TW201734220A - 可撓性印刷基板用銅箔、使用其之覆銅積層體、可撓性印刷基板及電子機器 - Google Patents

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Abstract

提供一種彎折性及蝕刻性優異之可撓性印刷基板用銅箔。一種可撓性印刷基板用銅箔，係由99.0質量%以上之Cu、剩餘部分為不可避免之雜質構成之銅箔，平均結晶粒徑為0.5~4.0μm，且拉伸強度為235~290MPa。

Description

可撓性印刷基板用銅箔、使用其之覆銅積層體、可撓性印刷基板及電子機器
本發明係關於一種用於可撓性印刷基板等配線構件之較佳之銅箔、使用其之覆銅積層體、可撓性配線板及電子機器。
可撓性印刷基板(可撓性配線板，以下稱為「FPC」)因具有可撓性而被廣泛地用於電子電路之彎折部或可動部。例如，於HDD或DVD及CD-ROM等碟片相關機器之可動部、或摺疊式行動電話機之彎折部等使用FPC。
FPC係藉由對由銅箔與樹脂積層而成之Copper Clad Laminate(覆銅積層體，以下稱為CCL)進行蝕刻而形成配線，且其上由被稱為覆蓋層(cover lay)之樹脂層被覆而成者。於積層覆蓋層之前階段，作為用以提高銅箔與覆蓋層之密接性之表面改質步驟之一部分，進行銅箔表面之蝕刻。又，為降低銅箔之厚度而使撓曲性提高，亦有進行減厚蝕刻之情形。
此外，伴隨電子機器之小型、薄型、高性能化，要求將FPC以高密度構裝於該等機器之內部，但為了進行高密度構裝，需要將FPC彎折而收容於小型化機器之內部亦即高的彎折性。
另一方面，已開發出改善了以IPC撓曲性為代表之高週期撓曲性之銅箔(專利文獻1、2)。
[專利文獻1]日本專利特開2010-100887號公報
[專利文獻2]日本專利特開2009-111203號公報
然而，如上所述為以高密度構裝FPC，需要提高以MIT耐折性為代表之彎折性，就習知之銅箔而言，存在彎折性之改善稱不上充分之問題。
又，伴隨電子機器之小型、薄型、高性能化，FPC之電路寬度、間隙寬度均微細化至20~30μm左右，藉由蝕刻而形成電路時有蝕刻因子或電路直線性易劣化之問題，亦要求解決此問題。
本發明係為解決上述課題而完成者，其目的在於提供一種彎折性及蝕刻性優異之可撓性印刷基板用銅箔、使用其之覆銅積層體、可撓性印刷基板及電子機器。
本發明人等進行各種研究後之結果發現，藉由將銅箔再結晶後之晶粒微細化而可提高強度從而使彎折性提高。其原因在於，根據霍爾-貝曲(Hall-Petch)公式，使晶粒越微細化則強度越高，彎折性亦越高。但是，若使晶粒過度微細化，則強度會變得過高而使抗撓剛度變大，回彈(spring back)變大從而不適合可撓性印刷基板用途。因此，亦規定結晶粒徑之範圍。
又，藉由將結晶粒徑微細化至近年來FPC之20~30μm左右之電路寬度之約1/10左右，亦可改善藉由蝕刻形成電路時之蝕刻因子或電路直線性。
即，本發明之可撓性印刷基板用銅箔係由99.0質量%以上之Cu、剩餘部分為不可避免之雜質構成之銅箔，平均結晶粒徑為0.5~4.0μm，且拉伸強度為235~290MPa。
本發明之可撓性印刷基板用銅箔較佳由符合JIS-H3100(C1100)規格之精銅或JIS-H3100(C1011)之無氧銅構成。
進而，較佳為含有合計為0.003~0.825質量%之選自P、Ti、Sn、Ni、Be、Zn、In及Mg之群中之1種以上的添加元素。
較佳於300℃進行30分鐘之熱處理後之上述平均結晶粒徑為0.5~4.0μm，且上述拉伸強度為235~290MPa。
較佳將厚度25μm之聚醯亞胺樹脂膜積層於上述銅箔之單面而成之覆銅積層體以彎曲半徑0.05mm且以上述銅箔成為外側之方式進行180度密接彎曲，然後使彎折部恢復至0度，重複此試驗3次之後，以200倍觀察上述銅箔時，未目視辨認到龜裂。
本發明之覆銅積層體係將上述可撓性印刷基板用銅箔與樹脂層積層而成。
本發明之可撓性印刷基板係使用上述覆銅積層體於上述銅箔上形成電路而成。
較佳為上述電路之L/S為40/40~15/15(μm/μm)。再者，所謂電路之L/S(線與間隙)係構成電路之配線之寬度(L：線)、與相鄰之配線之間隔(S： 間隙)之比。L採用電路中之L的最小值，S採用電路中之S的最小值。
再者，L及S只要為15~40μm即可，兩者不必為相同之值。例如，亦可取L/S=20.5/35、35/17等值。
本發明之電子機器係使用上述可撓性印刷基板而成。
根據本發明，可獲得彎折性及蝕刻性優異之可撓性印刷基板用銅箔。
10‧‧‧壓縮試驗機
10a‧‧‧下模
10b‧‧‧上模
20‧‧‧板
30‧‧‧CCL樣品
30s‧‧‧彎折前端部
圖1係表示CCL之彎折性試驗方法之圖。
以下，對本發明之銅箔之實施形態進行說明。再者，本發明中之%只要未特別說明，則表示質量%。
<組成>
本發明之銅箔係由99.0質量%以上之Cu、剩餘部分為不可避免之雜質構成。
如上所述，於本發明中藉由將銅箔再結晶後之晶粒微細化而提高強度從而使彎折性提高。
但是，於上述純銅系之組成之情形時，晶粒之微細化困難，故於冷軋時之初期僅進行一次再結晶退火，以後不進行再結晶退火，以此藉由冷軋而大量地導入加工應變，使動態再結晶產生，從而可實現晶粒之微細化。
又，為使冷軋中之加工應變增大，作為最終冷軋(於反覆進行退火與軋製之所有步驟中，於最後之退火後進行之精軋)之加工度，較佳為η=ln(最終冷軋前之板厚/最終冷軋後之板厚)=3.5~7.5。
於η未達3.5之情形時，加工時之應變之累積較小，再結晶粒之核變少，故有再結晶粒變粗大之傾向。於η大於7.5之情形時，應變過剩地累積而成為晶粒成長之驅動力，有晶粒變粗大之傾向。更佳為η=5.5~7.5。
又，作為使晶粒微細化之添加元素，若相對於上述組成含有合計為0.003~0.825質量%之選自P、Ti、Sn、Ni、Be、Zn、In及Mg之群中之1種以上之添加元素，則可更容易地實現晶粒之微細化。該等添加元素於冷軋時使位錯密度增加，故可更容易地實現晶粒之微細化。又，若於冷軋時之初期僅進行一次再結晶退火，以後不進行再結晶退火，則藉由冷軋而大量地導入加工應變，使動態再結晶產生，從而可更確實地實現晶粒之微細化。
若上述添加元素之合計含量未達0.003質量%，則晶粒之微細化變得困難，若超過0.825質量%，則導電率降低。又，有如下情形，即，再結晶溫度上升而與樹脂積層時不會再結晶，強度變得過高從而導致銅箔及CCL之彎折性變差。
再者，作為使銅箔再結晶後之晶粒微細化的方法，除增加添加元素之方法外，可舉出進行聚合軋製之方法、利用電解銅箔進行電沈積時使用脈衝電流之方法、或利用電解銅箔向電解液中適量添加硫脲或膠等之方法。
亦可將本發明之銅箔設為由符合JIS-H3100(C1100)規格之 精銅(TPC)或JIS-H3100(C1011)之無氧銅(OFC)構成之組成。
又，對於上述TPC或OFC，亦可設為使之含有上述添加元素而成之組成。
<平均結晶粒徑>
銅箔之平均結晶粒徑為0.5~4.0μm。若平均結晶粒徑未達0.5μm，則強度變得過高，抗撓剛度變大，回彈變大而不適合可撓性印刷基板用途。若平均結晶粒徑超過4.0μm，則無法實現晶粒之微細化，難以提高強度而使彎折性提高，並且蝕刻因子或電路直線性變差而導致蝕刻性降低。
為避免誤差，平均結晶粒徑之測定係對箔表面以100μm×100μm之視野觀察3視野以上而進行。箔表面之觀察可使用SIM(Scanning Ion Microscope)或SEM(Scanning Electron Microscope)，根據JIS H 0501而求出平均結晶粒徑。
但是，雙晶係視為個別之晶粒而測定。
<拉伸強度(TS)>
銅箔之拉伸強度為235~290MPa。如上所述，藉由將晶粒微細化而使拉伸強度提高。若拉伸強度未達235MPa，則難以提高強度而使彎折性提高。若拉伸強度超過290MPa，則強度會變得過高而使抗撓剛度過大，回彈變大從而不適合可撓性印刷基板用途。
拉伸強度係藉由依據IPC-TM650之拉伸試驗，以試驗片寬度12.7mm、室溫(15~35℃)、拉伸速度50.8mm/min、及量規長度50mm，於與銅箔之軋製方向(或MD方向)平行之方向進行拉伸試驗。
<300℃ 30分鐘之熱處理>
將銅箔於300℃進行30分鐘之熱處理後之平均結晶粒徑可為0.5~4.0μm，且拉伸強度可為235~290MPa。
本發明之銅箔用於可撓性印刷基板，此時，將由銅箔與樹脂積層所得之CCL於200~400℃進行用以使樹脂硬化之熱處理，故藉由再結晶而有可能導致晶粒粗大化。
因此，在與樹脂積層之前後，銅箔之平均結晶粒徑及拉伸強度發生變化。因此，本申請案之請求項1之可撓性印刷基板用銅箔規定了成為與樹脂積層後之覆銅積層體之後的已接受樹脂之硬化熱處理之狀態之銅箔。
另一方面，本申請案之請求項4之可撓性印刷基板用銅箔規定了已對與樹脂積層之前之銅箔進行上述熱處理時之狀態。該300℃ 30分鐘之熱處理係模仿CCL積層時使樹脂硬化熱處理之溫度條件者。
本發明之銅箔例如可以如下方式而製造。首先，於銅錠添加上述添加物而熔解、鑄造之後，進行熱軋、冷軋與退火，且進行上述之最終冷軋，藉此可製造箔。
<覆銅積層體及可撓性印刷基板>
又，對本發明之銅箔(1)澆鑄(casting)樹脂前驅物(例如被稱為清漆之聚醯亞胺前驅物)並加熱以使其等聚合、及(2)使用與基底膜同種之熱塑性接著劑將基底膜層壓於本發明之銅箔，藉此獲得由銅箔與樹脂基材之2層構成之覆銅積層體(CCL)。又，將塗附有接著劑之基底膜層壓於本發明之銅箔，藉此獲得由銅箔、樹脂基材及其間之接著層之3層構成之覆銅積層體(CCL)。於該等CCL製造時銅箔受到熱處理而再結晶化。
對該等使用光微影技術而形成電路，且視需要對電路實施鍍覆，並將 覆蓋層膜層壓，以此獲得可撓性印刷基板(可撓性配線板)。
因此，本發明之覆銅積層體係將銅箔與樹脂層積層而成。又，本發明之可撓性印刷基板係於覆銅積層體之銅箔上形成電路而成。
作為樹脂層，可舉出PET(聚對酞酸乙二酯)、PI(聚醯亞胺)、LCP(液晶聚合物)、PEN(聚萘二甲酸乙二酯，polyethylene naphthalate)，但並不限定於此。又，作為樹脂層，亦可使用該等之樹脂膜。
作為樹脂層與銅箔之積層方法，亦可於銅箔之表面塗佈成為樹脂層之材料而進行加熱成膜。又，亦可使用樹脂膜作為樹脂層，且在樹脂膜與銅箔之間使用以下之接著劑，還可不使用接著劑而將樹脂膜熱壓接於銅箔。但是，就不對樹脂膜施加多餘之熱之觀點而言，較佳為使用接著劑。
於使用膜作為樹脂層之情形時，將該膜經由接著劑層而積層於銅箔即可。該情形時，較佳為使用與膜相同成分之接著劑。例如，於使用聚醯亞胺膜作為樹脂層之情形時，較佳為接著劑層亦使用聚醯亞胺系接著劑。再者，此處所謂之聚醯亞胺接著劑係指包含醯亞胺鍵之接著劑，亦包含聚醚醯亞胺等。
再者，本發明並不限定於上述實施形態。又，只要發揮本發明之作用效果，則上述實施形態中之銅合金亦可含有其他成分。
例如，亦可對銅箔之表面實施粗化處理、防銹處理、耐熱處理、或基於該等之組合之表面處理。
[實施例]
其次，舉出實施例而更詳細地說明本發明，但本發明並不限定於該等。於純度99.9%以上之電解銅分別添加表1所示之元素，於Ar環 境中鑄造而獲得鑄塊。鑄塊中之氧含量未達15ppm。將該鑄塊以900℃進行均質化退火後，熱軋而形成厚度30mm之後，進行冷軋至厚度為14mm之後，進行1次退火之後對表面進行面削，於表1所示之加工度η進行最終冷軋而獲得最終厚度17μm之箔。對所獲得之箔實施300℃×30分鐘之熱處理，獲得銅箔樣品。
<A.銅箔樣品之評價>
1.導電率
對上述熱處理後之各銅箔樣品，根據JIS H 0505藉由4端子法而測定25℃之導電率(%IACS)。
若導電率為75%IACS以上，則導電性為良好。
2.粒徑
使用SEM(Scanning Electron Microscope)觀察上述熱處理後之各銅箔樣品表面，根據JIS H 0501而求出平均粒徑。但是，雙晶係視為個別之晶粒而進行測定。測定區域設為表面之100μm×100μm。
3.銅箔之彎折性(MIT耐折性)
對上述熱處理後之各銅箔樣品，根據JIS P 8115而測定MIT耐折次數(往復彎折次數)。此處，彎折夾之R設為0.38，負載設為500g。
若MIT耐折次數為75次以上，則銅箔之彎折性為良好。
4.銅箔之拉伸強度
對上述熱處理後之各銅箔樣品，藉由依據IPC-TM650之拉伸試驗於上述條件下測定拉伸強度。
<B.CCL之評價>
5.CCL之彎折性
對於最終冷軋後並未進行上述熱處理之銅箔樣品(熱處理前之銅箔)之單面進行銅粗化鍍覆。作為銅粗化鍍浴，使用Cu：10-25g/L、硫酸：20-100g/L之組成，且於浴溫20-40℃、電流密度30-70A/dm2進行1~5秒電鍍，使銅附著量為20g/dm2。
於銅箔樣品之粗化鍍覆面積層聚醯亞胺膜(宇部興產股份有限公司製造之製品名「Upilex VT」，厚度25μm)，以加熱壓製(4MPa)實施300℃×30分鐘之熱處理而貼合，獲得CCL樣品。關於彎折試驗所使用之CCL樣品之尺寸，軋製方向(長邊方向)為50mm，寬度方向為12.7mm。
如圖1所示，對於該CCL樣品30，以銅箔面成為外側之方式夾入0.1mm厚之板20(符合JIS-H3130(C1990)規格之鈦銅板)，於長邊方向之中央對折，且配置於壓縮試驗機10(島津製作所公司製造之製品名「Autograph AGS」)之下模10a與上模10b之間。
於該狀態使上模10b下降而將CCL樣品30以於對折部分密接於板20之方式彎折(圖1(a))。立即將CCL樣品30自壓縮試驗機10取出，對於對折部分之「橫向V字」狀之彎折前端部30s使用顯微鏡(基恩士製造公司製造之製品名「單觸發3D測定顯微鏡VR-3000」以倍率200倍利用目視確認銅箔面有無破裂。再者，彎折前端部30s相當於彎曲半徑0.05mm之180度密接彎曲。
於確認到破裂之情形時結束試驗，將進行圖1(a)之壓縮之次數設為CCL之彎折次數。
於未確認到破裂之情形時，如圖1(b)所示，以使彎折前 端部30s朝上之方式將CCL樣品30配置於壓縮試驗機10之下模10a與上模10b之間，且於該狀態下使上模10b下降而將彎折前端部30s打開。
繼而，再次進行圖1(a)之彎折，同樣地目視確認彎折前端部30s有無破裂。以下，同樣地反覆執行圖1(a)~(b)之步驟，決定彎折次數。
若CCL之彎折次數為3次以上，則CCL之彎折性為良好。
6.蝕刻性
於上述CCL樣品之銅箔部分形成有L/S(線/間隙)=40/40μm、35/35μm、25/25μm、20/20μm、及15/15μm之短條狀之電路。作為比較，與市售之軋製銅箔(精銅箔)同樣地形成電路。繼而，利用顯微鏡目視判定蝕刻因子(由電路之(蝕刻深度/上下之平均蝕刻寬度)表示之比)及電路之直線性，且按照以下之基準進行評價。若評價為○則良好。
○：與市售之軋製銅箔相比蝕刻因子及電路之直線性良好
△：與市售之軋製銅箔相比蝕刻因子及電路之直線性同等
×：與市售之軋製銅箔相比蝕刻因子及電路之直線性較差
將所得之結果示於表1。
由表1清楚可知，於銅箔之平均結晶粒徑為0.5~4.0μm且拉伸強度為235~290MPa之各實施例之情形時，彎折性及蝕刻性優異。再者，實施例1係於最終冷軋之最後之1行程中進行聚合軋製。
另一方面，於最終冷軋中之加工度η未達3.5之比較例1、4之情形時，銅箔之平均結晶粒徑超過4.0μm，且拉伸強度未達235MPa，從而銅箔及CCL之彎折性較差。再者，於比較例4之情形時，銅箔之平均結晶粒徑為稍大於4.0μm之4.5μm，故蝕刻性良好。
於添加元素之合計含量未達下限值之比較例3之情形時，由添加元素引起之再結晶粒之微細化並不充分，銅箔之平均結晶粒徑大幅超過4.0μm而粗大化，拉伸強度未達235MPa，從而銅箔及CCL之彎折性及蝕刻性較差。於添加元素之合計含量超過上限值之比較例2之情形時，導電率較差。
於添加元素之合計含量超過上限值之比較例5之情形時，再結晶溫度變高且於300℃之熱處理中不會再結晶，導電率降低，並且拉伸強度超過290MPa而變高。因此，銅箔及CCL之彎折性大幅度變差。
10‧‧‧壓縮試驗機
10a‧‧‧下模
10b‧‧‧上模
20‧‧‧板
30‧‧‧CCL樣品
30s‧‧‧彎折前端部

Claims (9)

  1. 一種可撓性印刷基板用銅箔，其係由99.0質量%以上之Cu、剩餘部分為不可避免之雜質構成之銅箔，平均結晶粒徑為0.5~4.0μm，且拉伸強度為235~290MPa。
  2. 如申請專利範圍第1項之可撓性印刷基板用銅箔，其係由符合JIS-H3100(C1100)規格之精銅或JIS-H3100(C1011)之無氧銅構成。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之可撓性印刷基板用銅箔，其進而含有合計為0.003~0.825質量%之選自P、Ti、Sn、Ni、Be、Zn、In及Mg之群中之1種以上之添加元素而成。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之可撓性印刷基板用銅箔，其於300℃進行30分鐘熱處理後之該平均結晶粒徑為0.5~4.0μm，且該拉伸強度為235~290MPa。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之可撓性印刷基板用銅箔，其中，將厚度25μm之聚醯亞胺樹脂膜積層於該銅箔之單面而成之覆銅積層體以彎曲半徑0.05mm且以該銅箔成為外側之方式進行180度密接彎曲，然後使彎折部恢復至0度，重複此試驗3次之後，以200倍觀察該銅箔時，未目視辨認到龜裂。
  6. 一種覆銅積層體，其係將申請專利範圍第1至5項中任一項之可撓性印刷基板用銅箔與樹脂層積層而成。
  7. 一種可撓性印刷基板，其係使用申請專利範圍第6項之覆銅積層體，於該銅箔上形成電路而成。
  8. 如申專利範圍第7項之可撓性印刷基板，其中，該電路之L/S為40/40 ~15/15(μm/μm)。
  9. 一種電子機器，其使用有申請專利範圍第7或8項之可撓性印刷基板。
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