2022 Fiscal Year Research-status Report
真空紫外光アシストプラズマ表面改質によるフッ素樹脂と金属の直接接合
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21K04672
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| Research Institution | Osaka Research Institute of Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
小林 靖之 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 総括研究員 (00416330)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
池田 慎吾 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 主任研究員 (60511152)
中谷 真大 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 研究員 (10882855)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | フッ素樹脂 / 異種材料接合 / プラズマ表面改質 / 次世代通信 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
フッ素樹脂は耐熱性，耐薬品性，電気的特性に優れ，近年ではエレクトロニクス分野や医療分野への利用が飛躍的に増加している。一方で，フッ素樹脂は難接着性の素材であるため，部材として組み込むためには信頼性の高い異種材料との接着技術が必須となる。本研究ではプラズマ表面改質を利用して，樹脂と金属を平滑，かつ接着剤フリーで直接接合する技術を確立する。
本年度は，①真空紫外光（VUV）アシストプラズマ装置の組み立て，②各種金属とフッ素樹脂の密着強度比較，をおこなった。
2種類のVUV照射装置を既存のプラズマ真空チャンバーの前段に接続した装置を組み立てた。基板材料にはPFA樹脂を，原料ガスにはアンモニアおよび窒素ガスを用いた。また，VUVを基板フィルム表面に直接照射するVUV直接改質法についても検討した。VUVアシストプラズマ実験では，VUV照射室の真空度，ガス濃度を変化させて改質効果および銅箔との密着性を評価したが，VUVアシストによる密着性向上効果は認められなかった。VUV直接改質法では，アンモニアガスを用いた場合，PFAの表面改質が効果的におこり，濡れ性が大幅に低下するとともに，表面にアミノ基を導入することができた。しかしながら，銅箔との密着強度は十分でなく，PFA樹脂の表面脆弱層でのはくりが確認できた。過度の表面改質が起こっていることが示唆されたため，次年度は改質条件の検討を行い，密着性向上をめざす。
フッ素系樹脂PFAと銅箔との直接接合のメカニズムを検討するため，種々の金属材料とPFAとの密着性について調べた。ポリイミド表面に種々の金属をスパッタした試料とPFAの貼り合わせ実験を行った。金属の種類が密着強度に大きく影響を及ぼすことがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
アンモニアガスを導入可能なVUV照射装置を作製し，既存のプラズマ装置と接続して，VUVアシストプラズマ装置を作製した。VUV照射時のアンモニアガス導入量，真空度を調整し，アンモニアガスのラジカル化反応を検討したが，効果的な表面改質効果はおこらなかった。そのため，アンモニアガスを用いたVUV直接改質法についても検討した。その結果，フッ素樹脂表面へ効率よくアミンを導入できることがわかり，来年度は方針を変更し研究に取り組む。
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| Strategy for Future Research Activity |
VUVアシストプラズマ装置を組み立て，表面改質実験を行ったが，当初想定した結果は得られなかった。一方で，VUV直接改質法では条件選定によってはプラズマ処理と同様の改質効果が得られることがわかってきた。そのため来年度はこの手法に注力し，実験を進めていく。
①表面改質による高密度アミノ基導入条件の検討をおこなう。②FEP,PFA,SPS,PPSなどの種々の低誘電損失樹脂フィルム材料の表面改質と金属との接着実験を行い，最適改質条件について検討する。③XPS測定による樹脂と金属との密着メカニズムの検討をおこなう。
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| Causes of Carryover |
本年度，減圧プラズマ照射装置の導入を予定していたが，装置設計の遅延ならびに部材調達納期の長期化により本年度中の装置導入ができなかった。当該プラズマ装置については来年度7月に納入予定であある。
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