KR101979533B1

KR101979533B1 - 방열 부품용 구리 합금판 및 방열 부품

Info

Publication number: KR101979533B1
Application number: KR1020177030361A
Authority: KR
Inventors: 마사야스 니시무라; 야스시 마사고
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2015-03-30
Filing date: 2016-03-23
Publication date: 2019-05-16
Also published as: JP6081513B2; JP2016188406A; TW201708550A; CN107406916A; WO2016158607A1; CN107406916B; TWI595102B; KR20170130517A

Abstract

고강도, 우수한 굽힘 가공성, 및 방열성을 갖는 방열 부품용 구리 합금판을 제공한다. Ni: 0.1∼1.0mass%, Fe: 0.01∼0.3mass%, P: 0.03∼0.2mass%를 포함하고, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지는 구리 합금판. 압연 평행 방향의 인장 강도가 580MPa 이상, 내력이 560MPa 이상, 신도가 6% 이상, 압연 직각 방향의 인장 강도가 600MPa 이상, 내력이 580MPa 이상, 신도가 3% 이상이며, 도전율이 50% IACS 이상, 굽힘 반경 R과 판 두께 t의 비 R/t를 0.5로 하고 굽힘선의 방향을 압연 수직 방향으로 한 90도 굽힘을 행했을 때의 굽힘 가공 한계폭이 70mm 이상, 굽힘선의 방향을 압연 수직 방향으로 한 밀착 굽힘을 행했을 때의 굽힘 가공 한계폭이 20mm 이상이다.

Description

방열 부품용 구리 합금판 및 방열 부품

본 발명은 방열 부품용 구리 합금판 및 방열 부품에 관한 것이다.

퍼스널 컴퓨터, 태블릿 단말, 스마트폰, 휴대 전화, 디지털 카메라 및 디지털 비디오 카메라 등의 전자 기기에는, 탑재되어 있는 CPU, 액정 및 촬상 소자 등의 전자 부품으로부터 발생하는 열을 방산시키는 방열 부품이 사용되고 있다. 방열 부품은 전자 부품의 과도한 온도 상승을 방지하여, 전자 부품의 열폭주를 방지해서 정상적으로 기능시키기 위한 것이다. 방열 부품으로서, 열전도성이 높은 순구리, 강도와 내식성이 우수한 스테인리스 강 또는 경량의 알루미늄 합금 등의 소재를 가공한 것이 사용되고 있다. 이들 방열 부품은 방열 기능뿐만 아니라, 전자 기기에 가해지는 외력으로부터 탑재된 전자 부품을 보호하는 구조 부재로서의 역할도 담당하고 있다.

전자 기기에 탑재되는 전자 부품에는 고속화 및 고기능화가 요구되어, 전자 부품의 고밀도화가 지속적으로 진전되고 있다. 그 때문에, 전자 부품의 발열량은 급속하게 증대되고 있다. 또한, 전자 기기의 소형화, 박형화 및 경량화의 요구하에, 방열 부품에도 박육화가 요구되고 있다. 그러나, 방열 부품을 박육화한 경우라도, 방열 성능 및 구조 강도의 유지가 요구되고 있다.

방열 부품의 소재인 판재는 헴(hem) 굽힘(밀착 굽힘), 90° 굽힘 또는 드로잉 등의 소성 가공을 거쳐 방열 부품으로 성형된다. 굽힘 가공에 있어서, 리드 프레임 및 단자에서는 굽힘부의 폭(굽힘선의 길이)은 수 밀리미터 정도 이하이지만, 방열 부품에 있어서는 굽힘부의 폭이 20mm 정도 이상의 큰 것도 있다. 굽힘폭이 커질수록, 판재의 굽힘 가공성이 급격하게 저하된다는 것이 알려져 있어, 방열 부품용 판재에는 단자 또는 리드 프레임용 판재와 비교해, 엄격한 굽힘 가공성이 요구된다.

방열 부품의 소재로 해서 순구리는 열전도성은 우수하지만 강도가 작아, 방열 부품을 박육화할 수 없다. 스테인리스 강은 열전도율이 낮아(2∼3% IACS), 방열량이 큰 전자 부품용 방열 부품으로서 적용할 수 없다. 알루미늄 합금은 강도와 열전도성이 모두 불충분하다. 한편, 구리 합금은 강도 및 도전성이 우수한 것은 많지만(예를 들면 특허문헌 1∼3 참조), 폭넓은 굽힘 가공이 가능한 것은 없었다.

일본 특허공개 2001-335864호 공보 일본 특허공개 2013-204083호 공보 일본 특허공개 2012-207261호 공보

본 발명은 고강도, 우수한 굽힘 가공성, 및 방열성을 갖는 방열 부품용 구리 합금판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 방열 부품용 구리 합금판은, Ni: 0.1∼1.0mass%, Fe: 0.01∼0.3mass%, P: 0.03∼0.2mass%를 포함하고, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지고, 압연 평행 방향의 인장 강도가 580MPa 이상, 내력이 560MPa 이상, 신도가 6% 이상, 압연 직각 방향의 인장 강도가 600MPa 이상, 내력이 580MPa 이상, 신도가 3% 이상이며, 도전율이 50% IACS 이상, 굽힘 반경 R과 판 두께 t의 비 R/t를 0.5로 하고 굽힘선의 방향을 압연 수직 방향(즉, 압연 방향에 수직한 방향)으로 한 90도 굽힘을 행했을 때의 굽힘 가공 한계폭이 70mm 이상, 굽힘선의 방향을 압연 수직 방향으로 한 밀착 굽힘을 행했을 때의 굽힘 가공 한계폭이 20mm 이상인 것을 특징으로 한다.

상기 구리 합금은, 추가로 Si, Zn, Sn, Co, Al, Cr, Mg, Mn, Ca, Pb, Ti 및 Zr의 1종 또는 2종 이상을 합계로 0.3mass% 이하(0질량%를 포함하지 않음) 함유할 수 있다.

상기 구리 합금판의 표면에, 필요에 따라서 도금 등에 의해 표면 피복층을 형성하여, 내식성을 향상시킬 수 있다. 표면 피복층으로서, Sn층, Cu-Sn 합금층, Ni층 또는 Ni-Co층 중 1층 또는 복수층이 생각된다.

본 발명에 의하면, 구조 부재로서의 강도, 특히 변형 및 낙하 충격성에 견디는 강도, 복잡 형상으로의 가공에 견딜 수 있는 굽힘 가공성, 및 반도체 소자 등으로부터의 열에 대한 고방열성을 갖는 방열 부품용 구리 합금판을 제공할 수 있다. 또한, 이 구리 합금판에 상기 표면 피복층을 형성한 경우, 내식성이 향상되어, 과혹한 환경하에 있어서도 방열 부재로서의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 실시예의 90도 굽힘 시험의 시험 방법을 설명하는 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 방열 부품용 구리 합금에 대하여 상세하게 설명한다.

<구리 합금판의 조성>

구리 합금의 조성은, Ni: 0.1∼1.0mass%, Fe: 0.01∼0.3mass%, P: 0.03∼0.2mass%를 포함하고, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 이루어진다. 이 구리 합금은, 필요에 따라서 부성분으로서, Si, Zn, Sn, Co, Al, Cr, Mg, Mn, Ca, Pb, Ti 및 Zr의 1종 또는 2종 이상을 합계로 0.3mass% 이하(0질량%를 포함하지 않음) 포함한다. 이 조성은 특허문헌 1에 기재된 구리 합금 조성과 주요 부분에서 일치한다.

Ni는 후술하는 P와의 금속간 화합물을 석출함으로써, 구리 합금을 고강도화한다. Ni 함유량이 0.1mass% 미만이면, Ni-P 화합물이 적기 때문에, 원하는 강도가 얻어지지 않는다. 한편, Ni 함유량이 1.0mass%를 초과하면, 주조 시에 조대한 Ni-P 화합물의 정출물이 다량으로 생성되어, 열간 가공성을 열화시킨다. 따라서, Ni 함유량은 0.1∼1.0mass%로 한다. Ni 함유량의 하한은 바람직하게는 0.3mass%, 보다 바람직하게는 0.4mass%, 상한은 바람직하게는 0.9mass%, 보다 바람직하게는 0.8mass%이다.

Fe는 Ni 및 P와의 금속간 화합물을 형성함으로써, 구리 합금을 고강도화시킨다. 또한, Ni-P 화합물의 정출물의 생성을 억제하여, 열간 가공성을 개선한다. Fe 함유량이 0.01mass% 미만이면, 상기 효과가 불충분하다. 한편, Fe 함유량이 0.3mass%를 초과하면, Fe-P 화합물의 석출이 우선이 되어, P와 화합물을 형성하지 않은 고용 Ni 및 Fe의 영향에 의해, 도전율이 저하된다. 따라서, Fe 함유량은 0.01∼0.3mass%로 한다. Fe 함유량의 하한은 바람직하게는 0.05mass%, 보다 바람직하게는 0.07mass%, 상한은 바람직하게는 0.2mass%, 보다 바람직하게는 0.15mass%이다.

P는 Ni 및 Fe와의 금속간 화합물을 형성하여, Cu의 모상에 석출되어, 강도를 향상시킨다. P 함유량이 0.03mass% 미만이면, Ni-Fe-P 화합물의 석출이 충분하지 않아, 원하는 강도가 얻어지지 않는다. 한편, P 함유량이 0.2mass%를 초과하면, Ni-P 화합물의 정출물이 다량으로 발생하여, 열간 가공성이 열화된다. 따라서, P 함유량은 0.03∼0.2mass%로 한다. P 함유량의 하한은 바람직하게는 0.06mass%, 보다 바람직하게는 0.08mass%, 상한은 바람직하게는 0.17mass%, 보다 바람직하게는 0.15mass%이다.

부성분으로서 필요에 따라서 첨가되는 Si, Zn, Sn, Co, Al, Cr, Mg, Mn, Ca, Pb, Ti 및 Zr은 구리 합금의 강도를 향상시키고, 또 제조 시의 열간 압연성을 향상시키는 작용도 있다. 그러나, 상기 부성분의 1종 또는 2종 이상의 합계 함유량이 0.3mass%를 초과하면, 구리 합금의 강도는 향상되지만, 도전율 및 열전도성이 저하된다. 따라서, 상기 부성분의 합계 함유량은 0.3mass% 이하(0질량%를 포함하지 않음)로 한다.

<구리 합금판의 특성>

방열 부재에는, 구조 부재로서의 강도, 특히 변형 및 낙하 충격에 견디는 강도가 필요시 된다. 구리 합금판의 압연 평행 방향의 인장 강도가 580MPa 이상, 내력이 560MPa 이상, 또한 압연 직각 방향의 인장 강도가 600MPa 이상, 내력이 580MPa 이상이면, 방열 부재를 박육화하더라도 구조 부재로서 필요한 강도를 확보할 수 있다. 또한, 구리 합금판의 압연 평행 방향의 신도가 6% 이상, 또한 압연 직각 방향의 신도가 3% 이상이면, 구리 합금판으로부터 방열 부재를 드로잉 가공 또는 굽힘 가공으로 성형하는 경우의 성형 가공성에 특별히 문제가 생기지 않는다.

구리 합금판을 소재로 해서 방열 부재를 성형하는 경우, 일반적으로 구리 합금판에는 우수한 굽힘 가공성이 필요시 된다. 구리 합금판을, 굽힘 반경 R과 판 두께 t의 비 R/t를 0.5로 하고 굽힘선의 방향을 압연 수직 방향으로 한 90도 굽힘을 행했을 때의 굽힘 가공 한계폭이 70mm 이상, 굽힘선의 방향을 압연 수직 방향으로 한 밀착 굽힘을 행했을 때의 굽힘 가공 한계폭이 20mm 이상이면, 방열 부품의 제조에 지장이 생기지 않는다. 구리 합금판의 굽힘 가공 한계폭이 상기의 값에 도달하지 않는 경우, 방열 부품을 제조하는 프로세스에서 굽힘 가공부에 크랙 또는 파단이 발생하여, 복잡 형상으로의 성형이 곤란해진다.

반도체 소자 등으로부터 발생하는 열을 흡수하여, 외부에 방산시키기 위해서는, 방열 부재용 구리 합금판의 도전율이 50% IACS 이상, 열전도율이 220W/m·K 이상인 것이 바람직하다. 한편, 열전도율은, Wiedemann-Franz 법칙에 의해, 도전율로부터 환산할 수 있고, 도전율이 50% IACS 이상이면, 열전도율은 220W/m·K 이상이 된다.

<구리 합금판의 제조 공정>

본 발명에 따른 구리 합금판은 용해 주조, 균질화 처리, 열간 압연, 냉간 압연, 재결정 소둔, 냉간 압연, 복수회의 시효 소둔, 및 냉간 압연의 공정으로 제조할 수 있다. 한편, 이 공정은 시효 소둔을 복수회 반복해서 행하는 점을 제외하고, 종래의 제조 방법(특허문헌 1 참조)과 동일하다.

균질화 처리에서는 주괴를 900∼1000℃에서 0.5∼5시간 가열하고, 그 온도에서 열간 압연을 개시하고, 열간 압연 후, 즉시 20℃/초 이상의 냉각 속도로 급냉(바람직하게는 수냉)하고, 필요에 따라서 양면을 면삭 후, 적절한 가공률로 냉간 압연을 행한다.

계속해서 재결정 소둔은 650∼775℃의 온도 범위에서 10∼100초 가열한다. 이 재결정 소둔은 구리 합금판(제품)의 신도 및 굽힘 가공성을 개선하기 위해서 행해진다. 재결정 소둔의 온도가 650℃ 미만이거나 또는 유지 시간이 10초 미만이면, 재결정이 불충분해져, 구리 합금판(제품)의 굽힘 가공성이 열화된다. 한편, 재결정 소둔의 온도가 775℃를 초과하거나 또는 유지 시간이 100초를 초과하면, 재결정립이 조대화되어(평균 결정 입경이 10μm 이상으로 조대화), 구리 합금판(제품)에 있어서 충분한 강도가 얻어지지 않는다.

재결정 소둔 후, 필요에 따라서 냉간 압연을 행한다. 이 냉간 압연을 행하는 경우, 그 가공률은, 후술하는 마무리 냉간 압연에 있어서 소정의 가공률 및 제품 판 두께가 얻어지도록, 75% 이하의 범위 내에서 적절히 설정하면 된다.

계속해서 시효 소둔을 복수회 반복해서 행한다. 시효 소둔의 조건은 모두 350∼450℃에서 1∼10시간의 범위 내인 것이 바람직하다. 시효 처리의 온도가 350℃ 미만이거나 또는 유지 시간이 1시간 미만이면, 석출이 불충분하여, 구리 합금판(제품)의 도전율이 향상되지 않는다. 한편, 시효 처리의 온도가 450℃를 초과하거나 또는 유지 시간이 10시간을 초과하면, 석출물이 조대화되어, 구리 합금판(제품)에서 충분한 강도가 얻어지지 않는다. 각 시효 소둔 후에는, 구리 합금 판재는 실온까지 냉각된다. 이와 같이 제조 공정의 일부로서 시효 소둔을 복수회 반복함으로써, 조직(결정립 사이즈 및 방위 등)이 균일화되고, 굽힘 가공성이 향상되어, 90도 굽힘의 굽힘 가공 한계폭 및 밀착 굽힘의 가공 한계폭이 큰 본 발명에 따른 구리 합금판을 제조할 수 있다. 한편, 종래는 시효 소둔은 1회만 행해지고 있었다(특허문헌 1 참조).

시효 소둔 후, 목표 판 두께까지 마무리의 냉간 압연을 행한다. 가공률은 목표로 하는 제품 강도에 따라서 설정한다.

마무리 냉간 압연 후, 필요에 따라서 단시간 소둔을 행한다. 이 단시간 소둔의 조건은 250∼450℃에서 20∼40초간으로 한다. 이 조건에서 단시간 소둔을 행하는 것에 의해, 마무리 냉간 압연으로 도입된 변형이 제거된다. 또한, 이 조건이면 재료의 연화가 없어 강도의 저하가 적다.

<구리 합금판의 표면 피복층>

구리 합금판에 도금 등에 의해 표면 피복층을 형성하는 것에 의해, 방열 부재의 내식성이 향상되고, 과혹한 환경하에 있어서도 방열 부재로서의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

구리 합금판의 표면에 형성하는 표면 피복층으로서, Sn층이 바람직하다. Sn층의 두께가 0.2μm 미만이면, 내식성의 개선이 충분하지는 않고, 5μm를 초과하면 생산성이 저하되어, 비용 상승이 된다. 따라서, Sn층의 두께는 0.2∼5μm로 한다. Sn층은 Sn 금속 및 Sn 합금을 포함한다.

두께 0.2∼5μm의 Sn층 아래에 Cu-Sn 합금층을 형성할 수 있다. Cu-Sn 합금층의 두께가 3μm를 초과하면, 굽힘 가공성이 저하되기 때문에, Cu-Sn 합금층의 두께는 3μm 이하로 한다. 이 경우, Cu-Sn 합금층 아래에 하지층으로서 추가로 Ni층 또는 Ni-Co 합금층을 형성할 수 있다. Ni층 또는 Ni-Co 합금층의 두께가 3μm를 초과하면, 굽힘 가공성이 저하되기 때문에, Ni층 또는 Ni-Co 합금층의 두께는 3μm 이하로 한다.

표면 피복층으로서, Ni층 또는 Ni-Co 합금층, 및 Cu-Sn 합금층을 이 순서로 형성할 수 있다. Ni층 또는 Ni-Co 합금층, 및 Cu-Sn 합금층의 두께는, 굽힘 가공성의 열화를 방지한다는 관점에서, 모두 3μm 이하로 한다.

표면 피복층으로서, Ni층 또는 Ni-Co 합금층의 어느 1층을 형성할 수 있다. 이들 피복층은, 굽힘 가공성의 열화를 방지한다는 관점에서, 모두 3μm 이하로 한다.

상기 각 피복층은 전기 도금, 리플로 도금, 무전해 도금 또는 스퍼터 등에 의해 형성할 수 있다. Cu-Sn 합금층은, 구리 합금 모재에 Sn 도금을 하거나, 또는 구리 합금 모재에 Cu 도금 및 Sn 도금을 한 후 리플로 처리 등을 행하여, Cu와 Sn을 반응시켜 형성할 수 있다(예를 들면 일본 특허공개 2004-68026호 공보 참조). 리플로 처리의 가열 조건은 230∼600℃×5∼30초로 한다.

실시예

표 1의 No. 1∼21에 나타내는 조성의 구리 합금을 용해시키고, 전기로에 의해 대기 중에서, 두께 50mm, 길이 80mm 및 폭 200mm의 주괴로 용제했다. 그 후, 이 주괴를 950℃에서 1시간 가열한 후, 두께 15mm까지 열간 압연하고, 즉시 수중에 침지하여 급냉했다. 다음으로, 열간 압연재의 표면을 면삭하여 산화막을 제거한 후, 두께 1.0mm까지 냉간 압연을 행했다. 계속해서, 750℃×60초간의 재결정 소둔을 행했다. 한편, 재결정 소둔 후에 판 표면에서 측정한 평균 결정 입경(JIS H 0501로 규정된 절단법으로 측정)은 모두 10μm 미만이었다.

이어서 가공률 40%의 냉간 압연을 행한 후, No. 1∼18에 대해서는 시효 소둔을 2회 반복해서 행하고, No. 19∼21에 대해서는 시효 소둔을 1회만 행했다. No. 1∼18에 있어서, 1회째의 시효 소둔은 375℃×5시간의 조건에서 행하고, 일단 실온까지 냉각한 후, 2회째의 시효 소둔을 425℃×2시간의 조건에서 행했다. No. 19∼21의 시효 소둔은 400℃×5시간의 조건에서 행했다. 계속해서, 묽은 황산액으로 표면 산화물을 제거한 후, 가공률 67%로 목표 판 두께의 0.2mm까지 마무리 냉간 압연을 행했다.

마무리 냉간 압연 후, 350℃에서 30초간의 단시간 소둔을 행했다.

이상의 공정에서 얻어진 구리 합금조(제품판)와, 시판 중인 스테인리스 강판(SUS304) 및 알루미늄 합금(5052(H38))을 공시재로 해서, 기계적 특성, 도전율 및 굽힘 한계폭을 하기 요령으로 측정했다. 또한, Wiedemann-Franz 법칙에 의해, 도전율로부터 열전도율을 산출했다. 이들의 결과를 표 2에 나타낸다.

<기계적 특성>

각 공시재로부터, 길이 방향이 압연 방향에 평행 및 수직이 되도록 JIS 5호 시험편을 채취하고, JIS Z 2241의 규정에 기초해서 인장 시험을 행하여, 압연 방향에 평행 방향(∥) 및 수직 방향(⊥)의 인장 강도, 내력 및 신도를 측정했다.

<도전율>

도전율은 JIS H 0505의 규정에 기초해서 측정했다.

<90도 굽힘의 굽힘 한계폭>

공시재로부터, 길이 30mm, 폭 10∼100mm(폭 10, 15, 20, 25…로 5mm 간격으로 100mm 폭까지)의 폭이 상이한 4각형의 시험편(각 폭마다 3개)을 작성했다. 시험편의 길이 30mm의 변의 방향이 공시재의 압연 방향에 평행해지도록 했다. 이 시험편을 이용하여, 도 1에 나타내는 V자 블록(1) 및 누름 금구(2)를 유압 프레스에 세팅하고, 굽힘 반경 R과 판 두께 t의 비 R/t를 0.5로 하고, 굽힘선(도 1의 지면에 수직 방향)의 방향을 시험편(3)의 폭 방향으로 해서(Good Way 굽힘), 90도 굽힘을 행했다. V자 블록(1) 및 누름 금구(2)의 폭(도 1의 지면에 수직 방향의 두께)은 120mm로 했다. 또한, 유압 프레스의 하중은 시험편의 폭 10mm당 1000kgf(9800N)로 했다.

굽힘 시험 후, 시험편의 굽힘부 외측 전체 길이를 100배의 광학 현미경으로 관찰하여, 3개의 시험편 모두에서 1개소도 균열이 관찰되지 않은 경우를 합격, 그 이외를 불합격으로 판정했다. 합격한 시험편의 최대폭을 그 공시재의 굽힘 한계폭으로 했다.

<밀착 굽힘의 굽힘 한계폭>

90도 굽힘 시험과 마찬가지의 방법으로, 공시재로부터, 길이 30mm, 폭 5∼50mm(폭 5, 10, 15, 20…으로 5mm 간격으로 50mm 폭까지)의 폭이 상이한 4각형의 시험편(각 폭마다 3개)을 작성했다. 시험편의 길이 30mm의 변의 방향이 압연 방향에 평행해지도록 했다. 이 시험편을 이용하여, 굽힘 반경 R과 판 두께 t의 비 R/t를 2.0으로 하고, 굽힘선의 방향을 시험편의 폭 방향으로 해서(Good Way), JIS Z 2248의 규정을 따라, 대략 170도까지 굽힌 후, 밀착 굽힘을 행했다.

굽힘 시험 후, 굽힘부에 있어서의 균열의 유무를 100배의 광학 현미경으로 관찰하여, 3개의 시험편 모두에서 1개소도 균열이 관찰되지 않은 경우를 합격, 그 이외를 불합격으로 판정했다. 합격한 시험편의 최대폭을 그 공시재의 굽힘 한계폭으로 했다.

표 1 및 2에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 규정된 합금 조성을 갖고, 제조 공정의 일부로서 시효 소둔을 2회 반복해서 행한 No. 1∼9는 인장 강도, 내력, 신도, 도전율, 90도 굽힘 및 밀착 굽힘의 굽힘 한계폭이 본 발명의 규정을 만족시킨다.

한편, 본 발명에 규정된 합금 조성을 갖지 않는 No. 10∼18 및 제조 공정의 일부로서 시효 소둔을 1회만 행한 No. 19∼21은 인장 강도, 내력, 신도, 도전율, 90도 굽힘 및 밀착 굽힘의 굽힘 한계폭 중 어느 하나 이상이 본 발명의 규정을 만족시키지 않는다.

No. 10은 Ni 함유량이 부족하여, 강도가 낮다.

No. 11은 Ni 함유량이 과잉이어서, Ni-P 화합물이 많이 정출되고, 열간 압연 시에 균열이 발생하여, 이후의 공정을 실시할 수 없었다.

No. 12는 Fe 함유량이 부족하여, Ni-P 화합물이 많이 정출되고, 열간 압연 시에 균열이 발생하여, 이후의 공정을 실시할 수 없었다.

No. 13은 Fe 함유량이 과잉이기 때문에, 도전율 및 열전도율이 낮다.

No. 14는 P 함유량이 과잉이어서, Ni-P 화합물이 많이 정출되고, 열간 압연 시에 균열이 발생하여, 이후의 공정을 실시할 수 없었다.

No. 15는 P 함유량이 부족하여, 강도가 낮다.

No. 16∼18은 모두 부성분의 함유량이 과잉이어서, 도전율 및 열전도율이 낮고, 굽힘 한계폭이 작다.

No. 19∼21은 시효 소둔을 1회만 행한 종래 공정재여서, 굽힘 한계폭이 부족하다.

또한, 시판 중인 스테인리스 강판인 No. 22는 도전율 및 열전도율이 낮고, 시판 중인 알루미늄 합금판인 No. 23은 강도가 낮고, 도전율 및 열전도율이 낮다.

다음으로, 표 1의 No. 2의 구리 합금조(제품판)를 공시재로 하고, 표면에 Ni 도금, Cu 도금, Sn 도금, Cu-Sn 도금 및 Ni-Co 합금 도금의 1종 또는 2종 이상을 각각 소정의 두께로 실시했다. 각 도금의 도금욕 조성 및 도금 조건을 표 3에, 각 도금층의 두께를 표 4에 나타낸다. 한편, 표 4의 No. 24∼26, 29, 30 및 32∼35는 전기 도금 후 리플로 처리를 실시한 것이고, 각 도금층의 두께는 리플로 처리 후의 것이다. No. 24∼26, 29, 30 및 32∼35의 Cu-Sn층은 리플로 처리에 의해, Cu 도금의 Cu와 Sn 도금의 Sn이 반응하여 형성된 것이다. 한편, 이 Cu 도금은 리플로 처리에 의해 소멸했다.

각 도금층의 두께는 하기 요령으로 측정했다.

<Sn층>

우선, 형광 X선 막 두께계(세이코전자공업주식회사; 형식 SFT3200)를 이용하여 Sn층 합계 두께(Cu-Sn 합금층을 포함하는 Sn층 합계 두께)를 측정한다. 그 후, p-나이트로페놀 및 가성 소다를 주성분으로 하는 박리액에 10분간 침지하고, Sn층을 박리 후, 형광 X선 막 두께계를 이용하여, Cu-Sn 합금층 중의 Sn량을 측정한다. 이와 같이 해서 구한 Sn층 합계 두께로부터 Cu-Sn 합금층 중의 Sn량을 빼는 것에 의해, Sn층 두께를 산출했다.

<Cu-Sn 합금층>

p-나이트로페놀 및 가성 소다를 주성분으로 하는 박리액에 10분간 침지하고, Sn층을 박리 후, 형광 X선 막 두께계를 이용하여, Cu-Sn 합금층 중의 Sn량을 측정한다. Cu-Sn 합금층의 두께는 Sn 환산 두께이다.

<Ni층, Co층, Ni-Co 합금층>

Ni층, Co층 및 Ni-Co 합금층의 두께는 형광 X선 막 두께계를 이용하여 측정했다.

No. 24∼36의 각 공시재로부터 시험편을 작성하고, 내식성 및 굽힘 가공성을 하기 요령으로 측정했다.

<내식성>

내식성은 염수 분무 시험으로 평가했다. 5질량%의 NaCl을 포함하는 99.0% 탈이온수(와코준야쿠공업주식회사제)를 이용하고, 시험 조건은 시험 온도: 35℃±1℃, 분무액 PH: 6.5∼7.2 및 분무 압력: 0.07∼0.17MPa(0.098±0.01MPa)로 하여, 72시간 분무 후에 수세 및 건조했다. 계속해서 실체 현미경으로 시험편의 표면을 관찰하여, 부식(모재 부식과 도금 표면의 점상 부식)의 유무를 관찰했다.

<도금의 굽힘 가공성 평가>

공시재로부터, 길이 30mm 및 폭 20mm의 4각형의 시험편(각 폭마다 3개)을 작성했다. 시험편의 길이 30mm의 변의 방향이 공시재(모재)의 압연 방향에 평행해지도록 했다. 이 시험편을 이용하여, 도 1에 나타내는 V자 블록(1) 및 누름 금구(2)를 유압 프레스에 세팅하고, 굽힘 반경 R과 판 두께 t의 비 R/t를 2.0으로 하고, 굽힘선의 방향을 모재의 압연 방향에 수직 방향을 향해, 90도 굽힘을 행했다. 유압 프레스의 하중은 시험편의 폭 10mm당 1000kgf(9800N)로 했다.

굽힘 시험 후, 시험편의 굽힘부 외측 전체 길이를 100배의 광학 현미경으로 관찰하여, 3개의 시험편 모두에서 1개소도 균열이 관찰되지 않은 경우를 균열 없음, 1개소라도 균열이 관찰된 경우를 균열 있음으로 판정했다.

표 4에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 규정된 도금 구성 및 각 도금층 두께를 갖는 No. 24∼33은 염수 분무 시험에서 모재 부식이 관찰되지 않고, 굽힘 가공성 시험에서 균열이 발생하지 않았다. 한편, Ni층 또는 Ni-Co 합금층으로 이루어지는 하지층이 형성되어 있지 않은 No. 26, 및 Sn층이 잔류하지 않고 Cu-Sn 합금층이 표면에 노출된 No. 30은 모재 부식은 관찰되지 않았지만, 점상 부식(피복층 표면이 점상으로 부식되는 현상)이 관찰되었다.

한편, 도금층 두께가 본 발명의 규정을 벗어나는 No. 34∼36은 염수 분무 시험에서 모재 부식이 관찰되었거나, 굽힘 가공성 시험에서 도금에 균열이 발생했다.

No. 34는 Sn층의 두께가 얇아, 모재 부식이 발생했다.

No. 35, 36은 Cu-Sn 합금층 또는 Ni층의 두께가 두꺼워, 굽힘 가공 시험에서 도금에 균열이 발생했다.

본 명세서의 개시 내용은 이하의 태양을 포함한다.

태양 1:

Ni: 0.1∼1.0mass%, Fe: 0.01∼0.3mass%, P: 0.03∼0.2mass%를 포함하고, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지고, 압연 평행 방향의 인장 강도가 580MPa 이상, 내력이 560MPa 이상, 신도가 6% 이상, 압연 직각 방향의 인장 강도가 600MPa 이상, 내력이 580MPa 이상, 신도가 3% 이상이며, 도전율이 50% IACS 이상, 굽힘 반경 R과 판 두께 t의 비 R/t를 0.5로 하고 굽힘선의 방향을 압연 수직 방향으로 한 90도 굽힘을 행했을 때의 굽힘 가공 한계폭이 70mm 이상, 굽힘선의 방향을 압연 수직 방향으로 한 밀착 굽힘을 행했을 때의 굽힘 가공 한계폭이 20mm 이상인 것을 특징으로 하는 방열 부품용 구리 합금판.

태양 2:

추가로, Si, Zn, Sn, Co, Al, Cr, Mg, Mn, Ca, Pb, Ti 및 Zr의 1종 또는 2종 이상을 합계로 0.3mass% 이하(0질량%를 포함하지 않음) 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 1에 기재된 방열 부품용 구리 합금판.

태양 3:

제조 공정의 일부로서 시효 소둔을 복수회 반복해서 행하는 것을 특징으로 하는 태양 1 또는 2에 기재된 방열 부품용 구리 합금판.

태양 4:

표면에 두께 0.2∼5μm의 Sn층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양 1∼3 중 어느 하나에 기재된 방열 부품용 구리 합금판.

태양 5:

표면에 두께 3μm 이하의 Cu-Sn 합금층과 두께 0.2∼5μm의 Sn층이 이 순서로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양 1∼3 중 어느 하나에 기재된 방열 부품용 구리 합금판.

태양 6:

표면에 두께 3μm 이하의 Ni층 또는 Ni-Co 합금층, 두께 3μm 이하의 Cu-Sn 합금층, 및 두께 0.2∼5μm의 Sn층이 이 순서로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양 1∼3 중 어느 하나에 기재된 방열 부품용 구리 합금판.

태양 7:

표면에 두께 3μm 이하의 Ni층 또는 Ni-Co 합금층, 및 두께 3μm 이하의 Cu-Sn 합금층이 이 순서로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양 1∼3 중 어느 하나에 기재된 방열 부품용 구리 합금판.

태양 8:

표면에 두께 3μm 이하의 Ni층 또는 Ni-Co 합금층의 어느 1층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양 1∼3 중 어느 하나에 기재된 방열 부품용 구리 합금판.

태양 9:

태양 1∼8 중 어느 하나에 기재된 방열 부품용 구리 합금판을 가공하여 제작된 방열 부품.

본 출원은, 출원일이 2015년 3월 30일인 일본 특허출원, 특원 제2015-068589호를 기초 출원으로 하는 우선권 주장을 수반한다. 특원 제2015-068589호는 참조하는 것에 의해 본 명세서에 원용된다.

1: V자 블록
2: 누름 금구

Claims

Ni: 0.1∼1.0mass%, Fe: 0.01∼0.3mass%, P: 0.03∼0.2mass%를 포함하고, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지고, 압연 평행 방향의 인장 강도가 580MPa 이상, 내력이 560MPa 이상, 신도가 6% 이상, 압연 직각 방향의 인장 강도가 600MPa 이상, 내력이 580MPa 이상, 신도가 3% 이상이며, 도전율이 50% IACS 이상, 굽힘 반경 R과 판 두께 t의 비 R/t를 0.5로 하고 굽힘선의 방향을 압연 수직 방향으로 한 90도 굽힘을 행했을 때의 굽힘 가공 한계폭이 70mm 이상, 굽힘선의 방향을 압연 수직 방향으로 한 밀착 굽힘을 행했을 때의 굽힘 가공 한계폭이 20mm 이상인 것을 특징으로 하는 방열 부품용 구리 합금판.
제 1 항에 있어서,
추가로, Si, Zn, Sn, Co, Al, Cr, Mg, Mn, Ca, Pb, Ti 및 Zr의 1종 또는 2종 이상을 합계로 0.3mass% 이하(0질량%를 포함하지 않음) 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 부품용 구리 합금판.
제 1 항에 있어서,
제조 공정의 일부로서 시효 소둔을 복수회 반복해서 행하는 것을 특징으로 하는 방열 부품용 구리 합금판.
제 2 항에 있어서,
제조 공정의 일부로서 시효 소둔을 복수회 반복해서 행하는 것을 특징으로 하는 방열 부품용 구리 합금판.
제 1 항에 있어서,
표면에 두께 0.2∼5μm의 Sn층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방열 부품용 구리 합금판.
제 2 항에 있어서,
표면에 두께 0.2∼5μm의 Sn층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방열 부품용 구리 합금판.
제 3 항에 있어서,
표면에 두께 0.2∼5μm의 Sn층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방열 부품용 구리 합금판.
제 4 항에 있어서,
표면에 두께 0.2∼5μm의 Sn층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방열 부품용 구리 합금판.
제 1 항에 있어서,
표면에 두께 3μm 이하의 Cu-Sn 합금층과 두께 0.2∼5μm의 Sn층이 이 순서로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방열 부품용 구리 합금판.
제 2 항에 있어서,
표면에 두께 3μm 이하의 Cu-Sn 합금층과 두께 0.2∼5μm의 Sn층이 이 순서로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방열 부품용 구리 합금판.
제 3 항에 있어서,
표면에 두께 3μm 이하의 Cu-Sn 합금층과 두께 0.2∼5μm의 Sn층이 이 순서로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방열 부품용 구리 합금판.
제 4 항에 있어서,
표면에 두께 3μm 이하의 Cu-Sn 합금층과 두께 0.2∼5μm의 Sn층이 이 순서로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방열 부품용 구리 합금판.
제 1 항에 있어서,
표면에 두께 3μm 이하의 Ni층 또는 Ni-Co 합금층, 두께 3μm 이하의 Cu-Sn 합금층, 및 두께 0.2∼5μm의 Sn층이 이 순서로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방열 부품용 구리 합금판.
제 2 항에 있어서,
표면에 두께 3μm 이하의 Ni층 또는 Ni-Co 합금층, 두께 3μm 이하의 Cu-Sn 합금층, 및 두께 0.2∼5μm의 Sn층이 이 순서로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방열 부품용 구리 합금판.
제 3 항에 있어서,
표면에 두께 3μm 이하의 Ni층 또는 Ni-Co 합금층, 두께 3μm 이하의 Cu-Sn 합금층, 및 두께 0.2∼5μm의 Sn층이 이 순서로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방열 부품용 구리 합금판.
제 4 항에 있어서,
표면에 두께 3μm 이하의 Ni층 또는 Ni-Co 합금층, 두께 3μm 이하의 Cu-Sn 합금층, 및 두께 0.2∼5μm의 Sn층이 이 순서로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방열 부품용 구리 합금판.
제 1 항에 있어서,
표면에 두께 3μm 이하의 Ni층 또는 Ni-Co 합금층, 및 두께 3μm 이하의 Cu-Sn 합금층이 이 순서로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방열 부품용 구리 합금판.
제 2 항에 있어서,
표면에 두께 3μm 이하의 Ni층 또는 Ni-Co 합금층, 및 두께 3μm 이하의 Cu-Sn 합금층이 이 순서로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방열 부품용 구리 합금판.
제 3 항에 있어서,
표면에 두께 3μm 이하의 Ni층 또는 Ni-Co 합금층, 및 두께 3μm 이하의 Cu-Sn 합금층이 이 순서로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방열 부품용 구리 합금판.
제 4 항에 있어서,
표면에 두께 3μm 이하의 Ni층 또는 Ni-Co 합금층, 및 두께 3μm 이하의 Cu-Sn 합금층이 이 순서로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방열 부품용 구리 합금판.
제 1 항에 있어서,
표면에 두께 3μm 이하의 Ni층 또는 Ni-Co 합금층의 어느 1층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방열 부품용 구리 합금판.
제 2 항에 있어서,
표면에 두께 3μm 이하의 Ni층 또는 Ni-Co 합금층의 어느 1층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방열 부품용 구리 합금판.
제 3 항에 있어서,
표면에 두께 3μm 이하의 Ni층 또는 Ni-Co 합금층의 어느 1층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방열 부품용 구리 합금판.
제 4 항에 있어서,
표면에 두께 3μm 이하의 Ni층 또는 Ni-Co 합금층의 어느 1층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방열 부품용 구리 합금판.
제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 기재된 방열 부품용 구리 합금판을 가공하여 제작된 방열 부품.