(57)【要約】  この純銅板は、Ｃｕの純度が９９．９６ｍａｓｓ％以上で残部が不可避不純物とされるとともに、Ｐの含有量が２ｍａｓｓｐｐｍ以下、かつ、Ｐｂ、Ｓｅ及びＴｅの合計含有量が１０ｍａｓｓｐｐｍ以下とされている。Ｓの含有量が２ｍａｓｓｐｐｍ以上２０ｍａｓｓｐｐｍ以下でもよい。【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｕの純度が９９．９６ｍａｓｓ％以上で残部が不可避不純物とされるとともに、Ｐの含有量が２ｍａｓｓｐｐｍ以下、かつ、Ｐｂ、Ｓｅ及びＴｅの合計含有量が１０ｍａｓｓｐｐｍ以下とされていることを特徴とする純銅板。
【請求項２】
Ｓの含有量が２ｍａｓｓｐｐｍ以上２０ｍａｓｓｐｐｍ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１０ｍａｓｓｐｐｍ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】
圧延面における結晶粒の粒径が１０μｍ以上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】
圧延面における結晶粒のアスペクト比が２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】
８００℃で１時間保持の熱処理を行った後の結晶粒径が１００μｍ以上３００μｍ以下の範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の純銅板。
【請求項７】
８００℃以上で加熱されてセラミックス基板と接合された後の結晶粒径が１００μｍ以上３００μｍ以下の範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の純銅板。
【請求項８】
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１０以下であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の純銅板。
【請求項９】
引張強度が５００ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の純銅板。
【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（厚い銅パターンが設けられた回路）等の電気・電子部品（電気部品又は電子部品）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に関する。
本願は、２０１８年１２月１３日に日本に出願された特願２０１８−２３３３４７号、及び２０１９年３月２９日に日本に出願された特願２０１９−０６８３０４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する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。【０００５】
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材料が提案されている。
この特許文献１においては、Ｓを０．０００６〜０．００１５ｗｔ％の量で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。【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、十分な結晶粒の粗大化を抑制する効果を得ることができないことがあった。また、加熱後に、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、純銅材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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【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】
【０００８】
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、熱間加工性に優れ、かつ、加熱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することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、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効果（結晶粒の成長を抑制する効果）を有するものが存在する。そこで、この結晶粒の成長を抑制する効果を有する元素（以下、結晶粒の成長を抑制する元素（結晶粒成長抑制元素）、と称する）を活用することで、加熱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を十分に作用させるためには、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。
なお、結晶粒の成長を抑制する効果を結晶粒成長抑制効果とも言い、結晶粒の粗大化を抑制する効果を結晶粒粗大化抑制効果とも言う。【００１０】
本発明は、上述の知見に基づいてなされたものであって、本発明の一態様に係る純銅板は、Ｃｕの純度が９９．９６ｍａｓｓ％以上で残部が不可避不純物とされるとともに、Ｐの含有量が２ｍａｓｓｐｐｍ以下、かつ、Ｐｂ、Ｓｅ及びＴｅの合計含有量が１０ｍａｓｓｐｐｍ以下とされていることを特徴としている。【００１１】
この構成の純銅板によれば、Ｐの含有量が２ｍａｓｓｐｐｍ以下とされているので、粒界に微量に存在する結晶粒成長抑制元素の効果が、先に粒界に偏析するＰによって阻害されることを抑制でき、加熱後においても結晶粒の粗大化や不均一化を抑制することが可能となる。
また、Ｐｂ，Ｓｅ及びＴｅといった元素は、Ｃｕ中の固溶限が低く、粒界に偏析することによって結晶粒の粗大化を抑制する結晶粒成長抑制元素に該当する。このため、Ｐｂ，Ｓｅ及びＴｅは、微量に含まれていてもよいが、これらの元素は、熱間加工性を大きく低下させる効果も有する。このため、これらＰｂ，Ｓｅ及びＴｅの合計含有量を１０ｍａｓｓｐｐｍ以下に制限することにより、特にＰｂの含有量を３ｍａｓｓｐｐｍ以下とすることにより、熱間加工性を確保することができる。【００１２】
ここで、本発明の一態様に係る純銅板においては、Ｓの含有量が２ｍａｓｓｐｐｍ以上２０ｍａｓｓｐｐｍ以下の範囲内とされていることが好ましい。
この場合、上述の結晶粒成長抑制元素に該当するＳを２ｍａｓｓｐｐｍ以上含むことにより、加熱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２０ｍａｓｓｐｐｍ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、本発明の一態様に係る純銅板においては、Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｙの合計含有量が１０ｍａｓｓｐｐｍ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、結晶粒成長抑制元素であるＳ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｐｂ等と化合物を生成することからこれら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、これらＭｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｙの合計含有量を１０ｍａｓｓｐｐｍ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、加熱後においても、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。【００１４】
さらに、本発明の一態様に係る純銅板においては、圧延面における結晶粒の粒径が１０μｍ以上であることが好ましい。
この場合、圧延面における結晶粒の粒径が１０μｍ以上とされているので、この純銅板を８００℃以上に加熱した際に、結晶粒の粗大化、組織の不均一化が促進されてしまうことを抑制できる。
なお、結晶粒の粒径は、結晶粒径とも言う。【００１５】
さらに、本発明の一態様に係る純銅板においては、圧延面における結晶粒のアスペクト比が２以下であることが好ましい。
この場合、圧延面における結晶粒のアスペクト比が２以下とされているので、加工度が低く、大きな歪が蓄積されていない。すなわち転位密度が低い。このため、転位密度による再結晶の駆動力が小さくなり、加熱後の結晶粒の粗大化をさらに抑制することが可能となる。ここでのアスペクト比の値は、長径を短径で割った値、つまり長径／短径で表す。【００１６】
また、本発明の一態様に係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結晶粒径が１００μｍ以上３００μｍ以下の範囲内であることが好ましい。
この場合、８００℃で１時間保持の熱処理を行った後の結晶粒径が１００μｍ以上３００μｍ以下の範囲内とされているので、加熱後においても結晶粒の粗大化を確実に抑制することができる。
本発明の一態様に係る純銅板においては、８００℃以上で加熱されてセラミックス基板と接合された後の結晶粒径が１００μｍ以上３００μｍ以下の範囲内であることが好ましい。【００１７】
また、本発明の一態様に係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１０以下であることが好ましい。
この場合、８００℃で１時間保持の熱処理を行った後の最大結晶粒径ｄｍａｘと平均結晶粒径ｄａｖｅの比率ｄｍａｘ／ｄａｖｅが１０以下とされているので、加熱後においても結晶粒が不均一になることを確実に抑制できる。【００１８】
さらに、本発明の一態様に係る純銅板においては、引張強度が５００ＭＰａ以下であることが好ましい。
この場合、引張強度が５００ＭＰａ以下であり、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。
【発明の効果】
【００１９】
本発明一態様によれば、熱間加工性に優れ、かつ、加熱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することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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】
【００２１】
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（形成）する際に、例えば純銅板は８００℃以上で加熱されてセラミックス基板と接合されて使用されるものである。
【００２２】
本実施形態である純銅板は、Ｃｕの純度が９９．９６ｍａｓｓ％以上で残部が不可避不純物とされるとともに、Ｐの含有量が２ｍａｓｓｐｐｍ以下、かつ、Ｐｂ，Ｓｅ及びＴｅの合計含有量が１０ｍａｓｓｐｐｍ以下とされている。
【００２３】
また、本実施形態である純銅板においては、Ｓの含有量が２ｍａｓｓｐｐｍ以上２０ｍａｓｓｐｐｍ以下の範囲内とされていることが好ましい。
さらに、本実施形態である純銅板においては、不可避不純物であるＭｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｙの合計含有量が１０ｍａｓｓｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００２４】
すなわち、純銅板の組成は、以下のように説明することもできる。
純銅板は、９９．９６ｍａｓｓ％以上のＣｕと、２ｍａｓｓｐｐｍ以下のＰと、を含み、更にＰｂ，Ｓｅ及びＴｅから選択される１種以上を、それらの合計含有量が１０ｍａｓｓｐｐｍ以下で含み、残部が不可避不純物である。純銅板は、さらに２ｍａｓｓｐｐｍ以上２０ｍａｓｓｐｐｍ以下のＳを含むことが好ましい。純銅板は、さらにＭｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，及びＹから選択される１種以上を、それらの合計量が１０ｍａｓｓｐｐｍ以下で含むことが好ましい。
上記のＣｕ以外の元素に関しては、不可避不純物として含まれる場合も、意図的に含まれる場合も、それらの含有量は上述した範囲である。また、Ｃｕ以外の元素は、不可避不純物であると言うこともできる。残部としての不可避不純物は、上記の含有量が特定されている元素以外の元素であると言うこともできる。
【００２５】
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粒径が１０μｍ以上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、圧延面における結晶粒のアスペクト比が２以下であることが好ましい。
また、本実施形態である純銅板においては、８００℃で１時間保持の熱処理後の結晶粒径が１００μｍ以上３００μｍ以下の範囲内であることが好ましい。
本実施形態である純銅板においては、８００℃以上で加熱されてセラミックス基板と接合された後の結晶粒径が１００μｍ以上３００μｍ以下の範囲内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、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１０以下であることが好ましい。
また、本実施形態である純銅板においては、引張強度が５００ＭＰａ以下であることが好ましい。
結晶粒の粒径、結晶粒のアスペクト比、熱処理後の結晶粒径、及び熱処理後の最大結晶粒径ｄｍａｘと平均結晶粒径ｄａｖｅは、後述する実施例に記載の評価方法で測定される値である。
【００２６】
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、各種特性を規定した理由について以下に説明する。
【００２７】
（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。
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。
【００２８】
（Ｐの含有量：２ｍａｓｓｐｐｍ以下）
不可避不純物として含まれるＰは、銅中の酸素を無害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（特定の量以上）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の作用を阻害する。このため、高温に加熱した際に、結晶粒成長抑制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２ｍａｓｓｐｐｍ以下に制限している。
なお、Ｐの含有量は、１．５ｍａｓｓｐｐｍ以下とすることが好ましく、１ｍａｓｓｐｐｍ以下とすることがさらに好ましい。Ｐの含有量を０．００１ｍａｓｓｐｐｍ未満にすることは、コスト高になるだけである。このため、Ｐの含有量は、好ましくは０．００１ｍａｓｓｐｐｍ以上であり、さらに好ましくは０．００５ｐｐｍ以上であり、より好ましくは０．０１ｍａｓｓｐｐｍ以上である。
【００２９】
（Ｐｂ，Ｓｅ及びＴｅの合計含有量：１０ｍａｓｓｐｐｍ以下）
Ｐｂ，Ｓｅ及びＴｅは、Ｃｕ中の固溶限が低く、粒界に偏析することによって、結晶粒の粗大化を抑制する作用を有するとともに、熱間加工性を大きく低下させる元素である。
このため、本実施形態においては、熱間加工性を確保するために、Ｐｂ，Ｓｅ及びＴｅの合計含有量を１０ｍａｓｓｐｐｍ以下に制限している。
なお、熱間加工性をより向上させる場合には、Ｐｂ，Ｓｅ及びＴｅの合計含有量を９ｍａｓｓｐｐｍ以下とすることが好ましく、８ｍａｓｓｐｐｍ以下とすることがさらに好ましい。特にＰｂの含有量については、良好な熱間加工性を確保するためにも、３ｍａｓｓｐｐｍ以下とすることが好ましく、２．５ｍａｓｓｐｐｍ以下とすることがさらに好ましい。Ｐｂ，Ｓｅ及びＴｅの合計含有量を０．０１ｍａｓｓｐｐｍ未満とすると、結晶粒径成長の抑制効果が小さくなり、コスト高になる。このため、Ｐｂ，Ｓｅ及びＴｅの合計含有量を０．０１ｍａｓｓｐｐｍ以上とすることが好ましい。
【００３０】
（Ｓの含有量：２ｍａｓｓｐｐｍ以上２０ｍａｓｓｐｐｍ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２ｍａｓｓｐｐｍ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、加熱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２０ｍａｓｓｐｐｍ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、３ｍａｓｓｐｐｍ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、１５ｍａｓｓｐｐｍ以下であることがさらに好ましい。
【００３１】
（Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｙの合計含有量：１０ｍａｓｓｐｐｍ以下）
不可避不純物として含まれるＭｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｙは、結晶粒の粗大化を抑制する結晶粒成長抑制元素（Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｐｂ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、加熱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の合計含有量を１０ｍａｓｓｐｐｍ以下とすることが好ましい。
なお、Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｙの合計含有量は、７．５ｍａｓｓｐｐｍ以下であることが好ましく、５ｍａｓｓｐｐｍ以下であることがさらに好ましい。Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｙの合計含有量を０．０１ｍａｓｓｐｐｍ未満とすることは、コスト高になるだけである。このため、Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｙの合計含有量を０．０１ｍａｓｓｐｐｍ以上とすることが好ましい。
【００３２】
（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、Ａｇ，Ｂ，Ｂｉ，Ｃａ，Ｓｃ，希土類元素（Ｙ、Ｓｃを除く），Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｒｅ，Ｆｅ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｃｏ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｈｇ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｔｌ，Ｂｅ，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、これらの不可避不純物の総量を０．０３５ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
【００３３】
（圧延面における結晶粒の粒径：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粒径が微細であると、この純銅板を例えば８００℃以上に加熱した際に、再結晶が進行しやすく、結晶粒の粗大化、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、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。圧延面における結晶粒の粒径は、より好ましくは２５μｍ以上、さらには３０μｍ以上、もっとも好ましくは４０μｍ超えである。結晶粒径を３００μｍ超えにすることは、コスト高になる。また８００℃で１時間保持後の結晶粒径が３００μｍを超えることになる。このため、圧延面における結晶粒の粒径は、好ましくは３００μｍ以下であり、より好ましくは２７０μｍ以下であり、さらに好ましくは２５０μｍ以下である。
【００３４】
（圧延面における結晶粒のアスペクト比：２以下）
結晶粒のアスペクト比は、材料の加工度を示す指標であり、アスペクト比が高いほど加工度が高くなり、材料に蓄積された転位密度が高くなる、すなわち歪エネルギーが高くなる。ここで、材料に蓄積された歪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、結晶粒の粗大化をさらに抑制するためには、圧延面における結晶粒のアスペクト比を２以下とすることが好ましい。ここでのアスペクト比の値は、後述する結晶粒のアスペクト比の測定方法によって算出した長径を、同じく後述する測定方法によって算出した短径で割った値、つまり長径／短径の平均値で表す。
なお、圧延面における結晶粒のアスペクト比は、１．９以下であることが好ましく、１．８以下であることがさらに好ましい。圧延面における結晶粒のアスペクト比の実質的な下限は０．５である。
【００３５】
（８００℃で１時間保持の熱処理後の結晶粒径：１００μｍ以上３００μｍ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結晶粒径が１００μｍ以上３００μｍ以下の範囲内である場合には、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結晶粒径の下限は１１０μｍ以上であることが好ましく、１２０μｍ以上であることがさらに好ましい。また、８００℃で１時間保持の熱処理後の結晶粒径の上限は２９０μｍ以下であることが好ましく、２８０μｍ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：１０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１０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９以下であることが好ましく、８以下であることがさらに好ましい。最大結晶粒径ｄｍａｘと平均結晶粒径ｄａｖｅの比率ｄｍａｘ／ｄａｖｅの下限は、好ましくは１．０３超えであり、より好ましくは１．０５超えである。
【００３７】
（引張強度：５００ＭＰａ以下）
本実施形態である純銅板においては、引張強度を５００ＭＰａ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。
なお、純銅板の引張強度は、４７５ＭＰａ以下であることが好ましく、４５０ＭＰａ以下であることがさらに好ましく、４００ＭＰａ以下であることがさらに好ましく、３５０ＭＰａ以下であることが最も好ましい。純銅板の引張強度の下限は、特に制限はないが、１００ＭＰａ以上であることが好ましい。
【００３８】
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。
【００３９】
（溶解・鋳造工程Ｓ０１）
まず、Ｐの含有量が０．００１ｍａｓｓｐｐｍ以下になるように精製した銅原料を溶解し、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。
【００４０】
（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における加工方法は、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い。
【００４１】
（冷間加工工程Ｓ０３）
次に、熱間加工工程Ｓ０２後の銅素材に対して、冷間加工を実施して所定の形状に加工する。なお、この冷間加工工程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、この冷間加工工程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、加工率を３０％以上とすることが好ましい。
また、冷間加工工程Ｓ０３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い。
【００４２】
（再結晶熱処理工程Ｓ０４）
次に、冷間加工工程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、再結晶粒の粒径は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、結晶粒の粗大化、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（６時間）の熱処理、７００℃では１ｈ（１時間）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、冷間加工工程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。
【００４３】
（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。また、圧延面の結晶粒のアスペクト比を２．０以下とする場合には、加工率を４０％以下に制限することが好ましい。
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。
【００４４】
このようにして、本実施形態である純銅板が製出されることになる。
【００４５】
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、Ｐの含有量が２ｍａｓｓｐｐｍ以下とされているので、粒界に微量に存在する結晶粒成長抑制元素の効果がＰによって阻害されることを抑制でき、加熱後においても、結晶粒の粗大化や不均一化を抑制することが可能となる。
また、Ｐｂ，Ｓｅ及びＴｅといった元素は、Ｃｕ中の固溶限が低く、粒界に偏析することによって結晶粒の粗大化を抑制する。このため、Ｐｂ，Ｓｅ及びＴｅは、結晶粒成長抑制元素に該当するため、微量に含まれていてもよい。しかし、これらの元素は、熱間加工性を大きく低下させる。このようにＰｂ，Ｓｅ及びＴｅは、熱間加工性を低下させる元素であるため、Ｐｂ、Ｓｅ及びＴｅの合計含有量を１０ｍａｓｓｐｐｍ以下に制限することで、熱間加工性を確保することができる。
【００４６】
また、本実施形態において、Ｓの含有量を２ｍａｓｓｐｐｍ以上２０ｍａｓｓｐｐｍ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。
【００４７】
さらに、本実施形態において、Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｙの合計含有量が１０ｍａｓｓｐｐｍ以下である場合には、結晶粒成長抑制元素であるＳ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｐｂ等と化合物を生成することを抑制できる。これにより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でき、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。
【００４８】
さらに、本実施形態において、圧延面における結晶粒の粒径が１０μｍ以上である場合には、この純銅板を例えば８００℃以上に加熱した際に、再結晶の進行を抑制でき、結晶粒の粗大化、組織の不均一化を抑制することができる。
【００４９】
さらに、本実施形態において、圧延面における結晶粒のアスペクト比が２以下である場合には、加工度が低く、大きな歪が蓄積されていないため、再結晶の駆動力が小さくなり、加熱後の結晶粒の粗大化をさらに抑制することが可能となる。
【００５０】
また、本実施形態において、８００℃で１時間保持の熱処理後の結晶粒径が１００μｍ以上３００μｍ以下の範囲内である場合には、加熱後においても結晶粒の粗大化を確実に抑制することができる。
さらに、本実施形態において、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１０以下である場合には、加熱後においても結晶粒が不均一になることを確実に抑制できる。
【００５１】
さらに、本実施形態において、引張強度が５００ＭＰａ以下である場合には、純銅板としての特性が十分に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適している。
【００５２】
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】
【００５３】
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。
帯溶融精製法により、Ｐの含有量を０．００１ｍａｓｓｐｐｍ以下に精製して、純度が９９．９９９ｍａｓｓ％以上の銅原料を準備した。また上記銅原料と純度９９ｍａｓｓ％以上の各種元素（Ｐｂ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｓ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｙ）を用いて各種元素のＣｕ−１ｍａｓｓ％母合金（１ｍａｓｓ％の各種元素を含むＣｕ母合金）を作製した。
以上により、純度が９９．９９９ｍａｓｓ％以上の銅原料と、各種元素のＣｕ−１ｍａｓｓ％母合金を準備した。【００５４】
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、表１，２に示す成分組成に調製した。なお、表１，２において、項目“３元素合計”には、Ｐｂ、Ｓｅ及びＴｅの合計含有量を記載している。また項目“７元素合計”には、Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｙの合計含有量を記載している。
得られた銅溶湯を、断熱材鋳型に注湯して、０．５℃／ｓｅｃ．の冷却速度で冷却して鋳塊を製出した。なお、鋳塊の大きさは、厚さ：約２５ｍｍ×幅：約６０ｍｍ×長さ：約１５０〜２００ｍｍとした。【００５５】
得られた鋳塊に対して、Ａｒガス雰囲気中において、表３，４に記載の温度条件で１時間の加熱を行い、熱間圧延を実施し、厚さ１５ｍｍ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、その後の冷間圧延、調質圧延の圧延率を考慮して、最終厚さが表３，４に示すものとなるように、冷間圧延に供する銅素材の厚さを調整した。【００５６】
上述のように厚さを調整した銅素材に対して、表３，４に記載された条件で冷間圧延を行い、水冷を行った。
次に、冷間圧延後の銅素材に対して、表３，４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３，４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。【００５７】
そして、以下の項目について評価を実施した。評価結果を表５，６に示す。【００５８】
（加工性評価）
加工性の評価として、前述の熱間圧延、冷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認められなかったか、あるいはほとんど認められなかったものを「Ａ」と評価した。長さ１ｍｍ未満の小さな耳割れが発生したものを「Ｂ」と評価した。長さ１ｍｍ以上３ｍｍ未満の耳割れが発生したものを「Ｃ」と評価した。長さ３ｍｍ以上の大きな耳割れが発生したものを「Ｄ」と評価した。
なお、耳割れの長さとは、圧延材の幅方向の端部から幅方向の中央部に向かう耳割れの長さのことである。【００５９】
（引張強度）
特性評価用条材からＪＩＳ  Ｚ  ２２０１に規定される１３Ｂ号試験片を採取し、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１により引張強度を測定した。
なお、試験片は、引張試験の引張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。【００６０】
（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の測定を行い、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。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。【００６１】
（熱処理前の結晶粒径）
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、以下のように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。次いで、圧延面を、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）に電子線を照射した。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、隣接する測定点間の方位差が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た。そして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算出した。【００６２】
（結晶粒のアスペクト比）
圧延面における結晶粒のアスペクト比は、以下のように測定した。
上述の特性評価用条材の圧延面について、上記の結晶粒径の測定と同様にＳＥＭ−ＥＢＳＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｐａｔｔｅｒｎｓ）測定装置を用いて、結晶粒界マップを作成した。その結晶粒界マップに対して、圧延方向（ＲＤ方向）に５本の線分と、圧延方向に垂直な方向（幅方向、ＴＤ方向）に５本の線分を所定の間隔で引いた。完全に切られる結晶粒数を数え、そのＲＤ方向の粒径を長径とし、ＴＤ方向の粒径を短径とした。詳細には、ＲＤ方向の線分のうち、１個の結晶粒の輪郭で切断される線分の長さ（線分と結晶粒の輪郭との２つの交点間の距離）をその結晶粒の長径とした。ＴＤ方向の線分のうち、１個の結晶粒の輪郭で切断される線分の長さをその結晶粒の短径とした。それぞれの結晶粒の長径と短径の比（長径／短径）を求め、その平均値をアスペクト比として算出した。【００６３】
（熱処理後の結晶粒径）
上述の特性評価用条材から試験片を採取し、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、エッチングを行った。光学顕微鏡にて、圧延方向が写真の横になるように圧延面を撮影した。観察部位の中で最も結晶粒が微細であり、かつ約１０００×１０００μｍ２の視野内が均一な粒度で形成される部位を選び、約１０００×１０００μｍ２で結晶粒の観察および結晶粒径の測定を行った。ＪＩＳ  Ｈ  ０５０１の切断法に従い、写真の縦、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数を数え、その切断長さの平均値を熱処理後の結晶粒径（平均結晶粒径ｄａｖｅ）として算出した。【００６４】
（熱処理後の粒径のばらつき）
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、最も粗大な結晶粒の長径と短径の平均値（すなわち、長径と短径との和を２で割った値）を最大結晶粒径ｄｍａｘとした。最も粗大な結晶粒とは、５０ｍｍ×５０ｍｍの範囲において、結晶粒の長径と短径の平均値が最大となる結晶粒である。長径は、結晶粒の輪郭上の２点を結ぶ線分のうち最長の線分の長さである。短径は、長径に垂直に線を引いた時に粒界（結晶粒の輪郭）によって切断される線分のうち最長の線分の長さである。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１０以下を「〇」（good）と評価し、ｄｍａｘ／ｄａｖｅが１０を超えた場合を「×」（bad）と評価した。【００６５】
【表１】
2020122112.tif 000002
【００６６】
【表２】
2020122112.tif 000003
【００６７】
【表３】
2020122112.tif 000004
【００６８】
【表４】
2020122112.tif 000005
【００６９】
【表５】
2020122112.tif 000006
【００７０】
【表６】
2020122112.tif 000007
【００７１】
比較例１は、Ｐの含有量が本実施形態の範囲よりも多いため、８００℃、１時間保持の熱処理後の平均結晶粒径が６００μｍと粗大であり、粒径のばらつきも大きくなった。
比較例２、３は、Ｐｂ，Ｓｅ及びＴｅの合計含有量が本実施形態の範囲よりも多いため、８００℃、１時間保持の熱処理後の粒径のばらつきが大きくなった。【００７２】
これに対して、Ｐの含有量が２ｍａｓｓｐｐｍ以下、かつ、Ｐｂ，Ｓｅ及びＴｅの合計含有量が１０ｍａｓｓｐｐｍ以下とされた本発明例１〜３７においては、８００℃、１時間保持の熱処理後の平均結晶粒径が小さく、かつ、粒径のばらつきが小さくなった。よって、加熱時においても、結晶粒の粗大化及び不均一化を抑えることができた。【００７３】
以上のことから、本発明例によれば、熱間加工性に優れ、かつ、加熱後においても、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。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本実施形態の純銅板は、熱間加工性に優れ、かつ加熱後においても結晶粒の粗大化及び不均一化が抑制される。このため、本実施形態の純銅板は、ヒートシンクや厚銅回路等の電気・電子部品（絶縁回路基板）、特に大電流用途の電気・電子部品の素材として好適に適用される。
【図１】
2020122112.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】令和3年1月25日(2021.1.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス基板と接合するための純銅板であって、
Ｃｕの純度が９９．９６ｍａｓｓ％以上で残部が不可避不純物とされるとともに、Ｐの含有量が２ｍａｓｓｐｐｍ以下、かつ、Ｐｂ、Ｓｅ及びＴｅの合計含有量が１０ｍａｓｓｐｐｍ以下とされ、
Ｓの含有量が２ｍａｓｓｐｐｍ以上２０ｍａｓｓｐｐｍ以下の範囲内とされていることを特徴とする純銅板。
【請求項２】
Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｙの合計含有量が１０ｍａｓｓｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の純銅板。
【請求項３】
圧延面における結晶粒の粒径が１０μｍ以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の純銅板。
【請求項４】
圧延面における結晶粒のアスペクト比が２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】
８００℃で１時間保持の熱処理を行った後の結晶粒径が１００μｍ以上３００μｍ以下の範囲内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】
８００℃で加熱されてセラミックス基板と接合された後の結晶粒径が１００μｍ以上３００μｍ以下の範囲内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７】
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１０以下であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の純銅板。
【請求項８】
引張強度が５００ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の純銅板。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明は、上述の知見に基づいてなされたものであって、本発明の一態様に係る純銅板は、セラミックス基板と接合するための純銅板であって、Ｃｕの純度が９９．９６ｍａｓｓ％以上で残部が不可避不純物とされるとともに、Ｐの含有量が２ｍａｓｓｐｐｍ以下、かつ、Ｐｂ、Ｓｅ及びＴｅの合計含有量が１０ｍａｓｓｐｐｍ以下とされ、Ｓの含有量が２ｍａｓｓｐｐｍ以上２０ｍａｓｓｐｐｍ以下の範囲内とされていることを特徴としている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
また、上述の結晶粒成長抑制元素に該当するＳを２ｍａｓｓｐｐｍ以上含むことにより、加熱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２０ｍａｓｓｐｐｍ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。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
また、本発明の一態様に係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結晶粒径が１００μｍ以上３００μｍ以下の範囲内であることが好ましい。
この場合、８００℃で１時間保持の熱処理を行った後の結晶粒径が１００μｍ以上３００μｍ以下の範囲内とされているので、加熱後においても結晶粒の粗大化を確実に抑制することができる。
本発明の一態様に係る純銅板においては、８００℃で加熱されてセラミックス基板と接合された後の結晶粒径が１００μｍ以上３００μｍ以下の範囲内であることが好ましい。
【国際調査報告】
2020122112.tif 000009
2020122112.tif 000010
2020122112.tif 000011
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