JP7057012B1 - 高周波回路基板用導電性フィルム及び高周波回路基板 - Google Patents
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Abstract
Description
さらに、今後、準ミリ波領域のみならず、更に高い周波数領域(ミリ波領域)を活用することが検討されている。また、すでに第6世代移動通信規格(6G)の議論もされており、6Gでは100GHz~1000GHz(1THz)領域の活用も検討されている。
上記背景から、低誘電材料を用いた伝送損失の少ないフレキシブル銅張積層板(FCCL)が求められている。
<1> 基材と、
前記基材の少なくとも一方の面に配された密着層と、
前記密着層の上に配された銅層と、をこの順に有し、
10GHzの測定周波数における前記基材の比誘電率が3.3以下であり、
前記密着層がニッケル銅合金を含有する、ことを特徴とする高周波回路基板用導電性フィルムである。
<2> 前記基材が、シクロオレフィンポリマー樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリスチレン樹脂、フッ素樹脂、及びポリエーテルエーテルケトン樹脂の少なくともいずれかを含む、前記<1>に記載の高周波回路基板用導電性フィルムである。
<3> 前記基材と前記密着層との界面における密着強度が0.5N/mm以上である、前記<1>から<2>のいずれかに記載の高周波回路基板用導電性フィルムである。
<4> 基材と、
前記基材の少なくとも一方の面に配された密着層と、
前記密着層の上に配された配線と、をこの順に有し、
10GHzの測定周波数における前記基材の比誘電率が3.3以下であり、
前記密着層がニッケル銅合金を含有する、ことを特徴とする高周波回路基板である。
本発明の高周波回路基板用導電性フィルムは、基材と、前記基材の少なくとも一方の面に配された密着層と、前記密着層の上に配された銅層と、をこの順に有し、10GHzの測定周波数における前記基材の比誘電率が3.3以下であり、前記密着層がニッケル銅合金を含有し、さらに必要に応じてその他の層を有する。
本発明において、無線通信の場合、10kHz以上の周波数を高周波と称する。
前記基材は、本発明の高周波回路基板用導電性フィルムの基板であり、10GHzの測定周波数における比誘電率が3.3以下である材料である。
信号伝送の伝送損失は大きく分けて、誘電体損失、導体損失、及びその他損失の3つの原因がある。この中でも、前記誘電体損失は、下記式1のように基材の比誘電率、誘電正接の関数で表され、比誘電率や誘電正接が大きくなるほど誘電体損失が大きくなる。そのため、誘電体損失を少なくするためには前記比誘電率、前記誘電正接の低い基材を用いることが好ましい。前記比誘電率、前記誘電正接が低い基材を使用することで、伝送損失の少ない高周波回路基板用の導電性フィルムを得ることができる。
前記基材の比誘電率は3.3以下であり、3.1以下が好ましく、2.5以下がより好ましい。
前記基材の比誘電率の測定は、JIS R1641に準じた空洞共振器法により、測定周波数10GHzで測定する。
前記誘電正接は、0.005以下が好ましく、0.003以下がより好ましく、0.001以下がさらに好ましい。
前記基材の誘電正接の測定は、JIS R1641に準じた空洞共振器法により、測定周波数10GHzで測定する。
前記基材の平均厚みは、電子マイクロメーター(アンリツ株式会社製、装置名:KG3001A)を用いて、5点の厚みを測定し、その平均値を算出することにより求める。
前記基材の表面の算術平均粗さRaの測定は、光干渉型表面形状粗さ計(ブルカージャパン株式会社製、WYKO ContourGT K1M、測定条件:VSI mode)を用いて測定することができる。
前記最大高さRzとは、測定面においてトップとボトムの値の間隔のうち、最も大きい10点の値の平均値を意味する。
前記基材の表面の最大高さRzは、光干渉型表面形状粗さ計(ブルカージャパン株式会社製、WYKO ContourGT K1M、測定条件:VSI mode)を用いて測定することができる。
前記基材の透過率は、60%以上が好ましく、70%以上がより好ましく、80%以上がさらに好ましい。
また、前記基材のヘイズは10%以下が好ましく、8%以下がより好ましく、6%以下がさらに好ましい。
前記透過率はJIS K7361-1に準拠し、前記ヘイズはJIS K7136に準拠し、ヘイズメーター(日本電色工業株式会社製、装置名:NDH5000SP)を用いて測定することができる。
前記基材の透過率、ヘイズは特に限定されないが、透明なデバイス、モジュールにフレキシブルプリント回路基板(FPC)を配置させる場合、FPCを目立たせない事も求められ、60%以上の透過率、10%以下のヘイズの基材を用いる事で、FPC自体がそれほど目立たなくなる。また、より透明性を求められる分野では更に高透明、低ヘイズが求められ、その場合、透過率:80%以上、ヘイズ:6%以下が求められる。
前記密着層は前記基材の少なくとも一方の面に配された層である。前記密着層は、前記基材と後述する銅層の間に配される層であり、後述する銅層と前記基材とを強固に密着させる機能を担う層である。
前記密着層はニッケル銅合金を含有し、さらに必要に応じてその他の成分を含有する。密着層がニッケル銅合金を含有していることにより、エッチング性や密着性に優れた高周波回路基板用導電性フィルムとすることができる。
密着層の組成について、前記密着層におけるニッケルと銅の全量に対する銅の割合を32質量%以上とすることにより、常温で強磁性体ではなくなり、透磁率を下げることができる。これにより、表皮効果の影響を低減することが可能である。また、前記密着層におけるニッケルと銅の全量に対する銅の割合を67質量%以下とすることにより基材と密着層の界面の密着性を向上させることができ、40質量%以下にすることにより密着性をより向上させることができる。
前記密着層の前記ニッケル銅合金におけるニッケルの含有量としては、前記密着層におけるニッケルと銅の全量に対するニッケルの割合として33質量%以上68質量%以下が好ましく、44質量%以上68質量%以下がより好ましく、55質量%以上68質量%以下がさらに好ましく、60質量%以上68質量%以下が最も好ましい。
前記密着層の材質としては、密着層の材質の全量に対してニッケル及び銅の含有量が90質量%以上であれば、本発明の効果を奏する限り特に制限はなく、目的に応じて適宜その他の成分を含有してもよい。
まず、複数の水準の所定の厚みの密着層を形成した基板を用意し、複数の水準の所定の厚みの前記密着層の物理膜厚を接触式段差計により測定する。また、複数の水準の所定の厚みの前記密着層における密着層材料の量を、蛍光X線測定装置(XRF)を用いた定量分析により測定する。接触式段差計により測定した前記膜厚と、蛍光X線測定装置(XRF)を用いた定量分析により測定した密着層材料の量から、検量線を作成する。実際に測定したいサンプルにおいて、蛍光X線測定装置(XRF)を用い密着層材料の量を定量分析し、作成した検量線を用いて膜厚を算出する。10点のサンプルを同様に作成し、その平均値を平均厚みとする。
前記銅層は、前記密着層の上に配された層である。前記銅層は、前記密着層における前記基材と対向する面とは反対の面上に少なくとも配される。
前記銅層の形状、構造、大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記銅層の材質としては、銅層の材質の全量に対して銅の含有量が95質量%以上であれば、本発明の効果を奏する限り特に制限はなく、目的に応じて適宜その他の成分を含有してもよい。
なお、前記銅層の平均厚み(高さ)は、以下のようにして測定する。
まず、複数の水準の所定の厚みの銅層を形成した基板を用意し、複数の水準の所定の厚みの前記銅層の物理膜厚を接触式段差計により測定する。また、複数の水準の所定の厚みの前記銅層における銅層材料の量を、蛍光X線測定装置(XRF)を用いた定量分析により測定する。接触式段差計により測定した前記膜厚と、蛍光X線測定装置(XRF)を用いた定量分析により測定した銅層材料の量から、検量線を作成する。実際に測定したいサンプルにおいて、蛍光X線測定装置(XRF)を用い銅層材料の量を定量分析し、作成した検量線を用いて膜厚を算出する。10点のサンプルを同様に作成し、その平均値を平均厚みとする。
また別の態様として、前記銅層の平均厚みは、0.05μm以上40μm以下が好ましく、0.05μm以上25μm以下がより好ましく、0.05μm以上18μm以下がさらに好ましい。前記銅層の平均厚みが40μm以下であると、一般的な回路形成に用いられる銅箔付き基材と同等の回路形成が可能である。
なお、後述する銅層の平均厚みは、例えば、基板の面方向と直交する方向の断面を撮影した画像における一の前記銅層の厚みの10点(箇所)以上の平均として求めることができる。
平均厚み0.05μm以上40μm以下の前記銅層の形成方法としては、例えば、電解銅めっきなどが挙げられる。
前記その他の層としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、酸化防止層などが挙げられる。
前記酸化防止層は、前記銅層における前記密着層と対向する面とは反対の面上に配される層である。
前記酸化防止層の形状、構造、大きさとしては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できる。
前記酸化防止層の材質としては、例えば、ニッケル、クロム、ケイ素、亜鉛、銀、金、及びアルミニウムの少なくともいずれかを含む金属、酸化物、並びに、窒化物などが挙げられる。
前記酸化防止層の平均厚みは、0.001μm以上5μm以下が好ましく、0.002μm以上3μm以下がより好ましい。
ここで、図面を参照して、本発明の高周波回路基板用導電性フィルムの一例について説明する。
図1は、本発明の高周波回路基板用導電性フィルムの一例を示す断面図である。
図1に示す高周波回路基板用導電性フィルム10においては、基材11上に、密着層12と、銅層13と、をこの順で有する。
本発明の高周波回路基板としては、基材と、前記基材の少なくとも一方の面に配された密着層と、前記密着層の上に配された配線と、をこの順に有し、10GHzの測定周波数における前記基材の比誘電率が3.3以下であり、前記密着層がニッケル銅合金を含有し、さらに必要に応じてその他の層を有する。
本発明の高周波回路基板において、前記基材、及び前記密着層については、本発明の高周波回路基板用導電性フィルムと同様である。
前記配線は、前記密着層における前記基板と対向する面とは反対の面上に配された配線である。
前記配線の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、長さ方向に直交する断面が、略四角形などが挙げられる。
前記配線の構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記配線の材質としては、配線の材質の全量に対して銅の含有量が95質量%以上であれば、本発明の効果を奏する限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記配線の大きさの一例としては、前記配線の幅が50μm以下であることが好ましく、40μm以下であることがより好ましく、30μm以下であることがさらに好ましい。前記配線の幅が50μm以下であると、回路基板を微細化することができ、適用する半導体装置を小型化することができる。また、前記配線の平均厚み(高さ)としては、その機能を発揮できる程度の厚みであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、1.0μm以上40μm以下が好ましく、1.5μm以上25μm以下がより好ましく、2.0μm以上18μm以下がさらに好ましい。なお、前記配線の平均厚み(高さ)は、例えば、高周波回路基板の面方向と直交する方向の断面を撮影した画像における一の前記配線の厚み(高さ)の10点(箇所)以上の平均として求めることができる。前記配線の平均厚みが1.0μm以上であることにより、電気信号の伝達が可能であり、回路基板として好適に用いられる。40μm以下であることにより、フレキシブル性のある回路基板として好適に用いられる。
前記配線の幅が50μm以下である場合における、前記配線の形成方法としては、例えば、SAP(Semi Additive Process)及びMSAP(Modified Semi Additive Process)などが挙げられる。前記SAP及び前記MSAPは微細回路を形成するのに好適に用いることができる。
前記配線の形成方法としては特に限定されないが、SAP(Semi Additive Process)及びMSAP(Modified Semi Additive Process)の他にサブトラクティブプロセスなどが挙げられる。
前記その他の層としては、例えば、酸化防止層、防錆層などが挙げられる。
前記酸化防止層は、前記配線及び密着層における露出表面に配される層である。
前記酸化防止層としては、前記高周波回路基板用導電性フィルムと同様である。
前記防錆層は、前記配線及び前記密着層の露出表面、又は前記配線における前記酸化防止層の露出表面に配される層である。
前記防錆層の形状、構造、大きさとしては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できる。
前記防錆層の材質としては、例えば、ベンゾトリアゾール系、イミダゾール系、メルカプト系等の化合物が挙げられる。
前記防錆層の形成方法としては、ウェットコーティング、ディッピング、スプレーコートなどによって、前記配線及び前記密着層の露出表面、又は前記配線における前記酸化防止層の露出表面に形成することができる。
高周波回路基板の伝送損失は、各種基材にマイクロストリップラインを形成し、回路はインピーダンスが50Ωとなるよう回路幅と前記配線の平均厚みを調整した。インピーダンス及び伝送損失はネットワークアナライザー(メーカー:KEYSIGHT TECNOLOGIES社、型番:E8363B)を用いてプローブ方式で40GHzまで測定することで得ることができる。
ここで、図面を参照して、本発明の高周波回路基板の一例について説明する。
図2Aは、本発明の高周波回路基板の一例を示す断面図である。図2Aに示す高周波回路基板20においては、基材11上に、密着層12と、配線14と、をこの順で有する。
図2Bは、本発明の高周波回路基板の他の一例を示す断面図である。図2Bに示す高周波回路基板20においては、基材11上に、密着層12と、配線14と、酸化防止層15と、をこの順で有する。酸化防止層15は密着層12及び配線14の露出表面を覆うように配されている。
図2Cは、本発明の高周波回路基板の他の一例を示す断面図である。図2Cに示す高周波回路基板20においては、基材11上に、密着層12と、配線14と、防錆層16と、をこの順で有する。防錆層16は密着層12及び配線14の露出表面を覆うように配されている。
図2Dは、本発明の高周波回路基板の他の一例を示す断面図である。図2Dに示す高周波回路基板20においては、基材11上に、密着層12と、配線14と、酸化防止層15と、防錆層16と、をこの順で有する。
<高周波回路基板用導電性フィルム1の製造>
平均厚み100μmのシクロオレフィンポリマー(COP)フィルム(基材、日本ゼオン社製、製品名:ZEONOR)の上に前処理を行った後、35質量%の銅を含有するニッケル銅合金を材料としてアルゴンガス導入下でスパッタリングを行い、平均厚みが10nmの密着層を形成した。
次に、密着層の上に銅を材料としてアルゴンガス導入下でスパッタリングを行い、平均厚みが120nmの銅層を形成し、高周波回路基板用導電性フィルム1を得た。
実施例1において、基材の種類、密着層の種類を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして高周波回路基板用導電性フィルム2~10を製造した。
なお、高周波回路基板用導電性フィルムにおける各層の平均厚みは以下のようにして測定した。
まず、複数の水準の所定の厚みの密着層又は銅層を形成した基板を用意し、複数の水準の所定の厚みの密着層又は銅層の物理膜厚を接触式段差計により測定した。また、複数の水準の所定の厚みの密着層又は銅層における密着層又は銅層材料の量を、蛍光X線測定装置(XRF)を用いた定量分析により測定した。接触式段差計により測定した前記膜厚と、蛍光X線測定装置(XRF)を用いた定量分析により測定した密着層又は銅層材料の量から、検量線を作成した。高周波回路基板用導電性フィルムを、蛍光X線測定装置(XRF)を用いた定量分析によって、密着層に由来するニッケル、及び銅(又はクロム)を検出し、10箇所における測定値の平均値を平均厚みとした。
銅層の平均厚みについては、銅層に由来する銅を検出し、10箇所における測定値の平均値を平均厚みとした以外は、密着層の平均厚みの測定と同様にして行った。結果を表1に示す。
また、各基材の光学特性は、ヘイズメーター(日本電色工業株式会社製、型番等:NDH5000SP)を用いて、JIS K7361-1 / HAZE :JIS K7136に準拠して全光線透過率を測定した。結果を表1に示す。
ガラスビーカーに1%塩化第二鉄(液温:23℃)を入れ、そこに高周波回路基板用導電性フィルムを浸漬させ180秒後に取り出し、その後、水洗いした。キムタオルで水分を拭取り目視にて残渣の有無を下記評価基準に基づき、評価した。
[評価基準]
残渣がない:○
残渣がある:×
まず、銅層(銅スパッタ)面を希硫酸で表面洗浄後、硫酸銅水溶液中で電解めっきを実施し、平均厚み20μmの湿式めっき銅層を得て、試験用サンプルとした。得られた試験用サンプルを用いて、下記測定方法に基づいて、密着強度を測定した。
-測定方法-
10cm角の銅層(銅スパッタ)サンプル上に、電解めっきで平均厚み20μmの銅層を形成後、幅5mmにカットする。サンプルを台紙に両面粘着テープで貼り付ける。台紙に固定した基材部分を下のクランプに固定し、きっかけを作って引き剥がした密着層及び湿式めっき銅層部分を上のクランプに取り付ける。オートグラフ(島津製作所)を用いて、速度:50mm/min、引張方向:180°で引張り、その時の荷重を測定する。
得られた高周波回路基板用導電性フィルムにおける銅層(銅スパッタ)上に、サブトラクティブプロセスを用いてマイクロストリップラインを形成し、高周波回路基板を製造し、伝送損失を測定した。回路はインピーダンスが50Ωとなるよう回路幅とめっき厚みを調整した。インピーダンス及び伝送損失はネットワークアナライザー(メーカー:KEYSIGHT TECNOLOGIES社、型番:E8363B)を用いてプローブ方式で40GHzまで評価した。結果を表3及び図3に示す。なお、実施例5-8に関しては、伝送損失を測定していない。
11 基材
12 密着層
13 銅層
14 配線
15 酸化防止層
16 防錆層
20 高周波回路基板
Claims (5)
- シクロオレフィンポリマー樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリスチレン樹脂、フッ素樹脂、及びポリエーテルエーテルケトン樹脂の少なくともいずれかを含む基材と、
前記基材の少なくとも一方の面に配された密着層と、
前記密着層の上に配された銅層と、をこの順に有し、
10GHzの測定周波数における前記基材の比誘電率が3.3以下であり、
前記密着層がニッケル銅合金を含有し、かつ、前記密着層の平均厚みが3nm以上50nm以下であり、
前記基材と前記密着層との界面における密着強度が0.5N/mm以上であることを特徴とする高周波回路基板用導電性フィルム。 - 前記基材の平均厚みが6μm以上300μm以下である請求項1に記載の高周波回路基板用導電性フィルム。
- 前記密着層におけるニッケルと銅の全量に対する銅の含有量が、67質量%以下である請求項1から2のいずれかに記載の高周波回路基板用導電性フィルム。
- シクロオレフィンポリマー樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリスチレン樹脂、フッ素樹脂、及びポリエーテルエーテルケトン樹脂の少なくともいずれかを含む基材と、
前記基材の少なくとも一方の面に配された密着層と、
前記密着層の上に配された配線と、をこの順に有し、
10GHzの測定周波数における前記基材の比誘電率が3.3以下であり、
前記密着層がニッケル銅合金を含有し、かつ、前記密着層の平均厚みが3nm以上50nm以下であり、
前記基材と前記密着層との界面における密着強度が0.5N/mm以上であることを特徴とする高周波回路基板。 - 40GHzの周波数における伝送損失が-10dB/100mm以上である請求項4に記載の高周波回路基板。
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