JP2007012940A - プリント配線用銅箔 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、表面が平滑で、ポリイミドとの密着性が良好な表面処理銅箔、およびその製造方法を提供することにある。
【解決手段】表面粗さＲｚ_ＪＩＳ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１（２００１））が２．０μｍ以下の銅および銅合金箔において、少なくとも樹脂との接着する面にＦｅ合金層を有し、さらにＣｒが表面に存在することを特徴とするプリント配線用銅箔であり、Ｆｅ合金はＣｒ、Ｎｉ、Ｃｏいずれか１種もしくは２種以上との合金であることを特徴とする。

Description

本発明はフレキシブルプリント基板などに使用されるポリイミドとの密着性の良い銅箔表面処理層に関するものである。

電子機器の電子回路にはプリント配線板が多く用いられる。プリント配線板は機材となる樹脂の種類によって、ガラスエポキシ基板およびフェノール基板を構成材料とする硬質積層板（リジット基板）と、ポリイミド基板およびポリエステル基板を構成材料とする可撓性積層板（フレキシブル基板）とに大別される。プリント配線板の導電材としては主として銅箔が使用されている。
プリント配線板は樹脂基板と銅箔とを接着剤を用いて積層し、その後に接着剤を加熱加圧により硬化して形成される。上記プリント基板のうち、フレキシブル基板の樹脂には主にポリイミドフィルムが用いられている。
フレキシブル基板は接着剤を介してポリイミドと銅箔とを積層する3層タイプのものと接着剤を介さずに積層する２層タイプのものがある。３層タイプのものは接着剤層を含むために基板の薄さが２層タイプに及ばず、軽薄短小化が求められる部品には主として２層タイプのものが用いられる。
２層タイプのフレキシブル基板は銅箔上にポリイミドの前駆体ワニスをコーティングし、加熱硬化して製造する。
３層タイプのフレキシブル基板は銅箔とポリイミドの間に、エポキシ樹脂やアクリル樹脂、最近では熱可塑性のポリイミド樹脂といった接着剤を介した３層構造として製造する。

リジッド基板、フレキシブル基板、いずれにおいても、銅と樹脂の接着強度が低いため、直接接着することはほとんど無く、凹凸を大きくする粗化処理層、銅の熱拡散を防止する耐熱層、耐食性を高める防錆層、樹脂との接着性を高める有機層の４層構造にすることが多かった。
粗化処理層には限界電流密度以上の電流密度でめっきした場合に生じるヤケめっきを利用することが多く、銅および銅合金のヤケめっきや、耐熱層を兼ねたＮｉ合金のヤケめっきが用いられている。
耐熱層には銅の拡散防止能の高いＮｉおよびＮｉ合金が用いられることが多く、一部にはＺｎおよびＺｎ合金が用いられる。
防錆層にはクロメート処理が用いられる。
有機層にはシランカップリング剤が用いられる。

従来の表面を粗化した銅箔を用いるとエッチング工程でポリイミド上に銅が残存しやすくなり、配線ピッチが狭い回路の形成が困難になる。また、高周波領域で使用する場合、表皮効果により導体の表面に電流が集中するため、表面粗度が高い導体ほど抵抗が高くなり、信号劣化が大きい不具合が発生する。これらのことから、粗化処理を行なわない技術が求められている。

その対策として、特許文献１ではポリイミドとの密着性を維持しつつ、光沢銅めっきを施すことで、表面粗さＲｚ_ＪＩＳを０．５〜５μmまで抑えたファインピッチ回路用の電解銅箔の製造方法を示しているが、近年ではＲｚ_ＪＩＳが２μｍ以下ものが要求されている。

特許文献２では耐熱層として亜鉛、亜鉛-錫、亜鉛−ニッケル、亜鉛-コバルト、銅−亜鉛、銅-ニッケル−コバルト、ニッケル−コバルトのうち少なくとも1種類以上を用い、そのうえにオレフィン系シランカップリング剤層形成した技術が開示されているが、充分な接着力を得られないことがあった。

特許文献３ではポリフェニレンエーテル基材と平滑な銅箔を接着させるために鉄とニッケル、モリブデン、コバルト、タングステンから選ばれる少なくとも1種との合金層を有し、該合金上に化成処理層、該化成処理層上にカップリング剤防錆層が設けることで接着強度を高める技術が開示されているが、化成処理層およびカップリング剤が必須であること、またポリイミドとの接着性が充分でないものであった。

これらの特許では、すべて耐熱層−防錆層−カップリング剤層を必ず備えた層構造を有している。この層構成から考えると、接着性は樹脂と直接触れる層であるカップリング剤層が支配的に働くものと思われる。従って、これらの技術では、耐熱層とクロメート皮膜やクロメート皮膜とカップリング剤の接着強度を如何に高めるかが重要であったと考えられる。

特許文献４では銅箔の表面にニッケルを０．１７ｍｇ／ｄｍ^２以上付着させることで熱可塑性ポリイミドと高い密着性が得られることを示している。この技術では、ニッケルと熱可塑性ポリイミドが直接接着しており、耐食層のクロメートおよびカップリング層が省略可能である。すなわち、従来のクロメートやカップリング剤を必要とせず、簡便に樹脂と銅箔を接着しうることになる。しかしながら、この方法では熱可塑性ポリイミドにおいては接着力が得られるものの、ポリイミド前駆体を用いる方法やその他の接着剤を用いる方法では十分な密着性が得られなかった。

特開平５−２９７４０号公報 特開２００３−２０１５８５号公報 特開平８−７４０９０号公報 特開２００２−３０７６０９号公報

本発明の目的は、表面が平滑で、ポリイミドとの密着性が良好な表面処理銅箔、およびその製造方法を提供することにある。

本発明者らは、種々の表面処理の検討の結果、銅および銅合金箔において、少なくとも樹脂と接着する面にＦｅ合金層を有し、さらにＣｒが存在することで、ポリイミド等の樹脂と十分な密着性が得られることを見出した。

すなわち、本発明は
（１）表面粗さＲｚ_ＪＩＳ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１（２００１））２．０μｍ以下の銅および銅合金箔において、少なくとも樹脂との接着する面にＦｅ合金層を有し、さらにＣｒが表面に存在することを特徴とするプリント配線用銅箔、
（２）Ｆｅ合金がＣｒ、Ｎｉ、Ｃｏいずれか１種もしくは２種以上との合金であることを特徴とする上記（１）のプリント配線板用銅箔。
（３）Ｆｅ合金層が、０．１〜１００ｍｇ／ｄｍ^２であることを特徴とする上記（１）〜（２）のプリント配線板用銅箔、
（４）Ｆｅ合金層が、２〜５０ｍｇ／ｄｍ^２であることを特徴とする上記（１）〜（２）のプリント配線板用銅箔、
（５）Ｆｅ合金のＦｅ含有量が２０〜９０ｍａｓｓ％であることを特徴とする上記（１）〜（４）のプリント配線板用銅箔、
（６）Ｆｅ合金層を乾式めっきを用いて作製したことを特徴とする上記（１）〜（５）のプリント配線板用銅箔、
（７）Ｆｅ合金層の上にクロメート処理をしたことを特徴とする上記（１）〜（６）のプリント配線板用銅箔、
（８）表層にＣｒが１．０ａｔ％以上存在することを特徴とする上記（１）〜（７）のプリント配線板用銅箔、
（９）接着する樹脂がポリイミドおよびポリイミド前駆体であることを特徴とする上記（１）〜（８）のプリント配線板用銅箔
である。

本発明によれば、この表面処理を施した銅箔は、従来の粗化処理銅箔よりも表面が平滑で、ポリイミド等の樹脂との密着性が良好である。これにより、ファインピッチ化および高周波に対応した銅箔を提供できる。

以下、本発明に係る表面処理の実施の形態について説明する。本発明において使用される銅箔は電解銅箔、圧延銅箔のいずれでも良い。
銅箔の表面には表面処理で薄膜を形成するが、薄膜の表面粗さは銅箔の表面粗さの影響を多分に受ける。銅箔の表面粗さが粗いとエッチングで回路を形成する際に銅が残存し易くなるため、配線板用銅箔としては好ましくない。従って、本発明で使用する銅箔の表面粗さはＪＩＳ Ｂ ０６０１（２００１）で規定される十点平均粗さＲｚ_ＪＩＳが２．０μｍ以下、更に好ましくはＲｚ_ＪＩＳが１．５μｍ以下のものを選定して使用するのが好ましい。

ポリイミドとの密着性を向上することができる表面処理層は、ＦｅとＣｒ、Ｎｉ、Ｃｏとの合金から成り、ＦｅもしくはＦｅ合金層が０．１〜１００ｍｇ／ｄｍ^２好ましくは２〜５０ｍｇ／ｄｍ^２で、合金中のＦｅ含有量は２０〜９０ｍａｓｓ％、さらには２０〜８０ｍａｓｓ％であることが好ましい。さらには表層にＣｒが１．０ａｔ％以上存在することで、より高い接着性が得られる。この表層のＣｒはＦｅ−Ｃｒ合金層を形成することで得ることができるが、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｃｏ合金層を用いた場合でも従来より行われているクロメート処理を行なうことで実現可能である。
Ｆｅ酸化物とＣｒの存在により、樹脂や接着剤といった有機物との化学結合が促進され、強固な接着力が得られるものである。しかも、その酸化物がＦｅ単独の場合よりも、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｏといった金属との複合体となっていることで接着力が増加することがわかった。特にＦｅとＣｒとの組み合わせの場合に顕著に接着力が向上する。具体的にはＣｒが表層に１．０ａｔ％以上存在することで非常に高い接着力が発揮できる。

特許文献３には本発明に類似してＮｉと熱可塑性ポリイミドの相互効果について開示されているが、ＮｉよりもＦｅの方が高い接着力を得ることが可能であり、さらにＣｒが存在することにより、熱可塑性ポリイミドだけでなく、ポリイミドの前駆体を用いる方法や、エポキシやアクリル等の接着剤を介して接着する方法においても有効であることが特徴である。

皮膜中のＦｅ合金組成は、蛍光Ｘ線法やＥＰＭＡといった機器分析で知ることが可能であるが、皮膜が薄い場合には充分な特性Ｘ線が得られず測定が困難な場合がある。その場合は皮膜を溶液に溶解して、溶液中の金属イオンの量をＩＣＰ法や滴定法等の湿式分析することで重量および濃度を測定することが可能である。
一方、表層の組成は接着に大きく影響するが、前述の皮膜組成を測定する方法では測定できない。そこで、表層のみの分析が可能なＸＰＳ、ＡＥＳ、ＳＩＭＳ等の方法を用いて測定することが必要である。本特許中では表面分析としてＸＰＳを用いて評価を行った。これは励起元がＸ線で比較的広い領域の平均的な表面情報が得られることと、酸化数等の化学状態を知ることが容易であるためである。

この表面処理は公知の電気めっきによる方法を用いて行なうことができるが、電気めっきに限定されるものでなく、蒸着、スパッタ、イオンプレーティングその他の乾式めっき方法を使用しても何ら差し支えない。逆に、乾式めっき法を用いることで、Ｆｅ合金の組成を湿式法よりも容易に調整できる利点がある。一般的には、乾式めっき法の成膜速度は湿式めっき法に比較して遅いため、めっき厚が１００ｍｇ／ｄｍ^２オーダーになった場合、生産性の観点から乾式めっき法は不利である。しかし、本発明の場合、Ｆｅ合金層の厚さは０．１〜１００ｍｇ／ｄｍ^２であり、範囲の下限の領域においては乾式法でも製造可能な厚さであることから、合金系によっては乾式法を用いる方が有利な場合が多い。

皮膜を形成した後に圧延加工を施しても問題なく、樹脂と接合する時点で請求項の表面状態になっていることが重要である。
また、表面処理層を設けた後に、シランカップリング処理、チタンカップリング処理などを施しても差し支えない。

次に、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例に示した銅箔への表面処理付着量、表面処理した銅箔の表面粗さＲｚ_ＪＩＳ、表面処理した銅箔とポリイミドとのピール強度は、下記の方法により測定した。

（１）皮膜付着量および表面における濃度
一定面積の試料を酸で溶解し、その溶液中の金属濃度をＩＣＰ分析を用いて皮膜の付着量および皮膜の金属組成を測定した。
また、表面における濃度はＸＰＳ測定装置（アルバック・ファイ株式会社製 ５６００ＭＣ）を用いて以下の条件で測定した。
到達真空度 ５×１０^−１０Ｔｏｒｒ
Ｘ線 単色化：Ａｌ Ｋα
出力：３００Ｗ
検出面積：８００μmφ
試料と検出器のなす角度：４５度

（２）表面粗さＲｚ_ＪＩＳ
触針式表面粗さ測定器（小坂研究所製 Ｓｕｒｆ ｃｏｄｅｒ ＳＥ−３４００）を用いて、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に規定される方法に従い、カットオフ値０．２５ｍｍ、測定長さ１．２５ｍｍで測定した。

（３）ピール強度
長さ１００ｍｍ、幅５ｍｍのサイズに試料を切り出し、ＪＩＳ Ｃ ６４７１に規定される方法に従って、短辺の端から銅箔を剥離し、その応力を測定した。引き剥がし角度は９０°、引き剥がし速度は５０ｍｍ／ｍｉｎで行なった。

（４）耐食性
銅はポリイミド前駆体ワニスに含まれるポリアミック酸に溶けると、加熱中に酸化してポリイミドを変色させる。すなわち、表面処理層にピットがあればそこから銅が拡散してポリイミドが変色し、ピットの無い層状になっていればポリイミドの変色は起こらない。この性質を利用して表面処理層の耐食性を変色の有無で評価した。
＜試料の製造＞
タフピッチ銅のインゴットを冷間圧延と焼鈍を繰り返し、１８μｍの圧延銅箔を製造した。その際、圧延ロールの粗さおよび圧延条件を調整してＲｚを０．７〜３．０μｍの材料を作製した。

＜表面処理＞
「Ｆｅ−Ｃｒ」
乾式めっき法を用いて作製した。具体的には、イオンプレーティング装置を用いて成膜した。
装置名：イオンプレーティング装置（（株）昭和真空製、ＳＩＰ−７００（特））
真空度：３×１０^−４Ｐａ
高周波電力５０Ｗ，０．０４Ｐａ(Ａｒガス)
成膜速度：約１Ａ／ｓ

「Ｆｅ−Ｎｉ」
銅箔に一般的な電解脱脂と酸洗を施し、Ｆｅ−Ｎｉめっき層を以下の条件で形成した。
塩化第一鉄（ＦｅＣｌ_２・４Ｈ_２Ｏ） ２８０〜３３０ｇ／Ｌ
塩化ニッケル（ＮｉＣｌ_２・６Ｈ_２Ｏ） ４０〜５０ｇ／Ｌ
塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２・２Ｈ_２Ｏ） １５０〜２００ｇ／Ｌ
ｐＨ ２．５〜３．０
浴温 ６０〜７０℃
電流密度 １〜１０Ａ／ｄｍ_２
時間 １〜１０秒

「Ｆｅ−Ｃｏ」
銅箔に一般的な電解脱脂と酸洗を施し、Ｆｅ−Ｃｏめっき層を以下の条件で形成した。
塩化第一鉄 ３３０〜３８０ｇ／Ｌ
塩化コバルト １５〜２５ｇ／Ｌ
塩化カルシウム １５０〜２００ｇ／Ｌ
ｐＨ １．０〜２．０
浴温 ８０〜９０℃
電流密度 １０〜３０Ａ／ｄｍ^２
時間 １〜３秒

「Ｆｅ」
銅箔に一般的な電解脱脂と酸洗を施し、Ｆｅめっき層を以下の条件で形成した。
塩化第一鉄（ＦｅＣｌ_２・４Ｈ_２Ｏ） ２８０〜３３０ｇ／Ｌ
塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２・２Ｈ_２Ｏ） １５０〜２００ｇ／Ｌ
ｐＨ ２．５〜３．０
浴温 ６０〜７０℃
電流密度 １〜１０Ａ／ｄｍ^２
時間 １〜１０秒

「Ｎｉ」
銅箔に一般的な電解脱脂と酸洗を施し、Ｎｉめっき層を以下の条件で形成した。
硫酸ニッケル ２２０〜２８０ｇ／Ｌ
塩化ニッケル ４０〜５０ｇ／Ｌ
ほう酸 ２５〜３５ｇ／Ｌ
ｐＨ ３．０〜４．０
浴温 ４０〜５０℃
電流密度 １〜５Ａ／ｄｍ^２
時間 １０〜３０秒

＜ポリイミド製膜＞
銅箔と積層するポリイミドは、市販のポリイミド前駆体ワニス（宇部興産株式会社製、商品名Ｕ−ワニス−Ａ）を用いて、下記の条件で製膜した。
ポリイミド塗布厚み：３０μｍ
溶媒乾燥：１３０℃ ３０分 大気下
樹脂硬化：３５０℃ １５分 Ａｒ雰囲気下

＜表面処理皮膜の評価＞
ポリイミドと銅箔のピール強度、およびポリイミドへの耐食性の評価結果を表１に示す。
表面処理付着量および表面粗さＲｚ_ＪＩＳを表１に示す。

発明例１〜３はＦｅ−Ｃｒ合金の皮膜中のＦｅ濃度を９０、５０、２５ｗｔ％とした例であるが、表面にＦｅ酸化物が存在しており、なおかつ表面のＣｒ濃度も請求項の範囲内であるため、高いピール強度と高い耐食性を有するものであった。
発明例４〜５はＦｅ−Ｃｒ合金の厚さを１、８０ｍｇ／ｄｍ^２とした例であるが、請求項の範囲内であるため高いピール強度と高い耐食性を有するものであった。
発明例６は表面粗さを０．７と低減した例であるが、なんら問題なく高いピール強度と高い耐食性を有するものであった。
発明例７〜８はＦｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｃｏにクロメート処理を行ったものであるが、クロメート処理により表面にＣｒが存在し、なおかつＦｅ合金であることから高いピール強度と高い耐食性を有するものであった。

比較例９はＦｅめっきの場合であり、ピール強度も耐食性も充分ではなかった。
比較例１０はＦｅ−Ｎｉ合金ではあるが、皮膜中のＦｅ濃度が低い場合であり、耐食性はあるものの、ピール強度が不充分であった。
比較例１１はＮｉめっきの例であるが耐食性はあるものの、ピール強度が不充分であった。
比較例１２はＦｅ−Ｃｒ合金で、表面粗さが３．０μｍの場合であるが、ピール強度、耐食性に問題はないものの、粗さが粗いためにファインピッチの回路が形成できず、なおかつ高周波特性も劣るものであった。

Claims (9)

1. 表面粗さＲｚ_ＪＩＳ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１（２００１））が２．０μｍ以下の銅および銅合金箔において、少なくとも樹脂との接着する面にＦｅ合金層を有し、さらにＣｒが表面に存在することを特徴とするプリント配線用銅箔。
2. Ｆｅ合金がＣｒ、Ｎｉ、Ｃｏいずれか１種もしくは２種以上との合金であることを特徴とする請求項１のプリント配線板用銅箔。
3. Ｆｅ合金層が、０．１〜１００ｍｇ／ｄｍ^２であることを特徴とする請求項１〜２のプリント配線板用銅箔。
4. Ｆｅ合金層が、２〜５０ｍｇ／ｄｍ^２であることを特徴とする請求項１〜２のプリント配線板用銅箔。
5. Ｆｅ合金のＦｅ含有量が２０〜９０ｍａｓｓ％であることを特徴とする請求項１〜４のプリント配線板用銅箔。
6. Ｆｅ合金層を乾式めっきを用いて作製したことを特徴とする請求項１〜５のプリント配線板用銅箔。
7. Ｆｅ合金層の上にクロメート処理をしたことを特徴とする請求項１〜６のプリント配線板用銅箔。
8. 表層にＣｒが１．０ａｔ％以上存在することを特徴とする請求項１〜７のプリント配線板用銅箔。
9. 接着する樹脂がポリイミドおよびポリイミド前駆体であることを特徴とする請求項１〜８のプリント配線板用銅箔。