JP6031576B2 - 放熱部品用銅合金板 - Google Patents

Description

本発明は、コンピューターのＣＰＵ、ＬＥＤランプ等から発生する熱を処理する放熱板、ヒートシンク、ヒートパイプ等に用いる放熱部品用銅合金板材に関する。特に、放熱部品の製造プロセスの一部として、ろう付け、拡散接合、脱気等、高温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銅合金板に関する。

デスク型ＰＣ、ノート型ＰＣ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。しかし、対流熱抵抗が、ヒートシンクの性能を制限しており、発熱量が増大する高機能電子部品の放熱要求を満たすことが難しくなってきている。

このため、より高い放熱性を有する放熱部品として、高い熱伝導性及び熱輸送能力を備える管状ヒートパイプや平面状ヒートパイプ（ベーパーチャンバ）が提案されている。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。

放熱板、ヒートシンク、ヒートパイプ等に用いられる放熱部品の素材として、導電率及び耐食性に優れる純銅製（無酸素銅：Ｃ１０２０）の板又は管が多用されている。成形加工性を確保するため、素材として軟質の焼鈍材（Ｏ材）や１／４Ｈ調質材が用いられるが、後述する放熱部品の製造工程において、変形や疵が発生しやすい、打抜き加工時にバリが出やすい、打抜き金型が磨耗しやすい等の問題がある。一方、特許文献１，２には、放熱部品の素材としてＦｅ−Ｐ系の銅合金板が記載されている。

放熱板やヒートシンクは、純銅板をプレス成形、打抜き加工、切削、穴開け加工、エッチングなどにより所定形状に加工後、必要に応じてＮｉめっき、Ｓｎめっきを行ってからはんだ、ろう、接着剤等でＣＰＵ等の半導体装置と接合する。
管状ヒートパイプ（特許文献３参照）は、銅粉末を管内に焼結してウィックを形成し、加熱脱ガス処理後、一端をろう付け封止し、真空又は減圧下で管内に冷媒を入れてからもう一方の端部をろう付け封止して製造する。

平面状ヒートパイプ（特許文献４，５参照）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。平面状ヒートパイプとして、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、溝加工等を行ったものが提案されている。プレス成形、打抜き加工、切削、エッチングなどの加工を行った上下２枚の純銅板を、ろう付け、拡散接合、溶接等の方法により接合し、内部に冷媒を入れた後、ろう付け等の方法により封止する。接合工程で脱ガス処理が行われることがある。

また、平面状ヒートパイプとして、外面部材と、外面部材の内部に収容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、外面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。この形式の平面状ヒートパイプにおいても、内部部材を外面部材の内部に配置した後、ろう付け、拡散接合等の方法により外面部材と内部部材を接合一体化し、冷媒を入れた後、ろう付け等の方法により封止する。

特開２００３−２７７８５３号公報 特開２０１４−１８９８１６号公報 特開２００８−２３２５６３号公報 特開２００７−３１５７４５号公報 特開２０１４−１３４３４７号公報

これらの放熱部品の製造工程において、放熱板、ヒートシンクは、はんだ付け、ろう付けの工程で２００〜７００℃程度に加熱される。管状ヒートパイプ、平面状ヒートパイプは、焼結、脱ガス、りん銅ロウ（ＢＣｕＰ−２等）を用いたろう付け、拡散接合、溶接などの工程で８００〜１０００℃程度に加熱される。
例えば、ヒートパイプの素材として純銅板を用いた場合、６５０℃以上の温度で加熱をしたときの軟化が激しい。また、急激な結晶粒の粗大化が発生する。このため、ヒートシンク、半導体装置への取付け、又はＰＣ筐体への組込み等の際に、製造したヒートパイプが変形しやすく、ヒートパイプ内部の構造が変化してしまい、また表面の凹凸が大きくなり、所期の放熱性能を発揮できなくなってしまう問題がある。また、このような変形を避けるには純銅板の厚さを厚くすればよいが、そうするとヒートパイプの質量、及び厚さが増大する。厚さが増大した場合、ＰＣ筐体内部の隙間が小さくなり、対流伝熱性能が低下する問題がある。

また、特許文献１，２に記載された銅合金板（Ｆｅ−Ｐ系）も、６５０℃以上の温度で加熱をすると軟化し、さらに純銅に比べて導電率が大きく低下する。このため、焼結、脱ガス、ろう付け、拡散接合等の工程を経て例えば平面状ヒートパイプを製造した場合、同ヒートパイプの搬送及びハンドリング、基盤への組込み工程等で容易に変形する。また、導電率が低下することで、ヒートパイプとしての所期の性能が出なくなる。

本発明は、純銅又は銅合金板から放熱部品を製造するプロセスの一部に６５０℃以上の温度に加熱するプロセスが含まれる場合の上記問題点に鑑みてなされたもので、６５０℃以上の温度に加熱するプロセスを経て製造された放熱部品に、十分な強度と放熱性能を持たせることができる銅合金板を提供することを目的とする。

析出硬化型銅合金は、溶体化処理後、時効処理を行うことで、強度及び導電率が向上する。しかし、析出硬化型銅合金は、溶体化処理後、冷間で塑性加工を加えて析出サイトとなる塑性歪みを合金中に導入した後、時効処理を行うのでなければ、時効処理による強度及び導電率の向上効果が低い場合がある。
ろう付け、拡散接合、溶接等の加熱工程を経て製作されたベーパチャンバ等の放熱部品の場合、前記加熱工程後に塑性加工が加えられることはない。従って、前記放熱部品を析出強化型銅合金の板材から製作した場合に、溶体化処理に相当する上記加熱工程後、時効処理を施しても、強度及び導電率が十分向上しない場合がある。
一方、本発明者らは、析出硬化型銅合金のうちＣｕ−Ｆｅ−Ｐ系合金において、Ｆｅ、Ｐの組成範囲及びＦｅ／Ｐ比を限定することにより、上記加熱工程後、塑性加工を加えることなく時効処理した場合でも、放熱部品の強度及び導電率が大きく向上することを見出し、本発明に到達した。

本発明に係る放熱部品用銅合金板は、放熱部品を製造するプロセスの一部として、６５０℃以上に加熱するプロセスと時効処理が含まれる場合に用いられ、Ｆｅ：０．０７〜０．７質量％、Ｐ：０．２質量％以下を含有し、Ｆｅの含有量（質量％）を［Ｆｅ］とし、Ｐの含有量（質量％）を［Ｐ］としたときの両者の比［Ｆｅ］／［Ｐ］が２〜５であり、残部がＣｕ及び不可避不純物からなり、０．２％耐力が１５０ＭＰａ以上、伸びが５％以上で、優れた曲げ加工性を有する。そして、この放熱部品用銅合金板は、８５０℃で３０分加熱後水冷し、次いで５００℃で２時間加熱する時効処理をした後の０．２％耐力が１００ＭＰａ以上、導電率が５０％ＩＡＣＳ以上である。なお、Ｆｅの含有量［Ｆｅ］とＰの含有量［Ｐ］はいずれも質量％である。

本発明に係る放熱部品用銅合金板は、合金元素としてさらにＳｎを含むことができる。この場合、銅合金板は、図１に示す点Ａ（０．１，０．００６）、点Ｂ（０．５，０．００６）、点Ｃ（０．０５，１．１）、点Ｄ（０．０５，０．０５）で囲まれる範囲内（境界線上を含む）のＦｅ及びＳｎを含む。Ｐの含有量と［Ｆｅ］／［Ｐ］は上記と同じである。この放熱部品用銅合金板を、８５０℃で３０分加熱後水冷し、次いで５００℃で２時間加熱する時効処理をした後の０．２％耐力は１００ＭＰａ以上、導電率は４５％ＩＡＣＳ以上である。
上記銅合金板は、必要に応じて、合金元素としてさらにＺｎを１．５質量％以下を含有し、又は／及び、Ｍｎ：０．１質量％以下、Ｍｇ：０．２質量％以下、Ｓｉ：０．２質量％以下、Ａｌ：０．２質量％以下、Ｃｒ：０．２質量％以下、Ｔｉ：０．１質量％以下、Ｚｒ：０．０５質量％以下のうち１種又は２種以上を合計で０．５％以下含有することができる。

本発明に係る銅合金板は、放熱部品を製造するプロセスの一部として、６５０℃以上に加熱するプロセスと時効処理が含まれる場合に使用される。つまり、本発明に係る銅合金板を用いて製造した放熱部品は、６５０℃以上に高温加熱後時効処理され、強度が向上している。
本発明に係る銅合金板は、８５０℃に３０分加熱し、次いで時効処理を行ったとき、０．２％耐力が１００ＭＰａ以上、導電率が５０％ＩＡＣＳ以上（Ｓｎを含まない場合）又は４５％ＩＡＣＳ以上（Ｓｎを含む場合）である。本発明に係る銅合金板は、時効処理後の強度が高いため、この銅合金板を用いて製造したヒートパイプ等の放熱部品を、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、該放熱部品が変形しにくい。また、本発明に係る銅合金板は、導電率が純銅板より低いが、時効処理後の強度が高いため薄肉化でき、放熱性能の点で導電率の低下分を補うことができる。

本発明に係る銅合金板の組成のうちＦｅとＳｎの範囲を示す図である。

以下、本発明に係る放熱部品用銅合金板について、より詳細に説明する。
本発明に係る銅合金板は、プレス成形、打抜き加工、切削、エッチングなどにより所定形状に加工され、高温加熱（脱ガス、接合（ろう付け、拡散接合、溶接）、焼結等のための加熱）を経て、放熱部品に仕上げられる。放熱部品の種類や製造方法により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後述する組成のＦｅ−Ｐ系銅合金からなり、前記温度範囲内に加熱すると、加熱前に析出していたＦｅ−Ｐ化合物、Ｆｅ等の少なくとも一部が固溶し、結晶粒が成長し、軟化及び導電率の低下が生じる。

本発明に係る銅合金板は、８５０℃で３０分加熱後水冷し、次いで時効処理した後の強度（０．２％耐力）が１００ＭＰａ以上、導電率が５０％ＩＡＣＳ以上又は４５％ＩＡＣＳ以上である。８５０℃で３０分の加熱は、放熱部品の製造における前記高温加熱のプロセスを想定した加熱条件である。本発明に係る銅合金板をこの条件で高温加熱すると、加熱前に析出していたＦｅ−Ｐ化合物、Ｆｅ等が固溶し、結晶粒が成長し、軟化、及び導電率の低下が生じる。次いで前記銅合金板を時効処理すると、微細なＦｅ−Ｐ化合物、Ｆｅ等が析出する。これにより、前記高温加熱により低下した強度及び導電率が顕著に改善する。

前記時効処理は、（ａ）高温加熱後の冷却工程中に析出温度範囲に一定時間保持する、（ｂ）高温加熱後室温まで冷却し、その後析出温度範囲に再加熱して一定時間保持する、（ｃ）前記（ａ）の工程後、析出温度範囲に再加熱して一定時間保持する、等の方法で実施することができる。
具体的な時効処理条件として、３５０〜６００℃の温度範囲で５分〜１０時間保持する条件が挙げられる。強度の向上を優先するときは微細なＦｅ−Ｐ析出物が生成する温度−時間条件を、導電率の向上を優先するときは固溶するＦｅ、Ｐが減少する過時効気味の温度−時間条件を、適宜選定すればよい。

時効処理後の銅合金板は、高温加熱後の純銅板に比べて導電率は低いが、強度は純銅板に比べて顕著に高くなる。この効果を得るため、本発明に係る銅合金板を用いて製造したヒートパイプ等の放熱部品は、高温加熱後時効処理される。時効処理条件は、前記のとおりである。時効処理後の放熱部品（銅合金板）は強度が高く、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、該放熱部品の変形を防止できる。また、本発明に係る銅合金板（時効処理後）は、純銅板に比べて強度が高いため、薄肉化（０．１〜１．０ｍｍ厚）することができ、そのことにより放熱部品の放熱性能を高め、純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、時効処理後に、１００ＭＰａ以上の０．２％耐力、及び５０％ＩＡＣＳ以上又は４５％ＩＡＣＳ以上の導電率を達成できる。

本発明に係る銅合金板は、６５０℃以上の温度に高温加熱される前に、プレス成形、打抜き加工、切削、エッチングなどにより、放熱部品に加工される。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１５０ＭＰａ以上、伸び５％以上、及び優れた曲げ加工性（後述する実施例参照）を有することが好ましい。以上の特性を満たしていれば、銅合金板の調質は問題にならない。例えば溶体化処理材、時効処理上がり、溶体化処理材を冷間圧延したもの、時効処理上り材を冷間圧延したものなど、いずれも使用可能である。

先に述べたとおり、本発明に係る銅合金板を加工して製造した放熱部品は、６５０℃以上の温度に高温加熱すると軟化する。高温加熱後の放熱部品は、さらに時効処理を施す際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することが好ましい。そのためには、８５０℃で３０分加熱後水冷した段階で、４０ＭＰａ以上の０．２％耐力を有することが好ましい。

本発明に係る銅合金板を用いて製造された放熱部品は、時効処理を受けた後、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放熱部品は、時効処理を受けた後、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。

次に本発明に係る銅合金板の組成について、Ｓｎを含まない場合とＳｎを含む場合に分けて説明する。
（銅合金がＳｎを含まない場合）
この場合、銅合金の組成は、Ｆｅ：０．０７〜０．７質量％、Ｐ：０．２質量％以下を含有し、Ｆｅの含有量［Ｆｅ］とＰの含有量［Ｐ］の比［Ｆｅ］／［Ｐ］が２〜５であり、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる。必要に応じて、Ｚｎを１．５質量％以下含有し、又は／及び、Ｍｎ：０．１質量％以下、Ｍｇ：０．２質量％以下、Ｓｉ：０．２質量％以下、Ａｌ：０．２質量％以下、Ｃｒ：０．２質量％以下、Ｔｉ：０．１質量％以下、Ｚｒ：０．０５質量％以下のうち１種又は２種以上を合計で０．５％以下含有することができる。以下、各元素の添加理由について説明する。

ＦｅはＰと化合物を形成し、時効処理後の銅合金板の強度及び導電率を向上させる作用を有する。しかし、Ｆｅ含有量が０．０７質量％未満では、高温加熱及び時効処理後の０．２％耐力が１００ＭＰａ未満となる。一方、Ｆｅ含有量が０．７質量％を超えると、高温加熱及び時効処理後の導電率が５０％ＩＡＣＳ未満となる。従って、Ｆｅ含有量は０．０７〜０．７質量％とする。Ｆｅ含有量の下限は好ましくは０．１５質量％であり、上限は好ましくは０．６５質量％である。

Ｐは、脱酸作用により銅合金に含まれる酸素量を低減し、放熱部品を水素を含む還元雰囲気で加熱したときの水素脆性を防止する作用を有する。また、固溶したＰは析出温度に加熱することにより、Ｆｅ−Ｐ化合物を形成して銅合金の強度、耐熱性、及び導電率を向上させる。しかし、Ｐの含有量が０．２質量％を超えると、鋳塊を熱間圧延するときに割れが発生し、その後の加工ができなくなることから、Ｐ含有量の上限値は０．２質量％とする。
上記作用のため、Ｐの含有量はある程度必要とされるが、その一方で、析出に寄与しないＰの含有量は、水素脆性を防止できる範囲でなるべく少ないことが好ましい。この点から、Ｆｅの含有量（質量％）を［Ｆｅ］とし、Ｐの含有量（質量％）を［Ｐ］としたときの両者の比［Ｆｅ］／［Ｐ］が、２〜５の範囲内となるようにする。［Ｆｅ］／［Ｐ］が２未満では、Ｆｅ−Ｐ化合物の形成に寄与せず固溶するＰの量が多くなり、［Ｆｅ］／［Ｐ］が５を超えると、同様に固溶するＦｅの量が多くなり、いずれにしても時効処理後の銅合金板の導電率を５０％ＩＡＣＳ以上にできない。また、［Ｆｅ］／［Ｐ］が２未満又は５を超える場合、Ｆｅ−Ｐ化合物の形成に寄与しないＦｅ又はＰが多くなり、銅合金板の時効処理後の強度が十分向上しない。［Ｆｅ］／［Ｐ］の下限値は、好ましくは２．５、より好ましくは３．０、［Ｆｅ］／［Ｐ］の上限値は好ましくは４．５、より好ましくは４．０である。

Ｚｎは、銅合金板の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作用を有するため、必要に応じて添加される。放熱部品を半導体装置へ組み込むとき、はんだ付けが必要な場合があり、また、放熱部品を製造後、Ｓｎめっきを行う場合がある。このような放熱部品の製造に、Ｚｎを含有する銅合金板が好適に用いられる。しかし、Ｚｎの含有量が１．５質量％を超えると、はんだ濡れ性が低下し、導電率も低下するため、Ｚｎの含有量は１．５質量％以下とする。Ｚｎの含有量の上限値は０．７質量％以下が好ましく、０．５質量％以下がより好ましい。一方、Ｚｎ含有量が０．０１質量％未満では、耐熱剥離性の改善には不十分であり、Ｚｎの含有量は０．０１質量％以上であることが好ましい。Ｚｎ含有量の下限値は０．０５質量％がより好ましく、０．１質量％がさらに好ましい。

Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒは、銅合金の強度及び耐熱性を向上させる作用を有するため、これらの１種又は２種以上が必要に応じて添加される。Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ａｌは、少量含有させても銅合金の導電率を低下させることから、それぞれ上限値を、Ｍｎ：０．１質量％、Ｍｇ：０．２質量％、Ｓｉ：０．２質量％、Ａｌ：０．２質量％とする。Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒは、数μｍ〜数１０μｍ程度の酸化物系、硫化物系などの介在物を形成しやすく、冷間圧延により前記介在物と母材の間に隙間ができ、前記介在物が表面に存在したとき銅合金の耐食性を低下させる。従って、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒの上限値は、Ｃｒ：０．２質量％、Ｔｉ：０．１質量％、Ｚｒ：０．０５質量％とする。また、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒのうち複数種類の元素が銅合金に含まれ、その合計含有量が０．５質量％を超えると、銅合金の導電率が低下する。従って、これらの元素の合計含有量は０．５質量％以下とする。一方、これらの元素の１種又は２種以上の合計含有量の下限値は、好ましくは０．０１質量％、より好ましくは０．０２質量％、さらに好ましくは０．０３質量％である。

（銅合金がＳｎを含む場合）
この場合、銅合金の組成は、図１に示す点Ａ（０．１，０．００６）、点Ｂ（０．５，０．００６）、点Ｃ（０．０５，１．１）、点Ｄ（０．０５，０．０５）で囲まれる範囲内（境界線上を含む）のＦｅ及びＳｎと、Ｐを０．２質量％以下含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる。Ｆｅの含有量［Ｆｅ］とＰの含有量［Ｐ］の比［Ｆｅ］／［Ｐ］が２〜５とされる。必要に応じて、Ｚｎを１．５質量％以下含有し、又は／及び、Ｍｎ：０．１質量％以下、Ｍｇ：０．２質量％以下、Ｓｉ：０．２質量％以下、Ａｌ：０．２質量％以下、Ｃｒ：０．２質量％以下、Ｔｉ：０．１質量％以下、Ｚｒ：０．０５質量％以下のうち１種又は２種以上を合計で０．５質量％以下含有する。

ＦｅはＰと化合物を形成し、時効処理後の銅合金板の強度及び導電率を向上させる作用を有する。Ｆｅ、Ｓｎの含有量が、図１に示す点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで囲まれる範囲内であれば、時効処理後の強度（０．２％耐力）が１００ＭＰａ以上、かつ導電率が４５％ＩＡＣＳ以上となる。Ｆｅ含有量の下限値は、好ましくは０．０７質量％、より好ましくは０．１５質量％である。Ｓｎ含有量の下限値は、好ましくは０．０１質量％、より好ましくは０．０２質量％、上限値は、好ましくは０．５質量％、より好ましくは０．４質量％である。
ＰとＺｎ及びＭｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒの作用及び含有量については、銅合金がＳｎを含まない場合と同じであり、説明を省略する。

本発明に係る銅合金板は、例えば、鋳塊を熱間圧延した後、冷間圧延と熱処理（時効処理）を１回又は２回以上繰り返すことで製造される。前記組成の銅合金を用い、以下の条件で製造した銅合金板は、０．２％耐力が１５０ＭＰａ以上、伸びが５％以上、及び優れた曲げ加工性を有する。また、８５０℃で３０分加熱後に、４０ＭＰａ以上の０．２％耐力を有し、次いで時効処理した後、１００ＭＰａ以上の０．２％耐力、５０％ＩＡＣＳ以上又は４５％ＩＡＣＳ以上の導電率を有する。

溶解、鋳造は、連続鋳造、半連続鋳造などの通常の方法によって行うことができる。なお、銅溶解原料として、Ｓ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ａｓの含有量の少ないものを使用することが好ましい。また、銅合金溶湯に被覆する木炭の赤熱化（水分除去）、地金、スクラップ原料、樋、鋳型の乾燥、及び溶湯の脱酸等に注意し、Ｏ、Ｈを低減することが好ましい。

鋳塊に対し、均質化処理を行うことが好ましく、均質化処理は、鋳塊内部の温度が８００℃到達後、３０分以上保持することが好ましい。均質化処理の保持時間は１時間以上がより好ましく、２時間以上がさらに好ましい。
均質化処理後、熱間圧延を８００℃以上の温度で開始する。熱間圧延材に粗大なＦｅ、又はＦｅ−Ｐ析出物が形成されないように、熱間圧延は６００℃以上の温度で終了し、その温度から水冷等の方法により急冷することが好ましい。熱間圧延後の急冷開始温度が６００℃より低いと、粗大なＦｅ−Ｐ析出物が形成され、組織が不均一になりやすく、銅合金板（製品板）の強度が低下する。

熱間圧延後は、（ａ）熱間圧延材を製品厚さまで冷間圧延し、時効処理する、（ｂ）熱間圧延材を冷間圧延及び時効処理し、さらに製品厚さまで冷間圧延する、又は（ｃ）前記（ｂ）の後に低温焼鈍（延性の回復）を行う。
時効処理（析出処理）は、加熱温度３００〜６００℃程度で０．５〜１０時間保持する条件で行う。この加熱温度が３００℃未満では析出量が少なく、６００℃を超えると析出物が粗大化しやすい。加熱温度の下限は、好ましくは３５０℃とし、上限は好ましくは５８０℃とする。時効処理の保持時間は、加熱温度により適宜選択し、０．５〜１０時間の範囲内で行う。この保持時間が０．５時間以下では析出が不十分となり、１０時間を越えても析出量が飽和し、生産性が低下する。保持時間の下限は、好ましくは１時間、より好ましくは２時間とする。

表１〜４に示す組成の銅合金（比較例１２のみ純銅）を鋳造し、それぞれ厚さ４５ｍｍの鋳塊を作成した。各鋳塊に対し９６５℃で３時間の均熱処理を行い、続いて熱間圧延を行って板厚１５ｍｍの熱間圧延材とし、７００℃以上の温度から焼き入れ（水冷）した。焼き入れ後の熱間圧延材の両面を１ｍｍずつ研磨した後、目標板厚０．６ｍｍまで冷間粗圧延し、５００℃で２時間保持する時効処理を行い、次いで５０％の仕上げ冷間圧延を施し、板厚０．３ｍｍの銅合金板を製造した。

得られた銅合金板を供試材として、下記要領で、導電率、機械的特性、曲げ加工性、はんだ濡れ性の各測定試験を行った。
また、得られた銅合金板を８５０℃で３０分間加熱後水冷したもの、さらに５００℃で２時間加熱（時効処理）したものを、それぞれ供試材として、導電率及び機械的特性の各測定試験を行った。
各試験結果を表１〜４に示す。

（導電率の測定）
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．
（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、耐力と延びを測定した．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＝０．２となる冶具を用いて、Ｇ．Ｗ．（Ｇｏｏｄ Ｗａｙ（曲げ軸が圧延方向に垂直））及びＢ．Ｗ．（Ｂａｄ Ｗａｙ（曲げ軸が圧延方向に平行））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、Ｇ．Ｗ．又はＢ．Ｗ．の双方で割れの発生がないものを○（合格）、Ｇ．Ｗ．又はＢ．Ｗ．のいずれか一方又は双方で割れが発生したものを×（不合格）、と評価した。

（はんだ濡れ性）
各供試材から短冊状試験片を採取し、非活性フラックスを１秒間浸漬塗布した後、メニスコグラフ法にてはんだ濡れ時間を測定した。はんだは２６０±５℃に保持したＳｎ−３質量％Ａｇ−０．５質量％Ｃｕを用い、浸漬速度を２５ｍｍ／ｓｅｃ、浸漬深さを５ｍｍ、浸漬時間を５ｓｅｃの試験条件で実施した。はんだ濡れ時間が２秒以下のものをはんだ濡れ性が優れると評価した。なお、比較例１０，２３以外は、はんだ濡れ時間が２秒以下であった。

表１に示す実施例１〜１７の銅合金板は、合金組成が本発明の規定を満たし、８５０℃で３０分間加熱し、次いで時効処理した後の強度（０．２％耐力）が１００ＭＰａ以上で、かつ導電率が５０％ＩＡＣＳ以上である。

これに対し、表２に示す比較例１〜１１の銅合金板及び比較例１２の純銅板は、以下に示すように、何らかの特性が劣る。
比較例１は、Ｆｅ含有量が少ないため、時効処理後の強度が低い。
比較例２〜４は、［Ｆｅ］／［Ｐ］が高く、時効処理後もＦｅ−Ｐ化合物の析出が十分でなく、時効処理後の導電率が低い。比較例２，３は時効処理後の強度も低い。
比較例５は、Ｆｅ含有量が過剰なため、時効処理後の導電率が低い。
比較例６は、Ｐ含有量が過剰で熱間圧延時に割れを生じ、熱間圧延後の工程に進むことができなかった。

比較例７，８は、［Ｆｅ］／［Ｐ］が低いため、時効処理後もＦｅ−Ｐ化合物の析出に寄与しないＰが固溶し、時効処理後の導電率が低い。
比較例９は、［Ｆｅ］／［Ｐ］が低いため、時効処理後もＦｅ−Ｐ化合物の析出が少なく、強度が低い。
比較例１０は、Ｚｎ含有量が過剰で、時効処理後の導電率が低く、また、はんだ濡れ性が劣る。
比較例１１は、その他元素の含有量が過剰であり、時効処理後の導電率が低い。
比較例１２は従来の純銅板であり、導電率は高いが、強度は時効処理後も低い。

表３に示す実施例１８〜３８の銅合金板は、合金組成が本発明の規定を満たし、８５０℃で３０分間加熱し、次いで時効処理した後の強度（０．２％耐力）が１００ＭＰａ以上で、かつ導電率が４５％ＩＡＣＳ以上である。

これに対し、表４に示す比較例１３〜２３の銅合金板は、以下に示すように、何らかの特性が劣る。
比較例１３は、ＦｅとＳｎの含有量が図１のＡＢＣＤの範囲から外れている（Ｆｅ含有量が少ない）ため、時効処理後の強度が低い。
比較例１４〜１６は、ＦｅとＳｎの含有量が図１のＡＢＣＤの範囲から外れている（Ｓｎ含有量が過剰）ため、時効処理後の導電率が低い。
比較例１７〜１９は、ＦｅとＳｎの含有量が図１のＡＢＣＤの範囲から外れている（Ｆｅ含有量が少ない）ため、時効処理後の強度が低い。
比較例２０は、［Ｆｅ］／［Ｐ］が低いため、時効処理後もＦｅ−Ｐ化合物の析出に寄与しないＰが固溶し、時効処理後の導電率が低い。
比較例２１は、Ｐ含有量が過剰で熱間圧延時に割れを生じ、熱間圧延後の工程に進むことができなかった。
比較例２２は、［Ｆｅ］／［Ｐ］が高いため、Ｆｅ−Ｐ化合物の析出に寄与しないＦｅが固溶し、時効処理後の導電率が低い。
比較例２３は、Ｚｎ含有量が過剰で、はんだ濡れ性が劣る。

表１〜４に示す銅合金板のうち代表的なもの（実施例１，３，１９，２４と比較例１，５，１３，１４）について、１０００℃で３０分間加熱後水冷し、さらに５００℃で２時間加熱（時効処理）し、当該銅合金板を供試材として、導電率及び機械的特性の各測定試験を、実施例１に記載した方法で行った。その結果を表５に示す。

表５に示すように、実施例１，３，１９，２４は、１０００℃で３０分間加熱し、次いで時効処理した後の強度（０．２％耐力）が１００ＭＰａ以上で、かつ導電率が５０％ＩＡＣＳ以上（Ｓｎを含まない場合）又は４５％ＩＡＣＳ以上（Ｓｎを含む場合）である。個々の数値を、８５０℃で３０分間加熱し、次いで時効処理した後の測定結果（表１，３参照）と比較すると、数値に大きい違いはない。
一方、比較例１，５，１３，１４は、１０００℃で３０分間加熱し、次いで時効処理した後の強度又は導電率の一方又は双方が劣る。

Claims (10)

1. Ｆｅ：０．０７〜０．７質量％、Ｐ：０．２質量％以下を含有し、Ｆｅの含有量［Ｆｅ］とＰの含有量［Ｐ］の比［Ｆｅ］／［Ｐ］が２〜５であり、残部がＣｕ及び不可避不純物からなり、０．２％耐力が１５０ＭＰａ以上、伸びが５％以上で、優れた曲げ加工性を有し、８５０℃で３０分加熱後水冷し、次いで５００℃で２時間加熱する時効処理をした後の０．２％耐力が１００ＭＰａ以上、導電率が５０％ＩＡＣＳ以上であり、放熱部品を製造するプロセスの一部に６５０℃以上に加熱するプロセスと時効処理が含まれることを特徴とする放熱部品用銅合金板。
2. 図１に示す点Ａ（０．１，０．００６）、点Ｂ（０．５，０．００６）、点Ｃ（０．０５，１．１）、点Ｄ（０．０５，０．０５）で囲まれる範囲内（含む境界線）のＦｅ及びＳｎと、Ｐ：０．２質量％以下を含み、Ｆｅの含有量［Ｆｅ］とＰの含有量［Ｐ］の比［Ｆｅ］／［Ｐ］が２〜５であり、残部がＣｕ及び不可避不純物からなり、０．２％耐力が１５０ＭＰａ以上、伸びが５％以上で、優れた曲げ加工性を有し、８５０℃で３０分加熱後水冷し、次いで５００℃で２時間加熱する時効処理をした後の０．２％耐力が１００ＭＰａ以上、導電率が４５％ＩＡＣＳ以上であり、放熱部品を製造するプロセスの一部に６５０℃以上に加熱するプロセスと時効処理が含まれることを特徴とする放熱部品用銅合金板。
3. さらに、Ｚｎを１．５質量％以下含有することを特徴とする請求項１に記載された放熱部品用銅合金板。
4. さらに、Ｍｎ：０．１質量％以下、Ｍｇ：０．２質量％以下、Ｓｉ：０．２質量％以下、Ａｌ：０．２質量％以下、Ｃｒ：０．２質量％以下、Ｔｉ：０．１質量％以下、Ｚｒ：０．０５質量％以下のうち１種又は２種以上を合計で０．５質量％以下含有することを特徴とする請求項１又は３に記載された放熱部品用銅合金板。
5. さらに、Ｚｎを１．５質量％以下含有することを特徴とする請求項２に記載された放熱部品用銅合金板。
6. さらに、Ｍｎ：０．１質量％以下、Ｍｇ：０．２質量％以下、Ｓｉ：０．２質量％以下、Ａｌ：０．２質量％以下、Ｃｒ：０．２質量％以下、Ｔｉ：０．１質量％以下、Ｚｒ：０．０５質量％以下のうち１種又は２種以上を合計で０．５質量％以下含有することを特徴とする請求項２又は５に記載された放熱部品用銅合金板。
7. 請求項１，３，４のいずれかに記載された放熱部品用銅合金板を所定形状に加工した後、６５０℃以上に加熱するプロセスを施し、続いて塑性加工を加えることなく時効処理を行い、１００ＭＰａ以上の０．２％耐力及び５０％ＩＡＣＳ以上の導電率を有する放熱部品を得ることを特徴とする放熱部品の製造方法。
8. 請求項２，５，６のいずれかに記載された放熱部品用銅合金板を所定形状に加工した後、６５０℃以上に加熱するプロセスを施し、続いて塑性加工を加えることなく時効処理を行い、１００ＭＰａ以上の０．２％耐力及び４５％ＩＡＣＳ以上の導電率を有する放熱部品を得ることを特徴とする放熱部品の製造方法。
9. 時効処理後、放熱部品の外表面の少なくとも一部にＳｎ被覆層を形成することを特徴とする請求項７又は８に記載された放熱部品の製造方法。
10. 時効処理後、放熱部品の外表面の少なくとも一部にＮｉ被覆層を形成することを特徴とする請求項７又は８に記載された放熱部品の製造方法。

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