WO2018021392A1 - レーザ処理方法、接合方法、銅部材、多層プリント配線基板の製造方法、及び多層プリント配線基板 - Google Patents

レーザ処理方法、接合方法、銅部材、多層プリント配線基板の製造方法、及び多層プリント配線基板 Download PDF

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真木 岩間
松下　俊一
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古河電気工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a laser processing method for processing a copper surface using a laser, a bonding method for bonding a copper foil to a resin material, and a copper member subjected to a surface treatment.
  • Patent Documents 1 to 3 the surface of a metal member is roughened, and in particular, unevenness is formed in a joint portion with a different material, thereby improving the adhesion at the joint portion. Has been proposed.
  • the surface of the metal member is roughened in order to form unevenness at the joint portion with the different material.
  • the object of the present invention has been made in view of the above-described problems, and is a laser processing method capable of processing a copper surface so as to achieve good electrical properties and good adhesion to a resin material, It is an object of the present invention to provide a bonding method for bonding a copper foil to a resin material, a surface-treated copper member, a method for manufacturing a multilayer printed wiring board, and a multilayer printed wiring board.
  • a laser processing method is a laser processing method for performing a surface treatment of a copper surface using a laser, wherein the laser power is near a threshold at which copper can be processed and the pulse width is nano-order seconds.
  • a certain pulse laser is irradiated to the copper surface, and a periodic structure of a laser wavelength order is formed on the copper surface.
  • the pulse width is controlled in nanosecond order in a high fluence region that has not been studied so far, and a periodic structure in the laser wavelength order is formed on the copper surface.
  • the fluence is a value obtained by dividing the peak power of the pulse laser by the area of the beam.
  • a periodic structure in the order of the laser wavelength is formed on the copper surface by irradiating the copper surface with a pulse laser whose laser power is near the threshold at which copper can be processed and whose pulse width is nano-order seconds.
  • Such a periodic structure of the order of the laser wavelength can transmit a high-frequency signal with low loss, and can function as an anchor when bonded to another member to achieve good adhesion.
  • nanosecond order laser it is possible to realize high-speed and inexpensive processing as compared with the case of using an ultrashort pulse laser such as picosecond and femtosecond.
  • a periodic structure of a laser wavelength order is formed on the copper surface, and a film is formed on the copper surface.
  • the wavelength is 1000-1600 nm
  • the pulse width is 0.8 ns-5.0 ns
  • the fluence is 1.0 ⁇ 10 8 W / cm 2 -4.0 ⁇ .
  • the copper surface is irradiated with a pulse laser of 10 9 W / cm 2 in the atmosphere or any atmosphere of oxygen, water, and active gas.
  • the laser processing method which concerns on this invention, irradiating the said pulse laser to the said copper surface, controlling the polarization direction of the said pulse laser, along the predetermined direction on the said copper surface
  • the periodic structure is formed. According to this aspect, it is possible to control the anisotropic adhesion such that the adhesion in a predetermined direction is strong and the adhesion in a direction perpendicular to the predetermined direction is weak.
  • the energy profile of the pulse laser is set to a top hat shape, and the pulse laser is irradiated onto the copper surface.
  • the pulse laser is irradiated to the same irradiation position on the copper surface while sequentially decreasing the fluence.
  • a bonding method is a bonding method in which a copper foil is bonded to a resin material, and the laser power is near a threshold at which copper can be processed and the pulse width is nano-order seconds.
  • the surface of the copper foil is irradiated, a roughened portion of a periodic structure of a laser wavelength order is formed on the surface of the copper foil, and the roughened portion formed on the surface of the copper foil is applied to the resin material. It is characterized by laser welding or thermocompression bonding.
  • a periodic structure having a period in the plane direction of 0.35 ⁇ m to 2 ⁇ m and a height of less than 1.5 ⁇ m is formed on at least one surface.
  • the ratio of the height of the periodic structure to the thickness of the copper member is 0.15% or more and 30% or less.
  • the coating film is formed on the said periodic structure,
  • the uneven structure of a period shorter than the said periodic structure is formed in the said coating film on the surface. It is characterized by.
  • the surface area of the coating film on which the uneven structure is formed is at least 10 times the surface area of the surface on which the periodic structure is formed.
  • the uneven structure is composed of a dendrite structure.
  • the copper member is a copper foil.
  • a printed wiring board manufacturing method is a printed wiring board manufacturing method for manufacturing a multilayer printed wiring board, in which laser power is applied to an inner layer wiring portion of the multilayer printed wiring board.
  • a pulsed laser with a pulse width of about nanosecond seconds is selectively irradiated in the vicinity of a threshold value capable of processing the substrate, and a periodic structure in the order of the laser wavelength is formed in the inner layer wiring portion.
  • the multilayer printed wiring board is formed with an inner layer wiring portion, and the inner layer wiring portion has a surface parallel to a current conduction direction.
  • a periodic structure having a direction period of 0.35 ⁇ m to 2 ⁇ m and a height of less than 1.5 ⁇ m is formed.
  • a laser processing method capable of processing a copper surface, a bonding method for bonding a copper foil to a resin material, and a surface so as to achieve good electrical characteristics while achieving good adhesion to the resin material It is possible to provide a processed copper member, a method for producing a multilayer printed wiring board, and a multilayer printed wiring board.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a laser processing step of performing a surface treatment of a copper surface using a laser.
  • the horizontal axis is the pulse width [ns]
  • the vertical axis is the fluence [W / cm 2 ]
  • “processing” and “processing / film removal” are performed on the surface treatment that has been subjected to laser treatment under a plurality of conditions. It is the figure evaluated to four items of "mixing", "film removal", and "blackening process”.
  • FIG. 3 is a view showing an image obtained by enlarging the copper surface 11 subjected to the surface treatment by the laser treatment process with an electron microscope at a magnification of 2000 times.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a laser processing step of performing a surface treatment of a copper surface using a laser.
  • the horizontal axis is the pulse width [ns]
  • the vertical axis is the fluence [W / cm 2 ]
  • FIG. 4A is an image obtained by magnifying the cross-sectional structure of the copper foil 10 that has been surface-treated with a pulse laser at an magnification of 10000 with an electron microscope
  • FIG. 4B shows the surface with the pulse laser. It is the image which magnified the cross-sectional structure of the processed copper foil 10 by 50000 times with the electron microscope.
  • FIG. 5 is a diagram showing a result of analyzing the copper surface 11 of the copper foil 10 after the laser treatment using the X-ray photoelectron spectroscopy analysis method.
  • FIG. 5 is a diagram showing a result of analyzing the copper surface 11 of the copper foil 10 after the laser treatment using the X-ray photoelectron spectroscopy analysis method.
  • FIG. 6A is a view showing a cross-sectional structure of a composite material 61 in which a surface 611 of a copper foil 610 not subjected to laser treatment is laser welded or thermocompression bonded to a resin material 620 as a comparative example.
  • FIG. 6B is a view showing a cross-sectional structure of a composite material 100 obtained by laser welding or thermocompression bonding of the copper surface 11 of the copper foil 10 subjected to laser treatment to the resin material 20.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining an implementation method for performing a peel test.
  • FIG. 1 is a view showing a cross-sectional structure of a composite material 61 in which a surface 611 of a copper foil 610 not subjected to laser treatment is laser welded or thermocompression bonded to a resin material 620 as a comparative example.
  • FIG. 6B is a view showing a cross-sectional structure of a composite material 100 obtained by laser welding or thermocompression bonding of the copper surface 11 of
  • FIG. 8A is a diagram showing peel strengths obtained by preparing two types of composite materials in which the M surface of copper foil is bonded to a resin substrate made of FR4 according to the presence or absence of laser treatment, and performing a peel test, respectively. It is.
  • FIG. 8B is a diagram showing the peel strengths obtained by preparing two types of composite materials in which the S surface of the copper foil is bonded to a resin substrate made of FR4, with and without laser treatment, and performing a peel test, respectively.
  • FIG. 8C is a diagram showing peel strengths obtained by preparing two types of composite materials in which the S surface of copper foil is bonded to a resin substrate made of Megtron 6 with and without laser treatment, and performing a peel test, respectively.
  • FIG. 9 is a view schematically showing the copper foil 10 on which the periodic structure 12 is formed by the laser processing step according to the present embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a method for calculating the surface area of the coating 450.
  • the present embodiment relates to a laser processing method for performing a surface treatment of a copper surface using a laser.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a laser processing step of performing a surface treatment of a copper surface using a laser.
  • the copper surface 11 of the copper member 10 is irradiated with a pulse laser whose pulse width is controlled in the order of nanoseconds in a high fluence region that has not been studied.
  • a pulse laser 2 having a laser power near a threshold at which copper can be processed and a pulse width of nano-order seconds is irradiated onto a copper surface 11 of a copper member 10.
  • the nano-order second refers to a range of 0.8 ns to 5.0 ns, for example.
  • the fluence is a value obtained by dividing the peak power of the pulse laser by the area of the beam.
  • the copper member 10 is made of a metal material mainly composed of copper (Cu), for example, a copper plate.
  • a copper foil having a thickness of 500 ⁇ m or less is referred to as a copper foil.
  • the copper member 10 is assumed to be a copper foil, and hereinafter referred to as “copper foil 10”.
  • the surface characteristics of the laser-treated copper foil when the fluence [W / cm 2 ] and the pulse width [ns], which are laser powers, are changed will be described.
  • the horizontal axis is the pulse width [ns]
  • the vertical axis is the fluence [W / cm 2 ]
  • “processing” and “processing / film removal” are performed on the surface treatment that has been subjected to laser treatment under a plurality of conditions. It is the figure evaluated to four items of "mixing”, "film removal", and "blackening process”.
  • processing means that copper is removed by melting / evaporation due to ablation or heat input to form a groove corresponding to the processing beam diameter
  • film removal means rust on the surface of the copper foil. Only the copper compound film is removed. “Processing / film removal mixed” means that the above processing and film removal occur simultaneously. “Blackening treatment” means “processing” and “film removal”. This is an intermediate region, in which a film such as an oxide is formed on the surface of the copper foil and at the same time a fine periodic structure in the order of the laser wavelength is formed.
  • the beam diameter refers to the spot size of the Gaussian beam.
  • the energy profile of the machining beam is more preferably a top hat shape than Gaussian. That is, it is preferable to set the energy profile of the pulse laser to a top hat shape.
  • a laser processing condition including a pulse width (first pulse width) and a fluence (first fluence) capable of forming a groove corresponding to the machining beam diameter on the copper surface 11 is compared with the first pulse width and the first fluence.
  • the laser processing conditions consisting of a pulse width (second pulse) and a fluence (second fluence), each of which has a small value and can remove only the copper compound film from the copper surface 11, are obtained, for example, as profile data in a laser processing apparatus. Pre-stored in a provided storage or the like.
  • the laser processing apparatus refers to the profile data, and the pulse width is set between the first pulse width and the second pulse width, and the fluence is set between the first fluence and the second fluence.
  • the copper surface 11 is irradiated with a pulse laser to form a periodic structure in the order of the laser wavelength.
  • the pulse width is set to 0.8 ns to 5.0 ns
  • the fluence is set to 1.0 ⁇ 10 8 W / cm 2 ⁇ 4.0 ⁇ 10 9 W / cm 2 .
  • the pulse energy becomes near the processing threshold of the copper foil, and the periodic structure 12 and the coating 13 can be formed on the copper surface 11 of the copper foil 10 as shown in FIG.
  • the pulse width in nano-order seconds refers to the range from 0.8 ns to 999 ns.
  • a pulse laser having a wavelength of 1000 to 1600 nm, a pulse width of 0.8 ns to 999 ns, and a fluence of 1.0 ⁇ 10 8 W / cm 2 ⁇ 4.0 ⁇ 10 9 W / cm 2 is used in the atmosphere or oxygen. It is preferable to irradiate the copper surface 11 in an atmosphere of water, water, or an active gas.
  • a pulse laser having a wavelength of 1000 to 1600 nm, a pulse width of 0.8 ns to 5.0 ns, and a fluence of 1.0 ⁇ 10 8 W / cm 2 ⁇ 4.0 ⁇ 10 9 W / cm 2 ,
  • the copper surface 11 is irradiated in the atmosphere or any atmosphere of oxygen, water and active gas.
  • a pulse laser having a wavelength of 1000 to 1600 nm, a pulse width of 1.0 ns to 5.0 ns, and a fluence of 1.0 ⁇ 10 8 W / cm 2 ⁇ 4.0 ⁇ 10 9 W / cm 2 ,
  • the copper surface 11 is irradiated in the atmosphere or any atmosphere of oxygen, water and active gas.
  • the periodic structure is formed perpendicular to the polarization direction of the machining beam. For this reason, a structure having a period in an arbitrary direction (predetermined direction) can be formed by irradiating the copper surface 11 while controlling the polarization direction of the pulse laser with a wave plate or the like.
  • predetermined direction a structure having a period in an arbitrary direction
  • the wavelength order periodic structure 12 and the coating 13 are formed on the copper surface 11 of the copper foil 10 by appropriately controlling the fluence so that the laser power is in the vicinity of the threshold value at which copper can be processed. Can do.
  • the wavelength order refers to, for example, 1000 nm to 1600 nm. Note that a periodic structure of 1000 nm or less may be formed by shortening the laser wavelength.
  • a pulse laser in which one or more parameters of a repetition frequency, laser intensity, scanning speed, spot size, wavelength, and atmosphere are adjusted is applied to the copper surface.
  • 11 is preferably irradiated.
  • the laser wavelength is irradiated by irradiating the copper surface 11 with the pulse laser whose pulse width is managed in the nanosecond order in a high fluence region that has not been studied conventionally.
  • An order periodic structure 12 is formed. Specifically, a periodic structure 12 having a laser wavelength order is formed on the copper surface 11 by irradiating the copper surface 11 with a pulse laser whose laser power is near the threshold at which copper can be processed and whose pulse width is nano-order seconds. can do. Further, by using a nanosecond order laser, it is possible to realize high-speed and inexpensive processing as compared with the case of using an ultrashort pulse laser such as picosecond and femtosecond.
  • FIG. 9 is a view schematically showing the copper foil 10 on which the periodic structure 12 is formed by the laser processing step according to the present embodiment.
  • the thickness of the copper foil 10 that is, the distance between the copper surface 11 and the back surface 14 facing the copper surface 11 is L1
  • the height in the periodic structure 12, that is, the periodic structure 12 is
  • the ratio of the height L2 of the periodic structure 12 to the thickness L1 of the copper foil 10 is 0.15% or more and 30% or less. is there.
  • FIG. 3 shows an image obtained by enlarging the copper surface 11 subjected to the surface treatment by the above laser treatment process with an electron microscope at a magnification of 2000 times.
  • a uniform periodic structure 200 of about 1200 nm is formed on the surface of the copper foil.
  • FIG. 4 is an image showing a cross-sectional structure of the copper foil 10 subjected to surface treatment using a pulse laser, and specifically, FIG. 4A is an image magnified 10,000 times with an electron microscope.
  • FIG. 4B is an image magnified 50000 times with an electron microscope.
  • the periodic structure 400 having a height of about 400 nm is formed at a period of about 8 periods per 10000 nm (10 ⁇ m), that is, a period of 1250 nm.
  • a dendrite-structured film 450 as a concavo-convex structure having a shorter period and a height of about 400 nm is formed on the periodic structure 400.
  • FIG. 5 shows the analysis result of the X-ray photoelectron spectroscopy analysis of the copper surface 11 of the copper foil 10 after the laser treatment.
  • FIG. 5 shows the analysis result related to the copper foil after laser processing by a solid line, and shows the analysis result related to the copper foil before laser processing by a broken line as a comparative example.
  • the bond energy E1 corresponds to the measured value of the organic C—O bond
  • the bond energy E2 corresponds to the measured value of the organic substance C ⁇ O bond of Cu hydroxide
  • the bond energy E3 is equal to the Cu 2 O.
  • the binding energy E4 corresponds to the measured value of CuO.
  • the oxide film 450 when it is not preferable to leave the oxide film 450 when the copper foil is used for a printed wiring board, it can be removed by washing with dilute sulfuric acid. Also in this case, the periodic structure 400 can be left.
  • the periodic structure 12 and the coating 13 having a wavelength order are formed on the copper surface 11 of the copper foil 10.
  • Such a periodic structure 12 and the coating 13 can transmit a high-frequency signal with low loss for the following reasons, and function as an anchor when bonded to other members to achieve good adhesion. can do.
  • FIG. 6A is a view showing a cross-sectional structure of a composite material 61 in which a surface 611 of a copper foil 610 that has not been subjected to laser treatment is laser-welded or thermocompression bonded to a resin material 620 as a comparative example.
  • the surface 611 of the copper foil 610 according to the comparative example as illustrated in FIG. 6A is higher than the copper surface 11 of the copper foil 10 according to the present embodiment described above (for example, due to a manufacturing process).
  • the shape is uneven in the (thickness) direction. For this reason, when a high-frequency signal is passed through the copper foil 610, the signal flows up and down along the irregularities of the surface 611 due to the skin effect, and the resistance increases.
  • FIG. 6B is a diagram showing a cross-sectional structure of a composite material 100 in which the copper surface 11 of the copper foil 10 subjected to laser treatment is laser welded or thermocompression bonded to the resin material 20.
  • the copper surface 11 of the copper foil 10 is higher in the height (thickness) direction than the surface 611 of the copper foil 610 according to the comparative example due to the above-described periodic structure and coating. Unevenness is small. For this reason, when a high frequency signal is passed through the copper foil 10, the signal flows while moving up and down along the unevenness of the copper surface 11 due to the skin effect, but the height of the unevenness is lower than the surface 611 described above. , Resistance becomes smaller.
  • the periodic structure formed on the copper surface 11 exhibits an anchor effect and can improve the adhesion to the resin material 20.
  • the oxide film formed on the copper surface 11 can promote the formation of chemical bonds to the resin material 20 and contribute to the improvement of the chemical adhesion between the copper foil 10 and the resin material 20.
  • the copper foil 10 has a periodic structure on the copper surface 11 with a period in the plane direction of 0.35 ⁇ m to 2 ⁇ m and a height of less than 1.5 ⁇ m. It is preferable in that the resistance can be lowered when transmitting. As a specific reason, when the frequency of the electric signal is 1 GHz or more, the influence of the skin effect in which current flows only on the surface of the conductor becomes significant, and the current transmission path changes due to the unevenness of the surface, thereby increasing the conductor loss. This is because the influence cannot be ignored.
  • the surface area of the surface of the coating film 13 on which the concavo-convex structure is formed is made at least 10 times the surface area of the copper surface 11 on which the periodic structure 12 is formed, the adhesion between the copper foil 10 and the resin material 20 is ensured. Can be improved.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a method for calculating the surface area of the coating 450.
  • the dendrite structure 450A constituting the uneven structure of the coating 450 is formed in a dendritic shape. Therefore, the surface area of the coating 13 is considered by dividing the dendrite structure 450A into a primary structure 451 formed on the copper surface 11 and a secondary structure 452 formed by branching from the primary structure 451.
  • the average height per secondary structure 452 is 0.012 ⁇ m
  • the average diameter per secondary structure 452 is 0.025 ⁇ m
  • the secondary structure 452 is formed.
  • the surface area of the primary structure 451 in consideration of the upper area and the side area of the primary structure 451, can be estimated to be the surface area 1 [mu] m 2 per 7.992Myuemu 2 of the copper surface 11.
  • the resin material 20 is directly adhered to the copper surface 11. Compared with the resin material 20, it is possible to reliably increase the contact area between the copper foil 10 and the resin material 20, so that the adhesion between the copper foil 10 and the resin material 20 can be improved.
  • the first peel test two types of composite materials were prepared in accordance with the presence or absence of laser treatment, in which the M surface of the copper foil was bonded to a resin substrate made of Panasonic FR4 R-1766.
  • the curing temperature was 170 ° C.
  • the curing time was 1 hour.
  • peel strength tensile strength at the time of peeling was measured.
  • the resin side of the produced measurement sample was fixed with a support metal fitting, the copper foil was peeled at a speed of 50 mm / min in the 90-degree direction of the measurement sample, and the peel strength was measured.
  • the peel width was 10 mm ⁇ 0.1 mm.
  • the peel strength was measured using TENSILON UMT-4-100 manufactured by Toyo Baldwin Co., Ltd.
  • the left bar graph shows the tensile strength of a composite material (comparative example) in which a copper foil that has not been subjected to laser treatment is bonded to a resin material
  • the right bar graph shows copper that has undergone laser treatment. It is the graph which showed the tensile strength of the composite material (Example) which bonded the foil to the resin material.
  • the tensile strength was improved by about 16% by applying the laser treatment to the copper foil.
  • peel strength tensile strength at the time of peeling was measured.
  • the resin side of the produced measurement sample was fixed with a support metal fitting, the copper foil was peeled at a speed of 50 mm / min in the 90-degree direction of the measurement sample, and the peel strength was measured.
  • the peel width was 10 mm ⁇ 0.1 mm.
  • the peel strength was measured using TENSILON UMT-4-100 manufactured by Toyo Baldwin Co., Ltd.
  • the left bar graph shows the tensile strength of a composite material (comparative example) in which a copper foil that has not been subjected to laser treatment is bonded to a resin material
  • the right bar graph shows copper that has undergone laser treatment. It is the graph which showed the tensile strength of the composite material (Example) which bonded the foil to the resin material.
  • the tensile strength was improved by about 86% by applying the laser treatment to the copper foil.
  • peel strength tensile strength at the time of peeling was measured.
  • the resin side of the produced measurement sample was fixed with a support metal fitting, the copper foil was peeled at a speed of 50 mm / min in the 90-degree direction of the measurement sample, and the peel strength was measured.
  • the peel width was 10 mm ⁇ 0.1 mm.
  • the peel strength was measured using TENSILON UMT-4-100 manufactured by Toyo Baldwin Co., Ltd.
  • the left bar graph shows the tensile strength of a composite material (comparative example) in which a copper foil that has not been subjected to laser treatment is bonded to a resin material
  • the right bar graph shows copper that has undergone laser treatment. It is the graph which showed the tensile strength of the composite material (Example) which bonded the foil to the resin material.
  • the tensile strength was improved by about 128% by applying the laser treatment to the copper foil.
  • a high-frequency signal can be transmitted with low loss, and other When bonded to a member, it functions as an anchor and can achieve good adhesion.
  • the laser processing method according to the present embodiment is not limited to the above-described example, and can be applied to a method for manufacturing a multilayer printed wiring board as shown below, for example.
  • the upper surface of the inner layer wiring formed by etching is in close contact with the resin laminated on the upper layer side. Therefore, roughening of the upper surface of the wiring is required.
  • the laser processing according to the present embodiment described above has a high degree of position selectivity, and is suitable for roughening the upper surface of the wiring in such a multilayer substrate manufacturing process.
  • the inner layer wiring part of the multilayer printed wiring board is selectively irradiated with a pulse laser whose laser power is near the threshold at which copper can be processed and whose pulse width is nano-order seconds, and the inner layer wiring part has a period of the laser wavelength order. It is preferable to form a structure.
  • the processing beam diameter can be reduced to 10 ⁇ m, which is preferable in that selective roughening of a fine wiring having a width of 10 ⁇ m is possible.
  • the direction of the periodic structure can be changed according to the wiring. Specifically, by controlling the polarization, it is possible to form a periodic structure having a period in the plane direction of 0.35 ⁇ m to 2 ⁇ m and a height of less than 1.5 ⁇ m in parallel with the current conduction direction. . That is, by changing the direction of the periodic structure in this way, a fine periodic structure can be formed in parallel with the direction of current flow. For this reason, when a fine periodic structure is formed parallel to the direction of current flow, for example, compared with the case where a fine periodic structure is formed perpendicular to the direction of current flow, the resin loss is suppressed while suppressing the deterioration of transmission loss. The adhesion to can be increased.
  • the dendrite structure was illustrated as an uneven structure formed in the film 13, if the surface area of the film 13 becomes larger than the surface area of the copper surface 11, even if it is structures other than a dendrite structure Good.

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Abstract

本発明は、レーザを用いて銅表面の表面処理を行うレーザ処理方法であって、レーザパワーが銅箔（１０）を加工可能な閾値近傍で且つパルス幅がナノオーダー秒であるパルスレーザ（２）を、銅表面（１１）に照射し、銅表面（１１）にレーザ波長オーダーの周期構造（１２）を形成するとともに、銅表面（１１）上に被膜（１３）を形成する。これにより、良好な電気的特性を実現しつつ樹脂材料との密着性が良好となるように、銅表面を加工可能となる。

Description

レーザ処理方法、接合方法、銅部材、多層プリント配線基板の製造方法、及び多層プリント配線基板
　本発明は、レーザを用いて銅表面を加工するレーザ処理方法、銅箔を樹脂材料に接合させる接合方法、及び表面処理が施された銅部材に関する。
　エレクトロニクス、自動車等諸産業の急速な発展とともに、材料の多様化と高機能化が進む中で、特に、樹脂と金属との異種材料を効率的に組み合わせた部材は、部品の軽量化、設計自由度の向上およびコストの削減等の観点から、その需要が拡大してきている。
　一般に、異種材料を組み合わせた部材では、接合部の密着性を高めることが難しく、例えば、基材を樹脂でモールドする半導体パッケージ構造では、特に高温時に樹脂と金属とのくっつきが不十分であったり、樹脂とリードフレーム（金属）と間の熱膨張率の差やパッケージ内の水分の膨張により、樹脂クラックやチップ剥がれが生じたりするなどの問題があった。
　上記のような問題を解決するため、特許文献１～３では、金属部材の表面を粗面化することで、特に異種材料との接合部に凹凸を形成し、接合部における密着性を高める技術が提案されている。
特開平１０－２９４０２４号公報 特開２０１０－１６７４７５号公報 特開２０１３－１１１８８１号公報
　上述したように、特許文献１～３に係る発明では、異種材料との接合部に凹凸を形成するため、金属部材の表面を粗面化している。銅箔に高周波信号を伝送させる場合には、表皮効果に起因した伝送損失を抑制しつつ樹脂材料との密着性を高めるため、より微細な凹凸を銅表面に形成することが望まれる。
　しかしながら、銅のような熱伝導率がきわめてよく、光の吸収率の悪い金属では、特許文献１～３に係る発明を適用して表面に微細な凹凸を形成することは難しい。具体的に、微細な凹凸を表面に形成するためには、ピコ秒・フェムト秒といった超短パルスレーザを用いることが必要となるが、このような超短パルスレーザは、光と金属の相互作用時間が短いため加工効率が悪く、レーザ自体も高コストであるという問題があった。
　本発明の目的は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、良好な電気的特性を実現しつつ樹脂材料との密着性が良好となるように、銅表面を加工可能なレーザ処理方法、銅箔を樹脂材料に接合させる接合方法、表面処理が施された銅部材、多層プリント配線基板の製造方法、及び多層プリント配線基板を提供することを目的とする。
　本発明の一の態様に係るレーザ処理方法は、レーザを用いて銅表面の表面処理を行うレーザ処理方法であって、レーザパワーが銅を加工可能な閾値近傍で且つパルス幅がナノオーダー秒であるパルスレーザを、前記銅表面に照射し、前記銅表面にレーザ波長オーダーの周期構造を形成することを特徴とする。具体的には、従来検討されてこなかった高フルエンスの領域でパルス幅をナノ秒オーダーで管理し、前記銅表面にレーザ波長オーダーの周期構造を形成する。ここで、フルエンスとはパルスレーザのピークパワをビームの面積で除算した値である。
　上記構成によれば、レーザパワーが銅を加工可能な閾値近傍で且つパルス幅がナノオーダー秒であるパルスレーザを銅表面に照射することによって、銅表面にレーザ波長オーダーの周期構造を形成することができる。このようなレーザ波長オーダーの周期構造では、高周波信号を低損失で伝送することができ、かつ他の部材と接合した際にアンカーとして機能して良好な密着性を実現することができる。また、ナノ秒オーダーのレーザを用いることで、例えばピコ秒・フェムト秒といった超短パルスレーザを用いる場合に比べて高速かつ安価な加工を実現できる。
　また、本発明に係るレーザ処理方法の好ましい態様によれば、前記銅表面にレーザ波長オーダーの周期構造を形成するとともに、前記銅表面上に被膜を形成することを特徴とする。
　また、本発明に係るレーザ処理方法の好ましい態様によれば、前記レーザ波長オーダーの周期構造の凸部に銅を堆積又は析出させて、前記レーザ波長オーダーの周期構造よりも周期が短いデンドライト構造物を形成することを特徴とする。
　また、本発明に係るレーザ処理方法の好ましい態様によれば、波長が１０００－１６００ｎｍ、パルス幅が０．８ｎｓ－５．０ｎｓ、フルエンスが１．０×１０８Ｗ／ｃｍ２－４．０×１０９Ｗ／ｃｍ２であるパルスレーザを、大気ないし、酸素と水と活性ガスとのうちのいずれかの雰囲気で、前記銅表面に照射することを特徴とする。
　また、本発明に係るレーザ処理方法の好ましい態様によれば、前記パルスレーザの偏光方向を制御しながら、前記パルスレーザを前記銅表面に照射することで、前記銅表面上に所定方向に沿った前記周期構造を形成することを特徴とする。本態様によれば、所定方向に対する密着性が強く、所定方向に直行した方向に対する密着性が弱くなるような、異方的な密着性のコントロールが可能となる。
　また、本発明に係るレーザ処理方法の好ましい態様によれば、前記パルスレーザのエネルギープロファイルをトップハット形状に設定して、前記パルスレーザを前記銅表面に照射することを特徴とする。
　また、本発明に係るレーザ処理方法の好ましい態様によれば、前記パルスレーザを、前記銅表面における同一照射位置に対して、逐次フルエンスを引き下げながら照射することを特徴とする。
　また、本発明の一の態様に係る接合方法は、銅箔を樹脂材料に接合させる接合方法であって、レーザパワーが銅を加工可能な閾値近傍で且つパルス幅がナノオーダー秒であるパルスレーザを、前記銅箔の表面に照射し、前記銅箔の表面にレーザ波長オーダーの周期構造の粗化部分を形成し、前記銅箔の表面に形成された粗化部分を、前記樹脂材料に、レーザ溶接又は熱圧着させることを特徴とする。
　また、本発明の一の態様に係る銅部材は、面方向の周期が０．３５μｍ～２μｍであって高さが１.５μｍ未満である周期構造が、少なくとも一方の表面に形成されている。
　また、本発明に係る銅部材の好ましい態様によれば、前記銅部材の厚さに対する前記周期構造の高さの割合は、０．１５％以上３０％以下であることを特徴とする。
　また、本発明に係る銅部材の好ましい態様によれば、前記周期構造の上には被膜が形成されており、前記被膜は、その表面に、前記周期構造よりも短い周期の凹凸構造が形成されていることを特徴とする。
　また、本発明に係る銅部材の好ましい態様によれば、前記凹凸構造が形成された前記被膜の表面積は、前記周期構造が形成された前記表面の表面積の少なくとも１０倍であることを特徴とする。
　また、本発明に係る銅部材の好ましい態様によれば、前記凹凸構造は、デンドライト構造物から構成されていることを特徴とする。
　また、本発明に係る銅部材の好ましい態様によれば、前記銅部材は、銅箔であることを特徴とする。
　また、本発明の一の態様に係るプリント配線基板の製造方法は、多層プリント配線基板の製造するプリント配線基板の製造方法であって、前記多層プリント配線基板の内層配線部分に、レーザパワーが銅を加工可能な閾値近傍で且つパルス幅がナノオーダー秒であるパルスレーザを選択的に照射し、前記内層配線部分にレーザ波長オーダーの周期構造を形成することを特徴とする。
　また、本発明に係るプリント配線基板の製造方法の好ましい態様によれば、内層配線部分が形成された多層プリント配線基板であって、前記内層配線部分には、電流の導通方向と平行に、面方向の周期が０．３５μｍ～２μｍであって高さが１．５μｍ未満である周期構造が形成されていることを特徴とする。
　本発明によれば、良好な電気的特性を実現しつつ樹脂材料との密着性が良好となるように、銅表面を加工可能なレーザ処理方法、銅箔を樹脂材料に接合させる接合方法、表面処理が施された銅部材、多層プリント配線基板の製造方法、及び多層プリント配線基板を提供することができる。
図１は、レーザを用いて銅表面の表面処理を行うレーザ処理工程を模式的に示した図である。 図２は、横軸をパルス幅［ｎｓ］とし、縦軸をフルエンス［Ｗ／ｃｍ２］とし、複数種類の条件下でレーザ処理を施した表面処理について、「加工」、「加工・被膜除去混在」、「被膜除去」「黒化処理」の４項目に評価した図である。 図３は、レーザ処理工程により表面処理を施した銅表面１１を電子顕微鏡で２０００倍に拡大視した画像を示した図である。 図４（Ａ）は、パルスレーザを用いて表面処理を施した銅箔１０の断面構造を電子顕微鏡で１００００倍に拡大視した画像であり、図４（Ｂ）は、パルスレーザを用いて表面処理を施した銅箔１０の断面構造を電子顕微鏡で５００００倍に拡大視した画像である。 図５は、レーザ処理後の銅箔１０の銅表面１１をＸ線光電子分光解析法を用いて解析した結果を示した図である。 図６（Ａ）は、比較例として、レーザ処理を行っていない銅箔６１０の表面６１１を、樹脂材料６２０にレーザ溶接又は熱圧着させた複合材料６１の断面構造を示した図である。図６（Ｂ）は、レーザ処理を行った銅箔１０の銅表面１１を、樹脂材料２０にレーザ溶接又は熱圧着させた複合材料１００の断面構造を示した図である。 図７は、剥離試験を実施する実施方法について説明するための図である。 図８（Ａ）は、銅箔のＭ面をＦＲ４からなる樹脂基板に貼り付けた複合材料を、レーザ処理の有無に合わせて２種類準備し、それぞれ剥離試験を行ったピール強度を示した図である。図８（Ｂ）は、銅箔のＳ面をＦＲ４からなる樹脂基板に貼り付けた複合材料を、レーザ処理の有無の２種類準備し、それぞれ剥離試験を行ったピール強度を示した図である。図８（Ｃ）は、銅箔のＳ面をＭｅｇｔｒｏｎ６からなる樹脂基板に貼り付けた複合材料を、レーザ処理の有無の２種類準備し、それぞれ剥離試験を行ったピール強度を示した図である。 図９は、本実施形態に係るレーザ処理工程によって周期構造１２が形成された銅箔１０を模式的に示す図である。 図１０は、被膜４５０の表面積の算出方法を説明するための図である。
　本発明を実施するための形態（以下、本実施形態という。）について具体例を示して説明する。本実施形態は、レーザを用いて銅表面の表面処理を行うレーザ処理方法に関する。
　図１は、レーザを用いて銅表面の表面処理を行うレーザ処理工程を模式的に示した図である。本実施形態に係るレーザ処理工程では、銅部材１０の銅表面１１に対して、従来検討されてこなかった高フルエンスの領域でパルス幅がナノ秒オーダーで管理されたパルスレーザを照射する。具体的には、図１に示すように、銅部材１０の銅表面１１に対して、レーザパワーが銅を加工可能な閾値近傍で且つパルス幅がナノオーダー秒であるパルスレーザ２を照射する。ナノオーダー秒とは、たとえば０．８ｎｓ～５．０ｎｓの範囲を指す。また、フルエンスとはパルスレーザのピークパワをビームの面積で除算した値である。
　ここで、銅部材１０は、銅（Ｃｕ）を主成分とする金属材料から構成されており、例えば銅板である。本実施形態では、上記銅板のうち、厚さが５００μｍ以下のものを銅箔と称する。本実施形態では、一例として、銅部材１０が銅箔であるとし、以下「銅箔１０」と表記する。
　ここで、レーザパワーであるフルエンス［Ｗ／ｃｍ２］とパルス幅［ｎｓ］とを変化させたときの、レーザ処理された銅箔の表面の特性について説明する。図２は、横軸をパルス幅［ｎｓ］とし、縦軸をフルエンス［Ｗ／ｃｍ２］とし、複数種類の条件下でレーザ処理を施した表面処理について、「加工」、「加工・被膜除去混在」、「被膜除去」「黒化処理」の４項目に評価した図である。
　ここで、「加工」とはアブレーションあるいは入熱に伴う溶融・蒸発により銅が除去され加工ビーム径に相当する溝が形成されることであり、「被膜除去」とは銅箔表面の錆などの銅化合物被膜のみが除去されることであり、「加工・被膜除去混在」とは前記の加工と被膜除去が同時に起きることであり、「黒化処理」とは「加工」と「被膜除去」の中間領域であり、銅箔表面に酸化物などの被膜を形成すると同時にレーザ波長オーダーの微細な周期構造を形成することである。ここでビーム径とはガウシアンビームのスポットサイズを指す。ガウシアンビームで加工する場合は、黒化処理においても、フルエンスの高いビームの中心部において銅表層の除去が起きることがある。したがって、加工ビームのエネルギープロファイルはガウシアンよりもトップハット形状の方がより好ましい。つまり、パルスレーザのエネルギープロファイルをトップハット形状に設定することが好ましい。
　上記図２に示した評価から「加工」と「被膜除去」の中間のフルエンス・パルス幅で加工することが好ましい。すなわち、銅表面１１に加工ビーム径に相当する溝を形成可能なパルス幅（第１パルス幅）とフルエンス（第１フルエンス）とからなるレーザ処理条件と、第１パルス幅及び第１フルエンスに比べてそれぞれ値が小さく銅表面１１から銅化合物被膜のみ除去可能なパルス幅（第２パルス）とフルエンス（第２フルエンス）とからなるレーザ処理条件とを取得し、例えば、プロファイルデータとしてレーザ加工装置に設けられたストレージなどに予め記憶しておく。そして、レーザ加工装置が、このプロファイルデータを参照し、パルス幅が第１パルス幅と第２パルス幅との間に設定されるとともにフルエンスが第１フルエンスと第２フルエンスとの間に設定されたパルスレーザを銅表面１１に照射し、レーザ波長オーダーの周期構造を形成する。図２の結果から得られる具体的な数値としては、パルス幅が０．８ｎｓ－５．０ｎｓ、フルエンスが１．０×１０８Ｗ／ｃｍ２－４．０×１０９Ｗ／ｃｍ２に設定されたパルスレーザを用いることで、パルスエネルギーが銅箔の加工閾値近傍となり、図１に示すように銅箔１０の銅表面１１に周期構造１２と被膜１３とを形成することができる。
　特に、レーザパワーが銅を加工可能な閾値近傍で且つパルス幅がナノオーダー秒であるパルスレーザとしては、次のような条件を満たすことが好ましい。　
　ここで、ナノオーダー秒のパルス幅とは、０．８ｎｓから９９９ｎｓの範囲を言う。
　すなわち、波長が１０００－１６００ｎｍ、パルス幅が０．８ｎｓ－９９９ｎｓ、フルエンスが１．０×１０８Ｗ／ｃｍ２－４．０×１０９Ｗ／ｃｍ２であるパルスレーザを、大気ないし、酸素と水と活性ガスとのうちのいずれかの雰囲気で、銅表面１１に照射することが好ましい。
　より好ましくは、波長が１０００－１６００ｎｍ、パルス幅が０．８ｎｓ－５．０ｎｓ、フルエンスが１．０×１０８Ｗ／ｃｍ２－４．０×１０９Ｗ／ｃｍ２であるパルスレーザを、大気ないし、酸素と水と活性ガスとのうちのいずれかの雰囲気で、銅表面１１に照射する。
　更に好ましくは、波長が１０００－１６００ｎｍ、パルス幅が１．０ｎｓ－５．０ｎｓ、フルエンスが１．０×１０８Ｗ／ｃｍ２－４．０×１０９Ｗ／ｃｍ２であるパルスレーザを、大気ないし、酸素と水と活性ガスとのうちのいずれかの雰囲気で、銅表面１１に照射する。
　銅は表面に酸化被膜が形成されると、光の吸収率の向上及び熱伝導率の低下を引き起こし、レーザ処理が促進される。そのため、同一か所を何度もレーザ処理する場合は、逐次フルエンスを引き下げつつ処理することが好ましい。
　また、周期構造は加工ビームの偏光方向に垂直に形成される。このため、パルスレーザの偏光方向を波長板などで制御しながら銅表面１１に照射することで、任意の方向（所定方向）に周期を持った構造を形成できる。このように所定方向に周期構造を形成することにより、所定方向に対する密着性が強く、所定方向に直行した方向に対する密着性が弱くなるような、異方的な密着性のコントロールが可能となる。
　上述したようにレーザパワーが銅を加工可能な閾値近傍となるように、適切にフルエンスをコントロールすることで、銅箔１０の銅表面１１に波長オーダーの周期構造１２と被膜１３とを形成することができる。波長オーダーとは、たとえば１０００ｎｍ～１６００ｎｍを指す。なお、レーザ波長を短くすることで、１０００ｎｍ以下の周期構造を形成してもよい。
　特に、銅表面１１に形成させる周期構造１２における高さと形状とに応じて、繰り返し周波数とレーザ強度と走査速度とスポットサイズと波長と雰囲気のうち１以上のパラメータを調整したパルスレーザを、銅表面１１に照射することが好ましい。
　以上のように、本実施形態に係るレーザ処理工程では、従来検討されてこなかった高フルエンスの領域でパルス幅がナノ秒オーダーで管理されるパルスレーザを銅表面１１に照射することで、レーザ波長オーダーの周期構造１２を形成する。具体的には、レーザパワーが銅を加工可能な閾値近傍で且つパルス幅がナノオーダー秒であるパルスレーザを銅表面１１に照射することによって、銅表面１１にレーザ波長オーダーの周期構造１２を形成することができる。また、ナノ秒オーダーのレーザを用いることで、例えばピコ秒・フェムト秒といった超短パルスレーザを用いる場合に比べて高速かつ安価な加工を実現できる。
　図９は、本実施形態に係るレーザ処理工程によって周期構造１２が形成された銅箔１０を模式的に示す図である。
　図９に示すように、銅箔１０の厚さ、すなわち、銅表面１１と銅表面１１に対向する裏面１４との間の距離をＬ１とし、周期構造１２における高さ、すなわち、周期構造１２を構成する凹部（溝）１２０の底面から銅表面１１までの距離をＬ２としたとき、銅箔１０の厚さＬ１に対する周期構造１２の高さＬ２の割合は、０．１５％以上３０％以下である。
　次に、周期構造１２および被膜１３について詳述する。
　まず、上記のレーザ処理工程により表面処理を施した銅表面１１を電子顕微鏡で２０００倍に拡大視した画像を図３に示す。この図３から明らかなように、銅箔の表面には約１２００ｎｍの均一な周期構造２００が形成される。
　また、図４は、パルスレーザを用いて表面処理を施した銅箔１０の断面構造を示した画像であって、具体的に図４（Ａ）は電子顕微鏡で１００００倍に拡大視した画像であり、図４（Ｂ）は電子顕微鏡で５００００倍に拡大視した画像である。図４（Ａ）から明らかなように、１００００ｎｍ（１０μｍ）あたり約８周期、すなわち１２５０ｎｍ周期で、高さが約４００ｎｍの周期構造４００が形成される。また、図４（Ｂ）に示すように周期構造４００を拡大すると、周期構造４００の上には、周期がより短く高さ４００ｎｍ程度の凹凸構造としてのデンドライト構造の被膜４５０が形成される。
　次に、レーザ処理後の銅箔１０の銅表面１１をＸ線光電子分光解析法した解析結果を図５に示す。具体的に、図５は、レーザ処理後の銅箔に係る分析結果を実線で示し、比較例として、レーザ処理前の銅箔に係る分析結果を破線で示している。また、図５において、結合エネルギＥ１が有機物Ｃ－Ｏ結合の測定値に相当し、結合エネルギＥ２がＣｕ水酸化物の有機物Ｃ＝Ｏ結合の測定値に相当し、結合エネルギＥ３がＣｕ２Ｏの測定値に相当し、結合エネルギＥ４がＣｕＯの測定値に相当する。図５の実線と破線との比較結果から、未処理の銅箔に比べ、レーザ処理後の銅箔では、Ｃｕ水酸化物とＣｕＯの増加がみられ、銅表面に酸化被膜が形成されていることが明らかである。
　例えば、銅箔をプリント配線基板の用途などに使用する際に、酸化被膜４５０を残すことが好ましくない場合には、希硫酸による洗浄で除去することができる。この場合にも、周期構造４００を残すことができる。
　上記の図３乃至図５から明らかなように、銅箔１０の銅表面１１に波長オーダー（約１２００ｎｍ）の周期構造１２と被膜１３とが形成される。このような周期構造１２と被膜１３は、次のような理由から、高周波信号を低損失で伝送することができ、かつ他の部材と接合した際にアンカーとして機能して良好な密着性を実現することができる。
　まず、図６（Ａ）は、比較例として、レーザ処理を行っていない銅箔６１０の表面６１１を、樹脂材料６２０にレーザ溶接又は熱圧着させた複合材料６１の断面構造を示した図である。図６（Ａ）に示したような比較例に係る銅箔６１０の表面６１１は、例えば製造工程などに起因して、上述した本実施形態に係る銅箔１０の銅表面１１よりも高さ（厚み）方向に凹凸な形状となっている。このため、当該銅箔６１０に高周波信号を流すと、表皮効果によって表面６１１の凹凸に沿って上下しながら信号が流れることになり、抵抗が大きくなってしまう。
　一方、図６（Ｂ）は、レーザ処理を行った銅箔１０の銅表面１１を、樹脂材料２０にレーザ溶接又は熱圧着させた複合材料１００の断面構造を示した図である。図６（Ｂ）の断面図に示すように、銅箔１０の銅表面１１は、上述した周期構造と被膜とにより、比較例に係る銅箔６１０の表面６１１よりも高さ（厚み）方向の凹凸が小さい。このため、当該銅箔１０に高周波信号を流した場合には、表皮効果によって銅表面１１の凹凸に沿って上下しながら信号が流れるものの、上述した表面６１１に比べて凹凸の高さが低いため、抵抗が小さくなる。
　さらに、銅表面１１に形成される周期構造はアンカー効果を発揮し、樹脂材料２０に対する密着性を向上させることができる。銅表面１１に形成される酸化被膜は、樹脂材料２０に対する化学結合の形成を促進し、銅箔１０と樹脂材料２０との化学的密着性の向上に貢献することができる。
　特に、銅箔１０は、面方向の周期が０．３５μｍ～２μｍであって高さが１．５μｍ未満である周期構造が銅表面１１に形成されていることで、特に１ＧＨｚ帯域以上の高周波信号を伝送する際に抵抗を低くすることができる点で好ましい。具体的な理由としては、電気信号の周波数が１ＧＨｚ以上になると、電流が導体の表面にだけ流れる表皮効果の影響が顕著になり、表面の凹凸で電流伝送経路が変化して導体損失が増大する影響が無視できなくなるからである。
　また、凹凸構造が形成された被膜１３の表面の表面積を、周期構造１２が形成された銅表面１１の表面積の少なくとも１０倍にすることにより、銅箔１０と樹脂材料２０との密着性を確実に向上させることが可能となる。
　以下、周期構造１２が形成された銅表面１１の表面積とデンドライト構造物４５０Ａが形成された被膜１３（被膜４５０）の表面積の数値例を示す。
　図１０は、被膜４５０の表面積の算出方法を説明するための図である。
　図１０に示すように、被膜４５０の凹凸構造を構成するデンドライト構造物４５０Ａは、樹枝状に形成されている。そこで、デンドライト構造物４５０Ａを、銅表面１１に形成された一次構造物４５１と、一次構造物４５１から枝分かれして形成された二次構造物４５２とに分けて、被膜１３の表面積を考える。
　一次構造物４５１の１本当たりの平均の高さを０．２５μｍ、一次構造物４５１の１本当たりの平均の直径を０．０６μｍとする。また、銅表面１１の１μｍ当たり１５本の一次構造物４５１が形成されているとした場合、銅表面１１の１μｍ２当たりには、２２５（＝１５×１５）本の一次構造物４５１が形成される。また、図１０に示すように、一次構造物４５１は、周期構造１２を構成する凸部１２１と凹部１２０のうち、主に凸部１２１に多く形成されている。そのため、凸部１２１と凹部１２０の面積比を３：１とした場合、凸部１２１に形成される一次構造物４５１は１６８本となる。そこで、銅表面１１の１μｍ２当たりに形成される一次構造物４５１の本数を１６０本とする。
　一方、二次構造物４５２の１本当たりの平均の高さを０．０１２μｍ、二次構造物４５２の１本当たりの平均の直径を０．０２５μｍとし、１本の一次構造物４５１当たり５０本の二次構造物４５２が形成されているとする。
　この場合、一次構造物４５１の表面積は、一次構造物４５１の上部面積と側面積を考慮すると、銅表面１１の表面積１μｍ２当たり７．９９２μｍ２と見積もることができる。また、二次構造物４５２の表面積は、二次構造物４５２の側面積を考慮すると、銅表面１１の表面積１μｍ２当たり７．５４０μｍ２と見積もることができる。したがって、デンドライト構造物４５０Ａが形成された被膜４５０の表面積は、１５．５３（＝７．９９２＋７．５４０）μｍ２と見積もることができる。
　一方、周期構造１２を形成することによる銅表面１１の面積向上率を２０％とした場合、銅表面１１の表面積は、１μｍ２当たり１．２μｍ２に増加する。
　したがって、図１０の場合、被膜４５０の表面の表面積は、銅表面１１の表面積の約１２．９４（＝１５．５３／１．２）倍となる。
　このように、凹凸構造としてのデンドライト構造物４５０Ａが形成された被膜１３の表面の表面積を銅表面１１の表面積の少なくとも１０倍にすることにより、樹脂材料２０を銅表面１１に直接密着させる場合に比べて樹脂材料２０との密着面積を確実に広くすることができるので、銅箔１０と樹脂材料２０との密着性を確実に向上させることが可能となる。
　次に、レーザ処理を表面に施した銅箔と、レーザ処理を表面に施していない銅箔との密着性能を評価するため、剥離試験として、図７に示すように、銅箔７１を樹脂材料７２に接合した接合材料７０について、銅箔７１を矢印Ｙ方向に引き剥がすのに必要な力（引っ張り強度）を測定した。
　具体的には、第１の剥離試験として、銅箔のＭ面をパナソニック社製ＦＲ４　Ｒ－１７６６からなる樹脂基板に貼り付けた複合材料を、レーザ処理の有無に合わせて２種類準備した。銅箔をパナソニック社製Ｒ－１７６６に接合する際の硬化温度は１７０℃として、硬化時間は１時間とした。
　そして、これら準備した複合材料について、それぞれ切れ込みを入れ、引き剥がした際の引っ張り強度（ピール強度）を測定した。具体的には、作製した測定用サンプルの樹脂側を支持金具により固定し、銅箔を測定サンプルの９０度方向に５０ｍｍ／分の速度で剥離し、剥離強度を測定した。ピール幅は１０ｍｍ±０．１ｍｍとした。剥離強度の測定は、東洋ボールドウィン株式会社製ＴＥＮＳＩＬＯＮ　ＵＭＴ－４－１００を用いて行った。
　図８（Ａ）は、左側の棒グラフが、レーザ処理を行っていない銅箔を樹脂材料に貼り合わせた複合材料（比較例）の引っ張り強度を示し、右側の棒グラフが、レーザ処理を行った銅箔を樹脂材料に貼り合わせた複合材料（実施例）の引っ張り強度を示したグラフである。図８（Ａ）から明らかなように、銅箔に対してレーザ処理を施すことで、１６％程度、引っ張り強度が向上した。
　また、第２の剥離実験として、銅箔のＳ面をパナソニック社製ＦＲ４　Ｒ－１７６６からなる樹脂基板に貼り付けた複合材料を、レーザ処理の有無の２種類準備した。銅箔をパナソニック社製Ｒ－１７６６に接合する際の硬化温度は１７０℃として、硬化時間は１時間とした。
　そして、これら準備した複合材料について、それぞれ切れ込みを入れ、引き剥がした際の引っ張り強度（ピール強度）を測定した。具体的には、作製した測定用サンプルの樹脂側を支持金具により固定し、銅箔を測定サンプルの９０度方向に５０ｍｍ／分の速度で剥離し、剥離強度を測定した。ピール幅は１０ｍｍ±０．１ｍｍとした。剥離強度の測定は、東洋ボールドウィン株式会社製ＴＥＮＳＩＬＯＮ　ＵＭＴ－４－１００を用いて行った。
　図８（Ｂ）は、左側の棒グラフが、レーザ処理を行っていない銅箔を樹脂材料に貼り合わせた複合材料（比較例）の引っ張り強度を示し、右側の棒グラフが、レーザ処理を行った銅箔を樹脂材料に貼り合わせた複合材料（実施例）の引っ張り強度を示したグラフである。図８（Ｂ）から明らかなように、銅箔に対してレーザ処理を施すことで、８６％程度、引っ張り強度が向上した。
　また、第３の剥離実験として、銅箔のＳ面をＭＥＧＴＲＯＮ６　Ｒ－５６７０からなる樹脂基板に貼り付けた複合材料を、レーザ処理の有無の２種類準備した。銅箔をＭＥＧＴＲＯＮ６　Ｒ－５６７０に接合する際の硬化温度は２００℃として、硬化時間は２時間とした。
　そして、これら準備した複合材料について、それぞれ切れ込みを入れ、引き剥がした際の引っ張り強度（ピール強度）を測定した。具体的には、作製した測定用サンプルの樹脂側を支持金具により固定し、銅箔を測定サンプルの９０度方向に５０ｍｍ／分の速度で剥離し、剥離強度を測定した。ピール幅は１０ｍｍ±０．１ｍｍとした。剥離強度の測定は、東洋ボールドウィン株式会社製ＴＥＮＳＩＬＯＮ　ＵＭＴ－４－１００を用いて行った。
　図８（Ｃ）は、左側の棒グラフが、レーザ処理を行っていない銅箔を樹脂材料に貼り合わせた複合材料（比較例）の引っ張り強度を示し、右側の棒グラフが、レーザ処理を行った銅箔を樹脂材料に貼り合わせた複合材料（実施例）の引っ張り強度を示したグラフである。図８（Ｃ）から明らかなように、銅箔に対してレーザ処理を施すことで、１２８％程度、引っ張り強度が向上した。
　上記の図８に示す引っ張り強度の測定結果から明らかなように、銅箔に対してレーザ処理を施して周期構造と被膜とを形成することで、周期構造と被膜とが樹脂材料と接合する際にアンカーとして機能し、樹脂材料との密着性の向上を図ることができる。
　以上の図６乃至図８を用いて説明したように、銅箔１０の銅表面１１にレーザ波長オーダーの周期構造を形成することにより、高周波信号を低損失で伝送することができ、かつ他の部材と接合した際にアンカーとして機能して良好な密着性を実現することができた。
　また、本実施形態に係るレーザ処理方法は、上述した実施例に限定されず、例えば次に示すような、多層プリント配線基板の製造方法に適用することができる。具体的に、多層プリント配線基板の積層プレス工程においては、エッチングにより形成された内層配線の上面が、その上層側に積層される樹脂と密着することになる。そのために、配線の上面の粗化が求められている。上述した本実施形態にかかるレーザ処理は、高度な位置選択性を持つため、このような多層基板の製造工程における配線の上面の粗化に好適である。そこで、多層プリント配線基板の内層配線部分に、レーザパワーが銅を加工可能な閾値近傍で且つパルス幅がナノオーダー秒であるパルスレーザを選択的に照射し、内層配線部分にレーザ波長オーダーの周期構造を形成することが好ましい。特に、たとえば加工ビーム径は１０μｍまで絞ることができるため、１０μｍ幅の微細な配線の選択的粗化が可能となる点で好ましい。
　さらに偏光を制御することで、周期構造の方向を配線に合わせ変化させることができる。具体的には、偏光を制御することで、電流の導通方向と平行に、面方向の周期が０．３５μｍ～２μｍであって高さが１．５μｍ未満である周期構造を形成することができる。すなわち、このように周期構造の方向を変化することにより、電流の流れる方向に平行に微細な周期構造を形成できる。このため、電流の流れる方向に平行に微細な周期構造を形成した場合は、例えば電流の流れる方向に垂直に微細な周期構造が形成されている場合に比べ、伝送損失の劣化を抑えながら、樹脂に対する密着を上げることができる。
　また、上記実施形態では、被膜１３に形成される凹凸構造としてデンドライト構造を例示したが、被膜１３の表面積が銅表面１１の表面積よりも大きくなるのであれば、デンドライト構造以外の構造であってもよい。
　１０　銅箔
　１１　銅表面
　１２　周期構造
　１３　被膜
　２　パルスレーザ
　４５０Ａ　デンドライト構造物

Claims (18)

  1. 　レーザを用いて銅表面の表面処理を行うレーザ処理方法において、
    　レーザパワーが銅を加工可能な閾値近傍で且つパルス幅がナノオーダー秒であるパルスレーザを、前記銅表面に照射し、
    　前記銅表面にレーザ波長オーダーの周期構造を形成することを特徴とするレーザ処理方法。
  2. 　前記銅表面にレーザ波長オーダーの周期構造を形成するとともに、前記銅表面上に被膜を形成することを特徴とする請求項１記載のレーザ処理方法。
  3. 　前記レーザ波長オーダーの周期構造の凸部に銅を堆積又は析出させて、前記レーザ波長オーダーの周期構造よりも周期が短いデンドライト構造物を形成することを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ処理方法。
  4. 　前記銅表面に加工ビーム径に相当する溝を形成可能な第１パルス幅と第１フルエンスとからなるレーザ処理条件と、前記第１パルス幅及び第１フルエンスに比べてそれぞれ値が小さく前記銅表面から銅化合物被膜のみ除去可能な第２パルス幅と第２フルエンスとからなるレーザ処理条件と、を参照し、
    　パルス幅が前記第１パルス幅と前記第２パルス幅との間に設定されるとともにフルエンスが前記第１フルエンスと前記第２フルエンスとの間に設定されたパルスレーザを前記銅表面に照射し、レーザ波長オーダーの周期構造を形成することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載のレーザ処理方法。
  5. 　波長が１０００－１６００ｎｍ、パルス幅が０．８ｎｓ－５．０ｎｓ、フルエンスが１．０×１０８Ｗ／ｃｍ２－４．０×１０９Ｗ／ｃｍ２であるパルスレーザを、大気ないし、酸素と水と活性ガスとのうちのいずれかの雰囲気で、前記銅表面に照射することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載のレーザ処理方法。
  6. 　前記銅表面に形成させる周期構造における高さと形状とに応じて、繰り返し周波数とレーザ強度と走査速度とスポットサイズと波長と雰囲気のうち１以上のパラメータを調整したパルスレーザを、前記銅表面に照射することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一項記載のレーザ処理方法。
  7. 　前記パルスレーザの偏光方向を制御しながら、前記パルスレーザを前記銅表面に照射することで、前記銅表面上に所定方向に沿った前記周期構造を形成することを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一項記載のレーザ処理方法。
  8. 　前記パルスレーザのエネルギープロファイルをトップハット形状に設定して、前記パルスレーザを前記銅表面に照射することを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか一項記載のレーザ処理方法。
  9. 　前記パルスレーザを、前記銅表面における同一照射位置に対して、逐次フルエンスを引き下げながら照射することを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか一項記載のレーザ処理方法。
  10. 　銅箔を樹脂材料に接合させる接合方法において、
    　レーザパワーが銅を加工可能な閾値近傍で且つパルス幅がナノオーダー秒であるパルスレーザを、前記銅箔の表面に照射し、
    　前記銅箔の表面にレーザ波長オーダーの周期構造の粗化部分を形成し、
    　前記銅箔の表面に形成された粗化部分を、前記樹脂材料に、レーザ溶接又は熱圧着させることを特徴とする接合方法。
  11. 　面方向の周期が０．３５μｍ～２μｍであって高さが１.５μｍ未満である周期構造が、少なくとも一方の表面に形成されていることを特徴とする銅部材。
  12. 　前記銅部材の厚さに対する前記周期構造の高さの割合は、０．１５％以上３０％以下であることを特徴とする請求項１１記載の銅部材。
  13. 　前記周期構造の上には被膜が形成されており、
    　前記被膜は、その表面に、前記周期構造よりも短い周期の凹凸構造が形成されていることを特徴とする請求項１１または１２記載の銅部材。
  14. 　前記凹凸構造が形成された前記被膜の表面積は、前記周期構造が形成された前記表面の表面積の少なくとも１０倍であることを特徴とする請求項１３記載の銅部材。
  15. 　前記凹凸構造は、デンドライト構造物から構成されていることを特徴とする請求項１３または１４に記載の銅部材。
  16. 　前記銅部材は、銅箔であることを特徴とする請求項１２または１３に記載の銅部材。
  17. 　多層プリント配線基板の製造するプリント配線基板の製造方法において、
    　前記多層プリント配線基板の内層配線部分に、レーザパワーが銅を加工可能な閾値近傍で且つパルス幅がナノオーダー秒であるパルスレーザを選択的に照射し、
    　前記内層配線部分にレーザ波長オーダーの周期構造を形成することを特徴とする多層プリント配線基板の製造方法。
  18. 　内層配線部分が形成された多層プリント配線基板において、
    　前記内層配線部分には、電流の導通方向と平行に、面方向の周期が０．３５μｍ～２μｍであって高さが１．５μｍ未満である周期構造が形成されていることを特徴とする多層プリント配線基板。
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