JP2505481B2

JP2505481B2 - フレキシブル回路基板用銅合金箔

Info

Publication number: JP2505481B2
Application number: JP62211293A
Authority: JP
Inventors: 正博辻; 進川内; 弘中山
Original assignee: Nippon Mining Co Ltd
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1987-08-27
Filing date: 1987-08-27
Publication date: 1996-06-12
Anticipated expiration: 2011-06-12
Also published as: JPS6456842A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕この出願の発明は、耐熱性、耐ヒートショック性、耐
剥離性、耐変形性に優れ、強度の改善が得られるととも
に、強度、伸び等に異方性がなく、かつ加工性に優れ、
可撓性をも改善したフレキシブル回路基板用銅合金箔に
関する。

〔発明の背景〕

ICやLSI等の著しい進歩とともに、これらの素子を搭
載する回路基板の開発も広範囲にしかも急速に進められ
た。

上記のように回路基板の主目的は、その上に搭載され
た素子の相互接続にあるが、その他低誘電率絶縁体、低
抵抗導体などの電気的特性、フレキシブルあるいは剛性
などの機械的特性、熱伝達特性、信頼性、経済性などが
要求されている。

このような回路基板には大別して、樹脂基板、セラミ
ック基板、金属基板がある。そしてセラミック基板はハ
イブリッドIC用として、樹脂基板はプリント回路用とし
てそれぞれ発展し、金属基板は両者の中間に位置するも
のである。

このような基板の中で樹脂基板は、エポキシ、フェノ
ール、ポリイミド等の樹脂又はこれらと紙、ガラス等の
他の材料との複合基板に銅箔をラミネートし、接着剤あ
るいは加熱加圧により一体化して形成されたものであ
る。

上記の樹脂基板のうちフレキシブル回路（プリント）
基板は、ポリイミド等の可撓性のある樹脂に屈曲性に優
れた10〜60μｍ程度の圧延銅箔をラミネートした基板
で、電子機器の広範囲な用途に用いられている。

上記の銅箔をラミネートした回路基板は、エッチング
により線巾及び線間隔100μｍ程度にまでファイン化さ
れた配線パターンが形成される。

そして高密度のためには上記の線巾及び線間隔が50μ
ｍのパターンも検討されている。

〔従来技術及び問題点〕

前記フレキシブル回路基板はポリイミド等の可撓性樹
脂基板にタフピッチ銅の圧延箔をラミネートしたものが
用いられているが、熱による変形、断線あるいは樹脂か
らの剥離という問題が発生し、信頼性が低下するという
欠点があった。

特にハイブリッドIC等の製造においてポリイミド等の
樹脂と圧延銅箔を接着するときの160〜200℃前後のキュ
アリング（焼成）時、外部リード線やヒートシンクのハ
ンダ付け時、パッケージング時の加熱などにより、かな
りの熱が基板にかかってくるので、上記の問題は看過す
ことができないものとなった。

また、上記のような製造時の熱履歴の他に、例えば自
動車のエンジンルームのようなところで使用される場合
には、100℃前後の熱環境下におかれるため、耐熱性や
耐ヒートショック性が必要とされるようになった。

さらに、フレキシブル回路板のベースとなるポリイミ
ドのような樹脂と銅箔材料との熱膨張係数が、ポリイミ
ド23×10^-6/℃、銅17×10^-6/℃で大きな差異があり、熱
を受けると銅回路線に大きな引張り応力がかかり、回路
の変形や断線さらには剥離と悪化要因を助長する結果と
なっている。

さらにまた、前記に示したタフピッチの銅の圧延箔に
直接的に帰因する問題として、圧延銅箔の縦方向（圧延
方向）と横方向（圧延方向に直角な方向）とで引張り強
度や伸びに著しい差異があるため、すなわち機械的特性
に異方性があるために、回路基板や回路の変形、剥離、
さらには断線となるおそれがあり、しかも上記のような
変形が生じた場合には素子との接続が不確実となり、信
頼性がますます低下する結果となった。そしてこの異方
性は、第１図に示すように影響を受ける熱が高くなるに
したがって増加する傾向がある。

また、近年では可動部への適用が多くなり、従来の銅
箔では破断する事も発生している。

従って可撓性のさらに改善された材料が求められてい
る現状である。

これらの諸要求に対し、ある種の添加元素を加えた銅
合金を用いる事は有効な手段の一つであるが、銅合金を
用いるという事だけでは必ずしも加工性、可撓性を満足
させる事はできなかった。

〔発明の構成〕

本発明はかかる点に鑑みなされたもので、銅に微量元
素を添加するとともに、有害な元素を規定する事によ
り、上記の種々の特性を改善したものである。

すなわち、本発明は P 0.005〜0.05重量％、B 0.005〜0.05重量％、 Al 0.01〜0.5重量％、As 0.01〜0.5重量％、 Cd 0.01〜0.5重量％、Co 0.01〜0.5重量％、 Fe 0.01〜0.5重量％、In 0.01〜0.5重量％、 Mg 0.01〜0.5重量％、Mn 0.01〜0.5重量％、 Ni 0.01〜0.5重量％、Si 0.01〜0.5重量％、 Sn 0.01〜0.5重量％、Te 0.01〜0.5重量％、 Ag 0.01〜１重量％、Cr 0.01〜１重量％、 Hf 0.01〜１重量％、Zn 0.01〜１重量％、 Zr 0.01〜１重量％の群から選択された１種又は２種以上の成分を0.005〜
1.5重量％含有し、残部Cu又は不可避的不純物からなる
合金の結晶粒度が0.020mm以下である事を特徴とするフ
レキシブル回路基板用銅合金箔並びに前記銅合金箔のBi
含有量が0.0015重量％以下、Se含有量が0.002重量％以
下、Pb含有量が0.01重量％以下である前記フレキシブル
回路基板用銅合金箔及び前記銅合金箔の酸素含有量が50
ppm以下である前記のそれぞれに記載するフレキシブル
回路基板用銅合金箔及び前記銅合金箔が最終冷間圧延後
歪取り焼鈍した圧延箔である前記のそれぞれに記載する
フレキシブル回路基板用銅合金箔を提供するものであ
る。

〔発明の具体的説明〕本発明を構成する合金成分のＰ、Ｂ、Al、As、Cd、C
o、Fe、In、Mg、Mn、Ni、Si、Sn、Te、Ag、Cr、Hf、Z
n、Zrは強度、耐熱性を向上させるとともに銅の再結晶
集合組織である（100）方位が発達することを防ぎ異方
性を改善する。

しかし、銅に添加されるこれらの合金成分にはそれぞ
れ上限及び下限がある。それについて以下に説明する。

Ｐ、Ｂについては0.005重量％未満、Al、As、Cd、C
o、Fe、In、Mg、Mn、Ni、Si、Sn、Te、Ag、Cr、Hf、Z
n、Zrについては0.01重量％未満では期待する効果が得
られず、逆に、Ｐ、Ｂについては0.05重量％、Al、As、
Cd、Co、Fe、In、Mg、Mn、Ni、Si、Sn、Teについては0.
5重量％、Ag、Cr、Hf、Zn、Zrについては１重量％を超
えると導電性が著しく低下するため好ましくない。又、
これら群から選択された１種又は２種以上の成分の範囲
を0.005〜1.5重量％とした理由は、下限値については１
種添加の下限値として0.005重量％とし、上限値につい
ては２種以上の添加により１重量％を超えても金属間化
合物の生成等で必ずしも著しい導電性の低下がないが、
1.5重量％を超えると著しく低下するためである。

結晶粒度を0.020mm以下とする理由は、結晶粒度が0.0
20mmを超えると、可撓性が低下するためである。

すなわち、鈍銅では２次再結晶が起こりにくいため、
必然的に結晶粒度は粗大化しなかったが、添加元素を入
れ合金化していくと２次再結晶が起こり易くなる。

従って、耐熱性、強度、可撓性等の観点から銅合金を
用いても、結晶粒度が粗大化する事がしばしばあり、可
撓性の値がばらつくという現象が発生するため、結晶粒
度コントロールが不可欠となる。

なお、好ましくは結晶粒度を0.015mm以下とすること
が望ましい。

さらに、Bi、Se、Pbの含有量を規定した理由は、これ
ら元素が熱間加工、冷間加工等の加工性に有害であると
ともに可撓性にも悪影響を及ぼすためである。

Biが0.0015重量％を超えると熱間加工性、冷間加工
性、可撓性が著しく劣化するため好ましくなく、Seが0.
002重量％を超えると冷間加工性、可撓性が著しく劣化
するため好ましくなく、Pbが0.01重量％を超えると熱間
加工性、冷間加工性、可撓性が著しく劣化するため好ま
しくない。

また、酸素含有量を50ppm以下とする理由は耐熱性を
さらに向上させるものであるが、上記添加元素を添加し
ても酸素含有量が50ppmを超えて多量に存在している
と、耐熱性がさほど向上せず、逆に酸素含有量が50ppm
以下では、微量の元素添加で著しい耐熱性の向上が得ら
れるためである。これは酸素含有量が高いと添加した合
金元素が酸化物となり耐熱性に寄与しなくなるためと考
えられる。好ましくは酸素含有量が20ppm以下が望まれ
る。

また、最終冷間圧延後、歪取り焼鈍をする理由は、冷
間圧延上りの状態では材料内部に残留応力が多量に蓄積
されているため、回路基板製造工程中に受ける熱（樹脂
との接着時の熱あるいはエッチングパターン焼付け時の
熱等）により残留応力が開放され、銅合金箔の収縮が生
じ、結果的に変形してしまうおそれがあるからで、従っ
て、最終冷間圧延後に歪取り焼鈍をすることにより、こ
の銅合金箔の変形をさらに防止しようとするものであ
る。なお、歪取り焼鈍の方法については特に限定される
ものではなく、適宜の焼鈍法を用いることができる。

次に本発明に使用する銅合金箔及び従来のタフピッチ
銅箔の抗張力及び伸びの代表例を第１図に基づいて説明
する。本発明に使用する銅合金箔はSn入り（0.1％Sn）
銅合金箔で、比較例として示すものは従来のタフピッチ
銅からなるブライト箔である。第１図から明らかなよう
にSn入り銅合金箔は焼鈍温度（15分）が300℃を超えて
もなおかつ高い抗張力を維持しているのが分かる。

これに対し、タフピッチ銅箔の抗張力は120℃程度か
ら急激に降下し、耐熱強度が著しく低いことが分かる。

これから明らかなように熱影響のある従来のタフピッ
チ圧延銅箔はフレキシブル回路基板として信頼性に著し
く欠けているのである。また、圧延の縦方向（圧延方
向）と横方向とでは、第１図の従来のタフピッチ圧延銅
箔で分かるように、抗張力及び伸びとも大きな差異があ
る。特に熱を受ける160〜200℃の範囲ではその差異が大
きく、このような異方性に伴う位置づれや変形のために
素子との接続の不確実性が増加する。

これに対して、代表的に示す本願発用に用いるSn入り
銅合金箔では前記のような高耐熱性にさらに前記のよう
な縦方向と横方向との抗張力と伸びの異方性は殆どな
い。これは、フレキシブル回路基板して信頼性の向上に
大きく寄与するものである。

この耐熱強度は他の本発明の合金組成についても同様
であった。

次に同材料についてピーリング強度を第１表に示す。

本発明例はSn入り（0.1％Sn）銅合金箔をポリイミド
樹脂へラミネート（接着）したもので、比較例は従来の
タフピッチ銅箔を表面処理（赤化又は黒化処理）した後
ポリイミドへ接着したものである。

これから明らかなようにピーリング強度は比較例に比
べ本発明の例であるSn入り銅合金箔では大きく優れてい
る。これは他の合金組成についても同様であった。

以下に本発明材料を実施例をもって説明する。

〔実施例〕

第２表に示される本発明合金に係る各種成分組成のイ
ンゴットを高周波溶解炉で溶解鋳造した。酸素含有量を
50ppm以下とするには、銅原料として無酸素銅あるいは
低酸素銅という酸素含有量が50ppm以下のものを用い、
これが酸化しないよう還元性あるいは不活性雰囲気で溶
解鋳造するといった手段により行う。

次にこれを900℃で熱間圧延して厚さ8mmの板とした
後、冷間圧延で厚さ1mmとした。これを500℃にて１時間
焼鈍したのち冷間圧延で厚さ0.2mmとし、さらに500℃に
て１時間焼鈍したのち冷間圧延で厚さ0.35mmとした。

このようにして調整された試料の評価として、強度を
引張試験により測定し、耐熱性を加熱時間を１時間にお
ける軟化温度により、導電性を導電率（％IACS）によっ
て示した。

可撓性JIS P8115に準拠し、下り曲げ角度135゜、曲げ
半径0.8mm、荷重1.5kgの条件でMIT耐揉疲労試験機を用
いて破断までの回数を調査した。

第２表からわかるように、本発明のフレキシブル回路
基板用銅合金箔は優れた強度、耐熱性、導電性を有する
ばかりでなく、可撓性にも優れており、加工性も改善さ
れた合金となっている。

〔発明の効果〕

本発明は上記のように耐熱性、耐ヒートショック性、
耐剥離性、耐変形性、可撓性、加工性に優れ、かつ強
度、延性等に異方性がないので、素子の接着が確実に保
障され、信頼性が増し、フレキシブル回路基板として十
分な機能を備えるものである。

そしてこのような基板はICやLSI等の実装密度を高
め、これを用いた電子機器はさらに新たな用途や機能に
展開されていくことが十分に期待できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、比較例であるタフピッチ銅箔と本発明の例で
あるSn入り銅合金箔の焼鈍温度と抗張力及び伸びを示す
グラフである。 1a:タフピッチ銅箔縦方向の抗張力 1b:タフピッチ銅箔横方向の抗張力 2a:タフピッチ銅箔縦方向の伸び 2b:タフピッチ銅箔横方向の伸び 3a:Sn入り銅合金箔縦方向の抗張力 3b:Sn入り銅合金箔横方向の抗張力 4a:Sn入り銅合金箔縦方向の伸び 4b:Sn入り銅合金箔横方向の伸び

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−133402（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−310929（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−189738（ＪＰ，Ａ) 特公昭62−18615（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】P 0.005〜0.05重量％、B 0.005〜0.05重量
％、 Al 0.01〜0.5重量％、As 0.01〜0.5重量％、 Cd 0.01〜0.5重量％、Co 0.01〜0.5重量％、 Fe 0.01〜0.5重量％、In 0.01〜0.5重量％、 Mg 0.01〜0.5重量％、Mn 0.01〜0.5重量％、 Ni 0.01〜0.5重量％、Si 0.01〜0.5重量％、 Sn 0.01〜0.5重量％、Te 0.01〜0.5重量％、 Ag 0.01〜１重量％、Cr 0.01〜１重量％、 Hf 0.01〜１重量％、Zn 0.01〜１重量％、 Zr 0.01〜１重量％の群から選択された１種又は２種以上の成分を0.005〜
1.5重量％含有し、残部Cu及び不可避的不純物からなる
合金の結晶粒度が0.020mm以下である事を特徴とするフ
レキシブル回路基板用銅合金箔。
【請求項２】前記銅合金箔のBi含有量が0.0015重量％以
下、Se含有量が0.002重量％以下、Pb含有量が0.01重量
％以下である特許請求の範囲第１項記載のフレキシブル
回路基板用銅合金箔。
【請求項３】前記銅合金箔の酸素含有量が50ppm以下で
ある特許請求の範囲第１項又は第２項のそれぞれに記載
するフレキシブル回路基板用銅合金箔。
【請求項４】前記銅合金箔が最終冷間圧延後歪取り焼鈍
した圧延箔である特許請求の範囲第１項、第２項又は第
３項のそれぞれに記載するフレキシブル回路基板用銅合
金箔。