JP2018181945A - High frequency board - Google Patents
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Abstract
【課題】
高密度実装された高周波基板の放熱性を高め、長期にわたって電子機器を発熱から保護し、安定した信頼性を保持することができるという、放熱性に優れた高周波基板を提供することを目的とする。
【解決手段】
本発明の高周波基板は、高周波信号の高速伝送用高周波基板であって、基材となる樹脂フィルムの一方の表面に配線層となる銅層を備え、もう一方の表面に放熱層となるダイヤモンドライクカーボン層と、を備える高周波基板である。
【選択図】なし【Task】
An object of the present invention is to provide a high frequency substrate excellent in heat dissipation, which can enhance the heat dissipation of a high density mounted high frequency substrate, protect electronic devices from heat generation over a long period of time, and maintain stable reliability. .
[Solution means]
The high frequency substrate according to the present invention is a high frequency substrate for high speed transmission of high frequency signals, wherein one surface of a resin film as a base material is provided with a copper layer as a wiring layer and the other surface is a diamond like layer as a heat dissipation layer. And a carbon layer.
【Selection chart】 None
Description
本発明は、高周波基板の放熱性を改善し、長期信頼性を向上させた高周波信号の高速伝送用高周波基板に関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a high frequency substrate for high speed transmission of a high frequency signal, which improves the heat dissipation of the high frequency substrate and improves the long-term reliability.
近年、電子機器の高性能化、小型化の要求に伴い、半導体等の電子部品の高密度化、高機能化が要求されている。特に高周波帯域を使用する通信機器の小型化に加え、通信速度の高速化によって、単位体積あたりの発熱量が増加している。 In recent years, with the demand for higher performance and miniaturization of electronic devices, higher density and higher functionality of electronic components such as semiconductors have been required. In particular, in addition to the miniaturization of the communication equipment using the high frequency band, the heat generation amount per unit volume is increased due to the speeding up of the communication speed.
このような高周波信号の高速伝送デバイスの実用化には、種々の課題が指摘されているが、最も大きな課題の一つに発熱問題がある。高出力・高密度で作動させるため高温になり、その信頼性が大きく低下してしまう。従って、この発熱を早く効率的に放熱することにより、信頼性の低下を防止し、長期信頼性を向上することが重要な課題となっている。 Various problems have been pointed out for practical use of such a high-speed signal transmission device for high frequency signals, but one of the biggest problems is the heat generation problem. The high power and high density operation results in high temperature, which greatly reduces the reliability. Therefore, it is important to prevent the deterioration of the reliability and improve the long-term reliability by radiating the heat quickly and efficiently.
高周波信号の高速伝送を実現するために、種々の配線基板の改善が検討されている。通常、高周波回路に採用されるプリント基板は、使用する周波数・許容されるサイズ・コストなどを総合的に判断して最適なプリント基板の材質を選択するが、フレキシブル性を備えたポリイミド樹脂に電解銅箔を貼り付けた基板などが用いられてきた。 In order to realize high-speed transmission of high frequency signals, improvements in various wiring boards are being studied. Usually, the printed circuit board adopted for the high frequency circuit selects the most suitable printed circuit board material by comprehensively judging the frequency to be used, allowable size, cost, etc. Substrates to which copper foil is attached have been used.
例えば、特許文献1には、プリント基材に貼り付ける銅箔との密着性を高めるために、電解液中にモリブデン、鉄、コバルト、ニッケル、タングステンなどの金属塩を添加し、これらの金属を含む銅めっき層を形成し、めっき層中の銅の結晶粒径の一部を粗大化させ、銅めっき層の表面に凹凸を形成し、基材との密着性を改善するプリント基板の製造方法が開示されている。しかしながら、高周波信号の高速伝送にはこの粗大化した銅結晶により形成された粗大粒の界面や、表面の凹凸の存在により、信号が反射して高周波信号の伝送損失が増加するという問題があった。 For example, in Patent Document 1, metal salts such as molybdenum, iron, cobalt, nickel, tungsten and the like are added to an electrolytic solution in order to enhance adhesion with a copper foil to be attached to a print substrate, and these metals A method for producing a printed circuit board, comprising forming a copper plating layer containing the metal layer, coarsening a part of the crystal grain size of copper in the plating layer, forming irregularities on the surface of the copper plating layer, and improving adhesion with a substrate Is disclosed. However, high-speed transmission of high-frequency signals has the problem that signals are reflected and transmission loss of high-frequency signals increases due to the presence of rough grained interfaces formed by the coarsened copper crystals and surface irregularities. .
また、特許文献2には、回路用銅箔と樹脂基板との接着強度を高めるためにGeを含有する多数の銅電着物からなる粗化処理層を形成する技術が開示されている。Geイオンを電解液中に含有させることにより銅析出物のデンドライト化を抑制し、球状化させ、後のエッチング処理時に銅微粉の発生による粉落ちを防止し、基板とのを密着性の改善はみられるが、高周波信号の伝送損失は避けられないという問題があった。 Further, Patent Document 2 discloses a technique for forming a roughened layer made of a large number of copper electrodeposits containing Ge in order to enhance the adhesion strength between a circuit copper foil and a resin substrate. The inclusion of Ge ions in the electrolyte suppresses dendrite formation of copper precipitates and makes them spherical, prevents powder loss due to the generation of copper fines during the subsequent etching treatment, and improves adhesion with the substrate. Although it can be seen, there is a problem that transmission loss of high frequency signal is inevitable.
本発明は、高密度実装された高周波基板の放熱性を高め、長期にわたって電子機器を発熱から保護し、放熱性に優れた高周波信号の高速伝送用高周波基板を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to improve the heat dissipation of a high-density mounted high frequency substrate, protect electronic devices from heat generation over a long period of time, and provide a high frequency substrate for high speed transmission of high frequency signals excellent in heat dissipation.
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、高周波信号の高速伝送用高周波基板の構成として、基材の樹脂フィルムの一方の表面に、所定の膜厚の平滑性に優れ且つ緻密な膜質であり基材との高い密着性を有する配線層の銅層を備え、もう一方の表面に高い熱伝導率を有し且つ高い硬度を有するダイヤモンドライクカーボン層を放熱層として備える構成とすることで、優れた放熱性を備えることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive investigations to solve the above problems, the inventor of the present invention has excellent smoothness of a predetermined film thickness on one surface of a resin film of a substrate as a configuration of a high frequency substrate for high speed transmission of high frequency signals. And, a dense film, a copper layer of a wiring layer having high adhesion to a substrate, and a diamond-like carbon layer having high thermal conductivity and high hardness on the other surface are provided as a heat dissipation layer. As a result, it has been found that the heat dissipation properties are excellent, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明の高周波基板は、高周波信号の高速伝送用高周波基板であって、基材となる樹脂フィルムの一方の表面に銅層を備え、もう一方の表面にダイヤモンドライクカーボンを備える高周波基板であることを特徴とする。 That is, the high frequency substrate of the present invention is a high frequency substrate for high-speed transmission of high frequency signals, which comprises a copper layer on one surface of a resin film as a base material and diamond like carbon on the other surface. It is characterized by
本発明の高周波基板は、基材の樹脂フィルムの一方の表面に、所定の膜厚の平滑性に優れ且つ緻密な膜質の銅層を備え、もう一方の表面に高い熱伝導率を有し且つ高い硬度を有するダイヤモンドライクカーボン層を放熱層として備える構成としている。このような構成とすることで、高周波信号の伝送損失が少なく、且つ優れた放熱性を備え、また長期間使用しても、基板が高温にさらされることを防止し、信頼性を向上することができる。以上のことから本発明の高周波基板は、高速伝送デバイスの実用化に貢献できる。 The high frequency substrate of the present invention comprises a copper film excellent in smoothness and dense film quality having a predetermined film thickness on one surface of the resin film of the base material, and having high thermal conductivity on the other surface and A diamond-like carbon layer having high hardness is provided as a heat dissipation layer. With such a configuration, transmission loss of high frequency signals is small, and excellent heat dissipation is provided, and even when used for a long time, the substrate is prevented from being exposed to high temperatures, and reliability is improved. Can. From the above, the high frequency substrate of the present invention can contribute to the practical use of a high speed transmission device.
以下に、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明の高周波基板は、高周波信号の高速伝送用高周波基板であって、基材となる樹脂フィルムの一方の表面に銅層を備え、もう一方の表面にダイヤモンドライクカーボンを備えることを特徴としている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
The high-frequency substrate of the present invention is a high-frequency substrate for high-speed transmission of high-frequency signals, characterized in that a copper layer is provided on one surface of a resin film as a substrate and diamond-like carbon is provided on the other surface. .
本発明の高周波基板は、高密度実装された基板の放熱性を高めており、長期間使用による発熱を効率的に放熱することで、実装された電子機器の信頼性の低下を防止し、高周波基板として放熱性に優れている。本発明の高周波基板は、優れた放熱性を有している限り、その形状に特に制限はなく、例えば基材の樹脂フィルムや配線層としての銅層の厚さは、使用目的など必要に応じて調整することができる。 The high frequency substrate of the present invention enhances the heat dissipation of the high density mounted substrate, and efficiently dissipates the heat generated by long-term use, thereby preventing the decrease in the reliability of the mounted electronic device. Excellent heat dissipation as a substrate. The shape of the high frequency substrate of the present invention is not particularly limited as long as it has excellent heat dissipation properties. For example, the thickness of the resin film of the base material or the thickness of the copper layer as the wiring layer Can be adjusted.
以下に、本発明について、(1)基材、(2)銅層、(3)ダイヤモンドライクカーボン層、(4)高周波基板の製造方法の順に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in the order of (1) base material, (2) copper layer, (3) diamond like carbon layer, and (4) method of manufacturing high frequency substrate.
(1)基材
本発明の高周波基板の基材は、高周波基板の用途に適した材料を選択することができる。例えば、安価で汎用的に使用されるポリエチレンテレフタレート(PET)、耐熱性・耐薬品性・寸法安定性に優れた液晶ポリマー(LCP)、透明性・低誘電率を有し耐熱性も優れたシクロオレフィンポリマー(COP)、機械強度・低誘電率を有し耐熱性も優れたポリイミド樹脂(PI)などの樹脂を挙げることができる。
(1) Substrate The substrate of the high frequency substrate of the present invention can be selected from materials suitable for the application of the high frequency substrate. For example, inexpensive and widely used polyethylene terephthalate (PET), liquid crystal polymer (LCP) excellent in heat resistance, chemical resistance and dimensional stability, cyclo also having transparency, low dielectric constant and excellent heat resistance Resins, such as an olefin polymer (COP) and polyimide resin (PI) which has mechanical strength and a low dielectric constant and is excellent also in heat resistance, can be mentioned.
基材の形態としては、高密度実装し、高速伝送用配線基板として使用することから、表面の平滑性が高い樹脂フィルムを高周波基板の基材として選択する。 As the form of the base material, a resin film with high surface smoothness is selected as the base material of the high frequency substrate because it is mounted at high density and used as a wiring substrate for high speed transmission.
本発明の高周波基板の用途、使用目的により、形状だけでなく、配線層としての銅層及び放熱層としてのダイヤモンドライクカーボン層を支持し、その機能を損なわない範囲で樹脂フィルムの厚さを任意に選択することができる。 In addition to the shape, the copper layer as a wiring layer and the diamond like carbon layer as a heat dissipation layer are supported depending on the application and purpose of use of the high frequency substrate of the present invention, and the thickness of the resin film is arbitrary Can be selected.
樹脂フィルムの厚さとしては、10μm以上400μm以下の範囲が好ましく、20μm以上200μm以下の範囲がより好ましい。樹脂フィルムの厚さが、10μm未満では、銅層、ダイヤモンドライクカーボン層を支持する基板としての強度が不足するため好ましくない。樹脂フィルムの厚さが、400μmを超えると、配線層としての銅層側で発生した熱が効率よく放熱層としてのダイヤモンドライクカーボン層に伝わりにくくなるため好ましくない。また、加工性やハンドリング性が悪くなるため好ましくない。 The thickness of the resin film is preferably in the range of 10 μm to 400 μm, and more preferably in the range of 20 μm to 200 μm. If the thickness of the resin film is less than 10 μm, it is not preferable because the strength as a substrate for supporting the copper layer and the diamond-like carbon layer is insufficient. When the thickness of the resin film exceeds 400 μm, it is not preferable because the heat generated on the copper layer side as the wiring layer becomes difficult to be efficiently transmitted to the diamond like carbon layer as the heat dissipation layer. Moreover, it is not preferable because the processability and the handling property deteriorate.
(2)銅層
本発明の高周波基板の配線層には、電気抵抗が少なく電気配線回路に汎用的に使われている銅を用いる。銅は、コスト的にも比較的安価で、配線加工しやすいので好ましい。配線層としての銅層の厚さは任意に設定できるが、高密度に実装した高周波基板として使用する場合の銅層の厚さとしては、1μm以上20μm以下の範囲とすることが好ましい。さらに高密度化するには、1μm以上4μm以下の厚さの銅層とすることがより好ましい。厚さが1μm未満では、配線層が薄すぎて、断線のおそれが生じ、厚さが20μmを超えると、配線の断面が台形状になり、配線上部と下部の配線幅に差が生じ、高密度に配線した際に配線間でショート不良のおそれが生じ好ましくない。
(2) Copper Layer In the wiring layer of the high frequency substrate of the present invention, copper which is used for general purpose in electric wiring circuits with small electric resistance is used. Copper is preferable because it is relatively inexpensive and easy to process wiring. The thickness of the copper layer as the wiring layer can be set arbitrarily, but the thickness of the copper layer when used as a high-frequency substrate mounted at high density is preferably in the range of 1 μm to 20 μm. In order to further increase the density, it is more preferable to use a copper layer with a thickness of 1 μm to 4 μm. If the thickness is less than 1 μm, the wiring layer is too thin and there is a fear of disconnection, and if the thickness exceeds 20 μm, the cross section of the wiring becomes trapezoidal, and a difference occurs in the wiring width between the upper and lower parts. When wiring is performed at the density, there is a possibility that a short circuit may occur between the wirings, which is not preferable.
本発明の銅層は、下地層にスパッタリング法により成膜した銅層を形成することが望ましい。スパッタリング法で成膜した銅層と基材の樹脂フィルムとの密着性は、化学結合により極めて高い。表面が平滑な基材を選択することで、表面を粗面化処理せずに、平滑な基材の表面上に直接成膜するため、得られるスパッタリング法による銅層も、平滑な膜となり、さらにめっき法で成膜された銅層も平滑な膜が得られる。従って、本発明の高周波基板を使用して高周波信号を高速伝送した時に、信号の反射や乱れが生じにくく、信号の伝送損失を少なく抑えることができる。 In the copper layer of the present invention, it is desirable to form a copper layer formed by sputtering on a base layer. The adhesion between the copper layer formed by sputtering and the resin film of the substrate is extremely high due to chemical bonding. By selecting a substrate having a smooth surface, the copper layer obtained by the sputtering method becomes a smooth film because the film is directly deposited on the surface of the smooth substrate without roughening the surface. Furthermore, a smooth film can be obtained from the copper layer formed by the plating method. Therefore, when a high frequency signal is transmitted at high speed using the high frequency substrate of the present invention, the reflection and disturbance of the signal are less likely to occur, and the transmission loss of the signal can be reduced.
本発明の銅層は、高周波信号の高速伝送用の配線として用いるため、基材との密着性が高く、後で配線加工する際にエッチング性の良い膜質であることが要求される。これらの要求特性を満足させるため配線層の銅層は、化学蒸着法、物理蒸着法、スパッタリング法などの乾式法により成膜することで実現することができる。特にスパッタリング法は、膜が緻密になり、且つ平滑な膜や、より密着性の高い膜を得るのに適している。但し、成膜時間が長くなり、コスト的には不利な面がある。 Since the copper layer of the present invention is used as a wiring for high-speed transmission of high frequency signals, it is required to have high adhesion to the base material and good etching properties when wiring is processed later. In order to satisfy these required characteristics, the copper layer of the wiring layer can be realized by forming a film by a dry method such as a chemical vapor deposition method, a physical vapor deposition method, or a sputtering method. In particular, the sputtering method is suitable for obtaining a dense and smooth film or a film having higher adhesion. However, the film formation time is long, which is disadvantageous in cost.
そこで、スパッタリング法の特徴を生かし、且つ生産性の低下を補うために、配線用銅層は、まず基材表面に下地層として銅層をスパッタリング法で成膜した後に、電気めっき法で銅層を所定の膜厚に成膜する方法を選択することができ、得られる配線層の銅層は高周波信号の高速伝送用基板の配線に要求される種々の品質を満足することができる。 Therefore, in order to make the most of the characteristics of the sputtering method and compensate for the decrease in productivity, the copper layer for wiring is first formed by sputtering a copper layer as a base layer on the substrate surface, and then the copper layer is electroplated. The method of forming a film to a predetermined film thickness can be selected, and the copper layer of the obtained wiring layer can satisfy various qualities required for the wiring of the substrate for high-speed transmission of high frequency signals.
(3)ダイヤモンドライクカーボン層
本発明のダイヤモンドライクカーボン層は、配線上に設置したデバイスから発生した熱を効率的に放熱するための放熱層である。ダイヤモンドライクカーボン(以下、DLCと称することがある)は、ダイヤモンドに類似した炭素材料のことをいい、ダイヤモンドとグラファイトとの中間的な結晶構造を持つものある。より具体的には、炭素を主成分としつつ若干の水素を含み、ダイヤモンド構造(SP3結合)とグラファイト構造(SP2結合)の両方の結合が混在しているアモルファス構造をとる。DLCは所定の放熱性を有する材料であるほか、電気絶縁性やガスバリア性も有する材料である。
(3) Diamond-like carbon layer The diamond-like carbon layer of the present invention is a heat dissipation layer for efficiently releasing the heat generated from the device installed on the wiring. Diamond-like carbon (hereinafter sometimes referred to as DLC) is a carbon material similar to diamond, and has a crystal structure intermediate between diamond and graphite. More specifically, it has an amorphous structure which contains carbon and a slight amount of hydrogen, and in which both a diamond structure (SP3 bond) and a graphite structure (SP2 bond) are mixed. DLC is a material having predetermined heat dissipation, and also a material having electrical insulation and gas barrier properties.
放熱性を十分確保するためには、ダイヤモンドライクカーボン層の熱伝導率は30W/mK以上であることが好ましい。DLC層の熱伝導率の上限は、通常ダイヤモンドの熱伝導率の2000W/mK以下となる。 In order to ensure sufficient heat dissipation, the thermal conductivity of the diamond-like carbon layer is preferably 30 W / mK or more. The upper limit of the thermal conductivity of the DLC layer is usually 2000 W / mK or less of the thermal conductivity of diamond.
ダイヤモンドライクカーボン層の熱伝導率は、光交流法を用いて測定することができる。高周波基板の放熱層を光交流法熱拡散測定装置(アドバンス理工株式会社製、型式:LaserPIT−1)を用い、熱源にダイオードレーザ、測定環境を大気圧(20℃)として、熱伝導率を測定することができる。 The thermal conductivity of the diamond-like carbon layer can be measured using a light AC method. Thermal conductivity is measured using a heat sink on a high frequency substrate as a heat source with a diode laser as the heat source and atmospheric pressure (20 ° C) as the heat source using the light AC method thermal diffusion measurement device (Advance Riko Co., model: LaserPIT-1) can do.
ダイヤモンドライクカーボン層の熱伝導率は、DLCの組成により制御することができる。具体的には、DLCは、通常水素を所定量含み、この水素により熱伝導率が30W/mKより下回ることがある。このため、熱伝導率を精度よく制御するためには水素の含有量を調整することが好ましい。 The thermal conductivity of the diamond-like carbon layer can be controlled by the composition of DLC. Specifically, DLC usually contains a predetermined amount of hydrogen, which may cause the thermal conductivity to be less than 30 W / mK. For this reason, it is preferable to adjust the content of hydrogen in order to control the thermal conductivity with high precision.
本発明の高周波基板は、基材の樹脂フィルムを挟んで一方の面に配線層の銅層が配置され、もう一方の面に放熱層のダイヤモンドライクカーボン層が配置される。ダイヤモンドライクカーボン層の厚さは、厚いほど放熱性は向上するが、必要な放熱量に応じて厚さを設定することができる。 In the high frequency substrate of the present invention, the copper layer of the wiring layer is disposed on one side of the resin film of the base material, and the diamond like carbon layer of the heat dissipation layer is disposed on the other side. The heat dissipation improves as the thickness of the diamond-like carbon layer increases, but the thickness can be set according to the amount of heat required.
高周波信号の高速伝送用高周波基板として使用する場合、ダイヤモンドライクカーボン層の厚さは、0.1μm以上5μm以下とすることが好ましく、0.5μm以上1μm以下とすることがさらに好ましい。0.1μm未満では、放熱効果が小さく、効率よい放熱効果を得ることが困難であり、5μmを超えて厚くすると、基板の耐折り曲げ性が低下するため好ましくない。また、これ以上厚くしても放熱効果の向上は見られず、コスト高になるだけであり好ましくない。 When used as a high-frequency substrate for high-speed transmission of high-frequency signals, the thickness of the diamond-like carbon layer is preferably 0.1 μm to 5 μm, and more preferably 0.5 μm to 1 μm. If the thickness is less than 0.1 μm, the heat radiation effect is small and it is difficult to obtain an efficient heat radiation effect. If the thickness exceeds 5 μm, the bending resistance of the substrate is unfavorably lowered. Moreover, even if it is thicker than this, the improvement of the heat radiation effect is not seen, it is only expensive and not preferable.
また、ダイヤモンドライクカーボン層は、高い熱伝導性のほか高い硬度を有する。従って、放熱層の表面に保護層を設ける必要はなく、耐傷つき性を有する膜として長期信頼性の向上が期待できる。さらに、ガスバリア性も有するので、基材の樹脂フィルムにポリイミドフィルムを使用するときには、透過する水蒸気による変形や剥離の防止効果も期待できる。DLC膜は、絶縁性も備えており、高周波基板に要求される種々の要求特性を同時に対応できる有用な機能性薄膜である。 Also, the diamond like carbon layer has high thermal conductivity and high hardness. Therefore, it is not necessary to provide a protective layer on the surface of the heat dissipation layer, and improvement in long-term reliability can be expected as a film having scratch resistance. Furthermore, since it also has a gas barrier property, when using a polyimide film for the resin film of a base material, the prevention effect of a deformation | transformation and peeling by the water vapor | steam which permeate | transmits can also be anticipated. The DLC film also has insulating properties, and is a useful functional thin film capable of simultaneously meeting various requirements of the high frequency substrate.
(4)高周波基板の製造方法
本発明の高周波基板の製造方法について以下に説明する。本発明の高周波基板は、以下の(A)から(C)の工程により得られる。
(A)基材の樹脂フィルムを準備する工程
(B)樹脂フィルムの一方の面に配線層の銅層を成膜する工程
(C)(B)で得られた基板に放熱層のDLC層を成膜する工程
(4) Method of Manufacturing High Frequency Substrate The method of manufacturing the high frequency substrate of the present invention will be described below. The high frequency substrate of the present invention is obtained by the following steps (A) to (C).
(A) Step of preparing a resin film of a substrate (B) A DLC layer of a heat dissipation layer is formed on the substrate obtained in the step of forming a copper layer of a wiring layer on one surface of the resin film (C) (B) Process of film formation
以下、それぞれの工程について説明する。
(A)基材の樹脂フィルムを準備する工程
前述したように、本発明の高周波基板の基材としては、安価で汎用的に使用されるポリエチレンテレフタレート(PET)、耐熱性・耐薬品性・寸法安定性に優れた液晶ポリマー(LCP)、透明性・低誘電率を有し耐熱性も優れたシクロオレフィンポリマー(COP)、機械強度・低誘電率を有し耐熱性も優れたポリイミド樹脂(PI)などの樹脂製の基材のなかから、用途に適した材料を選択する。本発明では、高周波信号の高速伝送用に使用することから、伝送損失を抑制するために表面の平滑性が高い樹脂フィルムを基材として選択する。
Each of the steps will be described below.
(A) Step of Preparing a Resin Film of the Substrate As described above, as the substrate of the high frequency substrate of the present invention, polyethylene terephthalate (PET), which is used widely and inexpensively, heat resistance, chemical resistance, dimensions Liquid crystal polymer (LCP) having excellent stability, cycloolefin polymer (COP) having transparency and low dielectric constant and excellent in heat resistance, polyimide resin having mechanical strength and low dielectric constant and excellent in heat resistance (PI Choose a material suitable for the application from among resinous substrates such as). In the present invention, since it is used for high-speed transmission of high frequency signals, a resin film having high surface smoothness is selected as a substrate in order to suppress transmission loss.
(B)樹脂フィルムの一方の面に配線層の銅層を成膜する工程
本発明の銅層は、高周波信号の高速伝送用の配線として用いるため、基材との密着性が高く、後で配線加工する際にエッチング性の良い膜質であることが要求される。これらの要求特性を満足させるため配線層の銅層は、化学蒸着法、物理蒸着法、スパッタリング法などの乾式法により成膜することで実現することができる。特にスパッタリング法は、膜が緻密になり、且つ平滑な膜や、より密着性の高い膜を得るのに適している。但し、成膜時間が長くなり、コスト的には不利な面がある。
(B) Step of forming a copper layer of a wiring layer on one side of a resin film The copper layer of the present invention has high adhesion to a substrate because it is used as a wiring for high-speed transmission of high frequency signals. It is required that the film quality is good for etching when wiring processing. In order to satisfy these required characteristics, the copper layer of the wiring layer can be realized by forming a film by a dry method such as a chemical vapor deposition method, a physical vapor deposition method, or a sputtering method. In particular, the sputtering method is suitable for obtaining a dense and smooth film or a film having higher adhesion. However, the film formation time is long, which is disadvantageous in cost.
そこで、スパッタリング法の特徴を生かし、且つ生産性の低下を補うために、配線用銅層は、まず基材表面に下地層として銅層をスパッタリング法で成膜した後に、電気めっき法で銅層を所定の膜厚に成膜する方法を選択することができる。 Therefore, in order to make the most of the characteristics of the sputtering method and compensate for the decrease in productivity, the copper layer for wiring is first formed by sputtering a copper layer as a base layer on the substrate surface, and then the copper layer is electroplated. The method of forming a film to a predetermined film thickness can be selected.
すなわち、本発明において銅層は、下地層の銅層をスパッタリング法で50nm以上300nm以下の厚さで成膜し、その後、電気めっき法で最終的に厚さが1μm以上20μm以下となるように成膜することにより形成することができる。 That is, in the present invention, as the copper layer, the copper layer of the base layer is formed by sputtering to a thickness of 50 nm to 300 nm and thereafter, the thickness is finally 1 μm to 20 μm by electroplating. It can be formed by film formation.
下地層の銅層は、銅ターゲットを用いて、スッパッタリング装置に基材をセットして、アルゴンガスを導入しながらスパッタリングして、所定の膜厚の銅層を成膜することにより得られる。なお、基材と銅層との密着性をより高めるためには、銅層を成膜する前に、クロム、ニッケル、ニッケル−クロム合金の群から選ばれる下地層を20nm以上100nmの厚さで成膜することが好ましい。その他、アルゴンイオンにより基材表面を洗浄したり、酸素プラズマを発生させて基材表面を活性化させる処理を施すことも密着性を高めるのに有効である。 The copper layer of the base layer can be obtained by setting the base material in a sputtering apparatus using a copper target, performing sputtering while introducing argon gas, and forming a copper layer having a predetermined film thickness. . In order to further improve the adhesion between the substrate and the copper layer, before forming the copper layer, an underlayer selected from the group of chromium, nickel, and nickel-chromium alloy with a thickness of 20 nm or more and 100 nm It is preferable to form a film. In addition, it is effective to wash the surface of the substrate with argon ions or to generate oxygen plasma to activate the surface of the substrate to enhance adhesion.
次に、下地層の銅層を形成した基材を、めっき装置により銅めっきを施し、最終的に厚さが1μm以上20μm以下になるように配線用銅層を形成する。銅めっきには、毒性が少なく、操作性に優れる硫酸銅を用いた酸化浴のメッキ装置を使用することが望ましい。 Next, the base on which the copper layer of the base layer is formed is subjected to copper plating using a plating apparatus, and a wiring copper layer is finally formed to have a thickness of 1 μm to 20 μm. In copper plating, it is desirable to use a plating apparatus of an oxidation bath using copper sulfate which has low toxicity and is excellent in operability.
(C)(B)で得られた基板に放熱層のDLC層を成膜する工程
最後に、(B)の工程で得られた配線層の銅層を成膜した基材に、もう一方の基材表面に放熱層のDLC層を成膜することにより、本発明の高周波基板を作製する。
(C) Step of forming a DLC layer of the heat dissipation layer on the substrate obtained in (B) Finally, on the substrate on which the copper layer of the wiring layer obtained in the step of (B) was formed, The high frequency substrate of the present invention is produced by forming the DLC layer of the heat dissipation layer on the surface of the base material.
ダイヤモンドライクカーボンは、プラズマCVD法を用いた成膜が適している。プラズマCVD法では、アセチレンガスを化合物ガスとして導入し、プラズマでアセチレンガスを分解することにより、DLC層が基材の樹脂フィルムの表面に成膜される。プラズマCVD法では、プラズマを用いて化合物ガスを活性化させているので、低温で成膜できるため、樹脂フィルムへの成膜に特に適している。 For diamond like carbon, film formation using a plasma CVD method is suitable. In the plasma CVD method, an acetylene gas is introduced as a compound gas, and the acetylene gas is decomposed by plasma to form a DLC layer on the surface of the resin film of the substrate. In the plasma CVD method, since the compound gas is activated using plasma, the film can be formed at a low temperature, so that it is particularly suitable for film formation on a resin film.
以上のように、本発明の高周波基板は、基材の樹脂フィルムの表面に配線層の銅層、放熱層のDLC層のいずれも、乾式法により成膜しており、接着層を設けないため、緻密な膜質であり基材との密着性に優れており、高周波信号の高速伝送用基板の製造方法として有用な方法といえる。 As described above, in the high frequency substrate of the present invention, neither the copper layer of the wiring layer nor the DLC layer of the heat dissipation layer is formed on the surface of the resin film of the substrate by the dry method, and no adhesive layer is provided. Dense film quality and excellent adhesion to the substrate, and it can be said that the method is useful as a method for producing a substrate for high-speed transmission of high frequency signals.
以下に、実施例を示して本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されることはない。なお、下記に示す実施例及び比較例の高周波基板において、以下の評価方法により評価した。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples, but the present invention is not limited to these examples. In addition, the following evaluation methods evaluated the high frequency substrate of the Example shown below and a comparative example.
(a)放熱性の評価
得られた基板に合計10WのLEDライトを取付け、毎秒100回点滅させながら1 時間動作させ、基板の裏面にサーモテープを貼り付けて、動作後の基板温度を測定して 基板の放熱性能を評価した。
(A) Evaluation of heat dissipation A total of 10 W LED lights are attached to the obtained substrate, operated for 1 hour while blinking 100 times per second, a thermotape is attached to the back of the substrate, and the substrate temperature after operation is measured. The heat dissipation performance of the board was evaluated.
(b)熱伝導性の評価
放熱層の熱伝導率は、光交流法を用いて測定することができる。高周波基板の放熱層を光交流法熱拡散測定装置(アドバンス理工株式会社製、型式:LaserPIT−1)を用い、熱源にダイオードレーザ、測定環境を大気圧(20℃)として、熱伝導率を測定した。
(B) Evaluation of Thermal Conductivity The thermal conductivity of the heat dissipation layer can be measured using a light AC method. Thermal conductivity is measured using a heat sink on a high frequency substrate as a heat source with a diode laser as the heat source and atmospheric pressure (20 ° C) as the heat source using the light AC method thermal diffusion measurement device (Advance Riko Co., model: LaserPIT-1) did.
(実施例1)基材としてポリイミドフィルム(宇部興産株式会社製、品名:ユーピレックス-S(登録商標)、フィルム厚さ:75μm)を20cm四角にカットしたものを用いた。 Example 1 A polyimide film (manufactured by Ube Industries, Ltd., product name: UPILEX-S (registered trademark), film thickness: 75 μm) cut into a 20 cm square was used as a substrate.
まず、ポリイミドフィルムをスパッタリング装置(芝浦メカトロニクス株式会社製、CFS−4ES)にセットし、このポリイミドフィルムの片面に下地層としてNi−25質量%Crを20nm、続いて銅を100nm成膜した。 First, a polyimide film was set in a sputtering apparatus (CFS-4ES, manufactured by Shibaura Mechatronics Co., Ltd.), and a Ni-25 mass% Cr film was formed to a thickness of 20 nm as a base layer on one surface of this polyimide film, and then 100 nm of copper was formed.
具体的には、ターゲットに、ニクロム合金(Ni−25%Cr、純度99.9質量%)と銅(純度99.9質量%)の3インチ径の円板状ターゲットを用いた。成膜条件として、到達真空度を6.5×10-3Paとし、DC出力を200Wとし、かつ、反応ガスとして、アルゴンガス(流量15sccm)導入することにより、フィルムの片面に先に膜厚20nmのNi−20質量%Cr下地層を成膜した。続いて、DC出力を300Wとし、到達真空度を6.5×10-3Paとし、かつ、反応ガスとして、アルゴンガス(流量15sccm)を導入することにより膜厚100nmの銅の下地層を成膜して積層した。 Specifically, a 3-inch diameter disk-shaped target of nichrome alloy (Ni-25% Cr, purity 99.9% by mass) and copper (purity 99.9% by mass) was used as a target. As film forming conditions, the ultimate vacuum degree is 6.5 × 10 -3 Pa, the DC output is 200 W, and argon gas (flow rate 15 sccm) is introduced as a reaction gas, so that the film thickness is formed first on one side of the film. A 20 nm Ni-20 mass% Cr underlayer was deposited. Subsequently, a DC underlayer of 300 W, an ultimate vacuum of 6.5 × 10 −3 Pa, and an argon gas (flow rate of 15 sccm) as a reaction gas are introduced to form a copper underlayer of 100 nm in thickness. The film was laminated.
得られたフィルムに電解銅めっきを施すために、硫酸銅を用いためっき装置に下地層を成膜したフィルムをセットした。 In order to apply electrolytic copper plating to the obtained film, the film which formed the base layer into a film was set to the plating apparatus using copper sulfate.
めっき条件は、浴温度は45℃で、電圧5Vとし、電流密度を3A/dm2として15分間めっきして、配線層の銅層を作製した。得られた銅層の厚さは4μmであった。 The plating conditions were a bath temperature of 45 ° C., a voltage of 5 V, and a current density of 3 A / dm 2 for plating for 15 minutes to produce a copper layer of a wiring layer. The thickness of the obtained copper layer was 4 μm.
次に、得られた銅層を成膜したポリイミドフィルムにDLC膜を成膜するためにプラズマCVD装置(サムコ株式会社製、型式PD−100D)にセットした。 Next, in order to form a DLC film on a polyimide film on which the obtained copper layer was formed, the film was set in a plasma CVD apparatus (manufactured by Samco Inc., model PD-100D).
具体的な成膜条件は、到達真空度を2×10-2Paとし、かつ、反応ガスとして、アセチレンガス(流量10L/分)を導入して13.56MHzの高周波を印加し、励起してイオン化し、成膜レートを630nm/分として、厚さが1μmのDLC層を成膜して高周波基板を得た。 Specific film forming conditions are: an ultimate vacuum degree is 2 × 10 −2 Pa, and an acetylene gas (flow rate 10 L / min) is introduced as a reaction gas, and a high frequency of 13.56 MHz is applied and excited. A high-frequency substrate was obtained by forming a DLC layer having a thickness of 1 μm by ionizing it at a deposition rate of 630 nm / min.
前記した評価方法により得られた高周波基板の放熱性能を評価したところ、一時間動作後の基板の温度は46℃であった。DLC層の熱伝導率は、20W/mKであった。また、DLC層の硬度はビッカース硬度で2200Hvと高い硬度であった。 When the heat dissipation performance of the high frequency substrate obtained by the above evaluation method was evaluated, the temperature of the substrate after one hour of operation was 46 ° C. The thermal conductivity of the DLC layer was 20 W / mK. Further, the hardness of the DLC layer was as high as 2200 Hv in Vickers hardness.
(実施例2)
DLC層の厚さを0.5μmとした以外は実施例1と同様にして高周波基板を得た。
(Example 2)
A high frequency substrate was obtained in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the DLC layer was set to 0.5 μm.
実施例1と同じ評価方法により得られた高周波基板の放熱性能を評価したところ、一時間動作後の基板の温度は47℃であった。DLC層の熱伝導率は、19W/mKであった。また、DLC層の硬度はビッカース硬度で2200Hvと高い硬度であった。 The heat dissipation performance of the high frequency substrate obtained by the same evaluation method as in Example 1 was evaluated. As a result, the temperature of the substrate after one hour of operation was 47.degree. The thermal conductivity of the DLC layer was 19 W / mK. Further, the hardness of the DLC layer was as high as 2200 Hv in Vickers hardness.
(比較例1) 基材のポリイミドフィルム(宇部興産株式会社製、品名:ユーピレックス-S(登録商標)、フィルム厚さ:75μm)に実施例1と同じ条件で銅層を形成し、DLC層を成膜せずに高周波基板を作製した。 Comparative Example 1 A copper layer was formed on a polyimide film (made by Ube Industries, Ltd., product name: UPILEX-S (registered trademark), film thickness: 75 μm) as a substrate under the same conditions as in Example 1, and a DLC layer was formed. A high frequency substrate was produced without film formation.
この高周波基板を実施例1と同様に評価した。一時間動作後の基板の温度は58℃であった。 This high frequency substrate was evaluated in the same manner as in Example 1. The temperature of the substrate after one hour of operation was 58.degree.
以上のように、本発明の高周波基板は、放熱性能は良好であり、DLC層の硬度も高く優れているため、放熱性に優れ、且つ長期信頼性の向上が期待できる基板であることが分かり、高周波信号の高速伝送用配線基板として好適に使用することができる基板である。 As described above, since the high frequency substrate of the present invention has good heat dissipation performance and high hardness of the DLC layer, it is understood that the substrate is excellent in heat dissipation and can be expected to improve long-term reliability. And a substrate that can be suitably used as a wiring substrate for high-speed transmission of high frequency signals.
Claims (4)
The high frequency substrate according to any one of claims 1 to 3, wherein the diamond like carbon layer has a thickness of 0.1 μm to 5.0 μm.
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