技术领域
[0001] 本
发明涉及高频特性优良的
覆铜箔层压板及其制造方法。
背景技术
[0002] 由于
液晶聚合物薄膜作为绝缘材料所具有的
介电常数、介质损耗
角正切等物性即使在高频区域下也稳定,并且吸
水率低,因此正在研究将其应用于高频
电路基板和高速传输路径用电路。
[0003] 但是,由于
液晶聚合物与金属导体层的紧密附着性或
亲和性不足,因此现状是,将通常作为金属导体层使用的铜箔的表面粗糙度增大、或者改变粗化处理的粒子形状,由此利用锚固效应增强物理性紧密附着。
[0004] 但是,在高频区域随着
频率增高,表面粗糙度减小,因此,液晶聚合物与金属导体层的界面变粗糙时,存在如下问题:与表面粗糙度相关的比例增加,传输损耗增大,无法充分发挥原本高频特性优良的液晶聚合物薄膜的性能。
[0005]
现有技术中记载了如下技术:在气态的含
氧原子化合物的存在下,对热塑性液晶聚合物薄膜实施气体放电
等离子体处理,从而进行使表面部的氧原子与
碳原子的摩尔比为内部的摩尔比的1.2倍以上的表面改性(
专利文献1)。这种情况下,向液晶聚合物薄膜引入氧的改性成为必要条件。另外,专利文献1中仅提及到利用氧的表面改性,其为在含氧化合物存在下的等离子体处理,并没有述及利用其他气体的表面改性效果。
[0006] 另外,专利文献2中记载了在氧压为0.6~2.5Pa的气氛下对热塑性液晶聚合物薄膜进行
放电等离子体处理的技术。该技术对液晶聚合物薄膜的粗糙度进行了规定,但仅限于述及了表面粗糙度增大的影响,即阻碍金属种籽层的均匀包覆。
[0007] 专利文献1和专利文献2中,发现了由氧气中的等离子体处理产生的液晶聚合物薄膜的表面改性效果,但利用还包含其他气体种类的等离子体处理来进行表面改性。关于下述说明的本
申请发明的内容、即在处理前后不改变表面粗糙度、并且保持液晶聚合物薄膜原本具有的优良的高频特性,在专利文献1、2中完全没有公开。
[0008] 现有技术文献
[0009] 专利文献
[0010] 专利文献1:日本特开2001-49002号
公报[0011] 专利文献2:日本特开2005-297405号公报
发明内容
[0012] 本发明中,将液晶聚合物与金属导体层之间的界面粗糙度保持于与原本的薄膜粗糙度同等的水平,并通过等离子体处理使化学紧密附着变得牢固,由此提供高频特性优良的液晶聚合物的覆铜箔层压板。
[0013] 即,本发明提供:
[0014] 1)一种覆铜箔层压板,其特征在于,在气压为2.6~15Pa的氧气气氛或氮气气氛下对液晶聚合物薄膜的表面进行等离子体处理后的表面上具备通过干式
镀法和/或湿式镀法形成的金属导体层。
[0015] 2)如上述1)所述的覆铜箔层压板,其特征在于,液晶聚合物薄膜的等离子体处理后的表面粗糙度以算术平均粗糙度Ra计为0.15μm以下且以均方根粗糙度Rq计为0.20μm以下。
[0016] 3)如上述1)或2)所述的覆铜箔层压板,其特征在于,每单位长度的传输损耗在5GHz下为20dB/m以下。
[0017] 4)如上述1)或2)所述的覆铜箔层压板,其特征在于,每单位长度的传输损耗在20GHz下为50dB/m以下。
[0018] 5)如上述1)或2)所述的覆铜箔层压板,其特征在于,每单位长度的传输损耗在40GHz下为130dB/m以下。
[0019] 另外,本发明提供:
[0020] 6)如上述1)~5)中任一项所述的覆铜箔层压板,其特征在于,在等离子体处理后的液晶聚合物薄膜的表面与通过干式镀法和/或湿式镀法形成的金属导体层之间具有阻挡层。
[0021] 7)如上述6)所述的覆铜箔层压板,其特征在于,阻挡层为包含镍或镍
合金、钴或钴合金、或者铬或铬合金的连接层。
[0022] 8)如上述1)~7)中任一项所述的覆铜箔层压板,其特征在于,所述金属导体层为铜溅射层和在该溅射层上形成的
电镀铜层。
[0023] 另外,本发明提供:
[0024] 9)一种覆铜箔层压板的制造方法,其特征在于,在气压为2.6~15Pa的氧气气氛或氮气气氛下对液晶聚合物薄膜的表面进行等离子体处理后,通过干式镀法和/或湿式镀法形成金属导体层。
[0025] 10)如上述9)所述的覆铜箔层压板的制造方法,其特征在于,通过对液晶聚合物薄膜进行等离子体处理,使得液晶聚合物薄膜的表面粗糙度以算术平均粗糙度Ra计为0.15μm以下且以均方根粗糙度Rq计为0.20μm以下。
[0026] 11)如上述9)或10)所述的覆铜箔层压板的制造方法,其特征在于,使得覆铜箔层压板的每单位长度的传输损耗在5GHz下为20dB/m以下。
[0027] 12)如上述9)或10)所述的覆铜箔层压板的制造方法,其特征在于,使得覆铜箔层压板的每单位长度的传输损耗在20GHz下为50dB/m以下。
[0028] 另外,本发明提供:
[0029] 13)如上述9)或10)所述的覆铜箔层压板的制造方法,其特征在于,使得覆铜箔层压板的每单位长度的传输损耗在40GHz下为130dB/m以下。
[0030] 14)如上述9)~13)中任一项所述的覆铜箔层压板,其特征在于,在等离子体处理后的液晶聚合物薄膜的表面与通过干式镀法和/或湿式镀法形成的金属导体层之间形成阻挡层。
[0031] 15)如上述14)所述的覆铜箔层压板的制造方法,其特征在于,形成包含镍或镍合金、钴或钴合金、或者铬或铬合金的连接层作为阻挡层。
[0032] 16)如上述9)~15)中任一项所述的覆铜箔层压板的制造方法,其特征在于,作为所述金属导体层,预先形成铜溅射层,并在该溅射层上形成电镀铜层。
[0033] 发明效果
[0034] 本发明具有如下优良效果:在气压为2.6~15Pa的氧气气氛或氮气气氛下对液晶聚合物薄膜的表面进行等离子体处理后,通过干式镀法和/或湿式镀法形成金属导体层,由此使液晶聚合物与金属导体层之间的界面粗糙度保持于与原本的薄膜粗糙度同等的水平并通过等离子体处理使化学紧密附着变得牢固,由此能够提供高频特性优良的液晶聚合物的覆铜箔层压板。
附图说明
[0035] 图1是表示在液晶聚合物薄膜的双面形成连接层、铜溅射层、电镀铜层而得到的、本申请发明的一例的覆铜箔层压板的概略图。
[0036] 图2是表示
实施例的等离子体处理的功率
密度与
剥离强度的关系的图。
[0037] 图3是表示实施例和比较例的传输损耗的结果的图。
具体实施方式
[0038] 作为本发明的基于液晶聚合物薄膜的覆铜箔层压板的一例,为了对图1所示的液晶聚合物薄膜的双面或单面赋予与金属导体层的紧密附着性,在氧气或氮气气氛下进行等离子体处理,并通过
溅射法或蒸镀法等干式镀法或湿式镀法施加具有阻挡效应的金属或合金作为阻挡层。
[0039] 然后,通过溅射法或蒸镀法等干式镀法在阻挡层上堆积铜或
铜合金的导电体层,或者通过无电镀铜或电镀铜等湿式镀法在阻挡层上形成导电体层,从而制作覆铜箔层压板。
[0040] 液晶聚合物有以芳香族聚酰胺为代表的溶致液晶聚合物和以芳香族聚酯为代表的热致液晶聚合物。
[0041] 对于覆铜箔层压板而言,优选吸湿少、由吸湿引起的尺寸变化率小的热致液晶聚合物。该热致液晶聚合物,作为热塑性
树脂的聚酰亚胺和芳香族聚酰胺的耐热性差,但仍分类为耐热性优良的超级工程塑料。
[0042] 作为将该热致液晶聚合物成形为薄膜的方法,可以使用挤出成形法,但在工业上进行T形模头法、吹塑法等。
[0043] 关于本发明中使用的热致液晶聚合物薄膜,已开发并市售有:包含对羟基苯
甲酸和聚对苯二甲酸乙二醇酯的类型、包含对羟基
苯甲酸和对苯二甲酸4,4’-二羟基联苯酯的类型、包含对羟基苯甲酸和2,6-羟基
萘甲酸的类型等,因此,可以使用这些热致液晶聚合物薄膜。但是,不限于这些种类。
[0044] 作为液晶聚合物薄膜,可乐丽(クラレ)公司市售有ベクスターCT-Z、CT-F、FB、OC等薄膜,日本戈尔特斯(ジャパンゴアテックス)公司市售有BIAC BA、BC等薄膜。
[0045] 如上所述,为了得到与金属导体层的紧密附着性而对液晶聚合物薄膜实施等离子体处理。关于该等离子体处理,并不期待通过实施该处理得到由表面粗糙度增大带来的锚固效应,重要的是几乎不使表面粗糙度发生变化的程度,即,通过使聚合物与金属的化学结合变得牢固而赋予紧密附着性。
[0046] 另外,本申请发明的特征也不在于向液晶聚合物薄膜引入氧。在氧气中的等离子体处理中,自由基作用于聚合物表面,能够期待活化后的聚合物表面与金属的紧密附着性的提高,而在氮气中的等离子体处理中,通过引入液晶聚合物薄膜中原本不存在的氮,能够期待形成新的聚合物与金属的结合。
[0047] 表面粗糙度的增大对高频区域的传输损耗显示出负效应,为了利用使用液晶聚合物的覆铜箔层压板得到原本的目标高频特性,期望减小表面粗糙度。
[0048] 作为该等离子体处理中使用的气体,可以使用上述专利文献1、专利文献2中记载的氧气,而通过在氮气气氛下进行等离子体处理,也能够增强聚合物与金属的紧密附着性。
[0049] 关于等离子体气压,在气压低的情况下,等离子体放电变得不稳定,无法进行处理。另一方面,在气压高的情况下,等离子体放电稳定,但
泄漏气体增多从而浪费气体。因此,过度增高气压也没有意义,在经济上不利。因此,可以说期望使气压为2.6~15Pa。
[0050] 图1所示的连接层相当于阻挡层,优选发挥阻挡效应的镍、钴、铬等金属、或者镍合金、钴合金、铬合金。它们的电导率比导体层的铜小,
电流在高频区域中由于
集肤效应而从表面流过,从而连接层成为
电阻层。
[0051] 因此,从高频特性方面考虑,可以不存在连接层,但作为印刷基板用覆铜箔层压板,如果不存在连接层等阻挡层,则有时会产生铜长期向聚合物侧扩散、切断结合的影响。
[0052] 因此,就现实而言,期望尽可能减薄连接层中电导率大的金属或合金。另外,根据元件的使用条件认为不需要连接层的情况下,无需施加该连接层。
[0053] 连接层可以使用溅射法、蒸镀法、无电镀法等,在从等离子体处理开始的一系列流程中,在与等离子体处理同一腔内进行溅射的方式,从生产效率方面考虑是上策。
[0054] 施加连接层后,形成原本的用于使电流流通的金属导体层,从一系列干式工序的流程考虑,可以通过溅射法形成铜层。
[0055] 但是,在目标铜厚度超过1μm的情况下,通过溅射法以规定的铜厚度形成金属导体层在成本方面是不利的,这种情况下,可以说优选在连接层上通过溅射形成数百纳米的铜种籽层后,通过湿式镀法镀铜至规定的铜厚度。
[0056] 通过对液晶聚合物薄膜进行等离子体处理,可以使得液晶聚合物薄膜的表面粗糙度以算术平均粗糙度Ra计为0.15μm以下且以均方根粗糙度Rq计为0.20μm以下。因此,可以理解,等离子体处理的本质目的不在于使液晶聚合物薄膜的表面变粗糙。
[0057] 但是,为了得到铜层的紧密附着性,作为液晶聚合物薄膜的表面粗糙度,至少需要算术平均粗糙度Ra为0.05μm以上,优选为0.1μm以上。
[0058] 通过以上处理,可以使覆铜箔层压板的每单位长度的传输损耗在5GHz下为20dB/m以下,并且在20GHz下为50dB/m以下,进一步在40GHz下为130dB/m以下。
[0059] 实施例
[0060] 将实施例与比较例一起进行具体说明,但下述说明是为了易于理解发明,而不是限制发明的本质。即,本发明包括发明中包含的其他方式或
变形。
[0061] (实施例1~实施例8)
[0062] 作为液晶聚合物薄膜,使用日本戈尔特斯公司制造的BIAC,BC,50μm和可乐丽公司制造的ベクスター,CT-Z,50μm。
[0063] 在表1所示的气体种类、气压、功率密度的各条件下在该液晶聚合物薄膜上实施等离子体处理。将等离子体的强度用功率密度表现,由于根据各个装置,靶的尺寸、电流-
电压特性、处理速度等工艺条件不同,因此笼统地用施加电压和处理时间来进行定义没有意义,因此,记载了将对聚酰亚胺薄膜进行等离子体处理的条件设为1时的功率密度。
[0064] [表1]
[0065]
[0066] 实施例1中,使用上述BIAC作为液晶聚合物薄膜。等离子体条件如下所述。气压:13Pa、气体种类:氮气、功率密度:4.3。
[0067] 实施例2中,使用上述BIAC作为液晶聚合物薄膜。等离子体条件如下所述。气压:13Pa、气体种类:氮气、功率密度:4.3。
[0068] 实施例3中,使用上述BIAC作为液晶聚合物薄膜。等离子体条件如下所述。气压:10Pa、气体种类:氮气、功率密度:8.1。
[0069] 实施例4中,使用上述BIAC作为液晶聚合物薄膜。等离子体条件如下所述。气压:10Pa、气体种类:氮气、功率密度:8.1。
[0070] 实施例5中,使用上述BIAC作为液晶聚合物薄膜。等离子体条件如下所述。气压:10Pa、气体种类:氮气、功率密度:8.1。
[0071] 实施例6中,使用上述BIAC作为液晶聚合物薄膜。等离子体条件如下所述。气压:10Pa、气体种类:氧气、功率密度:5.3。
[0072] 实施例7中,使用上述ベクスター作为液晶聚合物薄膜。等离子体条件如下所述。气压:10Pa、气体种类:氧气、功率密度:5.3。
[0073] 实施例8中,使用上述ベクスター作为液晶聚合物薄膜。等离子体条件如下所述。气压:10Pa、气体种类:氮气、功率密度:5.3。
[0074] 对于等离子体处理后的液晶聚合物薄膜,利用Veeco公司制造的Wyco NT1100的表面形状测定器对其表面形状测定120μm×92μm
视野内的表面粗糙度,并求出算术平均粗糙度Ra和均方根粗糙度Rq。
[0075] 实施例1~实施例8的算术平均粗糙度Ra和均方根粗糙度Rq如下所述。另外,将该结果的一览同样示于表1中。
[0076] 实施例1:Ra:0.11μm、Rq:0.14μm
[0077] 实施例2:Ra:0.10μm、Rq:0.14μm
[0078] 实施例3:Ra:0.12μm、Rq:0.15μm
[0079] 实施例4:Ra:0.12μm、Rq:0.14μm
[0080] 实施例5:Ra:0.11μm、Rq:0.15μm
[0081] 实施例6:Ra:0.12μm、Rq:0.15μm
[0082] 实施例7:Ra:0.11μm、Rq:0.14μm
[0083] 实施例8:Ra:0.10μm、Rq:0.14μm
[0084] 对于等离子体处理后的薄膜,通过溅射形成表1所示的连接层和200nm的作为湿式镀法的种籽层的铜溅射层。实施例1~实施例8的连接层的条件如下所述。另外,将该结果的一览同样示于表1中。
[0085] 实施例1:连接层:无、厚度:-
[0086] 实施例2:连接层的种类和厚度、种类:Cr、厚度:3nm
[0087] 实施例3:连接层的种类和厚度、种类:Cr、厚度:3nm
[0088] 实施例4:连接层的种类和厚度、种类:Cr、厚度:7nm
[0089] 实施例5:连接层的种类和厚度、种类:NiCr、厚度:3nm
[0090] 实施例6:连接层的种类和厚度、种类:NiCr、厚度:3nm
[0091] 实施例7:连接层的种类和厚度、种类:NiCr、厚度:3nm
[0092] 实施例8:连接层的种类和厚度、种类:NiCr、厚度:3nm
[0093] 然后,在铜溅射层上通过电镀使铜层生长至18μm,制作试样。在测定传输损耗时,对液晶聚合物薄膜的双面实施等离子体处理、连接层、铜溅射、电镀铜。图1的覆铜箔层压板的概略图示出了本实施例的结构。
[0094] 对于各实施例的试样,为了评价紧密附着性,测定剥离强度。测定剥离强度时,利用氯化铜蚀刻液形成3mm宽度的图案,然后,使用Dage公司制造的ボンドテスター4000进行剥离强度的测定。
[0095] 实施例1~实施例8的剥离强度如下所述。另外,将该结果的一览同样示于表1中。
[0096] 实施例1:0.9kN/m
[0097] 实施例2:0.9kN/m
[0098] 实施例3:0.6kN/m
[0099] 实施例4:0.7kN/m
[0100] 实施例5:0.8kN/m
[0101] 实施例6:0.6kN/m
[0102] 实施例7:0.5kN/m
[0103] 实施例8:0.5kN/m
[0104] 关于传输损耗,形成特性阻抗为50Ω的
微波带状线路,利用HP公司制造的网络分析器HP8510C测定透射系数,并求出各频率下的传输损耗。需要说明的是,将电镀至12μm的铜层用于测定。实施例1~实施例8的传输损耗测定的结果如下所述。另外,将该结果的一览同样示于表1中。
[0105] 实施例1:5GHz:14dB/m、20GHz:36dB/m、40GHz:76dB/m
[0106] 实施例2:5GHz:15dB/m、20GHz:38dB/m、40GHz:92dB/m
[0107] 实施例3:5GHz:15dB/m、20GHz:38dB/m、40GHz:92dB/m
[0108] 实施例4:5GHz:16dB/m、20GHz:40dB/m、40GHz:110dB/m
[0109] 实施例5:5GHz:17dB/m、20GHz:43dB/m、40GHz:124dB/m
[0110] 实施例6:5GHz:17dB/m、20GHz:43dB/m、40GHz:124dB/m
[0111] 实施例7:5GHz:18dB/m、20GHz:45dB/m、40GHz:128dB/m
[0112] 实施例8:5GHz:18dB/m、20GHz:45dB/m、40GHz:128dB/m
[0113] 关于上述实施例1~实施例8,即使在各种等离子体条件下进行处理,薄膜表面粗糙度也几乎没有差异,关于剥离强度,即使算术平均粗糙度Ra为0.15μm以下且均方根粗糙度Rq为0.20μm以下,也能得到0.5kN/m以上的值,显示出在实际应用中没有问题的水平。
[0114] 图2中示出了等离子体处理的功率密度与剥离强度的关系。如上所述,关于在此的功率密度,将对通常的聚酰亚胺薄膜进行处理时的功率密度规定为1,对于液晶聚合物薄膜,各实施例均施加大于1的功率密度。可以观察到剥离强度也随着功率密度的增大而增大的倾向。
[0115] 另一方面,图3中示出了传输损耗的结果。由实施例可知,对于传输损耗而言,如果为同一连接层,则连接层厚度越薄,传输损耗越小,如果为同一厚度,则电导率大的连接层组成会使传输损耗减小。另外,关于传输损耗与薄膜表面粗糙度的关系,由于表面粗糙度没有大的差异,因此省略说明。
[0116] 接下来,对比较例进行说明。
[0117] (比较例1)
[0118] 薄膜使用作为聚酰亚胺薄膜的DuPont公司制造的カプトンE,50微米,并改变等离子体的功率密度,除此以外与实施例6相同。
[0119] 如表1和图2所示,在聚酰亚胺薄膜的情况下,虽然与液晶聚合物相比表面粗糙度小(Ra:0.04μm、Rq:0.06μm),但剥离强度得到了高的值(1.0kN/m)。但是,传输损耗比液晶聚合物大(5GHz:27dB/m、65GHz:45dB/m、40GHz:-),结果不好。
[0120] (比较例2)
[0121] 将液晶聚合物在覆铜箔层压板中使用时,进行作为通常方法的
热层压。比较例2是使用BIAC作为液晶聚合物,并且作为通
过热层压制作的覆铜箔层压板,使用
轧制铜箔(JX日矿日石金属株式会社制造的BHY12微米)时的结果。
[0122] 通过将轧制铜箔进行热层压,得到薄膜的表面粗糙度反映出轧制铜箔的表面形状的结果,如表1所示,表面粗糙度增大为Ra:0.18μm、Rq:0.23μm。
[0123] 关于剥离强度,在将比较例2所示的铜箔本身粘贴到薄膜上的热
层压法中,不对使用的液晶聚合物薄膜实施等离子体处理,铜箔的粗化处理侵入
软化后的薄膜的锚固效应为附着
力的主体,但得不到牢固的紧密附着性,剥离强度为0.3kN/m,是比实施例差的结果。
[0124] 另外,由于表面粗糙度大,传输损耗也比实施例大,为5GHz:18dB/m、20GHz:48dB/m、40GHz:137dB/m。如上所述,比较例2的使用液晶聚合物的覆铜箔层压板未能实现本申请发明的目的。
[0125] (比较例3)
[0126] 在等离子体处理中不施加功率地从处理气体(氮气)中通过,除此以外与实施例5相同。关于剥离强度,在不进行等离子体处理的液晶聚合物上形成连接层、铜溅射层,通过电镀使铜层生长时,液晶聚合物与金属导体层的紧密
附着力不充分(剥离强度为0kN/m),未能进行电镀。
[0127] (比较例4)
[0128] 与比较例1的聚酰亚胺的情况同样地对等离子体处理的功率密度进行处理,除此以外,与使用液晶聚合物(BIAC)的比较例3相同。
[0129] 在与聚酰亚胺相同的功率密度下,没有使液晶聚合物充分活化,即使能够通过电镀形成18μm的铜层,如表1和图2所示,也得到剥离强度低的结果(剥离强度为0.1kN/m)。
[0130] 可知,为了象实施例那样通过对液晶聚合物薄膜实施等离子体处理来得到紧密附着性,需要在比通常的聚酰亚胺的等离子体条件强的功率密度下进行处理。
[0131] (比较例5)
[0132] 除了将等离子体处理的气压设定为2Pa以外,如表1所示,与实施例6相同(等离子体气体:氧气、功率密度:5.3)。由于使等离子体气压降低,等离子体放电变得不稳定,不能进行处理。将该结果同样地示于表1中。
[0133] 如上述实施例和比较例所示,本发明的实施例1~实施例8与比较例1~比较例5相比,均能够提供兼具高剥离强度和低传输损耗的覆铜箔层压板。
[0134] 产业实用性
[0135] 本发明的具备在气压为2.6~15Pa的氧气气氛或氮粘附力
[0136] 气气氛下对液晶聚合物薄膜的表面进行等离子体处理后的表面上通过干式镀法和/或湿式镀法形成的金属导体层的覆铜箔层压板,具有如下优良效果:使液晶聚合物与金属导体层之间的界面粗糙度保持于与原本的薄膜粗糙度同等的水平并通过等离子体处理使化学紧密附着变得牢固,由此能够提供高频特性优良的液晶聚合物的覆铜箔层压板,因此,能够应用于高频电路基板和高速传输路径用电路等。