專(zhuān)利名稱(chēng)：軋制銅箔及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有良好抗彎曲性適用于諸如柔性印刷電路的柔性印刷布線部件的軋制銅箔及其制造方法。
基于有機(jī)物質(zhì)的印刷電路板一般分成兩類(lèi)具有由玻璃環(huán)氧樹(shù)脂和紙苯酚基體構(gòu)成的剛性覆銅疊層件的剛性類(lèi)型和具有由聚酰亞胺和聚酯基體構(gòu)成的柔性覆銅疊層件的柔性類(lèi)型。銅箔主要用作印刷電路板的導(dǎo)電材料。按照所用制造工藝，箔產(chǎn)品分成電鍍箔和軋制箔。
在印刷電路板中，柔性印刷電路的電路板(此后稱(chēng)作PFC)是通過(guò)將銅箔疊到樹(shù)脂基體并將各層用粘接劑或者加熱加壓連接而制成整板來(lái)制備的。近年來(lái)，已知作為復(fù)合板的多層板作為高密度封裝或安裝的有效裝置獲得了廣泛地應(yīng)用。用于形成FPC的元件的銅箔中絕大部分是軋制的銅箔。
FPC大量用在印刷機(jī)頭、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器和其它要求有可移動(dòng)部件的布線的地方。它們?cè)谑褂弥幸?jīng)過(guò)百萬(wàn)次的彎曲。這要求形成FPC元件的軋制銅箔有較大的抗彎曲性。隨著近來(lái)裝置小型化和較高性能水平的發(fā)展趨勢(shì)，抗彎曲性的要求比以往更苛刻。
作為FPC用的銅箔材料，采用韌火精銅或無(wú)氧銅。通過(guò)熱軋制這種材料的錠塊，然后交替重復(fù)冷軋制和退火直到獲得預(yù)定的厚度來(lái)制造該箔。軋制的銅箔然后電鍍使表面粗糙來(lái)增強(qiáng)對(duì)樹(shù)脂基體的粘著力，接著粗糙化電鍍之后是將銅箔切成塊并層疊到樹(shù)脂基體。為層疊目的，使用例如為環(huán)氧樹(shù)脂的熱固性樹(shù)脂的粘合劑。該粘合劑然后通過(guò)加熱130到170℃達(dá)1至24小時(shí)被固化。刻蝕銅箔形成各種布線圖形。結(jié)合到FPC的箔有時(shí)折疊或者是工作在和器件的接觸點(diǎn)上。
通過(guò)再結(jié)晶退火可以使銅箔的抗彎曲性比軋制時(shí)的性能得到顯著的改善。由于這個(gè)原因，銅箔作為FPC元件使用其退火狀態(tài)。該退火或者通過(guò)粗糙電鍍和切成塊狀之后進(jìn)行熱處理或者通過(guò)利用在粘接到樹(shù)脂基體時(shí)刻加熱來(lái)完成。
當(dāng)銅箔被熱處理到成為再結(jié)晶結(jié)構(gòu)時(shí)，該退火通過(guò)在130到250℃加熱達(dá)15分鐘至24小時(shí)是有效的，通常為200℃下達(dá)30分鐘。
正如上述，要求作為FPC材料的軋指銅箔具有高的抗彎曲性。近來(lái)裝置向較小尺寸和較高水平的發(fā)展趨勢(shì)已使對(duì)彎曲的要求比先前更為嚴(yán)格。
本發(fā)明的目的是在不犧牲其延伸率和其它特性的情況下改善傳統(tǒng)軋制銅箔的抗彎曲性。
作為改善軋制銅箔抗彎曲性的手段，已經(jīng)提出增加最終冷軋中的壓下率的制造工藝(日本專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)平4-228553)。
為了檢驗(yàn)參考發(fā)明的效果，本發(fā)明人和合作者制作了具有最終壓下率為90-97％的各種銅箔并對(duì)它們進(jìn)行抗彎曲性的測(cè)試。發(fā)現(xiàn)它們并不總呈現(xiàn)出穩(wěn)定的和令人滿(mǎn)意的抗彎曲性。
鑒于這些，本發(fā)明人認(rèn)真地研究了獲得具有穩(wěn)定的優(yōu)良抗彎曲性的軋制銅箔的方式。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)不僅調(diào)節(jié)最終冷軋的壓下率是重要的，而且要調(diào)節(jié)最終冷軋前的退火條件，例如這種方式下使得由退火導(dǎo)致的再結(jié)晶晶粒的平均晶粒尺寸在5至20μm的范圍，然后在不小于90％的壓下率下完成最終冷軋。
因此所生產(chǎn)的銅箔具有穩(wěn)定優(yōu)良的抗彎曲性，并且發(fā)現(xiàn)可定義出這樣的銅箔在對(duì)其進(jìn)行200℃達(dá)30分鐘的熱處理之后成為用于FPC的再結(jié)晶結(jié)構(gòu)的狀態(tài)中，該箔具有立方體織構(gòu)，其中由X射線衍射確定的軋制表面的200面積分強(qiáng)度(I)與微銅粉200面的X射線衍射積分強(qiáng)度(Io)之間為I/Io＞20。本發(fā)明軋制銅箔具有優(yōu)良的抗彎曲性，在后述的彎曲實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出不小于30,000彎曲循環(huán)周期的彎曲疲勞壽命。
基于上述發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明提供了(1)具有優(yōu)良抗彎曲性并以立方織構(gòu)為特征的軋制銅箔，使得在對(duì)其進(jìn)行200℃達(dá)30分鐘熱處理后成為再結(jié)晶結(jié)構(gòu)的狀態(tài)中，由X射線衍射確定的軋制表面的200面強(qiáng)度(I)與微銅粉200面的X射線衍射強(qiáng)度(Io)之間有I/Io＞20。
(2)一種通過(guò)熱軋韌火精銅或無(wú)氧銅錠塊、交替重復(fù)冷軋與退火，最后冷軋工件到不超過(guò)50μm的厚度來(lái)制造(1)的軋制銅箔的方法，特征在于在最后冷軋前立即進(jìn)行的退火是在能使退火的再結(jié)晶晶粒具有5到20μm之間的平均晶粒尺寸和確保最后冷軋的壓下率設(shè)定為不小于90％的條件下實(shí)現(xiàn)的。


圖1是用于確定試驗(yàn)箔的彎曲疲勞壽命的彎曲試驗(yàn)機(jī)的示意圖。
圖2是表示最終軋制的壓下率、最后軋制前退火所得晶粒尺寸和I/Io之間關(guān)系的曲線。
圖3是表示I/Io和疲勞壽命(彎曲循環(huán)周期數(shù))之間關(guān)系的曲線。
本發(fā)明所用軋制銅箔的材料主要是韌火精銅或無(wú)氧銅。軋制銅箔基本上由熱軋韌火精銅或無(wú)氧銅錠塊、交替重復(fù)冷軋和退火工件及通過(guò)最后冷軋將工件控制到等于或小于50μm厚度制成。根據(jù)本發(fā)明，在最后冷軋前立即進(jìn)行的退火是在使退火的再結(jié)晶晶粒具有5到20μm之間的平均晶粒尺寸和確保最后冷軋的壓下率設(shè)定為不小于90％的條件下實(shí)現(xiàn)的。
例如，所進(jìn)行退火的條件是用連續(xù)退火爐操作，溫度在500到800℃之間，按照該溫度的退火周期在5到600秒之間，或者，在間歇操作，溫度在130到500℃之間，時(shí)間1到24小時(shí)。
現(xiàn)在來(lái)說(shuō)明為什么這樣的退火條件對(duì)產(chǎn)品的抗彎曲性有明顯的影響。
當(dāng)純銅退火進(jìn)行再結(jié)晶時(shí)，其立方織構(gòu)((100)面，<001>方向，以及(100)面和200面是相等的)形成。公知的現(xiàn)象是，隨著退火前壓下率的上升，立方織構(gòu)的形成變得顯著。本發(fā)明的預(yù)測(cè)基于這樣的發(fā)現(xiàn)，即軋制前晶體晶粒尺寸也明顯影響著立方織構(gòu)的形成，晶粒尺寸越小，形成立方織構(gòu)越多，立方織構(gòu)形成越多，抗彎曲性越好。正如在日本專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)昭55-54554中所解釋的，這可能歸因于降低了在形變方向的楊氏模量的效果，隨著立方織構(gòu)的形成，其是改善銅疲勞特性的基礎(chǔ)。
正如從前述可知，僅僅軋制壓下率的增加并不足以能有效地獲得穩(wěn)定優(yōu)良的抗彎曲性；還有必要優(yōu)化先前退火操作的條件。因此，如果銅箔是在使得再結(jié)晶晶粒的平均晶粒尺寸不超過(guò)20μm，繼之最后以壓下率不小于90％冷軋工件的條件下退火制備的，則可穩(wěn)定地獲得高的抗彎曲性。所產(chǎn)生的立方織構(gòu)使得由X射線衍射確定的軋制表面的200面強(qiáng)度(I)對(duì)于微銅粉200面的X射線衍射強(qiáng)度(Io)有I/Io＞20的關(guān)系。
選擇微銅粉由X射線衍射獲得的200面的強(qiáng)度(Io)作為晶體無(wú)擇優(yōu)取向(不形成200面的狀態(tài))之狀態(tài)的基準(zhǔn)值。
按照本發(fā)明指定的銅箔再結(jié)晶結(jié)構(gòu)和獲得該銅箔結(jié)構(gòu)的制造方法的原理概括如下
(1)在加熱200℃達(dá)30分鐘之后由X射線衍射確定的軋制表面200面的強(qiáng)度規(guī)定為I/Io＞20，因?yàn)楫?dāng)立方織構(gòu)的形成度(I/Io)大于20時(shí)可取得令人滿(mǎn)意的抗彎曲性。
(2)再結(jié)晶晶粒的平均晶粒尺寸規(guī)定為在5到20μm的范圍，因?yàn)楫?dāng)晶粒尺寸不大于20μm時(shí)，可獲得I/Io＞20和從而得到良好抗彎曲性。另一方面，小于5μm的晶粒尺寸降低了延伸率并產(chǎn)生諸如彎曲裂縫的問(wèn)題。因此，晶粒尺寸調(diào)節(jié)到不小于5μm是重要的。
(3)壓下率規(guī)定為不小于90％是因?yàn)槿魤合侣市∮?0％，盡管調(diào)節(jié)在先退火條件也不能得到I/Io＞20，并且不能得到良好的抗彎曲性。
因此所得到的軋制銅箔具有優(yōu)良的抗彎曲性，并在后面所述的彎曲試驗(yàn)中表現(xiàn)出超過(guò)30,000次彎曲周期的彎曲疲勞壽命。
例子下面結(jié)合例子和比較例來(lái)全面說(shuō)明本發(fā)明。
制作韌火精銅(含氧250ppm)和無(wú)氧銅(含氧2ppm)錠塊，每個(gè)測(cè)量厚度為200mm，寬度為600mm。它們熱軋到10mm厚度。在重復(fù)退火和冷軋之后，與軋制一樣得到給定厚度(tmm)的薄片。如表1所示，薄片在加熱爐退火預(yù)定的時(shí)間，其中保持在300到900℃范圍變化的溫度。隨著去掉氧化屑，它們被冷軋到0.035mm厚度。下述公式給出通過(guò)最后冷軋的壓下率RR=(t-0.035)/t×100(％)。
最后退火之后，從通過(guò)符合JISG0551的切割方法獲得垂直于軋制方向的剖面可確定退火的晶粒尺寸。
表1加工過(guò)程與樣品性能
借助在可變退火條件下和可變最后軋制壓下率下生產(chǎn)的銅箔測(cè)試樣品，其特性評(píng)價(jià)如下。
(1)立方織構(gòu)每個(gè)樣品在200℃下加熱30分鐘，并找到軋制表面由X射線衍射確定的200面的整數(shù)值強(qiáng)度(I)。該值被細(xì)銅粉(325目)的200面的預(yù)定整數(shù)值強(qiáng)度(Io)除，計(jì)算I/Io。
(2)抗彎曲性為再結(jié)晶，每個(gè)樣品在200℃下加熱30分鐘，然后使用圖1所示彎曲測(cè)試機(jī)確定其彎曲疲勞壽命。測(cè)試機(jī)包括振動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元4和與驅(qū)動(dòng)單元連接的振動(dòng)傳輸部分3。測(cè)試箔1固定在由箭頭所示的總共四個(gè)點(diǎn)，螺釘2端部和部分3下部的位置。隨著振動(dòng)部分3上下驅(qū)動(dòng)，箔1的中部類(lèi)似發(fā)針被以給定的曲率半徑r彎曲。在檢查的測(cè)試中，彎曲按下述條件重復(fù)進(jìn)行，用以計(jì)數(shù)彎曲循環(huán)的次數(shù)，直到彎曲失敗為止。
測(cè)試條件是樣品寬度=12.7mm；樣品長(zhǎng)度=200mm；取樣方向=截取每個(gè)樣品使得其長(zhǎng)度方向平行于軋制方向；曲率半徑r=2.5mm。振動(dòng)沖程=25mm；振動(dòng)速度=1500次/分鐘。
當(dāng)彎曲疲勞壽命超過(guò)30,000次彎曲循環(huán)時(shí)，就認(rèn)為該樣品具有優(yōu)良的抗彎曲性。該測(cè)試是加速測(cè)試，樣品是在比實(shí)際應(yīng)用更苛刻的條件下彎曲的。
(3)延伸率每個(gè)樣品通過(guò)在200℃下加熱30分鐘進(jìn)行再結(jié)晶，然后經(jīng)過(guò)拉伸實(shí)驗(yàn)，其中拉伸方向做成平行于軋制方向。用每個(gè)寬12.7mm、長(zhǎng)150mm及測(cè)量長(zhǎng)度(gage length)50mm的樣品來(lái)測(cè)量延伸率。
表1概括了所評(píng)估實(shí)驗(yàn)樣品的加工過(guò)程及特性變化。根據(jù)本發(fā)明的軋制銅箔展示了大于20的I/Io值和超過(guò)30,000次彎曲循環(huán)的優(yōu)良彎曲壽命。它們還展示出超過(guò)10％的合適的延伸率值。
另一方面，比較例1,3,4，和7給出了低于10％的低延伸率值，這是因?yàn)樽詈笸嘶鸷蟮木Я３叽缧∮?μm。比較例2在退火后具有大于20μm的晶粒尺寸，比較例5和6具有低于90％的最后軋制壓下率，因此這些樣品在200℃加熱30分鐘時(shí)展示了不足的(200)織構(gòu)，因此壓下率有小于20,000次的較短的彎曲循環(huán)的彎曲壽命。
根據(jù)表1所給出的數(shù)據(jù)，最后軋制的壓下率、最后軋制前退火后的晶粒尺寸和I/Io之間的關(guān)系圖解地示于圖2中。顯然，再結(jié)晶結(jié)構(gòu)隨著壓下率的增加和晶粒尺寸的降低而形成。
圖3表示I/Io和疲勞壽命(彎曲循環(huán)次數(shù))之間的關(guān)系。該曲線概括了考慮最后軋制前退火條件和壓下率而變化數(shù)據(jù)，并且表示出再結(jié)晶結(jié)構(gòu)的形成增強(qiáng)了抗彎曲性。
作為原材料比較了韌火精銅和無(wú)氧銅，后者提供了具有稍微長(zhǎng)彎曲壽命的箔。差別是由于在韌火精銅中出現(xiàn)相當(dāng)大量的促進(jìn)裂縫生長(zhǎng)和傳播的Cu2O雜質(zhì)，而無(wú)氧銅則包含極少的Cu2O雜質(zhì)。
本發(fā)明提供的軋制銅箔具有優(yōu)良的抗彎曲性，且最適合作為柔性印刷電路的柔性布線材料等，還提供了制造該銅箔的有效方法。
權(quán)利要求
1 一種軋制銅箔，具有優(yōu)良的抗彎曲性，其立方織構(gòu)的特征使得在對(duì)其進(jìn)行200℃下的熱處理達(dá)30分鐘成為再結(jié)晶的結(jié)構(gòu)的狀態(tài)下，由X射線衍射確定的軋制表面的200面強(qiáng)度(I)對(duì)于微銅粉200面的X射線衍射強(qiáng)度(Io)有I/Io＞20的關(guān)系。
2 一種制造權(quán)利要求1的軋制銅箔的方法，包括熱軋制韌火精銅或無(wú)氧銅錠塊，交替重復(fù)冷軋和退火，最后冷軋工件到厚度不超過(guò)50μm，特征在于在最后冷軋前立即進(jìn)行的退火是在能使退火的再結(jié)晶晶粒具有5到20μm之間的平均晶粒尺寸和確保最后冷軋的壓下率設(shè)定為不小于90％的條件下實(shí)現(xiàn)的。
全文摘要
在不犧牲其它特性的情況下，本發(fā)明改善了現(xiàn)有軋制銅箔的抗彎曲性。一種優(yōu)良抗彎曲性的具有立方織構(gòu)的軋制銅箔，使得在對(duì)其進(jìn)行200℃下的熱處理達(dá)30分鐘成為再結(jié)晶的結(jié)構(gòu)的狀態(tài)下，由X射線衍射確定的軋制表面的200面強(qiáng)度(Ⅰ)對(duì)于微銅粉200面的X射線衍射強(qiáng)度(Io)有I/Io>20的關(guān)系。一種制造軋制銅箔的方法，包括熱軋制銅錠塊，交替重復(fù)冷軋和退火，最后冷軋工件到厚度不超過(guò)50μm，在最后冷軋前立即進(jìn)行的退火是在能使退火的再結(jié)晶晶粒具有5到20μm之間的平均晶粒尺寸和確保最后冷軋的壓下率設(shè)定為不小于90%的條件下實(shí)現(xiàn)的。
文檔編號(hào)B21B3/00GK1237489SQ9910609
公開(kāi)日1999年12月8日 申請(qǐng)日期1999年3月31日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月31日
發(fā)明者波多野隆昭 申請(qǐng)人:日礦金屬株式會(huì)社