フッ素樹脂の表面を平滑なまま強固に接着する表面改質技術を開発：材料技術

産業技術総合研究所は、フッ素樹脂の平滑性を損なわずに接着性の高い状態へ表面改質する技術を開発した。表面粗化による伝送損失を低減し、高周波数帯を利用する次世代通信回路にも応用可能な10nm程度の平滑性と強い接着性を兼ね備えている。

[MONOist]

　産業技術総合研究所（産総研）は2023年9月28日、フッ素樹脂の平滑性を損なわずに接着性の高い状態へ表面改質する技術を開発したと発表した。表面粗化による伝送損失を低減し、高周波数帯を利用する次世代通信回路にも応用可能な10nm程度の平滑性と強い接着性を兼ね備えている。

フッ素樹脂表面改質プロセスと高周波通信基板への展望［クリックで拡大］ 出所：産業技術総合研究所

　同技術では、フッ素樹脂の表面に、大気中でも安定な金属有機酸塩の有機溶媒溶液を塗布乾燥して有機金属膜を形成した。この有機金属膜に紫外光を照射すると、フッ素樹脂と強固に結合するナノサイズのコーティング膜が形成される。

開発した表面処理技術の強み 出所：産業技術総合研究所

　有機金属は紫外光によって樹脂中のC-F結合と反応し、コーティング膜にFイオンを取り込む。同時に樹脂表面にC-O結合を生成することで、フッ素樹脂とナノコーティング膜が強固に結合し、表面の改質効果を長く保つ役割を担う。金属イオン種の選択によっては、水溶性の膜にすることも可能だ。なお、金属イオンにNi2+を選択した場合では、さまざまな接着剤に対して7N/cm以上の高い接合強度を発揮することを確認した。

（左）金属イオンにNi2+を使用した場合のPFA樹脂の接着剤に対する剥離強度変化。（中央）90度剥離試験の様子。（右）表面処理における光化学反応モデル［クリックで拡大］ 出所：産業技術総合研究所

　表面形状の変化を観察したところ、Ni2+を用いた表面修飾後の表面ラフネス値（Ra値）は8nm程度で、改質前と同程度の平滑性を保っていた。水溶性としたコーティング膜を洗浄除去し、フッ素樹脂面を露出させた場合でも10nm程度のRa値となり、フッ素樹脂表面の粗化が抑制されていることを示した。

表面処理によるPFA樹脂の表面粗さの変化 出所：産業技術総合研究所

　接着面を平滑化することは、接着剤の量を減らし、接着済みの製品の熱的、化学的安定性や耐候性の向上に寄与する。同手法は、溶液塗布と紫外光照射の制御により表面改質する領域を限定できるため、消費する薬剤量や廃液処理などによる環境負荷の低減も期待される。

　今後は、複雑形状への対応や大面積処理、機能材料コーティング、三次元成形回路部材への立体配線など、印刷技術との親和性の高さや溶液プロセスの利点を生かした応用展開を進める考えだ。

今回の技術の将来展開展望出所：産業技術総合研究所

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