JP2023064709A - 銅箔積層フィルム、及びそれを含む電子素子 - Google Patents

銅箔積層フィルム、及びそれを含む電子素子 Download PDF

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Abstract

【課題】銅箔積層フィルム、及びそれを含む電子素子を提供する。【解決手段】銅箔積層フィルム、及びそれを含む電子素子に係り、該銅箔積層フィルムは、少なくとも一面にフッ素層が配されたポリイミド系基材と、フッ素層が配されたポリイミド系基材上に配されたタイ層と、タイ層上に配された銅層と、を含み、該タイ層が、周期律表4族,6族,13族及び14族金属元素のうちから選択された1種以上を含み、該金属元素は、金属・酸素(M-O)結合解離エネルギーが400kJ/mol以上でもある。【選択図】図1

Description

本発明は、銅箔積層フィルム、及びそれを含む電子素子に関する。
銅箔積層フィルムは、基材と伝導性銅箔との積層体である。該銅箔積層フィルムは、電子機器の小型化及び軽量化の趨勢と共に、使用量が増大している。最近、5G移動通信機器の開発により、GHz帯域の信号伝送速度が一般化されている。そのような信号の高周波化傾向により、印刷回路またはアンテナ素子に使用される基材の誘電特性を向上させ、熱膨脹特性を低くすることが必要である。同時に、該銅箔積層フィルムは、回路パターンエッチング性に影響を与えずに、酸環境下及び/または塩基環境下において、耐化学性にすぐれる物性を有するようにすることが必要である。従って、高周波数において、低い熱膨脹係数と共に、低い誘電率、低い誘電損失、及び低い伝送損失を有しながら、耐エッチング性及び耐化学性にすぐれる銅箔積層フィルム、及びそれを含む電子素子を求める要求が依然として存在する。
本発明が解決しようとする課題は、高周波数において、低い熱膨脹係数と共に、低い誘電率、低い誘電損失、及び低い伝送損失を有しながら、耐エッチング性及び耐化学性にすぐれる銅箔積層フィルムを提供することである。
本発明が解決しようとする課題は、また、前記銅箔積層フィルムを含む電子素子を提供することである。
一態様により、
少なくとも一面にフッ素層が配されたポリイミド系基材と、
前記フッ素層が配されたポリイミド系基材上に配されたタイ(tie)層と、
前記タイ層上に配された銅層と、を含み、
前記タイ層が、周期律表4族,6族,13族及び14族金属元素のうちから選択された1種以上を含み、
前記金属元素は、金属・酸素(M-O)結合解離エネルギー(M-O bond dissociation energy)が400kJ/mol以上である、銅箔積層フィルムが提供される。
前記金属元素は、W、Ti、Sn、Cr、Al及びMoのうちから選択された1種以上を含むものでもある。
前記金属元素は、Niをさらに含み、前記Niの含量は、50重量%以下でもある。
前記フッ素層が配されたポリイミド系基材の厚みは、25μmないし100μmでもある。
前記フッ素層の厚みは、前記フッ素層が配されたポリイミド系基材厚100%を基準に、50%以下でもある。
前記フッ素層が配されたポリイミド系基材表面のフッ素含量は、60原子%ないし75原子%でもある。
前記フッ素層が配されたポリイミド系基材の表面エネルギーは、11ダイン/cmないし19ダイン/cmでもある。
前記フッ素層が配されたポリイミド系基材が、周波数20GHzにおいて、2.8以下の誘電率(D)、及び0.003以下の誘電損失(D)を有しうる。
前記フッ素層が配されたポリイミド系基材の熱膨脹係数(CTE)は、25ppm/℃以下でもある。
他の態様により、
前述の銅箔積層フィルムを含む電子素子が提供される。
前記電子素子は、アンテナ素子またはアンテナケーブルを含むものでもある。
一態様による銅箔積層フィルムは、少なくとも一面にフッ素層が配されたポリイミド系基材、前記フッ素層が配されたポリイミド系基材上に配されたタイ層、及び前記タイ層上に配された銅層を含む。前記タイ層が、周期律表4族,6族,13族及び14族金属元素のうちから選択された1種以上を含み、前記金属元素は、金属・酸素(M-O)結合解離エネルギー(M-O bond dissociation energy)が400kJ/mol以上でもある。前記銅箔積層フィルムは、低い熱膨脹係数と共に、低い誘電率、低い誘電損失、及び低い伝送損失を有しながら、耐エッチング性及び耐化学性にすぐれる。
一具現例による銅箔積層フィルムの断面模式図である。 他の一具現例による両面銅箔積層フィルムの断面模式図である。
以下、本発明の実施例と図面とを参照し、銅箔積層フィルム、及びそれを含む電子素子について詳細に説明する。それら実施例は、ただ本発明について、さらに具体的に説明するために例示的に提示されたものであるのみ、本発明の範囲は、それら実施例によって制限されるものではないということは、当業界で当業者において自明であろう。
取り立てて定義しない限り、本明細書で使用される全ての技術的及び科学的な用語は、本発明が属する技術分野の熟練者により、一般的に理解されるところと同一の意味を有する。相衝する場合、定義を含む本明細書が優先されるのである。
本明細書で説明されるところと類似しているか、あるいは同等な方法及び材料が、本発明の実施または試験に使用されうるが、適する方法及び材料が、本明細書に記載される。
本明細書において、「含む」という用語は、特別に反対となる記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むものでもあるということを意味する。
本明細書において、「及び/または」という用語は、関連記載された1以上の項目の任意の組み合わせ、及び全ての組み合わせを含むということを意味する。本明細書において、「または」という用語は、「及び/または」を意味する。本明細書において、構成要素の前にある、「少なくとも1種」、または「1以上」という表現は、全体構成要素のリストを補完することができ、前記記載の個別構成要素を補完することができるということを意味するものではない。
本明細書において「ポリイミド系基材」は、「ポリイミド基材」及び「ポリイミド含有誘導体基材」を含むことを意味する。
本明細書において、1構成要素が他の構成要素の「上」に配されていると言及される場合、該1構成要素は、他の構成要素上に直接配されもするか、あるいは前記構成要素間に介在された構成要素も存在しうる。一方で、該1構成要素が他の構成要素「上に直接」配されていると言及される場合、介在された構成要素が存在しないのである。
電子素子において、アンテナ素子は、一般的に、基材上において、無線信号による電気的フローがなされる金属層、例えば、銅箔をラミネートする方式によっても製造される。
該アンテナの信号受信と係わって生じる損失は、基材の誘電率による損失、及び無線信号、すなわち、電気信号が金属層を流れる場合、電気的抵抗により、物理的に生じる信号損失を有しうる。高周波数帯域を有する無線信号は、相対的に低周波数帯域を有する無線信号と比較し、無線信号による電気的フローが、金属層表面にさらに集中される現象が生じる。また、ラミネート方式の銅箔積層フィルムは、アンテナ素子の曲折した領域において、銅箔に物理的応力が生じ、その表面にクラックが生じる。その結果、伝送損失が生じてしまう。また、25ppm/℃超過の高い熱膨脹係数を有する基材は、伝導性銅箔との熱膨脹係数差により、剥離またはクラックのような問題が生じうる。一方、電子機器の小型化及び軽量化の趨勢と共に、微細回路パターンを具現する必要性が増大している。それにより、パターンエッチング性に影響を与えずに、酸環境下及び/または塩基環境下において、耐化学性にすぐれる特性が要求されている。
そのような問題及び要求を解決すべく、本発明の発明者は、次のような銅箔積層フィルムを提案するのである。
一具現例による銅箔積層フィルムは、少なくとも一面にフッ素層が配されたポリイミド系基材と、前記フッ素層が配されたポリイミド系基材上に配されたタイ(tie)層と、前記タイ層上に配された銅層と、を含み、前記タイ層が、周期律表4族,6族,13族及び14族金属元素のうちから選択された1種以上を含み、前記金属元素は、金属・酸素(M-O)結合解離エネルギー(M-O bond dissociation energy)が400kJ/mol以上でもある。前記銅層は、銅シード層及び銅メッキ層の順に配された層によっても構成される。
前記銅箔積層フィルムは、低い熱膨脹係数と共に、低い誘電率、低い誘電損失、及び低い伝送損失を有しながら、耐エッチング性及び耐化学性にすぐれる。
図1は、一具現例による銅箔積層フィルム10の断面模式図である。図2は、一具現例による両面銅箔積層フィルム20の断面模式図である。
図1を参照すれば、一具現例による銅箔積層フィルム10は、一面にフッ素層5が配されたポリイミド系基材1、フッ素層5が配されたポリイミド系基材1上におけるタイ層2、銅シード層3、及び銅メッキ層4が順に配されている。図2を参照すれば、他の一具現例による銅箔積層フィルム20は、一面にフッ素層15が配されたポリイミド系基材11、フッ素層15が配されたポリイミド系基材11の上面におけるタイ層12、銅シード層13)、及び銅メッキ層14が順に配された第1面21と、フッ素層15’が配されたポリイミド系基材11の下面におけるタイ層12’、銅シード層13’、及び銅メッキ層14’が順に配された第2面22と、によって構成されている。
以下、銅箔積層フィルム10,20を構成するフッ素層5,15,15’が配されたポリイミド系基材1,11、タイ層2,12,12’、銅シード層3,13,13’、及び銅メッキ層4,14,14’について記述する。
<フッ素層5,15,15’が配されたポリイミド系基材1,11>
ポリイミド系基材1,11は、変性ポリイミド(m-PI:modified PI)基材でもある。前記変性ポリイミド基材は、極性が大きい置換基を減少させた樹脂基材である。無線信号を回路に流すとき、該回路周辺の電界に変化が起こる。そのような電界変化は、樹脂基材内部分極の緩和時間に近接することになれば、電気変位に遅延が生じる。このとき、該樹脂基材内部に分子摩擦が起こり、熱が生じ、生じた熱は、誘電特性に影響を与える。従って、前記基材として、極性が大きい置換基を減少させた変性ポリイミド基材を使用する。
ポリイミド系基材1,11の一面または両面に、フッ素層5,15,15’が配されうる。フッ素層5,15,15’は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、パーフルオロアルコキシ(PFA)、フッ素化エチレンプロピレン(FEP)、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)、テトラフルオロエチレン/クロロトリフルオロエチレン(TFE/CTFE)、エチレンクロロトリフルオロエチレン(ECTFE)及びポリフッ化ビニリデン(PVDF)のうちから選択された1種以上のフッ素樹脂を含むものでもある。例えば、フッ素層5,15,15’は、パーフルオロアルコキシ(PFA)でもある。
フッ素層5,15,15’が配されたポリイミド系基材1,11の厚みは、25μmないし100μmでもある。例えば、フッ素層5,15,15’が配されたポリイミド系基材1,11の厚みは、25μmないし90μmでもあるか、25μmないし80μmでもあるか、25μmないし70μmでもあるか、25μmないし60μmでもあるか、あるいは25μmないし50μmでもある。フッ素層5,15,15’の厚みは、フッ素層5,15,15’が配されたポリイミド系基材1,11の厚み100%を基準にし、50%以下でもある。フッ素層5,15,15’が配されたポリイミド系基材1,11の厚みが25μm未満であるならば、銅箔積層フィルム10,20の製造時、生産性が低下してしまい、100μmを超えれば、薄膜化がなされなくなる。
フッ素層5,15,15’が配されたポリイミド系基材1,11表面のフッ素含量は、60原子%ないし75原子%でもある。前記フッ素含量範囲内において、フッ素層5,15,15’が配されたポリイミド系基材1,11は、低い誘電率、低い誘電損失、及び低い伝送損失を有しうる。フッ素層5,15,15’が配されたポリイミド系基材1,11は、周波数20GHzにおいて、2.8以下の誘電率(D)、及び0.003以下の誘電損失(D)を有しうる。例えば、フッ素層5,15,15’が配されたポリイミド系基材1,11は、周波数20GHzにおいて、0.01ないし2.8の誘電率(D)、及び0.00001ないし0.003の誘電損失(D)を有しうる。
フッ素層5,15,15’が配されたポリイミド系基材1,11の熱膨脹係数(CTE)は、25ppm/℃以下でもある。例えば、フッ素層5,15,15’が配されたポリイミド系基材1,11の熱膨脹係数(CTE)は、0.01ppm/℃ないし25ppm/℃でもある。そのような熱膨脹係数(CTE)を有するフッ素層5,15,15’が配されたポリイミド系基材1,11は、銅シード層3,13,13’及び銅メッキ層4,14,14’を含む銅箔と共に、銅箔積層フィルム10,20を製造するとき、銅シード層3,13,13’及び銅メッキ層4,14,14’によって構成された銅層の熱膨脹係数(CTE)(16~20ppm)と、基材の熱膨脹係数(CTE)との差が大きくなく、残留応力の発生量が少なく、曲がり発生がなく、収縮による捻れ、反りの問題が生じない。
必要により、後述するタイ層2,12,12’を配する前、フッ素層5,15,15’が配されたポリイミド系基材1,11上に、反応ガス自体をイオン化させたイオンビームを照射し、フッ素層5,15,15’が配されたポリイミド系基材1,11に対する表面処理を行うことができる。その結果、フッ素層5,15,15’表面に、-OH、-CHO、-COOHのような官能基が生成され、高温においても、接着力にすぐれる銅箔積層フィルム10,20を提供することができる。
イオンビームを利用した表面処理は、窒素(N)、酸素(O)、アルゴン(Ar)、ゼノン(Xe)及びヘリウム(He)のうちから選択された1種以上を含む反応ガスを使用することができる。例えば、前記反応ガスは、酸素(O)だけによってなるか、あるいはアルゴン・酸素(Ar-O)またはアルゴン・窒素(Ar-N)の混合ガスでもあり、その場合、高温においても、フッ素層5,15,15’が配されたポリイミド系基材1,11と、後述するタイ層2,12,12’、銅シード層3,13,13’及び銅メッキ層4,14,14’との接着力が大きく向上されうる。
また、反応ガスとして、アルゴン(Ar)を混合して使用する場合、全体反応ガス総体積基準で、アルゴン(Ar)が0.1体積%ないし50体積%で含まれうるか、0.1体積%ないし30体積%で含まれうるか、あるいは0.1体積%ないし25体積%で含まれうる。アルゴン(Ar)を前記体積範囲内で混合して使用するならば、高温においても、フッ素層5,15,15’が配されたポリイミド系基材1,11と、後述するタイ層2,12,12’、銅シード層3,13,13’及び銅メッキ層4,14,14’との接着力が大きく向上されうる。
前記反応ガスの注入量は、例えば、1sccmないし100sccm(standard cubic centimeter per minute)でもあるか、50sccmないし100sccmでもあるか、あるいは60sccmないし80sccmでもある。この範囲内において、安定して、フッ素層5,15,15’が配されたポリイミド系基材1,11表面に、イオンビームを照射することができるという効果がある。
前記イオンビームの照射量は、限定されるものではないが、例えば、1×10イオン/cmないし1×1017イオン/cmでもあり、この範囲において、ポリイミド層表面に対するイオンビームの照射効果を極大化させる。
また、該イオンビームの照射時間は、限定されるものではなく、目的により適切に調節されうる。
イオンビーム照射方法としては、ロール・ツー・ロール(roll-to-roll)工程を介しても遂行される。例えば、前記ロール・ツー・ロール工程は、2ないし10mpm(meters per minute)で連続して供給されるフッ素層5,15,15’が配されたポリイミド系基材1,11表面に、イオンビームをMD(machine direction)方向に、1ないし50秒範囲で照射されうる。その範囲内において、銅箔積層フィルム10,20の接着力にすぐれ、優秀な効率性を有しうる。
前記イオンビームを印加するための電力は、0.1kVないし5kVでもあるか、0.1kVないし3kVでもあるか、あるいは0.5kVないし2kVでもある。この範囲内において、高温においても、フッ素層5,15,15’が配されたポリイミド系基材1,11と、後述するタイ層2,12,12’、銅シード層3,13,13’及び銅メッキ層4,14,14’との接着力が大きく向上されうる。
<タイ層2,12,12’>
フッ素層5,15,15’が配されたポリイミド系基材1,11上に、タイ層2,12,12’が配される。タイ層2,12,12’は、周期律表4族,6族,13族及び14族金属元素のうちから選択された1種以上を含むものでもある。タイ層2,12,12’は、周期律表4族,6族,13族及び14族金属元素のうちから選択された1種以上の金属または合金を含むものでもある。
前記金属元素は、金属・酸素(M-O)結合解離エネルギーが400kJ/mol以上でもある。前記金属・酸素(M-O)結合解離エネルギーを有する金属元素は、酸素との結合が比較的安定している。その結果、タイ層2,12,12’とフッ素層5,15,15’との界面に、安定した金属酸化物または合金酸化物を確保し、接着力が向上され、電気伝導度が高いタイ層2,12,12’を適用することにより、伝送損失を最小化させることができる。
前記金属元素は、W、Ti、Sn、Cr、Al及びMoのうちのうちから選択された1種以上を含むものでもある。前記金属元素は、酸素との結合が比較的安定し、強磁性体特性を帯びるNi単独金属シード層と比較し、低い伝送損失を有しうる。
前記金属元素は、Niをさらに含み、前記Niの含量は、50重量%以下でもある。前記金属元素とNiは、合金を形成し、前記合金内Niの含量は、50重量%以下でもある。前記Niの含量が50重量%超過であるならば、多くの伝送損失が生じうる。
タイ層2,12,12’の厚みは、10nmないし100nmでもある。タイ層2,12,12’の厚みが10nm未満であるならば、厚みが薄く、フッ素層5,15,15’が配されたポリイミド系基材1,11との界面において、十分な金属酸化物または合金酸化物を形成することができないために、接着力確保が困難でもある。タイ層2,12,12’の厚みが100nm超過であるならば、回路を形成するためのエッチング工程において、タイ層2,12,12’のエッチングが良好になされず、残留することにンり、回路不良を誘発してしまう。
<銅シード層3,13,13’及び銅メッキ層4,14,14’>
タイ層2,12,12’上に、銅シード層3,13,13’が配される。銅シード層3,13,13’は、スパッタ層でもある。前記銅スパッタシード層は、フッ素層5,15,15’が配されたポリイミド系基材1,11自体の表面粗さ(surface roughness)を維持しながら、低い伝送損失を有するようにすることができる。スパッタリング方法としては、物理気相蒸着(PVD)、化学気相蒸着(CVD)、低圧化学気相蒸着(LPCVD)、真空蒸着のような方法を利用することができるが、それらに制限されるものではなく、当該スパッタリング方法として使用することができる全てのスパッタリング方法を利用することができる。例えば、該スパッタリング方法として、物理気相蒸着(PVD)方法を利用することができる。
銅シード層3,13,13’の厚みは、800Åないし4,000Åでもある。例えば、銅シード層3,13,13’の厚みは、850Åないし3,500Åでもあるか、900Åないし3,000Åでもあるか、950Åないし2,500Åでもあるか、1,000Åないし2,000Åでもあるか、あるいは1,000Åないし1,500Åでもある。銅シード層3,13,13’が前述の厚み範囲を有するならば、成膜時、導電性を確保することができ、低い表面粗さ(R)を有しながら、低い伝送損失を有する銅箔積層フィルム10,20を提供することができる。
銅シード層3,13,13’上に、銅メッキ層4,14,14’が位置する。銅メッキ層4,14,14’を形成する方法としては、無電解メッキ法または電解メッキ法を利用することができる。例えば、銅メッキ層4,14,14’は、電解メッキ法を利用することができる。
前記銅電解メッキ層の形成方法は、当該技術分野で使用可能な全ての方法を使用することができる。例えば、硫酸銅及び硫酸を基本物質にする電解メッキ液で電解メッキを実施し、銅シード層3,13,13’の一面に、銅電解メッキ層を形成することができる。さらには、前記電解メッキ液に、生産性及び表面均一性のために、光沢剤、レベラ、補正剤または緩和剤のような添加剤が添加されうる。
銅メッキ層4,14,14’の厚みは、12μm以下でもある。例えば、銅メッキ層4,14,14’の厚みは、0.1μmないし12.0μmでもあるか、1.0μmないし12.0μmでもあるか、2.0μmないし12.0μmでもあるか、4.0μmないし12.0μmでもあるか、あるいは6.0μmないし12.0μmでもある。
<銅箔積層フィルム10,20>
銅箔積層フィルム10,20は、少なくとも一面に、フッ素層5,15,15’が配されたポリイミド系基材1,11、及びフッ素層5,15,15’が配されたポリイミド系基材1,11上に、周期律表4族,6族,13族及び14族金属元素のうちから選択された1種以上を含み、前記金属元素は、金属・酸素(M-O)結合解離エネルギーが、400kJ/mol以上であるタイ層2,12,12’を含む。銅箔積層フィルム10,20は、低い熱膨脹係数と共に、低い誘電率、低い誘電損失、及び低い伝送損失を有しながら、耐エッチング性及び耐化学性にすぐれる銅箔積層フィルムを提供することができる。
<電子素子>
他の一具現例による電子素子は、銅箔積層フィルム10,20を含むものでもある。
前記電子素子は、アンテナ素子またはアンテナケーブルを含むものでもある。例えば、前記アンテナ素子は、携帯電話またはディスプレイ用アンテナ素子でもある。また、前記電気素子は、ネットワークサーバ、5G用事物インターネット(IoT)家電製品、レーダ(radar)、USB(Universal Serial Bus)などの回路基板を含むものでもある。
以下、実施例と比較例とを介し、本発明の構成、及びそれによる効果について、さらに詳細に説明する。しかし、本実施例は、本発明についてさらに具体的に説明するためのものであり、本発明の範囲は、それら実施例に限定されるものではないということは、自明な事実であろう。
実施例1:銅箔積層フィルム
図2に図示されているような銅箔積層フィルム20を、次のように製造した。
基材として、両面に、それぞれ約12.5μm厚のフッ素コーティング層15,15’が配されたポリイミドフィルム11(PI先端素材製、総厚:50μm、周波数20GHzにおいて、誘電率(D):2.8、誘電損失(D):0.003、CTE:≦25ppm/℃)を準備した。フッ素コーティング層15が配されたポリイミドフィルム11の第1面21に、ロール・ツー・ロールタイプのスパッタリング装置内イオンビームソースを利用し、イオンビーム処理を行った。該イオンビーム処理は、10-6Torr圧力条件において、不活性ガスArを30sccmで注入し、印加電力1.0kV条件下に行った。その後、該イオンビーム処理されたフッ素コーティング層15の上面に、物理気相蒸着法(PVD)により、純度99.995%のモリブデン(Mo)(Mo-O結合解離エネルギー:400kJ/molを利用し、約20nm厚にタイ層12を形成した。その後、タイ層12の上面に、物理気相蒸着法(PVD)でもって、純度99.995%の銅を利用し、約100nm厚に銅シード層13を形成した。その後、フッ素コーティング層15’が配されたポリイミドフィルム11の第2面22に、前述のところと同一方法によってイオンビーム処理を行い、タイ層12’及び銅シード層13’を形成した。その後、それぞれの銅シード層13,13’上に、電解銅メッキ法で約12μm厚の銅メッキ層をそれぞれ形成した。該電解銅メッキに使用された電解銅メッキ液は、Cu2+濃度28g/L、硫酸195g/Lの溶液であり、さらに光沢剤として、3-N,N-ジメチルアミノジチオカルバモイル-1-プロパンスルホン酸0.01g/Lと、補正剤(Atotech社製)を含むものを利用した。電解銅メッキは、34℃において、電流密度は、1.0A/dmから始め、だんだんと増大させて、2.86A/dmまで電流段階別に印加した。
実施例2:銅箔積層フィルム
イオンビーム処理されたフッ素コーティング層15の上面に、物理気相蒸着法(PVD)でもってモリブデン(Mo)(Mo-O結合解離エネルギー:400kJ/mol)と、チタン(Ti)(Ti-O結合解離エネルギー:670kJ/mol)との重量比を50:50(純度:99.9%以上)にし、約20nm厚にタイ層12を形成したことを除いては、実施例1と同一方法でもって、銅箔積層フィルム20を製造した。
実施例3:銅箔積層フィルム
イオンビーム処理されたフッ素コーティング層15の上面に、物理気相蒸着法(PVD)でもって、モリブデン(Mo)(Mo-O結合解離エネルギー:400kJ/mol)とニッケル(Ni)(Ni-O結合解離エネルギー:360kJ/mol)との重量比を70:30(純度:99.9%以上)にし、約20nm厚にタイ層12を形成したことを除いては、実施例1と同一方法でもって、銅箔積層フィルム20を製造した。
実施例4:銅箔積層フィルム
イオンビーム処理されたフッ素コーティング層15の上面に、物理気相蒸着法(PVD)でもって、モリブデン(Mo)(Mo-O結合解離エネルギー:400kJ/mol)とニッケル(Ni)(Ni-O結合解離エネルギー:360kJ/mol)との重量比を50:50(純度:99.9%以上)にし、約20nm厚にタイ層12を形成したことを除いては、実施例1と同一方法でもって、銅箔積層フィルム20を製造した。
実施例5:銅箔積層フィルム
イオンビーム処理されたフッ素コーティング層15の上面に、物理気相蒸着法(PVD)でもって、純度99.995%のタングステン(W)(W-O結合解離エネルギー:710kJ/mol)を利用し、約20nm厚にタイ層12を形成したことを除いては、実施例1と同一方法でもって、銅箔積層フィルム20を製造した。
実施例6:銅箔積層フィルム
イオンビーム処理されたフッ素コーティング層15の上面に、物理気相蒸着法(PVD)でもって、タングステン(W)(W-O結合解離エネルギー:710kJ/mol)とチタン(Ti)(Ti-O結合解離エネルギー:670kJ/mol)との重量比を90:10(純度:99.9%以上)にし、約20nm厚にタイ層12を形成したことを除いては、実施例1と同一方法でもって、銅箔積層フィルム20を製造した。
実施例7:銅箔積層フィルム
フッ素コーティング層15が配されたポリイミドフィルム11の第1面21に、ロール・ツー・ロールタイプのスパッタリング装置内イオンビームソースを利用し、イオンビーム処理を行うとき、該イオンビーム処理は、10-6Torr圧力条件において、反応ガスOを9sccmで注入し、印加電力1.0kV条件下で行ったことを除いては、実施例3と同一方法でもって、銅箔積層フィルム20を製造した。
実施例8:銅箔積層フィルム
フッ素コーティング層15が配されたポリイミドフィルム11の第1面21に、ロール・ツー・ロールタイプのスパッタリング装置内イオンビームソースを利用し、イオンビーム処理を行うとき、該イオンビーム処理は、10-6Torr圧力条件において、反応ガスNを9sccmで注入し、印加電力1.0kV条件下で行ったことを除いては、実施例3と同一方法でもって、銅箔積層フィルム20を製造した。
比較例1:銅箔積層フィルム
イオンビーム処理されたフッ素コーティング層15の上面に、物理気相蒸着法(PVD)でもって、純度99.995%の銅(Cu)(Cu-O結合解離エネルギー:280kJ/mol)を利用し、約20nm厚にタイ層12を形成したことを除いては、実施例1と同一方法でもって、銅箔積層フィルム20を製造した。
比較例2:銅箔積層フィルム
基材として、フッ素コーティング層が配されていないポリイミドフィルム(PI先端素材製、厚み:25μm、周波数20GHzにおいて、誘電率(D):3.5、誘電損失(D):0.004、CTE:≦25ppm/℃)を使用したことを除いては、実施例3と同一方法でもって、銅箔積層フィルムを製造した。
比較例3:銅箔積層フィルム
基材として、液晶ポリマー(LCP)フィルム(Chiyoda社製、厚み:50μm、周波数20GHzにおいて、誘電率(D):2.7、誘電損失(D):0.002、CTE:≧40ppm/℃)を使用したことを除いては、実施例3と同一方法でもって、銅箔積層フィルムを製造した。
比較例4:銅箔積層フィルム
フッ素コーティング層15が配されたポリイミドフィルム11の第1面21及び第2面22にイオンビーム処理を施さないことを除いては、実施例3と同一方法でもって、銅箔積層フィルムを製造した。
評価例1:物性評価
実施例1~8及び比較例1~4によって製造された銅箔積層フィルムに対する物性を、次のような測定方法を利用して評価した。その結果を、下記表1に示した。
(1)フッ素含量:XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)分析
実施例3、実施例7、実施例8及び比較例4の、イオンビームによって表面処理されたフッ素コーティング層が配されたポリイミドフィルム表面、またはイオンビームによって表面処理されていないフッ素コーティング層が配されたポリイミドフィルム表面に対し、X線光電子分光法(XPS:X-ray photoelectron spectroscopy)分析を行った。該XPS分析は、ThermoFisher社K-Alphaを使用した。
(2)伝送損失
実施例3、比較例2及び比較例3によって製造された銅箔積層フィルムに対し、エッチングで、幅40μm、長さ50mm、縦方向40mmの間隔で、10個の直線回路を形成した。その後、前記直線回路が形成された伝送路のそれぞれの信号導体と接地導体とを、測定器(Vector Network Analyzer)の測定ポートにそれぞれ接続し、周波数28GHzまで信号を印加し、伝送損失を測定した。このとき、該伝送損失は、次のように評価した。
○:伝送損失が-0.5dB/cm以上である場合
△:伝送損失が-0.5dB/cmないし-1.5dB/cmである場合
X:伝送損失が-1.5dB/cm未満である場合
(3)耐エッチング性
実施例1ないし実施例6、及び比較例1によって製造された銅箔積層フィルムに対し、その表面に幅3mm回路パターンを形成し、該回路パターンが形成された銅箔積層フィルムの反対面を全面エッチングするとき、使用されたエッチング液である塩化第2鉄(FeCl)、塩化第2銅(CuCl)の溶液により、前記幅3mm回路パターンの剥離いかんを下記のように評価した。
○:回路パターンが脱落せず、回路パターン下部に液浸透が生じない場合
△:回路パターン下部に液浸透が生じた場合
X:回路パターンが脱落した場合
(4)耐化学性
前記(3)耐エッチング性評価に使用した回路パターンが形成されている銅箔積層フィルムを、塩酸(HCl)10%溶液に1分間浸漬するか、または5%以内の塩基性溶液に1分間浸漬した。前記銅箔積層フィルムの耐化学性を次のように評価した。
○:回路パターンが脱落せず、該回路パターン下部に液浸透が生じない場合
△:回路パターン下部に液浸透が生じた場合
X:回路パターンが脱落した場合
Figure 2023064709000002
表1から分かるように、実施例1ないし実施例6によって製造された銅箔積層フィルムは、低い誘電率、低い誘電損失、低い伝送損失、及び低い熱膨脹係数を有しながら、耐エッチング性及び耐化学性にすぐれるということを確認することができる。
比較例1によって製造された銅箔積層フィルムは、銅タイ層(Cu-O結合解離エネルギー:280kJ/mol)を含み、酸環境下及び塩基環境下において、回路パターンが脱落した。比較例2によって製造された銅箔積層フィルムは、フッ素コーティング層が配されていないポリイミド基材フィルムを含み、実施例1ないし8によって製造された銅箔積層フィルムと比較し、高い誘電率、高い誘電損失、及び高い伝送損失を有する。比較例3によって製造された銅箔積層フィルムは、液晶ポリマー(LCP)基材フィルムを含み、実施例1ないし8によって製造された銅箔積層フィルムと比較し、高い熱膨脹係数を有し、反りが生じた。
それにより、実施例1ないし8によって製造された銅箔積層フィルムは、5G移動通信機器の高周波傾向に合う向上された基材の誘電特性を有し、優秀な耐エッチング性と耐化学性とを有するために、小型化された5G移動通信機器のような電子素子に適用しうる。
本発明の、銅箔積層フィルム、及びそれを含む電子素子は、例えば、アンテナ素子関連またはアンテナケーブル関連の技術分野に効果的に適用可能である。
1,11 ポリイミド系(フィルム)基材
2,12,12’ タイ層
3,13,13’ 銅シード層
4,14,14’ 銅メッキ層
5,15,15’ フッ素(コーティング)層
10,20 銅箔積層フィルム
21 第1面
22 第2面

Claims (11)

  1. 少なくとも一面にフッ素層が配されたポリイミド系基材と、
    前記フッ素層が配されたポリイミド系基材上に配されたタイ層と、
    前記タイ層上に配された銅層と、を含み、
    前記タイ層が、周期律表4族,6族,13族及び14族金属元素のうちから選択された1種以上を含み、
    前記金属元素は、金属・酸素(M-O)結合解離エネルギーが400kJ/mol以上である、銅箔積層フィルム。
  2. 前記金属元素は、W、Ti、Sn、Cr、Al及びMoのうちから選択された1種以上を含む、請求項1に記載の銅箔積層フィルム。
  3. 前記金属元素は、Niをさらに含み、前記Niの含量が50重量%以下である、請求項1に記載の銅箔積層フィルム。
  4. 前記フッ素層が配されたポリイミド系基材の厚みが25μmないし100μmである、請求項1に記載の銅箔積層フィルム。
  5. 前記フッ素層の厚みが、前記フッ素層が配されたポリイミド系基材厚100%を基準に、50%以下である、請求項1に記載の銅箔積層フィルム。
  6. 前記フッ素層が配されたポリイミド系基材表面のフッ素含量が60原子%ないし75原子%である、請求項1に記載の銅箔積層フィルム。
  7. 前記フッ素層が配されたポリイミド系基材が、周波数20GHzにおいて、2.8以下の誘電率(D)、及び0.003以下の誘電損失(D)を有する、請求項1に記載の銅箔積層フィルム。
  8. 前記フッ素層が配されたポリイミド系基材の熱膨脹係数(CTE)が25ppm/℃以下である、請求項1に記載の銅箔積層フィルム。
  9. 前記銅メッキ層の厚みが12μm以下である、請求項1に記載の銅箔積層フィルム。
  10. 請求項1ないし9のうちいずれか1項に記載の銅箔積層フィルムを含む、電子素子。
  11. 前記電子素子は、アンテナ素子またはアンテナケーブルを含む、請求項10に記載の電子素子。
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