KR102800568B1

KR102800568B1 - 순구리재, 절연 기판, 전자 디바이스

Info

Publication number: KR102800568B1
Application number: KR1020247027623A
Authority: KR
Inventors: 다쿠미 오다이라; 유키 이토; 겐이치로 가와사키; 가즈나리 마키
Original assignee: 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤
Priority date: 2022-07-29
Filing date: 2023-07-27
Publication date: 2025-04-24
Anticipated expiration: 2043-07-27
Also published as: KR20240132097A; EP4467675A4; WO2024024898A1; TWI904460B; US20250109462A1; CN118742659A; TW202413659A; EP4467675A1; CN118742659B; US12286698B2

Abstract

이 순구리재는, Cu 의 함유량이 99.9 mass％ 이상 99.999 mass％ 이하의 범위 내로 되고, 압연면에 있어서의 평균 결정 입경이 10 ㎛ 이상이고, EBSD 법에 의해 1 ㎟ 이상의 측정 면적을 측정 간격 1 ㎛ 의 스텝으로 측정하고, 데이터 해석 소프트 OIM 에 의해 해석된 CI 값이 0.1 이하인 측정점을 제외하고, 인접하는 픽셀간의 방위차가 5°이상인 경계를 결정립계로 간주한 경우의 LOS (Local Orientation Spread) 의 평균값이 2.00°이하이다.

Description

순구리재, 절연 기판, 전자 디바이스

본 발명은, 히트 싱크나 두꺼운 구리 회로 등의 전기·전자 부품에 적합한 순구리재로서, 특히 파워 반도체 등이 탑재되는 절연 기판에 사용되는 순구리재, 이 순구리재를 사용한 절연 기판, 전자 디바이스에 관한 것이다.

본원은 2022년 7월 29일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2022-121432호 및 2023년 7월 25일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2023-120990호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

종래, 히트 싱크나 두꺼운 구리 회로 등의 전기·전자 부품에는, 도전성이 높은 순구리재가 사용되고 있다.

최근에는, 전기·전자 기기용 부품에 사용되는 전류량의 증대에 수반하여, 저항 발열이 문제가 되고 있다.

반도체 장치 등에 있어서는, 예를 들어, 세라믹스 기판에 순구리재를 접합하여, 상기 서술한 히트 싱크나 두꺼운 구리 회로를 구성한 절연 기판 등이 사용되고 있다.

세라믹스 기판과 순구리재를 접합할 때에는, 고온 분위기 중에서 가압 처리를 실시하기 때문에, 순구리재의 결정 입경의 조대화 (粗大化) 나 불균일한 성장에 의해, 접합 불량이나 외관 불량, 검사 공정에서의 문제를 일으키는 경우가 있다.

이 문제점을 해결하기 위해서, 순구리재에는, 열처리 후에 있어서도, 결정 입경의 변화가 적고, 또한 그 크기가 균일할 것이 요구되고 있다.

그래서, 예를 들어 특허문헌 1, 2 에는, 순구리재에 있어서 결정립의 성장을 억제하는 기술이 제안되어 있다.

이 특허문헌 1 에 있어서는, S 를 0.0006 ∼ 0.0015 wt％ 함유함으로써, 재결정 온도 이상에서 열처리해도, 일정한 크기의 결정립으로 조정 가능하다고 기재되어 있다.

또, 특허문헌 2 에 있어서는, Ca 를 함유함과 함께, Ca 의 함유량과 O, S, Se, Te 의 합계 함유량의 비를 규정함으로써, 800 ℃ 에서 열처리해도 결정립의 조대화를 억제 가능하게 되어 있다.

일본 공개특허공보 평06-002058호 국제 공개 제2020/203071호

그런데, 특허문헌 1, 2 에 있어서는, 조성을 규정함으로써 결정립의 조대화를 억제하는 구성으로 되어 있지만, 열처리 조건 등에 따라서는, 결정립의 조대화나 결정 입경의 편차를 충분히 억제할 수 없을 우려가 있었다.

특히, 세라믹스 기판과 구리판을 강고하게 접합할 때에는, 세라믹스 기판과 구리판을 적층 방향으로 일정한 압력으로 가압한 상태에서 고온의 열처리를 실시하게 된다. 이 때, 순구리판에 있어서는, 결정립이 불균일하게 성장하기 쉽고, 결정립의 조대화나 불균일한 성장에 의해, 접합 불량이나 외관 불량, 검사 공정에서의 문제를 일으키는 경우가 있다.

이 발명은, 전술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 열처리 후에 있어서도 결정 입경의 변화가 적고, 또한, 결정 입경의 편차가 억제되어 균일한 결정 조직을 얻을 수 있는 순구리재, 이 순구리재를 사용한 절연 기판, 전자 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이 과제를 해결하기 위해서, 본 발명자들이 예의 검토한 결과, 열처리시의 결정립의 조대화 및 결정 입경의 편차를 억제하기 위해서는, 재료의 내부의 「변형의 분포」 를 제어하는 것이 중요하다는 것이 분명해졌다.

즉, 열처리시에 발생하는 결정립의 성장의 구동력으로는, 결정립계나 입 (粒) 내의 변형을 들 수 있다. 이들 결정립의 성장의 구동력이 될 수 있는 것이 재료 내에 균일하게 존재하고 있지 않으면, 결정립의 성장에 편향이 발생해 버려, 국소적인 결정립의 조대화나 혼립화와 같은 현상으로 이어져 버린다. 그 때문에, 변형이 균일하게 분산된 재료가, 열처리시의 결정립의 성장의 억제에는 중요하다는 것이 분명해졌다.

또한, 혼립화란, 결정립의 크기가 일정하게 되어 있지 않고, 큰 결정립과 작은 결정립이 혼재되어 있는 상태이다.

본 발명은, 상기 서술한 지견에 기초하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 양태 1 의 순구리재는, Cu 의 함유량이 99.9 mass％ 이상 99.999 mass％ 이하의 범위 내로 되고, 압연면에 있어서의 평균 결정 입경이 10 ㎛ 이상이고, EBSD 법에 의해 1 ㎟ 이상의 측정 면적을 측정 간격 1 ㎛ 의 스텝으로 측정하고, 데이터 해석 소프트 OIM 에 의해 해석된 CI 값이 0.1 이하인 측정점을 제외하고, 인접하는 픽셀간의 방위차가 5°이상인 경계를 결정립계로 간주한 경우의 LOS (Local Orientation Spread) 의 평균값이 2.00°이하인 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 양태 1 의 순구리재에 의하면, Cu 의 함유량이 99.9 mass％ 이상 99.999 mass％ 이하의 범위 내로 되어 있으므로, 도전성 및 방열성이 특히 우수하고, 대전류 용도의 전자·전기 기기용 부품의 소재로서 특히 적합하다.

또, 압연면에 있어서의 평균 결정 입경이 10 ㎛ 이상으로 되어 있으므로, 열처리시에 있어서의 재결정의 진행을 억제할 수 있어, 결정립의 조대화나 조직의 불균일화를 억제하는 것이 가능해진다.

그리고, EBSD 법에 의해 측정되는 LOS 의 평균값이 2.00°이하로 되어 있으므로, 결정 내의 변형 분포가 균일화되어 있고, 열처리 후에 있어서도 결정 입경의 변화가 적고, 또한, 균일하고 미세한 결정 조직을 얻는 것이 가능해진다.

본 발명의 양태 2 는, 양태 1 의 순구리재에 있어서, EBSD 법에 의해 1 ㎟ 이상의 측정 면적을 측정 간격 1 ㎛ 의 스텝으로 측정하고, 데이터 해석 소프트 OIM 에 의해 해석된 CI 값이 0.1 이하인 측정점을 제외하고, 인접하는 픽셀간의 방위차가 5°이상인 경계를 결정립계로 간주한 경우의 GOS (Grain Orientation Spread) 의 평균값이 2.00°이하여도 된다.

본 발명의 양태 2 의 순구리재에 의하면, EBSD 법에 의해 측정되는 GOS 의 평균값이 2.00°이하로 되어 있으므로, 결정립 중의 변형이 국재화되어 있지 않고, 열처리 후에 있어서도 결정 입경의 변화가 더욱 적고, 또한, 더욱 균일하고 미세한 결정 조직을 얻는 것이 가능해진다.

본 발명의 양태 3 은, 양태 1 또는 양태 2 의 순구리재에 있어서, EBSD 법에 의해 1 ㎟ 이상의 측정 면적을 측정 간격 1 ㎛ 의 스텝으로 측정하고, 데이터 해석 소프트 OIM 에 의해 해석된 CI 값이 0.1 이하인 측정점을 제외하고, 인접하는 픽셀간의 방위차가 5°이상인 경계를 결정립계로 간주한 경우의 KAM (Kernel Average Misorientation) 값의 표준 편차의 값이 0.75°이하여도 된다.

본 발명의 양태 3 의 순구리재에 의하면, EBSD 법에 의해 측정되는 KAM 값의 표준 편차의 값이 0.75°이하로 되어 있으므로, 결정립 중의 변형이 국재화되어 있지 않고, 열처리 후에 있어서도 결정 입경의 변화가 더욱 적고, 또한, 더욱 균일하고 미세한 결정 조직을 얻는 것이 가능해진다.

본 발명의 양태 4 는, 양태 1 내지 양태 3 중 어느 하나의 순구리재에 있어서, EBSD 법에 의해 1 ㎟ 이상의 측정 면적을 측정 간격 1 ㎛ 의 스텝으로 측정하고, 데이터 해석 소프트 OIM 에 의해 해석된 CI 값이 0.1 이하인 측정점을 제외하고, 인접하는 픽셀간의 방위차가 5°이상인 경계를 결정립계로 간주한 경우의 GND (Geometrically Necessary Dislocations) 의 평균값이 5.0 × 10¹⁴ m^-2 이하여도 된다.

본 발명의 양태 4 의 순구리재에 의하면, 국소적으로 축적된 GN 전위의 양이 적게 억제되어 있으므로, 열처리 후에 있어서도 결정 입경의 변화가 더욱 적고, 또한, 더욱 균일하고 미세한 결정 조직을 얻는 것이 가능해진다.

본 발명의 양태 5 는, 양태 1 내지 양태 4 중 어느 하나의 순구리재에 있어서, Ca, Sr, Ba 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 첨가 원소를 합계량으로 300 massppm 이하의 범위에서 포함해도 된다.

본 발명의 양태 5 의 순구리재에 의하면, Ca, Sr, Ba 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 첨가 원소를 합계량으로 5 massppm 이상 300 massppm 이하의 범위에서 포함하고 있는 경우, 재료 강도나 도전율에 큰 영향을 미치지 않고, 열처리시에 있어서의 결정립의 성장을 더욱 확실하게 억제하는 것이 가능해진다. 상기 첨가 원소의 합계량이 0 massppm 이상 5 massppm 미만인 경우, 상기 작용 효과는 부족하다.

본 발명의 양태 6 은, 양태 5 의 순구리재에 있어서, 상기 첨가 원소 및 Cu 의 적어도 1 종 이상을 포함하는 화합물을 갖고, 상기 화합물의 개수 밀도가 1 × 10^-4 개/μ㎡ 이상이어도 된다.

본 발명의 양태 6 의 순구리재에 의하면, 상기 첨가 원소 및 Cu 의 적어도 1 종 이상을 포함하는 화합물의 개수 밀도가 1 × 10^-4 개/μ㎡ 이상으로 되어 있으므로, 화합물의 피닝 효과에 의해, 열처리시에 있어서의 결정립의 성장을 더욱 확실하게 억제하는 것이 가능해진다.

본 발명의 양태 7 은, 양태 6 의 순구리재에 있어서, 상기 화합물이 Cu₅Ca, Cu₅Sr, Cu₁₃Ba 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 포함해도 된다.

본 발명의 양태 7 의 순구리재에 의하면, 상기 화합물이 Cu₅Ca, Cu₅Sr, Cu₁₃Ba 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 포함하고 있으므로, 이들 화합물의 피닝 효과에 의해, 열처리시에 있어서의 결정립의 성장을 더욱 확실하게 억제하는 것이 가능해진다.

본 발명의 양태 8 은, 양태 1 내지 양태 7 중 어느 하나의 순구리재에 있어서, S, Se, Te 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 합계량으로 10.0 massppm 이하의 범위에서 포함해도 된다.

본 발명의 양태 8 의 순구리재에 의하면, S, Se, Te 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 합계량으로 0.2 massppm 이상 10.0 massppm 이하의 범위에서 포함하고 있는 경우, 열처리시에 있어서의 결정립의 성장을 더욱 확실하게 억제하는 것이 가능해진다. S, Se, Te 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 합계량이 0 massppm 이상 0.2 massppm 미만인 경우, 상기 작용 효과는 부족하다.

본 발명의 양태 9 는, 양태 1 내지 양태 8 중 어느 하나의 순구리재에 있어서, O 의 함유량이 100 massppm 이하로 되어 있어도 된다.

본 발명의 양태 9 의 순구리재에 의하면, O 의 함유량이 100 massppm 이하로 제한되어 있으므로, 열처리시에 있어서의 결정립의 성장을 더욱 억제할 수 있다.

본 발명의 양태 10 은, 양태 1 내지 양태 9 중 어느 하나의 순구리재에 있어서, P 의 함유량이 3.00 massppm 이하의 범위 내로 되어 있어도 된다.

본 발명의 양태 10 의 순구리재에 의하면, P 의 함유량이 0.01 massppm 이상 3.00 massppm 이하의 범위인 경우, 불순물로서 포함되는 O 를 무해화할 수 있어, 열처리시에 있어서의 결정립의 성장을 더욱 억제할 수 있다. P 의 함유량이 0 massppm 이상 0.01 massppm 미만인 경우, 상기 작용 효과는 부족하다.

본 발명의 양태 11 은, 양태 5 의 순구리재에 있어서, Ca, Sr, Ba 의 합계 함유량 A 와, P, S, Se, Te, O 의 합계 함유량 B 의 질량비 A/B 가 1.0 을 초과하고 있어도 된다.

본 발명의 양태 11 의 순구리재에 의하면, Ca, Sr, Ba 의 합계 함유량 A 와, P, S, Se, Te, O 의 합계 함유량 B 의 질량비 A/B 가 상기 서술한 범위로 되어 있으므로, Ca, Sr, Ba 가 P, S, Se, Te, O 와 화합물을 형성함으로써 소비되는 것을 억제할 수 있고, Ca, Sr, Ba 에 의한 결정립 성장 억제 효과 (결정립의 성장을 억제하는 효과) 를 확실하게 주공 (奏功) 시키는 것이 가능해진다.

본 발명의 양태 12 는, 양태 1 내지 양태 11 중 어느 하나의 순구리재에 있어서, Ag, Fe, Pb 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 합계량으로 50.0 massppm 이하의 범위에서 포함해도 된다.

본 발명의 양태 12 의 순구리재에 의하면, Ag, Fe, Pb 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 합계량으로 0.5 massppm 이상 50.0 massppm 이하의 범위에서 함유하고 있는 경우, 구리의 모상 중에 Ag, Fe, Pb 가 고용됨으로써, 열처리시에 있어서의 결정립의 성장을 더욱 억제할 수 있다. Ag, Fe, Pb 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 합계량이 0 massppma 이상 0.5 massppm 미만인 경우, 상기 작용 효과는 부족하다.

본 발명의 양태 13 은, 양태 1 내지 양태 12 중 어느 하나의 순구리재에 있어서, Mg 를 100 massppm 이하의 범위에서 포함해도 된다.

본 발명의 양태 13 의 순구리재에 의하면, Mg 를 1 massppm 이상 100 massppm 이하의 범위의 양으로 함유하고 있는 경우, 열처리시에 있어서의 결정립의 성장을 더욱 억제할 수 있다. Mg 의 함유량이 0 massppm 이상 1 massppm 미만인 경우, 상기 작용 효과는 부족하다.

본 발명의 양태 14 의 절연 기판은, 세라믹스 기판과, 상기 세라믹스 기판의 일방의 면에 접합된 구리판을 구비하고, 상기 구리판이 양태 1 내지 양태 13 중 어느 하나의 순구리재로 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 양태 14 의 절연 기판에 의하면, 세라믹스 기판에 접합되는 구리판이, 양태 1 내지 양태 13 중 어느 하나의 순구리재로 구성되어 있으므로, 접합시에 있어서의 결정립의 성장이 억제되어, 균일한 결정 조직을 가지고 있어, 안정적으로 사용할 수 있다.

본 발명의 양태 15 의 전자 디바이스는, 양태 14 의 절연 기판과, 상기 절연 기판에 탑재된 전자 부품을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 양태 15 의 전자 디바이스에 의하면, 양태 14 의 절연 기판을 구비하고 있으므로, 구리판이 균일한 결정 조직을 가지고 있어, 안정적으로 사용할 수 있다.

본 발명의 양태에 의하면, 열처리 후에 있어서도 결정 입경의 변화가 적고, 또한, 결정 입경의 편차가 억제되어 균일하고 미세한 결정 조직을 얻을 수 있는 순구리재, 이 순구리재를 사용한 절연 기판, 전자 디바이스를 제공할 수 있다.

도 1 은, 본 실시형태인 절연 기판 및 전자 디바이스의 개략 설명도이다.
도 2 는, 본 실시형태인 순구리재의 제조 방법의 플로도이다.
도 3A 는, 본 발명예 11 에 있어서의 화합물의 관찰 결과이고, TEM 이미지 (투과 전자 이미지) 이다.
도 3B 는, 본 발명예 11 에 있어서의 화합물의 관찰 결과이고, 전자선 회절 이미지이다.

이하에, 본 발명의 일 실시형태인 순구리재, 절연 기판, 전자 디바이스에 대해 설명한다.

본 실시형태인 순구리재는, 히트 싱크나 두꺼운 구리 회로 등의 전기·전자 부품의 소재로서 사용되는 것으로, 전술한 전기·전자 부품을 성형할 때, 순구리재는, 예를 들어 세라믹스 기판에 접합되어, 절연 기판을 구성하는 것이다.

도 1 에, 본 발명의 실시형태인 절연 기판 (10) 및 이 절연 기판 (10) 을 사용한 전자 디바이스 (1) 를 나타낸다.

본 실시형태인 전자 디바이스 (1) 는, 본 실시형태인 절연 기판 (10) 과, 이 절연 기판 (10) 의 일방측 (도 1 에 있어서 상측) 에 제 1 접합층 (2) 을 개재하여 접합된 전자 부품 (3) 과, 절연 기판 (10) 의 타방측 (도 1 에 있어서 하측) 에 제 2 접합층 (8) 을 개재하여 접합된 히트 싱크 (51) 를 구비하고 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 전자 부품 (3) 이 파워 반도체 소자로 되어 있고, 전자 디바이스 (1) 는 파워 모듈로 되어 있다.

절연 기판 (10) 은, 세라믹스 기판 (11) 과, 이 세라믹스 기판 (11) 의 일방의 면 (도 1 에 있어서 상면) 에 배치 형성된 회로층 (12) 과, 세라믹스 기판 (11) 의 타방의 면 (도 1 에 있어서 하면) 에 배치 형성된 금속층 (13) 을 구비하고 있다.

세라믹스 기판 (11) 은, 회로층 (12) 과 금속층 (13) 사이의 전기적 접속을 방지하는 것이다.

회로층 (12) 은, 세라믹스 기판 (11) 의 일방의 면에 구리판이 접합됨으로써 형성되어 있다. 이 회로층 (12) 에는, 회로 패턴이 형성되어 있고, 그 일방의 면 (도 1 에 있어서 상면) 이, 전자 부품 (3) 이 탑재되는 탑재면으로 되어 있다.

금속층 (13) 은, 세라믹스 기판 (11) 의 타방의 면에 구리판이 접합됨으로써 형성되어 있다. 이 금속층 (13) 은, 전자 부품 (3) 으로부터의 열을 히트 싱크 (51) 로 효율적으로 전달시키는 작용 효과를 갖는 것이다.

또한, 회로층 (12) 이 되는 구리판과 세라믹스 기판 (11), 및 금속층 (13) 이 되는 구리판과 세라믹스 기판 (11) 은, 예를 들어, DBC 법, AMB 법 등의 기존의 접합 방법에 의해 접합되어 있다.

여기서, 접합시의 온도는, 예를 들어 750 ℃ 이상의 고온 조건이 되어, 회로층 (12) 및 금속층 (13) 에 있어서 결정립의 조대화가 발생할 우려가 있다.

그래서, 본 실시형태에 있어서는, 회로층 (12) 이 되는 구리판, 및 금속층 (13) 이 되는 구리판이, 본 실시형태인 순구리재로 구성되어 있다.

본 실시형태인 순구리재는, Cu 의 함유량이 99.9 mass％ 이상 99.999 mass％ 이하의 범위 내로 되어 있다.

또한, 본 실시형태인 순구리재에 있어서는, Ca, Sr, Ba 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 첨가 원소를 합계량으로 5 massppm 이상 300 massppm 이하의 범위에서 포함하고 있어도 된다.

또, 본 실시형태인 순구리재에 있어서는, S, Se, Te 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 합계량으로 0.2 massppm 이상 10.0 massppm 이하의 범위에서 포함하고 있어도 된다.

또한, 본 실시형태인 순구리재에 있어서는, O 의 함유량이 100 massppm 이하로 되어 있는 것이 바람직하다.

또, 본 실시형태인 순구리재에 있어서는, P 의 함유량이 0.01 massppm 이상 3.00 massppm 이하의 범위 내로 되어 있어도 된다.

또한, 본 실시형태인 순구리재에 있어서는, Ca, Sr, Ba 의 합계 함유량 A 와, P, S, Se, Te, O 의 합계 함유량 B 의 질량비 A/B 가 1.0 을 초과하고 있는 것이 바람직하다.

또, 본 실시형태인 순구리재에 있어서는, Ag, Fe, Pb 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 합계량으로 0.5 massppm 이상 50.0 massppm 이하의 범위에서 포함하고 있어도 된다.

또한, 본 실시형태인 순구리재에 있어서는, Mg 를 1 massppm 이상 100 massppm 이하의 범위에서 포함하고 있어도 된다.

그리고, 본 실시형태인 순구리재에 있어서는, 압연면에 있어서의 평균 결정 입경이 10 ㎛ 이상이고, EBSD 법에 의해 1 ㎟ 이상의 측정 면적을 측정 간격 1 ㎛ 의 스텝으로 측정하고, 데이터 해석 소프트 OIM 에 의해 해석된 CI 값이 0.1 이하인 측정점 (픽셀) 을 제외하고, 인접하는 픽셀간의 방위차가 5°이상인 경계를 결정립계로 간주한 경우의 LOS (Local Orientation Spread) 의 평균값이 2.00°이하로 되어 있다.

또한, 본 실시형태에서는, "방위차" 는, "각도차" 라고도 한다.

또한, 본 실시형태인 순구리재에 있어서는, EBSD 법에 의해 1 ㎟ 이상의 측정 면적을 측정 간격 1 ㎛ 의 스텝으로 측정하고, 데이터 해석 소프트 OIM 에 의해 해석된 CI 값이 0.1 이하인 측정점을 제외하고, 인접하는 픽셀간의 방위차가 5°이상인 경계를 결정립계로 간주한 경우의 GOS (Grain Orientation Spread) 의 평균값이 2.00°이하인 것이 바람직하다.

또, 본 실시형태인 순구리재에 있어서는, EBSD 법에 의해 1 ㎟ 이상의 측정 면적을 측정 간격 1 ㎛ 의 스텝으로 측정하고, 데이터 해석 소프트 OIM 에 의해 해석된 CI 값이 0.1 이하인 측정점을 제외하고, 인접하는 픽셀간의 방위차가 5°이상인 경계를 결정립계로 간주한 경우의 KAM (Kernel Average Misorientation) 값의 표준 편차의 값이 0.75°이하인 것이 바람직하다.

또한, 본 실시형태인 순구리재에 있어서는, EBSD 법에 의해 1 ㎟ 이상의 측정 면적을 측정 간격 1 ㎛ 의 스텝으로 측정하고, 데이터 해석 소프트 OIM 에 의해 해석된 CI 값이 0.1 이하인 측정점을 제외하고, 인접하는 픽셀간의 방위차가 5°이상인 경계를 결정립계로 간주한 경우의 GND (Geometrically Necessary Dislocations) 의 평균값이 5.0 × 10¹⁴ m^-2 이하인 것이 바람직하다.

또, 본 실시형태인 순구리재에 있어서는, 상기 서술한 첨가 원소 및 Cu 의 적어도 1 종 이상을 포함하는 화합물을 가지고 있고, 이 화합물의 개수 밀도가 1 × 10^-4 개/μ㎡ 이상인 것이 바람직하다.

또한, 상기 서술한 화합물이 Cu₅Ca, Cu₅Sr, Cu₁₃Ba 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 본 실시형태의 순구리재에 있어서, 상기 서술한 바와 같이 Cu 의 함유량, 평균 결정 입경, LOS 의 평균값, GOS 의 평균값, KAM 값의 표준 편차의 값, GND 의 평균값, 각종 원소의 함유량, 화합물을 규정한 이유에 대해, 이하에 설명한다.

(Cu 의 함유량 : 99.9 mass％ 이상 99.999 mass％ 이하)

대전류 용도의 전기·전자 부품에 있어서는, 통전시의 발열을 억제하기 위해서, 도전성 및 방열성이 우수할 것이 요구되어 있고, 도전성 및 방열성이 특히 우수한 순구리를 사용하는 것이 바람직하다. 또, 세라믹스 기판 등과 접합한 경우에는, 냉열 사이클 부하시에 발생하는 열변형을 완화시킬 수 있도록, 변형 저항이 작은 것이 바람직하다.

그래서, 본 실시형태인 순구리재에 있어서는, Cu 의 순도를 99.9 mass％ 이상으로 규정하고 있다. 또한, Cu 의 순도는 99.965 mass％ 이상인 것이 바람직하고, 99.97 mass％ 이상인 것이 더욱 바람직하다.

또, Cu 의 순도가 99.999 mass％ 를 초과하는 경우에는, 특별한 정련 공정이 필요해져, 제조 비용이 대폭 증가하게 된다. 이 때문에, 본 실시형태인 순구리재에 있어서는, Cu 의 순도를 99.999 mass％ 이하로 규정하고 있다.

(압연면에 있어서의 평균 결정 입경 : 10 ㎛ 이상)

본 실시형태인 순구리재에 있어서, 압연면에 있어서의 결정립의 입경이 미세하면, 이 순구리재를 예를 들어 800 ℃ 이상으로 가열했을 때, 재결정이 진행되기 쉬워, 결정립의 조대화, 조직의 불균일화가 촉진되어 버릴 우려가 있다.

이 때문에, 본 실시형태인 순구리재에 있어서는, 열처리시에 있어서의 결정립의 조대화나 조직의 불균일화를 억제하기 위해서, 압연면에 있어서의 평균 결정 입경을 10 ㎛ 이상으로 하고 있다.

또한, 압연면에 있어서의 평균 결정 입경은, 15 ㎛ 이상인 것이 바람직하고, 20 ㎛ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또, 압연면에 있어서의 평균 결정 입경은, 300 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 275 ㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하고, 250 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.

(LOS 의 평균값 : 2.00°이하)

EBSD 에 의해 측정되는 LOS (Local Orientation Spread) 값은, 설정한 커널 내의 각 포인트와 커널 내의 다른 모든 포인트 사이의 각도차에 의해 산출된다. 예를 들어, 픽셀의 형상은 정육각형이기 때문에, 근접 차수를 1 로 한 경우에는, 1 개의 중심점에 6 개의 인접점이 이웃한다. 중심점과 6 개의 인접점을 포함하는 합계 7 개의 점에서 임의의 2 개의 점을 선택하면, 2 개의 점의 조합의 수는 21 가지 있다. 21 가지의 각각의 조합의 2 개의 점 사이의 방위차를 구하고, 그 평균값을 LOS 의 값으로 한다. 또한, 구해진 LOS 의 값을 측정 시야에 대해 평균화한 값을 LOS 의 평균값으로 한다. LOS 값은, 설정된 커널 내에서의 픽셀간의 방위차를 고려한 변형량에 상당하는 값이다. LOS 값은, 측정시의 Step Size 의 의존성이 적은 측정값이 된다.

또한, 본 실시형태에서는, 근접 차수를 1 로 하여, 픽셀 사이에서 5°이하의 각도차의 것을 대상으로 하여 계산을 실시하고 있다. 이 LOS 값에 의해, 결정 내의 변형 분포를 정확하게 평가하는 것이 가능해진다.

그리고, 본 실시형태에 있어서는, LOS 의 평균값을 2.00°이하로 함으로써, 열처리 후에 있어서도 결정 입경의 변화가 적고, 또한, 균일하고 미세한 결정 조직을 얻는 것이 가능해진다.

또한, LOS 의 평균값은, 1.75°이하인 것이 바람직하고, 1.50°이하인 것이 더욱 바람직하다. 또, LOS 의 평균값은, 0.05°이상인 것이 바람직하고, 0.10°이상인 것이 더욱 바람직하고, 0.20°이상인 것이 보다 바람직하다.

(GOS 의 평균값 : 2.00°이하)

EBSD 에 의해 측정되는 GOS (Grain Orientation Spread) 값은, 결정립 중에 있어서의 전체 픽셀끼리의 각도차를 구하고, 얻어진 결정립마다의 각도차의 평균값이다. 또한, 구해진 GOS 의 값을 측정 시야에 대해 평균화한 값을 GOS 의 평균값으로 한다. 여기서, GOS 의 평균값은, 각 결정의 영역의 크기가 아니라, 각 결정의 개수를 사용하여 평균값을 산출하고 있다. 요컨대, GOS 값이 크면 결정립 중에 존재하는 변형이 국재화되어 있는 것을 나타내고 있다. 또한, 픽셀 사이에서 5°이하의 각도차의 것을 대상으로 하여 계산을 실시하고 있다.

GOS 값을 낮게 억제함으로써, 변형이 균일하게 존재하고 있게 되고, 결정립의 성장이 균일하게 일어나게 되어, 결정립의 조대화가 국소적으로 일어나는 것을 효과적으로 억제하는 것이 가능해진다. 또 열처리 후에 있어서도 결정 입경의 변화가 더욱 적고, 또한, 더욱 균일하고 미세한 결정 조직을 얻는 것이 가능해진다.

그래서, 본 실시형태에 있어서, 열처리시의 결정립의 조대화가 국소적으로 일어나는 것을 충분히 억제하기 위해서는, GOS 의 평균값을 2.00°이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, GOS 의 평균값은, 1.90°이하인 것이 더욱 바람직하고, 1.80°이하인 것이 보다 바람직하다. 또, GOS 의 평균값은, 0.05°이상인 것이 바람직하고, 0.10°이상인 것이 더욱 바람직하고, 0.20°이상인 것이 보다 바람직하다.

(KAM 값의 표준 편차의 값 : 0.75°이하)

EBSD 에 의해 측정되는 KAM (Kernel Average Misorientation) 값은, 1 개의 픽셀과 그것을 둘러싸는 픽셀간의 방위차를 평균값화함으로써 산출되는 값이다. 픽셀의 형상은 정육각형이기 때문에, 근접 차수를 1 로 하는 경우, 1 개의 픽셀과 인접하는 여섯개의 픽셀의 방위차의 평균값이 KAM 값으로서 산출된다. KAM 값을 사용함으로써, 국소적인 방위차, 즉 변형의 분포를 가시화할 수 있다. 이 KAM 값의 표준 편차의 값은 국소적인 변형의 균일함을 나타내게 된다. 또한, 픽셀 사이에서 5°이하의 각도차의 것을 대상으로 하여 계산을 실시하고 있다.

이 KAM 값의 표준 편차의 값을 낮게 억제함으로써, 변형이 균일하게 존재하고 있게 되고, 결정립의 성장이 균일하게 일어나게 되어, 결정립의 조대화가 국소적으로 일어나는 것을 효과적으로 억제하는 것이 가능해진다. 또, 열처리 후에 있어서도 결정 입경의 변화가 더욱 적고, 또한, 더욱 균일하고 미세한 결정 조직을 얻는 것이 가능해진다.

그래서, 본 실시형태에 있어서, 열처리시의 결정립의 조대화가 국소적으로 일어나는 것을 충분히 억제하기 위해서는, KAM 값의 표준 편차의 값을 0.75°이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, KAM 값의 표준 편차의 값은, 0.70°이하인 것이 더욱 바람직하고, 0.65°이하인 것이 보다 바람직하다. 또, KAM 값의 표준 편차의 값은, 0.025°이상인 것이 바람직하고, 0.05°이상인 것이 더욱 바람직하고, 0.075°이상인 것이 보다 바람직하다.

(GND 의 평균값 : 5.0 × 10¹⁴ m^-2 이하)

EBSD 에 의해 측정되는 GND (Geometrically Necessary Dislocations) 값은, 각 픽셀의 방위를 측정함으로써, GN 전위의 양을 평가하는 값이다. 이 GND 값을 사용함으로써, 국소적으로 축적된 GN 전위를 평가할 수 있다. 미끄럼계로서 {111}<110> 을 이용하고, 그 때의 버거스 벡터의 크기로서 0.255 ㎚ 를 사용하여 계산하고 있다. 또한, 근접 차수를 1 로 하여, 픽셀 사이에서 5°이하의 각도차의 것을 대상으로 하여 계산을 실시하고 있다.

이 GND 의 평균값을 낮게 억제함으로써, 국소적으로 축적된 GN 전위가 적고, 열처리시에 있어서의 결정립의 성장을 더욱 효과적으로 억제하는 것이 가능해진다.

그래서, 본 실시형태에 있어서, GND 의 평균값을 5.0 × 10¹⁴ m^-2 이하로 하는 것이 바람직하다. 이로써, 열처리시의 결정립의 조대화를 더욱 억제할 수 있고, 열처리 후에 있어서도 결정 입경의 변화가 더욱 적고, 또한, 더욱 균일하고 미세한 결정 조직을 얻는 것이 가능해진다.

또한, GND 의 평균값은, 4.5 × 10¹⁴ m^-2 이하인 것이 더욱 바람직하고, 4.0 × 10¹⁴ m^-2 이하인 것이 보다 바람직하다. 또, GND 의 평균값은, 0.4 × 10¹⁴ m^-2 이상인 것이 바람직하고, 0.6 × 10¹⁴ m^-2 이상인 것이 더욱 바람직하고, 0.8 × 10¹⁴ m^-2 이상인 것이 보다 바람직하다.

(Ca, Sr, Ba 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 첨가 원소의 합계 함유량 : 5 massppm 이상 300 massppm 이하)

Ca, Sr, Ba 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 첨가 원소는, 구리의 모상 중에 거의 고용되지 않고 화합물을 형성한다. 또, 입계에 편재화되기 쉬운 원소이기 때문에, 약간의 첨가량으로 결정립계를 피닝할 수 있어, 열처리시에 있어서의 결정립의 성장을 효과적으로 억제할 수 있다. 따라서, Ca, Sr, Ba 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 첨가 원소를 첨가함으로써, 재료 강도나 도전율을 거의 변화시키지 않고, 열처리시에 있어서의 결정립의 성장을 더욱 억제하는 것이 가능해진다.

그리고, 이들 첨가 원소의 효과는, 상기 서술하는 LOS 의 평균값과 동시에 제어함으로써, 그 효과가 높아지는 것을 알 수 있었다. 열처리에 의해 발생된 재결정핵이 성장할 때, 피닝 효과를 갖는 첨가 원소가 있는 경우에는, 그 재결정핵의 성장을 억제할 수 있어, 보다 미세한 결정립의 상태를 유지하는 것이 가능해진다.

한편, Ca, Sr, Ba 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 첨가 원소의 함유량이 지나치게 많으면, 제조성에 악영향을 미칠 우려가 있다.

그래서, 본 실시형태에 있어서, 열처리시에 있어서의 결정립의 성장을 더욱 억제하기 위해서는, Ca, Sr, Ba 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 첨가 원소의 합계 함유량을 5 massppm 이상 300 massppm 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

또한, Ca, Sr, Ba 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 첨가 원소의 합계 함유량의 하한은, 7.5 massppm 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하고, 10 massppm 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 또, Ca, Sr, Ba 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 첨가 원소의 합계 함유량의 상한은, 250 massppm 이하인 것이 더욱 바람직하고, 200 massppm 이하인 것이 보다 바람직하다.

(첨가 원소 및 Cu 의 적어도 1 종 이상을 포함하는 화합물의 개수 밀도 : 1 × 10^-4 개/μ㎡ 이상)

Ca, Sr, Ba 및 Cu 의 적어도 1 종 이상을 포함하는 화합물이 많이 존재함으로써, 결정립계를 피닝할 수 있어, 열처리시에 있어서의 결정립의 성장을 효과적으로 억제할 수 있다.

그래서, 본 실시형태에 있어서, 열처리시에 있어서의 결정립의 성장을 더욱 억제하기 위해서는, 첨가 원소 및 Cu 의 적어도 1 종 이상을 포함하는 화합물의 개수 밀도가 1 × 10^-4 개/μ㎡ 이상인 것이 바람직하다.

또한, 첨가 원소 및 Cu 의 적어도 1 종 이상을 포함하는 화합물의 개수 밀도는, 5 × 10^-4 개/μ㎡ 이상인 것이 더욱 바람직하고, 10 × 10^-4 개/μ㎡ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, 첨가 원소 및 Cu 의 적어도 1 종 이상을 포함하는 화합물의 개수 밀도는, 1000 × 10^-4 개/μ㎡ 이하인 것이 바람직하고, 900 × 10^-4 개/μ㎡ 이하인 것이 더욱 바람직하고, 800 × 10^-4 개/μ㎡ 이하인 것이 보다 바람직하다.

여기서, 첨가 원소 및 Cu 의 적어도 1 종 이상을 포함하는 화합물로는, Cu₅Ca, Cu₅Sr, Cu₁₃Ba 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.

(S, Se, Te 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 합계 함유량 : 0.2 massppm 이상 10.0 massppm 이하)

S, Se, Te 와 같은 원소는, 결정립계 이동을 억제함으로써, 결정립의 조대화를 억제하는 작용을 가짐과 함께, 열간 가공성을 저하시키는 원소이다. S, Se, Te 와 같은 원소를 많이 포함하는 경우에는, 열간 가공성이 저하될 우려가 있다.

이 때문에, 본 실시형태에 있어서, 열간 가공성을 확보함과 함께, 열처리시의 결정립의 조대화를 더욱 효과적으로 억제하기 위해서는, S, Se, Te 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 합계 함유량을 0.2 massppm 이상 10.0 massppm 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

또한, S, Se, Te 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 합계 함유량의 하한은, 0.5 massppm 이상인 것이 바람직하고, 2.0 massppm 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또, S, Se, Te 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 합계 함유량의 상한은, 7.5 massppm 이하인 것이 바람직하고, 5.0 massppm 이하인 것이 더욱 바람직하다.

(O 의 함유량 : 100 massppm 이하)

순구리재에 불순물로서 포함되는 O (산소) 는, 결정립의 성장을 촉진시키는 효과를 갖는 원소이다.

그래서, 본 실시형태에 있어서, 열처리시의 결정립의 성장을 더욱 효과적으로 억제하기 위해서는, O 의 함유량을 100 massppm 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

또한, O 의 함유량은, 75 massppm 이하로 하는 것이 더욱 바람직하고, 50 massppm 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 또, O 의 함유량은, 0.1 massppm 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.3 massppm 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하고, 0.5 massppm 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.

(P : 0.01 massppm 이상 3.00 massppm 이하)

P 는, 구리 중의 산소를 무해화하는 원소로서 널리 사용되고 있다. 그러나, P 를 일정 이상 함유하는 경우에는, 산소 뿐만 아니라, 결정립계에 존재하는 결정립 성장 억제 원소 (결정립의 성장을 억제하는 원소) 의 작용을 저해한다. 이 때문에, 고온으로 가열했을 때, 결정립의 성장을 억제하는 원소가 충분히 작용하지 않아, 결정립의 조대화 및 불균일화가 발생할 우려가 있다.

그래서, 본 실시형태에 있어서는, P 의 함유량을 0.01 massppm 이상 3.00 massppm 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, P 의 함유량은, 2.50 massppm 이하로 하는 것이 바람직하고, 2.00 massppm 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

(Ca, Sr, Ba 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 첨가 원소의 합계 함유량 A 와, P, S, Se, Te, O 의 합계 함유량 B 의 질량비 A/B : 1.0 초과)

Ca, Sr, Ba 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 첨가 원소는, P, S, Se, Te, O 와 같은 원소와 화합물을 형성한다. 이 때문에, P, S, Se, Te, O 가 많이 존재하면, Ca, Sr, Ba 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 첨가 원소와 Cu 를 포함하는 화합물이 충분히 형성되지 않아, 피닝 효과를 보다 작용시킬 수 없게 될 우려가 있다.

따라서, 본 실시형태에 있어서는, Ca, Sr, Ba 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 첨가 원소의 합계 함유량 A 와, P, S, Se, Te, O 의 합계 함유량 B 의 질량비 A/B 를 1.0 초과로 하는 것이 바람직하다.

또한, Ca, Sr, Ba 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 첨가 원소의 합계 함유량 A 와, P, S, Se, Te, O 의 합계 함유량 B 의 질량비 A/B 는, 1.5 이상인 것이 더욱 바람직하고, 2.0 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, 질량비 A/B 는, 100 이하인 것이 바람직하고, 75 이하인 것이 더욱 바람직하고, 50 이하인 것이 보다 바람직하다.

(Ag, Fe, Pb 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 합계 함유량 : 0.5 massppm 이상 50.0 massppm 이하)

Ag, Fe, Pb 는 구리 모상 중으로의 고용에 의해 결정립의 조대화를 억제하는 작용을 갖는 원소이다. 한편, Ag, Fe, Pb 를 많이 포함하는 경우에는, 제조 비용의 증가나 도전율의 저하가 염려된다.

이 때문에, 본 실시형태에 있어서는, Ag, Fe, Pb 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 합계 함유량을 0.5 massppm 이상 50.0 massppm 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

또한, Ag, Fe, Pb 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 합계 함유량의 하한은, 2.0 massppm 이상인 것이 더욱 바람직하고, 5.0 massppm 이상인 것이 보다 바람직하다. 한편, Ag, Fe, Pb 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 합계 함유량의 상한은, 40.0 massppm 이하인 것이 더욱 바람직하고, 30.0 massppm 이하인 것이 보다 바람직하다.

(Mg : 1 massppm 이상 100 massppm 이하)

Mg 는, 결정립의 입 성장을 억제하는 효과가 있는 원소이다. 한편, Mg 를 많이 포함하면 생산성에 악영향을 미칠 우려가 있다.

이 때문에, 본 실시형태에 있어서는, Mg 의 함유량을 1 massppm 이상 100 massppm 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

또한, Mg 의 함유량의 하한은, 2 massppm 이상인 것이 더욱 바람직하고, 3 massppm 이상인 것이 보다 바람직하다. 한편, Mg 의 함유량의 상한은, 90 massppm 이하인 것이 더욱 바람직하고, 80 massppm 이하인 것이 보다 바람직하다.

(그 밖의 불가피 불순물)

상기 서술한 함유량이 특정된 원소 이외의 그 밖의 잔부에 포함되는 불가피적 불순물로는, Al, As, B, Be, Bi, Cd, Cr, Sc, 희토류 원소, V, Nb, Ta, Mo, Ni, W, Mn, Re, Ru, Ti, Os, Co, Rh, Ir, Pd, Pt, Au, Zn, Zr, Hf, Hg, Ga, In, Ge, Y, Tl, N, Sb, Si, Sn, Li 등을 들 수 있다. 이들 불가피 불순물은, 특성에 영향을 미치지 않는 범위에서 함유되어 있어도 된다.

여기서, 이들 불가피 불순물은, 도전율을 저하시킬 우려가 있는 점에서, 총량으로 0.04 mass％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.03 mass％ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하고, 0.02 mass％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 나아가서는 0.01 mass％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또, 이들 불가피 불순물의 각각의 함유량의 상한은, 30 massppm 이하로 하는 것이 바람직하고, 20 massppm 이하로 하는 것이 더욱 바람직하고, 15 massppm 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

다음으로, 이와 같은 구성으로 된 본 실시형태인 순구리재의 제조 방법에 대해, 도 2 에 나타내는 플로도를 참조하여 설명한다.

(용해·주조 공정 S01)

먼저, 무산소동 원료를 용해시켜 얻어진 구리 용탕에, 전술한 원소를 첨가하여 성분 조정을 실시하여, 구리 합금 용탕을 제출 (製出) 한다. 또한, 각종 원소의 첨가에는, 원소 단체나 모합금 등을 사용할 수 있다. 또, 상기 서술한 원소를 포함하는 원료를 구리 원료와 함께 용해시켜도 된다. 여기서, 구리 용탕은, 순도가 99.99 mass％ 이상으로 된 이른바 4NCu, 혹은 99.999 mass％ 이상으로 된 이른바 5NCu 로 하는 것이 바람직하다.

용해 공정에서는, 수소 농도의 저감을 위해, H₂O 의 증기압이 낮은 불활성 가스 분위기 (예를 들어 Ar 가스) 에 의한 분위기에서 용해를 실시하고, 용해시의 유지 시간은 최소한으로 그치는 것이 바람직하다. 그리고, 성분 조정된 구리 합금 용탕을 주형에 주입하여 주괴를 제출한다. 또한, 양산을 고려한 경우에는, 연속 주조법 또는 반연속 주조법을 사용하는 것이 바람직하다.

(제 1 열간 압연 공정 S02)

얻어진 주괴에 대해, 변형을 도입하고, 또한 형상을 소정의 사이즈로 변형시키기 위해서 열간 가공을 실시한다. 변형의 도입을 실시함으로써, 결정립이 조대한 상태에서 높은 변형을 부여할 수 있기 때문에, 재료의 균질성을 높이는 것이 가능해진다.

여기서, 열간 압연의 온도를 650 ℃ 이상의 고온으로 하고, 압연 1 패스에서의 평균 리덕션 (압연 1 패스에서의 평균 압연율) 을 15 ％ 이상으로 함으로써, 고온에서 변형을 균일하게 도입할 수 있고, 높은 균질성을 갖는 조직을 형성하는 것이 가능해진다. 여기서의 총 압연율은, 주조 조직을 파괴하기 위해서, 50 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 55 ％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하고, 60 ％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.

(제 2 열간 압연 공정 S03)

변형의 추가적인 균일화를 실현하기 위해서, 제 1 열간 압연 공정 S01 에 의해 얻어진 열간 압연재를 다시 가열하여, 제 2 열간 압연 공정 S02 를 실시한다.

여기서, 제 2 열간 압연 공정 S03 에 있어서는, 제 1 열간 압연 공정 S02 와 동등 이상의 650 ℃ 이상의 고온 조건으로 하고, 압연 1 패스에서의 평균 리덕션 (압연 1 패스에서의 평균 압연율) 을 15 ％ 이상으로 함으로써, 높은 균질성을 갖는 조직을 형성하는 것이 가능해진다. 여기서의 총 압연율은, 주조 조직을 파괴하기 위해서, 50 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 55 ％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하고, 60 ％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.

(냉간 압연 공정 S04)

다음으로, 제 2 열간 가공 공정 S03 후의 구리 소재에 대해 냉간 압연을 실시하여 소정의 형상으로 가공한다.

또한, 이 냉간 압연 공정 S04 에 있어서의 온도 조건은 특별히 한정은 없지만, -200 ℃ 이상 200 ℃ 이하의 범위에서 실시하는 것이 바람직하다. 냉간 압연 공정 S04 에서는, 재료 전체에 균일한 변형을 도입하기 위해서, 1 패스당 15 ％ 이상의 높은 리덕션 (압연율) 을 갖는 압연을 실시할 필요가 있다. 또한, 냉간 압연 공정 S04 에서는, 냉간에서의 가공이 되기 때문에, 낮은 리덕션으로 가공을 실시하면, 재료 표면과의 마찰력이 강하게 작용하여, 두께 방향의 표면, 또 변형이 도입되기 쉬운 배향의 결정에 우선적으로 변형이 도입되어 버려, 조직의 불균일이 일어나 버린다. 그 때문에, 압축의 응력 요소를 늘리기 위해서, 높은 리덕션으로 압연을 실시해야 한다. 이 높은 리덕션에서의 압연을 복수회 실시함으로써, 소정의 형상으로 하는 것이 필요해진다. 또, 총 가공률은, 15 ％ 이상이 바람직하고, 50 ％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.

(열처리 공정 S05)

다음으로, 냉간 압연 공정 S04 후의 구리 소재에 대해 열처리를 실시한다. 여기서, 열처리 방법은 특별히 한정되지 않지만, 비산화성 또는 환원성의 분위기 중에서 실시하는 것이 좋다. 열처리 온도를 750 ℃ 이상의 고온으로 하고, 이 온도에서 열처리를 1 시간 이하의 단시간에 실시하는 것이 바람직하다. 또, 열처리 온도까지의 승온 속도를 100 ℃/분 이상으로 하는 것이 바람직하다.

균일하게 도입된 변형에 대해, 고온, 단시간의 조건에서 열처리를 함으로써, 재결정이 각 재결정핵으로부터 균일하게 동시에 진행되게 된다. 또한, 750 ℃ 미만의 저온 조건에서의 열처리나 승온 속도가 100 ℃/분 미만인 열처리의 경우에는, 재결정핵의 성장에 편차가 발생해 버려, 결과적으로 불균일한 조직이 형성되어 버린다.

냉각 방법은, 특별히 한정되지 않지만, 물 ??칭 등 냉각 속도가 200 ℃/min 이상이 되는 방법이 바람직하다.

또, 재결정 조직의 균일화를 위해서, 냉간 압연 공정 S04 와 열처리 공정 S05 를 2 회 이상 반복하여 실시해도 된다.

(조질 압연 공정 S06)

열처리 공정 S05 후의 구리 소재에 대해, 재료 강도를 조정하기 위해서, 조질 압연을 실시해도 된다. 낮은 재료 강도를 필요로 하는 경우에는, 조질 압연을 실시하지 않아도 된다.

압연을 실시하는 경우에는, 압연의 변형을 균일하게 도입하기 위해, 압연은 1 패스로 변형을 도입해야 한다. 20 ％ 를 초과하는 압연율로 압연을 실시하면 조직의 불균일성을 일으켜 버리기 때문에, 압연율은 20 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 최종의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 0.5 ㎜ 이상 5 ㎜ 이하의 범위 내의 두께로 하는 것이 바람직하다.

상기 서술한 각 공정에 의해, 본 실시형태인 순구리재 (순구리판) 가 제출되게 된다.

이상과 같은 구성으로 된 본 실시형태인 순구리재에 의하면, Cu 의 함유량이 99.9 mass％ 이상 99.999 mass％ 이하의 범위 내로 되어 있으므로, 도전성 및 방열성이 특히 우수하고, 대전류 용도의 전자·전기 기기용 부품의 소재로서 특히 적합하다.

또, 본 실시형태인 순구리재에 있어서는, 압연면에 있어서의 평균 결정 입경이 10 ㎛ 이상으로 되어 있으므로, 열처리시에 재결정이 진행되는 것을 억제할 수 있어, 결정립의 성장이나 조직의 불균일화를 억제하는 것이 가능해진다.

그리고, 본 실시형태인 순구리재에 있어서는, EBSD 법에 의해 측정되는 LOS 의 평균값이 2.00°이하로 되어 있으므로, 결정 내의 변형 분포가 균일화되어 있고, 열처리 후에 있어서도 결정 입경의 변화가 적고, 또한, 결정 입경의 편차가 억제되어 균일하고 미세한 조직을 얻는 것이 가능해진다.

높은 균질성을 갖는 조직을 얻기 위한 수단은, 특정한 방법에 제한되지 않지만, 예를 들어, 제 1 열간 압연 공정, 제 2 열간 압연 공정 및 냉간 압연 공정의 평균 리덕션, 열처리 공정의 열처리 온도 및 승온 속도를, 상기 서술하는 바와 같이 제어함으로써 가능해진다.

여기서, 본 실시형태인 순구리재에 있어서, EBSD 법에 의해 1 ㎟ 이상의 측정 면적을 측정 간격 1 ㎛ 의 스텝으로 측정하고, 데이터 해석 소프트 OIM 에 의해 해석된 CI 값이 0.1 이하인 측정점을 제외하고, 인접하는 픽셀간의 방위차가 5°이상인 경계를 결정립계로 간주한 경우의 GOS (Grain Orientation Spread) 의 평균값이 2.00°이하인 경우에는, 결정립 중의 변형이 국재화되어 있지 않고, 열처리 후에 있어서도 결정 입경의 변화가 더욱 적고, 또한, 더욱 균일하고 미세한 조직을 얻는 것이 가능해진다.

또, 본 실시형태인 순구리재에 있어서, EBSD 법에 의해 1 ㎟ 이상의 측정 면적을 측정 간격 1 ㎛ 의 스텝으로 측정하고, 데이터 해석 소프트 OIM 에 의해 해석된 CI 값이 0.1 이하인 측정점을 제외하고, 인접하는 픽셀간의 방위차가 5°이상인 경계를 결정립계로 간주한 경우의 KAM (Kernel Average Misorientation) 값의 표준 편차의 값이 0.75°이하인 경우에는, 결정립 중의 변형이 국재화되어 있지 않고, 열처리 후에 있어서도 결정 입경의 변화가 더욱 적고, 또한, 더욱 균일하고 미세한 조직을 얻는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시형태인 순구리재에 있어서, EBSD 법에 의해 1 ㎟ 이상의 측정 면적을 측정 간격 1 ㎛ 의 스텝으로 측정하고, 데이터 해석 소프트 OIM 에 의해 해석된 CI 값이 0.1 이하인 측정점을 제외하고, 인접하는 픽셀간의 방위차가 5°이상인 경계를 결정립계로 간주한 경우의 GND (Geometrically NecessaryDislocations) 의 평균값이 5.0 × 10¹⁴ m^-2 이하인 경우에는, 국소적으로 축적된 GN 전위의 양이 적게 억제되어 있으므로, 열처리 후에 있어서도 결정 입경의 변화가 더욱 적고, 또한, 더욱 균일하고 미세한 조직을 얻는 것이 가능해진다.

또, 본 실시형태인 순구리재에 있어서, Ca, Sr, Ba 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 첨가 원소를 합계량으로 5 massppm 이상 300 massppm 이하의 범위에서 포함하는 경우에는, Ca, Sr, Ba 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 첨가 원소에 의해 결정립의 성장을 억제할 수 있어, 재료 강도나 도전율에 큰 영향을 미치지 않고, 열처리시에 있어서의 결정립의 성장을 더욱 확실하게 억제하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시형태인 순구리재에 있어서, Ca, Sr, Ba 및 Cu 의 적어도 1 종 이상을 포함하는 화합물을 갖고, 이 화합물의 개수 밀도가 1 × 10^-4 개/μ㎡ 이상인 경우에는, 이 화합물의 피닝 효과에 의해, 열처리시에 있어서의 결정립의 성장을 더욱 확실하게 억제하는 것이 가능해진다.

또, 본 실시형태인 순구리재에 있어서, Ca, Sr, Ba 및 Cu 의 적어도 1 종 이상을 포함하는 화합물이 Cu₅Ca, Cu₅Sr, Cu₁₃Ba 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 포함하는 경우에는, 이들 화합물의 피닝 효과에 의해, 열처리시에 있어서의 결정립의 성장을 더욱 확실하게 억제하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시형태인 순구리재에 있어서, S, Se, Te 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 합계량으로 0.2 massppm 이상 10.0 massppm 이하의 범위에서 포함하는 경우에는, 열간 가공성을 크게 저하시키지 않고, 결정립계 이동을 억제할 수 있고, 열처리시에 있어서의 결정립의 성장을 더욱 확실하게 억제하는 것이 가능해진다.

또, 본 실시형태인 순구리재에 있어서, O 의 함유량이 100 massppm 이하로 되어 있는 경우에는, 결정립의 성장을 촉진하는 원소인 O 의 함유량이 충분히 억제되어 있어, 열처리시에 있어서의 결정립의 성장을 더욱 억제할 수 있다.

또한, 본 실시형태인 순구리재에 있어서, P 의 함유량이 0.01 massppm 이상 3.00 massppm 이하의 범위 내로 되어 있는 경우에는, 결정립의 성장을 촉진하는 O 를 무해화할 수 있음과 함께, 결정립계에 존재하는 결정립 성장 억제 원소의 작용을 저해하는 것을 억제할 수 있다.

또, 본 실시형태인 순구리재에 있어서, Ca, Sr, Ba 의 합계 함유량 A 와, P, S, Se, Te, O 의 합계 함유량 B 의 질량비 A/B 가 1.0 을 초과하고 있는 경우에는, Ca, Sr, Ba 가 P, S, Se, Te, O 와 화합물을 형성함으로써 소비되는 것을 억제할 수 있고, Ca, Sr, Ba 에 의한 결정립 성장 억제 효과를 확실하게 주공시키는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시형태인 순구리재에 있어서, Ag, Fe, Pb 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 합계량으로 0.5 massppm 이상 50.0 massppm 이하의 범위에서 포함하는 경우에는, 구리의 모상 중에 Ag, Fe, Pb 가 고용됨으로써, 열처리시에 있어서의 결정립의 성장을 더욱 억제할 수 있다.

또, 본 실시형태인 순구리재에 있어서, Mg 를 1 massppm 이상 100 massppm 이하의 범위에서 포함하는 경우에는, Mg 에 의한 결정립 성장 억제 효과에 의해, 열처리 후의 결정립의 조대화를 더욱 억제할 수 있다.

본 실시형태인 절연 기판 (10) 에 있어서는, 세라믹스 기판 (11) 과, 이 세라믹스 기판 (11) 의 일방의 면에 접합된 회로층 (12) 과, 세라믹스 기판 (11) 의 타방의 면에 접합된 금속층 (13) 을 가지고 있고, 회로층 (12) 및 금속층 (13) 이 되는 구리판이 본 실시형태인 순구리재로 구성되어 있으므로, 세라믹스 기판 (11) 과의 접합시에 있어서의 결정립의 성장이 억제되고, 또한 결정 입경의 편차가 억제되어 균일한 결정 조직을 가지고 있어, 안정적으로 사용할 수 있다.

본 실시형태인 전자 디바이스 (1) 에 있어서는, 상기 서술한 절연 기판 (10) 과, 이 절연 기판 (10) 의 회로층 (12) 상에 탑재된 전자 부품 (3) 을 가지고 있으므로, 회로층 (12) 및 금속층 (13) 이 되는 구리판이 균일한 결정 조직을 가지고 있어, 안정적으로 사용할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시형태인 순구리재에 대해 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 그 발명의 기술적 요건을 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하다.

예를 들어, 상기 서술한 실시형태에서는, 순구리재의 제조 방법의 일례에 대해 설명했지만, 순구리재의 제조 방법은, 실시형태에 기재한 것에 한정되지 않고, 기존의 제조 방법을 적절히 선택하여 제조해도 된다.

또, 상기 서술한 제조 방법은, 압연 공정을 가지고 있고, 본 실시형태의 순구리재는, 순구리 압연재라고 할 수도 있다.

실시예

이하에, 본 발명의 효과를 확인하기 위하여 실시한 확인 실험의 결과에 대해 설명한다.

띠용융 정제법에 의해, P 농도를 0.001 massppm 이하로 정제하여, 순도 99.999 mass％ 이상의 순구리를 얻었다. 이 순구리로 이루어지는 원료를 고순도 그라파이트 도가니 내에 장입 (裝入) 하고, Ar 가스 분위기로 된 분위기의 노 내에 있어서 고주파 유도 가열에 의해 용해시켰다.

6 N (순도 99.9999 mass％ 이상) 의 고순도 구리와 2 N (순도 99 mass％ 이상) 의 원소를 사용하여, 1 mass％ 의 각종 원소를 포함하는 모합금을 제조하였다. 얻어진 구리 용탕 내에 모합금을 첨가하고, 표 1, 2 에 나타내는 성분 조성으로 조제하여, 구리 합금 용탕을 얻었다. 얻어진 구리 합금 용탕을 그라파이트 주형에 주탕하여, 주괴를 제출하였다.

또한, 주괴의 크기는, 두께 약 100 ㎜ × 폭 약 100 ㎜ × 길이 약 150 ∼ 200 ㎜ 로 하였다.

얻어진 주괴에 대해, Ar 가스 분위기 중에 있어서, 900 ℃ 에서 4 시간의 가열을 실시하여, 표 3, 4 에 나타내는 최종 패스 온도 조건을 목표로 하기 위해, 대기 중에서 대기시켜, 제 1 열간 압연 공정을 실시하였다. 또한, 제 1 열간 압연 공정의 최종 패스 온도를 방사 온도계로 측정하였다. 제 1 열간 압연이 끝난 후에 수랭을 실시하였다.

다음으로, Ar 가스 분위기 중에 있어서, 다시 900 ℃ 에서 4 시간의 가열을 실시하여, 표 3, 4 에 나타내는 최종 패스 온도 조건을 목표로 하기 위해, 대기 중에서 대기시켜, 제 2 열간 압연 공정을 실시하였다. 또한, 제 2 열간 압연 공정의 최종 패스 온도를 방사 온도계로 측정하였다. 제 2 열간 압연이 끝난 후에도 수랭을 실시하였다.

다음으로, 제 1 열간 압연 공정 및 제 2 열간 압연 공정에서 생성된 산화 피막을 제거하기 위해서 표면 연삭을 실시하고, 소정의 크기로 절단을 실시하였다. 그 후, 적절히 최종 두께가 되도록 두께를 조정하여 절단을 실시하였다.

절단된 각각의 열간 압연 후의 구리 소재에 대해, 표 3, 4 에 기재된 조건으로 조 (粗) 가공 (냉간 압연), 및 열처리를 실시하였다. 열처리는 솔트 배스를 사용하여, 100 ℃/min 이상의 가열 속도 (승온 속도) 인 것을 확인하였다. 그 후, 표 3, 4 에 기재된 조건에서 조질 압연을 실시하여, 각각, 두께 0.8 ㎜ 이고 폭이 약 100 ㎜ 인 특성 평가용 조재 (순구리재) 를 제출하였다.

그리고, 이하의 항목에 대해 평가를 실시하였다.

(조성 분석)

얻어진 주괴로부터 측정 시료를 채취하고, S, O 의 함유량은 적외선 흡수법으로 측정하고, 그 밖의 원소의 함유량은 글로 방전 질량 분석 장치 (GD-MS) 를 사용하여 측정하였다. 또한, 측정은 시료 중앙부와 폭 방향 단부의 2 개 지점에서 측정을 실시하고, 함유량이 많은 쪽을 그 샘플의 함유량으로 하였다.

(평균 결정 입경)

얻어진 특성 평가용 조재로부터 20 ㎜ × 20 ㎜ 의 샘플을 잘라내고, SEM-EBSD (Electron Backscatter diffraction Patterns) 측정 장치에 의해, 평균 결정 입경을 측정하였다. 전자 현미경의 조건 및 EBSD 검출기의 조건을 이하에 나타낸다.

(전자 현미경의 조건)

관찰 배율 또는 측정 시야의 면적 : 400 ㎛ × 800 ㎛

가속 전압 : 20 ㎸

워킹 디스턴스 : 20 ㎜

시료 경사 각도 : 70°

(EBSD 검출기의 조건)

해석 소프트명 : EDAX/TSL 사 제조 (현 AMETEK 사) OIM Data Analysis ver. 8.6

CI 값 (신뢰 계수) : 0.1 보다 큰 측정점을 해석에 사용하였다.

입계 각도차 : 5°이상을 입계로 간주하였다.

미니멈 그레인 사이즈 : 2 step 이상을 결정립으로 간주하였다.

스텝 사이즈 : 1 ㎛

쌍정의 취급 : 쌍정을 입계로 간주하였다.

압연면을 내수 연마지, 다이아몬드 지립 (砥粒) 을 사용하여 기계 연마를 실시하였다. 이어서, 콜로이달 실리카 용액을 사용하여 마무리 연마를 실시하였다. 그 후, 주사형 전자 현미경을 사용하여, 시료 표면의 측정 범위 내의 개개의 측정점 (픽셀) 에 전자선을 조사하고, 전자선 후방 산란 회절법에 의한 방위 해석에 의해, 인접하는 측정점간의 방위차가 5°이상인 측정점간의 경계를 결정립계로 하였다. 인접하는 측정점간의 방위차가 5°이상 15°미만인 측정점간의 경계를 소각 입계로 하였다. 인접하는 측정점간의 방위차가 15°이상인 측정점간의 경계를 대각 입계로 하였다. 이 때, 쌍정 경계도 대각 입계로 하였다. 또, 각 샘플에서 100 개 이상의 결정립이 포함되도록 측정 범위를 조정하였다. 얻어진 방위 해석 결과로부터 대각 입계를 사용하여 결정립계 맵을 작성하였다. JIS H 0501 의 절단법에 준거하여, 결정립계 맵에 대해, 세로, 가로의 방향으로 소정 길이의 선분을 소정의 간격으로 5 개씩 그었다. 완전히 잘라지는 결정립의 수를 세고, 그 절단 길이의 평균값을 평균 결정 입경으로서 산출하였다.

(LOS 의 평균값)

특성 평가용 조재로부터 20 ㎜ × 20 ㎜ 의 샘플을 잘라내고, 압연면을 내수 연마지, 다이아몬드 지립을 사용하여 기계 연마를 실시하였다. 이어서, 콜로이달 실리카 용액을 사용하여 마무리 연마를 실시하였다. EBSD 측정 장치 (FEI 사 제조 Quanta FEG 450, EDAX/TSL 사 제조 (현 AMETEK 사) OIM Data Collection) 와, 해석 소프트 (EDAX/TSL 사 제조(현 AMETEK 사) OIM Data Analysis ver. 8.6) 를 사용하여, 전자선의 가속 전압 15 ㎸, 1 ㎛ 의 측정 간격의 스텝으로 1 ㎟ 이상의 측정 면적으로, 시료의 압연면 (관찰면) 을 EBSD 법에 의해 측정하였다. 전자선의 가속 전압 이외의 전자 현미경의 조건 및 EBSD 검출기의 조건은, 상기 서술한 평균 결정 입경의 측정시의 조건과 동일하였다. 측정 결과를 데이터 해석 소프트 OIM 에 의해 해석하고 각 측정점의 CI (Confidence Index) 값을 얻었다. CI 값이 0.1 이하인 측정점을 제외하고, 데이터 해석 소프트 OIM 에 의해 각 결정립의 방위차의 해석을 실시하였다. 인접하는 픽셀간의 방위차가 5°이상인 픽셀간의 경계를 결정립계로 간주하여 해석하고, 전체 픽셀의 LOS 값을 구하였다. 근접 차수를 1 로 하여, 중심점과 6 개의 인접점으로 이루어지는 7 개의 점에 대해, 각각의 2 개의 점간의 방위차를 구하고, 그 평균값을 구하여 LOS 의 값으로 하였다. 측정 영역에서의 LOS 의 값의 평균값 (수평균) 을 구하고, LOS 의 평균값으로서 표 5, 6 에 기재하였다.

(GOS 의 평균값)

LOS 의 평가와 동일한 시료 및 장치를 사용하여, 전자선의 가속 전압 15 ㎸, 1 ㎛ 의 측정 간격의 스텝으로 1 ㎟ 이상의 측정 면적에서, 시료의 압연면 (관찰면) 을 EBSD 법에 의해 측정하였다. 전자선의 가속 전압 이외의 전자 현미경의 조건 및 EBSD 검출기의 조건은, 상기 서술한 평균 결정 입경의 측정시의 조건과 동일하였다. CI 값이 0.1 이하인 측정점을 제외하고, 데이터 해석 소프트 OIM 에 의해 각 결정립의 방위차의 해석을 실시하였다. 인접하는 픽셀간의 방위차가 5°이상인 픽셀간의 경계를 결정립계로 간주하여 해석하고, 전체 결정립의 GOS 값을 구하였다. 그 합계값을 결정립의 개수 (Number) 로 나누어 GOS 의 평균값을 구하였다.

(KAM 값의 표준 편차의 값)

LOS 의 평가와 동일한 시료 및 장치를 사용하여, 전자선의 가속 전압 15 ㎸, 1 ㎛ 의 측정 간격의 스텝으로 1 ㎟ 이상의 측정 면적에서, 시료의 압연면 (관찰면) 을 EBSD 법에 의해 측정하였다. 전자선의 가속 전압 이외의 전자 현미경의 조건 및 EBSD 검출기의 조건은, 상기 서술한 평균 결정 입경의 측정시의 조건과 동일하였다. CI 값이 0.1 이하인 측정점을 제외하고, 데이터 해석 소프트 OIM 에 의해 각 결정립의 방위차의 해석을 실시하였다. 근접 차수를 1 로 하여, 인접하는 픽셀간의 방위차가 5°이상인 픽셀간의 경계를 결정립계로 간주하여 해석하고, 전체 픽셀의 KAM 값을 구하였다. 그리고 KAM 값의 표준 편차의 값을 구하였다.

(GND 의 평균값)

LOS 의 평가와 동일한 시료 및 장치를 사용하여, 전자선의 가속 전압 15 ㎸, 1 ㎛ 의 측정 간격의 스텝으로 1 ㎟ 이상의 측정 면적에서, 시료의 압연면 (관찰면) 을 EBSD 법에 의해 측정하였다. 전자선의 가속 전압 이외의 전자 현미경의 조건 및 EBSD 검출기의 조건은, 상기 서술한 평균 결정 입경의 측정시의 조건과 동일하였다. CI 값이 0.1 이하인 측정점을 제외하고, 데이터 해석 소프트 OIM 에 의해 각 결정립의 방위차의 해석을 실시하였다. 인접하는 픽셀간의 방위차가 5°이상인 픽셀간의 경계를 결정립계로 간주하여 해석하고, 전체 픽셀의 GND 값을 구하고, 그 평균값을 구하였다. 또한, 미끄럼계는 {111}<110> 이고, FCC(111) 면의 <1-10> 방향에 대해, 버거스 벡터의 크기로서 0.255 ㎚ 를 채용하여 GN 전위 밀도를 산출하였다. 또, 오차 요인을 저감시키기 위해, GND 의 값의 상한을 1.0 × 10¹⁶ m^-2 로 하고, 그 이하의 값의 영역에 있어서 평균값 (수평균) 을 산출하였다.

(화합물의 개수 밀도)

특성 평가용 조재로부터 측정 시료를 채취하고, 압연면에 대해 CP 연마를 실시하였다. FE-SEM (전계 방출형 주사 전자 현미경) 을 사용하여, 2000 배의 시야 (약 2500 ㎛²/시야) 로 50 영역의 관찰을 실시하였다. 50 영역에서의 관찰 결과로부터 Ca, Sr, Ba 및 Cu 의 적어도 1 종 이상을 포함하는 화합물의 개수 밀도를 산출하였다.

(화합물의 동정)

특성 평가용 조재로부터 FIB (Focused Ion Beam) 법을 사용하여 화합물을 관찰하기 위한 샘플을 제조하였다. 그 샘플에 대해, 투과형 전자 현미경 (TEM : 니혼 전자 주식회사 제조, JEM-2010F) 을 사용하여 입자 관찰을 실시하고, EDX 분석 (에너지 분산형 X 선 분광법) 을 실시하여, 화합물이 Ca, Sr, Ba 와 Cu 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소를 함유하는 입자인지의 여부를 확인하였다.

또, 관찰된 화합물에 대해 EDX 분석과 전자선 회절 분석을 실시하여, 화합물이, Cu₅Ca (공간군 P6/mmm(191)), Cu₅Sr (공간군 P6/mmm(191)), Cu₁₃Ba (Fm-3c(226)) 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 포함하는지의 여부를 확인하였다.

여기서, 도 3A, 도 3B 에, 본 발명예 11 에 있어서의 화합물의 관찰 결과를 나타낸다. 관찰된 화합물이 Cu₅Ca 를 포함하는 것이 확인되었다.

표 중의 「화합물의 유무」 의 란에 있어서는, 상기 서술한 관찰의 결과, Cu₅Ca, Cu₅Sr, Cu₁₃Ba 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 포함하는 화합물이 관찰된 경우를 「B」 (present), 관찰되지 않았던 경우를 「D」 (absent) 로 표기하였다.

(가압 열처리 후의 결정 입경 d_ave)

상기 서술한 특성 평가용 조재로부터 40 ㎜ × 40 ㎜ 의 샘플을 잘라내었다. 세라믹스판 (재질 : Si₃N₄, 50 ㎜ × 50 ㎜ × 두께 0.32 ㎜) 의 양면에 페이스트상의 활성 은 브레이징재 (도쿄 브레이즈 제조 TB-608T) 를 도포하였다. 상기 서술한 샘플 (순구리판) 2 장 사이에 세라믹스판을 끼워 넣고, 가압 압력 0.59 ㎫ 의 하중을 가한 상태에서 열처리를 실시하였다. 열처리는 이하의 조건에서 실시하였다. 850 ℃ 의 노에, 적층한 순구리판 및 세라믹스판을 투입하고, 재온 (材溫) 이 850 ℃ 가 된 것을 열전쌍으로 확인하고 나서 60 분 유지하고, 가열이 끝난 후에 상온이 될 때까지 노랭 (爐冷) (노 내에서 냉각) 을 실시하였다. 상온까지 온도가 저하된 후에, 순구리판의 압연면에 대해 평균 결정 입경 d_ave 를 이하의 방법으로 측정하였다.

먼저, 압연면 (세라믹스판과 접하고 있지 않은 면) 을 내수 연마지, 다이아몬드 지립을 사용하여 기계 연마를 실시하였다. 이어서, 콜로이달 실리카 용액을 사용하여 마무리 연마를 실시하였다. 그 후, 에칭을 실시하여, 압연면 (관찰면) 을 광학 현미경으로 관찰하였다. JIS H 0501 의 절단법에 준거하여, 세로, 가로의 방향으로 소정 길이의 선분을 소정의 간격으로 5 개씩 그었다. 완전히 잘라지는 결정립의 수를 세고, 그 절단 길이의 평균값을 평균 결정 입경으로 하였다. 평균 결정 입경이 200 ㎛ 이하인 경우를 「A」 (excellent) 로 하였다. 평균 결정 입경이 200 ㎛ 를 초과하고 300 ㎛ 이하인 경우를 「B」 (good) 로 하였다. 평균 결정 입경이 300 ㎛ 를 초과하고 500 ㎛ 이하인 경우를 「C」 (fair) 로 하였다. 평균 결정 입경이 500 ㎛ 를 초과하는 경우를 「D」 (poor) 로 하였다.

(가압 열처리 후의 입경의 편차)

상기 서술한 바와 같이, 가압 열처리를 실시한 시험편 40 ㎜ × 40 ㎜ 의 범위 내에 있어서, 쌍정을 제외하고, 가장 조대한 결정립의 장경과 단경의 평균값을 최대 결정 입경 d_max 로 하였다. 여기서, 가장 조대한 결정립에 그은 선분 중, 입계에 의해 절단되는 선분의 길이의 최대값을 장경으로 하였다. 그리고, 장경에 수직인 선분 중, 입계에 의해 절단되는 선분의 길이의 최대값을 단경으로 하였다. 이 최대 결정 입경 d_max 와 상기 서술한 평균 결정 입경 d_ave 의 비 d_max/d_ave 가 15 이하인 경우를 「B」 (good) 로 평가하고, d_max/d_ave 가 15 를 초과하고 20 이하인 경우를 「C」 (fair) 로 평가하고, d_max/d_ave 가 20 을 초과한 경우를 「D」 (poor) 로 평가하였다.

비교예 1 은, 평균 결정 입경이 8 ㎛ 로 작고, 또한, LOS 의 평균값이 2.10°로 되어 있고, 가압 열처리 후에 결정립이 조대화되고, 입경의 편차도 커졌다.

비교예 2 는, LOS 의 평균값이 2.30°로 되어 있고, 가압 열처리 후에 결정립이 조대화되고, 입경의 편차도 커졌다.

비교예 3 에서는, LOS 의 평균값이 2.16°로 되어 있고, 가압 열처리 후의 입경의 편차가 커졌다.

이에 대해, 본 발명예 1 ∼ 27 에 있어서는, 평균 결정 입경이 10 ㎛ 이상으로 됨과 함께, LOS 의 평균값이 2.00°이하로 되어 있고, 가압 열처리 후의 평균 결정 입경이 작고, 또한, 입경의 편차도 작아졌다.

이상으로부터, 본 발명예에 의하면, 가압 열처리 후에 있어서도, 결정립의 조대화 및 불균일화를 억제할 수 있는 순구리재를 제공 가능하다는 것이 확인되었다.

산업상 이용가능성

본 실시형태의 순구리재는, 히트 싱크나 두꺼운 구리 회로 등의 전기·전자 부품에 바람직하게 적용된다.

1 : 전자 디바이스
3 : 전자 부품
10 : 절연 기판
11 : 세라믹스 기판
12 : 회로층
13 : 금속층

Claims

Cu 의 함유량이 99.9 mass％ 이상 99.999 mass％ 이하의 범위 내로 되고,
S, Se, Te 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 합계량으로 10.0 massppm 이하 포함하고,
압연면에 있어서의 평균 결정 입경이 10 ㎛ 이상이고,
EBSD 법에 의해 1 ㎟ 이상의 측정 면적을 측정 간격 1 ㎛ 스텝으로 측정하고, 데이터 해석 소프트 OIM 에 의해 해석된 CI 값이 0.1 이하인 측정점을 제외하고, 인접하는 픽셀간의 방위차가 5°이상인 경계를 결정립계로 간주한 경우의 LOS (Local Orientation Spread) 의 평균값이 2.00°이하인 것을 특징으로 하는 순구리재.
제 1 항에 있어서,
EBSD 법에 의해 1 ㎟ 이상의 측정 면적을 측정 간격 1 ㎛ 스텝으로 측정하고, 데이터 해석 소프트 OIM 에 의해 해석된 CI 값이 0.1 이하인 측정점을 제외하고, 인접하는 픽셀간의 방위차가 5°이상인 경계를 결정립계로 간주한 경우의 GOS (Grain Orientation Spread) 의 평균값이 2.00°이하인 것을 특징으로 하는 순구리재.
제 1 항에 있어서,
EBSD 법에 의해 1 ㎟ 이상의 측정 면적을 측정 간격 1 ㎛ 스텝으로 측정하고, 데이터 해석 소프트 OIM 에 의해 해석된 CI 값이 0.1 이하인 측정점을 제외하고, 인접하는 픽셀간의 방위차가 5°이상인 경계를 결정립계로 간주한 경우의 KAM (Kernel Average Misorientation) 값의 표준 편차의 값이 0.75°이하인 것을 특징으로 하는 순구리재.
제 1 항에 있어서,
EBSD 법에 의해 1 ㎟ 이상의 측정 면적을 측정 간격 1 ㎛ 스텝으로 측정하고, 데이터 해석 소프트 OIM 에 의해 해석된 CI 값이 0.1 이하인 측정점을 제외하고, 인접하는 픽셀간의 방위차가 5°이상인 경계를 결정립계로 간주한 경우의 GND (Geometrically Necessary Dislocations) 의 평균값이 5.0 × 10¹⁴ m^-2 이하인 것을 특징으로 하는 순구리재.
제 1 항에 있어서,
Ca, Sr, Ba 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 첨가 원소를 합계량으로 300 massppm 이하 포함하는 것을 특징으로 하는 순구리재.
제 5 항에 있어서,
상기 첨가 원소 및 Cu 의 적어도 1 종 이상을 포함하는 화합물을 갖고, 상기 화합물의 개수 밀도가 1 × 10^-4 개/μ㎡ 이상인 것을 특징으로 하는 순구리재.
제 6 항에 있어서,
상기 화합물이 Cu₅Ca, Cu₅Sr, Cu₁₃Ba 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 순구리재.
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제 1 항에 있어서,
O 의 함유량이 100 massppm 이하로 되어 있는 것을 특징으로 하는 순구리재.
제 1 항에 있어서,
P 의 함유량이 0.01 massppm 이상 3.00 massppm 이하의 범위 내로 되어 있는 것을 특징으로 하는 순구리재.
제 1 항에 있어서,
Ca, Sr, Ba 의 합계 함유량 A 와, P, S, Se, Te, O 의 합계 함유량 B 의 질량비 A/B 가 1.0 을 초과하고 있는 것을 특징으로 하는 순구리재.
제 1 항에 있어서,
Ag, Fe, Pb 에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 합계량으로 50.0 massppm 이하 포함하는 것을 특징으로 하는 순구리재.
제 1 항에 있어서,
Mg 를 100 massppm 이하의 양으로 포함하는 것을 특징으로 하는 순구리재.
세라믹스 기판과, 상기 세라믹스 기판의 일방의 면에 접합된 구리판을 구비하고, 상기 구리판이 제 1 항 내지 제 7 항 및 제 9 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 순구리재로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 절연 기판.
제 14 항에 기재된 절연 기판과, 상기 절연 기판에 탑재된 전자 부품을 갖는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스.