JPWO2020255836A1 - A copper composite plate material, a vapor chamber using a copper composite plate material, and a method for manufacturing a vapor chamber. - Google Patents
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Abstract
第1銅層の一方面に第2銅層が圧接されて成り、第1銅層は、析出強化型銅合金によって構成され、第2銅層は、Cuが99.9質量%以上の純銅によって構成されているか、Siが0.1質量%未満の非析出強化型銅合金によって構成されている、銅複合板材とする。The second copper layer is pressure-welded to one surface of the first copper layer, the first copper layer is composed of a precipitation-reinforced copper alloy, and the second copper layer is made of pure copper having a Cu content of 99.9% by mass or more. It is a copper composite plate material which is composed of or is composed of a non-precipitation reinforced copper alloy in which Si is less than 0.1% by mass.
Description
この発明は、銅複合板材およびそれを用いたベーパーチャンバーの製造方法に関する。 The present invention relates to a copper composite plate material and a method for manufacturing a vapor chamber using the same.
近年、ノート型パソコン、モバイル用ノートパソコン(モバイルパソコン)、タブレット端末、ファブレット端末およびスマートフォン(携帯電話端末)などの携帯機器では、小型化、薄型化および軽量化に加え、高機能化および高性能化が図られている。こうした携帯機器に搭載されるCPUは、その動作速度の高速化および高密度化が急速に進展し、その発熱量が増大している。携帯機器内での温度上昇が過度になると、CPUの不具合(誤作動、熱暴走など)の原因になるため、携帯機器内に搭載されるCPUおよびその他の半導体装置からの放熱効果の向上が急務になっている。 In recent years, mobile devices such as notebook PCs, mobile notebook PCs (mobile PCs), tablet terminals, phablet terminals and smartphones (mobile phone terminals) have become smaller, thinner and lighter, as well as more sophisticated and sophisticated. Performance has been improved. CPUs mounted on such mobile devices are rapidly increasing in speed and density, and their heat generation is increasing. Excessive temperature rise in mobile devices can cause CPU malfunctions (malfunctions, thermal runaway, etc.), so there is an urgent need to improve the heat dissipation effect from the CPU and other semiconductor devices installed in mobile devices. It has become.
携帯機器の小型化、薄型化および軽量化に有効と考えられる放熱手段として、平板状の筐体の内部に冷媒が減圧封止されたベーパーチャンバーが検討されている。ベーパーチャンバーは、放熱効果の高い平板状のヒートパイプといえ、内部に封止された冷媒の蒸発と凝縮により熱を伝導することができる熱拡散部品である。なお、ベーパーチャンバーの冷媒には、安全、低コスト、取扱い容易などの理由で、専ら純水が採用されている。 As a heat dissipation means considered to be effective for miniaturization, thinning, and weight reduction of mobile devices, a vapor chamber in which a refrigerant is vacuum-sealed inside a flat plate-shaped housing is being studied. The vapor chamber is a flat plate-shaped heat pipe having a high heat dissipation effect, and is a heat diffusion component capable of conducting heat by evaporating and condensing the refrigerant sealed inside. As the refrigerant of the vapor chamber, pure water is exclusively used for the reasons of safety, low cost, easy handling and the like.
例えば、特開2017−172871号公報には、平板状の上板部材と平板状の下板部材とを接合して筐体を構成した、ベーパーチャンバーが開示されている。このベーパーチャンバーは、筐体となる上板部材および下板部材が析出硬化型銅合金(Cu−Ni−Si系、Cu−Fe−P系、Cu−Fe−Ni−P系、Cu−Cr系およびCu−Cr−Zr系)で構成されているため、650℃以上に加熱する接合により低下した筐体(上板部材および下板部材)の機械的強さおよび熱伝導率が時効処理(析出硬化処理)により向上される。なお、上記したCu−Ni−Si系の銅合金は、コルソン合金と呼ばれる。このコルソン合金によって構成された部材は、日本銅学会誌「銅と銅合金」第57巻1号2018、論文「銅被覆銅合金板の拡散接合性と機械的特性」、橋本大輔(株式会社神戸製鋼所)著に開示されるように、銅めっき処理を行って表面を被覆することが可能である。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-172871 discloses a vapor chamber in which a flat plate-shaped upper plate member and a flat plate-shaped lower plate member are joined to form a housing. In this vapor chamber, the upper plate member and the lower plate member, which are the housings, are precipitation-hardened copper alloys (Cu-Ni-Si type, Cu-Fe-P type, Cu-Fe-Ni-P type, Cu-Cr type). And Cu-Cr-Zr system), the mechanical strength and thermal conductivity of the housing (upper plate member and lower plate member) lowered by joining heated to 650 ° C or higher are aged (precipitated). It is improved by curing treatment). The Cu—Ni—Si based copper alloy described above is called a Corson alloy. The members made of this Corson alloy are the Journal of the Copper Society of Japan, "Copper and Copper Alloy", Vol. 57, No. 1, 2018, Paper "Diffusive Bondability and Mechanical Properties of Copper-Coated Copper Alloy Plate", Daisuke Hashimoto (Kobe Co., Ltd.) Steelworks) As disclosed, it is possible to coat the surface with a copper plating process.
例えば、特開2007−315745号公報には、平板状の上板部材と、冷媒の流路となる微細孔を備える平板状の中板部材と、平板状の下板部材とを接合して筐体を構成した、ベーパーチャンバーが開示されている。このベーパーチャンバーは、上板部材、中板部材および下板部材が銅(純銅)で構成されているため、高い放熱効果(熱伝導性)が期待できる。また、このベーパーチャンバーは、冷媒と接触する上板部材および下板部材の内側に溝状の凹部が設けられ、冷媒との接触面積が増大されているため、放熱効果(熱伝導性)がより向上される。 For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-315745, a flat plate-shaped upper plate member, a flat plate-shaped middle plate member having micropores serving as a flow path for a refrigerant, and a flat plate-shaped lower plate member are joined to form a chamber. The vapor chambers that make up the body are disclosed. Since the upper plate member, middle plate member, and lower plate member of this vapor chamber are made of copper (pure copper), a high heat dissipation effect (thermal conductivity) can be expected. Further, in this vapor chamber, a groove-shaped recess is provided inside the upper plate member and the lower plate member that come into contact with the refrigerant, and the contact area with the refrigerant is increased, so that the heat dissipation effect (thermal conductivity) is further improved. Will be improved.
最近、ベーパーチャンバーの筐体を構成する際に、筐体内部の汚染防止、接合強度向上および冷媒の減圧封止の信頼性向上などの観点で、銀ろうなどの接合剤を用いる接合手段に替えて、被接合面に荷重を加えた状態で加熱して生じさせた拡散現象を利用して被接合面同士を接合する手段、すなわち拡散接合が適用されつつある。なお、被接合面の材質にもよるが、一般的に、拡散接合には600℃以上1000℃以下の加熱保持が必要とされている。ところが、筐体を構成する部材が銅(純銅)であると鈍されて筐体の機械的強さが低下するし、部材の厚さを大きくすると上記した携帯機器の薄型化および軽量化を阻むことになる。 Recently, when constructing the housing of the vapor chamber, the bonding means using a bonding agent such as silver wax has been replaced from the viewpoint of preventing contamination inside the housing, improving the bonding strength, and improving the reliability of decompression sealing of the refrigerant. Therefore, a means for joining surfaces to be joined, that is, diffusion joining, is being applied by utilizing a diffusion phenomenon generated by heating a surface to be joined with a load applied. Although it depends on the material of the surface to be joined, it is generally required to heat and hold at 600 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower for diffusion bonding. However, if the member constituting the housing is copper (pure copper), the mechanical strength of the housing is reduced, and increasing the thickness of the member hinders the thinning and weight reduction of the above-mentioned portable device. It will be.
材質の観点で、拡散接合後の筐体の機械的強さを確保するには、特許文献1に開示されるコルソン合金(Cu−Ni−Si系)またはCu−Co−Si系などの析出硬化型銅合金の適用が考えられる。筐体を構成する部材が析出硬化型銅合金であると、拡散接合の加熱保持を利用して時効処理(析出硬化処理)が可能である。なお、ベーパーチャンバーの筐体の内側(内面)は、冷媒が接触しても特段の反応が起こらないこと、例えば、ガスが発生しないこと、腐食が進行しないこと、が求められている。ところが、上記したコルソン合金などに含まれるSiは、冷媒が純水または水溶液であると反応し、二酸化珪素(SiO2)および水素(H2)を生成する可能性がある。また、拡散接合時に酸素と接触する接合界面にSiがあると反応し、二酸化珪素(SiO2)を含む脆い組織(SiO2相)を形成する可能性がある。In order to ensure the mechanical strength of the housing after diffusion bonding from the viewpoint of material, precipitation hardening of a Corson alloy (Cu—Ni—Si system) or Cu—Co—Si system disclosed in Patent Document 1 is required. The application of cupronickel alloy is conceivable. When the member constituting the housing is a precipitation hardening type copper alloy, aging treatment (precipitation hardening treatment) can be performed by utilizing the heat retention of the diffusion bonding. It should be noted that the inside (inner surface) of the housing of the vapor chamber is required to have no particular reaction even if it comes into contact with the refrigerant, for example, no gas is generated and corrosion does not proceed. However, Si contained in the above-mentioned Corson alloy or the like may react with pure water or an aqueous solution to generate silicon dioxide (SiO 2 ) and hydrogen (H 2). Further, if Si is present at the bonding interface that comes into contact with oxygen during diffusion bonding, it may react to form a brittle structure (SiO 2 phase) containing silicon dioxide (SiO 2).
Siと水との反応防止およびSiと酸素との反応防止の観点で、非特許文献1に開示される銅めっき処理を適用し、上記したコルソン合金などで構成された部材の表面を被覆してSiを露出させないことが考えられる。ところが、一般的な銅めっき処理で形成された銅めっき膜は、ピンホールまたは部分剥離が発生することがあるため、下地(コルソン合金)が露出する可能性がある。また、量産に見合う電流密度で形成された銅めっき膜の表面は一般的な仕上げ圧延による表面粗さよりも粗くなるため、拡散接合時に被接合面に加える荷重を増大せねばならず、生産性が低下する。銅めっき膜の表面粗さはSなどの添加剤を加えることにより改善されるが、Sなどの添加元素が冷媒と反応する可能性がある。また、上記した上板部材および下板部材の内側に溝状の凹部を設ける場合、エッチング処理が行われる可能性がある。ところが、薄い銅めっき膜ではエッチングにより下地(コルソン合金)が露出する可能性があるし、厚い銅めっき膜を形成するとめっき時間が増大するので生産性が低下する。 From the viewpoint of preventing the reaction between Si and water and preventing the reaction between Si and oxygen, the copper plating treatment disclosed in Non-Patent Document 1 is applied to cover the surface of the member made of the above-mentioned Corson alloy or the like. It is conceivable that Si is not exposed. However, the copper plating film formed by a general copper plating process may have pinholes or partial peeling, so that the base (Colson alloy) may be exposed. In addition, the surface of the copper-plated film formed with a current density suitable for mass production is rougher than the surface roughness of general finish rolling, so the load applied to the surface to be joined during diffusion bonding must be increased, resulting in higher productivity. descend. The surface roughness of the copper plating film is improved by adding an additive such as S, but the additive element such as S may react with the refrigerant. Further, when the groove-shaped recesses are provided inside the upper plate member and the lower plate member described above, an etching process may be performed. However, with a thin copper plating film, the substrate (Corson alloy) may be exposed by etching, and if a thick copper plating film is formed, the plating time increases and the productivity decreases.
この発明の目的の1つは、ベーパーチャンバーの構成部材(筐体など)として好適な拡散接合性、耐食性および0.2%耐力を有する銅系板材を提供し、および、この銅系板材を用いたベーパーチャンバーの製造方法を提供することである。 One of the objects of the present invention is to provide a copper-based plate material having diffusion bonding property, corrosion resistance and 0.2% proof stress suitable as a constituent member (housing etc.) of a vapor chamber, and to use this copper-based plate material. It is to provide a method for manufacturing a copper chamber that has been used.
本発明者は、拡散接合後に機械的強さが確保される銅系板材と、ベーパーチャンバーに用いられる溶媒と反応し難い銅系板材とを組み合せることによって、上記した課題が解決できることを見出し、この発明に想到することができた。 The present inventor has found that the above-mentioned problems can be solved by combining a copper-based plate material whose mechanical strength is secured after diffusion bonding and a copper-based plate material which does not easily react with the solvent used in the vapor chamber. I was able to come up with this invention.
この発明の第1の局面による銅複合板材は、第1銅層の一方面に第2銅層が圧接されて成る銅複合板材であって、前記第1銅層は、析出強化型銅合金によって構成され、前記第2銅層は、Cuが99.9質量%以上の純銅によって構成されているか、Siが0.1質量%未満の非析出強化型銅合金によって構成されている、銅複合板材である。 The copper composite plate material according to the first aspect of the present invention is a copper composite plate material in which a second copper layer is pressed against one surface of the first copper layer, and the first copper layer is made of a precipitation-reinforced copper alloy. The second copper layer is a copper composite plate material in which Cu is composed of 99.9% by mass or more of pure copper or Si is composed of a non-precipitation reinforced copper alloy of less than 0.1% by mass. Is.
この発明の第1の局面による銅複合板材では、前記第1銅層の厚さをT1とし、前記第2銅層の厚さをT2とするとき、T2/(T1+T2)×100≦30%かつT2>1μmを満たすことが好ましい。また、前記第2銅層は、表面粗さRZJISが0.8μm以下で、尖度Rkuが4以下である、ことが好ましい。In the copper composite plate material according to the first aspect of the present invention, when the thickness of the first copper layer is T1 and the thickness of the second copper layer is T2, T2 / (T1 + T2) × 100 ≦ 30% and It is preferable to satisfy T2> 1 μm. Further, it is preferable that the second copper layer has a surface roughness R ZJIS of 0.8 μm or less and a kurtosis Rku of 4 or less.
また、この発明の第2の局面による銅複合板材は、第1銅層の一方面に第2銅層が圧接され、前記第1銅層の他方面に第3銅層が圧接されて成る銅複合板材であって、前記第1銅層は、析出強化型銅合金によって構成され、前記第2銅層および前記第3銅層は、いずれも、Cuが99.9質量%以上の純銅によって構成されているか、Siが0.1質量%未満の非析出強化型銅合金によって構成されている、銅複合板材である。 Further, the copper composite plate material according to the second aspect of the present invention is copper formed by pressing a second copper layer on one surface of the first copper layer and pressing a third copper layer on the other surface of the first copper layer. In the composite plate material, the first copper layer is composed of a precipitation-reinforced copper alloy, and the second copper layer and the third copper layer are both composed of pure copper having Cu of 99.9% by mass or more. It is a copper composite plate material which is made of a non-precipitation reinforced copper alloy in which Si is less than 0.1% by mass.
この発明の第2の局面による銅複合板材では、前記第1銅層の厚さをT1とし、前記第2銅層の厚さをT2とし、前記第3銅層の厚さをT3とするとき、(T2+T3)/(T1+T2+T3)×100≦30%かつT2>1μmおよびT3>1μmを満たすことが好ましい。また、前記第2銅層および前記第3銅層は、表面粗さRZJISが0.8μm以下で、尖度Rkuが4以下であることが好ましい。In the copper composite plate material according to the second aspect of the present invention, when the thickness of the first copper layer is T1, the thickness of the second copper layer is T2, and the thickness of the third copper layer is T3. , (T2 + T3) / (T1 + T2 + T3) × 100 ≦ 30% and preferably satisfy T2> 1 μm and T3> 1 μm. Further, it is preferable that the second copper layer and the third copper layer have a surface roughness R ZJIS of 0.8 μm or less and a kurtosis Rku of 4 or less.
この発明の第1の局面および第2の局面による銅複合板材では、前記第1銅層を構成する銅合金は、0.8質量%以上5.0質量%以下のNi、0.2質量%以上1.5質量%以下のSi、残部Cuおよび不可避的不純物からなる銅合金であってよい。また、この発明の第1の局面および第2の局面による銅複合板材では、前記第1銅層を構成する銅合金は、さらに、2.0質量%以下の範囲で、Co、Sn、Zn、Mg、Fe、Ti、Zr、Cr、Al、P、Mn、BおよびAgのうちの1種または1種以上を含むことができる。 In the copper composite plate material according to the first aspect and the second aspect of the present invention, the copper alloy constituting the first copper layer is 0.8% by mass or more and 5.0% by mass or less of Ni, 0.2% by mass. It may be a copper alloy composed of Si, the balance Cu, and unavoidable impurities of 1.5% by mass or more. Further, in the copper composite plate material according to the first aspect and the second aspect of the present invention, the copper alloy constituting the first copper layer further contains Co, Sn, Zn, in the range of 2.0% by mass or less. It can contain one or more of Mg, Fe, Ti, Zr, Cr, Al, P, Mn, B and Ag.
この発明の第3の局面によるベーパーチャンバーは、第1の局面または第2の局面の銅複合板材を用いて形成された上板部材および下板部材を備え、上板部材の第2銅層と下板部材の第2銅層とによって囲まれた空間を形成するように、上板部材と下板部材とが拡散接合されて構成されている。 The vapor chamber according to the third aspect of the present invention comprises an upper plate member and a lower plate member formed by using the copper composite plate material of the first aspect or the second aspect, and together with the second copper layer of the upper plate member. The upper plate member and the lower plate member are diffusion-bonded so as to form a space surrounded by the second copper layer of the lower plate member.
この発明の第1の局面および第2の局面による銅複合板材のいずれか一方または両方を用いて、ベーパーチャンバーを製造することができる。
すなわち、この発明の第1の局面によるベーパーチャンバーの製造方法は、この発明の上記した第1の局面および第2の局面による銅複合板材のいずれか一方または両方を用いて形成された、上板部材および下板部材を備え、前記上板部材と前記下板部材とが拡散接合されて構成されたベーパーチャンバーの製造方法であって、(1)第1熱処理、(2)第2熱処理および(3)第3熱処理のうちのいずれか1つの熱処理を行うことによって、前記上板部材を構成する前記銅複合板材の第2銅層と、前記下板部材を構成する前記銅複合板材の第2銅層とを、拡散接合するとともに、前記上板部材および前記下板部材の0.2%耐力を240MPa以上にする工程を備える、ベーパーチャンバーの製造方法である。A vapor chamber can be manufactured using either or both of the copper composite plates according to the first aspect and the second aspect of the present invention.
That is, the method for manufacturing a vapor chamber according to the first aspect of the present invention is an upper plate formed by using either or both of the copper composite plate materials according to the first aspect and the second aspect of the present invention. It is a method of manufacturing a vapor chamber including a member and a lower plate member, and the upper plate member and the lower plate member are diffusion-bonded, wherein (1) a first heat treatment, (2) a second heat treatment and ( 3) By performing any one of the third heat treatments, the second copper layer of the copper composite plate material constituting the upper plate member and the second copper composite plate material constituting the lower plate member are second. This is a method for manufacturing a vapor chamber, which comprises a step of diffusion-bonding the copper layer and making the 0.2% resistance of the upper plate member and the lower plate member 240 MPa or more.
(1)第1熱処理は、600℃以上1000℃以下に加熱して保持した後に、毎分25℃以下の冷却速度で100℃まで冷却し、次いで、常温まで冷却するステップを含む。
(2)第2熱処理は、600℃以上1000℃以下に加熱して保持した後に、100℃以下に冷却し、次いで、400℃以上550℃以下に加熱して保持した後に、常温まで冷却するステップを含む。
(3)第3熱処理は、600℃以上1000℃以下に加熱して保持した後に、400℃以上550℃以下まで冷却して保持し、次いで、常温まで冷却するステップを含む。(1) The first heat treatment includes a step of heating and holding at 600 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, cooling to 100 ° C. at a cooling rate of 25 ° C. or lower per minute, and then cooling to room temperature.
(2) The second heat treatment is a step of heating and holding at 600 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, cooling to 100 ° C. or lower, then heating and holding at 400 ° C. or higher and 550 ° C. or lower, and then cooling to room temperature. including.
(3) The third heat treatment includes a step of heating and holding at 600 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, cooling and holding at 400 ° C. or higher and 550 ° C. or lower, and then cooling to room temperature.
また、上板部材を構成する銅複合板材の第2銅層と、下板部材を構成する銅複合板材の第2銅層とを、拡散接合する工程は、上板部材を構成する銅複合板材の第2銅層と、下板部材を構成する銅複合板材の第2銅層との間に空間を形成する工程を含む。 Further, the step of diffusion-bonding the second copper layer of the copper composite plate material constituting the upper plate member and the second copper layer of the copper composite plate material constituting the lower plate member is the copper composite plate material constituting the upper plate member. Includes a step of forming a space between the second copper layer of the above and the second copper layer of the copper composite plate material constituting the lower plate member.
この発明の第2の局面によるベーパーチャンバーの製造方法は、この発明の上記した第1の局面および第2の局面による銅複合板材のいずれか一方または両方を用いて形成された、上板部材および下板部材と、Cuが99.9質量%以上の純銅によって構成されているか、Siが0.1質量%未満の非析出強化型銅合金によって構成されている、中板部材と、を備え、前記上板部材と前記中板部材とが拡散接合され、かつ、前記中板部材と前記下板部材とが拡散接合されて構成されたベーパーチャンバーの製造方法であって、(1)第1熱処理、(2)第2熱処理および(3)第3熱処理のうちのいずれか1つの熱処理を行うことによって、前記上板部材を構成する前記銅複合板材の第2銅層と前記中板部材とを拡散接合し、かつ、前記下板部材を構成する前記銅複合板材の第2銅層と前記中板部材とを拡散接合するとともに、前記上板部材および前記下板部材の0.2%耐力を240MPa以上にする工程を備える、ベーパーチャンバーの製造方法である。 The method for manufacturing a vapor chamber according to the second aspect of the present invention is a top plate member and a top plate member formed by using either or both of the copper composite plate materials according to the first aspect and the second aspect of the present invention. It comprises a lower plate member and a middle plate member in which Cu is composed of 99.9% by mass or more of pure copper or Si is composed of a non-precipitation reinforced copper alloy of less than 0.1% by mass. A method for manufacturing a vapor chamber in which the upper plate member and the middle plate member are diffusion-bonded, and the middle plate member and the lower plate member are diffusion-bonded, wherein (1) the first heat treatment is performed. By performing any one of (2) second heat treatment and (3) third heat treatment, the second copper layer of the copper composite plate material constituting the upper plate member and the middle plate member are separated from each other. The second copper layer of the copper composite plate material constituting the lower plate member and the middle plate member are diffusion-bonded, and the upper plate member and the lower plate member have a 0.2% resistance. It is a method of manufacturing a vapor chamber including a step of making it 240 MPa or more.
(1)第1熱処理は、600℃以上1000℃以下に加熱して保持した後に、毎分25℃以下の冷却速度で100℃まで冷却し、次いで、常温まで冷却するステップを含む。
(2)第2熱処理は、600℃以上1000℃以下に加熱して保持した後に、100℃以下に冷却し、次いで、400℃以上550℃以下に加熱して保持した後に、常温まで冷却するステップを含む。
(3)第3熱処理は、600℃以上1000℃以下に加熱して保持した後に、400℃以上550℃以下まで冷却して保持し、次いで、常温まで冷却するステップを含む。(1) The first heat treatment includes a step of heating and holding at 600 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, cooling to 100 ° C. at a cooling rate of 25 ° C. or lower per minute, and then cooling to room temperature.
(2) The second heat treatment is a step of heating and holding at 600 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, cooling to 100 ° C. or lower, then heating and holding at 400 ° C. or higher and 550 ° C. or lower, and then cooling to room temperature. including.
(3) The third heat treatment includes a step of heating and holding at 600 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, cooling and holding at 400 ° C. or higher and 550 ° C. or lower, and then cooling to room temperature.
また、上板部材を構成する銅複合板材の第2銅層と、下板部材を構成する銅複合板材の第2銅層とを、拡散接合する工程は、上板部材を構成する銅複合板材の第2銅層と、下板部材を構成する銅複合板材の第2銅層との間に空間を形成する工程を含む。 Further, the step of diffusion-bonding the second copper layer of the copper composite plate material constituting the upper plate member and the second copper layer of the copper composite plate material constituting the lower plate member is the copper composite plate material constituting the upper plate member. Includes a step of forming a space between the second copper layer of the above and the second copper layer of the copper composite plate material constituting the lower plate member.
上記した銅複合板材に係る発明によれば、ベーパーチャンバーの構成部材(筐体など)として好適な拡散接合性、耐食性および0.2%耐力を有する銅複合板材を提供することができる。また、上記したベーパーチャンバーの製造方法に係る発明によれば、銅系の筐体として好適な機械的強さを有し、溶媒(特に純水)と反応し難い好適な耐食性を有する、ベーパーチャンバーを製造することができる。 According to the above-mentioned invention relating to the copper composite plate material, it is possible to provide a copper composite plate material having diffusion bonding property, corrosion resistance and 0.2% proof stress suitable as a constituent member (housing or the like) of a vapor chamber. Further, according to the invention relating to the above-mentioned method for manufacturing a vapor chamber, the vapor chamber has a mechanical strength suitable for a copper-based housing and a suitable corrosion resistance that does not easily react with a solvent (particularly pure water). Can be manufactured.
以下、この発明に係る銅複合板材の実施形態について、適宜図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the copper composite plate material according to the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate.
<第1実施形態>
この発明の第1の局面による銅複合板材は、第1銅層の一方面に第2銅層が圧接されて成る銅複合板材であって、第1銅層は、析出強化型銅合金によって構成され、第2銅層は、Cuが99.9質量%以上の純銅によって構成されているか、Siが0.1質量%未満の非析出強化型銅合金によって構成されている、銅複合板材である。なお、この発明の第1の局面による銅複合板材において、第1銅層を構成する銅合金は、例えば、0.8質量%以上5.0質量%以下のNi、0.2質量%以上1.5質量%以下のSi、残部Cuおよび不可避的不純物からなる銅合金であってよい。上記した構成を有する銅複合板材を、以下、第1実施形態という。<First Embodiment>
The copper composite plate material according to the first aspect of the present invention is a copper composite plate material in which a second copper layer is pressure-welded to one surface of the first copper layer, and the first copper layer is composed of a precipitation-reinforced copper alloy. The second copper layer is a copper composite plate material in which Cu is composed of 99.9% by mass or more of pure copper or Si is composed of a non-precipitation reinforced copper alloy of less than 0.1% by mass. .. In the copper composite plate material according to the first aspect of the present invention, the copper alloy constituting the first copper layer is, for example, 0.8% by mass or more and 5.0% by mass or less of Ni, 0.2% by mass or more and 1 It may be a copper alloy consisting of 5.5% by mass or less of Si, the balance Cu and unavoidable impurities. The copper composite plate material having the above-mentioned structure is hereinafter referred to as the first embodiment.
図1は、この発明の第1の局面による銅複合板材の第1実施形態について、その層構成を模式的に示すものである。
図1に示す銅複合板材10は、第1銅層11の一方面に第2銅層12が圧接されて成る銅複合板材である。図1に示す銅複合板材10において、第1銅層11は、析出強化型銅合金によって構成されている。この析出強化型銅合金は、例えば、0.8質量%以上5.0質量%以下のNi(ニッケル)、0.2質量%以上1.5質量%以下のSi(珪素)、残部Cu(銅)および不可避的不純物からなる銅合金であってよい。上記した析出強化型銅合金は、純銅よりも引張強さ、0.2%耐力および伸びなどの機械的特性が高く、曲げ加工性、応力緩和特性および熱伝導率も確保されている。この組成から成る銅合金には、一般的にコルソン合金と呼ばれる銅合金が含まれる。この組成から成る銅合金により構成された第1銅層11は、後述する第1熱処理、第2熱処理または第3熱処理により析出硬化する。こうした銅合金によって構成された第1銅層11を備える銅複合板材10を用いて、例えばベーパーチャンバーを製造することができる。その場合、ベーパーチャンバーの筐体を形成する際の拡散接合で行われる加熱保持により析出硬化が生じて第1銅層11の機械的強さが向上されるため、良好な機械的強さを有する筐体を形成することができる。FIG. 1 schematically shows the layer structure of the first embodiment of the copper composite plate material according to the first aspect of the present invention.
The copper
図1に示す第1銅層11を構成する銅合金は、析出強化型銅合金である。第1銅層11を構成する銅合金は、例えば、0.8質量%以上5.0質量%以下のNi、0.2質量%以上1.5質量%以下のSi、残部Cuおよび不可避的不純物からなる銅合金であってよい。この銅合金において、Niは0.8質量%以上5.0質量%以下とし、Siは0.2質量%以上1.5質量%以下とする。この銅合金において、NiおよびSiは、析出硬化作用により機械的強さを向上させるための重要な添加元素である。なお、Ni含有比が過小(0.8質量%未満)またはSi含有比が過小(0.2質量%未満)であると、析出物(Ni2Si)の生成が不十分になり、銅合金の機械的強さが向上され難い。また、Ni含有比が過大(5.0質量%超)またはSi含有比が過大(1.5質量%超)であると、析出物(Ni2Si)の生成が過剰になって銅合金が脆くなり、圧延などによる板材の製造が困難になる。The copper alloy constituting the
また、上記した銅合金において、NiおよびSiを除く残部は、Cuおよび不可避的不純物によって構成されている。Cuは第1銅層11を構成する銅合金の母相を構成する基本元素である。Cuは高い熱伝導率を有する第1銅層11を構成するために特に重要になる元素である。熱伝導率および曲げ加工性の観点では、Cu含有比は可能な限り大きいことが好ましい。
Further, in the above-mentioned copper alloy, the balance except Ni and Si is composed of Cu and unavoidable impurities. Cu is a basic element constituting the parent phase of the copper alloy constituting the
また、上記した銅合金において、Ni、SiおよびCuを除く残部は不可避的不純物である。不可避的不純物の含有比が過大(例えば0.1質量%超)であると、第1銅層11の加工性が低下するため、不可避的不純物の含有比は可能な限り小さくする。不可避的不純物の含有比は、例えば、0.1質量%以下が好ましく、より好ましくは0.05質量%以下である。なお、不可避的不純物(元素)としては、例えば、S、Pbなどが考えられる。
Further, in the above-mentioned copper alloy, the balance other than Ni, Si and Cu is an unavoidable impurity. If the content ratio of unavoidable impurities is excessive (for example, more than 0.1% by mass), the processability of the
また、上記した銅合金において、Cuに対して、NiおよびSi以外の添加元素を、さらに、2.0質量%以下の範囲で含むことができる。具体的には、上記した銅合金には、Co(コバルト)、Sn(錫)、Zn(亜鉛)、Mg(マグネシウム)、Fe(鉄)、Ti(チタン)、Zr(ジルコン)、Cr(クロム)、Al(アルミニウム)、P(リン)、Mn(マンガン)、B(硼素)、およびAg(銀)のうちの1種または1種以上を、2.0質量%以下の範囲で含むことができる。上記した銅合金において、先に挙げたCoからAgまでのうちの1種または1種以上を、2.0質量%以下の範囲で含むことにより、さらなる機械的強さの向上や曲げ加工性の改善を図ることができる。 Further, in the above-mentioned copper alloy, additive elements other than Ni and Si can be further contained in the range of 2.0% by mass or less with respect to Cu. Specifically, the above-mentioned copper alloys include Co (cobalt), Sn (tin), Zn (zinc), Mg (magnesium), Fe (iron), Ti (titanium), Zr (zirconium), and Cr (chromium). ), Al (aluminum), P (phosphorus), Mn (manganese), B (boron), and Ag (silver), which may contain one or more of them in a range of 2.0% by mass or less. can. In the above-mentioned copper alloy, by containing one or more of the above-mentioned Co to Ag in the range of 2.0% by mass or less, the mechanical strength is further improved and the bending workability is improved. Improvements can be made.
図1に示す銅複合板材10において、第2銅層12は、Cuが99.9質量%以上の純銅によって構成されているか、Siが0.1質量%未満の非析出強化型銅合金によって構成されている。つまり、純銅または非析出強化型銅合金によって構成されている第2銅層12は、たとえSiを含んでいたとしても、Si含有比は0.1質量%未満である。Si含有比が0.1質量%未満である第2銅層12の露出表面は、耐食性などの電気化学的な性質がより安定な純銅と実質的に同等の性質を有すると考えられる。こうした純銅または非析出強化型銅合金によって構成されている第2銅層12を備える銅複合板材を用いて、例えばベーパーチャンバーを製造した場合、ベーパーチャンバーの筐体の内側(内面)にSi含有比が0.1質量%未満である第2銅層12を用いることにより、筐体の内部に封止される純水または水溶液からなる冷媒が接触しても特段の反応が起こり難くなるため、反応性ガスが発生し難く、腐食が進行し難い、高い信頼性を有する筐体を形成することができる。なお、ベーパーチャンバーの筐体の内側(内面)にSi含有比が0.1質量%以上である銅層を用いると、ベーパーチャンバーの筐体を形成する際の拡散接合で行われる加熱保持により銅層の露出表面に析出物が形成されるおそれがある。筐体の内側(内面)に析出物が存在していた場合、その析出物を起点とする腐食が進行し、筐体の機械的強さの低下、ベーパーチャンバーの寿命劣化などのおそれがある。
In the copper
第2銅層12を純銅によって構成する場合、純銅としては、UNS規定NoのC10200(無酸素銅)、C10300(低リン脱酸銅)およびC11000(タフピッチ銅)などを用いることができる。また、第2銅層12をSiが0.1質量%未満の非析出強化型銅合金によって構成する場合、非析出強化型銅合金としては、UNS規定Noで表される、C15150(Cu−Zr系)、C14415(Cu−Sn系)、C10700(Cu−Ag系)、C18665(Cu−Mg系)、C70200(Cu−Ni系)およびC40410(Cu−Zn系)などを用いることができる。なお、こうした純銅または非析出強化型銅合金によって構成されている第2銅層12を備える銅複合板材を用いてベーパーチャンバーを製造した場合、ベーパーチャンバーの筐体を形成する際の拡散接合で行われる加熱保持によっても第2銅層12の表面に析出物が生成されない。
When the
この発明の第1の局面による銅複合板材では、第1銅層の厚さをT1とし、第2銅層の厚さをT2とするとき、T2/(T1+T2)×100≦30%かつT2>1μmを満たすことが好ましい。図1に示す銅複合板材10は、全体の厚さがTであり、第1銅層11の厚さがT1であり、第2銅層12の厚さがT2である。銅複合板材10は、第1銅層11および第2銅層12が、T2/(T1+T2)×100≦30%かつT2>1μm(好ましくはT2≧2μm)の関係を満たす。なお、銅複合板材10の全体の厚さTは、T1+T2と等しい。こうした構成を有する第2銅層12を備える銅複合板材10は、全体の厚さTに占める第2銅層12の厚さT2が小さくなり、全体の厚さTに占める第1銅層11の厚さT1が大きくなる。
In the copper composite plate material according to the first aspect of the present invention, when the thickness of the first copper layer is T1 and the thickness of the second copper layer is T2, T2 / (T1 + T2) × 100 ≦ 30% and T2> It is preferable to satisfy 1 μm. In the copper
また、銅複合板材10を用いて、例えばベーパーチャンバーを製造する場合、上記したように、ベーパーチャンバーの筐体を形成する際の拡散接合で行われる加熱保持によって、析出硬化を生じない第2銅層12の機械的強さよりも、析出硬化を生じる第1銅層11の機械的強さが大きくなる。例えば、ベーパーチャンバーを製造する場合、機械的強さが大きくなる第1銅層11の占める割合が大きい銅複合板材10を用いてベーパーチャンバーの筐体を形成することにより、良好な機械的強さを有する筐体を形成することができる。また、ベーパーチャンバーの筐体の0.2%耐力は、240MPa以上であることが好ましく、300MPa以上がより好ましいと考えられる。この観点から、ベーパーチャンバーの筐体を構成する銅複合板材10において、第1銅層11および第2銅層12は、T2/(T1+T2)×100≦30%を満足するように構成することが好ましい。このように構成された銅複合板材10は、その0.2%耐力を240MPa以上にすることができる。
Further, in the case of manufacturing a vapor chamber using the copper
また、例えばベーパーチャンバーを製造する場合、エッチングによってベーパーチャンバーの筐体の内側(内面)に凹凸加工を行うことがある。上記した厚み構成を有する銅複合板材10を用いて、T2>1μm(好ましくはT2≧2μm)の関係を満たす第2銅層12をベーパーチャンバーの筐体の内側(内面)に配置することにより、過度なエッチングにより第2銅層12が除去されて第1銅層11が露出するような不具合を起こり難くすることができる。なお、第2銅層12の表面に対してエッチングを行う場合、そのエッチングによる除去量(最大深さ)をD(単位μm)とするとき、第2銅層12の厚さT2は、T2≧D+1μmを満足することが好ましく、T2≧D+2μmを満足することがより好ましい。
Further, for example, in the case of manufacturing a vapor chamber, the inside (inner surface) of the housing of the vapor chamber may be subjected to uneven processing by etching. By using the copper
この発明の第1の局面による銅複合板材では、第2銅層は、表面粗さRZJISが0.8μm以下で、尖度Rkuが4以下であることが好ましい。図1に示す銅複合板材1の第2銅層12は、表面粗さ(十点平均粗さ)RZJISが0.8μm以下であり、尖度Rkuが4以下である。なお、表面粗さRZJISおよび尖度Rkuは、JIS B0601:2013(またはJIS B0601:2001)に準拠する。図1に示す銅複合板材1を用いて、例えばベーパーチャンバーを製造する場合、表面粗さRZJISが0.8μm以下であり、尖度Rkuが4以下である第2銅層12を筐体の内側(内面)に配置して加熱保持による拡散接合を行うことにより、第2銅層12と被接合部材との接触状態が面接触に近付いて密着度が向上し、拡散接合による接合強度が向上されるため、良好な機械的強さを有する筐体(接合部材)を形成することができる。In the copper composite plate material according to the first aspect of the present invention, it is preferable that the second copper layer has a surface roughness R ZJIS of 0.8 μm or less and a kurtosis Rku of 4 or less. The
上記した第1実施形態において、銅複合板材10の厚さTは、例えば0.01mm以上1mm以下であってよく、好ましくは0.02mm以上0.3mm以下、より好ましくは0.02mm以上0.1mm以下である。また、第1銅層11の厚さT1は、例えば0.007mm以上0.999mm以下であってよく、好ましくは0.014mm以上0.299mm以下、より好ましくは0.014mm以上0.099mm以下である。なお、上記した厚さTと厚さT1との差分は、第2銅層12の厚さT2に対応する。また、第2銅層12の厚さT2は、上記した銅複合板材10の厚さTおよび第1銅層11の厚さT1との関係を考慮して設定することが好ましい。
In the first embodiment described above, the thickness T of the copper
<第2実施形態>
この発明の第2の局面による銅複合板材は、第1銅層の一方面に第2銅層が圧接され、第1銅層の他方面に第3銅層が圧接されて成る銅複合板材であって、第1銅層は、析出強化型銅合金によって構成され、第2銅層および第3銅層は、いずれも、Cuが99.9質量%以上の純銅によって構成されているか、Siが0.1質量%未満の非析出強化型銅合金によって構成されている、銅複合板材である。なお、この発明の第2の局面による銅複合板材において、第1銅層を構成する銅合金は、例えば、0.8質量%以上5.0質量%以下のNi、0.2質量%以上1.5質量%以下のSi、残部Cuおよび不可避的不純物からなる銅合金であってよい。上記した構成を有する銅複合板材を、以下、第2実施形態という。<Second Embodiment>
The copper composite plate material according to the second aspect of the present invention is a copper composite plate material in which the second copper layer is pressed against one surface of the first copper layer and the third copper layer is pressed against the other surface of the first copper layer. Therefore, the first copper layer is composed of a precipitation-reinforced copper alloy, and the second copper layer and the third copper layer are both composed of pure copper having a Cu content of 99.9% by mass or more, or Si. It is a copper composite plate material composed of a non-precipitation reinforced copper alloy of less than 0.1% by mass. In the copper composite plate material according to the second aspect of the present invention, the copper alloy constituting the first copper layer is, for example, 0.8% by mass or more and 5.0% by mass or less of Ni, 0.2% by mass or more and 1 It may be a copper alloy consisting of 5.5% by mass or less of Si, the balance Cu and unavoidable impurities. The copper composite plate material having the above-mentioned structure is hereinafter referred to as a second embodiment.
図2は、この発明の第2の局面による銅複合板材の第2実施形態について、その層構成を模式的に示すものである。
図2に示す銅複合板材20は、第1銅層21の一方面に第2銅層22が圧接され、第1銅層21の他方面に第3銅層23が圧接されて成る銅複合板材である。この第2実施形態において、第2銅層22の構成と第3銅層23の構成とが同等または略同等であると、例えば各層の厚さ(T2、T3)、表面性状および諸特性を含む材質などの構成が同等または略同等であると、銅複合板材20の表裏の区別を特段に行うことなく用いることができるので、生産には好都合である。また、より薄肉化を目指す観点では、第2銅層22の厚さT2と第3銅層23の厚さT3とが同等または略同等であることが好ましく、圧延の際に大きな反りが発生するなどの特段の不都合なく容易に薄肉化することができる。FIG. 2 schematically shows the layer structure of the second embodiment of the copper composite plate material according to the second aspect of the present invention.
The
図2に示す銅複合板材20において、第1銅層21は、析出強化型銅合金によって構成されている。この析出強化型銅合金は、例えば、0.8質量%以上5.0質量%以下のNi(ニッケル)、0.2質量%以上1.5質量%以下のSi(珪素)、残部Cu(銅)および不可避的不純物からなる銅合金であってよい。この第1銅層21の構成および好ましい構成は、その構成によって奏する作用を含め、上記した第1実施形態における第1銅層11の構成と同等である。よって、第1銅層21の構成についての説明は上記した第1実施形態の説明を参照するものとし、ここでの説明は略す。
In the
図2に示す銅複合板材20において、第2銅層22は、Cuが99.9質量%以上の純銅によって構成されているか、Siが0.1質量%未満の非析出強化型銅合金によって構成されている。つまり、純銅または非析出強化型銅合金によって構成されている第2銅層22には、たとえSiが含まれていたとしても、そのSi含有比は0.1質量%未満である。この第2銅層22の構成および好ましい構成は、その構成によって奏する作用を含め、上記した第1実施形態における第2銅層12の構成と同等である。よって、第2銅層22の構成についての説明は上記した第1実施形態の説明を参照するものとし、ここでの説明は略す。
In the
図2に示す銅複合板材20において、第3銅層23は、Cuが99.9質量%以上の純銅によって構成されているか、Siが0.1質量%未満の非析出強化型銅合金によって構成されている。すなわち、第3銅層23の構成は、第2銅層22の構成と同等である。つまり、第2銅層22と同じく、純銅または非析出強化型銅合金によって構成されている第3銅層23には、たとえSiが含まれていたとしても、そのSi含有比は0.1質量%未満である。この第3銅層23の構成および好ましい構成は、その構成によって奏する作用を含め、上記した第2銅層22の構成と同等であり、すなわち第1実施形態における第2銅層12の構成と同等である。よって、第3銅層23の構成についての説明は上記した第1実施形態の説明を参照するものとし、ここでの説明は略す。
In the
上記した第2実施形態において、銅複合板材20の厚さTは、例えば、0.01mm以上1mm以下であってよく、好ましくは0.02mm以上0.3mm以下、より好ましくは0.02mm以上0.1mm以下である。また、第1銅層21の厚さT1は、例えば0.007mm以上0.998mm以下であってよく、好ましくは0.014mm以上0.298mm以下、より好ましくは0.014mm以上0.098mm以下である。なお、上記した厚さTと厚さT1との差分は、第2銅層22の厚さT2および第3銅層23の厚さT3の合計に対応する。また、第2銅層22の厚さT2および第3銅層23の厚さT3は、上記した銅複合板材20の厚さTおよび第1銅層21の厚さT1との関係を考慮して設定することが好ましい。また、第2銅層22の厚さT2と第3銅層23の厚さT3を同等または略同等に設定することは好ましく、表裏を区別することなく銅複合板材20を用いることができる。
In the second embodiment described above, the thickness T of the
上記した銅複合板材の第1実施形態または第2実施形態のいずれかを用いて、または第1実施形態および第2実施形態の両方を用いて、ベーパーチャンバーを製造することができる。
以下、ベーパーチャンバーの構成例について、適宜図面を参照して説明する。A vapor chamber can be manufactured using either the first embodiment or the second embodiment of the copper composite plate material described above, or using both the first embodiment and the second embodiment.
Hereinafter, a configuration example of the vapor chamber will be described with reference to the drawings as appropriate.
<第1構成例>
図3は、ベーパーチャンバーの要部断面の構成例(第1構成例)を模式的に示すものである。図3に示すベーパーチャンバー100は、全体的に平板状の外観を有し、図1に示す銅複合板材10(第1実施形態)を用いて構成されている。具体的には、ベーパーチャンバー100は、銅複合板材10を用いて構成された上板部材101と、銅複合板材10を用いて構成された下板部材102とが、接合部105において接合されている。ベーパーチャンバー100の内部106は、銅複合板材10を構成する第2銅層12によって囲まれた空間であり、銅複合板材10を構成する第1銅層11は露出していない。ベーパーチャンバー100の内部106には、冷媒(例えば純水)を減圧封止することができる。上板部材101を構成する第2銅層12は、第1銅層11が圧接されている面と反対側の面の一部が除去される。また、下板部材102を構成する第2銅層12は、第1銅層11が圧接されている面と反対側の面の一部が除去される。これにより、上板部材101と下板部材102とを拡散接合されたときに、第2銅層12によって囲まれた空間(内部106)が形成される。<First configuration example>
FIG. 3 schematically shows a configuration example (first configuration example) of a cross section of a main part of the vapor chamber. The
ベーパーチャンバー100を構成する上板部材101および下板部材102は、銅複合板材10を所定の形状に切断加工して個片化し、個片化された銅複合板材10の端部を曲げ加工する製造方法により、形成されている。なお、銅複合板材10は、第1銅層11を構成するための第1銅板材および第2銅層12を構成するための第2銅板材を積層した状態で圧延し、最終的に所定の厚み(例えば図1に示す厚さT)に形成する製造方法により、形成することができる。
The
ベーパーチャンバー100の接合部105は、所定の加熱パターンによる拡散接合により形成されている。具体的には、下板部材102を下方に配置し、上板部材101の上方から被接合面(接合部105参照)に荷重を加えた状態で加熱保持を行う。この加熱保持中に、上板部材101の被接合面と下板部材102の被接合面との間に拡散現象が生じることにより被接合面同士が接合(拡散接合)され、接合部105が形成される。なお、この加熱保持において、後述する(1)第1熱処理、(2)第2熱処理および(3)第3熱処理のうちのいずれか1つの熱処理を行うとよい。なお、いずれの熱処理も、例えば、窒素ガス、アルゴンガスまたは窒素とアルゴンとの混合ガスなどを用いた非酸化性雰囲気において行うと、加熱酸化による被熱処理材の表面の粗化が抑制されるので好ましい。
The
(1)第1熱処理は、600℃以上1000℃以下に加熱して保持した後に、毎分25℃以下の冷却速度で100℃まで冷却し、次いで、常温まで冷却するステップを含む。
(2)第2熱処理は、600℃以上1000℃以下に加熱して保持した後に、100℃以下に冷却し、次いで、400℃以上550℃以下に加熱して保持した後に、常温まで冷却するステップを含む。
(3)第3熱処理は、600℃以上1000℃以下に加熱して保持した後に、400℃以上550℃以下まで冷却して保持し、次いで、常温まで冷却するステップを含む。(1) The first heat treatment includes a step of heating and holding at 600 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, cooling to 100 ° C. at a cooling rate of 25 ° C. or lower per minute, and then cooling to room temperature.
(2) The second heat treatment is a step of heating and holding at 600 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, cooling to 100 ° C. or lower, then heating and holding at 400 ° C. or higher and 550 ° C. or lower, and then cooling to room temperature. including.
(3) The third heat treatment includes a step of heating and holding at 600 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, cooling and holding at 400 ° C. or higher and 550 ° C. or lower, and then cooling to room temperature.
上記した第1熱処理、第2熱処理および第3熱処理のいずれにおいても、上板部材101を構成する銅複合板材10の第2銅層12と、下板部材102を構成する銅複合板材10の第2銅層12とが、拡散接合される。同様に、上板部材101を構成する銅複合板材10の第1銅層11と、下板部材102を構成する銅複合板材10の第1銅層11とが、拡散接合される。また、上板部材101および下板部材102の0.2%耐力を、2400MPa以上、さらには300MPa以上にすることが可能である。また、上板部材101の第2銅層12と下板部材102の第2銅層12との間に、冷媒を減圧封止するための空間(内部106)が形成される。
In any of the first heat treatment, the second heat treatment, and the third heat treatment described above, the
上記した第1熱処理、第2熱処理および第3熱処理では、最初の加熱保持として、600℃以上1000℃以下に加熱して保持する。上板部材101および下板部材102を構成する銅複合板材10は、上記したように純銅および/または銅合金から成る。そのため、1000℃を超える過度な加熱保持は純銅および/または銅合金として得られる機械的強さ(0.2%耐力など)が低下しやすいし、ベーパーチャンバー100の機械的強さ(0.2%耐力など)などの諸特性が不十分になりやすい。なお、600℃未満の加熱保持では上記した拡散接合が不十分になるとともに、銅複合板材10の第1銅層11を構成する銅合金が析出硬化されないため、ベーパーチャンバー100の機械的強さ(0.2%耐力など)および接合部105の接合強度などが不十分になる。
In the first heat treatment, the second heat treatment, and the third heat treatment described above, the first heat treatment is to heat and hold at 600 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower. The copper
また、上記した最初の加熱保持における保持時間は、特に限定されないが、0時間以上4時間以下が好ましく、0時間以上2時間以下がより好ましい。保持時間は、例えば、ベーパーチャンバー100の機械的強さ、接合部105の接合強度、内部106の表面性状などに対して所望する構成に応じて設定することができる。この場合、所定の保持温度に達するだけでよいと考えられるのであれば、その保持時間は0時間でよい。なお、比較的高温(例えば900℃以上1000℃以下)の雰囲気下で4時間を超えるような過度な保持を行うと、純銅および/または銅合金として得られる機械的強さ(0.2%耐力など)などの諸特性が不十分になりやすい。また、比較的低温(例えば600℃以上900℃以下)の雰囲気下で4時間を超えるような過度な保持を行っても、純銅および/または銅合金として得られる諸特性が向上され難い。
The holding time in the first heat holding described above is not particularly limited, but is preferably 0 hours or more and 4 hours or less, and more preferably 0 hours or more and 2 hours or less. The holding time can be set according to a desired configuration with respect to, for example, the mechanical strength of the
また、第1熱処理において、上記した最初の加熱保持の後に、毎分25℃以下の冷却速度で100℃まで冷却する。なお、毎分25℃を超えるような冷却速度であると、ベーパーチャンバー100の機械的強さ(0.2%耐力など)などの諸特性が不十分になりやすい。
Further, in the first heat treatment, after the above-mentioned first heat retention, the mixture is cooled to 100 ° C. at a cooling rate of 25 ° C. or less per minute. If the cooling rate exceeds 25 ° C. per minute, various characteristics such as mechanical strength (0.2% proof stress, etc.) of the
また、第2熱処理において、上記した最初の加熱保持の後に、100℃以下に冷却し、次いで、400℃以上550℃以下に加熱して保持する。ベーパーチャンバー100の機械的強さ(0.2%耐力など)などの諸特性を向上する観点から、保持温度は400℃以上550℃以下とするのが好ましく、より好ましくは450℃以上540℃以下とする。また、保持時間は、好ましくは10分以上4時間以下とし、より好ましくは30分以上2時間以下とする。
Further, in the second heat treatment, after the first heating and holding described above, the mixture is cooled to 100 ° C. or lower, and then heated to 400 ° C. or higher and 550 ° C. or lower for holding. From the viewpoint of improving various characteristics such as mechanical strength (0.2% proof stress, etc.) of the
また、第3熱処理において、上記した最初の加熱保持の後に、400℃以上550℃以下まで冷却して保持する。ベーパーチャンバー100の機械的強さ(0.2%耐力など)などの諸特性を向上する観点から、冷却して保持する際の保持温度(冷却保持温度)は400℃以上550℃以下とし、好ましくは450℃以上540℃以下とする。また、保持時間(冷却保持時間)は10分以上4時間以下とするのが好ましく、より好ましくは30分以上2時間以下とする。
Further, in the third heat treatment, after the first heating and holding described above, the heat is cooled to 400 ° C. or higher and 550 ° C. or lower and held. From the viewpoint of improving various characteristics such as mechanical strength (0.2% proof stress, etc.) of the
<第2構成例>
図4は、ベーパーチャンバーの要部断面の構成例(第2構成例)を模式的に示すものである。図4に示すベーパーチャンバー200は、全体的に平板状の外観を有し、図2に示す銅複合板材20(第2実施形態)を用いて構成されている。具体的には、ベーパーチャンバー200は、銅複合板材20を用いて構成された上板部材201と、銅複合板材20を用いて構成された下板部材202とが、接合部205において接合されている。ベーパーチャンバー200の内部206は、銅複合板材20を構成する第2銅層22によって囲まれた空間であり、銅複合板材20を構成する第1銅層21は露出していない。ベーパーチャンバー200の内部206には、冷媒(例えば純水)を減圧封止することができる。上板部材201を構成する第2銅層22は、第1銅層21が圧接されている面と反対側の面の一部が除去されている。また、下板部材202を構成する第2銅層22は、第1銅層21が圧接されている面と反対側の面の一部が除去されている。これにより、上板部材201と下板部材202とを拡散接合されたときに、第2銅層22によって囲まれた空間(内部206)が形成される。<Second configuration example>
FIG. 4 schematically shows a configuration example (second configuration example) of a cross section of a main part of the vapor chamber. The
ベーパーチャンバー200を構成する上板部材201および下板部材202は、銅複合板材20を所定の形状に切断加工して個片化し、個片化された銅複合板材20の端部を曲げ加工する製造方法により、形成されている。なお、銅複合板材20は、第1銅層21を構成するための第1銅板材と、第2銅層22を構成するための第2銅板材と、第3銅層23を構成するための第3銅板材とを、第2銅板材と第3銅板材との間に第1銅板材を挟むように積層した状態で圧延し、最終的に所定の厚み(例えば図2に示す厚さT)に形成する製造方法により、形成することができる。
The
ベーパーチャンバー200の接合部205は、所定の加熱パターンによる拡散接合により形成されている。具体的には、下板部材202を下方に配置し、上板部材201の上方から被接合面(接合部205参照)に荷重を加えた状態で加熱保持を行う。この加熱保持中に、上板部材201の被接合面と下板部材202の被接合面との間に拡散現象が生じることにより被接合面同士が接合(拡散接合)され、接合部205が形成される。なお、この加熱保持においても第1構成例と同様に、上記した(1)第1熱処理、(2)第2熱処理および(3)第3熱処理のうちのいずれか1つの熱処理を行うとよい。第1熱処理、第2熱処理および第3熱処理のいずれにおいても、上板部材201を構成する銅複合板材20の第2銅層22および第3銅層23と、下板部材202を構成する銅複合板材10の第2銅層22とが、拡散接合される。同様に、上板部材201を構成する銅複合板材20の第1銅層21と、下板部材202を構成する銅複合板材20の第1銅層21とが、拡散接合される。また、上板部材201および下板部材202の0.2%耐力を、240MPa以上、さらには300MPa以上にすることが可能である。また、上板部材201を構成する第2銅層22と下板部材202を構成する第2銅層22との間には、冷媒を減圧封止するための空間(内部206)が形成される。
The
<第3構成例>
図5は、ベーパーチャンバーの要部断面の構成例(第3構成例)を模式的に示すものである。図5に示すベーパーチャンバー300は、全体的に平板状の外観を有し、図1に示す銅複合板材10(第1実施形態)を用いて構成されている。具体的には、ベーパーチャンバー300は、銅複合板材10を用いて構成された上板部材301と、銅複合板材10を用いて構成された下板部材302とが、接合部305aにおいて接合されているとともに、上板部材301を構成する第2銅層12および下板部材302を構成する第2銅層12に対して、両者の間に配置された複数の中板部材303が接合部305bにおいて接合されている。なお、複数の中板部材303は、純銅または非析出硬化型銅合金から構成されていてよく、好ましくは第2銅層12と同等または略同等の材質から構成されている。ベーパーチャンバー300の内部306は、銅複合板材10を構成する第2銅層12によって囲まれた空間であり、銅複合板材10を構成する第1銅層11は露出していない。ベーパーチャンバー300の内部306には、冷媒(例えば純水)を減圧封止することができる。上板部材301を構成する第2銅層12は、第1銅層11が圧接されている面と反対側の面の一部が除去される。また、下板部材302を構成する第2銅層12は、第1銅層11が圧接されている面と反対側の面の一部が除去される。これにより、上板部材301と下板部材302とを拡散接合されたときに、第2銅層12によって囲まれた空間(内部306)が形成される。また、ベーパーチャンバー300の内部306は、複数の中板部材303により複数の空間に仕切られ、複数の空間は複数の中板部材303を貫通して設けられた複数の孔303aにより連結されている。この複数の孔303aにより、冷媒はベーパーチャンバー300の内部306(複数の空間内)を移動することができる。<Third configuration example>
FIG. 5 schematically shows a configuration example (third configuration example) of a cross section of a main part of the vapor chamber. The
ベーパーチャンバー300を構成する上板部材301および下板部材302は、銅複合板材10を所定の形状に切断加工して個片化し、個片化された銅複合板材10の端部を曲げ加工する製造方法により、形成されている。なお、銅複合板材10は、第1銅層11を構成するための第1銅板材および第2銅層12を構成するための第2銅板材を積層した状態で圧延し、最終的に所定の厚み(例えば図1に示す厚さT)に形成する製造方法により、形成することができる。
The
ベーパーチャンバー300の接合部305a、305bは、所定の加熱パターンによる拡散接合により形成されている。具体的には、下板部材302を下方に配置し、上板部材301の上方から被接合面(接合部305a、305b参照)に荷重を加えた状態で加熱保持を行う。この加熱保持中に、上板部材301の被接合面と下板部材302の被接合面との間に拡散現象が生じることにより被接合面同士が接合(拡散接合)され、接合部305aが形成される。同時に、この加熱保持中に、上板部材301および下板部材302を構成する銅複合板材10の第2銅層12の表面(被接合面)と複数の中板部材303の被接合面との間に拡散現象が生じることにより被接合面同士が接合(拡散接合)され、接合部305bが形成される。なお、この加熱保持においても第1構成例と同様に、上記した(1)第1熱処理、(2)第2熱処理および(3)第3熱処理のうちのいずれか1つの熱処理を行うとよい。第1熱処理、第2熱処理および第3熱処理のいずれにおいても、上板部材301を構成する銅複合板材10の第2銅層12と、下板部材302を構成する銅複合板材10の第2銅層12とが、拡散接合される。同様に、上板部材301を構成する銅複合板材10の第1銅層11と、下板部材302を構成する銅複合板材10の第1銅層11とが、拡散接合される。また、上板部材301および下板部材302の0.2%耐力を、240MPa以上、さらには300MPa以上にすることが可能である。また、上板部材301を構成する第2銅層12と下板部材302を構成する第2銅層12との間に、冷媒を減圧封止するための空間(内部306)が形成される。
The
<第4構成例>
図6は、ベーパーチャンバーの要部断面の構成例(第4構成例)を模式的に示すものである。図6に示すベーパーチャンバー400は、全体的に平板状の外観を有し、図2に示す銅複合板材20(第2実施形態)を用いて構成されている。具体的には、ベーパーチャンバー400は、銅複合板材20を用いて構成された上板部材401と、銅複合板材20を用いて構成された下板部材402とが、接合部405aにおいて接合されているとともに、上板部材401を構成する第2銅層22および下板部材402を構成する第2銅層22に対して、両者の間に配置された複数の中板部材403が接合部405bにおいて接合されている。なお、複数の中板部材403は、純銅または非析出硬化型銅合金から構成されていてよく、好ましくは第2銅層22と同等または略同等の材質から構成されている。ベーパーチャンバー400の内部406は、銅複合板材20を構成する第2銅層22によって囲まれた空間であり、銅複合板材20を構成する第1銅層21は露出していない。ベーパーチャンバー400の内部406には、冷媒(例えば純水)を減圧封止することができる。上板部材401を構成する第2銅層22は、第1銅層21が圧接されている面と反対側の面の一部が除去されている。また、下板部材402を構成する第2銅層22は、第1銅層21が圧接されている面と反対側の面の一部が除去されている。これにより、上板部材401と下板部材402とを拡散接合されたときに、第2銅層22によって囲まれた空間(内部406)が形成される。また、ベーパーチャンバー400の内部406は、複数の中板部材403により複数の空間に仕切られ、複数の空間は複数の中板部材403を貫通して設けられた複数の孔403aにより連結されている。この複数の孔403aにより、冷媒はベーパーチャンバー400の内部406(複数の空間内)を移動することができる。<Fourth configuration example>
FIG. 6 schematically shows a configuration example (fourth configuration example) of a cross section of a main part of the vapor chamber. The
ベーパーチャンバー400を構成する上板部材401および下板部材402は、銅複合板材20を所定の形状に切断加工して個片化し、個片化された銅複合板材20の端部を曲げ加工する製造方法により、形成されている。なお、銅複合板材20は、第1銅層21を構成するための第1銅板材と、第2銅層22を構成するための第2銅板材と、第3銅層23を構成するための第3銅板材とを、第2銅板材と第3銅板材との間に第1銅板材を挟むように積層した状態で圧延し、最終的に所定の厚み(例えば図2に示す厚さT)に形成する製造方法により、形成することができる。
The
ベーパーチャンバー400の接合部405a、405bは、所定の加熱パターンによる拡散接合により形成されている。具体的には、第3構成例と同様に下板部材402を下方に配置し、上板部材401の上方から被接合面(接合部405a、405b参照)に荷重を加えた状態で加熱保持を行う。この加熱保持中に、上板部材401の被接合面と下板部材402の被接合面との間に拡散現象が生じることにより被接合面同士が接合(拡散接合)され、接合部405aが形成される。同時に、この加熱保持中に、上板部材401および下板部材402を構成する銅複合板材20の第2銅層22の表面(被接合面)と複数の中板部材403の被接合面との間に拡散現象が生じることにより被接合面同士が接合(拡散接合)され、接合部405bが形成される。なお、この加熱保持においても第1構成例と同様に、上記した(1)第1熱処理、(2)第2熱処理および(3)第3熱処理のうちのいずれか1つの熱処理を行うとよい。第1熱処理、第2熱処理および第3熱処理のいずれにおいても、上板部材401を構成する銅複合板材20の第2銅層22と、下板部材402を構成する銅複合板材20の第2銅層22とが、拡散接合される。同様に、上板部材401を構成する銅複合板材20の第1銅層21と、下板部材402を構成する銅複合板材20の第1銅層21とが、拡散接合される。また、上板部材401を構成する銅複合板材20の第2銅層22と中板部材403とが拡散接合され、かつ、下板部材402を構成する銅複合板材20の第2銅層22と中板部材403とが拡散接合される。また、上板部材401および下板部材402の0.2%耐力を、240MPa以上、さらには300MPa以上にすることが可能である。また、上板部材401を構成する第2銅層22と下板部材402を構成する第2銅層22との間に、冷媒を減圧封止するための空間(内部406)が形成される。
The
<第5構成例>
図7は、ベーパーチャンバーの要部断面の構成例(第5構成例)を模式的に示すものである。図7に示すベーパーチャンバー500は、全体的に平板状の外観を有し、図1に示す銅複合板材10(第1実施形態)および図2に示す銅複合板材20(第2実施形態)を用いて構成されている。具体的には、ベーパーチャンバー500は、銅複合板材20を用いて構成された上板部材501と、銅複合板材10を用いて構成された下板部材502とが、接合部505において接合されている。ベーパーチャンバー500の内部506は、銅複合板材10を構成する第2銅層12および銅複合板材20を構成する第2銅層22によって囲まれた空間であり、銅複合板材10を構成する第1銅層11および銅複合板材20を構成する第1銅層21は露出していない。ベーパーチャンバー500の内部506には、冷媒(例えば純水)を減圧封止することができる。上板部材501を構成する第2銅層22は、第1銅層21が圧接されている面と反対側の面の一部が除去される。また、下板部材502を構成する第2銅層12は、第1銅層11が圧接されている面と反対側の面の一部が除去される。これにより、上板部材501と下板部材502とを拡散接合されたときに、第2銅層12および第2銅層22によって囲まれた空間(内部506)が形成される。<Fifth configuration example>
FIG. 7 schematically shows a configuration example (fifth configuration example) of a cross section of a main part of the vapor chamber. The
また、ベーパーチャンバー500の内部506の壁面には、複数の凹部504が設けられている。具体的には、ベーパーチャンバー500の上板部材501を構成する銅複合板材20の第2銅層22の表面(内部506の壁面)に、複数の凹部504が設けられている。ベーパーチャンバー500の内部506の壁面に複数の凹部504が設けられていることにより内部506の壁面の表面積が大きくなるため、冷媒が接触可能な表面積を大きくすることができる。冷媒の接触面積が複数の凹部504の分だけ大きくなることによって、冷媒と上板部材501との間の熱伝導性が向上され、ベーパーチャンバー500の熱拡散性能の向上が期待できる。
Further, a plurality of
こうした複数の凹部504は、ベーパーチャンバー500を構成する前の銅複合板材20の第2銅層22の表面に対してエッチングを行って、第2銅層22の表面の複数の凹部504に対応する位置を所定の深さだけ除去する製造方法により形成することができる。なお、ベーパーチャンバー500の内部506の壁面を構成する第2銅層22の表面に対してエッチングを行う場合は、第2銅層22が完全に除去されて第1銅層21が表面に露出することがないように、エッチング条件などを適切に制御する。また、こうした複数の凹部504は、エッチングによる形成方法に限られず、例えばプレス加工などの塑性加工によっても形成可能である。
The plurality of
ベーパーチャンバー500を構成するエッチング前の上板部材501は、銅複合板材20を所定の形状に切断加工して個片化する製造方法により、形成されている。また、ベーパーチャンバー500を構成する下板部材502は、銅複合板材10を所定の形状に切断加工して個片化し、個片化された銅複合板材10の端部を曲げ加工する製造方法により、形成されている。なお、銅複合板材10は、上記した第1構成例における銅複合板材10と同様な製造方法により、形成することができる。また、銅複合板材20は、上記した第2構成例における銅複合板材20と同様な製造方法により、形成することができる。
することができる。The
can do.
ベーパーチャンバー500の接合部505は、所定の加熱パターンによる拡散接合により形成されている。具体的には、下板部材502を下方に配置し、上板部材501の上方から被接合面(接合部505参照)に荷重を加えた状態で加熱保持を行う。この加熱保持中に、上板部材501を構成する銅複合板材20の第2銅層22の表面(被接合面)と下板部材502の被接合面との間に拡散現象が生じることにより被接合面同士が接合(拡散接合)され、接合部505が形成される。なお、この加熱保持においても第1構成例と同様に、上記した(1)第1熱処理、(2)第2熱処理および(3)第3熱処理のうちのいずれか1つの熱処理を行うとよい。第1熱処理、第2熱処理および第3熱処理のいずれにおいても、上板部材501を構成する銅複合板材20の第2銅層22と、下板部材502を構成する銅複合板材10の第2銅層22とが、拡散接合される。同様に、上板部材501を構成する銅複合板材20の第2銅層22と、下板部材502を構成する銅複合板材10の第1銅層11とが、拡散接合される。また、上板部材501および下板部材502の0.2%耐力を、240MPa以上、さらには300MPa以上にすることが可能である。また、上板部材501を構成する第2銅層22と下板部材502を構成する第2銅層12との間に、冷媒を減圧封止するための空間(内部506)が形成される。
The
<第6構成例>
図8は、ベーパーチャンバーの要部断面の構成例(第6構成例)を模式的に示すものである。図8に示すベーパーチャンバー600は、全体的に平板状の外観を有し、図2に示す銅複合板材20(第2実施形態)を用いて構成されている。具体的には、ベーパーチャンバー600は、銅複合板材20を用いて構成された上板部材601と中板部材603とが、および、銅複合板材20を用いて構成された下板部材602と中板部材603とが、それぞれ、接合部605において接合されている。なお、中板部材603は、純銅または非析出硬化型銅合金から構成されていてよく、好ましくは第2銅層22と同等または略同等の材質から構成されている。ベーパーチャンバー600の内部606は、銅複合板材20を構成する第2銅層22によって囲まれた空間であり、銅複合板材20を構成する第1銅層21は露出していない。ベーパーチャンバー600の内部606には、冷媒(例えば純水)を減圧封止することができる。また、ベーパーチャンバー600の内部606は、中板部材603に設けられた複数の孔603a、603bにより複数の空間に仕切られており、複数の空間は上板部材601および下板部材602に設けられた複数の凹部604a、604bにより連結されている。こうした複数の孔603a、603bおよび複数の凹部604a、604bにより、冷媒はベーパーチャンバー600の内部606(複数の空間内)を移動することができる。<Sixth configuration example>
FIG. 8 schematically shows a configuration example (sixth configuration example) of a cross section of a main part of the vapor chamber. The
また、ベーパーチャンバー600の内部606の壁面には、複数の凹部604a、604bが設けられている。具体的には、ベーパーチャンバー600の上板部材601を構成する銅複合板材20の第2銅層22の表面(内部606の壁面)に、複数の凹部604aが設けられている。また、ベーパーチャンバー600の下板部材602を構成する銅複合板材20の第2銅層22の表面(内部606の壁面)に、複数の凹部604bが設けられている。ベーパーチャンバー600の内部606の壁面に複数の凹部604a、604bが設けられていることにより内部606の壁面の表面積が大きくなるため、冷媒が接触可能な表面積を大きくすることができる。冷媒の接触面積が、上板部材601の複数の凹部604aの分だけ大きくなり、さらに下板部材602の複数の凹部604bの分だけ大きくなることによって、冷媒と上板部材601および下板部材602との間の熱伝導性がより向上され、ベーパーチャンバー600の熱拡散性能のさらなる向上が期待できる。
Further, a plurality of
こうした複数の凹部604a、604bは、ベーパーチャンバー600を構成する前の銅複合板材20の第2銅層22の表面に対してエッチングを行って、第2銅層22の表面の複数の凹部604a、604bに対応する位置を所定の深さだけ除去する製造方法により形成することができる。なお、ベーパーチャンバー600の内部606の壁面を構成する第2銅層22の表面に対してエッチングを行う場合は、第2銅層22が完全に除去されて第1銅層21が表面に露出することがないように、エッチング条件などを適切に制御する。また、こうした複数の凹部604a、604bは、エッチングによる形成方法に限られず、例えばプレス加工などの塑性加工によっても形成可能である。
These plurality of
ベーパーチャンバー600を構成するエッチング前の上板部材601は、銅複合板材20を所定の形状に切断加工して個片化する製造方法により、形成されている。また、ベーパーチャンバー600を構成する下板部材602は、銅複合板材20を所定の形状に切断加工して個片化し、個片化された銅複合板材20の端部を曲げ加工する製造方法により、形成されている。なお、上板部材601を構成する銅複合板材20は、上記した第2構成例における銅複合板材20と同様な製造方法により、形成することができる。また、下板部材602を構成する銅複合板材20は、上記した第2構成例における銅複合板材20と同様な製造方法により、形成することができる。
The pre-etched
ベーパーチャンバー600の接合部605a、605bは、所定の加熱パターンによる拡散接合により形成されている。具体的には、下板部材602を下方に配置し、上板部材601の上方から被接合面(接合部605参照)に荷重を加えた状態で加熱保持を行う。この加熱保持中に、上板部材601を構成する銅複合板材20の第2銅層22の表面(被接合面)と中板部材603の表面(被接合面)との間に拡散現象が生じることにより、同様に、下板部材602構成する銅複合板材20の第2銅層22の表面(被接合面)と中板部材603の表面(被接合面)との間に拡散現象が生じることにより、それぞれ、被接合面同士が接合(拡散接合)され、接合部605が形成される。なお、この加熱保持においても第1構成例と同様に、上記した(1)第1熱処理、(2)第2熱処理および(3)第3熱処理のうちのいずれか1つの熱処理を行うとよい。第1熱処理、第2熱処理および第3熱処理のいずれにおいても、上板部材601を構成する銅複合板材20の第2銅層22と中板部材603とが、拡散接合される。同様に、下板部材602を構成する銅複合板材20の第2銅層22と中板部材603とが、拡散接合される。また、上板部材601および下板部材602の0.2%耐力を、240MPa以上、さらには300MPa以上にすることが可能である。また、上板部材601と、下板部材602との間に中板部材603を断続的に設けることにより、上板部材601と下板部材602とを拡散接合されたときに、第2銅層22と中板部材601とによって囲まれた空間(内部606)が形成される。
The joint portions 605a and 605b of the
<銅複合板材の評価>
次に、この発明に係る銅複合板材が、例えば、ベーパーチャンバー(筐体)の構成部材として好適な拡散接合性、耐食性および0.2%耐力を有するかの確認のため、各種の評価を行った。具体的には、この発明に係る銅複合板材と、比較のための銅複合板材、銅合金板材および銅めっき被覆銅合金材を用いて、各種の評価に適する試験体をそれぞれ作製した。これらの試験体について、表2に示す熱処理を行う前の試験体を用いて表面性状、0.2%耐力および耐食性を調べ、また、表1に示す熱処理を行う前の試験体を用いて表2に示す熱処理と同様の加熱ステップで拡散接合した場合の拡散接合性を調べて、ベーパーチャンバーの構造部材(筐体など)への適合性を評価した。なお、銅複合板材の各種の評価は、図1に示す2層構造の銅複合板材10を用いて行った。これは、図1に示す2層構造の銅複合板材10の第2銅層12と、図2に示す銅複合板材20の第2銅層22および第3銅層23とが、同等の材質(Cuが99.9質量%以上の純銅、または、Siが0.1質量%未満の非析出強化型銅合金)によって構成されているので、図1に示す2層構造の銅複合板材10の第2銅層12によって代表することが可能と考えられるからである。<Evaluation of copper composite plate material>
Next, various evaluations were performed to confirm whether the copper composite plate material according to the present invention has diffusion bonding property, corrosion resistance and 0.2% proof stress suitable as a constituent member of a vapor chamber (housing), for example. rice field. Specifically, using the copper composite plate material according to the present invention, a copper composite plate material for comparison, a copper alloy plate material, and a copper-plated coated copper alloy material, test specimens suitable for various evaluations were prepared. For these test pieces, the surface texture, 0.2% proof stress and corrosion resistance were examined using the test pieces before the heat treatment shown in Table 2, and the test pieces before the heat treatment shown in Table 1 were used in the table. The diffusion bonding property when diffusion bonding was performed in the same heating step as the heat treatment shown in 2 was investigated, and the compatibility of the vapor chamber with structural members (housing and the like) was evaluated. Various evaluations of the copper composite plate material were performed using the copper
例えば、この発明に係る銅複合板材を用いた試験体は、図1に示す2層構造の銅複合板材10を作製し、その銅複合板材10から所定の形状の個片を切り出すことにより作製した。具体的には、まず、銅複合板材10の第1銅層11を構成するための第1銅板材および第2銅層12を構成するための第2銅板材を作製した。第1銅板材は、2.5質量%のNi、0.5質量%のSi、残部Cuおよび不可的不純物からなる、コルソン合金の1種である銅合金製の板素材を熱間圧延し、さらに冷間圧延と焼鈍とを組み合せることにより、所定の厚さ(約1.235mm)のものを作製した。なお、この第1銅板材には、上記したNiおよびSi以外の添加元素である、1.7質量%のZn(亜鉛)および0.3質量%のSn(錫)が含まれる。また、第2銅板材は、Cuが99.9質量%以上の純銅の1種である無酸素銅製の板素材を準備し、上記した第1銅板材と同様な製造方法により、所定の厚さ(約0.065mm)のものを製作した。続いて、第1銅板材と第2銅板材とを積層した状態で約60%の圧下率で圧延を行うことにより、第1銅板材と第2銅板材とが接合(圧接)された、厚さが約0.52mmの2層構造の銅複合板素材を作製した。続いて、この銅複合板素材を用いて、拡散焼鈍(保持条件:約900℃で約1分間)後に冷間圧延を行うことにより、所定の厚さ(約0.1mm)の2層構造の銅複合板材を作製した。
For example, the test piece using the copper composite plate material according to the present invention was produced by producing the copper
次に、作製した銅複合板材に対して特定のステップを含む熱処理を行って、評価用の2層構造の銅複合板材を作製した。具体的には、銅複合板材を窒素雰囲気中で加熱し、室温から昇温時間約30分間で900℃まで昇温し、900℃に到達してから約5分間の保持を行った後に、毎分約6.7℃の冷却速度(降温時間約2時間)で100℃まで冷却し、次いで、常温まで冷却するステップを含む熱処理(表2に示す第1熱処理を参照)を行うことにより、図1に示す銅複合板材10に対応する構成であって、厚さTが約0.1mm、第1銅層の厚さT1が約95μm、第2銅層の厚さT2が約5μmである、評価用の2層構造の銅複合板材を作製した。
Next, the prepared copper composite plate was heat-treated including a specific step to prepare a copper composite plate having a two-layer structure for evaluation. Specifically, the copper composite plate is heated in a nitrogen atmosphere, heated from room temperature to 900 ° C. in a heating time of about 30 minutes, held for about 5 minutes after reaching 900 ° C., and then every time. The figure is shown by performing a heat treatment (see the first heat treatment shown in Table 2) including a step of cooling to 100 ° C. at a cooling rate of about 6.7 ° C. (cooling time of about 2 hours) and then cooling to room temperature. It is a configuration corresponding to the copper
<試験体No.1>
上記した製造方法により作製した評価用の銅複合板材から所定の形状の個片を切り出すことにより、表1に示すNo.1の試験体を作製した。なお、T2/(T1+T2)×100(%)は、5%である。<Test piece No. 1>
By cutting out individual pieces having a predetermined shape from the copper composite plate material for evaluation produced by the above-mentioned manufacturing method, No. 1 shown in Table 1 was obtained. 1 test piece was prepared. In addition, T2 / (T1 + T2) × 100 (%) is 5%.
<試験体No.2>
表1に示す試験体No.2は、上記した試験体No.1の製造方法において、第1銅層と第2銅層との厚さの比率を変更し、第1銅層の厚さT1が約98μm、第2銅層の厚さT2が約2μmとなるように作製した。なお、T2/(T1+T2)×100(%)は、2%である。<Test piece No. 2>
Specimen No. shown in Table 1. No. 2 is the test body No. 2 described above. In the manufacturing method 1, the ratio of the thickness of the first copper layer to the second copper layer is changed so that the thickness T1 of the first copper layer is about 98 μm and the thickness T2 of the second copper layer is about 2 μm. It was made as follows. In addition, T2 / (T1 + T2) × 100 (%) is 2%.
<試験体No.3>
表1に示す試験体No.3は、上記した試験体No.1の製造方法において、第1銅層と第2銅層との厚さの比率を変更し、第1銅層の厚さT1が約75μm、第2銅層の厚さT2が約25μmとなるように作製した。なお、T2/(T1+T2)×100(%)は、25%である。<Test piece No. 3>
Specimen No. shown in Table 1. No. 3 is the test body No. 3 described above. In the manufacturing method 1, the ratio of the thickness of the first copper layer to the second copper layer is changed so that the thickness T1 of the first copper layer is about 75 μm and the thickness T2 of the second copper layer is about 25 μm. It was made as follows. In addition, T2 / (T1 + T2) × 100 (%) is 25%.
<試験体No.4>
表1に示す試験体No.4は、上記した試験体No.1の製造方法において、第1銅層と第2銅層との厚さの比率を変更し、第1銅層の厚さT1が約70μm、第2銅層の厚さT2が約30μmとなるように作製した。なお、T2/(T1+T2)×100(%)は、30%である。<Test piece No. 4>
Specimen No. shown in Table 1. No. 4 is the test body No. 4 described above. In the manufacturing method 1, the ratio of the thickness of the first copper layer to the second copper layer is changed so that the thickness T1 of the first copper layer is about 70 μm and the thickness T2 of the second copper layer is about 30 μm. It was made as follows. In addition, T2 / (T1 + T2) × 100 (%) is 30%.
<試験体No.5〜8>
表1に示す試験体No.5〜8は、ぞれぞれ、上記した試験体No.1の製造方法において、第2銅層の材質を表1に示す純銅または非析出強化型銅合金に変更し、第1銅層の厚さT1が約95μm、第2銅層の厚さT2が約5μmとなるように作製した。なお、T2/(T1+T2)×100(%)は、いずれも、5%である。<Test piece No. 5-8>
Specimen No. shown in Table 1. Each of 5 to 8 has the above-mentioned test piece No. In the manufacturing method 1, the material of the second copper layer is changed to pure copper or a non-precipitation reinforced copper alloy shown in Table 1, the thickness T1 of the first copper layer is about 95 μm, and the thickness T2 of the second copper layer is It was prepared to be about 5 μm. In addition, T2 / (T1 + T2) × 100 (%) is 5% in each case.
<試験体No.9〜11>
表1に示す試験体No.9〜11は、それぞれ、上記した試験体No.1の製造方法において、表1に示すように第1銅層を構成するNiおよびSi以外の添加元素(Sn)をMg、CoまたはCrに替えて、第1銅層の厚さT1が約95μm、第2銅層の厚さT2が約5μmとなるように作製した。なお、T2/(T1+T2)×100(%)は、いずれも、5%である。<Test piece No. 9-11>
Specimen No. shown in Table 1. 9 to 11 are the test body Nos. 9 to 11 described above, respectively. In the production method 1, as shown in Table 1, the additive element (Sn) other than Ni and Si constituting the first copper layer is replaced with Mg, Co or Cr, and the thickness T1 of the first copper layer is about 95 μm. , The thickness T2 of the second copper layer was about 5 μm. In addition, T2 / (T1 + T2) × 100 (%) is 5% in each case.
<試験体No.12〜20>
表1に示す試験体No.12〜20は、それぞれ、上記した試験体No.1の製造方法における特定のステップを含む熱処理において、表2に示す熱処理ステップに変更し、第1銅層の厚さT1が約95μm、第2銅層の厚さT2が約5μmとなるように作製した。なお、T2/(T1+T2)×100(%)は、いずれも、5%である。また、表2に示す試験体No.17〜20における二重線の囲みは、第1熱処理、第2熱処理または第3熱処理の処理条件から外れることを表している。<Test piece No. 12-20>
Specimen No. shown in Table 1. 12 to 20 are the test body Nos. 12 to 20 described above, respectively. In the heat treatment including a specific step in the production method 1, the heat treatment step is changed to the heat treatment step shown in Table 2, so that the thickness T1 of the first copper layer is about 95 μm and the thickness T2 of the second copper layer is about 5 μm. Made. In addition, T2 / (T1 + T2) × 100 (%) is 5% in each case. In addition, the test piece No. shown in Table 2 The enclosing of the double line in 17 to 20 indicates that the treatment conditions of the first heat treatment, the second heat treatment, or the third heat treatment are deviated.
<試験体No.21>
表1に示す試験体No.21は、上記した試験体No.1の製造方法において第2銅層を用いず、表1に示す析出強化型銅合金(C19400)に変更し、第1銅層の厚さT1が約95μm、第2銅層の厚さT2が約5μmとなるように作製した。なお、T2/(T1+T2)×100(%)は、5%である。また、表1に示す試験体No.21における二重線の囲みは、この銅複合板材に係る発明の範囲から外れることを表している。<Test piece No. 21>
Specimen No. shown in Table 1.
<試験体No.22>
表1に示す試験体No.21は、量産に見合う電流密度を行う一般的な銅めっき処理により、銅複合板材の第1銅層に対応する銅合金板材の表面に対して、第2銅層に対応する銅めっき層を形成したものである。具体的には、まず、試験体No.1において用いたコルソン合金の1種である銅合金製の板素材を圧延し、最終的に厚さT1が約98μmの銅合金板材を作製した。続いて、一般的な銅めっき処理により銅合金板材の表面に厚さT2が約2μmの銅めっき層を形成し、銅めっき被覆銅合金板材を作製した。次いで、試験体No.1と同様に、銅めっき被覆銅合金板材に対して表2に示す熱処理ステップ(第1熱処理)を行った後に、銅めっき被覆銅合金板材から所定の形状の個片を切り出し、試験体No.21を作製した。なお、T2/(T1+T2)×100(%)は、2%である。また、表1に示す試験体No.22における二重線の囲みは、この銅複合板材に係る発明の範囲から外れることを表している。<Test piece No. 22>
Specimen No. shown in Table 1. 21 forms a copper plating layer corresponding to the second copper layer on the surface of the copper alloy plate material corresponding to the first copper layer of the copper composite plate material by a general copper plating treatment in which the current density is suitable for mass production. It was done. Specifically, first, the test piece No. A plate material made of a copper alloy, which is one of the Corson alloys used in No. 1, was rolled to finally produce a copper alloy plate material having a thickness T1 of about 98 μm. Subsequently, a copper plating layer having a thickness of about 2 μm was formed on the surface of the copper alloy plate by a general copper plating treatment to produce a copper plating-coated copper alloy plate. Next, the test piece No. In the same manner as in No. 1, after performing the heat treatment step (first heat treatment) shown in Table 2 on the copper-plated-coated copper alloy plate material, individual pieces having a predetermined shape were cut out from the copper-plated-coated copper alloy plate material, and the test piece No. 21 was produced. In addition, T2 / (T1 + T2) × 100 (%) is 2%. In addition, the test piece No. shown in Table 1 The enclosing of the double wire in 22 indicates that it is out of the scope of the invention relating to this copper composite plate material.
<試験体No.23>
表1に示す試験体No.23は、銅複合板材の第1銅層に対応する厚さT1部分のみから成り、第2銅層に対応する厚さT2部分を有さない、厚さTの銅合金板材である。具体的には、まず、試験体No.1において用いたコルソン合金の1種である銅合金製の板素材を圧延し、最終的に厚さTが約100μmの銅合金板材を作製した。次いで、試験体No.1と同様に、表2に示す熱処理ステップ(第1熱処理)を行った後に、所定の形状の個片を切り出し、試験体No.23を作製した。なお、T2/(T1+T2)×100(%)は、0%である。また、表1に示す試験体No.23における二重線の囲みは、この銅複合板材に係る発明の範囲から外れることを表している。<Test piece No. 23>
Specimen No. shown in Table 1.
<試験体No.24>
表1に示す試験体No.24は、上記した試験体No.1の製造方法において、第1銅層と第2銅層との厚さの比率を変更し、第1銅層の厚さT1が約99.5μm、第2銅層の厚さT2が約0.5μmとなるように作製した。なお、T2/(T1+T2)×100(%)は、0.5%である。また、表1に示す試験体No.24における二重線の囲みは、T2/(T1+T2)×100≦30%かつT2>1μmを満たさないことを表している。<Test piece No. 24>
Specimen No. shown in Table 1. No. 24 is the test body No. 24 described above. In the manufacturing method of 1, the ratio of the thickness of the first copper layer and the second copper layer is changed, the thickness T1 of the first copper layer is about 99.5 μm, and the thickness T2 of the second copper layer is about 0. It was made to be .5 μm. In addition, T2 / (T1 + T2) × 100 (%) is 0.5%. In addition, the test piece No. shown in Table 1 The enclosing of the double line in 24 indicates that T2 / (T1 + T2) × 100 ≦ 30% and T2> 1 μm are not satisfied.
以下、上記した試験体No.1〜24を用いて行った各種の評価およびその結果について、表3を参照しながら説明する。なお、表3に示す試験体No.21〜24における二重線の囲みは、ベーパーチャンバーの構成部材(筐体など)への適合性を毀損する原因となった評価結果を表している。 Hereinafter, the above-mentioned test piece No. Various evaluations performed using 1 to 24 and the results thereof will be described with reference to Table 3. In addition, the test body No. shown in Table 3 was used. The enclosing of the double lines in 21 to 24 represents the evaluation result that caused the compatibility of the vapor chamber with the constituent members (housing and the like) to be impaired.
<表面性状>
表2に示す熱処理を行った後の試験体No.1〜24相当の試料(以下、単に試験体No.1〜24という。)を用いて、表面性状(十点平均粗さRZJIS、尖度Rku)を調べた。表面性状は、JIS B0601:2001に準拠する、株式会社キーエンス製のレーザー顕微鏡(VK−8710)を用いて、試験体No.1〜22および試験体24では第2銅層の表面を、試験体No.22では銅めっき層の表面を、試験体No.23では厚さTの銅合金板材の表面を、それぞれ、測定した。<Surface texture>
Specimen No. after the heat treatment shown in Table 2. The surface texture (10-point average roughness R ZJIS , kurtosis Rku) was examined using a sample corresponding to 1 to 24 (hereinafter, simply referred to as test body Nos. 1 to 24). The surface texture was determined by using a laser microscope (VK-8710) manufactured by KEYENCE CORPORATION, which conforms to JIS B0601: 2001. In 1 to 22 and the test body 24, the surface of the second copper layer was subjected to the test body No. In No. 22, the surface of the copper plating layer was subjected to the test piece No. In No. 23, the surface of the copper alloy plate having a thickness T was measured.
その結果、銅めっき層を有する試験体No.22を除き、いずれの試験体も、RZJISが0.8μm以下で、Rkuが4以下であることが確認された。この傾向は表2に示す熱処理を行う前の試験体の表面性状と同様である。また、RZJISおよびRkuが過大である観点から、銅めっき層を有する試験体No.22は拡散接合性が期待できないと予測される。なお、銅めっき層を有する試験体No.22のRZJISおよびRkuが過大になったのは、銅めっき層(銅めっき膜)を構成する結晶粒の成長にばらつきやピンホールによる。As a result, the test piece No. having a copper plating layer was obtained. It was confirmed that all the test pieces except 22 had an R ZJIS of 0.8 μm or less and an Rku of 4 or less. This tendency is the same as the surface texture of the test piece before the heat treatment shown in Table 2. Further, from the viewpoint that R ZJIS and Rku are excessive, the test piece No. having a copper plating layer. It is predicted that the diffusion bondability of 22 cannot be expected. In addition, the test piece No. having a copper plating layer. The reason why R ZJIS and Rku of 22 became excessive is due to variations in the growth of crystal grains constituting the copper plating layer (copper plating film) and pinholes.
<0.2%耐力>
表2に示す熱処理を行った後の試験体No.1〜24相当の試料(以下、単に試験体No.1〜24という。)を用いて、0.2%耐力を調べた。具体的には、試験体No.1〜21および試験体24を作製したそれぞれの銅複合板材、試験体No.22を作製した銅めっき被覆銅合金板材、および試験体No.23を作製した銅合金板材から、JIS Z2241:2011に規定される板状試験片(13A号)を、その長手方向が圧延方向と平行になるように作製した。それぞれの板状試験片(試験体No.1〜24)を用いて、JIS Z2241:2011に準拠した常温引張試験を行って、0.2%耐力を求めた。<0.2% proof stress>
Specimen No. after the heat treatment shown in Table 2. The 0.2% proof stress was examined using a sample corresponding to 1 to 24 (hereinafter, simply referred to as Specimen Nos. 1 to 24). Specifically, the test piece No. Each copper composite plate material for which 1 to 21 and the test body 24 were prepared, the test body No. The copper-plated coated copper alloy plate material for which 22 was produced, and the test piece No. From the copper alloy plate material from which 23 was produced, a plate-shaped test piece (No. 13A) specified in JIS Z2241: 2011 was produced so that its longitudinal direction was parallel to the rolling direction. Using each plate-shaped test piece (test body Nos. 1 to 24), a room temperature tensile test based on JIS Z2241: 2011 was performed to obtain a 0.2% proof stress.
その結果、0.2%耐力は、試験体No,1〜3、試験体No.5〜16および試験体No.21〜24では300MPa以上であり、試験体No.4および試験体No.17〜20では300MPa未満であることが確認された。また、試験体No.1〜4および試験体No.24において、第1銅層の厚さの減少(第2銅層の厚さの増加)とともに0.2%耐力が低下する顕著な傾向が確認される。これは、表2に示す熱処理による析出硬化作用により、析出強化型銅合金から構成された第1銅層の機械的強さが向上されたことによる。また、試験体No.9〜12において、Cuに対するNiおよびSi以外の添加元素(Mg、Co、CrおよびSn)の違いにより0.2%耐力が異なることが確認された。この場合、適量のMg、CoまたはCrの添加により、0.2%耐力が350MPa以上になることが判明した。なお、試験体No.17〜20における0.2%耐力が300MPa未満であったのは、表2に示す熱処理の条件が上記した(1)第1熱処理、(2)第2熱処理および(3)第3熱処理の範囲外であり、第1銅層の析出硬化作用が不十分だったことによる。 As a result, the 0.2% proof stress was obtained by the test body Nos. 1 to 3 and the test body Nos. 5-16 and test piece No. In 21 to 24, it is 300 MPa or more, and the test piece No. 4 and test piece No. It was confirmed that it was less than 300 MPa in 17 to 20. In addition, the test piece No. 1-4 and test piece No. At 24, a remarkable tendency is confirmed that the 0.2% proof stress decreases with the decrease in the thickness of the first copper layer (increase in the thickness of the second copper layer). This is because the mechanical strength of the first copper layer made of the precipitation-strengthened copper alloy was improved by the precipitation hardening action by the heat treatment shown in Table 2. In addition, the test piece No. In 9 to 12, it was confirmed that the 0.2% proof stress differs depending on the difference in the additive elements (Mg, Co, Cr and Sn) other than Ni and Si with respect to Cu. In this case, it was found that the 0.2% proof stress became 350 MPa or more by adding an appropriate amount of Mg, Co or Cr. In addition, the test body No. The reason why the 0.2% proof stress in 17 to 20 was less than 300 MPa is that the heat treatment conditions shown in Table 2 are the range of (1) first heat treatment, (2) second heat treatment and (3) third heat treatment described above. This is because it is outside and the precipitation hardening action of the first copper layer is insufficient.
<耐食性>
表2に示す熱処理を行った後の試験体No.1〜24相当の試料(以下、単に試験体No.1〜24という。)を用いて、耐食性を調べた。調査対象とした被腐食面は、試験体No.1〜21では第2銅層の表面、試験体No.22は銅めっき層の表面、およびNo.23は厚さTの銅合金板材の表面である。腐食試験は、試験体を、約50℃に保温した純水に浸漬した状態で放置し、24時間経過後に取り出し、乾燥させた。続いて、乾燥後の試験体の表面色を観察し、浸漬前後の表面色の変化の度合いを観察した。なお、浸漬前の表面色(銅色)の変化が視認できなかった場合を耐食性が良いとして「○」と評価し、浸漬前の表面色(銅色)の変化が視認できなかった場合を耐食性が劣るとして「×」と評価した。<Corrosion resistance>
Specimen No. after the heat treatment shown in Table 2. Corrosion resistance was examined using a sample corresponding to 1 to 24 (hereinafter, simply referred to as Specimen Nos. 1 to 24). The corroded surface targeted for investigation was the test piece No. In 1 to 21, the surface of the second copper layer, the test piece No. No. 22 is the surface of the copper plating layer and No.
その結果、試験体No.1〜20および試験体No.24はいずれも「○」となり、耐食性が良いことが確認された。これは、純銅または非析出強化型銅合金により構成された第2銅層の表面に純水と反応しやすい析出物が存在していないことによる。また、試験体No.21〜23はいずれも「×」となり、耐食性が劣ることが確認された。試験体No.21の場合は、第2銅層が非析出強化型銅合金ではないC19400により構成されていたことによる。試験体No.22の場合は、銅めっき層にピンホールなどの欠陥が存在することによって下地である析出強化型銅合金が露出し、その表面に純水と反応しやすい析出物が存在していたことによる。試験体No.23の場合は、析出硬化型銅合金により構成された表面に純水と反応しやすい析出物が存在していたことによる。 As a result, the test piece No. 1 to 20 and test piece No. All 24 were marked with "○", confirming that they had good corrosion resistance. This is because there is no precipitate that easily reacts with pure water on the surface of the second copper layer made of pure copper or a non-precipitation reinforced copper alloy. In addition, the test piece No. All of 21 to 23 became "x", and it was confirmed that the corrosion resistance was inferior. Specimen No. In the case of 21, it is because the second copper layer was composed of C19400 which is not a non-precipitation reinforced copper alloy. Specimen No. In the case of 22, the presence of defects such as pinholes in the copper plating layer exposed the precipitation-strengthened copper alloy as a base, and the presence of precipitates easily reacting with pure water was present on the surface thereof. Specimen No. In the case of 23, it is because the precipitate easily reacts with pure water was present on the surface composed of the precipitation hardening copper alloy.
<拡散接合性>
表2に示す熱処理を行う前の試験体No.1〜24相当の試料(以下、単に試験体No.1〜24という。)を用いて、拡散接合性を調べた。調査対象とした被接合面は、試験体No.1〜21では第2銅層の表面、試験体No.22は銅めっき層の表面、およびNo.23は厚さTの銅合金板材の表面である。具体的には、試験体No.1〜21および試験体24を作製したそれぞれの銅複合板材、試験体No.22を作製した銅めっき被覆銅合金板材、および試験体No.23を作製した銅合金板材から、長方形状の個片(10mm×50mm)を切り出し、被接合試験片を作製した。また、C10200から構成された厚さ100μmの純銅板材から、長方形状の個片(10mm×50mm)を切り出し、被接合試験片の接合相手となる接合標準片を作製した。拡散接合は、被接合試験片と接合標準片とを長手方向に重ね合わせたオーバーラップ部のオーバーラップ量が約10mmとなるように配置し、オーバーラップ部に約3MPaの圧力が作用するように荷重した状態にして行った。拡散接合を行う際の加熱ステップは、被接合試験片(試験体No.1〜24)それぞれに対応する表2に示す熱処理と同様のステップとした。この場合、表2に示す熱処理の第1ステップの保持状態(900℃、5分間)において拡散が進行する。<Diffusion bondability>
The test piece No. before the heat treatment shown in Table 2. Diffusion bondability was examined using samples corresponding to 1 to 24 (hereinafter, simply referred to as test specimens No. 1 to 24). The surface to be investigated was the test piece No. In 1 to 21, the surface of the second copper layer, the test piece No. No. 22 is the surface of the copper plating layer and No.
拡散接合性は、一般的な引張試験機を用いて常温引張試験を行って、評価した。常温引張試験は、オーバーラップ部に対して剪断力(剪断応力)が作用するように、被接合試験片および接合標準片の長手方向と平行に破断するまで荷重した。なお、オーバーラップ部以外の箇所で破断(母材破断)した場合を拡散接合性が良いとして「○」と評価し、オーバーラップ部に剥離が生じて破断(接合部剥離)した場合を拡散接合性が劣るとして「×」と評価した。その結果、試験体No.1〜21はいずれも「○」となり、拡散接合性が良いことが確認された。また、試験体No.22〜24はいずれも「×」となり、拡散接合性が劣ることが確認された。試験体No.22の場合は、被接合面である銅めっき層(銅めっき膜)のRZJISおよびRkuが過大であるため拡散が進み難かったこと、また、銅めっき層(銅めっき膜)と析出強化型銅合金から成る銅合金板材との密着強度が比較的小さく銅めっき層(銅めっき膜)に剥離が生じたことによる。試験体No.23の場合は、析出硬化型銅合金により構成された試験体の表面にSi酸化物の皮膜が生成され、この皮膜が拡散を阻害したことによる。試験体No.24の場合は、析出硬化型銅合金により構成された第1銅層は純銅により構成された第2銅層によって被覆され、試験体の表面には第2銅層が存在する。しかし、その第2銅層の厚さ(0.5μm)が薄く、第1銅層に含まれるSiが拡散して第2銅層の表面(試験体の表面)に達したため、試験体の表面にSi酸化物の皮膜が生成され、この皮膜が拡散を阻害したことによる。The diffusion bondability was evaluated by performing a room temperature tensile test using a general tensile tester. In the room temperature tensile test, a load was applied until the test piece to be joined and the standard piece to be joined were broken in parallel with the longitudinal direction so that a shear force (shear stress) was applied to the overlapped portion. In addition, the case where the material is broken (broken base material) at a place other than the overlapped part is evaluated as "○" because the diffusion bonding property is good, and the case where the overlapping part is peeled and broken (joint part is peeled off) is diffused bonded. It was evaluated as "x" because of its inferior sex. As a result, the test piece No. All of 1 to 21 became "○", and it was confirmed that the diffusion bondability was good. In addition, the test piece No. All of 22 to 24 became "x", and it was confirmed that the diffusion bondability was inferior. Specimen No. In the case of 22, diffusion was difficult to proceed because the R ZJIS and Rku of the copper plating layer (copper plating film) to be joined were excessive, and the copper plating layer (copper plating film) and precipitation-reinforced copper were used. This is because the adhesion strength with the copper alloy plate made of alloy is relatively small and the copper plating layer (copper plating film) is peeled off. Specimen No. In the case of 23, a Si oxide film was formed on the surface of the test piece composed of the precipitation hardening copper alloy, and this film inhibited the diffusion. Specimen No. In the case of 24, the first copper layer made of a precipitation hardening copper alloy is covered with a second copper layer made of pure copper, and the second copper layer is present on the surface of the test piece. However, the thickness (0.5 μm) of the second copper layer was thin, and Si contained in the first copper layer diffused and reached the surface of the second copper layer (the surface of the test piece), so that the surface of the test piece was reached. This is due to the formation of a Si oxide film, which inhibited diffusion.
<ベーパーチャンバー適合性>
試験体No.1〜24それぞれについて、ベーパーチャンバーの構造部材(筐体など)への適合性を、上記した表面性状、0.2%耐力、耐食性および拡散接合性の評価結果に基づいて評価した。この発明におけるベーパーチャンバー適合性は、後述する条件A〜条件Dのすべてが「適合性が良い」の場合をベーパーチャンバーへの適合性が良いとして「○」と評価し、条件Bが「適合性あり」で、それ以外が「適合性が良い」の場合をベーパーチャンバーへの適合性があるとして「△」と評価し、条件A〜条件Dのいずれか1つまたは1つ以上に「適合性なし」がある場合をベーパーチャンバーへの適合性がないとして「×」と評価した。<Vapor chamber compatibility>
Specimen No. For each of 1 to 24, the compatibility of the vapor chamber with the structural members (housing and the like) was evaluated based on the evaluation results of the above-mentioned surface properties, 0.2% proof stress, corrosion resistance and diffusion bonding property. Regarding the compatibility of the vapor chamber in the present invention, when all of the conditions A to D described later are "good compatibility", the compatibility with the vapor chamber is evaluated as "○", and the condition B is "compatibility". If "Yes" and "Compatibility is good" in other cases, it is evaluated as "△" as being compatible with the vapor chamber, and "Compatibility" with any one or more of Conditions A to D. When there was "None", it was evaluated as "x" because it was not compatible with the vapor chamber.
条件Aとして、表3に示す表面性状において、十点平均粗さRZJISが0.8μm以下で、尖度Rkuが4以下の場合を「適合性が良い」とし、それ以外の場合を「適合性なし」とする。
条件Bとして、表3に示す0.2%耐力において、300MPa以上の場合を「適合性が良い」とし、240MPa以上の場合を「適合性あり」とし、240MPa未満の場合を「適合性なし」とする。
条件Cとして、表3に示す耐食性において、評価が「○」も場合を「適合性が良い」とし、評価が「×」の場合を「適合性なし」とする。
条件Dとして、表3に示す拡散接合性において、評価が「○」の場合を「適合性が良い」とし、評価が「×」の場合を「適合性なし」とする。As condition A, in the surface texture shown in Table 3, when the ten-point average roughness R ZJIS is 0.8 μm or less and the kurtosis Rku is 4 or less, it is regarded as “good compatibility”, and in other cases, it is “compatible”. No sex. "
As condition B, when the 0.2% proof stress shown in Table 3 is 300 MPa or more, it is regarded as "good compatibility", when it is 240 MPa or more, it is regarded as "compatible", and when it is less than 240 MPa, it is "not compatible". And.
As the condition C, in the corrosion resistance shown in Table 3, the case where the evaluation is "○" is "good compatibility", and the case where the evaluation is "x" is "no compatibility".
As the condition D, in the diffusion bondability shown in Table 3, when the evaluation is "◯", it is regarded as "good compatibility", and when the evaluation is "x", it is regarded as "not compatible".
その結果、試験体No.1〜3および試験体No.5〜16は、いずれも「○」となり、ベーパーチャンバーの構造部材(筐体など)への適合性が良いことが確認された。また、試験体No.4および試験体No.17〜20は、いずれも「△」となり、ベーパーチャンバーの構造部材(筐体など)への適合性があることが確認された。なお、試験体No.21〜24は、いずれも「×」となり、ベーパーチャンバーの構造部材(筐体など)への適合性がないことが確認された。これにより、この発明の銅複合板材、すなわち、第1銅層の一方面に第2銅層が圧接されて成り、第1銅層は、0.8質量%以上5.0質量%以下のNi、0.2質量%以上1.5質量%以下のSi、残部Cuおよび不可避的不純物からなる銅合金によって構成され、第2銅層は、Cuが99.9質量%以上の純銅によって構成されているか、Siが0.1質量%未満の非析出強化型銅合金によって構成されている、銅複合板材は、ベーパーチャンバーの構造部材(筐体など)への適合性を有することが確認された。 As a result, the test piece No. 1-3 and test specimen No. All of 5 to 16 were marked with "○", and it was confirmed that the vapor chamber had good compatibility with structural members (housing, etc.). In addition, the test piece No. 4 and test piece No. All of 17 to 20 were "Δ", and it was confirmed that they were compatible with the structural members (housing, etc.) of the vapor chamber. In addition, the test body No. All of 21 to 24 were "x", and it was confirmed that they were not compatible with the structural members (housing, etc.) of the vapor chamber. As a result, the copper composite plate material of the present invention, that is, the second copper layer is pressed against one surface of the first copper layer, and the first copper layer is made of 0.8% by mass or more and 5.0% by mass or less of Ni. , 0.2% by mass or more and 1.5% by mass or less of Si, the balance Cu and a copper alloy composed of unavoidable impurities, and the second copper layer is composed of pure copper with Cu of 99.9% by mass or more. It was confirmed that the copper composite plate material, which is composed of a non-precipitation reinforced copper alloy in which Si is less than 0.1% by mass, has compatibility with structural members (housing and the like) of a vapor chamber.
この発明は、ベーパーチャンバーに適用可能な銅複合板材を提供することができる点において、また、ベーパーチャンバー以外の例えば、熱伝導部材または放熱部材、導電部材、シャーシ、ケースおよびフレームなどの各種用途にも適用可能な銅複合板材を提供することができる点において、産業上の利用可能性を有する。 The present invention is capable of providing a copper composite plate material applicable to a vapor chamber, and is also used in various applications other than the vapor chamber, such as, for example, a heat conductive member or a heat radiating member, a conductive member, a chassis, a case and a frame. It also has industrial applicability in that it can provide applicable copper composite plates.
Claims (13)
前記第1銅層(11)は、析出強化型銅合金によって構成され、
前記第2銅層(12)は、Cuが99.9質量%以上の純銅によって構成されているか、Siが0.1質量%未満の非析出強化型銅合金によって構成されている、銅複合板材。A copper composite plate material (10) in which a second copper layer is pressure-welded to one surface of the first copper layer.
The first copper layer (11) is made of a precipitation-strengthened copper alloy.
The second copper layer (12) is a copper composite plate material in which Cu is composed of 99.9% by mass or more of pure copper or Si is composed of a non-precipitation reinforced copper alloy of less than 0.1% by mass. ..
前記第1銅層は、析出強化型銅合金によって構成され、
前記第2銅層および前記第3銅層は、いずれも、Cuが99.9質量%以上の純銅によって構成されているか、Siが0.1質量%未満の非析出強化型銅合金によって構成されている、銅複合板材。A copper composite plate material (20) in which a second copper layer (22) is pressure-welded to one surface of the first copper layer (21) and a third copper layer (23) is pressure-welded to the other surface of the first copper layer. There,
The first copper layer is made of a precipitation-strengthened copper alloy.
Both the second copper layer and the third copper layer are composed of pure copper having a Cu content of 99.9% by mass or more, or a non-precipitation-reinforced copper alloy having a Si content of less than 0.1% by mass. Copper composite plate material.
前記上板部材の第2銅層と前記下板部材の第2銅層とによって囲まれた空間を形成するように、前記上板部材と前記下板部材とが拡散接合されて構成されている、ベーパーチャンバー。The upper plate member and the lower plate member formed by using the copper composite plate material according to any one of claims 1 to 8 are provided.
The upper plate member and the lower plate member are diffusely joined so as to form a space surrounded by the second copper layer of the upper plate member and the second copper layer of the lower plate member. , Vapor chamber.
第1熱処理、第2熱処理および第3熱処理のうちのいずれか1つの熱処理を行うことによって、前記上板部材を構成する前記銅複合板材の第2銅層と、前記下板部材を構成する前記銅複合板材の第2銅層とを、拡散接合するとともに、前記上板部材および前記下板部材の0.2%耐力を240MPa以上にする工程を備え、
前記第1熱処理は、600℃以上1000℃以下に加熱して保持した後に、毎分25℃以下の冷却速度で100℃まで冷却し、次いで、常温まで冷却するステップを含み、
前記第2熱処理は、600℃以上1000℃以下に加熱して保持した後に、100℃以下に冷却し、次いで、400℃以上550℃以下に加熱して保持した後に、常温まで冷却するステップを含み、
前記第3熱処理は、600℃以上1000℃以下に加熱して保持した後に、400℃以上550℃以下まで冷却して保持し、次いで、常温まで冷却するステップを含む、ベーパーチャンバーの製造方法。The upper plate member and the lower plate member formed by using the copper composite plate material according to any one of claims 1 to 8 are provided, and the upper plate member and the lower plate member are diffusion-bonded to each other. It is a manufacturing method of the vapor chamber.
By performing any one of the first heat treatment, the second heat treatment, and the third heat treatment, the second copper layer of the copper composite plate material constituting the upper plate member and the lower plate member constituting the lower plate member. A step of diffusion-bonding the second copper layer of the copper composite plate material and making the 0.2% withstand strength of the upper plate member and the lower plate member 240 MPa or more is provided.
The first heat treatment comprises a step of heating and holding at 600 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, then cooling to 100 ° C. at a cooling rate of 25 ° C. or lower per minute, and then cooling to room temperature.
The second heat treatment includes a step of heating and holding at 600 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, cooling to 100 ° C. or lower, then heating and holding at 400 ° C. or higher and 550 ° C. or lower, and then cooling to room temperature. ,
The third heat treatment method comprises a step of heating and holding at 600 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, cooling and holding at 400 ° C. or higher and 550 ° C. or lower, and then cooling to room temperature.
第1熱処理、第2熱処理および第3熱処理のうちのいずれか1つの熱処理を行うことによって、前記上板部材を構成する前記銅複合板材の第2銅層と前記中板部材とを拡散接合し、かつ、前記下板部材を構成する前記銅複合板材の第2銅層と前記中板部材とを拡散接合するとともに、前記上板部材および前記下板部材の0.2%耐力を240MPa以上にする工程を備え、
前記第1熱処理は、600℃以上1000℃以下に加熱して保持した後に、毎分25℃以下の冷却速度で100℃まで冷却し、次いで、常温まで冷却するステップを含み、
前記第2熱処理は、600℃以上1000℃以下に加熱して保持した後に、100℃以下に冷却し、次いで、400℃以上550℃以下に加熱して保持した後に、常温まで冷却するステップを含み、
前記第3熱処理は、600℃以上1000℃以下に加熱して保持した後に、400℃以上550℃以下まで冷却して保持し、次いで、常温まで冷却するステップを含む、ベーパーチャンバーの製造方法。The upper plate member and the lower plate member formed by using the copper composite plate material according to any one of claims 1 to 8, and whether Cu is composed of 99.9% by mass or more of pure copper or Si is A middle plate member made of a non-precipitation reinforced copper alloy of less than 0.1% by mass is provided, the upper plate member and the middle plate member are diffusion-bonded, and the middle plate member and the said It is a method of manufacturing a vapor chamber configured by diffusion-bonding a lower plate member.
By performing any one of the first heat treatment, the second heat treatment, and the third heat treatment, the second copper layer of the copper composite plate material constituting the upper plate member and the middle plate member are diffusion-bonded. In addition, the second copper layer of the copper composite plate material constituting the lower plate member and the middle plate member are diffusion-bonded, and the 0.2% strength of the upper plate member and the lower plate member is increased to 240 MPa or more. With a process to do
The first heat treatment comprises a step of heating and holding at 600 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, then cooling to 100 ° C. at a cooling rate of 25 ° C. or lower per minute, and then cooling to room temperature.
The second heat treatment includes a step of heating and holding at 600 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, cooling to 100 ° C. or lower, then heating and holding at 400 ° C. or higher and 550 ° C. or lower, and then cooling to room temperature. ,
The third heat treatment method comprises a step of heating and holding at 600 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, cooling and holding at 400 ° C. or higher and 550 ° C. or lower, and then cooling to room temperature.
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