KR20110125928A

KR20110125928A - 강도와 전기전도도가 향상된 구리합금 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20110125928A
Application number: KR1020100045570A
Authority: KR
Inventors: 한승전; 어광준
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2010-05-14
Filing date: 2010-05-14
Publication date: 2011-11-22

Abstract

본 발명은 니켈(Ni)과 실리콘(Si)이 합금화 원소이고, 나머지는 구리와 불가피한 불순물이 잔부를 이루는 구리합금 속에 티타늄(Ti)이 상기 구리합금 속에 실리콘을 대신하여 니켈과 금속간화합물의 석출을 유도하기 위해 추가의 합금화 원소로 첨가된, 강도와 전기전도도가 향상된 구리합금 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 또한 이렇게 제조된 구리합금으로 제조된 반도체 리드프레임과 전자 부품용 커넥터에 관한 것이다.
본 발명에 의한 강도와 전기전도도가 향상된 구리합금은, 니켈(Ni)은 2.5 내지 6.0 중량%, 실리콘(Si)은 0.4 내지 1.5 중량%, 티타늄(Ti)은 0.003 내지 0.5 중량%를 포함하며, 잔부(殘部)는 구리(Cu)인 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성되는 구리합금은, 종래의 구리합금보다 강도 및 전기전도도가 향상되는 이점이 있다.

Description

강도와 전기전도도가 향상된 구리합금 및 이의 제조방법 {COPPER ALLOY WITH IMPROVED STRENGTH AND ELECTRICAL CONDUCTIVITY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 구리(Cu)-니켈(Ni)-실리콘(Si) 합금에 Ti을 첨가함으로써 구리 기지에서 합금원소의 고용도를 감소시킴으로, 열처리시 석출속도를 증가시키고 석출물의 부피분율을 증가시키는 기술에 관한 것이다.

구리합금은 다른 금속에 비해 높은 전기 전도도를 가지고 있으므로 전기/전자회로에 많이 적용되고 있다. 전자제품, 컴퓨터, 휴대전화등 전기/전자 정보통신산업의 비약적인 발전과 더불어 전기/전자부품의 신호처리 능력은 매우 발전하고 있다. 그 결과 전기/전자회로등에 사용되는 구리 및 구리합금은 전기/전자회로의 소형화에 부응해야 하는 요구를 받고 있다.

구리합금은 반도체, 정보통신, 자동차등에 사용되는 반도체를 비롯한 리드프레임, 커넥터, 축전지 또는 제어기를 각종 전기 부품, 작동기, 센서 등에 연결하기 위한 도전소재로 많이 사용되고 있으며, 이러한 도전소재의 소형화가 절실하게 요구된다.

반도체 및 전자부품용 커넥터의 경우엔 제품이 소형화되고 고성능화함에 따라 도전소재의 크기 또한 소형화가 필요하기 때문에 도전율의 상승과 더불어 경도 및 강도의 증가가 필연적으로 요구된다.

이에 따라 통상적인 반도체 리드프레임 및 전자부품용 커넥터등에 대한 리드프레임 및 커넥터의 재료로서, Cu-Ni-Si 합금(예: CDA70250)이 공지되어 있다. 이 합금은 Ni 및 Si을 첨가하여 Ni-Si의 금속간화합물을 석출시킨 합금이다.

반도체 및 전자부품에 대한 배선용 리드프레임 및 커넥터를 소형화하고 이의 신뢰성을 유지하기 위해서, 리드프레임 및 커넥터의 재료의 강도 및 도전성을 높이는 것이 필수적이다. 커넥터 및 리드프레임의 재료는 압연 및 열처리에 의한 석출로 강도 및 도전율이 증가한다.

대표적인 Cu-Ni-Si계 구리합금인 C70250(또는 C7025)은 2.2∼4.2 중량%의 니켈(Ni)과 0.25∼1.20 중량%의 실리콘(Si)과, 0.05∼0.30 중량%의 마그네슘(Mg) 및 잔부인 구리(Cu)를 포함하여 구성된다. 이 합금은 강도가 상대적으로 우수하여 리드프레임 및 커넥터용 재료로 사용되나, 전도도가 상대적으로 낮은 단점이 있다. (도 1 참조)

상기 Cu-Ni-Si 구리합금은 니켈(Ni)과 실리콘(Si)의 함량이 증가할수록 판재제조에 필수적인 열간압연이 되지 않고, 압연 도중에 크랙을 일으켜 파괴가 된다. 또한 강도 및 전도도를 증가시키기 위해 행하는 열처리 온도가 높고 열처리시간이 오래 걸리는 단점이 있다.

본 발명의 목적은, 구리(Cu)-니켈(Ni)-실리콘(Si) 합금에 Ti을 첨가함으로써 석출상의 석출 구동력을 증가시켜 빠른 시간내에 강도 및 전도도가 향상되도록 한 구리합금과 이의 제조 방법에 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 강도와 전기전도도가 향상된 구리합금은, 니켈(Ni)과 실리콘(Si)이 합금화 원소이고, 나머지는 구리와 불가피한 불순물이 잔부를 이루는 구리합금 속에 티타늄(Ti)이, 실리콘을 일부 대신하여 니켈과의 금속간화합물의 석출을 유도하기 위해, 추가의 합금화 원소로 첨가된 것이다.

구체적으로 상기 구리합금 속에 첨가되는 합금원소의 양은 각각 니켈(Ni)이 2.5 내지 6.0 중량%, 실리콘(Si)은 0.4 내지 1.5 중량%, 티타늄(Ti)은 0.003 내지 0.5 중량%를 포함하며, 잔부(殘部)는 구리(Cu)인 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 강도와 전기전도도가 향상된 또 다른 구리합금은, 합금화 원소로 첨가되는 총 3가지 원소와, 잔부(殘部)가 구리와 기타 불가피한 불순물로 구성된 구리합금으로, 상기 3가지 합금원소는 니켈(Ni)과 실리콘(Si)과 티타늄(Ti)이고, 상기 니켈과 실리콘과 티타늄의 중량의 총합이 8 중량% 이하이고, 상기 니켈의 중량%와 실리콘과 티타늄의 중량%의 합이 5:1에서 3:1 사이에서 결정되는 것이다.

구체적으로, 니켈(Ni)은 2.5 내지 6.0 중량%, 실리콘(Si)은 0.4내지 1.5 중량%, 티타늄(Ti)은 0.003내지 0.5 중량%를 포함하며, 잔부(殘部)는 구리(Cu)인 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 구리합금을 제조하는 방법은, 구리와 니켈을 같이 녹여 상기 구리와 상기 니켈의 용탕을 만드는 단계와, 상기 용탕에 추가로 실리콘을 투입하여 녹이는 단계와, 미리 제작하여 둔 구리와 티타늄의 모합금을 넣어 최종적으로, 니켈(Ni)과 실리콘(Si)과 티타늄(Ti)과 잔부인 구리(Cu)의 조성을 맞추는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 구리합금을 제조하는 또 다른 방법은, 구리를 녹여 용탕을 만드는 단계와, 미리 제작하여 둔 Ni₂Si_1-xTi_x를 상기 구리용탕에 투입하여 최종적으로, 니켈(Ni)과 실리콘(Si)과 티타늄(Ti)과 잔부인 구리(Cu)의 조성을 맞추는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 구리합금을 제조하는 또 다른 방법은, 구리를 녹여 용탕을 만드는 단계와, 상기 구리용탕에 실리콘을 투입하여 녹이는 단계와, 미리 제작하여 둔 니켈과 티타늄의 모합금을 넣어 최종적으로, 니켈(Ni)과 실리콘(Si)과 티타늄(Ti)과 잔부인 구리(Cu)의 조성을 맞추는 것이다.

구체적으로 상기 니켈, 실리콘, 티타늄의 최종 조성은 각각 2.5 내지 6.0 중량%, 0.4 내지 1.5 중량%, 0.003 내지 0.5 중량%을 포함한 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 구리(Cu)-니켈(Ni)-실리콘(Si) 합금에 Ti을 첨가함으로써 열간가공성 및 기계적 특성이 향상되고, 동시에 전기전도도가 향상된다.

그 결과, 구리합금의 용도에 따라 전기전도도, 경도 및 강도를 조절함으로써 최적의 물성을 나타내는 구리합금의 제조가 가능하다.

도 1은 본 발명에서 구리합금을 설계하기 위해 사용한 개념도이다.
도 2는 각종 첨가원소(합금화 원소)의 양에 따른 구리의 전기 전도도 변화를 도시한 그림이다.
도 3은 본 발명을 위해 계산된 Cu-Ni₂Si의 이상 상태도(binary phase diagram)이다.
도 4는 Ti이 첨가된 본 발명의 구리합금과 Ti이 첨가되지 않은 구리합금의 미세조직을 대비한 조직사진이다.
도 5a와 도 5b는 각각 Ti이 첨가되지 않는 구리합금(비교예 1)과 첨가된 본 발명의 구리합금(실시예 1)이 각 온도에서 열처리 시간에 따른 전기전도도의 변화를 나타낸 그림이다.
도 6a와 도 6b는 각각 Ti이 첨가되지 않는 구리합금(비교예 1)과 첨가된 본 발명의 구리합금(실시예 1)이 각 온도에서 열처리 시간에 따른 비커스 경도의 변화를 나타낸 그림이다.
도 7은 Ti이 첨가된 본 발명의 구리합금(실시예 4와 5)의 각 온도에서 열처리 시간에 따른 전기전도도와 비커스 경도의 변화를 나타낸 그림이다.
도 8은 Ti이 첨가된 본 발명의 구리합금(실시예 6)의 각 온도에서 열처리 시간에 따른 전기전도도와 비커스 경도의 변화를 나타낸 그림이다.
도 9은 Ti이 첨가된 본 발명의 구리합금(실시예 7)의 각 온도에서 열처리 시간에 따른 전기전도도의 변화를 나타낸 그림이다.
도 10은 Ti이 첨가된 본 발명의 구리합금(실시예 1)과 첨가되지 않은 구리합금(비교예 1)을 각 온도(400^oC, 450^oC, 그리고 500^oC)에서 열처리 시간에 따른 비커스 경도의 변화를 나타낸 그림이다.
도 11은 Ti이 첨가된 본 발명의 구리합금(실시예 1과 실시예 6)과 첨가되지 않은 비교합금(비교예 1)의 열처리 시간에 따른 비커스 경도의 변화를 나타낸 그림이다.
도 12은 비교예 1과 실시예 1의 조성을 가진 구리합금의 각 가공상태(as-cast, hot-rolled, cold-rolled)에 따른 전기 전도도의 값을 나타낸 비교 그림과 표이다.
도 13은 Ti이 첨가된 구리합금(실시예 1과 실시예 8)과 첨가되지 않은 구리합금(비교예 1)을 열간압연한 사진이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

일반적으로 구리기지(Cu Matrix)에 제2원소(첨가원소 또는 합금화원소)의 고용은 도 2에서 나타나 있듯이 전기전도도를 감소시킨다. 석출경화형 구리합금은 제2원소의 석출을 증가시켜서 기지의 잔존 고용도를 감소시킴으로 전기전도도의 향상이 가능하다. 석출경화형 구리합금의 경우 제2원소의 고용영역을 감소시키면, 과냉도(ΔT)와 조성적 과냉도(ΔC)가 증가되므로 석출 구동력이 증가된다.

도 3은 상용 열역학 프로그램을 이용하여 구리합금에 티타늄 원소가 첨가되지 않았을 때와 첨가되었을 때를 대비하여 계산한 그래프이다. 상태도(Phase diagram)의 계산은 FactStage라는 프로그램을 사용하였다. 도 3에서도 알 수 있듯이 구리와 Ni₂Si의 2원계 상태도에서 Ti가 첨가됨에 따라서 첨가원소(제2원소)들의 고용도가 떨어지고 금속간화합물의 석출경향이 높아짐을 확인할 수 있다.

즉, Cu-Ni-Si계 구리합금에 Ti을 첨가할 경우 구리 고온영역에서 Cu 단상 고용영역이 화살표 방향으로 감소하는 것을 계산된 상태도를 통해 알 수 있다. 이는 구리합금의 일반적인 열처리 및 시효온도 영역 (300∼600^oC)에서 석출구동력을 향상시키는 결과를 가져온다.

Cu-Ni-Si계 구리합금에서 Ni 및 Si의 함량이 증가할 경우에도 Ni₂Si의 석출이 증가되며 그 부피분율이 증가하게 된다. 이것은 Ti을 첨가하여도 동일한 효과를 나타낸다. 즉 Ti의 첨가에 따라, 합금원소에 대한 구리의 고용도가 감소하므로, 석출상의 부피분율이 증대하게 된다. 또한, 석출상의 석출구동력을 증가시켜, 열처리 도중에 석출물의 석출이 보다 촉진되는 결과를 낳는다.

합금원소 조성범위

구리에 첨가되는 합금원소의 조성의 범위는 니켈(Ni)은 2.5 내지 6.0 중량%, 실리콘(Si)은 0.4 내지 1.5 중량%, 티타늄(Ti)은 0.003내지 0.5 중량%를 포함하며, 잔부(殘部)는 구리(Cu)인 것을 특징으로 한다.

여기서, 니켈이 6.0 중량% 초과하는 경우는 열간압연을 하는 동안 취성(brittleness)에 의하여 깨어질 수 있다. 이는 석출이 아닌 정출이 발생하여 재료를 취약하게 만들기 때문이다. 니켈이 2.5 중량% 미만인 경우는 구리합금의 강도를 원하는 정도까지 올릴 수가 없다.

실리콘이 1.5 중량% 초과하는 경우는 전기전도도가 떨어져서 희망하는 물성을 얻기 어렵고, 0.4 중량% 미만인 경우는 강도가 떨어지게 된다.

티타늄이 0.5 중량% 초과하는 경우는 전기전도도가 떨어지고, 석출하는 대신 정출되어 구리합금의 취성이 증가하게 된다. 0.003 중량% 미만인 경우는 티타늄 첨가의 효과가 미미하여 본 발명에서 목적하는 물성을 얻을 수 없게 된다.

합금화 원소로는 니켈과 실리콘과 티타늄의 3가지 합금화 원소를 사용한다. 다른 원소가 사용되는 경우 그 다른 원소들과 본 발명에서 사용되는 합금화 원소간에 정출물이 발생할 가능성이 높아진다. 특히, 티타늄과의 정출물이 발생할 가능성이 높다. 이러한 정출물들은 재료의 취성을 높여서 열간압연시 크랙이 발생하기 쉽다. 그러나, 미량의 다른 원소를 추가로 사용하는 것은 본 발명의 구리합금 조성의 본질을 벗어나지 않는 범위내에서 가능하다.

본 발명에서 상기 3가지 합금원소는 니켈(Ni)과 실리콘(Si)과 티타늄(Ti)이고, 상기 니켈과 실리콘과 티타늄의 중량의 총합이 8 중량% 이하가 유지되도록 니켈과 실리콘과 티타늄의 합금조성을 유지한다. 합금원소의 총합이 8 중량%를 초과하는 경우에는 석출이 아닌 정출이 발생하여 재료를 취약하게 만든다.

여기서 합금화 원소의 총합을 8중량% 이내로 유지하면서 바람직하게는 합금화 원소로 첨가되는 3가지 원소는 니켈의 중량%와 실리콘과 티타늄의 두 원소 중량%의 합이 5:1에서 3:1 사이에서 결정되는 것이 바람직하다. 그 이유는 상기 합금원소들간의 금속간화합물을 생성하도록 유도하는 화학적 조성범위(stoichiometric ratio)가 바람직하기 때문이다. 본 발명의 구리합금에서 석출되는 금속간화합물은 주로 Ni₂Si 금속간화합물 속 Si가 일부 Ti원소로 치환된 금속간화합물이 발견되었다. 또한 일부는 Ni와 Ti, Ni와 Si의 금속간화합물이나 Ni-Si-Ti의 3원계 금속간화합물도 발견되었다.

본 발명에서 니켈의 중량%와 실리콘과 티타늄의 두 원소 중량%의 합이 5:1에서 3:1 사이의 범위를 벗어나게 되면 금속간화합물이 생성되는 조성범위를 과도하게 벗어나게 되어, 화합물을 형성하지 못한 첨가원소들은 고용을 할 수 밖에는 없게 된다. 결과적으로 전기전도도를 떨어뜨리고 강도를 떨어뜨리게 된다.

본 발명(실시예 1∼8)을 위하여 Cu-Ni-Si계 구리합금에 추가적으로 Ti의 양을 투입하여 석출물(금속간화합물)의 양을 변화시켰다. 아래의 실시예에서는 Ni에 대응하여, Si과 Ti 함량의 합을 변화시켜서 전체 석출물의 부피분율을 변화시켰다. 비교예의 경우는 Ni+Si의 양을 3.65 중량%에서 7.58 중량%까지 변화시켜서 실시예와 비교하였다. 아래 표 1은 본 발명에서 사용된, Ti원소가 첨가되지 않은 구리합금(비교예)와 Ti원소가 첨가된 구리합금(실시예)의 조성을 나타내고 있다.

조성 (중량%)
Cu	Ni	Si	Ti	Si+Ti(중량%)		사용된 명칭
Bal.	6.08	1.5	-	해당않됨(Ti=0)	비교예 1	CNS
Bal.	3.0	0.65	-	해당않됨(Ti=0)	비교예 2
Bal.	6.02	1.38	0.24	1.62	실시예 1	CNST-10
Bal.	3.26	0.66	0.03	0.69	실시예 2	T-05
Bal.	3.02	0.6	0.11	0.71	실시예 3	T-1
Bal.	2.54	0.52	0.021	0.541	실시예 4	T-005
Bal.	2.51	0.52	0.004	0.524	실시예 5	T-003
Bal.	3.89	0.85	0.003	0.853	실시예 6	CNST-003
Bal.	5.23	1.15	0.06	1.156	실시예 7	CNST-05
Bal.	5.40	1.50	0.24	1.74	실시예 8	CNST-15

합금의 제조공정

본 발명을 위한 구리합금의 경우 다음과 같은 제조공정을 가진다.

우선 구리와 니켈을 같이 녹여 상기 구리와 상기 니켈의 용탕을 만든 후, 상기 용탕에 추가로 실리콘을 투입하여 녹인다. 그 다음으로, 구리와 티타늄의 모합금을 용탕에 투입한다. 이러한 과정으로 본 발명의 최종 합금조성을 맞춘다.

이러한 방법 이외에도, 우선 구리를 녹여 용탕을 만드는 단계 후, Ni₂Si_1-xTi_x를 상기 구리용탕에 투입한다. 이러한 과정으로 본 발명의 최종 합금조성을 맞춘다.

이러한 방법 이외에도, 우선 구리를 녹여 용탕을 만든 후, 상기 구리용탕에 실리콘을 투입하여 녹인다. 그리고, 니켈과 티타늄의 모합금을 넣는다. 이러한 과정으로 본 발명의 최종 합금조성을 맞춘다.

상기 본 발명에서 구리합금을 제조하는 공정의 각 단계에서 용해의 온도는 투입되는 재료들이 녹기에 충분한 온도이면 가능하다. 너무 용탕의 온도를 높이는 경우에는 재료가 기화되어 목표로 한 조성에서 멀어지게 된다. 그러나, 용탕에 추가로 새로운 재료를 첨가할 때는 첨가로 인하여 용탕의 온도가 떨어져 고화되지 않을 정도로 높일 필요가 있다.

한편, 실리콘과 티타늄의 모합금을 제작하고, 이 모합금을 구리용탕에 넣을 수도 있다. 그러나, 실제로는 실리콘과 티타늄 간에는 금속간화합물을 여러 조성에서 형성되어, 모합금을 제조하기가 용이하지 않다. 또한 티타늄이나 실리콘의 용해시 휘발로 인하여 최종 생성되는 모합금의 조성이 타켓 조성(목적 조성)에서 벗어나서 다른 방법과 비교하여 상대적으로 조성 맞추기가 용이하지 않다는 문제점도 발생한다.

본 발명을 위한 구리합금을 제조하기 위해 주조 후 다음의 공정을 가진다. 상기의 제조방법으로 제조된 구리합금은 일반적으로 주조상태(as-cast)로 바로 사용하기는 편석등의 문제로 어렵다. 이러한 주조상태의 편석 문제를 해결하기 위해 열간단조를 실시한다. 열간단조의 온도범위는 열간압연의 온도범위인 800^oC∼980^oC에서 수행을 한다.

열간단조와 유사한 목적으로 용체화처리를 행할 수도 있다. 이러한 열간단조나 용체화처리는 희망하는 목적에 의하여 선택적으로 행할 수 있는 선택사항으로 반드시 필요한 공정상의 단계는 아니다. 열간단조나 용체화처리는 목적하는 최종 제품의 형상이나 요구되는 물성치를 고려하여 수행의 여부를 결정한다. 용체화처리나 열간단조 후 열간압연을 행하는데 온도범위는 800^oC∼980^oC에서 수행을 한다.

열간처리 즉, 열간단조나 열간압연 후, 스카핑(scarfing)단계를 거친다. 그 이유로는 열간처리 후에는 표면이 산화되어 최종 냉간압연을 하는 경우, 표면의 스케일이 제품의 표면에 부착되어 결함으로 작용하거나, 제품의 미관을 해치기 때문이다. 열간처리 후 최종적으로 냉간압연으로 최종 제품의 두께를 조절한다.

비교예 1과 본 발명의 실시예 1, 8의 조성으로 구성된 구리합금들을 800^oC∼980^oC에서 열간압연을 수행한 결과, 비교예와 비하여 본 발명의 구리합금이 70%이하의 압하율까지 열간압연이 가능하였다.

도 5a와 5b는 각각 비교예 1와 실시예 1의 구리합금을 이용하여 각 온도의 조건에서 열처리 시간에 따른 전기전도도의 변화를 나타낸 그래프이다. 일반적으로 구리합금에서 열처리 온도(시효처리 온도)가 높을수록 전기전도도는 증대하고, 시효처리 시간이 증대할수록 전기 전도도가 증대한다. 본 발명에서 Ti가 첨가된 실시예 1의 경우 시효처리 시간에 따라 각각의 온도에서 실험한 시간범위에서 점진적으로 증가함을 보였다. 반면에 비교예의 경우, 증가하다가 포화되는 것을 알 수 있었다. 전기전도도는 Ti가 첨가된 실시예 1의 경우 비교예 1과 대비하여 상대적으로 더 높았다. 즉, 전기전도도가 동일 열처리 조건에서 본 발명의 구리합금이 비교예 1에 비해 향상되었음이 나타났다. 그리고 열처리시간당 전기전도도 증가속도도 빨랐다. 즉, 실시예 1의 조성에서 비교예 1의 조성보다 빨리 석출물이 형성됨을 간접적으로 파악할 수 있었다. 도면에서 %IACS는 전기전도도를 나타내는 지수로서 International Annealed Copper Standard의 약자이다.

도 6a와 6b는 각각 비교예 1과 실시예 1의 구리합금을 이용하여 각 온도의 조건에서 열처리 시간에 따른 비커스 경도를 나타났다. 동일 조건(온도와 시간)에서 실시예 1의 경도가 비교예 1과 비교하여 높았다. 그리고 열처리시간당 경도의 증가속도가 증가함이 나타났다.

도 7은 실시예 4와 5의 구리합금이 시효처리에 따른 전기전도도와 경도의 변화를 나타낸 그래프이다. 비교예 2와 실시예 4와 5를 동일한 열간압연, 냉간압연, 열처리를 하였을 때, 실시예는 비교예와 비교하여 대등한 전기전도도와 경도를 나타내었다. 비교예 2의 경우 Ni+Si의 중량%가 3.65중량%이고, 실시예 4와 5의 경우는 Ni+Si의 중량%가 3.06중량%과 3.03중량%이다. 즉, 석출물의 중량%(Ni중량%+Si중량%)가 0.5% 감소해도, 미량의 Ti양(0.021과 0.004중량%)이 투입됨에 따라서 비교예 2와 동등한 전기전도도와 경도를 나타내었다. 이는 Ti의 첨가로 인해 석출능이 증가하여 구리에 투입되는 Ni+Si 중량%가 감소해도 동일하거나 보다 나은 효과를 나타낸 것이다.

아래의 표 2는 비교예 2의 구리조성과 본 발명의 실시예 2와 3의 구리조성의 전기전도도와 경도를 대비하여 나타낸 표이다. Ti이 첨가된 본 발명의 구리합금이 전기전도도와 경도값이 Ti가 첨가되지 않은 경우와 비교하여 높다는 것을 확인할 수 있었다.

	비교예 2	실시예 2	실시예 3
전기전도도(%IACS)	30.4	34.6	35.3
경도 (Hv)	187.1	194

도 8은 실시예 6을 비교예 1과 동일한 열간압연, 냉간압연, 열처리를 하였을 때, 전기전도도와 경도를 표시한 그래프이다. 실시예 6의 경우처럼 구리합금에 Ti를 0.003%의 중량%로 첨가하여도 전기전도도 및 경도가 향상되었음을 알 수 있다.

도 9는 실시예 7의 구리합금이 각 온도에서 열처리 온도에 따른 전기전도도를 나타내고 있다.

도 10은 Ti의 첨가된 본 발명의 구리합금(실시예 1)과 Ti가 첨가되지 않은 구리합금(비교예 1)을 400^oC, 450^oC, 그리고 600^oC에서 열처리 시간에 따른 비커스 경도의 변화를 나타낸 그림이다. Ti이 첨가된 본 발명의 구리합금이 비교예와 비교하여 경도가 높다는 것을 보여주고 있다. 또한 열처리에 따라서 경도가 증가되는 경향이 비교예 보다 훨씬 두드러짐을 알 수 있다.

도 11은 Ti의 첨가된 본 발명의 구리합금(실시예 1과 실시예 6)과 첨가되지 않은 비교합금(비교예)의 열처리 시간에 따른 비커스 경도의 변화를 나타낸 그림이다. 도 10과 마찮가지로 Ti이 첨가된 본 발명의 구리합금이 비교예와 비교하여 경도가 높다는 것을 보여주고 있다. 또한 열처리에 따라서 경도가 증가되는 경향이 비교예 보다 훨씬 두드러짐을 알 수 있다.

도 12은 비교예 1과 실시예 1의 조성을 가진 구리합금의 각 가공상태(as-cast, hot-rolled, cold-rolled)에 따른 전기 전도도의 값을 나타낸 비교 그림과 표이다. 모든 경우에서 비교예 1 보다 본 발명의 구리합금 조성인 실시예 1의 물성치가 월등했다.

도 13은 Ti가 첨가된 구리합금 (실시예 1과 실시예 8)의 경우와 Ti가 첨가되지 않은 구리합금의 열간압연을 한 사진이다. Ti이 첨가된 본 발명의 구리합금의 경우 열간압연시에도 균열이 없이 압연이 가능하였다는 사실을 보여주고 있다. 그러나, 비교예에서는 열간압연시 크랙이 심하게 발생하였다.

상기의 본 발명은 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

니켈(Ni)과 실리콘(Si)이 합금화 원소이고,
나머지는 구리와 불가피한 불순물이 잔부를 이루는 구리합금 속에
티타늄(Ti)이 상기 구리합금 속에 실리콘을 대신하여 니켈과의 금속간화합물의 석출을 유도하기 위해 추가의 합금화 원소로 첨가된, 강도와 전기전도도가 향상된 구리합금.
제1항에 있어서,
상기 구리합금 속에 추가로 첨가되는 상기 티타늄 합금원소의 양은 0.003 중량% 내지 0.5 중량%인, 강도와 전기전도도가 향상된 구리합금.
제1항에 있어서,
니켈(Ni)은 2.5 내지 6.0 중량%,
실리콘(Si)은 0.4 내지 1.5 중량%,
티타늄(Ti)은 0.003 내지 0.5 중량%를 포함하는, 강도와 전기전도도가 향상된 구리합금.
합금화 원소로 첨가되는 총 3가지 원소와,
잔부(殘部)가 구리와 기타 불가피한 불순물로 구성된 구리합금으로,
상기 3가지 합금원소는 니켈(Ni)과 실리콘(Si)과 티타늄(Ti)이고,
상기 3가지 합금원소의 중량%의 합이 8 중량% 이하이고,
상기 니켈의 중량%와 실리콘과 티타늄의 중량%의 합이 5:1에서 3:1 사이에서 결정되는 것을 특징으로 하는, 강도와 전기전도도가 향상된 구리합금.
제4항에 있어서,
니켈(Ni)은 2.5 내지 6.0 중량%,
실리콘(Si)은 0.4 내지 1.5 중량%,
티타늄(Ti)은 0.003 내지 0.5 중량%를 포함하며,
잔부(殘部)는 구리(Cu)와 불가피한 불순물인 것을 특징으로 하는, 강도와 전기전도도가 향상된 구리합금.
구리와 니켈을 같이 녹여 상기 구리와 상기 니켈의 용탕을 만드는 단계와,
상기 용탕에 추가로 실리콘을 투입하여 녹이는 단계와,
구리와 티타늄의 모합금을 넣어 최종적으로, 니켈(Ni)과 실리콘(Si)과 티타늄(Ti)과 잔부인 구리(Cu)의 조성을 맞추는 것을 특징으로 하는, 강도와 전기전도도가 향상된 Ni-Si-Ti계 구리합금을 제조하는 방법.
구리를 녹여 용탕을 만드는 단계와,
Ni₂Si_1-xTi_x를 상기 구리용탕에 투입하여 최종적으로, 니켈(Ni)과 실리콘(Si)과 티타늄(Ti)과 잔부인 구리(Cu)의 조성을 맞추는 것을 특징으로 하는, 강도와 전기전도도가 향상된 Ni-Si-Ti계 구리합금을 제조하는 방법.
구리를 녹여 용탕을 만드는 단계와,
상기 구리용탕에 실리콘을 투입하여 녹이는 단계와,
니켈과 티타늄의 모합금을 넣어 최종적으로, 니켈(Ni)과 실리콘(Si)과 티타늄(Ti)과 잔부인 구리(Cu)의 조성을 맞추는 것을 특징으로 하는, 강도와 전기전도도가 향상된 Ni-Si-Ti계 구리합금을 제조하는 방법.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 니켈, 실리콘, 티타늄의 조성은 각각 2.5 내지 6.0 중량%, 0.4 내지 1.5 중량%, 0.003 내지 0.5 중량%를 포함하며, 잔부(殘部)는 구리(Cu)와 불가피한 불순물임을 특징으로 하는, 강도와 전기전도도가 향상된 Ni-Si-Ti계 구리합금을 제조하는 방법.
청구항 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 구리합금을 이용하여 제조된 반도체용 리드프레임.
청구항 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 구리합금을 이용하여 제조된 전자부품용 커넥터.