ナノツイン銅箔とは？

ナノスケールの双晶銅箔は、パルスめっきまたは電解めっきによって析出した、気孔率が小さく、結晶粒径が微細で、低抵抗、低応力を特徴とする微細構造の導電材料です。主な利点：低エレクトロマイグレーション（金代替）。高い導電性と信頼性。ナノ双晶銅箔は、将来、新エネルギー電池、プリント回路基板、集積チップの相互接続の主要材料となる。

パルスめっきのパラメータを変化させると、異なる微細構造を持つ銅箔が形成される。周波数が低下し、デューティーサイクルが増加すると、銅の核生成率が増加し、断面の結晶粒径が減少する。パルスのオンタイムが長くなるにつれて配向結晶粒が減少するのは、銅膜中の二軸応力が増加し、ひずみエネルギー密度が最小になるためで、これが配向結晶粒の成長を促す。双晶は応力緩和の役割を果たすだけでなく、銅膜の微細構造を安定させ、銅箔の強度を向上させた。この結果は、銅微細構造中の双晶密度が高ければ、マイクロエレクトロニクス相互接続デバイスの信頼性が向上することを示唆している。パルスめっき液にチオ尿素を添加すると、銅析出の核生成モードが過渡的核生成モードから進行的核生成モードに変化し、銅析出の核生成サイトの数が増加した。同時に、銅粒界におけるチオ尿素の偏りは、析出中の銅粒の成長を妨げ、粒径を微細化した。プロセス方法や添加剤の役割に関する報告は多いが、パルスめっき法と直流めっき法の組み合わせに関する研究は少ない。直流電流の長期間安定した出力電流とパルス電流の高い析出速度の利点を組み合わせることで、低プロファイル、高強度または高伸長の銅箔を作製することができる。

ナノツイン銅箔の引張強度は、通常の電気メッキ銅箔よりもはるかに高い。例えば、ナノ撚り銅箔の引張強度は700MPaに達することが文献で報告されていますが、通常の電気メッキ銅箔の引張強度は通常250MPaを超えません。 さらに、ナノ撚り銅箔は良好な導電性も示し、その室温導電性は無酸素高導電性銅に匹敵するため、エレクトロニクス、通信、エネルギーの分野で幅広い応用が期待されています。リチウムイオン電池の分野では、ナノツイン銅箔は複合集電体材料として、電池のエネルギー密度とサイクル寿命を大幅に向上させることができます。ナノツイン構造は銅箔の比表面積と活性部位を増やすことができるので、リチウムイオンの埋め込みと脱離を助長し、電池の充放電性能を向上させます。同時に、ナノツイン銅箔の高い強度は、長期使用中の電池の安定性と安全性を保証します。

加えて、ナノ双晶銅箔はフレキシブル・エレクトロニクス、マイクロエレクトロニック・パッケージング、電磁波シールド EMI の分野でも大きな応用の可能性を示しています。科学技術の絶え間ない発展により、材料の性能に対する要求はますます高くなっており、ナノ双晶銅箔は高性能材料として、これらの分野でますます重要な役割を果たすことになるでしょう。