JP2017106051A - 銅物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】銅物品の製造において、ウェットエッチングを使用して銅の表層部を均一な厚さでエッチングする。
【解決手段】銅からなる銅基材２から表層部を除去して銅物品３を製造する銅物品３の製造方法は、加熱工程Ｓ１と、エッチング工程Ｓ３とを備える。加熱工程Ｓ１では、酸素を含む雰囲気で銅基材２を加熱することにより、前記表層部に酸化銅を形成する。エッチング工程Ｓ３では、前記酸化銅をエッチング液でエッチングする。
【選択図】図１

Description

本発明は、銅からなる銅基材から表層部を除去して銅物品を製造する方法の改良技術に関する。

例えば銅箔や銅線等の銅物品は、使用される電子機器等の小型化、軽量化、薄型化に伴い、厚さがより薄いものや、太さがより細いものが求められている。

一般的には、これらの銅物品は、圧延等の塑性加工や電解等により製造されている。しかしながら、これらの製造方法において、ピンホール、肉厚ムラなどの欠陥が無く、安価に、更なる薄肉化や細線化を行なうことは、技術的に厳しくなってきている。

国際公開ＷＯ２０１４／１９２４９４号公報

このような問題に対して、化学的手法を用いて銅物品の薄肉化や細線化を行なうことが考えられる。このような手法としては、例えばドライエッチング、ウェットエッチング等が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。

ところが、ドライエッチングでは、真空系を必要とするため、設備が大型で高価なものとなるという問題がある。これに対し、ウェットエッチングでは、設備の小型化や低価格化は可能であるが、銅の表層部を均一な厚さでエッチングすることが難しいという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑み、銅物品の製造において、ウェットエッチングを使用して銅の表層部を均一な厚さでエッチングすることを技術的課題とする。

前記課題を解決するために創案された本発明に係る銅物品の製造方法は、銅からなる銅基材から表層部を除去して銅物品を製造する方法であって、酸素を含む雰囲気で前記銅基材を加熱することにより、前記表層部に酸化銅を形成する加熱工程と、前記酸化銅をエッチング液でエッチングするエッチング工程とを備えることに特徴づけられる。

この構成では、銅基材の表層部において、加熱工程の加熱により雰囲気（気体）中の酸素が反応して酸化銅が形成される。この反応では、銅基材中への酸素の拡散距離がほぼ同じであるため、それによって酸化される銅の厚さがほぼ同じになる。従って、銅基材の表層部に、ほぼ均一な厚さで酸化銅が形成される。従って、その後のエッチング工程のエッチングで、ほぼ均一な厚さの酸化銅が溶解除去されることになり、銅基材の表層部を均一な厚さでエッチングすることが可能である。すなわち、本発明に係る銅物品の製造方法によれば、銅物品の製造において、ウェットエッチングを使用して銅の表層部を均一な厚さでエッチングすることが可能である。

上記の構成において、前記加熱工程で加熱する際の雰囲気が大気であることが好ましい。

この構成であれば、雰囲気の酸素濃度を調整するための設備が不要なので、加熱工程の設備のコストを抑制できる。

上記の構成において、前記加熱工程の加熱温度が２００〜６５０℃であることが好ましい。

この構成であれば、より確実に、銅の表層部を均一な厚さでエッチングすることが可能となる。

上記の構成において、前記加熱工程の加熱時間が１０秒〜３０分であることが好ましい。

この構成であれば、より確実に、銅の表層部を均一な厚さでエッチングすることが可能となる。

以上のように本発明によれば、銅物品の製造において、ウェットエッチングを使用して銅の表層部を均一な厚さでエッチングすることができる。

本発明の実施形態に係る銅物品の製造方法を実施するための銅物品の製造装置の概略側面図である。 本発明に係る銅物品の製造方法に使用される支持具を示す図で、（Ａ）が斜視図、（Ｂ）が断面図、（Ｃ）が変形例の断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面に基づき説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る銅物品の製造方法を実施するための銅物品の製造装置の概略側面図である。この銅物品の製造装置１は、銅からなる銅基材２から表層部を除去して銅物品３を製造する。

本実施形態では、銅基材２と銅物品３は銅箔であるが、本発明はこれに限定されず、例えば、銅基材２と銅物品３は銅線であってもよい。また、銅箔には、シート状のものだけでなく、箱型等の立体的形状をなすものも含まれる。なお、本発明の銅基材には、他の部材と接合していないものだけでなく、ガラス基板、プリント配線板、半導体回路等にめっき、スパッタ、蒸着等で形成された銅膜（層）のように、他の部材に接合した銅も含まれる。また、本発明の銅物品には、他の部材と接合していないものだけでなく、他の部材に接合した状態で流通される銅も含まれる。

製造装置１は、所謂Ｒｏｌｌ ｔｏ Ｒｏｌｌ式を採用している。つまり、製造装置１は、銅基材２としての帯状の銅箔を、基材ロールＲ１から巻き出し、各種処理を施した後、銅物品３として巻き取って物品ロールＲ２とする。

銅基材２としての銅箔の厚さは、例えば１２μｍ〜１００μｍであり、銅物品３としての銅箔の厚さは、例えば３μｍ〜５０μｍである。

なお、銅基材２として銅線を使用する場合には、その銅線の太さ（直径）は、例えば２５μｍ〜５００μｍであり、その場合の銅物品３としての銅線の太さ（直径）は、例えば５μｍ〜１００μｍである。

銅基材２としての銅箔は、本実施形態では、圧延によって成形されたもの（圧延銅箔）であるが、これに限定されず、例えば電解によって形成されたもの（電解銅箔）であってもよい。銅基材２としての銅箔の銅の純度は、圧延によって成形されたものの場合、例えば９５％以上であり、電解によって形成されたものの場合、例えば９５％以上である。

なお、銅基材２として銅線を使用する場合には、ダイスによって成形されたものでもよいし、電解によって形成されたものであってもよい。この場合、銅基材２としての銅線の銅の純度は、ダイスによって成形されたものの場合、例えば９５％以上であり、電解によって形成されたものの場合、例えば９５％以上である。

製造装置１は、加熱炉４と、エッチング槽５と、後処理槽６と、洗浄槽７とを主要な構成要素とする。また、複数のローラ８が、銅基材２と銅物品３を支持する支持機構として配設されている。

加熱炉４は、銅基材２の表層部に酸化銅を形成するために、酸素を含む雰囲気で銅基材２を加熱するものである。本実施形態では、加熱炉４内は大気であるが、これに限定されず、例えば、大気に酸素を供給する等して加熱炉４内の酸素濃度を調整するようにしてもよい。

なお、加熱炉４の加熱によって銅基材２の表層部に形成される酸化銅の厚さは、例えば０．２５μｍ〜１５μｍである。

加熱炉４内の加熱温度は、２００〜６５０℃が好ましく、２５０〜６５０℃がより好ましく、４００〜６００℃が最も好ましい。加熱炉４内の加熱温度が２００℃より低い場合は、必要な酸化層の厚みを得るのに時間がかかりすぎる。加熱炉４内の加熱温度が６５０℃より高い場合は、酸化速度が速いので、均一な酸化層が得られにくく、適切な厚みの酸化層を得ることが困難である。

加熱炉４での加熱時間は、１０秒〜３０分が好ましく、３０秒〜１５分がより好ましく、１分〜１０分が最も好ましい。加熱炉４での加熱時間が１０秒より短い場合には、より高温にする必要があるため、酸化速度が速くなり、均一な酸化層が得られにくい。加熱炉４での加熱時間が３０分より長い場合には、酸化層の形成に多くの時間を要するため、経済的でない。

エッチング槽５には、銅基材２の表層部に形成された酸化銅をエッチングするためのエッチング液が入っている。エッチング液としては、銅に配位可能なアンモニウムイオンや有機アンモニウムイオンを含む水溶液、例えば、アンモニア水、塩化アンモニウム水溶液、有機アンモニウム（エチレンジアミン、トリエチルアミン等）の水溶液等を使用できる。また、エッチング液として、例えば塩酸、硫酸、酢酸、クエン酸等の酸も使用できる。なお、エッチング液として、銅を酸化する成分が含まれているもの（例えば硝酸等）は、銅を酸化して溶解（銅を腐食）する可能性が有るので好ましくない。

後処理槽６には、銅基材２の酸化銅の溶け残りを除去するためや、銅基材２に付着したエッチング液を中和するための後処理液が入っている。後処理液としては、例えば、アンモニア水、有機アンモニウムの水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液等を使用できる。アンモニア水、有機アンモニウムの水溶液を使用した場合には、酸化銅の溶け残りの除去、中和の他に、銅の表面に吸着して、表面の酸化（さび）の防止の効果もある。

洗浄槽７には、銅基材２に付着した後処理液等を洗い流すための例えば純水等の洗浄液が入っている。

次に、上述した製造装置１を使用した銅物品３の製造方法を説明する。

銅物品３の製造方法は、加熱工程Ｓ１と、冷却工程Ｓ２と、エッチング工程Ｓ３と、後処理工程Ｓ４と、洗浄工程Ｓ５と、乾燥工程Ｓ６とを備える。銅基材２は、ローラ８に支持されながら、これらの工程Ｓ１〜Ｓ６を経て、銅物品３となる。なお、工程Ｓ１〜Ｓ６の間で、帯状の銅基材２と銅物品３に対してその長手方向に張力が作用している。

基材ロールＲ１から巻き出された銅基材２は、加熱工程Ｓ１で、加熱炉４内に入れられ、加熱炉４によって加熱される。これにより、銅基材２としての銅箔における表裏面の双方の表層部に酸化銅が形成される。なお、銅基材２として銅線を使用した場合には、銅線の全周に亘って表層部に酸化銅が形成される。

加熱工程Ｓ１の後、加熱炉４から出された銅基材２は、冷却工程Ｓ２で、搬送されながら常温まで冷却される。

冷却工程Ｓ２の後、銅基材２は、エッチング工程Ｓ３で、エッチング槽５内に入れられ、エッチング液に浸漬される。これにより、加熱工程Ｓ１で表層部に形成された酸化銅が、エッチング液によってエッチング（溶解除去）される。

エッチング工程Ｓ３の後、エッチング槽５から出された銅基材２は、後処理工程Ｓ４で、後処理槽６に入れられ、後処理液に浸漬される。これにより、エッチング工程Ｓ３で溶け残った酸化銅が溶解除去されたり、エッチング工程Ｓ３で付着したエッチング液が中和されたりする。

後処理工程Ｓ４の後、後処理槽６から出された銅基材２は、洗浄工程Ｓ５で、洗浄槽７に入れられ、洗浄液に浸漬される。これにより、銅基材２に付着した後処理液等が洗い流される。

洗浄工程Ｓ５の後、洗浄槽７から出された銅基材２は、乾燥工程Ｓ６で、搬送されながら乾燥させられる。

乾燥工程Ｓ６の後、銅基材２は、銅物品３として巻き取られて物品ロールＲ２となる。

以上のように構成された本実施形態の銅物品３の製造方法では以下の効果を享受できる。

銅基材２の表層部において、加熱工程Ｓ１の加熱により大気中の酸素が反応して酸化銅が形成される。この反応では、銅基材２中への酸素の拡散距離がほぼ同じであるため、それによって酸化される銅の厚さがほぼ同じになる。従って、銅基材２の表層部に、ほぼ均一な厚さで酸化銅が形成される。従って、その後のエッチング工程Ｓ３のエッチングで、ほぼ均一な厚さの酸化銅が溶解除去されることになり、銅基材２の表層部を均一な厚さでエッチングすることが可能である。すなわち、本実施形態に係る銅物品３の製造方法によれば、銅物品３の製造において、ウェットエッチングを使用して銅基材２の表層部を均一な厚さでエッチングすることが可能である。

また、通常、圧延銅箔では、圧延ローラの傷の転写等による傷が存在する場合がある。本実施形態で製造された銅物品３としての銅箔は、エッチング工程Ｓ３のエッチングにより、表面が滑らかなものとなるため、このような傷が無い。なお、銅基材２としてダイスで成形した銅線を使用した場合も同様である。

また、圧延銅箔では、表裏面に沿った方向に結晶が延びているため、曲げに強い。従って、本実施形態で製造された銅物品３としての銅箔も、表裏面に沿った方向に結晶が延びているため、曲げに強い。なお、銅基材２としてダイスで成形した銅線を使用した場合には、長手方向に結晶が延びているため、曲げに強い。従って、その場合の銅物品３としての銅線についても、長手方向に結晶が延びているため、曲げに強い。

本発明は、上記実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲で様々な変形が可能である。例えば、製造装置１は、Ｒｏｌｌ ｔｏ Ｒｏｌｌ式で帯状の銅基材２を処理していたが、複数の銅基材２を個別に処理してもよい。その場合、個々の銅基材２を支持する支持部材を使用し、この支持部材ごと銅基材２を取り扱うようにすると便利である。

例えば、矩形状の銅箔である銅基材２を個別に処理する場合には、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、一対の額縁状の支持部材９，９で、銅基材２の周縁部を挟持し、この状態で固定具１０によって固定する。この状態で、銅基材２に対してその表裏面に沿った方向に張力が作用している。

また、図２（Ｃ）に示すように、額縁状の支持部材９と平板状の支持部材１１で、銅基材２の周縁部を挟持し、この状態で固定具１０によって固定してもよい。なお、この場合には、銅基材２の表裏面のうち、額縁状の支持部材９の側の面のみが処理されることになる。

また、上記実施形態では、銅物品３の製造方法は、後処理工程Ｓ４や洗浄工程Ｓ５を備えていたが、条件によっては、これらを省略することも可能である。

１ 製造装置
２ 銅基材
３ 銅物品
Ｓ１ 加熱工程
Ｓ３ エッチング工程

Claims (4)

1. 銅からなる銅基材から表層部を除去して銅物品を製造する方法であって、
   酸素を含む雰囲気で前記銅基材を加熱することにより、前記表層部に酸化銅を形成する加熱工程と、
   前記酸化銅をエッチング液でエッチングするエッチング工程とを備えることを特徴とする銅物品の製造方法。
2. 前記加熱工程で加熱する際の雰囲気が大気であることを特徴とする請求項１に記載の銅物品の製造方法。
3. 前記加熱工程の加熱温度が２００〜６５０℃であることを特徴とする請求項１又は２に記載の銅物品の製造方法。
4. 前記加熱工程の加熱時間が１０秒〜３０分であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の銅物品の製造方法。

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