JPWO2010110061A1 - 電気抵抗膜付き金属箔及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
この場合、電気抵抗膜は、銅箔と層構造になっているので、「電気抵抗層」とも言えるが、本明細書においては、これらの意味を含め「電気抵抗膜」と称することとする。
また、銅又は銅合金からなる金属箔は、一般に電解銅箔と圧延銅箔に分類できるが、本願発明は、これらを総称して「銅箔」とする。さらに、銅箔と銅合金箔にも分類できるが、この場合も、これらを総称して「銅箔」とする。以上に述べる通り、特に、これらを特定して言う場合を除いて「銅箔」と記載する。
したがって、抵抗の基板内蔵化により、従来のようにチップ抵抗素子を、半田接合法を用いて基板上に表面実装する手法しかなかったものに比べ、限られた基板の表面積を有効に利用することが可能となる。
従来、銅箔の表面粗さの測定は、JISB0601で規定されている触針式方法を用いて行われていたが、この方法では銅箔の表面粗さと抵抗膜の電気抵抗値の変動やばらつきの相関を見出すことができなかった。
1)少なくとも一方の面の表面粗さを十点平均粗さRz6.0μm〜8.0μmとし、その面に電気抵抗膜を形成した銅又は銅合金からなる金属箔であって、該電気抵抗膜のピール強度が0.60kN/m以上、抵抗値のばらつきが±10%以内であることを特徴とする電気抵抗膜付き金属箔、を提供する。
2)電解銅箔又は圧延銅箔の粗化処理を施した面に電気抵抗層を備えていることを特徴とする請求項1に記載の電気抵抗膜付き金属箔、を提供する。
3)前記電気抵抗膜の抵抗値のばらつきが±5%以内であることを特徴とする上記1または2記載の電気抵抗膜付き金属箔、を提供する。
4)金属箔の箔厚が5〜35μmであることを特徴とする上記1)から3)のいずれかに記載の電気抵抗膜付き金属箔、を提供する。
箔厚が5〜70μmの銅箔、特に5〜35μm銅箔を使用することができる。この銅箔の厚みは、用途に応じて任意に選択できるが、製造条件からくる制約もあり、上記の範囲で製造するのが効率的である。
5)電解銅箔又は圧延銅箔からなる銅又は銅合金の金属箔の表面に、電解による粗化処理を施して、表面粗さが十点平均粗さRz6.0μm〜8.0μmとした後、この粗化処理面にスパッタリング法、真空蒸着法、イオンビームめっき法による物理的表面処理方法、熱分解法若しくは気相反応法による化学的表面処理法又は電気めっき法若しくは無電解めっき法による湿式表面処理法により電気抵抗膜を形成し、該電気抵抗膜のピール強度を0.60kN/m以上とすると共に、該電気抵抗膜の抵抗値のばらつきを±5%以内とすることを特徴とする電気抵抗膜付き金属箔の製造方法、を提供する。
6)前記電気抵抗膜の抵抗値のばらつきを±3%以内とすることを特徴とする上記5)記載の電気抵抗膜付き金属箔の製造方法、を提供する。
7)電解による粗化処理後、さらに被せめっきを行うことを特徴とする上記5)又は6)記載の電気抵抗膜付き金属箔の製造方法、を提供する。
電気抵抗素子の材料として用いられる例としては、例えばバナジウム、タングステン、ジルコニウム、モリブデン、タンタル、ニッケル、クロム等の材料を挙げることができる。このように電気抵抗が比較的高い金属であれば、それぞれ単独の膜として又は他の元素との合金膜として使用することができる。
例えば、NiCr合金、NiCrAlSi合金等の電気抵抗素子が注目されている材料である。また、上記の元素の酸化物、窒化物、ケイ化物の群から選択された材料酸化物、窒化物、ケイ化物も使用できる。上記の通り、これらの材料の選択は回路設計に応じて任意に選択されるものであり、これらの材料に制限されるものでないことは理解されるべきことである。
一般には、電気めっき法が低コストで製造できる利点がある。また、スパッタリング法は、均一な厚みの膜であり、かつ等方性を備えているので、品質の高い抵抗素子を得ることができるという利点がある。
この電気抵抗膜の形成は、膜の用途に応じて形成されるものであり、その場合の付着方法又はめっき方法は、その電気抵抗膜の性質に応じて、適宜選択することが望ましいと言える。
この陰極ドラム1の外周下半分を取り囲むように、不溶性アノード(陽極)2が設けられている。この陰極ドラム1とアノード2の間は一定の間隙3があり、この間を電解液が流動するようになっている。この装置には2枚のアノード板が配置されている。
陰極ドラム1が回転するにつれ、電解液から電着した銅は厚みを増大し、ある厚み以上になったところで、この生箔4を剥離し、連続的に巻き取っていく。このようにして製造された生箔は、陰極ドラム1とアノード2の間の距離、供給される電解液の流速あるいは供給する電気量により厚みを調整する。
このような銅箔製造装置によって製造される銅箔は、陰極ドラムと接触する面は鏡面(光沢面)となるが、反対側の面は凸凹のある粗面(マット面)となる。この電解銅箔の厚さは任意に選択できる。通常、5μm〜35μmの厚さの銅箔を使用することができる。
上記においては、電解銅箔の製造について説明したが、圧延銅箔については、溶解及び鋳造したインゴットを、焼鈍及び熱間圧延、さらには冷間圧延を施して必要な厚みの銅箔として製造することができる。圧延銅箔は、いずれも光沢面となっているので、必要に応じて、粗化処理を施す。この粗化処理は、すでに公知の粗化処理を用いることができる。
(粗化めっき条件)
Cuイオン濃度:10〜30g/L
硫酸濃度:20〜100g/L
電解液温:20〜60°C
電流密度:5〜80A/dm2
処理時間:0.5〜30秒
(かぶせめっき条件)
Cuイオン濃度:30〜50g/L
硫酸濃度:20〜100g/L
電解液温:20〜60°C
電流密度:5〜80A/dm2
処理時間:0.5〜30秒
この光干渉式光学的表面形状測定機器としては、非接触3次元表面形状粗さ測定システム、品番NT1100(WYKOオプティカルプロファイラ(分解能:0.2μm×0.2μm以下):Veeco社製)を用いることができる。
このシステムの測定方式は、垂直走査型干渉方式(Vertical Scan Interferometory/VSI方式)であり、視野範囲は120μm×90μm、測定スキャン速度は7.2μm/secである。干渉方式は、ミラウ干渉方式(対物レンズ50倍、内部レンズ1倍)である。
電気抵抗材料は、NiCr合金、NiCrAlSi合金等の電気抵抗材料のターゲットを用いて、スパッタリングにより形成することができる。このスパッタリング条件は、特に制限はなく、公知のスパッタリング装置を用いて、任意の電気抵抗材料を形成することができる。
電気抵抗膜は例えば抵抗値を25.0Ω/sq〜50.0Ω/sq程度のものが通常使われるが、膜の厚みを変えてこの範囲を超える抵抗値としてもよい。
この図1から明らかなように、粗化粒子を備えた銅箔の表面粗さRzが6.0μm〜8.0μmの範囲で、抵抗値Rzが25.0Ω/sq〜50.0Ω/sqとなり、表面粗さRzの増加と共に、抵抗値Rが増加する。さらに、高い相関が認められるため、表面粗さを制御することにより、抵抗値のばらつきを±5%以内とすることが可能である。
この場合の触針式粗さ測定機器は、Surfcorder Model SE-3C(小阪研究所製)を用いたものである。なお、この触針式粗さ測定機器において、Stylus(触針先端径):2μmR、Load(荷重):0.07g、Speed(速度):0.1mm/min、Measurement Length(測定長さ):0.8mm、Measurement Direction(測定方向)はTransverse:製箔方向に対し90°の方向として測定した。
すなわち、この触針式粗さ測定機器では、正確な表面粗さRzを測定することはできない。
また、レーザーを用いる凹凸形状測定手法(ピンホール共焦点レーザー法など)でも表面粗さと抵抗値の相関は低く、表面粗さとしては触針法より大きく、光干渉式測定法より小さい値であったことから、粗化処理による樹枝上の粒子が表面にある場合、樹枝に隠れた凹凸までは感知できないものと考えられる。
これにより、電気抵抗膜の抵抗率のばらつきを銅箔の幅方向に10%以内、さらには、5%以内を達成することが可能であり、これらの特性を備えた電気抵抗膜付き銅箔を提供することが可能となる。
さらに、本願発明においては、箔厚が5〜70μmの銅箔、特に5〜35μm銅箔を使用することができる。また、本願発明で電気抵抗層を形成した銅箔は、粗化処理を施した電解銅箔又は圧延銅箔の何れも用いることができる。
本実施例1においては、厚さ18μm電解銅箔を使用した。この電解銅箔の粗面(マット面)側に粗化処理を施した。そして、上記の粗化めっき条件で電流密度42A/dm2で3秒間粗化処理を行った。
温度、搬送速度、電解液の状態などによる表面粗さの変動を処理時間により制御し、十点平均粗さRzを6.3μm、ばらつき±5%となる粗化処理済み電解銅箔を作成した。この結果を、表1に示す。
Ni/Cr合金スパッタリング:
62インチ幅のスパッタリング装置
電力:45kw
線速度:3ft/min(0.9m/min)
Ni/Cr合金の厚さ:500Å、
Rz6.3μmの粗化処理済み電解銅箔を用いた場合、抵抗材料のシート抵抗率は28Ω/sq(スクエア)、ばらつきは7%であった。この結果を、表2に示す。
なお、半田処理後のピール値については、260°Cの溶融半田浴中に20秒間、浸漬した(すなわち加熱処理を受けた状態)後にピール値を測定したもの、すなわち半田処理後のピール値は、この処理(熱影響を受けた)後のピール値を示すものである。これは、耐熱性を評価するためのものである。
本実施例2においては、厚さ18μm電解銅箔を使用した。この電解銅箔の粗面(マット面)側に粗化処理を施した。そして、上記の粗化めっき条件で電流密度49A/dm2で3秒間粗化処理を行った。
温度、搬送速度、電解液の状態などによる表面粗さの変動を処理時間により制御し、十点平均粗さRzを6.7μm、ばらつき±4%となる粗化処理済み電解銅箔を作成した。この結果を、同様に表1に示す。
以上で作成された電気抵抗膜付き銅箔をポリイミド樹脂基板に接着したところ、常態ピール値は0.84kN/m、半田処理後のピール値(耐熱ピール値)は0.80kN/mであった。この結果を、表1に示す。なお、半田処理後のピール値については、実施例1と同様の条件で評価したものである。
本実施例3においては、厚さ18μm電解銅箔を使用した。この電解銅箔の粗面(マット面)側に粗化処理を施した。そして、上記の粗化めっき条件で電流密度55A/dm2で3秒間粗化処理を行った。
温度、搬送速度、電解液の状態などによる表面粗さの変動を処理時間により制御し、十点平均粗さRzを7.2μm、ばらつき±4%となる粗化処理済み電解銅箔を作成した。この結果を、同様に表1に示す。
以上で作成された電気抵抗膜付き銅箔をポリイミド樹脂基板に接着したところ、常態ピール値は1.06kN/m、半田処理後のピール値(耐熱ピール値)は0.99kN/mであった。この結果を、表1に示す。なお、半田処理後のピール値については、実施例1と同様の条件で評価したものである。
本実施例4においては、厚さ18μm電解銅箔を使用した。この電解銅箔の粗面(マット面)側に粗化処理を施した。そして、上記の粗化めっき条件で電流密度63A/dm2で粗化処理を行った。
温度、搬送速度、電解液の状態などによる表面粗さの変動を処理時間により制御し、十点平均粗さRzを7.9μm、ばらつき±4%となる粗化処理済み電解銅箔を作成した。
以上で作成された電気抵抗膜付き銅箔をポリイミド樹脂基板に接着したところ、常態ピール値は1.17kN/m、半田処理後のピール値(耐熱ピール値)は1.09kN/mであった。この結果を、表1に示す。なお、半田処理後のピール値については、実施例1と同様の条件で評価したものである。
実施例1と同じ従来型の触針式粗さ計で2.7μmである18μm電解銅箔上に電気抵抗層を形成し、ポリイミド樹脂基板に接着したところ、常態ピール値は0.29kN/m、半田処理後のピール値(耐熱ピール値)は0.27kN/mとなり、実施例1〜4に比べ非常に悪い結果となった。
この比較例1について、光学式粗さ計で表面粗さを測定したところ、表1に示すようにRzは5.1μmと小さくなった。このことから、表面粗さが小さいことが、常態ピール値と半田処理後のピール値(耐熱ピール値)の低下になったと考えられる。
このことから、従来型の触針式粗さ計では、Rzと抵抗値の相関を得ることができず、最適な条件を見出すことができないことが分かった。
本発明の電気抵抗膜を内蔵した銅箔を使用することにより、回路設計の際に、新たに電気抵抗素子を単独に形成する必要がなく、銅箔に形成された電気抵抗膜を、塩化第二銅等のエッチング溶液を用いて、抵抗素子を露出させるだけでよいので、半田接合が不要となるか又は大きく軽減され、実装工程が著しく簡素化されるという効果を有する。
また、実装部品や半田数が低減される結果、スペースが拡張でき小型軽量になるという利点もある。これによって回路設計の自由度を向上させることができる。また、このように銅箔に抵抗体が内蔵されることにより、高周波領域での信号特性が改善される効果を備えているのでプリント回路基板として有用である。
抵抗素子を、代表的に挙げることができる。この電気抵抗材料からなる層は、回路基板設計からくる要求であり、これは任意に選択できる。したがって、特定の材料に限定される必要はない。
電気抵抗材料は、NiCr合金、NiCrAlSi合金等の電気抵抗材料のターゲットを用いて、スパッタリングにより形成することができる。このスパッタリング条件は、特に制限はなく、公知のスパッタリング装置を用いて、任意の電気抵抗材料を形成することができる。
電気抵抗膜は例えば抵抗値を25.0Ω/sq〜50.0Ω/sq程度のものが通常使われるが、膜の厚みを変えてこの範囲を超える抵抗値としてもよい。
[0029]
前記WYKOオプティカルプロファイラの光学式粗さ計(分解能:0.2μm×0.2μm以下)による銅箔表面の表面粗さと抵抗値の相関性を示すと、図2のようになる。
この図2から明らかなように、粗化粒子を備えた銅箔の表面粗さRzが6.0μm〜8.0μmの範囲で、抵抗値Rが25.0Ω/sq〜50.0Ω/sqとなり、表面粗さRzの増加と共に、抵抗値Rが増加する。さらに、高い相関が認められるため、表面粗さを制御することにより、抵抗値のばらつきを±10%以内とすることが可能である。
[0030]
一方、JIS規格の触針式粗さ計による表面粗さと抵抗値の相関を、考までに示すと、図3のようになる。
この場合の触針式粗さ測定器は、Surface Model SE−3C(小阪研究所製)を用いたものである。なお、この触針式粗さ測定器において、Stylus(触針先端径):2μmR、Load(荷重):0.07g、Speed(速度):0.1mm/min、Measurement Length(測定長さ):0.8mm、Measurement Direction(測定方向)はTransverse:製箔方向に対し90°の方向として測定した。
[0031]
図3に示すように、表面粗さと抵抗値に相関は全くない。この理由としては、表面粗さRzとして測定された値が2.4〜3.0μmであり、同じ試料を光干渉式測定法で測定した値の約半分であるが、これは触針の先端径が
μmレベルであることから、触針の凹部への進入が物理的に制約されると考えられる。その結果、粗化粒子の上半分程度の形状を包絡した測定値しか得られない。
すなわち、この触針式粗さ測定機器では、正確な表面粗さRzを測定することはできない。
また、レーザーを用いる凹凸形状測定手法(ピンホール共焦点レーザー法など)でも表面粗さと抵抗値の相関は低く、表面粗さとしては触針法より大きく、光干渉式測定法より小さい値であったことから、粗化処理による樹枝上の粒子が表面にある場合、樹枝に隠れた凹凸までは感知できないものと考えられる。
[0032]
本発明の電気抵抗膜付き銅箔は、粗化処理された銅箔面の表面形状を0.2μm×0.2μm以下の分解能を有する光学干渉式測定機器を用い、その形状データから算出した十点平均粗さRzのばらつきを測定するものであり、この十点平均粗さRzのばらつきが5%以下、さらには3%以下である銅箔を用いる。そして、その銅箔の粗化面の上に電気抵抗膜を形成し、電気抵抗のばらつきを抑制するものである。
これにより、電気抵抗膜の抵抗値のばらつきを銅箔の幅方向に10%以内、さらには、5%以内を達成することが可能であり、これらの特性を備えた電気抵抗膜付き銅箔を提供することが可能となる。
[0033]
また、銅箔の表面形状の測定を、電気抵抗膜を形成する前に、0.2μm×0.2μm以下の分解能を持つWYKOオプティカルプロファイラの光学式粗さ計またはその同等品により測定することができる。
さらに、本願発明においては、箔厚が5〜70μmの銅箔、特に5〜35μm銅箔を使用することができる。また、本願発明で電気抵抗層を形成した銅箔は、粗化処理を施した電解銅箔又は圧延銅箔の何れも用いることができる。
実施例
[0034]
次に、実施例を説明する。なお、以下の実施例は、本願発明の理解を容易
にするためのものであり、これに制限されるものではない。すなわち、本願発明の技術思想に基づく変形、実施態様、他の例は、本願発明に含まれるものである。
[0035]
(実施例1)
本実施例1においては、厚さ18μm電解銅箔を使用した。この電解銅箔の粗面(マット面)側に粗化処理を施した。そして、上記の粗化めっき条件で電流密度42A/dm2で3秒間粗化処理を行った。
温度、搬送速度、電解液の状態などによる表面粗さの変動を処理時間により制御し、十点平均粗さRzを6.3μm、ばらつき±5%となる粗化処理済み電解銅箔を作成した。この結果を、表1に示す。
[0036]
[表1]
[0037]
次に、粗化処理済み電解銅箔を用い、80%ニッケル(Ni)と20%クロム(Cr)よりなる合金の電気抵抗材料を下記の条件で、前記安定化層上に付着させた。
Ni/Cr合金スパッタリング:
62インチ幅のスパッタリング装置
電力:45kw
線速度:3ft/min(0.9m/min)
Ni/Cr合金の厚さ:500Å、
Rz6.3μmの粗化処理済み電解銅箔を用いた場合、抵抗材料のシート抵抗値(抵抗値)は28Ω/sq(スクエア)、ばらつきは7%であった。この結果を
、表2に示す。
[0038]
[表2]
[0039]
以上で作成された電気抵抗膜付き銅箔をポリイミド樹脂基板に接着したところ、常態ピール値は0.67kN/m、半田処理後のピール値(耐熱ピール値)は0.65kN/mであった。この結果を、表1に示す。
なお、半田処理後のピール値については、260°Cの溶融半田浴中に20秒間、浸漬した(すなわち加熱処理を受けた状態)後にピール値を測定したもの、すなわち半田処理後のピール値は、この処理(熱影響を受けた)後のピール値を示すものである。これは、耐熱性を評価するためのものである。
[0040]
(実施例2)
本実施例2においては、厚さ18μm電解銅箔を使用した。この電解銅箔の粗面(マット面)側に粗化処理を施した。そして、上記の粗化めっき条件で電流密度49A/dm2で3秒間粗化処理を行った。
温度、搬送速度、電解液の状態などによる表面粗さの変動を処理時間により制御し、十点平均粗さRzを6.7μm、ばらつき±4%となる粗化処理済み電解銅箔を作成した。この結果を、同様に表1に示す。
[0041]
次に、実施例1と同様の電気抵抗材料を、同様の条件で、前記安定化層上に付着させた。この結果、Rz6.7μmの粗化処理済み電解銅箔を用いた本実施例2の場合、抵抗材料のシート抵抗値(抵抗値)は32Ω/sq(スクエア)、
ばらつきは6%であった。この結果を、表2に示す。
以上で作成された電気抵抗膜付き銅箔をポリイミド樹脂基板に接着したところ、常態ピール値は0.84kN/m、半田処理後のピール値(耐熱ピール値)は0.80kN/mであった。この結果を、表1に示す。なお、半田処理後のピール値については、実施例1と同様の条件で評価したものである。
[0042]
(実施例3)
本実施例3においては、厚さ18μm電解銅箔を使用した。この電解銅箔の粗面(マット面)側に粗化処理を施した。そして、上記の粗化めっき条件で電流密度55A/dm2で3秒間粗化処理を行った。
温度、搬送速度、電解液の状態などによる表面粗さの変動を処理時間により制御し、十点平均粗さRzを7.2μm、ばらつき±4%となる粗化処理済み電解銅箔を作成した。この結果を、同様に表1に示す。
[0043]
次に、実施例1と同様の電気抵抗材料を、同様の条件で、前記安定化層上に付着させた。この結果、Rz7.2μmの粗化処理済み電解銅箔を用いた本実施例3の場合、抵抗材料のシート抵抗値(抵抗値)は38Ω/sq(スクエア)、ばらつきは5%であった。この結果を、表2に示す。
以上で作成された電気抵抗膜付き銅箔をポリイミド樹脂基板に接着したところ、常態ピール値は1.06kN/m、半田処理後のピール値(耐熱ピール値)は0.99kN/mであった。この結果を、表1に示す。なお、半田処理後のピール値については、実施例1と同様の条件で評価したものである。
[0044]
(実施例4)
本実施例4においては、厚さ18μm電解銅箔を使用した。この電解銅箔の粗面(マット面)側に粗化処理を施した。そして、上記の粗化めっき条件で電流密度63A/dm2で粗化処理を行った。
温度、搬送速度、電解液の状態などによる表面粗さの変動を処理時間により制御し、十点平均粗さRzを7.9μm、ばらつき±4%となる粗化処理
済み電解銅箔を作成した。
[0045]
次に、実施例1と同様の電気抵抗材料を、同様の条件で、前記安定化層上に付着させた。この結果、Rz7.9μmの粗化処理済み電解銅箔を用いた本実施例4の場合、抵抗材料のシート抵抗値(抵抗値)は46Ω/sq(スクエア)、ばらつきは5%であった。この結果を、表2に示す。
以上で作成された電気抵抗膜付き銅箔をポリイミド樹脂基板に接着したところ、常態ピール値は1.17kN/m、半田処理後のピール値(耐熱ピール値)は1.09kN/mであった。この結果を、表1に示す。なお、半田処理後のピール値については、実施例1と同様の条件で評価したものである。
[0046]
(比較例1)
実施例1と同じ従来型の触針式粗さ計で2.7μmである18μm電解銅箔上に電気抵抗層を形成し、ポリイミド樹脂基板に接着したところ、常態ピール値は0.29kN/m、半田処理後のピール値(耐熱ピール値)は0.27kN/mとなり、実施例1〜4に比べ非常に悪い結果となった。
この比較例1について、光学式粗さ計で表面粗さを測定したところ、表1に示すようにRzは5.1μmと小さくなった。このことから、表面粗さが小さいことが、常態ピール値と半田処理後のピール値(耐熱ピール値)の低下になったと考えられる。
[0047]
また、実施例1から4の箔について接触式の粗さ計を用いて表面粗さを測定した。その結果は、図3に示すように、接触式粗さのRzと抵抗値の間には相関性が認められず、表面粗さデータに基づく抵抗値の把握は困難であった。
このことから、従来型の触針式粗さ計では、Rzと抵抗値の相関を得ることができず、最適な条件を見出すことができないことが分かった。
[0048]
以上の結果、本実施例では、いずれも常態ピール値は0.67kg/cm以上、半田処理後のピール値(耐熱ピール値)は0.65kg/cm以上となり、優れた接着性を確保した上で、電気抵抗膜の抵抗値のばらつきを±1
この場合、電気抵抗膜は、銅箔と層構造になっているので、「電気抵抗層」とも言えるが、本明細書においては、これらの意味を含め「電気抵抗膜」と称することとする。
また、銅又は銅合金からなる金属箔は、一般に電解銅箔と圧延銅箔に分類できるが、本願発明は、これらを総称して「銅箔」とする。さらに、銅箔と銅合金箔にも分類できるが、この場合も、これらを総称して「銅箔」とする。以上に述べる通り、特に、これらを特定して言う場合を除いて「銅箔」と記載する。
したがって、抵抗の基板内蔵化により、従来のようにチップ抵抗素子を、半田接合法を用いて基板上に表面実装する手法しかなかったものに比べ、限られた基板の表面積を有効に利用することが可能となる。
従来、銅箔の表面粗さの測定は、JISB0601で規定されている触針式方法を用いて行われていたが、この方法では銅箔の表面粗さと抵抗膜の電気抵抗値の変動やばらつきの相関を見出すことができなかった。
1)少なくとも一方の面の表面粗さを十点平均粗さRz6.0μm〜8.0μmとし、その面に電気抵抗膜を形成した銅又は銅合金からなる金属箔であって、該電気抵抗膜のピール強度が0.60kN/m以上、抵抗値のばらつきが±10%以内であることを特徴とする電気抵抗膜付き金属箔、を提供する。
2)電解銅箔又は圧延銅箔の粗化処理を施した面に電気抵抗層を備えていることを特徴とする請求項1に記載の電気抵抗膜付き金属箔、を提供する。
3)前記電気抵抗膜の抵抗値のばらつきが±5%以内であることを特徴とする上記1または2記載の電気抵抗膜付き金属箔、を提供する。
4)金属箔の箔厚が5〜35μmであることを特徴とする上記1)から3)のいずれかに記載の電気抵抗膜付き金属箔、を提供する。
箔厚が5〜70μmの銅箔、特に5〜35μm銅箔を使用することができる。この銅箔の厚みは、用途に応じて任意に選択できるが、製造条件からくる制約もあり、上記の範囲で製造するのが効率的である。
5)電解銅箔又は圧延銅箔からなる銅又は銅合金の金属箔の表面に、電解による粗化処理を施して、表面粗さが十点平均粗さRz6.0μm〜8.0μmとした後、この粗化処理面にスパッタリング法、真空蒸着法、イオンビームめっき法による物理的表面処理方法、熱分解法若しくは気相反応法による化学的表面処理法又は電気めっき法若しくは無電解めっき法による湿式表面処理法により電気抵抗膜を形成し、該電気抵抗膜のピール強度を0.60kN/m以上とすると共に、該電気抵抗膜の抵抗値のばらつきを±5%以内とすることを特徴とする電気抵抗膜付き金属箔の製造方法、を提供する。
6)前記電気抵抗膜の抵抗値のばらつきを±3%以内とすることを特徴とする上記5)記載の電気抵抗膜付き金属箔の製造方法、を提供する。
7)電解による粗化処理後、さらに被せめっきを行うことを特徴とする上記5)又は6)記載の電気抵抗膜付き金属箔の製造方法、を提供する。
電気抵抗素子の材料として用いられる例としては、例えばバナジウム、タングステン、ジルコニウム、モリブデン、タンタル、ニッケル、クロム等の材料を挙げることができる。このように電気抵抗が比較的高い金属であれば、それぞれ単独の膜として又は他の元素との合金膜として使用することができる。
例えば、NiCr合金、NiCrAlSi合金等の電気抵抗素子が注目されている材料である。また、上記の元素の酸化物、窒化物、ケイ化物の群から選択された材料酸化物、窒化物、ケイ化物も使用できる。上記の通り、これらの材料の選択は回路設計に応じて任意に選択されるものであり、これらの材料に制限されるものでないことは理解されるべきことである。
一般には、電気めっき法が低コストで製造できる利点がある。また、スパッタリング法は、均一な厚みの膜であり、かつ等方性を備えているので、品質の高い抵抗素子を得ることができるという利点がある。
この電気抵抗膜の形成は、膜の用途に応じて形成されるものであり、その場合の付着方法又はめっき方法は、その電気抵抗膜の性質に応じて、適宜選択することが望ましいと言える。
この陰極ドラム1の外周下半分を取り囲むように、不溶性アノード(陽極)2が設けられている。この陰極ドラム1とアノード2の間は一定の間隙3があり、この間を電解液が流動するようになっている。の装置には2枚のアノード板が配置されている。
陰極ドラム1が回転するにつれ、電解液から電着した銅は厚みを増大し、ある厚み以上になったところで、この生箔4を剥離し、連続的に巻き取っていく。このようにして製造された生箔は、陰極ドラム1とアノード2の間の距離、供給される電解液の流速あるいは供給する電気量により厚みを調整する。
このような銅箔製造装置によって製造される銅箔は、陰極ドラムと接触する面は鏡面(光沢面)となるが、反対側の面は凸凹のある粗面(マット面)となる。この電解銅箔の厚さは任意に選択できる。通常、5μm〜35μmの厚さの銅箔を使用することができる。
上記においては、電解銅箔の製造について説明したが、圧延銅箔については、溶解及び鋳造したインゴットを、焼鈍及び熱間圧延、さらには冷間圧延を施して必要な厚みの銅箔として製造することができる。圧延銅箔は、いずれも光沢面となっているので、必要に応じて、粗化処理を施す。この粗化処理は、すでに公知の粗化処理を用いることができる。
(粗化めっき条件)
Cuイオン濃度:10〜30g/L
硫酸濃度:20〜100g/L
電解液温:20〜60°C
電流密度:5〜80A/dm2
処理時間:0.5〜30秒
(かぶせめっき条件)
Cuイオン濃度:30〜50g/L
硫酸濃度:20〜100g/L
電解液温:20〜60°C
電流密度:5〜80A/dm2
処理時間:0.5〜30秒
この光干渉式光学的表面形状測定機器としては、非接触3次元表面形状粗さ測定システム、品番NT1100(WYKOオプティカルプロファイラ(分解能:0.2μm×0.2μm以下):Veeco社製)を用いることができる。
このシステムの測定方式は、垂直走査型干渉方式(Vertical Scan Interferometory/VSI方式)であり、視野範囲は120μm×90μm、測定スキャン速度は7.2μm/secである。干渉方式は、ミラウ干渉方式(対物レンズ50倍、内部レンズ1倍)である。
電気抵抗材料は、NiCr合金、NiCrAlSi合金等の電気抵抗材料のターゲットを用いて、スパッタリングにより形成することができる。このスパッタリング条件は、特に制限はなく、公知のスパッタリング装置を用いて、任意の電気抵抗材料を形成することができる。
電気抵抗膜は例えば抵抗値を25.0Ω/sq〜50.0Ω/sq程度のものが通常使われるが、膜の厚みを変えてこの範囲を超える抵抗値としてもよい。
この図2から明らかなように、粗化粒子を備えた銅箔の表面粗さRzが6.0μm〜8.0μmの範囲で、抵抗値Rが25.0Ω/sq〜50.0Ω/sqとなり、表面粗さRzの増加と共に、抵抗値Rが増加する。さらに、高い相関が認められるため、表面粗さを制御することにより、抵抗値のばらつきを±10%以内とすることが可能である。
この場合の触針式粗さ測定機器は、Surfcorder Model SE-3C(小阪研究所製)を用いたものである。なお、この触針式粗さ測定機器において、Stylus(触針先端径):2μmR、Load(荷重):0.07g、Speed(速度):0.1mm/min、Measurement Length(測定長さ):0.8mm、Measurement Direction(測定方向)はTransverse:製箔方向に対し90°の方向として測定した。
すなわち、この触針式粗さ測定機器では、正確な表面粗さRzを測定することはできない。
また、レーザーを用いる凹凸形状測定手法(ピンホール共焦点レーザー法など)でも表面粗さと抵抗値の相関は低く、表面粗さとしては触針法より大きく、光干渉式測定法より小さい値であったことから、粗化処理による樹枝上の粒子が表面にある場合、樹枝に隠れた凹凸までは感知できないものと考えられる。
これにより、電気抵抗膜の抵抗値のばらつきを銅箔の幅方向に10%以内、さらには、5%以内を達成することが可能であり、これらの特性を備えた電気抵抗膜付き銅箔を提供することが可能となる。
さらに、本願発明においては、箔厚が5〜70μmの銅箔、特に5〜35μm銅箔を使用することができる。また、本願発明で電気抵抗層を形成した銅箔は、粗化処理を施した電解銅箔又は圧延銅箔の何れも用いることができる。
本実施例1においては、厚さ18μm電解銅箔を使用した。この電解銅箔の粗面(マット面)側に粗化処理を施した。そして、上記の粗化めっき条件で電流密度42A/dm2で3秒間粗化処理を行った。
温度、搬送速度、電解液の状態などによる表面粗さの変動を処理時間により制御し、十点平均粗さRzを6.3μm、ばらつき±5%となる粗化処理済み電解銅箔を作成した。この結果を、表1に示す。
Ni/Cr合金スパッタリング:
62インチ幅のスパッタリング装置
電力:45kw
線速度:3ft/min(0.9m/min)
Ni/Cr合金の厚さ:500Å、
Rz6.3μmの粗化処理済み電解銅箔を用いた場合、抵抗材料のシート抵抗値(抵抗値)は28Ω/sq(スクエア)、ばらつきは7%であった。この結果を、表2に示す。
なお、半田処理後のピール値については、260°Cの溶融半田浴中に20秒間、浸漬した(すなわち加熱処理を受けた状態)後にピール値を測定したもの、すなわち半田処理後のピール値は、この処理(熱影響を受けた)後のピール値を示すものである。これは、耐熱性を評価するためのものである。
本実施例2においては、厚さ18μm電解銅箔を使用した。この電解銅箔の粗面(マット面)側に粗化処理を施した。そして、上記の粗化めっき条件で電流密度49A/dm2で3秒間粗化処理を行った。
温度、搬送速度、電解液の状態などによる表面粗さの変動を処理時間により制御し、十点平均粗さRzを6.7μm、ばらつき±4%となる粗化処理済み電解銅箔を作成した。この結果を、同様に表1に示す。
以上で作成された電気抵抗膜付き銅箔をポリイミド樹脂基板に接着したところ、常態ピール値は0.84kN/m、半田処理後のピール値(耐熱ピール値)は0.80kN/mであった。この結果を、表1に示す。なお、半田処理後のピール値については、実施例1と同様の条件で評価したものである。
本実施例3においては、厚さ18μm電解銅箔を使用した。この電解銅箔の粗面(マット面)側に粗化処理を施した。そして、上記の粗化めっき条件で電流密度55A/dm2で3秒間粗化処理を行った。
温度、搬送速度、電解液の状態などによる表面粗さの変動を処理時間により制御し、十点平均粗さRzを7.2μm、ばらつき±4%となる粗化処理済み電解銅箔を作成した。この結果を、同様に表1に示す。
以上で作成された電気抵抗膜付き銅箔をポリイミド樹脂基板に接着したところ、常態ピール値は1.06kN/m、半田処理後のピール値(耐熱ピール値)は0.99kN/mであった。この結果を、表1に示す。なお、半田処理後のピール値については、実施例1と同様の条件で評価したものである。
本実施例4においては、厚さ18μm電解銅箔を使用した。この電解銅箔の粗面(マット面)側に粗化処理を施した。そして、上記の粗化めっき条件で電流密度63A/dm2で粗化処理を行った。
温度、搬送速度、電解液の状態などによる表面粗さの変動を処理時間により制御し、十点平均粗さRzを7.9μm、ばらつき±4%となる粗化処理済み電解銅箔を作成した。
以上で作成された電気抵抗膜付き銅箔をポリイミド樹脂基板に接着したところ、常態ピール値は1.17kN/m、半田処理後のピール値(耐熱ピール値)は1.09kN/mであった。この結果を、表1に示す。なお、半田処理後のピール値については、実施例1と同様の条件で評価したものである。
実施例1と同じ従来型の触針式粗さ計で2.7μmである18μm電解銅箔上に電気抵抗層を形成し、ポリイミド樹脂基板に接着したところ、常態ピール値は0.29kN/m、半田処理後のピール値(耐熱ピール値)は0.27kN/mとなり、実施例1〜4に比べ非常に悪い結果となった。
この比較例1について、光学式粗さ計で表面粗さを測定したところ、表1に示すようにRzは5.1μmと小さくなった。このことから、表面粗さが小さいことが、常態ピール値と半田処理後のピール値(耐熱ピール値)の低下になったと考えられる。
このことから、従来型の触針式粗さ計では、Rzと抵抗値の相関を得ることができず、最適な条件を見出すことができないことが分かった。
本発明の電気抵抗膜を内蔵した銅箔を使用することにより、回路設計の際に、新たに電気抵抗素子を単独に形成する必要がなく、銅箔に形成された電気抵抗膜を、塩化第二銅等のエッチング溶液を用いて、抵抗素子を露出させるだけでよいので、半田接合が不要となるか又は大きく軽減され、実装工程が著しく簡素化されるという効果を有する。
また、実装部品や半田数が低減される結果、スペースが拡張でき小型軽量になるという利点もある。これによって回路設計の自由度を向上させることができる。また、このように銅箔に抵抗体が内蔵されることにより、高周波領域での信号特性が改善される効果を備えているのでプリント回路基板として有用である。
Claims (7)
- 少なくとも一方の面の表面粗さを十点平均粗さRz6.0μm〜8.0μmとし、その面に電気抵抗膜を形成した銅又は銅合金からなる金属箔であって、該電気抵抗膜のピール強度が0.60kN/m以上、抵抗値のばらつきが±5%以内であることを特徴とする電気抵抗膜付き金属箔。
- 電解銅箔又は圧延銅箔の粗化処理を施した面に電気抵抗層を備えていることを特徴とする請求項1に記載の電気抵抗膜付き金属箔。
- 前記電気抵抗膜の抵抗値のばらつきが±3%以内であることを特徴とする請求項1または2記載の電気抵抗膜付き金属箔。
- 金属箔の箔厚が5〜35μmであることを特徴とする請求項1〜3記載の電気抵抗膜付き金属箔。
- 電解銅箔又は圧延銅箔からなる銅又は銅合金の金属箔表面に、電解による粗化処理を施して、表面粗さが十点平均粗さRz6.0μm〜8.0μmとした後、この粗化処理面にスパッタリング法、真空蒸着法、イオンビームめっき法による物理的表面処理方法、熱分解法若しくは気相反応法による化学的表面処理法又は電気めっき法若しくは無電解めっき法による湿式表面処理法により電気抵抗膜を形成し、該電気抵抗膜のピール強度を0.60kN/m以上とすると共に、該電気抵抗膜の抵抗値のばらつきを±10%以内とすることを特徴とする電気抵抗膜付き金属箔の製造方法。
- 前記電気抵抗膜の抵抗値のばらつきを±5%以内とすることを特徴とする請求項5記載の電気抵抗膜付き金属箔の製造方法。
- 電解による粗化処理後、さらに被せめっきを行うことを特徴とする請求項5又は6記載の電気抵抗膜付き金属箔の製造方法。
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