JP2006054320A

JP2006054320A - プリント配線基板用金属材料

Info

Publication number: JP2006054320A
Application number: JP2004234866A
Authority: JP
Inventors: Masateru Murata; 正輝村田
Original assignee: Nikko Metal Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nippon Mining Holdings Inc
Priority date: 2004-08-11
Filing date: 2004-08-11
Publication date: 2006-02-23

Abstract

【課題】本発明の目的は、表面が平滑でかつ耐熱性を有するニッケル箔をプリント配線基板用金属材料として提供することにある。
【解決手段】３００℃で１時間加熱しても軟化しないニッケル箔の少なくとも一方の面を表面粗さＲａ０．１２μm以下とすることを特徴とするプリント配線基板用金属材料で、少なくともニッケル箔の一方の表面の６０度鏡面光沢度が３０％以上である場合より好ましい。また、上記のニッケル箔の表面の少なくとも一方に０．３μｍ以上の光沢Ｎｉめっきを施すと平滑度が向上する。

Description

プリント配線基板に用いられる耐熱性金属箔及びのその表面に関する。

携帯電話等の各種の電気・電子機器の高機能化が急速に進んでいる。その高機能化は、各種半導体部品の微小製造技術，半導体部品を搭載するプリント配線基板の多層化技術、更にはプリント配線基板への受動部品の高密度実装技術などにより実現化される。
しかしながら、半導体材料の著しい発達に伴って電気・電子部品は、より一層の小型化・高密度実装化が要求されるようになり、前記受動部品の小型化等ではその要求を満足することが出来なくなっていた。

このような要求に応える試みの１つとして、大きな実装面積を占める受動部品（例えば、インダクタ，キャパシタ，抵抗器など）をプリント配線基板の内層に内蔵して、実質的な高密度実装とコスト低減、および性能向上を実現するための努力がなされている。
この部品内蔵化の技術に関しては、例えば、プリント配線基板にキャパシタを設ける方法として、チップコンデンサ等の外部キャパシタをプリント配線基板に取り付ける方法の他、高誘電率材料をプリント配線板の内層に用いてプリント配線基板自体にキャパシタの機能を持たせる方法が知られている。近年の電子製品の小型化を考慮すると、高誘電率材料を内層に用いてキャパシタにする後者の方法が望ましい。
誘電体層をプリント配線基板に内蔵する方法が種々検討されているが、誘電体樹脂を予め電極を形成したフィルム上に塗布後半硬化させて、更にその上に電極を形成した後、基板へ転写する方法が特許文献１に開示されている。
この方法においては、電極を形成する際に銅箔の平滑性がそのまま、キャパシタの品質に影響するので、銅箔の平滑性が問題となる。

また、導体回路形成用の銅箔の片面または両面に、抵抗回路を形成するための材料層（抵抗層という）を形成して成る抵抗層付き銅箔を樹脂基材にラミネートして製造する抵抗回路内蔵型のプリント配線基板が知られている。このプリント配線基板は、概ね、次のようにして製造される。まず、上記した銅箔の抵抗層側の面と絶縁樹脂から成る基材とをラミネートして銅張り積層板にする。ついで、所定のエッチャントで１次エッチングを行って、銅箔と抵抗層が一体化した状態になっている所定の回路パターンを形成し、ついで、この回路パターンの表面側に位置する導体回路（銅箔）に対して２次エッチングを行って当該銅箔の必要箇所のみを選択的にエッチング除去し、その箇所の抵抗層は残置させる。その後、全体の上に更に絶縁基材を積層し、抵抗層を内蔵する。

特開平１１−２６９４３号公報

従来からこのような電気・電子部品のプリント配線基板には、銅箔（基体銅箔）が用いられているが、その製造方法の違いから電解銅箔と圧延銅箔がある。電解銅箔は、一般に、表面がＴｉやステンレス鋼から成る回転ドラムの当該表面にＣｕを連続的に電着させて銅箔を成膜したのち、その銅箔を連続的に剥離して製造されている。製造された銅箔は、電解めっき液側の表面が粗面になっている。ただし、回転ドラムの表面は電解液の腐食等で筋状に凹凸が生成するため、それが転写する光沢面の表面粗さは、後述する圧延銅箔と比較すると非常に粗い。
最近では銅箔表面に平坦性を要求されるようになっており、電着粒を細かくする添加剤を電解めっき液中に添加して、平滑なめっきを成長させて電解めっき液側の表面を光沢面として使用する電解銅箔も使用されている。しかし、その表面粗さは通常電解銅箔よりは平滑であるが圧延銅箔に比較するとまだ粗いのが一般的である。

一方、圧延銅箔は、インゴットを溶製し，これを熱間圧延で板にした後，再結晶焼鈍と冷間圧延を繰り返し，最後に冷間圧延で所望の厚みの箔に仕上げる。ここで，圧延銅箔は、最終圧延ロールの表面形態が箔の表面に転写した平滑な表面が得られることが知られている。

銅箔表面にキャパシタ機能を付与するために、誘電体を含有した樹脂等を硬化させるときや、誘電体をスパッタ等で形成させる時にその温度で軟化してしまうと、銅箔が変形することがあるため好ましくない。樹脂の硬化温度は樹脂種類で異なるが、使用時の耐熱性を考えた場合、高温で硬化する樹脂が望ましく、３００℃〜４００℃の高温で処理することが多くなっている。タフピッチ銅等の圧延銅箔では、電解銅箔とは異なりその軟化温度は１５０℃程度と比較的低いため、この温度に耐えられずに変形してしまう。

また、樹脂硬化は大気中で行うことも多い。その場合、銅表面が酸化することも問題である。例えばキャパシタの場合では樹脂を通じて酸素が供給される場合もあり、銅表面が酸化される。こうなるとキャパシタとしての性能が得られない。抵抗層の場合も同様であり、銅表面の酸化は好ましくない。
これを防止するためには、窒素やアルゴンといった不活性ガス中で加熱する必要があり、設備投資が大きくなる欠点があった。

そこで、本発明の目的は、表面が平滑でかつ耐熱性を有するニッケル箔をプリント配線基板用金属材料として提供することにある。

発明者は、鋭意研究の結果、表面が平滑でかつ耐熱性を有するニッケル箔がプリント配線基板用として好適な金属材料であること、特にニッケル箔の表面の平滑に関する好適な範囲を見出した。
配線基板には銅箔が用いられることが一般的であったが、その耐熱性の低さにより、受動部品を内蔵する基板としての適正は前述のように充分ではなかった。そのため、耐熱性を付与するために合金化したり、表面にめっきを施したりする必要があり、高コストになる場合が多かった。

一方、ニッケル箔はその電気抵抗の高さから配線基板に用いられることはほとんどなかった。しかし、こと受動部品内蔵用の基板としては電気抵抗の高さのみが問題であり、それ以外の耐熱性、耐酸化性に関しては充分な性能を有している。したがって、電気抵抗を考慮して、配線幅および配線厚さを適正にすることで、配線基板に用いることが可能である。
ただし、受動部品を内蔵させるに関して、その表面の平滑性が大きな問題であった。例えばキャパシタの場合では表面が平滑でない場合、その凹凸に応じてキャパシタ膜の厚さが変動してしまい、その性能が安定しない。抵抗の場合も同様であり、受動部品を内蔵する配線基板の場合には表面の平滑性が重要であることがわかった。

即ち、本発明は、
（１）３００℃で１時間加熱しても軟化しないニッケル箔の少なくとも一方の面を光沢面に仕上げ、その面の表面粗さをＲａ０．１２μm以下としたことを特徴とするプリント配線基板用材料、
（２）少なくともニッケル箔の一方の表面の６０度鏡面光沢度が３０％以上であることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線基板用金属材料、
（３）請求項１または請求項２に記載のニッケル箔表面の少なくとも一方に０．３μｍ以上の光沢Ｎｉめっきを施すことを特徴とするプリント配線基板用金属材料、
である。

本発明により、表面が平滑でかつ耐熱性を有するニッケル箔をプリント配線基板用金属材料に用いることで、プリント配線基板の内層に受動部品（例えば、インダクタ、キャパシタ、抵抗器など）の内蔵化が図れる。

限定理由を以下に示す。
（１）ニッケル箔
本発明の用途においては、金属表面にキャパシタ機能を付与するために誘電体を含有した樹脂等を硬化させる時や誘電体をスパッタ等で形成させる時に、用いられる樹脂の種類で異なるが３００℃〜４００℃の高温で処理する。その際、金属箔がその温度で軟化し、変形することがないように、金属箔には耐熱性が要求される。その点においてニッケル箔が好適である。さらに、これらの熱処理は、大気中で行うことも多いため、金属箔が銅箔や銅合金箔の場合には、酸化を防止することを目的として銅箔や銅合金箔上にニッケルめっきを施す必要がある。これに対して、ニッケル箔の場合にはその必要がない。

また、電子部品を長時間使用した時に起こる故障の一つに絶縁不良があり、その原因の一つとしてマイグレーション現象が挙げられる。マイグレーション現象は、配線や電極として使用した金属が絶縁物の上を移動する現象で、電極間の絶縁抵抗値が低下した為に生じ、故障となるのである。特に近年の電子製品の小型化により部品も小型化し、配線や電極の間がより狭くなり、マイグレーションの問題は大きくなりつつある。

マイグレーション現象は種々の金属で発生するが、電気的によく用いられる金属では、銀、銅、錫、鉛、ニッケル、金、ハンダなどがマイグレーションが発生しやすい金属としてよく知られている。配線基板によく用いられる銅についてもイオンマイグレーションのメカニズムの研究がなされてきた。しかし、これらのメカニズムも、現象に関与する因子が多く、異なった考えもあり、完全に明らかとはされてはいない。
そこで、マイグレーションの観点からも、ニッケル箔は銅及び銅合金よりも耐マイグレーション性に優れ、銅及び銅合金にニッケルめっきを施した場合であっても端面にめっきが施せない場合もあるため、ニッケル箔を用いることは有効である。

（２）表面粗さについて
プリント配線基板に用いられる箔は、一方の面に粗化めっきが施され、樹脂と密着させる。もう一方の面には、たとえば、受動部品内蔵基板の場合には、キャパシタやインダクタンス、抵抗等を実装される。
特に、キャパシタを表面に実装するためには箔の表面に平滑性を要求される。箔の表面粗さが粗い場合には、キャパシタの電極を実装する際に表面の粗さの影響を受け、キャパシタの重要な特性である電極間の安定した間隔が確保できないからである。従って、銅合金箔のキャパシタ等を実装する片面は、平滑面に仕上る必要がある。その指標としては、まず表面粗さＲａが０．１２μm以下であることが望ましい。これ以上の粗さでは、キャパシタの特性が安定しない。

また、さらに望ましくは、光沢面に仕上る必要がある。この面に下記に示すＮｉ表面の光沢度がＪＩＳ−Ｚ８７４１に示される６０度鏡面光沢度が３０％を超えることが望ましい。ここで鏡面光沢度を指標として用いたのは表面の平滑度が重要であるため、一般的に表面の粗さの指標である表面粗さだけでは特性を充分に示すことが難しいからである。しかし、光沢があっても表面の粗さが大きい場合には本用途に適さないため、元々粗さＲａを０．１２μm以下とし、さらに光沢を有する状態にすることが望ましい。

例えば、通常の電解銅箔は表面粗さがＲａ０．３５μｍ程度、表面粗さが細かい特殊箔でＲａ０．２前後であるため、光沢度が３０％を超える材料であっても耐熱性、耐酸化性をＮｉめっき等の手法で向上させても表面平滑性の観点で使用できない。同様に、表面粗さがＲａ０．１２μｍを超えるニッケル箔も使用できない。
表面光沢を得るためには、圧延ロール粗さ、ロール径、圧延油等の圧延条件を変更することで実現でき、最も低コストであるために望ましい。
ただし、他の手法を用いてもかまわない。
例えば、表面に光沢Ｎｉめっきを施して光沢度を向上させることが考えられ、以下のその実施の態様を説明する。

（３）光沢Ｎｉめっき
箔に光沢Ｎｉめっきを施すことで、光沢度を向上させ、実装に当たって要求される表面の平滑性をさらに満足させることができる。すなわち、ニッケル箔に光沢Ｎｉめっきを使うことで、表面の光沢度がＪＩＳ−Ｚ８７４１に示される６０度鏡面光沢度が３０％を超えることが容易になり、キャパシタや抵抗といった搭載部品の歩留が向上する。
ここで、Ｎｉ合金めっき、例えばＮｉ−ＰやＮｉ−Ｃｏといった合金めっきを適用することも可能である。ただし、光沢を制御する方法や、組成を安定させる方法が単純なＮｉめっきに比較すると難しいため、ここでは光沢Ｎｉめっきとした。

一方、部品を搭載する面と逆面については、通常の銅箔の場合では樹脂との接着性を高めるために粗化処理を施すことが一般的である。ニッケル箔でも同様の粗化処理を施すことで銅箔と同等の樹脂接着性を有することが可能である。
さらに、ニッケルは銅に比較して樹脂との接着性が良いため、樹脂の種類によっては粗化処理を行わずとも充分な接着強度を得ることが可能な場合もある。このときは、粗化処理を行わなくても良い。

Ｎｉが９９．０％以上のインゴットを溶製し，これを熱間圧延で板にした後，再結晶焼鈍と冷間圧延を繰り返し，最後に冷間圧延で３５μｍの厚みの素材に仕上げた。最終圧延工程の最終パスにおいて粗さの異なる圧延ロールを用いて表面粗さを調整した。
また、表１に示す光沢ワット浴を用い、電流密度５Ａ／ｄｍ^２、浴温５５℃の条件において、表２に示す厚みのＮｉめっきを施した。
この銅箔を用いてキャパシタ部品を組み込み、その性能を確認した。その結果を表２に示す。

発明例Ｎｏ．５〜７は、請求項１に記載の３００℃で1時間加熱しても軟化しないという条件を満たし、表面粗さＲａが請求の範囲内にあるため、良好な結果を得た。特に，発明例Ｎｏ．６は，ニッケル箔の圧延条件で平滑度を上げた場合であり，６０度鏡面光沢度が請求項２を満たし、発明例５より良好な結果を得た．さらに，発明例Ｎｏ．７が発明例Ｎｏ．５のニッケル箔に光沢Ｎｉめっき０．４μmを施したものであり，発明例Ｎｏ．５より平滑度が向上し，６０度鏡面光沢度が請求項２を満たし、発明例Ｎｏ．５より良好な結果を得た．
一方、比較例Ｎｏ．１は、電解銅箔で、３００℃で１時間加熱した時に変形しなかったが、Ｎｉめっきを施した状態でも表面粗さが請求の範囲を満足せず、部品性能を満たすことができなかった。また、比較例Ｎｏ．２はタフピッチ銅による圧延銅箔であるが３００℃で１時間加熱した時、軟化し、本用途に適さない。
比較例Ｎｏ．３，４はニッケル箔を用いたので、３００℃で１時間加熱した時に変形しなかったが、表面粗さが請求の範囲内にはないため、部品性能を満たさなかった。

Claims

３００℃で１時間加熱しても軟化しないニッケル箔の少なくとも一方の面を表面粗さＲａ０．１２μm以下とすることを特徴とするプリント配線基板用金属材料。
少なくともニッケル箔の一方の表面の６０度鏡面光沢度が３０％以上であることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線基板用金属材料。
請求項１または請求項２に記載のニッケル箔表面の少なくとも一方に０．３μｍ以上の光沢Ｎｉめっきを施すことを特徴とするプリント配線基板用金属材料。