TWI646207B - 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，相對於以JIS-H3100(C1100)規定之精銅或JIS-H3100(C1011)之無氧銅，含有0.001~0.05質量%之Ag，且含有合計0.003~0.825質量%之選自P、Ti、Sn、Ni、Be、Zn、In及Mg之群中的1種以上之添加元素而成，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
本發明係關於一種適用於可撓性印刷基板等之配線構件的銅箔、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」)由於具有可撓性，故被廣泛地使用於電子電路之彎折部分或可動部分。例如，於HDD或DVD及CD-ROM等光碟相關機器之可動部分或折疊式行動電話之彎折部分等使用有FPC。
FPC係如下者：藉由對積層有銅箔與樹脂之Copper Clad Laminate(覆銅積層體，以下稱為CCL)進行蝕刻，而形成配線，再以被稱為覆蓋層(cover lay)之樹脂層被覆於其上。於積層覆蓋層之前一階段，進行銅箔表面之蝕刻，作為用以提升銅箔與覆蓋層之密接性的表面改質步驟之一環。又，為了減少銅箔之厚度使彎曲性提升，亦會有進行減厚蝕刻之情形。
再者，隨著電子機器之小型、薄型、高性能化，而要求於此等機器之內部以高密度構裝FPC，但為了進行高密度構裝，需要將FPC彎折放置於經小型化之機器的內部，亦即需要高彎折性。
另一方面，改善以IPC彎曲性所代表之高循環彎曲性的銅箔不斷地被開發(專利文獻1、2)。
專利文獻1：日本特開2010-100887號公報
專利文獻2：日本特開2009-111203號公報
然而，如上述般為了以高密度構裝FPC，需要提升以MIT抗折性所代表之彎折性，於以往之銅箔，具有彎折性未獲得充分改善之問題。
又，隨著電子機器之小型、薄型、高性能化，FPC之電路寬度、間隔寬度亦微細化至20~30μm左右，當藉由蝕刻形成電路時，會有蝕刻因子(etching factor)或電路直線性容易劣化之問題，亦要求將其解決。
本發明係為了解決上述之課題而完成者，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。
本發明人等經各種研究後之結果，發現藉由將銅箔再結晶後之晶粒微細化，可提高強度且提升彎折性。其係由於越藉由霍爾-貝曲(Hall-Petch)法則將晶粒微細化，強度會變得越高，彎折性亦會變得越高。惟，若將晶粒太過微細化，則強度會變得過高，彎曲剛性變大，彈回量(spring back)變大而不適於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之FPC之20~30μm左右之電路寬度的約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。
亦即，本發明之可撓性印刷基板用銅箔，相對於以JIS- H3100(C1100)規定之精銅或JIS-H3100(C1011)之無氧銅，含有0.001~0.05質量%之Ag，且含有合計0.003~0.825質量%之選自P、Ti、Sn、Ni、Be、Zn、In及Mg之群中的1種以上之添加元素而成，平均結晶粒徑為0.5~4.0μm，且拉伸強度為235~290MPa。
於本發明之可撓性印刷基板用銅箔，較佳為，前述銅箔為壓延銅箔，於300℃進行30分鐘熱處理後之前述平均結晶粒徑為0.5~4.0μm，且前述拉伸強度為235~290MPa。
將厚度25μm之聚醯亞胺樹脂膜積層於前述銅箔之單面而成的覆銅積層體，以彎曲半徑為0.05mm且前述銅箔成為外側之方式作180度密接彎曲，然後將彎折部分恢復至0度，重複此測試3次後，以倍率200觀察前述銅箔時，較佳為未目視辨認到裂紋。
本發明之覆銅積層體，係將前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前述覆銅積層體，於前述銅箔形成電路而成。
前述電路之L/S較佳為40/40~15/15(μm/μm)。另，電路之L/S(Line and Space)係指構成電路之配線的寬度(L：Line)與相鄰之配線的間隔(S：Space)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。
另，L及S只要為15~40μm即可，兩者無須為相同之值。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前述可撓性印刷基板而成。
若根據本發明，則獲得彎折性及蝕刻性優異之可撓性印刷基板用銅箔。
10‧‧‧壓縮測試機
10a‧‧‧下模具
10b‧‧‧上模具
20‧‧‧板
30‧‧‧CCL樣品
30s‧‧‧彎折前端部
圖1係顯示CCL之彎折性測試方法之圖。
以下，說明本發明之銅箔的實施形態。另，於本發明中%只要無特別說明，皆表示質量%。
<組成>
本發明之銅箔，相對於以JIS-H3100(C1100)規定之精銅或JIS-H3100(C1011)之無氧銅，含有0.001~0.05質量%之Ag，且含有合計0.003~0.825質量%之選自P、Ti、Sn、Ni、Be、Zn、In及Mg之群中的1種以上之添加元素而成。
如上述般，於本發明中，藉由將銅箔再結晶後之晶粒微細化，來提高強度且提升彎折性。
惟，為了更確實地進行晶粒之微細化，於冷壓延時之初期僅進行一次再結晶退火，之後較佳不進行再結晶退火。藉此，藉由冷壓延大量導入加工應變，產生動態再結晶，而可確實地實現晶粒之微細化。
又，當要增大冷壓延中之加工應變時，作為於最後冷壓延(於反覆進行退火與壓延之步驟整體中，於最後之退火後進行之精加工壓延)之加工度，若η=ln(最後冷壓延前之板厚/最後冷壓延後之板厚)=3.5~7.5，則較佳。
當η未達3.5之情形時，由於加工時之應變的累積少，再結晶粒之核變 少，因此會有再結晶粒變粗大之傾向。當η大於7.5之情形時，應變會過量累積，成為晶粒成長之驅動力，而會有晶粒變粗大之傾向。若η=5.5~7.5，則更佳。
又，若含有Ag及上述添加元素作為使晶粒微細化之添加元素，則於冷壓延時可使差排密度增加，確實地實現晶粒之微細化。
其中，Ag會使再結晶粒徑對於再結晶退火條件之感受性降低。亦即如後述般，於CCL積層時會進行用以使樹脂硬化之熱處理，但實際上熱處理之溫度、時間會變動，升溫速度亦會因製造裝置或製造者等而有所不同。因此，因熱處理而會有使銅箔之再結晶粒的粒徑變大之虞。於是，藉由含有Ag，即使CCL積層時之熱處理條件有改變，亦可穩定地對晶粒進行微細化。
Ag之含量若未達0.001質量%，則難以進行晶粒之微細化。又，Ag之含量若超過0.05質量%，則有時再結晶溫度會上升，當與樹脂積層時不會再結晶，強度變得過高，銅箔及CCL之彎折性會劣化。
上述添加元素之合計含量若未達0.003質量%，則晶粒之微細化會難以進行，若超過0.825質量%，則有時導電率會下降。又，有時再結晶溫度會上升，當與樹脂積層時不會再結晶，強度變得過高，銅箔及CCL之彎折性會劣化。。
<平均結晶粒徑>
銅箔之平均結晶粒徑為0.5~4.0μm。平均結晶粒徑若未達0.5μm，則強度會變得過高，彎曲剛性變大，彈回量變大而不適於可撓性印刷基板用途。平均結晶粒徑若超過4.0μm，則無法實現晶粒之微細化，提高強度使 彎折性提升會變得困難，且蝕刻因子或電路直線性會劣化，蝕刻性降低。
平均結晶粒徑之測量，為了避免誤差，而以100μm×100μm之視域對箔表面觀察3視域以上來進行。箔表面之觀察，可使用SIM(Scanning Ion Microscope，掃描離子顯微鏡)或SEM(Scanning Electron Microscope，掃描式電子顯微鏡)，依照JIS H 0501求出平均結晶粒徑。
惟，雙晶視為各別之晶粒來測量。
<拉伸強度(TS)>
銅箔之拉伸強度為235~290MPa。如上述般，將晶粒微細化，藉此提升拉伸強度。拉伸強度若未達235MPa，則提高強度使彎折性提升會變得困難。拉伸強度若超過290MPa，則強度會變得過高，彎曲剛性變大，彈回量變大而不適於可撓性印刷基板用途。
拉伸強度藉由依據IPC-TM650之拉伸測試，以測試片寬度12.7mm，室溫(15~35℃)，拉伸速度50.8mm/min，量規長度50mm，於與銅箔之壓延方向平行的方向進行拉伸測試來測量。
<於300℃進行30分鐘熱處理>
於300℃對銅箔進行30分鐘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。
本發明之銅箔係使用於可撓性印刷基板，此時，積層有銅箔與樹脂之CCL由於會以200~400℃進行用以使樹脂硬化之熱處理，因此晶粒可能會因再結晶而粗大化。
因此，於與樹脂積層之前後，銅箔之平均結晶粒徑及拉伸強度會改變。於是，本案請求項1之可撓性印刷基板用銅箔，規定「變成與樹脂積層後 的覆銅積層體之後，樹脂受硬化熱處理後之狀態的銅箔」。
另一方面，本案請求項2之可撓性印刷基板用銅箔，則規定「對與樹脂積層前之銅箔進行過上述熱處理時的狀態」。此於300℃進行30分鐘之熱處理，係仿造CCL積層時將樹脂硬化熱處理之溫度條件者。
本發明之銅箔，例如可如下述般進行製造。首先，可將上述添加物添加於銅鑄錠，進行熔解、鑄造後，進行熱壓延，再進行冷壓延與退火，進行上述之最後冷壓延，藉此來製造箔。
<覆銅積層體及可撓性印刷基板>
又，(1)將樹脂前驅物(例如被稱為清漆之聚醯亞胺前驅物)塗膜(casting)於本發明之銅箔並施加熱使之聚合，(2)使用與基底膜同種之熱塑性接著劑，將基底膜層疊於本發明之銅箔，藉此可得到由銅箔與樹脂基材2層構成之覆銅積層體(CCL)。又，將塗布有接著劑之基底膜層疊於本發明之銅箔，藉此可得到由銅箔與樹脂基材與其間之接著層3層構成的覆銅積層體(CCL)。於此等之CCL製造時，銅箔會受到熱處理而再結晶化。
將光蝕刻法(photolithography)技術使用於此等而形成電路，視需要對電路實施鍍覆，層疊覆蓋膜(cover lay film)，藉此可得到可撓性印刷基板(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將電路形成於覆銅積層體之銅箔而成。
作為樹脂層可列舉：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))，但並不限定於此等。又，亦可使用此等之樹脂膜作為樹脂層。
作為樹脂層與銅箔之積層方法，亦可將成為樹脂層之材料塗布於銅箔的表面，進行加熱成膜。又，亦可使用樹脂膜作為樹脂層，於樹脂膜與銅箔之間使用以下之接著劑，或亦可不使用接著劑，將樹脂膜熱壓接於銅箔。惟，由不將多餘之熱施加於樹脂膜的觀點而言，較佳使用接著劑。
當使用膜作為樹脂層之情形時，可將此膜經由接著劑層積層於銅箔。於此情形時，較佳使用與膜相同成分之接著劑。例如，當使用聚醯亞胺膜作為樹脂層之情形時，接著劑層較佳亦使用聚醯亞胺系接著劑。另，此處所稱之聚醯亞胺接著劑，係指含有醯亞胺鍵之接著劑，亦包含聚醚醯亞胺等。
另，本發明並不限定於上述實施形態。又，只要會達成本發明之作用效果，上述實施形態之銅合金亦可含有其他之成分。
例如，亦可對銅箔之表面施以粗化處理、防鏽處理、耐熱處理或此等之組合的表面處理。
[實施例]
接著，列舉實施例進一步詳細說明本發明，但本發明並不限定於此等。
將表1所示之元素各自添加於純度99.9%以上的電解銅，於Ar環境下進行鑄造，得到鑄錠。鑄錠中之氧含量未達15ppm。以900℃將此鑄錠均質化退火後，進行熱壓延製成厚度30mm後，進行冷壓延至14mm，然後於進行1次退火後，對表面進行端面切削，以表1所示之加工度η進行最後冷壓延而得到最後厚度17μm之箔。對所得到之箔施加300℃×30分之熱處理，得到銅箔樣品。
<A.銅箔樣品之評價>
1.導電率
關於上述熱處理後之各銅箔樣品，依照JIS H 0505藉由4端子法，測量25℃之導電率(%IACS)。
若導電率在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，依照JIS H 0501求出平均粒徑。惟，雙晶視為各別之晶粒進行測量。使測量區域為表面之100μm×100μm。
3.銅箔之彎折性(MIT抗折性)
關於上述熱處理後之各銅箔樣品，依照JIS P 8115測量MIT抗折次數(來回彎折次數)。其中，使彎折夾R為0.38，負重為500g。
若MIT抗折次數在75次以上，則銅箔之彎折性為良好。
4.銅箔之拉伸強度
關於上述熱處理後之各銅箔樣品，藉由依據IPC-TM650之拉伸測試，以上述條件測量拉伸強度。
<B.CCL之評價>
5.CCL之彎折性
於最後冷壓延後對沒有進行上述熱處理之銅箔樣品(熱處理前之銅箔)的單面進行銅粗化鍍覆。使用Cu：10-25g/L、硫酸：20-100g/L之組成作為銅粗化鍍浴，以浴溫20-40℃，電流密度30-70A/dm2進行電鍍1-5秒，使銅附著量為20g/dm2。
將聚醯亞胺膜(宇部興產股份有限公司製之製品名「upilex VT」，厚度25μm)積層於銅箔樣品之粗化鍍覆面，以加熱加壓(4MPa)施加300℃×30分之熱處理進行貼合，得到CCL樣品。關於使用於彎折測試之CCL樣品的尺寸，壓延方向(長邊方向)為50mm，寬度方向為12.7mm。
如圖1所示，以使銅箔面成為外側之方式將此CCL樣品30於長邊方向之中央對折，挾入0.1mm厚之板20(JIS-H3130(C1990)所規定之鈦銅板)，配置於壓縮測試機10(島津製作所公司製造之製品名「Autograph AGS」)之下模具10a與上模具10b之間。
於此狀態下，使上模具10b降下，將CCL樣品30於對折部分彎折成密接於板20(圖1(a))。立即將CCL樣品30自壓縮測試機10取出，使用顯微鏡(其恩斯公司製造之製品名「One Shot 3D測量顯微鏡VR-3000」，以倍率200倍藉由目視確認對折部分「横向V字」狀之彎折前端部30s銅箔面有無裂縫。另，彎折前端部30s相當於彎曲半徑0.05mm之180度密接彎曲。
當確認到裂縫之情形時，結束測試，使進行圖1(a)之壓縮的次數為CCL的彎折次數。
當未確認到裂縫之情形時，如圖1(b)所示，使彎折前端部30s朝上，將CCL樣品30配置於壓縮測試機10之下模具10a與上模具10b之間，於此狀態下使10b降下，將彎折前端部30s打開。
然後，再次進行圖1(a)之彎折，同樣地藉由目視確認彎折前端部30s有無裂縫。以下，同樣地反覆進行圖1(a)~(b)之步驟，決定彎折次數。
若CCL之彎折次數在3次以上，則CCL的彎折性為良好。
6.蝕刻性
將L/S(直線/間隔)=40/40μm、35/35μm、25/25μm、20/20μm及15/15μm之細長狀電路形成在上述CCL樣品的銅箔部分。作為比較，與市售之壓延銅箔(精銅箔)同樣地形成電路。然後，以顯微鏡目視判定蝕刻因子(電路(蝕刻深度/上下之平均蝕刻寬度)所表示之比)及電路之直線性，以下述之基準進行評價。若評價為○，則佳。
○：相較於市售之壓延銅箔，蝕刻因子及電路的直線性良好
△：相較於市售之壓延銅箔，蝕刻因子及電路的直線性相同
×：相較於市售之壓延銅箔，蝕刻因子及電路的直線性差
將所得到之結果示於表1。
[表1]
如從表1可清楚得知，當銅箔之平均結晶粒徑為0.5~4.0μm，且拉伸強度為235~290MPa之各個實施例的情形時，彎折性及蝕刻性優異。
另一方面，當於最後冷壓延之加工度η未達3.5之比較例1、3、6的情形時，銅箔之平均結晶粒徑超過4.0μm，拉伸強度未達235MPa，銅箔及CCL之彎折性差。另，於比較例6之情形時，銅箔之平均結晶粒徑由於為稍大於4.0μm之4.5μm，故蝕刻性良好。
當含有Ag但不含有添加元素之比較例2的情形時，及添加元素之合計含量未達下限值之比較例5的情形時，利用添加元素之再結晶粒的微細化不足，銅箔之平均結晶粒徑大幅超過4.0μm，為粗大化，拉伸強度未達235MPa，則銅箔之彎折性及蝕刻性差。
當添加元素之合計含量超過上限值之比較例4的情形時，導電率差。
當Ag含量超過0.05質量%之比較例7的情形時，再結晶溫度變高，於300℃之熱處理，不會再結晶，導電率下降，且拉伸強度變高超過290MPa。因此，銅箔及CCL之彎折性大幅地劣化。

Claims (7)

  1. 一種可撓性印刷基板用銅箔，相對於以JIS-H3100(C1100)規定之精銅或JIS-H3100(C1011)之無氧銅，含有0.001~0.05質量%之Ag，且含有合計0.003~0.825質量%之選自P、Ti、Sn、Ni、Be、Zn、In及Mg之群中的1種以上之添加元素而成，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，其中，該銅箔為壓延銅箔，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。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之可撓性印刷基板用銅箔，其中，將厚度25μm之聚醯亞胺樹脂膜積層於該銅箔之單面而成的覆銅積層體，以彎曲半徑為0.05mm且該銅箔成為外側之方式作180度密接彎曲，然後將彎折部分恢復至0度，重複此測試3次後，以倍率200觀察該銅箔時，未目視辨認到裂紋。
  4. 一種覆銅積層體，係將申請專利範圍第1至3項中任一項之可撓性印刷基板用銅箔與樹脂層積層而成。
  5. 一種可撓性印刷基板，係使用申請專利範圍第4項之覆銅積層體，於該銅箔形成電路而成。
  6. 如申請專利範圍第5項之可撓性印刷基板，其中，該電路之L/S為40/40~15/15(μm/μm)。
  7. 一種電子機器，使用有申請專利範圍第5或6項之可撓性印刷基板。
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