CN107429322A - 散热元件用铜合金板和散热元件 - Google Patents

Abstract

提供一种铜合金板，其在制造散热元件的过程的一部分包含加热到650℃以上的温度的步骤时，能够使制造后的散热元件拥有充分的强度和散热性能。一种散热元件用铜合金板，其中，含有Fe：0.07～0.7质量％、P：0.2质量％以下，Fe的含量[Fe]与P的含量[P]的比[Fe]/[P]为2～5，余量由Cu和不可避的杂质构成，以850℃加热30分钟后水冷，接着经时效处理之后的0.2％屈服强度为100MPa以上，导电率为50％IACS以上。铜合金含有Sn时，Sn和Fe的含量在图1所示的点A(0.1，0.006)、点B(0.5，0.006)、点C(0.05，1.1)、点D(0.05，0.05)所包围的范围内。

Description

散热元件用铜合金板和散热元件

技术领域

本发明涉及散热元件用铜合金板和散热元件。

背景技术

台式PC或笔记本型PC等所搭载的CPU的工作速度的高速化和高密度化急速发展，来自这些CPU的放热量进一步增大。若CPU的温度上升到一定高度的温度，则成为故障或热失控等的原因，因此从CPU等半导体装置有效地散热成为切实的问题。

作为吸收半导体装置的热，使之发散到大气中的散热元件，使用的是热沉。由于热沉要求有高导热性，所以作为原材使用的是导热率大的铜或铝等。但是，对流热阻会限制热沉的性能，难以满足放热量增大的高功能电子元件的散热要求。

因此，作为具有更高散热性的散热元件，提出有具备高导热性和热传输能力的管状热导管和平面状热导管(蒸气腔)。热导管通过封入到内部的制冷剂的蒸发(从CPU的吸热)和冷凝(吸收的热的放出)被循环进行，而发挥着比热沉更高的散热特性。另外提出，通过使热导管与热沉或风扇这样的散热元件加以组合，从而解决半导体装置的放热问题。

作为用于散热板、热沉或热导管等的散热元件的原材，多用导电率和耐腐蚀性优异的纯铜制(无氧铜：C1020)的板或管。为了确保成形加工性，作为原材，使用的是软质的退火材(O材)或1/4H调质材，但在后述的散热元件的制造工序中，存在容易发生变形或疵点，冲切加工时容易出现毛口或冲模容易磨耗等问题。另一方面，在专利文献1和2中，作为散热元件的原材，记述的是Fe－P系的铜合金板。

散热板和热沉，是将纯铜板通过冲压成形、冲切加工、切削、开孔加工以及蚀刻等加工成既定形状后，根据需要进行镀Ni或镀Sn，之后再用焊料、钎料或粘接剂等与CPU等的半导体装置接合。

管状热导管(参照专利文献3)，其制造是将铜粉末在管内烧结而形成管芯，在加热脱气处理后，将一端进行硬钎焊密封，在真空或减压下向管内加入制冷剂，之后再将另一方的端部进行硬钎焊密封。

平面状热导管(参照专利文献4和5)，使管状热导管的散热性能进一步提高。作为平面状热导管，为了有效率地进行制冷剂的冷凝和蒸发，与管状热导管同样，提出对内表面进行粗糙化加工或凹槽加工等。将进行了冲压成形、冲切加工、切削或蚀刻等的加工的上下两张纯铜板，通过硬钎焊、扩散接合或焊接等的方法接合，在内部加入制冷剂后，通过硬钎焊等方法密封。在接合工序中进行脱气处理。

另外，作为平面状热导管，提出其由外表构件，和收容在外表构件的内部的内部构件构成。为了促进制冷剂的冷凝、蒸发及输送，在外表构件的内部配置一个或多个内部构件，加工出各种形状的翅片、突起、孔洞或狭缝等。在这种形式的平面状热导管中，也是将内部构件配置在外表构件的内部后，通过硬钎焊或扩散接合等的方法，使外表构件与内部构件接合一体化，加入制冷剂后，通过硬钎焊等的方法密封。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2003－277853号公报

【专利文献2】日本特开2014－189816号公报

【专利文献3】日本特开2008－232563号公报

【专利文献4】日本特开2007－315754号公报

【专利文献5】日本特开2014－134347号公报

在这些散热元件的制造工序中，散热板和热沉在软钎焊或硬钎焊的工序中被加热至200～700℃左右。管状热导管、平面状热导管在烧结、脱气、使用了磷铜钎料(BCuP－2等)的硬钎焊、扩散接合或焊接等的工序中，被加热至800～1000℃左右。

例如，作为热导管的原材而使用纯铜板时，以650℃以上的温度进行加热时的软化剧烈。另外，急剧的晶粒粗大化发生。因此，安装到热沉或半导体装置上，或嵌入到PC框体中等之时，制造的热导管容易变形，热导管内部的构造发生变化，另外表面的凹凸变大，存在不能发挥预期的散热性能的问题。另外，为了避免这样的变形，增加纯铜板的厚度即可，但若是如此，则热导管的质量和厚度增大。厚度增大时，在PC框体内部的间隙变小，存在对流传热性能降低的问题。

另外，专利文献1和2所述的铜合金板(Fe－P系)，若以650℃以上的温度加热，也会软化，此外与纯铜相比，导电率大幅降低。因此，经烧结、脱气、硬钎焊或扩散接合等的工序制作例如平面状热导管时，同样在热导管的搬送和装卸或向底座的嵌入工序等中容易变形。另外，导电率降低，无法显现作为热导管的预期性能。

发明内容

本发明鉴于由纯铜或铜合金板制造散热元件的过程的一部分中，包含加热到650℃以上的温度的过程时的上述问题点而完成的，其目的在于，提供一种铜合金板，其能够使经过加热至650℃以上的温度这一过程而制造的散热元件，拥有充分的强度和散热性能。

析出硬化型铜合金通过在固溶处理后进行时效处理，强度和导电率提高。但是，析出硬化型铜合金在固溶处理后，将以冷态施加塑性加工而成为析出点的塑性应变导入到合金中之后，如果没有进行时效处理，则存在来自时效处理的强度和导电率的提高效果低的情况。

如果是经过硬钎焊、扩散接合或焊接等的加热工序而制作的蒸气腔等的散热元件，则在所述加热工序后不会施加塑性加工。因此，由析出强化型铜合金的板材制作所述散热元件时，在相当于固溶处理的上述加热工序后，即使实施时效处理，仍有强度和导电率无法充分提高的情况。

另一方面，本发明者们发现，在析出硬化型铜合金之中的Cu－Fe－P系合金中，通过限定Fe、P的组成范围和Fe/P比，在上述加热工序后，不施加塑性加工而进行时效处理时，散热元件的强度和导电率仍会大幅提高，从而达成本发明。

本发明的散热元件用铜合金板用于如下情况，作为制造散热元件的过程的一部分，包含加热到650℃以上的步骤和时效处理，其中，含有Fe：0.07～0.7质量％、P：0.2质量％以下，设Fe的含量(质量％)为[Fe]，P的含量(质量％)为[P]时，两者的比[Fe]/[P]为2～5，余量由Cu和不可避的杂质构成，以850℃加热30分钟后水冷，接着进行时效处理之后的0.2％屈服强度为100MPa以上，导电率为50％IACS以上。还有，Fe的含量[Fe]与P的含量[P]均为质量％。

本发明的散热元件用铜合金板，作为合金元素，还能够含有Sn。这种情况下，铜合金板中，含有图1所示的点A(0.1,0.006)、点B(0.5,0.006)、点C(0.05,1.1)、点D(0.05,0.05)所包围的范围内(含边界线上)的Fe和Sn。P的含量和[Fe]/[P]与上述相同。将该铜合金以850℃加热30分钟后水冷，接着经时效处理之后的0.2％屈服强度为100MPa以上，导电率为45％IACS以上。

上述铜合金板中，根据需要，作为合金元素还能够含有合计0.5％以下但不含0质量％的Zn为1.5质量％以下但不含0质量％，或/和Mn：0.1质量％以下但不含0质量％、Mg：0.2质量％以下但不含0质量％、Si：0.2质量％以下但不含0质量％、Al：0.2质量％以下但不含0质量％、Cr：0.2质量％以下但不含0质量％、Ti：0.1质量％以下但不含0质量％和Zr：0.05质量％以下但不含0质量％之中的一种或两种以上。

本发明的铜合金板，在作为制造散热元件的过程的一部分，包含加热到650℃以上的步骤和时效处理的情况下使用。总之，使用本发明的铜合金板制造的散热元件，高温加热至650℃以上后进行时效处理，强度提高。

本发明的铜合金板，加热至850℃30分钟，接着进行时效处理时，0.2％屈服强度为100MPa以上，导电率为50％IACS以上(不含Sn时)或45％IACS以上(含Sn时)。本发明的铜合金板，因为时效处理后的强度高，所以将使用该铜合金板制造的热导管等的散热元件，安装到热沉或半导体装置上，或嵌入PC框体等之时，该散热元件难以变形。另外，本发明的铜合金板，导电率比纯铜板低，但因为时效处理后的强度高，所以能够薄壁化，在散热性能这一点上能够弥补导电率降低的量。

附图说明

图1是表示本发明的铜合金板的组成之中Fe和Sn的范围的图。

具体实施方式

以下，对于本发明的散热元件用铜合金板，更详细地加以说明。

本发明的铜合金板，通过冲压成形、冲切加工、切削或蚀刻等被加工成既定形状，经高温加热(脱气、接合(硬钎焊、扩散接合或焊接)或用于烧结等的加热)，被做成散热元件。根据散热元件的种类或制造方法，虽然所述高温加热的加热条件有所不同，但在本发明中，设想的情况是以650℃～1050℃左右进行所述高温加热。本发明的铜合金板由后述组成的Fe－P系铜合金构成，若加热至所述温度范围内，则加热前析出的Fe－P化合物或Fe等的至少一部分固溶，晶粒生长，发生软化和导电率的降低。

本发明的铜合金板，以850℃加热30分钟后水冷，接着经时效处理后的强度(0.2％屈服强度)为100MPa以上，导电率为50％IACS以上或45％IACS以上。以850℃进行30分钟的加热，是设想为散热元件的制造中的所述高温加热的过程的加热条件。若以此条件对于本发明的铜合金板进行高温加热，则加热前析出的Fe－P化合物或Fe等固溶，晶粒生长，发生软化和导电率的降低。若接着对所述铜合金板进行时效处理，则微细的Fe－P化合物、Fe等析出。由此，因所述高温加热而降低的强度和导电率显著改善。

所述时效处理，能够以如下等方法实施：(a)在高温加热后的冷却工序中于析出温度范围保持一定时间；(b)高温加热后冷却至室温，其后再加热至析出温度范围并保持一定时间；(c)在所述(a)的工序后，再加热至析出温度范围而保持一定时间。

作为具体的时效处理条件，可列举在350～600℃的温度范围保持5分钟～10小时的条件。以强度的提高为优先时，适宜选择微细的Fe－P析出物生成的温度－时间条件即可，以导电率的提高为优先时，适宜选择固溶的Fe和P减少的过时效倾向的温度－时间条件即可。

时效处理后的铜合金板，导电率比高温加热后的纯铜板低，但强度比纯铜板显著提高。为了得到这一效果，使用本发明的铜合金板制造的热导管等的散热元件，在高温加热后进行时效处理。时效处理条件如前述。时效处理后的散热元件(铜合金板)强度高，安装到热沉或半导体装置上，或嵌入PC框体等之时，能够防止该散热元件的变形。另外，本发明的铜合金板(时效处理后)，因为强度比纯铜板高，所以能够进行薄壁化(0.1～1.0mm厚)，由此能够提高散热元件的散热性能，能够弥补相比纯铜板时的导电率的降低量。

还有，本发明的铜合金板，无论高温加热的温度低于850℃(650℃以上)或高于850℃(1050℃以下)，时效处理后，都能够达成100MPa以上的0.2％屈服强度、和50％IACS以上或45％IACS以上的导电率。

本发明的铜合金板，在高温加热至650℃以上的温度之前，通过冲压成形、冲切加工、切削或蚀刻等，被加工成散热元件的构件。优选铜合金板具有在所述加工时的搬送和装卸中不容易变形的强度，并具有所述加工不会出现故障而能够实行的机械的特性。更具体地说，本发明的铜合金板，优选具有0.2％屈服强度150MPa以上、延伸率5％以上、平均晶粒直径20μm以下、和优异的弯曲加工性(参照后述的实施例)。如果满足以上的特性，则铜合金板的调质没有问题。例如固溶处理材、时效处理材、固溶处理材经冷轧的或时效处理材经冷轧的等，均可以使用。

若平均晶粒直径高于20μm，则会发生如下问题，即由于加工成散热元件时的加工(冲压成形、弯曲加工、冲切加工、切削、蚀刻等)，导致板表面粗糙，因冲切或切削加工形成的毛刺发生或蚀刻带来的尺寸精度的降低等。另外，由于高温加热至其后的650℃以上的温度，导致晶粒进一步粗大化，作为散热元件的平坦性降低。因此，在高温加热至650℃以上的温度之前的板材表面测量的平均晶粒直径优选为20μm以下，更优选为15μm以下。

如先前所述，加工本发明的铜合金板而制造的散热元件，若高温加热至650℃以上的温度，则软化。高温加热后的散热元件，优选具有再实施时效处理时的搬送和装卸中不容易变形的强度。为此，在以850℃加热30分钟后进行水冷的阶段，优选具有40MPa以上的0.2％屈服强度。

使用本发明的铜合金板制造的散热元件，受到时效处理后，根据需要，以提高耐腐蚀性和软钎焊性为主要目的，至少在外表面的一部分形成Sn被覆层。Sn被覆层中，包括经电镀或化学镀形成的，或者在这些镀敷后，加热至Sn的熔点以下或熔点以上而形成的。Sn被覆层中，包含Sn金属和Sn合金，作为Sn合金，除了Sn以外，作为合金元素，可列举Bi、Ag、Cu、Ni、In和Zn之中一种以上，合计含有5质量％以下。

在Sn被覆层之下，能够形成Ni、Co或Fe等的衬底镀层。这些衬底镀层具有作为防止来自母材的Cu或合金元素的扩散的屏障的功能，和防止因增大散热元件的表面硬度造成刮伤的功能。也能够在所述衬底镀层之上镀Cu，再镀Sn之后，进行加热至Sn的熔点以下或熔点以上的热处理而形成Cu－Sn合金层，成为衬底镀层、Cu－Sn合金层和Sn被覆层的三层结构。Cu－Sn合金层具有作为防止来自母材的Cu或合金元素的扩散的屏障的功能，和防止因增大散热元件的表面硬度造成刮伤的功能。

另外，使用本发明的铜合金板制造的散热元件，受到时效处理后，根据需要，至少在外表面的一部分形成Ni被覆层。Ni被覆层具有作为防止来自母材的Cu或合金元素的扩散的屏障的功能，防止因增大散热元件的表面硬度造成刮伤的功能和提高耐腐蚀性的功能。

接下来，对于本发明的铜合金板的组成，分为不含Sn的情况和含Sn的情况进行说明。

(铜合金不含Sn的情况)

这种情况下，铜合金的组成中，含有Fe：0.07～0.7质量％、P：0.2质量％以下，Fe的含量[Fe]与P的含量[P]的比[Fe]/[P]为2～5，余量由Cu和不可避的杂质构成。根据需要，能够含有Zn为1.5质量％以下但不含0质量％，或/和含有Mn：0.1质量％以下但不含0质量％、Mg：0.2质量％以下但不含0质量％、Si：0.2质量％以下但不含0质量％、Al：0.2质量％以下但不含0质量％、Cr：0.2质量％以下但不含0质量％、Ti：0.1质量％以下但不含0质量％和Zr：0.05质量％以下但不含0质量％之中的一种或两种以上，合计为0.5％以下但不含0质量％。以下，对于各元素的添加理由进行说明。

Fe与P形成化合物，具有使时效处理后的铜合金板的强度和导电率提高的作用。但是，Fe含量低于0.07质量％时，高温加热和时效处理后的0.2％屈服强度低于100MPa。另一方面，若Fe含量高于0.7质量％，则高温加热和时效处理后的导电率低于50％IACS。因此，Fe含量为0.07～0.7质量％。Fe含量的下限优选为0.15质量％，上限优选为0.65质量％。在本发明的铜合金板的Fe含量的范围中，固溶处理后，不进行塑性加工而时效处理时，主要析出Fe－P化合物。与之相比，Fe单体的析出物大幅减少。

P通过脱氧作用而降低铜合金中包含的氧量，具有防止在含氢的还原气氛中加热散热元件时的氢脆性的作用。另外，固溶的P通过加热至析出温度而形成Fe－P化合物，使铜合金的强度、耐热性和导电率提高。但是，若P的含量高于0.2质量％，则对铸块进行热轧时发生裂纹，不能进行之后的加工，因此P含量的上限值为0.2质量％。

为了上述作用，P的含量需要达到一定程度，但另一方面，优选无助于析出的P的含量，在能够防止氢脆性的范围内尽量少。从这一点出发，设Fe的含量(质量％)为[Fe]，P的含量(质量％)为[P]时，使两者的比[Fe]/[P]处于2～5的范围内。[Fe]/[P]低于2时，对Fe－P化合物的形成没有帮助的而固溶的P的量变多，若[Fe]/[P]高于5，则同样固溶的Fe的量变多，无论哪种情况，都不能使时效处理后的铜合金板的导电率达到50％IACS以上。另外，[Fe]/[P]低于2或高于5时，无助于Fe－P化合物的形成的Fe或P变多，铜合金板的时效处理后的强度无法充分提高。[Fe]/[P]的下限值优选为2.5，更优选为3.0，[Fe]/[P]的上限值优选为4.5，更优选为4.0。

Zn具有改善铜合金板的焊料的耐热剥离性和镀Sn的耐热剥离性的作用，因此根据需要添加。将散热元件***半导体装置时，有需要软钎焊的情况，另外，散热元件制造后，有进行镀Sn的情况。在这样的散热元件的制造中，适合使用含有Zn的铜合金板。但是，若Zn的含量高于1.5质量％，则焊料润湿性降低，导电率也降低，因此Zn的含量为1.5质量％以下。Zn的含量的上限值优选为0.7质量％以下，更优选为0.5质量％以下。另一方面，Zn含量低于0.01质量％时，耐热剥离性的改善不充分，Zn的含量优选为0.01质量％以上。Zn含量的下限值更优选为0.05质量％，进一步优选为0.1质量％。

Mn、Mg、Si、Al、Cr、Ti、Zr具有使铜合金的强度和耐热性提高的作用，因此根据需要添加其一种或两种以上。Mn、Mg、Si和Al即使使之少量含有，也会使铜合金的导电率降低，因此分别使上限值为，Mn：0.1质量％，Mg：0.2质量％，Si：0.2质量％和Al：0.2质量％。Cr、Ti和Zr容易形成数μm～数10μm左右的氧化物系、硫化物系等的夹杂物，经过冷轧能够在所述夹杂物与母材之间形成间隙，所述夹杂物存在于表面时，使铜合金的耐腐蚀性降低。因此，Cr、Ti和Zr的上限值为，Cr：0.2质量％、Ti：0.1质量％和Zr：0.05质量％。另外，Mn、Mg、Si、Al、Cr、Ti和Zr之中多种元素包含在铜合金中，若其合计含量高于0.5质量％，则铜合金的导电率降低。因此，这些元素的合计含量为0.5质量％以下(不含0质量％)。另一方面，这些元素的一种或两种以上的合计含量的下限值优选为0.01质量％，更优选为0.02质量％，进一步优选为0.03质量％。

(铜合金含有Sn的情况)

这种情况下，铜合金的组成中，含有图1所示的点A(0.1,0.006)、点B(0.5,0.006)、点C(0.05,1.1)、点D(0.05,0.05)所包围的范围内(含边界线上)的Fe和Sn，与P：0.2质量％以下，余量由Cu和不可避的杂质构成。Fe的含量[Fe]与P的含量[P]的比[Fe]/[P]为2～5。根据需要，含有Zn为1.5质量％以下(不含0质量％)，或/和含有Mn：0.1质量％以下(不含0质量％)、Mg：0.2质量％以下(不含0质量％)、Si：0.2质量％以下(不含0质量％)、Al：0.2质量％以下(不含0质量％)、Cr：0.2质量％以下(不含0质量％)、Ti：0.1质量％以下(不含0质量％)和Zr：0.05质量％以下(不含0质量％)之中的一种或两种以上，合计为0.5质量％以下(不含0质量％)。

Fe与P形成化合物，具有使时效处理后的铜合金板的强度和导电率提高的作用。Fe、Sn的含量如果在图1所示的点A、B、C和D所包围的范围内，则时效处理后的强度(0.2％屈服强度)为100MPa以上，且导电率为45％IACS以上。

Fe含量的下限值优选为0.07质量％，更优选为0.15质量％。另一方面，根据图1，Fe的上限值依存取决于Sn的含量，为图1的线段BC以下的值。还有，设Fe的含量(质量％)为[Fe]，Sn的含量(质量％)为[Sn]时，基于线段BC的[Fe]与[Sn]的关系式能够由下式表示。

[Fe]＝－0.411×[Sn]+0.502

例如，Sn的含量为0.4质量％时，Fe含量的上限值为0.338质量％，Sn的含量为0.2质量％时，Fe含量的上限值为0.420质量％。

Sn含量的下限值优选为0.01质量％，更优选为0.02质量％，上限值优选为0.5质量％，更优选为0.4质量％。

关于P和Zn以及Mn、Mg、Si、Al、Cr、Ti和Zr的作用和含量，与铜合金不含Sn的情况相同，省略说明。

本发明的铜合金板，例如可通过热轧铸块后，反复进行1次或2次以上冷轧和热处理(时效处理)来制造。使用所述组成的铜合金，按以下的条件制造的铜合金板，具有0.2％屈服强度150MPa以上、延伸率5％以上、和优异的弯曲加工性。另外，以850℃加热30分钟后，具有40MPa以上的0.2％屈服强度，接着经时效处理后，具有100MPa以上的0.2％屈服强度和50％IACS以上或45％IACS以上的导电率。

熔炼或铸造，能够通过连续铸造或半连续铸造等的通常的方法进行。还有，作为铜熔炼原料，优选使用S、Pb、Bi、Se和As的含量少的。另外，注意到被覆于铜合金熔液的木炭的红热化(脱水)，基体金属，废料，水槽、铸模的干燥，和熔液的脱氧等，优选减少O和H。

对于铸块，优选进行均质化处理，均质化处理优选在铸块内部的温度到达800℃后，保持30分钟以上。均质化处理的保持时间更优选为1小时以上，进一步优选为2小时以上。

均质化处理后，以800℃以上的温度开始热轧。优选以热轧材中不会形成粗大的Fe、或Fe－P析出物的方式，在600℃以上的温度结束热轧，由此温度通过水冷等的方法进行急冷。若热轧后的急冷开始温度比600℃低，则粗大的Fe－P析出物形成，组织容易变得不均匀，铜合金板(制品板)的强度降低。

热轧后，(a)将热轧材冷轧至制品厚度，进行时效处理，(b)对于热轧材进行冷轧和时效处理，再冷轧至制品厚度，或(c)在所述(b)之后进行低温退火(延展性的恢复)。

时效处理(析出处理)，以在加热温度300～600℃左右之下保持0.5～10小时的条件进行。该加热温度低于300℃时，析出量少，若高于600℃，则析出物容易粗大化。加热温度的下限优选为350℃，上限优选为580℃。时效处理的保持时间，根据加热温度适宜选择，在0.5～10时间的范围内进行。该保持时间在0.5小时以下时，析出不充分，超过10小时，析出量也是饱和，生产率降低。保持时间的下限优选为1小时，更优选为2小时。【实施例1】

铸造表1～4所示的组成的铜合金(只有比较例13为纯铜)，分别制作厚度45mm的铸块。对于各铸块以965℃进行3小时的均热处理，接着进行热轧而作为板厚15mm的热轧材，从700℃以上的温度淬火(水冷)。对于淬火后的热轧材的两面各研磨1mm后，冷粗轧至目标板厚0.6mm，进行以500℃保持2小时的时效处理，接着实施50％的最终冷轧，制造板厚0.3mm的铜合金板。

【表1】

【表2】

【表3】

【表4】

将所得到的铜合金板作为供试材，按下述要领，进行导电率、机械的特性、弯曲加工性和焊料润湿性的各测量试验。

另外，在室温下真空拉制所得到的铜合金板后，进行Ar气置换并加热，在板材的温度到达850℃之后加热30分钟后水冷，再以500℃加热所述水冷材2小时(时效处理)，分别将所得材料作为供试材，进行导电率和机械的特性的各测量试验。

各试验结果显示在表1～4中。

(导电率的测量)

导电率的测量，依据JIS－H0505所规定的有色金属材料导电率测量法，以使用了双电桥的四端子法进行。试验片的尺寸为，宽15mm和长300mm。

(机械的特性)

从供试材上，使纵长方向为轧制平行方向而切下JIS5号拉伸试验片，依据JIS－Z2241实施拉伸试验，测量屈服强度和延伸率。屈服强度是相当于永久伸长0.2％的抗拉强度。

(平均晶粒直径)

从供试材上，切下长30mm和宽30mm的正方形试验片，对其表面(轧制面)实施镜面研究后，用由水120×10^－6m³、盐酸30×10^－6m³、三氯化铁10g构成的腐蚀液进行蚀刻。以光学显微镜观察经蚀刻的板表面(观察倍率100～400倍)，通过JISH0501－1986的切断法求得。切断方向为与轧制方向成直角的方向。对于同一试料，在3处求得平均晶粒直径，3处的平均值(将0.1μm的位数四舍五入)作为该试料的平均晶粒直径。

(弯曲加工性)

弯曲加工性的测量，遵循伸铜协会标准JBMA－T307所规定的W弯曲试验方法实施。从各供试材上切下宽10mm、长30mm的试验片，使用R/t＝0.2的夹具，进行G.W.(Good Way(弯曲轴与轧制方向垂直))和B.W.(Bad Way(弯曲轴与轧制方向平行))的弯曲。接着，利用100倍的光学显微镜，目视观察弯曲部有无裂纹，G.W.或B.W.的双方都没有发生裂纹的评价为○(合格)，G.W.或B.W.的任意一方或双方发生裂纹的评价为×(不合格)。

(焊料润湿性)

从各供试材上提取狭条状试验片，浸渍涂布非活性焊剂1秒后，弧面状沾锡法测量焊料润湿时间。焊料使用保持在260±5℃的Sn－3质量％Ag－0.5质量％Cu，以浸渍速度25mm/sec、浸渍深度5mm和浸渍时间5sec的试验条件实施。焊料润湿时间在2秒以下的评价为焊料润湿性优异。还有，除比较例10和24以外，焊料润湿时间均为2秒以下。

表1所示的实施例1～17的铜合金板，合金组成满足本发明的规定，以850℃加热30分钟，接着进行时效处理之后的强度(0.2％屈服强度)在100MPa以上，且导电率为50％IACS以上。

相对于此，表2所示的比较例1～12的铜合金板和比较例13的纯铜板，如以下所示，某种特性差。

比较例1因为Fe含量少，所以时效处理后的强度低。

比较例2～4其[Fe]/[P]高，即使时效处理后，Fe－P化合物的析出也不充分，时效处理后的导电率低。比较例2和3其时效处理后的强度也低。

比较例5因为Fe含量过剩，所以时效处理后的导电率低。

比较例6其P含量过剩，热轧时发生裂纹，热轧后的工序不能进行。

比较例12因为Fe含量高于1.0％，Fe含量过剩，[Fe]/[P]高于7，所以时效处理后的导电率比比较例5更低。

比较例7和8因为[Fe]/[P]低，所以即使在时效处理后，无助于Fe－P化合物的析出的P仍固溶，时效处理后的导电率低。

比较例9因为[Fe]/[P]低，所以即使时效处理后，Fe－P化合物的析出也少，强度低。

比较例10其Zn含量过剩，时效处理后的导电率低，另外，焊料润湿性差。

比较例11中，其他元素的含量过剩，时效处理后的导电率低。

比较例13是现有的纯铜板，导电率高，但强度即使在时效处理后也低。

表3所示的实施例18～38的铜合金板，合金组成满足本发明的规定，以850℃加热30分钟，接着经时效处理之后的强度(0.2％屈服强度)为100MPa以上，且导电率为45％IACS以上。

相对于此，表4所示的比较例14～24的铜合金板，如以下所示，某种特性差。

比较例14因为Fe和Sn的含量脱离图1的ABCD的范围(Fe含量少)，所以时效处理后的强度低。

比较例15～17因为Fe和Sn的含量脱离图1的ABCD的范围(Sn含量过剩)，所以时效处理后的导电率低。

比较例18～20因为Fe和Sn的含量脱离图1的ABCD的范围(Fe含量少)，所以时效处理后的强度低。

比较例21因为[Fe]/[P]低，所以即使时效处理后，无助于Fe－P化合物的析出的P仍固溶，时效处理后的导电率低。

比较例22其P含量过剩，热轧时发生裂纹，热轧后的工序不能进行。

比较例23因为[Fe]/[P]高，所以无助于Fe－P化合物的析出的Fe固溶，时效处理后的导电率低。

比较例24其Zn含量过剩，焊料润湿性差。

【实施例2】

对于表1～4所示的铜合金板之中代表性试样(实施例1、3、19和24与比较例1、5、14和15)，在室温下进行真空拉制后，进行Ar气置换并加热，板材的温度到达1000℃之后加热30分钟后水冷，再以500℃对于所述水冷材加热2小时(时效处理)，以该铜合金板作为供试材，按实施例1所述的方法进行导电率和机械的特性的各测量试验。其结果显示在表5中。

【表5】

如表5所示，实施例1、3、19和24，以1000℃加热30分钟，接着经时效处理之后的强度(0.2％屈服强度)为100MPa以上，且导电率为50％IACS以上(不含Sn时)或45％IACS以上(含Sn时)。若将各个数值与850℃下加热30分钟，接着经时效处理之后的测量结果(表1和3参照)比较，则数值没有明显差异。

另一方面，比较例1、5、14和15以1000℃加热30分钟，接着经时效处理后的强度或导电率的一方或双方差。

本说明书的公开内容包括以下的方式。

方式1：

一种散热元件用铜合金板，其特征在于，含有Fe：0.07～0.7质量％、P：0.2质量％以下，Fe的含量[Fe]与P的含量[P]的比[Fe]/[P]为2～5，余量由Cu和不可避的杂质构成，以850℃加热30分钟后水冷，接着经时效处理后的0.2％屈服强度为100MPa以上，导电率为50％IACS以上，制造散热元件的过程的一部分包含加热到650℃以上的步骤和时效处理。

方式2：

一种散热元件用铜合金板，其特征在于，含有图1所示的点A(0.1,0.006)、点B(0.5,0.006)、点C(0.05,1.1)、点D(0.05,0.05)所包围的范围内(含边界线)的Fe和Sn，和P：0.2质量％以下，Fe的含量[Fe]与P的含量[P]的比[Fe]/[P]为2～5，余量由Cu和不可避免的杂质构成，以850℃加热30分钟后水冷，接着经时效处理后的0.2％屈服强度为100MPa以上，导电率为45％IACS以上，制造散热元件的过程的一部分包含加热至650℃以上的过程和时效处理。

方式3：

根据方式1所述的散热元件用铜合金板，其特征在于，还含有Zn为1.5质量％以下(不含0质量％)。

方式4：

根据方式1或3所述散热元件用铜合金，其特征在于，还含有合计为0.5质量％以下(不含0质量％)的Mn：0.1质量％以下(不含0质量％)、Mg：0.2质量％以下(不含0质量％)、Si：0.2质量％以下(不含0质量％)、Al：0.2质量％以下(不含0质量％)、Cr：0.2质量％以下(不含0质量％)、Ti：0.1质量％以下(不含0质量％)和Zr：0.05质量％以下(不含0质量％)之中的一种或两种以上。

方式5：

根据方式2所述散热元件用铜合金，其特征在于，还含有Zn为1.5质量％以下(不含0质量％)。

方式6：

根据方式2或5所述的散热元件用铜合金，其特征在于，还含有合计为0.5质量％以下(不含0质量％)的Mn：0.1质量％以下(不含0质量％)、Mg：0.2质量％以下(不含0质量％)、Si：0.2质量％以下(不含0质量％)、Al：0.2质量％以下(不含0质量％)、Cr：0.2质量％以下(不含0质量％)、Ti：0.1质量％以下(不含0质量％)和Zr：0.05质量％以下(不含0质量％)之中的一种或两种以上。

方式7：

根据方式1、3或4中任一项所述的散热元件用铜合金，其特征在于，以850℃加热30分钟前的板材中测量到的板表面的平均晶粒直径为20μm以下。

方式8：

根据方式2、5或6中任一项所述的散热元件用铜合金，其特征在于，以850℃加热30分钟前的板材中测量到的板表面的平均晶粒直径为20μm以下。

方式9：

一种散热元件，其特征在于，由方式1、3、4或7中任一项所述的散热元件用铜合金板构成，且析出有Fe－P化合物，具有100MPa以上的0.2％屈服强度和50％IACS以上的导电率。

方式10：

一种散热元件，其特征在于，由方式2、5、6或8中任一项所述的散热元件用铜合金板构成，且析出有Fe－P化合物，具有100MPa以上的0.2％屈服强度和45％IACS以上的导电率。

方式11：

根据方式9或10所述的散热元件，其特征在于，外表面的至少一部分上形成有Sn被覆层。

方式12：

根据方式9或10所述的散热元件，其特征在于，外表面的至少一部分形成有Ni被覆层。

本申请伴随以申请日为2015年3月23日的日本国专利申请、专利申请第2015－058957号，和申请日为2015年10月12日的日本国专利申请、专利申请第2015－201655号为基础申请的优先权主张。专利申请第2015－058957号和专利申请第2015－201655号通过参照而编入本说明书。

Claims (22)

1.一种散热元件用铜合金板，其特征在于，含有Fe：0.07～0.7质量％、P：0.2质量％以下，Fe的含量[Fe]与P的含量[P]的比[Fe]/[P]为2～5，余量由Cu和不可避的杂质构成，以850℃加热30分钟后水冷，接着经时效处理后的0.2％屈服强度为100MPa以上，导电率为50％IACS以上，制造散热元件的过程的一部分包含加热到650℃以上的步骤和时效处理。

2.一种散热元件用铜合金板，其特征在于，含有图1所示的点A(0.1,0.006)、点B(0.5,0.006)、点C(0.05,1.1)、点D(0.05,0.05)所包围的范围且包含边界线在内的Fe和Sn，和P：0.2质量％以下，Fe的含量[Fe]与P的含量[P]的比[Fe]/[P]为2～5，余量由Cu和不可避免的杂质构成，以850℃加热30分钟后水冷，接着经时效处理后的0.2％屈服强度为100MPa以上，导电率为45％IACS以上，制造散热元件的过程的一部分包含加热至650℃以上的步骤和时效处理。

3.根据权利要求1所述的散热元件用铜合金板，其特征在于，还含有Zn为1.5质量％以下但不含0质量％。

4.根据权利要求1所述的散热元件用铜合金，其特征在于，还含有合计0.5质量％以下但不含0质量％的Mn：0.1质量％以下但不含0质量％、Mg：0.2质量％以下但不含0质量％、Si：0.2质量％以下但不含0质量％、Al：0.2质量％以下但不含0质量％、Cr：0.2质量％以下但不含0质量％、Ti：0.1质量％以下但不含0质量％和Zr：0.05质量％以下但不含0质量％之中的一种或两种以上。

5.根据权利要求3所述的散热元件用铜合金，其特征在于，还含有合计0.5质量％以下但不含0质量％的Mn：0.1质量％以下但不含0质量％、Mg：0.2质量％以下但不含0质量％、Si：0.2质量％以下但不含0质量％、Al：0.2质量％以下但不含0质量％、Cr：0.2质量％以下但不含0质量％、Ti：0.1质量％以下但不含0质量％和Zr：0.05质量％以下但不含0质量％之中的一种或两种以上。

6.根据权利要求2所述的散热元件用铜合金板，其特征在于，还含有Zn为1.5质量％以下但不含0质量％。

7.根据权利要求2所述的散热元件用铜合金，其特征在于，还含有合计为0.5质量％以下但不含0质量％的Mn：0.1质量％以下但不含0质量％、Mg：0.2质量％以下但不含0质量％、Si：0.2质量％以下但不含0质量％、Al：0.2质量％以下但不含0质量％、Cr：0.2质量％以下但不含0质量％、Ti：0.1质量％以下但不含0质量％和Zr：0.05质量％以下但不含0质量％之中的一种或两种以上。

8.根据权利要求6所述的散热元件用铜合金，其特征在于，还含有合计0.5质量％以下但不含0质量％的Mn：0.1质量％以下但不含0质量％、Mg：0.2质量％以下但不含0质量％、Si：0.2质量％以下但不含0质量％、Al：0.2质量％以下但不含0质量％、Cr：0.2质量％以下但不含0质量％、Ti：0.1质量％以下但不含0质量％和Zr：0.05质量％以下但不含0质量％之中的一种或两种以上。

9.根据权利要求1、3、4或5中任一项所述的散热元件用铜合金，其特征在于，以850℃加热30分钟前的板材中测量到的板表面的平均晶粒直径为20μm以下。

10.根据权利要求2、6、7或8中任一项所述的散热元件用铜合金，其特征在于，以850℃加热30分钟前的板材中测量到的板表面的平均晶粒直径为20μm以下。

11.一种散热元件，其特征在于，由权利要求1、3、4或5中任一项所述的散热元件用铜合金板构成，且析出有Fe－P化合物，具有100MPa以上的0.2％屈服强度和50％IACS以上的导电率。

12.一种散热元件，其特征在于，由权利要求9所述的散热元件用铜合金板构成，且析出有Fe－P化合物，具有100MPa以上的0.2％屈服强度和50％IACS以上的导电率。

13.一种散热元件，其特征在于，由权利要求2、6、7或8中任一项所述的散热元件用铜合金板构成，且析出有Fe－P化合物，具有100MPa以上的0.2％屈服强度和45％IACS以上的导电率。

14.一种散热元件，其特征在于，由权利要求10所述的散热元件用铜合金板构成，且析出有Fe－P化合物，具有100MPa以上的0.2％屈服强度和45％IACS以上的导电率。

15.根据权利要求11所述的散热元件，其特征在于，在外表面的至少一部分上形成有Sn被覆层。

16.根据权利要求12所述的散热元件，其特征在于，在外表面的至少一部分上形成有Sn被覆层。

17.根据权利要求11所述的散热元件，其特征在于，在外表面的至少一部分上形成有Ni被覆层。

18.根据权利要求12所述的散热元件，其特征在于，在外表面的至少一部分上形成有Ni被覆层。

19.根据权利要求13所述的散热元件，其特征在于，在外表面的至少一部分上形成有Sn被覆层。

20.根据权利要求14所述的散热元件，其特征在于，在外表面的至少一部上形成有Sn被覆层。

21.根据权利要求13所述的散热元件，其特征在于，在外表面的至少一部分上形成有Ni被覆层。

22.根据权利要求14所述的散热元件，其特征在于，在外表面的至少一部分上形成有Ni被覆层。