JP3896422B2

JP3896422B2 - Copper alloy for backing plate and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP3896422B2
Application number: JP29049497A
Authority: JP
Inventors: 博本城; 敏裕神崎; 章菅原
Original assignee: Dowa Metaltech Co Ltd
Current assignee: Dowa Metaltech Co Ltd
Priority date: 1996-10-08
Filing date: 1997-10-07
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2017-10-07
Also published as: JPH10168532A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパッタリングに用いられるバッキングプレート用材料として好適な銅合金とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のバッキングプレート用材料としては、ろう付け性および熱伝導性が良好な無酸素銅が広く知られている。
近年、バッキングプレート材の形状の複雑化、スパッタリングの高速化および高融点ろう材のろう付け時の加熱において、以下のような特性が要求されてきている。
（１）切削加工性に優れていること。
（２）電気及び熱の伝導性に優れていること。
（３）耐軟化特性に優れていること。
（４）ろう付け性に優れていること。
しかしながら、従来の銅及び銅合金では、こうした特性を充分満足しているとは言えなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記のようなバキングプレート材として求められている切削加工性、熱伝導性、耐熱特性およびろう付け性に優れた特性を兼ね備えたバッキングプレート用銅合金とその製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は第１に、Ｃｏ：０.０１〜１.０質量％、Ｐ：０.００５〜０.５質量％を含み、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなり、ＣｏとＰの金属間化合物が均一に析出されてなることを特徴とするバッキングプレート用銅合金；第２に、Ｃｏ：０.０１〜１.０質量％、Ｐ：０.００５〜０.５質量％を含み、更にＺｎ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ａｇの少なくとも１種以上合計で０.００１〜１.０質量％を含み、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなり、ＣｏとＰの金属間化合物が均一に析出されてなることを特徴とするバッキングプレート用銅合金；第３に、Ｃｏ：０ . ０１〜１ . ０質量％、Ｐ：０ . ００５〜０ . ５質量％を含み、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる銅合金またはＣｏ：０ . ０１〜１ . ０質量％、Ｐ：０ . ００５〜０ . ５質量％を含み、更にＺｎ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ａｇの少なくとも１種以上合計で０ . ００１〜１ . ０質量％を含み、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる銅合金を鋳造後、８００〜１０００℃の温度で６０分以上加熱して熱間圧延を行う工程と、得られた熱延板を６００℃以上の温度から水急冷により１０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却する工程と、冷却した板材を２〜５０ｍｍの板厚に仕上げた後４００〜７００℃の温度範囲で１〜２４時間保持する工程とからなるバッキングプレート用銅合金の製造方法である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明は上記のように構成された銅合金であり、切削加工性、熱伝導性、耐熱特性、ろう付け性に優れており、バッキングプレート材料として好適なものである。
【０００６】
次に、本発明合金を構成する合金成分の添加理由と限定理由を説明する。
Ｃｏを添加するのは、Ｃｏが析出効果によりＣｕの導電性を低下することなく、耐熱性を上げ熱ひずみによる変形を小さく抑える添加元素であり、切削加工性を良好にすると同時にろう付け性を向上させることができるからである。Ｃｏ含有量の範囲を０．０１〜１．０ｗｔ％としたのは、０．０１ｗｔ％未満ではその効果が小さく、１．０ｗｔ％を超えると導電性の低下が避けられない。
【０００７】
Ｐを添加するのは、ＣｏとＰの金属間化合物により強度、耐熱特性を高める効果があり、また脱酸効果を有するからである。Ｐ含有量を０．００５〜０．５ｗｔ％としたのは、０．００５ｗｔ％未満では強度、脱酸効果が小さく、０．５ｗｔ％を超えると強度の向上が見られず、脱酸効果も飽和するためである。さらにろう付け性も劣化させてしまう。
【０００８】
またＺｎ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ａｇのうち一種以上の元素を添加するのは、熱伝導性を大きく低下させることなく耐熱性を向上させるためである。その合計含有量を０．００１〜１．０ｗｔ％としたのは、０．００１ｗｔ％未満ではその効果が小さく、１．０ｗｔ％を超えると導電性を大きく低下させてしまうからである。さらにろう付け性も劣化させてしまうからである。
【０００９】
本発明において、上記組成範囲の銅合金を鋳造後８００〜１０００℃で６０分以上加熱したのは、鋳造時に生成された不均一な析出物を消失させ、Ｃｕマトリクス中に均一に固溶させるためである。８００℃以下ではその効果が不十分であり、１０００℃以上では材料の一部が溶解する恐れがある。また、加熱時間が６０分未満ではその効果が不十分である。加熱後熱間圧延により板厚２〜５０ｍｍに仕上げ、６００℃以上の温度から水急冷により冷却速度１０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却するのは、１０℃／ｓｅｃ未満の速度では一度固溶させた析出物が析出するからである。その後４００〜７００℃で熱処理するのは、一度均一に固溶させたＣｏおよびＰ系化合物を均一に析出させるためであり、４００℃未満では析出が充分促進されず、７００℃を超えると析出物が粗大化してしまうからである。保持時間を１〜２４時間にしたのは、１時間未満では充分な析出が促進されず、一方２４時間を超えると析出物が粗大化してしまうからである。
【００１０】
【実施例１】
図１は本発明に係わる合金試験片の作成工程を示す概略説明図で、表１に示す成分組成の合金となるように高周波溶解炉にて溶解し、３７０ｍｍ（幅）×１０００ｍｍ（長さ）×１８０ｍｍ（厚み）のインゴットに鋳造した。９００℃で熱間圧延し、厚さ２０ｍｍの板とした後、６００℃以上の温度から水で急冷した。その後、４００〜７００℃の温度範囲で２〜６時間保持して加熱処理した後、片側の表面に２ｍｍの面削を行った。
【００１１】
このようにして調整された試料を評価するため、試験片を１５ｍｍ×１５ｍｍ×１６ｍｍにマイクロカッターで切断し、５％Ｈ₂ＳＯ₄で酸洗後、アセトンによる脱脂を行い、Ｉｎ浴中に５分間浸漬し、ろうが均一に濡れるかどうか目視観察してろう付け性の評価を行った。また、加熱前後の試験片の硬度をビッカース硬度計により測定し、３０分間加熱後の硬度が初期硬度の８０％となる温度を求め、この値で耐熱特性を評価した。
【００１２】
スパッタリング後の変形は、次のようにして評価した。まず試験片を１６ｍｍ（厚み）×１９０ｍｍ（直径）に切削加工し、これをバッキングプレートとし、その上に厚さ５ｍｍ、直径１２０ｍｍのＡｌのターゲットを融点直上まで加熱したＩｎろうでろう付けした。スパッタリングは、電流１５Ａ、電圧４００Ｖの条件で行った。バッキングプレートの熱ひずみによる変形量は、定盤上でノギスでバッキングプレートの浮き上がり高さを測定し、最大反り曲がり部分の浮き上がり高さが３．０ｍｍになるまでのスパッタリングの繰り返し回数で評価した。熱伝導性については熱伝導測定機を使用した。その結果を表１に示す。
【００１３】
【表１】

【００１４】
表１に示すように、本発明に係わる合金は、充分な熱伝導度、ろう付け性、耐熱特性を示し、スパッタリング使用回数においても格段の向上が見られ、スパッタリング用バッキングプレート材として好適であることがわかる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明に係わる銅合金は、上記実施例から分かるように、ろう付け性、熱伝導度、耐熱特性及びスパッタリング繰り返し使用による耐熱ひずみに優れ、高い信頼性が要求されるバッキングプレート材として好適である。
また、本発明の合金を使用する場合、溶解、熱間圧延、熱処理等が極めて容易で技術的困難が全く無い。したがって特殊な熱処理や複雑な工程を必要とする従来の銅基合金に比べて簡単な工程で低コストでバッキングプレート材を製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる合金試験片の作成工程を示す概略説明図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a copper alloy suitable as a backing plate material used for sputtering and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
As a conventional backing plate material, oxygen-free copper having a good brazing property and thermal conductivity is widely known.
In recent years, the following characteristics have been required in the complicated shape of the backing plate material, the speeding up of sputtering, and the heating during brazing of the high melting point brazing material.
(1) Excellent cutting workability.
(2) Excellent electrical and thermal conductivity.
(3) Excellent softening resistance.
(4) Excellent brazing properties.
However, conventional copper and copper alloys cannot be said to satisfy these characteristics sufficiently.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a copper alloy for a backing plate and a method for producing the same that have excellent cutting workability, thermal conductivity, heat resistance and brazing properties required as a backing plate material as described above. It is to provide.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is in the 1, Co: 0.01 to 1.0 mass%, P: 0.005 to 0.5 include mass%, the balance Ri Do from Cu and inevitable impurities, among metals of Co and P the compound, such is uniformly deposited Rukoto backing plate copper alloy, wherein; the first 2, Co: 0.01 to 1.0 mass%, P: comprises 0.005 to 0.5 wt%, Furthermore, it contains at least one kind of Zn, Sn, Ni, Pb , Si, Al, Zr, Cr, Ti, In, Mg, Ag in total, 0.001 to 1.0% by mass, the balance being Cu and inevitable impurities .. Tona is, the backing plate copper alloy, characterized in Rukoto intermetallic compound of Co and P is uniformly deposited; to the 3, Co: 0 01 to 1 0 wt%, P: 0. . 005-0 comprises 5 wt%, the balance being Cu and unavoidable impurities copper alloy or Co:. 0. 01 to . 1 0 wt%, P:.. 0 from 005 to 0 contain 5 wt%, further Zn, Sn, Ni, Fe, Pb, Si, Al, Zr, Cr, Ti, In, Mg, at least one Ag 0 in total more than. 001-1. comprise from 0 wt%, after casting the balance being Cu and unavoidable impurities, and performing heating and hot rolling over 60 minutes at a temperature of 800 to 1000 ° C. The step of cooling the obtained hot-rolled sheet at a cooling rate of 10 ° C./sec or more by water quenching from a temperature of 600 ° C. or higher, and after finishing the cooled plate material to a thickness of 2 to 50 mm, The manufacturing method of the copper alloy for backing plates which consists of the process hold | maintained for 1 to 24 hours in a temperature range.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention is a copper alloy configured as described above, and is excellent in cutting workability, thermal conductivity, heat resistance characteristics and brazing properties, and is suitable as a backing plate material.
[0006]
Next, the reason for adding and limiting the alloy components constituting the alloy of the present invention will be described.
Co is added as an additive element that increases heat resistance and suppresses deformation due to thermal strain without reducing the conductivity of Cu due to the precipitation effect of Co. This is because it can be improved. The reason why the Co content range is 0.01 to 1.0 wt% is that the effect is small if it is less than 0.01 wt%, and the conductivity is inevitably lowered if it exceeds 1.0 wt%.
[0007]
The reason why P is added is that the intermetallic compound of Co and P has an effect of increasing strength and heat resistance and has a deoxidizing effect. When the P content is 0.005 to 0.5 wt%, the strength and deoxidation effect are small when the content is less than 0.005 wt%, and when the content exceeds 0.5 wt%, the strength is not improved and the deoxidation effect is also achieved. This is because it is saturated. Further, the brazing property is also deteriorated.
[0008]
Also, the addition of one or more elements of Zn, Sn, Ni, Fe, Pb, Si, Al, Zr, Cr, Ti, In, Mg, and Ag can improve the heat resistance without greatly reducing the thermal conductivity. It is for improving. The reason why the total content is 0.001 to 1.0 wt% is that the effect is small when the content is less than 0.001 wt%, and the conductivity is greatly lowered when the content exceeds 1.0 wt%. This is because the brazing property is also deteriorated.
[0009]
In the present invention, the copper alloy having the above composition range was heated at 800 to 1000 ° C. for 60 minutes or more after casting in order to eliminate the non-uniform precipitates produced during casting and to form a solid solution in the Cu matrix. It is. The effect is insufficient at 800 ° C. or lower, and part of the material may be dissolved at 1000 ° C. or higher. Further, if the heating time is less than 60 minutes, the effect is insufficient. After heating, it is finished to a thickness of 2 to 50 mm by hot rolling, and is cooled at a cooling rate of 10 ° C./sec or more by water quenching from a temperature of 600 ° C. or more. This is because the deposited precipitates are deposited. Thereafter, the heat treatment is performed at 400 to 700 ° C. in order to uniformly precipitate Co and P-based compounds once homogeneously dissolved. When the temperature is lower than 400 ° C., the precipitation is not sufficiently promoted. It will be coarsened. The reason why the holding time is set to 1 to 24 hours is that sufficient precipitation is not promoted if it is less than 1 hour, while the precipitate is coarsened if it exceeds 24 hours.
[0010]
[Example 1]
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a production process of an alloy test piece according to the present invention, which is melted in a high-frequency melting furnace so as to become an alloy having the component composition shown in Table 1, and is 370 mm (width) × 1000 mm (length). Cast into an ingot of × 180 mm (thickness). After hot rolling at 900 ° C. to obtain a plate having a thickness of 20 mm, it was quenched with water from a temperature of 600 ° C. or higher. Then, after heat-processing by hold | maintaining in the temperature range of 400-700 degreeC for 2 to 6 hours, 2 mm face-cutting was performed to the surface of one side.
[0011]
In order to evaluate the sample prepared in this manner, the test piece was cut into 15 mm × 15 mm × 16 mm with a microcutter, pickled with 5% H ₂ SO ₄ , degreased with acetone, and then immersed in an In bath. The brazing property was evaluated by visually observing whether or not the wax was wetted evenly for a minute. Further, the hardness of the test piece before and after heating was measured with a Vickers hardness tester, the temperature at which the hardness after heating for 30 minutes was 80% of the initial hardness was determined, and the heat resistance characteristics were evaluated with this value.
[0012]
The deformation after sputtering was evaluated as follows. First, a test piece was cut to 16 mm (thickness) × 190 mm (diameter), and this was used as a backing plate, on which an Al target having a thickness of 5 mm and a diameter of 120 mm was brazed with In solder heated to just above the melting point. Sputtering was performed under conditions of a current of 15 A and a voltage of 400V. The amount of deformation of the backing plate due to thermal strain was evaluated by the number of repetitions of sputtering until the lifting height of the maximum warped portion was 3.0 mm after measuring the lifting height of the backing plate with a caliper on a surface plate. A thermal conductivity measuring machine was used for thermal conductivity. The results are shown in Table 1.
[0013]
[Table 1]

[0014]
As shown in Table 1, the alloy according to the present invention exhibits sufficient thermal conductivity, brazing properties, and heat resistance characteristics, and can be remarkably improved in the number of times of sputtering, and is suitable as a backing plate material for sputtering. I understand that.
[0015]
【The invention's effect】
As can be seen from the above examples, the copper alloy according to the present invention is excellent in brazing, thermal conductivity, heat resistance and heat distortion due to repeated sputtering, and is suitable as a backing plate material that requires high reliability. .
When the alloy of the present invention is used, melting, hot rolling, heat treatment, etc. are extremely easy and there are no technical difficulties. Therefore, it becomes possible to manufacture the backing plate material at a low cost by a simple process as compared with the conventional copper base alloy which requires a special heat treatment or a complicated process.
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a production process of an alloy test piece according to the present invention.

Claims

Co: 0.01 to 1.0 mass%, P: 0.005 to 0.5 include mass%, the balance Ri Do of Cu and unavoidable impurities, the intermetallic compound of Co and P is uniformly deposited backing plate copper alloy, characterized in that Rukoto.

Co: 0.01 to 1.0% by mass, P: 0.005 to 0.5% by mass, Zn, Sn, Ni, Pb , Si, Al, Zr, Cr, Ti, In, Mg, Ag It comprises 0.001 to 1.0 mass% in total of at least one or more of the balance Ri Do of Cu and unavoidable impurities, wherein the Co intermetallic compound such is uniformly deposited Rukoto of P Copper alloy for backing plate.

Co:.. 0 01-1 0 wt%, P:.. 0 005-0 contain 5 wt%, a copper alloy or Co balance being Cu and inevitable impurities:.. 0 01-1 0% by weight, P:... 0 005~0 comprises 5 wt%, 0 further Zn, Sn, Ni, Fe, Pb, Si, Al, Zr, Cr, Ti, in, Mg, a total of at least one or more of Ag 001 to 1. comprise from 0 wt%, after casting the balance being Cu and unavoidable impurities, and performing hot rolling by heating 60 minutes or more at a temperature of 800 to 1000 ° C., the resulting hot rolled The step of cooling the plate from a temperature of 600 ° C. or higher by water quenching at a cooling rate of 10 ° C./sec or more, and finishing the cooled plate material to a plate thickness of 2 to 50 mm, followed by 1 to 24 in the temperature range of 400 to 700 ° C. Of the copper alloy for the backing plate consisting of Production method.