JP7019876B1 - プリント配線板用表面処理銅箔、並びにこれを用いたプリント配線板用銅張積層板及びプリント配線板 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、近年は、外層であっても1~10GHzの周波数の高周波信号が流されるようになってきている。上記周波数となると、電流が流れる表皮深さは0.7~2.0μm程度となり、電流は導体のごく表層しか流れない。そのため、導体の表面凹凸が大きい場合には、導体の伝送経路(すなわち表皮部分の伝送経路)が長くなり、伝送損失が増加する。従って、高周波対応機器に用いる銅張積層板では、伝送損失の増加を抑制するため、銅箔の表面凹凸を小さくすることが望まれている。
[1] 銅箔基体の少なくとも一方の面に、粗化粒子が形成されてなる粗化処理層を含む表面処理皮膜を有するプリント配線板用表面処理銅箔であって、前記表面処理皮膜の表面におけるJIS Z 8741:1997に準拠して測定したTDの20度鏡面光沢度Gs(20°)が0.8%未満であり、前記表面処理皮膜の表面におけるJIS Z 8741:1997に準拠して測定したTDの60度鏡面光沢度Gs(60°)が0.4%以上であり、前記表面処理皮膜の表面におけるJIS Z 8741:1997に準拠して測定したTDの75度鏡面光沢度Gs(75°)に対する45度鏡面光沢度Gs(45°)の鏡面光沢度比(Gs(45°)/Gs(75°))が0.1以上1.5以下である、プリント配線板用表面処理銅箔。
[2] 前記表面処理皮膜の表面におけるJIS Z 8741:1997に準拠して測定したTDの85度鏡面光沢度Gs(85°)が4%以上、50%未満である、上記[1]に記載のプリント配線板用表面処理銅箔。
[3] 前記銅箔基体の表面処理皮膜を有する面が光沢面である、上記[1]又は[2]に記載のプリント配線板用表面処理銅箔。
[4] 前記表面処理皮膜の表面のJIS Z 8781に準拠して測定したTDのXYZ表色系におけるY値が10%以上45%以下である、上記[1]~[3]のいずれか1つに記載のプリント配線板用表面処理銅箔。
[5] 前記表面処理皮膜の表面におけるJIS B 0601に準拠して測定した十点平均粗さRzjis値が0.8μm以上4.5μm以下である、上記[1]~[4]のいずれか1つに記載のプリント配線板用表面処理銅箔。
[6] 上記[1]~[5]のいずれか1つに記載のプリント配線板用表面処理銅箔の前記表面処理皮膜が形成された面と樹脂基材とが接着されてなる、プリント配線板用銅張積層板。
[7] 上記[6]に記載のプリント配線板用銅張積層板を備える、プリント配線板。
本発明のプリント配線板用表面処理銅箔(以下、単に「表面処理銅箔」と言うことがある。)は、銅箔基体の少なくとも一方の面に、粗化粒子が形成されてなる粗化処理層を含む表面処理皮膜を有するプリント配線板用表面処理銅箔であって、前記表面処理皮膜の表面におけるJIS Z 8741:1997に準拠して測定したTDの20度鏡面光沢度Gs(20°)が0.8%未満であり、前記表面処理皮膜の表面におけるJIS Z 8741:1997に準拠して測定したTDの60度鏡面光沢度Gs(60°)が0.4%以上であり、前記表面処理皮膜の表面におけるJIS Z 8741:1997に準拠して測定したTDの75度鏡面光沢度Gs(75°)に対する45度鏡面光沢度Gs(45°)の鏡面光沢度比(Gs(45°)/Gs(75°))が0.1以上1.5以下である。なお、TD(Transverse Direction)は、銅箔基体を製造するときに銅箔基体が流れる方向(MD(Machine Direction)、RD(Roll Direction)ともいわれることもある。) に対して直交の方向である。つまり、本発明における「鏡面光沢度」とは、TD方向(MD方向に直交する方向)から光を入射させた場合の光沢度を意味する。
このような表面処理皮膜の表面(以下、「粗化面」と言う。)は、例えば、銅箔基体上に形成された粗化処理層の表面であってもよいし、この粗化処理層上に直接形成されたシランカップリング剤層の表面、又は、この粗化処理層上に、Niを含有する下地層、Znを含有する耐熱処理層及びCrを含有する防錆処理層等の中間層を介して形成されたシランカップリング剤層の表面であってもよい。また、本発明の表面処理銅箔がプリント配線板の導体回路に用いられる場合には、上記粗化面が、樹脂基材を貼着積層するための表面(貼着面)となる。
なお、当然ではあるが、上述の通り粗化面における鏡面光沢度の測定は、平滑な表面における測定ではないため、下記の各受光角における測定値は単純な比例関係にあるものではない。
なお、Gs(45°)及びGs(75°)は、鏡面光沢度比(Gs(45°)/Gs(75°))として上記範囲を満たせばよいが、個別の値としては、例えば次の範囲とすることができる。Gs(45°)は、好ましくは5.0以下であり、より好ましくは0.5以上3.0以下である。また、Gs(75°)は、好ましくは20.0以下であり、より好ましくは0.5以上10.0以下である。
次に、本発明の表面処理銅箔の好ましい製造方法について、その一例を説明する。本発明では、銅箔基体の表面に、粗化粒子を形成する粗化処理を行うことが好ましい。
銅箔基体としては、粗大な凹凸が存在しない平滑で光沢のある表面を持つ、電解銅箔や圧延銅箔を用いることが好ましい。中でも、生産性やコストの観点で電解銅箔のS(シャイニー)面を用いることが好ましく、そのS面に後述する粗化処理を施すことが好ましい。粗化粒子を形成するのに適したS面形状を得るためには、電解銅箔製造に使用するドラム状カソード表面を1500番~2500番のバフで研磨することが好ましい。
粗化処理により、粗化処理層を形成する。粗化処理は、下記に示すような粗化めっき処理(1)と固定めっき処理(2)を行う。
粗化めっき処理(1)は、銅箔基体の少なくとも一方の面上に粗化粒子を形成する処理である。具体的には硫酸銅浴でめっき処理を行う。硫酸銅浴(粗化めっき液基本浴)には、粗化粒子の脱落、即ち「粉落ち」の防止を目的としたモリブデン(Mo)、砒素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)、セレン(Se)、テルル(Te)、タングステン(W)等の従来から知られている添加剤の添加が可能であり、特にモリブデン(Mo)を添加することが好ましい。本発明者は、鋭意研究を行った結果、下記の要因が表面処理銅箔の表面性状に影響を及ぼすことを見出し、精妙にそれらの条件を設定することで、本発明の効果である高周波特性、密着性(常態密着性及び耐熱密着性)及び耐粉落ち性の要求特性を高い水準で満足させることができることを発見した。
本発明において、めっき処理の方式は、例えば大量生産及び生産コストの観点で、ロール・ツー・ロール方式でのめっき処理が好ましい。
例えば、バッチ式のようなロール・ツー・ロール方式以外のめっき処理の場合、本発明の処理は長くとも数秒程度という非常に短時間で終了するため、このようなガス発生による攪拌は特に考慮する必要は無い。
固定めっき処理(2)は、上記粗化めっき処理(1)で表面処理をした銅箔基体にかぶせめっきを行う処理である。これにより、粗化めっき処理(1)で形成した粗化粒子の形状を維持させることができる。
本発明における固定めっき処理は、粗化めっき処理と同じ組成の硫酸銅浴を使用して、同等の浴温でめっき処理する。硫酸銅浴の組成及び浴温は、後段で詳細に説明する。
通常、粗化めっき処理と固定めっき処理とで異なる組成のめっき液を用いる。固定めっき処理では、粗化めっき処理の様なヤケめっきではなく、平滑なめっきを行うために粗化めっき処理よりも銅濃度が高く浴温も高いめっき液を用いる。
一方、本発明では、固定めっき処理においても粗化めっき処理と同じ硫酸銅浴を使用して、同等の浴温でめっき処理を行う。こうすることにより、粉落ちを防ぐための十分な粗化粒子の固定をしつつも粗化粒子の表面形状が過度に平滑化されないので複雑な凹凸表面形状を持つ粗化面となる。すなわち、粗化めっき処理と同じ組成の硫酸銅浴を使用し、同等の浴温で固定めっき処理を行うことにより、表面処理銅箔の表面処理皮膜の表面におけるTDの20度鏡面光沢度Gs(20°)を0.8%未満とし、TDの60度鏡面光沢度Gs(60°)を0.4%以上とし、TDの75度鏡面光沢度Gs(75°)に対する45度鏡面光沢度Gs(45°)の鏡面光沢度比(Gs(45°)/Gs(75°))を0.1以上1.5以下とすることができる。
めっき処理の方式は、例えば大量生産及び生産コストの観点で、ロール・ツー・ロール方式でのめっき処理が好ましい。固定めっき処理をロール・ツー・ロール方式で行う場合に、処理速度と、極間流速との差分の絶対値は、6~15m/分とすることが好ましい。処理速度と極間流速との差分の絶対値が6~15m/分であると、表面処理銅箔の表面処理皮膜の表面におけるTDの20度鏡面光沢度Gs(20°)を0.8%未満とし、TDの60度鏡面光沢度Gs(60°)を0.4%以上とし、TDの75度鏡面光沢度Gs(75°)に対する45度鏡面光沢度Gs(45°)の鏡面光沢度比(Gs(45°)/Gs(75°))を0.1以上1.5以下とすることができる。なお、固定めっき処理では、処理速度の流の方向(処理方向)と極間流速の流の方向とは一致していなくてもよく、互いに逆向きになる場合は、一方の流速は他方の流速に対してマイナスの流速として計算する。
めっき液の組成
硫酸銅五水和物・・・銅(原子)換算で、10~30g/L
硫酸・・・100~250g/L
モリブデン酸ナトリウム・・・モリブデン(原子)換算で、50~300mg/L
処理速度・・・10~20m/分
処理方向極間流速・・・5~20.5m/分
予備めっき電流密度・・・4~10A/dm2
高電流密度・・・50~80A/dm2
中電流密度・・・45~65A/dm2
低電流密度・・・20~50A/dm2
予備めっき処理時間・・・1.0~3.0秒
高電流密度処理時間・・・1.2~3.0秒
中電流密度処理時間・・・0.8~4.0秒
低電流密度処理時間・・・0.5~2.0秒
浴温・・・20~30℃
めっき液の組成・・・粗化めっき処理用めっき液と同じ
硫酸銅五水和物・・・銅(原子)換算で、10~30g/L
硫酸・・・100~250g/L
モリブデン酸ナトリウム・・・モリブデン(原子)換算で、50~300mg/L
処理速度・・・5~20m/分
処理方向極間流速・・・1~30m/分
電流密度・・・3~25A/dm2
処理時間・・・1~15秒
浴温・・・粗化めっき処理用めっき液の浴温と同じ、20~30℃
以下に、本発明の表面処理銅箔の作製方法をまとめる。
本発明では、以下の形成工程(S1)~(S5)に従い、表面処理銅箔を作製することが好ましい。
(S1)粗化処理層の形成工程
銅箔基体上に、電析により微細な凹凸表面を持つ粗化粒子から成る粗化処理層を形成する。
(S2)下地層の形成工程
粗化処理層上に、必要によりNiを含有する下地層を形成する。
(S3)耐熱処理層の形成工程
粗化処理層上又は下地層上に、必要によりZnを含有する耐熱処理層を形成する。
(S4)防錆処理層の形成工程
粗化処理層上、又は必要により粗化処理層上に形成した下地層及び/又は耐熱処理層上に、必要によりCrを含有する防錆処理層を形成する。
(S5)シランカップリング剤層の形成工程
粗化処理層上に、直接シランカップリング剤層を形成するか、又は下地層、耐熱処理層及び防錆処理層の少なくとも1層を形成した中間層を介してシランカップリング剤層を形成する。
粗化処理を施すための基材となる銅箔基体として、下記カソード及びアノードを用い、下記組成の硫酸銅電解液を使用して、下記電解条件により、厚さ18μmである、ロール状の電解銅箔を作製した。
カソード:#2000のバフ研磨により調整されたチタン製の回転ドラム
アノード:寸法安定性陽極DSA(登録商標)
<硫酸銅電解液組成>
硫酸銅五水和物:Cu換算で、80g/L
H2SO4 :70g/L
塩素濃度 :30mg/L
(添加剤)
ヒドロキシエチルセルロース :5mg/L
<電解条件>
浴温 :58℃
電流密度 :50A/dm2
実施例1では、以下の工程[1]~[3]を行い、表面処理銅箔を得た。
電気めっき処理により、上記銅箔のS面に粗化めっき処理面を形成した。この粗化めっき処理面は、下記の粗化めっき液、固定めっき液共通基本浴組成を用いて、極間流速、電流密度、処理時間を下記表1及び表2記載の通りとして形成した。モリブデン濃度は、モリブデン酸ナトリウム二水和物を純水に溶解した水溶液を基本浴に加えることで調整した。
硫酸銅五水和物 :Cu換算で、25g/L
H2SO4 :160g/L
モリブデン酸ナトリウム二水和物 :Mo換算で、150mg/L
浴温 :26℃
続いて、上記[1]で形成した粗化処理層の表面に、下記の条件で、Ni、Zn、Crの順に金属めっきを施して金属処理層(中間層)を形成した。
Ni :40g/L
H3BO3 :5g/L
浴温 :20℃
pH :3.6
電流密度 :0.2A/dm2
処理時間 :10秒
Zn :2.5g/L
NaOH :40g/L
浴温 :20℃
電流密度 :0.3A/dm2
処理時間 :5秒
Cr :5g/L
浴温 :30℃
pH :2.2
電流密度 :5A/dm2
処理時間 :5秒
最後に、上記[2]にて形成した金属処理層(特に、最表面のCrめっき層)の上に、濃度0.2質量%の3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン水溶液を塗布し、100℃で乾燥させ、シランカップリング剤層を形成した。
実施例2~12及び比較例1~5は、粗化処理層の形成工程[1]において、上記表1及び表2記載の通りとした以外は、実施例1と同様の方法にて、表面処理銅箔を得た。
上記実施例及び比較例に係る表面処理銅箔について、下記に示す特性評価を行った。
各特性の評価条件は下記の通りであり、特に断らない限り、各測定は常温(20℃±5℃)にて行ったものである。結果を表3に示す。
表面処理銅箔の粗化面について、光沢度計(日本電色工業株式会社製、VG7000)を使用し、JIS Z 8741:1997に基づき、TDの20度鏡面光沢度Gs(20°)、TDの45度鏡面光沢度Gs(45°)、TDの60度鏡面光沢度Gs(60°)、TDの75度鏡面光沢度Gs(75°)及びTDの85度鏡面光沢度Gs(85°)をそれぞれ測定した。なお、測定は、受光角毎に、表面処理銅箔の長手方向(搬送方向、MD方向)に対して直交方向(TD方向)で3回実施し、測定値の全て(N=3)を平均して、各受光角に対応する鏡面光沢度とした。
表面処理銅箔の粗化面について、明度計(スガ試験機株式会社製、機種名:SMカラーコンピューター、型番:SM-T45)を使用して、JIS Z 8781に基づき、CIEで規定するXYZ表色系のX値、Y値及びZ値を測定した。そして、これらの値を用いて、反射率Y値及び混色比x値とy値を算出した。
表面処理銅箔の粗化面において、接触式表面粗さ測定機(株式会社小坂研究所製、「サーフコーダーSE1700」)用いて、JIS B 0601:2001で定義される十点平均粗さRzjis(μm)を表面処理銅箔の長手方向(搬送方向、MD方向)に対して直交方向(TD方向)で、すなわち、TDの十点平均粗さRzjis(μm)を測定した。
高周波特性の評価として高周波帯域での伝送損失を測定した。詳細を以下に説明する。
表面処理銅箔の粗化面を、パナソニック株式会社製のポリフェニレンエーテル系低誘電率樹脂基材であるMEGTRON6(厚さ80μm)を2枚重ねた両面に、面圧3.5MPa、200℃の条件で2時間プレスすることにより貼り合わせて、両面銅張積層板を作製した。得られた銅張積層板に回路加工を行い、伝送路幅300μm、長さ70mmのマイクロストリップラインを形成した回路基板を作製した。この回路基板の伝送路に、ネットワークアナライザ(Keysight Technologies社製、「N5247A」)を用いて高周波信号を伝送し、伝送損失を測定した。特性インピーダンスは50Ωとした。
伝送損失の測定値は、絶対値が小さいほど伝送損失が少なく、高周波特性が良好であることを意味する。得られた測定値を指標にして、下記評価基準に基づき高周波特性を評価した。
a:10GHzにおける伝送損失の絶対値が1.8dB未満
b:10GHzにおける伝送損失の絶対値が1.8~2.0dB
c:10GHzにおける伝送損失の絶対値が2.0dB以上
常態密着性の評価として、JIS C 6481:1996に基づき、剥離試験を行った。詳細を以下に説明する。
上記[高周波特性の評価]に記載の方法と同様の方法で銅張積層板を作製し、得られた銅張積層板の銅箔部分(表面処理銅箔)を10mm巾テープでマスキングした。この銅張積層板に対して塩化銅エッチングを行った後テープを除去し、10mm巾の回路配線板を作製した。株式会社東洋精機製作所製のテンシロンテスターを用いて、この回路配線板の10mm巾の回路配線部分(銅箔部分)を90度方向に50mm/分の速度で樹脂基材から剥離した際の剥離強度を測定した。得られた測定値を指標にして、下記評価基準に基づき密着性を評価した。
<常態密着性の評価基準>
a:剥離強度が0.61kN/m以上
b:剥離強度が0.52kN/m以上0.61kN/m未満
c:剥離強度が0.52kN/m未満
耐熱密着性の評価として、JIS C 6481:1996に基づき、加熱処理後の剥離試験を行った。詳細を以下に説明する。
上記[高周波特性の評価]に記載の方法と同様の方法で銅張積層板を作製し、得られた銅張積層板の銅箔部分を10mm巾テープでマスキングした。この銅張積層板に対して塩化銅エッチングを行った後テープを除去し、10mm巾の回路配線板を作製した。この回路配線板を、260℃の加熱オーブンにて20分間加熱した後、常温まで自然空冷した。その後、株式会社東洋精機製作所製のテンシロンテスターを用いて、この回路配線板の10mm巾の回路配線部分(銅箔部分)を90度方向に50mm/分の速度で樹脂基材から剥離した際の剥離強度を測定した。得られた測定値を指標にして、下記評価基準に基づき耐熱密着性を評価した。
<耐熱密着性の評価基準>
a:剥離強度が0.52kN/m以上
b:剥離強度が0.43kN/m以上0.52kN/m未満
c:剥離強度が0.43kN/m未満
表面処理銅箔の粗化面において、アドバンテック東洋株式会社製定性濾紙No.2(φ55mm)(JIS P 3801の2種に相当)の裏面側を粗化面側にして置き、さらにその中心上に接地面がφ20mmである250gの重りを置いた。その状態のまま、濾紙端部をピンセットでつまんで表面処理銅箔の短手方向(TD方向)に30mm/秒程度の速度で150mm引きずった後、濾紙に付着した銅粉を目視観察し、下記評価基準に基づき耐粉落ち性を評価した。
<耐粉落ち性の評価基準>
a:濾紙に銅粉の付着が確認されなかった。
b:濾紙に銅粉の付着が確認されたが、銅粉の付着面積は重りの接地面(φ20mm)の1割未満であった。
c:濾紙に銅粉の付着が確認されたが、銅粉の付着面積は重りの接地面(φ20mm)の1割以上であった。
上記の高周波特性、常態密着性、耐熱密着性及び耐粉落ち性のすべてを総合し、下記評価基準に基づき総合評価を行った。なお、本実施例では、総合評価でA及びBを合格レベルとした。
<総合評価の評価基準>
A(優):全ての評価がa評価である。
B(合格):全ての評価でc評価がない。
C(不合格):少なくとも1つの評価がc評価である。
2 不溶性アノード
3 硫酸銅電解液
4 M面
5 S面
6 電解銅箔
Claims (7)
- 銅箔基体の少なくとも一方の面に、粗化粒子が形成されてなる粗化処理層を含む表面処理皮膜を有するプリント配線板用表面処理銅箔であって、
前記表面処理皮膜の表面におけるJIS Z 8741:1997に準拠して測定したTDの20度鏡面光沢度Gs(20°)が0.8%未満であり、
前記表面処理皮膜の表面におけるJIS Z 8741:1997に準拠して測定したTDの60度鏡面光沢度Gs(60°)が0.4%以上であり、
前記表面処理皮膜の表面におけるJIS Z 8741:1997に準拠して測定したTDの75度鏡面光沢度Gs(75°)に対する45度鏡面光沢度Gs(45°)の鏡面光沢度比(Gs(45°)/Gs(75°))が0.1以上1.5以下である、プリント配線板用表面処理銅箔。 - 前記表面処理皮膜の表面におけるJIS Z 8741:1997に準拠して測定したTDの85度鏡面光沢度Gs(85°)が4%以上、50%未満である、請求項1に記載のプリント配線板用表面処理銅箔。
- 前記銅箔基体の表面処理皮膜を有する面が光沢面である、請求項1又は2に記載のプリント配線板用表面処理銅箔。
- 前記表面処理皮膜の表面のJIS Z 8781に準拠して測定したTDのXYZ表色系におけるY値が10%以上45%以下である、請求項1~3のいずれか1項に記載のプリント配線板用表面処理銅箔。
- 前記表面処理皮膜の表面におけるJIS B 0601に準拠して測定した十点平均粗さRzjis値が0.8μm以上4.5μm以下である、請求項1~4のいずれか1項に記載のプリント配線板用表面処理銅箔。
- 請求項1~5のいずれか1項に記載のプリント配線板用表面処理銅箔の前記表面処理皮膜が形成された面と樹脂基材とが接着されてなる、プリント配線板用銅張積層板。
- 請求項6に記載のプリント配線板用銅張積層板を備える、プリント配線板。
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