銅箔とは？ 用途や種類、低粗度銅箔までまとめて解説

はじめに、銅箔とはどのようなものかをご説明します。

銅箔は、ミクロン（μm）単位の厚みの銅のシートです。薄い金属のシートを箔と呼びます。厚さとしては、200μm以下のものを指すことが多いです。銅箔、金箔、銀箔、プラチナ箔、アルミ箔、錫箔、ニッケル箔、真鍮箔（洋箔）等、様々な種類の金属が、箔として使われています。

銅は、強度、導電性、熱伝導性、耐熱性、耐食性、抗菌性、加工性等の特性に優れ、独特の色調を有する金属です。鋳物、板（プレート）、条、箔、棒、線、管、粉体等、様々な形状で使用されています。銅箔は、その特長を生かし、モバイル通信機器、パソコン、家電製品、自動車等に使用される電子部品や、建築用途等、身の回りの様々な場所で使用されています。銅箔には、大きく分けて、めっきにより析出させる電解銅箔と、圧延と熱処理により厚い銅を引き延ばす圧延銅箔の、2種類があります。

ここでは、銅箔がどのような場所で使用されているのかを、ご説明します。

プリント基板（PCB）には、用途や構造に応じてさまざまな種類があります。

それぞれ、配線層が単層である単層基板や、それらを積層させた多層基板があります。銅張積層板（CCL）は、リジッド基板（RPCB）に用いられるものを特にリジッド銅張積層板（RCCL：Rigid Copper Clad Laminate）、フレキシブル基板（FPC）に用いられるものを特にフレキシブル銅張積層板（FCCL：Flexible Copper Clad Laminate）と呼びます。用途毎に、プリント基板（PCB）や銅張積層板（CCL）の構成は多岐に渡り、要求される銅箔の厚さや種類も、それに応じて変化します。

プリント基板（PCB）に用いられる銅箔の厚さは、1平方フィート（ft2）あたりの重量（オンス：oz）で表記され、1オンス銅箔は、厚さ35µmの銅箔を意味します。通常は、1オンス箔（35μm）、1/2オンス箔（18μm）、1/3オンス箔（12μm）等がよく使用されます。また大電流用途では、2オンス箔（70μm）、3オンス箔（105μm）、4オンス箔（140μm）や、それを超える厚い銅箔が使用されることもあります。

ここでは、銅箔の種類と、それぞれの特徴や製法について、ご説明します。

銅箔には、大きく分けて、電解銅箔と圧延銅箔の２種類があります。それぞれのメリット／デメリットを、下表にまとめました。

電解めっき技術を利用して製造した銅箔を、電解銅箔と呼びます。下図は、電解銅箔の一般的な製造工程を示した模式図です。

金属製でドラム状のカソード電極（陰極）と、その周囲に配置される同心円状のアノード電極（正極）の間に、銅めっき液が充填されています。カソードドラムは所定の速度で回転しており、この状態で電解めっきを行うことで、カソードドラムの表面に、連続的に銅めっき膜を製膜することが可能です。また析出した銅めっき膜を、連続的にドラム表面から剥離させ、巻き取ることで、電解銅箔が得られます。この段階の電解銅箔を、原箔、元箔、生箔、等と呼びます。

電解めっきは、製法上、合金化の難易度が高く、それを利用した電解銅箔も、ほとんどが純銅組成となります。電解銅箔のカソードドラム側の表面は、シャイニー面（S面）と呼ばれ、カソードドラム表面を転写した、比較的平滑な表面が得られます。まためっき液側の表面は、マット面（M面）と呼ばれ、電解めっきの析出表面となります。通常は、シャイニー面（S面）に対し、マット面（M面）の方が粗い表面となりますが、用途によっては、めっき液組成やめっき条件の調整により、マット面（M面）をシャイニー面（S面）より平滑にすることもあります。

銅箔の厚さは、カソードドラムの回転速度で調整するのが一般的で、厚い銅箔になるほど回転速度を落とす（めっき析出時間を長くする）必要があり、生産性が低下することになります。逆に薄い銅箔は、カソードドラムの回転速度が速く、生産性に優れることになります。

電解めっきで得られる膜は、硬く、柔軟性に乏しいのが一般的ですが、柔軟性が必要な用途に向けた、熱処理で軟化させることを想定した電解銅箔もあります。原箔を製造後、銅箔表面には、粗化処理、耐薬品処理、耐熱処理、防錆処理といった、各種用途に合わせた表面処理が施されます。

銅の鋳塊（インゴット）に対し、圧延と熱処理を繰り返して製造した銅箔を、圧延銅箔と呼びます。下図は、圧延銅箔の一般的な製造工程を示した模式図です。

銅を鋳造し、鋳塊を作製した後、まず均質化熱処理を施し、熱間圧延で大きく板厚を低減します。その後、表面の酸化被膜を除去し、冷間圧延により、所望の厚さまで板厚を低減します。冷間圧延で板厚を低減する際、加工硬化による材料強度の上昇や、エッジドロップによる幅方向端部の形状の乱れ等が生じるため、必要に応じて、再結晶熱処理（焼鈍）や、端部スリットを行います。これらの工程を繰り返し、所望の板厚まで圧延し、巻き取ることで、圧延銅箔が得られます。この段階が、圧延銅箔の原箔となります。あらかじめ鋳塊を合金化することで、合金組成の銅箔を得ることもできます。

圧延銅箔は、上下の圧延ロールで裏／表面とも同様に加工が施されるため、電解銅箔のように表／裏面の差は無く、両面とも同じ表面性状となります。銅箔の厚さは、圧延加工量で調整され、薄い銅箔になるほど加工量が大きいため、生産性が低下し、また製造難易度も高くなります。逆に厚い銅箔は、圧延加工量が小さく、生産性に優れ、製造難易度も低くなります。圧延銅箔は、電解銅箔に比べて、柔軟性に優れているのが一般的です。

原箔を製造後、電解銅箔と同様に、銅箔表面に、粗化処理、耐薬品処理、耐熱処理、防錆処理といった、各種用途に合わせた表面処理が施されます。

ここでは、特に高周波信号を扱うプリント基板（PCB）に使用される、低粗度銅箔について、ご説明します。

近年の通信容量の増大に伴い、通信周波数の高周波化が進んでいます。このような環境下で使用されるプリント基板（PCB）には、伝送損失を低減するため、表面粗度の小さい銅箔（低粗度銅箔）が使用されます。プリント基板（PCB）に交流電気信号を流す際、電気エネルギーの一部は熱エネルギー等に変換され、伝送損失と呼ばれる信号の減衰が生じます。伝送損失は、主に以下の3つの要素で構成されます。

導体損失と散乱損失をまとめて、導体損失と呼ぶこともあります。プリント基板（PCB）に流れる電気信号の周波数が高くなると、それぞれの成分が増大し、結果、伝送損失も増大します。伝送損失の増大を抑制する手段として、誘電損失の観点からは、誘電体基材の比誘電率（εr、Dk）と誘電正接（tanδ、Df）を、低減することが有効です。

また導体損失の観点からは、回路導体の電気抵抗率を小さくし、線路幅を広くすることが有効です。更に散乱損失の観点からは、回路導体の表面粗度を小さくすることが有効です。プリント基板（PCB）用銅箔の表面には、誘電体基材との密着性を高めるための粗化処理が施されますが、高周波化に伴い、表皮効果の影響で、電気信号が銅箔の表層付近のみを流れることになり、銅箔の表面粗度の影響が大きく表れるようになります。

この背景から、高周波信号を扱うプリント基板（PCB）には、表面粗度の小さい低粗度銅箔が求められます。銅箔は表面粗度に応じて、一般箔（STD箔）、MP箔（Middle Profile）、LP箔（Low Profile）、VLP箔（Very Low Profile）、H-VLP箔（Hyper Very Low Profile）等、様々なグレードがあり、表面性状や製法は、製造メーカ各社で異なります。伝送特性の観点からは、表面粗度の小さい銅箔を使用することが好ましいですが、このような銅箔は、誘電体基材との密着性を担保することが難しくなります。このため、伝送特性と密着性を兼ね備えた基板材料の開発が、各社で進められています。

SCB®（Smart Cellular Board®）は、古河電気工業が独自に開発したSCB発泡技術を用いて製造した、発泡樹脂材料です。SCB発泡技術を用いることで、従来発泡させることが困難であった、「エンジニアリングプラスチック（エンプラ）」や「スーパーエンジニアリングプラスチック（スーパーエンプラ）」と呼ばれる高い強度や耐熱性を持つ樹脂の発泡が可能となります。

SCB®（Smart Cellular Board®）は、発泡により、母相となる樹脂に空気を取り込むことで、材料全体の比誘電率（εr、Dk）、誘電正接（tanδ、Df）を低減した低誘電材料です。特に、比誘電率（εr、Dk）については、従来のソリッドな樹脂材料では実現困難な、2未満を実現します。（下図）

比誘電率（εr、Dk）、誘電正接（tanδ、Df）が低いため、伝送特性に優れたプリント基板（PCB）、電波透過性に優れたレドーム、絶縁性に優れた絶縁材料、等への適用が期待できます。プリント基板（PCB）においては、誘電正接（tanδ、Df）だけでなく、比誘電率（εr、Dk）も低いため、2つのパラメータそれぞれの効果により、誘電損失を低減可能です。

また比誘電率（εr、Dk）が2未満と低いため、伝送線路の特性インピーダンス（注）の整合を考慮した際に、従来のソリッドな樹脂材料に比べ、線路幅を広くすることができます。この効果により、誘電損失だけでなく、導体損失の観点からも、伝送損失の低減が期待できます。更に、誘電体基材をSCB®（Smart Cellular Board®）とし、回路導体を散乱損失の小さい低粗度銅箔とすることで、更なる伝送特性の向上が期待できます。

当社では銅箔事業部門が独自の表面処理技術により、表面の凹凸を極限まで抑え、高周波域の伝送損失を低減した電解銅箔を製造販売しております。 （ 銅箔製品リンク｜古河電気工業株式会社）