説明

熱処理用銅箔、熱処理用銅箔の製造方法およびフレキシブルプリント配線板

【課題】耐スプリングバック性を有する熱処理用銅箔、熱処理用銅箔の製造方法およびフレキシブルプリント配線板を提供する。
【解決手段】片面または両面に対して樹脂が設けられる屈曲自在な熱処理用銅箔であって、前記熱処理用銅箔と前記樹脂とを熱処理する際に、150℃以上400℃以下で1分間以上加熱され、前記熱処理後の前記熱処理用銅箔における平均結晶粒径が100μm以上であり、引張強度が150N/mm未満である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、熱処理用銅箔、熱処理用銅箔の製造方法およびフレキシブルプリント配線板に関し、特に、熱処理用銅箔と樹脂とを熱処理することにより作製されるフレキシブルプリント配線板に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、電気・電子部品や電子機器においては、プリント配線板が用いられている。このプリント配線板において使用される導電体には、銅箔が頻繁に用いられている。特に、フレキシブルプリント配線板(以降、FPCともいう)(FPC:Flexible Printed Circuit)の分野では、銅箔に対してポリイミドフィルムが貼り合わされたり、あるいはポリアミック酸を主成分とするワニスが塗布されたりという方法でFPCを製造している。
【0003】
前記銅箔は、その製造方法により2種類の銅箔、すなわち圧延銅箔と電解銅箔に大別される。
前者の圧延銅箔は、鋳造ケ―クを熱間圧延と冷間圧延との組み合わせにより所定の厚みまで圧延することによって得られる。
後者の電解銅箔は、電解液に浸されたロールに所定の厚みを銅めっきし、それを引き剥がすことにより得られる。
【0004】
このような銅箔の製造方法に起因し、圧延銅箔と電解銅箔とでは機械的特性が異なる。FPC用の導電体としては、耐折り曲げ性・耐屈曲性の点から圧延銅箔を用いるのが一般的である。そして、FPC用の導電体としては、圧延銅箔の中でも一般的なタフピッチ銅を用いることが多かった。
【0005】
近年、携帯電話に代表される電子機器は、ますます小型化・薄型化が進んでいる。さらに、小型化・薄型化が進む一方、高機能化も進行し、電子機器の更なる高密度化が求められている。このような電子機器の高密度化を達成するためにも、電子機器内の少ないスペースを有効に利用することが要請される。この要請を満たすために、電子機器の配線材としてFPCが盛んに利用されている。また、電子機器内での使用箇所によっては、FPCが折り曲げられて用いられる。
【0006】
この折り曲げに対して耐屈曲性を持たせるために、銅箔に対して貼り合わされるポリイミドフィルムの弾性率を制御する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。また、ポリイミドフィルムの厚みや銅箔の厚み及び強度を設定して、FPCについて高い屈曲性を持たせる技術が知られている(例えば、特許文献2参照)。
【0007】
このように高い屈曲性を持たせたとしても、FPCが折り曲げられて用いられる際、従来のタフピッチ銅を用いたFPCでは、FPCを折り曲げた箇所において、曲げ変形を加えても形状が元に戻ってしまうというスプリングバックが発生するおそれがある。このスプリングバックが発生すると、形状が元に戻る分、余分なスペースが必要となってしまう。さらなる高密度化のためにはFPCのスプリングバックを抑える必要がある。
【0008】
関連技術としてではあるが、FPC折り曲げ時のスプリングバックを抑えるために、ポリイミドフィルムの剛性および吸湿寸法精度について検討している技術が知られている(例えば、特許文献3参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特開2007−208087号公報
【特許文献2】国際公開2006/107043号パンフレット
【特許文献3】特開2006−124685号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
しかしながら、携帯電話に代表される電子機器に対しては、更なる高密度化が要請されている。そのため、ポリイミドフィルムのスプリングバックを制御するだけでは、更なる高密度化の要請に応えることが難しい。
【0011】
本発明の目的は、耐スプリングバック性を有する熱処理用銅箔、熱処理用銅箔の製造方法およびフレキシブルプリント配線板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明の第一の態様は、片面または両面に対して樹脂が設けられる屈曲自在な熱処理用銅箔であって、前記熱処理用銅箔と前記樹脂とを熱処理する際に、150℃以上400℃以下で1分間以上加熱され、前記熱処理後の前記熱処理用銅箔における平均結晶粒径が100μm以上であり、引張強度が150N/mm未満であることを特徴とする。
【0013】
本発明の第二の態様は、第一の態様に記載の発明において、前記熱処理前の引張強度が350N/mm以上であることを特徴とする。
【0014】
本発明の第三の態様は、第一または第二の態様に記載の発明において、前記樹脂がポリイミドフィルムであり、前記ポリイミドフィルムは前記熱処理用銅箔に熱圧着されることを特徴とする。
【0015】
本発明の第四の態様は、第一ないし第三のいずれかの態様に記載の発明において、前記熱処理用銅箔は、圧延銅箔であることを特徴とする。
【0016】
本発明の第五の態様は、第一ないし第四のいずれかの態様に記載の発明において、前記熱処理用銅箔は、Snを0.001質量%以上0.009質量%以下含有し、残部がCuおよび不可避的不純物からなり、最終加工度が94%以上であることを特徴とする。
【0017】
本発明の第六の態様は、第一ないし第五のいずれかの態様に記載の発明において、前記熱処理用銅箔の厚みが40μm未満であることを特徴とする。
【0018】
本発明の第七の態様は、第一ないし第六のいずれかの態様に記載の熱処理用銅箔を用いて製造されたフレキシブルプリント配線板である。
【0019】
本発明の第八の態様は、片面または両面に対して樹脂が設けられる屈曲自在な熱処理用銅箔の製造方法であって、前記熱処理用銅箔を圧延加工によって製造し、前記圧延加工後において、前記熱処理用銅箔と前記樹脂とを熱処理する際にのみ、150℃以上400℃以下で1分間以上加熱し、前記熱処理後の前記熱処理用銅箔における平均結晶粒径を100μm以上とし、引張強度を150N/mm未満とすることを特徴とする熱処理用銅箔の製造方法である。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、耐スプリングバック性を有する熱処理用銅箔、熱処理用銅箔の製造方法およびフレキシブルプリント配線板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】本発明の一実施形態(実施例)および比較例における銅箔内の結晶粒を示した説明図である。
【図2】本発明の実施例と比較例における銅箔素材、最終加工度、銅箔の厚み、加熱前ならびに加熱後の引張強度、加熱後の平均結晶粒径および耐スプリングバック性の関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
発明者らは、耐スプリングバック性を有する熱処理用銅箔を得るための手法について検討を重ねてきた。その結果、熱処理用銅箔と樹脂とが熱処理される際に、熱処理用銅箔内の粒子の平均結晶粒径を制御することにより、耐スプリングバック性を備えた熱処理用銅箔が得られることを見出した。
【0023】
以下に、本発明の一実施形態に係る熱処理用銅箔、熱処理用銅箔の製造方法およびフレキシブルプリント配線板について説明する。
【0024】
(銅箔の素材)
熱処理用銅箔(以降、単に銅箔ともいう)の素材としては、銅および不可避的不純物であってもよいし、銅合金材および不可避的不純物であってもよい。つまり、銅を含む素材であって、銅箔の片面または両面において、銅箔と樹脂とを熱処理することができ、屈曲自在な熱処理用銅箔を形成できるものであればよい。
【0025】
なお、前記銅箔が熱処理される前記樹脂は、フレキシブルプリント配線板(FPC)に使用できる絶縁性樹脂であればよいが、ポリイミドフィルムであることが好ましい。耐熱性、耐薬品性、絶縁性、機械的強度等に優れているためである。
【0026】
(銅箔の製造工程)
本実施形態の銅箔は、電解銅箔であっても圧延銅箔であってもよいが、耐折り曲げ性・耐屈曲性の点、そして後述する加工度を制御できる点からも圧延銅箔であることが好ましい。以下、本実施形態においては圧延銅箔の場合について説明する。
【0027】
まず、銅箔素材を熱間圧延によって加工し、熱間圧延後はできるだけ急速に冷却する。次に、前記熱間圧延した銅箔素材に対して、焼鈍と冷間圧延を繰り返し、所望の厚みまで加工する。このような処理を行い、本実施形態における銅箔を得る。
【0028】
(銅箔と樹脂との熱処理)
前記銅箔と樹脂とに行われる熱処理としては、樹脂ワニスを上述の銅箔に塗布し、その後に加熱硬化処理を行うという方法もあるが、本実施形態においては、上述の銅箔と樹脂フィルムとを熱圧着させる例を挙げる。ただし、以降に記載される温度条件・引張強度条件などは、熱圧着のみならず、例えば上述のような、樹脂ワニスを上述の銅箔に塗布した後に行われる熱処理にも適用できる。
このとき、樹脂フィルムの片面に対して熱処理用銅箔を熱圧着させても良いし、両面に対して熱処理用銅箔を熱圧着させても良い。同様に、熱処理用銅箔の片面に対して樹脂フィルムを熱圧着させても良いし、両面に対して樹脂フィルムを熱圧着させても良い。なお、この際に、銅箔と樹脂フィルムとの間に接着剤層を設けても良い。この接着剤層としてはアクリル系、エポキシ系、ポリイミド系等、接着剤として用いられるものならばよい。
【0029】
本実施形態においては、この熱圧着の際に、150℃以上400℃以下で1分間以上加熱する。これにより、銅箔内の結晶を再結晶化させる。
さらに、本発明の一実施形態および後述する比較例1,2における銅箔内の結晶粒を示した説明図である図1に示すように、本実施形態においては、この加熱により熱圧着後の前記熱処理用銅箔における平均結晶粒径を100μm以上とし、さらに熱圧着後の前記熱処理用銅箔における引張強度を150N/mm未満としている。
【0030】
銅箔内における結晶の密度が高ければ高いほど、銅箔が屈曲することにより変形する際、結晶中のひずみ、すなわち転位が移動しづらくなる。そのため、銅箔内における結晶の密度が高いと、銅箔においては引張強度が高くなるという傾向があり、ひいては引張強度が高くなると、スプリングバックが発生しやすくなる傾向がある。
【0031】
逆に、銅箔内における結晶の密度が低ければ低いほど、すなわち平均結晶粒径が大きければ大きいほど、銅箔が屈曲することにより変形する際、結晶中のひずみが移動しやすくなる。そのため、銅箔内における結晶の密度が低いと、引張強度が低くなるという傾向があり、ひいてはスプリングバックを抑制する傾向がある。
【0032】
この傾向を利用した本実施形態では、引張強度を150N/mm未満とするのみならず、平均結晶粒径を100μm以上とすることにより、耐スプリングバック性を有する銅箔を得ることができる。
【0033】
なお、前記平均結晶粒径とは、走査型電子顕微鏡の反面反射電子像又は透過型電子顕微鏡の暗視野像により観察した結果をもとに画像解析した粒子径の粒度分布から求めた平均径のことであって、平均径は、粒度分布を小粒子径側から積算した積算値50%の粒度のことである。
【0034】
なお、銅箔を圧延加工によって製造した後において、前記銅箔を樹脂フィルムに熱圧着する際にのみ、150℃以上400℃以下で1分間以上加熱することが好ましい。銅箔に予熱を加えるなどの理由で複数回加熱することにより、銅箔内の平均結晶粒径の肥大化が困難となり、さらには複数回に分けて加熱すると混粒が生じやすくなり、ひいては銅箔内の粒子密度が高くなり、耐スプリングバック性が得られなくなるおそれがあるためである。
【0035】
なお、熱圧着後の銅箔における引張強度が150N/mm未満となっている場合、前記熱圧着前の銅箔の引張強度が350N/mm以上であることが好ましい。熱圧着前の銅箔が350N/mm以上の引張強度であると、銅箔の張力の制御が可能となり、さらには銅箔のシワ・破れ、打痕の発生の抑制など、樹脂フィルムとの熱圧着前における取り扱い性が向上する。
【0036】
さらに、前記熱処理用銅箔は最終加工度を94%以上とすることが好ましい。熱圧着時に銅箔内の結晶を再結晶化させることにより平均結晶粒径の肥大化が必要となるが、この平均結晶粒径の肥大化には、最終焼鈍後に行われる最終圧延加工における加工度(最終加工度)を大きくすることが貢献している。このように、銅箔の最終加工度を94%以上とすることにより、平均結晶粒径を肥大化させることができ、ひいては耐スプリングバック性を有する銅箔を得ることができる。
なお、本実施形態にける最終加工度とは{(最終焼鈍での銅箔の厚み)−(最終圧延後の銅箔の厚み)}/(最終焼鈍での銅箔の厚み)×100(%)により得られる値である。
【0037】
その一方で、タフピッチ銅に代表されるような銅箔素材に対して94%以上の最終加工
度を与えた場合、圧延後の銅箔が有するひずみエネルギーに対して素材の耐熱性が低すぎるおそれがある。そのため、保管環境などのような比較的低い温度でも、部分的な再結晶が生じる常温軟化が生じるおそれがある。前記常温軟化が発生した銅箔の結晶組織は混粒となってしまい、機械的特性が著しく低下してしまうおそれがある。
【0038】
そこで本実施形態においては、前記銅箔の素材が、Snを0.001質量%以上0.009質量%以下含有し、残部がCuおよび不可避的不純物からなる素材であることが好ましい。
【0039】
この素材を用いた銅箔ならば、常温軟化を防ぎつつ、所望の加工度を与えることができるためである。なお、Snが0.001質量%以上ならば、常温軟化に対するSn添加の効果が発現する。また、Snが0.009質量%以下ならば、一般的なFPCの製造工程において高すぎない耐熱性を有することができ、所望の引張強度を得ることができる。なお、Snを0.003質量%以上0.007質量%以下含有し、残部がCuおよび不可避的不純物からなる素材であれば、さらに好ましい。
【0040】
また、重量から換算した厚みとしての銅箔の厚みは40μm未満であることが好ましい。銅箔の厚みが40μm未満ならば、加工度の問題に起因して、所望の引張強度および平均結晶粒径を効率的に得られなくなるおそれを軽減できるためである。また、銅箔の厚みが40μm未満であれば、この銅箔からFPCを製造した際に、所望の引張強度を有する銅箔を用いつつも、上述のような耐スプリングバック性を有することができるためである。なお、銅箔の厚みが18μm未満ならば、さらに好ましい。
【0041】
(FPCの製造)
本実施形態の銅箔を樹脂フィルムに熱圧着させた後、エッチングなどにより配線パターンを形成し、FPCを製造する。
【0042】
本実施形態によれば、引張強度を150N/mm未満とするのみならず、平均結晶粒径を100μm以上として肥大化させることにより、耐スプリングバック性を有する銅箔を得ることができる。本実施形態の銅箔は、例えば携帯電話に用いられるような小型化・薄型化された電気・電子部品への適用に最適である。
【実施例】
【0043】
以下に、本発明の実施例を説明する。
本実施例においては、種々の銅箔素材から、種々の加工度、銅箔厚さ、引張強度、平均結晶粒径を有する銅箔を作製して特性の評価を行った。
【0044】
(実施例1)
Snを0.003質量%含有し、残部がCuおよび不可避的不純物からなる銅箔素材を、高周波溶解炉にて溶解し、鋳造した。これを熱間圧延にて12mmまで圧延後、焼鈍と冷間圧延を繰り返して18μmの圧延銅箔を得た。
【0045】
この圧延銅箔の加熱前の引張強度、大気中300℃×5分での加熱後の引張強度ならびに平均結晶粒径、および耐スプリングバック性についての測定結果を図2に示す。実施例1においては、加熱前の引張強度が450N/mm、加熱後の引張強度が140N/mm、平均結晶粒径を130μmとした。
【0046】
なお、引張試験については、銅箔の圧延方向に幅15mm、ゲージ部長さ100mmで銅箔を切り出し、島津製作所製万能試験機AG−Iを用いて室温中、クロスヘッド速度2mm/minで試験を行った。
【0047】
結晶粒径の測定は、同様に大気中300℃×5分加熱した銅箔の表面をSEM−EBSP(Scanning Electron Microscope−Electron Backscattering Diffraction Pattern:電子後方散乱回折分析、日立ハイテク製 SU−70、EDAX製TSL OIM)によって結晶方向マッピングを行い、その結果からラインインターセプト法によって求めた。
【0048】
また、耐スプリングバック性の判定として、圧延方向に幅15mmで切り出した銅箔を用いて直径50mmのループを作り、それを荷重計の上で10mm押しつぶし、その際の幅1mmあたりの荷重を記録した。耐スプリングバック性は、一般的なポリイミドの測定値0.1N/mを判定基準として、0.1N/m以下を合格(○)、0.1N/mより高いものを不合格(×)と判定した。
【0049】
実施例1では、図2に示すように、十分な耐スプリングバック性を有していることが分かった。
【0050】
(実施例2〜3)
実施例2においては、Snを0.003質量%含有し、残部がCuおよび不可避的不純物からなる銅箔素材を用い、最終加工度99%になるように圧延し、最終的に厚み12μmの圧延銅箔を得、加熱前の引張強度を470N/mm、加熱後の引張強度を120N/mm、加熱後の平均結晶粒径を150μmとした以外は、実施例1と同様に試料を作製した。
【0051】
実施例3においては、Snを0.006質量%含有し、残部がCuおよび不可避的不純物からなる銅箔素材を用い、最終加工度95%になるように圧延し、最終的に厚み18μmの圧延銅箔を得、加熱前の引張強度が450N/mm、加熱後の引張強度が130N/mm、加熱後の平均結晶粒径を150μmとした以外は、実施例1と同様に試料を作製した。
【0052】
実施例2および3では、図2に示すように、十分な耐スプリングバック性を有していることが分かった。
【0053】
(比較例1〜6)
比較例1においては、タフピッチ銅からなる銅箔素材を用い、最終加工度90%になるように圧延し、最終的に厚み18μmの圧延銅箔を得、加熱前の引張強度を420N/mm、加熱後の引張強度を150N/mm未満からはずれた200N/mm、加熱後の平均結晶粒径を100μm以上からはずれた50μmとした以外は、実施例1と同様に試料を作製した。なお、比較例1〜6のいずれも加熱後の引張強度および平均結晶粒径においては、本実施形態における数値範囲を満たしていない。
【0054】
比較例2においては、電解銅箔からなる銅箔素材を用い、最終的に厚み18μmの圧延銅箔を得、加熱前の引張強度を250N/mm、加熱後の引張強度を250N/mm、平均結晶粒径を0.1μmとした以外は、実施例1と同様に試料を作製した。
【0055】
比較例3においては、Snを0.0005質量%含有し、残部がCuおよび不可避的不純物からなる銅箔素材を用い、最終加工度95%になるように圧延し、最終的に厚み18μmの圧延銅箔を得、加熱前の引張強度を340N/mm、加熱後の引張強度を200N/mm、平均結晶粒径を10〜150μmの混粒とした以外は、実施例1と同様に試料を作製した。
【0056】
比較例4においては、Snを0.01質量%含有し、残部がCuおよび不可避的不純物からなる銅箔素材を用い、最終加工度95%になるように圧延し、最終的に厚み18μmの圧延銅箔を得、加熱前の引張強度を450N/mm、加熱後の引張強度を430N/mm、平均結晶粒径を0.1μmとした以外は、実施例1と同様に試料を作製した。
【0057】
比較例5においては、Snを0.005質量%含有し、残部がCuおよび不可避的不純物からなる銅箔素材を用い、最終加工度90%になるように圧延し、最終的に厚み18μmの圧延銅箔を得、加熱前の引張強度を420N/mm、加熱後の引張強度を170N/mm、平均結晶粒径を50μmとした以外は、実施例1と同様に試料を作製した。
【0058】
比較例6においては、Snを0.005質量%含有し、残部がCuおよび不可避的不純物からなる銅箔素材を用い、最終加工度95%になるように圧延し、最終的に厚み80μmの圧延銅箔を得、加熱前の引張強度を420N/mm、加熱後の引張強度を150N/mm、平均結晶粒径を100μmとした以外は、実施例1と同様に試料を作製した。
【0059】
比較例1〜6では、図2に示すように、耐スプリングバック性が不十分であることが分かった。特に、比較例2,4においては加熱による銅箔の軟化が認められなかった。また、比較例3においては、高い加工度に起因する常温軟化の発生が認められ、平均結晶粒径が10μmと150μmとなる混粒となってしまい、所望の耐スプリングバック性を得ることが出来なかった。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
片面または両面に対して樹脂が設けられる屈曲自在な熱処理用銅箔であって、
前記熱処理用銅箔と前記樹脂とを熱処理する際に、150℃以上400℃以下で1分間以上加熱され、
前記熱処理後の前記熱処理用銅箔における平均結晶粒径が100μm以上であり、引張強度が150N/mm未満であることを特徴とする熱処理用銅箔。
【請求項2】
前記熱処理前の引張強度が350N/mm以上であることを特徴とする請求項1に記載の熱処理用銅箔。
【請求項3】
前記樹脂がポリイミドフィルムであり、前記ポリイミドフィルムは前記熱処理用銅箔に熱圧着されることを特徴とする請求項1または2に記載の熱処理用銅箔。
【請求項4】
前記熱処理用銅箔は、圧延銅箔であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の熱処理用銅箔。
【請求項5】
前記熱処理用銅箔は、Snを0.001質量%以上0.009質量%以下含有し、残部がCuおよび不可避的不純物からなり、最終加工度が94%以上であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の熱処理用銅箔。
【請求項6】
前記熱処理用銅箔の厚みが40μm未満であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の熱処理用銅箔。
【請求項7】
請求項1ないし6のいずれかに記載の熱処理用銅箔を用いて製造されたフレキシブルプリント配線板。
【請求項8】
片面または両面に樹脂が設けられる屈曲自在な熱処理用銅箔の製造方法であって、
前記熱処理用銅箔を圧延加工によって製造し、
前記圧延加工後において、前記熱処理用銅箔と前記樹脂とを熱処理する際にのみ、150℃以上400℃以下で1分間以上加熱し、
前記熱処理後の前記熱処理用銅箔における平均結晶粒径を100μm以上とし、引張強度を150N/mm未満とすることを特徴とする熱処理用銅箔の製造方法。

【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2010−280191(P2010−280191A)
【公開日】平成22年12月16日(2010.12.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−136890(P2009−136890)
【出願日】平成21年6月8日(2009.6.8)
【出願人】(000005120)日立電線株式会社 (3,358)
【Fターム(参考)】