JP6628082B2 - Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、リードフレームやメタルマスク等に使用されるＦｅ−Ｎｉ系合金薄板の製造方法に関するものである。

リードフレームやメタルマスク等に使用されるＦｅ−Ｎｉ系合金薄板は、例えば、樹脂などと貼りあわされて使用される用途がある。このような樹脂などとの密着性を高める方法としては、例えば、特開昭６０−１１１４４７号公報（特許文献１）では、Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板を直接研摩したり、酸洗いによって所望の粗さとしている。また、特開平１０−２７０６２９号公報では、圧延ロールをダルロールとしたり、最終圧延後のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板を酸洗いを行うことにより所望の粗さとする発明が有る。

特開昭６０−１１１４４７号公報 特開平１０−２７０６２９号公報

前述の特許文献１や２で示される発明のうち、冷間圧延後のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板を酸洗いすると、圧延時に導入された応力のバランスが崩れて材料の反りなどの変形を生じる可能性がある。また、直接研摩する方法は、研摩時の砥粒がＦｅ−Ｎｉ系合金薄板表面に残留するおそれがある。また、ダルロールを用いる方法においても、、圧延条件によっては、所望の表面粗さを得られない可能性がある。
近年Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板は、アプリケーションの小型、薄型、高精細化に伴い、エッチング加工、プレス加工、レーザー加工等を施し、ドライフィルムやメッキは元より、封止ガラス、硬化樹脂等様々な部材と接合して使用されることから、酸化防止や接合強度向上のために密着性向上が望まれている。
本発明の目的は、厚さが０．２５ｍｍ以下の薄いＦｅ−Ｎｉ系合金薄板において、多様化する他部材との密着性を向上させることが可能なＦｅ−Ｎｉ系合金薄板の製造方法を提供することである。

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものである。
すなわち本発明は、質量％でＮｉ＋Ｃｏ：３５．０〜４３．０％（但し、Ｃｏは０〜６．０％）、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：１．０％以下、残部はＦｅ及び不純物からなる冷間圧延用素材に冷間圧延と連続焼鈍とを１回以上行う冷間圧延工程と、を含み、前記冷間圧延工程における最終の冷間仕上圧延を、圧延ロール粗さＲａ＝０．１５〜１．０μｍ、圧延速度６．５ｍ／ｓ以下、圧延油動粘度８ｍｍ^２／ｓ以上、圧延油吐出量３５Ｌ／ｓ以下の条件で行い、厚さ０．２５ｍｍ以下のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板を得るＦｅ−Ｎｉ系合金薄板の製造方法である。
好ましくは、前記最終の冷間仕上圧延を行った後、前記Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板を洗浄する。
更に好ましくは、前記Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板の表面粗さが、Ｒａ＝０．１５〜０．５μｍである。

本発明によれば、厚さが０．２５ｍｍ以下の薄いＦｅ−Ｎｉ系合金薄板において、密着性を向上させることが可能であるから、Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板と密着する相手材との密着不良を防止することが可能となる。

最終の冷間仕上圧延に用いる仕上圧延ロール粗さと圧延後のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板の表面粗さの相関を示す図である。 簡易密着性評価試験の試験片を示す図である。

以下に本発明を詳しく説明する。
＜Ｆｅ−Ｎｉ系合金の組成＞
先ず、本発明で規定する化学組成について説明する。本発明で規定する組成を有するＦｅ−Ｎｉ系合金は、所望の熱膨張係数を得るために必要な組成を有するものである。なお、組成は質量％である。
[Ｎｉ＋Ｃｏ：３５．０〜４３．０％（但し、Ｃｏは０〜６．０％）]
Ｎｉ及びＣｏは、所望の熱膨張係数を得るために必要な元素である。Ｎｉ＋Ｃｏ含有量が３５．０％未満ではオーステナイト組織が不安定となりやすく、一方４３．０％を越えると熱膨張率が上昇し、低熱膨張特性を満足しないことから、Ｎｉ＋Ｃｏの含有量は３５．０〜４３．０％とする。なお、Ｃｏは必ずしも添加の必要はないが、６．０％までの範囲でＮｉの一部をＣｏで置換することができる。
[Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：１．０％以下]
Ｓｉ、Ｍｎは通常Ｆｅ−Ｎｉ系合金では、脱酸を目的に微量含有されているが、過剰に添加すれば偏析を起こし易くなるため、Ｓｉは０．５％以下とし、Ｍｎは１．０％以下とする。なお、ＳｉとＭｎの下限は特に限定しないが、前述のように脱酸元素として添加されることから、Ｓｉは０．０５％程度、Ｍｎは０．０５％程度は残留する。
[残部はＦｅ及び不純物]
上記の元素以外は実質的にＦｅであれば良いが、製造上不可避的に含有する不純物は含まれる。特に制限の必要な不純物元素にはＣがあり、例えば、エッチングを行う用途に使用するのであれば、その上限を０．０５％とすると良い。
また、プレス打抜き性を向上させる場合はＳ等の快削性元素を０．０２０％以下で含有させても良い。熱間加工性を向上させるようなＢ等の元素は０．００５０％以下で含有させても良い。

＜冷間圧延用素材＞
本発明では、熱間圧延を経て、冷間圧延用素材を準備する。熱間圧延材には酸化層が形成されていることから、その酸化層を、例えば、機械的、或いは化学的に除去して冷間圧延用素材とする。また、冷間圧延中の冷間圧延材のエッジから割れ等の不良が発生しないように、エッジを整えて冷間圧延用素材とする。なお、冷間圧延用素材の厚さは２．０〜５．０ｍｍ程度とすると良い。
そして、前述の冷間圧延用素材に冷間圧延と連続焼鈍を１回以上行い、所望の板厚とし、最終の冷間仕上圧延を実施する。最終の冷間仕上圧延前の圧延率は５０〜８５％とし、連続焼鈍は８５０〜１０００℃の加熱炉中を１０〜６０ｓｅｃで通板するようにすれば良い。そして、最終の冷間仕上圧延を行う前の段階で硬さを１２０〜１５０ＨＶとして最終の冷間仕上圧延を行うことが好ましい。

次に、最終の冷間仕上圧延条件について詳しく説明する。
本発明では、最終の冷間仕上圧延でＦｅ−Ｎｉ系合金薄板の厚さを０．２５ｍｍ以下とする。０．２５ｍｍ以下とするのは、例えば、リードフレームやメタルマスク用途に求められる厚さであるからである。なお、好ましい板厚は０．１５ｍｍ以下である。
＜圧延ロール粗さ＞
本発明で重要な点の１つは、最終の冷間仕上圧延で使用する圧延ロール粗さをＲａ＝０．１５〜１．０μｍとすることである。尚、圧延ロール粗さとは、圧延に用いるロールの表面の粗さのことである。圧延加工によって製造されるＦｅ−Ｎｉ系合金薄板の表面粗さは、主として圧延で使用するロールの表面粗さが転写することにより、その表面粗さが決定される。このことから、圧延ロール自体の表面粗さが低いと、圧延加工によって得られるＦｅ−Ｎｉ系合金薄板の表面粗さを高くすることが非常に困難になる。そのため、圧延ロール粗さの下限をＲａ＝０．１５μｍとする。好ましい圧延ロール粗さの下限は０．２０μｍである。
また、圧延ロール粗さの値をより高くすることで、得られるＦｅ−Ｎｉ系合金薄板の表面粗さの値も高くなる。しかしながら、過度に表面粗さの値の高いロールを使用したとしても、圧延中にロール表面に加わる荷重等によりロールは磨滅し、高い値の粗さを得ることは難しい。むしろ、摩擦抵抗が大きくなり、加工によって生成される摩耗粉の増大を招き、Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板の表面清浄度が悪化し、かえって密着性を阻害する要因になる可能性がある。そのため、圧延ロール粗さの上限は１．０μｍとする。好ましい圧延ロール粗さの上限は０．５０μｍである。なお、本明細書中のＲａとは、ＪＩＳ−Ｂ−０６０１（２０１３）にて定められている算術平均粗さＲａのことである。

本発明では、前述の圧延ロール粗さに加え、圧延速度、圧延油動粘度及び圧延油吐出量を適正な範囲とする。これら３つの要件は、Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板の表面粗さの調整に必要不可欠な因子である。特に、最終の冷間仕上圧延を行う場合に、これら３つの要件のうちの何れかが本発明で規定する範囲外となると、所望の表面粗さを得ることができなくなる。
＜圧延速度＞
本発明では、最終の冷間仕上圧延の圧延速度を６．５ｍ／ｓ以下とする。圧延速度を６．５ｍ／ｓ以下とするのは、Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板の表面粗さを、Ｒａ＝０．１５〜０．５μｍとするためである。圧延速度が過度に速いと、圧延油の噛み込み量が増大し、ロールとＦｅ−Ｎｉ系合金薄板との接触面積が減少するため、ロールの粗さが転写され難くなり、Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板の表面粗さが低くなる。そのため、本発明では圧延速度を６．５ｍ／ｓ以下とする。好ましい圧延速度の上限は４．０ｍ／ｓである。より好ましくは３．５ｍ／ｓである。一方、圧延速度が過度に遅いと、生産性の低下を招き、コスト増となるため、圧延速度の下限は０．５ｍ／ｓとすることが良い。好ましい圧延速度の下限は１．０ｍ／ｓである。より好ましくは２．０ｍ／ｓである。
＜圧延油動粘度＞
また、最終の冷間仕上圧延に用いる圧延機で使用する圧延油の動粘度を８ｍｍ^２／ｓ以上とする。圧延油の動粘度を８ｍｍ^２／ｓ以上とするのはＦｅ−Ｎｉ系合金薄板の表面粗さを、Ｒａ＝０．１５〜０．５μｍとするためである。圧延油の動粘度が低いと、圧延中の圧延油噛み込み量が増大し、ロールとＦｅ−Ｎｉ系合金薄板との接触面積が減少するため、ロールの粗さが転写され難くなり、Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板の表面粗さが低くなる。そのため、圧延油の動粘度を８ｍｍ^２／ｓ以上とする。好ましい圧延油の動粘度の下限は９ｍｍ^２／ｓである。また、動粘度が過度に高いと、圧延中のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板とロールとの潤滑作用が減少し、サーマルクラウンの増大や、ヒートクラック等の問題を招くおそれがある。そのため、動粘度の上限は４０ｍｍ^２／ｓとする。好ましい圧延油の動粘度の上限は３５ｍｍ^２／ｓであり、更に好ましくは２０ｍｍ^２／ｓである。
＜圧延油吐出量＞
上述の圧延油動粘度と共に、圧延油吐出量もＦｅ−Ｎｉ系合金薄板の粗さに影響する。圧延油吐出量が多いと、圧延油噛み込み量が増大し、接触面積の減少に伴い、ロールの粗さが転写され難くなる。そのため、圧延油吐出量は３５Ｌ／ｓ以下とする。好ましい圧延油吐出量の上限は３０Ｌ／ｓであり、更に好ましくは２５Ｌ／ｓである。なお、ロールの粗さを転写するのに最も望ましいのは、圧延油吐出量０Ｌ／ｓの無潤滑圧延であるが、この場合、摩擦抵抗が大きくなり、加工によって生成される摩耗粉の増大を招き、Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板の表面清浄度が悪化する恐れがある。また、過酷な条件で圧延されるため、圧延ロールの肌荒れや、ヒートクラック等を生じる可能性もある。そのため、圧延油を用いる場合、圧延油吐出量の下限は１Ｌ／ｓとするとよい。好ましい圧延油吐出量の下限は５Ｌ／ｓであり、更に好ましくは１０Ｌ／ｓである。
また、Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板の幅については特に限定しないが、より良好な表面清浄度を保つためには、幅を１１００ｍｍ以下に設定することが好ましい。

＜洗浄工程＞
また、Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板の表面清浄度を向上させるために、最終の冷間仕上圧延を行った後、洗浄工程を実施すことが好ましい。これは、密着性は接合するＦｅ−Ｎｉ系合金薄板表面の清浄度にも影響するからである。特に、塑性加工を実施したＦｅ−Ｎｉ系合金薄板の表面には、加工途中に発生した摩耗粉や、加工時に使用する油が付着している場合が多い。これらの異物は密着性を阻害する要因となるため、より密着性を向上させるために、洗浄工程を実施すことが好ましい。洗浄工程を行う場合は、炭化水素系溶剤や、アルカリ性溶剤等を、噴霧あるいは攪拌した状態で使用することが出来る構造の洗浄層を用いることが望ましい。また、洗浄液系は、洗浄で除去した異物を含む洗浄液をフィルターでろ過する設備を有した循環型とし、洗浄層から出た材料を乾燥する設備を配置することで、連続的に洗浄が可能となり、経済的かつ高い生産性を維持することが出来る。

次に、上述した本発明のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板の製造方法で得られるＦｅ−Ｎｉ系合金薄板について説明する。
＜表面粗さ＞
本発明では、得られたＦｅ−Ｎｉ系合金薄板の表面粗さをＲａ＝０．１５〜０．５μｍとすることで、他部材との接触面積を増大させると共に、板表面に形成する凹凸によりアンカー効果を高め、密着性を飛躍的に向上することができる。
表面粗さＲａが０．１５μｍ未満であると、接触面積が少なくなり、表面の凹凸も低減するため、上記の接合材との密着力が低減する。そのため、表面粗さをＲａ＝０．１５μｍ以上とする。また表面粗さはより粗い方が密着性の観点からみると望ましい。しかしながら、表面粗さが粗すぎると、高精細なエッチング加工を施す場合、かえって加工精度を阻害する要因となる。そのため、上限値は０．５μｍとする。好ましい表面粗さは０．１５〜０．４μｍである。

（実施例１）
真空溶解、均熱化熱処理、熱間プレス及び熱間圧延を行って厚さ３．０ｍｍの熱間圧延材を準備した。熱間圧延材の硬さを測定したところ、１７０〜１９０ＨＶであった。熱間圧延材の化学組成を表１に示す。
その後、化学研摩、機械研磨にて熱間圧延材表面の酸化層を除去し、粗圧延を施し、トリム加工で素材幅方向の両端部にある熱間圧延時の亀裂を除去し、冷間圧延用素材を準備した。
次に、前述の冷間圧用素材に対し、冷間圧延と連続焼鈍とを２回づつ繰り返した後、表２に示す条件により最終の冷間仕上圧延を行い、本発明例（Ｎｏ．１〜３）、比較例（Ｎｏ．１１、１２）のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板を製造した。最終の冷間仕上圧延のパス回数は本発明例および比較例とも１回として、最終の厚さを０．１ｍｍとした。なお、最終の冷間仕上圧延前の硬さは１３５ＨＶであり、幅は８００ｍｍの広幅材である。得られた本発明例（Ｎｏ．１〜３）及び比較例（Ｎｏ．１１、１２）のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板の表面粗さ（算術平均粗さ）を表２に示す。また、本発明で重要となる最終の冷間仕上圧延に用いる圧延ロール粗さと最終の冷間仕上圧延後のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板の表面粗さの相関を図１に示す。尚、表２および図１ではＦｅ−Ｎｉ系合金薄板の表面粗さ「材料表面粗さ」と表示している。この圧延ロール粗さは、接触式ポータブル粗さ計を用い、材料表面粗さは、接触式表面粗さ計を用いて４ｍｍの長さを測定し、算術平均粗さＲａを測定した。

表２および図１に示す結果から、本発明で重要となる最終の冷間仕上圧延で用いる圧延ロール粗さをＲａ＝０．１５〜１．０μｍとし、比較例に対し粗くした、Ｎｏ．１〜４（本発明例）において、Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板の表面粗さがＲａ＝０．１５〜０．５μｍの範囲となり、比較例より高い値を示すことを確認できた。また、本発明例のＮｏ．１とＮｏ．２を比較した場合、圧延速度を速くしたＮｏ．２の方がＦｅ−Ｎｉ系合金薄板の表面粗さのＲａ値が低下していることが確認出来る。また、Ｎｏ．１よりも圧延油吐出量を増加させたＮｏ．４についても、Ｎｏ．１よりもＦｅ−Ｎｉ系合金薄板の表面粗さのＲａ値が低下していることが確認出来る。このことから圧延速度が過度に速いと、あるいは圧延油吐出量を増加させるとＦｅ−Ｎｉ系合金薄板の表面粗さのＲａ値が低くなることが確認できた。

上述した結果より、本発明例と比較例に対して、Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板の表面粗さを従来より粗くし、Ｒａ＝０．１５〜０．５μｍとすることで、密着性が向上しているかの効果の確認を行った。効果の確認においては、圧延速度が同一条件である、Ｎｏ．１、Ｎｏ．３、Ｎｏ．１２に対して効果の確認を行った。
密着力の評価については、硬化性樹脂との密着力を引張試験によって簡易評価した。なお、硬化性樹脂と試験片との密着性を十分に発揮させるために、試験片は洗浄槽内で攪拌されている炭化水素系溶剤に浸漬させ、その後乾燥したものを使用した。以下にその簡易評価方法および評価結果を示す。

＜引張試験による密着力評価方法＞
密着力評価は以下の手順で行った。
（１）各条件（Ｎｏ．１、３、１２）から長さ２００ｍｍ、チャック部幅３５ｍｍ、平行部長さ７５ｍｍ、幅１２．５ｍｍの引張試験片を作製。
（２）試験片の長さ方向中央部でシャー切断。
（３）試験片を洗浄。
（４）エポキシ樹脂と硬化剤を１０：１の割合で混合撹拌した後、切断した一方の試験片の片側端部（幅１２．５ｍｍ×長さ１２．５ｍｍのエリア）に塗布。
（５）もう一方の試験片を樹脂塗布部（幅１２．５ｍｍ×長さ１２．５ｍｍ）に重複させて接合。（図２（Ａ）（Ｂ））
（６）接合した試験片の上に、荷重（０．４ｇ／ｍｍ^２）を加え、１０時間保持。
（７）上記方法で作製した試験片に対して、引張試験（初荷重：０．１ｋＮ、速度：２ｍｍ／ｍｉｎ）を実施し、引張強さを測定。
上記（１）〜（７）の手順で密着性評価を行った。評価試験結果後の試験片を図２（Ｃ）に示し、評価結果を表３に示す。

表３の評価結果から、本発明の方法を適用したＮｏ．１及び３は比較例Ｎｏ．１２に比べて約１．４〜２．２倍、単位接合面積当たりの許容荷重が向上している。これより、本発明によれば、厚さが０．２５ｍｍ以下の薄いＦｅ−Ｎｉ系合金薄板において、Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板の表面粗さを従来より高くし、Ｒａ＝０．１５〜０．５μｍとすることで、密着性を向上させることが可能であることがわかる。これにより、Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板と密着する相手材との密着不良を防止することが可能となる。

Claims (2)

1. 質量％でＮｉ＋Ｃｏ：３５．０〜４３．０％（但し、Ｃｏは０〜６．０％）、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：１．０％以下、残部はＦｅ及び不純物からなる冷間圧延用素材に冷間圧延と連続焼鈍とを１回以上行う冷間圧延工程を含み、前記冷間圧延工程における最終の冷間仕上圧延を、圧延ロール粗さＲａ＝０．１５〜１．０μｍ、圧延速度０．５〜６．５ｍ／ｓ、圧延油動粘度８〜４０ｍｍ ^２ ／ｓ、圧延油吐出量１〜３５Ｌ／ｓの条件で行い、厚さ０．２５ｍｍ以下で、表面粗さが、Ｒａ＝０．１５〜０．５μｍであるＦｅ−Ｎｉ系合金薄板を得ることを特徴とするＦｅ−Ｎｉ系合金薄板の製造方法。
2. 前記最終の冷間仕上圧延を行った後、前記Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板を洗浄することを特徴とする請求項１に記載のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板の製造方法。