JP6678757B2 - 銅板付き絶縁基板用銅板材及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、銅板付き絶縁基板用銅板材、特にパワーデバイスの銅板付き絶縁基板に好適な銅板材及びその製造方法に関する。

一般に、パワーデバイスは高電圧・大電流を使用するため、多くの熱が発生し、それに伴う材料の劣化が課題となっている。そこで、近年、絶縁性及び放熱性に優れたセラミック基板を銅板に接合した銅板付き絶縁基板を用いることによって、絶縁・放熱対策が行われてきている。

セラミック基板と銅板との接合方法には、主に、銀系ろう材等を介して接合する接合方法、または、ろう材を介さずに銅の共晶反応を利用して接合する接合方法が用いられているが、いずれも７００℃以上の高温での熱処理が必要である。また、セラミック基板には、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ケイ素等が用いられているが、これらの熱膨張係数は、銅板を構成する銅の熱膨張係数と異なる。そのため、セラミック基板と銅板とを高温下で接合する際に、熱膨張係数の差によって絶縁基板全体に大きなひずみが生じる傾向にある。また、セラミック基板と銅板材とでは、銅板材の方が高い熱膨張率を有するため、熱処理を行うと、セラミック基板には引張応力が加わり、銅板材には圧縮応力が加わる。これにより、絶縁基板全体が変形して寸法変化が生じるだけでなく、セラミック基板と銅板材との剥離等が生じやすくなる。さらに、銅板材に用いられる高純度の銅は、７００℃以上の高温では結晶粒が著しく成長し、組織の均質化が困難になる。そのため、ボンディング性が低下し、ひずみが生じた際に粒界破壊の起点になるといった問題がある。

例えば、特許文献１には、放熱基板に用いられる純銅板として、純度９９．９０ｍａｓｓ％以上の純銅からなり、Ｘ線回析強度の比率を特定した純銅板が開示されている。また、特許文献２には、放熱用電子部品及び大電流用電子部品等に好適な銅合金板として、引張強さが３５０ＭＰａ以上であり、所定位置の結晶方位の集積度を制御した銅合金板が開示されている。

特開２０１４−１８９８１７号公報 特許第５４７５９１４号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている純銅板は、エッチングによって表面に凹凸が生じにくいため他の部材との密着性が優れているとされているが、高温下での他の部材との接合に関しては全く検討されていない。また、特許文献２に開示されている銅合金板は、耐熱性に関して検討されているが、２００℃で３０分間の熱処理による耐熱性しか考慮されていない。さらに、特許文献２に開示されている銅合金板は、引張強さが３５０ＭＰａ以上であり、銅板付き絶縁基板に用いる銅板材として適切な１５０〜３３０ＭＰａの範囲に対応していない。

そこで、本発明の目的は、圧延方向から板幅方向にかけて連続的に縦弾性係数が低く、さらに引張強度及び導電率に優れ、高温で熱処理（例えば、７００℃以上８００℃以下で１０分以上５時間以下の熱処理）を行った際に結晶粒の成長が抑制される銅板付き絶縁基板用銅板材、及びその製造方法を提供することにある。

本発明者らは、銅板材の縦弾性係数を制御し、かつ７００℃以上の高温における結晶粒の成長を抑制することによって、銅板材とセラミック基板との接合において、銅板材とセラミック基板との熱膨張係数の差によって生じる基板全体の負荷応力を低減し、また結晶粒の成長による組織の不均質化とボンディング性の低下を抑制できることを見出した。

すなわち、本発明の要旨構成は以下のとおりである。
（１）Ａｌ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｎ及びＣｒからなる群から選択される金属成分の合計含有量が０．１〜２．０ｐｐｍ、銅の含有量が９９．９６ｍａｓｓ％以上である組成を有し、かつ、ＥＢＳＤによる集合組織解析から得られた結晶方位分布関数をオイラー角（φ１、Φ、φ２）で表したとき、φ２＝０°、φ１＝０°、Φ＝０°〜９０°の範囲における方位密度の平均値が３．０以上３５．０未満であり、かつ、φ２＝３５°、φ１＝４５°〜５５°、Φ＝６５°〜８０°の範囲における方位密度の最大値が１．０以上３０．０未満である圧延集合組織を有する、銅板付き絶縁基板用銅板材。
（２）前記銅の含有量が９９．９９ｍａｓｓ％以上であり、かつ、縦弾性係数の平均値が１１５ＧＰａ以下であり、前記縦弾性係数は、圧延方向、板幅方向、及びこれらの間の方向で測定される、（１）に記載の銅板付き絶縁基板用銅板材。
（３）平均結晶粒径が３μｍ〜１００μｍである、（１）又は（２）に記載の銅板付き絶縁基板用銅板材。
（４）７００〜８００℃で１０分〜５時間の熱履歴を受けた状態で、平均結晶粒径が５０μｍ〜２００μｍである、（１）から（３）のいずれかに記載の銅板付き絶縁基板用銅板材。
（５）引張強度が１５０〜３３０ＭＰａであり、かつ、導電率が９５％ＩＡＣＳ以上である、（１）から（４）のいずれかに記載の銅板付き絶縁基板用銅板材。
（６）（１）から（５）のいずれかに記載の銅板付き絶縁基板用銅板材の製造方法であって、
前記組成を有する銅素材を鋳造して得られた鋳塊に対して均質化熱処理を行う均質化熱処理工程と、
該均質化熱処理工程後に、熱間圧延を行う熱間圧延工程と、
該熱間圧延工程後に、冷却を行う冷却工程と、
該冷却工程後の被圧延材の両面を面削する面削工程と、
該面削工程後に、総加工率が７５％以上である冷間圧延を行う第１冷間圧延工程と、
該第１冷間圧延工程後に、昇温速度が１〜１００℃／秒、到達温度が１００〜５００℃、保持時間が１〜９００秒、かつ、冷却速度が１〜５０℃／秒である条件で熱処理を施す第１焼鈍工程と、
該第１焼鈍工程後に、総加工率が６０〜９５％である冷間圧延を行う第２冷間圧延工程と、
該第２冷間圧延工程後に、昇温速度が１０〜１００℃／秒、到達温度が２００〜５５０℃、保持時間が１０〜３６００秒、かつ、冷却速度が１０〜１００℃／秒である条件で熱処理を施す第２焼鈍工程と、
該第２焼鈍工程後に、さらなる圧延を行う仕上げ圧延工程と、
該仕上げ圧延工程後に、最終熱処理を施す最終焼鈍工程と、
該最終焼鈍工程後に、酸洗及び研磨を行う表面酸化膜除去工程と、
を含む、銅板付き絶縁基板用銅板材の製造方法。

本発明によれば、圧延方向から板幅方向にかけて連続的に縦弾性係数が低く、さらに引張強度及び導電率に優れ、高温で熱処理（例えば、７００℃以上８００℃以下で１０分以上５時間以下の熱処理）を行った際に結晶粒の成長が抑制される銅板付き絶縁基板用銅板材、及びその製造方法を提供することができる。

図１は、本発明の銅板材の圧延集合組織をＥＢＳＤで解析した結果を示す図であり、（Ａ）はφ２＝０°の断面図であり、（Ｂ）は、φ２＝３５°の断面図である。

以下、本発明の銅板材の好ましい実施形態について、詳細に説明する。尚、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。

本発明の銅板材は、Ａｌ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｎ及びＣｒからなる群から選択される金属成分の合計含有量が０．１〜２．０ｐｐｍ、銅の含有量が９９．９６ｍａｓｓ％以上である組成を有し、かつ、ＥＢＳＤによる集合組織解析から得られた結晶方位分布関数をオイラー角（φ１、Φ、φ２）で表したとき、φ２＝０°、φ１＝０°、Φ＝０°〜９０°の範囲における方位密度の平均値が３．０以上３５．０未満であり、かつ、φ２＝３５°、φ１＝４５°〜５５°、Φ＝６５°〜８０°の範囲における方位密度の最大値が１．０以上３０．０未満である圧延集合組織を有する。

銅材料とは、（加工前であって所定の組成を有する）銅素材が所定の形状（例えば、板、条、箔、棒、線など）に加工されていることを意味する。その中で、「板材」とは、特定の厚みを有し形状的に安定しており面方向に広がりを持つ材料を指し、広義には条材を含む。本発明において、銅板材の厚さは、特に限定されるものではないが、好ましくは０．０５〜７．０ｍｍ、より好ましくは０．１〜６．０ｍｍである。

［成分組成］
銅の含有量は、９９．９６ｍａｓｓ％以上であり、好ましくは９９．９９ｍａｓｓ％以上である。銅の含有量が９９．９６ｍａｓｓ％未満であると、熱伝導率が低下し、所望する放熱性が得られない。また、Ａｌ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｎ及びＣｒからなる群から選択される金属成分の合計含有量が０．１〜２．０ｐｐｍであり、０．１〜１．０ｐｐｍであることが好ましい。これらの金属成分の合計含有量の下限値は、特に限定されるものではないが、不可避的不純物を考慮し、０．１ｐｐｍである。一方、これらの金属成分の合計含有量が２．０ｐｐｍを超えると、所望の方位密度が得られない。また、銅板材には、銅、並びに、Ａｌ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｎ及びＣｒからなる群から選択される金属成分以外に、残部として不可避的不純物が含まれていてもよい。不可避的不純物は、製造工程上、不可避的に含まれうる含有レベルの不純物を意味する。

銅以外の上記金属成分の定量分析には、ＧＤＭＳ法を用いることができる。ＧＤＭＳ法とは、Ｇｌｏｗ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙの略であり、具体的には、固体試料を陰極としグロー放電を用いて試料表面をスパッタし、放出された中性粒子をプラズマ内のＡｒや電子と衝突させることによってイオン化させ、質量分析器でイオン数を計測することで、金属に含まれる極微量元素の割合を解析する技術である。

［圧延集合組織］
本発明の銅板材は、圧延集合組織を有し、この圧延集合組織は、ＥＢＳＤによる集合組織解析から得られた結晶方位分布関数（ＯＤＦ:crystal orientation distribution function）をオイラー角（φ１、Φ、φ２）で表したとき、φ２＝０°、φ１＝０°、Φ＝０°〜９０°の範囲における方位密度の平均値が３．０以上３５．０未満、好ましくは１５以下であり、かつ、φ２＝３５°、φ１＝４５°〜５５°、Φ＝６５°〜８０°の範囲における方位密度の最大値が１．０以上３０．０未満、好ましくは１０以上である。圧延方向をＲＤ方向、板幅方向（ＲＤ方向に対して直交する方向）をＴＤ方向、圧延面（ＲＤ面）に対して垂直な方向をＮＤ方向としたとき、ＲＤ方向を軸とした方位回転がΦ、ＮＤ方向を軸とした方位回転がφ１、ＴＤ方向を軸とした方位回転がφ２として表される。方位密度は、集合組織における結晶方位の存在比率及び分散状態を定量的に解析する際に用いられるパラメータであり、ＥＢＳＤ及びＸ線回折を行い、（１００）、（１１０）、（１１２）等の３種類以上の正極点図の測定データに基づいて、級数展開法による結晶方位分布解析法により算出される。ＥＢＳＤによる集合組織解析から得られる、φ２を所定の角度で固定した断面図において、ＲＤ面内での方位密度の分布が示される。

図１（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の銅板材の圧延集合組織をＥＢＳＤで解析した結果を示す図である。図１（Ａ）はφ２＝０°の断面図であり、図１（Ｂ）は、φ２＝３５°の断面図である。結晶方位分布がランダムな状態を、方位密度が１であるとし、それに対して何倍の集積となっているかが等高線で表されている。図１（Ａ）及び（Ｂ）では、白い部分は方位密度が高く、黒い部分は方位密度が低いことを示し、灰色の部分は白に近いほど方位密度が高いことを示している。

本発明では、φ２＝０°、φ１＝０°、Φ＝０°〜９０°の範囲における方位密度の平均値が３．０以上３５．０未満であり、かつ、φ２＝３５°、φ１＝４５°〜５５°、Φ＝６５°〜８０°の範囲における方位密度の最大値が１．０以上３０．０未満であることにより、７００℃以上の高温でも結晶粒の成長が抑制される。Φ＝０°の範囲における方位密度の平均値が３．０未満であると、７００℃以上の高温では、結晶粒が粒径３００μｍ以上に著しく成長し、ボンディング性の低下や熱膨張時の負荷が大きくなる。一方、Φ＝０°の範囲における方位密度の平均値が３５．０以上であると、板材の強度が低下し、銅板付き絶縁基板用銅板材として使用した場合、変形が生じやすくなる。また、φ２＝３５°、φ１＝４５°〜５５°、Φ＝６５°〜８０°の範囲における方位密度の最大値が３０．０以上であると、板材の強度が低下し、銅板付き絶縁基板用銅板材として使用した場合、変形が生じやすくなる。なお、φ２＝０°、φ１＝０°、Φ＝０°〜９０°の範囲における方位密度は全体的に高いが、φ２＝３５°、φ１＝４５°〜５５°、Φ＝６５°〜８０°の範囲における方位密度は局所的に高い。そこで、前者については、平均値を規定し、後者については、最大値を規定している。

ＥＢＳＤ法とは、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ＢａｃｋＳｃａｔｔｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎの略であり、具体的には、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）内で試料に電子線を照射したときに生じる反射電子を利用した結晶方位解析技術である。ＥＢＳＤによる解析の際、測定面積およびスキャンステップは、試料の結晶粒の大きさに応じて決定すればよい。測定後の結晶粒の解析には、例えば、ＴＳＬ社製の解析ソフトＯＩＭ Ａｎａｌｙｓｉｓ（商品名）を用いることができる。ＥＢＳＤによる結晶粒の解析において得られる情報は、電子線が試料に侵入する数１０ｎｍの深さまでの情報を含んでいる。板厚方向の測定箇所は、試料表面から板厚の１／８倍〜１／２倍の位置付近とすることが好ましい。

［縦弾性係数］
縦弾性係数の平均値は、１１５ＧＰａ以下であることが好ましく、１１０ＧＰａ以下であることがより好ましい。また、縦弾性係数の平均値の下限値は、８０ＧＰａ以上であることが好ましい。縦弾性係数は、ＲＤ方向、ＴＤ方向、及びこれらの間の方向で測定される。具体的に、縦弾性係数の平均値は、ＲＤ方向からＴＤ方向に向かって所定の角度（例えば、１０°）ずつ回転した、それぞれの方向での縦弾性係数を算出した後、それらの平均値を算出することにより得られる。上記範囲で測定した縦弾性係数の平均値が１１５ＧＰａを超えると、絶縁基板と接合するために熱処理を行う場合に熱膨張による負荷応力が高くなる傾向になる。

［平均結晶粒径］
本発明の銅板材において、平均結晶粒径は３μｍ〜１００μｍであることが好ましく、１０μｍ〜９０μｍ以下であることがより好ましい。平均結晶粒径が３μｍ未満であると、十分な結晶方位制御ができない場合がある。一方、平均結晶粒径が１００μｍを超えると、引張強度が低下する傾向にある。また、７００〜８００℃で１０分〜５時間の熱履歴を受けた状態で、平均結晶粒径は５０μｍ〜２００μｍであることが好ましいく、１２０μｍ以上であることがより好ましい。熱履歴を受けた状態における平均結晶粒径が２００μｍを超えると、ボンディング性の低下、熱膨張時の負荷が大きくなる。なお、結晶粒径は、銅板材のＲＤ面におけるＥＢＳＤ解析により測定することができる。熱履歴を受けた状態における結晶粒径も、銅板材に対して熱処理を行った後、同様の方法で測定することができる。

［特性］
本発明の銅板材において、引張強度は１５０〜３３０ＭＰａであることが好ましく、１９０ＭＰａ以上であることが好ましい。引張強度が１５０ＭＰａ未満であると、強度が不十分であり、引張強度が３３０ＭＰａを超えると、伸び、加工性が低下する傾向にある。また、導電率は９５％ＩＡＣＳ以上であることが好ましい。導電率が９５％未満であると、熱伝導率が低下し、その結果、放熱性が劣化する傾向にある。

本発明の銅板材は、公知のセラミック基板と接合して積層体とすることができる。銅板材とセラミック基板との接合方法は、特に限定されないが、通常、銅板材とセラミック基板とは７００℃以上の高温下で接合される。本発明の銅板材は、高温で熱処理（例えば、７００℃以上８００℃以下で１０分以上５時間以下の熱処理）を行った際に結晶粒の成長が抑制されるため、セラミック基板と接合して積層体とした場合に、セラミック基板との接合部分において剥離等が生じにくい。したがって、本発明の銅板材は銅板付き絶縁基板用として優れている。

［銅板材の製造方法］
次に、本発明の銅板材の製造方法の一例を説明する。

本発明に係る銅板材の製造方法では、溶解・鋳造工程［工程１］、均質化熱処理工程［工程２］、熱間圧延工程［工程３］、冷却工程［工程４］、面削工程［工程５］、第１冷間圧延工程［工程６］、第１焼鈍工程［工程７］、第２冷間圧延工程［工程８］、第２焼鈍工程［工程９］、仕上げ圧延工程［工程１０］、最終焼鈍工程［工程１１］、表面酸化膜除去工程［工程１２］を含み、これらの工程から構成される処理が順次行われる。本発明では、特に、第１冷間圧延工程［工程６］と第１焼鈍工程［工程７］と第２焼鈍工程［工程９］の条件を適切に制御することにより、銅板材のＲＤ方向からＴＤ方向にかけて連続的に縦弾性係数が低く、さらに、引張強度及び導電率に優れた銅板材が得られる。

まず、溶解・鋳造工程［工程１］では、上述の組成を有する銅素材を溶解し、鋳造することによって鋳塊を得る。すなわち、銅素材は、Ａｌ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｎ及びＣｒからなる群から選択される金属成分の合計含有量が０．１〜２．０ｐｐｍ、銅の含有量が９９．９６ｍａｓｓ％以上である組成を有する。均質化熱処理工程［工程２］では、得られた鋳塊に対して、保持温度７００〜１０００℃、保持時間１０分〜２０時間の均質化熱処理を行う。熱間圧延工程［工程３］では、総加工率が１０〜９０％となるように熱間圧延を行う。冷却工程［工程４］では、１０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却（急冷）を行う。面削工程［工程５］では、冷却された材料（被圧延材）の両面をそれぞれ約１．０ｍｍずつ面削する。これにより、板材表面の酸化膜が除去される。

第１冷間圧延工程［工程６］では、総加工率が７５％以上である冷間圧延を行い、好ましくは複数回行う。第１冷間圧延工程［工程６］において、総加工率が７５％未満であると、所望の圧延集合組織が得られない。

第１焼鈍工程［工程７］では、昇温速度が１〜１００℃／秒、到達温度が１００〜５００℃、保持時間が１〜９００秒、かつ、冷却速度が１〜５０℃／秒である条件で熱処理を施す。前記条件から外れると所望の圧延集合組織が得られない。

第２冷間圧延工程［工程８］では、総加工率が６０〜９５％である冷間圧延を行う。

第２焼鈍工程［工程９］では、昇温速度が１０〜１００℃／秒、到達温度が２００〜５５０℃、保持時間が１０〜３６００秒、かつ、冷却速度が１０〜１００℃／秒である条件で熱処理を施す。前記条件から外れると所望の圧延集合組織が得られない。

仕上げ圧延工程［工程１０］では、総加工率が１０〜６０％である冷間圧延を行う。最終焼鈍工程［工程１１］では、到達温度が１２５〜４００℃である条件で熱処理を施す。表面酸化膜除去工程［工程１２］では、板材表面の酸化膜除去と洗浄を目的として、酸洗及び研磨を行う。なお、上記圧延工程における加工率Ｒ（％）は下記式で定義される。

Ｒ＝（ｔ０−ｔ）／ｔ０×１００
式中、ｔ０は圧延前の板厚であり、ｔは圧延後の板厚である。

以下、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１〜１３及び比較例１〜１７）
まず、表１に示す成分組成を有する銅素材を溶解し、鋳造して鋳塊を得た［工程１］。得られた鋳塊に対して、保持温度７００〜１０００℃、保持時間１０分〜２０時間の均質化熱処理を行った［工程２］。そして、総加工率が１０〜９０％となるように熱間圧延を行った［工程３］後、１０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で急冷を行った［工程４］。冷却された材料の両面をそれぞれ約１．０ｍｍずつ面削した［工程５］。次に、表２に示す総加工率で第１冷間処理を行った［工程６］後、表２に示す昇温速度、到達温度、保持時間及び冷却速度で第１焼鈍を行った［工程７］。次に、表２に示す総加工率で第２冷間圧延を行った［工程８］表２に示す昇温速度、到達温度、保持時間及び冷却速度で第２焼鈍を行った［工程９］後、表２に示す総加工率で仕上げ圧延を行った［工程１０］。到達温度が１２５〜４００℃である条件で最終焼鈍を行った［工程１１］後、酸洗及び研磨を行い［工程１２］、銅板材（供試材）を作製した。

（測定方法及び評価方法）
＜金属成分の定量分析＞
作製した各供試材について、ＶＧ ９０００（ＶＧ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製）を用いて解析を行った。各供試材に含まれるＡｌ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｎ及びＣｒの含有量（ｐｐｍ）、Ａｌ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｎ及びＣｒ（表１では単に「金属成分」と記す）の合計含有量（ｐｐｍ）、並びにＣｕの含有量（ｍａｓｓ％）を表１に示す。なお、各供試材には、不可避的不純物が含まれている場合がある。また、表１における「−」は、該当する金属成分が検出されなかったことを意味する。

＜方位密度＞
方位密度は、ＯＩＭ５．０ＨＩＫＡＲＩ（ＴＳＬ社製）を用い、ＥＢＳＤ法により測定した。測定面積は、結晶粒を２００個以上含む、８００μｍ×１６００μｍの範囲とし、スキャンステップを０．１μｍとした。測定後の結晶粒の解析には、ＴＳＬ社製の解析ソフトＯＩＭ Ａｎａｌｙｓｉｓ（商品名）を用いた。解析により得られた結晶方位分布関数はオイラー角で表示された。φ２＝０°の断面図より、φ１＝０°、Φ＝０°〜９０°の範囲（表３では「範囲Ａ」と記す）における方位密度の平均値を算出した。また、オイラー角で表示されたφ２＝３５°の断面図において、φ１＝４５°〜５５°、Φ＝６５°〜８０°の範囲（表３では「範囲Ｂ」と記す）における方位密度の最大値を読み出した。各供試材について、範囲Ａにおける方位密度の平均値及び範囲Ｂにおける方位密度の最大値を表３に示す。

＜平均結晶粒径＞
平均結晶粒径は、方位密度と同様の方法で測定した。測定範囲に含まれる全ての結晶粒より、平均結晶粒径を算出した。各供試材の平均結晶粒径を表３に示す。

＜縦弾性係数＞
各供試材から、ＲＤ方向と、ＴＤ方向と、ＲＤ方向からＴＤ方向にかけて１０°おきに回転させた方向において、それぞれ幅２０ｍｍ、長さ２００ｍｍの短冊状試験片を採取した。まず、試験片の長さ方向に引張試験機により応力を付与した。そして、降伏するときの歪量の８０％の歪量を最大変位量とし、その最大変位量までを１０分割した変位を与えた。その１０点で歪と応力の比例定数を算出し、各比例定数の平均値を縦弾性係数の平均値とした。縦弾性係数の平均値が１１５ＧＰａ以下である場合を「良好」、１１５ＧＰａを超える場合を「不良」と評価した。各供試材について、縦弾性係数の平均値を表３に示す。

＜導電率＞
導電率は、２０℃（±０．５℃）に保たれた恒温槽中で四端子法により計測した比抵抗の数値から算出した。なお、端子間距離は１００ｍｍとした。導電率が９５％ＩＡＣＳ以上である場合を「良好」、９５％ＩＡＣＳ未満である場合を「不良」と評価した。各供試材の導電率を表３に示す。

＜引張強度＞
各供試材のＲＤ方向から、ＪＩＳ Ｚ２２０１−１３Ｂ号の試験片を３本切り出した。ＪＩＳ Ｚ２２４１に準じて、各試験片の引張強度を測定し、その平均値を算出した。引張強度が１５０ＭＰａ以上３３０ＭＰａ以下である場合を「良好」、１５０ＭＰａ未満である場合又は３３０ＭＰａを超える場合を「不良」と評価した。各供試材の引張強度を表３に示す。

＜耐熱性＞
各供試材に対して、アルゴン雰囲気又は窒素雰囲気下の管状炉で８００℃で５時間の熱処理を施した後、上記平均結晶粒径の測定方法と同様の方法で、平均結晶粒径を測定した。熱処理後の平均結晶粒径が２００μｍ以下である場合を耐熱性が「良好」、２００μｍを超える場合を耐熱性が「不良」と評価した。各供試材について、熱処理後の平均結晶粒径を表３に示す。一般的に、結晶粒径は、熱処理を高温で長時間行うほど成長する。すなわち、８００℃で５時間の熱処理を行った後に平均結晶粒径が２００μｍ以下である供試材については、７００〜８００℃で１０分以上５時間以内の熱処理を行った場合に、平均結晶粒径が２００μｍ以下であることは自明である。

表１及び表３に示すように、実施例１〜１３では、Ａｌ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｎ及びＣｒからなる群から選択される金属成分の合計含有量が０．１〜２．０ｐｐｍ、銅の含有量が９９．９６ｍａｓｓ％以上である組成を有していた。また、実施例１〜１３では、ＥＢＳＤによる集合組織解析から得られた結晶方位分布関数をオイラー角（φ１、Φ、φ２）で表したとき、φ２＝０°、φ１＝０°、Φ＝０°〜９０°の範囲における方位密度の平均値が３．０以上３５．０未満であり、かつ、φ２＝３５°、φ１＝４５°〜５５°、Φ＝６５°〜８０°の範囲における方位密度の最大値が１．０以上３０．０未満である圧延集合組織を有していた。そのため、ＲＤ方向からＴＤ方向における縦弾性係数の平均値が１１５ＧＰａ以下と低く、引張強度が１５０〜３３０ＭＰａであり、さらに導電率が９５％ＩＡＣＳ以上と高かった。また、８００℃で５時間の熱処理を行った後の平均結晶粒径が２００μｍ以下であったため、結晶粒の成長が抑制されることが分かった。

これに対して、比較例１、２、４、６、８では、Ａｌ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｎ及びＣｒからなる群から選択される金属成分の合計含有量が２．０ｐｐｍを超えており、かつ、φ２＝０°、φ１＝０°、Φ＝０°〜９０°の範囲における方位密度の平均値が３．０未満であった。そのため、ＲＤ方向からＴＤ方向における縦弾性係数の平均値が、それぞれ１１５ＧＰａを超えていた。また、８００℃で５時間の熱処理を行った後の平均結晶粒径が、それぞれ２００μｍを超えていたため、結晶粒の成長がそれぞれ確認された。

比較例３、７では、Ａｌ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｎ及びＣｒからなる群から選択される金属成分の合計含有量がそれぞれ１５０．０ｐｐｍ、１３０．０ｐｐｍと多く、φ２＝０°、φ１＝０°、Φ＝０°〜９０°の範囲における方位密度の平均値がそれぞれ２．３、０．１と低く、かつ、φ２＝３５°、φ１＝４５°〜５５°、Φ＝６５°〜８０°の範囲における方位密度の最大値がそれぞれ３１．０、３７．０と高かった。そのため、ＲＤ方向からＴＤ方向における縦弾性係数の平均値が、それぞれ１３５ＧＰａ、１５０ＧＰａと高かった。また、８００℃で５時間の熱処理を行った後の平均結晶粒径が、それぞれ３６８μｍ、３９９μｍと大きく、結晶粒の成長が確認された。

比較例５では、Ａｌ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｎ及びＣｒからなる群から選択される金属成分の合計含有量が２５０．０ｐｐｍと多く、φ２＝０°、φ１＝０°、Φ＝０°〜９０°の範囲における方位密度の平均値が０．８と低く、かつ、φ２＝３５°、φ１＝４５°〜５５°、Φ＝６５°〜８０°の範囲における方位密度の最大値が３５．０と高かった。そのため、８００℃で５時間の熱処理を行った後の平均結晶粒径が４５６μｍと大きく、結晶粒の成長が確認された。

比較例９では、銅の含有量が９９．００ｍａｓｓ％であり、かつ、φ２＝３５°、φ１＝４５°〜５５°、Φ＝６５°〜８０°の範囲における方位密度の最大値が３１．０と高かった。そのため、導電率が９３．４％ＩＡＣＳと低かった。また、８００℃で５時間の熱処理を行った後の平均結晶粒径が４００μｍと大きく、結晶粒の成長が確認された。

比較例１０、１２、１４、１７では、φ２＝０°、φ１＝０°、Φ＝０°〜９０°の範囲における方位密度の平均値がそれぞれ１．９、２．５、２．９、２．９と低かった。そのため、ＲＤ方向からＴＤ方向における縦弾性係数の平均値が、それぞれ１２９ＧＰａ、１４３ＧＰａ、１５３ＧＰａ、１２８ＧＰａと高かった。また、８００℃で５時間の熱処理を行った後の平均結晶粒径が、それぞれ４０２μｍ、４２０μｍ、４００μｍ、３９９μｍと大きく、結晶粒の成長がそれぞれ確認された。

比較例１１では、φ２＝０°、φ１＝０°、Φ＝０°〜９０°の範囲における方位密度の平均値が４２．５と高かった。そのため、引張強度が１４５ＭＰａと低かった。また、８００℃で５時間の熱処理を行った後の平均結晶粒径が２７５μｍと大きく、結晶粒の成長が確認された。

比較例１３では、φ２＝３５°、φ１＝４５°〜５５°、Φ＝６５°〜８０°の範囲における方位密度の最大値が３９．０と高かった。そのため、ＲＤ方向からＴＤ方向における縦弾性係数の平均値が１６５ＧＰａと高く、引張強度も３８５ＭＰａと高かった。また、８００℃で５時間の熱処理を行った後の平均結晶粒径が４３５μｍと大きく、結晶粒の成長が確認された。

比較例１５では、φ２＝３５°、φ１＝４５°〜５５°、Φ＝６５°〜８０°の範囲における方位密度の最大値が３１．０と高かった。そのため、ＲＤ方向からＴＤ方向における縦弾性係数の平均値が１２９ＧＰａと高かった。また、８００℃で５時間の熱処理を行った後の平均結晶粒径が３８０μｍと大きく、結晶粒の成長が確認された。

比較例１６では、φ２＝０°、φ１＝０°、Φ＝０°〜９０°の範囲における方位密度の平均値が２．７と低く、かつ、φ２＝３５°、φ１＝４５°〜５５°、Φ＝６５°〜８０°の範囲における方位密度の最大値が３２．０と高かった。そのため、ＲＤ方向からＴＤ方向における縦弾性係数の平均値が１３０ＧＰａと高かった。また、８００℃で５時間の熱処理を行った後の平均結晶粒径が４３２μｍと大きく、結晶粒の成長が確認された。

以上より、本発明の銅板材は、圧延方向から板幅方向にかけて連続的に縦弾性係数が低く、さらに引張強度及び導電率に優れている。また、本発明の銅板材は、高温で熱処理を行った際に結晶粒の成長が抑制されるため、セラミック基板と接合した場合に、セラミック基板との接合部分において剥離等が生じにくい。したがって、本発明の銅板材は銅板付き絶縁基板用として優れている。

Claims (6)

1. Ａｌ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｎ及びＣｒからなる群から選択される金属成分の合計含有量が０．１〜２．０ｐｐｍ、銅の含有量が９９．９６ｍａｓｓ％以上である組成を有し、かつ、ＥＢＳＤによる集合組織解析から得られた結晶方位分布関数をオイラー角（φ１、Φ、φ２）で表したとき、φ２＝０°、φ１＝０°、Φ＝０°〜９０°の範囲における方位密度の平均値が３．０以上３５．０未満であり、かつ、φ２＝３５°、φ１＝４５°〜５５°、Φ＝６５°〜８０°の範囲における方位密度の最大値が１．０以上３０．０未満である圧延集合組織を有することを特徴とする銅板付き絶縁基板用銅板材。
2. 前記銅の含有量が９９．９９ｍａｓｓ％以上であり、かつ、縦弾性係数の平均値が１１５ＧＰａ以下であり、前記縦弾性係数は圧延方向、板幅方向、及びこれらの間の方向で測定される、請求項１に記載の銅板付き絶縁基板用銅板材。
3. 平均結晶粒径が３μｍ〜１００μｍである、請求項１又は２に記載の銅板付き絶縁基板用銅板材。
4. ７００〜８００℃で１０分〜５時間の熱履歴を受けた状態で、平均結晶粒径が５０μｍ〜２００μｍである、請求項１から３までのいずれか１項に記載の銅板付き絶縁基板用銅板材。
5. 引張強度が１５０〜３３０ＭＰａであり、かつ、導電率が９５％ＩＡＣＳ以上である、請求項１から４までのいずれか１項に記載の銅板付き絶縁基板用銅板材。
6. 請求項１から５までのいずれか１項に記載の銅板付き絶縁基板用銅板材の製造方法であって、
   前記組成を有する銅素材を鋳造して得られた鋳塊に対して均質化熱処理を行う均質化熱処理工程と、
   該均質化熱処理工程後に、熱間圧延を行う熱間圧延工程と、
   該熱間圧延工程後に、冷却を行う冷却工程と、
   該冷却工程後の被圧延材の両面を面削する面削工程と、
   該面削工程後に、総加工率が７５％以上である冷間圧延を行う第１冷間圧延工程と、
   該第１冷間圧延工程後に、昇温速度が１〜１００℃／秒、到達温度が１００〜５００℃、保持時間が１〜９００秒、かつ、冷却速度が１〜５０℃／秒である条件で熱処理を施す第１焼鈍工程と、
   該第１焼鈍工程後に、総加工率が６０〜９５％である冷間圧延を行う第２冷間圧延工程と、
   該第２冷間圧延工程後に、昇温速度が１０〜１００℃／秒、到達温度が２００〜５５０℃、保持時間が１０〜３６００秒、かつ、冷却速度が１０〜１００℃／秒である条件で熱処理を施す第２焼鈍工程と、
   該第２焼鈍工程後に、さらなる圧延を行う仕上げ圧延工程と、
   該仕上げ圧延工程後に、最終熱処理を施す最終焼鈍工程と、
   該最終焼鈍工程後に、酸洗及び研磨を行う表面酸化膜除去工程と、
   を含む、銅板付き絶縁基板用銅板材の製造方法。

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