The electrical conductivity and mechanical properties of aged Cu-Ni-Si-P alloy are studied. Nine kinds of alloys with compositions, 0.5-2.0Ni, 0.1-0.4Si, 0.01-0.06P, bal. Cu, after solution treatment at 950℃ for 1 hr and then water-quenched, are aged at temperature range of 350-550℃ for 0.5-128 hrs.
This alloy system has a predominant aging behavior near the 450℃, and in the standard alloy A(Cu-1.0Ni-0.2Si-0.03P), having practical usage for the Leadframe materials for semiconductor applications, strength and electrical conductivity have an optimal combination of 63% IACS and 35 Kg/$mm^2$, as aged 8 hrs at 450℃.
In the alloy(A) maintaining stoichiometric ratios(Ni/Si=4.18, Ni=P=5), mechanical properties and electrical conductivity have a good combination compared with the alloys deviating stoichiometric ratios(alloy G,H,I).
With a little increase of phosphorous, strength and electrical conductivity markedly enhanced due to the acceleration of forming precipitates.
In the middle stage of aging treatment(1-32 hrs), the cold worked alloys have higher electrical conductivity than the no cold worked alloys. But, in the case of solution-quenched and 128hr-aged state, the cold worked alloys have lower value.
By electron microscopy study, it is revealed that two kinds of precipitates, $Ni_2Si$ with orthorhombic structure and hcp $Ni_2$ P, are formed during aging. This alloy produces double aging peak when subjected to aging. It is caused by faster overaging of $Ni_2$P precipitates compared with $Ni_2Si$ precipitates.
With aged 8 hrs at 450℃, the $Ni_2Si$ particles are formed in the shape of rods and needles about 100Å in size having coherency with the matrix by the relation, $<011>_{cu}//[\bar{1}00]_p//[010]_p$. And the $Ni_2P$ particles may have the shape of rod and sphere 100-200Å in size with no regular orientation in the matrix. As aged 128 hrs, both the $Ni_2Si$ and $Ni_2$ P particles are overaged.
In the case of performing the cold working prior to aging, both the $Ni_2Si$ and $Ni_2$P precipitates don't have a fixed orientation relation with the matrix. They are produced through the dislocation cell boundary.
시효처리한 Cu-Ni-Si-P 합금의 전기전도도와 기계적성질을 연구하였다. 0.5-2.0Ni, 0.1-0.4Si, 0.01-0.06P, Cu 사이에서 조성을 변화시킨 합금을 950℃ 에서 1시간 동안 용체화 처리시킨 후 급냉하여 350℃-550℃ 온도영역에서 128시간 시효처리했다. 이 합금은 450℃ 전후에 현저한 석출양상을 나타내며, 반도체용 Leadframe 재료로서 실제로 사용되는 표준조성 A(Cu-1.0Ni-0.2Si-0.03P) 에서 강도와 전기전도도는 450℃ 에서 8시간 시효처리시에 각각 63% IACS, $35Kg/mm^2$ 로서 적정치를 갖는다.
화학정량적 조성비(Ni/Si=4.18, Ni/P=5) 를 갖는 합금 (A) 이 화학 정량적 조성비에서 이탈된 합금 (G,H,I) 보다 더 높은 기계적 성질과 전기 전도도를 나타낸다. 첨가된 P의 양을 증가시키면 석출물 형성이 가속되므로 기계적성질과 전기전도도는 현저히 증가한다. 냉간가공을 한 합금이하지 않은 합금보다 용체화 처리후 수냉한 상태와 시효말기 (128시간) 에는 전기전도도가 적으나, 시효중반에는 (1-32시간) 더 높다.
전자현미경에 의해 관찰해보면, orthorhombic 결정구조를 갖는 $Ni_2Si$ 와 hcp 의 $Ni_2P$ 석출상이 시효처리시에 형성된다. 또한, 시효시에 나타나는 이중 시효현상은 $Ni_2Si$ 석출상에 비해 $Ni_2P$ 석출상이 먼저 과시효됨에 따라 결과임을 알 수 있다. 450℃ 에서 8시간 시효시에, 기지와 <011> Cu // [ioo] p // [010] P 의 격자관계를 갖는 약 100Å 크기의 막대나 바늘형태의 $Ni_2Si$ 석출상이 형성되며, $Ni_2P$ 상은 기지와 전혀 방향성이 없어 100 - 200Å 크기의 막대나 구형으로 나타난다. 128시간 시효시, $Ni_2Si$ 와 $Ni_2P$ 둘 다 과시효 된다.
시효 전에 냉간가공을 한 경우에 이들 석출물들이 기지에 대해 일정한 방향성을 갖는 것이 아니라 전위 cell boundary에서 형성된다.
