JP5467930B2 - 銅張積層板 - Google Patents
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Description
そして、このような銅張積層板と他の基板との接続にFPCコネクタが用いられる場合がある。なお、コネクタに装入される部分は、接触抵抗を小さくするために、Ni下地めっきが行われ、その上にAuめっきが施されるのが一般的である。
そこで、柱状の銅結晶粒子を含み、25℃における伸び率5%以上の電解銅箔からFPCを構成することで、配線パターンが破断し難いFPCが得られることが報告されている(特許文献1)。
ところが、伸びの大きい圧延銅箔を用いても、上記のようなコネクタへの嵌合部付近で生じる破断が回避できない場合があることを本発明者らは見出した。
すなわち、本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、銅張積層板を配線基板として機器内に組み込む際のハンドリング性に優れ、コネクタに接続される銅張積層板の提供を目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の銅張積層板は、厚み5〜30μmの銅箔の片面に、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、又は飽和ポリエステル樹脂からなる樹脂が積層され、前記樹脂と反対側の前記銅箔の表面の少なくとも一部に厚み3〜10μmのNi下地めっき層が形成され、該Ni下地めっき層上であってコネクタに挿入される端部にAuめっき層が形成され、前記Ni下地めっき層及び前記Auめっき層を除く前記銅箔と前記樹脂の合計厚みが50μm以下であり、該Auめっき層を外側として180度密着曲げを行った場合に、前記銅箔の導通が遮断されるまでの曲げ回数が3回以上であることを特徴とする。
本発明の銅張積層板は、半軟化温度が150℃以下である銅箔の片面に樹脂を積層し、前記樹脂と反対側の前記銅箔の表面の少なくとも一部にNi下地めっき層を形成し、該Ni下地めっき層上であってコネクタを接続する部分にAuめっきを形成して製造されたものであってもよい。
前記銅箔は、最終冷間圧延時の総加工度が85%以上であり、かつ前記最終冷間圧延における最終3パスでの油膜当量を以下の条件として圧延してなってもよい。
但し、最終パスの2つ前の油膜当量;25000以下、最終パスの1つ前の油膜当量;30000以下、最終パスの油膜当量; 35000以下とする。ここで、インゴットを熱間圧延後、冷間圧延を経て銅箔を製造する際、冷間圧延において冷間圧延と焼鈍とを交互に行う。そして、最後の焼鈍後に最後に行う冷間圧延を「最終冷間圧延」とする。
本発明の実施形態に係る銅張積層板は、銅箔の片面に樹脂が積層され、樹脂と反対側の銅箔の表面の少なくとも一部にNi下地めっき層が形成され、該Ni下地めっき層上であってコネクタを接続する部分にAuめっき層が形成され、該Auめっき層を外側として180度密着曲げを行った場合に、前記銅箔の導通が遮断されるまでの曲げ回数が3回以上である。
本発明の銅張積層板を用いて作製したFPCは、コネクタに挿入しても断線し難い。なお、コネクタに挿入するFPCは、コネクタとの電気的接続部分に導電性を確保するAuめっきが施される。そして、Auが銅箔に拡散するのを防止するため、Auめっき層側となる銅張積層板の銅箔表面にはNiめっき層が形成されている。そして、FPCのうちコネクタへの挿入部分は所定厚みの補強板で強度が確保されている。従って、FPCをコネクタに挿入する際には、コネクタへの挿入部分以外のFPCが折れ易くなる。本発明の銅張積層板は、銅箔表面にNiめっき層を施しても、曲げ応力によって破断し難い。
Ni下地めっきは、コネクタとの電気的接続部分であるAuめっき層が施される領域に形成されていればよいが、樹脂と積層される面と反対側の銅箔の表面全体にNi下地めっきが形成されてもよい。Ni下地めっきは、Auめっき層中のAuが銅箔へ拡散するのを防止できればよく、通常、3〜10μm程度の厚みとすることができる。
Ni下地めっき層は、例えば電気めっき又は無電解めっきによって形成することができる。電気めっきの場合、一般的な硫酸ニッケルと塩化ニッケルとの混合浴を用いることができる。
図2(b)は、FPC10の裏面10bを示す。裏面10bに相当する銅張積層板の表面にNi下地めっき層が形成された後、コネクタ20との接続部分に相当するNi下地めっき層上にAuめっき層12が形成される。そして、Auめっき層12以外の銅張積層板の表面をカバーレイフィルムで覆ってFPC10が製造される。
なお、銅箔の片面に樹脂層を積層した合計厚みが50μm以下であることが好ましい。ここで、合計厚みはNi下地めっき層及びAuめっき層の厚みを含まない。
なお、180度密着曲げを行う際、樹脂層を積層した銅張積層板合計厚みは限定されないが合計厚み50μm以下のものが一般的なFPCを再現するので好ましい。又、180度密着曲げを行う試料幅も限定されないが、幅3mm以上5mm以下の試料で測定を行うとよい。
本発明の銅張積層板に用いられる銅箔は、厚み5〜30μm、圧延平行方向の表面粗さRa≦0.1μmで、かつ350℃で0.5時間焼鈍後の加工硬化指数が0.3以上0.45以下であることが好ましい。
加工硬化指数(n値)は、降伏点以上の塑性変形域における応力とひずみとの関係を、以下の式1(Hollomonの式)で近似した場合の指数nで表される。
[真応力]=[材料定数]×[真ひずみ]n (1)
加工硬化指数が大きいほど局所変形が起こりにくく、変形を行ったときに破断しにくい。又、加工硬化指数が高い材料は絞り加工性に優れ、プレス加工に適する。そして、銅箔を、樹脂層の少なくとも片面に積層して銅張積層板を製造し、この銅張積層板の曲げ加工性を評価した場合に、加工硬化指数が0.3以上の銅箔は局所変形が起こりにくく、曲げ部全体で変形を担うので、銅箔が破断しにくいと考えられる。但し、加工硬化指数が0.45を超える材料は、焼鈍後の強度が低く取り扱い性が悪化するため、銅張積層板用として適当でない。
まず、加工硬化指数は、材料の加工硬化挙動を示す値のひとつであり、この値が大きいほど、材料は加工硬化しやすい性質を持つ。ここで、材料は引張変形を受けると、局部的にくびれを起こして破断するが、加工硬化係数が大きい材料では、くびれを起こした部分が加工硬化し、くびれ部が変形しにくくなる。そのため、変形しにくいくびれ部に代わって、それ以外の部分が変形しはじめる。これを繰り返すことで、材料全体が均等に変形する。一方、伸びはそのような状況を考慮せずにマクロ的に捕らえた指標なので、伸びが大きいものでも加工硬化指数が大きいとは限らない。
最終冷間圧延時の総加工度が85%未満であると、加工度が低くなって銅箔の軟化温度が高くなるため、CCL製造時の加熱による銅の再結晶が不十分になり、加工歪みが残って曲げ加工性が低下する傾向にある。
そして、CCL製造工程の熱処理条件は樹脂の性質に依存するため、銅箔の再結晶温度を熱処理条件にあわせる必要がある。銅箔の再結晶温度は組成と加工度によって影響を受け、添加元素を多量に含む組成では軟化温度が高くなり過ぎる。また銅箔の組成が適正であっても、加工度が高過ぎれば常温軟化を招き、加工度が低過ぎれば軟化温度が高くなり過ぎる。
このような要因に加え、銅箔を銅張積層板に用いたときの曲げ加工性を向上させるためには、上記加工硬化指数に加え、表面粗さの影響を考慮する必要がある。表面粗さは、加工硬化指数とは別の要因で曲げ加工性に影響する。表面粗さが大きく、銅箔の材料表面に切り欠き状の凹凸があると、曲げを行った際に切り欠き先端に応力が集中し、破断の原因となる。
なお、材料厚みが薄くなると油膜当量は大きくなる傾向にあるため、最終3パスにおける油膜当量の値は、徐々に大きくなる。そこで、それぞれ厚みの異なる最終3パスについて、適正な油膜当量を設定する必要がある。
最終冷間圧延において圧延油粘度と材料降伏応力が全パスで等しいとすると、油膜当量は、(圧延速度)/(噛み込み角)に比例する。材料厚みが薄くなると噛み込み角は小さくなるために、最終パスに近づくほど油膜当量は大きくなる傾向にある。また生産性を保つためには、材料長さの長い最終パスに近づくほど圧延速度を上げる必要があり、これによっても最終パスに近づくほど油膜当量は大きくなる傾向にある。
一方、最終冷間圧延における最終3パスにおいて、最終パスの2つ前の油膜当量;25000以下、最終パスの1つ前の油膜当量;30000以下、最終パスの油膜当量; 35000以下をすべて満たさないと(最終3パスのいずれかのパスで油膜当量が上記値を超えると)、銅箔の表面が粗くなり、圧延平行方向の表面粗さRaが0.1μmを超えて以下の不具合が生じる。
油膜当量を低減するために、最終パスの圧延加工度を25%以上にするのが良い。
圧延油粘度は4.0〜8.0cSt程度、圧延速度200〜600m/分、ロールの噛込角は例えば0.0005〜0.005rad、好ましくは0.001〜0.04radとすることができる。
得られた銅箔を、それぞれ200℃×0.5時間、及び350℃×0.5時間で大気焼鈍した後に引張試験(JIS−Z2241に準拠)を行い、加工硬化指数を求めた。なお、加工硬化指数は、材料が降伏した後の均一伸びと応力とを用いて求める必要があるため、伸び2%から最大応力点までの値を用いた。そして、測定した伸び及び応力から求めた真ひずみと、真応力との両対数グラフを最小自乗法で近似し、グラフの傾きから加工硬化指数を求めた。真ひずみと真応力は以下の式で求めた。
[真ひずみ]=ln(1+[ひずみ])
[真応力]=(1+[真ひずみ])×[応力]
<半軟化温度>
得られた銅箔を、それぞれ100〜400℃×0.5時間で大気焼鈍した後に引張試験を行い、熱処理条件に対する強度(引張り強さ)を求めた。焼鈍後の強度TShが、圧延上がり(焼鈍前)の強度TSasrollと、完全に軟化した状態の強度TSannealとの平均値となる焼鈍温度を、半軟化温度とした。
次に、得られた銅箔の片面に、キャスト法で厚み約20μmのポリイミド層を製膜し、片面CCLを作製した。具体的には、得られた銅箔の片面を化学処理(めっき)し、この面にポリイミド樹脂の前駆体ワニス(宇部興産製U−ワニスA)を厚さ20μmになるように塗布した。この後、130℃に設定した熱風循環式高温槽で30分乾燥し、段階的に350℃まで2000秒かけて昇温して硬化(イミド化)して樹脂層(ポリイミド層)を形成し、片面CCLを作製した。
次に、樹脂と反対側の銅箔の表面に、以下に示すめっき条件で厚み4〜8μmのNi下地めっき層を形成した。
電解脱脂:脱脂浴として、パクナ#105(ユケン工業株式会社)40g/Lを用い、浴温60℃、電流密度:5A/dm2、電解時間:30秒で浴を攪拌しつつ電解脱脂した。
酸洗:酸洗浴として硫酸100g/Lを用い、浴温20℃で30秒浸漬した。浴の攪拌はしなかった。
Ni電解めっき:NIめっき浴組成として、硫酸ニッケル240g/L,塩化ニッケル45g/L,硼酸30g/Lを用い、浴温55℃、電流密度:5A/dm2、通電時間390秒で、浴を攪拌しつつめっきした。
Niめっきの厚みの測定は電解式膜厚測定法(コクール法)を用いて測定した。但し、蛍光X線膜厚計を用いて測定してもよいし、他の一般的に用いられる手法を用いても良い。
得られた銅箔を、350℃×0.5時間で大気焼鈍した後,圧延面のX線回折を行い、それぞれ(220)面及び(200)面の回折ピーク強度の積分値(I)を求めた。
一方、最終冷間圧延時の総加工度を85%未満とした銅箔は350℃で0.5時間焼鈍後の加工硬化指数が0.3未満となり、その銅箔を用いた比較例3、6、7、8の場合、180度密着曲げを行ったときの曲げ回数が3回未満となって曲げ加工性が劣化した。なお、比較例1の場合、銅箔中のSnの添加量が500質量ppmを超えたために半軟化温度が150℃を超え、加工硬化指数が0.3未満となったものと考えられる。
また半軟化温度が150℃を超えて得られた銅箔は350℃で0.5時間焼鈍後の加工硬化指数が0.3未満となり、その銅箔を用いた比較例1、7、8の場合には、180度密着曲げを行ったときの曲げ回数が3回未満となって曲げ加工性が劣化した。
最終冷間圧延における最終3パスでの油膜当量のうち、最終パスの1つ前の油膜当量が30000を超えてできた銅箔は、圧延平行方向の表面粗さRaが0.1μmを超え、その銅箔を用いた比較例4の場合、180度密着曲げを行ったときの曲げ回数が3回未満となって曲げ加工性が劣化した。
最終冷間圧延における最終3パスでの油膜当量のうち、最終パスの2つ前の油膜当量が25000を超えてできた銅箔は、圧延平行方向の表面粗さRaが0.1μmを超え、その銅箔を用いた比較例5の場合も、180度密着曲げを行ったときの曲げ回数が3回未満となって曲げ加工性が劣化した。
12 Auめっき層
20 コネクタ
Claims (5)
- 厚み5〜30μmの銅箔の片面に、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、又は飽和ポリエステル樹脂からなる樹脂が積層され、前記樹脂と反対側の前記銅箔の表面の少なくとも一部に厚み3〜10μmのNi下地めっき層が形成され、該Ni下地めっき層上であってコネクタに挿入される端部にAuめっき層が形成され、前記Ni下地めっき層及び前記Auめっき層を除く前記銅箔と前記樹脂の合計厚みが50μm以下であり、
該Auめっき層を外側として180度密着曲げを行った場合に、前記銅箔の導通が遮断されるまでの曲げ回数が3回以上であることを特徴とする銅張積層板。 - 圧延平行方向の表面粗さRa≦0.1μmで、かつ350℃で0.5時間焼鈍後の加工硬化指数が0.3以上0.45以下の銅箔の片面に樹脂を積層し、前記樹脂と反対側の前記銅箔の表面の少なくとも一部にNi下地めっき層を形成し、該Ni下地めっき層上であってコネクタを接続する部分にAuめっきを形成して製造されたことを特徴とする請求項1に記載の銅張積層板。
- 半軟化温度が150℃以下である銅箔の片面に樹脂を積層し、前記樹脂と反対側の前記銅箔の表面の少なくとも一部にNi下地めっき層を形成し、該Ni下地めっき層上であってコネクタを接続する部分にAuめっきを形成して製造されたことを特徴とする請求項1又は2に記載の銅張積層板。
- 前記銅箔は無酸素銅若しくはタフピッチ銅からなり、又は無酸素銅若しくはタフピッチ銅にAg及びSnの群からなる1種以上を合計500質量ppm以下、100質量ppm以上含む請求項1〜3のいずれかに記載の銅張積層板。
- 前記銅箔は、最終冷間圧延時の総加工度が85%以上であり、かつ前記最終冷間圧延における最終3パスでの油膜当量を以下の条件として圧延してなることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の銅張積層板。
但し、最終パスの2つ前の油膜当量;25000以下、最終パスの1つ前の油膜当量;30000以下、最終パスの油膜当量; 35000以下
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