KR20190039386A

KR20190039386A - Cu-Ni-Sn계 구리 합금박, 신동품, 전자기기 부품 및 오토 포커스 카메라 모듈

Info

Publication number: KR20190039386A
Application number: KR1020180117540A
Authority: KR
Inventors: 카즈타카 아오시마
Original assignee: 제이엑스금속주식회사
Priority date: 2017-10-03
Filing date: 2018-10-02
Publication date: 2019-04-11
Also published as: US20190099842A1; JP2019065362A; TWI683015B; CN109593988A; KR102146703B1; TW201915184A

Abstract

[과제] 박 두께가 0.1㎜ 이하로 얇은 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박으로서, 땜납 습윤성 및 땜납 밀착 강도가 뛰어나고, 오토 포커스 카메라 모듈 등의 전자기기 부품에 사용되는 도전성 스프링재로서 바람직하게 이용할 수 있는 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박, 신동품, 전자기기 부품 및 오토 포커스 카메라 모듈을 제공한다.
[해결 수단] 본 발명의 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박은, 박 두께가 0.1㎜ 이하이고, Ni을 14질량%∼22질량%, Sn을 4질량%∼10질량%로 함유하며, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 압연 방향에 평행한 방향에서의 표면의 최대 높이 거칠기(Rz)가 0.1㎛∼1㎛이다.

Description

Cu-Ni-Sn계 구리 합금박, 신동품, 전자기기 부품 및 오토 포커스 카메라 모듈{Cu-Ni-Sn-BASED COPPER ALLOY FOIL, WROUGHT COPPER, ELECTRIC PARTS AND AUTO FOCUS CAMERA MODULE}

본 발명은, Cu-Ni-Sn계 구리 합금박, 신동품, 전자기기 부품 및 오토 포커스 카메라 모듈에 관한 것으로, 특히, 오토 포커스 카메라 모듈 등의 도전성 스프링재에 이용하기에 적합한 양호한 땜납 부착성을 가지는 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박에 관한 것이다.

휴대전화의 카메라 렌즈부에는 오토 포커스 카메라 모듈로 불리는 전자 부품이 사용된다. 휴대전화 카메라의 오토 포커스 기능은, 오토 포커스 카메라 모듈에 사용되는 재료의 스프링력에 의해서 렌즈를 일정한 방향으로 움직이도록 하는 동시에, 주위에 감겨진 코일에 전류를 흘려서 발생하는 전자력에 의해, 렌즈를 재료의 스프링력이 작용하는 방향과 반대 방향으로 움직이도록 한다. 이러한 기구로 카메라 렌즈가 구동하여 오토 포커스 기능이 발휘된다.

오토 포커스 카메라 모듈에는 Cu-Be계 구리 합금박이 사용되어 왔다. 그러나 베릴륨 화합물은 유해하기 때문에, 환경 규제의 관점에서 그 사용을 피하는 경향에 있다. 또, 근년의 비용 저감의 요구에 의해서, Cu-Be계 구리 합금보다 비교적 재료 가격이 저렴한 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박이 사용되게 되었고, 그 수요는 증가하고 있다.

또한, 이 종류의 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박에 관해서, 예를 들면 특허문헌 1에서는, 합금의 내력 특성의 향상에 착안되어 있다. 그리고 특허문헌 1에서는, 이 문제를 해결하기 위해서, 「약 50%∼약 75%의 소성변형 후, 약 740°F∼약 850°F의 고온에서 약 3분간∼약 14분간 가열하는 열적 응력 완화 단계를 거쳐서, 원하는 성형성 특성을 만들어 낸다」는 것이 제안되어 있다.

또, 예를 들면 특허문헌 2는, 피로 특성의 문제에 착안하여, 석출물의 조직을 조정함으로써 피로 특성을 향상하는 것을 나타내고 있다.

그런데, Cu-Ni-Sn계 구리 합금은 매우 활성화되어 산화하기 쉬운 원소인 Ni, Sn을 함유하는 점에서, 최종 공정의 시효 처리에서 강고한 산화막이 생성된다. 이러한 강고한 산화막은 땜납 부착성을 현저하게 저하시키는 점에서, Cu-Ni-Sn계 구리 합금판 내지 조(條) 등과 같은 비교적 두께가 두꺼운 형상의 Cu-Ni-Sn계 구리 합금을 제조하는 경우는, 특허문헌 3 등에 기재되어 있듯이, 시효 처리 후에, 화학 연마(산세), 추가로 기계 연마를 실시하여 산화막을 제거하는 것이 일반적으로 실시되고 있다.

Cu-Ni-Sn계 구리 합금의 표면에 생성된 산화막을 제거하기 위해서는, 우선 화학 연마를 실시한다. Ni, Sn의 산화물을 함유하는 Cu-Ni-Sn계 구리 합금의 산화막은 산에 대해서 매우 안정적인 점에서, 화학 연마에서는, 불산 또는 황산에 과산화수소를 혼합한 용액 등 매우 부식력이 높은 화학 연마액을 이용할 필요가 있다.

단, 이와 같이 매우 강한 부식력을 가지는 화학 연마액을 이용한 경우, 산화막뿐만 아니라 미산화 부분도 부식되는 경우가 있고, 화학 연마 후의 표면에는 불균일한 요철이나 변색이 생길 우려가 있다. 또, 부식이 균일하게 진행되지 않고, 산화막이 국부적으로 잔류할 우려도 있다. 여기서, 표면의 요철, 변색 및 잔류 산화막을 제거하기 위해서, 상기 화학 연마를 실시한 후에, 예를 들면 버프 등을 이용하여 기계 연마를 실시한다.

기계 연마 후에는, 최종 표면 처리로써 방청 처리를 하여 판 내지 조(條) 제품으로 한다. 이 방청 처리에서는, 벤조트리아졸(BTA)의 수용액이 이용되는 것이 일반적이고, 이것은 후술하는 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박의 방청 처리에서도 마찬가지이다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공표 2016-516897호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 소63-266055호 특허문헌 3: 일본 특허 제5839126호

그러나 예를 들어, 두께가 0.1㎜ 이하로 얇은 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박에서는, Cu-Ni-Sn계 구리 합금판 내지 조의 경우와는 다르게, 시효 처리로 생성되는 산화막을 제거하여 땜납 부착성을 향상시키기 위한 기계 연마를 실시하는 것이 어렵다. 그 이유는 2가지를 들 수 있는데, 첫 번째는 기계 연마 라인의 통박에 관한 것이고, 또 두 번째는 기계 연마 라인에서의 두께 제어에 관한 것이다.

첫 번째 이유인 기계 연마 라인의 통박에 관해서는, 버프를 이용하는 경우에 버프 롤의 회전에 따라서 버프가 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박에 걸리게 되고, 걸린 개소를 기점으로 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박이 파단하는 경우가 있다. 버프 연마는, 원기둥형 버프 롤의 중심축을 축으로 회전하여 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박의 표면을 연마하는 것이다. 버프 롤은 연마입자(SiC 등의 연마용 입자)가 분산된 수지를 해면 모양의 유기 섬유로 고정한 것으로, 수지 덩어리가 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박의 가장자리에서 요철이 큰 곳에 걸려서, Cu-Ni-Sn계 구리 합금박의 강도를 넘는 장력이 작용하면 파단한다.

두 번째 이유인 기계 연마 라인에서의 판 두께 제어에 관해서는, 원기둥형 버프 롤에는 연마하기 위해서 압하 하중이 부하되고, 또 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박에는 라인을 통박(通箔)하기 위해서 장력이 부여되어 있다. 이 압하 하중 및 장력은, 모두 많든 적든 주기성이 있는 진동 성분을 가지고 있으며, 이 진동은 채터링으로 불린다. 채터링의 진동 주기에 따라서는 각각의 진동이 공진하는 경우도 있을 수 있다. 공진이 큰 경우, 채터링에 의해 기계 연마하는 대상의 연마면에 다다미 모양이 나타난다. 채터링에 의해 생긴 모양은 채터 마크로 불린다. 이것은 모양에 따라서 연마량이 다른 점, 바꾸어 말하면 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박의 연마량이 불균일하게 되는 것을 나타내는 것이다. 여기서, Cu-Ni-Sn계 구리 합금박의 경우, Cu-Ni-Sn계 구리 합금판 내지 조에 비해서 두께가 얇기 때문에, 연마량의 불균일이 미치는 영향은 크다. 즉, Cu-Ni-Sn계 구리 합금박을 버프 연마하면 두께의 변동이 커지고, 이를 스프링으로 이용하면 스프링 특성의 불규칙성이 커져서, 이는 바람직하지 않다.

따라서, 두께가 얇은 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박에서는, Cu-Ni-Sn계 구리 합금판 내지 조에 비해서 버프 등을 이용하여 기계 연마를 하는 것이 어려운 점에서, Cu-Ni-Sn계 구리 합금판 내지 조와 같은 화학 연마 및 기계 연마에 의한 산화막의 유효한 제거가 곤란하다.

게다가, 근년은, 건강상의 이유에서 무연 땜납이 널리 이용되고 있고, 이 무연 땜납은 지금까지의 납이 함유된 땜납에 비해서 땜납 부착성이 떨어진다.

이에 따라서, 두께가 얇은 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박에서는, 땜납 부착성의 저하를 부정할 수 없고, 특히 오토 포커스 카메라 모듈을 제조할 때에 필요한 땜납 습윤성 및 땜납 밀착성을 확보할 수 없다는 문제가 있었다.

본 발명은, 이러한 문제를 해결하는 것을 과제로 하고, 박 두께가 0.1㎜ 이하로 얇은 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박으로서, 땜납 습윤성 및 땜납 밀착 강도가 뛰어나며, 오토 포커스 카메라 모듈 등의 전자기기 부품에 사용되는 도전성 스프링재로 적합하게 이용할 수 있는 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박, 신동품, 전자기기 부품 및 오토 포커스 카메라 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

발명자는 열심히 검토한 결과, 박 두께가 0.1㎜ 이하인 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박으로, 압연 방향에 평행한 방향에서의 표면 최대 높이 거칠기(Rz)를 소정의 범위 내로 조정함으로써, 산화막이 존재하고 또한 양호한 땜납 습윤성을 확보할 수 있는 동시에, 이른바 앵커 효과에 기초하는 높은 밀착 강도를 발휘할 수 있다는 점을 발견했다. 또, 이러한 표면 거칠기(Rz)는, 압연으로 오일 피트가 형성됨으로써 변화시키는 것이 가능한 점, 및 그에 따라서 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박을 제조할 때의 최종 냉간압연의 가공도를 제어함으로써, 소정의 범위의 최대 높이 거칠기(Rz)를 가지는 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박을 제조할 수 있다는 지견을 얻었다.

이러한 지견 하에, 본 발명의 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박은 박 두께가 0.1㎜ 이하이고, Ni을 14질량%∼22질량%, Sn을 4질량%∼10질량% 함유하며, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 압연 방향에 평행한 방향에서의 표면의 최대 높이 거칠기(Rz)가 0.1㎛∼1㎛인 것이다.

여기서, 본 발명의 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박은, 압연 방향에 평행한 방향에서의 인장 강도가 1100MPa 이상인 것이 바람직하다.

또, 여기서, 본 발명의 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박은 Mn, Ti, Si, Al, Zr, B, Zn, Nb, Fe, Co, Mg 및 Cr의 합계 함유량이 0질량%∼1.0질량%인 것으로 할 수 있다.

본 발명의 신동품은, 상기 어느 하나의 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박을 구비한 것이다.

본 발명의 전자기기 부품은, 상기 어느 하나의 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박을 구비한 것이다.

이 전자기기 부품은, 오토 포커스 카메라 모듈인 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 오토 포커스 카메라 모듈은, 렌즈와, 이 렌즈를 광축 방향의 초기 위치에 탄성 부세(付勢)하는 스프링 부재와, 이 스프링 부재의 부세력에 저항하는 전자력을 발생시켜서 상기 렌즈를 광축 방향으로 구동 가능한 전자 구동 수단을 구비하고, 상기 스프링 부재가 상기 어느 하나의 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박인 것이다.

본 발명에 의하면, 압연 방향에 평행한 방향에서의 표면의 최대 높이 거칠기(Rz)를 0.1∼1㎛로 한 것에 따라서, 땜납 부착성 및 밀착 강도가 뛰어난 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박을 제공할 수 있다. 이러한 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박은, 전자기기 부품, 그 중에서도 오토 포커스 카메라 모듈의 용도에 특히 적합하다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태의 오토 포커스 카메라 모듈을 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 오토 포커스 카메라 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 오토 포커스 카메라 모듈의 동작을 나타내는 단면도이다.
도 4는 실시예에서의 땜납 밀착 강도 시험의 측정 결과의 일례를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다.

본 발명의 일 실시형태인 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박은, 박 두께가 0.1㎜ 이하이고, Ni을 14질량%∼22질량%, Sn을 4질량%∼10질량%로 함유하며, 잔부가 구리 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 압연 방향에 평행한 방향에서의 표면의 최대 높이 거칠기(Rz)가 0.1㎛∼1㎛인 것이다.

(Ni 농도)

본 발명의 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박에서는, Ni 농도를 14질량%∼22질량%로 한다. Ni은 합금 중에서 고용강화, 석출 강화, 시효 처리에 의한 스피노달 분해에 따른 합금의 강도 향상에 기여한다. 또한, Ni은 내응력 완화 특성 및 내열성(고온에서의 고강도 유지성)을 확보한다. Ni의 함유량이 14질량% 미만이면, 시효 경화시에 강도가 향상하지 않는다. 한편, 22질량%를 초과해서 Ni을 함유시키면 도전율의 저하가 현저하고, 비용면에서도 바람직하지 않다. 이 관점에서, Ni 농도는 바람직하게는 14.5질량%∼21.5질량%, 보다 바람직하게는 15질량%∼21질량%로 한다.

(Sn 농도)

본 발명의 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박에서는, Sn 농도를 4질량%∼10질량%로 한다. Sn은 합금의 도전성을 크게 저하시키지 않고, 합금 중에서 시효 처리에 의한 스피노달 분해에 따른 합금의 강도 향상에 기여한다. Sn의 함유량이 4% 미만이면, 스피노달 분해가 잘 발생하지 않고, 한편, 10질량%를 초과해서 Sn을 함유시키면 저융점 조성이 형성되기 쉬우며, 편석도 현저해져서 가공성이 손상된다. 그러므로, Sn 농도는 4.5질량%∼9질량%로 하는 것이 바람직하고, 또 5질량%∼8질량%로 하는 것이 보다 바람직하다.

(그 외의 첨가 원소)

본 발명과 관련되는 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박에 있어서는, Mn, Ti, Si, Al, Zr, B, Zn, Nb, Fe, Co, Mg 및 Cr의 합계 함유량을 0질량%∼1.0질량%로 할 수 있다. Mn, Ti, Si, Al, Zr, B, Zn, Nb, Fe, Co, Mg 및 Cr로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 함유시키면, 매트릭스로의 고용 또는 석출 입자 형성에 의해서 강도의 증가를 기대할 수 있다. 이들 원소의 합계 함유량은 0질량%, 즉 이들 원소는 포함하지 않는 것으로 해도 좋다. 이들 원소의 합계 함유량의 상한을 1.0질량%로 한 것은, 1.0질량%를 넘으면, 다시 강도가 증가될 것을 바랄 수 없을 뿐만 아니라, 가공성이 열화되고, 열간압연 시에 재료가 균열되기 쉬워지기 때문이다.

Mn, Ti, Si, Al, Zr, B, Zn, Nb, Fe, Co, Mg 및 Cr의 합계 함유량은, 전형적으로는 0.05질량%∼1.0질량%, 보다 전형적으로는 0.1질량%∼1.0질량%로 할 수 있다.

(인장 강도)

오토 포커스 카메라 모듈의 도전성 스프링재 등으로 바람직한 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박에 필요한 인장 강도는 1100MPa 이상이고, 바람직하게는 1200MPa 이상, 보다 바람직하게는 1300MPa 이상이다. 본 발명에서는, Cu-Ni-Sn계 구리 합금박의 압연 방향에 평행한 방향(압연 평행 방향)의 인장 강도를 측정하고, 이 인장 강도는 JIS　Z2241(금속재료 인장 시험 방법)에 준거하여 측정한다.

(표면 거칠기)

본 발명의 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박은 그 표면의, 압연 방향에 평행한 방향에서의 최대 높이 거칠기(Rz)가 0.1㎛∼1㎛의 범위 내에 있다. 이에 따라, 필요한 우수한 땜납 부착성을 확보할 수 있고, 또 땜납에 의한 밀착 강도를 높일 수 있기 때문에, 특히 오토 포커스 카메라 모듈에 이용하는 경우, 그 제조에 유리하다.

여기서, 압연 방향에 평행한 방향의 최대 높이 거칠기(Rz)를 규정하는 이유는, 압연 시의 오일 피트의 양이 많은 경우와 적은 경우에 표면 거칠기가 현저하게 변화하는 것이, 압연 방향에 평행한 방향이기 때문이다.

보다 상세하게는, 압연 평행 방향의 최대 높이 거칠기(Rz)가 0.1㎛∼1㎛의 범위 내이면 실제 표면적이 너무 크지 않은 점에서, 땜납이 젖어서 번지기 쉽고, 또 적당한 요철이 있는 점에서 땜납의 밀착성이 뛰어나기 때문이다. 또한, 압연 방향과 직각 방향의 최대 높이 거칠기(Rz)도 0.1㎛∼1㎛로 하는 것이 바람직하다.

이것을 바꾸어 말하면, 압연 방향에 평행한 방향의 최대 높이 거칠기(Rz)가 0.1㎛ 미만이면 앵커 효과를 얻지 못하고, 밀착성이 나쁘다. 한편, 압연 방향에 평행한 방향의 최대 높이 거칠기(Rz)가 1㎛를 초과하는 경우, 땜납이 젖는데 필요로 하는 시간이 많이 걸리게 되어, 땜납 습윤성이 나쁘다.

이 관점으로부터, 압연 방향에 평행한 방향에서의 표면의 최대 높이 거칠기(Rz)는, 0.1㎛∼0.4㎛인 것이 보다 바람직하고, 또한 0.1㎛∼0.25㎛인 것이 특히 바람직하다.

최대 높이 거칠기(Rz)는, Cu-Ni-Sn계 구리 합금박의 압연 방향과 평행한 방향 또는 직각인 방향을 따라서, 기준 길이 300㎛의 거칠기 곡선을 채취하고, 그 곡선으로부터 JIS　B0601(2013)에 준거하여 측정할 수 있다.

(구리 합금박의 두께)

본 발명의 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박은, 박 두께가 0.1㎜ 이하이고, 전형적인 실시형태에서는 박 두께가 0.018㎜∼0.08㎜이며, 보다 전형적인 실시형태에서는 박 두께가 0.02㎜∼0.05㎜이다.

(제조 방법)

본 발명의 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박은, 이하에 설명하듯이, 용해, 주조, 균질화 소둔, 열간압연, 냉간압연 1, 용체화 처리, 냉간압연 2, 시효 처리, 냉간압연 3(최종 냉간압연) 및 방청 처리를 이 순서로 실시하는 가공 프로세스에 의해 제조할 수 있다.

본 발명의 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박을 제조하려면, 용해 주조 후, 응고 시에 발생한 편석을 해소하기 위해서 균질화 소둔을 실시할 필요가 있다. 균질화 소둔을 실시하지 않는 경우, 최종 제품의 표면 형상에 영향을 미치고, 또한 잉곳의 열간 가공성이 뒤떨어진다. 균질화 소둔에서는, 예를 들면, 900℃에서 3시간에 걸쳐 유지한다.

균질화 소둔 후는, 예를 들면, 800℃에서 가공도 50% 정도의 열간압연을 실시할 수 있지만, 이 열간압연은 생략해도 좋다.

그 후의 냉간압연 1은, 소정의 두께로 용체화 처리를 위해서 실시된다. 냉간압연 1은, 다음의 용체화 처리에서 미세한 결정립을 얻기 위하여 높은 가공도가 바람직하고, 예를 들면 가공도 90% 정도로 할 수 있다.

용체화 처리는, 제2상 입자가 석출되지 않는 온도 이상, 또한, 액상이 출현하는 온도 이하로 실시해야 한다. 이러한 온도 범위 중에서, 결정립의 조대화, 변조 구조의 발달에 따른 강도 증가를 상쇄하는 강도 저하를 일으키지 않기 때문에, 용체화 처리의 온도는 낮을수록 바람직하다. 구체적으로는, 용체화 처리의 온도는, 예를 들면 720℃∼850℃, 더욱 바람직하게는 고상선 온도 이상 또한 800℃ 이하의 범위이다.

냉간압연 2는, 압연에 의한 전위(轉位)의 도입으로 시효 처리 전의 강도를 높이는 동시에, 시효 처리 후의 강도도 향상시키기 위하여 실시한다. 이 냉간압연 2에 의해 용체화 처리로 얻어진 재결정립은 연신된다.

상술한 강도 향상의 효과를 얻기 위하여, 냉간압연 2의 압하율은 55% 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 60% 이상, 더욱 바람직하게는 65% 이상이다. 이 압하율이 55% 미만이 되면, 1100MPa 이상의 인장 강도를 얻는 것이 곤란하게 된다. 압하율의 상한은, 본 발명이 목적으로 하는 강도의 점에서는 특별히 규정되지 않지만, 공업적으로 99.8%를 초과하는 경우는 없다.

냉간압연 2의 후에 시효 처리를 실시한다. 시효 처리에 의해서 스피노달 분해가 일어나고, 변조 구조가 발달한다. 시효 처리의 가열 온도는 350∼500℃으로 하고, 가열 시간은 3분∼300분으로 한다. 가열 온도가 350℃ 미만이면 1100MPa 이상의 인장 강도를 얻는 것이 곤란하게 된다. 500℃를 초과하면 석출이 진행되어 1100MPa 이상의 인장 강도를 얻기 곤란하게 되는 동시에, 산화막이 과하게 생성된다. 가열 시간이 3분 미만 또는 300분을 초과하면 1100MPa 이상의 인장 강도를 얻기 곤란하게 된다.

그리고 본 발명의 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박을 얻기 위해서는, 시효 처리를 실시한 후, 최종 냉간압연(냉간압연 3)으로, 소경 롤을 가지는 압연기를 이용할 것, 압하율을 제어할 것, 및 최종 패스를 소정의 거칠기의 워크 롤로 압연하는 것이 중요하다.

구체적으로는, Cu-Ni-Sn계 구리 합금박은 고강도의 딱딱한 박이고, 잘 찌부러지지 않는 점에서, 최종 냉간압연에서는 직경이 30㎜∼120㎜인 소경 롤을 가지는 압연기를 이용하는 것이 바람직하다. 롤 직경이 너무 크면, Cu-Ni-Sn계 구리 합금박이 목적 두께까지 찌부러지지 않고, 또 압연 시에 압연유가 사이에 끼이는 양이 많아지는 점에서 오일 피트가 쉽게 발생할 가능성이 있으며, 또한 롤 직경이 너무 작으면, 압연 속도가 낮게 제한되는 점에서, 생산성이 저하하는 것이 염려된다. 그 때문에, 롤 직경이 40㎜∼100㎜인 것을 이용하는 것이 보다 바람직하다.

또, 최종 냉간압연에서는, 박 표면에 오일 피트가 형성됨에 따라, 제조하는 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박의 표면 거칠기(Rz)가 변화한다. 그 때문에, 최종 냉간압연의 최종 패스 압하율을 9%∼35%로 하는 것이 바람직하다. 이 압하율이 너무 크면, 압연 롤과 재료 사이에 말려 들어가는 압연유의 양이 줄어드는 점에서, 제조한 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박의 표면 거칠기(Rz)가 작아지고, 땜납 밀착성의 저하를 초래한다. 한편, 압하율이 너무 작으면, 압연 롤과 재료 사이로 말려 들어가는 압연유의 양이 증가하므로, 제조한 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박의 표면 거칠기(Rz)가 증대하고, 땜납 습윤성이 저하한다. 따라서, 최종 패스의 압하율은, 바람직하게는 9%∼30%이다.

또, 사용하는 워크 롤의 재질은 다이스강으로 하고, 최종 패스는 표면이 0.1㎛ 이하의 산술 평균 거칠기(Ra)인 워크 롤로 압연하는 것이 유효하다. 최종 패스의 워크 롤의 산술 평균 거칠기(Ra)가 큰 경우는, 재료의 표면 거칠기(Rz)가 1㎛를 초과하기 쉽다고 생각된다. 이 워크 롤의 산술 평균 거칠기(Ra)는, 길이 방향에 대해서, 즉 상술한 재료의 압연 방향에 대한 직각 방향에 대응하는 방향에 대해서, 기준 길이 400㎛의 거칠기 곡선을 채취하고, JIS B0601에 준거하여 측정한다.

또한, 냉간압연 2의 후에 시효 소둔을 실시해도 좋다. 또 일반적으로, 시효 처리 후에는, 표면에 생성한 산화 피막 또는 산화물층을 제거하기 위해서, 표면의 산세나 연마 등을 실시한다. 본 발명에서도 시효 처리 후에 표면의 산세나 연마 등을 실시하는 것도 가능하다.

최종 냉간압연 후, 방청 처리를 할 수 있다. 이 방청 처리는 종래와 같은 조건으로 실시하는 것이 가능하고, 벤조트리아졸(BTA)의 수용액 등을 이용할 수 있다.

(용도)

본 발명의 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박은 다양한 용도에 이용하는 것이 가능하지만, 특히, 스위치, 커넥터, 잭, 단자, 릴레이 등의 전자기기용 부품의 재료로 바람직하게 사용할 수 있고, 그 중에서도 오토 포커스 카메라 모듈 등의 전자기기 부품에 사용되는 도전성 스프링재로서 바람직하게 사용할 수 있다.

오토 포커스 카메라 모듈은, 예를 들면, 렌즈와, 이 렌즈를 광축 방향의 초기 위치에 탄성 부세하는 스프링 부재와, 이 스프링 부재의 부세력에 저항하는 전자력을 발생시켜서 상기 렌즈를 광축 방향으로 구동 가능한 전자 구동 수단을 구비하는 것으로 할 수 있다. 그리고 여기에서는, 상기 스프링 부재를 본 발명의 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박으로 할 수 있다.

전자 구동 수단은 예시적으로는, 'コ'자형 원통 형상의 요크와, 요크 내주벽의 안쪽에 수용되는 코일과, 코일을 주위에서 둘러싸는 동시에, 요크 외주벽의 안쪽에 수용되는 마그넷을 구비할 수 있다.

도 1은, 본 발명과 관련되는 오토 포커스 카메라 모듈의 일례를 나타내는 단면도이고, 도 2는, 도 1의 오토 포커스 카메라 모듈의 분해 사시도이며, 도 3은, 도 1의 오토 포커스 카메라 모듈의 동작을 나타내는 단면도이다.

오토 포커스 카메라 모듈(1)은, 'コ'자형 원통 형상의 요크(2)와, 요크(2)의 외벽에 장착되는 마그넷(4)과, 중앙 위치에 렌즈(3)를 구비하는 캐리어(5)와, 캐리어(5)에 장착되는 코일(6)과, 요크(2)가 장착되는 베이스(7)와, 베이스(7)을 지지하는 프레임(8)과, 캐리어(5)를 상하로 지지하는 2개의 스프링 부재(9a, 9b)와, 이들의 상하를 덮는 2개의 캡(10a, 10b)을 구비하고 있다. 2개의 스프링 부재(9a, 9b)는 동일품이고, 동일한 위치 관계에서 캐리어(5)를 상하로부터 사이에 두고 지지하는 동시에, 코일(6)로의 급전 경로로써 기능하고 있다. 코일(6)에 전류를 인가함에 따라서 캐리어(5)는 위쪽으로 이동한다. 또한, 본 명세서에서는, 위 및 아래의 문언을 적당히 사용하지만, 도 1에서의 상하를 가리키고, 위는 카메라로부터 피사체를 향하는 위치 관계를 나타낸다.

요크(2)는 연철 등의 자성체로서, 상면부가 닫힌 'コ'자형의 원통 형상을 이루고, 원통 모양의 내벽(2a)과 외벽(2b)을 가진다. 'コ'자형 외벽(2b)의 내면에는, 링 모양의 마그넷(4)이 장착(접착)된다.

캐리어(5)는 저면부를 가진 원통 형상 구조의 합성 수지 등에 의한 성형품으로서, 중앙 위치에서 렌즈를 지지하고, 저면 외측상에 미리 성형된 코일(6)이 접착되어 탑재된다. 직사각형 모양 수지 성형품의 베이스(7) 내주부에 요크(2)를 감합하여 내장시키고, 또 수지 성형품의 프레임(8)으로 요크(2) 전체를 고정한다.

스프링 부재(9a, 9b)는, 모두 최외주부가 각각 프레임(8)과 베이스(7)에 끼워져서 고정되고, 내주부 120°마다 노치 홈부가 캐리어(5)에 감합하여, 열 코킹 등으로 고정된다.

스프링 부재(9b)와 베이스(7) 및 스프링 부재(9a)와 프레임(8) 사이는 접착 및 열 코킹 등으로 고정되고, 또 캡(10b)은 베이스(7)의 저면에 부착하고, 캡(10a)은 프레임(8)의 상부에 부착되어, 각각 스프링 부재(9b)를 베이스(7)와 캡(10b) 사이에, 스프링 부재(9a)를 프레임(8)과 캡(10a) 사이에 끼워서 고착시키고 있다.

코일(6)의 일방의 리드 선은, 캐리어(5)의 내주면에 형성한 홈 내를 통해서 위로 연장하고, 스프링 부재(9a)에 땜납을 부착한다. 타방의 리드 선은 캐리어(5) 저면에 형성한 홈 내를 통해서 아래쪽으로 연장하고, 스프링 부재(9b)에 땜납을 부착한다.

스프링 부재(9a, 9b)는 본 발명과 관련된 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박의 판스프링이다. 스프링성을 가지고, 렌즈(3)를 광축 방향의 초기 위치로 탄성 부세 한다. 동시에, 코일(6)로의 급전 경로로도 작용한다. 스프링 부재(9a, 9b) 외주부의 1개소는 외측으로 돌출시켜서, 급전 단자로서 기능시키고 있다.

원통형 마그넷(4)은 레이디얼(지름) 방향으로 자화(磁化)되어 있고, 'コ'자 형상 요크(2)의 내벽(2a), 상면부 및 외벽(2b)를 경로로 한 자로(磁路)를 형성하며, 마그넷(4)과 내벽(2a) 사이의 갭에는 코일(6)이 배치된다.

스프링 부재(9a, 9b)는 동일 형상이고, 도 1 및 2에 나타내듯이 동일한 위치 관계로 형성되어 있기 때문에, 캐리어(5)가 위쪽으로 이동했을 때의 축 엇갈림을 억제할 수 있다. 코일(6)은 권선 후에 가압 성형하여 제작하므로, 마무리 외경의 정밀도가 향상되고, 소정의 좁은 갭에 쉽게 배치할 수 있다. 캐리어(5)는, 최하 위치에서 베이스(7)에 맞닿아 있고, 최상 위치에서 요크(2)에 맞닿아 있기 때문에, 상하 방향으로 맞닿는 기구를 갖추게 되어, 탈락을 방지하고 있다.

도 3은, 코일(6)에 전류를 인가하여, 오토 포커스용으로 렌즈(3)을 구비한 캐리어(5)를 위쪽으로 이동시켰을 때의 단면도를 나타낸다. 스프링 부재(9a, 9b)의 급전 단자에 전원이 인가되면, 코일(6)에 전류가 흘러서 캐리어(5)에는 위쪽으로의 전자력이 작용한다. 한편, 캐리어(5)에는, 연결된 2개의 스프링 부재(9a, 9b)의 복원력이 아래쪽에 작용한다. 따라서, 캐리어(5)의 위쪽으로의 이동거리는 전자력과 복원력이 균형 잡힌 위치가 된다. 이에 따라서, 코일(6)에 인가하는 전류량에 의해, 캐리어(5)의 이동량을 결정할 수 있다.

위쪽 스프링 부재(9a)는 캐리어(5)의 윗면을 지지하고, 아래쪽 스프링 부재(9b)는 캐리어(5)의 아래면을 지지하기 때문에, 복원력은 캐리어(5)의 윗면 및 아래면에서 균등하게 아래쪽으로 작용하게 되고, 렌즈(3)의 축 엇갈림을 작게 억제할 수 있다.

따라서, 캐리어(5)의 위쪽으로의 이동에 즈음하여, 리브 등에 의한 가이드는 필요하지 않아서 사용하지 않는다. 가이드에 의한 접동 마찰이 없기 때문에, 캐리어(5) 이동량은 순수하게 전자력과 복원력의 균형으로 지배되며, 원활하고 정밀도 좋은 렌즈(3)의 이동을 실현하고 있다. 이에 따라, 렌즈 흔들림이 적은 오토 포커스를 달성하고 있다.

또한, 마그넷(4)은 원통 형상으로 설명했지만, 이에 구애되지 않고, 3 내지 4분할 하여 레이디얼 방향으로 자화하며, 이것을 요크(2) 외벽(2b)의 내면에 맞붙여서 고착해도 좋다.

실시예

다음으로, 본 발명의 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박을 시작(試作)하여 그 효과를 확인했으므로, 이하에 설명한다. 단, 여기서의 설명은 단순한 예시를 목적으로 한 것이고, 여기에 한정되는 것을 의도하는 것은 아니다.

＜제조 조건＞

시작품의 제조는 다음과 같이 실시하였다. 전기 구리 혹은 무산소 구리를 주원료로 하고, 니켈(Ni) 및 주석(Sn)을 부원료로 하며, 고주파 용해로에서 진공중 또는 아르곤 분위기 중에서 용해하여, 표 1에 기재한 조성을 가지는 45×45×90㎜의 구리 합금 잉곳에 주조했다. 여기서, 발명예 내지 비교예에 따라서는, 표 1에 나타내는 성분이 되도록, 25% Mn-Cu(Mn), 10% Fe-Cu(Fe), 10% Co-Cu(Co), 아연(Zn), Si, 10% Mg-Cu 모(母)합금(Mg), 스펀지 티탄(Ti), 스펀지 지르코늄(Zr) 등을 추가적인 부원료로 사용하였다.

상기 잉곳을 900℃에서 3시간 유지하고 균질화 소둔을 실시하며, 800℃에서 가공도 50%의 열간압연, 가공도 90%의 냉간압연 1,800℃에서 5분간에 걸쳐서 가열하는 용체화 처리를 순서대로 실시한 후, 시료를 수조에 넣어 급냉각했다. 그리고 냉간압연 2를 실시하고, 여기에서는 압하율 88∼97%에서 0.07∼0.27㎜의 박 두께까지 압연했다. 그 후, 400℃에서 2시간에 걸쳐 가열할 때 시효 처리를 하였다. 여기서, 시효 처리의 이 온도는, 시효 처리 후의 인장 강도가 최대가 되도록 선택했다.

시효 처리 후에, 가공도 70%∼79%로 0.14㎜(0.07∼0.27㎜)로부터 제품 두께까지 가공하는 냉간압연 3(최종 냉간압연)을 실시했다. 냉간압연 3에서는, 표 1에 나타내듯이, 워크 롤의 직경, 최종 패스 압하율을 각 발명예, 비교예로 변화시켰다.

이상과 같이 제작한 시작품에 대해서, 다음의 각 평가를 실시했다.

＜표면 거칠기＞

시작품의 압연 방향과 평행한 방향을 따라서, 기준 길이 300㎛의 거칠기 곡선을 채취하고, 그 곡선으로부터 JIS B0601(2013)에 준거하여 최대 높이 거칠기(Rz)를 측정했다.

＜땜납 습윤성·땜납 밀착성＞

센쥬 금속제 Pb 프리 땜납 M705계 땜납을 이용하여 땜납 부착 시험을 실시했다. 땜납 습윤성 평가에서는, JIS C60068-2-54에 준해서 솔더 체커(레스카사제 SAT-2000)에 의해 메니스코그래프법과 동일한 순서로 땜납을 부착하여, 땜납 부착부의 외관을 관찰했다. 측정 조건은 다음과 같다. 시료의 전처리로써 아세톤을 이용하여 탈지했다. 다음으로, 10vol% 황산 수용액을 이용하여 산세했다. 땜납의 시험 온도는 245±5℃로 했다. 플럭스는 특히 지정되지는 않지만, 주식회사 아사히 화학 연구소제 GX5를 사용했다. 또, 침지 깊이는 2㎜, 침지 시간은 10초, 침지 속도는 25㎜/초, 시료의 폭은 10㎜로 했다. 평가 기준은, 20배 실체 현미경으로 목시 관찰하고, 땜납 부착부의 전면이 땜납으로 덮여있는 것을 양호(○로 하며, 땜납 부착부의 일부 또는 전면이 땜납으로 덮이지 않은 것을 불량(×)으로 했다. 또, 땜납 밀착성의 평가에서는, 박리 강도 1N 이상을 ○, 박리 강도 1N 미만을 ×로 판정했다. 이 박리 강도는, 도금층을 가지는 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박 및 순동박(JIS H3100(2012)에 규정하는 합금 번호 C1100, 박 두께 0.02㎜∼0.05㎜)를 무연 땜납(Sn-3.0질량% Ag-0.5질량% Cu)를 통해서 접합한다. Cu-Ni-Sn계 구리 합금박은 폭 15㎜, 길이 200㎜의 직사각형 모양으로 하고, 순동박은 폭 20㎜, 길이 200㎜의 직사각형 모양으로 하며, 길이 방향에 대해서 중앙부 30㎜×15㎜의 면적에 무연 땜납(직경 0.4±0.02㎜, 길이 120±1㎜)을 상기 면적 내에 들어가도록 배치한 다음, 접합 온도를 245℃±5℃로 하여 접합한다. 접합 후, 180° 박리 시험을 100㎜/min의 속도로 실시하여, 그 밀착 강도를 측정한다. 박리 변위 30㎜부터 70㎜까지의 40㎜ 구간에서의 하중(N)의 평균치를 밀착 강도로 한다. 땜납 밀착 강도 시험에서의 측정 결과의 일례를 도 4에 나타낸다.

이들 결과를 표 1에 나타낸다.

[표 1]

표 1에 나타내는 점으로 보아, 발명예 1∼25에서는, 최종 냉간압연에서 소정의 직경의 워크 롤을 이용하여 최종 패스를 소정의 압하율로 한 점에서, 압연 평행 방향의 최대 높이 거칠기(Rz)가 0.1∼1.0㎛가 되고, 그 결과, 양호한 땜납 습윤 퍼짐 및 땜납 밀착성이 되었다.

한편, 비교예 1에서는, 최종 패스의 압하율이 작은 점에 기인하여, 압연 평행 방향의 최대 높이 거칠기(Rz)가 커지고, 땜납 습윤 퍼짐이 나빴다. 비교예 2에서는, 압하율이 컸다는 점에 따라서, 압연 평행 방향의 최대 높이 거칠기(Rz)가 작아지고, 땜납 밀착성이 저하되었다.

비교예 3에서는, 최종 냉간압연에서 이용한 워크 롤의 직경이 작았던 점에서, 압연 평행 방향의 최대 높이 거칠기(Rz)가 작고, 땜납 밀착성이 나빴다. 비교예 4에서는, 워크 롤 직경이 너무 컸던 점에 따라서, 압연 평행 방향의 최대 높이 거칠기(Rz)가 크고, 땜납 습윤성이 저하되었다.

비교예 5에서는, Sn, Ni의 함유량이 적었기 때문에, 인장 강도가 1100MPa 미만이 되었다.

비교예 6, 7, 8에서는, Sn, Ni 또는 부성분의 함유량이 많았던 점에 따라서, 열간 압연에서 균열이 생겨서, 시작품을 제작할 수 없었다.

이상으로부터, 본 발명에 의하면, 박 두께가 0.1㎜ 이하로 얇은 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박에서, 땜납 습윤성 및 땜납 밀착 강도를 향상시킬 수 있다는 것을 알았다.

1　오토 포커스 카메라 모듈
2　요크
3　렌즈
4　마그넷
5　캐리어
6　코일
7　베이스
8　프레임
9a　위쪽 스프링 부재
9b　아래쪽 스프링 부재
10a, 10b　캡

Claims

박 두께가 0.1㎜ 이하이고, Ni을 14질량%∼22질량%, Sn을 4질량%∼10질량%로 함유하며, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 압연 방향에 평행한 방향에서의 표면의 최대 높이 거칠기(Rz)가 0.1㎛∼1㎛인 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박.
제1항에 있어서,
압연 방향에 평행한 방향에서의 인장 강도가 1100MPa 이상인 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박.
제1항 또는 제2항에 있어서,
Mn, Ti, Si, Al, Zr, B, Zn, Nb, Fe, Co, Mg 및 Cr의 합계 함유량이 0질량%∼1.0질량%인 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박을 구비한 신동품.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박을 구비한 전자기기 부품.
제5항에 있어서,
전자기기 부품이 오토 포커스 카메라 모듈인 전자기기 부품.
렌즈와, 이 렌즈를 광축 방향의 초기 위치에 탄성 부세하는 스프링 부재와, 이 스프링 부재의 부세력에 저항하는 전자력을 발생시켜서 상기 렌즈를 광축 방향으로 구동 가능한 전자 구동 수단을 구비하고, 상기 스프링 부재가 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 Cu-Ni-Sn계 구리 합금박인 오토 포커스 카메라 모듈.