CN111212526A - 柔性基板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够抑制耐热剥离强度的下降、能够在整体上降低柔性基板的制造成本的柔性基板。柔性基板(10)包含聚酰亚胺膜(11)、在聚酰亚胺膜(11)的表面上形成的基底金属层(12)、以及在基底金属层(12)上重叠而形成的铜导体层(13)而构成。基底金属层(12)包含含有铬的合金层(14)。该含有铬的合金层(14)具有与聚酰亚胺膜(11)相接的第一金属层(14a)、以及以重叠的方式位于第一金属层(14a)的第二金属层(14b)，第一金属层(14a)中的铬的重量百分比比第二金属层(14b)中的铬的重量百分比大。由该构成，能够抑制铜向第一金属层(14a)的扩散，能够抑制耐热剥离强度的下降。此外，能够降低柔性基板(10)的制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种柔性基板。更详细来讲，涉及一种耐热性优异的柔性基板。
背景技术
在液晶面板、笔记本电脑、数码相机、移动电话等中，使用在耐热性树脂膜上覆盖金属膜而获得的多种类的柔性配线基板。在该柔性配线基板中，大量使用在耐热性树脂膜的单面或两面上成膜金属膜而成的带有金属膜的树脂膜。在本说明书中，有时将这些带有金属膜的树脂膜称为“柔性基板”。
作为这种柔性基板的制造方法，传统上已知通过粘接剂将金属箔粘贴在树脂膜上而制造的方法(三层基板的制造方法)、在金属箔上涂布热固性树脂溶液并使其干燥而制造的方法(涂布法)、在金属箔上粘贴热塑性树脂膜，使其进行热压接合而制造的方法(层压法)、以及在树脂膜上通过真空成膜法、真空成膜法和湿式镀膜法来成膜金属膜而制造的方法(金属喷镀法)等。此外，在金属喷镀法的真空成膜法中，具有真空蒸镀法、溅射法、离子镀膜法、离子束溅射法等。
此处，已知在真空成膜法中，一般来说溅射法虽然密接力优异，但基板在大气中加热至150℃、保持168小时后测定的剥离强度(以下有时称为耐热剥离强度)下降。
关于抑制该耐热剥离强度的下降的柔性基板，在专利文献1中公开了作为金属喷镀法，在聚酰亚胺绝缘层上溅射铬层后溅射铜而向聚酰亚胺绝缘层上形成导体层的方法。此外，在专利文献2中公开了在聚酰亚胺膜上以第一金属薄膜、第二金属薄膜的顺序层叠而形成的柔性电路基板用材料，其中，第一金属薄膜以铜镍合金为靶通过溅射而形成，第二金属薄膜以铜为靶通过溅射而形成。进一步地，在专利文献3中公开了对聚酰亚胺膜表面改性而得到的两层铜聚酰亚胺基板，在专利文献4中公开了对聚酰亚胺树脂膜的表面改性而得到的金属包覆聚酰亚胺树脂基板。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平2-98994号公报
专利文献2：日本特许第3447070号公报
专利文献3：日本特开2007-318177号公报
专利文献4：国际公开第2010/098236号。
发明内容
发明所要解决的问题
在专利文献1和2中，为了抑制耐热剥离强度的下降，通过在聚酰亚胺膜的表面上溅射铬或镍铜的金属层来形成。但是，在由这些文献获得的柔性基板中，耐热剥离强度的下降的抑制是不充分的。此外，在专利文献3和4中，在聚酰亚胺膜上形成金属层以前，虽然通过改性聚酰亚胺膜的表面抑制了耐热剥离强度的下降，但也不能说耐热剥离强度的下降的抑制是充分的，而且，在用于聚酰亚胺膜的表面的改性的等离子体处理等的工序中存在花费成本的问题。
本发明是鉴于上述情况，其目的在于提供一种在能够抑制耐热剥离强度的下降的同时，能够在整体上降低柔性基板的制造成本的柔性基板。
用于解决课题的手段
第一发明的柔性基板，其特征在于，包含聚酰亚胺膜、在该聚酰亚胺膜的表面上形成的基底金属层、以及在该基底金属层上重叠而形成的铜导体层而构成，所述基底金属层包含含有铬的金属层，该含有铬的金属层具有与所述聚酰亚胺膜相接的第一金属层、以及以重叠的方式位于该第一金属层的第二金属层，所述第一金属层中的铬的重量百分比比所述第二金属层中的铬的重量百分比大。
第二发明的柔性基板，其特征在于，在第一发明中，所述含有铬的金属层是镍铬合金层。
发明的效果
根据第一发明，在聚酰亚胺膜的表面上形成的基底金属层包含含有铬的金属层，在该含有铬的金属层中，与聚酰亚胺膜相接的第一金属层中的铬的重量百分比比第二金属层中的铬的重量百分比大，由此，能够抑制铜向第一金属层的扩散。因为耐热剥离强度是通过聚酰亚胺膜被铜分解而下降，因此，通过抑制铜向第一金属层的扩散，能够抑制耐热剥离强度的下降。此外，因为能够比较容易地使第一金属层中的铬的重量百分比比第二金属层中的铬的重量百分比大，因此，在降低柔性基板的制造成本的同时，能够抑制耐热剥离强度的下降。
根据第二发明，含有铬的金属层是镍铬合金层，由此，因为镍铬合金能够容易地获得，因此，能够更加廉价地抑制耐热剥离强度的下降。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的柔性基板的剖面部分扩大图。
图2是本发明的第一实施方式的柔性基板的剖面图。
图3是本发明的第一实施方式的柔性基板的TEM的元素映射的测定图。(图A)是表示过热水蒸气处理后的Cr元素的分布状态的图。(图B)是表示过热水蒸气处理前的Cr元素的分布状态的图。(图C)是表示过热水蒸气处理后的Cu元素的分布状态的图。(图D)是表示过热水蒸气处理前的Cu元素的分布状态的图。
具体实施方式
接着，基于附图说明本发明的实施方式。但是，以下所示的实施方式是用于具体化本发明的技术思想的柔性基板10的举例，本发明的柔性基板10并不特别限定于此。需要说明的是，为了明确地进行说明，各附图所示的部件的大小或位置关系等有时存在夸张。
(第一实施方式)
图2中示出了本发明的第一实施方式的柔性基板10的剖面图。如图2所示，本发明的柔性基板10包含聚酰亚胺膜11、在该聚酰亚胺膜11的表面上形成的基底金属层12、以及在该基底金属层12上重叠而形成的铜导体层13而构成。对于基底金属层12而言，例如，由设置在聚酰亚胺膜11侧的含有铬的金属层14和基底铜层15构成。需要说明的是，在本实施方式中，在聚酰亚胺膜11的单面上形成基底金属层12等，但并不特别限定于此，在聚酰亚胺膜11的两面上形成基底金属层12等也属于本发明的柔性基板10。
图1中示出了图2的圆所环绕部分的扩大图。在本实施方式中，基底金属层12的含有铬的金属层14是具有与聚酰亚胺膜11相接的第一金属层14a、以及以重叠的方式位于该第一金属层14a的第二金属层14b的构成。而且，在本发明的柔性基板10中，其特征在于，第一金属层14a中的铬的重量百分比比第二金属层14b中的铬的重量百分比大。
在聚酰亚胺膜11的表面上形成的基底金属层12中，与聚酰亚胺膜11相接的第一金属层14a中的铬的重量百分比比第二金属层14b中的铬的重量百分比大，由此，能够如下述地抑制铜向第一金属层14a的扩散。
柔性基板10的耐热剥离强度下降的原因之一是聚酰亚胺膜11被铜分解。也就是说，如果能够抑制导电性高的铜与聚酰亚胺膜11直接相接，则耐热剥离强度会变高。通过基底金属层12的至少一部分是在本实施方式中的含有铬的金属层14，具体而言是镍铬合金层，能够抑制铜与聚酰亚胺膜11接触。但是，如果仅形成含有铬的金属层14，当柔性基板10的温度变高时，铜逐渐在含有铬的金属层14内扩散，变为与聚酰亚胺膜11相接。
因此，使含有铬的金属层14的一部分上存在铬较多的层，也就是第一金属层14a。如果柔性基板10变为高温，铜通过与含有铬的金属层14中的氧结合在含有铬的金属层14内扩散。如果该氧与铬结合的层，也就是铬较多的第一金属层14a存在，通过该第一金属层14a，即使柔性基板10的温度变高，铜的扩散也被抑制，能够抑制耐热剥离强度的降低。
此外，使第一金属层14a中的铬的重量百分比比第二金属层14b中的铬的重量百分比大的方法在以下进行描述，但因为该方法能够比较容易地实施，因此，在降低柔性基板10的制造成本的同时，能够抑制耐热剥离强度的下降。
此外，在本发明的柔性基板10中，基底金属层12包含含有铬的金属层14，也就是镍铬合金层，优选该镍铬合金层由第一金属层14a和第二金属层14b构成。因为镍铬合金能够容易地获得，因此，能够更加廉价地抑制耐热剥离强度的下降。
(聚酰亚胺膜11)
本实施方式的柔性基板10使用的聚酰亚胺膜11是膜状的绝缘体。例如，东丽·杜邦制造的卡普顿(注册商标)100EN膜，或宇部兴产制造的UPILEX(注册商标)25SGA等属于这种膜。
(基底金属层12)
构成本实施方式的柔性基板10的基底金属层12在聚酰亚胺膜11的表面上直接形成。优选基底金属层12包含含有铬的金属层14以及基底铜层15而形成。对于含有铬的金属层14而言，在本实施方式中是镍铬合金，但也能够使用其他的从铬、铬氧化物中的至少一种中选出的。优选这些基底金属层12是通过干式镀膜的溅射形成。需要说明的是，基底金属层12的形成也可以采用真空蒸镀、离子镀膜。
含有铬的金属层14比聚酰亚胺膜11的构成材料的合成树脂的密接性更加良好。而且，基底铜层15的导电性高。通过将基底金属层12构成为这样的两层，在提高基底金属层12和聚酰亚胺膜11的密接性的同时导电性提高，重叠于基底金属层12而设置的铜导体层13的干式镀膜能够容易地进行。
含有铬的金属层14的厚度优选为50埃以上500埃以下，基底铜层15优选为500埃以上5000埃以下。
在含有铬的金属层14的厚度不足50埃的情况下，在此后的各处理工序时容易发生密接性的问题。此外，在厚于500埃的情况下，在配线加工时镍或铬的除去变得困难，并且在含有铬的金属层14上变得易于产生裂缝或翘曲，在该点上，变得容易发生聚酰亚胺膜11与基底金属层12的密接性的问题。另外，在基底铜层15的厚度不足500埃的情况下，针孔导致的缺陷减轻效果变小，并且存在在此后进行的湿式镀膜时引起通电不良的可能性。此外，当超过5000埃时，在基底铜层15上变得易于产生裂缝或翘曲，在该点上，变得容易发生聚酰亚胺膜11与基底金属层12的密接性的问题。
含有铬的金属层14中的铬的重量百分比优选为12％以上50％以下。通过这样的构成，能够提高铜向第一金属层14a的扩散抑制的可靠性。
在铬的重量百分比小于12％的情况下，不能使铬向第一金属层14a充分地移动，不能充分地进行铜的移动的抑制。此外，在铬的重量百分比大于50％的情况下，溅射的费用变多。
(铜导体层13)
构成本实施方式的柔性基板10的铜导体层13在基底金属层12的表面上直接形成。本实施方式的柔性基板10通过半加成法成为柔性配线基板的情况下，铜导体层13的厚度为2μm左右。这是因为柔性基板10的操作性变得良好。此外，本实施方式的柔性基板10通过减去法成为柔性配线基板的情况下，铜导体层13的厚度为8μm左右。需要说明的是，本发明的柔性基板10不限定为这些厚度。在本实施方式的柔性基板10的制造方法中实施的湿式镀膜是公知的电镀。
(过热水蒸气处理)
在本实施方式的柔性基板10中，在形成铜导体层13后，进行喷射过热水蒸气的过热水蒸气处理。通过进行该过热水蒸气处理，构成基底金属层12的含有铬的金属层14构成为第一金属层14a的铬的重量百分比比第二金属层14b多。此外，在本实施方式中，通过过热水蒸气处理，含有铬的金属层14成为第一金属层14a的铬变多的构成，但例如通过真空炉的加热，也有可能成为具有氧变多的第一金属层14a的构成。
过热水蒸气的温度优选为200℃以上450℃以下。当温度低于200℃时，含有铬的金属层14的两个金属层的铬的浓度不发生变化，因为不能抑制耐热剥离强度的降低。此外，温度高于450℃的过热水蒸气操作困难，需要花费过多的过热水蒸气处理的工作量。
过热水蒸气的喷射时间优选为60秒以上180秒以下。当时间短于60秒时，含有铬的金属层14的两个金属层的铬的浓度不发生变化，因为不能抑制耐热剥离强度的降低。此外，当时间长于180秒时，柔性基板10的生产率下降。
在图3中示出了进行过热水蒸气处理前后的柔性基板10的TEM的元素映射的测定图。各图的圆中的图是表示图2中记载的圆中的部分，通过阴影线的宽度来表示各元素的多寡。也就是说，与宽度宽的部分相比，阴影线的宽度窄的部分元素多，也就是表示元素的体积百分比高。图3(A)、图3(B)是表示过热水蒸气处理前后的铬元素的分布状态，图3(C)、图3(D)是表示过热水蒸气处理前后的铜元素的分布状态。
如图3(B)所示，在过热水蒸气处理的前阶段中，铬元素在含有铬的金属层14内均匀地分布而存在。在过热水蒸气处理的后阶段中，铬元素在含有铬的金属层14的第一金属层14a内存在较多，在第二金属层14b中存在的铬元素比在第一金属层14a中少。
如图3(D)所示，在过热水蒸气处理的前阶段中，铜元素在基底铜层15和铜导体层13中均匀地存在。在过热水蒸气处理的后阶段中，铜元素向第二金属层14b扩散，但铜不向第一金属层14a扩散。
通过进行过热水蒸气处理，如上述的第一金属层14a内的铬的重量百分比比第二金属层14b高，由此，铜元素的扩散被抑制，耐热剥离强度的下降被抑制。
第一金属层14a的厚度(在图1的纸面中上下的距离)由过热水蒸气处理的温度和时间来决定。例如只要在20埃以上就能够抑制铜元素的扩散。
(实施例)
以下，示出本发明的实施例和比较例进行说明。需要说明的是，本发明的柔性基板10并不受以下的实施例的任何限定。
(实施例1)
作为聚酰亚胺膜11，使用东丽·杜邦制造的卡普顿(注册商标)100EN膜。在该聚酰亚胺膜11的两面上，通过溅射形成150埃的含有铬的金属层14，在该含有铬的金属层14上重叠而形成200nm的基底铜层15。这些含有铬的金属层14和基底铜层15形成基底金属层12。此外，在实施例1中，含有铬的金属的铬比例是20重量百分比，其余的金属几乎都是镍。在该基底金属层12上重叠，通过电镀铜处理形成了8μm的铜导体层13。然后，在喷射300℃的过热水蒸气约120秒后，通过将基板冷却至室温，获得柔性基板10。
测定在该柔性基板10中的第一金属层14a的厚度。此外，由该柔性基板10通过三氯化铁蚀刻液来制作1mm宽的剥离强度测定用的图案。然后，测定柔性基板10的初期剥离强度。并且，将柔性基板10在大气中加热至150℃、保持168小时后，测定耐热剥离强度。关于耐热剥离强度，只要具有初期剥离强度的75％的比例即判定为良好。其结果示于表1。
在实施例1中，初期剥离强度为510N/m，耐热剥离强度为500N/m，强度保持率为98.0％。也就是说，获得了耐热剥离强度与初期剥离强度几乎不变的良好的结果。
(实施例2)
含有铬的金属层14的铬为40重量百分比，除此以外，与实施例1条件相同。测定结果示于表1。
在实施例2中，初期剥离强度为510N/m，耐热剥离强度为500N/m，强度保持率为98.0％。也就是说，获得了耐热剥离强度与初期剥离强度几乎不变的良好的结果。
(实施例3)
含有铬的金属层14的铬为100重量百分比，除此以外，与实施例1条件相同。测定结果示于表1。
在实施例3中，初期剥离强度为510N/m，耐热剥离强度为500N/m，强度保持率为98.0％。也就是说，获得了耐热剥离强度与初期剥离强度几乎不变的良好的结果。
(实施例4)
含有铬的金属层14的膜厚为75埃，除此以外，与实施例1条件相同。测定结果示于表1。
在实施例4中，初期剥离强度为510N/m，耐热剥离强度为500N/m，强度保持率为98.0％。也就是说，获得了耐热剥离强度与初期剥离强度几乎不变的良好的结果。
(实施例5)
含有铬的金属层14的膜厚为300埃，除此以外，与实施例1条件相同。测定结果示于表1。
在实施例5中，初期剥离强度为510N/m，耐热剥离强度为500N/m，强度保持率为98.0％。获得了耐热剥离强度与初期剥离强度几乎不变的良好的结果。
(实施例6)
过热水蒸气的温度为200℃，除此以外，与实施例1条件相同。测定结果示于表1。
在实施例6中，初期剥离强度为510N/m，耐热剥离强度为400N/m，强度保持率为78.4％。也就是说，虽然耐热剥离强度下降，但获得了具有初期剥离强度的78％左右的良好的结果。
(实施例7)
过热水蒸气的温度为350℃，除此以外，与实施例1条件相同。测定结果示于表1。
在实施例7中，初期剥离强度为510N/m，耐热剥离强度为500N/m，强度保持率为98.0％。也就是说，获得了耐热剥离强度与初期剥离强度几乎不变的良好的结果。
(实施例8)
过热水蒸气的温度为450℃，除此以外，与实施例1条件相同。测定结果示于表1。
在实施例8中，初期剥离强度为510N/m，耐热剥离强度为510N/m，强度保持率为100％。也就是说，获得了耐热剥离强度与初期剥离强度不变的良好的结果。
(实施例9)
聚酰亚胺膜11是宇部兴产制造的UPILEX(注册商标)25SGA，除此以外，与实施例1条件相同。测定结果示于表1。
在实施例9中，初期剥离强度为550N/m，耐热剥离强度为450N/m，强度保持率为81.8％。也就是说，获得了耐热剥离强度与初期剥离强度几乎不变的良好的结果。
(比较例1)
不进行过热水蒸气处理，除此以外，与实施例1条件相同。测定结果示于表1。
在比较例1中，初期剥离强度为510N/m，耐热剥离强度为350N/m，强度保持率为68.6％。也就是说，与初期剥离强度相比，耐热剥离强度下降。
(比较例2)
含有铬的金属层14的铬为7重量百分比，除此以外，与实施例1条件相同。测定结果示于表1。
在比较例2中，初期剥离强度为510N/m，耐热剥离强度为300N/m，强度保持率为58.8％。也就是说，与初期剥离强度相比，耐热剥离强度下降。
(比较例3)
含有铬的金属层14的膜厚为30埃，除此以外，与实施例1条件相同。测定结果示于表1。
在比较例3中，初期剥离强度为510N/m，耐热剥离强度为200N/m，强度保持率为39.2％。也就是说，与初期剥离强度相比，耐热剥离强度下降。
(比较例4)
聚酰亚胺膜11是宇部兴产制造的UPILEX(注册商标)25SGA，并且不进行过热水蒸气处理，除此以外，与实施例1条件相同。测定结果示于表1。
在比较例4中，初期剥离强度为600N/m，耐热剥离强度为300N/m，强度保持率为50.0％。也就是说，与初期剥离强度相比，耐热剥离强度下降。
[表1]
符号的说明
10 柔性基板
11 聚酰亚胺膜
12 基底金属层
13 铜导体层
14 含有铬的金属层
14a 第一金属层
14b 第二金属层
Claims (2)
1.一种柔性基板，其特征在于，包含：
聚酰亚胺膜；
在所述聚酰亚胺膜的表面上形成的基底金属层；以及
在所述基底金属层上重叠而形成的铜导体层，
所述基底金属层包含含有铬的金属层，
所述含有铬的金属层具有与所述聚酰亚胺膜相接的第一金属层、以及以重叠的方式位于所述第一金属层的第二金属层，
所述第一金属层中的铬的重量百分比比所述第二金属层中的铬的重量百分比大。
2.如权利要求1所述的柔性基板，其特征在于，所述含有铬的金属层是镍铬合金层。
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