JP2006324545A - 配線用フィルム基板の製造方法、製造装置および配線用フィルム基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 高周波信号の伝送に好適で、高密度実装可能かつ信頼性の高い配線用フィルム基板を簡易に提供する。
【解決手段】 配線用フィルム基板の製造方法であって、熱可塑性樹脂フィルムである液晶ポリマーフィルム１の表面にＰｄ触媒２を介して無電解めっき法で導体薄膜である導体シード層３を形成する導体薄膜形成工程と、この導体薄膜形成工程によって導体シード層３が形成された液晶ポリマーフィルム１とこの導体シード層３とを融点より低い温度でフィルム面方向のせん断力を加えつつ熱圧着する熱圧着工程とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、フレキシブルプリント基板などの配線用フィルム基板の製造方法等に係り、より詳しくは、例えば、高周波信号の伝送に好適で高密度の実装が可能かつ信頼性の高い配線用フィルム基板の製造方法等に関する。

近年、特に携帯用機器の普及など、電子回路を内蔵する機器の小型化が進展することに伴い、樹脂フィルムを基板とするフレキシブルプリント配線基板(配線用フィルム基板)が広く用いられるようになってきている。このような小型機器に用いられるフレキシブルプリント配線基板は、配置されるスペースも限られることから、曲げて用いられる場合も多く、その曲率も使用する機器によって異なっているのが現状である。また、可動部分に使用される場合もある。

現在、フレキシブルプリント配線基板の基板材料としては、ポリイミドフィルムが広く用いられている。このポリイミドフィルムは、他の有機物や高分子系材料と比べて高い耐熱性(５００℃まで)を有し、また、機械強度や耐化学薬品性の面でも高い性能を備えている。また、誘電率も低く(通常３.２〜３.４)、延性に富み、熱膨張係数にも優れていることから、フレキシブルプリント配線基板の基板材料として有利な点が多い。

図４(ａ)〜(ｄ)は、基板材料としてポリイミドを用い、サブトラクティブ法によって配線パターンを製造する製造方法を説明するための図である。ここでは、まず、図４(ａ)に示すように、ポリイミドのフィルム基板２０１に例えば９μｍの厚さからなる銅箔２０２を張り合わせて、いわゆる銅張積層板を形成する。その後、図４(ｂ)に示すように、この銅箔２０２が張り合わされたポリイミドのフィルム基板２０１にレジスト２０３でパターンニングする。そして、図４(ｃ)に示すようにエッチングで配線パターン２０２Ａを形成し、図４(ｄ)に示すようにレジスト２０３を剥離して、ポリイミドのフィルム基板２０１上に配線パターン２０２Ａを形成している。

ここで、近年の情報化社会の進展に伴い、情報伝達や情報処理の高速化が進み、信号の高周波化が進んだ場合に、基板材料であるポリイミドフィルムは比較的誘電率が低い材料ではあるが、未だ不十分であり高周波における伝送損失が大きくなることが問題となる。

また、上述したサブトラクティブ法によるフレキシブルプリント配線基板の形成では、ポリイミドのフィルム基板２０１に銅箔２０２を張り合わせた銅張積層板を用いている。そのために、エッチングする銅配線が一定の厚みを有し、配線のエッジをシャープに形成することができない。また、図４(ｄ)に示すような銅膜表面側の配線幅Ｌ１と基板表面側(接合側)の配線幅Ｌ２において、これらの幅が大きく異なってしまい、微細配線を形成するのが難しくなるという問題もある。微細配線対応としては、パターンめっきにより配線を形成する、いわゆるセミアディティブ法があり、ポリイミドフィルム基板を用いたものが実用化されている。

高周波対応としては、誘電率がポリイミドより低くかつ誘電損失の低い液晶ポリマが注目されており、既にこれを用いたフレキシブルプリント基板が実用化されている。
ただし液晶ポリマは表面加工性がきわめて悪く、スパッタやメッキ等での薄膜の付着力が弱いためセミアディティブめっき加工におけるシード層の形成が困難であった。このため、現在の液晶ポリマによるフレキシブルプリント基板は上記銅張積層品に限られており、微細配線対応のものはできていない。

したがって、高周波対応かつ微細配線対応の、液晶ポリマを用いたセミアディティブタイプのフレキシブルプリント基板が望まれている。

そこで、次世代のフレキシブルプリント配線基板の基板材料として、液晶ポリマーフィルムを用い、セミアディティブ法によってフレキシブルプリント配線基板を形成する方法が検討されている。

図５(ａ)〜(ｅ)は、基板材料として液晶ポリマーフィルムを用いセミアディティブ法によって配線パターンを製造する製造方法を説明するための図である。まず、図５(ａ)に示すように、液晶ポリマーフィルム１０１に薄い導体シード層１０２を形成する。その後、図５(ｂ)に示すように、導体シード層１０２の上にレジスト１０３を形成する。次に、図５(ｃ)に示すように、形成されたレジスト１０３を用いて電気めっき法で配線形成部にのみ銅膜１０４を厚付けしてパターンめっきを行う。その後、図５(ｄ)に示すようにレジスト１０３を除去(剥離)する。そして最後に、図５(ｅ)に示すようにエッチングにより、レジスト１０３が形成されていた非配線部分の導体シード層１０２を除去して配線パターンを形成する。

このようにして形成されたフレキシブルプリント配線基板では、液晶ポリマーフィルム１０１の誘電率が低いことから、高周波における伝送損失を小さくすることができる。また、図５(ａ)〜(ｅ)に示すセミアディティブ法によれば、高密度配線(微細配線)が可能となる。

ここで、このセミアディティブ法では、最後に導体シード層１０２をエッチングで除去しなければならないので、導体シード層１０２は薄いほどよい。しかしながら、銅箔は数μｍ厚程度が薄さの限界といわれているため、導体シード層１０２を銅箔で形成することは好ましくない。

また、この導体シード層１０２の形成方法として、スパッタリング法や無電解めっき法が考えられる。しかしながら、このスパッタリング法は、真空中で成膜しなければならないため製造プロセスが煩雑になり、製造コストが高くなることが問題となる。更に、無電解めっき法は、製造プロセスが簡易でありコストが安くなるという利点があるが、液晶ポリマーフィルム１０１にめっき膜を十分な密着強度で形成することは困難とされている。

更に、一般に市販されている液晶ポリマーフィルムの銅張積層板では、銅箔を液晶ポリマーフィルムに十分な密着強度で張り合わせるために、銅箔の接着面を事前に粗化している。これが、伝送損失を増加させ、液晶ポリマーフィルムを基板材料として用いる利点を低減させている。

公報記載の従来技術として、液晶ポリマーフィルムに無電解めっき法で導体薄膜を形成する際、フィルム表面を粗化することで十分な密着強度を得ようとするものが存在する(例えば、特許文献１参照。)。また、液晶ポリマーフィルムに無電解めっき法で導体薄膜を形成するに際し、無電解めっき法で用いる触媒化処理溶液に工夫を施すことで密着強度を上げる技術が存在する(例えば、特許文献２参照。)。更に、液晶ポリマーフィルムに無電解めっき法で導体薄膜を形成した後、窒素、酸素、大気雰囲気中においてガラス転移点以上の温度でフィルムを加熱処理することで、導体薄膜のフィルムへの密着強度を上げる技術が開示されている(例えば、特許文献３参照。)。

特開２０００−２２３８０４号公報 特開２００４−１４３５８７号公報 特開２００４−２４７４２５号公報

この上記各特許文献に提案されている方法によれば、液晶ポリマーフィルムに無電解めっき法で導体薄膜を形成することが可能である。しかしながら、特許文献１に記載の方法では、フィルム表面が粗化されていることで、伝送損失が大きくなってしまい、液晶ポリマーフィルムを用いた利点が低減してしまう。また、特許文献２に記載の技術では、プロセスが煩雑となり、処理時間が長くなるという問題があった。更に、特許文献３に記載の技術では、事前にフィルム表面を粗化することなしでは、十分な密着強度は得ることができず、特許文献１と同様に、伝送損失が大きくなることは避けられない。

本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、高周波信号の伝送に好適で、高密度実装可能な、配線用フィルム基板を提供し、また、この配線用フィルム基板の製造方法および装置を提供することにある。

かかる目的のもと、本発明は、発明者等の鋭意検討によって、図５(ａ)に示すような配線用フィルム基板を製造する方法についてなされた提案である。即ち、本発明が適用される配線用フィルム基板の製造方法は、熱可塑性樹脂フィルムの表面に無電解めっき法で導体薄膜を形成する導体薄膜形成工程と、この導体薄膜形成工程によって導体薄膜が形成された熱可塑性樹脂フィルムと導体薄膜とを熱圧着する熱圧着工程とを含み、さらに前記熱圧着の際にせん断力を加え、このせん断力は面方向の力成分を含むものであることを特徴とする。さらに本発明は前記配線用フィルム基板の製造に用いる装置に関するものである。

せん断力とは、ある物質（材料）内の任意の平行面に関して、それぞれの面に反対方向に力を作用させた場合に発生する変形力である。反対方向の力を作用させることにより、ある面を境にして材料はお互いに反対方向に滑り、変形を生じる。本発明においては、図１（ｂ）に図示するように、熱圧着工程において、熱圧着とともにフィルム面方向に関して、それぞれ反対方向の力を加えてせん断力を得る。このせん断力付与の目的は、液晶ポリマの場合、固化状態では分子が配向しており、せん断力がない状態では融点近傍まで加熱された場合でも構造が崩れにくく十分な軟化流動状態が得にくいためである。上記せん断力は、例えば、フィルムを挟んで上下に設置されるロールによる加圧や熱板の水平移動等によって付与される。このとき、ロールや水平板は、上下の一方のみ稼動し、他方は固定であっても十分にせん断力を付与することができる。

さらに好ましいせん断力付与の方法として、フィルムの少なくとも一方の面がフラットな面に押圧される形で行うことが適当である。これは、熱可塑性樹脂は加熱状態で強度が大幅に低下するため、両面ロール加圧等のライン加圧では変形が生じやすいためである。例えば、一方の面がロール、他方の面が平板の組合せでの熱圧や、両面平板での熱圧が適しており、後者の場合は一方の平板は固定で、他方を水平移動することによってせん断力を与えることができる。

ここで、このせん断力を伴う熱圧着工程は、熱可塑性樹脂フィルムの融点近傍の温度でかつ融点より低い温度で、熱圧着を行うことを特徴とすることができる。熱可塑性樹脂は融点以上に加熱されると粘度が大幅に低下し、それ自体が接着剤となり、圧力を加えることで導体薄膜とフィルムの界面の微細な空孔に入り込む。そのために、熱圧着を行うことにより密着強度を向上させることができる。ただし、熱可塑性樹脂が液晶ポリマである場合は融点以上での粘度の低下が特に著しく、せん断力を伴う熱圧着によってフィルムの変形を起こす可能性あるため融点より少し低い温度で圧着することが好ましい。より、好ましくは、融点―60℃以上、融点―10℃以下である。

また、導体薄膜形成工程は、熱可塑性樹脂フィルムの表面に無電解めっきの触媒核となる金属原子を付与した後に無電解めっき法で導体薄膜を形成することを特徴とすることができる。

一方、本発明は、配線用に用いられるフィルム基板であって、熱可塑性樹脂フィルムと、この熱可塑性樹脂フィルムの表面に無電解めっき法で形成され、その後、熱可塑性樹脂フィルムと熱圧着されて形成される導体薄膜とを有する。

ここで、この熱可塑性樹脂フィルムは、液晶ポリマーフィルムであることを特徴とすることができる。

また、熱可塑性フィルムと導体薄膜との界面の凹凸が十点平均高さＲｚで表して２μｍ以下であることを特徴とすれば、導体薄膜を用いて配線が形成された際に、高周波の伝送損失を小さくすることができる点で好ましい。界面の凹凸がＲｚで２μｍ以上の場合、高周波の伝送損失が銅張積層板の製品と同程度以上になってしまい、無電解めっき法で銅膜を形成することによる利点が低減してしまう。また周知のように微細パターン形成の上からも界面の凹凸が少ないことが好ましい。高周波の伝送損失を低下させてかつ微細パターンを得るためには、界面の凹凸が十点平均高さＲｚで表して８０ｎｍ以下が好ましい。

また、導体薄膜は、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、およびＮｉ合金のうち、少なくとも１つを含む金属薄膜であることを特徴とすることができる。特に配線用としてはＣｕが好ましい。これはこの導体薄膜をシード層としてセミアデティブ法により配線形成を行った場合、シード層のエッチングが容易であること、および導電性の面から配線材料と同じＣｕであることが好ましいためである。
更に、その厚みは、薄すぎると電気めっきによる導体膜の積層が良好に行えず、厚すぎると配線形成時のエッチングプロセスに時間がかかり過ぎてしまうことから、３０ｎｍ以上８００ｎｍ以下とすることが好ましく、１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下が更に好ましい。

また更に、この熱可塑性フィルムと導体薄膜との間には、無電解めっきの触媒核となる金属原子が含まれることを特徴とすることができる。

本発明によれば、高周波信号の伝送に好適で、高密度実装可能かつ信頼性の高い配線用フィルム基板を簡易にかつ効率よく提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。本実施の形態は、図５(ａ)に示すような配線用フィルム基板そのものを提供する技術に関するものである。

図１(ａ),(ｂ)は、本実施の形態が適用される配線用フィルム基板の製造方法を説明するための図である。まず、図１(ａ)に示すように、熱可塑性樹脂である液晶ポリマーフィルム１に、Ｐｄ触媒２を用いて無電解めっき法で、例えば、厚さ２００ｎｍ程度の導体シード層３(導体薄膜)を形成する。導体シード層３としては、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、Ｎｉ合金などを用いることが好ましい。また、Ｐｄ触媒２の代わりに、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇなどの触媒を用いることが可能である。次に、導体シード層３と液晶ポリマーフィルム１とを熱圧着し、その際に図示のようにフィルムの面方向にせん断力を加える。
熱圧着の温度は、液晶ポリマーフィルム１の融点近傍でかつ若干低い温度である。せん断力の付与により融点以下であってもポリマーの分子配向が乱れて一定の流動状態が生じ、接着性が得られる。尚、液晶ポリマーフィルム１側と導体シード層３側の両方から加熱することも可能であるが、どちらか一方だけを加熱するように構成しても良い。

図２は、図１(ｂ)に示すせん断力付与熱圧着工程を実行する熱圧着装置２０を示した構成図である。図２に示す熱圧着装置２０は、導体シード層３がめっき形成された液晶ポリマーフィルム１を供給する供給ローラ２１と、導体シード層３および液晶ポリマーフィルム１を熱圧着するための加熱加圧ローラ２２と、加熱加圧平板２２‘とを有している。この加熱加圧ローラ２２および加熱加圧平板２２’の内部には、加熱ヒータ２３、２３‘が設けられている。更に、熱圧着後の配線用フィルム基板を下流側に搬送する出口ローラ２４を有している。

供給ローラ２１から供給される導体シード層３形成後の液晶ポリマーフィルム１は、加熱加圧ローラ２２および加熱加圧平板２２’の間に順次供給され、加熱および加圧される。加熱および加圧された導体シード層３付きの液晶ポリマーフィルム１は、出口ローラ２４まで搬送され、例えば冷却された状態で回収される。この回収されるシートが配線用フィルム基板材料として用いられる。

以下、実施例により本実施の形態を具体的に説明する。但し、本実施例は、その要旨を越えない限り、本実施の形態を限定するものではない。
〔実施例１〕
図３は、実施例１における製造方法の工程を説明するための図である。まず、液晶ポリマーフィルム(クラレ社製：ベクスターＯＣ、融点：310℃)を準備し(ステップ１０１)、この液晶ポリマーフィルム表面に、次のステップ１０２〜ステップ１０７の工程(無電解めっき法)により銅めっき膜を付着させる。最初に、フィルムの表面を軽度にアルカリエッチングし（３ｍｏｌ／ｌ ＫＯＨ溶液中浸漬、８０℃−６０ｍｉｎ）、表面を若干粗化させる(ステップ１０２)。大気プラズマ照射でフィルム表面を化学的に活性化させた(ステップ１０３)。そして、シランカップリング剤(信越シリコーン社製：ＫＢＭ９０３)に３分間浸漬させた後に水洗いした(ステップ１０４)。次に、Ｐｄ触媒付与剤(奥野製薬工業社製：ＯＰＣ−８０キャタリストＭ)に３分間浸漬させた後に水洗いした(ステップ１０５)。その後、塩酸に３分間浸漬させた後に水洗いした(ステップ１０６)。そして、３２℃の無電解銅めっき液(奥野製薬工業社製：ＡＴＳアドカッパ−ＩＷ)に１０分間浸漬させた後に水洗いし、１００℃の大気中で３０分間乾燥させた(ステップ１０７)。以上のようにして、表面に銅(Ｃｕ)めっき膜が形成された液晶ポリマーフィルムを形成した。その後、図２に示すようなせん断力付与型熱圧着装置２０で熱圧着した(ステップ１０８)。熱圧着時の温度は２８０℃、荷重は１００ｋｇとした。ＳＥＭ(Scanning Electron Microscope)観察結果によると、このようにして形成されためっき膜の厚みは約２００ｎｍであり、界面の凹凸は十点平均高さＲｚで表して５０ｎｍであった。

〔実施例２〕
ステップ１０７に示す無電解銅めっき液に代えて、Ｎｉ−Ｂ系めっき液(奥野製薬工業社製：トップケミアロイＢ−１)を用いた点以外は、実施例１と同様な操作を行い、液晶ポリマーフィルム上にＮｉ−Ｂ薄膜を備えためっき膜付着液晶ポリマーフィルムを形成した。ＳＥＭ観察結果によると、めっき膜の厚みは約２００ｎｍであった。また、界面の凹凸は十点平均高さＲｚで表して５０ｎｍであった。

〔実施例３〕
最初に、液晶ポリマーフィルムの表面を化学的処理で十分に粗化したこと以外は実施例１と同様の操作を行った。ＳＥＭ観察結果によると、めっき膜とフィルムの界面の凹凸は十点平均高さＲｚで表して２μｍであった。

〔比較例１〕
前記熱圧着しないこと以外は実施例１と同様にして、液晶ポリマーフィルム上に銅めっき膜を形成した。界面の凹凸は十点平均高さＲｚで表して８０ｎｍであった。

〔比較例２〕
液晶ポリマーフィルムに１０μｍ厚の銅箔を熱圧着装置で熱圧着した市販の銅張積層フィルムについて同様の評価を行った。ＳＥＭ観察結果によると、界面の凹凸は十点平均高さＲｚで表して４μｍであった。

〔比較例３〕
液晶ポリマーフィルムをせん断力を併用せずに２８０℃で熱圧着したこと以外は実施例１と同様にして、液晶ポリマーフィルム上に銅めっき膜を形成した。界面の凹凸は十点平均高さＲｚで表して３０ｎｍであった。

実施例、比較例で得られた試料を次のようにして評価し、結果を表１にまとめた。

実施例１、２、３と比較例１、３で得られた試料について、電解めっき法によりさらに約１０μｍの銅膜を積層した試料と、比較例３の試料について、導体膜とフィルムの密着強度を９０度ピール試験で測定した。実施例１および実施例２では導体膜の密度強度が６５０Ｎ/ｍ、実施例３，比較例２では導体膜の密度強度が７００Ｎ/ｍと良好であった。しかしながら、比較例１の密着強度は１０Ｎ/ｍ程度、比較例３の密着強度は１００Ｎ/ｍ程度と非常に低い値となった。即ち、熱圧着を行わない比較例１の場合や、融点以下でせん断力を併用せずに熱圧着を施した比較例３の場合には、十分な密着強度を得ることができないことが判明した。

また、実施例１、２、３および比較例１、３の試料についてはセミアディティブ法で、比較例２の試料についてはサブトラクティブ法で、幅/高さが２０μｍ/１０μｍの銅配線を形成した。そして、これらの試料について、図４(ｄ)にて説明したようなＬ１とＬ２と同様の寸法関係を把握した。即ち、この銅膜表面側の配線幅Ｌ１と液晶ポリマーフィルム表面側(接合側)の配線幅Ｌ２としてＬ１/Ｌ２を比較した。この結果、実施例１および実施例２では、比Ｌ１/Ｌ２が０.９８、０.９７と大きく、微細配線を形成するのに好ましい配線用フィルム基板を得ることが可能であることが明らかとなった。実施例３、比較例１、および比較例３では、比Ｌ１/Ｌ２が０.８２、０.９２、０.９７という値であったが、比較例２の試料では、Ｌ１/Ｌ２が０.５４と、他の試料よりも小さく、微細加工には不適当であることが明らかとなった。

従って、微細配線パターン形成に適した界面の凹凸としては、十点平均高さＲｚで表して２μｍ以下が好ましく、特に８０ｎｍ以下が好ましい。

(ａ),(ｂ)は、本実施の形態が適用される配線用フィルム基板の製造方法を説明する断面模式図である。 本発明による熱圧着工程を実行する熱圧着装置の実施形態を示した構成図である。 実施例１における製造方法の工程を説明するフローチャートである。 (ａ)〜(ｄ)は、基板材料としてポリイミドを用い、サブトラクティブ法によって配線パターンを製造する従来のフレキシブルプリント基板の製造方法を説明する図である。 (ａ)〜(ｅ)は、基板材料として液晶ポリマーフィルムを用いセミアディティブ法によって配線パターンを製造する本発明の方法による製造方法を説明するための図である。

符号の説明

１…液晶ポリマーフィルム、２…Ｐｄ触媒、３…導体シード層、２０…熱圧着装置

Claims (9)

1. 配線用フィルム基板を製造する方法であって、
   熱可塑性樹脂フィルムの表面に無電解めっき法で導体薄膜を形成する導体薄膜形成工程と、
   前記導体薄膜形成工程によって前記導体薄膜が形成された前記熱可塑性樹脂フィルムと当該導体薄膜とをフィルム面方向のせん断力を加えつつ熱圧着する熱圧着工程とを含む配線用フィルム基板の製造方法。
2. 前記熱圧着工程は、前記熱可塑性樹脂フィルムの融点近傍でかつ融点より低い温度で熱圧着を行うことを特徴とする請求項１記載の配線用フィルム基板の製造方法。
3. 前記導体薄膜形成工程は、前記熱可塑性樹脂フィルムの表面に無電解めっきの触媒核となる金属原子を付与した後に無電解めっき法で前記導体薄膜を形成することを特徴とする請求項１記載の配線用フィルム基板の製造方法。
4. 配線用に用いられるフィルム基板であって、
   熱可塑性樹脂フィルムと、
   前記熱可塑性樹脂フィルムの表面に無電解めっき法で形成され、その後、当該熱可塑性樹脂フィルムとフィルム面方向のせん断力を加えつつ熱圧着されて形成される導体薄膜とを有する配線用フィルム基板。
5. 前記熱可塑性樹脂フィルムは、液晶ポリマーフィルムであることを特徴とする請求項４記載の配線用フィルム基板。
6. 前記熱可塑性フィルムと前記導体薄膜との界面の凹凸が十点平均高さＲｚで表して２μｍ以下であることを特徴とする請求項４記載の配線用フィルム基板。
7. 前記導体薄膜は、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、およびＮｉ合金のうち、少なくとも１つを含む金属薄膜であることを特徴とする請求項４記載の配線用フィルム基板。
8. 前記熱可塑性フィルムと前記導体薄膜との間には、無電解めっきの触媒核となる金属原子が含まれることを特徴とする請求項７記載の配線用フィルム基板。
9. 請求項４記載の配線用フィルム基板の製造に用いる装置であって、
   前記熱可塑性樹脂フィルムの表面に無電解めっき法で導体薄膜が形成された前記熱可塑性樹脂フィルムと当該導体薄膜とをフィルム面方向のせん断力を加えつつ熱圧着する熱圧着部を有し、
   前記熱圧着部は、当該フィルムと当接する少なくとも一方の面が平板状であるでことを特徴とする配線用フィルム基板の製造に用いる装置。
   
   

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