WO2022202921A1 - 積層体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[金属元素の表面原子組成百分率(Atom%)の合計]/[C1sの表面原子組成百分率(Atom%)]
が0.03以上、または0.04以上であってもよい。前記銅部材が引き剥がされた前記樹脂基材の表面に対し、X線光電子分光法(XPS)によって、Survey spectrum分析を行ったとき、Cu2p3とNi2p3の表面原子組成百分率の合計が3.0atom%以上または1.5atom%以上であってもよい。前記銅部材が引き剥がされた前記樹脂基材の表面に対し、X線光電子分光法(XPS)によって、Survey spectrum分析を行ったとき、Cu2p3の表面原子組成百分率が2.8atom%以上または1.0atom%以上であってもよい。前記表面に凸部を有する銅部材が、1)材料となる銅部材の表面をシランカップリング剤または防腐剤で部分コートする工程、及び、2)前記部分コートされた前記表面を酸化処理することにより銅酸化物を含む層を形成する工程によって形成されてもよい。前記表面に凸部を有する銅部材が、1)材料となる銅部材の表面を酸化処理することにより銅酸化物を含む層を形成する工程、及び、2)前記酸化処理された前記表面を、前記銅酸化物を溶解させる溶解剤で処理する工程、によって形成されてもよい。前記溶解剤が、塩化Ni、塩化亜鉛、塩化鉄、塩化クロム、クエン酸アンモニウム、塩化アンモニウム、塩化カリウム、硫酸アンモニウム、硫酸ニッケルアンモニウム、エチレンジアミン四酢酸、ジエタノールグリシン、L-グルタミン酸二酢酸・四ナトリウム、エチレンジアミン-N,N’-ジコハク酸、3-ヒドロキシ-2、2’-イミノジコハク酸ナトリウム、メチルグリシン2酢酸3ナトリウム、アスパラギン酸ジ酢酸4ナトリウム、N-(2-ヒドロキシエチル)イミノ二酢酸ジナトリウム及びグルコン酸ナトリウムからなる群から選択されてもよい。
本出願は、2021年3月25日付で出願した日本国特許出願特願2021-052381に基づく優先権を主張するものであり、当該基礎出願を引用することにより、本明細書に含めるものとする。
本明細書の開示の一実施形態は、絶縁基材層と銅の積層体の製造方法であって、絶縁基材層と、表面に凸部を有する銅部材とを貼り合わせる工程と、銅部材を引き剥がすことによって、凸部を絶縁基材層表面に転移させ、シード層を形成する工程と、シード層の表面上の所定の場所にレジストを形成する工程と、シード層の表面であってレジストが積層していない領域を銅めっき処理することによって、銅を積層する工程と、レジストを除去する工程と、レジストの除去によって露出したシード層を除去する工程と、を含む、製造方法である。なお、本明細書で、シード層とは、引き剥がされた銅部材の表面と、銅部材の凸部によって絶縁基材層に形成された凹部の最底部を含むように構成される面との間に形成される層をいい(図1B)、従って、その凹部、および凹部に転移した銅部材由来の金属は、その層の中に含まれる。凹部の最底部は、複数ある凹部の底部のうち、引き剥がされた銅部材の表面から最も遠い底部をいい、凹部の最底部を含むように構成される面は、引き剥がされた銅部材の表面と平行である。
<銅部材>
銅部材の表面は、微細な凸部を有する。
銅部材の表面の算術平均粗さ(Ra)は0.03μm以上が好ましく、0.05μm以上がより好ましく、また、0.3μm以下であることが好ましく、0.2μm以下であることがより好ましい。
銅酸化物を含む層は、銅部材の表面に形成され、酸化銅(CuO)及び/又は亜酸化銅(Cu2O)を含む。この銅酸化物を含む層は、銅部材表面を酸化処理することにより、形成することができる。この酸化処理によって、銅部材表面が粗面化される。
、亜酸化銅は1×106~1×107(Ωm)であるため、銅酸化物を含む層は導電性が低く、例え、樹脂基材に転移した銅酸化物を含む層の量が多くても、本発明に係る銅部材を用いてプリント配線基板や半導体パッケージ基板の回路を形成する際、表皮効果による伝送損失が起こりにくい。
シランカップリング剤または防腐剤による処理は、銅部材表面を部分的に(例えば、1%、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%又は90%以上で、100%未満)コートすることが好ましく、そのためには、0.1%、0.5%、1%又は2%以上の濃度で、室温で30秒、1分又は2分以上反応させることが好ましい。
絶縁基材層の基材は、凹凸が形成された銅部材の表面を絶縁基材層に貼り合わせたとき、銅部材の凹凸形状を含む表面プロファイルが樹脂基材に転写されるものであれば特に限定されないが、樹脂基材が好ましい。樹脂基材は、樹脂を主成分として含有する材料であるが、樹脂の種類は特に限定されず、熱可塑性樹脂であっても、熱硬化性樹脂であってもよく、ポリフェニレンエーテル(PPE)、エポキシ、ポリフェニレンオキシド(PPO)、ポリベンゾオキサゾール(PBO)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、液晶ポリマー(LCP)、熱可塑性ポリイミド(TPI)、フッ素樹脂、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリシクロオレフィン、ビスマレイミド樹脂、低誘電率ポリイミド、シアネート樹脂、またはこれらの混合樹脂が例示できる。樹脂基材はさらに無機フィラーやガラス繊維を含んでいてもよい。使用される絶縁基材層の比誘電率は5.0以下が好ましく、4.0以下がより好ましく、3.8以下がさらに好ましい。
凹凸が形成された銅部材の表面を絶縁基材層に貼り合わせると、銅部材の凹凸形状を含む表面プロファイルが樹脂基材に転写される。従って、絶縁基材層表面には、銅部材表面の凸部に相補する凹部、また凹部に相補する凸部が形成される。
貼り合わせる方法は特に限定されないが、熱圧着(thermal press fitting)であることが好ましい。樹脂基材を銅部材の表面に熱圧着するには、例えば、樹脂基材と銅部材を密着させて積層した後、所定の条件で熱処理すればよい。所定の条件(例えば、温度、圧力、時間など)として、各基材メーカーの推奨条件を用いてもよい。所定の条件とは、例えば以下のような条件が考えられる。
1-1)樹脂基材が、R-1551(Panasonic製)の場合、
1MPaの圧力下で加熱し、100℃に到達後、その温度で5~10分保持し;
その後3.3MPaの圧力下でさらに加熱し、170~180℃に到達後、その温度で50分間保持することで熱圧着する。
1MPaの圧力下で加熱し、130℃到達後、その温度で10分保持し;その後2.9MPaの圧力下でさらに加熱し、200℃到達後、その温度で70分間保持することで熱圧着する。
0.4MPaの圧力下で加熱し、100℃到達後、圧力を2.4~2.9MPaに上げてさらに加熱し、195℃到達後、その温度で50分間保持することで熱圧着する。
2-1)樹脂基材が、R5620(Panasonic製)の場合、
0.5MPaの圧力下で100℃になるまで加熱しながら熱圧着した後、温度と圧力を上げ、2.0~3.0MPa、200~210℃で、120分間保持することでさらに熱圧着する。
0.49MPaの圧力下で110℃になるまで加熱しながら熱圧着した後、温度と圧力を上げ、2.94MPa、210℃で120分間保持することで熱圧着する。
3-1)樹脂基材が、NX9255(パークエレクトロケミカル製)の場合、0.69MPaで加圧しながら260℃になるまで加熱し、1.03~1.72MPaに圧力をあげて385℃になるまで加熱し、385℃で10分間保持することで熱圧着する。
絶縁基材層に銅部材を貼り合わせた後に、絶縁基材層から銅部材を所定の条件で引き剥がすと、銅部材の表面の凸部が絶縁基材層に転移し、絶縁基材層の表面にシード層を形成する。従って、絶縁基材層の表面は平坦になる。
銅部材を引き剥がした後、シード層の表面上の所定の場所にレジストを形成する。レジストが形成される位置は、後に、回路となる銅が積層されない部分である。
次に、シード層の表面であってレジストが積層していない領域を銅めっき処理することによって、銅を積層する。この積層された銅が、後に回路として機能する。
銅めっき処理の方法は特に限定されず、公知の方法を用いて、めっき処理ができる。
レジストの除去方法は、特に限定されず、発煙硝酸や硫酸過水を用いる方法や、O2プラズマ等を利用するドライアッシング法など、公知の方法を用いることができる。
シード層の除去方法は、特に限定されず、例えば硫酸-過酸化水素系のエッチング剤を用いたクイックエッチングやフラッシュエッチングなど、公知の方法を用いることができる。
実施例1~9、比較例2~3は、古河電気工業株式会社製の銅箔(DR-WS、厚さ:18μm)のシャイニー面(光沢面。反対面と比較したときに平坦である面。)を用いた。比較例4は、古河電気工業株式会社製の銅箔(FV-WS、厚さ:18μm)のマット面を用い、未処理のまま試験片とした。
まず、銅箔を以下に記載の溶液で、25℃1分間浸漬した。すなわち、
実施例1及び2は、炭酸カリウム10g/L;KBE-903(3-アミノプロピルトリエトキシシラン;信越シリコーン社製)1vol%、
実施例3は、炭酸カリウム10g/L;炭酸水素カリウム0.06g/L、
実施例4~6は、水酸化カリウム10g/L、
実施例7は、水酸化カリウム10g/L;KBM-603(N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン;信越シリコーン社製)5vol%、
実施例8は、水酸化カリウム10g/L;BTA(ベンゾトリアゾール)1wt%、 比較例2は、炭酸カリウム10g/Lの溶液、
比較例3は、炭酸カリウム10g/Lの溶液;炭酸水素カリウム0.06g/L、を用いた。
前処理を行った銅箔を、酸化剤に浸漬して酸化処理を行った。
実施例1、2、7、8及び比較例2は、酸化剤として、亜塩素酸ナトリウム60g/L;水酸化カリウム20.6g/L;炭酸カリウム40.2g/Lの溶液を用いた。
実施例3~6は、酸化剤として亜塩素酸ナトリウム46.3g/L;水酸化カリウム12.3g/L;KBM-403(3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン;信越シリコーン社製)2.1g/Lの溶液を用いた。
比較例3は、酸化剤として、亜塩素酸ナトリウム60.5g/L;水酸化カリウム9.1g/L;炭酸カリウム3.1g/L;KBM-403(3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン;信越シリコーン社製)2.1g/Lの溶液を用いた。
実施例1、2、7、及び8は酸化剤に73℃で6分間浸漬し、実施例3~6、比較例2及び3は酸化剤に73℃で2分間浸漬した。
酸化処理後、実施例4~6は、以下のように溶解剤を用いてめっき前処理を行った。
実施例4は、塩化スズ(II)・二水和物47.2g/L;塩酸1mL/Lの溶液を用い、45℃で10秒処理した。
実施例5は、塩化アンモニウム47.2g/Lの溶液を用い、45℃で60秒処理した。
実施例6は、50%クエン酸溶液6.5mL/Lの溶液を用い、45℃で60秒処理した。
酸化処理後、実施例2、3及び比較例3は、第1のNi電解めっき液(硫酸ニッケル255g/L;塩化ニッケル49g/L;クエン酸ナトリウム20g/L)を用いて電解めっきを行った。実施例4~6は、めっき前処理後、第2のNi電解めっき液(硫酸ニッケル255g/L;クエン酸ナトリウム20g/L)を用いて電解めっきを行った。実施例3は電解めっき前にNi電解めっき液に1分間浸漬させた。実施例2は50℃で電流密度0.5A/dm2×116秒(=58C/dm2銅箔面積)で電解めっきを行った。実施例3~6、及び比較例3は50℃で電流密度0.5A/dm2×45秒(=22.5C/dm2銅箔面積)で電解めっきを行った。
(1)方法
実施例1~8及び比較例2~4の試験片に対し、プリプレグとして、R5670KJ(Panasonic製)、R5680J(Panasonic製)、CT-Z(クラレ製)、NX9255(パークエレクトロケミカル製)、及びR1551GG(Panasonic製)を用いて、樹脂基材の引き剥がし試験を行った。
引き剥がした後の樹脂基材の表面の元素分析を行った。具体的には、得られた樹脂基材を、QuanteraSXM(ULVAC-PHI製)を用いて以下の条件で分析を行った。陰性対照として何も処理していない樹脂基材(R5670KJ;MEGTRON6)を分析した(比較例1)。
まず、以下の条件で元素を検出した。
X線光源: 単色化Al Kα(1486.6eV)
X線ビーム径: 100μm(25w15kV)
パスエネルギー: 280eV,1eVステップ
ポイント分析: φ100μm
積算回数 8回
結果を表2及び図3に示す。
実施例において、転移した銅原子に由来するCu2p3のスペクトルのピーク強度が樹脂基材に起因するC1sのスペクトルのピーク強度よりも大きいのに対して、比較例はCu2p3のスペクトルのピークが検出されないか、その強度がC1sのスペクトルのピーク強度よりも小さかった。これは、比較例においては、銅原子が、樹脂基材にほとんど転移していないか、XPSで検出できる樹脂基材表層部分にはほとんど存在していないことを示す。
(1)方法
実施例1~8及び比較例2~4の複合銅箔試験片について、熱圧着前と引き剥がし後の表面積を、共焦点顕微鏡 OPTELICS H1200(レーザーテック株式会社製)を用いて算出した。測定条件として、モードはコンフォーカルモード、スキャンエリアは100μm×100μm、Light sourceはBlue、カットオフ値は1/5
とした。オブジェクトレンズはx100、コンタクトレンズはx14、デジタルズームはx1、Zピッチは10nmの設定とし、3箇所のデータを取得し、表面積は3箇所の平均値とした。
表3に記載のように、熱圧着前と引き剥がし後では、実施例ではRa及び表面積が減少したのに対し、比較例では逆に増加した。これは実施例では、複合銅箔の凸部全部または一部が樹脂側に転移したのに対して、比較例では逆に樹脂の一部が複合銅箔に転移したことを示している。
(1)方法
熱圧着前と引き剥がし後の各複合銅箔試験片の銅箔表面の色差(L*、a*、b*)を測定し、得られた値から、以下の式に従い、ΔE*abを算出した。
ΔE*ab = [(ΔL*)2 + (Δa*)2 + (Δb*)2 ]1/2
表4に記載のように、熱圧着前と引き剥がし後で、実施例ではΔE*abが15以上なのに対して、比較例では15未満であった。これは、実施例では銅酸化物を含む層に含まれる金属が樹脂基材に転移するため、銅部材の色変化が大きくなるのに対して、比較例では銅酸化物を含む層はそのまま銅部材に残るため、銅部材の色変化は小さくなるため、銅酸化物を含む層に含まれる金属が多く転移するほど、それらの差が大きくなるからである。実際、図2の写真においても、引き剥がし後に、実施例では樹脂側の着色が大きいが、比較例では樹脂側はほぼ白いままである。
(1)方法
樹脂基材として、R1551GG(エポキシ系)、R5670KJ、R5680J(以上、PPE系)、NX9255(PTFE系)、またはCT-Z(LCP系)を用いて熱圧着し、引き剥がした後の各複合銅箔試験片をFT-IR/ATR法により以下の測定条件で解析した。
測定条件
Parkin Elmer製 Specrtum100
ATR法
クリスタル:ゲルマニウム
分解能:4
スキャン数:4回
圧力(フォースゲージ):40±5 [N]
スペクトル表示:吸光度
複合銅箔と熱圧着する時と同じ条件で樹脂基材のみを加熱及び加圧処理後、樹脂基材をFT-IRで測定し、樹脂由来のピークがない任意の波長を50cm-1の範囲で選定した。本実施例では、3800-3850cm-1を樹脂由来のピークがない波長とした。
さらに、波長範囲700-4000cm-1において、最大ピークを検出した波長を同定した。樹脂基材としてR1551GGを用いた場合は1200cm-1付近、R5670KJおよびR5680Jを用いた場合は1190cm-1付近、NX9255を用いた場合は1232cm-1付近、CT-Zを用いた場合は、1741cm-1付近を最大ピーク検出波長とした(図4~8の矢印が最大ピーク検出波長を示す)。
第1の実施例における実施例3の複合銅箔を用いて、回路の形成を行った。
まず、古河電気工業株式会社製の銅箔(DR-WS、厚さ:18μm)のシャイニー面(光沢面。反対面と比較したときに平坦である面。)を用い、下記条件にて処理を行うことで複合銅箔を作製した。
銅箔を炭酸カリウム10g/L;炭酸水素カリウム0.06g/Lの溶液を用い、25℃1分間浸漬した。
前処理を行った銅箔を、酸化剤に浸漬して酸化処理を行った。
酸化剤として亜塩素酸ナトリウム46.3g/L;水酸化カリウム12.3g/L;KBM-403(3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン;信越シリコーン社製)2.1g/Lの溶液を用い、溶液に73℃で2分間浸漬した。
酸化処理後、Ni電解めっき液(硫酸ニッケル255g/L;塩化ニッケル49g/L;クエン酸ナトリウム20g/L)を用いて電解めっきを行った。電解めっき前にNi電解めっき液に1分間浸漬させた。50℃で電流密度0.5A/dm2×45秒(=22.5C/dm2銅箔面積)で電解めっきを行った。
Claims (19)
- 絶縁基材層と銅の積層体の製造方法であって、
前記絶縁基材層と、表面に凸部を有する銅部材とを貼り合わせる工程と、
前記銅部材を引き剥がすことによって、前記凸部を前記絶縁基材層表面に転移させ、シード層を形成する工程と、
前記シード層の表面上の所定の場所にレジストを形成する工程と、
前記シード層の表面であって前記レジストが積層していない領域を銅めっき処理することによって、前記銅を積層する工程と、
前記レジストを除去する工程と、
前記レジストの除去によって露出した前記シード層を除去する工程と、
を含む、製造方法。 - 前記銅部材の前記表面の前記凸部は、化学処理によって、前記銅部材の表面に形成された、請求項1に記載の製造方法。
- 前記絶縁基材層の表面には、デスミア処理によって凸部が形成されない、請求項1または2に記載の製造方法。
- 前記銅めっき処理が電解銅めっき処理である、請求項1~3のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記シード層を形成する工程と、前記レジストを形成する工程との間に、前記シード層の表面を無電解めっき処理する工程を行う、請求項1~4のいずれか1項に記載の製造方法。
- 熱圧着によって、前記絶縁基材層と、前記銅部材とが貼り合わせられる、請求項1~5のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記絶縁基材層から引き剥がした前記銅部材の表面を、減衰全反射吸収フーリエ変換赤外分光法(FT-IR/ATR法)を用いて解析したとき、波長範囲700-4000cm-1において、検出される樹脂基材由来の物質に対応するピークのS/N比が10以下である、請求項6に記載の製造方法。
- 前記ピークのS/N比が7以下である、請求項7に記載の製造方法。
- 前記銅部材が引き剥がされた前記樹脂基材の表面に対し、X線光電子分光法(XPS)によって、Survey spectrum分析を行ったとき、得られたX線光電子分光スペクトルにおいて、前記銅部材に含まれる金属原子が、前記銅部材が引き剥がされた前記樹脂基材の表面から検出される、請求項6に記載の製造方法。
- 前記銅部材が引き剥がされた前記樹脂基材の表面から検出される金属元素のメインピークの強度の合計がC1sのピーク強度よりも大きい、請求項9に記載の製造方法。
- 前記XPSによる測定から算出される
[金属元素の表面原子組成百分率(Atom%)の合計]/[C1sの表面原子組成百分率(Atom%)]
が0.03以上である、請求項8または9に記載の樹脂基材の製造方法。 - 前記XPSによる測定から算出される
[金属元素の表面原子組成百分率(Atom%)の合計]/[C1sの表面原子組成百分率(Atom%)]
が0.04以上である、請求項8または9に記載の樹脂基材の製造方法。 - 前記銅部材が引き剥がされた前記樹脂基材の表面に対し、X線光電子分光法(XPS)によって、Survey spectrum分析を行ったとき、Cu2p3とNi2p3の表面原子組成百分率の合計が3.0atom%以上である、請求項6に記載の樹脂基材の製造方法。
- 前記銅部材が引き剥がされた前記樹脂基材の表面に対し、X線光電子分光法(XPS)によって、Survey spectrum分析を行ったとき、Cu2p3とNi2p3の表面原子組成百分率の合計が1.5atom%以上である、請求項6に記載の樹脂基材の製造方法。
- 前記銅部材が引き剥がされた前記樹脂基材の表面に対し、X線光電子分光法(XPS)によって、Survey spectrum分析を行ったとき、Cu2p3の表面原子組成百分率が2.8atom%以上である、請求項6に記載の樹脂基材の製造方法。
- 前記銅部材が引き剥がされた前記樹脂基材の表面に対し、X線光電子分光法(XPS)によって、Survey spectrum分析を行ったとき、Cu2p3の表面原子組成百分率が1.0atom%以上である、請求項6に記載の樹脂基材の製造方法。
- 前記表面に凸部を有する銅部材が、
1)材料となる銅部材の表面をシランカップリング剤または防腐剤で部分コートする工程、及び
2)前記部分コートされた前記表面を酸化処理することにより銅酸化物を含む層を形成する工程
によって形成される、請求項1~16のいずれか1項に記載の製造方法。 - 前記表面に凸部を有する銅部材が、
1)材料となる銅部材の表面を酸化処理することにより銅酸化物を含む層を形成する工程、及び
2)前記酸化処理された前記表面を、前記銅酸化物を溶解させる溶解剤で処理する工程、によって形成される、請求項1~17のいずれか1項に記載の製造方法。 - 前記溶解剤が、塩化カリウム、塩化Ni、塩化亜鉛、塩化鉄、塩化クロム、クエン酸アンモニウム、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、硫酸ニッケルアンモニウム、エチレンジアミン四酢酸、ジエタノールグリシン、L-グルタミン酸二酢酸・四ナトリウム、エチレンジアミン-N,N’-ジコハク酸、3-ヒドロキシ-2、2’-イミノジコハク酸ナトリウム、メチルグリシン2酢酸3ナトリウム、アスパラギン酸ジ酢酸4ナトリウム、N-(2-ヒドロキシエチル)イミノ二酢酸ジナトリウム及びグルコン酸ナトリウムからなる群から選択される、請求項18に記載の製造方法。
Priority Applications (4)
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