JPWO2015152261A1 - 圧延銅箔、圧延銅箔の製造方法、フレキシブルフラットケーブル、フレキシブルフラットケーブルの製造方法 - Google Patents

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狭巾の銅箔を製造する場合であっても耐屈曲性に優れると共に、加工容易性と低コスト化を実現することができる圧延銅箔およびその製造方法を提供する。本実施形態の圧延銅箔1は、銅または銅合金からなる丸線材を圧延して得られる圧延銅箔であって、前記圧延銅箔の圧延面において、Cube方位からのずれ角度が13°以内に配向する結晶粒が6%以上の面積率を有する。

Description

本発明は、銅または銅合金からなる丸線材を圧延して得られる圧延銅箔およびその製造方法、並びにフレキシブルフラットケーブル及びその製造方法に関し、特に自動車用部品等において繰返して屈曲運動が行われるフレキシブルフラットケーブル等に用いられる圧延銅箔およびその製造方法に関する。
従来、フレキシブルフラットケーブル(FFC)は、厚みが薄く可撓性に優れる特長から、電子機器等への実装形態における自由度が高く、様々な用途に用いられている。例えば、自動車におけるエアバックシステムの構成部品であるステアリング・ロール・コネクタ(SRC)、折り畳み式携帯電話の折り曲げ部、デジタルカメラ、プリンターヘッドなどの可動部、HDD(Hard Disk Drive)やDVD(Digital Versatile Disc)、Blu−ray(登録商標) Disc、CD(Compact Disc)など、ディスク関連機器の可動部の配線等に広く用いられている。このようなフレキシブルフラットケーブルの導体部分には、一般に圧延銅箔が用いられている。
従来の圧延銅箔として、例えば、銅箔のX線回折で求めた(200)面の積分強度をI、微粉末銅のX線回折で求めた(200)面の積分強度をI(0)としたとき、I/I(0)>20となる立方体集合組織を有する圧延銅箔が開示されている(特許文献1)。この技術では、耐屈曲性に優れる集合組織を有する銅箔を用いることにより長寿命化を実現することができ、フレキシブルプリント基板(FPC)の小型化、高機能化を実現することが開示されている。
また、他の従来の圧延銅箔として、丸線材の圧延によって製造され、箔厚に対する結晶平均粒径を規定した圧延銅箔が開示されている(特許文献2)。この技術では、疲労による破壊が開始する表層の結晶を微細粒化することで、その耐屈曲性を改善している。
特開2006−326684号公報 特許第5342712号公報
しかしながら、特許文献1の技術では、板材を圧延加工して銅箔を製造しているため、銅箔を用いてFFCを製造する場合、当該銅箔をスリット加工することが前提となり、コストアップの原因となる。また近年FFCの狭巾化の要求が強まっているのに対し、スリット加工による方法では十分に銅箔の幅を狭くすることが難しかった。また、特許文献1には丸線をもとに銅箔を製造する技術については開示がない。
一方、特許文献2の技術では、丸線を圧延加工して銅箔を製造しており、耐屈曲性が高いことが開示されているが、集合組織制御を行っているわけではなく、近年、例えば上記SRCで求められている高い耐屈曲性の要求に対して特性のさらなる改善がもとめられていた。
上記課題に鑑み、本発明の目的は、狭巾の銅箔を製造する場合であっても、耐屈曲性に優れると共に、加工容易性と低コスト化を実現することができる圧延銅箔、フレキシブルフラットケーブル、およびそれらの製造方法を提供することにある。
本発明者らは、FFCに適した銅合金について鋭意研究を重ねた結果、断面が円形状の丸線材を圧延する際における銅箔の集合組織としてCube方位{001}<100>の結晶粒を制御し得ること、さらにその工業的に優れた制御方法を見出し、さらにその結晶粒を面積率で6%以上集積させると、耐屈曲性に優れ、また、FFCに適用した際に座屈が発生しにくい圧延銅箔を低コストで製造し得ることを見出した。
また本発明は、丸線の圧延工程によって銅箔を製造するため、巾を数mm以下にまで狭巾化していくと従来のスリット工程では加工難度が大幅に高まる一方、丸線を圧延して銅箔を製造することにより、容易な加工性を実現できることを見出した。
すなわち、上記課題は以下の発明により達成される。
(1)銅または銅合金からなり、圧延面と、該圧延面に隣接する両側面がせん断加工面ではない非せん断加工面を有する圧延銅箔であって、
Cube方位からのずれ角度が13°以内に配向する結晶粒が6%以上の面積率を有することを特徴とする、圧延銅箔。
(2)巾方向に関してそれぞれ10%幅に相当する両端領域において、Cube方位からのずれ角度が13°以内に配向する結晶粒が15%以上の面積率を有することを特徴とする、上記(1)記載の圧延銅箔。
(3)Mg、Zn、Sn、Ag、P、Cr、Si、Zr、Ti、Feの中から選ばれる1種または2種以上の元素を合計で0.005質量%以上1.0質量%以下含有し、残部が銅と不可避不純物からなる銅合金からなることを特徴とする、上記(1)または(2)記載の圧延銅箔。
(4)屈曲寿命回数が50万回以上であることを特徴とする、上記(1)〜(3)のいずれかに記載の圧延銅箔。
(5)巾0.300mm〜2.000mm、厚さ0.010mm〜0.200mmで構成されていることを特徴とする、上記(1)〜(4)のいずれかに記載の圧延銅箔。
(6)上記(1)〜(5)のいずれかに記載の圧延銅箔と、
該圧延銅箔の両面に配置された絶縁フィルムとを有することを特徴とする、フレキシブルフラットケーブル。
(7)前記絶縁フィルムは、前記圧延銅箔の再結晶温度よりも低い温度でラミネート処理し得る樹脂で構成されていることを特徴とする、上記(5)または(6)記載のフレキシブルフラットケーブル。
(8)前記絶縁フィルムは、ポリエチレンテレフタレート系樹脂で構成されていることを特徴とする、上記(7)記載のフレキシブルフラットケーブル。
(9)上記(1)〜(4)のいずれかに記載の圧延銅箔の製造方法であって、
銅または銅合金からなる丸線材に200〜600℃、10秒〜2時間の熱処理を施す第1熱処理工程と、
前記第1熱処理工程後の丸線材を減面率75%以上で伸線する伸線処理工程と、
前記伸線処理工程後の丸線材を圧延して板状線材を形成する第1圧延処理工程と、
前記板状線材に200〜600℃、10秒〜2時間の熱処理を施す第2熱処理工程と、 前記第1熱処理工程後の板状線材を減面率50%以下で圧延して箔材を形成する第2圧延処理工程と、を有することを特徴とする圧延銅箔の製造方法。
(10)前記第2圧延処理工程の後、前記箔材に歪取焼鈍を施す第3熱処理工程を更に有することを特徴とする、上記(9)記載の圧延銅箔の製造方法。
(11)上記(9)または(10)記載の製造方法により得られた圧延銅箔の両面に、絶縁フィルムを、前記圧延銅箔の再結晶温度よりも低い温度でラミネート処理して形成することを特徴とする、フレキシブルフラットケーブルの製造方法。
(12)前記圧延銅箔の圧延面に隣接する側面にスリット加工を行うことなく、絶縁フィルムを形成することを特徴とする、上記(11)記載のフレキシブルフラットケーブルの製造方法。
なお本発明における屈曲寿命回数とは、屈曲半径R=6.5mm、ストロークS=±13mm、環境温度85℃、回転速度900rpm、という試験条件のもとで行う屈曲試験において、圧延銅箔が破断したときの屈曲回数のことを言うものとする。
本発明によれば、狭巾の銅箔を製造する場合であっても、耐屈曲性に優れ、また、FFCに適用した際に耐座屈性に優れた圧延銅箔が提供される。したがって、本実施形態の圧延銅箔は、FFCが搭載されたSRCはもとより、携帯電話の折り曲げ部、デジタルカメラ、プリンターヘッドなどの可動部、HDD、DVD、Blu−ray(登録商標) Disc、CDなどディスク関連機器の可動部の配線等に用いることができる。
本発明の実施形態に係る圧延銅箔の斜視図(一部断面図)である。 本発明の実施形態に係る圧延銅箔の電子顕微鏡画像であり、(a)はTD方向の断面図、(b)はその端部の拡大断面図、(c)は、板材をスリット加工して得られた圧延銅箔の端部の拡大断面図である。 本実施形態に係る圧延銅箔の製造方法を説明する図である。 本実施形態の圧延銅箔におけるCube方位の面積率の測定方法を説明する平面図である。 本実施形態に係る圧延銅箔を用いて作製されたフレキシブルフラットケーブルの断面図である。 本発明の実施例において、耐屈曲性試験で使用される屈曲試験機に圧延銅箔を固定した状態を概略的に示す側面図である。
(圧延銅箔)
本発明の一実施形態となる圧延銅箔は、銅または銅合金からなる丸線材を圧延して得られる圧延銅箔である。
図1に示す通り、圧延銅箔1は、圧延面1Aと、それに隣接する、非せん断加工面からなる側面1Bを有する。なお図1中、X−Y−Z軸は直交座標系であり、X軸であるRDは圧延方向を示し、Z軸であるNDは、圧延面1Aに垂直な圧延法線方向を示し、Y軸であるTDは圧延巾方向であって、前記RDとTDの両方に垂直な方向を示す。また符号1Cで示すのは、圧延方向RDに垂直な断面であり、RD面とも称するものとする。またRD面1Cにおいて、符号1Ca、1Cbは、その両側それぞれ10%幅に相当する矩形の面積領域(両端領域)であり、以下、単に両端部1Ca,1Cbと称する。
ここで上述した非せん断加工面とは、スリッターによるスリット加工によって生じるせん断加工面が生じていないことを意味しており、丸線から製造された圧延銅箔1を特徴づけるものである。
本実施形態の圧延銅箔1におけるRD面の全体断面写真を図2(a)に示し、そのうち非せん断加工面である側面1B近傍の拡大図(同じくRD面)を図2(b)に示す。圧延銅箔1の幅方向両側に位置する側面1Bが非せん断加工面で形成されており、該非せん断加工面は所定曲率を有する曲面である。この非せん断加工面と圧延面との角隅部にはバリやダレ(せん断破損)が形成されていない。一方、箔材のスリット加工によって得られた圧延銅箔では、図2(c)に示すように、その幅方向両側に位置する側面がせん断加工面で形成され、該せん断加工面は圧延面に対してほぼ垂直な平面である。また、せん断加工面と圧延面との角隅部にはバリやダレが形成されている。
圧延銅箔1は、その巾および厚さは特に制限はなく、用途に応じて適宜定めることができるが、巾0.300〜2.000mm、厚さ0.010〜0.200mmであるのが好ましい。特に、本実施形態の圧延銅箔1は、丸線材を圧延して得られる圧延銅箔なので、従来のように単に圧延箔をスリットして製造する場合よりも狭巾化することができる。
圧延銅箔1に使用される銅または銅合金は、タフピッチ銅(TPC:Tough Pitch Copper)、無酸素銅(OFC:Oxygen−Free Copper)もしくはそれらに微量元素を添加した希薄銅合金である。このうち希薄銅合金は、圧延板の所定の方向における集合組織の集積率、強度を規定するものである。したがって、本発明で用いられる銅または銅合金は、材料として上記集積率や強度を有していればよく、加工後の最終形状は必ずしも薄板状でなくてもよい。
また本実施形態の圧延銅箔1では、タフピッチ銅、無酸素銅などの純銅や、Mg、Zn、Sn、Ag、P、Cr、Si、Zr、Ti、Feから選択される1種または2種以上の元素を1.0質量%以下含み、残部が銅と不可避不純物からなる希薄銅合金が用いられる。上記元素の添加は、強度や耐熱性を上げつつも導電性を低下させ過ぎないことが目的であり、その合計の添加量は1.0質量%以下とするのが好ましい。なお、添加量が0%である場合は純銅とみなせるため、添加量の下限値は特に規定されないが、積極的に添加する場合は0.005質量%以上とする。このような希薄銅合金の導電率は、標準軟銅の導電率を100%としたときに、90%以上であることが望ましい。また上記主目的を達成することができれば、添加元素は上記のものに限定されない。
次に本発明の各要素について詳細に説明する。
(Cube方位からのずれ角度が13°以内に配向する結晶粒の面積率が6%以上であること)
本実施形態の圧延銅箔1は、Cube方位{001}<100>からのずれ角度が13°以内に配向する結晶粒の面積率が6%以上である。Cube方位とは材料中(圧延銅箔中)の銅または銅合金母相の結晶の方位である。この方位は、銅または銅合金母相の結晶(面心立方格子)の{001}面が圧延面に対して平行であり、かつ<100>方向が圧延方向(RD方向)と平行である結晶方位である。ただし、理想的な結晶方位からのずれ角度が13°以内(0°以上13°以内)であればその理想方位と同等として扱うことができ得るので、Cube方位からのずれ角度が13°以内の方位についてもCube方位と同等とすることができる。そこで、本実施形態の圧延銅箔は、厳密にCube方位に配向している結晶粒のみならず、Cube方位からプラスマイナス13°以内で3次元的に回転した方位に配向している結晶粒を含め、これらの結晶粒が、RD面で観察したときに、面積占有率(面積率)6%以上で存在する。以下、Cube方位からのずれ角度が13°以内の方位も含めて、単にCube方位と称することもある。
伸線処理や圧延処理を施すと、圧延材におけるCube方位の結晶粒が減少し、耐屈曲性が若干低下する一方、加工硬化により耐力が増加するため、機械的強度が向上する。また、再結晶化熱処理を施すことによりCube方位の結晶粒が発達し、耐屈曲性が向上する。よって本発明では、圧延銅箔におけるCube方位の結晶粒の面積率に着目し、該面積率の観点から、所定条件で伸線処理(高伸線処理)、圧延処理(高圧延処理)及び再結晶化処理を施し、上記面積率の数値範囲を6%以上とすることで、優れた耐屈曲性と機械的強度の両立を実現している。これに対し、Cube方位に配向する結晶粒の面積率が6%未満であると、機械的強度は満たすものの、耐屈曲性が不足する。したがって、本実施形態の圧延銅箔の圧延面において、Cube方位に配向する結晶粒の面積率は6%以上とし、好ましくは10%以上である。
ここで、結晶方位について説明する。金属材料は通常多結晶体であるが、圧延銅箔は複数回もの圧延を繰り返して製造されることによって、箔中の結晶が特定の方位に集積する。このような一定の方位に集積した金属組織の状態を集合組織と呼ぶ。この集合組織の様相を議論するためには、結晶の方向を定義するための座標系が必要となる。そこで、本明細書では、一般的な集合組織の表記方法に従い、圧延銅箔が圧延されて進んでいく圧延方向(RD)をX軸、圧延銅箔の巾方向(TD)をY軸、圧延銅箔の圧延面に垂直な圧延面法線方向(ND)をZ軸の直角座標系を取る(図1参照)。圧延銅箔1中に存在するある1つの結晶粒の方位は、Z軸に垂直な(圧延面に平行な)結晶面のミラー指数(hkl)と、X軸に平行な結晶方向の指数[uvw]とを用いて、(hkl)[uvw]の形で示す。例えば、(132)[6−43]や(231)[3−46]などのように示す。これは即ち、その結晶粒を構成する結晶の(132)面がNDに垂直であり、その結晶粒を構成する結晶の[6−43]方向がRDと平行であることを示している。なお、(132)[6−43]と(231)[3−46]は面心立方格子の対称性から等価である。このような等価な配向を有する方位群は、そのファミリーを表すためにカッコ記号({}や<>)を使用し、{132}<643>と示す。
なお、結晶方位(hkl)[uvw]自体は、結晶の向きを一意に定めるものであるので、観察方向に拠らない。つまり、圧延方向(RD)から測定しても、圧延面法線方向(ND)から測定しても結晶方位を特定することができる。ただし、本発明では圧延面上のCube方位に配向する結晶粒の面積率を規定するものであるので、圧延面について一定の観察視野が必要となる。そこで本発明では、RD面1Cで結晶粒を観察し、この観察面における面積率を測定するものとする。より具体的には、RD面1C全体において、Cube方位からのずれ角度が13°以内の方位を測定し、その面積を画像解析によって算出し、その面積率は、該方位を有する面積を、RD面1Cの全面積で除することで求める。
本発明における結晶方位の画像解析はEBSD法を用いて行う。EBSDとは、Electron BackScatter Diffraction(電子後方散乱回折)の略で、走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)内で試料に電子線を照射したときに生じる反射電子菊池線回折(菊池パターン)を利用した結晶方位解析技術のことである。本発明においては、試料のRD面の全体をNDとTDのそれぞれにおいて0.5μmのステップでスキャンし、解析用ソフトウェア(EDAX TSL社製、商品名「Orientation Imaging Microscopy v5」)を用い、結晶方位を解析する。なお、EBSD測定にあたっては、鮮明な菊池線回折像を得るために、測定面に付着した異物を取り除くと同時に、鏡面仕上げをする必要がある。本実施例ではCP(クロスセクションポリッシャ)加工にて断面の研磨加工を施しておく。
(両端部1Ca、1Cbにおいて、Cube方位からのずれ角度が13°以内に配向する結晶粒の面積率が15%以上であること)
本実施形態の圧延銅箔1は、図1に示すように、RD面1Cの両端部1Ca、1Cbにおいて、Cube方位(Cube方位からのずれ角度が13°以内の方位)に配向する結晶粒の面積率を、上述したものと同様に測定し、それぞれ15%以上、好ましくはそれぞれ20%以上である場合、圧延銅箔1の巾方向端部で疲労破壊が発生することを抑制することができ、より優れた耐屈曲性を実現できる。
(耐屈曲性)
本実施形態の圧延銅箔1は、耐屈曲性試験において、屈曲寿命回数が50万回以上であるのが好ましい。屈曲寿命回数が50万回以上であると、FFCの製品耐久性が特に優れる。よって本実施形態の圧延銅箔1の屈曲寿命回数は50万回以上とする。好ましくは、70万回以上である。
(硬銅であること)
本実施形態の圧延銅箔は、例えば硬銅である。ここで硬銅とは、塑性加工により歪が材料内に蓄積された、いわゆる加工硬化された材料であり、対比される軟銅が再結晶を伴う焼鈍工程で仕上げられることに対して、硬銅は、冷間加工仕上げされた材料になる。ただし、本実施形態の圧延銅箔は硬銅に限られず、軟銅であってもよい。
(本発明に係る圧延銅箔の製造方法)
本実施形態の圧延銅箔は、例えば、図3に示すように、[1]第1伸線処理工程、[2]第1熱処理工程、[3]第2伸線処理工程、[4]第1圧延処理工程、[5]第2熱処理工程、[6]第2圧延処理工程、[7]第3熱処理工程、の各工程を経て製造することができる。なお、[6]第2圧延処理工程終了後に本発明の特性を満たしていれば、[7]第3熱処理工程は行わなくてもよい。以下、[1]〜[7]の工程について説明する。
[1]第1伸線処理工程
外径φ8.0mm以上で鋳造された銅または銅合金製の丸線材2(あるいは棒材)に対して、1回目の伸線処理を施し、φ0.400〜4.000mmになるまで加工する。
[2]第1熱処理工程
上記[1]の伸線処理でφ0.400〜4.000mmに加工された丸線材3を焼鈍する。本工程の熱処理条件は、200〜600℃、10秒〜2時間で行うのが好ましい。なお、軟化目安として、引張強度TSが250MPa程度となるようにするのが好ましい。
[3]第2伸線処理工程
上記[2]の熱処理後、φ0.400〜4.000mmの丸線材3に対して2回目の伸線処理を施し、φ0.100〜0.400mmまで加工する(高伸線加工処理)。第2伸線処理後の丸線材の外径は、後述する圧延処理後の板巾制御に対して大きな影響を与えるため、最終製品の所望寸法に応じて決定されるが、本伸線処理における減面率は75%以上である必要がある。第2伸線処理工程における減面率は、好ましくは85%、より好ましくは90%である。またこの工程で減面率を高くするのは、第2熱処理工程(再結晶処理)後のCube方位の高集積化のためである。なお、減面率Xは、加工前の丸線材3の長手方向に垂直な断面積をA1、加工後の丸線材4の長手方向に垂直な断面積をA2としたとき、X=(A1−A2)*100/A1で現される。ただし、断面積は丸線材の外径で決まるため、加工前の丸線材3の外径をR1、加工後の丸線材4の外径をR2としたとき、X=(R12−R22)*100/R12としても同一の値として計算できるものである。
[4]第1圧延処理工程
上記[3]の伸線処理後、丸線材4を圧延して板状線材5を形成する。最終製品で所望の巾、板厚を得るために、本圧延処理後の寸法には制限がある。例えば、最終製品の所望寸法が巾0.800mm、厚さ0.035mmである場合、本圧延処理で板巾0.770mmになるように圧延し、そのときの板厚は0.045mm程度が妥当である。その後、後述の仕上げ圧延処理(第2圧延処理)を施し、最終製品を形成する。本第1圧延処理にて形成される板状線材5の寸法は、線材種、潤滑状態、ロールと線の径比、圧下率、パス回数、張力など多くの因子によって決まるために一義的なものではなく、その寸法は制御可能な範囲で任意であるが、減面率が4%以上であるのが好ましい。ここでの減面率Yは、加工前の丸線材4の長手方向に垂直な断面積をA3、加工後の板状線材5の長手方向に垂直な断面積をA4としたとき、Y=(A3−A4)*100/A3で現される。また、後述する仕上げ圧延処理(第2圧延処理)にて減面率を指定しているため、該減面率に応じて本工程での減面率を設定する必要がある。
[5]第2熱処理工程
次に、上記[4]で圧延された板状線材5を焼鈍する。その際、平均結晶粒径の最小値は3μmであり、その最大値は板厚寸法と同じとする。本工程の熱処理条件は、200〜600℃、10秒〜2時間で行うのが好ましい。なお、軟化目安として、引張強度TSが250MPa程度となるようにするのが好ましい。
[6]第2圧延処理工程
上記[5]の熱処理後、最終製品の寸法(厚さ)を得るために、板状線材5に仕上げ圧延処理を施して箔材6を形成する。本第2圧延処理における厚さ減少率Zは、50%以下であり、好ましくは、15〜50%である(高圧延加工処理)。厚さ減少率Zは、加工前の板状線材5の厚さをt1、加工後の箔材6の厚さをt2としたとき、Z=(t1−t2)*100/t1で表される。厚さ減少率が高いと、Cube方位の結晶粒が少なくなる。このように、本実施形態では上記高伸線加工処理と本高圧延加工処理の双方を行うことにより、その後に再結晶化熱処理を行う必要がなく、箔材6の機械的強度を維持することができる。なお、この板状線材5から箔材6を得る圧延加工のみ、減面率ではなく、厚さ減少率で計算するものとする。
[7]第3熱処理工程
次に、箔材6を焼鈍して、歪取りを行う。この工程は省略しても良い。本工程の熱処理条件は、例えば、150〜300℃、10秒〜2時間である。本第3熱処理は、低温熱処理による転位の再配列による更なる高屈曲化を目的としており、結晶粒のサイズに影響を及ぼさないものである。このように第1伸線処理から第3熱処理までの一連の処理を施すことにより、圧延銅箔1が製造される。なお、第3熱処理工程を省略する場合は、箔材6がそのまま圧延銅箔1となる。
上述したように、本発明によれば、狭巾の銅箔を製造する場合であっても、耐屈曲性に優れ、また、FFCに適用した際に耐座屈性に優れた圧延銅箔が提供できる。また、スリット工程を含む製造方法に比べて、加工が容易であり、製造コストを低減することが可能となる。また、銅箔自体が機械的強度を有しているため、その後のラミネート処理時などに加熱されても銅が軟化することがなく、また、後処理として低温熱処理を施す必要がないため、絶縁フィルムと銅箔の密着度が低下することもない。したがって、信頼性の高いFFCを提供することができ、延いては信頼性の高いSRCを提供することができる。
(フレキシブルフラットケーブル)
本発明の一例となる実施形態のフレキシブルフラットケーブル(FFC)は、図5に示すように、複数の圧延銅箔21−1〜21−6と、これら複数の圧延銅箔を埋設する接着層22と、該接着層の両面に配置された絶縁フィルム23,24とを備えている。圧延銅箔21−1〜21−6は、圧延面の面内方向がほぼ同一となるように並べて配置されており、これら圧延銅箔の一方の圧延面側に絶縁フィルム23、他方の圧延面側に絶縁フィルム24が設けられている。
接着層22は、複数の圧延銅箔21−1〜21−6を埋設するのに十分な厚みを有しており、絶縁フィルム23,24によって挟持されている。接着剤層22は、絶縁フィルム23,24に適合する周知の接着剤で構成されている。
絶縁フィルム23,24は、上記圧延銅箔の再結晶温度よりも低い温度でラミネート処理し得る樹脂で構成されており、ラミネート処理し得る樹脂とは、圧延銅箔を構成する銅又は銅合金の再結晶温度よりも低い温度で、接着層あるいは圧延銅箔との良好な密着性を発現することができる樹脂をいう。絶縁フィルム23,24は、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)系樹脂、好ましくはポリエチレンテレフタレートで構成されている。
(フレキシブルフラットケーブルの製造方法)
本実施形態のFFCの製造方法では、上記圧延銅箔の両側に、例えば絶縁フィルムを配置し、前記圧延銅箔の再結晶温度よりも低い温度、例えば100〜200℃でラミネート処理を行う。
このような温度条件により、圧延銅箔は、前述した硬銅としての性質を維持したままFFCの内部に形成される。したがって軟銅になった場合に比較して、より機械的強度を高く維持することができ、より狭巾のFFCであっても座屈しにくくなる。
なお、上記製造工程に供する圧延銅箔は、丸線から所望の巾で製造したものであるので、鋳隗からロール圧延を何度も繰り返して銅箔にする必要がなく、さらにスリット加工の必要もないため、製造工程の低コスト化が可能となる。
また製造工程で使用する絶縁フィルムは、それぞれ、巾10mm〜20mm、厚さ0.01mm〜0.1mmである。よってFFCとしては、巾10mm〜20mm、厚さ0.03〜0.4mmとなる。このように本実施形態の圧延銅箔を使用することによって、FFCを狭巾化することが可能である。
また絶縁フィルムは、前記圧延銅箔の再結晶温度よりも低い温度でラミネート処理し得るものを選定できるので、低コストなものを使用することができ、FFCの低コスト化を図ることができる。
(特許文献1、特許文献2との対比)
特許文献1の技術では、再結晶化熱処理することで立方体組織の発達を達成しているが、当該再結晶化熱処理は通常銅箔に絶縁フィルムをラミネートする際に行われており、ラミネート処理後は、再結晶組織を有する軟銅に相当する銅箔となる。そのため、最終製品における銅箔の機械的強度は低く、例えばUターン型のSRCでは、補助ローラをつけなければFFCは座屈してしまい、その役割を果たさない。また、近年進んでいるFFCの狭巾化に対しては、銅箔自体に機械的強度の向上が望まれており、軟銅あるいはそれに相当する導体よりも高い機械的強度を確保することが望まれている。
これに対し、本実施形態の圧延銅箔では、上述してきた通りCube方位が所定の面積率を有することによって所望の機械的強度を向上することができ、FFCが狭巾化した際でも適正なラミネート加工で処理することでFFCの座屈を防止することができる。
また、上記特許文献1の圧延銅箔は、FPCに好適な圧延銅箔として記載されており、またその最終圧延率を考慮すれば、条圧延工程と圧延後の材料を細長に切断するスリット工程とを経て製造されると考えられるが、スリット工程は丸線圧延工程に比べ高コストである上、巾0.8mm未満の狭巾材を製造する際には加工難度が高くなることから、更なる高コスト化は避けられない。
これに対し、本実施形態の圧延銅箔ないしFFCは上述してきた通り、丸線から製造されたものであるので、低コストで製造できる。
また、上記特許文献2の技術では、最終製品である銅箔を得るまでに熱処理工程を含んでいないため、圧延銅箔自体の機械的強度は比較的高いと想定される。しかしながら集合組織制御されたものではないため、機械的強度はまだ不足すると想定される。また特許文献2の銅箔の大部分は加工組織を有しており、ラミネート処理時の加熱により、方位制御されていない再結晶組織が最表層に現れ、圧延銅箔が軟化してしまい、FFCの座屈の問題が発生する可能性が高い。一方、この問題を解消するために低温熱処理を行うと、絶縁フィルムと銅箔の密着度が下がり、最終的に耐屈曲性の低下を招く懸念がある。また、特許文献2の銅箔は再結晶処理をした軟銅のみを対象としており、本発明の範囲に規定する再結晶前の伸線工程に相当する再結晶前の塑性加工は任意であるなど、結晶方位制御に対しての想定はなされていないと判断できる。
これに対し、本実施形態のFFCでは、圧延銅箔の機械的強度はCube方位が所定の面積率を有していることにより確保されているため、耐屈曲性の向上を図ることができ、適正なラミネート加工で処理することでFFCの座屈を防止することができる。
以上、上記実施形態に係る圧延銅箔、FFCおよびそれらの製造方法について述べたが、本発明は記述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。
本発明を以下の実施例に基づき詳細に説明する。なお本発明は、以下に示す実施例に限定されるものではない。
(発明例1〜6)
φ9.000mmの丸線材(TPC)に伸線処理を施してφ0.600〜4.000mmの丸線材を形成し、その後、200〜600℃、10秒〜2時間で熱処理を行った。このときの軟化目安は引張強度(TS)=250MPaとした。さらにこの熱処理後の丸線材に減面率75%以上で伸線処理を施して、φ0.230mmの丸線材を形成した。次いで、φ0.230mmの丸線材に圧延処理を施して厚さ0.035〜0.050mmの板状線材を形成した。その後、この板状線材に再び200〜600℃、10秒〜2時間で熱処理を行った。そして、熱処理後の板状線材にさらに圧延処理を施して厚さ0.035mmの箔材を作製した。最後に必要に応じて150〜300℃、10秒〜2時間で歪取焼鈍処理を施して最終製品を得た。最終製品の銅箔は巾0.800mm、厚さ0.035tmmであった。このような第1伸線処理→第1熱処理→第2伸線処理→第1圧延処理→第2熱処理→第2圧延処理→(第3熱処理)の一連のフローを製造工程(I)とした。
(発明例7)
上記製造工程(I)に代えて、第1伸線処理(φ9.000mm→φ0.600mm)→第1熱処理(軟化目安:TS=250MPa)→第2伸線処理(φ0.600mm→φ0.230mm)→第1圧延処理(φ0.230mm→0.035mmt)→第2熱処理(再結晶化処理)の一連のフローからなる製造工程(I’)にて、最終製品を得た。
(比較例1)
上記製造工程(I)に代えて、第1伸線処理(φ9.000mm→φ0.230mm)→第1圧延処理(φ0.230mm→0.050mmt)→第2熱処理(軟化目安:TS=250MPa)→第2圧延処理(0.050mmt→0.035mmt)の一連のフローからなる製造工程(II)にて、最終製品を得た。
(比較例2)
上記製造工程(I)に代えて、第1伸線処理(φ9.000mm→φ0.400mm)→第1熱処理(軟化目安:TS=250MPa)→第2伸線処理(φ0.400mm→φ0.230mm)→第1圧延処理(φ0.230mm→0.0467mmt)→第2熱処理(軟化目安:TS=250MPa)→第2圧延処理(0.0467mmt→0.035mmt)の一連のフローからなる製造工程(III)にて、最終製品を得た。
(比較例3)
上記製造工程(I)に代えて、第1伸線処理(φ9.000mm→φ4.000mm)→第1熱処理(軟化目安:TS=250MPa)→第2伸線処理(φ4.000mm→φ0.230mm)→第1圧延処理(φ0.230mm→0.035mmt)→第3熱処理(歪取熱処理)の一連のフローからなる製造工程(IV)にて、最終製品を得た。この工程では、第1圧延処理によって最終的な箔厚を得ているため、第2圧延処理工程および第2熱処理工程は実施していない。
(比較例4)
上記製造工程(I)に代えて、第1伸線処理(φ9.000mm→φ0.600mm)→第1熱処理(軟化目安:TS=250MPa)→第2伸線処理(φ0.600mm→φ0.230mm)第1圧延処理(φ0.230mm→0.075mmt)→第2熱処理(軟化目安:TS=250MPa)→第2圧延処理(0.075mmt→0.035mmt)→第3熱処理(歪取熱処理)の一連のフローからなる製造工程(V)にて、最終製品を得た。
(発明例8〜13)
φ9.000mmの丸線材(TPC)に伸線処理を施してφ0.900〜2.600mmの丸線材を形成し、その後、200〜600℃、10秒〜2時間で熱処理を行った。このときの軟化目安は引張強度(TS)=250MPaとした。さらにこの熱処理後の丸線材に減面率75%以上で伸線処理を施して、φ0.170mmの丸線材を形成した。次いで、その丸線材に圧延処理を施して厚さ0.045mmの板状線材を形成した。その後、この板状線材に再び200〜600℃、10秒〜2時間で熱処理を行った。そして熱処理後の板状線材にさらに圧延処理を施して、厚さ0.035mmの箔材を作成した。最後に必要に応じて歪取焼鈍処理を施して最終製品を得た。最終製品の銅箔は、巾0.500〜1.400mm、厚さ0.035mmであった。このような第1伸線処理→第1熱処理→第2伸線処理→第1圧延処理→第2熱処理→第2圧延処理→(第3熱処理)の一連のフローを製造工程(I)とした。
(比較例5〜8)
最終製品として巾0.500〜1.400mm、厚さ0.035mmの箔材を得るため第1圧延処理前の線径をφ0.170mmしたこと以外は、それぞれ比較例1〜4と同様の方法にて圧延銅箔を得た。
(比較例9〜12)
最終製品として巾0.500〜1.400mm、厚さ0.035mmの箔材を得るため第1圧延処理前の線径をφ0.260mmしたこと以外は、それぞれ比較例1〜4と同様の方法にて圧延銅箔を得た。
(比較例13〜16)
最終製品として巾0.500〜1.400mm、厚さ0.035mmの箔材を得るため第1圧延処理前の線径をφ0.300mmしたこと以外は、それぞれ比較例1〜4と同様の方法にて圧延銅箔を得た。
(参考例)
スリット処理が用いられる例として、TPCからなる厚さ0.400mmの銅板に圧延処理を施して厚さ0.100mmの板材を作成し、次いで軟化目安を引張強度(TS)=250MPaとして再結晶化処理を行い、さらに、圧延処理を施して厚さ0.035mmの銅箔を形成し、最後に銅箔を細長く切断して、巾0.500及び0.800mm、厚さ0.035mmの銅箔を得た。このような第1圧延処理→熱処理→第2圧延処理→スリット処理の一連のフローを製造工程(VIII)とした。
次に、上記のように作製した発明例1〜13、比較例1〜16および参考例について、以下の方法で評価を行った。
(伸線処理および圧延処理での減面率)
上記第2伸線処理での減面率を、該第2伸線処理直前の丸線材の断面積(略円形)と、第2伸線処理直後の丸線材の断面積(略円形)とに基づいて算出した。また、上記第1圧延処理での減面率を、該第1圧延処理直前の丸線材の断面積と、第1圧延処理直後の板状線材の断面積(略矩形)とに基づいて算出し、さらに、上記第2圧延処理での圧下率を、該第2圧延処理直前の板状線材の断面積と、第2圧延処理直後の箔材の断面積(略矩形)とに基づいて算出した。
(Cube方位からのずれ角度が13°以内に配向する結晶粒の面積率)
上述したEBSD法に用い、RD面1Cにおいて、Cube方位からのずれ角度が13°以内に配向する結晶粒の面積率(面積率A)を測定した。また、各圧延銅箔について、両端部1Ca、1Cbにおいて、Cube方位からのずれ角度が13°以内に配向する結晶粒の面積率(面積率B)を測定した。測定は、約500μm四方の測定領域で、スキャンステップが0.5μmの条件で測定を行った。測定面積は結晶粒を200個以上含むことを基準として調整した。なお、ずれ角度については、共通の回転軸を中心に回転角を計算し、ずれ角度とした。また、あらゆる回転軸に関してCube方位との回転角度を計算した。回転軸は最も小さいずれ角度で表現できるものを採用した。全ての測定点に対してこのずれ角度を計算して小数第一位までを有効数字とし、Cube方位から13°以内の方位を持つ結晶粒の面積を全測定面積で除し、面積率を算出した。
(耐屈曲性試験)
図6に示すようなFPC屈曲試験機(上島製作所社製、装置名「FT−2130」)を用い、試料固定板11及び可動板12に圧延銅箔1を固定し、モータ部13により可動板12を可動させて屈曲試験を行った。本耐屈曲試験は圧延銅箔単体で行った。試験条件は、屈曲半径R=6.5mm、ストロークS=±13mm、環境温度85℃、回転速度900rpm、屈曲寿命回数は圧延銅箔1が破断状態になったときの回数とし、圧延銅箔1が破断状態に至るまで屈曲試験を繰返し、そのときの屈曲寿命回数を測定した。評価基準は、寿命が製品仕様として十分であると判断される50万回以上を合格「○」、寿命が製品仕様を満たさない可能性のある40万回以上50万回未満を不合格「△」、寿命が製品仕様を満たさない40万回未満を不合格「×」とした。
上記の方法にて測定、評価した結果を表1、2に示す。
Figure 2015152261

Figure 2015152261
表1の結果から、発明例1〜7のいずれも、圧延銅箔の圧延面において、Cube方位からのずれ角度が13°以内の方位に配向する結晶粒の面積率(面積率A)が6%以上、屈曲寿命回数が50万回以上となり、耐屈曲性が良好であることが分かった。また、発明例3〜7のいずれも、両端部1Ca、1CbにおけるCube方位からのずれ角度が13°以内の方位に配向する結晶粒の面積率(面積率B)が15%以上となり、耐屈曲性が良好であることが分かった。
一方、比較例1〜4では、圧延銅箔の圧延面において、Cube方位からのずれ角度が13°以内の方位に配向する結晶粒の面積率(面積率A)が本発明の範囲外であり、また、両端部1Ca,1CbにおけるCube方位からのずれ角度が13°以内の方位に配向する結晶粒の面積率(面積率B)が本発明の範囲外となり、耐屈曲性が不足した。
また、表2の結果から、発明例8〜13のいずれも、Cube方位からのずれ角度が13°以内の方位に配向する結晶粒の面積率(面積率A)が6%以上、屈曲寿命回数が50万回以上となり、耐屈曲性が良好であることが分かった。また、発明例8〜11,13のいずれも、両端部1Ca、1CbにおけるCube方位からのずれ角度が13°以内の方位に配向する結晶粒の面積率(面積率B)が15%以上となり、耐屈曲性が良好であることが分かった。
一方、比較例5〜16では、圧延銅箔の圧延面において、Cube方位からのずれ角度が13°以内の方位に配向する結晶粒の面積率(面積率A)が本発明の範囲外であり、また、両端部1Ca、1CbにおけるCube方位からのずれ角度が13°以内の方位に配向する結晶粒の面積率(面積率B)が本発明の範囲外であり、耐屈曲性が不足した。また、参考例では、所望の結晶方位面積率を有しているにも関わらず寿命が大きくバラつき、必ずしも50万回には達しなかった。スリット狭幅材は寸法精度が下がり、屈曲性に悪影響を与えたことが原因である。
したがって、丸線材を圧延して巾0.500mm〜1.400mmの狭巾銅箔を作製する際、圧延銅箔の圧延面において、Cube方位からのずれ角度が13°以内の方位に配向する結晶粒の面積率を6%以上とすることで、屈曲寿命回数が50万回以上となり、耐屈曲性に優れ、高寿命化を実現できることが分かった。なお、このことは、タフピッチ銅(TPC)に限らず、無酸素銅(OFC)や、Mg、Zn、Sn、Ag、P、Cr、Si、Zr、Ti、Feの中から選ばれる1種または2種以上の元素を合計で1.0質量%以下含有する銅合金についても同様に確認できた。
本実施形態の圧延銅箔1は、可撓性に優れ且つ耐屈曲性に優れることから、フレキシブルフラットケーブル(FFC)として好適に用いられる。特に、自動車におけるエアバックシステムの構成部品であるステアリング・ロール・コネクタ(SRC)や、ルーフハーネス、ドアハーネス、フロアハーネス等の自動車用部品に好適に用いられる。
1 圧延銅箔
2 丸線材
3 丸線材
4 丸線材
5 板状線材
6 箔材
7 圧延面
8 圧延面の巾方向両端領域
11 試料固定板
12 可動板
13 モータ部
20 フレキシブルフラットケーブル
21−1,21−2,21−3 圧延銅箔
21−4,21−5,21−6 圧延銅箔
22 接着層
23 絶縁フィルム
24 絶縁フィルム
RD 圧延方向
TD 巾方向
ND 圧延面法線方向
R 屈曲半径

Claims (12)

  1. 銅または銅合金からなり、圧延面と、該圧延面に隣接する両側面がせん断加工面ではない非せん断加工面を有する圧延銅箔であって、
    Cube方位からのずれ角度が13°以内に配向する結晶粒が6%以上の面積率を有することを特徴とする、圧延銅箔。
  2. 巾方向に関してそれぞれ10%幅に相当する両端領域において、Cube方位からのずれ角度が13°以内に配向する結晶粒が15%以上の面積率を有することを特徴とする、請求項1記載の圧延銅箔。
  3. Mg、Zn、Sn、Ag、P、Cr、Si、Zr、Ti、Feの中から選ばれる1種または2種以上の元素を合計で0.005質量%以上1.0質量%以下含有し、残部が銅と不可避不純物からなる銅合金からなることを特徴とする、請求項1または2記載の圧延銅箔。
  4. 屈曲寿命回数が50万回以上であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の圧延銅箔。
  5. 巾0.300mm〜2.000mm、厚さ0.010mm〜0.200mmで構成されていることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の圧延銅箔。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の圧延銅箔と、
    該圧延銅箔の両面に配置された絶縁フィルムとを有することを特徴とする、フレキシブルフラットケーブル。
  7. 前記絶縁フィルムは、前記圧延銅箔の再結晶温度よりも低い温度でラミネート処理し得る樹脂で構成されていることを特徴とする、請求項5または6記載のフレキシブルフラットケーブル。
  8. 前記絶縁フィルムは、ポリエチレンテレフタレート系樹脂で構成されていることを特徴とする、請求項7記載のフレキシブルフラットケーブル。
  9. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の圧延銅箔の製造方法であって、
    銅または銅合金からなる丸線材に200〜600℃、10秒〜2時間の熱処理を施す第1熱処理工程と、
    前記第1熱処理工程後の丸線材を減面率75%以上で伸線する伸線処理工程と、
    前記伸線処理工程後の丸線材を圧延して板状線材を形成する第1圧延処理工程と、
    前記板状線材に200〜600℃、10秒〜2時間の熱処理を施す第2熱処理工程と、 前記第1熱処理工程後の板状線材を減面率50%以下で圧延して箔材を形成する第2圧延処理工程と、を有することを特徴とする圧延銅箔の製造方法。
  10. 前記第2圧延処理工程の後、前記箔材に歪取焼鈍を施す第3熱処理工程を更に有することを特徴とする、請求項9に記載の圧延銅箔の製造方法。
  11. 請求項9または10記載の製造方法により得られた圧延銅箔の両面に、絶縁フィルムを、前記圧延銅箔の再結晶温度よりも低い温度でラミネート処理して形成することを特徴とする、フレキシブルフラットケーブルの製造方法。
  12. 前記圧延銅箔の圧延面に隣接する側面にスリット加工を行うことなく、絶縁フィルムを形成することを特徴とする、請求項11記載のフレキシブルフラットケーブルの製造方法。
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