KR20180095726A - Led의 리드 프레임용 구리 합금 판조 - Google Patents

Led의 리드 프레임용 구리 합금 판조 Download PDF

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야스시 마사고
아키라 후고노
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

Fe, P, Zn 및 Sn을 특정량 포함하고, 잔부가 실질적으로 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지는 Cu-Fe계 구리 합금 판조이며, 압연 수직 방향의 표면 거칠기가, 산술 평균 거칠기 Ra: 0.06μm 미만, 십점 평균 거칠기 RzJIS: 0.5μm 미만이고, 표면에 존재하는, 길이가 5μm 이상이고 깊이가 0.25μm 이상인 홈 형상 오목부가, 200μm×200μm의 면적당 2개 이하이며, 표면의 미세 결정립으로 이루어지는 가공 변질층의 두께가 0.5μm 이하이다.

Description

LED의 리드 프레임용 구리 합금 판조{COPPER ALLOY PLATE STRIP FOR USE IN LED LEAD FRAME}
본 발명은, 예를 들면 LED의 리드 프레임으로서 이용되는 구리 합금 판조(판 및 조) 및 Ag 도금 부착 구리 합금 판조에 관한 것이다.
최근, 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)를 광원으로 하는 발광 장치가, 에너지 절약적이고 또한 장수명이라는 점에서, 광범위한 분야에 보급되고 있다. LED 소자는 열전도성 및 도전성이 우수한 구리 합금 리드 프레임에 고정되어, 패키지에 내장되고 있다. LED 소자로부터 발광되는 광을 효율 좋게 취출하기 위해, 구리 합금 리드 프레임의 표면에 반사막으로서 Ag 도금 피막이 형성되고 있다. LED 패키지는, 조명 및 퍼스널 컴퓨터나 휴대 전화 등의 백 라이트로서 이용되기 때문에, 조명이나 화면이 보다 밝아질 것이 필요하여, LED 패키지의 고휘도화의 요구는 더욱 더 높아지고 있다.
LED 패키지를 고휘도화하기 위해서는, LED 소자 자체를 고휘도화하는 방법과 Ag 도금을 고품질화(고반사율화)하는 방법이 있다. 그러나, LED 소자의 고휘도화는 한계에 가깝고, 약간 고휘도화하는 것만으로 소자 비용이 대폭으로 상승한다. 그 때문에, 최근, Ag 도금의 고반사율화에 대한 요구가 강해지고 있다. Ag 도금이 실시되는 리드 프레임용 구리 합금으로서, 종래부터, 산술 평균 거칠기 Ra가 0.08μm 정도인 연마 마무리품이나, 산술 평균 거칠기 Ra가 0.06μm 정도인 압연 마무리품이 이용되고 있다. 그러나, Ag 도금 후의 반사율은 기껏해야 91% 정도여서, 더욱 고반사율이 요구되고 있다.
한편, 주로 조명용으로서 이용되는 고휘도 LED는 발열량이 의외로 커서, 이 열이 LED 소자 자체나 주위의 수지를 열화시켜, LED의 특장점인 장수명을 손상시킬지도 모른다는 점에서, LED 소자의 방열 대책이 중요시되고 있다. LED의 리드 프레임용 구리 합금으로서, 강도: 450MPa, 도전율: 70% IACS 정도의 C194가 많이 이용되고 있다(특허문헌 1, 2 참조). 그러나, 이 방열 대책의 하나로서, C194보다 더 높은 도전율(열전도율)의 리드 프레임용 구리 합금이 요구되고 있다.
일본 특허공개 2011-252215호 공보 일본 특허공개 2012-89638호 공보 (단락 0058)
본 발명은, LED 패키지의 방열 대책의 일환으로서 C194보다 높은 도전율을 갖는 Cu-Fe-P계 구리 합금을 리드 프레임의 소재로서 이용하고, 표면에 형성한 Ag 도금 반사막의 반사율을 향상시켜, LED 패키지의 고휘도화를 도모하는 것을 목적으로 한다.
Ag 도금 반사막의 반사율을 향상시키기 위해서는, 리드 프레임 소재인 구리 합금 판조의 표면 거칠기를 작게 하는 것이 생각되지만, 그것만으로는 Ag 도금 반사막의 반사율은 향상되지 않는다. 본 발명자들의 지견에 의하면, 구리 합금 판조의 표면에, 냉간 압연의 과정에서 오일 피트나 줄무늬 모양 등의 미세한 결함이 형성되거나, 또는 연마 마무리에 의해 가공 변질층이 형성되어, 이들이 Ag 도금 반사막의 표면 거칠기나 결정 입경 등에 영향을 미쳐, Ag 도금 반사막의 반사율의 향상을 방해하고 있다. 본 발명은 이 지견에 기초하여 이루어졌다.
본 발명에 따른 LED의 리드 프레임용 구리 합금 판조(판 및 조)는, Fe: 0.01∼0.5mass%, P: 0.01∼0.20mass%, Zn: 0.01∼1.0mass%, Sn: 0.01∼0.15mass%를 포함하고, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지며, 필요에 따라서, 추가로 Co, Al, Cr, Mg, Mn, Ca, Pb, Ni, Ti, Zr, Si, Ag 중 1종 또는 2종 이상을 합계로 0.02∼0.3mass% 포함한다. 이 구리 합금 판조는, 표면 거칠기가, 산술 평균 거칠기 Ra: 0.06μm 미만, 십점 평균 거칠기 RzJIS: 0.5μm 미만이고, 표면에 존재하는, 길이가 5μm 이상이고 깊이가 0.25μm 이상인 홈 형상의 오목부의 개수가, 한 쌍의 변이 압연 수직 방향에 평행한 200μm×200μm의 정방형의 면적 내에 2개 이하(0개를 포함함)이며, 표면의 미세 결정립으로 이루어지는 가공 변질층의 두께가 0.5μm 이하이다.
본 발명에 따른 구리 합금 판조는, 인장 강도가 450MPa 이상, 도전율이 80% IACS 이상, 400℃×5분간 가열 후의 경도 저하가 10% 미만이고, LED의 리드 프레임용으로서 필요해지는 강도, 도전율 및 내열성을 겸비한다. 그리고, 본 발명에 의하면, 높은 도전율(열전도율)을 갖는 리드 프레임이 방열 경로가 되어, LED 패키지의 방열성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 구리 합금 판조는, 표면에 형성한 Ag 도금 반사막의 표면 거칠기를 십점 평균 거칠기 RzJIS: 0.3μm 이하로 할 수 있고, 그 결과, Ag 도금 반사막의 반사율이 92% 이상으로 향상되어, LED 패키지의 고휘도화가 실현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 비교예(시험 No. 11)에 따른 구리 합금 판조의 표면 형태(특히 오목부)를 나타내는 주사형 전자 현미경 사진이다.
계속해서, 본 발명에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.
(구리 합금의 화학 조성)
본 발명에 따른 구리 합금은, Fe: 0.01∼0.5mass%, P: 0.01∼0.20mass%, Zn: 0.01∼1.0mass%, Sn: 0.01∼0.15mass%를 포함하고, 잔부 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지며, 필요에 따라서 Co, Al, Cr, Mg, Mn, Ca, Pb, Ni, Ti, Zr, Si, Ag 중 1종 또는 2종 이상을 합계로 0.02∼0.3mass% 포함한다.
상기 구리 합금에 있어서, Fe는 P와 화합물을 형성하고, 강도 및 도전율 특성을 향상시키는 역할이 있다. 그러나, Fe의 함유량이 0.5mass%를 초과하면, 구리 합금의 도전율 및 열전도율의 저하를 야기하고, 0.01mass% 미만이면, LED용 리드 프레임으로서의 강도가 얻어지지 않는다. P의 함유량이 0.2mass%를 초과하면, 구리 합금의 도전율 및 열전도율을 열화시키고, 0.01mass% 미만이면, LED용 리드 프레임으로서 필요한 강도가 얻어지지 않는다. 따라서, Fe의 함유량은 0.01∼0.5mass%, P의 함유량은 0.01∼0.20mass%로 한다. 또한, Fe의 함유량과 P의 함유량의 비율 [Fe/P]는 강도와 도전율의 점에서 2∼5의 범위로 하는 것이 바람직하다.
한편, Fe의 함유량의 하한은, 0.03mass%가 바람직하고, 0.05mass%가 보다 바람직하다. 또한, Fe의 함유량의 상한은 0.45mass%가 바람직하고, 0.40mass%가 더 바람직하다. 한편, P의 함유량의 하한은 0.015mass%가 바람직하고, 0.020mass%가 보다 바람직하다. 또한, P의 함유량의 상한은 0.17mass%가 바람직하고, 0.15mass%가 보다 바람직하다.
Zn은 땜납의 내열박리성을 향상시키는 기능이 있고, LED 패키지를 기반에 설치할 때의 땜납 접합 신뢰성을 유지하는 역할이 있다. 그러나, Zn의 함유량이 0.01mass% 미만이면, 땜납의 내열박리성을 만족시키기에는 불충분하고, 1.0mass%를 초과하면, 구리 합금의 도전율 및 열전도율을 열화시킨다. 따라서, Zn의 함유량은 0.01∼1.0mass%로 한다.
Sn은 구리 합금의 강도의 향상에 기여하지만, Sn의 함유량이 0.01mass% 미만이면, 충분한 강도가 얻어지지 않는다. 또한, Sn의 함유량이 0.20mass%를 초과하면, 구리 합금의 도전율 및 열전도율을 열화시켜 버린다. 따라서, Sn의 함유량은 0.01∼0.20mass%로 한다.
한편, Zn의 함유량의 하한은 0.03mass%가 바람직하고, 0.05mass%가 보다 바람직하다. 또한, Zn의 함유량의 상한은 0.80mass%가 바람직하고, 0.60mass%가 보다 바람직하다.
한편, Sn의 함유량의 하한은 0.02mass%가 바람직하고, 0.04mass%가 보다 바람직하다. 또한, Sn의 함유량의 상한은 0.17mass%가 바람직하고, 0.15mass%가 보다 바람직하다.
부성분으로서 필요에 따라서 첨가되는 Co, Al, Cr, Mg, Mn, Ca, Pb, Ni, Ti, Zr, Si, Ag는, 구리 합금의 강도, 내열성을 향상시키는 작용이 있다. 이들 부성분을 구리 합금에 첨가해서 상기 작용을 얻기 위해서는, 합계로 0.02mass% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나, 이들 부성분은, 합계로 0.3mass%를 초과해서 함유하면 열전도성 및 도전율을 열화시켜 버린다. 따라서, 이들 부성분을 첨가할 때에는, 그의 함유량을 합계로 0.02∼0.3mass%로 한다. 한편, Pb는 열간 압연성을 저하시키기 때문에 0.01mass% 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 부성분의 함유량은 합계로, 0.03mass% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.2mass% 이하로 하는 것이 바람직하다.
(구리 합금 판조의 표면 성상)
Ag 도금 반사막의 반사 특성에는, 도금 소재인 구리 합금 판조의 표면 성상, 구체적으로는 표면 거칠기와 표면에 존재하는 오목부의 개수, 및 표면에 형성된 가공 변질층의 두께가 영향을 준다.
구리 합금 판조의 표면 거칠기는, 표면 거칠기가 가장 크게 나오는 방향(통상, 압연 수직 방향)에 있어서, 산술 평균 거칠기 Ra: 0.06μm 미만, 십점 평균 거칠기 RzJIS: 0.5μm 미만으로 한다. 산술 평균 거칠기 Ra 및 십점 평균 거칠기 RzJIS는 JIS B 0601:2001에 정해져 있다. 산술 평균 거칠기 Ra가 0.06μm 이상이거나, 또는 십점 평균 거칠기 RzJIS가 0.5μm를 초과하면, Ag 도금 반사막의 표면 거칠기가 증대되어, Ag 도금 반사막의 반사율을 92% 이상으로 할 수 없게 된다.
표면에 존재하는 오목부는, 길이가 5μm 이상이고 깊이가 0.25μm 이상인 홈 형상의 오목부이며, 이 오목부의 개수는, 임의로 선택한 200μm×200μm의 정방형(한 쌍의 변이 압연 수직 방향에 평행)의 범위 내에 2개 이하(0개를 포함함)로 한다. 상기 오목부는, 압연 수직 방향 또는 압연 평행 방향으로 형성된다. 상기 오목부 및 그 근방에서는, 그 이외의 부분에 비해서 요철이 크기 때문에, Ag 도금의 반사막에 부분적인 요철이 발생하기 쉬워진다. 상기 정방형의 범위 내에 있어서의 오목부의 개수가 2개를 초과하면, Ag 도금 반사막에 함몰 등이 발생하기 쉬워져, Ag 도금 반사막의 반사율을 92% 이상으로 할 수 없게 된다. 오목부를 포함하는 구리 합금 판조의 표면의 주사형 전자 현미경 사진을 도 1에 나타낸다. 도 1에 있어서, 폭 5μm를 초과하는 홈 형상의 오목부가 압연 수직 방향에 대략 평행으로 2개(파선으로 둘러싼 개소), 압연 평행 방향에 대략 평행으로 1개(파선으로 둘러싼 개소) 형성되어 있다.
냉간 압연된 구리 합금 판조의 표면에는, 표면부터 차례로, (1) 비정질의 Beilby층, (2) 섬유·미세화층(미세 결정립층), (3) 탄성 변형층이 형성된다. 일반적으로 이들 3개의 층을 아울러 가공 변질층이라고 부르고 있다. 한편, 본 발명에서는, 특히 상기 (1)과 (2)를 아울러 「미세 결정립으로 이루어지는 가공 변질층」이라고 한다. 상기 (1) 및 (2)의 층과, 상기 (3)의 층 및 모재는, 결정립 조직이 명료하게 상이하기 때문에, 식별이 용이하다. 가공 변질층은 Ag 도금 반사막의 성상에 영향을 미쳐, 상기 미세 결정립으로 이루어지는 가공 변질층(상기 (1)과 (2)의 층)의 합계 두께가 0.5μm를 초과하면, Ag 도금 반사막의 표면 거칠기가 증대되어, Ag 도금 반사막의 반사율을 92% 이상으로 할 수 없게 된다. 따라서, 미세 결정립으로 이루어지는 가공 변질층의 두께는 0.5μm 이하로 한다. 한편, 마무리 냉간 압연 후에 연마한 구리 합금 판조에서는, 미세 결정립으로 이루어지는 가공 변질층의 두께가 0.5μm를 초과하는 경우가 많다.
(Ag 도금 반사막)
Ag 도금 반사막의 표면 형태는 소재인 구리 합금 판조의 표면 성상의 영향을 크게 받는다. 구리 합금 판조의 표면 성상(표면 거칠기, 표면에 존재하는 오목부의 개수, 표면에 형성된 가공 변질층의 두께)이 상기의 범위 내일 때, Ag 도금 반사막의 표면 거칠기를 십점 평균 거칠기 RzJIS: 0.3μm 이하로 할 수 있다. Ag 도금 반사막의 반사율은 Ag 도금 반사막의 결정 입경 및 도금 배향성에 영향을 받는다고 말해지고 있다. Ag 도금 반사막의 표면 거칠기를 십점 평균 거칠기 RzJIS: 0.3μm 이하로 했을 때, Ag 도금 반사막의 결정 입경을 13μm 이상, 또한 도금 배향성((001) 배향)을 0.4 이상으로 하여, Ag 도금 반사막의 반사율을 92% 이상으로 향상시킬 수 있다. 한편, Ag 도금 반사막의 십점 평균 거칠기 RzJIS가 0.3μm를 초과할 때, Ag 도금 반사막의 결정 입경을 13μm 이상, 및 도금 배향성((001) 배향)을 0.4 이상으로 할 수 없거나, 또는 상기의 결정 입경 및 도금 배향성 중 어느 한쪽을 만족할 수 없어, Ag 도금 반사막의 반사율을 92% 이상으로 향상시킬 수 없다.
(구리 합금 판조의 제조 방법)
Cu-Fe-P계 구리 합금 판조는, 통상, 주괴를 면삭(面削) 후, 열간 압연하고, 열간 압연 후 급냉하거나 또는 용체화 처리하고, 계속해서 냉간 압연 및 석출 소둔을 행한 후, 마무리 냉간 압연을 행해서 제조되고 있다. 냉간 압연 및 석출 소둔은 필요에 따라서 반복하고, 마무리 냉간 압연 후에 필요에 따라서 저온 소둔이 행해진다. 본 발명에 따른 구리 합금 판조의 경우도, 이 제조 공정 자체를 크게 변경할 필요는 없다. 적절한 용해 주조 및 열간 압연의 조건은 하기와 같고, 이에 의해, 조대한 Fe, Fe-P, Fe-P-O 등의 석출을 방지할 수 있다.
용해 주조에 있어서, 1200℃ 이상의 구리 합금 용탕에 Fe를 첨가해서 용해하고, 이후에도 용탕 온도를 1200℃ 이상으로 유지해서 주조한다. 제품에 있어서의 표면의 오목부는, 주괴에 조대 Fe 입자, Fe계 개재물 입자(Cu-Fe-O, Fe-O 등)가 존재하면 발생하기 쉬워진다. 이 때문에, 첨가한 Fe의 완전 용해, 용해 분위기의 제어에 의한 철의 산화 방지에 더하여, 주조 시의 용탕 필터링에 의해, 이들 입자가 주괴에 들어가지 않도록 하는 것이 유효하다. 주괴의 냉각은, 응고 시(고액 공존 시) 및 응고 후 모두, 1℃/초 이상의 냉각 속도로 행한다. 그것을 위해서는, 연속 주조 또는 반연속 주조의 경우, 주형 내의 1차 냉각, 주형 직하의 2차 냉각이 충분히 작용되도록 할 필요가 있다. 열간 압연에서는, 균질화 처리를 900℃ 이상, 바람직하게는 950℃ 이상에서 행하고, 그 온도에서 열간 압연을 개시하여, 열간 압연 종료 온도를 650℃ 이상, 바람직하게는 700℃ 이상으로 하고, 열간 압연 종료 후 즉시 대량의 물로 300℃ 이하까지 급냉한다.
석출 소둔 후, 소재 표면에 형성된 산화물을 제거하기 위해, 일반적으로 소재 표면을 기계적으로 연마하고 있다. 이때 소재 표면에 줄무늬상의 요철(연마 자국)이 도입되고, 계속해서 최종 냉간 압연을 행했을 때, 상기 요철이 찌그러져, 제품(구리 합금 판조)에 전술의 줄무늬 모양으로서 잔류하기 쉽다. 이 줄무늬 모양에 의해, 구리 합금 판조에 있어서의 상기 표면 거칠기 및 오목부의 개수의 규정이 만족되지 않게 되는 경우가 있기 때문에, 석출 소둔 후에 기계적인 연마를 행하지 않는 것이 바람직하다. 석출 소둔을 환원 분위기에서 행하여, 소둔 시에 소재 표면에 산화막이 생기지 않도록 해서, 석출 소둔 후의 기계적인 연마를 생략할 수 있다.
구리 합금 판조의 표면 거칠기는, 마무리 냉간 압연에 있어서, 압연 롤의 표면 형상을 소재 표면에 전사하는 것에 의해 형성된다. 본 발명에 따른 구리 합금 판조의 표면 거칠기(산술 평균 거칠기 Ra 및 십점 평균 거칠기 RzJIS)는 극히 작기 때문에, 마무리 냉간 압연의 압연 롤은, 목표로 하는 구리 합금 판조의 표면 거칠기에 대응해서, 경면 마무리되어 있을 필요가 있다. 이 압연 롤로서, 초강(超鋼)으로 이루어지는 하이스 롤, 또는 사이알론(SiAlON) 등의 질화 규소계의 롤을 사용하는 것이 바람직하다. 그 중에서도 사이알론 롤은 비커스 경도가 1600 정도이고, 롤의 표면 형태를 소재 표면에 안정적으로 전사할 수 있다.
마무리 냉간 압연의 압연 조건으로서, 윤활유, 롤의 회전 속도, 압하율, 인장 장력(롤 출구측 장력)을 적절히 조합할 필요가 있고, 이하의 조건에서 마무리 압연을 행하는 것에 의해, 원하는 표면 성상(표면 거칠기, 오목부의 개수, 가공 변질층)을 갖는 구리 합금 판조를 제조할 수 있다.
마무리 냉간 압연의 윤활유로서는, 파장 550nm의 입사광에 대한 투과도가 90% 이상인 파라핀계의 윤활유를 사용하고, 또한 온도 40℃ 정도에서 압연하는 것이 바람직하다. 한편, 이 투과도는, 파장 550nm의 입사광에 대한 자일렌의 투과도를 100%로 했을 때의, 상기 윤활유의 상대적인 투과도를 의미한다. 이 윤활유를 사용하는 것에 의해, 전술의 오일 피트가 생성되는 것을 억제할 수 있다.
마무리 냉간 압연에서는, 롤 지름이 20∼100mm 정도인 롤을 이용하고, 롤의 회전 속도를 200∼700mpm, 인장 장력(출구측 장력)을 50∼200N/mm2 정도로 하여, 1패스 또는 복수 패스의 통판(通板)의 합계로 20∼70%의 냉간 압연을 행한다. 마무리 냉간 압연으로 복수 패스의 통판을 행하는 경우, 2패스째 이후의 롤의 조도를 1패스째의 롤의 조도보다 미세하게 하고, 2패스째 이후의 압연 속도를 1패스째의 압연 속도보다도 늦게 하는 것이 바람직하다. 롤의 회전 속도가 작고, 인장 장력이 작고, 압하율이 큰 편이, 소재 표면에 대해 롤의 전사가 잘 행해져, 구리 합금 판조에 작고 안정된 표면 거칠기를 확보할 수 있고, 오목부의 개수도 감소한다. 단, 압하율이 크면 가공 변질층이 형성되기 쉬워진다. 한편, 롤의 회전 속도가 크고, 인장 장력이 크고, 압하율이 작은 경우는, 이 반대의 경향을 나타낸다. 마무리 냉간 압연의 가공률은 목적으로 하는 기계적 성질에 따라 결정하면 되지만, 마무리 냉간 압연 후 변형 제거 소둔 등의 저온 소둔을 행하지 않는 경우는 10∼50%, 압연 후 변형 제거 소둔을 행하는 경우는 30∼90%가 바람직하다.
실시예 1
표 1, 2에 나타내는 조성의 구리 합금(합금 No. 1∼24)을 소형 전기로에서 대기 중에서 목탄 피복하에 용해하여, 두께 50mm, 폭 80mm, 길이 180mm의 주괴를 용제했다. 제작한 상기 주괴의 표·이면을 각 5mm 면삭한 후, 950℃에서 균질화 처리를 행하고, 이어서 열간 압연을 행하여, 두께 12mmt의 판재로 하고, 급냉했다. 이 판재의 표·이면을 각각 약 1mm 면삭했다. 이들 판재에 대해서, 냉간 압연과 500∼550℃×2∼5시간의 석출 소둔을 반복하여 행한 후, 경면 마무리한 직경 50mm의 사이알론 롤을 이용하여, 40%의 가공률로 마무리 냉간 압연을 행해서, 두께 0.2mm, 폭 180mm의 구리 합금조를 제작하여, 공시재로 했다. 마무리 냉간 압연에서는 상기 윤활유를 사용하고, 롤의 회전 속도 및 인장 장력은 상기 범위 내로 했다.
Figure pat00001
Figure pat00002
제작한 공시재를 이용해서, 인장 강도, 도전율, 땜납 내열박리성, 및 내열성의 각 측정 시험을 하기 요령으로 행했다. 측정 결과를 표 1에 나타낸다.
(인장 강도의 측정)
공시재로부터 긴 방향을 압연 방향에 평행으로 해서 JIS Z2201 5호 시험편을 3본 채취하고, JIS Z2241의 규정에 준거해서 인장 시험을 행하여, 인장 강도를 측정했다. 3본의 시험편의 인장 강도의 평균값을 그 공시재의 인장 강도로 했다. 인장 강도는 450MPa 이상을 합격으로 했다.
(도전율의 측정)
도전율은 JIS H0505의 규정에 준거해서 측정했다. 도전율은 80% IACS 이상을 합격으로 했다(각 공시재에 대해서 n=1).
(땜납 내열박리성의 측정)
납땜은, 시판되는 Sn-3질량% Ag-0.5질량% Cu 땜납을, 260℃로 유지하여 용융시키고, 각 공시재로부터 채취하고(n=3), 표면 청정화한 10mm 폭×35mm 길이의 각 시험편을 침지 속도 25mm/sec, 침지 깊이 12mm, 침지 시간 5sec로 용융 땜납 중에 침지시켰다. 납땜 장치로서, 솔더체커(SAT5100형)를 이용했다. 플럭스로는 활성 플럭스를 사용했다. 납땜한 시험편에 대해, 175℃에서 72hr의 가열을 대기 중에서 행했다. 또, 이들 가열 시험편에 대해, 180도 굽힘 지그로, 굽힘 반경 0.4mm에서 180° 굽힌 후, 굽힘 회복하여, 굽힘부 내측에 시판되는 점착 테이프를 붙이고, 단번에 테이프를 시험편으로부터 벗겼다. 벗긴 테이프를 육안으로 관찰하여, n=3인 시험편 중, 땜납의 박리가, 3본 모두 확인되지 않는 것을 합격(○), 1본이라도 확인되는 것을 불합격(×)이라고 평가했다.
(내열성의 측정)
각 공시재로부터 채취한 시험편을 3개 채취하고, 400℃×5분 가열 후의 경도 H와 가열 전의 경도(H0)를 마이크로 비커스 경도계로 4.9N의 하중을 가해서 각각 측정하여, 경도 저하율 R을 산출했다. 3개의 시험편의 경도 저하율의 평균을 그 공시재의 경도 저하율로 했다. 가열 후의 경도 저하율 R(%)은, R={(H0-H)/H0}×100으로 표시된다. 경도 저하율 R 10% 미만을 합격으로 했다.
표 1에 나타내는 바와 같이, 합금 No. 1∼14는 합금 조성이 본 발명의 규정을 만족시켜, 인장 강도가 크고, 도전율이 높고, 땜납 내열박리성이 우수하고, 내열성도 우수하여, LED의 리드 프레임용으로서 사용하는 데 적합하다.
한편, 표 2에 나타내는 바와 같이, Fe, P, Zn, Sn 중 어느 것의 함유량이 본 발명의 규정으로부터 벗어나는 합금 No. 15∼22, 24는 인장 강도, 도전율, 땜납 내열박리성 및 내열성 중 어느 1 또는 2 이상의 특성이 뒤떨어진다. 합금 No. 15, 24는 Fe의 함유량, 합금 No. 17은 P의 함유량, 합금 No. 19는 Zn의 함유량, 합금 No. 21은 Sn의 함유량, 합금 No. 23은 부성분(Co, Mn 등)의 합계 함유량이 각각 과잉이어서, 모두 도전율이 낮다. 합금 No. 16은 Fe의 함유량이, No. 18은 P의 함유량이 각각 적어, 모두 인장 강도가 부족하고, 내열성도 뒤떨어진다. 합금 No. 20은 Zn의 함유량이 적어, 땜납 내열박리성이 뒤떨어진다. 합금 No. 22는 Sn 함유량이 적어, 인장 강도가 부족하다.
실시예 2
표 1, 2에 나타내는 조성의 구리 합금(합금 No. 1, 2, 3, 10, 15, 24)을 소형 전기로에서 대기 중에서 목탄 피복하에 용해하여, 두께 50mm, 폭 80mm, 길이 180mm의 주괴를 용제했다. 제작한 상기 주괴의 표·이면을 각 5mm 면삭한 후, 950℃에서 균질화 처리를 행하고, 이어서 열간 압연을 행하여, 두께 12mmt의 판재로 하고, 급냉했다. 이 판재의 표·이면을 각각 약 1mm 면삭했다. 이들 판재에 대해서, 냉간 압연과 500∼550℃×2∼5시간의 석출 소둔을 반복하여 행한 후, 경면 마무리한 직경 50mm의 사이알론 롤을 이용하여, 40%의 가공률로 마무리 냉간 압연을 행해서, 두께 0.2mm, 폭 180mm의 구리 합금조를 제작하여, 공시재로 했다. 마무리 냉간 압연에서는, 통판 패스 횟수, 최종 및 중간의 각 패스에 있어서의 사이알론 롤의 표면 조도 및 롤의 회전 속도를 조정해서, 여러 가지의 표면 거칠기를 갖는 구리 합금조(표 3의 시험 No. 1∼20)를 얻었다. 한편, 시험 No. 7에 대해서만, 마무리 냉간 압연 후, 판 표면을 기계적으로 연마했다.
제작한 공시재(구리 합금조)를 이용해서, 표면 거칠기(Ra, RzJIS), 가공 변질층 두께, 200μm×200μm의 정방형의 범위 내에 관찰되는 길이 5μm 이상, 깊이 0.25μm 이상의 홈 형상의 오목부의 개수의 각 측정 시험을 하기 요령으로 행했다. 측정 결과를 표 3에 나타낸다.
(표면 거칠기의 측정)
제작한 공시재의 판 폭 중앙부로부터 폭 20mm, 길이 50mm의 시험편을 잘라내고(길이 50mm의 방향이 압연 방향에 평행), 그의 중앙부 부근에 대해서, AFM(Atomic Force Microscope)으로 압연 수직 방향으로 공시재의 표면 상태를 관찰하고, 표면 거칠기 곡선(AFM 프로파일)을 구하여, 해당 AFM 프로파일로부터 Ra(산술 평균 거칠기) 및 RzJIS(십점 평균 거칠기)를 구했다. 1개의 시험편에 대해서 3개소 측정을 행하여, 그 최대값을 그 공시재의 표면 거칠기로 했다.
(가공 변질층 두께의 측정)
각 공시재의 판 폭 중앙부로부터, 압연 방향 및 판 두께 방향에 평행한 단면(길이 20mm)을 잘라내어, 관찰 시료로 한다. 각 관찰 시료에 대해서, 임의로 선택한 3개소의 상기 단면을 40000배로 SEM(주사형 전자 현미경) 관찰하고, 각각의 관찰 개소에 있어서의 미세 결정립으로 이루어지는 가공 변질층 두께의 최대값을 구하여, 3시야에 대한 관찰값의 최대값을 그 공시재의 「미세 결정립으로 이루어지는」 가공 변질층 두께로 했다. 한편, 이 가공 변질층 두께가 0.1μm 전후이거나 또는 그보다 얇은 경우, 두께를 정확하게 측정할 수 없기 때문에, 표 3의 가공 변질층 두께의 란에 「-」으로 나타내고 있다.
(오목부의 개수의 측정)
각 공시재의 판 폭 중앙부의 표면을 1500배로 SEM 관찰하여, 200μm×200μm의 정방형(한 쌍의 변이 압연 수직 방향에 평행)의 범위 내에 관찰되는 길이 5μm 이상의 홈 형상의 오목부의 개수를 측정했다. 길이 5μm 이상의 오목부가 관찰된 경우, 각 오목부에 대해서 길이 방향 중앙부를 길이 방향에 대해 수직으로 절단하고, 그의 단면을 40000배로 SEM 관찰해서 오목부의 최대 깊이를 측정하여, 최대 깊이가 0.25μm 이상인 오목부의 수를 카운트했다. 각 시료에 대해서 임의로 선택한 3시야(각 200μm×200μm)를 관찰하여, 오목부의 개수가 가장 많은 시야의 개수를 그 시료의 오목부의 개수로 했다. 한편, 시험 No. 7에 대해서는, 연마 자국 때문에 오목부가 명확하게 식별될 수 없었다.
계속해서, 제작한 공시재(구리 합금조)의 판 폭 중앙부로부터 채취한 3본의 폭 30mm, 길이 50mm의 시험편(길이 50mm의 방향이 압연 방향에 평행)에 대해 하기 조건에서 Ag 도금을 행하고, 그 Ag 도금재에 대해서, 하기 요령으로 표면 거칠기, Ag 도금 배향성, Ag 도금 입경, 반사율, 패키지 조립 후의 밝기의 측정 시험을 행했다. 측정 결과를 표 3에 나타낸다.
(Ag 도금 조건)
각 공시재에 대해서, 전해 탈지(5Adm2×60sec), 산세(20mass% 황산×5sec)를 행하고, 0.1∼0.2μm의 두께의 Cu 플래시 도금을 행한 후, 두께 2.5μm의 Ag 도금을 행했다. Ag 도금액의 조성은 하기와 같다. Ag 농도: 80g/L, 유리(遊離) KCN 농도: 120g/L, 탄산 칼륨 농도: 15g/L, 첨가제(상품명: Ag20-10T(메탈러테크놀로지스SA제)): 20ml/L.
(Ag 도금재의 표면 거칠기의 측정)
제작한 Ag 도금재를 이용하여, AFM(Atomic Force Microscope)으로 압연 수직 방향으로 공시재의 표면 상태를 관찰하고, 표면 거칠기 곡선(AFM 프로파일)을 구하여, 해당 AFM 프로파일로부터 RzJIS(십점 평균 거칠기)를 구했다. 3본의 시험편에 대해서 측정한 측정값의 최대값을 그 공시재의 RzJIS로 했다.
(Ag 도금 배향성, Ag 도금 입경의 측정)
제작한 Ag 도금재를 이용하여, EBSD(Electron　BackscatterDiffraction) 분석으로, 3본의 시험편에 대해서 Ag 도금 배향성 및 Ag 도금 입경을 측정했다. EBSD 분석은 TSL사제의 MSC-2200을 이용하여, 측정 스텝: 0.2μm, 측정 영역: 60×60μm의 조건에서 행했다. 3본의 시험편에 대한 측정 결과는 동일하다고 간주해도 되는 결과였다. 한편, Ag 도금의 평균 입경(원상당 직경)을 구하는 데에 있어서, 인접하는 측정점간의 방위차가 5° 이상이 되는 경우를 Ag 도금의 입계로 간주하여, 이 입계로 완전히 둘러싸인 영역을 결정립으로 했다. 3본의 시험편에 대해서 측정한 측정값의 평균값을 그 공시재의 평균 입경으로 했다.
(Ag 도금재의 반사율의 측정)
코니카미놀타주식회사제의 분광 측색계 CM-600d를 이용하여, 제작한 Ag 도금재의 전반사율(정반사율+확산반사율)을 측정했다. 전반사율은 92% 이상을 합격으로 했다. 각 공시재로부터 채취한 3본의 시험편에 대한 전반사율의 평균값을 그 공시재의 전반사율로 했다.
(패키지 조립 후의 밝기의 측정)
제작한 Ag 도금재를 이용해서 LED 패키지를 조립하고, 그 LED 패키지를 소형 적분구 내에 설치하여, 전광속 측정을 행했다. 소형 적분구의 사양은, 주식회사스펙트라·코프제, 형식: SLM 시리즈, 사이즈 10인치이다. 패키지 조립 후의 밝기는 2.05lm 이상을 합격으로 했다. 각 공시재로부터 채취한 3본의 시험편에 대한 측정값의 평균값을 그 공시재의 조립 후의 밝기로 했다.
Figure pat00003
표 3에 나타내는 바와 같이, 시험 No. 1∼6, 12, 14, 16은 합금 조성, 구리 합금판의 표면 거칠기(Ra, RzJIS), 가공 변질층 두께, 및 오목부의 개수가 본 발명의 규정을 만족시켜, 모두 Ag 도금 후의 반사율이 92% 이상이고, 패키지 조립 후의 밝기(전광속)가 2.05lm 이상이다. 이들은 모두 Ag 도금재의 표면 거칠기 RzJIS가 0.3μm 이하이고, Ag 도금 배향성((001) 배향)이 0.4 이상, Ag 도금의 결정 입경이 13μm 이상이다.
한편, 합금 조성이 본 발명의 규정을 만족시키지만, 구리 합금판의 표면 거칠기(Ra, RzJIS), 가공 변질층 두께, 및 오목부의 개수 중 어느 것이 본 발명의 규정을 만족시키지 않는 시험 No. 7∼11, 13, 15, 17은 Ag 도금 후의 반사율 및 패키지 조립 후의 밝기(전광속)가 뒤떨어진다. 이들은 모두 Ag 도금재의 표면 거칠기 RzJIS가 0.3μm를 초과하고, Ag 도금 배향성((001) 배향)이 0.4 미만, Ag 도금의 결정 입경이 13μm 미만이다.
합금 조성이 본 발명의 규정을 만족시키지 않지만, 구리 합금판의 표면 거칠기(Ra, RzJIS), 가공 변질층 두께, 및 오목부의 개수가 본 발명의 규정을 만족시키는 시험 No. 18, 20은 Ag 도금 후의 반사율이 92% 이상이고, 패키지 조립 후의 밝기(전광속)가 2.05lm 이상이다. 이들은 모두 Ag 도금재의 표면 거칠기 RzJIS가 0.3μm 이하이고, Ag 도금 배향성((001) 배향)이 0.4 이상, Ag 도금의 결정 입경이 13μm 이상이다.
합금 조성 및 구리 합금판의 표면 거칠기(Ra, RzJIS)가 본 발명의 규정을 만족시키지 않는 No. 19는 Ag 도금 후의 반사율 및 패키지 조립 후의 밝기(전광속)가 뒤떨어진다. 또한, No. 19는 Ag 도금재의 표면 거칠기 RzJIS가 0.3μm를 초과하고, Ag 도금 배향성((001) 배향)이 0.4 미만, Ag 도금의 결정 입경이 13μm 미만이다.
본 발명을 상세하게 또한 특정한 실시태양을 참조하여 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈함이 없이 다양한 변경이나 수정을 가할 수 있다는 것은 당업자에게 분명하다.
본 출원은 2014년 8월 22일에 출원된 일본 특허출원(특원 2014-169481)에 기초하는 것이고, 그 내용은 여기에 참조로서 도입된다.
본 발명의 Ag 도금 부착 구리 합금 판조는, 높은 도전율을 갖고, Ag 도금 반사막의 반사율을 향상시켰기 때문에, LED의 리드 프레임에 유용하다.

Claims (4)

  1. Fe: 0.01∼0.5mass%, P: 0.01∼0.20mass%, Zn: 0.01∼1.0mass%, Sn: 0.01∼0.15mass%를 포함하고, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지며, 표면 거칠기가, 산술 평균 거칠기 Ra: 0.06μm 미만, 십점 평균 거칠기 RzJIS: 0.5μm 미만이고, 표면에 존재하는, 길이가 5μm 이상이고 깊이가 0.25μm 이상인 홈 형상의 오목부의 개수가, 한 쌍의 변이 압연 수직 방향에 평행한 200μm×200μm의 정방형의 범위 내에 2개 이하이며, 표면의 미세 결정립으로 이루어지는 가공 변질층의 두께가 0.5μm 이하인 것을 특징으로 하는 LED의 리드 프레임용 구리 합금 판조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    추가로 Co, Al, Cr, Mg, Mn, Ca, Pb, Ni, Ti, Zr, Si, Ag 중 1종 또는 2종 이상을 합계로 0.02∼0.3mass% 포함하는 것을 특징으로 하는 LED의 리드 프레임용 구리 합금 판조.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    바람직하게는 Fe: 0.03∼0.45mass%, P: 0.015∼0.17mass%, 보다 바람직하게는 Fe: 0.05∼0.40mass%, P: 0.020∼0.15mass%를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED의 리드 프레임.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 구리 합금 판조의 표면에 Ag 도금이 실시되고, 상기 구리 합금 판조의 압연 수직 방향으로 측정한 표면 거칠기가, 십점 평균 거칠기 RzJIS: 0.3μm 이하인 것을 특징으로 하는 Ag 도금 부착 구리 합금 판조.
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