KR840001425B1 - 전기전자부품용 동합금 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

전기전자부품용 동합금

제1도는 본 발명과 일반 동합금의 소둔온도 및 시간의 따른 변화상태표

제2도는 본 발명의 다른 실시 예와 일반 동합금의 및 따른 변화상태표.

본 발명은 고강도, 고전기 전도성을 갖는 전기,전자 부품용 동합금에 관한 것이다.

동은 우수한 전기전도체로서 고대로부터 널리 사용되고 있는 것이다.

그러나 동은 강도를 유지하는 부품으로서는 적합하지 않은 단점이 있으므로 동에 합금원소를 첨가하여 강도를 증가시키는 연구가 많이 행하여져 왔던 것이다.

그러나 동은 합금원소를 첨가할 경우 강도가 높아지는 반면 전도도가 떨어짐으로 트렌지스터, 직접회로등의 리드프레임（Lead Frame）이나 전기부속품의 소재로서 고강도, 고전기 전도도를 요구하는 소재로는 적합치 못한 것이다.

이와같은 문제로 세계각국에서는 여러방면으로 연구개발하고 있는 것을 알수 있으며, 현재까지 알려진 대표적인 개발제품으로는 미국의 OLIN사에서 개발한 OLIN 194와 일본 NIPPON BELL PARTS 사에서 개발한 NB 105가 있다.

OLIN 194의 경우 그 기본합금 조성은 Fe가 1.5－3.5％， P가 0.01－0.5％，Zn이 0.01－0.5％이고， 나머지는 Cu가 되며 강도는 37－44㎏／㎟이고 전기 전도도는 60％，연신율은 6％ 이상을 나타내고 있으며，NB 105의 경우 Ni이 0.5－3.0％，Sn이 0.3－0.9％，P는 0.01－0.05％이며, 나머지는 Cu가 되며 강도는 38-45㎏/㎟， 연신율 5－10％， 전기전도도는 50% 이상을 나타내고 있는 것을 알 수 있다.

그러나， 상기 개발품은 각기의 문제점을 내포하고 있는바， OLIN 194의 경우 다량의 첨가로 인한 열간가공시 모서리균열 （corner crack）등의 취약성과 냉간 가공시 높은 압하율을 주는데 문제가 있으며，NB105의 경우 고가의 원소를 첨가함으로서 강도의 증가는 있으나 원가상승의 요인이 되며, 첨가 원소의 양이 많으므로 전기전도도는 많이 떨어지는 현상을 알 수 있는 것이다.

따라서 본 발명의 목적은 상기 제품들보다 물성치(物性値)가 더 우수한 즉,강도와 전기 전도도가 우수하면서 작업성이 좋고 경제적인 동합금 개발에 그 목적이 있다.

다시 말하면 일반적으로 합금원소 첨가량이 적을수록 전기 전도도는 좋아지지만 강도를 증대시키기가 매우 어려운 것이 통례이나 본 발명소재는 적은 합금원소의 첨가에 의해서도 전기 전도도는 물론 높은 강도를 유지시켜야 한다는 점을 감안하며,이외에도 제조 공정상 어려움 없이 공업적으로 쉽게 활용할 수 있는 합금을 개발하여 손쉽게 구할 수 있고 저가인 첨가원소를 이용함으로써 매우 경제적이고 성능이 우수한 합금을 개발함이 본 발명의 목적이 된다.

합금의 강도를 증가시키는 방법에는 고용경화, 석출경화, 가공경화등의 방법이 있으나 일반적으로 고용경화 및 가공경화의 경우 전기 전도도를 해치고 있으며 석출경화의 경우 강도를 증가시키면서도 전기 전도도를 감소시키지 않음으로서 석출경화형과 고용경화형의 조화있는 합금개발이 바람직하다.

본 발명은 동에 철, 인 및 규소를 첨가하는 방법과 동에 철, 인 및 주석을 첨가하는 방법으로 철과 인의 결합에 의한 Fe₃P, Fe₂P 등의 석출물을 형성하여 전기전도도를 향상시키며 규소, 주석의 미량 첨가로 이를 일부 고용시켜 높은 강도를 유지함으로써 본 발명 제품의 목적인 높은 강도 및 전기전도도를 동시에 만족시키는 동합금을 개발한 것이다.

본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 대표적인 합금 조성으로서

첫째, Fe가 0.5－1.0％, P가 0.01-0.06%, Si가 0.01-0.3％이고, 나머지는 Cu가 되며,

둘째로는 Fe가 0.5-1.0％, P가 0.01-0.06％, Sn이 0.01-0.3％이고 나머지는Cu가 된다.

1）Fe가 0.5-1.0％, P가 0.01-0.06％, 나머지가 Cu인 합금을 기준으로 하여 Si를 0.01-0.3％ 첨가하여 강도를 증가시켰다.

이때, Fe가 0.5％ 미만일 경우 P와 결합으로 형성되는 석출물인 Fe₃P가 감소되어 전기전도율의 저하를 가져오며 1.0%를 초과할 경우 역시 적정석출량을 벗어나 전기전도율의 현저한 감소를 나타냄으로써 가장 높은 전기전도율을 나타낼 수 있는 적정한 Fe의 함량범위는 0.5-1.0%이다.

P의 경우, 전기 전도율에 가장 큰 영향을 미치는 원소로써 0.06%를 초과할 경우 전기전도율이 현저히 감소하며 0.01% 미만일 경우 Fe와의 결합에 의한 석출물이 거의 형성되지 않음으로 전기전도율 및 강도의 현저한 감소를 가져옴으로 가장 적정한 P의 함량범위는 0.01-0.06%이다.

Si의 경우, 역시 전기전도율 및 강도에 영향을 미치는 원소로써 0.3%를 초과할 경우 강도는 증가하나 전기전도율에 큰 저하를 가져오며 0.01% 미만일 경우 저기전도율은 큰 변화가 없으나 높은 강도를 유지할 수 없으므로 가장 적절한 Si의 함량범위는 0.01-0.3%이다.

2) Fe가 0.5-1.0%, P가 0.01-0.06%, 나머지가 Cu인 합금을 기준으로 하여 Sn을 0.01-0.3% 첨가하여 강도를 증가시켰다.

Sn의 경우, 역시 전기전도율 및 가도에 영향을 미치는 원소로써 0.3%를 초과할 경우 강도는 증가하나 전기전도율에 있어 큰 저하를 가져오며 0.01% 미만일 경우 전기 전도율은 큰 변화가 없으나 높은 강도를 유지할 수 없으므려 가장 적정한 Si의 함량범위는 0.01-0.3%이다.

3) 합금의 용해는 환원성 분위기에서 실시하였다.

4) 열간 가공은 750°-950℃에서 시행하여 용제화처리와 두께감소를 도모하며 이때의 열간 가공을 열간 압연이다.

열간 가공시의 온도는 상당히 중요하며 1차적인 석출물의 형성이 시작되며 이때의 적정온도관리가 중요하며 이때에 1차적으로 형성되는 석출물이 전체의 65%를 차지하고 있다.

950℃를 초과할 경우 오히려 석출물의 형성이 저하되며 750℃ 미만에서도 마찬가지 현상을 나타냄으로 가장 적정한 열간 가공의 온도범위는 750°-950℃이다.

5) 열간 가공후에는 급냉을 실시한다.

6) 냉간 가공은 가공률 60-80%로 압연한 후 시효처리와 재결정을 위하여 400°-520℃에서 소둔을 행한다.

이러한 냉간가공 및 소둔을 3회 실시한다.

냉간 가공의 가공률은 소둔온도와 밀접한 관계를 가지고 있으며 1차 냉간압연에서의 높은 가공률(60-80%)은 전체조직의 균질화와 소둔시의 석출물 형성을 촉진시키는데 결정적인 역할을 담당한다.

실제 냉간가공에 의해 감소되는 전기전도도의 저하보다는 냉간가공에 의한 소둔시의 석출물 형성촉진에 따르는 전기전도도의 증가가 더 크다고 할 수 있으며 동시에 강도와 경도의 향상을 도모하고 있다.

냉간 압연에 의한 슬립밴드(Slip band)상에 치밀하게 분포되는 석출물의 양은 소둔 이전의 냉간가공의 양이 많을수록 더욱 커지므로 1차 냉간가공시 가공률 60-80%에서의 적정 소둔온도는 400°-520℃이다.

소둔 온도가 520℃를 초과할 경우 강도에 직접적인 영향을 미치며 높은 온도에서는 오히려 전기 전도도가 감소하는 현상을 나타내고 있으며, 400℃ 미만에서는 높은 가공에 의한 석출물의 형성이 상당히 늦게 진행됨으로 장시간 소둔을 행하여야 함으로 공업적으로 경제성이 없다.

이와같이 냉간 가공률과 소둔온도는 밀접한 관계를 가지고 있으며 2차 냉간압연시 압하율 50-70%에서의 적정 소둔온도는 400°-520℃이며 최종냉간 압연시 압하율 30-70%에서의 적정 소둔 온도는 350°-500℃이다.

소둔 시간은 2시간이 경제적으로 가장 적정한 시간이며 2시간 미만일 경우 석출물의 형성이 불안정하며 소둔 시간이 6시간을 넘을 경우 오히려 전기 전도도는 감소현상을 나타낸다.

7) 이상의 제조공정에 의해 본 발명 소재는 전기전도도가 IACS 70% 이상이 되며 강도는 39-45kg/mm²이고 연신율은 12% 정도를 나타냄으로서 전자 반도체 리드프레임 소재로서는 아주 적합한 특성을 나타내고 있다.

8) 본 발명품의 특징은 기타 리드프레임재료보다 고가의 합금 원소가 적게 함유됨으로 제조단가가 저렴하고 가공성이 좋으며 첨가되는 합금원소의 양이 소량이면서도 높은 강도와 전기전도도 및 전신율을 유지함으로써 리드프레임 등의 전기, 전자부품의 소재뿐만 아니라 가공성이 높은 굴곡가공 재료의 특성에 맞게 다양한 용도로서 사용할 수 있다는 것이다.

[실시예 1]

중주파 유도로를 사용하여 표 1과 같이 합금을 용해 주조하였다.

용해는 고순도 동지금을 장입하여 용락후 목탄(Charcoal)으로 피복한다.

1200℃ 정도에서 가열 용해한 다음 온도를 1320℃ 정도로 올려서 철지금을 장입하여 완전 용해후 인으로 탈산처리한 후 금속실리콘을 투입하고 용융후 온도를 내려서 주조하여 주괴를 만든다.

주괴(Ingot)를 750°-950℃에서 열간 압연하여 두께치수를 7-9mm로 맞추어서 급냉시킨다.

열간 압연된 소재를 압하율 70% 정도로 냉간압연하여 (2-2.5mm) 치수를 맞춘 다음 450°-480℃ 정도로 소둔하여 다시 압하율 65%정도로 냉간압연하여 (0.8mm 정도) 치수를 맞춘 후 460°-500℃ 정도에서 소둔한 후 최종 냉간압연의 치수를 0.25mm 정도로 하여 430°-480℃에서 소둔하여 급냉시켰다.

그 결과, 표 2와 같으며 최종 소둔 온도 및 시간에 따를 재질의 변화는 제1도와 같다.

[표 1]

[표 2]

[실시예 2]

중주파 유도로를 사용하여 표 3과 같이 합금을 용해주조하였다.

용해는 고순도 동지금을 장입하여 용락후 목탄(Charcoal)으로 피복한다.

1200℃정도에서 가열 용해한 다음 1320℃로 온도를 올려서 철지금을 장입하여 완전 용해한 후 인으로 탈산처리한 후 온도를 내려서 1200℃정도에서 Sn 지금을 투입하고 완전 용융후 주조하여 주괴(Ingot)를 만든다.

주괴(Ingot)는 750°-950℃에서 열간 압연하여 두깨치수를 7-9㎜로 맞추어서 급냉시킨다.

열간 압연된 소재를 압하율 70% 정도로 냉간압연하여 (2-2.5㎜)치수를 맞춘 다음 470°-520℃ 정도로 소둔하여 다시 압하율 65%정도로 냉간 압연하여 (0.8㎜정도)치수를 맞춘후 470°-520℃정도에서 소둔한 후 최종 냉간압연의 치수를 0.25㎜정도로 하여 470°-520℃로 하여 소둔하여 급냉시켰다.

그 결과 표 4와 같으며 최종소둔은 도 및 시간에 따른 재질변화는 제2도와 같다.

[표 3]

[표 4]

[실시예 3]

중주파유도로 사용하여 표5와 같이 합금을 용해주조하였다. 용해는 고순도 동지금을 장입하여 용락후 목탄(Charcoal)으로 피복한다.

1200℃정도에서 가열 용해한 다음 1320℃로 온도를 올려서 철지금을 장입하여 완전 용해후인으로 탈산처리한 후 온도를 내려서 1200℃정도에서 Si 또는 Sn 지금을 투입하고 완전용융후 주조하여 주괴(Ingot)를 만든다.

주괴(Ingot)는 750°-950℃에서 열간 압연하여 두께치수를 7-9㎜로 맞추어 급냉시킨다.

열간 압연된 소재를 압하율 70%정도로 냉간 압연하여 (2-2.5㎜) 치수를 맞춘 다음 450°-500℃ 정도로 소둔하여 다시 압하율 65% 정도로 냉간 압연하여 (0.8㎜ 정도)치수를 맞춘후 450°-500℃ 정도에서 소둔한 후 최종 냉간압연의 치수를 0.25㎜정도로 하여 400°-480℃로 소둔하여 급냉시켰다.

그 결과는 표 5와 같이 나타났다.

[표 5]

Claims (2)

1. Fe 0.5-1.0%이고, P 0.01-0.06%이며, Si 0.01-0.3%와 잔부는 Cu를 용해합금시킨 전기, 전자부품용 동합금
2. Fe 0.5-1.0%이고, P 0.01-0.06%이며, Sn 0.01-0.3%와 잔부는 Cu를 용해합금시킨 전기, 전자부품용 동합금

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