(57)【要約】【課題】廉価な銅を原材料として用いながら導電性を高めることができ、溶接等を行っても高い導電性を維持することができる銅材料を提供する。【解決手段】２００ｐｐｍ以上の酸素を含有し、残部が銅と不可避不純物からなり、基地中に酸素が平均粒径が２μｍを超える銅酸化物として分散している。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
２００ｐｐｍ以上の酸素を含有し、残部が銅と不可避不純物からなり、基地中に前記酸素が平均粒径が２μｍを超える銅酸化物として分散していることを特徴とする銅材料。
【請求項２】
２００ｐｐｍ以上の酸素を含有し、残部が銅と不可避不純物からなる銅材料を、８００℃以上の温度で焼鈍することを特徴とする銅材料の製造方法。
【請求項３】
前記焼鈍により、基地中に前記酸素を平均粒径が２μｍを超える銅酸化物として分散させることを特徴とする請求項２に記載の銅材料の製造方法。
【請求項４】
焼鈍温度が８００℃以上９００℃未満の場合には、焼鈍時間を６０分以上とし、焼鈍温度が９００℃以上の場合には、焼鈍時間を１５分以上とすることを特徴とする請求項２または３に記載の銅材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばモータの巻き線などの導線、プリント配線基板用圧延箔、フラットケーブル用の銅箔等の導電性が求められる用途に好適な銅材料およびその製造方法に係り、特に、溶接等による接合を行っても導電性を低下させない技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、導電性の高い銅材料としては酸素等の不純物の少ない無酸素銅が知られている。特許文献１では、酸素以外の不純物の濃度も極力低くした銅材料が提案されている。しかしながら、導電性を高めるために不純物濃度を低くすればする程銅材料の製造コストが上昇する。
【０００３】
そこで、特許文献２では、無酸素銅を６００℃付近で熱処理することにより、不純物を銅との化合物として金属組織中に微細に分散させ、不純物に起因する残留抵抗値を低減することが提案されている。また、特許文献３においても、無酸素銅を４００〜７００℃で焼鈍することにより、不純物を化合物として微細に分散させて導電性を高める技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−７９７５３号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】特開平１０−１４７８５０号公報（要約書）
【特許文献３】特開昭６２−１１２７６３号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のように不純物を微細に分散させる技術では、例えば巻き線等の溶接やハンダ付けなどを行うと、接合部において電気抵抗が大幅に上昇することが判明した。また、不純物濃度の低い無酸素銅を用いるのでは、コスト的に不利であるという問題もある。
【０００６】
したがって、本発明は、廉価な銅を原材料として用いながら導電性を高めることができ、しかも、溶接等を行っても高い導電性を維持することができる銅材料およびその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者等は、銅材料を溶接することによって導電性が低下することの理由を調査したところ、熱処理によって銅酸化物として基地中に析出した酸素が、溶接によって基地中に再固溶していることが判明した。そこで、本発明者等は、熱処理によって酸素を粗大な銅酸化物として析出させることに思い至った。
【０００８】
本発明の銅材料は、上記知見に基づいてなされたもので、２００ｐｐｍ以上の酸素を含有し、残部が銅と不可避不純物からなり、基地中に酸素が平均粒径が２μｍを超える銅酸化物として分散していることを特徴としている。
【０００９】
本発明の銅材料は、酸素を微細な銅酸化物ではなくて粗大な銅酸化物として析出させていることが特徴である。微細な銅酸化物では、全銅酸化物の比表面積が大きいため、溶接等による加熱で再固溶温度域に達すると、銅酸化物から拡散した酸素が基地中にくまなく固溶して導電性が低下する。これに対して、銅酸化物が粗大な場合には、全銅酸化物の比表面積が小さいため、再固溶温度域においても酸素の溶解速度が遅くなり、酸素の拡散が銅酸化物の周囲にとどまる。したがって、基地の大部分は純銅に等しい状態が維持され、高い導電性が維持される。
【００１０】
また、銅材料を加熱および加圧して拡散接合するような場合には、銅材料の加熱が再固溶温度以下であることがある。このような場合には、銅材料の接合部の密着性が接合部の導電性に多大な影響を与える。この点、本発明では、銅酸化物が粗大であるため加圧時の変形抵抗が小さく銅材料の密着性が向上する。このため、原子の拡散が容易となり、接合部の導電性が向上するとともに、通常の材料よりも低い温度で拡散接合を実現することができる。
【００１１】
ここで、本発明者等の検討の結果、上記のような作用効果を得るほどに銅酸化物が粗大と言えるためには、銅酸化物の平均粒径は２μｍを超えている必要があることが判明している。そして、そのような粗大な銅酸化物を析出させることにより、タフピッチ銅や電気銅などのように酸素濃度の高い銅であっても導電性が向上することが確認されている。本発明は、酸素濃度が２００ｐｐｍ以上の銅材料を対象とし、そのような酸素濃度により平均粒径が２μｍを超える銅酸化物が析出する。なお、酸素濃度があまりに高い場合には、粗大な酸化物がくまなく分散する結果、酸素の基地への再固溶による導電性の低下が生じる。そのような理由から、酸素濃度は５００ｐｐｍ以下とすることが望ましい。
【００１２】
本発明において「平均粒径」は次の方法により測定する。先ず、焼鈍後の銅材料を鏡面研磨し、エッチングを行った後、走査電子顕微鏡により析出物（銅酸化物）を観察する。この場合、粒径の測定誤差を少なくするために、４０００〜１５０００倍程度の倍率で写真を撮影して粒径の計測を定量的に行う。
【００１３】
粒径の計測は、観察された析出物の最大長さ（長径）と、長径と直交する方向での最大長さ（短径）を測定し、その平均値を粒径とする。統計的な信頼性を高めるために、５０個程度の粒子情報があられるまで上記計測を繰り返し、計測値の平均値を平均粒径とする。
【００１４】
次に、本発明の銅材料の製造方法は、２００ｐｐｍ以上の酸素を含有し、残部が銅と不可避不純物からなる銅材料を、８００℃以上の温度で２時間以上焼鈍することを特徴としている。８００℃未満の温度では焼鈍時間にかかわらず平均粒径が２μｍを超える銅酸化物を得ることができず、８００℃以上の温度での焼鈍を行うことにより、基地中に酸素を平均粒径が２μｍを超える銅酸化物として分散させることができる。
【００１５】
ここで、平均粒径が２μｍを超える銅酸化物を分散させるための焼鈍時間は、焼鈍温度によって左右され、焼鈍温度が低い程長時間を要する。たとえば、焼鈍温度が８００℃の場合には、焼鈍時間は６０分以上は必要であり、焼鈍温度が９００℃以上の場合には、焼鈍時間は１５分で足りる。また、焼鈍温度は１０８０℃以下で充分である。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、銅酸化物の平均粒径を２μｍ超とすることにより、基地の大部分は純銅に等しい状態が維持されて高い導電性が維持されるとともに、通常の材料よりも低い温度で拡散接合を実現することができる等の効果を奏する。
【実施例】
【００１７】
以下、本発明の実施例を説明する。
１．実施例１
酸素濃度が２００ｐｐｍのタフピッチ銅から直径：３ｍｍ、長さ：１００ｍｍの丸棒状の試料を作製し、この試料を２００〜１０８０℃の範囲で設定した温度で２時間保持する熱処理を行った。なお、比較のために、熱処理を行わない試料も用意した。これら試料の導電率を４端子法にて測定した（使用装置：日置電機製、抵抗計３５４１。また、各試料の組織をＳＥＭで観察し、析出物の平均粒径と析出物量（面積％）を計測した。次に、模擬溶接として各試料を１１５０℃で溶解し、その後上記と同様にして導電率を測定した。以上の結果を表１および図１に示す。なお、表１において導電率の単位はジーメンスである。
【００１８】
【表１】
2008163395.tif 000002
【００１９】
図１に示すように、熱処理により生成された析出物の平均粒径が２μｍ以下であっても溶接前の導電率は高い。しかしながら、析出物の平均粒径が２μｍ以下の試料では、溶接を行うことによって導電率は急激に低下する。これは、溶接により析出物の酸素が基地中にくまなく再固溶したためである。これに対して、析出物の平均粒径が２μｍを超える本発明例では、溶接後の導電率の低下が抑えられ、導電率は高い値を維持して安定することが確認された。
【００２０】
図４（Ａ）は各試料のＳＥＭ写真である。図４（Ａ）から判るように、熱処理温度が８００℃以上では析出物の粒径は２μｍ以上であるが、熱処理温度が７００℃以下では析出物の粒径は２μｍよりもかなり小さい。また、図４（Ｂ）は、１０８０℃で１２０分の熱処理を行った試料のＥＰＭＡチャートである。このチャートから、析出物が酸化銅であることが判る。
【００２１】
次に、上記試料の熱処理時間を１５〜１２０分の範囲で設定し、熱処理時間、熱処理温度および析出物の平均粒径との関係を調査した。その結果を表２および図２に示す。表２および図２に示すように、熱処理温度が８００℃未満では、熱処理時間が長くても析出物の平均粒径は２μｍ以下となる。これに対して、表２に示すように、熱処理温度が８００℃では６０分以上の熱処理で析出物の平均粒径が２μｍを超え、熱処理温度が９００℃以上では１５分以上の熱処理で析出物の平均粒径が２μｍを超えた。
【００２２】
【表２】
2008163395.tif 000003
【００２３】
２．実施例２
酸素濃度が２００ｐｐｍのタフピッチ銅から縦：３ｍｍ、横：３ｍｍ、長さ：１００ｍｍの角棒状の試料を作製し、この試料を２００〜１０５０℃の範囲で設定した温度で２時間保持する熱処理を行った。なお、比較のために、熱処理を行わない試料も用意した。これら試料の導電率を４端子法にて測定した（使用装置：日置電機製、抵抗計３５４１）。また、各試料の組織をＳＥＭで観察し、析出物の平均粒径と析出物量（面積％）を計測した。次に、２つの試料を温度４００℃、加圧力３ＭＰａで拡散接合し（使用装置：住友重機械テクノフォート製、ＳＰＳ−５１５Ｓ）、その後上記と同様にして導電率を測定した。以上の結果を表３および図３に示す。
【００２４】
【表３】
2008163395.tif 000004
【００２５】
図３に示すように、熱処理により生成された析出物の平均粒径が２μｍ以下であっても拡散接合前の導電率は高い。しかしながら、析出物の平均粒径が２μｍ以下の試料では、拡散接合溶接を行うことによって導電率は急激に低下した。特に、熱処理温度が６００℃以下の場合には、析出物の平均粒径が小さすぎるため、加圧時の変形抵抗が大きく試料の密着性が低下する。このため、原子の拡散が困難となり、接合が不可能となった。これに対して、析出物の平均粒径が２μｍを超える本発明例では、拡散接合後の導電率の低下が抑えられ、導電率は高い値を維持して安定することが確認された。
【００２６】
３．実施例３
酸素濃度が２９０ｐｐｍのタフピッチ銅を用いた以外は実施例１と同じ条件で試料の作製、熱処理、および各種計測を行った。その結果を表４および表５、図５および図６に示す。これらの表および図面に示すように、実施例３においても実施例１と同等の結果が得られた。
【００２７】
【表４】
2008163395.tif 000005
【００２８】
【表５】
2008163395.tif 000006
【００２９】
４．実施例４
酸素濃度が２９０ｐｐｍのタフピッチ銅を用いた以外は実施例２と同じ条件で試料の作製、熱処理、および各種計測を行った。その結果を表６および図７に示す。表６および図７に示すように、実施例４においても実施例２と同等の結果が得られた。
【００３０】
【表６】
2008163395.tif 000007
【００３１】
５．実施例５
酸素濃度が５００ｐｐｍのタフピッチ銅を用いた以外は実施例１と同じ条件で試料の作製、熱処理、および各種計測を行った。その結果を表７および表８、図８および図９に示す。これらの表および図面に示すように、実施例５においても実施例１と同等の結果が得られた。
【００３２】
【表７】
2008163395.tif 000008
【００３３】
【表８】
2008163395.tif 000009
【００３４】
６．実施例６
酸素濃度が５００ｐｐｍのタフピッチ銅を用いた以外は実施例２と同じ条件で試料の作製、熱処理、および各種計測を行った。その結果を表９および図１０に示す。表９および図１０に示すように、実施例６においても実施例２と同等の結果が得られた。
【００３５】
【表９】
2008163395.tif 000010
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施例１における析出物の平均粒径と導電率との関係を示すグラフである。
【図２】本発明の実施例１における熱処理時間と析出物の平均粒径との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例２における析出物の平均粒径と導電率との関係を示すグラフである。
【図４】（Ａ）本発明の実施例１における金属組織を示すＳＥＭ写真であり、（Ｂ）はＥＰＭＡチャートである。
【図５】本発明の実施例３における析出物の平均粒径と導電率との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例３における熱処理時間と析出物の平均粒径との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施例４における析出物の平均粒径と導電率との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の実施例５における析出物の平均粒径と導電率との関係を示すグラフである。
【図９】本発明の実施例５における熱処理時間と析出物の平均粒径との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施例６における析出物の平均粒径と導電率との関係を示すグラフである。
【図１】
2008163395.tif 000011
【図２】
2008163395.tif 000012
【図３】
2008163395.tif 000013
【図４】
2008163395.tif 000014
【図５】
2008163395.tif 000015
【図６】
2008163395.tif 000016
【図７】
2008163395.tif 000017
【図８】
2008163395.tif 000018
【図９】
2008163395.tif 000019
【図１０】
2008163395.tif 000020