JP2008038169A

JP2008038169A - 圧延銅箔

Info

Publication number: JP2008038169A
Application number: JP2006211539A
Authority: JP
Inventors: Koichi Yamagishi; 浩一山岸; Rikio Takeda; 利器夫武田
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Copper Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Copper Co Ltd
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2006-08-03
Publication date: 2008-02-21

Abstract

【課題】耐屈曲特性に優れるだけでなく、室温で長期間保管しても強度の低下が極めて少ない、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）用として好適な圧延銅箔を提供する。
【解決手段】銅が９９.９重量％以上、酸素が０.０００１〜０.０１５重量％、望ましくは０.０００１〜０.００１重量％、及び残部の不可避不純物からなる圧延銅箔であって、最終圧延後に焼鈍した銅箔１の断面組織において、銅箔１を板厚方向に貫通した結晶粒２の断面面積率が４０％以上である。この圧延銅箔は、初期引張強度が高く、且つ３０℃で１年間放置後における引張強度が３５０ＭＰａ以上である。
【選択図】図１

Description

本発明は、フレキシブルプリント配線板（ＦｌｅｘｉｂｌｅＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ、以下ＦＰＣとも称する）等の可撓性配線部材用として好適な耐屈曲特性に優れた圧延銅箔に関する。

最近の電気機器の小型化に伴い、狭い空間に実装が可能なＦＰＣは、デジタルカメラや携帯電話、ＨＤＤ、プリンター、液晶パネル等に、配線材料として実装されている。また、ＦＰＣは折り曲げでき、狭い空間にも実装可能であるため、ＨＤＤやＤＶＤ及びＣＤ−ＲＯＭ等のディスク関連機器の可動部、折りたたみ式携帯電話機の折り曲げ部等に多く用いられている。

ＦＰＣの一般的な製造工程としては、例えば、ポリイミドやポリエステルなどからなるベースフィルムに、接着剤を介して銅箔を張り合わせ、全体を１３０〜１８０℃の温度に加熱することにより接着剤を硬化させた後、配線のパターニングを行い、その後配線の保護のためカバーレイを施す。また、接着剤で張り合わせる代わりに、ベースフィルムと銅箔を加熱加圧することによって一体化する方法もある。

上記した用途から、ＦＰＣには繰り返しの屈曲に対する高い耐久性が要求されている。ＦＰＣの耐屈曲特性は、ベースフィルムやカバーレイと比較して耐屈曲性に劣る銅箔素材によって決まると言われており、その構成材料のうち銅箔の耐屈曲特性が最も重要である。このような要求特性から、ＦＰＣには電解銅箔よりも高い耐屈曲特性を有する圧延銅箔が使用される傾向にある。

一般的に、ＦＰＣに用いられる圧延銅箔の素材としては、ＦＰＣの製造工程でさらされる温度（１３０〜１８０℃）で軟化され、耐屈曲特性が改善されるタフピッチ銅が多い。しかし、機器の耐久性の観点から、更に耐屈曲特性の高い圧延銅箔が求められ、例えば、銅箔の結晶学的な配向を強めたり、圧延率を大きくしたり、最終圧延前の結晶粒径を小さくするなど、多くの耐屈曲特性改善の試みがなされている。

このような耐屈曲性に優れた圧延銅箔として、例えば、特許第３００９３８３号公報には、２００℃で３０分間加熱して再結晶組織に調質した状態において、１５％以上の伸びを有し、且つ圧延面の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（Ｉ_０）に対し、Ｉ／Ｉ_０＞２０である立方体集合組織を有することを特徴とする圧延銅箔が報告されている。

ところが、圧延率を大きくしたり、最終圧延前の結晶粒径を小さくする場合には、銅箔内の歪の蓄積が大きくなるため、室温で保管した場合でも材料内の一部に再結晶が起こり、銅箔の強度低下が生じる。そのため、ベースフィルム張り合わせ前の銅箔単体の取り扱いにおいて、ハンドリング性が非常に悪くなるという問題点があった。
特許第３００９３８３号公報

本発明は、上記した従来の問題点に鑑み、耐屈曲特性に優れるだけでなく、室温で長期間保管しても強度の低下が極めて少なく、フレキシブルプリント基板用として好適な圧延銅箔を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明が提供する圧延銅箔は、銅が９９.９重量％以上、酸素が０.０００１〜０.０１５重量％、好ましくは０.０００１〜０.００１重量％、及び残部の他不可避不純物からなる銅箔であって、最終圧延後に焼鈍した銅箔の断面組織において、銅箔を板厚方向に貫通した結晶粒の断面面積率が４０％以上であることを特徴とする。

本発明によれば、耐屈曲特性に優れていると同時に、室温（３０℃）で１年以上保管しても強度の大幅な低下がない圧延銅箔を提供することができる。従って、本発明の圧延銅箔は、繰り返し曲げに対する高い耐久性を有するだけでなく、ベースフィルム張り合わせ前の銅箔単体のハンドリング性にも優れ、フレキシブルプリント基板用の銅箔として好適なものである。

本発明者等は、圧延銅箔の耐屈曲特性を改善する方法について鋭意検討を進めた結果、酸素を０.０００１〜０.０１５重量％含む銅箔であって、最終圧延後に焼鈍した銅箔の断面組織において、板厚（厚さ）方向に貫通した結晶粒の断面積が全断面積に対して占める割合（断面面積率）が４０％以上である圧延銅箔は、優れた耐屈曲特性を有すると同時に、室温での強度低下が極めて小さくなることを見出した。

本発明の圧延銅箔は、９９.９重量％以上の銅と、０.０００１〜０.０１５重量％、好ましくは０.０００１〜０.００１重量％の酸素と、及び残部の不可避不純物からなることが必要である。ＪＩＳ等で規定されているわけではないが、市場で流通している無酸素銅は通常０.００１重量％以下の酸素量であり、また一般的なタフピッチ銅は０.０２〜０.０５重量％程度の酸素を含んでいるから、本発明における銅箔の酸素濃度は無酸素銅程度あるいは無酸素銅とタフピッチ銅の中間程度に位置する。

銅中の酸素量を０.０００１〜０.０１５重量％の範囲に規定した理由は、酸素が０.０００１重量％未満では、圧延率を高くするか、又は圧延前の結晶粒径を小さくして熱処理後の結晶粒を大きくしても、充分な耐屈曲特性が得られないからである。また、酸素量が０.０１５重量％を超えると、耐屈曲特性は充分であっても、室温保管の状態で著しい強度の低下が生じるからである。酸素濃度が高くなると室温保管時に強度低下が発生する理由は明らかではないが、酸素濃度が高い場合には、銅中の微量不純物が酸素と結合して、結果的に銅マトリックス中の不純物濃度が低下するので、強加工による歪の蓄積を開放するための再結晶が生じやすくなるためと考えられる。上記したように、酸素濃度が高くなるにつれて室温保管時の強度低下が徐々に増す傾向になるため、本発明では銅中の酸素量について０.０００１〜０.００１重量％を好ましい範囲とした。

また、本発明の圧延銅箔においては、十分な耐屈曲特性を得るために、銅箔を板厚方向に貫通した結晶粒の断面面積率を４０％以上とすることが必要である。更に好ましくは、銅箔を板厚方向に貫通した結晶粒の断面面積率を６０％以上とすることによって、銅箔を板厚方向に貫通した結晶粒が銅箔表面に現れる比率が急激に高まる傾向があり、このため銅箔の耐屈曲性がより一層改善される。

銅箔を板厚方向に貫通した結晶粒が多いほど銅箔の屈曲性が向上する理由は、以下のように考えられる。即ち、通常は屈曲による変形により転位が結晶粒内から発生し、この転位が粒界部に集積して、その粒界部分で破断が起こる。一方、結晶粒が銅箔の板厚を貫通した部分では、屈曲による変形は単結晶そのものの変形となり、結晶粒内に発生した転位が表面に抜けてしまうため、転位の集積が起こらず、繰り返しの変形に対して破断が起こり難くなるためと考えられる。

銅箔を板厚方向に貫通した結晶粒の断面面積率は、図１に示すように、銅箔１の断面金属組織の顕微鏡写真観察により、銅箔１の表面１ａと表面１ｂの間を板厚ｄの方向に貫通した貫通結晶粒２の断面積Ａを求め、貫通していない非貫通結晶粒３も含めた銅箔１全体の断面積Ｂに対する比、即ち断面積Ａ／断面積Ｂとして算出した。具体的な断面積の測定は、銅箔を樹脂に埋め込み、その銅箔の断面を機械研磨して鏡面に仕上げ、アンモニア−過酸化水素水でエッチングした後、光学顕微鏡による組織写真から測定した。

尚、フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）に用いる圧延銅箔の厚みは、一般的に５０μｍ以下であり、最近では更に薄くなりつつある。従って、銅箔の断面積の測定に際しては、銅箔を折りたたんで何層かに積層して樹脂に埋め込むことが好ましい。また、断面の顕微鏡観察に用いる銅箔のサンプリングは、局部的な粗大結晶粒や微細結晶粒の影響を小さくするために、銅箔の板厚の少なくとも１００倍以上の長さとすることが望ましい。

本発明の圧延銅箔の製造は、酸素を０.０１５重量％以下含む組成の銅素材を熱間圧延した後、所定の厚さとなるまで冷間圧延と焼純を繰り返し、最後に最終冷間圧延を施して所定の板厚、好ましくは５０μｍ以下に仕上げる。その後、この最終圧延した銅箔を焼純するが、そのための焼鈍は、ＦＰＣの製造工程におけるベースフィルムとの一体化時にさらされる１３０〜１８０℃の温度での熱処理によって行われる。

最終圧延後に焼鈍された状態の圧延銅箔において、板厚方向に貫通した結晶粒の断面面積率は、以下の条件により制御することが可能である。即ち、（１）最終圧延前の平均結晶粒径が同じであれば、最終圧延の圧下率（圧延率）が大きいほど、貫通した結晶粒の断面面積率を大きくすることができる。（２）最終圧延の圧下率（圧延率）が同一であれば、最終圧延前の平均結晶粒径が小さいほど、貫通した結晶粒の断面面積率を大きくすることができる。

高純度の電気銅をシャフト炉により溶解して、酸素濃度０.０２５重量％の銅を溶製した。その後、溶湯を保持炉に導入し、脱酸剤を投入することにより酸素濃度を調整して、酸素濃度が下記表１に示すように０.０００１〜０.０２５重量％であって、厚さが２００ｍｍ及び幅が６５０ｍｍの鋳塊をそれぞれ作製した。

これらの鋳塊を、１８ｍｍの板厚まで熱間圧延し、表面のスケールを面削により除去した後、冷間圧延により２.０ｍｍの板厚まで薄くし、中間焼鈍・洗浄を行い、エッジ部をトリミングして６００ｍｍ幅とした。その後、更に冷間圧延と焼鈍・洗浄を繰り返した後、最終冷間圧延により板厚０.０１６ｍｍ（１６μｍ）の圧延銅箔とした。

上記の最終圧延で得られた板厚１６μｍの各圧延銅箔を、ＦＰＣの製造工程での熱処理を模して、それぞれ１８０℃で３０分の熱処理を行った。この時、最終圧延前の板厚を変えることにより、最終圧延後の銅箔（板厚１６μｍ）を焼鈍した状態での結晶組織を制御した。尚、最終圧延前の銅箔の平均結晶粒径は、いずれも２０±３μｍに調整した。

最終圧延後の焼純された状態の各圧延銅箔について、それぞれ平均結晶粒径を求めると共に、板厚方向に貫通した結晶粒の断面面積率（貫通粒断面面積率）を測定して、その結果を下記表１に併せて示した。尚、上記圧延銅箔は、板厚に対して２００倍の長さとなるようにサンプリングを行い、銅箔を積層させて樹脂に埋め込んだ後、銅箔の断面を機械研磨して鏡面に仕上げ、アンモニア−過酸化水素水でエッチングを行った後、光学顕微鏡により断面の金属組織を観察した。具体的には、４００倍の顕微鏡写真を撮影した組織写真から、平均結晶粒径を求めると共に、銅箔を板厚方向に貫通する結晶粒の全断面積に対する割合（貫通粒断面面積率）を求めた。これらの結果を下記表１に示した。

次に、上記各圧延銅箔の屈曲寿命を、図２に示す装置により測定した。即ち、この装置の固定板６と可動板７に試験用銅箔片５を固定し、可動板７を周期的に振動させることにより、試験用銅箔片５の中間部が所定の曲率半径でヘアピン状に屈曲され、ある回数に達した時に破断する。この破断までの回数を屈曲寿命とした。尚、上記試験用銅箔片の圧延銅箔からの採取は、その長さ方向が圧延方向と平行になるように行った。また、測定条件は、試験用銅箔片の幅１２.７ｍｍ、長さ２００ｍｍ、曲率半径２.５ｍｍ、振動ストローク２５ｍｍ、振動速度５００回／分とした。

また、圧延銅箔の室温での強度低下に関しては、３０℃で１年間放置した後の引張強度で３５０ＭＰａ以上を維持することが必要である。そのため、各圧延銅箔について、初期引張強度を測定する共に、室温（３０℃）で恒温槽に１年間保管した後の引張強度を測定することにより、３０℃で１年間保管後の引張強度低下率を調査した。得られた結果を下記表２に併せて示した。

上記の結果から、酸素濃度が０.０００１〜０.０１５重量％、好ましくは０.０００１〜０.００１重量％の範囲にあり、最終圧延後の焼鈍した銅箔の断面組織において、板厚方向に貫通した結晶粒の断面面積率が４０％以上であることによって、屈曲回数がＦＰＣ用銅箔の耐屈曲特性として充分な３０万回を超え、しかも３０℃で１年間保管後も３５０ＭＰａ以上の強度を維持できることが分る。更に、酸素濃度が０.００１重量％以下の場合には、３０℃で１年間保管後の強度低下率が５％以下であり、より高い耐室温強度低下特性を持つことが分る。

圧延銅箔断面の金属組織を示す模式図である。圧延銅箔の屈曲寿命の測定に用いた屈曲試験装置の概略図である。

符号の説明

１銅箔
１ａ、１ｂ表面
２貫通結晶粒
３非貫通結晶粒
５試験用銅箔片
６固定板
７可動板

Claims

銅が９９.９重量％以上、酸素が０.０００１〜０.０１５重量％、及び残部の不可避不純物からなる銅箔であって、最終圧延後に焼鈍した銅箔の断面組織において、銅箔を板厚方向に貫通した結晶粒の断面面積率が４０％以上であることを特徴とする耐屈曲性に優れた圧延銅箔。
酸素が０.０００１〜０.００１重量％である特徴とする、請求項１に記載の耐屈曲性に優れた圧延銅箔。
３０℃で１年間放置後における引張強度が３５０ＭＰａ以上であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の耐屈曲性に優れた圧延銅箔。