TWI660838B - 銅箔、覆銅積層板、以及可撓性印刷基板及電子機器 - Google Patents

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Abstract

提供一種即便本身之厚度薄，於與樹脂層層壓時亦不易產生褶皺之銅箔、覆銅積層板、以及可撓性印刷基板及電子機器。
一種含有以質量率計為99.90%以上之銅且厚度為3~8μm的銅箔，於依照JIS-B0601(2013)，自沿著TD方向之50mm之長度L之表面2的剖面曲線S以輪廓曲線濾波器λ c=2mm，輪廓曲線濾波器λ f=25mm之條件將短波長及長波長成分截止而求得波紋曲線時，波紋曲線要素之平均長度Wsm為2.5~20.0mm。

Description

銅箔、覆銅積層板、以及可撓性印刷基板及電子機器
本發明係關於一種適用於藉由層壓方式及澆鑄(cast)方式製造之覆銅積層板之銅箔、使用其之覆銅積層板以及可撓性印刷基板及電子機器。
用於電子機器之可撓性配線板(FPC)係將銅箔與樹脂積層而製造覆銅積層板(CCL)並於該CCL之銅箔部分形成電路而成。作為CCL之製法，有將具有熱塑性樹脂之樹脂膜與銅箔熱熔接之層壓法(專利文獻1)、將樹脂清漆塗佈於銅箔使樹脂硬化之澆鑄法(專利文獻2)、雙帶式壓製法(專利文獻3)等。
雙帶式壓製法係使用圖1所示之雙帶式壓製裝置100。雙帶式壓製裝置100係準備2個無接縫之鋼帶102a、102b，將各帶102a、102b分別架設於入口輥120及出口輥122間。
而且，若使各帶102a、102b密接使之運轉，則入口輥120側之銅箔2及樹脂膜4會被拉入至各帶102a、102b間，於各帶102a、102b被積層及熱壓後自出口輥122側而出。
藉由於各帶102a、102b間配置加熱加壓裝置110、冷卻加壓裝置112， 能夠將銅箔2及樹脂膜4熱壓接而製造CCL。
近年來，逐漸要求可撓性配線板之微距化、薄型化。即，對於作為基板而用於該用途之覆銅積層板(CCL)基板或用於覆銅積層板之銅箔，亦較先前更高程度地追求薄壁化。
[專利文獻1]日本專利特開2005-305729號公報
[專利文獻2]日本專利特開2009-286095號公報
[專利文獻3]日本專利特開2011-230308號公報
且說，覆銅積層板若銅箔之厚度變薄，則於銅箔與樹脂積層時容易產生褶皺，從而導致生產性或產率降低。
尤其於在銅箔上塗佈樹脂清漆而形成之澆鑄法，若於銅箔產生褶皺，則製造變得困難。又，於層壓法中係使用加熱輥進行熱熔接，若對輥間之銅箔施加張力，則容易與張力方向平行地產生褶皺。
因此，本發明之目的在於提供一種即便本身之厚度薄，於使之與樹脂層積層時亦不易產生褶皺之銅箔、覆銅積層板、以及可撓性印刷基板及電子機器。
本發明人等發現於將厚度薄之銅箔與樹脂層積層而製造CCL時產生褶皺之原因與銅箔之表面性狀有關。
作為銅箔之表面性狀，可舉藉由粗糙度計測得之表面的高度輪廓(剖面曲線)，但於銅箔，一般求出0.1~5mm左右之長度之表面的剖面曲線，從剖面曲線求出表面粗糙度等指標。
然而，本發明人等進行研究之結果明確：從長距離之銅箔表面之剖面曲線求出之表面性狀(波紋曲線)與在和樹脂貼合時產生之褶皺有很大的關係。
即，本發明之壓延銅箔係含有以質量率計為99.90%以上之銅且厚度為3~8μm的銅箔，其特徵在於：於依照JIS-B0601(2013)，自沿著TD方向之50mm之長度之表面的剖面曲線以輪廓曲線濾波器λ c=2mm，輪廓曲線濾波器λ f=25mm之條件將短波長及長波長成分截止而求得波紋曲線時，波紋曲線要素之平均長度Wsm為2.5~20.0mm。
較佳為，該波紋曲線之最大高度波紋Wz為0.00010~0.00200mm。
本發明之銅箔較佳為壓延銅箔，合計含有10~2000質量ppm之選自Ag、Zn、Sn及P之群中之1種以上的添加元素。
較佳為，於單面或兩面，形成有由選自Cu、Ni、Zn及Co之群中之1種以上的元素構成之鍍覆層。
較佳為，於自該剖面曲線以λ c=0.25mm將長波長成分截止而求得粗糙度曲線時，自該粗糙度曲線計算之算術平均粗糙度Ra為0.01~0.1μm；最大高度粗糙度Rz為0.1~0.8μm。
本發明之覆銅積層板由上述銅箔與樹脂層構成。
本發明之可撓性印刷基板係使用上述覆銅積層板於上述銅 箔形成電路而成。
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，能夠獲得一種即便本身之厚度薄，於與樹脂層層壓時亦不易產生褶皺之銅箔。
2‧‧‧銅箔之表面
L‧‧‧沿著TD方向之50mm之長度
S‧‧‧剖面曲線
圖1係表示雙帶式壓製裝置100之構成之圖。
圖2係表示沿著銅箔表面之TD方向測量剖面曲線之方法的圖。
以下，對本發明之實施形態之壓延銅箔進行說明。再者，於本發明，所謂%，只要無特別說明，則表示質量%。本發明之實施形態之壓延銅箔對與樹脂膜等樹脂層被層壓處理而製造之覆銅積層板有用，亦可應用於上述澆鑄法、雙帶法。
<組成>
壓延銅箔含有以質量率計為99.90%以上之銅。作為此種組成，可列舉由JIS-H3100(C1100)標準化之精銅或由JIS-H3100(C1020)標準化之無氧銅。壓延銅箔較佳含有以質量率計為99.90~99.999%之銅，且於0~500質量ppm之範圍含有氧。
並且，，亦可對上述精銅或無氧銅，合計含有10~2000質 量ppm之選自Ag、Zn、Sn及P之群中之1種以上的添加元素。藉由添加此等添加元素，使彎折性或彎曲性提高之{100}方位的比率增加。
若上述元素之合計量未達10質量ppm，則存在銅箔之彎曲性降低之情況；若上述元素之合計量超過2000質量ppm，則存在導電率之降低變得顯著之情況。
尤其若使之含有10~500質量ppm之此等添加元素，則能夠進一步提高彎折性或彎曲性。又，若使之含有500~2000質量ppm之此等添加元素，則會變硬，從而於製造CCL時更不易產生褶皺。
<厚度>
將銅箔之厚度設為3~8μm。厚度未達3μm之銅箔難以製造。又，銅箔之厚度超過8μm者由於不易產生於本發明中成為課題之褶皺，故為對象之外。
<鍍覆層>
亦可於銅箔之單面或兩面，形成有由選自Cu、Ni、Zn及Co之群中之1種以上的元素構成之鍍覆層。
此等鍍覆層於與樹脂積層而製造CCL時會提升與樹脂之密接性，通常設為粗化鍍覆層。
<銅箔之表面性狀>
於依照JIS-B0601(2013)，自沿著TD方向之50mm之長度之表面的剖面曲線以輪廓曲線濾波器λ c=2mm，輪廓曲線濾波器λ f=25mm之條件將短波長及長波長成分截止而求得波紋曲線時，波紋曲線要素之平均長度Wsm為2.5~20.0mm。
此處，TD(Transverse Direction，橫向)方向係與MD方向(Machine Direction，縱向)成直角之方向。於壓延銅箔之情形時，TD方向係壓延直角方向。
而且，如圖2所示，沿著銅箔2之表面之沿循TD方向之50mm的長度L，測量表示高度輪廓之剖面曲線S。再者，於在銅箔之單面形成有上述鍍覆層之情形時，測量未被鍍覆之銅箔表面的剖面曲線S。於在銅箔之兩面形成有上述鍍覆層之情形時，首先，對兩個鍍覆層表面藉由下述方法測量算術平均粗糙度Ra，測量Ra較小之面的剖面曲線S。
剖面曲線係於JIS-B0601-2013「3.1.5」記載之「剖面曲線(primary profile)」。
繼而，「波紋曲線」係以如下方式求得。首先，自剖面曲線藉由低通濾波器去除波長較輪廓曲線濾波器λ c：2mm(其中，λ c係於JIS-B0601-2013「3.1.1.2」記載之「定義粗糙度成分與波紋成分之邊界的濾波器」)短之表面粗糙度之成分。進而，自此曲線藉由高通濾波器去除波長較輪廓曲線濾波器λ f：25mm(其中，λ f係於JIS-B0601-2013「3.1.1.3」記載之「定義波紋成分與較其長之波長成分之邊界的濾波器」)長之表面粗糙度之成分，而獲得波紋曲線。
波紋曲線要素之平均長度Wsm係於JIS-B0601-2013「4.3.1」記載之「輪廓曲線要素之平均長度(mean width of the profile elements)」。
波紋曲線要素之最大高度波紋Wz係於JIS-B0601-2013「4.1.3」記載之「輪廓曲線之最大高度(maximum height of profile)」。
粗糙度曲線係於JIS-B0601-2013「3.1.6」記載之「粗糙度曲線(roughness profile)」。
算術平均粗糙度Ra係於JIS-B0601-2013「3.1.6」記載之「輪廓曲線之算術平均高度(arithmetical mean deviation of the assessed profile)」。
最大高度粗糙度Rz係於JIS-B0601-2013「4.1.3」記載之「輪廓曲線之最大高度(maximum height of profile)」。
藉由根據沿著TD方向之50mm之長度L之表面求得剖面曲線S，能夠檢測出成為褶皺之原因之銅箔的形狀。
設為輪廓曲線濾波器λ c=2mm之原因在於：波長未達2mm之表面凹凸與褶皺不存在關聯。又，設為輪廓曲線濾波器λ f=25mm之原因在於：波長超過25mm之類的表面凹凸可被視為並非因銅箔之表面形狀引起之測量上之凹凸。又，波長超過25mm之類的表面凹凸與褶皺不存在關聯。
而且，藉由將波紋曲線要素之平均長度Wsm管理為2.5~20.0mm，於與樹脂貼合時變得不易於銅箔產生褶皺，從而提高生產性或良率。
此係於使用薄銅箔製造CCL時，於層壓法銅箔被夾於1對加熱輥，於雙帶式壓製法銅箔2被夾於各帶102a、102b間(參照圖1)而被熱壓接。此時銅箔若具有適度之波紋，則於加熱輥或各帶102a、102b與銅箔之間會出現間隙，此間隙成為空氣之通道。因此，認為於在進行熱壓接時於銅箔產生褶皺之力發揮作用時，銅箔自此間隙移動而將力分散，從而難以成為褶皺。
如此，若為具有適度之長度之波紋的銅箔則抑制褶皺，但認 為波紋之週期不論小或大，均不會產生褶皺之抑制效果。
即，Wsm未達2.5mm之類的小波紋，褶皺之抑制效果小，而Wsm超過20.0mm亦變得容易產生褶皺。
較佳為，波紋曲線之最大高度波紋Wz為0.00010~0.00200mm。
認為若Wz為該範圍內適度之高度，則因與上述同樣之理由於加熱輥或各帶102a、102b與銅箔之間會出現間隙，而於在進行熱壓接時於銅箔產生褶皺之力發揮作用時，銅箔自此間隙移動而將力分散，從而難以成為褶皺。
如此，若為具有適度之高度之波紋的銅箔則會抑制褶皺，但認為波紋之高度不論小或大，均不會產生褶皺之抑制效果。
即，Wz未達0.00010mm之類的小波紋，褶皺之抑制效果小，而Wz超過0.00200mm亦變得容易產生褶皺。
較佳於自上述剖面曲線S以λ c=0.25mm將長波長成分截止而求得粗糙度曲線時，自該粗糙度曲線計算之算術平均粗糙度Ra為0.01~0.1μm，最大高度粗糙度Rz為0.1~0.8μm。
若Ra或Rz未達上述範圍，則存在銅箔表面過於平滑而與樹脂層之密接性降低之情形。若Ra或Rz超過上述範圍，則相對於銅箔之厚度(3~8μm)而言，Ra或Rz超過10%而變大，故而有銅箔之厚度之精度降低從而不適於CCL或FPC用途之情況。
再者，由於Ra及Rz亦根據上述剖面曲線S算出，故而Ra及Rz係沿著TD方向之值。
本發明之壓延銅箔通常可於熱軋及表面研磨後反覆進行數 次(通常2次左右)冷軋及退火，繼而進行最後再結晶退火，然後，進行最後冷軋而製造成所需箔厚。進而，可於將銅箔除脂後，為確保與樹脂層之密接性，而於單面(與樹脂層之積層面)進行粗化鍍覆，進一步進行防銹處理，從而用於覆銅積層板。
再者，最後冷軋步驟之加工度越高，弛力退火可越輕，但各再結晶粒越容易變大。就此觀點而言，最後冷軋步驟之加工度，通常為95%以上99.9%以下，較佳為96%以上99%以下。
又，亦可設為電解銅箔。
本發明之覆銅積層板係於樹脂層之兩面或單面積層具有上述特性之銅箔而成。樹脂層只要為具有可應用於印刷配線板等之特性者，則不受特別限制，例如可使用聚酯膜或聚醯亞胺膜、液晶聚合物(LCP)膜、鐵氟龍(註冊商標)膜、聚對酞酸乙二酯膜、聚萘二甲酸乙二酯(polyethylene naphthalate)膜等，用於FPC用途。
樹脂層本身亦可為多層。又，可使用紙基材酚樹脂、紙基材環氧樹脂、合成纖維布基材環氧樹脂、玻璃布-紙複合基材環氧樹脂、玻璃布-玻璃不織布複合基材環氧樹脂及玻璃布基材環氧樹脂等，用於剛性PWB用途。
銅箔與樹脂之積層方法於用於剛性PWB用途之情形時可列舉如下方法：準備使樹脂含浸於玻璃布等基材並使樹脂硬化至半硬化狀態而成之預浸體，將銅箔重疊於預浸體並加熱加壓。於FPC之情形時，可將銅箔經由接著劑接著於聚醯亞胺膜等樹脂層，或者，在不使用接著劑下於高溫高壓下將銅箔積層接著而，製造覆銅積層板。
例如，作為層壓處理之條件，如於日本專利特開2011-148192號公報 所記載般，可藉由以下述方法來製造：將預先塗佈有具有接著力之熱塑性聚醯亞胺之聚醯亞胺膜與銅箔重疊，將使之通過加熱輥等進行壓接之被稱為層壓法的方法，或將液體狀之樹脂塗佈於銅箔，於銅箔上使之乾燥之被稱為澆鑄法的方法。藉由此等方法獲得之可撓性覆銅積層板被稱為雙層可撓性覆銅積層板。又，亦可設為以環氧系等之接著劑將銅箔與聚醯亞胺膜接著而成之三層可撓性覆銅積層板。
樹脂(層)之厚度不受特別限制，一般使用9~50μm左右者。又，有時亦會使用樹脂之厚度為50μm以上之較厚者。樹脂之厚度之上限並無特別限制，但例如為150μm。
本發明之覆銅積層板可用於各種可撓性印刷基板(印刷配線板(PWB))。作為印刷配線板，並無特別限制，例如就導體圖案之層數之觀點而言，可應用於單面PWB、雙面PWB、多層PWB(3層以上)；就絕緣基板材料之種類之觀點而言，可應用於剛性PWB、可撓性PWB(FPC)、剛-撓性PWB。
[實施例1]
<壓延銅箔之製造>
將添加有表1所示之組成之元素的精銅或無氧銅作為原料鑄造厚度100mm之鑄錠，於800℃以上進行熱軋至厚度10mm，並對表面之氧化皮進行表面研磨。然後，反覆進行冷軋與退火，獲得0.5mm之厚度之壓延板圈。
然後，於變為厚度20μm後之冷軋，藉由陶瓷燒結體之輥，且其軸向之表面之Wsm於2.5~20mm之間不同之壓延輥進行壓延。將此壓延輥之上述方向之表面的Ra設為0.04~0.1μm。
再者，比較例1、3係於變為厚度20μm後之冷軋，將超硬輥用於壓延輥，最後加工成最後厚度。將比較例3之超硬輥之該方向之Ra設為0.03μm。
比較例2係於成為厚度20μm後之冷軋中，使用陶瓷燒結體之輥且其上述方向之表面之Wsm超過20mm的壓延輥。將此壓延輥之上述方向的Ra設為0.04~0.1μm。
再者，表1之組成之欄之「OFC-100ppmAg」係指於JIS-H3100(C1020)之無氧銅OFC添加100質量ppm之Ag。又，「TPC-200ppmAg」係指於JIS-H3100(C1100)之精銅(TPC)添加200質量ppm之Ag。於其他添加量之情形時亦相同。
<銅箔之表面性狀>
對於所獲得之銅箔(無鍍覆)之表面，如於圖2所示般，使用三維形狀測量機(其恩斯公司製造，製品名：單觸發3D形狀測量機VR-3200)測量剖面曲線S。繼而，藉由測量機內置之軟體，獲取Wsm、Wz。
剖面曲線S、波紋曲線、粗糙度曲線係依照JIS-B0601(2013)以上述方式求得。Wsm、Wz亦依照JIS-B0601(2013)以上述方式求得。
Ra、Rz係使用接觸式表面粗糙度計(小坂研究所製造，製品名：SE-3400)進行測量。Ra、Rz係依照JIS-B0601(2013)以上述方式計算。
<銅箔之厚度>
藉由重量法，以IPC-TM-650為準則測量。
<層壓時有無產生褶皺>
使用熱輥層壓機，分別將銅箔重疊於聚醯亞胺膜之兩面並輸送至1對 加熱輥間，進行熱壓接並層壓，製作雙層雙面覆銅積層板。將輥之加熱溫度設為350℃，將輥之壓接壓力、銅箔與聚醯亞胺膜之輸送速度及張力值設為相同。
目視熱壓接後之雙層雙面覆銅積層板中之正面及背面之銅箔有無褶皺，以如下基準評價。只要評價為◎、○，則能夠有效地抑制於層壓時產生褶皺。
◎：於正面及背面之任一者之銅箔均未產生褶皺
○：根據光之照射方法，於正面及背面之任一者產生能夠以目視確認之淺的褶皺
×：無論光之照射方法如何，於正面及背面之至少任一者產生明顯能夠以目視確認之褶皺
<彎曲性>
首先，於銅箔之單面，進行以下之粗化處理鍍覆(國際專利公開2013108414)。
粗化處理鍍覆：三元系銅-鈷-鎳合金鍍覆
鍍浴組成：Cu10~20g/L、Co1~10g/L、Ni1~10g/L
鍍浴pH：1~4
鍍覆溫度：40~50℃
鍍覆電流密度：20~30A/dm2
鍍覆電解時間：1~5秒
繼而，分別使上述銅箔之粗化處理面與市售之厚度12.5μm之聚醯亞胺膜(宇部興產公司製造之UPILEX-VT)之兩面重合而積層後， 進行熱壓接而製作雙面CCL。對於此CCL，於將單面之銅箔全部以蝕刻去除後，於相反面之銅箔藉由蝕刻形成電路寬度0.3mm、間隔寬度0.3mm之電路圖案。然後，將厚度25μm之覆蓋層膜被覆於此電路，加工成FPC。
對於此FPC，進行滑動彎曲試驗而評價彎曲性。具體而言，使用滑動試驗機(應用技研產業股份有限公司製造之TK-107型)，將滑動半徑r(mm)於實施例9設為r=4mm，於其他實施例及比較例設為r=0.72mm，於任一情形時均以滑動速度均為120次/分鐘使FPC彎曲。
以如下基準評價。只要為評價為◎、○，則彎曲性優異。
◎：與試驗前相比，銅箔之電路之電阻增加5%時之彎曲次數為10萬次以上
○：與試驗前相比，銅箔之電路之電阻增加10%時之彎曲次數為10萬次以上
×：與試驗前相比，銅箔之電路之電阻增加10%時之彎曲次數未達10萬次
<密接性>
與用於上述彎曲性之評價之方法相同地，製作雙面CCL。對於此CCL，於將單面之銅箔全部以蝕刻去除後，於相反面之銅箔形成下述電路圖案。然後，根據於JIS-C6471(1995)規定之「銅箔之剝離強度」之方法A測量，評價密接性。再者，雙面CCL之尺寸及形成於銅箔之電路圖案，係依照JIS-C6471(1995)之附圖4。
以如下基準評價。只要評價為○，則彎曲性優異。
○：0.7kN/m以上
×：未達0.7kN/m
將所獲得之結果示於表1。
如根據表1可知，於Wsm為2.5~20.0mm之各實施例之情形時，即便厚度薄，仍能抑制製造CCL時於層壓處理中銅箔產生褶皺。又，CCL之彎曲性、密接性亦優異。
尤其於Wz為0.00010~0.00200mm之實施例1~16之情形時，相較於其他實施例，能夠進一步有效地抑制於層壓處理中銅箔產生褶皺。
另一方面，於Wsm未達2.5mm之比較例1、3、及Wsm超過20.0mm之比較例2之情形時，於CCL製造時之層壓處理中在在銅箔顯著地產生褶皺。
又，於比較例3之情形時，Ra及Rz未達規定範圍，銅箔表面過於平坦從而密接性亦降低。

Claims (10)

  1. 一種銅箔，係含有以質量率計為99.90%以上之銅且厚度為3~8μm的銅箔，其特徵在於：於依照JIS-B0601(2013)，自沿著TD方向之50mm之長度之表面的剖面曲線以輪廓曲線濾波器λ c=2mm，輪廓曲線濾波器λ f=25mm之條件將短波長及長波長成分截止而求得波紋曲線時，波紋曲線要素之平均長度Wsm為2.5~20.0mm。
  2. 如申請專利範圍第1項之銅箔，其中，該波紋曲線之最大高度波紋Wz為0.00010~0.00200mm。
  3. 如申請專利範圍第1項之銅箔，其係壓延銅箔，合計含有10~2000質量ppm之選自Ag、Zn、Sn及P之群中之1種以上的添加元素。
  4. 如申請專利範圍第2項之銅箔，其係壓延銅箔，合計含有10~2000質量ppm之選自Ag、Zn、Sn及P之群中之1種以上的添加元素。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之銅箔，其於單面或兩面，形成有由選自Cu、Ni、Zn及Co之群中之1種以上的元素構成之鍍覆層。
  6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之銅箔，其中，於自該剖面曲線以λ c=0.25mm將長波長成分截止而求得粗糙度曲線時，自該粗糙度曲線計算之算術平均粗糙度Ra為0.01~0.1μm，最大高度粗糙度Rz為0.1~0.8μm。
  7. 如申請專利範圍第5項之銅箔，其中，於自該剖面曲線以λ c=0.25mm將長波長成分截止而求得粗糙度曲線時，自該粗糙度曲線計算之算術平均粗糙度Ra為0.01~0.1μm；最大高度粗糙度Rz為0.1~0.8μm。
  8. 一種覆銅積層板，係將申請專利範圍第1至7項中任一項之銅箔與樹脂層積層而成。
  9. 一種可撓性印刷基板，係使用申請專利範圍第8項之覆銅積層板於該銅箔形成電路而成。
  10. 一種電子機器，其使用有申請專利範圍第9項之可撓性印刷基板。
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