JP2018162518A - ベーパーチャンバー用銅合金板及びベーパーチャンバー - Google Patents

Abstract

【課題】ベーパーチャンバーを製造するプロセスの一部に拡散接合又はろう付けによる接合が含まれる場合に、製造後のベーパーチャンバーに十分な強度と放熱性能を持たせることができ、且つ薄肉化、軽量化した銅合金板を提供する。【解決手段】Ｍｇ：０．０５〜０．５質量％を含有し、残部がＣｕ及び不可避不純物からなり、１００ＭＰａ以上の０．２％耐力、５％以上の伸び及び優れた曲げ加工性と、優れた拡散接合性及びろう付け性を有する放熱部品用銅合金板。この銅合金板は、８５０℃×３０分加熱後、５０ＭＰａ以上の０．２％耐力及び７０％ＩＡＣＳ以上の導電率を有する。この銅合金は、さらにＺｎ：０．６質量％以下、Ｐ：０．０５質量％以下、Ｓｎ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒから選択される１種又は２種以上の元素を合計で０．３質量％以下含有できる。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の部品を接合してベーパーチャンバー（平板状ヒートパイプ）等の放熱部品を製造する場合に用いられる放熱部品用用銅合金板、及び同銅合金板を用いて製造された放熱部品に関する。特に、放熱部品を製造するプロセスの一部に拡散接合又はろう付けなど、６５０℃以上の温度に加熱するプロセスが含まれる場合に用いられる放熱部品用用銅合金板、及び同銅合金板を用いて製造された放熱部品に関する。

デスク型ＰＣ、ノート型ＰＣ、タブレット端末、スマートフォンに代表される携帯電話等に搭載されるＣＰＵの動作速度の高速化や高密度化が急速に進展し、これらのＣＰＵからの単位面積当たりの発熱量が一段と増大している。ＣＰＵの温度が一定以上の温度に上昇すると、誤作動、熱暴走などの原因となるため、ＣＰＵ等の半導体装置からの効果的な放熱は切実な問題となっている。
半導体装置の熱を吸収し、大気中に放散させる放熱部品としてヒートシンクが使われている。ヒートシンクには高熱伝導性が求められることから、素材として熱伝導率の大きい銅、アルミニウムなどが用いられる。デスク型ＰＣにおいては、ＣＰＵの熱をヒートシンクに設置した放熱フィンなどに伝え、デスク型ＰＣ筐体内に設置した小型ファンで抜熱する方法が用いられている。

しかし、ファンを設置するスペースのないノート型ＰＣ、タブレット端末等においては、限られた面積でより高い熱輸送能力を持つ放熱部品として、ベーパーチャンバー（平板状ヒートパイプ）が用いられるようになってきた。ヒートパイプは、内部に封入した冷媒の蒸発（ＣＰＵからの吸熱）と凝縮（吸収した熱の放出）が循環的に行われることにより、ヒートシンクに比べて高い放熱特性を発揮する。また、ヒートパイプをヒートシンクやファンといった放熱部品と組合せることにより、半導体装置の発熱問題を解決することが提案されている。

ベーパーチャンバーは、管状ヒートパイプの放熱性能を更に向上させたものである（特許文献１〜４参照）。ベーパーチャンバーとして、冷媒の凝縮と蒸発を効率的に行うために、管状ヒートパイプと同様に、内面に粗面化加工、溝加工、粉末焼結による微細孔を形成したもの等が提案されている。
また、ベーパーチャンバーとして、外部部材（筐体）と、外部部材の内部に収容固定される内部部材とより構成されたものが提案されている。内部部材は、冷媒の凝縮、蒸発、輸送を促進するために、外部部材の内部に一又は複数配置されるもので、種々の形状のフィン、突起、穴、スリット等が加工されている。この形式のベーパーチャンバーは、内部部材を外部部材の内部に配置した後、拡散接合、ろう付け等の方法により外部部材同士及び外部部材と内部部材を接合一体化することにより製造される。ベーパーチャンバーは、内部に冷媒を入れた後、ろう付け等の方法により封止される。
電子部品の発熱がさらに大きくなり、ベーパーチャンバーの抜熱能力を超える場合、ベーパーチャンバーと同様な内部構造を有し、冷媒を外部から連続的に供給する形式の放熱部品が用いられる（内部を低圧にする必要がない）。このタイプの放熱部品の筐体に用いられる部材、及び筐体の製造方法は基本的にベーパーチャンバーと同じである。

ベーパーチャンバーの筐体の素材としては、熱伝導率、耐食性、加工性及びエッチング性に優れる無酸素銅（ＯＦＣ）からなる、例えば板厚０．３〜１．０ｍｍ程度の軟質材（質別Ｏ）〜硬質材（質別Ｈ）の板材（条を含む）が多用されている。ＯＦＣ板材を用いたベーパーチャンバーの製作工程の一例を、図１を参照して説明すると、次のようなものである。
まず、ＯＦＣ板材より切出した矩形の板部材の片面に、エッチング加工又は金型を用いたプレス加工により複数の溝、凹凸等のパターンを形成する。次に、前記パターンを形成した面を内側にして、板部材１，２を上下に重ね合わせ、その状態で拡散接合又はろう付けにより前記板部材１，２を互いに接合する。拡散接合は、１０^−２気圧より高真空雰囲気において、接合部位に２〜６ＭＰａ程度の応力（加圧力）を掛けた状態で、８００〜９００℃の高温に昇温し、所定温度到達後１０〜１２０分間程度、同温度に保持することで行われる。なお、拡散接合における接合部位の加圧は、板部材１，２が前記所定温度に到達後に行ってもよい。なお、板部材１，２の間に図示しないノズル（細径管）が嵌め込まれ、このノズルも接合される。
接合後は、真空又は減圧雰囲気において、前記ノズルを通してベーパーチャンバーの内部に作動流体(水等)を入れ、次いで前記ノズルを封止する。

ベーパーチャンバーをろう付けにより製作する場合、上下に重ね合わせた板部材の間に、接合部の形状の銀銅ろう、りん銅ろう等の薄板又は箔を挟み、その状態で加熱炉に連続的に挿入して加熱し、ろう付け接合する。ろう付けの雰囲気は、１０^−１気圧程度の真空雰囲気、還元雰囲気、あるいは不活性ガス雰囲気であり、加熱温度は６５０〜９００℃である。また、ろう付け加熱工程において、振動などで接合部にずれが生じないよう、接合部位に２〜５ＭＰａ程度の応力（加圧力）を掛けた状態で、加熱、及びろう付けが行われる。

特開２００４−２３８６７２号公報 特開２００７−３１５７４５号公報 特開２０１４−１３４３４７号公報 特開２０１５−１２１３５５号公報

ベーパーチャンバー等の放熱部品の筐体の素材として、無酸素銅（ＯＦＣ）の板（ＪＩＳＨ３１００に規定されたＣ１０２０）が多く使用されている。無酸素銅の板は、熱伝導率が良く（導電率：１０２％ＩＡＣＳ）、熱放散性が優れ、耐食性及び加工性（曲げ、エッチング、スタンピング等）に優れ、拡散接合性、ろう付け性にも優れるという長所を有する。一方、無酸素銅の板は、例えばベーパーチャンバーの場合、製造時の高温加熱（拡散接合又はろう付け時の加熱）により軟化し、製造したベーパーチャンバーを搬送し、ヒートシンクや半導体装置へ取り付け、又はＰＣ筐体へ組み込みむとき等に変形しやすい。ベーパーチャンバーが変形し、例えば筐体の平坦性が悪化すると、ベーパーチャンバーに所定の性能を発揮させることが難しくなる。そして、この変形を防止する必要から、素材である銅板を薄肉化（ベーパーチャンバーの軽量化）できないという問題がある。また、無酸素銅の板を用いた場合、製造プロセスの一部に拡散接合やろう付けが含まれる他の放熱部品においても、同様の問題が生じる。

従って、本発明は、ベーパーチャンバー等の放熱部品の素材である銅板の改良に関し、拡散接合又はろう付け時の高温加熱後の強度を向上させ、前記銅板の薄肉化、軽量化を図ることを目的とする。

本発明に係る放熱部品用銅板（銅合金板）は、放熱部品を製造するプロセスの一部として拡散接合又はろう付けによる接合が含まれる場合に用いられ、Ｍｇ：０．０５〜０．５質量％を含有し、残部がＣｕ及び不可避不純物からなり、１００ＭＰａ以上の０．２％耐力、５％以上の伸び及び優れた曲げ加工性と、優れた拡散接合性及びろう付け性を有し、８５０℃で３０分加熱後冷却した場合の０．２％耐力が５０ＭＰａ以上、かつ導電率が７０％ＩＡＣＳ以上であることを特徴とする。
また、本発明に係る放熱部品は、Ｍｇ：０．０５〜０．５質量％を含有し、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成を有し、拡散接合又はろう付けにより互いに接合された複数の銅合金板からなり、前記銅合金板の０．２％耐力が５０ＭＰａ以上、かつ導電率が７０％ＩＡＣＳ以上であることを特徴とする。

上記銅合金板は、上記の特性を満たすことを前提に、必要に応じてさらに、以下に示す（１）〜（３）の元素又は元素群を単独で、又は（１）〜（３）のうち２以上を組み合わせて含む。（１）Ｚｎ：０．６質量％以下、（２）Ｐ：０．０５質量％以下、（３）Ｓｎ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒから選択される１種又は２種以上の元素を合計で０．３質量％以下。

上記銅合金板は、８５０℃で３０分加熱後（拡散接合又はろう付けによる接合を想定した加熱後）の強度が５０ＭＰａ以上で、従来の無酸素銅の板に比べて強度が高く、薄肉化が可能であり、放熱部品（筐体）をより軽量化することが可能となる。また、上記銅合金板は、７０％ＩＡＣＳ以上の導電率を有することから、従来の無酸素銅の板に比べさほど遜色のない熱放散性を有する。
また、上記銅合金板は、高温加熱時に蒸発しやすく、拡散接合性及びろう付け性を低下させるＭｇ、Ｚｎ、Ｐの含有量が低く抑えられているため、拡散接合又はろう付けにおいて、従来の無酸素銅の板に比べて遜色のない優れた接合性を有する。

ベーパーチャンバーの拡散接合を説明するもので、パターン形成した２枚の板部材（ベーパーチャンバーの筐体部品）を接合のため重ね合わせた状態の断面図である。

以下、本発明に係る放熱部品用銅合金板について、ベーパーチャンバーを例に挙げ、より詳細に説明する。
［銅合金の組成］
本発明に係る銅合金は、Ｍｇ：０．０５〜０．５質量％を含有し、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる。また、必要に応じてさらに、（１）Ｚｎ：０．６質量％以下、（２）Ｐ：０．０５質量％以下、（３）Ｓｎ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒから選択される１種又は２種以上の元素を合計で０．３質量％以下を、個々に又は組み合わせて含む。

Ｍｇは、Ｃｕに比べて原子半径が大きく、少量の添加でも固溶強化により銅合金の強度を向上させる。しかし、Ｍｇ含有量が０．０５質量％未満では、高温加熱後の強度が不十分となる。一方、Ｍｇ含有量が０．５質量％を超えると、高温に加熱されたときＭｇが蒸発し、拡散接合性及びろう付け性が低下する。従って、Ｍｇ含有量は０．０５〜０．５質量％の範囲とする。Ｍｇ含有量の上限値は好ましくは０．４質量％、より好ましくは０．３質量％である。

Ｚｎは、はんだの耐熱剥離性及びＳｎめっきの耐熱剥離性を改善する。ベーパーチャンバーは放熱部である電子部品にはんだ付けすることがあり、また、耐食性改善のためベーパーチャンバーにＳｎめっきを行う場合がある。そのような場合に、ベーパーチャンバーの筐体の素材としてＺｎを含有する銅合金板が好適に用いられる。Ｚｎは少量の添加でも上記耐熱剥離性を改善する効果を有し、その含有量は好ましくは０．００１質量％以上、より好ましくは０．０１質量％以上である。一方、Ｚｎ含有量が０．６質量％を超えると、高温に加熱されたときＺｎが蒸発し、拡散接合性及びろう付け性が低下する。従って、Ｚｎ含有量は０．６質量％以下の範囲とする。Ｚｎ含有量の上限値は好ましくは０．４質量％、より好ましくは０．３質量％である。

Ｐは、銅合金中にＭｇ−Ｐ化合物を形成し、銅合金板の強度を向上させる。Ｐによる強度向上効果を得るには、高温加熱（拡散接合又はろう付け）後のベーパーチャンバーを４００〜６００℃に３０分〜４時間程度加熱し、Ｍｇ−Ｐ化合物を析出させればよい。Ｐは少量の添加でも強度を向上させる効果を有し、その含有量は好ましくは０．００１質量％以上、より好ましくは０．００５質量％以上である。一方、Ｐ含有量が０．０５質量％を超えると、銅合金の導電率が低下する。従って、Ｐ含有量は０．０５質量％以下の範囲とする。

Ｓｎ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒは、銅合金板の強度を向上させる。しかし、これらの元素は銅合金板の導電率を低下させるため、１種又は２種以上の合計含有量の上限値は０．３質量％とし、高温加熱後の導電率が７０％ＩＡＣＳ未満にならない範囲で添加する。
このうち、Ｓｎ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｔｉは、銅合金板の導電率を低下させる作用が強く、これらの元素の含有量は個々に０．０３質量％以下、２種以上の合計で０．１質量％以下が好ましい。Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏは銅合金を固溶強化するほか、銅合金がＰを含む場合は銅合金中にＰ化物を形成し、銅合金を析出強化する。この効果を利用するには、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏの含有量は、個々に又は合計で０．０５質量％以上であることが好ましい。Ｃｒ、Ｚｒは銅合金を析出強化するほか、銅合金板を６５０℃以上の高温に加熱したとき、結晶粒の粗大化を防止する効果を有する。この効果を利用するには、Ｃｒ、Ｚｒの含有量は個々に又は合計で０．０１質量％以上であることが好ましい。

不可避不純物であるＨ、Ｏ、Ｓ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ａｓは、銅合金板が６５０℃以上の温度に長時間加熱されると粒界に集まり、加熱中及び加熱後の粒界割れ並びに粒界脆化等を引起す可能性があり、これらの元素の含有量は低減することが好ましい。
このうちＨは、加熱中に粒界や介在物と母材との界面に集まり、膨れを発生させることから、好ましくは１．５ｐｐｍ（質量ｐｐｍ、以下同じ）未満とし、より好ましくは１ｐｐｍ未満とする。Ｏは、好ましくは２０ｐｐｍ未満、より好ましくは１５ｐｐｍ未満とする。Ｓ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ａｓは、好ましくは合計で３０ｐｐｍ未満、より好ましくは２０ｐｐｍ未満とする。特にＢｉ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ａｓについては、好ましくはこれらの元素の合計含有量を１０ｐｐｍ未満、より好ましくは５ｐｐｍ未満とする。

［銅合金板の特性］
本発明に係る放熱部品用銅合金板は、上記合金組成を有することにより、無酸素銅板に比べて遜色のない優れた接合性（拡散接合性、ろう付け性）を有する。
放熱部品用銅合金板は、拡散接合又はろう付け前に、プレス成形、打抜き加工、切削、エッチングなどにより、例えばベーパーチャンバーの筐体部品に加工される。銅合金板は、前記加工に際しての搬送及びハンドリングにおいて容易に変形しない強度を有し、前記加工が支障なく実行できる機械的特性を有することが好ましい。より具体的には、本発明に係る銅合金板は、０．２％耐力が１００ＭＰａ以上、伸びが５％以上、及び優れた曲げ加工性を有することが好ましい。これらの特性は、本発明の組成を有する銅合金板で比較的容易に達成できる。なお、これらの特性を有していれば、銅合金板の調質は問題にならない。例えば熱処理上がり、熱処理上がり材を冷間圧延したものなど、いずれも使用可能である。

ベーパーチャンバーの筐体部品に加工された銅合金板は、高温加熱（拡散接合又はろう付け時の加熱）を経て、ベーパーチャンバーの筐体に仕上げられる。拡散接合とろう付けでは前記高温加熱の加熱条件が異なるが、本発明では、前記高温加熱を６５０℃〜１０５０℃程度で行う場合を想定している。
本発明に係る銅合金板は、８５０℃で３０分加熱後水冷した後の強度（０．２％耐力）が５０ＭＰａ以上、導電率が７０％ＩＡＣＳ以上である。８５０℃で３０分の加熱は、ベーパーチャンバーの筐体の製造における接合プロセス（拡散接合、ろう付け）を想定した加熱条件である。本発明に係る銅合金板を用いたベーパーチャンバーの筐体は、無酸素銅板に比べて強度が高く、ヒートシンク、半導体装置へ取り付け、又はＰＣ筐体等に組み込む際に、変形を防止できる。また、本発明に係る銅合金板は、高温加熱後の強度が無酸素銅板に比べて高いため、薄肉化（０．１〜１．０ｍｍ厚）することができ、そのことによりベーパーチャンバーの放熱性能を高め、無酸素銅板と比べた場合の導電率の低下分を補うことができる。
なお、本発明に係る銅合金板は、高温加熱の温度が８５０℃未満（６５０℃以上）又は８５０℃超（１０５０℃以下）であっても、５０ＭＰａ付近又はそれ以上の０．２％耐力、及び７０％ＩＡＣＳ付近又はそれ以上の導電率を達成できる。

本発明に係る銅合金板を用いて製造されたベーパーチャンバーは、必要に応じて、耐食性及びはんだ付け性の向上を主目的として、少なくとも外表面の一部にＳｎ被覆層が形成される。Ｓｎ被覆層には、電気めっき、無電解めっき、あるいはこれらのめっき後、Ｓｎの融点以下又は融点以上に加熱して形成されたものが含まれる。Ｓｎ被覆層には、Ｓｎ金属とＳｎ合金が含まれ、Ｓｎ合金としては、Ｓｎ以外に合金元素としてＢｉ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｉｎ，Ｚｎのうち１種以上を合計で５質量％以下含むものが挙げられる。

Ｓｎ被覆層の下に、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ等の下地めっきを形成することができる。これらの下地めっきは、母材からのＣｕや合金元素の拡散を防止するバリアとしての機能、及び放熱部品の表面硬さを大きくすることによる傷つき防止の機能を有する。前記下地めっきの上にＣｕをめっきし、さらにＳｎをめっき後、Ｓｎの融点以下又は融点以上に加熱する熱処理を行ってＣｕ−Ｓｎ合金層を形成し、下地めっき、Ｃｕ−Ｓｎ合金層及びＳｎ被覆層の３層構成とすることもできる。Ｃｕ−Ｓｎ合金層は、母材からのＣｕや合金元素の拡散を防止するバリアとしての機能、及び放熱部品の表面硬さを大きくすることによる傷つき防止の機能を有する。

また、本発明に係る銅合金板を用いて製造されたベーパーチャンバーは、必要に応じて、少なくとも外表面の一部にＮｉ被覆層が形成される。Ｎｉ被覆層は、母材からのＣｕや合金元素の拡散を防止するバリア、放熱部品の表面硬さを大きくすることによる傷つき防止、及び耐食性を向上させる機能を有する。

［銅合金板の製造方法］
本発明に係る銅合金板は、通常の固溶強化型銅合金板と同様、溶解、鋳造、均質化処理、熱間圧延、冷間圧延、熱処理の工程により、製造することができる。熱処理は、バッチ炉又は連続熱処理炉により行うことができる。バッチ炉により熱処理する場合は、銅合金板材の実体温度が３５０〜６００℃に到達後０．５〜４時間保持する条件が望ましい。連続熱処理炉により熱処理する場合は、炉内雰囲気温度を４５０〜７００℃の雰囲気とし、連続通板すればよい。これらの熱処理により、銅合金板材は回復又は再結晶し、所定の強度と伸び及び優れた曲げ加工性を備えるようになる。
冷間圧延−熱処理の後、必要に応じて冷間圧延を行い、さらに必要に応じてひずみ取り焼鈍を行なうことができる。
以上の製造方法により、０．２％耐力が１００ＭＰａ以上、伸びが５％以上で優れた曲げ加工性を有し、かつ優れた接合性を有する放熱部品用銅合金板を製造できる。また、製造された銅合金板は、８５０℃で３０分加熱後冷却したとき、５０ＭＰａ以上の０．２％耐力、及び７０％ＩＡＣＳ以上の導電率を有する。

前記曲げ加工においては、曲げ部で割れが発生しないことが求められる。さらに、曲げ線及びその近傍において、肌荒れが発生しないことが好ましい。同一材質の銅合金板であっても、曲げによる割れや肌荒れの発生しやすさは、曲げ半径Ｒと板厚ｔの比率Ｒ／ｔに依存する。銅合金板を用いてベーパーチャンバー等の放熱部品を製造する場合、銅合金板の曲げ加工性として、少なくとも圧延直角方向（曲げ軸が圧延方向に垂直）にＲ／ｔ≦２の曲げを行った場合に割れが発生しないことが求められる。銅合金板の曲げ加工性として、Ｒ／ｔ≦１．５の曲げで割れが発生しないことが好ましく、Ｒ／ｔ≦１．０の曲げで割れが発生しないことがより好ましい。銅合金板の曲げ加工性は、一般に板幅１０ｍｍの試験片で試験される（後述する実施例の曲げ加工性試験を参照）。銅合金板材を曲げ加工する場合、曲げ幅が大きいほど割れが発生しやすくなることから、特に曲げ幅が大きい場合には、板幅１０ｍｍの試験片で試験したとき、Ｒ／ｔ＝１．０の曲げで割れが発生しないことが好ましく、さらにＲ／ｔ＝０．５の曲げで割れが発生しないことが好ましい。また、曲げ線及びその近傍で肌荒れを発生させないためには、銅合金板の表面において板幅方向に測定した平均結晶粒径（切断法）が２０μｍ以下であることが好ましく、１５μｍ以下であることがより好ましい。

表１に示す組成の銅合金を真空雰囲気中で溶解・鋳造し、それぞれ厚さ６０ｍｍ、幅２００ｍｍ、長さ８０ｍｍの鋳塊を作製した。表１のＮｏ．１（無酸素銅）では、不可避不純物であるＨは０．６ｐｐｍ、Ｏは７ｐｐｍ、Ｓ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ａｓは合計で６ｐｐｍであった。Ｎｏ．１以外の銅合金では、不可避不純物であるＨは１ｐｐｍ未満、Ｏは１５ｐｐｍ未満、Ｓ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ａｓは合計で１５ｐｐｍ未満であった。

各鋳塊に対し９００℃で１時間の均熱処理を行い、続いて熱間圧延を行って板厚２０ｍｍの熱間圧延材（幅２００ｍｍ）とし、６５０℃以上の温度から水冷し、水冷後の熱間圧延材の両面を１ｍｍずつ面削した（厚さ１８ｍｍ）。面削後の材料を、厚さ１４．７ｍｍまで冷間圧延した。冷間圧延材（厚さ１４．７ｍｍ）の一部を取り置き、これを供試材として、下記要領で拡散接合性の測定を行った。

冷間圧延材（厚さ１４．７ｍｍ）の残部に対し、さらに冷間圧延を行って板厚０．４ｍｍとし、続いて４００℃×２時間の熱処理を行い、さらに板厚０．３ｍｍまで冷間圧延を行った（加工率：２５％）。その後硝石炉により２５０℃で１５秒間（Ｎｏ．１）又は３００℃で２０秒間（Ｎｏ．２〜２７）の熱処理を行い、放熱部品用銅板（Ｎｏ．１）及び銅合金板（Ｎｏ．２〜２７）を製造した。この銅板及び銅合金板を供試材として、下記要領でろう付け性及び機械的特性の測定を行った。
また、前記銅板及び銅合金板（板厚０．３ｍｍ）を、８５０℃で３０分間加熱後水冷し、これを供試材として、下記要領で導電率及び機械的特性の測定を行った。
各測定結果を表２に示す。

［拡散接合性］
拡散接合性の指標として、拡散接合強度の素材強度比（拡散接合強度を素材強度で除したもの）を求めた。拡散接合強度、素材強度、及び拡散接合強度の素材強度比は以下の手順で求めた。
（拡散接合強度）
（１）Ｎｏ．１〜２５の各供試材から１４．７ｍｍ×７０ｍｍ×３０ｍｍのブロックを切出し、４００℃×２時間の熱処理を行った後、板厚１１ｍｍまで冷間圧延を行った（加工率２５％）。なお、この熱処理条件及び最終冷間圧延の加工率は、板厚０．３ｍｍに冷間圧延した供試材（放熱部品用銅板及び銅合金板）の熱処理条件及び最終冷間圧延の加工率と同じである。
（２）各ブロックから、直径１０ｍｍ、長さ３０ｍｍの円柱形の試験片を６個ずつ作製した。この試験片の長手方向は圧延方向に平行である。
（３）各試験片の一方の端面（直径１０ｍｍの面）をエメリー紙で研磨した後、バフ研磨し、前記端面の表面粗さを、概ね、最大高さＲｚ：０．８μｍ、算術平均粗さＲａ：０．０６μｍとなるように調整した。
（４）拡散接合試験装置は、チャンバー内の真空引き、ガス置換、昇温、端面を突き合わせた試験片同士の加圧、及び加圧状態の保持が可能な試験装置である。装置内に研磨した端面同士を対向させた試験片（２個で１組）を入れ、装置内を真空排気する。
（５）真空度が２×１０^−２Ｐａに到達後、平均昇温速度１００℃／ｍｉｎで昇温し、試験片温度が８５０℃に到達後、端面同士を圧力４ＭＰａで突合せ、３０分保持する。次いで装置内にＮ_２ガスを導入し、加圧したままで２００℃まで冷却した（平均冷却速度約２０℃／分）。２００℃に到達後、装置から拡散接合された試験片（接合試験片）を取り出した。
（６）接合試験片は、各供試材ごとに３個ずつ作製した。各接合試験片から全長６０ｍｍ、平行部直径６ｍｍ、平行部長さ３０ｍｍ、つかみ部直径１０ｍｍ、つかみ部長さ各１０ｍｍの引張試験片を作製した。この引張り試験片に対して室温で引張試験を行い、引張強さを測定し、３個の接合試験片の引張強さの最小値を拡散接合強度とした。

（素材強度）
（１）Ｎｏ．１〜２５の各供試材から、１４．７ｍｍ×４０ｍｍ×６０ｍｍのブロックを切出し、４００℃×２時間の熱処理を行った後、板厚１１ｍｍまで冷間圧延を行った（加工率２５％）。この熱処理条件及び最終冷間圧延の加工率は、板厚０．３ｍｍに冷間圧延した供試材（放熱部品用銅板及び銅合金板）の熱処理条件及び最終冷間圧延の加工率と同じである。
（２）各ブロックから、全長６０ｍｍ、平行部直径６ｍｍ、平行部長さ３０ｍｍ、つかみ部直径１０ｍｍ、つかみ部長さ各１０ｍｍの引張試験片を３個ずつ作製した。引張試験片の長手方向は圧延方向に平行である。
（３）各引張試験片を、熱処理装置内に入れ、真空度下（２×１０^−２Ｐａ）で、平均昇温速度１００℃／ｍｉｎで昇温し、試験片温度が８５０℃に到達後、３０分保持した。次いで装置内にＮ_２ガスを導入して２００℃まで冷却し（平均冷却速度約２０℃／分）、２００℃に到達後、装置から引張試験片を取出した。この熱処理条件は、拡散接合強度の測定で行った拡散接合時の加熱冷却条件と、加圧力を加えない点を除いて同じである。
（４）各試験片を用い、ＪＩＳＺ２２４１の規定に準拠し、室温にて引張試験を行った。その結果得られた引張強さ（３個の平均値）を、それぞれの素材強度とした。

（拡散接合強度の素材強度比）
両試験結果から、拡散接合強度の素材強度比（拡散接合強度を素材強度で除したもの）を求めた。この値を放熱部品用銅板及び銅合金板の拡散接合強度の素材強度比とみなし、この値が０．９５以上を合格とした。
引張り試験後の破面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により観察すると、合格材においては、全面がディンプルに覆われ、典型的な延性破面を呈している。これは、突き合わせた試験材の端面同士が拡散接合により一体化したことを示している。一方、不合格材の破面においては、ディンプルの面積比が少なく、拡散接合による一体化が十分発生しなかったことを示している。また、不合格材の場合、拡散接合試験後、拡散接合装置内部を装置外から観察できるように設けた石英ガラスの窓の内面側に、半透明の付着物が見られた。この付着物をＥＰＭＡ（電子プローブマイクロアナライザ）により分析したところ、試験片の材料に含まれるＺｎ、Ｍｇが検出された。これらの事実から、不合格材においては、拡散接合時の高温加熱により試験片の表面よりＺｎ、Ｍｇが蒸発し、蒸発の圧力により直接的に、又は蒸発した元素が試験材の接合端面に酸化物となって付着し、端面における拡散接合が妨げられたものと推側される。

［ろう付け性］
ろう付け性は、ろうの濡れ広がり試験で測定した。
供試材を酸洗して酸化膜を除去した後、各冷間圧延材から、正方形（５０ｍｍ×５０ｍｍ）の試験片を切り取り、＃２０００エメリー紙研磨、及びバフ研磨して表面粗さＲａ：０．０７μｍに調整し、さらに溶剤脱脂及び電解脱脂を行った。ろう材は、直径２ｍｍのＢＣｕＰ−２（Ｃｕ−７質量％Ｐ）を用い、これを質量０．３８ｇの長さ（長さ１５ｍｍ相当）に切り出して使用した。試験片上にろう材を載せて真空炉に入れ、室温において圧力１０^−３Ｐａの真空雰囲気にした後、この真空雰囲気を保って８４０℃に加熱した（平均昇温速度１００℃／分）。試験片の温度が８４０℃に到達後３０秒間保持し、次いで室温まで冷却し（２００℃までの平均降温速度２０℃／分）、試験片を炉から取出した。試験片上のろうをＣＣＤカメラＶＨＸ−６００（株式会社キーエンス製）により観察し、同カメラに内蔵されている画像解析装置により、ろうの広がった部分とそれ以外の部分を２値化して識別し、ろうの濡れ広がり面積を求めた。濡れ広がり面積が５ｃｍ^２以上のものを合格とした。
不合格材においては、拡散接合試験と同様に、高温加熱により試験材の表面よりＺｎ、Ｍｇが蒸発し、蒸発の圧力により直接的に、又は蒸発した元素が試験片の表面に酸化物となって付着することにより、ろうの濡れ広がりが妨げられたものと推側される。

［機械的特性］
供試材から、長手方向が圧延平行方向となるようにＪＩＳ５号引張り試験片を切り出し、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に準拠して引張り試験を実施して、耐力及び伸びを測定した。耐力は永久伸び０．２％に相当する引張強さである。
［曲げ加工性］
曲げ加工性の測定は、伸銅協会標準ＪＢＭＡ−Ｔ３０７に規定されるＷ曲げ試験方法に従い実施した。各供試材から幅１０ｍｍ、長さ３０ｍｍの試験片を切り出し、Ｒ／ｔ＝０．５となる冶具を用いて、Ｇ．Ｗ．（Ｇｏｏｄ Ｗａｙ（曲げ軸が圧延方向に垂直））の曲げを行った。次いで、曲げ部における割れの有無を１００倍の光学顕微鏡により目視観察し、割れの発生がないものを○（合格）と評価した。
［導電率］
導電率の測定は，ＪＩＳ−Ｈ０５０５に規定されている非鉄金属材料導電率測定法に準拠し，ダブルブリッジを用いた四端子法で行った。

表１，２に示すように、無酸素銅からなるＮｏ．１（従来材）は、拡散接合強度の素材強度比が高く、ろう濡れ広がり面積が大きく、拡散接合性及びろう付け性が優れる。拡散接合において石英窓の曇りも見られない。また、Ｎｏ．１の８５０℃×３０分加熱後の特性は、導電率が高く（１０２％ＩＡＣＳ）、０．２％耐力が極度に低い（３８ＭＰａ）。
一方、合金組成が本発明の規定範囲内であるＮｏ．３〜７、９〜１１、１３〜１５、１７〜１９、２１、２２、２６、２７は、拡散接合強度の素材強度比が９５％以上、ろう濡れ広がり面積が５．０ｃｍ^２以上で、従来材であるＮｏ．１に遜色のない拡散接合性及びろう付け性を有する。拡散接合において石英窓の曇りも見られない。また、８５０℃で３０分加熱後の特性は、０．２％耐力が５０ＭＰａ以上と従来材であるＮｏ．１に比べて相当に高く、導電率が７０％ＩＡＣＳ以上である。

これに対し、合金組成が本発明の規定範囲外であるＮｏ．２，８，１２，１６，２０，２３〜２５は、拡散接合強度の素材強度比（拡散接合性）、ろう濡れ広がり面積（ろう付け性）、８５０℃で３０分加熱後の０．２％耐力又は導電率のいずれか１つ以上の特性が劣る。
Ｎｏ．２は、Ｍｇ含有量が不足するため、８５０℃×３０分加熱後の０．２％耐力が５０ＭＰａに達しない。
Ｎｏ．８は、Ｍｇ含有量が過剰なため、拡散接合性及びろう付け性が劣り、拡散接合において石英窓の曇りが発生した。また、８５０℃×３０分加熱後の導電率が低い。
Ｎｏ．１２は、Ｚｎ含有量が過剰なため、拡散接合性及びろう付け性が劣り、拡散接合において石英窓の曇りが発生した。
Ｎｏ．１６は、Ｐ含有量が過剰なため、８５０℃×３０分加熱後の導電率が低い。
Ｎｏ．２０は、Ｚｎ含有量が過剰なため、拡散接合性及びろう付け性が劣り、拡散接合において石英窓の曇りが発生した。また、Ｐ含有量が過剰なため、８５０℃×３０分加熱後の導電率が低い。
Ｎｏ．２３は、Ｐ含有量が過剰なため、８５０℃×３０分加熱後の導電率が低い。８５０℃で３０分加熱後冷却した場合の導電率が５８％ＩＡＣＳと低い。
Ｎｏ．２４は、その他元素（Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｎ）の合計含有量が過剰なためため、８５０℃×３０分加熱後の導電率が低い。また、拡散接合性及びろう付け性が劣る。これは、８５０℃×３０分加熱したとき、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｎが板表面で酸化し、接合を妨げたためと推測される。
Ｎｏ.２５は、その他元素（Ｆｅ、Ｓｎ）の合計含有量が過剰なため、８５０℃×３０分加熱後の導電率が低い。

１，２ 板部材

Claims (8)

1. Ｍｇ：０．０５〜０．５質量％を含有し、残部がＣｕ及び不可避不純物からなり、１００ＭＰａ以上の０．２％耐力、５％以上の伸び及び優れた曲げ加工性と、優れた拡散接合性及びろう付け性を有し、８５０℃で３０分加熱後冷却した場合の０．２％耐力が５０ＭＰａ以上、かつ導電率が７０％ＩＡＣＳ以上であり、放熱部品を製造するプロセスの一部に拡散接合又はろう付けによる接合が含まれることを特徴とするベーパーチャンバー用銅合金板。
2. さらにＺｎ：０．６質量％以下を含むことを特徴とする請求項１に記載されたベーパーチャンバー銅合金板。
3. さらにＰ：０．０５質量％以下を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載されたベーパーチャンバー用銅合金板。
4. さらにＳｎ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒから選択される１種又は２種以上の元素を合計で０．３質量％以下含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載されたベーパーチャンバー用銅合金板。
5. Ｍｇ：０．０５〜０．５質量％を含有し、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成を有し、拡散接合又はろう付けにより互いに接合された複数の銅合金板からなり、前記銅合金板の０．２％耐力が５０ＭＰａ以上、かつ導電率が７０％ＩＡＣＳ以上であることを特徴とするベーパーチャンバー。
6. 前記銅合金板が、さらにＺｎ：０．６質量％以下を含むことを特徴とする請求項５に記載されたベーパーチャンバー。
7. 前記銅合金板が、さらにＰ：０．０５質量％以下を含むことを特徴とする請求項５又は６に記載されたベーパーチャンバー。
8. 前記銅合金板が、さらにＳｎ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒから選択される１種又は２種以上の元素を合計で０．３質量％以下含むことを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載されたベーパーチャンバー。

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