JP2006281249A - 銅張積層基板用高光沢圧延銅箔及びその製造方法 - Google Patents

銅張積層基板用高光沢圧延銅箔及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 圧延銅箔をエッチングで除去した後の樹脂透明性に優れ、実用可能な銅張積層基板用圧延銅箔を提供する。
【解決手段】 圧延直角方向の表面粗さRaが0.1μm以下であり、かつ圧延平行方向の光沢度(JIS Z8741準拠)がG60(入射角60度)で300〜500%である銅張積層基板用圧延銅箔であり、好ましくは、延伸方向に帯状に平行に存在する表面平坦部(オイルピット粗部)の幅(Sm)が0.07mm以上であり、厚みが5〜20μmであり、導電率が80%IACS以上である。
上記圧延銅箔は、 圧延時の油膜当量≦45000となる条件で冷間圧延して製造できる。ただし上記油膜当量は{(圧延油粘度、40℃の動粘度;cSt)×(圧延速度;m/分)}/{(材料の降伏応力;kg/mm2)×(ロール噛込角;rad)}で表される。
【選択図】 なし

Description

本発明は、銅張積層基板用圧延銅箔及びその製造方法に関するものであり、圧延銅箔をエッチング後の残部の樹脂の透明性が要求される分野に好適な銅張積層基板用圧延銅箔及びその製造方法に関するものである。ここでいう樹脂とはポリイミド樹脂や液晶ポリマー等銅張積層板に用いられるものをいう。
近年、小型電子部品の実装方法として、実装用フィルムキャリアテープを用いた方式が採用されており、中でもより高密度の実装を行う方法として、ICチップをフィルムキャリアテープ上に直接搭載するCOF(チップ・オン・フィルム)方式が実用化されている。COF用フィルムキャリアテープには、導体(銅箔)と樹脂絶縁層とが予め積層された積層フィルムが用いられ、ICチップの配線パターン上への直接搭載に必要な位置決めパターンは導体側に形成される。従って、ICチップ搭載時の位置合わせは、銅張積層板の銅箔をエッチングした後に残る樹脂絶縁層を透過して視認される位置決めパターンを介して行われる。このため、COFに用いられるフィルムキャリアテープでは樹脂の透明性が重要である。
この場合、表面粗度の大きな銅箔を用いると、その銅箔をエッチングした後に残る樹脂絶縁層の表面が粗くなり透明性不良の原因となる。そこで、位置合わせが容易な銅張積層板として、ポリイミドフィルム等にNi等をスパッタ後に銅めっきした積層板(フィルム)が用いられているが、接着強度が低い、耐(イオン)マイグレーション性に劣るという問題があった。イオンマイグレーションとは、水分が付着した状態で導体金属に電圧が印加されることにより、溶解、移行、析出を繰り返し、回路間が短絡する現象である。
又、銅張積層板は、表面に粗化めっきが施された圧延銅箔を使用しても製造できる。この圧延銅箔は、通常タフピッチ銅(酸素含有量100〜500重量ppm)又は無酸素銅(酸素含有量10重量ppm以下)を素材として使用し、これらのインゴットを熱間圧延した後、所定の厚さまで冷間圧延と焼鈍とを繰り返して製造される。特許文献1には表面の光沢度が高い低粗度電解箔を導体層として用いることが提案されている。
一方、特許文献2では屈曲性に優れる銅箔として、油膜制御等の条件下の冷間圧延工程で形成された表面上のオイルピットの深さが2.0μm以下である圧延銅箔が提案されている。
特開2004−98659号公報 特開2001−58203号公報
特許文献1において、黒化処理又はめっき処理後の有機処理剤により接着性が改良処理されて得られる低粗度銅箔は、銅張積層板に屈曲性が要求される用途では、疲労によって断線することがあり、樹脂透視性に劣る場合がある。又、特許文献2に記載された程度のオイルピット状態を有する圧延銅箔を使用しても樹脂の充分な透明性は得られない。このように従来技術では圧延銅箔をエッチングで除去した後の樹脂透視性が低く、チップの位置合わせを円滑に行うことができなかった。
本発明は、圧延銅箔をエッチングで除去した後の樹脂透明性に優れ、屈曲性と樹脂との接着強度が実用可能な銅張積層基板用圧延銅箔を提供する。
本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、圧延銅箔のオイルピットが圧延銅箔をエッチング除去した後の樹脂透明性に影響を及ぼすことを見出した。すなわち、本発明の好ましい圧延銅箔は、オイルピットが偏在してオイルピット粗部とオイルピット密部が形成されることである。
このようなオイルピットの状態が得られると、本発明として圧延直角方向の算術平均粗さRaが0.1μm以下であり、かつ圧延平行方向の光沢度(JIS Z8741準拠)がG60(入射角60度)で300〜500%である銅張積層基板用圧延銅箔となる。
上記銅箔は、圧延直角方向の凹凸の平均間隔Sm(JIS B0601−2001、ISO4287−1997準拠)が0.07mm以上であることが好ましい。
上記銅箔の厚みは5〜20μmであることが好ましい。
上記銅箔の導電率は80%IACS以上であることが好ましい。
本発明は又、圧延時の油膜当量≦45000となる条件で冷間圧延する、上記銅張積層基板用圧延銅箔の製造方法に関する。ただし上記油膜当量は下記式で表される。
(油膜当量)={(圧延油粘度、40℃の動粘度;cSt)×(圧延速度;m/分)}/{(材料の降伏応力;kg/mm2)×(ロール噛込角;rad)}
本発明の高光沢で表面の平滑な圧延銅箔は、平滑な表面を得るための後工程を必要としないため、銅張積層基板用圧延銅箔の製造コストを従来よりも抑えることができる。又、本発明の圧延銅箔は、特定の条件下で冷間圧延により製造されることができ、圧延銅箔をエッチングで除去した後の樹脂透視性に優れる銅張積層基板用圧延銅箔を提供できる。
銅張積層基板用の圧延銅箔は、一般に油潤滑によって高速で加工される。又、必要とする厚みが薄いため、最終圧延の加工度(板厚減少率)が本質的に大きいものとなる。そのため、銅張積層基板用の銅箔の圧延工程は、5μm〜20μmの製品厚さ付近では、材料の塑性変形であるせん断帯変形によってでしか変形できない領域での加工になる。このせん断帯は、圧延時にロールと材料の間に導入される油膜が厚い場合、圧延加工表面にオイルピットと呼ばれる微小な凹凸をつくる。一方、油膜が薄ければ材料表面の凸部は圧延ロールと接触するため変形が制限され、オイルピットが発達せず、圧延ロールの平滑な表面プロフィルが転写され、平滑な表面が形成される。高光沢を得るためにはオイルピットの成長を抑えることはもちろん、オイルピットの少ない領域を広くすることが必要である。
上述したように、本発明は、圧延銅箔のオイルピットの分布に着目したものである。
本発明の好ましい圧延銅箔は、オイルピットが偏在してオイルピット粗部とオイルピット密部が形成されることである。
図1は、圧延銅箔の延伸直角断面で見たオイルピットの好ましい断面の概念図である。
図1では、深さ0.1μmを超えるピットが存在しない表面平坦部(オイルピット粗部)及び表面粗部(オイルピット密部)が延伸方向に帯状に平行に存在することが目視で確認できる。上記深さとは、目的とするオイルピットの最深部とそのオイルピットに隣接する頭頂部との高さの差をいう。
尚、表面粗さの指標として電解銅箔でよく使われていたRzは十点平均粗さを表すものであり、JIS B0601に準拠して測定されていた。しかしRzはオイルピットの深さの指標としては有効であるが、オイルピットの分布を表すことができない。本発明の好ましい圧延銅箔ではオイルピットが遍在してオイルピット粗部と密部が形成されているため、オイルピット分布を示すための指標としてSmを用いた。Smは表面性状を輪郭曲線方式で表すJIS B0601−2001(ISO4287−1997準拠)において、凹凸の「凹凸の平均間隔」と規定されており、基準長さ内での各凹凸の輪郭長さの平均をいう。従って、本発明における圧延銅箔表面の延伸直角断面のSmは、延伸方向に帯状に平行に存在する表面平坦部及び表面粗部の幅の和を示す指標として使用できる。Smの測定において、基準長L(通常、0.25〜0.8mm)内の、平均線(図1及び2では点線で表される。)よりも高い部分が連続してプラトーを形成する部分を平坦部とし、凹凸がそれぞれ独立した単一のピークを形成している部分を表面粗部とした。又、基準長Lは、1つの表面平坦部の幅及びそれに隣接する1つの表面粗部の幅との和よりも大きいことが必要である。Smは、好ましくは0.07mm以上、更に好ましくは0.08mm以上、更に好ましくは0.10mm以上である。表面平坦部の幅の指標としてのSmは大きいほど好ましい。従来技術の延伸銅箔の延伸直角断面を図2に示す。図2では基準長内の全てにわたり平均線よりも高い部分は連続しておらず、それぞれ独立した単一のピークを形成している。
本発明の圧延銅箔表面の平坦部の延伸方向に平行な長さは、深さ0.1μmを超えるピットと延伸方向に平行に平坦部を挟んで隣接する深さ0.1μmを超えるピットとの間隔で表され、例えば0.1mm以上、好ましくは0.2mm以上、更に好ましくは0.3mm以上であり長いほど好ましい。
上述したオイルピットの分布を有する本発明の圧延銅箔は以下のようになる。
本発明の圧延銅箔は、圧延直角方向の算術平均粗さRaが0.1μm以下であり、好ましくは0.07μm以下、更に好ましくは0.05μm以下である。算術平均粗さが0.1μmを超えると、圧延銅箔をエッチングで除去した後の樹脂透明性に劣る。上記表面粗さは、圧延直角方向に接触粗さ計を使用し、JIS B0601に準拠して測定した算術平均粗さ(Ra;μm)である。
本発明の圧延銅箔の圧延平行方向の光沢度(JIS Z8741準拠)は、G60(入射角60度)で300〜500%であり、好ましくは350%以上、更に好ましくは370%以上である。300%未満であるとCOF用フィルムキャリアテープに使用した場合、ICチップ搭載時の位置決めパターンの視認性が悪くなり、正確な位置決めが困難となる。一方、500%を超えることは表面が平滑すぎるため箔を樹脂と積層する処理での搬送性が悪化する。上記光沢度は、JIS Z8741に準拠した光沢度計を使用し、圧延方向に直角な方向の入射角60度で測定する。
本発明の圧延銅箔の厚みは、例えば重量法によりIPC−TM−650に準拠して測定でき、好ましくは5〜20μmである。5μm未満であると屈曲の際の曲げ部外周に生じる歪みが減少するため、屈曲性は向上するが、製造工程での歩留まりが非常に悪くなる。一方、20μmを超えると、屈曲の際の曲げ部外周に生じる歪みが増大するため、屈曲性が低下する。
本発明の圧延銅箔の導電率は、例えば電気抵抗をIPC−TM−650に準拠して測定し計算することで求めることができるが、積層板用としてはできるかぎり導電率が高いことが望ましい。、一方、求められる特性を得るために元素を添加した合金箔が用いられる。たとえば、耐熱性等の要求を満たすために、Sn、Agを添加した銅合金や高強度媚態するCr-Zr等2種類以上の元素を添加した多元系銅合金が挙げられる。ただし、元素の過剰な添加は導電率の低下を招く。80%IACS未満であるとCOF用銅張積層基板用銅箔に適さない。好ましくは60%IACS以上、更に好ましくは80%IACS以上である。この導電率を満たす銅合金であればよい。
通常、オイルピットの生成の制御には、素材表面状況、圧延ロールの直径、圧延ロール面の粗さ、圧下率、圧延速度、圧延油の粘度等の圧延条件の調節が行なわれるが、本発明では、圧延油粘度、圧延速度、材料の降伏応力、ロール噛込角を変数として含む「油膜当量」に着目した。即ち、本発明の製造方法では圧延時の圧延ロールと被圧延材料間に入り、潤滑の役割をする油の量を制御することでオイルピットの成長を抑制するとともに、オイルピットが少なく平滑な圧延面を広くもつ銅箔を製造できる。
本発明の製造方法の条件因子として重要な油膜当量は、例えば30000以下、好ましくは25000以下、である。油膜当量が30000を超えると、圧延銅箔をエッチングで除去した後の樹脂透明性に劣る。一方、油膜当量が10000を下回ると、圧延抵抗が増加し加工性が低下するため好ましくない。
本発明の油膜当量を達成するためには、圧延油粘度(40℃の動粘度)は低く、圧延速度も低く、ロール噛込角(圧下量に対応する)は大きいことが好ましい。本発明の製造方法の条件としては、例えば、直径250mm以下で表面粗さRarollが0.1μm以下(好ましくは0.01〜0.04μm、更に好ましくは0.01〜0.02μm)に調整された圧延ロールにより、粘度が3〜8cSt(好ましくは3〜5cSt、更に好ましくは3〜4cSt)の圧延油を使用し、圧延速度100〜500m/分(好ましくは200〜450m/分、更に好ましくは250〜400m/分)、圧下率95〜80%(好ましくは95〜85%、更に好ましくは90〜85%)、パス毎の圧下率10〜60%が挙げられる。又、ロール噛込角は、例えば0.001〜0.04rad、好ましくは0.002〜0.03rad、更に好ましくは0.003〜0.03radである。
圧延ロールの表面粗さRarollが0.1μmを超えるとロール表面の凹凸が転写され、材料表面の平滑性が損なわれる。上記条件で圧延することで、オイルピットのない表面平坦部の面積を広くできる。圧延油の粘度が8cStを超えると油膜当量が大きくなり表面光沢が得られず、一方、3cSt未満であると圧延抵抗が大きくなり圧下率を上げることができない。圧延速度500m/分を超えると導入油量が増えるため光沢度が低下し、一方、100m/分未満であると充分な圧下量がとれず、また生産性の観点から不都合である。圧下率が95%を超えると加工硬化がすすむため変形能力がなくなり最終パスの圧下率が確保できなくなり、一方、80%未満であると圧延集合組織が発達せず、表面平滑性が得られない。ロール噛込角が0.04radを超えるとロール周速度と材料速度との差が大きくなり、材料表面の平滑性が損なわれる。一方、0.002rad未満であると圧延ロールと被圧延材料間に入り、潤滑の役割をする油の量が大きく、光沢が低下する。
最終圧延加工度は、例えば20〜40%、好ましくは20〜35%、更に好ましくは25〜35%である。加工度が35%を超えるとせん断帯が発達してオイルピットが発生する。一方、20%未満であるとパス数が増えるために生産性が悪化する。
尚、本発明の銅箔として、多量の合金元素を含有し高温で焼鈍しないと軟質化しないような銅合金は積層板用金属箔として適当ではない。一方、常温保管時の軟化を防止し、軟化温度を低下させる必要がある。そのため、タフピッチ銅及び/又は無酸素銅に対して、微量のAg又はSn等を添加して軟化温度を適度な範囲に調整した合金が挙げられる。合金元素を含有しても、微量な濃度範囲(例えば0.03〜0.15重量%程度)であれば、立方体集合組織の発達を阻害しないためである。本発明の材料の降伏応力は、例えば30〜50kg/mm2、好ましくは35〜45kg/mm2、更に好ましくは35〜40kg/mm2である。50kg/mm2を超えると圧下率を得られず、一方、30kg/mm2未満であると圧延油膜当量が大きくなり光沢が得られない。
オイルピットは、そのくぼみの先端形状が鋭角状であるため、銅箔に屈曲変形を繰り返し与えた場合に、クラックの起点として作用することがある。従って、オイルピットの形成が抑制された本発明の圧延銅箔は耐屈曲性にも優れている。
下記に本発明の態様を実施例により説明する。尚、各種評価は下記の通り行なった。
(1)表面粗さ(Ra,Rz,Sm)の測定;
接触粗さ計(小坂研究所製、商品名「SE−3400」)を使用してJIS B0601に準拠した算術平均粗さ(Ra;μm)として測定し、オイルピット深さRzはJIS B0601−1994に準拠して十点平均粗さを測定した。測定基準長さ0.8mm、評価長さ4mm、カットオフ値0.8mm、送り速さ0.1mm/秒の条件で圧延方向と平行に測定位置を変えて10回行ない、10回の測定での値を求めた。また凹凸の平均間隔(Sm;mm)は、測定基準長さ0.8mm、評価長さ4mm、カットオフ値0.8mm、送り速さ0.1mm/秒の条件で圧延方向と平行に測定位置を変えて10回行ない、10回の測定での値を求めた。
(2) 光沢度;
JIS Z8741に準拠した光沢度計(日本電色工業製、商品名「PG-1M」)を使用し、圧延方向に直角な方向の入射角60度で測定した。
(3)視認性(樹脂透明性);
銅箔サンプルを用いて、キャスティング法でポリイミド(商品名「U−ワニスA」、宇部興産製)を使用してCCL(Cupper Clad Laminate)を樹脂厚みが25〜35μmになるように作製し(温度は商品カタログ記載の推奨温度プロファイル)、銅箔をエッチング(塩化第2鉄水溶液)で除去してサンプルフィルムを作成した。得られた樹脂層を透視して直径50μmのドットパターンをCCDカメラで撮影し、CCD画像を256階調で2値化できる画像解析装置を使用して、予め実装試験で合格したサンプルフィルムを透過して得られるデモ用のアラインメントマークの2値化像と比較し、パターン視認の可否を判定した。フィルムと同様の2値化像が得られたものを「○」(合格)、マークの輪郭が崩れたものを「×」(不合格)と評価した。
(4)厚み;
重量法でIPC−TM−650に準拠して測定した。
(5)導電率;
電気抵抗をIPC−TM−650に準拠して測定し、得られた比抵抗ρ(μΩ・cm)から次式で%IACSを算出した。導電率が80%IACS以上のものを「○」として表した。
%IACS=1.7241×102/ρ
(6)銅箔強度(接着強度=ピール強度);
PC−TM−650に準拠し、引張り試験機オートグラフ100で常態ピール強度と150℃のオーブン中で1週間置いた後の常態で測定したピール強度を測定し、上記常態ピール強度が0.7N/mm以上で150℃暴露後のピール強度維持率が80%以上の場合を銅張積層基板用途に使用できるものとして「○」、常態ピール強度が0.7N/mm未満もしくは150℃暴露後の維持率が80%未満の場合を不適当なものとして「×」と評価した。
(7)屈曲性;
屈曲疲労寿命の測定を行った。使用した装置は、発振駆動体に振動伝達部材を結合した構造になっており、被試験銅箔は、ねじ部と振動伝達部材の先端部の計4点で装置に固定される。振動伝達部材が上下に駆動すると、銅箔の中間部は、所定の曲率半径rでヘアピン状に屈曲される。下記条件下で屈曲を繰り返した時の破断までの回数を求めた。
銅箔の片面に厚み約50nmのNiめっきを施し、クロメート処理後に宇部興産製UワニスAをキャスティング法で厚さ40μmで塗膜し、その後、試験片幅12.7mm、試験片長さ:200mm、試験片採取方向:試験片の長さ方向が圧延方向と平行になるように採取、曲率半径r:2.5mm、振動ストローク:25mm、振動速度:1500回/分の条件で加速試験を行った。電気抵抗が10%増加した時点を試験の終点とし、その時の屈曲回数が105回以上の場合を「○」、105回未満を「×」とした。
実施例1〜2,比較例1〜5
Snを1200ppm含有し、Sn以外の不純物元素が無酸素銅C1020で規定されるケークを溶解鋳造し、熱間圧延、冷間圧延(加工度98.9%)、最終焼鈍、仕上圧延(加工度91%)の順で加工し、厚み9μmの箔を得た(実施例1)。最終焼鈍では完全に再結晶させた(以下同様)。
Snを1200ppm含有する無酸素銅C1020のケークを溶解鋳造し、熱間圧延、冷間圧延(1)(加工度83%)、中間焼鈍、冷間圧延(2)(加工度93%)、最終焼鈍、仕上圧延の順で加工し、実施例2(仕上圧延加工度88%)及び比較例1(仕上圧延加工度91%)の圧延銅箔を得た。
Snを1200ppm含有する無酸素銅C1020のケークを溶解鋳造し、熱間圧延、冷間圧延、最終焼鈍、仕上圧延の順で加工し、比較例2(仕上圧延加工度90%)、比較例3(仕上圧延加工度90%)、比較例4(仕上圧延加工度90%)の圧延銅箔を得た。
Snを1200ppm含有する無酸素銅C1020のケークを溶解鋳造し、従来技術(熱間圧延、冷間圧延(加工度98.9%)、最終焼鈍、仕上圧延(加工度91%)の順)によって厚み9μmの箔に加工し、比較例5の圧延銅箔を得た。
圧延条件と測定結果を表1〜2に示す。また実施例1と比較例5との表面の二次電子顕微鏡画像を図3a〜4bに示す。
一般に光沢を得るためには、ロール噛み込み量を大きくする、圧延速度を下げる等の方法があるが、噛み込み量を大きくするためには圧延速度を上げる必要があるので、高光沢が得られる圧延条件の範囲が限定される。
比較例1は仕上圧延加工度に対して圧延速度が速いため光沢度が350未満となり、視認性が劣っていた。比較例2及び3は圧延速度が速いため光沢度及びSmが本発明の範囲外であり、視認性及び屈曲性が劣っていた。比較例4はロール粗さRarollが0.15μmであったため得られた圧延銅箔のRa及びSmが本発明の範囲外であり、視認性及び屈曲性が劣っていた。比較例5は圧延速度が早いため光沢度、Ra及びSmが本発明の範囲外であり、視認性が劣っていた。
本発明の圧延銅箔表面の延伸直角断面の一例の概略図である。 従来技術の圧延銅箔表面の延伸直角断面の一例の概略図である。 実施例1の圧延銅箔の表面の二次電子顕微鏡画像である(倍率250)。 実施例1の圧延銅箔の表面の二次電子顕微鏡画像である(倍率1000)。 比較例5の圧延銅箔の表面の二次電子顕微鏡画像である(倍率250)。 比較例5の圧延銅箔の表面の二次電子顕微鏡画像である(倍率1000)。

Claims (5)

  1. 圧延直角方向の算術平均粗さRaが0.1μm以下であり、かつ圧延平行方向の光沢度(JIS Z8741準拠)がG60(入射角60度)で350〜500%である銅張積層基板用圧延銅箔。
  2. 圧延直角方向の凹凸の平均間隔Smが0.07mm以上である請求項1に記載の銅張積層基板用圧延銅箔。
  3. 厚みが5〜20μmである請求項1又は2に記載の銅張積層基板用圧延銅箔。
  4. 導電率が60%IACS以上である請求項1〜3のいずれか1項に記載の銅張積層基板用圧延銅箔。
  5. 圧延時の油膜当量≦30000となる条件で冷間圧延する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の銅張積層基板用圧延銅箔の製造方法。
    ただし上記油膜当量は下記式で表される。
    (油膜当量)={(圧延油粘度、40℃の動粘度;cSt)×(圧延速度;m/分)}/{(材料の降伏応力;kg/mm2)×(ロール噛込角;rad)}
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