JP5839876B2 - Copper plate for laser processing, printed circuit board using the copper plate for laser processing, and laser processing method for copper plate - Google Patents
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本発明は、両面を粗化したレーザ加工用銅板に関する。 The present invention relates to a copper plate for laser processing whose both surfaces are roughened.
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CO2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。 In recent years, lead-free solder has been used for joining printed circuit boards to terminals and the like in consideration of the environment. Lead-free solder is concerned about the problem of short circuit due to the occurrence of whiskers. Laser welding is an example of a joining technique that can avoid this problem. However, the copper plate used for the printed circuit board is used for the laser light having a fundamental wavelength of 10600 nm for a CO 2 laser often used as an infrared laser for welding, a fundamental wavelength of 1064 nm for an Nd: YAG laser, and a fundamental wavelength of 1084 nm for a fiber laser. Since it has a reflectance of 90% or more, it is difficult to perform laser welding with an infrared laser that is often used in welding applications.
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)。 On the other hand, in the electrolytic copper foil for printed wiring boards, the surface of the copper foil is blackened to enable drilling with a laser, the surface of the copper foil is roughened with a chemical solution, and the surface of the copper foil is iron. Various attempts have been made in the past to improve laser light absorptivity, such as forming a coating layer made of tin, nickel, cobalt, zinc, or the like (Patent Document 1).
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。
However, even if the electrolytic copper foil can improve the laser light absorptivity of the surface, it is very difficult to join terminals and the like by laser welding because the thickness is as thin as about 30 to 40 μm. In addition, since it is difficult to simultaneously treat both surfaces of an electrolytic copper foil in order to improve both the laser light absorption and the resin adhesion, a
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。 The problem to be solved by the present invention is to provide a copper plate for laser processing that is suitable for laser welding and has good resin adhesion, and in particular, a copper plate for laser processing that can be manufactured by simultaneously processing both surfaces of a copper plate It is to provide.
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。 In order to solve the above-described problems, the copper plate for laser processing according to the present invention is formed with fine granular protrusions on both sides of the copper plate in order to improve the laser light absorption of one surface and improve the resin adhesion of the other surface. It is characterized by that.
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。 In the copper plate for laser processing of the present invention, it is desirable that the L value of the one surface is 50 or more and 75 or less. And it is desirable for the average particle diameter of the particle | grains which comprise the fine granular protrusion of said one surface to be 0.3 micrometer or more and 3 micrometers or less. Moreover, you may prescribe | regulate the average particle diameter of the said particle | grain as 0.1 micrometer or more and below the wavelength of the laser beam used for a process.
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。 In addition, the fine granular protrusions are formed by electrolysis that generates copper fine particles on both sides of the copper plate and plating treatment that fixes the copper fine particles on both sides of the copper plate after the electrolytic treatment. It is desirable to be formed by carrying out the process of 1 cycle or more.
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。 According to the present invention, it is possible to provide a copper plate for laser processing in which one surface is suitable for laser welding and the other surface has good resin adhesion.
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。 The copper plate for laser processing of the present invention has one cycle of electrolytic treatment for generating copper fine particles on both sides of the copper plate by electrolysis and plating treatment for fixing the copper fine particles on both sides of the copper plate after the electrolytic treatment, By carrying out these treatments for one cycle or more, it is possible to simultaneously produce both sides of the copper plate.
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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[Copper plate for laser processing]
FIG. 1 is a sectional view conceptually showing the structure of a printed circuit board using a laser processing copper plate of the present invention. This printed circuit board is obtained by bonding the
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。 FIG. 2 shows the relationship between the laser output (fundamental wavelength) capable of joining the terminal and the copper plate and the irradiation time. The measurement results were as follows: a fiber laser with a fundamental wavelength of 1084 nm was used, irradiation times were set to 1 second, 0.5 seconds, and 0.24 seconds, a 640 μm square brass terminal and a 200 μm thick copper plate at each irradiation time. Is a result of measuring the unprocessed copper plate and the laser processing copper plate (roughened copper plate) of the present invention. The L value of the roughened copper plate used in this embodiment is 63. From this measurement result, the laser processing copper plate (roughened copper plate) of the present invention can be welded to the terminal and the copper plate with a laser output smaller by 20 to 30 W than the untreated copper plate, and the laser output can be reduced. Comparing the results of about 65 W, it can be seen that the irradiation time can be reduced to about half at the same laser output.
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。
FIG. 3 shows the relationship between the L value and the penetration depth of the copper plate by laser light irradiation. The measurement results were obtained by preparing nine sample copper plates with different L values, and laser-beaming the laser light having a fundamental wavelength of 1084 nm and an output of 100 W to each copper plate at a processing speed of 2 m / sec. It is the result of measuring the depth of the fusion | melting area | region in the cross section of an irradiation location. From this measurement result, it is understood that when the L value of the laser
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、CO2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。
In addition, it is desirable that the average particle diameter φ of the particles constituting the fine granular protrusions 2a of the laser
If the average particle diameter φ is 0.1 μm or more, the structure consisting of fine granular protrusions such as the roughened copper plate according to the present invention and a large number of gaps, the laser light absorption characteristics as fine particles as shown above are remarkably exhibited. High laser light absorption characteristics can be obtained (see FIGS. 5, 8, 9, and 10). In addition, when the average particle diameter φ is equal to or less than the wavelength of the laser beam used for processing (in the case of an infrared laser having a wavelength of about 1 μm, φ is 1 μm or less), the laser light absorption characteristics are most excellent. However, if the average particle diameter φ is 3 μm or less, good laser light absorption characteristics can be obtained not only for CO 2 laser but also for laser light having a wavelength of about 1 μm.
In addition, as shown in FIGS. 8 to 10, there is a tendency that the space between the particles is filled with the plating material by increasing the plating current in order. In the state of FIG. 8, since the particles on the surface of the copper foil retain the original shape, good laser light absorption characteristics can be obtained for the above reason. As shown in FIGS. 9 and 10, when the space between the particles is filled with the plating material, the laser light absorption characteristic gradually decreases, but as shown here, the structure composed of fine granular protrusions and a large number of gaps is maintained. By doing so, the effects of the present invention are exhibited. On the other hand, in the case of FIG. 8, when the adhesion strength of the particles is reduced and the plating becomes weaker than in the cases of FIGS. As described above, the plating conditions are determined so as to achieve both laser light absorbability and particle adhesion.
[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。
[Method for producing copper plate for laser processing]
Next, the manufacturing method of the
The
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。 FIG. 4 is an electron micrograph showing the surface state of a conventional electrolytic copper foil. FIG. 5 is an electron micrograph showing the surface state of a copper plate subjected to electrolytic treatment and plating treatment for one cycle or more. It can be seen that the latter has a smaller particle size of the copper fine particles than the former, and there are many irregularities and gaps between the particles due to the fine granular protrusions 2a.
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。
There are two methods illustrated in FIGS. 6 and 7 for manufacturing the
[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。
[First manufacturing method]
FIG. 6 shows a first manufacturing method of the laser
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/dm2、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/dm2、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。 The current density and current value in the plating process ((a), (c) and (e)) are constant. Moreover, the current density and current value in the electrolytic treatment process ((b) and (d)) are also constant. When the current density and current value in the plating process are 1.2 to 2.0 A / dm 2 and 25 to 40 A, respectively, the current density and current value in the electrolytic process are 1.7 to 2.5 A / dm 2 , respectively. 35 to 50 A is desirable. The time required for each process is 2.5 to 5 minutes.
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の表面に微細粒状突起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の表面に微細粒状突起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。
First, as shown in (a), by placing the
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。
Through the series of processes described above, the
[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。
[Second manufacturing method]
FIG. 7 shows a second manufacturing method of the laser
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/dm2、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/dm2、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。
The current density and current value in the plating step (a) are the same on both
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の表面に微細粒状突起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、微細粒状突起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の表面に微細粒状突起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。
By repeating the plating treatment step (a) and the electrolytic treatment step (b), the laser
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。
Through the series of processes described above, the
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。
In the above example, as a method of manufacturing the laser
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
1 Laser processing copper plate (roughened copper plate)
2 Laser light absorption surface (one surface)
2a Fine
3a Fine
Claims (10)
前記銅版の一方の面のレーザ光吸収性を高めるとともに他方の面の樹脂接着性を良好にさせるべく、前記銅板の両面に微細粒状突起を形成してなり、
前記微細粒状突起が、銅微粒子により構成され、
前記銅微粒子が、前記銅板の他方の面よりも、一方の面に多いことを特徴とするレーザ加工用銅板。 A copper plate having a thickness of 70 μm or more,
In order to improve the laser light absorbability of one surface of the copper plate and to improve the resin adhesion of the other surface, fine grain protrusions are formed on both surfaces of the copper plate,
The fine granular protrusion is composed of copper fine particles,
The copper plate for laser processing, wherein the copper fine particles are more on one surface than the other surface of the copper plate.
前記加工に使用するレーザ光の波長が1084nm以下である、請求項1又は2に記載のレーザ加工用銅板。 The average particle diameter of the particles is 0.1 μm or more, which is less than the wavelength of the laser beam used for processing,
The copper plate for laser processing according to claim 1 or 2, wherein a wavelength of laser light used for the processing is 1084 nm or less.
前記銅微粒子が、前記他方の面よりも、前記一方の面に多い、
厚さ70μm以上の銅板を用い、
前記銅板の一方の面にレーザ光を照射し、前記微細粒状突起によりレーザ光を吸収させて、前記銅板を溶接させることを特徴とする銅板のレーザ加工方法。 In order to improve the laser light absorption of one surface and improve the resin adhesion of the other surface, it has fine granular projections composed of copper fine particles on both sides,
The copper fine particles are more on the one surface than on the other surface,
Using a copper plate with a thickness of 70 μm or more,
A laser processing method for a copper plate, wherein one surface of the copper plate is irradiated with laser light, the laser light is absorbed by the fine granular protrusions, and the copper plate is welded.
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