JP7394024B2 - 電気・電子機器用部品 - Google Patents

Description

本発明は、電気・電子機器用部品に関する。

近年、電気・電子機器の高機能化、高性能化によって発熱量が増加する傾向がある。また、電気・電子機器の小型化が進むことで、発熱密度が増加するため、発生した熱を冷却することが重要になってきている。発生した熱を冷却するための部材としては、例えば、面状のヒートパイプであるベーパーチャンバが挙げられる。ベーパーチャンバの素材としては、高い熱伝導率を有する銅系材料（銅、銅合金）を用いることが望まれる。

ここで、ベーパーチャンバは、２枚の板を重ねた状態で外周部を接合して形成した内部空間に作動液を入れ、その後、減圧封入することによって接合された密閉構造を有する。かかる接合方法としては、例えば、レーザ溶接、抵抗溶接、拡散接合、ＴＩＧ溶接が挙げられる。
これら溶接で接合される場合、溶接部は、高温に加熱されることにより一度融解させた後に再凝固させることによって形成されるため、板材に焼きなましをした場合と同様、軟質化して、板材自体の強度よりも軟質化して強度が低くなるという問題がある。強度が低くなると、変形しやすくなる。

このような問題に対して、特許文献１には、複数の部品を拡散接合やろう付けで接合してベーパーチャンバを製造する方法において、筐体の素材として析出硬化型銅合金を用い、時効処理して析出硬化させることで、筐体の強度等を向上させる技術が開示されている。
しかしながら、特許文献１の技術では、析出硬化型銅合金を用いる必要があり、非析出型銅合金や、純銅には適用できないという問題がある。また、特許文献１の技術では、時効処理を行う必要があり、工程数増加に伴う生産性の低下が生じるという問題がある。
このため、析出硬化型銅合金を用い時効処理して析出硬化させる方法以外の方法によって、溶接部の強度を高くすることが望まれる。

上述した溶接部の強度が低くなるという問題は、ベーパーチャンバに限らず、バスバー等のその他の電気・電子機器においても同様に存在する。

なお、特許文献２には、レーザを特定の軌跡で照射することにより、接合強度を向上させる技術が開示されているが、特許文献２の技術は、アルミと銅との接合に関する技術であり、銅系材料同士の接合には適用し難い。詳述すると、銅系材料は、熱伝導率が高いため熱が逃げやすく、また、レーザ光が反射しやすいため、銅系材料は、レーザ溶接による接合をし難い材料である。このため、特許文献２のように、レーザ光を用いた単純な溶接では、接合強度が低く十分に接合できない。

国際公開第２０１８/１９９２１９号 特開２０１７－１６８３４０号公報

したがって、従来の技術では、接合した溶接部の剛性と曲げ戻し加工に優れた特性を備える電気・電子機器用部品を提供することが困難であるという問題点があった。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ベーパーチャンバやバスバーなどの溶接部を有する電気・電子機器用部品において、溶接部の結晶組織の配向を制御することによって、剛性があり、かつ、溶接部の曲げ戻し加工に優れた電気・電子機器用部品を提供することを課題とする。

本発明者らは、９０質量％以上のＣｕを含有する組成の板材と、レーザ溶接装置のレーザ光を制御することで、溶接した部分の結晶粒の面および方位を制御できることを見出し、本発明を完成するに至った。

（１）９０質量％以上のＣｕを含有する複数の板材で構成され、前記複数の板材同士を、互いに突き合わせた状態又は重ね合わせた状態で線状に接合して一体化する溶接部を有し、溶接方向をＸ軸方向、溶接方向に対して垂直な方向をＹ軸方向、板材法線方向をＺ軸とし、前記溶接部をＹ軸とＺ軸を含むＹＺ面の断面で見て、前記溶接部の前記ＹＺ面に存在する結晶粒の方位を、前記Ｚ軸に垂直な結晶面の面指数（ｈｋｌ）と前記Ｘ軸に平行な結晶方向の方向指数［ｕｖｗ］とを用いて（ｈｋｌ）［ｕｖｗ］の形で示し、Ｃｕの立方晶の対称性のもとで等価な方位については、{ｈｋｌ}＜ｕｖｗ＞と示したとき、前記ＹＺ面におけるＹ軸方向の溶接幅と、板材表面からＺ軸方向の厚さ方向であって、溶接幅に同じ長さの深さとで囲まれる領域では、前記ＹＺ面に存在する全結晶粒に対する、｛１００｝＜００１＞で示される方位の結晶粒の面積率が３％以上である、電気・電子機器用部品。
（２）前記溶接部を、溶接した前記板材の表面側から前記Ｙ軸方向に沿って測定したときの長さを溶接幅とするとき、前記溶接部を前記ＹＺ面で見て、前記溶接幅の中点位置を通る垂直２等分線を中心位置とする前記溶接幅のＹ軸方向の４０％の幅と、溶接幅に同じ長さのＺ軸方向の厚さ方向であって、溶接幅に同じ長さの深さとで囲まれる領域に存在する全結晶粒に対する、｛１００｝＜００１＞で示される方位の結晶粒の面積率が２０％以上である、（１）に記載の電気・電子機器用部品。
（３）前記板材が、Ａｇ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｚｎ、ＭｇおよびＰからなる群より選択される１種以上の元素を含む、（１）又は（２）に記載の電気・電子機器用部品。
（４）前記板材が、９９．９６質量％以上のＣｕおよび不可避不純物である、（１）、（２）又は（３）に記載の電気・電子機器用部品。
（５）前記電気・電子機器用部品がベーパーチャンバである、上記（１）～（４）のいずれか１項に記載の電気・電子機器用部品。
（６）前記電気・電子機器用部品がバスバーである、上記（１）～（４）のいずれか１項に記載の電気・電子機器用部品。

本発明によれば、ベーパーチャンバやバスバーなどの溶接部を有する電気・電子機器用部品において、溶接部の結晶組織の配向を制御することによって、剛性があり、かつ、溶接部での曲げ戻し加工に優れた電気・電子機器用部品を得ることができる。

（ａ）は、２枚のＣｕ板材を突き合わせた状態で線状に接合したときの概略斜視図であり、（ｂ）は、２枚のＣｕ板材を重ね合わせた状態で線状に接合したときの概略斜視図である。 突き合わせたＣｕ板材を接合したＣｕ部材の表面状態をＺ軸上から観察したときの光学顕微鏡写真である。 接合したＣｕ板材の断面状態をＸ軸上から観察したときの光学顕微鏡写真である。 Ｃｕ板材を接合したＣｕ部材のＹＺ面の断面の結晶粒の方位の分布を示す図である。 Ｃｕ板材を接合したＣｕ部材のＹＺ面の溶接部を示す拡大図である。 レーザ溶接装置の概略構成を示す図である。 レーザ溶接装置のレーザ光のスポット径を示す図である。

以下に、本発明の実施の形態を説明する。以下の説明は、本発明における実施の形態の一例であって、特許請求の範囲を限定するものではない。

（結晶粒の面積率）
本発明の実施形態となる電気・電子機器用部品は、９０質量％以上のＣｕを含有する複数の板材で構成され、複数の板材同士を、互いに突き合わせた状態又は重ね合わせた状態で線状に接合して一体化する溶接部を有し、溶接方向をＸ軸方向、溶接方向に対して垂直な方向をＹ軸方向、板材法線方向をＺ軸方向とし、溶接部をＹ軸方向とＺ軸方向を含むＹＺ面の断面で見て、溶接部のＹＺ面に存在する結晶粒の方位を、Ｚ軸方向に垂直な結晶面の面指数（ｈｋｌ）と、Ｘ軸に平行な結晶方向の方向指数［ｕｖｗ］とを用いて（ｈｋｌ）［ｕｖｗ］の形で示し、また、（１００）[００１]と（００１）[１００]などのように、銅合金の立方晶の対称性のもとで等価な方位については、ファミリーを表すカッコ記号を使用し、{ｈｋｌ}＜ｕｖｗ＞と示したとき、ＹＺ面におけるＹ軸方向の溶接幅と、板材表面からＺ軸方向の厚さ方向であって、溶接幅に同じ長さの深さとで囲まれる領域では、ＹＺ面に存在する全結晶粒に対する、｛１００｝＜００１＞で示される方位の結晶粒の面積率が３％以上とする。

（接合状態）
図１（ａ）は、２枚のＣｕ板材１１１、１１２を突き合わせた状態で線状にレーザ溶接してＣｕ部材１０（２枚のＣｕ板材の接合体）を形成したときの概略斜視図であり、図１（ｂ）は、２枚のＣｕ板材１１１、１１２を重ね合わせた状態で線状にレーザ溶接してＣｕ部材１０を形成したときの概略斜視図である。図１（ａ）に示す実施態様では、Ｃｕ板材１１１、１１２同士を突き合わせた状態で線状に接合して一体化する溶接部１３を有し、その部分をレーザ溶接で接合している。また、図１（ｂ）に示す実施態様では、Ｃｕ板材１１１、１１２を重ね合わせた状態で一体化する溶接部１３Ａを有し、その部分をレーザ溶接で接合している。なお、重ね合わせて溶接したＣｕ部材では、接合されたＹ軸方向の接合幅が表面の溶接幅の１／２以上になるようにする。板材同士の接合幅が、溶接幅の１／２以上にならないと、十分な強度が得られない。なお、ここでいう「Ｃｕ板材」とは、９０質量％以上のＣｕ（銅）を含有する板材を意味する。

（接合部分の写真）
図２は、突き合わせたＣｕ板材を接合したＣｕ部材の表面状態を示す写真である。Ｘ軸方向がレーザ掃引方向であることを示している。また、レーザ光の照射を受けて、Ｃｕ板材の圧延の加工痕が消滅している部分があることが分かる。Ｃｕ板材が、溶接幅を有する溶接した板材の表面で、Ｙ軸方向に沿った領域を溶接部と称している。図３は、レーザ溶接したＣｕ板材の断面状態を示す光学顕微鏡写真である。図３に示すように、レーザ光を受けて溶融し接合した溶接部分を溶接幅と表している。図３からの断面図から見ても、溶接幅を認めることができる。図２で示されるレーザ溶接の痕の幅を本発明における溶接幅と規定し、また点線状の断面の測定位置で切断し、断面組織の観察を行った。断面における結晶粒の結晶方位の観察結果を次に示している。

（接合部分の結晶方位）
図４は、Ｃｕ板材を接合したＣｕ部材の断面の結晶粒の方位の分布を示す図である。図４では、各結晶粒の配向をグレースケールで示しているとともに、｛１００｝＜００１＞で示される結晶粒は濃いグレースケールで示している。これにより、図４から、溶接幅中央で｛１００｝＜００１＞で示される結晶粒が集中していることが認められる。特に、ＹＺ面におけるＹ軸方向の溶接幅と、レーザ照射側の板材表面からＺ軸方向の厚さ方向であって、溶接幅に同じ長さの深さとで囲まれる領域では、ＹＺ面に存在する全結晶粒に対する、｛１００｝＜００１＞で示される方位の結晶粒の面積率が３％以上の面積を占有していることが読み取れる。

（結晶方位の測定）
結晶方位の測定は、ＥＢＳＤ法を用いた。ＥＢＳＤ法（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ＢａｃｋＳｃａｔｔｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：電子後方散乱回折法）とは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で試料に電子線を照射したときに生じる反射電子菊池線回折を利用した結晶方位解析技術のことである。測定面積およびスキャンステップは、試料の結晶粒の大きさに応じて決定すればよい。測定後の結晶粒の解析には、ＴＳＬ社製の解析ソフトＯＩＭ Ａｎａｌｙｓｉｓ（商品名）を用いた。なお、溶接部断面とは、溶接方向（すなわち溶接レーザの掃引方向）をＸ軸、溶接方向と垂直な方向をＹ軸、板材法線方向をＺ軸とした時のＹＺ面を示し、溶接方向に１ｍｍの間隔で切断した５つのＹＺ面で測定し、その測定結果の平均値を｛１００｝＜００１＞の方位を有する結晶粒の面積率とした。また、結晶粒内の許容角度（Grain Tolerance Angle）は１０°とした。一般的には、結晶粒界は隣接結晶粒間の方位差により、方位差１０°以上あれば結晶粒界を形成していると考えられている。したがって、その角度１０°以内であれば、結晶粒界のない一つの結晶粒と判断することができる。

（測定する領域）
図５は、Ｃｕ板材を接合したＣｕ部材のＹＺ面の溶接部を示す拡大図である。
ＥＢＳＤ法の測定に関して詳述すると、図１のように、２枚のＣｕ板材１１１、１１２を互いに突き合わせた状態で線状に接合して一体化する溶接部１３を有する場合は、溶接方向をＸ軸方向（レーザ掃引方向）、溶接方向に対して垂直な方向をＹ軸方向（板材の幅方向）、板材法線方向をＺ軸方向（板材の厚さ方向）とする。
ＥＢＳＤ法の測定は、図２の点線状の断面観察位置で切断し、断面となるＹＺ面の組織の観察を行った。図５に断面の詳細を示している。ここでは、ＹＺ面におけるＹ軸方向の溶接幅と、板材表面からＺ軸方向の厚さ方向であって、溶接幅に同じ長さの深さとで囲まれる領域の組織観察を行った。
したがって、測定する領域は、Ｃｕ板材表面からＹ軸方向における溶接幅と、Ｃｕ板材表面からＺ軸方向の厚さ方向であって、溶接幅に同じ長さの深さとで囲まれる領域であり、板厚が溶接幅よりも小さい場合は溶接幅とＺ軸方向に沿った全部の領域とする。これは、板厚が溶接幅より大きい場合には、実際の曲げ戻し加工によりクラックが入るかは、表面の結晶粒の粗大な部分がクラックに関係している。したがって、表面のクラックに影響しない範囲まで測定しても、結晶粒の配向とクラックとの間に相関がなくなることから、Ｃｕ板材の表面のクラックに影響する範囲を測定し、規定することとした。

また、図５（ｂ）に示すように、同様に、２枚のＣｕ板材１１１、１１２を重ね合わせしてレーザ溶接した場合の断面組織の観察範囲も同様に表すことができる。すなわち、測定する領域は、ＹＺ面におけるＹ軸方向の溶接幅と、板材表面からＺ軸方向の厚さ方向であって、溶接幅に同じ長さの深さとで囲まれる領域であり、２枚の板材の厚さの和が溶接幅よりも小さい場合は、溶接幅とＺ軸方向に沿った領域である。ただし、重ね合わせた接合では、上下の板材１、２が溶接幅の（１/２）以上の幅で接合していることが必要となる。十分な接合強度を得るために、突き合せた場合は突き合せた板の厚さ方向全てが接合されており、重ね合わせの場合は重ね合った板が溶接で接合されたＹ軸方向の幅が表面の溶接幅の１／２以上にする。

断面の結晶方位の測定領域は、以下の理由によって限定している。
Ｃｕ板材の溶接部の中央におけるＹＺ面の領域では、レーザ光によって金属Ｃｕが溶融し、空冷による冷却で再結晶化している。そのために、溶接前の金属組織と異なる金属組織となる。特に、結晶粒は粗大化して、結晶粒径が大きくなっている。一般には、結晶粒径が小さいほど結晶粒界が亀裂・破損の障害となって、曲げ戻し加工が良好になる。したがって、結晶粒径が大きくなることは曲げ戻し加工が低下する原因となる。しかし、｛１００｝＜００１＞で示される方位の結晶粒が多くなると、板状の場合に負荷される応力の方向がＣｕ金属のすべり面・すべり方向と異なってくることで、曲げ戻し加工の低下を防止することができる。
さらに、Ｃｕ部材の表面にある粗大な結晶粒が曲げ戻し加工によりクラックに繋がることが多い。したがって、表面より溶接幅と同じ長さの深さ方向に測定し、その面積率を規定している。溶接幅と同じ長さの深さより深い位置では、熱の影響による結晶粒の粗大化が少ないし、実用上の曲げ戻し加工によるクラックへの寄与も大きくない。したがって、Ｃｕ部材の表面近傍を測定することが重要であり、Ｚ軸方向に溶接幅と同じ長さとしていることで曲げ戻し加工を実用に合わせて評価することができる。

（溶接幅領域の結晶粒の面積率）
また、図４に示すように、電気・電子機器用部品におけるＣｕ板材は、溶接した板材の表面側からＹ軸方向に沿って測定したときの長さを溶接幅とするとき、前記ＹＺ面で見て、前記溶接幅の中点位置を通る垂直２等分線を中心位置とする前記溶接幅のＹ軸方向の４０％の幅と、溶接幅に同じ長さのＺ軸方向の深さとで囲まれる領域に存在する全結晶粒に対して、｛１００｝＜００１＞で示される結晶粒の面積率が２０％以上であることが好ましく、５０％以上であることがより好ましい。ここで、Ｚ軸方向の深さは、Ｙ軸方向に沿っている溶接幅に同じ長さの深さとする。
２枚のＣｕ板材を突き合せた状態で接合部分を線状にレーザ溶接した場合、Ｃｕ部材として最も不安定な部分であり、この領域における結晶粒の配向を結晶粒の面積率が２０％以上で制御することで、曲げ戻し加工に優れたものとすることができる。
また、２枚のＣｕ板材を重ね合わせた状態で線状にレーザ溶接した場合であっても、溶接幅の１/２以上の接合幅内であって、かつ、溶接幅のＹ軸方向の４０％の幅の領域における結晶粒の配向を結晶粒の面積率が２０％以上で制御することで、さらに曲げ戻し加工に優れたものとすることができる。

この電気・電子機器用部品に用いるＣｕ板材は、９０質量％以上のＣｕ板材を用いることで熱伝導率を備えることができる。もともと、Ｃｕは高い熱伝導率を備えているが、添加元素が多くなり、また、第２相が現れることで熱伝導率が低下する。したがって、本実施形態の電気・電子機器用部品に用いるＣｕ板材は、９０質量％以上のＣｕを含有することで、熱伝導率の低下を抑え、曲げ戻し加工に優れたものとすることができる。

（Ｃｕ板材の材質）
ここで、の９０質量％以上のＣｕとは、９０質量％以上のＣｕを含有する板材であればよく、純ＣｕでもいずれのＣｕ合金でもよく、特に限定はしない。板材がＣｕ合金の場合には、９０質量％以上のＣｕを含有し、Ａｇ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｐから選ばれ１種以上の元素を含む成分組成を有することが好ましい。または、板材が純Ｃｕの場合には、９９．９６％以上のＣｕかつＣｄ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅが合計５ｐｐｍ以下かつ、Ａｇ、Ｏの合計が４００ｐｐｍ以下である成分組成を有することが好ましい。純Ｃｕでは、熱伝導率に優れているため放熱・冷却部材として優れた性能を発揮することができる。なお、いわゆる純Ｃｕは、電気銅、無酸素銅（ＯＦＣ）、ＴＰＣ等を例に挙げることができる。

（Ｃｕ板材の形状）
また、本発明でいう「板材」とは、所定の形状、例えば、板、条、箔、棒、線などに加工されたものであって、所定の厚みを有する形状のものであって、広義には条材を含む意味である。本発明において、板材の厚さは、特に限定されるものではないが、好ましくは０．０５～１．０ｍｍ、さらに好ましくは０．１～０．８ｍｍである。

板材がＣｕ合金の場合の成分組成の限定理由を説明する。
（１）板材がＣｕ合金である場合
板材は、Ａｇ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｚｎ、ＭｇおよびＰからなる群より選択される１種以上の元素を含むことが好ましい。

（Ａｇ：０．０５～５．００質量％）
Ａｇ（銀）は、耐熱性を向上させる作用を有する成分であり、かかる作用を発揮させる場合には、Ａｇ含有量を０．０５質量％以上とすることが好ましい。また、Ａｇ含有量の上限については特に設ける必要はないが、Ａｇは高価であるため、材料コストの観点から、Ａｇ含有量の上限を５．００質量％とすることが好ましい。

（Ｆｅ：０．０５～０．５０質量％）
Ｆｅ（鉄）は、導電率、強度、応力緩和特性、めっき性等の製品特性を改善する作用を有する成分である。かかる作用を発揮させる場合には、Ｆｅ含有量を０．０５質量％以上とすることが好ましい。しかしながら、Ｆｅを０．５０質量％より多く含有させても、それ以上の向上効果が期待できず、さらに導電率や熱伝導率が低下する傾向がある。このため、Ｆｅ含有量は、０．０５～０．５０質量％とすることが好ましい。

（Ｎｉ：０．０５～５．００質量％）
Ｎｉ（ニッケル）は、Ｃｕの母相（マトリクス）中に、単体またはＳｉとの化合物からなる第二相粒子の析出物として、例えば５０～５００ｎｍ程度の大きさで微細析出し、この析出物が転位移動を抑制することにより析出硬化させ、さらに、粒成長が抑制されて結晶粒の微細化によって材料強度を上昇させるとともに、曲げ戻し加工に優れたものとする作用を有する重要な成分である。かかる作用を発揮させる場合には、Ｎｉ含有量を０．０５質量％以上とすることが好ましい。一方、Ｎｉ含有量が５．００質量％を超えると、導電率および熱伝導率の低下が顕著になることから、Ｎｉ含有量の上限は５．００質量％とすることが好ましい。

（Ｃｏ：０．０５～２．００質量％）
Ｃｏ（コバルト）は、Ｃｕの母相（マトリクス）中に、単体またはＳｉとの化合物からなる第二相粒子の析出物として、例えば５０～５００ｎｍ程度の大きさで微細析出し、この析出物が転位移動を抑制することにより析出硬化させ、さらに、粒成長が抑制されて結晶粒の微細化によって材料強度を上昇させるとともに、曲げ戻し加工に優れたものとする作用を有する重要な成分である。かかる作用を発揮させる場合には、Ｃｏ含有量を０．０５質量％以上とすることが好ましい。一方、Ｃｏ含有量が２．００量％を超えると、導電率および熱伝導率の低下が顕著になることから、Ｃｏ含有量の上限は２．００質量％以下にすることが好ましい。

（Ｓｉ：０．０５～１．１０質量％）
Ｓｉ（珪素）は、Ｃｕの母相（マトリクス）中に、ＣｏやＣｒなどとともに化合物からなる第二相粒子の析出物として微細析出し、この析出物が転位移動を抑制することにより析出硬化させ、さらに、粒成長が抑制されて結晶粒の微細化によって材料強度を上昇させる作用を有する重要な成分である。かかる作用を発揮させる場合には、Ｓｉ含有量を０．０５質量％以上とすることが好ましい。一方、Ｓｉ含有量が１．１０質量％を超えると、導電率の低下が顕著になって、３０％ＩＡＣＳ超えの導電率が得られなくなることから、Ｓｉ含有量の上限は１．１０質量％にすることが好ましい。

（Ｃｒ：０．０５～０．５０質量％）
Ｃｒ（クロム）は、Ｃｕの母相（マトリクス）中に、化合物や単体として、例えば５０～５００ｎｍ程度の大きさの析出物の形で微細析出し、この析出物が転位移動を抑制することにより析出硬化させ、さらに、粒成長が抑制されて結晶粒の微細化によって材料強度を上昇させるとともに、曲げ戻し加工に優れたものとする作用を有する成分である。この作用を発揮させる場合には、Ｃｒ含有量を０．０５質量％以上とすることが好ましい。また、Ｃｒ含有量が０．５０質量％を超えると、導電率および熱伝導率の低下が顕著になることから、Ｃｒ含有量は、０．０５～０．５０質量％とすることが好ましい。

（Ｓｎ：０．０５～９．５０質量％）
Ｓｎ（錫）は、Ｃｕの母相（マトリクス）中に固溶し、Ｃｕ合金の強度向上に寄与する成分であり、Ｓｎ含有量は０．０５質量％以上とすることが好ましい。一方、Ｓｎ含有量が９．５０質量％を超えると脆化が生じやすくなる。このため、Ｓｎ含有量は０．０５～９．５０質量％とすることが好ましい。また、Ｓｎの含有は、導電率および熱伝導率を低下させる傾向があることから、導電率及び熱伝導率の低下を抑制する場合には、Ｓｎ含有量を０．０５～０．５０質量％とするのがより好ましい。

（Ｚｎ：０．０５～０．５０質量％）
Ｚｎ（亜鉛）は、曲げ戻し加工に優れたものにするとともに、Ｓｎめっきやはんだめっきの密着性やマイグレーション特性を改善する作用を有する成分である。かかる作用を発揮させる場合には、Ｚｎ含有量を０．０５質量％以上とすることが好ましい。一方、Ｚｎ含有量が０．５０質量％を超えると、導電性や熱伝導率が低下する傾向がある。このため、Ｚｎ含有量は、０．０５～０．５０質量％とすることが好ましい。

（Ｍｇ：０．０１～０．５０質量％）
Ｍｇ（マグネシウム）は、耐応力緩和特性を向上させる作用を有する成分である。かかる作用を発揮させる場合には、Ｍｇ含有量を０．０１質量％以上とすることが好ましい。一方、Ｍｇ含有量が０．５０質量％を超えると、導電率や熱伝導率が低下する傾向がある。このため、Ｍｇ含有量は、０．０１～０．５０質量％とすることが好ましい。

（Ｐ：０．０１～０．５０質量％）
Ｐ（リン）はＣｕ合金の脱酸材として寄与するだけでなく、化合物として２０～５００ｎｍ程度の大きさの析出物の形で微細析出し、この析出物が転位移動を抑制することにより析出硬化させ、さらに、粒成長が抑制されて結晶粒の微細化によって材料強度を上昇させることができる。かかる作用を発揮させるためにはＰ含有量を０．０１質量％以上とすることが好ましい。一方、Ｐ含有量が０．５０質量％を超えると、板材成形時の熱間加工で割れが生じやすくなる傾向がある。このため、Ｐ含有量は、０．０１～０．５０質量％とする。

（２）板材が純Ｃｕである場合
板材は、９９．９６％以上のＣｕかつ、不可避不純物として、たとえばＣｄ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅが合計５ｐｐｍ以下かつ、Ａｇ、Ｏがそれぞれ４００ｐｐｍ以下である成分組成を有する純Ｃｕであることが好ましい。

（電気・電子機器用部品の製造方法）
本発明の一実施形態である電気・電子機器用部品の製造方法は、９０質量％以上のＣｕを含有する複数の板材同士を、互いに突き合わせた状態又は重ね合わせた状態にセットした後に、複数の板材同士の被接合ライン上に沿って、４００～５００ｎｍの波長を有する第１レーザ光を１００～５００μｍのスポット径で照射した後に、８００～１２００ｎｍの波長を有する第２レーザ光を１０～３００μｍのスポット径で照射して、複数の板材同士を線状に接合して一体化する溶接工程を含み、溶接工程では、第１レーザ光の照射走査方向のスポット径の先端が、被接合ライン上の任意の位置である第１位置を通過してから、第２レーザ光の照射走査方向のスポット径の先端が第１位置を通過するまでの通過時間差は、５０～１５００μｓｅｃである。
このように、レーザ光が４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の波長をもつ第１レーザ光を１００から５００μｍのスポット径で照射し、かつ、８００ｎｍ以上かつ１２００ｎｍ以下の波長をもつ第２レーザ光を１０から３００μｍのスポット径で照射することで、従来困難であったＣｕ板材の溶接を容易にさせた上、異なる波長及びスポット径のレーザ光を用いて、かつ、第１レーザ光の進行方向のスポット径先端と第２レーザ光の進行方向のスポット径先端の通過時間差を５０μｓｅｃ以上１５００μｓｅｃ以下にすることで、｛１００｝＜００１＞の結晶粒の面積率が３％以上を有する曲げ戻し加工に優れた溶接部の金属組織を得ることができる。

（レーザ溶接法）
レーザ溶接法は、指向性や集中性の良い波長の光をレンズで集め、きわめて高いエネルギー密度のレーザ光を熱源とする溶接方法である。レーザ光の出力を調整することで、深さに対して幅の狭い溶込み溶接も可能である。また、レーザ光は、アーク溶接のアークに比べてきわめて小さく絞り込むことができる。集光レンズにより高密度化されたエネルギーで、レーザ溶接装置は局所の溶接や融点の異なる材料の接合が可能である。溶接による熱影響が少なく溶接の模様は細く、加工反力も発生しないため、微細な溶接にも向いている。

（レーザ溶接装置）
図７は、レーザ溶接装置の概略構成の一例を示す図である。レーザ溶接装置２０は、制御部２１、発振器２２１、２２２、レーザヘッド２９、加工台、ガス供給ノズル３０を備えている。加工台上に被加工材であるＣｕ板材１１１、１１２を突き合わせた状態又は重ね合わせた状態にして配置する。制御部２１は、レーザ光を発振する発振器２２、図示しないスキャナ、レーザヘッド２９、加工台等の制御を行う。制御部２１は、例えば、図示しないＸ軸モータ及びＹ軸モータの回転を制御することによって、被加工材であるＣｕ板材１１１、１１２の進路方向を制御する。また、制御部２１は、レーザ光２３１、２３２を移動させ制御するものであってもよい。これは、被加工材の大きさによって適宜選択することができる。制御部２１は、第１及び第２発振器２２１、２２２から発振される複数の第１及び第２レーザ光２３１、２３２の発振を制御する。発振した第１及び第２レーザ光２３１、２３２は、グラスファイバー２５を通して、レーザヘッド２９内の第１及び第２集光レンズ２６１、２６２によって平行な光に集められる。この第１及び第２レーザ光２３１、２３２を第１及び第２ミラー２７１、２７２で加工台の方向に変更し、この第１及び第２レーザ光２３１、２３２を集束レンズ２８でＣｕ板材の接合部に収束して照射させることで、溶接を実施する。このときに、ガス供給ノズル３０から、第１及び第２レーザ光２３１、２３２による加熱によって生ずる酸化を防止するために、不活性ガスを供給する。不活性ガスは、アルゴン、ヘリウム等から適宜選択することができる。

レーザは溶接用のレーザとして公知のものの中から適宜選択することができる。レーザの一例としてＣＯ_２レーザ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、半導体レーザ、ファイバレーザなどが挙げられる。出力やレーザ光の集光性などの点からファイバレーザを用いることが好ましい。レーザ溶接装置のその他の構成は、従来公知のあらゆる構成から選択することができる。

（レーザ溶接）
図７は、レーザ溶接装置のレーザ光のスポット径を示す図である。図７に示すように、レーザ光が４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の波長をもつ第１レーザ光２３１を１００から５００μｍのスポット径で照射する。そして、８００ｎｍ以上かつ１２００ｎｍ以下の波長をもつ第２レーザ光２３２を１０から３００μｍのスポット径で照射する。複数のレーザ光を同時に照射することで、従来困難であったＣｕ板材を容易に溶接することが可能になった。その上、異なる波長、異なるスポット径の複数のレーザ光を用いて、かつ、第１レーザ光２３１の進行方向のスポット径先端と第２レーザ光２３２の進行方向のスポット径先端の通過時間差を５０μｓｅｃ以上１５００μｓｅｃ以下にする。これにより、｛１００｝＜００１＞で示される方位の結晶粒の面積率が３％以上を有する曲げ戻し加工に優れた溶接部を得ることができる。なお、本発明の実施例では十分な接合強度を得るために、突き合せた場合は突き合せた板の厚さ方向全てが接合されており、重ね合わせの場合は重ね合った板が溶接で接合されたＹ軸方向の幅が表面の溶接幅の１／２以上になるように製造した。

また、電気・電子機器用部品の製造方法における溶接工程では、図７に示すように、第１レーザ光２３１の照射走査方向のスポット径２１１の先端が接合箇所を通過してから、第２レーザ光２３２の照射走査方向のスポット径２１２の先端が、第１レーザ光２３１が通過した接合箇所と同じ位置Ｐ１を通過するまでの通過時間差が、５０～１５００μｓｅｃである電気・電子機器用部品の製造方法である。ここで「通過時間差」とは、図７（ａ）に示すように、第１レーザ光２３１のスポット径２１１の先端が、Ｃｕ部材のある地点Ｐ１を通過した時点から、図７（ｂ）に示すように、第２レーザ光２３２のスポット径２１２が地点Ｐ１を通過するまでの時間差を示している。

本発明の電気・電子機器用部品は、複数の板材を、互いに突き合わせ又は重ね合わせた状態にセットした後に、複数の板材同士の接合箇所に、第１及び第２レーザ光２３１、２３２で照射して、複数の板材同士を線状に接合して一体化する。Ｃｕ板材表面のみ効率よく浸透する第１レーザ光２３１を第２レーザ光２３２より広い範囲でＣｕ板材を予熱させ、予熱が冷める前にＣｕ板材に深く浸透する第２レーザ光２３２を照射することで、ブローホールや内部欠陥などの不良がほぼ生じない溶接加工を施すことができる。

第１及び第２レーザ光２３１、２３２の波長及びスポット径の範囲外であると、表面品質が低下したり、溶接ができなかったりするため、不適当である。また、第１レーザ光２３１による予熱を制御すると、第２レーザ光２３２で板材を溶融、凝固させる際の冷却速度に影響を与えており、鋭意検討した結果、通過時間差が５０μｓｅｃ以上、１５００μｓｅｃ以下にすることで、｛１００｝＜００１＞の方位を持つ結晶粒の面積率が溶接部全体の３％以上にすることができることがわかった。通過時間差が５０μｓｅｃ未満であると予熱が不十分であり、１５００μｓｅｃ以上であると予熱が抜けてしまうため、溶接部が凝固する際の冷却速度が上昇し、凝固組織の結晶粒が微細かつランダムに配向するため、所望の組織が得られなかった。なお、第１及び第２レーザ光２３１、２３２の波長およびスポット径が範囲外であると、表面にブローホール等の欠陥が生じるため不適当である。

（溶接の効果）
溶接部の結晶組織の配向を制御することによって、剛性があり、かつ、溶接部の曲げ戻し加工に優れた電気・電子機器用部品を得ることができる。特に、溶接部の中心付近は強度が周囲よりも低下しているため中心付近の結晶粒の配向をより制御することで、更に剛性があり、かつ、溶接部の曲げ戻し加工に優れた電気・電子機器用部品を得ることができる。

（電気・電子機器への適用）
本発明の電気・電子機器用部品は、半導体装置、ＬＳＩ、あるいはこれらを利用した多くの電子機器で使用することが考えられる、さらに、例えば、特に小型化、高集積化の必要がある、家庭用ゲーム機、医療機器、ワークステーション、サーバー、パーソナルコンピュータ、カーナビゲーション、携帯電話、ロボットのコネクタ、バッテリー端子、ジャック、リレー、スイッチ、オートフォーカスカメラモジュール、リードフレーム等の電気・電子機器への利用が可能である。

（ベーパーチャンバ）
特に、曲げ戻し加工に優れた特性を有することで、ヒートパイプ、ベーパーチャンバに提供することが好ましい。特に、ベーパーチャンバの構造材として用いると、加工する際に、溶接部の曲げ戻し加工に優れていることで、クラックが発生しにくい。さらに、クラックに由来する使用時のリークや腐食が改善されるため、ベーパーチャンバの熱伝導率の低下を抑制し、製品の劣化の抑制、長寿命化に優れた効果を発揮することができる。

（バスバー）
また、バスバーは、曲げ戻し加工に優れた特性を有することで、電気的に接続する電気経路、また、放熱のための輸送経路としても適用することができる。特に、発熱部分からバスバーをつないで放熱部分又は外部まで経路を設けることで冷却装置としても適用できる。

本発明の実施例について以下に説明する。本発明は様々な態様が可能であり、以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１～１０、比較例１～１７：Ｃｕ合金で２枚の同じ板材の突き合せによる接合）
実施例１～１０では、Ｃｕ合金の板材２枚をｔ＝０．１５ｍｍ、幅２０ｍｍ、長さ１０００ｍｍに切り出し、それぞれの長さ１０００ｍｍが接するように突き合せて配置し、幅２０ｍｍをレーザ光が４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の波長をもつレーザ光を１００から５００μｍのスポット径で照射し、かつ、８００ｎｍ以上かつ１２００ｎｍ以下の波長をもつレーザ光を１０から３００μｍのスポット径で１００から４００ｍｍ／秒で掃引し、溶接した。
比較例１～１０、１２～１７では、実施例１～１０と比較してレーザ条件を異にしている。比較例１１は、板材の配置条件、レーザ条件を実施例１と同じであるが、成分組成が異なっている。添加元素の添加量が１２質量％にしてあり、１０質量％未満の範囲外になっている。

表１～６には、添加元素を加えた同種のＣｕ板材、純Ｃｕの成分組成、板厚、レーザ溶接の条件、ＥＢＳＤ法による溶接部等における｛１００｝＜００１＞の方位を持つ結晶粒の面積率、曲げ戻し試験の評価結果となる曲げ戻し加工を表わしている。ＥＢＳＤ法、曲げ戻し試験の内容を、以下に説明する。

（ＥＢＳＤ法）
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：日本電子株式会社製、ＪＳＭ－７００１ＦＡ)で、ＹＺ面におけるＹ軸方向の溶接幅と、板材表面からＺ軸方向の厚さ方向であって、溶接幅に同じ長さの深さとで囲まれる領域で、結晶粒を５０個以上含む溶接部断面全体に対し、０．１μｍステップで電子線を照射し、菊池パターンを捉えて、結晶粒の方位分布を測定した。その中から、ＴＳＬ社製の解析ソフトＯＩＭ Ａｎａｌｙｓｉｓ（商品名）を用いて、｛１００｝＜００１＞の方位を持つ結晶粒の面積率を計測した。
（曲げ戻し試験）
曲げ戻し試験は、溶接部中央から０．１ｍｍ外したところを頂点とした９０°曲げ試験を行った後、平坦に戻し、再度曲げ試験を行う作業を５回行った。幅中央１０ｍｍの位置の断面を観察し、５回目まで表面または溶接部にクラックが無いものを「◎」、３回目までは、表面または溶接部にクラックが無いものの、４回目又は５回目でクラックが発生したものを「〇」、３回目以下でクラックが発生したものを「×」として評価した。

実施例１～１０と比較例１～１０とは、レーザ溶接における第１レーザ光の照射走査方向のスポット径の先端が接合箇所を通過してから、第２レーザ光の照射走査方向のスポット径の先端の第１レーザ光が通過した接合箇所と同じ位置を通過するまでの通過時間差の差を比較している。
実施例１～１０は、第１及び第２レーザ光の通過時間差を８０～１３９０μｓｅｃの間で照射することで、所定の領域におけるＹＺ面に存在する全結晶粒に対する｛１００｝＜００１＞の結晶粒の面積率が３％以上になっている。その結果、曲げ戻し加工は、すべて「〇」になっている。さらに、実施例４、７、１０では、ＹＺ面における溶接幅の４０％幅の所定の領域に存在する全結晶粒に対する｛１００｝＜００１＞の結晶粒の面積が２０％以上であることから、曲げ戻し加工は「◎」になっている。
比較例１～１０は、同じ成分組成で、溶接部の断面における｛１００｝＜００１＞の結晶粒の面積率が３％未満になっている。その結果、曲げ戻し加工は、すべて「×」になっている。比較例１１は、添加元素の添加量が１０質量％未満の範囲外になっていることで、溶接した断面にブローホールが多く形成されていて、結晶粒の方位の測定、曲げ戻し試験ができなかった。比較例１２～１５では、曲げ戻し加工は「×」であり、比較例１６、１７は、Ｃｕ板材は接合していなかったために測定・評価ができなかった。電気・電子機器用部品として実用できないことは明らかである。

（実施例１１～２０、比較例１８～２７：Ｃｕ合金で２枚の同じ板材の重ね合わせによる接合）
実施例１１～２０、比較例１８～２７では、表２に記載の成分組成を持つＣｕ合金の板材２枚を重ね合わせて、表２に記載した溶接条件で溶接した他は、実施例１（突き合せ）と同様にした。

実施例１１～２０は、所定の領域における｛１００｝＜００１＞の結晶粒の面積率が３％以上になっている。その結果、曲げ戻し加工は、すべて「〇」になっている。さらに、実施例１１、１２、１３、１５、１６、１８，１９では、ＹＺ面における溶接幅の４０％幅の所定の領域に存在する｛１００｝＜００１＞方位の結晶粒の面積率が２０％以上であることから、曲げ戻し加工はすべて「◎」になっている。
比較例１８～２７は、溶接部の断面における｛１００｝＜００１＞の結晶粒の面積率が３％未満になっている。その結果、曲げ戻し加工は、すべて「×」になっている。

（実施例２１～２５、比較例２８～３４：純Ｃｕで２枚の同じ板材の突き合せによる接合）
実施例２１～２５、比較例２８～３４では、表３に記載の成分組成を持つ純Ｃｕ板材の２枚を突き合せて、表３に記載した溶接条件で溶接した他は、実施例１（突き合わせ）と同様にした。その結果を表３に示している。

実施例２１～２５は、所定の領域における｛１００｝＜００１＞の結晶粒の面積率が３％以上になっている。その結果、曲げ戻し加工は、すべて「〇」になっている。さらに、実施例２２、２３、２５では、４０％幅の所定の領域に存在する｛１００｝＜００１＞の結晶粒の面積率が２０％以上であることから、曲げ戻し加工は「◎」になっている。
比較例２８～３４は、曲げ戻し加工は、すべて「×」になっている。

（実施例２６～２８、比較例３５～３７：Ｃｕ合金で２枚の異なる組成の板材の突き合せによる接合）
実施例２６～２８、比較例３５～３７では、表４に示す成分組成の異なる２枚のＣｕ合金の板材を用い、表４に記載した溶接条件で溶接した他は、実施例１（突き合わせ）と同様にした。その結果を表４に示している。

実施例２６～２８は、所定の領域における｛１００｝＜００１＞の結晶粒の面積率が３％以上になっている。特に、実施例２７では、ＹＺ面における溶接幅の４０％幅の所定の領域に存在する｛１００｝＜００１＞の結晶粒の面積率が２０％以上であることから、曲げ戻し加工は「◎」になっている。比較例３５、３６、３７は、溶接部の断面における｛１００｝＜００１＞の結晶粒の面積率が３％未満になっている。その結果、曲げ戻し加工は、すべて「×」になっている。

（実施例２９、３０、比較例３８、３９：純Ｃｕで２枚の異なる組成の同じ板材の突き合せによる接合）
実施例２９、３０、比較例３８、３９では、表５に記載の成分組成を持つ純Ｃｕ板材で、成分組成が異なる２枚を突き合せて、表５に記載した溶接条件で溶接した他は、実施例１（突き合わせ）と同様にした。結果を表５に示している。

実施例２９、３０は、所定の領域における｛１００｝＜００１＞の結晶粒の面積率が３％以上になっている。その結果、曲げ戻し加工は、「〇」になっている。比較例３８、３９は、溶接部の断面における｛１００｝＜００１＞の結晶粒の面積率が３％未満になっている。その結果、曲げ戻し加工は、「×」になっている。

（実施例３１、比較例４０：Ｃｕ合金と純Ｃｕの板材の突き合せによる接合）
実施例３１、比較例４０は、合金元素が添加されたＣｕ合金板材と金属元素の添加のない純Ｃｕ板材の２枚を、実施例１と同じ条件で板材を突き合せて配置し、下記表に示す条件で溶接した。結果を表６に示している。

実施例３１は、所定の領域における｛１００｝＜００１＞の結晶粒の面積率が３％以上になっている。その結果、曲げ戻し加工は、「〇」になっている。比較例４０は、溶接部の断面における｛１００｝＜００１＞の結晶粒の面積率が３％未満になっている。その結果、曲げ戻し加工は、「×」になっている。

以上、これらの実施例・比較例により、所定の領域では、全結晶粒に対する｛１００｝＜００１＞の結晶粒の面積率が３％以上であれば、曲げ戻し試験には実用上問題がないことがわかる。したがって、本発明により、ベーパーチャンバやバスバーなどの溶接部を有する電気・電子機器用部品において、溶接部の結晶組織の配向を制御することによって、剛性があり、かつ、溶接部での曲げ戻し加工に優れた電気・電子機器用部品を得られることがわかる。

１０ Ｃｕ部材
１１１ Ｃｕ板材
１１２ Ｃｕ板材
１３ 溶接部
２０ レーザ溶接装置
２１ 制御部
２２ 発振器
２２１ 第１発振器
２２２ 第２発振器
２３ レーザ光
２３１ 第１レーザ光
２３２ 第２レーザ光
２５ グラスファイバー
２６ 集光レンズ
２６１ 第１集光レンズ
２６２ 第２集光レンズ
２７ ミラー
２７１ 第１ミラー
２７２ 第２ミラー
２８ 集束レンズ
２９ レーザヘッド
３０ ガス供給ノズル

Claims (6)

1. ９０質量％以上のＣｕを含有する複数の板材で構成され、
   前記複数の板材同士を、互いに突き合わせた状態又は重ね合わせた状態で線状に接合して一体化する溶接部を有し、
   溶接方向をＸ軸方向、溶接方向に対して垂直な方向をＹ軸方向、板材法線方向をＺ軸方向とし、前記溶接部を前記Ｙ軸方向と前記Ｚ軸方向を含むＹＺ面の断面で見て、前記溶接部の前記ＹＺ面に存在する結晶粒の方位を、前記Ｚ軸方向に垂直な結晶面の面指数（ｈｋｌ）と、前記Ｘ軸に平行な結晶方向の方向指数［ｕｖｗ］とを用いて（ｈｋｌ）［ｕｖｗ］の形で示し、等価な面・方位については{ｈｋｌ}＜ｕｖｗ＞の形で示しているときに、
   前記ＹＺ面におけるＹ軸方向の溶接幅と、板材表面からＺ軸方向の厚さ方向であって、溶接幅に同じ長さの深さとで囲まれる領域では、前記ＹＺ面に存在する全結晶粒に対する｛１００｝＜００１＞で示される結晶粒の面積率が、３％以上である、
   電気・電子機器用部品。
2. 前記溶接部を、溶接した前記板材の表面側から前記Ｙ軸方向に沿って測定したときの長さを溶接幅とするとき、
   前記ＹＺ面で見て、前記溶接幅の中点位置を通る垂直２等分線を中心位置とする前記溶接幅のＹ軸方向の４０％の幅と、板材表面からＺ軸方向の厚さ方向であって、溶接幅に同じ長さの深さと、で囲まれる領域に存在する全結晶粒に対する｛１００｝＜００１＞で示される結晶粒の面積率が２０％以上である、
   請求項１に記載の電気・電子機器用部品。
3. 前記板材が、Ａｇ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｚｎ、ＭｇおよびＰからなる群より選択される１種以上の元素を含む、
   請求項１又は２に記載の電気・電子機器用部品。
4. 前記板材が、９９．９６質量％以上のＣｕおよび不可避不純物である、
   請求項１、２又は３に記載の電気・電子機器用部品。
5. 前記電気・電子機器用部品がベーパーチャンバである、請求項１～４のいずれか１項に記載の電気・電子機器用部品。
6. 前記電気・電子機器用部品がバスバーである、請求項１～４のいずれか１項に記載の電気・電子機器用部品。

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