CN104039545A - 金属箔复合体、铜箔、以及成形体及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
提供即使进行加压加工等那样的与单轴弯曲不同的严格(复杂)的变形,也防止金属箔破裂、并且加工性优异的金属箔复合体、铜箔、以及成形体及其制造方法。层叠有金属箔和树脂层的金属箔复合体,所述金属箔包含:含有以质量比率计合计为30ppm~500ppm的选自Ag、Sn、In、Au、Mn、Ni和Zn的组中的1种或2种以上的铜箔、铝箔、镍箔、不锈钢箔、软钢箔、Fe-Ni合金箔或铜锌镍合金箔;其中,在将金属箔的厚度设为t2(mm)、拉伸应变4%时的金属箔的应力设为f2(MPa)、树脂层的厚度设为t3(mm)、拉伸应变4%时的树脂层的应力设为f3(MPa)时,满足式1:(f3×t3)/(f2×t2)≥1,并且,在将金属箔与树脂层的180°剥离粘接强度设为f1(N/mm)、金属箔复合体的拉伸应变30%时的强度设为F(MPa)、金属箔复合体的厚度设为T(mm)时,满足式2:1≤33f1/(F×T)。
Description
技术领域
本发明涉及将金属箔和树脂层层叠而成的金属箔复合体、铜箔、以及成形体及其制造方法。
背景技术
将金属箔和树脂层层叠而成的金属箔复合体被应用于FPC(挠性印刷基板)、电磁波屏蔽材料、RF-ID(无线IC标签)、面状发热体、放热体等。例如,FPC的情形中,在基材树脂层上形成金属箔的电路、保护电路的覆膜将电路覆盖,形成树脂层/金属箔/树脂层的层叠结构。
将Cu箔或Al箔与树脂层叠而成的金属箔层叠体被应用于电磁波屏蔽材料、照明机器的反射器等。使用Al箔的层叠体有时也被用作廉价的电路材料。
不过,作为这种金属箔复合体的加工性,要求以MIT屈曲性为代表的弯折性、以IPC屈曲性为代表的高循环屈曲性,提出了弯折性或屈曲性优异的金属箔复合体(例如,专利文献1~3)。例如,FPC是在手机的铰链部等可动部弯折、或用于实现电路的小型化而弯折使用,作为变形模式,如同以上述MIT屈曲试验或IPC屈曲试验为代表那样是单轴的弯曲,被设计为不会成为严格的变形模式。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2010-100887号公报
专利文献2:日本特开2009-111203号公报
专利文献3:日本特开2007-207812号公报。
发明内容
发明要解决的问题
然而,若对上述金属箔复合体进行加压加工等,则会成为与MIT屈曲试验或IPC屈曲试验不同的严格(复杂)的变形模式,因而具有金属箔断裂的问题。继而,若可以对金属箔复合体进行加压加工,则可使包含电路的结构体符合制品形状。
因此,本发明的目的在于提供即使进行加压加工等那样的与单轴弯曲不同的严格(复杂)的变形,也防止金属箔破裂、并且加工性优异的金属箔复合体、铜箔、以及成形体及其制造方法。
用于解决问题的方法
本发明人发现,通过将树脂层的变形行为传导至金属箔、使金属箔也与树脂层相同地变形,可以使金属箔不易产生收缩并且提高延展性,并可防止金属箔的破裂,从而完成了本发明。即,以将树脂层的变形行为传导至金属箔的方式来规定树脂层和金属箔的特性。
即,本发明的金属箔复合体是层叠有金属箔和树脂层的金属箔复合体,所述金属箔包含:含有以质量比率计合计为30ppm~500ppm的选自Ag、Sn、In、Au、Mn、Ni和Zn的组中的1种或2种以上的铜箔、含有99质量%以上的Al的铝箔、含有99质量%以上的Ni的镍箔、不锈钢箔、软钢箔、Fe-Ni合金箔或铜锌镍合金箔;其中,在将前述金属箔的厚度设为t2(mm)、拉伸应变4%时的前述金属箔的应力设为f2(MPa)、前述树脂层的厚度设为t3(mm)、拉伸应变4%时的前述树脂层的应力设为f3(MPa)时,满足式1:(f3×t3)/(f2×t2)≥1,并且在将前述金属箔与前述树脂层的180°剥离粘接强度设为f1(N/mm)、前述金属箔复合体的拉伸应变30%时的强度设为F(MPa)、前述金属箔复合体的厚度设为T(mm)时,满足式2:1≤33f1/(F×T)。
优选的是,在小于前述树脂层的玻璃化转变温度的温度下,前述式1和式2成立。
优选的是,前述金属箔复合体的拉伸断裂应变l与前述树脂层单体的拉伸断裂应变L之比l/L为0.7~1。
本发明的铜箔是用于将铜箔和树脂层层叠而成的金属箔复合体的铜箔,厚度为50μm以下,断裂应变为4%以上,含有以质量比率计合计为30ppm~500ppm的选自Ag、Sn、In、Au、Mn、Ni和Zn的组中的1种或2种以上,平均结晶粒径为10μm以上;进而,在结晶粒径超过10μm的晶粒中,以(由板面取向观察的铜箔的晶粒的最大内切圆的直径的平均值)/(由板面取向观察的铜箔的晶粒的最小外切圆的直径的平均值)表示的比值R满足0.5≤R≤0.8;将前述铜箔与厚度120μm以下的树脂层层叠时,在将前述铜箔的厚度设为t2(mm)、拉伸应变4%时的前述铜箔的应力设为f2(MPa)、前述树脂层的厚度设为t3(mm)、拉伸应变4%时的前述树脂层的应力设为f3(MPa)时,满足式1:(f3×t3)/(f2×t2)≥1、并且在将前述铜箔与前述树脂层的180°剥离粘接强度设为f1(N/mm)、前述铜箔复合体的拉伸应变30%时的强度设为F(MPa)、前述铜箔复合体的厚度设为T(mm)时,满足式2:1≤33f1/(F×T)。
本发明的成形体是对前述金属箔复合体进行加工而成。本发明的成形体可以通过例如加压加工、使用上下模具的撑压加工、拉拔加工等加工等立体地进行加工。
本发明的成形体的制造方法是加工前述金属箔复合体。
发明效果
根据本发明,可以获得即使进行加压加工等那样的与单轴弯曲不同的严格(复杂)的变形也防止金属箔破裂、并且加工性优异的金属箔复合体。
附图说明
[图1] 是实验性地示出f1与(F×T)的关系的图。
[图2] 是示出进行加工性的评价的杯突试验装置的构成的图。
具体实施方式
本发明的金属箔复合体是金属箔与树脂层层叠而构成。本发明的金属箔复合体可应用于例如:FPC(挠性印刷基板)、电磁波屏蔽材料、RF-ID(无线IC标签)、面状发热体、放热体,但并不受它们限定。
<金属箔>
金属箔包含以下组成的铜箔、铝箔、镍箔、不锈钢箔、软钢箔、Fe-Ni合金箔或铜锌镍合金箔。
铜箔的组成设为:含有以质量比率计合计为30ppm~500ppm的选自Ag、Sn、In、Au、Mn、Ni和Zn的组中的1种或2种以上的添加元素。若设为该组成,则可以抑制铜箔在冷轧时或冷轧后动态(或静态)地回复(错位密度减少)。继而,因此在通过冷轧后的热处理进行再结晶时,铜箔的结晶粒径容易变得粗大,可以减小f2、F,可以使(f3×t3)/(f2×t2)、33f1/(F×T)成为大的值,在制为复合体时获得优异的加工性。
上述添加元素的合计含量若小于30ppm,则上述效果减小,若合计含量超过500ppm,则在再结晶时晶粒反而容易变得微细化,同时由于合金化所致的强度上升,使得f2上升,(f3×t3)/(f2×t2)、33f1/(F×T)变小。
对于铝箔,含有99质量%以上的Al,具体地,以JIS H 4000中记载的合金编号1085、1080、1070、1050、1100、1200、1N00、1N30为代表的Al:99.00质量%以上的铝柔软,故优选。
对于镍箔,含有99质量%以上的Ni,具体地,以JIS H4551中记载的合金编号NW2200、NW2201为代表的Ni:99.0质量%以上的Ni箔柔软,故优选。
对于不锈钢箔,优选为包含可使板厚变薄的SUS301、SUS 304、SUS 316、SUS 430、SUS 631(均为JIS规格)的任一者的不锈钢箔。
对于软钢箔,优选碳为0.15质量%以下的柔软的软钢,优选基于JIS G3141中记载的钢板来制作。
对于Fe-Ni合金箔,优选含有35~85质量%的Ni、且剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成,具体地,基于JIS C2531中记载的Fe-Ni合金来制作合金箔。
对于铜锌镍合金,优选为包含JIS H 3110中记载的合金编号C7351、C7521、C7541的箔。
金属箔的厚度t2优选为0.004~0.05mm(4~50μm)。t2若小于0.004mm(4μm),则存在金属箔的延展性显著降低,金属箔复合体的加工性不提高的情形。金属箔优选具有4%以上的拉伸断裂应变。t2若超过0.05mm(50μm),则有制成金属箔复合体时强烈表现出金属箔单体的特性的影响,金属箔复合体的加工性不提高的情形。
作为金属箔,可以使用轧制金属箔、电解金属箔、利用金属化得到金属箔等,优选为通过再结晶而加工性优异、并且可使强度(f2)降低的轧制金属箔。认为在金属箔表面形成有用于粘接、防锈的处理层的情形中,它们也包含于金属箔。
<树脂层>
作为树脂层并无特别限制,可以将树脂材料涂布于金属箔而形成树脂层,优选为可以贴附于金属箔的树脂膜。作为树脂膜,可举出:PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)膜、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PI(聚酰亚胺)膜、LCP(液晶聚合物)膜、PP(聚丙烯)膜。
作为树脂膜与金属箔的层叠方法,可以在树脂膜与金属箔之间使用粘接剂,也可以将树脂膜热压合于金属箔。另外,粘接剂层的强度若低,则金属箔复合体的加工性难以提高,因而粘接剂层的强度优选为树脂层的应力(f3)的1/3以上。这是因为,本发明中是以通过将树脂层的变形行为传导至金属箔,以与树脂层相同的方式使金属箔也变形,而使金属箔的收缩难以产生并使延展性提高作为技术思想,粘接剂层的强度若低则变形在粘接剂层会缓和,树脂的行为不会被传导至金属箔的缘故。
应予说明,使用粘接剂时,后述树脂层的特性是将粘接剂层与树脂层一起作为对象。
树脂层的厚度t3优选为0.012~0.12mm(12~120μm)。t3若小于0.012mm(12μm),则有时(f3×t3)/(f2×t2)<1。t3若比0.12mm(120μm)厚,则树脂层的柔软性(挠性)降低,刚性过高,加工性变差。树脂层优选具有40%以上的拉伸断裂应变。
<金属箔复合体>
作为层叠上述金属箔与树脂层的金属箔复合体的组合,可举出:金属箔/树脂层的2层结构、或者树脂层/金属箔/树脂层、或金属箔/树脂层/金属箔的3层结构。树脂层存在于金属箔的两侧(树脂层/金属箔/树脂层)时,整体的(f3×t3)的值是将针对2个树脂层分别计算得到的各(f3×t3)的值进行加算而得的。金属箔存在于树脂层的两侧(金属箔/树脂层/金属箔)时,整体的(f2×t2)的值是将针对2个金属箔分别计算得到的各(f2×t2)的值进行加算而得的。
<180°剥离粘接强度>
金属箔因其厚度薄,故容易在厚度方向上产生收缩。收缩产生时,金属箔会断裂,因而延展性降低。另一方面,树脂层具有在拉伸时难以产生收缩的特征(均一应变的区域广)。因此,在金属箔与树脂层的复合体中,通过将树脂层的变形行为传导至金属箔,以与树脂相同的方式使金属箔也变形,金属箔变得难以产生收缩,延展性提高。此时,金属箔与树脂层的粘接强度若低,则无法将树脂层的变形行为传导至金属箔,延展性不提高(剥离且铜破裂)。
因此,需要提高粘接强度。作为粘接强度,认为剪切粘接力是直接性指标,但若提高粘接强度、使剪切粘接力与金属箔复合体的强度为同等水平,则由于粘接面以外的位置发生断裂,因而难以测定。
由此,本发明中使用180°剥离粘接强度f1的值。剪切粘接强度与180°剥离粘接强度的绝对值完全不同,在加工性或拉伸伸长率与180°剥离粘接强度之间观察到相关,因而将180°剥离粘接强度作为粘接强度的指标。
这里,实际上认为“断裂时的强度=剪切密合力”,认为例如需要30%以上的拉伸应变的情形则为“30%的流动应力≤剪切密合力”,需要50%以上的拉伸应变的情形则为“50%的流动应力≤剪切密合力”。继而,根据本发明人的实验,拉伸应变为30%以上时加工性变得良好,因而如下所述采用拉伸应变30%时的强度来作为金属箔复合体的强度F。
图1是实验性地示出f1与(F×T)的关系的图,对后述各实施例和比较例的f1与(F×T)的值进行描点。(F×T)是在拉伸应变30%时所施加于金属箔复合体的力,若将其视为提高加工性所需的最低限的剪切粘接强度,则只要f1与(F×T)的绝对值相同,两者就会在斜率1观察到相关。
但在图1中,并非全部数据的f1与(F×T)为相同相关,加工性差的各比较例中,相对于(F×T)的f1的相关系数(即,通过图1的原点、f1相对于(F×T)的斜率)小,相应地180°剥离粘接强度差。另一方面,虽然各实施例的斜率较各比较例的斜率大,但由于斜率最小的实施例22(正好在应变30%时断裂的实例)的斜率为1/33,因而将该值视为提高加工性所需的最低限的剪切粘接强度与180°剥离粘接强度之间的相关系数。即,将剪切粘接力视为180°剥离粘接强度f1的33倍。
应予说明,比较例3、6、10的情形中,图1的斜率超过1/33,但由于后述式1:(f3×t3)/(f2×t2)小于1,因而加工性变差。
图1中,○表示实施例,×表示比较例。
180°剥离粘接强度是每单位宽度的力(N/mm)。
金属箔复合体为3层结构且粘接面存在多个时,使用各粘接面中180°剥离粘接强度最低的值。这是因为最弱的粘接面会剥离的缘故。另外,铜箔的情形中,通常具有S面、M面,但由于S面的密合性差,因而铜箔的S面与树脂的密合性变弱。因此,多采用铜箔的S面的180°剥离粘接强度。
作为提高铜箔与树脂层的粘接强度的方法,可举出:通过铬酸盐处理等在金属箔表面(树脂层侧的面)设置Cr氧化物层、或对金属箔表面实施粗糙化处理、或在金属箔表面进行Ni被覆后设置Cr氧化物层。
Cr氧化物层的厚度可以以Cr重量计设为5~100μg/dm2。该厚度是利用湿式分析由铬含量算出。另外,Cr氧化物层的存在可以通过能否用X射线光电子分光(XPS)检测出Cr来判定(Cr的峰因氧化而发生位移)。
Ni被覆量可以设为90~5000μg/dm2。若Ni被覆的附着量超过5000μg/dm2(相当于Ni厚度56nm),则金属箔(和金属箔复合体)的延展性有可能会降低。
另一方面,Al箔、Ni箔、不锈钢箔、软钢箔、Fe-Ni合金箔、铜锌镍合金箔与铜箔相比,与树脂层的密合性优异,因而多数情形下,即使不实施表面处理,与树脂层的密合性也高。但在这些金属箔与树脂层的密合性低的情形中,为了提高密合性,可以实施金属箔表面的洗涤处理或镀覆处理。
此外,还可改变将金属箔与树脂层层叠复合时的压力或温度条件来提高粘接强度。可以在树脂层不损伤的范围使层叠时的压力、温度一起增大。
<(f3×t3)/(f2×t2)>
接着,对权利要求书的((f3×t3)/(f2×t2))(以下,称为“式1”)的意义进行说明。金属箔复合体由于层叠有相同宽度(尺寸)的金属箔与树脂层,因而式1表示施加于构成金属箔复合体的金属箔与树脂层的力之比。因此,该比为1以上则意指在树脂层侧施加了更多的力,树脂层侧与金属箔相比强度更高。继而,金属箔不断裂而显示良好的加工性。
另一方面,若(f3×t3)/(f2×t2)<1,则由于在金属箔侧施加了更多的力,因而不会产生将树脂层的变形行为传导至金属箔、并以与树脂相同的方式使金属箔变形的上述作用。
这里,f2和f3只要是发生塑性变形后的相同应变量下的应力即可,但考虑金属箔的拉伸断裂应变与树脂层(例如PET膜)的塑性变形开始的应变,则设为拉伸应变4%的应力。应予说明,f2和f3(以及f1)均设为MD(Machine Direction,纵向)的值。
<33f1/(F×T)>
接着,对权利要求书的(33f1/(F×T))(以下,称作“式2”)的意义进行说明。如上所述,直接显示提高加工性所需的最低限的金属箔与树脂层的粘接强度的剪切粘接力是180°剥离粘接强度f1的约33倍,因而33f1表示提高金属箔与树脂层的加工性所需的最低限的粘接强度。另一方面,(F×T)是施加于金属箔复合体的力,因而式2为金属箔和树脂层的粘接强度与金属箔复合体的拉伸阻力之比。继而,若拉伸金属箔复合体,则在金属箔与树脂层的界面,由于意欲局部变形的金属箔和意欲拉伸均一应变的树脂的作用而施加剪切应力。因此,若粘接强度低于该剪切应力,则铜与树脂层发生剥离,从而无法将树脂层的变形行为传导至金属箔,金属箔的延展性不提高。
即,式2的比若小于1,则粘接强度较施加于金属箔复合体的力弱,金属箔与树脂变得易于剥离,金属箔由于加压成形等加工而断裂。
式2的比只要为1以上,则铜与树脂层不剥离而可将树脂层的变形行为传导至金属箔,金属箔的延展性提高。应予说明,式2的比越高越优选,但由于通常难以实现10以上的值,因而可将式2的上限设为10。
另外,认为33f1/(F×T)越大则加工性越提高,但树脂层的拉伸应变l与33f1/(F×T)不成比例。这取决于(f3×t3)/(f2×t2)的大小、金属箔、树脂层单体的延展性的影响,但只要是满足33f1/(F×T)≥1、(f3×t3)/(f2×t2)≥1的金属箔与树脂层的组合,则可得到具有所需加工性的复合体。
这里,作为金属箔复合体的强度F,使用拉伸应变30%时的强度是因为如上所述拉伸应变为30%以上时加工性良好的缘故。另外还因为,进行金属箔复合体的拉伸试验时,直至拉伸应变30%,由于应变而使流动应力产生了大的差异,但在30%以后,则未因拉伸应变而使流动应力产生大的差异(虽然有些许加工硬化,但曲线的斜率变得相当小)。
应予说明,金属箔复合体的拉伸应变并非30%以上的情形中,将金属箔复合体的拉伸强度设为F。
应予说明,金属箔为铜箔的情形中,金属箔复合体的加工性受到铜箔的晶粒形状的重大影响。继而,铜箔的晶粒若过小,则加工性变差而变得易于破裂,因而优选使平均晶粒为10μm以上。此外,在晶粒大的情形中,若沿轧制方向长长地延伸的大晶粒的形状并非各向同性,则加工性仍变差而变得易于破裂。因此,在结晶粒径超过10μm的晶粒中,优选使以“(由板面取向观察的铜箔的晶粒的最大内切圆的直径的平均值)/(由板面取向观察的铜箔的晶粒的最小外切圆的直径的平均值)”表示的值(比)R为0.5以上。R越接近1则越为各向同性的形状,但轧制后的铜箔具有晶粒沿轧制方向延伸的倾向,难以使R为0.8以上,因而R的上限通常为0.8以下。
上述结晶粒径超过10μm的晶粒是对于铜箔表面的0.1×0.1mm的面积进行测定。
如上所述,本发明的金属箔复合体即使进行加压加工等那样的与单轴弯曲不同的严格(复杂)的变形,也防止金属箔破裂、并且加工性优异。本发明特别适于加压加工那样的立体成形。通过对金属箔复合体进行立体成形,可使金属箔复合体形成复杂的形状,或使金属箔复合体的强度提高,还可以例如将金属箔复合体自身作为各种电源电路的筐体,可实现部件数或成本的降低。
<l/L>
优选的是,金属箔复合体的拉伸断裂应变l与树脂层单体的拉伸断裂应变L之比l/L为0.7~1。
通常,树脂层的拉伸断裂应变压倒性地高于金属箔的拉伸断裂应变,同样地,树脂层单体的断裂应变也压倒性地高于金属箔复合体的拉伸断裂应变。另一方面,如上所述,在本发明中,可将树脂层的变形行为传导至金属箔而使金属箔的延展性提高,同时可使金属箔复合体的拉伸断裂应变提高至树脂层单体的拉伸断裂应变的70~100%。继而,若比l/L为0.7以上,则加压成形性进一步提高。
应予说明,金属箔复合体的拉伸断裂应变l是进行拉伸试验时的拉伸断裂应变伸长率,树脂层与金属箔同时断裂时则设为该值,在金属箔先断裂时则设为金属箔断裂时刻的值。另外,对于树脂层单体的拉伸断裂应变L,在金属箔两面具有树脂层的情形中,是对两树脂层分别进行拉伸试验测定拉伸断裂应变,将值大的一方的拉伸断裂应变作为L。在金属箔两面具有树脂层的情形中,除去金属箔并对产生的2个树脂层分别进行测定。
<树脂层的Tg>
通常,树脂层由于在高温下强度降低或者粘接力降低,因而在高温下难以满足(f3×t3)/(f2×t2)≥1、或1≤33f1/(F×T)。例如,在树脂层的Tg(玻璃化转变温度)以上的温度下,存在难以维持树脂层的强度或粘接力的情形,若为小于Tg的温度则存在易于维持树脂层的强度或粘接力的倾向。即,只要是小于树脂层的Tg(玻璃化转变温度)的温度(例如5℃~215℃),则金属箔复合体变得易于满足(f3×t3)/(f2×t2)≥1、和1≤33f1/(F×T)。应予说明,认为即使是在小于Tg的温度下,也存在温度越高则树脂层的强度或密合力越变小,难以满足式1和式2的倾向(参照后述实施例20-22)。
进而,在满足式1和式2的情形中,明确了即使是在小于树脂层的Tg的较高温度(例如40℃~215℃)下也可维持金属箔复合体的延展性。若是即使在小于树脂层的Tg的较高温度(例如40℃~215℃)下也可维持金属箔复合体的延展性,则在温压等工艺方法中也显示优异的加工性。另外,对于树脂层来说,温度越高则成形性越良好。此外,由于为了在加压后追寻形状(不通过弹性变形而复原)而进行了温加压,因而在这方面也优选即使在小于树脂层的Tg的较高温度(例如40℃~215℃)下也可维持金属箔复合体的延展性。
应予说明,在金属箔复合体含有粘接剂层与树脂层的情形、或如3层结构的金属箔复合体那样存在多个树脂层的情形中,采用Tg(玻璃化转变温度)最低的树脂层的Tg。
实施例
<铜箔复合体的制造>
在含有99.99质量%以上的Cu、且剩余部分由不可避免的杂质构成的电解铜中,进一步添加表1、表2中记载的元素以制作铸锭后,进行热轧,通过表面切削除去氧化物后,重复进行冷轧、退火和酸洗,减薄至表1、表2的厚度t2(mm),最后进行退火以确保加工性,用苯并三唑进行防锈处理,得到金属箔。以金属箔在宽度方向上形成均一组织的方式,使冷轧时的张力和轧制材料的宽度方向的压下条件均一化。在后续的退火中,以在宽度方向上形成均一温度分布的方式,使用多个加热器进行温度管理,测定铜的温度并进行控制。
进而,对所得的铜箔表面进行表1、表2所示的表面处理,然后在100℃进行2小时加热以控制铜箔的结晶粒径,接着使用表1、表2所示的树脂膜(树脂层),在(树脂层的Tg+50℃)以上的温度下通过真空加压(加压压力200N/cm2)层叠树脂膜,制作表1、表2所示的层结构的金属箔复合体。但对实施例25、26和比较例2、4,在进行上述表面处理后不进行加热,而是直接同样地层叠树脂膜。此外,对于实施例27~29,在进行上述表面处理后,实施例27是将铜箔在75℃进行30分钟,实施例28是将铜箔在150℃进行30分钟加热,实施例29是将铜箔在350℃进行30分钟加热。而且之后相同地层叠树脂膜。
铜箔的再结晶可以在上述真空加压中发生,可通过在这之前预先在100℃进行2小时加热,而如后述表3所示得到各向同性的再结晶晶粒。应予说明,在铜箔的两面层叠了树脂膜的情形中,测定两面的f1,将f1小的一方(粘接强度弱的一方)的面的铜箔的表面处理记载于表1、表2。
应予说明,表1、表2中,Cu表示金属箔,PI表示聚酰亚胺膜,PET表示聚对苯二甲酸乙二醇酯膜。另外,PI、PET的Tg分别为220℃、70℃。
应予说明,表面处理的条件如下所述。
铬酸盐处理:使用铬酸盐浴(K2Cr2O7:0.5~5g/L),以电流密度1~10A/dm2进行电解处理。
Ni被覆+铬酸盐处理:使用Ni镀覆浴(Ni离子浓度:1~30g/L的瓦特浴),以镀覆液温25~60℃、电流密度0.5~10A/dm2进行Ni镀覆后,与上述相同地进行铬酸盐处理。
粗糙化处理:使用处理液(Cu:10~25g/L、H2SO4:20~100g/L),以温度20~40℃、电流密度30~70A/dm2、电解时间1~5秒钟进行电解处理。然后,使用Ni-Co镀覆液(Co离子浓度:5~20g/L、Ni离子浓度:5~20g/L、pH:1.0~4.0),以温度25~60℃、电流密度:0.5~10A/dm2进行Ni-Co镀覆。
<铝箔复合体的制造>
Al箔是基于市售的纯铝板0.1mm通过冷轧制为25μm。将该原箔脱脂后,用5%NaOH溶液洗涤,然后使用表4所示的树脂膜(树脂层),在350度通过真空加压(加压压力200N/cm2)层叠树脂膜,制作表4所示层结构的金属箔复合体。
<Ni箔复合体的制造>
铸造纯度99.90质量%以上的Ni铸锭,反复进行热轧、冷轧、退火,基于JIS H4551 NW2200Ni制作Ni箔(厚度17μm)。对制作的Ni箔进行700℃×30分退火后,为了提高密合性,在硫酸中进行酸洗,进行碱洗涤后,实施氨基磺酸Ni镀覆(电流密度 10A/dm2、镀覆厚度为1μm)。然后,使用表4所示的树脂膜(树脂层),在350℃通过真空加压(加压压力200N/cm2)层叠树脂膜,制作表4所示层结构的金属箔复合体。
<不锈钢箔复合体的制造>
将市售的SUS301、SUS 304、SUS 316、SUS 430、SUS 631不锈钢板分别退火柔软化后,冷轧至厚度25μm。然后,一边通过400号的抛光研磨将表面变粗糙,一边减薄至厚度18μm后,利用超声波进行表面洗涤。然后,在氩气氛中在1000℃进行5秒钟退火,使用表4所示的树脂膜(树脂层),在350℃通过真空加压(加压压力200N/cm2)层叠树脂膜,制作表4所示层结构的金属箔复合体。
<软钢箔复合体的制造>
对市售的JIS G3141 SPCCA 软钢板重复进行冷轧和退火,冷轧至厚度25μm。然后,一边通过400号的抛光研磨将表面变粗糙,一边减薄至厚度18μm后,利用超声波进行表面洗涤。然后,在氩气氛中在1000℃进行5秒钟退火,使用表4所示的树脂膜(树脂层),在350℃通过真空加压(加压压力200N/cm2)层叠树脂膜,制作表4所示层结构的金属箔复合体。
<Fe-Ni合金箔复合体的制造>
以分别形成Fe-36质量%Ni、Fe-50质量%Ni、Fe-85质量%Ni的组成的方式,通过真空熔解重复进行铸造、热轧、面切削、冷轧、退火,冷轧至厚度25μm。然后,一边通过400号的抛光研磨将表面变粗糙,一边减薄至厚度18μm后,利用超声波进行表面洗涤。然后,在氩气氛中在1000℃进行5秒钟退火,使用表4所示的树脂膜(树脂层),在350℃通过真空加压(加压压力200N/cm2)层叠树脂膜,制作表4所示层结构的金属箔复合体。
<铜锌镍合金箔复合体的制造>
以形成JIS H3110 C7451中记载的成分的方式,铸造铸锭,重复热轧和冷轧、退火,制成厚度25μm的铜锌镍合金箔。然后,在氩气氛下,在800℃进行10秒钟再结晶退火,然后用硫酸溶液进行酸洗,进行碱洗涤后,实施氨基磺酸Ni镀覆(电流密度 10A/dm2、镀覆厚度为1μm)。然后,使用表4所示的树脂膜(树脂层),在350℃通过真空加压(加压压力200N/cm2)层叠树脂膜,制作表4所示层结构的金属箔复合体。
应予说明,表4中,Al、Ni、SUS、铜锌镍合金表示金属箔,PI表示聚酰亚胺膜。另外,PI的Tg为220℃。
<拉伸试验>
由各金属箔复合体制作多张宽度12.7mm的短栅状的拉伸试验片。对于金属箔和树脂膜的拉伸试验,将层叠前的金属箔单体和树脂膜单体制为12.7mm的短栅状。
继而,通过拉伸试验机,依照JIS-Z2241,在与金属箔的轧制方向平行的方向上进行拉伸试验。拉伸试验时的试验温度示于表1、表2。
<180°剥离试验>
进行180°剥离试验,测定180°剥离粘接强度f1。首先, 由金属箔复合体制作多张宽度12.7mm的短栅状的剥离试验片。将试验片的金属箔面固定于SUS板,沿180°方向剥离树脂层。对于树脂层存在于金属箔的两面的实施例,将树脂层+金属箔固定于SUS板,沿180°方向剥离相反侧的树脂层。对于金属箔存在于树脂层的两面的实施例,除去单面的金属箔后,将相反面的金属箔侧固定于SUS板,沿180°方向剥离树脂层。除此之外的条件依照JIS-C5016。
另外,虽然JIS的规格中是剥离金属箔层,但在实施例剥离树脂层是为了减小金属箔的厚度、刚性所致的影响。
<铜箔的晶粒的各向同性的评价>
为了评价铜箔的晶粒的各向同性,求出以(由板面取向观察的铜箔的晶粒的最大内切圆的直径的平均值)/(由板面取向观察的铜箔的晶粒的最小外切圆的直径的平均值)表示的值(比)R。具体地,对于铜箔表面的0.1×0.1mm的面积,使用电子显微镜(日本电子社制:JEOL JXA-8500F)进行EBSD测定,将具有5°以上的角度差的部分作为晶界(双晶界除外),测定结晶粒径,求出平均结晶粒径。除去结晶粒径小于10μm的部分,对随机抽出的150个晶粒求出最大内切圆和最小外切圆,算出各自的平均值。EBSD测定是使用TSLソリューションズ社制的OIM(结晶取向分析装置)来进行。
<加工性的评价>
使用图2所示的杯突试验装置10进行加工性的评价。杯突试验装置10具备基座4和冲头2,基座4具有圆锥台状的斜面,圆锥台从上至下前端逐渐变细,圆锥台的斜面的角度为与水平面成60°。另外,在圆锥台的下侧连通有直径15mm且深度7mm的圆孔。另一方面,冲头2的先端呈直径14mm的半球状的圆柱,可将冲头2前端的半球部插入圆锥台的圆孔。
应予说明,圆锥台的逐渐变细的前端和圆锥台的下侧的圆孔的连接部分带有半径(r)=3mm的弧度。
继而,将金属箔复合体冲压为直径30mm的圆板状的试验片20,将金属箔复合体载置于基座4的圆锥台的斜面,将冲头2从试验片20之上压下,插入基座4的圆孔。藉此,试验片20成形为锥形杯状。
应予说明,仅在金属箔复合体的单面具有树脂层的情形中,将树脂层朝上载置于基座4。另外,在金属箔复合体的两面具有树脂层的情形中,将与M面粘接的树脂层朝上载置于基座4。金属箔复合体的两面为Cu的情形中,任意面朝上均可。
目视观察成形后试验片20内的金属箔的破裂的有无,按照以下基准进行加工性的评价。
◎:金属箔不破裂、金属箔也无皱褶
○:金属箔无破裂、但金属箔具有些许皱褶
×:金属箔破裂
所得结果示于表1~表4。应予说明,表1、表4的试验温度表示进行F、f1、f2、f3和加工性的评价的温度。
由表1~表4可知,各实施例的情形中,同时满足(f3×t3)/(f2×t2)≥1、和1≤33f1/(F×T),且加工性优异。
应予说明,对使用相同构成的金属箔层叠体的实施例13和实施例23进行比较时,可知在室温(约25℃)进行拉伸试验测定F等的实施例13与实施例23相比,(f3×t3)/(f2×t2)的值更大,实施例23中由于试验温度上升而使树脂层变弱(f3变小)。
另外,如表3所示,使用铜箔作为金属箔的情形中,在100℃进行2小时加热后层叠树脂膜的实施例1~24与未加热而层叠树脂膜的实施例25、26相比,R值变高,可以得到各向同性的再结晶晶粒。另外,若将铜箔分别在小于80℃(实施例27、加热75℃)、或150~350℃(实施例28、150℃、实施例29、350℃)下进行加热后层叠树脂膜,则R值变低,未产生热铜箔的效果。
另一方面,不对铜箔进行表面处理而层叠树脂膜的比较例1的情形中,粘接强度降低,33f1/(F×T)的值变得小于1,加工性变差。
将层叠时的加压压力降低至100N/cm2的比较例2、5的情形中,粘接强度也降低,33f1/(F×T)的值变得小于1,加工性变差。
减薄树脂膜的厚度的比较例3、6、10的情形中,树脂膜的强度与金属箔相比变弱,(f3×t3)/(f2×t2)的值变得小于1,加工性变差。
不将树脂膜和金属箔热融合而用粘接剂进行层叠的比较例4的情形中,粘接强度降低,33f1/(F×T)的值变得小于1,加工性变差。
铜箔中的Sn的含量超过500ppm的比较例7的情形中,再结晶时晶粒反而变得易于微细化,同时由于合金化所致的强度上升的缘故,f2上升,(f3×t3)/(f2×t2)、33f1/(F×T)变得小于1,加工性变差。
除了使铜箔中的Ag的含量小于50ppm以外,以与实施例22相同的条件制作复合体的比较例8的情形中,不产生Ag所致的晶粒的粗大化效果,且晶粒较实施例22减小,因而F、f2上升,(f3×t3)/(f2×t2)、33f1/(F×T)变得小于1,加工性变差。
分别使用了与实施例30,31,33相同构成的金属箔层叠体、但层叠时的加压压力降低至100N/cm2的比较例9,11,12的情形中,粘接强度降低,33f1/(F×T)的值变得小于1,加工性变差。
Claims (6)
1.金属箔复合体,其是层叠有金属箔和树脂层的金属箔复合体,所述金属箔包含:含有以质量比率计合计为30ppm~500ppm的选自Ag、Sn、In、Au、Mn、Ni和Zn的组中的1种或2种以上的铜箔、含有99质量%以上的Al的铝箔、含有99质量%以上的Ni的镍箔、不锈钢箔、软钢箔、Fe-Ni合金箔或铜锌镍合金箔,该金属箔复合体的特征在于,
在将所述金属箔的厚度设为t2(mm)、拉伸应变4%时的所述金属箔的应力设为f2(MPa)、所述树脂层的厚度设为t3(mm)、拉伸应变4%时的所述树脂层的应力设为f3(MPa)时,满足式1:(f3×t3)/(f2×t2)≥1,
并且,在将所述金属箔与所述树脂层的180°剥离粘接强度设为f1(N/mm)、所述金属箔复合体的拉伸应变30%时的强度设为F(MPa)、所述金属箔复合体的厚度设为T(mm)时,满足式2:1≤33f1/(F×T)。
2.权利要求1所述的金属箔复合体,其特征在于,在小于所述树脂层的玻璃化转变温度的温度下,所述式1和式2成立。
3.权利要求1或2所述的金属箔复合体,其特征在于,所述金属箔复合体的拉伸断裂应变l与所述树脂层单体的拉伸断裂应变L之比l/L为0.7~1。
4.铜箔,其是用于将铜箔和树脂层层叠而成的金属箔复合体的铜箔,其特征在于,厚度为50μm以下,断裂应变为4%以上,含有以质量比率计合计为30ppm~500ppm的选自Ag、Sn、In、Au、Mn、Ni和Zn的组中的1种或2种以上,平均结晶粒径为10μm以上;
进而,在结晶粒径超过10μm的晶粒中,以(由板面取向观察的铜箔的晶粒的最大内切圆的直径的平均值)/(由板面取向观察的铜箔的晶粒的最小外切圆的直径的平均值)表示的比R满足0.5≤R≤0.8;
将所述铜箔与厚度120μm以下的树脂层层叠时,在将所述铜箔的厚度设为t2(mm)、拉伸应变4%时的所述铜箔的应力设为f2(MPa)、所述树脂层的厚度设为t3(mm)、拉伸应变4%时的所述树脂层的应力设为f3(MPa)时,满足式1:(f3×t3)/(f2×t2)≥1,
并且,在将所述铜箔与所述树脂层的180°剥离粘接强度设为f1(N/mm)、所述铜箔复合体的拉伸应变30%时的强度设为F(MPa)、所述铜箔复合体的厚度设为T(mm)时,满足式2:1≤33f1/(F×T)。
5.对权利要求1~3中任一项所述的金属箔复合体进行加工而成的成形体。
6.成形体的制造方法,其中,对权利要求1~3中任一项所述的金属箔复合体进行加工。
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