JP2017073415A - プリント配線板用基材、プリント配線板及び電子部品 - Google Patents
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Abstract
Description
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係るプリント配線板用基材、プリント配線板及び電子部品について説明する。
<プリント配線板用基材>
図1及び図2のプリント配線板用基材1は、可撓性を有し、フレキシブルプリント配線板用基材として用いられる。当該プリント配線板用基材1は、ベースフィルム2と、ベースフィルム2の一方の面に形成される銅ナノ粒子の結合層3(以下、「銅ナノ粒子結合層3」ともいう。)とを備える。当該プリント配線板用基材1は、平面視略矩形状に形成され、短手方向を幅方向とする長尺状のシート体として形成される。また、当該プリント配線板用基材1は、例えばロール状に巻回されたロール体として構成されている。なお、当該プリント配線板用基材1は、上記シート体から所望の部分を切り取ったものであってもよい。但し、この場合、後述する酸化銅及び水酸化銅の存在比、当該プリント配線板用基材1の平均幅、平均長さ等は切り取り前の長尺状のシート体における値を意味する。また、「略矩形状」とは、対向する2辺のなす角が±10°以下であることをいい、好ましくは±5°以下であることをいう。
ベースフィルム2は、絶縁性及び可撓性を有する。ベースフィルム2の主成分としては、例えばポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、フッ素樹脂、液晶ポリマー等の合成樹脂が挙げられる。中でも、絶縁性、柔軟性、耐熱性等に優れるポリイミドが好ましい。なお、一般にポリイミドは吸湿性が高いためベースフィルム2と銅ナノ粒子結合層3との界面近傍に水酸化銅が生成し易い。しかしながら、当該プリント配線板用基材1は、ベースフィルム2と銅ナノ粒子結合層3との界面近傍における水酸化銅の存在量を後述の範囲内に抑えることができるので、ベースフィルム2と銅ナノ粒子結合層3との密着力を十分に向上することができる。
銅ナノ粒子結合層3は、銅ナノ粒子の焼結体から構成される。具体的には、銅ナノ粒子結合層3は、複数の銅ナノ粒子同士が酸化銅等によって固着された構成を有する。銅ナノ粒子結合層3は、このように銅ナノ粒子の焼結体から構成されることによって、製造コストを抑えつつ、導通性を向上することができる。銅ナノ粒子結合層3を構成する銅ナノ粒子の平均径の下限としては、1nmが好ましく、10nmがより好ましく、30nmがさらに好ましい。一方、上記銅ナノ粒子の平均粒子径の上限としては、500nmが好ましく、300nmがより好ましく、100nmがさらに好ましい。銅ナノ粒子の平均粒子径が上記下限に満たないと、銅ナノ粒子結合層3を形成する際に用いられるインク中での銅ナノ粒子の分散性及び安定性が低下するおそれがある。逆に、銅ナノ粒子の平均粒子径が上記上限を超えると、銅ナノ粒子が沈殿しやすくなるおそれがあると共にインクを塗布した際に銅ナノ粒子の密度が不均一になるおそれがある。なお、銅ナノ粒子結合層3を構成する粒子は、全てが銅ナノ粒子であることが好ましいが、銅ナノ粒子及びこの銅ナノ粒子以外の銅粒子(つまり、径が1μm以上の銅粒子)を含んでいてもよい。また、銅ナノ粒子結合層3が銅ナノ粒子及びこの銅ナノ粒子以外の銅粒子を含む場合、銅粒子(銅ナノ粒子及びこの銅ナノ粒子以外の銅粒子を含む全銅粒子)100質量部に対する上記銅ナノ粒子の含有量の下限としては、70質量部が好ましく、90質量部がより好ましい。
当該プリント配線板用基材1は、絶縁性を有するベースフィルム2と、このベースフィルム2の少なくとも一方の面に形成される銅ナノ粒子結合層3とを備えるので、スパッタリング等の物理的蒸着に必要な高価な真空設備を必要としない。そのため、当該プリント配線板用基材1は、製造コストを抑えることができる。また、当該プリント配線板用基材1は、中央部における水酸化銅に対する酸化銅の存在比が上記範囲であるので、ベースフィルム2及び銅ナノ粒子結合層3の界面近傍における水酸化銅の生成が抑制されている。従って、当該プリント配線板用基材1は、ベースフィルム2及び銅ナノ粒子結合層3の密着力を向上することができる。
<プリント配線板用基材>
図3のプリント配線板用基材11は、可撓性を有し、フレキシブルプリント配線板用基材として用いられる。図3のプリント配線板用基材11は、ベースフィルム2と、銅ナノ粒子結合層3と、金属めっき層12とを備える。図3のプリント配線板用基材11は、図1及び図2のプリント配線板用基材1の銅ナノ粒子結合層3の外面に金属めっき層12が形成される以外、図1及び図2のプリント配線板用基材1と同様の構成とされている。そのため、当該プリント配線板用基材11におけるベースフィルム2及び銅ナノ粒子結合層3は、図1及び図2のプリント配線板用基材1と同様のため、同一符号を付して説明を省略する。
金属めっき層12は、めっき金属が銅ナノ粒子結合層3の空隙に充填され、かつ銅ナノ粒子結合層3の表面(一方の面)に積層されることで形成されている。また、このめっき金属は、銅ナノ粒子結合層3の全ての空隙に充填されている。当該プリント配線板基材11は、銅ナノ粒子結合層3の空隙にめっき金属が充填されることで、銅ナノ粒子結合層3の空隙部分が破壊起点となって銅ナノ粒子結合層3がベースフィルム2から剥離するのを抑制することができる。
当該プリント配線板用基材11は、銅ナノ粒子結合層3の外面に金属めっき層12を有しているので、ベースフィルム2と銅ナノ粒子結合層3との剥離強度をさらに向上することができると共に、ベースフィルム2と銅ナノ粒子結合層3との導通性を高めることができる。
<プリント配線板用基材>
図4のプリント配線板用基材21は、可撓性を有し、フレキシブルプリント配線板用基材として用いられる。図4のプリント配線板用基材21は、ベースフィルム2と、銅ナノ粒子結合層3と、金属めっき層22とを備える。図4のプリント配線板用基材21は、銅ナノ粒子結合層3の外面に金属めっき層22が形成される以外、図1及び図2のプリント配線板用基材1と同様の構成とされている。そのため、当該プリント配線板用基材21におけるベースフィルム2及び銅ナノ粒子結合層3は、図1及び図2のプリント配線板用基材1と同様のため、同一符号を付して説明を省略する。
金属めっき層22は、第1めっき層23と、第2めっき層24とを有する。第1めっき層23は、図3の金属めっき層12と同様の構成とされる。
第2めっき層24は、第1めっき層23の表面(一方の面)に積層される。第2めっき層24を形成するためのめっき方法は、特に限定されず、無電解めっきであっても電気めっきであってもよいが、厚みの調整を容易かつ正確に行うことができると共に、比較的短時間で第2めっき層24を形成することができる電気めっきが好ましい。
当該プリント配線板用基材21は、銅ナノ粒子結合層3の外面に金属めっき層22を有するので、ベースフィルム2と銅ナノ粒子結合層3との剥離強度をさらに向上することができると共に、ベースフィルム2と銅ナノ粒子結合層3との導通性を高めることができる。さらに、当該プリント配線板用基材21は、金属めっき層22が第1めっき層23及び第2めっき層24を有するので、銅ナノ粒子結合層3及び金属めっき層22によって形成される積層体の厚みを容易かつ確実に調整することができる。そのため、当該プリント配線板用基材21は、例えばサブトラクティブ法に用いるプリント配線板用基材に容易に適用できる。
<プリント配線板>
図5のプリント配線板31は、図4のプリント配線板用基材21を用いて形成される。具体的には、図5のプリント配線板31の導電パターン32は、プリント配線板用基材21の銅ナノ粒子結合層3及び金属めっき層22によって形成される積層体をパターニングしたものであり、この積層体の一部を含む。この際のパターニング方法としては、例えばこの積層体にレジストパターン等のマスキングを施してエッチングする方法(サブトラクティブ法)を採用することができる。
当該プリント配線板31は、当該プリント配線板用基材21を用いるので、製造コストを抑えつつ、ベースフィルム2及び銅ナノ粒子結合層3の界面近傍における水酸化銅の量を抑えることでベースフィルム2及び銅ナノ粒子結合層3の密着力を向上することができる。
次に、図6A〜6Dを参照しつつ、当該プリント配線板用基材1,11,21の製造方法を説明する。
上記塗膜形成工程では、図6Aに示すように、ベースフィルム2の一方の面に銅ナノ粒子41を含むインクを塗布し、例えば乾燥することにより塗膜42を形成する。なお、塗膜42には、上記インクの分散媒等が含まれていてもよい。
上記インクに分散させる銅ナノ粒子41は、高温処理法、液相還元法、気相法等で製造することができる。中でも、液相還元法によれば、製造コストをより低減できる上、水溶液中での攪拌等により、容易に銅ナノ粒子41の粒子径を均一にすることができる。
上記インクには、銅ナノ粒子41以外に分散剤が含まれていてもよい。この分散剤としては、特に限定されず、銅ナノ粒子41を良好に分散させることができる種々の分散剤を用いることができる。分散剤の分子量の下限としては、2,000が好ましい。一方、分散剤の分子量の上限としては、30,000が好ましい。分子量が上記範囲の分散剤を用いることで、銅ナノ粒子41をインク中に良好に分散させることができ、塗膜42の膜質を緻密でかつ欠陥のないものにすることができる。上記分散剤の分子量が上記下限に満たないと、銅ナノ粒子41の凝集を防止して分散を維持する効果が十分に得られないおそれがある。一方、上記分散剤の分子量が上記上限を超えると、分散剤の嵩が大きすぎて、塗膜42の焼成時において、銅ナノ粒子41同士の焼結を阻害してボイドを生じさせるおそれがある。また、分散剤の嵩が大きすぎると、塗膜42の緻密さが低下したり、分散剤の分解残渣が導電性を低下させるおそれがある。
上記銅ナノ粒子結合層形成工程では、塗膜42の焼成によって銅ナノ粒子41の焼結体からなる銅ナノ粒子結合層3を形成する。
上記乾燥工程では、まずベースフィルム2及び銅ナノ粒子結合層3の積層体の片面又は両面に通気性スペーサを重畳してロール状に巻回する。さらに、上記乾燥工程では、このロール体の軸方向に気体を流してこのロール体を強制乾燥する。上記通気性スペーサとしては、特に限定されるものではなく、例えば複数の通気孔を有するシートや、表面に凹凸を有するシート等を用いることができる。また、上記通気性スペーサの平均厚みとしては、例えば100μm以上2mm以下とすることができる。なお、上記乾燥工程における乾燥は、例えば室温以上で行えばよく、具体的には20℃以上で行うことができる。また、この乾燥温度は、乾燥時間を短縮するため、80℃以上がより好ましい。一方、上記乾燥工程における乾燥温度の上限としては、特に限定されないが、例えば400℃とすることができる。また、上記乾燥工程における乾燥時間としては、例えば30分以上1200分以下とすることができる。
上記熱処理工程では、乾燥後の上記ロール体を焼成炉等を用いて熱処理する。この熱処理工程は、例えばアニール処理工程として行われる。上記乾燥工程を有しない場合や、ロール状に巻回された上記積層体を自然乾燥する場合、ロール体の幅方向中心部の水分が十分に蒸発し難いため、上記熱処理工程によってロール体を熱処理するとこの中心部には水酸化銅が生成し易い。これに対し、この熱処理工程の前に上記乾燥工程を有する場合、ロール体の中心部の水分も十分に蒸発することができるので、この熱処理工程によって水酸化銅の生成を抑えつつ酸化銅を生成し易くなる。
上記金属めっき層形成工程では、銅ナノ粒子結合層3の空隙をめっき金属で充填すると共に、このめっき金属を銅ナノ粒子結合層3の表面に積層する。
上記金属めっき層形成工程では、上記金属めっき層12と同様の第1めっき層23を形成する工程と、第1めっき層23の表面に第2めっき層24を形成する工程とを有する。第1めっき層形成工程は、上述の当該プリント配線板用基材11の製造方法における金属めっき層12を形成する工程と同様のため、説明を省略する。
当該プリント配線板用基材の製造方法は、当該プリント配線板用基材1を容易かつ確実に製造することができる。また、当該プリント配線板用基材の製造方法は、金属めっき層形成工程を有することで、ベースフィルム2と銅ナノ粒子結合層3との剥離強度をさらに向上することができると共に、ベースフィルム2と銅ナノ粒子結合層3との導通性を高めることができる。
また、本発明の一実施形態に係る電子部品は、当該プリント配線板31と、当該プリント配線板31に実装される素子とを備える。具体的には、当該電子部品は、当該プリント配線板31に半導体デバイスやチップ抵抗器等の素子が電気的に接続されている。当該電子部品は、当該プリント配線板31を備えるので、上述のように製造コストを抑えつつ、ベースフィルム及び銅ナノ粒子結合層の密着力を向上することができる。
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
ポリイミドを主成分とする平均厚み25μmのベースフィルムの一方の面に、平均粒子径80nmの銅ナノ粒子の焼結体からなる平均厚み150nmの銅ナノ粒子結合層を形成し、さらにこの銅ナノ粒子結合層の外面に平均厚み250nmの金属めっき層を形成した長尺状のシート状積層体を得た。なお、この積層体の長手方向平均長さは0.5m、平均幅は250mmであった。
上記積層体の片面に平均厚み400μmの通気性スペーサを重畳した上、この積層体を通気性スペーサと共にロール状に巻回した。さらに、350℃の環境下で2時間このロール体の軸方向に気体を流してこのロール体を強制乾燥した。さらに、乾燥後のロール体を焼成炉に入れて350℃で2時間熱処理することでNo.1のプリント配線板用基材を得た。
上記積層体の片面にNo.1と同様の通気性スペーサを重畳した上、この積層体を通気性スペーサと共にロール状に巻回した。さらに、このロール体を25℃、相対湿度25%以下の環境下で24時間放置して自然乾燥した。さらに、乾燥後のロール体を焼成炉に入れて350℃で2時間熱処理することでNo.2のプリント配線板用基材を得た。
No.1及びNo.2のプリント配線板用基材のベースフィルムと銅ナノ粒子結合層との間の平均剥離強度をJIS−C6471(1995)に準拠する180°方向引き剥がし試験により測定した。この平均剥離強度の測定結果を表1に示す。
No.1及びNo.2のプリント配線板用基材について、上記剥離強度の測定で引き剥がした銅ナノ粒子結合層のベースフィルムに積層されていた側の面を電気化学測定評価方法により測定した。具体的には、三電極方式の電気化学測定セルを市販のポテンショスタットに接続し、一定の電位を印加して電流の変化を測定した。この電気化学測定では、電解液としてLi+イオンを含む強アルカリ性水溶液(6MのKOH及び1MのLiOH)を用い、この電解液に浸漬される基準電極として銀−塩化銀(Ag/AgCl)電極、対極として白金(Pt)電極を用いた。また、測定対象として上述の引き剥がした銅ナノ粒子結合層を用い、基準電極に対する銅ナノ粒子結合層の電位を一定速度で負電位側に掃引し、銅の酸化物又は水酸化物の還元に伴って流れる電流を測定した。具体的には、基準電極と銅ナノ粒子結合層との間の電位とこの電位の変化に対して測定される電流値とをグラフ化し、このグラフのピーク電位より酸化銅及び水酸化銅の存否を確認すると共に、水酸化銅に対する酸化銅のピーク面積(電気量)の比を求めた。この測定方法に従って求められる幅方向中央部における水酸化銅に対する酸化銅の存在比を表1に示す。
水酸化銅に対する酸化銅の存在比を銅ナノ粒子結合層の幅方向の端部から25mm間隔で9点測定し、水酸化銅に対する酸化銅の存在比の幅方向の標準偏差を求めた。この結果を表1に示す。
2 ベースフィルム
3 銅ナノ粒子結合層
12,22 金属めっき層
23 第1めっき層
24 第2めっき層
31 プリント配線板
32 導電パターン
41 銅ナノ粒子
42 塗膜
Claims (9)
- 絶縁性を有するベースフィルムと、
このベースフィルムの少なくとも一方の面に形成される銅ナノ粒子の結合層と
を備えるプリント配線板用基材であって、
上記ベースフィルム及び結合層の界面近傍に酸化銅及び水酸化銅が存在し、
中央部における上記水酸化銅に対する酸化銅の存在比が0.3以上2以下であるプリント配線板用基材。 - 上記水酸化銅に対する酸化銅の存在比の幅方向の標準偏差が2.0以下である請求項1に記載のプリント配線板用基材。
- 幅方向中央部における上記水酸化銅に対する酸化銅の存在比が、幅方向両端部における上記存在比より小さい請求項1又は請求項2に記載のプリント配線板用基材。
- 平均幅が100mm以上600mm以下である請求項1、請求項2又は請求項3に記載のプリント配線板用基材。
- 上記ベースフィルムの主成分がポリイミドである請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のプリント配線板用基材。
- 上記ベースフィルムと結合層との間の剥離強度が2N/cm以上である請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のプリント配線板用基材。
- 上記結合層の外面に金属めっき層を有する請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のプリント配線板用基材。
- 請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のプリント配線板用基材を用いたプリント配線板。
- 請求項8に記載のプリント配線板と、このプリント配線板に実装される素子とを備える電子部品。
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