JP2004315843A - 抵抗層付き導電性基材、抵抗層付き回路基板及び抵抗回路配線板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、略平滑な高導電性基材の表面に、抵抗性成分による粗化処理を施し、さらに抵抗性成分による抵抗層を設けることによって、高導電性基材と抵抗性成分層との境界を略平滑とすることができ、高導電性基材を溶解除去した後に、抵抗の安定した薄膜抵抗層を有することができ、かつ、絶縁支持体との密着力を保持しうる抵抗層付き導電性基材及びそれを用いた抵抗回路基板である。
【選択図】 なし
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、抵抗回路配線板の作成に有用な抵抗層付き導電性基材及び該抵抗層付き導電性基材を用いた抵抗回路基板に関するものであり、特に、該抵抗層付き導電性基材を構成する高導電性基材をエッチング除去し、抵抗層を絶縁基板に残す工程において、抵抗層の均一化を維持しうる抵抗層付き導電性基材並びに抵抗回路基板に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
抵抗層を内蔵するプリント回路基板材料(以下本明細書では抵抗回路基板と言う)は、一般に絶縁基板上に、抵抗層及び該抵抗層に接合された銅箔等の高導電性基材からなる抵抗層付き導電性基材を接合した積層体の形態で提供される。
【0003】
抵抗層付き導電性基材を積層した抵抗回路基板を抵抗回路配線板に加工するには、目的とする回路のパターンに従って絶縁領域(絶縁基板上の全ての抵抗層及び高導電性基材が除去される)、抵抗領域(高導電性基材が除去される)、並びに導体領域(全て残す)が、サブトラクティブ法(マスクエッチング法)により選択エッチングにより形成され、抵抗回路配線板となる。
【0004】
従来、抵抗層を形成する材料としてはカーボン系の抵抗材料が一般的であり、その他に金属薄膜を利用したものとして、リンを含む電気Niめっき(例えば特許文献1、2を参照)、Snを含む電気Niめっき(例えば特許文献3を参照)等が提案されている。しかし、この種の金属薄膜抵抗層では、膜厚を薄くしてシート抵抗の高い膜とするが、膜厚を薄くすると金属膜の均一性が失われ、一定のシート抵抗が得られないため、その薄さには限界があった。
【0005】
【特許文献1】
特開昭48−73762号公報、
【特許文献2】
特公表昭63−500133号公報
【特許文献3】
特開昭54−72468号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
即ち、上記の電気めっきによる抵抗層付き導電性基材の製造においては、高導電性基材上に薄膜抵抗層を電解めっきで形成するが、このとき、抵抗層付き導電性基材の絶縁基板との密着強度を上げるために高導電性基材表面を銅等にて粗化めっきした後、抵抗層となるNi−P等をめっきして密着強度を上げている。しかし、このような方法では高導電性基材の表面の凹凸、特に粗化粒子での微細な凹凸上に抵抗層があるため、めっき直後においてもめっき厚の分布が悪くシート抵抗の均一性に欠ける欠点があった。
【0007】
また、抵抗回路基板はその使用時に高導電性基材の層をエッチング除去するが、粗化処理層が高導電性素材(銅)で形成されているので、エッチング除去時に粗化処理層まで除去する必要があり、従って一部抵抗層の溶解が避けられない。例えばNi−Pめっき抵抗層に厚さ分布があると高導電性素材の層(高導電性基材+粗化処理層)を完全に除去するために、抵抗層も一部溶解しなければならず、そのために、抵抗層を安定に残したプリント抵抗回路配線板を製造することは極めて困難であった。特に、銅等での粗化めっき後に抵抗層をめっきした場合は、その断面は、銅の粗化によりコブ状に凹凸があり、抵抗層を溶解せずに全ての銅層を溶解除去することが困難であり、粗化処理層を十分に除去すると、抵抗層の溶解が不可避的に起こり安定した抵抗値を得ることができなかった。
更に、多層に積層したプリント抵抗回路配線板を製造する際に、プリント抵抗回路配線板を加熱プレスするが、この時に抵抗層のみの部分(高導電性基材がエッチング除去された部分)にて割れが発生し、抵抗の増大や回路オープンとなることがあった。
【0008】
前記のNi−P合金による抵抗層を形成する電解浴は、前記特許文献2の浴では、ニッケルイオンと亜リン酸イオンおよびリン酸イオンを必須とし、前記特許文献1の浴ではさらに硫酸イオンと塩素イオンをも含む浴である。これらの浴でNi−P合金が銅等の高導電性基材にめっきされた抵抗層付き導電性基材は、めっき時に色むらが発生し、ミクロ的にもバラツキがあり、更に量産時での幅広の材料(例えば>300mm)においては、巾方向にてめっき厚やP成分のバラツキが生じやすい欠点があり、抵抗回路としての抵抗値のバラツキも大きくなっていた。
【0009】
また、Ni−Sn合金による抵抗層の場合では、絶縁領域形成での抵抗層エッチング(Ni−Sn溶解)において、絶縁基板に錫の酸化物又は水酸化物が残存し、絶縁不良を発生させる問題があった。
なお、これらはいずれも、高導電性基材表面をCu等により粗化処理を施した後に抵抗性成分をめっきしている。この目的は、絶縁基板との密着力を確保するためである。
また、抵抗性成分を設ける方法として蒸着等の乾式生成法によりNi−CrやNi−Cr−Al−Si等が抵抗層として同目的で開発されているが、コスト、生産性の問題の他、絶縁材料との密着強度が低いという問題が指摘されている。
【0010】
本発明は、上記した従来の課題に鑑み、略平滑な高導電性基材の表面に、抵抗性成分による粗化処理を施し、さらに抵抗性成分による抵抗層を設けることで、高導電性基材と抵抗性成分層(粗化処理層+抵抗層)との界面を略平滑とすることができ、高導電性基材の溶解除去に際して、該高導電性基材の溶解残の発生や、それを防ぐために過剰ぎみにエッチングしても粗化処理層の溶解に留まり、抵抗層が断絶する恐れがなく、安定した薄膜抵抗層を形成することができ、しかも、絶縁支持体との密着力を保持しうる抵抗層付き導電性基材を提供し、かつ、該抵抗層付き導電性基材を用いた抵抗回路基板、該抵抗回路基板から製作した抵抗回路配線板を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1は、高導電性基材の表面に抵抗性成分による粗化処理層を設け、該粗化処理層の上に抵抗層を設けてなることを特徴とする抵抗層付き導電性基材である。
【0012】
本発明の請求項2は、前記高導電性基材として、電解銅箔、電解銅合金箔、圧延銅箔、圧延銅合金箔を用いることを特徴とする請求項1に記載の抵抗層付き導電性基材である。
【0013】
上記高導電性基材としては、電解銅箔、圧延銅箔が望ましい。
なお、電解銅箔、圧延銅箔には微量の銀、リンなど合金成分を含むものも含まれる。
【0014】
抵抗層としては、電気めっき、無電解めっき、または蒸着等の乾式生成により、Ni,Co,Crおよびこれらの合金層を形成すればよい。特には、Pを含むNiまたはCo合金が望ましい。
【0015】
粗化処理層としては、抵抗層と同一のエッチング液で除去しうることが望ましく、Ni,Co,Crおよびこれらを含む合金を電気めっきにて形成すれことが好ましい。特には、Pを含むNiまたはCo合金が望ましい
【0016】
本発明の請求項8は、前記高導電性基材の、少なくとも粗化処理層が形成される面の表面粗度がRzで3.5μm以下であることを特徴とするものであり、粗度が粗すぎると、導電性基材のエッチング時に抵抗性皮膜もエッチングされて、抵抗のバラツキを引き起こすため望ましくない。
【0017】
本発明の請求項9は、絶縁基板の少なくとも片面に前記抵抗層付き導電性基材が、該基材の抵抗層を内側にして接合されていることを特徴とする抵抗層付き回路基板である。
【0018】
本発明の請求項10は、請求項9に記載の抵抗層付き回路基板の高導電性基材をエッチング除去して抵抗性成分からなる回路を形成したことを特徴とする抵抗回路配線板である。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明は、高導電性基材にまず、抵抗性成分による粗化処理を施す。この後に抵抗性成分をめっきにより設けて抵抗層とした抵抗層付き導電性基材である。
[0020]
本発明において、粗化処理は、一例として下記の如く硫酸Ni浴ベースにPを加えた浴で実施することができる。
粗化めっき浴の例
NiSO4・6H2O:200g/L
H2NaPO4 :50g/L
H2NaPO3 :40g/L
NH4Cl :50g/L
浴温 :50℃
PH :6
電流密度 :80A/dm2
【0020】
なお、その他のいかなる浴を用いて、抵抗性成分からなる粗化処理を施してもよい。他の例として、スルファミン酸浴、ピロリン酸浴等でも可能である。また、CoやCuなどの添加成分を含ませてもよい。
粗化処理層としては上記Ni合金の他にCo合金,Cr合金が適している。後述の抵抗層用の浴等で高電流密度において粗化処理層を形成することが可能である。
【0021】
本発明において、粗化処理層上に抵抗層をめっきするめっき浴、およびめっき条件の一例は次のとおりである。
NiSO4・6H2O :150g/L
NiCl2・6H2O :45g/L
NiCO3 :15g/L
H3PO4 :50g/L
H3PO3 :40g/L
浴温度 :75℃
電流密度 :5A/dm2
なお、抵抗層を平滑化めっきで形成するための電流密度は、1〜30A/dm2が良好であり、これを超えると電流効率の低下や平滑性の劣化が起き易い。
【0022】
上記粗化処理層の形成と同様に、他の浴・条件でも実施できることは勿論である。電解めっき以外に無電解めっきで形成してもよい。また、蒸着法等の乾式めっきでもよい。
上記以外のNi合金として、硫酸ニッケルと硫酸第1鉄、次亜リン酸ナトリウム、ほう酸、塩化ナトリウムを含む浴でのNi−Fe−P合金めっき等がある。抵抗層としては上記Ni合金の他にCo,Cr合金が適している。Co合金浴としては、硫酸コバルトと塩化コバルトとほう酸と亜リン酸を含む浴等で、また、Cr合金浴としては無水クロム酸と硫酸と次亜リン酸を含む浴等で抵抗層を形成することが可能である。
【0023】
アノードとしては、NiやNi−P合金等の溶解性アノードを用いることも可能である。しかし、溶解性アノードは長時間のめっき時に溶解消耗されてカソード(高導電性基材)との距離の変化が生じてマクロなめっき厚分布が劣化するため、また、電流効率のアノードとカソードとの差から浴中のNi濃度が増加するために液抜きの必要が生じてコスト高となる等の理由により、不溶解性アノードの使用が望ましい。なお、不溶解性アノードを使用すると、めっき浴中のNiが減少するため、Niを補給する必要があり、これの補給には炭酸ニッケル等のニッケル塩を添加することが望ましい。
【0024】
Ni−Pの場合、形成される抵抗層の皮膜としては、Pが2〜30wt%にて高抵抗が得られ、かつエッチング性もよい。特には、8〜18wt%であると、さらに抵抗、エッチング性が安定して、高導電性基材(例えば銅箔)エッチング後の溶解による抵抗バラツキも少なく優れる。厚みは、1nm〜1000nmの範囲がよく、Pの濃度と層の厚みにより、所望の抵抗値を得るように調整することができる。
また、Ni、P以外の合金成分として、Cu、Co等の他の元素を含有させても良い。また、Ni合金の他に、Co,Crなどの合金めっきでもよい。
なお、抵抗層形成後にて、Zn、クロメート、シラン処理等の表面処理を適宜行っても良い。
【0025】
また、粗化処理前の高導電性基材の表面粗度が粗すぎると、その上に形成される粗化処理層・抵抗層との界面の凹凸も粗くなり、高導電性基材を溶解除時にNi−P層をも溶解してしまい、抵抗層厚にバラツキが生じやすくなる。極端な場合には、不導通となる。このため、粗化処理前の高導電性基材の表面粗度はRzとして3.5μm以下が好ましく、特には加工性から2.5μm以下がより好ましい。
なお、高導電性基材の厚さが3.5μm以下であれば、密着性を向上させる等の目的で、高導電性基材表面に銅または銅合金で粗化処理を弱く施した後に、抵抗性成分で粗化処理し、抵抗層の平滑めっきを施してもよい。
【0026】
本発明による抵抗層付き回路基板の製造方法の一実施形態は次のとおりである。
【0027】
まず、高導電性基材、例えば銅箔の片面全面をマスキング用接着シートあるいはインク等により被覆する。次いで、他面に上記Ni−P合金めっきにより粗化処理を施した後、抵抗層として上記Ni−P合金めっき層を形成する。この後、マスキング用接着シート等を剥離し、抵抗層側に絶縁基板を熱圧着、接着剤等で接合する。
【0028】
この抵抗回路基板からのプリント抵抗回路配線板の形成は、例えば、溶解法により、絶縁領域(絶縁基板上の全ての抵抗層及び高導電性基材が溶解除去される)、抵抗領域(高導電性基材が溶解除去される)、ならびに導体領域(すべて残す)を形成する。回路形成後必要により抵抗領域、導体領域の表面を液状、或いはフィルム状のカバーコートにより保護層を形成する。
【0029】
上記加工において、エッチング液としては、公知のものを使用することができる。例えば、高導電性基材が銅箔の場合では、塩化第2鉄、塩化第2銅、過硫酸アンモニウム、クロム酸―硫酸混合液、およびアンモニアキレート系のエッチング液等が使用される。
粗化処理層・抵抗層がNi−PなどNi合金の抵抗層のエッチング液としては、硫酸銅―硫酸液や硫酸第2鉄―硫酸液、過硫酸アンモニウム−硫酸液等公知のエッチング液でよい。抵抗層がCoやCr合金層のエッチングには塩化銅と塩酸の混合浴や、クロム酸と硫酸の混合浴等、公知の浴を用いればよい。
【0030】
本発明の抵抗層付き導電性基材を構成する高導電性材料としては、電解または圧延による銅箔或いは銅合金箔、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔、鉄合金箔等の高導電性を有する箔が好ましく、エッチング除去やリサイクル性から銅または銅合金箔が最も優れている。
【0031】
絶縁基板としては、エポキシ樹脂、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミドイミドおよびこれらとガラスクロスとの複合材や、フェノール樹脂―紙およびエポキシ樹脂―紙等の積層板、シート、フィルム類等いずれを用いても良い。
また、ヒートシンクとしてアルミニウムや鉄板を接合した(抵抗層を設ける面とは反対面に接合される)上記の各種絶縁性の積層板、シートまたはフィルム類が用いられる。
また、絶縁基板として、エポキシ樹脂、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミドイミド、ポリイミドおよびゴム等の樹脂やゴム類を接着剤層として用いたセラミックス板、ガラス板等の無機質の材料も使用することができる。
【0032】
以上の説明では簡略化のため、Ni−Pを抵抗性成分とした抵抗層とし、絶縁基板の片面に抵抗層、粗化処理層および高導電性基材が接合されている構造につき述べたが、本発明に係る抵抗回路基板は、構造的改良・変更が可能であって、例えば絶縁基板の両面に抵抗層、粗化処理層および高導電性基材がそれぞれ接合された構造、絶縁基板の片面に抵抗層、粗化処理層および高導電性基材が接合され、他面に高導電層(エッチングにより導体および/または電極を形成するため)を接合した構造のものを含む。
【0033】
以上の説明は、本発明の一般的な説明をする目的でなされたものであり、何ら限定的意味を持つものではない。本発明の範囲は、クレームを参照することにより最もよく判定される。
【0034】
本発明は、抵抗回路基板および該抵抗回路基板を構成する絶縁基板に貼り付ける抵抗層付き導電性基材、該抵抗層付き導電性基材を構成する高導電性基材表面に抵抗層を形成する方法に関するものである。一般にプリント抵抗回路配線板は、絶縁基板、電気抵抗層、導電層の3層を具備しているが、3層以上のものも本発明に含まれる。また、これらを多層に積層した抵抗回路基板も含まれることは勿論である。
【0035】
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】
下記の高導電性基材を1:1塩酸(35%)水に常温で3分間浸漬して前処理し、次いで粗化処理を施した後、抵抗層をめっきして抵抗層付き導電性基材を作成し、この基材を絶縁基板に接合し、エッチングにより抵抗回路を形成後1mm□での抵抗を測定した。
また、絶縁基板との密着強度をJIS C 6481 5.7.3項で定める方法で測定した。
結果を表1に示す。なお、電気めっき浴のPH調整は、硫酸または、スルファミン酸とNaOHを用いて調整した。
【0036】
実施例1
高導電性基材として厚さ18μm、マット面のRzが2.1μmの粗化処理前の電解銅箔を用い、シャイニー面を全面、マット面を10*10cmを残してマスキングした。対極(アノード)としては、1.5dm2の表面積を持つ白金めっきチタン板を用い、下記浴にてマット面に粗化処理し、その後抵抗層をめっきした。
粗化条件
NiSO4・6H2O :200g/L
H2NaPO4 :50g/L
H2NaPO3 :40g/L
NH4Cl :50g/L
浴温 :50℃
PH :6
電流密度 :80A/dm2
時間 :10秒
【0037】
抵抗層めっき条件
スルファミン酸ニッケル :350g/L
H3BO3 :35g/L
H3PO4 :50g/L
H3PO3 :40g/L
PH :1.0
浴温度 :65℃
電流密度 :15A/dm2
時間 :30秒
【0038】
実施例2
Rzが、1.8μmの圧延銅箔を用いた他は、実施例1と同様に、粗化処理後抵抗層をめっきした
【0039】
実施例3
実施例1と同様に粗化処理を施した後、硫酸コバルト15g/L、次亜リン酸ナトリウム20g/L、酒石酸ナトリウム120g/L、硫酸アンモニウム65g/Lの組成でアンモニアを加えPH調整してPH=10とした無電解めっき浴にて、90℃で20nmめっきし抵抗層とした。
【0040】
実施例4
実施例1と同じ浴にて粗化処理を施した後、下記浴にて抵抗層をめっきした。
スルファミン酸ニッケル :450g/L
スルファミン酸コバルト :50g/L
H3PO2 :50g/L
温度 :30℃
電流密度 :10A/dm2
時間 :12秒
PH :4.0
【0041】
実施例5
実施例1と同じ浴にて粗化処理を施した後、下記浴にて抵抗層をめっきした。
スルファミン酸ニッケル :350g/L
スルファミン酸銅 :50g/L
NaH2PO4 :50g/L
H3PO3 :120g/L
浴温度 :60℃
電流密度 :1A/dm2
時間 :180秒
PH :1.4
【0042】
比較例1
高導電性基材として電解銅箔18μm厚を用い、該基材に銅で粗化処理を施したマット面のRzを4.1μmに調製し、マット面を10*10cmを残してマスキングした。なお、シャイニー面も全面マスキングした。対極(アノード)としては、1.5dm2の表面積を持つ白金めっきチタン板を用い、実施例1と同一条件でマット面に平滑な抵抗層をめっきした。
【0043】
比較例2
高導電性基材として圧延銅箔18μm厚を用い、片面に銅で粗化処理を施しその面のRzを2.7μmとした粗化面を10*10cmを残してマスキングした。対極(アノード)としては、1.5dm2の表面積を持つ白金めっきチタン板を用い、実施例2と同様に粗化面に抵抗層をめっきした
【0044】
比較例3
比較例1にて、銅粗化処理を施さなかった以外は、実施例1と同様に行った。
結果を下記表1に示す。表1において、ピール強度はN=3の平均値を示す。
【0045】
銅箔のエッチングは、実施例、比較例で作成した抵抗層付き導電性基板のめっき処理抵抗層面側にエポキシ樹脂含浸ガラスクロスを重ね合わせ、ラミネーション用プレスにより加熱加圧して接合することにより、抵抗層付き回路基板を作成し、シップレイ社製ニュートラエッチV−1で52℃で銅色が見えなくなるまでエッチング(約1〜2分)を行い、また、抵抗層のエッチング除去は、硫酸銅250g/L、硫酸5mL/L、及び塩化銅エッチング液で90℃で行った。
抵抗値の単位は、Ω/□であり、N=20の平均値と3σを示す。
ピール強度の単位は、kN/mである。
【0046】
【表1】
【0047】
表1より明らかなように、抵抗バラツキは実施例においては少なかったが、比較例1、2ともに、大きくなっている。
【0048】
また、比較例3では、ピール強度が大幅に劣り簡単に剥離してしまうため実用的でない。
以上の結果から明らかなように、本発明は、絶縁基板とのピール強度を維持しつつ、抵抗値のバラツキが小さい抵抗層付き導電性基材は提供することができる。
【0049】
【発明の効果】
上述したように本発明抵抗層付き導電性基材は、高導電性基材表面に抵抗性成分層(粗化処理層+抵抗層)が、その界面が略平滑になるように設けられ、絶縁基板とのピール強度を維持しつつ、抵抗値のバラツキが小さく、さらに抵抗性成分による抵抗層を設けることで、高導電性基材の溶解除去に際しても抵抗層を断絶する恐れがない安定した薄膜抵抗層を形成することができ、かつ、該抵抗層付き導電性基材を用いて抵抗回路基板、該抵抗回路基板を用いて抵抗回路配線板を製作し得る等の優れた効果を有するものである。
Claims (10)
- 高導電性基材の表面に抵抗性成分による粗化処理層を設け、該粗化処理層の上に抵抗層を設けてなることを特徴とする抵抗層付き導電性基材。
- 前記高導電性基材として、電解銅箔、電解銅合金箔、圧延銅箔、圧延銅合金箔を用いることを特徴とする請求項1に記載の抵抗層付き導電性基材。
- 前記抵抗層は、Ni、Co、またはCrあるいはこれらを含む合金を電気めっきまたは無電解めっきして形成したことを特徴とする請求項1に記載の抵抗層付き導電性基材。
- 前記抵抗層が少なくともPを含むNi、CoまたはCr合金であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の抵抗層付き導電性基材。
- 前記粗化処理層が抵抗層と同一のエッチング液で除去しうる金属で形成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の抵抗層付き導電性基材。
- 前記粗化処理層がNi、Co、またはCrあるいはこれらを含む合金を電気めっきあるいは無電解めっきして形成したことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の抵抗層付き導電性基材。
- 前記粗化処理層が少なくともPを含むNi、CoまたはCr合金であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の抵抗層つき導電性基材。
- 前記高導電性基材の、少なくとも粗化処理層が形成される面の表面粗度がRzで3.5μm以下であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の抵抗層付き導電性基材。
- 絶縁基材の少なくとも片面に抵抗層付き導電性基材が、該基材の抵抗層を絶縁基材側にして接合されていることを特徴とする抵抗回路基板。
- 請求項9に記載の抵抗層付き回路基板の高導電性基材をエッチング除去して抵抗層からなる回路を形成したことを特徴とする抵抗回路配線板。
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