JP2001277424A - 金属化ポリイミドフィルムおよびその製造方法 - Google Patents

金属化ポリイミドフィルムおよびその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポリイミドフィルムと金属層との接合強度を
高める。 【解決手段】 表面に表面粗化処理が施されることによ
りその表面のＲａ値が２〜１０ｎｍとされたポリイミド
フィルム１と、表面粗化処理が施された表面にモリブデ
ン、ケイ素、および一酸化ケイ素から選択される１種ま
たは２種が蒸着されてなりその平均厚さが前記Ｒａ値の
５〜５０％である中間層２と、この中間層２上に形成さ
れた平均厚さ１０００Å以上の金属層４とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ポリイミドフィル
ムの表面に銅などの金属層を形成した金属化ポリイミド
フィルムおよびその製造方法に関し、特に、ＴＡＢテー
プ、フレキシブル回路基板またはフレキシブル配線板な
どとして使用される金属化ポリイミドフィルムに関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、電子機器の小型化・軽量化・構造
の柔軟化に有利な回路基板として、ＴＡＢ（Tape Autom
ated Bonding）やＦＰＣ（Flexible Prnt Circuit） 等
を用いた回路基板に対する需要が高まってきている。従
来、この種の回路基板は、可撓性のあるプラスチック基
板上に銅箔をエポキシ系接着剤等の接着剤で貼り合わせ
たものが使用されていた。
【０００３】しかし、電子機器の高密度実装を図るため
に、この種の回路基板もさらに薄膜化することが望まれ
ており、前述のように銅箔を接着する構造では、薄膜化
への要求に十分応えることができなかった。
【０００４】また、上記の接着剤を用いた回路基板で
は、接着剤層に銅箔のエッチング液がしみこみ易く、
高温高湿下でバイアスを加えると銅のマイグレーション
が発生し、回路を短絡させることがある、高速化のた
めにはインピーダンスをマッチングさせるとともにクロ
ストークを減少させる必要があるが、接着剤があるため
に困難である、接着剤層の寸法安定性が悪い、接着
剤層の存在により回路基板の微細加工が困難であり、高
密度化に対応しにくい、接着剤層の熱特性がプラスチ
ック基板材料のそれよりも劣るため熱安定性に問題があ
り、高密度化への対応が困難である、接着剤があるた
めに製品に変形が生じやすいなどの問題もあった。
【０００５】これらの問題を解決するため、接着剤を使
用せずに金属化フィルムを形成する技術が検討されてい
る。例えば、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレー
ティング等の薄膜形成技術により、プラスチック基板上
に直接的に金属薄膜を回路パターンに沿って蒸着したの
ち、この金属薄膜上に電解めっき等により金属めっき層
を堆積させる方法や、金属薄膜をプラスチック基板の表
面に形成し、その上に電解めっき等で金属を堆積させた
後に、金属層をエッチングして回路パターンを形成する
方法などが公知である。
【０００６】しかし、このような構造では、回路パター
ン形成工程や電解めっき工程等の後工程を経ると、プラ
スチック基板と金属薄膜間の接合強度が低下し、剥離し
やすいという問題があった。
【０００７】この問題を解決するため、特開平１−１３
３７２９号公報には、ポリイミドフィルムの表面に、酸
化ジルコニウムまたは酸化ケイ素を蒸着し、その上に銅
層を蒸着する構成が開示されている。特開平３−２７４
２６１号公報には、ポリイミドフィルムの表面に、ニッ
ケル、クロム、チタン、バナジウム、タングステン、モ
リブデン等を蒸着し、その上に銅層を蒸着する構成が記
載されている。特開平５−１８３０１２号公報には、ポ
リイミドフィルムの表面に、ニッケル、コバルト、タン
グステン、モリブデン等の薄膜を無電解めっきにより形
成し、その上に銅層をめっき法で形成した構成が記載さ
れている。特開平７−１９７２３９号公報には、ポリイ
ミドフィルム上に、ニッケル、クロム、モリブデン、タ
ングステン等の金属を真空蒸着し、さらに電解めっきに
より銅層を形成した構成が記載されている。特開平８−
３３０６９５号公報には、ポリイミドフィルム上に、モ
リブデンの薄膜をスパッタリングにより形成し、その上
に電解めっきにより銅層を形成した構成が記載されてい
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところが、これらのい
ずれの方法によっても、銅層がポリイミドフィルムから
剥離する現象を防止するには至らず、銅層とポリイミド
フィルムとの接合強度をさらに高めることが望まれてい
た。
【０００９】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、金属層とポリイミドフィルムとの接合強度をさ
らに高めることができる金属化ポリイミドフィルムおよ
びその製造方法を提供することを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る金属化ポリイミドフィルムは、表面に
表面粗化処理が施されることによりその表面のＲａ値が
２〜１０ｎｍとされたポリイミドフィルムと、前記表面
粗化処理が施された表面にモリブデン、ケイ素、および
一酸化ケイ素から選択される１種または２種が蒸着され
てなりその平均厚さが前記Ｒａ値の５〜５０％である中
間層と、この中間層上に形成された平均厚さ１０００Å
以上の金属層とを具備することを特徴としている。
【００１１】また、本発明に係る金属化ポリイミドフィ
ルムの製造方法は、ポリイミドフィルムの表面に表面粗
化処理を施すことにより前記表面のＲａ値を２〜１０ｎ
ｍにする工程と、前記表面粗化処理が施された前記ポリ
イミドフィルムの表面にモリブデン、ケイ素、および一
酸化ケイ素から選択される１種または２種を蒸着して平
均厚さが前記Ｒａ値の５〜５０％である中間層を形成す
る工程と、この中間層上に平均厚さ１０００Å以上の金
属層を形成する工程とを具備することを特徴としてい
る。前記表面粗化処理としては、アルカリエッチング処
理、真空中プラズマ処理、および大気中コロナ処理のう
ち少なくとも１種を使用できる。
【００１２】本発明の金属化ポリイミドフィルムは、Ｔ
ＡＢテープ、フレキシブル回路基板、フレキシブル配線
板などの形態であってもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る金属化ポリ
イミドフィルムの一実施形態を示す概略図であり、この
金属化ポリイミドフィルムは、表面に表面粗化処理が施
されたポリイミドフィルム１と、表面粗化処理が施され
た表面にモリブデン、ケイ素、および一酸化ケイ素から
選択される１種または２種が蒸着されてなる中間層２
と、この中間層２上に形成された金属層４とを具備した
ものである。なお、この例では、ポリイミドフィルム１
の片面に中間層２および金属層４が形成されているが、
両面に形成されていてもよいし、予め中間層２および金
属層４が一定のパターンをなすように形成されていても
よい。
【００１４】本発明の第１の特徴は、中間層２および金
属層４が形成されるべきポリイミドフィルム１の表面に
予め表面粗化処理が施されて、その表面の中心面平均あ
らさ（Ｒａ）値が２〜１０ｎｍとされていることにあ
る。Ｒａ値はより好ましくは２〜５ｎｍとされる。この
ような範囲であると金属層４とポリイミドフィルム１と
の接合強度を高めることができる。一方、Ｒａ値が大き
すぎるとポリイミドフィルム１の表面をかえって劣化さ
せてしまい、金属層４の接合強度が低下する。逆に、Ｒ
ａ値が小さすぎると脆弱層を十分に取り除くことができ
ず、金属層４の接合強度が低下する。
【００１５】中心面平均あらさ（Ｒａ）は、断面曲線か
ら低周波成分を除去して得られるあらさ曲線から、その
中心面の方向に測定面積Ｓの部分を抜き取り、抜取部分
の中心面をｘ軸、縦倍率の方向をｙ軸として、あらさ曲
線をｙ＝ｆ（ｘ、ｙ）で表したとき、下記式で求められ
る値を表したものをいう。測定は、原子間力顕微鏡（At
omic Force Microscope）の探触針を用いたコンタクト
モードで行い、測定範囲は２×２μｍとする。
【００１６】
【数１】
【００１７】表面粗化処理の種類は限定されないが、好
適には、アルカリエッチング処理、真空中プラズマ処
理、および大気中コロナ処理から選択される１種または
２種以上を組み合わせて使用できる。各処理の具体的な
条件は以下の通りである。
【００１８】アルカリエッチング処理は、アルカリエッ
チング液にポリイミドフィルム１を浸漬し、その表面を
薄く溶解する手法であり、これによりポリイミドフィル
ム１の表面に存在する脆弱層を除去する。脆弱層はポリ
イミドフィルム１の表面に不均一な厚さで存在するた
め、処理後のポリイミドフィルム１の表面にはある程度
の表面粗さが生じることになる。アルカリエッチング液
としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、
ヒドラジンヒドラート、過塩素酸カリウム等から選択さ
れる物質を１種または２種以上含有する溶液、または溶
液にさらにエチレンジアミン、ジメチルアミン等を混合
した溶液などが使用できる。処理条件は装置構成により
異なるが、例えば濃度２０〜８０ｗｔ％、液温１０〜８
０℃、処理時間３０秒〜９０分間程度に設定するのが好
ましい。
【００１９】真空中プラズマ処理は、真空容器内でポリ
イミドフィルム１を走行させ、その表面にプラズマを照
射することにより、ポリイミドフィルム１の表面に存在
する脆弱層を除去する。プラズマ処理にはアルゴン、酸
素、窒素、ヘリウム、四フッ化炭素、三フッ化炭素、四
塩化炭素などの１種または２種以上の混合ガスを用いる
ことができる。プラズマ発生に必要なエネルギー供給源
としては、一般的に直流（ＤＣ）、交流（ＡＣ）、高周
波（ＲＦ）、マイクロ波などが利用されており、さらに
磁場を与えることによりプラズマをより安定化する方法
も適用可能である。処理条件は装置構成により異なる
が、例えば高周波電源を用いた場合、処理槽内真空度１
０-2〜１０0Ｐａ、高周波印可０．０５〜１．０Ｗ／ｃ
ｍ2、処理時間３０秒〜２０分間程度に設定するのが好
ましい。
【００２０】大気中コロナ処理は、大気中でポリイミド
フィルム１を走行させ、その表面にコロナ放電を接触さ
せることにより、ポリイミドフィルム１の表面に存在す
る脆弱層を除去する。処理条件は装置構成により異なる
が、例えば高周波・高電圧を印可するブレード・ロール
間の電流値が０．５〜８Ａ、処理時間３０秒〜２０分間
程度に設定するのが好ましい。
【００２１】ポリイミドフィルム１の厚さは特に限定さ
れないが、２５〜１２５μｍであることが好ましい。
【００２２】ポリイミドフィルム１の材質は通常この種
の用途に使用されているポリイミド樹脂であればいずれ
も可能であり、ＢＰＤＡ系ポリイミド樹脂であっても、
ＰＭＤＡ系ポリイミド樹脂であってもよい。一般的にＢ
ＰＤＡ（ビフェニルテトラカルボン酸）を原料とするポ
リイミドフイルム（宇部興産製商品名「ユーピレック
ス」など）は熱および吸湿寸法安定性および剛性が良好
であり、主にＴＡＢ用途に使用されているが、金属薄膜
との接合強度が低い特徴を有する。一方、ＰＭＤＡ（ピ
ロメリット酸二無水物）を原料とするポリイミドフィル
ム（東レ・デュポン製商品名「カプトン」、鐘淵化学工
業製商品名「アピカル」など）は金属薄膜との接合強度
が高いとされている。
【００２３】ポリイミドフィルム１は、単層であっても
よいが、複数種のポリイミド樹脂を積層した積層フィル
ムであってもよい。ポリイミドフィルム１の中間層２が
接する表面は、ＢＰＤＡ系およびＰＭＤＡ系のどちらで
あっても同様の効果が得られる。
【００２４】本発明の第２の特徴は、中間層２の平均厚
さが、ポリイミドフィルム１のＲａ値の５〜５０％とさ
れていることにある。中間層２の平均厚さはより好まし
くは３０〜５０％である。この範囲内であると、製造コ
ストも高くなく、金属層４の接合強度を高める効果にも
優れている。中間層２が厚すぎると配線パターンをエッ
チングにより形成するときにエッチング性が悪くなる。
中間層２が薄すぎると中間層２の膜厚が不均一になって
膜厚の制御が困難になり、ポリイミドフィルム１に対す
る金属層４の接合強度も低下する。
【００２５】中間層２は、図２に示すようにポリイミド
フィルム１の表面に対し均一に付着していてもよいが、
島状に存在しても本発明の効果を発揮する。すなわち、
図３に示すようにポリイミドフィルム１の表面の凸部１
Ａに対して集中的に付着していてもよいし、図４に示す
ようにポリイミドフィルム１の凹部１Ｂに対して集中的
に付着していてもよい。このように不均一に付着してい
る場合の中間層２の平均厚さとは、中間層２の付着量を
ポリイミドフィルム１の付着領域面積で平均化した厚さ
をいうものとする。
【００２６】中間層２の材質は、モリブデン、ケイ素、
および一酸化ケイ素から選択される１種または２種であ
ればよいが、本発明者らの実験によると、この中でも特
にモリブデンは高い接合強度を示し、また各種耐久試験
後でも高い接合強度を維持することができる点において
優れている。
【００２７】金属層４の材質は、銅、銅合金、アルミニ
ウム、アルミニウム合金、銀、金、白金などから選択さ
れる１種または２種以上であり、特に好ましくは純銅、
またはニッケル、亜鉛、鉄等を含む銅合金である。金属
層４の厚さは１０００Å以上であればよく、より好まし
くは２０００Å以上である。金属層４が厚すぎるとコス
トが高くなりすぎ、薄すぎるとめっき工程にて焼き切れ
る等の不良が発生しやすくなる。
【００２８】金属層４を形成するには、真空蒸着、スパ
ッタリング、イオンプレーティング等の薄膜形成技術に
より、中間層２を形成したポリイミドフィルム１上に金
属を蒸着するだけでもよいし、あるいは、ある程度の薄
膜を蒸着で形成した後に、この蒸着膜上に電解めっき法
や無電解めっき法等により金属めっき層を堆積させても
よい。
【００２９】上記実施形態からなる金属化ポリイミドフ
ィルムおよびその製造方法によれば、ポリイミドフィル
ム１と金属層４との接合強度を高めることができ、耐久
試験後にも高い接合強度を維持できる。また、中間層２
が接する界面がＢＰＤＡ系ポリイミド、ＰＭＤＡ系ポリ
イミドのいずれであっても、高い接合強度が得られる。
【００３０】
【実施例】次に実施例を挙げて本発明の効果を実証す
る。 （実施例１）ＢＰＤＡ系ポリイミドフィルム基材として
宇部興産株式会社製商品名「ユーピレックスＳ」（厚さ
５０μｍ）を使用し、このフィルム基材に、アルゴンガ
ス使用、高周波０．４Ｗ／ｃｍ2、処理時間５分の条件
でプラズマ処理を施した。このときのフィルム基材のＲ
ａ値は２．７３ｎｍとなった。
【００３１】表面処理を施したフィルムをスパッタリン
グ装置内にセットし、プラズマ処理した表面に下記の条
件にて中間層および金属層を形成した。 中間層材質：モリブデン、 成膜条件：アルゴンガス使用、高周波出力２００Ｗ 成膜厚さ：１ｎｍ＝Ｒａ値（２．７３ｎｍ）の３６．６
％ 金属層材質：銅 成膜条件：アルゴンガス使用、高周波出力２００Ｗ 成膜厚さ：３００ｎｍ さらに、得られた金属薄膜化フィルムの金属面に、硫酸
銅浴により銅電解めっき層を２０μｍの厚さとなるよう
に形成し、実施例１の金属化ポリイミドフィルムを得
た。
【００３２】（実施例２）ＰＭＤＡ系ポリイミドフィル
ム基材として東レデュポン株式会社製商品名「カプトン
II」（厚さ５０μｍ）を使用し、実施例１と同様に加工
し、実施例２の金属化ポリイミドフィルムを得た。な
お、表面処理後のＲａ値は２．９３ｎｍであった（した
がって、中間層の厚さはＲａ値の３４．１％である）。
【００３３】（比較例１）ＢＰＤＡ系ポリイミドフィル
ム基材として宇部興産株式会社製商品名「ユーピレック
スＳ」（厚さ５０μｍ）を使用した。このフィルム基材
の未処理時のＲａ値は１．３８ｎｍであった。このフィ
ルム基材をスパッタリング装置内にセットし、下記の条
件にて金属層を形成した。 金属層材質：銅 成膜条件：アルゴンガス使用、高周波出力２００Ｗ 成膜厚さ：３００ｎｍ。 得られた金属薄膜化フィルムの金属面に、硫酸銅浴によ
り銅電解めっき層を２０μｍの厚さに形成し、比較例１
の金属化ポリイミドフィルムを得た。
【００３４】（比較例２）ＰＭＤＡ系ポリイミドフィル
ム基材として東レデュポン株式会社製商品名「カプトン
II」（厚さ５０μｍ）を使用した。このフィルム基材の
未処理時のＲａ値は１．５４ｎｍであった。このフィル
ム基材に対し、比較例１と同様の処理を行い、比較例２
の金属化ポリイミドフィルムを得た。
【００３５】（比較例３）ＢＰＤＡ系ポリイミドフィル
ム基材として宇部興産株式会社製「ユーピレックスＳ」
（商品名）厚さ５０μｍを使用した。このフィルム基材
の未処理時のＲａ値は１．３９ｎｍであった。フィルム
基材をスパッタリング装置内にセットし、表面処理に下
記の条件にて中間層および金属層を形成した。 中間層材質：モリブデン 成膜条件：アルゴンガス、高周波出力２００Ｗ 成膜厚さ：１ｎｍ 金属層材質：銅 成膜条件：アルゴンガス、高周波出力２００Ｗ 成膜厚さ：３００ｎｍ 得られた金属薄膜化フィルムの金属面に、硫酸銅浴によ
り銅電解めっき層２０μｍの厚さに成形し、比較例３の
金属化ポリイミドフィルムを得た。
【００３６】（比較例４）ＰＭＤＡ系ポリイミドフィル
ム基材として東レデュポン株式会社製商品名「カプトン
II」（厚さ５０μｍ）を使用し、比較例３と同様の処理
を施し、比較例４の金属化ポリイミドフィルムを得た。
このフィルム基材の未処理時のＲａ値は１．５７ｎｍで
あった。
【００３７】
【比較実験】上記実施例１、２および比較例１〜４の金
属化ポリイミドフィルムから幅１０ｍｍ×長さ１５０ｍ
ｍの短冊状試験片を切り出し、ＩＰＣ−ＴＭ−６５０
（米国プリント回路工業会規格試験法）による方法に
て、フィルム基材と金属薄膜間の接合強度を測定した。
この試験法は、前記短冊状試験片のポリイミドフィルム
側を６インチの直径ドラムの外周に周方向へ向けて接着
固定したうえ、金属膜の一端を治具で５０ｍｍ／分でポ
リイミドフィルムから剥離させながら引っ張り、それに
要する荷重を測定する方法である。結果を表１に示す。
【００３８】また、各試験片に対してプレッシャクッカ
ー試験（ＰＣＴ）を行い、ＰＣＴ後の金属化ポリイミド
フィルムについて、上記と同じ接合強度試験を行うこと
により、耐久試験後の接合強度を比較した。結果を表１
に示した。なお、ＰＣＴの条件は１２０℃、湿度１００
％、２気圧、４８時間とした。
【００３９】
【表１】
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る金属
化ポリイミドフィルムおよびその製造方法によれば、ポ
リイミドフィルムの表面に適切な表面粗化処理を施し、
さらにモリブデン、ケイ素、および一酸化ケイ素などを
適切な分布で蒸着したものであるから、金属層の接合強
度を高めることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る金属化ポリイミドフィルムの一
実施形態の断面拡大図である。
【図２】 ポリイミドフィルム上での中間層の付着状態
の一例を示す概念図である。
【図３】 ポリイミドフィルム上での中間層の付着状態
の他の例を示す概念図である。
【図４】 ポリイミドフィルム上での中間層の付着状態
の他の例を示す概念図である。
【符号の説明】
１ ポリイミドフィルム １Ａ 凸部 １Ｂ 凹部 ２ 中間層 ４ 金属層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 1/03 ６１０ Ｈ０５Ｋ 1/03 ６１０Ｎ ６７０ ６７０Ｚ 3/38 3/38 Ａ Ｆターム(参考） 4F100 AA20B AB01C AB11B AB17 AB20B AK49A AT00A BA03 BA07 BA10A BA10C DD07A EH66 EH66B EH662 EJ151 EJ551 EJ611 EJ64A GB41 GB43 JA20C JK06 JM02 YY00A YY00C 4K029 AA11 AA21 AA25 BA02 BA08 BA11 BA35 BA46 BB02 BD00 EA01 FA02 FA05 5E343 AA01 AA18 AA33 AA36 AA39 BB06 BB17 BB24 BB33 BB39 BB59 BB65 CC43 DD25 DD43 DD80 EE35 EE36 GG04

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 表面に表面粗化処理が施されることによ
    りその表面のＲａ値が２〜１０ｎｍとされたポリイミド
    フィルムと、前記表面粗化処理が施された表面にモリブ
    デン、ケイ素、および一酸化ケイ素から選択される１種
    または２種が蒸着されてなりその平均厚さが前記Ｒａ値
    の５〜５０％である中間層と、この中間層上に形成され
    た平均厚さ１０００Å以上の金属層とを具備することを
    特徴とする金属化ポリイミドフィルム。
  2. 【請求項２】 ポリイミドフィルムの表面に表面粗化処
    理を施すことにより前記表面のＲａ値を２〜１０ｎｍに
    する工程と、前記表面粗化処理が施された前記ポリイミ
    ドフィルムの表面にモリブデン、ケイ素、および一酸化
    ケイ素から選択される１種または２種を蒸着して平均厚
    さが前記Ｒａ値の５〜５０％である中間層を形成する工
    程と、この中間層上に平均厚さ１０００Å以上の金属層
    を形成する工程とを具備することを特徴とする金属化ポ
    リイミドフィルムの製造方法。
  3. 【請求項３】 前記表面粗化処理として、アルカリエッ
    チング処理、真空中プラズマ処理、および大気中コロナ
    処理のうち少なくとも１種を行うことを特徴とする請求
    項２の金属化ポリイミドフィルムの製造方法。
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