JP2020011426A - 積層体及び放熱部材 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態に係る積層体は、図1に示すように、金属箔(原箔)と、表面処理層と、カーボンナノチューブ層(CNT層)とをこの順に備える。本発明の実施形態に係る積層体は、このような構成により良好な放熱性を有している。金属箔(原箔)と表面処理層との間、表面処理層とCNT層との間に、必要に応じて他の層を設けてもよい。
本発明の実施形態に係る積層体に用いることができる金属箔(原箔)としては、特に限定されないが、銅箔、アルミニウム箔、ニッケル箔、ステンレス箔、鉄箔、亜鉛箔、コバルト箔等を用いることができる。当該銅箔、アルミニウム箔、ニッケル箔、鉄箔、亜鉛箔、コバルト箔等には、それらの合金箔も含まれる。また、金属箔として公知の金属箔を用いることができる。
本発明の実施形態に係る積層体は、金属箔上に表面処理層を有している。表面処理層は、粗化処理層で構成されていてもよく、被せめっき層で構成されていてもよく、粗化処理層と被せめっき層とを含む層で構成されていてもよい。表面処理層は、さらにシランカップリング処理層を含んでいてもよい。
本発明の実施形態に係る積層体は、樹脂基材に積層して接着させて使用することがあるが、そのような場合、金属箔の、樹脂基材と接着する面即ち粗化面に積層後の金属箔の引き剥し強さを向上させることを目的として、金属箔の表面に「ふしこぶ」状の電着を行なう粗化処理が施される。粗化前の前処理として通常の銅メッキ等が行われることがあり、粗化後の仕上げ処理として電着物の脱落を防止するために通常の銅メッキ等が行なわれることもある。本発明の実施形態においては、こうした前処理及び仕上げ処理をも含め、金属箔粗化と関連する公知の処理を必要に応じて含め、「粗化処理」と称する。
二次粒子層は、Ni、Co、Fe、Cr、Mo、Zn、Ta、Cu、Al、P、W、Mn、Sn、As及びTiからなる群から選択される一つ又は二つ以上の元素を含むことが好ましい。二次粒子層は、Cuと、Ni、Co、Fe、Cr、Mo、Zn、Ta、Al、P、W、Mn、Sn、As及びTiからなる群から選択される一つ又は二つ以上の元素を含むことが好ましい。二次粒子層は合金を含むことが好ましい。二次粒子層は、Ni、Co、Fe、Cr、Mo、Zn、Ta、Cu、Al、P、W、Mn、Sn、As及びTiからなる群から選択される一つ又は二つ以上の元素を含む合金を含むことが好ましい。二次粒子層は、Cuと、Ni、Co、Fe、Cr、Mo、Zn、Ta、Al、P、W、Mn、Sn、As及びTiからなる群から選択される一つ又は二つ以上の元素を含む合金を含むことが好ましい。
<浴組成及びメッキ条件>
一次粒子層は金属箔表面の上に(A−1)一次粒子層の形成1の条件でめっき層を形成した後に、(A−2)一次粒子層の形成2の条件でめっき層を形成することが好ましい。なお、一次粒子層と金属箔との間に、一又は複数の他の層を設けても良い。他の層は銅めっき層又はニッケルめっき層であってもよい。
一次粒子層の形成1の処理は、粗化めっき(粗めっき)に相当する処理である。粗化めっきは電流密度を限界電流密度以上に設定して行うめっきである。
(Cuメッキ)
液組成:銅10〜20g/L、硫酸50〜100g/L
液温:25〜50℃
電流密度:20〜58A/dm2
クーロン量:30〜80As/dm2
(Cu−W合金メッキ)
液組成:銅10〜20g/L、タングステン0.1〜30mg/L、硫酸50〜100g/L
液温:25〜50℃
電流密度:20〜58A/dm2
クーロン量:30〜80As/dm2
一次粒子層の形成2の処理は平滑めっき(正常めっき)に相当する。平滑めっきは電流密度を限界電流密度未満に設定して行うめっきである。
液組成:銅15〜50g/L、硫酸60〜100g/L
液温:25〜50℃
電流密度:1〜10A/dm2
クーロン量:10〜30As/dm2
上述の一次粒子を形成するために用いるメッキ液に、Ni、Co、Fe、Cr、Mo、Zn、Ta、Al、P、W、Mn、Sn、As及びTiからなる群から選択される一つ又は二つ以上の元素をそれぞれ0.0001〜0.5g/Lの濃度で添加してもよい。
なお、一次粒子層は1回又は2回以上の処理で形成してもよい。
二次粒子層はCuメッキ、Cu−Co−Ni合金メッキ、Cu−Co合金メッキ、Cu−Ni合金メッキ、Cu−Ni−P合金メッキ、Cu−Ni−Mo−W合金メッキ、Cu−Ni−Fe−Zn合金メッキ、Cu−Co−Cr−Ti合金メッキ、又は、Cu−Co−As合金メッキなどで形成しても良い。二次粒子層は1回又は2回以上の処理で形成してもよい。
二次粒子のメッキ条件の一例を挙げると、下記の通りである。
液組成:Ni、Co、Fe、Cr、Mo、Zn、Ta、Cu、Al、P、W、Mn、Sn、As及びTiからなる群から選択される一つ又は二つ以上の元素 それぞれ0.001〜15g/L
pH:2〜3
液温:30〜50℃
電流密度:25〜50A/dm2
クーロン量:4〜50As/dm2、より好ましくは、5〜40As/dm2、より好ましくは、8〜30As/dm2
二次粒子のメッキ条件の別の一例を挙げると、下記の通りである。
液組成:銅10〜20g/L、又は、銅10〜20g/LにNi、Co、Fe、Cr、Mo、Zn、Ta、Al、P、W、Mn、Sn、As及びTiからなる群から選択される一つ又は二つ以上の元素をそれぞれ0.001〜15g/L
pH:2〜3
液温:30〜50℃
電流密度:25〜50A/dm2
クーロン量:4〜50As/dm2、より好ましくは、5〜40As/dm2、より好ましくは、8〜30As/dm2
液組成:銅10〜20g/L、ニッケル5〜15g/L、コバルト5〜15g/L
pH:2〜3
液温:30〜50℃
電流密度:25〜50A/dm2
クーロン量:4〜75As/dm2、より好ましくは、5〜40As/dm2、より好ましくは、8〜30As/dm2
液組成:銅10〜20g/L、コバルト5〜15g/L
pH:2〜3
液温:30〜50℃
電流密度:25〜50A/dm2
クーロン量:4〜75As/dm2、より好ましくは、5〜40As/dm2、より好ましくは、8〜30As/dm2
液組成:銅10〜20g/L、ニッケル5〜15g/L
pH:2〜3
液温:30〜50℃
電流密度:25〜50A/dm2
クーロン量:4〜75As/dm2、より好ましくは、5〜40As/dm2、より好ましくは、8〜30As/dm2
液組成:銅10〜20g/L、ニッケル5〜15g/L、リン0.1〜3g/L
pH:2〜3
液温:30〜50℃
電流密度:25〜50A/dm2
クーロン量:4〜75As/dm2、より好ましくは、5〜40As/dm2、より好ましくは、8〜30As/dm2
液組成:銅10〜20g/L、ニッケル5〜15g/L、モリブデン0.5〜8g/L、タングステン0.1〜30mg/L
pH:2〜3
液温:30〜50℃
電流密度:25〜50A/dm2
クーロン量:4〜75As/dm2、より好ましくは、5〜40As/dm2、より好ましくは、8〜30As/dm2
液組成:銅10〜20g/L、ニッケル5〜15g/L、鉄0.1〜1.5g/L、亜鉛0.5〜5g/L
pH:2〜3
液温:30〜50℃
電流密度:25〜50A/dm2
クーロン量:4〜75As/dm2、より好ましくは、5〜40As/dm2、より好ましくは、8〜30As/dm2
液組成:銅10〜20g/L、コバルト5〜15g/L、クロム0.1〜1.5g/L、チタン0.01〜1.5g/L
pH:2〜3
液温:30〜50℃
電流密度:25〜50A/dm2
クーロン量:4〜75As/dm2、より好ましくは、5〜40As/dm2、より好ましくは、8〜30As/dm2
液組成:銅10〜20g/L、コバルト5〜15g/L、砒素0.01〜2g/L
pH:2〜3
液温:30〜50℃
電流密度:25〜50A/dm2
クーロン量:4〜75As/dm2、より好ましくは、5〜40As/dm2、より好ましくは、8〜30As/dm2
被せめっき層は、粒子脱落防止層、耐熱・耐薬層、防錆層及びクロメート処理層からなる群から選択された一種以上であってもよい。
シランカップリング剤には公知のシランカップリング剤を用いてよく、例えばアミノ系シランカップリング剤又はエポキシ系シランカップリング剤、メルカプト系シランカップリング剤を用いてよい。また、シランカップリング剤にはビニルトリメトキシシラン、ビニルフェニルトリメトキシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、4−グリシジルブチルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−3−(4−(3−アミノプロポキシ)プトキシ)プロピル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、イミダゾールシラン、トリアジンシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等を用いてもよい。
表面処理層におけるCoの含有量が3000μg/dm2以下であるのが好ましい。表面処理層におけるCoの含有量は2500μg/dm2以下であるのが好ましく、1500μg/dm2以下であるのが好ましく、500μg/dm2以下であるのが好ましい。表面処理層におけるCoの含有量の下限は特に限定をする必要は無いが、典型的には、例えば、0μg/dm2以上、0.1μg/dm2以上、1μg/dm2以上、50μg/dm2以上、又は、300μg/dm2以上である。
表面処理層におけるNiの含有量が2000μg/dm2以下であるのが好ましい。表面処理層におけるNiの含有量は1500μg/dm2以下であるのが好ましく、1000μg/dm2以下であるのが好ましい。表面処理層におけるNiの含有量の下限は特に限定をする必要は無いが、典型的には、例えば、0μg/dm2以上、50μg/dm2以上、300μg/dm2以上、又は、500μg/dm2以上である。
表面処理層におけるZnの含有量が800μg/dm2以下であるのが好ましい。表面処理層におけるZnの含有量は500μg/dm2以下であるのが好ましく、300μg/dm2以下であるのが好ましい。表面処理層におけるZnの含有量の下限は特に限定をする必要は無いが、典型的には、例えば、0μg/dm2以上、30μg/dm2以上、50μg/dm2以上、又は、200μg/dm2以上である。
表面処理層におけるCrの含有量が200μg/dm2以下であるのが好ましい。表面処理層におけるCrの含有量は100μg/dm2以下であるのが好ましい。表面処理層におけるCrの含有量の下限は特に限定をする必要は無いが、典型的には、例えば、0μg/dm2以上、30μg/dm2以上、又は、50μg/dm2以上である。
表面処理層におけるWの含有量が150μg/dm2以下であるのが好ましい。表面処理層におけるWの含有量は100μg/dm2以下であるのが好ましい。表面処理層におけるWの含有量の下限は特に限定をする必要は無いが、典型的には、例えば、0μg/dm2以上、30μg/dm2以上、又は、60μg/dm2以上である。
本発明の実施形態に係る積層体の表面処理層の表面について、算術平均粗さRaが0.01μm以上0.80μm以下であるのが好ましい。表面処理層の表面のRaが0.01μm未満であると、表面から熱放射する面積が小さいため、放熱特性が良くない場合がある。表面処理層の表面のRaが0.80μm超の場合は粗化粒子が箔の表面から脱離する可能性がある。Raの下限は0.05μm以上、又は、0.08μm以上であってもよい。表面処理層の表面のRaの上限は0.80μm以下、0.60μm以下、0.50μm以下、0.40μm以下、0.25μm以下、又は、0.20μm以下であってもよい。
本発明の実施形態に係る積層体の表面処理層の表面について、レーザー顕微鏡を用いて測定した三次元表面積をA、前記三次元表面積Aを測定した視野を平面視した際の二次元表面積をBとした場合に、表面積比A/Bが1.10以上2.50以下であるのが好ましい。表面積比A/Bが1.1未満の場合は、CNT層との接触面積が少なくなり、CNT層が脱落するおそれがある。表面積比A/Bの下限は好ましくは1.2以上、好ましくは1.3以上、好ましくは1.8以上、好ましくは1.9以上、好ましくは2.0以上である。表面積比A/Bの上限は好ましくは2.45以下、好ましくは2.40以下である。
本発明の実施形態に係る積層体の表面処理層の粒子の高さについて、粒子高さが0.25μm以上1.20μm以下であるのが好ましい。粒子高さが0.25μm未満の場合は、CNT層との接触面積が少なくなり、CNT層が脱落するおそれがある。粒子高さの上限は好ましくは1.15μm以下、好ましくは1.10μm以下である。なお、本明細書において粒子高さとは金属箔表面から表面処理層の先端までの高さをいう。
本発明の実施形態に係る積層体の表面処理層表面は、JIS Z8730:2009の幾何条件Cに基づき測定されるCIE L*a*b*表色系のL*(以下、「L*」ともいう。)が35〜70であることが好ましい。L*は白や黒を表現する値であり、L*を上記の範囲内に制御することにより、熱放射性を向上できるため、好ましい。
本発明の実施形態に係る積層体の表面処理層表面は、JIS Z8730:2009の幾何条件Cに基づき測定されるCIE L*a*b*表色系のa*(以下、「a*」ともいう。)が1.5〜25であることが好ましい。a*は赤や緑を表現する値であり、a*を上記の範囲内に制御することにより、熱放射性の低下を阻止できるため、好ましい。
本発明の実施形態に係る表積層体の表面処理層表面は、JIS Z8730:2009の幾何条件Cに基づき測定されるCIE L*a*b*表色系のb*(以下、「b*」ともいう。)が2〜15であることが好ましい。b*は青や黄を表現する値であり、b*を上記の範囲内に制御することにより、熱放射性の低下を阻止できるため、好ましい。
L*を35〜70の範囲にするためには、例えば被せめっき層の形成の際、処理液のニッケル濃度を7〜15g/L、コバルト濃度を0〜8g/L、処理液の温度を35〜50℃、電流密度を6〜35A/dm2、処理時間を0.5〜15秒、にすると制御できる。
a*を1.5〜25の範囲にするためには、被せめっき層の形成の際、処理液のニッケル濃度を7〜15g/L、コバルト濃度を0〜8g/L、処理液の温度を35〜50℃、電流密度を6〜35A/dm2、処理時間を0.5〜15秒、にすると制御できる。
本発明の実施形態に係る積層体の表面処理層の表面について、水に対する接触角が115°以下であるのが好ましい。水に対する接触角が115°超であると、CNT分散液の組成によっては金属箔がCNT分散液を弾き馴染まないため、均一なCNT層が形成されない。
カーボンナノチューブ層(CNT層)は、カーボンナノチューブ(CNT)を含有しており、さらに分散剤を含んでいてもよい。
分散剤は、実施形態(I)において、界面活性剤及び溶媒で構成されていてもよい。この場合、界面活性剤としては、両性イオン界面活性剤、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤が挙げられる。
分散剤は実施形態(II)において、界面活性剤Aを水相Aに混合してエマルションAを調整した後、エマルションAに油相Aと界面活性剤Bとを混合し、乳化することによりエマルションBを調製した溶液であってもよい。また、エマルションBにさらに水相Bと界面活性剤Cとを混合し、乳化することによりエマルションCを調製した溶液であってもよい。また、界面活性剤Cとして界面活性剤Aに含まれる親水性界面活性剤(後述)と同種の界面活性剤を用いることができ、水相Bとして水相Aと同種のものを用いることができる。
本発明の実施形態に係る積層体は、基板、筐体、金属加工部材、電子部品、電子機器、液晶パネル又はディスプレイと積層して用いてもよく、基板、筐体、金属加工部材、電子部品、電子機器、液晶パネル又はディスプレイの一部として用いてもよい。また、当該電子部品、電子機器として例えば半導体シリコンチップやスマートフォンのCPUを挙げることができる。当該基板は、樹脂基板、金属材料の基板、無機材料の基板、有機材料の基板、又は、セラミックスの基板であってもよい。
実施例1の銅箔(原箔)として、厚み12μmの圧延銅箔(JX金属株式会社製HA−V2)準備し、以下の条件で粗化処理層(一次粒子層及び二次粒子層)を形成した。
液組成 :銅11g/L、硫酸50g/L
液温 :25℃
電流密度 :45A/dm2
クーロン量:45.8As/dm2
液組成 :銅15.5g/L、ニッケル9.5g/L、コバルト7.5g/L
pH :2
液温 :40℃
電流密度 :45.0A/dm2
クーロン量:45.8As/dm2
・耐熱・耐薬層(Co−Niメッキ)の形成
液組成 :ニッケル10g/L、コバルト6g/L
pH :2〜3
液温 :50℃
電流密度 :9.2A/dm2
クーロン量:11.8As/dm2
・耐熱・耐薬層(Zn−Niメッキ)の形成
液組成 :亜鉛20g/L、ニッケル5g/L
pH :3〜4
液温 :40℃
電流密度 :2.0A/dm2
クーロン量:1.4As/dm2
・電解クロメートメッキの形成
液組成 :二クロム酸カリウム3g/L、亜鉛0.33g/L
pH :2.3
液温 :55℃
電流密度 :2.3A/dm2
クーロン量:3.3As/dm2
以上のように、銅箔上に粗化処理層、耐熱・耐薬層、クロメート処理層及びシランカップリング処理層からなる表面処理層を形成した。
表面処理層の形成条件を下記のとおり変更したこと以外は、実施例1と同様にして表面処理銅箔を得、引き続きCNT層を形成し、実施例2に係る積層体を作成した。
液組成 :銅15.5g/L、ニッケル9.5g/L、コバルト7.5g/L
pH :2
液温 :36℃
電流密度 :31.6A/dm2
クーロン量:14.0As/dm2
液組成 :銅15.5g/L、ニッケル9.5g/L、コバルト7.5g/L
pH :2
液温 :36℃
電流密度 :44.6A/dm2
クーロン量:13.6As/dm2
・耐熱・耐薬層(Co−Niメッキ)の形成
液組成 :ニッケル10g/L、コバルト6g/L
pH :2〜3
液温 :50℃
電流密度 :22.6A/dm2
クーロン量:4.7As/dm2
・耐熱・耐薬層(Zn−Niメッキ)の形成
液組成 :亜鉛20g/L、ニッケル5g/L
pH :3〜4
液温 :40℃
電流密度 :3.5A/dm2
クーロン量:1.4As/dm2
・クロメート液
液組成 :二クロム酸カリウム3g/L、亜鉛0.33g/L
pH :3.6
液温 :55℃
表面処理層の形成条件を下記のとおり変更したこと以外は、実施例1と同様にして表面処理銅箔を得、引き続きCNT層を形成し、実施例3に係る積層体を作成した。
液組成 :銅11g/L、硫酸50g/L
液温 :25℃
電流密度 :45A/dm2
クーロン量:45.8As/dm2
液組成 :銅15.5g/L、ニッケル9.5g/L、コバルト7.5g/L
pH :2
液温 :40℃
電流密度 :45.0A/dm2
クーロン量:45.8As/dm2
・耐熱・耐薬層(Co−Niメッキ)の形成
液組成 :ニッケル10g/L、コバルト6g/L
pH :2〜3
液温 :50℃
電流密度 :1.5A/dm2
クーロン量:0.5As/dm2
・耐熱・耐薬層(Zn−Niメッキ)の形成
液組成 :亜鉛20g/L、ニッケル5g/L
pH :3〜4
液温 :40℃
電流密度 :2.3A/dm2
クーロン量:1.6As/dm2
・電解クロメートメッキの形成
液組成 :二クロム酸カリウム3g/L、亜鉛0.33g/L
pH :2.3
液温 :55℃
電流密度 :2.3A/dm2
クーロン量:3.3As/dm2
表面処理層の形成条件を下記のとおり変更したこと以外は、実施例1と同様にして表面処理銅箔を得、引き続きCNT層を形成し、実施例4に係る積層体を作成した。
液組成 :銅15.5g/L、ニッケル9.5g/L、コバルト7.5g/L
pH :2
液温 :36℃
電流密度 :36.2A/dm2
クーロン量:As/dm2
・耐熱・耐薬層(Co−Niメッキ)の形成
液組成 :ニッケル10g/L、コバルト6g/L
pH :2〜3
液温 :50℃
電流密度 :17.4A/dm2
クーロン量:3.8As/dm2
・耐熱・耐薬層(Zn−Niメッキ)の形成
液組成 :亜鉛20g/L、ニッケル5g/L
pH :3〜4
液温 :40℃
電流密度 :2.5A/dm2
クーロン量:1.6As/dm2
・電解クロメートメッキの形成
液組成 :二クロム酸カリウム3g/L、亜鉛0.33g/L
pH :2.3
液温 :55℃
電流密度 :1.4A/dm2
クーロン量:0.6As/dm2
表面処理層の形成条件を下記のとおり変更したこと以外は、実施例1と同様にして表面処理銅箔を得、引き続きCNT層を形成し、実施例5に係る積層体を作成した。
液組成 :銅11g/L、硫酸50g/L
液温 :25℃
電流密度 :43.0A/dm2
クーロン量:28.0As/dm2
・耐熱・耐薬層(Zn−Niメッキ)の形成
液組成 :亜鉛20g/L、ニッケル5g/L
pH :3〜4
液温 :40℃
電流密度 :3.6A/dm2
クーロン量:1.4As/dm2
・電解クロメートメッキの形成
液組成 :二クロム酸カリウム3g/L、亜鉛0.33g/L
pH :2.3
液温 :55℃
電流密度 :2.7A/dm2
クーロン量:1.0As/dm2
実施例6の銅箔(生箔)として、厚み12μmの電解銅箔を準備した。当該電解銅箔の製造条件を以下に示す。
・電解銅箔生箔の形成条件
電解銅箔生箔は、電気めっきの原理を利用し、電解ドラムを用いて形成した。
液組成 :銅100g/L、硫酸100g/L、塩酸20〜80ppm、ニカワ0.01〜10ppm
液温 :60℃
電流密度 :90A/dm2
回転している電解ドラムの表面に析出した銅を剥ぎ取り、連続的に厚さ12μmの電解銅箔生箔を製造した。
・粗化処理層(一次粒子層)の形成
液組成 :銅15g/L、硫酸100g/L
液温 :25℃
電流密度 :41.2A/dm2
クーロン量:95.2As/dm2
・耐熱・耐薬層(Zn−Niメッキ)の形成
液組成 :亜鉛4.5g/L、ニッケル23.5g/L
pH :3〜4
液温 :40℃
電流密度 :0.5A/dm2
クーロン量:1.2As/dm2
・クロメート液
液組成 :二クロム酸カリウム0.8g/L、亜鉛0.5g/L
pH :4〜5
液温 :55℃
上述の実施例1〜6と同様にして、銅箔(原箔または生箔)に表面処理を行い、それぞれ比較例1〜6の積層体とした。すなわち、比較例1の積層体は、銅箔(原箔)及び表面処理層のみで構成されており、CNT層を有していない以外は実施例1と同様の構成となっている。また、同様に、比較例2〜6の積層体は、それぞれ銅箔(原箔または生箔)及び表面処理層のみで構成されており、CNT層を有していない以外はそれぞれ実施例2〜6と同様の構成となっている。
表面処理層中のCo、Ni及びZnの含有量は、実施例1〜6に係る積層体について、CNT層を塗布する前の試料、すなわち表面処理後の銅箔を用い、濃度20質量%の硝酸に溶解し、VARIAN社製の原子吸光分光光度計(型式:AA240FS)を用いて原子吸光法で定量分析を行うことによって測定した。また、Crの含有量は前記積層体を濃度7質量%の塩酸に溶解し、上記と同様に原子吸光法で定量分析を行うことによって測定した。
実施例1〜6に係る積層体の表面処理層について、CNT層を塗布する前の試料、すなわち表面処理後の銅箔を用い、Rp、Rv、Rz、Rc、Rt、Ra、Rq、Rsk、Rku、Rsm、Sq、Ssk、Sku、Sp、Sv、Sz、Saをオリンパス社製レーザー顕微鏡(試験機:OLYMPUS LEXT OLS 4000、解像度:XY−0.12μm、Z−0.01μm、カットオフ:なし)によって測定した。なお、観察部の測定面積を16824.2μm2とした。また、評価長さは129.8μmとし、測定環境温度は23〜25℃とした。Rp、Rv、Rz、Rc、Rt、Ra、Rq、Rsk、Rku、RsmについてはJIS B0601:1994に準拠して測定した。Sq、Ssk、Sku、Sp、Sv、Sz、SaについてはISO25178に準拠して測定を行った。測定点数は10cm×10cm四方の任意の箇所5点とし、それらの平均値を算出した。また、レーザー顕微鏡における主要な設定条件は下記の通りである。
対物レンズ:MPLAPONLEXT100(×100倍)
走査モード:XYZ高精度
取込み画像サイズ:横129.8μm×縦129.6μm
カットオフ:無し(λc、λs、λf全て無し)
フィルタ:ガウシアンフィルタ
ノイズ除去及び傾き補正:実施
実施例1〜6に係る積層体の表面処理層について、CNT層を塗布する前の試料、すなわち表面処理後の銅箔を用い、オリンパス社製レーザー顕微鏡(試験機:OLYMPUS LEXT OLS 4000、解像度:XY−0.12μm、Z−0.01μm、カットオフなし)によって、測定視野が129.8μm×129.6μm相当面積(実データでは16824.2μm2)における三次元表面積Aを測定した。測定環境温度は23〜25℃とした。そして三次元表面積A÷二次元表面積B(=16824.2μm2)=表面積比(A/B)の計算式に基づき表面積比を算出した。ここで、二次元表面積Bは、積層体を平面視した際の面積を意味する。前述の表面積比の測定は任意の10か所について行い、得られた10か所の測定で得られた表面積比の平均値を表面積比とした。
また、レーザー顕微鏡における主要な設定条件は下記の通りである。
対物レンズ:MPLAPONLEXT100(×100倍)
走査モード:XYZ高精度
取込み画像サイズ:横129.8μm×縦129.6μm
カットオフ:無し
フィルタ:ガウシアンフィルタ
ノイズ除去及び傾き補正:実施
実施例1〜6に係る積層体の表面処理層について、CNT層を塗布する前の試料、すなわち表面処理後の銅箔を用い、粒子高さを観察するために、BUEHLER社製回転研磨機(試験機:METASERV 2000)によって当該試料断面を研磨した。具体的には、研磨紙を貼り付けた研磨盤を回転させて、当該試料の断面を研磨盤に押し付けて削ることで、当該試料断面を研磨した。研磨した断面のSEM像を撮影し、得られたSEM像の2000倍拡大写真を用い、幅6.3μmに相当する範囲において、幅方向に沿って略等間隔に5箇所選び、当該5箇所についてサンプルの粒子高さを測定した。当該5箇所についての測定値から平均値を算出し、当該平均値を粒子高さとした。
測定器としてHunterLab社製のMiniScan(登録商標)EZ Model 4000Lを用い、JIS Z8730:2009に準拠してCIE L*a*b*表色系のL*、a*及びb*の測定を行った。具体的には、上記の実施例1〜6で得られた積層体の表面処理層について、CNT層を塗布する前の試料、すなわち表面処理後の銅箔を測定器の感光部に押し当て、外から光が入らないようにしつつL*、a*及びb*を測定した。また、上記測定は、JIS Z8722の幾何条件Cに基づいて行った。なお、測定器の主な条件は下記の通りである。
光学系 d/8°、積分球サイズ 63.5mm、観察光源 D65
測定方式 反射
照明径 25.4mm
測定径 20.0mm
測定波長・間隔 400〜700nm・10nm
光源 パルスキセノンランプ・1発光/測定
トレーサビリティ標準 CIE 44及びASTM E259に基づく、米国標準技術研究所(NIST)準拠校正
標準観察者 10°
また、測定基準となる白色タイルは、下記の物体色のものを使用した。
D65/10°にて測定した場合に、CIE XYZ表色系での値がX:81.90、Y:87.02、Z:93.76(これは、CIE L*a*b*表色系に数値を変換すると、L*:94.8、a*:−1.6、b*:0.7に相当する)である。
実施例1〜6に係る積層体のCNT層の厚みについて、当該積層体におけるCNT層の厚みを観察するために、BUEHLER社製回転研磨機(試験機:METASERV 2000)を用いて積層体の断面を研磨した。具体的には、研磨紙を貼り付けた研磨盤を回転させて、当該積層体銅箔の断面を研磨盤に押し付けて削ることで、積層体の断面を研磨した。研磨した断面のSEM像を撮影し、得られたSEM像の2000倍拡大写真を用い、幅6.3μmに相当する範囲において、幅方向に沿って略等間隔に5箇所選び、当該5箇所についてサンプルのCNT層の厚みを測定した。当該5箇所についての測定値から平均値を算出し、当該平均値をCNT層の厚みとした。
実施例1〜6に係る積層体の表面処理層、すなわち表面処理後の銅箔の接触角を、協和界面化学(株)製接触角計CA−DTを用いて、温度25℃、液量約1.5μlで測定した。
ヒーター上に接着剤を介してSUS板を設け、SUS板の上に放熱用グリスを介して上記の実施例1〜6に係る積層体(試料)を、CNT層が上を向くように設けた。また、ヒーター上に接着剤を介してSUS板を設け、SUS板の上に放熱用グリスを介して上記の比較例1〜6に係る積層体(試料)を、表面処理層が上を向くように設けた。
さらに試料の表面の一部に黒体テープ(放射率0.9)を貼り付け、試料の上方にサーモグラフィーを設置した。なお、ヒーターの下には断熱材を設けた。
この状態で、ヒーターから熱を発し、試料の表面のサーモグラフ温度、すなわち赤外線エネルギーの測定を行った。具体的には、サーモグラフィーで黒体テープのサーモグラフ表示温度が一定値を示すことを確認しながら、黒体テープのサーモグラフ表示温度:88℃(基準)と、試料表面のサーモグラフ表示温度とを比較した。CNT層を形成していない試料の表面のサーモグラフ表示温度が38.0℃なのに対し、実施例1の試料の表面のサーモグラフ表示温度は75.4℃を示し、実施例1〜6の試料は良好な熱放射性を有していることが確認された。
実施例1〜6に係る積層体は、いずれも金属箔と、表面処理層と、カーボンナノチューブ層とを備えており、良好な熱放射性を有していた。
一方、比較例1〜6に係る積層体は、いずれもカーボンナノチューブ層を備えておらず、熱放射性が実施例1〜6に係る積層体に比べて大きく劣っていた。
Claims (10)
- 金属箔と、表面処理層と、カーボンナノチューブ層とを備えた積層体。
- 前記カーボンナノチューブ層の平均厚みが0.1μm以上3μm以下である請求項1に記載の積層体。
- 前記カーボンナノチューブ層の平均厚みが0.15μm以上2μm以下である請求項1に記載の積層体。
- 前記カーボンナノチューブ層の平均厚みが0.2μm以上1μm以下である請求項1に記載の積層体。
- 前記表面処理層の表面粗さRaが0.01μm以上0.80μm以下である請求項1〜4のいずれか1項に記載の積層体。
- 前記表面処理層の表面粗さRzが0.25μm以上4.00μm以下である請求項1〜5のいずれか1項に記載の積層体。
- 前記表面処理層の粒子高さが0.25μm以上1.20μm以下である請求項1〜6のいずれか1項に記載の積層体。
- 前記表面処理層の、レーザー顕微鏡を用いて測定した三次元表面積Aと、前記三次元表面積Aを測定した視野を平面視した際の二次元表面積をBとした場合、表面積比A/Bが、1.10以上2.50以下である請求項1〜7のいずれか1項に記載の積層体。
- 前記表面処理層は、Cu、Zn、Ni、Co、Cr、及びWからなる群から選択される少なくとも1種を含む請求項1〜8のいずれか1項に記載の積層体。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の積層体を備えた放熱部材。
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