JPH0931599A - 表面清浄度の優れたFe−Ni系合金薄板およびその製造方法 - Google Patents

表面清浄度の優れたFe−Ni系合金薄板およびその製造方法

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JPH0931599A
JPH0931599A JP20917595A JP20917595A JPH0931599A JP H0931599 A JPH0931599 A JP H0931599A JP 20917595 A JP20917595 A JP 20917595A JP 20917595 A JP20917595 A JP 20917595A JP H0931599 A JPH0931599 A JP H0931599A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 表面粗さを保ったまま、エッチング性を改善
することができるホウ素Bを含有するFe−Ni系合金
薄板およびその製造方法を提案する。 【構成】 表面から1ないし5nm深さにおけるホウ素
の濃度を表面ホウ素濃度(Bsuf)とし、板厚の中心
部分のホウ素濃度(Bmid)とするとき、表面ホウ素
濃度と中心ホウ素濃度との比(Bsuf/Bmid)の
最大値が500以下であって、素材全体として重量%で
Ni=30〜60%、Si≦1.5%、Mn≦1.5
%、B=1〜100ppm、残部は実質的にFeよりな
り、好ましくは、表面粗さがRaで0.2μm以上であるF
e−Ni系合金薄板である。上記薄板は上記組成の素材
を熱間圧延後、少なくとも1回以上の焼鈍と冷間圧延を
施し製品厚さに仕上げた後、アルカリ溶液に接触させ表
面のホウ素濃度を低減することにより得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はシャドウマスク、リード
フレームなどの素材となるFe−Ni系合金薄板に関
し、微細加工に適するFe−Ni系合金薄板に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】Fe−Ni系合金は優れた低膨張特性を
利用して、シャドウマスクあるいは半導体集積回路のリ
ードフレームやワイヤの素材として使用されている。代
表的なFe−Ni系合金としては、Fe-36%Ni(インバ
ー)、Fe-42%Ni、Fe-50%Ni、Fe-29%Ni-17%Co(コバール)
等がある。最近、シャドウマスクの高精細化やリードフ
レームの多ピン化に伴い、エッチング加工による微細加
工に対応するため、素材の改良による加工精度の向上が
一段と求められている。エッチング加工を行うFe−N
i系合金のエッチング加工精度を高める手段としては、
いろいろな手法が提案されている。
【0003】例えば、素材の介在物の低減や炭素濃度を
低くすることによりエッチング加工速度を速いものと
し、エッチング加工精度を高める手法が特開昭61−1
90023号に開示されている。また、素材の結晶方位
とエッチング速度の関係から、特開平3−97831号
に記載されるようにエッチング面に(200)面が集合した
組織に調整することが好ましいことが提案されている。
また、Fe−Ni系合金素材の表面に形成される酸化層
あるいは窒化層といった変質層がエッチング性を低下さ
せるという知見から、特開昭63−128185号に記
載されるように、酸洗あるいは化学研磨等の化学的手段
により、表面の変質層を除去することが提案されてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した方法は、いず
れもエッチング加工性を改善するのに有効な手段であ
る。ところで、Fe−Ni系合金素材においては、特開
平4−187714に記載されるように、熱間加工性を
目的としてホウ素をしばしば添加する。ところが、ホウ
素はFe−Ni系合金中に多量に存在させると、磁気特
性やガラスとの密着性を阻害するばかりでなく、エッチ
ング中に粒界が侵食されやすく、平坦なエッチング面が
得にくくなるという問題がある。このような問題に対し
ては、例えば特公平2−386583号公報あるいは本
発明者が先に提案した特開平4−187714号公報に
記載されるように、非酸化性雰囲気での加熱処理、ある
いは少量の水蒸気を含む酸化雰囲気で加熱処理すること
により、脱ホウ素処理を行うことが提案されている。
【0005】ところが、本発明者が焼鈍温度、すなわち
再結晶温度以上に加熱されたFe−Ni系合金素材を詳
細に観察したところ、素材表面にホウ素が著しく濃化す
ることがあることが判明した。そして、上述した加熱処
理による素材全体のホウ素の低減は、エッチング性を高
めるのに確かに有効ではあるが、表層部にホウ素が濃化
すると、ホウ素の濃化した表面部分のエッチング速度が
速くなるために、相対的に深さ方向のエッチングの進行
が遅くなり、いわゆるサイドエッチングがやや大きくな
る傾向があることが判明した。また、ホウ素の含有量が
多くなりすぎると一様なエッチング肌が得られないこと
が確認された。本発明は、ホウ素を含有するFe−Ni
系合金において、エッチング性を改善することができる
新規な方法およびその方法で得られた新規なFe−Ni
系合金薄板を提案することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、ホウ素を
添加したFe−Ni系合金において、焼鈍中に表面に濃
化したホウ素濃化層を除去し、かつ優れたエッチング特
性を得る手法を研究した。そして、Fe−Ni系合金を
アルカリ溶液に接触させることで、素材の表面粗さ形状
を損なうことなく、表面のホウ素(B)濃度を低減する
ことができることを見いだし本発明に到達した。
【0007】すなわち本発明の製造方法は、全体として
重量%でNi=30〜60%、Si≦1.5%、Mn≦
1.5%、B≦100ppm、残部は実質的にFeより
なるFe−Ni系合金、または前記Niの一部を20%
以下の範囲内でCoで置換したFe−Ni系合金を熱間
圧延後、少なくとも1回以上の焼鈍と冷間圧延を施し、
製品厚さに仕上げた後、アルカリ溶液に接触させ表面の
ホウ素濃度を低減するFe−Ni系合金薄板の製造方法
である。アルカリ溶液のpHが高いと、粒界が腐食され
たようになり、粗さ形状が変わる場合があるためアルカ
リ溶液のpHは、8.5−11.0とすることが好まし
い。
【0008】そして、上述した製造方法により、表面か
ら1ないし5nm深さにおけるホウ素の濃度を表面ホウ
素濃度(Bsuf)とし、板厚中心部のホウ素濃度を中
心ホウ素濃度(Bmid)とするとき、表面ホウ素濃度
と中心ホウ素濃度との比(Bsuf/Bmid)の最大
値が500以下であるFe−Ni系合金薄板であって、
素材全体として重量%でNi=30〜60%、Si≦
1.5%、Mn≦1.5%、B=1〜100ppm、残
部は実質的にFeよりなる新規なFe−Ni系合金薄板
を得ることができる。上述したBsufは、たとえばE
SCA法により、Fe−Ni系合金薄板の深さ方向のホ
ウ素濃度を測定することにより求めることができる。ま
た、Bmidは、たとえば表面を1μmずつエッチング
により除去した試料を用い、メチレンブルー抽出吸光光
度法を用いてホウ素濃度を測定することができる。
【0009】
【作用】本発明の最大の特徴は、表面にホウ素が濃化し
たFe−Ni系合金にアルカリ溶液を接触させ、表面の
ホウ素濃化層を除去することにある。アルカリ溶液によ
り表面のホウ素の濃化層が低減できる理由は不詳である
が、この表面に濃化したホウ素の一部がホウ酸の形態を
取り、アルカリ溶液によって溶解除去されたものと推測
される。本発明で使用するアルカリ溶液としては、ケイ
酸ナトリウム、リン酸ナトリウムによってアルカリ性と
した水溶液などが用いられる。基本的なアルカリ溶液と
しては、水酸化ナトリウム水溶液があるが、強アルカリ
の使用は、表面粗さ形状の制御や経済性という点でやや
問題があるため、ケイ酸ナトリウム水溶液のような弱ア
ルカリの溶液を使用することが好ましい。
【0010】なお、リン酸ナトリウム水溶液は、リンを
含むため排水処理によるリンの除去を注意深く行う必要
がある。なお、本発明においてこのアルカリ溶液との接
触は、実質的に最終工程で行うため、表面の浄化をいっ
そう促進するために、硝酸ナトリウム等を添加してナト
リウムイオンによる脱脂作用を利用し、付着した油を除
去することが望ましい。
【0011】本発明においては、Fe−Ni系合金薄板
として、全体として重量%でNi=30〜60%、Si
≦1.5%、Mn≦1.5%、B≦100ppm、残部
は実質的にFeよりなる組成を基本とする。その理由
は、Niが30から60%以外の含有量になると、熱膨
張率が増加し低熱膨張材としての特性が得られなくなる
ので、Ni=30〜60%とする。また、本発明の合金
組成として規定するSiは脱酸剤として添加するもので
ある。しかし残留量が多すぎると、熱膨張率が増加する
という問題が起きるので1.5%以下とする。また、M
nは脱酸剤あるいはSを固定して熱間加工性を向上させ
る目的で添加される。しかし残留量が多すぎると、熱膨
張率が増加するという問題が起きるので1.5%以下と
する。
【0012】本発明において、熱間圧延の材料として
は、ホウ素Bを100ppm以下添加させる。これは熱
間加工性のためである。しかし100ppmを超えるB
の添加はBNの介在物を生成し、焼鈍の際に粒成長を阻
害するため好ましくない。本発明においては、Niの一
部をCoで置換することが可能である。Coの添加によ
り、Fe−Ni系合金の熱膨張特性を調整することが可
能である。Coは高価な元素であり、添加する場合は2
0%以下とすることが好ましい。また、本発明において
は、上記以外の添加元素を必要に応じて添加することが
できる。例えば、Cu、Cr、V等の耐蝕性、酸化皮膜
特性、強度などを目的とした元素を添加することが可能
である。しかし、これらの元素は、エッチング性を劣化
するものであるため、添加する場合であってもこれらの
元素の合計で10%以下とすることが望ましい。
【0013】本発明の製造方法においては、Fe−Ni
系合金を熱間圧延後、少なくとも1回以上の焼鈍と冷間
圧延を施し、製品厚さに仕上げた後に、上述したアルカ
リ溶液に接触させるものである。すなわち、本発明は製
品厚さに仕上げたあとの最終工程でホウ素を除去するも
のである。これは、製品厚さに仕上げる前にアルカリ溶
液に接触させても、中間工程においては焼鈍などの加熱
処理が介在するため、再度表面のホウ素の濃化が起こる
ため、表面のホウ素濃度を低下してエッチング性を向上
しようとする本発明の目的に対しては効果が少ないため
である。
【0014】前述したように本発明の製造方法により、
表面から1ないし5nm深さにおけるホウ素の濃度を表
面ホウ素濃度(Bsuf)とし、板厚中心のホウ素濃度
を中心ホウ素濃度(Bmid)とするとき、表面ホウ素
濃度と中心ホウ素濃度との比(Bsuf/Bmid)が
500以下、Fe−Ni系合金薄板であって、素材全体
として重量%でNi=30〜60%、Si≦1.5%、
Mn≦1.5%、B=1〜100ppm、残部は実質的
にFeよりなる新規なFe−Ni系合金薄板を得ること
ができる。本発明において、(Bsuf/Bmid)が
500以下と規定したのは、最表面のホウ素濃度の定量
は困難であり、表層部として容易に定量可能な1ないし
5nmのホウ素濃度(Bsuf)と中心のホウ素(Bm
id)の比によって表層部のホウ素濃度が著しく低いも
のであることを示したものである。
【0015】(Bsuf/Bmid)が500以下を満
足しないと、エッチング時に深さ方向へのエッチングの
進行に対して、横方向のエッチング速度が大きくなる、
いわゆるサイドエッチングの問題が発生しやすくなる。
また、本発明においては、表面粗さをRa:0.2μm以上の
Fe−Ni系合金薄板に適用することが望ましい。表面
粗さがRa:0.2μm以上の粗さを必要としないFe−Ni
系合金薄板では、粗さを確保しつつ表面のホウ素濃度を
低下できるという効果を強く要求されない。また、Ra:
0.2μm未満の粗さの素材は、エッチングの際のレジスト
の密着性が低下する問題や、エッチング加工後に焼鈍を
行う場合には焼付きの問題が生じたりする。これらの問
題を回避するためにRa:0.2μm以上とすることが望まし
い。
【0016】なお、本発明において前述した特開平2−
386583号公報や特開平4−18771号公報に記
載される焼鈍によりホウ素を表面に濃化させる手法と組
み合わせると都合が良い。すなわち、非酸化性の雰囲気
あるいは少量の水蒸気を含む酸化性の雰囲気での焼鈍処
理を行うことにより、効率的にホウ素をFe−Ni合金
薄板表面に濃化させることができ、この状態の材料を本
発明で規定するようにアルカリ溶液で処理すれば、薄板
としての全体のホウ素量および表層のホウ素量を共に低
下することができる。この方法は、ホウ素による熱間加
工性の確保が必要であり、かつホウ素の存在にるエッチ
ング性の低下を防止するために、薄板状態では極力ホウ
素量を下げたい場合に有効である。
【0017】
【実施例】
(実施例1)以下、本発明の実施例について説明する。
まず、表1に示す合金インゴットを製造し、これを熱間
圧延することによってフープとし、ついで冷間圧延と水
素雰囲気、露点−20℃の焼鈍を繰り返して0.25mm
の厚さの表1に示すFe−Ni系合金薄板素材を得た。
この合金薄板に対して、25℃でアルカリ溶液との接触
を行った。使用したアルカリ溶液はpH10.5の硝酸ナト
リウムとケイ酸ナトリウムとの混合水溶液である。な
お、アルカリ処理の前の表面粗さは、Raで0.38μ
mであり、処理後のRa値に変化は見られなかった。
【0018】
【表1】
【0019】得られた薄板素材をエタノールで洗浄した
後、光電子分光法(ESCA)により、得られた素材の深さ方
向のホウ素分布を測定した。結果を図1に示す。図1に
示すように、アルカリ溶液に接触させなかった比較例の
試料2のFe−Ni系合金では、ホウ素が表面から10
nm程度までの表層に濃化している。これに対して、ア
ルカリ溶液に接触させる本発明を適用した試料1は、表
層部のホウ素量が著しく低くなっている。この図1にお
いては、表面から1ないし5nmのホウ素の値が本発明で
規定するBsufである。図1から表面から1nmのホウ
素の濃度がもっとも高かった。一方、素材の両面を塩化
第二鉄でエッチングして、片面で1μm厚さに相当する
深さを除去し、これをメチレンブルー抽出吸光光度法に
よりホウ素濃度を求め、この値をBmidとした。これら
の値からBsuf/Bmidの最大値を求めた。そして、得ら
れたBsuf/Bmidの最大値は、本発明においてはBsuf
/Bmidの最大値が224であるのに対して、アルカリ
溶液に接触させない比較例ではBsuf/Bmidの最大値は
575となった。
【0020】次に、アルカリ処理を行った試料と、アル
カリ処理を行わなかった試料に対してエッチング性を評
価した。エッチング液として用いられる塩化第二鉄で濃
度は42ボーメで35℃、5秒間腐食させる実験を行っ
た。この素材の表面の走査電子顕微鏡(SEM)観察を行っ
た。アルカリ処理を行った試料の10000倍の表面組
織写真を図2に示し、アルカリ処理処理を行わなかった
試料の10000倍の表面組織写真を図3に示す。図2
および図3を対比すると明らかなように、アルカリ洗浄
を行った本発明の試料(Bsuf/Bmid:最大値224、
図2)は表面が均質に腐食されているが、アルカリ洗浄
を行わなかった試料(Bsuf/Bmid:最大値575、図
3)は結晶粒界が強く腐食されており、均一に腐食され
ていない。このように粒界が強く腐食されるとエッチン
グ加工を行う際に結晶粒がカケ落ちたり、エッチング表
面の粗面化が起こり加工精度が得られないなどの問題が
生じるため、表面のホウ素濃度を低減する本発明の方法
は有効であることがわかる。
【0021】(実施例2)表2の成分を持つFe−Ni
合金薄板素材を実施例1と同様に製造し、アルカリ水溶
液の処理を行った。得られた薄板素材を実施例1と同様
にエタノールで洗浄した後、光電子分光法(ESCA)によ
り、得られた素材の深さ方向のホウ素分布を測定した。
そして、表面から1ないし5nmの範囲のB濃度の最大
値は、いずれの試料においても1nmの値であったた
め、これをBsufの最大値として素材中心のホウ素の濃
度で除してBsuf/Bmidの最大値を求めた。結果を表3
に示す。
【0022】
【表2】
【0023】
【表3】
【0024】表2ないし表3から明らかなように、本発
明のアルカリ処理によって、表面のホウ素濃度を著しく
減少することができたことがわかる。また、上記実施例
においては、全ての素材状態で表面粗さRa:0.3μmの表
面粗さに調整したものであったが、本実施例のアルカリ
処理によって、表面粗さRaによって、0.01μm以上の粗
さ変動は認められなかった。また、これらの試料を実施
例1と同じ条件で、塩化第二鉄によるエッチング試験を
行ったところ、アルカリ処理した本発明の試料は粒界が
著しく腐食されるという現象は認められず、図2に示す
組織と同様の表面組織となり、良好なエッチング肌が得
られた。
【0025】(実施例3)まず、表4に示す合金インゴ
ットを製造し、これを熱間圧延することによってフープ
とし、ついで冷間圧延と水素雰囲気、露点-20℃の焼鈍
を繰り返して0.25mmの厚さの表1に示すFe−Ni
系合金薄板素材を得た。このとき、冷間圧延工程の途中
で900℃、5分間の露点を+10℃の弱い酸化性雰囲気とす
る脱ホウ素処理を一回付与した。
【0026】
【表4】
【0027】表4より、冷間圧延の途中で、脱ホウ素処
理をいれることで、インゴットに含有させたホウ素が大
きく低減されており、ホウ素の量を低減できたことがわ
かる。得られた合金薄板素材に対して、実施例1と同様
に25℃でアルカリ溶液との接触を行った。なお、アル
カリ処理の前の表面粗さは、Raで0.32μmであ
り、処理後のRa値に変化は見られなかった。得られた
薄板素材を実施例1と同様にエタノールで洗浄した後、
光電子分光法(ESCA)により、得られた素材の深さ方向の
ホウ素分布を測定した。そして表面から1ないし5nm
の範囲のホウ素濃度の最大値は、1nmの値であったた
め、これをBsufの最大値として素材のホウ素の中心濃
度で除してBsuf/Bmidの最大値を求めた算出した。結
果を表5に示す。
【0028】
【表5】
【0029】表5に示すように、脱ホウ素処理を行った
試料においては、素材表面にホウ素が濃化されるが、本
発明のアルカリ処理により、急激にホウ素量を低減する
ことが可能であることがわかる。このように、脱ホウ素
処理を組み合わせることで、熱間加工性を確保するため
に、ホウ素を0.005%以上(すなわち、50ppm以上)添加し
た場合であっても、表面のホウ素濃度を低減することが
でき、ホウ素添加による熱間加工性の改善と、ホウ素低
減によるエッチング性の確保を両立することが可能であ
る。
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、表面に濃化するホウ素
を低減することができるため、熱間加工性のためにホウ
素を添加することにより問題となっていたエッチング加
工性の劣化を防止できる。また、本発明によれば、表面
粗さを損なうことがないため、微細なエッチング性を確
保するために、欠くことのできないレジスト密着性を損
なうことがないという利点もあり、工業上有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のFe−Ni系合金薄板のB濃度の分布
を示す図である。
【図2】本発明のFe−Ni系合金薄板のエッチング表
面組織を示す写真である。
【図3】従来のFe−Ni系合金薄板のエッチング表面
組織を示す写真である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成7年12月5日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のFe−Ni系合金薄板のB濃度の分布
を示す図である。
【図2】本発明のFe−Ni系合金薄板のエッチング表
面組織を示す顕微鏡写真である。
【図3】従来のFe−Ni系合金薄板のエッチング表面
組織を示す顕微鏡写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01J 9/14 H01J 9/14 G H01L 23/50 H01L 23/50 V

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面から1ないし5nm深さにおけるホ
    ウ素の濃度を表面ホウ素濃度(Bsuf)とし、板厚の
    中心部分のホウ素濃度(Bmid)とするとき、表面ホ
    ウ素濃度と中心ホウ素濃度との比(Bsuf/Bmi
    d)の最大値が500以下であるFe−Ni系合金薄板
    であって、素材全体として重量%でNi=30〜60
    %、Si≦1.5%、Mn≦1.5%、B=1〜100
    ppm、残部は実質的にFeよりなることを特徴とする
    表面清浄度の優れたFe−Ni系合金薄板。
  2. 【請求項2】 Niの一部を20%以下の範囲内でCo
    で置換したことを特徴とする請求項1に記載の表面清浄
    度の優れたFe−Ni系合金薄板。
  3. 【請求項3】 Fe−Ni系合金薄板は、その表面粗さ
    がRaで0.2μm以上であることを特徴とする請求項1な
    いし2のいずれかに記載の表面清浄度の優れたFe−N
    i系合金薄板。
  4. 【請求項4】 全体として重量%でNi=30〜60
    %、Si≦1.5%、Mn≦1.5%、B≦100pp
    m、残部Feを主体とするFe−Ni系合金、または前
    記Niの一部を20%以下の範囲内でCoで置換したF
    e−Ni系合金を熱間圧延後、少なくとも1回以上の焼
    鈍と冷間圧延を施し、製品厚さに仕上げた後、アルカリ
    溶液に接触させ表面のホウ素濃度を低減することを特徴
    とするFe−Ni系合金薄板の製造方法。
  5. 【請求項5】 アルカリ溶液のpHは、8.5−11.
    0であることを特徴とする請求項4に記載のFe−Ni
    系合金薄板の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113388836A (zh) * 2021-07-26 2021-09-14 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种化学蚀刻减薄FeNi合金箔带的方法

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