DE102014001928A1

DE102014001928A1 - Kupferlegierungsstreifen für einen Leiterrahmen einer LED

Info

Publication number: DE102014001928A1
Application number: DE102014001928.4A
Authority: DE
Inventors: Yosuke Miwa; Yasushi MASAGO; Masayasu Nishimura; Hideki Matsushita
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2014-02-13
Publication date: 2014-10-02
Also published as: TW201448288A; US20140295212A1; KR20140118869A; CN104073677B; TWI550919B; US9416433B2; CN104073677A; KR101578286B1

Abstract

Es wird ein Leiterrahmen, der aus einem Kupferlegierungsstreifen auf Cu-Fe-Basis hergestellt ist, zur Verbesserung der Wärmeableitung in einer LED-Baugruppe bereitgestellt. Ein reflektierender Ag-Plattierungsfilm, der auf dem Leiterrahmen ausgebildet ist, erhöht die Helligkeit der LED-Baugruppe. In dem Kupferlegierungsstreifen auf Cu-Fe-Basis beträgt der arithmetische Mittenrauwert Ra 0,2 μm oder weniger, die mittlere Zehnpunkt-Rauheit RzJIS beträgt 1,2 μm oder weniger und die maximale Höhe der Rauheit Rz beträgt 1,5 μm oder weniger und Vertiefungen weisen eine durchschnittliche Länge parallel zur Walzrichtung von 2 bis 100 μm, eine durchschnittliche Länge senkrecht zur Walzrichtung von 1 bis 30 μm und eine maximale Tiefe parallel zur Walzrichtung von 400 nm oder weniger auf. Der Kupferlegierungsstreifen auf Cu-Fe-Basis enthält 1,8 bis 2,6 Massen-% Fe, 0,005 bis 0,20 Massen-% P und 0,01 bis 0,50 Massen-% Zn oder enthält 0,01 bis 0,5 Massen-% Fe, 0,01 bis 0,20 Massen-% P, 0,01 bis 1,0 Massen-% Zn und 0,01 bis 0,15 Massen-% Sn.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kupferlegierungsstreifen (Blech und Streifen), der z. B. als Leiterrahmen einer LED verwendet wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In den vergangenen Jahren wurde eine Licht-emittierende Vorrichtung, bei der eine Licht-emittierende Diode (LED) als Lichtquelle eingesetzt wird, aufgrund ihrer Energiespareigenschaften und ihrer langen Lebensdauer in vielen Anwendungsgebieten verbreitet verwendet. Ein LED-Element ist an einem Leiterrahmen aus einer Kupferlegierung, die eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit aufweist, angebracht und in einer Baugruppe bzw. einem Gehäuse eingebettet. Um von dem LED-Element emittiertes Licht effizient zu gewinnen, ist auf der Oberfläche des Leiterrahmens aus einer Kupferlegierung eine Ag-Plattierungsbeschichtung als Reflexionsfilm ausgebildet. Als Kupferlegierung für einen Leiterrahmen für eine LED wird häufig 0194 mit einer Festigkeit von etwa 450 N/mm² und einer elektrischen Leitfähigkeit von etwa 70% IACS verwendet (vgl. die Patentdokumente 1 und 2).
Um die Helligkeit einer LED-Baugruppe zu erhöhen, gibt es ein Verfahren, bei dem die Helligkeit eines LED-Elements erhöht wird, und ein Verfahren, bei dem die Qualität (Reflexionsvermögen) der Ag-Plattierung erhöht wird. Die Helligkeit des LED-Elements wurde jedoch nahezu bis zur Grenze erhöht und nur eine geringe Erhöhung der Helligkeit führt zu einer signifikanten Erhöhung der Kosten eines Elements. Als Folge davon gab es in den vergangenen Jahren einen starken Bedarf für die Erhöhung des Reflexionsvermögens der Ag-Plattierung.
Andererseits ist es wahrscheinlich, dass die Ag-Plattierung unter dem starken Einfluss des Oberflächenzustands eines Kupferlegierungsausgangsmaterials einen Defekt entwickelt, der die Reflexionseigenschaften der Ag-Plattierung beeinträchtigt, wie z. B. eine Vorwölbung, eine fehlende Abscheidung oder eine streifige Struktur. Insbesondere enthält 0194, die häufig für einen Leiterrahmen aus einer Kupferlegierung für eine LED verwendet wird, Fe-, Fe-P- oder Fe-P-O-Körner in deren Ausgangsmaterial, so dass diese Körner an der Oberfläche der Legierung freiliegen, was den vorstehend genannten Ag-Plattierungsdefekt verursacht, wodurch das Reflexionsvermögen der Ag-Plattierung vermindert wird.
Darüber hinaus gibt eine LED mit einer großen Helligkeit, die vorwiegend für eine Beleuchtung verwendet wird, gegen alle Erwartungen eine große Wärmemenge ab und die abgegebene Wärme kann das LED-Element oder das darum herum angeordnete Harz schädigen und eine lange Lebensdauer beeinträchtigen, bei der es sich um ein vorteilhaftes Merkmal der LED handelt. Demgemäß werden Maßnahmen gegen Wärme, die von der LED abgegeben wird, als wichtig erachtet. Als eine der Maßnahmen gegen die Wärmeabgabe wurde ein LED-Leiterrahmen mit einer elektrischen Leitfähigkeit (Wärmeleitfähigkeit) gefordert, die höher ist als diejenige der vorstehend genannten 0194.
Dokumentenliste
Patentdokumente

Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 201 1-25221 5
Patentdokument 2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2012-89638 (Absatz 0058)

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Verbesserung des Reflexionsvermögens eines reflektierenden Ag-Plattierungsfilms, der auf einer Oberfläche eines Leiterrahmens ausgebildet ist, der aus einem Streifen auf C194-Basis (Kupferlegierung auf Cu-Fe-Basis) hergestellt ist, und die Erhöhung der Helligkeit einer LED-Baugruppe. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung einer Kupferlegierung auf Cu-Fe-P-Basis mit einer elektrischen Leitfähigkeit, die höher ist als diejenige von 0194, als Teil einer Gegenmaßnahme gegen eine Wärmeabgabe von der LED-Baugruppe, als Ausgangsmaterial für den Leiterrahmen, um so das Reflexionsvermögen des reflektierenden Ag-Plattierungsfilms, der auf dessen Oberfläche ausgebildet ist, zu verbessern und die Helligkeit der LED-Baugruppe zu erhöhen.
Lösung des Problems
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kupferlegierungsstreifen auf Cu-Fe-Basis (Blech und Streifen) für den Leiterrahmen einer LED, bei dem das Reflexionsvermögen eines reflektierenden Ag-Plattierungsfilms durch Einstellen von dessen Oberflächenform verbessert worden ist. Bei dem Kupferlegierungsstreifen auf Cu-Fe-Basis für den Leiterrahmen ist die Oberflächenrauheit senkrecht zur Walzrichtung derart, dass Ra 0,2 μm oder weniger beträgt, Rz_JIS 1,2 μm oder weniger beträgt und Rz 1,5 μm oder weniger beträgt, und Vertiefungen mit einer durchschnittlichen Länge parallel zur Walzrichtung von 2 bis 100 μm, einer durchschnittlichen Länge senkrecht zur Walzrichtung von 1 bis 30 μm und einer maximalen Tiefe parallel zur Walzrichtung von 400 nm oder weniger sind in einer hohen Dichte ausgebildet. Es sollte beachtet werden, dass Ra der arithmetische Mittenrauwert ist, Rz_JIS die mittlere Zehnpunkt-Rauheit ist und Rz die maximale Höhe der Rauheit ist.
Die vorstehend genannte Kupferlegierung auf C194-Basis (Kupferlegierung auf Cu-Fe-Basis) enthält 1,8 bis 2,6 Massen-% Fe, 0,005 bis 0,20 Massen-% P und 0,01 bis 0,50 Massen-% Zn, wobei es sich bei dem Rest um Cu und unvermeidbare Verunreinigungen handelt. Gegebenenfalls enthält die Kupferlegierung auf C194-Basis insgesamt 0,3 Massen-% oder weniger von einem oder zwei oder mehr von Sn, Co, Al, Cr, Mg, Mn, Ca, Pb, Ni, Ti und Zr.
Alternativ enthält die vorstehend genannte Kupferlegierung auf Cu-Fe-P-Basis 0,01 bis 0,5 Massen-% Fe, 0,01 bis 0,20 Massen-% P, 0,01 bis 1,0 Massen-% Zn und 0,01 bis 0,15 Massen-% Sn, wobei es sich bei dem Rest um Cu und unvermeidbare Verunreinigungen handelt. Gegebenenfalls enthält die Kupferlegierung auf Cu-Fe-P-Basis insgesamt 0,3 Massen-% oder weniger von einem oder zwei oder mehr von Co, Al, Cr, Mg, Mn, Ca, Pb, Ni, Ti, Zr, Si und Ag.
In einem Streifen der vorstehend genannten Kupferlegierung auf Cu-Fe-P-Basis ist es bevorzugt, dass Fe-, Fe-P- oder Fe-P-O-Körner, die an einer Oberfläche davon freiliegen, Korngrößen von 5 μm oder weniger aufweisen und dass diejenigen der freiliegenden Körner, die Korngrößen von 1 μm oder mehr aufweisen, bei einer Dichte von 3000 Körnern/mm² oder weniger vorliegen. Es sollte beachtet werden, dass die Größe jedes der Körner den Durchmesser eines Kreises angibt, der das Korn umschreibt.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung dient der Leiterrahmen mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit (Wärmeleitfähigkeit) als Wärmeabgabepfad, so dass eine Verbesserung der Wärmeabgabeeigenschaften der LED-Baugruppe möglich wird. Darüber hinaus ist es möglich, das Reflexionsvermögen eines reflektierenden Ag-Plattierungsfilms zu verbessern, der auf der Oberfläche des Leiterrahmens ausgebildet ist, der aus dem Kupferlegierungsstreifen auf Cu-Fe-P-Basis hergestellt ist, und die Helligkeit der LED-Baugruppe zu erhöhen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Diagramm, das die Oberflächenform eines Kupferlegierungsstreifens gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
2 zeigt ein Beispiel eines AFM-Profils parallel zur Walzrichtung des Kupferlegierungsstreifens gemäß der vorliegenden Erfindung,
3 zeigt ein Beispiel eines AFM-Profils senkrecht zur Walzrichtung des Kupferlegierungsstreifens gemäß der vorliegenden Erfindung,
4 zeigt ein Beispiel des AFM-Profils parallel zur Walzrichtung des Kupferlegierungsstreifens gemäß der vorliegenden Erfindung und
5 zeigt ein Beispiel des AFM-Profils senkrecht zur Walzrichtung des Kupferlegierungsstreifens gemäß der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Anschließend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 spezifischer beschrieben.
(Oberflächenform des Kupferlegierungsstreifens)
Eine Verbesserung der Reflexionseigenschaften eines Ag-Plattierungsfilms als reflektierender Film wird durch die Oberflächenform eines Kupferlegierungsstreifens als Basismaterial beeinflusst. Als erstes werden zahlreiche feine Vertiefungen mit einer hohen Dichte in der gesamten Oberfläche des Kupferlegierungsstreifens parallel zur Walzrichtung davon ausgebildet, so dass Licht, das von einem Element emittiert wird, einheitlich gestreut und reflektiert wird, so dass eine Verbesserung des Reflexionsvermögens ermöglicht wird.
Dabei muss die Oberflächenrauheit des Kupferlegierungsstreifens senkrecht zur Walzrichtung davon derart sein, dass der arithmetische Mittenrauwert Ra 0,2 μm oder weniger beträgt, die mittlere Zehnpunkt-Rauheit Rz_JIS 1,2 μm oder weniger beträgt und die maximale Höhe der Rauheit Rz 1,5 μm oder weniger beträgt. Wenn Ra mehr als 0,2 μm beträgt, wird die Reflexion von Licht durch den Ag-Plattierungsfilm ungerichtet und ist nicht ausreichend, um das Licht einheitlich zu streuen, so dass das Reflexionsvermögen nicht verbessert werden kann. Entsprechend kann dann, wenn Rz_JIS mehr als 1,2 μm beträgt oder Rz mehr als 1,5 μm beträgt, ebenfalls kein ausreichendes Reflexionsvermögen erhalten werden.
Die Vertiefungen, die mit hoher Dichte in der Oberfläche des Kupferlegierungsstreifens vorliegen, müssen eine durchschnittliche Länge parallel zur Walzrichtung von 2 bis 100 μm, eine durchschnittliche Länge senkrecht zur Walzrichtung von 1 bis 30 μm und eine maximale Tiefe parallel zur Walzrichtung von 400 nm oder weniger aufweisen. Wie es in dem schematischen Diagramm von 1 gezeigt ist, liegen die Vertiefungen 1 mit hoher Dichte in der Oberfläche des Kupferlegierungsstreifens vor und die Grate eines später beschriebenen AFM-Profils dienen als die Grenzen dazwischen.
Wenn die durchschnittliche Länge parallel zur Walzrichtung weniger als 2 um oder mehr als 100 μm beträgt, ist die einheitliche Streuung des Lichts durch den Ag-Plattierungsfilm nicht ausreichend, so dass ein hohes Reflexionsvermögen nicht erhalten werden kann. Die durchschnittliche Länge der Vertiefungen parallel zur Walzrichtung beträgt vorzugsweise 8 bis 50 μm und mehr bevorzugt 10 bis 30 μm. Wenn die durchschnittliche Länge der Vertiefungen senkrecht zur Walzrichtung weniger als 1 μm oder mehr als 30 μm beträgt, ist die einheitliche Streuung des Lichts durch den Ag-Plattierungsfilm ebenfalls nicht ausreichend, so dass ein hohes Reflexionsvermögen nicht erhalten werden kann. Die durchschnittliche Länge der Vertiefungen senkrecht zur Walzrichtung beträgt vorzugsweise 3 bis 15 μm und mehr bevorzugt 4 bis 10 μm. Wenn die Tiefen der Vertiefungen, die parallel zur Walzrichtung gemessen werden, mehr als 400 nm betragen, ist die einheitliche Streuung des Lichts durch den Ag-Plattierungsfilm ebenfalls nicht ausreichend, so dass ein hohes Reflexionsvermögen nicht erhalten werden kann. Die Tiefen der Vertiefungen betragen vorzugsweise 50 bis 200 nm und mehr bevorzugt 70 bis 150 nm.
Die Körner, die an der äußersten Oberfläche der Kupferlegierung auf C194-Basis (Cu-Fe-Basis) vorliegen, bestehen aus Fe, Fe-P oder Fe-P-O. Wenn die Korngrößen (Durchmesser von Kreisen, mit denen die Körner umschrieben sind) der freiliegenden Abschnitte der Körner 5 μm übersteigen oder wenn die Körner der freiliegenden Abschnitte, die Korngrößen von 1 μm oder mehr aufweisen, bei einer Dichte von mehr als 3000 Körnern/mm² vorliegen, tritt ein Ag-Plattierungsdefekt auf, wie z. B. eine Vorwölbung oder eine fehlende Abscheidung, wodurch die Reflexionsseigenschaften der Ag-Plattierungsbeschicht-ung beeinträchtigt werden.
In der Kupferlegierung auf Cu-Fe-P-Basis gemäß der vorliegenden Erfindung liegen Körner, die aus Fe, Fe-P oder Fe-P-O oder dergleichen bestehen, an der äußersten Oberfläche des Streifens frei. Wenn die Korngrößen (Durchmesser von deren umschriebenen Kreisen) der freiliegenden Abschnitte dieser Körner 5 μm übersteigen oder wenn die Körner der freiliegenden Abschnitte, die Korngrößen von 1 μm oder mehr aufweisen, bei einer Dichte von mehr als 2000 Körnern/mm² vorliegen, kann sich gegebenenfalls ein Ag-Plattierungsdefekt bilden, wie z. B. eine Vorwölbung oder eine fehlende Abscheidung. Daher ist es bei dem Kupferlegierungsstreifen gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass die Korngrößen der freiliegenden Abschnitte der Körner, die aus Fe, Fe-P oder Fe-P-O oder dergleichen bestehen, die an der äußersten Oberfläche freiliegen, 5 μm oder weniger betragen, und diejenigen Körner der freiliegenden Abschnitte, die Korngrößen von 1 μm oder mehr aufweisen, bei einer Dichte von 2000 Körnern/mm² oder weniger vorliegen.
(Kupferlegierung auf C194-Basis (Cu-Fe-Basis))
Die Kupferlegierung auf C194-Basis (Cu-Fe-Basis) gemäß der vorliegenden Erfindung enthält 1,8 bis 2,6 Massen-% Fe, 0,005 bis 0,20 Massen-% P und 0,01 bis 0,50 Massen-% Zn, wobei es sich bei dem Rest um Cu und unvermeidbare Verunreinigungen handelt. Gegebenenfalls enthält die Kupferlegierung auf C194-Basis insgesamt 0,3 Massen-% oder weniger von einem oder zwei oder mehr von Sn, Co, Al, Cr, Mg, Mn, Ca, Pb, Ni, Ti und Zr.
Bei der vorstehend genannten Kupferlegierung auf C194-Basis (Cu-Fe-Basis) wirkt Fe dahingehend, dass es eine Verbindung mit P bildet und die Festigkeits- und elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften der Kupferlegierung verbessert. Wenn der Fe-Gehalt jedoch mehr als 2,6 Massen-% beträgt, verbleibt Fe, das beim Lösen keine feste Lösung bilden kann, in Form von kristallisierten Materialien. Von den kristallisierten Materialien weisen die größeren Korngrößen von mehreren zehn Mikrometern oder mehr auf und liegen an der Oberfläche des Kupferlegierungsstreifens frei, so dass ein Ag-Plattierungsdefekt verursacht wird. Wenn der Fe-Gehalt jedoch weniger als 1,8 Massen-% beträgt, kann der Leiterrahmen für eine LED keine ausreichende Festigkeit aufweisen. Wenn andererseits der Gehalt von P mehr als 0,2 Massen-% beträgt, verschlechtern sich die Wärmeleitfähigkeit und die elektrische Leitfähigkeit des Leiterrahmens für eine LED, während dann, wenn der P-Gehalt weniger als 0,005 Massen-% beträgt, der Rahmen für die LED keine ausreichende Festigkeit aufweisen kann.
Bei der vorstehend genannten Kupferlegierung auf C194-Basis (Cu-Fe-Basis) wirkt Zn dahingehend, die Wärmeablösungsbeständigkeit eines Lötmittels bzw. Lots zu verbessern, und dahingehend, die Zuverlässigkeit einer Lötverbindung aufrecht zu erhalten, wenn die LED-Baugruppe an einer Grundplatte angebracht wird. Wenn der Zn-Gehalt weniger als 0,01 Massen-% beträgt, ist dieser unzureichend, um der Wärmeablösebeständigkeit zu genügen, die für das Lötmittel erforderlich ist, während sich dann, wenn der Zn-Gehalt mehr als 0,50 Massen-% beträgt, die Wärmeleitfähigkeit und die elektrische Leitfähigkeit verschlechtern.
Bei der vorstehend genannten Kupferlegierung auf C194-Basis (Cu-Fe-Basis) haben Sn, Co, Al, Cr, Mg, Mn, Ca, Pb, Ni, Ti und Zr auch die Funktion einer Verbesserung der Festigkeit und der Wärmebeständigkeit der Kupferlegierung und der weiteren Verbesserung der Warmwalzeigenschaften während ihrer Herstellung. Um die vorstehend genannte Funktion durch Hinzufügen von solchen Elementen zu der Kupferlegierung zu erhalten, ist es bevorzugt, dass deren Gesamtgehalt 0,02 Massen-% oder mehr beträgt. Wenn der Gesamtgehalt solcher Komponenten jedoch mehr als 0,3 Massen-% beträgt, verschlechtern sich die Wärmeleitfähigkeit und die elektrische Leitfähigkeit.
(Kupferlegierung auf Cu-Fe-P-Basis)
Eine Kupferlegierung auf Cu-Fe-P-Basis gemäß der vorliegenden Erfindung enthält 0,01 bis 0,5 Massen-% Fe, 0,01 bis 0,20 Massen-% P, 0,01 bis 1,0 Massen-% Zn und 0,01 bis 0,15 Massen-% Sn, wobei es sich bei dem Rest um Cu und unvermeidbare Verunreinigungen handelt. Gegebenenfalls enthält die Kupferlegierung auf Cu-Fe-P-Basis insgesamt 0,3 Massen-% oder weniger von einem oder zwei oder mehr von Co, Al, Cr, Mg, Mn, Ca, Pb, Ni, Ti, Zr, Si und Ag.
Bei der vorstehend genannten Kupferlegierung auf Cu-Fe-P-Basis hat Fe die Funktion, eine Verbindung mit P zu bilden und die Festigkeits- und elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften der Kupferlegierung zu verbessern. Wenn der Fe-Gehalt jedoch mehr als 0,5 Massen-% beträgt, verursacht dies eine Verschlechterung der elektrischen Leitfähigkeit und der Wärmeleitfähigkeit der Kupferlegierung, während dann, wenn der Fe-Gehalt weniger als 0,01 Massen-% beträgt, der Leiterrahmen für eine LED keine ausreichende Festigkeit aufweisen kann. Wenn andererseits der Gehalt von P mehr als 0,2 Massen-% beträgt, verschlechtern sich die elektrische Leitfähigkeit und die Wärmeleitfähigkeit der Kupferlegierung, während dann, wenn der Gehalt von P weniger als 0,01 Massen-% beträgt, der Leiterrahmen für eine LED nicht die erforderliche Festigkeit aufweisen kann.
Bei der vorstehend genannten Kupferlegierung auf Cu-Fe-P-Basis wirkt Zn dahingehend, die Wärmeablösungsbeständigkeit eines Lötmittels zu verbessern und dahingehend, die Zuverlässigkeit einer Lötverbindung aufrecht zu erhalten, wenn die LED-Baugruppe an einer Grundplatte angebracht wird. Wenn der Zn-Gehalt weniger als 0,01 Massen-% beträgt, ist dieser unzureichend, um der Wärmeablösebeständigkeit zu genügen, die für das Lötmittel erforderlich ist, während sich dann, wenn der Zn-Gehalt mehr als 1,0 Massen-% beträgt, die Wärmeleitfähigkeit und die elektrische Leitfähigkeit der Kupferlegierung verschlechtern.
Sn trägt zu einer Verbesserung der Festigkeit der Kupferlegierung bei, wobei jedoch dann, wenn dessen Gehalt weniger als 0,01 Massen-% beträgt, keine ausreichende Festigkeit erhalten werden kann. Wenn der Sn-Gehalt andererseits mehr als 0,15 Massen-% beträgt, verschlechtern sich die elektrische Leitfähigkeit und die Wärmeleitfähigkeit der Kupferlegierung.
Bei der vorstehend genannten Kupferlegierung auf Cu-Fe-P-Basis haben Co, Al, Cr, Mg, Mn, Ca, Pb, Ni, Ti, Zr, Si und Ag auch die Funktion einer Verbesserung der Festigkeit und der Wärmebeständigkeit der Kupferlegierung und der weiteren Verbesserung der Warmwalzeigenschaften während ihrer Herstellung. Um die vorstehend genannte Funktion durch Hinzufügen von solchen Elementen zu der Kupferlegierung zu erhalten, ist es bevorzugt, dass deren Gesamtgehalt 0,02 Massen-% oder mehr beträgt. Wenn der Gesamtgehalt solcher Komponenten jedoch mehr als 0,3 Massen-% beträgt, verschlechtern sich die Wärmeleitfähigkeit und die elektrische Leitfähigkeit.
(Verfahren zur Herstellung eines Kupferlegierungsstreifens)
Jeder eines C194-Kupferlegierungsstreifens und eines Kupferlegierungsstreifens auf Cu-Fe-P-Basis wird typischerweise dadurch hergestellt, dass ein Block nacheinander einem Planfräsen bzw. Schlichten, einem Warmwalzen, einem schnellen Abkühlen oder einer Lösungsbehandlung nach dem Warmwalzen, einem anschließenden Kaltwalzen, einem Ausscheidungsanlassen und einem Fertigkaltwalzen unterzogen wird. Das Kaltwalzen und das Ausscheidungsanlassen werden je nach Erfordernis wiederholt und gegebenenfalls wird ein Niedertemperaturanlassen nach dem Fertigkaltwalzen durchgeführt. Für den Kupferlegierungsstreifen gemäß der vorliegenden Erfindung muss das Herstellungsverfahren nicht signifikant verändert werden. Andererseits werden grobe Fe-, Fe-P- oder Fe-P-O-Körner vorwiegend während des Schmelzens/Gießens und während des Warmwalzens gebildet, so dass es erforderlich ist, geeignete Bedingungen für das Schmelzen/Gießen und das Warmwalzen auszuwählen, die insbesondere folgendermaßen sind.
Beim Schmelzen/Gießen wird Fe einem geschmolzenen Kupferlegierungsmetall bei 1200°C oder mehr zugesetzt, so dass es darin gelöst wird, und es wird gegossen, während die Temperatur des geschmolzenen Metalls auch danach bei 1200°C oder mehr gehalten wird. Der resultierende Block wird bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 1°C/Sekunde oder mehr selbst während des Erstarrens (wenn ein Feststoff und eine Flüssigkeit nebeneinander vorliegen) und nach dem Erstarren abgekühlt. Um dies zu erreichen, ist es in dem Fall eines kontinuierlichen Gießens oder halbkontinuierlichen Gießens erforderlich, ein primäres Abkühlen in einer Form und ein sekundäres Abkühlen unmittelbar unterhalb der Form mit einer ausreichenden Effizienz durchzuführen. Beim Warmwalzen wird eine Homogenisierungsbehandlung bei 900°C oder mehr und vorzugsweise bei 950°C oder mehr durchgeführt, das Warmwalzen wird bei dieser Temperatur begonnen, die Temperatur, bei der das Warmwalzen beendet wird, wird auf 650°C oder mehr und vorzugsweise auf 700°C oder mehr eingestellt und unmittelbar nach dem Ende des Warmwalzens wird mit einer großen Menge Wasser ein schnelles Abkühlen auf 300°C oder weniger durchgeführt.
Die Oberflächenform (Oberflächenrauheit oder vertiefte Abschnitte) des Kupferlegierungsstreifens gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch Übertragen der Oberflächenform einer Walze auf den Kupferlegierungsstreifen beim Fertigkaltwalzen gebildet. Mit anderen Worten, die Walze muss extrem feine Mattierungsstrukturen, die der vorstehend genannten Oberflächenform entsprechen, in deren Oberfläche aufweisen. Als Walze wird eine Walze auf Siliziumnitridbasis verwendet, die aus SiAlON oder dergleichen hergestellt ist. Während die Walze gedreht und parallel zur ihrer axialen Richtung bewegt wird, wird eine sehr stark abrasive Scheibe mit Diamantschleifkörnern in der gleichen Richtung gedreht und dagegen gedrückt (die Kontaktoberfläche bewegt sich in der entgegengesetzten Richtung), so dass die Oberfläche der Walze geschliffen wird und die Mattierungsstrukturen gebildet werden. Durch Variieren der Korngrößen der Diamantschleifkörner, von deren Verteilungsdichte, der Kraft, mit der die sehr stark abrasive Scheibe angedrückt wird, und der Drehzahl und der Bewegungsgeschwindigkeit der Walze können extrem feine Vertiefungen mit unterschiedlichen Rauheiten (Längen, Breiten und Höhen), d. h., die Mattierungsstrukturen, in der Oberfläche der Walze gebildet werden.
Beim Fertigkaltwalzen unter Verwendung einer Walze mit einem Walzendurchmesser von etwa 20 bis 100 mm wird ein Kaltwalzen von insgesamt 20 bis 70% durch einen Walzdurchgang oder eine Mehrzahl von Walzdurchgängen durchgeführt. Wenn die Mehrzahl von Walzdurchgängen durchgeführt wird, ist es bevorzugt, eine SiAlON-Walze mit Mattierungsstrukturen für den ersten Durchgang zu verwenden, die gröber sind als die Mattierungsstrukturen einer Walze für den zweiten Durchgang und weitere Durchgänge, und die Walzgeschwindigkeit so zu einzustellen, dass die Walzgeschwindigkeit während des zweiten Durchgangs und weiterer Durchgänge niedriger ist als während des ersten Durchgangs. Wenn die Walzgeschwindigkeit niedriger ist, wird die Mattierungsstruktur der Walze ausgeprägter in die Oberfläche des Kupferlegierungsstreifens übertragen, und wenn der Walzendurchmesser kleiner ist, kann eine stabilere Übertragung durchgeführt werden. Da darüber hinaus das Material der Walze auf Siliziumnitridbasis hart ist und es unwahrscheinlich ist, dass es verformt wird, kann davon ausgegangen werden, dass die Mattierungsstrukturen der Walze ausgeprägt in die Oberfläche des Kupferlegierungsstreifens übertragen werden. Gegenwärtig kann der Kupferlegierungsstreifen, der die Oberflächenform aufweist (insbesondere die mit hoher Dichte ausgebildeten vertieften Abschnitte), die in der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, nur durch Durchführen des Fertigkaltwalzens unter Verwendung der Walze auf Siliziumnitridbasis erhalten werden, deren Oberfläche mit der sehr stark abrasiven Scheibe geschliffen worden ist.
Beispiele
Kupferlegierungen mit den in den Tabellen 1 bis 4 gezeigten Zusammensetzungen wurden jeweils unter einer Holzkohleschicht an der Luft in einem kleinen elektrischen Ofen geschmolzen, so dass Blöcke erzeugt wurden, die jeweils eine Dicke von 50 mm, eine Breite von 80 mm und eine Länge von 180 mm aufwiesen. Nach dem Planfräsen jeder der Vorder/Rückflächen der vorstehend genannten erzeugten Blöcke um 5 mm wurde ein Warmwalzen nach einer Homogenisierungsbehandlung bei 950°C durchgeführt, so dass die vorstehend genannten Blöcke zu Plattenmaterialien ausgebildet wurden, die jeweils eine Dicke von 12 mm aufwiesen und die ausgehend von einer Temperatur von 700°C oder mehr rasch abgekühlt wurden. Jede der Vorder/Rückflächen der Plattenmaterialien wurde um etwa 1 mm plangefräst. Nach dem wiederholten Durchführen eines Kaltwalzens und Ausscheidungsanlassens bei 500 bis 550°C für 2 bis 5 Stunden wurde unter Verwendung von SiAlON-Walzen, bei denen jeweils Mattierungsstrukturen in deren Oberfläche ausgebildet waren und die einen Durchmesser von 50 mm aufwiesen (wobei nur für die Nr. 33 und 130 normale Schnellarbeitsstahlwalzen ohne Mattierungsstrukturen verwendet wurden), ein Fertigkaltwalzen mit einer Verarbeitungsrate von 40% durchgeführt, so dass Kupferlegierungsbleche/streifen erzeugt wurden, die jeweils eine Dicke von 0,2 mm aufwiesen, wobei diese als Proben verwendet wurden. Tabelle 1
Tabelle 2
* Abschnitt, bei dem der Gehalt eines Elements übermäßig oder unzureichend ist oder die Eigenschaften schlecht sind Tabelle 3
Tabelle 4
* Abschnitt, bei dem der Gehalt eines Elements übermäßig oder unzureichend ist oder die Eigenschaften schlecht sind
Unter Verwendung der erzeugten Proben wurden Tests zur jeweiligen Messung der Zugfestigkeiten, der elektrischen Leitfähigkeiten, der Korngrößen und -dichten von Körnern, die an den Oberflächen freiliegen, der Oberflächenrauheiten und der Vertiefungsformen in der folgenden Weise durchgeführt. Die Messergebnisse sind in den Tabellen 1 bis 8 gezeigt. Bei den Zugfestigkeiten der Nr. 14 bis 19 und 33 bis 40, deren elektrischen Leitfähigkeiten, deren Korngrößen und -dichten der Körner, die an den Oberflächen freiliegen, wurde jedoch davon ausgegangen, dass sie die gleichen Werte wie diejenigen der Nr. 1 aufweisen, so dass die entsprechenden Messtests dafür nicht durchgeführt wurden. Bei den Zugfestigkeiten der Nr. 114 bis 119 und 130 bis 137, deren elektrischen Leitfähigkeiten, deren Korngrößen und Dichten der Körner, die an den Oberflächen freiliegen, wurde ebenfalls davon ausgegangen, dass sie die gleichen Werte wie diejenigen der Nr. 101 aufweisen, so dass die entsprechenden Messtests dafür nicht durchgeführt wurden.
(Messung der Zugfestigkeiten)
Von den Proben wurden JIS Nr. 5-Prüfkörper durch Einstellen der Längsrichtung parallel zur Walzrichtung bereitgestellt und ein Zugtest wurde auf der Basis der Vorgaben von JIS Z 2241 durchgeführt, um die Zugfestigkeiten zu messen. Von den Prüfkörpern Nr. 1 bis 40 wurden diejenigen, die Zugfestigkeiten von 400 N/mm² oder mehr aufweisen, so bewertet, dass sie den Test bestanden haben. Von den Prüfkörpern Nr. 101 bis 137 wurden diejenigen, die Zugfestigkeiten von 450 N/mm² oder mehr aufweisen, so bewertet, dass sie den Test bestanden haben.
(Messung der Leitfähigkeiten)
Die Leitfähigkeiten wurden auf der Basis der Vorgaben von JIS H 0505 gemessen. Von den Prüfkörpern Nr. 1 bis 40 wurden diejenigen, die Leitfähigkeiten von 65% IACS oder mehr aufweisen, so bewertet, dass sie den Test bestanden haben. Von den Prüfkörpern Nr. 101 bis 137 wurden diejenigen, die Leitfähigkeiten von 80% IACS oder mehr aufweisen, so bewertet, dass sie den Test bestanden haben.
(Messung der Korngrößen und -dichten von Körnern, die an Oberflächen freiliegen)
Unter Verwendung der erzeugten Proben wurde eine SEM(Rasterelektronenmikroskop)-Untersuchung von deren Oberflächen bei 2000-facher Vergrößerung durchgeführt. Die Anzahl von Fe-, Fe-P- oder Fe-P-O-Körnern oder -Einschlüssen mit Korngrößen (Durchmesser eines die Körner umschreibenden Kreises) von 1 μm oder mehr wurde in einem Bereich von 100 μm × 100 μm gezählt und deren Anzahl pro 1 mm² wurde berechnet. Darüber hinaus wurde die maximale Korngröße der vorstehend genannten Körner oder Einschlüsse in dem gleichen Bereich gemessen.
(Messung der Oberflächenrauheiten)
Unter Verwendung der erzeugten Proben wurden die Oberflächenzustände der Proben vertikal zur Walzrichtung mittels eines AFM (Rasterkraftmikroskop) untersucht, um eine Oberflächenrauheitskurve (AFM-Profil) zu erhalten. Aus dem AFM-Profil wurden Ra (arithmetischer Mittenrauwert), RZ_JIS (mittlere Zehnpunkt-Rauheit) und Rz (maximale Höhe der Rauheit) bestimmt. Beispiele für das AFM-Profil vertikal zur Walzrichtung sind in den 3 und 5 gezeigt.
(Messung der Vertiefungsformen)
Die durchschnittliche Länge und Tiefe von Vertiefungen parallel zur Walzrichtung wurden aus einem AFM-Profil parallel zur Walzrichtung bestimmt. Beispiele für das AFM-Profil parallel zur Walzrichtung sind in den 2 und 4 gezeigt. Wie es in den 2 und 4 gezeigt ist, waren anders als bei einer typischen Rauheitskurve von der Oberfläche eines Kupferlegierungsblechs ausgeprägte Vertiefungen kontinuierlich parallel zur Walzrichtung ausgebildet. Andererseits wurde die durchschnittliche Länge der Vertiefungen senkrecht zur Walzrichtung aus einem AFM-Profil (vgl. die 3 und 5) senkrecht zur Walzrichtung bestimmt. Die gemessene Länge des AFM-Profils wurde auf 500 μm festgelegt.
Die Längen der Vertiefungen sind die Abstände zwischen den einzelnen Graten des AFM-Profils und in jeder der Richtung parallel zur Walzrichtung und der Richtung senkrecht zur Walzrichtung wurde Rsm (durchschnittliche Länge von Konturkurvenelementen), die aus dem AFM-Profil bestimmt worden ist, als die durchschnittliche Länge der Vertiefungen betrachtet. Es wurde davon ausgegangen, dass die Tiefen der Vertiefungen die Abstände zwischen den benachbarten Graten und Tälern des AFM-Profils sind und deren Maximalwert wurde als maximale Tiefe betrachtet.
Anschließend wurde eine Ag-Plattierung mit den erzeugten Proben unter den folgenden Bedingungen durchgeführt und die Untersuchung des Vorliegens/nicht Vorliegens eines Ag-Plattierungsdefekts, ein Wärmeablösungsbeständigkeitstest und die Messung des Reflexionsgrads wurden in der folgenden Weise durchgeführt. Die Messergebnisse sind in den Tabellen 1 bis 8 gezeigt.
(Ag-Plattierungsbedingungen)
Mit jeder der Proben wurde ein elektrolytisches Entfetten (bei 5 Adm² für 60 Sekunden) und ein Säurebeizen (mit 20 Massen-% einer Schwefelsäure für 5 Sekunden) durchgeführt und ein Cu-Flashplattieren mit einer durchschnittlichen Dicke von 0,1 μm wurde durchgeführt. Danach wurde ein Ag-Plattieren bis zu einer Dicke von 2,5 μm durchgeführt. Die Zusammensetzung der Ag-Plattierungslösung ist wie folgt: Ag-Konzentration 80 g/Liter, Konzentration an freiem KCN 120 g/Liter, Kaliumcarbonat-Konzentration 15 g/Liter, Additiv (unter der Handelsbezeichnung Ag20-10T von Metalor Technologies SA erhältlich) 20 ml/Liter.
(Vorliegen/nicht Vorliegen eines Ag-Plattierungsdefekts)
Durch Untersuchen einer Oberfläche einer Ag-Plattierung mittels SEM (Rasterelektronenmikroskopie) wurde das Vorliegen/nicht Vorliegen eines Ag-Plattierungsdefekts (einer Vorwölbung oder einer nicht vorliegenden Abscheidung) in einem Bereich von 1 mm² bewertet.
(Wärmeablösungsbeständigkeit)
Von jeder der Proben wurde ein streifenförmiger Prüfkörper entnommen und gelötet. Dann wurde der Prüfkörper für 1000 Stunden bei 150°C gehalten und der Ablösezustand des Lötmittels, wenn der Streifen gebogen und wieder gestreckt wurde, wurde geprüft. Ein Prüfkörper, von dem sich das Lötmittel nicht abgelöst hatte, wurde mit bestanden bewertet, während ein Prüfkörper, von dem sich das Lötmittel abgelöst hatte, als nicht bestanden bewertet wurde. Es sollte beachtet werden, dass das Löten mit einem Sn-3 Massen-% Ag-0,5 Massen-% Cu-Lötmittel bei einer Badtemperatur von 260 ± 5°C für eine Tauchzeit von 5 Sekunden durchgeführt wurde.
(Messung des Reflexionsgrads)
Mit einem Spektrophotometer(CM-600d), das von Konika Minolta Inc. erhältlich ist, wurde der Gesamtreflexionsindex (regulärer Reflexionsgrad + diffuser Reflexionsgrad) von jedem der Prüfkörper gemessen. Ein Prüfkörper mit einem Gesamtreflexionsindex von 90% oder mehr wurde als bestanden bewertet.
Wie es in den Tabellen 1 und 2 gezeigt ist, genügen bei jeder der Nr. 1 bis 21 die Legierungszusammensetzung, die Größen und Dichten von Körnern, die an der Oberfläche des Prüfkörpers freiliegen, die Oberflächenrauheit, die Abmessungen der Oberflächenvertiefungen und dergleichen den Vorgaben der vorliegenden Erfindung, die Zugfestigkeit ist groß, die elektrische Leitfähigkeit ist hoch und die Wärmeablösungsbeständigkeit des Lötmittels ist hervorragend. Darüber hinaus ist der Reflexionsgrad der Ag-Plattierung höher als derjenige von typischer 0194 (Nr. 33), die nicht mit vertieften Abschnitten ausgebildet ist.
Entsprechend genügen, wie es in den Tabellen 3 und 4 gezeigt ist, bei jeder der Nr. 101 bis 119 die Legierungszusammensetzung, die Oberflächenrauheit, die Abmessungen der Oberflächenvertiefungen und dergleichen den Vorgaben der vorliegenden Erfindung, die Zugfestigkeit ist groß, die elektrische Leitfähigkeit ist hoch und die Wärmeablösungsbeständigkeit des Lötmittels ist hervorragend. Darüber hinaus ist der Reflexionsgrad der Ag-Plattierung höher als derjenige einer Cu-Fe-P-Legierung (Nr. 130), die nicht mit vertieften Abschnitten ausgebildet ist.
Andererseits sind, wie es in der Tabelle 2 gezeigt ist, von den Nr. 22 bis 32, welche die Legierungszusammensetzungen aufweisen, die nicht der Vorgabe genügen, die in der vorliegenden Erfindung angegeben ist, die Nr. 23 bis 32 jeweils bezüglich der Zugfestigkeit, der elektrischen Leitfähigkeit und der Wärmeablösungsbeständigkeit des Lötmittels schlecht. Ferner weisen bei den Nr. 22, 25 und 28 die an der Oberfläche freiliegenden Körner eine große maximale Korngröße auf und die Dichte der freiliegenden Körner mit Korngrößen von 1 μm oder mehr ist hoch, was zum Auftreten von Ag-Plattierungsdefekten und geringen Reflexionsgraden führt.
Wie es auch in der Tabelle 4 gezeigt ist, sind die Nr. 120 bis 129, welche die Legierungszusammensetzungen aufweisen, die nicht der Vorgabe genügen, die in der vorliegenden Erfindung angegeben ist, ebenfalls jeweils bezüglich der Zugfestigkeit, der elektrischen Leitfähigkeit und der Wärmeablösungsbeständigkeit des Lötmittels schlecht. Es sollte beachtet werden, dass der Prüfkörper Nr. 129 0194 entspricht.
Die Nr. 34 bis 40 und 131 bis 137 weisen Vertiefungen auf, die mit einer hohen Dichte in deren Oberflächen ausgebildet sind, die jedoch nicht einer oder zwei oder mehr der Vorgabe der Oberflächenrauheit und der Vorgaben der durchschnittlichen Länge der Vertiefungen und der maximalen Tiefe der Vertiefungen genügen. Demgemäß weist jede der Nr. 34 bis 40 und 131 bis 137 einen niedrigen Reflexionsgrad auf.
Die vorliegende Anmeldung basiert auf den japanischen Patentanmeldungen (japanische Patentanmeldungen Nr. 2013-067387 und 2013-067467 ), die am 27. März 2013 eingereicht worden sind und deren Inhalt unter Bezugnahme hierin einbezogen ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2011-252215 [0006]
JP 2012-89638 [0006]
JP 2013-067387 [0056]
JP 2013-067467 [0056]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

JIS Nr. 5-Prüfkörper [0040]
JIS Z 2241 [0040]
JIS H 0505 [0041]

Claims

Kupferlegierungsstreifen, bei dem die Oberflächenrauheit senkrecht zur Walzrichtung derart ist, dass Ra 0,2 μm oder weniger beträgt, Rz_JIS 1,2 μm oder weniger beträgt und Rz 1,5 μm oder weniger beträgt und Vertiefungen eine durchschnittliche Länge parallel zur Walzrichtung von 2 bis 100 μm, eine durchschnittliche Länge senkrecht zur Walzrichtung von 1 bis 30 μm und eine maximale Tiefe parallel zur Walzrichtung von 400 nm oder weniger aufweisen und dicht ausgebildet sind.
Kupferlegierungsstreifen nach Anspruch 1, ferner umfassend: 1,8 bis 2,6 Massen-% Fe, 0,005 bis 0,20 Massen-% P und 0,01 bis 0,50 Massen-% Zn, wobei es sich bei dem Rest um Cu und unvermeidbare Verunreinigungen handelt.
Kupferlegierungsstreifen nach Anspruch 2, ferner umfassend: insgesamt 0,02 bis 0,3 Massen-% von einem oder zwei oder mehr von Sn, Co, Al, Cr, Mg, Mn, Ca, Pb, Ni, Ti und Zr.
Kupferlegierungsstreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem Fe-, Fe-P- oder Fe-P-O-Körner, die an einer Oberfläche freiliegen, Korngrößen von 5 μm oder weniger aufweisen und diejenigen der freiliegenden Körner, die Korngrößen von 1 μm oder mehr aufweisen, bei einer Dichte von 3000 Körnern/mm² oder weniger vorliegen.
Kupferlegierungsstreifen nach Anspruch 1, ferner umfassend: 0,01 bis 0,5 Massen-% Fe, 0,01 bis 0,20 Massen-% P, 0,01 bis 1,0 Massen-% Zn und 0,01 bis 0,15 Massen-% Sn, wobei es sich bei dem Rest um Cu und unvermeidbare Verunreinigungen handelt.
Kupferlegierungsstreifen nach Anspruch 5, ferner umfassend: insgesamt 0,02 bis 0,3 Massen-% von einem oder zwei oder mehr von Co, Al, Cr, Mg, Mn, Ca, Pb, Ni, Ti, Zr, Si und Ag.