TWI528875B - Rolled copper foil for flexible printed wiring boards - Google Patents

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TWI528875B
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Shutaro Nishida
Daisuke Samejima
Kaichiro Nakamuro
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Jx Nippon Mining & Metals Corp
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Description

可撓性印刷配線板用壓延銅箔
本發明係關於一種要求彎曲性之可撓性印刷配線板用銅箔，尤其是關於一種可用於實施微細配線加工之可撓性印刷配線板之銅箔。
可撓性印刷配線板(FPC)係作為導電層之金屬與以樹脂膜為代表之柔軟性絕緣基板接合而成者。通常於導電層中使用銅箔，尤其是於要求可撓性之用途中，使用彎曲性優異之壓延銅箔。
通常之FPC製造步驟為如下者。首先，將銅箔與樹脂膜接合。對於接合而言，有藉由對銅箔上所塗佈之清漆施加熱處理而醯亞胺化之方法、或將附有接著劑之樹脂膜與銅箔重疊而層壓之方法。將藉由該等步驟所接合之附有樹脂膜之銅箔稱作CCL(覆銅積層板)。藉由該CCL製造步驟中之熱處理，銅箔再結晶。
於所製造之CCL之銅箔面塗佈光阻，於進行配線圖案之燒付後進行UV曝光與顯影，藉由蝕刻去除不需要之部分之銅箔，藉此製造FPC。近年來，伴隨電子機器之小型化、高功能化，所形成之配線圖案有微細化之傾向，伴隨此對銅箔要求較高之蝕刻性。
於日本特開2006-283146號公報中，獲得高蝕刻係數之方法，記載有提高銅箔之取向性之方法。於以200℃加熱30分鐘而調質為再結晶組織之常態中，壓延銅箔之壓延面 之(100)面的X射線繞射強度I與微粉末銅之(100)面之X射線繞射強度I0之比為10≦I/I0≦60，較佳為40≦I/I0≦60。
又，於日本特開2011-12297號公報中，記載有以Cu-Zn合金層或Zn層及Cr層被覆銅箔表面之銅層表面之至少一部分之方法。
[專利文獻1]日本特開2006-283146號公報
[專利文獻2]日本特開2011-12297號公報
若配線圖案變得微細，則向蝕刻部之蝕刻液流入受到限制，因此蝕刻反應之限速過程為界面之化學反應速度成為主要。因此，蝕刻於銅箔之厚度方向進行之同時亦於電路寬度方向進行。
因此，當銅箔厚度有所不均，則若以電路寬度為固定之方式決定蝕刻條件時，銅箔較厚之部分無法完全去除銅箔，電路短路。另一方面，若以不產生銅箔之蝕刻殘留之條件進行蝕刻，則電路寬度變不均勻。
即，銅箔稍微一點厚度不均會導致對電路之加工精度產生大的影響之結果。因此，期待板厚精度優異之銅箔。
然而，可撓性印刷配線板用銅箔迄今為止之開發方向主要係以提高彎曲性為目標之以微觀之角度之表面性狀控制。因此，謀求以微觀之角度提高銅箔之板厚精度，從而提高可撓性印刷配線板之電路加工精度之課題仍未解決。
因此，本發明之課題之一在於提供一種適合於細間距 加工之可撓性印刷配線板用銅箔。又，本發明之另一課題在於提供一種此種銅箔之製造方法。
銅箔大致分為壓延銅箔與電解銅箔。於壓延銅箔中，板厚精度起因於壓延機之功能(能力)之情況較多，但以現狀之壓延機，板厚精度之限度為目標板厚10μm±1.6%。作為根本性之對策亦期待壓延機之改造或開發，但由於必需巨額之研究開發費用，因此難以馬上進行。
本發明人於此種實際情況下，為解決上述課題而反覆研究，結果發現：在壓延銅箔之製造過程中，由於大多壓延為藉由前饋之板厚控制，因此關於產品之板厚精度，著眼於最後冷壓延之最後道次前之表面粗糙度不均係影響板厚控制之主要因素之一，藉由於最後道次之前階段中減小表面粗糙度，從而減小表面粗糙度之不均，而可提高板厚精度。具體而言，發現藉由於最後道次前之壓延使用表面粗糙度小之工作輥，於最後道次使用所需之表面粗糙度之工作輥，最後可獲得板厚精度良好，具有所需之表面粗糙度之銅箔。就考慮到可撓性印刷配線板用銅箔中與樹脂膜等柔軟性絕緣基板之密合性之方面而言要求一定之表面粗糙度，但藉由於最後冷壓延之最後道次前事先儘可能地減小表面粗糙度，可提高板厚精度並且可具有所需之表面粗糙度。
於基於以上見解而完成之本發明於一態樣中，係一種可撓性印刷配線板用銅箔，其壓延平行方向之表面粗糙度Ra的平均(Raavg)為0.01~0.15μm，△Ra=Ramax-Ramin 為0.025μm以下。
於本發明之可撓性印刷配線板用銅箔於一實施形態中，銅箔之板厚為5~20μm。
於本發明之可撓性印刷配線板用銅箔之另一實施形態中，銅箔板厚之最大值(tmax)與板厚之平均值(tavg)的差或最小值(tmin)與板厚之平均值(tavg)的差中任一較大之值相對於板厚之平均值(tavg)的比率為1.3%以下。
於本發明之可撓性印刷配線板用銅箔之一實施形態中，△RSm=RSmmax-RSmmin相對於壓延平行方向之表面粗糙度RSm之平均(RSmavg)之比(△RSm/RSmavg)為0.5以下。
本發明於另一態樣中，係一種可撓性印刷配線板，使用有本發明之銅箔作為導體層。
本發明於又另一態樣中，係一種可撓性印刷配線板用銅箔之製造方法，於最後冷壓延步驟中，最後道次所使用之工作輥之表面粗糙度Ra為0.03μm以上，最後道次之前1個道次所使用之工作輥之表面粗糙度Ra則未達0.03μm。
由於本發明之銅箔其板厚精度優異，因此可抑制蝕刻量之誤差，故而可實現提高所量產之可撓性印刷配線板之配線之直線性。因此，本發明之銅箔可較佳地用於細間距加工。
於本發明中所使用之銅箔基材為壓延銅箔。「銅箔」亦包含銅合金箔。銅箔之材料並無特別限制，根據用途或 要求特性適當選擇即可。例如，雖然無限定，但除銅(無氧銅或精銅、電解銅等)以外，可列舉如於銅(無氧銅或精銅、電解銅等)中添加有Sn、Ag、Fe、In、Te等之銅合金，添加有Ni、Si等之Cu-Ni-Si系銅合金，添加有Cr、Zr等之Cu-Zr系、Cu-Cr-Zr系銅合金般之銅合金。壓延銅箔就強度高、可應對振動連續產生之環境、耐彎曲性高之方面而言優異。
銅箔之厚度並無特別限制，根據要求特性適當選擇即可。通常為1~100μm，但於用作為可撓性印刷配線板之導體層之情形時，使銅箔薄壁化可獲得更高之彎曲性。就此種觀點而言，典型為2~50μm，更典型為5~20μm左右。
本發明之銅箔根據壓延平行方向之表面粗糙度Ra之平均(Raavg)及△Ra=Ramax-Ramin來規定。Ra係將粗糙度曲線自中心線反摺，由該粗糙度曲線與中心線所得之面積除以基準長度L所得之值，依據JIS B 0601：2001而測定。本發明中所謂之表面粗糙度Ra之平均(Raavg)係任意10點之平均值，本發明中所謂之△Ra係所測定之10點之Ra中，最大值Ramax與最小值Ramin之差。然而，此處所言之任意10點並非意指各測定點相互位於各自附近之10點，例如，若於螺旋狀之情形時，根據所獲得之長度，以於壓延方向至少間隔50mm，較佳為間隔100mm以上，更佳為間隔500mm之方式選擇10點。各測定點中之Ra係3次測定測定點附近之平均值。再者，將各測定點設為寬度方向中央。又，若即便於與樹脂積層之狀態下亦可確保50mm以 上之測定間隔，則可對該片材進行表面粗糙度之測定。
本發明之銅箔之特徵在於：關於壓延平行方向之表面粗糙度Ra之平均值(Raavg)，滿足0.01~0.15μm。將0.01μm≦Raavg≦0.15μm設為條件之原因如下：若Raavg未達0.01μm，則表面平滑而無法獲得與樹脂層之充分之接著性，另一方面，若超過0.15μm，則即便藉由最後道次前之壓延來使粗糙度變小從而形成為表面粗糙度之不均較少之狀態，亦會因最後道次之壓延而變不均。然而，若就可穩定地精良地製作出表面傷痕等表面缺陷少之外觀品質之觀點考慮，則Raavg較理想為0.03μm以上，更佳為於0.03μm≦Raavg≦0.1μm之範圍內。
又，其特徵亦在於滿足△Ra=Ramax-Ramin為0.025μm以下。將△Ra=Ramax-Ramin為0.025μm以下設為條件之原因如下：若產品之最後壓延後之銅箔之△Ra為0.025μm以下，則可意味最後壓延之最後道次前之△Ra為0.025μm以下。若最後壓延之最後道次前之△Ra為0.025μm以下，則由最後壓延之最後道次時之表面粗糙度之不均(變動)所產生之對板厚控制之影響較小，即最後道次之產品之板厚精度提高。於△Ra超過0.025μm之情形時，最後壓延之最後道次前之△Ra超過0.25μm之情況較多，於該情形時表面粗糙度大之處與表面粗糙度小之處之粗糙度對於最後壓延之最後道次之板厚控制所產生之影響不同，結果該情況中之最後壓延板厚之不均變大。△Ra較佳為0.025μm以下，更佳為0.020μm以下，典型為0.001~0.025μ m。
另一方面，於壓延銅箔中，與由輥紋而決定之表面粗糙度不同，於表面上存在較多被稱作油坑(oil pit)之壓延銅箔特有之凹處。油坑係壓延油被擠入被壓延材而產生之凹處，根據壓延油之油膜厚度而表面上之油坑密度不同。若表面上之油坑密度不同，則亦對藉由重量法所求出之銅箔之板厚產生影響，成為不均之主要因素。因此，較理想為油坑於銅箔表面上均勻地分佈。
油坑之產生量可以壓延平行方向之表面粗糙度RSm作為指標。RSm較大之情形時表示表面上之油坑較少，RSm較小之情形時表示油坑之量較多。由於對板厚精度之界定產生影響的係油坑之分佈之不均，因此將△RSm=RSmmax-RSmmin相對於壓延平行方向之表面粗糙度RSm之平均(RSmavg)之比(△RSm/Rsmavg)作為指標。△RSm/RSmavg越小，表示油坑於銅箔表面上越均勻地分佈。將其除以RSmavg之原因如下：於分佈之不均中，不能僅因為△RSm較大就說不均較大。即，即便△RSm相同，若RSmavg較大則由於分佈之不均不大故而其影響較小，於RSmavg較小之情形時由於分佈之不均較大故而影響變大。
藉由加快壓延速度，提高壓延油之黏度，或減小每1個道次之軋縮率，而油坑之產生量增加，RSm容易變小。相反，藉由減緩壓延速度，降低壓延油之黏度，或增大每1個道次之軋縮率，而油坑之產生量減少，RSm容易變大。
RSm係自粗糙度曲線與平均線交叉之交點所求出之山 谷-週期之間隔之平均值，依據JIS B0601：2001而測定。本發明中表面粗糙度RSm之平均(RSmavg)係任意10點之平均，所謂△RSm係所測定之10點之Ra中，最大值之RSmmax與最小值之RSmmin之差。然而，此處所言之任意之10點並非意指各測定點相互位於各自附近之10點，例如，若於螺旋狀之情形時，根據所獲得之長度，以於壓延方向至少間隔50mm，較佳為間隔100mm以上，更佳為間隔500mm以上之方式選擇10點。各測定點中之RSm係3次測定測定點附近之平均值。再者，將各測定點設為寬度方向中央之RSm。又，即便於與樹脂積層之狀態下若亦可確保50mm以上之測定間隔，則可對該片材進行表面粗糙度之測定。
於本發明之銅箔之較佳之一實施形態中，△RSm/RSmavg為0.5以下，典型為0.3~0.5。
於本發明之銅箔之較佳之一實施形態中，可將銅箔之板厚之最大值(tmax)與板厚之平均值(tavg)之差，或最小值(tmin)與板厚之平均值(tavg)之差中任一較大值之相對於板厚之平均值(tavg)之比率設為1.3%以下。該比率較佳為亦可設為1.2%以下，更佳為亦可設為1.1%以下，典型為可設為0.05~1.2%。
繼而，對本發明之銅箔之製造方法進行說明。表面粗糙度Ra之控制可藉由調整工作輥之表面粗糙度來進行，例如，若使用Ra大之工作輥則所獲得之壓延銅箔之Ra亦變大，相反，若使用Ra小之工作輥則所獲得之壓延銅箔之Ra 亦變小。另一方面，通常不均之值本身其平均值較大者變大。由於即便表面粗糙度Ra之不均之值相同，表面粗糙度Ra之平均值較大者不均之值亦較大，因此為了降低表面粗糙度Ra之不均之值，減小表面粗糙度Ra之平均值即可。
然而，由於在各種產品中，就與柔軟性絕緣基板之密合性等之觀點而言對所求出之表面粗糙度有要求，因此最後必需製作成所要求之值。又，於冷壓延中，就可較高地設定壓延速度之壓延效率之觀點而言表面粗糙度較佳為一定程度粗糙。
因此，例如，僅於最後冷壓延之最後道次之前1個道次使用表面粗糙度小之工作輥精良地製作出表面粗糙度小，即表面平滑之銅箔，於最後道次使用表面粗糙度大之工作輥精良地製作出所欲之表面粗糙度Ra。
藉此，可得到獲得高厚度精度並且具有所欲之表面粗糙度，與活性物質之密合性良好之銅箔。即，至最後道次之2個道次前為止可使用表面粗糙度Ra較粗糙之輥，僅最後道次之前1個道次使用粗糙度小於前道次及最後道次之輥。
不僅僅是最後道次之前1個道次，其以前之道次亦可使用表面粗糙度小之工作輥，但由於表面粗糙度小之輥無法提高壓延速度，因此就生產率之觀點而言不理想。因此，通常僅將最後道次前之道次所使用之工作輥之表面粗糙度減小。然而，若無視生產率之觀點，則於最後道次之前1個道次之前的道次亦使用表面粗糙度小之輥降低表面粗糙 度之不均的效果較高。例如，即便是僅最後道次之前2個道次使用表面粗糙度小之輥亦有效果。
由於在最後道次，工作輥係使用表面粗糙度Ra超過0.01μm者以使銅箔之壓延平行方向之Ra之平均(Raavg)成為0.01~0.15μm，因此為了減小表面粗糙度之不均之值，最後道次之前1個道次所使用之工作輥之表面粗糙度Ra必須比最後道次所使用之工作輥小。因此，最後道次之前1個道次所使用之工作輥之表面粗糙度Ra較理想為0.01μm以下。
然而，穩定地製作表面粗糙度Ra為0.01μm以下之無表面傷痕等外觀上問題之輥需要較高之技術，成本上亦變得較貴。
因此，於最後道次所使用之工作輥之表面粗糙度Ra較佳為0.03μm以上，故而最後道次之前1個道次所使用之工作輥之表面粗糙度Ra較理想為未達0.03μm。
為了降低表面粗糙度RSm之不均，使油坑均勻地分佈變得重要。對於使油坑均勻地分佈而言，幾個主要因素之中，將壓延油之黏度於壓延中保持為固定一事較為重要。壓延油之黏度基本由壓延油之種類而決定，但藉由壓延中之加工熱，壓延油會緩慢地上升，藉此黏度會而降低。若伴隨壓延油之黏度之變化，壓延油被擠入銅箔表面之程度產生變化，則會關係到油坑分佈之不均。
例如，使壓延油於壓延前之溫度調整中保持為25℃左右時，若將壓延油噴射至壓延中之工作輥，則來自藉由加 工熱而上升之工作輥等之熱會傳導，壓延油上升至大約40℃。若可維持於該狀態下，則油坑之分佈不均少，銅箔形狀無問題。然而，於壓延油之溫度控制不充分，壓延油溫度超過40℃而不均之情形時，不僅銅箔之表面性狀容易不均，亦會對板形狀產生影響。因此，為了將壓延中之壓延油之溫度調整為40℃左右，必需綜合地調整輥噴射前之壓延油溫度、壓延速度、加工度等。
可使用將本發明之壓延銅箔作為材料之導體層，藉由慣用方法製作可撓性印刷配線板，以下例示製作方法。
首先，將銅箔與柔軟性絕緣基板貼合而製造覆銅積層板。若積層有銅箔之柔軟性絕緣基板為具有可應用於可撓性印刷配線板之特性者，則不受特別限制，但例如可使用聚酯膜或聚醯亞胺膜等樹脂膜。
可使用環氧系或丙烯酸系接著劑接著聚醯亞胺膜或聚酯膜與銅箔(3層結構)。又，作為不使用接著劑之方法(2層結構)，可列舉於銅箔塗佈作為聚醯亞胺之前驅物之聚醯亞胺清漆(聚醯胺酸清漆)，藉由加熱而醯亞胺化之澆鑄法；或於聚醯亞胺膜上塗佈熱塑性之聚醯亞胺，於其上重疊銅箔，加熱加壓之層壓法。於澆鑄法中，於塗佈聚醯亞胺清漆之前預先塗佈熱塑性聚醯亞胺等之增黏塗層材料亦較為有效。
自覆銅積層板製造印刷配線板之步驟使用業者所眾多周知之方法即可，例如僅於覆銅積層板之銅箔面之作為導體圖案的必需部分塗佈蝕刻光阻，藉由將蝕刻液噴射至銅 箔面而去除不需要之銅箔從而形成導體圖案，繼而可剝離、去除蝕刻光阻而曝光導體圖案。
[實施例]
以下，表示本發明之實施例，但該等係為了更好地理解本發明而提供者，並非意欲限定本發明。
<例1(表面粗糙度Ra之不均之影響)>
[壓延銅箔之製造]
於熱壓延精銅之晶錠之後，反覆進行退火與冷壓延，最後進行冷壓延而獲得壓延方向長度為10m以上之設定厚度之壓延銅箔(No.1~6)。將No.1~4之銅箔厚度分別設為12μm、18μm、36μm、6μm，將No.5~6設為10μm。於最後冷壓延中，將僅於最後道次之前1個道次所使用之工作輥之表面粗糙度及最後道次所使用之工作輥表面粗糙度示於表1中。所使用之壓延油之黏度為7.0cSt(40℃)，最後冷壓延中之壓延油之溫度控制為40℃左右。工作輥之表面粗糙度按照JIS B0601：2001，藉由接觸式表面粗糙度儀進行測定。
將所獲得之壓延銅箔載置於玻璃板上且固定，使用Lasertec公司之共軛焦顯微鏡HD100D，根據上述之測定方法算出Raavg、△Ra、RSmavg(僅例2)及△RSm(僅例2)。將結果示於表1中。各測定點之間隔設為於壓延方向為50mm。
[板厚精度評價]
壓延銅箔之板厚係依據重量法(IPC-TM-650)而測 定。自所獲得之銅箔選擇任意10m之壓延方向長度，對此每隔1m測定10點之板厚。各測定點之板厚t取3次所測定所得之平均值。將10點之t之平均值記為tavg，將10點之t之最大值記為tmax，將10點之t之最小值記為tmin。表1中將(tavg-tmin)/tavg及(tmax-tavg)/tavg中之較大者記載為「板厚不均(%)」。
No.1~No.4為發明例，可將板厚之不均抑制為1.3%以下。
No.5由於最後道次之前1個道次之表面粗糙度較大，因此△Ra無法充分地控制。雖然No.6以使最後道次之工作輥之表面粗糙度減小來取代使最後道次之前1個道次之工作輥之表面粗糙度增大，但△Ra依然無法充分地控制。
[電路之直線性之評價]
將藉由上述製造方法所獲得之各壓延銅箔於350℃退火15分鐘後，層壓乾膜光阻(Asahi Kasei股份有限公司，SUNF0RT，厚度為20μm)，曝光、顯影電路寬度為50μm、電路間隔為50μm之短條形之電路圖案。並且，使用45℃、45波美之氯化亞鐵水溶液作為蝕刻液，以蝕刻係數((銅箔厚度)×2/(各電路之底部寬度-各電路之頂部寬度))成為3.5~4.5之條件蝕刻銅箔。自上方顯微鏡觀察蝕刻後之電路，目測評價電路之周緣部分之輪廓。
◎：顯微鏡觀察時，電路之周緣部分之輪廓接近直線。
○：顯微鏡觀察時，電路之周緣部分之輪廓之觀察長度之一半以下可看到起伏。
△：顯微鏡觀察時，電路之周緣部分之輪廓之觀察長度超過一半可看到起伏，但亦存在未看到起伏之地方。
×：顯微鏡觀察時，電路之周緣部分之輪廓整體起伏波動。
<例2(油坑之分佈之影響)>
[壓延銅箔之製造]
於熱壓延精銅之晶錠之後，反覆進行退火與冷壓延，最後進行冷壓延而獲得壓延方向長度為10m以上之設定厚度為10μm之壓延銅箔(No.7~12)。於最後冷壓延中，將直至最後道次前所使用之工作輥之表面粗糙度Ra設為0.010μm，及將最後道次所使用之工作輥表面粗糙度Ra設為0.050μm。所使用之壓延油之黏度為7.0cSt(40℃)，發明例以將最後冷壓延中之壓延油之溫度設為40℃左右之方式進行調整。各種特性評價藉由與例1同樣之方法進行。將試驗結果示於表2中。
由於發明例No.7~9最後壓延機之壓延油之溫度管理被管理為40℃，因此油坑之分佈變均勻，不均較少，板厚 之不均小至未達1.2%。
發明例No.10~12除最後冷壓延機中之壓延油之溫度之管理以外以與發明例No.7~9同樣之條件來實施。由於此處未充分進行最後冷壓延機中之壓延油之溫度之管理，因此超過40℃而上升至45℃左右。其結果，可看到油坑之分佈無法均勻化，板厚之不均超過1.2%之實例。

Claims (7)

  1. 一種可撓性印刷配線板用壓延銅箔，其在測定於壓延平行方向至少間隔50mm之10點之表面粗糙度Ra時，表面粗糙度Ra的平均(Raavg)為0.01~0.15μm，△Ra=Ramax-Ramin為0.025μm以下。
  2. 如申請專利範圍第1項之可撓性印刷配線板用壓延銅箔，其中，銅箔之板厚為5~20μm。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之可撓性印刷配線板用壓延銅箔，其中，銅箔板厚之最大值(tmax)與板厚之平均值(tavg)的差或最小值(tmin)與板厚之平均值(tavg)的差中任一較大之值相對於板厚之平均值(tavg)的比率為1.3%以下。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之可撓性印刷配線板用壓延銅箔，其中，△RSm=RSmmax-RSmmin相對於壓延平行方向之表面粗糙度RSm之平均(RSmavg)的比(△RSm/RSmavg)為0.5以下。
  5. 如申請專利範圍第3項之可撓性印刷配線板用壓延銅箔，其中，△RSm=RSmmax-RSmmin相對於壓延平行方向之表面粗糙度RSm之平均(RSmavg)的比(△RSm/RSmavg)為0.5以下。
  6. 一種可撓性印刷配線板，使用有申請專利範圍第1至5項中任一項之壓延銅箔作為導體層。
  7. 一種可撓性印刷配線板用壓延銅箔之製造方法，用以製造申請專利範圍第1至5項中任一項之可撓性印刷配線 板用壓延銅箔，其於最後冷壓延步驟中，最後道次所使用之工作輥的表面粗糙度Ra為0.03μm以上，而最後道次之前1個道次所使用之工作輥的表面粗糙度Ra則未達0.03μm。
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