JP7217136B2 - 皮膜を有する基材の製造方法 - Google Patents
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(1)皮膜を有する基材の製造方法であって、
基材(X)の表面において、水滴が付着していない部分に、1~60質量部の水溶性または水分散性ポリマーと、30~99質量部の水を主体とする溶媒と、0.01~5.0質量部の銅錯化剤とを含む皮膜形成剤を接触させる工程Aと、
前記皮膜形成剤を接触させた基材(X)を水洗する工程Bと、
水洗した基材(X)を乾燥させて前記皮膜を形成する工程Cと、
を含み、
前記基材(X)は表面に銅を有する、製造方法;
(2)水滴が付着していない前記部分を得るために、基材(X)における当該部分の表面に付着した水滴を除去する工程を含む、上記(1)に記載の製造方法;
などである。
<皮膜を有する基材の製造方法>
本実施形態に係る、皮膜を有する基材の製造方法は、所定の基材(X)に皮膜形成剤を接触させる工程Aと、皮膜形成剤を接触させた基材(X)を水洗する工程Bと、水洗した基材(X)を乾燥させて皮膜を形成する工程Cと、を含む。この製造方法により、所定の基材(X)に皮膜形成剤を接触させることにより形成された未硬化皮膜と、該基材(X)との密着性を向上させて、その後の水洗等における処理によって基材(X)から未硬化皮膜が剥がれるのを防ぐことができ、乾燥により形成された硬化皮膜を有する該基材(X)を効率よく製造することができるようになる。
工程Aは、基材(X)に皮膜形成剤を接触させる工程である。この工程Aにより、基材(X)の表面に密着性に優れた未硬化皮膜を形成することができる。ここで基材(X)は、基材の全部または一部の表面に銅を含むものであれば特に限定されるものではなく、基材の全部又は一部の表面が、少なくとも、純銅、銅合金、銅または銅合金の膜等で構成されているものであればよい。また、基材の表面の全部または一部が銅または銅合金の膜で構成された基材としては、各種金属材料(合金材料を含む);セラミック;ガラス;樹脂フィルム;シリコン、シリコンカーバイド(SiC)、サファイア、ガラス、リン化ガリウム(GaP)、ヒ化ガリウム(GaAs)、リン化インジウム(InP)、窒化ガリウム(GaN)等のウェハー;等の材料の表面上に、スパッタリング法、CVD法、レーザー蒸着、インクジェット法、パターンめっき転写法、ダマシン法等で銅または銅合金の膜を形成したものを具体的に挙げることができる。なお、基材は、上記材料と、銅または銅合金の膜との間に、別の膜(例えば、チタン又はチタン合金の膜等)が蒸着法やスパッタリング法等で形成されたものであってもよい。チタン合金としては、チタンとチタン以外の金属元素を含み、チタンが最も多く含まれているものであれば特に制限されるものではない。具体的には、JIS H 4600:2012に定められている、チタン-パラジウム合金系、チタン-ニッケル-クロム-ルテニウム-パラジウム合金系、チタン-タンタル合金系、チタン-パラジウム-コバルト合金系、チタン-ニッケル-ルテニウム合金系、チタン-アルミニウム合金系、チタン-アルミニウム-バナジウム合金系などが挙げられる。
成分aとしては、予め重合したものを用いてもよいし、水性媒体中で乳化重合したものを用いてもよい。成分aとしては、特に限定されるものではなく、例えば、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ポリアニリン、ポリピロール、ポリエチレンジオキシチオフェン、エポキシ-アクリル系混成ポリマーなどのポリマーを用いることができるが、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基などのアニオン性基を有するものを用いることが好ましい。なお、成分aとしては、上記ポリマーのホモポリマーでもよいし、上記ポリマーを2種以上含むコポリマーでもよい。コポリマーとしては、ランダムコポリマーであっても、ブロックコポリマーであってもよい。これらのポリマーは、1種のみ用いてもよいが、2種以上を併用してもよい。
水性媒体としては、水または水と水混和性有機溶媒との混合物が挙げられるが、水のみを用いることが好ましい。水混和性有機溶媒としては、水と混和するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン系溶媒;N,N’-ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド系溶媒;メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール系溶媒;エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル等のエーテル系溶媒;1-メチル-2-ピロリドン、1-エチル-2-ピロリドン等のピロリドン系溶媒等が挙げられる。これらの水混和性有機溶媒は1種を水と混合させてもよいし、2種以上を水と混合させてもよい。混合物における水の質量割合は、通常25質量%以上であり、50質量%以上であることが好ましく、60質量%以上であることがより好ましく、80質量%以上であることが特に好ましい。
成分bとしては、銅イオンと錯体を形成しうる化合物であれば特に限定されるものではなく、例えば、チオ尿素、アルキルチオ尿素(例えば、メチルチオ尿素、エチルチオ尿素など)、アセチルチオ尿素、アルケニルチオ尿素(例えば、1-アリル-2-チオ尿素など)、アリールチオ尿素(例えば、1-フェニル-2-チオ尿素など)、チオアセトアミド、チオール系化合物(例えば、チオグリコール酸、チオシアン酸などのメルカプト基含有化合物)、ピリジン系化合物(例えば、2,2’-ビピリジルなどのピリジル基含有化合物)、ジフェニルカルバジド、チオ硫酸、アゾ系化合物(アゾ基含有化合物)などが挙げられる。これらの銅錯化剤は、1種のみ用いてもよいが、2種以上を併用してもよい。
本実施形態において、皮膜形成剤は、さらに、基材(X)の表面における銅をエッチングしうる化合物を含有することが好ましい。具体的には、フッ化鉄(III)、塩化鉄(III)、硫酸鉄(III)、リン酸鉄(III)、蓚酸鉄(III)、蟻酸鉄(III)、フッ化銅(II)、塩化銅(II)、硫酸銅(II)、リン酸銅(II)、蓚酸銅(II)、蟻酸銅(II)、フッ化水素酸、塩酸、硫酸、リン酸、蓚酸、蟻酸などを挙げることができ、これらは、単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
本実施形態において、皮膜形成剤のpHは、特に限定されないが、1.5~5.0の範囲内であることが好ましい。なお、本明細書におけるpHの値は、pHメーターを用いて25℃で測定した値を意味する。皮膜形成剤のpHは、例えば、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、フッ化水素酸、ホウ酸、有機酸(例えば、蓚酸、蟻酸、酢酸等)等の酸成分;水酸化リチウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化バリウム、アルカリ金属塩、アンモニア、アンモニウム塩(例えば、炭酸水素アンモニウム等)、アミン類等のアルカリ成分;等のpH調整剤を用いて調整することができるが、これらの成分に限定されるものではない。なお、これらのpH調整剤は、1種のみ用いてもよいが、2種以上を併用してもよい。
本実施形態において、皮膜形成剤の酸化還元電位(ORP)は、特に限定されないが、pH4.2において+300~+700mV(vs.SHE)の範囲内であることが好ましい。なお、本明細書におけるORPの値は、公知の測定機器(例えば、東亜ディーケーケー(株)製ORP複合電極)を用いて測定した、標準水素電極(SHE)を基準とした値を意味する。なお、ORPの調整は、銅錯化剤や亜硫酸ナトリウムなどの還元剤;過硫酸アンモニウムなどの酸化剤;三価鉄イオンの供給源(例えば、第二鉄塩など)を添加したり、空気を吹き込んだりすることにより行うことができる。
皮膜形成剤は、例えば、水性媒体に成分bや必要に応じてその他の成分を混合した混合物を調製した後、この混合物を、成分aの水溶液に混合することにより製造することができる。
基材(X)の表面に皮膜形成剤を接触させる方法としては、例えば、浸漬、スプレー、流しかけなどの方法またはこれらを組み合わせた方法を挙げることができるが、基材(X)と皮膜形成剤との化学反応が生じる方法であれば特に限定されるものではない。なお、浸漬法を適用する場合には、皮膜形成剤を撹拌しながら、基材(X)と接触させることが好ましい。また、接触温度は、特に限定されないが、5~40℃の範囲内であることが好ましく、10~35℃の範囲内であることがより好ましく、15~30℃の範囲内であることが特に好ましい。接触時間は、特に限定されないが、30~600秒間の範囲内であることが好ましく、45~450秒間の範囲内であることがより好ましく、60~300秒間の範囲内であることが特に好ましい。
工程Bは、工程Aにより皮膜形成剤を接触させた基材(X)を水洗する工程である。すなわち、工程Aにより基材(X)の表面に形成された未硬化皮膜を水洗する工程である。水洗方法としては、例えば、浸漬、スプレー、流しかけなどの方法またはこれらを組み合わせた方法を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。なお、水洗に用いる水の温度および水洗時間については、基材(X)の表面に形成された未硬化皮膜に付着した余剰の皮膜形成剤を除去できれば特に限定されるものではない。
工程Cは、工程Bにより水洗した基材(X)を乾燥させて硬化皮膜を形成する工程である。すなわち、工程Bにより水洗した未硬化皮膜を乾燥させて硬化皮膜を形成する工程である。乾燥方法としては、未硬化皮膜が硬化するまで該未硬化皮膜中の水分を蒸発させる方法であれば特に制限されず、例えば、循環式熱風乾燥炉を用いた乾燥方法を挙げることができる。乾燥温度は、特に限定されないが、50~200℃の範囲内であることが好ましく、60~190℃の範囲内であることがより好ましく、70~180℃の範囲内であることが特に好ましい。乾燥時間は、所定の温度で未硬化皮膜が硬化するまでの時間を適宜設定すればよい。
本実施形態に係る皮膜を有する基材の製造方法は、工程Aを行う前に、基材(X)の表面に付着した油分や汚れなどを除去するために脱脂処理を行ってもよく、その後に水洗処理をさらに行ってもよい。また、必要に応じて水洗処理後に酸洗処理を行ってもよい。必要であれば、酸洗処理後に水洗処理をさらに行ってもよい。なお、脱脂処理としては、例えば、アルカリ脱脂や溶剤脱脂などの処理を挙げることができるが、中性洗剤による洗浄や湯洗などの処理をさらに組み合わせて行ってもよい。脱脂処理方法としては、特に限定されないが、例えば、浸漬、流しかけ、スプレーなどの方法を挙げることができる。
工程Bの後、工程Cの前に、水洗した未硬化皮膜にアルカリ性溶液を接触させる工程Dを行うことが好ましい。この工程Dを行うことにより、硬化皮膜の、基材Xに対する密着性、耐水性(該硬化皮膜が吸水しにくい性質)等を向上させることができる。アルカリ性溶液を接触させる方法としては、例えば、浸漬、スプレー、流しかけなどの方法またはこれらを組み合わせた方法を挙げることができる。なお、接触温度は特に限定されないが、5~40℃の範囲内であることが好ましく、10~35℃の範囲内であることがより好ましく、15~30℃の範囲内であることが特に好ましい。接触時間は特に限定されないが、3~300秒間の範囲内であることが好ましく、10~120秒間の範囲内であることがより好ましく、20~60秒間の範囲内であることが特に好ましい。また、工程Dの後、工程Cの前に、水洗処理を行うことが好ましい。
アルカリ性溶液としては、アルカリ成分を水に溶解した水溶液であれば特に限定されるものではなく、例えば、水酸化ナトリウム水溶液;水酸化カリウム水溶液;アンモニア水溶液;アミノ樹脂(例えば、メラミン樹脂、尿素樹脂)などのアミン化合物の水溶液;などが挙げられる。アルカリ性溶液のpHは8.0~13.0の範囲内であればよいが、8.5~12.5の範囲内であることが好ましく、9.0~12.0の範囲内であることがより好ましい。
成分aと成分bの最終濃度が表1に示す値となるように、イオン交換水に成分bを加えた水溶液と、イオン交換水で成分aの濃度を希釈したものを混合した。その後、フッ化水素酸を用いてpHを4.2に調整し、製造例1~5の皮膜形成剤を調製した。なお、表1中の各記号は、以下の成分をそれぞれ示す。
a1:F-2125D(ウレタン樹脂、固形分濃度:30重量%、第一工業製薬株式会社製)
a2:サランラテックスL232A(ポリ塩化ビニリデン樹脂、固形分濃度:48重量%、旭化成ケミカルズ株式会社製)
a3:エピレッツ3522W60(エポキシ樹脂、固形分濃度:60重量%、三菱ケミカル株式会社製)
(成分b:銅錯化剤)
b1:チオアセトアミド(富士フイルム和光純薬株式会社製 特級)
b2:ジフェニルカルバジド(純正化学株式会社製 特級)
b3:1-アリル-2-チオ尿素(富士フイルム和光純薬株式会社製 化学用)
(前処理)
銅材(タフピッチ銅;JIS H 3100:2012で規格されたC1100、50×30×0.2mm)を、アルカリ脱脂溶液[ファインクリーナーE6400(日本パーカライジング株式会社製)を2重量%となるように水に混合した水溶液]に50℃で120秒間浸漬し、脱脂処理を行った。脱脂処理後、25℃のイオン交換水に浸漬して洗浄した。
洗浄後、銅材を、硫酸及び過酸化水素をそれぞれ5.0重量%及び0.09重量%となるように水に混合した水溶液に25℃で120秒間浸漬し、酸洗処理を行った。酸洗処理後、25℃のイオン交換水に浸漬して洗浄した。
酸洗処理後、イオン交換水で洗浄した銅材を、循環式熱風乾燥炉を用いて80℃で3分間乾燥した。乾燥後、銅材の表面に水滴が付着していなかったが、水分が存在しないことを確認するため、塩化コバルト試験紙(KENIS社製)を用いて水分の検出を行い、水分が存在しないことを確認した。
表面に水滴が付着していない銅材を製造例1~5の皮膜形成剤に浸漬した状態で、板の広い面に対して垂直方向に10cm/秒の速さで120秒間繰り返し往復させ、未硬化皮膜を有する銅材(実施例1~5の試験板)を製造した。また、酸洗処理後、イオン交換水で洗浄した銅材を乾燥させずに、製造例1または2の皮膜形成剤に浸漬し、その状態で、板の広い面に対して垂直方向に10cm/秒の速さで120秒間繰り返し往復させ、未硬化皮膜を有する銅材(比較例1及び2の試験板)を製造した。
各試験板を25℃のイオン交換水に浸漬させた状態で、板の広い面に対して垂直方向に10cm/秒の速さで30秒間繰り返し往復させ、試験板における未硬化皮膜を洗浄した。洗浄後、試験板における未硬化皮膜の状態を目視で確認し、以下の評価基準に従って未硬化皮膜の密着性を評価した。その結果を表2に示す。
<評価基準>
優:試験板において未硬化皮膜の剥離が確認できなかった。
劣:試験板において未硬化皮膜の一部又は全部の剥離が確認できた。
Claims (1)
- 皮膜を有する基材の製造方法であって、
水滴が付着していない部分を得るために、基材(X)の表面における当該部分の表面に付着した水滴を除去する工程と、
基材(X)の表面において、水滴が付着していない前記部分を、1~60質量部の水溶性または水分散性ポリマーと、30~99質量部の水を主体とする溶媒と、0.01~5.0質量部の銅錯化剤とを含む皮膜形成剤に浸漬し揺動させながら接触させる工程Aと、
前記皮膜形成剤を接触させた基材(X)を水洗する工程Bと、
水洗した基材(X)を乾燥させて前記皮膜を形成する工程Cと、
を含み、
前記基材(X)は表面に銅を有する、製造方法。
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