JP2020143321A - フレキシブルプリント基板用圧延銅箔、フレキシブル銅張積層板およびフレキシブルプリント回路基板 - Google Patents
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Abstract
Description
三層FCCLは、ポリイミドなどの樹脂フィルムと導電材となる銅箔とを、エポキシ樹脂やアクリル樹脂などの接着剤で貼り合せた構造となっている。一方、二層FCCLは、ポリイミドなどの樹脂と導電材となる銅箔が直接接合された構造となっている。二層FCCLは三層FCCLに比べて耐熱性、寸法安定性、耐屈曲性などに優れる(非特許文献1)。
屈曲部分に使用されるFPCは、銅箔にポリイミドのワニスを塗布し、熱を加えて乾燥、硬化させ積層板とするキャスト法と呼ばれる方法や、予め接着力のある熱可塑性ポリイミドを塗布したポリイミドフィルムと銅箔とを重ねて加熱ロールなどを通して圧着するラミネート法と呼ばれる方法によって製造される二層FCCLを用いている。
例えばキャスト法で高屈曲性を得たフレキシブル銅張積層板が知られている(特許文献4)。このFCCL製造工程における熱処理により、銅箔は再結晶する。
ここで、ハゼ折りとは、薄い筐体へ収納するために折り目をつけて折り曲げるような態様を差し、FPCの上面側が180度反転して下面側になるよう折り曲げることを「ハゼ折り」と称する。
これにより、銅箔に屈曲時のストレスが付加された場合、結晶内で発生する転移及びその移動が結晶粒界に蓄積することなく、表面方向に移動することで結晶粒界でのクラック発生及び進展による破壊を抑制して優れた屈曲特性を発現する。
高屈曲性のFPCを実現するための重要な点の一つは、FCCLを製造する際の加熱処理時に、銅箔の金属組織を屈曲性にとって好ましい状態に再結晶させることである。屈曲性に最も好ましい金属組織は、立方体方位が非常に発達し、かつ結晶粒界が少ない、換言すれば結晶粒が大きな組織である。ここで立方体方位の発達の程度は、200面のX線回折強度比I/I0(I:銅箔の200面の回折強度、I0:銅粉末の200面の回折強度)の大きさで表すことができ、この値が大きいほど立方体方位が発達していることを示す。
一方、ラミネート法で二層FCCLを製造する場合、既に接着剤が塗布され乾燥されたポリイミドフィルムと、銅箔とを加熱ロールで圧着するが、溶剤等を蒸発させる必要がないため、ポリイミドが硬化反応を起こす温度まで一気に昇温することが可能である。しかしながら速い速度で昇温すると、多方向の方位の核が生成して成長し、立方体方位の発達が抑制される。従って、積層時に比較的ゆっくり加熱を行うキャスト法に比べ、ラミネート法の場合に屈曲性が低下する傾向がある(特許文献5)。
特に、より厳しい屈曲性であるハゼ折り性に優れたFPC用銅箔が要望されている。
そこで、本発明は、フレキシブル銅張積層板の製造時の加熱条件に依らずに安定して屈曲性が得られ、特にハゼ折り性に優れたフレキシブルプリント基板用圧延銅箔、フレキシブル銅張積層板およびフレキシブルプリント回路基板の提供を目的とする。
フレキシブルプリント基板用圧延銅箔の組成は、Cuを99.0質量%以上含み、残部不可避不純物からなる。
特に、JIS−H0500(C1011)に規定する無酸素銅に対し、Agを280〜360質量ppm含有してなる組成が好ましい。
Agの含有量が280質量ppm未満であると、圧延により材料に導入されるひずみ量が少なくなり、立方体集合組織の成長が不十分となって後述するI/I0≧45が実現できないことがある。特に、積層時に銅箔が急速加熱されるラミネート法相当の場合、立方体集合組織がさらに成長し難くなる。
Agの含有量が360質量ppmを超えると、銅箔の再結晶温度が高くなり、二層FCCL製造時の加熱をしても再結晶が十分に起こらず、銅箔中に未再結晶粒が多く残存し、得られたFPCのハゼ折り性が著しく劣る。
より好ましくは、無酸素銅に対し、Agを290〜340質量ppm含有する。
本発明の実施形態に係るフレキシブルプリント基板用圧延銅箔においては、常温(25℃)から350℃に達するまで5秒間以上かけて加熱し、さらに350℃で30分間保持する加熱パターンA、又は常温(25℃)から350℃に1秒間かけて到達する加熱パターンBで大気加熱後、圧延面のX線回折で求めた(200)面の強度(I)が、微粉末銅(325mesh、水素気流中で300℃で1時間加熱してから使用)のX線回折で求めた(200)面の強度(I0)に対し、I/I0≧45である。
350℃で30分間の加熱は、キャスト法による二層FCCLの製造時の加熱条件を模したものであり、銅箔が常温(25℃)から350℃までゆっくり加熱されることを表す。
又、350℃で1秒間の加熱は、ラミネート法による二層FCCLの製造時の加熱条件を模したものであり、ラミネート法による最高温度(350℃)までの急加熱(1秒間で常温(25℃)から350℃に到達)を表す。
なお、強度(I)、(I0)は常温(25℃)で測定する。又、上記加熱パターンA、Bで最高温度350℃まで加熱した後の銅箔は、自然放冷で常温まで冷却されるが、このときの冷却速度は特に規定しなくとも、銅箔の集合組織には影響はないと考えられる。
I/I0の上限は、例えば100である。
本発明の実施形態に係るフレキシブルプリント基板用圧延銅箔は、通常、インゴットを熱間圧延、冷間圧延と焼鈍の繰り返し、の順で行って製造することができる。
最終冷間圧延での圧延加工度を92.0〜99.8%(真ひずみηが2.53〜6.21)にするとよい。
ここで、図3に後述する実施例および比較例のAg濃度と真ひずみηの関係を示す。
図3に示すように、圧延銅箔中のAg濃度が高くなるほど、最終冷間圧延での圧延加工度(真ひずみ)ηを高くしないと、再結晶の駆動力となるひずみを導入し難く、I/I0≧45の実現が困難になる傾向にある。一方、ηを高くし過ぎると、圧延銅箔中に立方体集合組織の成長を阻害するせん断帯が多く導入されてしまい、やはりI/I0≧45の実現が困難になる傾向にある。
直線A−Dは、η=(0.04×CAg-9.3)で表され、直線B-Cは、η=(0.04×CAg-7.3)で表される。又、直線A−Bは圧延銅箔中のAgの濃度の下限であるCAg=280質量ppmを表し、直線C−Dは圧延銅箔中のAgの濃度の上限であるCAg=360質量ppmを表す。
η=ln{(最終冷間圧延直前の材料の断面積)/(最終冷間圧延直後の材料の断面積)}
表1に記載した組成の銅合金を原料としてインゴットを鋳造し、800℃以上で厚さ10mmまで熱間圧延を行い、表面の酸化スケールを面削した後、冷間圧延と焼鈍とを繰り返し、最後に最終冷間圧延で厚み0.009〜0.018mmに仕上げた。表1に記載した無酸素銅は、JIS−H0500(C1011)に規格されている。
最終冷間圧延での圧延加工度を85〜99.9%(真ひずみηで1.9〜6.6)とし、実施例の最終冷間圧延での圧延加工度(真ひずみη)は試料のAg濃度(280〜360ppm)範囲内で、図3に示すように、上述の(0.04×CAg-9.3)≦η≦(0.04CAg-7.3)の範囲に調整した。
(1)立方体集合組織(I/I0)
銅箔試料を上記した加熱パターンA及びBでそれぞれ加熱後、25℃にて圧延面のX線回折で求めた(200)面強度の積分値(I)を求めた。この値をあらかじめ測定しておいた微粉末銅(325mesh、水素気流中で300℃で1時間加熱してから使用)の(200)面強度の積分値(I0)で除し、I/I0の値を計算した。
銅箔試料を上記した加熱パターンA及びBでそれぞれ加熱して再結晶させたのち、ポリイミドフィルムの片面(銅箔と接着する面)に熱可塑性ポリイミド接着剤を2μm塗工後乾燥し、27μm厚の樹脂層を形成した。この樹脂層の接着剤面に銅箔を積層して真空熱プレスを行い、FCCLを作製した。その後、エッチングにより回路形成をして図1に示すFPCを作製した。
具体的には、ステンレス製のステージの上にループ状に緩く曲げたFPCを図2(1)のように乗せ、同じくステンレス製の押し子を6mm/minの速度で降下させ、図2(2)のように100Nの荷重でFPCをハゼ折りする。5秒間100Nの荷重をかけ続けたのち、図2(3)のように押し子を1,000mm/minの速度で上昇させ、ハゼ折りされたFPCを広げる。その後、図2(4)のように100Nの荷重を5秒間、FPCにかけてFPCを曲げ戻し、図2(5)のように再び押し子を1,000mm/minの速度で上昇させ、FPCをループ状に緩く曲げる。
破断に至るハゼ折り回数が7回以下を悪い(×)、8回以上14回以下を普通(△)、15回以上を良い(○)と判定した。評価が△か○であれば、実用上問題がない。
◎:キャスト法相当焼鈍後とラミネート法相当焼鈍後のハゼ折り試験の判定がどちらも○
○:キャスト法相当焼鈍後とラミネート法相当焼鈍後のハゼ折り試験の判定で、一方が○、他方が△
△:キャスト法相当焼鈍後とラミネート法相当焼鈍後のハゼ折り試験の判定がどちらも△
×:キャスト法相当焼鈍後とラミネート法相当焼鈍後のハゼ折り試験の判定の少なくとも一方が×
なお、比較例2において、キャスト相当の焼鈍では立方体集合組織が十分に成長してI/I0≧45を満足した理由は、キャスト法の方が、積層時に銅箔がゆっくり加熱されるので、立方体集合組織が成長し易いからである。
これは、加工度ηが高過ぎて銅箔にせん断帯が多く導入された結果、立方体集合組織の発達が阻害され、他の方位を持つ結晶粒が成長したためと考えられる。つまり、立方体集合組織が成長する時、他の方位を持つ周囲の結晶粒を飲み込みながら立方体集合組織の結晶粒が成長するが、せん断帯が存在すると立方体集合組織の成長が阻害され、他の方位を持つ結晶粒が残って成長すると考えられる。
Claims (4)
- Cuを99.0質量%以上含み、残部不可避不純物からなり、
25℃から350℃に達するまで5秒間以上かけて加熱し、さらに350℃で30分間保持する加熱パターンA、又は25℃から350℃に1秒間で到達する加熱パターンBで大気加熱後、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(I0)に対し、I/I0≧45であるフレキシブルプリント基板用圧延銅箔。 - JIS−H0500(C1011)に規定する無酸素銅に対し、Agを280〜360質量ppm含有してなる請求項1に記載のフレキシブルプリント基板用圧延銅箔。
- 請求項1又は2に記載のフレキシブルプリント基板用圧延銅箔と、樹脂とを積層してなるフレキシブル銅張積層板。
- 請求項3に記載のフレキシブル銅張積層板を有するフレキシブルプリント回路基板。
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