JP2014210973A - 銅線及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本実施の形態の銅線は、5〜55massppmの濃度のTiと、3〜12massppmの濃度の硫黄と、2〜30massppmの濃度の酸素と、残部が銅と不可避的不純物からなる銅線材で形成され、結晶方位[111]を有し、結晶内に少なくとも1つの双晶を含む第1の結晶と、第1の結晶と隣り合う1つ以上の結晶であって、第1の結晶と原子面上の回転角度が異なる結晶方位[111]を有し、結晶内に少なくとも1つの双晶を含む第2の結晶とを備える。
【選択図】図1
Description
る。
結晶方位[111]を有し、結晶内に少なくとも1つの双晶を含む第1の結晶と、
前記第1の結晶と隣り合う1つ以上の結晶であって、前記第1の結晶と原子面上の回転角度が異なる結晶方位[111]を有し、結晶内に少なくとも1つの双晶を含む第2の結晶と、
を備えた銅線。
[2]前記第1又は第2の結晶は、100μm以下のサイズを有する、
前記[1]に記載の銅線。
[3]前記第1又は第2の結晶中の前記双晶は、0.1mm以上0.5mm以下の間隔を有して形成される、
前記[1]又は[2]に記載の銅線。
[4]半軟化温度が130℃以上200℃以下である、
前記[1]から[3]のいずれかに記載の銅線。
[5]前記銅線材の表面にSn、Ag、はんだ材、アモルファス状の亜鉛及び酸素を含む薄膜を有する、
前記[1]から[4]のいずれかに記載の銅線。
銅線の製造方法。
[7]前記熱処理工程は、アルゴン雰囲気又は窒素雰囲気中で、パイプ管状電気炉、通電アニーラ、ゴールドファーネス又はプラズマ連続熱処理により熱処理をする、
前記[6]に記載の銅線の製造方法。
本実施の形態の銅線は、5〜55massppmの濃度のTiと、3〜12massppmの濃度の硫黄と、2〜30massppmの濃度の酸素と、残部が銅と不可避的不純物からなる銅線材で形成され、
結晶方位[111]を有し、結晶内に少なくとも1つの双晶を含む第1の結晶と、
前記第1の結晶と隣り合う1つ以上の結晶であって、前記第1の結晶と原子面上の回転角度が異なる結晶方位[111]を有し、結晶内に少なくとも1つの双晶を含む第2の結晶とを備える。
本実施の形態の銅線は、5〜55massppmの濃度のTiと、3〜12massppmの濃度の硫黄と、2〜30massppmの濃度の酸素と、残部が銅と不可避的不純物からなる銅線材で形成される。なお、不可避的不純物とは、製造工程において不可避的に混入するものをいう。
銅線材中の硫黄は、濃度が低い方が望ましいが、銅線材の原料となる一般的な電気銅は、硫酸銅溶液中にて電気精製して製造するために銅線材への硫黄の混入を避けられず、銅線材中の硫黄の濃度を3massppm以下とすることは、困難である。一般の電解銅硫黄濃度の上限は、12massppmとされていることから、銅線材に含まれる硫黄濃度を3〜12massppmの範囲としている。
銅線の内部に分散している分散粒子は、銅線材に含まれる硫黄を析出するサイトとして機能する。そのため、分散粒子は、サイズが小さく、かつ、多く分布していることが好ましい。銅線材中の硫黄、酸素と、銅線材に添加されるTiは、TiO、TiO2、TiS、TiSOの化合物となって凝縮し、分散粒子を形成する。
以下、本実施の形態に係る銅線の製造方法の一例について、SCR連続鋳造圧延(South Continuous Rod System)により銅線材を用いた直径8mmの銅線を製造する場合を例に説明する。
本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
(1)銅線に熱処理を行い、Ti、硫黄及び酸素を含む銅線材からなる銅線の結晶方位[111]の密度をほぼ100%としながら双晶構造を備えるため、銅線材からなる銅線の引張強度を高純度銅(6N銅)からなる銅線よりも高く、タフピッチ銅(3N銅)及び無酸素銅(4N銅)からなる銅線と同等にすることができる。
(2)銅線材の結晶方位[111]の密度をほぼ100%とするとともに、銅線を構成する結晶を大きくすることにより、銅線中の結晶による微小なコンデンサ効果を低減することができるので、その結果、銅線が伝送する信号のひずみを低減することができる。
(3)銅線材に5〜55massppmの濃度のTiを添加するとともに、銅線材に含まれる酸素濃度を2〜30massppmにすることにより、銅線の半軟化温度をタフピッチ銅(3N銅)、無酸素銅(4N銅)からなる銅線よりも低く、高純度銅(6N銅)からなる銅線と同等にすることができる。
(4)複雑な熱処理工程を必要とすることなく、引張強度が高い銅線を製造することができる。
次に、本発明の実施例を図1〜8を参照して説明する。図1は、本発明の実施例1の横断面組織の写真である。図2は、比較例1の横断面組織の写真である。図3は、比較例2の横断面組織の写真である。図4は、比較例3の横断面組織の写真である。図5は、本発明の実施例1の横断面組織から得られたX線回折強度を示す図である。図6は、比較例1の横断面組織から得られたX線回折強度を示す図である。図7は、比較例2の横断面組織から得られたX線回折強度を示す図である。図8は、比較例3の横断面組織から得られたX線回折強度を示す図である。
図1に示すように、実施例1の結晶構造は、結晶粒1a、1bが図2〜図4に示す比較例1〜3の結晶粒1よりも大きいことが確認できる。また、結晶粒1a、1bは、結晶粒1a中の双晶2aと、結晶粒1b中の双晶2bとで双晶が形成される方向が異なることから、原子面上の回転角度が異なっていることが確認できる。結晶構造中に形成される双晶の間隔は、0.1mm以上0.5mm以下であることが確認できる。
図2に示すように、比較例1の結晶粒1は、図1に示す実施例1の結晶粒1a、1b及び図3、図4に示す比較例2、3の結晶粒1よりも小さいことが確認できる。また、比較例1の結晶構造には、双晶2が見られる。比較例1は、図6に示すように、X線回折強度のピークが(111)面、(200)面、(220)面、(311)面のピークが見られる。そのため、比較例1の銅線は、結晶方位[111]、結晶方位[200]、結晶方位[220]、結晶方位[311]が混在していることが確認できる。
図3に示すように、比較例2の結晶粒1は、図2に示す比較例1の結晶粒1より大きいことが確認できる。また、比較例2の結晶構造には、双晶2が見られる。比較例2は、図7に示すように、X線回折強度のピークが(111)面のみが認められ、(200)面、(220)面、(311)面のピークは見られない。そのため、比較例2の銅線は、結晶方位[111]の密度がほぼ100%になっていることが確認できる。
図4に示すように、比較例3の結晶構造は、図2、図3に示す比較例1、2の結晶粒1よりも大きく、結晶粒1が粗大化していることが確認できる。また、比較例3の結晶構造には、双晶2が見られる。比較例3は、図8に示すように、X線回折強度のピークが(111)面、(200)面、(220)面のピークが見られる。そのため、比較例3の銅線は、結晶方位[111]、結晶方位[200]、結晶方位[220]が混在していることが確認できる。
表1に実施例1、比較例1〜3の銅線の酸素濃度、硫黄濃度、Ti濃度、半軟化温度、導電率、引張強度、伸び率及びX線回折強度と、総合評価とを示す。
なお、本発明の実施の形態及び実施例は、上記実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲内で種々に変形、実施が可能である。例えば、実施例の銅線を絶縁体で被覆した単一線、又は単一線を複数本集めた集合線としてもよい。
2、2a、2b 双晶
結晶方位[111]を有し、結晶内に少なくとも1つの双晶を含む第1の結晶と、
前記第1の結晶と隣り合う1つ以上の結晶であって、前記第1の結晶と原子面上の回転角度が異なる結晶方位[111]を有し、結晶内に少なくとも1つの双晶を含む第2の結晶と、
を備えた銅線。
[2]前記第1又は第2の結晶は、100μm以下のサイズを有する、
前記[1]に記載の銅線。
[3]前記第1又は第2の結晶中の前記双晶は、0.1mm以上0.5mm以下の間隔を有して形成される、
前記[1]又は[2]に記載の銅線。
[4]半軟化温度が130℃以上200℃以下である、
前記[1]から[3]のいずれかに記載の銅線。
[5]前記銅線材の表面にSn、Ag、はんだ材、アモルファス状の亜鉛及び酸素を含む薄膜を有する、
前記[1]から[4]のいずれかに記載の銅線。
銅線の製造方法。
[7]前記熱処理工程は、アルゴン雰囲気又は窒素雰囲気中で、パイプ管状電気炉、通電アニーラ、ゴールドファーネス又はプラズマ連続熱処理により熱処理をする、
前記[6]に記載の銅線の製造方法。
本実施の形態の銅線は、5〜55massppmの濃度のTiと、3〜12massppmの濃度の硫黄と、2〜30massppmの濃度の酸素と、残部が銅と不可避的不純物からなる銅線材で形成され、
結晶方位[111]を有し、結晶内に少なくとも1つの双晶を含む第1の結晶と、
前記第1の結晶と隣り合う1つ以上の結晶であって、前記第1の結晶と原子面上の回転角度が異なる結晶方位[111]を有し、結晶内に少なくとも1つの双晶を含む第2の結晶とを備える。
本実施の形態の銅線は、5〜55massppmの濃度のTiと、3〜12massppmの濃度の硫黄と、2〜30massppmの濃度の酸素と、残部が銅と不可避的不純物からなる銅線材で形成される。なお、不可避的不純物とは、製造工程において不可避的に混入するものをいう。
銅線材中の硫黄は、濃度が低い方が望ましいが、銅線材の原料となる一般的な電気銅は、硫酸銅溶液中にて電気精製して製造するために銅線材への硫黄の混入を避けられず、銅線材中の硫黄の濃度を3massppm以下とすることは、困難である。一般の電解銅硫黄濃度の上限は、12massppmとされていることから、銅線材に含まれる硫黄濃度を3〜12massppmの範囲としている。
銅線の内部に分散している分散粒子は、銅線材に含まれる硫黄を析出するサイトとして機能する。そのため、分散粒子は、サイズが小さく、かつ、多く分布していることが好ましい。銅線材中の硫黄、酸素と、銅線材に添加されるTiは、TiO、TiO2、TiS、TiSOの化合物となって凝縮し、分散粒子を形成する。
以下、本実施の形態に係る銅線の製造方法の一例について、SCR連続鋳造圧延(South Continuous Rod System)により銅線材を用いた直径8mmの銅線を製造する場合を例に説明する。
本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
(1)銅線に熱処理を行い、Ti、硫黄及び酸素を含む銅線材からなる銅線の結晶方位[111]の密度をほぼ100%としながら双晶構造を備えるため、銅線材からなる銅線の引張強度を高純度銅(6N銅)からなる銅線よりも高く、タフピッチ銅(3N銅)及び無酸素銅(4N銅)からなる銅線と同等にすることができる。
(2)銅線材の結晶方位[111]の密度をほぼ100%とするとともに、銅線を構成する結晶を大きくすることにより、銅線中の結晶による微小なコンデンサ効果を低減することができるので、その結果、銅線が伝送する信号のひずみを低減することができる。
(3)銅線材に5〜55massppmの濃度のTiを添加するとともに、銅線材に含まれる酸素濃度を2〜30massppmにすることにより、銅線の半軟化温度をタフピッチ銅(3N銅)、無酸素銅(4N銅)からなる銅線よりも低く、高純度銅(6N銅)からなる銅線と同等にすることができる。
(4)複雑な熱処理工程を必要とすることなく、引張強度が高い銅線を製造することができる。
次に、本発明の実施例を図1〜8を参照して説明する。図1は、本発明の実施例1の横断面組織の写真である。図2は、比較例1の横断面組織の写真である。図3は、比較例2の横断面組織の写真である。図4は、比較例3の横断面組織の写真である。図5は、本発明の実施例1の横断面組織から得られたX線回折強度を示す図である。図6は、比較例1の横断面組織から得られたX線回折強度を示す図である。図7は、比較例2の横断面組織から得られたX線回折強度を示す図である。図8は、比較例3の横断面組織から得られたX線回折強度を示す図である。
図1に示すように、実施例1の結晶構造は、結晶粒1a、1bが図2〜図4に示す比較例1〜3の結晶粒1よりも大きいことが確認できる。また、結晶粒1a、1bは、結晶粒1a中の双晶2aと、結晶粒1b中の双晶2bとで双晶が形成される方向が異なることから、原子面上の回転角度が異なっていることが確認できる。結晶構造中に形成される双晶の間隔は、0.1mm以上0.5mm以下であることが確認できる。
図2に示すように、比較例1の結晶粒1は、図1に示す実施例1の結晶粒1a、1b及び図3、図4に示す比較例2、3の結晶粒1よりも小さいことが確認できる。また、比較例1の結晶構造には、双晶2が見られる。比較例1は、図6に示すように、X線回折強度のピークが(111)面、(200)面、(220)面、(311)面のピークが見られる。そのため、比較例1の銅線は、結晶方位[111]、結晶方位[200]、結晶方位[220]、結晶方位[311]が混在していることが確認できる。
図3に示すように、比較例2の結晶粒1は、図2に示す比較例1の結晶粒1より大きいことが確認できる。また、比較例2の結晶構造には、双晶2が見られる。比較例2は、図7に示すように、X線回折強度のピークが(111)面のみが認められ、(200)面、(220)面、(311)面のピークは見られない。そのため、比較例2の銅線は、結晶方位[111]の密度がほぼ100%になっていることが確認できる。
図4に示すように、比較例3の結晶構造は、図2、図3に示す比較例1、2の結晶粒1よりも大きく、結晶粒1が粗大化していることが確認できる。また、比較例3の結晶構造には、双晶2が見られる。比較例3は、図8に示すように、X線回折強度のピークが(111)面、(200)面、(220)面のピークが見られる。そのため、比較例3の銅線は、結晶方位[111]、結晶方位[200]、結晶方位[220]が混在していることが確認できる。
表1に実施例1、比較例1〜3の銅線の酸素濃度、硫黄濃度、Ti濃度、半軟化温度、導電率、引張強度、伸び率及びX線回折強度と、総合評価とを示す。
なお、本発明の実施の形態及び実施例は、上記実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲内で種々に変形、実施が可能である。例えば、実施例の銅線を絶縁体で被覆した単一線、又は単一線を複数本集めた集合線としてもよい。
2、2a、2b 双晶
Claims (7)
- 5〜55massppmの濃度のTiと、3〜12massppmの濃度の硫黄と、2〜30massppmの濃度の酸素と、残部が銅と不可避的不純物からなる銅線材で形成され、
結晶方位[111]を有し、結晶内に少なくとも1つの双晶を含む第1の結晶と、
前記第1の結晶と隣り合う1つ以上の結晶であって、前記第1の結晶と原子面上の回転角度が異なる結晶方位[111]を有し、結晶内に少なくとも1つの双晶を含む第2の結晶と、
を備えた銅線。 - 前記第1又は第2の結晶は、100μm以下のサイズを有する、
請求項1に記載の銅線。 - 前記第1又は第2の結晶中の前記双晶は、0.1mm以上0.5mm以下の間隔を有して形成される、
請求項1又は2に記載の銅線。 - 半軟化温度が130℃以上200℃以下である、
請求項1から3のいずれか1項に記載の銅線。 - 前記銅線材の表面にSn、Ag、はんだ材、アモルファス状の亜鉛及び酸素を含む薄膜を有する、
請求項1から4のいずれか1項に記載の銅線。 - 5〜55massppmの濃度のTiと、3〜12massppmの濃度の硫黄と、2〜30massppmの濃度の酸素と、残部が銅と不可避的不純物からなる銅線材に、熱処理温度が700℃以上950℃以下の条件で熱処理を施すことにより、結晶方位[111]を有し、結晶内に少なくとも1つの双晶を含む第1の結晶と、前記第1の結晶と隣り合う1つ以上の結晶であって、前記第1の結晶と原子面上の回転角度が異なる結晶方位[111]を有し、結晶内に少なくとも1つの双晶を含む第2の結晶とを備える銅線を得る熱処理工程を含む、
銅線の製造方法。 - 前記熱処理工程は、アルゴン雰囲気又は窒素雰囲気中で、パイプ管状電気炉、通電アニーラ、ゴールドファーネス又はプラズマ連続熱処理により熱処理をする、
請求項6に記載の銅線の製造方法。
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