JP2006278825A

JP2006278825A - フレキシブルプリント配線板及びその製造方法

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Publication number: JP2006278825A
Application number: JP2005097149A
Authority: JP
Inventors: Tatsunori Shinoda; 辰規篠田; Shoichiro Nakamura; 詳一郎中村; Tomomitsu Senso; 智充千艘
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2006-10-12

Abstract

【課題】耐マイグレーション性に優れたフレキシブルプリント配線板とその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係るフレキシブルプリント配線板は、第一基材４の一面上に第一接着剤層９を介して又は直接、Ｃｕからなる配線部５を設けてなる銅張積層板２と、第二基材７の一面上に第二接着剤層８を設けてなるカバーレイフィルム３とを、配線部５および第一接着剤層８に第二接着剤層８が接するように重ねて一体化したフレキシブルプリント配線板１１であって、配線部５は、第二接着剤層８と接する面に、ＣｕとＳｎからなる金属間化合物層１４を具備してなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、フレキシブルプリント配線板及びその製造方法に係り、より詳細には、耐マイグレーション性に優れた、各種電子機器に適用できるフレキシブルプリント配線板とその製造方法に関する。

近年、電子機器の小型化に伴い、軽量で三次元的な実装が可能なフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuit）が多方面において用いられている。
フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）は、例えば銅張積層板（ＣＣＬ：Copper-Clad Laminate）の金属（Ｃｕ）層にエッチング等を施すことにより所定の回路パターンをなす配線部を形成し、その表面に、配線部を保護する目的で絶縁性のカバーレイフィルム（ＣＬ）をプレスキュアすることによって作製されている。

このように作製したフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）では、電圧の印加および水分の存在によってイオンマイグレーション（以下、「マイグレーション」と略称する。）が発生し、このマイグレーションが進展すると絶縁破壊が起こり問題となっていた。

また、このフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）の両側に、リジッドプリント配線板（ＲＰＣ）を積層することによって作製するリジッド・フレックス多層プリント配線板（Ｒ−ＦＰＣ）の内層ＦＰＣでは、フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）単体より耐マイグレーションの進展が早まる傾向があり、その対応策の開発が期待されていた。

なお、上記マイグレーションとは、電圧の印加および水分の存在によって、回路の金属が絶縁層中を移動する現象のことである。そして、＋極で金属が溶解し、−極から金属が析出して、この析出が＋極まで進展すると絶縁破壊が起こる。

そのため、従来の多層プリント配線板では、例えば、Ｃｕ等よりなる回路と絶縁層である接着剤との密着性向上、耐マイグレーション性向上などの目的から、以下に例示する回路表面に金属酸化膜を形成する方法が公知である。

（１）この金属酸化膜を形成する手段として、回路表面に過酸化水素を含まない有機酸系アソフトエッチング剤によって空気酸化を伴いながらエッチングにより粗化面を形成した後、その粗化面に黒色酸化膜を生成したものを用いる（特許文献１）。

（２）上記のような酸化膜は、酸性の薬剤によって溶解し隙間が発生してしまう虞があり、これを防止するために、内層コア材に形成された回路パターンのうち、外層との導通を図る金属メッキされた貫通孔または非貫通孔が形成された接続ランド以外に酸化膜を形成し、接続ランド上に絶縁樹脂層を設ける（特許文献２）。

また、回路の配線間隔（いわゆるピッチ間隔）が狭まると、マイグレーションにより各配線間の絶縁性の確保が困難になるという課題も顕在化しつつある。この対策として、以下に例示する方法が公開されている。

（３）各配線間の絶縁性を確保するために、例えば、回路表面に、ニッケルメッキ層を内側とし、かつ、金メッキ層を外側とする、積層導電膜よりなるバリアメタル層を形成する（特許文献３）。

（４）基板上に回路の配線部として、Ａｌ以外の金属を含むＡｌ合金層からなる導電膜を用い、基板側から層厚方向（導電膜において、基板と接する位置にある底面から最も離れた位置にある上面の方向）へ順次Ａｌ以外の金属の濃度が高くなるように設計する。Ａｌ以外の金属としては、ＴａやＴｉ等が好適である（特許文献４）。

しかしながら、回路表面に金属酸化膜を形成する手段［上記（１）、（２）］を設けてなるプリント配線板は、その酸化膜がプリント配線板の環境によっては還元されてしまい、酸化膜を設けたことによる耐マイグレーション性の能力が不安定化あるいは劣化する虞があった。

また、回路表面に積層導電膜を形成する手段［上記（３）］や回路の配線部を含有金属濃度が順次変化する導電膜を形成する手段［上記（４）］を設けてなるプリント配線板は、高密度化のため配線部が微細化されると、配線部の金属成分が絶縁層中を移動するマイグレーションを起こし、配線間での絶縁抵抗値が低下しやすくなる虞があった。
特開平０８−２０４３３６号公報特開平１１−３５４９２３号公報特開２００１−０２４２９５号公報特開平０７−０３６０５２号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、耐マイグレーション性に優れたフレキシブルプリント配線板とその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係るフレキシブルプリント配線板は、第一基材の一面上に第一接着剤層を介して又は直接、Ｃｕからなる配線部を設けてなる銅張積層板と、第二基材の一面上に第二接着剤層を設けてなるカバーレイフィルムとを、前記配線部および前記第一接着剤層に前記第二接着剤層が接するように重ねて一体化したフレキシブルプリント配線板であって、前記配線部は、前記第二接着剤層と接する面に、ＣｕとＳｎからなる金属間化合物層を具備してなることを特徴とする。

本発明の請求項２に係るフレキシブルプリント配線板は、請求項１において、前記金属間化合物層が、前記配線部に接する第一層と前記第一層に重なる第二層とから構成され、前記第一層に比べて前記第二層の方がＳｎの含有量が高いことを特徴とする。

本発明の請求項３に係るフレキシブルプリント配線板は、請求項２において、前記第一層はＣｕ_３Ｓｎを、前記第二層はＣｕ_１１Ｓｎ_９を、それぞれ主体とすることを特徴とする。

本発明の請求項４に係るフレキシブルプリント配線板の製造方法は、第一基材の一面上に第一接着剤層を介して又は直接、Ｃｕからなる配線部を設けてなる銅張積層板と、第二基材の一面上に第二接着剤層を設けてなるカバーレイフィルムとを、前記配線部および前記第一接着剤層に前記第二接着剤層が接するように重ねて一体化したフレキシブルプリント配線板の製造方法であって、前記一体化する前に、前記配線部の露出面を全て覆うように、Ｓｎからなる被膜を形成する工程と、前記一体化した後に、熱処理を施し、前記配線部の前記第二接着剤層と接する面に、ＣｕとＳｎからなる金属間化合物層を形成する工程とを、少なくとも具備したことを特徴とする。

本発明に係るフレキシブルプリント配線板は、これを構成する配線部が第二接着剤層と接する面に、ＣｕとＳｎからなる金属間化合物層を備えている。この金属間化合物層はＣｕからなる配線部の溶解を抑制し、耐マイグレーション性の向上をもたらすので、絶縁特性を向上させることができる。

本発明に係るフレキシブルプリント配線板の製造方法は、予め、配線部の露出面を全て覆うように、Ｓｎからなる被膜を形成し、金属張積層板とカバーレイフィルムとを重ね合わせ、その後、プレスキュアするなど熱処理を施すことによって、配線部の構成元素であるＣｕをＳｎ被膜中に侵入させる。ＳｎはＣｕと金属間化合物を形成しやすい性質を備えているため、配線部が第二接着剤層と接する面（配線部の上面および側面）に予め設けてあったＳｎ被膜をＳｎ−Ｃｕ金属間化合物層に置換させることができる。ゆえに、本発明の製造方法によれば、別途Ｓｎ被膜に金属間化合物層を形成させるための熱処理工程を設けることなく、プレスキュア時の熱処理を有効利用することによりＳｎ−Ｃｕ金属間化合物層を得ることができるので、製造工程の簡略化が図れるとともに、上述した耐マイグレーション性の優れたフレキシブルプリント配線板の製造に寄与する。

以下では、本発明に係るフレキシブルプリント配線板の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係るフレキシブルプリント配線板の一例を示す概略断面図である。図２は、図１の一部を拡大して示した概略断面図である。
本発明に係るフレキシブルプリント配線板１は、図１に示すように、銅張積層板（ＣＣＬ）２とカバーレイフィルム３とを積層して一体化したものであって、銅張積層板２に形成されている配線部５の表面に、金属間化合物層１４を形成するための被膜６を有している。

銅張積層板２は、第一基材４上に、第一接着剤層９を介して銅（Ｃｕ）からなる配線部５が形成されたものである。
第一基材４は、電気絶縁性と可撓性を有する樹脂基板であって、例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン等が挙げられる。

配線部５は、第一基材４の一面に設けた銅箔を加工処理（例えば、エッチング処理）して形成され、所定の回路パターン等をなす。
また、第一接着剤層９は、エポキシ樹脂に、高分子成分と硬化剤とを添加したエポキシ樹脂組成物を用いることが出来る。この高分子成分は、接着剤の柔軟性（可撓性）及び接着性を高めるもので、化学架橋剤（硫黄系架橋剤、過酸化物系架橋剤など）、電離性放射線照射（ガンマ線、電子線など）、加熱処理などにより架橋されるゴム材料であり、例えばアクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）が好適である。

カバーレイフィルム３は、第二基材７とその一面に第二接着剤層８が形成された構成をなし、第二基材７としては、可撓性を有する樹脂材料、例えばポリイミド、ポリエチレンテレフタレート等からなり、フィルム状に成形されたものが好適に用いられる。なお、第二接着剤層８としては、上記の接着剤層９と同様のものを用いることができる。

また、金属間化合物層１４は、図２に示すように、配線部５に接する第一層１５と前記第一層１５に重なる第二層１６とから構成され、第一層１５に比べて第二層１６の方がＳｎの含有量が高いものとなっている。
この金属間化合物層１４は、後述するように、金属張積層板２の配線部５（および前記第一接着剤層９）に対して、カバーレイフィルム３の第二接着剤層が接するように重ねて一体化した後、熱処理を施すことによって形成される。

図３は、本発明に係るフレキシブルプリント配線板の作製手順の一例を示す概略断面図である。以下では、図３を参照して、フレキシブルプリント配線板を作製する方法について説明する。
図３（ａ）に示すように、金属張積層板２０は、銅箔などの金属箔等からなる金属層１０を、第一接着剤層９を介して第一基材４に接着してなるものである。

銅張積層板２０は、例えば、以下の手順により作製することができる。
上述したエポキシ樹脂組成物を有機溶剤に溶解した原料液を用意し、この原料液をコーターなどで第一基材４に塗布した後、原料液中の溶媒を蒸発させて第一接着剤層９を形成し、この第一接着剤層９表面に銅箔を圧着することなどによって金属層１０を形成し、銅張積層板２０が得られる。
その際、原料液の溶媒としては、接着剤組成物を混練、混合する際に使用可能なものと同様の有機溶媒を用いることができる。

次いで、図３（ｂ）に示すように、銅張積層板２０の金属層（Ｃｕ）１０にエッチングを施し、所定の回路パターンをなす配線部５を形成する。
さらに、図３（ｃ）に示すように、Ｃｕ（銅）より構成した配線部５の上面に、Ｓｎ（錫）からなる被膜６を形成することによって銅張積層板２が得られる。

一方、カバーレイフィルム３は、銅張積層板２０（２）と同様に、上記エポキシ樹脂組成物を有機溶剤に溶解した原料液をコーターなどで第二基材７に塗布した後、原料液中の溶媒を蒸発させることによって第二接着剤層８を形成し、得ることができる。

そして、図３（ｄ）に示すように、カバーレイフィルム３を、第二接着剤層８が配線部５に対面するように、金属張積層板２上に配置し、これらをプレスキュアすることで、図１に示すようなフレキシブルプリント配線基板１を得ることが出来る。

上記の構成としたフレキシブルプリント配線板１にあっては、配線部５の上面に金属間化合物層１４を構成する被膜６を有しているので、配線部５の金属成分の溶解を抑制し、優れた柔軟性（可撓性）を有し、各配線部間の絶縁性を確保し、および耐マイグレーション性を向上させたものが得られるものとなる。
従って、配線ピッチの微細化によって、電子機器の小型化を図ることができる。

なお、上記実施形態では、銅張積層板２は、第一基材４上に第一接着剤層９を介してＣｕ（銅）からなる配線部５が形成したものとしたが、これに限らず、図４に示すように、第一基材４上に直接配線部５を形成し、さらに配線部５の上面に金属間化合物層１４を構成するＳｎよりなる被膜６を形成することで、第一接着剤層９を備えていないこと以外は銅張積層板２と同様に構成された銅張積層板１２としたものを用いるようにしても良い。

図５は、本発明に係るフレキシブルプリント配線板を用いてなるリジッド・フレックスプリント配線板の一部を示した概略断面図である。図５において、３１は電気絶縁性のリジッド基材、３２は回路として機能する導電部材、３３は接着部材である。
本発明は、図５に示すように、上述のように構成したフレキシブルプリント配線板１の両側に、リジッドプリント配線板３０，３０をそれぞれ積層し、これらを一体化することでリジッド・フレックスプリント配線板１００としても良い。

図５には、フレキシブルプリント配線板を挟むようにリジッドプリント配線板を設けた部分のみ示しているが、例えば、フレキシブルプリント配線板のみ紙面右手に延ばすように構成し、その先の領域において、図５と同様にフレキシブルプリント配線板を挟むようにリジッドプリント配線板を設けることにより、リジッド・フレックスプリント配線板１００が得られる。
その際、リジッドプリント配線板３０は、ガラスエポキシよりなる基材３１の一方の面に、銅箔などの金属箔等からなる金属層３２を形成するとともに、他方の面に、層間接着シート３３を貼り付けることにより構成される。
（実験例）

＜接着剤の調製＞
ベース樹脂として、ジャパンエポキシレジン社製のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂１００ｗｔ％に、和光純薬社製の４，４−ジアミノジフェニルスルフォン３２ｗｔ％を添加した樹脂を用意し、これにカルボキシル基変性未架橋ＮＢＲとして、日本ゼオン社製のカルボキシ化アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）を５０ｗｔ％配合して接着剤組成物とした。その接着剤配合を、表１に示す。

（マイグレーション評価試験）
上記接着剤組成物を、厚さ２５μｍのポリイミドフィルム上に乾燥厚が３０μｍとなるように塗布してカバーレイフィルムを作製した。また、上記接着剤組成物を、厚さ２５μｍのポリイミドフィルム上に乾燥厚が１０μｍとなるように塗布した後、厚さ１８μｍの圧延銅箔を貼り合わせて片面銅張積層板とした。

この積層板の銅箔を、図6に示すような、くし型パターン［線幅ａ８０μｍ、線間ｂ８０μｍ（Ｌ／Ｓ＝８０μｍ／８０μｍ）、線長ｃ２０ｍｍ、くしの数５対の対向した構成］に形成した後、回路表面（上面および側面）に電解めっきでＳｎ被膜を形成した。その際、電解めっきは、Ｓｎ：３０ｇ／ｌ、硫酸：３０ｇ／ｌを含有する浴中で、電流密度：２４Ａ／ｃｍ^２で行った。また、Ｓｎ被膜の膜厚は、それぞれの膜厚での効果を確認するために、μｍ単位で、０．１、０．２、０．５、１、２の各膜厚とした。さらに、比較のため、Ｓｎ被膜を形成しないもの（Ｓｎ被膜の膜厚が０μｍ）も作製した。その際、電極５１Ａ、５１Ｂの巾ｄは両方とも１ｍｍ、一方の電極のくし凸部５２と、他方の電極のくし凹部５３との間隔ｅは１ｍｍとした。

そして、このカバーレイフィルムの接着剤層が上記くし型パターンに対面するように、片面銅張積層板上にカバーレイフィルムを載せて、これらを温度１６０℃、圧力５０ｋｇ／ｃｍ^２という条件にて、６０分間プレス処理を施すことにより一体化させ、それぞれ評価用フレキシブルプリント配線板とした。その際、プレスする方向（外力を加える方向）は、図３（ｄ）の矢印が示す方向である。

さらに、このフレキシブルプリント配線板の両側のみ上下面に、上記接着剤組成物を用いてリジッドプリント配線板（松下電工社製、Ｒ１７６１）を載せて、温度１６０℃、圧力５０ｋｇ／ｃｍ^２という条件にて、６０分間プレス処理を施すことで一体化させ、評価用リジッド・フレックスプリント配線板とした。

このように作製した各評価用フレキシブルプリント配線板に対しては、絶縁抵抗値の測定及びマイグレーション発生の有無を、各評価用リジッド・フレックスプリント配線板に対しては、１０^７Ω以上の抵抗値が維持される時間を、それぞれ測定した。その際、絶縁抵抗値は、左右の電極間に、８５℃、８５％ＲＨの雰囲気下で、ＤＣ５０Ｖを印加し、電流を検知して、２５０時間後の絶縁抵抗値を求めた。また、マイグレーション発生の有無は、抵抗維持時間が２５０時間以上の場合を発生なしとして○印で、抵抗維持時間が１００時間を下回る場合を発生ありとして×印で、さらに、抵抗維持時間が１００時間以上だが２５０時間以下で発生の疑いがある場合を△印で、それぞれ示した。これらの結果を、表２に纏めて示す。

表２より、以下の点が明らかとなった。
（１）Ｓｎ被膜を設けること（実験例２−６）により、抵抗維持時間が大幅に延びる。
（２）Ｓｎ被膜の膜厚を０．２〜１μｍとした場合（実験例３−５）は、１０^８（Ω）台の絶縁抵抗が得られ、マイグレーションの発生がなく、抵抗維持時間も２５０（ｈ）を越える。

以上の結果より、配線部の表面に、ＳｎとＣｕからなる金属間化合物層を設けることで、耐マイグレーション性が向上することが分かった。特に、実験例２−４の結果は、金属間化合物層を構成するＳｎ被膜の厚さを０．２μｍ〜１μｍの範囲とすることにより、耐マイグレーション性に優れたものが得られるとともに、フレキシブルプリント配線板に限らずリジッド・フレックスプリント配線板においても絶縁特性の著しい改善をもたらすことを示している。

なお、上記不具合の発生した場合については、分析評価した結果、以下の通りその原因を推定した。その際、分析評価法としては、オージェ分析法とＴＯＦ−ＳＩＭＳ分析法を併用した。
Ｓｎ被膜の膜厚が０．２μｍより薄い場合（実験例２：膜厚０．１μｍ）は、回路表面（上面及び側面）を全て覆いきれず、表面に金属間化合物層が存在しない部分ができたことにより、短時間でマイグレーションが進展し絶縁破壊が生じたものと見られる。
一方、Ｓｎ被膜の膜厚が１μｍより厚い場合（実験例６：膜厚２μｍ）は、回路表面に金属間化合物層とならない部分（すなわち、Ｓｎのみから構成される部分）が残り、この部分において被膜のマイグレーションが発生し、短時間で絶縁破壊が起こってしまうものと考えられる。

これに対して、Ｓｎ被膜の膜厚が０．２μｍ〜１μｍの場合（実験例３−５）は、Ｓｎ被膜はその厚さ方向の全域において、ＳｎとＣｕの金属間化合物層が観測された。
特に、この金属間化合物層は、配線部に接する第一層と第一層に重なる第二層とから構成されており、第一層に比べて第二層の方がＳｎの含有量が高いことが分かった。その際、第一層はＣｕ_３Ｓｎ（Ｃｕ−２５ａｔ％Ｓｎ）を、第二層はＣｕ_１１Ｓｎ_９（Ｃｕ−４５ａｔ％Ｓｎ）を、それぞれ主体とすることが確認された。
したがって、配線部の表面（上面及び側面）にＳｎとＣｕからなる金属間化合物層を設け、その膜厚を０．２μｍ〜１μｍの範囲とすることにより、耐マイグレーション性の著しく向上したフレキシブルプリント配線板が得られることが分かった。

本発明に係るフレキシブルプリント配線板は、その効用が、配線部の表面にＳｎとＣｕからなる金属間化合物層を設けるだけで、耐マイグレーション性の著しい改善が図れる点にあることを考慮すると、配線部の幅（ライン）や配線部間の離間距離（ピッチ）に依存することなく、各種のライン・ピッチからなる配線部においても広く適用することが可能である。なお、本発明は配線部の微細化に伴い、さらに高密度化が図られた際にも安定した耐マイグレーション性の維持に寄与する技術であることから、フレキシブルプリント配線板に限定されるものではなく、リジッドプリント配線板などにも利用可能である。

本発明に係るフレキシブルプリント配線板の一例を示す概略断面図である。図１の一部を拡大して示した概略断面図である。本発明に係るフレキシブルプリント配線板の作製手順の一例を示す概略断面図である。本発明に係るフレキシブルプリント配線板の他の一例を示す概略断面図である。本発明に係るフレキシブルプリント配線板を用いてなるリジッド・フレックスプリント配線板の一部を示した概略断面図である。くし型パターンの一例を示す概略平面図である。

符号の説明

１、１１フレキシブルプリント配線板、２銅張積層板、３カバーレイフィルム、４第一基材、５配線部、６被膜（Ｓｎ）、７第二基材、８第二接着剤層、９第一接着剤層、１０金属層（Ｃｕ）、１２銅張積層板、１４金属間化合物層、１５第一層、１６第二層、３０リジッドプリント配線板、３１リジッド基材、３２導電部材、３３接着部材、５１Ａ、５２Ｂ電極、１００リジッド・フレックスプリント配線板。

Claims

第一基材の一面上に第一接着剤層を介して又は直接、Ｃｕからなる配線部を設けてなる銅張積層板と、第二基材の一面上に第二接着剤層を設けてなるカバーレイフィルムとを、前記配線部および前記第一接着剤層に前記第二接着剤層が接するように重ねて一体化したフレキシブルプリント配線板であって、
前記配線部は、前記第二接着剤層と接する面に、ＣｕとＳｎからなる金属間化合物層を具備してなることを特徴とするフレキシブルプリント配線板。
前記金属間化合物層は、前記配線部に接する第一層と前記第一層に重なる第二層とから構成され、前記第一層に比べて前記第二層の方がＳｎの含有量が高い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板。
前記第一層はＣｕ_３Ｓｎを、前記第二層はＣｕ_１１Ｓｎ_９を、それぞれ主体とすることを特徴とする請求項２記載のフレキシブルプリント配線板。
第一基材の一面上に第一接着剤層を介して又は直接、Ｃｕからなる配線部を設けてなる銅張積層板と、第二基材の一面上に第二接着剤層を設けてなるカバーレイフィルムとを、前記配線部および前記第一接着剤層に前記第二接着剤層が接するように重ねて一体化したフレキシブルプリント配線板の製造方法であって、
前記一体化する前に、前記配線部の露出面を全て覆うように、Ｓｎからなる被膜を形成する工程と、
前記一体化した後に、熱処理を施し、前記配線部の前記第二接着剤層と接する面に、ＣｕとＳｎからなる金属間化合物層を形成する工程とを、
少なくとも具備し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。