CN105705666A - 铜合金板及具备该铜合金板的散热用电子零件 - Google Patents

Abstract

本发明的铜合金板含有0.01～0.3％的质量分数的Sn，剩余部分由铜及其不可避免的杂质构成，具有75％IACS以上的导电率及300MPa以上的0.2％保证应力，且在将相对于压延方向平行的方向、直角的方向及形成45°的方向的各自的兰克福特值分别设为r₀、r₉₀、r₄₅时，以(r₀+r₉₀+2×r₄₅)/4定义的板厚各向异性r为1.0以上。

Description

铜合金板及具备该铜合金板的散热用电子零件

技术领域

本发明涉及一种散热性、导电性及拉拔加工性优异的铜合金板，详细而言，本发明涉及一种适合于端子、连接器、继电器、开关、插座、汇流排、引线框架等电子零件用途、尤其是智能手机或个人电脑等中所使用的散热性零件及高电流零件的用途的铜合金板。

背景技术

在智能手机、平板PC及个人电脑等电气－电子机器等中，组入有端子、连接器、开关、插座、继电器、汇流排、引线框架等用以获得电性连接的零件。

近年来，随着智能手机、平板PC及个人电脑的小型化，对电气－电子机器内的液晶零件或IC芯片等通电时的蓄热有变大的倾向。蓄热较大的状态对IC芯片或基盘的热损伤大，故而散热零件的散热性成为问题。

已知，智能手机、平板PC及个人电脑等电气－电子机器内的散热零件主要使用奥氏体不锈钢及纯铝等。例如，对于附属于智能手机或平板PC的液晶的散热零件(液晶框)，除了要求高散热性以外，还要求作为结构体的强度及固定于液晶所必需的弯曲性或拉拔加工性。

奥氏体不锈钢虽然弯曲性及拉拔加工性良好，但导热性低，为了弥补导热性而同时使用昂贵的导热片等。因此，散热零件的单价变高。另一方面，纯铝及铝合金虽然弯曲性及拉拔加工性良好，但导热性及作为结构体的强度不足。

相对于此，已知铜合金中的Cu－Sn系合金与导热性具有比例关系，导电率高，且具有所需的强度，并且可廉价地制造，因此尤其是例如含有0.12％的质量分数的Sn的铜合金作为CDA(CopperDevelopmentAssociation，铜业发展协会)合金编号C14415被提供用于实际应用。又，Cu－Sn合金先前也作为铜合金箔用于移动电话的可挠性印刷基盘或锂离子二次电池等二次电池的负极集电体材料(参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2005－048262号公报

发明内容

然而，现有的Cu－Sn合金虽然强度及导热特性高，但并未满足所要求的弯曲性或拉拔加工性，且根据情形未满足该两者。

因此，对Cu－Sn合金在维持强度及导电率的状态下改善弯曲性及拉拔加工性在工业上的意义极为深远。

因此，本发明的课题在于提供一种兼具高强度、高导电及优异的拉拔加工性及弯曲加工性的铜合金板、及具备该铜合金板的散热用电子零件。

本发明人等人发现，通过控制由在Cu－Sn系合金的面内的3个方位所测定的兰克福特值求出的板厚各向异性的值，可使拉拔加工性及弯曲加工性提高。

以如上见解为背景而完成以下的发明。

本发明的铜合金板含有0.01～0.3％的质量分数的Sn，剩余部分由铜及其不可避免的杂质构成，具有75％IACS以上的导电率及300MPa以上的0.2％保证应力，且在将相对于压延方向平行的方向、直角的方向及形成45°的方向的各自的兰克福特值分别设为r₀、r₉₀、r₄₅时，以(r₀+r₉₀+2×r₄₅)/4定义的板厚各向异性r为1.0以上。

本发明的铜合金板优选为设为W弯曲试验中的压延平行方向(GW方向)及压延直角方向(BW方向)的最小弯曲半径/板厚(MBR/t)赋为MBR/t≤1.5。

再者，在本发明的铜合金板中，除了Sn以外，还可进而以各元素的合计成为0.15％的质量分数以下的方式添加Ag、P、Co、Ni、Cr、Mn、Zn、Mg、Si的至少1种。这些元素均有助于提高强度，但若添加量过多，则导电率降低，或原料成本增加，或制造性恶化，故而优选上限为0.15％的质量分数。

又，本发明的散热用电子零件为具备上述任一种铜合金板的电子零件。

根据本发明，可提供一种兼具高强度、高导电性及优异的拉拔加工性的铜合金板。该铜合金板涉及如下的铜合金板：可优选地用作端子、连接器、开关、插座、继电器、汇流排、引线框架等电子零件的素材，适合于智能手机或个人电脑等中所使用的散热性零件及高电流零件的用途。

具体实施方式

以下，对本发明的实施形态进行详细说明。

本发明的一种实施形态的铜合金板具有Sn为0.01～0.3％的质量分数、剩余部分由铜及不可避免的杂质所构成，在该铜合金板中，将导电率设为75％IACS以上，将0.2％保证应力设为300MPa以上，将由兰克福特值求出的板厚各向异性调整为1.0以上。兼具此种特性的本发明的铜合金板适合于散热用电子零件的用途。

(合金成分浓度)

Sn浓度设为0.01～0.3％的质量分数。若Sn超过0.3％的质量分数，则难以获得75％IACS以上的导电率。若Sn未达0.01％的质量分数，则难以获得300MPa以上的0.2％保证应力。就同样的观点而言，Sn浓度优选设为0.03～0.25％的质量分数，其中更优为设为0.08～0.25％的质量分数。

在本发明的Cu－Sn系合金中，除了Sn以外，还可进而添加选自由Ag、P、Co、Ni、Cr、Mn、Zn、Mg、Si所组成的群中的元素的至少1种，其添加量优选为合计设为0.15％的质量分数以下。若这些元素的合计超过0.15％的质量分数，则导电率降低，或原料成本增加，或制造性恶化。

(导电率)

在本发明中，将依据JISH0505测定的导电率设为75％IACS以上。若导电率为75％IACS以上，则导热率良好，可确保良好的散热性。导电率优选为设为80％IACS以上。

(0.2％保证应力)

在本发明中，将铜合金板的0.2％保证应力设为300MPa以上，在该情形中，可以认为铜合金板具有作为结构材的素材所必需的强度。0.2％保证应力优选为设为350MPa以上，尤其是设为400MPa以上时更优。

(拉拔加工性)

在试片的压延平行、直角、45°方向分别施加2.5％的伸长应变，根据试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r。关于该板厚各向异性r，已知一般值越大，拉拔加工性越良好。又，一般伸铜品的板厚各向异性r为0.5～0.9左右，在本发明中，通过将该值调整为1.0以上，可获得优异的拉拔加工性。

此处所谓的兰克福特值是由JISZ2254所规定的，在测定上述各兰克福特值r₀、r₉₀、r₄₅时，设为依据JISZ2254而进行。其中，本发明品为了维持作为结构材所必需的强度，伸长率低，将负荷应变设为2.5％。

为了获得更优异的拉拔加工性，优选为板厚各向异性r设为1.5以上。

(厚度)

制品的厚度、即板厚(t)优选为0.05～2.0mm。若厚度过小，则无法获得充分的散热性，故而不适合作为散热用电子零件的素材。另一方面，若厚度过大，则拉拔加工及弯曲加工变得困难。就上述观点而言，更优的厚度为0.08～1.5mm。通过使厚度为上述范围，可使散热性优异，且弯曲加工性为良好。

(弯曲加工性)

就确保良好的弯曲性的观点而言，优选为将铜合金板的最小弯曲半径(MBR)设为依据JISH3130测定，且该最小弯曲半径(MBR)相对于上述板厚(t)的比率(MBR/t)设为2.0以下、尤其是设为1.5以下。更优为将MBR/t设为0.5以下。

(制造方法)

以下，对本发明的铜合金板的较优的制造方法的一个示例进行说明。

将作为纯铜原料的电解铜等熔解，并添加Sn及视需要的其他合金元素，铸造成厚度30～300mm左右的铸锭。将该铸锭例如通过800～1000℃的热压延制成厚度3～30mm左右的板后，反复进行冷压延与再结晶退火，以最终的冷压延最终加工成规定的制品厚度，最后实施弛力退火。最终冷压延后的伸长率低至未达2％的程度，但因其后的弛力退火而上升。

在再结晶退火中，使压延组织的一部分或全部再结晶化。

在最终冷压延前的再结晶退火中，将铜合金板的平均结晶粒径调整为80μm以下。若平均结晶粒径过大，则难以将0.2％保证应力调整为300MPa以上。为了提高0.2％保证应力，优选为通过最终冷压延前的再结晶退火，而将平均结晶粒径调整为60μm以下，更优为进而设为50μm以下。

最终冷压延前的再结晶退火的条件是基于作为目标的退火后的结晶粒径及作为目标的制品的导电率而决定的。具体而言，使用批次炉或连续退火炉，将炉内温度设为350～800℃进行退火即可。在批次炉中，在350～600℃的炉内温度下以30分钟至30小时的范围适当调整加热时间即可。在连续退火炉中，在450～800℃的炉内温度下以5秒至10分钟的范围适当调整加热时间即可。一般而言，若在更低温度且更长时间的条件下进行退火，则可以相同的结晶粒径获得更高的导电率。

在最终冷压延中，使材料反复通过一对压延辊间，最终加工成目标的板厚。控制最终冷压延的总加工度。

总加工度R(％)赋为R＝(t₀－t)/t₀×100(t₀：最终冷压延前的板厚、t：最终冷压延后的板厚)。

总加工度R设为20～99％、优选为设为40～98.5％、更优为设为60～98％。若R过小，则难以将0.2％保证应力调整为300MPa以上，若R过大，则有压延材的边缘破裂的情况。

本发明的弛力退火使用可于炉内将铜合金板保持为平板状的连续退火炉进行。对于批次炉的情形，由于在卷绕成线圈状的状态下加热材料，因此在加热中材料发生塑性变形而在材料中产生翘曲。因此，批次炉不适合于本发明的弛力退火。

在压延后的弛力退火中，将在连续退火炉内负担于材料的张力调整为1～5MPa、更优为调整为2～4MPa。若张力过大，则板厚各向异性r降低，难以调整为1.0以上。另一方面，若张力过小，则有引起生产性的降低的可能性，例如正通过退火炉的材料与炉壁接触而使材料表面或边缘附着伤痕。

在连续退火炉中，将炉内温度设为300～700℃、优选为设为350～650℃，以5秒至10分钟的范围适当调整加热时间，将弛力退火后的0.2％保证应力(σ)调整为相对于弛力退火前的0.2％保证应力(σ₀)低10～50MPa的值、优选为调整为低15～45MPa的值。由此，在最终冷压延结束时较低的伸长率上升，并且弯曲性改善。

本发明将以下情形设为特征之一，即，除了上述弛力退火以外，也将由兰克福特值求出的板厚各向异性r≥1.2的特征赋予至Cu－Sn系合金，由此改善拉拔加工性及弯曲加工性，若整理显示为此所需的制造条件，则如下所述。

a.在弛力退火中调整为(σ₀－σ)＝10～50MPa。

b.将弛力退火中的炉内张力调整为5MPa以下。

c.将最终加工压延的总加工度设为99％以下。

以如上方式制造的铜合金板被加工成各种板厚的伸铜品，例如可用作智能手机、平板PC及个人电脑等电气－电子机器内的散热用电子零件等。

实施例

以下与比较例一同表示本发明的实施例，但这些实施例是为了更好地理解本发明及其优点而提供的，并不旨在限定发明。

向熔铜添加合金元素后，铸造成厚度为200mm的铸锭。将铸锭以950℃加热3小时，并以950℃进行热压延，由此制成厚度20mm的板。将热压延板表面的氧化皮通过研磨机研削、去除后，反复进行退火与冷压延，以最终的冷压延最终加工成规定的制品厚度。最后使用连续退火炉进行弛力退火。

最终冷压延前的退火(最终再结晶退火)使用批次炉，将加热时间设为5小时，在300～700℃的范围内调整炉内温度，而改变退火后的结晶粒径与导电率。在退火后的结晶粒径的测定中，将与压延方向呈直角的剖面于镜面研磨后进行化学腐蚀，通过切断法(JISH0501(1999年))求出平均结晶粒径。

在最终冷压延中，控制总加工度及每1道次的加工度。又，求出最终冷压延后的材料的0.2％保证应力。

在使用连续退火炉的弛力退火中，将炉内温度设为500℃，将加热时间调整于1秒至15分钟之间，使退火后的0.2％保证应力进行各种变化。又，使于炉内附加于材料的张力进行各种变化。

对制造过程中的材料及弛力退火后的材料进行如下测定。

(成分)

通过ICP质量分析法分析弛力退火后的材料的合金元素浓度。

(0.2％保证应力)

对于最终冷压延后及弛力退火后的材料，以拉伸方向与压延方向平行的方式采取JISZ2241所规定的13B号试片，依据JISZ2241与压延方向平行地进行拉伸试验，求出0.2％保证应力。

(导电率)

自弛力退火后的材料以试片的长度方向与压延方向平行的方式采取试片，依据JISH0505，通过四端子法测定在20℃的导电率。

(板厚各向异性)

在试片的压延平行、直角、45°方向采取JISZ2241所规定的JIS13B号试片。使用拉伸试验器，对该试片分别施加2.5％的伸长应变，算出板厚各向异性。

(MBR/t)

制作宽度10mm×长度30mm的短条状的试片，通过W弯曲试验(JISH3130)进行试验。试片采取方向设为压延平行方向(GW)及压延直角方向(BW)，通过不发生破裂的最小弯曲半径MBR(MinimumBendRadius)与板厚t的比MBR/t进行评价。

在表1及2中表示评价结果。其中，在表1所示的内容中，最终再结晶退火后的结晶粒径中的“≤10”的表述包含压延组织的全部再结晶化并且其平均结晶粒径为10μm以下的情形、以及仅压延组织的一部分再结晶化的情形两者。

[表1]

[表2]

由表1所示的内容可知，发明例1～32的任一者均含有0.01～0.3％的质量分数的Sn，又，最终再结晶退火的结晶粒径为80μm以下，最终压延的总加工度为20～99％，弛力退火中的张力为1～5MPa而均成为规定的范围，故而可获得弛力退火后的0.2％保证应力为300MPa以上、导电率为75％以上、板厚各向异性r为1.0以上，且散热性、强度及加工性良好的材料。进而，这些发明例1～32由于最终压延后的0.2％保证应力与弛力退火后的0.2％保证应力的差为10～50MPa，因此弯曲加工性在GW、BW方向均为1.5以下而良好。

另一方面，如表2所示，比较例1中，Sn浓度未达0.01％的质量分数，0.2％保证应力未达300MPa。比较例2中，Sn浓度超过0.3％的质量分数，导电率未达75％，散热性较差。

比较例3中，Sn以外的添加元素浓度超过0.15％的质量分数，导电率未达75％，散热性较差。

比较例4中，再结晶退火中的结晶粒径超过80μm，故而0.2％保证应力未达300MPa。

比较例5中，最终压延中的总加工度未达20％，故而0.2％保证应力未达300MPa。

比较例6中，制品厚度超过2.0mm，故而板厚各向异性未达1.0，拉拔加工性差。又，在GW、BW方向弯曲加工性均超过1.5。

比较例7中，虽进行了弛力退火，但张力超过5MPa，故而板厚各向异性未达1.0，拉拔加工性差。又，在GW、BW方向弯曲加工性均超过1.5。

比较例8中，最终压延后的0.2％保证应力与弛力退火后的0.2％保证应力的差未达10，故而板厚各向异性r未达1.0，拉拔加工性差。又，在GW、BW方向弯曲加工性均超过1.5。

Claims (4)

1.一种铜合金板，其含有0.01～0.3％的质量分数的Sn，剩余部分由铜及其不可避免的杂质构成，具有75％IACS以上的导电率及300MPa以上的0.2％保证应力，且在将相对于压延方向平行的方向、直角的方向及形成45°的方向的各自的兰克福特值分别设为r₀、r₉₀、r₄₅时，以(r₀+r₉₀+2×r₄₅)/4定义的板厚各向异性r为1.0以上。

2.根据权利要求1所述的铜合金板，其中，W弯曲试验中的压延平行方向(GW方向)及压延直角方向(BW方向)的最小弯曲半径(MBR)相对于板厚(t)的比率赋为MBR/t≤1.5。

3.根据权利要求1或2所述的铜合金板，其进而含有选自由Ag、P、Co、Ni、Cr、Mn、Zn、Mg、Si所组成的群中的至少1种，合计0.15％的质量分数以下。

4.一种散热用电子零件，其具备权利要求1至3中任一项所述的铜合金板。