JP2006117977A - 圧延銅箔 - Google Patents

Abstract

【課題】 フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）などの可撓性配線部材用として好適な、耐屈曲性に優れた圧延銅箔を提供する。
【解決手段】 最終圧延後に焼鈍された状態の圧延銅箔の断面組織において、銅箔の両表面間を板厚方向に貫通した結晶粒の断面面積率が４０％以上である。上記圧延銅箔の板厚が５０μｍ以下であり、断面面積率は該板厚の少なくとも１００倍の長さについて求めたものであることが好ましい。また、焼鈍時の熱処理温度は、１３０〜２００℃であることが好ましい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フレキシブルプリント配線板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ、以下ＦＰＣとも称する）などの可撓性配線部材用として好適な圧延銅箔に関する。

ＦＰＣは、可撓性の樹脂基材に銅箔を積層し、接着剤又は加熱加圧により一体化したものであり、デジタルカメラ、携帯電話、ＨＤＤ、プリンター、液晶パネルなどの配線部材として広く使用されている。また、ＦＰＣは折り曲げでき、狭い空間にも実装可能であるため、ＨＤＤやＤＶＤ及びＣＤ−ＲＯＭなどのディスク関連機器の可動部、折りたたみ式携帯電話の折り曲げ部などに多く用いられている。

ＦＰＣの一般的な製造工程としては、例えば、ポリイミドやポリエステルなどからなる基材（ベースフィルム）に表面処理された銅箔を接着剤で張り合わせ、全体を１３０〜１８０℃の温度に加熱することにより接着剤を硬化させた後、配線のパターニングを行い、その上に更に配線保護のためにカバーレイを施す。また、接着剤の代わりに、ベースフィルムと銅箔を１３０〜２００℃で加熱加圧することによって一体化する方法もある。

ＦＰＣに使用する銅箔としては、上記した折り曲げ部用の配線部材としての用途から、電解銅箔よりも高い耐屈曲性を有するタフピッチ銅あるいは無酸素銅の圧延銅箔が使用されている。これらの圧延銅箔を製造するには、その銅素材を熱間圧延した後、所定の厚さとなるまで冷間圧延と焼鈍を繰り返し、最後に最終冷間圧延して所定の板厚に仕上げる。尚、ＦＰＣ用の圧延銅箔の板厚は、通常は５０μｍ以下であり、最近では十数μｍ以下と更に薄くなる傾向にある。

これらタフピッチ銅や無酸素銅の圧延銅箔は、焼鈍することによって軟化して耐屈曲性が向上するため、焼鈍した状態でＦＰＣに使用されている。しかしながら、ＦＰＣの耐屈曲性はベースフィルムやカバーレイと比較して耐屈曲性に劣る銅箔によって決まるため、ＦＰＣ構成材料のうち銅箔の耐屈曲性が最も重要とされている。そのため、ＦＰＣ用のタフピッチ銅あるいは無酸素銅からなる圧延銅箔については、機器の耐久性の観点から更に高い耐屈曲性が求められている。

このような耐屈曲性に優れた圧延銅箔としては、例えば、特許第３００９３８３号公報に、２００℃で３０分間加熱して再結晶組織に調質した状態において、１５％以上の伸びを有し、且つ圧延面のＸ線回折で求めた（２００）面の強度（Ｉ）が、微粉末銅のＸ線回折で求めた（２００）面の強度（Ｉ_０）に対し、Ｉ／Ｉ_０＞２０である立方体集合組織を有することを特徴とする、優れた屈曲性を有する圧延銅箔が報告されている。

特許第３００９３８３号公報

本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたものであり、耐屈曲性に優れた圧延銅箔を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明が提供する圧延銅箔は、最終圧延後に焼鈍された状態の銅箔の断面組織において、銅箔の両表面間を板厚方向に貫通した結晶粒の断面面積率が４０％以上、好ましくは６０％以上であることを特徴とする。

上記本発明の圧延銅箔においては、前記銅箔の板厚が５０μｍ以下であり、前記断面面積率が該板厚の少なくとも１００倍の長さについて求めたものであることが好ましい。また、前記焼鈍時の熱処理温度としては、１３０〜２００℃であることが好ましい。

本発明によれば、優れた耐屈曲性を備え、フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）などの可撓性配線部材用として好適な圧延銅箔を提供することができる。

本発明者は、タフピッチ銅又は無酸素銅からなる圧延銅箔における耐屈曲性の改善向上について鋭意検討を進めた結果、圧延銅箔を焼鈍した状態の銅箔の断面組織において、銅箔の両表面の間を板厚方向に貫通した結晶粒の断面積が全体の断面積に対して占める比率（断面面積率）が大きくなるほど、銅箔の耐屈曲性が大幅に改善されることを見出した。

即ち、本発明の圧延銅箔においては、両表面の間を板厚方向に貫通した結晶粒の結晶粒の断面面積率を４０％以上とすることにより、従来よりも屈曲性に優れた圧延銅箔を得ることができる。更に好ましくは、銅箔の両表面の間を板厚方向に貫通した結晶粒の断面面積率を６０％以上とすることによって、銅箔を板厚方向に貫通した結晶粒が銅箔表面に現れる比率が急激に高まる傾向があり、このため銅箔の屈曲性がより一層改善される。

板厚を貫通した結晶粒が多いほど銅箔の屈曲性が向上する理由は、以下のように考えられる。即ち、通常は屈曲による変形により転位が結晶粒内から発生し、この転位が粒界部に集積して、その粒界部分で破断が起こる。一方、結晶粒が銅箔の板厚を貫通した部分では、屈曲による変形は単結晶そのものの変形となり、結晶粒内に発生した転位が表面に抜けてしまうため、転位の集積が起こらず、繰り返しの変形に対して破断が起こり難くなるものと考えられる。

銅箔を厚さ方向に貫通した結晶粒の断面面積率は、図1に示すように、銅箔１の断面金属組織の顕微鏡写真観察により、銅箔１の表面１ａと表面１ｂの間を板厚ｄの方向に貫通した貫通結晶粒２の断面積Ａを求め、貫通していない非貫通結晶粒３も含めた銅箔１全体の断面積Ｂに対する断面積Ａの比、即ち断面積Ａ／断面積Ｂとして算出する。具体的な断面積の測定は、銅箔を樹脂に埋め込み、その銅箔の断面を機械研磨して鏡面に仕上げ、アンモニア−過酸化水素水でエッチングした後、光学顕微鏡による組織写真から測定する。

フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）に用いる圧延銅箔の厚みは、一般的に５０μｍ以下であり、最近では更に薄くなりつつある。従って、銅箔の結晶粒の断面積を測定するに際しては、銅箔を折り畳んで何層かに積層して樹脂に埋め込むことが好ましい。また、断面積の顕微鏡観察に用いる銅箔のサンプリングは、局部的な粗大結晶粒や微細結晶粒の影響を小さくするために、銅箔の板厚の少なくとも１００倍以上の長さとすることが望ましい。

本発明の圧延銅箔の製造は、タフピッチ銅あるいは無酸素銅の銅素材を熱間圧延した後、所定の厚さとなるまで冷間圧延と焼鈍を繰り返し、最後に最終冷間圧延して所定の板厚、好ましくは５０μｍ以下に仕上げる。その後、この圧延銅箔を焼鈍した状態で使用するが、そのための焼鈍は、圧延銅箔の粗面化工程におけるメッキなどの表面処理後に熱処理を行うか、あるいはＦＰＣの製造工程におけるベースフィルムとの一体化時に曝される１３０〜２００℃の温度での熱処理によって行われる。従って、本発明によれば、ＦＰＣ製造に用いる状態、即ち最終圧延後に焼鈍された状態の圧延銅箔について、結晶粒の断面面積率を調べるだけで、その圧延銅箔の耐屈曲性を検査することが可能である。

最終圧延後に焼鈍された状態の圧延銅箔において、その板厚を貫通した結晶粒の断面面積率は、以下の条件により制御することが可能である。即ち、（１）最終圧延前の平均結晶粒径が同じであれば、最終圧延の圧下率が大きいほど貫通結晶粒の断面面積率を大きくすることができる。また、（２）最終圧延の圧下率が同一であれば、最終圧延前の平均結晶粒径が小さいほど貫通結晶粒の断面面積率を大きくすることができる。

高純度の電気銅を溶解し、厚さ２００ｍｍ、幅６５０ｍｍのタフピッチ銅（酸素含有量２５０ｐｐｍ）の鋳塊を作製した。この鋳塊を１８ｍｍの板厚まで熱間圧延で薄くし、表面のスケールを面削により除去した後、冷間圧延により２.０ｍｍの板厚まで薄くして、中間焼鈍・洗浄を行い、エッジ部をトリミングして６００ｍｍ幅とした。その後、更に冷間圧延と焼鈍・洗浄を繰り返して所定の板厚とした後、その所定の板厚の銅箔を最終冷間圧延して０.０１６ｍｍ（１６μｍ）の圧延銅箔を製造した。

得られた板厚１６μｍの圧延銅箔を、フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）の製造工程での熱処理を模して、１８０℃で３０分の熱処理を施した。この焼鈍された状態の圧延銅箔について、板厚方向に貫通した貫通結晶粒の断面面積率並びに屈曲寿命を測定した。また、上記と同様にして、ただし最終圧延前の板厚と平均結晶粒径を変えることにより結晶組織を制御して、板厚３３μｍ及び１０μｍの圧延銅箔を製造し、同様の熱処理を施した後、貫通結晶粒の断面面積率並びに屈曲寿命を測定した。得られた結果を、下記表１に示した。

尚、熱処理後の焼鈍された状態の圧延銅箔における貫通結晶粒の断面面積率は、以下のようにして求めた。即ち、板厚に対して２００倍の長さとなるようにサンプリングを行い、その銅箔を積層させて樹脂に埋め込んだ後、銅箔の断面を機械研磨して鏡面に仕上げ、アンモニア−過酸化水素水でエッチングを行い、光学顕微鏡により銅箔断面の金属組織を観察した。具体的には、４００倍の顕微鏡写真を撮影し、その組織写真から、銅箔を板厚方向に貫通する貫通結晶粒を着色し、画像ソフトを使用して全断面積に対する着色部の面積の比率を測定した。

また、圧延銅箔の屈曲寿命については、図２に示す屈曲試験装置により測定した。即ち、この装置の固定板６と可動板７に試験用銅箔片５を固定し、可動板７を周期的に振動させることにより、試験用銅箔片５の中間部が所定の曲率半径でヘアピン状に屈曲され、ある屈曲回数に達した時点で破断する。この破断までの屈曲回数を屈曲寿命とした。尚、試験用銅箔片５の採取は、その長さ方向が圧延方向と平行になるように行った。また、測定条件は、試験用銅箔片５の幅１２.７ｍｍ、試験用銅箔片５の長さ２００ｍｍ、曲率半径２.５ｍｍ、振動ストローク２５ｍｍ、振動速度５００回／分とした。

上記表１によれば、最終板厚が１６μｍの圧延銅箔の場合、焼鈍した状態の銅箔の断面組織において貫通結晶粒の断面面積率が４０％以上である本発明の実施例による各試料は、銅箔の屈曲寿命が３０万回を超え、比較例の各試料と比較して耐屈曲性が大幅に改善されていることが分かる。また、銅箔の貫通結晶粒の断面面積率が６０％以上であれば、屈曲寿命が４０万回を超える結果が得られ、更に好ましいことが分かる。尚、試料７は従来一般的な条件で製造した圧延銅箔であるが、その屈曲寿命が３０万回に満たないものである。

また、最終板厚が３３μｍ及び１０μｍの場合については、板厚が薄くなると耐屈曲性が向上し又板厚が厚くなると耐屈曲性が低下するために、上記最終板厚１６μｍの試料と単純に比較することはできない。しかしながら、本発明の実施例による試料１０、１２と比較例の試料１１、１３とを比較すると、貫通結晶粒の断面面積率を４０％以上とすることで破断までの屈曲回数が増加し、断面面積率が４０％未満の場合に比べて耐屈曲性が大きく改善されていることが明らかである。

圧延銅箔断面の金属組織を示す模式図である。 圧延銅箔の屈曲寿命の測定に用いた屈曲試験装置の概略図である。

符号の説明

１ 銅箔
１ａ、１ｂ 表面
２ 貫通結晶粒
３ 非貫通結晶粒
５ 試験用銅箔片
６ 固定板
７ 可動板

Claims (3)

1. 最終圧延後に焼鈍された状態の銅箔の断面組織において、銅箔の両表面間を板厚方向に貫通した結晶粒の断面面積率が４０％以上であることを特徴とする耐屈曲性に優れた圧延銅箔。
2. 前記銅箔の板厚が５０μｍ以下であり、前記断面面積率が該板厚の少なくとも１００倍の長さについて求めたものであることを特徴とする、請求項１に記載の圧延銅箔。
3. 前記焼鈍時の熱処理温度が１３０〜２００℃であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の圧延銅箔。
   
   
   

Images