JP2019038148A - プリント配線板用基材及びプリント配線板用基材の製造方法 - 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。
本発明の好適な実施形態について、以下に図面を参照しつつ説明する。
<プリント配線板用基材>
図1の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、ベースフィルム2の一方側の面に積層される金属層3とを備える。当該プリント配線板用基材1は、金属層3の一方側の面(ベースフィルム2と積層される側と反対側の面)のアルカリ元素量が0.1atm%以上20atm%以下である。当該プリント配線板用基材1は、フレキシブルプリント配線板用基材であり、可撓性を有する。
金属層3は、ベースフィルム2の一方側の面に直接(つまり、接着剤層等の他の層を介さず)積層されている。金属層3は、無電解めっきによって形成される無電解めっき金属を含む。特に、本実施形態では、金属層3は、無電解めっき金属から構成される無電解めっき層である。当該プリント配線板用基材1は、金属層3が無電解めっきを含むことによって、緻密な金属層3を形成することができ、ベースフィルム2及び金属層3の密着力を高めやすい。また、当該プリント配線板用基材1は、金属層3がスパッタリング法によって形成されたものではないので、金属層3の形成に物理的蒸着に必要な高価な真空設備を必要とせず、金属層3を低コストで形成することができる。
ベースフィルム2は絶縁性を有する。また、ベースフィルム2は可撓性を有する。ベースフィルム2の主成分としては、例えばポリイミド、液晶ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、フッ素樹脂等の軟質材が挙げられる。これらの中でも、耐熱性及び金属層3との密着力に優れるポリイミドが好ましい。なお、ベースフィルム2は、多孔化されたものでもよく、また充填材、添加剤等を含んでもよい。
ベースフィルム2と金属層3との剥離強度(初期密着力)の下限としては、7.0N/cmが好ましく、9.0N/cmがより好ましい。上記剥離強度が上記下限以上であることによって、ベースフィルム2及び金属層3間の剥離が防止され、電気的な接続信頼性の高いプリント配線板を形成することができる。一方、上記剥離強度の上限は、特に限定されるものではなく、例えば20.0N/cmとすることができる。なお、「剥離強度」とは、JIS−C6471:1995に準拠する180°方向引き剥がし試験で得られる剥離強度をいう。
150℃大気の雰囲気下で168時間保持した後におけるベースフィルム2と金属層3との剥離強度(耐熱密着力)の下限としては、5.0N/cmが好ましく、7.0N/cmがより好ましい。上記剥離強度が上記下限以上であることによって、ベースフィルム2及び金属層3間の高温環境下における剥離が防止され、電気的な接続信頼性の高いプリント配線板を形成することができる。一方、上記剥離強度の上限は、特に限定されるものではなく、例えば20.0N/cmとすることができる。
次に図2A〜図2Cを参照して、図1のプリント配線板用基材1の製造方法について説明する。
図2Aに示すように、上記金属層積層工程では、ベースフィルム2の一方側の面に無電解めっきを施すことで、ベースフィルム2の一方側の面に金属層3aを積層する。上記無電解めっきに用いる金属としては、銅、ニッケル、コバルト、金、銀、スズ等が挙げられ、中でも銅が好ましい。また、無電解めっきに用いられるめっき浴には、アルカリ金属水酸化物を含有することが好ましく、水酸化ナトリウムを含有することがより好ましい。このように、無電解めっき浴にアルカリ金属水酸化物を含有することで、このアルカリ金属水酸化物に由来するアルカリ元素を上記金属層積層工程によって得られる金属層3aの一方側の面及び内部に均一に分散させやすい。
上記アルカリ元素量調整工程は、上記金属層積層工程で積層された金属層3aを酸洗浄する酸洗浄工程(第1洗浄工程)と、この金属層3aを水洗浄する水洗浄工程(第2洗浄工程)とを有する。
上記酸洗浄工程では、図2Bに示すように、上記金属層積層工程によって形成されたベースフィルム2及び金属層3aの積層体4を硫酸浴等の酸性溶液Xに浸漬し、金属層3aの表面に付着した酸化物を除去する。この酸洗浄工程によって、金属層3aの一方側の面に付着するアルカリ金属酸化物、アルカリ金属水酸化物等の一部を除去することで、金属層3aの一方側の面のアルカリ元素量の第1段階目の調整を行う。また、当該プリント配線板用基材の製造方法にあっては、上記無電解めっきによってベースフィルム2の一方の面に積層された金属層3aはポーラスな状態であるため、上記金属層積層工程に続いて酸洗浄工程を行うことで、酸洗浄効果が金属層3aの内部まで及ぶと考えられる。
上記水洗浄工程は、上記酸洗浄工程後に行われる。上記水洗浄工程では、図2Cに示すように、上記酸洗浄工程後の積層体4を水Yに浸漬し、金属層3aの表面に付着した上記めっき浴に由来するアルカリ金属水酸化物や上記酸洗浄工程で使用した酸等を除去する。また、上記水洗工程では、金属層3a内部の酸を除去することでアルカリ元素が過剰に除去されることを抑制する。これにより、金属層3aの一方側の面のアルカリ元素量の第2段階目の調整を行う。
<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、絶縁性を有するベースフィルム2と、ベースフィルム2の一方側の面に積層される金属層13とを備える。当該プリント配線板用基材11は、金属層13の一方側の面(ベースフィルム2と積層される側と反対側の面)のアルカリ元素量が0.1atm%以上20atm%以下である。当該プリント配線板用基材11は、フレキシブルプリント配線板用基材であり、可撓性を有する。当該プリント配線板用基材11のベースフィルム2は、図1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。
金属層13は、ベースフィルム2の一方側の面に直接(つまり、接着剤層等の他の層を介さず)積層されている。金属層13は無電解めっき金属を含む。また、金属層13は、無電解めっき金属に加え金属粒子の焼結体を含む。上記無電解めっき金属は、上記焼結体の一方側の面(ベースフィルム2と積層される側と反対側の面)に積層されている。さらに、上記無電解めっき金属は、上記焼結体の空隙に充填されている。これにより、金属層13は、金属粒子の焼結体から形成される焼結体層14と、上記無電解めっき金属によって形成される無電解めっき層15とを有する。
次に、図4A〜図4Cを参照して、図3のプリント配線板用基材11の製造方法について説明する。
上記金属層積層工程は、金属粒子16を含む導電性インクの塗布によりベースフィルム2の一方側の面に塗膜17を形成する塗膜形成工程と、塗膜17の焼成により金属粒子16の焼結体14aから構成される焼結体層14を形成する焼結体層形成工程と、無電解めっきによって焼結体層14の一方側の面に無電解めっき層15aを積層する無電解めっき層積層工程とを備える。
上記塗膜形成工程では、図4Aに示すように、ベースフィルム2の一方側の面に金属粒子16を含む導電性インクを塗布し、この導電性インクを乾燥させることで塗膜17を形成する。なお、塗膜17には、上記導電性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金属粒子16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、容易に金属粒子16の粒子径を均一にすることができる。金属粒子16は、このように、高温処理法、液相還元法、気相法等で製造されることによって、例えば平均粒子径が1nm以上500nm以下に調整される。
上記導電性インクには、金属粒子16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、金属粒子16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。
金属粒子16を分散させた導電性インクをベースフィルム2の一方側の面に塗布する方法としては、スピンコート法、スプレーコート法、バーコート法、ダイコート法、スリットコート法、ロールコート法、ディップコート法等の従来公知の塗布法を用いることができる。また、スクリーン印刷、ディスペンサ等によりベースフィルム2の一方側の面の一部のみに導電性インクを塗布するようにしてもよい。導電性インクの塗布後、例えば室温以上の温度で乾燥することにより塗膜17が形成される。乾燥温度の上限としては、100℃が好ましく、40℃がより好ましい。乾燥温度が上記上限を超えると、塗膜17の急激な乾燥により、塗膜17にクラックが発生するおそれがある。
上記焼結体層形成工程では、図4Bに示すように、塗膜17の焼成により金属粒子16の焼結体14aを含む焼結体層14を形成する。
上記焼成により金属粒子16同士が焼結すると共に、焼結体14aがベースフィルム2の一方側の面に固着される。なお、導電性インクに含まれ得る分散剤やその他の有機物は、焼成によって揮発又は分解される。また、焼結体14aとベースフィルム2との界面近傍では、焼成によって金属粒子16が酸化されるため、金属粒子16に基づく金属水酸化物やその金属水酸化物に由来する基の生成を抑えつつ、金属粒子16に基づく金属酸化物やその金属酸化物に由来する基が生成する。この焼結体14aとベースフィルム2との界面近傍に生成した金属酸化物及び金属酸化物に由来する基は、ベースフィルム2を構成するポリイミド等の樹脂と強く結合するため、ベースフィルム2と焼結体14aとの間の密着力が大きくなる。
上記無電解めっき積層工程では、図4Cに示すように、焼結体14aの一方側の面に無電解めっき層15aを積層する。上記無電解めっきに用いる金属としては、図2Aの金属層積層工程で用いる金属と同様の金属が挙げられる。
図5のプリント配線板21は、図3のプリント配線板用基材11を用いている。詳細には、当該プリント配線板21は、図3のプリント配線板用基材11の無電解めっき層15の一方側の面に電気めっき層22が積層されたプリント配線板用基材を用いている。電気めっき層22は、無電解めっき層15の一方側の面に直接積層されている。電気めっき層22は、電気めっきによって形成される電気めっき金属を含む。
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。
平均厚さ25μmのポリイミドフィルム(株式会社カネカ製「アピカルNPI」)からなるベースフィルムを用意した。硫酸銅8.5g/l、ホルムアルデヒド4.1g/l及び水酸化ナトリウム4.5g/lを含む無電解めっき浴を建浴し、上記ベースフィルムを7分間浸漬し、このベースフィルムの一方側の面に無電解めっき金属から構成される平均厚さ420nmの金属層を積層した。さらに、このベースフィルム及び金属層の積層体を濃度10体積%の硫酸浴に30秒間浸漬した後、30秒間×3回の水洗を行い、No.1のプリント配線板用基材を製造した。このプリント配線板用基材の金属層の一方側の面(ベースフィルムと積層される側と反対側の面)をアルバック・ファイ株式会社製の「QuanteraSXM」を用いたX線光電子分光法(ESCA)によって測定したところ、ナトリウム量は5.8atm%であった。この金属層の一方側の面に電気めっきにて電気めっき層を積層し、金属層及び電気めっき層の合計厚さを18μmとした。
No.1と同様のポリイミドフィルムからなるベースフィルムを用意した。No.1と同様の無電解めっき浴を建浴し、上記ベースフィルムを7分間浸漬し、このベースフィルムの一方側の面に無電解めっき金属から構成される平均厚さ450nmの金属層を積層した。さらに、このベースフィルム及び金属層の積層体を濃度5体積%の硫酸浴に90秒間浸漬した後、30秒間×3回の水洗を行い、No.2のプリント配線板用基材を製造した。このプリント配線板用基材の金属層の一方側の面をNo.1と同様のX線光電子分光法によって測定したところ、ナトリウム量は18.5atm%であった。この金属層の一方側の面に電気めっきにて電気めっき層を積層し、金属層及び電気めっき層の合計厚さを18μmとした。
No.1と同様のポリイミドフィルムからなるベースフィルムを用意した。No.1と同様の無電解めっき浴を建浴し、上記ベースフィルムを7分間浸漬し、このベースフィルムの一方側の面に無電解めっき金属から構成される平均厚さ450nmの金属層を積層した。さらに、このベースフィルム及び金属層の積層体を濃度10体積%の硫酸浴に180秒間浸漬した後、30秒間×3回の水洗を行い、No.3のプリント配線板用基材を製造した。このプリント配線板用基材の金属層の一方側の面をNo.1と同様のX線光電子分光法によって測定したところ、ナトリウム量は0.3atm%であった。この金属層の一方側の面に電気めっきにて電気めっき層を積層し、金属層及び電気めっき層の合計厚さを18μmとした。
No.1と同様のポリイミドフィルムからなるベースフィルムを用意した。No.1と同様の無電解めっき浴を建浴し、上記ベースフィルムを7分間浸漬し、このベースフィルムの一方側の面に無電解めっき金属から構成される平均厚さ380nmの金属層を積層した。さらに、このベースフィルム及び金属層の積層体を濃度10体積%の硫酸浴に200秒間浸漬した後、30秒間×3回の水洗を行い、No.4のプリント配線板用基材を製造した。このプリント配線板用基材の金属層の一方側の面をNo.1と同様のX線光電子分光法によって測定したところ、ナトリウム量は0.1atm%であった。この金属層の一方側の面に電気めっきにて電気めっき層を積層し、金属層及び電気めっき層の合計厚さを18μmとした。
No.1と同様のポリイミドフィルムからなるベースフィルムを用意した。No.1と同様の無電解めっき浴を建浴し、上記ベースフィルムを7分間浸漬し、このベースフィルムの一方側の面に無電解めっき金属から構成される平均厚さ430nmの金属層を積層した。さらに、このベースフィルム及び金属層の積層体に30秒間×3回の水洗を行い、No.5のプリント配線板用基材を製造した。このプリント配線板用基材の金属層の一方側の面をNo.1と同様のX線光電子分光法によって測定したところ、ナトリウム量は25.1atm%であった。この金属層の一方側の面に電気めっきにて電気めっき層を積層し、金属層及び電気めっき層の合計厚さを18μmとした。
No.1〜No.5の電気めっき層形成後のプリント配線板用基材のベースフィルムと金属層との間の剥離強度(初期密着力)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。この剥離強度の測定結果を表1に示す。
No.1〜No.5の電気めっき層形成後のプリント配線板用基材を150℃大気の雰囲気下で168時間保持した後におけるベースフィルムと金属層との剥離強度(耐熱密着力)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。この剥離強度の測定結果を表1に示す。
表1に示すように、金属層の一方側の面のナトリウム量が0.1atm%〜18.5atm%の範囲内であるNo.1〜No.4のプリント配線板用基材は、金属層の一方側の面のナトリウム量が25.1atm%であるNo.5のプリント配線板用基材よりも初期密着力及び耐熱密着力がいずれも高くなっている。中でも、金属層の一方側の面のナトリウム量が5.8atm%、18.5atm%及び0.3atm%であるNo.1〜No.3のプリント配線板用基材は、金属層の一方側の面のナトリウム量が0.1atm%であるNo.4のプリント配線板用基材よりも初期密着力及び耐熱密着力が共に高くなっており、かつ初期密着力に対する耐熱密着力の比も高くなっている。このことから、No.1〜No.3のプリント配線板用基材は、室温環境下及び高温環境下の両環境下における耐久性が特に優れていることが分かる。
2 ベースフィルム
3,3a,13,13a 金属層
4 積層体
14 焼結体層
14a 焼結体
15,15a 無電解めっき層
16 金属粒子
17 塗膜
21 プリント配線板
22 電気めっき層
23 導電パターン
X 酸性溶液
Y 水
Claims (5)
- 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一方側の面に積層される金属層と
を備え、
上記金属層の一方側の面のアルカリ元素量が0.1atm%以上20atm%以下であるプリント配線板用基材。 - 上記金属層が無電解めっき金属を含む請求項1に記載のプリント配線板用基材。
- 上記金属層が金属粒子の焼結体をさらに含み、上記無電解めっき金属が上記焼結体の一方側の面に積層されている請求項2に記載のプリント配線板用基材。
- 上記アルカリ元素がナトリウムであり、上記金属層の主成分が銅である請求項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。
- 絶縁性を有するベースフィルムの一方側の面に金属層を積層する金属層積層工程と、
上記金属層の一方側の面のアルカリ元素量を0.1atm%以上20atm%以下とするアルカリ元素量調整工程と
を備えるプリント配線板用基材の製造方法。
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