CN103443307A

CN103443307A - 散热性及反复弯曲加工性优异的铜合金板

Info

Publication number: CN103443307A
Application number: CN2012800156748A
Authority: CN
Inventors: 黑崎郁也
Original assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2032-02-28
Also published as: JP5432201B2; CN103443307B; KR20140002015A; KR101528998B1; JP2012211353A; TW201247907A; TWI452151B; WO2012132713A1; US9373425B2; US20140193655A1

Abstract

提供散热性、反复弯曲加工性、形状维持性、及耐热性优异的FPC基板用铜合金板。铜合金板，其含有合计0.01质量%以上的选自Ag、Cr、Fe、In、Ni、P、Si、Sn、Ti、Zn及Zr中的一种以上，Ag为1.0质量%以下，Ti为0.08质量%以下，Ni为2.0质量%以下，Zn为3.5质量%以下，含有合计0.5质量%以下的选自Cr、Fe、In、P、Si、Sn、及Zr中的一种以上，剩余部分包含Cu和杂质，导电率为60%IACS以上，拉伸强度为350MPa以上，对于通过板表面的厚度方向的X射线衍射求出的I（311）/I0（311），满足下述式：I（311）/I0（311）≥0.5。

Description

散热性及反复弯曲加工性优异的铜合金板

技术领域

本发明涉及适合用作以照明用等的LED安装基板为首的柔性印刷基板（FPC）的铜合金板，特别涉及散热性及反复弯曲加工性优异的铜合金板、以及使用其的电子设备部件等。

背景技术

LED照明与以往的白炽灯、荧光灯等相比，具有低耗电、寿命长、高速响应性等优点，制品价格降低的同时正在迅速地普及，除了室内用照明以外，还扩大至液晶电视、液晶显示器等的背光、汽车的照明用等各种用途。

由于LED本身为半导体，因而在额定范围内使用时，发光元件自身的寿命长，但覆盖发光元件的树脂材料容易因热而劣化，由于发热透明度容易降低，从而变得不适合照明用。另外，考虑发光特性、散热性，LED被制造成各种封装体形状，在小空间使用时，需要省空间化、成形方法等各种各样的设计。

作为发热问题的对策，为了从FPC高效地散热，提出了在FPC上粘合散热板，另外，关于省空间化，尝试了在FPC上配置LED（专利文献1）。

另外，还提出了作为照明装置，在配置有LED的电路基板上进行复杂的加工，进行立体成形（专利文献2）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1　日本特开2007-141729号公报

专利文献2　日本特开2007-5003号公报。

发明内容

将LED安装在FPC上时，由于作为基板的树脂的散热性不充分，因此长时间使用时，覆盖发光元件的树脂热劣化，作为照明的寿命变短。

作为对于发热的对策，在FPC上贴合作为散热板的铝板时，有由于与构成FPC电路的铜配线的线热膨胀系数的差异，而在FPC电路上产生翘曲的问题。进一步地，还存在如下问题：由于反复进行因热引起的膨胀、收缩，FPC的铜配线受到反复拉伸应力，以至断裂。

使用铜板作为散热板时，虽然不产生上述问题，但由于铜比铝的加工硬化系数更大，因而将FPC成型成复杂的形状时，容易产生弯曲部、或者在进行弯曲恢复和再弯曲加工等的成形条件下，弯曲部容易产生裂纹。若产生裂纹，则发生如下问题：将其在车载等施加反复振动的环境下使用时，裂纹发展以至断裂等。

也考虑了使用铜板作为FPC的基板将照明装置立体成形的方法，但对于一般的韧铜而言，在用于照明装置期间，由于发热铜板自身软化，难以维持初始的形状。

即，本发明是为了解决上述课题而进行的，课题在于提供散热性、反复弯曲加工性、形状维持性、及耐热性优异的FPC基板用铜合金板。

本发明人为了解决上述课题进行了深入研究，发现通过调整结晶的取向度，可以控制反复弯曲加工性等。

以以上见解为背景而完成的本发明的一个方面为，铜合金板，其含有合计0.01质量%以上的选自Ag、Cr、Fe、In、Ni、P、Si、Sn、Ti、Zn及Zr中的一种以上，Ag为1.0质量%以下，Ti为0.08质量%以下，Ni为2.0质量%以下，Zn为3.5质量%以下，含有合计0.5质量%以下的选自Cr、Fe、In、P、Si、Sn、及Zr中的一种以上，剩余部分包含Cu和杂质，

导电率为60%IACS以上，

拉伸强度为350MPa以上，

对于通过板表面的厚度方向的X射线衍射求出的I（311）/I0（311），满足下述式：

I（311）/I0（311）≧0.5。

本发明的铜合金板在一实施方式中，在200℃下加热30分钟后拉伸强度为250MPa以上。

本发明的铜合金板在一实施方式中，为FPC基板用。

本发明的铜合金板在另一实施方式中，为安装有LED照明的FPC基板用。

本发明的铜合金板在更另一实施方式中，厚度为0.05～0.3mm。

本发明在另一方面，为使用了本发明的铜合金板的电子设备部件。

本发明在更另一方面，为安装有使用了本发明的铜合金板的LED照明的FPC。

发明的效果

根据本发明，可以提供散热性、反复弯曲加工性、形状维持性、及耐热性优异的FPC基板用铜合金板。

具体实施方式

（铜箔的成分）

本发明中，为了改善铜箔的耐热性，在铜中添加合计0.01质量%以上的选自Ag、Cr、Fe、In、Ni、P、Si、Sn、Ti、Zn及Zr中的一种以上。若添加元素的合计浓度低于0.01质量%，则添加元素的效果不显现，耐热性不足。另外，对于添加元素的合计浓度的上限，如下述。

由于Ag的添加对导电率降低的影响小，因而没有特别制限，若添加浓度变高，则成本随之增加，因而优选为1.0质量%以下。

对于通过添加对导电率降低的影响大的Cr、Fe、In、P、Sn、Zr、Si，这些元素的合计优选为0.5质量%以下，另外，影响特别大的Ti优选为0.08质量%以下。

另外，Ni优选为2.0质量%以下，Zn优选为3.5质量%以下。

作为合金元素添加的基底的Cu，JIS-1020中规定的无氧铜或者JIS-1100中规定的韧铜是合适的。关于氧浓度，通常在韧铜熔液中为0.01～0.05质量%，在无氧铜熔液中为0.001质量%。

与Cu相比容易氧化的Cr、Fe、In、Ni、P、Si、Sn、Ti、Zn及Zr，通常在无氧铜熔液中添加。在含有氧的溶铜中添加P、Si等脱氧剂，使氧浓度降低至10ppm以下后，也可以添加这些合金元素。Ag比Cu难氧化，因而可以同时在韧铜熔液中和无氧铜熔液中添加。

（散热性）

为了将加热了的材料散热，要求导热良好的材料。对于导热，材料的导电率高的较好。若考虑到LED照明点灯时的发热，也有LED的安装密度、照明装置的形状等的影响因素，但导电率为60%IACS以上即可，若为70%IACS以上则更优选。

（反复弯曲加工性）

关于反复弯曲加工性，对与集合组织的关系进行了研究，结果，通过铜合金板表面的厚度方向的X射线衍射求出的（311）衍射峰的积分强度：I（311）与通过微粉末铜的X射线衍射求出的（311）衍射峰的积分强度：I0（311）之比：I（311）/I0（311），虽然不确定原因，但发现其与反复弯曲性相关，在满足以下关系的情况下，反复弯曲加工性良好。

I（311）/I0（311）≥0.5

另外，I（311）/I0（311）优选为0.8以上，更优选为1.0以上。

（形状维持性）

将材料成形为规定的形状后，为了维持初始的加工形状，需要一定程度的材料强度。虽然也有加工形状的结构等的影响因素，但对于作为材料强度的拉伸强度而言，其低于350MPa时，容易因为对材料施加的力而变形，因而拉伸强度需要为350MPa以上。对于强度的上限没有特别设定，但已知通过提高材料的加工度来提高强度时，通常弯曲加工性劣化，因此，考虑与弯曲加工性的平衡来加工材料较好。另外，更优选拉伸强度为400MPa以上。

（耐热性）

关于耐热性，根据LED照明的特性，为了作为照明设备能够长时间使用，通常设计为在低于150℃的温度下使用。即使低于150℃，一般的韧铜也无法避免因长时间使用而导致的软化，软化了的情况下，无法维持初始的加工形状。为了避免这样的现象，确保耐热性是重要的。另一方面，假定作为照明设备使用数万小时左右，但直接再现该情形的长时间的加热试验无法实现，因而作为标准，在比实际使用条件更高温且短时间、这里为200℃下保持30分钟的条件下进行加热，在拉伸强度为250MPa以上时判断为耐热性良好。另外，更优选在200℃下加热30分钟后，维持在300MPa以上。

本发明的铜合金板的厚度优选为0.05～0.3mm。若铜合金板的厚度低于0.05mm，则由于材料薄，有时发生难以维持形状的问题，若超过0.3mm，则由于材料过厚，有时发生制品的重量变得过重的问题。另外，像这样，本发明的铜合金板也包含铜箔的形态。

若铜合金板的X射线衍射强度在上述特性范围内，则不论成分和制造条件，都显现本发明的效果。本发明的铜合金板例如可以通过如下的工序进行制造。

压延铜箔的制造工序，将电解铜用于纯铜的原料，根据需要添加合金元素后，进行铸造制造厚度100～300mm的铸锭。将该铸锭进行热轧，制成厚度5～20mm左右后，反复进行冷轧和退火，通过冷轧精加工成规定的厚度。

关于前述的反复弯曲加工性、拉伸强度和X射线衍射峰强度比的关系式，满足规定范围的铜箔通过如下方式获得：对最终再结晶退火的升温速度、以及在最终再结晶退火刚结束后进行的最终冷轧的加工条件即总加工度、及第一道次的加工度进行调整来获得。这里，最终再结晶退火是指，加工至制品的厚度为止的最终冷轧前的再结晶退火。另外，最终冷轧时，使材料反复通过一对辊之间（以下称为“道次”），将厚度精加工。这里，第一道次是指，将最终再结晶退火后的材料精加工到制品厚度的最终冷轧中的最初的道次。

最终再结晶退火的升温速度为12～50℃/s即可。升温速度低于12℃/s时，及超过50℃/s时，难以满足前述的反复弯曲加工性。

最终冷轧的总加工度为85%以下即可。这里，加工度是指，将用压延前与压延后的厚度差除以压延前的厚度而得到的值用百分率表示的值。最终冷轧的总加工度超过85%时，难以满足前述的反复弯曲加工性。另外，对于总加工度的下限值，根据合金成分、浓度而不同，设定为超过拉伸强度的下限值即可。

最终冷轧的第一道次的加工度为20%以下即可。最终冷轧的第一道次的加工度超过20%时，X射线衍射强度无法满足规定的式子，难以满足前述的反复弯曲加工性。

本发明的铜合金板可以用于引线框架、连接器、管脚、端子、继电器、开关、二次电池用箔材等电子设备部件等。另外，本发明的铜合金板特别适合作为安装有LED照明的FPC的材料。

实施例

以下示出本发明的实施例，这些实施例是为了更好地理解本发明及其优点而提供，并不意图限定发明。

［压延铜箔的制造］

将各种元素添加于无氧铜，铸造厚度100mm的铸锭。接着，通过热轧将铸锭压延至5mm，除去氧化皮后，反复进行冷轧和退火，通过最终冷轧在表1、2所记载的条件下压延至0.05～0.3mm。需要说明的是，在刚要进行最终冷轧之前进行最终再结晶退火。最终再结晶退火以表1、2中所记载的升温速度进行加热使材料温度最高达到500℃，根据从室温（25℃）到500℃的时间，算出升温速度。接着，材料温度达到500℃后，立即进行冷却。

［形状维持性］

按照JIS Z 2241，将以压延平行方向成为长度方向的方式采取的JIS13B号试验片作为供试材料，通过拉伸试验求出拉伸强度。拉伸试验中，使用ORIENTEC社制的UTM-10T，以拉伸速度5mm/分钟，对同一试样以N＝2进行测定的平均值作为测定值。形状维持性，拉伸强度为350MPa以上时，评价为良好（○）。另外，低于350MPa时，形状维持性评价为不良（×）。

［散热性］

根据最终冷轧后的板厚，通过依据JIS H 0505的四端网络法测定的导电率（%IACS）进行评价。

［集合度］

使用株式会社リガク社制RINT-TTR，通过铜合金板表面的厚度方向的X射线衍射评价（311）衍射峰的积分强度：I（311），进一步通过微粉末铜的X射线衍射评价（311）衍射峰的积分强度：I0（311）。接着，算出它们之比：I（311）/I0（311）。

［耐热性］

使用上述JIS13B号试验片，将其放入加热炉中，温度到达200℃后，保持30分钟取出试样，进行空冷供于拉伸试验。拉伸试验以与上述相同的条件实施。对于耐热性，拉伸强度250MPa以上的评价为“○”。低于250Mpa的评价为“×”。

表1及2示出评价条件及结果。

［反复弯曲加工性］

按照以下步骤评价反复弯曲加工性。

（1）基于压延平行方向和直角方向，将试样裁切成长度50mm×宽度10mm。

（2）根据弯曲R＝0.5mm而V弯曲加工至90°，将其弯回至原来的短条状后，反复进行90°V弯曲加工和弯回。

（3）反复进行上述操作，将每一次进行90°V弯曲时的弯曲加工部放大至50倍进行观察，确认裂纹或断裂产生的有无。接着，调查未产生裂纹或断裂的最大弯曲次数。未产生裂纹的最大弯曲次数为5次以上的评价为“◎”、4次的评价为“○”、3次的评价为“△”、小于3次的评价为“×”。

【表1】

【表2】

实施例1～33的添加元素浓度均为0.01质量%以上，且各元素的浓度为上限值以下，拉伸强度为350MPa以上，在200℃下加热30分钟后的拉伸强度为250MPa以上，I（311）/I0（311）≥0.5，因此其散热性（导电率）、反复弯曲加工性、形状维持性及耐热性均优异。

比较例1为无添加元素的纯铜，耐热性差。

比较例2，虽然添加有Sn，但浓度低于0.01质量%，因而耐热性差。

比较例3，由于最终冷轧的总加工度超过了85%，因而X射线衍射强度不满足规定的式子，反复弯曲加工性差。

比较例4，由于添加元素浓度过高，导电率低，散热性差。

比较例5和9，虽然最终冷轧中的压延总加工度为85%以下，但最终冷轧中的第一道次的加工度超过了20%，因而X射线衍射强度不满足规定的式子，反复弯曲加工性差。

比较例6，虽然最终冷轧中的压延总加工度为85%以下，但最终再结晶退火中的升温速度低于12℃/s，因而X射线衍射强度不满足规定的式子，反复弯曲加工性差。

比较例7，虽然最终冷轧中的压延总加工度为85%以下，但最终再结晶退火中的升温速度超过了50℃/s，因而X射线衍射强度不满足规定的式子，反复弯曲加工性差。

比较例8，由于最终再结晶退火中的总加工度过低，因而拉伸强度低于350MPa，形状维持性差。

Claims

1.铜合金板，其含有合计0.01质量%以上的选自Ag、Cr、Fe、In、Ni、P、Si、Sn、Ti、Zn及Zr中的一种以上，Ag为1.0质量%以下，Ti为0.08质量%以下，Ni为2.0质量%以下，Zn为3.5质量%以下，含有合计0.5质量%以下的选自Cr、Fe、In、P、Si、Sn、及Zr中的一种以上，剩余部分包含Cu和杂质，

导电率为60%IACS以上，

拉伸强度为350MPa以上，

I（311）/I0（311）≥0.5。

2.根据权利要求1所述的铜合金板，其中，在200℃下加热30分钟后拉伸强度为250MPa以上。

3.根据权利要求1或2所述的铜合金板，其为FPC基板用。

4.根据权利要求3所述的铜合金板，其为安装有LED照明的FPC基板用。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的铜合金板，厚度为0.05～0.3mm。

6.电子设备部件，其使用了权利要求1～5中任一项所述的铜合金板。

7.FPC，其安装有使用了权利要求1～5中任一项所述的铜合金板的LED照明。