결정립 직경을 미세화함으로써, 고강도를 얻을 수 있는 것 외에, 특히 압연 평행 단면에 있어서의 결정립 직경을 미세화함으로써, 프레스 시의 치수 안정성 향상에 기여할 수 있다. 그 때문에, 압연 평행 단면의 평균 결정립 직경은 10㎛ 이하로 한다. 평균 결정립 직경이 10㎛을 넘을 경우, 프레스성이 악화된다. 이 관점에서, 평균 결정립 직경은 8㎛ 이하로 하는 것이 바람직하고, 나아가 6㎛ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

한편, 평균 결정립 직경의 하한은 특별히 형성하지 않지만, 2㎛ 이하로 조정하면 금속 조직의 일부가 미재결정이 되고, 미재결정부가 남으면 프레스성이 악화되기 때문에 2㎛ 이상이 바람직하다.

평균 결정립 직경은 JIS　H0501(절단법)에 근거하여 측정한다.

(X선 회절의 적분 강도)

이 발명의 전자재료용 구리합금은 X선 회절법(XRD)에 의해 구한 표면(압연면)에 있어서의 {200} 결정면으로부터의 X선 회절 적분 강도 I{200}과, {220} 결정면으로부터의 X선 회절 적분 강도 I{220}과, {311} 결정면으로부터의 X선 회절 적분 강도 I{311}이, (I{220}＋I{311})/I{200}≥5.0인 관계를 만족시킨다. 이로써, 프레스 후의 치수 안정성을 향상할 수 있다. 이것은 결정 방위에 의해 재료의 슬립계(系)가 달라, 프레스 가공 시의 파면 형성에 영향을 미치는 것에 의한 것이라 생각되지만, 이러한 이론에 한정되는 것은 아니다.

이 이유에서, (I{220}＋I{311})/I{200}은 5.0 이상으로 하는 것이 바람직하고, 특히 6.0 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 특히 상한은 형성하지 않지만 10.0 미만이 바람직하다.

또한, 이 발명에서는, 표면에 있어서의 {200} 결정면으로부터의 X선 회절 적분 강도 I{200}과, 순동 표준 분말의 X선 회절 적분 강도 Io{200}이 I{200}/Io{200}≤1.0인 관계를 만족시키는 것이 바람직하다. 이는 I{200}/Io{200}의 강도가 높으면 프레스성이 악화되기 때문이다. {200} 결정면이 다른 방위보다도 변형이 용이하기 때문에, 프레스 시에 {200} 결정면을 포함하는 결정립이 우선적으로 변형하기 때문에, 다결정체인 구리합금의 프레스성이 악화된다고 생각된다.

한편, I{200}/Io{200}의 비가 너무 작으면, 금속 조직의 일부에 미재결정이 남아 프레스성이 악화될 가능성이 있다.

따라서, I{200}/Io{200}의 비는 0.1 이상 또한 1.0 이하로 하는 것이 바람직하고, 특히, 0.2 이상 또한 0.7 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

또한, X선 회절 적분 강도는 소정의 X선 회절 장치를 이용함으로써 측정 가능하다.

(제조 방법)

상술한 바와 같은 Cu-Co-Si계 합금은 잉곳을 용해 주조하는 공정, 열간압연 공정과, 제1 냉간압연 공정과, 제1 용체화 처리 공정과, 제2 냉간압연 공정과, 제2 용체화 처리 공정과, 재료 온도를 450℃~550℃로 하여 가열하는 시효처리 공정과, 최종 냉간압연 공정을 순차적으로 실시함으로써 제조할 수 있다. 또한, 열간압연 후, 필요에 따라 면삭을 실시하는 것이 가능하다.

구체적으로는, 우선 대기 용해로 등을 이용하여 전기구리, Co, Si 등의 원료를 용해하여, 원하는 조성의 용탕을 얻는다. 그리고, 이 용탕을 잉곳으로 주조한다. 그 후, 열간압연을 실시하여, 제1 냉간압연, 제1 용체화 처리, 제2 냉간압연, 제2 용체화 처리, 시효처리(450~550℃에서 2~20시간), 최종 냉간압연(가공도 5~50%)을 실시한다. 최종 냉간압연 후에 비틀림 교정 소둔을 실시해도 된다. 비틀림 교정 소둔은 통상 Ar 등의 불활성 분위기 속에서 250~600℃에서 5~300초간에 걸쳐 실시할 수 있다. 제2 용체화 처리 후에 최종 냉간압연, 시효처리 순으로 실시하여, 이들 공정 순서를 교체해도 된다.

여기서, 이 제조 방법에서는, 제1 냉간압연 후에 소정 조건의 제1 용체화 처리, 제2 냉간압연 및 제2 용체화 처리를 실시하는 것이 중요하다. 종래 기술에서는, 이들 공정을 실시하지 않고, 열간압연 후에 1회 용체화 처리를 실시하였기 때문에, 이 발명과 같은 결정립을 얻지 못하고, 프레스 후의 치수 안정성을 의미 있게 향상시킬 수 없었다.

이하에, 이들 제1 용체화 처리, 제2 냉간압연 및 제2 용체화 처리의 각 공정을 중심으로 상세하게 서술한다. 또한, 그 밖의 공정은 Cu-Co-Si계 합금의 제조 공정에서 통상 채용되는 조건으로 하는 것이 가능하다.

제1 용체화 처리는 재료 온도를 900~1000℃로 하여 실시한다. 이로써, Co, Si, 경우에 따라서는 Ni의 고용이 진행되어, 제2 용체화 처리 후의 결정립이 소정의 크기로 미세화됨과 동시에, 상술한 바와 같은 결정 방위로 제어할 수 있다. 이 온도가 900℃ 미만인 경우, 상기 고용이 진행되지 않기 때문에, 결정립이 조대화하고, 한편, 1000℃를 넘는 경우, 고용이 너무 진행되어 결정 방위 제어가 곤란해진다.

통상, 구리합금의 집합 조직은 최종 용체화 전의 고용량 및 석출 상태가 영향을 미치기 때문에, 1회째 용체화가 중요시된다. 또한, 제1 용체화 처리는 15초~300초에 걸쳐 실시할 수 있다. 이 시간이 너무 길면 고용과 석출의 밸런스가 나빠져 집합 조직 제어가 곤란해지고, 또 너무 짧으면 고용이 진행되지 않아 결정립이 조대화한다.

제1 용체화 처리 후의 제2 냉간압연 또한, 결정립의 미세화 및 결정 방위 제어를 목적으로 하여 실시한다. 이 목적이기 때문에, 제2 냉간압연의 가공도는 30~60%로 한다. 이 가공도를 30% 미만으로 하면 결정립의 조대화를 초래하고, 한편, 60% 초과로 하면 결정 방위가 상기 규정을 만족시키지 못하는 것이 될 가능성이 있다.

더욱이, 이 제2 냉간압연 후의 재료 표면의 산술평균 거칠기(Ra)를 0.2㎛ 미만으로 하는 것이 압연 직각 방향의 강도 향상 및 프레스 후의 치수 정밀도 향상 관점에서 바람직하다. 이것은 즉, 제2 냉간압연 후의 재료 표면의 산술평균 거칠기(Ra)를 이렇게 제어함으로써, 완성 압연에 있어서 압연 직각 방향의 0.2% 내력이 향상하여, 프레스성이 양호해지기 때문이다. 이것은 표면 거칠기가 거칠어짐으로써 재료의 복사율이 변화하여, (I{220}＋I{311})/I{200}에는 나타나지 않지만 제2 용체화 후의 집합 조직의 밸런스가 최적화되는 것, 또한, 완성 압연 시에 재료 표면의 마찰이 커짐으로써 재료에 주어지는 왜곡이 증가함으로써 압연 직각 방향의 0.2% 내력이 향상하여 프레스성이 개선된다고 생각할 수 있지만, 이러한 이론에 한정되는 것은 아니다.

이 산술평균 거칠기(Ra)는 JIS　B0601(2001)에 근거하여 구한 제2 냉간압연 후의 재료 표면의 거칠기이다. 이러한 표면 거칠기(Ra)를 실현하기 위해 제2 냉간압연의 롤 표면을 개량할 수 있다.

제2 냉간압연 후, 제2 용체화 처리를 실시한다. 제2 용체화 처리는 재료 온도를 850℃~1000℃로 하여 실시할 수 있다. 이 온도가 850℃보다 낮으면 용체화 부족에 의해 강도 저하를 초래하고, 또한, 1000℃보다 높으면 재결정립의 성장을 초래하여 결정립이 커진다.

제2 용체화 처리 시간은 15초~60초로 할 수 있다. 제2 용체화 처리 시간이 너무 길면 재결정립의 성장을 초래하여 결정립이 커져 프레스성이 악화되고, 또 너무 짧으면 금속 조직의 일부에 미재결정이 남아 프레스성이 악화될 가능성이 있다.

또한, 시효처리 온도는 450℃보다 낮으면 도전율이 낮아지고, 550℃보다 높으면 강도가 저하하기 때문에 450~550℃로 하는 것이 바람직하다. 또한, 최종 냉간압연의 가공도는 너무 낮으면 요구되는 강도를 얻지 못하기 때문에 5% 이상으로 하고, 한편, 바람직한 상한은 특별히 없지만, 굽힘성 악화를 방지하기 위해 일반적으로 50% 이하로 할 수 있다.

이 발명의 Cu-Co-Si계 합금은 각종 신동품, 예를 들면 판, 조, 관, 봉 및 선으로 가공할 수 있으며, 더욱이, 이 Cu-Co-Si계 구리합금은 리드 프레임, 커넥터, 핀, 단자, 릴레이, 스위치, 2차 전지용 박재(箔材) 등의 전자부품 등에 사용할 수 있다. 특히, 커넥터를 제조할 때의 프레스 시에 의한 높은 치수 정밀도를 얻을 수 있다.

실시예

다음으로, 이 발명의 전자재료용 구리합금을 시작(試作)하여, 그 성능을 확인했기에 이하에 설명한다. 단, 여기서의 설명은 단순한 예시를 목적으로 하는 것으로, 그것에 한정되는 것을 의도하는 것은 아니다.

표 1에 나타내는 성분 조성의 구리합금을, 고주파 용해로를 이용하여 1300℃에서 용해하여, 두께 30mm의 잉곳으로 주조하였다. 이어서, 이 잉곳을 1000℃에서 2시간 가열 후, 판 두께 10mm까지 열간압연하여, 열간압연 종료 온도를 900℃로 하였다. 열간압연 종료 후는 재료 온도가 850℃~400℃가 될 때까지 저하 시의 평균 냉각속도를 18℃/s로 하여 물에 냉각시키고, 그 후는 공기중에 방치하여 냉각하였다. 그리고, 표면의 스케일 제거를 위해 두께 9mm까지 면삭한 후, 냉간압연에 의해 두께 0.15mm의 판으로 하였다. 그 후, 표 1에 나타내는 조건하에, 제1 용체화 처리, 제2 냉간압연, 제2 용체화 처리 및 시효처리를 순차적으로 실시하여 시험편을 제작하였다.

이렇게 하여 얻어진 각 시험편에 대하여, 이하의 특성 평가를 실시하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.

<강도>

각 시험편에 대하여, JIS　Z2241에 근거하여 압연 평행 방향 및 압연 직각 방향의 각 방향 인장 시험을 실시하여, 0.2% 내력(YS:MPa)을 측정하고, 또한, 그들 0.2% 내력의 차이를 산출하였다.

<도전율>

도전율(EC: % IACS)에 대해서는, JIS　H0505에 준거하여, 더블 브리지에 의한 체적 저항율 측정에 의해 구하였다.

<평균 결정립 직경>

평균 결정립 직경은 압연 방향으로 평행인 단면을 거울면 연마 후에 화학 부식하여 절단법(JIS　H0501)에 의해 구하였다.

<결정 방위>

각 시험편에 대하여, 주식회사 리가크 제품인 RINT2500의 X선 회절 장치를 사용하여 이하의 측정 조건에서 표면의 회절 강도 곡선을 얻고, {200} 결정면, {220} 결정면, {311} 결정면 각각의 적분 강도(I)를 측정하여, (I{220}＋I{311})/I{200}을 산출하였다. 또한, 순동 분말 표준 시료에 대해서도 동일한 측정 조건에서 {200} 결정면의 적분 강도(I)를 측정하여 I{200}/I0{200}을 산출하였다.

·타깃: Co 관구(管球)

·관 전압: 30kV

·관 전류: 100mA

·주사 속도: 5°/min

·샘플링 폭: 0.02°

·측정 범위(2θ): 5°~150°

<프레스성>

한쪽 변이 10mm인 정방형형 펀치와, 클리어런스를 0.01mm 설치한 다이스와의 사이에 배치한 상태에서, 속도 0.1mm/min로 펀치를 다이를 향하여 변위시켜 프레스를 실시하였다. 프레스 후의 프레스 파면을 광학 현미경으로 관찰하여, 도 1과 같이, 관찰면의 폭을 Lo로 하고, 전단면과 파단면의 경계부 총 길이를 L로 한 경우, L/Lo로 프레스성을 평가하였다. 총 길이(L)는 관찰면의 사진으로부터 화상 해석 소프트를 사용하여 길이를 산출하였다. 관찰면의 폭(Lo)은 통상 5mm 이상으로 하고, 관찰면은 프레스 파면의 폭 방향 중앙 부분으로 하였다.

표 2 중, 「◎」는 (1<L/Lo≤1.1)이었던 것을 나타내고, 「○」은 (1.1<L/L0≤1.3)이었던 것을 나타내며, 「×」는 (L/L0>1.3)이었던 것을 나타낸다.

[표 1]

[표 2]

표 1, 2에 나타내는 바와 같이, 발명예 1~20은 모두 소정 조건의 제1 용체화 처리, 제2 냉간압연, 제2 용체화 처리 및 시효처리를 실시한 것에 의해, 압연 평행 방향의 0.2% 내력이 500MPa 이상, 도전율이 60% IACS 이상, 압연 평행 단면에 있어서의 평균 결정립 직경이 10㎛ 이하이고, 더욱이 (I{220}＋I{311})/I{200}≥5.0이 되었다. 그 결과, 양호한 프레스성을 얻을 수 있었다.

비교예 1~8은 제1 용체화 처리를 실시하지 않은 것, 제1 용체화 처리의 온도가 너무 높은 것 혹은 너무 낮은 것, 제2 냉간압연의 가공도가 소정의 범위에서 벗어난 것, 제2 냉간압연 후의 표면 거칠기(Ra)가 작은 것 또는 제2 용체화 처리의 온도가 너무 낮은 것에 기인하여, 결정립이 조대화하거나 또는 결정 방위가 소정의 조건을 만족시키지 않아 프레스성이 악화되었다.

비교예 9는 제2 용체화 처리의 온도가 너무 높아 결정립이 조대화하여 프레스성이 악화되었다. 비교예 10은 시효처리 온도가 낮고, 도전율이 낮은 것이 되었다. 비교예 11은 시효처리 온도가 높아 0.2% 내력이 낮아졌다. 비교예 12, 13은 Co 혹은 Si 첨가량이 많아 도전율이 낮아졌다.

이상으로, 이 발명에 의하면, 전자재료에 이용하여 적합한 0.2% 내력 및 도전율을 가지면서 커넥터 형상 등에 프레스 가공했을 때의 치수 안정성을 향상할 수 있다는 것을 알았다.

Claims

Co: 0.5~3.0질량%, Si: 0.1~1.0질량%를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피한 불순물로 구성되는 전자재료용 구리합금으로, 압연 평행 방향의 0.2% 내력이 500MPa 이상, 도전율이 60% IACS 이상, 압연 평행 단면에 있어서의 평균 결정립 직경이 10㎛ 이하이고, 표면에 있어서의 {200} 결정면으로부터의 X선 회절 적분 강도 I{200}과, {220} 결정면으로부터의 X선 회절 적분 강도 I{220}과, {311} 결정면으로부터의 X선 회절 적분 강도 I{311}이, (I{220}＋I{311})/I{200}≥5.0인 관계를 만족시키는 전자재료용 구리합금.
제1항에 있어서,
압연 평행 방향의 0.2% 내력으로부터 압연 직각 방향의 0.2% 내력을 뺀 0.2% 내력의 차이가 50MPa 이하인, 전자재료용 구리합금.
제1항 또는 제2항에 있어서,
표면에 있어서의 {200} 결정면으로부터의 X선 회절 적분 강도 I{200}과, 순동 표준 분말의 X선 회절 적분 강도 Io{200}이, I{200}/Io{200}≤1.0인 관계를 만족시키는, 전자재료용 구리합금.
제1항 또는 제2항에 있어서,
Cr을 0.5질량% 이하로 추가 함유하는, 전자재료용 구리합금.
제1항 또는 제2항에 있어서,
Ni을 2.0질량% 이하로 추가 함유하는, 전자재료용 구리합금.
제1항 또는 제2항에 있어서,
Zn 및 Sn을 각각 1.0질량% 이하, Mg, P, Ca 및 Mn을 각각 최대 0.2질량% 이하로 추가 함유하고, 그들 Zn, Sn, Mg, P, Ca 및 Mn으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 합계가 2.0질량% 이하인, 전자재료용 구리합금.