JP4429611B2

JP4429611B2 - 銅合金複合箔、その製造法及び該銅合金複合箔を用いた高周波伝送回路

Info

Publication number: JP4429611B2
Application number: JP2003026626A
Authority: JP
Inventors: 晃松田; 裕二鈴木
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2003-02-04
Filing date: 2003-02-04
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2023-02-04
Also published as: JP2006155899A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強度、導電性、表面形状に優れた銅合金複合箔、並びに該銅合金複合箔の製造方法に関するものであり、例えば、ＩＣカードのアンテナ等のような高周波伝送回路の用途に最適な銅合金複合箔を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高機能電子機器に対する小型化、処理速度の高速化等の要求から、その回路配線に用いられる材料は、一般に狭ピッチ化・軽量化に有利な薄型であり、かつ高周波電流に対するインピーダンスの低いことが要求されている。その１つの例がＩＣカードである。
最近までは主に、磁気信号を記録させた磁気カードが携帯に便利であることから、キャッシュカードやクレジットカード、テレフォンカード、ポイントカードなど種々の分野で幅広く利用されてきている。これに対しＩＣカードは、カード内にＩＣを内蔵することで、より高度な判断、複雑な演算が可能となり、記憶容量は磁気カードの１００倍程度大きく、かつ情報の読み書きが可能で、安全性が高いという特徴もある。
ＩＣカードの情報伝達方法には、接点への物理的接触により交信する接触型以外に、電磁波などを用いて最大数ｍ程度の空間的な距離をあけて交信することのできる非接触型のものがある。
【０００３】
ＩＣカードのこれらの特徴により、ＩＣカードは例えば、ＩＤカード、乗車券、定期券、電子マネー、高速道路ゲート通行券、健康保険証、住民票、医療カード、物流管理カード等といった非常に広い範囲での利用が見込まれている。
非接触型ＩＣカードはその通信距離により、密着型（通信距離〜２ｍｍ）、近接型（同１０ｃｍ）、近傍型（同７０ｃｍ）、マイクロ波型（同数ｍ）の４タイプに分かれており、通信周波数は密着型では４．９１ＭＨｚ、近接型、近傍型では１３．５６ＭＨｚ、マイクロ波型では２．４５および５．８ＧＨｚとＭＨｚからＧＨｚ域までわたっている。
【０００４】
この非接触型ＩＣカードの基本構造は、絶縁シート、アンテナ、ＩＣチップからなり、ＩＣチップには強誘電体メモリ、不揮発性メモリ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、変復調回路、電源回路、暗号回路、制御回路などが組み込まれている。このＩＣカードのアンテナ部材としては、被覆銅線巻き線、銀ペースト、アルミ箔、銅箔などが使用されており、巻き数、用途、製造コストなどにより使い分けられている。巻き数が少なく高導電性が必要な場合は、アンテナ材料として圧延純銅箔や電解銅箔を用いることが多い。
【０００５】
しかし、アンテナ用材料として通常の電解銅箔のような表面粗さの大きい箔を用いると、高周波信号の発信、受信の際にインピーダンスが増大し、高周波領域では使用できない場合がある。一方、電解、圧延に限らず純銅箔を用いた場合においては、材料強度が低いため、部品を組み立てる工程で箔が変形したり、狭ピッチの配線のため、引っ張り応力がかかると破断して生産性を下げるという不具合がある。
また、リードフレーム材料などとして用いられている高強度高導電性銅合金は、純銅の箔に比べると高い材料強度を有しているが、近年の信号伝達の高速化、小型化、高い信頼性などの要求に対処するには不十分である。
従って、さらなる狭ピッチ、軽量化に対応すべく、これら従来の銅合金の特性を向上させた銅合金の使用が各種出願されている（例えば特許文献１参照）が、アンテナ用材料として十分な強度と高周波領域での伝送ロス低減という特性を満足するものにはいたっていない。
【０００６】
特開２００２−１６７６３３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記近年の要望に鑑み、上記課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、高強度と高導電性を併せ持ち、なおかつ表面に銅又は／及び銀のごとく抵抗の小さい層を設けたインピーダンスの低い銅合金複合箔を開発し、近年の要望に対応した箔を提供することに成功したもので、強度、導電性、表面形状に優れた、例えば、ＩＣカードのアンテナ等のような高周波伝送回路の用途に最適な銅合金複合箔並びにその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の基本的な考え方は、次のとおりである。即ち、
高周波領域では、電流が表層を流れるため導電性に優れる銅又は／及び銀を表面に配置し、強度は芯材となる銅合金圧延箔（材）で持たせる。また、電解銅箔などと比べ、繰り返し曲げ性に優れる銅合金圧延箔の使用により、折り曲げされる用途での使用にも耐えうる材料とすることである。
表面の銅または銀層は、導電性から高純度であることが望ましいが、微量の添加元素を加えて合金化してもよい。
【０００９】
本願の請求項１の発明は、銅合金圧延箔の少なくとも片方の表面に厚さが少なくとも０．０１〜３μｍで、表面粗さが、Ｒｚで、０．３〜５．０μｍであり、Ｒａで０．０２〜０．５μｍである銀のめっき層を設けたことを特徴とする高周波伝送回路用銅合金複合箔である。
【００１０】
本願の請求項２の発明は、銅合金圧延箔の少なくとも片方の表面に厚さが０．０１〜３μｍで、表面粗さが、Ｒｚで、０．３〜５．０μｍであり、Ｒａで０．０２〜０．５μｍである銅のめっき層を設けたことを特徴とする高周波伝送回路用銅合金複合箔である。
【００１１】
本願の請求項３の発明は、銅合金圧延箔の少なくとも片方の表面に銅めっき層及び銀めっき層からなるめっき層を設け、該めっき層の厚さが０．０１〜３μｍで、表面粗さが、Ｒｚで、０．３〜５．０μｍであり、Ｒａで０．０２〜０．５μｍであることを特徴とする高周波伝送回路用銅合金複合箔である。
【００１２】
本願の請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の銅合金複合箔であって、該銅合金複合箔の引っ張り強さが５００Ｎ／ｍｍ²以上であることを特徴とする高周波伝送回路用銅合金複合箔である。
【００１３】
本願の請求項５の発明は、平滑層上に、粗化処理、防錆処理のいずれか又は両者を施したことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の銅合金複合箔である。
【００１５】
本願の請求項６の発明は、銅合金からなるインゴットを圧延により所望の厚さの箔に加工した後、該加工銅合金箔の少なくとも片方の表面にめっきにより厚さが０．０１〜３μｍで、表面粗さが、Ｒｚで、０．３〜５．０μｍであり、Ｒａで０．０２〜０．５μｍである銅又は／及び銀のめっき層を施すことを特徴とする高周波伝送回路用銅合金複合箔の製造方法である。
【００１７】
本願の請求項７の発明は、銅合金からなるインゴットを圧延により中間サイズの厚さの箔にまで加工し、該加工銅合金箔の少なくともその一方の箔表面に銅めっき又は／及び銀めっきを施し、次いで圧延加工を施して厚さが０．０１〜３μｍで、表面粗さが、Ｒｚで、０．３〜５．０μｍであり、Ｒａで０．０２〜０．５μｍである銅又は／及び銀のめっき層とすることを特徴とする高周波伝送回路用銅合金複合箔の製造方法である。
【００１８】
本願の請求項８の発明は、銅合金からなるインゴットを圧延により中間サイズの厚さの箔にまで加工し、少なくともその一方の箔表面に銅めっき又は／及び銀めっきを施し、次いで熱処理を施し、或いは熱処理と圧延加工処理を施して、厚さが０．０１〜３μｍの銅又は／及び銀からなるめっき層とすることを特徴とする高周波伝送回路用銅合金複合箔の製造方法である。
【００１９】
本願の請求項９の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の銅合金複合箔を用いて、或いは請求項６乃至８のいずれかに記載の製造方法で製造した高周波伝送回路用銅合金複合箔を用いて作成したことを特徴とする高周波伝送回路である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明における銅合金複合箔の表面に形成する銅又は／及び銀の層は、所望の厚さとした銅合金材（箔又は中間厚さの板）にめっきして形成することができ、銅又は／及び銀の層は圧延や焼鈍などの工程以前に施しても良く、最終的に箔の表面に薄い層として残存させれば良い。
芯材が、固溶型、または析出・固溶型合金の場合（例えば、亜鉛などを含む場合）には、熱処理などの銅めっき後の加工により、表面層まで合金元素（Ｚｎ）が拡散し表面まで合金化（Ｃｕ−Ｚｎ合金）される場合があり、表面の導電率を低下させるため熱処理などの条件を適宜設定し、表面層の導電率を確保する必要がある。
従来の銅合金箔を使用して高周波で通電すると表皮効果のため抵抗が極端に増大するためインピーダンスの増大を招き、正常な信号の送受信が不可能となる場合がある。この現象を解析した結果、従来の銅合金箔を使用すると、銅合金箔は純銅箔に比べ導電率が低いため表皮効果での影響が大きいことがわかった。
【００２１】
また、表面粗さが粗くなった場合も上記不具合の発生がある。表面粗さの指標としては、Ｒｚ、Ｒａの両者が影響する。
本発明において種々実験、検討した結果、導電率の低い銅合金材料を芯材とする本発明銅合金複合箔は高周波伝送における表皮効果に対して、Ｒｚが５．０μｍ以下、Ｒａが０．５μｍ以下とすることが好ましい。
【００２２】
一方、表面粗さが平滑すぎると、搬送時においてスリップが生じて、箔表面に傷の発生を誘発する。箔（一般に箔とは、０．０８０ｍｍ以下のもの）の製造、取り扱いは板の製造、取り扱いと異なり、箔の薄さのため低い張力でライン上を搬送させなければならず、板に比べて搬送ロールが同調し難く、スリップ傷が発生しやすい。スリップ傷は、箔全長に渡って発生することもあり、強いスリップ傷でＲｚが５．０μｍを超えるものは、この発生部位にて箔に折れが発生することもある。大きなスリップ傷が発生した部位をそのまま回路部品として加工した製品は、スリップ傷が発生しなかった製品と比べ、表皮効果のため、インピーダンスが大きくなり、高周波伝送回路用として使用できない状態となる。
このため、銅合金複合箔のＲｚは０．３μｍ以上、Ｒａは０．０２μｍ以上とすることが望ましい。
【００２３】
箔の強度は、部品を組み立てる工程で箔が変形したり、狭ピッチの配線を行う場合に負荷される引張り応力などに耐えられるだけの十分な高い強度が必要とされ、本発明銅合金複合箔では引っ張り強度で、５００Ｎ／ｍｍ²以上、望ましくは７００Ｎ／ｍｍ²以上が必要である。これより低い場合には、組み立て加工時の破断や通板時にしわや折れなどが発生し、生産性を損ねる他、しわによりインピーダンスが増大する恐れがあるからである。
【００２４】
本発明では箔の強度を銅合金の芯材にて持たせ、かつ表面に銅や銀のごとく導電性の高い金属を配することで高周波伝送時での表皮効果によるロスを減少させている。銀や銅での周波数と電流の流れる深さ（表皮深さ）は、１０ＭＨｚで約２０μｍ、０．５ＧＨｚで約３μｍ、１ＧＨｚで約２μｍ、１０ＧＨｚで約０．６μｍと計算されており、表面の少しの粗さや導電率（不純物含有）により、大きな効果がでてくる。
表面に存在する銅や銀層の厚みについては、表面の平滑化の効果も加わるが、その使用用途での周波数に応じた表皮深さの約１／１０以上の厚みを有しておれば効果を発する。
つまり、密着型、近接型、近傍型では、約２μｍ程度の厚さが必要であり、マイクロ波型では、０．１μｍ程度の厚さで効果を発揮する。
【００２５】
なお、エッチングによる回路形成に対しては、銀よりも銅層の方が同一のエッチャントで溶解除去しやすいため好ましい。
また、高周波特性からは、表面に粗化処理膜、防錆処理膜を形成しない方が望ましいが、樹脂などとの密着性や耐食性が要求される場合には、高周波特性を一部犠牲にして施してもよい。
【００２６】
粗化処理膜としては、Ｃｕまたは、ＣｕとＣｏ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｒからなる微細粒子、若しくはこれらとＶ，Ｍｏ，Ｗなどの元素の酸化物との混合物を電解析出させる。なおこの粗化膜上に更に平滑なＣｕめっきを施し、粉落ちを防止すると良く、通常０．０１ｍｇ／ｄｍ²以上の付着量で基板樹脂との密着力を向上させることができる。
また、更にこの上に防錆処理、シランカップリング剤処理をほどこしても良い。防錆処理としては、一般的にＮｉ，Ｚｎ，Ｃｒやこれらの合金めっきやクロメート処理または、ＢＴＡなどの有機防錆処理を施す。
シランカップリング剤処理としては、ビニル系、エポキシ系など使用される基板により適宜選択する。
【００２７】
次に、本発明の実施例を用いて詳細に説明する。
なお、この説明は、本発明の一般的な説明をする目的でなされたものであり、何ら限定的意味を持つものではない。
【００２８】
実施例１
電気銅を主原料とし、銅ベリリウム母合金、コバルトを副原料として配合し、高周波溶解炉にて真空中で銅−ベリリウム−コバルト合金を溶解製造し、厚さ２８ｍｍのインゴットに鋳造した。
続いて、インゴットに熱間加工を施し、冷間加工と溶体化処理を繰り返した後、最終の冷間圧延を行い、厚さ３３μｍの箔として時効処理を施した。得られた合金の組成は、Ｂｅ＝０．４ｗｔ％、Ｃｏ＝５．２ｗｔ％であった。
得られた箔の表面に、公知の前処理を施し、シアン浴にてＣｕを両面１μｍの厚さにめっきを施した。めっきした銅合金複合箔の表面粗度は、Ｒａで０．２μｍ、Ｒｚで３．１μｍであった
得られた複合箔の、引っ張り強さは、１０１０Ｎ／ｍｍ²、導電率は３０ＩＡＣＳ％であった。
【００２９】
実施例２
実施例１と同様にして製造した銅合金箔に、Ｃｕめっきに替えて、シアン浴でＡｇめっきを両面１μｍの厚さに施した。
表面の粗度は、Ｒａで０．２３μｍ、Ｒｚで３．２μｍであった。
得られた銅合金複合箔の、引っ張り強さは、１０２０Ｎ／ｍｍ²、導電率は２９ＩＡＣＳ％であった。
【００３０】
実施例３
電気銅を主原料とし、銅ベリリウム母合金、コバルトを副原料として、実施例１と同様の配合で、高周波溶解炉にて真空中で銅―ベリリウムーコバルト合金を溶解製造し、厚さ２５ｍｍのインゴットに鋳造した。
続いて、インゴットに熱間加工を施し、冷間加工と溶体化処理を繰り返した後、最終の冷間圧延を行い、厚さ２９μｍの箔とした後、両面に厚さ３μｍのシアンＣｕめっきを施した後、時効処理を施した。
表面の粗度は、Ｒａで０．２μｍ、Ｒｚで２．２μｍであった。
得られた複合箔の引っ張り強さは、９２０Ｎ／ｍｍ²、導電率は３６ＩＡＣＳ％であった。
【００３１】
実施例４
実施例３で鋳造したインゴットに熱間加工を施し、冷間加工と溶体化処理を繰り返し、厚さ３５μｍの箔とした後、両面に厚さ３μｍのシアンＣｕめっきを施した後、最終の冷間圧延を行い３５μｍとしてから、時効処理を施した。
表面の粗度は、Ｒａで０．１７μｍ、Ｒｚで２．１μｍであった。
得られた複合箔の引っ張り強さは、９１０Ｎ／ｍｍ²、導電率は３５ＩＡＣＳ％であった。
【００３２】
比較例１
電気銅を主原料とし、銅ベリリウム母合金、コバルトを副原料として、高周波溶解炉にて真空中で銅―ベリリウムーコバルト合金を溶解製造し、実施例１と同じ合金組成の厚さ３０ｍｍのインゴットを鋳造した。
続いて、インゴットに熱間加工を施し、冷間加工と溶体化処理を繰り返した後、最終の冷間圧延を行い、厚さ３５μｍの箔として時効処理を施した。
表面の粗度は、Ｒａで０．３μｍ、Ｒｚで３．６μｍであった。
引っ張り強さは、１０８０Ｎ／ｍｍ²、導電率は２６ＩＡＣＳ％であった。
【００３３】
実施例１乃至４で得られた銅合金複合箔並びに比較例１で得られた銅合金箔につき、伝送ロスの評価を行った。
評価は各実施例、比較例１で作成した銅箔を高周波基板用樹脂を含浸させたガラス布プリプレグ上に置いて加熱プレスして積層板とし、次いで箔表面にドライフィルムエッチングレジストを貼りエッチングし、高周波プリント配線板を作成した。配線板の箔の巾：１００μｍ、導体間：１００μｍのパターンを得た。これを用いて、４ＧＨｚの信号を５００ｍｍ送り伝送ロスを測定した。
各実施例の比較例１と比べた伝送ロスの減少率は、下記であった。
実施例１：１３％
実施例２：１２％
実施例３：４２％
実施例４：３５％
また、実施例は全て製造上にてスリップ傷などの発生もなく、外観は良好であった。
【００３４】
実施例５
８％錫−リン青銅を、電気銅、リン含有銅、錫を原料として、真空鋳造し厚さ３０ｍｍのインゴットを得た。組成は、Ｓｎ＝８．２ｗｔ％，Ｐ＝０．０３ｗｔ％であった。
本インゴットに熱間加工を施した後、冷間加工と圧延を繰り返し、厚さ３０μｍの箔を得た。得られた箔に公知の前処理を施した後、光沢硫酸銅めっき浴にて両面に厚さ２．５μｍの銅めっきを施した。
表面粗度は、Ｒａで０．２μｍ、Ｒｚで１．８μｍであった。
得られた複合箔の、引っ張り強さは、６１０Ｎ／ｍｍ²であり、導電率は２５ＩＡＣＳ％であった。
【００３５】
実施例６
実施例５と同様に作成した銅合金複合箔につき、低温アニールを模擬すべく、２５０℃、３０分の大気加熱を行い、表面を硫酸で酸洗いした。
粗度、引っ張り強さは実施例５と同等であり、導電率は２３ＩＡＣＳ％であった。
【００３６】
実施例７
実施例５の銅合金複合箔につき、焼けめっき後カプセルめっきを施し、微細粗化処理した。さらに防錆処理としてＣｒを０．０２ｍｇ／ｄｍ²電気めっきしビニル系のシランカップリング剤処理を施した。
粗度は、Ｒａで０．２７μｍ、Ｒｚで２．５μｍであり、引っ張り強さ、導電率は実施例５と同等であった。
【００３７】
実施例８
実施例５と同様にして、厚さ３４．６μｍの箔を得た。この箔に公知の前処理を施した後、両面にシアン浴にてＡｇを厚さ０．１μｍめっきした後、光沢硫酸銅めっきを厚さ０．１μｍ施した。
粗度は、Ｒａで0．3μｍ、Ｒｚで３．０μｍであった。引っ張り強さは、６９２Ｎ／ｍｍ²、導電率は１３ＩＡＣＳ％であった。
【００３８】
比較例２
実施例５で得られた厚さ３０ｍｍのインゴットに熱間加工を施した後、冷間加工と圧延を繰り返し、厚さ３５μｍの箔を得た。
表面の粗度は、Ｒａで０．４μｍ、Ｒｚで３．２μｍであった。引っ張り強さは、７００Ｎ／ｍｍ²、導電率は１２ＩＡＣＳ％であった。
【００３９】
これらの箔につき前記と同様の方法で伝送ロスを測定した。
実施例５乃至８と比較例２とを比べた伝送ロスの減少率は、下記であった。
実施例５：３５％
実施例６：２３％
実施例７：１３％
実施例８：９％
上記においても、各実施例では製造上にてスリップ傷などの発生もなく、外観も良好であった。
【００４０】
また、本発明の銅合金複合箔は従来の電解銅箔や圧延の純銅箔の強度が約４００Ｎ／ｍｍ²程度であるのと比べ実施例１乃至４では１０００Ｎ／ｍｍ²程度、実施例５、８でも６００Ｎ／ｍｍ²以上と強度が高く、また、繰り返し曲げも測定の結果約３倍の強度を有している。
【００４１】
【発明の効果】
上述したごとく、本発明の銅合金複合箔は従来の電解銅箔や圧延の純銅箔と比べ強度が高く、また、繰り返し曲げにも優れ、かつ銅合金圧延箔で著しい劣化を示した伝送ロスも防止できるため工業上非常に優れている。
また、特殊な銅合金の使用に限定されることなく、高強度銅合金のいずれにも応用できることからも工業的価値が高い。
更に、本発明銅合金複合箔は、高周波伝送回路として優れた特性を備えていることから、接触型、非接触型ＩＣカードのアンテナ用材料等として好適に使用できる等の優れた効果を有するものである。

Claims

銅合金圧延箔の少なくとも片方の表面に厚さが０．０１〜３μｍで、表面粗さが、Ｒｚで、０．３〜５．０μｍで、Ｒａで０．０２〜０．５μｍの銀のめっき層が設けられていることを特徴とする高周波伝送回路用銅合金複合箔。
銅合金圧延箔の少なくとも片方の表面に厚さが０．０１〜３μｍで、表面粗さが、Ｒｚで、０．３〜５．０μｍで、Ｒａで０．０２〜０．５μｍの銅のめっき層が設けられていることを特徴とする高周波伝送回路用銅合金複合箔。
銅合金圧延箔の少なくとも片方の表面に銅めっき層及び銀めっき層が設けられ、該めっき層の厚さは０．０１〜３μｍ、表面粗さは、Ｒｚで、０．３〜５．０μｍ、Ｒａで０．０２〜０．５μｍであることを特徴とする高周波伝送回路用銅合金複合箔。
請求項１乃至３のいずれかに記載の高周波伝送回路用銅合金複合箔であって、該銅合金複合箔の引っ張り強さが５００Ｎ／ｍｍ²以上であることを特徴とする高周波伝送回路用銅合金複合箔。
前記めっき層上に、粗化処理又は／及び防錆処理を施したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の高周波伝送回路用銅合金複合箔。
銅合金からなるインゴットを圧延により所望の厚さの箔に加工した後、該加工銅合金箔の少なくとも片方の表面にめっきにより厚さが０．０１〜３μｍで、表面粗さが、Ｒｚで、０．３〜５．０μｍで、Ｒａで０．０２〜０．５μｍである銅又は／及び銀のめっき層を施すことを特徴とする高周波伝送回路用銅合金複合箔の製造方法。
銅合金からなるインゴットを圧延により中間サイズの厚さの箔にまで加工し、該加工銅合金箔の少なくともその一方の箔表面に銅めっき又は／及び銀めっきを施し、次いで圧延加工を施して厚さが０．０１〜３μｍで、表面粗さが、Ｒｚで、０．３〜５．０μｍであり、Ｒａで０．０２〜０．５μｍである銅又は／及び銀のめっき層とすることを特徴とする高周波伝送回路用銅合金複合箔の製造方法。
銅合金からなるインゴットを圧延により中間サイズの厚さの箔にまで加工し、少なくともその一方の箔表面に銅めっき又は／及び銀めっきを施し、次いで熱処理を施し、或いは熱処理と圧延加工処理を施して、厚さが０．０１〜３μｍで、表面粗さが、Ｒｚで、０．３〜５．０μｍであり、Ｒａで０．０２〜０．５μｍである銅又は／及び銀のめっき層とすることを特徴とする高周波伝送回路用銅合金複合箔の製造方法。
請求項１乃至５のいずれかに記載の銅合金複合箔を用いて、或いは請求項６乃至８のいずれかに記載の製造方法で製造した高周波伝送回路用銅合金複合箔を用いて作成したことを特徴とする高周波伝送回路。