銅合金板及具備它的大電流用電子部件和散熱用電子部件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及銅合金板及具備它的大電流用電子部件和散熱用電子部件。本發(fā)明提供一種兼具高強度、高導(dǎo)電性及優(yōu)異的加工性的銅合金。本發(fā)明的銅合金板含有合計為0.01～0.50質(zhì)量％的Zr及Ti當中的一種或兩種，余部由銅及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，具有70％IACS以上的導(dǎo)電率、以及350MPa以上的0.2％彈性極限應(yīng)力，基于W彎曲試驗得到的MBR/t≤2.0以下，并且根據(jù)軋制平行、直角、45°的各方向的蘭克福特值r0、r90、r45，以(r0+r90+2×r45)/4定義的板厚各向異性為1.2以上。
【專利說明】銅合金板及具備它的大電流用電子部件和散熱用電子部件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種散熱性、導(dǎo)電性及拉深加工性優(yōu)異的銅合金，具體來說，涉及一種 銅合金，其適合于端子、連接器、繼電器、開關(guān)、插座、匯流條、引線框等電子部件用途，尤其 適合于智能手機或個人電腦等中所用的散熱性部件及高電流部件的用途。

【背景技術(shù)】
[0002] 在智能手機、平板電腦及個人電腦等電氣/電子設(shè)備等中，裝入有端子、連接器、 開關(guān)、插座、繼電器、匯流條、引線框等用于獲得電連接的部件。
[0003] 近年來，隨著智能手機、平板電腦及個人電腦的小型化，對電氣/電子設(shè)備內(nèi)的液 晶部件或IC芯片等通電時的蓄熱有變大的趨勢。由于蓄熱大的狀態(tài)對IC芯片、底板的熱 損傷大，因此散熱部件的散熱性就成為問題。
[0004] 以往，在智能手機、平板電腦及個人電腦等電氣/電子設(shè)備內(nèi)的散熱部件中主要 使用奧氏體系不銹鋼及純鋁等。例如對于附屬在智能手機或平板電腦的液晶上的散熱部件 (液晶框），除了要求高的散熱性以外，還要求作為結(jié)構(gòu)體的強度及向液晶上固定所需的彎 曲性或拉深加工性。
[0005] 奧氏體系不銹鋼雖然彎曲性及拉深加工性良好，然而導(dǎo)熱性低，為了彌補這一點 要并用昂貴的熱傳導(dǎo)片等。因此使得散熱部件的單價變高。而另一方面，純鋁及鋁合金雖 然彎曲性及拉深加工性良好，然而導(dǎo)熱性及作為結(jié)構(gòu)體的強度不足。
[0006] 已知導(dǎo)熱性與導(dǎo)電性處于比例關(guān)系，作為具有較高的導(dǎo)電率和強度的合金，已 知有在Cu中添加 Zr或Ti而得的材料。作為導(dǎo)電率高且具有較高的強度的材料，在 CDA (Copper Development Association :美國銅業(yè)發(fā)展協(xié)會）中登記有例如C15100(0. 1質(zhì) 量％ Zr -余部 Cu)、C15150(0. 02 質(zhì)量％ Zr -余部 Cu)、C18140(0. 1 質(zhì)量％ Zr - 0? 3 質(zhì) 量％ Cr - 0? 02 質(zhì)量％ Si -余部 Cu)、C18145(0. 1 質(zhì)量％ Zr - 0? 2 質(zhì)量％ Cr - 0? 2 質(zhì) 量％ Zn -余部 Cu)、C18070 (0? 1 質(zhì)量％ Ti - 0? 3 質(zhì)量％ Cr - 0? 02 質(zhì)量％ Si -余部 Cu)、 C18080 (0? 06 質(zhì)量 ％ Ti - 0? 5 質(zhì)量 ％ Cr - 0? 1 質(zhì)量 ％ Ag - 0? 08 質(zhì)量 ％ Fe - 0? 06 質(zhì)量 ％ Si -余部Cu)等合金。
[0007] 但是，以往的在Cu中添加有Zr或Ti而得的銅合金（以下記為Cu - Zr - Ti系 合金），雖然強度及熱傳導(dǎo)特性高，但是對于所要求的彎曲性或拉深加工性，在有的情況下 不能滿足該兩者。
[0008] 因此，可以說如果可以在維持Cu-Zr-Ti系合金的強度及導(dǎo)電率的狀態(tài)下改善彎 曲性及拉深加工性，則在工業(yè)上意義極為深遠。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 因此，本發(fā)明的課題在于，提供兼具高強度、高導(dǎo)電及優(yōu)異的拉深加工性及彎曲加 工性的銅合金。
[0010] 本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在Cu-Zr-Ti系合金中，通過對根據(jù)在面內(nèi)的3個方位測定出的蘭 克福特值求出的板厚各向異性的值進行控制，拉深加工性及彎曲加工性就會提高。
[0011] 以上述的見解為背景，完成了以下的發(fā)明。
[0012] 本發(fā)明的銅合金板含有合計為0.01?0.50質(zhì)量％的Zr及Ti當中的一種或兩種， 余部由銅及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，具有70% IACS以上的導(dǎo)電率、以及350MPa以上的0. 2% 彈性極限應(yīng)力（proof stress)，并且根據(jù)軋制平行、直角、45°的各方向的蘭克福特值IV r90、r45以（r0+r90+2X;r 45)/4定義的板厚各向異性為1. 2以上。
[0013] 本發(fā)明的銅合金板優(yōu)選W彎曲試驗中的軋制平行方向（GW方向）及軋制直角方向 (BW方向）的最小彎曲半徑/板厚（MBR/t)以MBR/t<2.0來給出。另夕卜，本發(fā)明的銅合金 板優(yōu)選含有2質(zhì)量％以下的選自由Ag、Co、Ni、Cr、Mn、Mg、Si、Zn、Sn、以及B組成的組中的 至少I種元素。
[0014] 本發(fā)明的大電流用電子部件及散熱用電子部件分別具備上述任意一個銅合金板。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明，可以提供兼具高強度、高導(dǎo)電性及優(yōu)異的拉深加工性的銅合金板。該 銅合金板涉及如下的銅合金板，即，可以適合于作為端子、連接器、開關(guān)、插座、繼電器、匯流 條、引線框等電子部件的原材料使用，適合于智能手機或個人電腦等中所用的散熱性部件 及高電流部件的用途。

【具體實施方式】
[0016] 以下，對本發(fā)明的實施方式進行說明。
[0017] (特性）
[0018] 本發(fā)明中，以將銅合金板的導(dǎo)電率、0.2%彈性極限應(yīng)力、基于W彎曲試驗得到的 MBR/t、根據(jù)蘭克福特值求出的板厚各向異性分別調(diào)整為70% IACS以上、350MPa以上、2. 0 以下、1.2以上作為目標。如果導(dǎo)電率為65% IACS以上，則熱導(dǎo)率良好，可以確保良好的散 熱性。另外，如果0. 2%彈性極限應(yīng)力為350MPa以上，則具有作為結(jié)構(gòu)材料的原材料來說必 需的強度。如果MBR/t為2.0以下，則可以說具有良好的彎曲性。進而，如果根據(jù)蘭克福特 值求出的板厚各向異性為1. 2以上，則可以說具有所需的拉深加工性。
[0019] 兼具上述特性的本發(fā)明的銅合金板適合于散熱用電子部件的用途。
[0020] 在此，導(dǎo)電率采用依照JIS H0505測定的值，優(yōu)選將該導(dǎo)電率設(shè)為75% IACS以上。
[0021] 0.2%彈性極限應(yīng)力依照JIS Z2201測定。從確保強度的觀點考慮，0.2%彈性極 限應(yīng)力優(yōu)選設(shè)為450MPa以上。
[0022] 依照JIS H3130測定的最小彎曲半徑相對于板厚的比例（MBR/t)更優(yōu)選設(shè)為1. 5 以下。
[0023](合金成分濃度）
[0024] 本發(fā)明的實施方式的Cu - Zr - Ti系合金板含有合計為0. 01?0. 50質(zhì)量％的 Zr及Ti當中的一種或兩種，該Zr與Ti的總含量優(yōu)選設(shè)為0. 015?0. 3質(zhì)量％，更優(yōu)選設(shè) 為0. 02?0. 20質(zhì)量％。如果Zr及Ti當中的一種或兩種的合計小于0. 01質(zhì)量％，則難以 獲得350MPa以上的拉伸強度及15%以下的應(yīng)力緩和率。如果Zr及Ti當中的一種或兩種 的合計超過〇. 5質(zhì)量％，則會因熱軋裂紋等而使合金的制造變得困難。在添加 Zr的情況下 優(yōu)選將其添加量調(diào)整為〇. 01?〇. 45質(zhì)量％，在添加 Ti的情況下優(yōu)選將其添加量調(diào)整為 0. 01?0. 20質(zhì)量％。如果添加量低于下限值，則0. 2%彈性極限應(yīng)力小于350MPa，如果添 加量超過上限值，則有時會導(dǎo)致導(dǎo)電率或制造性惡化。
[0025] 在Cu - Zr - Ti系合金中，為了改善強度或耐熱性，可以含有Ag、Co、Ni、Cr、Mn、 Zn、Mg、Si、Sn、以及B當中的一種以上。但是，如果添加量過多，則會有導(dǎo)電率降低而低于 70% IACS、或者合金的制造性惡化的情況，因此添加量以總量計設(shè)為1.0質(zhì)量％以下，更優(yōu) 選設(shè)為0.5質(zhì)量％以下。另外，為了獲得由添加帶來的效果，優(yōu)選將添加量以總量計設(shè)為 0. 001質(zhì)量％以上。
[0026] (厚度）
[0027] 產(chǎn)品的厚度優(yōu)選為0. 05?2. 0mm。如果厚度過小，則無法獲得足夠的散熱性，因此 不適合作為散熱用電子部件的原材料。而另一方面，如果厚度過大，則拉深加工及彎曲加工 變得困難。從此種觀點考慮，更優(yōu)選的厚度是0. 08?I. 5mm。通過使厚度為上述范圍，就可 以制成散熱性優(yōu)異、并且彎曲加工性良好的產(chǎn)品。
[0028] (拉深加工性）
[0029] 沿試驗片的軋制平行、直角、45°方向分別施加2. 5%的拉伸應(yīng)變，根據(jù)試驗片 的長度及寬度方向的尺寸變化，求出作為各方向的蘭克福特值的A、r9(l、r45，算出以r = (r(i+r9(l+2Xr45)/4定義的板厚各向異性。已知一般來說r值越大貝U拉深加工性越良好。另 夕卜，普通銅及銅合金壓延制品的r為0.8?I. 1左右，通過將該值調(diào)整為1.2以上，就可以 得到優(yōu)異的拉深加工性。
[0030] 這里所說的蘭克福特值是JIS Z2254中規(guī)定的值，在測定上述的各蘭克福特值rQ、 r9Q、r45時，依照JIS Z2254進行。但是，本發(fā)明產(chǎn)品為了維持作為結(jié)構(gòu)材料所需的強度，伸 長率低，將負荷應(yīng)變設(shè)為2. 5%。
[0031] 為了獲得更加優(yōu)異的拉深加工性，板厚各向異性!優(yōu)選設(shè)為1.25以上。
[0032] (制造方法）
[0033] 以下，對本發(fā)明的銅合金板的合適的制造方法的一例進行說明。
[0034] 作為純銅原料，將電解銅等溶解，利用碳脫氧等降低氧濃度后，添加 Zr及Ti當中 的一種或兩種，并根據(jù)需要添加其他的合金元素，鑄造成厚30?300_左右的鑄錠。將該 鑄錠利用熱軋制成厚3?30_左右的板后，反復(fù)進行冷軋和重結(jié)晶退火，利用最終的冷軋 精加工為給定的產(chǎn)品厚度，最后實施去應(yīng)力退火。
[0035] 重結(jié)晶退火中，使軋制組織的一部分或全部重結(jié)晶化。另外，通過在適當?shù)臈l件下 退火，Zr、Ti等就會析出，合金的導(dǎo)電率升高。利用最終冷軋前的重結(jié)晶退火，將銅合金板 的平均晶體粒徑調(diào)整為50 y m以下。如果平均晶體粒徑過大，則難以將產(chǎn)品的拉伸強度調(diào) 整為350MPa以上，根據(jù)蘭克福特值求出的板厚各向異性變得小于1. 2。該平均晶體粒徑優(yōu) 選設(shè)為40iim以下。
[0036] 最終冷軋前的重結(jié)晶退火的條件基于作為目標的退火后的晶體粒徑及作為目標 的產(chǎn)品的導(dǎo)電率來決定。具體來說，只要使用間歇爐或連續(xù)退火爐，將爐內(nèi)溫度設(shè)為350? 800°C而進行退火即可。就間歇爐而言只要在350?600°C的爐內(nèi)溫度下在30分鐘到30小 時的范圍內(nèi)恰當?shù)卣{(diào)整加熱時間即可。就連續(xù)退火爐而言只要在450?800°C的爐內(nèi)溫度 下在5秒到10分鐘的范圍內(nèi)恰當?shù)卣{(diào)整加熱時間即可。一般來說如果在更低溫度更長時 間的條件下進行退火，則在相同的晶體粒徑下可以得到更高的導(dǎo)電率。
[0037] 最終冷軋中，使材料在一對軋輥間反復(fù)通過，逐漸精加工為目標的板厚?？刂谱罱K 冷軋的總加工度和每1道次的加工度。
[0038] 總加工度R(% )以R = (tQ - t)/tQX 100(tQ :最終冷軋前的板厚、t :最終冷軋后 的板厚）給出。另外，所謂每1道次的加工度K(% )，是通過1次軋輥時的板厚減少率，以 K = (Ttl 一 T)/TQX100 (Ttl :通過軋輥前的厚度、T :通過軋輥后的厚度）給出。
[0039] 將總加工度R設(shè)為40?99%。如果R過小，則難以將0. 2 %彈性極限應(yīng)力調(diào)整為 350MPa以上，如果R過大，則會有軋制材料的邊緣破裂的情況。從此種觀點考慮，總加工度 R適合設(shè)為45?99。
[0040] 本發(fā)明的去應(yīng)力退火使用連續(xù)退火爐進行。在間歇爐的情況下，由于在卷繞成線 圈狀的狀態(tài)下加熱材料，因此材料會在加熱中發(fā)生塑性變形，使材料產(chǎn)生翹曲。因此，間歇 爐不適于本發(fā)明的去應(yīng)力退火。
[0041] 在軋制后的去應(yīng)力退火中，將在連續(xù)退火爐內(nèi)負荷在材料上的張力調(diào)整為1? 5MPa，更優(yōu)選調(diào)整為1?4MPa。如果張力過大，則板厚各向異性r降低，難以調(diào)整為1. 2以 上。另一方面，如果張力過小，則通過退火爐過程中的材料與爐壁接觸而在材料表面或邊緣 造成損傷等，有可能引起生產(chǎn)率的降低。
[0042] 在連續(xù)退火爐中，將爐內(nèi)溫度設(shè)為300?700°C，在5秒到10分鐘的范圍內(nèi)恰當?shù)?調(diào)整加熱時間，將去應(yīng)力退火后的0.2%彈性極限應(yīng)力（〇)調(diào)整為相對于去應(yīng)力退火前的 0? 2%彈性極限應(yīng)力（〇。）低10?50MPa的值，優(yōu)選調(diào)整為相對于去應(yīng)力退火前的0? 2%彈 性極限應(yīng)力（〇 〇)低15?45MPa的值。由此，在最終冷軋完成時低的伸長率會升高，并且 彎曲性得到改善。
[0043] 本發(fā)明的一個特征在于，除了上述的去應(yīng)力退火以外，還對Cu - Zr - Ti系合金 賦予根據(jù)蘭克福特值求出的板厚各向異性r > 1. 2的特征，由此，改善拉深加工性及彎曲加 工性，如果將用于它的制造條件加以整理而示出，則如下所示。
[0044] a?在去應(yīng)力退火中，調(diào)整為（〇。一 〇 ) = 10?50MPa。
[0045] b.將去應(yīng)力退火中的爐內(nèi)張力調(diào)整為5MPa以下。
[0046] c.將精軋的總加工度設(shè)為99%以下。
[0047] [實施例]
[0048] 以下將本發(fā)明的實施例與比較例一起示出，但是，這些實施例是為了更好地理解 本發(fā)明及其優(yōu)點而提供的，并非意在限定發(fā)明。
[0049] 向熔銅中添加合金元素后，鑄造成厚度為200mm的鑄錠。將鑄錠在950°C下加熱3 小時，利用熱軋制成厚15mm的板。利用研磨機研削、除去熱軋板表面的氧化皮后，反復(fù)進行 退火和冷軋，在最終的冷軋中精加工為給定的產(chǎn)品厚度。最后使用連續(xù)退火爐進行去應(yīng)力 退火。
[0050] 最終冷軋前的退火（最終重結(jié)晶退火）使用間歇爐，將加熱時間設(shè)為5小時，在 300?700°C的范圍內(nèi)調(diào)整爐內(nèi)溫度，改變退火后的晶體粒徑和導(dǎo)電率。在退火后的晶體粒 徑的測定中，對與軋制方向成直角的截面進行鏡面研磨后進行化學(xué)腐蝕，利用切斷法（JIS H0501(1999年））求出平均晶體粒徑。
[0051] 在最終冷軋中，對總加工度及每1道次的加工度進行了控制。另外，求出了最終冷 軋后的材料的0. 2%彈性極限應(yīng)力。
[0052] 在使用了連續(xù)退火爐的去應(yīng)力退火中，將爐內(nèi)溫度設(shè)為500°C，在1秒到15分鐘之 間調(diào)整加熱時間，對退火后的0. 2 %彈性極限應(yīng)力進行了各種改變。另外，對爐內(nèi)附加在材 料上的張力進行了各種改變。而且，對于一部分材料省略了去應(yīng)力退火。
[0053] 對于制造過程中的材料及去應(yīng)力退火后的材料，進行下面的測定。
[0054](成分）
[0055] 利用ICP -質(zhì)量分析法分析了去應(yīng)力退火后的材料的合金元素濃度。
[0056] (0.2%彈性極限應(yīng)力）
[0057] 對于最終冷軋后及去應(yīng)力退火后的材料，以使拉伸方向與軋制方向平行的方式提 取JIS Z2241中規(guī)定的13B號試驗片，依照JIS Z2241與軋制方向平行地進行拉伸試驗，求 出0? 2 %彈性極限應(yīng)力。
[0058] (導(dǎo)電率）
[0059] 從去應(yīng)力退火后的材料中，以使試驗片的長度方向與軋制方向平行的方式提取試 驗片，依照JIS H0505利用四端子法測定出20°C下的導(dǎo)電率。
[0060] (板厚各向異性）
[0061] 沿試驗片的軋制平行、直角、45°方向提取了 JIS Z2241中規(guī)定的JIS13B號試驗 片。對該試驗片使用拉伸試驗器分別施加2. 5%的拉伸應(yīng)變，算出板厚各向異性。
[0062] (MBR/t)
[0063] 制作寬IOmmX長30mm的長方形的試驗片，利用W彎曲試驗（JIS H3130)進行。將 試驗片提取方向設(shè)為軋制平行方向（GW)及軋制直角方向（BW)，利用沒有產(chǎn)生裂紋的最小 彎曲半徑MBR(Minimum Bend Radius :最小彎曲半徑）與板厚t的比MBR/t進行了評價。 [0064] 將這些結(jié)果在表1中給出評價結(jié)果。而且，在表1中示出時，最終重結(jié)晶退火后的 晶體粒徑的" < 5"的表述包括軋制組織的全部都重結(jié)晶化而其平均晶體粒徑為5 y m以下 的情況、以及軋制組織的僅一部分發(fā)生重結(jié)晶化的情況雙方。
[0065] [表 1]
[0066]

【權(quán)利要求】
1. 一種銅合金板，含有合計為0.01?0.50質(zhì)量％的21~及Ti當中的一種或兩種， 余部由銅及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，具有70% IACS以上的導(dǎo)電率、以及350MPa以上的 0. 2%彈性極限應(yīng)力，并且根據(jù)軋制平行、直角、45°的各方向的蘭克福特值r(l、r9(l、r 45，以 (rci+r9Q+2Xr45)/4定義的板厚各向異性為1.2以上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅合金板，其中，含有合計為0. 015?0. 3質(zhì)量％的Zr及Ti 當中的一種或兩種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的銅合金板，其中，W彎曲試驗中的軋制平行方向即GW方 向及軋制直角方向即BW方向的最小彎曲半徑/板厚即MBR/t以MBR/t彡2. 0給出。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的銅合金板，其特征在于，含有2質(zhì)量％以下的選自由Ag、 (：〇、附、0、111、1%、51、211、511、以及8組成的組中的至少1種元素。
5. -種大電流用電子部件，其具備權(quán)利要求1或2所述的銅合金板。
6. -種散熱用電子部件，其具備權(quán)利要求1或2所述的銅合金板。
【文檔編號】H01B1/02GK104451241SQ201410478945
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)明者】柿谷明宏 申請人:Jx日礦日石金屬株式會社