TW201809581A - 散熱零件用銅合金板 - Google Patents

Abstract

本揭示之散熱零件用銅合金板，係含有Fe：0.01~1.0mass%、P：0.01~0.20mass%、Zn：0.01~1.0mass%、及Sn：0.01~0.15mass%，且剩餘部分由Cu及不可避免的雜質所構成。軋延平行方向上的拉伸強度為410MPa以上，耐力為390MPa以上，伸長率為5%以上；軋延直角方向上的拉伸強度為420MPa以上，耐力為400MPa以上，伸長率為3%以上；導電率為75%IACS以上；將彎折半徑R與板厚t之比R/t設為0.5，並將彎折線設為軋延直角方向以進行90度彎折時之彎折加工臨限寬度為70mm以上；將彎折線設為軋延直角方向以進行密著彎折時之彎折加工臨限寬度為20mm以上。

Description

散熱零件用銅合金板

本發明係關於用以將個人電腦、平板終端、智慧型手機、行動電話、數位相機等的電子機器所裝載之CPU、液晶等的熱予以散熱之散熱零件所使用之銅合金板。

於個人電腦、平板終端、智慧型手機、行動電話、數位相機、數位攝影機等的電子機器中，係使用將所裝載之CPU、液晶、攝像元件等的電子零件所產生之熱予以散熱之散熱零件。散熱零件，係用以防止電子零件之過度的溫度上升，防止電子零件的熱失控以使其正常地發揮功能者。散熱零件，係使用將熱傳導性高的純銅、強度與耐蝕性優異之不鏽鋼及鎳銀、輕量的鋁合金等之原材料進行加工而成者。此等散熱零件，不僅散熱功能，亦擔負起保護所裝載之電子零件免受施加於電子機器之外力的影響之構造構件的功用。

對於裝載於電子機器之電子零件，係要求高速化、高功能化，而使電子零件的高密度化持續發展。因此，電子零件的發熱量急速地增大。此外，在電子機器的 小型化、薄型化、輕量化的要求下，對於散熱零件亦要求薄層化。然而，即使將散熱零件薄層化，亦要求可維持散熱性能及構造強度。

散熱零件之原材料的板材，係經由摺邊彎折(密著彎折)、90°彎折、拉製等之塑性加工而成形為散熱零件。彎折加工中，在引線架及端子中，彎折部的寬度(彎折線的長度)為數毫米程度以下，但在散熱零件中，彎折部的寬度為較大的20mm程度以上者。彎折寬度愈大，板材的彎折加工性急遽地降低者乃為人所知，對於散熱零件用板材，與端子及引線架用板材相比，係要求更嚴格的彎折加工性。

作為散熱零件的原材料，純銅雖然熱傳導性優異，但強度小，無法將散熱零件薄層化。不鏽鋼及鎳銀，其熱傳導率低(2~3%IACS)，並不適用作為散熱量大之電子零件用散熱零件。鋁合金，該強度與熱傳導性皆不足。另一方面，關於銅合金，於專利文獻1、2中揭示有一種散熱零件用Fe-P系銅合金，但關於彎折部的寬度大之彎折加工中的彎折加工性，並無任何揭示。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2003-277853號公報

[專利文獻2]日本特開2014-189816號公報

本發明之實施形態，該目的在於提供一種具有高強度，於彎折部的寬度大之彎折加工中之優異的彎折加工性，以及散熱性之散熱零件用銅合金板。

本發明之實施形態之散熱零件用銅合金板，其特徵為：含有Fe：0.01~1.0mass%、P：0.01~0.20mass%、Zn：0.01~1.0mass%、及Sn：0.01~0.15mass%，且剩餘部分由Cu及不可避免的雜質所構成；軋延平行方向上的拉伸強度為410MPa以上，耐力為390MPa以上，伸長率為5%以上；軋延直角方向上的拉伸強度為420MPa以上，耐力為400MPa以上，伸長率為3%以上；導電率為75%IACS以上；將彎折半徑R與板厚t之比R/t設為0.5，並將彎折線設為軋延直角方向以進行90度彎折時之彎折加工臨限寬度為70mm以上；將彎折線設為軋延直角方向以進行密著彎折時之彎折加工臨限寬度為20mm以上。

上述銅合金，能夠以合計為0.3mass%以下更含有Co、Al、Cr、Mg、Mn、Ca、Pb、Ni、Ti、Zr、Si及Ag的1種或2種以上(Ni含量未達0.1mass%)。

於上述銅合金板的表面，可視需要藉由電鍍等來形成表面被覆層，如此可提升耐蝕性。表面被覆層，可考量到由Sn層、Cu-Sn合金層、Ni、Co、Fe、Ni-Co合金及Ni-Fe 合金中的任一種所構成之電鍍層。

根據本發明之實施形態，可提供一種具有作為構造構件的強度，尤其可承受變形及落下衝擊性之強度，可承受加工為複雜形狀之彎折加工性，以及相對於來自半導體元件等的熱之高散熱性之散熱零件用銅合金板。此外，將前述表面被覆層形成於此銅合金板時，可提升耐蝕性，即使在嚴苛環境下，亦可防止作為散熱零件之性能的降低。

1‧‧‧V字模塊

2‧‧‧按壓模具

3‧‧‧試驗片

第1圖係說明實施例之90度彎折試驗的試驗方法之圖。

以下詳細說明本發明之實施形態之散熱零件用銅合金板。

〈銅合金板的組成〉

銅合金的組成，係含有Fe：0.01~1.0mass%、P：0.01~0.20mass%、Zn：0.01~1.0mass%、及Sn：0.01~0.15mass%，且剩餘部分由Cu及不可避免的雜質所構成。 此銅合金，可視需要，以合計為0.3mass%以下(不含0mass%)含有Co、Al、Cr、Mg、Mn、Ca、Pb、Ni、Ti、Zr、Si及Ag的1種或2種以上作為副成分(惟含有Ni時，Ni含量未達0.1mass%(不含0mass%))。

Fe，藉由析出與後述P之金屬間化合物，可使銅合金達到高強度化。Fe含量未達0.01mass%時，Fe-P化合物的析出量少，無法得到期望的強度，另一方面，Fe含量超過1.0mass%時，無法得到期望的導電率。因此，Fe含量設為0.01~1.0mass%。Fe含量的下限較佳為0.03mass%，尤佳為0.05mass%，Fe含量的上限較佳為0.8mass%，尤佳為0.6mass%。

P，形成與Fe之金屬間化合物並析出於Cu的母相，而提升強度。P含量未達0.01mass%時，Fe-P化合物的析出不足，無法得到期望的強度。另一方面，P含量超過0.20mass%時，無法得到期望的導電率。因此，P含量設為0.01~0.20mass%。P含量的下限較佳為0.03mass%，尤佳為0.05mass%，P含量的上限較佳為0.17mass%，尤佳為0.15mass%。

Zn，具有提升焊錫的耐熱剝離性之作用，且具有維持零件組裝時及隨時間經過後之焊錫接合可靠度之功用。然而，Zn的含量未達0.01mass%時，無法充分滿足焊錫的耐熱剝離性，超過1.0mass%時，會使銅合金的導電率及熱傳導率劣化。Zn含量的下限較佳為0.03mass%，尤佳為0.05mass%，Zn含量的上限較佳為0.8mass%，尤佳為 0.6mass%。

Sn，有益於提升銅合金的強度，Sn的含量未達0.01mass%時，無法得到充分的強度。此外，Sn的含量超過0.15mass%時，會使銅合金的導電率及熱傳導率劣化。因此，Sn的含量設為0.01~0.15mass%。Sn含量的下限較佳為0.03mass%，尤佳為0.05mass%，Sn含量的上限較佳為0.12mass%，尤佳為0.10mass%。

此外，視需要作為副成分所添加之Co、Al、Cr、Mg、Mn、Ca、Pb、Ni、Ti、Zr、Si及Ag，具有提升銅合金的強度，並提升製造時的熱軋延性之作用。然而，當上述副成分之1種或2種以上的合計含量超過0.3mass%時，雖可提升銅合金的強度，但會使導電率及熱傳導性降低。因此，上述副成分的合計含量設為0.3mass%以下(不含0mass%)。惟含有Ni時，Ni含量設為未達0.1mass%(不含0mass%)。

〈銅合金板的特性〉

散熱零件，必須具有作為構造構件的強度，尤其是可承受變形及落下衝擊之強度。若銅合金板之軋延平行方向上的拉伸強度為410MPa以上，耐力為390MPa以上，且軋延直角方向上的拉伸強度為420MPa以上，耐力為400MPa以上，則即使將散熱零件薄層化，亦可確保作為構造構件的強度。此外，若銅合金板之軋延平行方向上的伸長率為5%以上，且軋延直角方向上的伸長率為3%以上，則在藉 由彎折加工或拉製加工從銅合金板使散熱零件成形時，成形加工性不會特別產生問題。耐力，為於拉伸試驗中產生0.2%的永久伸長率時之拉伸強度。

當以銅合金板作為原材料使散熱零件成形時，一般而言，銅合金板必須具有優異的彎折加工性。若將彎折半徑R與板厚t之比R/t設為0.5並將彎折線設為軋延直角方向以進行銅合金板的90度彎折時之彎折加工臨限寬度為70mm以上，且將彎折線設為軋延直角方向以進行密著彎折時之彎折加工臨限寬度為20mm以上，則散熱零件的製造不會產生阻礙。當銅合金板的彎折加工臨限寬度未達到上述值時，在製造散熱零件的程序上，於彎折加工部會產生龜裂或破裂，難以成形為複雜形狀。

吸收從半導體元件等所產生之熱並釋放至外部時，散熱零件用銅合金板的導電率較佳係超過75%IACS，熱傳導率超過300W/m‧K。熱傳導率，可依循Wiedemann-Franz法則，從導電率換算出，若導電率為75% IACS以上，則熱傳導率為300W/m‧K以上。

〈銅合金板的製造方法〉

本發明之實施形態之銅合金板，可藉由熔解鑄造、均質化處理、熱軋延、冷軋延、再結晶回火、冷軋延、時效回火、及冷軋延之製程而製造。

適當的熔解鑄造及熱軋延條件如下所述，藉此可防止粗大之Fe、Fe-P、Fe-P-O等的析出。

熔解鑄造，係將Fe添加於1200℃以上的銅合金熔湯並熔解，之後亦將熔湯溫度保持在1200℃以上而鑄造。鑄塊的冷卻，於凝固時(固液共存時)及凝固後，皆以1℃/秒以上的冷卻速度來進行。因此，於連續鑄造或半連續鑄造時，必須充分地有效進行鑄模內的一次冷卻、鑄模正下方的二次冷卻。

均質化處理中，將鑄塊於900~1000℃加熱0.5~5小時，並於該溫度開始進行熱軋延。熱軋延結束溫度設為650℃以上，較佳設為700℃以上，熱軋延結束後，立即以20℃/秒以上的冷卻速度進行急冷(較佳為水冷)。

熱軋延之每1道次的加工率，不僅是熱軋延材料，亦會影響最終製品的韌性、組織的均質化、緊密化。製造本發明之實施形態之散熱零件用銅合金板時，較佳係將熱軋延之每1道次的加工率之平均值設為20%以上，將最大加工率設為25%以上。

該理由如以下所記載。

當施加依據軋延輥所進行的軋壓時，為人所知者，壓縮應力於軋延方向上，作用於從軋延出口側鑄塊的表面至一定深度hc之區域，並且拉伸應力於軋延方向上，作用於從深度hc至鑄塊厚度的中央部之區域。於壓縮應力所作用之區域中，距離表面之深度愈淺，壓縮應力愈大，於拉伸應力所作用之區域中，距離鑄塊厚度的中心愈近，拉伸應力愈大。

從壓縮應力改變為拉伸應力之深度hc，可藉由軋延輥 徑、軋壓量(軋延輥入口側的厚度-軋延輥出口側的板厚)等之計算來求取(O.G.Muzalevskii：Stal in English,June(1970),p.455)。根據此計算式，當軋延輥徑為一定時，軋壓率愈大，hc愈大。亦即，鑄塊內部之拉伸應力的作用區域變小。

於鑄塊中，存在有因縮孔或氣體所造成之微模腔、合金元素的微偏析及中介物等缺陷，此等缺陷，愈接近於鑄塊厚度的中央部愈多。將此等缺陷完全消除者，工業上極難達成。

當為了進行均質化處理而加熱鑄塊時，雖然藉由合金元素的擴散而消除微偏析，但鑄塊內部的微模腔未被消除。反而會藉由均質化處理而形成柯肯特爾孔洞(Kirkendall Void)，使固溶於鑄塊之氣體成分往中介物-母材界面或晶界析出，因此，鑄塊內部的微模腔有增加之傾向。

如此，由於在鑄塊內部存在有微模腔及中介物，故為了提高熱軋延材料的內部品質，較佳係提高熱軋延之每1道次的加工率。因此，熱軋延之每1道次的加工率，較佳係平均設為20%以上，最大加工率設為25%以上。尤佳者，熱軋延之每1道次的加工率之平均值為25%以上，最大加工率為30%以上。此外，實際操作上，熱軋延之每1道次的加工率，平均為35%以下，最大加工率為45%以下。

此外，藉由增大熱軋延之每1道次的加工率， 可減少熱軋延道次次數，能夠以更高溫來結束熱軋延。因此，可從更高溫來進行急冷(退火)，而增加熱軋延材料中之合金元素的固溶量。其結果可改善所接續進行之冷軋延及熱處理後之銅合金板(製品)之組織的均一性，而能夠得到良好的彎折加工性、拉製加工性及伸展加工性。

另一方面，於熱軋延的初期，對鑄塊施加較大的軋壓時，有時會於鑄塊之端面附近的軋延面產生破裂。因此，實際操作上，從熱軋延的第1道次至第3道次為止，一般是進行輕加工率的軋延。

然而，於熱軋延的初期持續進行輕加工率的軋延道次時，於每一軋延道次，拉伸應力作用於從前述深度hc至鑄塊中央為止之區域，使鑄塊內部的微模腔或中介物-母材界面的間隙增大，而產生細微的破裂。然後，即使增大每1道次的加工率，已產生之破裂的壓著延遲，導致熱軋延材料的內部品質降低。對如此的熱軋延材料進行冷軋延及熱處理所製造之銅合金板，難以進行彎折R較小之寬幅彎折、摺邊彎折、拉製加工及伸展加工等之嚴苛的加工。

因此，製造本發明之實施形態之散熱零件用銅合金板時，較佳係將熱軋延的初期，具體而言為第1道次至第3道次為止之平均的加工率設為10%以上35%以下。第1道次至第3道次為止之平均的加工率，尤佳設為12%以上30%以下，更佳設為15%以上25%以下。

當增大熱軋延初期的加工率時，容易產生鑄塊的熱軋延破裂，為了避免此情形，於第1道次開始前，較佳係藉 由磨邊器將鑄塊端面進行軋延。藉由活用磨邊器，可增大軋延初期的加工率，並防止或減少軋延初期之內部破裂的產生。

於熱軋延後，削除雙面並以適當的軋延率進行冷軋延。

再結晶回火，係在連續回火爐中於600℃~850℃的溫度範圍加熱5~30秒，以使再結晶回火後的平均結晶粒徑未達20μm。此再結晶回火，係用以改善銅合金板(製品)的伸長率及彎折加工性而進行。當再結晶回火的溫度未達600℃或保持時間未達5秒時，再結晶不足，使銅合金板(製品)的彎折加工性劣化。另一方面，當再結晶回火的溫度超過850℃或保持時間超過30秒時，再結晶粒粗大化(平均結晶粒徑粗大化至20μm以上)，銅合金板(製品)無法得到充分的強度。再者，於寬幅的彎折中，彎折加工性劣化。

於再結晶回火後，可視需要進行冷軋延。進行此冷軋延時，該加工率，以在後述精製冷軋延中得到既定的加工率及製品板厚之方式，可在0~40%的範圍內適當地設定。

接著進行時效回火。時效回火的條件，較佳係於400~575℃進行1~10小時之範圍內。當時效處理的溫度未達400℃或保持時間未達1小時時，析出不足，無法提升銅合金板(製品)的導電率。另一方面，當時效處理的溫度超過575℃或保持時間超過10小時時，析出物粗大化，銅合金 板(製品)無法得到充分的強度。

時效回火後，進行精製的冷軋延至目標板厚為止。軋延率，可因應目標之製品強度，設定在30~85%。

精製冷軋延後，可視需要進行短時間回火。此短時間回火的條件，設為於250~450℃進行3~40秒。藉由在此條件下進行短時間回火，以消除精製冷軋延中所導入之應變。此外，於此條件下，材料不會軟化，強度的降低少。

〈銅合金板的表面被覆層〉

藉由電鍍等將表面被覆層形成於銅合金板，藉此可提升散熱零件的耐蝕性，即使於嚴苛環境下，亦可防止作為散熱零件之性能的降低。

形成於銅合金板的表面之表面被覆層，較佳為Sn層。Sn層的厚度未達0.2μm時，耐蝕性的改善不足，超過5μm時，生產性降低而導致成本上升。因此，Sn層的厚度設為0.2~5μm。Sn層，包含Sn金屬及Sn合金。

表面被覆層，亦可於Sn層的下方形成Cu-Sn合金層。當Cu-Sn合金層的厚度超過3μm時，彎折加工性等會降低，所以將Cu-Sn合金層的厚度設為3μm以下。此外，較佳係將Cu-Sn合金層的厚度設為0.1μm以上。此時，Sn層的厚度設為0~5μm(包含無Sn層之情形)，並將Cu-Sn合金層與Sn層的合計厚度設為0.2μm以上。該合計厚度的上限設為8μm。

本說明書中，「Cu-Sn合金層的厚度」，為使用螢光X射線膜厚計，測定Cu-Sn合金層中的Sn量所得到之Sn換算厚度。

前述Cu-Sn合金層，可暴露於表面(參考日本特開2006-183068號公報、日本特開2013-185193號公報等)。Cu-Sn合金層，由於為較硬的Hv：200~400，所以具有因處理所帶來的抑制損傷效果。Cu-Sn合金層的表面暴露率(Cu-Sn合金層於材料表面的每單位面積所暴露之表面積乘上100後之值)，可為100%或0%，較佳為50%以下。於Cu-Sn合金層上無Sn層時(Sn層的厚度為零)，Cu-Sn合金層的表面暴露率為100%。Cu-Sn合金層未暴露時，Cu-Sn合金層的表面暴露率為0%。

於Cu-Sn合金層的下方，更可形成由Ni、Co、Fe、Ni-Co合金及Ni-Fe合金中的任一種所構成之電鍍層來作為底層。當此電鍍層的厚度超過3μm時，彎折加工性等會降低，所以該厚度設為3μm以下。此電鍍層的厚度較佳為0.1μm以上。

可形成僅由Ni、Co、Fe、Ni-Co合金及Ni-Fe合金中的任一種所構成之電鍍層(不含Cu-Sn合金層及/或Sn層)，作為表面被覆層。此電鍍層的厚度，從防止彎折加工性等的劣化之觀點來看，皆設為3μm以下。此電鍍層的厚度較佳為0.1μm以上。

上述各表面被覆層，可藉由電解電鍍、回焊電鍍、無電解電鍍、濺鍍等來形成。Cu-Sn合金層，可對母材的銅 合金板施以Sn電鍍，或是對銅合金母材施以Cu電鍍及Sn電鍍後，進行回焊處理等，使Cu與Sn反應而形成。回焊處理的加熱條件，設為230~600℃×5~30秒。

[實施例1]

於小型電爐中，在大氣中熔解表1的No.1~23所示之組成的銅合金，並熔製為厚度50mm、長度80mm、寬度200mm的鑄塊。然後於950℃加熱此鑄塊1小時後，軋延至厚度12mm為止，立即浸漬於水中以進行急冷。熱軋延結束溫度為750℃。熱軋延輥，使用輥徑：450mmΦ者。熱軋延的道次規劃，係設為5道次精製，為50mm→42mm(16.0%)→34mm(19.0%)→26mm(23.5%)→18mm(30.8%)→12mm(33.3%)。括弧內表示加工率。No.1~23之銅合金的氫含量為0.5~1.0質量ppm，氧含量為4~18質量ppm。

[表1]

接著將熱軋延材料的雙面分別削除約1mm以去除氧化膜，並進行冷軋延。

然後進行720℃×20秒的再結晶回火。再結晶回火後的板材進行水冷。於再結晶回火後，於板表面上所測定之平 均結晶粒徑(藉由JISH0501所規定之切斷法於軋延平行方向上進行測定)，皆未達20μm。

接著在進行加工率35%的冷軋延後，於500℃×2小時的條件下進行時效回火。接著以稀硫酸液去除表面氧化物後，進行加工率50%的精製冷軋延，而製作出厚度0.2mm的銅合金條。精製冷軋延後，於350℃進行30秒的短時間回火。

然後對與No.1為相同組成之銅合金(No.24)，以不同的道次規劃來實施熱軋延。

No.24的道次規劃，係設為10道次精製，以50mm→46mm(8.0%)→41mm(10.9%)→36mm(12.2%)→31mm(13.9%)→26mm(16.1%)→22mm(15.4%)→19mm(13.6%)→16mm(15.8%)→14mm(12.5%)→12mm(14.3%)來實施。括弧內表示加工率，每1道次的加工率之平均值為13.3%。5道次結束後，再次插入於950℃的爐而升溫，於10道次結束後，浸漬於水中以進行急冷。10道次結束不久後之熱軋延材料的溫度為810℃。No.24中，熱軋延以外之製程的條件與No.1~23相同。No.24中，於再結晶回火後，於板表面上所測定之平均結晶粒徑未達20μm(測定方法與先前所說明之方法相同)。

以經由以上製程所得到之銅合金條(製品板)作為試驗材料，並藉由下述要領來測定機械特性、導電率、彎折臨限寬度、及焊接性並進行評估。此外，依循Wiedemann-Franz法則，從導電率換算出熱傳導率。

此等結果如表2所示。

〈機械特性〉

從各試驗材料中，以使長邊方向平行及垂直於軋延方向之方式採集JIS5號試驗片，並根據JISZ2241的規定來進行拉伸試驗，測定平行於軋延方向之方向(∥)及垂直於軋延方向之方向(⊥)上的拉伸強度、耐力及伸長率。

〈導電率〉

導電率，係根據JISH0505的規定來測定。電阻的測定，係以使用雙橋接之四端子法來進行。

〈90度彎折的彎折臨限寬度〉

從試驗材料中，製作出長30mm、寬10~100mm(寬10、15、20、25…每隔5mm至100mm為止)之寬度不同的4角形試驗片(各寬度分別為3個)。試驗片之長度30mm的邊之方向，設為平行於試驗材料的軋延方向。使用此試驗片，將第1圖所示之V字模塊1及按壓模具2設置在油壓模壓機，將彎折半徑R與板厚t之比R/t設為0.5，並將彎折線(第1圖中垂直於紙面之方向)的方向設為試驗片3的寬度方向(Good Way彎折)，以進行90度彎折。V字模塊1及按壓模具2的寬度(第1圖中垂直於紙面之方向上的厚度)設為120mm。此外，油壓模壓機的荷重，設為試驗片的寬度每10mm為1000kgf(9800N)。

彎折試驗後，以100倍的光學顯微鏡來觀察試驗片的彎折部外側全長，以3個試驗片全部皆未觀察到1處的破裂者為合格，除此之外為不合格。將合格之試驗片的最大寬度設為該試驗材料的彎折臨限寬度。

〈密著彎折的彎折臨限寬度〉

以與90度彎折為相同之方法，從試驗材料中，製作出長30mm、寬5~50mm(寬5、10、15、20…每隔5mm至50mm為止)之寬度不同的4角形試驗片(各寬度分別為3個)。試驗片之長度30mm的邊之方向，設為平行於軋延方向。使用此試驗片，將彎折半徑R與板厚t之比R/t設為2.0，並將彎折線的方向設為試驗片的寬度方向(Good Way)，依循JISZ2248的規定，大致彎折至170度為止後，進行密著彎折。

彎折試驗後，以100倍的光學顯微鏡來觀察彎折部之破裂的有無，以3個試驗片全部皆未觀察到1處的破裂者為合格，除此之外為不合格。將合格之試驗片的最大寬度設為該試驗材料的彎折臨限寬度。

〈焊接性評估〉

使用Sn-3Ag-0.5Cu焊錫來實施依據弧面狀沾錫試驗法之焊錫浸潤試驗。將活性助焊劑浸漬塗佈在加工為10mm×30mm的大小之試驗片後，浸漬在浴溫設為265℃之焊錫浴中(浸漬速度：25mm/sec、浸漬深度：12mm、浸漬 時間：5.0sec)，並測定零交叉時間(焊錫浸潤時間)。焊錫浸潤時間未達1.5秒者評估為合格(○)，1.5秒以上者評估為不合格(×)。

如表1、表2所示，具有本發明之實施形態所規定的合金組成，且熱軋延的道次規畫位於較佳範圍內(每1道次的加工率之平均值為20%以上，最大加工率為25%以上)之No.1~14，其拉伸強度、耐力、伸長率、導電率、90度彎折及密著彎折的彎折臨限寬度，滿足本發明之實施形態的規定。

另一方面，不具有本發明之實施形態所規定的合金組成之No.15~23，以及熱軋延的道次規畫脫離較佳範圍之No.24，其拉伸強度、耐力、伸長率、導電率、90度彎折及密著彎折的彎折臨限寬度、以及焊接性中的任1項以上，未滿足本發明之實施形態的規定。

No.15，Fe含量過剩，導電率及熱傳導率低。

No.16，Fe含量不足，拉伸強度及耐力低，且導電率及熱傳導率低。

No.17，P含量過剩，導電率及熱傳導率低。

No.18，P含量不足，拉伸強度及耐力低。

No.19，Zn含量過剩，導電率及熱傳導率低。

No.20，Zn含量不足，焊接性差。

No.21，Sn含量過剩，導電率及熱傳導率低，且90度彎折及密著彎折的彎折臨限寬度亦差。

No.22，Sn含量不足，拉伸強度及耐力低。

No.23，副成分的合計含量過剩，導電率及熱傳導率低。

No.24，由於熱軋延的道次規畫脫離較佳範圍，所以 90度彎折及密著彎折的彎折臨限寬度小。

[實施例2]

熔解表3所示之組成(2種)的銅合金，並熔製為厚度200mm、寬度500mm、長度5000mm的鑄塊。然後於950℃加熱此鑄塊1小時後，熱軋延至厚度12mm為止，立即浸漬於水中以進行急冷。熱軋延結束溫度為750℃。每經過熱軋延的一道次，板厚逐漸變薄，熱軋延的溫度降低逐漸增大。熱軋延結束時之熱軋延材料的長度成為超過80m之長度，熱軋延結束溫度於兩端上雖為不同，惟前述熱軋延結束溫度為當中較低者之端部上所測定的溫度。本實施例中，兩端部上之熱軋延結束溫度的差約20℃。熱軋延的道次規劃，係設為9道次精製，以200mm→177mm(11.5%)→156mm(11.9%)→123mm(21.2%)→98mm(20.3%)-72mm(26.5%)→46mm(36.1%)→27mm(41.3%)→18mm(33.3%)→12mm(33.3%)來實施。括弧內表示加工率，每1道次的加工率之平均值為26.2%。

接著將熱軋延材料的雙面分別削除約1mm以去除氧化膜，並進行冷軋延。

將2種冷軋延材料分別分為3個(No.25~27、28~30)，No.25、28係進行720℃×20秒的再結晶回火及水冷，No.26、29不進行再結晶回火，No.27、30進行920℃×30秒的再結晶回火及水冷。於此階段中，測定No.25~30之板表面的平均結晶粒徑(藉由JISH0501所規定 之切斷法於軋延平行方向上進行測定)。於適當的條件下進行再結晶回火之No.25、27的平均結晶粒徑為10μm，未進行再結晶回火之No.26、29，由於維持纖維組織，所以無法測定平均結晶粒徑。此外，再結晶回火的溫度過高之No.27、30的平均結晶粒徑為30μm，較適當水準(未達20μm)大。

接著對No.25~30的板材，以與[實施例1]相同之製程及條件來進行冷軋延、時效回火、酸洗、精製冷軋延及短時間回火。

以No.25~30的銅合金條(製品板)作為試驗材料，並藉由與實施例1相同之要領來測定機械特性、導電率、彎折臨限寬度、及焊接性並進行評估。此外，依循Wiedemann-Franz法則，從導電率換算出熱傳導率。此等結果如表4所示。

[表4]

No.25~30，皆具有本發明之實施形態所規定 的合金組成。如表4所示，於適當的條件下進行再結晶回火之No.25、28，其拉伸強度、耐力、伸長率、導電率、90度彎折及密著彎折的彎折臨限寬度，滿足本發明之實施形態的規定。另一方面，未進行再結晶回火之No.25、28，及再結晶回火的條件不適當之No.26、29，其90度彎折及密著彎折的彎折臨限寬度，未滿足本發明之實施形態的規定。

[實施例3]

接著以表1所示之No.7的銅合金條(製品板)作為試驗材料，分別以既定厚度對表面施以Ni電鍍、Cu電鍍、Sn電鍍、及Ni-Co合金電鍍的1種或2種以上。此等皆為電解電鍍，各電鍍的電鍍浴組成及電鍍條件如表5所示，各電鍍層的厚度如表6所示。

表6的No.31~33、36、37、39~42，係在進行Ni電鍍或Ni-Co電鍍後(或不進行)，進行Cu電鍍及Sn電鍍，接著施以回焊處理。各電鍍層的厚度為施以回焊處理後的厚度。回焊處理，以450℃×15秒來實施，接續於回焊處理之冷卻係構成為水冷。此係由於回焊處理為一般條件者。No.31~33、36、37、39~42的Cu-Sn層，是藉由回焊處理使Cu電鍍的Cu與Sn電鍍的Sn反應所形成者。Cu電鍍藉由回焊處理而被消滅。

表6的No.38，係進行Ni電鍍、Cu電鍍及Sn電鍍者，隨著時間的經過，Cu電鍍的Cu與Sn電鍍的Sn反應而形成Cu- Sn合金層，使Cu電鍍被消滅。Sn電鍍層的厚度為Cu電鍍被消滅後的厚度。

[表6]

各電鍍層的厚度測定以下述方法來進行。

〈Sn層〉

首先使用螢光X射線膜厚計(Seiko Instruments股份有限公司；型式SFT3200)，測定Sn層合計厚度(包含Cu-Sn合金層之Sn層合計厚度)。然後浸漬在以對硝基酚及氫氧化鈉為主成分之剝離液10分鐘，剝離Sn層後，使用螢光X射線膜厚計，來測定Cu-Sn合金層中的Sn量。從如此求取之Sn層合計厚度中減去Cu-Sn合金層中的Sn量，藉此算出Sn層厚度。

〈Cu-Sn合金層〉

浸漬在以對硝基酚及氫氧化鈉為主成分之剝離液10分鐘，剝離Sn層後，使用螢光X射線膜厚計，來測定Cu-Sn合金層中的Sn量。Cu-Sn合金層的厚度為Sn換算厚度。

〈Ni層及Ni-Co層〉

Ni層、Ni-Co合金層的厚度，使用螢光X射線膜厚計來測定。

〈Cu-Sn合金層暴露率〉

以SEM(掃描型電子顯微鏡)來觀察電鍍後之各試驗材料(形成有Cu-Sn合金層者)的表面，並對在任意的3個視野所得到表面組成像(×200)進行二值化處理。然後藉由圖像 解析，測定前述3個視野中之Cu-Sn合金被覆層的材料表面暴露率之平均值)。

從No.31~43的各試驗材料中製作出試驗片，並藉由下述要領來測定耐蝕性及彎折加工性。

〈耐蝕性〉

電鍍後之試驗材料的耐蝕性，係以鹽水噴霧試驗來評估。使用含有5質量%的NaCl之99.0%脫離子水(和光純藥工業股份有限公司製)，試驗條件，設為試驗溫度：35℃±1℃、噴霧液pH：6.5~7.2、噴霧壓力：0.098±0.01MPa，於72小時的噴霧後，進行水洗及乾燥。接著以實體顯微鏡來觀察試驗片的表面，並觀察腐蝕(母材腐蝕與電鍍表面的點狀腐蝕)的有無。

〈電鍍材料的彎折加工性評估〉

從電鍍後的各試驗材料中，製作出長30mm、寬20mm的4角形試驗片(各試驗材料分別為3個)。試驗片之長度30mm的邊之方向，設為平行於試驗材料(母材)的軋延方向。使用此試驗片，將第1圖所示之V字模塊1及按壓模具2設置在油壓模壓機，將彎折半徑R與板厚t之比R/t設為2.0，並將彎折線的方向設為朝向垂直於母材的軋延方向之方向，以進行90度彎折。油壓模壓機的荷重，設為試驗片的寬度每10mm為1000kgf(9800N)。

彎折試驗後，以100倍的光學顯微鏡來觀察試驗片的 彎折部外側全長，將3個試驗片全部皆未觀察到1處的破裂者判定為無破裂，將即使觀察到1處的破裂者，亦判定為有破裂。

如第6圖所示，具有本發明之實施形態所規定的電鍍構成及各電鍍層厚度之No.31~40，於鹽水噴霧試驗中未觀察到母材腐蝕，於彎折加工性試驗中未觀察到破裂。未形成由Ni層或Ni-Co合金層所構成之底層之No.33，以及未殘留Sn層而使Cu-Sn合金層暴露於表面之No.37，雖未觀察到母材腐蝕，但觀察到點狀腐蝕(被覆層表面呈點狀地腐蝕之現象)。

另一方面，電鍍層厚度脫離本發明之實施形態的規定之No.41~43，於鹽水噴霧試驗中觀察到母材腐蝕，或是於彎折加工性試驗中於電鍍中產生破裂。

No.41，其Cu-Sn合金層與Sn層的合計厚度不足，產生母材腐蝕。

No.42、43，其Cu-Sn合金層或Ni層的厚度較厚，於彎折加工性試驗中，於電鍍中產生破裂。

本發明係關於以下樣態。

樣態1：

一種散熱零件用銅合金板，其特徵為：含有Fe：0.01~1.0mass%、P：0.01~0.20mass%、Zn：0.01~1.0mass%、及Sn：0.01~0.15mass%，且剩餘部分由Cu及不可避免的雜質所構成； 軋延平行方向上的拉伸強度為410MPa以上，耐力為390MPa以上，伸長率為5%以上；軋延直角方向上的拉伸強度為420MPa以上，耐力為400MPa以上，伸長率為3%以上；導電率為75%IACS以上；將彎折半徑R與板厚t之比R/t設為0.5，並將彎折線設為軋延直角方向以進行90度彎折時之彎折加工臨限寬度為70mm以上；將彎折線設為軋延直角方向以進行密著彎折時之彎折加工臨限寬度為20mm以上。

樣態2：

如樣態1所述之散熱零件用銅合金板，其中以合計為0.3mass%以下更含有Co、Al、Cr、Mg、Mn、Ca、Pb、Ti、Zr、Si及Ag的1種或2種以上。

樣態3：

如樣態1所述之散熱零件用銅合金板，其中以合計為0.3mass%以下更含有Co、Al、Cr、Mg、Mn、Ca、Pb、Ti、Zr、Si及Ag的1種或2種以上與未達0.1mass%的Ni。

樣態4：

如樣態1~3中的任一項所述之散熱零件用銅合金板，其中於表面形成有厚度0.2~5μm的Sn層。

樣態5：

如樣態1~3中的任一項所述之散熱零件用銅合金板，其中於表面依序形成有厚度3μm以下的Cu-Sn合金層與厚度0~5μm的Sn層，Cu-Sn合金層與Sn層的合計厚度為0.2μm以上。

樣態6：

如樣態1~3中的任一項所述之散熱零件用銅合金板，其中於表面依序形成有厚度3μm以下之由Ni、Co、Fe、Ni-Co合金及Ni-Fe合金中的任一種所構成之電鍍層、及厚度3μm以下的Cu-Sn合金層、以及厚度0~5μm的Sn層，Cu-Sn合金層與Sn層的合計厚度為0.2μm以上。

樣態7：

如樣態1~3中的任一項所述之散熱零件用銅合金板，其中於表面形成有厚度3μm以下之由Ni、Co、Fe、Ni-Co合金及Ni-Fe合金中的任一種所構成之電鍍層。

樣態8：

如樣態5或6所述之散熱零件用銅合金板，其中Cu-Sn合金層暴露於最表面，該暴露面積率為50%以下。

樣態9：

一種散熱零件，其係由如樣態1~8中的任一項所述之散熱零件用銅合金板所構成。

樣態10：

一種線圈，其係由如樣態1~8中的任一項所述之散熱零件用銅合金板所構成。

本申請案，係以申請日為2016年3月17日之日本國專利申請案的日本特願第2016-054204號為基礎提出申請並主張優先權。日本特願第2016-054204號，係藉由參考而納入於本說明書中。

1‧‧‧V字模塊

2‧‧‧按壓模具

3‧‧‧試驗片

Claims (20)

1. 一種散熱零件用銅合金板，其特徵為：含有Fe：0.01~1.0mass%、P：0.01~0.20mass%、Zn：0.01~1.0mass%、及Sn：0.01~0.15mass%，且剩餘部分由Cu及不可避免的雜質所構成；軋延平行方向上的拉伸強度為410MPa以上，耐力為390MPa以上，伸長率為5%以上；軋延直角方向上的拉伸強度為420MPa以上，耐力為400MPa以上，伸長率為3%以上；導電率為75%IACS以上；將彎折半徑R與板厚t之比R/t設為0.5，並將彎折線設為軋延直角方向以進行90度彎折時之彎折加工臨限寬度為70mm以上；將彎折線設為軋延直角方向以進行密著彎折時之彎折加工臨限寬度為20mm以上。
2. 如請求項1所述之散熱零件用銅合金板，其中以合計為0.3mass%以下更含有Co、Al、Cr、Mg、Mn、Ca、Pb、Ti、Zr、Si及Ag的1種或2種以上。
3. 如請求項1所述之散熱零件用銅合金板，其中以合計為0.3mass%以下更含有Co、Al、Cr、Mg、Mn、Ca、Pb、Ti、Zr、Si及Ag的1種或2種以上與未達0.1mass%的Ni。
4. 如請求項1~3中的任一項所述之散熱零件用銅合金板，其中於表面形成有厚度0.2~5μm的Sn層。
5. 如請求項1~3中的任一項所述之散熱零件用銅合金板，其中於表面依序形成有厚度3μm以下的Cu-Sn合金層與厚度0~5μm的Sn層，Cu-Sn合金層與Sn層的合計厚度為0.2μm以上。
6. 如請求項1~3中的任一項所述之散熱零件用銅合金板，其中於表面依序形成有厚度3μm以下之由Ni、Co、Fe、Ni-Co合金及Ni-Fe合金中的任一種所構成之電鍍層、及厚度3μm以下的Cu-Sn合金層、以及厚度0~5μm的Sn層，Cu-Sn合金層與Sn層的合計厚度為0.2μm以上。
7. 如請求項1~3中的任一項所述之散熱零件用銅合金板，其中於表面形成有厚度3μm以下之由Ni、Co、Fe、Ni-Co合金及Ni-Fe合金中的任一種所構成之電鍍層。
8. 如請求項5所述之散熱零件用銅合金板，其中Cu-Sn合金層暴露於最表面，該暴露面積率為50%以下。
9. 如請求項6所述之散熱零件用銅合金板，其中Cu-Sn合金層暴露於最表面，該暴露面積率為50%以下。
10. 一種散熱零件，其係由如請求項1~3中的任一項所述之散熱零件用銅合金板所構成。
11. 一種散熱零件，其係由如請求項4所述之散熱零件用銅合金板所構成。
12. 一種散熱零件，其係由如請求項5所述之散熱零件用銅合金板所構成。
13. 一種散熱零件，其係由如請求項6所述之散熱零件用銅合金板所構成。
14. 一種散熱零件，其係由如請求項7所述之散熱零件用銅合金板所構成。
15. 一種散熱零件，其係由如請求項8所述之散熱零件用銅合金板所構成。
16. 一種散熱零件，其係由如請求項9所述之散熱零件用銅合金板所構成。
17. 一種線圈，其係由如請求項1~3中的任一項所述之散熱零件用銅合金板所構成。
18. 一種線圈，其係由如請求項4所述之散熱零件用銅合金板所構成。
19. 一種線圈，其係由如請求項5所述之散熱零件用銅合金板所構成。
20. 一種線圈，其係由如請求項6所述之散熱零件用銅合金板所構成。