TW202030370A - 具有低稜線之電解銅箔 - Google Patents

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Abstract

一種表面處理銅箔,係包括電解銅箔,且該電解銅箔包括輥筒面及沉積面。處理層係設置於輥筒面及沉積面之一者上,並提供表面處理面。處理層係包含粗化粒子層,且該表面處理面係具有0.1至0.9μm3/μm2範圍內之空隙體積(Vv)。此外,表面處理銅箔之氫與氧的總含量為小於或等於300ppm。

Description

具有低稜線之電解銅箔
本發明係關於具有受控之表面特性的電解銅箔。本發明關於電路板及其類似物,係具有低傳輸損耗之電子訊號,且該電路板係包括該電解銅箔作為其組件。
對於傳輸大量數據的需求日益增長,需要不斷提高電路板上組件之間的傳輸速度。為達成此等速度,頻率範圍必需從低於1Mhz增加至1GHz、10GHz甚或更高。於此等較高範圍內,電流主要係於接近導體表面處流動,此係由於眾所周知之「集膚效應(skin effect)」所導致,亦即高頻電流密度於導體表面處為最高之趨勢且朝向中心呈指數衰減之趨勢。集膚深度(skin depth)承載大約67%的訊號,係與頻率之平方根成反比。因此,在1MHz之集膚深度為65.2μm;在1GHz之集膚深度為2.1μm;而在10GHz之集僅為0.7μm。在較高頻率,導體之表面形貌或粗糙度變得愈發重要,因為大約或大於集膚深度的粗糙度將對訊號傳輸造成影響。
極低稜線(Very Low Profile,VLP)之銅箔係具有非常低之粗糙度。即使在高頻下,VLP銅箔提供非常好的訊號傳輸性能。惟,隨著粗糙度降低,銅箔與電路板之層壓結構中使用之樹脂層的接著性亦降低, 往往導致不欲之脫層。為了與不佳的接著性及可能之脫層抗衡,係特意地於該銅箔與樹脂接觸面進行粗糙化。使用標準方法的粗糙化表面可提供約為數微米之表面粗糙度,且其會影響GHz範圍內之任何傳輸。由上可知,對於銅箔設計而言,其一方面需要較高之粗糙度以確保足夠的接著性,另一方面卻又需要較低之粗糙度以儘可能減少傳輸損耗,此兩種相對矛盾之需求使得銅箔設計深受限制。
儘管VLP銅箔於傳輸損耗方面提供改善,VLP銅箔之粗糙化仍需要改善,以保持傳輸損耗之優點,同時改善接著特性。因此,對於具有低傳輸損耗及良好接著強度的用於製造電路板之銅箔仍存在需求。
總的來說,本發明係關於一種銅箔,例如可用作電路板中之導體的電解銅箔。銅箔業經製備為具有受控之表面特性,該銅箔即使在高頻率下亦可提供低傳輸損耗,且對電路板中之樹脂層具有高接著性。
於第一態樣中,本發明係包含一種表面處理銅箔,係包含電解銅箔及處理層。該電解銅箔係包括輥筒面及沉積面。處理層係設置於輥筒面及沉積面之一者上,並提供表面處理面,其中,該處理層係包含粗化粒子層。該表面處理面係具有0.1至0.9μm3/μm2範圍內之空隙體積(void volume,Vv),且該表面處理銅箔的氫與氧之總含量係小於或等於300ppm。
視需要,該表面處理銅箔的氫與氧之總含量係為至少50ppm。視需要,空隙體積(Vv)係小於或等於0.7μm3/μm2。視需要,該粗化粒子層係包含銅粗化粒子。
視需要,根據本發明之第一態樣,該表面處理面還具有0.08至0.84μm3/μm2範圍內之核心部空隙體積(core void volume,Vvc)。視需要,該表面處理面還具有0.01至0.07μm3/μm2範圍內之波谷部空隙體積(dale void volume,Vvv)。
視需要,根據本發明之第一態樣,該處理層復包含阻障層,係包括鎳,且該處理層之鎳面密度(nickel areal density)為40至200μg/dm2範圍內。視需要,該鎳面密度係小於或等於120μg/dm2。視需要,該處理層復包含阻障層,係包括鎳,且該阻障層之空隙體積(Vv)係小於或等於0.7μm3/μm2
同樣視需要,根據本發明之第一態樣,該處理層係位於該沉積面上。視需要,該處理層係位於該輥筒面上。視需要,該處理層係第一處理層,且該表面處理銅箔復包含設置於該輥筒面及沉積面之一者上的第二處理層,其中,該第一處理層及第二處理層不設置在電解銅箔的相同面上,亦即第一處理層及第二處理層設置在電解銅箔的不同面上。視需要,該處理層係第一處理層,且該表面處理銅箔復包含設置於該輥筒面及沉積面之另一者上的第二處理層。視需要,該第二處理層不包含粗化粒子層。
視需要,根據本發明之第一態樣的處理層復包含覆蓋層、阻障層(barrier layer)、防鏽層(anti-tarnish layer)及耦合層(coupling layer)之至少一者。視需要,該覆蓋層係包含銅。視需要,該阻障層係包含一個或多個子層,其中,每一子層係獨立包含金屬或含該金屬之合金,且該金屬係選自鎳(Ni)、鋅(Zn)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鉬(Mo)、鐵(Fe)、錫(Sn) 及釩(V)之至少一者。視需要,該防鏽層係包括鉻。視需要,該耦合層係包含矽。
於第二態樣中,本發明係包含層壓板。該層壓板係包含表面處理銅箔以及與該表面處理銅箔的表面處理面接觸的樹脂層。該表面處理銅箔係包含電解銅箔以及處理層。該電解銅箔係包括輥筒面及沉積面。該處理層設置於該輥筒面或沉積面之一者上,並提供表面處理面,其中,該處理層係包含粗化粒子層,以及其中,該表面處理面係具有0.1至0.9μm3/μm2範圍內之空隙體積(Vv)。該表面處理銅箔的氫與氧之總含量係小於或等於300ppm,且該表面處理銅箔係具有40至200μg/dm2範圍內之鎳面密度。
於第三態樣中,本發明係包含裝置。該裝置係包含電路板,以及複數安裝在該電路板上之組件。該電路板係包含根據本發明之第一態樣的表面處理銅箔。該複數組件的至少一第一組件及第二組件係透過該電路板之表面處理銅箔彼此電性連接。
本文中所描述之表面處理銅箔展現優異的性能,例如當該表面處理銅箔用作電路板之組件時。即使在高頻下,該表面處理銅箔可具有低的電子訊號傳輸損耗,並且對樹脂具有之良好接著特性。
上述之總結並非試圖代表本發明之每一具體實施例或每一態樣。反之,前述總結僅提供本文中詳述之新穎態樣及特徵之示例。當結合所附圖式及申請專利範圍時,由下述用以實施本發明的代表性具體實施例和模式的詳細說明,上述特徵及優點與本發明的其他特徵及優點將是顯而易見的。
100‧‧‧表面處理銅箔
102‧‧‧銅箔
104‧‧‧輥筒面
106‧‧‧沉積面
108、108’‧‧‧處理層
110‧‧‧表面處理面
112‧‧‧粗化粒子層
114‧‧‧阻障層
116‧‧‧防鏽層
118‧‧‧耦合層
210‧‧‧峰
212‧‧‧孔
214、310、312‧‧‧區域
由以下例示性實施態樣的說明結合參考附圖將更佳地理解本發明。
第1A圖係顯示根據第一具體實施態樣的表面處理銅箔。
第1B圖係顯示根據第二具體實施態樣的表面處理銅箔。
第1C圖係顯示根據第三具體實施態樣的表面處理銅箔。
第1D圖係顯示根據第四具體實施態樣的表面處理銅箔。
第2圖係顯示3D表面圖以及負載面積率圖。
第3圖係顯示負載面積率圖之細節。
本發明可接受進行各種修飾及替代形式。藉由圖式中的示例顯示一些代表性具體實施態樣,並將於本文中詳細揭示。惟,應理解的是,本發明並不受所揭露之特定形式所限。反之,本發明涵蓋所有落入本發明之申請專利範圍所界定之精神及範圍內的修飾、等效物及替代物。
應明確理解,圖式中所有圖形及其他表示僅為示意之用。於圖式之各個圖中,相同之數字係用以表示相似元件,以便理解所揭露之具體實施態樣。
本發明係揭示具有低傳輸損耗的表面處理銅箔。該表面處理銅箔係具有受控之表面特性(例如空隙體積),以及受控之組成(例如氫 與氧之濃度)。所述表面處理銅箔可用於需要低的電子訊號傳輸損耗的物品,例如印刷電路板、二次電池中之集電體或任何覆蓋絕緣體之薄銅箔。
第1A圖係顯示表面處理銅箔100的第一具體實施態樣的橫截面示意圖,第1B圖係顯示第二具體實施態樣。第1A圖係顯示電解銅箔102及處理層108。該電解銅箔102係具有輥筒面104及沉積面106。該處理層108係設置在輥筒面104上並提供表面處理面110。第1B圖係顯示第二具體實施態樣,其中,處理層108係設置在沉積面106上並提供表面處理面110。
第1C圖及第1D圖係顯示表面處理銅箔100的兩個其它具體實施態樣。於第三具體實施態樣中,如第1C圖所示,處理層108係定義為第一處理層,且有一個第二處理層108’設置於沉積面106上。於第四具體實施態樣中,如第1D圖所示,處理層108係定義為第一處理層,且有一個第二處理層108’設置於輥筒面104上。
如本文中所用,銅箔之「輥筒面」係與電沉積過程中使用之輥筒接觸之銅箔表面,而「沉積面」係該輥筒面之相對面或係形成銅箔之電沉積過程中與電解液接觸之電解銅箔表面。此等術語係關於生產電解銅箔之製造方法,係包括將轉動之輥筒組件部分地浸沒於含有銅離子以及視需要之其他添加劑(如稀土金屬及界面活性劑)之電解液中。因此,於電流之作用下,銅離子被吸引至該輥筒並被還原,導致銅金屬鍍覆於該輥筒之表面上,於該輥筒之表面上形成電解銅箔。藉由旋轉該輥筒,並於所形成之銅箔隨著該輥筒一起轉出該電解液時移除該銅箔,從而以連續製程形成並自輥筒移除電解銅箔。舉例而言,該電解銅箔可隨著其形成而被拉離輥筒,並於連續製程中穿行或通過輥。
如第1A至1D圖所示,提供處理層108之表面處理可包括一種或多種處理,例如粗糙化處理以提供粗化粒子層112、鈍化處理以提供阻障 層114、防鏽處理以提供防鏽層116以及耦合處理以提供耦合層118。因此,於第1A至1D圖所示之具體實施態樣中,粗化粒子層112、阻障層114、防鏽層116及耦合層118係處理層108之子層。圖中所示之表面處理及處理層108的特定子層係視需要之具體實施態樣,於一些其他具體實施態樣中,可使用除此之外或作為其替代品之其他表面處理及其他子層。因此,處理層108於不同具體實施態樣中可存在一個或超過一個之子層。
如第1C及1D圖所示,於一些具體實施態樣中可施加第二處理層108’。於一些具體實施態樣中,第二處理層108’可與第一處理層108相同。舉例而言,第二處理層108’可包括粗化粒子層、阻障層、防鏽層及耦合層,上述各層並未示於圖中。於一些具體實施態樣中,第二處理層108’係不包括粗化粒子層。於一些具體實施態樣中,第二處理層108’係包括阻障層及防鏽層。於一些具體實施態樣中,第二處理層108’係防鏽層。
該表面處理銅箔係具有表面紋理及特徵,當該銅箔結合至例如電路板或電池之製品中,該表面紋理及特徵會影響其特性及最終性能。所述特徵之一是空隙體積參數,係參照第2圖描述。第2圖中係顯示例如電解銅箔之表面處理面的3D表面,以及用於獲得空隙體積參數之衍生的負載面積率圖。第2圖之左側係表面之表面幾何構造的三維圖示。第2圖之右側係顯示衍生之負載面積率曲線,可藉由ISO標準方法25178-2:2012獲得,該曲線係跨越位於最高峰210之頂部的0%負載率(material ratio,mr)至mr為100%的最低谷或孔212。空隙體積(Vv)之計算,係藉由將表面上方以及水平切割平面下方所圍住的空隙之體積積分,而該水平切割平面係設定在介於0%(峰210之頂部)與100%(孔212之底部)之間的特定負載率(mr)所對應的高度。例如,負載率為70%的空隙體積係如第2圖右側圖中之陰影 區域214所示。如本文中所用,除非另有說明,否則所列出之Vv係mr為10%之Vv。
第3圖係顯示負載面積率圖與所定義的各種體積參數之關聯的更多細節。核心部空隙體積(Vvc)為兩個負載率之間的空隙體積差,例如區域310所示之mr1及mr2的空隙體積差。如本文中所用,除非另外指明,Vvc係選擇mr1為10%且mr2為80%。波谷部空隙體積,亦稱谷空隙體積(valley void volume,Vvv),係特定mr值的空隙體積,如區域312所示之mr值為80%的空隙體積。如本文中所用,除非另外指明,Vvv係以80%之負載率計算。mr1處之空隙體積(Vv)係mr1與mr2之間的核心部空隙體積(Vvc)(亦即區域310)與在mr2的波谷部空隙體積(Vvv)(亦即區域312)的總和。
於一些具體實施例中,表面處理面110係具有空隙體積(Vv),係介於低值與高值之間的受控範圍內,例如介於約0.1μm3/μm2的低值與約0.9μm3/μm2的高值之間。應明確理解,此等範圍是連續的。因此,該值可為:0.10、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19、0.20、0.21、0.22、0.23、0.24、0.25、0.26、0.27、0.28、0.29、0.30、0.31、0.32、0.33、0.34、0.35、0.36、0.37、0.38、0.39、0.40、0.41、0.42、0.43、0.44、0.45、0.46、0.47、0.48、0.49、0.50、0.51、0.52、0.53、0.54、0.55、0.56、0.57、0.58、0.59、0.60、0.61、0.62、0.63、0.64、0.65、0.66、0.67、0.68、0.69、0.70、0.71、0.72、0.73、0.74、0.75、0.76、0.77、0.78、0.79、0.80、0.81、0.82、0.83、0.84、0.85、0.86、0.87、0.88、0.89或0.90μm3/μm2,且此等值係各自表示數值範圍之可能的端點。
不受限於特定機制,其啟示著當Vv過低時,例如小於約0.1μm3/μm2,該銅箔與樹脂之接著性可能很差。換言之,該材料不能很好地 錨固至表面上,使其接著性差。反之,如果Vv過高,例如高於約0.9μm3/μm2,則傳輸損耗的值變得過高。
於一些具體實施例中,表面處理面110係具有介於低值與高值之間的受控範圍內之核心部空隙體積(Vvc),例如介於約0.08μm3/μm2的低值與約0.84μm3/μm2的高值之間。應明確理解,此等範圍是連續的且可表示為這一範圍內的任意值。於一些具體實施態樣中,Vvc係具有至少0.08、0.089、0.09、0.097、0.10、0.15、0.197、0.2、0.225、0.25、0.30、0.326、0.35、0.361、0.384、0.40、0.45、0.50、0.503、0.55、0.591、0.60、0.602、0.65、0.671、0.681、0.683、0.70、0.75、0.80、0.831或0.84μm3/μm2的低值。於一些具體實施態樣中,Vvc係具有不超過0.84、0.831、0.80、0.75、0.70、0.683、0.681、0.671、0.65、0.602、0.60、0.591、0.55、0.503、0.50、0.45、0.40、0.384、0.361、0.35、0.326、0.30、0.25、0.225、0.2、0.197、0.15、0.10、0.097、0.09、0.089或0.08μm3/μm2的高值。
於一些具體實施例中,表面處理面110係具有介於低值與高值之間的受控範圍內之波谷部空隙體積(Vvv),例如介於約0.01μm3/μm2的低值與約0.07μm3/μm2的高值之間。應明確理解,此等範圍是連續的且可表示為這一範圍內的任意值。於一些具體實施態樣中,Vvv係具有至少0.010、0.013、0.015、0.020、0.022、0.025、0.026、0.027、0.030、0.034、0.035、0.036、0.040、0.044、0.045、0.047、0.048、0.050、0.051、0.055、0.057、0.060、0.065、0.068或0.070μm3/μm2的低值。於一些具體實施態樣中,Vvv係具有不超過0.070、0.068、0.065、0.060、0.057、0.055、0.051、0.050、0.048、0.047、0.045、0.044、0.040、0.036、0.035、0.034、0.030、0.027、0.026、0.025、0.022、0.020、0.015、0.013或0.010μm3/μm2的高值。
該表面處理銅箔係具有組成特性或特徵,當該銅箔結合至例如電路板或電池之製品中,該組成特性或特徵會影響其特性及最終性能。舉例而言,藉由元素分析,痕量化合物係鑑定為氧及氫。無限制地,氧及氫可位於整個表面處理銅箔中,例如在銅箔102之整體中,亦在處理層108及第二處理層108’中。
於一些具體實施態樣中,表面處理銅箔係具有介於低值與高值之間的受控範圍內之氫與氧的總含量,例如0ppm的低值與高達300ppm的高值。應明確理解,此等範圍是連續的且可表示為這一範圍內的任意值。於一些具體實施態樣中,氫與氧的總含量係具有至少0、10、20、30、40、43、45、47、50、52、60、70、80、90、100、110、113、116、120、129、130、131、135、140、150、160、170、178、180、189、190、200、207、210、220、230、234、240、250、260、270、280、290或300ppm的低值。於一些具體實施態樣中,氫與氧的總含量係具有不超過300、290、280、270、260、250、240、234、230、220、210、207、200、190、189、180、178、170、160、150、140、135、131、129、120、113、110、100、90、80、70、60、52、50、47、54、43、40、30、20、10或0ppm的高值。
不受限於特定機制,其啟示著當氫與氧的總含量過高時,此等物質可能增加電解銅箔之阻抗,而影響如傳輸之電學性質。通常氫與氧的總含量應最小化,已經發現於一些具體實施態樣中,具有例如50ppm之氫與氧之總含量,可改善性能,例如可形成具有較低的Vv及伴隨之較低傳輸損耗的表面處理銅箔。
於一些具體實施態樣中,粗化粒子層,例如粗化粒子層112,可包括如銅粗化粒子之金屬粗化粒子。舉例而言,可藉由將金屬電鍍於電解銅箔上而形成粗化粒子。於一些具體實施態樣中,銅粗化粒子可由銅或 銅合金製成。於一些具體實施態樣中,該粗化粒子層係包括位於金屬粗化粒子上之金屬覆蓋層,例如位於銅粗化粒子上之銅沉積。舉例而言,該金屬覆蓋層有助於防止該金屬粗化粒子剝離。
如本文中所用,「阻障層」係由金屬或含有至少一該金屬之合金製成的層。於一些具體實施態樣中,該阻障層,例如阻障層114,係由選自鋅(Zn)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鉬(Mo)、釩(V)、鐵(Fe)、錫(Sn)及其組合的至少一種金屬製成。於一些具體實施態樣中,該阻障層包含鎳。於一些具體實施態樣中,該阻障層包含鋅。於一些具體實施態樣中,該阻障層包含鎳層及鋅層。
如本文中所用,「防鏽層」,例如防鏽層116,係施加至金屬之塗層,其可保護被塗覆之金屬免於如腐蝕造成之劣化。於一些具體實施態樣中,該防鏽層係包含金屬或有機化合物。舉例而言,鉻或鉻合金可用作電解銅板上之金屬塗層。當該防鏽層由鉻合金製成時,其可進一步包含鋅(Zn)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鉬(Mo)及釩(V)中之任一者或多者。於一些防鏽層由有機物製成的具體實施態樣中,該層可包含選自由三唑、噻唑、咪唑或其衍生物所組成群組之至少一個者。三唑基係包括但不限於鄰三唑(1,2,3-三唑)、苯并三唑、甲苯基三唑、羧基苯并三唑、經氯取代之苯并三唑、3-胺基-1,2,4-三唑、2-胺基-1,3,4-三唑、4-胺基-1,2,4-三唑、1-胺基-1,3,4-三唑及其異構物或衍生物。噻唑基係包括但不限於噻唑、2-巰基苯并噻唑、二苯并噻唑基二硫化物及其異構物或衍生物。咪唑基係包括但不限於咪唑、2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑、1-苄基-2-甲基咪唑及其異構物或衍生物。
如本文中所用,「耦合層」,例如耦合層118,係為改善銅箔與樹脂層之間結合力而添加的子層,例如,該樹脂層係用於製造電路板 的樹脂層。於一些具體實施態樣中,耦合層係藉由提供包括矽及氧之子層的矽烷處理而提供。矽烷可舉例為但不限於胺基矽烷、環氧矽烷及巰基矽烷。該矽烷可選自乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、2-(3,4-環氧環己基)乙基三甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基甲基二乙氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基三乙氧基矽烷、對苯乙烯基三甲氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基甲基二乙氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷、3-丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、N-2-(胺基乙基)-3-胺基丙基甲基二甲氧基矽烷、N-2-(胺基乙基)-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、3-胺基丙基三甲氧基矽烷、3-胺基丙基三乙氧基矽烷、3-三乙氧基矽烷基-N-(1,3-二甲基-亞丁基)丙胺的部分水解物、N-苯基-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-(乙烯基苄基)-2-胺基乙基-3-胺基丙基三甲氧基矽烷鹽酸鹽、三-(三甲氧基矽烷基丙基)異氰脲酸酯、3-脲基丙基三烷氧基矽烷、3-巰基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-巰基丙基三甲氧基矽烷以及3-異氰酸酯基丙基三乙氧基矽烷,但並不限於此。
於一些具體實施態樣中,係提供子層,例如處理層108之子層,使電解銅箔之輥筒面104(第1A圖及第1C圖)或沉積面106(第1B圖及第1D圖)覆蓋有粗化粒子層112,該粗化粒子層112覆蓋有阻障層114,該阻障層114覆蓋有防鏽層116,並且該防鏽層116覆蓋有耦合層118;惟,根據其他具體實施態樣,堆疊順序或子層之數目不限於此。於第1A至1D圖所示之具體實施態樣中,表面處理面110的最終物理表面係因此由耦合層118而提供,該耦合層隨後與層壓結構中之樹脂層結合。於一些具體實施態樣中,由於阻障層114、防鏽層116及耦合層118之任意組合可能較粗化粒子層 112薄得多,因此表面處理面110的表面特性,例如體積參數Vv、Vvv及Vvc,係受控於粗化粒子層112。
於一些具體實施態樣中,第二處理層108’中之子層的組合或堆疊順序係不同於第一處理層108中之子層的組合或堆疊順序。於一些具體實施態樣中,例如參照第1C圖,可沉積鋅層於沉積面106上,之後可沉積鉻層於該鋅層上,該鋅層及鉻層係形成第二處理層108’。於一些其它具體實施態樣中,例如參照第1D圖,可沉積鋅層於輥筒面104上,之後可沉積鉻層於該鋅層上,該鋅層及鉻層係形成第二處理層108’。
應明確理解的是,即便第一處理層108及第二處理層108’中之獨立子層可為相同的層,如鋅阻障層,但這些層之物理特性,例如厚度,可能為不同的。同樣應明確理解的是,即使第一處理層108及第二處理層108’中之獨立子層皆發揮相似作用,第一處理層108及第二處理層108’於組成上可能為不同的。舉例而言,即使第一處理層108及第二處理層108’兩者皆包括抗腐蝕(anti-corrosion)層,如第一處理層之一處理層可視需要包括金屬,而如第二處理層108’之另一處理層可包括有機化合物。
該表面處理電解銅箔係具有組成或特徵,當該銅箔結合至例如電路板或電池之製品中,該組成或特徵會影響其特性及最終性能。舉例而言,於一些具體實施態樣中,所沉積金屬之面密度,例如第一處理層108及第二處理層108’,係控制為介於低值與高值之間。
二維物體之「面密度」或「面積密度(area density)」係每單位面積之質量。如本文中所用,「鎳面密度」係指表面處理銅箔的處理層中,如處理層108,每單位面積之鎳的質量。
於一些具體實施態樣中,表面處理銅箔100係具有介於低值與高值之間的受控範圍內之鎳面密度,係,例如介於約40μg/dm2的低值 與約200μg/dm2的高值之間。應明確理解,此等範圍是連續的。因此,該低值可等於或大於40、42、43、44、45、48、50、53、57、60、61、63、70、80、90、100、103、110、120、130、140、150、155、158、160、170、176、180、190、197或200μg/dm2。該高值可等於或小於200、197、190、180、176、170、160、158、155、150、140、130、120、110、103、100、90、80、70、63、61、60、57、53、50、48、45、44、43、42或40μg/dm2
於一些具體實施態樣中,表面處理銅箔100及樹脂層係組合以形成層壓結構。該結構可包括兩層或更多層交替的銅箔及樹脂層。舉例而言,可藉由堆疊交替的銅箔(其至少一者係表面處理銅箔100)及樹脂層片材,並於加熱堆疊體的同時,使用壓力機將該堆疊體壓縮在一起而形成。於一些具體實施態樣中,該樹脂層係與表面處理銅箔100的表面處理面110接觸。若將超過三層導電層(例如,其至少一者係表面處理銅箔100)與樹脂層交替堆疊,則層壓體係為例如可用以製作多層PCB(印刷電路板)之多層結構。
如本文中所用,「樹脂」係指一種有機聚合物材料,可於如表面處理銅箔之基材上形成片材或層。樹脂之一些實施例係包括酚醛樹脂、環氧樹脂、聚酯樹脂(例如,聚對苯二甲酸乙二酯)、聚醯亞胺樹脂、丙烯酸樹脂、甲醛樹脂、雙馬來醯亞胺三嗪樹脂、氰酸酯樹脂、含氟聚合物、聚醚碸、纖維質熱塑性樹脂、聚碳酸酯、聚烯烴、聚丙烯、聚硫化物及聚胺酯。該樹脂亦可包括填充材料或增強材料,例如芳族醯胺、碳、玻璃、纖維素及無機材料,此等係全部視需要為顆粒、纖維、短纖、梭織物或編織材料之形式。於一些具體實施態樣中,係於複合片材中使用一種或多種樹脂及一種或多種填充材料將該樹脂製成片材。於一些具體實施態樣中, 係將一或多層樹脂層彼此堆疊並直接接觸,以提供多層樹脂層,有時亦稱為多層板。如本文中所用,樹脂層可指代多層樹脂層,例如多層板。
於一些具體實施態樣中,該表面處理銅箔100係用於製造電路板(如,印刷電路板或PCB)。舉例而言,使用該銅箔及樹脂層之層壓體形成電路板。可藉由已知加工方法,例如微影製程(lithography)、銅蝕刻及將銅箔/樹脂層壓體鑽孔,以達成如導電線、線路、接觸墊、屏蔽區及導電通孔的製造之進一步加工。可藉由已知方法將例如電池、電阻器、發光二極體、繼電器、電晶體、電容器、電感器、二極體、開關、微控制器、晶體及振盪器以及積體電路之組件安裝(例如,機械連接及電性連接)到電路板。舉例而言,附接組件之表面安裝方法或通孔方法以及用於組裝之拾取及放置技術。
於一些具體實施態樣中,表面處理銅箔100可用於製作電路板,包括安裝在該電路板上的複數組件,該電路板係用於裝置中。如本文中所用,裝置係包含用於處理電子訊號的任何元件或組件,例如藉由控制訊號之電壓、電流、頻率或功率。舉例而言且不限於,例如膝上型及桌上型之電腦、載運工具、電話、量測及監控裝置(例如,血糖計、酸鹼度測定計、空氣監控裝置)、數據輸出裝置(例如,監控器、列印機)、輸入裝置(觸摸螢幕、鍵盤、滑鼠)以及如Wi-Fi、紫蜂(Zigbee)及藍牙(Bluetooth)與雷達之無線傳輸/接收裝置。
於一些具體實施態樣中,表面處理銅箔100可用作集電體。於一些具體實施態樣中,表面處理銅箔可用作例如,疊片式鋰離子電池或鈕扣式鋰離子電池之鋰離子二次電池中之集電體。應明確理解,對於此等具體實施態樣,可進行一些修飾,例如可使用其中不具有矽烷耦合層或阻 障層之子層。因此,於一些具體實施態樣中,表面處理銅箔100係不包括阻障層114或耦合層118。
應理解,於本發明之範疇內,上述及下述提及的技術特徵(諸如實施例)可自由且相互組合以形成新的或較佳的技術方案,為簡潔起見省略之。
實施例
表面處理銅箔的製備
電解銅箔的製備
將銅線溶解於硫酸水溶液(50wt%)中以製備電解質,得到含有280g/L之硫酸銅(CuSO4.5H2O)的硫酸銅電解質溶液。該硫酸銅電解質溶液亦含有20至80g/L之硫酸以及5至35mg/L之氯離子(來自鹽酸,RCI Labscan Ltd),具體含量係表示於表1中。於每公升之硫酸銅電解質中,還加入3.23mg之幾丁聚醣(Chitosan,MW=5000,由Aldrich製造)及1.83mg之3,3'-硫代雙-1-丙磺酸二鈉鹽(TBPS,由Aldrich製造)。
整體銅箔係藉由在轉動之輥筒上電沉積而製備,其中,該輥筒係部分地浸入上述電解質溶液中。該輥筒係作為與陽極相對之陰極,係造成該電解質中之銅離子以連續方式沉積於該輥筒上。選擇的輥筒係為在其發生沉積之表面上具有5至11範圍內之晶粒度數。具體晶粒度數係表示於表1中。使用48A/dm2之電流密度並控制電解質溶液溫度為約43℃,以製備厚度為約18μm之銅箔。
表面處理
於粗糙化處理之第一步中,如上所述製備電解銅箔之後,使用酸性溶液清潔該電解銅箔。過程中使用裝有含130g/L硫酸銅及50g/L硫 酸的電解質之酸洗容器,並將溶液之溫度維持在約27℃。將電解銅箔導入酸洗容器中,並將其於該電解質中浸泡30秒以移除表面上的油、脂肪及氧化物。隨後用水沖洗該電解銅箔。
隨後,藉由電鍍該電解銅箔之輥筒面或沉積面的表面以形成粗化粒子層,如表1中所示。為鍍覆粗化粒子層,係使用硫酸銅溶液作為鍍覆電解質,係含有70g/L之硫酸銅及100g/L之硫酸。該硫酸銅溶液之溫度係維持在約25℃,且該電解銅箔係在選自介於24至48A/dm2範圍內之電流密度下電鍍10秒,具體數值係列述於表1中之粗糙化處理(RT)。這一粗糙化處理係於該輥筒面或該沉積面上提供粗化粒子層。
為了防止粗化粒子層之剝蝕,係藉由電沉積將銅覆蓋層沉積在粗化粒子層上,以形成粗化粒子層覆蓋物。於覆蓋製程中,使用硫酸銅濃度為320g/L且硫酸濃度為100g/L的硫酸銅溶液來製備粗化粒子層覆蓋物。電解質溶液之溫度係維持在約40℃。電沉積步驟期間的電流密度係選擇為6至12A/dm2範圍內,如表1中所列述(覆蓋處理或CT),持續10秒。
於完成該粗化粒子層覆蓋鍍覆製程之後,施加兩層阻障層。首先,將鎳沉積於粗化粒子層之表面上,係用以鈍化粗化粒子層。於包含濃度為188g/L之硫酸鎳、濃度為32g/L之硼酸、濃度為5g/L之次磷酸且pH為約3.2至約3.8範圍內之電解質溶液中進行電解。於電解期間,溫度係維持在20℃,且電流密度係設定在0.4至0.8A/dm2範圍內並持續3秒,其中,具體電流密度值係列述於表1中。
其次,水洗之後,同時沉積含鋅層在鎳層及該電解銅箔之相對面上。該含鋅層由含有11g/L之硫酸鋅且pH約為13.0的溶液提供。於電沉積期間,該溶液係維持在15℃之溫度。鋅層沉積期間之電流密度係設定為0.6A/dm2並持續3秒。
於形成阻障層之後,使用水進行洗滌,並且藉由在鍍浴中進行電鍍,以在該鋅層上形成鉻防鏽層。於鍍覆期間,維持含有5g/L鉻酸且pH為約12.5的鍍浴在17℃之溫度。使用1.0A/dm2之電流密度進行鍍覆3秒以形成鉻層。
最後,於電解銅箔上具有粗化粒子層之一面的防鏽層上形成耦合層。將矽烷溶液噴灑於該防鏽層(粗化粒子層面)上,噴灑時間為3秒。該矽烷溶液係含有0.25wt%的3-胺基丙基三乙氧基矽烷的水溶液。
於矽烷處理之後,將箔在烘箱中以120℃加熱1分鐘,隨後將其捲繞成卷。
銅箔特徵
表1列出如上所述在特定條件下製成之銅箔,係列述23個實施例。列述之數據係例示性說明該表面處理銅箔的一些具體實施態樣。對於該表面處理銅箔而言,良好之特徵係例如大於或等於0.40N/mm之高剝離強度,以及低的傳輸損耗值(低絕對值),例如具有測得之傳輸損耗大於約-23dB/m。
實施例1至11全部具有0.1至0.9範圍內之Vv,且具有小於300ppm之氫與氧的總含量。此等實施例亦顯示如上文定義之良好特徵,其中,剝離強度為至少0.40N/mm,且測得之傳輸損耗係大於-23dB/m。還需注意的是,例如於實施例1至7及11中,該粗化粒子層係形成於該沉積面上,而在實施例8至10中,該粗化粒子層係形成於該輥筒面上。因此,形成粗化粒子層於沉積面或輥筒面上可形成具有良好特性之銅箔。
若Vv係高於0.9μm3/μm2之高者,例如在實施例13、19及21至23中,傳輸損耗值同樣是高的,其測量值範圍係從實施例21所示之-27.2dB/m至實施例22所示之-33.3dB/m範圍內。此係顯示,Vv應控制為 小於約0.9μm3/μm2。惟,若Vv過低,如實施例15、16及18所示,根據剝離測試結果,接著性變得過低。關聯性很明顯的是:實施例16之Vv係表1中之最低者,為0.054μm3/μm2,係對應於0.31N/mm之最低的剝離強度;實施例15之Vv係表1中次低者,為0.070μm3/μm2,係對應於0.33N/mm之次低的剝離強度;以及,實施例18之Vv係表1中之第三低者,為0.083μm3/μm2,係對應於0.35N/mm之第三低的剝離強度。
若氫與氧的總含量係高於約300ppm之高者,則發現傳輸損耗值變得過高,甚至當Vv為介於0.1與0.9μm3/μm2之範圍內時。此係藉由實施例12、14、17及20顯示,其中,氫與氧之總含量係為346ppm、363ppm、370ppm及340ppm。同樣需注意的是,於實施例22中,若Vv為高的(0.998μm3/μm2)且氫與氧的總含量亦為高的(335ppm),則傳輸損耗值係表1中最高者,測得-33.3dB/m。
除了控制Vv及氫與氧的總含量之外,表1中之數據係顯示鎳面密度亦為影響表面處理銅箔的特徵。當鎳面密度為40至200μg/dm2範圍內時,實施例1至10顯示優異的耐熱性。未歸因於特定機制,其可能是具有過低之鎳面密度無法對粗化粒子層提供足夠之氧化保護。需注意的是,於實施例15中,鎳面密度低但其未出現變色,在未受限於特定機制之解釋下,這有可能是由於實施例15中之Vv非常低(0.070μm3/μm2),使得鎳可能均勻地塗覆全部粗化粒子層,從而對銅提供良好之氧化保護。還應注意的是,實施例19係顯示褪色,但其鎳面密度為155μg/dm2而應被預期為足以鈍化銅粗化粒子層。一個可能的理論為,在實施例19中,由於Vv非常高(1.347μm3/μm2),儘管具有高的鎳面密度,但由於塗層可能存在不均勻之分佈,從而導致氧氣透過該塗層之較薄部分而進入銅粗化粒子層,因此無法達成鈍化。
如上文所示,應控制鎳面密度在至少約40μm3/μm2,表1中亦顯示具有過高之鎳面密度亦會成為問題,係表現為加劇已描述之其它特徵引起的問題。舉例而言,氫與氧的總含量高且鎳面密度高可能導致更差之傳輸性能,可參照實施例12及20所示。實施例12及實施例20係具有相似之Vv(分別為0.738μm3/μm2及0.726μm3/μm2)及相似之氫與氧的總含量(分別為346ppm及340ppm),但實施例12係具有可接受之鎳面密度(48μg/dm2),而實施例20係具有較高之鎳面密度(277μg/dm2)。儘管實施例12及20皆不具良好之傳輸特徵,但實施例12為-25.6dB/m,仍優於實施例20之-31.7dB/m。作為另一實施例,由於具有高Vv和高氫和氧的總含量之表面處理銅箔所顯示之不佳的傳輸性能,也由於具有高的鎳面密度而加劇。此由實施例20和22之比較來顯示。實施例20之數據係如上所討論,用於比較之實施例22係具有0.998μm3/μm2之Vv、335ppm之氫與氧的總含量以及281μg/dm2之鎳面密度,且係具有最高之傳輸損耗值,如前所述為-33.3dB/m。
表1
Figure 109101360-A0101-12-0021-2
測試方法
晶粒度數(Grain Size Number)
用於製備電解銅箔之輥筒可輕易地以特定晶粒度數獲得。晶粒度數亦可使用標準測試方法JIS G0552測定。
體積參數
表1中之體積參數係藉由根據ISO 25178-2(2012)之方法獲得。對雷射顯微鏡之圖像進行表面紋理分析。該雷射顯微鏡係Olympus製造之LEXT OLS5000-SAF,且圖像係於24±3℃之空氣溫度以及63±3%之相對濕度下製成。濾波器設定為無濾波。光源之波長係為405nm。物鏡係100x(MPLAPON-100xLEXT)。光學變焦設定為1.0x。圖像面積設定為129μm x 129μm。解析度設定為1024像素 x 1024像素。條件設定為自動移除傾斜。
使用負載率p及q計算Vvc,其中,p為10%而q為80%。使用80%之負載率計算Vvv,並使用10%之負載率計算Vv。空隙體積之單位為μm3/μm2
鎳面密度
表面處理銅箔的樣本之尺寸為100 x 100mm(面積=1dm2)。塗佈保護層於該樣本之非粗糙面上以防止其溶解。之後將該樣本溶解於20ml之18%的HCl溶液中10分鐘。上述過程係選擇性地溶解該處理層。將該溶液倒入50ml容量瓶中,並使用感應耦合電漿光發射光譜儀(ICP-OES)測定鎳含量,以氬氣為載氣且霧化器流速為0.5L/min。如表1中所示,樣本中的以μg計之鎳含量係以μg/dm2計的鎳面密度。
耐熱性
表面處理銅箔之樣本的尺寸為200 x 200mm。將該200 x 200mm之樣本置於設定溫度為225℃之烘箱內。15分鐘後,檢查該樣本以確定處理面是否顯示表示氧化之著色。
剝離強度
將表面處理銅箔的樣本放置於樹脂基板(Megtron 6,來自松下公司)上,並使該銅箔之粗化粒子層接觸該樹脂基板。之後,將該樹脂及銅箔置於真空壓製機內,並使用30kg/cm2之壓力在190℃之溫度下層壓在一起,並施用120分鐘,以提供覆銅層壓板(Copper Clad Laminate,CCL)。之後使用IPC-TM-650評估剝離強度。
氫/氧含量
使用具有非分散性紅外線檢測器(Non-Dispersion Infrared,NDIR)的氧/氮/氫分析儀(EMGA-930,由Horiba Ltd.製造)測量表面處理銅箔樣本的氫與氧含量。
傳輸損耗
使用帶狀線(strip-line)評估傳輸特性。將銅箔附接到樹脂上並進一步製成帶狀線,以該帶狀線作為源電極。該樹脂(S7439G,取自SyTech Corporation)的厚度為152.4μm,且以IPC-TM 650 No.2.5.5.5於10GHz訊號測試下,具有介電常數(Dielectric Constant,Dk)=3.74及介電損耗(Dielectric Loss,Df)=0.006。該帶狀線係具有100mm之長度、120μm之寬度以及18μm之厚度。
製成該帶狀線之後,使用另外兩片樹脂(S7439G,取自SyTech Corporation)分別覆蓋兩個表面,並於該樹脂上放置另外兩個銅箔作為接地電極。這一組裝件係不具有覆蓋膜,且係具有約50Ω之特性阻抗。比較該帶狀線及接地電極傳輸之訊號,以提供傳輸損耗。
使用安捷倫科技公司之PNA N5230C網路分析儀測量該帶狀線及接地電極。所使用之頻率範圍係200MHz至15GHz,掃描數為6401點,校正係TRL,且測試方法係Cisco S方法。測量值係對應於10GHz的傳輸損耗(dB/m)。
如本文中所用,術語「包含」係關於所要求保護的發明必要的組成物、方法及其各自組分,但該術語可包括未具化之元件而無論其是否為必要。
如本文中所用,術語「主要由...組成」係指代給定具體實施例所需之彼等元件。該術語係允許不實質上影響本發明所主張之具體實施例的基本及新穎或功能特徵的元件之存在。
術語「由...組成」係指代本文中揭示之組成物、方法及其各自組分,其係不包含任何於該具體實施例之描述中未述及之元件。
如本說明書及所附申請專利範圍中所用,除非上下文中明確指出,否則單數形式「一」及「該」係包括複數形式。因此,舉例而言,關於「該方法」之描述係包括一種或多種方法,及/或本文所述類型的步驟及/或在閱讀本發明等之後,對於所屬領域具有通常知識者而言是顯而易見的。同樣,除非上下文明確指出,否則詞語「或」係旨在包括「及」。
除了操作的實施例或另外說明以外,在所有情況下,本文中用以表示成分數量及反應條件的數字應理解為皆以術語「約」修飾。術語「約」可意指所指代之值的±5%(例如,±4%、±3%、±2%、±1%)。
若提供一數值範圍,則介於該範圍之上限與下限之間的每一數字數值且包括該範圍之上限及下限,係視為於本文中揭露。應理解,本文中引述之任何數字範圍係試圖包括該範圍所涵蓋之所有子範圍。例如,「1至10」之範圍係旨在包括界於所引用之最小值1與最大值10之間的全部 子範圍且包括該最小值及最大值;換言之,具有等於或大於1之最小值以及等於或小於10之最大值。因為所揭露之數字範圍係連續者,故它們係包括界於該最小值與最大值之間的每一個值。除非明確排除,否則本說明書中具化之各種數字範圍係大約者。
除非本文另外定義,否則本申請案中使用之科技及技術術語應具有與發明所屬領域中具通常知識者所一般理解相同之含義。再者,除非語境中需要排除,否則單數之術語應包括複數,且複數之術語應包括單數。
應理解,本發明並不限於本文所述之特定方法、方案及試劑等,且此等可變。本文所用之術語係僅用於揭示特定實施態樣之目的,且不試圖限制本發明之範疇,該範疇僅為申請專利範圍所界定。
本文中揭露之任何包括ASTM、JIS方法的專利、專利申請案及出版物係藉由引用而明確併入本文以作描述及揭露目的之用,例如,此等出版物中描述之方法可與本發明結合使用。此等出版物僅因為其在本申請案之申請日之前公開而提供。這方面之任何內容皆不應理解為承認本發明人無權憑藉先前之發明或出於任何其它原因而先於此等揭露。所有關於日期之報告或對此等文件內容之陳述係基於申請人可獲得之訊息,而不構成對該等日期或此等文件內容之正確性的承認。
100‧‧‧表面處理銅箔
102‧‧‧銅箔
104‧‧‧輥筒面
106‧‧‧沉積面
108‧‧‧處理層
110‧‧‧表面處理面
112‧‧‧粗化粒子層
114‧‧‧阻障層
116‧‧‧防鏽層
118‧‧‧耦合層

Claims (16)

  1. 一種表面處理銅箔,係包含:
    電解銅箔,係包括輥筒面及沉積面;以及
    處理層,係設置於輥筒面及沉積面之一者上,並提供表面處理面;
    其中,該處理層係包含粗化粒子層,以及,其中,該表面處理面係具有0.1至0.9μm3/μm2範圍內之空隙體積(Vv);以及
    其中,該表面處理銅箔的氫與氧之總含量係為小於或等於300ppm。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之表面處理銅箔,其中,該氫與氧之總含量係為至少50ppm。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之表面處理銅箔,其中,該空隙體積(Vv)係小於或等於0.7μm3/μm2
  4. 如申請專利範圍第1項所述之表面處理銅箔,其中,該處理層進一步包含有包括鎳之阻障層,且該處理層之鎳面密度係為40至200μg/dm2範圍內。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之表面處理銅箔,其中,該空隙體積(Vv)係小於或等於0.7μm3/μm2
  6. 如申請專利範圍第4項所述之表面處理銅箔,其中,該鎳面密度係小於或等於120μg/dm2
  7. 如申請專利範圍第1項所述之表面處理銅箔,其中,該表面處理面係具有0.08至0.84μm3/μm2範圍內之核心部空隙體積(Vvc)。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之表面處理銅箔,其中,該表面處理面係具有0.01至0.07μm3/μm2範圍內之波谷部空隙體積(Vvv)。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之表面處理銅箔,其中,該處理層係位於沉積面上。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之表面處理銅箔,其中,該處理層係位於輥筒面上。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之表面處理銅箔,其中,該處理層係第一處理層,且該表面處理銅箔復包含第二處理層,係設置於該輥筒面及沉積面之一者上,其中,該第一處理層及第二處理層不設置在電解銅箔的相同面上。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之表面處理銅箔,其中,該第二處理層係不包含粗化粒子層。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之表面處理銅箔,其中,該處理層進一步包含覆蓋層、阻障層、防鏽層及耦合層之至少一者。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之表面處理銅箔,其中,該阻障層係包含一個或多個子層,其中,每一子層係獨立包含金屬或含有該金屬之合金,且該金屬係選自鎳、鋅、鉻、鈷、鉬、鐵、錫及釩之至少一者。
  15. 一種層壓板,係包含:
    表面處理銅箔以及樹脂層,且該樹脂層係與該表面處理銅箔的表面處理面接觸;
    該表面處理銅箔係包含,
    電解銅箔,係包括輥筒面及沉積面,
    處理層,係設置於該輥筒面及該沉積面之一者上,並提供該表面處理面,其中,該處理層係包含粗化粒子層,以及,其中,該表面處理面係具有0.1至0.9μm3/μm2範圍內之空隙體積(Vv);
    其中,該表面處理銅箔的氫與氧之總含量係小於或等於300ppm,以及,其中,該表面處理銅箔係具有40至200μg/dm2範圍內之鎳面密度。
  16. 一種裝置,係包含:
    電路板,係包括如申請專利範圍第1項所述之表面處理銅箔;以及
    複數組件,係安裝於該電路板上;
    其中,該複數組件的至少一第一組件及第二組件係藉由該電路板之表面處理銅箔以相互電性連接。
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