CN104451241B

CN104451241B - 铜合金板及具备它的大电流用电子部件和散热用电子部件

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Publication number: CN104451241B
Application number: CN201410478945.4A
Authority: CN
Inventors: 柿谷明宏
Original assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Current assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2014-09-18
Publication date: 2017-06-20
Anticipated expiration: 2034-09-18
Also published as: KR20150034078A; JP5470499B1; TW201512429A; TWI509090B; CN104451241A; KR101613357B1; JP2015063741A

Abstract

本发明涉及铜合金板及具备它的大电流用电子部件和散热用电子部件。本发明提供一种兼具高强度、高导电性及优异的加工性的铜合金。本发明的铜合金板含有合计为0.01～0.50质量％的Zr及Ti当中的一种或两种，余部由铜及不可避免的杂质构成，具有70％IACS以上的导电率、以及350MPa以上的0.2％弹性极限应力，基于W弯曲试验得到的MBR/t≤2.0以下，并且根据轧制平行、直角、45°的各方向的兰克福特值r₀、r₉₀、r₄₅，以(r₀+r₉₀+2×r₄₅)/4定义的板厚各向异性为1.2以上。

Description

铜合金板及具备它的大电流用电子部件和散热用电子部件

技术领域

本发明涉及一种散热性、导电性及拉深加工性优异的铜合金，具体来说，涉及一种铜合金，其适合于端子、连接器、继电器、开关、插座、汇流条、引线框等电子部件用途，尤其适合于智能手机或个人电脑等中所用的散热性部件及高电流部件的用途。

背景技术

在智能手机、平板电脑及个人电脑等电气/电子设备等中，装入有端子、连接器、开关、插座、继电器、汇流条、引线框等用于获得电连接的部件。

近年来，随着智能手机、平板电脑及个人电脑的小型化，对电气/电子设备内的液晶部件或IC芯片等通电时的蓄热有变大的趋势。由于蓄热大的状态对IC芯片、底板的热损伤大，因此散热部件的散热性就成为问题。

以往，在智能手机、平板电脑及个人电脑等电气/电子设备内的散热部件中主要使用奥氏体系不锈钢及纯铝等。例如对于附属在智能手机或平板电脑的液晶上的散热部件(液晶框)，除了要求高的散热性以外，还要求作为结构体的强度及向液晶上固定所需的弯曲性或拉深加工性。

奥氏体系不锈钢虽然弯曲性及拉深加工性良好，然而导热性低，为了弥补这一点要并用昂贵的热传导片等。因此使得散热部件的单价变高。而另一方面，纯铝及铝合金虽然弯曲性及拉深加工性良好，然而导热性及作为结构体的强度不足。

已知导热性与导电性处于比例关系，作为具有较高的导电率和强度的合金，已知有在Cu中添加Zr或Ti而得的材料。作为导电率高且具有较高的强度的材料，在CDA(CopperDevelopment Association：美国铜业发展协会)中登记有例如C15100(0.1质量％Zr－余部Cu)、C15150(0.02质量％Zr－余部Cu)、C18140(0.1质量％Zr－0.3质量％Cr－0.02质量％Si－余部Cu)、C18145(0.1质量％Zr－0.2质量％Cr－0.2质量％Zn－余部Cu)、C18070(0.1质量％Ti－0.3质量％Cr－0.02质量％Si－余部Cu)、C18080(0.06质量％Ti－0.5质量％Cr－0.1质量％Ag－0.08质量％Fe－0.06质量％Si－余部Cu)等合金。

但是，以往的在Cu中添加有Zr或Ti而得的铜合金(以下记为Cu－Zr－Ti系合金)，虽然强度及热传导特性高，但是对于所要求的弯曲性或拉深加工性，在有的情况下不能满足该两者。

因此，可以说如果可以在维持Cu-Zr-Ti系合金的强度及导电率的状态下改善弯曲性及拉深加工性，则在工业上意义极为深远。

发明内容

因此，本发明的课题在于，提供兼具高强度、高导电及优异的拉深加工性及弯曲加工性的铜合金。

本发明人发现，在Cu-Zr-Ti系合金中，通过对根据在面内的3个方位测定出的兰克福特值求出的板厚各向异性的值进行控制，拉深加工性及弯曲加工性就会提高。

以上述的见解为背景，完成了以下的发明。

本发明的铜合金板含有合计为0.01～0.50质量％的Zr及Ti当中的一种或两种，余部由铜及不可避免的杂质构成，具有70％IACS以上的导电率、以及350MPa以上的0.2％弹性极限应力(proof stress)，并且根据轧制平行、直角、45°的各方向的兰克福特值r₀、r₉₀、r₄₅以(r₀+r₉₀+2×r₄₅)/4定义的板厚各向异性为1.2以上。

本发明的铜合金板优选W弯曲试验中的轧制平行方向(GW方向)及轧制直角方向(BW方向)的最小弯曲半径/板厚(MBR/t)以MBR/t≤2.0来给出。另外，本发明的铜合金板优选含有2质量％以下的选自由Ag、Co、Ni、Cr、Mn、Mg、Si、Zn、Sn、以及B组成的组中的至少1种元素。

本发明的大电流用电子部件及散热用电子部件分别具备上述任意一个铜合金板。

根据本发明，可以提供兼具高强度、高导电性及优异的拉深加工性的铜合金板。该铜合金板涉及如下的铜合金板，即，可以适合于作为端子、连接器、开关、插座、继电器、汇流条、引线框等电子部件的原材料使用，适合于智能手机或个人电脑等中所用的散热性部件及高电流部件的用途。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式进行说明。

(特性)

本发明中，以将铜合金板的导电率、0.2％弹性极限应力、基于W弯曲试验得到的MBR/t、根据兰克福特值求出的板厚各向异性分别调整为70％IACS以上、350MPa以上、2.0以下、1.2以上作为目标。如果导电率为65％IACS以上，则热导率良好，可以确保良好的散热性。另外，如果0.2％弹性极限应力为350MPa以上，则具有作为结构材料的原材料来说必需的强度。如果MBR/t为2.0以下，则可以说具有良好的弯曲性。进而，如果根据兰克福特值求出的板厚各向异性为1.2以上，则可以说具有所需的拉深加工性。

兼具上述特性的本发明的铜合金板适合于散热用电子部件的用途。

在此，导电率采用依照JIS H0505测定的值，优选将该导电率设为75％IACS以上。

0.2％弹性极限应力依照JIS Z2201测定。从确保强度的观点考虑，0.2％弹性极限应力优选设为450MPa以上。

依照JIS H3130测定的最小弯曲半径相对于板厚的比例(MBR/t)更优选设为1.5以下。

(合金成分浓度)

本发明的实施方式的Cu－Zr－Ti系合金板含有合计为0.01～0.50质量％的Zr及Ti当中的一种或两种，该Zr与Ti的总含量优选设为0.015～0.3质量％，更优选设为0.02～0.20质量％。如果Zr及Ti当中的一种或两种的合计小于0.01质量％，则难以获得350MPa以上的拉伸强度及15％以下的应力缓和率。如果Zr及Ti当中的一种或两种的合计超过0.5质量％，则会因热轧裂纹等而使合金的制造变得困难。在添加Zr的情况下优选将其添加量调整为0.01～0.45质量％，在添加Ti的情况下优选将其添加量调整为0.01～0.20质量％。如果添加量低于下限值，则0.2％弹性极限应力小于350MPa，如果添加量超过上限值，则有时会导致导电率或制造性恶化。

在Cu－Zr－Ti系合金中，为了改善强度或耐热性，可以含有Ag、Co、Ni、Cr、Mn、Zn、Mg、Si、Sn、以及B当中的一种以上。但是，如果添加量过多，则会有导电率降低而低于70％IACS、或者合金的制造性恶化的情况，因此添加量以总量计设为1.0质量％以下，更优选设为0.5质量％以下。另外，为了获得由添加带来的效果，优选将添加量以总量计设为0.001质量％以上。

(厚度)

产品的厚度优选为0.05～2.0mm。如果厚度过小，则无法获得足够的散热性，因此不适合作为散热用电子部件的原材料。而另一方面，如果厚度过大，则拉深加工及弯曲加工变得困难。从此种观点考虑，更优选的厚度是0.08～1.5mm。通过使厚度为上述范围，就可以制成散热性优异、并且弯曲加工性良好的产品。

(拉深加工性)

沿试验片的轧制平行、直角、45°方向分别施加2.5％的拉伸应变，根据试验片的长度及宽度方向的尺寸变化，求出作为各方向的兰克福特值的r₀、r₉₀、r₄₅，算出以r＝(r₀+r₉₀+2×r₄₅)/4定义的板厚各向异性。已知一般来说r值越大则拉深加工性越良好。另外，普通铜及铜合金压延制品的r为0.8～1.1左右，通过将该值调整为1.2以上，就可以得到优异的拉深加工性。

这里所说的兰克福特值是JIS Z2254中规定的值，在测定上述的各兰克福特值r₀、r₉₀、r₄₅时，依照JIS Z2254进行。但是，本发明产品为了维持作为结构材料所需的强度，伸长率低，将负荷应变设为2.5％。

为了获得更加优异的拉深加工性，板厚各向异性r优选设为1.25以上。

(制造方法)

以下，对本发明的铜合金板的合适的制造方法的一例进行说明。

作为纯铜原料，将电解铜等溶解，利用碳脱氧等降低氧浓度后，添加Zr及Ti当中的一种或两种，并根据需要添加其他的合金元素，铸造成厚30～300mm左右的铸锭。将该铸锭利用热轧制成厚3～30mm左右的板后，反复进行冷轧和重结晶退火，利用最终的冷轧精加工为给定的产品厚度，最后实施去应力退火。

重结晶退火中，使轧制组织的一部分或全部重结晶化。另外，通过在适当的条件下退火，Zr、Ti等就会析出，合金的导电率升高。利用最终冷轧前的重结晶退火，将铜合金板的平均晶体粒径调整为50μm以下。如果平均晶体粒径过大，则难以将产品的拉伸强度调整为350MPa以上，根据兰克福特值求出的板厚各向异性变得小于1.2。该平均晶体粒径优选设为40μm以下。

最终冷轧前的重结晶退火的条件基于作为目标的退火后的晶体粒径及作为目标的产品的导电率来决定。具体来说，只要使用间歇炉或连续退火炉，将炉内温度设为350～800℃而进行退火即可。就间歇炉而言只要在350～600℃的炉内温度下在30分钟到30小时的范围内恰当地调整加热时间即可。就连续退火炉而言只要在450～800℃的炉内温度下在5秒到10分钟的范围内恰当地调整加热时间即可。一般来说如果在更低温度更长时间的条件下进行退火，则在相同的晶体粒径下可以得到更高的导电率。

最终冷轧中，使材料在一对轧辊间反复通过，逐渐精加工为目标的板厚。控制最终冷轧的总加工度和每1道次的加工度。

总加工度R(％)以R＝(t₀－t)/t₀×100(t₀：最终冷轧前的板厚、t：最终冷轧后的板厚)给出。另外，所谓每1道次的加工度K(％)，是通过1次轧辊时的板厚减少率，以K＝(T₀－T)/T₀×100(T₀：通过轧辊前的厚度、T：通过轧辊后的厚度)给出。

将总加工度R设为40～99％。如果R过小，则难以将0.2％弹性极限应力调整为350MPa以上，如果R过大，则会有轧制材料的边缘破裂的情况。从此种观点考虑，总加工度R适合设为45～99。

本发明的去应力退火使用连续退火炉进行。在间歇炉的情况下，由于在卷绕成线圈状的状态下加热材料，因此材料会在加热中发生塑性变形，使材料产生翘曲。因此，间歇炉不适于本发明的去应力退火。

在轧制后的去应力退火中，将在连续退火炉内负荷在材料上的张力调整为1～5MPa，更优选调整为1～4MPa。如果张力过大，则板厚各向异性r降低，难以调整为1.2以上。另一方面，如果张力过小，则通过退火炉过程中的材料与炉壁接触而在材料表面或边缘造成损伤等，有可能引起生产率的降低。

在连续退火炉中，将炉内温度设为300～700℃，在5秒到10分钟的范围内恰当地调整加热时间，将去应力退火后的0.2％弹性极限应力(σ)调整为相对于去应力退火前的0.2％弹性极限应力(σ₀)低10～50MPa的值，优选调整为相对于去应力退火前的0.2％弹性极限应力(σ₀)低15～45MPa的值。由此，在最终冷轧完成时低的伸长率会升高，并且弯曲性得到改善。

本发明的一个特征在于，除了上述的去应力退火以外，还对Cu－Zr－Ti系合金赋予根据兰克福特值求出的板厚各向异性r≥1.2的特征，由此，改善拉深加工性及弯曲加工性，如果将用于它的制造条件加以整理而示出，则如下所示。

a.在去应力退火中，调整为(σ₀－σ)＝10～50MPa。

b.将去应力退火中的炉内张力调整为5MPa以下。

c.将精轧的总加工度设为99％以下。

[实施例]

以下将本发明的实施例与比较例一起示出，但是，这些实施例是为了更好地理解本发明及其优点而提供的，并非意在限定发明。

向熔铜中添加合金元素后，铸造成厚度为200mm的铸锭。将铸锭在950℃下加热3小时，利用热轧制成厚15mm的板。利用研磨机研削、除去热轧板表面的氧化皮后，反复进行退火和冷轧，在最终的冷轧中精加工为给定的产品厚度。最后使用连续退火炉进行去应力退火。

最终冷轧前的退火(最终重结晶退火)使用间歇炉，将加热时间设为5小时，在300～700℃的范围内调整炉内温度，改变退火后的晶体粒径和导电率。在退火后的晶体粒径的测定中，对与轧制方向成直角的截面进行镜面研磨后进行化学腐蚀，利用切断法(JISH0501(1999年))求出平均晶体粒径。

在最终冷轧中，对总加工度及每1道次的加工度进行了控制。另外，求出了最终冷轧后的材料的0.2％弹性极限应力。

在使用了连续退火炉的去应力退火中，将炉内温度设为500℃，在1秒到15分钟之间调整加热时间，对退火后的0.2％弹性极限应力进行了各种改变。另外，对炉内附加在材料上的张力进行了各种改变。而且，对于一部分材料省略了去应力退火。

对于制造过程中的材料及去应力退火后的材料，进行下面的测定。

(成分)

利用ICP－质量分析法分析了去应力退火后的材料的合金元素浓度。

(0.2％弹性极限应力)

对于最终冷轧后及去应力退火后的材料，以使拉伸方向与轧制方向平行的方式提取JIS Z2241中规定的13B号试验片，依照JIS Z2241与轧制方向平行地进行拉伸试验，求出0.2％弹性极限应力。

(导电率)

从去应力退火后的材料中，以使试验片的长度方向与轧制方向平行的方式提取试验片，依照JIS H0505利用四端子法测定出20℃下的导电率。

(板厚各向异性)

沿试验片的轧制平行、直角、45°方向提取了JIS Z2241中规定的JIS13B号试验片。对该试验片使用拉伸试验器分别施加2.5％的拉伸应变，算出板厚各向异性。

(MBR/t)

制作宽10mm×长30mm的长方形的试验片，利用W弯曲试验(JIS H3130)进行。将试验片提取方向设为轧制平行方向(GW)及轧制直角方向(BW)，利用没有产生裂纹的最小弯曲半径MBR(Minimum Bend Radius：最小弯曲半径)与板厚t的比MBR/t进行了评价。

将这些结果在表1中给出评价结果。而且，在表1中示出时，最终重结晶退火后的晶体粒径的“＜5”的表述包括轧制组织的全部都重结晶化而其平均晶体粒径为5μm以下的情况、以及轧制组织的仅一部分发生重结晶化的情况双方。

[表1]

从表1中所示可知，在发明例1～23的铜合金板中，将Zr与Ti的合计浓度调整为0.01～0.50质量％，最终轧制的总加工度变为99％以下，去应力退火中的张力变为规定成1～5MPa的范围，因此对于0.2％弹性极限应力为350MPa以上、导电率为70％以上、板厚各向异性r为1.2以上全都满足，可以得到散热性、强度及加工性良好的材料。

比较例1未实施去应力退火，板厚各向异性小于1.2，拉深加工性差，而且BW的弯曲加工性差。比较例2、3虽然进行了去应力退火，但是张力超过规定范围的上限，板厚各向异性小于1.2，拉深加工性差。

对于比较例4，由去应力退火造成的0.2％弹性极限应力的降低量过小，板厚各向异性小于1.2，拉深加工性差，而且GW、BW都是弯曲加工性差。比较例5的去应力退火中的0.2％弹性极限应力的降低量过大，板厚各向异性小于1.2，拉深加工性差，而且去应力退火后的弹性极限应力小于350MPa，强度不足。

比较例6由于Zr的添加浓度过低，因此弹性极限应力小于350MPa，强度不足。比较例7的Zr的添加浓度过大，导电率小于70％，散热性差。

比较例8由于重结晶退火中的晶体粒径大于50μm，因此板厚各向异性小于1.2，拉深加工性差，而且强度不足。

比较例9由于最终轧制中的总加工度小于40％，因此强度不足。

Claims

1.一种铜合金板，其中，Zr及Ti当中的一种或两种的含量合计为0.01～0.50质量％，选自由Ag、Co、Ni、Cr、Mn、Mg、Si、Zn、Sn、以及B组成的组中的至少1种元素的含量合计为0～1质量％，余部由铜及不可避免的杂质构成，具有70％IACS以上的导电率、以及350MPa以上的0.2％弹性极限应力，并且根据轧制平行、直角、45°的各方向的兰克福特值r₀、r₉₀、r₄₅，以(r₀+r₉₀+2×r₄₅)/4定义的板厚各向异性为1.2以上。

2.根据权利要求1所述的铜合金板，其中，含有合计为0.015～0.3质量％的Zr及Ti当中的一种或两种。

3.根据权利要求1或2所述的铜合金板，其中，W弯曲试验中的轧制平行方向即GW方向及轧制直角方向即BW方向的最小弯曲半径/板厚即MBR/t以MBR/t≤2.0给出。

4.一种大电流用电子部件，其具备权利要求1或2所述的铜合金板。

5.一种散热用电子部件，其具备权利要求1或2所述的铜合金板。