JP2006147662A - 銅張積層板、フレキシブルプリント配線板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 異方導電性フィルムなどにより電気的接続を行った場合においても、前記異方導電性フィルムとの接着性、さらには電気的、物理的な接続性にも優れた銅張積層板及びフレキシブルプリント配線板を提供する。
【解決手段】 可とう性を有する絶縁層１１に接合された銅箔よりなる導電層１２Ａ、１２Ｂを備え、前記銅箔の前記絶縁層１１と接合される面に、０．１〜１０原子％のニッケル１６を有する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、銅張積層板、フレキシブルプリント配線板に関し、異方導電性接着剤等により外部と接続する場合の電気的接続性及び物理的接着強度に優れたものを提供するものである。

フレキシブルプリント配線板は、可とう性（可撓性）を有する電気絶縁フィルム上に導体よりなる回路配線を形成させた配線板であり、軽く、薄く、折り曲げが可能であるため、携帯電話などの各種電子機器に多用されている。また、このフレキシブルプリント配線板とリジッドプリント配線板とを接続し一体的に成形した、いわゆるリジッドフレックスプリント配線板の構成部材でもある。

従来のフレキシブルプリント配線板は、ハンダ耐熱性に優れた絶縁樹脂（ポリイミド、ポリアミドイミド等）上にエポキシやアクリル等の接着剤を５〜３０μｍ程度設け、この接着剤上に銅箔が熱的に貼り合わせもしくはスパッタ等によって接着された、３層銅張積層板（３層材）を用いて、この３層銅張積層板の銅箔層をパターニングして回路を形成した後、保護絶縁のためのカバーレイフィルムを前記銅箔層の回路が形成されている領域に被覆して製造されている。また、外部と接続する端子になる部分には、めっきが施される。

近年、フレキシブルプリント配線板には、材料の薄材化が求められている。そのため、フレキシブルプリント配線板の材料としての銅張積層板について、エポキシ樹脂等の接着剤層を省き、絶縁樹脂層と銅箔層との２層構造とすることにより薄型化を図った２層銅張積層板が開発され、使用機会も増えつつある。この二層銅張積層板（２層材）は、絶縁樹脂としてのポリイミド自身を接着剤とし、銅箔と接着させたものである。２層銅張積層板のポリイミドワニスや熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）は、３層銅張積層板のエポキシ系接着剤に比較し、銅箔との密着性に劣るので、ポリイミドとの接着性を向上させるべく、２層銅張積層板の製造時には銅箔に特殊な処理を行っている。たとえば、３層銅張積層板用でも実施されるが、銅箔のポリイミドに接着される面（マット面）側にシランカップリング材を塗布するなどの工夫を行っている。

フレキシブルプリント配線板に形成されている回路と外部とを電気的に接続する手段には、ＡＣＦ接着剤を用いるものがある。ＡＣＦ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ；異方導電性フィルム）は一般に、エポキシを主剤とする絶縁樹脂中に、金属粒子やプラスチックスの表面を導電化処理した粒子（例えば、プラスチックスのボールにニッケル処理後に金メッキしたものなど）からなる導電粒子を添加し分散させたフィルム状のものである。このＡＣＦ接着剤を電気的に接続しようとする電極間に介在させ、両電極間に圧力を加えることにより、両電極は接着固定されるとともに、圧力が加わっている電極間は導電粒子が挟み込まれて接触していることによって導電性を有し、圧力が加わらない他の領域では非導電性を有することになる。

このような異方導電性フィルムを用いて、フレキシブルプリント配線板と外部とを電気的に接続するときに、前記フレキシブルプリント配線板が、３層銅張積層板により製造されている場合には、前記３層銅張積層板における接着層であるエポキシ接着剤とＡＣＦ接着剤の主剤であるエポキシ樹脂とが、共にエポキシ同士であるため、高接着性を有し、十分な接着強度を確保できた（初期並びに湿熱処理後）。

しかしながら、前記フレキシブルプリント配線板が、前記接着層を省いた、２層銅張積層板により製造されている場合には、異方導電性フィルムと２層銅張積層板との接着性が十分でなく、剥がれが生じることがあった。特に湿熱処理後（例えば、４０℃、９０％ＲＨ、１０００時間）に顕著となる。このような剥がれが生じると、電気的な接続不良を招いてしまう。

この発明は、上記の問題を有利に解決するもので、２層銅張積層板（２層材）を用いて薄型化を可能にしたフレキシブルプリント配線板に、異方導電性フィルムなどにより電気的接続を行った場合において、前記異方導電性フィルムと２層銅張積層板との接着性、さらには電気的、物理的な接続性にも優れた銅張積層板、フレキシブルプリント配線板及びその製造方法を提供することを目的とする。

この発明の銅張積層板は、可とう性を有する絶縁層に接合された銅箔よりなる導電層を備える銅張積層板において、前記銅箔の前記絶縁層と接合される面に、０．１〜１０原子％のニッケルを有することを特徴とする。

また、この発明のフレキシブルプリント配線板は、可とう性を有する絶縁層に接合された銅箔よりなる導電層に回路が形成され、外部との電気的接続を行う為の端子部を備えるフレキシブルプリント配線板において、少なくとも前記端子部の絶縁層露出部分には、前記銅箔の前記絶縁層と接合される面に存在するニッケルと同等若しくは少ない量のニッケルを有することを特徴とする。

この発明のフレキシブルプリント配線板は、異方導電性接着剤を用いて前記端子部と外部との電気的な接続をするものであることが、所期した効果をより発揮できるので有利である。

また、この発明のフレキシブルプリント配線板の製造方法は、可とう性を有する絶縁層に接合され、かつこの接合面にニッケルを有する銅箔よりなる導電層を選択的にエッチングして回路と、外部との電気的接続を行う為の端子部とを形成する工程を有するフレキシブルプリント配線板の製造方法において、少なくとも前記端子部の絶縁層露出部分には前記銅箔の前記絶縁層と接合される面に存在するニッケルと同等若しくは少ない量のニッケルが残るように、前記銅箔をエッチングすることを特徴とする。

また、この発明のフレキシブルプリント配線板の製造方法は、銅箔よりなる導電層を選択的にエッチングして回路配線が形成された銅張積層板の前記回路配線領域に、保護絶縁層を熱プレスにより被着させる工程を有するフレキシブルプリント配線板の製造方法において、前記熱プレス時の離型材としてポリエステル系エラストマーのフィルムを用いたことを特徴とする。

この発明の銅張積層板及びフレキシブルプリント配線板は、銅箔面上に特定量のニッケルを有することにより、銅箔のエッチング後に微量のニッケルが絶縁層表面に残るので、ＡＣＦ接着剤と絶縁層との密着性がよくなる。３層銅張積層板を用いた場合においてもＡＣＦ接着剤による信頼性の高い電気的接続が可能となる。

図１に、２層銅張積層板を用いて作製されたフレキシブルプリント配線板上にＡＣＦ接着剤を形成させた一例を模式図で示す。図１において、フレキシブルプリント配線板１は、ポリイミドなどからなる絶縁フィルム１１と、この絶縁フィルム１１上に選択的に形成されている回路層１２Ａ、及びこの回路層１２Ａと図示しない領域において電気的に接続され、かつ外部と接続する端子部の端子層１２Ｂと、この回路層１２Ａを覆う保護絶縁層（カバーレイ）１３とを備えている。図示したフレキシブルプリント配線板１は、前記絶縁フィルム１１上にエポキシ接着剤を用いることなく銅箔層を形成させた片面２層銅張積層板を素材して、この片面２層銅張積層板の前記銅箔層をフォトリソグラフィー法などにより選択的にエッチングしてパターニングすることにより回路層１２Ａ及び端子層１２Ｂが形成されている。また、保護絶縁層１３は、前記回路層１２Ａ及び端子層１２Ｂが形成された片面２層銅張積層板に対して、位置合わせして熱プレス処理（キュア処理）をすることにより貼り付けられている。また、前記端子層１２Ｂには、ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）などの防錆処理や金めっき１４などの導電めっき処理が施されている。

このようなフレキシブルプリント配線板１と外部とを接続する場合には、異方導電性フィルム（ＡＣＦ）接着剤１５を前記端子層１２Ｂを覆うように貼り付けられる。このとき、従来は、フレキシブルプリント配線板１が２層銅張積層板を用いて作製されている場合に、前記異方導電性フィルム接着剤１５のポリイミドとの接着性が十分でなかったのは、既に述べたとおりである。

ＡＣＦ接着剤１５と絶縁フィルム１１との接着性について種々に調査したところ、調査試料によって接着性に変動が見られ、そこから更に端子層１２Ｂを形成している銅箔の前記絶縁フィルム１１に接着させる側の面（マット面）を比較分析すると、微量ながらいくつかの元素の差を検出することができた。

詳細な原因は解明されていないが、銅箔表面における成分組成と密着性との関係について種々に研究を重ねた結果、銅箔は前記絶縁フィルムに接着させる側の面にニッケルを有するようにすると高接着性を有することを確認した。

そこで、この発明の銅張積層板及びフレキシブルプリント配線板においては、図１に示すように、銅箔の絶縁層と接合される面に、０．１〜１０原子％のニッケル１６を有するようにする。

このニッケルの量は、０．１〜１０原子％が好適であり、なかでも、１．０〜８．０原子％の範囲が更に好適である。銅箔の前記絶縁フィルムに接着させる側の面におけるニッケルの量が０．１原子％未満では十分な接着性が出ない。一方、１０原子％を超えると導電性を低下させ、エッチング速度を遅くするので、好ましくない。なお、このニッケル量は、通常のＸＰＳ装置により分析して調べることができる。

また、前記銅箔の前記絶縁フィルムに接着させる側の面に、亜鉛層を０．１〜１０原子％の範囲で有してもよい。また、コバルト層も０．１〜１０原子％の範囲で有してもよい。クロム層も０．１〜５原子％の範囲で有してもよい。前記銅箔の表面にニッケル層、加えて亜鉛層、コバルト層、クロム層が存在している場合は、防錆効果があることから、はんだリフローなどの加熱時における酸化を防止するのに役立つと考えられ、ＡＣＦ接着剤の接着性の向上にいっそう役立つものと考えられる。前記ニッケル層や亜鉛層、コバルト層、クロム層は、銅箔の表面を全面的に覆う態様になることは必ずしも要しない。銅箔の表面上にまぶしたような態様で点状に又は島状に分布していればよい。

この発明に従い、銅箔の前記絶縁層と接合される面に、０．１〜１０原子％のニッケルを有するものは、例えば、蒸着やスパッタリングなどのドライプロセス、又は電解めっきや無電解めっきなどのウェットプロセスにより銅箔表面にニッケル層を形成させることにより得られる。ドライプロセスの場合は長尺な銅箔を蒸着装置やスパッタ装置などの成膜装置に連続的に導いて、減圧下で蒸着やスパッタリングを行って銅箔表面に前記ニッケル層を形成させることができる。ウェットプロセスの場合は、長尺な銅箔を電解めっき浴又は無電解めっき浴に連続的に導いて、銅箔表面に電解めっきや無電解めっきによる前記ニッケル層を形成させることができる。

また、前記銅箔は、圧延銅箔、電解銅箔のいずれを用いることもできる。

さらに、上述したこの発明に用いる銅箔を前記絶縁フィルムに接着させる際には、シランカップリング剤をその銅箔の前記絶縁フィルムに接着させる側の面上に施すことにより、絶縁フィルム（ポリイミド面）によく接着させることができる。このシランカップリング剤の種類としては、アミノシランやエポキシシランなどが好適である。

また、銅箔の前記絶縁フィルムに接着させる側の面の凹凸度（粗度）は、絶縁フィルムに対して適切なアンカー効果を得る観点から、中心線平均粗さＲａが０．３〜３．０μｍ程度の範囲とするとよい。

この発明のフレキシブルプリント配線板は、少なくとも前記端子部の絶縁層露出部分には、前記銅箔の前記絶縁層と接合される面に存在するニッケルと同等若しくは少ない量のニッケルを有している。端子部の絶縁層露出部分にニッケルを有することにより、ＡＣＦ接着剤と絶縁層との密着性がよくなる。

このような端子部の絶縁層露出部分のニッケルは、フレキシブルプリント配線板を製造するに当たって、可とう性を有する絶縁層に接合され、かつこの接合面にニッケルを有する銅箔よりなる導電層を選択的にエッチングして回路と、外部との電気的接続を行う為の端子部とを形成する工程において、少なくとも前記端子部の絶縁層露出部分には前記銅箔の前記絶縁層と接合される面に存在するニッケルと同等若しくは少ないニッケルが残るように、エッチング時間などを調整して前記銅箔をエッチングすることにより得られる。

次に、この発明に従うフレキシブルプリント配線板を製造するに当たって、上述したこの発明の要件を満たす２層銅張積層板を用いて、銅箔層を選択的にエッチングして回路層を形成し、保護絶縁層を前記回路層に対して位置合わせして貼り合わせた後に、熱プレス処理（キュア処理）をする際は、端子層近傍において露出している絶縁フィルム表面へ異物を付着させないために、転写性の少ない離型材料を用いることが重要である。

すなわち、図２に熱プレス処理時の材料構成の模式図を示すように、前記熱プレス処理は、絶縁フィルム１１上に選択的に形成された回路層１２Ａに対して、接着剤が形成されている保護絶縁層（カバーレイ）１３の接着剤が被成されている側の面を対向させた後、加熱しつつ押圧することにより、前記保護絶縁層を前記回路層１２Ａ上に貼り付ける。この熱プレス処理時に、前記プリント配線板の保護絶縁層１３やその他の層がプレス型等に接触したり固着したりすることがないように、熱プレス処理の被処理剤を覆うように離型シート２１が配設される。この離型シート２１を熱プレス後にフレキシブルプリント配線板から引き離すときに、離型シート２１の材質によっては、この離型シート２１の一部が欠落して異物として端子層１２Ｂ近傍に残存する場合がある。この異物が、ＡＣＦ接着剤の接着性に悪影響を及ぼすのではないかと考えられる。そこで、この発明では、前記離型シート２１として、転写性の少ない離型材料を用いることとして、絶縁フィルム表面へ異物を付着させないようにする。ここでいう離型シート２１の材料は主にプラスチック系材料であり、ポリ４−メチルベンテンやポリプロピレン等ポリオレフィン系材料よりも，ポリエステル系の材料が好適である。異物を生じさせる可能性がある転写性成分としてはゴム的なものであり、これがべたつきを生じさせる。よって離型シート２１はフレキシブルプリント配線板に接する面における結晶性を上げ、かつ、ポリイミドに対する極性が異なるものが好適であり、上述したポリエステル系のエラストマーを用いることが好適である。このポリエステル系のエラストマーの厚さは、約３０〜３００μｍがよい。薄すぎるとプレスキュア時に追随性がなく、厚すぎると伝熱性が悪化し、また、製造コストが高価になるためである。また、この発明で用いることができる離型材料としては、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）と飽和ポリエステルエラストマーとからなるものも好適である。

以上、図面を用いてこの発明のフレキシブルプリント配線板の実施形態について具体的に説明したが、この発明のフレキシブルプリント配線板は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、図面した例では、片面２層銅張積層板を用いているが、両面２層銅張積層板を用いることもできる。

２層銅箔のマット面について、ＸＰＳにより分析したニッケル量が種々の値になる銅箔を、前記マット面がポリイミド絶縁フィルムの表面に対向するようにして製造された２層銅張積層板（ポリイミド厚２５μｍ、銅箔１２μｍ）を用いた。銅箔の表面粗さＲａは１．０μｍであった。ＸＰＳの分析は、１０ｋＶ、１０ｍＡのＭｇＫ_α線を用い、測定間隔０．１ｅＶ、ドウェル時間１００ｍｓ、５回のスキャンにより行った。この２層銅張積層板から前記銅箔を選択的にエッチングして回路及び端子を形成したのち、端子部には金メッキを施す一方、前記回路上にはカバーレイを被覆させた。このカバーレイのキュア時には離型シートとしてポリエステル系の離型シートを用いた。

かくして得られたフレキシブルプリント配線板について、防錆性、導電性、ＬＶＨ（レーザバイアホール）接続性、及びＡＣＦ密着強度を調べた。その結果を表１に示す。

この調査において、ニッケル量は、銅箔マット面の分析をＸＰＳで実施した。表１では、原子％の値で示している。なお、表１の実施例１〜５、比較例１，２については、ニッケル以外の成分は、ニッケル量をｘ原子％とすると、Ｃｒが３原子％、Ｚｎが１原子％、Ｃが２５原子％、Ｎが１原子％、Ｏが７０−ｘで計算される値となる。また、実施例６〜１０、比較例３，４については、ニッケル以外の成分は、ニッケル量をｙ原子％とすると、Ｃｒが１．５原子％、Ｚｎが２原子％、Ｃが３０原子％、Ｎが１．５原子％、Ｏが６５−ｙで計算される値となる。また、防錆性は、２６０℃で３０秒間、リフロー炉を通過させたときに変色が認められないものを○、認められるものを×と判定した。エッチング性は、硫酸又は硫酸過水又は塩酸でエッチングし、ライン／スペース＝５０μｍ／５０μｍの配線を形成したときに配線間に金属が残ったもの（ライン間が導通したもの）を×と、金属が残らなかったもの（ライン間の導通がないもの）を○と評価した。密着強度は、銅箔のエッチングにより回路を形成させた後の絶縁フィルム面（ポリイミド面）に対するＡＣＦの接着性を調べ、７Ｎ／１０ｍｍ以上のものを○、それ未満を×と評価した。なお、このＡＣＦ接着剤についてはエポキシ樹脂（Ｔｇ：１２０℃）に対して粒径５μｍのＰＭＭＡボールにニッケルを１μｍ施し、厚み１０Åの金メッキを施したものを１１万個／ｍｍ^２の割合で配合しているＡＣＦ接着剤を用いた。

表１より、ニッケル量が０．１〜１０原子パーセントにあるフレキシブルプリント配線板は、密着性やその他の特性に優れている事がわかる。また、ニッケルの量が多いと、ＬＶＨの接続性（Ｃｕ／Ｎｉ間の接合強度）が悪化する。

フレキシブルプリント配線板上にＡＣＦ接着剤を形成させた一例の模式図である。 熱プレス処理時の材料構成の模式図である。

符号の説明

１ フレキシブルプリント配線板
１１ 絶縁フィルム
１２Ａ 回路層
１２Ｂ 端子層
１３ 絶縁保護層（カバーレイ）
１６ ニッケル
２１ 離型シート

Claims (5)

1. 可とう性を有する絶縁層に接合された銅箔よりなる導電層を備える銅張積層板において、
   前記銅箔の前記絶縁層と接合される面に、０．１〜１０原子％のニッケルを有することを特徴とする銅張積層板。
2. 可とう性を有する絶縁層に接合された銅箔よりなる導電層に回路が形成され、外部との電気的接続を行う為の端子部を備えるフレキシブルプリント配線板において、
   少なくとも前記端子部の絶縁層露出部分には、前記銅箔の前記絶縁層と接合される面に存在するニッケルと同等若しくは少ない量のニッケルを有することを特徴とするフレキシブルプリント配線板。
3. 異方導電性接着剤を用いて前記端子部と外部との電気的な接続をするものであることを特徴とする請求項２に記載のフレキシブルプリント配線板。
4. 可とう性を有する絶縁層に接合され、かつこの接続面にニッケルを有する銅箔よりなる導電層を選択的にエッチングして回路と、外部との電気的接続を行う為の端子部とを形成する工程を有するフレキシブルプリント配線板の製造方法において、
   少なくとも前記端子部の絶縁層露出部分には前記銅箔の前記絶縁層と接合される面に存在するニッケルと同等若しくは少ない量のニッケルが残るように、前記銅箔をエッチングすることを特徴とするフレキシブルプリント配線板の製造方法。
5. 銅箔よりなる導電層を選択的にエッチングして回路配線が形成された銅張積層板の前記回路配線領域に、保護絶縁層を熱プレスにより被着させる工程を有するフレキシブルプリント配線板の製造方法において、
   前記熱プレス時の離型材としてポリエステル系エラストマーのフィルムを用いたことを特徴とするフレキシブルプリント配線板の製造方法。
   
   

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