TW201518519A - 銅合金板及具備其之散熱用電子零件 - Google Patents

Abstract

本發明之銅合金板含有0.01~0.3質量%之Sn，剩餘部分由銅及其不可避免之雜質構成，具有75%IACS以上之導電率及300MPa以上之0.2%保證應力，且於將相對於壓延方向平行之方向、直角之方向及形成45°之方向之各自的蘭克福特值(Lankford value)分別設為r0、r90、r45時，以(r0+r90+2×r45)/4定義之板厚各向異性r成為1.0以上。

Description

銅合金板及具備其之散熱用電子零件

本發明係關於一種散熱性、導電性及拉拔加工性優異之銅合金板，詳細而言，本發明係關於一種適合於端子、連接器、繼電器、開關、插座、匯流排(busbar)、引線框架(lead frame)等電子零件用途、尤其是智慧型手機或個人電腦等中所使用之散熱性零件及高電流零件之用途的銅合金板。

於智慧型手機、平板PC及個人電腦等電氣-電子機器等中，組入有端子、連接器、開關、插座、繼電器、匯流排、引線框架等用以獲得電性連接之零件。

近年來，隨著智慧型手機、平板PC及個人電腦之小型化，對電氣-電子機器內之液晶零件或IC晶片等通電時之蓄熱有變大之傾向。蓄熱較大之狀態對IC晶片或基盤之熱損傷大，故而散熱零件之散熱性成為問題。

習知，智慧型手機、平板PC及個人電腦等電氣-電子機器內之散熱零件主要使用沃斯田鐵系不鏽鋼及純鋁等。例如，對於附屬於智慧型手機或平板PC之液晶之散熱零件(液晶框(liquid crystal frame))，除了要求高散熱性以外，亦要求作為結構體之強度及固定於液晶所必需之彎曲性或拉拔加工性。

沃斯田鐵系不鏽鋼雖然彎曲性及拉拔加工性良好，但導熱性低，為了 彌補導熱性而併用昂貴之導熱片等。因此，散熱零件之單價變高。另一方面，純鋁及鋁合金雖然彎曲性及拉拔加工性良好，但導熱性及作為結構體之強度不足。

相對於此，已知銅合金中之Cu-Sn系合金與導熱性處於比例關係，導電率高，且具有所需之強度，並且可廉價地製造，因此尤其是例如含有0.12質量%之Sn之銅合金作為CDA(Copper Development Association，銅業發展協會)合金編號C14415被供於實際應用。又，Cu-Sn合金自先前以來亦作為銅合金箔用於行動電話之可撓性印刷基盤或鋰離子二次電池等二次電池之負極集電體材料(參照專利文獻1)。

[專利文獻1]日本特開2005-048262號公報

然而，習知之Cu-Sn合金雖然強度及導熱特性高，但並未滿足所要求之彎曲性或拉拔加工性，且根據情形未滿足該兩者。

因此，對Cu-Sn合金於維持強度及導電率之狀態下改善彎曲性及拉拔加工性可謂於工業上意義極為深遠。

因此，本發明之課題在於提供一種兼具高強度、高導電及優異之拉拔加工性及彎曲加工性之銅合金板、及具備其之散熱用電子零件。

本發明者等人發現，藉由控制由在Cu-Sn系合金之面內之3個方位所測定之蘭克福特值求出的板厚各向異性之值，可使拉拔加工性及彎曲加工性提高。

以如上見解為背景而完成以下之發明。

本發明之銅合金板含有0.01~0.3質量%之Sn，剩餘部分由銅及其不可避免之雜質構成，具有75%IACS以上之導電率及300MPa以上之0.2%保證應力，且於將相對於壓延方向平行之方向、直角之方向及形成45°之方向之 各自的蘭克福特值分別設為r₀、r₉₀、r₄₅時，以(r₀+r₉₀+2×r₄₅)/4定義之板厚各向異性r成為1.0以上。

本發明之銅合金板較佳為設為W彎曲試驗中之壓延平行方向(GW方向)及壓延直角方向(BW方向)之最小彎曲半徑/板厚(MBR/t)以MBR/t≦1.5賦予者。

再者，於本發明之銅合金板中，除了Sn以外，亦可進而以各元素之合計成為0.15質量%以下之方式添加Ag、P、Co、Ni、Cr、Mn、Zn、Mg、Si之至少1種。該等元素均有助於提高強度，但若添加量過多，則導電率降低，或原料成本增加，或製造性惡化，故而較佳為上限為0.15質量%。

又，本發明之散熱用電子零件係具備上述任一種銅合金板者。

根據本發明，可提供一種兼具高強度、高導電性及優異之拉拔加工性之銅合金板。該銅合金板係關於如下之銅合金板：可較佳地用作端子、連接器、開關、插座、繼電器、匯流排、引線框架等電子零件之素材，適合於智慧型手機或個人電腦等中所使用之散熱性零件及高電流零件之用途。

以下，對本發明之實施形態進行詳細說明。

本發明之一實施形態之銅合金板係具有Sn為0.01~0.3質量%、剩餘部分由銅及不可避免之雜質所構成之組成者，於該銅合金板中，將導電率設 為75%IACS以上，將0.2%保證應力設為300MPa以上，將由蘭克福特值求出之板厚各向異性調整為1.0以上。兼具此種特性之本發明之銅合金板適合於散熱用電子零件之用途。

(合金成分濃度)

Sn濃度設為0.01~0.3質量%。若Sn超過0.3質量%，則難以獲得75%IACS以上之導電率。若Sn未達0.01質量%，則難以獲得300MPa以上之0.2%保證應力。就同樣之觀點而言，Sn濃度較佳為設為0.03~0.25質量%，其中尤佳為設為0.08~0.25質量%。

於本發明之Cu-Sn系合金中，除了Sn以外，亦可進而添加選自由Ag、P、Co、Ni、Cr、Mn、Zn、Mg、Si所組成之群中之元素之至少1種，其添加量較佳為合計設為0.15質量%以下。若該等之合計超過0.15質量%，則導電率降低，或原料成本增加，或製造性惡化。

(導電率)

於本發明中，將依據JIS H0505測定之導電率設為75%IACS以上。若導電率為75%IACS以上，則導熱率良好，可確保良好之散熱性。導電率較佳為設為80%IACS以上。

(0.2%保證應力)

於本發明中，將銅合金板之0.2%保證應力設為300MPa以上，於該情形時，銅合金板可謂具有作為結構材之素材所必需之強度。0.2%保證應力較佳為設為350MPa以上，尤其是設為400MPa以上時更佳。

(拉拔加工性)

於試片之壓延平行、直角、45°方向分別施加2.5%之伸長應變，根據試片之長度及寬度方向之尺寸變化，求出作為各方向之蘭克福特值之r₀、r₉₀、r₄₅，算出以r=(r₀+r₉₀+2×r₄₅)/4定義之板厚各向異性r。關於該板厚各向異性r，已知一般值越大，拉拔加工性越良好。又，一般伸銅品之板厚各向 異性r為0.5~0.9左右，於本發明中，藉由將該值調整為1.0以上，可獲得優異之拉拔加工性。

此處所謂之蘭克福特值係由JIS Z2254所規定者，於測定上述各蘭克福特值r₀、r₉₀、r₄₅時，設為依據JIS Z2254而進行者。其中，本發明品為了維持作為結構材所必需之強度，伸長率低，將負荷應變設為2.5%。

為了獲得更優異之拉拔加工性，較佳為板厚各向異性r設為1.5以上。

(厚度)

製品之厚度、即板厚(t)較佳為0.05~2.0mm。若厚度過小，則無法獲得充分之散熱性，故而不適合作為散熱用電子零件之素材。另一方面，若厚度過大，則拉拔加工及彎曲加工變得困難。就上述觀點而言，更佳之厚度為0.08~1.5mm。藉由使厚度為上述範圍，可使散熱性優異，且將彎曲加工性設為良好者。

(彎曲加工性)

就確保良好之彎曲性之觀點而言，較佳為將銅合金板之最小彎曲半徑(MBR)設為依據JIS H3130而測定者，且該最小彎曲半徑(MBR)相對於上述板厚(t)之比率(MBR/t)設為2.0以下、尤其是設為1.5以下。更佳為將MBR/t設為0.5以下。

(製造方法)

以下，對本發明之銅合金板之較佳之製造方法之一例進行說明。

將作為純銅原料之電解銅等熔解，並添加Sn及視需要之其他合金元素，鑄造成厚度30~300mm左右之鑄錠。將該鑄錠例如藉由800~1000℃之熱壓延製成厚度3~30mm左右之板後，反覆進行冷壓延與再結晶退火，以最終之冷壓延最終加工成規定之製品厚度，最後實施弛力退火。最終冷壓延後之伸長率低至未達2%之程度，但因其後之弛力退火而上升。

於再結晶退火中，使壓延組織之一部分或全部再結晶化。

於最終冷壓延前之再結晶退火中，將銅合金板之平均結晶粒徑調整為80μm以下。若平均結晶粒徑過大，則難以將0.2%保證應力調整為300MPa以上。為了提高0.2%保證應力，較佳為藉由最終冷壓延前之再結晶退火，而將平均結晶粒徑調整為60μm以下，更佳為進而設為50μm以下。

最終冷壓延前之再結晶退火之條件係基於作為目標之退火後之結晶粒徑及作為目標之製品的導電率而決定。具體而言，使用批次爐或連續退火爐，將爐內溫度設為350~800℃進行退火即可。於批次爐中，在350~600℃之爐內溫度下以30分鐘至30小時之範圍適當調整加熱時間即可。於連續退火爐中，在450~800℃之爐內溫度下以5秒至10分鐘之範圍適當調整加熱時間即可。一般而言，若於更低溫度且更長時間之條件下進行退火，則可以相同之結晶粒徑獲得更高之導電率。

於最終冷壓延中，使材料反覆通過一對壓延輥間，最終加工成目標之板厚。控制最終冷壓延之總加工度。

總加工度R(%)係以R=(t₀-t)/t₀×100(t₀：最終冷壓延前之板厚、t：最終冷壓延後之板厚)賦予。

總加工度R設為20~99%、較佳為設為40~98.5%、更佳為設為60~98%。若R過小，則難以將0.2%保證應力調整為300MPa以上，若R過大，則有壓延材之邊緣破裂之情況。

本發明之弛力退火係使用可於爐內將銅合金板保持為平板狀之連續退火爐進行。於批次爐之情形時，由於在捲繞成線圈狀之狀態下加熱材料，因此於加熱中材料發生塑性變形而於材料中產生翹曲。因此，批次爐不適合於本發明之弛力退火。

於壓延後之弛力退火中，將於連續退火爐內負擔於材料之張力調整為1~5MPa、更佳為調整為2~4MPa。若張力過大，則板厚各向異性r降低，難以調整為1.0以上。另一方面，若張力過小，則有引起生產性 之降低之可能性，例如正通過退火爐之材料與爐壁接觸而使材料表面或邊緣附著傷痕。

於連續退火爐中，將爐內溫度設為300~700℃、較佳為設為350~650℃，以5秒至10分鐘之範圍適當調整加熱時間，將弛力退火後之0.2%保證應力(σ)調整為相對於弛力退火前之0.2%保證應力(σ₀)低10~50MPa之值、較佳為調整為低15~45MPa之值。藉此，於最終冷壓延結束時較低之伸長率上升，並且彎曲性改善。

本發明將以下情形設為特徵之一，即，除了上述弛力退火以外，亦將由蘭克福特值求出之板厚各向異性r≧1.2之特徵賦予至Cu-Sn系合金，藉此改善拉拔加工性及彎曲加工性，若整理顯示為此所需之製造條件，則如下所述。

a.於弛力退火中調整為(σ₀-σ)=10~50MPa。

b.將弛力退火中之爐內張力調整為5MPa以下。

c.將最終加工壓延之總加工度設為99%以下。

以如上方式製造之銅合金板被加工成各種板厚之伸銅品，例如可用作智慧型手機、平板PC及個人電腦等電氣-電子機器內之散熱用電子零件等。

[實施例]

以下與比較例一同表示本發明之實施例，但該等實施例係為了更好地理解本發明及其優點而提供者，並不旨在限定發明。

向熔銅添加合金元素後，鑄造成厚度為200mm之鑄錠。將鑄錠以950℃加熱3小時，並以950℃進行熱壓延，藉此製成厚度20mm之板。將熱壓延板表面之氧化皮(oxide scale)藉由研磨機研削、去除後，反覆進行退火與冷壓延，以最終之冷壓延最終加工成規定之製品厚度。最後使用連續退火爐進行弛力退火。

最終冷壓延前之退火(最終再結晶退火)係使用批次爐，將 加熱時間設為5小時，於300~700℃之範圍內調整爐內溫度，而改變退火後之結晶粒徑與導電率。於退火後之結晶粒徑之測定中，將與壓延方向呈直角之剖面於鏡面研磨後進行化學腐蝕，藉由切斷法(JIS H0501(1999年))求出平均結晶粒徑。

於最終冷壓延中，控制總加工度及每1道次之加工度。又， 求出最終冷壓延後之材料之0.2%保證應力。

於使用連續退火爐之弛力退火中，將爐內溫度設為500℃，將加熱時間調整於1秒至15分鐘之間，使退火後之0.2%保證應力進行各種變化。又，使於爐內附加於材料之張力進行各種變化。

對製造途中之材料及弛力退火後之材料進行如下測定。

(成分)

藉由ICP(Inductively Coupled Plasma，感應耦合電漿)-質量分析法分析弛力退火後之材料之合金元素濃度。

(0.2%保證應力)

對於最終冷壓延後及弛力退火後之材料，以拉伸方向與壓延方向平行之方式採取JIS Z2241所規定之13B號試片，依據JIS Z2241與壓延方向平行地進行拉伸試驗，求出0.2%保證應力。

(導電率)

自弛力退火後之材料以試片之長度方向與壓延方向平行之方式採取試片，依據JIS H0505，藉由四端子法測定於20℃之導電率。

(板厚各向異性)

於試片之壓延平行、直角、45°方向採取JIS Z2241所規定之JIS13B號試片。使用拉伸試驗器，對該試片分別施加2.5%之伸長應變，算出板厚各向異性。

(MBR/t)

製作寬度10mm×長度30mm之短條狀之試片，藉由W彎曲試驗(JIS H3130)進行試驗。試片採取方向係設為壓延平行方向(GW)及壓延直角方向(BW)，藉由不發生破裂之最小彎曲半徑MBR(Minimum Bend Radius)與板厚t之比MBR/t進行評價。

於表1及2中表示評價結果。再者，於表1所示之內容中，最終再結晶退火後之結晶粒徑中之「≦10」之表述包含壓延組織之全部再結晶化並其平均結晶粒徑為10μm以下之情形、及僅壓延組織之一部分再結晶化之情形之兩者。

由表1所示之內容可知，發明例1~32之任一者均含有0.01 ~0.3質量%之Sn，又，最終再結晶退火之結晶粒徑為80μm以下，最終壓延之總加工度為20~99%，弛力退火中之張力為1~5MPa而均成為規定之範圍，故而可獲得弛力退火後之0.2%保證應力為300MPa以上、導電率為75%IACS以上、板厚各向異性r為1.0以上，且散熱性、強度及加工性良好之材料。進而，該等發明例1~32由於最終壓延後之0.2%保證應力與弛力退火後之0.2%保證應力之差為10~50MPa，因此彎曲加工性於GW、BW方向均為1.5以下而良好。

另一方面，如表2所示，比較例1中，Sn濃度未達0.01質 量%，0.2%保證應力未達300MPa。比較例2中，Sn濃度超過0.3質量%，導電率未達75%IACS，散熱性較差。

比較例3中，Sn以外之添加元素濃度超過0.15質量%，導 電率未達75%IACS，散熱性較差。

比較例4中，再結晶退火中之結晶粒徑超過80μm，故而 0.2%保證應力未達300MPa。

比較例5中，最終壓延中之總加工度未達20%，故而0.2% 保證應力未達300MPa。

比較例6中，製品厚度超過2.0mm，故而板厚各向異性未達 1.0，拉拔加工性差。又，於GW、BW方向彎曲加工性均超過1.5。

比較例7中，雖進行了弛力退火，但張力超過5MPa，故而 板厚各向異性未達1.0，拉拔加工性差。又，於GW、BW方向彎曲加工性均超過1.5。

比較例8中，最終壓延後之0.2%保證應力與弛力退火後之0.2%保證應力之差未達10，故而板厚各向異性r未達1.0，拉拔加工性差。又，於GW、BW方向彎曲加工性均超過1.5。

Claims (4)

1. 一種銅合金板，其含有0.01~0.3質量%之Sn，剩餘部分由銅及其不可避免之雜質構成，具有75%IACS以上之導電率及300MPa以上之0.2%保證應力，且於將相對於壓延方向平行之方向、直角之方向及形成45°之方向之各自的蘭克福特值(Lankford value)分別設為r₀、r₉₀、r₄₅時，以(r₀+r₉₀+2×r₄₅)/4定義之板厚各向異性r為1.0以上。
2. 如申請專利範圍第1項之銅合金板，其中，W彎曲試驗中之壓延平行方向(GW方向)及壓延直角方向(BW方向)之最小彎曲半徑(MBR)相對於板厚(t)之比率以MBR/t≦1.5賦予。
3. 如申請專利範圍第1或2項之銅合金板，其進而含有選自由Ag、P、Co、Ni、Cr、Mn、Zn、Mg、Si所組成之群中之至少1種合計0.15質量%以下。
4. 一種散熱用電子零件，其具備申請專利範圍第1或2項之銅合金板。