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JP2009214308A - キャリア付き銅箔 - Google Patents

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JP2009214308A
JP2009214308A JP2008057362A JP2008057362A JP2009214308A JP 2009214308 A JP2009214308 A JP 2009214308A JP 2008057362 A JP2008057362 A JP 2008057362A JP 2008057362 A JP2008057362 A JP 2008057362A JP 2009214308 A JP2009214308 A JP 2009214308A
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Yuji Suzuki
裕二 鈴木
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Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

【課題】小型化したLi電池の電気容量を落さず、導電ペーストによって相間接続を行う積層回路基板においては接続抵抗を低くし、銅箔両面にて樹脂との密着性を確保する積層基板においては基板との密着性が良好な薄膜化したキャリア付き銅箔を提供することである。
【解決手段】キャリア箔の表面に剥離層、粗化粒子層、銅箔層がこの順で形成する。また、キャリア箔の表面に剥離層、粗化粒子層、銅箔層、粗化粒子層がこの順で形成する。
【選択図】なし

Description

本発明は、特にLi電池の電極用として、あるいはプリント回路用基板、プリント配線用多層積層回路基板等の回路基板用配線材料として優れたキャリア付き銅箔に関するものである。
Li電池を搭載の電化製品・電動工具及び携帯電話などの需要はますます増加している中で、小型化・軽量化が図られており、搭載するLi電池においても従来の電気容量を維持したままで、あるいはそれ以上の電気容量で小型化する要求がなされている。Li電池の小型化の要望は、その負極に使用する電解銅箔を薄箔化し体積を減らす方向へと進みつつある。
また、Li電池の電気容量の増加については、負極を形成する銅箔の表面積をいかに広くするか、が課題であり、銅箔表面の粗いものを使用したり、より粗くするための表面粗化処理を行なったりすることで表面積を稼ぐ試みが進められている。
また、携帯電話などの小型化はプリント回路基板、多層積層回路基板において、その回路幅をより細く、厚みをより薄くする要求がなされている。
しかし、市販のキャリア付銅箔は、片面はキャリア箔面であることからその薄箔の表面粗さは、キャリア箔の表面粗さに依存し、粗さを大きくするには限界があった。特に、近時、スルーホールめっき法に代わる層間接続法として、スルーホールに導電性ペーストを充填したIVH(Interstitial Via Hole)による積層回路基板が実用化されてきている。これら回路には導性ペーストとの接続抵抗を良好にするため両面粗化処理銅箔が使用されているが、従来のキャリア付き薄型銅箔においては、キャリア箔側銅箔表面の粗化(粗さ)が充分でなく、更に、これら積層回路基板の薄型化が要求されることから、銅箔の両表面の充分な粗化と、ハンドリング性とに優れた薄銅箔の供給が課題となってきている。
本発明の解決すべき課題は、小型化したLi電池の電気容量を落さず、むしろ増大し、また、導電ペーストによって相間接続を行う積層回路基板においては、接続抵抗を低くし、または銅箔両面にて樹脂との密着性を確保する積層板においては基板との密着性が向上した薄膜化したキャリア付き銅箔を提供することである。
また、銅箔の両表面の充分な粗化と、ハンドリング性とに優れた薄銅箔を提供することである。
本願の第一の発明は、キャリア箔の表面に剥離層、粗化粒子層、銅箔層がこの順で形成されていることを特徴とするキャリア付き銅箔である。
本願の第ニの発明は、キャリア箔の表面に剥離層、粗化粒子層、銅箔層、粗化粒子層がこの順で形成されていることを特徴とするキャリア付き銅箔である。
前記粗化粒子層がCuもしくはNiを含む少なくとも1層で形成されることが好ましい。
前記キャリア箔の少なくとも剥離層を設ける面の表面粗さが、Rz:2μm以下であることが好ましい。
前記剥離層は、Cr、Ni、Co、Fe、Mo、Ti、W、Pまたは/及びこれらの合金またはこれらの水和酸化物で形成されていることが好ましい。
また、前記剥離層は、有機被膜であることが好ましい。
前記銅箔層の露出表面にNi、Zn、Crまたはその合金、または/及びクロメートまたは/及びシランを付着させることが好ましい。
本願の第三の発明は、キャリア箔の表面に剥離層、粗化粒子層、銅箔層がこの順に形成されたキャリア付き銅箔の前期剥離層を境にキャリア箔と銅箔層とを剥離し、剥離した粗化粒子付銅箔をLi電池用電極材料として使用することを特徴とするLi電池用のキャリア付き銅箔である。
本願の第四の発明は、キャリア箔の表面に剥離層、粗化粒子層、銅箔層、粗化粒子層がこの順に形成されたキャリア付き銅箔の前期剥離層を境にキャリア箔と銅箔層とを剥離し、剥離した両面粗化粒子付銅箔をLi電池用電極材料として使用することを特徴とするLi電池用のキャリア付き銅箔である。
本願の第五の発明は、キャリア箔の表面に剥離層、粗化粒子層、銅箔層がこの順に形成されたキャリア付き銅箔の前期剥離層を境にキャリア箔と銅箔層とを剥離し、剥離した粗化粒子付銅箔を回路基板材料として使用することを特徴とする回路基板用のキャリア付き銅箔である。
本願の第六の発明は、キャリア箔の表面に剥離層、粗化粒子層、銅箔層、粗化粒子層がこの順に形成されたキャリア付き銅箔の前期剥離層を境にキャリア箔と銅箔層とを剥離し、剥離した両面粗化粒子付銅箔を多層回路基板材料として使用することを特徴とする多層回路基板用のキャリア付き銅箔である。
本発明によれば、剥離層と銅箔層との間に粗化粒子層を設けたことにより、粗化粒子層の粗さが銅箔のキャリア箔側の表面粗さとなり、銅箔のキャリア側表面の表面粗さを任意に調整した薄い銅箔を提供できる。
キャリア側の表面粗さを任意に調整できるため、小型化したLi電池の電気容量を落さず、むしろ増大するLi電池用のキャリア付き銅箔を提供できる。また、薄い銅箔の両面に粗化粒子層を設けることができ、銅箔の表面積が増大し、Li電池の負極に使用したときには表面積の増大に伴い従来以上の電気容量が確保でき、薄箔化することで体積を減らすことができ、Li電池の小型化を推進することができる。
また、導電ペーストによって相間接続を行う積層回路基板の接続抵抗を低くし、また、銅箔両面にて樹脂との密着性を確保する積層多層回路基板においては基板との密着性を向上することができる回路基板用、多層回路基板用の薄膜化したキャリア付き銅箔を提供することができる。
また、銅箔の両表面の充分な粗化が可能であり、更にハンドリング性に優れた薄銅箔を提供することができる。
以下本発明のキャリア付き銅箔につき詳細に説明する。
本発明に使用されるキャリア箔は主として薄い銅箔の取扱い(ハンドリング性)を容易にし、薄い銅箔を使用するときに銅箔切れを起こさないようにするためのものであり、その素材としては、アルミニウム箔、ステンレス鋼箔、チタン箔、銅箔、銅合金箔等が使用可能であるが、コストの点から、電解銅箔、電解銅合金箔、圧延銅箔又は圧延銅合金箔などが好ましい。キャリア箔の厚さは7μm〜200μmの厚さの箔を使用することが好ましい。キャリア箔の厚みについては、薄い銅箔は機械的強度が低く、例えばプリント配線基板の製造時に皺や折れ目が発生しやすく、7μm以下のものを使用するとキャリア箔としての役割を果たすことが難しくなる。またキャリア箔の厚さが200μm以上になると製品に対してのコイル単重が増すことで生産性に大きく影響するとともに設備上もより大きな張力を張らなければならないなど不具合が生じる恐れがあるため、その厚さは7μm〜200μmが適当である。
キャリア箔の表面粗さは平均表面粗さRzが、0.1μm〜2μmであることが好ましい。
表面粗さRzが、0.1μm以下では現実的にキャリア箔として製造が難しく現実的ではなく、2μm以上になるとキャリア箔表面に付着する粗化粒子の層にバラツキが生じる可能性があることから好ましくない。即ち、キャリア箔表面に形成する粗化粒子の層にバラツキが生じるとその上に成膜する薄い銅箔が不均一に形成され、目的とする銅箔を製造できない危惧があるためである。従って、キャリア箔の表面平均粗さRzを2μm以下、好ましくは0.1μm〜2μmとすることが適当である。
キャリア箔上に設ける剥離層は、クロム、クロム合金及びクロムを含む水和酸化物層、あるいはNi,Co、Fe、Mo、Ti、W、Pまたは/及びこれらの合金層またはこれらの水和酸化物層、または有機被膜であることが好ましい。
クロム合金としては、ニッケル−クロム、コバルト−クロム、クロム−タングステン、クロム−銅、クロム−鉄、クロム−チタンが挙げられる。
三元系合金としては、ニッケル−鉄−クロム、ニッケル−クロム−モリブデン、ニッケル−クロム−タングステン、ニッケル−クロム−銅、ニッケル−クロム−リン、コバルト−鉄−クロム、コバルト−クロム−モリブデン、コバルト−クロム−タングステン、コバルト−クロム−銅、コバルト−クロム−リン等があげられる。
これらの剥離層を形成する金属及びそれらの水和酸化物は電気めっきによりキャリア箔表面に形成することが好ましい。キャリア箔から薄い銅箔を剥離する際の剥離強度は、これらの金属の付着量により影響される。即ち、剥離層が厚いと(めっき付着量が多いと)キャリア箔表面を剥離層形成材料(以下単に剥離材金属という)が完全に覆った状態になり、剥離強度は剥離材金属表面とこの後に積層される粗化粒子層及び薄い銅箔との結合面が、引き剥がす力になる。これに対して、剥離層の厚さが薄い(めっき付着量が少ない)場合には、キャリア箔表面が剥離材金属で完全に覆われておらず、剥離強度は、僅かに露出しているキャリア層及び剥離材金属とこの上に付着させる粗化粒子層及び薄い銅箔との結合力が、引き剥がす力になる。従って、剥離層を形成する金属の付着量によりキャリア箔と薄い銅箔との剥離強度は変化するが、ある程度剥離層を厚く形成(付着)すると剥離強度はそれ以上変化しなくなり、実験によると、剥離層を形成する金属の付着量としては、100mg/dm以上にめっき付着量を多くしても剥離強度は変化しない結果が得られている。
剥離層を金属材料のみで形成することによりキャリア箔と薄い銅箔との剥離は容易になるが、さらにその剥離層の表層に水和酸化物を存在させると恒温における剥離性がさらに向上可能となる。
キャリア箔上に形成した剥離層の上に粗化粒子層を形成する。粗化粒子層を形成する材料としては、Cu、又はNiからなる粒子、若しくはCuとMoの合金粒子、又はCuとNi、Co、Fe及びCrの群から選ばれる少なくとも1種の元素とからなる合金粒子、若しくは該合金粒子とV、Mo、及びWの群から選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物との混合物である微細粗化粒子またはNiとPの合金粒子が好ましい。
これら金属粒子、合金粒子、或いは種々粒子の混合物を剥離層上に微細粗化粒子層として付着させることにより、薄い銅箔のキャリア箔側のピール強度が向上する。ピール強度向上に必要な付着金属量は、少なくとも0.01mg/dm以上を付着させることが望ましく、0.01mg/dm以下ではピール強度向上の効果が得られない。
また、微細粗化粒子層を付着させることで薄い銅箔のキャリア箔側の表面積を増加することができ、Li電池用の電極箔として電気容量の増加に寄与することとなる。微細粗化粒子の付着量は電池の設計に応じて任意の量を付着することができる。
また、薄い銅箔の両面に粗化粒子層を設けることで銅箔の表面積がさらに増大し、Li電池の負極に使用したときには表面積の増大に伴い従来以上の電気容量が確保でき、薄箔化することで体積を減らすことができ、Li電池の小型化を推進することができる。
本発明の銅箔は、片面または両面に粗化粒子層が形成されているため、導電ペーストによって相間接続を行う多層積層回路基板の接続抵抗を低くでき、また、銅箔両面にて基板(樹脂)との密着性を確保できる。したがって多層積層回路基板において密着性が向上した多層積層回路基板用の薄膜化したキャリア付き銅箔として有用である。
Cuを含む粗化粒子層の形成は、剥離層の上に、ピロリン酸銅めっき浴、シアン化銅めっき浴、スルファミ酸銅めっき浴等の少なくとも1種類のめっき浴で粗化粒子を付着する。
Niを含む粗化粒子層の形成は、剥離層の上に、次に示すめっき浴1またはめっき浴2により成膜する。
めっき浴1の組成とめっき条件:
硫酸銅(Cu金属として)1〜50g/dm
硫酸ニッケル(Ni金属として)2〜25g/dm
メタパナジン酸アンモニウム(V金属として)0.1〜15g/dm
pH2.0〜4.5、
電流密度:1〜20A/dm
通電時間:1秒〜1分
浴温:20℃〜60℃
めっき浴2の組成とめっき条件:
硫酸銅(Cu金属として)10〜70g/dm
硫酸30〜120g/dm
電流密度:1〜20A/dm
通電時間:1秒〜1分
浴温:10℃〜70℃
上記したように粗化処理を少なくとも1種類のめっき浴で処理(必要によっては複数のめっき浴で複数回処理)を施した上に薄い銅箔または銅合金箔(これらを総合して単に銅箔という)を形成する。銅箔の成膜は電解めっきで行う。めっき浴はスルファミン酸浴、硫酸浴、ピロリン酸浴を使用することができる。更に、薄い銅箔の平滑性・均一性を上げるためには、これらの浴に光沢剤を混入する。また、上記めっきにおいては最初にストライクめっきを施すと銅箔の厚さの均一性を向上することができ、このストライクめっき工程を挿入することが更に望ましい。
めっき浴の種類によってめっき条件は異なるが、浴温度としては、20〜80℃に設定すると良好な電流効率が得られる。ただし、70℃を超えると、スルファミン酸の加水分解が進むことがあるため、スルファミン酸浴においてはその寿命の点から70℃以下が望ましい。
上述したように、キャリア箔上に剥離層、粗化粒子層、銅箔を形成するが、更に、前記銅箔の表面(露出面)に、剥離層上に設けた粗化粒子層と同様な粗化粒子層を形成することで、銅箔をキャリア箔から剥離したときに銅箔両面に粗化粒子層が形成された両面粗化銅箔となる。
本発明においては、銅箔の厚さはキャリア箔上に成膜するため0.1μm〜7μm程度に薄く成膜することができる。銅箔の厚さは、例えば電解成膜時間により調整でき、また、粗化粒子層の厚さは粗化処理条件により任意に調整でき、その粗さは粗化粒子層を形成する金属材料を選択することで任意に調整することができる。
上述したように、剥離層と銅箔層との間に粗化粒子層を設けたことにより、粗化粒子層の粗さが銅箔のキャリア箔側の表面粗さとなる。このため、キャリア箔表面の粗さが銅箔層にコピーされず、粗化粒子層の表面粗さで銅箔の表面粗さを制御することができる。
銅箔の露出側表面には、銅箔をキャリア箔から外した後に必要により粗化粒子を設けることができる。
また、銅箔の成膜後に粗化処理を施すことで銅箔両面に粗化粒子層を有するキャリア付き銅箔を提供できる。なお、銅箔両面に形成する粗化粒子層は同一の構成でも良く、異なる金属材料で構成しても良く、用途に応じた粗化粒子層とすることができる。
なお、Li電池用として提供するキャリア付き銅箔としては、銅箔の露出表面あるいは最外層となる粗化粒子層の表面にクロメートまたは/及びシランを付着させることが好ましい。
また、回路基板用として提供するときは、銅箔の露出表面あるいは最外層となる粗化粒子層の表面にNi、Zn、Cr金属またはこれら金属の合金を少なくとも1種類、例えばめっきにより設け、その上にシランを施すことが好ましい。
以下、本発明を実施例により、より具体的に説明する。
[実施例1]
キャリア箔(Rz:1.5μm、厚さ:35μm)に、クロムの電気めっきを連続的に行い、付着量0.50mg/dmのクロムめっき剥離層を形成した。この表層には、水和酸化物膜が形成されている。
この剥離層上に
めっき浴1の組成:
硫酸銅(Cu金属として) : 5〜30g/dm
硫酸 : 30〜120g/dm
モリブデン酸アンモニウム(Mo金属として) : 0.1〜5.0g/dm
電流密度 :5〜60A/dm
通電時間 :1秒〜20秒
浴温 :25〜60℃
上記粗化条件にて、粗化処理を行い、微細な粗化粒子層を付着させた。粗化粒子層の表面粗さRzは、2.0μmであった。この粗化処理層上に、
Cu・3HO : 85g/l、
: 350g/l
NHOH(28%) : 5ml/l
pH : 8.5
浴温 : 50℃
電流密度 : 5A/dm
のめっき条件でめっきを行い3μm厚さの極薄銅箔を形成させ、キャリア付き極薄銅箔とした。
更に銅箔層上に
めっき浴2の組成とめっき条件:
硫酸銅(Cu金属として) : 20〜70g/dm
硫酸 : 30〜120g/dm
電流密度 :1〜20A/dm
通電時間 :1秒〜1分
浴温 :10℃〜70℃
のめっき条件で、Rz:3μmの粗化粒子層を形成させ、リチウム電池用としてはその上にCrのみの防錆処理をおこない、回路基板用としてはNi、Zn、Crの順番でめっきを行い、最表層にシラン処理を行った。
[実施例2]
キャリア箔(Rz:1.7μm 厚さ:35μm)の表面に、Ni−Moの電気めっきを連続的に行い、付着量0.30mg/dmのNi−Moめっき剥離層を形成した。その上に実施例1と同様の粗化処理を施し、Rz:1.8μmの粗化粒子層を形成した。粗化処理条件は実施例1に記載の条件にて行い、次いで、下記条件で薄銅箔を形成した。
ストライク銅めっきのめっき浴組成とめっき条件
Cu・3HO : 30g/l
: 300g/l
pH : 8
電流密度 : 1.5A/dm
通電時間 :30秒
ストライク銅めっきを施した後、その上に
Cu・3HO : 85g/l
: 350g/l
NHOH(28%) : 5ml/l
pH : 8.5
電流密度 : 4A/dm
の条件にて銅めっきを行い、2.5μmの薄銅箔を形成した。
次いで、実施例1と同様にめっき浴2の組成とめっき条件で、Rz:3μmの粗化粒子層を形成させ、表面に防錆処理を施した。
Figure 2009214308
表1に実施例で作成した薄膜銅箔(粗化処理あり)と、粗化粒子層を設けないで実施例と同様の条件で成膜した銅箔(粗化なし)とにつき面積比とピール強度比を測定した結果を示す。
なお、表1に示す数値の測定方法は以下のとおりである。
(1)Rzの測定
Rzは、はJISB0601−1994「表面粗さの定義と表示」の5.1.平均粗さに規定された測定方法で測定した。
(2)銅箔の表面積を測定
銅箔の表面積を測定する方法は、銅箔の幅方向及び長手方向の断面測定を行う。銅箔表面の断面部を測定した幅方向の長さをL、同様に長手方向をL´とし、「L×L´」を銅箔表面の面積とする。断面部の長さ測定は、画像解析ソフト(株式会社バイオアーツ画像解析ソフトImageJ 2006)を使用して測定した。
(3)ピール強度
ピール強度は、FR4に貼り付けた銅箔を10mm幅に切り、引き剥がした時の引き剥がし強さを測定した。
表1から明らかなように、面積比では1.3〜1.5倍となり、ピール強度は1.4〜1.6倍となっている。
実施例1で成膜した両面粗化粒子付き銅箔でLi電池用の負極を作成し、Li電池を組み上げたところ、従来の電気容量と比較して銅箔の表面積が増加している分電気容量が増大し、従来のものと比較して10%以上良好な電気容量のLi電池を製作することができた。
また、実施例2で成膜した両面粗化粒子付き銅箔でプリント配線回路基板を作成したところ、5μm幅で、5μm間隔の回路を銅箔が基板から剥離することなく形成することができた。このプリント配線基板を5枚用意し、これらにスルーホールを穿設し、該スルーホールに導電ペーストを充填後重ね合わせ、加熱プレスして多層積層回路基板を作成したところ、十分な接着強度(ピール強度)と良好な接触抵抗を有する多層積回路基板を得ることができた。
本発明によれば、剥離層と銅箔層との間に粗化粒子層を設けたことにより、粗化粒子層の粗さが銅箔のキャリア箔側の表面粗さとなり、市場の要求に沿った薄い銅箔をLi電池電極用として、あるいは回路基板用、積層回路基板用として提供することができる。
即ち、本発明によれば、キャリア側の表面粗さは粗化粒子層を形成する金属材料を任意に選択することで任意に調整でき、銅箔の厚さは電解成膜条件で任意に調整することができるため、小型化したLi電池の電気容量を落さず、むしろ増大することができるLi電池用のキャリア付き銅箔を提供できる。特に、薄い銅箔の両面に粗化粒子層を設けることができるので、銅箔の表面積が増大し、Li電池の負極に使用したときには表面積の増大に伴い従来以上の電気容量が確保でき、薄箔化することで体積を減らすことができ、Li電池の小型化を可能とする、市場の要求する銅箔を提供することができる。
また、本発明によれば、粗化粒子層が形成されている銅箔であることから、導電ペーストによって相間接続を行う積層回路基板の接続抵抗を低くでき、また、銅箔両面にて樹脂との密着性を確保する積層多層回路基板においては基板との密着性を向上することができ、回路基板、多層回路基板を薄膜化することが可能なキャリア付き銅箔を提供することができる。
また、銅箔の両表面に充分な粗化がなされているので、粗化粒子層を有する銅箔を薄く成膜でき、ハンドリング性に優れた薄銅箔を提供することができる。

Claims (12)

  1. キャリア箔の表面に剥離層、粗化粒子層、銅箔層がこの順に形成されていることを特徴とするキャリア付き銅箔。
  2. 前記粗化粒子の層がCuもしくはNiを含む少なくとも1層からなることを特徴とする請求項1に記載のキャリア付き銅箔。
  3. キャリア箔の表面に剥離層、粗化粒子層、銅箔層、粗化粒子層がこの順に形成されていることを特徴とするキャリア付き銅箔。
  4. 前記銅箔層表面の両面に設ける粗化粒子層がCuもしくはNiを含む少なくとも1層からなることを特徴とする請求項3に記載のキャリア付き銅箔。
  5. 前記キャリア箔の少なくとも剥離層を設ける面の表面粗さが、Rz:2μm以下であることを特徴とする請求項1又は3に記載のキャリア付き銅箔。
  6. 前記剥離層は、Cr、Ni、Co、Fe、Mo、Ti、W、Pまたは/及びこれらの合金またはこれらの水和酸化物で形成されていることを特徴とする請求項1又は3に記載のキャリア付き銅箔。
  7. 前記剥離層は、有機被膜であることを特徴とする請求項1又は3に記載のキャリア付き銅箔。
  8. 前記銅箔層の露出表面にNi、Zn、Crまたはその合金、または/及びクロメート、または/及びシランを付着させたことを特徴とする請求項1に記載のキャリア付き銅箔。
  9. キャリア箔の表面に剥離層、粗化粒子層、銅箔層がこの順に形成されたキャリア付き銅箔の前期剥離層を境にキャリア箔と銅箔層とを剥離し、剥離した粗化粒子付銅箔をLi電池用電極材料として使用することを特徴とするLi電池用のキャリア付き銅箔。
  10. キャリア箔の表面に剥離層、粗化粒子層、銅箔層、粗化粒子層がこの順に形成されたキャリア付き銅箔の前期剥離層を境にキャリア箔と銅箔層とを剥離し、剥離した両面粗化粒子付銅箔をLi電池用電極材料として使用することを特徴とするLi電池用のキャリア付き銅箔。
  11. キャリア箔の表面に剥離層、粗化粒子層、銅箔層がこの順に形成されたキャリア付き銅箔の前期剥離層を境にキャリア箔と銅箔層とを剥離し、剥離した粗化粒子付銅箔を回路基板材料として使用することを特徴とする回路基板用のキャリア付き銅箔。
  12. キャリア箔の表面に剥離層、粗化粒子層、銅箔層、粗化粒子層がこの順に形成されたキャリア付き銅箔の前期剥離層を境にキャリア箔と銅箔層とを剥離し、剥離した両面粗化粒子付銅箔を多層回路基板材料として使用することを特徴とする多層回路基板用のキャリア付き銅箔。
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