TWI621722B - Copper alloy plate for heat dissipating parts - Google Patents

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Abstract

為了提供一種具有高強度、優異加工性及散熱性之散熱零件用銅合金板。
銅合金板，係含有Ni及Co之1種或2種：0.8~4.0質量%、Si：0.2~1.0質量%，Ni及Co之1種或2種和Si之質量比為3.0~7.0，剩餘部分為Cu及不可避免的雜質所構成。平行於輥軋方向的抗拉強度為570MPa以上、安全限應力為500MPa以上、伸度為5%以上，垂直於輥軋方向的抗拉強度為550MPa以上、安全限應力為480MPa以上、伸度為5%以上，導電率超過35%IACS，將彎曲線設定成垂直於輥軋方向，以R/t=0.5進行90度彎曲時的彎曲加工極限寬度為70mm以上，將彎曲線設定成垂直於輥軋方向，進行密合彎曲時的彎曲加工極限寬度為20mm以上，蘭克福特值為0.9以上。

Description

散熱零件用銅合金板
本發明是關於散熱零件用的銅合金板材，該散熱零件是用於讓在個人電腦、平板電腦、智慧型手機、行動電話及數位相機等的電子機器上所搭載之CPU及液晶等的熱散發。
在個人電腦、平板電腦、智慧型手機、行動電話、數位相機及數位攝影機等的電子機器中，為了讓從所搭載之CPU、液晶及攝像元件等的電子零件產生的熱散發而使用散熱零件。散熱零件可防止電子零件的過度昇溫，可防止電子零件的熱失控而使其正常地發揮作用。作為散熱零件可使用：將熱傳導性高的純銅、強度及耐蝕性優異的不鏽鋼及白銅、重量輕的鋁合金等的材料加工而成者。該等散熱零件，不僅可發揮散熱作用，還能保護所搭載的電子零件避免其受施加於電子機器之外力的影響而發揮構造構件的作用。
對於在電子機器上所搭載的電子零件，要求高速化及高性能化，電子零件的高密度化不斷進展。因 此，電子零件的發熱量急速增大。此外，在電子機器的小型化、薄型化及輕量化的要求下，對散熱零件也要求薄型化。然而，縱使在將散熱零件薄型化的情況，也要求能維持散熱性能及構造強度。
作為散熱零件的材料之板材，是經由折邊(hemming)彎曲(密合(close-contact)彎曲)、90°彎曲、撐壓(bulging)加工、梯形加工、引伸(drawing)加工等的塑性加工而成形為散熱零件。在彎曲加工中，引線架及端子之彎曲部的寬度(彎曲線的長度)雖為數毫米程度以下，但在散熱零件中，也會有彎曲部的寬度大到20mm程度以上者。已知隨著彎曲寬度變大，板材的彎曲加工性會急劇降低，因此比起端子及引線架用板材，散熱零件用板材被要求更嚴格的彎曲加工性。此外，在撐壓加工及梯形加工，會有被成形為高度1mm程度的情況。作為表示引伸加工及撐壓加工性是否良好的指標，可使用蘭克福特值(Lankford Value)，在此情況，蘭克福特值越高加工性越佳。
作為散熱零件的材料之純銅，雖熱傳導性優異但強度差，無法使散熱零件薄型化。不鏽鋼及白銅之熱傳導率低(2~6% IACS)，無法應用於作為散熱量大的電子零件用散熱零件。鋁合金之強度及熱傳導性均不佳。另一方面，關於銅合金，在專利文獻1雖揭示出導電性、耐應力鬆弛特性及成形加工性優異的(Ni,Co)-Si系銅合金，但關於彎曲加工性並沒有任何的揭示。
[專利文獻1]日本特開2015-101760號公報
本發明的目的是為了提供一種具有高強度、包含彎曲加工性之優異的成形性、及散熱性之散熱零件用銅合金板。
本發明的散熱零件用銅合金板，其特徵在於，含有Ni及Co之1種或2種：0.8~4.0質量%、Si：0.2~1.0質量%，Ni及Co之1種或2種和Si之質量比為3.0~7.0，剩餘部分為Cu及不可避免的雜質所構成，平行於輥軋方向的抗拉強度為570MPa以上、安全限應力為500MPa以上、伸度為5%以上，垂直於輥軋方向的抗拉強度為550MPa以上、安全限應力為480MPa以上、伸度為5%以上，導電率超過35% IACS，彎曲半徑R與板厚t之比R/t為0.5，進行彎曲線為垂直於輥軋方向之90度彎曲時的彎曲加工極限寬度為70mm以上，進行彎曲線為垂直於輥軋方向之密合彎曲時的彎曲加工極限寬度為20mm以上，蘭克福特值為0.9以上。蘭克福特值(r值)越高，撐壓及引伸加工等的成形加工性越優異。
上述銅合金可進一步含有Zn：2.5%以下、Sn：1%以下之1種或2種。此外，可進一步含有Mg、 Al、Cr、Mn、Ca、Ti、Zr、Fe及P之1種或2種以上合計1質量%以下(其中，P含量為0.1質量%以下)。
在上述銅合金板的表面，可按照必要而藉由鍍敷等來形成表面被覆層，而讓耐蝕性提高。作為表面被覆層，可以是Sn層、Cu-Sn合金層，由Ni、Co、Fe、Ni-Co合金或Ni-Fe合金之任1種所構成的鍍敷層。
依據本發明可提供一種散熱零件用銅合金板，具有作為構造構件的強度、特別是抗變形及抗跌落衝撃的強度，具有可承受複雜形狀加工之彎曲、撐壓及引伸等的成形加工性，且對於來自半導體元件等的熱具有高散熱性。此外，在該銅合金板形成有前述表面被覆層的情況，可提高耐蝕性，縱使在嚴苛環境下仍能防止其作為散熱構件的性能降低。
1‧‧‧V字塊
2‧‧‧按壓構件
3‧‧‧試驗片
4‧‧‧衝模
5‧‧‧試驗片
6‧‧‧壓料板
7‧‧‧衝頭
圖1係實施例的90度彎曲試驗的試驗方法之說明圖。
圖2係實施例的撐壓加工性評價試驗的試驗方法之說明圖。
以下，針對本發明的實施形態之散熱零件用銅合金板詳細地說明。
<銅合金板的組成>
銅合金的組成，係含有Ni及Co之1種或2種：0.8~4.0質量%、Si：0.2~1.0質量%，且Ni及Co之1種或2種和Si的質量比為3.0~7.0，剩餘部分為Cu及不可避免的雜質所構成。
該銅合金按照必要，作為副成分可含有Zn：2.5質量%以下及Sn：1質量%以下之1種或2種。此外，按照必要，作為副成分可含有選自Mg、Al、Cr、Mn、Ca、Ti、Zr、Fe及P之1種或2種以上合計1質量%以下(其中，P含量為0.1質量%以下)。
Ni、Co和Si，藉由析出金屬間化合物可使銅合金高強度化。Ni或Co之1種或2種的含量(1種的情況為Ni含量或Co含量，2種的情況為Ni和Co的合計含量)未達0.8質量%時，或是Si含量未達0.2質量%時，Ni-Si或/及Co-Si化合物的析出量少，無法獲得期望的強度。另一方面，Ni或Co之1種或2種的含量超過4.0質量%，且Si含量超過1質量%時，熱軋時會發生龜裂。Ni或Co之1種或2種的含量超過4.0質量%時，或是Si含量超過1質量%時，熱軋時有容易發生龜裂的傾向。因此，將Ni或Co的1種或2種之含量設定為0.8~4.0質量%，將Si含量設定為0.2~1質量%。
此外，當Ni或Co之1種或2種和Si的質量比未達 3或超過7時，無法同時滿足所期望的強度及導電率。因此，將前述質量比設定為3.0~7.0。較佳為，前述質量比的下限值為3.5，上限值為5.5。當將Ni含量設定為[Ni]、將Co含量設定為[Co]及將Si含量設定為[Si]時，Ni或Co之1種或2種和Si的質量比是指([Ni]+[Co])/[Si]。該質量比的計算，當銅合金不含Co的情況設定成[Co]=0質量%，當不含Ni的情況設定成[Ni]=0質量%。
作為副成分而按照必要所添加的Zn或/及Sn，具有讓銅合金的強度提高之作用。然而，當Zn含量超過2.5質量%、或Sn含量超過1質量%時，銅合金的強度雖會提高，但導電率及熱傳導性會降低。因此，Zn含量設定成2.5質量%以下，Sn含量設定成1質量%以下。
此外，作為副成分而按照必要所添加之Mg、Al、Cr、Mn、Ca、Ti、Zr、Fe及P也具有讓銅合金的強度提高之作用。再者，除了P以外之副成分元素，具有讓製造時的熱軋性提高之作用。然而，這些副成分也是，當1種或2種以上的合計含量超過1質量%時，銅合金的強度雖會提高，但導電率及熱傳導性會降低。因此，這些副成分，是以合計含量在1質量%以下的範圍內、且不致使銅合金板的導電率成為35% IACS以下的範圍內進行添加。這些副成分的合計含量的較佳範圍為0.7質量%以下，更佳範圍為0.5質量%以下。這些副成分當中的P，基於防止熱軋性降低的觀點，將含量限制在0.1質量%以下，更佳為0.05質量%以下。此外，這些副成分當中除了 P以外的元素各個的添加量較佳為，Mg、Fe為0.2質量%以下，Al、Cr、Mn、Ti及Zr皆為0.1質量%以下，Ca為0.05質量%以下。
<銅合金板的特性>
散熱零件，必須具有作為構造構件的強度，特別是具有可抗變形及抗跌落衝撃的強度。只要銅合金板之平行於輥軋方向的抗拉強度為570MPa以上、安全限應力為500MPa以上，且垂直於輥軋方向的抗拉強度為550MPa以上、安全限應力為480MPa以上，縱使將散熱構件薄型化，仍可確保其作為構造構件的必要強度。此外，只要銅合金板之平行於輥軋方向的伸度為5%以上，且垂直於輥軋方向的伸度為5%以上，在將銅合金板藉由引伸加工及/或彎曲加工來成形散熱構件的情況，就不會發生成形加工性上的問題。安全限應力是在拉伸試驗中產生0.2%的永久變形時的抗拉強度。
使用銅合金板作為材料而將散熱構件進行成形的情況，一般而言銅合金板必須具有優異的彎曲加工性、引伸加工性及撐壓加工性等。只要將銅合金板設定成：彎曲半徑R和板厚t的比R/t為0.5，進行彎曲線方向垂直於輥軋方向之90度彎曲時的彎曲加工極限寬度為70mm以上，進行彎曲線方向垂直於輥軋方向之密合彎曲時之彎曲加工極限寬度為20mm以上，在包含彎曲加工之製造過程就不會發生問題。當銅合金板之彎曲加工極限寬 度未達上述數值的情況，在製造散熱零件的過程會在彎曲加工部發生裂痕及/或斷裂，要進行複雜形狀的成形變困難。再者，只要銅合金板的蘭克福特值(r值)為0.9以上，在包含撐壓加工或引伸加工之製造過程就不會發生問題。當該r值未達0.9時，在撐壓或引伸加工部會發生裂痕及/或斷裂，與彎曲加工同樣的要進行複雜形狀的成形變困難。
為了吸收半導體元件等所產生的熱而使其散發到外部，散熱零件用銅合金板較佳為導電率超過35% IACS、熱傳導率超過150W/m．K。
熱傳導率可根據維德曼-夫蘭茲(Wiedemann-Franz)定律而由導電率換算出，只要導電率在35% IACS以上，熱傳導率即可成為150W/m．K以上。
<銅合金板之製造方法>
本發明的實施形態之銅合金板，可經由熔化鑄造、均質化處理、熱軋、冷軋、再結晶退火、精加工冷軋及時效退火等的步驟而製造出。
在均質化處理，是將鑄塊於900~1000℃加熱0.5~5小時，於此溫度下開始進行熱軋，於700℃以上的溫度將熱軋結束，馬上以20℃/秒以上的冷卻速度進行急冷(較佳為水冷)。
熱軋之每1道次的加工率，不僅會影響熱軋材，還會影響最終製品的靭性、組織的均質性及緻密化。 在製造本發明的實施形態之散熱零件用銅合金板時較佳為，熱軋之每1道次的加工率之平均值為20%以上，最大加工率為25%以上。
其理由說明如下。
已知在藉由軋輥實施壓下時，在軋輥正下方，在從被輥軋的鑄塊表面起算一定深度hc的區域有朝輥軋方向的壓縮應力作用著，在從深度hc到鑄塊厚度之中央部的區域有朝輥軋方向的拉伸應力作用著。在受壓縮應力作用的區域，從表面起算的深度越淺壓縮應力越大，在受拉伸應力作用的區域，離鑄塊厚度的中心越近拉伸應力越大。
從壓縮應力改變成拉伸應力的深度hc，可根據軋輥直徑及壓下量(軋輥入口側的厚度-軋輥出口側的板厚)等而經由計算求出(O.G.Muzalevskii：Stal in English,June(1970),p.455)。依據該計算式，當軋輥直徑為固定的情況，壓下量越大(亦即，加工率也越大)hc越大。亦即，鑄塊內部之受拉伸應力作用的區域越小。
在鑄塊中存在著縮孔及氣體所造成的微孔(micro cavity)、以及合金元素的微偏析及夾雜物等的缺陷，這些缺陷越靠近鑄塊厚度的中央部越多。要讓這些缺陷完全消失，在工業上是困難的。
為了實施均質化處理而將鑄塊加熱時，利用合金元素的擴散雖可將微偏析除去，但無法將鑄塊內部的微孔除去。反而經由均質化處理會形成克根達孔洞(Kirkendall void)，而使固溶於鑄塊中的氣體成分往夾雜物-母材界面及/或粒界進行析出，因此鑄塊內部的微孔有增加的傾向。
如此般，因為在鑄塊內部存在有微孔及夾雜物，為了將熱軋材的內部品質提高，較佳為將熱軋之每1道次的加工率提高。因此較佳為，熱軋之每1道次的加工率為平均20%以上，最大加工率為25%以上。更佳為，熱軋之每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，藉由將熱軋之每1道次的加工率加大，可減少熱軋道次的次數，而能在更高溫下讓熱軋結束。因此，可從更高溫開始進行急冷(淬火)，能使熱軋材中之合金元素的固溶量增加。結果，可改善接續進行之冷軋及熱處理後的銅合金板(製品)之組織均一性，可獲得良好的彎曲加工性、引伸加工性及撐壓加工性。
另一方面，在熱軋的初期，若對鑄塊實施較大的壓下，在鑄塊的端面附近之輥軋面可能發生龜裂。因此，在實際作業時，從熱軋之第1道次到第3道次，一般是進行輕加工率的輥軋。
然而，若在熱軋的初期持續進行輕加工率的輥軋道次，在每個輥軋道次，在從前述hc到鑄塊中央的區域會有拉伸應力作用著，而使鑄塊內部的微孔及夾雜物-母材界面的間隙擴大，導致發生微細的龜裂。之後，縱使將每1道次的加工率增大，一旦發生之龜裂的壓接較慢，而使 熱軋材的內部品質降低。將如此般的熱軋材進行冷軋及熱處理所製造出之銅合金板，要實施彎曲半徑R小之寬幅彎曲、折邊彎曲、引伸加工及撐壓加工等的嚴苛加工變困難。
因此，在製造本發明的實施形態之銅合金板時較佳為，在熱軋的初期，具體而言為第1道次到第3道次的平均加工率為10%以上。第1道次到第3道次的平均加工率更佳為12%以上，特佳為15%以上。
若將熱軋初期的加工率增大，鑄塊的熱軋龜裂變得容易發生，為了防止其發生，較佳為在第1道次開始前藉由軋邊輥(edger)將鑄塊端面實施輥軋。藉由活用軋邊輥，可將輥軋初期的加工率增大，並防止或減輕輥軋初期的內部龜裂發生。
在熱軋後，按照必要將熱軋材的兩面實施面切削之後，以適宜的軋製率進行冷軋。該冷軋的加工率，是以能在精加工冷軋獲得既定加工率及製品板厚的方式適宜地設定。
接下來在再結晶退火，將冷軋材以620~850℃的溫度範圍加熱10~100秒。該再結晶退火，是為了改善銅合金板(製品)的伸度、彎曲加工性及撐壓加工性等所進行的。再結晶退火的溫度未達620℃或保持時間未達10秒時，再結晶變得不足，銅合金板(製品)的加工性差。另一方面，當再結晶退火的溫度超過850℃或保持時間超過100秒時，再結晶粒變得粗大化(粗大化成平均結晶粒徑 10μm以上)，在銅合金板(製品)無法獲得充分的強度。為了使Ni、Co、及Si的固溶量變多，而在後步驟的時效退火使強度及導電率的提高效果發揮到極限，再結晶退火後的冷卻較佳為，以從再結晶退火的溫度到300℃之平均冷卻速度成為5℃/秒以上的方式進行急冷。
再結晶退火後，按照必要進行精加工冷軋。進行精加工冷軋的情況，其加工率較佳為在30%以下的範圍內適宜地設定。
接下來進行時效退火。時效退火的條件較佳為350~570℃、1~10小時的範圍內。當時效處理的溫度未達350℃或保持時間未達1小時的情況，析出不足，銅合金板(製品)的導電率無法提高。另一方面，當時效處理的溫度超過570℃或保持時間超過10小時的情況，析出物變得粗大化，銅合金板(製品)無法獲得充分的強度。時效退火後，銅合金板被冷卻到室溫。
當製品形態為長帶狀捲體的情況，因為時效退火是在捲體狀態下進行，退火後的捲體會帶有捲繞癖性，在將捲體退繞後進行切斷、加壓成形、沖壓及蝕刻等的成形加工變得難以進行。
因此，為了除去或減輕捲體的捲繞癖性，較佳為利用拉伸矯直機(tension leveler)或張力退火(tension annealing)處理來進行應變矯正。此外，當加壓成形、沖壓、蝕刻等的成形加工後之構件的尺寸精度、減少彎曲、耐應力鬆弛特性等的要求嚴苛的情況，較佳為對於經由拉 伸矯直機或張力退火處理後的捲體進一步進行連續低溫退火。
<銅合金板的表面被覆層>
藉由在銅合金板上利用鍍敷等來形成表面被覆層，可使散熱零件的耐蝕性提高，縱使在嚴苛環境下仍可防止其作為散熱零件的性能降低。
作為在銅合金板的表面所形成的表面被覆層，較佳為Sn層。當Sn層的厚度未達0.2μm時，耐蝕性的改善不足，當超過5μm時會使生產性降低，造成成本上昇。因此，Sn層的厚度設定為0.2~5μm。Sn層包含Sn金屬及Sn合金。
作為表面被覆層，可在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，彎曲加工性等會降低，因此將Cu-Sn合金層的厚度設定為3μm以下。在此情況，Sn層的厚度設定為0~5μm(包含沒有Sn層的情況)，Cu-Sn合金層和Sn層的合計厚度設定為0.2μm以上。
前述Cu-Sn合金層可在表面露出(參照日本特開2006-183068號公報、日本特開2013-185193號公報等)。Cu-Sn合金層，因為硬度高達Hv：200~400，具有抑制處理所致的傷痕之效果。Cu-Sn合金層的表面露出率(在材料表面之每單位面積露出之Cu-Sn合金層的表面積乘上100後的數值)，較佳為50%以下。在Cu-Sn合金層 上沒有Sn層的情況(Sn層的厚度為零)，Cu-Sn合金層的表面露出率為100%。
在Cu-Sn合金層的下方，作為底層可進一步形成：由選自Ni、Co、Fe、Ni-Co合金或Ni-Fe合金之任1種所構成的鍍敷層。當該鍍敷層的厚度超過3μm時，彎曲加工性等會降低，因此將其厚度設定為3μm以下。該鍍敷層的厚度較佳為0.1μm以上。
此外，作為表面被覆層，可僅形成選自Ni、Co、Fe、Ni-Co合金或Ni-Fe合金之任1種所構成的鍍敷層(不包含Cu-Sn合金層或/及Sn層)。基於防止彎曲加工性等降低的觀點，該鍍敷層的厚度都設定成3μm以下。該鍍敷層的厚度較佳為0.1μm以上。
上述各表面被覆層，可利用電鍍、回焊鍍、無電式電鍍、濺鍍等來形成。Cu-Sn合金層，可在作為母材之銅合金板進行鍍Sn，或在銅合金母材進行鍍Cu及鍍Sn後進行回焊處理等，讓Cu和Sn反應而形成。回焊處理的加熱條件為230~600℃×5~30秒。
[實施例1]
將表1之No.1~26所示組成的銅合金熔化，利用電爐於大氣中熔煉成厚度50mm、長度80mm及寬度200mm的鑄塊。然後，將該鑄塊於950℃加熱1小時後，熱軋成厚度15mm，從800℃開始浸漬於水中而進行急冷。熱軋輥是採用輥徑：450mmΦ者。熱軋的道次排程 (path schdule)是設定成5道次精加工，即50mm42mm(16.0%)35mm(16.7%)27mm(22.9%)20mm(25.9%)15mm(25.0%)。括號內的數字表示加工率。每1道次的加工率之平均值為21.3%。No.1~26的銅合金之氫含量為0.5~1.1質量ppm，氧含量為4~23質量ppm。
接著，將熱軋材的兩端緣予以切斷除去後，將表面實施面切削而將氧化膜除去，進行冷軋直到厚度0.21mm為止。
接著，進行750℃×60秒的再結晶退火。將再結晶退火後的板材實施水冷。再結晶退火後，於板表面所測定之平均結晶粒徑(依JISH0501所規定的切斷法，平行於輥軋方向的測定)都未達10μm。
接著，進行精加工冷軋而使板厚成為0.15mm後，以500℃×2小時的條件進行時效退火。
使用以上步驟所製得的銅合金條(製品板)、及相同板厚之市售的不鏽鋼板(SUS304)及鋁合金(5052(H34))作為供試材，依以下要領測定機械特性、導電率、彎曲極限寬度、蘭克福特值(r值)及撐壓加工性。
測定結果如表2所示。
[表1]
此外，對於與No.2相同組成的銅合金(No.29、30)，以不同的道次排程實施熱軋。
No.29的道次排程設定成17道次精加工，即實施50mm48mm(4.0%)46mm(4.2%)44mm(4.3%)42mm(4.5%)40mm(4.8%)38mm(5.0%)36mm(5.3%)34mm(5.6%)32mm(5.9%)30mm(6.3%)28mm(6.7%)26mm(7.1%)24mm(7.7%)22mm(8.3%)20mm(9.1%)18mm(10.0%)15mm(16.7%)。每1道次的加工率之平均值為6.8%。在各道次結束時點，用表面溫度計測定熱軋材的溫度，當其溫度接近800℃時再度插入950℃爐中而進行昇溫，當17道次結束後，浸漬於水中進行急冷。17道次剛結束後之熱軋材的溫度為810℃。在No.29中，熱軋以外的步驟之條件是與No.1~26相同。
No.30的道次排程設定成5道次精加工，即實施50mm46mm(8.0%)42mm(8.7%)38mm(9.5%)34mm(10.5%)30mm(11.8%)。在No.30中，熱軋及第1次冷軋(因為熱軋材的板厚較大，將加工率增大)以外的步驟之條件是與No.1~26相同。
再結晶退火後，於板表面所測定之平均結晶粒徑(依JISH0501所規定之切斷法，平行於輥軋方向的測定)，No.29、30都未達10μm。
使用No.29、30的銅合金條(製品板)作為供試材，依以下要領測定機械特性、導電率、彎曲極限寬 度、蘭克福特值(r值)及撐壓加工性，進行評價。
其等的結果如表3所示。在表3中，一併記載No.2的結果。
<機械特性>
從各供試材，以長度方向與輥軋方向成為平行及垂直的方式採取JIS5號試驗片，依JISZ2241的規定進行拉伸試驗，測定與輥軋方向為平行方向(∥)及垂直方向(⊥)的抗拉強度、安全限應力(產生0.2%的永久變形時的抗拉強度)及伸度。
<導電率>
導電率是依JISH0505的規定進行測定(測定溫度：25℃)。
<90度彎曲的彎曲極限寬度>
從供試材製作出長度30mm、寬度10~100mm(寬度10、15、20、25…100mm為止，即每隔5mm寬度)之不同寬度的4角形的試驗片(各寬度做3個)。試驗片之長度30mm的邊之方向設定成與供試材的輥軋方向平行。使用該試驗片，將圖1所示的V字形塊1及按壓構件2安裝於油壓機，將彎曲半徑R和板厚t之比R/t設定成0.5，將彎曲線(與圖1之紙面垂直的方向)的方向設定成試驗片3的寬度方向(Good Way彎曲)，進行90度彎曲。V字塊1及按壓構件2的寬度(與圖1之紙面垂直的方向之 厚度)為120mm。此外，油壓機的荷重設定成，試驗片之每寬度10mm為1000kgf(9800N)。
彎曲試驗後，將試驗片之彎曲部外側全長利用100倍的光學顯微鏡觀察，當3個試驗片中沒有觀察到任何龜裂的情況判定為無龜裂，除此以外判定為有龜裂。以被判定為無龜裂之試驗片的最大寬度，作為該供試材的彎曲極限寬度。彎曲極限寬度70mm以上評價為合格。
<密合彎曲的彎曲極限寬度>
依與90度彎曲試驗同樣的方法，從供試材製作出長度30mm、寬度5~50mm(寬度5、10、15、20…50mm，即每隔5mm寬度)之不同寬度的4角形的試驗片(各寬度做3個)。將試驗片之長度30mm的邊之方向設定成與輥軋方向平行。使用該試驗片，將彎曲半徑R和板厚t的比R/t設定成2.0，將彎曲線的方向設定成試驗片的寬度方向(Good Way彎曲)，依JISZ2248的規定彎曲約170度後，進行密合彎曲。
於彎曲試驗後，針對彎曲部是否發生龜裂，用100倍的光學顯微鏡觀察，當3個試驗片中沒有觀察到任何龜裂的情況判定為無龜裂，除此以外判定為有龜裂。以被判定為無龜裂之試驗片的最大寬度，作為該供試材的彎曲極限寬度。彎曲極限寬度20mm以上評價為合格。
<測定蘭克福特值(r值)>
從各供試材切出相對於輥軋方向為平行、45度及垂直的試驗片，從試驗片製作出JIS-5號拉伸試驗片，實施拉伸試驗。r值是使用5%應變時的值並依下式算出。r值0.9以上評價為合格。
r=0.25×(r1+2×r2+r3)
r1：使用平行於輥軋方向的拉伸試驗片進行測定之5%應變時的r值
r2：使用相對於輥軋方向為45度方向的拉伸試驗片進行測定之5%應變時的r值
r3：使用垂直於輥軋方向的拉伸試驗片進行測定之5%應變時的r值
<撐壓加工性評價>
從供試材切出25mm×25mm之正方形的試驗片。將試驗片之1組對邊的方向設定成與供試材的輥軋方向平行。使用該試驗片，如圖2所示般，在形成有大致正四角形的孔4a之衝模4上，以試驗片之一邊與衝模之孔的一邊平行的方式載置試驗片5，藉由正四角形之框狀的壓料板6將試驗片5按壓固定，讓邊長10mm之大致正四角形剖面的衝頭7以1mm/min的速度下降，實施撐壓加工。衝模4的上端之內側角部半徑為1.5mm，衝頭7的下端之角部半徑為0.8mm。施加於衝頭6的強度(荷重)是使用萬能試驗機(Autograph)進行測定，以最大強度下的移位作為試驗片5的撐壓高度。撐壓高度0.8mm以上評價為合格。
[表3]
如表1、2所示般，具有本發明所規定的合金組成且將熱軋的道次排程設定成較佳條件之No.1~17，抗拉強度、安全限應力、伸度、導電率、90度彎曲及密合彎曲的彎曲極限寬度、及蘭克福特值(r值)皆符合本發明的規定。此外，No.1~17可獲得較大的撐壓高度。
另一方面，未具有本發明所規定的合金組成之No.19~23、及熱軋的道次排程並未設定成較佳條件之No.29、30，抗拉強度、安全限應力、伸度、導電率、90度彎曲及密合彎曲的彎曲極限寬度、及蘭克福特值(r值)當中任1個以上不符合本發明的規定。
No.18因為Ni及Si含量過多，No.24因為Co及Si含量過多，No.25因為Ni和Co的合計含量及Si含量過多，No.26因為P含量過多，都是在熱軋時發生龜裂而無法實施接下來的步驟。
No.19之Ni及Si含量不足，抗拉強度及安全限應力低。
No.20之Sn含量過多，導電率低，90度彎曲及密合彎曲的彎曲極限寬度小。
No.21之Zn含量過多，導電率低。
No.22、23之副成分的含量過多，導電率低。
No.29、30，90度彎曲及密合彎曲的彎曲極限寬度小。此外，r值低，撐壓高度小。
此外，市售的不鏽鋼板、即No.27，導電率低；市售的鋁合金板、即No.28，強度及安全限應力低，r值低。
[實施例2]
接著，使用表1之No.2的銅合金條(製品板)作為供試材，於表面以既定的厚度實施選自鍍Ni、鍍Cu、鍍Sn、及鍍Ni-Co合金之1種或2種以上。都是實施電鍍，各電鍍的電鍍浴組成及電鍍條件如表4所示，各鍍層的厚度如表5所示。
表5之No.31~33、36、37及39~42，是在進行鍍Ni或鍍Ni-Co後(或未進行)，進行鍍Cu及鍍Sn，接著實施回焊處理，各鍍層的厚度為回焊處理後的厚度。回焊處理是以450℃×15秒的條件實施，接續於回焊處理之冷卻處理是實施水冷。這是通常的回焊處理條件。No.31~33、36、37及39~42之Cu-Sn層，是經由回焊處理，使鍍Cu之Cu與鍍Sn之Sn反應而形成者。鍍Cu則是經由回焊處理而消失。
表5的No.38是進行鍍Ni、鍍Cu及鍍Sn者，隨著時間經過，鍍Cu之Cu和鍍Sn之Sn反應而形成Cu-Sn合金層，鍍Cu則消失。Sn鍍層的厚度是鍍Cu消失後的厚度。
[表4]
[表5]
各鍍層的厚度測定是依以下方法進行。
<Sn層>
首先，使用螢光X線膜厚計(精工電子工業股份有限公司，型號SFT3200)來測定Sn層合計厚度(包含Cu-Sn合金層之Sn層合計厚度)。接著，依以下方法測定Cu-Sn合金層的厚度。從Sn層合計厚度減去Cu-Sn合金層的厚度而求出Sn層厚度。
<Cu-Sn合金層>
在以對硝基苯酚及氫氧化鈉作為主成分之剝離液中浸漬10分鐘，將Sn層剝離後，使用螢光X線膜厚計測定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層及Ni-Co合金層的厚度是使用螢光X線膜厚計進行測定。
<Cu-Sn合金層露出率>
將鍍敷後之各供試材(形成有Cu-Sn合金層者)的表面用SEM(掃描型電子顯微鏡)觀察，將任意3視野所獲得之表面組成像(×200)實施二值化處理。然後，利用圖像解析，測定前述3視野中之Cu-Sn合金被覆層的材料表面露出率之平均值。
<耐蝕性>
鍍敷後之供試材的耐蝕性，是藉由鹽水噴霧試驗進行評價。使用含有5質量%NaCl之99.0%去離子水(和光純藥工業股份有限公司製)，試驗條件設定成，試驗溫度：35℃±1℃、噴霧液PH：6.5~7.2及噴霧壓力：0.098±0.01MPa，經72小時噴霧後實施水洗及乾燥。接著用立體顯微鏡觀察試驗片的表面，觀察是否發生腐蝕(母材腐蝕、鍍敷表面之點狀腐蝕)。
<鍍敷材之彎曲加工性評價>
從鍍敷後的各供試材製作出長度30mm及寬度20mm之4角形的試驗片3個。試驗片之長度30mm的邊之方向設定成與供試材(母材)之輥軋方向平行。使用該試驗片，將圖1所示的V字塊1及按壓構件2安裝於油壓機，將彎曲半徑R和板厚t的比R/t設定成2.0，將彎曲線的方向朝向垂直於母材的輥軋方向之方向，進行90度彎曲。油壓機的荷重設定成，試驗片的寬度每10mm為1000kgf(9800N)。
彎曲試驗後，將試驗片之彎曲部外側全長用100倍的光學顯微鏡觀察，3個試驗片中沒有觀察到任何龜裂的情況判定為無龜裂，只要觀察到1個龜裂就判定為有龜裂。
如表5所示般，具有本發明所規定的鍍敷構成及各鍍層厚度之No.31~40，在鹽水噴霧試驗時未觀察到母材腐蝕，在彎曲加工性試驗時未發生龜裂。未形成 Ni層或Ni-Co合金層所構成的底層之No.33，及未殘留Sn層而使Cu-Sn合金層在表面露出之No.37，雖未觀察到母材腐蝕，但觀察到點狀腐蝕(被覆層表面呈點狀腐蝕的現象)。
另一方面，鍍層厚度不符合本發明的規定之No.41~43，在鹽水噴霧試驗時雖未觀察到母材腐蝕，但在彎曲加工性試驗時鍍層發生龜裂。
No.41之Sn層的厚度薄，且Cu-Sn合金層和Sn層的合計厚度不足，發生了母材腐蝕。
No.42、43之Cu-Sn合金層或Ni層的厚度較厚，在彎曲加工試驗時鍍層發生龜裂。
本說明書的揭示內容包含以下的態樣。
態樣1：
一種散熱零件用銅合金板，其特徵在於，含有Ni及Co之1種或2種：0.8~4.0質量%、Si：0.2~1.0質量%，Ni及Co之1種或2種和Si之質量比為3.0~7.0，剩餘部分為Cu及不可避免的雜質所構成，平行於輥軋方向的抗拉強度為570MPa以上、安全限應力為500MPa以上、伸度為5%以上，垂直於輥軋方向的抗拉強度為550MPa以上、安全限應力為480MPa以上、伸度為5%以上，導電率超過35% IACS，彎曲半徑R與板厚t之比R/t為0.5，進行彎曲線為垂直於輥軋方向之90度彎曲時的彎曲加工極限寬度為70mm以上，進行彎曲線為垂直於輥軋方向之密合彎曲時的彎曲加工極限寬度為20mm以上，蘭克福特 值為0.9以上。
態樣2：
如態樣1所記載之散熱零件用銅合金板，進一步含有Zn：2.5質量%以下及Sn：1.0質量%以下之1種或2種。
態樣3：
如態樣1或2所記載之散熱零件用銅合金板，進一步含有Mg、Al、Cr、Mn、Ca、Ti、Zr、Fe及P之1種或2種以上合計1質量%以下，其中P含量為0.1質量%以下。
態樣4：
如態樣1~3中任一者所記載之散熱零件用銅合金板，其中，在表面形成有厚度0.2~5μm的Sn層。
態樣5：
如態樣1~3中任一者所記載之散熱零件用銅合金板，其中，在表面依序形成有厚度3μm以下的Cu-Sn合金層、厚度0~5μm的Sn層，且Cu-Sn合金層和Sn層的合計厚度為0.2μm以上。
態樣6：
如態樣1~3中任一者所記載之散熱零件用銅合金板，其中，在表面依序形成有厚度3μm以下之由Ni、Co、Fe、Ni-Co合金或Ni-Fe合金之任1種所構成的鍍層、厚度3μm以下的Cu-Sn合金層、及厚度0~5μm的Sn層，且Cu-Sn合金層和Sn層的合計厚度為0.2μm以上。
態樣7：
如態樣1~3中任一者所記載之散熱零件用銅合金板，其中，在表面形成有厚度3μm以下之由Ni、Co、Fe、Ni-Co合金或Ni-Fe合金之任1種所構成的鍍層。
態樣8：
如態樣5或6所記載之散熱零件用銅合金板，其中，Cu-Sn合金層是在最表面露出，其露出面積率為50%以下。
態樣9：
一種散熱零件，是由態樣1~7中任一者記載的散熱零件用銅合金板所構成。
本申請，是以申請日2015年11月3日之日本特願第2015-216217號為基礎案而主張優先權。日本特願第2015-216217號是以參照的方式併入本說明書中。

Claims (16)

  1. 一種散熱零件用銅合金板，其特徵在於，含有Ni及Co之1種或2種：0.8~4.0質量%、Si：0.2~1.0質量%，Ni及Co之1種或2種和Si之質量比為3.0~7.0，剩餘部分為Cu及不可避免的雜質所構成，平行於輥軋方向的抗拉強度為570MPa以上、安全限應力為500MPa以上、伸度為5%以上，垂直於輥軋方向的抗拉強度為550MPa以上、安全限應力為480MPa以上、伸度為5%以上，導電率超過35%IACS，彎曲半徑R與板厚t之比R/t為0.5，進行彎曲線為垂直於輥軋方向之90度彎曲時的彎曲加工極限寬度為70mm以上，進行彎曲線為垂直於輥軋方向之密合彎曲時的彎曲加工極限寬度為20mm以上，蘭克福特值為0.9以上。
  2. 如請求項1所述之散熱零件用銅合金板，進一步含有Zn：2.5質量%以下及Sn：1.0質量%以下之1種或2種。
  3. 如請求項1或2所述之散熱零件用銅合金板，進一步含有Mg、Al、Cr、Mn、Ca、Ti、Zr、Fe及P之1種或2種以上合計1質量%以下，在含有P的情形，P含量為0.1質量%以下。
  4. 如請求項1或2所述之散熱零件用銅合金板，其中，在表面形成有厚度0.2~5μm的Sn層。
  5. 如請求項3所述之散熱零件用銅合金板，其中， 在表面形成有厚度0.2~5μm的Sn層。
  6. 如請求項1或2所述之散熱零件用銅合金板，其中，在表面依序形成有厚度3μm以下的Cu-Sn合金層、厚度0~5μm的Sn層，且Cu-Sn合金層和Sn層的合計厚度為0.2μm以上。
  7. 如請求項3所述之散熱零件用銅合金板，其中，在表面依序形成有厚度3μm以下的Cu-Sn合金層、厚度0~5μm的Sn層，且Cu-Sn合金層和Sn層的合計厚度為0.2μm以上。
  8. 如請求項1或2所述之散熱零件用銅合金板，其中，在表面依序形成有厚度3μm以下之由Ni、Co、Fe、Ni-Co合金或Ni-Fe合金之任1種所構成的鍍層、厚度3μm以下的Cu-Sn合金層、及厚度0~5μm的Sn層，且Cu-Sn合金層和Sn層的合計厚度為0.2μm以上。
  9. 如請求項3所述之散熱零件用銅合金板，其中，在表面依序形成有厚度3μm以下之由Ni、Co、Fe、Ni-Co合金或Ni-Fe合金之任1種所構成的鍍層、厚度3μm以下的Cu-Sn合金層、及厚度0~5μm的Sn層，且Cu-Sn合金層和Sn層的合計厚度為0.2μm以上。
  10. 如請求項1或2所述之散熱零件用銅合金板，其中，在表面形成有厚度3μm以下之由Ni、Co、Fe、Ni-Co 合金或Ni-Fe合金之任1種所構成的鍍層。
  11. 如請求項3所述之散熱零件用銅合金板，其中，在表面形成有厚度3μm以下之由Ni、Co、Fe、Ni-Co合金或Ni-Fe合金之任1種所構成的鍍層。
  12. 如請求項6所述之散熱零件用銅合金板，其中，Cu-Sn合金層是在最表面露出，其露出面積率為50%以下。
  13. 如請求項7所述之散熱零件用銅合金板，其中，Cu-Sn合金層是在最表面露出，其露出面積率為50%以下。
  14. 如請求項8所述之散熱零件用銅合金板，其中，Cu-Sn合金層是在最表面露出，其露出面積率為50%以下。
  15. 如請求項9所述之散熱零件用銅合金板，其中，Cu-Sn合金層是在最表面露出，其露出面積率為50%以下。
  16. 一種散熱零件，是由請求項1~15中任一項所述的散熱零件用銅合金板所構成。
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