KR20050076767A

KR20050076767A - 고강도 고도전율 구리합금

Info

Publication number: KR20050076767A
Application number: KR1020050005960A
Authority: KR
Inventors: 아루가야스히로; 가지하라가츠라
Original assignee: 가부시키 가이샤 고베세이코쇼
Priority date: 2004-01-23
Filing date: 2005-01-21
Publication date: 2005-07-27
Also published as: DE102005002763B4; JP2005206891A; US20050161126A1; CN1269979C; CN1644726A; JP4041803B2; FR2865478A1; KR100651303B1; FR2865478B1; DE102005002763A1

Abstract

질량%로, 0.01 내지 0.5%의 Fe, 0.01 내지 0.3%의 P 및 잔량의 구리 및 불가피한 불순물을 함유하고, Fe와 P의 질량비인 Fe/P가 0.5 내지 6.0인 구리합금으로서, 구리합금 미세조직중의 평균입경이 1 nm 내지 20 nm인 분산입자(dispersoid)의 부피분률이 1.0% 이상이고 그의 갯수가 300개/μm²이상이다. Cu-Fe-P 합금이 고강도 및 고도전율을 동시에 보장한다.

Description

고강도 고도전율 구리합금{HIGH-STRENGTH HIGH-CONDUCTIVITY COPPER ALLOY}

본 발명은, 고강도 및 고도전율인 구리합금에 관한 것으로, 예컨대, 반도체 장치용 IC 리드 프레임(lead frame)의 소재로서 바람직한 구리합금에 관한 것이다. 한편, 본 발명에 따른 구리합금은 다양한 분야에서 사용되지만, 이하에서는 대표적인 용도의 예로서 반도체 부품인 IC 리드 프레임에 사용되는 경우를 중심으로 설명한다.

IC 리드 프레임용 구리합금으로서는, Cu-Fe-P 합금이 일반적으로 사용되고 있다. 예컨대, 0.05 내지 0.15%의 Fe 및 0.025 내지 0.040%의 P를 함유하는 구리합금(C19210 합금)이나, 2.1 내지 2.6%의 Fe, 0.015 내지 0.15%의 P, 0.05 내지 0.20%의 Zn를 함유하는 구리합금(CDA194합금)은 구리합금중에서도 강도, 도전성 및 열전도성이 우수하여 국제표준합금으로서 범용되고 있다.

최근, 반도체 장치의 대용량화, 소형화 및 고기능화에 따라 IC 리드 프레임의 단면적이 적어지고 있다. 이에 따라, 이들 반도체 장치에 사용되는 IC 리드 프레임에 사용되는 구리합금 부품도 보다 고강도, 도전율 및 열전도를 갖는 것이 요구되고 있다. 이들은 IC 리드 프레임 뿐만아니라, 다른 전기·전자부품에서의 접속기, 단자, 스위치, 리플레이(relay) 등의 도전성 부품에 사용되는 구리합금에도 적용가능하다.

Cu-Fe-P 합금의 장점은 고도전율이 특징이지만, 고강도를 위해 Fe와 P의 함량을 늘리거나, Sn, Mg, Ca 등의 제 3원소를 첨가하기도 하였다. 그러나, 이것들의 원소량을 증가시키면 강도는 증가하지만, 필연적으로 도전율이 저하된다. 따라서, 구리합금에서의 성분조성의 제어만으로 전술한 반도체 장치의 대용량화, 소형화 및 고기능화의 경향에 따라 요구되는 고도전율과 고강도의 밸런스가 좋거나 이들의 특성을 양립한 Cu-Fe-P 합금을 실현하는 것은 곤란했다.

이러한 어려움을 극복하기 위해서, 종래부터 Cu-Fe-P 합금의 미세조직이나 분산입자(결정·석출물입자; dispersoid)의 석출상태를 제어하는 것이 여러가지로 제안되어 왔다. 예컨대, 일본 특허공개공보 제 285261/2000 호에는 Fe의 함량이 1.0 내지 3.0%의 Fe이면서, 평균 입경이 0.05μm 내지 10μm인 분산입자의 부피분률이 0.5% 내지 10%인 것으로 강도 안정성 및 연화 내성이 우수한 구리합금이 제안되어 있다.

또한, 입경이 작은 화합물의 양을 증가시킨 구리합금도 제안되었다. 예컨대, 일본 특허공개공보 제 130755/1998 호에서는 0.05 내지 3.5%의 Fe 및 0.01 내지 1.0%의 P를 함유하되, 그 입경이 0.02μm미만인 것(작은 입자) 및 0.02μm 내지 100μm인 것(큰 입자)으로 나누고, 작은 입자/큰 입자의 수의 비율이 1이상인 고강도, 고도전성 구리합금이 제안되었다. 또한, 0.5 내지 5%의 Fe 및 0.01 내지 0.2%의 P를 함유하고, 그 입경이 100 Å 이상인 큰 입자와 100 Å 미만인 작은 입자의 비율을 0.004 내지 1.000이하로 하는 고강도, 높은 연화 내성 구리합금이 제안되었다.

또한, 일본 특허공개공보 제 220594/1994 호에서는 0.01 내지 0.3%의 Fe, 0.005 내지 0.4%의 P, 1.5 내지 5%의 Zn, 및 0.2 내지 2.5%의 Sn를 함유하고, Fe-P 계 화합물 등의 크기가 조질화하지 않도록 150 Å 이하로 규정하여, 강도 및 연화 내성을 개선하는 기술도 제안되었다. 또한, 일본 특허공개공보 제 178670/2000호에서는 Fe와 P의 합계를 0.05 내지 2%로 하고, 5 내지 35%의 Zn 및 0.1 내지 3%의 Sn을 함유하고, 0.2μm 이하의 Fe-P 계 화합물이 균일하게 분산되어 있는 고강도, 고도전성 구리합금이 제안되어 있다.

그러나, 이들 Cu-Fe-P 합금의 Fe 및 P 함유 화합물(분산입자)의 석출상태를 제어하는 기술은 이들의 기술이 규정하는 것보다도 더욱 미세한 것으로 평균입경이 20 nm 이하인 Fe 및 P 함유 화합물 등의 분산입자에는 주목하지 않는다.

확실하게, 상기 각 문헌기술에는 미세한 평균입경이 20 nm 이하인 Fe 및 P 함유 화합물의 분산입자를 함유하는 몇몇의 규정 방법이 있다. 그러나, 이들 Fe 및 P 함유 화합물의 석출상태를 제어하는 기술은 어느 것이나 미세한 평균입경이 20 nm 이하인 Fe 및 P 함유 화합물 등의 분산입자를 관찰할 수 있도록 TEM(투과형 전자현미경)의 배율을 조절하지 않고 있다. 또한, 배율을 규정하는 경우에도 배율은 최대 10,000배로 한정하고 있다. 10,000배의 TEM에서는 이러한 미세한 분산입자를 관찰할 수 없다. 이들의 미세한 평균입경이 20 nm 이하인 분산입자의 상태(크기나 수)를 정량적으로 정확히 파악하기 위해서는, 적어도 100,000배의 배율의 TEM에 의한 관찰이 필요하다.

따라서, 상기 각 문헌 기술은 미세한 평균입경이 20 nm 이하인 Fe 및 P 함유 화합물 등의 분산입자 자체를 실질적으로 파악하지 않고 있거나, 구리합금 특성에 미치는 이 미세한 분산입자의 영향을 실질적으로 인식하지 못하였다.

또한, 전술한 문헌 기술중 일본 특허공개공보 제 285261/2002 호 및 제 324935/1998 호는 Fe의 함량이 0.5% 이상으로 많고, 일본 특허공개공보 제 220594/1994 호 및 제 178670/2000 호는 Zn이나 Sn의 함량이 높다. 따라서, 전술한 바와 같이 고강도를 위해 Fe나 P의 함량을 늘거나, 제 3원소를 첨가하거나 하는 종래의 기술과 공통점이 있다. 이 때문에, 미세한 분산입자를 증가시켜도 필연적으로 도전율이 저하된다.

따라서, 전술한 종래 기술로서는, 고강도 및 고도전율이 양립할 수 없고, 상기한 반도체 장치의 대용량화, 소형화 및 고기능화에 따라 요구되는 고도전율과 고강도의 밸런스가 양호하거나 이들의 특성을 양립한 Cu-Fe-P 합금을 실현하는데에 한계가 있다.

본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위한 것으로서, 고강도와 고도전율을 양립시킨 Cu-Fe-P 합금을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 요지는, 고강도 고도전율 구리합금이 질량%로 0.01 내지 0.5%의 Fe, 0.01 내지 0.3%의 P 및 잔량의 구리 및 불가피한 불순물을 함유하고, Fe와 P의 질량비인 Fe/P가 0.5 내지 6.0인 구리합금으로서, 구리합금 미세조직중에 평균입경이 1 nm 내지 20 nm인 분산입자의 부피분률이 1.0% 이상인 동시에, 이들의 갯수가 300개/μm²이상인 것이다.

본 발명에서는, Cu-Fe-P 합금에 있어서, 지금까지 구리합금 특성에 부여되는 효과나 영향이 주지되거나 인식되지 않았던 것으로 평균입경이 20 nm 이하인 미세한 Fe 및 P 함유 화합물 등의 분산입자를 상기 부피분률과 갯수로 규정하고, 가능한 한 많은 구리합금 미세조직내에 존재시킨다.

이것에 의해서, 비교적 적은 Fe와 P의 함량으로, 경도 140 내지 150 Hv 수준(인장강도로 480 내지 530 MPa 수준임)에서 도전율이 80% IACS 이상이거나, 경도 160 Hv 수준(인장강도로 570 MPa 이상의 수준임)에서 도전율이 75% IACS이상인, 고강도 고도전율의 Cu-Fe-P 합금을 제공할 수 있다.

<구리합금 미세조직>

본 발명에서 말하는 분산입자란, 구리합금 미세조직을 100,000배의 투과형 전자현미경으로 관찰했을 때 평균입경이 1 nm 내지 20 nm인 분산입자를 의미한다. 분산입자의 주요 성분은 Fe-P 화합물이며, 주요 성분에 Fe, Cu-Fe 화합물 등을 첨가함으로써 주로 Fe 및 P 함유 화합물 등으로 이루어지는 것이다.

이러한 미세한 분산입자는 구리합금의 제조시에, 예컨대 냉간압연 후 어닐링할 때에 새롭게 생성한다. 즉, 이러한 미세한 분산입자는 어닐링에 의해서 구리 매트릭스로부터 미세하게 석출된 화합물 상을 형성한다. 따라서, 주조시에 생성되어 구리합금 미세조직에 원래 존재하는 것과 같은 조질의 분산입자와는 다르다. 이 때문에, 구리합금 미세조직이 100,000배 이상의 투과형 전자현미경에 의해 관찰하지 않는다면, 이러한 미세한 분산입자는 관찰할 수 없다.

본 발명에서는 이러한 미세한 분산입자의 부피분률이 1.0% 이상이고 이들의 갯수가 300개/μm²이상인 것으로 규정한다. 이러한 미세한 분산입자의 전위의 이동이나 소멸을 억제하는 피닝능(pinning capability)은 의외로 보다 조질의 분산입자보다도 각별히 크다. 이 때문에, Cu-Fe-P 합금에 있어서, 평균입경이 20 nm 이하인 미세한 Fe 및 P 함유 화합물 등의 분산입자를 가능한 한 대부분 구리합금 미세조직내에 존재시킴으로써 상기 피닝능이 높아져 고강도를 꾀할 수 있다.

또한, 이러한 평균입경이 20 nm 이하인 미세한 분산입자는 보다 조질인 분산입자보다도 구리합금의 도전율 저감 효과가 각별히 적다. 따라서 보다 조질인 분산입자보다도 구리합금의 도전율을 저감시키지 않고서 구리 합금의 강도를 높힐 수 있다.

입자의 평균입경이 20 nm을 넘는 조질의 분산입자의 피닝능은 상기한 바와 같이 낮다. 따라서, 본 발명에서 규정하는 분산입자의 평균입경의 상한을 20 nm으로 하는 것이 요구된다. 한편, 평균입경이 1 nm 미만인 분산입자의 경우, 100,000배의 투과형 전자현미경으로도 검출 및 측정이 곤란하고, 또한 상기 피닝능이 반대로 약해진다. 따라서, 본 발명에서는 분산입자의 평균입경의 하한을 1 nm으로 하는 것을 규정한다.

이러한 미세한 분산입자의 부피분률이 1.0% 미만이거나, 이들의 갯수가 300개/μm²미만인 경우, 효과를 발휘해야 할 입자의 수가 부족하여, 경도 140 내지 150 Hv 수준(인장강도로 480 내지 530 MPa 수준임)이상의 고강도가 얻어지지 않는다. 더구나, 특정한 화학 조성에서 본 발명과 같은 미세한 분산입자가 적은 경우, 이것보다도 조질인 미세한 분산입자로 존재할 가능성이 높다. 이 때문에, 도전율도 낮게 되고, 경도 140 내지 150 Hv 수준(인장강도로 480 내지 530 MPa 수준임)에서 도전율이 80% IACS 이상이거나, 경도가 160 Hv 수준(인장강도로 570 MPa 이상의 수준임)에서도 도전율이 75% IACS이상인 고강도 및 고도전율이 달성될 수 없다.

또한, 본 발명에서는 평균입경이 1 nm 내지 20 nm인 미세한 분산입자의 양을 규정하고 있다. 그러나, 이 규정을 만족한다면, 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위에서 평균입경이 20 nm를 넘는 조질의 분산입자가 적절한 양으로 구리합금 미세조직중에 존재하는 것 자체는 허용가능하다.

본 발명에 있어서, 분산입자의 입경 d는 각 분산입자의 최대직경의 평균치를 구한 것이다. 즉, 100,000배의 투과형 전자현미경에서의 관찰 시야내의 각 분산입자의 각 입경 d를 평균화한 값이 본 발명에서 말하는 평균입경이다. 물론, 복수개 시야의 측정결과 또한 평균할 수도 있다.

동일한 방식으로, 분산입자의 갯수는 100,000배의 투과형 전자현미경에서의 관찰 시야내의 (관찰로 수득된 상을 화상해석하여) 각 분산입자의 1μm²당의 계측 갯수를 평균화한 값이 본 발명에서 말하는 갯수이다. 물론, 복수 시야의 측정결과를 또한 평균하는 것도 허용가능하다.

동일한 방식으로, 본 발명에 따른 분산입자의 부피 분률에 있어서, 100,000배의 투과형 전자현미경에서의 관찰시야에 있어서 1μm×1μm의 시야(1μm²)를 점유하는 평균입경이 1 nm 내지 20 nm인 분산입자의 면적율을 구하여, 그 값을 분산입자의 부피 분률로 한다.

<구리 합금의 성분 조성>

이하에, 본 발명에 따른 구리합금에서의 화학성분 조성의 한정이유를 설명한다. 본 발명에 따른 구리합금의 화학성분 조성은 고강도 및 고도전율을 위해 기본적으로 질량%로 0.01 내지 0.5%의 Fe, 0.01 내지 0.3%의 P, 및 잔량의 구리 및 불가피한 불순물을 함유하고, Fe와 P의 질량비인 Fe/P가 05 내지 6.0인 구리합금으로 한다.

상기한 바와 같이, 고강도를 위해 종래 채용하는 것으로 Fe와 P의 함량을 늘리거나, Sn, Mg, Ca 등의 제 3원소의 첨가 원소량을 증가시키는 수단으로서는, 강도는 증가하지만, 필연적으로 도전율이 저하된다. 또한, 이러한 고강도를 증가시키기 위해 원소량을 증가시키는 수단을 채용하지 않아도, 상기한 미세한 분산입자의 규정에 따라 고강도 및 고도전율을 꾀할 수 있는 점이 본 발명의 큰 이점이기도 하다.

단지, 이러한 본 발명의 고강도 및 고도전율을 저해하지 않는 범위에서, 또한 필요에 따라, 0.005 내지 0.5%의 Zn 및 /또는 0.001 내지 0.5%의 Sn을 함유하는 것이 허용가능하다.

<0.01 내지 0.5%의 Fe>

Fe는 구리합금중에 본 발명의 미세한 분산입자로서 석출하여, 강도나 연화 내성을 향상시키는데 필요한 원소이다. Fe 함량이 0.01% 미만인 경우에는 본 발명의 미세한 분산입자가 부족하다. 이 때문에, 고강도 등의 효과를 효과적으로 발휘시키기 위해서는, 0.01% 이상의 Fe 함량이 필요하다. 단지, Fe가 0.5%를 초과하여 과잉으로 함유되면, 고도전율이 달성할 수 없다. 또한, 고도전율을 위해 분산입자의 석출량을 늘리고자 하면, 석출입자의 조질화를 초래하여 도리어 본 발명이 미세한 분산입자가 부족해진다. 이 때문에, 강도가 저하되고, 고강도 및 고도전율이 양립할 수 없다. 따라서, Fe의 함량은 0.01 내지 0.5%의 범위로 한다.

<0.01 내지 0.3%의 P>

P는 산화작용을 갖고 또한 상기 Fe와 분산입자를 형성하여, 구리합금의 강도나 연화 내성을 향상시키는 데 필요한 원소이다. 0.01% 미만의 함량에서는 본 발명에서 규정된 미세한 분산입자가 부족하다. 이 때문에 고강도 등의 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는 0.01% 이상의 P 함량이 필요하다. 한편, P가 0.3%를 넘어 과량으로 함유시키면, 도전율이 저하되고, 고도전율이 달성할 수 없고, 열간가공성도 저하된다. 따라서, P의 함량은 0.01 내지 0.3질량%의 범위로 한다.

<0.5 내지 6.0의 Fe/P>

본 발명에서 규정하는 미세한 분산입자를 상기 규정량에 따라 석출시키기 위해서, 본 발명에서는 Fe와 P의 각각의 함량 범위 뿐만 아니라, Fe와 P의 질량비인 Fe/P도 더불어 규정한다. Fe/P가 0.5 미만인 경우에는 P이 과잉이 되어 구리 매트릭스중에 용해되어 도전율이 저하되고 고도전율이 달성할 수 없다. 한편, Fe/P이 6.0를 넘은 경우, 반대로 Fe가 과잉이어서, 조질의 단체 Fe 입자로서 생성되기 때문에, 강도가 저하된다. 따라서, Fe/P는 0.5 내지 6.0의 범위로 결정되었다.

<0.005 내지 0.5%의 Zn>

Zn은, 전자부품의 접합에 이용하는 Sn 도금이나 땜납의 내열박리성을 개선하여, 열박리를 억제하는 데 유효한 원소이다. 이러한 효과를 효과적으로 발휘시키기 위해서는 0.005% 이상의 Zn을 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, Zn이 0.5%를 넘어 과잉으로 함유되면, 도리어 용융 Sn이나 땜납의 습윤-퍼짐성을 열화시킬 뿐만 아니라, 도전율을 크게 저하시킨다. 따라서, Zn은 0.005 내지 0.5%의 범위로 선택적으로 함유시킨다.

<0.001 내지 0.5%의 Sn>

Sn은 구리합금의 강도향상에 기여한다. 이러한 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는, 0.001% 이상의 Sn을 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, Sn이 0.5%를 넘어 과잉으로 함유하면, 그 효과가 포화되어 도전율을 크게 저하시킨다. 따라서, Sn은 0.001 내지 0.5질량%의 범위로 선택적으로 함유시킨다.

그 밖의, 예컨대, Al, Cr, Ti, Be, V, Nb, Mo, W, Mg, Ni 등의 원소는 불순물이며, 조질의 분산입자가 쉽게 생성되는 것 이외에 도전율의 저하도 야기하기 쉽다. 따라서, 총량으로 0.5질량% 이하의 극히 적은 함량으로 하는 것이 바람직하다. 이밖에, 구리합금중에 미량으로 포함되는 B, C, Na, S, Ca, As, Se, Cd, In, Sb, Pb, Bi, MM(미슈 메탈(misch metal)) 등의 원소도 도전율의 저하를 야기하기 쉽다. 이 때문에, 이들의 총량으로 0.1질량% 이하의 극히 적은 함량으로 통제하는 것이 바람직하다.

<제조방법>

다음으로, 구리합금 미세조직을 본 발명에서 규정한 조직으로 하기 위한 바람직한 제조조건에 대해서 이하에서 설명한다. 본 발명의 구리합금의 제조 공정 자체를 크게 바꾸는 것이 불필요하고, 통상적인 방법과 같은 공정에서 제조할 수 있다. 즉, 전술한 바와 같이 화합물 조성으로 조정한 구리합금 용탕을 주조한다. 그리고, 주괴를 면삭한 후, 가열 또는 균질화 열처리한 후에 열간 압연을 하고, 열간압연후에 판을 수냉한다. 그 후, 중간 압연으로 지칭되는 일차 냉간 압연을 하고, 어닐링 및 세정한 후, 마무리하여 (최종) 냉간압연하여, 제품판 두께의 구리합금판 등으로 한다.

여기에 있어, 상술한 평균 입경이 1 nm 내지 20 nm인 분산입자의 부피분률이 1.0% 이상이고, 이들의 갯수가 300개/μm²이상으로 하는 분산 입자 구조가 되도록 제어하기 위해서는, 제조에 따라 하기의 조건으로 어닐링하는 것이 효과적이다.

즉, 상기한 바에 따라, 본 발명에 있어서의 미세한 분산입자는 어닐링에 의해서 구리 매트릭스로부터 새롭게 미세하게 석출한 화합물을 형성한다. 이러한 미세한 분산입자를 석출하기 위해서, 상기 구리합금의 제조 공정에 있어서, 일차 냉간압연 후에 어닐링한다.

단지, 1회의 어닐링만으로 고도전율을 얻고자 하면, 어닐링 온도를 높이는 것이 필수적이다. 어닐링 온도를 높게 하면, 석출하는 분산입자의 양이 증가하여 분산입자의 성장 및 조질화를 초래한다. 그래서, 어닐링을 복수회로 나눠함과 동시에, 1회당 어닐링 온도를 430℃이하로 제어하여, 고도전율을 얻음과 동시에 분산입자의 성장 및 조질화를 억제하여, 전술한 미세분산 입자로 구성된 미세분자 구조를 형성하도록 어닐링 공정을 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 이들 어닐링과 어닐링 사이에 냉간압연하면, 냉간압연에 의해 격자 결함이 증가하고 다음의 어닐링에서의 석출핵이 되기 때문에, 상기한 미세 분산입자의 결정·석출형태가 얻어지기 쉽다.

따라서, 이들 조건을 가미하면, 상기 구리합금의 제조 공정에 있어서, 열연뒤에서 마무리하여 (최종)냉간압연까지, 냉간압연과 어닐링을 2회 씩 반복 실시하는 것 같은 공정이 상기한 미세분산입자의 결정·석출형태가 얻어지기 쉬운 점에서 바람직하다.

어닐링 공정에 있어서 최대 온도의 유지 시간은 0.5 내지 20 시간이다. 유지 시간이 0.5 시간 미만인 경우에는, 석출량이 불충분하고 도전율이 개선되지 않는다. 대조적으로, 유지 시간이 20 시간을 능가하면, 온도가 430℃ 이하인 경우에도 석출 입자가 성장하고 조질화된다.

실시예

이하에서 본 발명에 따른 실시예를 설명한다. 하기 표 1에 나타내는 각 조성의 구리합금을 주조하여 구리합금 판을 제조하여, 각 특성을 평가했다. 또, 표 1에 나타내는 각 조성의 구리합금 판에 있어서, 표 1에 기재된 것 이외의 다른 원소로서, Al, Cr, Ti, Be, V, Nb, Mo, W, Mg, Ni 등의 원소의 총량은 0.5질량% 이하였다. 또한, 이밖에 구리 합금중에 미량으로 포함되고 있는 B, C, Na, S, Ca, As, Se, Cd, In, Sb, Pb, Bi, MM(미슈메탈)등의 원소도 이것들의 총량으로 0.1질량% 이하였다.

구체적인 구리합금 판의 제조방법은 하기와 같다. 구리 합금을 코어리스 로(coreless furnace)에서 용융 및 정제한 후, 반연속 주조법으로 주조하여, 두께가 70 mm이고, 폭이 200 mm이고, 길이가 500 mm인 주괴를 얻었다. 그리고, 각 주괴를 면삭하여 가열한 후, 950℃의 온도로 두께가 16 mm이 될 때까지 열간압연했다. 이 열간압연 판 표면을 면삭하여 산화 스케일을 제거한 후, 표 1에서 각 실시예의 어닐링 횟수를 나타낸 바와 같이, 냉간압연과 어닐링을 1회 내지 3회의 소정 횟수로 반복하였다(냉간압연 횟수는 어닐링횟수와 같음). 그 후, 구리합금판을 최종의 냉간압연에 적용하고 두께가 0.2 mm인 구리합금 판을 얻었다. 반복되는 어닐링중 높은 쪽의 어닐링 온도를 최고 어닐링온도로 기재하고, 최대 어닐링 온도는 각각의 실시예에 대해 표 1에 도시하였다.

이렇게 하여 수득된 모든 실시예의 구리합금 판으로부터 시료를 절출하고, 조직관찰에 의해 미세분산입자의 부피분률(%)과 갯수측정, 인장력시험, 경도 측정, 도전율측정을 실시했다. 이들의 결과를 표 1에 각각 나타낸다.

조직관찰은 상기한 측정방법에 의해, 구리합금의 미세조직을 100,000배의 투과형 전자현미경으로 관찰했을 때, 평균입경이 1 nm 내지 20 nm인 분산입자의 부피분률과 갯수를 측정했다.

인장력 시험은, 압연방향에 평행하게 절출한 JIS 13호 시험편을 제작하여 실시했다. 경도 측정은 마이크로 비커스 경도계에 의해 0.5 Kg의 하중을 가하여 실시했다.

도전율은, 밀링(milling)에 의해, 폭 10 mm× 길이 300 mm의 단편형 시험편을 가공하고, 더블 브릿지식(double bridge) 저항 측정 장치에 의해 전기저항을 측정하여 평균 단면적법에 의해 산출했다.

표 1로부터 분명한 바와 같이, 발명의 실시예 1 내지 9는 0.01 내지 0.5%의 Fe, 및 0.01 내지 0.3%의 P를 함유하고, Fe/P의 값이 0.5 내지 6.0인 구리합금 조성범위를 갖고, Zn, Sn도 각각 선택적으로 소정범위로 포함하고 있다. 또한, 제조방법에 있어서의 어닐링도 바람직한 조건내에서 제조되었다.

이 때문에, 발명의 실시예 1 내지 9의 경우에, 구리합금의 미세조직을 100,000배의 투과형 전자현미경으로 관찰했을 때 평균입경이 1 nm 내지 20 nm인 분산입자의 부피분률이 1.0% 이상이고, 갯수가 300개/μm²이상이다.

이 결과, 구리합금판은 경도 144 내지 157 Hv 수준(인장강도로 503 내지 552 MPa 수준임)에서 도전율이 83 내지 80% IACS이거나 경도 161 내지165 Hv 수준(인장강도로 570 내지 581 MPa 수준임)에서도 도전율이 86 내지 82% IACS의 고강도로 고도전율이다.

이와는 대조적으로, 표 1로부터 분명한 바와 같이, 비교예 10는 구리합금의 Fe 함량이 0.007%이어서 하한을 하회하고 있다. 이 때문에, 어닐링은 바람직한 조건내에서 실행되었지만, 상기 미세 분산입자의 부피분률이 0.8%이어서 하한을 하회하고, 경도, 인장강도, 도전율이 모두 낮다.

비교예 11는, 어닐링은 바람직한 조건내에서 수행되고, 미세분산입자의 부피분률과 갯수도 본 발명 범위를 만족하고 있다. 그러나, 구리합금의 Fe 함량이 0.66%이어서 상한을 상회하기 때문에 도전율이 현저하게 낮고 고강도 및 고도전율이 양립되지 않는다.

비교예 12는, 구리합금의 P 함량이 0.008%이어서 하한을 하회하고 있다. 이 때문에 어닐링은 바람직한 조건내에서 수행되지만, 상기 미세 분산입자의 부피분률이 0.9%이어서 하한을 하회하고, 경도, 인장강도, 도전율도 함께 낮다.

비교예 13는, 어닐링은 바람직한 조건내에서 수행되고, 미세 분산입자의 부피분률과 갯수도 본 발명범위를 만족하고 있다. 그러나, 구리합금의 P 함량이 0.33%이어서 상한을 상회하기 때문에, 도전율이 현저히 낮고, 고강도 및 고도전율이 양립되지 않는다.

비교예 14는, 구리합금의 Fe와 P의 함량이 본 발명범위를 만족하고 있지만, Fe/P이 0.31이어서 하한을 하회하고 있다. 이 때문에, 어닐링이 바람직한 조건내에서 수행되고, 상기 미세 분산입자의 부피분률과 갯수도 본 발명범위를 만족하지만, 경도 및 인장강도에 비해 도전율이 현저하게 낮다.

비교예 15는, 구리합금의 Fe와 P의 함량이 본 발명의 범위를 만족하고 있지만, Fe/P이 6.50이어서 상한을 상회하고 있다. 이 때문에, 어닐링은 바람직한 조건내에서 행하여지지만, 상기 미세 분산입자의 갯수가 250개/μm²이어서 하한을 하회하고 있다. 이 때문에, 경도, 인장강도 및 도전율이 모두 현저하게 낮다.

비교예 16는, 어닐링이 바람직한 조건에서 수행되고 상기 미세 분산입자의 부피분률과 갯수도 본 발명 범위를 만족하고 있다. 그러나, 구리합금의 Zn 함량이 1.2%이어서 상한을 상회하기 때문에, 경도에 비해 도전율이 현저하게 낮고, 고강도 및 고도전율이 양립되지 않는다. 또한, Zn 함량이 높기 때문에, 땜납 불량이 생길 가능성이 있다.

비교예 17은, 어닐링이 바람직한 조건내에서 수행되고 상기 미세 분산입자의 부피분률 및 갯수도 본 발명범위를 만족하고 있다. 그러나, 구리합금의 Sn 함량이 0.9%이어서, 상한을 상회하기 때문에, 경도 및 인장강도의 비해 도전율이 현저히 낮고, 고강도 및 고도전율이 양립되지 않는다.

비교예 18은, 본 발명의 구리합금 조성범위를하고 있지만, 최고 어닐링 온도가 500℃이어서 바람직한 상한을 넘기고, 상기 미세 분산입자의 부피분률이 1.8%이어서 하한에 가깝고, 더구나 갯수가 200개/μm²이어서 하한을 하회하고 있다. 이 때문에, 경도 및 도전율이 현저하고 낮다.

비교예 19도, 본 발명의 구리합금 조성 범위이지만, 어닐링 횟수가 한 번이며, 복수회 반복하지 않고, 상기 미세 분산입자의 갯수가 150개/μm²로서 하한을 하회하고 있다. 이 때문에 경도, 인장강도 및 도전율도 모두 현저하게 낮다.

비교예 20도, 조성이 본 발명의 실시예 1과 동일하고 본 발명에서 규정하는 범위이지만, 최대 어닐링 온도에서의 지속 시간이 0.2시간이어서 바람직한 하한 보다 낮고, 미세 분산입자의 부피분률이 0.6%이고 이들의 갯수가 250개/㎛²이어서 상기 부피분률 및 갯수가 하한 보다 낮다. 결과적으로, 도전률은 발명의 실시예 1 보다 상당히 낮다.

비교예 21에서도, 조성은 본 발명의 실시예 5와 동일하고 본 발명에서 규정하는 범위이지만, 최대 어닐링 온도의 지속 시간은 30시간이어서 바람직한 상한 보다 높고, 미세 분산입자의 갯수는 280개/㎛²이어서 하한보다 낮다. 결과적으로, 경도 및 인장 강도는 본 발명의 실시예 5 보다 불량하다.

비교예 22에서도, 조성은 본 발명의 실시예 9와 동일하고 본 발명에서 규정하는 범위이지만, 최대 어닐링 온도는 460℃이고 바람직한 상한 보다 높고, 미세 분산입자의 갯수는 230개/㎛²이어서 하한보다 낮다. 결과적으로, 경도 및 인장강도는 본 발명의 실시예 9보다 열등하다.

이상의 결과로부터, 고강도 및 고도전율을 위한 본 발명에 따른 구리합금 판의 성분조성, 구조, 바람직한 어닐링 조건 등의 임계적인 의의가 뒷받침된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, IC 리드 프레임의 단면적을 감소시키면서, 고강도 및 고도전율 요구에 부응할 수 있는 구리합금을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 IC 리드 프레임 뿐만 아니라, 다른 전기·전자부품에 있어서의 접속자, 단자, 스위치, 리플레이 등의 도전성 부품용 구리합금이라도 고강도 및 고도전율을 보장할 수 있다.

전술한 본 발명은 바람직한 실시양태에 대해 기술되어 있다. 그러나, 당분야의 숙련자라면 이러한 실시양태의 다양한 변형이 존재함을 인식할 것이다. 이러한 변형은 본 발명 및 첨구된 특허청구범위의 범위에 속할 것이다.

Claims

질량%로, 0.01 내지 0.5%의 Fe, 0.01 내지 0.3%의 P 및 잔량의 구리 및 불가피한 불순물을 함유하는 구리 합금으로서, Fe와 P의 질량비인 Fe/P가 0.5 내지 6.0이고, 구리합금 미세조직중 평균입경이 1 nm 내지 20 nm인 분산입자(dispersoid)의 부피분률이 1.0% 이상이고 그의 갯수가 300개/μm²이상인 것을 특징으로 하는 고강도 고도전율 구리합금.
제 1 항에 있어서,

추가로 0.005 내지 0.5질량%의 Zn을 함유하는 고강도 고도전율 구리합금.
제 1 항에 있어서,

추가로 0.001 내지 0.5질량%의 Sn을 함유하는 고강도 고도전율 구리합금.