JP2000234084A - 高分子物質の金属表面への接着を改良する方法 - Google Patents
高分子物質の金属表面への接着を改良する方法Info
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Abstract
両者間の剥離強度を増加させる方法を提供する。 【解決手段】 酸化剤、酸、腐食防止剤、ハロゲン化物
イオン源、モリブデン酸塩、タングステン酸塩、タンタ
ル酸塩、ニオブ酸塩、バナジウム酸塩及びこれらの混合
物からなる群から選ばれる接着増強イオン源、及び任意
に、水溶性ポリマー含む接着促進組成物で金属表面を処
理し、その後に該金属表面に高分子物質を結合させる。
Description
ものであり、さらに詳しくは多層印刷回路を製造する方
法に関するものである。
は、電子素子のさらなる重量及び空間維持の要求の増加
とともに今日著しい用途がある。
内部層は、銅箔を被覆した誘電体物質を所望の回路パタ
ーンのポジ画像でレジストし、次いで露出した銅のエッ
チングによってパターン化する方法によって作られる。
このレジストの除去と同時に、所望の銅回路パターンが
残る。
回路内部層並びにグランド層及びパワー層を構成し得る
回路内部層は、回路内部層間に1以上の半硬化誘電体物
質層(「プリプレグ」層と呼称される)を挿入すること
によって多層回路に組み立てられ、回路内部層と誘電体
物質とを交互にする複合物を形成する。この複合物を次
いで加熱及び加圧して半硬化誘電体物質を硬化し、それ
と回路内部層との結合を達成する。そのように硬化され
た複合物は次いで多数のそれを通過する穴の開いたスル
ーホールをもち、これらのスルーホールはその後金属被
覆され全ての回路層を伝導的に連結する手段を提供す
る。スルーホール金属被覆方法を通して所望の回路パタ
ーンもまた典型的には多層複合物の外表面層上に形成さ
れるだろう。
面薄層回路技術によるものである。これらの技術は非伝
導回路基板から始まり、回路素子がその上に付加的にめ
っきされる。更なる層はこの回路上にイメージ形成性コ
ーテングを繰り返し適用し、そしてイメージ形成性コー
テング上にさらなる回路素子をめっきすることによって
達成される。
間、又はこれらと接触する他の非伝導性コーテングの間
に形成される接着結合の強さは、硬化多層複合物又はコ
ーテングがその後の処理及び/又は使用において層間剥
離されやすい結果になって、まだ満足できるものではな
いことが知られている。この問題に対する回答として、
この技術は(プリプレグ層をもつ回路内部層の銅表面を
多層複合物に組み立てる前に)回路内部層の銅表面上に
酸化銅層を例えば銅表面の化学酸化によって形成する技
術を開発した。この技術における最も初期の成果(「ブ
ラックオキシド」接着促進剤と呼称される)は、酸化銅
供給なしに得られたものに比べて、最終の多層回路の誘
電体層と回路内部層との結合において多少の僅かな改良
を生じた。ブラックオキシド技術のその後の変更は、銅
表面上に先ずブラックオキシドコーテングを作り、その
後にエイ・ジー・オスボーン著(A.G. Osborne)「An Alt
ernate Route To Red Oxide For Inner Layer 」PC Fa
b. August. 1984に記載されている如く、15%硫酸で
ブラックオキシドデポジットを後処理して接着促進剤と
して作用する「レッドオキシド」を作る方法を包含し、
さらに得られる成功の程度を変化させる、レッドオキシ
ド接着促進剤の直接形成を含む変更を包含する。この技
術の最も注目すべき改良はランドー(Landau) の米国特
許第4,409,037及び4,844,981号明細
書に記載されている。比較的高いクロライト/比較的低
い苛性銅酸化組成物から形成された酸化物を包含しそし
て回路内部層接着の実質的に改良された結果を生ずる、
これらの両者の教示をそのまま参考としてここに組み入
れる。
られ且つ硬化された多層回路複合物は、回路の回路層の
伝導性相互連結の手段として役立つためにその後に金属
被覆を必要とするスルーホールを備える。このスルーホ
ールの金属被覆化はホール表面の樹脂スミア除去、触媒
活性、無電解銅メッキ、電解銅メッキ、等の工程を含
む。これらの工程の多くは、スルーホールの又はその近
傍の露出された回路内部層部分上を被覆する酸化銅接着
促進を溶解し得る酸等の媒質の使用を含む。ピンク環又
は穴(露出された基板銅金属のピンク色のために)のス
ルーホールの回りの形成によって証明されるこの酸化銅
の局部的溶解が多層回路中に局部的層間剥離をもたらし
得る。
ており、そしてそのような局部的層間剥離を受けにくい
多層印刷回路製造法を達成ために多大の努力を費やして
きた。示唆されている1つの方法は、単に存在する酸化
銅の薄い容量によってその後の処理でのコーテングの溶
解を阻止するように接着促進酸化銅を厚いコーテングと
して提供することである。しかしながら、この厚い酸化
物コーテングは接着促進剤それ自体としての効果が本来
的により弱いので、この方法は本質的に意図とは逆の結
果を招くことが判明している。多層複合物を組み立てる
圧縮/硬化条件の最適化に関する他の示唆は単に制限さ
れた成功をもっただけである。
びプリプレグ層を多層複合物に組み立てる前に酸化銅接
着促進剤コーテングの後処理を包含する。例えば、コー
ダニ(Cordani)の米国特許第4,775,444号明細
書は、回路内部層の銅表面が最初に酸化銅コーテングを
備えそして次いで回路内部層が多層アッセンブリーに組
み入れられる前にクロム酸で被覆される方法を記載して
いる。この処理は酸化銅コーテングを安定させてその後
の処理工程(例えばスルーホール金属被覆)で遭遇する
酸媒質の溶解から保護し、それによりピンク環/層間剥
離の可能性を最小にするために働く。
1号、ナカソ他の第4,902,551号及びカジハラ
他の第4,981,560号明細書及びこれらに引用さ
れている多くの文献は、回路内部層を多層回路組立品中
に組み入れる前に回路内部層の銅表面を最初に処理して
接着促進酸化銅の表面コーテングを与える方法に関する
ものである。そのように形成された酸化銅は次いで特定
の還元剤及び条件を使用して金属銅に還元される。結果
として、その後のスルーホール処理中に局所溶解のため
に及び基礎にある銅の局所露出のために存在する酸化銅
はないので、そのような回路内部層を用いるその多層組
立品はピンク環形成を示さないであろう。しかしなが
ら、他の技術については、この型の方法は誘電体層と金
属銅回路層との間で達成できる接着の点で疑わしい。回
路結合表面が金属銅であるだけでなく、層境界にそって
分離/層間剥離し易い別個の層(即ち(1)酸化銅の還
元からの銅に対して(2)銅箔の銅)に金属銅がまた存
在するので、これはこれらの還元方法において特に疑わ
しい。
7,722号及び4,997,516号明細書は同様に
回路内部層の銅表面上の酸化銅コーテングの形成そして
その後の酸化銅を金属銅に還元するための限定された還
元溶液での処理を包含する。酸化銅のある部分はいっし
ょに金属銅に還元され得ない(これらはその代わりに含
水酸化第一銅又は水酸化第一銅に還元される)、そして
これらの種類はその後に金属銅にすでに還元されている
部分を攻撃又は溶解しない非酸化酸に溶けだす。それと
して、そのような回路内部層を採用する多層組立品は、
その後のスルーホール処理には局所溶解及び基礎にある
銅の局所露出のために酸化銅は存在しないので、ピンク
環形成を示さない。しかしながら、第一に結合表面が金
属銅でありそして第二に金属銅が主に別個の層(即ち
(1)酸化銅の還元から銅に対して(2)銅箔の銅)に
層境界にそって分離/層間剥離し易い状態が存在するの
で、ここで再び誘電体層及び金属銅回路内部層の間の接
着の点で問題が生じ得る。
89,630号明細書の教示はそっくりそのまま参考と
してここに組入れられるが、この米国特許は酸化銅の接
着促進層が回路素子上に形成され、次いで形状的な諸特
徴とその構造的な関係に悪影響を与えない方法で制御さ
れた溶解及び酸化銅の実質量の除去が行われる方法を開
示している。
6/19097号明細書の教示はそっくりそのまま参考
としてここに組入れられるが、この米国特許は重合体物
質の金属表面への接着の改良法を議論している。議論さ
れている方法は金属表面を過酸化水素、無機酸、腐食防
止剤及び第4アンモニウム表面活性剤からなる接着促進
組成物と接触させることを包含する。
は銅合金表面への接着を改良する方法を提供する。ここ
で提供する方法は多層印刷回路の製造に特に有用であ
る。ここで提供する方法は、金属表面と高分子材料の表
面(即ち、回路層と中間絶縁層)との間の最適な接着を
提供し、ピンク環を無くすか又は最小にし、そして通常
の方法に比べて経済的に作用する。
又は銅合金表面への接着を改良する方法を提供する。本
願発明の方法は 1)金属表面を、 (a)酸化剤、 (b)酸、 (c)腐食防止剤、 (d)ハロゲン化物イオン源、及び (e)モリブデン酸塩、タングステン酸塩、タンタル酸
塩、ニオブ酸塩、バナジウム酸塩及びこれらの混合物か
らなる群から選ばれる接着増強イオン源を含む接着促進
組成物と接触させ、 2)その後に、この金属表面に高分子物質を結合させる
ことからなる。
は銅合金からなるときに、金属表面と高分子物質との接
着を改良することを明らかにした。本願発明の方法は多
層印刷回路基板の製造に特に適している。
との間の接着が高分子物質を金属表面に結合させる前に
金属表面を接着促進組成物と接触させることによって増
強されることを明らかにした。従って、本願発明は高分
子物質の金属表面への接着を増加させる方法を提供す
る。この方法は、 1)金属表面を a)酸化剤、 b)酸、 c)腐食防止剤 d)ハロゲン化物イオン源 e)モリブデン酸塩、タングステン酸塩、タンタル酸
塩、ニオブ酸塩、バウム酸塩及びこれらの混合物からな
る群から選ばれる接着増強イオン源、及び f)任意に、水溶性ポリマーを含む接着促進組成物と接
触させ、 2)その後に、高分子物質をこの金属表面と結合させる
ことからなる。
上にミクロ−粗変換−被覆表面を与えることを明らかに
した。与えられた表面は、非処理金属表面に比べて顕著
に増加された接着値が達成され、高分子材料との結合に
特に適合される。さらに、変換被覆(処理)金属表面は
増加した接着を維持しそして金属と高分子材料との間に
生ずる望ましくない反応の可能性を減少させる。
特に適している。従って、本出願では、内部層の金属回
路(通常銅)が本願発明で提供される接着促進組成物で
処理される。処理後に、水すすぎ後に内部層がプリプレ
グ又はイメージ形成性誘電体等の高分子材料と一緒に結
合され、多層印刷回路基板を生ずる。
ッケル及び鉄等の種々の金属からなることができる。し
かしながら、本願発明の方法は金属表面が銅又は銅合金
からなるときに最も優れた結果を与える。高分子材料は
プリプレグ物質、ホトイメージ形成性樹脂、はんだマス
ク、接着剤又は高分子エッチング樹脂を包含する種々の
高分子材料であり得る。
促進組成物のマトリックス中で金属表面を酸化できる任
意の酸化剤を含み得る。本発明者は過酸化水素及び過硫
酸塩が本願発明で使用するために特に好ましい酸化剤で
あり、とりわけ過酸化水素が最も好ましい酸化剤である
ことを明らかにした。接着促進組成物での酸化剤の濃度
は1リットルにつき6〜60グラムの範囲であってよ
く、好ましくは1リットルにつき12〜30グラムであ
る。
クス中で安定である任意の酸であってよいが、本発明者
は無機酸が特に好ましいことを明らかにした。硫酸が特
に好ましい。接着促進組成物中の酸の濃度は1リットル
につき5〜360グラムの範囲であってよく、好ましく
は1リットルにつき70〜110グラムである。
金属表面と効果的に反応して保護複合層を形成する化合
物である。好ましい腐食防止剤はトリアゾール、ベンゾ
トリアゾール、テトラゾール、イミダゾール、ベンズイ
ミダゾール及びこれらの混合物からなる群から選ばれ
る。接着促進組成物中の腐食防止剤の濃度は1リットル
につき1〜20グラムの範囲であってよく、好ましくは
1リットルにつき6〜12グラムである。
混合物でハロゲン化物イオンを与えるいずれかの化合物
であり。好ましくは、ハロゲン化物イオンは塩化ナトリ
ウム又は塩化カリウム等のアルカリ金属塩、塩化ナトリ
ウム又は塩化カリウム等のオキソハライド、又は塩酸等
のハロゲン化物生成無機酸である。好ましくはハロゲン
化物イオン源は接着促進組成物に塩化物イオンを与え、
そして最も好ましくはハロゲン化物イオン源は接着促進
組成物に塩素酸塩イオンを与える。接着促進組成物中の
ハロゲン化物イオン源の濃度は全てハロゲン化物イオン
含量を基準にして、1リットルにつき5〜500ミリグ
ラムの範囲であってよく、好ましくは1リットルにつき
10〜50ミリグラムである。
ブデン酸塩、タングステン酸塩、タンタル酸塩、ニオブ
酸塩、バナジウム酸塩及びこれらの混合物からなる群か
ら選ばれるイオンを提供するいずれかの物質であり得
る。そのようなイオン源は、モリブデン酸ナトリウム
(又はカリウム)、タングステン酸ナトリウム(又はカ
リウム)、タンタル酸ナトリウム(又はカリウム)、ニ
オブ酸ナトリウム(又はカリウム)、バナジウム酸ナト
リウム(又はカリウム)等のモリブデン酸、タングステ
ン酸、タンタル酸、ニオブ酸、バナジウム酸及びこれら
の混合物のアルカリ金属塩を包含する。好ましいイオン
源はモリブデン酸、バナジウム酸及びタングステン酸等
のモリブデン、タングステン、ニオブ、バナジウム及び
これらの混合物のイソ及びヘテロポリ酸を包含する。接
着増強イオンの最も好ましいイオン源はモリブデン酸で
ある。接着増強イオンの濃度は(接着増強イオン含量を
基準にして)1リットルにつき1〜500ミリグラムの
範囲であってよく、好ましくは1リットルにつき5〜2
00ミリグラムである。
はまた水溶性ポリマーを含む。好ましくは、水溶性ポリ
マーは湿潤剤又は表面活性剤ではなく、その代わりに低
分子量水溶性モノマーの水溶性ホモポリマー又はコポリ
マーである。最も好ましくは、水溶性ポリマーは酸化エ
チレンのポリマー、酸化エチレン−酸化プロピレンコポ
リマー、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリ
コール又はポリビニルアルコールである。その中で、商
標名カルボワックス(Carbowax) でユニオンカーバイド
社によって市販されている酸化エチレンのポリマー、又
はポリエチレングリコールが最も好ましい。本発明はカ
ルボワックス750及びカルボワックスMPEG200
0が特に有用であることを明らかにした。また、BAS
Fによってプルロニック(Pluronic) の商標名で市販さ
れている酸化エチレンポリマー又は酸化エチレン−酸化
プロピレンコポリマーが特に有用である。接着促進組成
物中の水溶性ポリマーの濃度は1リットルにつき1〜1
5グラムの範囲であってよく、好ましくは1リットルに
つき3〜6グラムである。
を含む種々の方法で接着促進組成物によって処理でき
る。処理中の接着促進組成物の温度は80°F〜150
°F(26.7°C〜66°C)の範囲であってよく、
好ましくは90°F〜120°F(32.2°C〜49
°C)である。処理時間は温度及び処理方法に従って変
化するが、15秒〜15分の範囲であってよく、好まし
くは1〜2分である。
本発明を限定するものとすべきではない。
素、6.3g/Lのベンゾトリアゾール、ほぼ15mg
/Lの塩化ナトリウム、ほぼ1g/Lのカルボワックス
MPEG2000酸化ポリエチレン、及び21.6g/
Lの銅イオン(老化した又使用済の接着促進組成物を擬
態するために、例えば接着促進組成物を銅表面に利用す
るとき、銅イオンを溶液に組み入れる)をほぼ95°F
(35°C)に加熱した。2g/Lのベンゾトリアゾー
ル及び2重量%の50%過酸化水素からなる新鮮な予備
浸漬(プレディップ)溶液を作った。ほぼ1.5インチ
(38.1mm)の幅及び3インチ(76.2mm)の
長さの銅クラッディング樹脂パネルを計量し、下記の処
理サイクルに付した。
ルを計量し、この表面から除去された銅のおよその厚さ
を重量減少から計算した。1オンス(28.35g)の
厚さの銅箔(ホイル)及び銅クラッディング樹脂パネル
を次いでこの同じサイクルに付した。さらに50mg/
Lのモリブテン酸をさらにこの銅処理液に加え、この実
験を繰り返した。さらに50mg/Lのモリブテン酸の
添加を、各添加後に適正な実験を維持しながら、150
mg/Lのモリブテン酸の全部が添加されるまで行っ
た。均等なコア及び箔がネルコ(Nelco)4205−2グ
ラス/エポキシBステージと共に積層された。積層後に
このパネルを箔側面上に1インチ(25.4mm)幅の
ストリップを与えるためにエッチングし、焼き固めそし
て550°F(288°C)で、0、10及び20秒
間、スズ/鉛はんだ(ソルダ)に浸した。次いで、剥離
強度をはんだ浸漬後に各パネルについて決定した。次の
結果を得た。 実験 エッチング 0秒 10秒 20秒 はんだ はんだ はんだ 0 mg/L モリブデン酸 65μin 3.2 lb/in 3.2 lb/in 2.0 lb/in 50 mg/L モリブデン酸 70μin 4.2 lb/in 4.2 lb/in 3.5 lb/in 100 mg/L モリブデン酸 65μin 4.8 lb/in 4.5 lb/in 4.0 lb/in 150 mg/L モリブデン酸 65μin 5.0 lb/in 4.8 lb/in 4.8 lb/in このシステムにおいてモリブデン酸濃度の増加がはんだ
未処理条件及びはんだストレス条件の両者について銅/
樹脂剥離強さの増加を与えた。
素、8g/Lのベンゾトリアゾール及び30mg/Lの
塩化カリウムからなる銅処理溶液を作った。2g/Lの
ベンゾトリアゾール及び1重量%の50%過酸化水素の
予備浸漬(プレディップ)溶液をまた作った。エッチ等
級パネル及びコア及び箔を、この処理バス及び予備浸漬
のよって実施例1で使用した処理バス及び予備浸漬を代
えることによって、実施例1のサイクルに付した。実験
はほぼ100°F(37.8°C)のバス温度で行っ
た。次いで10mg/Lのモリブデン酸の添加を処理バ
スに行い、そしてこの実験を切り返した。処理後に、コ
ア及び箔を実施例1に於ける如く積層し、エッチング
し、焼き固め、そしてはんだに浸した。次の結果を得
た。 実験 エッチング 0秒 10秒 20秒 はんだ はんだ はんだ 0 mg/L モリブデン酸、 100°F(37.8°C) 20 μin 4.0 lb/in 3.8 lb/in 3.0 lb/in 10 mg/L モリブデン酸 100°F(37.8°C) 18 μin 5.2 lb/in 4.5 lb/in 4.0 lb/in 0 mg/L モリブデン酸 110°F(43°C) 25 μin 4.8 lb/in 4.5 lb/in 3.0 lb/in 10 mg/L モリブデン酸 110°F(43°C) 25 μin 5.8 lb/in 4.5 lb/in 3.5 lb/in 0 mg/Lモリブデン酸 120°F(49°F) 25 μin 5.5 lb/in 4.2 lb/in 3.2 lb/in 10 mg/L モリブデン酸 120°F(49°C) 25 μin 6.2 lb/in 5.2 lb/in 3.2 lb/in 再び、モリブデン酸塩イオンの銅処理溶液への添加が銅
の樹脂への結合を改良することを明らかにする。
Claims (20)
- 【請求項1】 a)金属表面を、 1.酸化剤、 2.酸、 3. 腐食防止剤、 4. ハロゲン化物イオン源、 5. モリブデン酸塩、タングステン酸塩、タンタル酸
塩、ニオブ酸塩、バナジウム酸塩及びこれらの混合物か
らなる群から選ばれる接着増強イオン源、及び 6. 任意に、水溶性ポリマーを含む接着促進組成物と接
触させ、そしてその後に、 b)該金属表面に高分子物質を結合させることを特徴と
する高分子物質の金属表面への接着を増強させる方法。 - 【請求項2】 酸化剤が過酸化水素及び過硫酸塩からな
る群から選ばれる請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 接着増強イオンがモリブデン酸塩イオン
を含む請求項1記載の方法。 - 【請求項4】 腐食防止剤がトリアゾール、ベンゾトリ
アゾール、イミダゾール、ベンズイミダゾール、テトラ
ゾール及びこれらの混合物からなる群から選ばれる請求
項1記載の方法。 - 【請求項5】 水溶性ポリマーが酸化エチレンのポリマ
ー、酸化エチレン−酸化プロピレンコポリマー、ポリエ
チレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリビ
ニルアルコール及びこれらの混合物からなる群から選ば
れる請求項1記載の方法。 - 【請求項6】 金属表面が銅からなる請求項1記載の方
法。 - 【請求項7】 金属表面が銅からなる請求項5記載の方
法。 - 【請求項8】 接着増強イオンがモリブデン酸塩イオン
を含む請求項2記載の方法。 - 【請求項9】 腐食防止剤がトリアゾール、ベンゾトリ
アゾール、イミダゾール、テトラゾール、ベンズイミダ
ゾール及びこれらの混合物からなる群から選ばれる請求
項6記載の方法。 - 【請求項10】 酸が無機酸である請求項9記載の方
法。 - 【請求項11】 水溶性ポリマーが酸化エチレンのポリ
マー、酸化エチレン−酸化プロピレンコポリマー、ポリ
エチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリ
ビニルアルコール及びこれらの混合物からなる群から選
ばれる請求項10記載の方法。 - 【請求項12】 ハロゲン化物イオン源がハロゲン化ア
ルカリ金属塩及びオキソハロゲン化アルカリ金属塩から
なる群から選ばれる請求項10記載の方法。 - 【請求項13】 ハロゲン化物イオン源が塩化物イオン
源である請求項10記載の方法。 - 【請求項14】 ハロゲン化物イオン源が塩素酸塩イオ
ン源である請求項11記載の方法。 - 【請求項15】 a.酸化剤、 b.酸、 c. 腐食防止剤 d. ハロゲン化物イオン源 e. モリブデン酸塩、タングステン酸塩、タンタル酸
塩、ニオブ酸塩、バナジウム酸塩及びこれらの混合物か
らなる群から選ばれる接着増強イオン源、及び f. 任意に、水溶性ポリマーを含むことを特徴とする、
高分子物質を金属表面に結合させる前に該金属表面を処
理するために有用な組成物。 - 【請求項16】 酸化剤が過酸化水素及び過硫酸塩から
なる群から選ばれる請求項15記載の組成物。 - 【請求項17】 接着増強イオンがモリブデン酸塩であ
る請求項15記載の組成物。 - 【請求項18】 腐食防止剤がトリアゾール、ベンゾト
リアゾール、イミダゾール、ベンズイミダゾール、テト
ラゾール及びこれらの混合物からなる群から選ばれる請
求項15記載の組成物。 - 【請求項19】 水溶性ポリマーが酸化エチレンのポリ
マー、酸化エチレン−酸化プロピレンコポリマー、ポリ
エチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリ
ビニルアルコール及びこれらの混合物からなる群から選
ばれる請求項15記載の組成物。 - 【請求項20】 金属表面が銅からなる請求項15記載
の組成物。
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