JPWO2016104347A1 - プリント配線板用基板及びプリント配線板用基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の一態様に係るプリント配線板用基板は、絶縁性を有するベースフィルムと、このベースフィルムの少なくとも一方の面側に積層される金属層とを備えるプリント配線板用基板であって、上記ベースフィルム及び金属層間に複数の微細粒子が介在し、この微細粒子が上記金属層の主金属と同じ金属又はその金属化合物から形成されている。
以下、本発明に係るプリント配線板用基板の各実施形態について図面を参照しつつ詳説する。
図1のプリント配線板用基板は、絶縁性を有するベースフィルム1と、このベースフィルム1の少なくとも一方の面側に積層される金属層2とを備える。当該プリント配線板用基板は、金属層2をエッチングする工程を含む方法により導電パターンを形成してプリント配線板を得るために使用される。導電パターンを形成する具体的方法としては、例えばサブトラクティブ法、セミアディティブ法等が挙げられる。
ベースフィルム1の材料としては、例えばポリイミド、液晶ポリマー、フッ素樹脂、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等の可撓性を有する樹脂、紙フェノール、紙エポキシ、ガラスコンポジット、ガラスエポキシ、テフロン(登録商標)、ガラス基材等のリジッド材、硬質材料と軟質材料とを複合したリジッドフレキシブル材などを用いることが可能である。これらの中でも、微細粒子3の生成量が多く、金属酸化物等との結合力が大きいことから、ポリイミドが好ましい。さらに、ナノ金属粒子焼成工程でも流動しにくく、微細粒子3を層状に保持することができる非熱可塑性ポリイミドが特に好ましい。
金属層2は、ナノ金属粒子の焼成により形成される金属粒層4と、この金属粒層4の一方の面側(ベースフィルム1と反対側)に無電解メッキ又は電気メッキにより形成されるメッキ層5とを有する。
金属粒層4は、ベースフィルム1の一方の面にナノ金属粒子を含む導電性組成物を塗工したものを熱処理することによって、つまり上記ナノ金属粒子の焼成によって形成される。この金属粒層4は、透過型電子顕微鏡で断面を観察すると、ナノ金属粒子に由来する結晶粒が確認される。これらの結晶粒は、焼結によって互いに接続されており、もはや独立した粒子ではない。
上記メッキ層5は、無電解メッキにより金属粒層4のベースフィルム1と反対側の面に積層されている。このように上記メッキ層5が無電解メッキにより形成されているので、金属粒層4を形成するナノ金属粒子間の空隙にはメッキ層5の金属が充填されている。金属粒層4に空隙が残存していると、この空隙部分が破壊起点となって金属粒層4がベースフィルム1から剥離し易くなるが、この空隙部分にメッキ層5が充填されていることにより金属粒層4の剥離が防止される。
微細粒子3は、ベースフィルム1と金属層2との間に複数介在して、ベースフィルム1及び金属層2間の剥離強度つまり接合強度を向上させる。特に、微細粒子3が層状に存在することにより、ベースフィルム1及び金属層2間の剥離強度を偏りなく向上できる。この微細粒子3は、当該プリント配線板用基板の断面を透過型電子顕微鏡で観察したときに、ベースフィルム1及び金属層2とは異なる微細な粒子として確認される。
図2のプリント配線板用基板の製造方法は、図1のプリント配線板用基板を製造する方法である。
ステップS1の調製工程では、分散媒に分散剤を溶解し、上述のナノ金属粒子を分散媒中に分散させる。つまり、分散剤がナノ金属粒子を取り囲むことで凝集を防止してナノ金属粒子を分散媒中に良好に分散させる。なお、分散剤は、水又は水溶性有機溶媒に溶解した溶液の状態で反応系に添加することもできる。
ここで、導電性組成物に分散させるナノ金属粒子の製造方法について説明する。上記ナノ金属粒子は、高温処理法、液相還元法、気相法等で製造することができるが、粒子径が均一な粒子を比較的安価に製造できる液相還元法によることが好ましい。
上記導電性組成物の分散媒としては、水、高極性溶媒、又はこれらの2種若しくは3種以上を混合したものを使用することができ、中でも水を主成分とし、水と相溶する高極性溶媒を混合したものが好適に使用される。
上記導電性組成物に含まれる分散剤としては、当該プリント配線板用基板の劣化防止の観点より、硫黄、リン、ホウ素、ハロゲン及びアルカリを含まないものが好ましい。このような好ましい分散剤としては、ポリエチレンイミン、ポリビニルピロリドン等のアミン系の高分子分散剤、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース等の分子中にカルボン酸基を有する炭化水素系の高分子分散剤、ポバール(ポリビニルアルコール)、スチレン−マレイン酸共重合体、オレフィン−マレイン酸共重合体、1分子中にポリエチレンイミン部分とポリエチレンオキサイド部分とを有する共重合体等の極性基を有する高分子分散剤等を挙げることができる。
ステップS2の塗工工程では、ベースフィルム1の少なくとも一方の面にナノ金属粒子を含む導電性組成物を塗工する。
ステップS3の乾燥工程では、ベースフィルム1に塗工した導電性組成物中の分散媒を蒸発させて、この導電性組成物を乾燥する。
ステップS4の焼成工程では、加熱により、分散媒を熱分解すると共にナノ金属粒子を一体化させ、金属粒層4を形成する。このようにナノ金属粒子を焼結することにより、ベースフィルム1の表面に金属粒層4ひいては金属層2を比較的容易に形成できる。
ステップS5のメッキ工程では、ステップS4の焼成工程において形成した金属粒層4のベースフィルム1と反対側の面に無電解メッキ又は電気メッキにより、メッキ層5を形成する。
プリント配線板は、図1のプリント配線板用基板に導電パターンを形成することにより製造される。上記導電パターンは、当該プリント配線板用基板の金属層2をベースとして、サブトラクティブ法又はセミアディティブ法を用いて形成される。
当該プリント配線板用基板の製造方法によって製造される当該プリント配線板用基板は、ベースフィルム1と金属層2との間に、これらベースフィルム1及び金属層2の双方との密着性が高い複数の微細粒子3が介在するため、ベースフィルム1と金属層2との間の剥離強度が大きい。
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
本発明の効果を確認するために、条件が異なるプリント配線板用基板の試作品1〜5を製作した。
試作品1は、ベースフィルムとしてカネカ社の厚み25μmのポリイミドフィルム「アピカル(登録商標)25NPI」を用い、ナノ金属粒子として平均粒子径64nmの銅粒子を26質量%濃度で水に分散させた導電性組成物を使用して金属粒層及び微細粒子を形成した。具体的には、上記ベースフィルムの表面に上記導電性組成物を塗工し(塗工工程)、大気中で乾燥した後、酸素濃度100体積ppmで温度350℃の窒素ガス雰囲気下で30分間加熱する熱処理(焼成工程)を行った。つまり、この熱処理により、ナノ金属粒子を焼成して金属粒層を形成すると共に、ベースフィルムと金属粒層の間に介在する微細粒子を形成した。そして、形成された金属粒層の表面に平均厚さ0.4μmの銅の無電解メッキ(メッキ工程)を行い、さらに銅の電気メッキにより平均合計厚さ18μmの金属層を形成した。さらに、金属層を形成したベースフィルムを温度350℃で30分間アニール処理することにより、試作品1を得た。
試作品2は、ナノ金属粒子として平均粒子径102nmの銅粒子を用いた以外は、上記試作品1と同じ条件で製作した。
試作品3は、ナノ金属粒子として平均粒子径38nmの銅粒子を用いた以外は、上記試作品1と同じ条件で製作した。
試作品4は、ナノ金属粒子として平均粒子径455nmの銅粒子を用いた以外は、上記試作品1と同じ条件で製作した。
試作品5は、焼成時間を600分とした以外は、上記試作品1と同じ条件で製作した。
上記試作品1〜5について、以下のように評価を行った。
試作品1〜5のプリント配線板用基板の断面を日本電子株式会社の透過型電子顕微鏡「JEM−2100F」を用いて撮影した。
これらの撮影画像において、10以上の微細粒子の直径を測定した値を平均することにより平均粒子径を算出した。
また、試作品1〜5のプリント配線板用基板の断面を、上記断面撮影に用いた透過型電子顕微鏡のエネルギー分散型X線分析機能を用いて、加速電圧3kVで分析することにより、ベースフィルムと金属層との界面近傍領域における銅、炭素及び酸素の含有量を測定した。図4A〜6Cに示す2次元マッピング画像において、原子の含有量(atm%)は色の濃淡で段階的に示されている。色が濃いほど含有量が小さく、色が薄くなるほど含有量が大きいことを表す。
上記酸素含有量の分析結果から、試作品1〜5のプリント配線板用基板のベースフィルムの表面近傍領域、つまりベースフィルムの表面から深さ50nmまでの範囲の酸素含有量(マッピングデータの平均値)を算出した。
さらに、試作品1〜5のプリント配線板用基板について、ベースフィルムからの金属層の剥離強度を、JIS−C6471(1995)に準拠して、金属層をポリイミドフィルムに対して180°方向に引き剥がす方法で測定した。なお、剥離強度は、700gf/cm以上であれば、プリント配線板用基板としては十分な値であると考えられる。
表1に示すように、試作品1〜5のプリント配線板用基板は、ベースフィルムと金属層との間に微細粒子が形成されることによって、ベースフィルムと金属層との剥離強度が740gf/cm以上の十分に大きい値となっている。一方、表1には示さないが、ベースフィルムと金属層との間に微細粒子を形成しないように、焼成工程での焼結温度や雰囲気の酸素濃度を調整した以外は試作品1と同じ条件で製作したプリント配線板用基板では、ベースフィルムと金属層との剥離強度は700gf/cm未満の低い値を示した。このことから、ベースフィルムと金属層との間に複数の微細粒子が介在することによりベースフィルムと金属層との剥離強度が向上すると考えられる。
さらに、試作品1〜5のプリント配線板用基板は、ベースフィルムの表面近傍領域(表面から深さ50nmまでの範囲)における酸素含有量が20atm%以上60atm%以下であり、これによって微細粒子との密着性がさらに向上していると考えられる。
S1 調製工程 S2 塗工工程 S3 乾燥工程 S4 焼成工程
S5 メッキ工程
Claims (9)
- 絶縁性を有するベースフィルムと、
上記ベースフィルムの少なくとも一方の面側に積層される金属層と
を備えるプリント配線板用基板であって、
上記ベースフィルム及び金属層間に複数の微細粒子が介在し、
上記微細粒子が上記金属層の主金属と同じ金属又はその金属化合物から形成されているプリント配線板用基板。 - 上記複数の微細粒子の平均粒子径が、0.1nm以上20nm以下である請求項1に記載のプリント配線板用基板。
- 上記複数の微細粒子が、金属酸化物又は金属水酸化物である請求項1又は請求項2に記載のプリント配線板用基板。
- 上記複数の微細粒子が、上記ベースフィルム及び金属層間に層状に存在する請求項1、請求項2又は請求項3に記載のプリント配線板用基板。
- 上記金属層が、ナノ金属粒子の焼成により形成される金属粒層を有している請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のプリント配線板用基板。
- 上記金属層が、上記金属粒層の一方の面側に無電解メッキ又は電気メッキにより形成されるメッキ層をさらに有する請求項5に記載のプリント配線板用基板。
- 上記主金属が銅である請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のプリント配線板用基板。
- 上記ベースフィルムの金属層側の表面から深さ50nmまでの領域における酸素含有量が20atm%以上60atm%以下である請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のプリント配線板用基板。
- 絶縁性を有するベースフィルムと、
このベースフィルムの少なくとも一方の面側に積層される金属層と
を備えるプリント配線板用基板の製造方法であって、
上記ベースフィルムの一方の面側に、ナノ金属粒子を含む導電性組成物を塗工する工程と、
上記塗工した導電性組成物を焼成する工程と
を備え、
上記焼成工程が、上記ベースフィルム及び金属層間にこの金属層の主金属と同じ金属又はその金属化合物から形成される複数の微細粒子を介在させる工程を有するプリント配線板用基板の製造方法。
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