JP4539939B2 - 高周波回路用銅合金箔 - Google Patents

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 GHz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の純銅の箔を用いた場合に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，さらに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。従って，銅の高い導電性を持ちながら高強度を持ち，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）Ｃｒ：０．０２％〜０．４０％を含有し，残部が銅及び不可避不純物とし，表面粗さにおいて，最大高さRyを0.3μm〜2.0μm，Raを0.02μm〜0.15μm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。Ｃｒ：Crは，合金を溶体化処理後，時効処理を行うことにより母相中に析出して強度を向上させる作用をするため添加されるが，その含有量が0.02%未満ではこの作用による所望の効果が得られない。一方，含有量が増加すると溶体化処理後などに未固溶のCrとして残存し，粗大なCr粒子として強化に寄与しないばかりか，圧延中材料表面に露出し表面欠陥を生成する。表面欠陥を生成させないCr含有量は，０．４０％以下であることがわかった。
【０００９】
Fe，Ti，Zn，Ni，Sn，Si，Mn，P，Mg，Co，Al，B，In，AgおよびHf：Fe，Ti，Zn，Ni，Sn，Si，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Fe，Ti，Zn，Ni，Sn，Si，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。
ここで，不可避不純物とは，銅精練にて不可避的に含まれる不純物，溶解原料として繰り返し使用する際に不可避的に混入する不純物を言い，通常，電気銅中にAgは10質量ppm程度含有されており，その他 Fe,Zn,Niも各々1質量ppm程度含有されている。
【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，正常な信号のやりとりが不可能となる。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より小さくなるか，Raが0.02μmより小さくなると，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】
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２．０μｍ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。
このような不具合の発生しないためには、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０．０２〜０．１５μｍ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。
【００１２】
【実施例】
まず，電気銅あるいは無酸素銅を主原料とし，銅クロム母合金，亜鉛，チタン，軟鋼，ニッケル，スズ，インジウム，マンガン，マグネシウム，シリコン，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に示す各種成分組成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。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。
【００１３】
【表１】

【００１４】
このようにして得られた各合金につき諸特性の評価を行った。引張強さについては引張試験機を用いて測定した。導電率は導電率（％ＩＡＣＳ）により評価した。
表面粗さは，銅合金箔の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ＪＩＳ Ｂ０６０１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。
【００１５】
表2に本発明例の特性評価結果を表記する。
【００１６】
【表２】

【００１７】
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。
【００１８】
【表３】

【００１９】
【表４】

【００２０】
本実施例合金Ｎｏ．１〜２３は，表から明らかな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．２４，２５はCrが適性範囲より多いため，導電率が低く，表面欠陥が多い場合であり，比較例合金Ｎｏ．２６は副成分が適性範囲を超えているため導電性が劣る例であり，比較例合金Ｎｏ．２７はCrが適性範囲より多く副成分も適正範囲を超えているため，導電率が低く，表面欠陥が多い場合である。
【００２１】
更に，本発明例合金N0.1，4，7，10，11および12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。
スリップ傷の発生した、ｉ，ｌのインピーダンスはスリップ傷の発生してない部位を加工、測定した値であり小さい値を示している。
【００２２】
【表５】

【００２３】
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.1，4，7，10，11，および12の組成に各々対応する記号ａ〜ｆは良好なインピーダンス，表面品質が得られた。これに対し比較例合金に各々対応する記号ｇ，ｈ，ｊ，ｋ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ｉおよびｌはRaが小さいためにスリップ傷が発生した例である。
【００２４】
【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 (1)

1. 質量百分率（％）に基づいて（以下、％と表記する）Ｃｒ：０．０２％〜０．４０％を含有し，残部が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〜2.0μm，算術平均粗さ(以下Raとする)を0.02μm〜0.15μmとした高周波回路用銅合金箔。