KR20160096041A

KR20160096041A - 구리 합금조 및 그것을 구비하는 대전류용 전자 부품 및 방열용 전자 부품

Info

Publication number: KR20160096041A
Application number: KR1020160014029A
Authority: KR
Inventors: 아키히로 가키타니
Original assignee: 제이엑스금속주식회사
Priority date: 2015-02-04
Filing date: 2016-02-04
Publication date: 2016-08-12
Also published as: KR101822374B1; JP2016141878A; CN105838915A; CN105838915B; JP6207539B2; TWI589715B; TW201632634A

Abstract

본 발명은, 지금까지의 재료와 비교하여 높은 강도 및 도전성 그리고 우수한 굽힘 가공성을 겸비한 구리 합금조, 그것을 구비하는 대전류용 전자 부품 및 방열용 전자 부품을 제공하는 것을 목적으로 하고, 0.04 ∼ 0.5 질량％ 의 Zr 을 함유하고, 인장 강도가 550 MPa 이상이며 0.2 ％ 내력/인장 강도 ≥ 0.9 또한 도전율이 80 ％ IACS 이상을 만족시키고, 바람직하게는 300 ℃ × 30 min 가열 후의 0.2 ％ 내력 ≥ 500 MPa 를 만족시키는 구리 합금조, 및 이 구리 합금조를 구비하는 대전류용 전자 부품 및 방열용 전자 부품이다.

Description

구리 합금조 및 그것을 구비하는 대전류용 전자 부품 및 방열용 전자 부품{COPPER ALLOY STRIP, ELECTRONIC COMPONENT FOR HEAVY-CURRENT AND ELECTRONIC COMPONENT FOR HEAT RELEASE CONTAINING THE SAME}

본 발명은, 구리 합금조에 관한 것으로, 상세하게는 방열성, 도전성, 강도 및 굽힘 가공성이 우수하고, 단자, 커넥터, 릴레이, 스위치, 소켓, 버스 바, 리드 프레임 등의 전자 부품 용도, 특히, 스마트 폰이나 퍼스널 컴퓨터 등에 사용되는 방열성 부품 및 전기 자동차나 하이브리드 자동차 등에 사용되는 대전류 부품의 용도에 바람직한 구리 합금조에 관한 것이다.

스마트 폰, 태블릿 PC 및 퍼스널 컴퓨터 등의 전기·전자 기기 등에는, 단자, 커넥터, 스위치, 소켓, 릴레이, 버스 바, 리드 프레임 등의 전기 접속을 얻기 위한 부품 및 기기가 발하는 열을 방산하기 위한 부품이 장착되고 있다.

최근, 스마트 폰, 태블릿 PC 및 퍼스널 컴퓨터의 소형화에 수반하여, 전기·전자 기기 내의 액정 부품 또는 IC 칩 등에 통전하였을 때의 축열이 커지는 경향이 있다. 축열이 큰 상태는 IC 칩이나 기반에 대한 열적 손상이 크기 때문에, 방열 부품의 방열성이 문제가 되고 있다.

종래, 스마트 폰, 태블릿 PC 및 퍼스널 컴퓨터 등의 전기·전자 기기 내의 방열 부품에는 오스테나이트계 스테인리스강 (예를 들어, JIS G 4304 「열간 압연 스테인리스 강판 및 강대」의 항에서 규정된 SUS304) 및 순알루미늄 등이 주로 사용되어 왔다. 예를 들어 스마트 폰이나 태블릿 PC 의 액정에 부속되는 방열 부품 (액정 프레임) 에는, 높은 방열성에 더하여 구조체로서의 강도 및, 액정에 대한 고정에 필요한 굽힘 가공성이 요구되고 있다.

오스테나이트계 스테인리스강 (SUS304) 은, 굽힘 가공성은 양호하지만, 열 전도성이 낮고, 그것을 보완하기 위해 고가의 열 전도 시트 등을 병용하고 있다. 그 때문에 방열 부품의 단가가 높아진다. 한편, 순알루미늄 및 알루미늄 합금에서는 굽힘성 가공성은 양호하지만, 열 전도성 및 구조체로서의 강도가 충분하지 않았다.

또, 단자, 커넥터 등의 통전 부품에 있어서는, 통전부에 있어서의 구리 합금의 단면적이 작아지는 경향이 있다. 단면적이 작아지면, 통전하였을 때의 구리 합금으로부터의 발열이 증대된다. 특히, 성장이 현저한 전기 자동차나 하이브리드 자동차에서 사용되는 전자 부품에는, 배터리부의 커넥터 등의 현저하게 높은 전류가 흘려지는 부품이 있어, 통전시의 구리 합금의 발열이 문제가 되고 있다. 그래서 발열량이 줄도록, 통전 재료에는 도전성이 우수할 것이 요구되고, 나아가 부품의 소형화나 고기능화에 대응할 수 있도록, 강도 (특히 높은 0.2 ％ 내력) 나 우수한 굽힘 가공성이 요구되고 있다.

열 전도성과 도전성은 비례 관계에 있는 것이 알려져 있고, 상기 요구에 대해 비교적 높은 도전율과 강도를 갖는 합금으로서, Cu 에 Zr, Cr, Ti 를 첨가한 재료가 알려져 있다. 예를 들어 C15100 (0.1 질량％ Zr-잔부 Cu), C15150 (0.02 질량％ Zr-잔부 Cu), C18140 (0.1 질량％ Zr-0.3 질량％ Cr-0.02 질량％ Si-잔부 Cu), C18145 (0.1 질량％ Zr-0.2 질량％ Cr-0.2 질량％ Zn-잔부 Cu), C18070 (0.1 질량％ Ti-0.3 질량％ Cr-0.02 질량％ Si-잔부 Cu), C18080 (0.06 질량％ Ti-0.5 질량％ Cr-0.1 질량％ Ag-0.08 질량％ Fe-0.06 질량％ Si-잔부 Cu) 등의 합금이 CDA (Copper Development Association) 에 등록되어 있다.

방열 부품 및 전자 재료용 구리 합금에는 어느 정도의 강도가 요구되지만, 예를 들어 상기 합금 중에서 C15100 등의 Cu-Zr 합금에서는 강도가 부족한 경우가 있다.

한편, C18140 등의 Cu-Cr-Zr 합금은, 일반적으로 0.2 ％ 내력이 C15100 보다 양호하지만, Cu 합금에 대한 Cr 의 용해가 매우 곤란하다. 그 때문에 비교적 제조 난이도가 낮은 Cu-Zr 합금의 강도, 도전율 및 굽힘 가공성을 향상시키는 발명이 최근 실시되고 있다.

특허문헌 1 에서는 중량 비율로 Zr 을 0.05 ％ ∼ 0.3 ％ 의 범위에서 함유하는 구리 합금으로, 열간 압연 후에 제 1 냉간 압연, 제 1 열처리, 제 2 냉간 압연, 장력을 가하면서의 제 2 열처리를 실시함으로써, 강도, 도전율, 굽힘 가공성의 밸런스가 양호한 구리 합금을 개시하고 있다.

특허문헌 2 에서는 Zr 을 0.01 질량％ ∼ 0.5 질량％ 의 범위에서 함유하는 구리 합금으로, 집합 조직에 있어서의 Brass 방위의 방위 분포 밀도가 20 이하이며, 또한 Brass 방위와 S 방위와 Copper 방위의 방위 분포 밀도 10 이상 50 이하로 하는 강도와 양호한 굽힘 가공성을 겸비한 구리 합금을 개시하고 있다.

특허문헌 3 에서는 중량 비율로 Zr 을 0.05 ％ ∼ 0.2 ％ 의 범위에서 함유하는 구리 합금으로, 후방 산란 전자 회절 이미지 시스템이 구비된 주사형 전자 현미경에 의한 EBSD 법으로 측정한 KAM 치의 평균이 1.5 ∼ 1.8°이며, W 굽힘 시험에서 균열이 발생하지 않는 최소 굽힘 반경을 R, 판 두께를 t 로 하면, R/t 가 0.1 ∼ 0.6 이며, 스프링 한계치가 420 ∼ 520 N/㎟ 인 강도, 스프링성 및 굽힘 가공성이 우수한 구리 합금을 개시하고 있다.

특허문헌 4 에서는 중량 비율로 Cr, Zr, Ti 의 적어도 1 종류를 합계로 0.05 ∼ 1.0 mass％ 함유하고, EBSD 측정에 있어서의 결정 방위 해석에 있어서, Cube 방위 {001}<001> 의 면적률이 5 ％ 이상 70 ％ 이하이며, 비커스 경도가 120 이상으로 됨으로써 강도, 굽힘 가공성, 저영률 (세로 탄성 계수 및 휨 계수) 을 실현하는 구리 합금을 개시하고 있다.

일본 공개특허공보 2010-248592호 일본 공개특허공보 2010-242177호 일본 공개특허공보 2012-172168호 일본 특허공보 제5170916호

그러나, 특허문헌 1 ∼ 4 에 기재된 발명에 있어서는, 어느 정도의 기계적 강도와 양호한 굽힘 가공성을 겸비하고 있지만, 최근의 전자 재료 등의 구리 합금에 필요시되는 강도 및 굽힘 가공성이 충분하다고는 할 수 없었다. 구체적으로는 특허문헌 1 ∼ 3 에 기재된 발명의 실시예에서는 Cu-Zr 합금의 인장 강도가 457 ∼ 560 MPa, 특허문헌 4 에 기재된 실시예에서는 Cu-Zr 합금의 0.2 ％ 내력이 425 MPa 로, 인장 강도 및 0.2 ％ 내력 모두 강도 부족한 경우가 있다.

또, 특허문헌에서는 인장 강도의 향상에 주안을 두고 있지만, 실제의 전자 부품에서는 높은 0.2 ％ 내력이 요구되는 경우가 많다. 그러나, Cu-Zr 합금에서는, 가공 경화에 의해 인장 강도가 향상되어도 0.2 ％ 내력이 어느 일정 이상 높아지지 않는 (가공 경화가 포화되는) 문제가 있었다. 또, Cu-Zr 계 구리 합금은 시효에 의한 석출 경화 및 압연에 의한 가공 경화가 작기 때문에, 특허문헌의 강도 향상의 방책은 결정 방위의 제어가 주된 것이었다.

그래서, 지금까지의 재료와 비교하여 높은 강도 및 도전성 그리고 우수한 굽힘 가공성을 겸비한 구리 합금판, 그것을 구비하는 대전류용 전자 부품 및 방열용 전자 부품을 제공하는 것을 목적으로 하고, 구체적으로는, 강도 (인장 강도 및 0.2 ％ 내력), 도전율 및 굽힘 가공성의 밸런스를 개선하는 것을 과제로 한다.

본 발명자는 Cu-Zr 계 구리 합금조의 시효 처리를 2 회 이상 실시하고, 시효 온도, 시효와 시효 사이의 냉간 압연 및 마지막 시효 후의 냉간 압연의 조건을 조정함으로써, 양호한 강도 및 도전율, 나아가 굽힘 가공성이 얻어지는 것을 알아냈다. 이상의 지견을 배경으로 이하의 발명을 완성시켰다.

본 발명의 Cu-Zr 계 구리 합금조는, 0.04 ∼ 0.5 질량％ 의 Zr 을 함유하고, 인장 강도가 550 MPa 이상 또한 도전율이 80 ％ IACS 이상을 만족시키는 것이다.

또한, 본 발명의 구리 합금조는 인장 강도 (TS) 와 0.2 ％ 내력 (YS) 의 비가 YS/TS ≥ 0.9 인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 구리 합금조는 300 ℃ × 30 min 가열 후의 0.2 ％ 내력이 500 MPa 이상인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 구리 합금조에서는, X 선 회절법을 사용하여 압연면에 있어서 두께 방향으로 구한 {200} 면의 X 선 회절 적분 강도를 I{200} 으로 하고, {111} 면의 X 선 회절 적분 강도를 I{111} 로 하고, {220} 면의 X 선 회절 적분 강도를 I{220} 으로 하고, {311} 면의 X 선 회절 적분 강도를 I{311} 로 하였을 때에, 0.1 ≤ [I{200} ＋ I{111} ＋ I{311}]/I{220} ≤ 0.6 인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 구리 합금조는, Ag, Ni, Mn, Mg, Zn, Sn, B 및 Ca 로 이루어지는 군에서 선택되는 원소의 적어도 1 종을 최대로 0.1 질량％ 함유하는 것이 바람직하다.

본 발명의 대전류용 전자 부품 및 방열용 전자 부품은, 상기의 어느 구리 합금조를 구비하는 것이다.

본 발명에 의하면, 고강도, 고도전성, 우수한 굽힘 가공성을 겸비한 구리 합금조를 제공하는 것이 가능하다. 이 구리 합금조는, 단자, 커넥터, 스위치, 소켓, 릴레이, 버스 바, 리드 프레임, 방열판 등의 전자 부품의 소재로서 바람직하게 사용할 수 있고, 스마트 폰이나 퍼스널 컴퓨터 등에 사용되는 방열성 부품 및 전기 자동차나 하이브리드 자동차 등에 사용되는 대전류용 전자 부품의 용도에 바람직한 구리 합금조에 관한 것이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해 상세하게 설명한다.

(특성)

본 발명의 일 실시형태에 관련된 구리 합금조는, 그 구리 합금조의 도전율을 80 ％ IACS 이상 또한 인장 강도를 550 MPa 이상으로 하는 것을 목적으로 한다. 도전율이 80 ％ IACS 이상이면 열 전도율도 양호하고, 대전류용 전자 부품 및 방열 부품용의 소재로서 문제 없다. 또, 인장 강도가 550 MPa 이상이면, 구조재로서의 필요한 강도를 갖고 있다. 또, 0.2 ％ 내력/인장 강도가 0.9 이상이면, 커넥터, 스위치, 소켓, 릴레이재 등의 전자 부품에 필요한 스프링 특성을 갖고 있다. 300 ℃ × 30 min 가열 후의 0.2 ％ 내력이 500 MPa 이상이면, 대전류용 전자 부품 및 방열 부품으로서의 내열성을 갖고 있다. X 선 회절법을 사용한 X 선 회절 적분 강도가 0.1 ≤ [I{200} ＋ I{111} ＋ I{311}]/I{220} ≤ 0.6 의 범위이면 양호한 굽힘 가공성을 갖고 있다고 할 수 있다.

상기 특성을 겸비하는 본 발명의 구리 합금조는, 방열용 전자 부품 및 대전류 전자 부품의 용도에 바람직하다.

(합금 성분 농도)

본 발명의 실시형태에 관련된 Cu-Zr 계 합금조는, Zr 을 0.040 ∼ 0.50 질량％ 함유하는 것이며, 이 Zr 의 총 함유량은 바람직하게는 0.050 ∼ 0.30 질량％, 보다 바람직하게는 0.050 ∼ 0.20 질량％ 로 한다. Zr 의 합계가 지나치게 작으면, 550 MPa 이상의 인장 강도를 얻는 것이 어려워진다. Zr 농도가 지나치게 커지면, 열간 압연 균열 등으로 인해 합금의 제조가 곤란해진다.

Cu-Zr 계 합금에는, 강도나 내열성을 개선하기 위해서, Ag, Sn, Zn, Mg, Mn, B, Ca 중 1 종 이상을 함유시킬 수 있다. 단, 첨가량이 지나치게 많으면, 도전율이 저하되어 80 ％ IACS 를 하회하거나, 합금의 제조성이 악화되거나 하는 경우가 있으므로, 첨가량은 총량으로 최대로 0.1 질량％ 로 한다.

(두께)

제품의 두께, 요컨대 판 두께 (t) 는 0.05 ∼ 2.0 ㎜ 인 것이 바람직하다. 두께가 지나치게 작으면, 충분한 방열성이 얻어지지 않게 되기 때문에, 방열용 전자 부품의 소재로서 부적합하다. 한편, 두께가 지나치게 크면, 굽힘 가공 및 드로잉 가공이 곤란해진다. 이와 같은 관점에서, 보다 바람직한 두께는 0.08 ∼ 1.5 ㎜ 이다. 두께가 상기 범위가 됨으로써, 축열을 억제하면서, 굽힘 가공성을 양호한 것으로 할 수 있다.

(도전율)

본 발명에서는, JIS H 0505 에 준거하여 측정한 도전율을 80 ％ IACS 이상으로 한다. 도전율이 80 ％ IACS 이상이면, 열 전도율이 양호하고, 양호한 방열성도 확보할 수 있다. 보다 바람직하게는 85 ％ IACS 이상으로 한다.

(인장 강도)

본 발명에서는, 구리 합금조의 인장 강도가 550 MPa 이상이면, 구조재의 소재로서 필요한 강도를 갖고 있다고 할 수 있다. 보다 바람직하게는 570 MPa 이상으로 한다.

(0.2 ％ 내력)

본 발명에서는, 구리 합금조의 0.2 ％ 내력/인장 강도 (YS/TS) 를 0.9 이상으로 하고, 이것에 의하면, 구리 합금조가, 커넥터, 스위치, 릴레이재에 필요한 스프링성을 갖고 있다고 할 수 있다.

(내열성)

본 발명에서는, 300 ℃ × 30 min 가열 후의 0.2 ％ 내력 ≥ 500 MPa 로 하고, 이것에 의하면 대전류용 전자 부품 및 방열 부품으로서의 내열성을 갖고 있다고 할 수 있다.

(굽힘 가공성)

본 발명의 굽힘 가공성의 평가는 폭 10 ㎜ × 길이 30 ㎜ 의 단책상 (短冊狀) 의 시험편을 사용한, W 굽힘 시험 (JIS-H 3130) 에 의해 실시한다. 시험편 채취 방향은, 압연 평행 방향 (GW) 및 압연 직각 방향 (BW) 으로 하고, 균열이 발생하지 않는 최소 굽힘 반경 (MBR) (Minimum Bend Radius) 과 판 두께 (t) 의 비 (MBR/t) 로 평가한다. 이 최소 굽힘 반경 (MBR) 의 비율 (MBR/t) 은 2.0 이하로 하는 것이 양호한 굽힘성을 확보한다는 관점에서 바람직하다. MBR/t 의 더욱 바람직한 범위는 1.8 이하이다.

(결정 방위)

X 선 회절법을 사용하여 압연면의 표면에 있어서 두께 방향으로 구한 {200} 면의 X 선 회절 적분 강도를 I{200} 으로 하고, {111} 면의 X 선 회절 적분 강도를 I{111} 로 하고, {220} 면의 X 선 회절 적분 강도를 I{220} 으로 하고, {311} 면의 X 선 회절 적분 강도를 I{311} 로 하였을 때에, 0.1 ≤ [I{200} ＋ I{111} ＋ I{311}]/I{220} ≤ 0.6 (즉, 0.1 이상 0.6 이하) 인 경우, 굽힘 가공성이 향상된다. 보다 바람직한 범위는 0.25 이상 0.55 이하이다. 한편, 상기 범위를 벗어나는 경우, 굽힘 가공성이 열등하다. 또한, 순구리 분말 표준 시료는, 325 메시 (JIS Z 8801) 의 순도 99.5 ％ 의 구리 분말로 정의되는 것이다.

이하, 본 발명에 관련된 구리 합금조의 바람직한 제조 방법의 일례에 대해 설명한다.

순구리 원료로서 전기 구리 등을 용해시키고, Zr 및 필요에 따라 다른 합금 원소를 첨가하고, 두께 30 ∼ 300 ㎜ 정도의 잉곳으로 주조한다. 이 잉곳을 예를 들어 800 ∼ 1000 ℃ 의 열간 압연에 의해 두께 3 ∼ 30 ㎜ 정도의 판으로 한 후, 냉간 압연과 2 회 이상의 시효 처리를 반복하고, 최종 냉간 압연에 의해 소정의 제품 두께로 마무리하고, 경우에 따라서는 마지막으로 응력 제거 어닐링을 실시한다. 응력 제거 어닐링은 특별히 실시하지 않아도 된다.

시효 처리는, 300 ℃ ∼ 400 ℃ 의 온도에서 1 ∼ 30 시간의 범위로 2 회 이상 실시한다. 바람직하게는 340 ∼ 390 ℃, 보다 바람직하게는 350 ∼ 390 ℃ 이다.

압연 조직이 재결정화되지 않는 적당한 조건에서 어닐링함으로써, 그 후의 압연에 의한 가공 경화가 커져 550 MPa 이상의 인장 강도가 얻어진다. 시효 온도가 400 ℃ 보다 높으면 550 MPa 이상의 강도가 얻어지지 않는다. 한편, 시효 온도가 300 ℃ 보다 낮으면 80 ％ IACS 이상의 도전율이 얻어지지 않는다.

마지막 시효 온도는 마지막으로부터 1 개 전의 시효 온도에 대해 ±25 ℃ 의 범위로 조정함으로써, 결정 방위가 0.1 ≤ [I{200} ＋ I{111} ＋ I{311}]/I{220} ≤ 0.6 의 범위가 되어 굽힘 가공성이 개선된다.

또한, 마지막 시효 온도가 마지막으로부터 1 개 전의 시효 온도보다 0 ∼ 25 ℃ 낮은 경우에, 300 ℃ × 30 min 가열 후의 0.2 ％ 내력이 500 MPa 이상이 된다. 한편, 마지막 시효 온도가 높으면, 300 ℃ × 30 min 가열 후의 0.2 ％ 내력이 500 MPa 이하가 되어, 강도, 도전율 및 굽힘 가공성의 밸런스는 우수하지만, 내열성의 관점에서 개선의 여지가 남는다.

또한, 인장 강도, 도전율, 0.2 ％ 내력은, 가공 처리의 모든 조건, 예를 들어 시효 처리 사이의 가공도, 1 회 째의 시효 처리의 온도, 최종 냉간 압연의 가공도, Zr 의 농도, 첨가 원소 등의 조절 등을 적절히 실시함으로써, 보다 양호한 것으로 할 수 있다.

시효와 시효 사이의 냉간 압연 가공도를 60 ％ 이상으로 조정함으로써, YS/TS ≥ 0.9 가 얻어진다. 보다 바람직한 가공도는 75 ％ 이상이다. 시효와 시효 사이의 냉간 압연 가공도가 60 ％ 미만에서는 YS/TS ≥ 0.9 가 얻어지지 않는다.

상기의 시효 조건 및 시효 사이의 냉간 압연 가공도를 조정하고 있는 한, 시효는 몇 번 실시해도 문제 없지만, 제조 비용을 고려하면 2 회가 바람직하다.

마지막 시효 후의 냉간 압연 가공도는 50 ％ ∼ 80 ％ 로 한다. 바람직하게는 60 ∼ 75 ％, 보다 바람직하게는 60 ∼ 70 ％ 이다. 50 ％ 미만에서는 550 MPa 의 인장 강도가 얻어지지 않고, 80 ％ 이상에서는 시효에 의해 석출된 Cu-Zr 화합물이 압연에 의해 모상에 재고용되고 도전율이 저하되어 80 ％ IACS 미만이 된다.

응력 제거 어닐링을 실시하는 경우에는 연속 어닐링로를 사용하여 실시한다. 노 내 온도를 300 ∼ 700 ℃, 바람직하게는 350 ∼ 650 ℃ 로 하고, 5 초 내지 10 분의 범위로 설정한다. 응력 제거 어닐링을 반드시 실시할 필요는 없다.

본 발명의 일 실시형태는, Cu-Zr 계 합금조의 인장 강도 ≥ 550 MPa 또한 도전율 ≥ 80 ％ IACS 이고, YS/TS ≥ 0.9 인 특징, 300 ℃ × 30 min 가열 후의 0.2 ％ 내력 ≥ 500 MPa 인 특징, 및 0.1 ≤ [I{200} ＋ I{111} ＋ I{311}]/I{220} ≤ 0.6 인 특징을 부여함으로써, 강도, 도전율 및 굽힘 가공성을 개선하고 있다. 그것을 위한 제조 조건을 정리하여 나타내면,

(1) 인장 강도 ≥ 550 MPa 를 위해서는,

a. 시효 온도를 400 ℃ 미만으로 조정한다.

b. 마무리 압연 가공도를 50 ％ 이상으로 조정한다.

(2) 도전율 ≥ 80 ％ IACS 를 위해서는,

a. 시효 온도를 300 ℃ 이상으로 조정한다.

b. 마무리 압연 가공도를 80 ％ 이하로 조정한다.

(3) YS/TS ≥ 0.9 를 위해서는,

a. 시효와 시효 사이의 냉간 압연 가공도를 60 ％ 이상으로 조정한다.

(4) 300 ℃ × 30 min 가열 후의 0.2 ％ 내력 ≥ 500 MPa 를 위해서는,

a. 마지막 시효 온도를 마지막으로부터 1 개 전의 시효 온도보다 0 ∼ 25 ℃ 낮게 조정한다.

(5) 0.1 ≤ [I{200} ＋ I{111} ＋ I{311}]/I{220} ≤ 0.6 을 위해서는,

a. 마지막 시효 온도를 마지막으로부터 1 개 전의 시효 온도에 대해 ±25 ℃ 의 범위로 조정한다.

이상과 같이 하여 제조된 구리 합금조는, 다양한 판 두께의 신동품 (伸銅品) 으로 가공되어, 예를 들어, 스마트 폰, 태블릿 PC 및 퍼스널 컴퓨터 등의 전기·전자 기기 내의 대전류 전자 부품 및 방열용 전자 부품 등에 사용할 수 있다.

실시예

이하에 본 발명의 실시예를 나타내지만, 이들 실시예는 본 발명 및 그 이점을 보다 잘 이해하기 위해서 제공하는 것으로, 발명이 한정되는 것을 의도하는 것은 아니다. 또, 이하, 실시예에서는 시효 횟수 2 회의 예를 나타내지만, 시효 횟수가 3 회 이상이어도 문제 없다.

용동 (溶銅) 에 합금 원소를 첨가한 후, 두께가 200 ㎜ 인 잉곳으로 주조하였다. 잉곳을 950 ℃ 에서 3 시간 가열하고, 950 ℃ 에서 열간 압연을 실시하여 두께 15 ㎜ 의 판으로 하였다. 열간 압연판 표면의 산화 스케일을 그라인더로 연삭, 제거한 후, 시효와 냉간 압연을 반복하고, 최종 냉간 압연에 의해 소정의 제품 두께로 마무리하였다. 마지막으로 연속 어닐링로를 사용하여 응력 제거 어닐링을 실시하였다.

첫회의 시효에서는 배치로를 사용하고, 노 내 온도를 200 ∼ 500 ℃ 의 범위에서 1 ∼ 30 시간의 범위로 열처리를 실시하였다.

시효 후의 냉간 압연에서는 총 가공도를 제어하였다.

마지막 시효도 배치로를 사용하고, 노 내 온도를 200 ∼ 500 ℃ 의 범위에서 1 ∼ 30 시간의 범위로 열처리를 실시하였다. 첫회의 시효 온도에 대해 여러 가지 조건을 변화시켰다.

최종 냉간 압연에서는 총 가공도를 제어하였다.

응력 제거 어닐링에서는, 노 내 온도를 500 ℃ 로 하고 가열 시간을 1 초 ∼ 15 분 사이에서 조정하였다. 또한, 일부 재료에 대해서는 응력 제거 어닐링을 생략하였다.

실시예의 제조 조건을 발명예 및 비교예마다 표 1 에 나타낸다. 제조 도중의 재료 및 응력 제거 어닐링 후의 재료에 대하여 다음의 측정을 실시하였다.

(성분)

최종 냉간 압연 후 또는 응력 제거 어닐링 후의 재료의 합금 원소 농도를 ICP-질량 분석법으로 분석하였다. 또한, 표 중의 성분 분석치는 10 ppm 보다 낮은 원소는 기입하지 않았다.

(인장 강도 및 0.2 ％ 내력)

최종 냉간 압연 후 및 응력 제거 어닐링 후의 재료에 대하여, JIS Z 2241 에 규정하는 13B 호 시험편을 인장 방향이 압연 방향과 평행해지도록 채취하고, JIS Z 2241 에 준거하여 압연 방향과 평행하게 인장 시험을 실시하고, 인장 강도 (TS) 및 0.2 ％ 내력 (YS) 을 구하였다.

(내열성)

300 ℃ 로 설정한 노에 재료를 30 min 유지한 후, 꺼내어 공랭한 샘플을 「인장 강도 및 0.2 ％ 내력」의 항에서 설명한 것과 동일한 방법으로 0.2 ％ 내력을 측정하였다.

(연신)

최종 냉간 압연 후 또는 응력 제거 어닐링 후의 재료로부터, JIS Z 2241 에 규정하는 13B 호 시험편을 인장 방향이 압연 방향과 평행해지도록 채취하고, 표점 간 거리 50 ㎜ 로 하여 연신을 측정하였다.

(도전율)

최종 냉간 압연 후 또는 응력 제거 어닐링 후의 재료로부터, 시험편의 길이 방향이 압연 방향과 평행해지도록 시험편을 채취하고, JIS H 0505 에 준거하여 사단자법에 의해 20 ℃ 에서의 도전율을 측정하였다.

(결정 방위)

최종 냉간 압연 후 또는 응력 제거 어닐링 후의 재료의 압연면의 표면에 대하여, {200}, {111}, {311} 및 {220} 면의 X 선 회절 강도 (I) 를 각각 측정하였다. X 선 회절 장치에는 (주) 리가쿠 제조 RINT2500 을 사용하고, Cu 관구로 관 전압 25 kV, 관 전류 20 mA 로 측정을 실시하였다.

(MBR/t)

JIS H 3130 에 준거하여, 굽힘 축이 압연 방향과 직각 방향인 GW (Goodway) 방향 및, 굽힘 축이 압연 방향과 동일 방향인 BW (Badway) 방향 각각의 W 굽힘 시험을 실시하고, W 자형의 금형을 사용하여 굽힘 반경을 변화시켜, 균열이 발생하지 않는 최소 굽힘 반경 (MBR) 과 두께 (t) 의 비 (MBR/t) 를 구하였다.

표 1 에 나타내는 바로부터 알 수 있듯이, 발명예 1 ∼ 20 에서는, Zr 을 합계로 0.04 ∼ 0.50 질량％ 함유하고, 1 회째의 시효를 300 ∼ 400 ℃ 에서 실시하고, 그 후의 냉간 압연 가공도를 60 ％ 이상으로 조정하고, 그 후의 최종 시효를 300 ∼ 400 ℃ 에서 실시하고, 최종 냉간 압연 가공도를 50 ∼ 80 ％ 로 조정하고, 마지막으로 응력 제거 어닐링을 실시 (발명예 12 는 생략) 하였다. 그로 인해, 발명예 1 ∼ 20 의 구리 합금판은 인장 강도 ≥ 550 MPa, 또한 0.2 ％ 내력/인장 강도 ≥ 0.9, 나아가 도전율 ≥ 80 ％ IACS 를 달성할 수 있었다.

또, 1 회째와 최종 시효의 온도차를 ±25 ℃ 이내로 한 경우에는 굽힘 가공성이 개선되며, 또한 1 회째의 시효 온도를 최종 시효 온도보다 낮게 한 경우에는 내열성이 개선되었다. 이 관점에서, 다른 발명예와 비교하면, 발명예 5 는 1 회째의 시효 온도가 최종 시효 온도보다 낮았기 때문에 내열성이 나쁘고, 발명예 7 은 1 회째와 최종 시효의 온도차가 25 ℃ 이상이었기 때문에, 내열성 및 굽힘 가공성이 나빴다.

한편, 비교예 1, 2 는 시효 온도가 300 ∼ 400 ℃ 의 범위 외로, 시효 온도가 낮은 비교예 1 에서는 도전율이 낮고, 시효 온도가 높은 비교예 2 는 인장 강도가 낮았다.

비교예 3 은, 시효 사이의 냉간 압연 가공도가 낮고, 0.2 ％ 내력/인장 강도의 비가 0.9 를 하회하였다.

비교예 5, 6 은 최종 냉간 압연 가공도가 50 ∼ 80 ％ 의 범위 외로, 가공도가 낮은 비교예 5 는 인장 강도가 낮고, 가공도가 높은 비교예 6 은 도전율이 낮았다.

비교예 7 및 8 은 1 회의 시효 처리에 의해 제조한 재료로, 인장 강도, 또는 0.2 ％ 내력/인장 강도의 비, 또는 도전율의 밸런스를 양립시키는 것은 어려웠다.

비교예 9 는 Zr 농도가 낮고 인장 강도가 낮았다.

비교예 10 은 첨가 원소의 농도가 0.1 질량％ 이상이었기 때문에, 도전율이 낮았다.

비교예 11 은 특허문헌 1 (일본 공개특허공보 2010-248592호) 의 실시예 1 과 동일한 제법으로 제작한 구리 합금이다. 인장 강도, 0.2 ％ 내력/인장 강도의 비가 낮았다.

비교예 12 및 13 은 특허문헌 2 (일본 공개특허공보 2010-242177호) 의 각각 실시예 1 및 실시예 12 와 동일한 제법으로 제작한 구리 합금이다. 비교예 12 의 Cu-Zr 합금에서는 인장 강도, 0.2 ％ 내력/인장 강도의 비가 모두 낮았다. 한편, 비교예 13 과 같이 첨가 원소를 추가함으로써 인장 강도 ≥ 550 MPa 및 도전율 ≥ 80 ％ IACS 를 만족시켰지만, 0.2 ％ 내력이 낮고, 0.2 ％ 내력/인장 강도의 비가 낮았다.

비교예 14 는 특허문헌 3 (일본 공개특허공보 2012-172168호) 의 실시예 5 와, 비교예 15 는 특허문헌 4 (일본 특허공보 제5170916호) 의 발명예 1-1 과 동일한 제법으로 제작한 구리 합금인데, 0.2 ％ 내력이 낮고, 0.2 ％ 내력/인장 강도의 비가 낮았다.

이상의 결과로부터, 본 발명에 의하면, 높은 강도 및 도전성 그리고 굽힘 가공성을 겸비한 구리 합금판, 그것을 구비하는 대전류용 전자 부품, 방열용 전자 부품 및, 구리 합금판의 제조 방법을 제공할 수 있는 것이 분명하다.

Claims

0.04 ∼ 0.5 질량％ 의 Zr 을 함유하고, 인장 강도가 550 MPa 이상이며 0.2 ％ 내력/인장 강도 ≥ 0.9 또한 도전율이 80 ％ IACS 이상을 만족시키는 구리 합금조.
제 1 항에 있어서,
300 ℃ × 30 min 가열 후의 0.2 ％ 내력 ≥ 500 MPa 를 만족시키는 구리 합금조.
제 1 항에 있어서,
압연면의 표면에 있어서의 {200} 면으로부터의 X 선 회절 강도를 I{200} 으로 하고, {111} 면으로부터의 X 선 회절 강도를 I{111} 로 하고, {220} 면으로부터의 X 선 회절 적분 강도를 I{220} 으로 하고, {311} 면으로부터의 X 선 회절 적분 강도를 I{311} 로 하였을 때에, 0.1 ≤ [I{200} ＋ I{111} ＋ I{311}]/I{220} ≤ 0.6 을 만족시키는 구리 합금조.
제 1 항에 있어서,
Ag, Ni, Mn, Mg, Zn, Sn, B 및 Ca 로 이루어지는 군에서 선택되는 원소의 적어도 1 종을 최대로 0.1 질량％ 함유하는 구리 합금조.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 구리 합금조를 구비하는 대전류용 전자 부품.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 구리 합금조를 구비하는 방열용 전자 부품.