JP4242801B2 - 圧延銅箔およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、フレキシブルプリント配線板（Flexible Printed Circuit；以下、「ＦＰＣ」とする）等の可撓性配線部材に適する、耐屈曲特性に優れた圧延銅箔およびその製造方法に関する。

最近の電気機器の小型化に伴い、狭い空間に実装が可能なＦＰＣは、折りたたんで、カメラ、携帯電話、ＨＤＤ、プリンターおよび液晶パネルの周りに実装されたり、ＨＤＤ、ＤＶＤおよびＣＤ−ＲＯＭ等のディスク関連機器の可動部や、折りたたみ式携帯電話機の折曲げ部等に、多く用いられる。このような用途から、ＦＰＣには、繰返し曲げに対する高い耐久性（耐屈曲特性）が要求されている。

従って、ＦＰＣには、電解銅箔よりも高い耐屈曲特性を有する圧延銅箔が使用される傾向にあるが、機器の耐久性の向上に伴い、さらに高い耐屈曲特性を有する圧延銅箔が求められている。

ＦＰＣの一般的な製造工程としては、例えば、ポリイミドなどからなるベースフィルムに、接着剤を介して、表面処理された圧延銅箔を張り合わせ、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、その後、配線の保護のため、ポリイミドなどからなるカバーレイを施す。

ベースフィルムやカバーレイと比較して、素材の圧延銅箔は耐屈曲特性に劣るため、圧延銅箔の耐屈曲特性によって、ＦＰＣの耐屈曲特性が左右されることになる。よって、ＦＰＣの構成材料のうち、圧延銅箔の耐屈曲特性が最も重要である。

一般的に、ＦＰＣの素材として用いられる圧延銅箔には、ＦＰＣの製造工程でさらされる温度（１３０℃〜１８０℃）で軟化され、耐屈曲特性が改善される性質を有するタフピッチ銅が圧延材料として多く採用される。

タフピッチ銅による圧延銅箔の製造工程は、次の通りである。純銅（純度９９．９％以上）を、所定の酸素濃度に溶解および鋳造することにより、例えば、厚さ２００ｍｍ、幅６５０ｍｍのタフピッチ銅の鋳塊を作製する。作製した鋳塊を、熱間圧延により１０ｍｍ〜２０ｍｍの厚さとし、その後、面削により表面のスケールを除去した後、冷間の粗圧延により１ｍｍ〜３ｍｍの厚さまで圧延して圧延材料とする。さらに、この圧延材料に冷間圧延と焼鈍および洗浄を、数回、繰り返して、最終冷間圧延で数μｍ〜５０μｍ程度の厚さの圧延銅箔を得る。

このような圧延銅箔の製造方法としては、例えば、特許第３００９３８３号公報に、耐屈曲特性に優れた圧延銅箔の製造方法が記載されている。この製造方法では、焼鈍で得られた最終冷間圧延前の圧延材料における再結晶粒の平均結晶粒径は５μｍ〜２０μｍが好ましいとされ、５μｍ未満に結晶粒径を小さくした場合、圧延銅箔の耐屈曲特性は改善されるが、伸びが低下するため、折曲げ加工の際にクラックが発生する等の問題が報告されている。一方、５μｍ以上では、再結晶粒径が大きくなるにつれ、徐々に屈曲寿命が低下する傾向があり、さらなる屈曲寿命の上昇が望まれている。

特許第３００９３８３号公報

そこで、本発明は、結晶粒径が５μｍ以下であり、かつ、伸びが１０％以上である、耐屈曲特性に優れた圧延銅箔およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る圧延銅箔の製造方法は、タフピッチ銅や無酸素銅からなる圧延材料を熱間圧延した後、圧延材料に対して冷間圧延と焼鈍とを繰り返す工程中で、最終焼鈍前に行われる冷間圧延において圧延される圧延材料の最高到達表面温度を６０℃以下に抑えることを特徴とする。

さらに、最終焼鈍前に行われる冷間圧延において、圧下率を６０％以下に抑えることが好ましい。あるいは、１回の冷間圧延におけるパス回数を７回〜１１回としたり、冷間圧延時に供給される圧延油の流量を２０％以上増加させることが好ましい。

また、最終冷間圧延前の平均結晶粒径を５μｍ以下とし、かつ、１８０℃、３０分の熱処理後における伸びを１０％以上とすることが好ましい。なお、本発明の方法によっては、結晶粒径を１μｍ以下とすることは実質的に不可能である。しかし、付加的条件により１μｍ以下が可能となった場合に、これに本発明を適用することは可能である。

本発明の圧延銅箔は、耐屈曲特性に優れ、試験片の幅：１２．７ｍｍ、曲率半径：２．５ｍｍ、振動ストローク：２５ｍｍ、試験片採取方向：長さ方向が圧延方向と平行になるように採取；の試験条件による屈曲寿命が８０００００回を超える。

本発明の圧延銅箔およびその製造方法により、最終冷間圧延前の結晶粒径が５μｍ以下であり、かつ、１８０℃、３０分の熱処理後における伸びが１０％以上であり、耐屈曲特性に優れた圧延銅箔を得ることができた。本発明による圧延銅箔を用いることで、優れた耐屈曲特性を備えたＦＰＣを得ることができる。

本発明者等は、耐屈曲特性を改善する方法について、鋭意、検討を進めた結果、最終焼鈍前の冷間圧延での圧延材料の最高到達表面温度を６０℃以下に抑え、最終焼鈍後（最終冷間圧延前）の圧延材料の結晶粒径を５μｍ以下とすることにより、製造される圧延銅箔の屈曲特性が飛躍的に改善されることを見出した。

一般的に、圧延材料の結晶粒径は、焼鈍から次の焼鈍までの冷間圧延における圧下率、焼鈍の温度および時間に依存している。圧延材料としてのタフピッチ銅は再結晶しやすく、冷間圧延中の圧延による加工熱により、一部の結晶粒が再結晶を起こして成長し、これにより、次工程の焼鈍において結晶粒径が増大する傾向がある。一方、無酸素銅は、タフピッチ銅と比較して再結晶温度が数１０℃高いため、タフピッチ銅よりは結晶粒径の増大は少ないが、無酸素銅についても同様な傾向がある。

従来の量産工程では、生産性を重視して、上記の事実を見落としていたため、タフピッチ銅を圧延材料とした場合、圧延銅箔の結晶粒径を小さくすることは困難とされていた。しかし、量産工程でも最終焼鈍前における１回の冷間圧延の圧下率を下げ、当該冷間圧延時の冷却油の吐出量を制御することにより、最終焼鈍前の冷間圧延工程における圧延材料の最高到達表面温度を抑えることができる。これにより、圧延材料の再結晶が抑えられ、微細な結晶粒を有する圧延銅箔を得ることが可能となることを見出した。圧延銅箔の結晶粒が微細であることにより、圧延銅箔の耐屈曲特性が、大きく改善される。なお、最終冷間圧延においては、その後に焼鈍工程がないため、このような制御は不要である。

最終焼鈍前の圧延における圧延材料の最高到達表面温度を６０℃以下に抑えるため、本発明では、具体的には以下の手段を採用した。

（１）冷間圧延時の圧下率制御
厚さ５０μｍ以下の厚さの圧延銅箔を得るためには、最終焼鈍における銅箔の厚さは、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度である。本発明の方法では、最終焼鈍前の中間焼鈍の前後、さらにその前の中間焼鈍の前後における冷間圧延における圧下率を６０％までに抑制することとした。すなわち、最終焼鈍時の板厚を０．１４ｍｍとした場合、その前の焼鈍を０．３５ｍｍ、（従って、これらの焼鈍の間の冷間圧延の圧下率：（０．３５−０．１４）／０．３５＝６０％）、さらにその前の焼鈍を０.８ｍｍ（従って、これらの焼鈍の間の冷間圧延の圧下率５６％）で、さらにその前の焼鈍を２.０ｍｍ（従って、これらの焼鈍の間の冷間圧延の圧下率６０％）で行うように冷間圧延を行った。このように、焼鈍から次の焼鈍までの冷間圧延における圧下率を抑えることで、冷間圧延中の圧延材料の最高到達表面温度を抑えることができる。

（２）圧延荷重の低下
さらに、最終焼鈍前の圧延材料の最高到達温度を抑えるため、１回の冷間圧延におけるパス回数を通常より増加させ、圧延荷重を低下させた。例えば０．３５ｍｍから０．１４ｍｍの圧延において、通常５回であるパス回数を７回〜１１回とした。このため、１パス毎の圧下率が小さくなり、圧延による圧延材料の発熱も抑制できる。

（３）圧延油による冷却強化
冷間圧延時に供給される圧延油の流量は、当然使用する圧延機の使用、被圧延材の幅により、変動するが、本発明の方法においては、通常６００ｍｍ幅で供給する１０００リットル／毎分に対し、２０％以上流量を増加させた。

なお、最終焼鈍の後に行われる最終冷間圧延で、冷間圧延中の温度制御を行わなくとも銅箔を１８０℃３０分熱処理した後の耐屈曲特性に影響はなかった。

（実施例１〜４、比較例１〜４）
純度９９．９９％以上の電気銅を溶解し、厚さ２００ｍｍ、幅６５０ｍｍのタフピッチ銅（酸素含有量２５０質量ｐｐｍ）の鋳塊を作製した。この鋳塊を、１８ｍｍの厚さまで熱間圧延で薄くした後、表面のスケールを面削により除去し、その後、冷間の粗圧延により２．０ｍｍまで薄くした。中間焼鈍および洗浄を行った後、エッジ部をトリミングして６００ｍｍ幅とした。この厚さ２．０ｍｍの圧延材料に対して冷間圧延を行い、０．８ｍｍまで圧延して、中間焼鈍および洗浄を行った。さらに、この厚さ０．８ｍｍの圧延材料に対して冷間圧延を行い、０．３５ｍｍまで圧延した。さらに、この厚さ０．３５ｍｍの圧延材料に対して冷間圧延を行い、０．１４ｍｍまで圧延した。その後、この圧延材料に対して最終の焼鈍および最終の冷間圧延を行い、厚さ０．０１６ｍｍ（１６μｍ）の圧延銅箔を得た。なお、冷間圧延に際しては、６段圧延機を使用し、圧延油として動粘度８ｍｍ²／秒の鉱物油をノズルを介して、圧延材料および圧延ロールに対して供給した。

また、それぞれの焼鈍は、加熱炉中に材料を連続的に通板して行う連続焼鈍設備を用いて行った。

０．３５ｍｍから０．１４ｍｍへの最終焼鈍前の冷間圧延では、パス回数を変えることにより１パスにおける圧延荷重を８０ｔｏｎから４０〜６０ｔｏｎに変え、さらに、冷却用の圧延油の吐出量を１０００リットル／分から１２００リットル／分に増加させて、圧延材料の温度を制御した。

この時、各焼鈍後の材料の結晶粒径について、断面組織写真を撮影して測定した。また、圧延中の圧延材料の表面温度を、接触式の温度計により測定した。さらに、圧延中の圧延ロールにかかる荷重を記録した。

最終焼鈍後の結晶粒径は、銅の厚さがそれぞれ２．０ｍｍ、０．８ｍｍ、０．３５ｍｍ、０．１４ｍｍでの焼鈍温度を３５０℃〜７２０℃、時間を１０〜３０秒と変化させることにより調整した。また、５μｍ以下の結晶粒径を得るため、冷間圧延中、圧延ロールおよび圧延材料の冷却および１回の圧延パスの圧下率を抑えることにより、材料表面温度が６０℃以上に上がらないようにして、結晶粒径を調整した。

最終焼鈍後の銅箔を最終冷間圧延により、さらに１６μｍへ圧延した後、フレキシブルプリント配線板の製造工程を模して、１８０℃、３０分の熱処理を行い、熱処理を施した銅箔の屈曲寿命を測定した。

屈曲寿命は、図１に示す屈曲寿命測定装置により測定を行った。屈曲寿命測定装置では、被試験銅箔片を固定板と可動板に固定し、可動板を周期的に振動させることにより、被試験銅箔片の中間部が、所定の曲率半径でヘアピン状に屈曲される。振動の回数を測定し、破断に達した回数を、屈曲寿命とした。

測定条件は、被試験銅箔片の幅を１２．７ｍｍ、長さを２００ｍｍ、曲率半径を２．５ｍｍ、振動ストロークを２５ｍｍ、振動速度を５００回／分の条件とした。被試験銅箔片の採取は、長さ方向が圧延方向と平行になるように行った。

表１および図２に、本発明の実施例１〜４、比較例１〜４の測定結果を示す。図２は、最終冷間圧延前の結晶粒径と屈曲寿命との関係を示したグラフである。

表１において、０．１４ｍｍでの焼鈍条件は、連続焼鈍炉の最高温度帯の温度と最高温度帯の通過時間である。

表１に示すように、本発明の実施例１〜４は比較例１〜４と比較して、１回のパスにおける圧下率を抑えることにより、冷間圧延時の圧延荷重を抑え、また、冷却用の圧延油の吐出量を増加させ、圧延ロールおよび圧延材料の冷却を強めることにより、圧延材料の表面温度を６０℃以下に抑えながら冷間圧延を行った。実施例１〜４では、最終焼鈍後で最終冷間圧延前の圧延材料の平均結晶粒径は、５μｍ以下であった。

このことにより、最終圧延後の圧延銅箔の屈曲寿命が大きく改善されており、最終焼鈍前の圧延材料の平均結晶粒径が５μｍ以下である実施例１〜４では、圧延銅箔が耐屈曲特性に優れていると判断できる。

最終冷間圧延前で、焼鈍後の圧延材料の平均結晶粒径が５μｍを超えると、屈曲寿命として充分と考えられる８０万回を超えることができず、一方、量産工程における本発明の製造方法では、１μｍ未満の平均結晶粒径の圧延銅箔は得られなかった。

屈曲寿命測定装置を示す断面図である。 最終冷間圧延前の結晶粒径と屈曲寿命との関係を示すグラフである。

Claims (6)

1. 熱間圧延の後に、冷間圧延と焼鈍とを繰り返す圧延銅箔の製造方法において、最終焼鈍の前に行われる冷間圧延において圧延材料の最高到達表面温度を６０℃以下に抑えることを特徴とする圧延銅箔の製造方法。
2. 最終焼鈍の前に行われる冷間圧延において、圧延材料の圧下率を６０％以下に抑えることを特徴とする請求項１に記載の圧延銅箔の製造方法。
3. １回の冷間圧延におけるパス回数を７回〜１１回とすることを特徴とする請求項１また は２に記載の圧延銅箔の製造方法。
4. 最終冷間圧延前の平均結晶粒径を５μｍ以下とし、かつ、１８０℃、３０分の熱処理後における伸びを１０％以上とする請求項１から３のいずれかに記載の圧延銅箔の製造方法 。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の製造方法を行って得られる圧延銅箔。
6. 試験片の幅：１２．７ｍｍ、曲率半径：２．５ｍｍ、振動ストローク：２５ｍｍ、試験片採取方向：長さ方向が圧延方向と平行になるように採取；の試験条件による屈曲寿命が８０００００回を超えることを特徴とする請求項５に記載の圧延銅箔。

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