(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】
(24)【登録日】2023-08-08
(45)【発行日】2023-08-17
(54)【発明の名称】積層体
(51)【国際特許分類】
B32B 15/08 20060101AFI20230809BHJP
H05K 1/09 20060101ALI20230809BHJP
【FI】
B32B15/08 J
H05K1/09 A
H05K1/09 C
(21)【出願番号】P 2019089122
(22)【出願日】2019-05-09
【審査請求日】2022-01-04
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】591252862
【氏名又は名称】ナミックス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000176
【氏名又は名称】弁理士法人一色国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】小畠 直貴
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 牧子
【審査官】清水 晋治
(56)【参考文献】
【文献】特開2008-173967(JP,A)
【文献】特開2006-339259(JP,A)
【文献】国際公開第2008/126812(WO,A1)
【文献】特開平10-144944(JP,A)
【文献】国際公開第2017/170781(WO,A1)
【文献】特開2009-006557(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B32B 1/00-43/00
H05K 1/09
JSTPlus/JST7580(JDreamIII)
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも一部の表面に複数の微細な凸部を有する銅部材の、前記表面上に、誘電率が3.8以下の樹脂基材が積層されている、積層体であって、
前記銅部材と前記樹脂基材との積層面のフラクタル次元が1.25以上であり、前記銅部材の少なくとも一部の表面が酸化銅層を含み、
前記酸化銅層の少なくとも一部の表面が銅以外の金属層で形成されており、前記銅以外の金属
層が、Sn、Ag、Zn、Al、Ti、Bi、Cr、Fe、Co、Ni、Pd、Au、Pt、および合金からなる群から選ばれた少なくとも一種の金属である、積層体。
【請求項2】
少なくとも一部の表面に複数の微細な凸部を有する銅部材の、前記表面上に、誘電率が3.8以下の樹脂基材が積層されている、積層体であって、
前記銅部材と前記樹脂基材との積層面のフラクタル次元が1.25以上であり、
前記銅部材の少なくとも一部の表面が銅以外の金属層で形成されており、前記銅以外の金属
層が、Sn、Ag、Zn、Al、Ti、Bi、Cr、Fe、Co、Ni、Pd、Au、
およびPtからなる群から選ばれた少なくとも一種の金属であり、
前記銅以外の金属層の垂直方向の平均の厚さが10nm以上150nm以下である、積層体。
【請求項3】
前記積層面のフラクタル次元が1.4より大きい、請求項1または2に記載の積層体。
【請求項4】
前記積層体の垂直断面において、前記凸部の高さが平均50nm以上500nm以下である、請求項1~3のいずれか一項に記載の積層体。
【請求項5】
前記積層体の垂直断面において、断面幅3.78μmあたり前記凸部を平均30個以上有する、請求項4に記載の積層体。
【請求項6】
前記樹脂基材は、ポリフェニレンエーテル、ポリテトラフルオロエチレン、またはパラヒドロキシ安息香酸を含む液晶ポリマーを含有する、請求項1~5のいずれか一項に記載の積層体。
【請求項7】
前記樹脂基材と前記銅部材とを剥離すると、剥離モードが凝集破壊であることを特徴とする請求項6に記載の積層体。
【請求項8】
耐熱試験において劣化率が50%以下
であって、
前記劣化率は、125℃、4時間でベイキングした後に288℃のはんだ浴で10秒フロートをする処理(IPC TM-650 2.4.8準拠)を行う前後で90°剥離試験(日本工業規格(JIS)C5016)に準じてピール強度を測定し、前記ピール強度を用いて以下の式で計算される、請求項7に記載の積層体。
[式]
劣化率={(処理後のピール強度)-(処理後のピール強度)}x100/(処理前のピール強度)
【請求項9】
1GHz以上の高周波回路用である、請求項1~8のいずれか一項に記載の積層体。
【請求項10】
請求項1~9のいずれか一項に記載の積層体を使用して作製された電子部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は積層体に関する。
【背景技術】
【0002】
プリント配線板に使用される銅箔は、絶縁性樹脂基材との密着性が要求される。この密着性を向上させるため、エッチングなどで銅箔の表面を粗面化処理し、いわゆるアンカー効果による機械的接着力を上げる方法が用いられてきた。しかし、プリント配線板の高密度化や高周波帯域での伝送損失の観点から、銅箔表面の平坦化が要求されるようになってきた。それらの相反する要求を満たすため、酸化工程と還元工程を行うなどの銅表面処理方法が開発されている(特許文献1)。それによると、銅箔をプリコンディショニングし、酸化剤を含有する薬液に浸漬することで銅箔表面を酸化させて酸化銅の凹凸を形成した後、還元剤を含有する薬液に浸漬し、酸化銅を還元することで表面の凹凸を調整して表面の粗さを整える。さらに、酸化・還元を利用した銅箔の処理における密着性の改善方法として、酸化工程において表面活性分子を添加する方法(特許文献2)や、還元工程の後にアミノチアゾール系化合物等を用いて銅箔の表面に保護皮膜を形成する方法(特許文献3)が開発されている。また、絶縁基板上の銅導体パターンの表面を粗化し、酸化銅層を形成した表面上に、離散的に分布する金属粒子を有するめっき膜を形成する方法(特許文献4)が開発されている。
【0003】
一方、樹脂と金属間の接着には、機械的接着力以外に、1)樹脂と金属との間の分子間力に起因する物理的結合力や2)樹脂の官能基と金属の共有結合などに起因する化学的結合力も関与しているとされている。高周波回路用の絶縁性樹脂は、低誘電率、低誘電正接化のため、OH基(水酸基)の割合が減少しているが、樹脂のOH基は金属との結合に関与するため、銅箔との化学的結合力が弱まってしまう(特許文献5)。従って、高周波回路用の絶縁性樹脂と銅箔の接着には、より強い機械的接着力が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】国際公開2014/126193号公報
【文献】特表2013-534054号公報
【文献】特開平8-97559号公報
【文献】特開2000-151096号公報
【文献】国際公開2017/150043号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、複合銅部材と樹脂基材との新規な積層体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】
【0006】
本願発明者らは鋭意研究の結果、ピール強度及び耐熱性にすぐれた、複合銅部材と樹脂基材との新規な積層体を作製することに成功した。本発明は以下の実施態様を含む:
[1]少なくとも一部の表面に複数の微細な凸部を有する銅部材の、前記表面上に、誘電率が3.8以下の樹脂基材が積層されている、積層体であって、
前記銅部材と前記樹脂基材との積層面のフラクタル次元が1.25以上である、積層体
。
[2]前記積層面のフラクタル次元が1.4より大きい、[1]に記載の積層体。
[3]前記銅部材の少なくとも一部の表面が酸化銅層を含む、[1]または[2]に記載
の積層体。
[4]前記銅部材の少なくとも一部の表面に銅以外の金属層が形成されており、前記銅以外の金属が、Sn、Ag、Zn、Al、Ti、Bi、Cr、Fe、Co、Ni、Pd、AuおよびPtからなる群から選ばれた少なくとも一種の金属である、[1]または[2]に記載の積層体。
[5]前記銅以外の金属層の垂直方向の平均の厚さが10nm以上150nm以下である、[4]に記載の積層体。
[6]前記積層体の垂直断面において、前記凸部の高さが平均50nm以上500nm以下である、[1]~[5]のいずれか一項に記載の積層体。
[7]前記積層体の垂直断面において、断面幅3.78μmあたり前記凸部を平均30個以上有する、[6]に記載の積層体。
[8]前記樹脂基材は、ポリフェニレンエーテル、ポリテトラフルオロエチレン、またはパラヒドロキシ安息香酸を含む液晶ポリマーを含有する、[1]~[7]のいずれか一項に記載の積層体。
[9]前記樹脂基材と前記複合銅部材とを剥離すると、剥離モードが凝集破壊であることを特徴とする[8]に記載の積層体。
[10]耐熱試験において劣化率が50%以下であることを特徴とする、[9]に記載の積層体。
[11]1GHz以上の高周波回路用である、[1]~[10]のいずれか一項に記載の積層体。
[12][1]~[11]のいずれか一項に記載の積層体を使用して作製された電子部品。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【
図1】本発明の一実施例における、SEM断面解析画像(フラクタル次元)を示す図である。
【
図2A】本発明において、凸部形状を説明するための模式図である。
【
図2B】本発明の一実施例における、SEM断面解析画像における積層面の凸部の形状を示す図である。
【
図3】本発明の一実施例における、ピール試験後の試験片の外観を示す図である。
【
図4】本発明の一実施例における、伝送損失測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、添付図面を用いて詳細に説明するが、必ずしもこれに限定するわけではない。なお、本発明の目的、特徴、利点、及びそのアイデアは、本明細書の記載により、当業者には明らかであり、本明細書の記載から、当業者であれば、容易に本発明を再現できる。以下に記載された発明の実施の形態及び具体的な実施例などは、本発明の好ましい実施態様を示すものであり、例示又は説明のために示されているのであって、本発明をそれらに限定するものではない。本明細書で開示されている本発明の意図並びに範囲内で、本明細書の記載に基づき、様々な改変並びに修飾ができることは、当業者にとって明らかである。
【0009】
==積層体==
本発明の一態様は、表面に複数の微細な凸部を有する銅部材上に、誘電率が3.8以下の樹脂基材が積層されている、積層体である。
銅部材と樹脂基材は、密着していることが好ましい。例えば、集束イオンビーム(FIB)によって作成された積層体の断面を観察した、走査型電子顕微鏡(SEM)断面画像(倍率30000倍、解像度1024x768)において、銅部材と樹脂基材の層との間に空隙が検出できない程度であることが好ましい。
【0010】
銅部材には、電解銅箔や圧延銅箔等の銅箔、銅線、銅板、銅製リードフレームが含まれるが、これに限定されない。銅部材は、Cuが50質量%以上含有している部材、すなわち構造の一部となる材料のことであり、銅合金(すなわち白銅、黄銅、アルミニウム青銅等)や銅で被膜された材料(例えば銅めっきされた鉄)を含んでよいが、Cu純度が99.9質量%以上の純銅からなる材料が好ましく、タフピッチ銅、脱酸銅、無酸素銅で形成されていることがより好ましく、含有酸素量が0.001質量%~0.0005質量%の無酸素銅で形成されていることがさらに好ましい。
【0011】
樹脂基材としては、特に限定しないが、熱可塑性樹脂を含んでも、熱硬化性樹脂を含んでもよく、具体的には、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン (PP),ポリスチレン (PS),ポリ塩化ビニル (PVC) 、ポリ酢酸ビニル (PVAc)、ポリアミド (PA) 、ポリアセタール (POM)、ポリカーボネート (PC)、変性ポリフェニレンエーテル(m-PPE)、ポリスチレン系重合体を含むポリフェニレンエーテル、トリアリルシアヌレートの重合体や共重合体、フェノール類付加ブタジエン重合体、ジアリルフタレート、ジビニルベンゼン、多官能性メタクリロイル、不飽和ポリエステル、ポリブタジエン、スチレン-ブタジエン、スチレン-ブタジエン・スチレン-ブタジエンの架橋ポリマー、ビスマレイミドトリアジン(BT)、
ポリエチレンテレフタレート (PET)、グラスファイバー強化ポリエチレンテレフタレート
(GF-PET)、ポリブチレンテレフタレート (PBT)、環状ポリオレフィン (COP)、ポリフェ
ニレンスルファイド (PPS)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリサルフォン (PSF)、ポリエーテルサルフォン (PES)、非晶ポリアリレート (PAR)、液晶ポリマー (LCP)(例えば、パラヒドロキシ安息香酸とエチレンテレフタレートを含む重縮合体;パラヒドロキシ安息香酸、フェノールおよびフタル酸の重縮合体;パラヒドロキシ安息香酸と2,6-ヒドロキシナフトエ酸の重縮合体等)、ポリエーテルエーテルケトン (PEEK)、熱可塑性ポ
リイミド (PI)、ポリアミドイミド (PAI)及びこれらの混合物を含む基材が挙げられる。
樹脂基材はさらに無機フィラーやガラス繊維を含んでいてもよい。
このような樹脂基材の誘電率は公知の方法で測定することができ、例えば、IPC TM(The Institute for Interconnecting and Packaging Electronic Circuits Test Method)-650 2.5.5.5やIPC TM-650 2.5.5.9といった規格に従って測定することができる。樹脂基材の一例としては、ポリフェニレンエーテル(PPE)20~70重量%、シリカ0~20重量%、ガラス繊維30~70%からなるMEGTRON6(パナソニック社製;誘電率3.71(1GHz))が挙げられる。
【0012】
樹脂基材と金属層の積層面が複数の微細な凸部を有していることが好ましい。凸部の形状は、フラクタル次元や凸部先端部の内接円半径として規定することができる。フラクタル次元は、走査型電子顕微鏡(SEM)を用い、集束イオンビーム(FIB)によって作成された断面画像において積層面が現れている曲線のフラクタル次元として、算出することができる。例えば、フラクタル次元はボックスカウンティング法を用いて算出することができるが、算出方法はこれに限定されない。凸部先端部の内接円半径は、走査型電子顕微鏡(SEM)を用い、収束イオンビーム(FIB)によって作成された断面画像において、凸部の計測を行うことで算出することができる。
【0013】
フラクタル次元は、形の複雑さ、表面の凹凸の度合いなどを表す指標であって、フラクタル次元の値が大きいほど凹凸が複雑であることを示す。例えば、ボックスカウンティング法によるフラクタル次元は、以下のように定義される:
ある図形Fを、一辺の大きさδの正方形のボックスで覆うために必要なボックスの個数をNδ(F)とすると、フラクタル次元は下記式で定義される。
【数1】
【0014】
本開示においては、積層体の断面を等間隔δの格子で分割し、複数のδに対して、積層面が現れている曲線を含むボックス(すなわち、格子分割されてできた正方形)の個数をカウントする。次に、δの大きさを横軸とし、各δに対してカウントしたボックスの個数を縦軸として両対数グラフにプロットし、そのグラフの傾きからフラクタル次元を求めることができる。
【0015】
より具体的には、SEM断面画像(倍率30000倍、解像度1024x768)から得られる微細凸部の輪郭を、256、128、64、32、16又は8ピクセルの解像度のシートにはりつけ、輪郭を含むセルの数をカウントする。ピクセルサイズの対数値を縦軸とし、セル数の対数を横軸にとり、各ピクセルサイズに対してカウントしたセル数をプロットして、近似直線を作成し、その傾きからフラクタル次元の値を算出する。
積層面が現れている曲線のフラクタル次元の値は1.250以上または1.250より大きい値であり、或いは1.300以上または1.300より大きい値であることが好ましく、1.350以上または1.350より大きい値であることがより好ましく、1.400以上または1.400より大きい値であることがさらに好ましい。
【0016】
本発明の一態様において、銅部材の表面には酸化銅(I)及び/又は酸化銅(II)を含む酸化銅層が含まれていてもよい。かかる酸化銅層は酸化処理、酸化溶解処理、酸化還元処理、酸化溶解還元処理によって形成されていてもよい。
酸化処理とは、酸化剤により、純銅を酸化銅(II)に変化させる工程を含む。
溶解処理とは、溶解剤により、酸化処理によって酸化した酸化銅(II)を溶解する工程を含む。
還元処理とは、還元剤により、酸化処理によって酸化した酸化銅(II)を酸化銅(I)又は純銅に還元する工程を含む。
酸化処理、溶解処理、および還元処理は、銅部材表面に微細な凸部(すなわち微細毛)を形成する工程及びその微細な凸部の形状や数を調整する工程を含んでもよい。樹脂基材と金属層の積層面の複数の微細な凸部は、これらの処理により形成された微細な凸部に起因してもよい。
【0017】
銅部材の少なくとも一部の表面に銅以外の金属層が形成されていてもよい。上記酸化銅層が形成されている場合、金属層は酸化銅層のすくなくとも一部の表面に形成され、金属層の表面の少なくとも一部に誘電率が3.8以下の樹脂基材が積層されていることが好ましい。金属層を構成する金属の種類は特に限定されないが、Sn、Ag、Zn、Al、Ti、Bi、Cr、Fe、Co、Ni、Pd、AuおよびPtからなる群から選ばれた少なくとも一種の金属であることが好ましい。特に耐熱性を有するためには、銅よりも耐熱性の高い金属、例えばNi、Pd、AuおよびPtが好ましい。
【0018】
金属層の垂直方向の平均の厚さは特に限定されないが、6nm以上であることが好ましく、10nm以上、14nm以上、18nm以上あるいは20nm以上であることがさらに好ましい。ただし、厚すぎると、レベリングにより複合銅部材の表面の微細な凸部が平滑化してしまい、フラクタル次元の数値が小さくなり密着力が低下するため、150nm以下であることが好ましく、100nm以下、あるいは75nm以下であることがさらに好ましい。
厚さの測定方法としては、例えば、12%硝酸に銅部材を溶解させ、得た液をICP発
光分析装置5100 SVDV ICP-OES(アジレント・テクノロジー社製)を用いて金属成分の濃度を測定し、金属の密度、金属層の表面積を考慮することで層状としての金属層の厚みを算出できる。
【0019】
金属層はめっきによって銅部材表面に形成されてもよい。めっき方法は特に限定されず、電解めっき、無電解めっき、真空蒸着、化成処理などが例示できるが、電解めっきが好ましい。
【0020】
本発明の一態様において、積層体のSEM断面画像において積層面が現れている曲線の凸部の高さの平均は、10nm以上であることが好ましく、50nm以上であることがより好ましく、100nm以上であることがさらに好ましく、また1000nm以下であることが好ましく、500nm以下であることがより好ましく、200nm以下であることがさらに好ましい。この凸部の高さは、例えば、SEM断面画像において、凸部を挟んで隣り合う凹部の極小点を結んだ線分の中点と、凹部の間にある凸部の極大点との距離とすることができる。
本発明の一態様において、積層体のSEM断面画像において積層面が現れている曲線の、高さ50nm以上の凸部の数は、断面幅3.78μmあたり、平均25、30又は35個以上有してもよい。あるいは、高さ100nm以上の凸部が、断面幅3.78μmあたり平均6、10又は12個以上有してもよい。あるいは、高さ150nm以上の凸部が、断面幅3.78μmあたり2又は3個以上有してもよい。
凸部の高さが大きいほどアンカー効果による機械的接着力が大きくなるため、ピール強度の観点からは好ましいが、表皮効果現象の影響が大きくなってしまう。表皮効果とは、導体を流れる電流が周波数の増加と共に導体表面に集中し、内部の電流密度が減る現象である。電流が流れる表皮部分の厚さ(表皮深さ)は、周波数の平方根に反比例する。この表皮効果現象により、周波数がGHz帯の高周波信号を導体回路に伝送すると、表皮深さは2μm程度あるいはそれ以下となり、電流は導体のごく表層しか流れない。そのため、高周波回路では銅部材表面の凸部が大きいと、この銅部材により形成される導体の伝送経路は表皮効果現象の影響で長くなり、伝送損失が増加する。それ故、高周波回路に用いる銅部材表面の凸部は小さいことが望ましいが、小さすぎると十分なピール強度が得られないため、上記程度の凸部であることが好ましい。
【0021】
本明細書では凸部の先端部の内接円半径は、凸部の太さの指標として用いることができる。ここでの微細凸部の先端部の内接円半径とは、SEM断面画像において、上記で高さが10nm以上とされた凸部の極大点aと、凸部の極大点aにおける接線に並行で10nm離れた直線と凸部外周部の交点b、cの3点を外周とする円の半径のことと定義する(
図2A)。内接円半径が大きいほど凸部の先端部が太く、内接円半径が小さいほど凸部の先端部が細くなる。
【0022】
本発明の一態様において、樹脂基材と複合銅部材を剥離した場合、複合銅部材側の剥離面における破壊モードの少なくとも一部が凝集破壊であることが好ましい。ここで、凝集破壊とは剥離面の銅側を観察した際に、面積のおよそ半分以上に樹脂が付着している状態のことである。
【0023】
本発明の一態様において、積層体の耐熱試験における劣化率は、50%以下でよいが、40%以下、30%以下又は20%以下が好ましい。耐熱試験における劣化率は公知の方法で測定することが出来る。たとえば、耐熱試験前後のピール強度を測定し、そのピール強度の差を耐熱試験前のピール強度で除した割合として表すことができる。耐熱試験としては、例えば、IPC TM-650 2.4.8といった規格に従って測定することができる。
【0024】
==積層体の製造方法==
本発明の一実施態様は、積層体の製造方法であって、
銅部材表面に凸部を形成する第1の工程と、
凸部を形成した銅表面又はめっき処理された表面の上に樹脂基材を加熱密着させる第3の工程を含む、積層体の製造方法である。この製造方法は、第1工程の後で、凸部を形成した銅表面にめっき処理する第2の工程を含んでもよい。
【0025】
まず、第1の工程において、銅表面を酸化剤で酸化して、酸化銅層を形成するとともに、表面に凸部を形成する。この酸化工程以前に、エッチングなどの粗面化処理工程は必要ないが、行ってもよい。脱脂洗浄または酸化工程への酸の持ち込みを防止するためのアルカリ処理は行ってもよい。アルカリ処理の方法は特に限定されないが、好ましくは0.1~10g/L、より好ましくは1~2g/Lのアルカリ水溶液、例えば水酸化ナトリウム水溶液で、30~50℃、0.5~2分間程度処理すればよい。
【0026】
酸化剤は特に限定されず、例えば、亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸ナトリウム、塩素酸カリウム、過塩素酸カリウム等の水溶液を用いることができる。酸化剤には、各種添加剤(たとえば、リン酸三ナトリウム十二水和物のようなリン酸塩)や表面活性分子を添加してもよい。表面活性分子としては、ポルフィリン、ポルフィリン大員環、拡張ポルフィリン、環縮小ポルフィリン、直鎖ポルフィリンポリマー、ポルフィリンサンドイッチ配位錯体、ポルフィリン配列、シラン、テトラオルガノ‐シラン、アミノエチル‐アミノプロピルートリメトキシシラン、(3‐アミノプロピル)トリメトキシシラン、(1‐[3‐(トリメトキシシリル)プロピル]ウレア)((l-[3-(Trimethoxysilyl)propyl]urea))、(3‐アミノプロピル)トリエトキシシラン、((3‐グリシジルオキシプロピル)トリメトキシシラン)、(3‐クロロプロピル)トリメトキシシラン、(3‐グリシジルオキシプロピル)トリメトキシシラン、ジメチルジクロロシラン、3‐(トリメトキシシリル)プロピルメタクリレート、エチルトリアセトキシシラン、トリエトキシ(イソブチル)シラン、トリエトキシ(オクチル)シラン、トリス(2‐メトキシエトキシ)(ビニル)シラン、クロロトリメチルシラン、メチルトリクロロシラン、四塩化ケイ素、テトラエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、クロロトリエトキシシラン、エチレン‐トリメトキシシラン、アミン、糖などを例示できる。
【0027】
酸化反応条件は特に限定されないが、酸化剤の液温は40~95℃であることが好ましく、45~80℃であることがより好ましい。反応時間は0.5~30分であることが好
ましく、1~10分であることがより好ましい。
【0028】
第1の工程において、酸化した銅部材表面を溶解剤で溶解して、酸化された銅部材表面の凹凸部を調整してもよい。
【0029】
本工程で用いる溶解剤は特に限定されないが、キレート剤、特に生分解性キレート剤であることが好ましく、エチレンジアミン四酢酸、ジエタノールグリシン、L-グルタミン酸二酢酸・四ナトリウム、エチレンジアミン-N,N’-ジコハク酸、3-ヒドロキシ-2、2’-イミノジコハク酸ナトリウム、メチルグリシン2酢酸3ナトリウム、アスパラギン酸ジ酢酸4ナトリウム、N-(2-ヒドロキシエチル)イミノ二酢酸ジナトリウム、グルコン酸ナトリウムなどが例示できる。
【0030】
溶解剤のpHは特に限定されないが、アルカリ性であることが好ましく、pH8~10.5であることがより好ましく、pH9.0~10.5であることがさらに好ましく、pH9.8~10.2であることがさらに好ましい。
【0031】
また、第1の工程において、銅部材に形成された酸化銅層を、還元剤を含有する薬液(
還元用薬液)を用いて還元し、凸部の数や高さを調整してもよい。
【0032】
還元剤としては、DMAB(ジメチルアミンボラン)、ジボラン、水素化ホウ素ナトリウム、ヒドラジン等を用いることができる。また、還元用薬液は、還元剤、アルカリ性化合物(水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等)、及び溶媒(純水等)を含む液体である。
【0033】
第2の工程では、凸部を有する酸化銅層に対し、銅以外の金属でめっき処理をすることで、複合銅部材を製造する。めっき処理方法は、公知の技術を使うことができるが、例えば、銅以外の金属として、Sn、Ag、Zn、Al、Ti、Bi、Cr、Fe、Co、Ni、Pd、Au、Pt、あるいは様々な合金を用いることができる。めっき工程も特に限定されず、電解めっき、無電解めっき、真空蒸着、化成処理などによってめっきすることができる。
【0034】
無電解ニッケルめっきの場合は触媒を用いた処理を行うことが好ましい。触媒としては鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウムおよびそれらの塩を用いることが好ましい。触媒を用いた処理を行うことで、一様で粒子が点在しない金属層を得ることができる。それによって、複合銅部材の耐熱性が向上する。無電解ニッケルめっきの場合は、還元剤として、銅、酸化銅(I)および酸化銅(II)が触媒活性を有しない還元剤を用いることが好ましい。銅、酸化銅(I)および酸化銅(II)が触媒活性を有しない還元剤としては、次亜リン酸ナトリウムなどの次亜リン酸塩が挙げられる。
【0035】
これらの工程で製造した複合銅部材に、シランカップリング剤などを用いたカップリング処理やベンゾトリアゾール類などを用いた防錆処理を任意で行ってもよい。
【0036】
第3の工程として第1の工程で形成された凸部を有する酸化銅層又は第2の工程でめっきされた銅部材のめっき層の上に、樹脂基材を積層し、積層体を製造する。積層体の製造方法は特に限定されず、例えば真空プレス機を用いて真空加熱圧着させるなど、公知の方法で行うことができる。プレス圧、温度、プレス時間は用いる樹脂基材によって適宜変更する。たとえば、樹脂基材がPPE樹脂を含むMEGTRON6(パナソニック社)の場合、加温しながら110℃になるまで0.49MPaで加熱圧着後、その後210℃下、2.94MPaで120分加熱圧着、PTFE樹脂を含むNX9255(パークエレクトロケミカル社)の場合、加温しながら260℃になるまで0.69MPaで加熱圧着後、その後385℃になるまで加温しながら1.03MPa~1.72MPaで圧着、385℃下で10分加熱圧着処理することが推奨されているが、これに限定しない。
誘電率3.8以下の高周波回路向けの樹脂基材は誘電率3.8より大きい配線板向け樹脂基材(例えば、FR-4)よりもプレス温度が高温になる傾向にあり、微細凹凸がより変化を受けやすい状態となる。銅は熱による影響を受けるが、凹凸が微細であるほど影響は大きい。同程度の熱による変化が生じた場合でも、影響を受ける対象が小さいほど、その寄与度が大きくなるためである。例えば、微細凹凸の場合、プレス後は凹凸形状が損なわれて十分なピール強度を発揮しないことがある。それ故、凹凸部にはプレス時の温度に耐え、積層後も十分なピール強度を発揮できる凹凸形状が存在することが求められる。
【0037】
このように、銅部材に対して、第1~3工程を行うことによって、銅部材と樹脂基材との新規な積層体を作製することができる。また、積層体に使用される銅部材は、公知の方法(例えば、エッチング)により、パターン状に配線形成されてもよい。
本発明に係る積層体は、プリント配線板の製造に用いられてもよく、あるいはプリント配線板と電子部品類を含む電子部品の製造に用いられてもよい。
この積層体を用いて作製されるプリント配線板は、特に信号周波数1GHz以上の高周波帯域用の基板として好適である。
また、この積層体は積層面に凹凸形状が存在するため、密着力に優れており、フレキシブル基板にも好適である。
【実施例】
【0038】
<1.積層体の製造>
実施例1及び2、比較例1及び2では、銅箔としてDR-WS(古河電工株式会社製、厚み:18μm)を用いた。
【0039】
(1)前処理
[アルカリ脱脂処理]
銅箔を、液温50℃、40g/Lの水酸化ナトリウム水溶液に1分間浸漬した後、水洗を行った。
[酸洗浄処理]
アルカリ脱脂処理を行った銅箔を、液温25℃、10重量%の硫酸水溶液に2分間浸漬した後、水洗を行った。
[プレディップ処理]
1.2g/Lの水酸化ナトリウム水溶液で40℃、1分間、プレコンディショニングを行った。これは、酸化処理のムラを軽減することを目的とした脱脂洗浄のためである。
【0040】
(2)酸化処理
アルカリ処理を行った銅箔を、酸化処理用水溶液(NaClO2 130g/L;NaOH 12g/L)で45℃、1分間、酸化処理を行った。これらの処理後、銅箔を水洗した。比較例1及び2は、酸化処理後、室温で1分間、還元剤(ジメチルアミンボラン 5g/L;水酸化ナトリウム 5g/L)に浸漬し、還元処理を行った。
【0041】
(3)めっき処理
実施例1及び2については、酸化処理を行った銅箔のシャイニー面(光沢面。反対面と比較したときに平坦である面。)にニッケルめっき用電解液(スルファミン酸ニッケル470g/L-ホウ酸40g/L)を用いて電解めっきを施した。条件は、50度で電流密度0.5A/dm2 × 30秒 (=15C/dm2 銅箔面積あたり)とした。
【0042】
(4)樹脂基材の加熱圧着
実施例1及び比較例1については、各銅箔に対し、MEGTRON6(プリプレグ R5670KJ、パナソニック社製、誘電率 3.71(1GHz)、厚さ100μm)を積層し、真空高圧プレス機を用いてプレス圧2.9MPa、温度210℃、プレス時間120分の条件で加熱圧着することにより、積層体を得た。
実施例2及び比較例2については、各銅箔に対し、PTFE基材(NX9255、パークエレクトロケミカル社製、誘電率2.55(10GHz)、厚さ0.762mm)を積層し、真空高圧プレス機を用いてプレス圧1.5MPa、温度385℃、プレス時間10分の条件で加熱圧着することにより、積層体を得た。
実施例及び比較例について、各々同じ条件で複数の試験片を作製した。
【0043】
<2.SEM断面画像解析>
1.方法
得られた積層体(実施例1及び2;比較例1及び2)の断面は、加速電圧30kV、プローブ電流4nAの条件でFIB(集束イオンビーム)加工することで得た。集束イオンビーム走査電子顕微鏡(Auriga、Carl Zeiss社製)を用いて倍率30000倍、解像度1024x768の条件で、得られた断面を観察し、SEM断面画像の取得を行った。得られたSEM断面画像を
図1に示す。この断面の画像に基づき、フラクタル次元の値、凸部の高さ計測、凸部先端部の内接円半径の計測を行った。凸部の高さ計測、凸部先端部内接
円半径の計測については、画像解析ソフトWinROOF2018(三谷商事株式会社、Ver4.5.5)
を用いて行った。凸部先端部の内接円半径の計測例を
図2Bに示す。
【0044】
2.結果
結果を以下の表1~3に示す。
【表1】
【表2】
【表3】
【0045】
<3.ピール強度の測定>
1.方法
実施例1及び2並びに比較例1及び2の積層体について、90°剥離試験(日本工業規格(JIS)C5016)に準じてピール強度を測定した。
【0046】
2.結果
結果を表4に示す。
比較例では実施例よりもピール強度が低く、破壊モードも界面剥離または一部界面剥離であるのに対し、実施例では樹脂凝集破壊であった。このように、本発明に係る積層体は、比較例に比べ、ピール強度に優れている。
【表4】
【0047】
<4.耐熱性の測定>
1.方法
実施例1及び比較例1の積層体について、耐熱試験前後のピール強度を測定した。耐熱試験は、125℃、4時間でベイキングした後、288℃のはんだ浴で10秒フロートをすることによって行った(IPC TM-650 2.4.8準拠)。耐熱試験前後のピール強度の差を耐熱試験前のピール強度で除して、割合を算出した。
【0048】
2.結果
結果を表5及び
図3に示す。
常態と耐熱試験後のピール強度を比較した際、比較例1では53%の劣化が生じたが、実施例1では19%しか劣化が生じなかった(表5)。さらに、耐熱試験後、比較例は銅部材に変色が確認された(
図3において赤線枠で強調)。これは、銅部材表面の凹凸が耐熱試験によって溶解したためである。このように、本発明に係る積層体は、比較例に比べ、ピール強度及び耐熱性に優れている。
【表5】
【0049】
<4.高周波特性>
1.方法
実施例1及び比較例3として銅箔FV-WS(古河電工株式会社製、厚み:18μm、Rz:1.2μm)に、樹脂基材としてMEGTRON6(プリプレグ R5670KJ、パナソニック社製、厚さ100μm)を熱加圧成形により積層した後に、伝送特性測定用のサンプルを作製して高周波帯域における伝送損失を測定した。伝送特性の評価には、0~50GHz帯域の測定に適する公知のストリップライン共振器法を用いて、計測した。具体的には、S21パラメータを、以下の条件でカバーレイフィルムなしの状態で測定した。
測定条件:マイクロストリップ構造;基材MEGTRON6;回路長さ150mm;導体幅250μm;導体厚み18μm;基材厚み100μm;特性インピーダンス50Ω
【0050】
2.結果
結果を
図4に示す。
比較例3に使用した銅箔FV-WSは低粗度であり、ハイエンドルータ・サーバーなどの情報通信機器や通信基地局用アンテナ用基板向けの低伝送損失が求められる高周波基板用銅箔であるが、実施例1の伝送損失は比較例3よりも小さい。このように、本発明に係る積層体は、高周波特性に優れている。
【産業上の利用可能性】
【0051】
本発明によって、銅部材と樹脂基材との新規な積層体を提供することができるようになった。