CN108368566A - 散热元件用铜合金板 - Google Patents

Abstract

提供一种铜合金板，其在制造散热元件的过程的一部分，包含加热到650℃以上的温度这一过程时，能够使制造后的散热元件拥有充分的强度和散热性能。一种铜合金板，其含有Ni：0.2～0.95质量％和Fe：0.05～0.8质量％，与P：0.03～0.2质量％，设Ni和Fe的合计含量为[Ni+Fe]，P的含量为[P]时，[Ni+Fe]为0.25～1.0质量％，且[Ni+Fe]/[P]为2～10，余量由Cu和不可避免的杂质构成。该铜合金板中，0.2％屈服强度在100MPa以上，具有优异的弯曲加工性，以850℃加热30分钟后进行水冷，接着进行以500℃加热2小时的时效处理之后的0.2％屈服强度为120MPa以上，导电率为40％IACS以上。

Description

散热元件用铜合金板

技术领域

本发明涉及散热元件用铜合金板，其用于对于从计算机的CPU、LED灯等发生的热进行处理的散热板、热沉、热导管等。特别是涉及用于如下情况的散热元件用铜合金板，即，作为散热元件的制造过程的一部分，包括硬钎焊、扩散接合、脱气等加热到高温的过程。

背景技术

台式PC，笔记本型PC等所搭载的CPU的工作速度的高速化和高密度化急速进展，来自这些CPU的放热量进一步增大。若CPU的温度上升至一定高度的温度，则成为误操作、热失控等的原因，因此从CPU等的半导体装置有效地散热成为切实的问题。

作为吸收半导体装置的热，使之散发到大气中的散热元件，使用的是热沉。由于热沉要求有高导热性，所以作为原材使用的是导热率大的铜、铝等。但是，对流热阻会限制热沉的性能，难以满足放热量增大的高功能电子元件的散热要求。

因此，作为具有更高散热性的散热元件，提出有具备高导热性和热传输能力的管状热导管和平面状热导管(蒸气腔)。热导管利用封入到内部的制冷剂的蒸发(从CPU吸热)和冷凝(放出吸收的热)被循环进行，从而发挥着比热沉更高的散热特性。另外还提出，通过将热导管与热沉和风扇这样的散热元件加以组合，由此来解决半导体装置的放热问题。

作为用于散热板、热沉或热导管等的散热元件的原材，多用导电率和耐腐蚀性优异的纯铜制(无氧铜：C1020)的板或管。为了确保成形加工性，作为原材，使用的是软质的退火材(O材)和/或1/4H调质材，但在后述的散热元件的制造工序中，存在容易发生变形或疵点，冲切加工时容易出现毛口，冲模容易磨耗等问题。另一方面，在专利文献1和2中，作为散热元件的原材，记述的是Fe－P系的铜合金板。

散热板和热沉，是通过冲压成形、冲切加工、切削、开孔加工、蚀刻等将纯铜板加工成规定形状后，再根据需要进行镀Ni和/或镀Sn，之后再用焊料、钎料、粘接剂等与CPU等的半导体装置接合。

关于管状热导管(参照专利文献3)，其制造是将铜粉末在管内烧结而形成吸液芯，在加热脱气处理后，将一端进行硬钎焊密封，在真空或减压下向管内加入制冷剂，之后再将另一方的端部进行硬钎焊密封。

平面状热导管(参照专利文献4和5)使管状热导管的散热性能进一步提高。作为平面状热导管提出的是，为了有效地进行制冷剂的冷凝和蒸发，与管状热导管同样，对内表面进行粗糙化加工、凹槽加工等。将进行过冲压成形、冲切加工、切削、蚀刻等的加工的上下两张的纯铜板，通过硬钎焊、扩散接合、焊接等的方法加以接合，在内部加入制冷剂后，通过硬钎焊等的方法进行密封。在接合工序中进行脱气处理。

另外，作为平面状热导管，提出其由外表构件，和收容在外表构件的内部的内部构件构成。为了促进制冷剂的冷凝、蒸发和输送，在外表构件的内部配置有一个或多个内部构件，由其加工出各种形状的翅片、突起、孔洞、狭缝等。在这种形式的平面状热导管中，也是将内部构件配置在外表构件的内部后，通过硬钎焊、扩散接合等的方法，使外表构件与内部构件一体化接合，加入制冷剂后，通过硬钎焊等的方法密封。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2003－277853号公报

【专利文献2】日本特开2014－189816号公报

【专利文献3】日本特开2008－232563号公报

【专利文献4】日本特开2007－315745号公报

【专利文献5】日本特开2014－134347号公报

在这些散热元件的制造工序中，散热板和热沉在软钎焊和硬钎焊的工序中被加热至200～700℃左右。管状热导管和平面状热导管在烧结、脱气、使用了磷铜钎料(BCuP－2等)的硬钎焊、扩散接合、焊接等的工序中被加热到800～1000℃左右。

例如，作为热导管的原材而使用纯铜板时，以650℃以上的温度进行加热时的软化剧烈。另外，急剧的晶粒粗大化发生。因此，安装到热沉和半导体装置上，或嵌入到PC框体中等之时，制造的热导管容易变形，热导管内部的构造发生变化，另外，表面的凹凸变大，存在不能发挥预期的散热性能的问题。另外，为了避免这样的变形，虽然增加纯铜板的厚度即可，但若是如此，则热导管的质量和厚度增大。如果厚度增大，则PC框体内部的间隙变小，存在对流传热性能降低的问题。

另外，专利文献1和2所述的铜合金板(Fe－P系)，若以650℃以上的温度加热，则也会软化，此外与纯铜相比，导电率大幅降低。因此，经过烧结、脱气、硬钎焊、扩散接合、焊接等的工序，例如制造平面状热导管时，同样在热导管的搬送和装卸、向底座的嵌入等工序中容易变形。另外，导电率降低，无法表现出作为热导管的预期性能。

发明内容

本发明鉴于由纯铜或铜合金板制造散热元件的过程的一部分中，包含加热到650℃以上的温度这一过程时的上述问题点而做，其目的在于，提供一种铜合金板，其能够使经过加热至650℃以上的温度这一过程而制造的散热元件，拥有充分的强度和散热性能。

析出硬化型铜合金在固溶处理后进行时效处理，由此强度和导电率提高。但是，析出硬化型铜合金存在的情况是，在固溶处理后，以冷态施加塑性加工而将作为析出点的塑性应变导入合金，之后如果不进行时效处理，则时效处理带来的强度和导电率的提高效果低。

如果是经过硬钎焊、扩散接合、焊接等的加热工序而制作的蒸气腔等的散热元件，则在所述加热工序后不会施加塑性加工。因此，由析出强化型铜合金的板材制作所述散热元件时，在相当于固溶处理的上述加热工序后，即使实施时效处理，仍存在强度和导电率无法充分提高的情况。

另一方面，发明者们发现，在析出硬化型铜合金之中Cu－(Ni,Fe)－P系合金中，通过限定Ni、Fe和P的组成范围和[Ni+Fe]/P比，在上述加热工序后，即使不施加塑性加工而进行时效处理时，散热元件的强度和导电率仍会大幅提高，从而达成本发明。

本发明的散热元件用铜合金板用于如下情况，即，作为制造散热元件的过程的一部分，包括加热到650℃以上的过程和时效处理，其含有Ni：0.2～0.95质量％和Fe：0.05～0.8质量％，与P：0.03～0.2质量％，余量由Cu和不可避免的杂质构成，设Ni和Fe的合计含量为[Ni+Fe]，P的含量为[P]时，[Ni+Fe]为0.25～1.0质量％，且[Ni+Fe]/[P]为2～10，0.2％屈服强度为100MPa以上，具有优异的弯曲加工性，以850℃加热30分钟后水冷，接着进行以500℃加热2小时的时效处理之后的0.2％屈服强度为120MPa以上，导电率为40％IACS以上。

本发明的散热元件用铜合金板，根据需要，作为合金元素，还能够在低于0.05质量％的范围含有Co。另外，本发明的散热元件用铜合金板，根据需要，还能够在Sn：0.005～1.0质量％、Mg：0.005～0.2质量％的范围含有Sn和Mg中的一种或两种，或/和在1.0质量％以下的范围含有Zn作为合金元素。另外，本发明的散热元件用铜合金板，根据需要，还能够含有Si、Al、Mn、Cr、Ti、Zr、Ag之中一种或两种以上，合计为0.005～0.5质量％作为合金元素。

本发明的铜合金板所使用的情况是，作为制造散热元件的过程的一部分，包含加热到650℃以上的过程和时效处理。即，使用本发明的铜合金板制造的散热元件，高温加热到650℃以上之后进行时效处理，强度提高。

本发明的铜合金板，0.2％屈服强度为100MPa以上，具有优异的弯曲加工性。而且，本发明的铜合金板，进行加热至850℃30分钟，接着以500℃进行2小时加热的时效处理时，0.2％屈服强度为120MPa以上，导电率为40％IACS以上。本发明的铜合金板，因为时效处理后的强度高，所以将使用该铜合金板制造的热导管等的散热元件，安装到热沉和半导体装置上，或嵌入PC框体等之时，该散热元件难以变形。另外，本发明的铜合金板，其导电率比纯铜板低，但因为时效处理后的强度高，所以能够薄壁化，在散热性能这一点上能够弥补导电率降低的部分。

具体实施方式

以下，对于本发明的实施方式的散热元件用铜合金板，更详细地加以说明。

本发明的实施方式的铜合金板，通过冲压成形、冲切加工、切削、蚀刻等加工成规定形状，经过高温加热(脱气、接合(硬钎焊、扩散接合、焊接(TIG、MIG、激光等)，用于烧结等的加热)，被加工成散热元件。根据散热元件的种类和制造方法，所述高温加热的加热条件有所不同，但在本发明的实施方式中，设想的是以650℃～1050℃左右进行所述高温加热的情况。本发明的实施方式的铜合金板由后述的组成的(Ni、Fe)－P系铜合金构成，若加热至所述温度范围内，则在母材析出的(Ni、Fe)－P化合物的至少一部分固溶，晶粒生长，发生软化和导电率的降低。

本发明的实施方式的铜合金板，以850℃加热30分钟后水冷，接着进行以500℃加热2小时的时效处理之后的强度(0.2％屈服强度)为120MPa以上，导电率为40％IACS以上。以850℃进行30分钟的加热，是设想为散热元件的制造中的所述高温加热的过程的加热条件。若以此条件对于本发明的实施方式的铜合金板进行高温加热，则加热前析出的(Ni、Fe)－P化合物固溶，晶粒生长，发生软化和导电率的降低。若接着对于所述铜合金板进行时效处理，则微细的(Ni、Fe)－P化合物析出。同此，因所述高温加热而降低的强度和导电率显著改善。

所述时效处理能够以如下等方法实施：(a)在高温加热后的冷却工序中处于析出温度范围保持一定时间；(b)高温加热后冷却至室温，其后再加热至析出温度范围并保持一定时间；(c)在所述(a)的工序后，再加热至析出温度范围而保持一定时间。

作为具体的时效处理条件，可列举在300～600℃的温度范围保持5分钟～10小时的条件。以强度的提高为优先时，适宜选择微细的(Ni、Fe)－P化合物生成的温度－时间条件，以导电率的提高为优先时，适宜选择固溶的Ni、Fe和P减少的过时效倾向的温度－时间条件即可。

时效处理后的铜合金板，导电率比高温加热后的纯铜板低，但强度比纯铜板显著提高。为了得到这一效果，使用本发明的实施方式的铜合金板制造的热导管等的散热元件，在高温加热后进行时效处理。时效处理条件如前述。时效处理后的散热元件(铜合金板)强度高，安装到热沉或半导体装置上，或嵌入PC框体等之时，能够防止该散热元件的变形。另外，本发明的实施方式的铜合金板(时效处理后)，因为强度比纯铜板高，所以能够薄壁化(0.1～1.0mm厚)，由此能够提高散热元件的散热性能，能够弥补相比纯铜板时的导电率的降低量。

还有，本发明的实施方式的铜合金板，无论高温加热的温度低于850℃(650℃以上)或高于850℃(1050℃以下)，时效处理后，都能够达成120MPa以上的0.2％屈服强度，和40％IACS以上的导电率。

本发明的实施方式的铜合金板，在高温加热至650℃以上的温度之前，通过冲压成形、冲切加工、切削、蚀刻等，被加工成散热元件。需要铜合金板具有在所述加工时的搬送和装卸中不容易发生变形的强度，并具有所述加工不会出现故障而能够实行的机械特性。更具体地说，本发明的实施方式的铜合金板，其0.2％屈服强度为100MPa以上，以及具有优异的弯曲加工性。如果满足以上的特性，则铜合金板的调质没有问题。例如固溶处理材、时效处理材、对时效处理材进行过冷轧的等等，均可使用。

在弯曲加工中，要求弯曲部不会发生裂纹。此外，优选在弯曲线及其邻域，不发生表面粗糙。即使是相同材质的铜合金板，弯曲形成的裂纹和表面粗糙的易发生度，也会依存于弯曲半径R与板厚t的比率R/t。使用铜合金板制造蒸气腔等的散热元件时，作为铜合金板的弯曲加工性，通常要求轧制平行方向和直角方向在进行R/t≤2的弯曲时，均不发生裂纹。作为铜合金板的弯曲加工性，优选在R/t≤1.5的弯曲时不发生裂纹，更优选在R/t≤1.0的弯曲时不发生裂纹。铜合金板的弯曲加工性，一般用板宽10mm的试验片进行试验(参照后述的实施例的弯曲加工性试验)。对于铜合金板材进行弯曲加工时，弯曲宽度越大越容易发生裂纹，因此作为散热元件，特别是弯曲宽度大时，优选在R/t＝1.0的弯曲中不发生裂纹，此外还优选在R/t＝0.5的弯曲中不发生裂纹。另外，为了使弯曲线及其邻域不发生表面粗糙，优选在铜合金板的表面沿板宽方向测量的平均晶粒直径(切断法)为20μm以下，更优选为15μm以下。

如先前所述，加工本发明的实施方式的铜合金板而制造的散热元件，若高温加热至650℃以上的温度，则软化。高温加热后的散热元件，还优选具有在实施时效处理时的搬送和装卸中不容易发生变形的强度。为此，优选在以850℃加热30分钟后水冷的阶段，具有50MPa以上的0.2％屈服强度。

使用本发明的实施方式的铜合金板制造的散热元件，在接受时效处理后，根据需要，以提高耐腐蚀性和软钎焊性为主要目的，至少在外表面的一部分形成Sn被覆层。Sn被覆层中，包括经电镀、无电解镀形成的，或者在这些镀敷后，再加热至Sn的熔点以下或熔点以上而形成的。Sn被覆层中，包含Sn金属和Sn合金，作为Sn合金，除了Sn以外，作为合金元素，可列举Bi、Ag、Cu、Ni、In和Zn之中一种以上，合计含有5质量％以下。

在Sn被覆层之下，能够形成Ni、Co、Fe等的衬底镀层。这些衬底镀层具有防止来自母材的Cu和合金元素的扩散的作为屏障的功能，和防止因增大散热元件的表面硬度而造成刮伤的功能。也能够在所述衬底镀层之上镀Cu，再镀Sn之后，进行加热至Sn的熔点以下或熔点以上的热处理而形成Cu－Sn合金层，从而成为衬底镀层、Cu－Sn合金层和Sn被覆层的三层结构。Cu－Sn合金层具有防止来自母材的Cu、合金元素的扩散的作为屏障的功能，和防止因增大散热元件的表面硬度造成刮伤的功能。

另外，使用本发明的实施方式的铜合金板制造的散热元件，经受时效处理后，根据需要，至少在外表面的一部分形成Ni被覆层。Ni被覆层，具有防止来自母材的Cu和合金元素扩散的作为屏障的功能，防止因增大散热元件的表面硬度造成刮伤，和使耐腐蚀性提高的功能。

接下来，对于本发明的实施方式的铜合金板的组成进行说明。

本发明的实施方式的铜合金板，含有Ni：0.2～0.95质量％和Fe：0.05～0.8质量％，P：0.03～0.2质量％。Ni和Fe的合计含量[Ni+Fe]为0.25～1.0质量％的范围内。

Ni和Fe在与P之间生成P化合物，使铜合金板的强度和耐应力松弛特性提高。还有，该P化合物由Ni－P化合物、Fe－P化合物、和Ni的一部分被Fe置换的Ni－Fe－P化合物中的一种或两种以上构成。在本发明的实施方式中，将该P化物表述为(Ni、Fe)－P化合物。P化合物其固溶温度高，即使铜合金板被加热至650℃以上的高温(例如850℃)，也有一部分比较稳定地存在，可防止晶粒直径的粗大化。另一方面，铜合金板的加热温度越高，水冷后的冻结空位浓度越高，析出物的成核点增加。因此，通过继续进行的时效处理能够增加球状的析出物的数密度，这有助于时效处理后的强度的提高。

Ni和Fe的合计含量[Ni+Fe]低于0.25质量％，或P含量低于0.03质量％时，P化合物的析出量少，使铜合金板的强度和耐应力松弛特性提高的效果小。另一方面，若[Ni+Fe]高于1.0质量％或P含量[P]高于0.2质量％，则粗大的氧化物、晶化物、析出物等生成，热加工性降低，且铜合金板的强度、耐应力松弛特性和弯曲加工性降低。另外，Ni、Fe和P的固溶量增加，铜合金板的导电率降低。因此，[Ni+Fe]为0.25～1.0质量％，P含量为0.03～0.2质量％。

另外，Ni和Fe各自的含量，分别低于0.2质量％、低于0.05质量％时，使铜合金板的强度和耐应力松弛特性提高的效果小。因此，Ni和Fe的含量的下限值分别为0.2质量％、0.05质量％。

Ni和Fe的合计含量[Ni+Fe]与P含量[P]的含量比[Ni+Fe]/[P]低于2或高于10时，过剩的Ni、Fe或P固溶，导电率降低。因此，含量比[Ni+Fe]/[P]为2～10。[Ni+Fe]/[P]的下限值优选为2.2，上限值优选为9.5。

Co在Cu基体中作为Co单独析出，使铜合金的耐热性提高，因此根据需要添加。另外，Co抑制(Ni、Fe)－P化合物的Ni或Fe的一部分，使铜合金板的强度和耐应力松弛特性提高。但是，因为Co高价，所以Co含量低于0.05质量％。

Sn在铜合金母相中固溶，具有使铜合金的强度提高的作用，因此根据需要添加。另外，Sn的添加对于提高耐应力松弛特性也有效。若散热元件的使用环境为80℃或其以上，则发生蠕变变形，与CPU等热源的接触面变小，散热性降低，但通过使耐应力松弛特性提高，则能够抑制这一现象。为了得到强度和耐应力松弛特性的提高效果，Sn含量为0.005质量％以上，优选为0.01质量％以上，更优选为0.02质量％以上。另一方面，若Sn含量高于1.0质量％，则使铜合金板的弯曲加工性降低，且使时效处理后的导电率降低。因此，Sn含量为1.0质量％以下，优选为0.6质量％以下，更优选为0.3质量％以下。

Mg与Sn同样，在铜合金母相中固溶，具有使铜合金的强度和耐应力松弛特性提高的作用，因此根据需要添加。为了得到强度和耐应力松弛特性的提高效果，Mg含量为0.005质量％以上。另一方面，若Mg含量高于0.2质量％，则使铜合金板的弯曲加工性降低，且使时效处理后的导电率降低。因此，Mg含量为0.2质量％以下，优选为0.15质量％以下，更优选为0.05质量％以下。

Zn使铜合金板的强度提高，具有改善焊料的耐热剥离性和镀Sn的耐热剥离性的作用，因此根据需要添加。将散热元件嵌入半导体装置时，有需要进行软钎焊的情况，另外，制造散热元件后，有进行用于改善耐腐蚀性镀Sn的情况。在这样的散热元件的制造中，适合使用含有Zn的铜合金板。但是，若Zn的含量高于1.0质量％，则焊料润湿性降低，因此Zn的含量为1.0质量％以下。Zn的含量优选为0.7质量％以下，更优选为0.5质量％以下。另一方面，Zn含量低于0.01质量％时，耐热剥离性的改善不充分，Zn的含量优选为0.01质量％以上。Zn含量更优选为0.05质量％以上，进一步优选为0.1质量％以上。

还有，本发明的实施方式的铜合金板含有Zn时，若以500℃以上的温度加热，则由于加热气氛导致Zn气化，会使铜合金板的表面性状降低，或污染加热炉。从防止Zn气化这一观点出发，Zn的含量优选为0.5质量％以下，更优选为0.3质量％以下，进一步优选为0.2质量％以下。

Si、Al、Mn、Cr、Ti、Zr和Ag具有使铜合金的强度和耐热性提高的作用，因此可根据需要添加其一种或两种以上。这些元素被添加时，若含量多，则铜合金的导电率降低，因此这些元素的一种或两种以上的合计含量限制在0.5质量％以下。另一方面，为了得到上述作用，这些元素的合计含量的下限值为0.005质量以上。下限值更优选为0.01质量％，进一步优选为0.02质量％。

其中，Si、Al和Mn即使少量含有，也会使铜合金的导电率降低，因此优选使其上限值分别为，Si：0.2质量％、Al：0.2质量％和Mn：0.1质量％。另一方面，为了得到上述作用，Si、Al和Mn优选分别使其下限值为，Si：0.01质量％、Al：0.01质量％和Mn：0.01质量。Cr、Ti和Zr容易形成数μm～数10μm左右的氧化物系、硫化物系等的夹杂物，经冷轧在所述夹杂物与母材之间形成间隙，所述夹杂物存在于表面时，使铜合金的耐腐蚀性降低。因此，Cr、Ti和Zr的上限值，优选为Cr：0.2质量％、Ti：0.1质量％和Zr：0.05质量％。另一方面，为了得到上述作用，Cr、Ti和Zr分优选使其下限值为Cr：0.005质量％、Ti：0.01质量％和Zr：0.005质量％。Ag的上限值为0.5质量％，为了得到上述作用，优选使其下限值为0.01质量％。

作为不可避免的杂质的H、O、S、Pb、Bi、Sb、Se和As，若铜合金板在650℃以上的温度长时间加热，则聚集在晶界，有可能引起加热中和加热后的晶界裂纹和晶界脆化等，因此优选减少这些元素的含量。H在加热中聚集在晶界、和/或夹杂物与母材的界面，使膨胀发生，因此优选低于1.5ppm(质量ppm，下同)，更优选低于1ppm。O优选低于20ppm，更优选低于15ppm。S、Pb、Bi、Sb、Se和As优选合计低于30ppm，更优选低于20ppm。特别是关于Bi、Sb、Se和As，优选使这些元素的合计含量低于10ppm，更优选低于5ppm。

本发明的实施方式的铜合金板，在对于具有所述组成的铸块进行均热处理后，能够以如下等工序制造：(1)热轧－冷轧－退火；(2)热轧－冷轧－退火－冷轧；(3)热轧－冷轧－退火－冷轧－低温退火。在上述(1)～(3)中，也可以多次进行冷轧－退火的工序。

在所述退火中，包含软化退火、再结晶退火或析出退火(时效处理)。软化退火或再结晶退火时，从600～950℃的范围选定加热温度，从5秒～1小时的范围选定加热时间即可。软化退火或再结晶退火兼任固溶处理时，进行以650～950℃加热5秒～3分钟的连续退火即可。析出退火时，如前述，以在300～600℃程度的温度范围保持0.5～10小时的条件进行即可。软化退火或再结晶退火兼任固溶处理时，能够在后工序中进行析出退火。

最终冷轧中，符合作为目标的0.2％屈服强度和弯曲加工性，从加工率为5～80％的范围选定即可。

低温退火中，为了恢复铜合金板的延展性，不使铜合金板再结晶而使之软化，连续退火时，定为在300～650℃的气氛中保持1秒～5分钟左右即可。另外，箱式退火时，定为使铜合金板的实体温度为250℃～400℃而保持5分钟～1小时左右即可。

根据以上的制造方法，能够制造0.2％屈服强度在100MPa以上，具有优异的弯曲加工性的铜合金板。另外，该铜合金板进行以850℃加热30分钟，接着以500℃加热2小时的时效处理时，具有120MPa以上的0.2％屈服强度和40％IACS以上的导电率。

本发明的实施方式的铜合金板，优选以如下工序制造：对于铸块进行均热处理，热轧后，冷轧，伴随固溶的再结晶处理，冷轧，时效处理。也可以在伴随固溶的再结晶处理后，不进行冷轧而进行时效处理，接着进行冷轧。在此制造方法之下，使用所述组成的铜合金，按以下的条件制造的铜合金板，0.2％屈服强度在300MPa以上，并具有优异的弯曲加工性。

熔化和铸造能够通过连续铸造、半连续铸造等的通常的方法进行。还有，作为铜熔炼原料，优选使用S、Pb、Bi、Se和As含量少的原料。另外，优选注意被覆于铜合金熔融金属的木炭的红热化(除去水分)，基体金属、废料、水槽、铸模的干燥，和熔融金属的脱氧等，以减少O和H。

均质化处理优选铸块内部的温度到达800℃以上的温度后，保持30分钟以上。均质化处理的保持时间更优选为1小时以上，进一步优选为2小时以上。

均质化处理后，以800℃以上的温度开始热轧。优选以热轧材中不会形成粗大的(Ni、Fe)－P析出物的方式，在600℃以上的温度结束热轧，从这一温度起通过水冷等的方法进行急冷。若热轧后的急冷开始温度低于600℃，则形成粗大的(Ni、Fe)－P析出物，组织容易变得不均匀，铜合金板(制品板)的强度降低。热轧的结束温度优选为650℃以上的温度，更优选为700℃以上的温度。还有，热轧后急冷的热轧材的组织为再结晶组织。后述的伴随固溶的再结晶处理，通过进行热轧后的急冷而能够兼任。

通过热轧后的冷轧，对铜合金板施加一定的应变，继续再结晶处理后，能够得到具有希望的再结晶组织(微细的再结晶组织)的铜合金板。

伴随固溶的再结晶处理，在以650～950℃，优选以670～900℃保持3分钟以下的条件下进行。铜合金中的Ni、Fe和P的含量少时，优选在上述温度范围内的更低温区域进行，Ni、Fe和P的含量多时，优选在上述温度范围内的更高温区域进行。通过此再结晶处理，能够使Ni、Fe和P在铜合金母材中固溶，并且能够形成弯曲加工性良好的再结晶组织(晶粒直径为1～20μm)。若该再结晶处理的温度比650℃低，则Ni、Fe和P的固溶量少，强度降低。另一方面，若再结晶处理的温度高于950℃或处理时间超过3分钟，则再结晶晶粒发生粗大化。

伴随固溶的再结晶处理后，能够选择如下任意的工序：(a)冷轧－时效处理；(b)冷轧－时效处理－冷轧；(c)冷轧－时效处理－冷轧－低温退火；(d)时效处理－冷轧；(e)时效处理－冷轧－低温退火。

时效处理(析出退火)，以加热温度300～600℃左右保持0.5～10小时的条件进行。该加热温度低于300℃时，析出量少，若高于600℃，则析出物容易粗大化。加热温度的下限优选为350℃，上限优选为580℃，更优选为560℃。时效处理的保持时间，根据加热温度适宜选择，在0.5～10小时的范围内进行。该保持时间为0.5小时以下，析出变得不充分，即使超过10小时，析出量也是饱和，生产率降低。保持时间的下限优选为1小时，更优选为2小时。

【实施例1】

铸造表1和2所示的组成的铜合金，分别制作厚45mm，长85mm和宽200mm的铸块。在该铜合金中，作为不可避免的杂质的H低于1ppm，O低于15ppm，S、Pb、Bi、Sb、Se和As合计低于20ppm。

对于各铸块以965℃进行3小时的均热处理，接着进行热轧而成为板厚15mm的热轧材，从650℃以上的温度进行淬火(水冷)。将淬火后的热轧材的两面各研磨(表面切削)1mm后，冷粗轧至目标板厚0.6mm，进行以650～950℃保持10～60秒的再结晶处理(伴随固溶)。接着以500℃进行2小时的时效处理(析出退火)后，实施50％的最终冷轧，制造板厚0.3mm的铜合金板。

还有，在表1和2所示的实施例4、7和10和比较例1和5中，将冷粗轧后的铜合金板(厚0.6mm)的一部分(长2000mm)，用于后述的[实施例3]和[实施例4]。

【表1】

【表2】

以得到的铜合金板为供试材，按下述要领，进行导电率、机械特性、弯曲加工性和焊料润湿性的各项测量试验。其结果显示在表3和4中。

另外，对于所得到的铜合金板，以850℃加热30分钟后进行了水冷的试样、再进行以500℃加热2小时的时效处理(析出处理)的试样，分别作为供试材，进行导电率和机械特性的各项测量试验。其结果显示在表3和4中。

(导电率的测量)

导电率的测量依据JIS－H0505所规定的有色金属材料导电率测量法，以使用了双电桥的四端子法进行。

(机械特性)

从供试材上，使纵长方向为轧制平行方向而切下JIS5号拉伸试验片，依据JIS－Z2241实施拉伸试验，测量屈服强度和延伸率。屈服强度是相当于永久伸长0.2％的抗拉强度。

(弯曲加工性)

弯曲加工性的测量，遵循伸铜协会标准JBMA－T307所规定的W弯曲试验方法实施。从各供试材上切下宽10mm、长30mm的试验片，使用R/t＝0.5的夹具，进行G.W.(Good Way(弯曲轴与轧制方向垂直))和B.W.(Bad Way(弯曲轴与轧制方向平行))的弯曲。接着，利用100倍的光学显微镜，目视观察弯曲部有无裂纹，G.W.或B.W.的双者都没有发生裂纹的评价为○(合格)，G.W.或B.W.的任意一者或双者发生裂纹的评价为×(不合格)。

(焊料润湿性)

从各供试材上提取狭条状试验片，浸渍涂布非活性焊剂1秒后，用弧面状沾锡法(meniscograph test)测量焊料润湿时间。焊料使用保持在260±5℃的Sn－3质量％Ag－0.5质量％Cu，以浸渍速度25mm/sec、浸渍深度5mm和浸渍时间5sec的试验条件实施。焊料润湿时间在2秒以下的评价为焊料润湿性优异。还有，除比较例6以外，焊料润湿时间均为2秒以下。

【表3】

【表4】

表1和3所示的实施例1～24的铜合金板，合金组成满足本发明的规定，以850℃加热30分钟，接着进行时效处理之后的强度(0.2％屈服强度)为120MPa以上，且导电率为40％IACS以上。另外，以850℃加热前的铜合金板的特性中，强度(0.2％屈服强度)为300MPa以上，弯曲加工性和焊料润湿性优异。

相对于此，表2和4所示的比较例1～10的铜合金板，如以下所示，某一特性差。

比较例1因为不含Ni，且Ni和Fe的合计含量[Ni+Fe]少，所以时效处理后的强度低。

比较例2因为P含量过剩，所以热轧时发生裂纹，不能进入热轧后的工序。

比较例3因为Ni含量少，且Ni和Fe的合计含量[Ni+Fe]少，P含量也少，所以时效处理后的强度低。

比较例4、5中，Sn或Mg含量分别过剩，时效处理后的导电率低。

比较例6中，Zn含量过剩，如先前所述，焊料润湿性差。

比较例7因为主要元素以外的元素(Al、Mn等)的合计过剩而高于0.5质量％，所以时效处理后的导电率低。

比较例8因为不含Fe，且Ni和Fe的合计含量[Ni+Fe]少，所以时效处理后的强度低。

比较例9其Ni和Fe的合计含量[Ni+Fe]和P含量过剩，热轧时发生裂纹，不能进入热轧后的工序。

比较例10中Ni含量少，时效处理后的屈服强度低。

【实施例2】

对于[实施例1]中制造的铜合金板(板厚0.3mm)之中代表性的(表1和2所示的实施例4、7和10与比较例1和5)，以1000℃加热30分钟后水冷，再以500℃加热2小时(时效处理)，将该铜合金板作为供试材，以[实施例1]所述的方法进行导电率和机械特性的各测量试验。其结果显示在表5中。

【表5】

如表5所示，实施例4、7和10，以1000℃加热30分钟，接着时效处理之后的强度(0.2％屈服强度)为120MPa以上，且导电率为40％IACS以上。若将表5所示的数值(时效处理后的屈服强度和导电率)，与850℃下加热30分钟，接着进行时效处理之后的测量结果(参照表3)进行比较，则数值没有明显差异。

另一方面，比较例1、5，以1000℃加热30分钟，接着进行时效处理之后的强度或导电率没有达到标准(0.2％屈服强度为120MPa以上，导电率为40％IACS以上)。

【实施例3】

对于表1和2所示的实施例4、7和10与比较例1和5，使用[实施例1]中制造的冷粗轧制后的铜合金板(厚0.6mm)，对其再实施50％的冷轧，制造板厚0.3mm的铜合金板。接着，对于该铜合金板进行以650～825℃保持10～60秒的再结晶处理(伴随固溶)。

以得到的铜合金板为供试材，按所述[实施例1]记述的方法，进行导电率、机械特性和弯曲加工性的各测量试验。另外，将得到的铜合金板以850℃加热30分钟后水冷的试样，再进行以500℃加热2小时的时效处理(析出处理)的试样，分别作为供试材，同样进行导电率和机械特性的各测量试验。其结果显示在表6中。在表6中，实施例4A、7A和10A的组成，与表1的实施例4、7和10的组成相同，比较例1A和5A的组成，与表2的比较例1和5的组成相同。

【表6】

表6所示的实施例4A、7A和10A的铜合金板，合金组成满足本发明的规定，以850℃加热30分钟，接着进行时效处理之后的强度(0.2％屈服强度)为120MPa以上，且导电率为40％IACS以上。另外，以850℃加热之前的铜合金板的特性中，强度(0.2％屈服强度)为100MPa以上，弯曲加工性也优异。

相对于此，比较例1A的铜合金板，时效处理后的强度低，比较例5A的铜合金，时效处理后的导电率低。

【实施例4】

在表1和2所示的实施例4、7和10与比较例1和5中，使用由[实施例1]制造的冷粗轧制后的铜合金板(厚0.6mm)，对其再实施冷轧，达成板厚0.32mm。接着，进行以650～825℃保持10～60秒的再结晶处理(伴随固溶)后，实施最终冷轧，制造板厚0.3mm的铜合金板。

以得到的铜合金板为供试材，按所述实施例1记述的方法，进行导电率、机械特性和弯曲加工性的各测量试验。另外，将对于所得到的铜合金板以850℃加热30分钟后水冷的试样，再进行以500℃加热2小时的时效处理(析出处理)的试样，分别作为供试材，同样进行导电率和机械特性的各测量试验。其结果显示在表7中。在表7中，实施例4B、7B和10B的组成，与表1的实施例4、7和10的组成相同，比较例1B和5B的组成，与表2的比较例1和5的组成相同。

【表7】

表7所示的实施例4B、7B和10B的铜合金板，合金组成满足本发明的规定，以850℃加热30分钟，接着时效处理之后的强度(0.2％屈服强度)在120MPa以上，且导电率为40％IACS以上。另外，以850℃加热之前的铜合金板的特性中，强度(0.2％屈服强度)为100MPa以上，弯曲加工性也优异。

相对于此，比较例1B的铜合金板，时效处理后的强度低，比较例5B的铜合金，时效处理后的导电率低。

本说明书的公开内容包括以下的方式。

方式1：

一种散热元件用铜合金板，其特征在于，含有Ni：0.2～0.95质量％和Fe：0.05～0.8质量％，与P：0.03～0.2质量％，余量由Cu和不可避免的杂质构成，设Ni和Fe的合计含量为[Ni+Fe]，P的含量为[P]时，[Ni+Fe]为0.25～1.0质量％，[Ni+Fe]/[P]为2～10，0.2％屈服强度在100MPa以上，具有优异的弯曲加工性，以850℃加热30分钟后进行水冷，接着进行以500℃加热2小时的时效处理之后的0.2％屈服强度为120MPa以上，导电率为40％IACS以上，在制造散热元件的过程的一部分中，包含加热到650℃以上的过程和时效处理。

方式2：

根据方式1所述的散热元件用铜合金，其特征在于，还在低于0.05质量％的范围含有Co。

方式3：

根据方式1或2所述的散热元件用铜合金板，其特征在于，还在Sn：0.005～1.0质量％、Mg：0.005～0.2质量％的范围，含有Sn和Mg中的一种或两种。

方式4：

根据方式1～3中任一项所述的散热元件用铜合金板，其特征在于，此外，以至少满足以下的(i)或(ii)的方式含有其他元素。

(i)Zn为1.0质量％以下

(ii)Si、Al、Mn、Cr、Ti、Zr、Ag之中一种或两种以上，合计为0.005～0.5质量％

方式5：

一种散热元件，其特征在于，由如下铜合金板构成，所述铜合金板含有Ni：0.2～0.95质量％和Fe：0.05～0.8质量％，与P：0.03～0.2质量％，余量由Cu和不可避免的杂质构成，设Ni和Fe的合计含量为[Ni+Fe]，P的含量为[P]时，[Ni+Fe]为0.25～1.0质量％，[Ni+Fe]/[P]为2～10，(Ni、Fe)－P化合物析出，具有120MPa以上的0.2％屈服强度和40％IACS以上的导电率。

方式6：

根据方式5所述的散热元件，其特征在于，所述铜合金板还在低于0.05质量％的范围含有Co。

方式7：

根据方式5或6所述的散热元件，其特征在于，所述铜合金板还在Sn：0.005～1.0质量％、Mg：0.005～0.2质量％的范围含有Sn和Mg中的一种或两种。

方式8：

根据方式5～7中任一项所述的散热元件，其特征在于，还以至少满足以下的(i)或(ii)的方式，含有其他元素。

(i)Zn为1.0质量％以下

(ii)Si、Al、Mn、Cr、Ti、Zr、Ag之中一种或两种以上，合计0.005～0.5质量％

方式9：

根据方式5～8中任一项所述的散热元件，其特征在于，在外表面的至少一部分形成有Sn被覆层和Ni被覆层中的至少一个。

方式10：

一种散热元件的制造方法，其特征在于，将方式1～4中任一项所述的散热元件用铜合金板加工成规定形状后，实施加热到650℃以上的过程，接着进行时效处理，得到具有110MPa以上的0.2％屈服强度和40％IACS以上的导电率的散热元件。

方式11：

根据方式10所述的散热元件的制造方法，其特征在于，时效处理后，在散热元件的外表面的至少一部分上形成Sn被覆层和Ni被覆层中的至少一个。

本申请伴随以申请日为2015年12月25日的日本国专利申请，特愿第2015－254645号和申请日为2016年9月8日的日本国专利申请，特愿第2016－175464号为基础申请的优先权主张。特愿第2015－254645号和特愿第2016－175464号由于参照而编入本说明书。

Claims (19)

1.一种散热元件用铜合金板，其特征在于，含有Ni：0.2～0.95质量％和Fe：0.05～0.8质量％、与P：0.03～0.2质量％，余量由Cu和不可避免的杂质构成，

设Ni和Fe的合计含量为[Ni+Fe]，P的含量为[P]时，[Ni+Fe]为0.25～1.0质量％，[Ni+Fe]/[P]为2～10，

0.2％屈服强度在100MPa以上，具有优异的弯曲加工性，以850℃加热30分钟后进行水冷，接着进行以500℃加热2小时的时效处理之后的0.2％屈服强度为120MPa以上，导电率为40％IACS以上，在制造散热元件的过程的一部分中包含加热至650℃以上的这一过程和时效处理。

2.根据权利要求1所述的散热元件用铜合金板，其特征在于，还在低于0.05质量％的范围含有Co。

3.根据权利要求1所述的散热元件用铜合金板，其特征在于，还在Sn：0.005～1.0质量％、Mg：0.005～0.2质量％的范围含有Sn和Mg中的一种或两种。

4.根据权利要求2所述的散热元件用铜合金板，其特征在于，还在Sn：0.005～1.0质量％、Mg：0.005～0.2质量％的范围含有Sn和Mg中的一种或两种。

5.根据权利要求1所述的散热元件用铜合金板，其特征在于，还以至少满足以下的(i)或(ii)的方式含有其他元素：

(i)Zn为1.0质量％以下；

(ii)Si、Al、Mn、Cr、Ti、Zr、Ag之中一种或两种以上，合计为0.005～0.5质量％。

6.根据权利要求2所述的散热元件用铜合金板，其特征在于，还以至少满足以下的(i)或(ii)的方式含有其他元素：

(i)Zn为1.0质量％以下；

(ii)Si、Al、Mn、Cr、Ti、Zr、Ag之中一种或两种以上，合计为0.005～0.5质量％。

7.根据权利要求3所述的散热元件用铜合金板，其特征在于，还以至少满足以下的(i)或(ii)的方式含有其他元素：

(i)Zn为1.0质量％以下；

(ii)Si、Al、Mn、Cr、Ti、Zr、Ag之中一种或两种以上，合计为0.005～0.5质量％。

8.根据权利要求4所述的散热元件用铜合金板，其特征在于，还以至少满足以下的(i)或(ii)的方式含有其他元素：

(i)Zn为1.0质量％以下；

(ii)Si、Al、Mn、Cr、Ti、Zr、Ag之中一种或两种以上，合计为0.005～0.5质量％。

9.一种散热元件，其特征在于，由如下铜合金板构成，所述铜合金板含有Ni：0.2～0.95质量％和Fe：0.05～0.8质量％，与P：0.03～0.2质量％，余量由Cu和不可避免的杂质构成，

设Ni和Fe的合计含量为[Ni+Fe]，P的含量为[P]时，[Ni+Fe]为0.25～1.0质量％，[Ni+Fe]/[P]为2～10，析出有(Ni、Fe)－P化合物，具有120MPa以上的0.2％屈服强度和40％IACS以上的导电率。

10.根据权利要求9所述的散热元件，其特征在于，所述铜合金板还在低于0.05质量％的范围含有Co。

11.根据权利要求9所述的散热元件，其特征在于，所述铜合金板还在Sn：0.005～1.0质量％、Mg：0.005～0.2质量％的范围含有Sn和Mg中的一种或两种。

12.根据权利要求10所述的散热元件，其特征在于，所述铜合金板还在Sn：0.005～1.0质量％、Mg：0.005～0.2质量％的范围含有Sn和Mg中的一种或两种。

13.根据权利要求9所述的散热元件，其特征在于，还以至少满足以下的(i)或(ii)的方式含有其他元素：

(i)Zn为1.0质量％以下；

(ii)Si、Al、Mn、Cr、Ti、Zr、Ag之中一种或两种以上，合计为0.005～0.5质量％。

14.根据权利要求10所述的散热元件，其特征在于，还以至少满足以下的(i)或(ii)的方式含有其他元素：

(i)Zn为1.0质量％以下；

(ii)Si、Al、Mn、Cr、Ti、Zr、Ag之中一种或两种以上，合计为0.005～0.5质量％。

15.根据权利要求11所述的散热元件，其特征在于，还以至少满足以下的(i)或(ii)的方式含有其他元素：

(i)Zn为1.0质量％以下；

(ii)Si、Al、Mn、Cr、Ti、Zr、Ag之中一种或两种以上，合计为0.005～0.5质量％。

16.根据权利要求12所述的散热元件，其特征在于，还以至少满足以下的(i)或(ii)的方式含有其他元素：

(i)Zn为1.0质量％以下；

(ii)Si、Al、Mn、Cr、Ti、Zr、Ag之中一种或两种以上，合计为0.005～0.5质量％。

17.根据权利要求9～16中任一项所述的散热元件，其特征在于，在外表面的至少一部分上形成有Sn被覆层和Ni被覆层中的至少一个。

18.一种散热元件的制造方法，其特征在于，将权利要求1～8中任一项所述的散热元件用铜合金板加工成规定形状后，实施加热到650℃以上的过程，接着进行时效处理，得到具有110MPa以上的0.2％屈服强度和40％IACS以上的导电率的散热元件。

19.根据权利要求18所述的散热元件的制造方法，其特征在于，时效处理后，在散热元件的外表面的至少一部分上形成Sn被覆层和Ni被覆层中的至少一个。