JP2002167633A - 高周波回路用銅合金箔 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ICカードの高周波回路用銅箔の電導性を高め
かつインピーダンスを低くする。 【解決手段】 Be：0.05％〜1.4％を必須成分として含
有し、任意成分としてZn，Cr，Zr，Fe，Ti，Sn，Mn，
P，Mg，Al，B，In，AgおよびHfの1種以上を総量で0.005
％〜2.0％をも含有し，残部を実質的に銅および不可避
不純物とする銅合金箔の表面粗さを、最大高さ（Ry）で
0.3μm〜3.5μm，算術平均粗さ(Ra)で0.02μm〜0.2μm
とし，更に引張り強さを700N/mm²以上とした高周波回路
用銅合金箔。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，強度，導電性，表
面性状に優れた銅合金箔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回路の用途に最適な
銅合金箔を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の高機能電子機器に対する小型化，
処理速度の高速化からの要求から，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。その一つの例が，ICカードであ
る。これまで，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
ットカードをはじめ，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を内蔵するので，より高度
な判断，複雑な演算が可能であり，記憶容量は磁気カー
ドの100倍大きい。また，情報の読み書きが可能であ
り，安全性が高いという特徴もある。更に，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
もある。

【０００３】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，免許証，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
が見こまれている。また，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10c
m），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4.91MH
z，近接型，近傍型では13.56MHz，マイクロ波型では2.4
5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，制御回路等が組みこまれてい
る。こ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，銅箔などがあり，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，アンテナ用材料として純銅
箔や電解銅箔を用いることが多い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし，アンテナ用材
料として電解銅箔のような表面粗さの大きい箔を用いた
場合には，高周波信号の発信，受信の際インピーダンス
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，引張応力がかかる
と破断して生産性を下げてしまうという不具合があっ
た。また，リードフレーム材料等として用いられている
例えばCu-Cr-Zr系合金箔等の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
対処するには不充分であった。従って、さらなる狭ピッ
チ化，軽量化に対応できる高い材料強度が必要であり，
従来の合金箔よりも高い材料強度を持ちながらアンテナ
用材料としての十分な導電性を持ち，なお且つインピー
ダンスの低い銅合金箔が待たれていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは，上記課題
を開発すべく鋭意研究を行った結果，高強度と高導電性
をあわせもち，なお且つ表面粗さの小さい銅合金の箔を
適用することにより上記課題を解決することができた。
以下に，上記銅合金箔を具体的に開示する。

【０００７】かくして本発明は（１）質量百分率（％）
に基づいて（以下「％」と表記する。）Be：0.05％〜1.
4％を含有し、残部を実質的に銅及び不可避不純物とす
る銅合金箔の表面粗さを、最大高さ（以下「Ry」と表記
する。）で0.3μm〜3.5μm，算術平均粗さ(以下「Ra」
と表記する。)で0.02μm〜0.2μmとし，更に引張り強さ
を700N/mm²以上としたことを特徴とする高周波回路用銅
合金箔、（２）Be：0.05％〜1.4％を含有し、 更にZn，
Cr，Zr，Fe，Ti，Sn，Mn，P，Mg，Al，B，In，Agおよび
Hfの1種以上を総量で0.005％〜2.0％をも含有させ，残
部を実質的に銅および不可避不純物とする銅合金箔の表
面粗さを，Ryで0.3μm〜3.5μm，Raで0.02μm〜0.2μm
とし，更に引張り強さを700N/ｍｍ²以上としたことを特
徴とする高周波回路用銅合金箔、（３）Be：0.05％〜1.
4％を含有し、更にCoまたはNiの1種または２種を総量で
0.20％〜4.0％を含有し，残部を実質的に銅および不可
避不純物とする銅合金箔の表面粗さを、Ryで0.3μm〜3.
5μm，Raで0.02μm〜0.2μmとし，引張り強さを700N/mm
²以上とした高周波回路用銅合金箔、（４）Be：0.05％
〜1.4％を含有し、更にCoまたはNiの1種または２種を総
量で0.20％〜4.0％を含有し， 更にZn，Cr，Zr，Fe，T
i，Sn，Mn，P，Mg，Al，B，In，AgおよびHfの1種以上を
総量で0.005％〜2.0％をも含有させ，残部を実質的に銅
及び不可避不純物とする銅合金箔の表面粗さを、Ryで0.
3μm〜3.5μm，Raで0.02μm〜0.2μmとし，更に引張り
強さを700N/mm ²以上としたことを特徴とする高周波回路
用銅合金箔を提供する。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に本発明に係る銅合金に含有さ
れる成分元素を説明する。 Ｂｅ：Ｂｅは，時効処理によりＣｕとの化合物を形成
し，その結果として合金強度を向上させる作用を発揮す
る。一方、析出により母相中に固溶原子が減少し，電気
伝導度をも高める作用はＢｅにおいて顕著である。ただ
し，Ｂｅ含有量が０．０５％未満では上記作用による所
望の強度が得られない。一方，Ｂｅ含有量が１．４％を
超えた場合は，導電率が低下する。導電率を低下させな
いためにはＢｅ含有量を１．４％以下とすればよいこと
がわかった。

【０００９】ＣｏおよびNｉ：ＣｏおよびNｉは，時効処
理により生成するCu−Beの中間析出相を母相と整合し且
つ微細に分散させる効果があり，その結果として合金強
度を更に向上させる作用を発揮する。ただし，Ｃｏまた
はNｉの1種または２種の含有量が総量で0.20％未満では
上記作用による所望の強度向上作用が得られない。一
方，Nｉ含有量およびＣｏ含有量が増加すると導電率が
低下する。導電率を低下させることなく，強度に寄与す
るCu−Be中間析出相を効果的に分散させるためには，Ｃ
ｏまたはNｉの1種または２種を総量で４．０％以下とす
ればよいことがわかった。

【００１０】Zn，Cr，Zr，Fe，Ti，Sn, Mn，P，Mg，A
l，B，In，AgおよびHfは以下のように作用する。これら
の副成分は，いずれも銅合金の導電性を大きく低下させ
ずに主として固溶強化により強度を向上させる元素例で
ある。さらにこれらの成分は，Cu-Be中間相の核形成も
促進し、結果として析出強化にも寄与する。従って、必
要によりこれら成分の１種または２種以上の添加がなさ
れるが，その含有量が総量で0.005％未満であると前記
作用による所望の効果が得られず，一方，総量で2.0％
を超える場合には合金の導電率が著しく低下する。この
ため，単独添加または2種以上の複合添加がなされるZ
n，Cr，Zr，Fe，Ti，Sn，Mn，P，Mg，Al，B，In，Agお
よびHfの含有量を総量で0.005〜2.0％と定めた。上記例
示の副成分は、経済的観点からも使用可能なものを挙げ
たのであって、これ以外であっても銅合金の導電性を大
きく低下させずに主として固溶強化を行なう元素を副成
分として含む銅合金も本発明の範囲内に属するものであ
る。

【００１１】最大高さ（Ｒｙ）と算術平均粗さ（Ｒ
ａ）：表面粗さが大きくなると，高周波で通電した場合
に表皮効果のため直流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。この現象を解析した結果，表面粗さの指標として
はRｙ，Rａの両者が影響することがわかった。即ち，Ry
については3.5μｍ以下，Raについては0.2μm以下とす
ればよいことがわかった。一方，Ryが0.3μm未満になる
か，Raが0.02μm未満になると，箔表面の摩擦が小さく
なるため，箔の搬送ラインにおいてスリップが生じるこ
とにより，蛇行したりスリップ傷が発生する。スリップ
傷は箔を製造、取扱いする際、搬送ラインのロールが材
料と同調しないために発生する傷である。RyおよびRaは
箔の両面で上記範囲内であることが好ましい。

【００１２】材料強度は，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なう場合に負荷される
引張応力などに耐えられるだけの十分高い強度が必要と
され，引張り強さで７００N/mm²以上が必要である．こ
れより低い場合には，組立加工時の断線や，通板時にし
わ，折れなどが発生し，高い生産性が得られないばかり
か、しわによりインピーダンスが増大するおそれもある
からである。

【００１３】板の製造、取扱いと異なり、箔の製造、取
扱いでは、箔自体の薄い厚さのため、低い張力でライン
上を搬送しなければならず、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易い。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Ｒ
ｙが3.5μｍ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。なお、一般に板とは厚さが0.
080ｍｍ以上、箔とは厚さが0.080ｍｍ以下のものであ
る。大きなスリップ傷が発生した部位を加工した部品
は、スリップ傷が発生していない部分を加工した部品と
比べ、表皮効果のため、インピーダンスが大きくなり、
高周波回路用として使用できない。そのため、スリップ
傷の発生は箔の生産性を低下させる。

【００１４】このような不具合を発生させないために
は、合金成分の添加により箔の強度を向上させる手段に
加えて、製造ラインのロールとの摩擦を大きくすると更
に効果がある。本発明においては、箔の表面粗さは、ス
リップ傷によるものも含み、Ｒｙで0.3μｍ以上、且つ
Ｒａで0.02μｍ以上であれば、その後の取扱いにおいて
スリップ傷の発生は殆どなく、生産性を低下させること
はない。即ち、Ｒｙ、ＲａについてはＲｙが0.3μｍ〜
3.5μｍ、Ｒａが0.02μｍ〜0.2μｍ、望ましくはＲｙが
0.3μｍ〜2.0μｍ、Ｒａが0.02〜0.015μｍとすること
が必要であることが判明した。ここで、表面粗さを制御
する方法としては、圧延、電解の方法を問わないが、一
般には圧延の方が容易に制御でき、仕上げ圧延機もしく
は調質圧延機のワークロールの表面粗さをＲｙで0.5μ
ｍ〜4μｍ、Ｒａで0.05μｍ〜0.025μｍとし、このワー
クロールの表面プロフィルを箔に転写することにより、
表面粗さの制御を行う。

【００１５】次に，本発明の効果を，好ましい組成範囲
を示す実施例により具体的に説明する。

【００１６】

【実施例】まず，電気銅(Cu)あるいは無酸素銅(Cu)を主
原料とし，銅ベリリウム母合金，ニッケル，コバルト，
銅クロム母合金，銅ジルコニウム母合金，チタン，軟
鋼，亜鉛，スズ，インジウム，マンガン，マグネシウ
ム，銅リン母合金，アルミニウム，ホウ素，銀，ハフニ
ウムを副原料とし，高周波溶解炉にて表１に示す本発明
例合金成分の銅合金を真空中またはAr雰囲気中で溶製
し，厚さ30mmのインゴットに鋳造した。

【００１７】

【表1】

【００１８】続いて，これらの各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返した後，最終の溶
体化処理，最終の冷間圧延の順に行い，厚さ0.035mmの
箔として時効処理を施した。作製した銅合金箔の表面粗
さを，圧延平行方向と圧延直角方向のRyとRaを表面粗さ
計にて測定することで求めた（測定はＪＩＳ Ｂ０６０
１に準じる）。Raについては3次元走査型電子顕微鏡よ
り表面積を求めても同等の傾向が得られた。

【００１９】表2に本発明例の特性評価結果を表記す
る。

【００２０】

【表２】

【００２１】次に表３に比較例合金の化学成分，表4に
比較例の特性評価結果を表記する。

【００２２】

【表３】

【００２３】

【表４】

【００２４】本実施例合金Ｎｏ．１〜２４は，表から明
らかように良好な特性の箔が得られた。これに対し比較
例合金Ｎｏ．２５はＢｅ含有量が適正範囲より低いため
に強度が劣る例であり，比較例合金Ｎｏ．２６、２７は
Ｂｅ含有量が適性範囲より高いため導電率が低い例であ
り，比較例合金Ｎｏ．２８，２９，は副成分が適正範囲
より高いため導電率が低い例である。

【００２５】更に，本発明例合金No.２，６，１０，１
４，１８および２２について種々の粗さに調整した最終
冷間圧延ロールにより，表面粗さが異なる供試材を作製
し，これらをエッチングにより圧延方向１mm幅に加工
し，100mm長さについて10MHz，20mAの高周波電流を流
し，電圧降下を測定し，インピーダンスを求めた。ま
た，製品で表面検査を行い，良好だったものを○，表面
に長さ100mm以上のスリップ傷が発生し，実用上製品化
不可能と判断されたものを×とした。表５に表面粗さと
インピーダンスの測定結果を表記する。

【００２６】

【表５】

【００２７】本発明例の請求項の規定水準内で実施した
本発明例合金のNo.２，６，１０，１４，１８および２
２の組成に各々対応する記号ａ〜ｆは良好なインピーダ
ンス，表面品質が得られた。これに対し比較例に各々対
応する記号ｇ〜ｊはいずれもRyまたはRaが大きいために
インピーダンスが増加した例であり，比較例ｋおよびｌ
はRaが小さいためにスリップ傷が発生した例である。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように，本発明により合金
組成と合金の表面粗さを特定することによって，非接触
ICカードアンテナ用として従来にない最適な銅合金箔が
得られる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｃ 9/06 Ｃ２２Ｃ 9/06

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】質量百分率（％）に基づいて（以下「％」
   と表記する。）Be：0.05％〜1.4％を含有し、残部を実
   質的に銅および不可避不純物とする銅合金箔の表面粗さ
   を、最大高さ（以下「Ry」と表記する。）で0.3μm〜3.
   5μm，算術平均粗さ(以下「Ra」と表記する。)で0.02μ
   m〜0.2μmとし，更に引張り強さを700N/mm²以上とした
   ことを特徴とする高周波回路用銅合金箔。
2. 【請求項２】Be：0.05％〜1.4％を含有し、 更にZn，C
   r，Zr，Fe，Ti，Sn，Mn，P，Mg，Al，B，In，AgおよびH
   fの1種以上を総量で0.005％〜2.0％をも含有させ，残部
   を実質的に銅及び不可避不純物とする銅合金箔の表面粗
   さを，Ryで0.3μm〜3.5μm，Raで0.02μm〜0.2μmと
   し，更に引張り強さを700N/mm²以上としたことを特徴と
   する高周波回路用銅合金箔。
3. 【請求項３】Be：0.05％〜1.4％を含有し、更にCoまた
   はNiの1種または２種を総量で0.20％〜4.0％を含有し，
   残部を実質的に銅及び不可避不純物とする銅合金箔の表
   面粗さを、Ryで0.3μm〜3.5μm，Raで0.02μm〜0.2μm
   とし，引張り強さを700N/mm²以上とした高周波回路用銅
   合金箔。
4. 【請求項４】Be：0.05％〜1.4％を含有し、更にCoまた
   はNiの1種または２種を総量で0.20％〜4.0％を含有し，
   更にZn，Cr，Zr，Fe，Ti，Sn，Mn，P，Mg，Al，B，I
   n，AgおよびHfの1種以上を総量で0.005％〜2.0％をも含
   有させ，残部を実質的に銅及び不可避不純物とする銅合
   金箔の表面粗さを、Ryで0.3μm〜3.5μm，Raで0.02μm
   〜0.2μmとし，更に引張り強さを700N/mm²以上としたこ
   とを特徴とする高周波回路用銅合金箔。