JP6869954B2 - 導電層形成用塗布液、導電層の製造方法及び導電層 - Google Patents
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Description
本出願は、2016年3月15日出願の日本出願第2016−51703号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
上記公報に記載のプリント配線板は、金属微粒子を含む塗布液をベースフィルム上に塗布した上、この塗布液を加熱することで、このベースフィルム上に導電層(金属微粒子焼結層)を直接密着させることができる。そのため、このプリント配線板は、例えばベースフィルム上に接着剤を介して導電層を積層する場合と比べると一定程度の高密度化を図ることができる。しかしながら、一般に金属微粒子は塗布液中で凝集し易いため、この塗布液をベースフィルム上に塗布しても、金属微粒子がこのベースフィルム上に均一分散され難い。そのため、この塗布液を熱処理して得られる導電層は、部分的な粗密が生じ易く、緻密性及び表面の平滑性が不十分となり易い。
[本発明の効果]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
<導電層形成用塗布液>
当該導電層形成用塗布液は、プリント配線板基材の形成に用いられる。具体的には、当該導電層形成用塗布液は、プリント配線板を構成するベースフィルムの一方側面に塗布された上、加熱処理されることで、このベースフィルムに積層され、金属微粒子が焼結された導電層(金属微粒子焼結層)を形成する。
上記金属微粒子は、上述のように銅又は銅合金を主成分とする。上記金属微粒子の平均粒子径D50の下限としては、1nmが好ましく、5nmがより好ましく、10nmがさらに好ましい。一方、上記平均粒子径D50の上限としては、200nmが好ましく、100nmがより好ましい。上記平均粒子径D50が上記下限に満たないと、分散媒中における金属微粒子の分散性及び安定性が低下するおそれがある。逆に、上記平均粒子径D50が上記上限を超えると、当該導電層形成用塗布液を塗布した際の金属微粒子の密度が不均一になり易く、その結果十分に緻密な導電層を形成し難くなるおそれがある。
上記分散剤としては、上述のようにPEI−PEOグラフト共重合体が用いられる。このPEI−PEOグラフト共重合体は、PEI部分をコアとするデンドリマー構造を有することが好ましい。上記PEI−PEOグラフト共重合体は、分散媒中においてPEI部分の窒素原子を上記金属微粒子側に配位した状態で存在している。上記PEI−PEOグラフト共重合体は、PEI部分の窒素原子を上記金属微粒子側に配位した状態で存在することで、上記金属微粒子の凝集を抑制し、この金属微粒子を分散媒中に均一分散させている。なお、当該導電層形成用塗布液は、上記分散剤としてPEI−PEOグラフト共重合体と共に他の分散剤を含んでいてもよいが、金属微粒子の均一分散性を効果的に向上するためには他の分散剤を含まないことが好ましい。
当該導電層形成用塗布液に含有される分散媒としては、特に限定されるものではないが、典型的には水が用いられる。
当該導電層形成用塗布液は、塩化物イオンをさらに含むことが好ましい。当該導電層形成用塗布液は、塩化物イオンをさらに含むことで、上記PEI−PEOグラフト共重合体のポリエチレンオキサイド鎖の末端のOH基が電離し難くなる。そのため、当該導電層形成用塗布液が塩化物イオンをさらに含むことで、上記PEI−PEOグラフト共重合体の分散媒中での分散性を向上させて上記金属微粒子の分散性をより高めることができる。
当該導電層形成用塗布液は、例えば高温処理法、液相還元法、気相法等によって金属微粒子を製造し、この金属微粒子を水洗浄した上、この金属微粒子を上記分散剤(PEI−PEOグラフト共重合体)が分散媒中に所定濃度で含有された溶液中に分散させることで製造することができる。
次に、図1〜図4を参照しつつ、上記金属微粒子、分散剤及び分散媒を含有する当該導電層形成用塗布液を用いた導電層の製造方法を説明する。なお、以下では、当該導電層形成用塗布液を用いてプリント配線板用基材の導電層を製造する場合について説明する。
上記塗布工程では、図1に示すように、ベースフィルム1の一方側面に当該導電層形成用塗布液を塗布する。
上記加熱工程では、図2に示すように、塗膜3を焼成することで金属微粒子焼結層4を形成する。上記加熱工程では、塗膜3の焼成によって金属微粒子2同士を焼結すると共に、金属微粒子2の焼結体をベースフィルム1の一方側面に固着させる。なお、塗膜3に含まれる分散剤等やその他の有機物はこの焼成によってほぼ全量が揮発又は分解される。
上記金属めっき層形成工程は、第1金属めっき層形成工程と、第2金属めっき層形成工程とを有する。
上記第1金属めっき層形成工程では、図3に示すように、金属微粒子焼結層4の外面(一方側面)に第1金属めっき層5を形成する。具体的には、上記第1金属めっき層形成工程では、金属微粒子焼結層4の空隙をめっき金属で充填すると共に、このめっき金属を金属微粒子焼結層4の一方側面に積層する。当該導電層の製造方法は、上記第1金属めっき層形成工程を有することによって、導電層とベースフィルム1との密着力を高めることができる。
上記第2金属めっき層形成工程では、図4に示すように、第1金属めっき層5の外面(一方側面)に第2金属めっき層6を形成する。当該導電層の製造方法は、上記第2金属めっき層形成工程を有することによって、導電層の厚さを容易かつ確実に調整することができる。
当該導電層は、上述の当該導電層の製造方法によって得られる。当該導電層は、金属微粒子の焼結体(金属微粒子焼結層4)を含む。この金属微粒子は銅又は銅合金を主成分とする。また、金属微粒子焼結層4は、PEI−PEOグラフト共重合体由来の残存物を含み、上記PEI−PEOグラフト共重合体の中のPEI部分の重量平均分子量が300以上1,000以下、上記PEI部分の窒素原子に対するPEO鎖のモル比が10以上50以下、上記PEI−PEOグラフト共重合体の重量平均分子量が3,000以上54,000以下である。
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
[No.1]
還元剤としての三塩化チタン溶液80g(0.1M)、pH調整剤としての炭酸ナトリウム50g、錯化剤としてのクエン酸ナトリウム90g、及び分散剤としてのPEI−PEOグラフト共重合体1gをビーカー内で純水1Lに溶解させ、この水溶液を35℃に保温した。また、この水溶液に同温度(35℃)で保温した硝酸銅三水和物10g(0.04M)の水溶液を添加し撹拌させることで銅微粒子を析出させた。さらに、遠心分離により分離した銅微粒子に対し、200mLの純水による洗浄工程を2回繰り返した上、この銅微粒子を乾燥させることで粉末状の銅微粒子を得た。この銅微粒子の平均粒子径D50は30nmであった。続いて、この粉末状の銅微粒子に純水を加えて濃度調整を行うことで、銅微粒子の含有割合が30質量%である導電層形成用塗布液を製造した。この導電層形成用塗布液に含まれるPEI−PEOグラフト共重合体のPEI部分の重量平均分子量(Mw)、PEI部分の窒素原子に対するPEO鎖のモル比、上記PEI−PEOグラフト共重合体の重量平均分子量(Mw)を表1に示す。また、この導電層形成用塗布液のpH、金属微粒子に対する分散剤(PEI−PEOグラフト共重合体)由来の窒素原子の含有割合、塩化物イオンの含有量を表1に示す。さらに、この導電層形成用塗布液300μLを親水化処理を行ったポリイミドフィルム(10cm角)上にバーコート法により塗布して塗膜を形成した。そして、この塗膜を250℃で焼成することで金属微粒子の焼結体からなる導電層を形成した。
測定装置:東ソー社の「HLC−8220GPC」
カラム:GMH−HR−H
移動相:N−メチル−2−ピロリドン
カラム温度:40℃
流速:0.5mL/分
試料濃度:1.0質量%
試料注入量:10μL
検出器:示差屈折計
標準物質:単分散ポリスチレン
銅微粒子の平均粒子径D50、導電層形成用塗布液に含まれるPEI−PEOグラフト共重合体のPEI部分の重量平均分子量(Mw)、PEI部分の窒素原子に対するPEO鎖のモル比、PEI−PEOグラフト共重合体の重量平均分子量(Mw)、銅微粒子の含有割合、導電層形成用塗布液のpH、金属微粒子に対する分散剤由来の窒素原子の含有割合及び塩化物イオンの含有量が表1の通りである導電層形成用塗布液を製造した。なお、No.2〜No.11では、導電層形成用塗布液における分散剤の濃度を調整するために純水(分散媒)中に適宜PEI−PEOグラフト共重合体を添加した以外はNo.1と同様の方法で導電層形成用塗布液を製造した。これらの導電層形成用塗布液300μLをそれぞれ親水化処理を行ったポリイミドフィルム(10cm角)上にバーコート法により塗布して塗膜を形成した。さらに、これらの塗膜を250℃で焼成することで金属微粒子の焼結体からなる導電層を形成した。
[No.12〜No.15]
銅微粒子の平均粒子径D50、導電層形成用塗布液に含まれるPEI−PEOグラフト共重合体のPEI部分の重量平均分子量(Mw)、PEI部分の窒素原子に対するPEO鎖のモル比、PEI−PEOグラフト共重合体の重量平均分子量(Mw)、銅微粒子の含有割合、導電層形成用塗布液のpH、金属微粒子に対する分散剤由来の窒素原子の含有割合及び塩化物イオンの含有量が表1の通りである導電層形成用塗布液を製造した。なお、No.12〜No.15では、導電層形成用塗布液における分散剤の濃度を調整するために純水(分散媒)中に適宜PEI−PEOグラフト共重合体を添加した以外はNo.1と同様の方法で導電層形成用塗布液を製造した。これらの導電層形成用塗布液300μLをそれぞれ親水化処理を行ったポリイミドフィルム(10cm角)上にバーコート法により塗布して塗膜を形成した。さらに、これらの塗膜を250℃で焼成することで金属微粒子の焼結体からなる導電層を形成した。
金属微粒子の表面を100k〜300k倍の倍率で走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察し、任意に抽出した金属微粒子100個を測長して粒子径の小さい順に体積を積算した際の累積体積が50%となる粒子径[nm]を測定した。この測定結果を表2に示す。
株式会社キーエンス製のレーザー電子顕微鏡「VK−X150」を用い、対物レンズ100倍、デジタルズーム1倍で、塗膜の表面を観察し、高さカットレベル90として30×30μmの範囲を分析し、ISO25178に準拠して表面粗さSa[μm]を測定した。この測定結果を表2に示す。
株式会社三菱化学アナリテック製の「ロレスタGP MCP−T610型」を用い、JIS−K7194:1994に準拠して導電層の比抵抗値[μΩ・cm]を測定した。この測定結果を表2に示す。なお、この比抵抗値の上限値は10,000[μΩ・cm]である。
表1及び表2に示すように、No.1〜No.11は、PEI−PEOグラフト共重合体のPEI部分の重量平均分子量(Mw)、PEI部分の窒素原子に対するPEO鎖のモル比及びPEI−PEOグラフト共重合体の重量平均分子量(Mw)が適切に調整されているので、導電層形成用塗布液中での金属微粒子の凝集が抑制されており、その結果金属微粒子の平均粒子径D50に対する平均粒子径D50SEMの比が低く抑えられていることが分かる。また、No.1〜No.11は、金属微粒子の平均粒子径D50SEMが小さく抑えられると共に、導電層形成用塗布液中での金属微粒子の均一分散性に優れているので、表面粗さが十分に小さい緻密な塗膜が得られ、これにより緻密な導電層が得られていることが分かる。特に、PEI−PEOグラフト共重合体のPEI部分の重量平均分子量(Mw)、PEI部分の窒素原子に対するPEO鎖のモル比及びPEI−PEOグラフト共重合体の重量平均分子量(Mw)が十分に調整されると共に、金属微粒子の平均粒子径D50が十分に小さく、平均粒子径D50に対する平均粒子径D50SEMの比が十分に低いNo.1、No.3、No.5、No.6及びNo.11は、均一で微小な金属微粒子が導電層形成用塗布液中に均一分散されているので、得られる塗膜の表面粗さが特に小さく抑えられており、導電層の比抵抗値も低くなっていることが分かる。
2 金属微粒子
3 塗膜
4 金属微粒子焼結層
5 第1金属めっき層
6 第2金属めっき層
Claims (5)
- 金属微粒子、分散剤及び分散媒を含有する導電層形成用塗布液であって、
上記金属微粒子の主成分が銅又は銅合金であり、
上記分散剤がポリエチレンイミン−ポリエチレンオキサイドグラフト共重合体であり、
上記グラフト共重合体中のポリエチレンイミン部分の重量平均分子量が300以上1,000以下、上記ポリエチレンイミン部分の窒素原子に対するポリエチレンオキサイド鎖のモル比が10以上50以下、上記グラフト共重合体の重量平均分子量が3,000以上54,000以下であり、
上記金属微粒子の平均粒子径D 50 が1nm以上200nm以下である導電層形成用塗布液。 - pHが4以上8以下である請求項1に記載の導電層形成用塗布液。
- 上記金属微粒子に対する分散剤由来の窒素原子の含有割合が0.01質量%以上10質量%以下である請求項1又は請求項2に記載の導電層形成用塗布液。
- 金属微粒子、分散剤及び分散媒を含有する導電層形成用塗布液を用いた導電層の製造方法であって、
上記導電層形成用塗布液を塗布する塗布工程と、
塗布後の導電層形成用塗布液を加熱する加熱工程と
を備え、
上記金属微粒子の主成分が銅又は銅合金であり、
上記分散剤がポリエチレンイミン−ポリエチレンオキサイドグラフト共重合体であり、
上記グラフト共重合体中のポリエチレンイミン部分の重量平均分子量が300以上1,000以下、上記ポリエチレンイミン部分の窒素原子に対するポリエチレンオキサイド鎖のモル比が10以上50以下、上記グラフト共重合体の重量平均分子量が3,000以上54,000以下であり、
上記金属微粒子の平均粒子径D 50 が1nm以上200nm以下である導電層の製造方法。 - 金属微粒子の焼結体を含む導電層であって、
上記金属微粒子の主成分が銅又は銅合金であり、
上記焼結体がポリエチレンイミン−ポリエチレンオキサイドグラフト共重合体由来の残存物を含み、
上記グラフト共重合体の中のポリエチレンイミン部分の重量平均分子量が300以上1,000以下、上記ポリエチレンイミン部分の窒素原子に対するポリエチレンオキサイド鎖のモル比が10以上50以下、上記グラフト共重合体の重量平均分子量が3,000以上54,000以下であり、
上記金属微粒子の平均粒子径D 50 が1nm以上200nm以下である導電層。
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