Cu-Fe계 및 Cu-Cr계 합금의 강도 및 전기전도도에 미치는 첨가 원소의 영향에 관한 연구 (A) study on the effects of additives alloying elements on the tensile strength and electrical conductivity for Cu-Fe and Cu-Cr based alloys원문보기
LED용 Lead Frame소재에 요구되는 제특성을 만족하기위하여 Cu-Fe계 및 Cu-Cr계 동합금에 Sn, Mg 및 Cr 첨가시 인장강도, 내연화특성, 전기전도도 및 석출물의 크기와 분포에 미치는 영향을 연구하였으며, 그 결과는 아래와 같다 1. Cu-0.14Fe-0.03P-0.05Si-0.1wt%Zn 모합금에 Sn, Mg 및 ...
LED용 Lead Frame소재에 요구되는 제특성을 만족하기위하여 Cu-Fe계 및 Cu-Cr계 동합금에 Sn, Mg 및 Cr 첨가시 인장강도, 내연화특성, 전기전도도 및 석출물의 크기와 분포에 미치는 영향을 연구하였으며, 그 결과는 아래와 같다 1. Cu-0.14Fe-0.03P-0.05Si-0.1wt%Zn 모합금에 Sn, Mg 및 Cr 원소를 각각 미량 첨가시하였을시 비교재인 PMC90 모합금에 비하여 인장강도는 모두 증가하였으며, 첨가함량이 증가할수록 인장강도는 더 높게 나타났다. 이러한 결과로 볼 때, Sn은 모합금의 Fe-P계 석출물의 성장을 억제하면서 고용강화 효과로 인한 인장강도가 증가되었으며, Mg은 조직내 결정립 미세화 효과와 함께 결정립계에 약 100nm 크기의 Mg3P2 석출물이 미세하게 생성되어 석출경화로 인한 인장강도가 향상되었음을 알 수 있었다. 또한 Cr의 경우 주로 입계에서 Cr3Si 석출물이 생성되어 석출강화 효과로 인한 인장강도가 증가됨을 확인할 수 있었다. 2. 전기전도도는 Sn, Mg 및 Cr을 각각 첨가하였을 때 모합금에 비하여 모두 상대적으로 감소하였고, 첨가원소의 함량이 증가할수록 더 감소하는 경향을 보였다. 이러한 결과로 보아, Sn은 기지에 균일하게 분산 고용되어 Fe-P계 석출물의 생성을 억제하며 기지내 고용도 증가에 따라 전기전도도가 감소된 것으로 생각되며, Mg 및 Cr의 경우 각각 Mg3P2석출물 및 Cr3Si석출물이 미세하게 분산됨에 따라 기지의 Fe-P계 석출물의 입자간격을 좁게 함으로써 전기전도도가 낮아진 것으로 사료된다. 이러한 결과로 보아 첨가원소의 함량이 증가할수록 석출물의 단위면적당 분포량이 많아짐에 따라 전기전도도는 더욱 저하되는 것으로 생각된다. 3. 상기합금에서 등시시효 및 등온시효에 따른 내연화특성은 Sn, Mg 및 Cr 첨가시 모합금에 비해 모두 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 이는, Sn은 기지내 미세하게 분산 고용됨에 따라 Fe-P계 석출물의 재고용을 억제하는 역할을 하는 것으로 생각되며, Mg 및 Cr의 경우 Cu기지내 주로 입계에 미세하게 분산하여 각각 Mg3P2석출물 및 Cr3Si 석출물이 시효가 진행됨에 따라 입계 이동을 억제하는 역할을 하며, 또한 고온까지 석출물이 잔류함으로써 내연화특성이 증가한 것으로 사료된다. 4. 모합금에 Mg 및 Cr첨가시 조직내 미세 석출물을 FE-SEM 및 TEM을 통해 관찰할 수 있었으며, 그 결과 Mg은 [111] 정대축에 약 100nm 크기의 a=12.01Å의 격자상수를 가진 Mg3P2석출물이 주로 입계에 분산되어 석출됨을 확인할 수 있었고, Cr의 경우 주로 입계에 Cr3Si 석출물이 분산되어 석출된 것을 확인할 수 있었다. 5. Cu-0.28Cr-0.03Si-0.15wt%Zn 모합금에 Sn 및 Mg 첨가시 비교재인 PMC90 및 Cu-Cr계 모합금에 비하여 인장강도는 모두 증가되었으며, Sn 및 Mg함량이 증가할수록 인장강도는 더 높아지는 것을 알 수 있었다. 이러한 현상은 Sn은 모합금에 Cr-Si계 석출물의 성장억제로 인한 고용강화 효과로 인장강도가 증가한 것으로 생각되며, Mg은 조직내에서 분산된 약 900nm 크기의 Cr3Si 석출물과 약 600nm 크기의 Cu3Mg2Si 석출물이 주로 입계에 분산되어 석출함으로써 기지의 석출강화 효과로 인하여 인장강도가 증가한 것으로 사료된다. 특히, Mg은 0.3%첨가시 인장강도는 최대 56.9kgf/mm2 까지 현저하게 개선되는 것을 확인할 수 있었다. 6. 한편, 전기전도도는 모합금에 Sn 및 Mg 첨가시 모합금의 전기전도도값에 비해 모두 상대적으로 감소하였으며, 첨가원소 함량이 증가될수록 감소하는 경향을 보였다. Sn은 기지에 고용되어 Cr-Si계 석출물의 생성을 억제함과 동시에 고용도가 증가함에 따라 전기전도도가 감소된 것으로 생각된다. 한편, Mg경우 기지에 Cu3Mg2Si 석출물이 미세하게 분산됨에 따라 Cr3Si석출물의 입자간격을 좁게 함으로써 전기전도도가 낮아진 것으로 생각되며 이러한 결과로 보아 Mg함량이 증가할수록 석출물의 단위면적당 분포량이 많아짐에 따라 전기전도도는 더 저하되는 것으로 사료된다. 7. 또한, 상기합금에서 등시시효 및 등온시효에 따른 내연화특성은 Sn 및 Mg첨가시 모두 PMC90 및 모합금 Cu-Cr계 합금의 내연화특성에 비해 모두 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과로 볼 때, Sn은 기지에 분산고용됨에 따라 Cr3Si석출물의 재고용을 억제하는 역할을 한 것으로 생각되며, Mg의 경우 주로 입계에 미세하게 분산된 Cu3Mg2Si 석출물이 입계이동을 억제하는 역할과 함께 고온까지 석출물이 잔류함으로써 내연화특성이 개선된 것으로 사료된다. 8. 한편, 상기 모합금에 Mg첨가시 조직내 미세 석출물을 FE-SEM 및 TEM을 이용하여 관찰할 수 있었으며, 그 결과 기지에는 [001] 정대축에 약 900nm 크기의 a=0.4551Å의 격자상수를 갖는 Cr3Si석출물이 생성됨을 확인할 수 있음을 알 수 있었고, Mg의 경우 약 500~800nm 크기인 Cu3Mg2Si석출물이 입계에 분산되어 있음을 알 수 있었다. 이상의 결과를 종합해 볼 때, Cu-Fe계 및 Cu-Cr계 동합금에 Sn, Mg 및 Cr을 각각 첨가하여 인장강도, 전기전도도, 내연화특성 및 석출물에 미치는 영향을 연구한 결과 LED용 합금에서 요구되는 인장강도 및 전기전도도값을 얻을 수 있었으며, 현재 사용되고 있는 LED용 Lead Frame 동합금 소재의 대체소재로 사용이 가능할 것으로 판단된다.
LED용 Lead Frame소재에 요구되는 제특성을 만족하기위하여 Cu-Fe계 및 Cu-Cr계 동합금에 Sn, Mg 및 Cr 첨가시 인장강도, 내연화특성, 전기전도도 및 석출물의 크기와 분포에 미치는 영향을 연구하였으며, 그 결과는 아래와 같다 1. Cu-0.14Fe-0.03P-0.05Si-0.1wt%Zn 모합금에 Sn, Mg 및 Cr 원소를 각각 미량 첨가시하였을시 비교재인 PMC90 모합금에 비하여 인장강도는 모두 증가하였으며, 첨가함량이 증가할수록 인장강도는 더 높게 나타났다. 이러한 결과로 볼 때, Sn은 모합금의 Fe-P계 석출물의 성장을 억제하면서 고용강화 효과로 인한 인장강도가 증가되었으며, Mg은 조직내 결정립 미세화 효과와 함께 결정립계에 약 100nm 크기의 Mg3P2 석출물이 미세하게 생성되어 석출경화로 인한 인장강도가 향상되었음을 알 수 있었다. 또한 Cr의 경우 주로 입계에서 Cr3Si 석출물이 생성되어 석출강화 효과로 인한 인장강도가 증가됨을 확인할 수 있었다. 2. 전기전도도는 Sn, Mg 및 Cr을 각각 첨가하였을 때 모합금에 비하여 모두 상대적으로 감소하였고, 첨가원소의 함량이 증가할수록 더 감소하는 경향을 보였다. 이러한 결과로 보아, Sn은 기지에 균일하게 분산 고용되어 Fe-P계 석출물의 생성을 억제하며 기지내 고용도 증가에 따라 전기전도도가 감소된 것으로 생각되며, Mg 및 Cr의 경우 각각 Mg3P2석출물 및 Cr3Si석출물이 미세하게 분산됨에 따라 기지의 Fe-P계 석출물의 입자간격을 좁게 함으로써 전기전도도가 낮아진 것으로 사료된다. 이러한 결과로 보아 첨가원소의 함량이 증가할수록 석출물의 단위면적당 분포량이 많아짐에 따라 전기전도도는 더욱 저하되는 것으로 생각된다. 3. 상기합금에서 등시시효 및 등온시효에 따른 내연화특성은 Sn, Mg 및 Cr 첨가시 모합금에 비해 모두 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 이는, Sn은 기지내 미세하게 분산 고용됨에 따라 Fe-P계 석출물의 재고용을 억제하는 역할을 하는 것으로 생각되며, Mg 및 Cr의 경우 Cu기지내 주로 입계에 미세하게 분산하여 각각 Mg3P2석출물 및 Cr3Si 석출물이 시효가 진행됨에 따라 입계 이동을 억제하는 역할을 하며, 또한 고온까지 석출물이 잔류함으로써 내연화특성이 증가한 것으로 사료된다. 4. 모합금에 Mg 및 Cr첨가시 조직내 미세 석출물을 FE-SEM 및 TEM을 통해 관찰할 수 있었으며, 그 결과 Mg은 [111] 정대축에 약 100nm 크기의 a=12.01Å의 격자상수를 가진 Mg3P2석출물이 주로 입계에 분산되어 석출됨을 확인할 수 있었고, Cr의 경우 주로 입계에 Cr3Si 석출물이 분산되어 석출된 것을 확인할 수 있었다. 5. Cu-0.28Cr-0.03Si-0.15wt%Zn 모합금에 Sn 및 Mg 첨가시 비교재인 PMC90 및 Cu-Cr계 모합금에 비하여 인장강도는 모두 증가되었으며, Sn 및 Mg함량이 증가할수록 인장강도는 더 높아지는 것을 알 수 있었다. 이러한 현상은 Sn은 모합금에 Cr-Si계 석출물의 성장억제로 인한 고용강화 효과로 인장강도가 증가한 것으로 생각되며, Mg은 조직내에서 분산된 약 900nm 크기의 Cr3Si 석출물과 약 600nm 크기의 Cu3Mg2Si 석출물이 주로 입계에 분산되어 석출함으로써 기지의 석출강화 효과로 인하여 인장강도가 증가한 것으로 사료된다. 특히, Mg은 0.3%첨가시 인장강도는 최대 56.9kgf/mm2 까지 현저하게 개선되는 것을 확인할 수 있었다. 6. 한편, 전기전도도는 모합금에 Sn 및 Mg 첨가시 모합금의 전기전도도값에 비해 모두 상대적으로 감소하였으며, 첨가원소 함량이 증가될수록 감소하는 경향을 보였다. Sn은 기지에 고용되어 Cr-Si계 석출물의 생성을 억제함과 동시에 고용도가 증가함에 따라 전기전도도가 감소된 것으로 생각된다. 한편, Mg경우 기지에 Cu3Mg2Si 석출물이 미세하게 분산됨에 따라 Cr3Si석출물의 입자간격을 좁게 함으로써 전기전도도가 낮아진 것으로 생각되며 이러한 결과로 보아 Mg함량이 증가할수록 석출물의 단위면적당 분포량이 많아짐에 따라 전기전도도는 더 저하되는 것으로 사료된다. 7. 또한, 상기합금에서 등시시효 및 등온시효에 따른 내연화특성은 Sn 및 Mg첨가시 모두 PMC90 및 모합금 Cu-Cr계 합금의 내연화특성에 비해 모두 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과로 볼 때, Sn은 기지에 분산고용됨에 따라 Cr3Si석출물의 재고용을 억제하는 역할을 한 것으로 생각되며, Mg의 경우 주로 입계에 미세하게 분산된 Cu3Mg2Si 석출물이 입계이동을 억제하는 역할과 함께 고온까지 석출물이 잔류함으로써 내연화특성이 개선된 것으로 사료된다. 8. 한편, 상기 모합금에 Mg첨가시 조직내 미세 석출물을 FE-SEM 및 TEM을 이용하여 관찰할 수 있었으며, 그 결과 기지에는 [001] 정대축에 약 900nm 크기의 a=0.4551Å의 격자상수를 갖는 Cr3Si석출물이 생성됨을 확인할 수 있음을 알 수 있었고, Mg의 경우 약 500~800nm 크기인 Cu3Mg2Si석출물이 입계에 분산되어 있음을 알 수 있었다. 이상의 결과를 종합해 볼 때, Cu-Fe계 및 Cu-Cr계 동합금에 Sn, Mg 및 Cr을 각각 첨가하여 인장강도, 전기전도도, 내연화특성 및 석출물에 미치는 영향을 연구한 결과 LED용 합금에서 요구되는 인장강도 및 전기전도도값을 얻을 수 있었으며, 현재 사용되고 있는 LED용 Lead Frame 동합금 소재의 대체소재로 사용이 가능할 것으로 판단된다.
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