专利名称：一种具有高蚀刻性能的合金薄板的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于电子设备具有高蚀刻性能合金薄板，特别涉及一种适用于彩色阴极射线管荫罩和集成电路(IC)引线框的合金薄板材。
Fe-Ni合金已被用作彩色阴极射线管上的荫罩和IC引线框的材料。Fe-Ni合金同通常用作电子设备材料的低碳钢相比，明显地具有较低的热膨胀系数。为此，例如，即使用电子束加热，用Fe-Ni合金板制取的荫罩也几乎不会出现由于热膨胀而引起的彩色相位移问题。
用于荫罩和IC引线框的Fe-Ni合金薄板需进行光刻处理。然而，普通Fe-Ni合金薄板存在着蚀刻性能低于低碳钢的缺点。具体地说，Fe-Ni合金对蚀刻液体显示出相当低的腐蚀性。同低碳钢相比又具有很大的结晶粒径。因此，当Fe-Ni合金薄板进行蚀刻以提供穿孔时，穿孔直径和穿孔形状的分布呈分散状态。由于存在上述缺点，当光透过由于蚀刻产生的细孔时，用作荫罩的Fe-Ni合金薄板势必在荫罩上产生不清晰的边缘。此外，光透过荫罩的亮度也比用低碳钢制得的荫罩的亮度弱。特别是，为电子市场日益要求的具有小间距和细孔的高清晰度荫罩很可能导致显著地降低彩色阴极射线管质量的上述问题。此外，新型彩色阴极射线管强烈要求高亮度的荧光屏，而低亮度的荫罩会降低产品的竞争性。关于用于IC引线框的材料，趋向于高密度(高集成化)的集成电路(IC)在引线框上要求细密间距的排列引线。由于普通Fe-Ni合金存在上述各种问题，它们不能满足细密间距排列引线的要求。除了上述问题以外，普通Fe-Ni合金在蚀刻后还存在镀敷性能差的缺点。
已经提出了解决有关Fe-Ni合金蚀刻性能问题的若干种技术。它们包括以下方法。
(1)日本已审查的专利公告公报No.2-9665公开了一种在板材表面上具有｛100｝晶面聚集度为35%或更高的合金薄板，它可用作一种能获得高精度和均匀蚀刻性的Invar合金薄板。
(2)日本未经审查的专利公开公报No.62-243782公开了一种用于生产能提高蚀刻速度和降低穿孔不清晰边缘的Fe-Ni Invar合金的方法，该合金在其表面上具有｛100｝晶面且表面粗糙度Ra范围为0.2-0.7μm，以及100μm或更薄的金属薄板(Sm)和8.0或更大的结晶粒径号(数)。
(3)日本未经审查的专利公开公报No.2-270941公开了用于生产一种能提高蚀刻速度的Fe-Ni Invar合金的方法，该合金在其表面上的｛200｝晶面聚集度为50%或更大。该合金含有0.007wt.%或更少的C，0.005wt.%或更少的P和0.005wt.%的S，以及0.10wt.%或更少的其它杂质。
然而，技术(1)不能防止在制得的荫罩上产生不清晰边缘，并且荫罩的亮度低于用低碳钢制造的普通荫罩亮度，尽管该技术提高了蚀刻的精确性和均匀性。技术(2)制得的荫罩亮度也低于用低碳钢制造的普通荫罩的亮度，尽管提高了蚀刻速度和改进了穿孔产生的不清晰边缘。
技术(3)在制得的IC引线框上出现了过多的边缘蚀刻的问题，以及引线框加工精度低劣的问题。
这三种技术都存在经蚀刻处理的IC引线框的镀敷性能低劣的问题。例如，当通过技术(3)制取的IC引线框进行焊接镀敷时，发生了称之为“晶须”的针状晶体的异常生长，这是一种质量问题。
本发明的目的是提供一种具有极好蚀刻性能和镀敷性能的合金薄板。
为了实现上述目的，本发明提供一种具有极好穿孔表面的合金薄板，该合金薄板具有以下性能所述合金薄板在其表面上具有｛331｝、｛210｝和｛211｝晶面;
｛311｝晶面聚集度为14%或更小，｛210｝晶面聚集度为14%或更小，以及｛211｝晶面聚集度为14%或更小;和聚集度比值为0.2-1，该比值由公式｛210｝/(｛331｝+｛211｝)给出。
此外，本发明还提供一种具有极好蚀刻性能的穿孔表面的合金薄板，该合金薄板具有以下性能
所述合金薄板具有｛111｝、｛100｝、｛110｝、｛311｝、｛331｝、｛210｝和｛211｝各晶面;
所述各晶面具有以下聚集度｛111｝晶面的聚集度S11-10%，｛100｝晶面的聚集度S250-94%，｛110｝晶面的聚集度S31-24%，｛311｝晶面的聚集度S41-14%，｛331｝晶面的聚集度S51-14%，｛210｝晶面的聚集度S61-14%，｛211｝晶面的聚集度S71-14%;和聚集度比值为0.8-20，该比值由公式(S2+S4+S6)/(S1+S3+S5+S7)给出。
图1是表示最佳实施方案-1荫罩透光率和穿孔表面的表面粗糙度Ra之间关系的曲线;
图2是表示最佳实施方案-1合金表面上｛331｝、｛210｝和｛211｝各晶面聚集度比值｛210｝/(｛331｝+｛211｝)、蚀刻系数和平板荫罩上穿孔产生的不清晰边缘之间关系的曲线;
图3是表示最佳实施方案-1合金板在厚度方向上的平均结晶粒径和合金表面上｛331｝、｛210｝和｛211｝各晶面聚集度比值｛210｝/(｛331｝+｛211｝)对蚀刻系数影响的曲线;
图4是当｛210｝/(｛331｝+｛211｝值为0.25时表示合金薄板厚度方向上的平均结晶粒径和蚀刻系数之间关系的曲线;
图5是表示蚀刻系数和穿孔外表面定义的图解表示法;
图6是表示最佳实施方案-2平板荫罩透光率和穿孔表面的表面粗糙度之间关系的曲线;
图7是表示最佳实施方案-2各晶面聚集度比值(｛100｝+｛311｝+｛210｝)/(｛100｝+｛111｝+｛311｝+｛211｝)，蚀刻系数和穿孔产生的不清晰边缘之间关系的曲线;
图8是表示最佳实施方案-2使用在合金薄板厚度方向上的结晶粒径作为补充参数的各晶面聚集度比值(｛100｝+｛311｝+｛210｝)/(｛100｝+｛111｝+｛311｝+｛211｝)和蚀刻系数之间关系的曲线;和图9是表示最佳实施方案-2在合金薄板厚度方向上的结晶粒径和蚀刻系数之间关系的曲线。
最佳实施方案-1为了在Fe-Ni合金板整个表面范围上制取具有相同孔径和相同形状的蚀刻孔，本发明者发现，应该保持恒定的蚀刻速度和在整个材料表面范围上应有足够高的比率，重要的事情是提供高蚀刻系数(在图5中定义的)，通过控制蚀刻表面(合金表面)上特定晶体平面聚集度的比值和控制合金薄板厚度方向上的结晶粒径，可以在很大程度上有效地提高蚀刻系数。此外，本发明者发现，将穿孔表面上的表面粗糙度(Ra)控制在规定水平或更低，对蚀刻后的镀敷性能和荫罩亮度保持在极好水平是很重要的，通过控制特定晶面的聚集度可获得上述要求的穿孔表面的表面粗糙度。
本发明的各种合金薄板含有主要是Fe和Ni的组分，或主要是Fe、Ni和Co和/或Cr的组分。以下说明上述主要组分元素的优选含量和原因。
现在叙述用于荫罩材料的合金薄板。
为了防止彩色相位移，用于荫罩的Fe-Ni合金薄板在30-100℃温度范围内需要具有2.0×(1/106)/℃作为平均热膨胀系数的上限。热膨胀系数取决于合金的Ni含量，给出上述热膨胀系数的Ni含量的范围为34-38wt.%。为了得到低于上述规定数值的热膨胀系数，Ni含量被优选限制在35-37wt.%范围，最好限制在35.5-36.5wt.%范围。通常，存在于Fe-Ni合金中的Co在某种程度上是不可避免的杂质。1wt.%或更低的钴含量对合金特性的影响十分轻微。在上述规定范围内的Ni含量是令人满意的，但当合金含有大于1wt.%直到7wt.%或更低的Co时，满足上述热膨胀系数规定数值的Ni含量在28-38wt.%范围的。所以，当合金含有大于1wt.%直到7wt.%或更低的Co时，Ni含量优选在28-38wt.%范围内。此外，3-6wt.%Co和30-33wt.%Ni可提供更低的热膨胀系数，当Co含量超过7wt.%时，热膨胀系数会增加。因此，Co含量的上限优选定于7wt.%。
关于用于IC引线框的合金薄板情况，满足用于IC引线框的Fe-Ni合金薄板要求的平均热膨胀系数条件的Ni含量在38-52wt.%范围内。Ni含量低于38wt.%或高于52wt.%将导致平均热膨胀系数值过大，这将导致同半导体、玻璃和陶瓷的相容性低劣。因此，Ni含量被优选限制在38-52wt.%范围内。如上所述，存在于Fe-Ni合金中的Co在某种程度上是不可避免的杂质，1wt.%或更低的Co对合金特性的影响十分轻微。所以可接受的Ni含量在上述范围内。
另一方面，通过添加1-20wt.%的Co，可以增强用于IC引线框的合金薄板同半导体元件、玻璃和陶瓷的相容性。1wt.%或更低或者大于20wt.%的Co含量得不到上述效果。当合金含有1-20wt.%的Co时。满足用于IC引线框材料的平均热膨胀系数条件的Ni含量范围为27-32wt.%。低于27wt.%或高于32wt.%的Ni含量将使热膨胀系数增加。因此，当合金含有1-20wt.%的Co时，优选的Ni含量为27-32wt.%。
铬是一种提高机械性能元素，Cr也是一种降低热膨胀系数的元素。为得到本发明要求的热膨胀特性的Cr含量上限为3.0wt.%。因此，允许含有上限为3.0wt.%的Cr。
从保证用于IC引线框材料所要求特性的观点来看，除了上述主要元素之外，最好将其它元素作如下限制，即0.0050wt.%或更低的C，0.50wt.%或更低的Mn，0.20wt.%或更低的Si，0.0050wt.%或更低的N，0.0050wt.%或更低的O和0.0050wt%或更低的B。
其次，将说明合金薄板表面上的晶面聚集度，聚集度比值和合金薄板厚度方向上的平均结晶粒径，它们是本发明的最突出的特征。
本发明者发现，将具有上述成分的合金薄板表面上的｛311｝、｛210｝和｛211｝晶面聚集度和这些晶面聚集度的比值控制在规定范围内能有效地提高蚀刻系数，同时，降低图5符号所示的穿孔表面的表面粗糙度(Ra)，提高荫罩亮度并将蚀刻后的镀敷性能提高到极好的水平。
图1示出了平板荫罩的透光率和穿孔表面的表面粗糙度Ra之间的关系。通过对在其表面上具有｛311｝、｛210｝和｛211｝各晶面不同聚集度的Fe-Ni合金薄板、Fe-Ni-Co合金薄板、Fe-Ni-Cr合金薄板和Fe-Ni-Co-Cr合金薄板进行光刻，来生产可用于荫罩已穿孔的蚀刻合金薄板的平板荫罩。通过测量平板荫罩的透光量，其值除以具有相同尺寸由低碳钢制造的平板荫罩的透光量，来确定平板荫罩的透光率。通过以后将在各实施例中所述的方法来确定穿孔表面的表面粗糙度。
用(111)、(200)、(220)、(311)、(331)、(420)和(422)衍射晶面的各X射线衍射强度来确定各晶面的聚集度，该衍射强度又是通过合金薄板的X射线衍射法来确定的。例如，通过(311)衍射晶面的相关X射线衍射强度比除以(111)、(200)、(220)、(311)、(331)、(420)和(422)各衍射晶面的相关X射线衍射强度比的总和，来确定｛331｝晶面的聚集度。｛210｝晶面和｛211｝晶面的聚集度也是通过类似方法来确定的。相关X射线衍射强度比被定义为各衍射晶面测得的X射线衍射强度除以相应衍射晶面X射线衍射强度理论值所得到的数值。例如，通过用(111)衍射晶面的X射线衍射强度除以(111)衍射晶面X射线衍射强度理论值，来确定(111)衍射晶面的X射线衍射强度比。
通过同那些相应结晶面具有相同取向的(420)衍射晶面的相关X射线衍射强度比除以上述｛111｝到｛422｝7个晶体平面相关X射线衍射强度比的总和，来确定｛210｝晶面的聚集度。同样，也是通过(422)衍射晶面的相关X射线衍射强度比除以上述｛111｝到｛422｝7个晶体平面相关X射线衍射强度比的总和，来确定｛211｝晶面的聚集度。
在图1的曲线中，白园点相应于｛331｝、｛210｝和｛211｝各晶面14%或更低的聚集度，而黑园点相应于｛331｝、｛210｝和｛211｝各晶面中任一晶面都超过14%的聚集度。
根据图1，当｛331｝、｛210｝和｛211｝各晶面的聚集度为14%或更低时，穿孔表面的表面粗糙度Ra为0.90μm或更低使平板荫罩的透光率提高到1.0或更大，这将导致平板荫罩的亮度大于低碳钢普通平板荫罩的亮度。就蚀刻后IC引线框合金板的镀敷性能而论，本发明者进行的试验证实，通过将｛331｝、｛210｝和｛211｝各晶面的聚集度控制在14%或更低，使表面粗糙度Ra成为0.90μm或更低，这将会提供极好的焊接镀敷性能。
如果｛331｝、｛210｝和｛211｝中任一晶面的聚集度超出上述规定的范围，则穿孔表面的表面粗糙度Ra将超过0.90μm，这样就不能得到上述特性。上述合金薄板穿孔表面的显微观察表明，在整个表面范围上出现了小坑(不规则性)。因此，这类小坑估计可能是造成穿孔表面的表面粗糙度Ra增加到0.90μm或更高的主要原因。已经研究了其它参数对荫罩亮度和穿孔表面的表面粗糙度Ra之间关系的影响。在各种指标之中，中线平均表面粗糙度(Ra)对上述关系具有最强的相关性。
因此，为了获得极好的荫罩亮度和极好的蚀刻后的镀敷性能条件，本发明将｛331｝、｛210｝和｛211｝各晶面聚集度规定为14%或更低。
为了有效地提高蚀刻系数，必需控制合金薄板表面上｛331｝、｛210｝和｛211｝各晶面聚集度的比值。图2示出了合金薄板上｛331｝、｛210｝和｛211｝各晶面聚集度的比值和蚀刻系数之间的关系，以及聚集度比值和平板荫罩上穿孔表面产生的不清晰边缘之间的关系。对该合金薄板进行光刻，它们是Fe-Ni合金薄板，Fe-Ni-Co合金薄板，Fe-Ni-Cr合金薄板和Fe-Ni-Co-Cr合金薄板。该合金薄板的聚集度在本发明范围内，并具有各种不同的聚集度之比，该比值由公式｛211｝/(｛210｝+｛211｝)给出。
本发明将蚀刻系数规定为不会产生任何实际问题的1.8或更高值。通过上述的X射线衍射法来确定｛331｝、｛210｝和｛211｝各晶面的聚集度，通过以后将给出的各实施例中所述相同方法来确定蚀刻系数。按照以下给出的评价标准通过肉眼观察来确定穿孔产生的不清晰边缘。
A.未观察到穿孔产生的不清晰边缘。
B发现穿孔产生了轻微的不清晰边缘，但在实际应用中完全不会产生任何问题。
C发现穿孔产生了某种程度的不清晰边缘。但在实际应用中不会产生问题。
D出现了穿孔产生的不清晰边缘，这将在实际应用中引起问题。
E出现了穿孔产生的明显的不清晰边缘，在实际应用中发生了问题。
A到C等级不会在实际应用中产生问题。
根据图2，可看出｛210｝/(｛331｝+｛211｝)比值的增加会提高蚀刻系数，当该比值为0.2或更高时，蚀刻系数将为1.8或更高的数值。另一方面，当｛210｝/(｛331｝+｛211｝)比值超过1.0时，穿孔产生的不清晰边缘恶化并在实际应用中出现问题。因此，本发明将｛210｝/(｛331｝+｛211｝)比值规定在0.2-1.0范围内，以便降低穿孔产生的不清晰边缘并得到高的蚀刻系数，这是本发明的目的。该比值的范围更优选为0.25-0.6，因为该范围内的比值不会出现穿孔产生的不清晰边缘。
因此，控制合金薄板表面上特定晶面聚集度的比值将会有效地提高蚀刻系数。尽管如此，为了进一步提高蚀刻系数，限制合金薄板厚度方向上的平均结晶粒径也是有效的。日本未经审查的专利公开公报2-243782(上述先有技术(2))将粒径规定为No.8.0或较大号的粒径。然而，在该专利申请说明书中所述的粒径号最小仅为No.10.0，即为11μm(来自(结晶粒径号)计算＝16.6439-6.6439log((平均结晶粒径)/1.125))。与此相反，用各特定晶面的聚集度和聚集度的比值来控制的本发明的合金薄板，由于将合金薄板厚度方向上的平均结晶粒径降低到10μm或更小(10.3或较大号的结晶粒径)而进一步提高了蚀刻系数，上述平均结晶粒径小于前述先有技术的粒径。
图3示出了｛210｝/(｛331｝+｛211｝)比值和给定的平均结晶粒径对Fe-Ni合金薄板、Fe-Ni-Co合金薄板、Fe-Ni-Cr合金薄板和Fe-Ni-Co-Cr合金薄板蚀刻系数的影响，上述各合金薄板都已预先经过光刻，｛331｝、｛210｝和｛211｝各晶面的聚集度都为14%或更低，并且在合金薄板厚度方向上具有不同的平均结晶粒径。根据图3，甚至在相同的｛210｝/(｛331｝+｛211｝)比值下，平均结晶粒径越小蚀刻系数越大。当平均结晶粒径超过10μm时，在｛210｝/(｛331｝+｛211｝)比值为0.2时蚀刻系数降低到1.8或更低。然而，当平均结晶粒径保持在10μm或更小时，即使｛210｝/(｛331｝+｛211｝)比值为0.2，蚀刻系数也超过1.8。因此，为了进一步提高蚀刻系数，优选将平均结晶粒径限制在10μm或更小。如果平均结晶粒径为6μm或更小时，蚀刻系数在该范围将更进一步得到提高。
图4示出了在｛210｝/(｛331｝+｛211｝)比值为0.25时合金薄板厚度方向上的平均结晶粒径和蚀刻系数之间的关系。
为了得到本发明规定的｛331｝、｛210｝和｛211｝各晶面的聚集度值，需要控制生产合金薄板的条件以便不会导致上述各晶面的形成。例如，在以下情况中，即用初轧扁坯或连续浇铸扁坯得到的热轧板;或直接浇铸合金得到的铸板;或是将它热轧得到热轧板用作原材料制取本发明的合金薄板时对热轧后的成品进行退火并将退火温度控制在约910-990℃的范围内，这都是为了抑制上述各晶面的形成。
为了得到在本发明规定范围内的｛331｝、｛210｝和｛211｝各晶面聚集度之比的数值，相应于上述热轧成品退火后的｛331｝、｛210｝和｛211｝各晶面聚集度，在热轧退火后的冷轧-再结晶退火-冷精轧过程的一系列工序中，使冷轧率、再结晶退火(退火温度、时间和加热速率)的条件最佳化是有效的。
为了得到本发明规定的各晶面的聚集度数值，最好不要对合金薄板生产过程中通过初轧或连续浇铸而制得的扁坯进行均匀化热处理。例如，当在1200℃或更高温度进行10小时或更长时间的均匀化热处理时，｛331｝、｛210｝和｛211｝晶面中至少一种的聚集度不在本发明规定的范围内。因此，应该避免上述均匀化热处理。
除了上述方法之外，通过控制热加工期间的再结晶来达到快速凝固或控制晶体组织，也能得到本发明规定的各晶面聚集度。
实施例通过在铁水包中精炼制取具有表1和表3内所列A到C、J和L成分的各种合金锭。在该锭材清理后进行开坯初轧，表面精整和热轧(1100℃，3小时)以制取热轧板。对具有表1到3内所列D到I和K成分的合金进行熔化，炉外精炼和直接浇铸以生产铸板。随后在1350-1000℃以30%的压下量进行热轧，然后在750℃绕卷以生产热轧板。
在910-990℃对所得到的热轧板进行退火，紧接着进行冷轧、再结晶退火和冷精轧，以制取具有表4和3所列晶面聚集度和厚度方向上的平均结晶粒径的No.1到No.31的合金薄板。通过上述的X射线衍射法来确定｛331｝、｛210｝和｛211｝各晶面的聚集度。
在各制得的合金薄板上，对光致抗蚀图形进行评价并测量图5所示d1＝135μm时的蚀刻系数。在图5中图解说明了蚀刻系数测定的方法。在40℃、45Baunes度的氯化铁溶液槽中以2.5kg/cm2的喷射压力喷射50秒来对合金薄板进行蚀刻，然后测量蚀刻系数。用公式Ef＝2H/(d2-d1)来表示蚀刻系数。
对No.1到No.24、No.29至No.31的合金薄板材通过光刻制取平板荫罩，并测量该荫罩的透光量。所测透光量除以相同尺寸的低碳钢平板荫罩的透光量。该计算值被处理成平板荫罩的透光率。用非接触式激光粗糙度计测量已制得的各平板荫罩穿孔表面的表面粗糙度。截止值为0.02mm，除去成为波动因素的穿孔表面上的锥形区以绘制粗糙度曲线，利用该粗糙度曲线测定中线平均粗糙度(Ra)。根据图2所用相同标准通过肉眼观察来测定各平板荫罩穿孔产生的不清晰边缘。
用上述相同的方法来测定No.25到No.28合金薄板材光刻后的穿孔表面的表面粗糙度。对这些材料试样进行焊接处理并对其焊接镀敷性能进行评价。
如表3和4所示，具有本发明规定范围内的｛331｝、｛210｝和｛211｝各晶面聚集度值和｛210｝/(｛331｝+｛221｝)比值的No.6到No.27、No.29到No.31的材料显示出，穿孔表面的表面粗糙度Ra为0.90μm或更小，而且作为荫罩材料的平板荫罩的透光率为1.0或更大。因此，获得了高于先有技术低碳钢平板荫罩亮度的亮度。这些材料也给出了极好的作为IC引线框材料的焊接镀敷性能。这些材料的蚀刻系数为1.8或更高。用No.6到No.24材料制造的平板荫罩实际上并没有出现穿孔表面产生不清晰边缘方面的问题。
No.6、No.9到No.14合金薄板材显示出｛210｝/(｛331｝+｛211｝)比值在0.25-0.26范围内。然而，No.9到No.14的合金薄板在厚度方向上具有10μm或更小的平均结晶粒径，以致显示出比具有11.1μm平均结晶粒径的No.6更高的蚀刻系数，这表明上述材料具有极好的蚀刻性能。在No.9到No.14的合金薄板材中，在厚度方向上具有较小平均结晶粒径的合金薄板给出了较大的蚀刻系数，因此，降低厚度方向上的平均结晶粒径可有效地提高蚀到系数。
同以上本发明的试样相反，No.1材料是一种｛331｝晶面聚集度超过本发明上限的对比试样。No.2材料是一种｛210｝晶面聚集度超过本发明上限的对比试样。No.3材料是一种｛211｝晶面聚集度超过本发明上限的对比试样。这三种试样给出了0.90μm或较大的穿孔表面的表面粗糙度Ra，并给出了低于1.0的平板荫罩透光率，同本发明的试样相比，它们降低了荫罩的亮度。No.4材料是一种｛210｝/(｛331｝+｛211｝)比值超过本发明上限，而穿孔产生不清晰边缘又劣于本发明试样的对比试样。No.5材料是一种｛210｝/(｛331｝+｛211｝)比值低于本发明下限，而蚀刻系数又低于1.80的对比试样，这不能提供本发明要求的蚀刻性能。No.28材料是一种｛210｝和｛211｝晶面的聚集度都越过本发明上限，而穿孔表面的表面粗糙度Ra大于0.90μm的对比试样，这降低了蚀刻后的焊接镀敷性能。
以上所述清楚地指出，将合金薄板表面上｛331｝、｛210｝和｛211｝各晶面的聚集度限制在本发明规定的范围内会使穿孔表面的表面粗糙度Ra最佳化，从而将平板荫罩的透光率和焊接镀敷性能提高到极好的水平。此外，将｛210｝/(｛331｝+｛211｝)聚集度比值限制在本发明规定的极限内会有效地提高蚀刻系数，并降低穿孔产生的不清晰边缘。而且，合金薄板厚度方向上的平均结晶粒径的降低会进一步提高蚀刻系数。
最佳实施方案-2本发明通过在合金薄板的整个表面范围内进行光刻处理来提供具有均匀精细图形的Fe-Ni、Fe-Ni-Co、Fe-Ni-Cr或Fe-Ni-Co-Cr合金薄板。为此，重要的是在整个表面上保持高速的蚀刻速度并提高蚀刻系数。具体地说，要求控制蚀刻表面(合金表面)上各特定晶面聚集度的比值和控制合金薄板厚度方向上的结晶粒径。
此外，为了进一步提高具有蚀刻穿孔的平板荫罩透光的亮度，重要的是将蚀刻合金薄板的表面粗糙度(中线平均粗糙度)控制在规定值或规定值以下。通过控制邻近进行蚀刻的合金薄板表面的特定晶面的聚集度可使表面粗糙度Ra降低到规定值或者达到更精细的水平。本发明的特征集中在上述方法上。现在将说明对这些方法给出数量限制的原因。
以下叙述以百分数限制各组分含量的原因。当本发明用于电子设备的Fe-Ni合金薄板用作荫罩材料时，应该防止由于材料热膨胀可能导致的彩色相位移。因此，在30-100℃温度范围内合金的平均热膨胀系数必需限制在2.0×10-6/℃或更小。满足Fe-Ni合金薄板平均热膨胀系数条件的Ni含量在34-38wt.%范围内。当用于电子设备的Fe-Ni合金薄板用作IC线框材料时，为了平衡半导体、玻璃和陶瓷的热膨胀，必需使Ni含量约为38wt.%以上但在52wt.%以下。由于考虑到上述两点原因，因此，将Ni含量规定在34-52wt.%范围内。
在Fe-Ni-Co合金薄板中，当Co含量为20wt.%或更低时，为了满足平均热膨胀系数条件的Ni含量应在28-38wt.%范围内。当Co含量超过20wt.%时，任何Ni含量都无法满足热膨胀系数的条件。因此，Fe-Ni-Co合金薄板的Ni含量被规定在28-38wt.%范围内，而材料的Co含量被规定在20wt.%或更低。
铬是一种能提高合金机械性能的元素。然而，添加Cr势必增加平均热膨胀系数。因此，为获得上述平均热膨胀系数，Cr含量应为3wt.%或更低。所以，对于Fe-Ni-Cr合金薄板，限制Ni含量被限制在34-52wt.%范围，而Cr含量限制在3wt.%或更.低。对于Fe-Ni-Co合金薄板，限制Ni含量为28-38wt.%范围，Co含量为20wt.%或更低和Cr含量为3wt.%或更低。
以下是限制各晶面聚集度的原因，对合金薄板表面的X射线衍射分析给出了(111)、(200)、(220)、(311)、(331)、(420)和(422)各衍射晶面的X射线衍强度。用X射线衍射强度来测定各晶面取向的聚集度。例如，用(111)晶面的相关X射线衍射强度比除以(111)、(200)、(220)、(311)、(331)、(420)和(422)各衍射晶面的相关X射线衍射强度比的总和来测定｛111｝晶面的聚集度。
用相同的方法来测定｛100｝、｛110｝、｛311｝、｛331｝、｛210｝和｛211｝各晶面的聚集度。用在各衍射晶面上测定的X射线衍射强度除以相应衍射晶面的X射线衍射强度理论值来定义相关X射线衍射强度比。例如，用(111)晶面的X射线衍射强度除以(111)衍射晶面的X射线衍射强度理论值来确定(111)晶面的相关X射线衍射强度比。
用具有同前者各晶面相同取向的(200)晶面的相关X射线衍强度比除以上述(111)到(422)7个衍射晶面相关X射衍射强度比的总和，来测定｛100｝晶面的聚集度。也用(220)、(420)和(422)各晶面的相关X射线衍射强度比来测定｛110｝、｛210｝和｛211｝各晶面的聚集度。
通过用上述方法得出的各晶面聚集度的研究，本发明者发现，控制Fe-Ni、Fe-Ni-Co、Fe-Ni-Cr或Fe-Ni-Co-Cr各合金薄板表面上｛111｝、｛100｝、｛110｝和｛311｝各晶面聚集度可抑制蚀刻后薄板发生弯曲并防止穿孔产生不清晰边缘。
当｛100｝晶面的聚集度增加到50%或更大时，可抑制蚀刻后的弯曲。然而，当｛100｝晶面的聚集度超过94%时，就出现穿孔产生的不清晰边缘。所以，｛100｝晶面的聚集度被规定为50-94%的范围。
另一方面，｛111｝、｛110｝和｛311｝各晶面的聚集度势必会增加蚀刻后的弯曲。当｛111｝晶面的聚集度超过10%、｛110｝晶面的聚集度超过24%和｛311｝晶面的聚集度超过14%时，蚀刻后的弯曲变得十分明显，这会降低平板荫罩的质量。
当｛111｝、｛110｝和｛311｝各晶面的聚集度都低于1%时，会较显著地降低蚀刻系数。所以，｛111｝晶面的聚集度被规定在1-10%范围，｛110｝晶面的聚集度被规定在1-24%范围，而｛311｝晶面的聚集度被规定在1-14%范围。
本发明者还发现，控制Fe-Ni、Fe-Ni-Co、Fe-Ni-Cr或Fe-Ni-Co-Cr各合金薄板表面上｛331｝、｛210｝和｛211｝各晶面的聚集度和｛111｝、｛100｝、｛110｝和｛311｝各晶面的聚集度比值，可以增加蚀刻系数并降低穿孔表面的表面粗糙度(Ra，中线平均粗糙度)，以及提高平板荫罩的透光亮度。
图6示出了计算的平板荫罩透光率对穿孔表面的表面粗糙度的关系曲线。在图6中，白园点(O)相应于以下条件｛111｝晶面的聚集度1-14%｛100｝晶面的聚集度50-94%｛110｝晶面的聚集度1-24%｛311｝晶面的聚集度1-14%｛331｝晶面的聚集度1-14%｛210｝晶面的聚集度1-14%｛211｝晶面的聚集度1-14%黑园点(·)相应于以下条件｛331｝晶面的聚集度1-14%｛210｝晶面的聚集度1-14%｛211｝晶面的聚集度1-14%即使｛111｝、｛100｝、｛110｝和｛311｝各晶面的聚集度被控制在上述规定的范围内，如果｛331｝、｛210｝和｛211｝各晶面的聚集度超过14%，那末穿孔表面的表面粗糙度也会变粗。图6中由黑园点(·)表示的关系曲线示出了平板荫罩透光率与穿孔表面的表面粗糙度(Ra，μm)之间的关系。如图中所见，穿孔表面的表面粗糙度变粗，平板荫罩的透光率变低，或者平板荫罩的透光率变黑。
相反，当｛331｝、｛210｝和｛211｝各晶面的聚集度都被控制在14%或低于14%时，穿孔表面的表面粗糙度变细，平板荫罩的透光率变高，或者平板荫罩的透光率变亮，由图6中白园点(0)显示了该关系。用合金薄板材制造的平板荫罩的透光量除以普通低碳钢制造的具有与前者相同穿孔的平板荫罩的透光量所得到的数值来定义平板荫罩的透光率。当透光率为1或更高时，本发明的平板荫罩给出了比普通荫罩更高的亮度。
因此，｛331｝、｛210｝和｛211｝各晶面的聚集度需要保持在14%或更低，然而，当该数值低于1%时，蚀刻系数将会降低。所以，｛331｝晶面的聚集度被规定在1-14%范围内，｛210｝晶面的聚集度被规定在1-14%范围内，｛211｝晶面的聚集度也被规定在1-14%范围内。
控制合金薄板表面上主要7个晶面的聚集度对于提高蚀刻系数是重要的。图7是表示蚀刻系数、穿孔产生的不清晰边缘和(S2+S4+S6)/(S1+S3+S5+S7)比值之间关系的曲线，该比值是用｛100｝晶面的聚集度S2、｛311｝晶面的聚集度S4和｛210｝晶面的聚集度S6的总和除以｛111｝晶面的聚集度S1、｛110｝晶面的聚集度S3、｛331｝晶面的聚集度S5和｛211｝晶面的聚集度S7的总和而得到的。该曲线图包括了以下各晶面的聚集度范围｛111｝晶面1-10%;｛100｝晶面50-94%;｛110｝晶面1-24%;｛311｝晶面1-14%;｛331｝晶面1-14%;｛210｝晶面1-14%和｛211｝晶面1-14%。通过肉眼观察测定穿孔产生不清晰边缘的程度分级为“A”穿孔不产生不清晰边缘;“E”穿孔产生严重的不清晰边缘，从而在实际应用中出现问题;“B”到“D”处于“A”和“E”之间。“A”至“C”等级被定义为“对实际应用无任何问题”。
如同图7中所见，蚀刻系数值随(S2+S4+S6)/(S1+S3+S5+S7)比值的增加而增加，当(S2+S4+S6)/(S1+S3+S5+S7)比值过分地减少或增加时，穿孔产生不清晰边缘的程度势必变坏。因此，(S2+S4+S6)/(S1+S3+S5+S7)比值被规定在0.8-20范围内，该数值范围不会出现实际问题。该数值更优选为1.5-11.5范围，因为在该范围内穿孔不会产生不清晰边缘。
图8是表示用薄板厚度方向上的结晶粒径(D)作为补充参数的(S2+S4+S6)/(S1+S3+S5+S7)比值和蚀刻系数之间关系的曲线。该曲线图包括了以下各晶面的聚集度范围｛111｝晶面1-10%;｛100｝晶面50-94%;｛110｝晶面1-24%;｛311｝晶面1-14%;｛331｝晶面1-14%;｛210｝晶面1-14%和｛211｝晶面1-14%。图9是表示薄板厚度方向上的结晶粒径和蚀刻系数之间关系的曲线。
如同在图8和图9中所示，增加薄板厚度方向上的结晶粒径会降低蚀刻系数。因此，板厚方向上的结晶粒径被规定为10μm或更小以保证蚀刻系数为2或更大，这样就不会出现实际问题。如果结晶粒径为6μm或较小，则会进一步增加蚀刻系数。
本发明提供一种具有极好蚀刻性能，可用于电子设备的合金薄板，本发明规定了Fe-Ni、Fe-Ni-Co、Fe-Ni-Cr或Fe-Ni-Co-Cr合金的主要组分、合金薄板表面上各晶面的聚集度及其比值和厚度方向上合金薄板表面上的结晶粒径。除上述主要组分外，本发明的合金薄板还含有以下组分0.05wt.%或更低的C、0.60wt.%或更低的Mn、0.30wt.%或更低的Si、0.0030wt.%或更低的N和0.0060wt.%或更低的O。
如果钴(杂质)的含量为1wt.%或较低，它就不会影响蚀刻性能。
为了将合金薄板表面上各晶面的聚集度保持在本发明规定的范围内，在用钢水生产合金薄板的加工步骤期间，最好选择避免形成上述各晶面的适当生产条件，上述加工步骤包括钢水凝固、热轧、冷轧和退火。例如，当将钢锭或连续铸造的扁坯进行初轧，并将初轧过的扁坯热轧而得到的钢带用于制取本发明的合金薄板时，对热轧后的热轧薄钢板进行退火是令人满意的。根据热轧压下量的不同，退火温度最好选择在910-990℃范围内。
通过使相应于热轧薄板退火后的合金薄板表面上各晶面聚集度各个数值的冷轧压下量和退火条件(温度、时间和加热速度)最佳化，可获得本发明合金薄板的各种特性。当热轧合金薄板在热轧薄板退火前充分再结晶时，退火才是有效的。
为了获得令人满意的本发明集中注意的7个晶面的聚集度，最好不要在初轧后对扁坯进行均匀化处理。例如，当在1200℃或更高温度进行10分或较长时间的均匀化处理时，上述7个晶面聚集度中的至少一个会超出本发明规定的范围。因此，必须避免这种均匀化处理。
实施例参考各实施例详细地叙述本发明，用铁水包精炼钢水并进行浇铸以生产具有表6所示A到N成分的合金锭材。
在清理上述合金锭材表面后进行开坯初轧以制取扁坯。该扁坯进一步进行表面清理，并在1100℃的炉内加热3小时，随后进行热轧以制取热轧薄板。在炉外精炼No.N合金的合金薄板，随后直接浇铸成扁坯，然后在1350-1000℃以30%的压下量进行热轧处理以生产薄钢板。
在910-990℃对所得热轧薄钢板进行退火，随后进行冷轧和退火，同时改变轧制条件和退火条件。所得合金薄板是No.A到No.N合金。表7、8和9列出了所得No1到No.52材料的特性，该特性包括合金薄板7个晶面的聚集度S1-S7(%)、(S2+S4+S6)/(S1+S3+S5+S7)比值和合金薄板厚度方向上的结晶粒径(μm)。
在所得的各合金薄板上形成了光刻抗蚀图，在图5所示d1＝135μm处测量蚀刻系数。通过在40℃、45Baume度的氯化铁溶液槽内，以2.5kg/em2的喷射压力喷射50秒以蚀刻合金薄板用上述公式(1)来测定蚀刻系数。
用相同条件制得的合金薄板进行光刻来制取平板荫罩。将平板荫罩置于水平台上测量其弯曲度。用辐射光测量平板荫罩的透光量，该透光量除以用普通低碳钢制造的具有与合金薄板相同穿孔的平板荫罩的透光量，以测定透光率。
用非接触式激光粗糙度计测量合金薄板平板荫罩穿孔表面上的表面粗糙度。截止(cut-off)值为0.02mm，除去成为波动因素的穿孔表面上的锥形部分以绘制粗糙度曲线，用该曲线测定中线平均粗糙度(Ra)。
通过肉眼观察来测定穿孔产生的不清晰边缘。
表10、11和12示出了No.1到No.52材料的特性，该特性包括蚀刻后的弯曲度(mm)、穿孔表面上的表面粗糙度(中线平均粗糙度Ra(μm)，平板荫罩的透光率(如前所定义的)、穿孔产生的不清晰边缘(如前所定义的)和蚀刻系数。
使用No.46到No.49材料的合金薄板，用上述方法测定光刻穿孔表面的表面粗糙度。用焊剂镀敷上述材料以评价焊接镀敷性能。
相应于｛111｝、｛100｝、｛110｝、｛311｝、｛331｝、｛210｝和｛211｝各晶面的聚集度值S1、S2、S3、S4、S5、S6和S7以及(S2+S4+S6)/(S1+S3+S5+S7)比值在本发明规定在范围内的No.15到No.48各材料和No.50到No.52各材料在蚀刻后的弯曲度为2mm或更小，该弯曲度小于以后所述对比实施例的弯曲度。它们穿孔表面上的表面粗糙度Ra都为0.09μm或更小，而其平板荫罩的透光率为1.0或更高，这表明所得平板荫罩的透光亮度高于普通低碳钢平板荫罩的亮度。
上述各材料的蚀刻系数为2.0或更大、而穿孔产生的不清晰边缘程度不会在实际应用中出现问题。
同本发明的这些材料相反，No.1材料给出｛111｝晶面的聚集度S1大于本发明的上限。No.2材料给出｛100｝晶面的聚集度S2小于本发明上限。No.3材料给出｛100｝晶面的聚集度S2大于本发明上限。No.4材料给出了｛110｝晶面的聚集度S3大于本发明上限。No.5材料给出｛311｝晶面的聚集度S4大于本发明上限。因此，它们蚀刻后的弯曲度为7mm或更大，该数值大于本发明各实施例的弯曲度。
No.6材料给出｛331｝晶面的聚集度S5大于本发明上限。No.7材料给出｛210｝晶面的聚集度S6大于本发明上限。No.8材料给出｛211｝晶面的聚集S7大于本发明上限。因此，它们穿孔表面上的表面粗糙度Ra超过0.9μm，平板荫罩的透光率在1.0以下，低于本发明各实施例的平板荫罩透光率。
No.9材料给出｛211｝晶面的聚集度S7小于本发明下限。No.10材料给出｛210｝晶面的聚集度S6小于本发明下限。No.11材料给出｛331｝晶面的聚集度S5小于本发明下限，No.12材料给出｛110｝晶面的聚集度S3、｛311｝晶面的聚集度S4都小于本发明下限。No.13材料给出(S2+S4+S6)/(S1+S3+S5+S7)比值小于本发明下限。因此，这些材料给出小于2.0的蚀刻系数，该数值低于本发明的数值。
No.14材料给出(S2+S4+S6)/(S1+S3+S5+S7)比值大于本发明上限，所以这些材料同本发明的各实施例相比，增加了平板荫罩孔产生的不清晰边缘。
No.49材料给出｛210｝晶面的聚集度S6和｛211｝晶面的聚集度S7都大于本发明上限。因此，这些材料给出的穿孔表面的表面粗糙度Ra为1.21，这一数值粗于本发明各实施例的表面粗糙度。
No.3材料给出｛311｝晶面的聚集度S4和｛210｝晶面的聚集度S6都小于本发明下限。所以，该材料的蚀刻系数小于2.0，该数值劣于本发明各实施例的蚀刻系数。
如上所述，将相应于｛111｝、｛100｝、｛110｝、｛311｝、｛331｝、｛210｝和｛211｝各晶面的相应聚集度S1、S2、S3、S4、S5、S6和S7以及(S2+S4+S6)/(S1+S3+S5+S7)比值控制在本发明规定的范围内，会降低蚀刻后的弯曲度、减少穿孔表面表面粗糙度Ra，提高平板荫罩的透光率、增加蚀刻系数和降低穿孔产生的不清晰边缘的不清晰程度。
此外，将合金薄板厚度方向上的结晶粒径控制在本发明规定的范围内会进一步增加蚀刻系数。
以上本发明的详细说明是以平板荫罩作为实例进行的。尽管如此，本发明的合金薄板的应用并不局限于平板荫罩，它还能应用于需要进行蚀刻的各种电子设备。
权利要求
1.一种给出极好蚀刻性能的具有穿孔表面的合金薄板，它包括所述合金薄板在其表面上具有{331}、{210}和{211}晶面；{331}晶面的聚集度为14%或更低，{210}晶面的聚集度为14%或更低，{211}晶面的聚集度为14%或更低；和聚集度比值为0.2-1.0，所述比值由公式{210}/({331}+{211})给出。
2.权利要求1所述的合金薄板，其中，所述合金薄板具有0.90μm或更小的表面粗糙度Ra。
3.权利要求1所述的合金薄板，其中，所述合金薄板在其厚度方向上的平均结晶粒径为10μm或更小。
4.权利要求3所述的合金薄板，其中，所述合金薄板在其厚度方向上的平均结晶粒径为6μm或更小。
5.权利要求1所述的合金薄板，其中，所述聚集度比值为0.25-0.6。
6.权利要求1所述的合金薄板，其中，所述合金薄板是Fe-Ni合金薄板。
7.权利要求6所述的合金薄板，其中，所述Fe-Ni合金薄板用作荫罩时含有34-38wt.%Ni。
8.权利要求6所述的合金薄板，其中，所述合金薄板用作IC引线框时含有38-52wt.%Ni。
9.权利要求1所述的合金薄板，其中，所述合金薄板是Fe-Ni-Co合金薄板。
10.权利要求9所述的合金薄板，其中，所述Fe-Ni-Co合金薄板用作荫罩时含有28-38wt.%Ni和1-7wt.%Co。
11.权利要求9所述的合金薄板，其中，所述Fe-Ni-Co合金薄板用作IC引线框时含有27-32wt.%Ni和1-20wt.%Co。
12.权利要求1所述的合金薄板，其中，所述合金薄板是Fe-Ni-Cr合金薄板。
13.权利要求12所述的合金薄板，其中，所述Fe-Ni-Cr合金薄板含有3wt.%或更低的Cr。
14.权利要求1所述的合金薄板，其中，所述合金薄板是Fe-Ni-Co-Cr合金薄板。
15.一种给出极好蚀刻性能的具有穿孔表面的合金薄板，它包括所述合金薄板具有｛111｝、｛100｝、｛110｝、｛311｝、｛331｝、｛210｝和｛211｝晶面;所述各晶面具有以下各聚集度｛111｝晶面的聚集度S11-10%｛100｝晶面的聚集度S250-94%｛110｝晶面的聚集度S31-24%｛311｝晶面的聚集度S41-14%｛331｝晶面的聚集度S51-14%｛210｝晶面的聚集度S61-14%｛211｝晶面的聚集度S71-14%;和聚集度比值为0.8-20，所述比值由公式(S2+S4+S6)/(S1+S3+S5+S7)给出。
16.权利要求15所述的合金薄板，其中，所述合金薄板在其厚度方向上的平均结晶粒径为10μm或更小。
17.权利要求16所述的合金薄板，其中，所述合金薄板在其厚度方向上的平均结晶粒径为6μm或更小。
18.权利要求15所述的合金薄板，其中，所述聚集度比值为1.5-11.5。
19.权利要求15所述的合金薄板，其中，所述合金薄板是含有34-52wt.%Ni的Fe-Ni合金薄板。
20.权利要求15所述的合金薄板，其中，所述合金薄板是含有28-38wt.%Ni和20wt.%或更低Co的Fe-Ni-Co合金薄板。
21.权利要求15所述的合金薄板，其中，所述合金薄板是含有34-52wt.%Ni和3wt.%或更低Cr的Fe-Ni-Cr合金薄板。
22.权利要求15所述的合金薄板，其中，所述合金薄板是含有28-38wt.%Ni、20wt.%或更低Co和3wt.%或更低Cr的Fe-Ni-Cr合金薄板。
全文摘要
一种蚀刻性能极好并具有穿孔面的合金薄板，包括表面上的{331}、{210}和{211}各晶面；{331}晶面的聚集度为14％或更低，{210}晶面的聚集度为14％或更低和{211}晶面的聚集度为14％或更低；由以下公式表示的聚集度比值为2.0-1.0，聚集度比值＝{210}/({331}+{211})。
文档编号C22C38/00GK1097812SQ9312082
公开日1995年1月25日 申请日期1993年12月15日 优先权日1993年7月22日
发明者井上正, 山之内直次, 鹤清, 清水义明 申请人:日本钢管株式会社