KR20140002015A

KR20140002015A - 방열성 및 반복 굽힘 가공성이 우수한 구리 합금판

Info

Publication number: KR20140002015A
Application number: KR1020137028539A
Authority: KR
Inventors: 이쿠야 구로사키
Original assignee: 제이엑스 닛코 닛세키 킨조쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2014-01-07
Also published as: US20140193655A1; WO2012132713A1; TW201247907A; JP5432201B2; JP2012211353A; CN103443307A; KR101528998B1; CN103443307B; US9373425B2; TWI452151B

Abstract

방열성, 반복 굽힘 가공성, 형상 유지성, 및, 내열성이 우수한 FPC 기판용 구리 합금판을 제공한다. Ag, Cr, Fe, In, Ni, P, Si, Sn, Ti, Zn 및 Zr 로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 이상을 합계로 0.01 질량% 이상 함유하고, Ag 는 1.0 질량% 이하, Ti 는 0.08 질량% 이하, Ni 는 2.0 질량% 이하, Zn 은 3.5 질량% 이하, Cr, Fe, In, P, Si, Sn, 및 Zr 은, 이들의 군에서 선택된 1 종 이상을 합계로 0.5 질량% 이하 함유하고, 잔부 Cu 및 불순물로 이루어지고, 도전율이 60 % IACS 이상이고, 인장 강도가 350 ㎫ 이상이고, 판 표면의 두께 방향의 X 선 회절로 구한 I(311)/I0(311) 에 대해, 하기 식 : I(311)/I0(311)≥0.5 를 만족하는 구리 합금판.

Description

방열성 및 반복 굽힘 가공성이 우수한 구리 합금판{COPPER ALLOY PLATE HAVING SUPERIOR HEAT DISSIPATION AND REPEATED BENDING WORKABILITY}

본 발명은, 조명용 등의 LED 실장 기판을 비롯한 플렉시블 프린트 기판 (FPC) 으로서 바람직한 구리 합금판, 특히 방열성 및 반복 굽힘 가공성이 우수한 구리 합금판, 그리고 이것을 사용한 전자 기기 부품 등에 관한 것이다.

LED 조명은, 종래의 백열 전구나 형광등 등과 비교하여 저소비 전력, 장수명, 고속 응답성 등의 장점을 갖고, 제품 가격의 저하와 함께, 급속히 보급이 진행되고 있고, 실내용 조명에 더하여, 액정 텔레비전이나 액정 모니터 등의 백라이트, 자동차의 조명용 등, 각종 용도도 넓어지고 있다.

LED 자체는 반도체이기 때문에, 정격 범위 내에서의 사용에서는 발광 소자 자신은 장수명이지만, 발광 소자를 덮는 수지 재료는 열에 의해 열화되기 쉽고, 발열에 의해 용이하게 투명도가 저하되어 조명용의 사용에 적합하지 않게 된다. 또, LED 는, 발광 특성이나 방열성에 배려하여, 여러 가지 패키지 형상인 것이 제조되어 있지만, 작은 스페이스에서 사용하는 경우에는, 공간 절약화나 성형 방법 등, 여러 가지 연구가 필요하다.

발열의 문제에 대한 대응으로서, FPC 로부터 효율적으로 방열하기 위하여, FPC 에 방열판을 첩합시키는 것이 제안되어 있고, 또, 공간 절약화에 대해서는, FPC 상에 LED 를 배치하는 것이 시도되고 있다 (특허문헌 1).

또, 조명 장치로서, LED 를 배치한 회로 기판에 복잡한 가공을 실시하여, 입체 성형을 실시하는 것도 제안되어 있다 (특허문헌 2).

일본 공개특허공보 2007-141729호 일본 공개특허공보 2007-5003호

LED 를 FPC 상에 실장한 경우, 기판인 수지의 방열성이 충분하지 않기 때문에, 장시간의 사용으로 발광 소자를 덮는 수지가 열 열화되어, 조명으로서의 수명이 짧아져 버린다.

발열에 대한 대응으로서, FPC 에 방열판으로서 알루미늄판을 첩합시킨 경우, FPC 의 회로를 구성하고 있는 구리 배선과의 선열팽창 계수의 차이에 의해, FPC 회로에 휨이 발생한다는 문제가 있다. 또한, 열에 의한 팽창, 수축을 반복함으로써, FPC 의 구리 배선이 반복 인장 응력을 받아 파단에 이르는 문제도 있다.

방열판으로서 구리판을 사용한 경우에는 상기 문제는 발생하지 않지만, 구리는 알루미늄보다 가공 경화 계수가 크기 때문에, 복잡한 형상으로 FPC 를 성형할 때에, 굽힘부, 혹은 되굽힘과 재굽힘 가공을 실시하는 등의 성형 조건에서는, 굽힘부에 크랙이 발생하기 쉽다. 크랙이 발생하면, 이것을 차재 등의 반복 진동이 가해지는 환경 하에서 사용하는 경우, 크랙이 진전하여 파단에 이르는 등의 문제가 발생한다.

FPC 의 기판으로서 구리판을 사용하여 조명 장치를 입체 성형하는 방법도 생각되만, 일반적인 터프 피치 구리는, 조명 장치에 사용되고 있는 동안에 발열에 의해 구리판 자체가 연화되어, 초기의 형상을 유지하는 것이 곤란하다.

즉, 본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 방열성, 반복 굽힘 가공성, 형상 유지성, 및, 내열성이 우수한 FPC 기판용 구리 합금판을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해서 연구를 거듭한 결과, 결정의 배향도를 조정함으로써, 반복 굽힘 가공성 등을 제어할 수 있는 것을 알아냈다.

이상의 지견을 배경으로 하여 완성한 본 발명은 일 측면에 있어서, Ag, Cr, Fe, In, Ni, P, Si, Sn, Ti, Zn 및 Zr 로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 이상을 합계로 0.01 질량% 이상 함유하고, Ag 는 1.0 질량% 이하, Ti 는 0.08 질량% 이하, Ni 는 2.0 질량% 이하, Zn 은 3.5 질량% 이하, Cr, Fe, In, P, Si, Sn, 및 Zr 은, 이들의 군에서 선택된 1 종 이상을 합계로 0.5 질량% 이하 함유하고, 잔부 Cu 및 불순물로 이루어지고,

도전율이 60 % IACS 이상이고,

인장 강도가 350 ㎫ 이상이고,

판 표면의 두께 방향의 X 선 회절로 구한 I(311)/I0(311) 에 대해, 하기 식 :

I(311)/I0(311)≥0.5

를 만족하는 구리 합금판이다.

본 발명에 관련된 구리 합금판은 일 실시형태에 있어서, 인장 강도가 200 ℃ 에서 30 분간 가열 후에 250 ㎫ 이상이다.

본 발명에 관련된 구리 합금판은 일 실시형태에 있어서, FPC 기판용이다.

본 발명에 관련된 구리 합금판은 다른 일 실시형태에 있어서, LED 조명을 실장한 FPC 기판용이다.

본 발명에 관련된 구리 합금판은 또 다른 일 실시형태에 있어서, 두께가 0.05 ∼ 0.3 ㎜ 이다.

본 발명은 다른 일 측면에 있어서, 본 발명의 구리 합금판을 사용한 전자 기기 부품이다.

본 발명은 또 다른 일 측면에 있어서, 본 발명의 구리 합금판을 사용한 LED 조명을 실장한 FPC 이다.

본 발명에 의하면, 방열성, 반복 굽힘 가공성, 형상 유지성 및, 내열성이 우수한 FPC 기판용 구리 합금판을 제공할 수 있다.

(구리박의 성분)

본 발명에서는, 구리박의 내열성을 개선하기 위하여, 구리에 Ag, Cr, Fe, In, Ni, P, Si, Sn, Ti, Zn 및 Zr 로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 이상을 합계로 0.01 질량% 이상 첨가한다. 첨가 원소의 합계 농도가 0.01 질량% 를 밑돌면, 첨가 원소의 효과가 발현되지 않고 내열성이 부족하다. 또, 첨가 원소의 합계 농도의 상한에 대해서는 다음과 같다.

Ag 는 첨가에 의한 도전율의 저하의 영향이 작기 때문에, 특별히 제한은 없지만, 첨가 농도가 높아짐과 함께 비용이 증가되기 때문에, 1.0 질량% 이하가 바람직하다.

첨가에 의한 도전율 저하의 영향이 큰 Cr, Fe, In, P, Sn, Zr, Si 는, 이들 원소의 합계에 대해, 0.5 질량% 이하가, 또, 특히 영향이 큰 Ti 는, 0.08 질량% 이하가 바람직하다.

또, Ni 는 2.0 질량% 이하, Zn 은 3.5 질량% 이하가 바람직하다.

합금 원소 첨가의 베이스의 Cu 로는 JIS-1020 에 규격하는 무산소 구리 또는 JIS-1100 에 규격하는 터프 피치 구리가 적합하다. 산소 농도는, 터프 피치 구리 용탕에서는 0.01 ∼ 0.05 질량%, 무산소 구리 용탕에서는 0.001 질량% 가 통상적이다.

Cu 와 비교하여 산화되기 쉬운 Cr, Fe, In, Ni, P, Si, Sn, Ti, Zn 및 Zr 은, 무산소 구리 용탕 중에 첨가하는 것이 일반적이다. 산소를 함유하는 용동 (溶銅) 에 P, Si 등의 탈산제를 첨가하여 산소 농도를 10 ppm 이하로 내린 후, 이들 합금 원소를 첨가해도 된다. Ag 는 Cu 보다 잘 산화되지 않기 때문에, 터프 피치 구리 용탕 중, 무산소 구리 용탕 중 모두 첨가할 수 있다.

(방열성)

가열된 재료를 방열하려면, 열전도가 양호한 재료가 요구된다. 열전도는, 재료의 도전율이 높은 것이 바람직하다. LED 조명 점등시의 발열을 고려하면, LED 의 실장 밀도나 조명 장치의 형상 등의 영향 요인도 있지만, 도전율이 60 % IACS 이상이면 되고, 70 % IACS 이상이면 보다 바람직하다.

(반복 굽힘 가공성)

반복 굽힘 가공성에 대해서는, 집합 조직과의 관계를 조사한 결과, 구리 합금판 표면의 두께 방향의 X 선 회절로 구한 (311) 회절 피크의 적분 강도 : I(311) 과 미분말 구리의 X 선 회절로 구한 (311) 회절 피크의 적분 강도 : I0(311) 비 : I(311)/I0(311) 에 대해, 이유는 확실하지 않지만, 반복 굽힘성과의 상관이 보이고, 이하의 관계를 만족하는 경우에 반복 굽힘 가공성이 양호하였다.

I(311)/I0(311)≥0.5

또, I(311)/I0(311) 은, 바람직하게는 0.8 이상이고, 보다 바람직하게는 1.0 이상이다.

(형상 유지성)

재료를 소정의 형상으로 성형한 후, 초기의 가공 형상을 유지하려면, 어느 정도의 재료 강도가 필요하다. 가공 형상의 구조 등의 영향 요인도 있지만, 재료 강도인 인장 강도에 대해, 이것이 350 ㎫ 미만인 경우에는, 재료에 가해지는 힘으로 용이하게 변형되기 때문에, 인장 강도는 350 ㎫ 이상일 필요가 있다. 강도의 상한에 대해서는 특별히 설정하지 않지만, 재료의 가공도를 올림으로써 강도를 높게 한 경우에는, 일반적으로 굽힘 가공성이 열화되는 것이 알려져 있고, 따라서, 굽힘 가공성과의 밸런스를 고려하여 재료를 가공하면 된다. 또, 인장 강도는 400 ㎫ 이상인 것이 보다 바람직하다.

(내열성)

내열성에 대해서는, LED 조명의 특성으로부터, 조명 기기로서 장시간 사용할 수 있도록, 통상은 150 ℃ 미만의 온도에서 사용되도록 설계된다. 150 ℃ 미만 이어도, 일반적인 터프 피치 구리는 장시간의 사용에 의해 연화되는 것은 피할 수 없고, 연화된 경우에는 초기의 가공 형상을 유지할 수 없다. 이와 같은 현상을 피하기 위하여, 내열성을 확보하는 것은 중요하다. 한편, 조명 기기로서는 수만 시간 정도의 사용이 상정되지만, 이것을 그대로 재현하는 장시간의 가열 시험은 현실적이지 않기 때문에, 기준으로서 실사용 조건보다 고온에서 단시간, 여기서는 200 ℃ 에서 30 분간 유지하는 조건으로 가열하고, 인장 강도 250 ㎫ 이상의 경우에 내열성이 양호한 것으로 판단하였다. 또, 200 ℃ 에서 30 분간 가열 후에 300 ㎫ 이상을 유지하는 것이 보다 바람직하다.

본 발명에 관련된 구리 합금판의 두께는, 0.05 ∼ 0.3 ㎜ 인 것이 바람직하다. 구리 합금판의 두께가 0.05 ㎜ 미만이면 재료가 얇기 때문에 형상을 유지하는 것이 곤란하다는 문제가 발생하는 경우가 있고, 0.3 ㎜ 초과이면 재료가 지나치게 두껍기 때문에 제품의 중량이 지나치게 무거워진다는 문제가 발생하는 경우가 있다. 또, 이와 같이, 본 발명에 관련된 구리 합금판은 구리박의 형태도 포함하고 있다.

구리 합금판의 X 선 회절 강도가 상기의 특성 범위에 있으면, 성분 및 제조 조건에 상관없이, 본 발명의 효과는 발현된다. 본 발명의 구리 합금판은, 예를 들어, 다음과 같은 프로세스에 의해 제조할 수 있다.

압연 구리박의 제조 프로세스는, 전기 구리를 순동의 원료로 사용하고, 필요에 따라 합금 원소를 첨가한 후, 주조하여 두께 100 ∼ 300 ㎜ 의 잉곳을 제조한다. 이 잉곳을 열간 압연하여 두께 5 ∼ 20 ㎜ 정도로 한 후, 냉간 압연과 어닐링을 반복하여, 냉간 압연으로 소정의 두께로 마무리한다.

먼저 서술한 반복 굽힘 가공성, 인장 강도 및 X 선 회절 피크 강도비의 관계식에 대해, 규정 범위를 만족하는 구리박은, 최종 재결정 어닐링의 승온 속도, 그리고 최종 재결정 어닐링의 직후에 실시되는 최종 냉간 압연의 가공 조건인 총 가공도, 및, 1 패스째의 가공도를 조정함으로써 얻어진다. 여기서, 최종 재결정 어닐링이란, 제품의 두께까지 가공하는 최종 냉간 압연 전의 재결정 어닐링이다. 또, 최종 냉간 압연에서는, 1 쌍의 롤 간에 재료를 반복 통과시켜 (이하 「패스」라고 한다), 두께를 마무리해 간다. 여기서, 1 패스째란, 최종 재결정 어닐링 후의 재료를 제품의 두께로 마무리하는 최종 냉간 압연에 있어서의 최초의 패스를 나타낸다.

최종 재결정 어닐링의 승온 속도는 12 ∼ 50 ℃/s 이면 된다. 승온 속도가 12℃/s 미만인 경우, 및, 50 ℃/s 초과인 경우에는, 먼저 서술한 반복 굽힘 가공성을 만족하는 것이 곤란하다.

최종 냉간 압연의 총 가공도는 85 % 이하이면 바람직하다. 여기서, 가공도는, 압연 전과 압연 후의 두께의 차를 압연 전의 두께로 나눈 값을 백분율로 나타낸 것이다. 최종 냉간 압연의 총 가공도가 85 % 를 초과하는 경우에는, 먼저 서술한 반복 굽힘 가공성을 만족시키는 것이 곤란하다. 또, 총 가공도의 하한치에 대해서는, 합금 성분이나 농도에 따라 상이하고, 인장 강도의 하한치를 초과하도록 설정하면 된다.

최종 냉간 압연의 1 패스째의 가공도는 20 % 이하이면 된다. 최종 냉간 압연의 1 패스째의 가공도가 20 % 를 초과하는 경우에는, X 선 회절 강도가 규정의 식을 만족시킬 수 없으며, 먼저 서술한 반복 굽힘 가공성을 만족시키는 것이 곤란하다.

본 발명의 구리 합금판은, 리드 프레임, 커넥터, 핀, 단자, 릴레이, 스위치, 2 차 전지용 박재 등의 전자 기기 부품 등에 사용할 수 있다. 또, 특히, 본 발명의 구리 합금판은, LED 조명을 실장한 FPC 의 재료로서 바람직하다.

실시예

이하에 본 발명의 실시예를 나타내지만, 이들 실시예는 본 발명 및 그 이점을 보다 잘 이해하기 위해서 제공하는 것으로서, 발명이 한정되는 것을 의도하는 것은 아니다.

[압연 구리박의 제조]

무산소 구리에 각종 원소를 첨가하여, 두께 100 ㎜ 의 잉곳을 주조하였다. 다음으로, 잉곳을 열간 압연으로 5 ㎜ 까지 압연하고, 산화 스케일을 제거한 후, 냉간 압연과 어닐링을 반복하고, 최종 냉간 압연으로 표 1, 2 에 기재된 조건으로 0.05 ∼ 0.3 ㎜ 까지 압연하였다. 또한, 최종 냉간 압연의 직전에 최종 재결정 어닐링을 실시하였다. 최종 재결정 어닐링은 표 1, 2 에 기재된 승온 속도로, 재료 온도가 최고로 500 ℃ 가 되도록 가열하고, 실온 (25 ℃) 에서부터 500 ℃ 까지 도달하는 시간으로부터, 승온 속도를 산출하였다. 그리고, 재료 온도가 500 ℃ 에 도달 후, 즉시 냉각을 실시하였다.

[형상 유지성]

JIS Z 2241 에 준하여, 압연 평행 방향이 길이 방향이 되도록 채취한 JIS 13B 호 시험편을 공시재로 하여, 인장 시험에 의해 인장 강도를 구하였다. 인장 시험에서는, ORIENTEC 사 제조의 UTM-10T 를 사용하여 인장 속도 5 ㎜/분으로, 동일 시료에 대해 n=2 로 측정한 평균치를 측정치로 하였다. 형상 유지성은, 인장 강도 350 ㎫ 이상의 경우, 양호 (○) 로 평가하였다. 또, 350 ㎫ 미만의 경우 형상 유지성은 불량 (×) 으로 평가하였다.

[방열성]

최종 냉간 압연 후의 판 두께에서, JIS H 0505 에 준거한 사단자법에 의해 측정한 도전율 (% IACS) 로 평가하였다.

[집합도]

주식회사 리가쿠사 제조 RINT-TTR 을 사용하여, 구리 합금판 표면의 두께 방향의 X 선 회절로 (311) 회절 피크의 적분 강도 : I(311) 을 평가하고, 또한 미분말 구리의 X 선 회절로 (311) 회절 피크의 적분 강도 : I0(311) 을 평가하였다. 계속해서, 이들의 비 : I(311)/I0(311) 을 산출하였다.

[내열성]

상기의 JIS 13B 호 시험편을 사용하여, 이것을 가열로에 넣어 온도가 200 ℃ 에 도달한 후에 30 분간 유지하여 시료를 꺼내고, 공랭하여 인장 시험에 제공하였다. 인장 시험은, 상기와 동일한 조건으로 실시하였다. 내열성은, 인장 강도 250 ㎫ 이상을 「○」, 250 ㎫ 미만을 「×」로 하였다.

표 1 및 2 에 평가 조건 및 결과를 나타낸다.

[반복 굽힘 가공성]

이하의 순서로, 반복 굽힘 가공성을 평가하였다.

(1) 압연 평행 방향 및 직각 방향에 대해, 길이 50 ㎜×폭 10 ㎜ 로 시료를 잘라내었다.

(2) 굽힘 R=0.5 ㎜ 에서, 90°로 V 굽힘 가공하고, 이것을 원래의 단책상 (短冊狀) 으로 되굽힌 후, 90°V 굽힘 가공과 되굽힘을 반복하였다.

(3) 상기 조작을 반복하여, 1 회마다 90°V 굽혔을 때의 굽힘 가공부를 50 배로 확대 관찰하여, 크랙 또는 파단 발생의 유무를 확인하였다. 그리고, 크랙 또는 파단이 발생하지 않는 최대 굽힘 횟수를 조사하였다. 크랙이 발생하지 않는 최대 굽힘 횟수가 5 회 이상을 「◎」, 4 회를 「○」, 3 회를 「△」, 3 회 미만을 「×」로 하여 평가하였다.

실시예 1 ∼ 33 은, 모두 첨가 원소 농도가 0.01 질량% 이상, 또한, 각 원소의 농도가 상한치 이하이고, 인장 강도가 350 ㎫ 이상, 200 ℃ 에서 30 분간 가열 후의 인장 강도가 250 ㎫ 이상, I(311)/I0(311)≥0.5 인 점에서, 모두 방열성 (도전율), 반복 굽힘 가공성, 형상 유지성 및 내열성이 우수하였다.

비교예 1 은, 첨가 원소가 없는 순동으로서, 내열성이 나빴다.

비교예 2 는, Sn 을 첨가하고 있지만, 농도가 0.01 질량% 미만이기 때문에, 내열성이 나빴다.

비교예 3 은 최종 냉간 압연의 총 가공도가 85 % 를 초과하고 있기 때문에, X 선 회절 강도가 규정의 식을 만족하고 있지 않아, 반복 굽힘 가공성이 나빴다.

비교예 4 는, 첨가 원소 농도가 지나치게 높기 때문에, 도전율이 낮아서 방열성이 나빴다.

비교예 5 와 9 는, 최종 냉간 압연에 있어서의 압연 총 가공도는 85 % 이하이지만, 최종 냉간 압연에 있어서의 1 패스째의 가공도가 20 % 를 초과하고 있기 때문에, X 선 회절 강도가 규정의 식을 만족하고 있지 않아, 반복 굽힘 가공성이 나빴다.

비교예 6 은, 최종 냉간 압연에 있어서의 압연 총 가공도는 85 % 이하이지만, 최종 재결정 어닐링에 있어서의 승온 속도가 12℃/s 미만으로 되어 있기 때문에, X 선 회절 강도가 규정의 식을 만족하고 있지 않아, 반복 굽힘 가공성이 나빴다.

비교예 7 은, 최종 냉간 압연에 있어서의 압연 총 가공도는 85 % 이하이지만, 최종 재결정 어닐링에 있어서의 승온 속도가 50 ℃/s 를 초과하고 있기 때문에, X 선 회절 강도가 규정의 식을 만족하고 있지 않아, 반복 굽힘 가공성이 나빴다.

비교예 8 은, 최종 재결정 어닐링에 있어서의 총 가공도가 지나치게 낮기 때문에, 인장 강도가 350 ㎫ 미만으로 되어 있어, 형상 유지성이 나빴다.

Claims

Ag, Cr, Fe, In, Ni, P, Si, Sn, Ti, Zn 및 Zr 로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 이상을 합계로 0.01 질량% 이상 함유하고, Ag 는 1.0 질량% 이하, Ti 는 0.08 질량% 이하, Ni 는 2.0 질량% 이하, Zn 은 3.5 질량% 이하, Cr, Fe, In, P, Si, Sn, 및 Zr 은, 이들의 군에서 선택된 1 종 이상을 합계로 0.5 질량% 이하 함유하고, 잔부 Cu 및 불순물로 이루어지고,
도전율이 60 % IACS 이상이고,
인장 강도가 350 ㎫ 이상이고,
판 표면의 두께 방향의 X 선 회절로 구한 I(311)/I0(311) 에 대해, 하기 식 :
I(311)/I0(311)≥0.5
를 만족하는 구리 합금판.
제 1 항에 있어서,
인장 강도가 200 ℃ 에서 30 분간 가열 후에 250 ㎫ 이상인 구리 합금판.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
FPC 기판용인 구리 합금판.
제 3 항에 있어서,
LED 조명을 실장한 FPC 기판용인 구리 합금판.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
두께가 0.05 ∼ 0.3 ㎜ 인 구리 합금판.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 구리 합금판을 사용한 전자 기기 부품.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 구리 합금판을 사용한 LED 조명을 실장한 FPC.