TWI900680B - 切條銅材、電子/電氣機器用零件、匯流條、散熱基板 - Google Patents
切條銅材、電子/電氣機器用零件、匯流條、散熱基板Info
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Abstract
本發明之切條銅材,銅的純度為99.96mass%以上,板寬W與板厚t之比W/t為10以上,導電率為97.0%IACS以上,板厚中心部的平均結晶粒徑A與板厚表層部的平均結晶粒徑B之比B/A為0.80以上1.20以下之範圍內,前述板厚中心部的平均結晶粒徑A為25μm以下。
Description
本發明係關於適於匯流條、散熱基板等電子/電氣機器用零件之切條銅材,用此切條銅材製作的電子/電氣機器用零件、匯流條及散熱基板。
本發明根據2020年10月23日於日本提出申請之特願2020-178070號專利申請案,及2021年10月19日於日本提出申請之特願2021-170961號專利申請案主張優先權,於此援用其內容。
從前,匯流條、散熱基板等之電子/電氣機器用零件,使用導電性高的銅或銅合金。
在此,伴隨著電子機器或電氣機器等的大電流化,為了減低電流密度以及焦耳熱導致的熱的擴散,於被使用於這些電子機器或電氣機器等的電子/電氣機器用零件,適用導電率優異的無氧銅等純銅材。
然而,於從前的純銅材,在成形為電子機器或電氣機器等之時所必要的彎曲加工性並不充分,特別是在邊彎(edgewise bending)等施以嚴峻加工時會有破裂產生等問題。
對此,在專利文獻1,揭示了具備以0.2%耐力為150MPa以下的無氧銅形成的平角銅線之絕緣平角銅線。
於專利文獻1記載的銅壓延板,藉著把0.2%耐力壓低在150MPa以下,可以抑制施以邊彎加工時的彎曲加工部分之耐電壓特性的降低。
然而,最近,在構成前述電子/電氣機器用零件的銅材,為了充分抑制通過大電流時的發熱,還有,以可用於使用純銅材的用途之方式,要求導電率的進一步提高。
此外,於前述電子/電氣機器用零件,亦有進行複雜的彎曲加工的情形,有必要比從前進而提高彎曲加工性。
進而,於前述之電子/電氣機器用零件,要求小型化及輕量化,要求充分確保強度。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2013-004444號公報
[發明所欲解決之課題]
本發明係有鑑於前述情形而完成之發明,目的在於提供具有高導電率、強度、與優異的彎曲加工性的切條銅材、使用此切條銅材製作的電子/電氣機器用零件、匯流條、散熱基板。
[供解決課題之手段]
為了解決此課題,本案發明人等銳意檢討的結果,明白了於切條銅材,為了要確保強度的情況下提高彎曲加工性,有必要適當地控制結晶組織。亦即,得到了藉由適當控制板厚中央部與板厚表層部之結晶粒徑,可以平衡良好地以比從前更高的水準提高強度與彎曲加工性之知識見解。
本發明是根據前述知識見解而完成之發明,相關於本發明之一態樣之切條銅材,銅的純度為99.96 mass%以上,板寬W與板厚t之比W/t為10以上,導電率為97.0%IACS以上,板厚中心部的平均結晶粒徑A與板厚表層部的平均結晶粒徑B之比B/A為0.80以上1.20以下之範圍內,前述板厚中心部的平均結晶粒徑A為25μm以下。
又,所謂切條銅材,是把銅板條材切條加工為特定的寬幅者。
此外,於本案說明書,所謂板厚中心部,是板厚方向之由表面起算全厚的25%至75%為止的區域。
進而,於本案說明書,所謂板厚表層部,是板厚方向之由表面起算全厚的20%為止的區域。
根據此構成的切條銅材,因為銅的純度為99.96 mass%以上,可以確保導電性,可以使導電率達到97.0%IACS以上。
接著,前述板厚中心部的平均結晶粒徑A在25μm以下,所以可提高彎曲加工性及耐力。此外,可以抑制切條時之毛邊的發生,可以抑制彎曲加工時之以毛邊為起點的破裂的發生。
進而,因為板厚中心部的平均結晶粒徑A與板厚表層部的平均結晶粒徑B之比B/A在0.80以上1.20以下之範圍內,所以可抑制加工時應力局部地集中,可以提高彎曲加工性。
在此,相關於本發明的一態樣之切條銅材,含鎂在超過10 massppm而未滿100 massppm的範圍內,耐熱溫度為150℃以上為佳。
在此場合,使鎂含量在前述的範圍,藉著鎂固溶於銅的母相中,不使導電率大幅降低而可以提高強度及耐熱性。此外,耐熱溫度為150℃以上,所以即使在高溫環境下也可以安定地使用。
此外,於相關於本發明之一態樣之切條銅材,在平行於壓延方向的方向之0.2%耐力以超過150MPa為佳。
在此場合,平行於壓延方向的方向之0.2%耐力充分地高,可以進而抑制切條時之毛邊的發生,可以抑制彎曲加工時之以毛邊為起點的破裂的發生。
進而,於相關於本發明之一態樣之切條銅材,排除CI值0.1以下之測定點而進行解析,於板厚中心部結晶粒(包含雙晶)的長徑a與短徑b所表示的長寬比b/a為0.3以下的結晶粒數目的比例,為測定的結晶粒數目全體的90%以下是較佳的。
在此場合,因為長寬比b/a為0.3以下的結晶粒數目的比例為測定的結晶粒數目全體的90%以下,所以加工度被抑制,可以在維持耐力的情況下進而提高彎曲加工性。
此外,於相關於本發明的一態樣之切條銅材,藉由EBSD法以成為板厚中心部的平均結晶粒徑A的10分之1以下的測定間隔之步幅測定前述切條銅材,以於板厚中心部包含總數1000個以上結晶粒的方式,以複數視野成為合計面積10000μm
2以上的測定面積,藉由資料解析軟體OIM解析測定結果而得到各測定點的CI值,排除CI值為0.1以下的測定點,解析各結晶粒的方位差,鄰接的測定點間的方位差為2˚以上未滿15˚的測定點間的邊界之小傾角粒界及亞晶界的長度為L
LB,鄰接的測定點間的方位差為15˚以上的測定點間的邊界之大傾角粒界的長度為L
HB時,具有L
LB/(L
LB+L
HB)>10%之關係為較佳。
在此場合,小傾角粒界及亞晶界的長度被充分確保,所以差排密度高的區域被確保,可以藉由加工硬化而提高強度(耐力)。
進而,於相關於本發明的一態樣之切條銅材,於板厚中心部,以歐拉角表示由根據EBSD法之集合組織解析所得到的結晶方位分布函數時,φ2=20˚、φ1=20˚~50˚、Φ=40˚~70˚的範圍之方位密度的平均值為1.0以上而未滿20.0為較佳。
在此場合,可以進而在維持高耐力的狀態下,得到良好的彎曲加工性。
此外,於相關於本發明之一態樣之切條銅材,亦可為厚度在0.1mm以上10mm以下之範圍內。
在此場合,因為是厚度在0.1mm以上10mm以下之範圍內,藉由對此切條銅材施以沖壓加工或彎曲加工,可以成形匯流條、散熱基板等電子/電氣機器用零件。
進而,於本發明之一態樣之切條銅材,表面具有金屬鍍層為佳。
在此場合,切條銅材,也可說是具有切條銅材本體,及設於切條銅材本體表面的金屬鍍層。切條銅材本體,具有與相關於前述本發明的一態樣的切條銅材相同的特徵。因為表面有金屬鍍層,所以特別適於作為匯流條、散熱基板等之電子/電氣機器用零件的材料。
又,作為金屬鍍層,例如可以舉出鍍錫、鍍銀、鍍鎳等。此外,於本發明之一態樣,「鍍錫」,包含鍍純錫或者鍍錫合金,「鍍銀」,包含鍍純銀或者鍍銀合金,「鍍鎳」,包含鍍純鎳或者鍍鎳合金。
相關於本發明之一態樣之電子/電氣機器用零件,係使用前述之切條銅材製作的。又,本發明之一態樣之電子/電氣機器用零件,包含匯流條、散熱基板等。
此構成之電子/電氣機器用零件,使用如前所述具有高耐力與優異的彎曲加工性的切條銅材製造的,所以可謀求小型化及輕量化。
相關於本發明之一態樣之匯流條,係由前述之切條銅材所構成。
此構成之匯流條,使用如前所述具有高耐力及優異的彎曲加工性的切條銅材製造的,所以可謀求小型化及輕量化。
相關於本發明之一態樣之散熱基板,係使用前述之切條銅材製作的。
此構成之散熱基板,使用如前所述具有高耐力與優異的彎曲加工性的切條銅材製造的,所以可謀求小型化及輕量化。
[發明之效果]
根據本發明之一態樣,可以提供具有高導電率、強度、優異的彎曲加工性的切條銅材、使用此切條銅材製作的電子/電氣機器用零件、匯流條、散熱基板。
以下,說明本發明之一實施型態之切條銅材。
於本實施型態之切條銅材,是把銅板條材切條加工為特定的寬幅而得者。於本實施型態之切條銅材,板寬W與板厚t之比W/t為10以上。
本實施型態之切條銅材,銅的純度為99.96 mass%以上。
又,於本實施型態之切條銅材,含鎂超過10 massppm而未滿100 massppm的範圍內亦可。
亦即,切條銅材,可說是含有銅99.96 mass%以上,及含有任意的鎂超過10 massppm而未滿100 massppm,餘部為不可避免的不純物。又,鎂亦可為非刻意添加而以不可避免的不純物的形式含有,在此場合,鎂的含量為10 massppm以下亦可。
此外,於本實施型態之切條銅材,導電率為97.0%IACS以上。
接著,於本實施型態之切條銅材,板厚中心部的平均結晶粒徑A與板厚表層部的平均結晶粒徑B之比B/A在0.80以上1.20以下之範圍內。此外,板厚中心部的平均結晶粒徑A在25μm以下。
又,於本案實施型態,所謂板厚中心部,是板厚方向之由表面起算全厚的25%至75%為止的區域。此外,所謂板厚表層部,是板厚方向之由表面起算全厚的20%為止的區域。
此外,於本實施型態之切條銅材,排除CI值0.1以下之測定點而進行解析,於板厚中心部結晶粒(包含雙晶)的長徑a與短徑b所表示的長寬比b/a為0.3以下的結晶粒數目的比例,為測定的結晶粒數目全體的90%以下是較佳的。
進而,於本實施型態之切條銅材,以成為板厚中心部的平均結晶粒徑A的10分之一以下的測定間隔之步幅藉由EBSD法測定切條銅材。於板厚中心部以包含總數1000個以上的結晶粒的方式,以複數視野合計面積成為10000μm
2以上的測定面積,藉由資料解析軟體OIM解析測定結果得到各測定點的CI值。排除CI值為0.1以下的測定點。藉由資料解析軟體OIM解析各結晶粒的方位差。鄰接的測定點間的方位差為2˚以上而未滿15˚的測定點間的邊界之小傾角粒界及亞晶界的長度為L
LB,鄰接的測定點間的方位差達15˚以上的測定點間的邊界之大傾角粒界的長度為L
HB。此時,以具有L
LB/(L
LB+L
HB)>10%之關係為佳。
此外,於本實施型態之切條銅材,於板厚中心部,以歐拉角表示由根據EBSD法之集合組織解析所得到的結晶方位分布函數時,φ2=20˚、φ1=20˚~50˚、Φ=40˚~70˚的範圍之方位密度的平均值為1.0以上而未滿20.0為較佳。
進而,於本實施型態之切條銅材,在平行於壓延方向的方向之0.2%耐力以超過150MPa為佳。
此外,於本實施型態之切條銅材,含鎂的場合,耐熱溫度為150℃以上為佳。
此處,於本實施型態之切條銅材,以下說明如前所述規定成分組成、組織、各種特性之理由。
(銅)
銅的含量越高,相對的不純物濃度越少,導電率就越高。因此,在本實施型態,把銅的含量設定為99.96mass以上。
又,於本實施型態之切條銅材,為了進而提高導電率,銅的含量在99.97 mass%以上為佳,99.98 mass%以上更佳,99.99 mass%以上又更佳。銅含量的上限沒有特別限制,因為製造成本會增加,所以定為未滿99.9995 mass%。
(鎂)
鎂,是具有可以藉著固溶於銅的母相中,不使導電率大幅降低而提高強度的作用效果之元素。此外,藉由使鎂固溶於母相中,耐熱溫度提高。因此,為了提高強度、耐熱性等,亦可添加鎂。
再次,藉著使鎂含量超過10 massppm,可以發揮前述的作用效果。另一方面,藉由使鎂含量未滿100 massppm,可抑制導電性的降低。
因此,於本實施型態添加鎂之場合,設定鎂的含量為超過10 massppm而未滿100 massppm為佳。
又,為了進而提高強度、耐熱性等,把鎂的含量下限設為20 massppm以上為更佳,30 massppm以上又更佳,設為40 massppm以上又再更佳。另一方面,為了進而抑制導電率的降低,鎂的含量的上限以未滿90 massppm為更佳,未滿80 massppm又更佳,未滿70 massppm又再更佳。
又,非刻意添加鎂而以不可避免的不純物的形式含有的場合,鎂的含量為10 massppm以下亦可。
(其他的不可避免的不純物)
作為前述元素以外的其他不可避免的不純物,可以列舉Al,Ag,As,B,Ba,Be,Bi,Ca,Cd,Cr,Sc,稀土類元素,V,Nb,Ta, Mo,Ni,W,Mn,Re,Ru,Sr,Ti,Os,P,Co,Rh,Ir,Pb,Pd,Pt,Au,Zn,Zr,Hf,Hg,Ga,In,Ge,Y,Tl,N,S,Sb,Se,Si,Sn,Te,Li等。這些不可避免的不純物的含量,可在不影響特性的範圍內。
在此,這些不可避免的不純物,有使導電率降低之虞,所以使不可避免的不純物的含量越少越好。
(板厚中心部的平均結晶粒徑A)
於本案實施型態之切條銅材,板厚中心部(板厚方向之由表面起算全厚的25%至75%為止的區域)之平均結晶粒徑A為細微的話,可得優異的彎曲加工性與高的耐力。此外,可以抑制切條加工時之毛邊發生,所以在彎曲加工時,可以抑制以毛邊為起點而發生的破裂。
因此,在本實施型態,規定板厚中心部的平均結晶粒徑A為25μm以下。
在此,於本實施型態之切條銅材,為了得到更為優異的彎曲加工性與高的耐力,使板厚中心部的平均結晶粒徑A在20μm以下更佳,15μm以下又更佳。此外,板厚中心部的平均結晶粒徑A的下限並沒有特別限制,但實質上為1μm以上。
(板厚中心部的平均結晶粒徑A與板厚表層部的平均結晶粒徑B之比B/A)
於本實施型態之切條銅材,結晶粒徑不均勻的話,加工時在粗大粒的粒界發生應力集中,引起局部變形,加速破裂的發生。因此,有控制在板厚方向成為均勻的結晶粒徑之必要。
因此,在本實施型態,板厚中心部(板厚方向之由表面起算全厚的25%至75%為止的區域)之平均結晶粒徑A與板厚表層部(板厚方向之由表面起算至全厚的20%為止的區域)之平均結晶粒徑B之比B/A,設在0.80以上1.20以下之範圍內。
在此,於本實施型態之切條銅材,板厚中心部的平均結晶粒徑A與板厚表層部的平均結晶粒徑B之比B/A的下限為0.82以上為佳,0.85以上更佳。另一方面,板厚中心部的平均結晶粒徑A與板厚表層部的平均結晶粒徑B之比B/A的上限以1.18以下為佳,1.15以下更佳。
(板厚中心部之結晶粒的長徑a與短徑b所表示之長寬比b/a)
結晶粒的長徑為a,短徑為b時,以b/a表示之長寬比,是表示材料加工度的指標,長寬比小的結晶粒(亦即長徑a與短徑b之差比較大的結晶粒)的比例越高,加工度也越高。於板厚中心部,藉由使此長寬比b/a為0.3以下的結晶粒數目的比例,控制在測定的結晶粒數目全體的90%以下,可以在維持耐力的情況下提高彎曲加工性。另一方面,長寬比b/a為0.3以下的結晶粒數目的比例,超過結晶粒數目全體的90%的話,存在著高加工應變的結晶的比例變高,損及彎曲加工性。
由以上所述,在本實施型態,結晶粒的長寬比b/a為0.3以下的結晶粒數目的比例,設定為測定的結晶粒數目全體的90%以下。又,長寬比b/a為0.3以下的結晶粒數目的比例,即使在前述範圍內也以80%以下為特佳,50%以下又更佳。長寬比b/a為0.3以下的結晶粒數目的比例的下限值沒有特別限制,以1%以上為佳。
在此,藉由EBSD裝置之解析軟體OIM解析時之CI值(信賴性指數),在測定點的結晶模式不明確的場合其值變小,在CI值0.1以下時難以信賴其解析結果。因此,在本實施型態,長寬比的評價排除CI值為0.1以下的信賴性低的測定點。
(小傾角粒界及亞晶界長度比率:L
LB/(L
LB+L
HB))
於粒界,小傾角粒界及亞晶界(subgrain boundary)係加工時被導入的差排密度高的區域,因此藉組織控制使全粒界中的小傾角粒界及亞晶界長度比率L
LB/(L
LB+L
HB)超過10%,可以藉由伴隨差排密度的增加之加工硬化來提高強度(耐力)。
又,即使在前述範圍內,小傾角粒界及亞晶界長度比率L
LB/(L
LB+L
HB),也以在15%以上為佳,20%以上為更佳。
在此,為了維持強度(耐力)同時具有充分的彎曲加工性,小傾角粒界及亞晶界長度比率L
LB/(L
LB+L
HB)也以80%以下為佳,70%以下為更佳。
(φ2=20˚、φ1=20˚~50˚、Φ=40˚~70˚的範圍之方位密度的平均值)
歐拉角是藉由試樣座標系與各個結晶粒的結晶軸之關係表示結晶方位,由結晶軸(X-Y-Z)一致的狀態起,分別繞(Z-X-Z)軸旋轉(φ1,Φ,φ2)以表現出結晶方位。藉由級數展開法於3次元歐拉空間顯示ODF(crystal orientation distribution function),可以確認測定範圍的結晶方位密度的分布。此方位密度分布在以標準粉末試樣等所得到的完全隨機配向狀態為1,例如某個方位的方位密度為3的場合,意味著該方位的存在為隨機配向的3倍。
於板厚中心部,以歐拉角(φ1,Φ,φ2)表示時,φ2=20˚、φ1=20˚~50˚、Φ=40˚~70˚的範圍之方位密度,主要由壓延形成。
藉由使前述方位密度的平均值為1.0以上,可得充分高的耐力。另一方面,藉由使前述方位密度的平均值為未滿20.0,可以保持耐力同時得到良好的彎曲加工性。
在此,前述方位密度的平均值的下限,以1.2以上為更佳,1.5以上又更佳。另一方面,前述之方位密度的平均值上限,以18以下更佳,15以下又更佳。
(導電率:97.0%IACS以上)
於本實施型態之銅合金,導電率為97.0%IACS以上。
藉著導電率為97.0%IACS以上,可抑制通電時發熱,可以作為從前的純銅材的替代而良好地使用為端子、匯流條、散熱基板等的電子/電氣機器用零件。
又,導電率97.5%IACS以上為佳,98.0%IACS以上更佳,98.5%IACS以上又更佳,99.0%IACS以上進而又更佳。導電率的上限值沒有特別限定,但以103.0%IACS以下為佳。
(平行於壓延方向的方向之0.2%耐力:超過150MPa)
於本實施型態之切條銅材,在平行於壓延方向的方向之0.2%耐力為超過150MPa的場合,可以抑制切條時之毛邊的發生,可以抑制彎曲加工時之以毛邊為起點的破裂的發生。
在此,在平行於壓延方向的方向之0.2%耐力以175MPa以上為更佳,200MPa以上又更佳。
又,0.2%耐力的上限沒有特別規定,但為了在使用被卷成線圈的條材時避免線圈的捲繞習慣引起生產性下降,使0.2%耐力為500MPa以下為佳。
(耐熱溫度:150℃以上)
於本實施型態之切條銅材,耐熱溫度高的場合,即使高溫也不易發生再結晶導致的軟化現象,所以可以適用於在高溫環境下使用的通電構件。
因此,於本實施型態,耐熱溫度設為150℃以上為佳。
又,在本實施型態,耐熱溫度是依據日本伸銅協會技術標準JCBA T325:2013,測定維氏硬度降低為初期值的80%的加熱溫度。
在此,前述耐熱溫度以175℃以上為更佳,200℃以上又更佳,225℃以上進而更佳,250℃以上最佳。耐熱溫度的上限值沒有特別限定,600℃以下為佳。
其次,參照圖1所示的流程圖,說明如此構成的本實施型態之切條銅材之製造方法。
(熔解/鑄造步驟S01)
首先,熔解銅原料得到銅熔湯。必要的話,添加鎂,進行成分調整。又,添加鎂的場合,可以使用元素單體或母合金等。此外,把包含前述元素的原料與銅原料一起熔解亦可。此外,使用再製材以及廢材亦可。
在此,銅原料為純度99.99 mass%以上的所謂4N銅,或者99.999 mass%以上的所謂5N銅為佳。
於熔解時,為了減低氫濃度,進行H
2O的蒸氣壓很低之惰性氣體氛圍(例如氬氣)氛圍下之熔解,熔解時的保持時間保留在最小限度為佳。
接著,把被調整成分的銅熔湯注入鑄模製造出鑄塊。又,考慮到量產的場合,以使用連續鑄造法或半連續鑄造法為佳。
(均質化/熔體化步驟S02)
其次,為了使獲得的鑄塊均質化及熔體化進行加熱處理。於鑄塊的內部,存在凝固的過程中因不純物偏析而濃縮而發生之金屬間化合物等。在此,為了使這些偏析及金屬間化合物等消失或者減低,進行把鑄塊加熱至300℃以上1080℃以下之加熱處理。藉此,於鑄塊內,使不純物均勻地擴散。又,此均質化/熔體化步驟S02,以在非氧化性或還原性氛圍中實施為佳。
在此,加熱溫度未滿300℃,有熔體化不完全,於母相中殘留許多金屬間化合物之虞。另一方面,加熱溫度超過1080℃的話,有銅材料的一部分變成液相,組織或表面狀態變得不均勻之虞。因而,將加熱溫度設定於300℃以上1080℃以下的範圍。
又,為了後述的粗壓延的效率化與組織的均勻化,於前述之均質化/熔體化步驟S02之後實施熱間壓延亦可。熱間加工溫度在300℃以上1080℃以下之範圍內為佳。
(粗壓延步驟S03)
為了加工為預定的形狀,進行粗壓延。又,此粗壓延步驟S03之溫度條件並沒有特別限定,但為了抑制再結晶,或者提高尺寸精度,冷間或溫間壓延在-200℃至200℃的範圍內為佳,常溫特佳。在此,藉著在材料中均勻地導入應變,在後述之中間熱處理步驟S04得到均勻的再結晶粒。因此,總加工率以50%以上為佳,60%以上更佳,70%以上又更佳。此外,每次的加工率以20%以上為佳,30%以上更佳,40%以上又更佳。
(中間熱處理步驟S04)
於粗壓延步驟S03後,為了形成再結晶組織而實施熱處理。又,粗壓延步驟S03及中間熱處理步驟S04亦可反覆實施。
在此,由於該中間熱處理步驟S04為實質地最後的再結晶熱處理,所以在該步驟獲得的再結晶組織的結晶粒徑大致等於最終的結晶粒徑。因此,在此中間熱處理步驟S04,以使板厚中心的平均結晶粒徑為25μm以下的方式適當地選定熱處理條件為佳。
此外,為了使φ2=20˚、φ1=20˚~50˚、Φ=40˚~70˚的範圍之方位密度的平均值為1.0以上而未滿20.0,以使中間熱處理步驟S04的升溫速度為1℃/秒以上50℃/秒以下,到達溫度為200℃以上600℃以下,保持時間為10秒以上500秒以下,降溫速度為1℃/秒以上50℃/秒以下為佳。
(修整壓延步驟S05)
為了將中間熱處理步驟S04後的銅材料加工為預定形狀,進行修整壓延。又,該修整壓延步驟S05之溫度條件,為了抑制壓延時的再結晶,或者為了抑制小傾角粒界及亞晶界長度比率的降低,以在冷間、或溫間加工之-200℃至200℃的範圍內為佳,以常溫為特佳。
此外,壓延率,可適當選擇以近似於最終形狀,為了在修整壓延步驟S05,提高小傾角粒界及亞晶界長度比率,且藉由加工硬化而提高強度,此外,為了使壓延集合組織之φ2=20˚、φ1=20˚~40˚、Φ=30˚~60˚的範圍之方位密度的平均值為1.0以上,壓延率以10%以上為佳。此外,為了謀求強度更進一步提高之場合,壓延率15%以上更佳,壓延率20%以上又更佳。另一方面,為了抑制因小傾角粒界及亞晶界過度增加導致的彎曲加工性劣化,此外,為了抑制長寬比b/a為0.3以下的結晶粒數目的比例過度增加,進而為了使壓延集合組織之φ2=20˚、φ1=20˚~50˚、Φ=40˚~70˚的範圍之方位密度的平均值為未滿20.0,壓延率以80%以下為佳,壓延率70%以下更佳。
(機械表面處理步驟S06)
修整壓延步驟S05之後,進行機械表面處理。機械表面處理,是在幾乎得到所要的形狀之後對表面附近施加壓縮應力之處理,藉由表面附近的壓縮應力抑制彎曲加工時發生的破裂,有提高彎曲加工性的效果。
機械表面處理可以使用一般使用的噴丸處理、噴砂處理、研磨處理、拋光處理、磨光處理、磨床研磨、砂紙研磨、張力矯直機處理、每次的壓下率低的輕壓延(每次的壓下率為1~10%而重複3次以上)等種種方法。
(修整熱處理步驟S07)
其次,對於藉由機械表面處理步驟S06獲得的銅材,為了往含有元素的粒界偏析及殘留應變的除去,而實施修整熱處理亦可。
此時,熱處理溫度太高的話,小傾角粒界及亞晶界長度比率L
LB/(L
LB+L
HB)大幅降低,所以熱處理溫度在100℃以上800℃以下的範圍內為佳。於此修整熱處理步驟S07,為了避免因再結晶導致強度大幅降低,有必要設定熱處理條件。例如在200℃保持0.1秒至100秒程度為佳,在150℃保持1分鐘至100小時為佳。此熱處理,以在非氧化氛圍或還原性氛圍中進行為佳。熱處理的方法沒有特別限定,由減低製造成本的效果來看,以藉連續退火爐的短時間熱處理為佳。
進而,前述的修整壓延步驟S05、機械表面處理步驟S06、修整熱處理步驟S07,亦可反覆實施。
此外,修整熱處理步驟S07之後施以金屬鍍層(鍍錫、鍍鎳、或鍍銀等)亦可。
(切條加工步驟S08)
對藉由修整熱處理步驟S07而得的銅材,進行加工為所要形狀之切條加工。切條加工是以根據切條切刀之剪斷加工來進行的,但此時在銅材產生的毛邊,在之後的邊彎等之加工時,會成為應力集中的起點,使加工性大幅劣化。切條加工時之餘隙(clearance)越大,毛邊也有變大的傾向。但是,切條加工時的餘隙過小的場合,切條的切口面之全面成為剪斷斷面,不會形成破斷面,所以會發生被成為塑性毛邊的大毛邊。因此,切條加工時的餘隙有必要取適當的值,餘隙與板厚之比(餘隙/板厚)以0.5%以上、12%以下為佳,1%以上、10%以下更佳,2%以上、8%以下最佳。
又,切條加工後,為了去除切條加工時產生的毛邊,進行去毛邊亦可。去毛邊可以使用砂紙、研磨片、旋轉棒、研磨盤、研磨帶、噴砂處理等一般使用的種種方法。
此外,為了得到沒有毛邊的切口面,使用精密剪斷法之切條加工亦可。具體而言,可以使用以半剪斷與逆剪斷分離材料之反向切斷法,或半剪斷與輥之推壓分離材料之輥切條法等一般使用的種種方法。
如此進行,製造出本實施型態之切條銅材。
此處,使切條銅材的板厚0.1mm以上之場合,適於使用作為大電流用途的導體。此外,藉由使切條銅材的板厚為10.0mm以下,可以抑制壓製機的荷重增大、確保每單位時間的生產性,且可以降低製造成本。
因此,切條銅材的板厚為0.1mm以上10.0mm以下之範圍內為佳。
又,切條銅材的板厚之下限在0.5mm以上為佳,1.0mm以上更佳。另一方面,切條銅材的板厚之上限以未滿9.0mm為佳,未滿8.0mm更佳。
於如以上所述的構成之本實施型態之切條銅材,因為銅的純度為99.96 mass%以上,可以確保導電性,可以使導電率達到97.0%IACS以上。
接著,板厚中心部的平均結晶粒徑A在25μm以下,所以可提高彎曲加工性及耐力。此外,可以抑制切條時之毛邊的發生,可以抑制彎曲加工時之以毛邊為起點的破裂的發生。
進而,因為板厚中心部的平均結晶粒徑A與板厚表層部的平均結晶粒徑B之比B/A在0.80以上1.20以下之範圍內,所以可抑制加工時應力局部地集中,可以提高彎曲加工性。
此外,於本實施型態之切條銅材,使鎂含量在超過10 massppm而未滿100 massppm的範圍內的場合,藉著鎂固溶於銅的母相中,不使導電率大幅降低而可以提高強度及耐熱性。
進而,於本實施型態之切條銅材,耐熱溫度為150℃以上的場合,即使在高溫環境下也可以安定地使用。
此外,於本實施型態之切條銅材,平行於壓延方向的方向之0.2%耐力超過150MPa的場合,可以進而抑制切條時之毛邊的發生,可以抑制彎曲加工時之以毛邊為起點的破裂的發生。
進而,於本實施型態之切條銅材,排除CI值0.1以下之測定點而進行解析,於板厚中心部結晶粒(包含雙晶)的長徑a與短徑b所表示的長寬比b/a為0.3以下的結晶粒數目的比例,為測定的結晶粒數目全體的90%以下的場合,加工度被抑制,可以維持耐力,同時進而提高彎曲加工性。
此外,於本實施型態之切條銅材,以成為板厚中心部的平均結晶粒徑A的10分之一以下的測定間隔之步幅藉由EBSD法測定切條銅材。於板厚中心部以包含總數1000個以上的結晶粒的方式,以複數視野合計面積成為10000μm
2以上的測定面積,藉由資料解析軟體OIM解析測定結果得到各測定點的CI值。排除CI值為0.1以下的測定點。藉由資料解析軟體OIM解析各結晶粒的方位差。鄰接的測定點間的方位差為2˚以上而未滿15˚的測定點間的邊界之小傾角粒界及亞晶界的長度為L
LB,鄰接的測定點間的方位差達15˚以上的測定點間的邊界之大傾角粒界的長度為L
HB。此時,具有L
LB/(L
LB+L
HB)>10%的關係的場合,差排密度高的區域被確保,可以藉由加工硬化提高強度(耐力)。
進而,於本實施型態之切條銅材,於板厚中心部,φ2=20˚、φ1=20˚~50˚、Φ=40˚~70˚的範圍之方位密度的平均值以1.0以上而未滿20.0的場合,可以在維持更高耐力的情況下得到良好的彎曲加工性。
此外,於本實施型態之切條銅材,厚度在0.1mm以上10mm以下之範圍內的場合,藉由對此切條銅材施以沖壓加工或彎曲加工,可以成形匯流條、散熱基板等電子/電氣機器用零件。
進而,於本實施型態之切條銅材,表面有金屬鍍層的場合,特別適於作為匯流條、散熱基板等之電子/電氣機器用零件的材料。
本實施型態之電子/電氣機器用零件、匯流條、散熱基板,使用如前所述具有高耐力與優異的彎曲加工性的切條銅材製造的,所以可謀求小型化及輕量化。
以上,說明了本發明的實施形態之切條銅材、電子/電氣機器用零件(匯流條、散熱基板等),但本發明並不以此為限,在不逸脫該發明的技術要件的範圍可以適當地變更。
例如,在前述實施型態,說明切條銅材之製造方法之一例,但銅合金之製造方法並不以實施型態記載者為限,亦可適當選擇既有的製造方法來製造。
[實施例]
以下,說明可以確認本發明的效果之確認實驗的結果。
藉著帶熔融精製法,將純度99.9 mass%以上的所謂3N銅所構成的原料,或者純度99.999 mass%以上的所謂5N銅所構成的原料、裝入高純度石墨坩鍋內,於氬氣氛圍的氛圍爐內進行高頻熔解,得到銅熔湯。
又,添加鎂的場合,使用6N(純度99.9999 mass%)以上的高純度銅與2N(純度99 mass%)以上的純度的純金屬,製作了含鎂量0.1 mass%的母合金。對所得到的銅熔湯內添加此母合金,調整成分。
接著,如前所述進行,將所得到的銅熔湯,注入絕熱材(陶瓷纖維棉isowool)鑄模,製造出表1,2所示的成分組成之鑄塊。又,鑄塊的大小,為厚度約30mm×寬幅約500mm×長度約150~200mm。
對獲得的鑄塊,於氬氣氛圍中,以900℃進行1小時加熱,接著為了除去氧化覆膜而實施表面研削,進行切斷成預定大小。
其後,適當調整厚度並進行切斷以成為最終厚度。切斷的分別的試樣以表1,2所記載的條件進行粗壓延。接著,以表1,2所記載的條件實施中間熱處理。
其次,以表1,2所記載的條件實施修整壓延(修整加工步驟)。
接著,對這些試樣以表1,2所記載的手法施以機械表面處理步驟。
又,拋光研磨使用♯800之研磨紙進行。
砂紙研磨使用♯240之研磨紙進行。
磨床研磨,使用號碼♯400的軸承箔,以1分鐘4500轉的速度進行研磨。
其後,以表1,2所記載的條件進行修整熱處理。接著,以餘隙/板厚比由2%成為8%的條件進行切條加工,或者精密剪斷法之切條加工(反向切斷法與輥切條法),以成為表1,2所記載的板厚t、板寬W與板厚t之比W/t的方式製造出切條銅材。
針對所得到的切條銅材,針對以下的項目實施評估。
(組成分析)
由獲得的鑄塊採取測定試樣,鎂量以感應耦合電漿發光分光分析法測定,銅量用銅電解重量法(JIS H 1051)進行測定。又,在試樣中央部與寬幅方向端部之2處進行測定,把含量多的一方作為各試樣的含量。結果,確認成分組成如表1,2所示。
(平均結晶粒徑)
由得到的切條銅材切出寬20mm×長20mm之試樣,藉由SEM-EBSD(Electron Backscatter Diffraction Patterns)測定裝置,測定了平均結晶粒徑。
以對壓延的寬幅方向垂直的面,亦即TD(Transverse Direction)面作為觀察面,使用耐水研磨紙、鑽石磨粒進行了機械研磨。接著,使用膠體氧化矽溶液進行了修整研磨得到測定用試樣。其後,使用EBSD測定裝置(FEI公司製Quanta FEG 450,EDAX/TSL公司製(現為 AMETEK公司) OIM Data Collection),與解析軟體(EDAX/TSL公司製(現為 AMETEK公司)OIM Data Analysis ver.7.3.1),以電子加速電壓15kV、10000μm
2以上之測定面積,以0.25μm的測定間隔之步幅藉由EBSD法測定觀察面。藉由資料解析軟體OIM解析測定結果得到了各測定點的CI值。排除CI值0.1以下之測定點,藉由資料解析軟體OIM進行了各結晶粒的方位差解析。接著,鄰接的測定點間的方位差達15˚以上的測定點間的邊界作為大角粒界,鄰接的測定點間的方位差未滿15˚的測定點間的邊界作為小角粒界。此時,雙晶境界也為大角粒界。此外,調整測定範圍以使各樣本含有100個以上的結晶粒。由所得到的方位解析的結果使用大角粒界製作結晶粒界地圖。依照日本工業標準JIS H 0501的切斷法,對結晶粒界地圖分別拉出5條縱橫特定長度的線段,計數可完全切斷的結晶粒數,以該切斷長度(以結晶粒界切取的線段的長度)的合計除以結晶粒的數目得到平均值。此平均值為平均結晶粒徑。
接著,算出板厚中心部(板厚方向之由表面起算全厚的25%至75%為止的區域)之平均結晶粒徑A,與板厚表層部(板厚方向之由表面起算至全厚的20%為止的區域)之平均結晶粒徑B。
(結晶粒之長寬比)
使用前述之結晶粒界地圖,測定結晶粒的長寬比。
於所有的結晶粒在板厚方向拉5條線段,壓延方向拉5條線段。針對壓延方向拉的線段,把結晶粒界所切取的線段的平均長度作為長徑a。針對板厚方向拉的線段,把結晶粒界所切取的線段的平均長度作為短徑b。算出所有的結晶粒的長徑a與短徑b的長度比之長寬比b/a。
接著,求出長寬比b/a為0.3以下的結晶粒的比例。
(小傾角粒界及亞晶界長度比率)
使用前述之測定用試樣,以電子線的加速電壓15kV,以成為板厚中心部的平均結晶粒徑A的10分之一以下的測定間隔之步幅藉由EBSD測定裝置及OIM解析軟體測定了觀察面(TD面),求出小傾角粒界及亞晶界長度比率。
於板厚中心部以包含總數1000個以上的結晶粒的方式,以複數視野合計面積成為10000μm
2以上的測定面積,藉由資料解析軟體OIM解析測定結果得到各測定點的CI值。排除CI值0.1以下之測定點,藉由資料解析軟體OIM進行了各結晶粒的方位差解析。鄰接的測定點間的方位差為2˚以上而未滿15˚的測定點間的邊界作為小傾角粒界及亞晶界,其長度為L
LB。鄰接的測定點間的方位差達15˚以上的測定點間的邊界為大傾角粒界,其長度為L
HB。求出全粒界之小傾角粒界及亞晶界長度比率L
LB/(L
LB+L
HB)。
(方位密度)
使用前述之測定結果,測定了方位密度。亦即,在求出小傾角粒界及亞晶界長度比率時,使用了藉由EBSD測定裝置及OIM解析軟體測定觀察面(TD面)的結果。
藉由資料解析軟體OIM解析測定結果得到了各測定點的CI值。排除CI值0.1以下之測定點,藉由資料解析軟體OIM進行了集合組織的解析,得到結晶方位分布函數。
藉由解析得到的結晶方位分布函數以歐拉角表示。接著,求出φ2=20˚、φ1=20˚~50˚、Φ=40˚~70˚的範圍之方位密度的平均值。
(機械特性)
由特性評估用條材採取依照JIS Z 2241規定的13B號試驗片,藉由JIS Z 2241之補償(off-set)法測定了0.2%耐力。又,試驗片在平行於壓延方向的方向上採取。
(導電率)
由特性評估用條材採取寬幅10mm×長度60mm之試驗片,藉由4端子法求出電阻。此外,使用測微器進行試驗片的尺寸測定,算出試驗片的體積。接著,由測定的電阻值與體積算出導電率。又,試驗片以其長邊方向對特性評估用條材的壓延方向成平行的方式採取。評估結果顯示於表3,4。
(耐熱溫度)
耐熱溫度(硬度降低至初期值的80%的溫度)依據日本伸銅協會的標準JCBA T325:2013,取得1小時的熱處理之維氏硬度的等時軟化曲線進行了評價。又,維氏硬度的測定面為壓延面。評估結果顯示於表3,4。
(彎曲加工性)
以內曲率半徑(R)與板寬(W)之比率(R/W)成為表3,4所示的值的條件進行邊彎(edgewise bending)加工,觀察外周側面的彎曲部。
沒有褶皺者評價為「A」(excellent),有褶皺的評價為「B」(good),有小的裂紋評價為「C」(fair),彎曲部斷裂。不能進行邊彎者評價為「D」(poor)。又,評價結果A~C被判斷為可容許的彎曲加工性。
於比較例1,銅含量低至99.76 mass%,導電率也低至82.3%IACS。
於比較例2,板厚中心部的平均結晶粒徑A大到120μm,平行於壓延方向的方向之耐力低到142MPa。此外,彎曲加工性為「D」。
比較例3,板厚中心部的平均結晶粒徑A與板厚表層部的平均結晶粒徑B之比B/A為3.78,彎曲加工性為「D」。
對此,於本發明例1~31,導電率、強度、耐熱性及彎曲加工性優異得到確認。
由以上情形,根據本發明例,確認可以提供具有高導電率、強度、優異的彎曲加工性的切條銅材。
[產業上利用可能性]
本實施型態之切條銅材,可適宜地適用於電子/電氣機器用零件、匯流條、散熱基板。
[圖1]係本實施型態之切條銅材的製造方法之流程圖。
Claims (11)
- 一種切條銅材,銅的純度為99.96mass%以上,板寬W與板厚t之比W/t為10以上,導電率為97.0%IACS以上,板厚中心部的平均結晶粒徑A與板厚表層部的平均結晶粒徑B之比B/A為0.80以上1.20以下之範圍內,前述板厚中心部的平均結晶粒徑A為25μm以下,至於彎曲加工性的評價,是以內曲率半徑(R)與板寬(W)之比率(R/W)為2.50的條件進行邊彎加工時,彎曲部沒有斷裂。
- 如請求項1之切條銅材,含鎂在超過10massppm而未滿100massppm的範圍內,耐熱溫度為150℃以上。
- 如請求項1或2之切條銅材,平行於壓延方向的方向之0.2%耐力超過150MPa。
- 如請求項1或2之切條銅材,排除CI值0.1以下之測定點而進行解析,於板厚中心部,結晶粒(包含雙晶)的長徑a與短徑b所表示的長寬比b/a為0.3以下的結晶粒數目的比例,為測定的結晶粒數目全體的90%以下。
- 如請求項1或2之切條銅材,藉由EBSD法以成為板厚中心部的平均結晶粒徑A的10分之1以下的測定間隔之步幅測定前述切條銅材,以於板厚中心部包含總數1000個以上結晶粒的方式,以複數視野成為合計面積10000μm2以上的測定面積,藉由資料解析軟體OIM解析測 定結果而得到各測定點的CI值,排除CI值為0.1以下的測定點,解析各結晶粒的方位差,鄰接的測定點間的方位差為2°以上未滿15°的測定點間的邊界之小傾角粒界及亞晶界的長度為LLB,鄰接的測定點間的方位差為15°以上的測定點間的邊界之大傾角粒界的長度為LHB時,具有LLB/(LLB+LHB)>10%之關係。
- 如請求項1或2之切條銅材,於板厚中心部,以歐拉角表示由根據EBSD法之集合組織解析所得到的結晶方位分布函數時,2=20°、1=20°~50°、Φ=40°~70°的範圍之方位密度的平均值為1.0以上而未滿20.0。
- 如請求項1或2之切條銅材,厚度在0.1mm以上10mm以下之範圍內。
- 如請求項1或2之切條銅材,於表面具有金屬鍍層。
- 一種電子/電氣機器用零件,係使用請求項1至8之任一之切條銅材製作的。
- 一種匯流條,係由請求項1至8之任一之切條銅材所構成。
- 一種散熱基板,係使用請求項1至8之任一之切條銅材製作的。
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