JP2023514919A - 銅箔積層フィルム、それを含む電子素子、及び該銅箔積層フィルムの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
基材の少なくとも一面に、プライマー層が配された基材構造体と、
前記基材構造体上に配された銅含有層と、を含み、
前記銅含有層のX線回折(XRD:X-ray diffraction))分析による[311]方位面のピーク強度に対する[200]方位面のピーク強度の比(I[200]/I[311])が2.0以上である銅箔積層フィルムが提供される。
前記銅合金シード層の芯部が表面部よりニッケル元素の含量が多いものでもある。
ICu+Niは、結合エネルギー933.58eVないし953.98eVの領域において、銅合金シード層のピーク強度であり、
ICuは、結合エネルギー933.58eVないし953.98eVの領域において、銅シード層のピーク強度である。
前記ポリイミド系基材は、周波数20GHzにおいて、3.4以下の誘電率(Dk)、及び0.007以下の誘電損失(Df)を有しうる。
化学式1:RCmH2mSi(OCnH2n)3
化学式1で、
Rは、置換もしくは非置換のC2-C20アルケニル基、-N(R1)(R2)、またはそれらの組み合わせであり、ここで、R1、R2は、互いに独立して、水素原子、ハロゲン原子、置換もしくは非置換のC1-C10アルキル基、置換もしくは非置換のC2-C10アルケニル基、置換もしくは非置換のC2-C10アルキニル基、置換もしくは非置換のC3-C20シクロアルキル基、置換もしくは非置換のC3-C20シクロアルケニル基、置換もしくは非置換のC6-C20アリール基、または置換もしくは非置換のC6-C20ヘテロアリール基であり、
nは、1ないし5の整数であり、
mは、0ないし10である。
前述の銅箔積層フィルムを含む電子素子が提供される。
基材を準備する段階と、
前記基材の少なくとも一面に、プライマー層形成用組成物を塗布し、プライマー層を形成する段階と、
前記プライマー層上にスパッタリングで銅含有層を形成し、前述の銅箔積層フィルムを製造する段階と、を含む、銅箔積層フィルムの製造方法が提供される。
一具現例による基材構造体は、基材の少なくとも一面に、プライマー層が配されうる。
例えば、前記基材は、ポリイミド、低誘電率を有するポリイミド(modified polyimide)、ポリフェニルスルフィド、ポリアミド、ポリエーテルイミド、ポリエチレンナフタレート、またはフッ素が含有されたフィルムを含んでもよい。例えば、前記基材は、ポリイミド系基材でもある。
化学式1:RCmH2mSi(OCnH2n)3
化学式1で、
Rは、置換もしくは非置換のC2-C20アルケニル基、-N(R1)(R2)、またはそれらの組み合わせであり、ここで、R1、R2は、互いに独立して、水素原子、ハロゲン原子、置換もしくは非置換のC1-C10アルキル基、置換もしくは非置換のC2-C10アルケニル基、置換もしくは非置換のC2-C10アルキニル基、置換もしくは非置換のC3-C20シクロアルキル基、置換もしくは非置換のC3-C20シクロアルケニル基、置換もしくは非置換のC6-C20アリール基、または置換もしくは非置換のC6-C20ヘテロアリール基でもあり、
nは、1ないし5の整数でもあり、
mは、0ないし10でもある。
一具現例による銅含有層は、面心立方構造の結晶を有する。そのような面心立方構造の銅含有層は、多様な方向の結晶配向面または結晶方位面を有している。該結晶配向面または該結晶方位面の方向及び/または位置は、ミラー指数(Miller indices)で示すことができる。例えば、[111]方位面、[200]方位面、[220]方位面、[311]方位面及び[222]方位面は、それぞれ[111]方向の結晶配向面または結晶方位面、[200]方向の結晶配向面または結晶方位面、[220]方向の結晶配向面または結晶方位面、[311]方向の結晶配向面または結晶方位面、及び[222]方向の結晶配向面または結晶方位面のミラー指数を示す。そのような多様な方向の結晶面は、X線回折(XRD)分析によって特定することができる。
ICu+Niは、結合エネルギー933.58eVないし953.98eVの領域において、銅合金シード層のピーク強度であり、
ICuは、結合エネルギー933.58eVないし953.98eVの領域において、銅シード層のピーク強度である。
一具現例による銅箔積層フィルムのJIS C 6471によるMIT測定による疲労寿命が、270回以上でもある。例えば、前記銅箔積層フィルムのJIS C 6471によるMIT測定による疲労寿命は、280回以上でもある。
他の一具現例による銅箔積層フィルムの製造方法は、基材を準備する段階と、前記基材の少なくとも一面に、プライマー層形成用組成物を塗布し、プライマー層を形成する段階と、前記プライマー層上にスパッタリングでもって銅含有層を形成し、前述の銅箔積層フィルムを製造する段階と、を含んでもよい。
実施例1:銅箔積層フィルム
基材として、約25μm厚のポリイミドフィルム(PI尖端素材製、誘電率(Dk):3.3、誘電損失(Df):0.005@28GHz)を準備した。
基材として、50μm厚のポリイミドフィルム(PI尖端素材製、誘電率(Dk):3.3、誘電損失(Df):0.005@28GHz)を準備したことを除いては、実施例1と同一方法で銅箔積層フィルムを作製した。
前記プライマー層の上面に、物理気相蒸着法(PVD)で、銅とニッケルとが90:10の重量(%)比を有する銅とニッケルとの合金を利用し、1,200Å厚の銅とニッケルとの銅合金シード層を形成したことを除いては、実施例1と同一方法で銅箔積層フィルムを作製した。
基材として、約50μm厚のポリイミドフィルム(誘電率(Dk):3.4、誘電損失(Df):0.007@20GHz)を準備し、シランカップリング剤として、アミノプロピルトリエトキシシラン(aminopropyltriethoxysilane)1gを使用し、約5nm厚のプライマー層を形成したことを除いては、実施例1と同一方法で銅箔積層フィルムを製造した。
シランカップリング剤として、アミノプロピルトリエトキシシラン5gを使用し、約15nm厚のプライマー層を形成したことを除いては、実施例4と同一方法で銅箔積層フィルムを製造した。
シランカップリング剤として、アミノプロピルトリエトキシシラン3gを使用し、約10nm厚のプライマー層を形成したことを除いては、実施例4と同一方法で銅箔積層フィルムを製造した。
シランカップリング剤として、ビニルトリエトキシシラン(vinyltriethoxysilane)0.2gとアミノプロピルトリエトキシシラン0.8gとを使用し、約5nm厚のプライマー層を形成したことを除いては、実施例4と同一方法で銅箔積層フィルムを製造した。
シランカップリング剤として、ビニルトリエトキシシラン0.2gとアミノプロピルトリエトキシシラン0.8gとを使用し、約5nm厚のプライマー層を形成し、前記プライマー層の上面に、物理気相蒸着法(PVD)でもって、銅とニッケルとが90:10の重量(%)比を有する銅とニッケルとの合金を利用し、1,200Å厚の銅とニッケルとの合金シード層を形成したことを除いては、実施例4と同一方法で銅箔積層フィルムを製造した。
シランカップリング剤として、ビニルトリエトキシシラン2.5gとアミノプロピルトリエトキシシラン2.5gとを使用し、約15nm厚のプライマー層を形成したことを除いては、実施例4と同一方法で銅箔積層フィルムを製造した。
基材として、約50μm厚の低誘電率ポリイミドフィルム(誘電率(Dk):3.2、誘電損失(Df):0.004@20GHz)を準備し、シランカップリング剤として、ビニルトリエトキシシラン0.6gとアミノプロピルトリエトキシシラン2.4gとを使用し、約10nm厚のプライマー層を形成したことを除いては、実施例4と同一方法で銅箔積層フィルムを製造した。
基材として、約50μm厚の低誘電率ポリイミドフィルム(誘電率(Dk):3.2、誘電損失(Df):0.004@20GHz)を準備し、前記プライマー層の上面に、物理気相蒸着法(PVD)でもって、銅とニッケルとが90:10の重量(%)比を有する銅とニッケルとの合金を利用し、1,200Å厚の銅とニッケルとの銅合金シード層を形成したことを除いては、実施例4と同一方法で銅箔積層フィルムを製造した。
基材として、約25μm厚の液晶ポリマー(LCP)フィルム(Kaneka社製、誘電率(Dk):3.1、誘電損失(Df):0.0022@28GHz)を準備した。
基材として、約25μm厚の変性ポリイミド(m-PI:modified PI)フィルム(Kaneka社製、誘電率(Dk):3.1、誘電損失(Df):0.006@28GHz)を準備した。
上面に、プライマー層形成用組成物を塗布していないおよそ50μm厚のポリイミドフィルム(誘電率(Dk):3.4、誘電損失(Df):0.007@20GHz)を準備したことを除いては、実施例4と同一方法で銅箔積層フィルムを製造した。
上面に、プライマー層形成用組成物を塗布していないおよそ50μm厚の低誘電率ポリイミドフィルム(誘電率(Dk):3.2、誘電損失(Df):0.004@20GHz)を準備したことを除いては、実施例4と同一方法で銅箔積層フィルムを製造した。
基材として、約50μm厚の低誘電率ポリイミドフィルム(誘電率(Dk):3.2、誘電損失(Df):0.004@20GHz)を準備し、シランカップリング剤として、ビニルトリエトキシシラン(信越化学工業、KBE-1003)10.5gとアミノプロピルトリエトキシシラン(ダウケミカル、OFS-6011)4.5gとを使用し、65nm厚のプライマー層を形成したことを除いては、実施例4と同一方法で銅箔積層フィルムを製造した。
基材として、約50μm厚の低誘電率ポリイミドフィルム(誘電率(Dk):3.2、誘電損失(Df):0.004@20GHz)を準備し、シランカップリング剤として、ビニルトリエトキシシラン(信越化学工業、KBE-1003)9.0gとアミノプロピルトリエトキシシラン(ダウケミカル、OFS-6011)1.0gとを使用し、43nm厚のプライマー層を形成したことを除いては、実施例4と同一方法で銅箔積層フィルムを製造した。
基材として、約50μm厚の低誘電率ポリイミドフィルム(誘電率(Dk):3.2、誘電損失(Df):0.004@20GHz)を準備し、シランカップリング剤として、アミノプロピルトリエトキシシラン6.0gを使用し、45nm厚のプライマー層を形成したことを除いては、実施例10と同一方法で銅箔積層フィルムを製造した。
基材として、約50μm厚の低誘電率ポリイミドフィルム(誘電率(Dk):3.2、誘電損失(Df):0.004@20GHz)を準備し、シランカップリング剤として、ビニルトリエトキシシラン6.0gを使用し、30nm厚のプライマー層を形成したことを除いては、実施例10と同一方法で銅箔積層フィルムを製造した。
実施例1~11及び比較例1~8によって製造されたそれぞれの銅箔積層フィルムの物性を、下記のように評価した。その結果の一部を、下記の表1ないし表4、図4Aないし図4C、及び図5にそれぞれ示した。
それぞれの銅箔積層フィルムの基材につき、4cmx4cmサイズのサンプルに作り、ネットワークアナライザ(network analyzer、アンリツ社製)と、28GHzまたは20GHz空洞共振器(cavity resonator、AET社製)とを利用し、誘電率(Dk)及び誘電損失(Df)を測定した。その結果を表1ないし表4に示した。
それぞれの銅箔積層フィルムのプライマー層厚を、FIB(focused ion beam)-TEM装備を利用して測定した。その結果の一部を表3及び表4に示した。
実施例1及び比較例1,2の銅箔積層フィルムの基材につき、エッチングで、幅100μm、長さ100mm、縦方向40mm間隔に、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各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、国際公開特許WO2005-101034に開示された測定方法で伝送損失を求めた。その結果を表1に示した。
実施例1及び比較例1,2の銅箔積層フィルムの銅含有層または銅箔の[311]方位面及び[200]方位面のピーク強度につき、XRD(X線回折)分析を実施した。該XRD分析は、CuKα radiation(1.540598Å)を利用したRigaku RINT2200HF+回折計(diffractometer)を利用して実施し、[200]方位面は、ブラッグ2θ 50.5±0.5°でピークを示し、[311]方位面は、ブラッグ2θ 90.0±0.5°でピークを示した。銅箔積層フィルムの銅含有層または銅箔の[311]方位面及び[200]方位面のピーク強度から、[311]方位面のピーク強度に対する[200]方位面のピーク強度の比を計算した。その結果を表1に示した。
実施例1及び比較例1,2の銅箔積層フィルムの表面につき、原子力顕微鏡(AFM:atomic force microscope)で表面粗度(Rz)を測定した。表面粗度(Rz)は、測定区間全体を5等分し、各等分別に最大値を求め、求めた値の和を5で除して得た。その結果を表1に示した。
実施例1及び比較例1,2の銅箔積層フィルムにつき、JIS C 6471により、MITで疲労寿命を測定した。MIT測定のために、それぞれの銅箔積層フィルムを15mmx170mmサイズに切り、パターン(幅:1,000μm(1mm))をエッチングした後、24時間保管し、オーブン器80℃で1時間保管したサンプルを準備した。前記サンプルの両端に、(+)電極、(-)電極をかけてMITを測定した。その結果を表1に示した。
実施例4~6,8、及び比較例3,4の銅箔積層フィルムのプライマー層表面につき、接触角測定器(KYOUWA社製)を利用し、水3μL及びジヨードメタン1μLで表面接触角を測定した。その結果を表3に示した。
実施例3の銅箔積層フィルムにつき、TEM/EDAXを利用し、深さ分析度(depth profile)、及びニッケル元素の含量分布を分析した。その結果を、図4Aないし図4Cに示した。
実施例2,3の銅箔積層フィルムにつき、その表面に、幅1mm回路パターンを形成し、回路パターンが形成された銅箔積層フィルムの全体の反対面を全面エッチングした後、前記回路パターンが形成された銅箔積層フィルムに対し、オーブン器で150℃温度で12時間熱処理した。その後、銅箔積層フィルムにおいて、銅含有層として、銅含有シード層及び銅メッキ層を、180°角及び50m/min速度で剥離した後、前記銅含有シード層表面に係わるXPSを分析した。その結果を、表2及び図5に示した。
実施例7,9~11及び比較例5~8の銅箔積層フィルムのプライマー層表面につき、XRF(X-ray fluorescence spectrometry;Minipal4、Panalytical社製)分析機器で、He(ヘリウム)雰囲気で6.2kv、45sの分析条件で、Si含量を測定した。その結果を表4に示した。
実施例1~3及び比較例1,2の銅箔積層フィルムにつき、3mm幅に切取線を入れ、サンプルを準備した。前記サンプルにつき、剥離強度試験機器(AG-50NIS、Shimazu社製)を利用し、50mm/min引っ張り速度、及び180°角度で剥離し、基材構造体に対する銅含有層の剥離強度(kgf/cm)を測定した。その結果を、表1及び表2に示した。
実施例4~11及び比較例3~8の銅箔積層フィルムにつき、約3mm幅の回路パターンが形成されたサンプルを製造した。それぞれのサンプルにつき、接着力測定器(TA.XT.plus、Texture Analyser社製)を利用し、50mm/minの速度で25℃(「常温接着力」)、及び140℃~160℃で、160~180時間放置した後(「耐熱接着力」)、基材構造体から銅含有層を分離するときの剥離強度(kgf/cm)を測定した。その結果を、表3及び表4に示した。
実施例2~6,8及び比較例3~4の銅箔積層フィルムにつき、その表面に、約1mm幅の回路パターンを形成し、回路パターンが形成された銅箔積層フィルム全体の反対面を全面エッチングした後、オーブン器で150℃温度で12時間熱処理した。その後、熱処理した銅箔積層フィルムを、塩酸(HCl)10%溶液に3分間浸漬し、剥離いかんを肉眼で観察した。回路パターンの剥離いかんは、次のような基準で判定した。その結果を、表2及び表3に示した。
△:銅箔積層フィルム上に回路パターンが付着している面積が11%~89%である(または、回路パターンの一部剥離)
○:銅箔積層フィルム上に回路パターンが付着している面積が10%以下(または、回路パターンの全部剥離)
Claims (23)
- 基材の少なくとも一面に、プライマー層が配された基材構造体と、
前記基材構造体上に配された銅含有層と、を含み、
前記銅含有層のX線回折(XRD)分析による[311]方位面のピーク強度に対する[200]方位面のピーク強度の比(I[200]/I[311])が2.0以上である、銅箔積層フィルム。 - 前記銅含有層表面の表面粗度(Rz)が0.1μm以下である、請求項1に記載の銅箔積層フィルム。
- 25℃において、前記基材構造体に対する銅含有層の剥離強度が0.80kgf/cm以上である、請求項1に記載の銅箔積層フィルム。
- 150℃における2時間熱処理後、常温で30分間2回放置し、240℃における10分間の追加熱処理後に測定した前記基材構造体に対する銅含有層の剥離強度が0.45kgf/cm以上である、請求項1に記載の銅箔積層フィルム。
- 前記銅含有層が、銅シード層、または銅と、ニッケル、亜鉛、ベリリウム及びクロムのうちから選択された1種以上との銅合金シード層を含む、請求項1に記載の銅箔積層フィルム。
- 前記銅含有層が、銅とニッケルとの銅合金シード層を含み、
前記銅合金シード層の芯部が表面部よりニッケル元素の含量が多い、請求項5に記載の銅箔積層フィルム。 - 前記銅シード層または前記銅合金シード層の表面に対するXPS分析時、結合エネルギー933.58eVないし953.98eVの領域において、下記数式1のピーク強度比を満足する、請求項5に記載の銅箔積層フィルム:
数式1:ICu+Ni/ICu≦0.9
数式1で、
ICu+Niは、結合エネルギー933.58eVないし953.98eVの領域において、銅合金シード層のピーク強度であり、
ICuは、結合エネルギー933.58eVないし953.98eVの領域において、銅シード層のピーク強度である。 - 前記銅シード層または前記銅合金シード層がスパッタ層である、請求項5に記載の銅箔積層フィルム。
- 前記銅シード層または前記銅合金シード層の一面に、金属メッキ層をさらに含む、請求項5に記載の銅箔積層フィルム。
- 前記基材がポリイミド系基材であり、
前記ポリイミド系基材が、周波数20GHzにおいて、3.4以下の誘電率(Dk)、及び0.007以下の誘電損失(Df)を有する、請求項1に記載の銅箔積層フィルム。 - 前記ポリイミド系基材が、周波数28GHzにおいて、3.3以下の誘電率(Dk)及び0.005以下の誘電損失(Df)を有する、請求項10に記載の銅箔積層フィルム。
- 前記ポリイミド系基材が、周波数28GHzにおいて、0.8dB/cm以下の伝送損失を有する、請求項10に記載の銅箔積層フィルム。
- 前記基材の厚みが5μmないし100μmである、請求項1に記載の銅箔積層フィルム。
- 前記プライマー層が、下記化学式1で表されるシランカップリング剤を含む、請求項1に記載の銅箔積層フィルム:
化学式1:RCmH2mSi(OCnH2n)3
化学式1で、
Rは、置換もしくは非置換のC2-C20アルケニル基、-N(R1)(R2)、またはそれらの組み合わせであり、ここで、R1、R2は、互いに独立して、水素原子、ハロゲン原子、置換もしくは非置換のC1-C10アルキル基、置換もしくは非置換のC2-C10アルケニル基、置換もしくは非置換のC2-C10アルキニル基、置換もしくは非置換のC3-C20シクロアルキル基、置換もしくは非置換のC3-C20シクロアルケニル基、置換もしくは非置換のC6-C20アリール基、または置換もしくは非置換のC6-C20ヘテロアリール基であり、
nは、1ないし5の整数であり、
mは、0ないし10である。 - 前記プライマー層がアミノ系シラン化合物、ビニル系シラン化合物、またはそれら混合物を含む、請求項1に記載の銅箔積層フィルム。
- 前記アミノ系シラン化合物対ビニル系シラン化合物の重量比が1:1ないし9:1である、請求項15に記載の銅箔積層フィルム。
- 前記プライマー層表面に対するXRF(X-ray fluorescence spectrometry)分析によるSi含量が10cpsないし120cpsである、請求項1に記載の銅箔積層フィルム。
- 前記プライマー層表面の水接触角が45°ないし70°である、請求項1に記載の銅箔積層フィルム。
- 前記プライマー層の厚みが500nm以下である、請求項1に記載の銅箔積層フィルム。
- 前記基材の厚みが25μm厚であるとき、前記フィルムのJIS C 6471によるMIT測定による疲労寿命が、270回以上である、請求項1に記載の銅箔積層フィルム。
- 請求項1ないし20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。
- 基材を準備する段階と、
前記基材の少なくとも一面に、プライマー層形成用組成物を塗布し、プライマー層を形成する段階と、
前記プライマー層上にスパッタリングで銅含有層を形成し、請求項1ないし20のうちいずれか1項に記載の銅箔積層フィルムを製造する段階と、を含む、銅箔積層フィルムの製造方法。 - 前記プライマー層を形成する段階後、プラズマ処理を行う段階をさらに含む、請求項22に記載の銅箔積層フィルムの製造方法。
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