JPWO2016098680A1 - めっき用プライマー組成物、被めっき基材、絶縁性基材と金属層との複合体、被めっき基材の製造方法及び絶縁性基材と金属層との複合体の製造方法 - Google Patents
めっき用プライマー組成物、被めっき基材、絶縁性基材と金属層との複合体、被めっき基材の製造方法及び絶縁性基材と金属層との複合体の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
<絶縁性基材>
本発明において、その表面上に金属層を形成する絶縁性基材としては、例えば、ポリイミド樹脂;ポリアミドイミド樹脂;ポリアミド樹脂;ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、液晶ポリマー等のポリエステル樹脂;アクリル樹脂;ポリカーボネート;シクロオレフィンポリマー;紙フェノール;紙エポキシ;ガラスエポキシ;ABS樹脂;ガラス;セラミックスなどを好適に用いることができる。また、前記絶縁性基材は、フレキシブル材、リジッド材、リジッドフレキシブル材のいずれの形態のものも用いることができる。これら絶縁性基材は、薄いものはフィルムとして、また、厚いものはシートや板の他、複雑な形状を有する成型物であっても良い。
本発明で用いる金属ナノ粒子(A)は、後述するめっき用プライマー層中で集合した状態においては、電気めっきが可能な導電性を有すること、また、無電解めっきの触媒として有効に機能する比較的安価な金属であることが好ましく、銀もしくは銅のナノ粒子又は銀と銅の複合ナノ粒子、すなわち、銀−銅コアシェル粒子、もしくは、銀−銅の異方性複合粒子などを好適に用いることができる。なかでも、銀ナノ粒子がより好ましい。本発明においては、前記金属ナノ粒子(A)は一種のみを用いても良いし、複数種を混合したものを用いても良い。また、金属ナノ粒子の表面に酸化被膜や硫化被膜が存在しても、無電解めっき触媒として機能する程度であれば差し支えない。
本発明で用いるブロックイソシアネート(B)は、イソシアネート基がブロック剤によって封鎖されて形成した官能基[b]を有するものであり、市販のブロックイソシアネートを用いても良いし、必要に応じて製造して使用しても良い。
本発明のめっき用プライマー組成物を構成する溶剤(C)としては、前記金属ナノ粒子(A)とブロックイソシアネート(B)を含有した状態で安定な分散液を形成するものであれば、特に制限はなく、水、水と水溶性の有機溶媒との混合溶媒、水を含まない有機溶媒のいずれであっても良い。
本発明のめっき用プライマー組成物においては、形成されるめっき用プライマー層の強度を向上させる観点から、金属ナノ粒子(A)とブロックイソシアネート(B)と溶剤(C)を含有するめっき用プライマー組成物に、さらにイソシアネート基に対して反応性を有する化合物(D)を含有させることができる。前記化合物(D)としては、前記溶剤(C)中で、金属ナノ粒子(A)及びブロックイソシアネート(B)と共に安定に溶解もしくは分散することができ、ブロック剤が解離して生成したイソシアネート基と反応しうる官能基を有する化合物を使用することができる。
本発明のめっき用プライマー組成物の好適な一形態は、前記金属ナノ粒子(A)と前記ブロックイソシアネート(B)と、前記溶媒(C)を含有するものである。また、本発明のめっき用プライマー組成物の好適な一形態は、前記金属ナノ粒子(A)と前記ブロックイソシアネート(B)と前記溶媒(C)に、さらに、イソシアネート基に対して反応性を有する化合物(D)を含有するものである。
本発明においては、
(1)絶縁性基材上に、銀ナノ粒子、銅ナノ粒子、銀コア−銅シェルナノ粒子及び銀−銅の異方性複合粒子からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属ナノ粒子(A)とブロックイソシアネート(B)と溶剤(C)を含有するめっき用プライマー組成物が塗工される工程、
(2)めっき用プライマー組成物が塗工された絶縁性基材を加熱する工程
を経ることによって、めっき用プライマー層を形成することができる。
本発明のめっき処理用プライマー組成物を用いて絶縁性基材上に金属層を形成するためのめっき処理としては、無電解めっき処理、電気めっき処理のいずれを用いても良く、無電解めっき処理後に電気めっき処理を行っても良い。無電解めっき処理は、被めっき物の形状やめっき処理を施したいパターンが複雑で給電が取りにくい場合に有利であるが、金属層形成速度が遅いため、給電が可能で、厚い金属層を形成したい場合には、電気めっき処理の方が有利である。
本発明の前記被めっき基材(本発明のめっき用プライマー層を形成した絶縁性基材)に対する無電解めっき処理方法としては、公知慣用の方法を用いれば良く、特に制限はないが、本発明のめっき用プライマー層では無電解めっきの触媒として機能する金属ナノ粒子(A)がプライマー層中に存在するため、従来のめっきプロセスにおける触媒付与、活性化工程を経ずに、無電解めっきを行うことが可能であり、工程短縮の利点がある。本発明の被めっき基材は、脱脂工程後、無電解めっき液での処理を行うことができるが、脱脂の後に、酸やアルカリによる洗浄操作を行っても良い。
本発明の被めっき基材に対して電解めっき処理を行う場合には、特に制限はなく、公知慣用の方法により簡便に行うことができる。めっき液としては、各種文献に記載された組成の液を作製して用いても良いし、市販の電気めっき液を購入して使用しても良い。
本発明にて用いた機器類は下記の通りである。
合成した有機保護剤の分析には、日本電子株式会社製、AL300、300Hz 1H−NMRを用い、金属ナノ粒子と複合化した有機保護剤量の見積は、SIIナノテクノロジー株式会社製、TG/DTA6300を用いて、熱重量分析の結果から算出した。金属ナノ粒子のプラズモン吸収スペクトルは、日立製作所製UV−3500紫外可視吸光光度計を用いた。
1−1[トシル化ポリエチレングリコールの合成]
クロロホルム150mlに片末端メトキシ化ポリエチレングリコール(以下、PEGM)〔数平均分子量(Mn)5000〕(アルドリッチ社製)150g〔30mmol〕とピリジン24g(300mmol)とを混合した溶液と、トシルクロライド29g(150mmol)とクロロホルム30mlとを均一に混合した溶液をそれぞれ調製した。
PEGMとピリジンの混合溶液を20℃で攪拌しながら、ここにトシルクロライドのトルエン溶液を滴下した。滴下終了後、40℃で2時間反応させた。反応終了後、クロロホルム150mlを加えて希釈し、5%HCl水溶液250ml(340mmol)で洗浄後、飽和食塩水と水で洗浄した。得られたクロロホルム溶液を硫酸ナトリウムで乾燥した後、エバポレータで溶媒を留去し、さらに乾燥した。収率は100%であった。1H−NMRスペクトルにより各ピークの帰属を行い(2.4ppm:トシル基中のメチル基、3.3ppm:PEGM末端のメチル基、3.6ppm:PEGのEG鎖、7.3〜7.8ppm:トシル基中のベンゼン環)、トシル化ポリエチレングリコールであることを確認した。
上記1−1で得られたトシル化ポリエチレングリコール23.2g(4.5mmol)と、ポリエチレンイミン(以下PEI,日本触媒株式会社製、エポミン SP200)15.0g(1.5mmol)をジメチルアセトアミド(以下、DMA)180mlに溶解後、炭酸カリウム0.12gを加え、窒素雰囲気下、100℃で6時間反応させた。反応終了後、固形残渣を除去し、酢酸エチル150mlとヘキサン450mlの混合溶媒を加え、沈殿物を得た。該沈殿物をクロロホルム100mlに溶解し、再度酢酸エチル150mlとヘキサン450mlの混合溶媒を加えて再沈させた。これをろ過し、減圧下で乾燥した。1H−NMRスペクトルにより各ピークの帰属を行い(2.3〜2.7ppm:PEIのエチレン、3.3ppm:PEG末端のメチル基、3.6ppm:PEGのEG鎖)、PEI―PEG構造を有する化合物(P1)であることを確認した。収率は99%であった。
合成例2
上記合成例1で得られた化合物(P1)0.592gを含む水溶液138.8gに酸化銀10.0gを加えて25℃で30分間攪拌した。引き続き、ジメチルエタノールアミン46.0gを攪拌しながら徐々に加えたところ、反応溶液は黒赤色に変わり、若干発熱したが、そのまま放置して25℃で30分間攪拌した。その後、10%アスコルビン酸水溶液15.2gを攪拌しながら徐々に加えた。その温度を保ちしながらさらに20時間攪拌を続けて、黒赤色の分散体を得た。
合成例3
温度計、窒素ガス導入管、攪拌器を備えた窒素置換された反応容器中で、2,2−ジメチロールプロピオン酸6.3質量部と、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートのヌレート体71.1質量部とを、2−ブタノン中で反応させることによってイソシアネート化合物を調製した後、前記反応容器にブロック剤としてフェノール17.8質量部を供給し反応させることによって、ブロックポリイソシアネート(B−1)の溶剤溶液を調製した。その後、2−ブタノンを供給しその固形分を調整することによって、ブロックポリイソシアネート(B−1)のメチルエチルケトン溶液(固形分10%)を得た。
(めっき用プライマー組成物の作製)
合成例2で得た銀ナノ粒子の水性分散体を−40℃の冷凍機に1昼夜放置して凍結し、これを凍結乾燥機(東京理化器械株式会社製 FDU−2200)で24時間処理することによって、灰緑色の金属光沢があるフレーク状の塊からなる銀ナノ粒子とPEI−PEGからなる有機保護剤複合体粉体を得た。この粉体にエタノールを加えて撹拌し、銀ナノ粒子とPEI−PEGからなる有機保護剤との複合体の70%エタノール分散液を得た。
めっき用プライマー組成物中の、(金属ナノ粒子(A)の有機保護剤(P)+ブロックイソシアネート(B)+イソシアネート基に対して反応性を有する化合物(D))/金属ナノ粒子(A)は0.20、アミン/NCO比は2であった。
このようにして得ためっき用プライマー組成物を、0番のK101バー(ウェット膜厚4μm)を用い、K−コントロールコーター(K101、RKプリントコートインスツルメント社製)の速度目盛り10の条件で、絶縁性基材であるポリイミドフィルム(ユーピレックスSGA、50μm厚、宇部興産製)上に塗布(バーコート)した。このフィルムを室温で乾燥させた後、210℃で5分間焼成を行い、ポリイミドフィルム上にめっき用プライマー層を形成した。めっき用プライマー層の抵抗を測定したところ、オーバーレンジのため測定不能で、当該プライマー層が非導電性の膜であることを確認した。作製したプライマー層の表面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、樹脂中に銀ナノ粒子が固定化され、銀ナノ粒子表面の一部が樹脂表面に露出した状態であることが確認できた(図7)。さらに拡大観察すると、銀ナノ粒子の固定されている樹脂層の銀ナノ粒子周辺に多数の穴が確認できた(図8)。
前記のようにして表面にめっき用プライマー層を設けたポリイミドフィルムを用いて無電解銅めっきを行った。無電解銅めっきの工程は、脱脂、水洗、酸洗、水洗、無電解めっき、水洗の工程を経ることにより行った。水洗は2分間の流水水洗とした。
1.脱脂:脱脂剤(ICPクリーナーSC、奥野製薬工業株式会社製)を用いて、40℃の処理液中に5分間浸漬した。
2.酸洗:25℃の硫酸水溶液(6%)に2分間浸漬した。
3.無電解めっき:無電解銅めっき液(OPCカッパーARG、奥野製薬工業株式会社製)中に45℃で30分間浸漬した。
前記の様に、無電解銅めっき処理によってポリイミドフィルム上に銅層を形成したフィルム状材料を用いて、電気(硫酸銅)めっきを行った。硫酸銅めっきは、定法に基づき、酸洗、硫酸銅めっき、水洗、防錆処理、水洗の工程を経ることにより行った。
1.酸洗:25℃の硫酸水溶液(9%)に1分間浸漬した。
2.硫酸銅めっき:トップルチナSF−M(奥野製薬工業株式会社製)を添加した硫酸銅めっき液を用い、23℃、1.66A/dm2の条件で43分間浸漬した。
3.防錆処理:防錆剤(トップリンスCU−5、奥野製薬工業株式会社製)を用い、25℃で1分間浸漬した。
バーノックD−500、ポリエチレンイミン1%エタノール溶液、銀ナノ粒子と、ポリエチレンイミン(PEI)ブロックとポリエチレングリコール(PEG)ブロックを有する化合物(P1)からなる有機保護剤との複合体のエタノール分散体、エタノール、KF−351A)の1%エタノール溶液の混合量を、それぞれ、0.092g、1.996g、0.356g、2.984g、0.5gに変更した以外は、実施例1と同様にして、有効成分濃度6.18%(銀ナノ粒子とPEI−PEGからなる有機保護剤との複合体4.09%)のめっき用プライマー組成物を作製した。
合成例2で得た銀ナノ粒子の水分散体を−40℃の冷凍機に1昼夜放置して凍結し、これを凍結乾燥機(東京理化器械株式会社製 FDU−2200)で24時間処理することによって、灰緑色の金属光沢があるフレーク状の塊からなる銀ナノ粒子と、ポリエチレンイミン(PEI)ブロックとポリエチレングリコール(PEG)ブロックを有する化合物(P1)からなる有機保護剤との複合体粉体を得た。この粉体にエタノールを加えて撹拌し、銀ナノ粒子とPEI−PEGからなる有機保護剤との複合体の64.5%エタノール分散液を得た。
実施例3で得られためっき用プライマー組成物を、実施例1と同様にして、38μm厚のポリイミドフィルム(東レ・デュポン社製、カプトン150EN−C)上に塗工して、ポリイミドフィルム上にめっき用プライマー組成物を形成した被めっき基材を作製した。めっき用プライマー層の表面抵抗を測定したところ、103Ω/□の抵抗値であった。
実施例1と同様にして、電気めっき処理を行い、絶縁性基材である38μm厚のポリイミドフィルム上に16μm厚の銅層を有する絶縁性基材―金属複合体を形成できた。絶縁性基材上の銅層の剥離強度試験を行ったところ、150℃ 24時間保持後でも0.55kgf/cmの良好な剥離強度を示した。
実施例1において、銀ナノ粒子と、ポリエチレンイミン(PEI)ブロックとポリエチレングリコール(PEG)ブロックを有する化合物(P1)からなる有機保護剤との複合体、バーノックD−500及びPEIを含有するめっき用プライマー組成物を用いる代わりに、銀ナノ粒子とPEI−PEGからなる有機保護剤との複合体の5%エタノール分散液(実施例1に基づき、濃度を調整)を用いた以外は、実施例1と同様にして、50μm厚のポリイミドフィルム(ユーピレックスSGA)上に、銀ナノ粒子とPEI−PEGからなる有機保護剤の複合体を塗工して、被めっき基材を作製した。
2:めっき用プライマー層
3:樹脂層
4:絶縁性基材
5:クラック
Claims (15)
- 銀ナノ粒子、銅ナノ粒子、銀コア−銅シェルナノ粒子及び銀−銅の異方性複合粒子からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属ナノ粒子(A)とブロックイソシアネート(B)と溶剤(C)とを含有することを特徴とするめっき用プライマー組成物。
- 前記ブロックイソシアネート(B)が、イソシアネート基がブロック剤によって封鎖された官能基[b]を有するものであって、前記官能基[b]は70℃〜200℃の範囲で加熱されることによって前記ブロック剤が解離し、イソシアネート基を生成するものである請求項1に記載のめっき用プライマー組成物。
- さらに、イソシアネート基に対して反応性を有する化合物(D)を含有する請求項1又は2に記載のめっき用プライマー組成物。
- 前記化合物(D)が、構造中に2以上の官能基を有する化合物であって、該官能基がカルボキシル基、ヒドロキシル基及びアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項3に記載のめっき用プライマー組成物。
- 前記化合物(D)の構造中の前記官能基が、アミノ基である請求項4に記載のめっき用プライマー組成物。
- 前記化合物(D)の構造中の前記官能基が、ポリアルキレンイミンである請求項5に記載のめっき用プライマー組成物。
- 前記金属ナノ粒子(A)が、有機保護剤(P)との複合体である請求項1〜6の何れか1項に記載のめっき用プライマー組成物。
- 前記有機保護剤(P)が、ポリエチレンイミンブロック、ポリプロピレンイミンブロック、ポリアリルアミンブロックのうち何れか1以上を分子内に有する化合物から構成される請求項7に記載のめっき用プライマー組成物。
- 前記有機保護剤(P)が、ポリエチレンイミンブロックとポリエチレングリコールブロックとを有する化合物から構成される請求項7に記載のめっき用プライマー組成物。
- 絶縁性基材上に、請求項1〜9の何れか1項に記載のめっき用プライマー組成物で形成されためっき用プライマー層を有することを特徴とする被めっき基材。
- 請求項10に記載の被めっき基材のめっき用プライマー層上にめっき層を有することを特徴とする絶縁性基材と金属層との複合体。
- (1)絶縁性基材上に、銀ナノ粒子、銅ナノ粒子、銀コア−銅シェルナノ粒子及び銀−銅の異方性複合粒子からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属ナノ粒子(A)とブロックイソシアネート(B)と溶剤(C)を含有するめっき用プライマー組成物が塗工される工程と、
(2)めっき用プライマー組成物が塗工された絶縁性基材を70℃〜400℃の温度で加熱する工程とを有することを特徴とするめっき用プライマー層を有する被めっき基材の製造方法。 - 前記めっき用プライマー組成物が、さらに、イソシアネート基に対して反応性を有する化合物(D)を含有するものである請求項12に記載のめっき用プライマー層を有する被めっき基材の製造方法。
- (1)絶縁性基材上に、銀ナノ粒子、銅ナノ粒子、銀コア−銅シェルナノ粒子及び銀−銅の異方性複合粒子からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属ナノ粒子(A)とブロックイソシアネート(B)と溶剤(C)を含有するめっき用プライマー組成物が塗工される工程と、
(2)めっき用プライマー組成物が塗工された絶縁性基材が70℃〜400℃の温度で加熱され、絶縁性基材上にめっき用プライマー層が形成される工程と、
(3)めっき用プライマー層が形成された絶縁性基材からなる被めっき基材にめっき処理が施される工程とを有することを特徴とする絶縁性基材と金属層との複合体の製造方法。 - 前記めっき用プライマー組成物が、さらに、イソシアネート基に対して反応性を有する化合物(D)を含有するものである請求項14に記載の絶縁性基材と金属層との複合体の製造方法。
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