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電解銅皮膜、その製造方法及び銅電解皮膜製造用の銅電解液
説明

電解銅皮膜、その製造方法及び銅電解皮膜製造用の銅電解液

【課題】配線板の製造工程における熱履歴、特にポリイミドフィルムと接着する際にかかる熱履歴と同程度の熱履歴が施された後に、圧延銅箔と同等またはそれ以上の柔軟性と屈曲性を発現する電解銅皮膜を提供すること。
【解決手段】電解析出で製造した電解銅皮膜において、式1に示すLMP値が9000以上となる加熱処理を施すと、加熱処理後の結晶粒の最大長さが10μm以上となる結晶粒子が70%以上存在する結晶分布となる電解銅皮膜とその製造方法。
式1:LMP=(T+273)*(20+Logt)
ここで、20は銅の材料定数、Tは温度(℃)、tは時間(hr)である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、屈曲性及び柔軟性に優れた電解銅皮膜とその製造方法、及び該電解銅皮膜を製造する銅電解液に関するものである。
なお、本明細書において「電解銅皮膜」とは、プリント配線板、多層プリント配線板、チップオンフィルム用配線基板(以下これらを総称して配線板と称することがある)において基板上に設ける銅めっき層、金属線上に施す銅めっき層、電解銅箔を総称する。
【背景技術】
【0002】
現在電気機器製品の小型化において、携帯電話のヒンジ部の曲げ角度(R)がますます小さくなる傾向にある中で、配線板の屈曲特性に対する要望はますます厳しいものになってきている。
屈曲特性を向上させる上で重要な銅箔の特性としては、厚さ・表面平滑性・結晶粒の大きさ・機械的特性などが上げられる。また、電気製品の小型化に対し、高密度配線化が図られるために、できるだけスペースを有効活用することが重要な課題であり、配線板の変形が容易にできるポリイミドフィルムの採用が不可欠となってきており、ポリイミドフィルムに貼り付ける銅箔の接着強度・柔軟性は必要不可欠な特性になってきている。この特性を満足する銅箔としては、特別な製造工程で製箔された圧延銅箔が採用されている。
【0003】
しかし、圧延銅箔については、製造工程が長いため加工費が高い、幅広い銅箔が製造できない、薄い箔の製造が困難であることがデメリットである。従って、上記特性を満足する電解銅箔が求められている。
また配線板においては、回路形成時において厚めっきを行うが、この厚い銅めっき層の形成時にも銅めっき層の柔軟性が要求されている。
しかしながら、現状の銅めっき技術では、電解銅箔の平滑性を維持しながら前記要求を全て満たす電解銅箔及びその製造方法は提案されておらず、上記圧延銅箔と同等またはそれ以上の柔軟性、屈曲性を有する銅電解皮膜(電解銅箔あるいは銅めっき層)は現在のところ存在しない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
発明が解決しようとする課題は、圧延銅箔と同等またはそれ以上の柔軟性、屈曲性を有する銅電解皮膜を提供するとともにその製造方法、銅電解皮膜製造用の銅電解液を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の銅電解皮膜は、電解析出で製造した電解銅皮膜において、式1に示すLMP値が9000以上となる加熱処理を施すと、加熱処理後の結晶粒の最大長さが10μm以上となる結晶粒子が70%以上存在する結晶分布となる。
式1:LMP=(T+273)*(20+Logt)
ここで、20は銅の材料定数、Tは温度(℃)、tは時間(hr)である。
【0006】
前記電解銅皮膜に前記LMP値が9000以上となる加熱処理を施すと、該皮膜の0.2%耐力が10kN/cm未満であり、かつヤング率が2000kN/cm未満となることが望ましい。
【0007】
前記電解銅皮膜に前記LMP値が9000以上となる加熱処理を施すと、該皮膜のビッカース硬さが60Hv未満となることが望ましい。
【0008】
前記電解銅皮膜は、銅皮膜深さ方向のSIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry)分析における銅(Cu)との強度比で少なくとも塩素(Cl)は0.5%未満、窒素(N)は0.005%未満、硫黄(S)は0.005%未満であることが望ましい。
【0009】
前記電解銅皮膜の少なくとも片方の表面粗さが、JIS−B−0601に規定するRa:0.30μm未満、Rz:2.0μm未満であることが望ましい。
【0010】
本発明の電解銅皮膜の製造方法は、銅電解液にて電解析出した銅めっき皮膜に、式1に示すLMP値が9000以上となる加熱処理を施すと、加熱処理後の結晶粒の最大長さが10μm以上である結晶粒子が70%以上存在する結晶分布となる電解銅皮膜を製造する製造方法である。
式1:LMP=(T+273)*(20+Logt)
ここで、20は銅の材料定数、Tは温度(℃)、tは時間(hr)である。
【0011】
前記銅電解液には、ジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上もしくは1又は2以上のエーテル結合を有するジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上、又はジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上と1又は2以上のエーテル結合を有するジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上の組み合わせたものと、2個の窒素原子を有するヘテロ環式化合物との反応生成物の一種以上を含有せしめることが好ましい。
【0012】
前記銅電解液には、ジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上もしくは1又は2以上のエーテル結合を有するジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上、又はジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上と1又は2以上のエーテル結合を有するジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上を組み合わせたものと、2個の窒素原子を有するヘテロ環式化合物との反応生成物の一種以上、及びブライトナーの一種以上を含有せしめることが好ましい。
【0013】
前記2個の窒素原子を有するヘテロ環式化合物は2個の窒素原子を有するヘテロ環式芳香族化合物であることが好ましい。
【0014】
前記銅電解液には、ジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物もしくは1又は2以上のエーテル結合を有するジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物と、2個の窒素原子を有するヘテロ環式化合物との反応生成物の一種以上、及びブライトナーの一種以上を含有せしめることが好ましい。
【0015】
前記銅電解液には、ジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上もしくは1又は2以上のエーテル結合を有するジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上、又はジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上と1又は2以上のエーテル結合を有するジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上の組み合わせたものと、2個の窒素原子を有するヘテロ環式化合物との反応生成物の一種以上を含有せしめることが好ましい。
【0016】
前記銅電解液には、ジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上もしくは1又は2以上のエーテル結合を有するジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上、又はジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上と1又は2以上のエーテル結合を有するジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上の組み合わせたものと、2個の窒素原子を有するヘテロ環式化合物との反応生成物の一種以上、及びブライトナーの一種以上を含有せしめることが好ましい。
【発明の効果】
【0017】
本発明は、配線板の製造工程における熱履歴、特にポリイミドフィルムと接着する際にかかる熱履歴と同程度の熱履歴が施された後に、圧延銅箔と同等またはそれ以上の柔軟性と屈曲性を発現する電解銅皮膜を提供することができる。
また、本発明は電解銅皮膜を用いた柔軟性、屈曲性を有する配線板を圧延銅箔に比べて安価に提供することができる。
【0018】
さらに本発明は、配線板の製造工程における熱履歴、特にポリイミドフィルムと接着する際にかかる熱履歴と同程度の熱履歴が施された後に、圧延銅箔と同等またはそれ以上の柔軟性と屈曲性を発現する電解銅皮膜を製造する電解液を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】ドラム式製箔装置を示す説明図である。
【図2】銅箔断面の電子顕微鏡写真であり、(イ)は本発明における実施例1の断面写真であり、(ロ)は比較例1の断面写真である。
【図3】SIMS分析結果のチャート図であり、本発明における実施例1のチャート図と比較例1のチャート図である。
【図4】(イ)はIPC屈曲試験サンプルの回路パターンであり、(ロ)はIPC屈曲試験サンプルである。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下本発明の一実施形態として、電解銅皮膜の一つである電解銅箔を例として詳細に説明する。
通常電解銅箔は、例えば図1に示すような電解製箔装置により製箔される。電解製箔装置は、回転するドラム状のカソード2(表面はSUS又はチタン製)、該カソード2に対して同心円状に配置されたアノード1(鉛又は貴金属酸化物被覆チタン電極)からなり、該製箔装置に電解液3を供給させつつ両極間に電流を流して該カソード2表面に所定の厚さに銅を電析させ、その後該カソード2表面から銅を箔状に剥ぎ取る。この段階の銅箔を未処理電解銅箔4ということがある。また該未処理電解銅箔4の電解液と接していた面をマット面と呼び回転するドラム状のカソード2と接していた面をシャイニー面と呼ぶ。なお、上記は回転するカソード2を採用した製箔装置につき説明したがカソードを板状とする製箔装置で銅箔を製造することもある。
【0021】
電解銅箔の製造直後の表面粗さはカソード表面の粗さを転写するため、銅を電析させるカソードとしては、その表面粗さをRa:0.01〜0.3μm、Rz:0.1〜2.0μmであるカソードを使用するのが好ましい。このようなカソードを用いることで電解銅箔の製造直後のシャイニー面の表面粗さはカソード表面の転写であるので、シャイニー面の表面粗さをRa:0.01〜0.3μm、Rz:0.1〜2.0μmとすることができる。
電解銅箔のシャイニー面の表面粗さRaを0.01μm未満及び/またはRzを0.1μm未満とすることはカソードの研磨技術などを考えると製造が難しく、また量産製造するには不向きであると考えられる。また、シャイニー面の粗さ、Raを0.3μm以上及び/またはRzを2.0μm以上とすると、屈曲特性が非常に悪くなり本発明が求める特性が得られなくなる。
【0022】
電解銅箔のマット面の粗さはRa:0.01〜0.2μm、Rz:0.05〜1.5μmであることが望ましい。Ra:0.01μm未満及び/またはRz:0.05μm未満の粗さは光沢めっきを行ったとしても非常に難しく現実的に製造は不可能に近い。また、上記したように電解銅箔の表面が粗いと屈曲特性が悪くなることから粗さの上限はRa:0.2μm未満、Rz:1.5μm未満とすることが好ましい。
シャイニー面及び/またはマット面の粗さをRa:0.2μm未満、Rz:1.0μm未満とするとなお好適である。
【0023】
また、上記電解銅箔の厚みは3μm〜70μmであることが望ましい。厚さが3μm未満の銅箔はハンドリング技術などの関係上製造条件が厳しく、現実的ではないからである。厚さの上限は現在の回路基板の使用状況から70μm程度である。厚さが70μm以上の電解銅箔が配線板用銅箔として使用されることは考え難く、また電解銅箔を使用するコストメリットもなくなるからである。
【0024】
また、上記電解銅箔を析出させる銅電解液としては、硫酸銅めっき液、ピロリン酸銅めっき液、スルファミン酸銅めっき液などがあるが、コスト面などを考えると硫酸銅めっき液が好適である。
【0025】
硫酸銅めっき液としては、硫酸濃度は20〜150g/l、特に30〜100g/lが好ましい。
硫酸濃度が20g/l未満となると電流が流れにくくなるので現実的な操業が困難となり、さらにめっきの均一性、電着性も悪くなる。硫酸濃度が150g/lを超えると銅の溶解度が下がるので十分な銅濃度が得られなくなり現実的な操業が困難となる。また、設備の腐食も促進される。
【0026】
銅濃度は40〜150g/l、特に60〜100g/lが好ましい。
銅濃度が40g/l未満となると電解銅箔の製造において現実的な操業が可能な電流密度を確保することが難しくなる。銅濃度を150g/lより上げるのは相当な高温が必要となり現実的ではない。
【0027】
電流密度は20〜200A/dm、特に30〜120A/dmが好ましい。電流密度が20A/dm未満となると電解銅箔の製造において生産効率が非常に低く現実的ではない。電流密度を200A/dmより上げるには相当な高銅濃度、高温、高流速が必要であり、電解銅箔製造設備に大きな負担がかかり現実的ではないためである。
【0028】
電解浴温度は25〜80℃、特に30〜70℃が好ましい。浴温が25℃未満となると電解銅箔の製造において十分な銅濃度、電流密度を確保することが困難となり現実的ではない。また、80℃より上げるのは操業上および設備上非常に困難で現実的ではない。
【0029】
本実施形態においては電解液に必要により塩素を添加する。
塩素濃度は1〜100ppm、特に10〜50ppmが好ましい。塩素濃度が1ppm未満となると後述する添加剤の効果を出すことが困難となり、100ppmを超えると正常なめっきが困難となる。
上記の電解条件は、それぞれの範囲から、銅の析出、めっきのヤケ等の不具合が起きないような条件に適宜調整して行う。
【0030】
電解銅箔を製造する硫酸銅めっき浴には、ジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上もしくは1又は2以上のエーテル結合を有するジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上、又はジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上と1又は2以上のエーテル結合を有するジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上の組み合わせたものと、2個の窒素原子を有するヘテロ環式化合物との反応生成物をレベラーとして添加する。
【0031】
ジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の炭素数は一般に1〜30、好ましくは2〜18、さらに好ましくは4〜8である。具体的には、1,3−ジクロロ−2−プロパノール、1,4−ジクロロ−2,3−ブタンジオール、1−ブロモ−3−クロロエタン、1−クロロ−3−ヨードエタン、1,2−ジヨードエタン、1,3−ジクロロプロパン、1,2,3−トリクロロプロパン、1−ブロモ−3−クロロプロパン、1,3−ジブロモプロパン、1,2−ジクロロエタン、1−クロロ−3−ヨードプロパン、1,4−ジクロロ−2−ブタノール、1,2−ジブロモエタン、2,3−ジクロロ−1−プロパノール、1,4−ジクロロシクロヘキサン、1,3−ジヨードプロパン、1−ブロモ−3−クロロ−2−メチルプロパン、1,4−ジクロロブタン、1,4−ジブロモブタン、1,5−ジクロロ[3−(2−クロロエチル)]ペンタン、1,6−ジブロモヘキサン、1,8−ジクロロオクタン、1,10−ジクロロデカン、1,18−ジクロロオクタデカン等が挙げられる。これらの化合物を単独で又は複数組み合わせて用いる。
【0032】
1又は2以上のエーテル結合を有するジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の炭素数は一般に4〜30、好ましくは4〜12、さらに好ましくは6〜10である。具体的には、2,2‘−ジクロロエチルエーテル、1,2−ビス(2−クロロエトキシ)エタン、ジエチレングリコールビス(2−クロロエチル)エーテル、トリエチレングリコールビス(2−クロロエチル)エーテル、2,2’−ジクロロプロピルエーテル、2,2‘−ジクロロブチルエーテル、テトラエチレングリコールビス(2−ブロモエチル)エーテル、ヘプタエチレングリコールビス(2−クロロエチル)エーテル、トリデカエチレングリコールビス(2−ブロモエチル)エーテル等が挙げられる。これらの化合物を単独で又は複数組み合わせて用いる。
【0033】
2個の窒素原子を有するヘテロ環式化合物としては、ピペラジン、トリエチレンジアミン、2−メチルピペラジン、2,6−ジメチルピペラジン、2,5−ジメチルピペラジン、ホモピペラジン、2−ピラゾリン、イミダゾール、2−メチルイミダゾール、2−エチルイミダゾール、2−プロピルイミダゾール、4−メチルイミダゾール、ヒスチジン、1−(3−アミノプロピル)イミダゾール、2−イミダゾリン、3−イミダゾリン、4−イミダゾリン、2−メチル−2−イミダゾリン、ピラゾール、1−メチルピラゾール、3−メチルピラゾール、1,3−ジメチルピラゾール、1,4−ジメチルピラゾール、1,5−ジメチルピラゾール、3,5−ジメチルピラゾール、ベンズイミダゾール、インダゾール、ピペラジン、2-メチルピペラジン、2,5−ジメチルピペラジン、ピリミジン、ピリダジン等が挙げられる。これらの化合物を単独で又は複数組み合わせて用いる。特に、2−ピラゾリン、ピラゾール、イミダゾール、2−メチルイミダゾール、2−イミダゾリン、3−イミダゾリン、4−イミダゾリン、2−メチル−2−イミダゾリン等が好ましい。
本発明では、ジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物と1又は2以上のエーテル結合を有するジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物を組み合わせたものと2個の窒素原子を有するヘテロ環式化合物の反応生成物を用いることも出来る。さらには、上記の原料化合物にジメチルアミン、ジエタノールアミン、エチレンジアミン、等の脂肪族アミノ化合物、フェニレンジアミン等の芳香族アミノ化合物、スクシニルクロリド、グルタリルクロリド、フマリルクロリド、ジクロロキシリレン、フタロイルクロリド等の複数の反応性基を有する化合物を第三原料として加えて反応した生成物を用いることもできる。但し、エピクロロヒドリン等のエピハロヒドリンを第三反応成分に用いることは反応生成物の所期の効果が得られないという点で好ましくない。
【0034】
上記ジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物もしくは1又は2以上のエーテル結合を有するジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物と2個の窒素原子を有するヘテロ環式化合物との反応生成物を製造するための反応温度は室温から200℃、好ましくは、50℃〜130℃である。
【0035】
上記ジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物もしくは1又は2以上のエーテル結合を有するジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物と2個の窒素原子を有するヘテロ環式化合物との反応生成物を製造するための反応時間は1時間〜100時間、好ましくは3時間〜50時間である。
【0036】
上記ジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物もしくは1又は2以上のエーテル結合を有するジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物と2個の窒素原子を有するヘテロ環式化合物との反応生成物を製造するための反応は溶媒なしで反応させることもできるが、溶媒を用いてもよい。溶媒としては、メタノール、エタノール、1−プロパノール、イソプロパノール、t-ブタノール、1−ブタノール等のアルコール、ジメチルホルムアミド、ジオキサン、テトラヒドロフラン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ジメチルセロソルブ、ジエチルセロソルブ等が挙げられる。
【0037】
上記ジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物もしくは1又は2以上のエーテル結合を有するジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物と2個の窒素原子を有するヘテロ環式化合物との反応生成物を製造するための反応は、反応中にハロゲンを発生することがあるが、このハロゲンを含有したままで反応を進めてもよいが、好ましくは、公知の方法、例えばイオン交換にて除去する方法やアルカリ金属水酸化物等との反応にてアルカリ金属ハロゲン化物として不溶化して除去する方法等でハロゲンフリーの反応物とすることもできる。ハロゲンを含む反応生成物とするか、ハロゲンフリーの反応生成物とするかは、銅電解液としての性能に合わせて採用する。
【0038】
本実施形態で用いるブライトナーとしては、公知のものから適宜選択すればよいが、例えば3−メルカプトプロパンスルホン酸及びその塩、ビス(3−スルホプロピル)ジスルフィド及びその塩、N,N−ジメチルジチオカルバミン酸(3−スルホプロピル)エステル、N,N−ジメチルジチオカルバミン酸(3−スルホエチル)エステル、3−(ベンゾチアゾリルチオ)エチルスルホン酸ナトリウム、ピリジニウムプロピルスルホベタイン等が挙げられる。
【0039】
銅電解液にポリマーを添加する場合においては、公知のものから適宜選択すればよいが、例えば分子量が200以上のポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコールとポリプロピレングリコールのコポリマー、それらの前記三種のグリコール類のC1〜C6アルキルモノエーテル、ポリオキシエチレングリセリルエーテル、ポリオキシプロピレングリセリルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリセリルエーテル等が挙げられる。特に分子量が500〜10万のものが好ましい。
【0040】
上記条件にて作成される電解銅箔は、めっき液及び添加剤成分から銅内に取り込まれる元素の内、少なくとも塩素(Cl)、窒素(N)、硫黄(S)は、銅箔深さ方向における各部分のSIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry)分析における銅(Cu)との強度比で少なくとも塩素(Cl)は0.5%未満、窒素(N)は0.005%未満、硫黄(S)は0.005%未満であることが好ましい。また、酸素(O)、炭素(C)についても酸素(O)は1%未満、炭素(C)は0.1%未満であればなお好ましい。
【0041】
本実施形態の電解銅箔は全体において不純物が少なく、且つ部分的に多く存在しない(平均的に分布している)電解銅箔である。よって、本実施形態の電解銅箔は配線板の製造工程における熱履歴、特にポリイミドフィルムと接着する際にかかる熱履歴と同程度の熱履歴が施された際、不純物が少ないことにより結晶粒の粗大化が容易に進み、圧延銅箔と同等またはそれ以上の柔軟性と屈曲性を発現することが出来る。
【0042】
上記で作成した電解銅箔は、式1に示すLMP値(以下単にLMP値という)が9000以上となる加熱処理を施すと、加熱処理後の結晶粒の最大長さが10μm以上である結晶粒子が70%以上存在する結晶分布を有する電解銅箔となる。さらに、LMP値が11000以上となる加熱処理を施すとなお良い。
式1:LMP=(T+273)*(20+Logt)
ここで、20は銅の材料定数、Tは温度(℃)、tは時間(hr)である。
【0043】
図2は電解銅箔断面の電子顕微鏡写真の一例であり、(イ)は本実施形態の電解銅箔の断面写真、(ロ)は従来の電解銅箔の断面写真である。
結晶粒の最大長さの測定方法は電解銅箔断面を撮影した顕微鏡写真の、1000μmの面積において結晶粒の長軸方向の長さを計測し、その長さが10μm以上の結晶粒の占める面積を測定し、測定した面積が断面全体の面積に対して何%であるかを算出する方法で測定する。
【0044】
上記加熱処理を行った後の銅箔の0.2%耐力が10kN/cm未満であり且つヤング率が2000kN/cm未満であることが好ましい。なお、0.2%耐力は8kN/cm未満であることが最適である。
【0045】
以上は本発明を電解銅箔につき説明したが、配線板において基板上に設ける銅めっき層、金属線上に施す銅めっき層についても可能である。
即ち、上記銅めっき層は銅積層基板におけるエッチング処理後に施す厚めっき、有機フィルム上にスパッタリング、無電解めっきにて薄層を形成した後の厚めっき、金属板、線に銅めっき層を施す、銅めっき層についても本発明の銅電解液で製膜することが可能である。
なお、銅めっき層は上記のように金属薄膜上に製膜される場合が多いため電解銅箔と比較して一般的に低い電流密度条件で行う。そのため、銅濃度、電流密度、電解液温の好適な範囲は電解銅箔とは異なり銅濃度の好ましい範囲が30〜70g/lであり、電流密度の好ましい範囲が0.1〜15A/dmであり、
電解液温の好ましい範囲が20〜50℃である。
また、銅めっき層においては硬度が問題となる場合があるが、該硬度は銅めっき層に対し上記加熱処理を行なった場合のビッカース硬さが60Hv未満であることが好ましい。
【0046】
〔実施例〕
以下に本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0047】
〔製箔〕
実施例1〜13、比較例1〜6
電解液組成を表1に示す。電解銅箔については表1に示す組成の硫酸銅めっき液(以下電解液ということもある)を活性炭フィルターに通して清浄処理し、表2に示す添加剤を添加し所定の濃度とした後、表1に示す電流密度で、図1に示すチタン製の回転ドラム上に厚さ18μmの電解銅箔として析出させた後、剥離して巻き取った。
実施例14〜26、比較例7〜12
同様に、銅めっき層については表1に示す組成の硫酸銅めっき液を活性炭フィルターに通して清浄処理し、表2に示す添加剤を添加し所定の濃度とした後、表1に示す電流密度で、厚さ25μmのポリイミドフィルム上にあらかじめ設けた厚さ1μmの無電解銅めっき層上に厚さ18μmの銅めっき層として析出させた。
【0048】
【表1】

【0049】
【表2】

【0050】
作成した電解銅箔及び銅めっき層を3サンプルに分割し、そのうち1サンプルを使用して内部に含まれる不純物元素量、表面粗さを測定した。また、前記の未使用の1サンプルを使用して熱処理して断面結晶粒の観察、電解銅箔においてはさらに引張試験、銅めっき層においてはさらにビッカース硬さ試験を行った。最後に、残った未使用の1サンプルを使用して電解銅箔はポリイミドフィルムと熱圧着し、銅めっき層は同様の温度設定で熱処理を行った後にIPC屈曲試験を行った。各測定・試験の詳細を以下に記す。
【0051】
〔不純物元素量の測定〕
実施例1〜7、実施例14〜20、比較例1〜3、比較例7〜9の電解銅箔と銅めっき層の内部の不純物元素量をSIMS分析において深さ方向に掘って測定した。測定元素は酸素(O)、炭素(C)、塩素(Cl),窒素(N)、硫黄(S)である。SIMS分析の測定条件は
1次イオン :Cs+(5kV,100nA)
2次(検出)イオン:銅(Cu)63Cu・塩素(Cl)35Cl・窒素(N)14N+63Cu・硫黄(S)34・酸素(O)16・炭素(C)12
スパッタ領域 :200μm×400μm
で行った。電解銅箔と銅めっき層の表面は汚れや酸化被膜の影響があるので表面から深さ方向2μmまでスパッタ除去した後に測定を開始し、深さ4μmまで分析を行った。各測定元素の強度の平均値と銅の強度の平均値から強度比を算出した。SIMS分析の測定結果の一例を図3に、強度比の算出結果を表3に記載する。
【0052】
〔表面粗さの測定〕
実施例1〜7、実施例14〜20、比較例1〜3、比較例7〜9の電解銅箔と銅めっき層の表面粗さRa、Rzを接触式表面粗さ計を用いて測定した。表面粗さはJIS−B−0601に規定されるRa(算術平均粗さ)、Rz(十点平均粗さ)で示している。基準長さは0.8mmで行った。電解銅箔についてはマット面とシャイニー面にて、銅めっき層については銅めっき層表面とめっき前の無電解銅層表面にて測定を行った。表面粗さ測定の結果を表3に記載する。
【0053】
〔加熱条件〕
実施例1〜7、実施例14〜20、比較例1〜3、比較例7〜9の電解銅箔と銅めっき層を前記式1のLMP値が9000以上となる300℃、1時間の加熱条件(LMP値=11500)で、窒素雰囲気中で加熱処理を行った。同様に実施例8〜10、実施例21〜23の電解銅箔と銅めっき層についてはLMP値が9000以上となる250℃、1時間の加熱条件(LMP値=10500)で、窒素雰囲気中で加熱処理を行った。さらに、実施例11〜13、実施例24〜26の電解銅箔と銅めっき層についてはLMP値が9000以上となる200℃、1時間の加熱条件(LMP値=9500)で、窒素雰囲気中で加熱処理を行った。最後に、比較例4〜6、比較例10〜12の電解銅箔と銅めっき層についてはLMP値が9000未満となる130℃、1時間の加熱条件(LMP値=8100)で、窒素雰囲気中で加熱処理を行った。
【0054】
〔断面結晶粒の観察〕
各実施例及び各比較例の電解銅箔と銅めっき層を前記加熱条件で加熱処理した後、銅皮膜の断面を電子顕微鏡で撮影し、1000μmの範囲で結晶粒の最大長さが10μm以上の結晶が占める割合を測定・算出した。断面結晶粒の観察結果を表4に記載する。
【0055】
〔引張試験〕
実施例1〜13、比較例1〜6の電解銅箔を前記加熱条件で加熱処理した後、長さ6インチ×幅0.5インチの試験片に裁断し引張試験機を用いて0.2%耐力、及びヤング率を測定した。尚、引張速度は50mm/minとした。引張試験結果を表4に記載する。
0.2%耐力とは、歪と応力の関係曲線において、歪が0%の点において曲線に接線を引き、その接線と平行に歪が0.2%の点に直線を引いたその直線と曲線が交った点の応力を断面積で割ったものである。
【0056】
〔ビッカース硬さ測定〕
実施例14〜26、比較例7〜12の銅めっき層を前記加熱条件で加熱処理した後、樹脂に埋め込み断面をカット後研磨してビッカース硬さ試験機を用いて測定した。なお、荷重は10gf、荷重保持時間は15secとした。ビッカース硬さ試験結果を表4に記載する。
【0057】
〔IPC屈曲試験特性〕
実施例1〜7、比較例1〜3の電解銅箔と厚さ25μmのポリイミドフィルムを330℃、20分間の加熱条件(LMP値=11800)でプレス圧着してポリイミドフィルム貼付電解銅箔を作成した。さらに実施例14〜20、比較例7〜9の厚さ25μmのポリイミドフィルム上の銅めっき層も同様に330℃、20分間の熱条件(LMP値=11800)で加熱処理した。得られたポリイミドフィルム貼付電解銅箔及び銅めっき層を図4(イ)に示す回路パターンにエッチングし、同じく図4(ロ)に示すように通電部を残して回路形成面に厚さ25μmのポリイミドカバーフィルムを300℃、20分間の加熱条件(LMP値=11200)でプレス圧着してIPC屈曲試験サンプルを得た。得られた試験サンプルを下記の条件にてIPC屈曲試験を行い初期状態からの電気抵抗の増加率を測定した。IPC屈曲試験結果を表5に記載する。
試験装置 :信越エンジニアリング(株)製 SEK−31B2S
屈曲半径 :2.0mm
振動ストローク幅 :20mm
屈曲速度 :1500回/分
【0058】
各測定結果を表3、表4、表5に示す。
【0059】
【表3】

【0060】
【表4】

【0061】
【表5】

【0062】
表3から明らかなように何れの実施例の電解銅箔と銅めっき層内部の不純物元素量は銅(Cu)との強度比で塩素(Cl)は0.5%未満、窒素(N)は0.005%未満、硫黄(S)は0.005%未満、酸素(O)は1%未満、炭素(C)は0.1%未満と少なく、表面粗さはマット面においてRa:0.30μm未満、Rz:2.0μm未満となっており低粗度である。また、表4から明らかなように何れの実施例もLMP値が9000以上となる加熱処理後は長さ10μm以上の結晶粒存在割合(結晶分布)が70%以上であった。さらに、電解銅箔においては0.2%耐力が10kN/cm未満であり且つヤング率が2000kN/cm未満であり、銅めっき層においてはビッカース硬さが60Hv未満であり本発明の条件を全て満足するものであった。
さらに、表5から明らかなように該電解銅箔と銅めっき層は比較例と比較して良好な屈曲特性を示した。
【0063】
一方、表3及び表4より比較例1〜3、比較例7〜9の電解銅箔と銅めっき層は不純物元素量又は表面粗さで満足な数値が得られていてもLMP値が9000以上となる300℃、1時間の加熱処理後は長さ10μm以上の結晶粒存在割合(結晶分布)が70%未満であった。さらに、電解銅箔においては0.2%耐力が10kN/cm以上又はヤング率が2000kN/cm以上であり、銅めっき層においてはビッカース硬さが60Hv以上であり本発明の条件を全て満足するものでは無かった。
さらに、表5から明らかなように該電解銅箔と銅めっき層は実施例と比較して劣る屈曲特性を示した。
【0064】
また、表3及び表4より比較例4〜6、比較例10〜12の電解銅箔と銅めっき層は不純物元素量及び表面粗さで満足な数値が得られていてもLMP値が9000未満となる130℃、1時間の加熱処理後は長さ10μm以上の結晶粒存在割合(結晶分布)が70%未満であった。さらに、電解銅箔においては0.2%耐力が10kN/cm以上あり且つヤング率が2000kN/cm以上であり、銅めっき層においてはビッカース硬さが60Hv以上であり本発明の条件を満足するものでは無かった。
【符号の説明】
【0065】
1:アノード
2:カソード
3:電解液
4:未処理電解銅箔

【特許請求の範囲】
【請求項1】
電解析出で製造した電解銅皮膜において、式1に示すLMP(Larson-Miller parameter)値が9000以上となる加熱処理を施すと、加熱処理後の結晶粒の最大長さが10μm以上となる結晶粒子が70%以上存在する結晶分布となる電解銅皮膜。
式1:LMP=(T+273)*(20+Logt)
ここで、20は銅の材料定数、Tは温度(℃)、tは時間(hr)である。
【請求項2】
前記LMP値が9000以上となる加熱処理を施すと、0.2%耐力が10kN/cm未満となり、かつヤング率が2000kN/cm未満となることを特徴とする請求項1に記載の電解銅皮膜。
【請求項3】
前記LMP値が9000以上となる加熱処理を施すと、ビッカース硬さが60Hv未満となることを特徴とする請求項1に記載の電解銅皮膜。
【請求項4】
前記電解銅皮膜は、銅皮膜深さ方向のSIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry)分析における銅(Cu)との強度比で少なくとも塩素(Cl)は0.5%未満、窒素(N)は0.005%未満、硫黄(S)は0.005%未満であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電解銅皮膜。
【請求項5】
前記電解銅皮膜の少なくとも片方の表面粗さが、Ra:0.30μm未満、Rz:2.0μm未満であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の電解銅皮膜。
【請求項6】
銅電解液にて電解析出した銅めっき皮膜に、式1に示すLMP値が9000以上となる加熱処理を施すと、加熱処理後の結晶粒の最大長さが10μm以上である結晶粒子が70%以上存在する結晶分布となる電解銅皮膜の製造方法。
式1:LMP=(T+273)*(20+Logt)
ここで、20は銅の材料定数、Tは温度(℃)、tは時間(hr)である。
【請求項7】
ジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上もしくは1又は2以上のエーテル結合を有するジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上、又はジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上と1又は2以上のエーテル結合を有するジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上の組み合わせたものと、2個の窒素原子を有するヘテロ環式化合物との反応生成物の一種以上が含有されていることを特徴とする前記銅電解液を用いた請求項6に記載の電解銅皮膜の製造方法。
【請求項8】
ジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上もしくは1又は2以上のエーテル結合を有するジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上、又はジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上と1又は2以上のエーテル結合を有するジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上を組み合わせたものと、2個の窒素原子を有するヘテロ環式化合物との反応生成物の一種以上、及びブライトナーの一種以上が含有されていることを特徴とする前記銅電解液を用いた請求項6又は7に記載の電解銅皮膜の製造方法。
【請求項9】
2個の窒素原子を有するヘテロ環式化合物が2個の窒素原子を有するヘテロ環式芳香族化合物であることを特徴とする前記銅電解液を用いた請求項6〜8のいずれかに記載の電解銅皮膜の製造方法。
【請求項10】
ジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物もしくは1又は2以上のエーテル結合を有するジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物と、2個の窒素原子を有するヘテロ環式化合物との反応生成物の一種以上、及びブライトナーの一種以上が含有されていることを特徴とする電解銅皮膜製造用の銅電解液。
【請求項11】
ジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上もしくは1又は2以上のエーテル結合を有するジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上、又はジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上と1又は2以上のエーテル結合を有するジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上の組み合わせたものと、2個の窒素原子を有するヘテロ環式化合物との反応生成物の一種以上が含有されていることを特徴とする電解銅皮膜製造用の銅電解液。
【請求項12】
ジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上もしくは1又は2以上のエーテル結合を有するジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上、又はジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上と1又は2以上のエーテル結合を有するジ又はポリハロゲン化鎖式脂肪族飽和炭化水素化合物の一種以上の組み合わせたものと、2個の窒素原子を有するヘテロ環式化合物との反応生成物の一種以上、及びブライトナーの一種以上が含有されていることを特徴とする電解銅皮膜製造用の銅電解液。

【図1】
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【図3】
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【図4】
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【図2】
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【公開番号】特開2010−18885(P2010−18885A)
【公開日】平成22年1月28日(2010.1.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−141216(P2009−141216)
【出願日】平成21年6月12日(2009.6.12)
【出願人】(000005290)古河電気工業株式会社 (4,457)
【出願人】(000197975)石原薬品株式会社 (83)
【Fターム(参考)】