JP5373941B1 - 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}≧75.0であり、X線Pole−Figure法を用いて測定した{111}面の回折ピークの平均強度をプロットしたグラフにて、あおり角度が47°と53°とでの{111}面の回折ピークの平均強度同士を結ぶ直線の縦軸切片[A]と、あおり角度が15°以上90°以下の範囲内での{111}面の回折ピークの平均強度の最大値[B]とが[A]/[B]<1/4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。
以下のように規定している。圧延面に対するX線回折2θ/θ測定により得られる結果で
、銅結晶の回折ピークの80%以上を{220}Cu面({022}面)とする。また、圧延面を基準としたX線Pole−Figure法を用いた測定により得られる結果で、各あおり角度における面内回転軸走査で得られる{111}Cu面回折ピークの規格化平均強度をプロットした際に、以下のいずれかの状態とする。つまり、あおり角度が35°〜75°の範囲における規格化平均強度が階段状になっていない状態とする。もしくは、極大領域が実質的に1つだけ存在する結晶粒配向状態を有することとする。これにより、再結晶焼鈍後に立方体集合組織を得る。
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}≧75.0であり、
前記主表面を基準とするX線Pole−Figure法を用い、15°以上90°以下の範囲内の複数のあおり角度のそれぞれについて、前記主表面の面内回転角度を0°以上
360°以下の範囲内で変化させて測定した{111}面の回折ピークの平均強度を求め、
前記あおり角度を横軸とし、回折ピーク強度を縦軸として、前記{111}面の回折ピークの平均強度をプロットしたグラフを作成したとき、
前記あおり角度が47°での前記{111}面の回折ピークの平均強度と前記あおり角度が53°での前記{111}面の回折ピークの平均強度とを結ぶ直線の縦軸切片を[A]とし、前記あおり角度が15°以上90°以下の範囲内での前記{111}面の回折ピークの平均強度の最大値を[B]としたとき、
[A]/[B]<1/4である
圧延銅箔が提供される。
前記{111}面の回折ピーク強度比が、
I{111}≦10.0である
第1の態様に記載の圧延銅箔が提供される。
前記主表面の表面粗さが、
十点平均粗さRzjis≦1.5μmであり、
算術平均粗さRa≦0.4μmである
第1又は第2の態様に記載の圧延銅箔が提供される。
無酸素銅、又はタフピッチ銅を主成分とする
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。
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〜第4の態様のいずれかに記載の圧延銅箔が提供される。
厚さが20μm以下となっている
第1〜第5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6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。
御するには、高度な圧延技術や設備が必要となってしまう。
(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。
ましくは94%以上とすることで、耐屈曲性に優れる圧延銅箔が得られる。
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。
また、好ましくは、本実施形態に係る圧延銅箔は、上述の構成に加え、更に以下の表面粗さを備える。
いる。
算術平均粗さRa≦0.4μm・・・(5)
以上のような結晶構造や表面粗さを備えることで、圧延銅箔に付与されることとなる特性について以下に説明する。
上述のように、再結晶焼鈍工程前の{022}面は再結晶焼鈍工程後に{002}面へと変化し、再結晶焼鈍工程前の{002}面は再結晶焼鈍工程後もそのまま残存することで、圧延銅箔の耐屈曲性を向上させる。つまり、上述の式(1)において、例えばI{022}+I{002}=75.0+0=75.0の場合と、I{022}+I{002}=55.0+20.0=75.0の場合とでは、再結晶焼鈍工程後に得られる圧延銅箔は互いに略同様の{002}面の結晶組織を備えることがわかっている。
のみによって耐屈曲性を向上させようとすることには限界がある。また、再結晶焼鈍工程前の圧延銅箔における{022}面の回折ピークでみた占有率を80%以上とするには、高度な圧延技術や設備等を要する。
一方で、{002}面以外の副方位である{113}面、{111}面、{133}面や、その他の副方位は、耐屈曲性には寄与しない不要な結晶面である。そればかりでなく、本発明者等による鋭意研究の結果、このような副方位の多くが、耐屈曲性や耐折り曲げ性をはじめ、圧延銅箔の種々の特性に対して悪影響を与えるということが判明した。
りいっそう耐折り曲げ性を向上させることができる。
また、本発明者等は、{111}面以外の副方位についても研究を重ね、耐折り曲げ性に不利となる可能性のある副方位をさらに特定し、これを低減することとした。
上述のように、本発明者等は、各結晶面の回折ピーク強度比等の制御に加え、好ましくは圧延銅箔の圧延面の表面粗さが所定値以下であるとき、圧延銅箔の耐折り曲げ性をいっそう向上させることができることを見いだした。これは、圧延銅箔の圧延面の凹凸差が大きいと、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。
には、例えば10ppm〜500ppm程度の硼素(B)、ニオブ(Nb)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、ジルコニウム(Zr)、バナジウム(V)、マンガン(Mn)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、及びカルシウム(Ca)のいずれか1つ又は複数の元素を添加した例がある。或いは、第1の添加元素としてAgを添加し、第2の添加元素として代表例に挙げたこれらの元素のいずれか1つ又は複数の元素を添加した例がある。そのほか、クロム(Cr)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、砒素(As)、Cd(カドミウム)、インジウム(In)、錫(Sn)、アンチモン(Sb)、金(Au)等を微量添加することも可能である。
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、高い耐屈曲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性が得られ易い圧延銅箔となる。
、上述の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。
曲げ性に多大な影響を与える。
以上の工程を経て銅箔状となった生地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。
、{111}面の占有率が低い状態にあるので、その作用が抑制される。
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。
も可能である。
まずは、無酸素銅を用いた実施例1〜5および比較例1〜5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。ここではまず、上述の式(1)〜(3)に係る効果を検証した。
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1〜5および比較例1〜5に係る圧延銅箔を製作した。但し、比較例1〜5については、後述する1パスあたりの加工度や中立点の位置等、主に最終冷間圧延工程において、構成を外れる処理等を含めた。
約750℃の温度で約2分間保持する生地焼鈍工程にて焼鈍生地を得た。
まずは、実施例1〜5および比較例1〜5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。測定方法の詳細について、図2を用いて以下に説明する。図2は、本発明の実施例及び比較例におけるX線回折の測定方法の概要を示す図である。
換算し、各結晶面の回折ピーク強度比を求めた。また、上述の式(1)に係る値(I{022}+I{002})を求めた。以下の表6に、実施例1〜5および比較例1〜5に係る圧延銅箔について、上述のように求めた各結晶面の回折ピーク強度比I{022}、I{002}、I{113}、I{111}(式(2))、I{133}の値、および、式(1)の値を示す。
次に、実施例1〜5および比較例1〜5に係る圧延銅箔に対し、X線Pole−Figure法による測定を行った。係る測定の方法には、後述するあおり角度ψを15°〜90°の範囲とする反射法と、0°〜15°の範囲とする透過法とがある。本実施例では、上述の実施形態で説明したように、反射法を用いた。測定方法の詳細について、図2を用いて以下に説明する。
°と定義する。また、着目する結晶面である{hkl}面に幾何学的に対応する結晶面である{h’k’l’}面が{hkl}面となす角度をψ’とする。このとき、あおり角度ψ=90−ψ’と規定される。
任意単位)である。グラフには、上述のX線Pole−Figure法を用いた測定によ
り求めた各平均強度がプロットされている。また、グラフには、グラフの範囲内での{111}面の回折ピークの平均強度の最大値[B]とその4分の1の値を示す。また、グラフには、あおり角度ψがそれぞれ47°,53°での{111}面の回折ピークの平均強度を結ぶ直線と、その縦軸切片[A]とを示す。
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14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。
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15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6,7および比較例6に係る圧延銅箔を製作した。但し、比較例6については、上述の表4の条件等、構成を外れる処理等を含めた。
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8,9および比較例7,8に係る圧延銅箔を製作した。但し、比較例7,8については、上述の表4の条件等、構成を外れる処理等を含めた。
次に、目標濃度を120ppmとするAgおよび目標濃度を100ppm〜200ppmとする硼素(B)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10,11および比較例9,10に係る圧延銅箔を製作した。但し、比較例9,10については、上述の表4の条件等、構成を外れる処理等を含めた。
630℃〜780℃で約2分間保持し、生地焼鈍工程では約700℃の温度で約1分間保持した。また、これらの実施例及び比較例についても、上述の表4の条件を最終冷間圧延工程に適用した。
次に、上述と同様、AgとBとを添加した圧延銅箔について、上述の式(1)〜(3)に加え、表面粗さに係る式(4),(5)の効果を検証した。
まずは、目標濃度を120ppmとするAgおよび目標濃度を100ppm〜200ppmとする硼素(B)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に加え、後述するように圧延銅箔の表面粗さを制御しつつ、厚さが12μmの実施例12〜18および比較例11〜31に係る圧延銅箔を製作した。但し、比較例11〜31については、後述する1パスあたりの加工度や中立点の位置、圧延ロールの表面粗さ
等、主に最終冷間圧延工程において、構成を外れる処理等を含めた。
以上のように製作した実施例12〜18および比較例11〜31に係る圧延銅箔について、上述の実施例と同様の手法及び手順で2θ/θ法によるX線回折測定およびX線Pole−Figure法を用いた測定を行い、上述の式(1)〜(3)を求めた。それぞれの結果を、以下の表18に示す。表18中、上述の所定範囲を外れた値を下線付きの太字で示した。
続いて、実施例12〜18および比較例11〜31に係る圧延銅箔の表面粗さをみるため、十点平均粗さRzjis及び算術平均粗さRaの測定を行った。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、触針径を2μm、測定速度を0.2mm/sec、測定長を4mm、抜き取り基準長さを0.8mm、荷重を0.75mN以下とした。測定結果を、以下の表19に示す。
れた値を下線付きの太字で示した。
次に、実施例12〜18および比較例11〜31に係る圧延銅箔に対し、上述と同様の再結晶焼鈍を施した後、上述の実施例と同様の手法及び手順で屈曲疲労寿命試験および折り曲げ試験を行った。以下の表20に、結果を示す。
ーク強度の関係が式(1)〜(3)をすべて満たし、また、表面粗さの式(4),(5)も共に満たしていた。このため、いずれも良好な耐屈曲性および耐折り曲げ性を得ることができた。また、圧延銅箔の表面粗さについて考慮していない上述の実施例1〜11と比較しても、耐折り曲げ性は格段に向上しており、また、折り曲げ回数が115回〜121回と、バラツキの小さい結果が得られた。一方で、上述の実施例1〜11と比較して、耐屈曲性が総じて低めとなっているのは、本実施例における最終冷間圧延工程での総加工度を低めに設定したためである。総加工度の効果が弱い状況下であっても、本実施例の構成を適用することで、耐屈曲性を向上させる効果が認められた。
次に、目標濃度を30ppm〜100ppmとする錫(Sn)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19〜25および比較例32〜52に係る圧延銅箔を製作した。但し、比較例32〜52については、上述の表16の条件や圧延ロールの表面粗さ等、構成を外れる処理等を含めた。
光分析法により得た分析値で、以下の表22に示すように、いずれも目標濃度の範囲内に制御されていた。
れた。また、比較例50については、式(1)のみを満たさず、式(2)〜(5)の全てが所定範囲内となっていた。このため、耐屈曲性が劣るほか、他の比較例よりも優れ、実施例よりも劣った耐折り曲げ性が得られた。
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および表面粗さの制御に対する本発明者等の考察について、以下に説明する。
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加わっている。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19を用いて説明する。
圧縮成分と引張成分とは、上述の実施形態に係る最終冷間圧延工程S40でも行っている通り、例えば圧延加工時の1パスあたりの圧延条件を変化させることで制御することができる。つまり、上述の実施形態や実施例にて試みたように、例えば1パスあたりの加工度の変化に着目することができる。
上述のように、本発明者等は、圧延銅箔の表面粗さを十点平均粗さRzjisおよび算術平均粗さRaで規定し、これらを所定値以下に抑えることで、圧延銅箔の耐折り曲げ性を向上させることができることを見いだした。
また、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圧延ロールの表面粗さを含めた圧延条件により銅結晶の回転方向や回転経路を制御したが、他の工程においても同様の制御は可能である。
程の条件を変更することで、最終冷間圧延工程にも影響が及び、最終冷間圧延工程における回転方向や回転経路を間接的に変化させることが可能と考えられる。但し、上述の実施形態や実施例のように、最終冷間圧延工程における圧延条件を変化させれば、回転方向や回転経路を直接的に制御することができ、制御性をいっそう高めることができる。
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
50,51 試料片
Claims (6)
- 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、
純銅又は希薄銅合金からなり、
前記最終冷間圧延工程において、結晶を{011}面へと向かって回転させる圧縮応力と結晶を{111}面へと向かって回転させる引張応力のバランスを、{013}面と{023}面の占有率を抑えるように、調整しながら圧延されており、
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}≧75.0であり、
前記主表面を基準とするX線Pole−Figure法を用い、15°以上90°以下の範囲内の複数のあおり角度のそれぞれについて、前記主表面の面内回転角度を0°以上360°以下の範囲内で変化させて測定した{111}面の回折ピークの平均強度を求め、
前記あおり角度を横軸とし、回折ピーク強度を縦軸として、前記{111}面の回折ピークの平均強度をプロットしたグラフを作成したとき、
前記あおり角度が47°での前記{111}面の回折ピークの平均強度と前記あおり角度が53°での前記{111}面の回折ピークの平均強度とを結ぶ直線の縦軸切片を[A]とし、前記あおり角度が15°以上90°以下の範囲内での前記{111}面の回折ピークの平均強度の最大値を[B]としたとき、
[A]/[B]<1/4であり、
前記主表面の表面粗さが、
十点平均粗さRzjis≦1.5μmであり、
算術平均粗さRa≦0.4μmである
ことを特徴とする圧延銅箔。 - 前記{111}面の回折ピーク強度比が、
I{111}≦10.0である
ことを特徴とする請求項1に記載の圧延銅箔。 - 無酸素銅、又は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。 - 厚さが20μm以下である
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。 - 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1〜5のいずれかに記載の圧延銅箔。
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