JP2001077493A - フレキシブルプリント配線基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポリイミドフィルムと該フィルム上の導体
層、およびこれらの界面が、無電解めっき工程で使用さ
れる薬品の作用や熱負荷に十分に耐え得るよう形成さ
れ、熱負荷後の密着耐久性はもとより、無電解めっき後
における導体層と基板との間の界面の密着性が、熱負荷
後においても優れたフレキシブルプリント配線基板を提
供する。 【解決手段】 ポリイミドフィルム上に導体層を形成し
てなるフレキシブルプリント配線基板において、前記ポ
リイミドフィルム上にタンタルカーバイド層、チタンカ
ーバイド層あるいはアモルファスカーボン層を介して金
属層を密着せしめたことを特徴とするものであり、また
前記タンタルカーバイド層が水素を含むタンタル含有水
素化アモルファスカーボン層であるか、あるいは前記チ
タンカーバイド層が水素を含むチタン含有水素化アモル
ファスカーボン層であるか、あるいはアモルファスカー
ボン層が水素を含む水素化アモルファスカーボン層であ
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として電子機器
に用いられ、かつ接着剤を用いない２層構造のフレキシ
ブルプリント配線基板に関するものであり、特に熱負荷
の密着耐久性や無電解めっき後の密着耐久性に優れ、信
頼性の高いフレキシブルプリント配線基板に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ポリイミドフィルムに接着剤
層を介して導体層としての銅箔を貼り合せた３層構造の
フレキシブルプリント配線基板が知られている。この３
層構造タイプの基板は、用いられる接着剤の耐熱性がポ
リイミドフィルムより劣るため、加工後の寸法精度が低
下するという問題があり、また用いられる銅箔の厚さが
通常１０μｍ以上であるため、ピッチの狭い高密度配線
用のパターニングが難しいという欠点もあった。

【０００３】一方、ポリイミドフィルム上に接着剤を用
いずに、めっき法や乾式のメタライジング法（例えば真
空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法
など）により導体層としての金属層を形成させた２層構
造タイプのフレキシブルプリント配線基板も知られてい
る。この２層構造タイプの基板は、高密度の配線化が可
能であるが、過酷な熱負荷試験（例えば温度８５℃、湿
度８５％、１０００時間）を行ったり、錫、ニッケル、
はんだ、または金などの無電解めっき処理を行うと、ポ
リイミドフィルムと導体層との間の密着力が低下してし
まうという欠点があった。このように熱負荷後や無電解
めっき処理後の２層構造のプリント配線基板の界面の密
着性が低下する原因は明かではないが、導体層としての
銅箔の酸化や後に行う無電解めっき工程で用いられる還
元性の処理液により界面で発生する化学反応が原因では
ないかと考えられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、ポリ
イミドフィルムと該フィルム上の導体層、およびこれら
の界面が、無電解めっき工程で使用される薬品の作用や
熱負荷に十分に耐え得るよう形成され、熱負荷後の密着
耐久性はもとより、無電解めっき後における導体層と基
板との間の界面の密着性が、温度８５℃、湿度８５％程
度の高温高湿下における４０日間程度の長時間に亘って
曝されても剥離することのない密着耐久性に優れたフレ
キシブルプリント配線基板を提供することを目的とする
ものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
本発明に係るフレキシブル配線基板は、ポリイミドフィ
ルム上に導体層を形成してなるフレキシブルプリント配
線基板において、前記ポリイミドフィルム上にタンタル
カーバイド層、チタンカーバイド層あるいはアモルファ
スカーボン層を介して金属層を密着せしめたことを特徴
とするものであり、また前記タンタルカーバイド層が水
素を含むタンタル含有水素化アモルファスカーボン層で
あるか、あるいは前記アモルファスカーボン層が水素を
含む水素化アモルファスカーボン層であることを特徴と
する。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下本発明を添付図面に基づいて
説明する。図１は本発明のフレキシブルプリント配線基
板の一実施例の部分拡大断面図、図２は本発明で用いた
蒸着装置の一実施例の概略図である。まず本発明で使用
するポリイミドフィルム１のベースフィルムの具体例
は、「カプトン」（商品名：東レ・デュポン社製；米国
デュポン社製）、「ユーピレックス」（商品名：宇部興
産社製）、「アピカル」（商品名：鐘淵化学社製）など
である。

【０００７】ポリイミドフィルム１の厚さは６〜８０μ
ｍの範囲のものが好ましく、１２〜６０μｍの範囲のも
のがより好ましい。その理由は、ポリイミドフィルムの
厚さが６μｍ未満であると、皺が発生したり折れ易くな
り、一方８０μｍを超えると、軽量、小型化の要求に反
することになり好ましくないからである。そして本発明
の目的をより十分に達成するためには、表面処理を施し
たポリイミドフィルムを用いることが好ましく、この表
面処理としては具体的にはコロナ放電、プラズマ、イオ
ンビーム処理などの乾式処理、溶剤、酸アルカリ、薬液
処理などが挙げられる。その中でコスト、後工程との連
続性や密着性などの観点から、グロー放電プラズマ処理
が好ましい。

【０００８】つぎに本発明において前記ポリイミドフィ
ルム１上に施されて導体層としての金属層３としっかり
と密着するために設けられる、いわゆる「シード（ｓｅ
ｅｄ）層」と呼ばれる密着層２について説明する。前記
ポリイミドフィルム１の上に形成される密着層２は、ポ
リイミドフィルム１と導体層としての銅などの金属層３
との間の密着性向上のために設けられ、その具体的例と
してはタンタルカーバイド（Ｔａ−Ｃ）層あるいはタン
タル含有水素化アモルファスカーボン（Ｔａ−Ｃ：Ｈ）
層、チタンカーバイド（Ｔｉ−Ｃ）層あるいはチタン含
有アモルファスカーボン（Ｔｉ−Ｃ：Ｈ）層あるいは水
素化アモルファスカーボン層が挙げられる。これらの物
質は、銅などの金属層３とポリイミドフィルム１の双方
に対して密着性の良好な材料であって、ポリイミド中の
酸素が銅などの金属層へ移行したり、逆に銅などの金属
原子がポリイミド中へ移行したりしないようなバリヤー
層として働き、また後工程で実施する無電解めっき工程
で使用される処理液に対する耐久性、すなわち耐薬品性
および耐熱性に優れたものとする。そして前記密着層２
の膜厚は１０〜１０００オングストロームの範囲とし、
５０〜５００オングストロームの範囲とすることがより
好適である。これらの範囲において、熱負荷後の密着耐
久性および前記無電解めっき後の密着耐久性を保持する
のである。すなわち前記密着層の膜厚が１０オングスト
ローム未満であるとポリイミドフィルムとの密着力が不
足し、また耐薬品性や耐熱性も不十分となるため好まし
くない。一方膜厚が１０００オングストロームを超える
と成膜されたポリイミドフィルム自体にカールが発生し
易いので加工安定性の面で、またエッチングの効率の面
でも好ましくない。

【０００９】また該密着層２は、ポリイミドフィルム１
の片面または両面にスパッタリング法、イオンプレーテ
ィング法、イオンビームアシストディポジション（ＩＢ
ＡＤ）法あるいは化学気相合成法などによって成膜され
る。この場合、加工の安定性、プロセスの簡素化、カー
ルの発生の少ないこと、および膜の均一性の点でスパッ
タリング法がより好ましい。

【００１０】つぎに前記密着層２の上には、導体層とし
ての金属層３が形成される。この金属層３はスパッタリ
ング法、イオンプレーティング法、電子ビーム法などに
より形成されるものであり、銅および／またはアルミニ
ウム、錫、マンガン、鉄、モリブデン、ニッケル、コバ
ルト、タングステン、クロム、バナジウム、チタン、タ
ンタルからなる群より選択された１種以上の合金からな
る乾式蒸着層と、該乾式蒸着層を形成した後に、電気め
っき法および／または無電解めっき法によって形成され
た銅めっき層とからなるものである。

【００１１】前記乾式蒸着層の膜厚は１００オングスト
ローム〜５μｍの範囲が好ましく、１０００〜５０００
オングストロームの範囲がより好ましい。乾式蒸着層の
膜厚が１００オングストローム未満では、後工程で行う
めっきの下地として十分な働きを果たせないので好まし
くなく、また５μｍを超えると効果に差がないばかりか
反って製造コストが上昇してしまう。つぎに電気めっき
法および／または無電解めっき法によって形成される銅
めっき層の膜厚は、１〜４０μｍの範囲が好ましい。銅
めっき層の膜厚が１μｍ未満では、配線を形成した場合
の配線抵抗が大きくなるなどの問題が発生するため好ま
しくなく、一方４０μｍを超えると高密度配線において
のピッチ幅の精度が低下することや、小型化の面で不利
となり、また製造コストも上昇するので好ましくない。

【００１２】このように形成された本発明によるフレキ
シブルプリント配線基板は、配線形成後の密着性に関す
る熱負荷試験はもとより、配線形成後の無電解めっきを
施した後の密着性に関する熱負荷試験においても優れた
耐久性能を有するものである。このような効果が発揮で
きる理由は必ずしも明確ではないが、つぎのように考え
られる。

【００１３】すなわち第１に、ポリイミドフィルムの構
成成分はカーボンが主体となっているが、密着層の成分
がカーボンあるいはそのカーボンと親和性の強いＴａま
たはＴｉを含む層であるために、ポリイミドフィルムと
密着層の結合力が強められること、第２は、密着層を形
成するタンタルカーバイド層あるいはタンタル含有水素
化アモルファスカーボン（Ｔａ−Ｃ：Ｈ）層、チタンカ
ーバイド層あるいはチタン含有アモルファスカーボン
（Ｔｉ−Ｃ：Ｈ）層、または水素を含む水素化アモルフ
ァスカーボン層は耐熱性、耐薬品性に優れていること、
などが前記密着耐久性を保持する要素と考えられる。本
発明によるフレキシブルプリント配線基板は、各種の熱
負荷耐久試験に優れた性能を有するので高精度な配線回
路を形成することができる。

【００１４】つぎに本発明によるフレキシブルプリント
配線基板の製造法の一例を図２に基づいて説明する。図
２はポリイミドフィルム１１を備えた真空装置の概略図
であり、真空槽内にポリイミドフィルム１１を予め温め
るヒータ１２を備えた基板ホルダー１３、複数（図示実
施例では３つ）のスパッタカソード１４、１５、１６、
ガス導入孔１７、ガスを排気する排気孔１８を備える。

【００１５】そして上記した蒸着装置を用いてポリイ
ミドフィルム上にタンタルカーバイド層あるいはタンタ
ル含有水素化アモルファスカーボン層、またはチタンカ
ーバイド層あるいはチタン含有水素化アモルファスカー
ボン層などの密着層を形成する方法を以下に示す。まず
水素を含有しないタンタルカーバイド層またはチタンカ
ーバイド層を形成する場合、図２の蒸着装置において、
基板ホルダー１３に固定されたポリイミドフィルム１１
をヒータ１２にて温める。つぎに槽内を５×１０^−５Ｔ
ｏｒｒ以下に排気した後、アルゴンガスのグロー放電に
よるスパッタリングにより、タンタルカーバイド製ある
いはチタンカーバイド製カソード１４を用いてタンタル
あるいはチタンカーバイド層を１０〜１０００オングス
トロームの厚みになるように形成する。その際アルゴン
ガス圧、あるいは放電のパワーなどの成膜条件を調節す
ることによって、タンタルカーバイド層のタンタル濃度
あるいはチタンカーバイド層のチタン濃度とカーボン濃
度との割合：Ｔａ_ｘＣ_{１００−ｘ}またはＴｉ_ｘＣ
_{１００−ｘ}を（４０＜ｘ＜６０）に変化させることがで
きる。

【００１６】つぎに水素を含有するタンタルもしくはチ
タン含有水素化カーボン層を形成する場合は、図２の蒸
着装置においてまず基板ホルダー１３に固定されたポリ
イミドフィルム１１をヒータ１２にて温める。ついで槽
内を５×１０^−５Ｔｏｒｒ以下に排気した後、アルゴン
とアセチレン混合ガスのグロー放電による反応性スパッ
タリングにより、タンタル製あるいはチタン製カソード
１５を用いてタンタル含有水素化アモルファスカーボン
層あるいはチタン含有水素化アモルファスカーボン層を
１０〜１０００オングストロームの厚みになるように形
成する。その際アルゴンとアセチレン混合ガス組成、全
圧、あるいは放電のパワーなどの成膜条件を調節するこ
とによって、タンタル含有水素化アモルファスカーボン
層のタンタル濃度またはチタン含有水素化アモルファス
カーボン層のチタン濃度とカーボン濃度との割合：Ｔａ
_ｘＣ_{１００−ｘ}またはＴｉ_ｘＣ_{１００−ｘ}を（２５＜ｘ
＜６０）に変化させることができる。上記のようにして
タンタルカーバイド層あるいはチタンカーバイド層、ま
たはタンタル含有水素化アモルファスカーボン層あるい
はチタン含有水素化アモルファスカーボン層を形成した
後に、無酸素銅製カソードを用いて銅層を１００オング
ストロームから５μｍ形成する。

【００１７】さらに上記した蒸着装置を用いてポリイ
ミドフィルム上にアモルファスカーボン層、または水素
を含む水素化アモルファスカーボン層を形成する方法を
以下に示す。図２の蒸着装置において、まず基板ホルダ
ー１３に固定されたポリイミドフィルム１１をヒータ１
２にて温める。つぎに槽内を５×１０^−５Ｔｏｒｒ以下
に排気した後、アルゴンと水素混合ガスのグロー放電に
よるマグネトロンスパッタリングにより、カーボン製カ
ソード１４を用いてアモルファスカーボン層を１０〜１
０００オングストロームの厚みになるように形成する。
その際アルゴンと水素ガス組成、全圧、あるいは放電の
パワーなどの成膜条件を調節することによって、アモル
ファスカーボン層、または水素を含む水素化アモルファ
スカーボン層の水素とカーボンの割合、Ｃ_{１００ −ｘ}Ｈ
_ｘのｘを原子比０から５０まで変化させることができ
る。上記のようにアモルファスカーボン層、または水素
を含む水素化アモルファスカーボン層を形成した後に、
無酸素銅製カソードを用いて銅層を１００オングストロ
ームから５μｍ形成する。さらに前記加工フィルムに図
示していないが、硫酸銅水溶液による電気めっき法にて
銅層のさらなる積層を行い、本発明のフレキシブルプリ
ント配線基板が得られる。

【００１８】

【実施例】以下本発明の実施例を、比較例とともに説明
する。なお密着強度の測定は、９０度ピール試験により
行った。また下記の実施例および比較例の第１および第
２の導体層の膜厚は、透過型電子顕微鏡の断面観察より
測定した。

【００１９】［実施例１］厚さ５０μｍのポリイミドフ
ィルム「カプトンＥ」（商品名：東レ・デュポン社製）
を、予め１×１０^−５Ｔｏｒｒに排気した後に、タンタ
ルカーバイド（Ｔａ−Ｃ）製カソードを用いて、アルゴ
ンガス圧１×１０^−２Ｔｏｒｒで、スパッタ電圧５００
Ｖにより膜厚１００オングストロームのタンタルカーバ
イド層を形成した。続いて銅を１５００オングストロー
ムの厚みに、スパッタリング法で成膜した。このように
して乾式蒸着層を形成した後、硫酸銅浴を用いて電流密
度２Ａ／ｄｍ^２の条件で電気めっきを行い、３５μｍの
銅めっき層を形成して本発明に係るフレキシブルプリン
ト配線基板を得た。なお形成されたタンタルカーバイド
層をＥＰＭＡおよびＩＣＰ分析にて解析した結果、Ｔ
ａ：Ｃ＝１：１であるＴａ−Ｃであることが分った。

【００２０】［実施例２］タンタルカーバイド層の膜厚
を４５０オングストロームとした以外は実施例１と同様
にして、本発明に係るフレキシブルプリント配線基板を
得た。

【００２１】［実施例３］タンタル製カソードを用い
て、アルゴン：アセチレンガスの体積比が９９：１であ
る混合ガスを流し、全圧が１．５×１０^−２Ｔｏｒｒ
で、スパッタ電圧５００Ｖによって膜厚１００オングス
トロームのタンタルカーバイド層を形成し、かつ該タン
タルカーバイド層の組成をＴａ：Ｃ：Ｈ＝３０：６２：
８とした以外は実施例１と同様にして、本発明に係るフ
レキシブルプリント配線基板を得た。タンタル含有水素
化アモルファスカーボン層中の組成は、エラスティッ
ク．リコイル．ディテクション（ＥＲＤ；ｅｌａｓｔｉ
ｃ ｒｅｃｏｉｌ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）法で水素量
を、ラザフオード．バックスキャッタリング（ＲＢＳ；
Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎ
ｇ）法でカーボンとタンタルの単位面積当たりの原子数
を調ベることによって決定した。

【００２２】［実施例４］タンタルカーバイド製カソー
ドに替えてチタンカーバイド（Ｔｉ−Ｃ）製カソードを
用いてチタンカーバイド層を形成した以外は実施例１と
同様にして本発明に係るフレキシブルプリント配線基板
を得た。なお形成されたチタンカーバイド層をＥＰＭＡ
およびＩＣＰ分析にて解析した結果、Ｔｉ：Ｃ＝１：１
であるＴｉ−Ｃであることが分った。

【００２３】［実施例５］チタンカーバイド層の膜厚を
４５０オングストロームとした以外は実施例４と同様に
して、本発明に係るフレキシブルプリント配線基板を得
た。

【００２４】［実施例６］チタン製カソードを用いて、
アルゴン：アセチレンガスの体積比が８２：１８である
混合ガスを流し、全圧が１．５×１０^−２Ｔｏｒｒで、
スパッタ電圧５００Ｖによって膜厚１００オングストロ
ームのチタンカーバイド層を形成し、このチタンカーバ
イド層の組成をＴｉ：Ｃ：Ｈ＝５８：３５：７とした以
外は実施例４と同様にして、本発明に係るフレキシブル
プリント配線基板を得た。チタン含有水素化アモルファ
スカーボン層中の組成は、ＥＲＤ法で水素量を、ＲＢＳ
法でカーボンとチタンの単位面積当たりの原子数を調ベ
ることによって決定した。

【００２５】［実施例７］アルゴン：アセチレンガスの
体積比が６７：３３である混合ガスを用いてチタンカー
バイド層を形成し、かつこのチタンカーバイド層の組成
をＴｉ：Ｃ：Ｈ＝２６：６２：１２としたこと以外は実
施例６と同様にして、本発明に係るフレキシブルプリン
ト配線基板を得た。

【００２６】［実施例８］タンタルカーバイド製カソー
ドに替えてカーボン製カソードを用い、かつアモルファ
スカーボン層を形成する条件をアルゴン・水素ガス圧が
１×１０^−５Ｔｏｒｒ、アルゴン：水素の組成比を１：
１としてアモルファスカーボン層を形成した以外は実施
例１と同様にして本発明に係るフレキシブルプリント配
線基板を得られた水素化アモルファスカーボン層の水素
濃度をＥＲＤ法で測定したところ、その組成はＣ_８５Ｈ
_１５（原子比。以下同じ。）であった。

【００２７】［実施例９］アモルファスカーボン層の膜
厚を４５０オングストロームとした以外は実施例８と同
様にして、本発明に係るフレキシブルプリント配線基板
を得た。 ［実施例１０］スパッタで流すガスが水素ガスを混合し
ないアルゴンガスとした以外は実施例８と同様にして、
本発明に係るフレキシブルプリント配線基板を得た。得
られたアモルファスカーボン層の水素濃度をＥＲＤ法で
測定したところ、その組成はＣ _{１００−ｘ}Ｈ_ｘにおい
て、ｘ＜５であった。

【００２８】［比較例１］タンタルカーバイド層の替わ
りにクロム層をスパッタ電圧５００Ｖで１５０オングス
トロームに成膜したこと以外は実施例１と同様にして、
本発明の範囲外のフレキシブルプリント配線基板を得
た。

【００２９】［比較例２］タンタルカーバイド層の膜厚
を２５オングストロームとした以外は実施例１と同様に
して、本発明の範囲外のフレキシブルプリント配線基板
を得た。

【００３０】［評価］実施例１〜１０、比較例１と２で
得られた各配線基板の銅層上にレジスト層のスクリーン
印刷を行った後、レジスト層のない部分のタンタルカー
バイド銅層、チタンカーバイド銅層またはアモルファス
カーボン銅層およびクロム銅層を塩化第二鉄によりエッ
チング処理を行ってフレキシブルプリント配線板を形成
した。得られたフレキシブルプリント配線板を８５℃、
湿度８５％の高温高湿槽に１０００時間放置する熱負荷
試験と、得られたフレキシブルプリント配線板にティン
ポジットＬＴ３４の無電解錫めっき液（商品名：ティン
ポジットＬＴ３４、シプレイ・ファー・イースト社製）
にて７０℃、５分間の無電解めっき処理して０．５μｍ
のめっき層を形成したものに対して前記と同様の熱負荷
試験をそれぞれ実施した。得られた熱負荷試験済みのフ
レキシブルプリント配線板の密着強度を下記する表１に
示した。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１から分かる通り、本発明の範囲内にあ
る実施例１〜１０に係るプリント配線板は比較例１、２
に係るプリント配線板と比べて、熱負荷後の密着耐久
性、および無電解めっき後での熱負荷後の密着耐久性に
優れ、したがって信頼性の高いフレキシブルプリント配
線板が得られた。

【００３３】

【発明の効果】以上述べた通り、本発明に係るフレキシ
ブルプリント配線基板によれば、熱負荷後の密着耐久
性、無電解めっき後およびその後に行う熱負荷後の密着
耐久性にも優れ、信頼性が高く工業的にきわめて優れた
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のフレキシブルプリント配線基板の一実
施例の部分拡大断面図である。

【図２】本発明で用いた蒸着装置の一実施例の概略図で
ある。

【符号の説明】

１、１１ ポリイミドフィルム ２ 密着層 ３ 金属層 １２ ヒータ １３ 基板ホルダー １４、１５、１６ スパッタカソード １７ ガス導入孔 １８ 排気孔

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリイミドフィルム上に導体層を形成し
   てなるフレキシブルプリント配線基板において、前記ポ
   リイミドフィルム上にタンタルカーバイド層、チタンカ
   ーバイド層あるいはアモルファスカーボン層を介して導
   体層としての金属層を密着せしめたことを特徴とするフ
   レキシブルプリント配線基板。
2. 【請求項２】 前記タンタルカーバイド層が水素を含む
   タンタル含有水素化アモルファスカーボン層であること
   を特徴とする請求項１記載のフレキシブルプリント配線
   基板。
3. 【請求項３】 前記チタンカーバイド層が水素を含むチ
   タン含有水素化アモルファスカーボン層であることを特
   徴とする請求項１記載のフレキシブルプリント配線基
   板。
4. 【請求項４】 前記アモルファスカーボン層が水素を含
   む水素化アモルファスカーボン層であることを特徴とす
   る請求項１記載のフレキシブルプリント配線基板。