説明

フレキシブルプリント配線板用銅箔及びその製造方法

【課題】屈曲部を有するFPCに好適な銅箔を提供する。
【解決手段】柔軟性樹脂基板と銅箔から形成された配線とを備え、配線の少なくとも一箇所の屈曲部における稜線が銅箔の長さ方向と2.9〜87.1°の角度を成すフレキシブルプリント配線板の配線部材として用いられる銅箔であって、360℃×6分間の熱処理を施して該銅箔を再結晶させると、厚み方向の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)に対してI/I0≧25である立方体集合組織が発現し、さらに銅箔の長さ方向に対し45°方向の伸びが、銅箔の長さ方向に対し0°および90°方向の伸びの4倍以上である伸び特性が発現するフレキシブルプリント配線板用銅箔。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、フレキシブルプリント配線板に配線材料として使用される銅箔および当該銅箔を配線材料として使用したフレキシブルプリント配線板に関する。
【背景技術】
【0002】
柔軟性のある絶縁基板と銅箔配線部から構成されるフレキシブルプリント配線板(FPC)は、電子機器内の屈曲変形が繰り返し加えられ部位、例えばハードディスク内の可動部、携帯電話のヒンジ部やスライド摺動部、プリンターのヘッド部、光ピックアップ部、ノートPCの可動部等の配線に広く用いられている。近年の高密度実装化に伴い屈曲部の曲率半径が小さくなり,電解銅箔等の従来の銅箔を用いたFPCでは、銅箔の疲労破壊により配線が断線するという問題が生じていた。
【0003】
そこで、特開2010−34541号公報では、銅等の立方晶系の結晶構造を有する金属を用いたFPCにおいて、所定の角度を有して屈曲させた場合に耐屈曲性が向上することに着目し、屈曲部の稜線から厚み方向に切った際の配線の断面が、[001]を晶帯軸として(100)から(110)への回転方向における(20 1 0)から(1 20 0)の範囲に含まれたいずれかの面に主方位をなすように配線することを提案している。この方位関係は、屈曲部における稜線が金属箔の長さ方向と2.9°〜87.1°の角度を成すように配線することに相当する。ここで、銅箔の長さ方向とは、圧延銅箔の場合は圧延機での圧延方向に、電解銅箔の場合は電解ラインでの通箔方向に相当する。
【0004】
同様に、特開2010−56128号公報では、可撓性配線基板の製造方法として、金属箔の長手方向に対し3°〜87°傾けた方向に配線を形成する製造方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2010−34541号公報
【特許文献2】特開2010−56128号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、特許文献1に記載の発明の改良発明を提供すること、すなわち、屈曲部における稜線が金属箔の長さ方向と2.9°〜87.1°の角度を成すように配線されたFPCついて、配線材料である銅箔を改良することにより、その耐屈曲性をさらに改善することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明者等は、鋭意検討した結果、FPCに用いる銅箔の伸び特性を改良することで上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成した。
【0008】
すなわち、本発明は一側面において、柔軟性絶縁基板と銅箔から形成された配線とを備え、配線の少なくとも一箇所の屈曲部における稜線が銅箔の長さ方向と2.9〜87.1°の角度を成すフレキシブルプリント配線板の配線部材として用いられる銅箔であって、360℃×6分間の熱処理を施して該銅箔を再結晶させると、銅箔表面の厚み方向の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)に対してI/I0≧25である立方体集合組織が発現し、さらに銅箔の長さ方向に対し45°方向の伸びが、銅箔の長さ方向に対し0°および90°方向の伸びの4倍以上である伸び特性が発現するレキシブルプリント配線板用銅箔である。
【0009】
本発明に係るフレキシブルプリント配線板用銅箔は一実施形態において、銅箔の長さ方向に対し45°方向の伸びが、20%以上である。
【0010】
本発明に係るフレキシブルプリント配線板用銅箔は別の一実施形態において、Ag、Sn、Cr、Fe、Zn及びZrよりなる群から選択される合金元素の1種又は2種以上を合計で0〜1質量%含有し残部が銅及び不可避的不純物からなるタフピッチ銅ベースまたは無酸素銅ベースの圧延銅箔である。
【0011】
本発明に係るフレキシブルプリント配線板用銅箔は更に別の一実施形態において、Agを0.01〜0.05質量%含有し残部が銅及び不可避的不純物からなる、タフピッチ銅ベースの圧延銅箔である。
【0012】
本発明に係るフレキシブルプリント配線板用銅箔は更に別の一実施形態において、Snを0.001〜0.01質量%含有し残部が銅及び不可避的不純物からなる、無酸素銅ベースの圧延銅箔である。
【0013】
本発明に係るフレキシブルプリント配線板用銅箔は更に別の一実施形態において、厚さが6〜35μmである。
【0014】
本発明に係るフレキシブルプリント配線板用銅箔は更に別の一実施形態において、本発明に係る銅箔表面の片面又は両面に粗化処理を施したフレキシブルプリント配線板用銅箔である。
【0015】
本発明は別の一側面において、柔軟性絶縁基板の片面又は両面に、本発明に係る銅箔が熱処理工程を経て積層されてなるフレキシブル銅張積層板である。
【0016】
本発明に係るフレキシブル銅張積層板は一実施形態において、熱処理工程における材料の加熱温度をT(℃)、加熱時間をt(h)としたときに、(T+273)×(14+logt)の値が6000〜10000となる条件で該熱処理が行われている。
【0017】
本発明は更に別の一側面において、本発明に係るフレキシブル銅張積層板を材料として製造したフレキシブルプリント配線板であって、柔軟性絶縁基板と銅箔から形成された配線とを備え、配線の少なくとも一箇所の屈曲部における稜線が銅箔の長さ方向と2.9〜87.1°の角度を成すフレキシブルプリント配線板である。
【0018】
本発明は更に別の一側面において、インゴットを熱間圧延した後、冷間圧延と焼鈍を繰り返して、最終冷間圧延で所定厚みに仕上げる工程を含み、該最終冷間圧延において圧延加工度を93.0〜99.9%、圧延油温度を20〜30℃の範囲に調整する本発明に係る銅箔の製造方法である。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、耐屈曲性が向上されたFPCを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】FPCをU字状に屈曲させたときの稜線と銅箔の長さ(LD)方向との角度(α)を示す模式図である。
【図2】FPCの配線形状の例と、各例における稜線と銅箔の長さ(LD)方向との角度(α)を示す図である。
【図3】実施例で採用した配線パターンを示す模式図である。
【図4】発明例1、比較例1及び比較例2における角度(α)と屈曲寿命の関係を表した図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
(FPCの配線)
図1に示すように、FPCをU字状に屈曲させると、その外側(曲率半径を有した内接円が形成される方とは反対側)にU字の頂点を通る稜線が形成される。屈曲部の形状がV字状であればV字の頂点を通る稜線が形成される。本発明のFPCでは、この屈曲部の頂点が描く稜線と銅箔の長さ(LD)方向との角度(α)(0°≦α≦90°)が2.9〜87.1°の範囲になるように配線する。前記特許文献1で開示されているように、配線材料として立方体集合組織が発達した銅箔を用いた場合、この角度関係をとることでFPCの耐屈曲性が大幅に向上する。このような配線状態の例を図2の(a)及び(b)に示す。ちなみに、図2の(c)及び(d)はLD方向に対し稜線が直交した状態(α=90°)である。αが11.4〜78.6°であれば屈曲耐久性がより一層向上する。さらに好ましくはαが26.6〜63.4°、最も好適にはαが30°又は60°である。
【0022】
配線の幅、形状、パターン等については特に制限はなく、FPCの用途、搭載される電子機器等に応じて適宜設計すればよいが、本発明の屈曲部構造は屈曲耐久性に優れることから、例えば配線に対する曲げ応力を小さくするためにヒンジ部の回動軸に対して斜め方向に配線するようなことをあえてする必要がなく、屈曲部における稜線に対して直交する方向に沿った配線、すなわち必要最小限の最短距離での配線が可能である。例えば、図2(a)及び(b)は、携帯電話のヒンジ部等に使用されるFPCであり、柔軟性樹脂基板1と金属箔から形成した配線2とコネクタ端子3とを有する例である。図2(a)及び(b)のいずれも、中央付近に屈曲部における稜線の位置を示しており、この稜線は、配線2を形成する銅箔のLD方向に対してα°の角度を有する。ここで、図2(a)は、両端のコネクタ端子3の途中、稜線付近で配線が斜めに形成された例であるが、図2(b)のようにコネクタ端子3間を最短距離で配線することも可能である。なお、折り畳み式携帯電話等のように、屈曲部における稜線の位置が固定される場合のほか、スライド式携帯電話等のように屈曲部における稜線が移動するようなスライド摺動屈曲であってもよい。また、本発明におけるFPCは、柔軟性絶縁基板の少なくとも片面に銅箔からなる配線を備えるが、必要に応じて柔軟性絶縁基板の両面に銅箔を備えるようにしてもよい。
【0023】
(銅箔の集合組織)
角度αの制御による屈曲性改善効果を得るためには、熱処理を施して再結晶させたときに銅箔が立方体集合組織を発現する必要がある。その必要なレベルは、銅箔表面の厚み方向に対しX線回折を行った際に得られる(200)面の強度をI、微粉末銅(ランダム方位)のX線回折で求めた(200)面の強度をI0としたときに、I/I0≧25で与えられる。X線回折はCo管球を用いて行う。I/I0が25未満であると、αを如何に調整しても満足できる耐屈曲性が得られない。I/I0はより好ましくは40以上であり、更により好ましくは50以上であり、更により好ましくは60以上であり、例えば25〜75である。
【0024】
(銅箔の伸び特性)
本発明者らは、前記熱処理後に立方体集合組織を発現する銅箔について、熱処理後の伸びの異方性を制御することにより、αを前記範囲に調整したときの耐屈曲性がさらに向上することを見出した。具体的には、引張り試験により求めた銅箔の伸び(破断伸び)について、銅箔の長さ方向と成す角度が0°、90°、45°となる三方向に引張り試験を行い伸びを求めた際に、45°方向の伸びが0°および90°方向の伸びの4倍以上になるように、銅箔を調質すると耐屈曲性が著しく向上した。そこで、45°方向の伸びを0°および90°方向の伸びの4倍以上、好ましくは5倍以上、例えば4〜6倍に規定する。45°方向の伸びが20%であればより好ましく、25%以上あれば更により好ましく、30%以上あれば更により好ましく、35%以上あればもっとも好ましく、例えば20〜40%である。ここで、銅箔の長さ方向とは、圧延銅箔の場合は圧延機での圧延方向に、電解銅箔の場合は電解ラインでの通箔方向に相当する。
【0025】
(銅箔の熱処理)
前記熱処理工程は、銅箔をポリイミド樹脂フィルムに貼り合わせるときの熱処理工程を想定している。FPCの素材であるフレキシブル銅張積層板(以下、FCCL)は、ポリイミド系樹脂基板の片面又は両面に、銅箔を貼り合わせることにより製造する場合が多い。この貼り合わせの際に熱処理が施される。例えば、三層FCCLではエポキシ等の熱硬化性樹脂からなる接着剤を用いて、銅箔とポリイミド樹脂フィルムを貼り合わせるが、この接着剤を硬化させるために、130〜170℃の温度で0.5〜50時間程度の加熱処理を行う。また、二層FCCLの製造方法の一つであるキャスティング法では、ポリイミド樹脂の前駆体であるポリアミック酸を含むワニスを、銅箔上に塗布して加熱硬化させ、銅箔上にポリイミド被膜を形成する。この加熱硬化処理では、300〜450℃程度の温度で1〜40分程度加熱する。
【0026】
前記の熱処理工程における代表的な熱負荷は、材料温度360℃として6分間加熱するときの熱負荷に相当する。材料温度360℃として6分間加熱後に上述したような集合組織および伸び特性の規定を満たすことができる銅箔は、FCCLの製造時に実施される典型的な熱処理工程の後に同様の集合組織および伸び特性の規定を満たすことができる。
【0027】
(銅箔の製造方法)
銅箔が上記集合組織および伸び特性を有していれば、成分(添加元素、不純物)、製造方法(電解/圧延)、製造条件によらず、本発明の効果は発現する。本発明の銅箔は、例えば、次のような圧延プロセスにより製造することができる。
【0028】
本発明の一実施形態においては、Ag、Sn、Cr、Fe、ZnおよびZrよりなる群から選択される合金元素の1種又は2種以上を合計で1質量%以下含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなる圧延銅箔を使用することができる。
【0029】
合金元素は必ずしも添加しなくてもよいが、Ag、Sn、Cr、Fe、ZnおよびZrの一種以上を微量に添加することにより、前述した集合組織および伸び特性の規定を満足することが容易になる。ただし、添加濃度が少なすぎると伸び特性を改善する効果が得られないので、合金元素は合計で0.003質量%以上添加することが好ましく、合計で0.005質量%以上添加することがより好ましい。一方、合金元素の添加量が多くなりすぎると、集合組織を改善する効果が減じ、また導電率が低下する。そのため、合金元素の添加量は合計で1.0質量%以下に制限すべきであり、好ましくは合計で0.1質量%以下、より好ましくは合計で0.05質量%以下に制限すべきである。
【0030】
合金元素を添加するベースのCu材料としてはJIS−1020規定の無酸素銅またはJIS−1100規定のタフピッチ銅が適する。無酸素銅溶湯の酸素濃度は通常0.001質量%以下であり、タフピッチ銅溶湯の酸素濃度は通常0.01〜0.05質量%である。
Cuよりも酸化しやすいSn、Cr、Fe、ZnおよびZrのいずれか1種以上の元素を採用する場合は、添加元素が銅箔中で酸化物を形成し屈曲性を低下させることを避けるために、無酸素銅溶湯中に添加するのが一般的である。
AgはCuより酸化しにくいので、タフピッチ銅溶湯中、無酸素銅溶湯中ともに添加できる。ただし、酸素濃度が0.05質量%を超えると、酸化銅粒子が増大して屈曲性が低下するため、該タフピッチ銅中の酸素濃度は0.05質量%以下に調整することが好ましい。
なお、溶解工程での酸素濃度の調整は、溶湯のカーボンシール、大気解放等の当業者公知の技術により行うことができる。
【0031】
本発明に係る圧延銅箔の好適な例として、Agを0.01〜0.05質量%添加したタフピッチ銅(例えば特開2000−212661号公報)およびSnを0.001〜0.01質量%添加した無酸素銅(例えば特開2008−106313号公報)が挙げられる。
【0032】
圧延銅箔の製造プロセスでは、電気銅等の純銅原料を溶解して合金元素を添加した後、この溶湯を鋳造し、厚みが100〜300mm程度のインゴットを製造する。このインゴットを熱間圧延して厚み10mm程度(例:5〜20mm)の板にした後、冷間圧延と焼鈍を繰り返して薄くし、最後に冷間圧延(最終冷間圧延)で所定厚みの箔に仕上げる。通常、最終冷間圧延後の銅箔には粗化処理が行われており、投錨効果による樹脂との密着性の改善に効果がある。粗化処理の方法としては、ブラスト処理、機械研磨、電解研磨、化学研磨及び電着粒のめっき等の方法が知られており、これらの中でも特に粗化めっきは多用されている。この技術は、銅箔表面に樹枝状又は小球状に銅などの金属を多数電着せしめて微細な凹凸を形成するものである。
【0033】
先述した集合組織および伸び特性は、最終冷間圧延の条件を調整することで得られる。最終圧延の加工度は93%以上、より好ましくは95%以上とする。ここで、加工度r(%)は、r=(t0−t)/t0×100(t:圧延後の厚み,t0:圧延前の厚み)で定義される。加工度が93%未満の場合、熱処理後の銅箔のI/I0が25を下回る傾向にある。また、他の製造条件を調整しても、熱処理後の銅箔の45°方向の伸びを0°および90°方向の伸びの4倍以上に調整することが困難となる。加工度の上限値は、集合組織および伸び特性の点からは特に規制されないが、加工度が極度に高くなると圧延中に銅箔が破断しやすくなるので通常は99.9%以下である。
【0034】
伸びの特性には最終冷間圧延時の圧延油の温度が影響を及ぼす。加工度を93%以上に調整することに加え、圧延油の温度を20〜30℃の範囲に調整することにより、45°方向の伸びを0°および90°方向の伸びの4倍以上とし、また45°方向の伸びを20%以上とすることができる。圧延油の温度が30℃を超えると、45°方向の伸びが0°および90°方向の伸びの4倍未満になったり、45°方向の伸びが20%未満になったりしやすい。銅箔を圧延中の加工熱により圧延油温度は上昇し、圧延速度や1パスあたりの圧下量を大きくすると、生産効率は向上するが圧延油温度が上昇する。従来は、生産効率を重視し、30℃超の圧延油温度で圧延が行われていた。圧延油温度の下限値については、極端に温度が低い場合を除くと集合組織や伸び特性に影響しないものの、20℃未満に制御しようとすると生産効率が極度に低下するため、20℃以上に調整することが好ましい。
【0035】
(銅箔の厚み)
本発明に使用される銅箔の厚みは特に制限されるものではないが、薄すぎるとFCCLの製造時にライン張力の調整が困難となる一方で、厚すぎるとFCCLの屈曲性が低下する傾向にあるので6〜35μmとするのが好ましく、9〜18μmとするのがより好ましい。
【0036】
(FCCL)
ポリイミド系樹脂基板の片面又は両面に、熱処理工程(硬化工程)を経て、本発明に係る銅箔を積層することで、フレキシブル銅張積層板(FCCL)を製造することができる。ここでいう熱処理工程は樹脂を硬化させるための熱処理工程を指す。積層方法としては、上述したように、エポキシ等の熱硬化性樹脂からなる接着剤を用いて、銅箔とポリイミド樹脂フィルムを貼り合わせて、加熱処理を行う方法や、ポリイミド樹脂の前駆体であるポリアミック酸を含むワニスを、銅箔上に塗布して加熱硬化させ、銅箔上にポリイミド被膜を形成する方法がある。両面に銅箔を積層する場合は、片面銅張積層板を形成後、銅箔層を熱プレスにより圧着する方法や、2枚の銅箔層間にポリイミドフィルムを挟み、熱プレスにより圧着する方法がある。
【0037】
熱処理工程の好ましい加熱条件は、加熱温度をT(℃)、加熱時間をt(h)としたときに、(T+273)×(14+logt)の値が6000〜10000となる条件である。ここで、logtは10を底とする常用対数である。(T+273)×(14+logt)が6000未満または10000超の場合、I/I0を25以上に調整することが難しくなることに加え、45°方向の伸びを0°および90°方向の伸びの4倍以上に調整すること、および45°方向の伸びを20%以上に調整することも難しくなる。なお、Tが450℃を超えるとFCCLに使用されているポリイミド系樹脂の分解が起こる場合がある一方で、Tが160℃未満だと樹脂の硬化が不十分になる。また、tが1.0を超えると生産効率が低下する一方で、tが0.02未満だと樹脂の硬化が不十分になる。よって、熱処理工程におけるTは160〜450℃が好ましく、200〜400℃がより好ましい。また、tは0.02〜1.0が好ましく、0.05〜0.5がより好ましい。なお、銅箔と樹脂の積層を、熱処理工程を経ずに接着剤によって行う方法もあるが、その場合は当該熱処理工程を積層後に実施すればよい。
【0038】
ポリイミド系樹脂基板自体は任意の公知材料を使用すれば良く、特に制限はないが、二層FCCLの場合、一般的には、公知のジアミンと酸無水物とを溶媒の存在下で反応させて得られるポリイミド前駆体樹脂(ポリアミック酸)を熱処理することによって形成することができる。ポリイミド系樹脂基板は、単層のみからなるものでも、複数層から形成されるものでもよい。複数層のポリイミド樹脂基板を形成する場合、異なる構成成分からなるポリイミド系樹脂基板の上に他のポリイミド樹脂を順次塗布して形成することができる。ポリイミド樹脂基板が3層以上からなる場合、同一の構成のポリイミド樹脂を2回以上使用してもよい。
【0039】
(FPC)
本発明に係るFCCLを材料として公知の手順に従って配線を形成し、フレキシブルプリント配線板(FPC)を製造することが可能である。本発明が対象とするFPCは柔軟性絶縁基板と銅箔から形成された配線とを備え、配線の少なくとも一箇所の屈曲部における稜線が銅箔の長さ方向と2.9〜87.1°の角度を成す。絶縁基板の材料は典型的には樹脂であり、より典型的にはポリイミド樹脂である。このようなFPCは、電子・電気機器においてハードディスク内の可動部、携帯電話のヒンジ部やスライド摺動部、プリンターのヘッド部、光ピックアップ部、ノートPCの可動部等に使用されるFPCが該当する。
【0040】
本発明に係るFPCは、屈曲部が屈曲耐久性に優れていることから、摺動屈曲、折り曲げ屈曲、ヒンジ屈曲、スライド屈曲等において、屈曲部の曲率半径を小さくすることが可能である。その好適な曲率半径は、折り曲げ屈曲で0.38〜2.0mm、摺動屈曲で1.25〜2.0mm、ヒンジ屈曲で3.0〜5.0mm、スライド屈曲で0.3〜2.0mmと厳しいものである。本発明のFPCは0.3〜1mmの狭いギャップでの屈曲性能が求められるスライド用途に特に効果を発揮する。
【実施例】
【0041】
以下に本発明の実施例を比較例と共に示すが、これらの実施例は本発明及びその利点をよりよく理解するために提供するものであり、発明が限定されることを意図するものではない。
【0042】
(1)銅箔の製造
後述する発明例及び比較例において製造した銅箔の一般的製造条件を説明する。
電気銅を溶解して酸素濃度を調整後、所定量のAgまたはSnを添加し、連続鋳造法により、幅が600mm、厚みが200mmのインゴットを得た。このインゴットを850℃で3時間加熱し、熱間圧延により厚み10mmの板にした。次に、表面の酸化スケールを切削除去し、冷間圧延と再結晶焼鈍を繰り返し、最終の冷間圧延で厚みを18〜9μmに仕上げた。
最終冷間圧延における総加工度(R)を変化させるために、最終再結晶焼鈍(最終冷間圧延直前の焼鈍)を施す板厚を調整した。また、最終冷間圧延では、用いる圧延油の温度を種々変化させた。得られた圧延銅箔の片面に粗化めっきを施した。粗化めっきは、銅−コバルト−ニッケルめっきとし、銅を17mg/dm2、コバルトを2000μg/dm2、ニッケルを500μg/dm2付着させた。
【0043】
(2)FCCLの製造
FCCLの製造ラインにおいて、前記銅箔の粗化めっきを施した面上に、市販のポリイミド前駆体ワニス(宇部興産株式会社製、商品名U−ワニス−A)を塗布、乾燥し、銅箔層上にポリイミド前駆体樹脂層が形成された積層体を得た。この積層体をオーブンに入れて、T℃でt時間の熱処理を施し、厚さ16μmのポリイミド層(樹脂基板)と銅箔層とを有した片面FCCLを得た。
【0044】
(3)FPCの製造
前記片面FCCLから、銅箔の長手方向(LD方向)に沿って長さ250mm、幅方向に幅200mmの長方形サイズのシートを切り出した。このシートの銅箔側に所定のマスクを被せ、塩化鉄/塩化銅系溶液を用いてエッチングを行い、線幅(l)0.15mm、スペース幅(s)0.25mmの直線状配線を有す回路を形成した。この製造過程において、図3に模式的に示すように、配線方向に対し直交する方向(屈曲部稜線)が銅箔のLD方向に対してαの角度を成すように配線パターンを形成した。
次いで、それぞれの回路側の面に、エポキシ系接着剤を用いてカバー材(有沢製作所製CVK−0515KA:厚さ12.5μm)を積層した。接着剤からなる接着層の厚さは、銅箔回路のない部分では15μmであり、銅箔回路が存在する部分では6μmであった。そして、配線方向に沿って長手方向に150mm、配線方向に直交する方向に幅8mmとなるように切り出して片面FPC4を得た。
【0045】
(4)評価
得られた粗化処理前の銅箔および試験用FPCについて、次の評価を行った。
(4−1)銅箔の成分
銅箔中の酸素濃度を不活性ガス溶融−赤外線吸収法で、Sn及びAg濃度をICP−質量分析法で分析した。ここで、Sn及びAg分析には銅箔試料を用いたが、O分析には1.5mmの板から採取した試料を用いた。これは、箔試料では質量に対する表面積の比率が非常に大きいため(例えば1gの試料の場合、厚さ1.5mmの板の表面積は1.5cm2に対し、厚さ10μmの箔の表面積は220cm2)、銅箔試料を用いて酸素を分析すると、表面の酸化膜及び吸着水膜中の酸素が加算され、酸素分析値が銅箔中の酸素濃度より50ppm程度増加するためである。なお、箔試料を用い、これが無酸素銅ベースの箔であることを判定するためには、例えば、試料の金属組織を観察し、酸化物粒子が存在しないこと(直径2μm以上の酸化物粒子が0.01個/mm2以下)を確認すればよい。また、タフピッチ銅ベースの箔であることを判定するためには、例えば、試料の金属組織を観察し、直径1〜5μmの酸化銅粒子が100個/mm2以上の頻度で分布していることを確認すればよい。ここでいう粒子の直径とは粒子を取り囲むことのできる最小円の直径を指す。
(4−2)立方体集合組織
銅箔にFCCLの作製時と同じ温度(T)同じ時間(t)の熱処理を施した。その後、銅箔表面において厚さ方向にX線回折(理学電機株式会社製RINT2000)を行い、(200)面強度の積分値(I)を求めた。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(I0)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では、Co管球を用い、2θ=57〜63°(θは回折角度)の範囲で行った。微粉末銅には関東化学株式会社製、銅(粉末)2N5(325mesh,純度>99.5%)を用いた。
(4−3)銅箔の伸び
銅箔にFCCLの作製時と同じ温度(T)、同じ時間(t)の熱処理を施した。その後、IPC規格(IPC−TM−650)に準じ室温で引張試験を行ない、試料が破断したときの伸びを求めた。試料形状は幅12.7mm、長さ150mmの短冊とし、試料の長さ方向が銅箔の圧延方向(LD方向)に対し0°、45°および90°の角度を成す三水準の方向に、それぞれ試料を採取した。伸び測定のための標点距離は50mmとし、引張り試験速度は50mm/分とした。
(4−4)屈曲性
前記幅8mm、長さ150mmのFPC試料に対し、信越エンジニアリング株式会社製IPC屈曲試験機を用い耐屈曲性を評価した。ポリイミド層(樹脂基板)を外側にし、屈曲部稜線が配線方向と直交するように(屈曲部稜線がLD方向とαの角度を成すように)FPCを固定し、曲率半径0.5mm、振動ストローク:20mm、振動速度:1500回/分の条件で繰り返しスライドさせた。その間、電気抵抗の増加で銅箔回路の疲労クラックの進展度合いをモニタリングし、回路の電気抵抗が初期値の2倍に達したストローク回数を屈曲寿命とした。
【0046】
(例1)
Agを0.018質量%添加したタフピッチ銅(酸素濃度0.02質量%)を成分とする厚さ12μmの圧延銅箔を製造した。最終圧延は表1の3種類の条件で行ない、それぞれの銅箔に対しαを種々変化させてFPCを製造し、その屈曲寿命を評価した。FCCLの製造時の熱処理条件は360℃、6分間とした。評価結果を表1および図4に示す。
比較例2では最終圧延加工度が90.0%と93%未満であったため、I/I0が25未満の18であった。また、45°方向の伸びは20%に満たない15.8%であり、0°および90°方向の伸びと比較しても同レベルであった。比較例2の屈曲寿命はαによらず1.5万回に満たなかった。
比較例1では最終圧延加工度が99.2%と93%を超えたため、I/I0が64となった。しかし、圧延油温度を35℃としたため、45°方向の伸びが0°および90°方向の伸びに対し3倍程度となり、45°方向の伸び値は18.2%と20%に満たなかった。比較例1の屈曲寿命は、αが0°および90°に近い場合で3万回を越え、比較例2の屈曲寿命の2倍以上になった。屈曲部稜線をLD方向に対し傾斜させることにより比較例1の屈曲寿命はさらに向上し、αが15°〜75°の場合で6万回を超え比較例2の屈曲寿命の4倍以上になった。比較例1の銅箔は、特許文献1(特開2010−34541号公報)や特許文献2(特開2010−56128号公報)に開示された銅箔に相当する。
発明例1では、最終圧延加工度を比較例1に合わせ、圧延油温度を25℃とした。この銅箔のI/I0は比較例1と同様の65となった。一方、45°方向の伸びは0°および90°方向の伸びに対し約5倍となり、45°の伸びは33.8%と20%を超えた。発明例1の屈曲寿命は、αが0°および90°に近い場合は比較例1と同レベルであったが、屈曲部稜線をLD方向に対し傾斜させると比較例1以上に向上し、その屈曲寿命は比較例1より約2万回(30%)長かった。
【0047】
【表1】

【0048】
(例2)
0.012〜0.045質量%のAgを含有するタフピッチ銅、または0.005〜0.008質量%のSnを含有する無酸素銅を成分とする厚さ9〜12μmの圧延銅箔を種々の最終圧延条件で製造した。それぞれの銅箔に対し、αを0°および30°としてFPCを製造し、その屈曲寿命を評価した。FCCLの製造時の熱処理条件は360℃、6分間とした。評価結果を表2に示す。
発明例2〜13では、最終圧延加工度を93%以上、圧延油温度を20〜30℃としたため、熱処理後、45°方向の伸びは0°および90°方向の伸びに対し4倍以上となり、45°の伸びが20%を超えた。また、0°の屈曲寿命は、箔厚18μmで1万回以上、12μmで2万回以上、9μmで15万回以上であり、30°の屈曲寿命は0°の屈曲寿命の2.3倍以上となった。
比較例3では加工度が93%に満たなかったため、I/I0が25未満であり、さらに45°方向の伸びが0°および90°方向の伸びに対し4倍未満であり、45°方向の伸びが20%未満である。0°の屈曲寿命は1.4万回と、発明例2〜5(加工度以外の条件が同じ)と比べて明らかに低く、30°方向にFPCを採取することで屈曲寿命が向上する傾向も認められない。
比較例4〜6では圧延油温度が30℃を超えたため、45°方向の伸びが0°および90°方向の伸びに対し4倍未満となり、45°方向の伸びが20%未満となった。比較例4を発明例6、7と、比較例5を発明例12と、比較例6を発明例13とそれぞれ比較すると、0°の屈曲寿命は同等だが30°の屈曲寿命が劣っている。
【0049】
【表2】

【0050】
(例3)
熱処理条件が銅箔のI/I0および伸び特性に与える影響を検証する目的で、Agを0.018質量%添加したタフピッチ銅(酸素濃度0.02質量%)を成分とする、厚さ12μmの圧延銅箔を製造し、種々の条件で焼鈍後のI/I0および伸び特性を求めた。最終圧延では加工度を99.2%、圧延油温度を25℃とした。
表3に、熱処理工程における加熱温度T(℃)および加熱時間t(h)が、熱処理後のヤング率に及ぼす影響を示す。発明例14〜26は、(T+273)×(14+logt)が6000〜10000に調整されたものであり、熱処理工程の条件が変更されても本発明が目的とするI/I0および伸びが得られていることが分かる。比較例7〜10は(T+273)×(14+logt)が6000を下回るか10000を超えるかしたものであるが、I/I0、伸び特性ともに本発明の規定から外れている。
【0051】
【表3】

【符号の説明】
【0052】
1 柔軟性樹脂基板
2 配線
3 コネクタ端子
4 片面FPC

【特許請求の範囲】
【請求項1】
柔軟性絶縁基板と銅箔から形成された配線とを備え、配線の少なくとも一箇所の屈曲部における稜線が銅箔の長さ方向と2.9〜87.1°の角度を成すフレキシブルプリント配線板の配線部材として用いられる銅箔であって、360℃×6分間の熱処理を施して該銅箔を再結晶させると、銅箔表面の厚み方向の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)に対してI/I0≧25である立方体集合組織が発現し、さらに銅箔の長さ方向に対し45°方向の伸びが、銅箔の長さ方向に対し0°および90°方向の伸びの4倍以上である伸び特性が発現するフレキシブルプリント配線板用銅箔。
【請求項2】
銅箔の長さ方向に対し45°方向の伸びが、20%以上である請求項1に記載のフレキシブルプリント配線板用銅箔。
【請求項3】
Ag、Sn、Cr、Fe、Zn及びZrよりなる群から選択される合金元素の1種又は2種以上を合計で0〜1質量%含有し残部が銅及び不可避的不純物からなるタフピッチ銅ベースまたは無酸素銅ベースの圧延銅箔である請求項1又は2に記載のフレキシブルプリント配線板用銅箔。
【請求項4】
Agを0.01〜0.05質量%含有し残部が銅及び不可避的不純物からなる、タフピッチ銅ベースの圧延銅箔である請求項3に記載のフレキシブルプリント配線板用銅箔。
【請求項5】
Snを0.001〜0.01質量%含有し残部が銅及び不可避的不純物からなる、無酸素銅ベースの圧延銅箔である請求項3に記載のフレキシブルプリント配線板用銅箔。
【請求項6】
厚さが6〜35μmである請求項1〜5何れか一項に記載のフレキシブルプリント配線板用銅箔。
【請求項7】
請求項1〜6の何れか一項に記載の銅箔表面の片面又は両面に粗化処理を施したフレキシブルプリント配線板用銅箔。
【請求項8】
柔軟性絶縁基板の片面又は両面に、請求項1〜7何れか一項に記載の銅箔が熱処理工程を経て積層されてなるフレキシブル銅張積層板。
【請求項9】
熱処理工程における材料の加熱温度をT(℃)、加熱時間をt(h)としたときに、(T+273)×(14+logt)の値が6000〜10000となる条件で該熱処理が行われる請求項8に記載のフレキシブル銅張積層板。
【請求項10】
請求項8又は9に記載のフレキシブル銅張積層板を材料として製造したフレキシブルプリント配線板であって、柔軟性絶縁基板と銅箔から形成された配線とを備え、配線の少なくとも一箇所の屈曲部における稜線が銅箔の長さ方向と2.9〜87.1°の角度を成すフレキシブルプリント配線板。
【請求項11】
インゴットを熱間圧延した後、冷間圧延と焼鈍を繰り返して、最終冷間圧延で所定厚みに仕上げる工程を含み、該最終冷間圧延において圧延加工度を93.0〜99.9%、圧延油温度を20〜30℃の範囲に調整する請求項1〜7何れか一項に記載の銅箔の製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2012−41574(P2012−41574A)
【公開日】平成24年3月1日(2012.3.1)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−181384(P2010−181384)
【出願日】平成22年8月13日(2010.8.13)
【出願人】(502362758)JX日鉱日石金属株式会社 (482)
【Fターム(参考)】