JP3765718B2

JP3765718B2 - 高周波回路用銅合金箔

Info

Publication number: JP3765718B2
Application number: JP2000288991A
Authority: JP
Inventors: 尚彦江良; 靖夫富岡
Original assignee: 日鉱金属加工株式会社
Priority date: 2000-09-22
Filing date: 2000-09-22
Publication date: 2006-04-12
Anticipated expiration: 2020-09-22
Also published as: JP2002097534A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，強度，導電性，表面性状に優れた銅合金箔に関するものであり，例えばICカードのアンテナ等のような高周波回路の用途に最適である。
【０００２】
【従来の技術】
近年の高機能電子機器に対する小型化，処理速度の高速化からの要求から，その回路配線に用いられる材料には，一般に狭ピッチ化軽量化に有利な薄型化が要求されたり，高周波電流に対するインピーダンスの低いことが要求されている。その一つの例が，ICカードである。これまで，カードは薄型で携帯に便利であることから，これまで主に磁気信号を記録させた磁気カードとして，キャッシュカードやクレジットカードをはじめ，テレフォンカード，ポイントカードなど種々の分野で幅広く利用されてきている。これに対しICカードはカード内にICを内蔵するので，より高度な判断，複雑な演算が可能であり，記憶容量は磁気カードの100倍大きい。また，情報の読み書きが可能であり，安全性が高いという特徴もある。さらに，ICカードの情報伝達方法には，接点への物理的接触により交信する接触型以外に，電磁波などを用いて最大数m程度の空間的な距離をあけて交信することのできる非接触型のものもある。
【０００３】
これらの特徴により，例えば，IDカード，乗車券，定期券，電子マネー，高速道路ゲート，免許証，健康保険証，住民票，IDカード，医療カード，物流管理等といった非常に広い範囲での利用が見こまれている。
また，非接触型ICカードはその通信距離により，密着型（通信距離〜2mm），近接型（同10cm），近傍型（同70cm），マイクロ波型（同数m）の4タイプに分かれており，通信周波数は密着型では4.91MHz，近接型，近傍型では13.56MHz，マイクロ波型では2.45および5.8GHzと高周波数域までわたっている。
【０００４】
この非接触型ICカードの基本構造は，絶縁シート，アンテナ，ICチップからなり，ICチップには強誘電体メモリ，不揮発性メモリ，ROM，RAM，変復調回路，電源回路，暗号回路，制御回路等が組みこまれている。このアンテナ用材料としては，被覆銅線巻き線，銀ペースト，アルミ箔，銅箔などがあり，巻き数，用途，製造コストなどにより使い分けられている。巻き数が少なく高導電性が必要なケースでは，アンテナ用材料として銅箔を用いることが多い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし，アンテナ用材料として電解銅箔のような表面粗さの大きい箔を用いた場合には，高周波の信号の発信，受信の際インピーダンスが増大し，高周波領域では使用できない場合がある。一方，電解，圧延に限らず純銅箔を用いた場合においては，材料強度が低いため，部品を組み立てる工程で箔が変形したり，狭ピッチの配線のため，引張応力がかかると破断して生産性を下げてしまうという不具合があった。また，合金箔を用いた場合，例えばCu-Cr-Zr系合金箔等の高導電性銅合金においても，純銅の箔に比べると高い材料強度を有しているが，近年の信号伝達の高速化，小型化，高い信頼性などの要求に対処するには，さらなる狭ピッチ化，軽量化を可能にする必要がある。しかし，そのような次世代に向けた部品を組み立てる工程に対応する材料強度としては不充分であった。従って，従来の合金箔よりも高い材料強度を持ちながらアンテナ用材料としての十分な導電性を持ち，なお且つインピーダンスの低い銅合金箔が待たれていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは，上記課題を開発すべく鋭意研究を行った結果，高強度と高導電性をあわせもち，なお且つ表面粗さの小さい銅合金の箔を圧延により製造しこれを適用することにより上記課題を解決することができた。以下に，上記銅合金箔を具体的に開示する。
【０００７】
かくして本発明は（１）質量百分率（％）に基づいて（以下、％と表記する。）Ｎｉ：１％〜４．８％、Ｓｉ：０．２％〜１．４％を含有し、残部を銅及び不可避不純物とし，表面粗さにおいて，最大高さ（以下Ｒｙとする）を０．３μｍ〜３．５μｍ，算術平均粗さ（以下Ｒａとする）を０．０２μｍ〜０．２μｍとし，引張り強さが６５０Ｎ／ｍｍ^２以上とした高周波回路用銅合金箔。（２）Ｎｉ：１％〜４．８％、Ｓｉ：０．２％〜１．４％を含有し、更にＺｎ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｓｎ，Ｍｎ，Ｐ，Ｍｇ，Ｃｏ，Ａｌ，Ｂ，Ｉｎ，ＡｇおよびＨｆの１種以上を総量で０．００５％〜２．０％をも含有させ，残部が銅及び不可避不純物とし，表面粗さにおいて，Ｒｙを０．３μｍ〜３．５μｍ，Ｒａを０．０２μｍ〜０．２μｍとし，引張り強さが６５０Ｎ／ｍｍ^２以上とした高周波回路用銅合金箔である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に本発明と関与する成分元素の限定理由を述べる。
NｉおよびSi：NiおよびSiは，時効処理により母相中にNiとSiが主としてNi₂Si組成の析出物を形成し，その結果として合金強度を向上させる作用を発揮するとともに析出により，母相中に固溶しているNiおよびSi原子が減少し，電気伝導度をも著しく高める。ただし，Ni含有量が1.0％未満またはSi含有量が0.2％未満では上記作用による所望の強度が得られない。一方，Ni含有量が4.8％を超えまたはSi含有量が1.4％を超えた場合は，強度に寄与しない粗大なNi-Si粒子が残存し，圧延中材料表面に露出して表面欠陥を生成し、更には導電率の低下が著しい。表面欠陥を生成させないためにはNi含有量を4.8％以下とし，Si含有量を1.4％以下とすればよいことがわかった。
【０００９】
Zn，Cr，Zr，Fe，Ti，Sn，Mn，P，Mg，Co，Al，B，In，AgおよびHf：Zn，Cr，Zr，Fe，Ti，Sn，Mn，P，Mg，Co，Al，B，In，AgおよびHfは以下のように作用する。これらの成分は，いずれも合金の導電性を大きく低下させずに主として固溶強化により強度を向上させる作用を有しており，したがって必要により1種または2種以上の添加がなされるが，その含有量が総量で0.005％未満であると前記作用による所望の効果が得られず，一方，総量で2.0％を超える場合には合金の導電率が著しく低下する。このため，単独添加または2種以上の複合添加がなされるZn，Cr，Zr，Fe，Ti，Sn，Mn，P，Mg，Co，Al，B，In，AgおよびHfの含有量を総量で0.005〜2.0％と定めた。
【００１０】
最大高さ（Ｒｙ）と算術平均粗さ（Ｒａ）：表面粗さが大きくなると，高周波で通電した場合に表皮効果のため直流抵抗が極端に増大するためインピーダンスの増大を招き，正常な信号の送受信が不可能となる。この現象を解析した結果，表面粗さの指標としてはRｙ，Rａの両者が影響することがわかった。即ち，Ryについては3.5μｍ以下，Raについては0.2μm以下とすればよいことがわかった。また，Ryが0.3μm未満になるか，Raが0.02μm未満になると，表面の摩擦が小さくなるため，箔の搬送ラインにおいてスリップが生じることにより，蛇行したりスリップ傷が発生する。
スリップ傷は箔を製造、取扱いする際、搬送ラインのロールが材料と同調しないために発生する傷である。
【００１１】
引張り強さ：部品を組み立てる工程で箔が変形したり，狭ピッチの配線を行なう場合に負荷される引張応力などに耐えられるだけの十分高い強度が必要とされ，引張り強さで６５０N/mm²以上が必要である．これより低い場合には，組立加工時の断線や，通板時にしわ，折れなどが発生し，高い生産性が得られないからである。
【００１２】
板の製造、取扱いと異なり、箔の製造、取扱いでは、箔自体の薄い厚さのため、低い張力でライン上を搬送しなければならず、板に比べて搬送ロールが同調し難く、スリップ傷が発生し易い。スリップ傷は、箔全長に渡って発生することもあり、強いスリップ傷でＲｙが３．５μｍを超えるものは、この発生部位にて箔に折れが発生することもある。大きなスリップ傷が発生した部位を加工した部品は、スリップ傷が発生していない部分を加工した部品と比べ、表皮効果のため、インピーダンスが大きくなり、高周波回路用として使用できない。そのため、スリップ傷の発生は箔の生産性を低下させる。このような不具合を発生させないためには、合金成分の添加により箔の強度を向上させる手段に加えて、製造ラインのロールとの摩擦を大きくすると更に効果がある。本発明においては、箔のＲｙが０．３μｍ以上、且つＲａが０．０２μｍ以上であれば、スリップ傷の発生は殆どなく、生産性を低下させることはない。即ち、スリップ傷部も含めて、Ｒｙ、ＲａについてはＲｙが０．３μｍ〜３．５μｍ、Ｒａが０．０２μｍ〜０．２μｍ、望ましくはＲｙが０．３μｍ〜２．０μｍ、Ｒａが０．０２μｍ〜０．１５μｍとすることが必用であることが判明した。ここで、表面粗さを制御する方法としては、圧延、電解の方法を問わないが、このような表面粗さを得るためには、一般には圧延の方が容易に制御でき、圧延機のワークロールの表面粗さをＲｙで０．５μｍ〜４μｍ、Ｒａで０．０５μｍ〜０．２５μｍとし、このワークロールの表面プロフィルを箔に転写することにより、表面粗さの制御を行う。次に，本発明の効果を，好ましい組成範囲を示す実施例により具体的に説明する。
【００１３】
まず，電気銅(Cu)あるいは無酸素銅(Cu)を主原料とし，ニッケル，シリコン，銅クロム母合金，銅ジルコニウム母合金，亜鉛，チタン，軟鋼，スズ，インジウム，マンガン，マグネシウム，銅リン母合金，アルミニウム，コバルト，ホウ素，銀，ハフニウムを副原料とし，高周波溶解炉にて表１に示す本発明例合金成分の銅合金を真空中またはAr雰囲気中で溶製し，厚さ30mmのインゴットに鋳造した。
【００１４】
【表１】

【００１５】
次に，これらの各インゴットを熱間加工および溶体化処理，１回目の冷間圧延，時効処理，最終の冷間圧延，歪取焼鈍の順に行い，厚さ0.035mmの箔とした。
作製した銅合金箔の表面粗さを，圧延平行方向と圧延直角方向のRyとRaを表面粗さ計にて測定することで求めた（測定はＪＩＳＢ０６０１に準じる）。Raについては3次元走査型電子顕微鏡より表面積を求めても同等の傾向が得られた。
さらに，サンプル（長さ10ｍ，幅60ｍｍ）を目視観察することで表面欠陥の数を測定した。この結果欠陥数が5個未満だったものを○，5個以上だったものを×と判定した。
【００１６】
表2に本発明例の特性評価結果を表記する。
【００１７】
【表２】

【００１８】
次に表3に比較例合金の化学成分，表4に比較例の特性評価結果を表記する。
【００１９】
【表３】

【００２０】
【表４】

【００２１】
本実施例合金Ｎｏ．１〜２４は，表から明らかように良好な特性の箔が得られた。これに対し比較例合金Ｎｏ．２５ではNi濃度が，比較例合金No.２６ではSi濃度が，比較例合金Ｎｏ．２９ではNi濃度，Si濃度がそれぞれ適性範囲より低いため強度が劣る例であり，比較例合金Ｎｏ．２７ではNi濃度が，比較例合金No.２８ではSi濃度が，比較例合金Ｎｏ．３０ではNi濃度，Si濃度がそれぞれ適性範囲より高いため導電率が劣りさらに表面欠陥が多い例であり，比較合金Ｎｏ．３１は副成分が適性範囲を超えているため導電率が劣る例である。
【００２２】
更に，本発明例合金No.１，３，５，７，１３，１５，１７および１９について圧延ロールの粗さを種々準備し，表面粗さの異なる供試材を作製し，これらをエッチングにより圧延方向１ｍｍ幅に加工し，１００ｍｍ長さについて１０ＭＨｚ，２０ｍＡの高周波電流を流し，電圧降下を測定し，インピーダンスを求めた。また，製品で表面検査を行い，良好だったものを○，表面に長さ１００ｍｍ以上のスリップ傷が発生し，実用上製品化不可能と判断されたものを×とした。表５に表面粗さとインピーダンスの測定結果を表記する。
【００２３】
【表５】

【００２４】
本発明例の請求項の規定水準内で実施した本発明例合金のNo.１，３，５，７，１３，１５，１７および１９の組成に各々対応する記号ａ〜hは良好なインピーダンス，表面品質が得られた。これに対し比較例に各々対応する記号ｉ〜ｎはいずれもRyまたはRaが大きいためにインピーダンスが増加した例であり，比較例ｏおよびｐはRaが小さいためにスリップ傷が発生した例である。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明により合金組成と合金の表面粗さを特定することによって，非接触ICカードアンテナ用として従来にない最適な銅合金箔が得られる。

Claims

質量百分率（％）に基づいて（以下、％と表記する。）Ｎｉ：１％〜４．８％、Ｓｉ：０．２％〜１．４％を含有し、残部を銅及び不可避不純物とし，表面粗さにおいて，最大高さ（以下Ｒｙとする）を０．３μｍ〜３．５μｍ，算術平均粗さ（以下Ｒａとする）を０．０２μｍ〜０．２μｍとし，引張り強さが６５０Ｎ／ｍｍ^２以上とした高周波回路用銅合金箔。
Ｎｉ：１％〜４．８％、Ｓｉ：０．２％〜１．４％を含有し、更にＺｎ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｓｎ，Ｍｎ，Ｐ，Ｍｇ，Ｃｏ，Ａｌ，Ｂ，Ｉｎ，ＡｇおよびＨｆの１種以上を総量で０．００５％〜２．０％をも含有させ，残部が銅及び不可避不純物とし，表面粗さにおいて，Ｒｙを０．３μｍ〜３．５μｍ，Ｒａを０．０２μｍ〜０．２μｍとし，引張り強さが６５０Ｎ／ｍｍ^２以上とした高周波回路用銅合金箔。