具体实施方式
图1表示的是表示有关本发明的铜晶体主要晶面的示意图。由于铜的晶体结构是立方晶体,各晶面及面方向存在如下关系:
{111}Cu面和{100}Cu面形成的角度为55°,
{111}Cu面和{110}Cu面形成的角度为35°,
{111}Cu面和{112}Cu面形成的角度为90°,
{111}Cu面和<112>Cu面方向平行。
其中{}表示面,<>表示面方向。
图2是表示X射线衍射(以下,也有表示为XRD的情况)的入射X射线、检测器、试样、扫描轴的关系的简图。下面,使用图2说明有关利用XRD的轧制铜箔的晶粒取向状态的评价方法。此外,对图2中的三根扫描轴,一般将θ轴称为试样轴,将α轴称为门轴,将β轴称为面内旋转轴。另外,本发明的X射线衍射都通过Cu Kα线进行。
相对于入射X射线,以θ轴对试样和检测器进行扫描,将试样的扫描角为θ,检测器的扫描角为2θ进行扫描的测定方法称为2θ/θ测定。通过2θ/θ测定,在为多晶体的轧制铜箔的试样面(本发明为轧制面)的垂直方向上,可以评价哪个晶面占有优势(轧制面的占有率)。
就某一个衍射面{hk1}Cu而言,对于所指的{hk1}Cu面的2θ值(固定检测器的扫描角2θ),将只对试样进行θ轴扫描的测定方法称为摇摆曲线测定。用这种测定得到的{hk1}Cu面峰值的半峰全宽(FWHM{hk1})或积分宽度(IW{hk1})可以评价{hk1}Cu面的轧制面垂直方向的取向度。这时,可以说半峰全宽(FWHM{hk1})或积分宽度(IW{hk1})的值越小,垂直于轧制面方向的晶体取向性就越好。换言之,由于铜的晶体结构是立方晶体,因而,可以认为半峰全宽(FWHM{hk1})或积分宽度(IW{hk1})表现出立方体相对轧制面的垂直方向以何种程度的偏移倾斜。此外,半峰全宽(FWHM{hk1})定义为衍射峰值强度的一半强度的峰值宽度,积分宽度(IW{hk1})定义为以该衍射峰值的最大强度去除衍射峰值的积分强度的值。
就某一个衍射面{hk1}Cu而言,对于所指的{hk1}Cu面的2θ值(固定检测器的扫描角2θ),以步进式进行α轴扫描,将对各α值进行试样的β扫描(从0°到360°在面内旋转(自转))的测定方法称为极象图测定。通过这种测定,可以评价所指的{hk1}Cu面从轧制面的垂直方向倾斜的程度。
此外,在本发明的XRD极象图测定中,将与试样面垂直的方向定义为α=90°并作为测定基准。另外,极象图测定虽然有反射法(α=15°-90°)和透射法(α=0°-15°)两种,但本发明的极象图测定只用反射法(α=15°-90°)进行测定。
利用了极象图测定的特征的评价方法之一有面内取向测定。这种测定方法是:将与所指的{hk1}Cu面几何学对应的晶面{h′k′1′}Cu面与该{hk1}Cu面构成的角度设为α′时,以“α=90°-α′”方式进行α轴扫描(使试样倾斜),对于{h′k′1′}Cu面的2θ值(将检测器的扫描角2θ固定),对试样进行β扫描(0°到360°的面内旋转(自转))。用这种测定得到的{h′k′1′}Cu面峰值的半峰全宽(FWHM{h′k′1′})或积分宽度(IW{h′k′1′})可以评价{h′k′1′}Cu面的轧制面内两根轴方向的取向度。这时,可以说半峰全宽(FWHM{h′k′1′})或积分宽度(IW{h′k′1′})的值越小,轧制面内方向的晶体取向度越好。换言之,可以认为半峰全宽(FWHM{h′k′1′})或积分宽度(IW{h′k′1′})表现出立方体在轧制面内以何种程度的偏移旋转(从“棋盘格”状偏离)。此外,与上述相同,半峰全宽(FWHM{h′k′1′})定义为衍射峰值强度的一半强度的峰值宽度,积分宽度(IW{h′k′1′})定义为以该衍射峰值的最大强度去除衍射峰值的积分强度的值。再有,若将这种测定得到的{h′k′1′}Cu面峰值的半峰全宽的平均定义为(ave-FWHM{h′k′1′}),则可以用(ave-FWHM{h′k′1′})评价{h′k′1′}Cu面的轧制面内两根轴方向的取向度。这时,可以说(ave-FWHM{h′k′1′})值越小,则轧制面内方向的晶体取向度越好。换言之,可以认为(ave-FWHM{h′k′1′})表现出立方体在轧制面内以何种程度的偏移旋转(从“棋盘格”状偏离)。
本发明的第一实施方式
首先,说明标准化平均强度比。
本实施方式的轧制铜箔的特征是:在最终冷轧工序后进行了再结晶退火的状态下,以轧制面为基准的X射线衍射极象图测定的由α=35°的β扫描得到的上述{111}Cu面的衍射峰值的标准化平均强度[a]和由α=74°的β扫描得到的上述{111}Cu面的衍射峰值的标准化平均强度[b]之比为[a]/[b]≥3。
在此,所谓标准化平均强度Rc是指在XRD极象图测定中,将各α角度的β扫描(面内旋转轴扫描)得到的既定的{hk1}Cu衍射峰值强度平均化了的计数,可以通过下式(详细情况参照下述文献)算出。此外,标准化的计算通常用计算机实施。
Rc=Ic/Istd
其中,
Ic:修正强度(背景修正,吸收修正)
Istd:由计算求得的标准化用的强度
文献名:“RAD系统应用软件织构分析程序操作说明书(说明书编号:MJ201RE)”,理学电机株式会社,P22-23。
文献名:“CN9258E101 RINT2000系列应用软件正极点操作说明书(说明书编号:MJ10102A01)”,理学电机株式会社,P8-10。
另外,将XRD峰值强度标准化使用的理由是,为了消除因XRD测定时的管电压和管电流等条件设定的不同带来的影响而能进行比较(实质上则没有装置依赖性)。
另一方面,{111}Cu面的对轧制面的{200}Cu面的XRD极象图测定的α=35°的标准化平均强度[a]和α=74°的标准化平均强度[b]分别具有如下的意义。
如上所述,由于{111}Cu面的对轧制面的{200}Cu面形成的角度在几何学上为55°,因而α=35°(=90°-55°)。标准化平均强度[a]是与轧制面的{200}Cu面对应的{111}Cu面的衍射强度。换言之,是指轧制面的{200}Cu面的标准化了的衍射强度。
同样地,轧制面的{200}Cu面和{111}Cu面对该{200}Cu面的双晶区域形成的角度在几何学上为16°,因而α=74°(=90°-16°)。标准化平均强度[b]是与轧制面的{200}Cu面的双晶区域对应的{111}Cu面的衍射强度。换言之,是指对轧制面的{200}Cu面的双晶区域标准化了的衍射强度。
因此,[a]/[b]是指轧制面的作为立方体织构的{200}Cu面和具有该双晶关系的晶体区域的标准化了的衍射强度比。
图3是对于本实施方式的轧制铜箔,在最终冷轧工序后进行了再结晶退火的状态下,通过以轧制面为基准的{111}Cu面的XRD极象图测定得到的结果的一个例子。如图3所表明的,α=35°的{111}Cu面的标准化平均强度[a]和α=74°的标准化平均强度[b]之比为[a]/[b]≥3。该结果显示,在{200}Cu面为主体的立方体织构中,是{200}Cu面的双晶组织(双晶区域)少的轧制铜箔。
另一方面,若标准化平均强度比为[a]/[b]<3,则不能得到比过去高的弯曲特性。因此,取[a]/[b]≥3。优选[a]/[b]≥3.5。更优选[a]/[b]≥4。
本发明的第二实施方式
其次,说明面内取向测定。
除了本发明的第一实施方式的特征外,本实施方式的轧制铜箔的特征是:在最终冷轧工序后进行了再结晶退火的状态下,根据相对于立方体织构的{200}Cu面存在55°位置关系的{111}Cu面的XRD面内取向测定的半峰全宽FWHM{111}为10°以下。
图4是对于本实施方式的轧制铜箔,在最终冷轧工序后进行了再结晶退火的状态下,进行了相对于轧制面的{200}Cu面存在55°(根据测定条件,α=35°)的位置关系的{111}Cu面的XRD面内取向测定的结果的一个例子。如图4所表明的,呈现了4条峰值,即4次对称性的衍射峰值(将轧制方向定为β=0°时,各个峰值的中心分别为例如:β≌45°、135°、225°、315°)。若立方体织构很发达(例如,若再结晶晶粒的{200}Cu面占据轧制面的约90%以上),则除了上述4条峰值以外,通过β扫描几乎都未被检出。另外,根据{111}Cu面的面内取向测定的(ave-FWHM{111})为10°以下(4条峰值的平均)。该结果表示{111}Cu面是在轧制面内方向具有良好的取向(具有良好的晶粒取向度)的轧制铜箔。
另一方面,若{111}Cu面的(ave-FWHM{111})超过10°,则不能得到比现有高的弯曲特性。因此,(ave-FWHM{111})取10°以下。优选为9.5°以下。更优选为9°以下。
本发明的第三实施方式
接着,说明2θ/θ测定。
除了本发明的第一实施方式的特征外,本实施方式的轧制铜箔的特征是:在对上述轧制铜箔进行了再结晶退火后的状态下,轧制面在该再结晶晶粒的{200}Cu面上具有强取向,其占有率为90%以上。
图5是对于本实施方式的轧制铜箔,在最终冷轧工序后并进行了再结晶退火的状态下,对轧制面进行了X射线衍射2θ/θ测定得到的结果的一个例子。如图5所表明的,轧制面在该再结晶晶粒的{200}Cu面上具有强取向,{200}Cu面的占有率为90%以上。这显示出是立方体织构很发达的轧制铜箔。
另一方面,若{200}Cu面的占有率不足90%,则不能得到比现有高的弯曲特性。因此,{200}Cu面的占有率取90%以上。优选为92%以上。更优选为94%以上。
此外,上述{200}Cu面的占有率定义如下:
{200}Cu面的占有率(%)=[I{200}Cu/(I{111}Cu+I{200}Cu+I{220}Cu+I{311}Cu)]×100
其中,
I{111}Cu:{111}Cu面的衍射峰值强度
I{200}Cu:{200}Cu面的衍射峰值强度
I{220}Cu:{220}Cu面的衍射峰值强度
I{311}Cu:{311}Cu面的衍射峰值强度
接着,说明摇摆曲线的测定。
除了上述的特征之外,本实施方式的轧制铜箔的另外的特征是:在对上述轧制铜箔进行了再结晶退火后的状态下,轧制面具有强取向的{200}Cu面由摇摆曲线测定得到的衍射峰值的半峰全宽(FWHM{200})在10°以下。
本发明着眼于占上述的轧制面90%以上的再结晶晶粒的{200}Cu面的衍射线来评价{200}Cu面的晶粒取向度。图6是对于本实施方式的轧制铜箔,在最终冷轧工序后并进行了再结晶退火的状态下,对轧制面进行了XRD摇摆曲线测定的结果的一个例子。如图6所表明的,{200}Cu面的由摇摆曲线测定得到的衍射峰值的半峰全宽(FWHM{200})在10°以下。该结果显示其为{200}Cu面在轧制面的垂直方向具有良好的取向(具有良好的晶粒取向度)的轧制铜箔。
另一方面,若{200}Cu面的衍射峰值的半峰全宽(FWHM{200})超过10°,则不能得到比现有高的弯曲特性。因此,轧制铜箔的轧制面的半峰全宽(FWHM{200})定为10°以下。优选9.5°以下,更优选9°以下。
本发明的第四实施方式
接着,说明摇摆曲线的测定。
除了本发明的第一实施方式的特征外,本实施方式的轧制铜箔的特征是:在最终冷轧工序后进行了再结晶退火的状态下,根据轧制面具有强取向的{200}Cu面由摇摆曲线测定得到的结果,该衍射峰值的半峰全宽(FWHM{200})和积分宽度(IW{200})之比为0.85≤IW{200}/FWHM{200}≤1.15。
本发明着眼于占上述的轧制面90%以上的再结晶晶粒的{200}Cu面的衍射线,作为{200}Cu面的晶粒取向度评价半峰全宽(FWHM{200})和积分宽度(IW{200})之比。半峰全宽(FWHM{200})和积分宽度(IW{200})之比为0.85以上,1.15以下,即半峰全宽(FWHM{200})和积分宽度(IW{200})的值大致相同是衍射峰值拖尾少的形状,是指具有结晶方位摆动幅度小(倾角偏离极小)的方位的晶粒的比率高的意思。例如,衍射峰值的形状越接近于梯形或长方形,则FWHM{200}和IW{200}之比(IW{200}/FWHM{200})越接近于1。
另一方面,若{200}Cu面的(FWHM{200})和(IW{200})之比(IW{200}/FWHM{200})小于0.85或超过1.15,则不能得到比现有高的弯曲特性。因此,将该比值取为0.85以上,1.15以下。更优选0.9以上,1.1以下。此外,从晶粒取向的观点来看,不用说,以FWHM{200}和IW{200}的绝对值较小为好。例如,对于FWHM{200},以10°以下较好,优选9.5°以下,更优选9°以下。
接着,说明面内取向测定。
除了上述的特征外,本实施方式的轧制铜箔的另外的特征是:在最终冷轧工序后进行了再结晶退火的状态下,在相对轧制面上具有强取向的{200}Cu面存在55°位置关系的{111}Cu面的由XRD面内取向测定得到的四次对称的衍射峰值中,任何一个衍射峰值的半峰全宽(FWHM{111})和积分宽度(IW{111})之比为0.85≤IW{111}/FWHM{111}≤1.15。
本发明在最终冷轧工序后进行了再结晶退火的状态下,着眼于相对轧制面的{200}Cu面存在55°(根据测定条件,α=35°)位置关系的{111}Cu面的衍射线,作为{111}Cu面的面内取向度评价半峰全宽(FWHM{111})和积分宽度(IW{111})之比。此外,由于{200}Cu面和{100}Cu面是平行的,因而{200}Cu面和{111}Cu面构成的角度当然是55°(参照图1)。
由于轧制面的取向为{200}Cu面,若测定{111}Cu面衍射,则呈现四条峰值,即4次对称性的衍射峰值(将轧制方向定为β≌0°时,各个峰值的中心分别为例如:β≌45°、135°、225°、315°)。只要再结晶晶粒的{200}Cu面占轧制面的约90%以上,除上述四条峰值以外用β扫描几乎检测不到其它的峰值。
与上述同样,半峰全宽(FWHM{111})和积分宽度(IW{111})之比为0.85以上,1.15以下,即半峰全宽(FWHM{111})和积分宽度(IW{111})的值大致相同是衍射峰值拖尾少的形状,是指具有结晶方位摆动幅度小(倾角偏离极小)的方位的晶粒的比率高的意思。例如,衍射峰值的形状越接近于梯形或长方形,则FWHM{111}和IW{111}之比(IW{111}/FWHM{111})越接近于1。
另一方面,若{111}Cu面的(FWHM{111})和(IW{111})之比(IW{111}/FWHM{111})小于0.85或超过1.15,则不能得到比现有高的弯曲特性。因此,将该比值取为0.85以上,1.15以下。更优选0.9以上,1.1以下。此外,从晶粒取向的观点来看,不用说,以FWHM{111}和IW{111}的绝对值较小为好。例如,对于FWHM{111},以10°以下较好,优选9.5°以下,更优选9°以下。
归纳至此的晶粒取向状态。本发明的实施方式的轧制铜箔,首先,在最终冷轧工序后并在再结晶退火前的状态下,形成了良好的轧制织构(80%以上的{220}Cu面的占有率,和抑制了冷轧加工过程中的再结晶现象)。另外,在对该轧制铜箔进行了再结晶退火的状态下,{200}Cu面的占有率为90%以上,该{200}Cu面的摆动幅度很小,并且形成了{111}Cu面的摆动幅度很小的立方体织构。这可以认为铜的立方晶体存在三维的良好的整齐排列的状态(晶粒取向状态)。
接着,说明实现高弯曲特性的机理。
下面,简单地说明本发明的实施方式的轧制铜箔的实现高弯曲特性的机理。
当对金属晶体施加应力时,虽然位错容易沿晶体的滑移面移动,但晶粒边界一般成为对位错移动的障碍物。在作为多晶体的轧制铜箔中,若由于弯曲运动位错聚集在晶粒边界等处,则在聚集之处容易产生裂纹,可以认为是引起了所谓的金属疲劳。若取相反的看法,只要能抑制位错在多晶体中的聚集,则能实现弯曲特性的提高。
如上所述,本发明的实施方式的轧制铜箔(在最终冷轧工序后进行了再结晶退火的状态下),由于铜的立方晶体具有三维的良好的整齐排列的晶体构造,因而可以认为在弯曲运动时,位错引起交叉滑移的概率很高。因此,可以认为晶粒边界等难于成为对位错移动的障碍,弯曲特性可提高(弯曲寿命延常)。
换言之,为了有效地引起交叉滑移,至少需要使{200}Cu面的占有率高,使该{200}Cu面的摆动幅度小,且{111}Cu面的摆动幅度也小,即三轴取向均优良(例如,{200}Cu面的占有率≥90%,0.85≤IW{200}/FWHM{200}≤1.15和0.85≤IW{111}/FWHM{111}≤1.15)。
其理由是因为,即使所谓的立方体织构做得很发达(一般地指{200}Cu面对轧制面的占有率高的状态),若{200}Cu面及{111}Cu面的摆动幅度都不小,则在相邻的晶粒间滑移方向容易产生大的偏移,难于引起交叉滑移。
本发明的第五实施方式
接着,说明轧制铜箔的再结晶晶粒的平均粒径。
本实施方式的轧制铜箔的特征是:在最终冷轧工序后进行了再结晶退火的状态下,观察轧制面的该再结晶晶粒的平均粒径为40μm以上。
如上所述,在多晶体中,只要能抑制位错的聚积(或者,防止位错移动的障碍物),就可以实现弯曲特性的提高。即,铜的立方晶体除了为三维的整齐排列的晶粒取向状态外,通过加大再结晶晶粒的粒径(使晶粒边界本身减少),则提高弯曲特性的效果更显著。
但是,即使减少晶粒边界,如果再结晶晶粒的三轴取向性低,提高弯曲特性的效果也很小。即,本实施方式的轧制铜箔在弯曲运动时,具有位错引起交叉滑移之类的晶粒取向性也是前提条件。另外,为了将再结晶晶粒的平均粒径做成40μm以上,可以通过在增大最终冷轧工序的总压下量(例如,94%以上)的同时,抑制冷轧加工过程中的再结晶现象(详细情况将于后述)来实现。
另一方面,若再结晶晶粒的平均粒径比40μm小,则不能得到比现有高的弯曲特性。因此,再结晶晶粒的平均粒径取40μm以上。优选50μm以上,更优选60μm以上。
本发明的第六实施方式
接着,说明标准化平均强度。
本实施方式的轧制铜箔的特征是:在最终冷轧工序后并在再结晶退火前的状态下,在以轧制面为基准的{111}Cu面的XRD极象图测定中,α角度在35°-75°范围内的标准化平均强度为非阶梯状,或者极大区域实质上只存在一个。
图7是对于本实施方式的轧制铜箔,在最终冷轧工序后并在再结晶退火前的状态下,通过以轧制面为基准的{111}Cu面的XRD极象图测定得到的结果的一个例子。如图7所表明的,显示出在α=35°-75°的范围内为{111}Cu面的标准化平均强度为非阶梯状,或者具有极大区域实质上只存在一个的晶粒取向状态的轧制铜箔。这表明在冷轧加工过程中的再结晶现象受到抑制,形成了良好的轧制织构。
另一方面,α=35°-75°的范围内的{111}Cu面的标准化平均强度若为阶梯状,或者若为极大区域存在多个的晶粒取向状态的轧制铜箔,在其后进行了再结晶退火的轧制铜箔中,则不能得到比过去更高的弯曲特性。因此,做成α=35°-75°的范围内的{111}Cu面的标准化平均强度为非阶梯状,或者具有极大区域实质上只存在一个的晶粒取向状态的轧制铜箔。
本发明的第七实施方式
接着,说明2θ/θ测定。
本实施方式的轧制铜箔的特征是:在最终冷轧工序后再结晶退火前的状态下,铜晶体的{200}Cu面在轧制面上具有强取向,其占有率为80%以上。
图8是对于本实施方式的轧制铜箔,在最终冷轧工序后并在再结晶退火前的状态下,对轧制面进行了X射线衍射2θ/θ测定得到的结果的一个例子。如图8所表明的,轧制面强取向为{220}Cu面,该{220}Cu面的占有率为80%以上。这表示是形成了良好的轧制织构的轧制铜箔。
另一方面,若{220}Cu面的占有率不足80%,在其后进行了再结晶退火的轧制铜箔中也不能得到比现有高的弯曲特性。因此,{220}Cu面的占有率取80%以上。优选为85%以上。更优选为90%以上。
此外,上述{220}Cu面的占有率定义如下:
{220}Cu面的占有率(%)=[I{220}Cu/(I{111}Cu+I{200}Cu+I{220}Cu+I{311}Cu)]×100
本发明的第八实施方式
接着,说明轧制铜箔的铜合金组成。
本实施方式的FPC用轧制铜箔的特征是,由包含0.001-0.009质量%的Sn,其余为铜和不可避免的杂质构成的铜合金。
在本实施方式中,构成FPC用轧制铜箔的铜合金的合金成分的添加理由和含量的限定理由说明书如下。
在轧制铜箔中,最终冷轧工序的总压下量越大(例如,90%以上),则有容易引起常温软化的倾向。当引起这种不希望的现象(常温软化)时,则在FPC制造工序中的铜箔的裁断及与基材的叠层时容易产生铜箔的变形,成为成品率降低的原因。
通过在铜中含有Sn,即使在最终冷轧工序进行了强的加工,也可以抑制常温软化(控制软化温度及再结晶开始温度)。此外,这里所说的“常温软化”包含了冷轧加工中的部分的再结晶现象(详细情况将于后述)。伴随着含Sn量的增加,轧制铜箔的软化温度上升。在Sn少于0.001质量%的场合,控制到所要求的软化温度是困难的。另外,在Sn多于0.009质量%的场合,因软化温度过高,在上述的CCL工序中进行再结晶退火变得困难,并且还产生导电性的降低之类的缺陷。
因此,含Sn量取0.001-0.009质量%。优选0.002-0.008质量%,更优选0.003-0.007质量%。
下面,说明轧制铜箔的制造方法。
图9是表示本发明的实施方式的轧制铜箔的制造工序的整个流程图。上述的本实施方式的轧制铜箔通过在准备了作为原材料的反射炉精炼铜(JISH3100 C1100)或无氧铜(JIS H3100 C1020)或含有上述成分的铜合金锭(铸锭)(工序a)之后,进行热轧的热轧工序(工序b);热轧工序后,通过适当地反复地施行进行冷轧的冷轧工序(工序c)和消除因冷轧引起的加工硬化的中间退火工序(工序d);从而制成被称为“坯料”的经退火的轧制铜箔。另外,也有时将成为“坯料”之前的中间退火工序称为“坯料退火工序”(工序d’)。在“坯料退火工序”中,希望充分地消除此前的加工应变(例如大致完全退火)。
然后,对“坯料”实施最终冷轧工序(工序e,也有被称为“精轧工序”的情况),制造规定厚度的FPC用轧制铜箔。另外,这时的轧制铜箔处于加工硬化的状态(未被退火的状态)。
最终冷轧工序后的轧制铜箔根据需要进行表面处理(工序f),供给FPC制造工序(工序g)。如上所述,再结晶退火(工序g’)往往是在工序g(例如,CCL工序)中进行的。
在本发明中,所谓“最终冷轧工序”是指工序e,所谓“再结晶退火”工序g’是指在工序g中进行的工序。
示本发明的轧制铜箔的制造方法的特征是,将再结晶退火前的最终冷轧工序的总压下量定为94%以上,并将每一道的压下量控制在15-50%。另外的特征是,在该最终冷轧工序中,将其控制为“第一道的压下量≥第二道的压下量≥第三道的压下量”,并将第三道以后的每一道压下量控制在15-25%。
另外,所谓总压下量定义为:总压下量(%)={1-(最终冷轧工序后的板厚/坯料的板厚)}×100。另外,所谓每一道的压下量是指板厚通过了一对轧辊时的减少率,定义为:每一道的压下量(%)={1-(轧制加工一次后的板厚/该轧制加工前的板厚)}×100。
在再结晶退火前的最终冷轧工序中,将总压下量定为94%以上是为了实现对轧制面具有80%以上的占有率的{220}Cu面取向(轧制织构),并通过以后的再结晶退火实现在轧制面上具有90%以上的占有率的{200}Cu面取向(立方体织构)。另外,通过该再结晶退火,是为了使再结晶晶粒的平均粒径达到40μm以上。
再有,在再结晶退火前的最终冷轧工序中,将每一道压下量控制在15-50%,尤其是控制为“第一道的压下量≥第二道的压下量≥第三道的压下量”,并将第三道以后的每一道压下量控制在15-25%是为了在轧制织构的{111}Cu面的XRD极象图测定中,使在α=35°-75°的范围内{111}Cu面的标准化平均强度为非阶梯状,或者实现极大区域实质上只存在一个的晶粒取向状态。
在最终冷轧工序中,在总压下量小于94%或者对每一道压下量的控制不满足上述条件的场合,为实现上述目的是不够的。因此,要将总压下量定为94%以上,并将每一道压下量控制在15-50%。再有,最好控制为“第一道的压下量≥第二道的压下量≥第三道的压下量”,并将第三道以后的每一道压下量控制在15-25%。
下面,说明对压下量控制的研究。
轧制加工时所施加的应力可以考虑分为对加工对象的“拉伸应力成分”和“压缩应力成分”。另外,在对铜箔的冷轧加工中,铜箔中的铜晶体由于轧制加工时的应力而引起旋转现象,随着加工的进展而形成轧制织构。这时,由应力方向引起的晶体的旋转方位(对轧制面的取向方位)一般地在压缩应力的场合为{220}Cu面,在拉伸应力的场合为{311}Cu面或{211}Cu面。
在现有的轧制铜箔中,从上述的观点来看,将最终冷轧工序的总压下量和每一道的压下量设定得较高,则通过提高压缩应力而增强了{220}Cu面取向(轧制织构)。
另外,在现有的轧制铜箔中,只着眼于最终冷轧工序的总压下量,而对每一道的压下量则未作特别的考虑。但是,在提高总压下量的场合,从减少加工道次的观点来看,可以认为通常的作法是将每一道的压下量设定得较高。
然而,通过本发明人对金属结晶学的详细研究弄清楚了,若在将每一道的压下量设定得较高之后,并提高总压下量,则在最终冷轧工序的过程中局部地产生再结晶现象等,阻碍了{220}Cu面取向(轧制织构)的形成。另外,对{220}Cu面取向(轧制织构)形成的阻碍,不用说,也阻碍了由再结晶退火引起的立方体织构的三轴取向。
因此,本发明与过去相反,发明了在将每一道的压下量(压缩应力)控制得较低之后,并提高总压下量(累积加工应变)的制造方法。因此,在抑制在最终冷轧工序过程中的再结晶(加工应变的消除)的同时,可以形成具有80%以上的占有率的{220}Cu面取向(轧制织构)。
其它实施方式
在工序a中,对熔化、铸造方法没有限制,并对材料的尺寸也没有限制。在工序b、工序c和工序d中,也没有特别的限制,可以是通常的方法和条件。另外,用于FPC的轧制铜箔的厚度一般为50μm以下,本发明的轧制铜箔的厚度只要在50μm以下,没有限制。
下面,说明柔性电路板的制造。
使用上述实施方式的轧制铜箔,利用通常进行的制造方法,可以得到柔性电路板。另外,对轧制铜箔的再结晶退火,既可以用通常的CCL工序进行热处理,也可以采用另外的工序进行。
下面,说明实施方式的效果。
根据上述的本发明的实施方式,具有下述的效果。
(1)与过去比较可以得到具有优良的弯曲特性的轧制铜箔。
(2)与过去比较可以稳定地制造具有优良的弯曲特性的轧制铜箔。
(3)与过去比较可以得到具有优良的弯曲特性的柔性电路板(FPC)等的柔性配线。
(4)不只可用于柔性电路板(FPC),还能适用于要求高弯曲特性(弯曲寿命)的其它导电部件。
下面,根据实施例进一步详细说明本发明,但本发明不受这些的限定。
实施例
下面,说明实施例1和比较例1-3的制作。
开始,作为原材料制作无氧铜(含氧量为2ppm),制造了厚度200mm,宽度650mm的铸锭。然后,按照图9所述的流程进行了热轧直到10mm的厚度之后,适当反复地进行冷轧和中间退火,制成具有0.8mm和0.2mm两种厚度的坯料。另外,作为坯料退火,进行了在700℃的温度保温约一分钟的热处理。
随后,通过在表1所示的条件下进行最终冷轧工序,制成了厚度为16μm的轧制铜箔(实施例1和比较例1-3)。另外,对于各条件(各轧制铜箔),各制作了五块试样。
表1最终冷轧工序的条件
如表1所示,实施例1是本发明的实施方式的轧制铜箔。比较例1是最终冷轧工序的每一道压下量超出本发明的规定范围的轧制铜箔。比较例2是最终冷轧工序的总压下量超出本发明的规定范围的轧制铜箔。比较例3是最终冷轧工序的总压下量和每一道压下量都超出本发明的规定范围的轧制铜箔。
下面,说明最终冷轧工序完成后的轧制铜箔的晶粒取向状态。
在各种XRD测定(2θ/θ测定,摇摆曲线的测定,极象图测定,面内取向测定)中,使用了X射线衍射装置(株式会社リガク制,型号为:RAD-B)。对阴极(target)使用Cu,管电压和管电流分别为40kV、30mA。并且,供XRD测定的试样的尺寸为约15×15mm2。
XRD2θ/θ测定的条件使用一般的广角测角器在2θ=30-100°的范围内进行测定。2θ/θ测定的狭缝条件在发散狭缝为1°,接收狭缝为0.15mm,散射狭缝为1°的条件下进行。
另外,XRD极象图测定的条件是使用一般的舒尔茨反射法,在α=35°-75°(垂直于轧制面的方向为α=90°)的范围内以每1°为一步对β角度进行0-360°的扫描(自转),测定了{111}Cu面的衍射强度(2θ≌43°,2θ值使用了对每个试样预先测定了的结果)。这时的狭缝条件使用了发散狭缝=1°,散射狭缝=7mm,接收狭缝=7mm和舒尔茨狭缝(狭缝高度1mm)。
对以表1的条件制成的各轧制铜箔(厚度为16μm)的加工完成状态(在最终冷轧工序后再结晶退火前),进行了轧制面的X射线衍射2θ/θ测定和以轧制面为基准的{111}Cu面的极象图测定。图10是在最终冷轧工序后再结晶退火前的对轧制面的X射线衍射2θ/θ测定结果的例子。图10(a)是实施例1,图10(b)是比较例1,图10(c)是比较例2,图10(d)是比较例3。
另外,表2表示在图10所示的各测定结果中,以最强线的衍射强度为100时的相对强度和{220}Cu面的占有率。
表2以最强线的衍射强度为100时的相对强度和{220}Cu面占有率
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{111}Cu |
{200}Cu |
{220}Cu |
{311}Cu |
{220}Cu面占有率 |
| 实施例1 |
2 |
4 |
100 |
3 |
约92% |
| 比较例1 |
2 |
25 |
100 |
5 |
约76% |
| 比较例2 |
6 |
53 |
100 |
6 |
约61% |
| 比较例3 |
4 |
100 |
41 |
6 |
约27% |
如图10和表2所表明的,实施例1判定为形成了强取向于{220}Cu面的轧制织构({220}Cu面占有率≌92%)。与此相对,比较例1-3判定为大量检测出{200}Cu面,{220}Cu面占有率也低于80%。
图11是以实施例1的轧制面为基准的{111}Cu面的XRD极象图测定结果的一个例子。图11(a)表示的是由各α角度的β扫描得到的该{111}Cu面的衍射峰值的标准化平均强度,图11(b)表示的是正极象图。
图12是以比较例1的轧制面为基准的{111}Cu面的XRD极象图测定结果的一个例子。图12(a)表示的是由各α角度的β扫描得到的该{111}Cu面的衍射峰值的标准化平均强度,图12(b)表示的是正极象图。
图13是以比较例2的轧制面为基准的{111}Cu面的XRD极象图测定结果的一个例子。图13(a)表示的是由各α角度的β扫描得到的该{111}Cu面的衍射峰值的标准化平均强度,图13(b)表示的是正极象图。
图14是以比较例3的轧制面为基准的{111}Cu面的XRD极象图测定结果的一个例子。图14(a)表示的是由各α角度的β扫描得到的该{111}Cu面的衍射峰值的标准化平均强度,图14(b)表示的是正极象图。
在图11(a)、图12(a)、图13(a)和图14(a)中,图中的箭头表示标准化平均强度成为阶梯状或极大区域的部分。如图中所表明的,知道了在α=35°-75°的范围内,对于实施例1实质上只存在一个极大区域,与之相反,对于比较例1-3,该极大区域却至少存在两处。
在此,与图12(a)和图14(a)的α=40°-45°的范围的极大区域相对应,在图12(b)和图14(b)中如图中的箭头所示,可以确认四次对称性的衍射峰值。该四次对称性的衍射峰值可以认为是源于冷轧加工过程中的再结晶现象。另外,比较例1和3是最终冷轧工序的每一道的压下量都比本发明的规定的压下量大的轧制铜箔(参照表1),暗示出每一道的压下量对冷轧加工过程中的再结晶现象具有极大的影响。
另一方面,在图13(b)中未见到与图13(a)的α=40°-45°的范围的阶梯状区域相对应的四次对称性的衍射峰值。然而,由于比较例2是最终冷轧工序的总压下量比本发明的规定的总压下量小的轧制铜箔(参照表1),因而可以认为,由于冷轧加工的铜晶体的旋转现象不充分,便检测出图14(a)的α=40°-45°的范围的阶梯状区域。
将表1-2和图10-14合并起来考虑。若每一道的压下量都比本发明的规定的压下量大,则可以认为,引起冷轧加工过程中的再结晶现象,在2θ/θ测定中{200}Cu面的衍射增强,在极象图测定中可以观察到四次对称性的衍射峰值。另外,若总压下量比本发明的规定的总压下量小,则可以认为,由冷轧加工引起的铜晶体的旋转现象变得不充分,可以观察到在2θ/θ测定中{200}Cu面的衍射增强。因此,在比较例3中,由于这些重要因素的复合现象,可以认为2θ/θ测定中的{200}Cu面和{220}Cu面的衍射强度成为I{200}Cu>I{220}Cu。
将最终冷轧工序的加工条件和加工完成后的轧制铜箔的晶粒取向状态的关系归纳如下。在再结晶退火前的最终冷轧工序中,很清楚,通过将总压下量定为94%以上,并将每一道压下量控制在15-50%,尤其是控制为“第一道的压下量≥第二道的压下量≥第三道的压下量”,并将第三道以后的每一道压下量控制在15-25%,可以控制最终冷轧加工过程中的再结晶现象,并且可以形成促进了铜晶体的旋转现象的{220}Cu面取向(良好的轧制织构)。
相反,“总压下量”和“每一道压下量”超出本发明规定的范围,则产生轧制加工过程中的再结晶现象或不充分的晶体旋转,将阻碍轧制铜箔的{220}Cu面取向(轧制织构)的有效形成。
下面,说明再结晶退火后的轧制铜箔的晶粒取向状态。
对如上所述制作的轧制铜箔(厚度为16μm,最终冷轧工序完成),在进行了温度为180℃保温60分钟的再结晶退火之后,使用X射线衍射装置评价了各轧制铜箔的晶粒取向状态。通过XRD2θ/θ测定评价立方体织构的{220}Cu面占有率时(分别取五个试样的平均值),实施例1为约94%,比较例1为约91%,比较例2为约89%,比较例3为约88%。其结果汇总于表3。
另外,XRD摇摆曲线的测定如下进行。将检测器固定在由各轧制铜箔的XRD2θ/θ测定得到的{200}Cu面的衍射峰值的2θ值,对直到θ=15-35°扫描试样时得到的衍射峰值评价其半峰全宽(FWHM{200})及积分宽度(IW{200}),算出了它们的比IW{200}/FWHM{200}。另外,摇摆曲线的测定的狭缝条件与2θ/θ测定同样,在发散狭缝为1°,接收狭缝为0.15mm,散射狭缝为1°的条件下进行。将其结果(分别为五个试样的平均值)一起记载在表3中。
另外,XRD面内取向测定如下进行。首先,对各个轧制铜箔(各试样)预先求得{111}Cu面的2θ值(例如,使用来自JCPDS的{111}Cu面的2θ值进行{111}Cu面的面内取向测定,使用衍射强度最大的β值,通过在将试样面设定为α=35°的状态下进行2θ/θ测定,就可以得到该试样的{111}Cu面的2θ值)。其后,将检测器固定在该试样的{111}Cu面的2θ值,使用对试样进行了β轴扫描(β=0-360°)时得到的四次对称的衍射峰值的任何一个评价其半峰全宽(FWHM{111})及积分宽度(IW{111}),算出了它们的比IW{111}/FWHM{111}。将其结果(分别为五个试样的平均值)一起记载在表3中。
表3对再结晶退火后的轧制铜箔的XRD测定结果(分别为五个试样的平均值)
注*:面内取向测定中半峰全宽(FWHM{111})的结果表示为半峰全宽的平均(ave-FWHM{111})。
将再结晶退火前后的轧制铜箔的晶粒取向状态的关系归纳如下。如表3的结果所表明的,对具有如图11的晶粒取向状态的轧制铜箔进行了再结晶退火的轧制铜箔,从{200}Cu面的占有率,半峰全宽(FWHM{111}),半峰全宽的平均(ave-FWHM{111}),IW{200}/FWHM{200}和IW{111}/FWHM{111}等指标显示出具有三轴取向性极高的立方体织构。并且,根据标准化平均强度比[a]/[b]指标,除了立方体织构的三轴取向性外,还显示是{200}Cu面的双晶组织少的轧制铜箔。
与之相反,对具有如图12-14的晶粒取向状态的轧制铜箔进行了再结晶退火的轧制铜箔,上述多个指标的任何一个以上都很差,显示出立方体织构的三轴取向性很差(受到阻碍),和/或显示出是立方体织构的{200}Cu面的双晶组织多的轧制铜箔。
下面,说明再结晶退火后的轧制铜箔的平均晶粒粒径。
对如上所述制作的各轧制铜箔(厚度为16μm,再结晶退火后)的平均晶粒粒径的评价如下进行。用以过氧化氢水(例如,和光纯药工业株式会社制,牌号:080-01186)和氨水(例如,和光纯药工业株式会社制,牌号:017-03176)的混合溶液(氨水10ml+过氧化氢水2-3滴)润湿的脱脂棉腐蚀轧制铜箔的表面(将腐蚀的面用脱脂棉擦拭1-2次的程度)之后,使用光学显微镜(ォリンパス株式会社制,型号:PMG3)拍摄了表面的金属组织照片。对该照片根据JIS H 0501的切断法求得平均晶粒粒径。其结果示于表4。
表4再结晶退火后的轧制铜箔(无氧铜)的平均晶粒粒径的测定结果(分别为五个试样的平均值)
| 比较例1 |
约34μm |
| 比较例2 |
约8.5μm |
| 比较例3 |
约6.9μm |
如表4的结果所表明的,可知实施例1的轧制铜箔与比较例1-3比较,具有非常大的平均晶粒粒径。该结果可以认为是源于实施例1的立方体织构的极高的三轴取向性和{200}Cu面的双晶组织少的轧制铜箔(参照表3)。
下面,说明再结晶退火后的轧制铜箔的弯曲特性。
对如上所述制作的各轧制铜箔(厚度为16μm,再结晶退火后)的弯曲特性的评价如下进行。图17是表示弯曲特性评价(滑动弯曲试验)的概要的示意图。滑动弯曲试验装置使用信越ェンジニァリング株式会社制,型号:SEK-31B2S;测定的条件是:R=2.5mm,振幅大小=10mm,频率=25Hz(振幅速度=1500次/分),试样宽度=12.5mm,试样长度=220mm,试样片的长度方向为轧制方向。其结果示于表5。
表5再结晶退火后的轧制铜箔(无氧铜)的滑动弯曲试验结果(分别为五个试样的平均值)
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|
弯曲寿命次数直到弯曲部断裂的次数 |
| 实施例1 |
6.6×106 |
| 比较例1 |
3.2×106 |
| 比较例2 |
1.0×106 |
| 比较例3 |
0.9×106 |
如表5的结果所表明的,可知实施例1的轧制铜箔与比较例1-3比较,具有两倍以上的弯曲寿命次数(高的弯曲特性)。该结果可以认为是源于实施例1的立方体织构的极高的三轴取向性和{200}Cu面的双晶组织少的轧制铜箔(参照表3)和大的平均晶粒粒径(参照表4)。
下面,说明实施例2-3和比较例4的制作。作为原材料制作了:在上述无氧铜(含氧量为2ppm)中添加了0.004质量%Sn的铜合金(实施例2),在上述无氧铜中添加了0.007质量%Sn的铜合金(实施例3)和在上述无氧铜中添加了0.01质量%Sn的铜合金(比较例4),制造了厚度为200mm,宽度为650mm的铸锭。然后,按照图9所述的流程进行热轧直到10mm的厚度之后,适当反复地进行冷轧和中间退火工序,制成具有0.8mm厚度的坯料。另外,作为坯料退火进行了在700℃温度下保温约1分钟的热处理。
随后,通过在与实施例1相同的条件(参照表1)下进行最终冷轧工序,制成了厚度为16μm的轧制铜箔(实施例2-3和比较例4)。对这些轧制铜箔(最终冷轧加工完成)进行了X射线衍射2θ/θ测定和以轧制面为基准的{111}Cu面的XRD极象图测定时,可以得到与图10(a)和图11同样的结果。
对制成的轧制铜箔(实施例2-3和比较例4)的软化温度进行了研究。研究方法是大体根据JIS Z 2241的拉伸试验方法,以使用了万能试验机(株式会社岛津制作所制,型号:AG-1)的拉伸强度进行判定。首先,作为试样片切成宽度为15mm,长度为200mm的长方形(长度方向为轧制方向)。对切成的各试样片在50℃、100℃、130℃、160℃、180℃、200℃、220℃、240℃、260℃、280℃、300℃、320℃、340℃、360℃的各温度进行了30分钟的热处理。测定热处理后的各试样片的拉伸强度,将强度降低基本上达到饱和(110-150N/mm2程度)的温度作为软化温度(另外,热处理前的轧制铜箔的拉伸强度为380-480N/mm2程度)。
进行了这样的研究的结果(分别为五个试样的平均值),实施例2的软化温度为约180℃,实施例3的软化温度为约260℃,比较例4的软化温度为约320℃。此外,不含Sn的无氧铜(实施例1)的软化温度为约100℃。对于这些轧制铜箔,在CCL工序的预定了再结晶退火的条件(在温度300℃下保温10分钟)下进行了热处理之后,与上述同样地进行了平均晶粒粒径评价和弯曲特性评价(滑动弯曲试验)。平均晶粒粒径评价的结果示于表6,弯曲特性评价的结果示于表7。
表6热处理后的轧制铜箔(铜合金)的平均晶粒粒径测定结果(分别为五个试样的平均值)
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平均晶粒粒径 |
| 实施例2 |
约65μm |
| 实施例3 |
约60μm |
| 比较例4 |
约11μm |
表7热处理后的轧制铜箔(铜合金)的滑动弯曲试验结果(分别为五个试样的平均值)
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弯曲寿命次数直到弯曲部断裂的次数 |
| 实施例2 |
6.7×106 |
| 实施例3 |
6.1×106 |
| 比较例4 |
0.2×106 |
若综合考虑表4-7的结果,可以认为,由于实施例2和3的轧制铜箔进行了必要而充分的再结晶退火,因而与现有的轧制铜箔(比较例1-3)比较,显示出两倍以上的弯曲寿命次数(高的弯曲特性)。另外,根据同样的理由,可以认为,热处理后的平均晶粒粒径具有足够的大小(40μm以上)。
另外,对于进行了上述热处理的实施例2和3的轧制铜箔,与实施例1同样在进行了XRD 2θ/θ测定,{200}Cu面的摇摆曲线测定和以轧制面为基准的{111}Cu面的XRD极象图测定(面内取向测定,标准化平均强度比的评价)时,可以分别确认90%以上的{200}Cu面的占有率,FWHM{200}≤10°,0.85≤IW{200}/FWHM{200}≤1.15,ave-FWHM{111}≤10°,0.85≤IW{111}/FWHM{111}≤1.15和[a]/[b]≥3。
另一方面,Sn成分的含量比本发明规定的范围多的比较例4,其弯曲特性比现有的轧制铜箔(比较例1-3)更差。因此,对于进行了上述热处理的比较例4的轧制铜箔进行了XRD极象图测定。图18是比较例4的以轧制面为基准的{111}Cu面的XRD极象图测定结果的一个例子。图18(a)表示的是由各α角度的β扫描得到的{111}Cu面的衍射峰值的标准化平均强度,图18(b)表示的是正极象图。
如图中的结果所表明的,标准化平均强度比为[a]/[b]≤3,并且可知源于再结晶的衍射和源于轧制织构的衍射混合存在。这可以认为是由于Sn成分的含量过多,因而再结晶退火不能充分地进行。