JP2013065661A - フレキシブルプリント配線板用銅箔、その製造方法及びフレキシブルプリント配線板 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＣＬのエッチング工程における裾引きの発生を防止し、回路幅の均一な回路を形成できるフレキシブルプリント配線板用銅箔、その製造方法及びフレキシブルプリント配線板を提供する。
【解決手段】本発明に係るフレキシブルプリント配線板用銅箔は、銅箔の光沢面側にニッケル−コバルト合金めっき層が施されたフレキシブルプリント配線板用銅箔であり、ニッケル−コバルト合金めっき層の｛０１１｝面方位を有する結晶粒の占める面積の割合が、８０％以上である。
【選択図】図１

Description

本発明は、フレキシブルプリント配線板用銅箔、その製造方法及びフレキシブルプリント配線板に関し、特に銅箔の光沢面における防錆処理に関するものである。

フレキシブルプリント配線板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ，ＦＰＣ）は、厚みが薄く繰り返し曲げ性に優れることから、電子機器等への実装形態における自由度が高い。そのため、現在では、スライド型携帯電話の配線部やデジタルカメラ、プリンターヘッドなどの可動部、ならびにＨＤＤやＤＶＤ、ＣＤなど、ディスク関連機器の可動部の配線等にＦＰＣが広く用いられている。

ＦＰＣの導電体としては、種々の表面処理が施された純銅箔または銅合金箔が一般的に用いられている。銅箔は、その製造方法の違いにより、電解銅箔と圧延銅箔に大別される。

ＦＰＣは、前述のように繰り返し可動する部分の配線材として用いられることから優れた屈曲特性（例えば、１００万回以上の屈曲特性）が要求され、銅箔として圧延銅箔が使用されることが多い。

一般的に、圧延銅箔は、原材料となるタフピッチ銅（ＪＩＳ Ｈ３１００ Ｃ１１００）や無酸素銅（ＪＩＳ Ｈ３１００ Ｃ１０２０）の鋳塊に熱間圧延を施した後、所定の厚さまで冷間圧延と中間焼鈍を繰り返し施すことによって製造される。ＦＰＣ用の圧延銅箔に要求される厚さは、通常、５０μｍ以下であるが、最近では十数μｍ以下と更に薄くなる傾向にある。

このとき用いられる銅箔は、マット面と呼ばれる樹脂基材に接着される面と、光沢面と呼ばれる非接着面があり、それぞれに適した表面処理が施されている。

ＦＰＣの製造工程は、概略的に、ＦＰＣ用銅箔と、ポリイミドなどの樹脂からなるベースフィルム（基材）を貼り合わせてＣＣＬ（Ｃｏｐｐｅｒ Ｃｌａｄｅｄ Ｌａｍｉｎａｔｅ）を形成する工程（ＣＣＬ工程）と、該ＣＣＬにエッチング等の手法により回路配線を形成する工程と、該回路上に配線保護のための表面処理を行う工程などから構成されている。

ＣＣＬ工程には、接着剤を介して銅箔と基材を積層した後、熱処理により接着剤を硬化して密着させる（３層ＣＣＬ）方法と、接着剤を介さず、表面処理の施された銅箔を基材に直接張り合わせた後、加熱・加圧により一体化する（２層ＣＣＬ）方法の２種類がある。

ＣＣＬへ配線を形成する工程では、図２に示すように、銅箔２の光沢面にエッチングレジスト層１を形成し（Ａ）、塩化第二鉄、塩化第二銅などの水溶液からなるエッチング液をスプレー処理することにより、エッチングレジスト１より露出している不要部の銅箔２を溶解除去する（Ｂ，Ｃ）エッチング法が用いられている。

この場合、銅箔２の溶解は厚み方向だけでなく、横方向にも進行（サイドエッチング）し、銅箔厚みが厚い場合、一般に裾引きと呼ばれる末広がりの形状を示す。図３に裾引きの模式図を示す。配線間隔が狭い場合、この裾引きの部分で隣接する配線同士が短絡し、不良となる恐れがある。

裾引きによる配線不良を抑えるために、エッチング時間を長めに行うことがあるが、このような場合でもオーバーエッチングにより銅回路が極端に細くなり、通電により発熱して断線しやすくなる恐れがある。オーバーエッチングの模式図を図４に示す。

このような問題の対策として、特許文献１ではエッチングレジストと銅箔の間（銅箔の光沢面）にニッケルめっき層を、特許文献２では、ニッケル−コバルト合金めっき層を付与することを提案している。

特開平６−８１１７２号公報 特許４５９２９３６号公報

特許文献１および特許文献２の方法で示されるように、銅箔の光沢面にニッケルめっき層又はニッケル−コバルト合金めっき層を付与することで、裾引きの発生は軽減される。
すなわち、銅よりもエッチング速度が遅く、かつ銅と同じエッチング液でエッチング可能な皮膜を設け、この皮膜と共にエッチングすることにより、銅箔のエッチングレジスト側の横方向へのエッチングの進行を抑制し、裾引きの発生を抑えることが出来る。

しかし、ニッケルめっき層又はニッケル−コバルト合金めっきにおいても条件によってエッチング速度が異なるめっき皮膜が形成されるため、同じエッチング条件では配線の形状にバラツキが発生する問題があり、フレキシブルプリント配線板への実用化にあたり未だ充分とは言えない。

そこで、本発明は、銅箔とポリイミドなどのフィルム基材を貼り合わせたＣＣＬに対して回路形成を行う工程において、エッチングによる裾引きを防止し、回路幅の均一な回路を形成できるフレキシブルプリント配線板用銅箔及びフレキシブルプリント配線板を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、銅箔の光沢面側にニッケル−コバルト合金めっき層が施されたフレキシブルプリント配線板用銅箔において、前記ニッケル−コバルト合金めっき層の｛０１１｝面方位を有する結晶粒の占める面積の割合が、８０％以上であることを特徴とするフレキシブルプリント配線板用銅箔を提供する。

また、前記ニッケル−コバルト合金めっき層の平均結晶粒径が、５μｍ以下であること
が好ましい。

さらに、前記ニッケル−コバルト合金めっき層のめっき量が、６０μｇ／ｃｍ^２以下であることが好ましい。

また、銅箔の光沢面側にニッケル−コバルト合金めっき層を施したフレキシブルプリント配線板用銅箔の製造方法において、前記ニッケル−コバルト合金めっき層の｛０１１｝面方位を有する結晶粒の占める面積の割合が、８０％以上であることを特徴とするフレキシブルプリント配線板用銅箔の製造方法を提供する。

また、前記フレキシブルプリント配線板用銅箔を用いて作成されたフレキシブルプリント配線板を提供する。

本発明によれば、ＣＣＬのエッチング工程における裾引きの発生を防止し、回路幅の均一な回路を形成できるフレキシブルプリント配線板用銅箔、その製造方法及びフレキシブルプリント配線板を提供することができる。

本発明の実施の形態に係るＣＣＬの断面図である。 ＣＣＬの配線形成工程を示す断面図である。 裾引きの状態を示すＣＣＬの断面図である。 オーバーエッチングの状態を示すＣＣＬの断面図である。 エッチング率の計算に関する要素を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る銅箔の構造を示す断面図である。

（本発明のニッケル−コバルト合金めっき層の概要）
図１は、本発明の実施の形態に係るフレキシブルプリント配線板用銅箔の断面図である。光沢面にニッケル−コバルト合金めっき層４が施された銅箔２と、その銅箔２のマット面にポリイミドなどのフィルム基材３を貼り合わせて作製したＣＣＬに対して、回路形成を行う工程において、ニッケル−コバルト合金めっき層４の表面にエッチングレジスト１を形成する。

ＣＣＬに加工された状態において、光沢面表面に結晶配向の規定されたニッケル−コバルト合金めっき層４が存在することにより、配線形成のためのエッチング工程においてニッケル−コバルト合金めっき層近傍の銅箔２のエッチング速度が抑制され、良好な配線形状が得られる。

従来においても、光沢面にニッケル−コバルト合金めっき層４が施された銅箔２は使用されていたが、従来はニッケル−コバルト合金めっき層４の結晶配向を特に意識しておらず、めっき層の効果が顕著ではなかった。本発明では、銅箔２の光沢面に対して結晶粒の結晶配向を｛０１１｝に揃える（＝面積率８０％以上）ことにより効果が格段に顕著となった。

ここで、｛０１１｝面方位を有する結晶粒とは、銅箔２の厚み方向に対して｛０１１｝面の法線が１５°以内にある結晶粒を指す。｛０１１｝面積率が８０％未満であると、銅箔表面の場所によってエッチング速度が異なる領域が増加し、場所によって配線形状の劣る領域が発生する。

また、ＣＣＬに加工された状態におけるニッケル−コバルト合金めっき層４の平均結晶粒径は５μｍ以下であることが望ましい。平均結晶粒径が５μｍより大きい場合、エッチングによって形成される配線の直線性が低下するからであり、場所により配線形状に変化が生じる。

また、ニッケル−コバルト合金めっき層４のめっき量は、６０μｇ／ｃｍ^２以下であることが望ましい。めっき量が６０μｇ／ｃｍ^２より大きい場合、ニッケル−コバルト合金めっき層をエッチングで除去するためにかかるエッチング時間が長くなり、実用的ではないからである。また、場合によってはエッチング量が不足し、エッチング残りによる配線不良が発生する可能性もある。

ここで、実施の形態では、ＣＣＬに加工される前の銅箔について、ニッケル−コバルト合金めっき層の面方位については規定しない。すなわち、ＣＣＬ加工時に与えられる熱による再結晶によって｛０１１｝面方位を発生させても良いし、めっき処理の時点で｛０１１｝面方位のめっき層を作成し、ＣＣＬ加工時に安定して存在させても良い。
これら｛０１１｝面方位の割合および平均結晶粒径は、ＳＥＭ−ＥＢＳＰ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ＢａｃｋＳｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｐａｔｔｅｒｎ）法により求められる。また、めっき量は、ＩＣＰ−ＯＥＳ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ)により求められる。

以下、上記の特徴を有するニッケル−コバルト合金めっき層が施された銅箔について、実施例を用いてさらに具体的に説明する。

本実施の形態では、光沢面にニッケル−コバルト合金めっき層４を施した銅箔２のマット面にポリイミドなどのフィルム基材３を貼り合わせたＣＣＬに対して、回路形成を行う工程において、ニッケル−コバルト合金めっき層４の表面にエッチングレジスト１を貼り付け、塩化第二鉄エッチングにより直線回路を形成した。エッチング条件は、温度４０℃、スプレー圧０．７５ｋｇ／ｃｍ^２、時間３０秒である。この回路の断面を観察し、図５のように銅箔の配線上部幅ａと下部幅ｂを測定した。この測定値と銅箔厚みｈよりエッチング率を以下の数式（数１）のように求める。エッチング状態は、このエッチング率で評価する。すなわち、この値が高いほど、配線の形状は良好と言うことになる。

表１は、実施例及び比較例におけるニッケル−コバルト合金めっき４の｛０１１｝面積率、めっき量、平均結晶粒径、銅箔の配線上部幅ａ及び下部幅ｂ、銅箔厚みｈ、エッチング率を示した表である。

(実施例１)
まず、厚み１８μｍの圧延銅箔を用意した。この銅箔の光沢面に対し、ニッケル４０ｇ／Ｌ、コバルト５ｇ／Ｌ、ｐＨ４、温度４０℃のニッケル−コバルト合金めっき液を用いて電流密度５Ａ／ｄｍ^２、時間４秒のめっき条件でニッケル−コバルト合金めっきを施した。この時のニッケルとコバルトをあわせためっき量は４０μｇ／ｃｍ^２であった。

この銅箔を用いてマット面にポリイミドワニス（宇部興産Ｕ−ワニスＡ）を塗布、２７０℃×１５分加熱硬化させることでＣＣＬを作成した。この時のＳＥＭ−ＥＢＳＰ法による｛０１１｝面積率および平均結晶粒径はそれぞれ８１％と５μｍだった。ＳＥＭ−ＥＢＳＰ法は日立ハイテクノロジーズ製ＳＵ−７０およびＴＳＬ製ＯＩＭを用い、ＳＥＭ倍率５０００倍、傾斜７０°、測定領域１０μｍ×１０μｍ、測定ステップ０．０１μｍで実施した。

このＣＣＬに前述の方法でエッチングを行い、エッチング率（数１）を求めると、配線の配線上部幅ａと下部幅ｂの幅はほぼ同じであり、９．７と高い数値が得られ、良好な銅箔回路を得ることが出来た。

（実施例２）
実施例１と同様に１８μｍの銅箔の光沢面に対し、ニッケル−コバルト合金めっき処理を施した。めっき条件はニッケル４０ｇ／Ｌ、コバルト５ｇ／Ｌ、ｐＨ４、温度４０℃で電流密度１０Ａ／ｄｍ^２、時間２秒とした。この時のニッケルとコバルトをあわせためっき量は６０μｇ／ｃｍ^２であった。

この銅箔を用いて実施例１と同様の方法でＣＣＬを作成した。この時のめっき層の｛０１１｝面積率と平均結晶粒径は８５％と３μｍだった。

このＣＣＬを用い、前述の方法でエッチングを行い、配線上部幅と下部幅を測定した。これにより、配線上部幅と下部幅がほぼ同じであり、エッチング率１０．６と高い数値が得られ、良好な銅箔回路が得られることを確認した。

（実施例３）
実施例１、２と同様に１８μｍの銅箔の光沢面に対し、平滑な銅めっき処理を施し、続いてニッケル−コバルト合金めっき処理を施した。銅めっき条件は、銅５０ｇ／Ｌ、硫酸１００ｇ／Ｌ、温度４０℃、電流密度８Ａ／ｄｍ^２、時間４秒とした。ニッケル−コバルト合金めっきはニッケル４０ｇ／Ｌ、コバルト５ｇ／Ｌ、ｐＨ４、温度４０℃で電流密度５Ａ／ｄｍ^２、時間４秒とした。この時のニッケルとコバルトをあわせためっき量は４５μｇ／ｃｍ^２であった。

この銅箔を用いて同様にＣＣＬを作成した。この時のめっき層の｛０１１｝面積率と平均結晶粒径は８２％と５μｍだった。

このＣＣＬを用いて前述の方法でエッチングを行い、配線の上部幅と下部幅を測定した。実施例１，２と同様に配線の上部幅と下部幅がほぼ同じであり、エッチング率１０．９という高い数値が得られ、良好な銅箔回路が得られることを確認した。

（比較例１）
実施例１〜３と同様に１８μｍの銅箔の光沢面に対し、ニッケル−コバルト合金めっき処理を施した。めっき条件はニッケル４０ｇ／Ｌ、コバルト５ｇ／Ｌ、ｐＨ４、温度４０℃で電流密度５Ａ／ｄｍ^２、時間６秒とした。この時のニッケルとコバルトをあわせためっき量は６０μｇ／ｃｍ^２であった。

この銅箔を用いて同様にＣＣＬを作成した。この時のめっき層の｛０１１｝面積率と平均結晶粒径は７５％と５μｍだった。

このＣＣＬを用いて同様にエッチングを行い、配線の上部幅と下部幅を測定した。測定した結果、配線の上部幅と下部幅の差が大きく、エッチング率は５．７と実施例１〜３に比べて低い数値になり、エッチング不良の配線が形成された。

（比較例２）
同様に１８μｍの銅箔の光沢面に対し、ニッケル−コバルト合金めっき処理を施した。めっき条件はニッケル４０ｇ／Ｌ、コバルト５ｇ／Ｌ、ｐＨ４、温度４０℃で電流密度１０Ａ／ｄｍ^２、時間３秒とした。この時のニッケルとコバルトをあわせためっき量は８０μｇ／ｃｍ^２であった。

この銅箔を用いて実施例１と同様の方法でＣＣＬを作成した。この時のめっき層の｛０１１｝面積率と平均結晶粒径は７５％と３μｍだった。

このＣＣＬを用いて同様にエッチングを行ったところ、実施例１のエッチング条件ではエッチング残りが多く発生した。そのため、配線上部幅と下部幅を測定できず、エッチング率も計算できなかった。

（比較例３）
同様に１８μｍの銅箔の光沢面に対し、ニッケル−コバルト合金めっき処理を施した。めっき条件はニッケル４０ｇ／Ｌ、コバルト５ｇ／Ｌ、ｐＨ４、温度４０℃で電流密度１Ａ／ｄｍ^２、時間２０秒とした。この時のニッケルとコバルトをあわせためっき量は６０μｇ／ｃｍ^２であった。

この銅箔を用いて同様にＣＣＬを作成した。この時のめっき層の｛０１１｝面積率と平均結晶粒径は８０％と１０μｍだった。

このＣＣＬを用いて同様にエッチングを行い、配線の上部幅と下部幅を測定した。測定した結果、配線の上部幅と下部幅の差が大きくなり、エッチング率は５．５と実施例１〜３に比べて低い数値になり、エッチング不良の配線が形成された。

上記の実施例と比較例から、配線板の良好な銅箔回路を得るためには、実施例１〜３の条件を満たすことが望ましいことがわかる。すなわち、ニッケル−コバルト合金めっき層の｛０１１｝面積率は８０％以上、平均結晶粒径は５μｍ以下、めっき量は６０μｇ／ｃｍ^２以下であることが望ましい。

以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、上記に記載した実施の形態及び実施例は、本発明を何ら制限するものではない。

例えば、図４に本発明の他の実施形態であるプリント配線板用銅箔の断面模式図を示す。このプリント配線板用銅箔は、電解銅箔または圧延銅箔である銅箔基材２の表面にニッケル−コバルト合金めっき層４を付与した後、その表層側に防錆、耐食、耐酸化などの効果を付するために、亜鉛めっき層５、クロメート処理層６を形成した積層構造となっている。このニッケル−コバルト合金めっき層は、上記と同様にＣＣＬに加工された状態で｛０１１｝面方位が面積率として８０％以上を占める。また、銅箔基材２とニッケル−コバルト合金めっき層４の間に銅めっき層を設けても良い。

また、銅箔基材２の樹脂基材（ポリイミド基材）３との接着面においても、粗化めっき層を形成し、さらに、ニッケル−コバルト合金めっき層、亜鉛めっき層、クロメート層、シランカップリング処理層を形成しても良い（図示せず）。

以上のように本実施の形態に係るフレキシブルプリント配線板用銅箔は、ニッケル−コバルト合金めっき層の｛０１１｝面積率を８０％以上、平均結晶粒径を５μｍ以下、めっき量を６０μｇ／ｃｍ^２以下とすることで、ニッケル−コバルト合金めっき層の効果が格段に顕著となり、従来問題になっていたＣＣＬのエッチング工程における裾引きの発生を防止し、均一な回路幅のフレキシブルプリント配線板を提供することができる。

１…エッチングレジスト、２…銅箔、３…フィルム基材（ポリイミド）、４…ニッケル−コバルト合金めっき層、５…亜鉛めっき層、６…クロメート処理層。

Claims (5)

1. 銅箔の光沢面側にニッケル−コバルト合金めっき層が施されたフレキシブルプリント配線板用銅箔において、
   前記ニッケル−コバルト合金めっき層の｛０１１｝面方位を有する結晶粒の占める面積の割合が、８０％以上であること
   を特徴とするフレキシブルプリント配線板用銅箔。
2. 前記ニッケル−コバルト合金めっき層の平均結晶粒径が、５μｍ以下であること
   を特徴とする請求項１に記載のフレキシブルプリント配線板用銅箔。
3. 前記ニッケル−コバルト合金めっき層のめっき量が、６０μｇ／ｃｍ^２以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のフレキシブルプリント配線板用銅箔。
4. 銅箔の光沢面側にニッケル−コバルト合金めっき層を施したフレキシブルプリント配線板用銅箔の製造方法において、
   前記ニッケル−コバルト合金めっき層の｛０１１｝面方位を有する結晶粒の占める面積の割合が、８０％以上であること
   を特徴とするフレキシブルプリント配線板用銅箔の製造方法。
5. 請求項１ないし３のいずれかに記載のフレキシブルプリント配線板用銅箔を用いて作成されたフレキシブルプリント配線板。

Images