JP6663769B2

JP6663769B2 - 圧延銅箔、銅張積層板、並びにフレキシブルプリント基板及び電子機器

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Publication number: JP6663769B2
Application number: JP2016063237A
Authority: JP
Inventors: 達也山路
Original assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Current assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Priority date: 2016-03-28
Filing date: 2016-03-28
Publication date: 2020-03-13
Anticipated expiration: 2036-03-28
Also published as: JP2017179393A

Description

本発明は、ラミネート方式およびキャスト方式で製造される銅張積層板に好適に用いられる圧延銅箔、それを用いた銅張積層板、並びにフレキシブルプリント基板及び電子機器に関する。

これまで、回路形成した基板と基板、又は基板とフレキシブルプリント基板とを接合する方法として、はんだやコネクターが使われてきた。ノートＰＣ、ＡＶ機器、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、デジタルカメラ等の小型化、薄型化と共に高機能化が進むにつれて基板やフレキシブルプリント基板（又はフレキシブルプリント基板；以下、ＦＰＣと表記）の接合部にも小スペースでかつ厚みの薄い接合方法が求められるようになった。
近年、こうした要求から、リジット基板とフレキシブルプリント基板、または、フレキシブルプリント基板とフレキシブルプリント基板との接合方法として、３〜５μｍ程度の導電粒子を含んだ異方導電フィルム（以下、ＡＣＦ：Anisotropic Comductive Filmと表記）を熱圧着により一括接合（以下、ＡＣＦ接合と表記）し、接合部の薄型化を可能とする技術が開発された。

一方、電子機器の高機能化にともない、接合する基板やフレキシブルプリント基板についてもファインピッチ化と薄型化が進んでいる。
ファインピッチ化においては、配線の幅（ライン：Ｌ）と配線の間（スペース：Ｓ、以降、Ｌ／Ｓと表記）が狭くなり、現在主流となっているＬ／Ｓ＝４０μｍ／４０μｍから何れＬ／Ｓ＝２０μｍ／２０μｍに向かうとされている。

そして、図１（ａ）に示すように、ＡＣＦ接合では、各ＦＰＣ３０の向かい合う銅箔の回路配線が上下対称の位置となるよう、各ＦＰＣ３０の位置合わせマークＭを合わせ、ＡＣＦ２０を介して接合することで、向かい合う配線の間に導電粒子２０ｐが確実に配置され、安定した導通が得られる。このようなことから、基板やフレキシブルプリント基板の回路寸法には高い精度が必要となる。
そして、フレキシブルプリント基板の銅張積層板（以下、ＣＣＬと表記）の製造前に予め銅箔を再結晶させておくことで、銅箔に収縮が生じず寸法安定性に優れた配線ピンチが得られる技術が知られている（特許文献１）。

特開２００５−１３８３１０号公報

上述のように、ＡＣＦ接合では、接合し合う回路が上下対称の位置で接合することが理想的であり、そのためには各回路が同一の寸法（Ｌ／Ｓ）であることが好ましい。ところが、図１（ｂ）に示すように、各ＦＰＣ３０の配線のＬ／Ｓが異なる場合、位置合わせマークＭに近い配線はほぼ上下対称な位置で接合されるが、位置合わせマークＭから離れるにつれて上下の配線間のズレが大きくなる、この場合、配線がズレた接合部には導電粒子２０ｐが十分に介在せず、通電不良が発生することになる。

したがって、本発明は上記の課題を解決するためのものであり、ＣＣＬから不要な銅部分をエッチングで除去したフレキシブル配線形成後の寸法変化が小さく、かつ寸法変化の異方性が小さい圧延銅箔の提供を目的とする。

本発明者らは、厚みが薄い圧延銅箔を樹脂層と積層してフレキシブルプリント基板を製造した際、寸法安定性が低い原因が、ＣＣＬを製造した時の銅箔の収縮応力によるものと考えた。
一般に銅箔は再結晶前後で寸法が変化する。そのため、銅箔の寸法変化率が大きいと、ＣＣＬ製造後に銅箔が冷やされて収縮し、銅箔と積層された樹脂に収縮応力がかかって変形した状態となる。
その後、配線形成のためにＣＣＬ中の銅箔をエッチングで除去すると、樹脂に加わっていた収縮応力が除かれて樹脂が元の寸法に戻ろうとする。例えば銅箔のエッチング時の銅箔の配線幅（寸法）を４０μｍとしても、エッチング後に樹脂が元の寸法に広がった際に配線幅が４０μｍより大きくなるので、フレキシブルプリント基板の寸法安定性が低下し、狙った形状や寸法の配線に形成するのが困難になる場合がある。
そこで、本発明者らは、予め最終冷間圧延後の銅箔を熱処理することで、ＣＣＬ製造時の銅箔の収縮応力を小さくすることを見い出した。そして、最終冷間圧延後に熱処理した銅箔の熱伸縮率で規定した。

すなわち、本発明の圧延銅箔は、質量率で９９．９０％以上の銅を含み、厚み１２μｍ以下であって、引張強さが圧延平行方向及び圧延直角方向のいずれも３７０ＭＰａ以上、２００℃で３０分熱処理後の熱伸縮率が圧延平行方向及び圧延直角方向のいずれも０〜−０．０１０％である。

本発明の圧延銅箔において、質量率で銅を９９．９０〜９９．９９９％、酸素を０〜５００質量ｐｐｍの範囲で含有することが好ましい。
本発明の圧延銅箔は、ＪＩＳ−Ｈ３１００（Ｃ１１００）に規格するタフピッチ銅若しくはＪＩＳ−Ｈ３１００（Ｃ１０２０）に規格する無酸素銅、又は前記タフピッチ銅若しくは前記無酸素銅にＡｇ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｐ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｔｅ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｖ、及びＢからなる群から選択される１種以上の元素を１〜３００質量ｐｐｍを含有してなることが好ましい。
本発明の圧延銅箔において、厚みが５〜９μｍであることが好ましい。

本発明の銅張積層板は、前記の圧延銅箔と、樹脂層とで構成される。

本発明のフレキシブルプリント基板は、前記銅張積層板を用い、前記圧延銅箔に回路を形成してなる。

本発明の電子機器は、前記フレキシブルプリント基板を用いてなる。

本発明によれば、エッチング後の寸法変化が発生し難い圧延銅箔を得ることができる。

＜熱伸縮率＞
ＡＣＦ接合による通電状態を示す模式図である。熱伸縮率の測定に用いる試験片の寸法を示す図である。通電不良の試験に用いるリジット基板とフレキシブルプリント基板の接合体を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る圧延銅箔について説明する。なお、本発明において％とは、特に断らない限り、質量％を示すものとする。本発明の実施形態に係る圧延銅箔は、樹脂フィルム等の樹脂層とラミネート処理されて製造されるＣＣＬから不要な銅部分をエッチングで除去したフレキシブルプリント基板に有用である。

＜組成＞
圧延銅箔は質量率で９９．９０％以上の銅を含む。このような組成としては、ＪＩＳ-Ｈ３１００（Ｃ１１００）に規格されるタフピッチ銅、又はＪＩＳ- Ｈ３１００ (Ｃ１０２０)に規格される無酸素銅が挙げられる。圧延銅箔が質量率で銅を９９．９０〜９９．９９９％、酸素を０〜５００質量ｐｐｍの範囲で含有すると好ましい。
さらに、上記したタフピッチ銅又は無酸素銅に対し、Ａｇ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｐ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｔｅ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｖ、及びＢからなる群から選択される１種以上の元素を１〜３００質量ｐｐｍ含有してもよい。上記元素の合計量が１質量ｐｐｍ未満であると、添加量が少なすぎて屈曲性の向上効果が十分でなく、上記元素の合計量が３００質量ｐｐｍを超えると銅箔が固くなり屈曲性が低下することがある。

＜厚み＞
銅箔の厚みは１２μｍ以下とする。銅箔の厚みが１２μｍを超えるとファインピッチ化、多ピン化等を実現することが困難である。銅箔の厚みが５〜９μｍであることが好ましい。厚みが５μｍ未満であると銅箔のハンドリング性が劣る場合がある。

本発明の圧延銅箔は、通常、熱間圧延及び面削後、冷間圧延と焼鈍を数回（通常、２回程度）繰り返し、次いで最終再結晶焼鈍した後、最終冷間圧延して所望の箔厚に製造し銅箔を脱脂した後に後述する熱処理を施す。さらに、樹脂層との密着性を確保するために片面(樹脂層との積層面)に粗化処理した後、防錆処理を行い銅張積層板に使用することができる。
なお、最終冷間圧延工程における加工度が高いほど、歪取焼鈍が軽くて済むが、個々の再結晶粒が大きくなりやすい。結晶粒が大きくなるとは、材料中の結晶粒の数が少なくなることであり、材料の熱伸縮が大きくなる。また、加工度を低くし過ぎると、ＣＣＬ製造時に銅箔が再結晶せず、高い屈曲性が得られないことになる。この観点から、最終冷間圧延工程における加工度は、通常９５％以上９９.９％以下、好ましくは９６％以上９９％以下である。

＜熱伸縮率＞
最終冷間圧延後の銅箔に熱処理を加えることで、銅箔の収縮応力を小さくし、２００℃で３０分熱処理後の熱伸縮率が圧延平行方向及び圧延直角方向のいずれも０〜−０．０１０％となる。なお、２００℃で３０分熱処理（大気雰囲気下）は、ＣＣＬ積層時の熱処理を模している。
上記熱処理の温度と時間が不足すると、銅箔の収縮応力を小さくする効果が得られず、熱伸縮率が−０．０１０未満（例えば、−０．０２０）となる。つまり、熱伸縮率の絶対値が＋０．０１０％を超える。なお、銅箔に熱処理を加えるとその時点で膨張し、その後に冷やされて収縮するので、熱伸縮率が０％よりも大きくなる（つまり正となる）ことはない。
上記熱処理が過度であると、銅箔が柔らかくなり過ぎて強度が低下し、樹脂と貼合せた際にオレやシワが入り易くなりＣＣＬ製造が困難になる。

上記した熱処理を、７０〜９５℃で１２〜４８時間施すことが好ましい。熱処理を７０℃未満又は１２時間未満とすると、圧延組織中に｛１００｝結晶粒が十分に存在せず、銅箔を柔らかくする効果が低減する。熱処理を、９５℃を超え、又は４８時間を超えて行うと、銅箔が軟化して強度が低下し、ラミネート処理自体が困難になる。熱処理を８０〜９０℃で２０〜３０時間施すことが更に好ましい。

本発明の銅張積層板は、樹脂層の両面又は片面に、上記した特性を有する圧延銅箔をラミネート処理してなる。樹脂層はプリント配線板等に適用可能な特性を有するものであれば特に制限を受けないが、例えば、ＦＰＣ用にポリエステルフィルムやポリイミドフィルム、液晶ポリマー（ＬＣＰ）フィルム、テフロン（登録商標）フィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム等を使用する事ができる。
樹脂層自体が多層でもよい。又、リジッドＰＷＢ用に紙基材フェノール樹脂、紙基材エポキシ樹脂、合成繊維布基材エポキシ樹脂、ガラス布・紙複合基材エポキシ樹脂、ガラス布・ガラス不織布複合基材エポキシ樹脂及びガラス布基材エポキシ樹脂等を使用することができる。

圧延銅箔と樹脂との積層方法は、リジッドＰＷＢ用の場合、ガラス布などの基材に樹脂を含浸させ、樹脂を半硬化状態まで硬化させたプリプレグを用意し、銅箔をプリプレグに重ねて加熱加圧させる方法が挙げられる。ＦＰＣの場合、ポリイミドフィルム等の樹脂層に接着剤を介して銅箔を接着し、又は、接着剤を使用せずに高温高圧下で銅箔を積層接着して銅張積層板を製造することができる。
例えばラミネート処理の条件としては、特開２０１１−１４８１９２号公報に記載されているように、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や、銅箔に液体状の樹脂を塗布して銅箔上で乾燥させるキャスト法と呼ばれる方法によって製造することができる。これらの方法で得られたフレキシブル銅張積層板は二層フレキシブル銅張積層板と呼ばれている。又、エポキシ系などの接着剤で圧延銅箔とポリイミドフィルムを接着した三層フレキシブル銅張積層板としてもよい。
樹脂（層）の厚みは特に制限を受けるものではないが、一般的に９〜５０μｍ程度のものが用いられる。又、樹脂の厚みが５０μｍ以上の厚いものも使用される場合がある。樹脂の厚みの上限は特に制限されないが、例えば１５０μｍである。

本発明の銅張積層板は各種のフレキシブルプリント基板（プリント配線板（ＰＷＢ））に使用可能である。プリント配線板としては、特に制限されるものではないが、例えば、導体パターンの層数の観点からは片面ＰＷＢ、両面ＰＷＢ、多層ＰＷＢ（３層以上）に適用可能であり；絶縁基板材料の種類の観点からはリジッドＰＷＢ、フレキシブルＰＷＢ（ＦＰＣ）、リジッド・フレックスＰＷＢに適用可能である。

＜圧延銅箔の製造＞
表１に示す組成の元素を添加したタフピッチ銅又は無酸素銅を原料として厚さ100ｍｍのインゴットを鋳造し、800℃以上で厚さ10ｍｍまで熱間圧延を行い、表面の酸化スケールを面削した。その後、冷間圧延と焼鈍とを繰り返し、0.5mmの厚みの圧延板コイルを得た後に熱処理を行って表１の加工度で最終冷間圧延を行い、表１に示す厚みに仕上げた。その後、表１に示す条件で熱処理を行った。
なお、実際の熱処理では、昇温過程から均熱過程へ移行する際に、均熱温度として設定された温度より高くなるオーバーシュートや、均熱温度の上下に温度が変化するハンチングといった現象により、温度変化することがある。これらの現象は起きない方が望ましいが、生産効率を向上させるために昇温速度を早くしたり、熱処理する銅箔の重量が増えると起きやすい。
そこで、表１の熱処理温度は、設定温度である均熱温度を表し、オーバーシュートまたはハンチングしたときの温度と均熱温度との差が、均熱温度の１２％以下となるように温度管理を行って実験した。
又、表１の熱処理時間は、均熱温度で加熱される設定時間を表し、上述のオーバーシュートまたはハンチングした時間の積算時間が、設定時間の１０％以下になるように温度管理を行って実験した。
たとえば、実施例２（均熱温度が８０℃、設定時間が２４時間）の熱処理では、オーバーシュートまたはハンチングする温度が８９．６℃以下、オーバーシュートまたはハンチングする時間の積算時間が２．４時間以下になるように温度管理した。
なお、表１の組成の欄の「OFC+ 300ppmSn」は、ＪＩＳ- Ｈ３１００ (Ｃ１０２０)の無酸素銅OFCに300質量ppmのSnを添加したことを意味する。又、「TPC+190ppmAg」は、ＪＩＳ-Ｈ３１００（Ｃ１１００）のタフピッチ銅（TPC）に190質量ppmのAgを添加したことを意味する。他の添加量の場合も同様である。

＜引張強度＞
引張試験機により、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に従い、試験片幅１２．７ｍｍ、室温（１５〜３５℃）、引張速度５０mm/min、ゲージ長さ（標点間距離）５０mmで、銅箔の圧延方向と平行な方向（ＭＤ）及び垂直な方向（ＴＤ）に引張試験した。
＜熱伸縮率＞
熱伸縮率は、表１の熱処理をして得られた銅箔から図２に示す短冊状（それぞれ長手方向が圧延方向、又は圧延直角方向）の試験片を作成し、下記の計算式で算出した。なお、初期の標点間距離Ｌ０とし、試験片に２００℃×３０分の再結晶焼鈍熱処理を行った後の標点間距離Ｌとする。
熱伸縮率（％）＝｛（Ｌ−Ｌ０）/Ｌ０｝×１００

＜通電不良の有無＞
図３に示すリジット基板１０とフレキシブルプリント基板３０をＡＣＦ２０で接合した接合体を作成した。
リジット基板１０は、ポリイミド基板１０ｂ（厚さ１．６ｍｍの片面基板）に市販のタフピッチ銅箔１０ａを積層してなり、銅箔１０ａ部分にＬ／Ｓ＝３０μｍ／３０μｍ（回路幅Ｌ／回路間隔Ｓ）の配線を形成した。
フレキシブルプリント基板３０は、各実施例及び比較例の銅箔３０ａを、樹脂３０ｂ（ニッカン工業社製、製品名ニカフレックス、厚み２５μｍ）と貼り合わせ、１６０℃×３０秒、２〜４ＭＰａで熱圧着してＣＣＬを製造し、このＣＣＬにＬ／Ｓ＝３０μｍ／３０μｍの配線を形成した。
そして、図３に示すように、リジット基板とフレキシブルプリント基板の各配線が合うようにしてＡＣＦ２０（デクセリアルズ社製、製品名ＣＰ８５０ＣＧ−３５ＡＪ）を介して上下に重ね、接合した。
接合後のリジット基板１０とフレキシブルプリント基板３０の間に通電し、電気抵抗を測定して短絡の有無により通電不良を評価した。電気抵抗はキーエンス社製のマルチレコーダを用いて測定し、電気抵抗が無限大となった場合、つまり短絡した場合を通電不良とした。
○：通電不良が無かった
×：通電不良が有った

得られた結果を表１に示す。

表１から明らかなように、熱伸縮率が０〜−０．０１０％の各実施例の場合、ＡＣＦ接合部での通電不良が発生しなかった。

最終冷間圧延後に熱処理をしなかった比較例１〜１０、及び熱処理が不十分な比較例１１，１２の場合、熱伸縮率が−０．０１０％未満となり、ＡＣＦ接合部で通電不良が発生した。
最終冷間圧延後の熱処理が過度となった比較例１３、１４の場合、引張強度が４００ＭＰａ未満に低下し、ＣＣＬ製造時に銅箔にオレやシワが生じ、ＣＣＬを製造できなかった。このため、通電不良の評価ができなかった。

Claims

質量率で９９．９０％以上の銅を含み、厚み１２μｍ以下であって、引張強さが圧延平行方向及び圧延直角方向のいずれも３７０ＭＰａ以上、２００℃で３０分熱処理後の熱伸縮率が圧延平行方向及び圧延直角方向のいずれも０〜−０．０１０％である圧延銅箔。
質量率で銅を９９．９０〜９９．９９９％、酸素を０〜５００質量ｐｐｍの範囲で含有する請求項１に記載の圧延銅箔。
ＪＩＳ−Ｈ３１００（Ｃ１１００）に規格するタフピッチ銅若しくはＪＩＳ−Ｈ３１００（Ｃ１０２０）に規格する無酸素銅、又は前記タフピッチ銅若しくは前記無酸素銅にＡｇ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｐ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｔｅ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｖ、及びＢからなる群から選択される１種以上の元素を１〜３００質量ｐｐｍを含有してなる請求項１又は２に記載の圧延銅箔。
厚みが５〜９μｍである請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧延銅箔。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧延銅箔と、樹脂層とを積層して構成される銅張積層板。
請求項５に記載の銅張積層板を用い、前記圧延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。