CN103501997A - 铜箔复合体和用于其的铜箔、以及成型体及其制造方法 - Google Patents

铜箔复合体和用于其的铜箔、以及成型体及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明是提供一种使弯折性提高的铜箔复合体及用于其的铜箔。本发明为层叠铜箔与树脂层而成的铜箔复合体，铜箔是含有总计为30～500质量ppm的选自Sn、Mn、Cr、Zn、Zr、Mg、Ni、Si、及Ag中的至少1种，铜箔的拉伸强度为100～180MPa，铜箔的（100）面的集合度即I200/I0200为30以上，从铜箔的板面观察到的平均晶体粒径为10～400μm。

Description

铜箔复合体和用于其的铜箔、以及成型体及其制造方法
技术领域
本发明涉及作为电磁波屏蔽材料、FPC用铜层叠体、需要散热的基板而优选的铜箔复合体及用于其的铜箔。
背景技术
层叠铜箔与树脂膜而成的铜箔复合体用作电磁波屏蔽材料（例如专利文献1）。铜箔具有电磁波屏蔽性，且为了强化铜箔而层叠树脂膜。作为将树脂膜层叠于铜箔的方法，有利用粘接剂将树脂膜层压于铜箔的方法、及在树脂膜表面蒸镀铜的方法等。由于为了确保电磁波屏蔽性而需要使铜箔的厚度为数μm以上，因而将树脂膜层压于铜箔的方法是廉价的。
另外，铜箔的电磁波屏蔽性优异，且可通过覆盖被屏蔽体而屏蔽被屏蔽体的整个面。与此相对，利用铜的编织等而覆盖被屏蔽体时，被屏蔽体在网眼部分露出，因而电磁波屏蔽性差。
另外，除电磁波屏蔽材料以外，也使用铜箔与树脂膜（PET、PI（聚酰亚胺）、LCP(液晶聚合物)等）的复合体作为FPC（挠性印刷基板）用。尤其，FPC中主要使用PI。
在FPC中也会受到弯曲或弯折的变形，因而开发弯曲性优异的FPC，并用于手机等（专利文献2）。通常，FPC在弯曲部位受到的弯曲或弯折是一个方向的弯曲变形，若与卷绕于电线等的电磁波屏蔽材料弯曲时的变形相比，则较为简单，因而对于FPC用复合体不大要求加工性。
与此相对，本申请人报告了在铜箔及树脂膜的厚度与拉伸应变4%的铜箔应力存在一定关系时,铜箔复合体的延展提高，提高加工性（专利文献3）。
专利文献1：日本特开平7-290449号公报
专利文献2：日本专利第3009383号公报
专利文献3：国际公开第WO2011/004664号公报。
发明内容
发明要解决的技术问题
然而，近年来，智能手机等各种移动设备的高功能化不断发展，而要求搭载于这些设备的零件的省空间化。因此，应用于上述装置的FPC也变得较小且被摺叠组装，对于铜箔复合体要求比以前更苛刻的弯折性。
然而，弯折性优异的铜箔复合体的开发尚未充分地进展。例如，专利文献3记载的技术以铜箔复合体的加工性W弯曲试验进行评价，但并未记载严格的评价弯折性的180度密合弯曲试验中也显示良好结果的铜箔复合体的构成。
因此，本发明的目的在于提供一种使弯折性提高的铜箔复合体及用于其的铜箔。
解决问题的技术手段
本发明人等发现可通过规定构成铜箔复合体的铜箔成分、强度、以及组织的方位及粒径来提高弯折性，从而完成本发明。
即，本发明的铜箔复合体是层叠铜箔与树脂层而成的，且上述铜箔含有总计为30～500质量ppm的选自Sn、Mn、Cr、Zn、Zr、Mg、Ni、Si、及Ag中的至少1种，上述铜箔的拉伸强度为100～180MPa，上述铜箔的（100）面的集合度即I200/I0200为30以上，从上述铜箔的板面观察到的平均晶体粒径为10～400μm。
优选从上述铜箔的板面观察到的平均晶体粒径为50～400μm。
优选上述铜箔的断裂应变为5%以上，且将上述铜箔的厚度设为t、将拉伸应变4%的上述铜箔应力设为f、将上述树脂层的厚度设为T、将拉伸应变4%的上述树脂层的应力设为F时，满足（F×T）/（f×t）≥1。
本发明的铜箔用于上述铜箔复合体。
本发明的成型体是加工上述铜箔复合体而成的。
本发明的成型体的制造方法加工上述铜箔复合体。
发明效果
根据本发明，可获得一种使弯折性提高的铜箔复合体。
附图说明
图1是表示进行加工性评价的杯突试验装置的构成的图。
具体实施方式
本发明的铜箔复合体是层叠铜箔与树脂层而成。
＜铜箔＞
铜箔含有总计为30～500质量ppm的选自Sn、Mn、Cr、Zn、Zr、Mg、Ni、Si、及Ag中的至少1种，且剩余部分由Cu及不可避免的杂质构成。将铜箔制成轧制铜箔。
本发明人等研究的结果判明了：若包含上述元素，则与纯铜相比｛100｝面发达，且弯折性提高。若上述元素的含量少于30质量ppm，则｛100｝面不发达而弯折性降低，若超过500质量ppm，则在轧制时形成剪切带且｛100｝面不发达而弯折性降低，并且再晶粒变得不均匀。
需要说明的是，标记铜箔的面方位时，如“｛100｝”这样带有括弧，标记X射线衍射强度时，如“200”这样不带括弧。
如上所述，由于通过使铜箔的｛100｝面的集合度即I200/I0200（I200：铜箔的200面的X射线衍射强度，I0200：铜粉末的200面的X射线衍射强度）为30以上，而使晶粒的方位一致，因而变形容易超出晶界而传开。若铜箔变薄则因局部的颈缩（クビレ）容易超过晶粒而产生，因而铜箔单体不再伸长。因此，可以认为铜箔单体的伸长是晶粒在某种程度上较细且集合度也越小越容易伸长。另一方面，可以认为若将铜箔与树脂层叠而制成复合体，则因受到树脂变形的影响，因而即使铜箔单体的晶粒、集合度大也难以产生颈缩，反而，铜箔的晶粒大且集合度高则铜箔的强度越弱，因而容易追随树脂的变形且高延展性化。因此，铜箔复合体的弯折性提高。
需要说明的是，I200/I0200的上限并未特别限定，可为例如120以下、例如110以下、例如100以下。
将铜箔的拉伸强度设为100～180MPa。若铜箔的拉伸强度小于100MPa，则强度过低且难以制造铜箔复合体，拉伸强度超过180Mpa时，在轧制时组织的堆垛层错能增大，因此｛100｝面不发达，且晶粒也变小。
从铜箔的板面观察到的平均晶体粒径为10～400μm。因从铜箔板面观察到的平均晶体粒径小于10μm时，在轧制时组织的堆垛层错能增大，因而｛100｝面不发达，且弯折性降低。从铜箔板面观察到的平均晶体粒径超过400μm时，则难以制造。
尤其，若上述平均晶体粒径为50～400μm，则弯折性与拉深加工性一并提高。在上述平均晶体粒径为50μm以上的情况下，铜箔的强度变弱，并且在厚度上晶粒会变得十分大，因而铜箔的各个晶粒与树脂直接接触的情况较多（不露出于铜箔的表面的晶粒变得较少），因而可以认为各个晶粒直接承受树脂的变形，弯折性提高。例如将铜箔复合体压制成型为特定形状时要求拉深加工性。
需要说明的是，平均晶体粒径是根据JIS H0501的切断法对铜箔的轧制方向及垂直轧制方向测定的值的平均值。另外，由铜箔复合体形成电路后的试样的情况下，将与电路平行的方向设为平均晶体粒径的值。
优选将铜箔的断裂应变设为5%以上。若断裂应变小于5%，则即使下述铜箔复合体满足（F×T）/（f×t）≥1，铜箔复合体的延展有时也降低。若满足（F×T）/（f×t）≥1，则铜箔的断裂应变越大越优选。
另外，用作电磁波屏蔽材料时，优选将铜箔的厚度t设为4～12μm。若厚度t小于4μm，则有时屏蔽性、断裂应变降低并且铜箔的制造、与树脂层层叠时的操作变得困难。另一方面，厚度t较厚则断裂应变上升，但若厚度t超过12μm则有时刚性变高、加工性降低。另外，若厚度t超过12μm，则存在下述铜箔复合体不满足（F×T）/（f×t）≥1，且铜箔复合体的断裂应变反而降低的倾向。尤其，若厚度t超过12μm，则为了满足（F×T）/（f×t）≥1而需要加厚T。
另一方面，用于FPC用、或用于需要散热的基板时，优选将铜箔的厚度t设为4～40μm。FPC、或需要散热的基板的情况下，与电磁波屏蔽材料相比，对铜箔复合体不要求柔软性，因而可将厚度t的最大值设为40μm。另外，使用PI作为树脂层的情况下，因PI的强度高，因而即使铜箔的厚度t厚也可满足（F×T）/（f×t）≥1。需要说明的是，需要散热的基板不在FPC的铜箔中设置电路，且使铜箔密合于被散热体而使用。
＜树脂层＞
作为树脂层并未特别限制，也可将树脂材料涂布于铜箔而形成树脂层，但优选为可贴附于铜箔的树脂膜。作为树脂膜，可列举PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）膜、PI（聚酰亚胺）膜、LCP（液晶聚合物）膜、PP（聚丙烯）膜，尤其可优选地使用PI膜。
树脂层的厚度T并未特别限制，用作电磁波屏蔽材料时，通常为7～25μm左右。若厚度T薄于7μm则存在下述（F×T）的值变低、无法满足（F×T）/（f×t）≥1、且铜箔复合体的（伸长）断裂应变降低的倾向。另一方面，即使厚度T超过25μm也有铜箔复合体的（伸长）断裂应变降低的倾向。
作为树脂膜与铜箔的层叠方法，可以在树脂膜与铜箔之间使用粘接剂，也可以不使用粘接剂而将树脂膜热压接于铜箔。然而，从不对树脂膜施加多余的热的观点出发，优选使用粘接剂。粘接剂层的厚度优选为6μm以下。若粘接剂层的厚度超过6μm，则在层叠于铜箔复合体后仅有铜箔会容易断裂。
另一方面，用于FPC用、或用于需要散热的基板时，树脂层的厚度T通常为7～70μm左右。若厚度T薄于7μm则存在下述（F×T）的值变低、无法满足（F×T）/（f×t）≥1、且铜箔复合体的（伸长）断裂应变降低的倾向。另一方面，若超过70μm，则有挠性降低的倾向。
需要说明的是，本发明的“树脂层”也包含粘接剂层。
FPC的情况下，有时附有覆盖层膜且铜箔的两面为树脂层，但在该情况下，树脂层的F、T为多加了覆盖层的强度、厚度的F、T。
需要说明的是，为了提高耐蚀性（耐盐性）、降低接触电阻，也可在与铜箔中形成树脂层的相反面，形成厚1μm左右的镀Sn层。
另外，为提高树脂层与铜箔的密合性，也可对铜箔进行粗化处理等表面处理。作为该表面处理，可采用例如在日本特开2002-217507号公报、日本特开2005-15861号公报、日本特开2005-4826号公报、日本特公平7-32307号公报等中所记载的处理。
通过规定构成铜箔复合体的铜箔与树脂层的厚度或应变，可以不损害加工性而提高拉深加工性。
即，判明了：将铜箔的厚度设为t、将拉伸应变4%的铜箔应力设为f、将树脂层的厚度设为T、将拉伸应变4%的树脂层应力设为F时，满足（F×T）/（f×t）≥1的铜箔复合体的延展性提高、拉深加工性提高。
该原因虽不明确，但（F×T）及（f×t）均表示每单位宽度的应力（例如，（N/mm）），而且铜箔与树脂层被层叠且具有相同的宽度，因而（F×T）/（f×t）表示施加于构成铜箔复合体的铜箔与树脂层的力的比。因此，该比为1以上是指在树脂层侧施有更多的力，因而树脂层侧强于铜箔。由此，铜箔易于受到树脂层的影响，且铜箔均匀地伸长，因而认为铜箔复合体整体的延展性也提高。
此处，F及f只要为与产生塑性变形后相同应变量的应力即可，但考虑到铜箔的断裂应变与树脂层（例如PET膜）的开始塑性变形的应变，而设为拉伸应变4%的应力。另外，F的测定可通过铜箔的拉伸试验而进行，该铜箔是用溶剂等从铜箔复合体中去除树脂层而剩下的铜箔。同样地，f的测定可通过树脂层的拉伸试验而进行，该树脂层是用酸等从铜箔复合体中去除铜箔而剩下的树脂层。T和t可利用各种显微镜（SEM等）观察铜箔复合体的剖面而测定。
另外，在制造铜箔复合体前的铜箔与树脂层的F及f值为已知的情况下，且制造铜箔复合体时不进行如铜箔及树脂层的特性会大幅变化的热处理的情况下，也可采用制造铜箔复合体前的上述已知的F及f值。
如上所述，通过使铜箔复合体满足（F×T）/（f×t）≥1，而铜箔复合体的延展性提高且断裂应变也提高。优选若铜箔复合体的断裂应变为30%以上，则在电缆（cable）等被屏蔽体的外侧卷绕铜箔复合体而制成屏蔽材料后，随着电缆的抽出等而铜箔复合体被弯折时难以产生破裂。
此处，铜箔复合体的断裂应变值，在通过拉伸试验使铜箔与树脂层同时断裂时，采用此时的应变，仅在铜箔中先产生龟裂时采用铜箔中出现龟裂时的应变。
实施例
1.铜箔复合体
＜铜箔复合体的制造＞
对于韧铜（JIS-H3100（合金编号：C1100）），热轧添加有表1～表3所示的添加元素的锭，或对于无氧铜（JIS-H3100（合金编号：C1020）），热轧添加有表4所示的添加元素的锭后，以表面切削去除氧化物，然后反复进行冷轧、退火及酸洗而使其薄到特定厚度为止，在厚度为0.1 mm以下的冷轧时，将铜加热至100～110℃并进行轧制，从而获得确保加工性的铜箔。将轧制时的张力(テンション)及轧制材料宽度方向的压下条件设为相同，以使铜箔在宽度方向上为均匀的组织。另外，在轧制时为了成为在宽度方向上均匀的温度分布而使用多个加热器进行温度管理，并测定铜的温度进行控制。
需要说明的是，各实施例及比较例1～5、比较例14～17中，对于板厚0.1 mm以下的冷轧，将铜箔加热至100～110℃而进行。另外，对于各实施例及比较例1～5、比较例14～17，以板厚0.1 mm以下的冷轧时1道次的轧制加工度不超过25%的方式进行控制。
另一方面，比较例6～8、比较例10～13、比较例18中，对于板厚0.1 mm以下的冷轧，在轧制中不将铜箔加热至100～110℃。另外，对于比较例6～8、比较例10～13、比较例18，板厚0.1 mm以下的冷轧时每1道次的加工度的一部分超过25%。
另外，比较例19中，对于板厚0.1 mm以下的冷轧，在轧制中将铜箔加热至100～110℃而进行。而且，板厚0.1 mm以下的冷轧时每1道次的加工度的一部分超过25%。
另外，比较例20中，对于板厚0.1 mm以下的冷轧，在轧制中不将铜箔加热至100～110℃。而且，以板厚0.1 mm以下的冷轧时每1道次的加工度不超过25%的方式进行控制。
比较例9使用电解铜箔。
对所获得的铜箔表面实施在CCL（Copper Clad Laminate）中使用的通常的表面处理。处理方法采用在日本特公平7-3237号公报中记载的方法。在表面处理后，通过层压法将作为树脂层的PI层层叠于铜箔而制作CCL（铜箔复合体）。将树脂层层叠于铜箔的层压条件设为公知的条件。需要说明的是，在将PI层层叠于铜箔时，介隔有热塑性的PI系粘接层，将该粘接层与PI膜一同作为树脂层。
＜拉伸试验＞
由铜箔复合体制作多片宽12.7 mm的长条状拉伸试验片。另外，将数片该拉伸试验片浸渍于溶剂（Toray Engineering制造的TPE3000）中溶解粘接剂层与PI膜，从而获得仅有铜箔的试验片。数片试验片以氯化铁等溶解铜箔，从而获得仅有PI的试验片。
[0056] 拉伸试验是在标距长度（ゲージ長さ）100 mm、拉伸速度10 mm/min的条件下进行，采用N10的平均值作为强度（应力）及伸长的值。
＜铜箔的集合组织I200/I0200＞
将铜箔复合体浸渍于溶剂（Toray Engineering制造的TPE3000）中溶解粘接剂层与PI膜，而获得仅有铜箔的试验片。然后，求出根据铜箔轧制面的X射线衍射而求出的｛100｝面强度的积分值（I）。将该值除以预先测定的细粉末铜（325 mesh，在氢气流中以300℃加热1小时后使用）｛100｝面强度的积分值（I0），计算出I200/I0200。
＜铜箔复合体的评价＞
＜W弯曲（加工性）＞
根据日本伸铜协会技术标准JCBA T307，以弯曲半径R=0 mm使铜箔复合体进行W弯曲。W弯曲为通常的铜箔复合体加工性的评价。
＜180°密合弯曲＞
根据JIS Z 2248，使铜箔复合体180°密合弯曲。180°密合弯曲比W弯曲更严格，且为铜箔复合体弯折性的评价。然后，使弯曲180°的部分恢复至0°，进一步进行180°密合弯曲。在进行180°密合弯曲的次数达到5次后观察铜箔的弯曲表面。
＜拉深加工性＞
使用图1所示的杯突试验装置10进行加工性的评价。杯突试验装置10包含基座4及打孔机2，基座4具有圆锥台状的斜面，圆锥台自上朝下逐渐变细，圆锥台的斜面角度与水平面成60°。另外，在圆锥台的下侧，连通有直径15 mm、深7 mm的圆孔。另一方面，打孔机2的前端为直径14 mm半球状的圆柱，且可将打孔机2前端的半球部***到圆锥台的圆孔。
需要说明的是，圆锥台的变细的前端与圆锥台的下侧的圆孔的连接部分带有半径（r）＝3 mm的圆弧。
然后，将铜箔复合体冲裁成直径30 mm的圆板状的试验片20，并将铜箔复合体载置于基座4的圆锥台的斜面，从试验片20上方将打孔机2下压并***基座4的圆孔。由此，试验片20成型为圆锥杯状。
需要说明的是，仅在铜箔复合体的单面存在树脂层时，以树脂层在上的方式载置于基座4。另外，在铜箔复合体的两面存在树脂层时，以与M面粘接的树脂层在上的方式载置于基座4。铜箔复合体的两面为Cu的情况下哪一面在上均可。
以目视判定成型后的试验片20内的铜箔有无破裂，并以如下基准进行加工性的评价。
需要说明的是，这些铜箔复合体的评价均设为以下基准。  
◎：铜箔中无龟裂、颈缩
○：铜箔中有小的皱褶（颈缩），但无大的皱褶（颈缩）
△：铜箔中有较大的颈缩，但无破裂
×：铜箔中有龟裂
然后，对于W弯曲及180°密合弯曲，若评价为◎、○则为良好，对于拉深加工性，若评价为◎、○、△则为良好。
将所获得的结果示于表1～表3。表中，TS表示拉伸强度，GS表示晶体粒径，I/I0表示I200/I0200。另外，GS的测定方法如上所述。需要说明的是，将铜箔复合体浸渍于溶剂（Toray Engineering制造的TPE3000）中溶解粘接剂层与PI膜，从而获得仅有铜箔的试验片，对于所获得的铜箔测定GS。
Figure 603390DEST_PATH_IMAGE001
Figure 520530DEST_PATH_IMAGE002
Figure 757794DEST_PATH_IMAGE004
根据表1～表4可知，在各实施例的情况下，铜箔的拉伸强度（TS）为100～180MPa，I200/I0200为30以上，从铜箔板面观察到的平均晶体粒径为10～400μm，不仅铜箔复合体的加工性而且弯折性及拉深加工性也良好。
需要说明的是，从铜箔板面观察到的平均晶体粒径小于50μm的实施例12、23、24、34、35、45、46、60、68、70的情况下，与其他实施例相比拉深加工性的评价稍差，但实用上并无问题。由此，优选为将从铜箔板面观察到的平均晶体粒径设为50～400μm。
另外，实施例55是使用与实施例54相同的铜箔，并调整树脂层使（F×T）/（f×t）＜1的情况。同样地，实施例56是使用与实施例46相同的铜箔，并调整树脂层使（F×T）/（f×t）＜1的情况。若将实施例55与实施例54进行比较，将实施例56与实施例46进行比较，则可知在满足（F×T）/（f×t）≥1的情况下拉深加工性良好。
另一方面，比较例1～5的情况下，由于以将板厚0.1 mm以下的冷轧时的铜温度设为100～110℃、并且以板厚0.1 mm以下的冷轧时的1道次的轧制加工度不超过25%的方式进行控制，因而从铜箔板面观察到的平均晶体粒径为10～400μm，铜箔复合体的加工性良好，但由于使用不含上述添加元素的韧铜（以JIS-H3250为规格），因而I200/I0200小于30，铜箔复合体的弯折性及拉深加工性劣化。同样地，在上述添加元素小于30 wtppm的比较例12的情况下，铜箔复合体的弯折性及拉深加工性也劣化。
比较例6～8的情况下，对于板厚0.1 mm以下的冷轧，由于在轧制时不将铜箔加热至100～110℃，进而冷轧时的每1道次的加工度的一部分超过了25%，因而I200/I0200小于30，且铜箔复合体的弯折性及拉深加工性也劣化。
使用了电解铜箔的比较例9的情况下，铜箔的平均晶体粒径小于10μm且I200/I0200小于30，铜箔复合体的弯折性及拉深加工性劣化。
在板厚0.1 mm以下的冷轧时不将铜箔加热至100～110℃，且轧制时每1道次的加工度的一部分超过25%，进而在添加上述添加元素超过500 wtppm的比较例10、11、18的情况下，再晶粒变得不均匀且铜箔的平均晶体粒径小于10μm，铜箔复合体的加工性劣化。进而，在轧制时形成剪切带，因而｛100｝面不发达而I200/I0200小于30，铜箔复合体的弯折性及拉深加工性也劣化。
比较例13的情况下，对于板厚0.1 mm以下的冷轧，在轧制中不将铜箔加热至100～110℃，进而冷轧时每1道次的加工度的一部分超过了25%，因而I200/I0200小于30，铜箔复合体的弯折性及拉深加工性也劣化。
在不添加选自Sn、Mn、Cr、Zn、Zr、Mg、Ni、Si、及Ag中的至少1种的比较例14～17的情况下，TS超过180MPa，铜箔复合体的弯折性及拉深加工性也劣化。
另外，在比较例19的情况下，对于板厚0.1 mm以下的冷轧，在轧制中将铜箔加热至100～110℃而进行，但因轧制时每1道次的加工度的一部分超过了25%，因而I200/I0200小于30，且铜箔复合体的弯折性及拉深加工性也劣化。
另外，在比较例20的情况下，对于板厚0.1 mm以下的冷轧，虽以每1道次的加工度不超过25%的方式进行控制，但由于在轧制中未将铜箔加热至100～110℃，因而I200/I0200小于30，且铜箔复合体的弯折性及拉深加工性也劣化。 

Claims (6)

1.铜箔复合体，其为层叠铜箔与树脂层而成的铜箔复合体，
所述铜箔含有总计为30～500质量ppm的选自Sn、Mn、Cr、Zn、Zr、Mg、Ni、Si、及Ag中的至少1种，
所述铜箔的拉伸强度为100～180Mpa，
所述铜箔的（100）面的集合度即I200/I0200为30以上，
从所述铜箔板面观察到的平均晶体粒径为10～400μm。
2.如权利要求1所述的铜箔复合体，其中，从所述铜箔板面观察到的平均晶体粒径为50～400μm。
3.如权利要求1或2所述的铜箔复合体，其中，所述铜箔的断裂应变为5%以上；且将所述铜箔的厚度设为t、将拉伸应变4%的所述铜箔的应力设为f、将所述树脂层的厚度设为T、将拉伸应变4%的所述树脂层的应力设为F时，满足（F×T）/（f×t）≥1。
4.铜箔，其用于权利要求1～3中任一项的铜箔复合体。
5.成型体，其为加工权利要求1～3中任一项的铜箔复合体而成的。
6.成型体的制造方法，其加工权利要求1～3中任一项的铜箔复合体。
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