KR102260207B1

KR102260207B1 - 플렉시블 프린트 기판용 구리박, 그것을 사용한 동장 적층체, 플렉시블 프린트 기판 및 전자 기기

Info

Publication number: KR102260207B1
Application number: KR1020190116562A
Authority: KR
Inventors: 신스케 반도
Original assignee: 제이엑스금속주식회사
Priority date: 2018-10-03
Filing date: 2019-09-23
Publication date: 2021-06-03
Also published as: KR20200038410A; CN110996507A; TW202030339A; JP6827022B2; CN110996507B; TWI741365B; JP2020056081A

Abstract

구리박과 수지를 적층할 때의 구리박의 주름을 억제한 플렉시블 프린트 기판용 구리박, 그것을 사용한 동장 적층체, 플렉시블 프린트 기판 및 전자 기기를 제공한다.
Cu를 99.9질량％ 이상, P을 0.0005질량％ 이상 0.0220질량％ 이하 함유하고, 잔부 불가피적 불순물로 이루어지는 구리박이며, 두께 0.018㎜ 이하, 400℃에서 1초간 열처리한 전후의 인장 강도의 저하율이 10％ 이하이고, 열처리 후의 도전율이 80％ IACS 이상, 열처리 전의 인장 강도가 180㎫ 이상 내지 320㎫ 미만인 플렉시블 프린트 기판용 구리박이다.

Description

플렉시블 프린트 기판용 구리박, 그것을 사용한 동장 적층체, 플렉시블 프린트 기판 및 전자 기기 {COPPER FOIL FOR FLEXIBLE PRINTED SUBSTRATE, COPPER-CLAD LAMINATE USING THE SAME, FLEXIBLE PRINTED SUBSTRATE, AND ELECTRONIC EQUIPMENT}

본 발명은 플렉시블 프린트 기판 등의 배선 부재에 사용하기에 적합한 구리박, 그것을 사용한 동장 적층체, 플렉시블 배선판 및 전자 기기에 관한 것이다.

전자 기기의 소형, 박형, 고성능화에 수반하여, 플렉시블 프린트 기판(플렉시블 배선판, 이하, 「FPC」라고 칭함)이 널리 사용되고 있다.

FPC는 구리박과 수지(폴리이미드, 액정 폴리머 등)를 적층한 Copper Clad Laminate(동장 적층체, 이하 CCL이라고 칭함)를 에칭함으로써 배선을 형성하고, 그 위를 커버 레이라고 불리는 수지층에 의해 피복한 것이다.

그런데, 구리박과 수지를 열 압착이나 캐스트법 등으로 적층할 때, 구리박이 가열되어 재결정되고, 연화된다. 그리고, 적층 전후의 구리박의 인장 강도의 차가 커지면, 적층을 행하는 라미네이트 라인 내에서 구리박에 주름이 발생한다는 문제가 있다.

그래서, 최종 냉간 압연 후의 구리박에 70 내지 95℃의 열처리를 가하여 변형 제거를 행하고, 열 압착 시의 열수축을 저감하여 치수 안정성을 향상시킨 기술이 개발되어 있다(특허문헌 1).

일본 특허 공개 제2017-179393호 공보

그러나, 특허문헌 1에 기재된 기술의 경우, 적층 후의 치수 안정성은 개선되기는 하지만, 구리박의 주름의 저감은 불충분했다.

본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이고, 구리박과 수지를 적층할 때의 구리박의 주름을 억제한 플렉시블 프린트 기판용 구리박, 그것을 사용한 동장 적층체, 플렉시블 프린트 기판 및 전자 기기의 제공을 목적으로 한다.

본 발명자들은 다양하게 검토한 결과, 소정의 열처리를 한 전후의 인장 강도의 저하율을 10％ 이하로 함으로써, 구리박과 수지를 적층할 때의 구리박의 주름을 억제할 수 있는 것을 알아냈다.

즉, 본 발명의 플렉시블 프린트 기판용 구리박은, Cu를 99.9질량％ 이상, P을 0.0005질량％ 이상 0.0220질량％ 이하 함유하고, 잔부 불가피적 불순물로 이루어지는 구리박이며, 두께 0.018㎜ 이하, 400℃에서 1초간 열처리한 전후의 인장 강도의 저하율이 10％ 이하이고, 상기 열처리 후의 도전율이 80％ IACS 이상, 상기 열처리 전의 인장 강도가 180㎫ 이상 내지 320㎫ 미만이다.

본 발명의 플렉시블 프린트 기판용 구리박은, JIS-H3100(C1100)로 규격되는 터프 피치 구리 또는 JIS-H3100(C1020)의 무산소 구리로 이루어져도 된다.

본 발명의 동장 적층체는, 상기 플렉시블 프린트 기판용 구리박과, 수지층을 적층하여 이루어진다.

본 발명의 플렉시블 프린트 기판은, 상기 동장 적층체에 있어서의 상기 구리박에 회로를 형성하여 이루어진다.

본 발명의 전자 기기는, 상기 플렉시블 프린트 기판을 사용하여 이루어진다.

본 발명에 따르면, 구리박과 수지를 적층할 때의 구리박의 주름을 억제한 플렉시블 프린트 기판용 구리박이 얻어진다.

이하, 본 발명에 관한 구리박의 실시 형태에 대하여 설명한다. 또한, 본 발명에 있어서 ％는 특별히 정하지 않은 한, 질량％를 나타내는 것으로 한다.

<조성>

본 발명에 관한 구리박은, Cu를 99.9질량％ 이상, P을 0.0005질량％ 이상 0.0220질량％ 이하 함유하고, 잔부 불가피적 불순물로 이루어진다. Cu가 99.96질량％ 이상이면 바람직하다.

첨가 원소로서 P을 함유하면, 후술하는 열처리 후의 인장 강도를 180㎫ 이상으로 유지할 수 있기 때문에, 구리박과 수지를 적층하는 라미네이트 라인 내에서 구리박이 접히기 어려워, 라미네이트 라인 내에서의 구리박의 반송성의 저하 등을 억제할 수 있다.

P의 함유량이 0.0005질량％(5질량ppm) 미만이면, 열처리 후의 인장 강도가 180㎫ 미만으로 저하된다. P의 함유량이 0.0220질량％(220질량ppm)를 초과하면, 도전율이 저하되어, 플렉시블 프린트 기판에 적합하지 않다.

본 발명에 관한 구리박을, JIS-H3100(C1100)로 규격되는 터프 피치 구리(TPC) 또는 JIS-H3100(C1020)의 무산소 구리(OFC)로 이루어지는 조성에, 첨가 원소로서 P을 0.0005질량％ 이상 0.0220질량％ 이하 함유하는 조성으로 해도 된다.

<구리박의 두께>

구리박의 두께를 0.018㎜ 이하로 한다.

구리박의 두께가 0.018㎜보다 크면, 에칭에 의한 회로의 미세화가 곤란해, FPC로서 부적합하다. 구리박의 두께의 하한은 제한되지 않지만, 제조상의 점에서, 예를 들어 0.003㎜가 예시된다.

<열처리 전후의 인장 강도의 저하율>

400℃에서 1초간 열처리한 전후의 구리박의 인장 강도의 저하율이 10％ 이하이다.

구리박과 수지를 열 압착이나 캐스트법 등으로 적층할 때, 구리박이 가열되어 재결정되고, 연화된다. 그리고, 적층 전후의 구리박의 인장 강도의 차가 커지면, 적층 시에 구리박에 주름이 발생한다.

그래서, 상기 열처리한 전후의 구리박의 인장 강도의 저하율을 10％ 이하로 관리하면, 적층 전후의 구리박의 인장 강도의 차가 작아져 적층 시의 구리박의 주름을 억제할 수 있다.

또한, 열처리 조건을, 400℃에서 1초간으로 설정한 이유는, 이하의 롤 to 롤 방식으로 일반적으로 행해지는 라미네이트 중에서 가장 가혹한 조건을 상정하고, 이 조건에서 소기의 성능을 만족시키면, 일반적인 CCL 적층 시의 가열이라면 충분히 간주할 수 있기 때문이다.

또한, 열처리에 의한 구리박 표면의 산화를 방지하기 위해, 열처리의 분위기는 환원성 또는 비산화성의 분위기가 바람직하고, 예를 들어 진공 분위기, 또는 아르곤, 질소, 수소, 일산화탄소 등 혹은 이것들의 혼합 가스로 이루어지는 분위기 등으로 하면 된다. 400℃에 도달할 때까지의 승온 속도는 100 내지 300℃/min 사이이면 된다.

<도전율 및 인장 강도>

상기 열처리 후의 도전율이 80％ IACS 이상이다. 도전율이 80％ IACS 미만이면, 플렉시블 프린트 기판에 적합하지 않다.

상기 열처리 전의 인장 강도가 180㎫ 이상 내지 320㎫ 미만이고, 바람직하게는 210 이상 320㎫ 미만이다.

열처리 전의 인장 강도가 180㎫ 미만이면, 구리박과 수지를 적층할 때에 구리박이 접히기 쉬워진다.

열처리 전의 인장 강도가 320㎫ 이상이면, 열 처리 후에 인장 강도가 대폭으로 저하되어, 인장 강도의 저하율이 10％를 초과한다.

본 발명의 구리박은, 예를 들어 이하와 같이 하여 제조할 수 있다. 먼저, 구리 잉곳에 P을 첨가하여 용해, 주조한 후, 열간 압연하고, 냉간 압연과 어닐링을 행함으로써 박을 제조할 수 있다.

여기서, 예를 들어 (1) 최종 냉간 압연의 가공도 η, (2) 최종 냉간 압연 후의 연화 처리의 조건을 제어함으로써, 열처리 전후의 구리박의 인장 강도의 저하율을 확실하게 10％ 이하로 할 수 있다.

최종 냉간 압연의 가공도 η를 제어함으로써, 변형을 충분히 축적시킬 수 있고, 상기 열처리 후의 인장 강도의 저하를 억제하여, 인장 강도의 저하율을 10％ 이하로 할 수 있다.

최종 냉간 압연의 가공도 η는 구리박의 제조 조건에 의해서도 바뀌고, 한정되지 않지만, 예를 들어 η를 6.0 이상으로 하면 된다.

가공도 η는, 최종 어닐링 전의 냉간 압연 직전의 재료의 두께를 A0, 최종 어닐링 전의 냉간 압연 직후의 재료의 두께를 A1이라고 하고, η＝ln(A0/A1)로 나타낸다.

최종 냉간 압연의 가공도 η가 너무 낮으면, 변형을 최종 냉간 압연 중에 충분히 도입하는 것이 어려워, 상기 열처리 후의 인장 강도가 크게 저하되고, 인장 강도의 저하율이 10％를 초과한다. 가공도 η의 상한은 특별히 제한되지 않지만, 실용상, 7.45 정도이다.

최종 냉간 압연 후의 연화 처리를 행함으로써, 미리 구리박이 가열되어 재결정되고 연화된다. 이에 의해, 구리박과 수지를 적층할 때의 구리박의 연화의 정도가 작아져, 인장 강도의 저하율을 10％ 이하로 할 수 있다.

연화 처리의 온도로서는, 300℃ 이상이 바람직하고, 300℃ 내지 400℃가 보다 바람직하다. 연화 처리의 시간은 수십초 내지 수분이어도 되고, 예를 들어 1 내지 2분으로 하면 바람직하다.

연화 처리의 온도가 너무 낮으면, 구리박의 연화가 충분하지 않아 인장 강도의 저하율을 10％ 이하로 하는 것이 곤란해진다. 연화 처리의 온도가 너무 높으면, 구리박이 너무 연화되어 강도가 저하된다.

연화 처리를 행하는 방법으로서, 전용의 열처리 라인을 마련해도 되지만, 예를 들어 구리박의 표면에 조화 처리 등의 표면 처리를 실시할 때에는, 전처리로서 탈지액으로의 침지 및 그 후의 건조 공정이 있다. 그래서, 이 건조 공정에 있어서의 건조 온도를 300℃ 이상으로 하면, 상기 연화 처리를 탈지 후의 건조 처리와 겸용할 수 있다.

<동장 적층체 및 플렉시블 프린트 기판>

또한, 본 발명의 구리박에, 예를 들어 (1) 수지 전구체(예를 들어, 바니시라고 불리는 폴리이미드 전구체)를 캐스팅하여 열을 가하여 중합시키는 것, (2) 베이스 필름과 동종의 열가소성 접착제를 사용하여 베이스 필름을 본 발명의 구리박에 라미네이트함으로써, 구리박과 수지 기재의 2층으로 이루어지는 동장 적층체(CCL)가 얻어진다. 또한, 본 발명의 구리박에 접착제를 도착한 베이스 필름을 라미네이트함으로써, 구리박과 수지 기재와 그 사이의 접착층의 3층으로 이루어지는 동장 적층체(CCL)가 얻어진다. 이들 CCL 제조 시에 구리박이 열처리되어 재결정화된다.

이것들에 포토리소그래피 기술을 사용하여 회로를 형성하고, 필요에 따라 회로에 도금을 실시하고, 커버레이 필름을 라미네이트함으로써 플렉시블 프린트 기판(플렉시블 배선판)이 얻어진다.

따라서, 본 발명의 동장 적층체는 구리박과 수지층을 적층하여 이루어진다. 또한, 본 발명의 플렉시블 프린트 기판은 동장 적층체의 구리박에 회로를 형성하여 이루어진다.

수지층으로서는, PET(폴리에틸렌테레프탈레이트), PI(폴리이미드), LCP(액정 폴리머), PEN(폴리에틸렌나프탈레이트)을 들 수 있지만 이것에 한정되지 않는다. 또한, 수지층으로서, 이것들의 수지 필름을 사용해도 된다.

수지층과 구리박의 적층 방법으로서는, 구리박의 표면에 수지층으로 되는 재료를 도포하여 가열 성막해도 된다. 또한, 수지층으로서 수지 필름을 사용하고, 수지 필름과 구리박 사이에 이하의 접착제를 사용해도 되고, 접착제를 사용하지 않고 수지 필름을 구리박에 열 압착해도 된다. 단, 수지 필름에 여분의 열을 가하지 않는다는 점에서는, 접착제를 사용하는 것이 바람직하다.

수지층으로서 필름을 사용한 경우, 이 필름을, 접착제층을 통해 구리박에 적층하면 된다. 이 경우, 필름과 동 성분의 접착제를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 수지층으로서 폴리이미드 필름을 사용하는 경우는, 접착제층도 폴리이미드계 접착제를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 여기서 말하는 폴리이미드 접착제란 이미드 결합을 포함하는 접착제를 가리키고, 폴리에테르이미드 등도 포함한다.

또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명의 작용 효과를 발휘하는 한, 상기 실시 형태에 있어서의 구리 합금이 그 밖의 성분을 함유해도 된다.

예를 들어, 구리박의 표면에, 조화 처리, 방청 처리, 내열 처리, 또는 이것들의 조합에 의한 표면 처리를 실시해도 된다.

[실시예 1]

이어서, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이것들에 한정되는 것은 아니다. 전기 구리에, P을 첨가하여 표 1에 나타내는 조성으로 하고, Ar 분위기에서 주조하여 주괴를 얻었다. 주괴 중의 산소 함유량은 15ppm 미만이었다. 이 주괴를 900℃에서 균질화 어닐링 후, 열간 압연과 냉간 압연을 행한 후에 중간 어닐링을 행하였다.

그 후, 표면에 발생한 산화 스케일을 제거하고, 표 1에 나타내는 가공도 η로 최종 냉간 압연을 하여 목적으로 하는 최종 두께의 박을 얻었다. 얻어진 박을 탈지 액조에 통박하여 탈지를 행한 후, 표 1에 나타내는 온도에서 건조하고, 조화 처리 및 방청 처리를 행하였다. 또한, 탈지 건조조를 통박하는 시간은 1분이었다.

<구리박 샘플의 평가>

1. 도전율

상기 탈지 건조조 통과 후의 각 구리박 샘플에 대하여, JIS H 0505에 기초하여 4단자법에 의해, 25℃의 도전율(％IACS)을 측정했다.

도전율이 80％ IACS 이상이라면 도전성이 양호하다.

2. 인장 강도

상기 탈지 건조조 통과 후의 각 구리박 샘플에 대하여, 열처리(400℃×1초) 전후의 구리박의 인장 강도를, IPC-TM650에 준거한 인장 시험에 의해, 시험편 폭 12.7㎜, 실온(15 내지 35℃), 인장 속도 50.8㎜/min, 게이지 길이 50㎜로, 구리박의 압연 방향(또는 MD 방향)과 평행한 방향으로 인장 시험하여 측정했다.

3. 적층 시의 주름의 유무

롤 to 롤식(롤상의 구리박과, 롤상의 수지 필름을 적층한 후, 다시 롤에 권취함)의 라미네이트 장치를 사용하여, 라미네이트 후의 동장 적층체의 주름의 발생의 유무를 판정했다.

주름의 확인은 형상 해석 레이저 현미경(키엔스사제, 제품명: VK-X1000)을 사용하여, 동장 적층체의 구리박측의 표면의 요철 차가 3㎛ 이상인 경우에, 주름의 발생 있음으로 판정했다.

요철 차는, ISO-25178에 규정되는 최대 높이 Sz로부터, ISO-25178에 규정되는 산술 평균 높이 Sa를 뺀 값(Sz－Sa)이다.

얻어진 결과를 표 1에 나타낸다.

표 1로부터 명확해진 바와 같이, 소정량의 P을 함유하고, 열처리한 전후의 인장 강도의 저하율이 10％ 이하인 각 실시예의 경우, 동장 적층체에 적층한 때에 구리박에 주름이 발생하지 않았다.

또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 에칭 시간과 결정립계의 합계 길이 사이에 거의 선형의 상관이 보여졌다.

한편, 열처리한 전후의 인장 강도의 저하율이 10％를 초과한 비교예 1 내지 4, 6, 8의 경우, 동장 적층체에 적층한 때에 구리박에 주름이 발생했다.

또한, 비교예 1 내지 3은 최종 냉간 압연 후의 탈지 건조조에서의 건조 온도가 300℃ 미만이기 때문에, 열처리 전의 인장 강도가 320㎫ 이상으로 되고, 열처리 후의 인장 강도와의 차가 너무 커져, 인장 강도의 저하율이 10％를 초과했다.

비교예 4는 P을 함유하지 않고, 최종 냉간 압연 후의 탈지 건조조에서의 건조 온도가 300℃ 미만이기 때문에, 열처리 후의 인장 강도가 180㎫ 미만으로 대폭으로 저하되고, 인장 강도의 저하율이 10％를 초과했다.

비교예 6은 P을 함유하지 않고, 최종 냉간 압연 후의 탈지 건조조에서의 건조 온도가 300℃ 미만이기 때문에, 열처리 전의 인장 강도가 320㎫ 이상으로 되고, 열처리 후의 인장 강도와의 차가 너무 커져, 인장 강도의 저하율이 10％를 초과했다. 여기서, 비교예 6은 탈지 건조조의 통박 시간을 24시간으로 하고, 특허문헌 1과 동일한 조건으로서 저온 장시간의 연화 처리를 행하였다.

비교예 8은 최종 냉간 압연의 가공도 η가 6.0 미만이기 때문에, 변형이 충분히 축적되지 않고, 상기 열처리 전후의 인장 강도의 저하 정도가 커지고, 인장 강도의 저하율이 10％를 초과했다.

P을 함유하지 않고, 최종 냉간 압연 후의 탈지 건조조에서의 건조 온도가 300℃ 미만인 비교예 5의 경우, 구리박이 너무 연화되어 열처리 후의 인장 강도가 180㎫ 미만으로 대폭으로 저하되고, 핸들링성이 열화되어 동장 적층체를 제조할 수 없었다.

최종 냉간 압연 후의 탈지 건조조에서의 건조 온도가 400℃를 초과한 비교예 7의 경우, 열처리 후의 인장 강도가 180㎫ 미만으로 대폭으로 저하되고, 핸들링성이 열화되어 동장 적층체를 제조할 수 없었다.

Claims

Cu를 99.9질량％ 이상, P을 0.0005질량％ 이상 0.0220질량％ 이하 함유하고, 잔부 불가피적 불순물로 이루어지는 구리박이며,
두께 0.018㎜ 이하,
400℃에서 1초간 열처리한 전후의 인장 강도의 저하율이 10％ 이하이고,
상기 열처리 후의 도전율이 80％ IACS 이상,
상기 열처리 전의 인장 강도가 180㎫ 이상 내지 320㎫ 미만인, 플렉시블 프린트 기판용 구리박.
제1항에 있어서, JIS-H3100(C1100)로 규격되는 터프 피치 구리, 또는 JIS-H3100(C1020)로 규격되는 무산소 구리에, P을 0.0005질량％ 이상 0.0220질량％ 이하 함유하여 이루어지는, 플렉시블 프린트 기판용 구리박.
제1항 또는 제2항에 기재된 플렉시블 프린트 기판용 구리박과, 수지층을 적층하여 이루어지는, 동장 적층체.
제3항에 기재된 동장 적층체에 있어서의 상기 구리박에 회로를 형성하여 이루어지는, 플렉시블 프린트 기판.
제4항에 기재된 플렉시블 프린트 기판을 사용한, 전자 기기.