JP7473066B2 - Pure copper materials, insulating substrates, electronic devices - Google Patents
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Description
本発明は、ヒートシンクや厚銅回路等の電気・電子部品に適した純銅材であって、特にパワー半導体などが搭載される絶縁基板に用いられる純銅材、この純銅材を用いた絶縁基板、電子デバイスに関するものである。 The present invention relates to a pure copper material suitable for electrical and electronic components such as heat sinks and thick copper circuits, and in particular to a pure copper material used for insulating substrates on which power semiconductors and the like are mounted, as well as insulating substrates and electronic devices that use this pure copper material.
従来、ヒートシンクや厚銅回路等の電気・電子部品には、導電性の高い純銅材が用いられている。
最近では、電気・電子機器用部品に用いられる電流量の増大にともない、抵抗発熱が問題となっている。
半導体装置等の電子デバイスにおいては、例えば、セラミックス基板に純銅材を接合し、上述のヒートシンクや厚銅回路を構成した絶縁基板等が用いられている。
Conventionally, pure copper materials with high electrical conductivity have been used for electric and electronic components such as heat sinks and thick copper circuits.
Recently, resistance heating has become a problem as the amount of current used in electrical and electronic equipment components increases.
In electronic devices such as semiconductor devices, for example, insulating substrates in which a pure copper material is bonded to a ceramic substrate to form the above-mentioned heat sink or thick copper circuit are used.
セラミックス基板と純銅材を接合する際には、高温雰囲気中で加圧処理を行うため、純銅材の結晶粒径の粗大化や不均一な成長によって、接合不良や外観不良、検査工程での不具合を起こすことがある。
この問題点を解決するために、純銅材には、熱処理後においても、結晶粒径の変化が少なく、かつその大きさが均一であることが求められている。
When joining a ceramic substrate and pure copper material, pressure treatment is performed in a high-temperature atmosphere, which can cause the crystal grain size of the pure copper material to become coarse or grow unevenly, resulting in poor joining, poor appearance, and problems during the inspection process.
In order to solve this problem, pure copper materials are required to have small changes in crystal grain size and to have uniform size even after heat treatment.
そこで、例えば特許文献1,2には、純銅材において結晶粒の成長を抑制する技術が提案されている。
この特許文献1においては、Sを0.0006~0.0015wt%含有することにより、再結晶温度以上で熱処理しても、一定の大きさの結晶粒に調整可能であると記載されている。
Therefore, for example,
This patent document describes that by including 0.0006 to 0.0015 wt % of S, it is possible to adjust the crystal grains to a constant size even when heat-treated at a temperature equal to or higher than the recrystallization temperature.
ところで、特許文献1,2においては、組成を規定することによって結晶粒の粗大化を抑制する構成とされているが、熱処理条件等によっては、結晶粒の粗大化や結晶粒径のバラつきを十分に抑制することができないおそれがあった。
特に、セラミックス基板と銅板とを強固に接合する際には、セラミックス基板と銅板とを積層方向に一定の圧力で加圧した状態で高温の熱処理を行うことになる。このとき、純銅板においては、結晶粒が不均一に成長し易く、結晶粒の粗大化や不均一な成長によって、接合不良や外観不良、検査工程での不具合を起こすことがある。
Incidentally, in
In particular, when a ceramic substrate and a copper plate are firmly bonded to each other, a high-temperature heat treatment is performed while the ceramic substrate and the copper plate are pressed together with a constant pressure in the lamination direction. In this case, crystal grains in the pure copper plate tend to grow unevenly, and the coarsening and uneven growth of crystal grains can cause poor bonding, poor appearance, and problems during the inspection process.
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、熱処理後においても結晶組織の変化が少なく、かつ、結晶粒径のバラつきが抑制されて均一な結晶組織を得ることができる純銅材、この純銅材を用いた絶縁基板、電子デバイスを提供することを目的とする。 This invention was made in consideration of the above-mentioned circumstances, and aims to provide a pure copper material that has little change in crystal structure even after heat treatment, and that can obtain a uniform crystal structure with suppressed variation in crystal grain size, as well as an insulating substrate and an electronic device that use this pure copper material.
この課題を解決するために、本発明者らが鋭意検討した結果、接合の熱処理時の結晶粒の粗大化を抑制するためには、材料の高温硬度を一定の範囲に制御することが重要であることが明らかとなった。
通常、高温では銅材の材料強度は常温に比べて著しく低い状態となる。この高温での材料強度が低すぎると、セラミックスと銅材の間の線膨張係数の差によるひずみ導入が促進されてしまい、結晶粒の成長の駆動力となるひずみがより大きく導入されてしまうおそれがある。また、高温での強度が高すぎると、セラミックスに対して応力を付与してしまうため、絶縁基板の熱信頼性を低下させてしまう。そのため、高温での強度(硬度)を制御することが重要であることが明らかとなった。
In order to solve this problem, the inventors conducted extensive research and discovered that in order to suppress coarsening of crystal grains during heat treatment for joining, it is important to control the high-temperature hardness of the material within a certain range.
Normally, the material strength of copper material is significantly lower at high temperatures than at room temperature. If the material strength at high temperatures is too low, the difference in linear expansion coefficient between the ceramic and the copper material will promote the introduction of strain, which may lead to the introduction of greater strain that drives the growth of crystal grains. Furthermore, if the strength at high temperatures is too high, it will impart stress to the ceramic, reducing the thermal reliability of the insulating substrate. Therefore, it has become clear that it is important to control the strength (hardness) at high temperatures.
本発明は、上述の知見に基づいてなされたものであって、本発明の態様1の純銅材は、Cuの含有量が99.96mass%以上とされ、Ca,Ba,Sr,Zr,Hf,Y,Sc,La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Luから選択される1種又は2種以上のA群元素、および、O,S,Se,Teから選択される1種又は2種以上のB群元素の両方を合計量で10massppm以上300massppm以下の範囲内で含有し、前記A群元素の合計含有量Amassppmと前記B群元素の合計含有量Bmassppmとの比A/Bが1.0超えであり、圧延面における平均結晶粒径が15μm以上であり、850℃における高温ビッカース硬度が4.0HV以上10.0HV以下であることを特徴としている。
The present invention has been made based on the above findings, and a pure copper material according to an
本発明の態様1の純銅材によれば、Cuの含有量が99.96mass%以上とされ、Ca,Ba,Sr,Zr,Hf,Y,Sc,La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Luから選択される1種又は2種以上のA群元素、および、O,S,Se,Teから選択される1種又は2種以上のB群元素の両方を合計量で10massppm以上300massppm以下の範囲内で含有しているので、導電性及び放熱性に特に優れるとともに、高温での結晶粒の成長を抑制でき、大電流用途の電子・電気機器用部品の素材として特に適している。
また、圧延面における平均結晶粒径が15μm以上とされているので、熱処理時における再結晶の進行を抑制でき、結晶粒の粗大化や組織の不均一化を抑えることが可能となる。
さらに、850℃における高温ビッカース硬度が4.0HV以上10.0HV以下の範囲内とされていることから、セラミックスと銅材の間の線膨張係数の差によるひずみ導入を抑制し、結晶粒の成長の駆動力となるひずみの導入を抑制することができる。
また、前記A群元素の合計含有量Amassppmと前記B群元素の合計含有量Bmassppmとの比A/Bが1.0超えとされているので、A群元素とB群元素とが反応することを抑制でき、前記A群元素および前記B群元素のいずれか一方または両方とCuとからなる化合物を確実に形成することができ、化合物のピン止め効果によって、熱処理時における結晶粒の成長をさらに確実に抑制することが可能となる。
According to the pure copper material of
In addition, since the average crystal grain size on the rolled surface is set to 15 μm or more, the progress of recrystallization during heat treatment can be suppressed, making it possible to suppress coarsening of crystal grains and non-uniformity of the structure.
Furthermore, since the high-temperature Vickers hardness at 850°C is within the range of 4.0 HV or more and 10.0 HV or less, the introduction of strain due to the difference in linear expansion coefficient between the ceramic and the copper material can be suppressed, and the introduction of strain that serves as the driving force for the growth of crystal grains can be suppressed.
In addition, since the ratio A/B of the total content A ppm of the A group elements to the total content B ppm of the B group elements is set to be more than 1.0, it is possible to suppress the reaction between the A group elements and the B group elements, and it is possible to reliably form a compound consisting of either or both of the A group elements and the B group elements and Cu, and it is possible to further reliably suppress the growth of crystal grains during heat treatment due to the pinning effect of the compound.
本発明の態様2は、態様1の純銅材において、前記A群元素および前記B群元素のいずれか一方または両方とCuとからなる化合物が存在することを特徴としている。
本発明の態様2の純銅材によれば、前記A群元素及び前記B群元素のいずれか一方または両方とCuとからなる化合物が存在しているので、高温での結晶粒の成長を抑制でき、熱処理後においても結晶組織の変化がさらに少なく、かつ、さらに均一な結晶組織を得ることが可能となる。
A second aspect of the present invention is characterized in that in the pure copper material of the first aspect, a compound consisting of either or both of the A group element and the B group element and Cu is present.
According to the pure copper material of
本発明の態様3は、態様2の純銅材において、前記化合物の個数密度が1.0×10-4個/μm2以上であることを特徴としている。
本発明の態様3の純銅材によれば、前記化合物の個数密度が1.0×10-4個/μm2以上とされているので、化合物のピン止め効果によって、熱処理時における結晶粒の成長をさらに確実に抑制することが可能となる。
A third aspect of the present invention is characterized in that in the pure copper material of the second aspect, the number density of the compounds is 1.0×10 −4 /μm 2 or more.
According to the pure copper material of
本発明の態様4は、態様1から態様3のいずれか一つの純銅材において、前記高温ビッカース硬度の標準偏差の値が1.0HV以下であることを特徴としている。
本発明の態様4の純銅材によれば、高温ビッカース硬度の標準偏差の値が1.0HV以下とされているので、高温硬度のばらつきが小さく、局所的な変形を抑制することができる。
A fourth aspect of the present invention is characterized in that in the pure copper material according to any one of the first to third aspects , the standard deviation of the high temperature Vickers hardness is 1.0 HV or less.
According to the pure copper material of aspect 4 of the present invention, the standard deviation of the high-temperature Vickers hardness is set to 1.0 HV or less, so that the variation in high-temperature hardness is small and local deformation can be suppressed.
本発明の態様5は、態様1から態様4のいずれか一つの純銅材において、Pの含有量が3.00massppm以下であることを特徴としている。
本発明の態様5の純銅材によれば、Pの含有量が3.00massppm以下とされているので、不純物として含まれる酸素を無害化できるとともに、A群元素およびB群元素の結晶粒成長抑制効果(結晶粒の成長を抑制する効果)を十分に作用させることができる。Pの含有量が0massppm以上0.01massppm未満の場合、前記作用効果は乏しい。
A fifth aspect of the present invention is characterized in that, in the pure copper material according to any one of the first to fourth aspects , the P content is 3.00 mass ppm or less.
According to the pure copper material of the fifth aspect of the present invention, the P content is 3.00 mass ppm or less, so that oxygen contained as an impurity can be rendered harmless, and the grain growth suppression effect (the effect of suppressing the growth of grains) of the A group elements and the B group elements can be fully exerted. When the P content is 0 mass ppm or more and less than 0.01 mass ppm, the above-mentioned effect is poor.
本発明の態様6は、態様1から態様5のいずれか一つの純銅材において、Ag,Fe,Pbから選択される一種または二種以上を合計量で50.0massppm以下含むことを特徴としている。
本発明の態様6の純銅材によれば、Ag,Fe,Pbから選択される一種または二種以上を合計量で50.0massppm以下含有しているので、銅の母相中にAg,Fe,Pbが固溶することにより、熱処理時における結晶粒の成長をさらに抑制することができる。Ag,Fe,Pbから選択される一種または二種以上の合計量が0massppm以上5.0massppm未満の場合、前記作用効果は乏しい。
A sixth aspect of the present invention is characterized in that the pure copper material according to any one of the first to fifth aspects contains one or more elements selected from Ag, Fe and Pb in a total amount of 50.0 mass ppm or less.
According to the pure copper material of the sixth aspect of the present invention, one or more selected from Ag, Fe, and Pb are contained in a total amount of 50.0 mass ppm or less, so that Ag, Fe, and Pb are dissolved in the copper matrix, and the growth of crystal grains during heat treatment can be further suppressed. When the total amount of one or more selected from Ag, Fe, and Pb is 0 mass ppm or more and less than 5.0 mass ppm, the above-mentioned effect is poor.
本発明の態様7の絶縁基板は、セラミックス基板と、前記セラミックス基板の一方の面に接合された銅板と、を備え、前記銅板が態様1から態様6のいずれか一つの純銅材で構成されていることを特徴としている。
本発明の態様7の絶縁基板によれば、セラミックス基板に接合される銅板が、態様1から態様6のいずれか一つの純銅材で構成されているので、接合時における結晶粒の成長が抑制され、均一な結晶組織を有しており、安定して使用することができる。
The insulating substrate of aspect 7 of the present invention comprises a ceramic substrate and a copper plate bonded to one surface of the ceramic substrate, and is characterized in that the copper plate is made of any one of the pure copper materials of
According to the insulating substrate of aspect 7 of the present invention, the copper plate to be joined to the ceramic substrate is made of any one of the pure copper materials of
本発明の態様8の電子デバイスは、態様7の絶縁基板と、前記絶縁基板に搭載された電子部品とを有することを特徴としている。
本発明の態様8の電子デバイスによれば、態様7の絶縁基板を備えているので、銅板が均一な結晶組織を有しており、安定して使用することができる。
An electronic device according to an eighth aspect of the present invention is characterized by comprising the insulating substrate according to the seventh aspect and an electronic component mounted on the insulating substrate.
According to the electronic device of
本発明によれば、熱処理後においても結晶組織の変化が少なく、かつ、結晶粒径のバラつきが抑制されて均一な結晶組織を得ることができる純銅材、この純銅材を用いた絶縁基板、電子デバイスを提供することができる。 The present invention provides a pure copper material that exhibits minimal changes in crystal structure even after heat treatment, suppresses variation in crystal grain size, and provides a uniform crystal structure, as well as an insulating substrate and an electronic device that use this pure copper material.
以下に、本発明の一実施形態である純銅材、絶縁基板、電子デバイスについて説明する。
本実施形態である純銅材は、ヒートシンクや厚銅回路等の電気・電子部品の素材として用いられるものであり、前述の電気・電子部品を成形する際に、純銅材は、例えばセラミックス基板に接合され、絶縁基板を構成するものである。
Hereinafter, a pure copper material, an insulating substrate, and an electronic device according to an embodiment of the present invention will be described.
The pure copper material of this embodiment is used as a material for electric/electronic components such as heat sinks and thick copper circuits, and when forming the aforementioned electric/electronic components, the pure copper material is bonded to, for example, a ceramic substrate to form an insulating substrate.
図1に、本発明の実施形態である絶縁基板10及びこの絶縁基板10を用いた電子デバイス1を示す。
本実施形態である電子デバイス1は、本実施形態である絶縁基板10と、この絶縁基板10の一方側(図1において上側)に第1はんだ層2を介して接合された電子部品3と、絶縁基板10の他方側(図1において下側)に第2はんだ層8を介して接合されたヒートシンク51と、を備えている。
なお、本実施形態では、電子部品3がパワー半導体素子とされており、電子デバイス1はパワーモジュールとされている。
FIG. 1 shows an
The
In this embodiment, the
絶縁基板10は、セラミックス基板11と、このセラミックス基板11の一方の面(図1において上面)に配設された回路層12と、セラミックス基板11の他方の面(図1において下面)に配設された金属層13とを備えている。
セラミックス基板11は、回路層12と金属層13との間の電気的接続を防止するものである。
The
The
回路層12は、セラミックス基板11の一方の面に銅板が接合されることにより形成されている。この回路層12には、回路パターンが形成されており、その一方の面(図1において上面)が、電子部品3が搭載される搭載面されている。
金属層13は、セラミックス基板11の他方の面に銅板が接合されることにより形成されている。この金属層13は、電子部品3からの熱をヒートシンク51へと効率良く伝達させる作用効果を有するものである。
The
The
なお、回路層12となる銅板とセラミックス基板11、および、金属層13となる銅板とセラミックス基板11は、例えば、DBC法、AMB法等の既存の接合方法によって接合されている。
ここで、接合時の温度は、例えば750℃以上の高温条件となり、回路層12および金属層13において結晶粒の粗大化が生じるおそれがある。
The copper plate that forms the
Here, the temperature during bonding is a high temperature condition of, for example, 750° C. or more, and there is a risk that crystal grains in the
そこで、本実施形態においては、回路層12となる銅板、および、金属層13となる銅板が、本実施形態である純銅材で構成されている。
Therefore, in this embodiment, the copper plate that becomes the
本実施形態である純銅材は、Cuの含有量が99.96mass%以上とされており、Ca,Ba,Sr,Zr,Hf,Y,Sc,La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Luから選択される1種又は2種以上のA群元素、および、O,S,Se,Teから選択される1種又は2種以上のB群元素のいずれか一方又は両方を合計量で10massppm以上300massppm以下の範囲内で含有する。
なお、本実施形態である純銅材においては、A群元素およびB群元素の両方を含有し、A群元素の合計含有量AmassppmとB群元素の合計含有量Bmassppmとの比A/Bが1.0超えであることが好ましい。
The pure copper material of this embodiment has a Cu content of 99.96 mass% or more, and contains one or more A group elements selected from Ca, Ba, Sr, Zr, Hf, Y, Sc, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu, and one or more B group elements selected from O, S, Se, and Te in a total amount of 10 mass ppm or more and 300 mass ppm or less.
In addition, the pure copper material of this embodiment preferably contains both group A elements and group B elements, and the ratio A/B of the total content A mass ppm of the group A elements to the total content B mass ppm of the group B elements is preferably greater than 1.0.
また、本実施形態である純銅材においては、Pの含有量が3.00massppm以下とされていてもよい。
さらに、本実施形態である純銅材においては、Ag,Fe,Pbから選択される一種または二種以上を合計量で50.0massppm以下含んでいてもよい。
In the pure copper material of this embodiment, the P content may be 3.00 mass ppm or less.
Furthermore, the pure copper material of this embodiment may contain one or more elements selected from Ag, Fe, and Pb in a total amount of 50.0 mass ppm or less.
そして、本実施形態である純銅材においては、圧延面における平均結晶粒径が15μm以上であり、850℃における高温ビッカース硬度が4.0HV以上10.0HV以下の範囲内とされている。
なお、本実施形態である純銅材においては、上述の高温ビッカース硬度の標準偏差の値が1.0HV以下であることが好ましい。
In the pure copper material of this embodiment, the average crystal grain size on the rolled surface is 15 μm or more, and the high-temperature Vickers hardness at 850° C. is in the range of 4.0 HV to 10.0 HV.
In the pure copper material of this embodiment, it is preferable that the standard deviation of the above-mentioned high-temperature Vickers hardness is 1.0 HV or less.
また、本実施形態である純銅材においては、前記A群元素および前記B群元素のいずれか一方または両方とCuとからなる化合物が存在していることが好ましい。さらに、この化合物の個数密度が1×10-4個/μm2以上であることが好ましい。 In the pure copper material of this embodiment, it is preferable that a compound consisting of either one or both of the A group element and the B group element and Cu is present. Furthermore, it is preferable that the number density of this compound is 1×10 −4 pieces/μm 2 or more.
ここで、本実施形態である純銅材において、上述のようにCuの含有量、平均結晶粒径、高温ビッカース硬度、各種元素の含有量、化合物を規定した理由について、以下に説明する。 Here, the reasons for specifying the Cu content, average crystal grain size, high-temperature Vickers hardness, content of various elements, and compounds in the pure copper material of this embodiment as described above will be explained below.
(Cuの含有量:99.96mass%以上)
大電流用途の電気・電子部品においては、通電時の発熱を抑制するために、導電性及び放熱性に優れていることが要求されており、導電性及び放熱性に特に優れた純銅を用いることが好ましい。
そこで、本実施形態である純銅材においては、Cuの純度を99.96mass%以上に規定している。なお、Cuの純度は99.965mass%以上であることが好ましく、99.97mass%以上であることがさらに好ましい。また、Cuの純度の上限に特に制限はないが、99.999mass%を超える場合には、特別な精錬工程が必要となり、製造コストが大幅に増加するため、99.999mass%以下とすることが好ましい。
(Cu content: 99.96 mass% or more)
Electrical and electronic components for large current applications are required to have excellent electrical conductivity and heat dissipation properties in order to suppress heat generation when electricity is passed through them, and it is preferable to use pure copper, which has particularly excellent electrical conductivity and heat dissipation properties.
Therefore, in the pure copper material of this embodiment, the purity of Cu is specified to be 99.96 mass% or more. The purity of Cu is preferably 99.965 mass% or more, and more preferably 99.97 mass% or more. There is no particular upper limit on the purity of Cu, but if it exceeds 99.999 mass%, a special refining process is required, and the manufacturing cost increases significantly, so it is preferably 99.999 mass% or less.
(圧延面における平均結晶粒径:15μm以上)
本実施形態である純銅材において、圧延面における結晶粒の粒径が微細であると、この純銅材を例えば800℃以上に加熱した際に、再結晶が進行しやすく、結晶粒の成長、組織の不均一化が促進されてしまうおそれがある。
このため、本実施形態である純銅材においては、熱処理時における結晶粒の粗大化や組織の不均一化を抑制するために、圧延面における平均結晶粒径を15μm以上としている。
なお、熱処理時における結晶粒の粗大化をさらに抑制するためには、圧延面における平均結晶粒径は、30μm以上であることがさらに好ましく、35μm以上であることがより好ましく、40μm以上であることがより一層好ましい。また、圧延面における平均結晶粒径は、300μm以下であることが好ましく、275μm以下であることがさらに好ましく、250μm以下であることがより好ましい。
(Average grain size on rolled surface: 15 μm or more)
In the pure copper material of this embodiment, if the grain size of the crystal grains on the rolled surface is fine, when this pure copper material is heated to, for example, 800°C or higher, recrystallization is likely to proceed, and there is a risk that the growth of the crystal grains and the non-uniformity of the structure will be promoted.
For this reason, in the pure copper material of this embodiment, the average crystal grain size on the rolled surface is set to 15 μm or more in order to suppress the coarsening of crystal grains and the non-uniformity of the structure during heat treatment.
In order to further suppress the coarsening of crystal grains during heat treatment, the average crystal grain size on the rolled surface is preferably 30 μm or more, more preferably 35 μm or more, and even more preferably 40 μm or more. The average crystal grain size on the rolled surface is preferably 300 μm or less, more preferably 275 μm or less, and even more preferably 250 μm or less.
(850℃における高温ビッカース硬度:4.0HV以上10.0HV以下)
本実施形態である純銅材において、温度が上昇するにつれて機械的性質は顕著に低下する。高温状態では、外力により、容易に変形が局所的に集中してしまう。そのため、高温での硬度を高くすることにより、変形を分散させることができる。一方、高温での硬度が高すぎると、接合したセラミックス基板11に対して大きな応力が付与されるおそれがあり、絶縁基板10の信頼性が低下するおそれがある。
そこで、本実施形態では、850℃における高温ビッカース硬度を4.0HV以上10.0HV以下の範囲内としている。
なお、850℃における高温ビッカース硬度は、4.25HV以上であることが好ましく、4.5HV以上であることがより好ましい。また、850℃における高温ビッカース硬度は、9.9HV以下であることが好ましく、9.8HV以下であることがより好ましい。
(High temperature Vickers hardness at 850°C: 4.0HV to 10.0HV)
In the pure copper material of this embodiment, the mechanical properties decrease significantly as the temperature increases. At high temperatures, deformation is easily concentrated locally due to external forces. Therefore, by increasing the hardness at high temperatures, the deformation can be dispersed. On the other hand, if the hardness at high temperatures is too high, a large stress may be applied to the bonded
Therefore, in this embodiment, the high-temperature Vickers hardness at 850° C. is set to be within the range of 4.0 HV to 10.0 HV.
The high-temperature Vickers hardness at 850° C. is preferably 4.25 HV or more, and more preferably 4.5 HV or more. The high-temperature Vickers hardness at 850° C. is preferably 9.9 HV or less, and more preferably 9.8 HV or less.
(850℃における高温ビッカース硬度の標準偏差の値:1.0HV以下)
本実施形態である純銅材において、高温ビッカース硬度のバラつきが大きいと、局所的な変形が起こりやすくなる。
そこで、本実施形態では、850℃における高温ビッカース硬度の標準偏差の値を1.0HV以下とすることが好ましい。
なお、850℃における高温ビッカース硬度の標準偏差の値は、0.90HV以下であることがより好ましく、0.80HV以下であることがさらに好ましく、0.70HVであることがより一層好ましい。また、850℃における高温ビッカース硬度の標準偏差の値は、0.05以上であることが好ましく、0.075以上であることがさらに好ましく、0.10以上であることがより好ましい。
(Standard deviation of high temperature Vickers hardness at 850°C: 1.0 HV or less)
In the pure copper material of this embodiment, if there is a large variation in high-temperature Vickers hardness, local deformation is likely to occur.
Therefore, in this embodiment, it is preferable that the standard deviation value of the high-temperature Vickers hardness at 850° C. is set to 1.0 HV or less.
The standard deviation value of the high-temperature Vickers hardness at 850° C. is more preferably 0.90 HV or less, even more preferably 0.80 HV or less, and even more preferably 0.70 HV. The standard deviation value of the high-temperature Vickers hardness at 850° C. is preferably 0.05 or more, even more preferably 0.075 or more, and even more preferably 0.10 or more.
(A群元素及びB群元素のいずれか一方又は両方の合計含有量:10massppm以上300massppm以下)
A群元素(Ca,Ba,Sr,Zr,Hf,Y,Sc,La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu)およびB群元素(O,S,Se,Te)は、Cuに対する固溶限が非常に小さく、Cuとともに化合物を形成する。このため、A群元素およびB群元素のいずれか一方又は両方の添加により、高温でも安定な化合物が形成されることになる。また、この化合物はCuを含むため、熱伝導率を大きく下げるおそれがない。よって、A群元素およびB群元素のいずれか一方又は両方を添加することにより、高温で安定な化合物を生成し、高温での結晶粒界の移動を抑制し、結晶粒の成長を抑制することが可能となる。また、化合物が存在しているので、熱処理後においても結晶組織の変化がさらに少なく、かつ、さらに均一な結晶組織を得ることが可能となる。一方、A群元素およびB群元素のいずれか一方又は両方を多量に含有すると、製造性に悪影響を与えてしまうおそれがあった。
このため、本実施形態では、A群元素及びB群元素のいずれか一方又は両方の合計含有量を10massppm以上300massppm以下の範囲内に設定している。
なお、A群元素及びB群元素のいずれか一方又は両方の合計含有量は、15massppm以上であることが好ましく、20massppm以上であることがより好ましい。また、A群元素及びB群元素のいずれか一方又は両方の合計含有量は290massppm以下であることが好ましく、280massppm以下であることがより好ましい。
(Total content of either or both of group A elements and group B elements: 10 mass ppm or more and 300 mass ppm or less)
A group elements (Ca, Ba, Sr, Zr, Hf, Y, Sc, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) and B group elements (O, S, Se, Te) have a very small solid solubility limit in Cu and form a compound with Cu. Therefore, by adding either one or both of the A group elements and the B group elements, a compound stable even at high temperatures is formed. In addition, since this compound contains Cu, there is no risk of significantly lowering the thermal conductivity. Therefore, by adding either one or both of the A group elements and the B group elements, a compound stable at high temperatures is generated, and it is possible to suppress the movement of the crystal grain boundary at high temperatures and suppress the growth of the crystal grains. In addition, since the compound is present, the change in the crystal structure is even less even after heat treatment, and it is possible to obtain a more uniform crystal structure. On the other hand, if either one or both of the A group elements and the B group elements are contained in a large amount, there is a risk that it will have a negative effect on the manufacturability.
For this reason, in this embodiment, the total content of either or both of the A group elements and the B group elements is set to a range of 10 ppm by mass or more and 300 ppm by mass or less.
The total content of either or both of the A group elements and the B group elements is preferably 15 mass ppm or more, more preferably 20 mass ppm or more, and the total content of either or both of the A group elements and the B group elements is preferably 290 mass ppm or less, more preferably 280 mass ppm or less.
(A群元素の合計含有量AとB群元素の合計含有量Bとの比A/B:1.0超え)
A群元素(Ca,Ba,Sr,Zr,Hf,Y,Sc,La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu)およびB群元素(O,S,Se,Te)は、互いに反応性が高いことから、A群元素とB群元素が互いの反応によって消費されてしまう。
そこで、前記A群元素および前記B群元素のいずれか一方または両方とCuとからなる化合物を十分に形成するためには、A群元素の合計含有量AとB群元素の合計含有量Bとの比A/Bを1.0超えとすることが好ましい。
なお、A群元素の合計含有量AとB群元素の合計含有量Bとの比A/Bは、1.5超えであることがより好ましく、2.0超えであることがさらに好ましい。また、比A/Bは、100以下であることが好ましく、75以下であることがさらに好ましく、50以下であることがより好ましい。
(The ratio A/B of the total content A of group A elements to the total content B of group B elements is greater than 1.0)
Group A elements (Ca, Ba, Sr, Zr, Hf, Y, Sc, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) and group B elements (O, S, Se, Te) are highly reactive with each other, so group A elements and group B elements are consumed by reaction with each other.
Therefore, in order to sufficiently form a compound consisting of Cu and either or both of the A group elements and the B group elements, it is preferable that the ratio A/B of the total content A of the A group elements to the total content B of the B group elements is more than 1.0.
The ratio A/B of the total content A of the A group elements to the total content B of the B group elements is more preferably more than 1.5, and even more preferably more than 2.0. The ratio A/B is preferably 100 or less, more preferably 75 or less, and even more preferably 50 or less.
(前記A群元素および前記B群元素のいずれか一方または両方とCuとからなる化合物の個数密度:1.0×10-4個/μm2以上)
前記A群元素および前記B群元素のいずれか一方または両方とCuとからなる化合物は、上述のように、高温での安定性が高い。このため、熱処理時において、この化合物のピン止め効果により、結晶粒の成長を十分に抑制することが可能となる。
そこで、本実施形態においては、前記A群元素および前記B群元素のいずれか一方または両方とCuとからなる化合物の個数密度を1.0×10-4個/μm2以上とすることが好ましい。なお、前記A群元素および前記B群元素のいずれか一方または両方とCuとからなる化合物の個数密度は、2.5×10-4個/μm2以上とすることがより好ましく、5.0×10-4個/μm2以上とすることがさらに好ましい。また、前記A群元素および前記B群元素のいずれか一方または両方とCuとからなる化合物の個数密度は、1000×10-4個/μm2以下とすることが好ましく、900×10-4個/μm2以下とすることがさらに好ましく、800×10-4個/μm2以下とすることがより好ましい。
(Number density of compounds consisting of either or both of the A group element and the B group element and Cu: 1.0 × 10-4 pieces/ μm2 or more)
As described above, the compound consisting of Cu and either one or both of the A group element and the B group element has high stability at high temperatures, and therefore, during heat treatment, the pinning effect of this compound makes it possible to sufficiently suppress the growth of crystal grains.
Therefore, in this embodiment, the number density of the compound consisting of either or both of the A group element and the B group element and Cu is preferably 1.0×10 −4 pieces/μm 2 or more. The number density of the compound consisting of either or both of the A group element and the B group element and Cu is more preferably 2.5×10 −4 pieces/μm 2 or more, and even more preferably 5.0×10 −4 pieces/μm 2 or more. The number density of the compound consisting of either or both of the A group element and the B group element and Cu is preferably 1000×10 −4 pieces/μm 2 or less, more preferably 900×10 −4 pieces/μm 2 or less, and even more preferably 800×10 −4 pieces/μm 2 or less.
(P:3.00massppm以下)
Pは、銅中の酸素を無効化する元素として広く用いられている。しかしながら、Pを一定以上含有する場合には、酸素だけではなく、結晶粒界に存在する結晶粒成長抑制元素(結晶粒の成長を抑制する元素)の作用を阻害する。このため、高温に加熱した際に、結晶粒の成長を抑制する元素が十分に作用せず、結晶粒の粗大化及び不均一化が発生するおそれがある。
そこで、本実施形態においては、Pの含有量を3.00massppm以下とすることが好ましい。
なお、Pの含有量の下限は、0.01massppm以上とすることが好ましい。Pの含有量の上限は、2.50massppm以下とすることが好ましく、2.00massppm以下とすることがさらに好ましい。
(P: 3.00 mass ppm or less)
P is widely used as an element that neutralizes oxygen in copper. However, when P is contained at a certain level or more, it inhibits not only oxygen but also the action of grain growth inhibitors (elements that inhibit grain growth) present at grain boundaries. Therefore, when heated to high temperatures, the elements that inhibit grain growth do not function sufficiently, and there is a risk that the grains will become coarse and uneven.
Therefore, in this embodiment, the P content is preferably set to 3.00 mass ppm or less.
The lower limit of the P content is preferably 0.01 ppm by mass or more, and the upper limit of the P content is preferably 2.50 ppm by mass or less, and more preferably 2.00 ppm by mass or less.
(Ag,Fe,Pbから選択される一種または二種以上の合計含有量:50.0massppm以下)
Ag,Fe,Pbは銅母相中への固溶によって結晶粒の粗大化を抑制する作用を有する元素である。一方、Ag,Fe,Pbを多く含む場合には、製造コストの増加や導電率の低下が懸念される。
このため、本実施形態においては、Ag,Fe,Pbから選択される一種または二種以上の合計含有量を50.0massppm以下とすることが好ましい。
なお、Ag,Fe,Pbから選択される一種または二種以上の合計含有量の下限は、5.0massppm以上であることが好ましく、6.0massppm以上であることがさらに好ましく、7.0massppm以上であることがより好ましい。一方、Ag,Fe,Pbから選択される一種または二種以上の合計含有量は、40.0massppm以下であることがさらに好ましく、30.0massppm以下であることがより好ましい。
(Total content of one or more selected from Ag, Fe, and Pb: 50.0 mass ppm or less)
Ag, Fe, and Pb are elements that have the effect of suppressing the coarsening of crystal grains by dissolving in the copper matrix. However, if the alloy contains a large amount of Ag, Fe, or Pb, there are concerns that the manufacturing cost will increase and the electrical conductivity will decrease.
For this reason, in this embodiment, the total content of one or more elements selected from Ag, Fe, and Pb is preferably 50.0 mass ppm or less.
The lower limit of the total content of one or more selected from Ag, Fe, and Pb is preferably 5.0 mass ppm or more, more preferably 6.0 mass ppm or more, and even more preferably 7.0 mass ppm or more. On the other hand, the total content of one or more selected from Ag, Fe, and Pb is more preferably 40.0 mass ppm or less, and even more preferably 30.0 mass ppm or less.
(その他の不可避不純物)
上述した含有量が特定された元素以外のその他の残部に含まれる不可避的不純物としては、Al,As,B,Be,Bi,Cd,Cr,Sc,V,Nb,Ta,Mo,Mg,Ni,W,Mn,Re,Ru,Ti,Os,Co,Rh,Ir,Pd,Pt,Au,Zn,Hg,Ga,In,Ge,Tl,N,Sb,Si,Sn,Li等が挙げられる。これらの不可避不純物は、特性に影響を与えない範囲で含有されていてもよい。
ここで、これらの不可避不純物は、導電率を低下させるおそれがあることから、総量で0.04mass%以下とすることが好ましく、0.03mass%以下とすることがさらに好ましく、0.02mass%以下とすることがより好ましく、さらには0.01mass%以下とすることが好ましい。
また、これらの不可避不純物のそれぞれの含有量の上限は、30massppm以下とすることが好ましく、20massppm以下とすることがさらに好ましく、15massppm以下とすることがより好ましい。
(Other unavoidable impurities)
Examples of inevitable impurities contained in the remainder other than the elements whose contents are specified above include Al, As, B, Be, Bi, Cd, Cr, Sc, V, Nb, Ta, Mo, Mg, Ni, W, Mn, Re, Ru, Ti, Os, Co, Rh, Ir, Pd, Pt, Au, Zn, Hg, Ga, In, Ge, Tl, N, Sb, Si, Sn, Li, etc. These inevitable impurities may be contained to the extent that they do not affect the characteristics.
Here, since these unavoidable impurities may reduce electrical conductivity, the total amount is preferably 0.04 mass% or less, more preferably 0.03 mass% or less, even more preferably 0.02 mass% or less, and further preferably 0.01 mass% or less.
The upper limit of the content of each of these unavoidable impurities is preferably 30 ppm by mass or less, more preferably 20 ppm by mass or less, and even more preferably 15 ppm by mass or less.
次に、このような構成とされた本実施形態である純銅材の製造方法について、図2に示すフロー図を参照して説明する。 Next, the method for producing the pure copper material according to this embodiment will be described with reference to the flow diagram shown in FIG.
(溶解・鋳造工程S01)
まず、無酸素銅原料を溶解して得られた銅溶湯に、前述のA群元素およびB群元素のいずれか一方又は両方やその他の添加元素を添加して成分調整を行い、銅合金溶湯を製出する。なお、各種元素の添加には、元素単体や母合金等を用いることができる。また、上述の元素を含む原料を銅原料とともに溶解してもよい。ここで、銅溶湯は、純度が99.99mass%以上とされたいわゆる4NCu、あるいは99.999mass%以上とされたいわゆる5NCuとすることが好ましい。
溶解工程では、水素濃度の低減のため、H2Oの蒸気圧が低い不活性ガス雰囲気(例えばArガス)による雰囲気で溶解を行い、溶解時の保持時間は最小限に留めることが好ましい。そして、成分調整された銅合金溶湯を鋳型に注入して鋳塊を製出する。なお、量産を考慮した場合には、連続鋳造法または半連続鋳造法を用いることが好ましい。
ここで、鋳造時の冷却速度を0.1℃/sec以上とすることにより、凝固時に銅中に存在する微量不純物及び添加元素を均一に分散させることができる。
(Melting and casting process S01)
First, the molten copper obtained by melting an oxygen-free copper raw material is added with either one or both of the above-mentioned group A elements and group B elements and other additive elements to adjust the composition, thereby producing a molten copper alloy. In addition, elemental substances, master alloys, etc. can be used to add various elements. In addition, raw materials containing the above-mentioned elements may be melted together with the copper raw material. Here, the molten copper is preferably so-called 4NCu having a purity of 99.99 mass% or more, or so-called 5NCu having a purity of 99.999 mass% or more.
In the melting step, in order to reduce the hydrogen concentration, it is preferable to melt the copper alloy in an inert gas atmosphere (e.g., Ar gas) in which the vapor pressure of H2O is low, and to minimize the holding time during melting. The molten copper alloy with the adjusted composition is then poured into a mold to produce an ingot. In addition, when mass production is taken into consideration, it is preferable to use a continuous casting method or a semi-continuous casting method.
Here, by setting the cooling rate during casting to 0.1° C./sec or more, it is possible to uniformly disperse trace impurities and additive elements present in the copper during solidification.
(第1冷間加工工程S02)
得られた鋳塊に対して、形状を所定のサイズに変形させるために冷間加工を行う。ここでの加工率に特に指定はないが、50%以上とすることが好ましく、60%以上とすることがさらに好ましく、70%以上とすることがより好ましい。
加工方法は特に限定されないが、最終形状が板、条の場合は圧延を採用することが好ましい。最終形状が線や棒の場合には押出や溝圧延を採用することが好ましい。最終形状がバルク形状の場合には鍛造やプレスを採用することが好ましい。
(First cold working step S02)
The obtained ingot is subjected to cold working to change its shape to a predetermined size. The working ratio is not particularly specified, but is preferably 50% or more, more preferably 60% or more, and even more preferably 70% or more.
The processing method is not particularly limited, but if the final shape is a plate or strip, it is preferable to use rolling. If the final shape is a wire or rod, it is preferable to use extrusion or groove rolling. If the final shape is a bulk shape, it is preferable to use forging or pressing.
(第1熱処理工程S03)
次に、第1冷間加工工程S02後の銅素材に対して、再結晶による組織の均一化を目的として、熱処理を行う。
ここで、熱処理方法は特に限定しないが、非酸化性または還元性の雰囲気中で行うのがよい。熱処理温度を800℃×1分などの500℃以上の高温度にて短時間で行うことにより、組織の均一化を促進させることが可能となる。
冷却方法は、特に限定しないが、水焼入などの冷却速度が200℃/min以上となる方法が好ましい。
(First heat treatment step S03)
Next, the copper material after the first cold working step S02 is subjected to a heat treatment for the purpose of homogenizing the structure by recrystallization.
Here, the heat treatment method is not particularly limited, but it is preferable to perform the heat treatment in a non-oxidizing or reducing atmosphere. By performing the heat treatment at a high temperature of 500° C. or higher for a short period of time, such as 800° C. for 1 minute, it is possible to promote homogenization of the structure.
The cooling method is not particularly limited, but a method in which the cooling rate is 200° C./min or more, such as water quenching, is preferable.
(第2冷間加工工程S04)
次に、第1熱処理工程S03後の銅素材に対して、材料の表面温度が10℃以下の温度域で材料を保ちながら冷間加工を行う。
冷間加工時には、加工発熱によって加工中に材料温度が上昇してしまう。ここで、加工発熱による温度上昇によって材料の一部に再結晶が生じてしまうと、後の多段熱処理での組織制御に悪影響を与えてしまい、元素を均一に分散させることができないおそれがある。ここでの加工率は、特に指定はないが、50%以上であることが好ましく、60%以上であることがより好ましく、70%以上であることがさらに好ましい。
加工方法は特に限定されないが、最終形状が板、条の場合は圧延を採用することが好ましい。最終形状が線や棒の場合には押出や溝圧延を採用することが好ましい。最終形状がバルク形状の場合には鍛造やプレスを採用することが好ましい。
(Second cold working step S04)
Next, the copper material after the first heat treatment step S03 is subjected to cold working while maintaining the surface temperature of the material in a temperature range of 10° C. or less.
During cold working, the temperature of the material rises due to processing heat. If recrystallization occurs in a part of the material due to the temperature rise caused by processing heat, it may adversely affect the structure control in the subsequent multi-stage heat treatment, and the elements may not be uniformly dispersed. The processing rate here is not particularly specified, but is preferably 50% or more, more preferably 60% or more, and even more preferably 70% or more.
The processing method is not particularly limited, but if the final shape is a plate or strip, it is preferable to use rolling. If the final shape is a wire or rod, it is preferable to use extrusion or groove rolling. If the final shape is a bulk shape, it is preferable to use forging or pressing.
(多段熱処理工程S05)
次に、第2冷間加工工程S04を実施した銅素材に対して多段熱処理を行い、微量の添加元素を粒界に意図的に偏析させる。
多段熱処理工程S05においては、まず、銅素材を750℃以上の高温に保持することで、結晶粒径を一定の水準まで粗大化させる。そして、そのまま常温まで冷却することなく、60秒以内に400℃から750℃の中温域に銅素材の温度を変化させ、この温度で1分以上保持することにより、冷却による格子欠陥(原子空孔)を導入せずに、微量の添加元素を結晶粒界に意図的に偏析させることが可能となる。微量の添加元素を結晶粒界に偏析させることで、850℃における高温ビッカース硬度を4.0~10.0HVに制御することができる。熱処理温度を変える際には、それぞれの温度域で保持された炉の中に、大きく温度を下げないまま、銅素材を移動させることで実現することができる。
ここで、熱処理方法は特に限定しないが、非酸化性または還元性の雰囲気中で行うのがよい。また、熱処理時にソルトバスなどの様に高温で保持された液体間を移動させる事で熱処理することもできる。
多段熱処理後の冷却方法は、特に限定しないが、水焼入などの冷却速度が200℃/min以上となる方法が好ましい。
(Multi-stage heat treatment step S05)
Next, the copper material that has been subjected to the second cold working step S04 is subjected to a multi-stage heat treatment to intentionally segregate trace amounts of additive elements at grain boundaries.
In the multi-stage heat treatment process S05, first, the copper material is held at a high temperature of 750°C or more to coarsen the crystal grain size to a certain level. Then, without cooling to room temperature, the temperature of the copper material is changed to a medium temperature range from 400°C to 750°C within 60 seconds, and held at this temperature for 1 minute or more, thereby making it possible to intentionally segregate a small amount of additive elements to the grain boundaries without introducing lattice defects (atomic vacancies) due to cooling. By segregating a small amount of additive elements to the grain boundaries, the high-temperature Vickers hardness at 850°C can be controlled to 4.0 to 10.0 HV. When changing the heat treatment temperature, this can be achieved by moving the copper material into a furnace held at each temperature range without significantly lowering the temperature.
Here, the heat treatment method is not particularly limited, but it is preferable to perform the heat treatment in a non-oxidizing or reducing atmosphere. Also, the heat treatment can be performed by moving the material between liquids held at high temperatures, such as a salt bath, during the heat treatment.
The cooling method after the multi-stage heat treatment is not particularly limited, but a method in which the cooling rate is 200° C./min or more, such as water quenching, is preferable.
(調質圧延工程S06)
多段熱処理工程S05後の銅素材に対して、材料強度を調整するために、調質圧延を行ってもよい。なお、低い材料強度を必要とする場合は、調質圧延を行わなくてもよい。
この調質圧延工程S06において、ひずみエネルギーが高くなってしまい、高温時の組織が不安定になるため、加工率は、30%%以下とすることが好ましく、25%以下とすることがさらに好ましく、20%以下とすることがより好ましい。
なお、最終の厚みは特に限定しないが、例えば0.5mm以上5mm以下の範囲内の厚みとすることが好適である。
(Temper rolling process S06)
The copper material after the multi-stage heat treatment step S05 may be subjected to temper rolling in order to adjust the material strength. Note that, when a low material strength is required, temper rolling does not have to be performed.
In this temper rolling step S06, the strain energy becomes high and the structure becomes unstable at high temperatures, so the processing rate is preferably 30% or less, more preferably 25% or less, and even more preferably 20% or less.
The final thickness is not particularly limited, but is preferably within the range of 0.5 mm to 5 mm, for example.
上述の各工程により、本実施形態である純銅材が製出されることになる。 The above-mentioned processes result in the production of the pure copper material of this embodiment.
以上のような構成とされた本実施形態である純銅材によれば、Cuの含有量が99.96mass%以上とされ、Ca,Ba,Sr,Zr,Hf,Y,Sc,La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,から選択される1種又は2種以上のA群元素、および、O,S,Se,Teから選択される1種又は2種以上のB群元素のいずれか一方又は両方を合計量で10massppm以上300massppm以下の範囲内で含有しているので、導電性及び放熱性に特に優れるとともに、高温での結晶粒の成長を抑制でき、大電流用途の電子・電気機器用部品の素材として特に適している。
また、圧延面における平均結晶粒径が15μm以上とされているので、熱処理時における再結晶の進行を抑制でき、結晶粒の粗大化や組織の不均一化を抑えることが可能となる。
そして、850℃における高温ビッカース硬度が4.0HV以上10.0HV以下の範囲内とされていることから、セラミックスと銅材の間の線膨張係数の差によるひずみ導入を抑制し、結晶粒の成長の駆動力となるひずみの導入を抑制することができる。
上記範囲内の850℃における高温ビッカース硬度を得るための手段は、特定の方法に制限されないが、例えば、第1熱処理工程と多段熱処理工程の温度、第2冷間加工工程の材料表面温度、及び調質圧延工程の圧延率を、上述するように制御することで可能となる。
According to the pure copper material of the present embodiment having the above-mentioned configuration, the Cu content is 99.96 mass% or more, and one or more A group elements selected from Ca, Ba, Sr, Zr, Hf, Y, Sc, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, and one or more B group elements selected from O, S, Se, and Te are contained in a total amount of 10 mass ppm or more and 300 mass ppm or less. Therefore, the material has particularly excellent electrical conductivity and heat dissipation properties, and can suppress the growth of crystal grains at high temperatures, making it particularly suitable as a material for electronic and electrical equipment parts for large current applications.
In addition, since the average crystal grain size on the rolled surface is set to 15 μm or more, the progress of recrystallization during heat treatment can be suppressed, making it possible to suppress coarsening of crystal grains and non-uniformity of the structure.
Furthermore, since the high-temperature Vickers hardness at 850°C is within the range of 4.0 HV or more and 10.0 HV or less, the introduction of strain due to the difference in linear expansion coefficient between the ceramic and the copper material can be suppressed, and the introduction of strain that serves as the driving force for the growth of crystal grains can be suppressed.
The means for obtaining a high-temperature Vickers hardness at 850°C within the above range is not limited to a specific method, but for example, it is possible to obtain the high-temperature Vickers hardness by controlling the temperatures in the first heat treatment step and the multi-stage heat treatment step, the material surface temperature in the second cold working step, and the rolling ratio in the temper rolling step as described above.
ここで、本実施形態である純銅材において、前記A群元素および前記B群元素のいずれか一方または両方とCuとからなる化合物が存在している場合には、高温で安定な化合物のピン止め効果により、高温での結晶粒の成長を抑制でき、熱処理後においても結晶組織の変化がさらに少なく、かつ、さらに均一な結晶組織を得ることが可能となる。 Here, in the pure copper material of this embodiment, when a compound consisting of Cu and either one or both of the A group elements and the B group elements is present, the pinning effect of the compound, which is stable at high temperatures, can suppress the growth of crystal grains at high temperatures, and even after heat treatment, the change in the crystal structure is even less, and a more uniform crystal structure can be obtained.
また、本実施形態である純銅材において、前記A群元素および前記B群元素のいずれか一方または両方とCuとからなる化合物の個数密度が1.0×10-4個/μm2以上である場合には、高温で安定な化合物によるピン止め効果を十分に奏功せしめることができ、熱処理時における結晶粒の成長をさらに確実に抑制することが可能となる。 Furthermore, in the pure copper material of this embodiment, when the number density of the compound consisting of either one or both of the A group element and the B group element and Cu is 1.0 × 10-4 pieces/ μm2 or more, the pinning effect of the compound stable at high temperatures can be sufficiently achieved, and it becomes possible to more reliably suppress the growth of crystal grains during heat treatment.
さらに、本実施形態である純銅材において、A群元素の合計含有量AmassppmとB群元素の合計含有量Bmassppmとの比A/Bが1.0超えである場合には、A群元素とB群元素とが反応して消費されることを抑制でき、前記A群元素および前記B群元素のいずれか一方または両方とCuとからなる化合物を確実に形成することができ、この化合物のピン止め効果によって、熱処理時における結晶粒の成長をさらに確実に抑制することが可能となる。 Furthermore, in the pure copper material of this embodiment, when the ratio A/B of the total content A mass ppm of group A elements to the total content B mass ppm of group B elements is greater than 1.0, the reaction and consumption of group A elements and group B elements can be suppressed, and a compound consisting of either or both of group A elements and group B elements and Cu can be reliably formed, and the pinning effect of this compound can further reliably suppress the growth of crystal grains during heat treatment.
また、本実施形態である純銅材において、高温ビッカース硬度の標準偏差の値が1.0HV以下である場合には、高温硬度のばらつきが小さく抑えられており、局所的な変形を抑制することができる。 In addition, in the pure copper material of this embodiment, when the standard deviation of the high-temperature Vickers hardness is 1.0 HV or less, the variation in high-temperature hardness is kept small, and localized deformation can be suppressed.
さらに、本実施形態である純銅材において、Pの含有量が3.00massppm以下である場合には、不純物として含まれる酸素を無害化できるとともに、A群元素およびB群元素の結晶粒成長抑制効果を十分に作用させることができる。 Furthermore, in the pure copper material of this embodiment, when the P content is 3.00 mass ppm or less, the oxygen contained as an impurity can be rendered harmless, and the grain growth inhibitory effect of the A group elements and B group elements can be fully exerted.
また、本実施形態である純銅材において、Ag,Fe,Pbから選択される一種または二種以上を合計量で50.0massppm以下含む場合には、銅の母相中にAg,Fe,Pbが固溶することにより、熱処理時における結晶粒の成長をさらに抑制することができる。 In addition, in the pure copper material of this embodiment, when one or more elements selected from Ag, Fe, and Pb are contained in a total amount of 50.0 mass ppm or less, Ag, Fe, and Pb are dissolved in the copper matrix, which further suppresses the growth of crystal grains during heat treatment.
本実施形態である絶縁基板10においては、セラミックス基板11と、このセラミックス基板11の一方の面に接合された回路層12と、セラミックス基板11の他方の面に接合された金属層13と、を有しており、回路層12および金属層13となる銅板が本実施形態である純銅材で構成されているので、セラミックス基板11との接合時における結晶粒の成長が抑制され、かつ結晶粒径のバラつきが抑制されて均一な結晶組織を有しており、安定して使用することができる。
The insulating
本実施形態である電子デバイス1においては、上述の絶縁基板10と、この絶縁基板10の回路層12上に搭載された電子部品3とを有しているので、回路層12および金属層13となる銅板が均一な結晶組織を有しており、安定して使用することができる。
The
以上、本発明の実施形態である純銅材について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的要件を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述の実施形態では、純銅材の製造方法の一例について説明したが、純銅材の製造方法は、実施形態に記載したものに限定されることはなく、既存の製造方法を適宜選択して製造してもよい。
また、製造方法が圧延工程を有している場合、本実施形態の純銅材は、純銅圧延材と言うこともできる。
Although the pure copper material according to the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited thereto, and can be modified as appropriate without departing from the technical requirements of the invention.
For example, in the above embodiment, an example of a method for manufacturing a pure copper material is described, but the method for manufacturing a pure copper material is not limited to that described in the embodiment, and the pure copper material may be manufactured by appropriately selecting an existing manufacturing method.
Furthermore, when the manufacturing method includes a rolling step, the pure copper material of this embodiment can also be called a rolled pure copper material.
以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。 Below, we explain the results of the experiments conducted to confirm the effectiveness of the present invention.
帯溶融精製法により、P濃度を0.001massppm以下に精製して、純度99.999mass%以上の純銅を得た。この純銅からなる原料を高純度グラファイト坩堝内に装入して、Arガス雰囲気とされた雰囲気炉内において高周波誘導加熱により溶解した。
6N(純度99.9999mass%以上)の高純度銅と2N(純度99mass%以上)の元素を用いて1mass%の各種元素を含む母合金を作製した。得られた銅溶湯内に母合金を添加して、表1~4に示す成分組成に調製し、銅合金溶湯を得た。得られた銅合金溶湯をグラファイト鋳型に注湯して、鋳塊を製出した。
なお、鋳塊の大きさは、厚さ約100mm×幅約100mm×長さ約150~200mmとした。ここでの冷却速度は、全てのサンプルにおいて、0.1℃/sec以上であった。
The P concentration was refined to 0.001 mass ppm or less by a zone melting refining method to obtain pure copper with a purity of 99.999 mass% or more. This raw material made of pure copper was placed in a high-purity graphite crucible and melted by high-frequency induction heating in an atmospheric furnace with an Ar gas atmosphere.
A master alloy containing 1 mass% of various elements was prepared using 6N (purity of 99.9999 mass% or more) high purity copper and 2N (purity of 99 mass% or more) elements. The master alloy was added to the obtained molten copper to adjust the composition of the components shown in Tables 1 to 4, thereby obtaining a molten copper alloy. The obtained molten copper alloy was poured into a graphite mold to produce an ingot.
The size of the ingot was about 100 mm thick × about 100 mm wide × about 150 to 200 mm long. The cooling rate here was 0.1° C./sec or more in all samples.
得られた鋳塊に対して、第1冷間加工として、表5,6に記載の圧延率で冷間圧延を実施した。
次に、第1冷間加工後の銅素材に対して、Arガス雰囲気中において、表5,6に記載の条件で第1熱処理を行った。なお、熱処理で生成した酸化被膜を除去するために表面研削を実施し、所定の大きさに切断を行った。
The obtained ingots were subjected to cold rolling at the rolling ratios shown in Tables 5 and 6 as the first cold working.
Next, the copper material after the first cold working was subjected to a first heat treatment in an Ar gas atmosphere under the conditions shown in Tables 5 and 6. In addition, the surface was ground to remove an oxide film formed by the heat treatment, and the copper material was cut to a predetermined size.
次に、第1熱処理後の銅素材に対して、第2冷間加工として、表5,6に記際の圧延率で冷間圧延を実施した。ここで、第2冷間加工では、圧延の各パスを行う前に、0℃以下の冷凍室に銅素材を保持し、銅素材を取り出した後に直ちに、圧延を行い、圧延直後の銅素材の表面温度を接触温度計で計測することで、表面温度が10℃以下で保持されていることを確認しながら圧延を行った。なお、比較例5においては、第2冷間加工における銅素材の表面温度は50℃であった。 Next, the copper material after the first heat treatment was subjected to the second cold working at the rolling ratios shown in Tables 5 and 6. Here, in the second cold working, the copper material was kept in a freezer at 0°C or less before each rolling pass, and rolling was performed immediately after the copper material was removed. The surface temperature of the copper material immediately after rolling was measured with a contact thermometer, and rolling was performed while confirming that the surface temperature was maintained at 10°C or less. In Comparative Example 5, the surface temperature of the copper material in the second cold working was 50°C.
次に、第2冷間加工後の銅素材に対して多段熱処理を行った。なお、多段熱処理においては、表5,6に記載の温度で保持されたソルトバス間を、銅素材を移動させることによって実施した。なお、熱処理で生成した酸化被膜を除去するために表面研削を実施し、最終厚さを調整するために、所定の大きさに切断を行った。
最後に、表5,6に記載の条件で、調質圧延を行い、厚さが0.8mmで幅が60mmの条材(特性評価用条材)を製造した。
Next, the copper material after the second cold working was subjected to a multi-stage heat treatment. The multi-stage heat treatment was performed by moving the copper material between salt baths maintained at the temperatures shown in Tables 5 and 6. The copper material was surface ground to remove the oxide film formed during the heat treatment, and cut to a predetermined size to adjust the final thickness.
Finally, temper rolling was carried out under the conditions shown in Tables 5 and 6 to produce strips having a thickness of 0.8 mm and a width of 60 mm (strips for property evaluation).
そして、以下の項目について評価を実施した。 Then, an evaluation was carried out on the following items:
(組成分析)
得られた鋳塊から測定試料を採取し、S、Oの含有量は赤外線吸収法で測定し、その他の元素の含有量はグロー放電質量分析装置(GD-MS)を用いて測定した。なお、測定は試料中央部と幅方向端部の二カ所で測定を行い、含有量の多い方をそのサンプルの含有量とした。
(Composition Analysis)
Measurement samples were taken from the resulting ingot, and the contents of S and O were measured by infrared absorption, while the contents of other elements were measured using a glow discharge mass spectrometer (GD-MS). Measurements were performed at two locations, the center and the end in the width direction of the sample, and the larger content was recorded as the content of the sample.
(平均結晶粒径)
得られた特性評価用条材から20mm×20mmのサンプルを切り出し、SEM-EBSD(Electron Backscatter Diffraction Patterns)測定装置によって、平均結晶粒径を測定した。電子顕微鏡の条件及びEBSD検出器の条件を以下に示す。
(電子顕微鏡の条件)
観察倍率又は測定視野の面積:400μm×800μm
加速電圧:20kV
ワーキングディスタンス:20mm
試料傾斜角度:70°
(EBSD検出器の条件)
解析ソフト名:EDAX/TSL社製(現 AMETEK社)OIM Data Analysis ver.8.6
CI値(信頼係数):0.1よりも大きな測定点を解析に用いた。
粒界角度差:5°以上を粒界とみなした。
ミニマムグレインサイズ:2step以上を結晶粒とみなした。
ステップサイズ:1μm
双晶の扱い:双晶を粒界とみなした。
圧延面を耐水研磨紙、ダイヤモンド砥粒を用いて機械研磨を行った。次いで、コロイダルシリカ溶液を用いて仕上げ研磨を行った。その後、走査型電子顕微鏡を用いて、試料表面の測定範囲内の個々の測定点(ピクセル)に電子線を照射し、電子線後方散乱回折法による方位解析により、隣接する測定点間の方位差が5°以上である測定点間の境界を結晶粒界とした。隣接する測定点間の方位差が5°以上15°未満である測定点間の境界を小角粒界とした。隣接する測定点間の方位差が15°以上である測定点間の境界を大角粒界とした。この際、双晶境界も大角粒界とした。また、各サンプルで100個以上の結晶粒が含まれるように測定範囲を調整した。得られた方位解析結果から大角粒界を用いて結晶粒界マップを作成し、JIS H 0501の切断法に準拠し、結晶粒界マップに対して、縦、横の方向に所定長さの線分を所定の間隔で5本ずつ引いた。完全に切られる結晶粒の数を数え、その切断長さの平均値を結晶粒径として算出した。
(Average crystal grain size)
A sample of 20 mm x 20 mm was cut out from the obtained strip material for property evaluation, and the average crystal grain size was measured using a SEM-EBSD (Electron Backscatter Diffraction Patterns) measuring device. The conditions of the electron microscope and the EBSD detector are shown below.
(Electron microscope conditions)
Observation magnification or area of measurement field: 400 μm × 800 μm
Acceleration voltage: 20 kV
Working distance: 20mm
Sample tilt angle: 70°
(EBSD detector conditions)
Analysis software name: EDAX/TSL (now AMETEK) OIM Data Analysis ver. 8.6
CI value (confidence coefficient): Measurement points greater than 0.1 were used in the analysis.
Grain boundary angle difference: An angle of 5° or more was regarded as a grain boundary.
Minimum grain size: 2 steps or more were considered to be crystal grains.
Step size: 1 μm
Treatment of twins: Twins are considered as grain boundaries.
The rolled surface was mechanically polished using waterproof abrasive paper and diamond abrasive grains. Then, a colloidal silica solution was used to finish polish the sample. Then, a scanning electron microscope was used to irradiate individual measurement points (pixels) within the measurement range of the sample surface with an electron beam, and the boundaries between adjacent measurement points where the orientation difference between the measurement points was 5° or more were determined as grain boundaries by orientation analysis using the electron backscatter diffraction method. The boundaries between adjacent measurement points where the orientation difference between the measurement points was 5° or more and less than 15° were determined as small-angle grain boundaries. The boundaries between adjacent measurement points where the orientation difference between the measurement points was 15° or more were determined as high-angle grain boundaries. At this time, the twin boundaries were also determined as high-angle grain boundaries. In addition, the measurement range was adjusted so that each sample contained 100 or more crystal grains. A grain boundary map was created using the high-angle grain boundaries from the obtained orientation analysis results, and five lines of a predetermined length were drawn at predetermined intervals in the vertical and horizontal directions on the grain boundary map in accordance with the cutting method of JIS H 0501. The number of crystal grains that were completely cut was counted, and the average cut length was calculated as the crystal grain size.
(高温ビッカース硬度)
得られた特性評価用条材から10mm×10mmのサンプルを切り出し、圧延面を耐水研磨紙、ダイヤモンド砥粒を用いて機械研磨を行った。INTESCO(インテスコ)社製の高温マイクロビッカース硬度計(HTM-1200-III)を用いて高温ビッカース硬度を測定した。
1×10-3Paまで減圧してから、850℃まで20℃/minの昇温速度で加熱し、850℃で5分保持した。次いで、ダイヤモンド圧子を用いて0.98Nの試験力を用いて、圧子を打ち込み、圧子形状の跡の大きさを測定することでビッカース硬度を測定した。
1つのサンプルにつき、10点の箇所でビッカース硬度を測定し、10点の測定値を用いて平均値を算出し、平均値をサンプルの高温ビッカース硬度とした。また、その10点の測定値を用いて、高温ビッカース硬度の標準偏差の値を求めた。
(High temperature Vickers hardness)
A sample of 10 mm x 10 mm was cut out from the obtained strip material for property evaluation, and the rolled surface was mechanically polished using waterproof abrasive paper and diamond abrasive grains. The high-temperature Vickers hardness was measured using a high-temperature micro Vickers hardness tester (HTM-1200-III) manufactured by INTESCO.
After reducing the pressure to 1×10 −3 Pa, the sample was heated to 850° C. at a heating rate of 20° C./min and held at 850° C. for 5 minutes. Next, a diamond indenter was used to drive the indenter in with a test force of 0.98 N, and the size of the indentation mark was measured to measure the Vickers hardness.
For each sample, the Vickers hardness was measured at 10 points, and the average value was calculated using the measured values at the 10 points, which was used as the high-temperature Vickers hardness of the sample. The standard deviation of the high-temperature Vickers hardness was also calculated using the measured values at the 10 points.
(化合物の個数密度)
特性評価用条材から測定試料を採取し、圧延面に対してCP研磨を行った。FE-SEM(電界放出型走査電子顕微鏡)を用い、2000倍の視野(約2500μm2/視野)で50領域の観察を行った。50領域での観察結果から化合物(前記A群元素および前記B群元素のいずれか一方または両方とCuとからなる化合物)の個数密度を算出した。
(Density of Compounds)
Measurement samples were taken from the strip material for property evaluation, and the rolled surface was subjected to CP polishing. Using a FE-SEM (field emission scanning electron microscope), 50 regions were observed at a 2000x field of view (approximately 2500 μm 2 /field of view). The number density of compounds (compounds consisting of either or both of the A group element and the B group element and Cu) was calculated from the observation results in the 50 regions.
(化合物の同定)
特性評価用条材からFIB(Focused Ion Beam)法を用いて化合物を観察するためのサンプルを作製した。そのサンプルに対して、透過型電子顕微鏡(TEM:日本電子株式会社製、JEM-2010F)を用いて粒子観察を行い、EDX分析(エネルギー分散型X線分光法)を実施し、化合物が、前記A群元素および前記B群元素のいずれか一方または両方とCuとからなる粒子であるかどうかを確認した。
ここで、図3A,図3Bに、本発明例2における化合物の観察結果を示す。観察された化合物がCu5Caを含むことが確認された。
(Identification of Compounds)
A sample for observing the compound was prepared from the strip material for property evaluation using a FIB (Focused Ion Beam) method. The sample was subjected to particle observation using a transmission electron microscope (TEM: JEM-2010F, manufactured by JEOL Ltd.), and EDX analysis (energy dispersive X-ray spectroscopy) was performed to confirm whether the compound was a particle consisting of either or both of the A group element and the B group element and Cu.
3A and 3B show the observation results of the compound in Inventive Example 2. It was confirmed that the observed compound contained Cu 5 Ca.
(加圧熱処理後の結晶粒径dave)
上述の特性評価用条材から40mm×40mmのサンプルを切り出した。セラミックス板(材質:Si3N4、50mm×50mm×厚さ0.32mm)の両面にペースト状の活性銀ろう材(東京ブレイズ製TB-608T)を塗布した。上述のサンプル(純銅板)2枚の間にセラミックス板を挟み込み、加圧圧力0.59MPaの荷重をかけた状態で熱処理を行った。熱処理は以下の条件で行った。850℃の炉に、積層した純銅板およびセラミックス板を投入し、材温が850℃になったことを熱電対にて確認してから60分保持し、加熱が終わった後に常温になるまで炉冷(炉内で冷却)を行った。常温まで温度が低下した後に、純銅板の圧延面について平均結晶粒径daveを以下の方法で測定した。
(Crystal grain size after pressure heat treatment d ave )
A sample of 40 mm x 40 mm was cut out from the strip material for characteristic evaluation described above. A paste-like active silver brazing material (TB-608T manufactured by Tokyo Blaze) was applied to both sides of a ceramic plate (material: Si 3 N 4 , 50 mm x 50 mm x thickness 0.32 mm). The ceramic plate was sandwiched between two of the above-mentioned samples (pure copper plates) and heat-treated under a load of 0.59 MPa. The heat treatment was performed under the following conditions. The laminated pure copper plate and ceramic plate were put into a furnace at 850°C, and after confirming with a thermocouple that the material temperature had reached 850°C, the plate was held for 60 minutes, and after heating was completed, the plate was cooled in the furnace until it reached room temperature. After the temperature had dropped to room temperature, the average crystal grain size d ave was measured for the rolled surface of the pure copper plate by the following method.
まず、圧延面(セラミックス板と接していない面)を耐水研磨紙、ダイヤモンド砥粒を用いて機械研磨を行った。次いで、コロイダルシリカ溶液を用いて仕上げ研磨を行った。その後、エッチングを行い、圧延面(観察面)を光学顕微鏡で観察した。JIS H 0501の切断法に準拠し、縦、横の方向に所定長さの線分を所定の間隔で5本ずつ引いた。完全に切られる結晶粒の数を数え、その切断長さの平均値を平均結晶粒径とした。平均結晶粒径が200μm以下の場合を「A」(excellent)とした。平均結晶粒径が200μmを超えて300μm以下の場合を「B」(good)とした。平均結晶粒径が300μmを超えて500μm以下の場合を「C」(fair)とした。平均結晶粒径が500μmを超える場合を「D」(poor)とした。 First, the rolled surface (the surface not in contact with the ceramic plate) was mechanically polished using waterproof abrasive paper and diamond abrasive grains. Then, a colloidal silica solution was used for finish polishing. After that, etching was performed, and the rolled surface (observation surface) was observed under an optical microscope. In accordance with the cutting method of JIS H 0501, five lines of a specified length were drawn at specified intervals in the vertical and horizontal directions. The number of crystal grains that were completely cut was counted, and the average of the cut lengths was taken as the average crystal grain size. When the average crystal grain size was 200 μm or less, it was rated as "A" (excellent). When the average crystal grain size was more than 200 μm and less than 300 μm, it was rated as "B" (good). When the average crystal grain size was more than 300 μm and less than 500 μm, it was rated as "C" (fair). When the average crystal grain size was more than 500 μm, it was rated as "D" (poor).
(加圧熱処理後の粒径のばらつき)
上述のように、加圧熱処理を施した試験片40mm×40mmの範囲内において双晶を除き、最も粗大な結晶粒の長径と短径の平均値を最大結晶粒径dmaxとした。ここで、最も粗大な結晶粒に引いた線分のうち、粒界によって切断される線分の長さの最大値を長径とした。そして、長径に垂直な線分のうち、粒界によって切断される線分の長さの最大値を短径とした。この最大結晶粒径dmaxと上述の平均結晶粒径daveとの比dmax/daveが15以下の場合を「B」(good)と評価し、dmax/daveが15を超え20以下の場合を「C」(fair)と評価し、dmax/daveが20を超えた場合を「D」(poor)と評価した。
(Variation in particle size after pressure heat treatment)
As described above, the maximum grain size d max was the average value of the long and short diameters of the coarsest grains in the 40 mm × 40 mm test piece subjected to the pressurized heat treatment, excluding twin crystals. Here, the maximum value of the length of the line segment cut by the grain boundary among the line segments drawn on the coarsest grains was taken as the long diameter. And, the maximum value of the length of the line segment cut by the grain boundary among the line segments perpendicular to the long diameter was taken as the short diameter. When the ratio d max / d ave between the maximum grain size d max and the above-mentioned average grain size d ave was 15 or less, it was evaluated as "B" (good), when d max / d ave was more than 15 and less than 20, it was evaluated as "C" (fair), and when d max / d ave was more than 20, it was evaluated as "D" (poor).
比較例1は、A群元素およびB群元素の合計含有量が5.3massppmとされ、高温ビッカース硬度が4.6HVと低く、加圧熱処理後に結晶粒が粗大化し、粒径のばらつきも大きくなった。
比較例2は、A群元素およびB群元素の合計含有量が537.1massppmとされ、高温ビッカース硬度が11.6HVと高く、粒径のばらつきも大きくなった。
In Comparative Example 1, the total content of group A elements and group B elements was 5.3 ppm by mass, the high-temperature Vickers hardness was low at 4.6 HV, and the crystal grains became coarse after the pressurized heat treatment, with the grain size also varying widely.
In Comparative Example 2, the total content of group A elements and group B elements was 537.1 ppm by mass, the high-temperature Vickers hardness was high at 11.6 HV, and the variation in grain size was also large.
比較例3は、高温ビッカース硬度が3.9HVと低く、加圧熱処理後に結晶粒が粗大化し、粒径のばらつきも大きくなった。
比較例4は、圧延面における平均結晶粒径が14μmであり、加圧熱処理後に結晶粒が粗大化し、粒径のばらつきも大きくなった。
比較例5は、高温ビッカース硬度が3.8HVと低く、加圧熱処理後に結晶粒が粗大化し、粒径のばらつきも大きくなった。
In Comparative Example 3, the high temperature Vickers hardness was low at 3.9 HV, and the crystal grains became coarse after the pressurized heat treatment, and the grain size also varied widely.
In Comparative Example 4, the average crystal grain size on the rolled surface was 14 μm, and the crystal grains became coarse after the pressurized heat treatment, and the grain size also varied widely.
In Comparative Example 5, the high-temperature Vickers hardness was low at 3.8 HV, and the crystal grains became coarse after the pressurized heat treatment, and the grain size also varied widely.
これに対して、本発明例1~26においては、A群元素およびB群元素の合計含有量が10massppm以上300massppm以下の範囲内とされ、高温ビッカース硬度が4.0Hv以上10.0Hv以下の範囲内とされ、平均結晶粒径が15μm以上とされており、加圧熱処理後の平均結晶粒径が小さく、かつ、粒径のばらつきの小さくなった。 In contrast, in Examples 1 to 26 of the present invention, the total content of group A elements and group B elements is within the range of 10 ppm by mass to 300 ppm by mass, the high-temperature Vickers hardness is within the range of 4.0 Hv to 10.0 Hv, and the average crystal grain size is 15 μm or more, and the average crystal grain size after the pressurized heat treatment is small and the grain size variation is small.
以上のことから、本発明例によれば、熱処理後においても結晶組織の変化が少なく、かつ、結晶粒径のバラつきが抑制されて均一な結晶組織を得ることができる純銅材を提供可能であることが確認された。 From the above, it has been confirmed that the present invention can provide a pure copper material that exhibits minimal changes in the crystal structure even after heat treatment, suppresses variation in crystal grain size, and provides a uniform crystal structure.
本実施形態の純銅材は、ヒートシンクや厚銅回路等の電気・電子部品に好適に適用される。 The pure copper material of this embodiment is suitable for use in electrical and electronic components such as heat sinks and thick copper circuits.
1 電子デバイス
3 電子部品
10 絶縁基板
11 セラミックス基板
12 回路層
13 金属層
REFERENCE SIGNS
Claims (8)
Ca,Ba,Sr,Zr,Hf,Y,Sc,La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Luから選択される1種又は2種以上のA群元素、および、O,S,Se,Teから選択される1種又は2種以上のB群元素の両方を合計量で10massppm以上300massppm以下の範囲内で含有し、前記A群元素の合計含有量Amassppmと前記B群元素の合計含有量Bmassppmとの比A/Bが1.0超えであり、
圧延面における平均結晶粒径が15μm以上であり、
850℃における高温ビッカース硬度が4.0HV以上10.0HV以下であることを特徴とする純銅材 The Cu content is 99.96 mass% or more,
The composition contains one or more group A elements selected from Ca, Ba, Sr, Zr, Hf, Y, Sc, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu, and one or more group B elements selected from O, S, Se, and Te in a total amount of 10 ppm by mass or more and 300 ppm by mass or less, and the ratio A/B of the total content A ppm of the group A elements to the total content B ppm of the group B elements is greater than 1.0,
The average grain size on the rolled surface is 15 μm or more,
A pure copper material having a high-temperature Vickers hardness of 4.0 HV or more and 10.0 HV or less at 850°C.
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