JP6643287B2 - フレキシブルプリント基板用銅箔、それを用いた銅張積層体、フレキシブルプリント基板、及び電子機器 - Google Patents
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Description
FPCは銅箔と樹脂とを積層したCopper Clad Laminate(銅張積層体、以下CCLと称する)をエッチングすることで配線を形成し、その上をカバーレイと呼ばれる樹脂層によって被覆したものである。カバーレイを積層する前段階で、銅箔とカバーレイとの密着性を向上するための表面改質工程の一環として、銅箔表面のエッチングが行われる。また、銅箔の厚みを低減して屈曲性を向上させるため、減肉エッチングを行う場合もある。
一方、IPC屈曲性に代表される高サイクル屈曲性を改善した銅箔が開発されている(特許文献1、2)。
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、折り曲げ性に優れたフレキシブルプリント基板用銅箔、それを用いた銅張積層体、フレキシブルプリント基板、及び電子機器の提供を目的とする。
本発明のフレキシブルプリント基板用銅箔において、300℃×30min焼鈍(但し、昇温速度100℃/min〜300℃/min)後の前記最大集合度が5以下であることが好ましい。
本発明に係る銅箔は、99.0質量%以上のCu、残部不可避的不純物からなる。
上述のように、銅箔の最終冷間圧延前の結晶粒径を微細化することにより、冷間圧延中に銅箔の各領域への転位の蓄積を均等にすると、再結晶時にはいずれの領域でも、ひずみの開放が生じ、再結晶粒が特定の方位に集合することなく生成するため、折り曲げ性が向上する。
但し、上記したCu99.0質量%以上の純銅系の組成の場合、銅箔の再結晶時に再結晶粒が特定の方位に集合するのを抑制することが困難であるため、冷間圧延時の初期(焼鈍と冷間圧延を繰り返す際の初期の冷間圧延時)に再結晶焼鈍を行うことで、冷間圧延により加工ひずみを大量に導入することができ、再結晶粒が特定の方位に集合することを抑制できる。
具体的には、最終焼鈍の温度、及び、最終焼鈍前の冷間圧延の加工度を調整すると、上記粒径を制御できる。最終焼鈍の温度は銅箔の製造条件によっても変わり、限定されないが、例えば300〜400℃とすればよい。又、最終焼鈍前の冷間圧延の加工度も限定されないが、例えば加工度ηを0.91〜1.61とすればよい。
加工度ηは、最終焼鈍前の冷間圧延直前の材料の厚みをA0、最終焼鈍前の冷間圧延直後の材料の厚みをA1とし、η=ln(A0/A1)で表す。
上記添加元素は、冷間圧延時に転位の絡み合いの頻度を増加させるので、再結晶粒が特定の方位に集合することをより抑制することができる。又、冷間圧延時の初期に一回のみ再結晶焼鈍を行い、以後は再結晶焼鈍を行わないようにすれば、冷間圧延により転位の絡み合いを増加させることにより、加工ひずみを大量に導入して銅箔の再結晶時に再結晶粒が特定の方位に集合するのをさらに抑制することができる。
上記添加元素を合計で0.5質量%を超えて含有させると、導電率が低下し、フレキシブル基板用銅箔として適さない場合があるので、0.5質量%を上限とした。上記添加元素の含有量の下限は特に制限されないが、例えば各元素につき0.0005質量%より小さく制御することは工業的に難しいので、各元素の含有量の下限を0.0005質量%とするとよい。
又、上記TPC又はOFCに対し、Pを含有させてなる組成としてもよい。
銅箔表面のI(111)/I0(111)、I(200)/I0(200)、I(220)/I0(220)、及び、I(311)/I0(311)の4つの集合度のうち最も高い値をなす最大集合度が5以下である。
{111}面、{200}面、{220}面、および{311}面は、銅及び銅合金の主要な回折面であり、熱間圧延、冷間圧延、及び、再結晶を伴う焼鈍を行うと、4つの集合度のいずれか特定のものが極端に高い値となり、特定の結晶方位に配向した集合組織となることがある。そこで、これら4つの集合度の最大値(最大集合度)を採用することで、特定の集合度が極端に高くなる度合いを表すことができる。
そして、最大集合度を5以下に制御することで、4つの集合度のいずれかが極端に高くならず、再結晶粒が特定の方位に集合すること(組織の異方性の増大)を抑制できる。
最大集合度が5を超えると、銅箔の組織の異方性が大きくなり、フレキシブルプリント基板として用いた際、屈曲性の異方性が大きくなり、折り曲げ性が低下する。
原理上、最大集合度が1未満になることはない。最大集合度は好ましくは1〜5である。
また、同一の条件にて、純銅粉末(325mesh(JIS Z8801、純度99.5%),水素気流中で300℃で1時間加熱してから使用)について{111}面、{200}面、{220}面、および{311}面のX線回折強度を測定し、それぞれI0(111)、I0(200)、I0(220)及びI0(311)とする。
・{111}面集合度:I(111)/I0(111)
・{200}面集合度:I(200)/I0(200)
・{220}面集合度:I(220)/I0(220)
・{311}面集合度:I(311)/I0(311)
X線回折の測定条件は、つぎのとおりである。
・入射X線源:Co、
・加速電圧:25kV、
・管電流:20mA、
・発散スリット:1度、
・散乱スリット:1度、
・受光スリット:0.3mm、
・発散縦制限スリット:10mm、
・モノクロ受光スリット0.8mm
引張強度および破断伸びは、IPC-TM650に準拠した引張試験により、試験片幅12.7mm、室温(15〜35℃)、引張速度50.8mm/min、ゲージ長さ50mmで、銅箔の圧延方向と平行な方向に引張試験した。
本発明に係る銅箔はフレキシブルプリント基板に用いられ、その際、銅箔と樹脂とを積層したCCLは、200〜400℃で樹脂を硬化させるための熱処理を行うため、再結晶によって結晶粒が粗大化する可能性がある。
従って、樹脂と積層する前後で、銅箔の引張強度および破断伸びが変わる。そこで、本願の請求項1に係るフレキシブルプリント基板用銅箔は、樹脂と積層後の銅張積層体になった後の、樹脂の硬化熱処理を受けた状態の銅箔を規定している。つまり、既に熱処理を受けているから、新たな熱処理を行わない状態の銅箔である。
一方、本願の請求項3に係るフレキシブルプリント基板用銅箔は、樹脂と積層する前の銅箔に上記熱処理を行ったときの状態を規定している。この300℃で30分間の熱処理は、CCLの積層時に樹脂を硬化熱処理させる温度条件を模したものである。なお、熱処理による銅箔表面の酸化を防止するため、熱処理の雰囲気は、還元性又は非酸化性の雰囲気が好ましく、例えば、真空雰囲気、又は、アルゴン、窒素、水素、一酸化炭素等若しくはこれらの混合ガスからなる雰囲気などとすればよい。昇温速度は100〜300℃/minの間であればよい。
ここで、最終冷間圧延前(冷間圧延と焼鈍を繰り返す工程全体の中で、最終焼鈍後に行う冷間圧延をいう)の結晶粒径を5μm以上10μm未満に微細化すると、再結晶粒が特定の方位に集合することを抑制し、最大集合度を5以下に制御できる。
又、本発明の銅箔に(1)樹脂前駆体(例えばワニスと呼ばれるポリイミド前駆体)をキャスティングして熱をかけて重合させること、(2)ベースフィルムと同種の熱可塑性接着剤を用いてベースフィルムを本発明の銅箔にラミネートすること、により、銅箔と樹脂基材の2層からなる銅張積層体(CCL)が得られる。又、本発明の銅箔に接着剤を塗着したベースフィルムをラミネートすることにより、銅箔と樹脂基材とその間の接着層の3層からなる銅張積層体(CCL)が得られる。これらのCCL製造時に銅箔が熱処理されて再結晶化する。
これらにフォトリソグラフィー技術を用いて回路を形成し、必要に応じて回路にめっきを施し、カバーレイフィルムをラミネートすることでフレキシブルプリント基板(フレキシブル配線板)が得られる。
樹脂層としては、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PI(ポリイミド)、LCP(液晶ポリマー)、PEN(ポリエチレンナフタレート)が挙げられるがこれに限定されない。また、樹脂層として、これらの樹脂フィルムを用いてもよい。
樹脂層と銅箔との積層方法としては、銅箔の表面に樹脂層となる材料を塗布して加熱成膜してもよい。又、樹脂層として樹脂フィルムを用い、樹脂フィルムと銅箔との間に以下の接着剤を用いてもよく、接着剤を用いずに樹脂フィルムを銅箔に熱圧着してもよい。但し、樹脂フィルムに余分な熱を加えないという点からは、接着剤を用いることが好ましい。
例えば、銅箔の表面に、粗化処理、防錆処理、耐熱処理、またはこれらの組み合わせによる表面処理を施してもよい。
その後、表面に発生した酸化スケールを除去して、表1に示す加工度ηで最終冷間圧延をして目的とする最終厚さの箔を得た。得られた箔にアルゴン雰囲気において300℃×30分の熱処理を加え、銅箔サンプルを得た。熱処理後の銅箔は、CCLの積層時に熱処理を受けた状態を模している。
1.導電率
上記熱処理後の各銅箔サンプルについて、JIS H 0505に基づいて4端子法により、25℃の導電率(%IACS)を測定した。
導電率が75%IACSより大きければ導電性が良好である。
2.集合度
上記熱処理後の各サンプルについて、X線回折装置(RINT−2500:理学電機製)を用い、上述の方法で集合度を測定した。
3.引張強度及び破断伸び
上記熱処理後の各銅箔サンプルについて、IPC-TM650に準拠した引張試験により、試験片幅12.7mm、室温(15〜35℃)、引張速度50.8mm/min、ゲージ長さ50mmで、銅箔の圧延方向と平行な方向に引張試験することにより、引張強度及び破断伸びを測定した。
上記熱処理後の各銅箔サンプルについて、JIS P 8115に基づいてMIT耐折回数(往復折曲げ回数)を測定した。試験片は、長辺の長さ150mm、短辺の長さ12.7mmの短冊状とした。ただし、折り曲げクランプのRは0.38mm、荷重は250gとした。
MIT耐折回数が同じ厚みの比較例よりも大きければ銅箔の折り曲げ性が良好である。
なお、表中、「圧延方向」とは、試験片の長辺方向が圧延平行方向であることを示す。「圧延方向から45°」とは、試験片の長辺方向が圧延平行方向から45°であることを示す。「圧延直角方向」とは、試験片の長辺方向が圧延直角方向(=圧延平行方向に垂直な方向)であることを示す。
5.結晶粒径
上記熱処理前であって最終冷間圧延前(最終焼鈍後)の各サンプルをSEM(Scanning Electron Microscope)を用いて観察し、JIS H 0501に基づいて平均粒径を求めた。ただし、双晶は、別々の結晶粒とみなして測定を行った。測定領域は、圧延方向に平行な断面の400μm ×400μmとした。
又、表2において、圧延方向から45°の方向のMIT耐折回数を、圧延方向のMIT耐折回数で割った値を異方性の指標とし、同様に、圧延法線方向のMIT耐折回数を、圧延方向のMIT耐折回数で割った値を異方性の指標とした。このとき、各実施例の場合、MIT耐折回数の異方性が0.7〜1.3の範囲にあり、屈曲性の異方性も低下した。屈曲性の異方性が低いと、いずれの方向においてもMIT耐折回数が多くなり、フレキシブルプリント基板の配線の設計自由度が高くなるメリットがある。また、銅箔の圧延方向に対し、配線の方向が適切に設計がされなくても、特定の方向での屈曲性が低下し難くなり、フレキシブルプリント基板の配線の信頼性が向上する。
Claims (7)
- 99.0質量%以上のCu、残部不可避的不純物からなる圧延銅箔であって、
銅箔表面のI(111)/I0(111)、I(200)/I0(200)、I(220)/I0(220)、及び、I(311)/I0(311)の4つの集合度のうち最も高い値をなす最大集合度が5以下、
導電率が75%以上、
さらに、添加元素として、P、Ag、Sb、Be、Zn、In、およびMgからなる群から選ばれる少なくとも1種又は2種以上を合計で0.5質量%以下含有してなるフレキシブルプリント基板用銅箔。 - 前記フレキシブルプリント基板用銅箔から長辺の長さ150mm、短辺の長さ12.7mmの短冊状の試験片を作製し、JIS P 8115に基づいてMIT耐折回数を測定したとき(ただし、折り曲げクランプのRは0.38mm、荷重は250g)、
前記試験片の長辺方向が圧延平行方向の場合の前記MIT耐折回数に対し、前記試験片の長辺方向が圧延平行方向から45°、及び前記試験片の長辺方向が圧延直角方向圧延平行方向の場合のそれぞれ前記MIT耐折回数の各比が0.7〜1.3である請求項1に記載のフレキシブルプリント基板用銅箔。 - JIS−H3100(C1100)に規格するタフピッチ銅又はJIS−H3100(C1020)の無酸素銅からなる請求項1に記載のフレキシブルプリント基板用銅箔。
- 300℃×30min焼鈍(但し、昇温速度100℃/min〜300℃/min)後の前記最大集合度が5以下である請求項1〜3のいずれか一項に記載のフレキシブルプリント基板用銅箔。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載のフレキシブルプリント基板用銅箔と、樹脂層とを積層してなる銅張積層体。
- 請求項5に記載の銅張積層体における前記銅箔に回路を形成してなるフレキシブルプリント基板。
- 請求項6に記載のフレキシブルプリント基板を用いた電子機器。
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