特許 6887210 レーザ処理方法、接合方法、銅部材、多層プリント配線基板の製造方法、及び多層プリント配線基板

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6887210

(24)【登録日】2021年5月20日

(45)【発行日】2021年6月16日

(54)【発明の名称】レーザ処理方法、接合方法、銅部材、多層プリント配線基板の製造方法、及び多層プリント配線基板

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/354 20140101AFI20210603BHJP

   C23C 26/00 20060101ALI20210603BHJP

   H05K 3/00 20060101ALI20210603BHJP

   H05K 3/38 20060101ALI20210603BHJP

【ＦＩ】

   B23K26/354

   C23C26/00 E

   H05K3/00 N

   H05K3/38 B

【請求項の数】18

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2018-530344(P2018-530344)

(86)(22)【出願日】2017年7月26日

(86)【国際出願番号】JP2017026996

(87)【国際公開番号】WO2018021392

(87)【国際公開日】20180201

【審査請求日】2020年3月18日

(31)【優先権主張番号】特願2016-147575(P2016-147575)

(32)【優先日】2016年7月27日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100135633

【弁理士】

【氏名又は名称】二宮 浩康

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(74)【代理人】

【識別番号】100143959

【弁理士】

【氏名又は名称】住吉 秀一

(72)【発明者】

【氏名】岩間 真木

(72)【発明者】

【氏名】松下 俊一

【審査官】 奥隅 隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−２１２０１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２４２４７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００４／０３５２５５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０６−２１２４５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２６／３５４

Ｃ２３Ｃ ２６／００

Ｈ０５Ｋ ３／００

Ｈ０５Ｋ ３／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザを用いて銅表面の表面処理を行うレーザ処理方法において、
レーザパワーが銅を加工可能な閾値近傍で且つパルス幅がナノオーダー秒であるパルスレーザを、前記銅表面に照射し、
前記銅表面にレーザ波長オーダーの周期構造を形成することを特徴とするレーザ処理方法。

【請求項2】

前記銅表面にレーザ波長オーダーの周期構造を形成するとともに、前記銅表面上に被膜を形成することを特徴とする請求項１記載のレーザ処理方法。

【請求項3】

前記レーザ波長オーダーの周期構造の凸部に銅を堆積又は析出させて、前記レーザ波長オーダーの周期構造よりも周期が短いデンドライト構造物を形成することを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ処理方法。

【請求項4】

前記銅表面に加工ビーム径に相当する溝を形成可能な第１パルス幅と第１フルエンスとからなるレーザ処理条件と、前記第１パルス幅及び第１フルエンスに比べてそれぞれ値が小さく前記銅表面から銅化合物被膜のみ除去可能な第２パルス幅と第２フルエンスとからなるレーザ処理条件と、を参照し、
パルス幅が前記第１パルス幅と前記第２パルス幅との間に設定されるとともにフルエンスが前記第１フルエンスと前記第２フルエンスとの間に設定されたパルスレーザを前記銅表面に照射し、レーザ波長オーダーの周期構造を形成することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載のレーザ処理方法。

【請求項5】

波長が１０００−１６００ｎｍ、パルス幅が０．８ｎｓ−５．０ｎｓ、フルエンスが１．０×１０^８Ｗ／ｃｍ^２−４．０×１０^９Ｗ／ｃｍ^２であるパルスレーザを、大気ないし、酸素と水と活性ガスとのうちのいずれかの雰囲気で、前記銅表面に照射することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載のレーザ処理方法。

【請求項6】

前記銅表面に形成させる周期構造における高さと形状とに応じて、繰り返し周波数とレーザ強度と走査速度とスポットサイズと波長と雰囲気のうち１以上のパラメータを調整したパルスレーザを、前記銅表面に照射することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一項記載のレーザ処理方法。

【請求項7】

前記パルスレーザの偏光方向を制御しながら、前記パルスレーザを前記銅表面に照射することで、前記銅表面上に所定方向に沿った前記周期構造を形成することを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一項記載のレーザ処理方法。

【請求項8】

前記パルスレーザのエネルギープロファイルをトップハット形状に設定して、前記パルスレーザを前記銅表面に照射することを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか一項記載のレーザ処理方法。

【請求項9】

前記パルスレーザを、前記銅表面における同一照射位置に対して、逐次フルエンスを引き下げながら照射することを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか一項記載のレーザ処理方法。

【請求項10】

銅箔を樹脂材料に接合させる接合方法において、
レーザパワーが銅を加工可能な閾値近傍で且つパルス幅がナノオーダー秒であるパルスレーザを、前記銅箔の表面に照射し、
前記銅箔の表面にレーザ波長オーダーの周期構造の粗化部分を形成し、
前記銅箔の表面に形成された粗化部分を、前記樹脂材料に、レーザ溶接又は熱圧着させることを特徴とする接合方法。

【請求項11】

面方向の周期が０．３５μｍ〜２μｍであって高さが１.５μｍ未満である周期構造が、少なくとも一方の表面に形成されており、
前記周期構造の上には被膜が形成されており、
前記被膜は、その表面に、前記周期構造よりも短い周期の凹凸構造が形成されていることを特徴とする銅部材。

【請求項12】

前記銅部材の厚さに対する前記周期構造の高さの割合は、０．１５％以上３０％以下であることを特徴とする請求項１１記載の銅部材。

【請求項13】

前記凹凸構造が形成された前記被膜の表面積は、前記周期構造が形成された前記表面の表面積の少なくとも１０倍であることを特徴とする請求項１１又は１２記載の銅部材。

【請求項14】

前記凹凸構造は、デンドライト構造物から構成されていることを特徴とする請求項１１乃至１３のうちいずれか一項記載の銅部材。

【請求項15】

前記銅部材は、銅箔であることを特徴とする請求項１１又は１２記載の銅部材。

【請求項16】

多層プリント配線基板の製造するプリント配線基板の製造方法において、
前記多層プリント配線基板の内層配線部分に、レーザパワーが銅を加工可能な閾値近傍で且つパルス幅がナノオーダー秒であるパルスレーザを選択的に照射し、
前記内層配線部分にレーザ波長オーダーの周期構造を形成することを特徴とする多層プリント配線基板の製造方法。

【請求項17】

内層配線部分が形成された多層プリント配線基板において、
前記内層配線部分には、電流の導通方向と平行に、面方向の周期が０．３５μｍ〜２μｍであって高さが１．５μｍ未満である周期構造が形成されていることを特徴とする多層プリント配線基板。

【請求項18】

前記周期構造の上には被膜が形成されており、
前記被膜は、その表面に、前記周期構造よりも短い周期の凹凸構造が形成されていることを特徴とする請求項１７記載の多層プリント配線基板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザを用いて銅表面を加工するレーザ処理方法、銅箔を樹脂材料に接合させる接合方法、及び表面処理が施された銅部材に関する。

【背景技術】

【0002】

エレクトロニクス、自動車等諸産業の急速な発展とともに、材料の多様化と高機能化が進む中で、特に、樹脂と金属との異種材料を効率的に組み合わせた部材は、部品の軽量化、設計自由度の向上およびコストの削減等の観点から、その需要が拡大してきている。

【0003】

一般に、異種材料を組み合わせた部材では、接合部の密着性を高めることが難しく、例えば、基材を樹脂でモールドする半導体パッケージ構造では、特に高温時に樹脂と金属とのくっつきが不十分であったり、樹脂とリードフレーム（金属）と間の熱膨張率の差やパッケージ内の水分の膨張により、樹脂クラックやチップ剥がれが生じたりするなどの問題があった。

【0004】

上記のような問題を解決するため、特許文献１〜３では、金属部材の表面を粗面化することで、特に異種材料との接合部に凹凸を形成し、接合部における密着性を高める技術が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平１０−２９４０２４号公報

【特許文献2】特開２０１０−１６７４７５号公報

【特許文献3】特開２０１３−１１１８８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述したように、特許文献１〜３に係る発明では、異種材料との接合部に凹凸を形成するため、金属部材の表面を粗面化している。銅箔に高周波信号を伝送させる場合には、表皮効果に起因した伝送損失を抑制しつつ樹脂材料との密着性を高めるため、より微細な凹凸を銅表面に形成することが望まれる。

【0007】

しかしながら、銅のような熱伝導率がきわめてよく、光の吸収率の悪い金属では、特許文献１〜３に係る発明を適用して表面に微細な凹凸を形成することは難しい。具体的に、微細な凹凸を表面に形成するためには、ピコ秒・フェムト秒といった超短パルスレーザを用いることが必要となるが、このような超短パルスレーザは、光と金属の相互作用時間が短いため加工効率が悪く、レーザ自体も高コストであるという問題があった。

【0008】

本発明の目的は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、良好な電気的特性を実現しつつ樹脂材料との密着性が良好となるように、銅表面を加工可能なレーザ処理方法、銅箔を樹脂材料に接合させる接合方法、表面処理が施された銅部材、多層プリント配線基板の製造方法、及び多層プリント配線基板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】

本発明の一の態様に係るレーザ処理方法は、レーザを用いて銅表面の表面処理を行うレーザ処理方法であって、レーザパワーが銅を加工可能な閾値近傍で且つパルス幅がナノオーダー秒であるパルスレーザを、前記銅表面に照射し、前記銅表面にレーザ波長オーダーの周期構造を形成することを特徴とする。具体的には、従来検討されてこなかった高フルエンスの領域でパルス幅をナノ秒オーダーで管理し、前記銅表面にレーザ波長オーダーの周期構造を形成する。ここで、フルエンスとはパルスレーザのピークパワをビームの面積で除算した値である。

【0010】

上記構成によれば、レーザパワーが銅を加工可能な閾値近傍で且つパルス幅がナノオーダー秒であるパルスレーザを銅表面に照射することによって、銅表面にレーザ波長オーダーの周期構造を形成することができる。このようなレーザ波長オーダーの周期構造では、高周波信号を低損失で伝送することができ、かつ他の部材と接合した際にアンカーとして機能して良好な密着性を実現することができる。また、ナノ秒オーダーのレーザを用いることで、例えばピコ秒・フェムト秒といった超短パルスレーザを用いる場合に比べて高速かつ安価な加工を実現できる。

【0011】

また、本発明に係るレーザ処理方法の好ましい態様によれば、前記銅表面にレーザ波長オーダーの周期構造を形成するとともに、前記銅表面上に被膜を形成することを特徴とする。

【0012】

また、本発明に係るレーザ処理方法の好ましい態様によれば、前記レーザ波長オーダーの周期構造の凸部に銅を堆積又は析出させて、前記レーザ波長オーダーの周期構造よりも周期が短いデンドライト構造物を形成することを特徴とする。

【0013】

また、本発明に係るレーザ処理方法の好ましい態様によれば、波長が１０００−１６００ｎｍ、パルス幅が０．８ｎｓ−５．０ｎｓ、フルエンスが１．０×１０^８Ｗ／ｃｍ^２−４．０×１０^９Ｗ／ｃｍ^２であるパルスレーザを、大気ないし、酸素と水と活性ガスとのうちのいずれかの雰囲気で、前記銅表面に照射することを特徴とする。

【0014】

また、本発明に係るレーザ処理方法の好ましい態様によれば、前記パルスレーザの偏光方向を制御しながら、前記パルスレーザを前記銅表面に照射することで、前記銅表面上に所定方向に沿った前記周期構造を形成することを特徴とする。本態様によれば、所定方向に対する密着性が強く、所定方向に直行した方向に対する密着性が弱くなるような、異方的な密着性のコントロールが可能となる。

【0015】

また、本発明に係るレーザ処理方法の好ましい態様によれば、前記パルスレーザのエネルギープロファイルをトップハット形状に設定して、前記パルスレーザを前記銅表面に照射することを特徴とする。

【0016】

また、本発明に係るレーザ処理方法の好ましい態様によれば、前記パルスレーザを、前記銅表面における同一照射位置に対して、逐次フルエンスを引き下げながら照射することを特徴とする。

【0017】

また、本発明の一の態様に係る接合方法は、銅箔を樹脂材料に接合させる接合方法であって、レーザパワーが銅を加工可能な閾値近傍で且つパルス幅がナノオーダー秒であるパルスレーザを、前記銅箔の表面に照射し、前記銅箔の表面にレーザ波長オーダーの周期構造の粗化部分を形成し、前記銅箔の表面に形成された粗化部分を、前記樹脂材料に、レーザ溶接又は熱圧着させることを特徴とする。

【0018】

また、本発明の一の態様に係る銅部材は、面方向の周期が０．３５μｍ〜２μｍであって高さが１.５μｍ未満である周期構造が、少なくとも一方の表面に形成されている。

【0019】

また、本発明に係る銅部材の好ましい態様によれば、前記銅部材の厚さに対する前記周期構造の高さの割合は、０．１５％以上３０％以下であることを特徴とする。

【0020】

また、本発明に係る銅部材の好ましい態様によれば、前記周期構造の上には被膜が形成されており、前記被膜は、その表面に、前記周期構造よりも短い周期の凹凸構造が形成されていることを特徴とする。

【0021】

また、本発明に係る銅部材の好ましい態様によれば、前記凹凸構造が形成された前記被膜の表面積は、前記周期構造が形成された前記表面の表面積の少なくとも１０倍であることを特徴とする。

【0022】

また、本発明に係る銅部材の好ましい態様によれば、前記凹凸構造は、デンドライト構造物から構成されていることを特徴とする。

【0023】

また、本発明に係る銅部材の好ましい態様によれば、前記銅部材は、銅箔であることを特徴とする。

【0024】

また、本発明の一の態様に係るプリント配線基板の製造方法は、多層プリント配線基板の製造するプリント配線基板の製造方法であって、前記多層プリント配線基板の内層配線部分に、レーザパワーが銅を加工可能な閾値近傍で且つパルス幅がナノオーダー秒であるパルスレーザを選択的に照射し、前記内層配線部分にレーザ波長オーダーの周期構造を形成することを特徴とする。

【0025】

また、本発明に係るプリント配線基板の製造方法の好ましい態様によれば、内層配線部分が形成された多層プリント配線基板であって、前記内層配線部分には、電流の導通方向と平行に、面方向の周期が０．３５μｍ〜２μｍであって高さが１．５μｍ未満である周期構造が形成されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0026】

本発明によれば、良好な電気的特性を実現しつつ樹脂材料との密着性が良好となるように、銅表面を加工可能なレーザ処理方法、銅箔を樹脂材料に接合させる接合方法、表面処理が施された銅部材、多層プリント配線基板の製造方法、及び多層プリント配線基板を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】図１は、レーザを用いて銅表面の表面処理を行うレーザ処理工程を模式的に示した図である。

【図2】図２は、横軸をパルス幅［ｎｓ］とし、縦軸をフルエンス［Ｗ／ｃｍ^２］とし、複数種類の条件下でレーザ処理を施した表面処理について、「加工」、「加工・被膜除去混在」、「被膜除去」「黒化処理」の４項目に評価した図である。

【図3】図３は、レーザ処理工程により表面処理を施した銅表面１１を電子顕微鏡で２０００倍に拡大視した画像を示した図である。

【図4】図４（Ａ）は、パルスレーザを用いて表面処理を施した銅箔１０の断面構造を電子顕微鏡で１００００倍に拡大視した画像であり、図４（Ｂ）は、パルスレーザを用いて表面処理を施した銅箔１０の断面構造を電子顕微鏡で５００００倍に拡大視した画像である。

【図5】図５は、レーザ処理後の銅箔１０の銅表面１１をＸ線光電子分光解析法を用いて解析した結果を示した図である。

【図6】図６（Ａ）は、比較例として、レーザ処理を行っていない銅箔６１０の表面６１１を、樹脂材料６２０にレーザ溶接又は熱圧着させた複合材料６１の断面構造を示した図である。図６（Ｂ）は、レーザ処理を行った銅箔１０の銅表面１１を、樹脂材料２０にレーザ溶接又は熱圧着させた複合材料１００の断面構造を示した図である。

【図7】図７は、剥離試験を実施する実施方法について説明するための図である。

【図8】図８（Ａ）は、銅箔のＭ面をＦＲ４からなる樹脂基板に貼り付けた複合材料を、レーザ処理の有無に合わせて２種類準備し、それぞれ剥離試験を行ったピール強度を示した図である。図８（Ｂ）は、銅箔のＳ面をＦＲ４からなる樹脂基板に貼り付けた複合材料を、レーザ処理の有無の２種類準備し、それぞれ剥離試験を行ったピール強度を示した図である。図８（Ｃ）は、銅箔のＳ面をＭｅｇｔｒｏｎ６からなる樹脂基板に貼り付けた複合材料を、レーザ処理の有無の２種類準備し、それぞれ剥離試験を行ったピール強度を示した図である。

【図9】図９は、本実施形態に係るレーザ処理工程によって周期構造１２が形成された銅箔１０を模式的に示す図である。

【図10】図１０は、被膜４５０の表面積の算出方法を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

本発明を実施するための形態（以下、本実施形態という。）について具体例を示して説明する。本実施形態は、レーザを用いて銅表面の表面処理を行うレーザ処理方法に関する。

【0029】

図１は、レーザを用いて銅表面の表面処理を行うレーザ処理工程を模式的に示した図である。本実施形態に係るレーザ処理工程では、銅部材１０の銅表面１１に対して、従来検討されてこなかった高フルエンスの領域でパルス幅がナノ秒オーダーで管理されたパルスレーザを照射する。具体的には、図１に示すように、銅部材１０の銅表面１１に対して、レーザパワーが銅を加工可能な閾値近傍で且つパルス幅がナノオーダー秒であるパルスレーザ２を照射する。ナノオーダー秒とは、たとえば０．８ｎｓ〜５．０ｎｓの範囲を指す。また、フルエンスとはパルスレーザのピークパワをビームの面積で除算した値である。

【0030】

ここで、銅部材１０は、銅（Ｃｕ）を主成分とする金属材料から構成されており、例えば銅板である。本実施形態では、上記銅板のうち、厚さが５００μｍ以下のものを銅箔と称する。本実施形態では、一例として、銅部材１０が銅箔であるとし、以下「銅箔１０」と表記する。

【0031】

ここで、レーザパワーであるフルエンス［Ｗ／ｃｍ^２］とパルス幅［ｎｓ］とを変化させたときの、レーザ処理された銅箔の表面の特性について説明する。図２は、横軸をパルス幅［ｎｓ］とし、縦軸をフルエンス［Ｗ／ｃｍ^２］とし、複数種類の条件下でレーザ処理を施した表面処理について、「加工」、「加工・被膜除去混在」、「被膜除去」「黒化処理」の４項目に評価した図である。

【0032】

ここで、「加工」とはアブレーションあるいは入熱に伴う溶融・蒸発により銅が除去され加工ビーム径に相当する溝が形成されることであり、「被膜除去」とは銅箔表面の錆などの銅化合物被膜のみが除去されることであり、「加工・被膜除去混在」とは前記の加工と被膜除去が同時に起きることであり、「黒化処理」とは「加工」と「被膜除去」の中間領域であり、銅箔表面に酸化物などの被膜を形成すると同時にレーザ波長オーダーの微細な周期構造を形成することである。ここでビーム径とはガウシアンビームのスポットサイズを指す。ガウシアンビームで加工する場合は、黒化処理においても、フルエンスの高いビームの中心部において銅表層の除去が起きることがある。したがって、加工ビームのエネルギープロファイルはガウシアンよりもトップハット形状の方がより好ましい。つまり、パルスレーザのエネルギープロファイルをトップハット形状に設定することが好ましい。

【0033】

上記図２に示した評価から「加工」と「被膜除去」の中間のフルエンス・パルス幅で加工することが好ましい。すなわち、銅表面１１に加工ビーム径に相当する溝を形成可能なパルス幅（第１パルス幅）とフルエンス（第１フルエンス）とからなるレーザ処理条件と、第１パルス幅及び第１フルエンスに比べてそれぞれ値が小さく銅表面１１から銅化合物被膜のみ除去可能なパルス幅（第２パルス）とフルエンス（第２フルエンス）とからなるレーザ処理条件とを取得し、例えば、プロファイルデータとしてレーザ加工装置に設けられたストレージなどに予め記憶しておく。そして、レーザ加工装置が、このプロファイルデータを参照し、パルス幅が第１パルス幅と第２パルス幅との間に設定されるとともにフルエンスが第１フルエンスと第２フルエンスとの間に設定されたパルスレーザを銅表面１１に照射し、レーザ波長オーダーの周期構造を形成する。図２の結果から得られる具体的な数値としては、パルス幅が０．８ｎｓ−５．０ｎｓ、フルエンスが１．０×１０^８Ｗ／ｃｍ^２−４．０×１０^９Ｗ／ｃｍ^２に設定されたパルスレーザを用いることで、パルスエネルギーが銅箔の加工閾値近傍となり、図１に示すように銅箔１０の銅表面１１に周期構造１２と被膜１３とを形成することができる。

【0034】

特に、レーザパワーが銅を加工可能な閾値近傍で且つパルス幅がナノオーダー秒であるパルスレーザとしては、次のような条件を満たすことが好ましい。

【0035】

ここで、ナノオーダー秒のパルス幅とは、０．８ｎｓから９９９ｎｓの範囲を言う。

【0036】

すなわち、波長が１０００−１６００ｎｍ、パルス幅が０．８ｎｓ−９９９ｎｓ、フルエンスが１．０×１０^８Ｗ／ｃｍ^２−４．０×１０^９Ｗ／ｃｍ^２であるパルスレーザを、大気ないし、酸素と水と活性ガスとのうちのいずれかの雰囲気で、銅表面１１に照射することが好ましい。

【0037】

より好ましくは、波長が１０００−１６００ｎｍ、パルス幅が０．８ｎｓ−５．０ｎｓ、フルエンスが１．０×１０^８Ｗ／ｃｍ^２−４．０×１０^９Ｗ／ｃｍ^２であるパルスレーザを、大気ないし、酸素と水と活性ガスとのうちのいずれかの雰囲気で、銅表面１１に照射する。

【0038】

更に好ましくは、波長が１０００−１６００ｎｍ、パルス幅が１．０ｎｓ−５．０ｎｓ、フルエンスが１．０×１０^８Ｗ／ｃｍ^２−４．０×１０^９Ｗ／ｃｍ^２であるパルスレーザを、大気ないし、酸素と水と活性ガスとのうちのいずれかの雰囲気で、銅表面１１に照射する。

【0039】

銅は表面に酸化被膜が形成されると、光の吸収率の向上及び熱伝導率の低下を引き起こし、レーザ処理が促進される。そのため、同一か所を何度もレーザ処理する場合は、逐次フルエンスを引き下げつつ処理することが好ましい。

【0040】

また、周期構造は加工ビームの偏光方向に垂直に形成される。このため、パルスレーザの偏光方向を波長板などで制御しながら銅表面１１に照射することで、任意の方向（所定方向）に周期を持った構造を形成できる。このように所定方向に周期構造を形成することにより、所定方向に対する密着性が強く、所定方向に直行した方向に対する密着性が弱くなるような、異方的な密着性のコントロールが可能となる。

【0041】

上述したようにレーザパワーが銅を加工可能な閾値近傍となるように、適切にフルエンスをコントロールすることで、銅箔１０の銅表面１１に波長オーダーの周期構造１２と被膜１３とを形成することができる。波長オーダーとは、たとえば１０００ｎｍ〜１６００ｎｍを指す。なお、レーザ波長を短くすることで、１０００ｎｍ以下の周期構造を形成してもよい。

【0042】

特に、銅表面１１に形成させる周期構造１２における高さと形状とに応じて、繰り返し周波数とレーザ強度と走査速度とスポットサイズと波長と雰囲気のうち１以上のパラメータを調整したパルスレーザを、銅表面１１に照射することが好ましい。

【0043】

以上のように、本実施形態に係るレーザ処理工程では、従来検討されてこなかった高フルエンスの領域でパルス幅がナノ秒オーダーで管理されるパルスレーザを銅表面１１に照射することで、レーザ波長オーダーの周期構造１２を形成する。具体的には、レーザパワーが銅を加工可能な閾値近傍で且つパルス幅がナノオーダー秒であるパルスレーザを銅表面１１に照射することによって、銅表面１１にレーザ波長オーダーの周期構造１２を形成することができる。また、ナノ秒オーダーのレーザを用いることで、例えばピコ秒・フェムト秒といった超短パルスレーザを用いる場合に比べて高速かつ安価な加工を実現できる。

【0044】

図９は、本実施形態に係るレーザ処理工程によって周期構造１２が形成された銅箔１０を模式的に示す図である。
図９に示すように、銅箔１０の厚さ、すなわち、銅表面１１と銅表面１１に対向する裏面１４との間の距離をＬ１とし、周期構造１２における高さ、すなわち、周期構造１２を構成する凹部（溝）１２０の底面から銅表面１１までの距離をＬ２としたとき、銅箔１０の厚さＬ１に対する周期構造１２の高さＬ２の割合は、０．１５％以上３０％以下である。

【0045】

次に、周期構造１２および被膜１３について詳述する。

【0046】

まず、上記のレーザ処理工程により表面処理を施した銅表面１１を電子顕微鏡で２０００倍に拡大視した画像を図３に示す。この図３から明らかなように、銅箔の表面には約１２００ｎｍの均一な周期構造２００が形成される。

【0047】

また、図４は、パルスレーザを用いて表面処理を施した銅箔１０の断面構造を示した画像であって、具体的に図４（Ａ）は電子顕微鏡で１００００倍に拡大視した画像であり、図４（Ｂ）は電子顕微鏡で５００００倍に拡大視した画像である。図４（Ａ）から明らかなように、１００００ｎｍ（１０μｍ）あたり約８周期、すなわち１２５０ｎｍ周期で、高さが約４００ｎｍの周期構造４００が形成される。また、図４（Ｂ）に示すように周期構造４００を拡大すると、周期構造４００の上には、周期がより短く高さ４００ｎｍ程度の凹凸構造としてのデンドライト構造の被膜４５０が形成される。

【0048】

次に、レーザ処理後の銅箔１０の銅表面１１をＸ線光電子分光解析法した解析結果を図５に示す。具体的に、図５は、レーザ処理後の銅箔に係る分析結果を実線で示し、比較例として、レーザ処理前の銅箔に係る分析結果を破線で示している。また、図５において、結合エネルギＥ１が有機物Ｃ−Ｏ結合の測定値に相当し、結合エネルギＥ２がＣｕ水酸化物の有機物Ｃ＝Ｏ結合の測定値に相当し、結合エネルギＥ３がＣｕ_２Ｏの測定値に相当し、結合エネルギＥ４がＣｕＯの測定値に相当する。図５の実線と破線との比較結果から、未処理の銅箔に比べ、レーザ処理後の銅箔では、Ｃｕ水酸化物とＣｕＯの増加がみられ、銅表面に酸化被膜が形成されていることが明らかである。

【0049】

例えば、銅箔をプリント配線基板の用途などに使用する際に、酸化被膜４５０を残すことが好ましくない場合には、希硫酸による洗浄で除去することができる。この場合にも、周期構造４００を残すことができる。

【0050】

上記の図３乃至図５から明らかなように、銅箔１０の銅表面１１に波長オーダー（約１２００ｎｍ）の周期構造１２と被膜１３とが形成される。このような周期構造１２と被膜１３は、次のような理由から、高周波信号を低損失で伝送することができ、かつ他の部材と接合した際にアンカーとして機能して良好な密着性を実現することができる。

【0051】

まず、図６（Ａ）は、比較例として、レーザ処理を行っていない銅箔６１０の表面６１１を、樹脂材料６２０にレーザ溶接又は熱圧着させた複合材料６１の断面構造を示した図である。図６（Ａ）に示したような比較例に係る銅箔６１０の表面６１１は、例えば製造工程などに起因して、上述した本実施形態に係る銅箔１０の銅表面１１よりも高さ（厚み）方向に凹凸な形状となっている。このため、当該銅箔６１０に高周波信号を流すと、表皮効果によって表面６１１の凹凸に沿って上下しながら信号が流れることになり、抵抗が大きくなってしまう。

【0052】

一方、図６（Ｂ）は、レーザ処理を行った銅箔１０の銅表面１１を、樹脂材料２０にレーザ溶接又は熱圧着させた複合材料１００の断面構造を示した図である。図６（Ｂ）の断面図に示すように、銅箔１０の銅表面１１は、上述した周期構造と被膜とにより、比較例に係る銅箔６１０の表面６１１よりも高さ（厚み）方向の凹凸が小さい。このため、当該銅箔１０に高周波信号を流した場合には、表皮効果によって銅表面１１の凹凸に沿って上下しながら信号が流れるものの、上述した表面６１１に比べて凹凸の高さが低いため、抵抗が小さくなる。

【0053】

さらに、銅表面１１に形成される周期構造はアンカー効果を発揮し、樹脂材料２０に対する密着性を向上させることができる。銅表面１１に形成される酸化被膜は、樹脂材料２０に対する化学結合の形成を促進し、銅箔１０と樹脂材料２０との化学的密着性の向上に貢献することができる。

【0054】

特に、銅箔１０は、面方向の周期が０．３５μｍ〜２μｍであって高さが１．５μｍ未満である周期構造が銅表面１１に形成されていることで、特に１ＧＨｚ帯域以上の高周波信号を伝送する際に抵抗を低くすることができる点で好ましい。具体的な理由としては、電気信号の周波数が１ＧＨｚ以上になると、電流が導体の表面にだけ流れる表皮効果の影響が顕著になり、表面の凹凸で電流伝送経路が変化して導体損失が増大する影響が無視できなくなるからである。

【0055】

また、凹凸構造が形成された被膜１３の表面の表面積を、周期構造１２が形成された銅表面１１の表面積の少なくとも１０倍にすることにより、銅箔１０と樹脂材料２０との密着性を確実に向上させることが可能となる。

【0056】

以下、周期構造１２が形成された銅表面１１の表面積とデンドライト構造物４５０Ａが形成された被膜１３（被膜４５０）の表面積の数値例を示す。

【0057】

図１０は、被膜４５０の表面積の算出方法を説明するための図である。
図１０に示すように、被膜４５０の凹凸構造を構成するデンドライト構造物４５０Ａは、樹枝状に形成されている。そこで、デンドライト構造物４５０Ａを、銅表面１１に形成された一次構造物４５１と、一次構造物４５１から枝分かれして形成された二次構造物４５２とに分けて、被膜１３の表面積を考える。

【0058】

一次構造物４５１の１本当たりの平均の高さを０．２５μｍ、一次構造物４５１の１本当たりの平均の直径を０．０６μｍとする。また、銅表面１１の１μｍ当たり１５本の一次構造物４５１が形成されているとした場合、銅表面１１の１μｍ^２当たりには、２２５（＝１５×１５）本の一次構造物４５１が形成される。また、図１０に示すように、一次構造物４５１は、周期構造１２を構成する凸部１２１と凹部１２０のうち、主に凸部１２１に多く形成されている。そのため、凸部１２１と凹部１２０の面積比を３：１とした場合、凸部１２１に形成される一次構造物４５１は１６８本となる。そこで、銅表面１１の１μｍ^２当たりに形成される一次構造物４５１の本数を１６０本とする。

【0059】

一方、二次構造物４５２の１本当たりの平均の高さを０．０１２μｍ、二次構造物４５２の１本当たりの平均の直径を０．０２５μｍとし、１本の一次構造物４５１当たり５０本の二次構造物４５２が形成されているとする。

【0060】

この場合、一次構造物４５１の表面積は、一次構造物４５１の上部面積と側面積を考慮すると、銅表面１１の表面積１μｍ^２当たり７．９９２μｍ^２と見積もることができる。また、二次構造物４５２の表面積は、二次構造物４５２の側面積を考慮すると、銅表面１１の表面積１μｍ^２当たり７．５４０μｍ^２と見積もることができる。したがって、デンドライト構造物４５０Ａが形成された被膜４５０の表面積は、１５．５３（＝７．９９２＋７．５４０）μｍ^２と見積もることができる。

【0061】

一方、周期構造１２を形成することによる銅表面１１の面積向上率を２０％とした場合、銅表面１１の表面積は、１μｍ^２当たり１．２μｍ^２に増加する。

【0062】

したがって、図１０の場合、被膜４５０の表面の表面積は、銅表面１１の表面積の約１２．９４（＝１５．５３／１．２）倍となる。

【0063】

このように、凹凸構造としてのデンドライト構造物４５０Ａが形成された被膜１３の表面の表面積を銅表面１１の表面積の少なくとも１０倍にすることにより、樹脂材料２０を銅表面１１に直接密着させる場合に比べて樹脂材料２０との密着面積を確実に広くすることができるので、銅箔１０と樹脂材料２０との密着性を確実に向上させることが可能となる。

【0064】

次に、レーザ処理を表面に施した銅箔と、レーザ処理を表面に施していない銅箔との密着性能を評価するため、剥離試験として、図７に示すように、銅箔７１を樹脂材料７２に接合した接合材料７０について、銅箔７１を矢印Ｙ方向に引き剥がすのに必要な力（引っ張り強度）を測定した。

【0065】

具体的には、第１の剥離試験として、銅箔のＭ面をパナソニック社製ＦＲ４ Ｒ−１７６６からなる樹脂基板に貼り付けた複合材料を、レーザ処理の有無に合わせて２種類準備した。銅箔をパナソニック社製Ｒ−１７６６に接合する際の硬化温度は１７０℃として、硬化時間は１時間とした。

【0066】

そして、これら準備した複合材料について、それぞれ切れ込みを入れ、引き剥がした際の引っ張り強度（ピール強度）を測定した。具体的には、作製した測定用サンプルの樹脂側を支持金具により固定し、銅箔を測定サンプルの９０度方向に５０ｍｍ／分の速度で剥離し、剥離強度を測定した。ピール幅は１０ｍｍ±０．１ｍｍとした。剥離強度の測定は、東洋ボールドウィン株式会社製ＴＥＮＳＩＬＯＮ ＵＭＴ−４−１００を用いて行った。

【0067】

図８（Ａ）は、左側の棒グラフが、レーザ処理を行っていない銅箔を樹脂材料に貼り合わせた複合材料（比較例）の引っ張り強度を示し、右側の棒グラフが、レーザ処理を行った銅箔を樹脂材料に貼り合わせた複合材料（実施例）の引っ張り強度を示したグラフである。図８（Ａ）から明らかなように、銅箔に対してレーザ処理を施すことで、１６％程度、引っ張り強度が向上した。

【0068】

また、第２の剥離実験として、銅箔のＳ面をパナソニック社製ＦＲ４ Ｒ−１７６６からなる樹脂基板に貼り付けた複合材料を、レーザ処理の有無の２種類準備した。銅箔をパナソニック社製Ｒ−１７６６に接合する際の硬化温度は１７０℃として、硬化時間は１時間とした。

【0069】

そして、これら準備した複合材料について、それぞれ切れ込みを入れ、引き剥がした際の引っ張り強度（ピール強度）を測定した。具体的には、作製した測定用サンプルの樹脂側を支持金具により固定し、銅箔を測定サンプルの９０度方向に５０ｍｍ／分の速度で剥離し、剥離強度を測定した。ピール幅は１０ｍｍ±０．１ｍｍとした。剥離強度の測定は、東洋ボールドウィン株式会社製ＴＥＮＳＩＬＯＮ ＵＭＴ−４−１００を用いて行った。

【0070】

図８（Ｂ）は、左側の棒グラフが、レーザ処理を行っていない銅箔を樹脂材料に貼り合わせた複合材料（比較例）の引っ張り強度を示し、右側の棒グラフが、レーザ処理を行った銅箔を樹脂材料に貼り合わせた複合材料（実施例）の引っ張り強度を示したグラフである。図８（Ｂ）から明らかなように、銅箔に対してレーザ処理を施すことで、８６％程度、引っ張り強度が向上した。

【0071】

また、第３の剥離実験として、銅箔のＳ面をＭＥＧＴＲＯＮ６ Ｒ−５６７０からなる樹脂基板に貼り付けた複合材料を、レーザ処理の有無の２種類準備した。銅箔をＭＥＧＴＲＯＮ６ Ｒ−５６７０に接合する際の硬化温度は２００℃として、硬化時間は２時間とした。

【0072】

そして、これら準備した複合材料について、それぞれ切れ込みを入れ、引き剥がした際の引っ張り強度（ピール強度）を測定した。具体的には、作製した測定用サンプルの樹脂側を支持金具により固定し、銅箔を測定サンプルの９０度方向に５０ｍｍ／分の速度で剥離し、剥離強度を測定した。ピール幅は１０ｍｍ±０．１ｍｍとした。剥離強度の測定は、東洋ボールドウィン株式会社製ＴＥＮＳＩＬＯＮ ＵＭＴ−４−１００を用いて行った。

【0073】

図８（Ｃ）は、左側の棒グラフが、レーザ処理を行っていない銅箔を樹脂材料に貼り合わせた複合材料（比較例）の引っ張り強度を示し、右側の棒グラフが、レーザ処理を行った銅箔を樹脂材料に貼り合わせた複合材料（実施例）の引っ張り強度を示したグラフである。図８（Ｃ）から明らかなように、銅箔に対してレーザ処理を施すことで、１２８％程度、引っ張り強度が向上した。

【0074】

上記の図８に示す引っ張り強度の測定結果から明らかなように、銅箔に対してレーザ処理を施して周期構造と被膜とを形成することで、周期構造と被膜とが樹脂材料と接合する際にアンカーとして機能し、樹脂材料との密着性の向上を図ることができる。

【0075】

以上の図６乃至図８を用いて説明したように、銅箔１０の銅表面１１にレーザ波長オーダーの周期構造を形成することにより、高周波信号を低損失で伝送することができ、かつ他の部材と接合した際にアンカーとして機能して良好な密着性を実現することができた。

【0076】

また、本実施形態に係るレーザ処理方法は、上述した実施例に限定されず、例えば次に示すような、多層プリント配線基板の製造方法に適用することができる。具体的に、多層プリント配線基板の積層プレス工程においては、エッチングにより形成された内層配線の上面が、その上層側に積層される樹脂と密着することになる。そのために、配線の上面の粗化が求められている。上述した本実施形態にかかるレーザ処理は、高度な位置選択性を持つため、このような多層基板の製造工程における配線の上面の粗化に好適である。そこで、多層プリント配線基板の内層配線部分に、レーザパワーが銅を加工可能な閾値近傍で且つパルス幅がナノオーダー秒であるパルスレーザを選択的に照射し、内層配線部分にレーザ波長オーダーの周期構造を形成することが好ましい。特に、たとえば加工ビーム径は１０μｍまで絞ることができるため、１０μｍ幅の微細な配線の選択的粗化が可能となる点で好ましい。

【0077】

さらに偏光を制御することで、周期構造の方向を配線に合わせ変化させることができる。具体的には、偏光を制御することで、電流の導通方向と平行に、面方向の周期が０．３５μｍ〜２μｍであって高さが１．５μｍ未満である周期構造を形成することができる。すなわち、このように周期構造の方向を変化することにより、電流の流れる方向に平行に微細な周期構造を形成できる。このため、電流の流れる方向に平行に微細な周期構造を形成した場合は、例えば電流の流れる方向に垂直に微細な周期構造が形成されている場合に比べ、伝送損失の劣化を抑えながら、樹脂に対する密着を上げることができる。

【0078】

また、上記実施形態では、被膜１３に形成される凹凸構造としてデンドライト構造を例示したが、被膜１３の表面積が銅表面１１の表面積よりも大きくなるのであれば、デンドライト構造以外の構造であってもよい。

【符号の説明】

【0079】

１０ 銅箔
１１ 銅表面
１２ 周期構造
１３ 被膜
２ パルスレーザ
４５０Ａ デンドライト構造物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】