なぜ銅箔を滑らかにすると、ピール強度が難しくなるのか？

― 高速信号には「滑らか」、樹脂との接着には「密着」。相反する要求をどう両立する？ ―

高速・高周波PCBでは、銅箔表面の凹凸を小さくして伝送損失を抑えることが重要です。しかし、銅箔を単純にツルツルにしていけばよいわけではありません。銅箔は樹脂と強固に貼り合わされる必要があり、そこではピール強度が重要になります。実はこの「電気には滑らか、接着には密着」という要求の両立こそ、低粗度銅箔の技術的な面白さです。

1．まず、「滑らかな銅箔」が求められる理由

高速信号では、導体表面近傍に電流が集中する表皮効果の影響が大きくなります。銅箔表面に大きな凹凸があると、信号が実質的に進む経路が複雑になり、伝送損失を増やす要因になります。

そのため、AIサーバーや高速ネットワーク機器などに使われる高性能PCBでは、VLP、HVLPなどの低粗度銅箔が重要になっています。

図：低粗度化と密着性の関係を概念的に示した模式図。実際のピール強度は粗さだけでは決まらず、表面処理、樹脂、工程条件などにも左右されます。

2．では、なぜ滑らかにするとピール強度が難しくなるのか？

ポイントは、銅箔と樹脂の界面です。

銅箔と樹脂を貼り合わせるとき、界面では物理的なかみ合わせ、化学的な相互作用、表面処理層の働きなど、複数の要素によって密着性が形成されます。

一般論として、表面の凹凸が大きければ、樹脂がその凹凸に入り込むことで機械的なアンカー効果を得やすくなります。逆に、単純に凹凸を小さくしていけば、この機械的なかみ合わせに頼りにくくなります。

これが、低粗度銅箔でピール強度との両立が難しくなる基本的な理由です。

3．ただし、「粗いほどピール強度が高い」ではない

ここは専門家サイトとして、ぜひ押さえておきたいポイントです。

銅箔のピール強度は表面粗さの数字だけでは決まりません。表面にどのような処理を施しているか、粗化粒子がどのような形状なのか、使用する樹脂との相性はどうか、ラミネート条件は適切か、といった要因が関係します。

つまり、

でもなければ、

でもありません。

正確には、低粗度化すると、従来の機械的アンカーだけに依存した密着設計が難しくなるため、表面処理などを含めた界面設計がより重要になる、と考えるのが適切です。

4．そこで重要になる「表面処理」

低粗度銅箔では、表面を単純に平らにするだけではありません。銅箔メーカーは、電気特性を損なわない範囲で、樹脂との密着性を確保するための表面処理を設計します。

このため、最先端の銅箔では「Raが何μmか」という一つの数字だけを見るのではなく、低粗度でありながら、どのように密着性を確保しているかを見ることが重要です。

5．ピール強度とは、何を見ているのか？

ピール強度は、銅箔を基材から引き剥がすときに必要となる力を評価する指標です。PCBでは、製造時だけでなく、熱履歴や加工、長期使用を考えても、銅箔と樹脂の界面が安定していることが重要です。

ただし、ピール強度の数値が高ければ、それだけで「最高の銅箔」と決まるわけでもありません。

6．「滑らかにする技術」より「滑らかでも剥がれない技術」が難しい

ここに、低粗度銅箔の技術開発の本質があります。

表面を粗くすれば密着性を得やすい。ところが高速伝送では粗さを抑えたい。そこでメーカーは、粗さそのものを大きくするのではなく、表面処理や界面の設計によって密着性を補う方向へ技術を進めています。

これは、AIサーバー向けなどの高性能PCB材料を理解するときに非常に重要な視点です。

7．なぜAIサーバー時代に、この問題が重要なのか

AIサーバーでは高速・大容量の信号伝送が必要となり、PCBにも低損失化が求められます。すると銅箔には、より低い表面粗さが要求される一方、PCBとして完成させるためには樹脂との密着性も必要です。

つまり要求は、次のようになります。

しかも、これらは互いに完全に独立した性能ではありません。材料、表面処理、樹脂、積層条件、回路形成など、PCB全体の設計と一緒に考える必要があります。

まとめ

• 高速信号では、銅箔表面の凹凸を抑える低粗度化が重要。
• 一方、銅箔と樹脂の密着性を確保するためには、界面設計が必要。
• 表面粗さを下げると、従来の機械的アンカー効果だけに依存した密着設計は難しくなる。
• ただし「粗いほど高ピール」「滑らかほど低ピール」と単純には言えない。
• 粗化形状、表面処理、樹脂との相互作用、ラミネート条件などがピール強度に影響する。
• 高性能銅箔の技術開発は、低粗度・低損失と密着性・信頼性の両立を目指している。