TWI624641B

TWI624641B - Copper strip for steam chamber and copper alloy strip for steam chamber

Info

Publication number: TWI624641B
Application number: TW106110572A
Authority: TW
Inventors: 橋本大輔; 西村昌泰
Original assignee: 神戶製鋼所股份有限公司
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2017-03-29
Publication date: 2018-05-21
Also published as: CN112159910A; JP6166414B1; KR20180127440A; JP2017180967A; TW201804128A; CN108885068A; WO2017170113A1; KR102277625B1

Abstract

本發明的蒸汽腔室用銅條或銅合金條，其表面的最大高度粗糙度Rz為1.5μm以下，算術平均粗糙度Ra為0.15μm以下，殘留應力為50MPa以下。

Description

蒸汽腔室用銅條及蒸汽腔室用銅合金條

本發明係關於一種被使用作為用以製造蒸汽腔室(vapor chamber)(平板狀熱管：tabular heat pipe)之框體的材料的銅條或銅合金條。

搭載於桌上型(desk type)PC、筆記型(notebook type)PC、平板型(tablet type)終端、以智慧型手機(Smartphone)為代表的行動電話等的CPU之動作速度的高速化及高密度化正急速地進展，而來自此等的CPU之每單位面積的發熱量則更加地增大。當CPU的溫度上升至一定以上的溫度時，就會造成誤作動、熱失控等的原因，故而來自CPU等的半導體裝置之效應性的放熱已成為迫切的問題。

可使用散熱片(heat sink)來作為吸收半導體裝置的熱且使熱散發至大氣中的散熱零件。由於散熱片被要求高熱傳導性，所以有使用熱傳導係數較大的銅、鋁等作為材料。在桌上型PC中，係使用將CPU的熱傳至已設置於散熱片的散熱鰭片，且用已設置於桌上型PC框體內的小型風扇來釋放熱量的方法。

但是，在沒有設置風扇之空間的筆記型PC、平板型終端等中，則已開始使用蒸汽腔室(平板狀熱管)，來作為在有限的面積具有更高之熱輸送能力的散熱零件。熱管，係藉由循環地進行已封入於內部的冷媒之蒸發(來自CPU的吸熱)和凝結(所吸收的熱之釋出)，來發揮比散熱片還高的散熱特性。又，有提出藉由將熱管與所謂散熱片及風扇的散熱零件組合在一起，來解決半導體裝置的發熱問題。

蒸汽腔室，係使管狀熱管的散熱性更進一步獲得改善(參照專利文獻1至4)。作為蒸汽腔室，有提出為了有效率地進行冷媒之凝結和蒸發，而與管狀熱管同樣，在內面形成有藉由粗面化加工、溝槽加工、粉末燒結所製造出的微細孔等。又，作為蒸汽腔室，有提出藉由外部構件(框體)、和容納固定於外部構件之內部的內部構件所構成。內部構件，係為了促進冷媒之凝結、蒸發、輸送，而在外部構件之內部配置有一個或複數個，且加工出各種形狀的鰭片、突起、孔、狹縫等。

參照圖1A至圖1C來說明蒸汽腔室的製造方法之一例。

(1)作為蒸汽腔室的材料，一般是使用無氧銅、磷脫氧銅等之純銅系的材料。在由純銅系之材料所構成的矩形板材(上板構件和下板構件)之單面形成有複數個溝槽、凹凸等的圖案。圖1A係顯示形成有圖案1(斜線部分)的上板構件2(或下板構件3)。

(2)作為形成圖案1的手段，係能利用蝕刻加工或使用了模具的衝壓加工。在蝕刻加工的情況下，僅使上板構件2或/及下板構件3之單面的蝕刻預定部分露出，且用包含氯化鐵溶液來使前述蝕刻預定部分的銅溶解，藉此形成既定的圖案。在衝壓加工(衝印：stamping)的情況下，係將模具的表面性狀轉印於上板構件2或/及下板構件3的單面，藉此形成既定形狀的圖案。

(3)將上板構件2或/及下板構件3的圖案形成面作為內側，使上板構件2和下板構件3予以疊合(圖1B)，且在該狀態下接合。該接合，係用擴散接合或硬焊接合來進行。再者，在上板構件2與下板構件3之間嵌入有噴嘴(細徑管)4，該噴嘴4也是同時接合。

(4)在擴散接合的情況下，係如圖1C所示，在上板構件2與下板構件3之間施加數N的荷重來加壓，且在真空環境下加熱至800℃以上的溫度，在該溫度下保持30分鐘以上。在藉由硬焊接合而致使的接合的情況下，係在還原性環境或非氧化性環境下加熱，且使用銀焊料(BAg)、磷銅焊料(BCuP)等來進行硬焊接合。使用銀焊料之情況的加熱溫度為650℃以上，使用磷銅焊料之情況的加熱溫度為750℃以上。

(5)在製造蒸汽腔室後(接合後)，在真空或減壓環境下，通過噴嘴4將作動流體(水等)放入蒸汽腔室的內部，且封閉噴嘴4。

〔先前技術文獻〕〔專利文獻〕

專利文獻1：日本特開2004-238672號公報

專利文獻2：日本特開2007-315745號公報

專利文獻3：日本特開2014-134347號公報

專利文獻4：日本特開2015-121355號公報

作為蒸汽腔室之框體(殼體)的材料，係使用銅條(純銅的線圈材料)。在蒸汽腔室的製程中，係在銅條藉由衝壓加工或蝕刻來形成有溝槽或凹凸等的圖案，且在切離成各個零件(參照前述上板構件及下板構件)之後，藉由硬焊接合或擴散接合來接合。

但是，有的情況在接合後無法獲得較高的接合強度，且在使用蒸汽腔室時，會伴隨藉由蒸發、凝結所重複的內壓變動(對框體附加有應力)，而使接合部剝離，且發生洩漏。

又，在蝕刻製程中已減去材料板厚後的情況下，或是在衝壓製程中已將材料衝印後的情況下，有時會在蝕刻後或衝壓後的零件上發生翹曲。當該翹曲量較大時，不僅就會使蝕刻製程或衝壓製程的生產性降低，或使零件(蝕刻製品、衝壓製品)的良率降低，有的情況還會因翹曲而給接合製程(特別是硬焊接合)帶來妨礙。

本發明的實施形態，係有鑑於製造蒸汽腔室時的上述問題點而開發完成，其目的在於能在接合後獲得較高的接合強度，以及抑制蝕刻後的翹曲。

本發明的實施形態，係關於一種被使用作為用以製造蒸汽腔室之框體的材料的銅條或銅合金條(線圈)，該銅條或銅合金條的特徵為：表面的最大高度粗糙度Rz為1.5μm以下，算術平均粗糙度Ra為0.15μm以下，殘留應力為50MPa以下。該銅條或銅合金條之較佳的特徵為：L翹曲量是軋延方向長度每500mm在30mm以下，且C翹曲量是以翹曲量d與線圈寬度w的比d/w為2/100以下。

本發明之實施形態的銅條或銅合金條，係藉由表面的最大高度粗糙度Rz為1.5μm以下，算術平均粗糙度Ra為0.15μm以下，就能在擴散接合或硬焊接合後獲得較高的接合強度。然後，藉由殘留應力為50MPa以下，就能抑制在蝕刻後或衝壓後的零件上所產生的翹曲，結果，能改善蝕刻製程或衝壓製程的生產性及良率，且不會給之後所進行的接合製程帶來妨礙。

1‧‧‧圖案

2‧‧‧上板構件

3‧‧‧下板構件

4‧‧‧噴嘴(細徑管)

5‧‧‧試驗片

6‧‧‧試驗台

f‧‧‧翹曲高度

圖1A係說明蒸汽腔室的製造方法(接合方法)，且為已形成圖案後的框體零件(上板構件或下板構件)的立體圖。

圖1B係說明蒸汽腔室的製造方法(接合方法)，且為接合用之已疊合後的上板構件與下板構件的剖視圖。

圖1C係說明蒸汽腔室的製造方法(接合方法)，且為蒸汽腔室之擴散接合時的剖視圖。

圖2A係說明實施例中的翹曲量之測定方法的側視圖。

圖2B係說明實施例中的翹曲量之測定方法的側視圖。

以下，更詳細地說明本發明之實施形態的蒸汽腔室用銅條或銅合金條。

(銅條或銅合金條的表面粗糙度)

本發明之實施形態的銅條或銅合金條的表面粗糙度，係限制在最大高度粗糙度Rz為1.5μm以下，算術平均粗糙度Ra為0.15μm以下。

當超過上述範圍而表面粗糙度變大時，就會在擴散接合的情況下阻礙構件彼此的密接，藉此會在接合面上阻礙原子的相互擴散，而在接合後無法獲得較高的接合強度。又，在硬焊接合的情況下，焊料的潤濕擴展性會降低，此也造成接合強度降低的主要原因。若在接合後無法獲得較高的接合強度，則在使用蒸汽腔室時，有的情況會伴隨藉由蒸發、凝結所重複的內壓變動(對框體附加有應力)，而使接合部剝離，且發生洩漏(leak)。從而，銅條或銅合金條的表面粗糙度係如同上述般地受到限制。銅條或銅合金條的表面粗糙度，較佳是最大高度粗糙度Rz為1.2μm以下，算術平均粗糙度Ra為0.12μm以下。

在銅條或銅合金條的表面，係在軋延時轉印有軋延輥的表面粗糙度。為了製造上述表面粗糙度的銅條或銅合金條，就必須使冷軋延輥的表面之平滑度不高，且使用號數#300、較佳為#400、更佳為#800的研磨布紙來進行表面的拋光加工。又，在進行銅條或銅合金條之連續退火的情況下，較佳是在通過加熱爐後酸洗銅條或銅合金條，進而用刷子或不織布研磨材料(例如，住友3M股份有限公司(Sumitomo 3M Limited)的刷帚(Scotch brite)(商品名))等來研磨表面。藉由將加熱爐形成為無氧化環境，就可以在已抑制銅條或銅合金條之表面生成氧化膜等之反應層的情況下，藉由輕度的表面潔淨來減小表面粗糙度。

(銅條或銅合金條的殘留應力)

在本發明的實施形態中，係使存在於銅條或銅合金條的最大殘留應力限制在50MPa以下。

當超過上述範圍而壓縮或拉伸的殘留應力較大時，就會在蝕刻製程中已減少材料板厚後的情況下，在蝕刻後的零件上發生較大的翹曲。在該情況下，蝕刻製程的生產性會降低，或零件(蝕刻製品)的良率會降低，進而在接合製程(特別是硬焊接合)中無法使零件彼此均等地接觸，且接合強度及接合後的蒸汽腔室之尺度精度會降低。在衝壓製程中進行圖案形成的情況下，也容易在衝壓製程後的零件上發生翹曲。從而，銅條或銅合金條的殘留應力，不論壓縮，最大應力都被限制在50MPa以下。銅條或銅合金條的殘留應力，較佳是40MPa以下，更佳是30MPa以下。

作為使銅條或銅合金條的殘留應力減少的手段，可在用張力整平器(tension leveler)矯正精緻冷軋延後的銅條或銅合金條之後，進行低溫退火。藉由張力整平器來對銅條或銅合金條提供重複翹曲加工的應變，作為如表背面的殘留應力隔著板厚的中心成為對稱的殘留應力分布。此時，以殘留應力的絕對值儘量變小的方式，來調整張力整平器的輥子推進量。接著藉由進行低溫退火，就能消除先導入的應變，且減少銅條或銅合金條的殘留應力。又，作為用以使銅條或銅合金條的殘留應力的另一個手段，也可以用張力退火(tension annealing)來進行低溫退火。在通常的低溫退火中，係在連續退火生產線上施加有不使銅條或銅合金條撓曲之程度的張力，相對於此，在張力退火中係施加有更大的張力(但是，是在退火溫度下不會塑性變形之程度的(高溫降伏強度值以下)的張力)。藉由在已施加有張力的狀態下進行低溫退火就能減輕銅條或銅合金條的應變，且能減低殘留應力。

在將所製造出的銅條或銅合金條開縫成既定寬度的情況下，會在開縫後的銅條或銅合金條產生殘留應力(開縫殘留應力)。該開縫殘留應力，係除了會藉由切斷本身(切斷時施加於銅條或銅合金條的負荷)而產生以外，也會依藉由刀具側面與材料的切斷面之接觸而致使的摩擦所產生。為了抑制該開縫殘留應力之發生，除了刀具之研磨(銳利度之改善)、上下刀具間的餘隙及拋光(lap)之適當的設定、潤滑油之使用以外，有效的是刀具及間隔件的尺寸精度、開縫器(slitter)之上下軸的平行度及圓筒度之改善以及軸方向之晃動的減低。又，將從表背夾入通過開縫器的條的壓板器(指狀物：finger)，設置於上下刀具的近旁也是有效的。

(銅條或銅合金條的翹曲)

本發明之實施形態的銅條或銅合金條，較佳為：軋延方向長度每500mm的L翹曲量在30mm以下，且C翹曲量是以翹曲量d與線圈寬度w的比d/w為2/100以下。再者，所謂L翹曲(捲翹：curl)係指沿著板的長邊方向(軋延方向)所產生的翹曲，所謂C翹曲(曲度：camber)係指沿著板的寬度方向所產生的翹曲。L翹曲量較佳為25mm以下，更佳為20mm以下，C翹曲量(翹曲量d與線圈寬度w的比d/w)較佳為1.6/100以下，更佳為1/100以下。

當超過上述範圍而L翹曲量或/及C翹曲量較大時，在衝壓加工製程中，已衝印後的銅條或銅合金條就會蛇行或定位變得不確實。結果，零件(衝壓製品)的尺寸精度會降低，有時也會在零件上產生傷痕。同樣地，有時在蝕刻製程中遮蔽的精度會降低，且所形成的圖案無法獲得既定的尺寸精度。當經過衝壓加工製程或蝕刻加工製程後的零件之尺寸精度降低時，同製程中的良率及生產性就會降低，更且，在接著所進行的接合製程中，零件的接合本身無法進行，或在接合後無法獲得較高的接合強度。

再者，L翹曲或/及C翹曲的大小，係與殘留應力的大小沒有直接的關係。例如，即便銅條或銅合金條的L翹曲或/及C翹曲較小，有時殘留應力仍會較大，反之，即便L翹曲或/及C翹曲較大，有時殘留應力仍會較小。

翹曲係因在銅合金條之表面與背面的長度具有差異而發生。已知如此的銅條或銅合金條之表背的長度的差係在冷軋延製程、及條材的開縫製程中發生。例如，在進行軋延的情況下，因輥子的中央部分依加工發熱等而撓曲，故而在該狀態下會成為兩端比條的寬度方向中央部更為伸展的狀態。為了修正此，雖然在軋延時係控制著輥子的撓曲，但是依條進入輥子間時的形狀之影響、藉由加工發熱而致使的輥子之熱膨脹等，很難獲得沒有翹曲之完全平坦的條。為了銅條或銅合金條中的L翹曲、及C翹曲之減低，藉由張力整平器所為的矯正及張力退火是有效的。

雖然銅條或銅合金條的冷軋延，係朝向平行於軋延方向的方向施加張力來進行，但是很難使均一的張力作用及於條的全寬，通常在寬度方向中央部會變大，在兩端部會變小。當張力的差在條的寬度方向變大時，就容易發生C翹曲。當在條的寬度方向減小張力的差時，C翹曲就會減少。但是，在寬度方向上的張力差之減低會有界限。為了C翹曲的減低，增大工輥(work roll)直徑是有效的。

又，當將板進行開縫時的上下刀具間之餘隙較大時就會出現較大的C翹曲。從而，在進行藉由張力整平器等所為的矯正，且將形成翹曲較少之狀態的條材予以開縫的情況下，為了形成較少的C翹曲就需要使前述餘隙適當化。

(銅條或銅合金條的種類)

作為本發明之實施形態的蒸汽腔室用銅條或銅合金條之材料，除了使用習知以來所使用的無氧銅(OFC)、磷脫氧銅(P-DCu)等的純銅系之材料以外，還可以使用析出硬化型銅合金。作為析出硬化型銅合金，係可列舉其本身為公知的Cu-Fe-P系、Cu-(Ni、Co)-Si系、Cu-(Ni、Co)-P系、Cu-Cr系及Cu-Cr-Zr系的各銅合金。

將銅條或銅合金條作為材料的蒸汽腔室，係在接合製程中藉由整體被加熱至650℃以上的溫度來軟化。但是，析出硬化型銅合金，當與純銅系的材料相較時，就不易軟化，且在接合製程中及接合製程後顯示相對高的強度，藉由在接合製程後施加時效處理(析出硬化處理)，就能更進一步改善強度，也能改善導電係數(熱傳導性)。又，藉由接合製程之加熱而致使的晶粒(crystals grain)之粗大化，也能比純銅系的材料還受到抑制。從而，在使用了析出硬化型銅合金條的情況下，蒸汽腔室的框體就不易在接合製程的加熱中變形(不易發生藉由本身重量而致使的變形或藉由荷重而致使的潛變變形(creep deformation))，且能抑制尺寸精度的降低，即便是在接合製程後的輸送、處理(handling)或往半導體裝置安裝時仍不易變形。又，藉由能抑制晶粒直徑的粗大化，就不會阻礙焊錫潤濕擴展性，且不易發生藉由伴隨使用蒸汽腔室時重複的內壓變動所帶來的疲勞現象而致使的晶間破裂(intergranular cracking)、以及作為該結果的洩漏。

〔實施例〕〔實施例1〕

鑄造表1所示之組成的銅或銅合金，且分別製作出厚度200mm、寬度630mm、長度4000mm的鑄塊。在表1的OFC(無氧銅)中，作為不可避雜質的H係未滿1ppm，O係未滿4ppm，S、Pb、Bi、Sb、Se、As係合計為8ppm。在其他的銅合金中，作為不可避雜質的H係未滿1ppm，O係未滿15ppm，S、Pb、Bi、Sb、Se、As係合計為20ppm。

對各鑄塊在965℃下進行3小時的均熱處理，接著進行熱軋延以形成為板厚20mm的熱軋延材料，且從650℃以上的溫度淬火(水冷)，而將淬火後的熱軋延材料之雙面進行各1mm的平面切削。在切削後，藉由表1所示的各種製程及條件，來製造出厚度0.3mm的銅條或銅合金條(線圈)。

將所獲得的銅條或銅合金條(開縫寬度200mm)作為試樣材料，並以下述要領來測定表面粗糙度(Rz、Ra)、殘留應力、翹曲量(L翹曲、C翹曲)、半蝕刻後的翹曲量、以及焊料潤濕擴展性。將結果顯示於表2。

(表面粗糙度)

使用接觸式表面粗糙度計(東京精密股份有限公司；SURFCOM 1400)，並基於JISB0601：2001所測定。表面粗糙度測定條件，係將截止值(cut-off value)設為0.8mm，將基準長度設為0.8mm，將評估長度設為4.0mm，將測定速度設為0.3mm/s，以及將觸針前端半徑設為5μmR。表面粗糙度測定方向，係設為與軋延方向呈直角的方向。

(殘留應力)

殘留應力的測定係藉由公知的逐次除去法來進行。藉由逐次除去法所為的測定順序係如同以下所述。

(1)從前述試樣材料中，藉由線切割(wire cut)(放電加工)法，來選取寬度6mm×長度60mm的試驗片。試驗片的長度方向係設為軋延方向。

(2)用微測計(micrometer)來測定試驗片的板厚。測定部位係設為各5個部位，且將其平均值作為試驗片的板厚。

(3)在試驗片的單面(蝕刻的面之相反側的面)形成古藤遮蔽塗料(Furuto mask)。

(4)將試驗片浸漬於硝酸1050ml+水750ml的水溶液中，而蝕刻除去試驗片的表面層。再者，除去量係在初期的階段為10μm至20μm左右，之後目標設為20μm至30μm。

(5)從試驗片中除去古藤遮蔽塗料，且測定板厚和翹曲量。如圖2A、圖2B所示，使翹曲的凸側向上，並將試驗片5置放於寬度40mm之水平的試驗台6之上方，且求出試驗片之每一長度40mm(跨距長度：span length)的翹曲高度f。在蝕刻面成為凹面的情況下(參照圖2A)，係將f的符號作為正的，在蝕刻面成為凸側的情況下(參照圖2B)，就將f的符號作為負的。

(6)有關與上述相同的面，係重複上述(2)至(5)，直至全蝕刻量超過初期板厚(0.3mm)的一半為止。

(7)使用從前述試樣材料中所選取的其他的試驗片，也針對相反面進行上述(2)至(6)。

(8)藉由將所獲得之一連串的翹曲量及板厚除去量代入於下述數學式中，來計算深度a中的殘留應力值σ(a)。首先，當將厚度h之試驗片的表面層除去a時的試驗片之翹曲的曲率設為時，殘留應力值σ(a)就能以下述數學式(1)來表示。

在(1)數學式中，E：楊氏模數(Young's modulus)(縱向彈性係數)，a：除去量(mm)，h：原來的板厚(mm)，l：跨距長度(mm)。又，：將厚度h之試驗片除去a時的翹曲之曲率，d /da：從深度a僅更進一步蝕刻da後的試驗片之曲率的變化率，(z)：除去量z時的曲率。

當將除去量z時的翹曲作為f(z)時，曲率(z)，就為(z)=8f(z)/l²，當將此代入於(1)數學式時，就能獲得下述數學式(2)。

在數學式(2)中，f(z)為除去量z時的翹曲量，且以下述4次函數(3)來表示。該4次函數，係描繪翹曲量f與除去量z之關係所得的近似式，c₁~c₅為常數。

【數學式3】f(z)=c₁z⁴+c₂z³+c₃z²+c₄z+c₅‧‧‧(3)

再者，有關上述數學式的詳細，係已記載於「塑性與加工(日本塑性加工學會誌)第42卷、第488號(2001-9)P.70-73」「殘留應力的發生與對策」(養賢堂 (1981))。

(9)從各試樣材料中選取六個(單面各三個)的試驗片，且針對各試驗片進行上述(2)至(7)的試驗，並求出各試驗片的最大殘留應力值(絕對值)，且將其等的平均值作為各試樣材料的殘留應力值。

(翹曲量)

從各試樣材料中切下長度500mm(平行於軋延方向)、寬度50mm(垂直於軋延方向)的試驗片，使長度方向形成為上下方向來懸吊，且測定通過上端緣之中心的垂線與下端緣之中心的水平距離，並將此作為L翹曲量。

C翹曲的測定，係從各試樣材料中切下長度為線圈寬度w(垂直於軋延方向)、寬度50mm(水平於軋延方向)的試驗片，使長度方向形成為上下方向來垂直地懸吊，且測定通過上端緣之中心的垂線與下端緣之中心的水平距離(翹曲量d)。根據翹曲量d和線圈寬度w(=200mm)，求出翹曲量d與線圈寬度w的比d/w。

(半蝕刻後的翹曲量)

從各試樣材料中，切下一邊為50mm之正方形的試驗片(各邊係平行或垂直於軋延方向)，且對試驗片的單面進行蝕刻加工，而除去板厚的50%(目標值、實際情況為50±2%)(半蝕刻)。作為蝕刻液，係使用包含硫酸及過氧化氫的水溶液(三菱氣體化學股份有限公司製造的 CPB50(商品名，「CPB」為註冊商標)。使蝕刻後的試驗片之翹曲的凸側形成為向下並置放於試驗台的水平之面上，且用雷射位移計測定試驗片之四角隅的各高度及中央之高度(都是以試驗台面作為基準的高度)。根據試驗片之四角隅的各高度算出四角隅之高度的平均值H_ave，且將與中央之高度H_min的差(H_ave-H_min)，作為半蝕刻後的翹曲量。該翹曲量較佳為2.5mm以下。

(焊料潤濕擴展性)

從各試樣材料中，切下正方形(50mm×50mm)的試驗片，且進行溶劑脫脂、及電解脫脂。焊接填料金屬(brazing filler metal)，係使用直徑2mm的BCuP-2(Cu-7質量%P)，且將此切出成質量0.38g的長度(相當於長度15mm)來使用。將焊接填料金屬裝載於試驗片上並放入真空爐中，且在室溫下形成為壓力10^-3Pa的真空環境之後，保持該真空環境並加熱至840℃(平均升溫速度100℃/分)。試驗片的溫度到達840℃後保持30秒，接著冷卻至室溫為止(直至200℃為止的平均降溫速度20℃/分)，且從爐中取出。藉由CCD照相機VHX-600(基恩斯(KEYENCE)股份有限公司製造)來觀察試驗片上的焊料，且藉由內置於該照相機的影像解析裝置，將焊料之已擴展的部分和該部分以外的部分予以二值化來識別，且求出焊料的潤濕擴展面積。將潤濕擴展面積為5cm²以上設為合格。

根據表1、2，No.1~4、6、7，係指表面粗糙度(最大高度粗糙度Rz、算術平均粗糙度Ra)及殘留應力的大小在本發明之實施形態的規定範圍內，半蝕刻後的翹曲量在2.5mm以下，焊料潤濕擴展面積在5cm²以上。從而，No.1~4、6、7的銅合金板，係在藉由硬焊接合所為的接合下能獲得較高的接合強度，且在使用蒸汽腔室時，可以防止因接合部剝離而發生洩漏。又，可以抑制在蝕刻後或衝壓後的零件上產生翹曲。特別是No.1~4，L翹曲量在35mm以下，且C翹曲量在2/100以下，且在用衝印加工或蝕刻來製造蒸汽腔室零件的情況下，不會給製程帶來妨礙，而能獲得較高的尺寸精度。再者，在No.6，之所以L翹曲量會變大，可推測是因捲取輥直徑比其他之例還稍微小所致，在No.7中，之所以C翹曲量會變大，可推測是因開縫時之上下刀具間的餘隙比其他之例還稍微大所致。

另一方面，因No.5的表面粗糙度較大，故而潤濕擴展面積未滿5cm²，且藉由硬焊接合所為的接合性較差。之所以No.5的表面粗糙度會變大，可認為是冷軋延輥之表面的平滑度稍微低所致。

No.8、9，因殘留應力較大，故而半蝕刻翹曲量會超過2mm，而此可能造成蒸汽腔室之尺寸精度降低的主要原因。之所以No.8的殘留應力會變大，可認為是因精緻冷軋延前的分批退火之溫度過高，使銅條的晶粒粗大化，在精緻冷軋延時應變無法均一地進入所致。又，之所以No.9的殘留應力會變大，可認為是在最終冷軋延後的分批退火時會在銅合金條上長出特有的捲邊，且在為了矯正此所進行的張力整平中附加有降伏強度以上之較大的應力所致。

〔實施例2〕

將表1之No.1、3、4的熱軋延及平面切削後的材料(板厚18mm)，冷軋延至厚度12mm為止。將各冷軋延材料(厚度12mm)作為試樣材料，且用下述要領來測定擴散接合強度(接合試驗片的拉伸強度)及材料強度(試樣材料的拉伸強度)。表3的No.1A、1B、1C，係分別將表1的No.1之熱軋延及平面切削後的材料冷軋延後的冷軋延材料作為試樣材料，No.3A、4A，係分別將表1的No.3、4之熱軋延及平面切削後的材料冷軋延後的冷軋延材料作為試樣材料

再者，該擴散接合強度的測定試驗，係假定進行擴散接合所製造出的蒸汽腔室(參照圖1C)之內壓上升，且在接合部施加有欲使之剝離的負荷的情況。

(擴散接合強度)

(1)從各試樣材料(No.1A、1B、1C、3A、4A)切出12mm×12mm×30mm的塊體(block)(各六個)，且進行400℃×2小時的熱處理。

(2)從各塊體中，製作出直徑10mm、長度30mm之圓柱形的試驗片。該試驗片的長度方向係平行於軋延方向。

(3)將各試驗片之一方的端面(直徑10mm的面)進行金鋼砂紙(emery paper)研磨及拋光(buff)研磨，並依每一試樣材料(No.1A、1B、1C、3A、4A)，而精緻加工成表3所示之各種的表面粗糙度(由相同的試樣材料所製造出的試驗片(六個)都具有相同的表面粗糙度)。

(4)擴散試驗裝置，係指能夠在腔室內進行真空處理、氣體置換、升溫、接合面之加壓及保持的試驗裝置。將使已研磨後的端面彼此對向的試驗片(二個為一組)放入裝置內部，且將裝置內部進行真空排氣。

(5)在真空度到達2×10^-2Pa之後，以平均升溫速度100K/min升溫，在試驗片溫度到達850℃之後，以壓力4MPa使端面彼此對接，且保持30分鐘。接著將N₂氣體導入裝置內，且在已加壓的狀態下冷卻至200℃為止(平均冷卻速度約20℃/分)。在到達200℃之後，從裝置取出已被擴散接合後的試驗片(接合試驗片)。

(6)接合試驗片，係依每一試樣材料(No.1A、1B、1C、3A、4A)逐次製作出三個。使用該接合試驗片，在室溫下進行拉伸試驗，測定拉伸強度，求出三個接合試驗片之拉伸強度的平均值，且將之作為擴散接合強度。將結果顯示於表3。

(材料強度)

(1)從各試樣材料(No.1A、3A、4A)，切出12mm×12mm×60mm的塊體(各三個)，且進行400℃×2小時的熱處理。該熱處理條件，為與在擴散接合強度之測定中所進行的熱處理相同的條件。

(2)由各塊體，製作出全長60mm、平行部直徑6mm、平行部長度30mm、抓取部直徑10mm、抓取部長度各10mm的拉伸試驗片。拉伸試驗片的長度方向係平行於軋延方向。

(3)將各拉伸試驗片，放入熱處理裝置內，且在真空度下(2×10^-2Pa)，以平均升溫速度100K/min升溫，在試驗片溫度到達850℃之後，保持30分鐘。接著將N₂氣體導入裝置內並冷卻至200℃為止(平均冷卻速度約20℃/分)，在到達200℃之後，從裝置取出拉伸試驗片。該熱處理條件，係除了不施加加壓力之點以外，其餘與在擴散接合強度之測定中所進行的擴散接合時的加熱冷卻條件相同。

(4)使用各試驗片，且以JISZ2241的規定為依據，在室溫下進行拉伸試驗。結果，將所獲得的拉伸強度(三個的平均值)，分別作為No.1A、3A、4A的材料強度。又，No.1B、1C的材料強度，係形成為與No.1A相同。

根據兩個試驗結果，求出擴散接合強度之材料強度比(擴散接合強度除以材料強度所得)。將結果顯示於表3。該材料強度比，較佳為0.95以上。

如表3所示，No.1A、1B、3A、4A，表面粗糙度(最大高度粗糙度Rz、算術平均粗糙度Ra)在本發明的規定範圍內，且擴散接合強度之材料強度比高至0.95以上。另一方面，因No.1C的表面粗糙度較大，故而擴散接合強度的材料強度比較低，且藉由擴散接合所為的接合性較差。

根據實施例2的結果，即便是在將從銅條或銅合金條所切出的二片板構件之表面彼此予以疊合並擴散接合的情況下，也可以預測在表面粗糙度落在本發明之規定範圍內時，能獲得較高的擴散接合強度。

本申請案係將申請日為2016年3月30日的日本特許申請案第2016-069416號作為基礎申請案而主張優先權。日本特願第2016-069416號係藉由參照而編入於本說明書中。

Claims

一種蒸汽腔室用銅條，其特徵為：表面的最大高度粗糙度Rz為1.5μm以下，算術平均粗糙度Ra為0.15μm以下，殘留應力為50MPa以下。
如申請專利範圍第1項之蒸汽腔室用銅條，其中，L翹曲量是軋延方向長度每500mm在30mm以下，且C翹曲量是以翹曲量d與線圈寬度w的比d/w為2/100以下。
一種蒸汽腔室用銅合金條，其特徵為：表面的最大高度粗糙度Rz為1.5μm以下，算術平均粗糙度Ra為0.15μm以下，殘留應力為50MPa以下。
如申請專利範圍第3項之蒸汽腔室用銅合金條，其中，L翹曲量是軋延方向長度每500mm在30mm以下，且C翹曲量是以翹曲量d與線圈寬度w的比d/w為2/100以下。