(57)【要約】  低い降伏応力、大きな破断伸び値に特性改善された軟質な金属線、太陽電池集電用インターコネクター、太陽電池モジュール、及び金属線の製造方法を提供する。面心立方構造を有する金属を主体とした芯材（16）を有する金属線（15）であって、芯材（16）の断面が、面心立方構造の単位格子の結晶軸＜９４１＞が金属線長手方向に対して方位差１５°以内にある結晶粒を、面積率で３８％以上１００％以下有し、かつ面心立方構造の単位格子の結晶軸＜１１１＞が金属線長手方向に対して方位差１０°以内にある結晶粒を、面積率で０％以上２０％以下有し、かつ、面心立方構造の単位格子の結晶軸＜１００＞が金属線長手方向に対して方位差１０°以内にある結晶粒を、面積率で０％以上１２％以下有し、かつ、面心立方構造の単位格子の結晶軸＜２１１＞が金属線長手方向に対して方位差１０°以内にある結晶粒を、面積率で０％以上３０％以下有する。
2016002770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面心立方構造を有する金属により形成された芯材を有した金属線であって、
前記芯材は、
前記芯材の断面で、
前記面心立方構造の単位格子の結晶軸＜９４１＞が、金属線長手方向に対して方位差１５°以内にある結晶粒を、面積率で３８％以上１００％以下有し、
かつ、
前記面心立方構造の単位格子の結晶軸＜１１１＞が、前記金属線長手方向に対して方位差１０°以内にある結晶粒を、前記面積率で０％以上２０％以下有し、
かつ、
前記面心立方構造の単位格子の結晶軸＜１００＞が、前記金属線長手方向に対して方位差１０°以内にある結晶粒を、前記面積率で０％以上１２％以下有し、
かつ、
前記面心立方構造の単位格子の結晶軸＜２１１＞が、前記金属線長手方向に対して方位差１０°以内にある結晶粒を、前記面積率で０％以上３０％以下有する
ことを特徴とする金属線。
【請求項２】
前記芯材は、前記金属線長手方向のシュミット因子の平均値が０．４２５以上０．５以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の金属線。
【請求項３】
前記金属線長手方向と直交する幅方向での断面において、前記芯材が丸線状のときには、前記芯材の結晶粒の円相当の面積平均径が、１５μｍ以上、前記金属線の直径以下であり、前記芯材が平角線状のときには、前記面積平均径が、１５μｍ以上、前記幅方向と直交する厚さ方向での厚さ以下である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属線。
【請求項４】
前記芯材の表面が、該芯材とは異なる材料によって被覆されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属線。
【請求項５】
前記芯材は、銅からなり、さらに亜鉛及び／又はニッケルを含有している
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の金属線。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の金属線は、太陽電池セル間を接続する太陽電池集電用インターコネクターである
ことを特徴とする太陽電池集電用インターコネクター。
【請求項７】
前記芯材の表面が、錫、又は錫を主体とする合金で被覆されている
ことを特徴とする請求項６に記載の太陽電池集電用インターコネクター。
【請求項８】
前記芯材が１ｍｍ以上６ｍｍ以下の幅で、０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下の厚さの平角線である
ことを特徴とする請求項６又は７に記載の太陽電池集電用インターコネクター。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか１項に記載の太陽電池集電用インターコネクターで太陽電池セルを直列接続したストリングスを含む
ことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項１０】
結晶粒径が５０μｍ以下の面心立方構造の金属に対し、９０％以上の減面率で引抜加工、または圧延加工を施す工程を経て製造した金属線の芯材を、１８０℃以上の温度で加熱する工程と、
前記面心立方構造の単位格子の結晶軸＜１００＞が、金属線長手方向に対して方位差１５°以内にある結晶粒を、面積率で６０％以上１００％以下に形成する工程と、
前記芯材に対して０．５％以上３０％以下の減面加工を施し、２００℃以上の温度で焼鈍して、請求項１に記載の金属線を製造する工程と
を備えることを特徴とする金属線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体モジュールの配線に使用される金属線、例えば太陽電池モジュールの配線に使用される太陽電池集電用インターコネクター、太陽電池モジュール、及び金属線の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体モジュールの配線に使用される金属線は、ICやLSI内部で使用されるボンディングワイヤ、IGBT等で使用されるタブ線、太陽電池の配線に使用される太陽電池集電用インターコネクター等が挙げられる。これら金属線の材料は電気良導体である銅、アルミニウム、銀、金等の比較的純度の高い、面心立方構造を有する金属が使用されている。比較的大きな電流が流れる太陽電池集電用インターコネクターの典型的な断面形状は、１ｍｍ以上、６ｍｍ以下の幅で、０．１ｍｍ以上、０．３ｍｍ以下の平角線が多い。また、ボンディングワイヤとしてはφ１５０μmからφ２００μm程度と比較的細い金属線が使用されている。【０００３】
これら金属線の材料で共通して求められている特性は、電気を良く通すこと以外に、軟質であることである。軟質とは、金属を一定の歪で変形させた時、応力が小さいこと、破断伸びが大きいことである。【０００４】
例えば、ボンディングワイヤやタブ線のような金属線は、半導体チップ上の電極や外部電極に押しつけて接合させる。この時、金属線が固いと、当該金属線が変形し難くいため電極と接合できなかったり、接合箇所の半導体や基板を破壊する恐れがある。したがって、かかる金属線としては、一定の変形を加えるための応力が小さい、すなわち柔らかいほうが有利である。一方、半導体モジュールが使用時の熱サイクルや応力サイクルにさらされた時、金属線長手方向に繰り返しの引張応力を受け、金属疲労により損傷を受け、場合によっては破断に至る恐れがある。したがって、金属線の破断伸びは大きいほうが望ましい。  現在主流となっている単結晶、又は多結晶シリコン基板を用いた結晶シリコン型の太陽電池モジュール内で使用される太陽電池集電用インターコネクターも軟質で破断伸びが高いことが必要である。以下、詳しく説明する。【０００５】
図１は、複数の太陽電池セル2を太陽電池集電用インターコネクター3で電気的に接続させた、結晶シリコン型の太陽電池モジュール1の一例を示した図である。現在主流となっている単結晶、又は多結晶シリコン基板を用いた太陽電池モジュール1は、５〜６インチ程度の太陽電池セル2と呼ばれる半導体基板を並べて、これらを太陽電池集電用インターコネクター（金属線）3で接続して集電する形態をとっている。太陽電池セル2に接続される金属線は一般的に太陽電池集電用インターコネクターと呼ばれ、平角の銅芯材に異種の金属を被覆したテープ状の形態をしている。【０００６】
図１に示すように、太陽電池セル2、及び金属テープである太陽電池集電用インターコネクター3は、金属テープ面で半田、もしくは導電接着剤で機械的、電気的に接合されることにより直列に接続される。このように太陽電池集電用インターコネクター3で接続された太陽電池セル2はストリングと呼ばれる。ここでテープ面とは、平角線たる太陽電池集電用インターコネクター3の幅広の面を指す。基板と金属線との接続は、半田による溶融液相接合が主流であり、現在主流となっている太陽電池集電用インターコネクター3は、平角銅線の表面が厚さ１０〜４０μｍの半田で被覆されたテープ状の金属線である。【０００７】
図１に示すような太陽電池セル2の実装では、金属線である太陽電池集電用インターコネクター3と、半導体基板たる太陽電池セル2とが、太陽電池集電用インターコネクター3の金属線長手方向に１０ｃｍ以上の長さで接合される。なお、LSIやIC等の一般的な半導体の接続とは異なり、金属線の断面サイズより長い距離で金属線長手方向に金属線側面で接合するような実装を、ここでは線実装と呼ぶ。【０００８】
このような太陽電池集電用インターコネクター3として使用される金属線の金属線長手方向の耐力は特に低いことが求められる。図１に示したような線実装形態において、太陽電池セル2と太陽電池集電用インターコネクター（金属線）3とを構成する主たる構造体である銅の熱膨張係数が、太陽電池セル2の主たる構造体であるシリコンの熱膨張係数に比較して約５倍である。このことから、昇温して液相接合してから室温に冷却する時に熱応力が生じ、太陽電池セル2を変形、破損させる原因となっている。金属とシリコンの室温近傍における代表的な線膨脹係数は、銅が１６．６×１０―６（Ｋ-1）、銀が１９×１０―６（Ｋ-1）、アルミニウムが２５×１０―６（Ｋ-1）、シリコンが３×１０―６（Ｋ-1）である。仮に銅とシリコンを２００℃で接合した場合、約０．２６％の長さの差が生じ、銅とシリコンとの間に熱応力、反りが発生する。近年のシリコン材料の逼迫、低コスト化の要求もあり、太陽電池セル2に使用される基板の厚さの低減が図られている。現在、厚さ１８０μｍのシリコン基板も使用されるようになってきており、更には厚さ１００μｍのシリコン基板を使用した太陽電池セルの量産技術が研究開発されている。すなわち、太陽電池セル2の厚さと、それに線実装する太陽電池集電用インターコネクター3の厚さとが同等、場合によっては太陽電池集電用インターコネクター3の厚さが太陽電池セル2の厚さを上回る場合があり、実装時の熱歪み（反り）による太陽電池セル2の破損問題は、大きな問題になっている。【０００９】
この問題を解決するために、太陽電池集電用インターコネクター3を軟質化させる試みがなされている。金属およびシリコンの各熱膨張係数から、特に金属の弾性変形から塑性変形に変わる降伏点近傍の応力が小さいことが重要であり、指標として、０．２％耐力が用いられる場合が多い。すなわち、０．２％耐力を下げることによって、金属側を降伏させ、熱応力を金属側の変形によって緩和させることが重要になる。金属を軟質化させるためには、焼鈍により転位密度を低下させる方法がとられるが、通常の焼鈍による軟質化では、今後の厳しい使用状況に対応することが困難であると予想され、太陽電池集電用インターコネクター3の構造や、実装構造の改良、集合組織の制御によって、対応することが提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。【００１０】
特許文献１に記載の発明は、導体中心部の結晶方位（めっき線軸方位）が、（２１１）方位に３０％以上の割合で配向させることによって、０．２％耐力を低減し、そのばらつきを小さくするができるとされている。一方、特許文献２では、金属線長手方向に＜１００＞集合組織を発達させて結合することによって粗大粒を形成させ、降伏応力を低減する方法をとっている。また、軟質化の方向と逆の目的であるが、組織を制御して目的とする材料の降伏特性を得ようとする試みとして、特許文献３では、圧延面が０．４以上のシュミット因子を有する結晶粒が面積率で５５％以上として、高強度、高耐力、高導電率、及び良好な加工性が得られたと説明されている。【００１１】
なお、シュミット因子とは、結晶の本質的な変形のし易さを示す因子であり、図２のように、例えば金属線5を金属線長手方向A1に引っ張り、当該金属線長手方向A1を変形荷重方向D1とした時、下記の数式で表せる。シュミット因子は０から０．５までの数値で、値が大きいほど変形が容易である。【００１２】
【数１】
2016002770.tif 000003
【００１３】
ここで、λは金属の結晶構造に由来するすべり方向S1と、変形荷重方向D1とのなす角度であり、また、φは金属の結晶構造に由来するすべり面SS1の法線方向N1と変形荷重方向D1とのなす角度である。【００１４】
これは、金属の変形は結晶構造に由来するすべり面SS1内のすべり方向S1に変形し、変形で結晶にかかるすべり面SS1に沿うすべり方向S1のせん断応力が一定の臨界分解せん断応力で降伏するというモデルに基づく（非特許文献１）。このモデルは、特に面心立方構造の金属単結晶で良く合致すると言われている。多結晶体でもすべり変形の容易さを表す指標となる。多結晶体で同様な指標としてはテイラー因子がある。面心立方構造を有する金属のすべり面SS1は（１１１）、すべり方向S1は＜１１０＞である。ここで（）は面方位を表し、（１１１）は、{１１１}、{１−１１}、{１−１−１}等の符号と基本軸の順番を入れ替えた等価な面方位の総称であり、＜１１０＞は同様に[１１０]、[０１１]、[０−１１]、[−１０−１]等の符号と基本軸の順番を入れ替えた等価な方向の総称を表す。【００１５】
一般的な金属線の主体となる銅、アルミニウム、銀、金等の比較的純度の高い、面心立方構造を有する金属では、引抜、圧延等の金属線長手方向に伸ばす加工や、熱処理によって金属線長手方向に方位が揃った集合組織を形成する。主な集合組織は、銅方位と呼ばれる集合組織に代表される圧延、引抜による加工集合組織＜１１１＞、立方体方位と呼ばれる集合組織に代表される再結晶集合組織である＜１００＞、黄銅集合組織と呼ばれる黄銅や熱間加工で形成するといわれる＜２１１＞が代表的である。ここで示される＜１１１＞、＜１００＞、＜２１１＞等の軸方位は、それぞれ結晶面（１１１）、（１００）、（２１１）と直交する方位である。これらの集合組織は銅、アルミニウム、銀、金を主体とする金属で金属線長手方向に強く形成される。【００１６】
図３は、金属の方位を表す単位ステレオ三角形上に代表的な結晶軸を表示した逆極点図であり、非特許文献２に加筆したものである。また、図４は、ステレオ三角形上にシュミット因子を等高線で表示したものである（非特許文献３）。【００１７】
これら図３及び図４からわかるように、＜１１１＞方向に変形を加えたときのシュミット因子は約０．２７２であり、その値が小さく、変形に高い応力が必要である。また、＜１００＞、＜２１１＞方向に変形を加えた時のシュミット因子は約０．４０８であり、＜１１１＞より高いが、更に容易に変形しやすい方向がある。しかし、金属線の断面積が小さく純度が高い、銅、アルミニウム、銀、金等のような面心立方構造を有した金属は、形状付与のため、強く引抜、圧延加工するプロセスを経ざるを得ず、金属線長手方向に＜１１１＞、＜１００＞、＜２１１＞等の加工、再結晶集合組織を形成させるのが一般的であり、金属線長手方向にランダム方位やそれ以外のシュミット因子の高い方位を形成させることは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特許第０４７８０００８号公報
【特許文献２】特許第０４９３２９７４号公報
【特許文献３】特開２０１０−２８５６６４号公報
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】日本金属学会  講座・現代の金属学  材料編３「材料強度の原子論」
【非特許文献２】社団法人軽金属学会  軽金属：２００２年５２巻  ｐ４９４
【非特許文献３】コロナ社  幸田成康著  標準金属学講座  改定金属物理学序論  １９７３年  ｐ１５５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、低い降伏応力、大きな破断伸び値に特性改善された軟質な金属線、太陽電池集電用インターコネクター、これらを用いた太陽電池モジュール、及びこのような金属線の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明とするところは、以下である。【００２２】
（１）  面心立方構造を有する金属により形成された芯材を有した金属線であって、
前記芯材は、該芯材の断面で、
前記面心立方構造の単位格子の結晶軸＜９４１＞が、金属線長手方向に対して方位差１５°以内にある結晶粒を、面積率で３８％以上１００％以下有し、
かつ、
前記面心立方構造の単位格子の結晶軸＜１１１＞が、前記金属線長手方向に対して方位差１０°以内にある結晶粒を、前記面積率で０％以上２０％以下有し、
かつ、
前記面心立方構造の単位格子の結晶軸＜１００＞が、前記金属線長手方向に対して方位差１０°以内にある結晶粒を、前記面積率で０％以上１２％以下有し、
かつ、
前記面心立方構造の単位格子の結晶軸＜２１１＞が、前記金属線長手方向に対して方位差１０°以内にある結晶粒を、前記面積率で０％以上３０％以下有することを特徴とする金属線。【００２３】
（２）  前記芯材は、前記金属線長手方向のシュミット因子の平均値が０．４２５以上０．５以下であることを特徴とする（１）に記載の金属線。【００２４】
（３）  前記金属線長手方向と直交する幅方向での断面において、前記芯材が丸線状のときには、前記芯材の結晶粒の円相当の面積平均径が、１５μｍ以上、前記金属線の直径以下であり、前記芯材が平角線状のときには、前記面積平均径が、１５μｍ以上、前記幅方向と直交する厚さ方向での厚さ以下であることを特徴とする（１）または（２）に記載の金属線。【００２５】
（４）  前記芯材の表面が、該芯材とは異なる材料によって被覆されていることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の金属線。【００２６】
（５）  前記芯材は、銅からなり、さらに亜鉛及び／又はニッケルを含有していることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の金属線。【００２７】
（６）  （１）〜（５）のいずれかに記載の金属線は、太陽電池セル間を接続する太陽電池集電用インターコネクターであることを特徴とする太陽電池集電用インターコネクター。【００２８】
（７）  前記芯材の表面が、錫、又は錫を主体とする合金で被覆されていることを特徴とする（６）に記載の太陽電池集電用インターコネクター。【００２９】
（８）  前記芯材が１ｍｍ以上６ｍｍ以下の幅で、０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下の厚さの平角線であることを特徴とする（６）又は（７）に記載の太陽電池集電用インターコネクター。【００３０】
（９）  （６）〜（８）のいずれかに記載の太陽電池集電用インターコネクターで太陽電池セルを直列接続したストリングスを含むことを特徴とする太陽電池モジュール。【００３１】
（１０）  結晶粒径が５０μｍ以下の面心立方構造の金属に対し、９０％以上の減面率で引抜加工、または圧延加工を施す工程を経て製造した金属線の芯材を、１８０℃以上の温度で加熱する工程と、
前記面心立方構造の単位格子の結晶軸＜１００＞が、金属線長手方向に対して方位差１５°以内にある結晶粒を、面積率で６０％以上１００％以下に形成する工程と、
前記芯材に対して０．５％以上３０％以下の減面加工を施し、２００℃以上の温度で焼鈍して、（１）に記載の金属線を製造する工程とを備えることを特徴とする金属線の製造方法。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、面心立方構造を有した従来の金属により形成された従来の金属線と比較して、金属線長手方向の降伏応力が著しく小さくなるとともに、破断伸びが大きくなり、低い降伏応力、大きな破断伸び値に特性改善された軟質な金属線、及び太陽電池集電用インターコネクター、これらを用いた太陽電池モジュールを実現し得る。【００３３】
また、本発明によれば、面心立方構造を有した従来の金属により形成された従来の金属線と比較して、低い降伏応力、大きな破断伸び値に特性改善された軟質な金属線の製造方法を実現できる。【００３４】
なお、本発明による金属線は、更に加工硬化しにくいので、例えば半田や、導電性接着剤、熱圧着等を用いて、太陽電池セルに代表される半導体と金属線との接合実装時、当該半導体にかかる熱応力を小さくすることが可能になり、半導体の反りや、接合界面及び半導体の破壊、更には金属線の破断を抑制することができる。また、金属線長手方向の降伏応力が著しく小さく、破断伸びが大きく、更に加工硬化しにくいので、これらのデバイスの使用時の環境や、動作時の繰り返しの熱応力、風雪による繰り返しの機械的な応力等を金属線側で緩和できるため、半導体自体や、金属線自体、半導体及び金属線間の界面での破壊、破断を抑制でき、太陽電池モジュールに代表されるような半導体デバイスの長寿命化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】複数の太陽電池セルを太陽電池集電用インターコネクターで直列接続させた太陽電池モジュールの構成を示す概略図である。
【図２】シュミット因子を説明するための金属線の変形荷重方向と、すべり方向と、すべり面との関係を示した概略図である。
【図３】金属の 結晶方位を表す単位ステレオ三角形上に代表的な結晶軸を表示した逆極点図である。
【図４】ステレオ三角形上にシュミット因子を等高線で表示した概略図である。
【図５】本発明の平角線における金属線長手方向と直交するＣ断面での構成を示す概略図である。
【図６】本発明の他の実施の形態による平角線の金属線長手方向と直交するＣ断面での構成を示す概略図であり、また、実施例１及び実施例２で使用した伸線ダイスの楕円状でなる穴形状の説明に供する概略図である。
【図７】本発明の太陽電池集電用インターコネクターにおける金属線長手方向と直交するＣ断面での構成を示す概略図である。
【図８】本発明の他の実施の形態による太陽電池集電用インターコネクターにおける金属線長手方向と直交するＣ断面での構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明の金属線は、面心立方構造を有する金属により形成された芯材を有した金属線であって、特に複数の太陽電池セルを電気的に接続する太陽電池集電用インターコネクターや、半導体回路基板上の電極間を接続するボンディングワイヤ等の半導体実装用金属線に適用し得る。太陽電池集電用インターコネクターや、半導体実装用金属線等として使用可能な本発明の金属線としては、例えば、銅や、アルミニウム、銀、金に代表される単一の金属を使用した芯材のみからなる単層構造の金属線であってもよく、また、これらの材料でなる芯材に、接合、耐食、光学特性等の機能を付すために、芯材とは異種の材料でなる被覆層によって、芯材の表面を修飾、被覆した複層構造の金属線であってもよい。ここで、芯材のみからなる金属線だけでなく、芯材の表面が被覆層で被覆された構成でなる金属線でも、当該芯材を主体として有している。なお、主体とは、金属線の金属線のＣ断面で芯材の面積率が５０％以上であることをいい、Ｃ断面とは、金属線長手方向と直交する断面をいう。
【００３７】
金属線の芯材とは、金属線が単一の金属であれば金属線自体を指す。一方、めっき等の表面修飾がされた金属線の場合、芯材とは、表面修飾を除く金属線の主体となる芯部分をいう。金属線の芯材のＣ断面形状としては、円形状や、楕円状、扁平楕円状、平角状等その他種々の形状であってもよい。
【００３８】
本発明の金属線の芯材の一般的な形態は丸線と平角線である。ここで平角線とは、Ｃ断面が図５のような長方形の芯材8を有する金属線（平角線）7や、図示しない正四角形の金属線を基本とするが、Ｃ断面の相対する2組の辺（金属線の芯材における2組の面）のうち、一方が平行になっていれば良く、他の1辺は平行でなく、図６のように、芯材10の対向する対の辺が曲線になった扁平楕円状の金属線（平角線）9であってもよい。すなわち、丸線を圧延ローラーで押しつぶして、テープ状にした金属線も広く本発明の平角線に含まれる。
【００３９】
本発明において、平角線の厚さとは、Ｃ断面のうち平行する少なくとも一組以上の辺のうち短い辺の長さをいう。すなわち、図５及び図６に示す金属線7,9では、T1で示される長さが厚さとなる。また、平角線の幅とは、Ｃ断面内で厚さを決める辺以外のもう一組の辺の長さをいう。すなわち、図５に示す金属線7では、W1で示される長さが幅となる。丸線を圧延ローラーで押しつぶして、テープ状にした金属線9の場合、つぶされた平行する圧延面の長さを厚さ、テープ材のＣ断面内で厚さを規定する方向（厚さ方向）と直交する方向（幅方向）において最も長い長さを幅とする。すなわち図６に示す金属線9では、W1で示される長さが幅となる。平角線の厚さと幅は、ノギスやマイクロメーターで計測される長さである。
【００４０】
本発明の平角線は、厚さより幅のほうが長い扁平したテープ状の金属線であることが一般的である。本発明の金属線の芯材で幅広で平行な面を幅広面、又はテープ面と呼ぶ。すなわち、幅広面、又はテープ面は厚さ方向と直交する面である。
【００４１】
本発明においてＬ断面とは、丸線の場合、金属線の中心軸を通り、金属線長手方向と平行な断面を指す。ここで、丸線の中心軸とは金属線長手方向と直交するＣ断面円の中心点を、金属線長手方向に結ぶ線をいう。一方、平角線におけるＬ断面とは、平角線の幅広面、すなわちテープ面と平行な面で、厚さの１／２の深さの断面をいうものとする。
【００４２】
本発明の形態は、面心立方構造を有した電気良導体である銅、アルミニウム、銀、金のいずれかを主成分とした芯材を有する金属線である。なお、ここで主成分とは、濃度が、９８重量％以上であることをいう。
【００４３】
なお、芯材の断面で、後述するように、（i）面心立方構造の単位格子の結晶軸＜９４１＞が、金属線長手方向に対して方位差１５°以内にある結晶粒を、面積率で３８％以上１００％以下有し、かつ、（ii）面心立方構造の単位格子の結晶軸＜１１１＞が、金属線長手方向に対して方位差１０°以内にある結晶粒を、面積率で０％以上２０％以下有し、かつ、（iii）面心立方構造の単位格子の結晶軸＜１００＞が、金属線長手方向に対して方位差１０°以内にある結晶粒を、面積率で０％以上１２％以下有し、かつ、（iV）面心立方構造の単位格子の結晶軸＜２１１＞が、金属線長手方向に対して方位差１０°以内にある結晶粒を、面積率で０％以上３０％以下有するという、上記（i）〜（iV）の構造を実現できれば、残部は、不可避不純物を始めとして種々の材料を含有していてもよい。特に芯材の主成分が銅である場合、亜鉛、ニッケル、又はその両方を含有していた方が、軟質な金属線を形成するのに良い場合がある。
【００４４】
また、本発明の金属線の芯材は、上述したように、金属線長手方向に対し集合組織を形成しやすい＜１１１＞方位、＜１００＞方位、及び＜２１１＞方位が抑制されており、金属線長手方向に塑性変形が容易な＜９４１＞方位を中心とした方位を有する結晶粒を、面積率で一定以上の比率で構成された組織を有する点に特徴を有している。そして、本発明は、このような組織を有することにより、低い降伏応力、大きな破断伸び値に特性改善された軟質な金属線を実現することができる。
【００４５】
本発明の対象になる比較的断面積の小さな金属線を製造する場合、引抜加工や圧延加工により線材を伸長し、伸長方向（金属線長手方向）と直交する断面を減面させながら、線材に対して加工を加えていく。その過程で線材を構成する結晶粒の組織はランダムではなく、金属線長手方向に一定の方位に偏った集合組織を形成する。比較的純度の高い銅、アルミニウム、銀、又は金からなる金属線を製造する場合、丸い穴のあいた伸線ダイスと呼ばれる工具に線材を通しながら、冷間引抜加工を行なうことにより金属線長手方向に＜１１１＞方位が揃った集合組織が形成される。
【００４６】
線を細くする過程でダイスを通す回数が増え、その加工度が強ければ、強い＜１１１＞集合組織が形成される。平角線を製造する場合には、丸線状の線材を圧延加工によって押しつぶしてテープ状の線材を作製する方法と、圧延加工によって板状の線材を製造した後に当該線材を金属線長手方向に切断するスリット加工を行ってテープ状の線材を得る方法とがあるが、比較的純度の高い銅、アルミニウム、銀、及び金の場合、冷間圧延加工の加工度が大きいほど、強い＜１１１＞集合組織が形成される。すなわち、所望の形態の金属線を冷間加工で得ようとした場合は＜１１１＞集合組織の形成が避けられない。
【００４７】
この集合組織が形成された線材を金属線長手方向に引っ張った場合、非常に硬くふるまい、耐力値は非常に大きくなる。これは材料が加工硬化したことに加え、面心立方構造を有する金属の＜１１１＞方向に変形させた時のシュミット因子が０．２７２と低いためである。加工硬化した線材を焼鈍して加工で転位密度を低下させたとしても、高い加工率で引抜加工をした線材では、金属線長手方向に＜１１１＞方位が残留し、耐力を十分低減することはできない。
【００４８】
一方、加工条件を吟味して強い冷間圧延加工した線材を焼鈍すれば、平板状の金属線の金属線長手方向に＜１００＞集合組織が形成され、これをスリット加工すると金属線長手方向に＜１００＞集合組織が形成された金属線を製造することができる。このような金属線の耐力は、＜１１１＞方位を主体とした方位を有する金属線より低くすることが可能である。面心立方構造を有した金属の＜１００＞方位に変形を加えた時、面心立方構造を有した金属のすべり面のうちシュミット因子が同じ８つの多くの等価なすべり面が同時にすべりを起こすことから、加工硬化を生じやすい。
【００４９】
面心立方を有した金属の＜１００＞方向に変形を加えた時のシュミット因子は、黄銅や熱間加工で金属線長手方向に形成しやすい＜２１１＞方向に変形を加えた時のシュミット因子と同じ、約０．４０８であるが、本発明の金属線は、金属線長手方向に更にシュミット因子の大きい結晶粒が多数を占め、耐力の小さな芯材を有している。
【００５０】
具体的に本発明は、面心立方構造を有する金属を芯材を有する金属線であって、該金属線の芯材の任意の断面において、面心立方構造の単位格子の結晶軸＜９４１＞が、金属線長手方向に対して方位差１５°以内にある結晶粒を、面積率で３８％以上１００％以下、望ましくは４０％以上の割合で有している。
【００５１】
また、本発明の金属線は、かかる構成に加えてさらに、該金属線の芯材の任意の断面において、面心立方構造の単位格子の結晶軸＜１１１＞が、金属線長手方向に対して方位差１０°以内にある結晶粒を、面積率で０％以上２０％以下、望ましくは１８％以下の割合で有し、かつ、該金属線の芯材の任意の断面において、面心立方構造の単位格子の結晶軸＜１００＞が、金属線長手方向に対して方位差１０°以内にある結晶粒を、面積率で０％以上１２％以下、望ましくは１０％以下の割合で有し、かつ、該金属線の芯材の任意の断面において、面心立方構造の単位格子の結晶軸＜２１１＞が、金属線長手方向に対して方位差１０°以内にある結晶粒を、面積率で０％以上３０％以下、望ましくは２８％以下の割合で有している。
【００５２】
すなわち、本発明の金属線は、結晶軸＜９４１＞が金属線長手方向に対して方位差１５°以内にある結晶粒を面積率で１００％有した芯材であるとき、芯材でのその他の上記結晶軸＜１００＞、結晶軸＜１１１＞、結晶軸＜２１１＞の各結晶粒の面積率は０％となる。一方、本発明の金属線は、上記結晶軸＜９４１＞の結晶粒が面積率１００％未満の芯材であるとき、上記結晶軸＜１００＞が面積率で２０％、上記結晶軸＜１１１＞が面積率で１２％、上記結晶軸＜２１１＞が面積率で３０％をそれぞれ上限として存在し得る。このように、本発明では、上記結晶軸＜９４１＞の結晶粒の面積率が下限値である３８％に近づくに従って、上記結晶軸＜１００＞の面積率が上限である２０％に近づき、同じく上記結晶軸＜１１１＞の面積率が上限である１２％に近づき、同じく上記結晶軸＜２１１＞の面積率が上限である３０％に近づいた面積率となり得る。
【００５３】
因みに、本発明の金属線は、上記結晶軸＜９４１＞の結晶粒が面積率１００％未満の芯材であるとき、その他の上記結晶軸＜１００＞、結晶軸＜１１１＞、結晶軸＜２１１＞の各結晶粒の面積率が０％となることもあり、この場合、こられ結晶軸以外の例えば結晶軸＜１１０＞の結晶粒等が存在し得ることになる。
【００５４】
本発明では、上記結晶軸＜９４１＞の結晶粒の面積率が３８％以上あり、かつ、残りの面積率において、上記結晶軸＜１００＞、上記結晶軸＜１１１＞、及び上記結晶軸＜２１１＞の各面積率がそれぞれ上記上限値以内にあり、これら結晶軸＜１００＞、結晶軸＜１１１＞、及び結晶軸＜２１１＞の形成が抑制されていれば、低い降伏応力、大きな破断伸び値に特性改善された軟質な金属線となり得る。
【００５５】
ここで、＜９４１＞方向に変形を加えた金属線のシュミット因子は約０．５００である。本発明は、一般的な面心立方構造を有した金属、具体的には銅、アルミニウム、銀、及び金のいずれかを主体とする金属線を、後述する製造方法により製造した結果、金属線長手方向に対して本来形成し易い＜１１１＞方位、＜１００＞方位、＜２１１＞方位を有する集合組織の形成が抑制され、金属線長手方向に＜９４１＞方位に近い方位の結晶粒の面積割合が増した金属線を製造できる。その結果として、本発明の金属線は、金属長手方向に一定の歪を与えた時の応力、特に降伏変形を起こす降伏応力、いいかえれば耐力を低下させることができる。一般的な金属で巨視的な塑性変形を起こす歪は０．２％程度と言われており、本発明の金属線は０．２％耐力値を小さくし得る。また、面心立方構造を有する金属の＜９４１＞方向に変形を加えた時は、主すべり面での変形が支配的で、かつ容易になることから、本発明の金属線は破断伸びが大きくなり得る。
【００５６】
金属線の芯材の金属線長手方向に対して単位格子のある結晶軸が一定の方位差以内にある結晶粒の面積率は、結晶方位解析手法として一般的に広まっているＥＢＳＤ（Electron Backscattered Diffraction）法で計測、評価することができる。ＥＢＳＤ法は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）に付設して、試料の表面に局所的に電子線を照射して、その後方散乱回折により発生する回折パターンを解析してその点の方位付けを行う手法である。測定試料の表面、あるいは断面上を２次元的に等間隔に点状の電子線照射位置を走査することによって、試料（金属線）の結晶方位の２次元的分布を知ることができ、結晶粒の大きさや、集合組織等の解析をすることができる。この測定点の大きさと、測定点間の距離とを結晶粒の大きさより十分細かく、かつ統計的に十分な数の結晶粒が含まれるような領域で測定する。単位格子の所定結晶軸が一定の方位差以内にある結晶粒の面積率については、単位格子の所定結晶軸が一定の方位差以下にある点の全体の点数に対する割合から求めることができる。
【００５７】
ＥＢＳＤ法の方位情報は３次元であるから、金属線長手方向に対する方位は金属線の任意の断面の研磨面で評価可能である。ただし、本発明の金属線は細線であり、例えば金属線長手方向と直交するＣ断面は研磨面の面積が制限される。そのため、結晶粒の大きさが大きい場合は、一つの断面での結晶粒の数が少な過ぎる場合がある。統計的に材料を代表する平均としての方位情報が得られない場合、複数の断面で評価する必要がある。一つの研磨面で最も大きな面積を評価できるのは、金属線の芯材の金属線長手方向での断面であるＬ断面であり、効率よく評価が可能である。
【００５８】
ＥＢＳＤ法で得られる方位情報は、測定面内の測定点の一つ一つで与えられるため、測定面の状態が実験的に上述した適切な処理がされていれば、測定点全ての点で金属線の任意の方向に対するシュミット因子を得ることができる。本発明の金属線は、測定点の大きさと、測定点間の距離とを結晶粒の大きさより十分細かく、かつ統計的に十分な数の結晶粒が含まれるような領域で測定した時、金属線長手方向のシュミット因子の平均が＜１１１＞、＜１００＞、＜２１１＞各方向に変形を加えた時のシュミット因子よりも高い０．４２５以上であることが特に好ましく、この特徴により耐力が小さく、破断伸びが大きな金属線になる。ここで、シュミット因子の平均とは、測定点毎に得られたシュミット因子を平均したものである。
【００５９】
本発明の金属線の芯材の平均結晶粒径は、１５μｍ以上、望ましくは２０μｍ以上であることが好ましい。これは、金属結晶の変形を担うすべり面が結晶粒界で不連続となり、転位の運動を阻害するためである。
【００６０】
本発明において平均結晶粒径は、結晶粒の円相当の面積平均径で表され、ＥＢＳＤ法等で求めることができる。ＥＢＳＤ法では、隣り合う測定点の結晶方位同士が指定した角度以上の値の場合に、この測定点間の境界を結晶粒界とする。この結晶粒界により閉じられた領域が結晶粒と定義され、結晶粒を構成している測定点の個数から面積が求まり、さらにこの面積を円換算した場合の直径を結晶粒径とする。
【００６１】
本発明で定量的に結晶粒の大きさを示す結晶粒界は、回転角で１５°以上の方位差を有する結晶粒界で囲まれる領域とする、一般的な基準を用いる。面心立方構造を有した金属の焼鈍組織にみられる双晶境界は、結晶粒界に含まれないものとする。また、結晶粒の大きさは、面積で重みづけされた円相当径の平均、すなわち面積平均径（ＭＡ）であって、次の式で定義されるものとする。
【００６２】
【数２】
2016002770.tif 000004
【００６３】
ここで、Ｎは結晶粒の総数、Ａｉは結晶粒iの面積であり、νｉは、結晶粒iの円相当径である。
【００６４】
結晶粒の形は加工履歴等によって、観察する面で変わってくることから、本発明でいう結晶粒径を決める観察面は、丸線の場合、金属線の中心軸を通り、金属線長手方向と平行な断面とし、一方、平角線であれば、平角線の幅広面、すなわちテープ面と平行なＬ断面とする。
【００６５】
本発明の金属線の芯材における結晶粒径は、金属線の芯材が丸線であればその直径が最大となり、一方、金属線の芯材が平角線であれば、その幅が最大となる。結晶粒径の大きさが大きいほど耐力は低減するが、丸線の直径、あるいは平角線の幅より大きくなると、そのＣ断面がほぼ一つの結晶粒になった竹の節状の組織になる。このような単芯線を金属線長手方向に引っ張った場合は、最も変形しやすい結晶粒で変形するので巨視的な耐力は極めて小さくなるが、その結晶粒で局所的に変形する不均一変形になるため、伸びが減少する。本発明の金属線の芯材の結晶粒の円相当の面積径の最大値は、金属線の芯材が丸線状であればその直径で規定され、一方、金属線の芯材が平角線状であれば、幅方向と直交する厚さ方向での厚さで規定される。すなわち、丸線状の芯材における結晶粒の円相当の面積径は、直径以下となり、一方、平角線状の芯材における結晶粒の円相当の面積径は、厚さ以下となる。
【００６６】
本発明による丸線状の芯材を有する金属線の平均結晶粒径としては、そのＬ断面において、１５μｍ以上、直径以下であることが望ましい。結晶粒径として１５μｍ以上とすることで、十分な軟質性が確保される。また、本発明における金属線の芯材の結晶粒は、金属線長手方向に伸長していることから、金属線の中心軸を通り、金属線長手方向と平行な断面で評価した場合、平均結晶粒径が金属線の芯材の直径以下であるときに、高い破断伸びが得られる。
【００６７】
一方、本発明による平角線状の芯材を有する金属線の望ましい平均結晶粒径としては、そのＬ断面において、１５μｍ以上、幅の１／３０以下であった場合、耐力値が低く、かつ極めて破断伸び値の高い金属線が得られる。また、Ｌ断面において平均結晶粒径が、幅の１／１０以下であるときには、極めて耐力値が低く、かつ破断伸び値の高い金属線が得られる。
【００６８】
本発明の金属線の芯材の組織の規定は、すべり面が（１１１）、すべり方向が＜１１０＞である面心立方構造を有した金属すべてに適用できる。本発明の金属線は、太陽電池モジュールを含む半導体モジュールの実装材料であり、導電材料として用いるものである。そのため、本発明の金属線の芯材として使用される主たる金属としては導電性の高い材料である必要がある。金属で導電性が高い材料は、銀、銅、アルミニウム、及び金が挙げられる。材料価格、電気特性を考慮した場合、本発明の金属線の芯材は、銅、又はアルミニウムが好ましく、そのうち銅が最も汎用的に利用できる。純度は一般的に高い方が、軟質であり電気伝導度も高くなる。そのため、本発明における金属線の芯材となる金属の純度は高い方が望ましいが、純度を高くすると材料コストも高くなる。本発明における金属線の芯材となる金属は、一般的には、純度が高い方が、軟質になり、電気抵抗も小さくなるので、高い純度が好ましい。本発明の金属線の芯材を工業的に利用されている銅により形成した場合には、純度９９．９重量％以上の無酸素銅、タフピッチ銅が好ましいが、亜鉛やニッケルなどの異種の金属を少量添加した銅合金線の方が軟質になる場合がある。
【００６９】
亜鉛は線材長手方向（金属線長手方向）に＜１００＞方位が形成されるのを阻害する効果がある。一般的に純金属に不純物が入ると固溶強化や析出強化作用のため降伏応力は増加するが、亜鉛の場合、焼鈍時に線材長手方向に＜１００＞方位が形成されるのを阻害する。加工方法が同じ場合に、亜鉛を含有していない以外は同じ構成の純銅と比較して、０．００５重量％以上の亜鉛が添加された銅合金は、０．２％耐力値が小さく、破断伸びが大きくなる場合がある。
【００７０】
本発明の金属線は、接合ろう材として錫系半田で芯材が被覆された金属線の形態をとることがある。芯材とした銅合金線に半田を溶融めっきする際、銅合金線と半田被覆層との界面に反応相であるＣｕ６Ｓｎ５の金属間化合物が形成される。この反応相は固いことから厚く成長すると金属線全体の０．２％耐力値を上げる。一方、銅合金線に０．００５重量％以上のニッケルが添加されていると反応相の凹凸が減少し、厚さが均一化し、更に反応相の成長を抑制する。したがって、ニッケルを添加することにより、太陽電池用インターコネクターのような半田めっき銅線の形態の金属線の０．２％耐力の増加を抑制することができる。
【００７１】
また、本発明の金属線では、亜鉛及びニッケルが総量０．００５重量％から０．２重量％、前記芯材に含有させてもよく、この場合であっても、金属線の０．２％耐力の増加を抑制することができる。
【００７２】
本発明の金属線は、太陽電池モジュールを含む半導体モジュールに使用される半導体実装用金属線として適したものである。半導体実装用金属線としては、金や、銀、銅、アルミニウムからなるボンディングワイヤの他、銅や、アルミニウムのタブ線（平角線）等の単一の材料で構成される単層構造の金属線がある。また、太陽電池集電用インターコネクターや、一部の銅ボンディングワイヤのような半導体実装用金属線等の金属線としては、芯材とは異種の材料でなる被覆層によって、芯材の表面を被覆した複層構造の金属線もある。
【００７３】
本発明の金属線のうち、芯材の表面が被覆層により被覆されている複層構造の金属線とした場合には、金属線のＣ断面において、金属線の芯材の面積が５０％以上を占めていることが望ましい。例えば、金属線の被覆材料が導電性樹脂を用い、金属線の芯材として銅を用いた場合であれば、金属線の機械的な性質に及ぼす金属線の芯材の影響が圧倒的に大きいことから、Ｃ断面における銅の芯材の面積率が５０％であっても、本発明の効果は十分に及ぶ。
【００７４】
芯材と異種の材料で芯材の表面を被覆する理由は、耐食性や、接合相手となる電極との接合性、光学的特性の付与等様々である。銅ボンディングワイヤの中には、電極との接合性の向上を図るために、ごく薄いパラジウムを被覆層として芯材の表面に被覆させた金属線がある。また、金属線と太陽電池セルとの接合面に、導電性ペーストや導電性フィルムを外部から供給して、金属線と太陽電池セルとを接合するタイプの太陽電池集電用インターコネクター（金属線）では、銅やアルミニウムからなる芯材を、銀やニッケルで被覆した構成としてもよい。特に銀は光の反射率が大きいことから、銀により芯材の表面を被覆した太陽電池集電用インターコネクターでは、当該太陽電池集電用インターコネクターで遮られた光を反射させて、その他の箇所にあるガラスや封止樹脂との界面で再度反射させて、太陽光を太陽電池受光面に入射させることができる。
【００７５】
結晶シリコン型の太陽電池モジュールでは、金属線の表面に被覆した半田を２００℃以上の温度でリフロー（再溶融）させて、太陽電池セル上の銀電極に線実装する方法が主流である。したがって、その実装材料である太陽電池集電用インターコネクターは、銅芯材の表面が錫を主体とする半田により被覆された形態が主流になっている。本発明の金属線は、特に優位性を示す用途として、結晶シリコン型の太陽電池モジュールのような半導体モジュールの線実装用途である。結晶シリコン型の太陽電池モジュールでは、半田の溶融温度まで昇温し、太陽電池セルであるシリコンと金属線の主体をなす銅との間で半田を溶融、凝固させて接合し、室温まで冷却すると、シリコンと銅の熱膨張係数の差によって、熱応力や、熱歪みが生じる。
【００７６】
一般的な結晶シリコンを用いた太陽電池セルと、太陽電池集電用インターコネクターとの接続距離は１０ｃｍ以上に及ぶことから、応力や、歪みは非常に大きなものになる。そこで、太陽電池集電用インターコネクターが軟質で、それ自体が低い応力で塑性変形することが可能であると、接合部分の応力や、シリコンにかかる歪みは緩和できる。この作用によって、近年薄肉化しているシリコン自体の破壊や、シリコンと太陽電池集電用インターコネクターとの接合界面での破壊を防止できる。すなわち、本発明は、金属線の芯材の表面に被覆した錫をリフローさせて、太陽電池セルに対して線実装する金属線（すなわち、太陽電池集電用インターコネクター）として特に有効である。太陽電池集電用インターコネクターにおいて芯材の表面を被覆する錫系合金としては、Ｐｂ-Ｓｎ系、Ｐｂ-Ｓｎ-Ａｇ系の鉛半田合金や、Ｓｎ-Ａｇ系、あるいはＳｎ-Ａｇ-Ｃｕ系の鉛フリー半田合金等が挙げられるが、必ずしもこれらの合金系でなくても本発明の効果は得られる。
【００７７】
本発明による金属線としての太陽電池集電用インターコネクターは、近年薄肉化する太陽電池セルに対応するため、芯材のＣ断面をφ２００μｍ程度の細い線径のものとしてもよい。ところで、図１では、一つの太陽電池セル2に直列接続される太陽電池集電用インターコネクター3の数が２本であるが、現在の太陽電池セルの実装では、最大でも４本であることが主流である。したがって、太陽電池集電用インターコネクター１本に流れる電流量が数Ａと一般的な半導体に比較して大きく、電流容量の点からＣ断面を小さくできない。
【００７８】
一方、太陽電池セルと、太陽電池集電用インターコネクターとの接合が半田のリフローでも、導電性ペーストや導電性フィルムによる接合でも熱を加えることが必須であるが、この際、金属線たる太陽電池集電用インターコネクターの断面積が大きいと、線実装した時の金属線（太陽電池集電用インターコネクター）と、太陽電池セルとの接合界面での熱応力や、太陽電池セルにかかる熱歪が大きくなる。したがって、本発明の効果が特に得られる形態として、図７及び図８に示すように、本発明による太陽電池集電用インターコネクター15,21は、芯材16,22の幅W1が１ｍｍ以上６ｍｍ以下でなり、芯材16,22の厚さT1が０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下としたテープ状の平角線であることが望ましい。図７及び図８に示すように、例えば芯材16,22のＣ断面形態が上記範囲にある金属線としての太陽電池集電用インターコネクター15,21では、純度９９．９重量％の無酸素銅やタフピッチ銅を芯材16,22とし、重量で計算した重量目付量が５〜３５μｍ程度の錫系半田合金からなる被覆層17,23で芯材16,22の表面を被覆した構成となり得る。ここで重量目付量とは、金属線の芯材の単位長さ当たりの表面積と重量、並びに被覆された金属線の密度と単位長さの重量から換算された平均的な厚さである。
【００７９】
図８に示したように、太陽電池集電用インターコネクター21は、平角銅線を芯材22とし、当該芯材22の表面が溶融めっきした半田で被覆されているが、被覆層23となる半田の厚さは均一である必要はない。被覆層23は、例えば、最も厚い部分での厚さT2を１０〜４０μｍとしてもよい。銅でなる芯材22の厚さT1が０．１５ｍｍ〜０．３ｍｍである太陽電池集電用インターコネクター21では、全体の変形特性に対し、銅でなる芯材22の特性が支配的となることから、本発明の効果は十分に得られる。特に導電性接着剤で接続される太陽電池集電用インターコネクターでは、芯材の表面を被覆する被覆層を、重量目付量で０〜１０μｍ程度と薄くてもよいことから、本発明の効果がより大きく発揮される。
【００８０】
上述したように、本発明の金属線は半導体モジュールへの実装材料として有用であるが、特に太陽電池集電用インターコネクターとして有用である。これは、太陽電池集電用インターコネクターと、太陽電池セルとの実装形態が長さ１０ｃｍ以上に及ぶ線実装形態であること、太陽電池セルが低コスト化、高効率化を目的として薄肉化されていること、及び太陽電池集電用インターコネクターに流れる電流値が通用の半導体デバイスに比較して大きく、太陽電池集電用インターコネクターの厚さが太陽電池セルの厚さと同等であることによる。すなわち、本発明の金属線長手方向に対して軟質な金属線は、太陽電池集電用インターコネクターとして使用した場合、太陽電池セルと、太陽電池集電用インターコネクターとを接合する時の熱による太陽電池集電用インターコネクターと太陽電池セルとの界面にかかる熱応力や、太陽電池セルにかかる熱歪を小さくし得、太陽電池モジュール製造時の歩留まりを向上し得る。
【００８１】
更に、太陽電池セルを上述した太陽電池集電用インターコネクター（金属線）で直列接続したストリングスで構成される本発明の太陽電池モジュールは、昼夜及び季節による熱応力や、風雪による機械的な繰返し応力に強く、種々の使用環境の下でも長寿命化を実現し得る。これは、本発明の金属線は、金属線長手方向に軟質な組織構造を有しているため、熱応力や、機械的応力が加えられても、金属線側で塑性変形することによって、太陽電池モジュール内での太陽電池セルと金属線との間の界面にかかる繰返しの応力を緩和し得るとともに、太陽電池セルにかかる繰り返しの歪みをも緩和し得、接合部や、太陽電池セル内での破壊を抑制できるためである。また、太陽電池モジュール内で一の太陽電池セルと他の太陽電池セルとの間で、太陽電池集電用インターコネクターの金属線長手方向に引張や圧縮の熱応力、機械的応力が加えられたときでも、本発明の金属線は、金属線長手方向に破断伸びを大きくできる組織構造を有しているため、その分、破断を抑制し得、製品寿命が長く長期的に信頼性の高い太陽電池モジュールを提供できる。
【００８２】
本発明の金属線の製造方法は特に限定されるものではないが、一般的な金属線の製造方法では得ることができない。本発明の金属線の芯材の集合組織を得るには、例えば以下の手順が必要である。
【００８３】
この場合、面心立方構造を有する金属線で結晶軸＜１００＞が、金属線長手方向に対して方位差１５°以内にある領域（＜１００＞配向領域）の面積率を、６０％以上１００％以下有した組織を呈せしめた後、減面率で０．５％以上、３０％以下の減面加工を施し、更に１８０℃以上の温度で焼鈍する。
【００８４】
このように一旦、金属線長手方向に、強い＜１００＞集合組織を形成させた後、例えば金属線の角部に丸みを与える等して金属線長手方向に軽い加工をかけることによって、金属線長手方向に＜１００＞が向いた結晶粒内に歪みが導入され、その後、再結晶温度以上の温度で熱をかけることによって、それを駆動力としてランダムな方位に向いた結晶粒が生成され、金属線内で古い集合組織を浸食しながら、新しい方位を形成する。これにより、＜１１１＞方位、＜１００＞方位、及び＜２１１＞方位が抑制され、金属線長手方向に塑性変形が容易な、＜９４１＞方位を有する結晶粒を所定の面積率で形成し得る。
【００８５】
すなわち、最終冷間加工前に、小さな加工によって、歪みが蓄積されやすい＜１００＞方位を形成する必要がある。面心立方構造を有する金属に対して＜１００＞方向に変形を加えた時、１２個のすべり系のうちシュミット因子が等価な８つのすべり系が同時に働くことにより、局所的に歪みが蓄積されやすくなり、全体的には小さな歪みであっても再結晶が起こりやすい状況をもたらす。このような機構は銅や、アルミニウム、銀、金を始めとする面心立方構造を有した金属全てについて適用できる。
【００８６】
最終冷間加工前の中間金属線において、結晶軸＜１００＞が金属線長手方向に対して方位差１５°以内にある領域（＜１００＞配向領域）の面積率を、６０％以上１００％以下とした組織を得るためには、結晶粒径が５０μｍ以下の中間金属体を９０％以上の加工率で圧延、又は引抜等の加工をし、更に十分な再結晶をさせるため２００℃以上の焼鈍熱処理をする必要がある。十分な再結晶をさせるための焼鈍熱処理条件は、金属の種類や、純度にもよるが、再結晶しやすい純度９９．９重量％以上の無酸素銅であっても、２００℃で３０分程度の熱処理が必要である。
【００８７】
銅中に亜鉛が含有されると＜１００＞配向領域の形成は阻害されるが、上記の加工条件で、亜鉛の含有量が０．２重量％以下であれば、＜１００＞配向領域の面積率を６０％以上に確保できる。一方、ニッケルは、少なくとも０．５重量％以下の含有量までは、＜１００＞配向領域の面積率を減少させることはない。ただし、銅中のニッケルは、電気抵抗を押し上げる効果が大きいため、純銅の電気伝導率の９５％以上が確保できる０．１５重量％以下の添加が望ましい。
【００８８】
このようにして準備された最終冷間加工前の中間金属線を圧延、又は引抜等の加工方法によって減面率で０．５％以上、３０％以下の減面加工を施こすが、この際、減面率が０．５％に満たないと、再結晶させるための駆動力である歪エネルギーが蓄積されない。そのため、この場合には、その後、最終熱処理を得ても、本発明の組織が得られず、十分に軟質化しない。一方、最終冷間加工率か減面率で３０％を超えると、＜１１１＞方位を始めとする引抜加工、圧延加工等の通常の冷間加工集合組織が発達してしまい、熱処理を加えても本発明の組織が得られず、最終的に十分に軟質化しない。
【００８９】
最終再結晶熱処理は、その前の＜１００＞集合組織が発達した中間金属線を得るための中間再結晶熱処理ほどの熱履歴は必要ない。例えば、再結晶しやすい純度９９．９重量％以上の無酸素銅であれは、２００℃、数１０秒の連続熱処理でも、本発明の組織が得られ軟質化する。この熱処理で過度な熱履歴を与えると、結晶粒が粗大化してしまい、竹の節状の組織になり破断伸びが低下するので、過度な温度での焼鈍は望ましくない。上限温度は金属線の材料や、純度にもよるが８００℃以上の温度での焼鈍は望ましくない。
【００９０】
本発明の金属線は、純度の高い金を除いては２００℃以上の温度で酸化されるため、熱処理は窒素や不活性ガス等の非酸化性雰囲気で行われることが望ましい。
【００９１】
以上の工程を得て、面心立方構造を有する金属を主体とした芯材を有する金属線であって、面心立方構造の単位格子の結晶軸＜９４１＞が金属線長手方向に対して方位差１５°以内にある結晶粒を、面積率で３８％以上１００％以下有し、かつ、結晶軸＜１１１＞、結晶軸＜１００＞、及び結晶軸＜２１１＞が抑制された本発明の金属線を製造できる。
【００９２】
ここで、本発明の金属線の製造方法では、製造過程において、例えば最終冷間加工前の中間金属線での結晶軸＜１００＞の面積率や、その後の減面加工率、その後の熱処理時の条件を適宜調整することにより、金属線長手方向に対して方位差１５°以内までを含む結晶軸＜９４１＞の結晶粒の面積率を、３８％以上とすることができる。
【００９３】
具体的には、最終冷間加工前の中間金属線での結晶軸＜１００＞の面積率を上げたり、減面加工率を最適化したり、最終熱処理時の温度、時間等の熱履歴を最適化したりすることで、結晶軸＜９４１＞の結晶粒の面積率を上げることができる。
【００９４】
また、本発明の金属線の製造方法では、製造過程において、例えば最終冷間加工前の中間金属線での結晶軸＜１００＞の面積率や、その後の減面加工率、その後の熱処理時の条件を適宜調整することにより、金属線長手方向に対して方位差１０°以内までを含む結晶軸＜１１１＞の結晶粒の面積率を、２０％以下に調整し得る。結晶軸＜１１１＞の結晶粒の面積率を低下させるためには、＜１００＞集合組織が発達した中間金属線の作製した後の加工率を下げればよい。ただし、減面加工率で０．５％より小さい加工率では後の再結晶粒を得るための十分な駆動力が得られないので、減面加工率０．５％以上であることが望ましい。また、最終熱処理における温度を高く、時間を長くとることによっても結晶軸＜１１１＞の結晶粒の面積率を低下させることができる。
【００９５】
さらに、本発明の金属線の製造方法では、製造過程において、例えば最終冷間加工前の中間金属線での結晶軸＜１００＞の面積率や、その後の減面加工率、その後の熱処理時の条件を適宜調整することにより、金属線長手方向に対して方位差１０°以内までを含む結晶軸＜１００＞の結晶粒の面積率を、１２％以下に調整し得る。結晶軸＜１００＞の結晶粒の面積率を低下させるためには、＜１００＞集合組織が発達した中間金属線の作製した後の加工率を下げればよい。ただし減面加工率で０．５％より小さい加工率では後の再結晶粒を得るための十分な駆動力が得られないので、減面加工率０．５％以上であることが望ましい。また、減面加工率を大きく、特に３０％より大きい加工率を取ると、結晶軸＜１１１＞、後述する結晶軸＜２１１＞方位を有する結晶粒の面積率は増加するため、減面加工率３０％以下であることが望ましい。更に、最終熱処理における温度を低く、時間を短くとることによっても結晶軸＜１００＞の結晶粒の面積率を低下させることができる。
【００９６】
そして、本発明の金属線の製造方法では、製造過程において、例えば最終冷間加工前の中間金属線での結晶軸＜１００＞の面積率や、その後の減面加工率、その後の熱処理時の条件を適宜調整することにより、金属線長手方向に対して方位差１０°以内までを含む結晶軸＜２１１＞の結晶粒の面積率を、３０％以下に調整し得る。＜２１１＞集合組織が発達した中間金属線の作製した後の加工率を下げればよい。ただし減面加工率で０．５％より小さい加工率では後の再結晶粒を得るための十分な駆動力が得られないので、減面加工率０．５％以上であることが望ましい。また、最終熱処理における温度を高く、時間を長くとることによっても結晶軸＜２１１＞の結晶粒の面積率を低下させることができる。
【００９７】
本発明では、このようなプロセスを経て製造した金属線を芯材として当該芯材の表面を被覆層で被覆した金属線を最終製品としてもよい。この場合、芯材の表面を被覆する方法としては、被覆材が金属であれば、電気めっき、無電解めっき等の湿式めっき、溶融めっき等の方法が挙げられる。一方、被覆材が導電性樹脂であれば、ディッピング、ラミネート等の方法が挙げられる。芯材の表面修飾の方法としては、過度な加工等によって本発明の金属線における芯材の組織を破壊して硬化させるものでなければ方法は問わない。
【００９８】
本発明のプロセスにおいて、最終熱処理は再結晶を起こさせる程度の軽いもので良いことから、最終熱処理直前の中間線材、すなわち結晶軸＜１００＞が金属線長手方向に対して方位差１５°以内にある領域の面積率を、６０％以上１００％以下とした組織を呈せしめた後、減面率で０．５％以上、３０％以下の減面加工した線材に対し、表面修飾時の熱によって最終的な金属線中の芯材組織を所定の組織とする方法をとっても良い。芯材の表面を錫系半田でなる被覆層で被覆した金属線を製造する際における錫系半田の溶融めっきは２００℃から３００℃に加熱した溶融めっき槽に、芯材をくぐらせる工程であることから、芯材内で古い＜１００＞集合組織を浸食させて新しい方位を形成させる最終熱処理工程として適した工程である。
【実施例】
【００９９】
以下、本実施例に基づいて本発明を詳細に説明するが、これは本発明の例を示すものであり、本発明は実施例によって何ら限定されるものではない。【０１００】
（実施例１）
様々な組織を有する厚さ０．１５ｍｍ、幅２．０ｍｍの平角銅線を作製し、被覆層を有さずに芯材のみからなる金属線について、その組織と機械的特性の関係を調べた。【０１０１】
試料１から試料３は、本発明の製造方法に従って製造した金属線であり、以下のようなプロセスを経て作製した。直径２０ｍｍの成分規格ＪＩＳ  Ｃ１１００、純度９９．９重量％以上、焼鈍規格１／２Ｈ材のタフピッチ銅焼鈍棒材を金属線長手方向に板厚１．５ｍｍまで圧延し、窒素雰囲気中で３００℃で１時間の第一中間焼鈍を施し、０．１５０ｍｍの厚さまで圧延した。この第一焼鈍からの冷間加工率が９０．０％の薄板材に対し、スリット加工を施して、幅２．００ｍｍの平角線にした後、ステンレス製のボビンに巻き、バッチ炉を使用し窒素雰囲気中で１８０℃から４００℃の間で、試料１、試料２、及び試料３毎に温度を変えて第二中間焼鈍を施した。【０１０２】
すなわち、この段階での平角線のＣ断面形態は、図５のような厚さT1が０．１５０ｍｍ、幅W1が２．０ｍｍの平角形状である。これらの金属線を、断面扁平楕円状の穴形状（図６に示すような形状）を有する伸線ダイスに通して引抜加工を行った。伸線ダイスの穴形状は厚さ０．１５ｍｍ、幅２．０ｍｍであり、引き抜かれた平角線のＣ断面も０．１５０ｍｍ、幅２．００ｍｍとなり、図６に示したような端部の角が取れた平角線を得た。引抜加工前後の単位長さ当たりの線材の重量から減面加工率を計算したところ１．６％と算出された。更にこれらの金属線に対して、６００℃に加熱した炉長１ｍの管状炉内に窒素ガスを通気させながら３ｍ／ｍｉｎ．の速さで最終焼鈍を施した。すなわち、試料１、試料２、及び試料３は、第二中間焼鈍条件が異なる金属線であり、それぞれ第二中間焼鈍を１８０℃、３００℃、４２０℃の異なる温度で熱処理を行った金属線である。【０１０３】
試料４から試料９は比較のために作製した金属線である。【０１０４】
試料４は、第二中間焼鈍を１５０℃とした以外は、試料１から試料３と同じ手法で製造した金属線である。【０１０５】
試料５は、第一中間焼鈍を実施しなかった以外は試料３と同じ金属線である。【０１０６】
試料６は、第一中間焼鈍を６００℃とした以外は試料３と同じ方法で作製された金属線である。【０１０７】
試料７は、第一中間焼鈍前の圧延の板厚を１．３ｍｍとした以外は、試料３と全く同じ方法で作製した金属線である。スリット加工前の板厚は、０．１５ｍｍであるから、すなわち、第一焼鈍からの冷間加工率が８８．５％である。【０１０８】
試料８は、引抜加工を実施しなかった以外は試料１と同じ金属線である。【０１０９】
試料９は、直径１．１ｍｍのＪＩＳ  １１００の成分規格で１／２Ｈ材と呼ばれる焼鈍規格のタフピッチ銅焼鈍棒材を圧延加工によってつぶし、厚さが０．１５ｍｍ、幅が２．０ｍｍの平角線に仕上げた金属線を得、６００℃に加熱した炉長１ｍの管状炉内に窒素ガスを通気させながら、当該金属線に対して３ｍ／ｍｉｎ．の速さで最終焼鈍を施した金属線である。なお、試料９は、他の試料１から試料４とは異なり伸線ダイスを通していないプロセスにて作製したが、断面観察によって、Ｃ断面での断面形状が、試料１から試料４とほぼ同じ断面形状であることが確認された。試料８と試料９の製造方法は、平角線の製造方法として一般的な方法である。【０１１０】
このように製造された試料１から試料９について、引張試験によって、０．２％耐力と、破断伸びとを測定した。引張試験は、標点間距離１００ｍｍ、引張速さ１０ｍｍ/ｍｉｎ．の条件で実施した。【０１１１】
また、試料１から試料８の金属線、ならびに中間材料について組織を評価した。これらの金属線の断面を歪が入らないよう鏡面研磨し、ＥＢＳＤ法によって評価した。測定領域の大きさと測定間隔は、統計的に試料を代表する結果が得られるようにした。具体的には、測定領域内に結晶粒が１００個以上入るようにし、測定間隔は面積平均径の１／５以下になるようにした。一つの測定領域に入る結晶粒の数が１００個に満たない場合は、重ならない別な測定領域を測定し、結晶粒の総数が１００個以上になるような総測定領域とした。【０１１２】
平均結晶粒径として、面積で重みづけされた円相当径の平均値、すなわち面積平均径を評価した。結晶粒は、双晶境界を除く回転角で１５°以上の方位差を有する結晶粒界で囲まれる領域と定義した。単位格子のある結晶軸が一定の方位差以内にある結晶粒の面積率は、単位格子のある結晶軸が一定の方位差以下にある測定点数の全体の測定点数に対する割合で求めた。測定領域の大きさと測定点の間隔は、統計的に試料を代表する測定領域と測定点数になるようにすることによって、金属線長手方向に一定の結晶軸が一定の方位差以内にある点の総測定点数に対する割合は、金属線長手方向に一定の結晶軸が一定の方位差以内にある結晶粒の面積率に等しくなる。金属線長手方向でのシュミット因子の平均値は、各測定点毎に得られるシュミット因子を平均することによって求められる。【０１１３】
プロセスの主な相違点、中間材の評価結果、最終試料の評価結果を表１に示した。【０１１４】
【表１】
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【０１１５】
試料１から試料４、及び試料６から試料８の中間材料である第一中間焼鈍（第一焼鈍とも呼ぶ）後の板厚１．５ｍｍ（試料１から試料４、試料６、試料８）、または板厚１．３ｍｍ（試料７）での試料の圧延方向と直交する断面を研磨し、ＥＢＳＤ法によって結晶粒の面積平均径を評価した。ＥＢＳＤ法の測定範囲は、試料１から試料４、試料６、試料８は、８００μｍ×１５００μｍ、試料７は８００μｍ×１５００μｍで２μｍの間隔で測定を行った。その結果、試料１から試料４、試料７、試料８の面積平均径は、４１．３〜４９．８μｍの範囲であった。一方、試料６の面積平均径は、５８．０μｍであった。また、試料５の作製途中で１．５ｍｍまで圧延した段階での結晶粒の面積平均径は、９．８μｍであった。試料５は第一中間焼鈍を行わなかった試料であるが、試料１から試料３の第一中間焼鈍後の冷間圧延の工程の前の状態に当たるため、表１では、「第一焼鈍後の面積平均径」の欄に数値を示した。【０１１６】
次に、試料１から試料８の中間材料である第二中間焼鈍後の板厚０．２ｍｍでの試料の圧延方向（金属線長手方向）と平行で、板厚方向（厚さ方向）と直交するＬ断面を研磨し、ＥＢＳＤ法によって結晶方位の解析を行った。ＥＢＳＤ法の測定範囲は、８００μｍ×１６００μｍで２μｍの間隔で測定を行った。測定後、銅の結晶軸＜１００＞が試料の金属線長手方向（圧延方向）に対し方位差１５°以内にある点の総測定点数に対する割合を調べた。測定点数が多く、結晶粒径に比較して十分小さな間隔で測定を行ったため、金属線長手方向に銅の結晶軸＜１００＞が方位差１５°以内にある点の総測定点数に対する割合は、銅の結晶軸＜１００＞が金属線長手方向に対して方位差１５°以内にある結晶粒の面積率に等しい。【０１１７】
最終試料の材料組織の評価もＥＢＳＤ法にて行った。測定面は試料の金属線長手方向と平行で板厚方向に垂直、すなわちテープ面に平行なＬ断面であり、測定範囲は、８００μｍ×１６００μｍで２μｍの間隔で測定を行った。表１に示した平均結晶粒径に当たる面積平均径、結晶軸＜９４１＞が金属線長手方向に対して方位差１５°以内にある結晶粒の面積率、結晶軸＜１１１＞が金属線長手方向に対して方位差１０°以内にある結晶粒の面積率、結晶軸＜１００＞が金属線長手方向に対して方位差１０°以内にある結晶粒の面積率、結晶軸＜２１１＞が金属線長手方向に対して方位差１０°以内にある結晶粒の面積率、シュミット因子の平均値は、異なる２視野の平均値である。【０１１８】
試料１〜試料３は、金属線長手方向に対し方位差１５°以内までを含む結晶軸＜９４１＞の結晶粒の面積率が３８％以上であり、かつ、金属線長手方向に対し方位差１０°以内までを含む結晶軸＜１１１＞の結晶粒の面積率が２０％以下、金属線長手方向に対し方位差１０°以内までを含む結晶軸＜１００＞の結晶粒の面積率が１２％以下、金属線長手方向に対し方位差１０°以内までを含む結晶軸＜２１１＞の結晶粒の面積率が３０％以下であった。【０１１９】
ここで、試料１から試料９について、０．２％耐力値が５０ＭＰａ以下であるときは、特殊な軟質金属線であると判断し、５０ＭＰａを超えているときは、一般的な金属線であると判断した。その結果、このような本発明の結晶方位規定を有した試料１〜試料３では、０．２％耐力値が５０ＭＰａ以下の非常に小さい値を示し、金属線長手方向に軟質な金属線であることが確認できた。これは、銅線材の金属線長手方向に安定な方位である＜１００＞方位や＜１１１＞方位、＜２１１＞方位の形成が抑えられており、シュミット因子の高い＜９４１＞方位に近い結晶方位を有する結晶粒の占める面積率が高いためである。【０１２０】
＜１００＞方位や＜１１１＞方位、＜２１１＞方位が抑制され、＜９４１＞方位に近い結晶方位を有する結晶粒の占める面積率が高まる理由は、最終冷間加工前に中間材料の金属線長手方向に歪が蓄積されやすい＜１００＞集合組織を形成した後、引抜加工によって、面積減面率で１．６％の冷間加工率で適度な歪を導入した後、焼鈍を実施したことによる。【０１２１】
非常に小さな降伏応力を有する試料１〜試料３の銅線（金属線）は、熱歪みや、機械的な引張、たわみに対し、塑性変形で容易に応力を緩和できるため、半導体実装用金属線や、太陽電池集電用インターコネクターとして有用であることが確認できた。【０１２２】
試料１と試料２は、本発明の結晶方位規定を有していること、更に面積平均径が２０μｍ以上あることによって軟質性を示し、また面積平均径が平角線の幅の１／３０以下の十分に細かい組織であるため、変形を加えた時、均一に変形し、極めて破断伸びが大きく、繰り返しの歪みや応力に強い線材であることが分かった。一方、試料３は、本発明の結晶方位規定を有していること、更に面積平均径が５０μｍ以上あることによって、極めて優れた軟質性を有した金属線であることが分かった。【０１２３】
試料４は、第二焼鈍温度を１５０℃とした材料である。第二焼鈍温度が低かったことにより、＜１００＞集合組織の形成が不十分で加工歪みが残留した。更に加工が加えられたため、最終焼鈍前までの圧延と引抜による冷間加工率が高くなり、金属線長手方向に強い＜１１１＞加工集合組織が形成された。このため、試料４では、最終焼鈍による再結晶で金属線長手方向に＜１１１＞方位と＜１００＞方位が発達してしまい、シュミット因子の平均値が、本発明の試料１から試料３に比較して小さくなり、その結果、０．２％耐力値が５０ＭＰａを超えてしまい、金属線を十分軟質化し得なかった。【０１２４】
試料５は、第一焼鈍を省略して作製した試料である。第二焼鈍前の加工歪みが適正化されなかった結果、第二焼鈍後の＜１００＞集合組織が発達せず、その結果、最終組織の＜１００＞方位、＜２１１＞方位の値が、本発明の結晶方位規定を超えてしまい、十分な軟質化ができなかった。【０１２５】
試料６は、第一焼鈍を６００℃で行って作製した試料である。第一焼鈍温度が高かったために結晶粒が粗大化してしまい、その結果、後の圧延加工で均一に圧下できず、第二焼鈍後の＜１００＞方位割合も５９．８％と十分でなかった。最終組織は粗大結晶粒が形成され、板厚以上の面積平均径となったため、破断伸びも小さく、更に＜２１１＞方位の強さが本発明の結晶方位規定を超えてしまい、その結果、本発明の試料１から試料３に比較して十分に軟質化されなかった。【０１２６】
試料７は、試料３に比較して０．２％耐力値が大きく、５０ＭＰａを超えていた。これは、金属線長手方向に対し、シュミット因子の大きな＜９４１＞方位に近い方位の割合が、３６．１％と比較的小さかったためである。これは、第一焼鈍からの冷間加工率が８８．５％であり、その結果、第二中間焼鈍後の＜１００＞方位の発達が十分でなかったことに起因する。【０１２７】
試料８は、第二焼鈍後の引抜加工を行わなかった試料である。その結果、金属線長手方向に対して、第二中間焼鈍によって発達させた再結晶集合組織の＜１００＞方位に加えて、シュミット因子の高い＜１１１＞方位が残留し、これらの方位が主体となったため、シュミット因子の低い＜９４１＞方位周囲の結晶粒の割合が１．３％と小さく、十分に耐力を低減することができなかった。＜１００＞方位を発達させた後の軽度な冷間加工が、最終焼鈍後の組織に大きな影響を与え、面心立方構造を有した金属で発達しやすい＜１１１＞方位と＜１００＞方位とを主体とする集合組織の形成を抑制する上で重要であることがわかった。【０１２８】
試料９は、丸線から圧延加工によって平角線を作製する一般的な手法で作製された材料である。線材のＬ断面のＥＢＳＤ法による解析の結果、伸線加工と圧延加工により、線材の最終焼鈍組織前の組織は、金属線長手方向に＜１１１＞方位を主体とする＜１１１＞方位と＜１００＞方位が混在する集合組織が形成されていることが確認された。試料１から試料３と同じ条件で最終焼鈍を施しても、金属線長手方向に対して、＜１１１＞方位と＜１００＞方位を主体とする集合組織が維持され、＜９４１＞方位の割合が大きな試料１から試料３に比較して、０．２％耐力が５０ＭＰａを大きく超え、破断伸びも小さい結果となった。【０１２９】
以上の結果から、面心立方構造を有した金属の圧延、又は引抜加工で作製した線材で発達し易い金属線長手方向に対する＜１１１＞集合組織、＜１００＞集合組織、＜２１１＞集合組織を抑制し、＜９４１＞方位に近い方位の＜９４１＞集合組織の割合が大きい組織とすることで０．２％耐力値が５０ＭＰａ以下と小さくなり、破断伸びが大きな金属線が得られることが確認できた。【０１３０】
このような金属線を得る手法の一つは、金属線長手方向に対して方位差１５°以内までを含む結晶軸＜１００＞の＜１００＞配向領域の面積率が一定以上の割合となる組織を呈せしめた後、軽度の減面加工を施し、再結晶温度以上の温度で焼鈍する方法があることがわかった。【０１３１】
具体的には、結晶粒径が５０μｍ以下の面心立方構造の金属に対し、９０％以上の引抜加工、または圧延加工を施す工程を経て製造した金属線を、１８０℃以上の温度で加熱し、金属線長手方向に対して方位差１５°以内までを含む結晶軸＜１００＞の＜１００＞配向領域の面積率が６０％以上１００％以下となる組織を呈せしめた後、数％程度の減面加工を施し、２００℃以上の温度で焼鈍する工程を含むプロセスを踏むことである。【０１３２】
（実施例２）
次に、本発明の金属線として、半田めっきを施した平角線を作製し、その特性を評価した。【０１３３】
板厚３ｍｍの成分規格ＪＩＳ  Ｃ１０２０、純度９９．９５重量％以上、焼鈍規格Ｈ材の無酸素銅板を金属線長手方向に板厚２．０ｍｍまで圧延し、窒素雰囲気中２８０℃で１時間の第一中間焼鈍を施した。その後、冷間圧延で０．３ｍｍ、０．２９ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．２０１ｍｍの冷間加工板を作製した。それぞれの厚さの冷間圧延銅板に対しスリット加工を施して幅１．３０ｍｍの中間平角線にした。【０１３４】
厚さ０．３ｍｍ、幅１．３０ｍｍの中間平角線に対して、窒素気流中で２００℃２時間の第二中間焼鈍を施した。次いで、断面楕円状の穴形状でなる穴幅１．３ｍｍで高さの異なる超硬ダイス６枚を使用して、各回減面率３．１％から７．７％で、最終的に穴幅１．３ｍｍ、穴高さ０．２ｍｍの超硬ダイスを通して、幅１．３ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの図６で示したような平角銅線を作製した。第二中間焼鈍後の平角銅線の１ｍ長さ当たりの重量と幅１．３ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの超硬ダイスを通した後の平角銅線の１ｍ長さ当たりの重量から、この間の冷間加工率は３１．９％と算出された。この最終冷間加工後の平角銅線に対し、連続半田めっき炉で溶融半田めっきを施した。【０１３５】
連続半田めっき炉は、管状炉である光輝焼鈍炉と、半田めっき槽を有する半田めっき炉からなる。光輝焼鈍炉の炉長は１ｍであり、加熱したステンレス管内を３Ｌ／ｍｉｎ．の流量でＮ２−４体積％Ｈ２ガスを通気させながら、平角銅線を通線し、表面を活性化する。その後、ステンレス管末端部を半田槽の溶融半田液面下に配置することによって、平角銅線を大気に触れさせることなく溶融半田槽内を通過させ、液面から垂直真上に引き上げることによって平角銅線の表面に半田めっきを施す。半田はＳｎ−４０重量％Ｐｂ半田を使用した。光輝焼鈍炉の温度は６８０℃、半田めっき槽の温度は２２０℃とし、通線速さは５ｍ／ｍｉｎ．とした。【０１３６】
以上の条件で、厚さ０．３ｍｍ、幅１．３０ｍｍの中間平角線から作製した試料を試料２１とした。【０１３７】
厚さ０．２９ｍｍ、幅１．３０ｍｍの中間平角線は、窒素気流中で２００℃２時間の第二中間焼鈍を施した。次いで、断面楕円状の穴形状を有し、穴幅１．３ｍｍで高さの異なる超硬ダイス５枚を使用して、各回減面率３．１％から７．７％で、最終的に穴幅１．３ｍｍ、穴高さ０．２ｍｍの超硬ダイスを通して、幅１．３ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの図６で示したような平角銅線を作製した。第二中間焼鈍後の平角銅線の１ｍ長さ当たりの重量と幅１．３ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの超硬ダイスを通した後の平角銅線の１ｍ長さ当たりの重量から、この間の冷間加工率は２９．９％と算出された。この最終冷間加工後の平角銅線に対し、連続半田めっき炉で溶融半田めっきを施した。溶融半田めっき条件は試料２１と同じであり、厚さ０．２９ｍｍ、幅１．３０ｍｍの中間平角線から作製した試料を試料２２とした。【０１３８】
厚さ０．２５ｍｍ、幅１．３０ｍｍの中間平角線は、窒素気流中で２００℃２時間の第二中間焼鈍を施した。次いで、断面楕円状の穴形状を有し、穴幅１．３ｍｍで高さの異なる超硬ダイス３枚を使用して、各回減面率６．２％から７．７％で、最終的に穴幅１．３ｍｍ、穴高さ０．２ｍｍの超硬ダイスを通して、幅１．３ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの図６で示したような平角銅線を作製した。第二中間焼鈍後の平角銅線の１ｍ長さ当たりの重量と幅１．３ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの超硬ダイスを通した後の平角銅線の１ｍ長さ当たりの重量から、この間の冷間加工率は１９．３％と算出された。この最終冷間加工後の平角銅線に対し、連続半田めっき炉で溶融半田めっきを施した。溶融半田めっき条件は試料２１と同じであり、厚さ０．２５ｍｍ、幅１．３０ｍｍの中間平角線から作製した試料を試料２３とした。【０１３９】
厚さ０．２０１ｍｍ、幅１．３０ｍｍの中間平角線は、窒素気流中で２００℃２時間の第二中間焼鈍を施した。次いで、断面楕円状の穴形状を有し、穴幅１．３ｍｍ、穴高さ０．２ｍｍの超硬ダイスを通して、幅１．３ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの図６で示したような平角銅線を作製した。第二中間焼鈍後の銅平各線の１ｍ長さ当たりの重量と幅１．３ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの超硬ダイスを２回通した後の平角銅線の１ｍ長さ当たりの重量から、この間の冷間加工率は０．５０％と算出された。この最終冷間加工後の平角銅線に対し、連続半田めっき炉で溶融半田めっきを施した。溶融半田めっき条件は試料２１と同じであり、厚さ０．２０１ｍｍ、幅１．３０ｍｍの中間平角線からダイス２回を通して作製した試料を試料２４とした。【０１４０】
試料２４に対し、穴幅１．３ｍｍ、穴高さ０．２ｍｍの超硬ダイスを１回通して作製した最終冷間加工後の平角銅線を、同じ条件で半田めっきした材料を試料２５とした。試料２５の最終冷間加工後の平角銅線の断面積はやや大きく、第二中間焼鈍後の平角銅線の１ｍ長さ当たりの重量と幅１．３ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの超硬ダイスを１回通した後の平角銅線の１ｍ長さ当たりの重量から、この間の冷間加工率は０．４８％と算出された。【０１４１】
試料２１から試料２５の試料の半田もめっき厚は同じであり、片側トップ厚で２０μｍであった。【０１４２】
このようにして製造した試料２１から試料２５について、引張試験によって、０．２％耐力と、破断伸びとを測定した。引張試験は、標点間距離１００ｍｍ、引張速さ１０ｍｍ/ｍｉｎ．の条件で実施した。０．２％耐力は、銅芯材のＣ断面の面積で除することによって算出した。【０１４３】
また、試料２１から試料２５の銅芯材、ならびに中間材料の組織を評価した。これらの材料の断面を歪が入らないよう鏡面研磨し、ＥＢＳＤ法によって評価した。測定領域の大きさと測定間隔は、統計的に試料を代表する結果が得られるようにした。具体的には、測定領域内に結晶粒が１００個以上入るようにし、測定間隔は面積平均径の１／５以下になるようにした。一つの測定領域に入る結晶粒の数が１００個に満たない場合は、重ならない別な測定領域を測定し、結晶粒の総数が１００個以上になるような総測定領域になるようにした。【０１４４】
平均結晶粒径として、面積で重みづけされた円相当径の平均値、すなわち面積平均径を評価した。結晶粒は、双晶境界を除く回転角で１５°以上の方位差を有する結晶粒界で囲まれる領域と定義した。単位格子の所定結晶軸が一定の方位差以内にある結晶粒の面積率は、単位格子の所定結晶軸が一定の方位差以下にある測定点数の全体の測定点数に対する割合で求めた。測定領域の大きさと測定点の間隔は、統計的に試料を代表する測定領域と測定点数になるようにすることによって、金属線長手方向に一定の結晶軸が一定の方位差以内にある点の総測定点数に対する割合は、金属線長手方向に一定の結晶軸が一定の方位差以内にある結晶粒の面積率に等しくなる。金属線長手方向のシュミット因子の平均値は、各測定点毎に得られるシュミット因子を平均することによって求められる。【０１４５】
プロセスの主な相違点、中間材の評価結果、最終試料の評価結果を表２に示した。【０１４６】
【表２】
2016002770.tif 000006
【０１４７】
試料２１から試料２５の中間材料である第一中間焼鈍後の板厚２ｍｍの試料の圧延方向（金属線長手方向）と直交する断面を研磨し、ＥＢＳＤ法によって結晶粒の面積平均径を評価した。ＥＢＳＤ法による測定範囲は８００μｍ×１６００μｍで、２μｍの間隔で測定を行った。その結果、面積平均径は、２０．１μｍから２２．３μｍの範囲であった。【０１４８】
次に、試料２１から試料２５の中間材料である第二中間焼鈍（第二焼鈍とも呼ぶ）後の板厚０．３ｍｍ〜０．２０１ｍｍの試料の圧延方向（金属線長手方向）と平行で板厚方向に垂直なＬ断面を研磨し、ＥＢＳＤ法によって結晶方位の解析を行った。ＥＢＳＤ法による測定範囲は、８００μｍ×１６００μｍで４μｍの間隔で測定を行った。測定後、圧延方向（金属線長手方向）に対して方位差１５°以内までを含む結晶軸＜１００＞となった点の総測定点数に対する割合を調べた。測定点数が十分多く、結晶粒径に比較して十分小さな間隔で測定を行ったため、金属線長手方向に対して方位差１５°以内までを含む結晶軸＜１００＞であった点の総測定点数に対する割合は、金属線長手方向に対して方位差１５°以内までを含む結晶軸＜１００＞の結晶粒の面積率に等しい。その面積率は、加工率が大きいほど大きい傾向が認められたが、全ての厚さの試料において９０％以上であった。特に冷間加工率の大きな試料２４と試料２５では、９９．９％に達した。【０１４９】
最終試料の銅芯材組織の評価もＥＢＳＤ法にて行った。測定面は試料の金属線長手方向と平行で板厚方向に垂直、すなわちテープ面に平行なＬ断面であり、測定範囲は、８００μｍ×１６００μｍで２μｍの間隔で測定を行った。その結果を表２に示した。表２に示した平均結晶粒径に当たる面積平均径、金属線長手方向に対して方位差１５°以内までを含む結晶軸＜９４１＞の結晶粒の面積率、金属線長手方向に対して方位差１０°以内までを含む結晶軸＜１１１＞の結晶粒の面積率、金属線長手方向に対して方位差１０°以内までを含む結晶軸＜１００＞の結晶粒の面積率、金属線長手方向に対して方位差１０°以内までを含む結晶軸＜１１１＞の結晶粒の面積率、金属線長手方向に対して方位差１０°以内までを含む結晶軸＜２１１＞の結晶粒の面積率、シュミット因子の平均値は、異なる２視野の平均値である。【０１５０】
試料２１〜試料２５のプロセス上の大きな差異は第二焼鈍後の最終冷間加工率の差である。この差によってそれぞれの材料の組織、シュミット因子の平均値が変わり、その結果、０．２％耐力値と破断伸びとが大きく異なる結果となった。銅芯材の断面積が半田に比較して大きいこと、銅芯材の強度は半田に比較して大きいこと、半田の目付量は試料間で同じであることから、機械的な特性は、おおよそ銅芯材の機械的性質で決まる。【０１５１】
試料２１の０．２％耐力値が５０ＭＰａを超え、破断伸びが小さいのは、第二焼鈍後の最終冷間加工率が高くなったため、加工集合組織である金属線長手方向に対する＜１１１＞方位が大きくなり、＜９４１＞方位に近い結晶粒の割合が３８％未満となったためである。【０１５２】
一方、試料２５の試料の０．２％耐力値が５０ＭＰａを超え、特に破断伸びが小さいのは、第二焼鈍後の最終冷間加工率が低すぎて、線材の金属線長手方向に対し、第二焼鈍で形成させた＜１００＞方位が残留したためである。試料２１及び試料２５では、シュミット因子が０．４２５未満となり、試料２２から試料２４に比較してシュミット因子が小さかった。【０１５３】
試料２４で０．２％耐力が著しく小さかった理由は、線材の金属線長手方向に対し、第二焼鈍で形成させた＜１００＞方位割合が著しく小さくなり、かつ＜１１１＞方位の割合が抑制されている一方で、＜９４１＞に近い方位の割合が増加し、更に結晶粒の大きさが大きいためである。このような組織が形成された原因は、最終冷間加工前に中間材料の金属線長手方向に歪が蓄積されやすい＜１００＞集合組織を形成した後、引抜加工によって、面積減面率で冷間加工率０．５０％の適度な歪を導入した後、焼鈍を実施したことにより、＜１００＞集合組織内で局所的に高くなった歪エネルギーを駆動力として、連続半田めっきプロセス中にランダムな方位の再結晶粒が形成され、これが成長したためである。【０１５４】
試料２４のような０．２％耐力の著しく小さな材料は、半導体実装用金属線として使用される時、半田のリフローによる接合プロセスや使用時の熱サイクルに対し、接合界面や金属線そのものに熱歪みを受けた時、金属線側で塑性変形することによって、その応力を小さくすることができる。【０１５５】
試料２３で０．２％耐力が小さく、かつ破断伸びが著しく大きいのは、試料２４と同じ機構によって、線材の金属線長手方向に対し、第二焼鈍で形成させた＜１００＞方位割合が著しく小さくなり、かつ＜１１１＞方位の割合が抑制されている一方で、＜９４１＞に近い方位の割合が増加した上、最終冷間加工率を試料２４に比較して高くしたことによって、結晶粒の大きさが小さく抑えられたため、変形時に微視的により均一に変形しうるためである。【０１５６】
試料２３のような０．２％耐力の小さな材料は、半導体実装用金属製として使用される時、半田のリフローによる接合プロセスや使用時の熱サイクルに対し、接合界面や金属線そのものに熱歪みを受けた時、金属線側で塑性変形することによって、その応力を小さくすることができ、更に金属線自体の破断のみが大きいことによって、繰り返し疲労による破断に対して、大きな耐性を有する。【０１５７】
（実施例３）
次に、試料２３と試料２４と同じ工程で銅芯材を作製し、Ｓｎ−０．５重量％Ｃｕの溶融半田めっきを銅芯材に施した金属線を作製し、比較例とともに太陽電池集電用インターコネクターとしての基本的な特性を比較した。【０１５８】
試料３１は試料２３と同じ工程で、図６に示したような断面楕円状の幅１．３ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの平角銅線を作製した後、Ｓｎ−０．５重量％Ｃｕ浴を溶融めっき浴とした連続半田めっき炉で溶融めっきを行った金属線である。【０１５９】
試料３２は試料２４と同じ工程で、図６に示したような断面楕円状の幅１．３ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの平角銅線を作製した後、Ｓｎ−０．５重量％Ｃｕ浴を溶融めっき浴とした連続半田めっき炉で溶融めっきを行った金属線である。【０１６０】
試料３３は、試料３１、試料３２と同じ材質の成分規格ＪＩＳ  Ｃ１０２０、純度９９．９５重量％以上、焼鈍規格Ｈ材で直径１．２ｍｍの無酸素丸銅線を圧延して、図６に示したような断面楕円状の幅１．３ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの平角銅線を作製した後、Ｓｎ−０．５重量％Ｃｕ浴を溶融めっき浴とした連続半田めっき炉で溶融めっきを行った金属線である。【０１６１】
連続半田めっき装置は、実施例２で使用したものと同じものであり、管状炉である光輝焼鈍炉と、半田めっき槽を有する半田めっき炉とからなる。光輝焼鈍炉の炉長は１ｍであり、加熱したステンレス管内を３Ｌ／ｍｉｎ．の流量でＮ２−４体積％Ｈ２ガスを通気させながら、平角銅線を通線し、表面を活性化する。その後、ステンレス管末端部を半田槽の溶融半田液面下に配置することによって、平角銅線を大気に触れさせることなく溶融半田槽内を通過させ、液面から垂直真上に引き上げることによって平角銅線の表面に半田めっきを施す。半田はＳｎ−０．５重量％Ｃｕ半田を使用した。光輝焼鈍炉の温度は６７５℃、半田めっき槽の温度は２５０℃とした。なお、ここでは、実施例２の場合と異なり、平角線の断面よりやや大きな穴のあいた絞りダイスを半田浴の液面に設置し、この中を通線することによって半田めっき厚を抑制した。通線速さは、１０ｍ／ｍｉｎ．とした。その結果、いずれの材料も重量目付量で厚さ３μｍの半田めっき線となった。【０１６２】
このように製造された試料３１から試料３３について、引張試験によって、０．２％耐力と破断伸びとを測定した。引張試験は、標点間距離１００ｍｍ、引張速さ１０ｍｍ/ｍｉｎ．の条件で実施した。０．２％耐力は、銅芯材のＣ断面の面積で除することによって算出した。【０１６３】
最終試料の銅芯材の組織の評価は、実施例１、実施例２と同様にＥＢＳＤ法にて行った。測定面は試料の金属線長手方向と平行で板厚方向に垂直、すなわちテープ面に平行なＬ断面であり、測定範囲は、８００μｍ×１６００μｍで２μｍの間隔で測定を行った。その結果を引っ張り試験結果と共に、表３に示した。表３に示した平均結晶粒径に当たる面積平均径、金属線長手方向に対して方位差１５°以内までを含む結晶軸＜９４１＞の結晶粒の面積率、金属線長手方向に対して方位差１０°以内までを含む結晶軸＜１１１＞の結晶粒の面積率、金属線長手方向に対して方位差１０°以内までを含む結晶軸＜１００＞の結晶粒の面積率、金属線長手方向に対して方位差１０°以内までを含む結晶軸＜２１１＞の結晶粒の面積率、シュミット因子の平均値は、異なる２視野の平均値である。【０１６４】
【表３】
2016002770.tif 000007
【０１６５】
銅芯材の断面積が半田に比較して大きいこと、銅芯材の強度は錫に比較して大きいこと、錫の目付量は試料間で同じであることから、機械的な特性は、おおよそ銅芯材の機械的性質で決まる。【０１６６】
試料３１で０．２％耐力が小さく、かつ破断伸びが著しく大きいのは、試料２３と同じ機構による。試料３２で０．２％耐力が特に小さく、かつ破断伸びが大きいのは、試料２４と同じ機構が働いたためである。【０１６７】
一方、試料３３のシュミット因子が０．４２５以下で小さく、０．２％耐力が大きいのは、面心立方構造を有した金属の金属線長手方向に対する加工集合組織、再結晶安定集合組織である＜１１１＞方位、＜１００＞方位が発達したためである。【０１６８】
次に、試料３１から試料３３の金属線を太陽電池集電用インターコネクターとして使用したときの評価を行った。【０１６９】
太陽電池への実装評価に使用した太陽電池セルは多結晶シリコン半導体で構成され、１５６ｍｍ角、厚さ１８０μｍの大きさである。太陽電池セルの表裏には３本の平行なインターコネクター接合用の電極が設けられている。電極は銀ペーストが焼き付けられたものである。【０１７０】
この太陽電池セルに、電極に沿って、市販の銀粒子と、アクリルレジンを主成分とする導電性ペーストとを媒体として２００ｍｍの長さの金属線を太陽電池集電用インターコネクターとして銀電極上に接合した。接合温度は１５０℃である。接合した太陽電池集電用インターコネクターは受光面に３本、裏面に３本の合計６本であり、１本当たりの接合長さは１５０ｍｍの線実装である。受光面側では一方側から約４０ｍｍの太陽電池集電用インターコネクターをはみ出させ、裏面側では、受光面側とは逆側の他方側から約４０ｍｍの太陽電池集電用インターコネクターをはみ出させて、受光面側の一方と、裏面側の他方とで容易に外部と結線できるようにした。【０１７１】
線実装した後、室温（２５℃）まで自然冷却し、荷重を除いたところ、太陽電池セルには、線実装の方向に反りが見られた。これは、シリコンウエハよりも太陽電池集電用インターコネクターの方が、熱膨張係数が大きく、リフロー後に室温に戻した時の熱収縮量に差が生じたからであり、反りの程度は、試料３１から試料３３で有意な差が認められた。反りの大きさは、太陽電池セルの最大高低差を反り量として評価した。表３にその結果を示した。表３では、太陽電池集電用インターコネクターを太陽電池セル３枚に実装して、それぞれの試料毎に、３枚の太陽電池セルでの反り量の平均をとった。【０１７２】
最も反りが小さかったのは、試料３２の太陽電池集電用インターコネクターを実装した太陽電池セルであった。これは、試料３２の太陽電池集電用インターコネクターの０．２％耐力値が最も小さいため、当該太陽電池集電用インターコネクターが容易に金属線長手方向に塑性変形した結果、熱応力が小さくなったためである。一方、反り量が特に大きくなったのは、試料３３の太陽電池集電用インターコネクターを実装した太陽電池セルであった。これは、試料３３の太陽電池集電用インターコネクターの０．２％耐力値が特に大きいため、熱応力が大きくなった結果である。これらの太陽電池セルをバックシートとガラスとで樹脂中にラミネートすると、強制的に反りが矯正させるため、反りが大きい太陽電池セルは破損する確率が高く、歩留まり落ちの原因となる。【０１７３】
次に、太陽電池としての発電性能を評価した。試料３１から試料３３の太陽電池集電用インターコネクターを実装した各３枚、合計９枚の太陽電池セルについて、ＪＩＳ規格Ｃ８９１２に基づくソーラーシミュレータを使用し、ＪＩＳ規格Ｃ８９１３に順じた方法で電流−電圧特性を計測し、発電効率を導出した。表３の「初期効率」の欄に、試料３１から試料３３について、３枚の太陽電池セルの平均値を示した。試料３３の太陽電池集電用インターコネクターを使用した太陽電池セルの発電効率がやや小さかったが、試料３１から試料３３について大きな差は認められなかった。【０１７４】
次に発電効率を測定した９枚の太陽電池セルについて、熱サイクル試験（ＴＣＴ試験）を実施した。熱サイクルは−４５℃と１２５℃を２サイクル／時間で印加した。サイクル数１００回を経過した太陽電池セルについて、再度発電効率を測定した。表３の「ＴＣＴ試験後の効率」の欄に、試料３１から試料３３について、３枚の太陽電池セルの平均値を示した。試料３１と試料３２とを使用して作製した太陽電池セルは、発電効率の低下がほとんど見られなかった。特に破断伸びの大きな試料３２を使用して作製した太陽電池セルの効率低下が最も小さかった。【０１７５】
一方、試料３３を使用して作製した太陽電池セルの発電効率は、ＴＣＴ試験前に対して著しく低下した。これは試料３３の０．２％耐力値が５０ＭＰａを超えており、繰り返しの熱歪が加えられた時、電極との接合界面での応力が、試料３１や、試料３２に対して大きくなり、接合部にクラックが導入され劣化したためである。【０１７６】
（実施例４）
次に、本発明の金属線が、結晶型太陽電池セルに実装する太陽電池集電用インターコネクターとして有用であることを示すため、本発明の金属線と、市場にある結晶型太陽光パネルに使用されている太陽電池集電用インターコネクターとについて、その組織と機械的特性について調べた。【０１７７】
同じ条件で比較するため、半田めっきを施した本発明の金属線と、比較のために一般的な平角線の製造法で作製した金属線とを使用して、太陽電池セルに配線し、ラミネートを施した。【０１７８】
本発明の金属線を太陽電池集電用インターコネクターとして使用したときの試料４１と試料４２の銅芯材は、それぞれ実施例３における試料３１と試料３２の銅芯材と同じである。また、比較のために作製した金属線を太陽電池集電用インターコネクターとして使用したときの試料４３の銅芯材は、実施例３における試料３３と同じである。【０１７９】
これらの３種類の金属線の銅芯材の表面を、Ｓｎ−３．０重量％Ａｇ−０．５重量％Ｃｕで溶融めっきした。連続半田めっき装置は、実施例３に使用したものと同じものであり、管状炉である光輝焼鈍炉と、半田めっき槽を有する半田めっき炉とからなる。光輝焼鈍炉の炉長は１ｍであり、加熱したステンレス管内を３Ｌ／ｍｉｎ．の流量でＮ２−４体積％Ｈ２ガスを通気させながら、銅芯材からなる金属線を通線させ、表面を活性化する。その後、ステンレス管の末端部を半田槽の溶融半田液面下に配置することによって、銅芯材からなる金属線を大気に触れさせることなく溶融半田槽内を通過させ、液面から垂直真上に引き上げることによって銅芯材の表面に半田めっきを施す。半田はＳｎ−３．０重量％Ａｇ−０．５重量％Ｃｕを使用した。光輝焼鈍炉の温度は６７５℃、半田めっき槽の温度は２３５℃とした。通線速さは、５ｍ／ｍｉｎ．とした。その結果、試料４１から試料４３のいずれの金属線も重量目付量で厚さ２０μｍの半田めっき線となった。片側トップ厚は３４．５μｍであった。【０１８０】
これらの半田めっきした平角銅線を、太陽電池集電用インターコネクターとして使用した時の特性を評価した。太陽電池セルは、５インチ（約１２５ｍｍ角）の単結晶セルと６インチ（約１５６ｍｍ角）の多結晶セルを準備した。５インチの単結晶セル上にはインターコネクター配線用の電極として、受光面及び裏面にそれぞれ２本の銀電極が形成されている。６インチの単結晶セル上にはインターコネクター配線用の電極として、受光面及び裏面にそれぞれ３本の銀電極が形成されている。試料４１は５インチセルに配線した。一方、試料４２と試料４３は６インチセルに配線した。【０１８１】
配線は一般的な太陽電池セルの配線を製造する装置と同じ製造条件でストリングを製造できるエヌ・ピー・シー社製の全自動配線装置（ＮＴＳ−１５０−ＳＭ）を使用して、２つの太陽電池セルのストリングを作製した。接合条件はステージ温度  １９０℃、熱風温度  ４２０℃、接合時間３秒である。太陽電池セル間の距離は２ｍｍとした。【０１８２】
次いでこのストリングスに対し、一般的な太陽光パネルを模擬してラミネートを施した。３５０ｍｍ角、厚さ３ｍｍ太陽電池用強化ガラスの上にＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合樹脂）シートを載せ、その上に２連のストリングスを太陽電池セル間の距離を５ｍｍとして受光面を下にし、２ｘ２列の合計４枚の太陽電池セルを配置した。更にＥＶＡシートを重ねて、その上に太陽電池用のバックシートを載せ、減圧中１５０℃でＥＶＡを軟化してラミネートを施し、模擬的な太陽光パネルを作製した。【０１８３】
作製した太陽光パネル３種類と、比較のために用意した市販の太陽光パネル９種類とから太陽電池集電用インターコネクターをそれぞれ取り外し、その特性を調べた。市販の太陽光パネルとしては、国内メーカー４社と海外メーカー５社の合計９種類の太陽光パネルを用いた。【０１８４】
各太陽光パネルから太陽電池集電用インターコネクターを取り外す際には、太陽電池集電用インターコネクターの機械的特性と組織とが損なわれないように、当該太陽電池集電用インターコネクターに対して熱的負担や、機械的負荷がかからないよう細心の注意を払った。まず、ウオータージェットを用いて、太陽光パネルのうち、太陽電池集電用インターコネクターに沿って、幅１０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの小片を、太陽電池集電用インターコネクターの周りの受光面側ガラスと裏面バックシートごと切り出した。この剛体小片を、N-プロピルブロマイドに浸出して、太陽電池集電用インターコネクターの周囲部材を溶解し、長さ１５０ｍｍの太陽電池集電用インターコネクターを取り出した。市販の９種類の太陽光パネルから取り出した太陽電池集電用インターコネクターを試料４４から試料５２とした。【０１８５】
取り出した太陽電池集電用インターコネクターの銅芯材のＬ断面組織はＥＢＳＤ法で測定して評価した。テープ状の太陽電池集電用インターコネクターの幅広面中央部を研磨して銅でなる芯材部分を露出させ、コロイダルシリカを用いて最終仕上げ研磨を行い、８００μｍ×１６００μｍの領域を２μｍの間隔で結晶方位測定をした。太陽電池集電用インターコネクターの０．２％耐力、破断伸びは、引張試験機を使用して、評点間距離１００ｍｍ、引張速さ１０ｍｍ／ｍｉｎ．の条件で測定し、７本の平均をとることによって得た。０．２％耐力値は破断加重を画像処理で算出した銅芯材の断面積で除することによって得た。【０１８６】
以下の表４に太陽光パネル内のシリコンセルと、太陽電池集電用インターコネクターのＣ断面形状、仕様半田、引張試験、及び組織解析の結果を示した。【０１８７】
【表４】
2016002770.tif 000008
【０１８８】
太陽光パネルから取り出した試料４１及び試料４２の太陽電池集電用インターコネクターは、実施例３の試料３１及び試料３２の各太陽電池集電用インターコネクターに比較して０．２％耐力が５０ＭＰａ以上あり大きい値となった。この最大の要因は、太陽電池セルへの配線時に太陽電池集電用インターコネクターを直線状に矯正したことによる加工硬化である。しかしながら、太陽光パネルから取り出した試料４１及び試料４２の各太陽電池集電用インターコネクターは、０．２％耐力が５０ＭＰａ以上あるものの、他の試料４３から試料５２の各太陽電池集電用インターコネクターに比較して非常に小さかった。これは、試料４１及び試料４２では、金属線長手方向に対する一般的な圧延や引抜による平角線製造プロセスで面心立方構造を有した金属の金属線を製造する際に、金属線長手方向に発達しやすい＜１１１＞集合組織、＜１００＞集合組織、＜２１１＞集合組織の形成が抑制されており、さらには結晶軸＜９４１＞に近い方位の割合が大きいためである。【０１８９】
太陽光パネル内の試料４４から試料４７の０．２％耐力が大きいのは、金属線長手方向に対するシュミット因子が特に小さく、変形に大きな応力を必要とする＜１１１＞方位や＜２１１＞方位に近い方位を有する結晶粒の割合が大きいためである。【０１９０】
太陽光パネル内の試料４３、並びに試料４８から試料５２の０．２％耐力が大きいのは、結晶粒が小さく、金属線長手方向に対するシュミット因子が＜９４１＞方位より小さく、また加工硬化し易い＜１００＞に近い方位を有する結晶粒の割合が大きいためである。【０１９１】
太陽光パネル内の太陽電池集電用インターコネクターの０．２％耐力が小さい値を示す太陽電池モジュールは、使用時の環境や、動作時の繰り返しの熱応力、風雪による繰り返しの機械的な応力を太陽電池集電用インターコネクター（金属線）側で緩和できるため、半導体、金属、及び半導体と金属の界面での破壊、破断を抑制できる。また、太陽光パネル内の太陽電池集電用インターコネクターの破断伸びが高い値を示す太陽電池モジュールは、使用時の環境や、動作時の繰り返しの熱応力、風雪による繰り返しの機械的な応力に対し、太陽電池集電用インターコネクターの疲労破断に対する耐性が大きい。【０１９２】
以上、本発明の金属線は、太陽電池集電用インターコネクターとして用いることが可能な特徴的な材料であり、太陽電池集電用インターコネクターとして使用することで、太陽電池モジュールの製造歩留まりや寿命の向上に有用なものであることが確認できた。【０１９３】
（実施例５）
次に、銅に、亜鉛及び／又はニッケルを添加して作製した銅合金を芯材とし、当該芯材に半田めっきを施した平角線を作製し、その特性を評価した。【０１９４】
成分規格ＪＩＳ  Ｃ１０２０、純度９９．９５重量％以上の銅に、所定の量のニッケル及び／又は亜鉛を添加して、真空溶解したスラブを３ｍｍまで圧延して、これを真空中で５００℃、１時間の焼鈍を施した板を、実施例２の試料２２と同じ方法でＳｎ−４０重量％Ｐｂ半田を溶融めっきした平角線を作製し、組織と引張試験による機械的特性を評価した。【０１９５】
すなわち、上記の方法で作製した厚さ３ｍｍの焼鈍板を金属線長手方向になる方向に板厚２．０ｍｍまで圧延し、窒素雰囲気中２８０℃で１時間の第一中間焼鈍を施した。その後、冷間圧延で０．２９ｍｍの冷間加工板を作製した。それぞれの厚さの冷間圧延銅板に対しスリット加工を施して厚さ０．２９ｍｍ、幅１．３０ｍｍの中間平角線にした。その後窒素気流中で２００℃、２時間の第二中間焼鈍を施した。次いで、断面楕円状の穴形状を有し、穴幅１．３ｍｍで高さの異なる超硬ダイス５枚を使用して、各回減面率３．１％から７．７％で、最終的に穴幅１．３ｍｍ、穴高さ０．２ｍｍの超硬ダイスを通して、幅１．３ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの図６で示したような平角銅線を作製した。第二中間焼鈍後の平角銅線の１ｍ長さ当たりの重量と幅１．３ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの超硬ダイスを通した後の平角銅線の１ｍ長さ当たりの重量から、この間の冷間加工率は２９．９％と算出された。この最終冷間加工後の平角銅線に対し、連続半田めっき炉で溶融半田めっきを施した。
連続半田めっき炉は、管状炉である光輝焼鈍炉と、半田めっき槽を有する半田めっき炉からなる。光輝焼鈍炉の炉長は１ｍであり、加熱したステンレス管内を３Ｌ／ｍｉｎ．の流量でＮ２−４体積％Ｈ２ガスを通気させながら、平角銅線を通線し、表面を活性化した。その後、ステンレス管末端部を半田槽の溶融半田液面下に配置することによって、平角銅線を大気に触れさせることなく溶融半田槽内を通過させ、液面から垂直真上に引き上げることによって平角銅線の表面に半田めっきを施した。半田はＳｎ−４０重量％Ｐｂ半田を使用した。光輝焼鈍炉の温度は６８０℃、半田めっき槽の温度は２２０℃とし、通線速さは５ｍ／ｍｉｎ．とした。【０１９６】
このようにして製造した試料５３から試料５９について、引張試験によって、０．２％耐力と、破断伸びとを測定した。引張試験は、標点間距離１００ｍｍ、引張速さ１０ｍｍ/ｍｉｎ．の条件で実施した。０．２％耐力は、銅芯材のＣ断面の面積で除することによって算出した。【０１９７】
また、試料５３から試料５９の銅合金芯材、ならびに中間材料の組織を評価した。これらの材料の断面を歪が入らないよう鏡面研磨し、ＥＢＳＤ法によって評価した。測定領域の大きさと測定間隔は、統計的に試料を代表する結果が得られるようにした。具体的には、測定領域内に結晶粒が１００個以上入るようにし、測定間隔は面積平均径の１／５以下になるようにした。一つの測定領域に入る結晶粒の数が１００個に満たない場合は、重ならない別の測定領域を測定し、結晶粒の総数が１００個以上になるような総測定領域になるようにした。【０１９８】
平均結晶粒径として、面積で重みづけされた円相当径の平均値、すなわち面積平均径を評価した。結晶粒は、双晶境界を除く回転角で１５°以上の方位差を有する結晶粒界で囲まれる領域と定義した。単位格子の所定結晶軸が一定の方位差以内にある結晶粒の面積率は、単位格子の所定結晶軸が一定の方位差以下にある測定点数の全体の測定点数に対する割合で求めた。測定領域の大きさと測定点の間隔は、統計的に試料を代表する測定領域と測定点数になるようにした。これによって、金属線長手方向に一定の結晶軸が一定の方位差以内にある点の、総測定点数に対する割合は、金属線長手方向に一定の結晶軸が一定の方位差以内にある結晶粒の面積率に等しくなる。金属線長手方向のシュミット因子の平均値は、各測定点毎に得られるシュミット因子を平均することによって求めた。下記の表５に銅芯材中の亜鉛及びニッケルの分析値と、試料の機械的特性と、組織の評価結果を示した。【０１９９】
【表５】
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【０２００】
試料５３から試料５９の中間材料である第二中間焼鈍（第二焼鈍とも呼ぶ）後の板厚０．３ｍｍ〜０．２０１ｍｍの試料の圧延方向（金属線長手方向）と平行で板厚方向に垂直なＬ断面を研磨し、ＥＢＳＤ法によって結晶方位の解析を行った。ＥＢＳＤ法による測定範囲は、８００μｍ×１６００μｍで４μｍの間隔で測定を行った。測定後、圧延方向（金属線長手方向）に対して方位差１５°以内までを含む結晶軸＜１００＞となった点の総測定点数に対する割合を調べた。測定点数が十分多く、結晶粒径に比較して十分小さな間隔で測定を行ったため、金属線長手方向に対して方位差１５°以内までを含む結晶軸＜１００＞であった点の総測定点数に対する割合は、金属線長手方向に対して方位差１５°以内までを含む結晶軸＜１００＞の結晶粒の面積率に等しい。【０２０１】
表５の結果から、第二中間焼鈍後の圧延方向（金属線長手方向）に対して方位差１５°以内までを含む結晶軸＜１００＞となった点の総測定点数に対する割合の平均値である＜１００＞方位割合は、亜鉛の含有量が多くなると減少するが、０．２重量％の添加でも６０％以上になることが確認できた。一方、＜１００＞方位割合に対するニッケルの影響は小さく、無酸素銅線を使用した試料２２とほぼ同じだった。【０２０２】
亜鉛が０．００５重量％から０．２重量％含有した芯材を使用した金属線の０．２％耐力値は無酸素銅を芯材とした試料２２より低い値が得られた。更に破断伸びは亜鉛を添加した試料の方が大きかった。これは、亜鉛の添加によって、金属線内の銅合金線の長手方向に対する＜１００＞方位割合が低下したためである。【０２０３】
一方、ニッケルが０．００５重量％から０．２重量％含有した芯材を使用した金属線の０．２％耐力値は無酸素銅を芯材とした試料２２より低い値が得られた。一方、ニッケルを添加した試料の金属線内の銅合金線の長手方向に対する＜１００＞方位割合の違いは殆どなかった。それにもかかわらず、０．２％耐力値が低くなったのは、銅合金と半田の界面に生成する硬いＣｕ６Ｓｎ５層が薄く均一になったためである。実際、銅合金と半田の界面を鏡面研磨し、ＳＥＭで観察した結果、そのことが裏付けられた。
【符号の説明】
【０２０４】
1  太陽電池モジュール
2  太陽電池セル
3  太陽電池集電用インターコネクター
A1  金属線長手方向
D1  変形荷重方向
S1  すべり方向
N1  すべり面の法線方向
5、7、9  金属線
8、10、16、22芯材
15、21  金属線、太陽電池集電用インターコネクター
17、23  被覆層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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