JP5201431B1 - 圧延銅箔 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】主表面に平行な複数の結晶面には{022}面、{002}面、{113}面、{111}面、及び{133}面が含まれ、主表面に対する2θ/θ法を用いたX線回折測定から求められ、合計値が100となるように換算された各結晶面の回折ピーク強度比が、I{022}+I{002}≧75であり、{022}面、{113}面、{111}面、{133}面、及び{002}面を有する粉末銅の、合計値が100となるように換算された回折ピーク強度比に対する各結晶面の回折ピーク強度比、および回折ピークの半価幅が、[(I{113}/I0{113})×FWHM{113}]+[(I{111}/I0{111})×FWHM{111}]+[(I{133}/I0{133})×FWHM{133}]≦1.5であり、主表面の十点平均粗さ≦1.2μmである。
【選択図】図1
Description
スク(DVD:Digital Versatile Disk)やコンパクトディスク(CD:Compact Disk)等のディスク関連機器の可動部の配線等に用いられることが多い。したがって、FPCやその配線材として用いられる圧延銅箔には、高屈曲特性、つまり、繰り返しの曲げに耐える優れた耐屈曲性が要求されてきた。
]≧3となる。
鈍工程後に圧延銅箔の立方体集合組織を発達させて耐屈曲性の向上を図っている。
主表面を備え、前記主表面に平行な複数の結晶面を有する最終冷間圧延工程後、再結晶焼鈍工程前の圧延銅箔であって、
前記圧延銅箔は、純銅又は希薄銅合金からなり、
前記複数の結晶面には{022}面、{002}面、{113}面、{111}面、及び{133}面が含まれ、
前記主表面に対する2θ/θ法を用いたX線回折測定から求められ、合計値が100となるように換算された前記各結晶面の回折ピーク強度比をそれぞれI[022]、I[002]、I[113]、I[111]、及びI[133]としたとき、
I[022]+I[002]≧75であり、
{022}面、{002}面、{113}面、{111}面、及び{133}面を有する粉末銅についてのJCPDSカード又はICDDカードに記載の前記各結晶面の標準的な回折ピークの相対強度から求められ、合計値が100となるように換算された前記各結晶面の回折ピーク強度比のうち、前記{113}面、前記{111}面、及び前記{133}面の回折ピーク強度比をそれぞれI0[113]、I0[111]、及びI0[133]とし、
前記主表面に対する前記X線回折測定から求められる前記{113}面、前記{111}面、及び前記{133}面の回折ピークの半価幅をそれぞれFWHM[113]、FWHM[111]、及びFWHM[133]としたとき、
[(I[113]/I0[113])×FWHM[113]]+[(I[111]/I0[111])×FWHM[111]]+[(I[133]/I0[133])×FWHM[133]]≦1.5であり、
前記主表面の十点平均粗さによる表面粗さが、
十点平均粗さ≦1.2μmである
圧延銅箔が提供される。
JIS C1020に規定の無酸素銅、又はJIS C1100に規定のタフピッチ銅を主成分とする
第1の態様に記載の圧延銅箔が提供される。
銀、硼素、チタン、錫の少なくともいずれかが添加されている
第1又は第2の態様に記載の圧延銅箔が提供される。
総加工度が90%以上の前記最終冷間圧延工程により厚さが20μm以下となっている第1〜第3の態様のいずれかに記載の圧延銅箔が提供される。
フレキシブルプリント配線板用である
第1〜第4の態様のいずれかに記載の圧延銅箔が提供される。
上述のように、FPC用途で求められる優れた耐屈曲性の圧延銅箔を得るには、圧延面の立方体方位を発達させるほど良い。本発明者等も、立方体方位の占有率を増大させるべく種々の実験を行ってきた。そして、それまでの実験結果から、最終冷間圧延工程後に存在していた{022}面が、その後の再結晶焼鈍工程によって再結晶に調質されると、{002}面、すなわち立方体方位となることを確認した。つまり、最終冷間圧延工程後、再結晶焼鈍工程前においては、{022}面が主方位となっていることが好ましい。
晶方位の保たれる{002}面以外にも、{113}面、{111}面、{133}面等の副方位の結晶面が制御されることなく複数混在する。そして、これらの複数の結晶面を有する結晶粒は、圧延銅箔の諸特性に種々の影響を及ぼすと考えられる。そこで、本発明者等は、これまで不要とされてきた副方位の結晶面に着目し、主方位の占有率を減少させることなく高い耐屈曲性を維持しながら、これら副方位の結晶面によって圧延銅箔の特性を更に高めることができないかを検討してきた。
(1)圧延銅箔の構成
まずは、本発明の一実施形態に係る圧延銅箔の結晶構造等の構成について説明する。
本実施形態に係る圧延銅箔は、例えば主表面としての圧延面を備える板状に構成されている。この圧延銅箔は、例えば無酸素銅(OFC:Oxygen-Free Copper)やタフピッチ銅等の純銅を原材料とする鋳塊に、後述の熱間圧延工程や冷間圧延工程等を施し所定厚さとした、最終冷間圧延工程後、再結晶焼鈍工程前の圧延銅箔である。
また、本実施形態に係る圧延銅箔は、圧延面に平行な複数の結晶面を有している。具体的には、最終冷間圧延工程後、再結晶焼鈍工程前の状態で、複数の結晶面には、{022}面、{002}面、{113}面、{111}面、及び{133}面が含まれる。{022}面は圧延面における主方位となっており、その他の各結晶面は副方位である。
には、係る回折ピークの相対強度が記載されている。
本実施形態に係る圧延銅箔は、上述の構成に加え、更に以下の構成を備える。すなわち、本実施形態に係る圧延銅箔の圧延面は、十点平均粗さで以下の表面粗さを備える。
以上のような結晶構造や表面粗さを備えることで、圧延銅箔が備えることとなる特性について以下に説明する。
大きいと、圧延銅箔を折り曲げたときに凹部が開く方向に変形し、ここを起点に割れが発生し易くなるためと考えられる。
次に、本発明の一実施形態に係る圧延銅箔の製造方法について、図1を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る圧延銅箔の製造工程を示すフロー図である。
図1に示すように、まずは、無酸素銅(OFC:Oxygen-Free Copper)やタフピッチ銅等の純銅を原材料として鋳造を行って鋳塊(インゴット)を準備する。鋳塊は、例えば所定厚さ、所定幅を備える板状に形成する。原材料となる無酸素銅やタフピッチ銅等の純銅は、圧延銅箔の諸特性を調整するため、所定の添加材が添加された希薄銅合金となっていてもよい。
次に、準備した鋳塊に熱間圧延を施して、鋳造後の所定厚さよりも薄い板厚の板材とする。
続いて、冷間圧延工程S31と焼鈍工程S32とを所定回数繰り返し実施する繰り返し工程S30を行う。すなわち、冷間圧延を施して加工硬化させた板材に、焼鈍処理を施して板材を焼き鈍すことにより加工硬化を緩和する。これを所定回数繰り返すことで、「生地」と称される銅条が得られる。銅材に耐熱性を調整する添加材等が加えられている場合は、銅材の耐熱性に応じて焼鈍処理の温度条件を適宜変更する。
次に、最終冷間圧延工程S40を実施する。最終冷間圧延は仕上げ冷間圧延とも呼ばれ、仕上げとなる冷間圧延を複数回に亘って焼鈍生地に施して薄い銅箔状とする。このとき、高い耐屈特性を有する圧延銅箔が得られるよう、総加工度を90%以上、より好ましくは94%以上とする。これにより、再結晶焼鈍工程後において、いっそう優れた耐屈曲特性が得られ易い圧延銅箔となる。
以上の工程を経た銅箔に所定の表面処理を施す。以上により、本実施形態に係る圧延銅箔が製造される。
次に、本発明の一実施形態に係る圧延銅箔を用いたフレキシブルプリント配線板(FPC)の製造方法について説明する。
まずは、本実施形態に係る圧延銅箔を所定のサイズに裁断し、例えばポリイミド等の樹脂からなるFPCの基材と貼り合わせてCCL(Copper Clad Laminate)を形成する。このとき、接着剤を介して貼り合わせを行う3層材CCLを形成する方法と、接着剤を介さず直接貼り合わせを行う2層材CCLを形成する方法のいずれを用いてもよい。接着剤を用いる場合には、加熱処理により接着剤を硬化させて圧延銅箔と基材とを密着させ一体化する。接着剤を用いない場合には、加熱・加圧により圧延銅箔と基材とを直接密着させる。加熱温度や時間は、接着剤や基材の硬化温度等に合わせて適宜選択することができ、例えば150℃以上400℃以下の温度で、1分以上120分以下とすることができる。
次に、基材に貼り合わせた圧延銅箔に表面加工工程を施す。表面加工工程では、圧延銅箔に例えばエッチング等の手法を用いて銅配線等を形成する配線形成工程と、銅配線と他の電子部材との接続信頼性を向上させるためメッキ処理等の表面処理を施す表面処理工程と、銅配線等を保護するため銅配線上の一部を覆うようにソルダレジスト等の保護膜を形成する保護膜形成工程とを行う。
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
ことができる。圧延銅箔の厚さについても、FPC用途をはじめとする各種用途に応じて20μm超などとしてもよい。
まずは、無酸素銅を用いた実施例1〜7および比較例1〜15に係る圧延銅箔を以下のとおり製作し、それぞれについて各種評価を行った。
目標濃度を200ppmとするAgを添加した無酸素銅を用い、上述の実施形態と同様の手順及び手法で、実施例1〜7および比較例1〜15に係る圧延銅箔を製作した。但し、比較例1〜15については構成を外れる処理等が含まれる。
素銅材の耐熱性に合わせた。なお、組成が同じ銅材に対して各焼鈍工程で異なる温度条件を用いたのは、銅材の厚さに応じて耐熱性が変化するためであり、銅材が薄いときは温度を下げることができる。
まずは、実施例1〜7および比較例1〜15に係る圧延銅箔に対し、2θ/θ法によるX線回折測定を行った。係る測定は、株式会社リガク製のX線回折装置(型式:Ultima IV)を用い、以下の表4に示す条件で行った。代表として、図2(a)に実施例2のX線回折チャートを、図2(b),(c)に比較例2,11のX線回折チャートをそれぞれ示す。
111}面を100とする各結晶面{022}面、{002}面、{113}面、{133}面の
それぞれの相対強度20,46,17,9を得た。
続いて、実施例1〜7および比較例1〜15に係る圧延銅箔の表面粗さをみるため、十点平均粗さ測定を行った。係る測定には、株式会社小坂研究所製の表面粗さ測定機(型式:SE500)を用いた。測定条件としては、触針径が2μm、測定速度が0.2mm/sec、測定長が4mm、抜き取り基準長さが0.8mm、荷重が0.75mN以下とした。測定結果を、以下の表8に示す。
次に、各圧延銅箔の耐屈曲性を調べるため、各圧延銅箔が破断するまでの繰返し曲げ回数(屈曲回数)を測定する屈曲疲労寿命試験を行った。係る試験は、信越エンジニアリング株式会社製のFPC高速屈曲試験機(型式:SEK−31B2S)を用い、IPC(米国プリント回路工業会)規格に準拠して行った。図3には、信越エンジニアリング株式会社製のFPC高速屈曲試験機等も含む、一般的な摺動屈曲試験装置10の模式図を示す。
20mmに切り取った、厚さが12μmの試料片Fに、上述の再結晶焼鈍工程に倣い、300℃、60分間の再結晶焼鈍を施した。係る条件は、フレキシブルプリント配線板のCCL工程で、基材との密着の際に圧延銅箔が実際に受ける熱量の一例を模している。
、いずれも屈曲回数が200万回を下回る結果となってしまった。
続いて、各圧延銅箔の耐折り曲げ性を調査した。耐折り曲げ性についての一般的な試験の規格では、例えばFPC用途等で要求される180°の折り曲げについての標準化がなされていない。そこで、図4に示す手法により、各圧延銅箔に割れが生じるまでの折り曲げ回数を測定する折り曲げ試験を行った。
次に、目標濃度を200ppmとするAgを添加したタフピッチ銅を用い、上述の実施例と同様の手順及び手法で、厚さが12μmの実施例8および比較例16,17に係る圧延銅箔を製作した。但し、比較例16,17については構成を外れる処理等が含まれる。
次に、目標濃度を120ppmとするAgおよび目標濃度を40ppmとするチタン(Ti)を添加材として加えた無酸素銅を用い、上述の実施例と同様の手順及び手法で、厚さが12μmの実施例9および比較例18,19に係る圧延銅箔を製作した。但し、比較例18,19については構成を外れる処理等が含まれる。
本発明における副方位の結晶面の制御および圧延銅箔の表面粗さの制御について、本発明者等の考察を以下に述べる。
まずは、副方位の結晶面を制御することで圧延銅箔に更に優れた耐屈曲性が付与される原理、及び、上述の圧延銅箔の製造工程における副方位の結晶面の制御の仕組みについて、本発明者等の考察を交えて以下に説明する。
本発明者等は、結晶方位学の知見と金属学の知見とこれまでの実験経験とから、副方位の結晶面を制御することで更に優れた耐屈曲性が得られる原理について以下の考察を行った。
の耐屈曲性に関与していると考えられる。
再結晶{002}面∠{111}面 : 54.7°
再結晶{002}面∠{133}面 : 46.5°
上述のように、最終冷間圧延工程等の圧延加工時、銅材には圧縮応力と、圧縮応力よりも弱い引張応力とがかかっている。圧延される銅材中の銅結晶は、圧延加工時の応力によって{022}面への回転現象を起こし、圧延加工の進展とともに、圧延面に平行な結晶面の方位が主に{022}面である圧延集合組織を形成する。このとき、上述のように、圧縮応力と引張応力との比により、{022}面へと向かって回転する経路が変わる。これについて、図5を用いて説明する。
6の図2.52(a),(c)
以上のことから、圧縮応力>引張応力であることを前提として、圧縮成分と引張成分との比を調整すると、{022}面へと向かって回転する経路が変わる。具体的には、圧縮成分が大きくなるほど{002}面や{113}面を経由し易く、引張成分が大きくなるほど{111}面や{133}面を経由し易い。主な副方位の結晶面が{002}面、{113}面、{111}面、及び{133}面となるのは、{022}面へと回転しきれなかった結晶面が銅材中に残るためであり、最終冷間圧延工程での圧縮成分と引張成分との調整により、銅材中に残る各副方位の結晶面の割合を調整することができる。
中に残る{133}面には、引張成分により結晶の回転途中で得られたものと、圧縮成分により一旦、{022}面へと到達した結晶が、引張成分により{133}面へと再び回転したものとが含まれると考えられる。また、引張応力による加工度の変化は、圧縮荷重を大きくした場合に比べると小さい。つまり、加工度への寄与は、圧縮応力の方が大きい。
ここで、圧延ロールの表面粗さも圧縮応力と引張応力とのバランスに影響する。例えば、圧延ロールの表面粗さが小さくなると、圧延ロールと、圧延対象である銅材とが接する面積が増え、この接触面にかかる圧力が大きくなる。これは、圧延ロールから銅材への荷重が大きくなったことを意味しており、銅材は圧延ロール間の間隙を通りぬけ難くなる。これにより、銅材にかかる応力が圧縮応力>引張応力であることを前提に、圧縮応力がより大きく優勢な状態で、圧延加工が施される。よって、この場合、結晶は{002}面や{113}面を通って{022}面へと回転する。
なお、上述の実施形態や実施例においては、1パスあたりの加工度や圧延ロールの表面粗さによって結晶回転を制御することとしたが、結晶回転の制御因子はこれらに限られない。すなわち、1パスあたりの加工度や圧延ロールの表面粗さに加えて、或いは替えて、他の制御因子を用いてもよい。このように、どのような制御因子を用いても、圧縮応力と引張応力とを制御できればよい。実際、制御因子をどのように選択するかで、結晶回転については複数の制御方法が考えられる。
(表面粗さの制御による耐折り曲げ性付与)
上述のように、圧延銅箔の耐折り曲げ性は圧延銅箔の表面粗さを所定値以下に抑えることで付与される。圧延銅箔の表面粗さを制御する因子としては、主に、圧延油の粘度η、圧延ロールの回転速度U0、圧延時の銅材の速度U1、噛み込み角α、平均圧延圧力p、圧延ロールの表面粗さ(算術平均粗さRa)等がある。これらの因子のうち、圧延ロールの算術平均粗さRa以外の諸因子は、油膜の厚みに対応する油膜当量tdとして、下記の技術文献(ロ)を参考とする次式(C)のように1つにまとめることができる。
また、本明細書においては、圧延銅箔の表面粗さと圧延ロールの表面粗さとを、それぞれ十点平均粗さと算術平均粗さRaとの異なる規定に基づき定めている。これら表面粗さの使い分けについて、以下に説明する。
0601:2001)を用いるのが好適である。圧延銅箔の表面粗さの規定に用いた十点平均粗さは、このような最凸部と最凹部とを含むそれぞれ5点ずつの差を抜き出して数値化したものである。つまり、山頂と谷底との合計10点を用いて数値化するため、上述の最大高さRzのように1つの凹凸差だけでなく、平均的にどれくらいの凹凸差があるかの情報が得られる。
とが重要となる。したがって、凹凸差を点で捉えるのではなく、面または線で捉える算術平均粗さRaを用いることで、圧延ロールの全体的な表面粗さを把握することができる。
11 試料固定板
12 ネジ
13 振動伝達部
14 発振駆動体
20 スペーサ
F 試料片
Claims (5)
- 主表面を備え、前記主表面に平行な複数の結晶面を有する最終冷間圧延工程後、再結晶焼鈍工程前の圧延銅箔であって、
前記圧延銅箔は、純銅又は希薄銅合金からなり、
前記複数の結晶面には{022}面、{002}面、{113}面、{111}面、及び{133}面が含まれ、
前記主表面に対する2θ/θ法を用いたX線回折測定から求められ、合計値が100となるように換算された前記各結晶面の回折ピーク強度比をそれぞれI[022]、I[002]、I[113]、I[111]、及びI[133]としたとき、
I[022]+I[002]≧75であり、
{022}面、{002}面、{113}面、{111}面、及び{133}面を有する粉末銅についてのJCPDSカード又はICDDカードに記載の前記各結晶面の標準的な回折ピークの相対強度から求められ、合計値が100となるように換算された前記各結晶面の回折ピーク強度比のうち、前記{113}面、前記{111}面、及び前記{133}面の回折ピーク強度比をそれぞれI0[113]、I0[111]、及びI0[133]とし、
前記主表面に対する前記X線回折測定から求められる前記{113}面、前記{111}面、及び前記{133}面の回折ピークの半価幅をそれぞれFWHM[113]、FWHM[111]、及びFWHM[133]としたとき、
[(I[113]/I0[113])×FWHM[113]]+[(I[111]/I0[111])×FWHM[111]]+[(I[133]/I0[133])×FWHM[133]]≦1.5であり、
前記主表面の十点平均粗さによる表面粗さが、
十点平均粗さ≦1.2μmである
ことを特徴とする圧延銅箔。 - JIS C1020に規定の無酸素銅、又はJIS C1100に規定のタフピッチ銅を主成分とする
ことを特徴とする請求項1に記載の圧延銅箔。 - 銀、硼素、チタン、錫の少なくともいずれかが添加されている
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の圧延銅箔。 - 総加工度が90%以上の前記最終冷間圧延工程により厚さが20μm以下となっている
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の圧延銅箔。 - フレキシブルプリント配線板用である
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の圧延銅箔。
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