JP4059150B2 - プリント配線用銅合金箔及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント配線用銅合金箔及びその製造方法に関し、特に、FPC(Flexible Print Circuit board:フレキシブルプリント回路板)等の銅箔に用いるのに適したプリント配線用銅合金箔及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体の実装や電子機器の実装に用いられるFPC、COF(Chip On film:チップオンフィルム)、TAB(Tape Automated Bonding:テープオートメーテッドボンディング)等においては、フィルム状の絶縁体の片面又は両面に配線用の銅箔が形成されている。この銅箔はFPCの場合、可撓性に優れる圧延箔が用いられる。圧延箔は、圧延ロールによる塑性加工により薄く延ばすことによって製造され、その素材には、従来よりタフピッチ銅(TPC)や無酸素銅(OFC)が用いられている。通常、FPCにおいてはTPCが用いられ、OFCは用いられていない。
【0003】
圧延加工による銅箔は、通常、最終焼鈍からの加工度が80%以上になる。このため、加熱により軟化させ、圧延加工により緻密になっている加工組織が再結晶により粗大化し、強度が低下する。例えば、最終加工度が90%の10μmタフピッチ銅を用いた場合は150℃で30分程度の熱処理、無酸素銅においては180℃で30分程度の熱処理を施すと、引張強さは200N/mm2 以下にまで低下する。
【0004】
タフピッチ銅(TPC)を用いたFPCの場合、ポリイミド樹脂フィルムと貼り合わせ、キュア(150〜160℃の熱処理)する際、銅箔を軟化させることで再結晶が行われ、集合組織になることで屈曲特性が向上する。しかし、素材に無酸素銅(OFC)を使用した場合、キュア温度では再結晶が不十分で屈曲特性を向上できない。そのため、従来、OFCを用いた場合、軟化温度を下げる様にしていた。
【0005】
一方、プリント配線板は、配線ピッチが狭くなる傾向にあり、ファインパターン化のために薄肉化が進んでいる。また、FPC、TAB、COFなどにおいては、ファインパターン化のため、ポリイミドフィルムなどの接着材を用いて貼り合わせていた従来の3層基材に代わり、近年では、寸法安定性、耐熱性(鉛フリーはんだの高温化)や折り曲げ性に優れた2層基材の使用が多くなってきている。2層基材は、基材の製造工程や圧着時に300〜400℃の熱処理が加わるため、従来の3層基材の100〜200℃に比べて処理温度が高くなっている。
【0006】
例えば、素材に無酸素銅(OFC)を用い、1時間の等時軟化特性における半軟化温度が180℃以上となる加工度をもって圧延し、接着剤の加熱キュア温度では軟化しない190℃程度の軟化温度、及び42kg/mm2 程度の引張強度が得られる無酸素銅圧延銅箔が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0007】
また、強度の向上を素材の組成により達成しようという試みもなされており、例えば、ジルコニウム(Zr)を0.01〜0.25%を含有し、残部を銅(電気銅又は無酸素銅)及び不可避不純物とし、更に、表面粗さを所定値にすることで、所要の導電性と強度が得られるようにした銅合金箔も提案されている(例えば、特許文献2参照)。特に、添加物の素材と組成、及び表面粗さを特定することによって表面欠陥を少なくし、高周波におけるインピーダンスを低減することができる。
【0008】
ところが、従来のTPCやOFCによる銅箔は、耐熱性が150〜190℃程度であるため、300〜400℃の熱処理を行うと軟化してしまう。この結果、強度が低下し、ラインなどでのハンドリング性が悪化し、また、薄肉化が困難であったり、圧着性に問題が出たり、耐折性が十分に得られない等の欠点がある。
【0009】
近年、FPC、TAB、COF等は、携帯機器の小型化に伴って使用環境がより厳しいものになっている。例えば、FPCの場合、稼動部の配線に必要な耐屈曲特性が重要である。そこで、銅箔には従来より圧延銅箔が用いられ、キュアー時の熱処理で銅箔の再結晶集合組織を発達させることで、屈曲特性を向上させている。
【0010】
【特許文献1】
特公平6−66363号
【特許文献2】
特開2002−38226号
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のプリント配線用銅箔によると、特許文献2の構成では、表面欠陥の低減に伴う高周波域のインピーダンス低減に有効であり、アンテナ等への用途には適するが、用途がFPCの場合には、要求される屈曲性や耐折性について考慮されておらず、また、導電率もFPCに用いるには低すぎる。このため、FPCには適用できない。
【0012】
また、前述のように、キュアー時の熱処理で銅箔の再結晶集合組織を発達させることで、屈曲特性を向上させた場合、銅箔強度の低下が生じ、実装時の折り曲げなどを繰り返し行う際、耐折性が落ちるという問題が生じる。
【0013】
半導体、電子回路、電子機器等においては、更なる小型化、高実装化が求められており、プリント配線用銅箔に対して屈曲特性と耐折性を両立させる銅箔が要求されているが、この要求を満たすプリント配線用銅箔は、従来、存在しなかった。
【0014】
したがって、本発明の目的は、耐熱性、屈曲性、耐折性、及び導電性のそれぞれに優れるプリント配線用銅合金箔及びその製造方法を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するため、添加元素の成分の割合でZrの重量割合が0.01〜0.20w%であり、残部が銅および不可避不純物である鋳塊を作成し、前記鋳塊に熱間圧延、冷間圧延、及び焼鈍を適宜施して所定の厚さの素材に加工し、250N/mm2以上の引張強さ、及び90%IACS以上の導電率を有するように、前記素材に最終工程で450℃×4時間の還元雰囲気での熱処理を施すことを特徴とするプリント配線用銅合金箔の製造方法を提供する。
【0018】
この方法によれば、銅および不可避不純物に0.01〜0.20w%のZrを含む鋳塊を元に、圧延及び焼鈍を施して所定の厚さの素材とし、これに所定の温度と時間による熱処理を施すことで、250N/mm2 以上の引張強さと90%IACS以上の導電率を有するプリント配線用銅合金箔を製造でき、これにより、耐温度性、高屈曲性、高耐折性、及び高導電性を備えたプリント配線用銅合金箔を得ることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
本発明の実施の形態に係るプリント配線用銅合金箔は、添加元素の成分の割合でZr(ジルコニウム)の重量割合を0.01〜0.20w%とし、残部を銅および不可避不純物とすることにより、引張強さを400N/mm2 以上、導電率を90%IACS以上を得ようとするものである。Zrの含有を0.01〜0.20w%とすることにより、銅に固溶状態で含まれるPやSが析出され、耐熱特性が向上する。更に、かかるプリント配線用銅合金箔に対し、最終工程で熱処理を行い、250N/mm2 以上の引張強さを得ようとするものである。
【0020】
ここで、Zrの添加量を0.015w%以下にすると、固溶量が足りなくなり、加熱処理時の結晶粒の粗大化を防止できない。また、Zrが0.20wt%を超えると、加工性の低下と共に導電率も低下し、プリント配線板の導体には不向きになる。
【0021】
次に、本発明の実施例について説明する。本実施例においては、酸素含有量が10ppmの無酸素銅をベース材とし、これにZrを添加して溶解鋳造し、試料No.1〜5を作製した。ここで、試料No.1〜5は、それぞれ0.01wt%、0.05wt%、0.1wt%、0.15wt%、0.20wt%のZrの添加とした。
【0022】
ついで、上記鋳塊のそれぞれを熱間圧延し、厚さ12mmの素材に加工した後、冷間圧延と焼鈍を繰り返す方法で加工し、厚さ12μmまで冷間圧延して試料とした。以上の試料を450℃×4時間の還元雰囲気で熱処理を行った後、特性を確認したところ、〔表1〕に示す特性が得られた。
【0023】
【表1】
【0024】
〔表1〕に示すように、いずれの試料も、450℃で4時間の熱処理に対し、十分な強度を得られることが確認できた。この銅箔を用いて2層基材を製造した。〔表1〕の試料No.1〜5のいずれを用いた場合でも、銅箔にシワ等を発生しない2層基材を得ることができた。
【0025】
図1は、屈曲特性を確認するための試験機の構成を示す。試験機10は、逆Wの字形にした導体1の両端部を固定するための導体固定部2a,2b,2c,2dと、導体1の中央部に当接されると共に導体1に振動を付与する振動付加部3と、発生させた振動を振動付加部3に伝達させる振動発生源としての振動発生装置4と、振動発生装置4を支持する支持部5a,5bとを備えて構成されている。
【0026】
〔表1〕の試料No.1〜5について、図1の試験機を用いて屈曲特性を確認した。試験条件は、試験片幅:12.7mm、試験片長さ:200mm、試験片採取方向:圧延方向、曲率半径r:2.5mm、振動ストローク:10mm、振動速度:1500回/分とした。あわせてIPC規格で定義された図2に示すようなMIT試験機により耐折性を測定した。
【0027】
図2は、耐折性の測定に用いたMIT試験機を示す。このMIT試験機20は、導体1の一端を固定する固定部6と、導体1の他端を把持しながら設定した角度を折り曲げるチャック部7とを備えて構成されている。ここで、MIT試験機20の試験条件は、135°の角度の振りで、曲げRは2mmとした。即ち、チャック部7は135°の曲げ範囲に設定し、導体1の一端を固定部6で上方向に引っ張る状態に固定しながら、他端をチャック部7で把持して135°に折り曲げる動作を繰り返し測定した。その測定結果として、〔表2〕が得られた。
【0028】
【表2】
【0029】
〔表2〕は、耐折性の測定結果を示す。この測定は、圧延上がりの銅箔(圧延のみの銅箔)と、450℃×4時間の熱処理を加えることにより行った。〔表2〕を参照すると、熱処理を行ったものは、圧延上がりの銅箔と比較して、屈曲特性が約10%、更に耐折性が約50%向上することを確認できた。
【0030】
〔表1〕及び〔表2〕から明らかな様に、本発明の実施例によれば、Zrを無酸素銅に0.01〜0.20w%を添加したことにより、耐熱性が向上し、これに伴って屈曲性、耐折性が向上し、かつFPCで必要とする導電率をも確保することが可能になった。更に、所定の熱処理を施すことにより、屈曲性及び耐折性は更に向上させることができるようになる。
【0031】
本発明者らは、上記実施例に対し、比較材No.6〜8を用意して比較検討を行った。ここでは、通常の無酸素銅を比較材No.6、Zrを少なく添加(0.005wt%)したものを比較材No.7、Zrを多く添加(0.3%)したものを比較材No.8とした。この比較例における測定結果が〔表3〕である。
【0032】
【表3】
【0033】
〔表3〕を参照すると、Zr添加量の低い比較材No.6,7は、熱処理後の強度が落ちており、十分な強度を有していない。また、Zr添加量の多い比較材No.8は、熱処理後も強度を維持しているものの、他の試料と比べ、薄く加工するための圧延加工での加工性が悪く、所定の厚みに加工するために、より多くの圧延回数が必要であった。また、比較材No.8は、導電率が90%IACSを下回っており、導体には不向きである。以上の結果から、Zrの添加量は、0.01〜0.20wt%程度が適切であるといえる。
【0034】
〔表4〕は上記比較材No.6〜8における耐折性と屈曲特性の結果を示す。Zrの添加量が低い比較材No.6,7は、屈曲特性は良いものの、耐熱性が無いために熱処理(450℃×4時間)により強度が大きく低下し、耐折性が大きくならない。一方、Zrの添加量を大きくした比較材No.8は、耐折性に優れるものの、耐熱性が有りすぎて結晶集合組織の成長が十分に起こらず、屈曲特性が悪くなる。したがって、Zrの添加量は、0.01〜0.20wt%が最適といえる。
【0035】
【表4】
【0036】
上記実施例においては、熱処理を450℃×4時間としたが、本発明はこの数値に限定されるものではなく、軟化が問題になる300〜400℃以上であればよい。また、時間も4時間に限定されるものではなく、数時間の範囲で最良の結果の得られる時間にして実施すればよい。
【0037】
【発明の効果】
以上より明らかなように、本発明のプリント配線用銅合金箔によれば、Zrが0.01〜0.20w%の範囲で銅および不可避不純物の中に含有させた構成により、耐熱性を有し、屈曲特性及び耐折性を兼ね備え、更に導電率の良い配線基板用銅箔を得ることができる。
【0038】
また、本発明のプリント配線用銅合金箔の製造方法によれば、銅および不可避不純物に0.01〜0.20w%のZrを含む鋳塊とし、更に圧延及び焼鈍を施して所定の厚さの素材にし、これに対して所定の温度及び時間による熱処理を施す方法にしたので、250N/mm2 以上の引張強さと90%IACS以上の導電率を備えることにより、耐熱性を有し、屈曲特性及び耐折性を兼ね備え、更に導電率の良い配線基板用銅箔を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】屈曲特性を確認するための試験機の構成を示す正面図である。
【図2】耐折性の測定に用いたMIT試験機の模式的構成図である。
【符号の説明】
1 導体
2a,2b,2c,2d 導体固定部
3 振動付加部
4 振動発生装置
5a,5b 支持部
6 固定部
7 チャック部
10 試験機
20 MIT試験機
Claims (1)
- 添加元素の成分の割合でZrの重量割合が0.01〜0.20w%であり、残部が銅および不可避不純物である鋳塊を作成し、
前記鋳塊に熱間圧延、冷間圧延、及び焼鈍を適宜施して所定の厚さの素材に加工し、
250N/mm2以上の引張強さ、及び90%IACS以上の導電率を有するように、前記素材に最終工程で450℃×4時間の還元雰囲気での熱処理を施すことを特徴とするプリント配線用銅合金箔の製造方法。
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