JP2000212660A - フレキシブルプリント回路基板用圧延銅箔およびその製造方法 - Google Patents
フレキシブルプリント回路基板用圧延銅箔およびその製造方法Info
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Abstract
管中の軟化に伴うトラブルを解消することにより,優れ
た屈曲性と適度な軟化特性を有する併せ持つFPC用圧延
銅箔を提供すること。 【解決手段】酸素が10重量ppm以下であり,次式で定義
したTが4〜34の範囲にあり, T = 0.60[Bi] + 0.55[Pb] + 0.60[Sb] + 0.64[Se] + 1.
36[S] + 0.32[As] + 0.09[Fe] + 0.02[Ni] + 0.76[Te]
+ 0.48[Sn] + 0.16[Ag] +1.24[P] (ただし,[i]は元
素iの重量ppm濃度) 上記各元素の濃度が次の範囲にあり, [Bi]<5,[Pb]<10,[Sb]<5,[Se]<5,[S]<15 ,[A
s]<5, [Fe]<20,[Ni]<20, [Te]<5,[Sn]<20,[A
g]<50,[P]<15 (ただし,[i]は元素iの重量ppm濃度) 厚さが5〜50μmであり,120〜150℃の半軟化温度を有
し,30℃において継続して300 N/mm2以上の引っ張
り強さを保持し優れた屈曲性と適度な軟化特性を有する
フレキシブルプリント回路基板用圧延銅箔。
Description
性を有するフレキシブルプリント回路基板(Flexible p
rinted circuit,以下FPCと表記する)等の可撓性配線
部材に関するものである。
は,ガラスエポキシおよび紙フェノール基板を構成材料
とする硬質銅張積層板(リジット)と,ポリイミドおよ
びポリエステル基板を構成材料とする可撓性銅張積層基
板(フレキシブル)とに大別され,プリント配線基板の
導電材としては主として銅箔が使用されている.銅箔は
その製造方法の違いにより電解銅箔と圧延銅箔に分類さ
れる。
ルプリント回路基板(FPC)は,樹脂基板に銅箔をラミ
ネートし,接着剤あるいは加熱加圧により一体化して形
成される。近年では高密度実装の有効な手段として,ビ
ルドアップ基板と呼ばれる多層配線基板が多く用いられ
ている。これFPCの構成部材となる銅箔には,主に圧延
銅箔が用いられている。
ィスク内の駆動部等の可動部分への配線が必要とされる
場所に広く使用され,100万回以上の屈曲が繰り返され
る。近年の装置の小型化や高水準化に伴い,この屈曲性
への要求はより高度化している。
フピッチ銅(酸素含有量100〜500 ppm)が用いられる。
このタフピッチ銅箔は,インゴットを熱間圧延した後,
所定の厚さまで冷間圧延と焼鈍とを繰り返して製造され
る。その後,樹脂基板との接着性を向上させるため,銅
箔には表面に粗化めっきが施される。粗化めっき後の銅
箔は,裁断された後,樹脂基板と貼り合わせられる。銅
箔と樹脂との貼りあわせには,例えばエポキシ等の熱硬
化性樹脂からなる接着剤が用いられ,張り合わせ後130
〜170℃の温度で1〜2時間加熱して硬化させる。つぎ
に,銅箔をエッチングして種々の配線パターンを形成す
る。
り圧延上がりよりも著しく向上する。そこで銅箔は焼鈍
状態でFPCの構成部材として使用されるが,この焼鈍は
粗化めっきして裁断した後に加熱処理を行うか,銅箔を
樹脂基板と接着する際の加熱で兼ねる。このように,焼
鈍状態の銅箔を最初から用いず製造工程の中間で焼鈍を
行う理由は,焼鈍後の軟質状態では裁断や樹脂基盤との
貼りあわせの際に銅箔が変形したり,銅箔にしわが生じ
たりするためであり,圧延上がりの硬質の状態の方がFP
Cの製造性の点からは有利なためである。
となる圧延銅箔の屈曲性を高めることが有効である。焼
鈍後の銅箔の屈曲性は,立方体集合組織が発達するほど
向上する。また,この立方体集合組織を発達させるため
には,銅箔の製造プロセスにおいて,最終圧延での加工
度を高くすること,および最終圧延直前の焼鈍での結晶
粒径を小さくすることが効果的である(特願平10-10185
8)。
銅箔は,圧延で蓄積される塑性歪みが増大するため軟化
温度が著しく低下し,場合によっては,室温で保管して
いても保管期間が長期に及ぶと軟化することがある(例
えば特開平10-230303)。
いてFPCを製造すると,銅箔が変形する等の問題が生
じ,FPCの製造性が著しく低下する。したがって,上記
の製造プロセスを選択して銅箔の屈曲性を向上させる場
合,同時に銅箔の軟化温度を適度に高くする必要があ
る。
曲性圧延銅箔の軟化温度を適度に高めて保管中の軟化に
伴うトラブルを解消することにより,優れた屈曲性と適
度な軟化特性を有する併せ持つFPC用圧延銅箔を提供す
ることである。
の問題点を解決したものであり, (1)酸素が10重量ppm以下であり,次式で定義したTが
4〜34の範囲にあり, T = 0.60[Bi] + 0.55[Pb] + 0.60[Sb] + 0.64[Se] + 1.
36[S] + 0.32[As] + 0.09[Fe] + 0.02[Ni] + 0.76[Te]
+ 0.48[Sn] + 0.16[Ag] +1.24[P] (ただし,[i]は元
素iの重量ppm濃度) 上記各元素の濃度が次の範囲にあり, [Bi]<5,[Pb]<10,[Sb]<5,[Se]<5,[S]<15 ,[A
s]<5, [Fe]<20,[Ni]<20, [Te]<5,[Sn]<20,[A
g]<50,[P]<15 (ただし,[i]は元素iの重量ppm濃度) 厚さが5〜50μmであり,120〜150℃の半軟化温度を有
し,30℃において継続して300 N/mm2以上の引張り
強さを保持し優れた屈曲性と適度な軟化特性を有するこ
とを特徴とするフレキシブルプリント回路基板用圧延銅
箔。
bの各成分の内一種以上の合計量が20重量ppm以下である
ことを特徴とする,上記(1)のフレキシブルプリント
回路基板用圧延銅箔。 (3)200℃で30分間の焼鈍後の圧延面のX線回折で求め
た(200)面の強度(I)が微粉末銅のX線回折で求めた
(200)面の強度(I0)に対しI/I0>20.0であることを
特徴とする,上記(1)および(2)のフレキシブルプ
リント回路基板用圧延銅箔。
圧延と焼鈍とを繰り返し,最後に冷間圧延で箔に仕上げ
るプロセスで製造し,最後の冷間圧延の直前の焼鈍をこ
の焼鈍で得られる再結晶粒の平均粒径が20μmになる条
件下で行い,最後の冷間圧延の加工度を90.0 %を超える
値とし,優れた屈曲性と適度な軟化特性を有する圧延銅
箔を得ることを特徴とする請求項1,2及び3のフレキ
シブルプリント回路基板用圧延銅箔の製造方法に関する
ものである。
スで製造して立方体集合組織を発達させれば,屈曲性は
向上するが,軟化温度が低くなり過ぎる。しかし,素材
の成分をコントロールすることにより軟化温度を高めて
やれば,適度な軟化温度を有する銅箔を得ることが可能
となる。
の圧延上がりの引張り強さは400〜500 N/mm2である
が,30℃で1年間放置しても300 N/mm2以上の引張
り強さを保つこと,(2) 粗化めっきして裁断した後の熱
処理または樹脂基板と接着する際の熱処理で,銅箔が軟
化すること,の2つの条件によって規定され,30分間焼
鈍の際の半軟化温度(引張強さが焼鈍前と完全に軟化し
たときの中間の値になるときの焼鈍温度)でいえば,12
0〜150℃の範囲に相当する。
素銅ではなくタフピッチ銅が用いられているが,この理
由は,無酸素銅はタフピッチ銅と比較して軟化温度が30
℃以上高く,上述の樹脂基板と接着する際の熱処理で軟
化しないためである(例えば,酒井修二,永井康睦,菅
谷和雄,大谷憲夫:“低温軟化無酸素銅の諸特性とその
応用”,日立電線,No.8 (1989),P.51-56,および
江口立彦,藤田繁男,宮武幸裕,千草成史,徳永新,佐
藤矩正,稲田孝:“低温軟化・高屈曲性無酸素銅の開発
“,古河電工時報,No.86 (1990),P.25-31)。
敬遠されてきた無酸素銅を,優れた屈曲性が得られる高
加工度または微細結晶粒のプロセスで製造すれば,この
プロセスによって軟化温度が低下し,FPC用銅箔として
好適な軟化温度が得られる可能性がある。
銅を用いることは従来より提案されていたが,例えば,
硼素を10〜600 ppm添加して軟化温度を低下させた無
酸素銅箔を用いる(特許番号第1582981),Ca,Zrま
たはミッシュメタルの1種以上を10〜30ppm添加して軟
化温度を低下させた無酸素銅を用いる(特許番号第1849
316)など,合金元素の微量添加によって軟化温度をタ
フピッチ銅レベルまで低下させた上で,無酸素銅を使用
する場合がほとんどであった。
しに,特殊な製造プロセスで製造することによって無酸
素銅箔の軟化温度を低下させ,FPCに用いる例もある
が,最終焼鈍を低温・長時間で行うなど,銅箔の生産性
を低下させるものであった(特開平01-212739)。いず
れにしても,従来の研究は無酸素銅の軟化温度を低下さ
せることだけを目的としたものであり,無酸素銅本来の
高い軟化温度を積極的に利用した例はなかった。
酸素銅の軟化温度に影響を及ぼす不純物元素は,Bi,P
b,Sb,Se,S,As,Fe,Ni,Te,Ag,SnおよびPであ
る。これら元素の濃度が高くなると軟化温度は上昇する
が,各元素の無酸素銅中の濃度は製造タイミングによっ
てばらつき,従来のばらつきのレベルでは,半軟化温度
を120〜150℃という狭い範囲に収めることはできない。
そこで,これら元素の濃度を適正範囲に調整することが
必要となる。
ある。上記元素のうち,Bi,Pb,Sb,Se,S,As,Ni,T
e,AgおよびSnは,主にこの電気銅から持ち込まれるも
のである。したがって,これら不純物の濃度は,原料に
用いる電気銅を,その不純物含有量に応じて選別するこ
とによって調整できる。
等によって酸素濃度を調整されて無酸素銅となる。Feは
主にこの過程で鉄錆などから混入するものであり,この
ようなFe分の混入を管理すればFe濃度を調整できる。ま
た,無酸素銅の製造過程において,脱酸の仕上げとし
て,微量のPが添加されることがある。P濃度は,このP
添加量を管理することで調整できる。
を銅に低濃度で添加すると,軟化温度が低下することが
知られている。これは,これら元素が上記の不純物元素
と化合し不純物を固溶状態から析出状態に変える,ある
いは再結晶核となって再結晶エネルギーを下げるためで
あるといわれている(例えば,特開昭63-140052)。
しか含有されていないため,無酸素銅の製造過程におい
て意図的に添加しない限り,軟化温度低下の効果が発現
する濃度まで無酸素銅中に含有されることは少ない。し
たがって,これら元素を含有する電気銅を用いないこと
も重要であるが,無酸素銅の製造過程でこれら元素を脱
酸剤等として添加しないことがとくに重要である。
り返し,無酸素銅の微量不純物量を厳密に調整し,また
その製造工程を厳密に規定すれば,優れた屈曲性を得る
と同時に,その半軟化温度を120〜150℃の範囲に調整で
きることを見出した。
に示す。本発明では,圧延銅箔を室温において継続して
300 N/mm2以上の引張り強さを保持することを目標と
した。より望ましくは30℃において1年間放置した場合
であったも,300 N/mm 2以上の引張り強さを保持でき
ることである。
を超える温度に相当し,銅箔がFPCに加工されるまでの
保管期間は継続してとは,継続して保管されることが多
く,更に長くても1年間である。また,引張り強さが30
0 N/mm2以上であれば,銅箔を加工中にしわが生じる
等のトラブルは発生しない。したがって,30℃で1年間
放置しても300 N/mm2以上の引張り強さを保持できれ
ば実用上問題はない。このような軟化特性は,30分間焼
鈍したときの半軟化温度に換算すると,120℃以上の温
度に相当する。
150℃を超えると, 粗化めっきして裁断した後の熱処理
または樹脂基板と接着する際の熱処理で銅箔が軟化しな
いことがある。そこで,30分間焼鈍したときの半軟化温
度を120〜150℃に規定した。
曲性を高める必要がある。銅箔は再結晶状態でFPC中に
組み込まれるが,純Cuの再結晶集合組織である立方体集
合組織を発達させれば,銅箔の屈曲性は向上する。
集合組織の発達度は,X線回折で求めた(200)面の強度
が微粉末銅のX線回折で求めた(200)面の強度(I0)に
対しI/I0>20.0の関係であることで規定され,好まし
くはI/I0>40.0の関係で規定される。ここで,200℃で
30分間の焼鈍は,X線強度の測定に際し,銅箔を再結晶
させるために行うものである。
℃以上の軟化温度を得るためである。O濃度が10 重量pp
mを超えると,高屈曲が得られるプロセスで箔を製造す
る場合,微量成分量を後述する範囲に調整しても120℃
以上の半軟化温度を得ることができない。また,O濃度
を低減するとCu2O介在物が減少するため,屈曲性が改善
される効果も得られる。
g,SnおよびPは,無酸素銅の軟化特性を決定付ける元素
であり,これらの濃度を調整することで半軟化温度を制
御できる。ただし,各元素で軟化温度上昇への寄与率が
異なるため,元素により重み付けを行う必要がある。そ
こで,軟化温度上昇指数(T)を次式で定義した。
[Se] + 1.36[S] + 0.32[As] + 0.09[Fe] + 0.02[Ni] +
0.76[Te] + 0.48[Sn] + 0.16[Ag] +1.24[P] (ただ
し,[i]は元素iの重量ppm濃度)
元素を単独で種々の量添加して濃度と半軟化温度との関
係を求め,この関係を一次直線で整理したときの直線の
傾き(℃/重量ppm)である。また,各元素の半軟化温
度の上昇効果が,加算的に働くことを確認している。
の濃度を調整すれば,高屈曲が得られるプロセスで製造
した銅箔の半軟化温度を,120〜150℃の範囲に収めるこ
とができる。一方,Tが4より小さくなると半軟化温度が
120℃より低くなり,Tが34を超えると半軟化温度が150
℃を超える。
したように不純物としての混入量を調整すればよいが,
無酸素銅の製造過程においてこれら元素を意図的に添加
する方法もある。ただし,各元素の濃度は,それぞれ規
定の範囲内に調整する必要がある。
インゴットの粒界に偏析すると,熱間圧延の際に割れが
発生する。S,Sb,Se,As,Te,P等の非金属元素は,Cu
との間で非金属介在物を形成し,屈曲性をはじめとする
機械的特性を低下させる。
を多量に用いて軟化温度を調整することは経済的に不利
である。 Fe,Ni等の濃度が高くなると,再結晶集合組織の発達
が阻害され{(200)面のI/I0が低下},屈曲性が低下
する。 そこで,上記弊害が生じない範囲として,各元素の濃度
を, [Bi]<5,[Pb]<10,[Sb]<5,[Se]<5,[S]<15 ,[A
s]<5, [Fe]<20,[Ni]<20, [Te]<5,[Ag]<50,[S
n]<20,[P]<15 (ただし,[i]は元素iの重量ppm濃度) に規定した。
中に含有されると半軟化温度が低下するが,これら元素
の合計量が20重量ppm以下であれば,この軟化温度が低
下する現象は発現しない。そこで,これら元素の合計量
を20重量ppm以下に規定した。
外周に生じる歪みが減少するため,屈曲性が向上する。
銅箔の厚さが50μmを超えると,立方体集合組織を発達
させても所望の屈曲性は得られない。一方,銅箔の厚さ
を5μm未満にすると,箔の強度が低くなり過ぎ,破断な
どにより箔の取り扱いが困難となる。そこで銅箔の厚み
を5〜50μmとした。
20μm以下になる条件で再結晶焼鈍を行なった後,90.0
%を超える加工度の冷間圧延を行うことによって箔に仕
上げられるが,圧延前の焼鈍での平均粒径が20μmを超
える場合または加工度が90.0%以下の場合には,I/I0<
20.0となって良好な屈曲性が得られない。
温度が150℃を超えることがある。なお,最終冷間圧延
前の焼鈍を熱間圧延で兼ねることもできるが,この場合
も熱間圧延上がりの結晶粒径を20μm以下に調整するこ
とが望ましい。
る。表1に示す成分の厚さ200 mm,幅600 mmの銅インゴ
ットを製造し,熱間圧延により10 mmまで圧延した。
材として従来より用いられてきたタフピッチ銅である。
つぎに,焼鈍と冷間圧延を繰り返し,厚さt0 mmの圧延
上がりの板を得た。この板を焼鈍して再結晶させ,酸化
スケールを除去した後,所定の厚みt mmまで冷間圧延し
た。ここで,最後の冷間圧延での加工度はRは,
後の結晶粒径を圧延方向に直角な断面において切断法で
測定した。
圧延加工度で製造した銅箔試料について以下の特性を評
価した。 (1)立方体集合組織 試料を200℃で30分間加熱した後,圧延面のX線回折で求
めた(200)面強度の積分値(I)求めた。この値をあらか
じめ測定しておいた微粉末銅の(200)面強度の積分値(I
0)で割り,I/I0の値を計算した。なお,ピーク強度の
積分値の測定は,Co管球を用い,2θ=57〜63°(θは
回折角度)の範囲で行った。
示す装置により,屈曲疲労寿命の測定を行った。この装
置は,発振駆動体4に振動伝達部材3を結合した構造に
なっており,被試験銅箔は1は,矢印で示したねじ2の
部分と3の先端部の計4点で装置に固定される。振動部
3が上下に駆動すると,銅箔1の中間部は,所定の曲率
半径rでヘアピン状に屈曲される。本試験では,以下の
条件下で屈曲を繰り返した時の破断までの回数を求め
た。
試験片採取方向:試験片の長さ方向が圧延方向と平行に
なるように採取,曲率半径r:2.5 mm,振動ストロー
ク:25mm,振動速度:1500回/分 なお,屈曲疲労寿命が3万回以上の場合に,優れた屈曲
性を有していると判断した。また,この試験は加速試験
であり,実際にFPCが使用させる条件よりも厳しい条件
下で行っている。
測定した。そして,焼鈍後の引張り強さが,圧延上がり
の引張り強さと300℃で30分間焼鈍し完全に軟化させた
後の引張り強さとの中間の値になるときの焼鈍温度を求
めた。半軟化温度が120〜150℃の範囲であれば,適正な
軟化特性を有していると判断した。
保管開始から1ヶ月毎に引張り強さを測定し,引張り強
さが300 N/mm2以下の値になるまでの期間を求めた。
この評価は12ヶ月間まで継続した。
す。
No.1〜20は,焼鈍を行うと立方体集合組織が発達して20
0面のI/I0が20.0を超え,その結果として3万回以上の
優れた屈曲寿命を示している。また,軟化温度は,目標
の120〜150℃の範囲内であり,室温(30℃)で1年間保
管しても引張強さが300 N/mm2以上の値を保ってい
る。
たタフピッチ銅箔である比較例のNo. 1は,Tが4以上で
あるにもかかわらず,半軟化温度が120℃よりも低く,3
0℃の保管で1年以内に引張強さが300 N/mm2以下に低
下した。比較例のNo.2はTが4に満たないため,半軟化温
度が120℃よりも低く,30℃の保管で1年以内に引張強さ
が300 N/mm2以下に低下した。また,比較例のNo.3はT
が34を超えているため,半軟化温度が150℃を超えてお
り,FPCの製造段階で再結晶しない危険性が高い。
ているため,インゴットを熱間圧延する際に割れが発生
し,銅箔に加工することができなかった。同様に,Pb,
Se,S,Sn濃度が規定範囲を超えた場合にも熱間圧延割
れが発生した。
いるため熱間圧延割れが発生したが,この割れを研削し
て35μmまで加工した。しかし,Cu2S介在物が増大した
ため,I/I0が20を超えたにもかかわらず,30000回以上
の屈曲回数が得られなかった。同様に,Sb,Se,As,T
e,P濃度が規定範囲を超えた場合にも,非金属介在物が
増大して屈曲性が低下した。
るため,再結晶集合組織の発達が阻害されI/I0が20未
満となり,30000回以上の屈曲回数が得られなかった。
同様に,Ni濃度が規定範囲を超えた場合にも,I/I0が20
未満となった。
いるが,Ti,Zr,Hf,V,B,Ca,Nb等を脱酸剤として用
い,これらの合計濃度が20重量ppmを超えてしまったた
め,半軟化温度が120℃よりも低く,30℃の保管で1年以
内に引張強さが300 N/mm2以下に低下した。
を超えているため,比較例のNo.11は圧延加工度が90 %
以下であるため,200面のI/I0が20未満であり,屈曲回
数が3万回に満たず,圧延で蓄積された塑性歪み少ない
ため半軟化温度が150℃を超えている。
ため,立方体集合組織が発達しているにもかかわらず,
屈曲回数が3万回未満である。
例のNo.1〜9および比較例のNo.2,3について,Tと半軟
化温度との関係を示した。Tが高くなると半軟化温度が
上昇し,Tが4〜34の範囲で目標の120〜150℃の半軟化温
度が得られていることがわかる。
延銅箔は優れた屈曲性を有する。また,適度な軟化温度
を有し、かつ保管中に軟化したりあるいは焼鈍を行って
も軟化しないといったトラブルが生じないため,フレキ
シブルプリント回路基板としての好ましい特性を有す
る。もちろんこの銅箔は,リチウムイオン電池の電極等
のフレキシブルプリント回路以外の用途にも好適であ
る。
試験の説明図である。
すグラフである。
Claims (4)
- 【請求項1】酸素が10重量ppm以下であり,次式で定義
したTが4〜34の範囲にあり, T = 0.60[Bi] + 0.55[Pb] + 0.60[Sb] + 0.64[Se] + 1.
36[S] + 0.32[As] + 0.09[Fe] + 0.02[Ni] + 0.76[Te]
+ 0.48[Sn] + 0.16[Ag] +1.24[P] (ただし,[i]は元
素iの重量ppm濃度) 上記各元素の濃度が次の範囲にあり, [Bi]<5,[Pb]<10,[Sb]<5,[Se]<5,[S]<15 ,[A
s]<5, [Fe]<20,[Ni]<20, [Te]<5,[Sn]<20,[A
g]<50,[P]<15 (ただし,[i]は元素iの重量ppm濃度) 厚さが5〜50μmであり,120〜150℃の半軟化温度を有
し,30℃において継続して300 N/mm2以上の引張
り強さを保持し優れた屈曲性と適度な軟化特性を有する
ことを特徴とするフレキシブルプリント回路基板用圧延
銅箔。 - 【請求項2】Ti,Zr,Hf,V,Ta,B,CaおよびNbの各成
分の内一種以上の合計量が20重量ppm以下であることを
特徴とする,請求項1のフレキシブルプリント回路基板
用圧延銅箔。 - 【請求項3】200℃で30分間の焼鈍後の圧延面のX線回折
で求めた(200)面の強度(I)が微粉末銅のX線回折で
求めた(200)面の強度(I0)に対しI/I0>20.0である
ことを特徴とする,請求項1および2のフレキシブルプ
リント回路基板用圧延銅箔。 - 【請求項4】インゴットを熱間圧延した後,冷間圧延と
焼鈍とを繰り返し,最後に冷間圧延で箔に仕上げるプロ
セスで製造し,最後の冷間圧延の直前の焼鈍をこの焼鈍
で得られる再結晶粒の平均粒径が20μmになる条件下で
行い,最後の冷間圧延の加工度を90.0 %を超える値と
し,優れた屈曲性と適度な軟化特性を有する圧延銅箔を
得ることを特徴とする請求項1,2及び3のフレキシブ
ルプリント回路基板用圧延銅箔の製造方法。
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