JP2005313380A - 銅張積層板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】銅箔の板厚が薄くなった場合でも、高温でのハンドリングが可能でかつ最終製造工程において軟化するような、ハンドリング性と屈曲性の双方を兼ね備えた二層フレキシブル銅張積層板を提供する。
【解決手段】無酸素銅中にＳｎを０．０１７mass％添加した合金Ｂ層３からなる銅箔に、ワニスを塗布後、１２０℃から１５０，２００，２５０℃と４段階の温度上昇を経て、最終工程で３５０℃、１０分間の加熱を加えてポリイミド層９を形成し、銅張積層板２０とした。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit:フレキシブルプリント配線板）やＣＯＦ（Chip on Flexible）などに使用される銅張積層板およびその製造方法に関するものである。

現在、電子機器の電子回路に使用されるＦＰＣやＣＯＦ等に、エポキシ系などの接着剤で銅箔とポリイミドフィルムを接着した三層フレキシブル銅張積層板が多用されている。この三層フレキシブル銅張積層板における銅箔には、一般に軟化温度が２００℃以下であるタフピッチ銅（圧延銅箔）が使用されている。圧延銅箔の屈曲性は軟化することによりその特性が大幅に向上することが知られている。エポキシ系接着剤の硬化温度は一般的にタフピッチ銅の軟化温度よりもやや高めであるため、ラミネート後の接着剤硬化の工程で銅箔が軟化し結果的に屈曲性が向上することになる。これに対して、最初から軟化した状態の銅箔を用いてラミネートしようとした場合は、銅箔強度が低いためハンドリング時にしわの発生や箔の破断が起こってしまう。このような理由により、三層フレキシブル銅張積層板における銅箔にタフピッチ銅を使用し、最初は圧延上がりの硬質の状態でラミネートし、その後の工程で軟化させることが行われてきた。

一方、ＦＰＣやＣＯＦ用に二層フレキシブル銅張積層板も用いられている。二層フレキシブル銅張積層板は、ポリイミドと銅箔とをエポキシなど他の接着剤を使用せずに直接接合した積層板である。この二層フレキシブル銅張積層板の製造方法として、銅箔にポリイミドのワニスを塗布し、熱を加えることにより乾燥、硬化させ積層板とする方法がある。

この製造方法の場合、ポリイミドを硬化させるためにはエポキシ系接着剤の場合よりもさらに高温が必要とされ、通常、１００℃を超えた温度から段階的に温度を上昇させて行き、最終工程では３００℃以上の温度で熱処理が施される。例えば、市販の宇部興産製Ｕ−ワニス−Ａでは１２０℃から１５０，２００，２５０℃と４段階の温度上昇を経て、最終工程で３５０℃、１０分間の加熱を加えることを推奨している。

しかしながら、この製造方法の場合、銅箔としてタフピッチ銅を使用すると軟化温度が２００℃以下であるため樹脂がまだ硬化していない第２ステップで軟化してしまうことになる。従って樹脂が補強材として働かないうちに銅箔強度が低下するため工程の途中で箔にしわが発生しやすくなったり、箔の破断が起きたりといった不都合が発生する場合があった。この不都合は、銅箔の膜厚が１２μｍ以下と薄くなってくるとより顕著となる。

現在、タフピッチ銅箔の厚みは１８μｍ以上が主流であり、この場合、上記のようなしわや破断の発生は比較的起こりにくい。しかし、銅箔の厚みは回路の配線ピッチとの兼ね合いで主に決定され、板厚が薄ければ薄いほどエッチングにより微細な配線パターンを形成することができる。従って今後、配線板の小型化に対応するためさらに板厚の薄い銅箔が要求される傾向にあるため、上記のようなしわや破断の発生が問題となってくる。

また、上述のように、銅箔にポリイミドのワニスを塗布し、熱を加えることにより乾燥、硬化させ積層板とする方法において、タフピッチ銅箔を用いる場合は、更に以下のような問題点があった。

タフピッチ銅は、上記のように３５０℃と高温で加熱されると軟化した上にさらに結晶粒の粗大化が進行する。このような状態で銅箔に回路を形成するためのエッチングを行うと、耐食性の低い粒界の部分が優先的にエッチングされ表面が凹凸となるため微細な配線パターンの形成に問題を生じる。さらに最近は板厚の薄い銅箔が要求される傾向にあるが、薄くなればなるほど銅箔のハンドリングが難しくなる。このため、予め１８μｍ以上の銅箔と樹脂を積層した後エッチングにより銅箔を１２μｍ以下に薄くするという製造方法がとられることがある。しかし、この場合も結晶粒が粗大化した銅箔では表面に凹凸が形成され板厚のバラツキが大きくなり好ましくない。

一方、極ファインピッチ加工が施される二層銅張積層板用銅箔として、二層積層板の製造工程で銅箔が軟化してハンドリング性が悪くなるのを防止する目的で、無酸素銅にＡｇを０．０７〜０．５mass％添加し、３００℃で１時間程度の加熱処理で銅箔が軟化しないようにしたものがある（特許文献１参照）。

また、同様に、二層基板で今後銅箔の板厚が薄くなり強度が要求されるようになること、また製造工程の熱処理で銅箔が軟化するとハンドリング性が悪くなることを考慮し、純銅にＳｎを０．０５〜０．２５mass％添加して、３００℃で１時間程度の加熱処理で銅箔が軟化しないようにした合金箔も開示されている（特許文献２参照）。
特開２００３−０９６５２６号公報 特開２００３−２５３３５７号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２の銅張積層板用圧延銅箔では、熱処理後の強度を特に重視して銅箔の強度、耐熱性を上げているため、圧延銅箔が軟化することにより良好となる圧延銅箔本来の屈曲性が犠牲にされてしまうという課題があった。

従って、本発明の目的は、銅箔の板厚が薄くなった場合でも、高温でのハンドリングが可能でかつ最終製造工程において軟化するような、ハンドリング性と屈曲性の双方を兼ね備えた二層フレキシブル銅張積層板及びその製造方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、エッチングによる板厚の薄厚化を図っても、表面に凹凸が発生しにくく平滑で厚みのばらつきが少ない二層フレキシブル銅張積層板及びその製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の銅張積層板は、銅箔と熱硬化性樹脂とを接着剤を使用せずに直接接合した二層フレキシブル銅張積層板において、前記銅箔として、前記樹脂が硬化する温度で軟化する特性を有する銅合金を用いたことを特徴とする。

前記樹脂はポリイミドであり、前記銅合金は無酸素銅にＳｎを０．０５mass％未満添加した銅合金とすることができる。

前記樹脂はポリイミドであり、前記銅合金は無酸素銅にＡｇを０．０５mass％未満添加した銅合金とすることができる。

本発明の銅張積層板の製造方法は、銅箔に樹脂ワニスを塗布し、複数回の段階的な熱処理により樹脂ワニスを乾燥、硬化させて二層フレキシブル銅張積層板を製造する方法において、前記銅箔として前記樹脂ワニスを硬化させる最終段階の熱処理において軟化する特性を有する銅合金を用いたことを特徴とする。

本発明によれば、塗布タイプの二層フレキシブル銅張積層板において、製造工程のハンドリング中でも銅箔にしわ、破断等が発生することがなく、かつ最終熱処理工程において屈曲性が良好となり、ハンドリング性と屈曲性の双方を兼ね備えた二層フレキシブル銅張積層板を提供することが可能となる。またエッチングによる板厚の薄厚化を図っても表面が平滑で厚みのバラツキの少ない積層板を得ることができる。

本発明においては、ワニス等を塗布するタイプの二層フレキシブル銅張積層板の製造工程における熱処理が段階的であることに鑑み、積層すべき樹脂の硬化温度に応じた最終熱処理工程において銅箔が軟化するように銅の軟化特性を制御して、銅箔のハンドリング性と屈曲性を両立させようとするものである。銅箔として使用する純銅に特定の元素を添加していくと銅の様々な特性が変化する。このため、本発明では、銅の軟化特性の制御のために銅に第２元素を添加するという手段をとった。例えば、銅に銀、錫またはジルコニウムなどを微量添加すると、いずれも銅中に固溶し軟化温度を上昇させるが、添加量に応じて自由に銅の軟化温度を調節することができる。

図１に純銅（無酸素銅）にジルコニウム、錫、銀をそれぞれ単体で添加していったときの軟化温度の変化を示す。ここで軟化温度とは、各温度で２０分間加熱したとき、ビッカース硬さ（Ｈｖ）が９０に低下する温度とした。図１より、各々の元素の添加量が多くなると各々の軟化温度曲線に応じて軟化温度が上昇していることが分かる。これより、２００℃から５００℃の範囲で樹脂の熱処理温度に応じて、合金の配合組成を決定することができる。

ポリイミド樹脂では種類に応じて３００℃から４５０℃位の温度範囲があり、この範囲で軟化温度を調節できることが好ましい。例えば、宇部興産製Ｕ−ワニス−Ａの場合は最終工程で３５０℃、１０分間の熱処理を受けるので、銅箔としてＳｎ入り銅を使用する場合には０．０１％〜０．０２％、特に０．０１５％〜０．０１８％のＳｎ濃度とすれば樹脂硬化のための加熱の途中では軟化せずに最終工程で軟化した状態の銅箔を得ることができる。同様にＡｇ入り銅の場合には０．０１５％〜０．０３％、特に０．０１７％〜０．２５％のＡｇ濃度、Ｚｒ入り銅の場合には０．００８％〜０．０１２％、特に０．０１％程度のＺｒ濃度とすればよいことになる。

このため、Ａｇを添加した合金箔とする場合、ワニスの最終熱処理温度が約３５０℃以下の時その濃度は０．０５mass％未満でも十分である。また、Ｓｎを添加した合金箔とする場合、ワニスの最終熱処理温度が約４００℃以下の時その濃度は０．０５mass％未満でも十分である。

通常の溶解、鋳造法で無酸素銅中にＳｎを０．０５mass％添加した合金（合金Ａ）及びＳｎを０．０１７mass％添加した合金（合金Ｂ）を作製した。これら合金を熱間圧延後冷間圧延と焼鈍を繰り返し、最終的に板厚０．０１８ｍｍに仕上げ圧延し圧延銅箔とした。

次に、図２に示すように、合金Ａ層１からなる銅箔に、宇部興産製Ｕ−ワニス−Ａを硬化後４０μｍの厚さとなるように塗布し、１２０℃から１５０，２００，２５０℃と４段階の温度上昇を経て、最終工程で３５０℃、１０分間の加熱を加えてポリイミド層９を形成し、銅張積層板１０とした。
同様に、図３に示すように、合金Ｂ層３からなる銅箔に、宇部興産製Ｕ−ワニス−Ａを硬化後４０μｍの厚さとなるように塗布し、１２０℃から１５０，２００，２５０℃と４段階の温度上昇を経て、最終工程で３５０℃、１０分間の加熱を加えてポリイミド層９を形成し、銅張積層板２０とした。この後、銅張積層板１０及び銅張積層板２０について、通常のエッチング法で銅箔に幅１ｍｍの回路を形成し、ＭＩＴ耐折試験により銅箔回路破断までの回数を測定した。このときの曲げ半径は０．４ｍｍ、荷重は５００ｇとした。

また合金Ａ、合金Ｂからなる銅箔のみを別途同じ熱処理装置で２５０℃１０分間、および３５０℃１０分間それぞれ加熱し、ビッカース硬さ（Ｈｖ）を測定した。
表１にこれらの結果を示す。

表１の結果より、合金Ａは樹脂硬化の熱処理を加えた後でもほぼ初期の硬さを保持しているのに対し、合金Ｂでは２５０℃では軟化しないが最終工程に相当する３５０℃の熱処理では軟化していることが分かる。これに伴いＭＩＴ耐折性が合金Ａに比べ格段に改善されていることが分かる。

すなわち本実施例の樹脂との組み合わせにおいて合金Ｂよりなる圧延銅箔を使用することにより、樹脂硬化の途中では銅箔が軟化せず、従って良好なハンドリング性を保ったまま最終工程では軟化するため、耐折性に優れたフレキシブル銅張積層板を提供することが可能となる。

次に加熱された後のエッチング性を評価するため合金Ｂの銅箔及び同じ板厚の通常のタフピッチ銅箔を用意し、３５０℃１０分間加熱後、塩化第二鉄溶液に浸漬し板厚が半分になるまでそれぞれエッチングした。エッチング前後の表面粗さＲａを原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により測定した。この結果を加熱後の結晶粒径の測定結果とともに表２に示す。

表２の結果より、タフピッチ銅では３５０℃の加熱で結晶粒が粗大化しエッチング後のＲａが大きくなっているのに対し、合金Ｂでは微細な結晶粒のままでありエッチング後のＲａが低下し平滑化する傾向にあることが分かる。これより、本実施例の樹脂との組み合わせにおいて合金Ｂよりなる圧延銅箔を使用することにより、結晶粒が粗大化することなく表面の凹凸が少ないフレキシブル銅張積層板を提供することが可能となる。

通常の溶解、鋳造法で無酸素銅中にＡｇを０．０５mass％添加した合金（合金Ｃ）及びＡｇを０．０２mass％添加した合金（合金Ｄ）を作製した。これら合金を熱間圧延後冷間圧延と焼鈍を繰り返し、最終的に板厚０．０１８ｍｍに仕上げ圧延し圧延銅箔とした。

次に、図４に示すように、合金Ｃ層５からなる銅箔に、宇部興産製Ｕ−ワニス−Ａを硬化後４０μｍの厚さとなるように塗布し、１２０℃から１５０，２００，２５０℃と４段階の温度上昇を経て、最終工程で３５０℃、１０分間の加熱を加えてポリイミド層９を形成し、銅張積層板３０とした。
同様に、図５に示すように、合金Ｄ層７からなる銅箔に、宇部興産製Ｕ−ワニス−Ａを硬化後４０μｍの厚さとなるように塗布し、１２０℃から１５０，２００，２５０℃と４段階の温度上昇を経て、最終工程で３５０℃、１０分間の加熱を加えてポリイミド層９を形成し、銅張積層板４０とした。この後、銅張積層板３０及び銅張積層板４０について、通常のエッチング法で銅箔に幅１ｍｍの回路を形成し、ＭＩＴ耐折試験により銅箔回路破断までの回数を測定した。このときの曲げ半径は０．４ｍｍ、荷重は５００ｇとした。

また合金Ｃ、合金Ｄからなる銅箔のみを同じ熱処理装置で２５０℃１０分間、および３５０℃１０分間それぞれ加熱しビッカース硬さ（Ｈｖ）を測定した。
表３にこれらの結果を示す。

表３の結果より、合金Ｃは樹脂硬化の熱処理を加えた後でもほぼ初期の硬さを保持しているのに対し、合金Ｄでは２５０℃ではあまり軟化しないが最終工程に相当する３５０℃の熱処理では軟化していることが分かる。これに伴いＭＩＴ耐折性が合金Ｃに比べ格段に改善されていることが分かる。

すなわち本実施例の樹脂との組み合わせにおいて合金Ｄよりなる圧延銅箔を使用することにより、樹脂硬化の途中では銅箔が軟化せず、従って良好なハンドリング性を保ったまま最終工程では軟化するため、耐折性に優れたフレキシブル銅張積層板を提供することが可能となる。

銅箔に所定の添加元素を加えた場合の、添加元素濃度と銅箔の軟化温度の関係を示すグラフである。 比較例の銅張積層板を示す模式図である。 実施例１の銅張積層板を示す模式図である。 比較例の銅張積層板を示す模式図である。 実施例２の銅張積層板を示す模式図である。

符号の説明

１ 合金Ａ層
３ 合金Ｂ層
５ 合金Ｃ層
７ 合金Ｄ層
９ ポリイミド層
１０ 銅張積層板
２０ 銅張積層板
３０ 銅張積層板
４０ 銅張積層板

Claims (4)

1. 銅箔と熱硬化性樹脂とを接着剤を使用せずに直接接合した二層フレキシブル銅張積層板において、前記銅箔として、前記樹脂が硬化する温度で軟化する特性を有する銅合金を用いたことを特徴とする銅張積層板。
2. 前記樹脂はポリイミドであり、前記銅合金は無酸素銅にＳｎを０．０５mass％未満添加した銅合金であることを特徴とする請求項１記載の銅張積層板。
3. 前記樹脂はポリイミドであり、前記銅合金は無酸素銅にＡｇを０．０５mass％未満添加した銅合金であることを特徴とする請求項１記載の銅張積層板。
4. 銅箔に樹脂ワニスを塗布し、複数回の段階的な熱処理により樹脂ワニスを乾燥、硬化させて二層フレキシブル銅張積層板を製造する方法において、前記銅箔として前記樹脂ワニスを硬化させる最終段階の熱処理において軟化する特性を有する銅合金を用いたことを特徴とする銅張積層板の製造方法。

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