JP2008041972A - プリント配線基板用金属材料 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、表面が平滑でかつ耐熱性を有する銅合金箔にＮｉもしくはＮｉ合金もしくはＣｒもしくはＣｒ合金を乾式めっきしたプリント配線基板用金属材料を提供することにある。
【解決手段】３００℃で１時間加熱しても軟化しない圧延銅合金箔の少なくとも一方の面を光沢面に仕上げ、その面に１０ｎｍ以上のＮｉ、Ｎｉ合金、ＣｒもしくはＣｒ合金を、乾式めっき法を用いて施すことを特徴とするプリント配線基板用金属材料。
【選択図】 なし

Description

プリント配線基板に用いられる耐熱用銅合金箔及びその表面に関する。

携帯電話等の各種の電気・電子機器の軽薄短小化が急速に進んでいる。その発展は、各種半導体部品の微小製造技術、半導体部品を搭載するプリント配線基板の多層化技術、更にはプリント配線基板への受動部品の高密度実装技術などで裏付けられている。
そして、半導体材料の著しい発達に伴って電気・電子部品は、より一層の小型化・高密度実装化が要求されるようになり、前記受動部品の小型化等ではその要求を満足することが出来なくなっていた。

このような要求に応える試みの１つとして、大きな実装面積を占める受動部品（例えば、インダクタ、キャパシタ、抵抗器など）をプリント配線基板の内層に内蔵して、実質的な高密度実装とコスト低減、および性能向上を実現するための努力がなされている。
この部品内蔵化の技術に関しては、例えば、プリント配線基板にキャパシタを設ける方法として、チップコンデンサ等の外部キャパシタをプリント配線基板に取り付ける方法の他、高誘電率材料をプリント配線板の内層に用いてプリント配線基板自体にキャパシタの機能を持たせる方法が知られている。近年の電子製品の小型化を考慮すると、高誘電率材料を内層に用いてキャパシタにする後者の方法が望ましい。

誘電体層をプリント配線基板に内蔵する方法が種々検討されているが、誘電体樹脂を予め電極を形成したフィルム上に塗布後半硬化させて、更にその上に電極を形成した後、基板へ転写する方法が特許文献１に開示されている。
しかしながら、電極を形成する際に銅箔の平滑性がそのまま、キャパシタの品質に影響するので、銅箔の平滑性が問題となる。
また、導体回路形成用の銅箔の片面または両面に、抵抗回路を形成するための材料層（抵抗層という）を形成して成る抵抗層付き銅箔を樹脂基材にラミネートして製造する抵抗回路内蔵型のプリント配線基板が知られている。このプリント配線基板は、概ね、次のようにして製造される。まず、上記した銅箔の抵抗層側の面と絶縁樹脂から成る基材とをラミネートして銅張り積層板にする。ついで、所定のエッチャントで１次エッチングを行って、銅箔と抵抗層が一体化した状態になっている所定の回路パターンを形成し、ついで、この回路パターンの表面側に位置する導体回路（銅箔）に対して２次エッチングを行って当該銅箔の必要箇所のみを選択的にエッチング除去し、その箇所の抵抗層は残置させる。その後、全体の上に更に絶縁基材を積層し、抵抗層を内蔵する。

特開平１１−２６９４３号公報

従来からこのような電気・電子部品のプリント配線基板に用いられている銅箔（基体銅箔）には、電解銅箔と圧延銅箔がある。電解銅箔は、一般に、表面がＴｉやステンレス鋼から成る回転ドラムの当該表面にＣｕを連続的に電着させて銅箔を成膜したのち、その銅箔を連続的に剥離して製造されている。製造された銅箔は、電解めっき液側の表面が粗面になっている。ただし、回転ドラムの表面は電解液の腐食等で筋状に凹凸が生成するため、それが転写する光沢面の表面粗さは、後述する圧延銅箔と比較すると非常に粗い。
最近では銅箔表面に平坦性を要求されるようになっており、電着粒を細かくする添加剤を電解めっき液中に添加して、平滑なめっきを成長させて電解めっき液側の表面を光沢面として使用する電解銅箔も使用されている。しかし、その表面粗さは通常電解銅箔よりは平滑であるが圧延銅箔に比較するとまだ粗いのが一般的である。

一方、圧延銅箔は、インゴットを溶製し、これを熱間圧延で板にした後、再結晶焼鈍と冷間圧延を繰り返し、最後に冷間圧延で所望の厚みの箔に仕上げる。このように、圧延ロールにより塑性加工して製造されるので、圧延ロールの表面形態が箔の表面に転写した平滑な表面が得られることが知られている。
ただし、電解銅箔とは異なりその軟化温度は１５０℃程度と比較的低い。ＦＰＣのように屈曲性を必要とする場合には軟化温度が低く、接着や樹脂硬化処理時に軟化することは、有利な特性である。

しかしながら、銅箔表面にキャパシタ機能を付与するために、誘電体を含有した樹脂等を硬化させるときや、誘電体をスパッタ等で形成させる時にその温度で軟化してしまうと、銅箔が変形することがあるため好ましくない。樹脂の硬化温度は樹脂種類で異なるが、使用時の耐熱性を考えた場合、高温で硬化する樹脂が望ましく、３００℃〜４００℃の高温で処理することが多くなっている。タフピッチ銅等の圧延銅箔では、この温度に耐えられずに変形してしまう。
また、樹脂硬化は大気中で行うことも多い。その場合、銅表面が酸化することも問題である。例えばキャパシタの場合では樹脂を通じて酸素が供給される場合もあり、銅表面が酸化される。こうなるとキャパシタとしての性能が得られない。抵抗層の場合も同様であり、銅表面の酸化は好ましくない。
これを防止するためには、窒素やアルゴンといった不活性ガス中で加熱する必要があり、設備投資が大きくなる欠点があった。

そこで、本発明の目的は、表面が平滑でかつ耐熱性を有する銅合金箔にＮｉ、Ｎｉ合金、ＣｒもしくはＣｒ合金を乾式めっきしたプリント配線基板用金属材料を提供することにある。

発明者は、鋭意研究の結果、表面が平滑でかつ耐熱性を有する銅合金箔、及びＮｉ、Ｎｉ合金、ＣｒもしくはＣｒ合金を乾式めっきしたプリント配線基板用として好適な金属材料を見出した。

すなわち、本発明は、
（１）３００℃で１時間加熱しても軟化しない圧延銅合金箔の少なくとも一方の面を光沢面に仕上げ、その面に１０ｎｍ以上のＮｉもしくはＮｉ合金を、乾式めっき法を用いて施すことを特徴とするプリント配線基板用金属材料、
（２）３００℃で１時間加熱しても軟化しない圧延銅合金箔の少なくとも一方の面を光沢面に仕上げ、その面に１０ｎｍ以上のＣｒもしくはＣｒ合金を、乾式めっき法を用いて施すことを特徴とするプリント配線基板用金属材料、
（３）銅合金箔の化学組成が、０．０５〜０．２５質量％のＳｎ残部Ｃｕおよび不可避的不純物であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のプリント配線基板用金属材料、
（４）銅合金箔の化学組成が、０．０２〜０．４質量%のＣｒおよび０．０１〜０．２５質量％のＺｒ、残部がＣｕおよび不可避的不純物であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプリント配線基板用金属材料
である。

本発明により、表面が平滑でかつ耐熱性を有する銅合金箔にＮｉ、Ｎｉ合金、ＣｒもしくはＣｒ合金を乾式めっきしたプリント配線基板用金属材料を用いることで、プリント配線基板の内層に受動部品（例えば、インダクタ、キャパシタ、抵抗器など）の内蔵化が図れる。

限定理由を以下に示す。
（１）表面粗さについて
プリント配線基板に用いられる合金箔は、一方の面に粗化めっきが施され、樹脂と密着させる。もう一方の面には、たとえば、受動部品内蔵基板の場合には、キャパシタやインダクタンス、抵抗等を実装される。
特に、キャパシタを表面に実装するためには銅合金箔の面に平滑性を要求される。箔の表面粗さが粗い場合には、キャパシタの電極を実装する際に表面の粗さの影響を受け、キャパシタの重要な特性である電極間の安定した間隔が確保できないからである。従って、銅合金箔のキャパシタ等を実装する片面は、光沢面に仕上る必要がある。この面に下記に示すＮｉめっき、Ｎｉ合金めっき、Ｃｒめっき、Ｃｒ合金めっきを施した後の表面の粗さがＲａで０．１μｍ以下、好ましくは０．０６μｍ以下であることが望ましい。

また、Ｒａ以外のＲｍａｘ、Ｒｚ、Ｒｙといった粗さ指標も、キャパシタ性能に与える影響が大きい。これらは、最大粗さに非常に影響される指標であり、キャパシタとしてはいずれも小さい方が好ましいのが明らかである。しかし、これらの指標は評価する位置や評価長さによってその値が大きく変化することから、平均的な粗さ指標であるＲａに比較するとばらつきが大きいためここでは指標として用いなかった。しかし、これらの値での規定を排除するものではない。

（２）Ｎｉめっき、Ｎｉ合金めっき、ＣｒめっきもしくはＣｒ合金めっき
合金箔にＮｉめっきおよびＮｉ合金めっきを施すことで、高温での光沢面のＣｕ酸化を防止することができる。
特にスパッタ等の乾式めっき法で作成することによって、薄く緻密な膜とすることが可能である。そのため、電気めっきや無電解めっきで作成するよりも薄い膜でも酸化防止効果を示す。その厚さは湿式めっきで作成した場合は４００ｎｍ以上必要であるのに対し、乾式めっきで作成した場合は１０ｎｍ以上、好ましくは２０ｎｍ以上で酸化防止効果が得られる。

また、Ｎｉの代わりにＣｒ皮膜もしくはＣｒ合金皮膜でも良い。例えば８０％Ｎｉ−２０％Ｃｒ皮膜は乾式めっきにおいて広く用いられているが、この皮膜でもＮｉめっきと同様の効果を持つ。ただし、Ｃｒを含有していることにより、エッチング性が低下する欠点を持つ。また、Ｎｉ合金、Ｃｒ合金は、Ｎｉ−Ｃｒ合金のみではなく、Ｆｅ等の元素との合金でもよく、例えば、ステンレス鋼のようなＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金も用いることが可能である。
乾式めっき方法としては、イオンプレーティング、スパッタリング法、真空蒸着法が挙げられる。スパッタリング法には直流スパッタリング法、高周波スパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法が挙げられる。ターゲットとしては溶解鋳造法やメカニカルアロイング法で作製されたＮｉ、Ｎｉ合金、Ｃｒ、Ｃｒ合金を用いることができる。

（３）金属箔の耐熱性について
金属箔は、樹脂を硬化させたり、キャパシタ成分であるＢＴＯ等の酸化物の焼結を行わせたりするために、３００℃以上の高温の環境にさられるので、最低でも３００℃で軟化しないことが条件となる。ここで軟化とは、加熱により加熱前の引張り強度の６０％以下に低下することとする。
本発明では、３００℃で１時間加熱しても軟化しない圧延銅合金箔を規定する。具体的には以下に示す。

（ａ）Ｓｎ入り銅箔
Ｓｎを添加することによりＣｕの耐熱性が向上する。その効果として、３００℃で1時間加熱した際の引張強さの低下量が小さくなり、０．０５質量％以上のＳｎ添加で３５０ ＭＰａ以上の引張強さを保つことが可能となる。この引張強さのレベルは、Ａｇを添加する場合（特願平２００１−２１６４１１）よりも５０ＭＰａ以上も高い。上述した圧延上がりの強度の改善効果をも考慮すると、好ましいＳｎ添加量は０．０５質量％以上であり、Ｓｎの上限値は目標とする導電率より決定される。
この銅合金の不純物はＯが６０質量ｐｐｍ以下、Ｓが１０質量ｐｐｍ以下、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ａｓ、ＦｅおよびＴｅの合計濃度が１０質量ｐｐｍ以下であることが望ましい。

（ｂ）Ｃｒ及びＺｒ入り銅箔
純銅に０．０２％〜０．４質量％のＣｒ及び０．０１〜０．２５質量％のＺｒを添加した銅合金であり、残部が銅および不可避的不純物である合金の場合、さらに耐熱性が向上し、３５０℃で１時間加熱後でも引張強さの低下がほとんど無い。
更にＺｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｔｅ、Ａｌ、Ｂ、Ｉｎ、ＡｇおよびＨｆ等の元素を1種以上総量で０．００５質量％〜１．５質量％を含有させると、さらに強度を向上することが可能であり、強度を必要とする場合にはより有利である。また耐熱性にも悪影響が無いのでこれら第三元素の添加を除外するものではない。

表１に示す組成のインゴットを溶製し、これを熱間圧延で板にした後、再結晶焼鈍と冷間圧延を繰り返し、最後に冷間圧延で３５μｍの厚みの素材に仕上げた。最終圧延工程の最終パスにおいて粗さの異なる圧延ロールを用いて表面粗さを調整した。

さらに、巻き出し、巻き取り装置をチャンバー内に有するスパッタリング装置を用いて銅箔表面にＮｉ皮膜、Ｎｉ合金皮膜、Ｃｒ皮膜、Ｃｒ合金皮膜を作成した。
スパッタリング条件は、到達真空度１×１０^−３Ｐａ未満、スパッタリング圧０．５Ｐａ、スパッタリング電力として１基当たり１５ｋＷのものを３基、巻き取り速度２０ｍ／ｍｉｎとした。これにより、２０ｎｍ前後の皮膜が形成できた。
この銅箔を用いてキャパシタ部品を組み込み、その性能を確認した。その結果を表２に示す。

凡例：箔変形 ×：加熱により変形
○：変形無し（３００℃×１ｈ）
◎：より高温(３５０℃×１ｈ)まで変形無し
部品搭載 ×：歩留１０％以下
△：歩留１０〜６０％
○：歩留６０〜８０％
◎：歩留８０％以上

発明例Ｎｏ．６〜１０は、請求項３を満たす組成の合金であり、請求項１又は請求項２に記載の３００℃で1時間加熱しても軟化しないという条件を満たし、ＮｉもしくはＮｉ合金、ＣｒもしくはＣｒ合金を乾式めっきしたものであり、良好な結果を得た。さらに、発明例Ｎｏ．８〜１０は、めっき厚が２０ｎｍ以上であるためにさらに良好な部品性能を示した。
発明例Ｎｏ．１１は請求項４を満たす組成の合金であり、さらに高温の処理にも耐えられるものであった。

一方、比較例Ｎｏ．１〜２は、電解箔を用いて乾式Ｎｉめっきを施したものであるが、表面の平滑性が低いため良好な部品性能が得られなかった。比較例Ｎｏ．３は素材にタフピッチ銅を用いたものであるが、耐熱性が無いため加熱により変形してしまい、キャパシタが形成できなかった。比較例Ｎｏ．４はＮｉめっきを施さない錫入り銅箔の場合であるが、銅が酸化してしまい良好なキャパシタを形成できなかった。比較例Ｎｏ．５は電気めっきを４００ｎｍ施した例であるが、キャパシタの部品性能が充分ではなかった。

Claims (4)

1. ３００℃で１時間加熱しても軟化しない圧延銅合金箔の少なくとも一方の面を光沢面に仕上げ、その面に１０ｎｍ以上のＮｉもしくはＮｉ合金を、乾式めっき法を用いて施すことを特徴とするプリント配線基板用金属材料。
2. ３００℃で１時間加熱しても軟化しない圧延銅合金箔の少なくとも一方の面を光沢面に仕上げ、その面に１０ｎｍ以上のＣｒもしくはＣｒ合金を、乾式めっき法を用いて施すことを特徴とするプリント配線基板用金属材料。
3. 銅合金箔の化学組成が、０．０５〜０．２５質量％のＳｎ残部Ｃｕおよび不可避的不純物であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプリント配線基板用金属材料。
4. 銅合金箔の化学組成が、０．０２〜０．４質量%のＣｒおよび０．０１〜０．２５質量％のＺｒ、残部がＣｕおよび不可避的不純物であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプリント配線基板用金属材料。