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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Haftvermittler bzw. eine Klebemittelschicht
für Harz,
welcher zum Verkleben eines Harzes und einer Schicht aus Kupfer
oder Kupferlegierung verwendet wird, sowie ein Laminat, welches
den Haftvermittler bzw. die Klebemittelschicht umfasst. Genauer
betrifft die vorliegende Erfindung einen Haftvermittler für Harz,
das eine Kupferoberfläche
aufweist und das für
verschiedene elektronische Komponenten, wie eine gedruckte Schaltung,
eine Halbleiter-Fassungskomponente,
eine Flüssigkristallvorrichtung
und ein elektrolumineszierendes Element verwendet werden kann, und
ein Verfahren zur Herstellung eines Laminates, welches den Haftvermittler
umfasst.
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Im
Allgemeinen wird eine mehrschichtige gedruckte Schaltung durch Laminieren
und Pressen eines innen liegenden Substrats mit einem oder mehreren
innen liegenden Substraten und/oder Kupferfolien über Pre-Preg
hergestellt. Die leitfähigen
Schichten sind durch ein offenes Loch, genannt Durchgangsbohrung, elektrisch
verbunden, das eine kupferbeschichtete Wand aufweist. Auf der Kupferoberfläche des
inneren Substrats wird nadelförmiges
Kupferoxid, genannt "schwarzes
Oxid" oder "braunes Oxid" gebildet, um die
Haftung an das Pre-Preg zu verbessern. Bei diesem Verfahren dringt
das nadelartige Kupferoxid in das Pre-Preg ein und stellt eine Ankerwirkung
zur Verbesserung der Haftung zur Verfügung.
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Das
Kupferoxid besitzt ausgezeichnete Haftung an dem Pre-Preg. Jedoch
wird beim Kontaktieren mit einer sauren Lösung in der Stufe der Beschichtung
der Durchgangsbohrung das Kupferoxid unter Auflösung seiner Farbe aufgelöst werden
und es verursacht rasch einen Mangel, welcher Hofbildung genannt
wird.
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Daher
schlagen beispielsweise beide folgenden Patentdokumente 1 und 2
eine Technik zur Ausbildung einer Zinnschicht anstelle des schwarzen
Oxides oder des braunen Oxides auf der Kupferoberfläche des innen
liegenden Substrats vor. Patentdokument 3 schlägt das Plattieren bzw. Beschichten
einer Kupferoberfläche
mit Zinn und die weitere Behandlung mit einer Silanverbindung vor,
um die Haftung zwischen Kupfer und Harz zu verbessern. Patentdokument
4 schlägt
die Bildung einer Kupfer-Zinn-Legierungsschicht auf einer Kupferoberfläche vor,
um die Haftung zwischen Kupfer und Harz zu verbessern. Es schlägt auch
das Aufrauen der Kupferoberfläche
durch Ätzen
zur Entwicklung eines Ankereffektes vor.
- [Patentdokument
1] EP 0 216 531 A1
- [Patentdokument 2] JP
H04-233793 A
- [Patentdokument 3] JP
H01-109796 A
- [Patentdokument 4] JP
2000-340948 A
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Bei
dem Verfahren zur Ausbildung einer normalen Zinnschicht oder einer
Kupfer-Zinn-Legierungsschicht auf einer Kupferoberfläche, wie
in den Patentdokumenten 1 und 2 beschrieben ist, kann jedoch Innenwanderung
infolge der Dendrite auftreten.
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Wird
des Weiteren die Zinnschicht oder die Kupfer-Zinn-Legierungsschicht
verwendet, variiert der Effekt der Verbesserung der Haftung in Abhängigkeit
der Art des Harzes. Insbesondere wenn ein hartes Harz mit einer
hohen Glasübergangstemperatur
verwendet wird, kann die Wirkung der Verbesserung der Haftung unzureichend
sein.
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Bei
dem in Patentdokument 3 beschriebenen Verfahren wird das Kupfer
infolge der Zinnmetallisierung in die Metallisierungslösung eluiert
und dies verringert den Durchmesser der Schaltungen.
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Sogar
wenn die Oberfläche
der normalen Zinn- oder Zinnlegie rungsschicht, wie in den Patentdokumenten
1, 2 und 4 beschrieben, mit Silan behandelt wird, wird die Haftung
mit dem Harz keinen zufriedenstellenden Grad erreichen. Insbesondere
unter strengen Bedingungen, wie hoher Temperatur, hoher Feuchtigkeit und
hohem Druck, kann die Haftung an das Harz manchmal unzureichend
sein.
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Unter
Berücksichtigung
der vorangehenden Beschreibung ist es eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen Haftvermittler für Harz zur Verfügung zu
stellen, welcher ausreichend Haftung zwischen Harz und Kupfer oder
einer Kupferlegierung liefern kann. Durch Dendrite verursachte Innenwanderung
war bei einer herkömmlichen
Schicht aus Zinn oder Zinnlegierung ein Problem gewesen, der Haftvermittler
der vorliegenden Erfindung verursacht jedoch das Problem der Ionenmigration
nicht. Der Haftvermittler dient auch dazu, die Haftung an ein Harz
mit einem hohen Glasübergangspunkt
(Tg) zu verbessern. Die vorliegende Erfindung liefert auch ein Verfahren
zur Herstellung eines Laminates, welches den Haftvermittler bzw.
die Klebeschicht umfasst.
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Ein
Haftvermittler für
Harz gemäß der vorliegenden
Erfindung ist aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet, um
ein Harz und eine Schicht aus Kupfer oder Kupferlegierung zu binden,
worin der Haftvermittler aus einer Metallschicht mit einer koralloiden
Struktur gebildet ist, die aus einer Aggregation einer Zahl von Teilchen
aus Kupfer oder einer Kupferlegierung mit Lücken zwischen den Teilchen
aufgebaut ist und auf der Oberfläche
eine Vielzahl von Mikroporen vorhanden sind. Der durchschnittliche
Durchmesser der Mikroporen liegt im Bereich von 10 nm bis 200 nm
und wenigstens zwei Mikroporen sind im Mittel pro 1 μm2 der Metallschichtoberfläche vorhanden.
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Ein
Verfahren zur Herstellung eines Laminates gemäß der vorliegenden Erfindung
umfasst die folgenden Stufen: Ausbilden einer Metallschicht einer
koralloiden Struktur, gebildet aus einer Aggregation einer Zahl von
Teilchen aus Kupfer oder Kupferlegierung mit Lücken zwischen den Teilchen
und einer Vielzahl von Mikroporen, welche in der Oberfläche vorhanden
sind, wobei die Mikroporen einen mittleren Durchmesser im Bereich
von 10 nm bis 200 nm aufweisen, und wenigstens zwei Mikroporen im
Mittel pro 1 μm2 der Metallschichtoberfläche vorhanden sind und Laminieren
einer Schicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung mit einer Harzschicht
mittels der Metallschicht.
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1 ist
ein Mikrophotogramm einer Metallschichtoberfläche gemäß Beispiel 1 der vorliegenden
Erfindung, aufgenommen mit einem FE-SEM (× 100,000).
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2 ist
ein Mikrophotogramm eines Querschnitts der Metallschicht, aufgenommen
mit einem FE-SEM (× 20,000).
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3 ist
ein Diagramm, welches die Metallisotopenhäufigkeit, analysiert durch
Röntgenstrahlelektronenspektroskopie
(XPS) in Tiefenrichtung der in Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung
erhaltenen Metallschicht, von der Oberflächenschicht zur Position nach
der Ar-Besputterung für
60 Sekunden zeigt.
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4 ist
ein Diagramm, welches die Metallisotopenhäufigkeit, analysiert durch
XPS in Tiefenrichtung der im Vergleichsbeispiel 1 erhaltenen Metallschicht,
von der Oberflächenschicht
zur Position der Ar-Besputterung für 60 Sekunden zeigt.
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Da
der Haftvermittler für
Harz gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Schicht aus Kupfer oder Kupferlegierung mit einer
speziellen koralloiden Struktur ist, welche im Falle einer herkömmlichen
Schicht aus Zinn oder Zinnlegierung nicht verfügbar ist, kann ausreichend
Haftung zwischen dem Harz und dem Kupfer oder der Kupferlegierung
erhalten werden. Der Haftvermittler kann in geeigneter Weise für eine Kupferbeschaltung verwendet
werden, um hochfrequenten Strom zu übertragen, da der Haftvermittler
frei von durch Dendrite verursachte Ionenmigration ist, welche bei
einer herkömmlichen
Schicht aus Zinn oder einer Zinnlegierung ein Problem gewesen war.
Obwohl eine herkömmliche
Schicht aus Zinn oder einer Zinnlegierung keine ausreichende Haftung
an ein Harz mit hohem Tg-Wert liefern kann, kann der Haftvermittler
der vorliegenden Erfindung seine Haftung sogar mit einem Harz von
hohem Tg-Wert verbessern.
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Der
Haftvermittler für
Harz gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Haftvermittler, der aus Kupfer oder einer Kupferlegierung
gebildet ist, um ein Harz und eine Schicht aus Kupfer oder einer
Kupferlegierung zu binden. Der Haftvermittler ist aus einer Metallschicht
von koralloider Struktur, gebildet aus einer Aggregation einer Zahl
von Teilchen von Kupfer oder einer Kupferlegierung mit Lücken zwischen
den Teilchen gebildet, und es sind eine Vielzahl von Mikroporen
auf der Oberfläche
vorhanden. Der mittlere Durchmesser der Mikroporen liegt im Bereich
von 10 nm bis 200 nm und wenigstens zwei Mikroporen sind pro 1 μm2 auf der Metallschichtoberfläche vorhanden.
Die Haftung an dem Harz kann infolge der Metallschicht der speziellen
koralloiden Struktur verbessert werden. In der vorliegenden Patentbeschreibung
bezeichnet die "koralloide
Struktur" eine poröse dendritische
Struktur, welche insbesondere in 1 gezeigt
ist.
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Gibt
es zu viele Mikroporen und ist deren Durchmesser zu groß, wird
die relative Rauigkeit der Metalloberfläche erhöht. Wenn die Metalloberfläche auf
einer Kupferbeschaltung vorgesehen ist, insbesondere einer Kupferbeschaltung
zur Übertragung
eines hochfrequenten Stromes, verursacht ein Haut-Effekt einen Übertragungsverlust,
welcher eine Signaldämpfung
verursacht und nicht wünschenswert
ist. Ist die Anzahl der Mikroporen zu klein und deren Durchmesser
zu gering, kann die Haftung an dem Harz nicht aufrecht erhalten werden.
Diesbezüglich
wird bevorzugt, dass der mittlere Durchmesser der Mikroporen im
Bereich von 10 nm bis 200 nm liegt und die Anzahl der Mikroporen
nicht geringer als 2 pro 1 μm2, vorzugsweise etwa 8 bis etwa 15 pro 1 μm2 ist. Ein
Haftvermittler mit Mikroporen innerhalb der oben genannten Bereiche
weist eine bevorzugte Haftung auf und er kann in geeigneter Weise
für eine
Kupferbeschaltung zur Übertragung
eines hochfrequenten Stromes verwendet werden.
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Alternativ
dazu kann die Metallschicht Zinn enthalten. Wenn nämlich die
Metallschicht eine kleine Menge Zinn nur in dem Bereich der Oberflächenschicht
enthält
und der Bereich der Tiefenschicht kupferreich ist, kann die Haftung
im Vergleich mit der herkömmlichen
Schicht aus Zinn oder Zinnlegierung weiter verbessert werden und
gleichzeitig kann Innenwanderung verhindert werden.
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Bei
der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, dass eine Silanverbindung
durch Reaktion an die Oberfläche
der Metallschicht, die an das Harz gebunden werden soll, bindet,
so dass die Haftung an das Harz weiter verbessert werden kann.
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Es
wird bevorzugt, dass die Metallschicht aus einer Kupferlegierung
gebildet ist, welche Zinn im Bereich von mehr als 0 Gew.% und nicht
mehr als 3 Gew.% enthält.
Der Zinngehalt bezeichnet eine Menge an Zinn, welche in der gesamten
Schicht enthalten ist (beispielsweise einer Metallschicht mit einer
Dicke von etwa 0,5 μm)
und der Gehalt ist vorzugsweise nicht mehr als 3 Gew.%, bevorzugter
nicht mehr als 1 Gew.%. Es ist bevorzugt, dass das Zinn in der Nähe der obersten
Oberfläche
der Schicht konzentriert ist, wohingegen die Bodenschicht Kupfer
alleine enthält
und im Wesentlichen dort kein Zinn vorliegt. Hier bedeutet die "oberste Oberfläche der
Schicht" einen Bereich
von der obersten Oberfläche
(von der Oberfläche
bis in einige Nanometer Tiefe) zu einer Position, welche etwa 30
bis 50 nm tief in der Schicht ist. Die "Bodenschicht" bezeichnet die Position von wenigstens
0,5 μm tief
in der Schicht.
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Das
in der Nähe
der obersten Oberfläche
vorhandene Zinn ist nicht rein, sondern das gesamte Zinn besteht
als Legierung mit Kupfer oder einem Oxid davon.
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Da
eine kleine Menge Zinnlegierung oder Zinnoxid in der Nähe der obersten
Oberfläche
enthalten ist, wird auf diese Weise die Haftung an das Harz verbessert
und gleichzeitig können
Probleme, wie Innenwanderung in der herkömmlich verzinnten Schicht verhindert
werden.
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Es
ist bevorzugt, dass das Zinn mehr im Bereich der Oberflächenschicht
der Metallschicht als in einem Innenschichtbereich enthalten ist.
Genauer beträgt
an einer Stelle, welche für
0 bis 10 Sekunden einer Ar-Besputterung unterworfen wird, der Zinnanteil
nicht mehr als 60 Atom. Es ist bevorzugt, dass an einer Position, welche
für mehr
als 10 Sekunden der Ar-Besputterung
unterworfen war, der Kupferanteil nicht weniger als 50 Atoms beträgt. Hier
wird das Ar-Sputtern (Beschleunigungsspannung: 5 KV) unter Verwendung
einer Hochgeschwindigkeitsätzionenkanone
(XPS JPS-9010MC, hergestellt durch Japan Electron Optics Laboratory
Co. Ltd.) durchgeführt
und die Zusammensetzungen werden in regelmäßigen Intervallen während dem
Ar-Sputtern analysiert, wodurch die Zusammensetzungsänderung
in der Tiefenrichtung des Filmes gemessen wird. Die SiO2-Atzgeschwindigkeit
unter den gleichen Bedingungen beträgt 20 nm/min. In 60 Sekunden
Ar-Sputtern unter der oben erwähnten
Bedingung wird die Metallschicht auf eine Tiefe von etwa 40 nm gesputtert.
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Es
ist bevorzugt, dass die Dicke der Metallschicht nicht geringer als
20 nm und nicht mehr als 1 μm
ist.
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Das
Verfahren zur Herstellung des Haftvermittlers für Harz gemäß der vorliegenden Erfindung
ist nicht besonders beschränkt,
sondern kann beispielsweise durch Kontaktieren einer wässrigen
Lösung,
welche die nachfolgenden Inhaltsstoffe beinhaltet, mit Kupfer oder
einer Kupferlegierung gebildet werden:
- (1)
Säure;
- (2) Zinnsalz oder Zinnoxid;
- (3) Salz oder Oxid wenigstens eines Metalles, ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus Silber, Zink, Aluminium, Titan, Bismuth,
Chrom, Eisen, Cobalt, Nickel, Palladium, Gold und Platin;
- (4) Reaktionsbeschleuniger;
- (5) Lösungsmittel,
das das Diffusionssystem fixiert; und
- (6) Kupfersalz.
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1. Säure
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Eine
Säure wird
beigemischt, um den pH-Wert in Übereinstimmung
mit der Art des Zinnsalzes einzustellen und eine Oberfläche mit
ausgezeichneter Haftung zur Verfügung
zu stellen. Beispiele von bei der vorliegenden Erfindung einsetzbaren
Säuren
umfassen: anorganische Säuren,
wie Salzsäure,
Schwefelsäure, Salpetersäure, Fluorborsäure und
Phosphorsäure;
und wasserlösliche
organische Säuren,
welche umfassen: Carbonsäuren,
wie Ameisensäure,
Essigsäure,
Propionsäure
und Buttersäure;
Alkansulfonsäuren,
wie Methansulfonsäure
und Ethansulfonsäure;
und aromatische Sulfonsäuren,
wie Benzolsulfonsäure,
Phenolsulfonsäure
und Kresolsulfonsäure.
Unter diesen Beispielen sind Schwefelsäure und Salzsäure hinsichtlich
einiger Punkte bevorzugt, wie die Geschwindigkeit der Bildung des
Haftvermittlers und die Löslichkeit
einer Verbindung von Metall, wie Zinn und Kupfer. Die bevorzugte
Konzentration der Säure
beträgt
0,1 bis 50 Gew.%, bevorzugter 1 bis 30 Gew.% und besonders bevorzugt
1 bis 20 Gew.%. Wenn die Konzentration 50 Gew.% übersteigt, wird sich die Haftung
an das Harz verschlechtern. Wenn die Konzentration geringer als
0,1 Gew.% ist, wird der Bereich von Kupfer, der mit einer bestimmten
Menge Lösung
behandelt werden kann, beträchtlich
reduziert werden.
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2. Zinnsalz oder Zinnoxid
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Es
können
jegliche Zinnsalze ohne irgendeine besondere Beschränkung verwendet
werden, solange sie löslich
sind, jedoch sind Salze der oben erwähnten Säuren im Hinblick auf die Löslichkeit
bevorzugt. Beispiele der einsetzbaren Zinnsalze umfassen Zinn(II)salze
und Zinn(IV)salze, insbesondere Zinn(II)sulfat, Zinn(IV)sulfat,
Zinn(II)borfluorid, Zinn(II)fluorid, Zinn(IV)fluorid, Zinn(II)nitrat,
Zinn(IV)nitrat, Zinn(II)chlorid, Zinn(IV)chlorid, Zinn(II)format,
Zinn-(IV)format, Zinn(II)acetat und Zinn(IV)acetat. Ein Zinn(II)salz
ist hinsichtlich der raschen Bildung des Haftvermittlers bevorzugt
und das Zinn(IV)salz ist hinsichtlich der Stabilität in der Lösung bevorzugt.
Unter den Zinnoxiden wird Zinn(II)oxid bevorzugt.
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Es
ist bevorzugt, dass die Konzentration des Zinnsalzes oder des Zinnoxids
im Bereich von 0,05 bis 10 Gew.%, bezogen auf Zinn, und bevorzugter
0,1 bis 5 Gew.% und insbesondere bevorzugt 0,5 bis 3 Gew.% liegt.
Wenn die Konzentration 10 Gew.% übersteigt,
wird sich die Haftung an das Harz verschlechtern. Wenn die Konzentration
geringer als 0,05 Gew.% ist, wird die Bildung des Haftvermittlers
schwierig sein.
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3. Salz oder Oxid des Metalls
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Als
Salz oder Oxid des Metalls wird wenigstens ein Metall, ausgewählt aus
der Gruppe, bestehend aus Silber, Zink, Aluminium, Titan, Bismuth,
Chrom, Eisen, Cobalt, Nickel, Palladium, Gold und Platin verwendet.
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Von
diesen Metallen wird angenommen, dass sie dazu dienen, die Haftung
zwischen dem Kupfer und dem Harz deutlich zu verbessern und gleichzeitig
auf der Oberfläche
von Kupfer oder der Kupferlegierung wirken, so dass Lücken und
Mikroporen in/auf dem Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet
werden. Diese Metalle wirken leicht auf Kupfer ein und können in
einfacher Weise gehandhabt werden. Diese Metalle können ohne
irgendeine besondere Beschränkung
verwendet werden, solange sie als Salze oder Oxide der Metalle löslich sind,
und es gibt keine besondere Beschränkung der Wertigkeit der Metalle.
Beispiele umfassen: Oxide, wie Ag2O, ZnO,
Al2O3, TiO2, Bi2O3 und
Cr2O3; Halogenide,
wie AgCl, ZnCl2, TiCl3,
CoCl2, FeCl3, PdCl2, AuCl, ZnI2, AlBr3, ZnBr2, NiBr2 und BiI3; Salze
mit anorganischen Säuren,
wie Ag2SO4, NiSO4, CoSO4, Zn(NO3)2 und Al(NO3)3; und Salze mit
organischen Säuren,
wie CH3COOAg und (HCOO)2Zn.
Die bevorzugte Konzentration des Metallsalzes oder Metalloxids liegt
im Bereich von 0,1 bis 20 Gew.%, bezogen auf das Metall und bevorzugter
0,5 bis 10 Gew.% und besonders bevorzugt 1 bis 5 Gew.%. Wenn die
Konzentration 20 Gew.% übersteigt
oder wenn sie geringer als 0,1 Gew.% ist, wird sich die Haftung
an das Harz verschlechtern.
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4. Reaktionsbeschleuniger
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Ein
Reaktionsbeschleuniger wird ein Chelat in Koordination mit Kupfer
in der Basis bilden, so dass die Bildung eines Haftvermittlers für Harz auf
der Kupferoberfläche
erleichtert wird. Beispiele umfassen Thioharnstoff und Thioharnstoffderivate,
wie 1,3-Dimethylthioharnstoff, 1,3-Diethyl-2-thioharnstoff und Thioglycolsäure. Die
bevorzugte Konzentration des Reaktionsbeschleunigers liegt im Bereich
von 1 bis 50 Gew.%, bevorzugter 5 bis 40 Gew.% und besonders bevorzugt
10 bis 30 Gew.%. Wenn die Konzentration des Reaktionsbeschleunigers
50 Gew.% übersteigt,
wird sich die Haftung an das Harz verschlechtern. Wenn die Konzentration
geringer als 1 Gew.% ist, wird die Bildung des Haftvermittlers verzögert.
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5. Diffusionssystem fixierendes
Lösungsmittel
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Das
Diffusionssystem fixierende Lösungsmittel
der vorliegenden Beschreibung bezeichnet ein Lösungsmittel zur Fixierung der
Konzentration der Wirkkomponente, welche zur Bildung des Haftvermittlers
in der Nähe
der Kupferschichtoberfläche
erforderlich ist. Beispiele des das Diffusionssystem fixierenden
Lösungsmittels
umfassen: Glycole, wie Ethylenglycol, Diethylenglycol und Propylenglycol;
und Glycolester, wie Cellosolv, Carbitol und Butylcarbitol. Die
bevorzugte Konzentration des Diffusionssystem fixierenden Lösungsmittels
liegt im Bereich von 1 bis 80 Gew.%, bevorzugter 5 bis 60 Gew.%
und besonders bevorzugt 10 bis 50 Gew.%. Wenn die Konzentration
80 Gew.% übersteigt,
wird sich die Haftung an das Harz verschlechtern. Wenn die Konzentration
geringer als 1 Gew.% ist, wird die Bildung des Haftvermittlers schwierig
werden und die Stabilität
der Metallverbindung in der Lösung
wird sich beträchtlich
verschlechtern.
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6. Kupfersalz
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Kupfersalze,
wie CuSO4 und CuCl2 können ebenfalls
zugegeben werden. Als Ergebnis der Zugabe des Kupfersalzes ist die
Kupferkonzentration in der Lösung
erhöht
und wird zur Bildung einer Metallschicht mit hoher Haftung an das
Harz, wie in der vorliegenden Patentbeschreibung beschrieben, beitragen.
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Die
bevorzugte Konzentration des Kupfersalzes liegt innerhalb eines
Bereiches von 0,01 bis 10 Gew.%, bezogen auf Kupfer, bevorzugter
0,1 bis 3 Gew.% und besonders bevorzugt 0,5 bis 2 Gew.%.
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7. Weitere Additive
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Es
können
gegebenenfalls verschiedene Additive umfasst sein, beispielsweise
ein Tensid zur Bildung eines einheitlichen Haftvermittlers für Harz.
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Die
oben erwähnte
Lösung
zur Bildung eines Haftvermittlers kann leicht durch Auflösen der
jeweiligen Inhaltsstoffe in Wasser hergestellt werden. Es ist bevorzugt,
dass das Wasser Ionenaustauschwasser, reines Wasser, extra reines
Wasser oder dergleichen ist, aus welchem ionische Materialien und
Verunreinigungen entfernt worden sind.
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Bei
der Ausbildung des Haftvermittlers durch Verwenden der Lösung wird
die Lösung
zuerst mit der Oberfläche
des Kupfers oder der Kupferlegierung in Kontakt gebracht. Das Kupfer
oder die Kupferlegierung ist nicht besonders beschränkt, solange
sie an ein Harz gebunden werden kann. Das Kupfer kann in verschiedener
Weise geformt sein, wie zu einer Folie (elektrolytische Kupferfolie,
gewalzte Kupferfolie), Metallüberzüge (chemische
Verkupferung, elektrolytische Verkupferung), Drähte, Stäbe, Rohre und Platten, welche
als elektronische Teile, wie elektronische Substrate, Leitungsrahmen,
Ornamente und Baumaterialien verwendet werden. Das Kupfer kann in
Form von Verbindungen vorliegen, welche weitere Elemente in Abhängigkeit
von den Gegenständen
enthalten und die Beispiele umfassen Messing, Bronze, Kupfer-Nickel-Legierung,
Arsenik-Kupfer, Silicium-Kupfer, Titan-Kupfer und Chrom-Kupfer.
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Die
Oberfläche
des Kupfers kann glatt sein. Alternativ dazu kann sie durch Ätzen oder
dergleichen aufgeraut sein. Beispielsweise wird die Oberfläche durch Ätzen aufgeraut,
um einen Verankerungseffekt beim Laminieren mit Harz zu erhalten.
In diesem Fall ist die Haftung an das Harz infolge der Oberflächengeometrie des
Haftvermittlers und auch des Verankerungseffekts, welcher durch
das Aufrauen der Kupferoberfläche
geliefert wird, verbessert.
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Es
gibt keine besondere Beschränkung
für die
Bedingung zum Kontaktieren der Lösung
mit der Kupferoberfläche.
Beispielsweise kann bei einem Tauchverfahren die Lösung und
die Kupferoberfläche
für nicht länger als
5 Minuten bei einer Temperatur von 10 bis 70°C und bevorzugter in einer Zeit
von 5 Sekunden bis 5 Minuten bei einer Temperatur von 20 bis 40°C miteinander
in Kontakt gebracht werden. Dabei wirkt die Lösung auf die Kupferoberfläche ein
und es wird eine Metallschicht mit einer speziellen Geometrie auf
der Kupferoberfläche
ausgebildet.
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Die
so gebildete Metallschicht auf der Kupferoberfläche weist typischerweise eine
Dicke von nicht weniger als 20 nm und nicht mehr als 1 μm auf, um
die Haftung zwischen dem Kupfer und dem Harz deutlich zu verbessern.
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8. Bindung der Silanverbindung
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Es
kann des Weiteren eine Silanverbindung durch Reaktion an die Oberfläche der
Metallschicht des Haftvermittlers für Harz gemäß der vorliegenden Erfindung
gebunden sein. Das Verfahren zum Binden der Silanverbindung ist
nicht besonders beschränkt
und es können
beispielsweise die folgenden Schritte durchgeführt werden.
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a. Art der Silanverbindung
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Die
zu verwendende Silanverbindung kann in geeigneter Weise abhängig vom
Harz ausgewählt
werden. Beispiele, welche für
auf Epoxid basierendes Harz verwendet werden können, umfassen:
3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan;
3-Glycidoxypropyltriethoxysilan; 2-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilan;
N-2-(Aminoethyl)-3-aminopropylmethyldiethoxysilan;
N-2-(Aminoethyl)-3-aminopropyltriethoxysilan;
3-Aminopropyltrimethoxysilan;
3-Aminopropyltriethoxysilan;
N-Phenyl-3-aminoethyl-3-aminopropyltrimethoxysilan;
3-Mercaptopropyltrimethoxysilan
und 3-Mercaptopropylmethyldimethoxysilan.
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b. Menge an Silanverbindung
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Es
ist bevorzugt, das Silan schrittweise und langsam in eine wässrige Lösung von
Essigsäure
im Allgemeinen zu 0,1 bis 1 Gew.% unter Rühren getropft wird, um eine
wässrige
Lösung
der Silanverbindung von 0,1 bis 10 Gew.% herzustellen
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c. Behandlung
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Das
Verfahren zum Binden der Silanverbindung an die Metallschicht ist
nicht besonders beschränkt, es
kann jedoch beispielsweise das unten beschriebene Verfahren verwendet
werden.
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Eine
Basis, auf welcher die Metallschicht ausgebildet wird, wird in die
wässrige
Lösung
von Silan bei Raumtemperatur getaucht. Die Basis wird langsam herausgezogen,
abgetropft und getrocknet. Des Weiteren wird sie bei einer Temperatur
von 100 bis 120°C
während
etwa 30 Minuten getrocknet, um die Silanverbindung an die Oberfläche der
Metallschicht zu binden.
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Bei
einem alternativen Verfahren zum Binden der. Silanverbindung wird
die Basis mit der darauf ausgebildeten Metallschicht in die wässrige Lösung der
Silanverbindung bei Raumtemperatur getaucht, dann sofort bei einer
Temperatur von 25°C
bis 100°C
während
etwa 5 Sekunden bis etwa 5 Minuten oder bevorzugt 30 bis 150 Sekunden
getrocknet. Überschüssige Silanverbindung
wird dann von der Metallschichtoberfläche durch Spülen mit
Wasser entfernt.
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Auf
diese Weise kann die Silanverbindung gleichmäßig und homogen durch Trocknen
in kurzer Zeit unter Bedingungen gebunden werden, unter welchen überschüssige Silanverbindung
vor dem Spülen
mit Wasser nicht gebunden wird.
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9. Harz
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Beispiele
von an Kupfer zu bindendes Harz der vorliegenden Erfindung umfassen:
thermoplastische Harze, wie Acrylnitril-Styrolharz, Acrylnitril-Butadien-Styrolharz,
Fluorharz, Polyamid, Polyethylen, Polyethylenterephthalat, Polyvinylidenchiorid,
Polyvinylchlorid, Polycarbonat, Polystyrol, Polysulfon, Polypropylen, Flüssigkristallpolymer
und Polyetheretherketon; und hitzehärtbare Kunststoffe, wie Epoxidharz,
hoch hitzeresistentes Epoxidharz, modifiziertes Epoxidharz, Phenolharz,
modifiziertes Polyimid, Polyurethan, Bismaleimidtriazinharz, modifizierter
Polyphenylenether und modifizierter Cyanatester. Die Harze können mit
polyfunktionellen Gruppen modifiziert sein oder die Harze können mit
Fasern, wie Glasfasern oder Aramidfasern verstärkt sein.
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Unter
den oben beschriebenen Harzen weisen die Harze mit hohen Glasübergangstemperaturen
(so genannte Harze mit hohem Tg-Wert),
wie hoch hitzeresistentes Epoxidharz, modifiziertes Epoxidharz,
modifiziertes Polyimid, Bismaleimidtriazinharz, modifizierter Polyphenylenether
und modifizierter Cyanatester, Probleme bei der Verbesserung der
Haftung an Kupfer im Allgemeinen auf. Die vorliegende Erfindung
kann wirksam auf solche Harze angewendet werden.
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Hier
bezeichnet das "Harz
mit hohem Tg-Wert" ein
Harz mit einer Glasübergangstemperatur
von 150°C
oder höher
(gemessen mit TMA).
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Beispiele
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf Beispiele spezifiziert.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Beispiele beschränkt.
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Beispiel 1
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(1) Oberflächenbehandlung und Messung
der Haftfestigkeit
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Eine
elektrolytische Kupferfolie wurde um 2 um mit einer wässrigen
Lösung
von Natriumpersulfat geätzt,
um eine Chromatbeschichtung oder dergleichen, welche während der
Herstellung auf einer Kupferfolie vorgesehen ist, zu entfernen,
wodurch die saubere Kupferoberfläche
bloßgelegt
wird. Dann wurde das Kupfer in eine wässrige Lösung eingetaucht, welche 22
Gew.% Schwefelsäure,
1,8 Gew.% Zinnsulfat (Sn2 +),
5 Gew.% Nickelsulfat (Ni2 +),
15 Gew.% Thioharnstoff, 2 Gew.% Kupfersulfat, 30 Gew.% Diethylenglycol
und den Rest Ionenaustauschwasser enthält, bei einer Temperatur von
30°C während 60
Sekunden getaucht. Später
wurde das Kupfer mit Wasser gespült
und getrocknet.
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Auf
eine Oberfläche
der so erhaltenen Kupferfolie wurde ein Harz mit einer Kupferfolie
zum Aufbau einer Beschaltung (Harz mit Kupferfolie ABF-SHC, hergestellt
von Ajinomoto Co., Inc.; Glasübergangstemperatur
Tg (TMA) = 165°C)
laminiert und unter Hitze gepresst. Die Haftfestigkeit der Kupferfolie
bei dem so erhaltenen Laminat wurde gemäß JIS C 6481 gemessen. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
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(2) Geometrie der Metallschicht
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Die
Metallschicht hatte eine koralloide Struktur, gebildet aus einer
Zahl von Teilchen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und es war
eine Anzahl von Lücken
zwischen den Teilchen ausgebildet. Da es viele Lücken in der Nähe der Oberfläche der
Metallschicht gab, bildeten die Lücken viele Mikroporen auf der
Oberfläche
der Metallschicht. Durch FE-SEM (× 100.000) können solche
Mikroporen auf der Oberfläche
der Metallschicht beobachtet werden (1). Der
mittlere Durchmesser der Mikroporen betrug etwa 100 nm. Die Anzahl der
Mikroporen, die auf der Oberfläche
des Haftvermittlers vorlagen, betrug etwa 9 bis 10 im Bereich von
1 × 1 μm (1 μm2). 2 zeigt
einen Querschnitt der Metallschicht, beobachtet mit einem FE-SEM
(× 20.000).
Bei der Beobachtung betrug die maximale Tiefe der durch die Lücken unter
den Teilchen gebildeten Mikroporen etwa 100 bis etwa 500 nm. Die
diese Struktur aufweisende Metallschicht war aus Kupferlegierung,
hergestellt durch Mischen von Kupfer mit kleinen Mengen von Zinn
und anderen Metallen, hergestellt.
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(3) Zusammensetzungsanalyse in Richtung
der Tiefe der Metallschicht
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Die
Mischung von Kupfer mit Zinn und allen weiteren Metallen ist unten
spezifiziert. Der Kupferanteil ist relativ in der Nähe der Oberfläche des
Haftvermittlers niedrig und der Kupferanteil nimmt im Tiefenbereich zu.
Die in Beispiel 1 erhaltene Metallschicht wurde einer Zusammensetzungsanalyse
in Richtung der Tiefe mit XPS von der Oberflächenschicht zu einer Position
nach einem Ar-Sputtern (bis zu 60 Sekunden) unterworfen. Die in 3 gezeigten
Ergebnisse werden mit 4 verglichen, welche die Analyse
für einen
Fall zeigen, in dem Zinn mit einer Dicke von etwa 0,05 μm auf der
Kupferoberfläche
in Übereinstimmung
mit Vergleichsbeispiel 1 unten beschichtet war. In 3 war
der Zinngehalt auf der obersten Oberfläche größer als der Kupfergehalt (Ar-Sputterzeit:
0 bis 2 Sekunden), jedoch überwog
der Kupfergehalt in einer tieferen Position nach Sputtern für mehr als
10 Sekunden. Da die Sauerstoffmenge, bezogen auf Zinn, in der Nähe der obersten Oberfläche groß war, kann
in 3 des Weiteren in Betracht gezogen werden, dass
ein großer
Teil des Zinns in Form von Oxid vorlag. Andererseits wurde festgestellt,
dass in 4 eine große Menge Zinn als Metall enthalten
war. Die Metallschicht der vorliegenden Erfindung ist nicht auf
eine Kupferlegierung beschränkt,
sondern sie kann eine Kupferschicht mit der oben beschriebenen Geometrie
sein.
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Beispiele 2 und 3
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Die
Beispiele 2 und 3 wurden wie in Beispiel 1 durchgeführt, ausgenommen,
dass die Behandlungslösungen,
wie in Tabelle 1 unten gezeigt, geändert wurden. Die Ergebnisse
sind in Tabelle 1 gezeigt.
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Vergleichsbeispiel 1
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Vergleichsbeispiel
1 wurde wie Beispiel 1 durchgeführt,
ausgenommen, dass die Behandlungslösung in eine wässrige Lösung geändert wurde,
welche 12 Gew.% Zinn(II)-fluorborat, 17 Gew.% Thioharnstoff, 3 Gew.%
Natriumhypophosphit, 23 Gew.% Phenolsulfonsäure, 2,5 Gew.% Polyethylenglycol
(PEG) 400 und den Rest Ionenaustauschwasser enthält. Die Dicke der Zinnbeschichtung
wurde auf 0,05 μm
eingestellt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
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Vergleichsbeispiel 2
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Vergleichsbeispiel
2 wurde wie in Vergleichsbeispiel 1 durchgeführt, ausgenommen, dass die
Temperatur auf 70°C
und die Zeit auf 10 Minuten eingestellt wurde. Die Dicke der Zinnbeschichtung
wurde auf 1 μm eingestellt.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
Beispiele/
Vergleichsbeispiele | Additiv | (Gew.%) | Mittlere
Zahl von Poren/1 μm | Haftfestigkeit (Kgf/cm) |
Beispiel
1 | Schwefelsäure | 22 | 10 | 1,00 |
Zinn(II)sulfat | 1,8 |
Nickelsulfat | 5 |
Thioharnstoff | 15 |
Diethylenglycol | 30 |
Kupfersulfat | 2 |
Ionenaustauschwasser | Rest |
Beispiel
2 | Essigsäure | 50 | 8 | 1,07 |
Zinn(II)acetat | 3 |
Silbernitrat | 0,1 |
Thioharnstoff | 10 |
Ethylenglycol | 5 |
Kupferchlorid | 2 |
Beispiel
3 | Ionenaustauschwasser | Rest |
Salzsäure | 10 | 11 | 1,05 |
Zinn(II)nitrat | 1 |
Kobaltsulfat | 1,5 |
1,3-Diethyl-2-thio-harnstoff | 5 |
Ethylenglycol | 70 |
Kupferchlorid | 2 |
Ionenaustauschwasser | Rest |
Vergleichsbeispiel
1 | Zinn(II)fluorborat | 12 | 0 | 0,35 |
Thioharnstoff | 17 |
Natriumhypophosphit | 3 |
Phenolsulfonsäure | 23 |
PEG400 | 2,5 |
Ionenaustauschwasser | Rest |
Vergleichsbeispiel
2 | gleich
wie Vergleichsbsp. 1 | | 0 | 0,40 |
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Beispiel 4
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Eine
kupferkaschierte Laminierungsplatte mit einer Glasfaser, imprägniert mit
Epoxidharz (FR4-Grad; Glasübergangstemperatur
Tg (TMA) = 125°C)
wurde durch Binden von Kupferfolien mit einer Dicke von 18 μm auf beiden
Oberflächen
hergestellt. Die Kupferfolien wurden zur Reinigung mit 5 Gew.% Salzsäure für 10 Sekunden
bei Raumtemperatur besprüht.
Nachfolgend wurde das Kupfer mit Wasser gespült und getrocknet.
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Danach
wurde die Platte in die wässrige
Lösung
aus Beispiel 1 bei 30°C
während
30 Sekunden eingetaucht, dann mit Wasser gespült und getrocknet. Eine wässrige Lösung von
1 Gew.% Essigsäure
wurde hergestellt. Diese Lösung
wurde gerührt
und es wurde nach und nach 1 Gew.% 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan zugegeben
und die Lösung
wurde des Weiteren für
eine Stunde gerührt,
wobei eine farblose transparente Lösung erhalten wurde. In diese
wässrige
Lösung
wurde die in der oben beschriebenen Weise behandelte kupferkaschierte
Platte eingetaucht und 30 Sekunden geschüttelt. Dann wurde die Platte
herausgezogen und ausreichend abtropfen gelassen. Später wurde
die Platte direkt in einen auf 100°C eingestellten Ofen eingebracht (ohne
Spülen
mit Wasser), um für
30 Minuten getrocknet zu werden.
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Zur
Einschätzung
der Haftung zwischen der so erhaltenen Platte und einem Harz wurden
FR4-gradige Pre-Pregs auf beiden Seiten des Laminats aufgebracht
und laminiert, welches Hitze und Druck unterworfen wurde, um ein
Laminat zu erzeugen. Dieses Laminat wurde für 8 Stunden bei 121°C, 100 Luftfeuchtigkeit
und 2 Atmosphären
Druck in einem Dampfkochtopf mit einer Last beaufschlagt. Dann wurde
es in ein Schmelzlötbad
während
1 Minute in Übereinstimmung
mit JIS C 6481 eingetaucht, um die Abschälung (Schwellung) des Pre-Pregs
zu untersuchen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
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Beispiel 5
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Beispiel
5 wurde wie Beispiel 4 durchgeführt,
ausgenommen, dass das Silan durch 1-Aminopropyltrimethoxysilan ersetzt
wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
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Beispiel 6
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Eine
kupferkaschierte Platte, die wie in Beispiel 4 behandelt war, wurde
wie in Beispiel 4 in das Silan eingetaucht und he rausgenommen. Die
Platte wurde bei 70°C
für 60
Sekunden getrocknet und nachfolgend mit Wasser von Raumtemperatur
für 60
Sekunden gespült
und bei 70°C
für 60
Sekunden getrocknet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
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Vergleichsbeispiel 3
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Vergleichsbeispiel
3 wurde wie Beispiel 4 durchgeführt,
ausgenommen, dass die Behandlungslösung von Beispiel 1 durch jene
von Vergleichsbeispiel 1 ersetzt wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle
2 gezeigt. Tabelle 2
| Spaltversuch |
Beispiel
4 | Kein
Abschälen |
Beispiel
5 | Kein
Abschälen |
Beispiel
6 | Kein
Abschälen |
Vergleichsbeispiel
3 | Abschälen auf
der ganzen Oberfläche |
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Ist
das Laminat der vorliegenden Erfindung eine Schalttafel, bei welcher
der Haftvermittler auf der Oberfläche der leitfähigen Schicht
ausgebildet ist, wird die Schalttafel infolge der ausgezeichneten
Haftung für beispielsweise
eine Zwischenschicht aus Isolierharz (Pre-Preg, chemischer Beschichtungsklebstoff,
filmartiges Harz, flüssiges
Harz, photoempfindliches Harz, hitzehärtendes Harz und thermoplastisches
Harz), Lötstopplack, Ätzlack,
leitfähigem
Harz, leitfähiger
Paste, leitfähigem
Klebstoff, dielektrischem Harz, Füllharz und einem flexiblen
Deckschichtfilm Zuverlässigkeit
besitzen.
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Das
Laminat der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise insbesondere
für ein
Kompositsubstrat zur Bildung von Druckkontaktierungen verwendet,
indem feine Kupferbeschaltungen, chemische und elektrolytische Kupferbeschichtung
und leitfähige
Pasten, wie eine Kupferpaste verwendet werden. Das Kompositsubstrat
kann aus solchen ausgewählt
sein, die durch Schublaminierung oder durch aufeinander folgende
Laminierung erzeugt werden.
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Die
vorliegende Erfindung lässt
sich auch auf ein so genanntes Metall-Kern-Substrat anwenden, welches
eine Kupferplatte als Kern umfasst. Wenn die Kupferplatte eine Oberfläche aus
dem oben erwähnten Haftvermittler
für Harz
besitzt, wird die Haftung zwischen der Kupferplattenoberfläche und
einem darauf laminierten Isolierharz ausgezeichnet sein.