CN112437700B - 轧制接合体及其制造方法，以及用于电子设备的增强散热部件 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种铜层和不锈钢层的轧制接合体，所述轧制接合体具有硬质的铜层，兼具散热性与强度。由铜层10A和不锈钢层20A构成的轧制接合体1A，其特征在于，轧制接合体1A的厚度为0.02mm以上且0.4mm以下，铜层10A的硬度为70Hv以上，轧制接合体1A的180°剥离强度为6N/20mm以上。

Description

轧制接合体及其制造方法，以及用于电子设备的增强散热 部件
技术领域
本发明涉及一种轧制接合体及其制造方法，以及用于电子设备的增强散热部件。
背景技术
金属材料在各种领域中得到利用，例如，可以用作移动电子设备等电子设备中的增强散热部件(包围伴随有散热的电子元件的框架材料)。作为这样的金属材料，不锈钢被广泛使用。此外，作为其他金属材料，还已知有将两种以上的金属板或金属箔层叠而成的轧制接合体(金属层叠材料、复合材料)。轧制接合体是具有由单独材料无法得到的复合特性的高功能性金属材料，例如，为了提高导热性，正在研究将不锈钢和铜层叠而成的轧制接合体。
作为现有的轧制接合体，例如已知有专利文献1和2所公开的轧制接合体。专利文献1中公开了一种由如下各层轧制接合而成的复合材料构成的底板及其制造方法，所述各层是由奥氏体类不锈钢形成的第一层、由Cu或Cu合金形成且层叠于所述第一层的第二层和由奥氏体类不锈钢形成且层叠于所述第二层的与所述第一层相反的一侧的第三层，其中，所述第二层的厚度为所述复合材料的厚度的15％以上。
另外，专利文献2中公开了一种复合材料，其具有由不锈钢构成的第一层和由Cu或Cu合金构成且轧制接合于所述第一层的第二层，并且通过JIS H 0501的比较法测定的所述第二层的晶体粒度为0.150mm以下。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5410646号公报
专利文献2：日本专利第6237950号公报
发明内容
发明所要解决的问题
现有的轧制接合体在轧制接合时的密接力弱，为了提高剥离强度而需要在接合后进行500℃以上的热处理。具体地，上述专利文献1中记载了在进行轧制接合后，在约1000℃的还原性气氛下，使形成的复合材料扩散退火。此外，专利文献2的实施例中在轧制后进行950℃下的扩散退火。
但是，由于铜在200℃以上的温度下导致再结晶而软质化，因此通过上述热处理使铜软质化，不能得到由硬质的铜和不锈钢构成的轧制接合体。另一方面，因现在通信的高速化和高功能化，电子设备内的发热量增加。在这种电子设备的增强散热部件中进一步要求提高散热性，但在将铜和不锈钢的轧制接合体用作增强散热部件时，如果增加应提高散热性的铜的比率，则存在因软质化的铜而导致轧制接合体整体强度下降的问题。
因此，本发明提供一种铜层和不锈钢层的轧制接合体，所述轧制接合体具有硬质的铜层，兼具散热性与强度
解决问题的技术方案
为了解决上述问题，本发明人进行了深入研究，结果发现：通过指定组合铜的调质、接合前的蚀刻条件、接合时的载荷等各条件，能够得到铜层为硬质且具有足够密接强度的轧制接合体。即，本发明的要旨如下所述。
(1)一种由铜层和不锈钢层构成的轧制接合体，其中，
所述轧制接合体的厚度为0.02mm以上且0.4mm以下，
所述铜层的硬度为70Hv以上，
所述轧制接合体的180°剥离强度为6N/20mm以上。
(2)上述(1)所述的轧制接合体，其中，
所述铜层的厚度为0.01mm以上且0.38mm以下，
所述不锈钢层的厚度为0.01mm以上且0.38mm以下。
(3)上述(1)或(2)所述的轧制接合体，其中，
所述不锈钢层的硬度为180Hv以上。
(4)上述(1)～(3)中任一项所述的轧制接合体，其中，所述轧制接合体的180°剥离强度为8N/20mm以上。
(5)上述(1)～(4)中任一项所述的轧制接合体，其中，所述轧制接合体由所述铜层和所述不锈钢层这两层构成。
(6)上述(1)～(5)中任一项所述的轧制接合体，其中，所述不锈钢层被去除一部分。
(7)上述(1)～(5)中任一项所述的轧制接合体，其中，所述不锈钢层被去除一部分，所述铜层在所述被去除后的部分上露出。
(8)上述(1)～(5)中任一项所述的轧制接合体，其中，所述铜层被去除一部分。
(9)上述(1)～(5)中任一项所述的轧制接合体，其中，所述铜层被去除一部分，所述不锈钢层在所述被去除后的部分上露出。
(10)一种用于电子设备的增强散热部件，其包括上述(1)～(9)中任一项所述的轧制接合体。
(11)一种由铜层和不锈钢层构成的轧制接合体的制造方法，其包括如下工序：
准备铜板和不锈钢板的工序；
在所述铜板与所述不锈钢板接合的面上施加溅射蚀刻处理的工序；以及
在所述溅射蚀刻处理后，使所述铜板与所述不锈钢板接触，并通过辊压接使所述铜板与所述不锈钢板接合的工序，
所述准备的铜板的硬度为80Hv以上，
所述铜板通过所述溅射蚀刻处理而软化，以及/或者通过在使所述铜板与所述不锈钢板接触时来自所述不锈钢板的输入热而在即将压接前的时间点软化，
接合后的所述轧制接合体的厚度为0.02mm以上且0.4mm以下，所述轧制接合体的铜层的硬度为70Hv以上，所述轧制接合体的180°剥离强度为6N/20mm以上。
(12)上述(11)所述的轧制接合体的制造方法，其中，
所述准备的铜板通过所述溅射蚀刻处理而软化至硬度低于70Hv，以及/或者通过在使所述铜板与所述不锈钢板接触时来自所述不锈钢板的输入热而在即将压接前的时间点软化至硬度低于70Hv。
本说明书包含作为本申请优先权的基础的日本专利申请号2018-147973号、2018-226838号的公开内容。
发明效果
本发明的轧制接合体的铜层为硬质，兼具高强度和优异的散热性。该轧制接合体可以适合用作电子设备中的增强散热部件。
附图说明
图1是表示本发明的轧制接合体的一个实施方式的截面图。
图2是表示作为轧制接合体用途一个示例的均热板的一个形式的截面图。
图3是表示作为轧制接合体用途一个示例的均热板的其他形式的截面图。
图4是表示本发明的轧制接合体的其他实施方式的截面图。
具体实施方式
下面，基于实施方式对本发明进行详细说明。
图1是表示本发明的轧制接合体的一个实施方式的截面图。如图1所示的，本实施方式的轧制接合体1A由铜层10A和不锈钢层20A这两层构成。
在作为轧制接合体要求更高散热性的用途中，作为铜层10A，可以使用除铜之外的添加金属元素的合计含量为1质量％以下、更优选为0.8质量％以下的铜板材。具体地，可以举出C1100、C1020等板材。此外，在作为轧制接合体要求更高强度的用途中，作为铜层10A，可以使用除铜之外的添加金属元素的合计含量超过1质量％的铜板材。具体地，可以举出Corson铜等合金铜板材。
另外，作为不锈钢层20A，没有特别限定，可以使用SUS304、SUS305、SUS201、SUS316、SUS316L和SUS430等板材。特别是在将轧制接合体用于电子设备用途时，优选使用SUS304、SUS305、SUS316、SUS316L等奥氏体类不锈钢板材。
轧制接合体1A的厚度为0.02mm以上且0.4mm以下。优选为0.03mm以上且0.37mm以下。如果厚度小于0.02mm，则在制造轧制接合体时有可能发生起皱和弯折等，因此不允许。此外，如果厚度超过0.4mm，则有可能增加重量和减小电子设备内部的安装空间，因此不优选。此外，超过0.4mm的厚度在轧制接合体接合时的压下力不足，有可能不能得到足够的剥离强度。
此外，在用于增强散热部件和电子部件等的外壳、框体、或者，散热部件(作为用作散热部件的示例的图4的轧制接合体1C和图3的轧制接合体1B)等要求更高强度和散热性的用途时，作为厚度的下限值优选为0.09mm以上。此外，如电子部件的散热/电磁波屏蔽等功能性部件等这样要求更少空间时(例如，图2和图3的均热板2A、2B中的轧制接合体1A)，厚度的上限值优选为0.1mm以下，更优选为0.09mm以下，进一步优选为0.055mm以下。本实施方式的轧制接合体1A即使是这样非常薄的厚度，铜层10A的强度也与现有相比为硬质，因此与现有相比可以实现减小空间。
此处，轧制接合体1A的厚度是指铜层10A和不锈钢层20A的总厚度。轧制接合体1A的厚度是指用千分尺等测定轧制接合体1A上任意30处的厚度而得到的测定值的平均值。
轧制接合体1A中的铜层10A和不锈钢层20A的各自厚度没有特别限定，可根据轧制接合体1A的用途等进行设定。优选铜层10A的厚度为0.01mm以上且0.38mm以下，不锈钢层20A的厚度为0.01mm以上且0.38mm以下。更优选铜层10A的厚度为0.015mm以上且0.37mm以下，不锈钢层20A的厚度为0.015mm以上且0.35mm以下。进一步优选铜层10A的厚度为0.05mm以上且0.3mm以下，不锈钢层20A的厚度为0.05mm以上且0.3mm以下。特别是铜层超过0.38mm时，有可能不能得到足够的剥离强度。此外，如果不锈钢层20A相对于铜层10A过厚，则轧制接合体1A的散热性有可能不足。进一步，如果不锈钢层20A过薄，则不能得到轧制接合体1A的强度，因此可考虑这些的平衡来进行适当设定。根据本实施方式，铜层10A与现有相比为硬质，因此具有即使为了提高轧制接合体1A的散热性而增大铜层10A的厚度比率，也能够确保整体强度的优点。因此，在适用于用于电子设备的增强散热部件等与现有相同的用途时，与现有相比可以增大铜层10A的厚度比率。具体地，可以将铜层10A的厚度相对于轧制接合体1A的厚度的比率设为5％以上95％以下，优选为13％以上87％以下，进一步优选为15％以上85％以下。此处，轧制接合体1A中的铜层10A和不锈钢层20A的厚度是指获得轧制接合体1A的截面的光学显微镜照片，并测量该光学显微镜照片中任意10处的铜层10A和不锈钢层20A的厚度而得到的值的平均值。此外，在轧制接合体1A的制造中，由于材料的铜板和不锈钢板以预定的压下率进行接合，因此轧制接合体1A的铜层10A和不锈钢层20A的厚度通常比作为接合前材料的铜板和不锈钢板薄，用千分尺的测定范围中压下率为0％，厚度有时不变。
本实施方式的轧制接合体1A中，铜层10A为硬质，具有70Hv以上的硬度。优选为75Hv以上，更优选为80Hv以上。硬度的上限没有特别限定，例如可以是130Hv以下。通过铜层10A为硬质，可以得到兼具优异的散热性和高强度的轧制接合体1A。另外，对于不锈钢层20A，也优选具有足够的硬度，具体地，优选为180Hv以上，更优选为200Hv以上，进一步优选为250Hv以上。此外，硬度Hv是指，对于铜层，使用显微维氏硬度计(载荷50gf)，按照JIS Z2244(维氏硬度试验-试验方法)进行测定的硬度。此外，对于不锈钢层的硬度Hv是指，当不锈钢层的厚度为0.1mm以上时，使用显微维氏硬度计(载荷100gf)；当不锈钢层的厚度小于0.1mm时，使用显微维氏硬度计(载荷50gf)，并按照JIS Z 2244(维氏硬度试验-试验方法)进行测定的硬度。
另外，本实施方式的轧制接合体1A、作为铜层10A和不锈钢层20A的密接强度指标的剥离强度(也称为180°peel强度、180°剥离强度)，为6N/20mm以上。根据增强散热部件等用途，并为了抑制在其加工工序中的轧制接合体界面的剥离，优选为8N/20mm以上，更优选为10N/20mm以上。此外，当剥离强度明显增高时，不是剥离而是材料破裂，因此没有剥离强度的上限值。
轧制接合体1A的剥离强度是，由轧制接合体1A制作宽度20mm的试验片并将铜层10A和不锈钢层20A剥离一部分，然后固定厚膜层侧或厚度相同时固定硬质层侧，然后，向与所述固定部呈180°相反方向，以拉伸速度50mm/分对薄膜层侧或厚度相同时为软质层侧进行拉伸时剥离所需要的力(单位：N/20mm)，使用TENSILON万能材料试验机RTC-1350A(株式会社Orientec制造)的测定值。此外，在同样的试验中，试验片宽度为20mm以外时，根据试验片宽度，剥离强度发生变化。因此，将以试验片宽度为10mm进行测定的剥离强度换算为以试验片宽度为20mm进行测定的剥离强度时，可以乘以试验片宽度的倍数即可，所以20mm除以10mm即约为2倍即可。
另外，本实施方式的轧制接合体1A，对于宽度为12.5mm的试验片，拉伸试验的伸长率优选为3％以上且50％以下，更优选为5％以上且40％以下。由此，得到良好的冲压加工性。拉伸试验的伸长率按照JIS Z 2241所记载的断裂伸长率的测定，例如可以使用后述的拉伸强度试验的试验片进行测定。
轧制接合体1在试验片的宽度为12.5mm的拉伸试验的最大拉伸载荷优选为200N以上。从具有足够的强度的角度出发，更优选为250以上，进一步优选为300N以上。此外，可以从最大拉伸载荷计算出拉伸强度，拉伸强度是指在拉伸试验中最大拉伸载荷除以试验片截面积的值。最大拉伸载荷和拉伸强度例如可以使用TENSILON万能材料试验机RTC-1350A(株式会社Orientec制造)，并按照JIS Z 2241(金属材料拉伸试验方法)进行测定。此外，上述试验片的宽度12.5mm相当于JIS Z 2241中13B号的规格。
在与轧制接合体1A的界面相反的一侧的铜层10A和不锈钢层20A的表面上，根据需要，可以以不妨碍导电性、散热性等功能的程度，出于耐腐蚀性、防止氧化、防止变色等目的而设置保护层。例如作为对铜层10A的保护层的示例，可以举出：化学转化处理层、Ni镀层等。此外，本实施方式中，上述的轧制接合体1A及各层的厚度、硬度等值是指关于保护层除外的仅由铜层10A和不锈钢层20A构成的层叠体的值。
以上的轧制接合体1A具有铜层10A的优异散热性，同时由于铜层10A为硬质而作为整体具有高强度。这样的轧制接合体1A可以发挥其特性，用作移动电子设备、PC等各种电子设备中的增强散热部件(框架材料)、汽车等传输设备用的电子部件、家用电器用的电子部件等的外壳、框体、散热/电磁波屏蔽等功能性部件等。此外，在将轧制接合体1A用作电子设备的元件时，如果不锈钢层20A具有磁性，则有可能发生无线电干扰，因此作为不锈钢层20A的材料，优选使用奥氏体类的非磁性材料。
图2中作为本实施方式的轧制接合体1A用途的一个示例，表示均热板的截面。该均热板2A具有由铜层10A和不锈钢层20A构成的轧制接合体1A，在铜层10A侧还层叠有具有柱状凸部31的铜板30和不锈钢板40。在由凸部31围成的区域A中密封有纯水等工作液。通过来自位于不锈钢板40侧的热源(未图示)的热使区域A内的工作液蒸发，并通过来自不锈钢层20A侧的散热使蒸汽凝结而回流到下部，从而通过该反复可以使热沿着水平和垂直方向有效地扩散。
图3是表示均热板的其他形式的截面图。该均热板2B层叠有由铜层10B和不锈钢层20B构成的本发明的轧制接合体1B以代替如图2所示的均热板2A的铜板30和不锈钢板40。而且，在铜层10B侧层叠有铜层60和不锈钢板70。可以对图1的轧制接合体1A进行加工来制造轧制接合体1B。铜层10B使用蚀刻等方法去除一部分，与图2相同地形成柱状凸部31和由凸部31围成的区域A。区域A中密封有工作液。铜层60和不锈钢板70可以是与图2相同地本发明的轧制接合体1A，铜层可以是软质的铜层，铜层也可以由镀层形成。基于更加提高均热板2B整体强度的角度，优选铜层60和不锈钢板70是本发明的轧制接合体。此外，如图2和图3所示的均热板的结构只是一个示例，并且不限于此。
图4表示本发明的轧制接合体的其他实施方式的截面。该实施方式的轧制接合体1C是铜层10C和不锈钢层20C的双层结构，进一步地，具有不锈钢层20C被去除一部分，铜层10C在不锈钢层20C被去除后的部分S上露出的结构。如图3所示，铜层10C露出的部分S中，例如可以嵌入热管等热传输装置50。通过将不锈钢层20C被去除的部分S利用为其他装置的安装空间，可以得到作为整体凹凸不平少的一体型元件。另外，通过采用这样的结构，能够使热传输装置50直接与铜层10C接触，可以使通过热传输装置50而移动的热量直接扩散到铜层10C，能够在整体上得到更高的散热效果。关于图4的轧制接合体1C的其他构成与上述图1所示的实施方式相同。图4所示的实施方式中，不锈钢层20C中仅去除了安装有热传输装置50的部分S，但并不限于此。
另外，也可以使施加了网目加工或冲孔加工的不锈钢层(相当于在不锈钢层的一整面上的多处被去除一部分的状态)与铜层层叠。
图4的实施方式中是不锈钢层20C被去除一部分，铜层10C在不锈钢层20C被去除后的部分S上露出的结构，但不一定需要将不锈钢层20C去除至铜层10C露出，例如可以采用只将不锈钢层20C的表面附近去除一部分，其被去除的部分的深度不到达不锈钢层20C与铜层10C之间的界面的结构。当在这样的结构中嵌入热管等热传输装置50时，通过缩短热传输装置50与铜层10C间的距离来提高散热性，同时也能够保持一部分不锈钢层20C的强度。
另外，与图4的实施方式不同，在由铜层和不锈钢层构成的轧制接合体中，可以具有不是不锈钢层而是铜层被去除一部分的结构。图3的均热板2B中的轧制接合体1B是铜层被去除一部分的示例。在铜层被去除后的部分上，不锈钢层可以露出或不露出。例如，也可以使施加了网目加工和冲孔加工的铜层(相当于铜层的一整面上的多处被去除一部分的状态)与不锈钢层层叠。
图1和图4的实施方式中，对于轧制接合体由铜层和不锈钢层这两层构成的情况进行了说明，但并不限于此，也可以是由3层以上的铜层和不锈钢层构成的轧制接合体。例如，可以在铜层的两面上层叠不锈钢层，采用不锈钢层/铜层/不锈钢层的3层结构的轧制接合体。或者可以是铜层/不锈钢层/铜层的3层结构。这样，在铜层和/或不锈钢层由多个的层构成时，轧制接合体中的铜层或不锈钢层的厚度是指多个的铜层或不锈钢层的各自厚度的合计。另外，需要轧制接合体的180°剥离强度为6N/20mm以上，但此条件需要全部的铜层和不锈钢层的界面都要满足。
接着，对于本发明的轧制接合体的制造方法进行说明。在制造轧制接合体时，可以准备不锈钢板材和铜板材，通过对这些板材进行冷轧接合、温轧接合、表面活化接合等各种方法来相互接合。然而，温轧接合是一边加热一边进行轧制接合的方法，由于铜层因热而容易软化，因此为了得到70Hv以上的硬度，需要注意选择加热温度、加热时间、接合载荷等条件。另外，对于冷轧接合，也需要进行退火处理以在接合后提高密接强度，由于铜层容易软化，因此需要适当调节接合条件等以使铜层的硬度达到70Hv以上。
因此，作为制造轧制接合体的方法，优选通过表面活化接合进行接合。具体地，可以通过包括如下工序的方法来制造：预备不锈钢板和铜板，并在不锈钢板和铜板接合的面上施加溅射蚀刻处理的工序；以及使溅射蚀刻后的表面彼此接触，以达到预定的压下率的方式进行压接而接合的工序。
可以使用的不锈钢板，从成形加工性的角度出发，优选使用退火材料(BA材料)、1/2H材料等，从保持高强度的角度出发，优选使用1/2H材料或3/4H材料、H材料，进一步使用张力退火材料等，但不限定于此。
接合前的不锈钢板的厚度可以考虑接合后的不锈钢层的厚度来适当设定。具体地，优选在0.01mm以上且0.4mm以下的范围内。接合前的不锈钢板的厚度可以通过千分尺等进行测定，是从不锈钢板的表面上随机选择的10处进行测定的厚度的平均值。
作为与不锈钢板接合的铜板，需要使用能够通过溅射蚀刻处理软化，和/或使铜板与不锈钢板接触时因来自不锈钢板的输入热而在即将压接前的时间点软化的原板。特别是，优选为在即将压接前的时间点软化至硬度低于70Hv。此外，如果通过溅射蚀刻处理进行软化，则其软化后的硬度被保持，因此在即将压接前的时间点也为软化的状态。在即将压接前的时间点铜板没有充分软质化时，不能通过随后的压接得到足够的密接强度(剥离强度)。此处，为了通过溅射蚀刻处理和通过铜板与不锈钢板接触时来自不锈钢板的输入热(不锈钢板也通过溅射蚀刻升温)使铜板软质化，优选准备的铜板(进行软质化前的铜板)具有80Hv以上的硬度，更优选具有90Hv以上的硬度。作为调质，优选使用H材料。大于70Hv且小于80Hv的硬度以蚀刻和来自不锈钢板的输入热的热量有难以软质化的趋势。因此，1/4H材料不优选。该理由推测为如下。即，发现为了溅射蚀刻和接触时来自不锈钢板的输入热使铜板软质化、即发生回复或再结晶，需要在铜板内包含一定程度的位错和形变。与此相反，在硬度大于70Hv且小于80Hv的铜板中，该位错和形变很少，可以认为溅射蚀刻和接触时来自不锈钢板的输入热程度不能使钢板充分软质化。
或者，作为铜板，可以适用硬度低于70Hv的退火材料(O材料)。
在铜板接合前的厚度可以考虑接合后的铜层的厚度来适当设定。具体地，优选在0.01mm以上且0.45mm以下的范围内。铜板的厚度超过0.45mm时，有可能在接合后不能得到足够的密接强度。关于这一点，在接合时，由于压接载荷而发生铜板的铜层整体拉伸的变形和在铜层的接合界面附近的变形。为了得到足够的密接力，在接合界面附近的变形很重要，厚度越厚，铜层整体拉伸的变形成为主导，不易发生密接所需的在接合界面的变形。因此，推测如果铜板的厚度变厚，则难以得到足够的密接强度。此外，接合前的铜板的厚度可以与所述不锈钢板相同地进行测定。
溅射蚀刻处理例如如下进行：将不锈钢板和铜板预备为宽度100mm～600mm的长条卷材，将具有接合面的不锈钢板和铜板分别作为接地的一个电极，在与被绝缘保护的其他电极间施加1MHz～50MHz的交流电而发生辉光放电，且在由辉光放电产生的等离子体中露出的电极面积为所述其他电极的面积的1/3以下。在溅射蚀刻处理中，接地的电极呈冷却辊的形状，可以防止各搬送材料的温度升高。
在溅射蚀刻处理中，在真空中通过利用惰性气体对不锈钢板与铜板的接合面进行溅射，完全去除表面的吸附物，且去除表面的氧化膜。作为惰性气体，可以适用氩气、氖气、氙气、氪气等，或者包含其中至少一种的惰性气体的混合气体。
对于不锈钢板的溅射蚀刻处理优选采取最低限度，使不锈钢板的温度不会过度升高。这是因为，只要在铜板与不锈钢板接触时保持仅使铜板软质化的程度的热量即可，这是因为在接合后不锈钢板的温度仍较高时，来自不锈钢板的输入热妨碍铜板的硬质化。作为具体的处理条件，例如在单板时，可以在真空下，例如以100W～1kW的等离子体输出功率进行1～50分钟，此外，例如如线材料这样的长条材料时，可以在真空下，例如以100W～10kW的等离子体输出功率、线速度1m/分～30m/分来进行。这时的真空度优选为高真空度，以防止表面的再吸附物，例如为1×10-5Pa～10Pa即可。在溅射蚀刻处理中，不锈钢板的温度优选为保持在5℃～300℃的温度范围内。另外，不锈钢板的蚀刻量例如优选为40nm～250nm，更优选为50nm～150nm。
对铜板的溅射蚀刻处理优选在使表面的氧化膜被完全去除的条件下进行。这是因为，如果充分进行蚀刻而不去除氧化膜，则与不锈钢板的密接强度不足。具体地，例如在单板时，可以在真空下，例如以100W～1kW的等离子体输出功率进行1～50分钟，另外，例如如线材料这样的长条材料时，可以以100W～10kW的等离子体输出功率、线速度1m/分～30m/分来进行。这时的真空度优选为高真空度，以防止表面的再吸附物，例如为1×10-5Pa～10Pa即可。另外，铜板的蚀刻量优选为例如5nm～200nm，更优选为20～150nm。铜板的硬度为80Hv以上时，需要通过将铜的蚀刻量设为20nm以上，更优选设为40nm以上以使铜板的硬度低于70Hv，或者通过在与不锈钢板接触时来自不锈钢板的输入热使铜板的硬度低于70Hv。
如上所述地使溅射蚀刻后的不锈钢板和铜板的接合面相互接触，例如通过辊压接进行压接来接合不锈钢板和铜板，从而可以得到本发明的轧制接合体。
在接合时，施加高压下力，提高密接强度以使180°剥离强度为6N/20mm，同时通过压下力使铜层硬质化以达到硬度为70Hv以上。如果压下力不足够，则密接强度不足或不能达到铜层的硬质化，因此不允许。而如果压下力过高，则在轧制接合体中可能发生即使通过形状修正工序也难以减小的翘曲。
辊压接的轧制线载荷没有特别限定，可适当设定以得到预定的密接强度和铜层的硬度。例如，可以设定在1.0tf/cm～10.0tf/cm的范围。例如压接辊的辊直径为100mm～250mm时，辊压接的轧制线载荷优选为1.5tf/cm～5.0tf/cm，更优选为2.0tf/cm～4.0tf/cm。然而，在辊直径增大时或接合前的不锈钢板和铜板(特别是铜板)的厚度变厚时等，为了确保压力，有时需要提高轧制线载荷，不限定于该数值范围。
轧制接合体整体的压下率通过千分尺进行测定，优选为0％以上且20％以下，更优选为0％以上且15％以下。轧制接合体的压下率由作为接合前材料的不锈钢板和铜板的总厚度和最终的轧制接合体的厚度求出。即，轧制接合体的压下率根据下式：(接合前的不锈钢板和铜板的总厚度-最终的轧制接合体的厚度)/接合前的不锈钢板和铜板的总厚度求出。
接合时的气氛温度没有特别限定，例如为常温～150℃。
为了防止在不锈钢板和铜板的表面的氧气的再吸附而导致两者间的接合强度下降，接合优选在与蚀刻时相同地在真空中或非氧化性气氛中，例如Ar等惰性气体气氛中进行。
对于如上所述地接合不锈钢板和铜板而得到的轧制接合体，为了保持硬质的铜层，本发明中通常不进行热处理。
另外，如上所述地接合不锈钢板和铜板而得到的轧制接合体适合用作用于电子设备的增强散热部件。根据用于电子设备内哪一部分，即根据所使用的部位而求出的厚度不同，但所述轧制接合体的厚度为0.12mm以上且0.4mm以下时，作为铜层的硬度为70Hv以上，更优选为75Hv以上，进一步优选为80Hv以上，特别优选为85Hv以上，作为剥离强度为6N/20mm以上，从加工性的角度出发，更优选为8N/20mm以上。进一步，作为最大拉伸载荷优选为300N以上。此外，硬度、剥离强度和最大拉伸载荷优选为高的一方，因此其上限没有特别限定。
另外，增强散热部件用的轧制接合体的厚度为0.09mm以上且小于0.12mm时，由于压下时的伸长率余量较少，因此难以提高硬度。如果要提高硬度，则相对于厚度需要非常大的压下力，由于在这样的压下力下会引起发生较大翘曲等在制造上的难题，因此铜层的硬度为70Hv以上，优选为110Hv以下，更优选下限为80Hv以上且上限为100Hv以下。剥离强度为6N/20mm以上，进一步从操作性和强度的角度出发，最大拉伸载荷优选为200N以上。此外，剥离强度、最大拉伸载荷优选为高的一方，因此其上限没有特别限定。在将这样厚度的薄轧制接合体用于电子设备用时，进一步突出了在电子设备内部增加安装空间的优点。
另外，增强散热部件用的轧制接合体的厚度为0.02mm以上且小于0.09mm时，由于压下时的伸长率余量少，因此更难以提高硬度。如果要提高硬度，则相对于厚度需要非常大的压下力，由于在这样的压下力下会引起发生较大的翘曲或起皱等在制造上的难题，因此铜层的硬度为70Hv以上，优选为110Hv以下，更优选下限值为75Hv以上且上限值为100Hv以下。剥离强度为6N/20mm以上，进一步从操作性和强度的角度出发，最大拉伸载荷优选为150N以上。此外，剥离强度、最大拉伸载荷优选为高的一方，因此其上限没有特别限定。在将这样厚度的薄轧制接合体用于电子设备用时，进一步突出了在电子设备内部增加安装空间的优点。
实施例
下面，基于实施例和参考例，对本发明进行详细说明，但本发明并不限于这些实施例。
作为实施例1～9和比较例1～17，制作由铜层和不锈钢层构成的双层轧制接合体。接合的铜板(Cu)和不锈钢板(SUS)的各自厚度，以及调质和种类(材料种类)如表1和表2所示。
在接合铜板和不锈钢板时，对铜板和不锈钢板施加溅射蚀刻处理。各实施例和比较例中的溅射蚀刻处理的等离子体输出功率(W)和处理时间(分钟)如表1和表2所示。另外，铜板和不锈钢板的蚀刻量(nm)也一并示出。此外，铜板的蚀刻量基于预实验的结果，相对于700W的等离子体输出功率，以蚀刻速率为6.0nm/min进行计算。另外，关于不锈钢板的蚀刻量，参照文献“高津清一，“溅射”，日本电视学会杂志，第17卷，第7期，第44～50页”，基于相对于铜的铁的蚀刻速率，相对于700W的等离子体输出功率，以蚀刻速率为3.0nm/min进行计算。
此外，表1和表2中，在实施例5、6和比较例10的RF处理条件一栏中的“暂停”是指实施3分钟的溅射蚀刻后，停止3分钟，然后再次进行3分钟的溅射蚀刻，然后停止3分钟，再进行1分钟的溅射蚀刻。
在室温下，使溅射蚀刻处理后的铜板和不锈钢板相互接触，并使用轧制辊径为100～200mm的轧制辊通过辊压接将其接合，从而制造轧制接合体。各实施例和比较例中的轧制线载荷(tf/cm)如表1和表2所示。
对于比较例13～17，在进行表面活化接合后，在700℃下进行10分钟的热处理。
对于在实施例1～9和比较例1～17中制造的各轧制接合体，测定180°剥离强度(N/20mm)、铜层和不锈钢层的维氏硬度(Hv)、最大拉伸载荷(N)、拉伸强度(N/mm2)和伸长率(％)。180°剥离强度根据上述操作步骤，使用TENSILON万能材料试验机RTC-1350A(株式会社Orientec制造)进行测定。此外，除了实施例8和9以外的硬度，对于铜层，使用显微维氏硬度计(载荷50gf)，对于不锈钢层，使用显微维氏硬度计(载荷100gf)，按照JIS Z 2244(维氏硬度试验-试验方法)进行测定。实施例8和9的硬度，对于铜层，使用显微维氏硬度计(载荷50gf)，对于不锈钢层，使用显微维氏硬度计(载荷50gf)，按照JIS Z 2244(维氏硬度试验-试验方法)进行测定。最大拉伸载荷、拉伸强度和伸长率是将轧制接合体加工为13B号试验片，并按照上述方法，使用TENSILON万能材料试验机RTC-1350A(株式会社Orientec制造)，并按照JIS Z 2241(金属材料拉伸试验方法)进行测定。另外，测定通过辊压接进行接合时与辊不接触部分的铜板的维氏硬度(相当于在即将压接前的时间点的铜板的硬度)，并确认通过溅射蚀刻处理，以及/或者在与铜板和不锈钢板接触时来自不锈钢板的输入热，铜板是否软化。以上的测定结果如表1和表2所示。
[表1]
Figure BDA0002905506460000161
/>
[表2]
Figure BDA0002905506460000171
如表1和表2所示，实施例1～9的轧制接合体均具有6N/20mm以上的剥离强度，同时铜层的硬度为70Hv以上。由于铜层为硬质，因此可得到兼具强度和散热性的轧制接合体，还具有足够的密接强度。
在比较例13～17中，最终得到的轧制接合体中铜层的硬度较低，未达到本发明的轧制接合体的水平。可以认为该结果是因为在接合后进行了700℃的热处理而使铜层软化所导致的。
在比较例1～5中，剥离强度均较低，不足以作为用于增强散热部件等的轧制接合体。推测该结果是因为相对于铜的厚度，线性载荷较小(小于2tf/cm)，从而不能得到足够的密接强度。
另外，在比较例3～7和11中，轧制接合体的剥离强度较低，可以认为是由于铜板是1/4H材料，在铜板与不锈钢板接触时来自不锈钢板的输入热导致不发生软质化，从而即使压接也难以提高密接强度。
可以认为比较例8由于经溅射蚀刻处理的铜板的软化程度较低，不能得到最终的轧制接合体的密接强度，从而剥离强度较低。
在比较例9中由于对铜板的溅射蚀刻处理时间较短(3分钟)，铜板表面的氧化膜没有被充分地去除，因此不能通过压接提高密接强度，剥离强度可能会降低。
比较例10中最终得到的轧制接合体中铜层的硬度较低。可以认为这是由于对不锈钢板的溅射蚀刻处理时间较长(100分钟)，不锈钢板过度升温，因此即使在接合后，也因来自不锈钢层的输入热使铜层软化所导致的。
比较例12中，可以认为由于铜板较厚(0.3mm)，因此2tf/cm的线性载荷不足，不能得到足够的剥离强度。
附图标记说明
1A、1B、1C：轧制接合体
2A、2B：均热板
10A、10B、10C：铜层
20A、20B、20C：不锈钢层
30：铜板
31：凸部
40、70：不锈钢板
50：热传输装置
60：铜层
A：区域
S：部分
本说明书中引用的所有出版物、专利和专利申请的全部内容引入本说明书中。

Claims (12)

1.一种由铜层和不锈钢层构成的轧制接合体，其中，
所述轧制接合体的厚度为0.02mm以上且0.4mm以下，
所述铜层的硬度为70Hv以上，
所述轧制接合体的180°剥离强度为6N/20mm以上。
2.根据权利要求1所述的轧制接合体，其中，
所述铜层的厚度为0.01mm以上且0.38mm以下，
所述不锈钢层的厚度为0.01mm以上且0.38mm以下。
3.根据权利要求1或2所述的轧制接合体，其中，
所述不锈钢层的硬度为180Hv以上。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的轧制接合体，其中，
所述轧制接合体的180°剥离强度为8N/20mm以上。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的轧制接合体，所述轧制接合体由所述铜层和所述不锈钢层这两层构成。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的轧制接合体，其中，所述不锈钢层被去除一部分。
7.根据权利要求1～5中任一项所述的轧制接合体，其中，所述不锈钢层被去除一部分，所述铜层在所述被去除后的部分上露出。
8.根据权利要求1～5中任一项所述的轧制接合体，其中，所述铜层被去除一部分。
9.根据权利要求1～5中任一项所述的轧制接合体，其中，所述铜层被去除一部分，所述不锈钢层在所述被去除后的部分上露出。
10.一种用于电子设备的增强散热部件，其包括权利要求1～9中任一项所述的轧制接合体。
11.一种由铜层和不锈钢层构成的轧制接合体的制造方法，其包括如下工序：
准备铜板和不锈钢板的工序；
在所述铜板与所述不锈钢板接合的面上施加溅射蚀刻处理的工序；以及
在所述溅射蚀刻处理后，使所述铜板与所述不锈钢板接触，并通过辊压接使所述铜板与所述不锈钢板接合的工序，
所述准备的铜板的硬度为80Hv以上，
所述铜板通过所述溅射蚀刻处理而软化，以及/或者通过在使所述铜板与所述不锈钢板接触时来自所述不锈钢板的输入热而在即将压接前的时间点软化，
接合后的所述轧制接合体的厚度为0.02mm以上且0.4mm以下，所述轧制接合体的铜层的硬度为70Hv以上，所述轧制接合体的180°剥离强度为6N/20mm以上。
12.根据权利要求11所述的轧制接合体的制造方法，其中，所述准备的铜板通过所述溅射蚀刻处理而软化至硬度低于70Hv，以及/或者通过在使所述铜板与所述不锈钢板接触时来自所述不锈钢板的输入热而在即将压接前的时间点软化至硬度低于70Hv。
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