JP2009202594A - 寸法変化率が安定的な軟性金属積層板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノートパソコン、モニター、テレビなどの大型ＬＣＤ、及び携帯電話やＰＤＡなどの小型電子機器に使われる軟性回路基板の主材料である軟性金属積層板を提供する。
【解決手段】高分子フィルム１００、タイコート層（ｔｉｅ ｃｏａｔ ｌａｙｅｒ）１１０、金属シード層１２０、及び金属伝導層１３０を含む軟性金属積層板において、前記金属伝導層内に含まれた不純物（Ｃ及びＳ）の総含量が０．０３％以下であり、前記金属伝導層の集合組織の主方位成分の体積分率が５０％以上であり、前記金属伝導層のマクロ結晶粒の割合が１０％以下であり、前記高分子フィルムのモジュラスが５．０〜１０．５ＧＰａであり、熱膨脹係数（ＣＴＥ）が１１〜１８ｕｍ／ｍ°Ｃであり、含湿膨張係数（ＣＨＥ）が５．５〜９．５ｐｐｍである。
【選択図】図２

Description

本発明は、軟性金属積層板に関し、より詳しくは、ノートパソコン、モニター、テレビなどの大型ＬＣＤ、及び携帯電話、ＰＤＡなどの小型電子機器に使われる軟性回路基板の主材料である軟性金属積層板に関する。

一般に印刷回路基板（ＰＣＢ；Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）とは、印刷回路原板に電気配線の回路設計に従って各種部品を連結するか又は支持するものであり、よく電子製品の神経回路に例えられる。ノートパソコン、携帯電話、ＰＤＡ、小型ビデオカメラ、及び電子手帳などの電子機器の著しい成長に伴い、製品の高集積化、小型化における印刷回路基板の重要性が増している。

印刷回路基板はその物理的特性に応じてリジッド（ｒｉｇｉｄ）印刷回路基板、軟性（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）印刷回路基板、この２つが結合されたリジド−フレキシブル印刷回路基板、及びリジド−フレキシブル印刷回路基板と類似のマルチ−フレキシブル印刷回路基板に分けられる。

その中で軟性回路基板の原資材である軟性金属積層板は、携帯電話、デジタルカムコーダー、ノートパソコン、ＬＣＤモニターなどのデジタル家電製品に使われるものであり、屈曲性が優れて軽薄短小化に有利であるという特性のため、近年需要が急激に増えている。

しかし、従来の軟性金属積層板は回路を形成するための基板として高分子フィルムが使われるが、高分子フィルムの強度、熱膨脹係数などと回路を形成する金属層の強度、熱膨脹係数などとの差によって内部に応力が存在するようになり、このことは、パターンを形成した後、強制に高分子フィルムを拘束していた金属層が除去されるときに寸法の変化が起きるという問題に繋がる。

このように、パターン形成後の寸法変化率が増加すれば、回路上に半導体チップを実装するか又はＬＣＤパネル及びＰＣＢ基板を接続するときに、図１のように、一部配線において対向する電極である金属層がずれてしまう場合（Ｓ）があり得る。これにより配線が断線される問題が生じることがあり、また寸法変化率の中心値以外に変化率の偏差が大きければ、場合によって安定した配線及び接続が不可能になる問題が生じる恐れがある。

本発明は上記のような問題点を解決するために創案されたものであり、金属層の成分及び組織と高分子フィルムの物性を調節し、パターン形成後にも寸法変化率の低い優れた特性の軟性金属積層板を提供することに目的がある。

本発明の他の目的及び長所は後述され、本発明の実施例を通じて理解できるであろう。また、本発明の目的及び長所は添付された特許請求の範囲に示された手段及び組合せによって実現することができる。

上記のような目的を達成するための本発明による軟性金属積層板は、高分子フィルム、タイコート層（ｔｉｅ ｃｏａｔ ｌａｙｅｒ）、金属シード層、及び金属伝導層を含む軟性金属積層板において、前記金属伝導層内に含まれた不純物の総含量が０．０３％以下であり、前記金属伝導層の集合組織の主方位成分の体積分率が５０％以上であり、前記金属伝導層のマクロ結晶粒の割合が１０％以下であることを特徴とする。

前記高分子フィルムのモジュラスは５．０〜１０．５ＧＰａであり、熱膨脹係数（ＣＴＥ）は１１〜１８ｕｍ／ｍ°Ｃであり、含湿膨張係数（ＣＨＥ）は５．５〜９．５ｐｐｍであることが望ましい。

また、前記タイコート層はニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、またはこれらの合金からなり、前記金属シード層及び金属伝導層は銅または銅合金からなり、前記高分子フィルムはポリイミドからなることが望ましい。

さらに、前記軟性金属積層板はパターン形成後の寸法変化率が０．０５％以下であり、寸法変化率の偏差が０．０２％ポイント以下であることが望ましい。

本発明の他の態様によれば、軟性回路基板に使われる軟性金属積層板の製造方法として、（ａ）高分子フィルムを用意するステップ、（ｂ）高分子フィルムの上部にタイコート層を形成するステップ、（ｃ）タイコート層が形成された高分子フィルムの上部に金属シード層を形成するステップ、及び（ｄ）前記金属シード層の上部に、電気メッキ方式で不純物の総含量が０．０３％以下であり、集合組織の主方位成分の体積分率が５０％以上であり、マクロ結晶粒の割合が１０％以下である金属伝導層を形成するステップを含む軟性金属積層板の製造方法が提供される。

望ましくは、前記ステップ（ａ）では、モジュラスが５．０〜１０．５ＧＰａであり、熱膨脹係数（ＣＴＥ）は１１〜１８ｕｍ／ｍ°Ｃであり、含湿膨張係数（ＣＨＥ）は５．５〜９．５ｐｐｍである特性を持つ高分子フィルムを用意する。

本発明によれば、物性を調節した高分子フィルムと、その上に形成された金属層の不純物含量、集合組織、及び結晶粒の割合を調節してパターン形成後にも寸法変化率の低い安定した軟性金属積層板を提供することができる。

本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
従来の軟性金属積層板を用いた軟性回路で生じる寸法変化による接続不良の状態を示した図である。 本発明の一実施例による軟性金属積層板の断面を示した概略図である。 本発明の一実施例による軟性金属積層板を製造する工程を概略的に示したフロー図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。

図２は、本発明の一実施例による軟性金属積層板の断面を示した概略図である。

図２を参照すれば、本発明による軟性金属積層板は、高分子フィルム１００上に、異種金属からなるタイコート層１１０、タイコート層１１０上に蒸着された金属シード層１２０、及び前記金属シード層１２０上に電着された金属伝導層１３０を含む。

前記高分子フィルム１００は、軟性金属積層板に適合するように屈曲性を持つポリイミドフィルムからなる。ポリイミドフィルムは高い耐熱性と屈曲性、及び優れた機械的強度を持ち、金属と同等の熱膨脹係数を持つため、軟性フィルムの材料として多く使われる。ここで、前記高分子フィルム１００は優れた物理的特性を持つように形成する。すなわち、前記高分子フィルム１００は、モジュラス特性が５．０〜１０．５ＧＰａになるようにし、熱膨脹係数（ＣＴＥ）が１１〜１８ｕｍ／ｍ°Ｃになるようにし、含湿膨張係数（ＣＨＥ）が５．５〜９．５ｐｐｍになるようにする。このような条件を満足する高分子フィルム１００が優れた物理的性質を持つということについては後述する。特に、このような条件は、物理的性質の中、後述する金属層に軟性回路基板の製造のためにパターンを形成し、パターンに沿って金属層を除去した後の寸法変化率及び変化率偏差を小さくするためである。

タイコート層１１０は、高分子フィルム１００の表面上に真空成膜方式で形成される。そして、タイコート層１１０は、高分子フィルム１００とタイコート層１１０上に蒸着される金属シード層１２０との間に介在され、両層間の接合力強化及びバリアーとしての役割を果たす。よって、軟性金属積層板が高温処理されても金属シード層１２０が高分子フィルム１００から剥離されることを防止することができる。

タイコート層１１０の厚さは高温処理後、または回路形成時にメッキ液の浸透によって剥離されない範囲に調節することが望ましい。また、タイコート層１１０は高分子フィルム１００と金属シード層１２０との間に介在され、両層間の結合を増進させるための用途であるため、あまり厚い必要はない。望ましくは、タイコート層１１０の厚さは５０〜３００Åである。タイコート層１１０の厚さが薄過ぎる場合、高温に弱くて耐食性が悪くなり、高温処理後または回路形成時にメッキ液の浸透によって剥離される恐れがある。

タイコート層１１０の材料としては、他の物質との結合力及び反応性が良い金属、例えば、クロム、ニッケル、またはクロムとニッケルの合金が望ましい。

前記金属シード層１２０は、タイコート層１１０上にスパッタリングを含む多様な真空蒸着方式で形成される。望ましくは、金属シード層１２０は銅（Ｃｕ）または銅合金である。そして、その厚さは後述する金属伝導層１３０と一定範囲以上の接着力を持つように調節する。望ましくは、金属シード層１２０の厚さは５００Å以上である。

前記金属伝導層１３０は、金属シード層１２０上に電解メッキ方式で形成される。すなわち、真空蒸着によって金属シード層１２０を形成した後、これをメッキ液に浸漬させて電気化学的反応によって金属伝導層１３０が金属シード層１２０上に電着できるようにする。望ましくは、前記金属伝導層１３０は銅または銅の合金層である。

電気伝導性のある前記金属伝導層は、物理的性質が優れた組織及び成分を持つように形成する。すなわち、金属伝導層内に含まれた不純物である炭素（Ｃ）と硫黄（Ｓ）の総含量を０．０３％以下にし、金属伝導層の集合組織の主方位成分の体積分率を５０％以上にし、金属伝導層のマクロ結晶粒の割合を１０％以下にして形成する。このような条件を持つ金属伝導層１３０が優れた物理的性質を持つことについては後述する。前記高分子フィルム１００における説明と同様に、このような条件は軟性回路基板の製造のためにパターンを形成し、パターニングによって金属層が除去された後の寸法変化率及び変化率偏差を小さくするためである。

一方、集合組織とは、多結晶材料において同一の結晶方位を持つ多数の結晶粒で構成された１つの集合体のことを言う。例えば、結晶方位面の集合組織は材料が特定方向（面の垂直方向）を軸にして秩序よく整列されている集合組織のことを言う。２つ以上の集合組織を持つ金属板材は物理的性質において重要な特性を示す。

望ましくは、パターン形成後、金属層が除去された後の寸法変化率が０．０５％以下であり、寸法変化率の偏差が０．０２％ポイント以下であるとき、安定した配線及び接続が可能である。

次に、本発明による軟性金属積層板の製造方法について具体的に説明する。

図３は、本発明の一実施例による軟性金属積層板を製造する工程を概略的に示したフロー図である。

図３を参照すれば、まず、高分子フィルム１００を用意し（ステップＳ１０）、異種金属からなるタイコート層１１０をスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレイティング法などの真空成膜法によって形成する（ステップＳ２０）。

具体的に、高分子フィルム１００はモジュラス特性を５．０〜１０．５ＧＰａにし、熱膨脹係数（ＣＴＥ）を１１〜１８ｕｍ／ｍ°Ｃにし、含湿膨張係数（ＣＨＥ）を５．５〜９．５ｐｐｍにして形成して用意する。このようにして用意された高分子フィルムを真空が維持されるチャンバ内に搬入し、アルゴン、酸素、窒素などのガス又はその混合ガスを注入してプラズマで乾式前処理して高分子フィルムの表面を改質する。次いで、チャンバ内の真空度を維持してアルゴンなどの不活性ガス雰囲気で金属ターゲット（ニッケル‐クロム合金元素の金属ターゲット）からスパッタリングを含む多様な真空成膜法で高分子フィルム１００上にタイコート層１１０を形成する。

次に、タイコート層１１０の上部に銅または銅合金からなる金属シード層１２０を形成する（ステップＳ３０）。金属シード層１２０はチャンバ内の真空度を維持し、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気で銅または銅合金ターゲットからスパッタリングすることでタイコート層１１０上に金属シード層１２０を形成する。

次いで、金属シード層１２０の上部に金属伝導層１３０を形成する（ステップＳ４０）。金属伝導層１３０はメッキ液を使う電解メッキ方式を用いる。電解メッキ方式で金属伝導層１３０を形成するとき、金属伝導層１３０の成分、結晶粒、及び集合組織は下記する多くの変数に応じて調節される。

高分子フィルム１００上にタイコート層１１０及び金属シード層１２０を積層するときには、高分子フィルムの改質前処理の条件、すなわち、ガスの種類、混合比、パワー、前処理方式と、積層時の圧力、高分子フィルムと金属ターゲットとの距離、積層速度、及び高分子フィルムの温度を変化させる。また、金属伝導層１３０をメッキするときには、メッキ液の温度、メッキ液の組成、及び電解メッキ時の電流密度を変化させる。これによって形成されるタイコート層１１０及び金属シード層１２０の結晶粒の大きさ、表面状態、メッキ液の温度、メッキ液の組成、及び電解メッキ時の電流密度などは金属伝導層１３０をなす集合組織を変化させる。これによって、金属伝導層の不純物成分の含量、マクロ結晶粒の割合、及び集合組織の主方位成分の体積分率が決定される。

また、メッキされる金属イオンを含むメッキ液が収容されたメッキ槽の外部に別途の磁石を用意し、磁石から磁場を印加することで金属伝導層１３０の集合組織を変化させることもできる。

一方、本発明のより具体的な実験例を説明することで本発明をさらに詳しく説明する。しかし、本発明が下記する実験例に限定されることなく、添付される特許請求の範囲内で多様な形態の実施例が具現され得ることは勿論である。

本実験例においては、高分子フィルム上にタイコート層、金属シード層、金属伝導層を順次形成して試料を用意する。このとき、高分子フィルムの物理的特性、金属層の成分及び組織を変化させた多数の試料を用意する。このように用意された試料のパターン形成後の寸法変化率とその偏差をそれぞれテストする。

下記表１及び表２は、金属伝導層（Ｃｕ層）の不純物総含量、主方位成分の体積分率、マクロ結晶粒の割合と、高分子フィルムのモジュラス、熱膨脹係数、含湿膨張係数などの因子を変化させて形成した試料を用いてパターン形成後の寸法変化率とその偏差を測定した実験の実施例及び比較例を示した表である。

表１及び表２を参照し、実施例及び比較例の実験に対して各項目の因子による評価結果値を説明する。

まず、表１に示されたように、本発明による実施例においては、金属伝導層（Ｃｕ層）の不純物（Ｃ及びＳ）の総含量が０．０３％以下であり、集合組織の主方位成分の体積分率が５０％以上であり、マクロ結晶粒の割合が１０％以下である試料が使われた。また、高分子フィルムのモジュラス特性は５．０〜１０．５ＧＰａ範囲であり、熱膨脹係数（ＣＴＥ）は１１〜１８ｕｍ／ｍ°Ｃ範囲であり、含湿膨張係数（ＣＨＥ）は５．５〜９．５ｐｐｍ範囲である試料が使われた。

このような条件を満足するように形成された軟性金属積層板の試料を用いてパターン形成後の寸法変化率及び寸法変化率偏差を測定した結果、表１のように、寸法変化率は０．０５％以下の値として測定され、寸法変化率偏差も０．０２％ポイント以下の値として測定された。

次に、表２に示されたように、比較例においては、金属伝導層の不純物総含量が０．０３％以上である試料を用いた場合は、パターン形成後の寸法変化率を測定した結果が０．０５６％〜０．０６３％であって、本発明の基準値である０．０５％を超過する値であった。また、金属伝導層の集合組織の主方位成分の体積分率が５０％以下である試料を用いた場合は、寸法変化率を測定した結果が０．０５８％〜０．０７１％であって、本発明の基準値である０．０５％を超過する値であった。さらに、金属伝導層のマクロ結晶粒の割合が１０％以上である試料を用いた場合、寸法変化率は０．０５６％〜０．０７４％であって、これもまた本発明の基準値である０．０５％を超過する値であった。

さらに、高分子フィルムのモジュラス特性が５．０ＧＰａ以下である試料を用いた場合、寸法変化率が０．０５９％であって本発明の基準値を超過し、１０．５ＧＰａ以上の試料を用いた場合も、寸法変化率が０．０５７％〜０．０６２％であって本発明の基準値を超過した。また、高分子フィルムの熱膨脹係数（ＣＴＥ）が１８ｕｍ／ｍ°Ｃ以上である試料を用いた場合、寸法変化率が０．０７７％〜０．０８１％であって本発明の基準値を超過し、１１ｕｍ／ｍ°Ｃ以下の試料を用いた場合も、寸法変化率が０．０５６％〜０．０６１％であって本発明の基準値を超過した。さらには、高分子フィルムの含湿膨張係数（ＣＨＥ）が１１ｐｐｍ以上である試料を用いた場合にも、寸法変化率は０．０６１％〜０．０６５％であり、これもまた本発明の基準値を超過する結果である。

このように、上記比較例における条件では、パターン形成後の寸法変化率が本発明の基準値である０．０５％以下を満たすことができず、寸法変化率偏差も本発明の基準値である０．０２％ポイント以下を満たすことができない例が続出した。

したがって、上述した実験例の結果を総合すれば、高分子フィルムはモジュラス特性が５．０〜１０．５ＧＰａ範囲であり、熱膨脹係数（ＣＴＥ）は１１〜１８ｕｍ／ｍ°Ｃ範囲であり、含湿膨張係数（ＣＨＥ）は５．５〜９．５ｐｐｍ範囲を満たすように形成することが望ましい。また、金属伝導層は内部に含まれた不純物（Ｃ及びＳ）の総含量が０．０３％以下であり、金属伝導層の集合組織の主方位成分の体積分率が５０％以上であり、金属伝導層のマクロ結晶粒の割合が１０％以下である条件を満たすように形成することが望ましい。これでパターン形成後にも寸法変化率が０．０５％以下であって、寸法変化率偏差も０．０２％ポイント以下である優れた特性の軟性金属積層板を具現することができる。

以上、本発明をたとえ限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではく、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想及び特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。

１００ 高分子フィルム
１１０ タイコート層
１２０ 金属シード層
１３０ 金属伝導層

Claims (7)

1. 高分子フィルム、タイコート層、金属シード層、及び金属伝導層を含む軟性金属積層板において、
   前記金属伝導層内に含まれた不純物の総含量が０．０３％以下であり、前記金属伝導層の集合組織の主方位成分の体積分率が５０％以上であり、前記金属伝導層のマクロ結晶粒の割合が１０％以下であり、
   前記高分子フィルムのモジュラスが５．０〜１０．５ＧＰａであり、熱膨脹係数（ＣＴＥ）が１１〜１８ｕｍ／ｍ°Ｃであり、含湿膨張係数（ＣＨＥ）が５．５〜９．５ｐｐｍであることを特徴とする軟性金属積層板。
2. 前記タイコート層は、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、またはこれらの合金からなることを特徴とする請求項１に記載の軟性金属積層板。
3. 前記金属シード層及び金属伝導層は銅または銅合金からなることを特徴とする請求項１に記載の軟性金属積層板。
4. 前記高分子フィルムはポリイミドからなることを特徴とする請求項１に記載の軟性金属積層板。
5. 前記軟性金属積層板はパターン形成後の寸法変化率が０．０５％以下であることを特徴とする請求項１に記載の軟性金属積層板。
6. 前記軟性金属積層板はパターン形成後の寸法変化率の偏差が０．０２％ポイント以下であることを特徴とする請求項１に記載の軟性金属積層板。
7. 軟性回路基板に使われる軟性金属積層板の製造方法であって、
   （ａ）モジュラスが５．０〜１０．５ＧＰａであり、熱膨脹係数（ＣＴＥ）が１１〜１８ｕｍ／ｍ°Ｃであり、含湿膨張係数（ＣＨＥ）が５．５〜９．５ｐｐｍである特性を持つ高分子フィルムを用意するステップと、
   （ｂ）用意した高分子フィルムの上部にタイコート層を形成するステップと、
   （ｃ）タイコート層が形成された高分子フィルムの上部に金属シード層を形成するステップと、
   （ｄ）前記金属シード層の上部に、電気メッキ方式で不純物の総含量が０．０３％以下であり、集合組織の主方位成分の体積分率が５０％以上であり、マクロ結晶粒の割合が１０％以下である金属伝導層を形成するステップと、を含む軟性金属積層板の製造方法。

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