JP4972115B2 - 圧延銅箔 - Google Patents

Description

本発明は、例えば電気回路の屈曲部分に用いられるフレキシブルプリント基板（FPC：Flexible Printed Circuit）に好適に使用可能な圧延銅箔に関するものである。

電気回路の屈曲部分等の繰り返し屈曲用途にフレキシブルプリント基板（FPC）が用いられている。そして、FPC用銅箔としては、屈曲性に優れた圧延銅箔が多く使用されている。ところで、圧延銅箔は、製造工程において表面にオイルピットと呼ばれるくぼみができる。これは圧延変形によって発生する、せん断帯に起因するものであるが、オイルピットの発達した銅箔は、焼鈍後の(200)方位への配向度が低く、屈曲性に劣る。
このようなことから、圧延銅箔の表面凹凸を低減して屈曲性を向上することが行われている（特許文献１）。
又、銅箔の表面が粗いと、銅箔と積層した樹脂層の表面も粗くなって透明性が低下する。このようなことから、圧延直角方向の算術平均粗さＲａを０．１μｍ以下とした圧延銅箔が報告されている（特許文献２）。さらに、この圧延銅箔は、圧延時の油膜当量≦３００００となる条件で冷間圧延されている。

そして、近年では、比較的粗度の大きい銅箔でも表面粗さが０．１μｍ程度であり、粗度の小さい平滑化された銅箔では表面粗さが０．０３μｍ程度のものが上市されている。

特開2001-58203号公報 特開2006-281249号公報

しかしながら、オイルピットの発達を抑制し、銅箔表面を平滑にすると、製造ラインでの通箔時にロール上で銅箔が横滑りして折れや皺の原因になったり、箔の巻取り時に対向した材料間で空気の逃げ道がなく、材料同士が滑ってテレスコープという欠陥が起こるという問題がある。
この問題を解決する手法として、ロールに溝を切る方法が考えられるが、銅箔の厚みが２０μｍ以下程度に薄くなるとロール溝が箔に転写して折れの原因となり、又、上記したテレスコープを解決することはできない。
一方、テレスコープを防止する方法として、箔の巻き取り時に材料間に液体を吹き付け、材料間の空気を抜く方法があるが、吹付け設備が別途必要であり、又、箔表面が変色することなどの問題がある。

従って、本発明の目的は、表面を平滑にして屈曲性に優れると共に、製造が容易な圧延銅箔を提供することにある。

本発明者らは、圧延直角方向の表面粗さRasを圧延平行方向の表面粗さRapより粗くすると共に、Rasに下限を設けることで、銅箔全体の平滑化と屈曲性を維持しつつ、平滑化に伴う製造上の問題（テレスコープ等）を回避して製造を容易にすることに成功した。
すなわち、本発明の圧延銅箔は、JIS-B0601-2001に従い接触式で表面粗さを測定したとき、｛（圧延直角方向の算術平均粗さRas[μm]）−（圧延平行方向の算術平均粗さRap[μm]）｝≧0.02[μm]であり、かつRasが0.04μmを超え0.15μm未満であるものである。

Rasが0.05μmを超え、かつRapが0.05μm以下であることが好ましい。
350℃で30分焼鈍した後の(200)面のX線回折強度比I/I₀ (200)が50を超える（但し、I：銅箔の200面の回折強度、I ₀ ：銅粉末の200面の回折強度）ことが好ましい。

最終冷間圧延における圧延ロールの回転軸方向の算術平均粗さRaが0.05μm以上で、かつ、｛（圧延油粘度[cSt]）×（通板速度[mpm]＋ロール周速度[mpm]）｝/｛（ロールの噛み込み角[rad]）×（材料の降伏応力[kg/mm²]）｝で求められる油膜当量が30000未満となる条件（但し、ロールの噛み込み角＝｛(圧延前後の板厚差[mm])/（ロール扁平半径[mm]）^0.5｝、ロール扁平半径[mm]＝（ロール半径[mm]×（1+2×{(10.8×10^-4)×圧延荷重[×9.8N]}）/｛板幅[mm]×(圧延前後の板厚差[mm])｝）で最終冷間圧延して得られることが好ましい。

本発明によれば、表面を平滑にして屈曲性に優れると共に、製造が容易な圧延銅箔を得ることができる。

IPC摺動屈曲試験機を示す図である。 本発明の実施形態に係る圧延銅箔の表面ＳＥＭ像を示す図である。

＜表面粗さ＞
一般的な屈曲用銅箔は、最終圧延加工度を90%以上とし、箔の厚みを20μm以下としているが、最終圧延の加工度が高いことから、せん断帯が発達しやすく、銅箔表面粗さが粗い（圧延平行方向と直角方向の表面粗さが共に0.1〜0.2μm程度）。そして、せん断帯が発達しているため、銅箔を熱処理した後に再結晶集合組織が発達しにくく、また屈曲によってオイルピット部に応力集中が起こるために屈曲性に劣る。

一方、せん断帯の発達を抑制すると共にオイルピットを軽減し、平滑化した銅箔も存在する。この銅箔は、最終冷間圧延での加工度を過度に高めず適切な範囲とすることで、圧延加工によるせん断帯の発達を抑えている。また、最終冷間圧延において、低粘度の圧延油を用いることで圧延ロールの表面で材料表面の変形を拘束し、かつ表面粗さRaを0.02〜0.04μm程度（ロールの回転軸方向の測定値）に研削したロールを用いる。これにより、圧延平行方向と直角方向の表面粗さを共に0.02〜0.04μm程度に低減することができる。
ところが、このような平滑化銅箔は、テレスコープが起こり易いことは既に述べた通りである。

そこで、本発明においては、最終冷間圧延における条件を変更することにより、圧延直角方向の表面粗さRasを圧延平行方向の表面粗さRapより粗くすると共に、Rasに下限を設けている。このため、銅箔全体の平滑化と屈曲性を維持しつつ、平滑化に伴う製造上の問題（テレスコープ等）を回避して製造を容易にすることができる。
具体的には、最終冷間圧延における圧延ロールの表面粗さRarollを0.05〜0.15μmとし、かつ最終冷間圧延における油膜当量を30000未満とすると、以下のRasとRapが得られる。
油膜当量は、特許文献２に規定されており、油膜当量を低減すると、圧延時に圧延ロールと材料間に入り込んで潤滑の役割をする油の量を減らして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が得られる。

但し、特許文献２記載の技術では、平滑化を主眼として圧延ロールの粗度を小さくし（0.1μｍ未満）、油膜当量も小さく（30000以下）としている。たとえば、特許文献２には「Ra0.1以下、好ましくは0.04以下、さらに好ましくは0.02以下」（段落００１３）と記載されており、圧延ロールを平滑にすることを技術思想としている。そして、平滑な圧延ロールを用いた上で、油膜当量を小さくしている。
しかし、粗度が0.05μｍ未満の過度に平滑な圧延ロールを用いた場合には、上述のように銅箔表面が平滑化し過ぎてテレスコープが生じる。また、油膜当量が30000以上の場合には材料表面への圧延ロールの転写が弱く、RasとRapが同程度になり、RasとRapに差を付けてRasのみを粗くすることができない。
そこで、本発明においては、圧延ロールの粗度Rarollを0.05μｍ以上とすることで、圧延ロールを平滑にし過ぎないように、さらに油膜当量を30000未満に小さくするという2つの条件の組み合わせにより、材料表面に圧延ロールの表面が転写されて銅箔の幅方向の粗さ（圧延直角方向の算術平均粗さ）Rasが0.04μmを超えることに成功している。一方、圧延平行方向の粗さRapはRasより小さく（Ras-Rap≧0.02[μm]）なる。
このようにして、圧延銅箔全体としては表面を平滑にし、せん断帯の発達を抑制したことで屈曲性を改善しつつ、圧延平行方向には溝状の凹凸が伸び（RasがRapより大きく）、製造時の巻取りの際、圧延ロールと材料間に巻き込まれた空気の逃げ道として働くためテレスコープが起こり難く、通箔性に優れ、製造が容易となる。

Rasが0.04μm以下であると、製造時の巻取りの際、テレスコープが起こり製造が困難となる。これは、圧延ロールと材料間に巻き込まれた空気の逃げ道としての溝が有効に存在しないためと考えられる。
一方、Rapが0.05μmを超える場合、屈曲性が低下する傾向にある。
テレスコープを防止し、屈曲性を向上させる点からは、Rasが0.05μmを超え、かつRapが0.05μm以下であることが好ましい。なお、Rasの上限は特に限定されないが、上記したようにRapを0.05μm以下にすることが好ましいこととの関係で、Rasのみを粗くすることは難しい。このため、Rasの上限は0.10〜0.15μmとすることが好ましい。
なお、Ras及びRapは、JIS-B0601-2001に従い接触式で測定した表面粗さである。

又、単に表面を平滑にし、表面粗さ（但し、RasとRapはほぼ同じ）を0.04μm以下とした従来の平滑箔の場合、ロール表面が材料表面に転写し、ロールの研削傷が箔表面に転写したスジが発生しやすい傾向にある。スジ部の凹凸は小さく屈曲性への影響はほとんどないものの、光って見えるために製造ラインの外観検査において異常部と判定され、製品歩留まりを低下させる原因となる。
これに対し、本発明ではRas＞Rapとし、Rasを大きくすることで上記したスジが目立たず、外観検査で異常と判定され難く、製品歩留りも良好となる。

油膜当量＝｛（圧延油粘度[cSt]）×（通板速度[mpm]＋ロール周速度[mpm]）｝/｛（ロールの噛み込み角[rad]）×（材料の降伏応力[kg/mm²]）｝で求められる。
ここで、ロールの噛み込み角＝｛(圧延前後の板厚差[mm])/（ロール扁平半径[mm]）^0.5｝、ロール扁平半径[mm]＝（ロール半径[mm]×（1+2×{(10.8×10^-4)×圧延荷重[×9.8N]}）/｛板幅[mm]×(圧延前後の板厚差[mm])｝）である。
又、圧延油粘度[cSt]は40℃での動粘度である。
油膜当量を30000未満とするためには、低粘度（3〜8cSt程度）の圧延油を用いるか、または直径の小さい（例えば60ｍｍ）圧延ロールを用いて圧延を行うことが好ましい。

最終冷間圧延における1パスあたりの加工度を好ましくは20〜45％,より好ましくは25〜35％とする。

本発明の圧延銅箔において、350℃で30分焼鈍した後の(200)面のX線回折強度比I/I₀(200)が50を超えることが好ましい。
高屈曲性を発揮するフレキシブル銅貼積層板を得るために、積層板になった時点で、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がよい。そして、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、言い換え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。
なお、350℃で30分焼鈍した後のI/I₀(200)を規定する理由は、圧延銅箔を、基体樹脂と積層してフレキシブル銅貼積層板を製造する際のラミネート等の熱処理温度が350℃で30分程度であるためである。

本発明の圧延銅箔としては、タフピッチ銅自体、無酸素銅自体の他、タフピッチ銅や無酸素銅に微量の元素添加を行った銅合金箔等を用いることができる。又、本発明の銅箔として、通常、片面に化学処理(銅系粗化めっき)を施したものも用いることができる。銅箔の加工度や厚みも限定されないが、厚み20μm以下のものが好ましい。特に、タフピッチ銅または無酸素銅に対し、Ag,Sn及びInの群から選ばれる１種以上を合計0.05質量%以下添加した組成からなり、厚み20μｍ以下の圧延銅箔が好ましい。

本発明の圧延銅箔を、基体樹脂とを積層してフレキシブル銅貼積層板を製造することができる。特に、エポキシ系等の接着剤を使用せずに銅箔と基体樹脂とを積層した二層フレキシブル銅貼積層板が好ましい。二層フレキシブル銅貼積層板としては、例えば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ものが一般的である。
基体樹脂としては例えばポリイミドが挙げられるが、ラミネート法の場合は積層前にフィルム状であり、キャスト法の場合は積層前に液体の（未硬化の）ポリイミドであり、これを銅箔に塗布して加熱すると硬化して基体樹脂（層）になる。

＜銅箔＞
溶解鋳造で厚み200mm程度の直方体のインゴットを製造し、熱間圧延で10mm前後まで加工し、冷間圧延と焼鈍とを繰り返し、表１に示す条件で最終冷間圧延したものを用いて圧延銅箔を製造した。圧延銅箔の組成は表１に示すとおりである。なお、各実施例の圧延銅箔の圧延後の最終厚みは0.009〜0.017mmであった。又、各実施例の油粘度は３〜８ｃＳｔ、通板速度は３００〜６００ｍｐｍ、ロール速度は３００〜６００ｍｐｍ、ロール半径は６５ｍｍ以下の範囲内でそれぞれ変動し、それに伴って油膜当量も変化した。

＜表面粗さの評価＞
圧延銅箔の表面粗さを、JIS-B0601-2001に従い接触式で測定した。表面粗さの測定に際しては、RasとRapとは同一箇所で測定することが望ましい。しかし実際には、測定により銅箔が変形するために、同一箇所の粗さを測定することは不可能である。そこで、表面粗さの測定は以下の手順で行った。まず銅箔を20mm四方に切り出し、圧延平行方向と直角方向について、それぞれ3回の測定を実施した。測定された表面粗さを各方向について平均したものを、RasとRapの値とした。

＜I/I₀＞
室温で、銅箔の200面のX線回折強度比I/I₀を測定した。

＜屈曲性の評価＞
既知のフォトリソグラフイ技術を用い、各銅箔に回路幅200μmの配線を形成し、エポキシ系の接着剤が塗布されたポリイミドフィルムをカバーレイとして熱圧着して屈曲試験用のFPC片を作製した。FPC片は、幅12.7mm(1/2インチ)厚み17μmとした。
図１に示すIPC摺動屈曲試験機を使用した。IPC摺動屈曲試験機は、発振駆動体４に振動伝達部材３を結合した構造になっており，銅箔１は，矢印で示したねじ２の部分と振動伝達部材３の先端部の計4点で装置に固定される。振動伝達部材３が上下に駆動すると，銅箔１の中間部は，所定の曲率半径（曲げ半径）rでヘアピン状に屈曲される。
そして、曲げ半径1mmで毎分100回の繰り返し摺動を上記FPC片に負荷し、配線の電気抵抗が初期から10%上昇した屈曲回数を終点とした。屈曲回数が10万回を超える場合を良い（○）、5〜10万回を普通（△）、5万回未満を悪い（×）と判定した。評価が△か○であれば、実用上問題がない。

＜通箔性（製造性）の評価＞
試験ラインを用いて各銅箔のストリップを巻取り、100m通板した。この試験を10回行い、巻取りコイルの軸方向のズレが5mm未満である場合が8回以上あれば通箔性を良好（○）とした。5mm未満のズレが6回〜7回の場合、通箔性を良好（△）とした。5mm未満のズレが5回以下の場合、通箔性が劣化（×）とした。

得られた結果を表１に示す。

表１から明らかなように、各実施例の場合、Ras[μm]−Rap[μm]≧0.02[μm]であり、かつRasが0.04μmを超えた結果、屈曲性及び通箔性が共に優れたものとなった。図２に実施例１の試料の表面のＳＥＭ像を示す。圧延平行方向に沿って縦筋（凹凸）が生じているのがわかる。

一方、Rapが0.05μmを超えた比較例１〜３の場合、屈曲性が低下した。これは、油膜当量が３００００を大きく超え、オイルピットが増えて粗度が高くなったためと考えられる。
又、Rasが0.04μm以下の比較例４〜６の場合、通箔性が低下した。これは、ロールの粗さRarollが0.05μｍ未満のため、銅箔表面が平滑化し過ぎたことによると考えられる。
Rarollが0.05μｍを超えたが、最終圧延時の油膜当量が３００００である比較例７の場合、Rasが0.04μm以下となり、通箔性が低下した。これは、油膜当量が３００００以上のために材料表面への圧延ロールの転写が弱く、RasとRapが同程度になり、RasとRapに差を付けてRasのみを粗くすることができなかったためと考えられる。
なお、表１の油膜当量の値は有効数字2桁としている。これは、油膜当量の計算における各種パラメータの値に誤差があり、実質的に油膜当量の値は有効数字2桁程度に管理されるからである。

１ 銅箔
２ ねじ
３ 振動伝達部材
４ 発振駆動体

Claims (4)

1. JIS-B0601-2001に従い接触式で表面粗さを測定したとき、｛（圧延直角方向の算術平均粗さRas[μm]）−（圧延平行方向の算術平均粗さRap[μm]）｝≧0.02[μm]であり、かつRasが0.04μmを超え0.15μm未満である圧延銅箔。
2. Rasが0.05μmを超え、かつRapが0.05μm以下である請求項１に記載の圧延銅箔。
3. 350℃で30分焼鈍した後の(200)面のX線回折強度比I/I₀ (200)が50を超える（但し、I：銅箔の200面の回折強度、I₀：銅粉末の200面の回折強度）請求項１又は２に記載の圧延銅箔。
   
   
4. 最終冷間圧延における圧延ロールの回転軸方向の算術平均粗さRaが0.05μm以上で、かつ、｛（圧延油粘度[cSt]）×（通板速度[mpm]＋ロール周速度[mpm]）｝/｛（ロールの噛み込み角[rad]）×（材料の降伏応力[kg/mm²]）｝で求められる油膜当量が30000未満となる条件（但し、ロールの噛み込み角＝｛(圧延前後の板厚差[mm])/（ロール扁平半径[mm]）^0.5｝、ロール扁平半径[mm]＝（ロール半径[mm]×（1+2×{(10.8×10^-4)×圧延荷重[×9.8N]}）/｛板幅[mm]×(圧延前後の板厚差[mm])｝）
   で最終冷間圧延して得られる請求項１〜３のいずれかに記載の圧延銅箔。