JP2002317231A

JP2002317231A - ハードディスクドライブサスペンション用銅合金箔

Info

Publication number: JP2002317231A
Application number: JP2001071938A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Tomioka; 靖夫富岡; Tetsuo Maki; 哲生牧; Naohiko Era; 尚彦江良
Original assignee: Nippon Mining and Metals Co Ltd; Nippon Mining Co Ltd
Current assignee: Nippon Mining Holdings Inc; Eneos Corp
Priority date: 2000-03-14
Filing date: 2001-03-14
Publication date: 2002-10-31
Anticipated expiration: 2021-03-14
Also published as: JP3539685B2

Abstract

(57)【要約】【課題】コンピュータのハードディスクドライブサス
ペンションの位置決め精度を高める。【解決手段】Ｎｉ：1％〜4.8％，Ｓｉ：0.2％〜1.4％と
し，Ｓｉに対するＮｉの含有量比が2〜8になるように調
整し，残部を実質的に銅及び不可避不純物とし，引張強
さが650MPa以上，介在物の大きさが10μm以下であり，
かつ5〜10μmの大きさの介在物個数が圧延平行断面で50
個/mm²以下とし，さらにポリイミドと熱圧着する際の加
熱条件に相当する330℃，2時間の加熱前後における熱伸
縮率Δを Δ(%)＝（l−l₀）/l₀×100 l₀：加熱前の試料長さ， l：加熱後の試料長さとしたとき，圧延平行方向に対してΔが-0.1%〜＋0.1%
である銅合金箔。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハードディスクド
ライブのサスペンション上の配線に用いられ，高速信号
伝達が可能な高強度高導電性銅合金箔に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】コンピューターの記憶装置として用いら
れるハードディスクドライブにおいて，磁気ディスクの
情報を読む磁気ヘッドを支持するために，ステンレス鋼
製の薄板を加工したサスペンションが腕として用いら
れ，磁気ヘッドはこのサスペンションの先端に取りつけ
られる．磁気ディスクの情報を読み取るときや，情報を
書き込む時には，サスペンションの根元を軸としてサス
ペンションが回転することによって，磁気ヘッドが磁気
ディスクの所定位置まで移動し，信号のやり取りを行
う。近年のハードディスクドライブには，記憶容量の向
上，信号伝達の高速化，小型化，高い信頼性が求められ
る。これに伴い，サスペンションおよび磁気ヘッドを含
めた系には，高密度配線，高い位置精度，高い電気伝導
性が要求される。ちなみに現在のハードディスクのトラ
ック幅は２μｍであり、磁気ヘッドの位置決めは０．２
μm以下の精度で行われている。

【0003】図１は、ハードディスクドライブサスペンショ
ンの先端平面図である。ハードディスクドライブの磁気
ヘッドを支持するサスペンション上に配線するために，
従来は導線が用いられていた。しかしながら，位置精
度，結線，取り扱いの容易性，製造コスト等の観点で，
厚さ18μm程度の銅合金箔１の配線がポリイミド等の樹
脂３を介してサスペンション２上に接着されたものが用
いられるケースが増えてきた。

【０００４】このようなサスペンション部品の製造され
るプロセスは次の通りである。まずポリイミドを介して
銅合金箔と、一般に厚さが０．０２０ｍｍ前後のステン
レス鋼（SUS304など）の基板を熱圧着した3層の積層シ
ートを製造する。次に積層シートをエッチング加工する
ことにより銅合金箔，ステンレス鋼などの基板、ポリイ
ミドの所定部分を除去し，所定の形状と配線構造を持つ
サスペンション部品が得られる。エッチングは銅合金箔
側とステンレス鋼基板側の両方から行われる。エッチン
グ後の部品は、ステンレス鋼基板を除去した銅合金箔―
ポリイミド二層積層体、銅合金箔を除去したポリイミド
樹脂―ステンレス鋼二層積層体及び銅合金箔―ポリイミ
ドーステンレス鋼基板の三層積層体が共存することにな
る。

【０００５】この配線に用いられる箔に要求される性質
は次の通りである。まず，積層シートの製造工程，エッ
チングによるサスペンションの製造工程，さらにヘッド
部の組立工程を通じて，折れなどの変形を生じないよう
に，高い強度が必要とされる。また，積層シートを製造
する際の熱圧着時に生じる銅合金箔の熱伸縮が，ポリイ
ミドやステンレス鋼などの基板の寸法変化とマッチング
しないと積層シート製造時または続くエッチング加工後
に反りを生じるためハードディスクサスペンション機構
のアームの寸法精度に支障をきたす。

【０００６】ところで、Cu-Ni-Si系合金を電気・電子部
品に使用することは公知である。特許第２６５１１２２
号にて提案された電気・電子部品用Cu-Ni-Si系合金の製
造方法は、Ni:4.1〜 10wt%, Si: 1.0 〜1.5wt%, Mn:0.2
wt%以下、Zn：1.0% 以下を含有し、S含有量が15ppm以下
であり、残部がCuと不可避的不純物とからなる銅合金の
製造方法に関するものであるが、９５０〜1000℃に１分
以上保持する溶体化処理を施した後、少なくとも 300〜
600℃の温度範囲を10℃/sec以上の冷却速度で冷却し、
５０％以上の加工率で冷間圧延後、450 〜550℃の温度
で、 1〜 3０分熱処理を行い、その後３０〜８０％の加
工率で冷間加工後、380〜440℃の温度で５〜１８０分熱
処理を行う方法である。この方法において、450 〜550
℃の前段熱処理と380〜440℃の後段熱処理の２段熱処理
を行うのは、高温の前段熱処理では析出を進行させ、再
結晶を起こさせ、低温の後段熱処理では微細析出物を形
成して強度及び導電率を向上させるためである。さら
に、各熱処理の前に冷間加工を行う理由は、１回目の熱
処理前の冷間加工、この熱処理での再結晶を促進するた
めであり、また２回目の熱処理前に冷間加工を行うの
は、加工硬化とこの熱処理での再結晶を促進するためで
ある。さらに、記述されている特性は引張り強さ、伸
び、導電率であり、熱膨張率や熱収縮などについては記
述されていない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、加熱に
より、銅合金箔、ステンレス鋼基材、ポリイミドなどが
どのように伸縮するかを研究した。その結果、銅合金箔
とステンレス鋼の熱伸縮は非可逆的に起こることを見出
した。即ち、加熱・冷却のサイクルにより最初の温度に
戻ったとき、これらの材料は加熱サイクルの前の寸法に
は戻らず、収縮する場合と膨張する場合がある。そし
て、さらに研究した結果、銅合金の非可逆的寸法変化は
圧延加工によって導入された格子欠陥が加熱により消失
する過程が関係していることを究明した。

【０００８】理想的には、ハードディスクサスペンショ
ンの配線構造を作る銅合金箔、ステンレス鋼基材、ポリ
イミドなどの三者が同じように熱伸縮すれば、反りなど
は発生しない。実際はこれらが同一ではないので、三層
を積層した状態では各層の歪がバランスし反りがなくと
も、エッチングした段階で歪のバランスが崩れ長手方向
の反りが発生する。近年の磁気ヘッドのように高い位置
精度を必要とするハードディスクドライブサスペンショ
ンでは、僅かでも反りが発生すると、トラッキング性能
が不良となった。よって、高い位置精度を得るために
は，銅合金箔の熱伸縮をステンレス鋼及びポリイミドと
マッチングするように精密にコントロールする必要があ
ることが分かった。さらに、生産性の観点から，サスペ
ンション部品の長手方向を圧延直角方向にとるケースが
多いことから，圧延平行方向だけの寸法変化をコントロ
ールするだけでは不十分であり，同時に圧延直角方向の
熱伸縮をコントロールしないとサスペンション部品にそ
りが生じる場合があることが分かった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは，上記目的
を達成すべく鋭意検討を行った過程で，高強度をもつ銅
合金に着目し，これらを損なうことなく，ハードディク
サスペンション配線構造の寸法変化が厳密に制御され，
エッチング性の良好な銅合金箔を実現できるに至った。
さらに，析出強化型の高強度銅合金として知られるCu-
Ni-Si系合金に着目して研究を行った結果，以下に示す
知見を得ることができた。

【００１０】本発明は、（１）添加元素の成分を、質量
割合にて、Ｎｉ：1％〜4.8％，Ｓｉ：0.2％〜1.4％と
し，Ｓｉに対するＮｉの含有量比が2〜8になるように調
整し，残部を実質的に銅及び不可避不純物とし，引張強
さが650MPa以上，介在物の大きさが10μm以下であり，
かつ5〜10μmの大きさの介在物個数が圧延平行断面で50
個/mm²以下であり，さらにポリイミドと熱圧着する際の
加熱条件に相当する330℃，2時間の加熱前後における熱
伸縮率Δを Δ(%)＝（l−l₀）/l₀×100 l₀：加熱前の試料長さ， l：加熱後の試料長さとしたとき，圧延平行方向に対してΔが-0.1%〜＋0.1%
であるハードディスクドライブサスペンション用銅合金
箔、及び（２）添加元素の成分を、質量割合にて、Ｎ
ｉ：1％〜4.8％，Ｓｉ：0.2％〜1.4％，Mg，Zn，Sn，F
e，Ti，Zr，Cr，Al，Mn，AgおよびBeの1種以上を総量で
0.005〜2％とし、Ｓｉに対するＮｉの含有量比が2〜8に
なるように調整し，残部を銅及び不可避不純物とし，引
張強さが650MPa以上，介在物の大きさが10μｍ以下であ
り，かつ5〜10μmの大きさの介在物個数が圧延平行断面
で50個/mm²以下であり，さらにポリイミドと熱圧着する
際の加熱に相当する330℃，2時間の加熱前後における熱
伸縮率Δを Δ(%)＝（l−l₀）/l₀×100 l₀：加熱前の試料長さ， l：加熱後の試料長さとしたとき，圧延平行方向に対してΔが-0.1%〜＋0.1%
であるハードディスクドライブサスペンション用銅合金
箔に関するものである。上記（１）または（２）におい
て、ポリイミドと熱圧着する際の加熱に相当する330
℃，2時間の加熱前後における熱伸縮率Δは、上記した
圧延平行方向の範囲に加えて、圧延直角方向の前記熱伸
縮率Δが-0.02%〜＋0.04%を満足することが好ましい。

【００１１】

【作用】（熱伸縮率）先述のように，銅合金箔加熱冷却
時の非可逆的熱伸縮は圧延中の母材の変形時に導入され
た格子欠陥が，加熱により消失する過程で引き起こされ
る。一方、ポリイミド、ステンレス鋼などの層構成材料
の熱伸縮とマッチングするような寸法変化特性を銅合金
箔がもつ必要があり，これによってさらに良好なサスペ
ンション形状が得られる。具体的には，ポリイミドと熱
圧着する際の条件に相当する330℃，2hの加熱前後にお
ける圧延方向の寸法変化Δを Δ(%)＝（l−l₀）/l₀×100 l₀：加熱前の試料長さ， l：加熱後の試料長さとしたとき，圧延平行方向に対してΔが-0.1%〜+0.1%と
すればよい。寸法変化Δが−０．１％未満であると、銅
合金箔が大きく収縮するために、冷却後の銅合金箔は引
張り歪を受け、一方ステンレス鋼及びポリイミドは圧縮
歪を受ける。この状態で三層積層体の歪がバランスして
いると反りは起こらない。しかし、上記したエッチング
により何れかの層が除去されると、反りが発生する。次
に、寸法変化Δが＋０．１％より大きくなると、上記場
合とは反対の歪が発生し、やはりエッチング後に反りが
起こる。したがって、寸法変化Δは−０．１〜＋０．１
％の範囲にコントロールする必要がある。

【００１２】圧延により材料に導入される格子欠陥の配
列に方向性があるため，寸法変化は圧延平行方向と直角
方向で異なる挙動を示す。かつ圧延直角方向でΔが-0.0
2%〜+0.04%の範囲にコントロールする必要がある。

【００１３】このような寸法変化特性を得るためには，
最終圧延の加工度を規定し，およびその後，条件を調整
した歪取焼鈍を行えばよい。最終圧延の加工度が高くな
ると，寸法変化の原因となる格子欠陥が大量に導入さ
れ，その後歪取焼鈍を行っても寸法変化を要求される範
囲に制御することができない。良好な寸法変化を得るた
めの加工度は95%以下である。さらに最終圧延後に行う
歪取焼鈍においては，焼鈍温度を200〜400℃，好ましく
は250〜350℃，焼鈍時間を30分〜5時間，好ましくは1〜
4時間とすればよい。

【0014】（合金組成―NiおよびSi）NiおよびSiは，それ
ぞれ合金中に固溶することによって合金の強度を高める
作用もあるが，適当な時効処理を行うことにより，Niと
Siが相互にNi₂Si組成の析出物を形成し，合金の強度を
著しく増加させるとともに電気伝導度も著しく高める。
ただし，Ni含有量が1％（組成を表す百分率は特記しな
い限り質量％である）未満またはSi含有量が0.2％未満
の場合は，他の成分の複合添加を伴っても所望とする強
度が得られない。またNi含有量が4.8％を超えるかまた
はSi含有量が1.4％を超える場合は導電率の低下が著し
く，さらには強度の向上に寄与しない粗大なNi−Si粒子
が母材中に生成し，圧延後の破断，ピンホール発生等に
より生産性の低下を招くことになる。従って，Niの含有
量を1〜4.8％，Siの含有量を0.2〜1.4％と定めた。更
に，時効処理後の電気伝導性をより高めるためには，合
金中のNiとSiの含有原子比率を化学量論組成のNi₂Siの
原子比率に近づけることが望ましい。良好な電気伝導性
を得るためのSi含有量に対するNi含有量の比（Ni含有量
/Si含有量）は2から8が良く，4が最も好ましい。

【００１５】（合金組成―Mg，Zn，Sn，Fe，Ti，Zr，C
r，Al，Mn，AgまたはBe）これらの成分はいずれも，Ni
−Ｓｉ系銅合金の強度を改善する作用がある。またこれ
らの中で，Ｚｎには半田接合部の耐熱性を改善する効果
もあり，Ｆｅには組織を微細化する効果もある．更にＭ
ｇ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ａｌ，Ｍｎは熱間圧延性を改善する効
果も有する。この効果は，これらの元素が硫黄との親和
性が強いため，硫黄と化合物を形成し，熱間圧延割れの
原因となるインゴット粒界への硫黄の偏析を軽減するた
めである。Mg，Zn，Sn，Fe，Ti，Zr，Cr，Al，Mn，Agま
たはBeの含有量が総量で0.005％未満であると上記効果
は得られず，一方総含有量が2％を超えると電気伝導性
が著しく低下する。そこでこれらの含有量を0.005〜2％
と定める。

【００１６】(引張強さ）箔の折れや変形が生じないよ
うに６５０MPａ以上の引張り強さが必要である。また、
引張り強さは方向性はほとんどないが、圧延方向に対し
て平行方向および直角方向の何れの試験片についても上
記値を満足する必要がある。

【００１７】（介在物）本発明における「介在物」と
は，Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金における鋳造時の凝固過程
以降，即ち凝固後の冷却過程，熱間圧延後の冷却過程お
よび時効焼鈍時に固相のマトリックス中に析出反応で生
じる析出物，鋳造時の凝固過程の偏析により生じ一般に
粗大である晶出物ならびに溶解時の溶湯内での反応によ
り生じる不純物である酸化物，硫化物など，本合金のSE
M観察によりマトリックス中に観察される粒子を包括す
るものとして使用する。「介在物の大きさ」は介在物を
SEM観察下でのその介在物を含む最小円の直径をいう。
「介在物の個数」とは，材料の圧延平行断面をエッチン
グ後SEM観察により，多数箇所において実際に数えた単
位平方mm当たりの介在物個数である。この合金に必要な
強度を得るための介在物は小さいが，10μmを超える粗
大な介在物は強度に寄与しないばかりか，特に粗大な介
在物はエッチング性を低下させ，更には圧延工程におい
て破断やピンホールの原因となり，生産性を著しく低下
させる。このような不具合を起こさないためには，この
粗大な介在物の大きさの上限を10μmとし，圧延平行断
面における5〜10μｍの大きさの介在物個数を50個/mm²
未満とすればよい。以下、実施例により本発明を詳しく
説明する。

【００１８】〔実施例〕高周波溶解炉にて表1に示す各
種成分組成の銅合金を溶製し，厚さが20mmのインゴット
を鋳造した。次にこのインゴットを800℃〜950℃で厚さ
8mmまで熱間圧延を行い，表面のスケールを除去するた
めの面削を施した後，冷間圧延により厚さ1ｍｍの板と
した。その後，800℃〜950℃の温度で10分間溶体化処理
を行った後，最終冷間圧延の加工度を調節できるように
所定厚さまで冷間圧延した。そして更に，400℃〜600℃
で5時間時効を行った後，最終冷間圧延で厚さ0.018ｍｍ
の箔とし，150〜500℃の範囲で１時間の歪取焼鈍を行っ
た。

【００１９】各合金箔について「強度」，「導電性」，
「寸法変化」，「介在物」を評価した。「強度」は引張
試験で引張強さを測定した。「導電性」は導電率によっ
て示した。「熱伸縮率」については，圧延平行方向およ
び圧延直角方向を長手方向として150×12.7mmの試料を
切り出した後，所定位置のマーキング間の距離を３次元
座標測定装置を用いて測定し，最低300℃、最高330℃の
温度で最短で1時間、最長で２時間加熱した後再度マー
キング間距離を測定し，加熱前後の寸法の測定値から寸
法の変化率を測定した。測定値のばらつきは上記温度及
び時間範囲内では測定誤差内に収まった。「介在物」に
ついては，試料の表面を鏡面研磨した後，SEMにて5000
倍の倍率で，1平方mm当たりの5μm以上の大きさの介在
物数を測定した。さらに厚さ0．018ｍｍ，幅450ｍｍ，
長さ5000ｍの箔を作製し，生産性の評価を行った。「生
産性」は圧延工程中の破断発生状況および製品段階での
ピンホール発生状況で評価した。「破断」については，
破断が発生しなかった場合を○，破断した場合を×とし
た。「ピンホール」については1000ｍ当たりの直径0.5
ｍｍ以上のピンホール発生個数を計測した。

【００２０】

【表１】

【００２１】表2に評価結果を示す。本発明合金と比較
すると比較合金1はＮｉが低いために強度が劣る。比較合
金2は、Ｓｉが高いために導電率が劣る。比較合金3は本発
明の含有量範囲を超えて副成分を含有するため導電率が
劣る。比較合金4は歪取焼鈍温度が高いため強度が劣り、
比較合金5は、歪取焼鈍温度が低いため、加熱による寸法
変化が大きくなった。比較例２，４，５では介在物個数
が多いために製造工程中で破断が発生し、ピンホールの
個数が増加した例である。比較合金6では最終圧延の加
工度が大きいために直角方向の寸法変化が大きくなった
例である。また比較例7はＮｉ含有量が適正範囲を超え
ているため導電率が低下しまた介在物数が増加し破断、
ピンポールの増加を引き起こした例である。比較合金8
はＳｉ含有量が少ないために強度が低下した例である。

【００２２】

【表２】

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように，本発明によれば，
従来に比べて，強度，導電性に優れ，加熱による寸法変
化が少なく，介在物による加工精度の低下のない，ハー
ドディスクドライブサスペンションの配線に好適な銅合
金箔が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ハードディスクサスペンションの一例を示す
平面図である。

【符号の説明】

１−銅合金箔２−サスペンション３−樹脂

フロントページの続き (72)発明者江良尚彦茨城県日立市白銀町一丁目１番２号日鉱金属株式会社技術開発センター内Ｆターム(参考） 5D042 NA01 PA10 TA07 5D059 AA01 BA01 CA08 CA29 DA33 DA36 EA08 5G301 AA01 AA03 AA04 AA07 AA08 AA09 AA12 AA13 AA14 AA19 AA20 AA21 AA23 AA24 AB02 AB20 AD10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項1】添加元素の成分を、質量割合にて、Ｎ
ｉ：1％〜4.8％，Ｓｉ：0.2％〜1.4％とし，Ｓｉに対す
るＮｉの含有量比が2〜8になるように調整し，残部を実
質的に銅及び不可避不純物とし，引張強さが650MPa以
上，介在物の大きさが10μm以下であり，かつ5〜10μm
の大きさの介在物個数が圧延平行断面で50個/mm²以下で
あり，さらにポリイミドと熱圧着する際の加熱条件に相
当する330℃，2時間の加熱前後における熱伸縮率Δを Δ(%)＝（l−l₀）/l₀×100 l₀：加熱前の試料長さ， l：加熱後の試料長さとしたとき，圧延平行方向に対してΔが-0.1%〜＋0.1%
であるハードディスクドライブサスペンション用銅合金
箔。
【請求項２】添加元素の成分を、質量割合にて、Ｎ
ｉ：1％〜4.8％，Ｓｉ：0.2％〜1.4％，Mg，Zn，Sn，F
e，Ti，Zr，Cr，Al，Mn，AgおよびBeの1種以上を総量で
0.005〜2％とし、Ｓｉに対するＮｉの含有量比が2〜8に
なるように調整し，残部を銅及び不可避不純物とし，引
張強さが650MPa以上，介在物の大きさが10μｍ以下であ
り，かつ5〜10μmの大きさの介在物個数が圧延平行断面
で50個/mm²以下であり，さらにポリイミドと熱圧着する
際の加熱に相当する330℃，2時間の加熱前後における熱
伸縮率Δを Δ(%)＝（l−l₀）/l₀×100 l₀：加熱前の試料長さ， l：加熱後の試料長さとしたとき，圧延平行方向に対してΔが-0.1%〜＋0.1%
であるハードディスクドライブサスペンション用銅合金
箔。
【請求項３】ポリイミドと熱圧着する際の加熱に相当
する330℃，2時間の加熱前後における熱伸縮率Δが、前
記範囲の値に加えて、圧延直角方向において-0.02%〜＋
0.04%である請求項１または２記載のハードディスクド
ライブサスペンション用銅合金箔。