JP5273236B2 - 圧延銅箔 - Google Patents
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Description
連機器の可動部の配線等に、FPCが用いられている。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、優れた屈曲特性が要求されてきた。
200}面)が発達するほど屈曲特性が向上することが数多く報告されている。
対し、I/I0>20である立方体集合組織を得る。
具備させることができる。
上述のように、FPC用途で求められる屈曲特性の高い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。
(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。
H3100等に規定の純度が99.9%以上の銅材である。タフピッチ銅の場合、酸素含有量は例えば100ppm〜600ppm程度である。これらの銅材に銀(Ag)等の所定の添加材を加えて銅合金とし、耐熱性等の諸特性が調整された圧延銅箔とする場合もある。本実施形態に係る圧延銅箔には純銅と銅合金との両方を含むことができ、原材料の銅材質や添加材による本実施形態の効果への影響はほとんど生じない。
(I{002}+I{113})/(I{111}+I{133})≧1.0・・・(2)
I{022}/I{002}≦8.0・・・(3)
I{022}/I{113}≦30・・・(4)
I{022}/I{111}≧7.0・・・(5)
I{022}/I{133}≧10・・・(6)
1.0≦I{002}/I{113}≦15・・・(7)
I{111}/I{133}≦10・・・(8)
I{113}/I{111}≧0.30・・・(9)
1.0≦I{002}/I{111}≦20・・・(10)
1.0≦I{002}/I{133}≦75・・・(11)
0.50≦I{113}/I{133}≦20・・・(12)
の比率をそれぞれ示している。
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には、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ていてもよい。
(b)特開2011−001622
(c)堀茂徳、外2名、“銅の再結晶温度におよぼす添加元素の影響”、伸銅技術研究会誌、1981年、20巻、p205−218
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と中間焼鈍工程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上記板材に、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。
引き続き、上記の銅条(生地)に生地焼鈍処理を施し、焼鈍生地を得る。生地焼鈍処理においても、銅材の耐熱性に応じて温度条件を適宜変更する。このとき、生地焼鈍工程S40は、上記の各工程に起因する加工歪みを充分に緩和することのできる温度条件、例えば完全焼鈍処理と略同等の温度条件で実施することが好ましい。
次に、最終冷間圧延工程S50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す。このとき、高い屈曲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%とする。また、冷間圧延を複数回繰り返すごとに焼鈍生地が薄くなるのに応じて、1回(1パス)あたりの加工度を徐々に小さくしていくことが好ましい。ここで、1パスあたりの加工度は、上記総加工度の例に倣い、nパス目の圧延前の加工対象物の厚さをTBnとし、圧延後の加工対象物の厚さをTAnとすると、1パスあたりの加工度(%)=[(TBn−TAn)/TBn]×100で表わされる。
以上の工程を経た銅条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300℃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。
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1〜18および比較例1〜18に係る圧延銅箔を製作した。すなわち、まずは、無酸素銅に所定量のAgを溶解して鋳造した厚さ150mm、幅500mmの鋳塊を準備した。以下の表2に、高周波誘導結合プラズマ(ICP:Inductively Coupled Plasma)発光分光分析法により分析した、鋳塊中のAg濃度の分析値を示す。
20ppm程度内のバラツキは金属材料分野では一般的なものである。
上記のように製作した実施例1〜18および比較例1〜18に係る圧延銅箔について、以下の評価を行った。
まずは、実施例1〜18および比較例1〜18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:Ult
ima IV)を用い、以下の表4に示す条件で行った。
、表6,7に示すように、各結晶面の回折ピーク強度の比率も変化している。
次に、各圧延銅箔の屈曲特性を調べるため、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)規格に準拠して屈曲疲労寿命試験を行った。図2には、上記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。
続いて、株式会社東洋精機製作所製のループステフネステスタを用い、各圧延銅箔のステフネス性を調査した。図3に、試験方法の概要を示す。
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19および比較例19に係る圧延銅
箔を製作した。実施例19および比較例19の鋳塊中におけるAg濃度は、IPC発光分光分析法により得た分析値で、それぞれ190ppmおよび195ppmであった。なお、係る濃度のAgを含有するタフピッチ銅材の耐熱性に合わせ、中間焼鈍工程および生地焼鈍工程のみ、上記とは異なる条件を用いた。具体的には、中間焼鈍工程では温度600℃〜700℃で約2分間保持し、生地焼鈍工程では温度700℃で約1分間保持した。
(I{002}+I{113})/(I{111}+I{133})=0.90
となり、所定範囲から外れていた。また、これにより、これ以外の比例関係についても所定範囲から外れるものがあった。
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20および比較例20に係る圧延銅箔を製作した。実施例20および比較例20の鋳塊中におけるAg濃度は、IPC発光分光分析法により得た分析値で、それぞれ120ppmおよび125ppmであった。また、Ti濃度は、それぞれ37ppmおよび44ppmであった。全て±10%程度内のバラツキであって、金属材料の分野では一般的なものである。
(I{002}+I{113})/(I{111}+I{133})=0.95
となり、所定範囲から外れていた。また、これにより、これ以外の比例関係についても所定範囲から外れるものがあった。
以上、述べてきたように、副方位の結晶面を制御することで圧延銅箔に低ステフネス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対する本発明者等の考察について、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低ステフネス性が得られる原理について以下の考察を行った。
{111}面∠{113}面 : 29.5°,58.5°,80.0°
{111}面∠{133}面 : 22.0°
{111}面∠{022}面 : 35.3°(参考値)
29.5°,58.5°又は80.0°に位置する。
(結晶回転)
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4を用いて説明する。
、{hkl}面のh,k,lが全て奇数値または全て偶数値でなければ回折ピークとして現れない。h,k,lが奇数値と偶数値との混在となっていると、消滅則によって回折ピークが消失し、測定できないためである。したがって、上述の実施形態等に係る圧延銅箔の構成を示すにあたっては、回折ピークとして現れる{001}面({002}面)、{113}面、{111}面、及び{133}面で規定した。上述の実施例等の結果からも本構成の効果は明白であるから、上記に挙げた副方位の結晶面を考えれば充分であるといえる。
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上記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。
上述の実施形態や実施例においては、最終冷間圧延工程における1パスあたりの加工度と併せ、中立点の位置制御も行っている。つまり、圧縮成分と引張成分との制御パラメータの調整にあたっては、例えば中立点の位置変化に着目することも可能である。
張力の成分+圧縮力の成分=2×剪断降伏応力・・・(13)
の関係において、圧縮力成分を張力成分より大きくし、さらに、圧延速度とロール径との条件バランス、すなわち、圧延加工時のロールと銅材との接触面における中立点の位置を、式(13)を用いて算出する。なお、中立点の詳細についても、下記技術文献(e)を参照した。
11 試料固定板
12 ネジ
13 振動伝達部
14 発振駆動体
21 圧子板
22 固定板
S 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法によるX線回折測定で得られる前記各結晶面の回折ピーク強度をそれぞれI{022}、I{002}、I{113}、I{111}、及びI{133}としたとき、
I{022}/(I{022}+I{002}+I{113}+I{111}+I{133})≧0.50であり、
(I{002}+I{113})/(I{111}+I{133})≧1.0であり、
I{022}/I{002}≦8.0であり、
I{022}/I{113}≦30であり、
I{022}/I{111}≧7.0であり、
I{022}/I{133}≧10であり、
1.0≦I{002}/I{113}≦15であり、
I{111}/I{133}≦10であり、
I{113}/I{111}≧0.30であり、
1.0≦I{002}/I{111}≦20であり、
1.0≦I{002}/I{133}≦75であり、且つ、
0.50≦I{113}/I{133}≦20である
ことを特徴とする圧延銅箔。 - 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に記載の圧延銅箔。
- 純度99.96%以上の無酸素銅、又は純度99.9%以上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又は2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1〜3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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