銅箔、覆銅層疊板、以及柔性印刷基板和電子設備的製作方法

2023-07-15 17:51:41

本發明涉及適合在通過層壓方式和流延方式製造的覆銅層疊板中使用的銅箔、使用其的覆銅層疊板、以及柔性印刷基板和電子設備。

背景技術：

電子設備中使用的柔性電路板(fpc)為將銅箔與樹脂層疊從而製造覆銅層疊板(ccl)、並在該ccl的銅箔部分上形成電路而得到。作為ccl的製造方法，有下述方法：將銅箔與具有熱塑性樹脂的樹脂膜進行熱熔接的層壓法(專利文獻1)；將樹脂清漆塗布至銅箔上並使樹脂固化的流延法(專利文獻2)；雙帶加壓法(專利文獻3)等。

雙帶加壓法使用圖1所示的雙帶加壓裝置100。雙帶加壓裝置100中，準備兩個無接縫的鋼帶102a、102b，將各個帶102a、102b架設於各自的入口輥120和出口輥122之間。

並且，使各帶102a、102b緊密接觸並行進時，入口輥120側的銅箔2和樹脂膜4被拉入各帶102a、102b之間，通過各帶102a、102b而進行層疊和熱壓，並從出口輥122側送出。

通過在各帶102a、102b之間配置加熱加壓裝置110、冷卻加壓裝置112，能夠將銅箔2與樹脂膜4進行熱壓接來製造ccl。

近年來，對於柔性電路板要求間距精細化、體積輕薄化。即，針對在該用途中用作基板的覆銅層疊板(ccl)基板、覆銅層疊板所使用的銅箔，也要求以迄今以上的程度減薄壁厚。

現有技術方案

專利文獻

專利文獻1：日本特開2005-305729號公報

專利文獻2：日本特開2009-286095號公報

專利文獻3：日本特開2011-230308號公報。

技術實現要素：

發明要解決的問題

然而，如果覆銅層疊板的銅箔厚度變薄，則與樹脂層疊時容易產生褶皺，導致生產率、成品率的降低。

特別地，在銅箔上塗布樹脂清漆從而形成的流延法中，如果銅箔中產生褶皺，則製造會變得困難。此外，在層壓法中使用熱輥進行熱熔接，但如果對輥之間的銅箔施加張力，則容易以與張力方向平行的方式產生褶皺。

因此，本發明的目的在於，提供即使自身的厚度較薄、在與樹脂層層疊時也難以產生褶皺的銅箔、覆銅層疊板、以及柔性印刷基板和電子設備。

用於解決問題的方案

本發明人等發現，將厚度較薄的銅箔與樹脂層層疊來製造ccl時，產生褶皺的原因與銅箔的表面性狀有關。

作為銅箔的表面性狀，可以舉出通過粗糙度計得到的表面的高度輪廓(截面曲線)，對於銅箔而言，通常求出長度為0.1~5mm左右的表面的截面曲線，由截面曲線求出表面粗糙度等指標。

然而，本發明人等進行研究的結果是發現，由長距離的銅箔表面的截面曲線求出的表面性狀(波紋度曲線)同與樹脂貼合時產生的褶皺存在顯著的相關性。

即，本發明的壓延銅箔是以質量率計包含99.90%以上的銅、且厚度為3~8μm的銅箔，其特徵在於，按照jis-b0601(2013)，從沿著td方向的50mm長度的表面的截面曲線中，在輪廓曲線濾波器λc=2mm、輪廓曲線濾波器λf=25mm的條件下截去短波長和長波長成分從而求出波紋度曲線時，波紋度曲線單元的平均長度wsm為2.5~20.0mm。

前述波紋度曲線的最大高度波紋度wz優選為0.00010~0.00200mm。

本發明的壓延銅箔優選為壓延銅箔、且含有總計為10~2000質量ppm的選自ag、zn、sn和p中的1種以上添加元素。

優選在單面或兩面上形成包含選自cu、ni、zn和co中的1種以上元素的鍍層。

從前述截面曲線中，以λc=0.25mm截去長波長成分從而求出粗糙度曲線時，優選的是，由該粗糙度曲線算出的算術平均粗糙度ra為0.01~0.1μm、最大高度粗糙度rz為0.1~0.8μm。

本發明的覆銅層疊板由前述銅箔和樹脂層構成。

本發明的柔性印刷基板使用前述覆銅層疊板，並在前述銅箔上形成電路而得到。

本發明的電子設備使用前述柔性印刷基板而得到。

發明的效果

根據本發明，可以得到即使自身的厚度較薄、在與樹脂層層壓時也難以產生褶皺的銅箔。

附圖說明

圖1是示出雙帶加壓裝置100的構成的圖。

圖2是示出沿著銅箔表面的td方向測定截面曲線的方法的圖。

具體實施方式

以下，針對本發明的實施方式所述的壓延銅箔進行說明。應予說明，本發明中，%在沒有特別說明的情況下表示質量%。本發明的實施方式所述的壓延銅箔對於與樹脂膜等樹脂層進行層壓處理而製造的覆銅層疊板而言是有用的，但也可以應用於上述流延法、雙帶法。

壓延銅箔以質量率計包含99.90%以上的銅。作為這樣的組成，可以舉出jis-h3100(c1100)中規定標準的韌銅、或者jis-h3100(c1020)中規定標準的無氧銅。壓延銅箔以質量率計優選含有99.90~99.999%的銅、0~500質量ppm範圍的氧。

進一步，相對於上述韌銅或無氧銅，可以含有總計為10~2000質量ppm的選自ag、zn、sn和p中的1種以上添加元素。通過添加這些添加元素，可以增加使折彎性、彎曲性提高的{100}方向的比例。

如果上述元素的總計量低於10質量ppm，則有時銅箔的彎曲性會降低，如果上述元素的總計量大於2000質量ppm，則有時導電率的降低會變得顯著。

特別地，如果含有10~500質量ppm的這些添加元素，則能夠進一步提高折彎性、彎曲性。此外，如果含有500~2000質量ppm的這些添加元素，則會變硬，從而在製造ccl時更不易產生褶皺。

銅箔的厚度為3~8μm。厚度低於3μm的銅箔難以製造。此外，銅箔的厚度超過8μm的情況中不易產生在本發明中成為課題的褶皺，故不作為討論對象。

可以在銅箔的單面或兩面上形成包含選自cu、ni、zn和co中的1種以上元素的鍍層。

這些鍍層在與樹脂層疊從而製造ccl時，會提高與樹脂的密合性，通常製成粗化鍍層。

按照jis-b0601(2013)，從沿著td方向的50mm長度的表面的截面曲線中，在輪廓曲線濾波器λc=2mm、輪廓曲線濾波器λf=25mm的條件下截去短波長和長波長成分從而求出波紋度曲線時，波紋度曲線單元的平均長度wsm為2.5~20.0mm。

在此，td(橫向，垂直於機器方向的方向，transversedirection)方向是與md方向(縱向，機器方向，machinedirection)相垂直的方向。在壓延銅箔的情況下，td方向是垂直於軋制的方向。

並且，如圖2所示，按照沿著銅箔2表面的td方向的50mm長度l，測定表示高度輪廓的截面曲線s。應予說明，在銅箔的單面上形成上述鍍層的情況下，測定未經鍍敷的銅箔表面的截面曲線s。在銅箔的兩面上形成上述鍍層的情況下，首先針對兩個鍍層表面，通過後述方法測定算術平均粗糙度ra，測定ra較小的一面的截面曲線s。

截面曲線是jis-b0601-2013「3.1.5」中記載的「截面曲線(原始輪廓，primaryprofile)」。

接著，「波紋度曲線」以下述方式求出。首先，通過低域濾波器從截面曲線中除去波長比輪廓曲線濾波器λc：2mm(其中，λc是jis-b0601-2013「3.1.1.2」中記載的「用於定義粗糙度成分與波紋度成分的界限的濾波器」)短的表面粗糙度的成分。進一步，通過高域濾波器從該曲線中除去波長比輪廓曲線濾波器λf：25mm(其中，λf是jis-b0601-2013「3.1.1.3」中記載的「用於定義波紋度成分與更長波長成分的界限的濾波器」)長的表面粗糙度的成分，從而能夠得到波紋度曲線。

波紋度曲線單元的平均長度wsm是jis-b0601-2013「4.3.1」中記載的「輪廓曲線單元的平均長度(meanwidthoftheprofileelements)」。

波紋度曲線單元的最大高度波紋度wz是jis-b0601-2013「4.1.3」中記載的「輪廓曲線的最大高度(maximumheightofprofile)」。

粗糙度曲線是jis-b0601-2013「3.1.6」中記載的「粗糙度曲線(粗糙度輪廓，roughnessprofile)」。

算術平均粗糙度ra是jis-b0601-2013「3.1.6」中記載的「輪廓曲線的算術平均高度(arithmeticalmeandeviationoftheassessedprofile)」。

最大高度粗糙度rz是jis-b0601-2013「4.1.3」中記載的「輪廓曲線的最大高度(maximumheightofprofile)」。

通過由沿著td方向的50mm長度l的表面求出截面曲線s，可以檢測成為褶皺原因的銅箔形狀。

將輪廓曲線濾波器設為λc=2mm的理由在於，波長低於2mm的表面凹凸與褶皺沒有相關性。此外，將輪廓曲線濾波器設為λf=25mm的理由在於，波長超過25mm那樣的表面凹凸可視作並非源自銅箔的表面形狀的測定上的凹凸。此外，波長超過25mm那樣的表面凹凸與褶皺沒有相關性。

並且，通過將波紋度曲線單元的平均長度wsm控制為2.5~20.0mm，與樹脂貼合時銅箔中難以產生褶皺，生產率、成品率提高。

對此可認為，使用薄銅箔製造ccl時，在層壓法中，銅箔被一對熱輥夾持，在雙帶加壓法中，銅箔2被夾持在各帶102a、102b之間(參照圖1)，從而進行熱壓接。此時，如果銅箔具有適當的波紋度，則在熱輥、各帶102a、102b與銅箔之間形成間隙，該間隙成為氣體的通道。因此，在熱壓接時使銅箔中產生褶皺的力發揮作用時，銅箔因該間隙而發生移動從而將力分散，由此難以形成褶皺。

像這樣，可以認為，如果銅箔具有適當長度的波紋度，則褶皺受到抑制，但波紋度的周期較大或較小均不會產生抑制褶皺的效果。

換言之，對於wsm低於2.5mm那樣的小波紋度，抑制褶皺的效果小，wsm超過20.0mm的情況下也容易產生褶皺。

波紋度曲線的最大高度波紋度wz優選為0.00010~0.00200mm。

如果wz為上述範圍中的適當的高度，則基於與上述相同的理由而可以認為，在熱輥、各帶102a、102b與銅箔之間形成間隙，在熱壓接時使銅箔中產生褶皺的力發揮作用時，銅箔因該間隙而發生移動從而將力分散，由此難以形成褶皺。

像這樣，可以認為，如果銅箔具有適當高度的波紋度，則褶皺受到抑制，但波紋度的高度較大或較小均不會產生抑制褶皺的效果。

換言之，對於wz低於0.00010mm那樣的小波紋度，抑制褶皺的效果小，wz超過0.00200mm的情況下也容易產生褶皺。

從上述截面曲線s中，通過λc=0.25mm截去長波長成分從而求出粗糙度曲線時，優選的是，由該粗糙度曲線算出的算術平均粗糙度ra為0.01~0.1μm、最大高度粗糙度rz為0.1~0.8μm。

如果ra或rz低於上述範圍，則存在銅箔表面過於平滑、導致其與樹脂層的密合性降低的情況。如果ra或rz大於上述範圍，則ra或rz相對於銅箔的厚度(3~8μm)增大至超過10%，因此有時銅箔厚度的精度降低而不適合於ccl、fpc用途。

應予說明，ra和rz也由上述截面曲線s算出，因此，ra和rz是沿著td方向的值。

本發明的壓延銅箔通常在熱軋和表面磨削後，反覆進行數次(通常為2次左右)冷軋和退火，接著，進行最終重結晶退火後，進行最終冷軋，從而能夠製造成期望的箔厚。進一步，將銅箔脫脂後，為了確保其與樹脂層的密合性而對單面(與樹脂層層疊的層疊面)進行粗化鍍敷，進一步進行防鏽處理，從而能夠用於覆銅層疊板。

應予說明，最終冷軋步驟中的加工度越高，則能夠以越輕度的去應力退火來完成，但各個重結晶晶粒容易變大。從該觀點出發，最終冷軋步驟中的加工度通常為95%以上且99.9%以下、優選為96%以上且99%以下。

此外，也可以製成電解銅箔。

本發明的覆銅層疊板通過在樹脂層的兩面或單面上層疊具有上述特性的銅箔而得到。樹脂層只要具有能夠應用於印刷電路板等的特性，則不受特別限制，例如在fpc用途中，可以使用聚酯膜、聚醯亞胺膜、液晶聚合物(lcp)膜、teflon(註冊商標)膜、聚對苯二甲酸乙二醇酯膜、聚萘二甲酸乙二醇酯膜等。

樹脂層自身可以是多層。此外，在剛性pwb用途中，可以使用紙基材酚醛樹脂、紙基材環氧樹脂、合成纖維布基材環氧樹脂、玻璃布・紙複合基材環氧樹脂、玻璃布・玻璃無紡布複合基材環氧樹脂和玻璃布基材環氧樹脂等。

對於銅箔與樹脂的層疊方法，在剛性pwb用途的情況下，可以舉出：準備使樹脂浸滲至玻璃布等基材中、並使樹脂固化至半固化狀態而得到的預浸料，將銅箔重疊於預浸料上並進行加熱加壓的方法。在fpc的情況下，可以藉助粘接劑將銅箔粘接於聚醯亞胺膜等樹脂層上，或者，在不使用粘接劑的情況下，在高溫高壓下層疊粘接銅箔來製造覆銅層疊板。

例如，作為層壓處理的條件，如日本特開2011-148192號公報中記載的那樣，可以通過被稱為層壓法的方法、被稱為流延法的方法來製造；所述層壓法中，將銅箔與預先塗布有具有粘接力的熱塑性聚醯亞胺的聚醯亞胺膜重疊，通過加熱輥等進行壓接；所述流延法中，在銅箔上塗布液狀的樹脂，並使其在銅箔上乾燥。通過這些方法得到的柔性覆銅層疊板被稱為雙層柔性覆銅層疊板。此外，也可以製成用環氧系等粘接劑將銅箔與聚醯亞胺膜粘接而得到的三層柔性覆銅層疊板。

樹脂(層)的厚度不受特別限制，通常使用9~50μm左右的樹脂(層)。此外，有時也使用樹脂的厚度為50μm以上的厚的樹脂(層)。樹脂的厚度上限沒有特別限定，例如為150μm。

本發明的覆銅層疊板可以用於各種柔性印刷基板(印刷電路板(pwb))。作為印刷電路板，沒有特別限定，例如，從導體圖案的層數的觀點出發，可以應用於單面pwb、兩面pwb、多層pwb(3層以上)；從絕緣基板材料的種類的觀點出發，可以應用於剛性pwb、柔性pwb(fpc)、剛性・柔性pwb。

實施例

[實施例1]

將添加有表1所示組成的元素的韌銅或無氧銅作為原料，鑄造厚度為100mm的錠，在800℃以上的溫度下熱軋直至厚度為10mm，對表面的氧化皮進行表面磨削。其後，反覆進行冷軋和退火，得到厚度為0.5mm的軋制板的卷。

其後，在厚度達到20μm後進行的冷軋中，通過其軸向的表面的wsm處於2.5~20mm之間且不相同的軋制輥進行軋制，所述軋制輥為陶瓷燒結體的輥。該軋制輥的上述方向的表面的ra為0.04~0.1μm。

應予說明，對於比較例1、3，在厚度達到20μm後進行的冷軋中，將超級鋼輥用於軋制輥，精加工成最終厚度。比較例3的超級鋼輥的上述方向的ra為0.03μm。

對於比較例2，在厚度達到20μm後進行的冷軋中，使用其上述方向的表面的wsm大於20mm的軋制輥，所述軋制輥為陶瓷燒結體的輥。該軋制輥的上述方向的ra為0.04~0.1μm。

應予說明，表1的組成欄中的「ofc-100ppmag」是指在jis-h3100(c1020)的無氧銅ofc中添加有100質量ppm的ag。此外，「tpc-200ppmag」是指在jis-h3100(c1100)的韌銅(tpc)中添加有200質量ppm的ag。其它添加量的情況也同樣如此。

針對所得銅箔(無鍍敷)的表面，以如圖2所示的方式，使用三維形狀測定機(キーエンス公司制、製品名：ワンショット3d形狀測定機vr-3200)，測定截面曲線s。並且，通過該測定機所附屬的軟體，獲取wsm、wz。

截面曲線s、波紋度曲線、粗糙度曲線按照jis-b0601(2013)以如上所述的方式來求出。wsm、wz也按照jis-b0601(2013)以如上所述的方式來求出。

ra、rz使用接觸式表面粗糙度計(小坂研究所制、製品名：se-3400)進行測定。ra、rz按照jis-b0601(2013)以如上所述的方式來計算。

通過重量法，按照ipc-tm-650進行測定。

使用熱輥層壓機，在聚醯亞胺膜4的兩面上分別重疊銅箔2，並送入一對經加熱的輥之間，進行熱壓接並層壓，從而製作雙層兩面覆銅層疊板。將輥的加熱溫度設為350℃，將輥的壓接壓力、銅箔2和聚醯亞胺膜4的輸送速度、以及張力值設為相同。

目視在熱壓接後的雙層兩面覆銅層疊板中的正反面的銅箔2有無褶皺，並以下述基準進行評價。如果評價為◎、○，則能夠有效地抑制層壓時褶皺的產生。

◎：正反面中任一者的銅箔2均未產生褶皺

○：根據光照方式的不同，正反面中任一者中產生能夠目視確認到的淺褶皺

×：無論光照方式如何，正反面中至少任一者中產生能夠明顯目視確認到的褶皺。

首先，對銅箔的單面進行以下的粗化處理鍍敷(國際專利公開2013108414)。

粗化處理鍍敷：3元體系銅-鈷-鎳合金鍍敷

鍍浴組成：cu10~20g/l、co1~10g/l、ni1~10g/l

鍍浴ph：1~4

鍍敷溫度：40~50℃

鍍敷電流密度：20~30a/dm2

鍍敷電解時間：1~5秒。

接著，在市售的厚度為12.5μm的聚醯亞胺膜(宇部興產公司製造的ユーピレックスvt)的兩面上，分別重合併層疊上述銅箔的粗化處理面後，進行熱壓接來製作兩面ccl。針對該ccl，通過蝕刻將單面的銅箔全部除去後，通過蝕刻而在相反面的銅箔上形成電路寬度為0.3mm、間隔寬度為0.3mm的電路圖案。其後，對該電路覆蓋厚度為25μm的覆蓋膜，從而加工成fpc。

針對該fpc，進行滑動彎曲試驗來評價彎曲性。具體而言，使用滑動試驗機(應用技研產業株式會社制，tk-107型)，對於滑動半徑r(mm)，實施例9中設為r=4mm、其它實施例和比較例中設為r=0.72mm，在任意情況下，均以120次/分鐘的滑動速度使fpc彎曲。

以下述基準進行評價。如果評價為◎、○，則彎曲性優異。

◎：與試驗前相比，銅箔的電路的電阻增加5%時的彎曲次數為10萬次以上

○：與試驗前相比，銅箔的電路的電阻增加10%時的彎曲次數為10萬次以上

×：與試驗前相比，銅箔的電路的電阻增加10%時的彎曲次數低於10萬次。

以與在上述彎曲性的評價中所使用的同樣的方式，製作兩面ccl。針對該ccl，通過蝕刻將單面的銅箔全部除去後，在相反面的銅箔上形成下述電路圖案。其後，按照jis-c6471(1995)中規定的「銅箔的剝離強度」的方法a進行測定，評價密合性。應予說明，兩面ccl的尺寸和銅箔上形成的電路圖案依照jis-c6471(1995)的附圖4。

以下述基準進行評價。如果評價為○，則彎曲性優異。

○：0.7kn/m以上

×：低於0.7kn/m。

將所得結果示於表1。

[表1]

。

根據表1可以明確：wsm為2.5~20.0mm的各實施例的情況中，即使厚度較薄，也能夠抑制ccl製造時在層壓處理中銅箔褶皺的產生。此外，ccl的彎曲性、密合性也優異。

特別地，wz為0.00010~0.00200mm的實施例1~16的情況中，與其它的實施例相比，能夠進一步有效地抑制在層壓處理中銅箔褶皺的產生。

另一方面，wsm低於2.5mm的比較例1、3以及wsm大於20.0mm的比較例2的情況中，製造ccl時在層壓處理中銅箔明顯產生褶皺。

此外，在比較例2的情況中，ra和rz低於規定範圍，銅箔表面過於平坦，密合性也降低。

附圖標記說明

2銅箔的表面

l沿著td方向的50mm長度

s截面曲線。