KR20110038143A

KR20110038143A - 전기전자부품용 동합금 재료와 그 제조방법

Info

Publication number: KR20110038143A
Application number: KR1020117003772A
Authority: KR
Inventors: 구니테루 미하라; 료스케 마쓰오; 다쓰히코 에구치
Original assignee: 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2008-07-31
Filing date: 2009-07-30
Publication date: 2011-04-13
Also published as: WO2010013790A1; JPWO2010013790A1; JP5224415B2; US20110186192A1; EP2319947A1; CN102112639A; KR101570555B1; EP2319947A4

Abstract

Co를 0.5∼2.0질량%, Si를 0.1∼0.5질량% 포함하고, 잔부 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 전기전자부품용 동합금 재료로서, 모재의 동합금의 결정입경이 3∼35㎛이고, Co와 Si로 이루어지는 석출물의 입경이 5∼50nm이며, 상기 석출물의 밀도가 1×10⁸∼1×10¹⁰개/㎟이고, 또한, 동합금 재료로서의 인장강도가 550MPa이상, 도전율이 50%IACS이상인 전기전자부품용 동합금 재료.

Description

전기전자부품용 동합금 재료와 그 제조방법{COPPER ALLOY MATERIAL FOR ELECTRICAL AND ELECTRONIC COMPONENTS, AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR}

본 발명은 전기전자 기기용의 부품, 예를 들면 커넥터, 단자재(端子材) 등에 관한 것으로, 특히, 고도전성(高導電性)이 요구되는 고주파 릴레이나 스위치, 혹은, 자동차 차재용(車載用) 등의 커넥터나 단자재 및 리드 프레임 등의 전기전자부품에 적용되는 동합금 재료에 관한 것이다.

지금까지, 전기전자 기기용의 부품인 커넥터, 단자, 릴레이, 스위치 등에는, 황동(C26000), 인(燐)청동(C51910, C52120, C52100), 베릴륨동(C17200, C17530) 및 코손계 동합금(이하, 단순히 코손 동이라고도 한다. 예를 들면, C70250) 등의 동합금이 사용되어 왔다. 여기서, 「Cｘｘｘｘｘ」'란 CDA(Copper Development Association)에서 규정된 동합금의 종류이다.

최근, 전기전자 기기에 사용되는 전류가 커져, 그에 동반하여, 전기전자 기기용 부품에 이용되는 동합금 재료에도 고도전성이 요구되어 오고 있다. 예를 들면, 황동이나 인청동은 도전성(導電性)이 낮고, 코손 동은 커넥터재로서, 중도전성 (도전율이 약 40%IACS)을 나타내지만, 그 이상의 고도전성이 요구되고 있다. 또한, 베릴륨 동는 고가인 것도 주지 사항이다. 한편, 고도전성인 순동(C11000)이나 주석 함유 동(C14410) 등은 강도가 낮은 결점이 있다. 따라서, 종래의 코손 동을 넘는 도전성과, 동등한 인장(引張)강도, 굽힘 가공성을 구비한 동합금이 소망되고 있다. 이 요구를 만족시키는 동합금으로서 Cu-Co(코발트)-Si(규소)계 합금이 주목되고 있다. 이 Cu-Co-Si계 합금은, Co와 Si의 금속간 화합물을 이용한 석출 강화형 동합금이다.

특히, 최근의 전자기기 부품에서는, 기기의 소형화에 동반하여 복잡하고 어려운 굽힘 가공이 된 커넥터나 단자를 많이 볼 수 있다. 이것은 소형화에 동반하여 커넥터의 사이즈도 소형화하지만, 접촉의 신뢰성을 유지하기 위해서는 가능한 한 긴 접촉 길이를 얻기 위함이다. 이러한 설계 사상을 갖는 커넥터나 단자를 벨로즈 (bellows, 주름) 굽힘 커넥터 또는 벨로즈 굽힘 단자라고 부르는 경우가 많다. 즉, 작은 부품내에 복잡하게 구부려진 단자·커넥터가 장비·설치되도록 요구가 높다. 한편으로, 소형화에 동반하여 사용되는 커넥터·단자의 재료는 보다 얇아진다. 이는, 경량화, 자원 절약의 관점에서도 진행되고 있다. 얇은 재료는 두꺼운 재료와 비교해서, 같은 접압(接壓)을 유지하기 위해서는 강도가 높은 것이 요구된다.

동합금 재료의 강도를 높이는 방법으로서, 고용(固溶)강화, 가공 강화, 석출 강화 등의 여러 가지 강화 방법이 있다. 동합금 재료에 있어서, 도전성과 강도는 일반적으로 상반 관계에 있지만, 동합금 재료의 도전성을 저하시키지 않고 강도를 높이는 방법으로서 석출 강화가 유망하다는 것이 알려져 있다. 이 석출 강화란 석출을 일으키는 원소를 첨가한 합금을 고온 열처리하여, 동 모상(母相)으로 그들 원소를 고용시킨 후, 그 고용시켰을 때의 온도보다 저온에서 열처리하여, 고용시킨 원소를 석출시키는 방법이다. 예를 들면, 베릴륨동, 코손 동 등은 그 강화 방법을 채용하고 있다.

그런데, 동합금 재료에 있어서는, 도전성과 강도의 관계 이외에, 굽힘 가공성과 강도의 관계도 상반되는 관계에 있다. 강도를 높이기 위해서는 최종의 냉간압연율을 높이는 것이 효과적인 것으로 알려져 있지만, 냉간압연율을 높이면 굽힘 가공성이 현저하게 열화되는 경향이 있다. 지금까지, 석출형의 동합금으로서, 베릴륨동, 코손 동, 티탄 동 등이, 굽힘 가공성과 강도의 밸런스가 좋다고 여겨져 왔다. 그러나 베릴륨동은 첨가원소인 베릴륨이 환경부하물질로 되고 있어, 대체 재료가 요구되고 있다. 또한, 코손 동이나 티탄 동은 일반적으로 50%IACS이상의 도전성을 갖지 않는다. 50%IACS이상의 높은 도전성이 요구되는 용도로서는, 예를 들면, 고전류가 인가되는 배터리단자나 릴레이 접점 등이 있다. 또한, 일반적으로 도전율이 높은 재료는 열전도 특성도 우수하기 때문에, 방열성이 요구되는 CPU(집적 연산소자)의 소켓이나 히트싱크 등의 재료에도 높은 도전성의 요구가 있다. 특히, 최근의 하이브리드차나 고속 처리가 행하여지는 CPU에서는, 높은 도전성과 높은 강도를 구비한 재료가 요구되고 있다.

이러한 배경으로부터, 강도, 굽힘 가공성, 도전성(열전도성)을 가미하고, Co와 Si로 이루어지는 금속간 화합물을 이용한 동합금이 점점 주목되고 있다. Co와 Si를 필수로 포함하는 동합금이, 이하와 같이 알려져 있다.

특허문헌 1에는, 열간 가공성을 개선하기 위해, Co와 Si 외, Zn(아연), Mg(마그네슘), S(유황)를 필수로 포함하는 동합금이 개시되어 있다.

특허문헌 2에는, Co와 Si 외, Mg, Zn, Sn(주석)을 포함하는 합금이 개시되어 있다.

특허문헌 3에는, Co와 Si 외, Sn, Zn을 필수로 하는 합금이 개시되어 있다.

특허문헌 4에는, 리드 프레임 용도의 석출 강화형 합금인 Cu-Co-Si계 합금이 개시되어 있다.

특허문헌 5에는, 석출되는 개재물의 크기가 2㎛이하인 Cu-Co-Si계 합금이 개시되어 있다.

특허문헌 6에는, Co₂Si 화합물을 석출시킨 Cu-Co-Si계 합금이 개시되어 있다.

일본 공개특허 소61-87838호 공보 일본 공개특허 소63-307232호 공보 일본 공개특허 평02-129326호 공보 일본 공개특허 평02-277735호 공보 일본 공개특허 2008-88512호 공보 일본 공개특허 2008-56977호 공보

그러나, 상기 특허문헌 1∼6에 개시된 기술에는, 이하와 같은 과제가 있다.

예를 들면, 이들은 모두 전기전자부품 용도와 같이, 강도, 도전성, 솔더 젖음성, 솔더 밀착강도, 굽힘 가공성을 동시에 만족시키는 것을 목적으로 한 것이 아니며, 또한, 그 합금의 상태의 상세에 대해서는 언급하고 있지 않다.

또한, 각 특허문헌에 기재된 기술은, 모두 강도, 굽힘 가공성, 도전성(열전도성) 전부를 높은 레벨로 만족하는 것은 아니다.

특허문헌 1에 개시된 기술은, 본 발명과는 달리 S를 필수 구성원소로 하는 동합금이고, 그 목적도 본 발명과 달리 열간 가공성의 향상이다. 그 때문에, 예를 들면, 특허문헌 1에는, 석출물(특히 Co와 Si의 석출물)에 대해서는 기재가 없고, 석출물이 어떠한 것인지 불분명하며, 이들의 제어 방법도 불분명하다. 또한, 전기전자부품으로서 요구되는 강도나 도전성 등의 여러 특성을 평가한 결과는 기재되어 있지 않다.

특허문헌 2는 Co와 Si의 석출물이 Co₂Si 화합물이라는 기재는 있지만, 그 석출물의 상세(입경(粒徑) 등)나 제어방법은 불분명하다. 또한, 제법(製法)으로서는, 500℃의 온도에서 1시간 또는 450℃의 온도에서 1시간의 소둔(燒鈍)을 행하였다는 기재는 있지만, 재결정처리에 대한 기재는 없고, 이 기재가 있다고 해도 모재의 결정입경은 불분명하다. 즉, 특허문헌 2에 개시된 기술에 의한 동합금은, 고도전율 및 고강도가 요구되는 전기전자부품 용도의 동합금으로서 특성이 불충분하다고 생각된다.

특허문헌 3도 또한, Co와 Si의 석출물이 Co₂Si 화합물이라는 기재는 있지만, 그 석출물의 상세(입경 등)나 제어방법은 불분명하고, 또한 그 도전율은 30%IACS이하로 비교적 낮다. 또한, 제법으로서는, 400∼500℃의 온도에서 1시간의 소둔 전에 950℃의 온도에서 용체화(溶體化) 처리와 냉간압연을 행하고 있다는 기재가 있지만, 도전율이 30%IACS이하로 비교적 낮고, 고도전율 및 고강도가 요구되는 전기전자부품 용도의 동합금으로서는 특성이 불충분하고 할 수 있다.

특허문헌 4에 기재된 Cu-Co-Si계 합금은 리드 프레임 용도이며, 석출 강화형 합금이라고 기재되어 있지만, 석출물을 형성하는 구체적인 화합물 및 그 상세(입경 등)는 불분명하다. 또한, 제법으로서는, 500℃의 온도에서 1시간의 열처리, 그 후에 냉간압연과 300℃에서 1시간의 응력 제거 소둔을 행하였다는 기재는 있지만, 재결정 처리에 대한 기재는 없고, 이 기재가 있었다고 해도 모재의 결정입경은 불분명하다. 즉, 특허문헌 4에 개시된 기술에 의한 동합금은, 고도전률 및 고강도가 요구되는 전기전자부품 용도의 동합금으로서 특성이 불충분하다고 생각된다.

특허문헌 5에 기재된 Cu-Co-Si 합금은 그 합금중에 석출되는 개재물의 크기가 2㎛이하라는 기재는 있지만, 개재물의 규정방법 등 상세는 불분명하다. 또한, 주괴(鑄塊)를 그대로 실온에서 압연하는 공정을 거쳐 제조되는 예만이 나타나 있다. 여기서, 소망의 합금 특성을 얻기 위해서 일반적으로 엄밀한 입경 제어가 필요하게 되는 것을 고려하면, 특허문헌 5에 개시된 기술에 의한 동합금은, 고도전률 및 고강도가 요구되는 전기전자부품 용도의 동합금으로서 특성이 불충분하다고 생각된다.

특허문헌 6도 또한, Co와 Si의 석출물이 Co₂Si 화합물이라는 기재는 있지만, 그 석출물의 상세(입경 등)나 제어 방법이나 밀도가 불분명하다. 또한, 제법으로서는, 최종 압연 전에 700∼1050℃의 열처리를 행하는 것이 기재되어 있지만, 이 온도에서는 석출된 화합물이 재고용(용체화 처리 온도)된다고 기재되어 있고, 최종적으로 Co와 Si의 석출물이 존재하는지 아닌지 불분명하다. 그 결과, 고도전률 및 고강도가 요구되는 전기전자부품 용도의 동합금으로서 특성이 불충분하다고 생각된다.

또한, 특허문헌 5 및 특허문헌 6에는, 재료의 내측 굽힘 반지름을 R, 판두께를 t로 했을 때, 특정의 강도 레벨에 있어서 R/t=1의 조건으로 굽힘 가공성을 평가한 예가 있지만, 이 정도의 레벨에서는 향후 요구되는 굽힘 가공성에는 반드시 대응할 수 없는 경우가 있다고 생각된다.

상술한 바와 같이, 특허문헌 1∼6에 개시된 기술에는 불분명한 점이나 모순되는 점이 있고, 상기 각 특허문헌에서 개시된 기술만으로는 고도전율이고 고강도인 재료를 얻지 못하며, 또한 내(耐)응력 완화(내크리프) 특성을 포함해서 만족스러운 재료를 얻을 수 없었다.

또한, 고도전율 및 고강도가 요구되는 전기전자부품 용도의 동합금으로서 충분한 합금 특성을 얻기 위해서는, 모재의 결정 입경이나 석출물의 입경을 엄밀하게 제어하는 것이 필요하게 되지만, 각 특허문헌에는 그것이 기재되어 있지 않다. 즉, 각 특허문헌에 명시된 발명에 의한 동합금은, 고도전율 및 고강도가 요구되는 전기전자부품 용도의 동합금으로서 특성이 불충분하다고 생각된다.

따라서 본 발명은 상기 종래 기술에서의 과제에 감안하여, 도전성, 강도가 우수하고, 또한 내응력 완화특성이 우수한 커넥터, 단자재, 릴레이 등에 적합한 동합금 재료를 제공하는 것을 제1 과제로 한다.

또한, 본 발명은, 도전성, 강도, 솔더 젖음성, 솔더 밀착강도, 굽힘 가공성이 우수한 커넥터, 단자재, 릴레이 등에 적합한 동합금 재료를 제공하는 것을 제2 과제로 한다.

더욱이, 본 발명은, 높은 도전성, 높은 강도, 양호한 굽힘 가공성의 모두를 만족시키기 위해, Cu-Co-Si계 동합금의 결정 입경의 값이 소정 범위로 제어된 동합금 재료를 제공하는 것을 제3 과제로 한다.

본 발명자들은, 도전성과 강도가 우수하고, 또한 내응력 완화특성이 우수한 동합금 재료를 얻음에 있어서, 석출물의 사이즈와 밀도를 제어하는 특정의 적합한 관계를 발견하고, 검토를 더 거듭하여 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.

또한, 본 발명자들은, 특히 고도전율 및 고강도가 요구되는 전기전자부품 용도에 적합한 동합금 재료를 얻기 위해, 동합금 재료에서의 도전성과 강도, 굽힘 가공성, 솔더 젖음성, 솔더 밀착강도의 관계에 대해 더욱 검토를 거듭하여 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.

본 발명에 의하면, 이하의 수단이 제공된다:

(1) Co(코발트)를 0.5∼2.0질량%(mass%), Si(규소)를 0.1∼0.5질량%(mass%) 각각 포함하고, 잔부 Cu(동) 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 전기전자부품용 동합금 재료로서, 모재의 동합금의 결정입경이 3∼35㎛이고, Co와 Si로 이루어지는 석출물의 입자경이 5∼50nm이며, 상기 석출물의 밀도가 1×10⁸∼1×10¹⁰개/㎟이고, 또한, 동합금 재료로서의 인장강도가 550MPa이상, 도전율이 50%IACS이상인 전기전자부품용 동합금 재료.

(2) Sn(주석), Mg(마그네슘) 중 적어도 1종을 합계로 0.1∼0.5질량%(mass%) 포함하는, (1)에 기재된 전기전자부품용 동합금 재료.

(3) Zn(아연), Mn(망간) 중 적어도 1종을 합계로 0.1∼0.5질량%(mass%) 포함하는, (1) 또는 (2)에 기재된 전기전자부품용 동합금 재료.

(4) Fe(철), Cr(크롬), Ni(니켈)의 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 합계로 0.1∼1.0질량%(mass%) 포함하는, (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 전기전자부품용 동합금 재료.

(5) 온도 150℃의 대기 분위기 중에서 1000시간 경과후의 응력 완화율이 40%미만인, (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 전기전자부품용 동합금 재료.

(6) 전기전자부품용 동합금 재료를 제조하는 방법으로서, Co를 0.5∼2.0질량%(mass%), Si를 0.1∼0.5질량%(mass%) 각각 포함하고, 잔부 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 동합금재료에, 500∼600℃에서 1∼4시간의 시효 열처리를 행하는 공정 a와, 상기 공정 a 후에, 상기 시효 열처리시의 온도로부터 이 동합금 재료의 온도가 300℃로 될 때까지의 냉각속도를 20∼100K/시간(K는 절대온도)의 범위로 하는 공정 b를 포함해서 이루어지고, 모재의 동합금의 결정입경이 3∼35㎛이고, Co와 Si로 이루어지는 석출물의 입자경이 5∼50nm이며, 상기 석출물의 밀도가 1×10⁸∼1×10¹⁰개/㎟이고, 또한, 동합금 재료로서의 인장강도가 550MPa이상, 도전율이 50%IACS이상인 동합금 재료를 얻는 것을 특징으로 하는 전기전자부품용 동합금 재료의 제조방법.

(7) 동합금 재료로서 표면조도(表面粗度)가 Ra로서 0.2㎛이하이면서 Rt로서 2㎛이하인, (1)에 기재된 전기전자부품용 동합금 재료.

(8) Zn, Sn, Mg의 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 합계로 0.1∼1.0질량%(mass%) 포함하는, (7)에 기재된 전기전자부품용 동합금 재료.

(9) Fe, Cr, Ni의 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 합계로 0.1∼1.0질량%(mass%) 포함하는, (7) 또는 (8)에 기재된 전기전자부품용 동합금 재료.

(10) 전기전자부품용 동합금 재료를 제조하는 방법으로서, Co를 0.5∼2.0질량%(mass%), Si를 0.1∼0.5질량%(mass%) 포함하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 동합금 재료에, 시효 열처리 후에 이 재료 표면을 산(酸) 용해 후, 연삭하는 공정을 포함해서 이루어지고, 모재의 동합금의 결정입경이 3∼35㎛, Co와 Si로 이루어지는 석출물의 입자경이 5∼50nm이며, 상기 석출물의 밀도가 1×10⁸∼1×10¹⁰개/㎟이고, 또한 동합금 재료로서 표면조도가 Ra로서 0.2㎛이하이면서 Rt로서 2㎛이하이며, 인장강도가 550MPa이상, 도전율이 50%IACS이상인 동합금 재료를 얻는 것을 특징으로 하는 전기전자부품용 동합금 재료의 제조방법.

(11) Co함유량이 0.7∼2.0질량%(mass%)이고, Co의 Si에 대한 질량비(Co/Si)가 3이상 5이하이고, 또한, 모재의 동합금의 결정입경의 산술 평균이 3∼20㎛, 표준 편차가 8㎛이하로서, 상기 표준 편차가 상기 산술 평균보다 작은 (1)에 기재된 전기전자부품용 동합금 재료.

(12) 또한, Cr, Ni, Fe군으로부터 선택되는 적어도 1종을 합계로 0.01∼1.0질량%(mass%) 함유하고, 잔부가 동 및 불가피 불순물인, (11)에 기재된 전기전자부품용 동합금 재료.

(13) 또한, Sn, Mg, Zn, Mn의 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 합계로 0.01∼1.0질량%(mass%) 함유하고, 잔부가 동 및 불가피 불순물인, (11) 또는 (12)에 기재된 전기전자부품용 동합금 재료.

(14) 또한, Zr(지르코늄), Ti(티탄)의 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 합계로 0.01∼1.0질량%함유하고, 잔부가 동 및 불가피 불순물인, (11) 내지 (13) 중 어느 한 항에 기재된 전기전자부품용 동합금 재료.

이하, 상기 (1) 내지 (5) 항에 기재된 전기전자부품용 동합금 재료, 및 상기 (6)항에 기재된 전기전자부품용 동합금 재료의 제조방법을 합해서 본 발명의 제1 실시 형태라고 한다.

상기 (7) 내지 (9)항에 기재된 전기전자부품용 동합금 재료, 및 상기 (10) 항에 기재된 전기전자부품용 동합금 재료의 제조방법을 합해서 본 발명의 제2 실시 형태라고 한다.

상기 (11) 내지 (14)항에 기재된 동합금 재료를 합해서 본 발명의 제3 실시 형태라고 한다.

여기서, 특별히 언급하지 않는 한, 본 발명이라고 하면, 상기 제1, 제2 및 제3 실시 형태를 전부 포함하는 의미이다.

여기서, 응력 완화율은 일본 신동(伸銅)협회 기술 표준 「JCBA T309: 2001(임시)」에 준거한 외팔보법으로 측정한다. 이번 평가에서는 응력 완화율이 낮을수록, 동합금 재료를 커넥터로서 사용했을 때의 접압(接壓)이 저하하지 않고, 양호한 재료라고 할 수 있다.

또한, 「석출물의 입자경(사이즈)」라 함은, 후술하는 방법으로 구한 석출물의 평균 입자경이며, 「결정입경」이란, 후술하는 JIS-H0501(절단법)에 의거하여 측정한 값이다.

본 발명의 제1 실시 형태에 의해, 강도, 도전성, 내응력 완화 특성이 우수한 전기전자 기기 용도에 적합한 동합금 재료를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 제2 실시 형태에 의해, 강도 및 도전율이 높고, 솔더 젖음성, 솔더 밀착강도, 굽힘 가공성이 우수한 전기·전자기기 용도에 적합한 동합금 재료를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 제3 실시 형태에 의해, 강도, 도전성, 굽힘 가공성이 우수하고, 전기전자 기기 용도에 적합한 동합금 재료를 제공할 수 있다.

본 발명의 상기 및 다른 특징 및 이점은, 적절히 첨부된 도면을 참조하여, 하기의 기재로부터 보다 분명해질 것이다.

도 1은, 솔더 밀착강도의 시험방법을 설명하는 모식도이다.

본 발명의 동합금 재료의 바람직한 실시 형태에 대해서, 상세하게 설명한다. 여기서, 「동합금 재료」란, 동합금 소재(여기에서는 형상의 개념이 없는 동합금의 각 성분 원소의 혼합물을 의미한다)가, 소정의 형상(예를 들면, 판, 조(條), 박(箔), 봉, 선 등)으로 가공된 후의 것을 의미한다. 또한, 「모재의 동합금」은 형상의 개념을 포함하지 않는 동합금을 의미한다.

또한, 동합금 재료의 바람직한 구체 예로서, 판재(板材), 조재(條材)에 대해 설명하지만, 동합금 재료의 형상은 판재나 조재에 한정되는 것은 아니다.

이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다.

우선, 동합금 재료를 구성하는 동합금 소재의 조성과 구성 원소에 대해서 설명한다. 본 발명의 제1 실시 형태에서의 동합금 소재의 조성에 있어서, 필수의 첨가 원소는 Co(코발트)와 Si(규소)이다. 이들 첨가량에 대해서, Co를 0.5∼2.0질량%, Si를 0.1∼0.5질량%으로 한 이유는, 상기한 바와 같이 이들은 Co₂Si의 금속간 화합물을 형성하여, 석출 강화에 기여한다. Co량이 0.5질량%미만에서는 석출 강화량이 작기 때문에 목표 강도인 550MPa를 얻지 못하고, 2.0질량%보다 크면 용체화 온도가 높아져 그 효과가 포화되어 버린다. 또한 이 화합물의 화학량론비로부터 최적인 첨가비는, Co/Si≒4.2이며, 이 값으로부터 크게는 벗어나지 않도록(구체적으로는 3.5≤Co/Si≤4.8의 범위내로 되도록) Si의 첨가량을 정하였다.

또한, Co의 바람직한 첨가량은 재결정 처리를 행하는 온도에서 상이하다. 예를 들면, 재결정 처리를 행하는 온도가 800∼900℃이면 Co의 첨가량이 0.5∼1.2질량%의 범위임이 바람직하고, 900∼950℃미만이면 1.0∼2.0질량%의 범위임이 바람직하다. 이는, 다음에 규정하는 동합금 재료의 모재로 되는 동합금의 결정입경으로부터 결정된다. 또한, 재결정 처리를 행하는 온도는, 800∼1025℃이면 좋고, Co의 첨가량이 1.0∼2.0질량%인 경우에, 재결정 처리를 행하는 온도를 900∼1025℃로 할 수 있다.

본 발명의 제1 실시 형태에서는 동합금 재료의 모재로 되는 동합금의 결정입경을 3∼35㎛의 범위로 하고 있다. 이는, 결정입경이 3㎛이상이면, 불충분한 재결정부분이 보이는 미(未)재결정을 포함하는 혼립(混粒)으로 될 우려가 없어져, 굽힘 가공성이 향상하기 때문이다. 또한, 결정입경이 35㎛이하이면, 입계(粒界) 밀도가 높고, 굽힘 응력(부하된 스트레인)을 충분히 흡수할 수 있어, 가공성이 향상된다. 결정입경에 대해서는, 바람직하게는 3∼20㎛, 더 바람직하게는 10∼20㎛이다.

또한, 본 발명의 제1 실시 형태에서는 동합금 재료의 도전율을 50%IACS이상으로 하고 있다. 여기서, %IACS는 재료의 도전성을 나타내는 단위로서, 「IACS」란 "international annealed copper standard"의 약칭이다. 이 특성은, 바람직하게는 예를 들면, Co 또는 Si의 첨가량을 상기의 범위내로 하고, Co₂Si의 금속간 화합물을 석출시키는 것 등에 의해 얻을 수 있는 특성이다. 도전율은, 더 바람직하게는 55%IACS이상, 더 바람직하게는 60%IACS이상이며, 높을수록 바람직하지만, 그 상한은 통상 75%IACS 정도이다. 도전율을 향상시키기 위해서는, 석출물을 석출시키는 시효 열처리 온도로부터의 냉각속도를 20∼100K/시간(K는 절대온도를 나타내는 「켈빈」이다. 이하 동일)의 범위로 유지하면서 냉각하여, 300℃에 이를 때까지 상기 냉각속도를 유지하면 바람직하다. 여기서, 시효 열처리 후의 동합금을 상기 냉각속도로 유지하여 실온, 100℃, 200℃까지 냉각한 경우, 그 도전율은 300℃까지 유지한 경우와 거의 동일함을 알았다. 또한, 시효 열처리 후의 온도로부터 300℃까지 냉각된 동합금을 실온까지 더 냉각할 때에는, 예를 들면 공냉(자연 냉각) 등과 같이, 냉각속도가 100K/시간을 넘어도 지장이 없다. 또한, 본 발명의 제1 실시 형태에서는 동합금 재료의 인장강도를 550MPa이상으로 하고 있다. 이 인장강도는, 더 바람직하게는 600MPa이상, 더 바람직하게는 750MPa이상이며, 높을수록 바람직하지만, 그 상한은 통상 900MPa 정도이다.

본 발명의 제1 실시 형태의 동합금 재료에서는, Co와 Si로 이루어지는 석출물의 입자경(평균 입자경)을 5∼50nm로 하고 있다. 석출물의 입자경이 5nm이상이면 충분한 석출 강화량을 얻을 수 있다. 또한, 이 석출물은 동(銅) 모상(母相)과 정합 (整合)으로 석출되어 재료를 강화하기 때문에, 석출물의 입자경이 50nm이하이면, 재료의 강도가 확보된다. 바람직하게는 석출물의 사이즈는 10∼30nm, 더 바람직하게는 20∼30nm이다.

석출 밀도에 대해서는, Co와 Si로 이루어지는 석출물의 분포 밀도를 1×10⁸∼10¹⁰개/㎟로 하고 있다. 석출물의 분포 밀도를 이 범위로 함으로써, 강도와 내응력 완화특성이 충분하게 된다. 본 발명의 제1 실시 형태에서는, 온도 150℃의 대기 분위기중에서 1000시간 경과후의 응력 완화율이 40%미만인 것이 바람직하다. 또한, 상기 석출 밀도는 Co첨가량과 관계된다. Co 첨가량을 0.5질량%이상으로 하면, 상기 석출물의 입자경이 허용되는 정도로 미세(5nm 정도)하더라도 상기 분포 밀도는 상기의 범위내로 된다. 또한, Co 첨가량이 2.0질량%이하이면, 상기 석출물의 입자경이 허용될 정도로 조대(50nm 정도)하더라도 상기 분포 밀도는 상기의 범위내로 된다.

바람직하게는, 상기 석출 밀도는, Co 첨가량이 0.5∼1.0질량%인 경우는 1×10⁸∼8×10⁸개/㎟이고, Co첨가량이 1.0∼1.5질량%인 경우는 5×10⁸∼7×10⁹개/㎟, Co첨가량이 1.5∼2.0질량%인 경우는 1×10⁹∼10¹⁰개/㎟이다.

이하, 바람직한 첨가 원소에 대해 서술한다. Sn, Mg의 첨가는 내응력 완화특성의 개선에 효과가 있다. 개개의 Sn, Mg첨가에서도 그 효과는 볼 수 있지만, 동시에 첨가함으로써, 상승(相乘)적으로 그 효과를 발휘하는 원소이다. Sn, Mg의 첨가량이, 이들 원소 중 적어도 1종의 합계로 0.1질량%이상이면 그 효과가 현저하게 발휘되고, 합계로 0.5질량%이하이면 도전성 저하 등의 영향도 없다. 더욱이, 그 첨가비에 대해서, Sn/Mg≥1인 경우는, 내응력 완화 특성은 더 향상하는 경향이 있다.

다음으로, Sn, Mg 이외의 다른 바람직한 첨가 원소에 대해 서술한다. Zn, Mn은 고용강화에 의해 특성을 향상시킨다. 그 때문에, 적어도 1종을 합계로 0.1∼0.5질량%으로 하고 있다. 그 양이 합계로 0.1질량%이상이면 그 효과가 현저하게 발휘되고, 합계로 0.5질량%이하이면 도전성 저하 등의 영향도 없다. Zn, Mn의 첨가량은, 바람직하게는, 이들 원소 중 적어도 1종이 합계로 0.2∼0.4질량%이다.

또한, Fe, Cr, Ni는 Co와 치환을 행하여 Si와 화합물을 형성하고, 강도 향상에 기여하는 원소이다. Fe, Ni, Cr는, Co의 일부와 치환하여, (Co, χ)₂ Si화합물(χ= Fe, Ni, Cr)을 형성하고, 강도를 향상시키는 기능이 있다. 또한, 이들 원소는 결정 입경을 미세화하는 효과를 갖는다. 그 때문에, 이들 원소 중 적어도 1종(각 원소, 임의의 2종류의 원소의 조합, 3종류 전부, 중 어느 것이라도 좋다)을 합계로 0.1∼1.0질량%의 범위로 하고 있다. 0.1질량%이상이면 그 효과가 현저하게 발휘되고, 합계로 1.0질량%이하이면, 주조(鑄造)시에 정출(晶出)을 일으키거나, 강도에 기여하지 않는 금속간 화합물을 형성하거나 하지 않고, 도전성 저하 등의 영향도 없다. 또한, 이들 원소는 복합해서 첨가해도, 단독으로 첨가해도, 거의 같은 효과가 나타나지만, Ni를 첨가하면 현저한 강도 향상 효과를 나타낸다. Fe, Ni, Cr의 첨가량은, 바람직하게는, 이들 원소 중 적어도 1종이 합계로 0.5∼0.8질량%이다.

본 발명의 제1 실시 형태의 동합금 재료에서의 불가피 불순물로서는, H, C, O, S 등을 들 수 있다.

상기 본 발명의 제1 실시 형태의 동합금 재료의 제조방법에 대해서, 이하에 설명한다. 최종 압연 전의 재결정 열처리 온도는, 재료의 부분 용융이나 변형의 영향을 고려하면, 800∼1000℃로 함이 바람직하다. 더 바람직하게는, 상한이 950℃ 미만이다. 이 이유는, 상기의 Co 등의 원소를 충분히 용체화하여 재결정하기 위해서는 800℃이상으로 하는 것이 바람직하고, 또한, 1000℃이하이면, 재료의 부분 용융이나 형상 변형이 발생할 우려가 낮아지기 때문이다. 바람직하게는, Co 첨가량이 0.5∼1.2질량%이면 상기 재결정 열처리를 800∼900℃이고, Co 첨가량이 1.0∼1.5질량%이면 상기 재결정 열처리를 900∼950℃(950℃를 포함하지 않음)로 한다. Co 첨가량이 1.5질량%이상(2.0질량%이하)인 경우는, 상기 재결정 열처리를 950℃이상의 온도(재료의 부분 용융이나 변형의 영향을 고려하면, 1025℃이하, 바람직하게는 1000℃이하)에서 행함이 바람직하다.

이어서, 상기 재결정 열처리를 행한 온도로부터의 냉각속도가 50K/초이상으로 냉각하면, Co를 함유하는 석출물이 정합으로 석출되어 재료의 강도를 향상시킨다. 또한, 이 냉각속도는 고온 열처리 온도로부터 300℃까지의 사이에서의 평균 냉각속도를 의미한다.

상기 재결정 열처리 후에, Co와 Si의 화합물을 형성시키기 위한 시효 열처리를 실시한다. 상기 시효 열처리는 재결정 열처리 후에도, 소정의 냉간압연을 행한 후에 행하여도 좋다. 본 발명의 제1 실시 형태에서는, 이 시효 열처리의 조건은, 재결정 열처리 후에 최종의 냉간압연 전에 행하는 경우에는, 500∼600℃의 온도로 1∼4시간이 바람직하고, 한편, 최종의 냉간압연 후에 재결정 열처리전에 행하는 경우에는, 450∼550℃의 온도에서 1∼4시간이 바람직하다. 또한, 이 시효 열처리 후의 냉각속도를 20∼100K/시간으로 하고, 냉각속도가 도전성의 향상에 기여하도록 한다. 상기 냉각속도로 냉각하는 온도 범위는, 재결정 열처리 온도로부터 300℃까지의 냉각 범위로 함이 바람직하다. 또한, 재료 온도가 300℃보다 낮아진 후에는, 재료를 급냉하여도 지장이 없다.

상기 시효 열처리 후의 냉각속도는, 열처리로에서 온도 관리함으로써 조정할 수 있다. 또한, 급속히 냉각하고 싶은 경우는, 열처리로의 가열대로부터 시료를 취출하여, 강제 공냉이나 물 담금질로 대응할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제1 실시 형태의 동합금 재료를 제조하는 공정의 일례를 들어 더 상세하게 설명한다.

<용해 주조>

동합금의 원료가 되는 동, 코발트, 규소 등을 용해하여, 주형(鑄型)에 흘려 넣어 10∼30K/초의 냉각속도로 냉각하면서 주조하여, 소정의 크기의 동합금 주괴(鑄塊)를 얻는다. 주괴의 사이즈는 예를 들면, 두께 30mm, 폭 100mm, 길이 150mm이다.

<열간압연·면삭(面削)·냉간압연>

그 후, 이 주괴를 온도 930∼1050℃(바람직하게는 950∼1050℃)에서 30분간∼60분간 유지하고, 그 후 열간압연에 의해서 가공 후, 신속하게 물냉각(급속냉각)으로 담금질을 실시하여, 표면상의 산화피막 제거를 위해, 압연된 표면을 면삭 후, 냉간압연을 행한다.

<재결정 열처리>

이 후, 용체화, 재결정시키는 목적으로, 온도 800∼1025℃로 유지된 솔트배스(salt bath, 염욕로)내에서 일정시간 재결정 열처리를 행하고, 물냉각으로 담금질을 행한다. 재결정 열처리시, 승온(昇溫)속도는 샘플을 판두께가 상이한 스테인리스 판에 끼움으로써 조정하여 열처리를 행한다. 이때의 바람직한 승온속도는, 온도 300℃이상에서는 10∼300K/초이다. 또한, 바람직한 냉각속도는, 50∼200K/초이다.

<시효 열처리>

다음으로, 시효 석출시키는 목적으로, 500∼600℃에서 1∼4시간의 시효 열처리를 실시한다. 그 때의 실온으로부터 최고 온도에 도달할 때까지의 승온속도는 5∼50K/분의 범위내에 있고, 강온(降溫)시에는, 석출에 영향을 줄 것으로 생각되는 온도대보다 충분히 낮은 온도인 300℃까지는 노(爐)내에서 20∼100K/분의 범위내에서 냉각을 행한다.

<마무리 압연(필요에 따라)>

시효 열처리가 종료된 동합금 재료에, 0∼40%의 가공률로 최종의 냉간압연(마무리 압연)을 더 실시하여 마무리 압연재를 얻는다. 또한, 마무리 압연은 실시해도, 안 해도 좋다. 가공률 0%란, 마무리 압연을 행하지 않는 것을 의미한다.

<응력 제거 소둔>

시효 열처리 종료 후(마무리 압연한 것은 마무리 압연 종료 후)에, 필요에 따라서 응력 제거 소둔을 실시한다.

<공정의 반복에 대해>

재결정 열처리, 시효 열처리 및 냉간압연은, 모두, 상기 조건으로 2회이상 반복해도 좋고, 행하는 순서를 바꿔도 좋다.

다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태의 동합금 재료의 바람직한 실시 형태에 대해서, 상세하게 설명한다.

우선, 동합금 재료를 구성하는 동합금 소재의 조성과 구성 원소에 대해서 설명한다. 본 발명의 제2 실시 형태에서의 동합금 소재의 조성에 있어서, 필수의 첨가원소는 Co(코발트)와 Si(규소)이다. 이들 첨가량에 대해서, Co를 0.5∼2.0질량%, Si를 0.1∼0.5질량%로 한 이유는, 이들은 Co₂Si의 금속간 화합물을 형성하여, 석출 강화에 기여함에 있어서, Co의 첨가량을 0.5질량%이상으로 하면 석출 강화량이 커지기 때문에 동합금 재료의 강도를 550MPa이상으로 할 수 있고, 또한 2.0질량%이하이면 용체화 온도를 적절한 범위로 설정하는 것이 가능해진다. 또한, 이 화합물의 화학 양론비로부터의 최적인 첨가비는, Co/Si≒4.2이고, 이 값으로부터 크게 벗어나지 않도록(구체적으로는 3.5≤Co/Si≤4.8의 범위내로 되도록) Si의 첨가량을 정하였다.

또한, Co의 바람직한 첨가량은 재결정 처리를 행하는 온도에서 상이하다. 예를 들면, 재결정 처리를 행하는 온도가 800∼900℃이면 Co의 첨가량은 0.5∼1.2질량%의 범위가 바람직하고, 재결정 처리를 행하는 온도가 900∼980℃미만이면 Co의 첨가량은 1.0∼2.0질량%의 범위가 바람직하다. 이는, 다음에 규정하는 동합금의 결정입경으로부터 결정된다.

본 발명의 제2 실시 형태에 있어서, 모재의 동합금의 결정 입경을 3∼35㎛로 한 이유와 그 바람직한 결정 입경의 범위는, 본 발명의 제1 실시 형태에서의 그것들과 동일하다.

또한, 본 발명의 제2 실시 형태는 동합금 재료의 도전율을 50%IACS이상으로 하고 있다. 이 특성을 얻기 위해서는, Co 또는 Si의 첨가량을 상기의 범위내로 하고, Co₂Si의 금속간 화합물을 석출시킴으로써 얻어지는 특성이다. 또한, 이 합금계에서 도전률을 최대한으로 끌어내기 위해서는, 석출물을 석출시키는 시효 열처리 온도를 500∼600℃에서 1∼4시간 행함이 바람직하다. 도전율은, 더 바람직하게는 55%IACS이상, 더 바람직하게는 60%IACS이상이며, 높을수록 바람직하지만, 그 상한은 통상 75%IACS 정도이다. 또한, 본 발명의 제2 실시 형태에서는 동합금 재료의 인장강도를 550MPa이상으로 하고 있다. 이 인장강도는, 더 바람직하게는 600MPa이상, 더 바람직하게는 750MPa이상이며, 높을수록 바람직하지만, 그 상한은 통상 900MPa 정도이다.

또한, 상기 시효 열처리 온도로부터의 냉각속도를 제어함에 의해 고도전화하는 것이 가능하다. 그 바람직한 조건은, 동합금 재료의 온도가 시효 열처리 후 300℃로 될 때까지의 동안, 10∼80K/시간(K는 절대온도를 나타내는 「켈빈」이다. 이하 동일)의 속도로 냉각하는 것이다. 이 조건으로 냉각하면, 도전율이 향상된다. 또한, 그 후, 300℃로부터 실온까지의 냉각속도는 공냉(자연냉각)도 괜찮다.

본 발명의 제2 실시 형태의 동합금 재료에서는, 본 발명의 제1 실시 형태와 같은 이유에서, Co와 Si로 이루어지는 석출물의 입자경(평균 입자경)을 5∼50nm로 하고 있다. 또한, 석출물의 입자경이 크면 솔더 밀착성이 열화할 우려가 있지만, 입자경이 5∼50nm인 범위에서는 솔더 밀착성이 우수하다. 바람직하게는 석출물의 사이즈는 10∼35nm, 더 바람직하게는 15∼30nm이다.

이하, 바람직한 첨가 원소에 대해서 서술한다. 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서, Sn, Mg, Zn을 첨가하면 고용강화에 의해 특성을 향상시킬 수 있다. 그 때문에, 본 발명의 제2 실시 형태에서는, Sn, Mg, Zn 중 적어도 1종(각 원소, 임의의 2종류의 원소의 조합, 3종류 전부, 중 어느 것이라도 좋다)을 합계로 0.1∼1.0질량% 첨가하고 있다. 그 이유는, 이들 원소 중 적어도 1종의 합계 첨가량이 0.1질량%이상이면 그 효과가 현저하게 발휘되고, 1.0질량%이하이면 도전성 저하 등의 영향도 없다. 또한, 이들 원소 중 적어도 1종의 합계 첨가량은 바람직하게는 0.2∼0.4질량%이다. 또한, Sn, Mg은 내응력 완화 특성(내크리프특성)을 개선하는 효과가 있고, 쌍방을 첨가하면 개선의 효과가 높다. 또한, Mg는 열간 가공성을 개선하는 효과가 있고, Zn에는 솔더 밀착성의 경시(經時) 변화(열화 특성)를 억제시키는 현저한 효과가 있다.

본 발명의 제2 실시 형태의 동합금 재료에서의 불가피 불순물로서는, 제1 실시 형태의 동합금 재료와 마찬가지로, H, C, O, S 등을 들 수 있다.

본 발명의 제2 실시 형태에 있어서, Fe, Cr, Ni는, 본 발명의 제1 실시 형태에서와 마찬가지로, Co와 치환을 행하고 Si와 화합물을 형성하여, 강도 향상에 기여하는 원소이다. 이러한 바람직한 함유량도 본 발명의 제1 실시 형태와 같다.

또한, 본 발명의 제2 실시 형태의 동합금 재료에서는, 그 표면조도를, Ra가 0.2㎛이하이면서 Rt가 2㎛이하로 규정하고 있다. 이에 의해 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 동합금 재료는 솔더 젖음성이 우수하고, 그 결과, 솔더 밀착강도가 양호하게 된다. 상기 Ra, Rt는 작을수록 좋고, 바람직하게는 Ra가 0.15㎛이하이면서 Rt가 1.5이하, 더 바람직하게는 Ra가 0.1㎛이하이면서 Rt가 1.0이하이다. Ra 및 Rt는, 각각 JIS B 0601-2001에 의거하여 측정되는 것이다.

다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태의 동합금 재료를 제조하는 공정의 일례를 설명한다.

<용해 주조>

동합금의 원료로 되는 동, 코발트, 규소 등을 용해하여, 주형에 흘려 넣어 10∼30K/초의 냉각속도로 냉각하면서 주조하여, 동합금 주괴를 얻는다. 주괴의 사이즈는 예를 들면, 두께 30mm, 폭 100mm, 길이 150mm이다.

<열간압연·면삭·냉간압연>

그 후, 이 주괴를 온도 930∼1050℃(바람직하게는 950∼1050℃)에서 30분간∼60분간 유지하고, 그 후 열간압연에 의해서 가공 후, 신속하게 물냉각(급속 냉각)으로 담금질을 실시하고, 표면상의 산화피막 제거를 위해, 압연된 표면을 면삭 후, 냉간압연을 행한다.

<재결정 열처리>

이 후, 용체화, 재결정시키는 목적으로, 온도 800∼1025℃로 유지된 솔트배스(염욕로)내에서 일정시간 재결정 열처리를 행하고, 물냉각으로 담금질을 행한다. 재결정 열처리시, 승온속도는 샘플을 판두께가 상이한 스테인리스 판에 끼움으로써 조정하여 열처리를 행한다. 이때의 바람직한 승온속도는, 온도 300℃이상에서는 10∼300K/초이다. 또한, 바람직한 냉각속도는, 30∼200K/초이다.

<시효 열처리>

다음으로, 시효 석출시키는 목적으로, 시효 열처리를 실시한다. 그때의 실온으로부터 최고 온도에 도달할 때까지의 승온속도는 5∼50K/분의 범위내에 있고, 강온시에는, 석출에 영향을 줄 것으로 생각되는 온도대보다 충분히 낮은 온도인 300℃까지는 노내에서 1-10K/분의 범위내에서 냉각을 행한다.

<산 용해, 연삭>

본 발명의 제2 실시 형태의 동합금 재료의 제조방법에 있어서는, 최종의 냉간압연 전에 재료 표면을 산세(酸洗)하여 재료 표면에 존재하는 산화동 등을 산에 의해 용해 제거한 후, 이 산세 후의 재료 표면을 연삭한다. 산용해에 사용되는 산으로서는, 예를 들면, 염산, 질산, 인산, 불산 등의 혼합 희석액이 바람직하게 이용된다. 산세 후의 표면연삭법은 특별히 제한은 없고, 통상의 방법에 의해 행할 수 있다. 예를 들면, 기계적 수단 등에 의해서, 재료 양 표면을 0.2∼2mm 연삭함이 바람직하다.

<마무리 압연(필요에 따라서)>

상기 산용해와 그 후의 연삭처리가 종료한 동합금 재료에, 0∼40%의 가공률로 최종의 냉간압연을 더 실시하여 마무리 압연재를 얻는다. 또한, 마무리 압연은 실시해도, 안 해도 좋다. 가공률 0%란, 마무리 압연을 행하지 않음을 의미한다.

<응력 제거 소둔>

<공정의 반복에 대해>

재결정 열처리, 시효 열처리 및 냉간압연은, 모두, 상기 조건으로 2회 이상 반복해도 좋고, 행하는 순서를 바꿔도 좋다.

다음으로, 본 발명의 제3 실시 형태의 동합금 재료의 바람직한 실시 형태에 대해서, 상세하게 설명한다.

본 발명의 제3 실시 형태에서는, 필수의 첨가 원소로서 Co(코발트)를 0.7∼2.0질량% 함유하고, Si(규소)를, Co의 Si에 대한 질량비(Co/Si)가 3이상 5이하로 되는 범위로(바람직하게는 0.1∼0.5질량%의 범위로) 함유하는 동합금 재료이다. 이에 의해, 도전율이 60%IACS이상, 인장강도가 570MPa이상이 되고, 특히 높은 레벨로 고도전율이면서 고강도의 요구를 만족할 수 있다. 본 발명의 제3 실시 형태에서는 동합금 재료의 도전율을 50%IACS이상으로 하고 있다. 도전율은, 더 바람직하게는 55%IACS이상, 더 바람직하게는 60%IACS이상이고, 높을수록 바람직하지만, 그 상한은 통상 75%IACS 정도이다. 또한, 본 발명의 제3 실시 형태에서는 동합금 재료의 인장강도를 550MPa이상으로 하고 있다. 이 인장강도는, 더 바람직하게는 600MPa이상, 더 바람직하게는 750MPa이상이며, 높을수록 바람직하지만, 그 상한은 통상 900MPa 정도이다.

또한, 모재의 동합금의 결정입경의 산술 평균이 3∼20㎛, 표준 편차가 8㎛이하인 것이, 굽힘 가공성의 더한 향상을 위해서 유용하다. 또한, 표준 편차는 작으면 작을수록 좋고, 결정입경의 표준 편차는 결정입경의 산술 평균보다 작은 값인 것이 더 바람직하다. 모재의 동합금의 결정입경의 산술 평균 및 표준 편차가 상기 범위에 있음으로써, 굽힘 응력(부하된 스트레인)을 충분히 분산시킬 수 있다. 또한, 굽힘 가공성을 더 높이고자 할 경우에는, 모재의 동합금의 결정입경의 산술 평균으로부터 표준 편차를 뺀 값이 0㎛보다 클 것이 바람직하고, 표준 편차를 산술 평균으로 나눈 값이 0.65이하일 것이 더 바람직하고, 0.4이하일 것이 더 바람직하다. 또한, 표준 편차를 산술 평균으로 나눈 값의 하한은 0.2이상인 것이 현실적이고, 이 값보다 작아지면 특성은 향상되지만, 실제의 제조가 곤란하게 되는 경향이 있다. 여기서, 모재의 동합금의 결정입경의 산술 평균 및 표준 편차를 구할 때의 측정 모수(母數)는 100이상으로 설정함이 바람직하고, 산술 평균 및 표준 편차의 측정 모수는 동일한 값으로 함이 더 바람직하다.

굽힘 가공성에 관해서는, 인장강도가 570MPa이상 650MPa이하인 경우는, R/t의 값이 0.5이하, 인장강도가 650MPa를 넘어 700MPa이하인 경우는, R/t의 값이 1.0이하, 인장강도가 700MPa를 넘는 경우는, R/t의 값이 1.5이하인 것이 바람직하다. 여기서, R/t란, 일본 신동(伸銅)협회 기술 표준 「동 및 동합금 박판조(薄板條)의 굽힘 가공성 평가방법(JBMA T307)」에 준거한 굽힘 각도 90°의 W굽힘 시험을 행한 결과를 의미하며, 압연 수직방향으로 잘라낸 판재를 소정의 굽힘 반경(R)의 조건하에서 굽힘 시험을 행하여, 그 정점에 크랙(균열)이 생기지 않는 한계의 R을 구하여, 그때의 판두께(t)로 규격화한 값이다. 일반적으로 R/t가 작을수록, 굽힘 가공성이 양호한 것으로 되어 있다. 본 발명의 전기전자부품용 동합금 재료에서는, 인장강도와 굽힘 가공성(R/t)이, 상기의 관계를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 굽힘 가공성(R/t)의 하한은 0이다.

이하, Co 및 Si 이외의 첨가 원소에 대해 설명한다.

Fe, Cr, Ni는 Co와 치환을 행하고 Si와 화합물을 형성하여, 강도 향상에 기여하는 원소이다. Fe, Ni, Cr은, Co의 일부와 치환하고, (Co, χ)₂ Si화합물(χ는 Fe, Ni, Cr)을 형성하여, 강도를 향상시키는 기능이 있다. 이들 원소 중 적어도 1종(각 원소, 임의의 2종류의 원소의 조합, 3종류 전부, 중 어느 것이라도 좋다)을 합계로 0.01∼1.0질량%의 범위로 하고 있다. 0.01질량%이상이면 그 효과가 현저하게 발휘되고, 합계로 1.0질량%이하이면, 주조시에 정출(晶出)을 일으키거나, 강도에 기여하지 않는 금속간 화합물을 형성하거나 하는 경우도 없고, 도전성 저하 등의 영향도 없다. 또한, 이들 원소는 복합해서 첨가해도, 단독으로 첨가해도 거의 같은 효과를 나타내지만, Ni를 첨가하면 현저한 강도 향상 효과를 나타낸다. Fe, Ni, Cr의 첨가량은, 바람직하게는, 이들 원소 중 적어도 1종의 합계로 0.05∼0.9질량%이다.

또한, Zr이나 Ti에 대해서도, Fe, Ni, Cr와 거의 동일한 효과를 나타내지만, Zr이나 Ti은 산화되기 쉽고, 다량으로 첨가하면 제조중의 재료에 균열이 발생하는 경우가 있으므로, Zr 및 Ti의 첨가량에 대해서는, 이들 원소 중 적어도 1종을 합계로 0.01∼0.1질량%의 범위로 함이 바람직하다.

Sn, Zn, Mg, Mn은 동 모상으로 고용하여 강화되는 특징이 있다. 그 첨가량이, 이들 원소 중 적어도 1종의 합계로 0.01질량%이상이면 효과를 나타내고, 1.0질량%이하이면 도전성을 저해하는 경우도 없다. 바람직한 첨가량은, 이들 원소 중 적어도 1종의 0.05∼0.2질량%이다.

본 발명의 제3 실시 형태의 동합금 재료에서의 불가피 불순물로서는, 제1 또는 제2 실시 형태의 동합금 재료와 마찬가지로, H, C, O, S 등을 들 수 있다.

또한, Zn에는 솔더 밀착성을 향상시키는 효과, Mn은 열간 가공성을 개선하는 효과도 있다. 또한, Sn, Mg의 첨가는 내응력 완화 특성의 개선에 효과가 있다. 개개의 Sn, Mg첨가로도 그 효과는 볼 수 있지만, 동시에 첨가함에 의해, 상승적으로 그 효과를 발휘하는 원소이다. 그 첨가량이, 이들 원소 중 적어도 1종의 합계로 0.1질량%이상이면 효과를 나타내고, 1.0질량%이하이면 도전성을 저해하는 경우도 없이, 50%IACS이상의 도전성이 확보된다. 한편, Sn과 Mg의 첨가비에 대해서, Sn/Mg≥1인 경우에는, 내응력 완화 특성은 더 향상된다.

다음으로, 본 발명의 제3 실시 형태의 동합금 재료를 제조하는 공정의 일례를 설명한다.

<용해 주조>

동합금의 원료로 되는 동, 코발트, 규소 등을 용해하고, 주형에 흘려 넣어 10∼30K/초(K는 절대온도를 나타내는 「켈빈」이다. 이하 동일)의 냉각속도로 냉각하면서 주조하여, 동합금 주괴를 얻는다. 여기에서는 폭 160mm, 두께 30mm, 길이 180mm로 되도록 한다.

<열간압연·면삭·냉간압연>

그 후, 이 주괴를 온도 900∼1000℃에서 30분간∼60분간 유지하고, 그 후 열간압연에 의해서 두께 12mm로 될 때까지 가공 후, 신속하게 물냉각(급속 냉각)으로 담금질을 실시하여, 표면상의 산화피막 제거를 위해, 압연된 표면을, 한쪽을 1mm 전후 면삭하여 약 10mm로 한 후, 냉간압연으로 두께 약 0.1∼0.3mm로 되도록 가공한다.

<재결정 열처리>

이 후, 용체화, 재결정시키는 목적으로, 온도 800∼1025℃로 유지된 솔트배스(염욕로)내에서 일정시간(여기에서는 30초간) 재결정 열처리를 행하고, 물냉각으로 담금질을 행한다. 재결정 열처리시, 승온속도는 샘플을 판두께가 상이한 스테인리스 판에 끼움으로써 조정하여 열처리를 행한다. 이때의 바람직한 승온속도는, 온도 300℃이상에서는 10∼300K/초이다. 또한, 바람직한 냉각속도는, 30∼200K/초이다.

<시효 열처리>

다음으로, 시효 석출시키는 목적으로, 온도 525℃에서 120분간의 시효 열처리를 실시한다. 그때의 실온으로부터 최고 온도에 도달할 때까지의 승온속도는 3∼25K/분의 범위내에 있고, 강온시에는, 석출에 영향을 줄 것으로 생각되는 온도대보다 충분히 낮은 온도인 300℃까지는 노내에서 1∼2K/분의 범위내에서 냉각을 행한다.

<마무리 압연(필요에 따라서)>

시효 열처리가 종료한 동합금 재료에, 0%∼40%(상한은 바라직하게는 20%)의 가공률로 최종의 냉간압연을 더 실시하여 마무리 압연재를 얻는다. 또한, 마무리 압연은 실시해도, 안 해도 좋다. 가공률 0%란, 마무리 압연을 행하지 않는 것을 의미한다.

<응력 제거 소둔>

시효 열처리 종료 후(마무리 압연한 것은 마무리 압연 종료 후)에, 필요에 따라서 응력 제거 소둔을 행한다.

<공정의 반복에 대해>

재결정 열처리와 시효 열처리는, 상기 조건으로 2회이상 반복해도 좋다.

기본적으로는, 재결정 열처리와 시효 열처리에 의해, 결정입자의 입경이나 그 분포(표준 편차)가 결정된다. 결정립의 입경이나 그 분포를 변화시키기 위해서는, 재결정 열처리나 시효 열처리에서의, 승온속도, 열처리시의 유지온도, 냉각속도를 제어함이 효과적이다.

또한, 승온속도, 열처리시의 유지온도, 냉각속도는, 본 발명의 제3 실시 형태의 동합금 재료에서 필수의 첨가 원소인 Co, Si의 첨가량에도 관계되기 때문에, Co, Si의 첨가량을 조정함에 의해서도 결정립의 입경이나 그 분포를 변화시킬 수 있다. 또한, Cu, Co, Si 이외의 원소를 첨가함에 의해서, 결정립 이외의 석출물을 동합금내에 분산시켜, 그 작용에 의해 결정립의 입경이나 그 분포를 변화시킬 수도 있다.

본 발명의 제3 실시 형태의 동합금 재료는, 고도전율, 고강도, 나아가 양호한 굽힘 가공성을 모두 만족하기 위해, 결정입경의 산술 평균이 3㎛이상 20㎛이하, 표준편차를 8㎛이하로 함이 요구된다. 또한, 표준편차는 작으면 작을수록 좋고, 결정 입경의 표준 편차는 결정입경의 산술 평균보다 작은 값인 것이 더 바람직하다. 모재의 동합금의 결정입경의 산술 평균 및 표준 편차가 상기 범위에 있음으로써, 굽힘 응력(부하된 스트레인)을 충분히 분산시킬 수 있다.

따라서, 상술의 첨가원소나 제조조건(특히 재결정 열처리와 시효 열처리의 조건)은, 결정입경의 산술 평균 및 표준 편차의 조건을 만족하도록 적절히 조정된다. 특히, 결정입경의 산술 평균이 3㎛미만인 경우에서는, 미재결정 영역이 잔존하여, 굽힘 특성의 열화에 직결되기 때문에, 결정 입경의 표준 편차는 결정 입경의 산술 평균보다 작은 값인 것이 바람직하고, 3㎛이상으로 되도록 함이 더 바람직하다.

또한, 굽힘 가공성을 더 높이고자 할 경우에는, 모재의 동합금의 결정입경의 산술 평균으로부터 표준 편차를 뺀 값이 0㎛보다 클 것이 바람직하고, 또한, 표준 편차를 산술 평균으로 나눈 값이 0.65이하일 것이 더 바람직하고, 0.4이하일 것이 더 바람직하다. 또한, 표준 편차를 산술 평균으로 나눈 값의 하한은 0.2이상인 것이, 실제의 제조상 현실적이다.

여기서, 재결정 열처리에서의 승온속도에 대해 설명한다.

승온속도가 너무 늦으면 가열 처리가 과하게 되어버려, 석출물이나 정출물의 조대화(粗大化)가 일어나고, 강도 저하가 일어나버릴 우려가 있다. 또한, 과열에 의한 결정립 조대화가 일어날 우려가 있다. 한편, 승온속도가 너무 빠르면, 결정립 조대화를 막는 석출물 생성량 수가 적게 되어, 결정립의 조대화가 일어나버릴 우려가 있다. 이 때문에, 바람직한 승온속도는 상기와 같이 된다.

또한, 재결정 열처리 온도에 관해서는, Co의 첨가량에 의해 조정하는 것도 효과적이다. Co의 첨가량이 1질량%미만인 경우는, 재결정 열처리시의 유지온도를 850℃이상 900℃미만으로 하고, Co의 첨가량이 1질량%이상인 경우는, 재결정 열처리시의 유지 온도를 900℃이상 1000℃미만으로 하는 것이 바람직하다. 재결정 열처리시의 유지 온도가 이 범위보다 낮은 경우는 강도 부족으로 될 우려가 높아지고, 재결정 열처리시의 유지 온도가 이 범위보다 높은 경우는 결정립 조대화에 의한 굽힘성의 열화가 일어날 수 있을 뿐만 아니라, 동합금 재료의 변형도 일어날 수 있기 때문이다.

한편, 본 발명의 다른 바람직한 실시 형태로서, 이하의 것을 들 수 있다.

(B1) Co를 0.5∼2.0질량%, Si를 0.1∼0.5질량% 포함하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 전기전자부품용 동합금 재료로서, 모재의 동합금의 결정 입경이 3∼35㎛, Co와 Si로 이루어지는 석출물의 입자경이 5∼50nm이고, 또한 동합금 재료로서 표면조도가 Ra로서 0.2㎛이하이면서 Rt로서 2㎛이하이며, 인장강도가 550MPa이상, 도전율이 50%IACS이상인 전기전자부품용 동합금 재료.

(B2) 전기전자부품용 동합금 재료를 제조하는 방법으로서, Co를 0.5∼2.0질량%, Si를 0.1∼0.5질량% 포함하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 동합금 재료에, 최종의 냉간압연 전에 상기 재료 표면을 산 용해 후, 연삭하는 공정을 포함해서 이루어지고, 모재의 동합금의 결정입경이 3∼35㎛, Co와 Si로 이루어지는 석출물의 입자경이 5∼50nm이며, 또한 동합금 재료로서 표면조도가 Ra로서 0.2㎛이하이면서 Rt로서 2㎛이하이며, 인장강도가 550MPa이상, 도전율이 50%IACS이상인 동합금 재료를 얻는 것을 특징으로 하는 전기전자부품용 동합금 재료의 제조방법.

(C3) Co를 0.7∼2.5 질량%(상한은 바람직하게는 2.0질량%)이고, Co의 Si에 대한 질량비(Co/Si)가 3이상 5이하인 동합금 재료로서,

모재의 동합금의 결정입경의 산술 평균이 3∼20㎛, 표준 편차가 8㎛이하로서, 상기 표준 편차가 상기 산술 평균보다 작은 것을 특징으로 하는 동합금 재료.

상기 (B1) 및 (B2)의 실시 형태에 대해서는, 예를 들면, 그 합금 조성, 첨가 원소, 결정립과 석출물의 상태, 표면조도, 그 제조방법(각 제조공정, 제조조건 등)에 대해서, 또한 그들의 구체 예나 바람직한 범위 등, 상기 본 발명의 제2 실시 형태와 상이한 구성요소에 관한 것을 제외하고 전부 동일하다. 또한, 상기 (B1) 및 (B2)의 실시 형태는, 상기 본 발명의 제2 실시 형태와 동일한 효과를 나타내는 것이다.

상기 (C3)의 실시 형태에 대해서는, 예를 들면, 그 합금 조성, 첨가 원소, 결정립과 석출물의 상태, 그 제조방법(각 제조공정, 제조조건 등)에 대해서, 나아가 그들의 구체 예나 바람직한 범위 등, 상기 본 발명의 제3 실시 형태와 상이한 구성요소에 관한 것을 제외하고 전부 동일하다. 또한, 상기 (C3)의 실시 형태는, 상기 본 발명의 제3 실시 형태와 동일한 효과를 나타내는 것이다.

실시예

다음으로, 본 발명을 실시예에 의거하여 더 상세하게 설명하지만, 본 발명은 그것으로 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

표 1, 2에 나타낸 성분을 함유하고, 잔부가 Cu와 불가피 불순물로 이루어지는 합금(1a∼36a, 1b∼24b)을 고주파 용해로에 의해 용해하고, 이를 10∼30K/초의 냉각속도로 주조하여, 두께 30mm, 폭 100mm, 길이 150mm의 주괴를 얻었다.

얻어진 주괴를 온도 930∼970℃에서 0.5∼1.0시간 유지한 후, 열간압연을 행하여 판두께 t=12mm의 열간압연판을 제작하고, 그 양면을 각 1mm 면삭하여 판두께 t=10mm로 하며, 이어서 냉간압연에 의해 판두께 t=0.3mm로 마무리하고, 700℃이상 1025℃이하의 온도에서 재결정 열처리를 행하였다. 이 준비한 재료를 다음의 2공정 중 어느 하나의 처리를 실시하여 최종 제품을 작성하였다.

공정 A : 재결정 열처리-시효 열처리(온도 500∼600℃에서 1∼4시간) - 냉간가공(5∼25%)

※ 이 후, 필요에 따라서, 온도 300∼400℃에서 1∼2시간의 응력 제거 소둔을 실시하였다.

공정 B : 재결정 열처리 - 냉간압연(가공률: 5∼25%) - 시효 열처리(온도 450∼550℃에서 1∼4시간)

또한, 이하의 표에는, 상기 공정 A와 B에서 서술한 가공률을 나타내었다.

이 공시재(供試材)에 대해 하기의 특성 조사를 행하였다.

a. 인장강도:

공시재의 압연 평행방향으로부터 절취한 JIS Z2201-13B호의 시험편을 JIS Z2241에 준해서 3개 측정하여 그 평균치를 나타냈다.

b. 도전율 측정:

사단자법(四端子法)을 이용하여, 20℃(±1℃)로 관리된 항온조 속에서, 각 시험편 중 2개에 대해 도전율을 측정하여, 그 평균치(%IACS)를 표 1∼표 2에 나타냈다. 이때 단자간 거리는 100mm로 하였다.

c. 굽힘 가공성:

공시재로부터 압연 방향으로 수직으로 폭 10mm, 길이 35mm로 시험편을 절취하고, 여기에 굽힘 축이 압연방향으로 평행하게 굽힘 반경 R=0∼0.5(mm)의 6수준으로 90°W 구부려(Bad-way 굽힘), 굽힘부에서의 균열의 유무를 50배의 광학 현미경으로 목시(目視) 관찰 및 주사형 전자현미경(SEM)에 의해 그 굽힘 가공 부위를 관찰하여 균열의 유무를 조사하였다. 표 1 중의 R/t의 R은 굽힘 반경이고 t는 판두께를 나타내며, 이 값이 작을수록 양호한 굽힘 가공성을 나타낸다. 여기에서는, R/t의 값이 2.5이하인 것을, 양호한 굽힘 가공성을 갖는 동합금 재료인 것으로 한다. 바람직하게는 R/t의 값이 2이하인 것으로 한다.

d. 결정입경:

공시재(시험편)의 압연 방향에 수직인 단면을 습식연마, 버프연마에 의해 경면(鏡面)으로 마무리한 후, 크롬산:물=1:1의 액체로 수초간 연마면을 부식시킨 후, 광학 현미경으로 200∼400배의 배율 또는, 주사형 전자현미경(SEM)의 2차 전자상(電子像)을 이용하여 500∼2000배의 배율로 사진을 찍어, 이 단면의 결정입경을 JIS H0501(신동품(伸銅品) 결정입도 측정방법)의 절단법에 준하여 측정하였다. 또한, 사진의 배율에 대해서는, 관측되는 결정립의 크기에 의해 변화시켰다. 또한, 표 중의 「혼립」이란, 재결정과 미재결정(압연가공 잔류)의 양쪽이 혼재한 조직으로, 혼립인 경우에는 입경은 측정하지 않았다. 미재결정이 존재하면 굽힘 가공성이 열화하는 것으로 알려져 있다. 그 때문에, 혼립은 바람직하지 않은 조직이다.

e. 시효 열처리 후의 냉각속도

시효 열처리시의 온도로부터 300℃까지 냉각되는 동안의 냉각속도는, 열처리로에서 온도 관리함으로써 조정하였다. 또한, 급속히 냉각하는 경우는, 열처리로의 가열대로부터 시료를 취출하여, 강제 공냉이나 물담금질로 대응하였다.

f. 석출물의 사이즈와 밀도

석출물의 사이즈는 투과 전자현미경(TEM)을 이용하여 평가를 행하였다. 최종 제품에서는 가공 경화의 영향을 받아 관찰하기 어려워지기 때문에 시효 열처리 후의 재료의 조직 관찰을 실시하였다. 열처리재의 임의의 장소로부터 TEM용 시험편을 절취하고, 질산(20%)의 메탄올 용액을 이용하여, 온도 -20∼-25℃의 범위에서 전해 연마(트윈제트식 전해 연마장치에 의함)를 행하여 관찰용의 시험편을 완성시켰다.

그 후, 가속 전압: 300kV로 관찰을 행하여, 전자선의 입사 방위를(001) 근방에 맞추고, 100000배의 사진을 임의로 3매 촬영하였다. 그 사진을 이용하여 석출물 (약 100개)의 평균 사이즈와 개수를 구하였다.

g. 내응력 완화 특성(응력 완화율)

응력 완화율(SRR)은 일본 신동협회 기술표준 「JCBA T309: 2001(임시)」에 준거한 외팔보법으로서, 각 공시재에 JIS Z2241에 준하여 0.2% 내력(耐力)의 80%의 응력을 온도 1500℃에서 1000시간 부하하여, 초기의 굴곡 변위에 대한 시간 경과 후의 영구 굴곡 변위를 3개의 공시재에 대해 측정하고, 각 공시재의 초기의 굴곡 변위에 대한 시간 경과 후의 영구 굴곡 변위의 비율(%)의 평균치로서 구하였다.

표 1, 표 2에 예를 각각 나타낸다. 표 2에 있어서, 기울임체 문자는 본 발명의 제1 실시 형태에서 규정하는 범위외의 수치 등을 나타낸다. 표 2의 예 21∼24는 냉각속도에 관한 참고예로서, 시효 열처리 종료 후 즉시 강제 공냉한 것이다. 표 1의 예는, 강도, 도전성, 솔더 젖음성, 솔더 밀착강도, 굽힘 가공성의 모두를 밸런스 좋게 만족시키고 있다. 이에 대해, 표 2에 나타나는 예에서는, 강도, 도전성, 솔더 젖음성, 솔더 밀착강도, 굽힘 가공성 중 적어도 하나의 특성이 실용적이지 않은 것으로 되었다. 또한, 표 2의 제조방법의 예 21∼24에 대해서는, 표 1의 예에서 Co의 첨가량이나 인장강도가 거의 동일한 예와 비교하여, 도전율이 낮아지는 경향을 보였다.

(실시예 2)

표 3, 4에 나타낸 성분을 함유하고, 잔부가 Cu와 불가피 불순물로 이루어지는 동합금 소재를 고주파 용해로에 의해 용해한 후, 10∼30K/초의 냉각속도로 냉각하여 두께 30mm, 폭 100mm, 길이 150mm의 주괴를 얻었다.

한편, Si를 첨가하는 Cu에 있어서, 원료중이나 재료중의 Ｏ(산소)를 규정하는 공지 문헌이 많이 있지만, Cu보다 산화성의 높은 원소를 첨가하는 경우는, O가 있으면 Cu보다 먼저 산화되기 때문에 첨가 원소인 Si의 수율이 안정되지 않는다. 따라서, 원료나 재료 중의 Ｏ농도를 규정하는 것은 Cu보다 산화성이 강한 원소를 첨가하는 경우에는 당업자로서 주지의 기술이다. 마찬가지로, Ｏ와 함께 Ｈ(수소)를 규정하는 공지 문헌도 많이 있지만, Ｈ와 Ｏ는 원료의 표층에 수분으로서 부착되어 있는 경우가 많고, Ｏ를 제거하는 전처리를 행하면 Ｈ도 제거할 수 있고, 또한, Ｈ농도가 높으면 주괴 제조시에 내부에 가스 기포가 많이 발생하여 양호한 판재를 얻을 수 없다. 따라서, Ｈ농도를 저감시키는 것은 동합금 제조에서의 당업자로서는 주지의 기술의 하나이다.

얻어진 주괴를 930∼1050℃의 온도에서 0.5∼1.0시간 유지 후, 열간압연을 행하여 판두께 t=12mm의 열연판을 제작하고, 그 양면을 각 1mm 면삭하여 판두께 t=10mm로 하며, 이어서 냉간압연에 의해 판두께 t=0.3mm로 마무리하고, 700∼1025℃의 온도로 재결정 열처리를 행하였다. 이 재결정 열처리 후의 재료에 다음의 공정을 실시하여 최종 제품이 되는 공시재를 작성하였다.

공정 : 재결정 열처리 - 시효 열처리(500∼600℃의 온도에서 1∼4시간)

- 표면산세·연삭 - 냉간가공(가공률: 5∼25%)

※ 이후, 필요에 따라서, 300∼400℃의 온도에서 1∼2시간의 응력 제거 소둔을 실시하였다.

또한, 이하의 표에는, 상기 공정에서 서술한 가공률을 나타내었다.

또한, 재결정 열처리와 시효 열처리 사이에, 가공률 5∼25%의 냉간압연을 추가한 공정도 행하였다.

한편, 표면 산세 공정은 통상의 방법에 의해 행하였다.

이 공시재에 대해서 하기의 특성 조사를 행하였다.

a. 인장강도, b. 도전율 측정, c. 굽힘 가공성, d. 결정입경은 실시예 1과 동일하게 측정하였다.

또한, 이 실시예 2에서의 굽힘 가공성으로서는, R/t의 값이 2.5이하인 것을, 양호한 굽힘 가공성을 갖는 동합금 재료로 한다. 바람직하게는 R/t의 값이 2이하인 것으로 한다.

e2. 석출물의 입자경

석출물의 입자경은 투과 전자현미경(TEM)을 이용하여 평가를 행하였다. 최종 제품에서는 가공 경화의 영향을 받기 때문에 시효 열처리 후의 재료의 조직 관찰을 실시하였다. 열처리재의 임의의 장소로부터 TEM용 시험편을 절취하고, 질산(20%)의 메탄올 용액을 이용하여, 온도 -20∼-25℃의 범위에서 전해연마(트윈제트식 전해연마장치에 의한다)를 행하여 관찰용의 시험편을 완성시켰다.

그 후, 가속 전압: 300kV로 관찰을 행하여, 전자선의 입사 방위를 (001) 근방에 맞추고, 배율이 100000배인 사진을 임의로 3매 촬영하였다. 그 사진을 이용하여 석출물(약 100개)의 평균 입자경을 구하였다.

f2. 솔더 젖음 시험(메니스코그래프)

JIS C 600068-2-54에 준거

시험 사이즈는, 10×25mm이고 폭 10mm측을 준비한 무연(無鉛) 솔더(Sn-3.0Ag -0.5Cu)의 솔더 배스에 담갔다. 이때의 조건은, 플럭스로서, 로진계의 R100∼40을 사용하고, 담그는 속도는 10mm/초이며, 시험편의 10mm까지 담그는 시험을 실시하였다. 또한, 솔더 배스의 온도는 245℃(±2℃)로 제어하였다. 시험은 샘플수 n=5로 실시하여, 젖음 시간과 젖음 하중을 측정하고, 젖음 시간을 평가 기준으로 하였다. 이번은, 젖음 시간이 2초이하인 것을 「양호(○)」, 3초이하인 것을 「가능(△)」, 3초를 넘는 것을 「불량(×)」으로 하고, n=5의 평균 시간으로 평가하였다.

g2. 솔더 밀착강도의 평가

솔더 밀착강도의 평가는 이하의 방법으로 행하였다. 솔더 종류는 무연 솔더 (Sn-3.0Ag-0.5Cu)를 이용하고, 재료는 미리 전해 탈지(脫脂)와 10% 황산용액으로 약 1분간의 세정을 행하여 충분히 건조시켰다. 그 후, 이 재료를 25mm×25mm로 절단하고, 전용의 지그를 이용하여 공시재로 되는 동합금 재료의 한쪽면 표면에 φ6mm의 상기의 솔더를 붙여 φ1mm의 EF선(동선의 주위에 순동을 피복한 선: 동 피복 강선)을 고정하였다. 이 상태를 도 1에 나타낸다. 도 1에 있어서, 1은 EF선, 2는 솔더, 3은 공시재이다.

다음으로, 그 EF선을 붙잡고, 인장시험을 행하여 솔더가 재료로부터 박리되는 강도를 측정하였다. 그때의 인장시험의 속도는, 10mm/분으로 샘플수 n=5의 시험을 행하여 평균치를 구하였다.

한편, 경시 변화는, 가속 시험의 의미로 150℃의 대기 고온조 속에 상기의 EF선을 고정한 재료를 500시간 방치하고, 그 후, 실온까지 자연 냉각하여 상기와 동일하게 인장시험을 5회 행하여, 그 평균치를 구하였다. 그때, 박리강도의 경시 변화를, 이하의 식(1)로 구하였다.

식(1)

경시 변화율 = (500시간 후의 박리강도/초기의 박리강도)×100(%)

상기의 식(1)으로, 경시변화율≥50%를 「우수(◎)」, ≥30%를 「양호(○)」, ≥10%를 「가능(△)」, <10%를 「불량(×)」으로 하여, 평가하였다.

표 3, 표 4에 예를 각각 나타낸다. 표 3에 있어서, 기울임체 문자는 본 발명의 제2 실시 형태에서 규정하는 범위 외의 수치 등을 나타낸다. 표 1에 기재된 예는, 강도, 도전성, 솔더 젖음성, 솔더 밀착강도, 굽힘 가공성의 모두를 밸런스 좋게 만족시키고, 특히 고도전성 및 고강도가 요구되는 전기전자부품용의 동합금 재료로서 적합하다는 것을 알 수 있다. 이에 대해, 표 2에 기재된 예에서는, 강도, 도전성, 솔더 젖음성, 솔더 밀착강도, 굽힘 가공성 중 적어도 1항목이 전기전자부품용의 동합금 재료로서 적합하지 않는 특성을 가짐을 알 수 있다.

(실시예 3)

표 5에 나타낸 성분을 함유하고, 잔부가 Cu와 불가피 불순물로 이루어지는 합금을 고주파 용해로에 의해 용해하고, 이를 10∼30K/초의 냉각속도로 주조하여 폭 160mm, 두께 30mm, 길이 180mm의 주괴를 얻었다. 또한, 냉각온도는 주괴에 균열 등이 발생하지 않는 조건하에서 행하였다.

얻어진 주괴를 온도 1000℃에서 30분간 유지하고, 열간압연을 행하여 판두께 t=12mm의 열연판을 제작하고, 그 양면을 각 1mm 면삭하여 판두께 t=10mm로 하며, 이어서 냉간압연에 의해 판두께 t=0.3mm로 마무리하고, 그 후 800∼1025℃의 범위의 온도에서 재결정 열처리를 행하였다. 재결정 열처리의 온도는 Co의 첨가량 등에 따라서, 표 5∼표 6에 기재된 바와 같이 변화시켰다. 그리고, 재결정 열처리 후의 재료에 대해서 다음의 2공정을 실시하여, 최종 제품에 상당하는 공시재를 작성하였다.

공정 A : 재결정 열처리 - 시효 열처리(온도 525℃에서 2시간) - 냉간 가공 (0∼20%)

※ 이 후, 필요에 따라서, 온도 300∼400℃의 범위에서 1~2시간의 응력 제거 소둔을 실시하였다.

공정 B : 재결정 열처리 - 냉간압연(0∼20%) - 시효 열처리(온도 525℃에서 2시간)

이 공시재에 대해 하기의 특성 조사를 행하였다. 동합금 재료의 합금으로서의 특성 평가 결과를 표 5에, 동합금 재료의 강도 및 굽힘 특성의 평가 결과를 표 6에 나타낸다. 또한, 표 6에는, 표 5의 예의 일부에 대해서, 합금 조성(No.101, 102) 및/또는 제조방법(No.203∼208)이 본 발명의 제3 실시 형태에서 규정하는 범위 외의 것이었던 경우의 평가 결과를, 표 5에 나타낸 예의 일부의 굽힘 가공성을 포함한 평가와 더불어 나타내었다.

a. 인장강도, b. 도전율 측정, c. 굽힘 가공성은, 실시예 1과 동일하게 측정하였다.

d3. 결정입경(산술 평균)

시험편의 압연방향에 수직인 단면을 습식연마, 버프연마에 의해 경면으로 마무리한 후, 크롬산:물=1:1의 액으로 수초간 연마면을 부식시킨 후, 광학 현미경으로 200∼400배의 배율이나, 주사형 전자현미경(SEM)의 2차 전자상을 이용하여 500∼2000배의 배율로 사진을 찍고, 단면 입경을 JIS H0501의 절단법에 준하여 결정입경을 측정하였다. 그리고, 그 측정 모수(母數)를 200으로 하여 산술 평균을 구하고, 이 값을 결정입경의 산술 평균의 값으로 하였다. 또한, 표 중에서는 「평균결정 입경」으로 표기하고 있다.

e3. 결정입경의 편차 :

상기 결정입경 측정과 동일한 방법으로 입경을 1개씩 측정하고, 그 측정 모수를 200으로 하여 결정입경의 표준 편차를 구하였다.

표 5, 표 6에 기재된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 예에서는, 강도, 도전성, 굽힘 가공성의 모두를 밸런스 좋게 만족시키고 있다. 구체적으로는, 도전율이 60%IACS이상이고, 또한 인장강도가 570MPa이상 650MPa이하이며 R/t의 값이 0.5이하, 인장강도가 650MPa를 넘어 700MPa이하에서 R/t의 값이 1.0이하, 인장강도가 700MPa를 넘는 경우에 R/t의 값이 1.5이하로 되었다. 이에 대해, 본 발명의 제3 실시 형태를 따르지 않았던 예에서는 상기의 값을 만족하지 않는 결과로 되었다.

본 발명을 그 실시 형태와 함께 설명했지만, 특별히 지정하지 않는 한, 본 발명을 설명의 어느 세부에 있어서도 한정하려고 하는 것은 아니며, 첨부의 청구범위에 나타낸 발명의 정신과 범위에 반하지 않고 폭넓게 해석되어야 한다.

본 출원은, 2008년 7월 31일에 일본에서 특허출원된 일본특허출원 특원2008-197672호, 2008년 7월 31일에 일본에서 특허출원된 일본특허출원 특원2008-197677호, 및 2008년 8월 5일에 일본에서 특허출원된 일본특허출원 특원2008-202468호를 기초로 우선권을 주장하는 것이고, 이들은 모두 여기에 참조되어 그 내용을 본 명세서의 기재된 일부로서 취한다.

1 : EF선(동 피복 강선)
2 : 솔더
3 : 공시재(동합금 재료)

Claims

Co(코발트)를 0.5∼2.0질량%, Si(규소)를 0.1∼0.5질량% 각각 포함하고, 잔부 Cu(동) 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 전기전자부품용 동합금 재료로서, 모재의 동합금의 결정입경이 3∼35㎛이고, Co와 Si로 이루어지는 석출물의 입자경이 5∼50nm이며, 상기 석출물의 밀도가 1×10⁸∼1×10¹⁰개/㎟이면서, 동합금 재료로서의 인장강도가 550MPa이상, 도전율이 50%IACS이상인 전기전자부품용 동합금 재료.
제1항에 있어서,
Sn(주석), Mg(마그네슘) 중 적어도 1종을 합계로 0.1∼0.5질량% 포함하는 전기전자부품용 동합금 재료.
제1항 또는 제2항에 있어서,
Zn (아연), Mn(망간) 중 적어도 1종을 합계로 0.1∼0.5질량% 포함하는 전기전자부품용 동합금 재료.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
Fe(철), Cr(크롬), Ni(니켈)의 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 합계로 0.1∼1.0질량% 포함하는 전기전자부품용 동합금 재료.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
온도 150℃의 대기 분위기 중에서 1000시간 경과후의 응력 완화율이 40%미만인 전기전자부품용 동합금 재료.
전기전자부품용 동합금 재료를 제조하는 방법으로서, Co를 0.5∼2.0질량%, Si를 0.1∼0.5질량% 각각 포함하고, 잔부 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 동합금 재료에, 500∼600℃에서 1∼4시간의 시효 열처리를 행하는 공정 a와, 상기 공정 a 후에, 상기 시효 열처리시의 온도로부터 이 동합금 재료의 온도가 300℃로 될 때까지의 냉각속도를 20∼100K/시간(K는 절대온도)의 범위로 하는 공정 b를 포함해서 이루어지고, 모재의 동합금의 결정입경이 3∼35㎛이고, Co와 Si로 이루어지는 석출물의 입경이 5∼50nm이며, 상기 석출물의 밀도가 1×10⁸∼1×10¹⁰개/㎟이면서, 동합금 재료로서의 인장강도가 550MPa이상, 도전율이 50%IACS이상인 동합금 재료를 얻는 것을 특징으로 하는 전기전자부품용 동합금 재료의 제조방법.
제1항에 있어서,
동합금 재료로서 표면조도가 Ra로서 0.2㎛이하이면서 Rt로서 2㎛이하인 전기전자부품용 동합금 재료.
제7항에 있어서,
Zn, Sn, Mg의 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 합계로 0.1∼1.0질량% 포함하는 전기전자부품용 동합금 재료.
제7항 또는 제8항에 있어서,
Fe, Cr, Ni의 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 합계로 0.1∼1.0질량% 포함하는 전기전자부품용 동합금 재료.
전기전자부품용 동합금 재료를 제조하는 방법으로서, Co를 0.5∼2.0질량%, Si를 0.1∼0.5질량% 포함하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 동합금 재료에, 시효 열처리 후에 이 재료 표면을 산 용해 후, 연삭하는 공정을 포함해서 이루어지고, 모재의 동합금의 결정입경이 3∼35㎛, Co와 Si로 이루어지는 석출물의 입자경이 5∼50nm이고, 상기 석출물의 밀도가 1×10⁸∼1×10¹⁰개/㎟이면서, 동합금 재료로서 표면조도가 Ra로서 0.2㎛이하이면서 Rt로서 2㎛이하이며, 인장강도가 550MPa이상, 도전율이 50%IACS이상인 동합금 재료를 얻는 것을 특징으로 하는 전기전자부품용 동합금 재료의 제조방법.
제1항에 있어서,
Co함유량이 0.7∼2.0질량%이고, Co의 Si에 대한 질량비(Co/Si)가 3이상 5이하이면서, 모재의 동합금의 결정입경의 산술 평균이 3∼20㎛, 표준 편차가 8㎛이하로서, 상기 표준 편차가 상기 산술 평균보다 작은 전기전자부품용 동합금 재료.
제11항에 있어서,
Cr, Ni, Fe의 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 합계로 0.01∼1.0질량% 더 함유하고, 잔부가 동 및 불가피 불순물인 전기전자부품용 동합금 재료.
제11항 또는 제12항에 있어서,
Sn, Mg, Zn, Mn의 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 합계로 0.01∼1.0질량%더 함유하고, 잔부가 동 및 불가피 불순물인 전기전자부품용 동합금 재료.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
Zr, Ti의 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 합계로 0.01∼1.0질량% 더 함유하고, 잔부가 동 및 불가피 불순물인 전기전자부품용 동합금 재료.