JPWO2019208077A1 - プリント配線板用基材及びプリント配線板用基材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2018年4月26日出願の日本出願第2018−85847号に基づく優先権を主張し、上記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
上述のプリント配線板用基材には、ベースフィルム及び焼結体層間の密着力が大きいことが求められる。特に、可撓性を有するフレキシブルプリント配線板用基材にあっては、曲げ応力が作用した際にベースフィルムから焼結体層が剥離しないよう高い密着力が求められる。
本開示の実施形態に係るプリント配線板用基材は、ベースフィルム及び焼結体層間の密着力に優れる。また、本開示の実施形態に係るプリント配線板用基材の製造方法は、ベースフィルム及び焼結体層間の密着力に優れるプリント配線板用基材を製造することができる。
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
なお、本開示において、ベースフィルムと金属粒子の焼結体層の接触面積率とは以下の方法で測定される値をいう。プリント配線板用基材の金属粒子の焼結体層を塩化第二銅溶液などの酸性溶液で溶解し、ベースフィルムを露出させ、原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope;AFM)を用いてベースフィルムの表面積Aおよびベースフィルムの投影表面積Bを測定する。接触面積率は、(A−B)/B×100[%]として算出する。
以下、本開示の各実施形態に係るプリント配線板用基材及びプリント配線板用基材の製造方法ついて図面を参照しつつ詳説する。
<プリント配線板用基材>
図1のプリント配線板用基材1は、絶縁性を有するベースフィルム2と、ベースフィルム2の一方の面に積層される金属粒子の焼結体層3とを備える。当該プリント配線板用基材1は、可撓性を有しており、フレキシブルプリント配線板用基材として用いられる。焼結体層3は、ベースフィルム2の表面に食い込んだ金属粒子由来の焼結粒子3aを有する。当該プリント配線板用基材1は、焼結粒子3aの食い込み率が10%以上90%以下である。
ベースフィルム2は絶縁性及び可撓性を有する。ベースフィルム2は合成樹脂を主成分としている。ベースフィルム2の主成分としては、例えばポリイミド、液晶ポリエステル、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、フッ素樹脂等の軟質材が挙げられる。これらの中でも、耐熱性及び焼結体層3との密着力に優れるポリイミドが好ましい。なお、「主成分」とは、質量換算で最も含有量の多い成分をいい、例えば含有量が50質量%以上の成分をいう。
焼結体層3は、ベースフィルム2の一方の面に直接(つまり、接着剤層等の他の層を介さず)積層される。当該プリント配線板用基材1は、ベースフィルム2の一方の面に焼結体層3が密着しており、スパッタリング法を用いる場合のように物理的蒸着に必要な高価な真空設備を必要としないので、製造コストを抑えることができる。
<プリント配線板用基材>
図3のプリント配線板用基材11は、図1のプリント配線板用基材1の焼結体層3の表面(ベースフィルム2との積層面と反対側の面)に積層される無電解めっき層4を備える。当該プリント配線板用基材11は、全体として可撓性を有し、フレキシブルプリント配線板用基材として用いられる。当該プリント配線板用基材11は、無電解めっき層4を備える以外、図1のプリント配線板用基材1と同様の構成を有する。そのため、以下では無電解めっき層4についてのみ説明する。
無電解めっき層4は、焼結体層3の表面に無電解めっきを施すことで形成される。無電解めっき層4は、焼結体層3の表面に直接積層されている。無電解めっき層4は無電解めっき金属を含む。上記無電解めっき金属は、少なくとも部分的に焼結体層3の空隙に充填されており、焼結体層3の全空隙に充填されていることが好ましい。当該プリント配線板用基材11は、上記無電解めっき金属が焼結体層3の表面に積層されており、かつ上記無電解めっき金属が焼結体層3の空隙に充填されているので、ベースフィルム2及び焼結体層3間の密着力をより大きくすることができると共に、焼結体層3の導電性をより高めることができる。
<プリント配線板用基材>
図4のプリント配線板用基材21は、図3のプリント配線板用基材11の無電解めっき層4の表面(焼結体層3との積層面と反対側の面)に積層される電気めっき層5を備える。当該プリント配線板用基材21は、全体として可撓性を有し、フレキシブルプリント配線板用基材として用いられる。当該プリント配線板用基材21は、電気めっき層5を備える以外、図3のプリント配線板用基材11と同様の構成を有する。そのため、以下では電気めっき層5についてのみ説明する。
電気めっき層5は、無電解めっき層4の表面に電気めっきを施すことで形成される。電気めっき層5は、無電解めっき層4の表面に直接積層されている。電気めっき層5は電気めっき金属を含む。当該プリント配線板用基材21は、無電解めっき層4の表面に電気めっき層5が積層されるので、焼結体層3、無電解めっき層4及び電気めっき層5の積層体全体の厚さを容易かつ正確に調節することができる。
図5のプリント配線板31は、可撓性を有するフレキシブルプリント配線板である。当該プリント配線板31は、例えば図4のプリント配線板用基材21を用いて形成される。当該プリント配線板31は、ベースフィルム2の一方の面に積層される導電パターン6を備える。導電パターン6は、図4のプリント配線板用基材21の焼結体層3、無電解めっき層4及び電気めっき層5の積層体をパターニングしたものであり、この積層体の一部を含む。この際のパターニング方法としては、例えば焼結体層3、無電解めっき層4及び電気めっき層5の積層体にレジストパターン等のマスキングを施してエッチングする方法(サブトラクティブ法)を採用することができる。
次に、図6A〜図6Cを参照して、図1のプリント配線板用基材1の製造方法について説明する。当該プリント配線板用基材の製造方法は、可撓性を有するフレキシブルプリント配線板用基材の製造方法である。当該プリント配線板用基材の製造方法は、絶縁性を有するベースフィルム2の一方の面に金属粒子の焼結により形成された焼結粒子で構成される焼結体層13を積層する工程(積層工程)と、上記積層工程後の焼結体層13の表面をプラズマ処理する工程(プラズマ処理工程)とを備える。当該プリント配線板用基材の製造方法は、上記プラズマ処理工程で、上記金属粒子由来の焼結粒子3aをベースフィルム2の表面に食い込ませる。上記プラズマ処理工程後の焼結粒子3aの食い込み率は10%以上90%以下である。
上記積層工程は、ベースフィルム2の一方の面に金属粒子3bを含む塗膜13aを形成する工程(塗膜形成工程)と、上記塗膜形成工程で形成された塗膜13aを乾燥する工程(乾燥工程)と、上記乾燥工程後の塗膜13aの焼成により金属粒子3bの焼結体層13を形成する工程(焼結体層形成工程)とを備える。なお、以下では、ベースフィルム2の主成分がポリイミドである場合を例に説明する。また、このベースフィルム2は、一方の面にアルカリ処理等の表面処理が施されたものであってもよい。
上記塗膜形成工程では、図6Aに示すように、ベースフィルム2の一方の面に金属粒子3bを含む導電性インクを塗布し、塗膜13aを形成する。
上記導電性インクに分散させる金属粒子3b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。中でも、液相還元法によれば、製造コストを低減できるうえ、水溶液中での攪拌等により、容易に金属粒子3bの粒子径を均一にすることができる。金属粒子3bは、このように、高温処理法、液相還元法、気相法等で製造されることによって、例えば平均粒子径が10nm以上100nm以下に調節される。なお、「平均粒子径」とは、レーザー回折法により測定される粒子径の分布において体積積算値が50%となる粒子径を意味する。
金属粒子3bを分散させた導電性インクをベースフィルム2の一方の面に塗布する方法としては、スピンコート法、スプレーコート法、バーコート法、ダイコート法、スリットコート法、ロールコート法、ディップコート法等の従来公知の塗布法を用いることができる。また、スクリーン印刷、ディスペンサ等によりベースフィルム2の一方の面の一部のみに導電性インクを塗布するようにしてもよい。
上記乾燥工程では、上記塗膜形成工程で形成された塗膜13aに含まれる分散媒を乾燥させる。上記乾燥工程では、金属粒子3bの凝集が進行する前に上記分散媒を乾燥させることが好ましい。
上記焼結体層形成工程では、図6Bに示すように、塗膜13aの焼成により金属粒子3bの焼結体層13を形成する。この焼結体層13は、金属粒子3b由来の焼結粒子3aを有する。
上記焼成により金属粒子3b同士が焼結すると共に、焼結粒子3aがベースフィルム2の一方の面に固着される。なお、導電性インクに含まれ得る分散剤やその他の有機物は、焼成によって一定程度揮発又は分解される。焼結体層13における窒素原子の含有量の下限としては、0.5atomic%が好ましく、0.8atomic%がより好ましく、1.0atomic%がさらに好ましい。一方、上記含有量の上限としては、5.0atomic%が好ましく、4.0atomic%がより好ましく、3.0atomic%がさらに好ましい。上記含有量が上記下限に満たないと、焼結体層13のベースフィルム2からの剥離強度が不十分となるおそれがある。一方、上記含有量が上記上限を超えると、金属粒子3b間の接合が不十分となって焼結体層13の強度や耐食性が不十分となるおそれがある。
上記プラズマ処理工程では、上記積層工程で積層された焼結体層13の表面にプラズマを照射し、焼結体層13を構成する焼結粒子3aをベースフィルム2の表面に食い込ませる。このプラズマ処理工程は、例えば真空チャンバーを用いた真空プラズマ処理によって行う。このプラズマ処理工程により、図6Cに示すように、ベースフィルム2の表面に食い込んだ金属粒子3b由来の焼結粒子3aを有する焼結体層3がベースフィルム2の一方の面に形成される。
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。
[No.1]
平均厚さ25μmのポリイミドフィルム(株式会社カネカ製「アピカルNPI」)からなるベースフィルムを用意した。このベースフィルムを濃度100g/Lの水酸化ナトリウム水溶液に40℃で90秒間浸漬した後、水洗、濃度1質量%の酢酸水溶液による酸洗、水洗、乾燥をこの順で行い、ベースフィルムの一方の面にアルカリ処理を施した。次に、平均粒子径80nmの銅ナノ粒子が水中に分散した銅ナノ粒子の導電性インクをベースフィルムの一方の面に塗布し、乾燥及び焼成することで、ベースフィルムの一方の面に銅ナノ粒子の焼結により形成された焼結粒子で構成される焼結体層を積層した(積層工程)。
プラズマ方式:マイクロ波プラズマ
線速度:2m/min
ガス:酸素及び四フッ化メタンの混合ガス
ガス流量:酸素200sccm、四フッ化メタン20sccm
チャンバー内圧力:80Pa
プラズマ出力:500W
プラズマ処理時間:7sec
上記プラズマ処理工程におけるプラズマ出力を表1の通りとした以外、No.1と同様にしてNo.2〜No.6のプリント配線板用基材を製造した。
上記プラズマ処理工程を行わなかった以外、No.1と同様にしてNo.7のプリント配線板用基材を製造した。
No.1〜No.7のプリント配線板用基材について、ベースフィルム及び焼結体層の界面を含む厚さ方向の断面写真を走査型電子顕微鏡(SEM)によって撮影し、観察エリアを上記界面に沿って1.1μmの範囲として食い込み深さの深い順から5個の焼結粒子を抽出した。この食い込み深さは、焼結粒子の左右に存在する空隙(ベースフィルム及び焼結体層間の空隙)とベースフィルムとの界面を含む仮想直線を基準とし、この仮想直線に対して最もベースフィルム側に食い込んだ点の深さによって求めた(なお、ベースフィルム表面に食い込んだ焼結粒子の数が5に満たない場合、不足分の食い込み深さは0nmとした)。5個の焼結粒子の食い込み深さを平均することで、焼結粒子の食い込み深さを求めた。この測定結果を表1に示す。
No.1〜No.7のプリント配線板用基材について、上記食い込み深さの測定で抽出した5個の焼結粒子それぞれについて、最もベースフィルム側に食い込んだ点における焼結粒子の厚さを測定し、厚さに対する食い込み深さの比を求めた。5個の焼結粒子の食い込み深さの比を平均したうえ、100分率に換算することで焼結粒子の食い込み率を算出した。この算出結果を表1に示す。なお、焼結粒子の厚さを測定するに際し、焼結粒子同士の粒界については上記断面写真の明るさ及びコントラストを調整することで特定した。
No.1〜No.7のプリント配線板用基材について、走査型電子顕微鏡(SEM)によってベースフィルム及び焼結体層の界面を含む厚さ方向の断面写真を観察倍率10万倍で各10枚撮影した。各断面写真について、観察エリアを1.1μmとし、ベースフィルムの表面に当接する複数の焼結粒子に対するベースフィルムの表面に食い込んだ焼結粒子の存在割合を算出した。次に、No.1〜No.7のそれぞれについて、10枚の断面写真における上記存在割合を平均し、この平均値を食い込み粒子の存在割合とした。この算出結果を表1に示す。
No.1〜No.7のプリント配線板用基材について、走査型電子顕微鏡(SEM)によってベースフィルム及び焼結体層の界面を含む厚さ方向の断面写真を観察倍率10万倍で各10枚撮影した。各断面写真について、観察エリアを1.1μmとし、ベースフィルムの表面に食い込んだ焼結粒子の個数からベースフィルム及び焼結体層間の界面の単位長さ当たりのベースフィルムの表面に食い込んだ焼結粒子の個数を算出した。次に、No.1〜No.7のそれぞれについて、10枚の断面写真における上記個数を平均し、この平均値を単位長さ当たりの食い込み個数とした。この算出結果を表1に示す。
No.1〜No.7のプリント配線板用基材について、銅ナノ粒子の焼結体層を塩化第二銅溶液などの酸性溶液で溶解し、ベースフィルムを露出させ、原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope;AFM)を用いてベースフィルムの表面積Aおよびベースフィルムの投影表面積Bを測定した。接触面積率は、(A−B)/B×100[%]として算出した。原子間力顕微鏡はVeeco社製のDimension Icon with ScanAsystを用いて、半径10nmのシリコン製の探針を使用し、Trapping modeで、横50μm、縦50μmの2500μm2の領域を測定して上記接触面積率を算出した。この算出結果を表1に示す。
No.1〜No.7のプリント配線板用基材について、ベースフィルムと焼結体層との間の剥離強度(初期密着力)をJIS−C6471:1995に準拠する180°方向引き剥がし試験により測定した。この剥離強度の測定結果を表1に示す。
表1に示すように、焼結体層の表面をプラズマ処理したNo.1〜No.6は、プラズマ処理を施していないNo.7よりも焼結粒子の食い込み深さ、焼結粒子の食い込み率、食い込み粒子の存在割合、単位長さ当たりの食い込み個数及びベースフィルムと金属粒子の焼結体層の接触面積率が大きくなっている。また、これらの値が大きくなる程、ベースフィルム及び焼結体層間の剥離強度が大きくなる傾向があり、ベースフィルム及び焼結体層の密着力が向上している。これは、焼結粒子の食い込み率等が大きくなるにつれて物理的アンカー効果が高くなることに加え、焼結粒子の食い込み率等を上記範囲程度に抑えることで焼結粒子のベースフィルム表面からの突出面積を十分に確保でき、ベースフィルム表面に食い込んだ焼結粒子と焼結体層を構成する他の焼結粒子との接触面積も十分に確保できるためであると考えられる。
3,13 焼結体層 3a 焼結粒子 3b 金属粒子
4 無電解めっき層 5 電気めっき層 6 導電パターン
13a 塗膜 31 プリント配線板
Claims (5)
- 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に積層された金属粒子の焼結体層と
を備え、
上記焼結体層が、上記ベースフィルムの表面に食い込んだ上記金属粒子由来の焼結粒子を有し、
上記焼結粒子の食い込み率が10%以上90%以下であるプリント配線板用基材。 - 上記金属粒子は、直径が1nm以上1μm未満の銅粒子である請求項1に記載のプリント配線板用基材。
- 上記ベースフィルム及び焼結体層間の剥離強度が7.5N/cm以上である請求項1又は請求項2に記載のプリント配線板用基材。
- 上記ベースフィルムと上記金属粒子の焼結体層との接触面積をA、上記ベースフィルムの投影表面積をBとしたとき、
(A−B)/B×100で表される接触面積率が0.05%以上0.50%以下である請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のプリント配線板用基材。 - 絶縁性を有するベースフィルムの少なくとも一方の面に金属粒子の焼結により形成された焼結粒子で構成される焼結体層を積層する工程と、
上記積層工程後の焼結体層の表面をプラズマ処理する工程と
を備え、
上記プラズマ処理工程で、上記金属粒子由来の上記焼結粒子を上記ベースフィルムの表面に食い込ませ、
上記焼結粒子の食い込み率が10%以上90%以下であるプリント配線板用基材の製造方法。
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