JPH11264040A

JPH11264040A - 銅合金箔

Info

Publication number: JPH11264040A
Application number: JP8822598A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Maki; 哲生牧
Original assignee: Nippon Mining and Metals Co Ltd
Current assignee: Nippon Mining Holdings Inc
Priority date: 1998-03-18
Filing date: 1998-03-18
Publication date: 1999-09-28

Abstract

(57)【要約】【課題】十分な強度および電気伝導度を有し、さらに
は生産性にも優れた銅合金箔を提供すること。【解決手段】１〜４．８％のＮｉおよび０．２〜１．
４％のＳｉを含有し、好ましくはＳｉ濃度に対するＮｉ
濃度の比が２〜８になるようにし、さらに好ましくはＭ
ｇ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍ
ｎ、ＡｇまたはＢｅのうち１種以上を総量で０．００１
〜２％更に含有し、残部がＣｕおよびその不可避的不純
物からなり、介在物の大きさが１０μｍ以下でありかつ
５〜１０μｍの大きさの介在物の個数が圧延平行断面で
５０個／ｍｍ² 未満であるＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金
箔。プリント配線基板用やＩＣテープキャリア用として
有用である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フレキシブルプリ
ント配線基板用およびＩＣテープキャリア等半導体実装
の用途に好適な、強度および電気伝導性に優れた銅合金
箔に関するものであり、特には介在物の大きさおよび介
在物の個数を規制したＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金箔に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】有機物を基材としたプリント配線基板
は、ガラスエポキシ、紙フェノール基板を構成材料とす
る硬質銅張積層板（リジット）と、ポリイミド、ポリエ
ステル基板を構成材料とする可撓性銅張積層基板（フレ
キシブル）とに大別され、プリント配線基板の導電材と
しては主として銅箔が使用されている。銅箔はその製造
方法の違いにより電解銅箔と圧延銅箔に分類される。上
記プリント配線基板のうち、プリント配線板のより高密
度回路化による多層板化および高可撓性が要求されるフ
レキシブルプリント回路基板は、樹脂基板に銅箔をラミ
ネートし、接着剤あるいは加熱加圧により一体化して形
成される。使用される銅箔としては、タフピッチ銅また
は無酸素銅の圧延銅箔が多く用いられており、近年で
は、高密度実装の有効な手段として、ビルドアップ基板
と呼ばれる多層配線基板が多く用いられている。

【０００３】さらに、プリント配線基板の一部は、テー
プキャリヤー、ＴＡＢ（テープ・オートメイティド・ボ
ンディング）リードとして、半導体チップの実装に使用
されている。半導体チップの実装の分野においては、近
年、その実装密度の向上のためＢＧＡ（ボール・グリッ
ド・アレイ）化、ＣＳＰ（チップ・サイズ・パッケー
ジ）化が進められている。これにより、面積当たりの端
子数は増加するが、同時に端子は狭ピッチとなるため、
実装する基板にも、高密度の配線基板が必要となる。高
密度化実現のための有効な手段として、半導体実装分野
においても多層基板が用いられている。

【０００４】一方、製造工程においては、箔の厚さが薄
くなると、歩留よく圧延することが困難となってくる。
特に介在物等の内部欠陥は、圧延時に破断を生じまたピ
ンホールを生じる原因となるため、生産性を低下させ、
ひいては製造コストの増大を招く。従って、素材には介
在物の少ないことが望まれる。近年、電子機器銅合金の
ような高い強度と導電性を要求される用途には、析出型
銅合金が使われるケースが多い。Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅
合金は、高強度と高導電率とを併せ持つ代表的な析出型
銅合金であり、電子機器用材料として実用化されてい
る。この合金においては、時効析出過程において、銅マ
トリックス中に微細なＮｉ₂ Ｓｉ析出粒子が生じること
により強度と導電率が上昇する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述のプリント基板
は、（１）組み立て時に曲げた状態で固定されて使用さ
れるもの、（２）駆動系統（例えばプリンターのヘッド
部分、ハードディスク内の駆動用回路基板等）に使用さ
れ、１万回以上の屈曲が繰り返されるもの、等に用いら
れる。近年の電子機器の小型化と高密度化に伴い、プリ
ント基板自体も小型化が要求され、純銅箔では強度が不
足するため、部品の加工および組み立て時に切断あるい
は変形といった問題が生じる。また純銅は耐熱性が著し
く低いため、銅箔を樹脂基板にラミネートする際の加熱
によって変形、断線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。

【０００６】半導体チップの実装の分野においては、搭
載されるチップの回路ルールの微細化が進展しており、
「０．１〜０．２μｍルール」が開発されている。０．
１〜０．２μｍルールの場合、チップ裏面につける金あ
るいはアルミバンプのピッチは４０μｍ程度になり、４
０μｍピッチのバンプを接合するには、基板の配線ピッ
チを１５μｍ以下にする必要がある。配線のピッチを１
５μｍ以下にするためには、基板に使用される銅箔の板
厚を１４μｍ以下にする必要がある。これは、銅箔の板
厚をピッチ以下にしないと、エッチング、組み立て加工
ができないためである。しかし従来の圧延銅箔では、板
厚が１４μｍ以下になると強度の不足から、ＩＲＢ（イ
ンナーリード・ボンディング）時に切断あるいは変形と
いった問題が生じる。従って、上記要請に対処しうる十
分な強度とさらに十分な電気伝導性を持った材料が求め
られている。

【０００７】上記要求に対し、ある種の添加元素を加え
た銅合金を用いることは有効な手段の一つではあるが、
銅合金を用いるということだけでは必ずしも十分な強度
は得られず、加えて元素の添加により基板の他の必要特
性である電気伝導度の低下といった問題が生じる。前述
したＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金においては、銅マトリック
ス中に微細なＮｉ₂ Ｓｉ析出粒子が生じることにより強
度と導電率が上昇するが、反面、強度の向上に寄与しな
い粗大な晶出物がマトリックス中に残存し易く、またＳ
ｉの活性が高いために、酸化物等が発生し易いため、マ
トリックス中にこれらの比較的大きな粒子が分散した組
織となり易いという結果を生むことになっている。Ｃｕ
−Ｎｉ−Ｓｉ系合金を銅合金箔材料として実用化するに
当たって、これらの粗大な粒子が存在すると、圧延時に
破断、ピンホールの生じる原因となるため、生産性を低
下させ、ひいては製造コストの増大を招く。本発明は上
述した課題解決のためになされたもので、十分な強度お
よび電気伝導度を有し、さらには生産性にも優れたＣｕ
−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金箔を提供することを課題としてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで本発明者らは、金
属箔として適する銅合金箔の研究を重ねたところ、Ｃｕ
−Ｎｉ−Ｓｉ系合金の成分調整を行った上で、必要に応
じＭｇ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ、
Ｍｎ、Ａｇ、Ｂｅを含有させると共に、製造条件を制御
・選定してマトリックス中の析出物、晶出物、酸化物等
の介在物の分布の制御を行うことにより、合金箔として
好適な素材を提供できることを見出した。本発明は、上
記知見を基にして完成されたものであり、銅合金におい
て１〜４．８％のＮｉおよび０．２〜１．４％のＳｉを
含有し、好ましくは、Ｓｉ濃度に対するＮｉ濃度の比が
２〜８になるようにし、さらに好ましくは、Ｍｇ、Ｚ
ｎ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｎ、Ａｇ
およびＢｅのうち１種以上を総量で０．００１〜２％含
有し、残部がＣｕおよびその不可避的不純物からなり、
介在物の大きさが１０μｍ以下であり、かつ５〜１０μ
ｍの大きさの介在物の個数が圧延平行断面で５０個／ｍ
ｍ² 未満であることを特徴とする、プリント配線基板用
やＩＣテープキャリア用として十分な強度と電気伝導性
を兼備せしめ、さらには生産性も良好な銅合金箔を提供
する。

【０００９】本発明において、用語「介在物」とは、鋳
造時の凝固過程以降、すなわち凝固後の冷却過程、熱間
圧延後の冷却過程および時効焼鈍時に固相のマトリック
ス中に析出反応で生じる析出物、鋳造時の凝固過程の偏
析により生じ一般に粗大である晶出物並びに溶解時の溶
湯内での反応により生じる不純物である酸化物、硫化物
など、本合金の顕微鏡観察によりマトリックス中に観察
される粒子を包括するものとして使用する。「介在物の
大きさ」は、介在物を顕微鏡観察下でその介在物を含む
最小円の直径をいう。「介在物の個数」とは、材料の圧
延平行断面を顕微鏡観察により、多数箇所において実際
に数えた単位平方ｍｍ当たりの介在物個数である。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に本発明において銅合金の成分
組成ならびに介在物寸法を前記の如くに限定した理由を
その作用とともに説明する。

【００１１】（ＮｉおよびＳｉ）ＮｉおよびＳｉは、そ
れぞれが合金中に固溶することによって合金強度を高め
る作用もあるが、適当な時効処理を行うことによりＮｉ
とＳｉが相互にＮｉ₂ Ｓｉ組成の析出物を形成し、合金
の強度を著しく増加させるとともに電気伝導度をも著し
く高める。ただし、Ｎｉ含有量が１％（百分率は特記し
ない限り重量％である）未満またはＳｉ含有量が０．２
％未満の場合は、他の成分の複合添加を伴っても所望と
する強度が得られない。またＮｉ含有量が４．８％以上
またはＳｉ含有量が１．４％以上の場合は、所望とする
電気伝導性が得られず、さらには粗大なＮｉ−Ｓｉ粒子
が母相中に生成する。この結果、圧延時の破断、ピンホ
ール発生等により生産性の低下を招くことになる。従っ
て、Ｎｉの含有量を１〜４．８％、そしてＳｉの含有量
を０．２〜１．４％と定めた。また、時効処理後の電気
伝導性をより高めるためには、合金中のＮｉとＳｉの濃
度比を、Ｎｉ₂ Ｓｉ析出物の濃度比に近づけることが望
ましい。良好な電気伝導性を得るためのＳｉ濃度に対す
るＮｉ濃度の比（Ｎｉ濃度／Ｓｉ濃度）は２〜８であ
り、４が最も好ましい。

【００１２】（Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、
Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｎ、ＡｇまたはＢｅ）Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓ
ｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｎ、Ａｇまたは
Ｂｅには、Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金の強度および耐熱性を改
善する作用がある。また、これらの中でＺｎには、半田
接合部の耐熱性を改善する効果もあり、Ｆｅには組織を
微細化する効果もある。さらに、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａ
ｌおよびＭｎは熱間圧延性を改善する効果も有する。こ
の効果は、これらの元素が硫黄との親和性が強いため硫
黄と化合物を形成し、熱間圧延割れの原因となるインゴ
ット粒界への硫黄の偏析を軽減するためである。Ｍｇ、
Ｚｎ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｎ、Ａ
ｇまたはＢｅの含有量が総量で０．００１％未満である
と上記の効果は得られず、一方総含有量が２％を超える
と電気伝導性が著しく低下する。そこで、これらの含有
量を総量で０．００１〜２％と定める。

【００１３】（介在物）この合金系ではマトリックス中
に介在物の粒子が存在することがある。この合金に必要
な強度を得るための介在物は小さいが、０．５μｍを超
える粗大な介在物は強度に寄与しないばかりか、特に粗
大なものは圧延工程において破断やピンホールの原因と
なり、生産性を著しく低下させる。このような不具合を
起こさないためには、この粗大な介在物の大きさの上限
を１０μｍとし、圧延平行断面における５〜１０μｍの
大きさの介在物個数を５０個／ｍｍ² 未満とすればよ
い。

【００１４】次に、この合金を得るための製造工程につ
いて説明する。所望の強度および電気伝導性を得るため
には、素材の調質状態は時効処理状態である必要があ
る。この時効処理は、強度、電気伝導性を向上させるた
めに必要であるが、時効処理温度は３００〜７００℃に
する必要がある。３００℃未満では時効処理に時間がか
かり、経済的でなく、７００℃を超えるとＮｉおよびＳ
ｉが固溶してしまい、時効による強度および電気伝導性
の向上が生じないためである。また、次に冷間圧延によ
り所望の板厚に仕上げるわけであるが、冷間圧延後の箔
の厚さは、１００μｍ（０．１ｍｍ）以下とすることが
望ましく、通常の使用形態を想定した圧延銅合金箔の好
ましい厚さは、例えば０．０３５ｍｍ、０．０７ｍｍ、
０．０１８ｍｍまたは０．０１０ｍｍである。

【００１５】

【実施例】以下、実施例および比較例により本発明をさ
らに詳しく説明する。（実施例および比較例）高周波溶解炉にて表１に示す各
種成分組成の銅合金を溶製し、厚さ２０ｍｍのインゴッ
トに鋳造した。次に、このインゴットを８００〜９５０
℃温度で厚さ８ｍｍまで熱間圧延を行い、表面のスケー
ル除去のため面削を施した後、冷間圧延により厚さ２ｍ
ｍの板とした。その後、８００〜９００℃の温度で１０
分間の溶体化処理を行った後、０．５ｍｍまで冷間圧延
した。そしてさらに、４００〜６００℃の温度で５時間
の時効を行った後、冷間圧延で厚さ０．０１８ｍｍの箔
とした。

【００１６】このようにして得られた各合金箔につき諸
特性の評価を行った。なお表中には従来合金としてタフ
ピッチ銅を併記した。「強度」については引張試験機に
おいて引張強さを測定した。「電気伝導性」は導電率
（％ＩＡＣＳ）によって示した。「耐熱性」の評価は種
々の温度で３０分間加熱し引張強さが加熱前の強度と十
分軟化した時の強度の中間になる温度を軟化温度として
求めた。介在物個数は、材料の圧延平行断面を顕微鏡で
観察し、多数箇所において実際に数えた単位平方ｍｍ当
たりの大きさ５〜１０μｍの介在物個数である。厚さ
０．０１８μｍ、幅４５０ｍｍ、長さ５０００ｍの箔を
作製し生産性の評価も行った。「生産性」は圧延工程中
の破断発生状況および製品段階でのピンホール発生状況
で評価した。「破断」については、破断が発生しなかっ
た場合を○、破断した場合を×とした。「ピンホール」
については１０００ｍ当たりの直径０．５ｍｍ以上のピ
ンホールの発生個数を計測した。

【００１７】

【表１】

【００１８】表１からわかるように、本発明合金箔は優
れた強度、導電率および耐熱性を有している。破断は発
生しない。ピンホールの発生個数は少なく、最大で８個
である。一方、比較合金の No.１〜 No.４は、本発明合
金と一部の組成が異なるものであるが、本発明合金と比
較すると、比較合金 No.１は、Ｎｉが低いために強度お
よび導電率が劣る。比較合金 No.２は、Ｎｉ、Ｓｉとも
低いために強度および導電率が劣る。比較合金 No.３
は、Ｓｉが高いために導電率が劣る。比較合金 No.４は
本発明の濃度範囲を超えて副成分を含有するため導電率
が劣る。また比較例 No.１、３は介在物個数が多いため
に製造工程中で破断が発生し、ピンホールの個数が増加
した例である。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
優れた強度と電気伝導性および耐熱性を有し、さらには
生産性にも優れた銅合金箔が得られ、本銅合金箔は、プ
リント配線基板用およびＩＣテープキャリア等半導体実
装分野の用途において信頼性の高い銅合金箔材料として
好適である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０５Ｋ 1/09 Ｈ０５Ｋ 1/09 Ａ // Ｃ２２Ｆ 1/00 ６０２Ｃ２２Ｆ 1/00 ６０２６２２６２２６６１６６１Ａ６８５６８５Ｚ６８６６８６Ｚ６９１６９１Ｂ６９１Ｃ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量割合で、１〜４．８％のＮｉおよび
０．２〜１．４％のＳｉを含有し、残部がＣｕおよびそ
の不可避的不純物からなり、そして介在物の大きさが１
０μｍ以下であり、かつ５〜１０μｍの大きさの介在物
個数が圧延平行断面で５０個／ｍｍ² 未満であることを
特徴とする銅合金箔。
【請求項２】重量割合で、１〜４．８％のＮｉおよび
０．２〜１．４％のＳｉを含有し、Ｓｉ濃度に対するＮ
ｉの濃度比が２〜８になるように調整し、残部がＣｕお
よびその不可避的不純物からなり、そして介在物の大き
さが１０μｍ以下であり、かつ５〜１０μｍの大きさの
介在物個数が圧延平行断面で５０個／ｍｍ² 未満である
ことを特徴とする銅合金箔。
【請求項３】重量割合で、１〜４．８％のＮｉおよび
０．２〜１．４％のＳｉを含有し、さらにＭｇ、Ｚｎ、
Ｓｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｎ、Ａｇおよ
びＢｅのうち１種以上を総量で０．００１〜２％含有
し、残部がＣｕおよびその不可避的不純物からなり、そ
して介在物の大きさが１０μｍ以下であり、かつ５〜１
０μｍの大きさの介在物個数が圧延平行断面で５０個／
ｍｍ² 未満であることを特徴とする銅合金箔。
【請求項４】重量割合で、１〜４．８％のＮｉおよび
０．２〜１．４％のＳｉ、ならびにＭｇ、Ｚｎ、Ｓｎ、
Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｎ、ＡｇまたはＢｅ
のうち１種以上を総量で０．００１〜２％含有し、Ｓｉ
濃度に対するＮｉの濃度比が２〜８になるように調整
し、残部がＣｕおよびその不可避的不純物からなり、そ
して介在物の大きさが１０μｍ以下であり、かつ５〜１
０μｍの大きさの介在物個数が圧延平行断面で５０個／
ｍｍ² 未満であることを特徴とする銅合金箔。
【請求項５】鋳塊に所定の圧延と熱処理を施して得た
中間素材に対し、材料温度が３００〜７００℃の温度で
１〜１０時間の時効処理を行った後、最終の圧延で０．
１ｍｍ以下の厚さに仕上げたことを特徴とする、請求項
１〜４のいずれかに記載した銅合金箔。