(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｕの含有量が９９．９６ｍａｓｓ％以上とされ、Ａｇ，Ｓｎ及びＦｅの合計含有量が９．０ｍａｓｓｐｐｍ以上１００．０ｍａｓｓｐｐｍ未満とされ、残部が不可避不純物とした組成を有し、
圧延面における結晶粒の平均結晶粒径が１０μｍ以上であり、
圧延面に対して平行な結晶面が、｛０２２｝面、｛００２｝面、｛１１３｝面、｛１１１｝面、及び、｛１３３｝面である結晶を有し、
前記圧延面に対する２θ／θ法によるＸ線回折測定で得られる前記各結晶面の回折ピーク強度を、それぞれＩ｛０２２｝、Ｉ｛００２｝、Ｉ｛１１３｝、Ｉ｛１１１｝、Ｉ｛１３３｝としたとき、
Ｉ｛０２２｝／（Ｉ｛０２２｝＋Ｉ｛００２｝＋Ｉ｛１１３｝＋Ｉ｛１１１｝＋Ｉ｛１３３｝）≦０．１５、
Ｉ｛００２｝／Ｉ｛１１１｝≧１０．０、
Ｉ｛００２｝／Ｉ｛１１３｝≧１５．０、
を満足することを特徴とする純銅板。
【請求項２】
Ｓの含有量が２．０ｍａｓｓｐｐｍ以上２０．０ｍａｓｓｐｐｍ以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項１に記載の純銅板。
【請求項３】
Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｙの合計含有量が１５．０ｍａｓｓｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の純銅板。
【請求項４】
８００℃で１時間保持の熱処理を行った後の、５０ｍｍ×５０ｍｍの範囲における最大結晶粒径ｄｍａｘと平均結晶粒径ｄａｖｅの比率ｄｍａｘ／ｄａｖｅが２０．０以下、平均結晶粒径ｄａｖｅが５００μｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の純銅板。
【請求項５】
ビッカース硬度が１５０ＨＶ以下であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の純銅板。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれに一項に記載の純銅板と、セラミックス部材とが接合されてなることを特徴とする銅／セラミックス接合体。
【請求項７】
セラミックス基板の表面に、請求項１から請求項５のいずれに一項に記載の純銅板が接合されてなることを特徴とする絶縁回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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板であって、特に、加熱時における結晶粒の粗大化が抑制された純銅板、この純銅板を用いた銅／セラミックス接合体、絶縁回路基板に関する。
本願は、２０２０年３月６日に、日本に出願された特願２０２０−０３８７６４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヒートシンクや厚銅回路等の電気・電子部品には、導電性の高い銅又は銅合金が用いられている。
最近は、電子機器や電気機器等の大電流化にともない、電流密度の低減およびジュール発熱による熱の拡散のために、これら電子機器や電気機器等に使用される電気・電子部品の大型化、厚肉化が図られている。【０００３】
ここで、半導体装置においては、例えば、セラミックス基板に銅材を接合し、上述のヒートシンクや厚銅回路を構成した絶縁回路基板等が用いられている。
セラミックス基板と銅板を接合する際には、接合温度が８００℃以上とされることが多く、接合時にヒートシンクや厚銅回路を構成する銅材の結晶粒が粗大化してしまうおそれがあった。特に、導電性及び放熱性に特に優れた純銅からなる銅材においては、結晶粒が粗大化しやすい傾向にある。【０００４】
接合後のヒートシンクや厚銅回路において結晶粒が粗大化した場合には、結晶粒が粗大化することで、外観上問題となるおそれがあった。
ここで、例えば特許文献１には、結晶粒の成長を抑制した純銅板が提案されている。  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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０６−００２０５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１においては、Ｓの含有量を規定することで結晶粒の粗大化を抑制しているが、熱処理条件によってはＳの含有量を規定するだけでは、十分な結晶粒粗大化抑制効果を得ることができないことがあった。また、熱処理後に、局所的に結晶粒が粗大化し、結晶組織が不均一となることがあった。
さらに、結晶粒の粗大化を抑制するために、Ｓの含有量を増加させた場合には、熱間加工性が大きく低下してしまい、純銅板の製造歩留まりが大きく低下してしまうといった問題があった。【０００７】
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、導電率が高く、かつ、熱処理後においても結晶粒の粗大化及び不均一化を抑制することができる純銅板、この純銅板を用いた銅／セラミックス接合体、絶縁回路基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、以下のような知見を得た。純銅板に微量に含有された不純物元素には、結晶粒界に存在することで結晶粒の粗大化を抑制する結晶粒成長抑制効果を有するものが存在する。そこで、この結晶粒成長抑制効果を有する元素（以下、結晶粒成長抑制元素、と称する）を活用することで、熱処理後においても結晶粒の粗大化や不均一化を抑制可能であるとの知見を得た。また、この結晶粒成長抑制元素の作用効果を十分に奏功せしめるためには、特定の元素の含有量を規制することが効果的であるとの知見を得た。
さらに、加熱時における結晶成長の駆動力を抑えるために、材料に蓄積されたひずみエネルギーを低く抑えることが有効であるとの知見を得た。【０００９】
本発明は、上述の知見に基づいてなされたものであって、本発明の純銅板は、Ｃｕの含有量が９９．９６ｍａｓｓ％以上とされ、Ａｇ，Ｓｎ及びＦｅの合計含有量が９．０ｍａｓｓｐｐｍ以上１００．０ｍａｓｓｐｐｍ未満とされ、残部が不可避不純物とした組成を有し、圧延面における結晶粒の平均結晶粒径が１０．０μｍ以上であり、圧延面に対して平行な結晶面が、｛０２２｝面、｛００２｝面、｛１１３｝面、｛１１１｝面、及び、｛１３３｝面である結晶を有し、前記圧延面に対する２θ／θ法によるＸ線回折測定で得られる前記各結晶面の回折ピーク強度を、それぞれＩ｛０２２｝、Ｉ｛００２｝、Ｉ｛１１３｝、Ｉ｛１１１｝、Ｉ｛１３３｝としたとき、
Ｉ｛０２２｝／（Ｉ｛０２２｝＋Ｉ｛００２｝＋Ｉ｛１１３｝＋Ｉ｛１１１｝＋Ｉ｛１３３｝）≦０．１５、
Ｉ｛００２｝／Ｉ｛１１１｝≧１０．０、
Ｉ｛００２｝／Ｉ｛１１３｝≧１５．０、
を満足することを特徴としている。【００１０】
この構成の純銅板によれば、Ｃｕの含有量が９９．９６ｍａｓｓ％以上とされ、Ａｇ，Ｓｎ及びＦｅの合計含有量が９．０ｍａｓｓｐｐｍ以上１００．０ｍａｓｓｐｐｍ未満とされ、残部が不可避不純物とした組成を有しているので、Ａｇ，Ｓｎ及びＦｅが銅の母相中に固溶することによって、結晶粒の粗大化を抑制することが可能となる。また、純銅板の導電率を確保することができ、大電流用途の電子・電気機器用部材及び放熱用部材の素材として用いることができる。【００１１】
また、圧延面における結晶粒の平均結晶粒径が１０．０μｍ以上とされているので、加熱前の状態で、粒径が比較的大きく、加熱時における再結晶の駆動力が小さく、粒成長を抑制することが可能となる。
そして、前記圧延面に対する２θ／θ法によるＸ線回折測定で得られる前記各結晶面の回折ピーク強度Ｉ｛０２２｝、Ｉ｛００２｝、Ｉ｛１１３｝、Ｉ｛１１１｝、Ｉ｛１３３｝が上述の関係を有しているので、蓄積されたひずみエネルギーが少なく、加熱時における再結晶の駆動力が小さく、粒成長を抑制することが可能となる。【００１２】
ここで、本発明の純銅板においては、Ｓの含有量が２．０ｍａｓｓｐｐｍ以上２０．０ｍａｓｓｐｐｍ以下の範囲内とされていることが好ましい。
この場合、結晶粒成長抑制元素に該当するＳを２．０ｍａｓｓｐｐｍ以上含むことにより、熱処理後においても結晶粒の粗大化や不均一化を確実に抑制することが可能となる。また、Ｓの含有量を２０．０ｍａｓｓｐｐｍ以下に制限することにより、熱間加工性を十分に確保することができる。【００１３】
また、本発明の純銅板においては、Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｙの合計含有量が１５．０ｍａｓｓｐｐｍ以下であることが好ましい。
不可避不純物として含まれるおそれがあるＭｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｙといった元素は、結晶粒界に偏析して結晶粒の粗大化を抑制する結晶粒粗大化抑制元素（Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ等）と化合物を生成し、結晶粒成長抑制元素の作用を阻害するおそれがある。このため、Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｙの合計含有量を１５．０ｍａｓｓｐｐｍ以下に制限することにより、結晶粒成長抑制元素による結晶粒成長抑制効果を十分に発揮させることができ、熱処理後においても、結晶粒の粗大化や不均一化を確実に抑制することが可能となる。なお、結晶粒粗大化抑制元素（Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ等）は、不可避不純物として含有されることになる。【００１４】
さらに、本発明の純銅板においては、８００℃で１時間保持の熱処理を行った後の、５０ｍｍ×５０ｍｍの範囲における最大結晶粒径ｄｍａｘと平均結晶粒径ｄａｖｅの比率ｄｍａｘ／ｄａｖｅが２０．０以下、平均結晶粒径ｄａｖｅが５００μｍ以下であることが好ましい。
この場合、上記条件で加熱した場合でも、結晶粒が粗大化および不均一になることを確実に抑制でき、外観不良の発生をさらに抑制することができる。【００１５】
さらに、本発明の純銅板においては、ビッカース硬度が１５０ＨＶ以下であることが好ましい。
この場合、ビッカース硬度が１５０ＨＶ以下であり、十分に軟らかく、純銅板としての特性が確保されているので、大電流用途の電気・電子部品の素材として特に適している。【００１６】
本発明の銅／セラミックス接合体は、上述の純銅板と、セラミックス部材とが接合されてなることを特徴としている。
この構成の銅／セラミックス接合体によれば、純銅板とセラミックス部材とを接合するために加圧熱処理した場合であっても、純銅板の結晶粒が局所的に粗大化することが抑制され、接合不良や外観不良、検査工程での不具合の発生を抑制することが可能となる。【００１７】
本発明の銅／セラミックス接合体は、上述の純銅板と、セラミックス部材とが接合されてなることを特徴としている。
この構成の絶縁回路基板によれば、純銅板とセラミックス基板とを接合するために加圧熱処理した場合であっても、純銅板の結晶粒が局所的に粗大化することが抑制され、接合不良や外観不良、検査工程での不具合の発生を抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、導電率が高く、かつ、熱処理後においても結晶粒の粗大化及び不均一化を抑制することができる純銅板、この純銅板を用いた銅／セラミックス接合体、絶縁回路基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態である純銅板の製造方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明の一実施形態である純銅板について説明する。
本実施形態である純銅板は、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、例えばセラミックス基板に接合されて使用されるものである。
【００２１】
本実施形態である純銅板は、Ｃｕの含有量が９９．９６ｍａｓｓ％以上とされ、Ａｇ，Ｓｎ及びＦｅの合計含有量が９．０ｍａｓｓｐｐｍ以上１００．０ｍａｓｓｐｐｍ未満とされ、残部が不可避不純物とした組成を有するものとされている。以下では、「ｍａｓｓ％」、「ｍａｓｓｐｐｍ」を、それぞれ「％」、「ｐｐｍ」と記載することがある。
【００２２】
なお、本実施形態である純銅板においては、Ｓの含有量が２．０ｍａｓｓｐｐｍ以上２０．０ｍａｓｓｐｐｍ以下の範囲内とされていることが好ましい。
また、本実施形態である純銅板においては、Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｙ（Ａ元素群）の合計含有量が１５．０ｍａｓｓｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００２３】
また、本実施形態である純銅板においては、圧延面における結晶粒の平均結晶粒径が１０．０μｍ以上とされている。圧延面における結晶粒の平均結晶粒径は、例えば、圧延面の中心から等距離の三箇所以上で測定される結晶の粒径の平均値とすることができる。
そして、本実施形態である純銅板においては、圧延面に対して平行な結晶面が、｛０２２｝面、｛００２｝面、｛１１３｝面、｛１１１｝面、及び、｛１３３｝面である結晶を有し、前記圧延面に対する２θ／θ法によるＸ線回折測定で得られる各結晶面の回折ピーク強度をそれぞれＩ｛０２２｝、Ｉ｛００２｝、Ｉ｛１１３｝、Ｉ｛１１１｝、Ｉ｛１３３｝としたとき、以下の関係式（１）〜（３）を満足するものとされている。
Ｉ｛０２２｝／（Ｉ｛０２２｝＋Ｉ｛００２｝＋Ｉ｛１１３｝＋Ｉ｛１１１｝＋Ｉ｛１３３｝）≦０．１５―――――（１）、
Ｉ｛００２｝／Ｉ｛１１１｝≧１０．０―――――（２）、
Ｉ｛００２｝／Ｉ｛１１３｝≧１５．０―――――（３）、
【００２４】
なお、本実施形態である純銅板においては、８００℃で１時間保持の熱処理を行った後の、５０ｍｍ×５０ｍｍの範囲における最大結晶粒径ｄｍａｘと平均結晶粒径ｄａｖｅの比率ｄｍａｘ／ｄａｖｅが２０以下であり、平均結晶粒径ｄａｖｅが５００μｍ以下であることが好ましい。最大結晶粒径ｄｍａｘは、任意の面積５０ｍｍ×５０ｍｍの範囲を選択し、その範囲の中で少なくとも三箇所以上での結晶の粒径を測り、測った粒径の中で最大のものとすることが好ましい。
また、本実施形態である純銅板においては、ビッカース硬度が１５０ＨＶ以下であることが好ましい。
さらに、本実施形態である純銅板においては、導電率が９７％ＩＡＣＳ以上であることが好ましい。
【００２５】
ここで、本実施形態の純銅板において、上述のように成分組成、結晶方位、各種特性を規定した理由について以下に説明する。
【００２６】
（Ｃｕの純度：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。また、セラミックス基板等と接合した場合には、冷熱サイクル負荷時に生じる熱ひずみを緩和できるように、変形抵抗が小さいことが好ましい。
そこで、本実施形態である純銅板においては、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。
【００２７】
（Ａｇ，Ｓｎ及びＦｅの合計含有量：９．０ｍａｓｓｐｐｍ以上１００．０ｍａｓｓｐｐｍ未満）
Ａｇ，Ｓｎ及びＦｅ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。
このため、本実施形態においてＡｇ，Ｓｎ及びＦｅの合計含有量を９．０ｍａｓｓｐｐｍ以上とした場合には、Ａｇ，Ｓｎ及びＦｅによる結晶粒粗大化抑制効果を十分に奏功せしめることができ、熱処理後においても結晶粒の粗大化を確実に抑制することが可能となる。一方、必要以上の添加により製造コストの増加や導電率の低下が懸念されるため、Ａｇ, Ｓｎ及びＦｅの合計含有量を1００．０ｍａｓｓｐｐｍ未満とする。
なお、Ａｇ，Ｓｎ及びＦｅの合計含有量の下限は９．５ｍａｓｓｐｐｍ以上であることが好ましく、１０．０ｍａｓｓｐｐｍ以上であることがさらに好ましい。一方、Ａｇ，Ｓｎ及びＦｅの合計含有量の上限は８０．０ｍａｓｓｐｐｍ未満であることが好ましく、６０．０ｍａｓｓｐｐｍ未満であることがさらに好ましい。また、特に導電率を大きく低下させるＳｎ及びＦｅは合計で３０．０ｍａｓｓｐｐｍ未満であることが好ましい。 
【００２８】
（Ｓの含有量：２．０ｍａｓｓｐｐｍ以上２０．０ｍａｓｓｐｐｍ以下）
Ｓは、結晶粒界移動を抑制することによって、結晶粒の粗大化を抑制する作用を有するとともに、熱間加工性を低下させる元素である。
このため、本実施形態においてＳの含有量を２．０ｍａｓｓｐｐｍ以上とした場合には、Ｓによる結晶粒粗大化抑制効果を十分に奏功せしめることができ、熱処理後においても結晶粒の粗大化を確実に抑制することが可能となる。一方、Ｓの含有量を２０．０ｍａｓｓｐｐｍ以下に制限した場合には、熱間加工性を確保することが可能となる。
なお、Ｓの含有量の下限は、２．５ｍａｓｓｐｐｍ以上であることが好ましく、３．０ｍａｓｓｐｐｍ以上であることがさらに好ましい。また、Ｓの含有量の上限は、１７．５ｍａｓｓｐｐｍ以下であることが好ましく、１５．０ｍａｓｓｐｐｍ以下であることがさらに好ましい。
【００２９】
（Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｙ（Ａ元素群）の合計含有量：１５．０ｍａｓｓｐｐｍ以下）
不可避不純物として含まれるＭｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｙから選択される１種又は２種以上（Ａ元素群）は、結晶粒界に偏析して結晶粒の粗大化を抑制する結晶粒粗大化抑制元素（Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ等）と化合物を生成し、結晶粒粗大化抑制元素の作用を阻害するおそれがある。
このため、熱処理後の結晶粒の粗大化を確実に抑制するためには、Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｙ（Ａ元素群）の合計含有量を１５．０ｍａｓｓｐｐｍ以下とすることが好ましい。
なお、Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｙ（Ａ元素群）の合計含有量は、１０．０ｍａｓｓｐｐｍ以下であることが好ましく、７．５ｍａｓｓｐｐｍ以下であることがさらに好ましく、５．０ｍａｓｓｐｐｍ以下であることが最も好ましい。
【００３０】
（その他の元素）  
なお、Ａｌ，Ｃｒ，Ｐ，Ｂｅ，Ｃｄ，Ｍｇ，Ｎｉ，Ｐｂ（Ｍ元素群）は銅母相中への固溶や粒界への偏析、さらには酸化物の形成により、粒成長を抑制する効果を持つ。
このため、熱処理後の結晶粒の粗大化を確実に抑制するためには、Ａｌ，Ｃｒ，Ｐ，Ｂｅ，Ｃｄ，Ｍｇ，Ｎｉ，Ｐｂ（Ｍ元素群）を合計で２．０ｍａｓｓｐｐｍを超えて含有することが好ましい。なお、Ａｌ，Ｃｒ，Ｐ，Ｂｅ，Ｃｄ，Ｍｇ，Ｎｉ，Ｐｂ（Ｍ元素群）を意図的に含有する場合にはＡｌ，Ｃｒ，Ｐ，Ｂｅ，Ｃｄ，Ｍｇ，Ｎｉ，Ｐｂ（Ｍ元素群）の合計含有量の下限を２．１ｍａｓｓｐｐｍ以上とすることがより好ましく、２．３ｍａｓｓｐｐｍ以上とすることがさらに好ましく、２．５ｍａｓｓｐｐｍ以上とすることより一層好ましく、３．０ｍａｓｓｐｐｍ以上とすることが最適である。
一方、Ａｌ，Ｃｒ，Ｐ，Ｂｅ，Ｃｄ，Ｍｇ，Ｎｉ，Ｐｂ（Ｍ元素群）を必要以上に含有すると導電率の低下が懸念されるため、Ａｌ，Ｃｒ，Ｐ，Ｂｅ，Ｃｄ，Ｍｇ，Ｎｉ，Ｐｂ（Ｍ元素群）の合計含有量の上限を１００．０ｍａｓｓｐｐｍ未満とすることが好ましく、５０．０ｍａｓｓｐｐｍ未満とすることがより好ましく、２０．０ｍａｓｓｐｐｍ未満とすることがさらに好ましく、１０．０ｍａｓｓｐｐｍ未満とすることがより一層好ましい。
【００３１】
（その他の不可避不純物）
上述した元素以外のその他の不可避的不純物としては、Ｂ，Ｂｉ，Ｃａ，Ｓｃ，希土類元素，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｃｏ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｚｎ，Ｈｇ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｔｌ，Ｎ，Ｃ，Ｓｉ，Ｌｉ，Ｈ，Ｏ等が挙げられる。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、少なくすることが好ましい。
【００３２】
（圧延面における結晶粒の平均結晶粒径：１０μｍ以上）
本実施形態である純銅板において、圧延面における結晶粒の平均結晶粒径が微細であると、この純銅板を加熱した際に、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、加熱時の結晶粒の粗大化をさらに抑制するためには、圧延面における結晶粒の平均結晶粒径を１０μｍ以上とすることが好ましい。
なお、圧延面における結晶粒の平均結晶粒径は、１５μｍ以上であることが好ましく、２０μｍ以上であることがさらに好ましい。
【００３３】
（Ｉ｛０２２｝／（Ｉ｛０２２｝＋Ｉ｛００２｝＋Ｉ｛１１３｝＋Ｉ｛１１１｝＋Ｉ｛１３３｝）≦０．１５）
圧延面において、{２２０}面は、圧延加工時に形成される結晶方位であり、{２２０}面の比率が高まるほど材料中に蓄積されたひずみエネルギーが高くなる。ここで、材料に蓄積されたひずみエネルギーが高いと、再結晶を起こす際の駆動力が高くなり、加熱時に結晶粒が粗大化しやすくなる。
このため、結晶粒の粗大化を抑制するために、本実施形態においては、Ｉ｛０２２｝／（Ｉ｛０２２｝＋Ｉ｛００２｝＋Ｉ｛１１３｝＋Ｉ｛１１１｝＋Ｉ｛１３３｝））を０．１５以下としている。
ここで、（Ｉ｛０２２｝／（Ｉ｛０２２｝＋Ｉ｛００２｝＋Ｉ｛１１３｝＋Ｉ｛１１１｝＋Ｉ｛１３３｝）は０．１２以下であることが好ましく、０．１０以下であることがさらに好ましい。
【００３４】
（Ｉ｛００２｝／Ｉ｛１１１｝≧１０．０、Ｉ｛００２｝／Ｉ｛１１３｝≧１５．０）
{００２}面は再結晶時に形成される結晶方位のため、加工時に形成されやすい{１１１}面や{１１３}面に対しての方位割合が増加することによって、再結晶の駆動力となる材料中のひずみエネルギーを抑え、結晶粒の粗大化を抑制することが可能となる。
このため、本実施形態においては、Ｉ｛００２｝／Ｉ｛１１１｝を１０．０以上、かつ、Ｉ｛００２｝／Ｉ｛１１３｝を１５．０以上としている。
ここで、Ｉ｛００２｝／Ｉ｛１１１｝は１１．０以上であることが好ましく、１２．０以上であることがさらに好ましい。また、Ｉ｛００２｝／Ｉ｛１１３｝は１６．０以上であることが好ましく、１７．０以上であることがさらに好ましい。
【００３５】
（８００℃で１時間保持の熱処理後の平均結晶粒径：５００μｍ以下）
本実施形態である純銅板において、８００℃で１時間保持の熱処理後の平均結晶粒径が５００μｍ以下である場合には、８００℃以上に加熱した場合であっても、結晶粒が粗大化することを確実に抑制でき、セラミックス基板に接合される厚銅回路やヒートシンクの素材として特に適している。
なお、８００℃で１時間保持の熱処理後の平均結晶粒径の上限は４５０μｍ以下であることが好ましく、４００μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００３６】
（８００℃で１時間保持の熱処理後のｄｍａｘ／ｄａｖｅ：２０．０以下）
本実施形態である純銅板において、８００℃で１時間保持の熱処理後の５０ｍｍ×５０ｍｍの範囲における最大結晶粒径ｄｍａｘと平均結晶粒径ｄａｖｅの比率ｄｍａｘ／ｄａｖｅが２０．０以下である場合には、８００℃以上に加熱した場合であっても、結晶粒が不均一化することを確実に抑制でき、セラミックス基板に接合される厚銅回路やヒートシンクの素材として特に適している。
なお、８００℃で１時間保持の熱処理後の５０ｍｍ×５０ｍｍの範囲における最大結晶粒径ｄｍａｘと平均結晶粒径ｄａｖｅの比率ｄｍａｘ／ｄａｖｅは１８．０以下であることが好ましく、１５．０以下であることがさらに好ましい。
【００３７】
（ビッカース硬度：１５０ＨＶ以下）
本実施形態である純銅板においては、ビッカース硬度を１５０ＨＶ以下とすることにより、純銅板としての特性が確保され、大電流用途の電気・電子部品の素材として特に適している。また、十分に軟らかく、セラミックス基板等の他の部材に接合して冷熱サイクルが負荷された場合でも、純銅板が変形することで発生した熱ひずみを解放することが可能となる。
なお、純銅板のビッカース硬度は１４０ＨＶ以下であることがより好ましく、１３０ＨＶ以下であることがさらに好ましく、１１０ＨＶ以下であることが最も好ましい。純銅板のビッカース硬度の下限は、特に制限はないが、硬度が低すぎる場合、製造時に変形しやすく、ハンドリングが難しくなるため、３０ＨＶ以上であることが好ましく、４５ＨＶ以上であることがより好ましく、６０ＨＶ以上であることが最も好ましい。
【００３８】
（導電率：９７％ＩＡＣＳ以上）
本実施形態である純銅板においては、導電率を９７％ＩＡＣＳ以上とすることにより、純銅板としての特性が確保され、大電流用途の電子・電気機器用部材及び放熱用部材の素材として特に適している。
なお、純銅板の導電率は９８％ＩＡＣＳ以上であることが好ましく、９９％ＩＡＣＳ以上であることがさらに好ましい。純銅板の導電率の上限は、特に制限はない。
【００３９】
次に、このような構成とされた本実施形態である純銅板の製造方法について、図１に示すフロー図を参照して説明する。
【００４０】
（溶解・鋳造工程Ｓ０１）
まず、銅原料を溶解し、銅溶湯を製出する。なお、銅原料としては、例えば、純度が９９．９９ｍａｓｓ％以上の４ＮＣｕ、純度が９９．９９９ｍａｓｓ％以上の５ＮＣｕを用いることが好ましい。
なお、Ｓを添加する場合には、Ｓ単体やＣｕ−Ｓ母合金等を用いることができる。なお、Ｃｕ−Ｓ母合金を製造する際にも、純度が９９．９９ｍａｓｓ％以上の４ＮＣｕ、純度が９９．９９９ｍａｓｓ％以上の５ＮＣｕを用いることが好ましい。
また、溶解工程では、水素濃度低減のため、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。
【００４１】
（熱間加工工程Ｓ０２）
次に、組織の均一化のために、熱間加工を実施する。
熱間加工温度については、特に制限はないが、５００℃以上１０００℃以下の範囲内とすることが好ましい。
また、熱間加工の総加工率は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％以上であることがより好ましい。
さらに、熱間加工後の冷却方法については、特に制限はないが、空冷又は水冷を行うことが好ましい。
また、熱間加工工程Ｓ０２における加工方法に特に限定はなく、例えば圧延、押出、溝圧延、鍛造、プレス等を採用することができる。最終形状が板、条の場合には圧延を採用することが好ましく、最終形状がバルク材の場合には鍛造やプレスを採用することが好ましい。
【００４２】
（中間圧延工程Ｓ０３）
次に、熱間加工工程Ｓ０２後の銅素材に対して、中間圧延を実施して所定の形状に加工する。なお、この中間圧延工程Ｓ０３における温度条件は特に限定はないが、−２００℃以上２００℃以下の範囲で行うことが好ましい。また、この中間圧延工程Ｓ０３における加工率は、最終形状に近似するように適宜選択されることになるが、生産性を向上させるためには３０％以上とすることが好ましい。
【００４３】
（再結晶熱処理工程Ｓ０４）
次に、中間圧延工程Ｓ０３後の銅素材に対して、再結晶を目的とした熱処理を行う。ここで、圧延面における再結晶粒の平均結晶粒径は１０μｍ以上であることが望ましい。再結晶粒が微細であると、その後に８００℃以上に加熱した際に、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。
再結晶熱処理工程Ｓ０４の熱処理条件は、特に限定しないが、２００℃以上９００℃以下の範囲の熱処理温度で、１秒以上１０時間以下の範囲で保持することが好ましい。
例えば、３５０℃では６ｈの熱処理、７００℃では１分の熱処理、８５０℃では５秒の熱処理などが挙げられる。
また、再結晶組織の均一化のために、中間圧延工程Ｓ０３と再結晶熱処理工程Ｓ０４を２回以上繰り返して行っても良い。
【００４４】
（調質加工工程Ｓ０５）
次に、材料強度を調整するために、再結晶熱処理工程Ｓ０４後の銅素材に対して調質加工を行ってもよい。なお、材料強度を高くする必要がない場合は、調質加工を行わなくてもよい。
調質加工の加工率は特に限定しないが、材料強度を調整するために０％超え５０％以下の範囲内で実施することが好ましい。さらに、材料強度をより低くし、かつＩ｛０２２｝／（Ｉ｛０２２｝＋Ｉ｛００２｝＋Ｉ｛１１３｝＋Ｉ｛１１１｝＋Ｉ｛１３３｝）を０．１５以下とする場合、及び、Ｉ｛００２｝／Ｉ｛１１１｝を１０以上、Ｉ｛００２｝／Ｉ｛１１３｝を１５以上とする場合には加工率を０％超え４０％以下に制限することがより好ましい。
また、必要に応じて、残留ひずみの除去のために、調質加工後にさらに熱処理を行ってもよい。
【００４５】
以上の各工程により、本実施形態である純銅板が製出されることになる。
【００４６】
以上のような構成とされた本実施形態である純銅板によれば、Ｃｕの含有量が９９．９６ｍａｓｓ％以上とされ、Ａｇ，Ｓｎ及びＦｅの合計含有量が９．０ｍａｓｓｐｐｍ以上１００．０ｍａｓｓｐｐｍ未満とされ、残部が不可避不純物とした組成を有しているので、Ａｇ，Ｓｎ及びＦｅが銅の母相中に固溶することによって、結晶粒の粗大化を抑制することが可能となる。
また、圧延面における結晶粒の平均結晶粒径が１０μｍ以上とされているので、加圧熱処理前の状態で、粒径が比較的大きく、加圧熱処理時における再結晶の駆動力が小さく、粒成長を抑制することが可能となる。
【００４７】
本実施形態である純銅板においては、圧延面に対する２θ／θ法によるＸ線回折測定で得られる各結晶面の回折ピーク強度Ｉ｛０２２｝、Ｉ｛００２｝、Ｉ｛１１３｝、Ｉ｛１１１｝、Ｉ｛１３３｝が、Ｉ｛０２２｝／（Ｉ｛０２２｝＋Ｉ｛００２｝＋Ｉ｛１１３｝＋Ｉ｛１１１｝＋Ｉ｛１３３｝）≦０．１５の関係を有しているので、蓄積されたひずみエネルギーが少なく、加熱時における再結晶の駆動力が小さく、粒成長を抑制することが可能となる。
【００４８】
さらに、本実施形態である純銅板においては、Ｉ｛００２｝／Ｉ｛１１１｝を１０以上、かつ、Ｉ｛００２｝／Ｉ｛１１３｝を１５以上としているので、再結晶時に形成される結晶方位である｛００２｝面の割合が、加工時に形成されやすい{１１１}面や{１１３}面に対して多く存在することになり、接合時の再結晶の駆動力となる材料中のひずみエネルギーを抑え、結晶粒の粗大化を抑制することが可能となる。
【００４９】
また、本実施形態において、Ｓの含有量を２．０ｍａｓｓｐｐｍ以上２０．０ｍａｓｓｐｐｍ以下の範囲内とした場合には、結晶粒成長抑制元素の一種であるＳが粒界に偏析し、加熱時における結晶粒の粗大化及び不均一化を確実に抑制することが可能となる。また、熱間加工性を確保することができる。
【００５０】
さらに、本実施形態において、Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｙ（Ａ元素群）の合計含有量が１５．０ｍａｓｓｐｐｍ以下である場合には、これらＡ元素群の元素と結晶粒成長抑制元素であるＳ，Ｓｅ，Ｔｅ等とが反応して化合物が生成されることを抑制でき、結晶粒成長抑制元素の作用を十分に奏功せしめることが可能となる。よって、加熱時における結晶粒の粗大化及び不均一化を確実に抑制することが可能となる。
【００５１】
さらに、本実施形態において、８００℃で１時間保持の熱処理を行った後の、５０ｍｍ×５０ｍｍの範囲における最大結晶粒径ｄｍａｘと平均結晶粒径ｄａｖｅの比率ｄｍａｘ／ｄａｖｅが２０．０以下、平均結晶粒径ｄａｖｅが５００μｍ以下である場合には、熱処理後においても、結晶粒が粗大化および不均一になることを確実に抑制でき、外観不良の発生をさらに抑制することができる。
【００５２】
また、本実施形態において、ビッカース硬度が１５０ＨＶ以下である場合には、十分に軟らかく、純銅板としての特性が確保されているので、大電流用途の電気・電子部品の素材として特に適している。
【００５３】
さらに、本実施形態において、Ａｌ，Ｃｒ，Ｐ，Ｂｅ，Ｃｄ，Ｍｇ，Ｎｉ，Ｐｂ（Ｍ元素群）を２．０ｍａｓｓｐｐｍを超えて含有する場合には、Ｍ元素銅群の元素の母相中への固溶や粒界への偏析、さらには酸化物の形成により、さらに確実に、熱処理後の粒成長を抑制することが可能となる。
【００５４】
以上、本発明の実施形態である純銅板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、その発明の技術的思想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、純銅板の製造方法の一例について説明したが、純銅板の製造方法は、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。
【実施例】
【００５５】
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。
純度が９９．９９９ｍａｓｓ％以上の銅原料と、上記銅原料と純度９９ｍａｓｓ％以上の各種元素を用いて作成した各種元素のＣｕ−１ｍａｓｓ％母合金を準備した。
上述の銅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溶解した。得られた銅溶湯に、上述の各種元素のＣｕ−１ｍａｓｓ％母合金を投入し、所定の成分組成に調製した。
得られた銅溶湯を、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１２０ｍｍ×長さ約１５０〜２００ｍｍとした。【００５６】
得られた鋳塊に対して、Ａｒガス雰囲気中において、表１，２に記載された温度で１時間の加熱を行い、熱間圧延を実施し、厚さ５０ｍｍとした。
熱間圧延後の銅素材を切断するとともに表面の酸化被膜を除去するために表面研削を実施した。このとき、その後の熱間圧延、中間圧延、調質圧延の圧延率を考慮して、最終厚さが表１，２に示すものとなるように、中間圧延に供する銅素材の厚さを調整した。【００５７】
上述のように厚さを調整した銅素材に対して、表１，２に記載された条件で中間圧延を行い、水冷を行った。
次に、中間圧延後の銅素材に対して、表１，２に記載された条件により、再結晶熱処理を実施した。
そして、再結晶熱処理後の銅素材に対して、表１，２に記載された条件で調質圧延を行い、表３，４に示す厚さで幅６０ｍｍの特性評価用条材を製造した。【００５８】
そして、以下の項目について評価を実施した。【００５９】
（組成分析）
得られた鋳塊から測定試料を採取し、Ｓは赤外線吸収法で、その他の元素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。測定結果を表１，２に示す。【００６０】
（加工性評価）
加工性の評価として、前述の熱間圧延、中間圧延時における耳割れの有無を観察した。目視で耳割れが全くあるいはほとんど認められなかったものを「Ａ」、長さ１ｍｍ未満の小さな耳割れが発生したものを「Ｂ」、長さ１ｍｍ以上の耳割れが発生したものを「Ｃ」とした。
なお、耳割れの長さとは、圧延材の幅方向端部から幅方向中央部に向かう耳割れの長さのことである。【００６１】
（ビッカース硬さ）
ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４に規定されているマイクロビッカース硬さ試験方法に準拠し、試験荷重０．９８Ｎでビッカース硬さを測定した。なお、測定位置は、特性評価用試験片の圧延面とした。評価結果を表３，４に示す。【００６２】
（導電率）
特性評価用条材から幅１０ｍｍ×長さ６０ｍｍの試験片を採取し、４端子法によって電気抵抗を求めた。また、マイクロメータを用いて試験片の寸法測定を行い、試験片の体積を算出した。そして、測定した電気抵抗値と体積とから、導電率を算出した。評価結果を表３，４に示す。
なお、試験片は、その長手方向が特性評価用条材の圧延方向に対して平行になるように採取した。【００６３】
（８００℃で１時間保持の熱処理前の平均結晶粒径）
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。
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後、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、後方散乱電子線回折による方位解析により、隣接する測定点間の方位差が１５°以上となる測定点間を大角粒界とし、１５°未満を小角粒界とした。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、横の所定長さの線分を５本ずつ引き、完全に切られる結晶粒数を数え、その切断長さの平均値を熱処理前の結晶粒径として記載した。評価結果を表３，４に示す。【００６４】
（Ｘ線回折強度）
板表面における｛１１１｝面からのＸ線回折強度をＩ｛１１１｝、｛００２｝面からのＸ線回折強度Ｉ｛００２｝、｛０２２｝面からのＸ線回折強度Ｉ｛０２２｝、｛１１３｝面からのＸ線回折強度Ｉ｛１１３｝、｛１３３｝面からのＸ線回折強度Ｉ｛１３３｝を、積分強度法を用いて、次のような手順で測定した。
特性評価用条材から測定試料を採取し、反射法で、測定試料に対して１つの回転軸の回りのＸ線回折強度を測定した。ターゲットにはＣｕを使用し、ＫαのＸ線を使用した。管電流４０ｍＡ、管電圧４０ｋＶ、測定角度４０〜１５０°、測定ステップ０．０２°の条件で測定し、回折角とＸ線回折強度のプロファイルにおいて、Ｘ線回折強度のバックグラウンドを除去後、各回折面からのピークのＫα１とＫα２を合わせた積分Ｘ線回折強度を求めた。
そして、Ｉ｛０２２｝／（Ｉ｛０２２｝＋Ｉ｛００２｝＋Ｉ｛１１３｝＋Ｉ｛１１１｝＋Ｉ｛１３３｝）、Ｉ｛００２｝／Ｉ｛１１１｝、Ｉ｛００２｝／Ｉ｛１１３｝を算出した。【００６５】
（８００℃で１時間保持の熱処理後の平均結晶粒径）
上述の特性評価用条材から６０ｍｍ×６０ｍｍのサンプルを切り出し、８００℃で１時間保持の熱処理を実施した。この試験片より、５０ｍｍ×５０ｍｍのサンプルを切り出し、圧延面を鏡面研磨、エッチングを行い光学顕微鏡にて、圧延方向が写真の横になるように撮影した。観察部位の中で最も結晶粒が微細かつ、約１ｍｍ２の視野内が均一な粒度で形成される部位を選び、観察および測定を行った。そして、結晶粒径をＪＩＳ  Ｈ  ０５０１の切断法に従い、写真縦、横の所定長さの線分を５本ずつ引き、完全に切られる結晶粒数を数え、その切断長さの平均値を熱処理後の平均結晶粒径ｄａｖｅとして記載した。評価結果を表３，４に示す。【００６６】
（８００℃で１時間保持の熱処理後の平均粒径のばらつき）
上述のように、熱処理を施した試験片から採取したサンプルについて、５０ｍｍ×５０ｍｍの範囲内において双晶を除き、最も結晶粒が粗大な結晶粒の長径とそれに垂直に線を引いた時に粒界によって切断される短径の平均値を最大結晶粒径ｄｍａｘとし、この最大結晶粒径と上述の平均結晶粒径ｄａｖｅとの比ｄｍａｘ／ｄａｖｅが１５．０以下を「〇」と評価し、ｄｍａｘ／ｄａｖｅが１５．０を超え２０．０以下の場合を「△」と評価し、ｄｍａｘ／ｄａｖｅが２０．０を超えた場合を「×」と評価した。【００６７】
【表１】
0006984799.tif 000002
【００６８】
【表２】
0006984799.tif 000003
【００６９】
【表３】
0006984799.tif 000004
【００７０】
【表４】
0006984799.tif 000005
【００７１】
比較例１は、Ａｇ，Ｓｎ及びＦｅの合計含有量が本発明の範囲よりも少なく、８００℃で１時間保持の熱処理前の平均結晶粒径が１０μｍ未満であるため、８００℃で１時間保持の熱処理後に平均結晶粒径が５００μｍ以上に粗大化し、粒径のばらつきも大きくなった。
比較例２は、Ａｇ，Ｓｎ及びＦｅの合計含有量が本発明の範囲よりも多く、導電率が低くなった。
比較例３は、Ｉ｛０２２｝／（Ｉ｛０２２｝＋Ｉ｛００２｝＋Ｉ｛１１３｝＋Ｉ｛１１１｝＋Ｉ｛１３３｝）が０．１５を超え、Ｉ｛００２｝／Ｉ｛１１１｝が１０未満、Ｉ｛００２｝／Ｉ｛１１３｝が１５未満であるため、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。【００７２】
これに対して、本発明例１−２７においては、熱処理後の平均結晶粒径が小さく、かつ、粒径のばらつきも小さくなった。また、導電率も９７％ＩＡＣＳ以上となった。
以上のことから、本発明例によれば、導電性に優れ、かつ、熱処理後においても、結晶粒の粗大化及び不均一化を抑制することができる純銅板を提供可能であることが確認された。
【要約】
Ｃｕの含有量が９９．９６ｍａｓｓ％以上とされ、Ａｇ，Ｓｎ及びＦｅの合計含有量が９．０ｍａｓｓｐｐｍ以上１００．０ｍａｓｓｐｐｍ未満とされ、残部が不可避不純物とした組成を有し、圧延面における結晶粒の平均結晶粒径が１０μｍ以上であり、圧延面に対して平行な結晶面が、｛０２２｝面、｛００２｝面、｛１１３｝面、｛１１１｝面、及び、｛１３３｝面である結晶を有し、前記圧延面に対する２θ／θ法によるＸ線回折測定で得られる前記各結晶面の回折ピーク強度が、Ｉ｛０２２｝／（Ｉ｛０２２｝＋Ｉ｛００２｝＋Ｉ｛１１３｝＋Ｉ｛１１１｝＋Ｉ｛１３３｝）≦０．１５、Ｉ｛００２｝／Ｉ｛１１１｝≧１０．０、Ｉ｛００２｝／Ｉ｛１１３｝≧１５．０、を満足する。【図１】
0006984799.tif 000006