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孔開き金属箔の製造方法及び孔開き金属箔
説明

孔開き金属箔の製造方法及び孔開き金属箔

【課題】孔開き金属箔について、特にエッチングやめっきしにくい金属でも製造できる孔開き金属箔の製造方法とこれにより製造された孔開き金属箔を提供する。
【解決手段】作製すべき孔開き金属箔の面形状と同じ表面形状を持ち、且つ一定の厚みを有する型枠層をキャリア基材表面に形成し、前記型枠層の上面に乾式薄膜形成法により金属箔を形成した後、前記キャリア基材ならびに型枠層を金属箔から剥離する孔開き金属箔の製造方法を採用する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本件発明は、複数の微細貫通孔を有する孔開き金属箔の製造方法及び孔開き金属箔に関する。
【背景技術】
【0002】
孔開き金属箔は、電池の集電体や、化学反応を促進する触媒の担持体、超微粉用のスクリーン装置、気体や液体用のフィルター等に用いられている。特に、電池の集電体用途としては、携帯用電子機器等の小型軽量化や使用可能時間の長時間化へのニーズに応じて、二次電池等においても高容量、小型軽量化への需要が高まっており、これに伴い電池の集電体として複数の微細貫通孔を持つ孔開き金属箔が使用されている。上述の様な用途に用いられる孔開き金属箔は、耐食性、耐酸化性、軽量等の性能を備えたものが理想であり、耐食性、耐酸化性、軽量等の性能を備えた孔開き金属箔の材料としてチタン等が考えられる。
【0003】
ここで、孔開き金属箔の製造においては、パンチング、エキスパンドメタル、エッチング、めっき等の方法が用いられている。エキスパンドメタルは、各種金属を網目形状に合わせた刃型で一定の刻み幅だけを拡開しつつ網目を形成する方法であり、網目の大きさはmmオーダーとなる。
【0004】
エッチングによる孔開き金属箔の製造技術としては、例えば、特許文献1には、エッチング処理により貫通孔が形成された集電体用金属箔を製造する技術が開示されている。特許文献1でも開示されている通り、従来のエッチング処理を用いた孔開き金属箔は、主にアルミニウム、銅、ステンレス等で用いられている。
【0005】
また、めっきによる孔開き金属箔の例として、特許文献2には、精密ふるい板に関する技術が開示されている。即ち、導電性基板上に感光樹脂層を形成し、フォトリソグラフィで感光性樹脂層をパターニングして、作製すべきふるい孔に対応させた柱状体を形成した後、導電性基板上に電解めっき法により金属層を成長させることにより、柱状体以外の部分に金属層が形成される。その後、柱状体と導電性基板を除去することにより、孔の開いたふるい板を製造する技術が開示されている。
【0006】
【特許文献1】特開2000−294249号公報
【特許文献2】特開2003−220364号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
孔開き金属箔をエッチングにより製造する既存の技術では厚みが20μm〜50μm程度となり、厚みの対応に限界がある。また、金属材料によってはエッチング処理による形状の制御が難しく、精密な成形が難しいものがある。特に、チタン、タンタル、ニオブ等は精密なエッチングが難しいので、チタン製の微細な孔開き金属箔の製造には、特許文献1に開示の様なエッチングによる孔開き箔の形成方法の適用が難しく、工業上の利用は困難である。また、チタンはめっき法による析出方法が見出されておらず、特許文献2に開示の方法では、孔開き金属箔を形成することができない。
【0008】
そこで、本件発明は、孔開き金属箔について、特にエッチングやめっきしにくい金属でも製造できる孔開き金属箔の製造方法とこれにより製造された孔開き金属箔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】
【0009】
本発明者等は、鋭意研究を行った結果、以下の孔開き金属箔の製造方法を採用することで上記目的を達成するに到った。以下、孔開き金属箔の製造方法と、この製造方法により製造した孔開き金属箔とに分けて説明する。
【0010】
〈孔開き金属箔の製造方法〉
本件発明に係る孔開き金属箔の製造方法は、以下の工程A〜工程Cを含むことを特徴とする。
工程A:作製すべき孔開き金属箔の面形状と同じ表面形状を持ち且つ一定の厚みを有する型枠層をキャリア基材表面に形成する工程;
工程B:前記型枠層の上面に乾式薄膜形成法により金属箔を形成する工程;
工程C:前記キャリア基材ならびに型枠層を金属箔から剥離し孔開き金属箔を得る工程;
【0011】
そして、上記孔開き金属箔の製造方法における乾式薄膜形成法は、スパッタリング法又は電子ビーム蒸着法(EB蒸着法)がより好ましい。
【0012】
本件発明に係る孔開き金属箔の製造方法において、前記工程Aでは、前記型枠層を形成するための突起状レジストをキャリア基材表面に形成し、前記突起状レジストが形成されたキャリア基材に電解法で金属めっきを行い、突起状レジスト間に金属めっき層を形成し、その後、突起状レジストを除去することにより金属めっき層からなる型枠層を形成することが好ましい。
【0013】
そして、本件発明に係る孔開き金属箔の製造方法は、前記キャリア基材表面に形成された前記型枠層は、当該型枠層の開口の縁端部からキャリア基材表面に向けての穴部側壁の面形状がオーバーハングしていることが好ましい。
【0014】
〈孔開き金属箔〉
本件発明の孔開き金属箔は、上記の孔開き金属箔の製造方法によって製造されたことを特徴とする。そして、この孔開き金属箔は、チタン、タンタル、ニオブあるいはこれらの合金のいずれかからなることが好ましい。なお、チタン、タンタル、ニオブの合金とは、チタン、タンタル、ニオブの内から1種以上を含み、その他の金属成分が任意の割合で含まれる限りその成分組成には限定されない。なぜなら、スパッタリング法を用いることを考えれば、ターゲット組成を変更することにより、通常の溶解法により作り出せる組成を超えた組成のものとすることが出来るからである。例えば、チタン、タンタル、ニオブの内から2種以上を含むものの他、チタン、タンタル、ニオブのいずれか1種以上と、モリブデン、アルミニウム等の金属からなる組成のものも考えられる。また、スパッタリング法では、一般にアルゴンガスを用いるが、酸素、窒素、炭素等の反応性ガスを導入してスパッタすると、ターゲットと反応して酸化物、窒化物、炭化物等の化合物薄膜を形成することができる。このように反応性ガスを導入してスパッタすると均質で安定した薄膜を形成することができる。
【0015】
更に、本件発明に係る孔開き金属箔は、厚さが1μm〜15μmであることが好ましい。
【0016】
そして、本件発明に係る孔開き金属箔に形成される貫通孔は、開口部分の最長部が10μm〜100μmであることが望ましい。
【0017】
また、本件発明に係る孔開き金属箔は開口率が10%〜60%であることが好ましい。なお、ここで言う開口率は単位面積に対する開口面積の比率である。
【発明の効果】
【0018】
本件発明の孔開き金属箔の製造方法によれば、型枠層の表面に作製すべき孔開き金属箔を形成するので、従来、エッチングやめっきによる製造が難しかった金属(例えば、チタン、タンタル、ニオブ等)に孔開き加工を施した孔開き金属箔を製造することができる。また、微細な貫通孔の加工にも対応でき、製造可能な孔開き金属箔の形状の自由度を高めることができる。従って、本件発明に係る孔開き金属箔の製造方法を用いて製造される孔開き金属箔は、従来技術では製造が難しかった形状、材質の孔開き金属箔を製造することができるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
以下、本発明に係る孔開き金属箔の製造方法及び孔開き金属箔の最良の実施の形態に関して説明する。
〈孔開き金属箔の製造方法〉
本発明に係る孔開き金属箔の製造方法の特徴は、孔開き金属箔の面形状と同じ表面形状を持ち且つ一定の厚みを有するように形成した型枠層の上面に金属箔を形成することと、乾式薄膜形成法により型枠層の上面に孔開き金属箔を形成する点にある。
【0020】
以下、図1に示す孔開き金属箔の製造方法を説明する模式図を参照して工程毎に説明する。図1は、本件発明に係る孔開き金属箔の製造方法において、孔開き金属箔の貫通孔が形成される部分における断面図であり、製造過程を模式的に示したものである。
【0021】
工程A: 工程Aでは、作製すべき孔開き金属箔1の面形状と同じ表面形状を持ち且つ一定の厚みを有する型枠層3をキャリア基材表面4に形成する。なお、ここで言うキャリア基材2とは、箔状態又は板状態のもので、孔開き金属箔1の製造において基台となるものである。
【0022】
型枠層3は、上述の通り、作製すべき孔開き金属箔1の面形状と同じ表面形状を持ち且つ一定の厚みを有するものである。即ち、作製すべき孔開き金属箔1の面形状と同じ位置に、同じ形状及び大きさを有する開口7が形成されている。更に、型枠層3は一定の厚みを有するので、型枠層3がキャリア基材表面4に形成された状態では、図1(A)に示すように、キャリア基材表面4を底面とする穴が形成された状態となる。即ち、図1(B)に示すように、型枠層3の表面に金属が成膜された際に、型枠層3に形成された穴(開口7)においては金属がキャリア基材表面4に成膜されることとなる。そして、型枠層3に厚みがあるので、型枠層3の穴の底面(キャリア基材表面4)に形成された金属箔10と、型枠層3の上面に形成された金属箔とは連続せずに貫通孔を形成することができるのである。
【0023】
なお、型枠層3の厚みは、5μm〜50μmであることが望ましい。型枠層の厚みが5μmより少ないと、型枠層3の上面とキャリア基材表面4とに成膜された金属箔が分離しにくくなるので孔開き金属箔の貫通孔を確実に形成し難く、安定生産の点で適さない。一方、型枠層3の厚みが50μmを超えると、製造コストが上昇するので工業生産性から見て好ましくない。
【0024】
更に、型枠層3は、前記開口7の縁端部(以下、「開口縁端部9」と記す。)から穴底となるキャリア基材表面4に向けての穴部側壁8の面形状をオーバーハングさせることが、キャリア基材表面4(型枠層3の穴の底面)に形成された金属箔10と型枠層3の上面に形成された金属箔4とをより確実に分離させて、貫通孔を形成するという観点から好ましい。
【0025】
ここで、前記穴部側壁8の面形状がオーバーハングしている状態とは、キャリア基材表面4と開口縁端部9との垂直方向(型枠層3の厚み方向)の間の少なくとも一部区間において空隙Sが形成されるように穴部側壁8が形成された状態である。例えば、図1に示すように、穴部側壁8が穴部の底面であるキャリア基材表面4に対して鋭角となるように傾斜することにより、開口縁端部9の下方に空隙Sが設けられた状態が挙げられる。この他にも、図1において断面が略台形状を示す部分が、T字形状に形成されたものや、湾曲した面形状等が考えられる。要は、乾式薄膜形成法による成膜工程の際に、当該穴部側壁8には金属箔を形成し難くして開口縁端部9からキャリア基材表面4の間が連続して成膜されないように、開口縁端部9の下方に金属原子が及ばない軒の様な機能を果たすように、前記穴部側壁8の面形状がオーバーハングしている状態であれば良い。
【0026】
従って、この型枠層3の表面に乾式薄膜形成法により金属箔を形成すると、図1の(B)に示すように、型枠層3の開口縁端部9を境界として、型枠層3の上面と、キャリア基材表面4(穴部底面)とに別々に金属箔を形成し、型枠層3の表面に形成された金属箔とキャリア基材表面4に形成された金属箔とを、より確実に不連続状態で成膜することができる。これにより、型枠層3の上面に成膜された金属箔には、型枠層3の開口縁端部9に沿って型枠層3の開口7と同じ形状の貫通孔が容易に形成される。
【0027】
ここで、貫通孔の形状は特に限定されるものではなく、例えば、円、多角形他様々な形状が考えられ、それらの形状の開口部分における最長となる部分の長さが10μm〜100μmであることが望ましい。そして、開口部分の最長部が10μm未満であると、開口部分が狭すぎて貫通孔の形成が困難となる。一方、前記貫通孔の開口部分の最長部が100μm超であると、開口部分の長さが長すぎたり、開口面積が広すぎて、孔開き金属箔の使用時に貫通孔の形状が崩れやすくなり、工業上の製品安定性が低下する。また、微細加工に適する本発明に係る製造方法を用いるメリットが無い。
【0028】
更に、孔開き金属箔の開口率が60%超だと、開口に対する金属箔の部分の面積が少なすぎて、機械的強度が不足し孔開き金属箔の形状を維持するのが難しくなる。一方、開口率が10%未満では、例えば、二次電池の電極用集電体として用いた場合に、電解液の円滑な流通の妨げとなる等、工業上の用途を考えるに、孔開き金属箔に望まれる機能を果たし得ない開口率となる。
【0029】
ところで、工程Aでは型枠層をキャリア基材表面に形成すれば良く、例えば、印刷法を用いてレジストによりキャリア基材表面に型枠層を形成する方法等が考えられる。しかし、以下に述べる工程a−1〜工程a−3を経る方法を用いると、より精密な型枠層を円滑に形成することができる。
【0030】
即ち、型枠層3を形成するための突起状レジスト6をキャリア基材表面4に形成し(工程a−1)、突起状レジスト6が形成されたキャリア基材2に電解法で金属めっきを行い突起状レジスト6の間に金属めっき層を形成し(工程a−2)、その後、突起状レジスト6を除去することにより金属めっき層からなる型枠層3をキャリア基材表面4に形成する(工程a−3)のである。以下図2を参照して、工程a−1〜工程a−3について説明する。
【0031】
工程a−1: キャリア基材表面4に突起状レジスト6を形成する。突起状レジスト6は、非導電性の突起であり、キャリア基材表面4に電解法によって金属めっき層を形成する際に、当該金属めっき層を形成するための型として用いるものである。即ち、後の工程a−2でキャリア基材表面4を電極として電解法によって金属めっき層を形成する際に、突起状レジスト6が形成された部位には電析が生じない。そして、金属めっき層の形成後にその突起状レジスト6を除去すると、金属めっき層には突起状レジスト6の形状に応じたキャリア基材表面4を底部とする穴が形成されるのである。従って、突起状レジスト6の形状は、金属めっき層に形成したい穴の部分と同じ形状に形成する。
【0032】
突起状レジストの形成方法としては、例えば、フォトリソグラフィを用いる方法や、熱硬化性樹脂インクを用いて印刷法で突起状レジストを形成し加熱硬化させる方法等が考えられ、所望の形状に成形された突起状レジストがキャリア基材表面に形成されればよい。しかし、フォトリソグラフィを用いると、突起状レジストを精度良く形成でき、突起状レジストの均一形状化、微小化が容易に実現できる。
【0033】
次に、後の工程Cにおいて、キャリア基材2と型枠層3とを物理的に剥離する場合は、レジストの不要部が除去されたキャリア基材表面4に、剥離層(不図示)を設ける。この剥離層は、キャリア基材表面4に塗布し、この剥離層の上に型枠層3を設けることにより、当該剥離層を境にしてキャリア基材2と型枠層3とを物理的に分離しやすくするのである。
【0034】
この剥離層は、例えば、有機剥離層、Crめっき、Niめっき、Pbめっき、クロメート処理等の無機系剥離層の適用も可能である。ただし、NiめっきやCuめっきによる無機剥離層は工程が複雑になるのでBTA系剥離溶液等、有機剥離層を用いることが好ましい。そして、有機剥離層には、窒素含有有機化合物、硫黄含有有機化合物及びカルボン酸の中から選択される1種又は2種以上からなるものを用いて形成したものが好ましい。なお、後の工程Cにおいて、エッチングにより孔開き金属箔から型枠層を除去する場合は、上述の剥離層を形成しなくてもよいことを明記しておく。
【0035】
工程a−2: 次に、図2の(A2)に示すように、突起状レジスト6が形成されたキャリア基材2に電解法で金属めっきを行い突起状レジスト6間に金属めっき層を電析させて形成する。この金属めっき層は、前述の通り、工程Bにおいて、突起状レジスト6を除去したら型枠層3となるものである。
【0036】
そして、後の工程Cにおいて、孔開き金属箔1を残しながら型枠層3をエッチングにより除去可能に溶解する方法を用いる場合は、孔開き金属箔1の金属成分及びエッチング液の種類により、金属めっき層として選択可能な金属成分が決まる。即ち、エッチング液は、孔開き金属箔1を溶かすことなく、型枠層3となる金属めっき層を溶解可能な溶液を用いる。そこで、チタン、タンタル、ニオブ等を溶解しないエッチング液に可溶な金属成分を金属めっき層として形成すればよい。チタン、タンタル、ニオブ等を溶解しないエッチング液に可溶な金属は多く考えられ、所望のめっきができる限り、浴組成、めっき条件等を任意に変更可能であり、特段の限定は要さない。例えば、銅、ニッケルまたはこれらの合金等からなる金属めっき層とすると経済性の点で好ましい。また、金属めっき層の厚さは、電解めっきの電析時間により調整できる。
【0037】
そして、上記の通り電解法によって金属めっき層からなる型枠層3を形成する方法を用いる場合、キャリア基材は、工程Aにおいて電解法で金属めっき層(型枠層3)を形成する電解析出の際に陰極としての機能を果たし、このキャリア基材2を陰極として、その表面に金属元素を電析させて金属めっき層を形成することとなる。このため、キャリア基材2の材質は導電性を備える限り特段の材質限定は必要ない。例えば、キャリア基材には、銅、アルミニウム、ステンレス等の箔や板である金属素材、プラスチック材の表面を金属成分でコーティングした素材(例えば、プラスチックフィルムの両面若しくは片面に金属導電層を備える構成のもの等)等を使用することが可能である。しかしながら、キャリア基材には金属素材を用いると、再利用が容易であり利便性が高い為好ましい。そして、キャリア基材は、例えば、18μm〜400μmの厚さの銅箔が好適であるが、本件発明におけるキャリア基材は、その厚さに特段の限定はない。
【0038】
工程a−3: 図2の(A3)に示すように、突起状レジスト6を除去して金属めっき層からなる型枠層3を形成する。突起状レジスト6を除去する方法は、例えば、水酸化ナトリウム水溶液等レジスト成分を除去可能な溶液中に浸漬して突起状レジスト6を溶解する方法や、物理的に剥離する方法を用いて行う。
【0039】
上記工程Aにおいて、製造すべき孔開き金属箔1と同じ面形状を有し、且つ一定の厚みを有する型枠層3が形成されている。型枠層3には、作製すべき孔開き金属箔1の貫通孔3と同じ形状、大きさ、位置に開口し、キャリア基材表面4を底部とする穴が形成された状態である。また、キャリア基材表面4と開口縁端部9との垂直方向(型枠層3の厚み方向)の間の少なくとも一部区間において空隙Sが形成されるように穴部側壁8を傾斜させて形成された状態である。
【0040】
以上に説明してきた通り、工程Aを、上述の工程a−1〜工程a−3の方法で行うことにより、微細形状の孔開き金属箔に対応可能な型枠層を形成することができる。また、電解法により金属めっき層からなる型枠層とすると、なめらかな表面を有する型枠層を形成することができ、この型枠層の上面に形成される孔開き金属箔の表面形状も滑らかとなり不要な凹凸を防ぐことが可能となる。従って、貫通孔や箔の端部等を美麗に仕上げることができる。更に、型枠層の表面に形成された孔開き金属箔を、後の工程において剥離する場合等の加工過程において、型枠層の形状に起因する凹凸部分から箔が破損することを防ぐことができる。
【0041】
工程B: 次に、工程Bでは、図1の(B)及び図3に示すように、乾式薄膜形成法により、工程Aで形成された型枠層3の上面全体を被覆するようにして金属箔を形成する。
【0042】
ここで言う乾式薄膜形成法とは、PVD法やCVD法と称される全てのものを含む。CVD法としては化学気相法等が含まれる。また、PVD法としては、真空蒸着法、各種イオンガンを備えるスパッタリング法、イオンプレーティング法等が含まれる。特に、スパッタリング法又は電子ビーム蒸着法を用いると、チタン等の高融点の金属、合金、化合物等の薄膜化に好適であり高品質な孔開き金属箔を提供可能となる。即ち、スパッタリング法又は電子ビーム蒸着法はチタン等を極めて緻密且つ均一に成膜することができ、また、キャリア基材に対して密着性が高く且つ平滑な成膜面を形成することができるのである。更に、スパッタリング法では湿式表面処理加工のように溶剤等を使用しないので、溶剤処理や反応物による大気汚染処理等が不要である。
【0043】
そして、孔開き金属箔の金属材料としては、チタン、タンタル、ニオブあるいはこれらの合金のいずれかからなるものを用いる。孔開き金属箔の材料に、上記材料を用いた場合、チタン、タンタル、ニオブは酸化膜を形成しやすい金属特性を有するので、形成されたチタン箔は、耐食性に優れた金属箔となる。
【0044】
本工程Bにおいて、乾式薄膜形成法により成膜された金属箔は、型枠層3の穴の底面(キャリア基材表面4)にも金属箔10を形成するが、型枠層3は一定の厚みを有するので、型枠層3の穴の底面(キャリア基材表面4)に形成された金属箔10と、型枠層3の上面に形成された金属箔4とは連続せず、この段階で、型枠層3の上面に形成された金属箔は型枠層3の開口7と同じ形状の貫通孔を形成し孔開き金属箔1の形状を有している。
【0045】
特に、型枠層3が穴部側壁8がオーバーハングしている状態で形成されているので、型枠層3の上面に形成された金属箔と、キャリア基材表面4に形成された金属箔とが、より確実に不連続状態として金属箔に貫通孔を形成させることができる。
【0046】
工程C: 工程Cでは、例えば、図1の(C)及び(D)に示すように、キャリア基材2ならびに型枠層3を孔開き金属箔1から剥離する。剥離の方法は、物理的に剥離する方法、エッチング法のどちらを用いても良い。前述の工程a−3で述べた剥離層を形成しておくとキャリア基材2と型枠層3とを物理的手段で剥離しやすい。一方、エッチング法により型枠層3を剥離する場合は、溶解液を用いて溶解するので、物理的手段の場合に比べて、不要な力が作用することがないので、孔開き金属箔1を破損しにくく容易に仕上げることができる。
【0047】
ここで、孔開き金属箔の厚さは1μm〜15μmであることが好ましい。孔開き金属箔の厚さが1μm未満であると、実用上の機械的強度としては不十分となる。一方、厚さが15μm超のものも製造は可能だが、工業的にみてコスト高となる。なお、孔開き金属箔の厚さが1μm〜5μmの場合は、孔開き金属箔単体での強度が不足する為、銅等による支持箔が必要となる。この場合、型枠層の上面に、孔開き金属箔と同様の方法で、支持箔を形成した後、孔開き金属箔を形成することとなる。
【0048】
以下、実施例を示して本件発明を具体的に説明する。なお、本件発明は以下の実施例に制限されるものではない。
【実施例】
【0049】
本発明に係る孔開き金属箔の製造方法によって、直径50μmの円形の貫通孔を複数有し、当該貫通孔の中心間の距離が等間隔となるように形成され、開口率が30%であるチタンを主材料とした孔開き金属箔を製造する例を示す。
【0050】
工程A: キャリア基材表面4に型枠層3を形成する。本実施例では、キャリア基材2として35μm厚の銅箔を用い、当該キャリア基材表面4に、フォトリソグラフィを用いて型枠層3を形成した例を示す。
【0051】
工程A: キャリア基材表面4に型枠層3を形成する。まず、キャリア基材2である35μm厚の銅箔の光沢面を希硫酸で洗浄し、その後、水洗、乾燥した。次に、図2(A1)に示すように、乾燥後の銅箔の光沢面に20μm厚のドライフィルムを配しラミネータによりエッチングレジスト層5としてのドライフィルムを貼り付けた。
【0052】
エッチングレジスト層5は、ドライフィルムをラミネータを用いて貼り付けて形成したり、液体レジスト等を用いて形成したり、スピンコータ等を用いて感光性のレジスト層として構成することが好ましい。特に液体レジストは廃棄物を出さない点で有利である。
【0053】
ドライフィルムは光によって反応する硬化レジスト層がポリエチレンフィルムとポリエステルフィルムとの間で狭持された構造を持つフィルムであり、プリント配線板のエッチングレジストとして広く使用されているものである。このドライフィルムは厚さに種々のバリエーションを持たせることが容易で、型枠層3の厚さの選択幅を広く取ることが容易である。
【0054】
次に、図2(A2)に示すように、このエッチングレジスト層5を、型枠層3を形成するための突起状レジスト6に成形する。即ち、エッチングレジスト層5上に、作製する孔開き金属箔1の面形状と同じ表面形状を有する連続パターンのフォトマスク(不図示)を密着または接近させて配置し、紫外線を照射して上記ドライフィルムを露光現像する。次いで、フォトマスクのパターンによる未露光部分を1%炭酸ナトリウム溶液により剥離して除去することで図2(A2)に示すように所望の突起状レジスト6に成形した。突起状レジスト6は、孔開き金属箔1に形成される複数の貫通孔の位置に対応する位置のキャリア基材表面4に略円錐台形の突起部が形成された状態となる(工程a−1)。
【0055】
なお、ここではネガタイプのエッチングレジストを使用した場合の突起状レジストの形成方法を示したが、フォトレジストとしては、露光部分が硬化するネガ型またはその逆に露光部分が溶解するポジ型のいずれを用いても良く、露光処理によってエッチングレジストを硬化させ不要部分を除去することにより所望のレジストパターンが形成されるものであればよい。ここでポジタイプのエッチングレジストを用いた場合は、逆に露光処理されたエッチングレジスト層が除去され、露光処理されていないレジスト層がレジストマスクとして残存することになる。
【0056】
次に、型枠層3となる金属めっき層を電解めっき法により電析させた(工程a−2)。金属めっき層は銅で構成され、浴組成をCuSO・5HO濃度250g/l及びHSO濃度90g/l、5A/dmの電流密度、浴温50℃のめっき条件として設定し、扱いやすい非シアン浴を用いて厚さが7μmの銅めっき層を電析させた。この段階で、突起状レジスト6の厚さが25μmであり、銅めっき層(金属めっき層)の厚さは7μmであるので、銅めっき層は突起状レジスト6より低く窪んだ状態となっている。
【0057】
続いて突起状レジスト6を除去して金属めっき層からなる型枠層3を形成した(工程a−3)。突起状レジスト6は、50℃に加温した3%濃度の水酸化ナトリウム水溶液中に浸漬して、レジスト成分を膨潤させ除去した。この工程においては、上述の通り、銅めっき層は突起状レジスト6より低い状態であるので、突起状レジスト6が水酸化ナトリウム水溶液に浸漬する面積を広くすることができ、かつ、銅めっき層と、この銅めっき層より突出している突起状レジスト6とに囲まれている凹部分に水酸化ナトリウム水溶液が溜まりやすくなる。これにより、突起状レジスト6と水酸化ナトリウム水溶液との接触が多くなり、レジスト成分の膨潤を促進させることができ、銅めっき層と突起状レジスト6との界面におけるレジスト成分の膨潤が促進され、突起状レジスト6を速やかに除去することができる。こうして突起状レジスト6が除去されると、キャリア基材表面4には、銅めっき層(金属めっき層)からなる型枠層3が形成された。
【0058】
型枠層3は、厚さが7μmであり、且つ作製すべき孔開き金属箔1の面形状と同じ表面形状を有する。従って、型枠層3の表面形状は、孔開き金属箔1の貫通孔と同じ直径50μmの丸形状の開口を当該開口の中心間の距離が87μmとなるようなピッチで複数有し、型枠層の厚みにより、当該開口7の部分が、キャリア基材表面4を底部とする穴部を形成するものである。
【0059】
なお、型枠層3とキャリア基材表面4とにより形成された穴部は、略円錐台形状に形成した(図3参照)。これにより、型枠層3の開口縁端部9から、穴部の底面であるキャリア基材表面4に向けての穴部側壁8の面形状がオーバーハングしている状態となる。このように、穴部側壁8の面形状がオーバーハングしている状態にすると、開口縁端部9とキャリア基材表面4との間に空隙Sが設けられるので、型枠層3と、キャリア基材表面4(型枠層3の穴の底面)とに、金属箔が別々に成膜されるのである。
【0060】
ここで、開口縁端部9から穴底となるキャリア基材表面4に向けての穴部側壁8の面形状は、型枠層3の断面形状において、少なくとも型枠層3の開口縁端部9における上面と、穴部側壁8との内角が90度以下の角度で形成されなければならない。型枠層3の開口縁端部9における上面と穴部側壁8との内角が鈍角で形成されると、成膜の際に開口縁端部9からキャリア基材表面4まで穴部側壁8の形状に沿って連続して被覆するように金属箔が形成されることになり、開口縁端部9を境界にした貫通孔を形成することができなくなる。従って、少なくとも穴部側壁8の面上に金属箔が形成されない形状に型枠層を形成することにより、開口縁端部9において貫通孔3が形成されるような金属箔を形成することができるのである。
【0061】
工程B: 上述の型枠層3の上面にスパッタリング法により金属箔を形成する。型枠層3が形成されたキャリア基材2に対して、チタン材料からなるターゲットに不活性ガスをプラズマ化して加速電圧でスパッタして、型枠層3に成膜させて厚さが2μmのチタン箔層(金属箔)を形成した。ここで、型枠層3の開口7の部分にも金属原子が及ぶので、穴の底部であるキャリア基材表面4にも金属膜が形成された。
【0062】
工程C: キャリア基材2ならびに型枠層3を金属箔から除去する。まず、キャリア基材2を型枠層3から物理的に剥離した後に、型枠層3を塩酸や過酸化水素を加えた塩銅、塩鉄などの銅エッチング液で溶解して除去することにより孔開き金属箔1が得られた。本実施例により製造された孔開き金属箔1の走査型電子顕微鏡像を図4に示す。図4を見ると、微細な貫通孔を美麗に形成した孔開き金属箔であると言える。
【0063】
本実施例では、キャリア基材表面4にエッチングレジスト層5を形成し、フォトリソグラフィを用いて、エッチングレジスト層5に突起状レジスト6を形成したので、キャリア基材表面4に形成する型枠層3の形状や大きさ等の幅広い設計条件に対応可能であり、且つ精度良く突起状レジスト6を形成することができた。そして、電解法により電析させた金属めっき層がこの突起状レジスト6の存在により、開口7を有する型枠層3を形成するので、型枠層3をより精密に形成することができた。
【0064】
本実施例で製造された孔開き金属箔1は、キャリア基材表面4に、孔開き金属箔1と同じ表面形状を有し、且つ、厚さを有する型枠層3を形成し、その上面にスパッタリング法によりチタン箔を形成したので、エッチング法やめっき法を利用した孔開き金属箔の製造方法を工業的に利用できなかった孔開きチタン箔(孔開き金属箔)を容易に製造することができた。更に、チタンは表面が酸化しやすい特性があり、スパッタリング法により形成された金属箔は良好な耐食性を備えたチタン箔となる。
【0065】
また、型枠層3の上面にスパッタリング法により金属箔を形成するので、当該金属箔は、型枠層3に形成された開口7に応じて貫通孔が形成されることとなり、孔開き金属箔1の貫通孔の縁端を美麗に仕上げることができる。この点については、特許文献2の方法では、突起部と孔開き金属箔との界面の析出状態が不安定であり、突起部を除去した後の孔開き金属箔の貫通孔の縁端を高品質に保つことに課題が残る。従って、本件発明に係る孔開き金属箔の製造方法では、特許文献2に開示されているような従来技術と比べて、貫通孔の縁端処理を滑らかな状態に仕上げることができると言える。
【0066】
更に、型枠層の上面に成膜させて金属箔を形成するので、孔開き金属箔の表面形状の自由度を高めることができる。例えば、型枠層の開口における断面形状が六角形の様な形状である場合、縁端が傾斜した輪郭を有する貫通孔を形成することもできる。これにより、特許文献2に開示されたような柱状の突起部が貫通孔を貫通したような構成にして貫通孔を形成する方法と比べて、物理的な剥離が容易となるだけでなく、貫通孔の縁端部を美麗に仕上げることができる。
【0067】
なお、本実施例では、突起状レジストの形成方法として、フォトレジストを用いた例を示したが、印刷法を用いても良い。印刷法を用いる場合、突起状レジストの形状を自由自在に描くことが容易で、且つ、工程が簡素であり製造コストを削減することができる。この場合、まず、熱硬化性樹脂インクをインクジェット法でキャリア基材表面状に印刷した後、加熱により熱硬化性樹脂インクを硬化させて型枠層を形成する。この他の印刷法として、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、凸版印刷法、凹版印刷法のいずれを用いることも可能である。これらの印刷法による型枠層の形成は常法により行われ、中でも、インクジェット法を用いることが、設計の自由度及び対応能力の点から好ましい。
【0068】
また、上記実施例では、チタンからなる孔開き金属箔の製造方法を示したが、本件発明はこれに限定されるものではなく、チタン、タンタル、ニオブあるいはこれらの合金やその他乾式薄膜形成法により金属箔を形成可能なものに利用可能である。
【0069】
また、上記実施例では、乾式薄膜形成法による成膜の一例としてスパッタリング法を用いたが、電子ビーム蒸着法の他、CVD法を用いても可能であることは言うまでもない。
【0070】
更に、上記実施例では、工程Cにおいて、孔開き金属箔と型枠層とをエッチングにより剥離する方法を用いた例を示したが、孔開き金属箔と型枠層とを物理的に剥離する場合は、工程Bの前に、型枠層の表面に剥離層を設けると、型枠層と孔開き金属箔との間に剥離層が介在することとなり、当該剥離層を境にして型枠層と孔開き金属箔とを物理的に分離しやすくすることができる。この剥離層は、カルボキシベンゾトリアゾールを3g/l濃度で含む水溶液に浸漬することによって形成されるもの等が考えられる。
【産業上の利用可能性】
【0071】
本発明に係る孔開き金属箔の製造方法を用いると、孔開き金属箔の製造に際し、従来のエッチング法やめっき法を利用しにくい材質のものであっても、乾式薄膜形成法により製造可能となる。また、孔開き金属箔の貫通孔の形状の制約が少なく、幅広い開口形状に対応した金属箔の製造が可能となり、幅広いニーズに対応する孔開き箔を製造することができる。
【0072】
更に、従来、エッチング法やめっき法による製造が難しかった金属(例えば、チタン、タンタル、ニオブ等)に孔開き加工を施した金属箔を製造することができる。これにより、耐食性、耐熱性、耐酸化性に優れた金属からなり、緻密且つ均一に形成された高品質な孔開き金属箔の製造が可能となり、例えば、二次電池の集電体等孔開き金属箔用途における素材選択の幅が広がる。
【0073】
従って、例えば、二次電池用の電極用集電体、化学反応を促進する触媒の担持体、微粉分級用スクリーン装置、固液分離処理用のスクリーン装置、各種容器・設備の通気口、防塵フィルター、液体抗菌フィルター、液体に金属イオンを付与し飲料水等の液体を改質するための液体改質用フィルター、電磁波シールド、磁性用材料、導電用材料、その他広範囲な分野に使用可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【0074】
【図1】孔開き金属箔の製造方法に係る工程を説明するための模式図である。
【図2】孔開き金属箔の製造方法に係る工程を説明するための模式図である。
【図3】孔開き金属箔の製造方法において、型枠層及びキャリア基材表面に金属箔が形成された状態を示す斜視図である。
【図4】本発明に係る実施例により製造された孔開き金属箔の走査型電子顕微鏡像である。
【符号の説明】
【0075】
1 ・・・・孔開き金属箔
2 ・・・・キャリア基材
3 ・・・・型枠層
4 ・・・・キャリア基材表面
6 ・・・・突起状レジスト
7 ・・・・開口
8 ・・・・穴部側壁

【特許請求の範囲】
【請求項1】
以下の工程A〜工程Cを含むことを特徴とする孔開き金属箔の製造方法。
工程A:作製すべき孔開き金属箔の面形状と同じ表面形状を持ち且つ一定の厚みを有する型枠層をキャリア基材表面に形成する工程
工程B:前記型枠層の上面に乾式薄膜形成法により金属箔を形成する工程
工程C:前記キャリア基材ならびに型枠層を金属箔から剥離し、孔開き金属箔を得る工程
【請求項2】
前記乾式薄膜形成法は、スパッタリング法又は電子ビーム蒸着法である請求項1に記載の孔開き金属箔の製造方法。
【請求項3】
前記工程Aでは、前記型枠層を形成するための突起状レジストをキャリア基材表面に形成し、
前記突起状レジストが形成されたキャリア基材に電解法で金属めっきを行い、突起状レジスト間に金属めっき層を形成し、
その後、突起状レジストを除去することにより金属めっき層からなる型枠層を形成することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の孔開き金属箔の製造方法。
【請求項4】
前記キャリア基材表面に形成された前記型枠層は、当該型枠層の開口の縁端部からキャリア基材表面に向けての穴部側壁の面形状がオーバーハングしていることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の孔開き金属箔の製造方法。
【請求項5】
請求項1〜請求項4のいずれかに記載の孔開き金属箔の製造方法を用いて製造された孔開き金属箔。
【請求項6】
チタン、タンタル、ニオブあるいはこれらの合金のいずれかからなることを特徴とする請求項5に記載の孔開き金属箔。
【請求項7】
厚さが1μm〜15μmであることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の孔開き金属箔。
【請求項8】
孔開き金属箔に形成される貫通孔は、開口部分の最長部が10μm〜100μmであることを特徴とする請求項5〜請求項7のいずれかに記載の孔開き金属箔。
【請求項9】
開口率が10%〜60%であることを特徴とする請求項5〜請求項8のいずれかに記載の孔開き金属箔。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2007−277641(P2007−277641A)
【公開日】平成19年10月25日(2007.10.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−106183(P2006−106183)
【出願日】平成18年4月7日(2006.4.7)
【出願人】(000006183)三井金属鉱業株式会社 (1,121)
【Fターム(参考)】