銅の成膜方法

電子部品の配線には、銅薄膜をパターニングしたものが多く使われています。この銅薄膜はフィルムなどの基材上に成膜されますが、その成膜方法としては電解めっき、無電解めっき、スパッタ及び真空蒸着が一般的に知られています。
この記事ではこれら銅薄膜の成膜方法について紹介します。
また、NISSHAが保有する銅薄膜の微細パターニング技術も最後に紹介します。

電解めっきとは、基材を入れためっき液槽に電気を流して、そのエネルギーで成膜する方法です。
めっき液には金属イオンが含まれています。この金属イオンが、陰極に設置した基材の表面で還元され、めっき被膜として析出します。めっき被膜の厚さは電気を流す量によって調整します。また、めっきする面積が大きいと必要な電気量は大きくなります。

特長

電解めっきは金属の表面処理として広く使われる成膜方法でいくつかの特長があります。

中でも大きな特長として、コストが安く、さまざまな金属材料に対して成膜可能な点が挙げられます。また、被膜を形成する速度が速いことも電解めっきの特長です。電流の調整により、厚みのある膜を形成することもできます。

電解めっきの品質はめっき液や電極形状、電流の調整などによって決まります。特にめっき液の管理は重要で、pH測定や比重測定、温度測定など、めっき液の状態を定期的にチェックする必要があります。また、めっき液中の不純物を取り除くためのろ過装置なども必要になります。

一方でデメリットもあります。
電解めっきでの金属の析出量は陰極となる基材の電流密度の影響を受けます。陰極の電流密度は基材の膜厚や形状によって変化するため、均一な膜厚のめっき被膜を形成するにはそれらのパラメーターの影響を考慮する必要があります。

他にも、電気が通らない不導体の材質には電解めっきができないという特徴もあります。

用途

電解めっきは電子部品の配線形成の工程で使われます。配線材料にはおもに銅が使われています。電気抵抗が低く、物理的な展延性も高い銅は電気配線の材料に適しています。基板上にパターニングされた電気配線の膜厚を厚くする際、電解めっき加工が使用されることが有ります。

無電解めっき

無電解めっきとは化学めっきともいわれる成膜方法で、電解めっきのような電気エネルギーではなく、化学反応エネルギーを利用した成膜方法です。めっき液の中に還元剤が含まれており、化学反応で成膜します。銅の場合は被膜した銅自体が還元剤となり、成膜が繰り返され厚みが増します。

特長

無電解めっきは素材をめっき液に浸すことで、均一な被膜を生成できます。電気めっきでは難しいとされている複雑形状の素材に対しても均一に成膜が可能です。
また、無電解めっきはプラスチックやセラミックなどの不導体にも成膜可能です。特に、プリント基板などの絶縁性の高い素材に電気配線を作る場合は、無電解めっきによって銅をめっきします。
無電解めっきにおいては、めっき対象とめっき液が接することで起こる反応を利用するため、対象物がめっきに覆われると反応が止まります。そのため、めっき厚のコントロールは難しく、なかなか厚みを出しにくいといった特徴もあります。

用途

無電解めっきはプリント基板や電磁波シールドに多く用いられています。

銅は他の金属との相性が良いという特長があります。そのため、セラミックや樹脂など絶縁材料にめっきを施す際に、密着性を改善させるための下地(下地めっき)として使われることもあります。

スパッタ

スパッタは、アルミを成膜する方法として普及した成膜方法です。スパッタは真空状態でスパッタリングターゲットにアルゴンイオンを衝突させ、放出したターゲット原子、分子をシリコンウェハーやガラスなどに付着させて成膜します。

特長

スパッタの特徴は成膜の付着力が強い点です。
銅の成膜にも使われますが、他にも高融点の金属や合金、化合物などさまざまな金属の成膜が可能です。
成膜プロセスが安定しており緻密な成膜が可能なので、膜質や膜厚を高精度に制御できる加工方法です。

用途

スパッタは非常に薄い銅膜を形成できるので、半導体の銅配線やディスプレイ、タッチパネルなどの配線に用いられています。

蒸着

蒸着とは、真空中で成膜する材料を蒸発させて、冷却された対象物の表面にコーティングする加工方法です。真空蒸着は汎用性が高く、安定した品質の金属膜を低コストで加工できます。
真空状態で沸点が低くなり蒸発しやすくなる性質を利用した加工方法です。

特長

蒸着は金属に対しても、プラスチックフィルムのような非金属に対しても成膜可能です。
また、蒸着は気化した分子が表面に付着するため、密着性が高く剥がれにくいといった特徴があります。
さらに、スパッタなどの成膜方法に比べると、必要な機器のコストが安いため低コストな加工方法という特徴もあります。

用途

真空蒸着の用途はコンデンサや透明の導電フィルム、磁気テープや電磁波シールド、ケーブル用シールドなどです。
また、プリント基板や電線、振動板などに用いられています。

NISSHAの銅薄膜パターニング

銅の成膜方法として主な加工方法を紹介しました。
NISSHAではこれらの技術で成膜された銅薄膜のパターニング加工に対応しています。

NISSHAの銅薄膜パターニング技術の特長

  • ロールtoロール工法による大量生産に対応
  • 有効露光エリア500×1,000㎜の大面積フォトリソエッチング加工
  • サブミクロン~10μmレベルまでさまざまな膜厚の銅、銅合金のパターニングに対応

興味を持たれた方はぜひお問い合わせください。また、試作相談も随時受け付けています。

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