JP2013028828A

JP2013028828A - レーザ加工用銅板

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Publication number: JP2013028828A
Application number: JP2011163894A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kayahara; 崇茅原; Kiyoaki Yamamoto; 清旭山本; Hajime Watanabe; 元渡辺
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Furukawa Automotive Systems Inc
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Furukawa Automotive Systems Inc
Priority date: 2011-07-27
Filing date: 2011-07-27
Publication date: 2013-02-07
Anticipated expiration: 2031-07-27
Also published as: JP5839876B2

Abstract

【課題】レーザ溶接に適し且つ樹脂接着性が良好なレーザ加工用銅板を提供する。
【解決手段】このレーザ加工用銅板１は、一方の面２のレーザ光吸収性を改善するとともに他方の面３の樹脂接着性を改善するべく、銅板４の両面２、３に微細粒状突起２ａ、３ａを形成してなる。一方の面２のＬ値は５０以上７５以下であり、微細粒状突起２ａを構成する粒子の平均粒径は０．３μｍ以上３μｍ以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、両面を粗化したレーザ加工用銅板に関する。

近年、環境への配慮からプリント基板と端子等との接合に鉛フリーはんだが用いられるようになってきている。鉛フリーはんだには、ウィスカの発生による回路短絡の問題が懸念されている。この問題を回避し得る接合技術としてレーザ溶接が挙げられる。しかし、プリント配線基板に使用されている銅板は、溶接用赤外レーザとして多く用いられるＣＯ_２レーザの基本波長１０６００ｎｍ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの基本波長１０６４ｎｍ、ファイバレーザの基本波長１０８４ｎｍのレーザ光に対し９０％以上の反射率を有するため、溶接用途で多く用いられる赤外レーザによるレーザ溶接を行うことが困難である。

一方、プリント配線基板用の電解銅箔においては、レーザによる穴加工を可能にするべく、銅箔の表面を黒色化処理する、銅箔の表面を薬液により粗化する、銅箔の表面に鉄、スズ、ニッケル、コバルト、亜鉛などからなる被覆層を形成する、といったレーザ光吸収性を改善する種々の試みが従来なされてきた（特許文献１）。

特開２００４―３９９５３１号

しかし、電解銅箔は、その表面のレーザ光吸収性を改善できたとしても、厚さが３０乃至４０μｍ程度と薄いため、端子等をレーザ溶接により接合することは極めて難しい。また、電解銅箔では、レーザ光吸収性と樹脂接着性を共に改善するべく両面を同時に処理することは難しいため、図１１に示すように、銅箔１２の片面に樹脂接着面１３を形成し、樹脂５と接合した後、その表面１４にレーザ光吸収性の良好な被覆層１５を形成する処理などを施していた。

本発明が解決すべき課題は、レーザ溶接に適し且つ樹脂接着性が良好なレーザ加工用銅板を提供すること、特に、銅板の両面を同時に処理して製造することが可能なレーザ加工用銅板を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のレーザ加工用銅板は、一方の面のレーザ光吸収性を改善するとともに他方の面の樹脂接着性を改善するべく、銅板の両面に微細粒状突起を形成したことを特徴とする。

本発明のレーザ加工用銅板において、前記一方の面のＬ値が５０以上７５以下であることが望ましい。そして、前記一方の面の微細粒状突起を構成する粒子の平均粒径が０．３μｍ以上３μｍ以下であることが望ましい。また、前記粒子の平均粒径を０．１μｍ以上、加工に使用するレーザ光の波長以下と規定してもよい。

また、前記微細粒状突起は、電気分解により銅板の両面に銅微粒子を生成させる電解処理と、その電解処理の後に、当該銅微粒子を当該銅板の両面に定着させるめっき処理とを１サイクルとして、これらの処理を１サイクル以上実施することにより形成されたものであることが望ましい。

本発明によれば、一方の面がレーザ溶接に適し且つ他方の面の樹脂接着性が良好なレーザ加工用銅板を提供することができる。

本発明のレーザ加工用銅板は、電気分解により銅板の両面に銅微粒子を生成させる電解処理と、その電解処理の後に、当該銅微粒子を当該銅板の両面に定着させるめっき処理とを１サイクルとして、これらの処理を１サイクル以上実施することにより、銅板の両面を同時に処理して製造することが可能である。

本発明のレーザ加工用銅板を用いたプリント基板の構造を概念的に示す断面図端子と銅板とを接合可能なレーザ出力と照射時間との関係を示す図Ｌ値とレーザ光照射による銅板の溶け込み深さとの関係を示す図従来の電解銅箔の表面状態を示す電子顕微鏡写真本発明のレーザ加工用銅板（粗化銅板）の表面状態を示す電子顕微鏡写真本発明のレーザ加工用銅板（粗化銅板）の製造方法を例示する工程図本発明のレーザ加工用銅板（粗化銅板）の別の製造方法を例示する工程図本発明のレーザ加工用銅板（粗化銅板）の断面構造を示す電子顕微鏡写真粗化銅板の比較例の断面構造を示す電子顕微鏡写真粗化銅板の別の比較例の断面構造を示す電子顕微鏡写真従来の電解銅箔を用いたプリント基板の構造を概念的に示す断面図

以下、本発明の実施形態について説明する。
［レーザ加工用銅板］
図１は本発明のレーザ加工用銅板を用いたプリント基板の構造を概念的に示す断面図である。このプリント基板は、樹脂基板５の表面に本発明のレーザ加工用銅板１を接着したものである。レーザ加工用銅板１は、その一方の面２のレーザ光吸収性を改善するとともに他方の面３の樹脂接着性を改善するべく、銅板４の両面２、３に微細粒状突起２ａ、３ａを形成してなる。以下、前記一方の面を「レーザ光吸収面」、前記他方の面を「樹脂接着面」と記す。銅板４の厚さは７０μｍ乃至２００μｍである。

図２は端子と銅板とを接合可能なレーザ出力（基本波長）と照射時間との関係を示している。この測定結果は、基本波長１０８４ｎｍのファイバレーザを使用し、照射時間を１秒、０．５秒及び０．２４秒に設定し、各照射時間において６４０μｍ角の真鍮の端子と厚さ２００μｍの銅板とを接合可能なレーザ出力を、無処理銅板と本発明のレーザ加工用銅板（粗化銅板）について測定した結果である。本実施形態で使用している粗化銅板のＬ値は６３である。この測定結果から、無処理銅板よりも本発明のレーザ加工用銅板（粗化銅板）の方が２０乃至３０Ｗ程小さいレーザ出力で端子と銅板との溶接接合が可能であり、また、レーザ出力が６５Ｗ程度の結果を比較すると、同程度のレーザ出力においては照射時間が半分程度に短縮可能であることがわかる。

図３はＬ値とレーザ光照射による銅板の溶け込み深さとの関係を示している。この測定結果は、Ｌ値が各々異なる9枚の試料銅板を作成し、それぞれの銅板に対して、基本波長１０８４ｎｍ、出力１００Ｗのレーザ光を、加工速度２ｍ／秒においてビードオン溶接した後における、レーザ照射箇所の断面における溶融領域の深さを測定した結果である。この測定結果から、レーザ光吸収面２のＬ値が５０以上７５以下の場合に、溶接に必要とされる溶け込み深さ１０乃至６０μｍが得られることがわかる。レーザ光吸収面２のＬ値が７５より大であると、レーザ光吸収面２のレーザ吸収率が不足し、ファイバレーザによる溶接に不適となる。また、レーザ光吸収面２のＬ値が５０未満であると、粒子が剥離しやすくなるという不具合が生じる。レーザ光吸収面２のＬ値は、レーザ光の吸収および微粒子の剥離防止という点からという点から５５以上７０以下であることがより望ましい。ちなみに、光沢のある銅板のＬ値はほぼ８０である。

また、レーザ光吸収面２の微細粒状突起２ａを構成する粒子の平均粒径φは０．３μｍ以上３μｍ以下であることが望ましい。平均粒径φが０．３μｍ以上３μｍ以下であればレーザ光吸収面２のＬ値が５０以上７５以下という比較的明るい値であるにもかかわらず図２の結果に示されたような高いレーザ光吸収特性を実現できる。これは微細粒状突起２ａによる比較的大きな凹凸がレーザ光吸収面２に形成され且つ微細粒状突起２ａを構成している粒子間に比較的多数の隙間が形成され（図８参照）、微細粒状突起２ａによる凹凸と粒子間の多数の隙間により入射光の吸収が促進されるためであると考えられる。
平均粒径φが０．１μｍ以上であれば、本発明による粗化銅板のような微細粒状突起と多数の隙間からなる構造により、上記のように微粒子としてのレーザ光吸収特性を顕著に示し、高いレーザ光吸収特性を得ることができる（図５、図８、図９、図１０参照）。また、平均粒径φは、加工に使用するレーザ光の波長と同程度以下（波長約１μｍ程度の赤外レーザの場合、φは１μｍ以下）である場合、レーザ光吸収特性が最も優れる。ただし、平均粒径φが３μｍ以下であれば、ＣＯ_２レーザはもちろん、波長１μｍ程度のレーザ光でも良好なレーザ光吸収特性を得ることができる。
なお、図８〜図１０に示されたように、順にめっき電流を強くしていくことによって、粒子間がめっき材で埋められていく傾向がある。図８の状態では、銅箔表面の粒子が原形を保持しているため、上記の理由により、良好なレーザ光吸収特性が得られる。図９、図１０のように、粒子間がめっき材で埋められていくと、レーザ光吸収特性は次第に低下するものの、ここに示されたように微細粒状突起と多数の隙間からなる構造を保持することにより、本発明の効果を奏する。反面、図９、図１０の場合に比べ、図８の場合は粒子の密着強度が低下し、更にめっきが弱くなると、粒子の剥離が起こりやすくなる。このように、めっき条件は、レーザ光吸収性と粒子密着性を両立するように決定される。

［レーザ加工用銅板の製造方法］
次に、レーザ加工用銅板１の製造方法について説明する。
本発明のレーザ加工用銅板１は、電気分解により銅板４の両面に銅微粒子を生成させる電解処理と、その電解処理の後に、当該銅微粒子を銅板４の両面に定着させるめっき処理とを１サイクルとして、これらの処理を１サイクル以上実施することにより形成される。

図４は従来の電解銅箔の表面状態を示す電子顕微鏡写真である。図５は電解処理とめっき処理とを１サイクル以上施した銅板の表面状態を示す電子顕微鏡写真である。後者の方が前者よりも銅微粒子の粒径が小さく、微細粒状突起２ａによる凹凸と粒子間の隙間が多数存在していることがわかる。

電解処理及びめっき処理により、レーザ光吸収面２及び樹脂接着面３のＬ値をそれぞれ制御しつつレーザ加工用銅板１を製造するには、図６及び図７に例示する２つの方法がある。

［第１の製造方法］
図６はレーザ加工用銅板１の第１の製造方法を示している。図６において、６は電解槽、７は電解槽６に収容された電気銅めっき液、８Ａ、８Ｂは電気銅めっき液７中に対向配置された複数対（図示の例では２対）の不溶性電極（陽極電極）、９Ａ、９Ｂは電気銅めっき液７中に対向配置された複数対（図示の例では３対）の銅電極（陰極電極）、４は表面を粗化すべき銅板である。不溶性電極８Ａ、８Ｂ対と銅電極９Ａ、９Ｂ対は互いに縦列配置されている。銅板４は、陰極に保たれた状態で不溶性電極８Ａ、８Ｂ対の間に配置されることによりめっき処理が施され、陽極に保たれた状態で銅電極９Ａ、９Ｂ対の間に配置されることにより電解処理が施される。めっき液７として、４０〜２５０ｇ／ｌの硫酸銅、３０〜２１０ｇ／ｌの硫酸、１０〜８０ｐｐｍの塩酸、光沢剤等の添加剤が使用される。

めっき処理工程（（ａ）、（ｃ）及び（ｅ））における電流密度及び電流値は一定である。また、電解処理工程（（ｂ）及び（ｄ））における電流密度及び電流値も一定である。めっき処理工程における電流密度及び電流値がそれぞれ１．２乃至２．０Ａ／ｄｍ^２、２５乃至４０Ａの場合、電解処理工程における電流密度及び電流値はそれぞれ１．７乃至２．５Ａ／ｄｍ^２、３５乃至５０Ａとすることが望ましい。また、各工程の所要時間は２．５乃至５分である。

まず、（ａ）に示すように、銅板４を陰極に保った状態で不溶性電極（陽極電極）８Ａ、８Ｂ間に配置することにより、銅板４の表面の圧延すじを緩和するためのめっき処理を行う。つぎに、（ｂ）に示すように、銅板４を陽極に保った状態で銅電極（陰極電極）９Ａ、９Ｂ間に配置することにより、銅板４の表面に微細瘤状突起２ａを構成する銅微粒子を生成させるための電解処理を行う。その後、（ｃ）に示すように、銅板４を再び陰極に保った状態で不溶性電極（陽極電極）８Ａ、８Ｂ間に配置してめっき処理を行う。このめっき処理により、銅板４の表面に生成された銅微粒子が銅板４に定着し、銅板４の表面に微細瘤状突起２ａが形成される。その後、（ｄ）に示すように、銅板４を再び陽極に保った状態で銅電極（陰極電極）９Ａ、９Ｂ間に配置して電解処理を行う。このとき、銅板４の樹脂接着面３を隠すように樹脂製の邪魔板１０を設けておく。銅板４の樹脂接着面３側に邪魔板１０が設けられていることにより、樹脂接着面３における銅微粒子の生成が抑制される。その結果、樹脂接着面３よりも多くの銅微粒子がレーザ光吸収面２に生成される。その後、（ｅ）に示すように、銅板４を陰極に保った状態で不溶性電極（陽極電極）８Ａ、８Ｂ間に配置してめっき処理を行う。このときも、銅板４の樹脂接着面３を隠すように邪魔板１０を設けておく。銅板４の樹脂接着面３側に邪魔板１０が設けられていることにより、樹脂接着面３における銅微粒子の定着が抑制される。これにより、樹脂接着面３よりも多くの銅微粒子がレーザ光吸収面２に定着される。

以上の一連の処理により、銅板４の両面を同時に処理してレーザ光吸収面２及び樹脂接着面３を有するレーザ加工用銅板１が製造される。レーザ光吸収面２のＬ値及び樹脂接着面３のＬ値は、めっき処理工程における電流密度及び電流値、電解処理工程における電流密度及び電流値、各工程の所要時間を調整することにより制御可能である。

［第２の製造方法］
図７はレーザ加工用銅板１の第２の製造方法を示している。図７の方法では、邪魔板１０は使用せず、その代わりに、電解処理工程（ｂ）において、銅板４のレーザ光吸収面２側と樹脂接着面３側とで銅電極（陰極電極）９Ａ、９Ｂとの間の電流値及び電流密度に差を設ける。

めっき処理工程（ａ）における電流密度及び電流値は両面２、３側とも同じである。めっき処理工程における電流密度及び電流値がそれぞれ１．２乃至２．０Ａ／ｄｍ^２、２５乃至４０Ａの場合、電解処理工程（ｂ）におけるレーザ光吸収面２側の電極９Ａと銅板４との間の電流密度及び電流値はそれぞれ１．７乃至２．５Ａ／ｄｍ^２、３５乃至５０Ａとし、樹脂接着面３側の電極９Ｂと銅板４との間の電流密度及び電流値はレーザ光吸収面２側よりも小とする。各工程の所要時間は２．５乃至５分である。

めっき処理工程（ａ）と電解処理工程（ｂ）を繰り返すことによりレーザ加工用銅板１が製造される。その際、めっき処理工程（ａ）により、まず銅板４の表面の圧延すじを緩和する。つぎに、電解処理工程（ｂ）により、銅板４の表面に微細瘤状突起２ａを構成する銅微粒子を生成させる。樹脂接着面３側よりもレーザ光吸収面２側の方が電流値及び電流密度が大きいため、微細瘤状突起２ａを構成する銅微粒子が樹脂接着面３よりもレーザ光吸収面２に多く生成される。その後、再びめっき処理工程（ａ）により、銅板４の表面の銅微粒子を銅板４に定着させる。これにより、銅板４の表面に微細瘤状突起２ａが形成される。その後、再び電解処理工程（ｂ）により、銅板４の表面に銅微粒子をさらに生成させる。このときも銅微粒子が樹脂接着面３よりもレーザ光吸収面２に多く生成される。その後、更にめっき処理工程（ａ）により、銅板４の表面の銅微粒子を銅板４に定着させる。

以上の一連の処理により、銅板４の両面を同時に処理してレーザ光吸収面２及び樹脂接着面３を有するレーザ加工用銅板１が製造される。レーザ光吸収面２のＬ値及び樹脂接着面３のＬ値は、めっき処理工程における電流密度及び電流値、電解処理工程におけるレーザ光吸収面２側と樹脂接着面３側の電流密度及び電流値、各工程の所要時間を調整することにより制御可能である。

なお、上記の例では、本発明のレーザ加工用銅板１を製造する方法として、電解処理とめっき処理とを併用した製造方法について説明したが、本発明のレーザ加工用銅板１を製造する方法はこれに限定されるものではない。たとえば、電解処理のみによって銅板４の両面を同時に粗化することによりレーザ光吸収面２及び樹脂接着面３を有するレーザ加工用銅板１を製造することも可能である。ただし、めっき処理を行わないことによる銅板４の表面への銅微粒子の定着性の低下は避けられない。

１レーザ加工用銅板（粗化銅板）
２レーザ光吸収面（一方の面）
２ａ微細粒状突起
３樹脂接着面（他方の面）
３ａ微細粒状突起
４銅板
５樹脂

Claims

一方の面のレーザ光吸収性を改善するとともに他方の面の樹脂接着性を改善するべく、銅板の両面に微細粒状突起を形成したことを特徴とするレーザ加工用銅板。
前記一方の面のＬ値が５０以上７５以下である、請求項１に記載のレーザ加工用銅板。
前記一方の面の微細粒状突起を構成する粒子の平均粒径が０．３μｍ以上３μｍ以下である、請求項１又は２に記載のレーザ加工用銅板。
前記粒子の平均粒径が０．１μｍ以上、加工に使用するレーザ光の波長以下である、請求項１又は２に記載のレーザ加工用銅板。
前記微細粒状突起は、電気分解により銅板の両面に銅微粒子を生成させる電解処理と、その電解処理の後に、当該銅微粒子を当該銅板の両面に定着させるめっき処理とを１サイクルとして、これらの処理を１サイクル以上実施することにより形成されたものである、請求項１乃至４の何れか１項に記載のレーザ加工用銅板。