JPH0488143A - 可撓性アルミニウムベースプリント回路基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はプリント配線板、多層デバイス配線基板、ＬＳ
Ｉ実装用基板、多層配線板に用いられる、耐熱性、放熱
性、細線回路加工性に良好な可撓性のあるプリント回路
基板に関するものである。

従来の技術 従来の可撓性のあるプリント回路基板は、ポリエステル
、ナイロン、ポリイミドなどの柔軟性絶縁樹脂材料をベ
ースに用いて、アクリル系樹脂やエポキシ系樹脂の接着
剤で回路用のアルミ箔や銅箔を加熱圧着して、積層板と
し製造している。又最近では耐熱性の問題から接着剤を
用いずに、直接耐熱性のあるポリイミド樹脂フィルムを
金属箔と貼り合わせる方法も試みられている。

このような可撓性のあるエラスチックなプリント回路基
板の実装工程における電子部品の搭載時の半田付は温度
は生産性、信頼性、小型化などの技術的要請から高まる
傾向にある。そしてプリント回路基板か、高温にさらさ
れるため、樹脂の線膨張係数に起因する製品の寸法精度
が悪かったり断線、変形あるいは歪が生じるといった問
題を内包している。

さらにポリイミドなどの樹脂フィルムはそれ自身の剛性
がない為に電子部品搭載時に重さに耐えられず曲がって
しまったりする為わざわざフィルムの裏にリジッドな樹
脂板や金属板を補強していることか多くその結果当然価
格も上昇してしまう。

また基板か樹脂フィルムである為に帯電や電磁シールド
の問題かあり、機器によっては対策をほどこす必要があ
る。そして樹脂フィルムは基本的には吸水性かあり、高
信頼性を求められる回路基板には充分な品質確認を行っ
てから基板選定を行う必要かある。

さらに、高耐熱フィルムとして使用されているポリイミ
ド系フィルムは高価である為、低廉化か求められている
。

又、最近の電子部品は小型化、高パワー化となり部品か
らの出熱も多くなって来ている。さらに面実装技術（Ｓ
ＭＴ）が進み部品の発熱をリードフレームを通じ回路基
板から放熱させる方面へ、設計思想か変わって来ている
。これら放熱の設計を誤まると部品温度が上昇し、劣化
もしくは破壊に至ることもあり、誤作動や故障の原因と
なる。

そこでこれらの問題を解決するために金属ベースのプリ
ント回路基板を考えたのであるか、銅系材料もしくは鉄
系材料をベースに用いたプリント回路基板の場合は、次
のような問題があった。すなわちこれらの金属材料を基
板として用いた場合、その表面に絶縁層（樹脂層）を介
してプリント回路形成のための銅箔を接着する必要があ
り、この場合一般には接着剤としての樹脂が前述の絶縁
層となるが、基板として銅系材料もしくは鉄系材料を用
いた場合には接着性か劣る問題があり、また接着性向上
のための表面処理も特に有効なものかないのが実情であ
った。また銅系材料や鉄系材料では耐食性や可撓性の点
でも必ずしも充分とは言えず、これらの理由から、回路
基板としての信頼性に欠ける問題があった。

また、銅系材料や鉄系材料ではその比重が大きいため軽
量化にも限界かあった。

ところで各種金属材料のうちでもアルミニウムは軽量で
かつ熱伝導率も高く、また樹脂の接着性を良好にするた
めの表面処理も容易である等の利点を有している。しか
しながら一般のアルミニウム合金は耐熱性が低く、プリ
ント回路基板には実用化されていなかった。すなわち、
プリント回路基板にＩＣチップや抵抗器、コンデンサー
等の電子部品を搭載する際に、ワイヤボンディングや半
田付けを行なう必要があり、前者のワイヤボンディング
では３５０℃程度で数秒加熱し、また後者の半田付けで
は２５０℃程度で５分程加熱する必要がある。しかるに
アルミニウム合金製の基板では上記の加熱によって再結
晶が生じて軟化してしまうことが多く、そのためワイヤ
ボンディングや半田付けを行なった後の基板の強度が不
足してしまう。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、プ
リント回路基板として、ワイヤボンディングもしくは半
田付けによる軟化を招かないような成分組成のアルミニ
ウム合金を開発し、そのアルミニウム合金を用いること
によってその特性を活かした可撓性プリント回路基板を
提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段 前述のような目的を達成するため、本願の請求項１の発
明のプリント回路基板は、基材として、Ｍｎ　０．３〜
４．０％およびＭｇ　０．１０〜５．０％を含有し、残
部がＡｌｌおよび不可避的不純物よりなるアルミニウム
合金を用いた構成としている。

また請求項２の発明のプリント回路基板は、基材として
、Ｍｎ　０．３〜４．０％およびＭｇ０．ＬＯ〜５．０
％を含有し、か”）Ｃｕ　０．０１〜３．０％、Ｚｎ０
．０１〜３．０％のうちの１種または２種を含有し、残
部が、１および不可避的不純物よりなるアルミニウム合
金を用いた構成としている。

さらに請求項３の発明のプリント回路基板は、基材とし
て、Ｍｎ　０．３〜４．０％およびＭｇ０．１０〜５．
０％を含有し、かつｃ　ｒ　０．ｏｔ　〜０．３ｏ％、
Ｚｒ０．０１〜０．３０％、Ｖ０．０１〜０．３０９ｉ
１ｉ、Ｎ　ｉ　０．０１〜５．７％ノウちの１種または
２種以上を含有し、残部がＡｌｌおよび不可避的不純物
よりなるアルミニウム合金を用いた構成としている。

そして請求項４の発明のプリント回路基板は、基材とし
て、Ｍｎ　０．３〜４．０％およびＭｇ０．ｌＯ〜５．
０％を含有し、かつＣｕ　０．０１〜３．０％、Ｚｎ０
．Ｏ１〜３．０％のうちの１種または２種と、Ｃｒ０．
０１〜０．３０％、Ｚｒ　０．Ｏ１〜０．３０％、Ｖ　
０．０１〜０．３０％、Ｎｉ　０．０１〜５７％のうち
の１種または２種以上を含有し、残部かＡｌｌおよび不
可避的不純物よりなるアルミニウム合金を用いた構成と
している。

一方請求項５の発明は、前述の各請求項１〜４のいずれ
かの成分組成のアルミニウム合金板を用いて構成した総
厚さ０．１〜０，５龍の可撓性アルミニウムベースプリ
ント回路基板である。

作　　　用 先ずこの発明のプリント回路基板の基材として使用され
るアルミニウム合金の成分限定理由について説明する。

Ｍｎ： Ｍｎは強度・剛性向上および耐熱性向上に有効な元素で
あり、プリント回路基板の基材として必要な強度・剛性
、曲げ性および耐熱軟化性能を得るに必要である。しか
しながら０．３％未満ではこれらの効果が充分に得られ
ず、一方４，０％を越えて含有させれば、鋳造か困難と
なるとともに粗大な晶出物を形成し易くなり、耐熱軟化
性の効果が飽和し、またコスト的に無駄である。したか
ってＭｎは０．３〜４．０％の範囲内とした。なおＭｎ
は、この範囲内でも特に１．２％を越えて含有さること
が、強度・剛性、曲げ性、耐熱軟化性の点から望ましい
。

Ｍｇ　： Ｍｇも強度向上に有効な元素であり、プリント回路基板
の基材として充分な強度・剛性、曲げ性を与えるために
Ｍｎとともに添加される。しかしながらＭｇが０．１０
％未満では強度向上効果か充分に得られず、一方５．０
％を越えて添加すれば圧延性が極端に低下する。したが
ってＭｇは０．１０〜５．０％の範囲内とした。

この発明のプリント回路基板の基材として用いられるア
ルミニウム合金は、基本的には上記のＭｎおよびＭｇを
含有していれば必要な緒特性を確保てきるか、より一層
の特性向上を図るため、請求項２の発明および請求項４
の発明においてはさらにＣｕ、Ｚｎのうちの１種または
２種か含有され、また請求項３の発明および請求項４の
発明においてはさらにＣｒ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｉのうちの１
種または２種以上が含有される。これらの元素の添加理
由および限定理由は次の通りである。

Ｃｕ： Ｃｕは加工硬化性や時効硬化性を与えて強度・剛性や耐
熱軟化性をより一層向上させるために有−効な元素であ
る。Ｃｕが０，０１％未満ではその効果が充分に得られ
ず、一方３．０％を越えて含有されれば耐食性が低下す
る。したがってＣｕは０．Ｏ１〜３．０％の範囲内とし
た。

Ｚｎ： Ｚｎも加工硬化性や時効硬化性を与えて強度・剛性や耐
熱軟化性をより一層向上させるために有効な元素である
。Ｚｎが０．０１％未満ではその効果が充分に得られず
、一方、３．０％を越えて含有されれば耐食性が低下す
る。したがってＺｎは０．１〜３．０％の範囲内とした
。

Ｃｒ、　　Ｚｒ、　　Ｖ、　　Ｎｉ　　：これらの元素
は強度向上および耐熱軟化性の向上に有効である。それ
ぞれＣｒ０．０１％未満、Ｚｒ０．０１％未満、Ｖ０．
０１％未満、Ｎｉ　０．０１％未満ではこれらの効果が
充分に得られず、一方それぞれＣｒ０．３０％、Ｚｒ０
．３０％、ＶＯＪ［１％、Ｎｊ　５．７％−を越えて含
有させても上記の効果は飽和し、しかも鋳造時に巨大な
化合物を生成し易くなる。したがってＣｒ　０．０１〜
ＯＪＯ％、Ｚ　ｒ　０．０１〜０．３０％、Ｖ０．０１
〜０．３０％、Ｎｉ　０．０１〜５，７％の範囲内とし
た。

以上の各成分のほかはＡ１１および不可避的不純物とす
れば良い。不可避的不純物としてはＦｅおよびＳｔが含
有されるのが通常であるが、Ｆｅは０．６０％程度以下
、Ｓｉは０．５０％程度以下であればこの発明で対象と
するプリント回路基板の基材として特に支障はない。

そのほか、アルミニウム合金鋳塊の製造においては、一
般に鋳塊結晶粒の微細化のためにＴ１、またはＴｉおよ
びＢを添加することか多いか、この発明の材料の場合も
ＴｊｌまたはＴｉおよびＢか添加されていても特に可撓
性プリント回路基板の基材として支障はない。但しその
添加量は、Ｔｉ　０．２％以下、Ｂ　０．０４％以下が
望ましい。

またこの発明の系のアルミニウム基合金のようにＭｇを
含有するＡΩ合金の鋳造にあたっては、溶湯の酸化を防
止したりあるいは圧延性を改善する目的でＢｅを必要に
応じて添加することかあるが、この発明の材料の場合も
Ｂｅを必要に応じて５０ｐｐｍ程度以下添加することが
できる。

以上のような成分組成のアルミニウム合金は、その耐熱
軟化特性が優れており、したがって可撓性プリント回路
基板の基材として用いることによって、ワイヤボンディ
ング時や半田付は時に基板が軟化してしまうことを有効
に防止できる。そのため、可撓性プリント回路基板の基
材としてアルミニウム合金を実際に使用することが可能
となり、アルミニウム合金の本来有する特性、すなわち
軽量であることや熱伝導率か高くて放熱性か良好である
こと、さらには樹脂との接着性を良好にし得ること、ま
た導電材料であるため帯電防止機能も有すること、さら
に最終焼鈍の調整によって形状凍結性の付与も可能で、
電子機器の実装や筐体への収納にも好都合であることな
ど、可撓性プリント回路基板の基材として優れた特性を
充分に発揮することが可能となる。

発明の実施のための具体的な説明 この発明のプリント回路基板において基材として用いら
れるアルミニウム合金板は次のようにして製造すること
ができる。

先ず前述のような成分組成のアルミニウム基合金溶湯を
常法にしたがって鋳造する。この鋳造方法としては半連
続鋳造法（ＤＣ鋳造法）か−膜内であるが、省エネルギ
や強度向上、特に耐軟化性の向上等の観点から３〜１５
＋＊ｍ程度の薄板に直接鋳造する薄板連続鋳造法（連続
鋳造圧延法）を適用することが望ましい。

半連続鋳造により得られた鋳塊に対しては、均熱処理（
均質化処理）および熱間圧延を行ない、必要に応じて冷
間圧延、中間焼鈍、最終冷間圧延を行なって厚さ０，０
５〜０．５報程度の圧延板とする。

但し薄板連続鋳造板の場合は、これらの工程のうち熱間
圧延までの工程を省略することができる。

上記各工程のうち、均熱処理は４５０〜６００℃の温度
にて４８時間以内保持すれば良い。均熱温度か４５０℃
未満では熱間圧延性が低下し、一方均熱温度が６００℃
を越えれば共晶溶融が発生し易くなる。

また保持時間か４８時間を越しても均熱による組織の均
質化効果はほとんど飽和し、エネルギコストの増大を招
くたけである。

均熱処理後は通常は再加熱してから熱間圧延を行なう。

この再加熱は、常法に従って４００〜５５０℃で行ない
、熱間圧延も４００〜５５０℃で行なえば良い。なお均
熱処理（均質化処理）と熱間圧延のための加熱処理は、
上述のように個別に行なう必要はなく、均質化処理と熱
間圧延のための加熱を兼ねて１回の加熱処理を行ない、
引続いて熱間圧延を行なっても良い。

熱間圧延終了後は、必要に応じて一次冷間圧延を施した
後、さらに必要に応じて中間焼鈍を施し、さらに最終冷
間圧延を行なう。

ここで中間焼鈍は、圧延性改良、もしくはＺｎＣｕ添加
合金においてはその後の冷間圧延による加工硬化性を高
めたり、時効硬化性をもたせるために行なうものである
。圧延時の耳割れ防止や圧延性改良の場合は、連続焼鈍
（加熱速度、冷却速度数１０℃／５ｅｅ）、バッチ焼鈍
（加熱速度、冷却速度数１０℃／　５ｅｃ）のいずれで
もよく、その焼鈍温度は３００〜４５０℃程度とすれば
よい。ＺｎやＣｕを含んた合金において加工硬化性を高
めたり、時効硬化性をもたせるために中間焼鈍を用いる
場合は、ＭｇとＺｎやＣｕをＡ、Ｑ中に固溶させる必要
かある。このような目的で中間焼鈍を行なうには、般の
２０００系合金や７０００系合金の溶体化処理条件に準
じた条件で行なえばよい。すなわち、焼鈍温度としては
４８０〜５６０℃で行ない、板厚にもよるが焼鈍温度で
１時間以内保持し、冷却速度１℃／ｓｅｃ以上で冷却す
る。１℃／　ｓｅｅ未満の冷却速度では時効による硬化
か少なく、また加工硬化性も低くなるため、冷却速度は
１℃／ｓｅｅ以上が望ましい。コイルを用いてこの中間
焼鈍を行なう場合は連続焼鈍を用いる。この場合、保持
時間がほとんどなくてもその後の時効硬化性、加工硬化
性は著しく損なわれない。

最終冷間圧延は、所要の板厚とするためばかりでなく、
加工硬化による強度向上のために必要である。最終圧延
板の強度は、プリント回路基板としては引張強さで３０
ｋｇ　ｆ　／−以上、耐力て２５ｋｇｆ／ＩＱ＋！以上
が必要であるが、この発明のアルミニウム基合金の場合
、冷間圧延後の圧延材強度として充分にこれらの値を確
保することができる。

なお上記の強度を確保できるならば、耐繰返し曲げ性を
さらに向上させるために最終冷間圧延後に２００℃以上
で最終焼鈍を行なっても良い。この場合、最終焼鈍によ
って形状凍結性が増すので、従来の樹脂フィルムベース
回路基板では困難だった回路基板に電子機器を実装して
から非常に狭い場所や変形した筐体の中に納めることが
容易になる。

また中間焼鈍条件によって時効硬化性を与えた場合、１
００〜２５０℃程度で時効し、強度向上を図ることもて
きる。

以上のようにして得られたアルミニウム合金板を基材し
てプリント回路基板を作成するためには次のようにすれ
ば良い。

すなわち前記アルミニウム合金圧延板の表面に、（必要
により脱脂後）機械的研磨や化学エツチングあるいは陽
極酸化処理などの１種または２種以上の表面処理を施し
た後、プリント回路や電極となるアルミ箔または銅箔を
絶縁性樹脂からなる接着剤により接着すれば良い。この
ようにして得られたプリント回路基板の一例を第１図に
示す。第１図において１は基材としてのアルミニウム合
金板、２は表面の銅箔、３は基材アルミニウム合金板１
と銅箔２との間に介在する樹脂絶縁層で、通常は前述の
接着剤が硬化したものである。なおアルミ箔または銅箔
２は、エツチング等の公知の手段によって所定の回路パ
ターンに形成される。

実施例 実施例　１ 第１表に示す符号１の合金（本発明合金）および符号２
の合金（比較合金：　ＪＩ８１０５０相当）を通常の半
連続鋳造法により鋳造した。得られた鋳塊の各面を面側
して厚さ３００龍、幅１０００ｍｍ、長さ３５００ｍ＋
ｍとし、　５００℃Ｘ２ｈｒの均質化処理を行なった後
、４８０℃に加熱して熱間圧延して３■■の板厚とし、
次いで冷間圧延を行なって板厚０．１５ｍｍとした。

このようにして得られた０．１５璽寵厚の圧延板、すな
わちプリント回路基板用の基材について、圧延のままの
状態（加熱なしの状態）の機械的性質、および１５０〜
５００℃の各温度にそれぞれ２時間加熱した後の機械的
性質を調べた結果を第２表に示す。

第２表から明らかなように、本発明合金からなるプリン
ト回路基板用基材の場合は、耐熱軟化特性が優れ、特に
半田付けやワイヤボンディング時の２５０〜３．５０℃
程度の熱に対する耐熱軟化特性が優れており、したがっ
てプリント回路用基板としてワイヤボンディングや半田
付けの工程を経た後でも充分な強度を有していることが
判る。

以上のようなプリント回路基板用基材を用いて、次のよ
うにしてプリント回路基板を作成した。

すなわち、第１図に示すように合金符号１の０．１５＋
ｎ厚の板に２（１０℃１時間の焼鈍を行なった基材アル
ミニウム合金板ｌの表面に、表面処理としてエツチング
化成処理を施した後、接着剤として熱硬化型エポキシ樹
脂系接着剤を用いて０．０３５龍厚の銅箔２を接着した
。接着剤は硬化後の厚みで０．０５ｍ−であり、この層
が絶縁層３に相当する。

さらに上述のようにして得られたプリント囲路基板に対
してエツチングにより回路４を形成した後、電子部品５
を半田６によって２８１１’ＣＸ　５秒で半田付けし搭
載したものを保護用のフィルムでカバー７して、第２図
に示すような可撓性を有する実装プリント配線板とした
。

その結果、半田付けの加熱処理（２６０℃×５秒）を行
ったにも拘らず強いスプリングバック性を示し、さらに
変形や歪の無いものが得られた。

実施例　２ 第１表に示す符号１の合金（本発明合金）を連続鋳造に
より７關の板厚に鋳造し適宜中間焼鈍を施しなから冷間
圧延にて０．１５ｍｍにし４００℃×２時間の焼鈍を施
した板にリン酸溶液中で２μｓの陽極酸化処理を施した
基材１を用意した。これに絶縁層を兼ねる接着剤２とし
て熱硬化型エポキシ樹脂を用いて０．０３５ｍｍ厚の銅
箔３を熱圧着して総板厚０．２３鰭の積層板を製作した
。

この積層板の銅箔３に対し塩化第２鉄溶液でエツチング
して回路を形成後、第３図のように変形した筐体に納め
るべくプレス加工により塑性変形させた。

このプリント回路基板にＳＭＴにより電子部品５を半田
付けにて搭載し回路保護用のフィルムて必要部分をカバ
ー７した。この塑性変形済み部品搭載回路基板８を筐体
９内に装着しボルト１０で固定した。

比較例としてポリイミド樹脂フィルムをベースに銅箔を
加熱積層した総厚さ０．１ｂ＋ｍのプリント回路基板に
電子部品を搭載し同様の筐体に装着したものも作った。

これらの特性の比較結果を第３表に示す。

上記の結果から分かるように、本発明の合金をベースに
用いた実施例はポリイミド樹脂をベースに用いた比較例
にくらべて、常温ビール強度、３００℃半田耐熱性、Ｐ
ＣＴＣ事後耐熱性、放熱性、寸法安定性、筐体装着性の
いずれにおいても優れている。

発明の効果 この発明のプリント回路基板は、基材として用いている
アルミニウム合金の耐熱軟化特性か優れているため、ワ
イヤボンディングや半田付けを行なった後においても高
い強度を確保することができ、可撓性プリント回路基板
として必要充分な強度、曲げ性を有しまた、熱処理によ
って形状凍結性の調整ができるから、アルミニウム合金
を基材として実際的に使用することが可能となった。ま
たこのように基材としてアルミニウム合金を用いている
ため、放熱性が優れ、かつ静電気が帯電するおそれが少
なく、電磁シールド性か高く、適度な剛性を持つので補
強をする必要もなくしかも樹脂との接着性を良好にする
ことが容易に可能であり、さらには耐食性にも優れてい
て、吸水性もないので回路基板としての信頼性も高い。

また従来の耐熱性のあるポリイミドベースの回路基板に
比較して低価格で製作できる為、汎用性があり各種用途
に使える。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のプリント回路基板の一例を示す模式
的な縦断面図、第２図はこの発明の可撓性プリント回路
基板に部品を搭載した実装プリント配線板の模式的な縦
断面図、第３図はこの発明の可撓性プリント回路基板を
用いた塑性変形済み部品搭載回路基板の一例を示す模式
的な縦断面図である。 １・・・アルミニウム合金基材

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）基材として、Ｍｎ０．３〜４．０％（重量％、以
   下同じ）およびＭｇ０．１０〜５．０％を含有し、残部
   がＡｌおよび不可避的不純物よりなるアルミニウム合金
   を用いたことを特徴とする可撓性アルミニウムベースプ
   リント回路基板。
2. （２）基材として、Ｍｎ０．３〜４．０％およびＭｇ０
   ．１０〜５．０％を含有し、かつＣｕ０．０１〜３．０
   ％、Ｚｎ０．０１〜３．０％のうちの１種または２種を
   含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなるアル
   ミニウム合金を用いたことを特徴とする可撓性アルミニ
   ウムベースプリント回路基板。
3. （３）基材として、Ｍｎ０．３〜４．０％およびＭｇ０
   ．１０〜５．０％を含有し、かつＣｒ０．０１〜０．３
   ０％、Ｚｒ０．０１〜０．３０％、Ｖ０．０１〜０．３
   ０％、Ｎｉ０．０１〜５．７％のうちの１種または２種
   以上を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりな
   るアルミニウム合金を用いたことを特徴とする可撓性ア
   ルミニウムベースプリント回路基板。
4. （４）基材として、Ｍｎ０．３〜４．０％およびＭｇ０
   ．１０〜５．０％を含有し、かつＣｕ０．０１〜３．０
   ％、Ｚｎ０．０１〜３．０％のうちの１種または２種と
   、Ｃｒ０．０１〜０．３０％、Ｚｒ０．０１〜０．３０
   ％、Ｖ０．０１〜０．３０％、Ｎｉ０．０１〜５．７％
   のうちの１種または２種以上を含有し、残部がＡｌおよ
   び不可避的不純物よりなるアルミニウム合金を用いたこ
   とを特徴とする可撓性アルミニウムベースプリント回路
   基板。
5. （５）請求項１，２，３又は４のいずれかの成分組成の
   アルミニウム合金板を用いて構成された総厚さ０．１０
   ｍｍ〜０．５０ｍｍの可撓性アルミニウムベースプリン
   ト回路基板。