JP5862917B2 - 長尺導電性基板の電気めっき方法およびこの方法を用いた銅被覆長尺導電性基板の製造方法並びにロール・ツー・ロールタイプの電気めっき装置 - Google Patents
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Description
このうちメタライジング法は、まず、乾式めっき法によってニッケル−クロム系合金等の金属層を形成し、引き続き良好な導電性を付与するために乾式めっき法によって銅等の金属層を形成する。このニッケル−クロム系合金等の金属層と銅等の金属層の積層をシード層という。さらに、シード層の表面に電気めっき法を用いて、または無電解めっき法と電気めっき法を併用することによって金属層の膜厚を厚くし、所望の膜厚の金属層を形成する。このメタライジング法により製造される銅被覆ポリイミド基板は、3層基板に比べて接着剤の影響を受けず、高温安定性をはじめとするポリイミド本来の特徴を利用した銅被覆ポリイミド基板を得ることができるという利点を有している。
この不溶解性陽極は、金属製錬などにおいて余剰の金属や不純物を電解採取する工程で古くから用いられているものである(特許文献2参照)。
前記複数の不溶解性陽極を、搬送方向において、少なくとも電気的に2つ以上に分割し、かつ分割された不溶解性陽極の内、前記めっき液の深さ方向において、最下部に位置する不溶解性陽極を下部陽極、前記下部陽極の上方に位置する陽極を上部陽極とし、電気めっきの総膜厚が2μm以下の成膜を行う上部陽極の電流密度を6mA/cm2以上、且つ下部陽極の電流密度を2mA/cm2以下に制御することを特徴とする。
前記不溶解性陽極は、側断面が平坦部分及び湾曲部分からなるJ字状で、
電解セル内の底部に設置された搬送ガイドローラーを介してセル内を下降および上昇するように搬送される幅方向が水平方向となる長尺導電性基板に対向するように設置され、
前記長尺導電性基板の搬送方向において電気的に2つ以上に分割され、かつ分割された不溶解性陽極の内、最下部に位置する不溶解性陽極下端に形成した湾曲部が、めっき液槽内の搬送用ガイドロールに沿うように対向して配置され、
且つ前記分割された不溶解性陽極毎に独立して電流密度が制御される仕組みを有し、電気めっきの総膜厚が2μm以下の成膜を行う際に、前記分割された不溶解性陽極のうち最下部に位置する不溶解性陽極の電流密度を2mA/cm 2 以下、前記最下部に位置する不溶解性陽極の上方に位置する不溶解性陽極の電流密度を6mA/cm 2 以上に制御することを特徴とするものである。
なお、前記複数の不溶解性陽極は、白金又は鉛を用いた金属陽極、あるいはチタン製フレームに酸化イリジウム、酸化ロジウム、酸化ルテニウムから選ばれる少なくとも1種の導電性を有するセラミック被膜を焼成によりコーティングしたセラミックス系陽極であることを好ましい態様とするものである。前記複数の不溶解性陽極は、メッシュ状であってもあるいは陽イオン交換膜による隔膜を配しても好ましい形態とするものである。
銅被覆ポリイミド基板は、その一般的な製造工程を図1に示すように、原料であるポリイミドフィルム上にスパッタリング処理及び電気めっき処理を施し、所望の金属被膜を形成して製造される。この方法によって製造される銅被覆ポリイミド基板は、接着剤を必要としないため高耐熱性、高絶縁性などのポリイミド本来の特性を利用することができ、実装時に折り曲げて使用することが可能であるため、デバイスの小型化にも大きく貢献することができる。
本発明による銅被覆ポリイミド基板は図2にその断面図を示すように、ポリイミドフィルム2の表面にニッケル−クロム系合金等の下地金属層3と銅薄膜層4と銅めっき被膜層5が積層されて構成されており、下地金属層3と銅薄膜層4の積層体をシード層6と称している。なお、銅めっき被膜層5は、無電解めっき法と併用して形成してもよい。
なお、無電解めっき法と電気めっき法を併用して銅層5を形成する場合には、シード層6の表面に銅を無電解めっきで成膜し、次に無電解めっきによる成膜の表面に電気めっきを行う。
本発明方法を実施するためのロール・ツー・ロールタイプの電気めっき装置は、図3に示すように、めっき液槽11、巻出ロール12、搬送用ガイドロール13、不溶解性陽極(以下、説明の便宜上「陽極」と略称する)14a〜14h、巻取ロール15、給電ロール16a〜16eとから構成されている。なお、Fはシード層付長尺ポリイミドフィルム、Sは銅被覆長尺ポリイミドフィルム(銅被覆ポリイミド基板)である。
又、電気めっき装置には、シード層付長尺ポリイミドフィルムFの張力を制御する制御ロール等の長尺ポリイミド(樹脂)フィルムの搬送に用いる公知の各種装置や、めっき液の攪拌や供給等の公知の各種装置を追加することもできる。
本発明の電気めっき装置の電気めっきセルを構成する陽極は、その一例として陽極14gおよび陽極14hを拡大して図4に示すように、側断面が略J字状であり、シード層付長尺ポリイミドフィルムFの搬送方向にそれぞれ上部陽極14g−1、14h−1、下部陽極14g−2、14h−2と2つに分割されている。すなわち、図4では、陽極14gは上部陽極14g−1と下部陽極14g−2に、陽極14hは上部陽極14h−1と下部陽極14h−2に、それぞれ分割され、上部陽極14g−1、14h−1は平坦部分からのみなる部位、下部陽極14g−2、14h−2は湾曲部分ならなる部位でそれぞれ形成されている。又、上部陽極14g−1、14h−1の上端は、めっき液面11bより下にあり、陽極14g、14h全体がめっき液に浸かっている。さらに、下部陽極14g−2、14h−2は、それぞれ搬送用ガイドロール13に添うように該ロールに対向して配置されている。
ここで、電気めっき装置の電気めっきセルを構成する陽極を側断面が略J字状となるように形成し、その下部の湾曲部位を搬送用ガイドロール13に添うように該ロールに対向して配置させたのは、搬送用ガイドロール13に接触しているシード層付長尺ポリイミドフィルムFに対しても電気めっきを可能することにより生産性の向上をはかるためである。なお、従来のロール・ツー・ロールタイプの電気めっき装置は、陽極が平坦部分のみで構成されているため、搬送用ガイドロール13で反転させられるシード層付長尺ポリイミドフィルムFにはめっきを行うことができなかった。
なお、電気的に分割するとは、分割された陽極の間に電気的な接続がないことである。図5の陽極14gを例にとり説明すると、電気絶縁性を有するフレーム21gに、電気的接触が無いように上部陽極14g−1と下部陽極14g−2を配置している。すなわち、図3の電気めっき装置1の電気めっきセルにおいて、陽極はすべて、めっき液の深さ方向で上下に電気的に分割された構成となっている。
なお、フレーム21gの材質はめっき液中でも電気絶縁性が保持でき、めっき液に侵食されない材質を選択すればよく、公知の電気的絶縁性を有するプラスチックやセラミック等を用いると良い。
下部陽極の電流密度が2mA/cm2を超えると、下部陽極での電気めっき膜の成膜速度が速くなり、めっき槽11の底に堆積している異物を電気めっき膜に取り込み、電気めっき膜の凹部発生の原因となる。シード層付長尺ポリイミドフィルムFは電気めっきされてめっき層厚が所望の膜厚となる。その所望の膜厚となる過程で電気めっき膜の総膜厚が2μm以下のシード層付長尺ポリイミドフィルムFに電気めっきを施す陽極の下部陽極の電流密度を2mA/cm2以下とするのである。他方、電気めっき膜の総膜厚が2μmを超えている場合には、下部陽極の電流密度を2mA/cm2以下に抑えなくてもよい。その理由は、電気めっき膜の総膜厚が2μmを超えている場合には、めっき槽11の底に堆積している異物を電気めっき膜に取り込んでも配線加工時、および実装時に断線に至る可能性を有する凹みの発生は大幅に抑制されるからである。
さらに、図6に示すように陽極14g、14hを覆うように陽イオン交換膜による隔膜34g、34hを配してもよい。陽イオン交換膜としては炭化水素系もしくはパーフルオロカーボンのものが好ましい。
本発明における長尺導電性基板としては、シード層付長尺ポリイミドフィルム以外に、長尺な銅箔等の金属ストリップや長尺な導電性ポリマーフィルム等を用いることができる。
例えば、電解銅箔や圧延銅箔の表面に電気化学的な表面処理を施すことがある。これら銅箔の厚みは適宜選択でき、電解銅箔では厚さ5μm〜15μmの物も知られている。表面処理は、銅の電気めっきより銅粒子層を形成する粗化処理、クロム合金や亜鉛合金等の電気めっきによる防錆処理がある。銅の電気めっきによる粗化処理では、均一に粗化されることが望ましく直径5μm以上の凹が生じることは望ましくない。防錆処理も同様に凹みは望ましくない。なお、このような表面処理を施した銅箔は、接着剤を用いた3層の銅被覆ポリイミド基板や二次電池の集電部材に用いられている。
長尺導電性基板に、金属薄膜を付した樹脂フィルムを用いる場合は、金属薄膜にはニッケルやニッケル系合金、クロムなどが適宜選択できる。樹脂フィルムとしては、ポリイミドフィルム、ポリアミドフィルム、ポリエステルフィルム、ポリテトラフルオロエチレンフィルム、ポリフェニレンサルファイドフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、液晶ポリマーフィルムから選ばれた樹脂フィルムが挙げられる。特に、ポリイミドのフィルム及びポリアミドフィルムは、はんだリフロー等の高温の接続が必要な用途に適している点で望ましい。さらに望ましくはポリイミドフィルムである。又、絶縁体フィルムの厚さは、8〜75μmのものが好適に使用することができる。なお、ガラス繊維等の無機質材料を適宣添加することもできる。
これまで、長尺導電性基板にはシード層付長尺ポリイミドフィルムを用いて本発明をしてきた。長尺導電性基板は、シード層付長尺ポリイミドフィルムに限定されないことはもちろんである。
電気めっき工程における陽極は分割されているものを用い、その材質は酸化イリジウム系の陽極である。
なお、各陽極は、陽イオン交換膜からなる隔膜で覆った。陽イオン交換膜には、パーフルオロカーボンを用いた。例えば陽極14g、14hであれば、図6に示すように隔膜34g、34hを備える。
陽極へは表1に示すとおり電流密度を印加した。この状態で銅被覆ポリイミド基板を作製して銅めっき層表面の欠陥を評価した。表1に各陽極への電流印加状態を示す。また、凹みの検査結果を表2に示す。
陽極へは表1に示すとおり電流密度を印加した。この状態で銅被覆ポリイミド基板を作製して銅めっき層表面の欠陥を評価した。陽極14a、14b、14c、14dまでの電気めっきでは、電気めっきの総厚は2μmを超えない。表1に各陽極への電流印加状態を示す。また、凹みの検査結果を表2に示す。
シード層付長尺ポリイミドフィルムの代わりに厚さ12μmの電解銅箔を用いた以外は比較例2と同様に、電解銅箔の表面にさらに銅めっきを施し、銅めっき層表面の欠陥を評価した。凹みの検査結果を表3に示す。
2 ポリイミドフィルム
3 下地金属層
4 銅薄膜層
5 銅めっき被膜層
6 シード層
11 めっき液槽
11b めっき液面
12 巻出ロール
13 搬送用ガイドロール
14a〜14h 陽極(不溶解性陽極)
14g−1、14h−1 上部陽極
14g−2、14h−2 下部陽極
15 巻取ロール
16a〜16e 給電ロール
F シード層付長尺ポリイミドフィルム
21g、21h フレーム
24g−1、24g−2 ブスバー
34g、34h 隔膜
Claims (7)
- 長尺導電性基板の幅方向が水平方向になるように前記長尺導電性基板を搬送してめっき液に浸漬し、前記長尺導電性基板の表面に複数の不溶解性陽極を用いた電気めっき法による湿式めっき法で金属めっき被膜層を成膜する長尺導電性基板の電気めっき方法において、
前記複数の不溶解性陽極を、搬送方向において、少なくとも電気的に2つ以上に分割し、かつ分割された不溶解性陽極の内、前記めっき液の深さ方向において、最下部に位置する不溶解性陽極を下部陽極、前記下部陽極の上方に位置する陽極を上部陽極とし、電気めっきの総膜厚が2μm以下の成膜を行う上部陽極の電流密度を6mA/cm2以上、且つ下部陽極の電流密度を2mA/cm2以下に制御することを特徴とする長尺導電性基板の電気めっき方法。 - 請求項1に記載の長尺導電性基板の電気めっき方法を用いることと、前記長尺導電性基板が長尺樹脂フィルムの少なくとも片面に接着剤を介さずに乾式めっき法で導電性のシード層を成膜したシード層付長尺樹脂フィルムであることと、電気めっき法による湿式めっき法の金属めっき被膜が銅めっき被膜であることを特徴とする銅被覆長尺導電性基板の製造方法。
- 前記シード層が、長尺樹脂フィルムの表面に設けられたニッケル、クロムまたはニッケル系合金から選択された下地金属層と、前記下地金属層の表面に設けられた銅薄膜層の積層であることを特徴とする請求項2に記載の銅被覆長尺導電性基板の製造方法。
- 幅方向が水平方向になるように搬送される長尺導電性基板の搬送方向に配置された複数の不溶解性陽極により前記長尺導電性基板の表面に電気めっき法による湿式めっき法で金属めっき被膜層を成膜するロール・ツー・ロールタイプの電気めっき装置において、
前記不溶解性陽極は、側断面が平坦部分及び湾曲部分からなるJ字状で、
電解セル内の底部に設置された搬送ガイドローラーを介してセル内を下降および上昇するように搬送される幅方向が水平方向となる長尺導電性基板に対向するように設置され、
前記長尺導電性基板の搬送方向において電気的に2つ以上に分割され、かつ分割された不溶解性陽極の内、最下部に位置する不溶解性陽極下端に形成した湾曲部が、めっき液槽内の搬送用ガイドロールに沿うように対向して配置され、
且つ前記分割された不溶解性陽極毎に独立して電流密度が制御される仕組みを有し、電気めっきの総膜厚が2μm以下の成膜を行う際に、前記分割された不溶解性陽極のうち最下部に位置する不溶解性陽極の電流密度を2mA/cm 2 以下、前記最下部に位置する不溶解性陽極の上方に位置する不溶解性陽極の電流密度を6mA/cm 2 以上に制御することを特徴とする本発明に係るロール・ツー・ロールタイプの電気めっき装置。 - 前記不溶解性陽極が、白金又は鉛を用いた金属陽極、あるいはチタン製フレームに酸化イリジウム、酸化ロジウム、酸化ルテニウムから選ばれる少なくとも1種の導電性を有するセラミック被膜を焼成によりコーティングしたセラミックス系陽極であることを特徴とする請求項4に記載のロール・ツー・ロールタイプの電気めっき装置。
- 前記不溶解性陽極が、メッシュ状であることを特徴とする請求項4または5に記載のロール・ツー・ロールタイプの電気めっき装置。
- 前記不溶解性陽極が、陽イオン交換膜による隔膜を配していることを特徴とする請求項4〜6のいずれか1項に記載のロール・ツー・ロールタイプの電気めっき装置。
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