CN110997314B - 金属和树脂的复合材料 - Google Patents

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Abstract

一种金属物品,其特征在于,包含:金属基体、树脂基体以及将金属基体与树脂基体接合的化合物层,化合物层是包含具有含氮的官能团和硅烷醇基的第一化合物以及作为烷烃型胺系硅烷偶联剂的第二化合物的第一化合物层,第一化合物不含有硫原子。

Description

金属和树脂的复合材料
技术领域
本公开涉及一种包含金属构件的金属物品,以及适于制造金属物品的树脂构件以及它们的制造方法,所述金属构件的表面的至少一部分接合有树脂构件。
背景技术
对于用于电子设备中使用的印刷布线板、柔性印刷布线板的层叠体而言,对高性能化的要求提高。在电路的微细化发展中,需要实现形成布线板的导体的薄膜化及其表面的平滑化。另外,在高频信号电路中,存在被称为集肤效应的在电路表面附近流过电流的现象,导体表面的粗糙度导致传输损耗的增大,这也是要求导体与绝缘材料界面的平滑化的理由。
另外,在电子设备零件、构件中,也要求成为导体的金属箔、金属板的薄膜化、薄壁化,另一方面,要求能够耐受折弯、压制等严格的加工条件的层叠体,提高金属箔、金属板与树脂构件的接合强度成为问题。
在柔性印刷布线板中,广泛使用耐热性高的聚酰亚胺树脂膜上通过镀铜形成导体层的基材,粘接铜箔的基材。在柔性印刷布线板基材的制造中,在聚酰亚胺膜上通过电解铜形成足够厚度的导体层时,在以Ni为主要成分的阻挡层的形成,铜溅射、无电解镀铜层或催化剂赋予中,为了提高密合性,一般涂布硅烷偶联剂。在专利文献1(日本特开2010-42564号公报)中,公开了如下方法:在真空干燥后的聚酰亚胺膜涂布硅烷偶联剂,通过溅射形成以Ni为主要成分的阻挡层后,通过溅射、镀敷形成铜的导体层。在专利文献2(日本特开2007-290003号公报)中,记载了:在聚酰亚胺树脂的自支承体(固化工序的前阶段的半固化状态)涂布硅烷偶联剂后,进行加热而完成酰亚胺化的同时,偶联剂形成无机氧化物层而使膜表面改性,由此催化剂的赋予、镀层的密合性提高。但是,这些镀敷导体层的密合性在能够承受带剥离的水平上还不够。在专利文献3(日本特开2008-31448号公报)中,公开了:对具有特定的化学结构的聚酰亚胺膜进行等离子体处理,在金属箔涂布具有氨基或巯基等官能团的硅烷偶联剂并进行热压,由此得到高粘接强度,但能够适用的聚酰亚胺膜有限。
在印刷布线板的层叠体中也应用硅烷偶联剂。在专利文献4(日本特开2004-25835号公报)中,记载了:用与绝缘树脂组合物中的官能团发生化学反应的硅烷偶联剂处理金属箔,能够得到优异的密合性。作为对金属箔进行处理的硅烷偶联剂,举例示出具有与绝缘树脂组合物中的环氧基发生化学反应的氨基的硅烷偶联剂。但是,适用的金属箔的表面粗糙度定义为Rz为2.0μm以下,因此认为本申请的技术还有助于锚固效应。
另一方面,对最适合化学吸附在金属箔上的硅烷偶联剂的官能团没有进行研究。
在食品、化妆品、医药品等日用品,锂离子电池等的包装材料中,为了提高阻隔性,使用层叠了金属箔和树脂膜的材料。在专利文献5(日本特开2010-149389号公报)中,公开了:在为了即使强渗透性内容物发生作用也能够确保最初的优异的层压性,各层间的层压强度不降低而设置的耐渗透性粘接层的形成中,在具有异氰酸酯基的化合物中添加金属醇盐。在此,作为金属醇盐之一,举例示出硅烷偶联剂。记载了:在蒸镀了无机氧化物层的树脂膜的蒸镀薄膜层上层叠的耐渗透性粘接层中,具有异氰酸酯基的化合物和金属醇盐三维地进行交联反应,直至反应性官能团消失,形成网络,因此牢固地粘接在树脂膜上的无机氧化物层和包含烯烃系树脂的密封层。在专利文献6(日本特开2008-77930号公报)中,记载了:在锂电池用包装材料中,在铝箔上设置涂层,防止由于电解质的溶剂的高渗透力而产生的铝箔与热熔性膜层间的剥离,由于构成电解液的锂盐的水解而产生的氢氟酸导致的铝的劣化。作为构成该涂层的稀土元素系氧化物溶胶的添加剂或阳离子性聚合物的交联剂,举例示出使用硅烷偶联剂。稀土元素系氧化物溶胶作用于铝箔,密合性提高,阳离子性聚合物的胺配体的氮原子与稀土元素系氧化物溶胶络合形成,由此密合性提高。
铜合金的导电性、导热性优异,因此,作为轧制材料、延展材料(wroughtmaterial)、箔材料以及镀敷材料而广泛用于电气/电子零件。铜合金是作为布线材料而不可或缺的材料,将铜布线与主要由树脂形成的绝缘层复合化而成的电子电路基板(印刷布线基板)被用于电子设备。在印刷布线基板中存在:将在玻璃纤维中浸含环氧树脂等树脂材料并使其固化而成那样的不具有柔性的材料用于绝缘层的刚性印刷布线基板、以及将聚酰亚胺膜及聚酯膜等薄且具有柔性的树脂材料用作绝缘层的柔性印刷布线基板(以下,称为FPC)。
无论对于哪种印刷基板,均需要提高树脂材料与铜布线的接合力,从而提出了各种技术。例如,作为用于FPC的基材,已知一种在树脂膜的单面或双面粘接/接合有铜箔的FCCL(Flexible Copper Clad Laminate:柔性覆铜层压板),为了提高树脂膜与铜箔的粘接/接合强度,应用了一种将铜箔的表面粗糙化,并使粘接剂或加热后的树脂面与该粗糙面的凹凸紧密接合的方法(Anchor effect:锚固效应)。
但是,对于高频信号而言,因被称为集肤效应的效应,信号流经布线的表面层,因此,若铜箔表面存在凹凸,则传输距离变长,传输损耗变大。因此,对于作为FPC的重要特性的传输损耗而言,为了实现低传输损耗,要求铜箔表面的平滑性高。因此,要求一种能以高强度将具有平滑表面的铜箔与树脂材料接合的方法。
在专利文献7(日本特开2011-91066号公报)中,公开了一种电路基板(多层布线板):在将树脂固化物设为绝缘层的电路基板中,特别是为了得到具有平滑表面的铜布线层与绝缘层的高粘接性,将存在于铜布线层表面的氧化铜层用锡、锌、铬、钴以及铝等其他金属的氧化物和/或氢氧化物取代或覆盖,设置具有与该氧化物以及氢氧化物层共价键合的硅烷醇基的胺系硅烷偶联剂或其混合物的层,进而在其之上形成具有碳-碳不饱和双键的乙烯基系硅烷偶联剂层,与绝缘层的树脂固化物所含有的乙烯基之间形成共价键。
作为电路基板的制造方法,公开了一种制造方法,其包括:通过镀敷、溅射或蒸镀等,将铜表面的氧化铜层用锡、锌、铬、钴以及铝等的金属氧化物和/或氢氧化物层取代或覆盖;该金属氧化物以及氢氧化物层提高硅烷偶联剂与金属层间的粘接力;胺系硅烷偶联剂层中的残存硅烷醇基与乙烯基系硅烷偶联剂层的硅烷醇基产生共价键;进而乙烯基系硅烷偶联剂的碳-碳不饱和双键与绝缘层中的乙烯基化合物产生共价键;使绝缘层的树脂固化物在加压、加热下固化。
该电路基板的构成复杂,而且制造工序繁琐。
在专利文献8(日本特开2010-131952号公报)中,公开了一种使硅烷偶联剂夹在作为聚酯系树脂的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)的基膜与铜等导电层之间的柔性层叠板。记载了硅烷偶联剂的水解官能团与水反应而变成硅烷醇基并与铜等金属键合,有机官能团通过反应与PEN键合。另外,公开了一种利用溅射法将铜合金层叠在涂布有硅烷偶联剂的基膜,进而镀铜而形成导电层的层叠工序。
在专利文献9(日本特开2014-27042号公报)、专利文献10(日本特开2014-27053号公报)、专利文献11(日本特开2014-25095号公报)以及专利文献12(日本特开2014-25099号公报)中,公开了一种对表面未被粗糙化的铜或铝的金属材料、或在该金属材料镀有银、镍、铬酸盐的镀敷材料,利用硅烷或钛偶联剂进行了表面处理的经过表面处理的金属材料。而且,公开了在该经过表面处理的金属材料热压接具有聚酯结构的液晶聚合物(以下,称为LCP)膜、或注塑成型聚合物而进行接合的复合体的制造方法。记载了:作为用于对金属或其镀敷材料进行表面处理的偶联剂,优选具有含氮的官能团的偶联剂,即胺系硅烷或钛的偶联剂,良好地附着于金属,剥离强度(peel strength)高,是有效的。
在专利文献13(国际公开第2013/186941号)中,公开了一种包含新型含有氨基以及烷氧基硅烷基(Alkoxysilyl)的三嗪衍生物化合物的表面处理剂。公开了:通过将该包含新型化合物的表面处理剂应用于各种金属材料以及高分子材料并进行热压,能将这些材料相互接合。另外,记载了:若在对该新型化合物进行了表面处理的基础上涂布其他试剂,则存在于新型化合物的膜内的官能团与其他试剂发生反应,进一步转换为具有各种功能的材料。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2010-42564号公报
专利文献2:日本特开2007-290003号公报
专利文献3:日本特开2008-31448号公报
专利文献4:日本特开2004-25835号公报
专利文献5:日本特开2010-149389号公报
专利文献6:日本特开2008-77930号公报
专利文献7:日本特开2011-91066号公报
专利文献8:日本特开2010-131952号公报
专利文献9:日本特开2014-27042号公报
专利文献10:日本特开2014-27053号公报
专利文献11:日本特开2014-25095号公报
专利文献12:日本特开2014-25099号公报
专利文献13:国际公开第2013/186941号
发明内容
发明所要解决的问题
在形成印刷布线基板的绝缘材料为树脂的情况下,以往不会得到树脂与金属布线的充分的接合强度。
例如,当使用聚酯系树脂膜、例如液晶聚合物(LCP)作为形成印刷布线基板的绝缘材料时,具有能降低高频信号线路的传输损耗的优点。然而,当用如专利文献7~12所公开的那样的硅烷偶联剂将聚酯系树脂材料与铜布线接合时,主要起因于聚酯系树脂的化学结构,有时偶联剂的反应的进行不会按期待来发展。因此,聚酯系树脂材料与铜布线的接合强度的误差大(就是说,接合强度的再现性差),接合强度能变低。
专利文献13(国际公开第2013/186941号)所公开的新型化合物具有导入至三嗪环的氨基和烷氧基硅烷基,因此,当使用包含该化合物的表面处理剂时,与现有的硅烷偶联剂相比,将金属与树脂连结的化学结合性变高。然而,要求得到更高接合强度的方法。
因此,本申请的目的在于,提供一种金属物品及其制造方法,在将树脂基体与金属基体接合而成的金属物品中,以足够高的接合强度将它们接合。
用于解决问题的方案
本发明人等为了解决上述问题而反复进行了深入研究,结果发现了包含以下构成的解决方案,直至完成了本发明。
本发明的方案1是一种金属物品,其特征在于,包含:金属基体、树脂基体以及将金属基体与树脂基体接合的化合物层,化合物层是包含具有含氮的官能团和硅烷醇基的第一化合物以及作为烷烃型胺系硅烷偶联剂的第二化合物的第一化合物层,第一化合物不含有硫原子。
本发明的方案2是方案1所述的金属物品,其中,还具有第二化合物层,该第二化合物层包含第三化合物,该第三化合物是具有2个以上烷氧基硅烷基或硅烷醇基的硅烷化合物。
本发明的方案3是方案1或2所述的金属物品,其中,金属基体的金属是选自铜、铝、铁、不锈钢、镍、锌以及它们的合金中的至少一种。
本发明的方案4是方案1~3中任一项所述的金属物品,其中,树脂基体的树脂是热塑性树脂或热固性树脂,热塑性树脂是选自聚酯树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺树脂、ABS树脂、聚碳酸酯树脂、聚烯烃树脂、聚苯乙烯树脂、氯乙烯树脂、丙烯酸树脂以及与包含这些树脂的其他聚合物的掺合物或复合物中的至少一种,热固性树脂是选自环氧树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂、马来酰亚胺树脂、异氰酸酯树脂、苯并环丁烯树脂以及与包含这些树脂的其他聚合物的掺合物或复合物中的至少一种。
本发明的方案5是方案1~4中任一项所述的金属物品,其中,第一化合物是下式所示的化合物。
RN(X1)m(X2)n
[式中,RN是作为五元环或六元环的氮杂环,X1相同或不同,是具有硅烷醇基或烷氧基硅烷基的一价有机基团,X2相同或不同,是氢原子或不具有硅原子的一价有机基团,m是数字1~3,n是数字1~3,m和n的总和是氮杂环的碳原子数。]
本发明的方案6是方案5所述的金属物品,其中,在第一化合物中,X1相同或不同,是结构(A)所示的基团,X2相同或不同,是氢原子或烃基。
Figure GDA0002475172570000071
[式中,Y是可以将选自氧原子、氮原子中的杂原子或羰基碳夹在其间,可以具有取代基的二价烃基,R3是氢原子或未取代或取代的碳原子数1~4的烷基,R4是未取代或取代的碳原子数1~4的烷基,p是整数1~3。]
本发明的方案7是方案1~6中任一项所述的金属物品,其中,第二化合物是下式所示的化合物。
R11-X11
[式中,R11是具有氨基的一价有机基团,X11是具有硅烷醇基或烷氧基硅烷基的一价有机基团。]
本发明的方案8是方案7所述的金属物品,其中,在第二化合物中,R11是具有氨基的烃基,X11是结构(B)所示的基团。
Figure GDA0002475172570000072
[式中,R3是氢原子或未取代或取代的碳原子数1~4的烷基,R4是未取代或取代的碳原子数1~4的烷基,p是整数1~3。]
本发明的方案9是方案7或8所述的金属物品,其中,第二化合物是选自N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷以及3-氨基丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。
本发明的方案10是方案1~9中任一项所述的金属物品,其中,第三化合物是选自聚合物型多官能团硅烷偶联剂、三聚氰胺官能性有机硅化合物以及异氰脲酸酯官能性硅化合物中的至少一种。
本发明的方案11是方案10所述的金属物品,其中,在第三化合物中,聚合物型多官能团硅烷偶联剂是具有下式所示的重复单元的化合物。
Figure GDA0002475172570000081
[式中,m为10≤m≤260,n为1≤n≤100,R1是氢原子、碳数1~4的烷基或乙酰基,a和b是整数1~3,X是可以具有取代基的碳数1~10的亚烷基链,取代基是碳数1~6的烷基,Y表示直接结合、氧原子或CHR5基,R2、R3、R4以及R5表示氢原子或碳数1~6的烷基,R3或R4与R5可以结合而形成饱和碳环。]
三聚氰胺官能性有机硅化合物是下式所示的化合物。
Figure GDA0002475172570000082
[式中,R0独立地是氢原子,或是可以将选自氧原子、硫原子、氮原子中的杂原子或羰基碳夹在其间,可以具有取代基的一价烃基,R0中的至少一个是具有硅烷醇基或烷氧基硅烷基的一价有机基团。]
异氰脲酸酯官能性硅化合物是下式所示的化合物。
Figure GDA0002475172570000091
[式中,Z是可以将选自氧原子、硫原子、氮原子中的杂原子或羰基碳夹在其间,可以具有取代基的二价烃基,R3是氢原子或未取代或取代的碳原子数1~4的烷基,R4是未取代或取代的碳原子数1~4的烷基,p是整数1~3。]
本发明的方案12是方案1~11中任一项所述的金属物品,其中,第二化合物和第三化合物分别是不含有硫原子的化合物。
本发明的方案13是方案1~12中任一项所述的金属物品,其中,第一化合物与第二化合物的量按摩尔比计为1:0.2~1:50,或者按重量比计为1:0.2~0.1:8。
本发明的方案14是方案1~13中任一项所述的金属物品,其中,第一化合物与第二化合物的量按重量%比计为1:16~0.1:45,相对于第一化合物和第二化合物的合计100重量份,第三化合物的量为1~1000重量份。
本发明的方案15是方案1~14中任一项所述的金属物品,其特征在于,金属基体的表面粗糙度Ra为0.1μm以下。
本发明的方案16是方案1~15中任一项所述的金属物品,其特征在于,在金属基体的表面不存在氧化物层以及防锈剂层。
本发明的方案17是一种金属物品的制造方法,其是方案1所述的金属物品的制造方法,其中,在金属基体与树脂基体之间形成包含第一化合物和第二化合物的第一化合物层。
本发明的方案18是一种金属物品的制造方法,其是方案2所述的金属物品的制造方法,其中,在金属基体与树脂基体之间形成包含第一化合物和第二化合物的第一化合物层,以及包含第三化合物的第二化合物层。
本发明的方案19是方案17所述的金属物品的制造方法,其中,包括:通过在使含有第一化合物和第二化合物的溶液与树脂基体的表面接触后进行加热,得到具有第一化合物层的树脂构件的工序;以及将所述金属基体与所述树脂构件接合的工序。
本发明的方案20是方案18所述的金属物品的制造方法,其中,包括:通过在使含有第一化合物和第二化合物的溶液与金属基体的表面接触后进行加热,得到具有第一化合物层的金属构件的工序;通过在使含有第三化合物的溶液与树脂基体的表面接触后进行加热,得到具有第二化合物层的树脂构件的工序;以及将所述金属构件与所述树脂构件接合的工序。
本发明的方案21是方案18所述的金属物品的制造方法,其中,包括:得到重叠地具有第一化合物层和第二化合物层的金属构件的工序,其中,所述第一化合物层是通过在使含有第一化合物和第二化合物的溶液与金属基体的表面接触后进行加热而形成的,所述第二化合物层是通过在使含有第三化合物的溶液与第一化合物层接触后进行加热而形成的;以及将金属构件与树脂基体接合的工序。
本发明的方案22是方案17~21中任一项所述的金属物品的制造方法,其中,还包括:用酸水溶液清洗金属基体的工序。
本发明的方案23是一种金属构件,其特征在于,所述金属构件包含金属基体和设于金属基体的表面的第一化合物层,所述化合物层包含具有含氮的官能团和硅烷醇基的第一化合物以及作为烷烃型胺系硅烷偶联剂的第二化合物,第一化合物不含有硫原子。
本发明的方案24是一种金属构件,其特征在于,所述金属构件包含金属基体和设于金属基体的表面的化合物层,所述化合物层包含第一化合物层和第二化合物层,所述第一化合物层包含具有含氮的官能团和硅烷醇基的第一化合物以及作为烷烃型胺系硅烷偶联剂的第二化合物,所述第二化合物层含有作为具有2个以上烷氧基硅烷基或硅烷醇基的硅烷化合物的第三化合物,第一化合物不含有硫原子。
本发明的方案25是一种金属构件的制造方法,其是方案23所述的金属构件的制造方法,包括:用酸水溶液清洗金属基体的工序;以及在使含有第一化合物和第二化合物的溶液与金属基体的表面接触后进行加热的工序。
本发明的方案26是一种制造方法,其是方案24所述的金属构件的制造方法,包括:用酸水溶液清洗所述基体的工序;以及在使含有第一化合物和第二化合物的溶液与金属基体的表面接触后进行加热而形成第一化合物层,在使含有作为具有2个以上烷氧基硅烷基或硅烷醇基的硅烷化合物的第三化合物的溶液与第一化合物层接触后进行加热,由此重叠地形成第二化合物层的工序。
本发明的方案27是一种树脂构件,其特征在于,所述树脂构件包含树脂基体和设于该树脂基体的表面的第一化合物层,所述化合物层包含具有含氮的官能团和硅烷醇基的第一化合物以及作为烷烃型胺系硅烷偶联剂的第二化合物,第一化合物不含有硫原子。
本发明的方案28是一种树脂构件,其特征在于,所述树脂构件包含树脂基体和设于该树脂基体的表面的第二化合物层,所述化合物层包含第三化合物,该第三化合物是具有2个以上烷氧基硅烷基或硅烷醇基的硅烷化合物。
本发明的方案29是一种树脂构件的制造方法,其是制造方案27所述的树脂构件的方法,包括:在使含有第一化合物和第二化合物的溶液与树脂基体的表面接触后进行加热的工序。
本发明的方案30是一种树脂构件的制造方法,其是制造方案28所述的树脂构件的方法,包括:在使含有第三化合物的溶液与树脂基体的表面接触后进行加热的工序。
发明效果
根据本发明的方案,能够通过经由包含第一化合物以及第二化合物的化合物层和/或经由包含第三化合物的化合物层,以足够的接合强度将树脂基体与金属基体接合。
附图说明
图1(a)、(b)是本发明的实施方式的铜合金物品的示意截面图。
图2是涂布了ImS的LCP膜表面的XPS谱图。
图3是涂布了AAS的LCP膜表面的XPS谱图。
图4是涂布了ImS的LCP膜表面与AAS的混合物的XPS谱图。
图5(a)、(b)是用于说明铜合金物品的第一制造方法的概略截面图。
图6(a)、(b)是用于说明铜合金物品的第二制造方法的概略截面图。
图7是涂布了AST的铜箔片表面的XPS谱图。
图8是涂布了AAS的铜箔片表面的XPS谱图。
图9是涂布了AST与AAS的混合水溶液的铜箔片表面的XPS谱图。
图10是涂布了AST与AAS的混合水溶液的铜箔片表面的XPS谱图。
图11是涂布了AST与AAS的混合水溶液的铜箔片表面的XPS谱图。
图12是涂布了AST与AAS的混合水溶液的铜箔片表面的XPS谱图。
图13是由比较例4的覆铜层叠板制成的LPC试验片的FT-IR图表。
图14是由比较例5的覆铜层叠板制成的LPC试验片的FT-IR图表。
图15是由实施例6的覆铜层叠板制成的LPC试验片的FT-IR图表。
图16是金属基体的化合物层形成和接合的示意截面图。
图17是树脂基体的化合物层的形成和接合的示意截面图。
具体实施方式
本发明人等发现了如下事实,直至完成了本申请的金属物品,即,用于将金属基体与树脂基体接合的化合物层通过含有两种化合物(第一化合物以及第二化合物),与仅含有任一种化合物的情况相比,能提高接合强度。
具体而言,作为第一化合物,使用同时具有含氮的官能团和硅烷醇基的化合物。作为第二化合物,使用烷烃型胺系硅烷偶联剂。即,本申请是经由包含具有含氮的官能团和硅烷醇基的第一化合物以及作为烷烃型胺系硅烷偶联剂的第二化合物的化合物层将金属基体与树脂基体接合而成的铜合金物品。
而且,发现了如下事实,直至完成了本发明,即,除了形成包含第一化合物以及第二化合物的第一化合物层以外,还形成包含具有2个以上烷氧基硅烷基或硅烷醇基的硅烷化合物的第二化合物层,由此能进一步提高接合强度。
在应用于电子设备所使用的基板、零件等的情况下,优选第一化合物、第二化合物以及第三化合物分别是不含有硫醇基(或硫原子)的化合物。
[金属基体]
金属基体的金属能够使用铜、铝、铁、不锈钢、镍、锌等。金属优选为铜、铜合金、铝、铝合金。
优选在金属基体的表面不存在氧化物层。
金属的厚度没有特别限定,可以是1μm~100mm。金属箔的厚度优选为300μm以下。
[树脂基体]
树脂基体的树脂是热塑性树脂或热固性树脂。作为热塑性树脂,能够举例示出聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、ABS树脂、聚碳酸酯树脂、聚烯烃树脂(例如,聚乙烯以及聚丙烯)、聚苯乙烯树脂、氯乙烯树脂、丙烯酸树脂以及与包含这些树脂的其他聚合物的掺合物或复合物等,但并不限定于此。作为热固性树脂,能够举例示出环氧树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂、马来酰亚胺树脂、异氰酸酯树脂、苯并环丁烯树脂、乙烯基树脂等,但并不限定于此。树脂优选为聚酯树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺树脂、环氧树脂、酚醛树脂以及与包含这些树脂的其他聚合物的掺合物或复合物。
树脂基体可以是膜材、板材、棒材、管材、成型材等形态、形状。树脂的厚度没有特别限定,例如,可以是0.01mm~100mm。
[化合物层]
第一化合物层是包含第一化合物以及第二化合物的混合物。
第二化合物层包含第三化合物。
第一化合物与第二化合物的混合比按摩尔比计可以为1:0.2~1:50,优选为1:0.5~1:15或1:16~0.1:45。或者,第一化合物与第二化合物的量按重量%比计可以为1:0.2~1:8。相对于第一化合物和第二化合物的合计100重量份,第三化合物的量可以为1~1000重量份。
第一化合物、第二化合物以及第三化合物适用(涂布)于金属基体或树脂基体。形成第一化合物层的第一化合物以及第二化合物的混合溶液可以涂布于金属以及树脂基体中的双方或任一方。例如,将第一化合物以及第二化合物的混合溶液涂布于金属基体或树脂基体的双方或一方。涂布后进行热处理,由此形成第一化合物层。形成第二化合物层的第三化合物能够与热处理后的第一化合物层重叠或涂布于树脂基体。涂布后进行热处理,由此形成第二化合物层。热处理的温度例如可以为80~250℃。
第一以及第二化合物层的厚度没有特别限定,可以为1nm~10μm,优选为10nm~1μm。
[第一化合物]
第一化合物优选为下式所示的化合物。
RN(X1)m(X2)n
[式中,RN是作为五元环或六元环的氮杂环,X1相同或不同,是具有硅烷醇基或烷氧基硅烷基的一价有机基团,X2相同或不同,是不具有硅原子的一价有机基团,m是数字1~3,n是数字1~3,m和n的总和是氮杂环的碳原子数和/或氮原子数。]
RN是具有环氮原子(构成环的氮原子)的氮杂环。氮杂环是五元环或六元环。在氮杂环中,环氮原子数优选为2或3。作为五元环的氮杂环的具体例是咪唑、吡唑、咪唑啉、苯并咪唑、三唑、苯并三唑等。作为六元环的氮杂环的具体例是二嗪系的吡嗪、嘧啶、哒嗪,以及苯并二嗪、二苯并二嗪、三嗪等。
X1以及X2与具有氮原子的杂环RN的碳原子或氮原子键合。
X1是具有硅烷醇基或烷氧基硅烷基的一价有机基团。X1中的至少一个(优选为全部)具有下述结构(A)。
Figure GDA0002475172570000141
Figure GDA0002475172570000151
[式中,Y是可以将选自氧原子、硫原子、氮原子中的杂原子或羰基碳夹在其间,可以具有取代基的二价烃基,R3是氢原子或未取代或取代的碳原子数1~4的烷基,R4是未取代或取代的碳原子数1~4的烷基,p是整数1~3。]
在结构(A)的式中,虚线表示结合键。
在结构(A)中,作为R3以及R4的未取代或取代的碳原子数1~4的烷基,可列举出甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基以及这些基团的氢原子的一部分或全部被卤素原子等取代的基团的,例如氯乙基、3,3,3-三氟丙基等。优选为甲基或乙基。
结构(A)的Y的一端的碳原子与杂环R键合,另一端的碳原子与硅原子键合。
作为结构(A)的Y的二价烃基,优选碳数为1~10,可列举出亚甲基、亚乙基、亚丙基、1-甲基-亚丙基、2-甲基-亚丙基、3-甲基-亚丙基、亚丁基等,但并不限定于此。
p是整数1~3,优选为2或3,特别优选为3。
作为结构(A)的结构,没有特别限定,可以是α-氨基甲基三甲氧基硅烷、α-氨基甲基甲基二甲氧基硅烷、α-氨基甲基二甲基甲氧基硅烷、α-氨基甲基三乙氧基硅烷、α-氨基甲基甲基二乙氧基硅烷、α-氨基甲基二甲基乙氧基硅烷、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-氨基丙基二甲基甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-氨基丙基甲基二乙氧基硅烷、γ-氨基丙基二甲基乙氧基硅烷、N-2(氨基乙基)α-氨基甲基三甲氧基硅烷、N-2(氨基乙基)α-氨基甲基甲基二甲氧基硅烷、N-2(氨基乙基)α-氨基甲基二甲基甲氧基硅烷、N-2(氨基乙基)α-氨基甲基三乙氧基硅烷、N-2(氨基乙基)α-氨基甲基甲基二乙氧基硅烷、N-2(氨基乙基)α-氨基甲基二甲基乙氧基硅烷、N-2(氨基乙基)γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-2(氨基乙基)γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、N-2(氨基乙基)γ-氨基丙基二甲基甲氧基硅烷、N-2(氨基乙基)γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-2(氨基乙基)γ-氨基丙基甲基二乙氧基硅烷、N-2(氨基乙基)γ-氨基丙基二甲基乙氧基硅烷、双-(三甲氧基硅烷基丙基)胺、双-(甲基二甲氧基硅烷基丙基)胺、双-(二甲基甲氧基硅烷基丙基)胺、双-(三乙氧基硅烷基丙基)胺、双-(甲基二乙氧基硅烷基丙基)胺、双-(二甲基乙氧基硅烷基丙基)胺、N-苯基γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-苯基γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、N-苯基γ-氨基丙基二甲基甲氧基硅烷、N-苯基γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-苯基γ-氨基丙基甲基二乙氧基硅烷、N-苯基γ-氨基丙基二甲基乙氧基硅烷、N-苯基α-氨基甲基三甲氧基硅烷、N-苯基α-氨基甲基甲基二甲氧基硅烷、N-苯基α-氨基甲基二甲基甲氧基硅烷、N-苯基α-氨基甲基三乙氧基硅烷、N-苯基α-氨基甲基甲基二乙氧基硅烷、N-苯基α-氨基甲基二甲基乙氧基硅烷等同时含有伯氨基和/或仲氨基和水解性硅烷基的有机硅基,具有与上述同样的伯和/或仲氨基的硅酮烷氧基低聚物等含有伯氨基和/或仲氨基的有机硅基等。
X2是可以具有取代基的一价有机基团。X2是氢原子,碳数优选为1~10的烃基,作为取代基,可列举出氨基、乙烯基、环氧基、苯乙烯基、甲基丙烯酰基、丙烯酰基、脲基、异氰酸酯基、巯基等。例如,可以是2-(3,4-环氧环己基)乙基、3-环氧丙氧基丙基甲基、3-环氧丙氧基丙基、对苯乙烯基、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基、3-甲基丙烯酰氧基丙基、3-丙烯酰氧基丙基、N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基甲基、N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基、3-氨基丙基、N-(1,3-二甲基)-亚丁基丙基氨基、N-苯基-3-氨基丙基、N-(乙烯基苄基)-2-氨基乙基-3-氨基丙基、3-脲基丙基、3-异氰酸酯丙基、3-巯基丙基甲基。
m是数字1~3。m优选为1~2,进一步优选为1。
n是数字1~3。
[第二化合物]
第二化合物是烷烃型胺系硅烷偶联剂。作为烷烃型胺系硅烷偶联剂,优选直链型的烷烃型胺系硅烷偶联剂。
第二化合物优选为下式所示的化合物。
R11-X11
[式中,R11是可以具有取代基的一价有机基团,X11是具有硅烷醇基或烷氧基硅烷基的一价有机基团。]
R11优选为可以被取代的碳数优选为1~10的烃基。作为取代基,可列举出氨基、乙烯基、环氧基、苯乙烯基、甲基丙烯酰基、丙烯酰基、脲基、异氰酸酯基、巯基等。R11的具体例可以是2-(3,4-环氧环己基)乙基、3-环氧丙氧基丙基甲基、3-环氧丙氧基丙基、对苯乙烯基、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基、3-甲基丙烯酰氧基丙基、3-丙烯酰氧基丙基、N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基甲基、N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基、3-氨基丙基、N-(1,3-二甲基)-亚丁基丙基氨基、N-苯基-3-氨基丙基、N-(乙烯基苄基)-2-氨基乙基-3-氨基丙基、3-脲基丙基、3-异氰酸酯丙基、3-巯基丙基甲基。
X11优选为下述结构(B)所示的基团。
Figure GDA0002475172570000171
Figure GDA0002475172570000172
[式中,R3是氢原子或未取代或取代的碳原子数1~4的烷基,R4是未取代或取代的碳原子数1~4的烷基,p是整数1~3。]
结构(B)中的详情与第一化合物的结构(A)的有机硅基同样。
作为第二化合物的具体例,可列举出N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷等。
[第三化合物]
第三化合物例如可以为聚合物型多官能团硅烷偶联剂、三聚氰胺官能性有机硅化合物以及异氰脲酸酯官能性硅化合物。
聚合物型多官能团硅烷偶联剂例如可以是日本特开2008-174604号公报所记载的化合物。聚合物型多官能硅烷偶联剂在聚烯丙胺树脂的基本结构中,除了多个三烷氧基硅烷基以外,考虑到对金属表面的化学吸附性,优选具有多个氨基、环氧基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基、乙烯基、苯基、巯基、异氰酸酯基等。聚合物型多官能团硅烷偶联剂优选为具有下式所示的重复单元,具有多个伯氨基和水解性硅烷基和/或硅烷醇基的化合物。
Figure GDA0002475172570000181
[式中,m为10≤m≤260,n为1≤n≤100,R1是氢原子、碳数1~4的烷基或乙酰基,a和b是整数1~3,X是可以具有取代基的碳数1~10的亚烷基链,取代基是碳数1~6的烷基,Y表示直接结合、氧原子或CHR5基,R2、R3、R4以及R5表示氢原子或碳数1~6的烷基,R3或R4与R5可以结合而形成饱和碳环。]
聚合物型多官能团硅烷偶联剂例如能够通过使具有环氧基的硅化合物与聚烯丙胺反应来制造。作为具有环氧基的硅化合物的具体例,是环氧丙氧基甲基三甲氧基硅烷、环氧丙氧基甲基甲基二甲氧基硅烷、环氧丙氧基甲基二甲基甲氧基硅烷、环氧丙氧基甲基三乙氧基硅烷、环氧丙氧基甲基甲基二乙氧基硅烷、环氧丙氧基甲基二甲基乙氧基硅烷、3-环氧丙氧基-2-甲基丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基-2-甲基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基-2-甲基丙基二甲基甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基-2-甲基丙基三乙氧基硅烷、3-环氧丙氧基-2-甲基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-环氧丙氧基-2-甲基丙基二甲基乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷。
三聚氰胺官能性有机硅化合物是具有三聚氰胺骨架的有机硅化合物。三聚氰胺官能性有机硅化合物例如可以是日本特开2011-12002号公报所记载的化合物。三聚氰胺官能性有机硅化合物优选为下式所示的化合物。
Figure GDA0002475172570000182
[式中,R0独立地是氢原子,或是可以将选自氧原子、硫原子、氮原子中的杂原子或羰基碳夹在其间,可以具有取代基的一价烃基,R0中的至少一个是具有硅烷醇基或烷氧基硅烷基的一价有机基团。]
R0优选具有下述结构(A)。
Figure GDA0002475172570000191
[式中,Y是可以将选自氧原子、硫原子、氮原子中的杂原子或羰基碳夹在其间,可以具有取代基的二价烃基,R3是氢原子或未取代或取代的碳原子数1~4的烷基,R4是未取代或取代的碳原子数1~4的烷基,p是整数1~3。]
结构(A)中的详情(例如,Y等的定义)与第一化合物同样。
三聚氰胺官能性有机硅化合物的具体例是N,N,N-三-(三甲氧基硅烷基丙基)三聚氰胺、N,N,N-三-(三乙氧基硅烷基丙基)三聚氰胺、N,N-双-(三甲氧基硅烷基丙基)-N-苯基三聚氰胺、N,N-双-(三甲氧基硅烷基丙基)-N-苯基三聚氰胺、N,N-双-(三甲氧基硅烷基丙基)-N-(聚二甲基甲硅烷氧基丙基)三聚氰胺等。
异氰脲酸酯官能性硅化合物优选为具有式(C)所示的三聚氰胺骨架的有机硅化合物。
Figure GDA0002475172570000192
Figure GDA0002475172570000201
[式中,Z是可以将选自氧原子、硫原子、氮原子中的杂原子或羰基碳夹在其间,可以具有取代基的二价烃基,R3是氢原子或未取代或取代的碳原子数1~4的烷基,R4是未取代或取代的碳原子数1~4的烷基,p是整数1~3。]
异氰脲酸酯官能性硅化合物的具体例是三-(三甲氧基硅烷基丙基)异氰脲酸酯、三-(三乙氧基硅烷基丙基)异氰脲酸酯等。
以下,对本发明的实施方式进行说明。
在以下的实施方式中,对金属为铜合金、树脂为聚酯系树脂的例子进行说明。在本发明中,能够使用铜合金以外的其他金属以及聚酯系树脂以外的其他树脂。
<实施方式一>
图1(a)是实施方式一的铜合金物品3的示意截面图。铜合金物品3包含铜合金基体10、聚酯系树脂基体40以及配置于其间的化合物层20。铜合金基体10与聚酯系树脂基体40经由化合物层20而接合。
图1(b)是在铜合金基体10与聚酯系树脂基体40之间存在两个化合物层的铜合金物品3的示意截面图。化合物层包含第一化合物层20a以及第二化合物层20b。
铜合金基体10由纯铜或各种铜合金形成,作为铜合金也能够使用工业上使用的任一种铜合金。
铜合金基体10可以应用例如电解铜箔、轧制铜箔等铜箔。特别是,屈曲性高的轧制铜箔适合于FPC。
聚酯系树脂基体40由聚酯系树脂形成。作为聚酯系树脂,例如为多元羧酸(二羧酸)与多元醇(二元醇)的缩聚物。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸甲二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯、液晶聚合物(LCP)是优选的。
对于聚酯系树脂基体40,例如能够利用聚酯系树脂膜、聚酯系树脂板等。特别是,LCP膜的材料特性为低相对介电常数、低介电损耗角正切,因此,当应用于FPC时,特别是具有会降低高频信号线路的传输损耗的优点。而且,LCP膜的吸水率非常低,因此,即使在高湿度下,尺寸稳定性也良好。
作为一例,对将轧制铜箔用作铜合金基体10、将LCP膜用作聚酯系树脂基体的铜合金物品进行详细说明。需要说明的是,对于使用其他形态的铜合金基体10以及聚酯系树脂基体40的铜合金物品3也可以同样地构成以及制造。
(1)轧制铜箔的选定
为了降低印刷基板中的高频信号的传输损耗,优选铜合金基体10的表面是平坦的,例如优选表面粗糙度Ra为0.1μm以下。表面粗糙度Ra、RZ能够通过接触式表面粗糙度计、激光显微镜等进行测定。另外,在后述的实施方式二中,优选在铜合金基体10的表面露出铜合金。因此,对适合于任一种实施方式的铜合金基体10的选择方法进行研究。
首先,针对在FPC中需要最多的厚度18μm的铜箔,选择市售的三种铜箔(铜箔A~C),并进行了基于X射线光电子能谱法(XPS)的表面层的测定。
[表1]
Figure GDA0002475172570000211
铜箔A用于现有的FPC,但进行了XPS测定的结果是,检测到锌。就是说,明确了铜箔A实施了镀锌。作为适合于实施方式二的铜箔,优选没有镀层的铜箔,因此,铜箔A被排除。
铜箔B、C的表面没有镀层,但检测到源自铜的氧化和涂布于铜箔表面的防锈剂的元素(例如碳等)。
接着,针对这些铜箔B、C,进行了表面粗糙度的测定和表面的电子显微镜(SEM)分析。
表面粗糙度Ra利用激光显微镜进行了测定。铜箔B的Ra为0.05μm,铜箔C的Ra为0.15μm。
通过SEM观察,确认了表面的褶皱状的凹痕(油斑)的结果是,铜箔B的油斑比铜箔C更少。
根据这些结果,判断为铜箔B的表面的平滑性更高,将铜箔B用于铜合金基体10。
(2)铜箔(铜合金基体10)的清洗
在市售的铜箔涂布有防锈剂的涂布。另外,在铜箔的表面,能够生成随着时间的经过而产生的氧化物层。在FPC等铜合金物品的情况下,为了最大限度发挥铜箔的特性、例如导电性,理想的是从铜箔的表面去除防锈剂以及氧化物层,使铜露出于铜箔的表面。因此,在使用铜箔之前,需要进行用于去除防锈剂以及氧化物层的清洗(酸清洗)。因此,将铜箔B用作样品,对酸清洗的条件进行了研究。
作为清洗液,使用了室温下的15%硫酸和1%盐酸。将样品在清洗液中以浸渍时间0分钟(未清洗)、1分钟、5分钟进行了浸渍之后,从清洗液中取出并用离子交换水进行充分清洗,使其干燥。之后,对样品的表面进行XPS分析,判定了清洗水平。
酸清洗后的铜箔表面的清洗水平根据表面是否残存防锈剂进行了判定。具体而言,通过XPS来测定清洗后的铜箔表面,根据有无源自防锈剂的氮(N)的峰(结合能400eV附近的氮N1s轨道的峰),定性地进行了判定。在XPS谱图中,将能确认到起因于氮(N)的峰时设为“有”,将无法确认到峰时设为“无”。将测定结果在表2中示出。
需要说明的是,也能够将氧化物层设为清洗水平的判定基准。然而,即使通过酸清洗能将氧化物层从铜箔表面完全地去除,在从清洗液中将铜箔取出的瞬间,铜箔表面的铜也会与大气中的氧反应而生成微量的氧化物。在基于XPS的表面分析中,该微量的氧化物也被检测出,因此,难以准确地判断清洗水平。
[表2]
Figure GDA0002475172570000221
如表2所示,在任一种清洗液(酸水溶液)中,在浸渍时间1分钟,从铜箔表面,源自氮N1s轨道的峰均消失,源自氧化物的Cu 2p轨道的峰均变得微小。由此,判断为:通过在清洗液中浸渍1分钟,能去除附着于铜箔的防锈剂和氧化物。在以下的实施方式中,使用由容易处理的1%盐酸清洗了1分钟的铜箔。
需要说明的是,在使用了铜箔的铜合金物品中,也通过对从铜合金物品剥离的铜箔的表面进行XPS分析,来确认源自N1s轨道的峰以及源自Cu 2p轨道的峰,由此可知使用了酸清洗后的铜箔。通过未检测到源自N1s轨道的峰,能确认不存在防锈剂。另外,通过源自Cu2p轨道的峰微小(例如,相对于935eV附近存在的源自Cu-O的峰的峰强度为1/10以下的峰强度,特别是为1/20以下的峰强度),能确认不存在氧化物层。如上所述,即使对铜箔进行酸清洗来去除氧化物层,也会因之后取出至大气中而形成有少量的氧化物。但是,那样的微小的氧化物实质上对铜箔的特性(特别是,与聚酯系树脂基体的结合力)不会造成影响,因此,能够视为实质上不存在氧化物层。
(3)化合物层
化合物层20包含:具有含氮的官能团和硅烷醇基的第一化合物以及作为烷烃型胺系硅烷偶联剂的第二化合物这两种化合物。任一种均能单独用作硅烷偶联剂,但在本发明的实施方式中发现了:通过并用体积大的第一化合物和直链状的第二化合物,相比于单独使用它们,能提高结合强度。
含氮的官能团对铜的化学吸附性高,因此,有效地提高对铜合金基体10的结合强度。硅烷醇基对聚酯系树脂的酯结构的化学吸附性高,因此,有效地提高对聚酯系树脂基体40的结合强度。由此,具有含氮的官能团和硅烷醇基的化合物(第一化合物)适合于将铜合金基体10与聚酯系树脂基体40接合。
本发明人等首次发现:通过除了上述那样的第一化合物以外,使直链状的硅烷偶联剂(第二化合物)共存,能提高铜合金基体10与聚酯系树脂基体40的结合强度。得到这样的效果的理由尚不清楚,但可认为是基于以下这样的机理。
作为烷烃型胺系硅烷偶联剂的第二化合物具有体积比较小的结构(例如直链状的结构)。一般而言,具有含氮的官能团和硅烷醇基的第一化合物与直链状的第二化合物相比,具有体积大的结构。因此,在仅存在第一化合物的情况下,第一化合物彼此难以接近。第二化合物能侵入体积大的第一化合物之间,因此,能提高化合物层20内的化合物的密度。由此,当经由化合物层20将聚酯系树脂基体40与铜合金基体10结合时,能提高结合强度。
因此,与仅由第一化合物或仅由第二化合物进行接合时相比,使第一化合物与第二化合物共存而进行接合时更能提高铜合金基体10与聚酯系树脂基体40的接合强度。
如此,通过并用结构不同的两种化合物,不必将铜合金基体10以及聚酯系树脂基体40的表面粗糙化、或者在铜合金基体的表面上形成金属氧化物层,就能牢固地将铜合金基体10与聚酯系树脂基体40接合。
第一化合物所具有的“含氮的官能团”优选具有含氮的五元环以上的环状结构。含氮的五元环以上的环状结构例如可以采用三唑或者三嗪结构。
当具有五元环以上的环状结构时,第一化合物的结构变得体积特别大,因此,第一化合物彼此变得更加难以接近,从而通过混合第二化合物而实现的结合强度的提高效果更加显著。
需要说明的是,可以通过XPS分析等分析方法来确认化合物层包含第一化合物和第二化合物。例如,在通过化合物层的XPS分析得到的谱图中,在N1s峰出现的结合能的范围内,包含:归属于通过双键而键合的氮原子的峰、归属于伯氨基的氮原子的峰、归属于仲氨基的氮原子的峰等。这些峰能够通过XPS谱图的解析谱图进行识别。
在此,通过第一化合物所含的氮原子与第二化合物所含的氮原子处于不同的键合状态,能够识别归属于这些氮原子的XPS谱图的峰。由此,能够确定化合物层中包含有第一化合物和第二化合物。
·化合物的选择
以下,对各种化合物与铜合金基体的接合强度进行了比较。
化合物选择了表3所示的五种(以下,各化合物以表3所记载的符号来称呼)。针对化合物的化学名称所公开的物质,记载了其化学名称,但针对详情未被公开的化合物ImS,记载了所公开的基本结构。将这些化合物所具有的主要官能团在表4中示出。烷氧基硅烷基在水溶液中变成硅烷醇基是已知的。其中,仅化合物ET不具有烷氧基硅烷基,其不是硅烷偶联剂。
[表3]
Figure GDA0002475172570000251
[表4]
Figure GDA0002475172570000252
使用JPC制浸渍涂布机(Dip coater),将浓度0.1%的这五种接合化合物水溶液涂布于用1%盐酸清洗1分钟之后、用离子交换水充分水洗后的铜箔、LCP膜(Kuraray制的Vecstar CT-Z)以及PET膜(Teijin DuPont Films制、UF),干燥后在100℃下热处理5分钟。通过XPS分析对涂层表面进行了解析。将分析的结果汇总于表7中。需要说明的是,针对PET膜,仅进行了ET涂布和AST涂布。
[表5]
Figure GDA0002475172570000261
·化合物ET
化合物ET为具有含氮的官能团和硅烷醇基的化合物(就是说,第一化合物),化合物ET在包含三个氮原子(N)的三嗪六元环具有三个环氧基和三个羰基(C=O)。在涂布了ET的铜箔中,未出现表示铜(Cu)与N原子间的化学吸附的峰。在涂布了ET的LCP以及PET中,未产生表示与环氧基的化学吸附的峰的化学位移。根据这些结果,表示ET在铜箔、LCP、PET中的任一种的表面均不会化学吸附,而仅是物理性地吸附。
·化合物AST
化合物AST为具有含氮的官能团和硅烷醇基的化合物(就是说,第一化合物),化合物AST在包含三个氮原子的三嗪六元环具有一个烷氧基硅烷基和两个氨基。在涂布了AST的铜箔中,若观察铜的Cu 2p轨道峰,则确认到表示Cu与N的键的峰。另外,在涂布了AST的LCP以及PET中,在C1s轨道峰的286~288eV出现表示C-O、C=O的键的峰,任一种峰均从原始的膜的峰位置产生位移。根据这些结果,表示AST的三嗪六元环和氨基的N化学吸附于铜、硅烷醇基化学吸附于LCP、PET的酯结构。
·化合物ImS
化合物ImS为具有含氮的官能团和硅烷醇基的化合物(就是说,第一化合物),是咪唑五元环与一个烷氧基硅烷基连接而成的结构。在涂布了ImS的铜箔中,若观察铜的Cu 2p轨道峰,则存在表示Cu与N的键的峰,表示咪唑基化学吸附于铜。同时,也存在Cu(0价)的峰,表示铜的表面存在有不存在ImS的部分。在AST中,未观测到Cu(0价)的峰,因此,表示AST比ImS以更高密度化学吸附于铜表面。
另一方面,在涂布了ImS的LCP中,286~288eV的表示C-O、C=O的键的峰从原始的膜的峰位置产生位移,因此,表示发生了化学吸附。另外,289eV存在未反应的酯基的峰,表示LCP存在ImS未化学吸附的部分。在AST中,未观测到这样的未反应的酯基的峰,因此,判断为AST比ImS对LCP的酯结构的化学吸附性更高。
·化合物AAS、AS
化合物AAS和AS为烷烃型胺系硅烷偶联剂(就是说,第二化合物),在现有技术文献中,是广泛应用于铜与树脂的粘接的典型的化合物。但是,在用这些化合物涂布后的铜箔中,若观察铜的Cu 2p轨道峰,则与ImS同样地存在Cu(0价)的峰,表示铜的表面存在AAS、AS未吸附的部分。即,迄今为止,在众多的文献中,硅烷醇基与铜的表面进行化学吸附,但显然的是,在充分酸清洗后的铜表面,不同于文献,这些化合物的化学吸附性降低。
如上所述,若对铜表面进行酸清洗直至完全去除所涂布的抗氧化剂,则因与自然环境接触而在表面所形成的铜的氧化物也被去除,它们的存在量变得极少。对于化学吸附于氧化物的硅烷醇基而言,在充分酸清洗后的铜表面,吸附点会显著地减少。另一方面,由于观测到Cu-N键峰,因此,氨基化学吸附于铜箔表面,但与此同时,还产生了起因于未吸附有化合物的铜表面的Cu(0价)的峰,因此,表示烷烃的氨基的化学吸附性低。
在涂布了AAS、AS的LCP中,在289eV存在未反应的酯基的峰,判断为对LCP的化学吸附性也低。
作为含氮的环状化合物的取代基,除了AST的氨基以外,也可以为脲基、异氰酸酯基等。
·化合物层所包含的化合物的确定
使用ImS作为第一化合物,使用AAS作为第二化合物,对各化合物与XPS谱图的关系进行了调查。
将包含规定的化合物的水溶液涂布于LCP膜,接着在100℃下热处理5分钟。针对在LCP膜表面所形成的化合物的膜,进行了XPS分析。
图2表示ImS膜的XPS谱图的N1s峰,通过XPS谱图的解析软件分离为两个谱图。
在结合能400.87eV的位置出现的第一个峰归属于通过咪唑五元环所含的双键而键合的氮原子(图2中用“-C=N-C-”标记)。
在结合能398.99eV的位置出现的第二个峰归属于咪唑五元环所含的氨基型的氮原子(图2中用“>N-”标记)。
第二个峰的强度与第一个峰的强度大致相同。
图3表示AAS膜的XPS谱图的N1s峰,通过解析软件分离为三个谱图。
在结合能399.98eV的位置出现的峰归属于伯氨基的氮原子(图3中用“-NH2”标记)。
在结合能399.12eV的位置出现的峰归属于仲氨基的氮原子(图3中用“-NH”标记)。
图4表示包含ImS和AAS的化合物的膜的XPS谱图的N1s峰,通过解析软件分离为两个谱图。
在结合能400.97eV的位置出现的第一个峰归属于通过咪唑五元环所含的双键而键合的氮原子(图4中用“-C=N-C-”标记)。由于存在该峰,因此,可知所测定的化合物的膜包含有ImS。
在结合能399.44eV的位置出现的第二个峰与归属于氨基型的氮原子(图4中用“>N-”标记)的峰、归属于伯氨基的氮原子(用“-NH2”标记)的峰、以及归属于仲氨基的氮原子(用“-NH”标记)的峰相互重叠。第二个峰的强度为第一个峰的约2.5倍。若与图2所示的ImS的XPS谱图相比,则第二个峰相对于第一个峰的强度显著地增大,因此,可知除了ImS以外还包含有含氨基的化合物(该例中为AAS)。
如此,当对包含作为第一化合物的ImS的化合物的膜进行XPS分析时,确认到归属于通过双键而键合的氮原子(-C=N-C-)的峰(约400.8~约401.0eV)。该峰与归属于第二化合物所含的氨基的氮原子的峰(约398.5~约400.0eV)分离,因此,能确认包含第一化合物和第二化合物。
接着,参照图5(a)、图5(b),对本实施方式的铜合金物品3的制造方法进行说明。
<1-1.化合物层20的形成>
使以下的溶液与聚酯系树脂基体40的表面接触,所述溶液含有:具有含氮的官能团和硅烷醇基的第一化合物和作为烷烃型胺系硅烷偶联剂的第二化合物。溶液例如能够通过涂布、喷涂等公知的方法,与聚酯系树脂基体40的表面接触。之后,通过进行热处理,能够在聚酯系树脂基体40的表面形成化合物层20(图5(a))。由此,得到包含聚酯系树脂基体40以及化合物层20的聚酯系树脂构件47。
代替包含第一化合物和第二化合物的溶液,也可以分开准备包含第一化合物的第一溶液和包含第二化合物的第二溶液。通过使第一溶液和第二溶液依次与聚酯系树脂基体40的表面接触,能够使第一化合物和第二化合物混合吸附在聚酯系树脂基体40的表面上。需要说明的是,可以在使第一溶液接触之后使第二溶液接触,或者也可以在使第二溶液接触之后使第一溶液接触。
在具有含氮的官能团和硅烷醇基的化合物中,优选含氮的官能团具有含氮的五元环以上的环状结构。特别是,优选五元环以上的环状结构为三唑或者三嗪结构。作为具体化合物的例子,可列举出表5所记载的AST、ImS、将AST的一部分的官能团取代为其他官能团的AST类似化合物、咪唑硅烷偶联剂等。作为AST类似化合物,例如可列举出:将AST的三乙氧基设为三甲氧基的化合物;将AST的4,6-二(2-氨基乙基)氨基的氨基取代基设为N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基、3-氨基丙基、N-(1,3-二甲基-亚甲基(methylidene))丙基氨基、N-苯基-3-氨基丙基、N-(乙烯基苄基)-2-氨基乙基-3-氨基丙基、或者3-脲基丙基的化合物。作为咪唑硅烷偶联剂,例如可列举出:三-(三甲氧基硅烷基丙基)异氰脲酸酯、同时具有1-咪唑基、3-咪唑基、以及4-咪唑基中的任一种和三甲氧基、以及三乙氧基等的三烷氧基硅烷基的咪唑硅烷偶联剂。
作为烷烃型胺系硅烷偶联剂,优选直链型的烷烃型胺系硅烷偶联剂。作为具体化合物的例子,可列举出N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷等。
<1-2.铜合金基体10的清洗>
用酸水溶液对铜合金基体10的表面进行清洗。由此,能去除铜合金基体10的表面所存在的氧化物层以及防锈剂。
作为酸水溶液,例如能够利用:硫酸、盐酸、硫酸与铬酸的混合液、硫酸与盐酸的混合液、硫酸与硝酸的混合液等酸溶液的水溶液。特别是,优选硫酸水溶液或盐酸水溶液。
清洗能够将铜合金基体10在酸水溶液中浸渍规定时间来进行。进行浸渍的时间在能去除表面的氧化物层以及防锈剂、且不会大幅度地浸蚀铜合金基体10的范围即可。例如,在使用1%盐酸的情况下,能够浸渍30秒钟~10分钟(例如1分钟)。另外,在使用15%硫酸的情况下,可以浸渍1~20分钟(例如5分钟)。
<1-3.铜合金基体10与聚酯系树脂构件47的接合>
如图5(b)所示,通过使聚酯系树脂构件47的化合物层20与清洗后的铜合金基体10接触并加压,能将聚酯系树脂构件47与铜合金基体10接合而得到如图1所示的铜合金物品3。这也能够视为经由化合物层20将聚酯系树脂构件47的聚酯系树脂基体40与铜合金基体10接合。
若在加压前或加压中对铜合金基体10和聚酯系树脂构件47进行加热,则变得容易接合,因此优选。需要说明的是,加热温度设为聚酯系树脂构件47的聚酯系树脂基体40不会熔融的温度。加压能够设为表面压力1MPa~8MPa,例如4MPa。
作为制造方法的变形例,也可以在铜合金基体10的表面形成化合物层20。参照图6(a)、图6(b),对变形例进行说明。
<2-1.化合物层20的形成>
使以下的溶液与清洗后的铜合金基体10的表面接触,所述溶液含有:具有含氮的官能团和硅烷醇基的化合物。之后,通过进行热处理,能够在铜合金基体10的表面形成化合物层20(图6(a))。由此,得到包含铜合金基体10以及化合物层20的铜合金构件15。
化合物层20的详情与工序1-1.同样。
<2-2.铜合金基体10的清洗>
通过与实施方式一的工序1-2.相同的工序,用酸水溶液对铜合金基体10的表面进行清洗,来去除铜合金基体10的表面所存在的氧化物层以及防锈剂。
<2-3.铜合金构件15与聚酯系树脂基体40的接合>
如图6(b)所示,通过使聚酯系树脂基体40与铜合金构件15的化合物层20接触并加压,能将聚酯系树脂基体40与铜合金构件15接合而得到如图1所示的铜合金物品3。
加压接合的详情与实施方式一同样。
需要说明的是,准备包含化合物层20的聚酯系树脂构件47(图5(a))和包含化合物层20的铜合金构件15(图6(a),通过使这些化合物层20接触并加压,也能够得到如图1所示的铜合金物品3。
可以由第一溶液形成聚酯系树脂构件47的化合物层,由第二溶液形成铜合金构件15的化合物层,所述第一溶液包含:具有含氮的官能团和硅烷醇基的第一化合物,所述第二溶液包含:作为烷烃型胺系硅烷偶联剂的第二化合物。在接合时使聚酯系树脂构件47的化合物层与铜合金构件15的化合物层接触,此时,在一方化合物层所含的第一化合物和另一方化合物层所含的第二化合物均被化学吸附的情况下,能够形成包含第一化合物和第二化合物的化合物层20。
但是,在一方化合物层所含的第一化合物和另一方化合物层所含的第二化合物未被充分地化学吸附的情况下,恐怕会无法充分地发挥接合强度的提高效果,因此,优选根据所使用的化合物来适当选择化合物层的形成方法。
通过实施例,对本发明的实施方式进行说明。
[制作例]
·各化合物的特性
准备了四片将厚度50μm的LCP膜CT-Z(Kuraray制)切割为边长150mm的正方形的试验片(LCP膜片)。使用JSP制浸渍涂布机,将四种化合物水溶液(ET水溶液、AAS水溶液、ImS水溶液以及AST水溶液)中的任一种涂布于LCP膜的试验片的双面。各水溶液的浓度设为0.1%。
将铜箔B(UACJ制、厚度18μm)用1%盐酸清洗1分钟之后,用离子交换水充分水洗,并干燥。之后,还准备了八片将铜箔B切割为边长150mm的正方形的试验片(铜箔片)。然后,使用JSP制浸渍涂布机,将上述四种化合物水溶液中的任一种涂布于铜箔的试验片的双面。需要说明的是,将一种化合物水溶液涂布于两片铜箔片。
之后,将涂布有水溶液的LCP膜片和铜箔片在100℃下热处理5分钟。由此,在LCP膜片的双面和铜箔片的双面形成了化合物层。
在形成有化合物层的LCP膜片的双面放置铜箔片,一边用北川精机制真空压力机以面厚4MPa进行加压,一边升温至270℃并保持20分钟之后,进一步在290℃下保持10分钟,制作出双面覆铜层叠板。在该双面覆铜层叠板中,在LCP膜与铜箔之间配置有化合物层。
需要说明的是,在该试验中,将化合物水溶液涂布于LCP膜和铜箔双方,但即使涂布于任一方,也能在LCP膜与铜箔之间形成化合物层。即,能够根据化合物溶液的润湿性、形成化合物层的容易度、所需的化合物量等来适当决定要涂布的面。
作为比较对照,使用在LCP膜和铜箔的任一方均未涂布化合物水溶液的试验片,同样地制作出双面覆铜层叠板。
从双面覆铜层叠板以长方形切取试验片,依据JIS C 6471的8.1项“铜箔的剥离强度”,通过蚀刻将背面的整个铜箔去除,通过蚀刻在供试面留下宽10mm的图案,制作出剥离试验片。用双面胶带将剥离试验片的背面的LCP膜侧固定于加强板,使用岛津制作所制AUTOGRAPH AGS-5kNX,以剥离速度50mm/min将铜箔在180°方向上进行剥离,在各条件下测定剥离强度各三条。从剥离试验图表读取最小值和最大值。将其结果在表6中示出。
[表6]
Figure GDA0002475172570000331
若未设置化合物层,则LCP膜与铜箔不接合,在铜箔与LCP膜的界面进行了剥离。剥离强度的最小值和最大值分别为0.16kN/m、0.20kN/m。
在通过包含化合物ET的化合物层将LCP膜与铜箔接合的情况下,若进行剥离试验,则在铜箔与LCP膜的界面进行了剥离。剥离强度的最小值和最大值分别为0.08kN/m、0.11kN/m。即,可以说,通过包含化合物ET的化合物层,无法将铜箔与LCP膜接合。如上述的XPS分析所示,化合物ET在铜箔和LCP膜中的任一种均不会化学吸附,因此可认为无法将它们接合。根据该结果,即使具有三嗪六元环结构,在氮原子(N)的取代基全部为环氧基的情况下,就是说在不具有烷氧基硅烷基的情况下,也无法以足够的强度将LCP膜与铜箔接合。
在通过包含化合物AAS的化合物层将LCP膜与铜箔接合的情况下,若对剥离试验后的铜箔的剥离界面进行观察,则较薄地残留有白色的LCP膜(薄凝聚剥离)。剥离强度的最小值和最大值分别为0.32kN/m、0.37kN/m。如上述的XPS分析所示,化合物AAS在铜箔和LCP膜中的任一种化学吸附性均低,因此可认为剥离强度比较低。
在通过包含化合物ImS的化合物层将LCP膜与铜箔接合的情况下,若对剥离试验后的铜箔的剥离界面进行观察,则残留有白色的LCP膜(凝聚剥离)。剥离强度的最小值和最大值分别为0.39kN/m、0.44kN/m。
在通过包含化合物AST的化合物层将LCP膜与铜箔接合的情况下,若对剥离试验后的铜箔的剥离界面进行观察,则残留有白色的LCP膜(凝聚剥离)。剥离强度的最小值和最大值分别为0.59kN/m、0.68kN/m。
根据该结果可知,与烷烃型胺系硅烷偶联剂的直链的饱和碳上的氨基(化合物AAS)相比,含氮原子的环状分子结构(化合物ImS、AST)对铜金属基体的接合更有效。
[实施例1、比较例1以及比较例2]
对复合添加了具有含氮原子的环状分子结构的化合物(第一化合物)和烷烃型胺系硅烷偶联剂(第二化合物)时的效果进行了调查。
将厚度50μm的LCP膜CT-Z(Kuraray制)切割为边长150mm的正方形,制成试验片(LCP膜片)。准备了四片LCP膜片。使用JSP制浸渍涂布机,将包含表7的化合物的化合物水溶液的任一种涂布于LCP膜片的双面。具体而言,在实施例1中,使用含有0.1重量%的ImS、1重量%的AAS的混合水溶液,形成了化合物层。在比较例1中,使用含有0.1重量%的ImS的水溶液,在比较例2中,使用含有0.1重量%的AAS的水溶液。
将表1所示的“铜箔B”(UACJ制、厚度18μm)用1%盐酸清洗1分钟之后,用离子交换水充分水洗,并干燥。之后,将铜箔B切割为边长150mm的正方形,制成试验片(铜箔片)。准备了八片铜箔片。然后,使用JSP制浸渍涂布机,将上述四种化合物水溶液的任一种涂布于铜箔片的双面。需要说明的是,将一种化合物水溶液涂布于两片铜箔片。
之后,将涂布有水溶液的LCP膜片和铜箔片在100℃下热处理5分钟。由此,在LCP膜片的双面和铜箔片的双面形成了化合物层。
在形成有化合物层的LCP膜片的双面放置铜箔片,一边用北川精机制真空压力机以面厚4MPa进行加压,一边升温至270℃并保持20分钟之后,进一步在290℃下保持10分钟,制作出双面覆铜层叠板。在该双面覆铜层叠板中,在LCP膜与铜箔之间配置有化合物层。
将剥离试验的结果在表7中示出。
[表7]
Figure GDA0002475172570000351
像比较例1那样,在通过仅包含化合物ImS(第一化合物)的化合物层将LCP膜与铜箔接合的情况下,剥离强度的最小值和最大值分别为0.39kN/m、0.44kN/m。
像比较例2那样,在通过仅包含化合物AAS(第二化合物)的化合物层将LCP膜与铜箔接合的情况下,剥离强度的最小值和最大值分别为0.32kN/m、0.37kN/m。
相对于此,像实施例1那样,在通过同时包含化合物ImS(第一化合物)和化合物AAS(第二化合物)的化合物层将LCP膜与铜箔接合的情况下,剥离强度的最小值和最大值分别为0.44kN/m、0.68kN/m。
若以剥离强度的最大值进行比较,则实施例1的剥离强度为比较例1的约1.55倍(0.68/0.44)、比较例2的约1.84倍(0.68/0.37)。就是说,可知:像实施例1那样,仅通过将化合物ImS与化合物AAS混合,与单独使用每一个的情况相比,能实现1.5倍以上的剥离强度的提高。需要说明的是,通过比较最大值,就能知道通过实施例1那样的化合物层能实现的接合强度的最大值能提高何种程度。
[实施例2以及比较例3]
在实施例2中,使用包含表8的化合物的化合物水溶液,与实施例1同样地制作出试验片(将LCP膜片与铜箔片层叠而成的“双面覆铜层叠板”),进行了剥离试验。具体而言,在实施例2中,使用含有0.1重量%的AST、1重量%的AAS的混合水溶液,形成了化合物层。在比较例3中,使用了含有0.1重量%的AST的水溶液。
将剥离试验的结果在表8中示出。
[表8]
Figure GDA0002475172570000361
如上所述,在比较例2中,在通过仅包含化合物AAS(第二化合物)的化合物层将LCP膜与铜箔接合的情况下,剥离强度的最小值和最大值分别为0.32kN/m、0.37kN/m。
像比较例3那样,在通过仅包含化合物AST(第一化合物)的化合物层将LCP膜与铜箔接合的情况下,剥离强度的最小值和最大值分别为0.59kN/m、0.68kN/m。
相对于此,像实施例2那样,在通过同时包含化合物AST(第一化合物)和化合物AAS(第二化合物)的化合物层将LCP膜与铜箔接合的情况下,剥离强度的最小值和最大值分别为0.68kN/m、0.77kN/m。
若以剥离强度的最大值进行比较,则实施例2的剥离强度为比较例2的约2.08倍(0.77/0.37)、比较例3的约1.13倍(0.77/0.68)。就是说,可知:像实施例2那样,仅通过将化合物AST与化合物AAS混合,与分别单独使用每一个的情况相比,能实现1.13倍以上的剥离强度的提高。通过单独使用AST实现的接合强度在以往的硅烷偶联剂之中足够高,但根据本发明的实施方式,能将其进一步提高。
基于实施例1以及2的实验结果,推定微观化学吸附的机理。具有含氮原子的环状分子结构的第一化合物(例如化合物ImS以及AST)的分子结构大,因此,会在进行了化学吸附时在分子间产生间隙。分子量小、结构为链状的第二化合物(例如化合物AAS)能够具有进入第一化合物ImS以及AST的分子间的间隙而堵住该间隙的效果。由此,能提高对第一化合物和第二化合物进行合计时的化学吸附密度,作为结果,可认为能提高LCP膜与铜箔之间的接合强度。
[实施例3~7以及比较例4~5]
在实施例3~7中,进行了(A)剥离试验、(B)XPS分析以及(C)FT-IR试验。
(A)剥离试验
对实施例2中使用的化合物AST、AAS的混合比与结合强度的关系进行了调查。
在包含第一化合物(化合物AST)和第二化合物(AAS)的混合水溶液中,将AST和AAS的摩尔浓度的合计固定为48mmol/L,将AST和AAS的浓度按摩尔比在1:0至1:15(按重量%比计从2:0至大约0.1:1.0)之间进行了变更。在此,使摩尔浓度固定是因为,通过按溶液中的分子数进行比较,能正确地比较化合物的特性。就是说,通过按摩尔浓度进行规定,能正确地对比各分子的化学吸附性与接合强度的关系。
剥离试验中使用的试验片(双面覆铜层叠板)与实施例1同样地形成。
将复合添加的详情和剥离强度的测定结果在表9中示出。
[表9]
Figure GDA0002475172570000371
若像比较例4那样使用仅包含化合物AST的水溶液来制成试验片,则剥离强度的最小值和最大值分别为0.60kN/m、0.65kN/m。若通过将化合物AST的一部分置换为AAS,而使用化合物AST与化合物AAS的混合水溶液来制成试验片,则存在剥离强度提高的倾向。例如,在实施例3~6中,剥离强度的最小值为0.63~0.70kN/m,最大值为0.67~0.73kN/m。在剥离强度最高的实施例6中,与比较例4相比,剥离强度的最大值为约1.12倍(0.73/0.65)。
实施例7的剥离强度的最小值和最大值分别为0.55kN/m、0.61kN/m,为低于比较例4的值,但为高于比较例5(使用仅包含AAS的水溶液)的剥离强度(最小值为0.42kN/m、最大值为0.47kN/m)的值。
可知:通过在化合物水溶液中同时添加第一化合物(AST)和第二化合物(AAS)(实施例3~7),与仅第二化合物(AAS)的情况(比较例5)相比,能提高剥离强度。特别是,可知:通过按规定的比率(AST:AAS=1:0.5~1:10)添加第一化合物(AST)和第二化合物(AAS)(实施例3~6),与仅含有第一化合物(AST)的情况(比较例4)相比,能提高剥离强度。
特别是,优选第一化合物(AST):第二化合物(AAS)的摩尔比为1:1~1:10(实施例4~6),拉伸强度的最大值为通过以往的化合物无法实现的0.70kN/m以上,能实现极强的结合强度。
(B)XPS分析
对第一化合物(AST)和第二化合物(AAS)的混合比与铜箔表面的化合物的化学吸附状态的关系进行了调查。
将包含第一化合物(化合物AST)和第二化合物(AAS)的混合水溶液涂布于铜箔片的表面。所使用的混合水溶液与实施例3~6以及比较例4~5中使用的混合水溶液相同(参照表9)。
使用JSP制浸渍涂布机,将任一种水溶液涂布于铜箔片的表面(双面)。之后,将铜箔片在100℃下热处理5分钟,在铜箔片的表面形成化合物层,对由化合物层覆盖的铜箔片的表面进行了XPS分析。将各铜箔片的XPS谱图在图7~12中示出。
为了研究铜箔表面的化合物的化学吸附,以XPS谱图的Cu 2p轨道峰为中心,进行了XPS谱图的解析。在Cu 2p轨道峰中,主要观察到Cu-N键峰、Cu-O键峰以及Cu(0价)峰。在图7~12中,将Cu-N键峰标记为“Cu-N”,将Cu-O键峰标记为“Cu-O”,将Cu(0价)峰标记为“Cu(0)”。
各峰的解释如下。
(i)Cu-N键峰表示化合物层中的三嗪环以及氨基(均源自AST)化学吸附于铜箔表面。
(ii)Cu-O键峰表示化合物层中的硅烷醇基(源自AST)化学吸附于铜箔表面。
(iii)Cu(0价)峰表示存在未化学吸附化合物的铜箔表面。
图7为通过比较例4中使用的AST水溶液(参照表9)形成了化合物层的铜箔片的XPS谱图。若详细地解析Cu 2p轨道的峰,则除了主要的Cu-N键峰(表5)以外,还观察到稍小的Cu-O键峰。Cu(0价)峰隐藏于噪声而未观察到。
以Cu-O键峰表示的硅烷醇基为有助于与LCP、PET等所含的酯结构的化学吸附的官能团。因此,可认为:为了提高铜箔与具有酯结构的树脂膜的剥离强度,优选化学吸附于铜箔表面的硅烷醇基(就是说,被消耗的硅烷醇基)的比例小。即,优选在XPS谱图中观察不到Cu-O键峰(或者峰尽可能小)。
图8为通过比较例5中使用的AAS水溶液(参照表9)形成了化合物层的铜箔片的XPS谱图。若详细地解析图8的XPS谱图的Cu 2p轨道的峰,则与图7的XPS谱图(AST涂布)同样地,除了Cu-N键峰和稍小的Cu-O键峰以外,还观察到Cu(0价)峰。
图9~11为通过实施例3~5中使用的AST与AAS的混合水溶液(参照表9)形成了化合物层的铜箔片的XPS谱图。
在图9中,所使用的混合水溶液中的AST与AAS的摩尔比为1:0.5,在图10中,摩尔比为1:1,在图11中,摩尔比为1:2。在图9~11的XPS谱图中,观察到主要的Cu-N键峰、Cu-O键峰以及Cu(0价)峰。若将这些XPS谱图与图7以及8相比,则Cu-O键峰以及Cu(0价)峰的峰强度变大,与Cu-N键峰的峰强度接近。就是说,通过将AAS混合于AST,变得能观察到在图7(单独AST)中观察不到的Cu(0价)峰,而且Cu-O键峰的峰强度增大到与Cu-N键峰同等程度。
根据这些结果,在混合水溶液中的AST与AAS的摩尔比为1:0.5~1:2的情况下,能确认以下这样的倾向。
·由于Cu(0价)峰的峰强度增大,因此铜箔表面上的化合物的化学吸附密度降低。
·由于Cu-O键峰的峰强度增大,因此硅烷醇基大量地化学吸附于铜箔表面,在此可认为被大量消耗。如上所述,由于硅烷醇基化学吸附于树脂膜的酯结构,因此不优选在铜箔表面被消耗。
它们的结果是,若从铜箔表面上的化合物的化学吸附这一观点考虑,则能够看作将AAS添加于AST的效果并未充分发挥的状态。
若进一步详细地解析Cu 2p谱图,则在图9(AST与AAS的摩尔比为1:0.5)中,Cu-O键峰与Cu(0价)峰的峰强度大致相同。在图10(摩尔比为1:1)中,Cu(0价)峰的峰强度变得比Cu-O键峰大。在图11(摩尔比为1:2)中,Cu(0价)峰的峰高度变得稍低于Cu-O键峰。如此,可知:通过改变混合水溶液中的AST与AAS的摩尔比,Cu(0价)峰和Cu-O键峰的峰强度变化,铜箔表面的化合物的化学吸附状态变化。
图12为通过实施例6中使用的AST与AAS的混合水溶液(参照表9)形成了化合物层的铜箔片的XPS谱图。所使用的混合水溶液中的AST与AAS的摩尔比为1:10。
在图12中,Cu-O和Cu(0价)的峰强度变得显著低于Cu-N键峰,Cu(0价)峰几乎消失。由于Cu(0价)峰几乎消失,因此判断为铜箔表面的化合物层几乎完全覆盖铜表面。另外,由于Cu-O键峰显著变低,因此可知未化学吸附于铜箔表面的硅烷醇基的比例高。就是说,能够化学吸附于树脂膜的酯结构的硅烷醇基大量地残留。
需要说明的是,若进一步提高AAS的比例,则变得无法获得将AST与AAS混合的效果。例如,如表9所示,在实施例7中,由于混合水溶液中的AAS的比例过高(AST与AAS的摩尔比为1:15),因此剥离强度显著降低。在该实施例中,可认为AAS的效果为主。
根据这些(A)剥离试验和(B)XPS分析的结果(表9以及图9~12),可知:在混合水溶液中的AST与AAS的摩尔比为1:0.5~1:15的范围内,可得到剥离强度的提高效果,特别是在摩尔比为1:10时,该效果变得最大。
如此,确认到:通过将体积大的环状结构的第一化合物与直链结构的第二化合物混合,能形成接合强度高的化合物层。而且,确认到:通过适当地调整这些化合物的混合比率,能特别有效地利用体积大的环状结构的化合物与直链的化合物的立体结构的差异,能使相对于铜箔和具有酯结构的树脂膜的化合物的化学吸附密度以及结构最佳化。
换言之,为了最大限度地发挥本申请的发明效果,不仅混合多个广泛利用的直链型的硅烷偶联剂和/或混合多个体积大的化合物,而且化合物的选择和适当地调节其混合比率是重要的。
(C)FT-IR分析
对化合物层与LCP膜表面的结合状态进行了调查。
与上述“(A)剥离试验”同样地,制成比较例4~5和实施例6的试验片(双面覆铜层叠板)。将所得的覆铜层叠板在温度60℃的30%~35%氯化铁水溶液中浸渍5~6分钟,溶解去除(湿蚀刻)了铜箔。由此,使在铜箔与LPC膜片之间所形成的化合物层露出。之后,用离子交换水进行清洗,在80℃的烘箱中干燥30分钟,制成FT-IR分析用的LPC试验片(由化合物层覆盖的LPC膜片)。
针对测定用的LPC试验片,对由化合物层覆盖的表面进行了FT-IR分析。FT-IR分析使用附带了日本分光制多重全反射测定装置ATR500/M的日本分光制傅立叶变换红外分光光度计FT/IR680Plus,利用衰减全反射(Attenuated Total Reflection,ATR)法进行了测定。多重全反射测定装置使用Ge棱镜,以入射角45°、反射次数五次进行了测定。将各LPC试验片的FT-IR图表在图13~15中示出。
图13为由比较例4的覆铜层叠板制成的LPC试验片的FT-IR图表。在3383cm-1检测出AST的三嗪环的C-N基的峰(弱且宽)、在2962cm-1和2926cm-1检测出CH2基的峰(弱)、在1735cm-1检测出LCP膜的酯基的C=O基的峰、以及在914cm-1检测出AST的Si-OH基的峰。
图14是由比较例5的覆铜层叠板制成的LPC试验片的FT-IR图表。
在2926cm-1检测出AAS的CH2基的峰(弱),在1735cm-1检测出LCP膜的酯基的C=O基的峰,以及在914cm-1检测出AAS的Si-OH基的峰。
图15是由实施例6的覆铜层叠板制成的LPC试验片的FT-IR图表。图15的FT-IR图表与图13以及14大不相同。3295cm-1的AST的三嗪环的C-N基的峰、以及2966cm-1和2926cm-1的CH2基的峰比图13以及14更强。另一方面,1735cm-1的LCP膜的酯基的C=O基比图13以及14更弱。另外,在1715cm-1新出现了AST的三嗪环的C=N基的峰。另外,与图13以及14同样地,在920cm-1检测出Si-OH基的峰。
对图13~15的FT-IR的结果进行调查。
发明人等发现了:通过如下解释FT-IR的结果,与覆铜层叠板的剥离试验的结果(参照表9)一致。就是说,若如下述这样解释,则能够在逻辑上说明实施例的剥离强度高于比较例。需要说明的是,希望留意:即使在下述的解释与实际的现象不一致的情况下,也并非否定本申请的发明效果。
在比较例4以及5中,铜箔与LCP膜的剥离强度弱(参照表9)。这是因为,化合物(AST或AAS)与基材之间的成键,特别是化合物与LCP膜的酯结构之间的成键不充分。因此,为了制成FT-IR分析用的LPC试验片而对铜箔进行湿蚀刻时,在铜箔与LCP膜之间所配置的化合物层的一部分被去除。就是说,在LPC试验片中,LCP膜的表面从化合物层局部露出。其结果是,在图13以及14的FT-IR图表中,1735cm-1的LCP膜的酯基的C=O基的峰显著地出现。
相对于此,在实施例6中,使用了AST与AAS的混合水溶液,由此,在化合物与LCP膜的酯结构之间形成有足够的键(高密度的键)。因此,在对铜箔进行湿蚀刻时,化合物未被去除。就是说,LPC试验片被化合物层覆盖。其结果是,在图15的FT-IR图表中,1735cm-1的LCP膜的酯基的C=O基的峰变小。另外,1715cm-1的AST的三嗪环的C=N基的峰清晰地出现(该峰在使用了AST的比较例4(图13)中并未出现)。而且,与图13以及14的FT-IR图表相比,在图15的FT-IR图表中,源自化合物的3295cm-1的AST的三嗪环的C-N基的峰、以及2966cm-1和2926cm-1的CH2基的峰变强。
根据该(C)FT-IR分析的结果(图13~15),可知:在将铜箔片与LCP膜片用化合物层接合而制成的覆铜层叠板中,能推测覆铜层叠板的剥离强度。而且,可知:通过详细地研究FT-IR图表的峰的位置以及强度,能确定或推定出形成化合物层的化合物的种类(一种或多种)。
如上所述,通过在具有含氮原子的环状分子结构的化合物中复合添加烷烃型胺系硅烷偶联剂,能将铜金属基体与聚酯系树脂构件牢固地接合。
如上所述,根据在金属基体与树脂基体之间夹着包含第一化合物和第二化合物的第一化合物层的接合构件的分析结果,判断为在金属基体上化学吸附了很多第一化合物和第二化合物的含氮结构,在树脂基体上化学吸附了很多不含氮的Si-OH结构。即,理解为在金属基体上形成有第一化合物层的构件中,含氮的结构多数化学吸附在金属基体上,在该构件的第一化合物层的表面上存在很多Si-OH结构。
如上所述,第一化合物层的有效性已经明确,但如下考虑,从而完成了本发明,即,为了进一步提高接合强度,应用具有如下结构的化合物,在金属基体与树脂基体之间除了夹着包含第一化合物和第二化合物的第一化合物层以外,还夹着包含作为具有2个以上烷氧基硅烷基或硅烷醇基的硅烷化合物的第三化合物的第二化合物层,由此能进一步提高接合强度,所述结构为含有对树脂基体具有优异的化学吸附性的Si-OH官能团,并且位于树脂基体表面的其他Si-OH官能团与较多存在于金属构件表面的第一化合物层的Si-OH基形成化学键。
<实施方式二>
应用于本发明的实施方式二中的柔性印刷布线板用基材的聚酰亚胺膜能够通过以往公知的方法进行制造。即,能够使用将由四羧酸二酐与芳香族二胺的反应得到的聚酰胺酸作为膜,对该膜进行热或化学酰亚胺化而得到的聚酰亚胺膜。膜的厚度、表面粗糙度没有特别规定,优选10~100μm的厚度,Rz在小于200nm的范围。这是因为,当膜的厚度薄于10μm时,就会担心制作微电路时的绝缘性等的可靠性,当膜的厚度超过100μm时,膜的吸湿率、尺寸稳定性恐怕会降低。当膜的表面粗糙度以Rz计超过200nm时,在金属的接合时恐怕会得不到充分的密合性。膜的吸湿率、尺寸稳定性等能够根据用途适当选定,优选吸湿率为1.0wt%(23℃/50%RH)以下,30ppm(23℃,0~70%RH)以下的尺寸稳定率。这都是为了保持电路形成工序中的稳定性。为了改善聚酰亚胺膜的密合性,作为前处理,优选对至少一方的面事先实施电晕放电处理、低压等离子体处理、大气压等离子体处理、火焰处理、离子轰击处理等表面处理。其中,电晕放电处理在成本上是有利的。这些表面处理去除聚酰亚胺膜表面的污染、在表面均匀地形成活性官能团。表面处理后的聚酰亚胺膜的润湿性优选为73dyne/cm以上。
应用于印刷布线板用基材的预浸料是在玻璃类的无机纤维、聚酰亚胺、聚酯、四氟乙烯等有机纤维以及它们的混合物的片材或垫状物中浸含或涂敷绝缘树脂组合物的清漆而成的,为半固化状态(B阶段状态)。预浸料层的厚度根据用途而不同,优选0.1~5mm的厚度。绝缘树脂组合物中使用的树脂能够使用用作印刷布线板的绝缘材料的公知的绝缘树脂。一般而言,从耐热性、耐化学品性等特性考虑,将热固性树脂用作基剂,能够举例示出环氧树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂、马来酰亚胺树脂、异氰酸酯树脂、苯并环丁烯树脂、乙烯基树脂等,但并不限定于此。热固性树脂可以是一种,也可以将两种以上混合而成。
在热固性树脂中,由于介电性、耐冲击性、加工性等的需要,含有掺合了热塑性树脂的树脂。作为热塑性树脂,能够举例示出氟树脂、聚苯醚树脂、改性聚苯醚树脂、聚苯硫醚树脂、聚碳酸酯树脂、聚醚酰亚胺树脂、聚醚醚酮树脂、聚芳酯树脂、聚酰胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、聚丁二烯树脂等,但并不限定于此。热塑性树脂可以是一种,也可以将两种以上混合而成。
绝缘树脂组合物中可以混合无机填料。作为无机填料,能够举例示出氧化铝、氢氧化铝、氢氧化镁、粘土、滑石、三氧化锑、五氧化锑、氧化锌、熔融二氧化硅、玻璃粉、石英粉、微细中空玻璃球(Shirasu balloon)等。这些无机填料可以是一种,也可以将两种以上混合而成。
绝缘树脂组合物中可以含有阻燃剂、固化剂、固化促进剂、热塑性树脂粒子、着色剂、紫外线不透过剂、抗氧化剂、还原剂等添加剂、填充剂。
能应用于本发明的实施方式的其他树脂为聚酰胺系、聚酯系树脂,可以是膜材、板材、棒材、管材、成型材等形态、形状。作为聚酰胺系(尼龙)树脂,可以是尼龙4、尼龙6、尼龙11、尼龙12、尼龙46、尼龙66、尼龙610、尼龙MXD6(间苯二甲二胺与己二酸的缩聚物)等及它们的共聚物,加入无机填料、玻璃纤维、碳纤维,或者与其他聚合物的掺合物。作为聚酯系树脂,可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸亚甲酯(Polymethyleneterephthalate)、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯以及液晶聚合物等及它们的共聚物,加入无机填料、玻璃纤维、碳纤维,或者与其他聚合物的掺合物。
本发明的实施方式中能使用的金属是铜、铝材。作为铜材料,能够使用纯铜、黄铜、青铜、白铜、锌白铜、白铜、铍铜等。铜箔可以是轧制铜箔,也可以是电解铜箔。作为铝材料,能够使用1000系、2000系、3000系、4000系、5000系、6000系、7000系、8000系中的任一种。作为铝箔,能够使用1N39、1085、1N90、1N99、3003、3004、8079、8021等。
本发明的实施方式所使用的金属可以实施利用氧化处理、还原处理、蚀刻等实现的粗糙化处理,但是,特别优选不实施这些粗糙化处理。金属的表面粗糙度Rz优选为1.5μm以下,进一步优选为1.0μm以下。
金属的厚度没有特别限定,在金属箔的情况下,实用上优选为300μm以下。
金属的至少与树脂层接触的一侧例如可以实施防锈处理、铬酸盐处理中的任一种或两者组合的表面处理。无论实施哪种表面处理,能够根据树脂适当选择。
以下,用附图说明金属基体与树脂基体的化合物层的形成和接合。
<金属基体的化合物层20a或化合物层20a和20b的形成>
使包含具有含氮的官能团和硅烷醇基的第一化合物和作为烷烃型胺系硅烷偶联剂的第二化合物的溶液与金属基体10的表面接触。此后,能够进行热处理,由此形成第一化合物层20a。另外,也可以根据需要,使含有作为具有2个以上烷氧基硅烷基或硅烷醇基的硅烷化合物的第三化合物的溶液与第一化合物层20a接触,此后进行热处理,由此形成第二化合物层20b。溶液能够利用例如涂布、喷涂等公知的方法与金属基体10的表面接触。由此,得到在金属基体10的表面单独包含化合物层20a或包含化合物层20a和20b两者的金属构件15。(图16(a))。
<树脂基体的第一化合物层或第二化合物层20b的形成>
使含有形成第一化合物层的具有含氮的官能团和硅烷醇基的第一化合物和作为烷烃型胺系硅烷偶联剂的第二化合物的溶液,或含有形成第二化合物层的作为具有2个以上烷氧基硅烷基或硅烷醇基的硅烷化合物的第三化合物的溶液与树脂基体40的表面接触。溶液能够利用例如涂布、喷涂等公知的方法与树脂基体40的表面接触。此后,能够进行热处理,由此在树脂基体40的表面形成第一化合物层或第二化合物层中的任一个化合物层20b(图17(a))。由此,得到包含树脂基体40以及化合物层20b的树脂构件47。
<金属构件15与树脂基体40的接合>
如图16(b)所示,通过使树脂基材40与形成于金属构件15的金属基材10的化合物层20a和/或化合物层20b接触并加压,能将树脂基材40与金属构件15接合而得到如图1所示的金属物品3。
另一方面,如图17(b)所示,通过使树脂构件47的树脂基材40的表面的第一化合物层或第二化合物层中的任一个化合物层20b与形成于金属构件15的金属基材10的化合物层20a的化合物层接触并加压,能将树脂构件47与金属构件15接合而得到如图1所示的金属物品3。
[实施例8~10]
准备了将厚度50μm的LCP膜CT-Z(Kuraray制)切割为边长150mm的正方形的试验片(LCP膜片)。使用JSP制浸渍涂布机,将形成第二化合物层的聚合物型多官能团硅烷偶联剂(产品名X-12-972F,信越化学工业制)0.05%水溶液,三聚氰胺官能性有机硅化合物(N,N,N-三-(三乙氧基硅烷基丙基)三聚氰胺,0.03%乙醇溶液),异氰脲酸酯官能性硅化合物(三-(三甲氧基硅烷基丙基)异氰脲酸酯,产品名KBM-9659,0.02%异丙醇IPA溶液)中的任一种涂布于LCP膜的试验片的双面。
将铜箔B(UACJ制、厚度18μm)用1%盐酸清洗1分钟之后,用离子交换水充分水洗并干燥,之后,还准备了将铜箔B切割为边长150mm的正方形的试验片(铜箔片)。然后,使用JSP制浸渍涂布机,将上述的实施例6所示的按摩尔浓度比率(AST:AAS=1:10,0.18%AST与0.97%AAS的混合溶液)添加形成第一化合物层的第一化合物(AST)和第二化合物(AAS)的化合物水溶液涂布于铜箔的试验片的双面。
之后,将涂布有各化合物溶液的LCP膜片和铜箔片在100℃下热处理5分钟。由此,在LCP膜片的双面和铜箔片的双面形成了化合物层。
在形成有化合物层的LCP膜片的双面放置铜箔片,一边用北川精机制真空压力机以面厚4MPa进行加压,一边升温至270℃并保持20分钟之后,进一步在290℃下保持10分钟,制作出双面覆铜层叠板。在该双面覆铜层叠板中,在LCP膜与铜箔之间配置有第一和第二两种化合物层。
从双面覆铜层叠板以长方形切取试验片,依据JIS C 6471的8.1项“铜箔的剥离强度”,通过蚀刻将背面的整个铜箔去除,通过蚀刻在供试面留下宽10mm的图案,制作出剥离试验片。用双面胶带将剥离试验片的背面的LCP膜侧固定于加强板,使用岛津制作所制AUTOGRAPH AGS-5kNX,以剥离速度50mm/min将铜箔在90°方向上进行剥离,在各条件下测定剥离强度各三条。从剥离试验图表读取最小值和最大值。将其结果在表10中示出。
[表10]
Figure GDA0002475172570000471
关于实施例中使用的每个化合物分子的烷氧基硅烷基或硅烷醇基的数量,在聚合物型多官能团硅烷偶联剂X-12-972F中为许多,在三聚氰胺官能性有机硅化合物N,N,N-三-(三乙氧基硅烷基丙基)三聚氰胺中为3个,在异氰脲酸酯官能性硅化合物KBM-9659中为3个。
根据表10可知,当与实施例6的仅AST与AAS的混合溶液的第一化合物层的情况下的剥离试验强度的最小值0.70/最大值0.73kN/m比较时,第二化合物层为聚合物型多官能团硅烷偶联剂时为最小值0.68/最大值0.72kN/m,大致同等,第二化合物层为三聚氰胺官能性有机硅化合物时为最小值0.75/最大值0.82kN/m,第二化合物层为异氰脲酸酯官能性硅化合物时为最小值0.78/最大值1.24kN/m,与AST和AAS混合溶液相比,均显示出高剥离强度。
显示出通过在聚酯树脂上形成具有2个以上烷氧基硅烷基或硅烷醇基的硅烷化合物层,能够提高接合强度。
[实施例11~16以及比较例6~7]
在本实施例中,在金属上形成第一化合物(AST)和第二化合物(AAS)的第一化合物层,除此以外,作为成为在树脂表面形成的第二化合物层的具有2个以上烷氧基硅烷基或硅烷醇基的硅烷化合物,选择聚合物型多官能团硅烷偶联剂。在聚酯系树脂的试验中,关于具有2个以上硅烷醇基的硅烷化合物,如表10所示,比较了三种不同结构的化合物的剥离强度提高效果,其中,得到与包含第一化合物(AST)和第二化合物(AAS)的第一化合物层的剥离强度提高效果接近的结果的化合物为聚合物型多官能团硅烷偶联剂,与其他种类的化合物相比较,效果稍小,但如果该化合物能够发挥效果,则判断为其他结构的化合物也有效果,在本实施例中选择聚合物型多官能团硅烷偶联剂。
使用厚度50μm的聚酰亚胺膜(产品名Kapton 200EN,Toray Dupont制)以及尼龙膜〔产品名EMBLEM ON,UNITIKA制〕、环氧预浸料(产品名环氧树脂浸含带,寺冈制作所制),每次试验准备了切割为边长150mm的正方形的试验片。
对于聚酰亚胺膜和尼龙膜,作为前处理进行了电晕放电处理后,使用JSP制浸渍涂布机,将聚合物型多官能团硅烷偶联剂(产品名X-12-972F,信越化学工业制)0.1%正丙醇溶液涂布于膜的试验片的双面。在预浸料的表面没有进行化合物溶液的涂布。
将铜箔B(UACJ制、厚度18μm)切割为边长150mm的正方形,进行醇清洗、干燥,准备了试验片。然后,使用JSP制浸渍涂布机,将上述的实施例6所示的按摩尔浓度比率(AST:AAS=1:10,0.18%AST与0.97%AAS的混合溶液)添加、混合第一化合物(AST)和第二化合物(AAS)而成的化合物水溶液涂布于铜箔的试验片的双面。
将铝箔(东洋铝业制、厚度50μm)切割为边长150mm的正方形,在脱脂液(产品名GC26M、Million chemical制)3%水溶液(60℃)中浸渍1分钟后,进行水洗清洗、干燥,准备了试验片。然后,使用JSP制浸渍涂布机,与铜箔同样地将混合第一化合物(AST)和第二化合物(AAS)而成的化合物水溶液涂布于试验片的双面。
然后,将涂布了各化合物溶液的膜片和铜箔片在100℃下热处理5分钟。由此,在除预浸料以外的膜片的双面和铜箔片的双面形成化合物层。
如上所述,将第一化合物(AST)和第二化合物(AAS)的混合水溶液涂布于实施例14的铜箔并进行热处理后,再涂布聚合物型多官能团硅烷偶联剂(产品名X-12-972F、信越化学工业制)0.2%正丙醇溶液,在100℃下热处理5分钟。
作为比较例,准备了在金属箔与膜面双方未涂布药剂的试验片。
在形成有化合物层的膜片的双面放置铜箔片,用北川精机制真空压力机,在聚酰亚胺膜的情况下,一边以面压10MPa进行加压,一边在250℃下保持10分钟,制作出双面覆铜层叠板。在预浸料的情况下,以面压4MPa在200℃下进行层叠90分钟,在尼龙膜时,以面压4MPa在200℃下进行层叠10分钟。在这些双面覆铜层叠板中,在膜与铜箔之间配置有各化合物层。
在比较例中,在膜与铜箔之间不存在化合物层。
从双面覆铜层叠板以长方形切取试验片,依据JIS C 6471的8.1项“铜箔的剥离强度”,通过蚀刻将背面的整个铜箔去除,通过蚀刻在供试面留下宽10mm的图案,制作出剥离试验片。用双面胶带将剥离试验片的背面的树脂侧固定于加强板,使用岛津制作所制AUTOGRAPH AGS-5kNX,以剥离速度50mm/min将铜箔在90°方向上进行剥离,在各条件下测定剥离强度各三条。从剥离试验图表读取最小值和最大值。将实施例的结果在表11中示出,将比较例的结果在表12中示出。
[表11]
Figure GDA0002475172570000501
[表12]
Figure GDA0002475172570000502
关于铜箔与聚酰亚胺膜的接合,在任何构件均未涂布化合物的比较例6中,完全没有接合,与此相对,在实施例11的仅在铜箔形成第一化合物(AST)和第二化合物(AAS)的第一化合物层时,剥离强度显示出最小值0.32kN/m/最大值0.50kN/m,因此确认到第一化合物(AST)和第二化合物(AAS)的第一化合物层的效果。对于实施例12的除了铜箔以外,在聚酰亚胺膜也形成基于聚合物型多官能团硅烷偶联剂的第二化合物层,与实施例11的仅第一化合物(AST)和第二化合物(AAS)的混合化合物的情况相比,剥离强度进一步提高,显示出最小值0.60kN/m/最大值0.70kN/m。
在预浸料的情况下,在比较例7的在任何构件均未涂布化合物时,剥离强度显示出最小值0.10kN/m/最大值0.13kN/m的非常低的数值。对于在预浸料层叠了铜箔的印刷布线板,一般而言,如果以使用表面粗糙化后的铜箔的方式使铜箔的表面粗糙化,就能够得到充分的剥离强度,在本试验中,由于使用了表面平滑的轧制铜箔,因此认为只能得到这样的低剥离强度。在实施例13中示出在铜箔表面涂布第一化合物(AST)和第二化合物(AAS)的混合化合物的情况。与聚酰亚胺膜时同样,观察到剥离强度的提高效果,显示出最小值0.40kN/m/最大值0.43kN/m。在实施例14中示出在铜箔表面涂布第一化合物(AST)和第二化合物(AAS)的混合化合物,在铜箔表面形成第一化合物层,再涂布聚合物型多官能团硅烷偶联剂而形成第二化合物层的情况。当在预浸料涂布化合物时,通过化合物涂布后所需的热处理,在层叠前进行预浸料的固化,因此无法适用。因此,在铜箔上重复涂布两种化合物而形成化合物层。此时的剥离强度为最小值0.51kN/m/最大值0.55kN/m,与实施例13的在铜箔表面仅涂布第一化合物(AST)和第二化合物(AAS)的混合化合物的情况相比,虽然差异小但强度得以提高。当观察该实施例14的剥离试验后的试验片时,在铜箔表面发现环氧树脂的附着,因此判断为测定的剥离强度接近该预浸料的极限值。因此,如上所示的金属和聚酰亚胺膜那样,也能够在金属和树脂的表面分别形成两种化合物层,但是这样重复涂布两种化合物而形成化合物层也显示出有效。
对金属为铝,树脂为尼龙树脂的情况进行了调查。比较例8显示出在金属和树脂均未形成化合物层的情况的剥离强度测定结果,但完全没有接合。如实施例15那样,当仅在铝箔形成第一化合物(AST)和第二化合物(AAS)的混合化合物层时,剥离强度的最小值、最大值分别显示为0.75kN/m、1.45kN/m,在该情况下也确认了第一化合物(AST)和第二化合物(AAS)的第一化合物层的有效性。在实施例16中示出进一步在尼龙膜表面形成包含聚合物型多官能团硅烷偶联剂的第二化合物层的情况的剥离强度。在该情况下,在剥离试验中尼龙膜断裂,因此无法明确地知道剥离强度,但显然与在铝箔表面形成第一化合物(AST)和第二化合物(AAS)的第一化合物层时相比,剥离强度更高。
如上所述,确认出:在金属与树脂的接合时,在两者的接合界面形成包含第一化合物(AST)和第二化合物(AAS)的第一化合物层对剥离强度提高的有效性;以及通过在金属与树脂的接合界面进一步添加包含具有2个以上烷氧基硅烷基或硅烷醇基的硅烷化合物的第二化合物层,金属与树脂的密合性进一步提高,使剥离强度更进一步提高。
本说明书的公开内容能够包括以下的方案。
(方案1)
一种金属物品,其特征在于,包含:金属基体、树脂基体以及将金属基体与树脂基体接合的化合物层,化合物层是包含具有含氮的官能团和硅烷醇基的第一化合物以及作为烷烃型胺系硅烷偶联剂的第二化合物的化合物层(第一化合物层)。
(方案2)
根据方案1所述的金属物品,其中,还具有第二化合物层,该第二化合物层包含第三化合物,该第三化合物是具有2个以上烷氧基硅烷基或硅烷醇基的硅烷化合物。
(方案3)
根据方案1或2所述的金属物品,其中,金属基体的金属是选自铜、铝、铁、不锈钢、镍、锌以及它们的合金中的至少一种。
(方案4)
根据方案1~3中任一项所述的金属物品,其中,树脂基体的树脂是热塑性树脂或热固性树脂,热塑性树脂是选自聚酯树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺树脂、ABS树脂、聚碳酸酯树脂、聚烯烃树脂、聚苯乙烯树脂、氯乙烯树脂、丙烯酸树脂以及与包含这些树脂的其他聚合物的掺合物或复合物中的至少一种,热固性树脂是选自环氧树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂、马来酰亚胺树脂、异氰酸酯树脂、苯并环丁烯树脂以及与包含这些树脂的其他聚合物的掺合物或复合物中的至少一种。
(方案5)
根据方案1~4中任一项所述的金属物品,其中,第一化合物、第二化合物以及第三化合物分别是不含有硫原子的化合物。
(方案6)
根据方案1~5中任一项所述的金属物品,其中,第一化合物是下式所示的化合物。
RN(X1)m(X2)n
[式中,RN是作为五元环或六元环的氮杂环,X1相同或不同,是具有硅烷醇基或烷氧基硅烷基的一价有机基团,X2相同或不同,是不具有硅原子的一价有机基团,m是数字1~3,n是数字1~3,m和n的总和是氮杂环的碳原子数。]
(方案7)
根据方案1~6中任一项所述的金属物品,其中,第二化合物是下式所示的化合物。
R11-X11
[式中,R11是可以具有取代基的一价有机基团,X11是具有硅烷醇基或烷氧基硅烷基的一价有机基团。]
(方案8)
根据方案1~7中任一项所述的金属物品,其中,第三化合物是选自聚合物型多官能团硅烷偶联剂、三聚氰胺官能性有机硅化合物以及异氰脲酸酯官能性硅化合物中的至少一种。
(方案9)
根据方案1~8中任一项所述的金属物品,其中,第一化合物与第二化合物的量按摩尔比计为1:0.2~1:50,或者按重量比计为1:0.2~0.1:8。
(方案10)
根据方案1~9中任一项所述的金属物品,其中,第一化合物与第二化合物的量按重量%比计为1:16~0.1:45,相对于第一化合物和第二化合物的合计100重量份,第三化合物的量为1~1000重量份。
(方案11)
根据方案1~10中任一项所述的金属物品,其特征在于,金属基体的表面粗糙度Ra为0.1μm以下。
(方案12)
根据方案1~11中任一项所述的金属物品,其特征在于,在金属基体的表面不存在氧化物层以及防锈剂层。
(方案13)
一种金属物品的制造方法,其是方案1所述的金属物品的制造方法,其中,所述金属物品包含:金属基体、树脂基体以及将金属基体与树脂基体接合的化合物层,在金属基体与树脂基体之间形成包含第一化合物和第二化合物的化合物层,所述第一化合物具有含氮的官能团和硅烷醇基,所述第二化合物是烷烃型胺系硅烷偶联剂。
(方案14)
一种金属物品的制造方法,其是方案2所述的金属物品的制造方法,其中,所述金属物品包含:金属基体、树脂基体以及将金属基体与树脂基体接合的化合物层,在金属基体与树脂基体之间形成包含第一化合物和第二化合物的第一化合物层,以及包含第三化合物的第二化合物层,所述第一化合物具有含氮的官能团和硅烷醇基,所述第二化合物是烷烃型胺系硅烷偶联剂,所述第三化合物是具有2个以上烷氧基硅烷基或硅烷醇基的硅烷化合物。
(方案15)
根据方案13或14所述的制造方法,其中,包括:通过在使包含具有含氮的官能团和硅烷醇基的化合物和烷烃型胺系硅烷偶联剂的溶液与树脂基体的表面接触后进行加热,得到具有化合物层的树脂构件的工序;以及将所述金属基体与所述树脂基体接合的工序。
(方案16)
根据方案2所述的金属物品的制造方法,其中,包括:通过在使包含具有2个以上烷氧基硅烷基或硅烷醇基的硅烷化合物的溶液与树脂基体的表面接触后进行加热,得到具有化合物层的树脂构件的工序;以及将所述金属基体与所述树脂基体接合的工序。
(方案17)
根据方案13~16中任一项所述的金属物品的制造方法,包括:用酸水溶液清洗金属基体的工序;通过在使包含具有含氮的官能团和硅烷醇基的化合物和烷烃型胺系硅烷偶联剂的溶液与金属基体的表面接触后进行加热,得到具有化合物层的金属构件的工序;以及将金属基体与树脂基体接合的工序。
(方案18)
根据方案2所述的金属物品的制造方法,其中,包括:得到重叠地具有第一化合物层和第二化合物层的金属构件的工序,其中,所述第一化合物层是通过使包含具有含氮的官能团和硅烷醇基的化合物和烷烃型胺系硅烷偶联剂的溶液与金属基体的表面接触后进行加热而形成的,所述第二化合物层是在通过使包含具有2个以上烷氧基硅烷基或硅烷醇基的硅烷化合物的溶液与第一化合物层接触后进行加热而形成的;以及将金属基体与树脂基体接合的工序。
(方案19)
一种金属构件,其特征在于,所述金属构件包含金属基体和设于金属基体的表面的化合物层,所述化合物层包含具有含氮的官能团和硅烷醇基的第一化合物以及作为烷烃型胺系硅烷偶联剂的第二化合物。
(方案20)
一种金属构件,其特征在于,所述金属构件包含金属基体和设于金属基体的表面的化合物层,所述化合物层包含第一化合物层和第二化合物层,所述第一化合物层包含具有含氮的官能团和硅烷醇基的第一化合物以及作为烷烃型胺系硅烷偶联剂的第二化合物,所述第二化合物层含有作为具有2个以上烷氧基硅烷基或硅烷醇基的硅烷化合物的第三化合物。
(方案21)
一种制造方法,其特征在于,所述制造方法是制造包含金属基体和设于金属基体的表面的化合物层的金属构件的方法,包括:用酸水溶液清洗金属基体的工序;以及在使包含具有含氮的官能团和硅烷醇基的化合物和烷烃型胺系硅烷偶联剂的溶液与金属基体的表面接触后进行加热的工序。
(方案22)
一种制造方法,其特征在于,所述制造方法是制造包含金属基体和设于该基体的表面的化合物层的金属构件的方法,包括:用酸水溶液清洗所述基体的工序;使包含具有含氮的官能团和硅烷醇基的化合物和烷烃型胺系硅烷偶联剂的溶液与金属基体的表面接触后进行加热而形成第一化合物层,在使包含具有2个以上烷氧基硅烷基或硅烷醇基的硅烷化合物的溶液与第一化合物层接触后进行加热,由此重叠地形成第二化合物层的工序。
(方案23)
一种树脂构件,其特征在于,所述树脂构件包含树脂基体和设于树脂基体的表面的化合物层,所述化合物层包含具有含氮的官能团和硅烷醇基的第一化合物以及作为烷烃型胺系硅烷偶联剂的第二化合物。
(方案24)
一种树脂构件,其特征在于,所述树脂构件包含树脂基体和设于该树脂基体的表面的化合物层,所述化合物层包含具有2个以上烷氧基硅烷基或硅烷醇基的硅烷化合物。
(方案25)
一种制造方法,其特征在于,所述制造方法是制造包含树脂基体和设于该树脂基体的表面的化合物层的树脂构件的方法,在使包含具有含氮的官能团和硅烷醇基的化合物和烷烃型胺系硅烷偶联剂的溶液与树脂基体的表面接触后进行热处理。
产业上的可利用性
本发明能够用于将金属与树脂接合而成的金属物品。金属物品能够用作电子设备零件,例如,印刷布线板;食品、化妆品、医药品等日用品;锂离子电池等的包装材料。
本申请以申请日为2017年8月2日的日本专利申请,即日本特愿第2017-150288号为基础申请主张优先权。日本特愿第2017-150288号以参照的方式被引入本说明书中。
附图标记说明
3:铜合金物品;10:铜合金基体;15:铜合金构件;20:化合物层;40:聚酯系树脂基体;47:聚酯系树脂构件;50:双氧水。

Claims (25)

1.一种金属物品,其特征在于,
包含:金属基体、树脂基体以及将金属基体与树脂基体接合的化合物层,
化合物层是由具有含氮的官能团和硅烷醇基的第一化合物以及作为烷烃型胺系硅烷偶联剂的第二化合物构成的第一化合物层,
第一化合物是下式所示的化合物,
RN(X1)m(X2)n
式中,RN是作为五元环或六元环的氮杂环,
X1相同或不同,是具有硅烷醇基或烷氧基硅烷基的一价有机基团,
X2相同或不同,是氢原子或不具有硅原子的一价有机基团,
m是数字1~3,n是数字1~3,m和n的总和是氮杂环的碳原子数,
第二化合物是下式所示的化合物,
R11-X11
式中,R11是具有氨基的一价有机基团,
X11是具有硅烷醇基或烷氧基硅烷基的一价有机基团,
第一化合物不含有硫原子,
第一化合物与第二化合物的量按重量比计为1:0.2~0.1:45。
2.根据权利要求1所述的金属物品,其中,
还具有第二化合物层,该第二化合物层包含第三化合物,该第三化合物是具有2个以上烷氧基硅烷基或硅烷醇基的硅烷化合物,该第三化合物是选自聚合物型多官能团硅烷偶联剂、三聚氰胺官能性有机硅化合物以及异氰脲酸酯官能性硅化合物中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的金属物品,其中,
金属基体的金属是选自铜、铝、铁、不锈钢、镍、锌以及它们的合金中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的金属物品,其中,
树脂基体的树脂是热塑性树脂或热固性树脂,
热塑性树脂是选自聚酯树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺树脂、ABS树脂、聚碳酸酯树脂、聚烯烃树脂、聚苯乙烯树脂、氯乙烯树脂、丙烯酸树脂以及与包含这些树脂的其他聚合物的掺合物或复合物中的至少一种,
热固性树脂是选自环氧树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂、马来酰亚胺树脂、异氰酸酯树脂、苯并环丁烯树脂以及与包含这些树脂的其他聚合物的掺合物或复合物中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的金属物品,其中,
在第一化合物中,
X1相同或不同,是结构(A)所示的基团,X2相同或不同,是氢原子或烃基,
Figure FDA0002565059480000021
式中,Y是可以将选自氧原子、氮原子中的杂原子或羰基碳夹在其间,可以具有取代基的二价烃基,
R3是氢原子或未取代或取代的碳原子数1~4的烷基,
R4是未取代或取代的碳原子数1~4的烷基,
p是整数1~3。
6.根据权利要求5所述的金属物品,其中,
在第二化合物中,
R11是具有氨基的烃基,
X11是结构(B)所示的基团,
Figure FDA0002565059480000031
式中,R3是氢原子或未取代或取代的碳原子数1~4的烷基,
R4是未取代或取代的碳原子数1~4的烷基,
p是整数1~3。
7.根据权利要求5或6所述的金属物品,其中,
第二化合物是选自N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷以及3-氨基丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。
8.根据权利要求2所述的金属物品,其中,
在第三化合物中,
聚合物型多官能团硅烷偶联剂是具有下式所示的重复单元的化合物,
Figure FDA0002565059480000032
式中,m为10≤m≤260,n为1≤n≤100,
R1是氢原子、碳数1~4的烷基或乙酰基,
a和b是整数1~3,
X是可以具有取代基的碳数1~10的亚烷基链,取代基是碳数1~6的烷基,
Y表示直接结合、氧原子或CHR5基,
R2、R3、R4以及R5表示氢原子或碳数1~6的烷基,R3或R4与R5可以结合而形成饱和碳环,
三聚氰胺官能性有机硅化合物是下式所示的化合物,
Figure FDA0002565059480000041
式中,R0独立地是氢原子,或是可以将选自氧原子、硫原子、氮原子中的杂原子或羰基碳夹在其间,可以具有取代基的一价烃基,
R0中的至少一个是具有硅烷醇基或烷氧基硅烷基的一价有机基团,
异氰脲酸酯官能性硅化合物是下式所示的化合物,
Figure FDA0002565059480000042
式中,Z是可以将选自氧原子、硫原子、氮原子中的杂原子或羰基碳夹在其间,可以具有取代基的二价烃基,
R3是氢原子或未取代或取代的碳原子数1~4的烷基,
R4是未取代或取代的碳原子数1~4的烷基,
p是整数1~3。
9.根据权利要求2所述的金属物品,其中,
第二化合物和第三化合物分别是不含有硫原子的化合物。
10.根据权利要求1或2所述的金属物品,其中,
第一化合物与第二化合物的量按摩尔比计为1:0.2~1:50,或者按重量比计为1:0.2~0.1:8。
11.根据权利要求2所述的金属物品,其中,
相对于第一化合物和第二化合物的合计100重量份,第三化合物的量为1~1000重量份。
12.根据权利要求1或2所述的金属物品,其特征在于,
金属基体的表面粗糙度Ra为0.1μm以下。
13.根据权利要求1或2所述的金属物品,其特征在于,
在金属基体的表面不存在氧化物层以及防锈剂层。
14.一种金属物品的制造方法,其是权利要求1所述的金属物品的制造方法,其中,
在金属基体与树脂基体之间形成包含第一化合物和第二化合物的第一化合物层。
15.一种金属物品的制造方法,其是权利要求2所述的金属物品的制造方法,其中,
在金属基体与树脂基体之间形成包含第一化合物和第二化合物的第一化合物层,以及包含第三化合物的第二化合物层。
16.根据权利要求14所述的金属物品的制造方法,其中,包括:
通过在使含有第一化合物和第二化合物的溶液与树脂基体的表面接触后进行加热,得到具有第一化合物层的树脂构件的工序;以及
将所述金属基体与所述树脂构件接合的工序。
17.根据权利要求15所述的金属物品的制造方法,其中,包括:
通过在使含有第一化合物和第二化合物的溶液与金属基体的表面接触后进行加热,得到具有第一化合物层的金属构件的工序;
通过在使含有第三化合物的溶液与树脂基体的表面接触后进行加热,得到具有第二化合物层的树脂构件的工序;以及
将所述金属构件与所述树脂构件接合的工序。
18.根据权利要求15所述的金属物品的制造方法,其中,包括:
得到重叠地具有第一化合物层和第二化合物层的金属构件的工序,其中,所述第一化合物层是通过在使含有第一化合物和第二化合物的溶液与金属基体的表面接触后进行加热而形成的,所述第二化合物层是通过在使含有第三化合物的溶液与第一化合物层接触后进行加热而形成的;以及
将金属构件与树脂基体接合的工序。
19.根据权利要求14~18中任一项所述的金属物品的制造方法,其中,
还包括:用酸水溶液清洗金属基体的工序。
20.一种金属构件,其特征在于,所述金属构件包含金属基体和设于金属基体的表面的第一化合物层,
所述第一化合物层由具有含氮的官能团和硅烷醇基的第一化合物以及作为烷烃型胺系硅烷偶联剂的第二化合物构成,第一化合物不含有硫原子,
第一化合物是下式所示的化合物,
RN(X1)m(X2)n
式中,RN是作为五元环或六元环的氮杂环,
X1相同或不同,是具有硅烷醇基或烷氧基硅烷基的一价有机基团,
X2相同或不同,是氢原子或不具有硅原子的一价有机基团,
m是数字1~3,n是数字1~3,m和n的总和是氮杂环的碳原子数,
第二化合物是下式所示的化合物,
R11-X11
式中,R11是具有氨基的一价有机基团,
X11是具有硅烷醇基或烷氧基硅烷基的一价有机基团。
21.一种金属构件,其特征在于,所述金属构件包含金属基体和设于金属基体的表面的化合物层,
所述化合物层包含第一化合物层和第二化合物层,所述第一化合物层由具有含氮的官能团和硅烷醇基的第一化合物以及作为烷烃型胺系硅烷偶联剂的第二化合物构成,所述第二化合物层包含作为具有2个以上烷氧基硅烷基或硅烷醇基的硅烷化合物的第三化合物,第一化合物不含有硫原子,
第一化合物是下式所示的化合物,
RN(X1)m(X2)n
式中,RN是作为五元环或六元环的氮杂环,
X1相同或不同,是具有硅烷醇基或烷氧基硅烷基的一价有机基团,
X2相同或不同,是氢原子或不具有硅原子的一价有机基团,
m是数字1~3,n是数字1~3,m和n的总和是氮杂环的碳原子数,
第二化合物是下式所示的化合物,
R11-X11
式中,R11是具有氨基的一价有机基团,
X11是具有硅烷醇基或烷氧基硅烷基的一价有机基团,
第三化合物是选自聚合物型多官能团硅烷偶联剂、三聚氰胺官能性有机硅化合物以及异氰脲酸酯官能性硅化合物中的至少一种。
22.一种金属构件的制造方法,其是权利要求20所述的金属构件的制造方法,包括:
用酸水溶液清洗金属基体的工序;以及
在使含有第一化合物和第二化合物的溶液与金属基体的表面接触后进行加热的工序。
23.一种制造方法,其是权利要求21所述的金属构件的制造方法,包括:
用酸水溶液清洗所述基体的工序;以及
在使含有第一化合物和第二化合物的溶液与金属基体的表面接触后进行加热而形成第一化合物层,在使含有作为具有2个以上烷氧基硅烷基或硅烷醇基的硅烷化合物的第三化合物的溶液与第一化合物层接触后进行加热,由此重叠地形成第二化合物层的工序。
24.一种树脂构件,其特征在于,所述树脂构件包含树脂基体和设于该树脂基体的表面的第一化合物层,
所述化合物层由具有含氮的官能团和硅烷醇基的第一化合物以及作为烷烃型胺系硅烷偶联剂的第二化合物构成,第一化合物不含有硫原子,
第一化合物是下式所示的化合物,
RN(X1)m(X2)n
式中,RN是作为五元环或六元环的氮杂环,
X1相同或不同,是具有硅烷醇基或烷氧基硅烷基的一价有机基团,
X2相同或不同,是氢原子或不具有硅原子的一价有机基团,
m是数字1~3,n是数字1~3,m和n的总和是氮杂环的碳原子数,
第二化合物是下式所示的化合物,
R11-X11
式中,R11是具有氨基的一价有机基团,
X11是具有硅烷醇基或烷氧基硅烷基的一价有机基团。
25.一种树脂构件的制造方法,其是制造权利要求24所述的树脂构件的方法,
包括:在使含有第一化合物和第二化合物的溶液与树脂基体的表面接触后进行加热的工序。
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