JPH07243088A - 銅ホイルのためのノジュラー銅・ニッケル合金処理方法 - Google Patents

銅ホイルのためのノジュラー銅・ニッケル合金処理方法

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JPH07243088A
JPH07243088A JP7007503A JP750395A JPH07243088A JP H07243088 A JPH07243088 A JP H07243088A JP 7007503 A JP7007503 A JP 7007503A JP 750395 A JP750395 A JP 750395A JP H07243088 A JPH07243088 A JP H07243088A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 銅ホイルのためのノジュラー銅・ニッケル合
金処理方法を提供する。 【構成】 金属基体12と、前記金属基体12の少なく
とも片面16に隣接するノジュラー被覆層14とを含
み、前記ノジュラー被覆層14が少なくとも50重量%
の銅を含む銅・ニッケル合金であることを特徴とする複
合ホイル10。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は印刷回路板用の銅ホイル
(銅箔)に関する。さらに詳しくは、銅ホイルを50重
量%を越える銅を有するノジュラー銅・ニッケル合金で
電解被覆する。
【0002】
【従来の技術】銅ホイルは印刷回路板の製造に広く用い
られる。このホイルの片面をガラス充填エポキシ板等の
誘電性基体に積層する。次に、反対面をフォトレジスト
によって被覆し、写真平板方法(photolithographic tec
hnique) によってホイルに回路パターンをエッチングす
る。
【0003】銅ホイルは電着によって形成するか又は鍛
練によって形成する(wrought) 。電着ホイルはステンレ
ス鋼若しくはチタンのカソードロールを銅イオン含有電
解質中に浸漬することによって形成する。電解質全体に
電圧を印加すると、銅がこのロールに付着する。このロ
ールを徐々に回転させ、銅ホイルを連続的に剥がして、
巻き取りロールに巻き付ける。鍛練ホイル(wrought foi
l)は、鋳造銅バーを通常は中間で焼きなまししながら、
圧延機に多数回通すことによって、鋳造銅バーの厚さを
所望の厚さにまで減ずることによって形成する。
【0004】電着ホイルと鍛練ホイルとの機械的性質及
びエッチング特性は異なる。その後の粗面化処理(rough
ening treatment)がホイルに与える色によってホイルの
種類を区別することが通常行われている。電着ホイルは
同ホイルにピンク色又は銅色を与える手段によって処理
される。ポラン(Polan) 等によって米国特許第4,51
5,671号明細書に開示される1処理方法は、パルス
化電流の使用による銅ホイル表面への銅ノジュールのメ
ッキを開示する。
【0005】ミツオ(Mitsuo)等による米国特許第4,1
31,517号明細書はホイルに暗色を与える処理方法
を開示する。ホイルに銅・ニッケル合金を電解によって
付着させる。暗色被覆層の粗さ(roughness) を高めるた
めに、カジワラ(Kajiwara)等による米国特許第5,11
4,543号明細書は、1リットルにつき過硫酸アンモ
ニウム100gを含む水溶液中に銅ホイルを浸漬するよ
うな、化学的浸漬による粗面の形成を開示する。次に、
この粗面を銅・ニッケル合金層によって被覆する。
【0006】ヒノ(Hino)等による米国特許第5,01
9,222号明細書は、銅・ニッケル合金が迅速に又は
均一にエッチングされないことを開示する。被覆層のエ
ッチング速度の低下はエッチング溶液中への浸漬時間の
延長を必要とし、銅ホイルのアンダーカット(undercutt
ing)の増大は問題である。エッチング時間を短縮する場
合には、残留銅・ニッケル合金はそのままの状態で留ま
り、誘電性基体の抵抗性を減少させ、重度の場合には、
隣接する銅ホイル回路トレースの間に電気的短絡を生ず
る。
【0007】それ故、鍛練銅ホイルの積層強度を改良
し、先行技術の処理方法の劣ったエッチング特徴を有さ
ない、銅・ニッケル合金の処理方法の必要性が存在す
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】したがって、ホイルに
暗色を与え、かつ通常の化学エッチング溶液中への浸漬
によって迅速に除去される、鍛練銅ホイルの処理を提供
することが本発明の目的である。本発明の第2目的は、
この処理の付着方法を提供することである。暗色処理が
銅ホイルの表面へのノジュラー銅・ニッケル合金層の付
着であることが本発明の特徴である。この合金層は少な
くとも50重量%の銅を含む。本発明のさらに他の特徴
は、銅・ニッケル合金処理が、パルス化直流を用いる銅
イオンとニッケルイオンとを含む水性電解質からの電解
付着処理であることである。
【0009】本発明の利点は、誘電性基体への積層結合
の強度を改良し、かつ望ましい場合には、鍛練ホイルと
電着ホイルとを区別する暗色被覆層を処理が銅ホイル上
に付着させることである。本発明の他の利点は、この暗
色処理が通常の化学エッチング溶液中で容易に除去され
ることである。さらに他の利点は、本発明の銅・ニッケ
ル処理が先行技術の銅・ニッケル処理よりも2倍以上迅
速なエッチング速度を有することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明によると、複合ホ
イルを提供する。このホイルは金属基体と、この金属基
体の少なくとも片面に隣接するノジュラー被覆層とを含
む。ノジュールは少なくとも50重量%の銅を含む、銅
とニッケルとの合金である。
【0011】本発明の第2実施態様によると、印刷回路
板を提供する。この印刷回路板は少なくとも片面に結合
した銅ホイル又は銅合金ホイルを備えた誘電性基体を有
する。誘電性基体とホイルとの間にノジュラー被覆層を
付着させる。銅・ニッケル合金ノジュールは少なくとも
50重量%の銅を含む。
【0012】本発明の第3実施態様によると、金属基体
上への暗色被覆層の付着方法を提供する。この方法は下
記工程を含む: (1)アノードと、一定量の電解質とを有する電解槽中
に金属ホイルを浸漬する工程。この電解質は銅イオンと
ニッケルイオンとの水溶液を含む。 (2)次に、第1電流密度をカソードとしての前記金属
ホイルによって前記電解質を通して、第1時間印加する
工程。 (3)第2電流密度をカソードとしての前記金属ホイル
によって前記電解質を通して、第2時間印加する工程。
前記第1電流密度と前記第2電流密度との両方は零より
大きい。 (4)誘電性基体に積層する場合の金属ホイルの剥離強
さを高めるために有効な厚さを有する暗色被覆層が付着
するまで、工程(2)と(3)を連続的に繰り返す工
程。
【0013】上記目的、特徴及び利点は以下の明細書と
図面とからさらに明らかになると思われる。図1は金属
基体12と、前記金属基体12の少なくとも片面16に
隣接するノジュラー被覆層14とを含む複合ホイル10
を断面図として示す。これらのノジュールは約0.05
ミクロン〜約5ミクロンの平均横断面幅(“W”)を有
する。より好ましくは、この平均横断面幅は約0.1ミ
クロン〜約1ミクロンである。最も好ましくは、この平
均横断面幅は約0.1ミクロン〜約0.5ミクロンであ
る。ノジュールの平均高さ“H”は約0.5ミクロン〜
約3ミクロンである。より好ましくは、この平均高さは
約0.7ミクロン〜約1.5ミクロンのオーダーであ
る。ノジュラー層の厚さは平均高さ“H”にほぼ等し
い。
【0014】ノジュールは、少なくとも50重量%の銅
含量を有する銅・ニッケル合金から形成される。好まし
くは、ノジュール中の銅の重量%は約55%〜約99
%、より好ましくは、約70%〜約95%である。
【0015】金属基体10は、銅又は銅主成分合金(cop
per based alloy)等の、任意の適切な導電性延性物質で
ある。金属基体12は例えば電着のような、任意の適当
なプロセスによって、又は鍛練ホイルの特徴であるよう
な、圧延機絞りと焼きなましとの組合せによって形成す
ることができる。鍛練ホイル上に暗色処理を付着させる
という希望に応じて、金属基体12は好ましくは鍛練銅
又は銅主成分合金である。金属基体の厚さは一般に約
0.013mm〜約0.15mm(0.0005〜0.
006インチ)のオーダーであり、典型的には約0.0
25mm〜約0.100mm(0.001〜0.004
インチ)のオーダーである。
【0016】図2は本発明の複合ホイル10を用いた印
刷回路板20を断面図として示す。この印刷回路板20
は誘電性基体22を有する。この誘電性基体22の少な
くとも片面には、銅又は銅主成分合金のホイル12が結
合する。誘電性基体22と銅又は銅主成分合金ホイル1
2との間にはノジュラー被覆層14を付着させる。この
ノジュールは少なくとも50重量%の銅を含む銅とニッ
ケルとの合金である。ノジュールの好ましい組成とサイ
ズは上述した通りである。
【0017】銅又は銅合金のホイルを例えば積層によっ
て誘電性基体22に結合させる。次に、当該技術分野で
知られるような写真平板法によって、図3の断面図に示
すような回路トレース24を形成する。典型的に、銅又
は銅主成分合金のホイルの外面26を光活性(photo act
ive)ポリマーによって被覆する。被覆ホイルと、紫外光
線等の現像源(developing source) との間にマスクを挿
入する。このマスクは現像源にフォトレジストを特定領
域において露光させる。次に、適当な溶剤が非露光フォ
トレジストを除去する。次に、印刷回路板20を例えば
塩酸と塩化銅との混合物のような、ホイルをエッチング
する溶液中に浸漬する。本発明のノジュラー銅・ニッケ
ル合金処理によって、被覆層14が迅速にエッチングさ
れて、回路トレース24の縁28のアンダーカットが有
利に防止される。基体の抵抗を減じて、電気的短絡回路
を生ずる恐れがある金属残渣は誘電性基体22の表面3
0に残留しない。
【0018】本発明によって金属基体を処理する1方法
を図4に概略的に説明する。処理ライン40は未処理金
属ホイル42を誘電性基体に積層するための処理済みホ
イル44に転化させる。好ましい実施態様では、処理ラ
イン40はすすぎ洗いタンク又は水スプレー(water spr
ay) によって分離された、少なくとも3個のプロセスタ
ンク(process tank)を含む。プロセスタンクは洗浄タン
ク46、処理タンク48及び後処理腐食防止器(post tr
eatment corrosion inhibitor)50を含む。金属基体上
への暗色被覆層の付着のために処理タンク48のみが必
要である場合にも、好ましい実施態様では3タンクの全
てを用いる。
【0019】未処理ホイル42が銅又は銅主成分合金で
ある場合には、洗浄タンク46に任意の適当な洗浄処理
を加えることができる。適当な洗浄溶液の1種類は水酸
化ナトリウム30g/lを含むアルカリ性水溶液52で
ある。第1電力制御装置54が、未処理ホイル42をカ
ソードとして用いて、未処理ストリップ42とステンレ
ス鋼アノード56との間に電流密度を印加する。適当な
洗浄サイクルの1例は10〜40mA/cm2 、10〜
40秒間であり、この後に続いて、銅イオン20g/l
と硫酸45g/lとを含む水溶液中での10〜100m
A/cm2 の電流密度における5〜40秒間のアノード
エッチングか、又は約25℃〜約55℃の温度の、銅イ
オンとして銅約15〜25g/lと硫酸約40〜50g
/lとを含む電解質中での約10〜100mA/cm2
における5〜40秒間の交流エッチングを実施する。
【0020】代替の一工程洗浄プロセスは、銅ホイル4
2のアノードエッチングにおける電解質52として水酸
化ナトリウム、炭酸アルカリ金属、ケイ酸アルカリ金属
及び界面活性剤を含む洗浄溶液を用いる。ホイル52を
アノードとし、電極56はカソードに成る。約40℃〜
60℃の温度において約10〜100mA/cm2 の範
囲内の電流密度、約10〜40秒間。
【0021】洗浄済みホイル58は洗浄タンク46を出
て、上述したように連続的にエッチングされ、次にすす
ぎ洗いされるか、又は脱イオン水中で単純にすすぎ洗い
される。このストリップを次に処理タンク48中に浸漬
する。処理タンク48は、アノード64と、一定量の電
解質60と、カソードとしての洗浄済みホイル58とを
有する電解槽を含む。処理タンク48のための適当な電
解質60の1例を以下に示す。
【0022】 銅金属イオンとしての銅 3〜20g/l ニッケル金属イオンとしてのニッケル 3〜20g/l クエン酸ナトリウム2水和物 40〜210g/l pH 4〜9 温度 30℃〜60℃ この電解質の好ましい範囲は次の通りである。 銅金属イオンとしての銅 9〜15g/l ニッケル金属イオンとしてのニッケル 9〜15g/l クエン酸ナトリウム2水和物 95〜155g/l pH 5〜7 温度 40℃〜50℃
【0023】電解質60は、硫酸銅、硫酸ニッケル等
の、銅イオンとニッケルイオンとの任意の適当な供給源
から構成することができる。化学的な補充のためにも、
任意の適当なイオン供給源を用いることができる。好ま
しい1実施態様では、クエン酸と水酸化ナトリウムとに
加えて、銅とニッケルとの炭酸塩及び水酸化物が用いら
れる。
【0024】洗浄済み銅ホイル58を横切って2種類の
電流密度(両方とも零より大きい)を印加することがで
きるパルス電力制御装置62を、カソードとしての洗浄
済み銅ホイル58と、このホイルから間隔を置いた関係
のステンレス鋼アノード64と共に用いる。パルス電力
制御装置62は処理タンク48を横切って約100〜約
400mA/cm2 の第1電流密度、すなわち“ピーク
パルス”を与える。この後に、約10〜約100mA/
cm2 の第2電流密度、すなわち“基底パルス”を与え
る。ピークパルスの持続時間は約10〜約50ミリ秒で
あり、基底電流パルスの持続時間は約5〜約20ミリ秒
である。
【0025】さらに好ましいデューティサイクル(duty
cycle ,負荷サイクル )は約100mA/cm2 〜約2
50mA/cm2 のピークパルスと、約25mA/cm
2 〜約75mA/cm2 の基底パルスとを用いる。ピー
クパルスは約15〜約25ミリ秒であり、基底パルスは
約10〜約20ミリ秒である。
【0026】基底パルスを伴うピークパルスの順序を約
5〜約40秒間、好ましくは約10〜約20秒間の総メ
ッキ時間繰り返す。この総メッキ時間は積層後の剥離強
さを高めるために有効な、一般には約0.5〜3ミクロ
ンのオーダーの厚さのノジュラー層を付着させるために
充分な時間である。処理済みホイル44’は暗褐色〜黒
色を有する。
【0027】処理済み銅ホイル44’の耐食性(tarnish
resistance)を改良するために、処理済みホイルを好ま
しくは後処理腐食防止剤66中に浸漬する。適当な腐食
防止剤には、当該技術分野に知られた、クロム酸塩及び
リン酸塩の水溶液がある。
【0028】他の腐食防止剤は約4:1を越える亜鉛:
クロム重量比を有するクロムー亜鉛錆止め層である。こ
の亜鉛:クロム比は好ましくは、チェン(Chen)等の米国
特許第5,230,932号明細書にさらに詳しく述べ
られているように、約6:1から約10:1までであ
る。この錆止め腐食防止剤は処理済みホイル44にやや
暗い色と改良された耐食性とを与える。下記実施例は本
発明の処理の利点を説明する。この実施例は具体例であ
り、本発明の範囲を制限するものではない。
【0029】
【実施例】実施例1 鍛練銅ホイル(厚さ=35ミクロン(0.0014イン
チ))1オンス/平方フィートを、水酸化ナトリウム3
0g/lを含むアルカリ性水溶液中で11mA/cm2
において40秒間カソード洗浄し(cathodically cleane
d)、その後に、金属銅イオンとしての銅20g/lと硫
酸45g/lとを含む水溶液中で56mA/cm2 にお
いて10秒間、交流エッチングした。電解質の温度は5
0℃であった。
【0030】脱イオン水によるすすぎ洗い後に、このホ
イルをピーク電流23ミリ秒間と基底電流13ミリ秒間
のデューティサイクルによって143mA/cm2 のピ
ークパルスと48mA/cm2 の基底パルスとの反復を
用いて、銅・ニッケルノジュールによって10秒間メッ
キした。このメッキ溶液は金属銅として銅イオン15g
/lと、硫酸ニッケルとしてのニッケルイオン9g/l
と、クエン酸ナトリウム2水和物131g/lとを、p
H5と電解質温度40℃と共に有する。
【0031】次に、処理済みホイルをクロム/亜鉛錆止
め被覆層によって被覆し、アクリル接着剤を用いて厚い
金属基体に積層する。この処理済みホイルは暗褐色〜黒
色を有する。次に、誘電性基体から積層ホイルを剥離す
るために要する力を測定した。本発明によって処理した
ホイルでは、2050N/m(11.7ポンド/イン
チ)の剥離強さが得られた。工業的規格は通常、140
0N/m(8ポンド/インチ)を越える剥離強さを要求
する。未処理ホイルは700N/m(7ポンド/イン
チ)の剥離強さを有した。
【0032】実施例2 銅ホイルを実施例1の方法によって処理した。対照サン
プルは米国特許第4,131,517号の教示によって
通常の銅・ニッケル合金被覆層によって被覆した。次
に、両方のサンプルを典型的なエッチング溶液中に10
秒間浸漬した。サンプルの重量損失を計算し、補外し
て、1分間あたりに除去されたmil(0.001イン
チ)数を算出することによって除去された処理量を求め
た。表に示すように、各エッチング溶液において、本発
明の処理はより迅速なエッチング速度を示唆する大きい
重量損失を有した。
【0033】 エッチング速度 エッチング溶液 本発明による処理 通常の処理 mm in. mm in. x1000/分 x1000/分 x1000/分 x1000/分 塩化第2鉄 3.81 0.150 3.20 0.126 アルカリ性アンモニア 6.40 0.252 1.68 0.066 塩化第2銅 0.61 0.024 0.0150.0006
【0034】本発明を印刷回路板に用いるための銅ホイ
ルの処理に関して説明したが、本発明は、基体のエッチ
ング特性を損なうことなく機械的接着が改良されるべき
である、他の金属ホイルの処理にも同様に適用可能であ
る。例えばニッケル及びニッケル主成分合金のような、
銅又は銅主成分合金以外の他の金属基体にも、本発明は
同様に適用可能である。
【0035】結合強度を改良し、本明細書において前述
した目的、手段及び利点を完全に満たす、銅ホイルの電
気化学処理が本発明によって提供されたことは明らかで
ある。本発明をその特定の実施態様と共に説明したが、
上記説明を考慮するならば、多くの代替手段、変更及び
変化が当業者に明らかになることは明白である。したが
って、特許請求項の要旨及び広い範囲内に入る、このよ
うな代替手段、変更及び変化の全てを強調することが意
図される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法によって処理した金属ホイルを示
す断面図。
【図2】誘電性基体に積層した後の図1のホイルを示す
断面図。
【図3】金属ホイルのフォトイメージング(photoimagin
g)後の図2の積層構造体を示す断面図。
【図4】本発明によって金属ホイルを処理するための複
数の電解槽を示す概略図。
【符号の説明】
10 複合ホイル 12 金属基体 14 ノジュラー被覆層 20 印刷回路板 22 誘電性基体 24 回路トレース 42 未処理ホイル 46 洗浄タンク 48 処理タンク 50 後処理腐食防止器 52 アルカリ性水溶液 60 電解質 62 パルス電力制御装置 66 後処理腐食防止剤

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属基体12と、前記金属基体12の少
    なくとも片面16に隣接するノジュラー被覆層14とを
    含み、前記ノジュラー被覆層14が少なくとも50重量
    %の銅を含む銅・ニッケル合金であることを特徴とする
    複合ホイル10。
  2. 【請求項2】 誘電性基体22と、前記誘電性基体22
    の少なくとも片面に結合する、請求項1に記載の複合ホ
    イル10とを特徴とする印刷回路板20。
  3. 【請求項3】 金属基体12が銅又は銅主成分合金であ
    る請求項1又は請求項2に記載の複合ホイル10。
  4. 【請求項4】 ノジュラー被覆層14が約55重量%〜
    約99重量%の銅を含む請求項3記載の複合ホイル1
    0。
  5. 【請求項5】 ノジュラー被覆層14が約70重量%〜
    約95重量%の銅を含む、請求項4記載の複合ホイル1
    0。
  6. 【請求項6】 ノジュラー被覆層14を形成するノジュ
    ールが約0.05ミクロン〜約5ミクロンの平均横断面
    幅(“W”)と、約0.5ミクロン〜約3ミクロンの平
    均高さとを有する、請求項4記載の複合ホイル10。
  7. 【請求項7】 ノジュールが約0.1ミクロン〜約1ミ
    クロンの平均横断面幅(“W”)と、約0.7ミクロン
    〜約1.5ミクロンの平均高さとを有する、請求項6記
    載の複合ホイル10。
  8. 【請求項8】 金属基体42上に暗色被覆層を付着させ
    る方法において、 (a)アノード64と、銅イオン及びニッケルイオンの
    水溶液を含む一定量の電解質60とを有する電解槽48
    中に前記金属ホイル42を浸漬する工程と、 (b)第1電流密度を、カソードとしての前記金属ホイ
    ル42によって前記電解質60を通して、第1時間印加
    する工程と、 (c)第2電流密度を、カソードとしての前記金属ホイ
    ル42によって前記電解質60を通して、第2時間印加
    する工程(但し、前記第1電流密度と前記第2電流密度
    との両方は零より大きい。)と、 (d)剥離強さを高めるために有効な厚さを有する暗色
    被覆層が付着するまで、工程(b)と(c)を連続的に
    繰り返す工程とを含む前記方法。
  9. 【請求項9】 第1電流密度が約100〜約400mA
    /cm2 の範囲内であり、第1時間が約10ミリ秒〜約
    50ミリ秒の範囲内であり、かつ第2電流密度が約10
    〜約100mA/cm2 の範囲内であり、前記第2時間
    が約5ミリ秒〜約20ミリ秒の範囲内である、請求項8
    記載の方法。
  10. 【請求項10】 工程(b)と(c)を約5〜約40秒
    間繰り返す、請求項9記載の方法。
  11. 【請求項11】 電解質60が金属銅としての銅イオン
    約3〜約20g/lと、金属ニッケルとしてのニッケル
    イオン約3〜約20g/lと、クエン酸ナトリウム2水
    和物約40〜約210g/lとを含み、約4〜約9の作
    用pHと、約30℃〜約60℃の作業温度とを有するよ
    うに選択される、請求項10記載の方法。
  12. 【請求項12】 工程の前に、金属ホイル42を洗浄す
    る、請求項11記載の方法。
  13. 【請求項13】 洗浄工程が、金属ホイル42をカソー
    ドとしての前記金属ホイル42による約10〜約40m
    A/cm2 の電流密度においてアルカリ性水溶液52中
    に約10〜約40秒間浸漬し、次に前記洗浄済み金属ホ
    イル42を電解エッチングすることを含む、請求項12
    記載の方法。
  14. 【請求項14】 洗浄工程が、金属ホイル42をアルカ
    リ性水溶液52中に浸漬し、アノードとしての前記金属
    ホイル42によって前記溶液を通して、約40℃〜約6
    0℃の電解質温度において、約10〜約100mA/c
    2 の電流密度で約10〜約40秒間電流を印加するこ
    とを含む、請求項12記載の方法。
  15. 【請求項15】 工程(d)後に、処理済み金属ホイル
    44を錆止め層によって被覆する、請求項12記載の方
    法。
  16. 【請求項16】 錆止め塗料66が約4:1を越える亜
    鉛:クロム重量比でのクロムと亜鉛との混合物である、
    請求項15記載の方法。
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