特許 7569006 銅張積層板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-08

(45)【発行日】2024-10-17

(54)【発明の名称】銅張積層板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H05K 3/22 20060101AFI20241009BHJP

   B32B 15/08 20060101ALI20241009BHJP

   B32B 37/06 20060101ALI20241009BHJP

   H05K 3/18 20060101ALI20241009BHJP

【ＦＩ】

H05K3/22 Z

B32B15/08 P

B32B37/06

H05K3/18 N

H05K3/18 G

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020178361

(22)【出願日】2020-10-23

(65)【公開番号】P2022069271

(43)【公開日】2022-05-11

【審査請求日】2023-05-11

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000183303

【氏名又は名称】住友金属鉱山株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001704

【氏名又は名称】弁理士法人山内特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西山 芳英

【審査官】黒田 久美子

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－００２２９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０５０３２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１０８１８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２８７９９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－００１７９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｋ ３／２２

Ｂ３２Ｂ １５／０８

Ｂ３２Ｂ ３７／０６

Ｈ０５Ｋ ３／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基材の表面に銅めっき被膜を成膜して銅張積層板を得る電解めっき工程と、
前記電解めっき工程の後、前記銅張積層板に付着した液を切る液切工程と、
前記液切工程の後、前記銅張積層板をロールツーロールにより搬送しつつ加熱する加熱工程と、を備え、
前記加熱工程において、搬送張力を５０～１０５Ｎ／ｍとし、加熱温度を１３４～１７０℃とするか、搬送張力を１０５～１６０Ｎ／ｍとし、加熱温度を１１３～１７０℃とする
ことを特徴とする銅張積層板の製造方法。

【請求項2】

ロールツーロールによる前記基材の搬送経路に、前記電解めっき工程を行なうめっき槽と、前記液切工程を行なう液切装置と、前記加熱工程を行なう加熱炉とを配置する
ことを特徴とする請求項１記載の銅張積層板の製造方法。

【請求項3】

前記加熱工程において、搬送張力を５０～１０５Ｎ／ｍとし、加熱温度を１５２～１７０℃とするか、搬送張力を１０５～１６０Ｎ／ｍとし、加熱温度を１２５～１７０℃とする
ことを特徴とする請求項１または２記載の銅張積層板の製造方法。

【請求項4】

前記加熱工程において、搬送張力を５０～１０５Ｎ／ｍとし、加熱温度を１６２～１７０℃とするか、搬送張力を１０５～１６０Ｎ／ｍとし、加熱温度を１４０～１７０℃とする
ことを特徴とする請求項１または２記載の銅張積層板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、銅張積層板の製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）などの製造に用いられる銅張積層板の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

液晶パネル、ノートパソコン、デジタルカメラ、携帯電話などの電子機器には、樹脂フィルムの表面に配線パターンが形成されたフレキシブルプリント配線板が用いられる。フレキシブルプリント配線板は樹脂フィルムに銅泊を積層した銅張積層板から製造される。また、銅張積層板は樹脂フィルムに乾式めっきにより下地金属層を成膜した後、電解めっきにより銅めっき被膜を成膜することにより得られる（例えば、特許文献１）。

【0003】

電子機器が処理する情報量は年々増加しており、電子機器は高周波信号の処理が求められている。これに伴い、フレキシブルプリント配線板は高周波信号の処理における伝送損失を低く抑えることが求められている。例えば、スマートフォンなどの携帯端末は、近年のデータ送受信量の増大に対応するため、高速なデータ通信が求められている。そして、携帯端末に用いられるフレキシブルプリント配線板は高周波無線通信を行なう際の伝送損失を低く抑えることが求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１０－２０５７９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

配線に流れるパルスが高周波領域になると、表皮効果により配線の表面に多くの電流が流れる。そのため、配線の表面抵抗率を低くすれば、伝送損失を低く抑えることができる。配線の表面抵抗率は配線を構成する銅めっき被膜の結晶子が大きいほど低くなる。銅めっき被膜の結晶子は、めっき直後は小さく、時間の経過とともに進行する室温再結晶により大きくなる。しかし、室温再結晶により結晶子が十分な大きさとなるには長時間（例えば、数週間）を要する。

【0006】

本発明は上記事情に鑑み、短時間で銅めっき被膜の結晶子を大きくできる銅張積層板の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の銅張積層板の製造方法は、基材の表面に銅めっき被膜を成膜して銅張積層板を得る電解めっき工程と、前記銅張積層板をロールツーロールにより搬送しつつ加熱する加熱工程と、を備え、前記加熱工程において、搬送張力を５０～１０５Ｎ／ｍとし、加熱温度を１３４～１７０℃とするか、搬送張力を１０５～１６０Ｎ／ｍとし、加熱温度を１１３～１７０℃とすることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、電解めっき工程の後に行なわれる加熱工程において、特定の加熱温度、搬送張力とすることにより、銅めっき被膜の結晶子を大きくできる。そのため、短時間で銅めっき被膜の結晶子を大きくできる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施形態に係る銅張積層板の断面図である。

【図2】加熱炉の加熱温度と銅めっき被膜の結晶子径との関係を示すグラフである。

【図3】銅めっき被膜の結晶子径と表面抵抗率との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る方法により製造される銅張積層板１は、基材１０と、基材１０の表面に成膜された銅めっき被膜２０とからなる。図１に示すように基材１０の片面のみに銅めっき被膜２０が成膜されてもよいし、基材１０の両面に銅めっき被膜２０が成膜されてもよい。

【0011】

基材１０は絶縁性を有するベースフィルム１１の表面に金属層１２が成膜されたものである。ベースフィルム１１としてポリイミドフィルム、液晶ポリマー（ＬＣＰ）フィルムなどの樹脂フィルムを用いることができる。金属層１２は、例えば、スパッタリング法により成膜される。金属層１２は下地金属層１３と銅薄膜層１４とからなる。下地金属層１３と銅薄膜層１４とはベースフィルム１１の表面にこの順に積層されている。一般に、下地金属層１３はニッケル、クロム、またはニッケルクロム合金からなる。特に限定されないが、ベースフィルム１１の厚さは３０～４０μｍが一般的であり、下地金属層１３の厚さは５～５０ｎｍが一般的であり、銅薄膜層１４の厚さは５０～４００ｎｍが一般的である。

【0012】

なお、下地金属層１３はなくてもよい。銅薄膜層１４はベースフィルム１１の表面に下地金属層１３を介して成膜されてもよいし、下地金属層１３を介さずベースフィルム１１の表面に直接成膜されてもよい。

【0013】

銅めっき被膜２０は銅薄膜層１４の表面に成膜されている。特に限定されないが、銅めっき被膜２０の厚さは、サブトラクティブ法により加工される銅張積層板１の場合８～１２μｍが一般的であり、セミアディティブ法により加工される銅張積層板１の場合０．１～５μｍが一般的である。なお、金属層１２と銅めっき被膜２０とを合わせて「導体層」と称する。

【0014】

本実施形態に係る銅張積層板１の製造方法は電解めっき工程と加熱工程とを有している。また、ロールツーロール方式のめっき装置が用いられる。このめっき装置は、ロールツーロールにより長尺帯状の基材１０を搬送しつつ、基材１０に対して電解めっきを行なう装置である。

【0015】

めっき装置はロール状に巻回された基材１０を繰り出す供給装置と、めっき後の基材１０（銅張積層板１）をロール状に巻き取る巻取装置とを有する。供給装置と巻取装置との間の搬送経路には、前処理槽、めっき槽、後処理槽、液切装置、加熱炉を、上流から下流に向かってこの順に配置することが好ましい。前処理槽では基材１０の酸洗を行なう。めっき槽では電解めっき工程を行なう。後処理槽では銅張積層板１の防錆処理を行なう。液切装置で銅張積層板１に付着した液を切る。加熱炉では加熱工程を行なう。

【0016】

このように、基材１０の搬送経路にめっき槽と加熱炉とを配置すれば、基材１０を一回搬送するだけで電解めっき工程と加熱工程とが完了する。そのため、加熱工程も含め銅張積層板１の製造を短時間で完了できる。また、基材１０の搬送経路において加熱炉の前後に張力カット機構を設けることが好ましい。これにより、加熱炉における銅張積層板１の搬送張力を任意に設定できる。

【0017】

（電解めっき工程）
めっき槽では電解めっき工程が行なわれる。基材１０はめっき槽内を搬送されつつ、電解めっきよりその表面に銅めっき被膜２０が成膜される。これにより、長尺帯状の銅張積層板１が得られる。

【0018】

めっき槽には銅めっき液が貯留されている。銅めっき液は水溶性銅塩を含む。銅めっき液に一般的に用いられる水溶性銅塩であれば特に限定されず用いられる。銅めっき液は硫酸を含んでもよい。硫酸の添加量を調整することで、銅めっき液のｐＨおよび硫酸イオン濃度を調整できる。銅めっき液は一般的にめっき液に添加される添加剤を含んでもよい。添加剤として、ブライトナー成分、レベラー成分、ポリマー成分、塩素成分などから選択された１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。

【0019】

銅めっき液の各成分の含有量は任意に選択できる。ただし、銅めっき液は銅を１５～７０ｇ／Ｌ、硫酸を２０～２５０ｇ／Ｌ含有することが好ましい。そうすれば、銅めっき被膜２０を十分な速度で成膜できる。銅めっき液はブライトナー成分を１～５０ｍｇ／Ｌ含有することが好ましい。そうすれば、析出結晶を微細化し銅めっき被膜２０の表面を平滑にできる。銅めっき液はレベラー成分を１～３００ｍｇ／Ｌ含有することが好ましい。そうすれば、突起を抑制し平坦な銅めっき被膜２０を成膜できる。銅めっき液はポリマー成分を１０～１，５００ｍｇ／Ｌ含有することが好ましい。そうすれば、基材１０端部への電流集中を緩和し均一な銅めっき被膜２０を成膜できる。銅めっき液は塩素成分を２０～８０ｍｇ／Ｌ含有することが好ましい。そうすれば、異常析出を抑制できる。

【0020】

銅めっき液の温度は２０～３５℃が好ましい。また、めっき槽内の銅めっき液を撹拌することが好ましい。例えば、ノズルから噴出させた銅めっき液を基材１０に吹き付けることで、銅めっき液を撹拌できる。

【0021】

（加熱工程）
加熱炉では加熱工程が行なわれる。すなわち、銅めっき被膜２０の成膜後、銅めっき被膜２０の温風加熱を行なう。加熱工程は、銅張積層板１をロールツーロールにより搬送しつつ銅めっき被膜２０に温風を吹き付けて加熱することにより行なわれる。

【0022】

加熱工程の目的は、通常、銅めっき被膜２０の乾燥である。そのため、通常の加熱温度（銅張積層板１の温度）は５０～７０℃、処理時間は１分程度である。

【0023】

ところが、本願発明者が、通常は行なわない高温での加熱を行なったところ、加熱温度を高くするほど銅めっき被膜２０の結晶子が大きくなることが確認された。また、高温での加熱を行なう場合、銅張積層板１の搬送張力を高くするほど銅めっき被膜２０の結晶子が大きくなることが確認された。これより、本願発明者は、加熱工程における加熱温度および搬送張力を特定の条件とすることで、銅めっき被膜２０の結晶子を大きくすることの着想を得た。すなわち、本実施形態における加熱工程は、銅めっき被膜２０の再結晶を進行させ、結晶子を大きくすることを目的としている。

【0024】

具体的には、搬送張力を５０～１０５Ｎ／ｍとし、加熱温度を１３４～１７０℃とするか、搬送張力を１０５～１６０Ｎ／ｍとし、加熱温度を１１３～１７０℃とすればよい。そうすれば、銅めっき被膜２０の結晶子径を１，５００Å以上にできる。銅めっき被膜２０の結晶子径を１，５００Å以上にすれば、表面抵抗率が０．２５Ω／□以下となる。そのため、銅張積層板１から製造されるフレキシブルプリント配線板の高周波信号の処理における伝送損失を低く抑えることができる。

【0025】

製造コストの観点からは加熱温度が低い方が好ましい。そこで、上記の範囲で、搬送張力を高くしつつ、加熱温度を低くすることが好ましい。そうすれば、銅めっき被膜２０の結晶子径を所望の大きさにしつつ、加熱によるコスト増を抑えることができる。

【0026】

以上のように、電解めっき工程の後に行なわれる加熱工程において、特定の加熱温度、搬送張力とすることにより、銅めっき被膜２０の結晶子を大きくできる。加熱工程の処理時間は１～２分でよい。室温再結晶により結晶子を十分な大きさとするには数週間を要する。これに比べると、極めて短時間で銅めっき被膜２０の結晶子を大きくできる。

【0027】

なお、電解めっき工程と加熱工程とを別々の装置で行なってもよい。すなわち、めっき装置で銅張積層板１を製造して巻取装置でロール状に巻き取った後、別の加熱装置で銅張積層板１をロールツーロールにより搬送しつつ加熱してもよい。ただし、この場合、基材１０（銅張積層板１）の繰り出し、巻き取りを２回行なわなければならないので、作業が煩雑になり、また処理時間が長くなる。

【0028】

また、ロール状に巻回された銅張積層板１をその状態のまま加熱すると、ロールの外側と内側とで温度差が生じ、銅めっき被膜２０を均一に加熱できない。しかも、ロールの内部まで加熱しようとすると、長時間（例えば、数時間）を要する。これに対し、ロールツーロールで搬送しながら加熱すれば、銅めっき被膜２０を均一に加熱できるし、短時間（１～２分）で処理を完了できる。

【実施例】

【0029】

（共通の条件）
ベースフィルムとして、厚さ３５μｍの長尺帯状のポリイミドフィルム（宇部興産社製 Ｕｐｉｌｅｘ－３５ＳＧＡＶ１）を用意した。ベースフィルムをマグネトロンスパッタリング装置にセットした。マグネトロンスパッタリング装置内にはニッケルクロム合金ターゲットと銅ターゲットとが設置されている。ニッケルクロム合金ターゲットの組成はＣｒが２０質量％、Ｎｉが８０質量％である。真空雰囲気下で、ベースフィルムの両面に、厚さ２５ｎｍのニッケルクロム合金からなる下地金属層を形成し、その上に厚さ１００ｎｍの銅薄膜層を形成した。

【0030】

ロールツーロール方式のめっき装置を用いて基材の両面に銅めっき被膜を成膜して銅張積層板を得た。基材の搬送経路にはめっき槽と循環式温風加熱炉とが配置されており、基材の一回の搬送で電解めっきと加熱とが行なわれるようになっている。

【0031】

めっき槽に貯留される銅めっき液は硫酸銅を１２０ｇ／Ｌ、硫酸を７０ｇ／Ｌ、ブライトナー成分を１６ｍｇ／Ｌ、レベラー成分を２０ｍｇ／Ｌ、ポリマー成分を１，１００ｍｇ／Ｌ、塩素成分を５０ｍｇ／Ｌ含有する。ブライトナー成分としてビス（３－スルホプロピル）ジスルフィド（ＲＡＳＣＨＩＧ ＧｍｂＨ社製の試薬）を用いた。レベラー成分としてジアリルジメチルアンモニウムクロライド－二酸化硫黄共重合体（ニットーボーメディカル株式会社製 ＰＡＳ－Ａ―５）を用いた。ポリマー成分としてポリエチレングリコール－ポリプロピレングリコール共重合体（日油株式会社製 ユニルーブ５０ＭＢ－１１）を用いた。塩素成分として塩酸（和光純薬工業株式会社製の３５％塩酸）を用いた。

【0032】

めっき槽に基材を供給し、電解めっきにより基材の両面に厚さ２．０μｍの銅めっき被膜を成膜した。電解めっきにおける電流条件は、電流密度１．０Ａ／ｄｍ²で１分、３．０Ａ／ｄｍ²で１分、５．０Ａ／ｄｍ²で１分とした。ここで、銅めっき液の温度を３１℃とした。また、電解めっきを施す間、ノズルから噴出させた銅めっき液を基材の表面に対して略垂直に吹き付けることで、銅めっき液を撹拌した。電解めっき中の搬送張力は１０５Ｎ／ｍに設定した。

【0033】

循環式温風加熱炉により加熱工程を行なった。加熱炉の前後には、搬送張力をカットできるサクションローラーを備えており、炉内の搬送張力を任意に設定できる。加熱処理時間は１分とした。

【0034】

得られた銅張積層板の銅めっき被膜の結晶子径を測定した。測定は、株式会社リガク製の全自動多目的Ｘ線回折装置ＳｍａｒｔＬａｂを用い、（２００）面ピークの半値幅からＳｃｈｅｒｒｅｒの式により算出した。なお、測定は、電解めっき完了から１８時間後に行なった。

【0035】

（試験１）
加熱工程における搬送張力を５０Ｎ／ｍとした。また、加熱温度を８０、１００、１１
０、１３０、１５０、１７０℃のいずれかとした。各条件で製造した銅張積層板の結晶子径を表１および図２に示す。

【0036】

（試験２）
加熱工程における搬送張力を１０５Ｎ／ｍとした。また、加熱温度を５０、６０、７０、８０、１００、１１０、１３０、１５０、１７０℃のいずれかとした。各条件で製造した銅張積層板の結晶子径を表１および図２に示す。

【0037】

（試験３）
加熱工程における搬送張力を１６０Ｎ／ｍとした。また、加熱温度を８０、１００、１１０、１３０、１５０、１７０℃のいずれかとした。各条件で製造した銅めっき被膜の結晶子径を表１および図２に示す。

【0038】

【表1】

【0039】

表１および図２のグラフから分かるように、加熱温度が５０～７０℃の範囲では銅めっき被膜の結晶子径は加熱温度によりほとんど変化しない。これに対し、加熱温度を８０℃以上とすれば、銅めっき被膜の結晶子径は加熱温度を高くするほど大きくなる。また、加熱温度を８０℃以上とした場合、銅めっき被膜の結晶子径は搬送張力を高くするほど大きくなる。

【0040】

銅めっき被膜の結晶子径が大きいほど、表面抵抗率が低くなり、高周波パルスの伝送損失を低減できる。そのため、銅めっき被膜の結晶子径は大きいほど好ましい。

【0041】

銅めっき被膜の結晶子径を１，５００Å以上にするには、搬送張力を５０～１０５Ｎ／ｍとし、加熱温度を１３４～１７０℃とするか、搬送張力を１０５～１６０Ｎ／ｍとし、加熱温度を１１３～１７０℃とすればよい。

【0042】

銅めっき被膜の結晶子径を２，０００Å以上にするには、搬送張力を５０～１０５Ｎ／ｍとし、加熱温度を１５２～１７０℃とするか、搬送張力を１０５～１６０Ｎ／ｍとし、加熱温度を１２５～１７０℃とすればよい。

【0043】

銅めっき被膜の結晶子径を２，５００Å以上にするには搬送張力を５０～１０５Ｎ／ｍとし、加熱温度を１６２～１７０℃とするか、搬送張力を１０５～１６０Ｎ／ｍとし、加熱温度を１４０～１７０℃とすればよい。

【0044】

図３に、銅めっき被膜の結晶子径と表面抵抗率との関係を示す。なお、図３のグラフはつぎの手順で行なった試験により得られたものである。共通の条件に記載の手順および条件で基材を作成し、基材の両面に銅めっき被膜を成膜した。循環式温風加熱炉における加熱温度は５０℃とし、搬送張力は１０５Ｎ／ｍとした。得られた銅張積層板に対して、電解めっき完了から２時間後、４０時間後、８５時間後、２２９時間後に、結晶子径および表面抵抗率の測定を行なった。表面抵抗率の測定には三菱ケミカルアナリティック製ロレスタＡＸ ＭＣＰ－Ｔ３７０を用いた。

【0045】

図３のグラフより、銅めっき被膜の結晶子径が大きいほど、表面抵抗率が低いことが分かる。銅めっき被膜の結晶子径を１，５００Å以上にすれば、表面抵抗率を０．２５Ω／□以下にできる。銅めっき被膜の結晶子径を２，０００Å以上にすれば、表面抵抗率を０．２３Ω／□以下にできる。銅めっき被膜の結晶子径を２，５００Å以上にすれば、表面抵抗率を０．２２Ω／□以下にできる。

【0046】

なお、室温再結晶により銅めっき被膜の結晶子径が１，５００Åとなるには約１週間を要し、３，０００Åとなるには約２週間を要する。これに比べれば、本実施例によれば極めて短時間で銅めっき被膜の結晶子を大きくできる。

【符号の説明】

【0047】

１ 銅張積層板
１０ 基材
１１ ベースフィルム
１２ 金属層
１３ 下地金属層
１４ 銅薄膜層
２０ 銅めっき被膜

【図1】

【図2】

【図3】