産総研ら,紫外線照射による5G向け異種材接合に成功

産業技術総合研究所(産総研)は,新技術研究所と共同で,高周波用のフレキシブルプリント配線基板(FPC)を作製できる高強度な異種材料接合技術を開発した(ニュースリリース)。

FPCは,電子機器(スマートフォン,タブレット,ウエアラブル端末など)に使用され情報通信に欠かせない部材であり,近年,特に高周波特性に優れた第5世代通信(5G)用基板の開発において注目されている。信頼性の高い基板を開発するためには,ポリマー膜と銅配線の接合力を高める必要があり,これまでにさまざまな接合技術が提案されている。

例えば,FPCに使用する基材として,ポリマー膜の片面または両面に銅箔を接着・接合したFCCL(Flexible Copper Clad Laminate)があるが,高周波でも伝送損失の少ない平滑性が高い銅箔とポリマー膜とを高強度で接合できる方法が求められていた。

今回,研究グループは,FPCに使用するポリマー膜であるポリエステル膜表面に,紫外光照射による化学ナノコーティング技術を応用して酸素官能基を導入した。接合前後のポリマー膜と銅箔の詳細な表面分析による接合機構解析の結果をフィードバックすることで,銅箔と反応性の高い表面化学構造を構築できた。

酸素官能基導入技術は,ポリエステル膜と酸化剤を共存させて紫外光を照射することで,ポリエステル膜表面に共有結合で強固に固定された水酸基などの酸素官能基を効率的に導入できる。従来の酸素官能基導入技術には酸素プラズマ処理,オゾン処理,コロナ放電処理などがあるが,大型装置の利用,ポリマー膜へのダメージ,表面改質特性の経時的変化などの課題があった。

それに対して,今回開発した化学ナノコーティング法は,簡便な装置で効率よく酸素官能基を導入でき,使用する酸化剤も少なく,表面改質特性の持続時間が長い。酸素官能基化したポリエステル膜と銅箔をヒートプレスすると,ポリエステル膜表面に多数存在する酸素官能基と銅が化学反応により強固に結合するため,接着剤フリーで高強度の接合が実現した。

従来法との接合強度の比較すると,多数の酸素官能基が銅箔とダイレクトに結合しているため,接合の強さを示す剥離強度の開発目標値(JPCA規格:0.7N/mm以上)をクリアしたことがわかった。

研究グループは,今回開発した接合技術による配線基板は,銅箔表面に凹凸がないので,信号が銅配線の表面層を流れる高周波でも伝送距離の伸長がない。そのため伝送損失が少ない優れた特性の第5世代通信(5G)用プリント配線基板への応用が期待できるとしている。

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