JP2021132055A - Etched flexible substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エッチング後フレキシブル基板に関する。さらに詳しくは、エッチングにより配線が形成されたエッチング後フレキシブル基板に関する。 The present invention relates to a flexible substrate after etching. More specifically, the present invention relates to a post-etched flexible substrate in which wiring is formed by etching.
スマートフォン、携帯電話、タブレット端末などの携帯型電子端末におけるデータの送受信量が増大している。この送受信量に対応するため、これらの携帯型電子端末での通信速度は、より高速であること、すなわち高周波の無線通信であることが求められる。そのためこれらの携帯型電子端末に用いられる電子部品は、高周波の無線通信が行われた場合に伝送損失を、より低くすることが求められる。 The amount of data sent and received in portable electronic terminals such as smartphones, mobile phones, and tablet terminals is increasing. In order to correspond to this transmission / reception amount, the communication speed of these portable electronic terminals is required to be higher, that is, high-frequency wireless communication. Therefore, the electronic components used in these portable electronic terminals are required to have a lower transmission loss when high-frequency wireless communication is performed.
携帯型電子端末では、狭い空間に部品を配置する必要性が高く、樹脂フィルムをベースとしたFPC(Flexible Printed Circuit)が用いられている。多くのFPCでは、ポリイミドフィルムがベースフィルムとして用いられている。このポリイミドフィルムが用いられたFPCでは、特許文献1にあるように、ベースフィルムに乾式めっきをして下地金属層を形成した後、湿式めっきをして金属層を形成する製造方法が、多く採用されていた。
In a portable electronic terminal, it is highly necessary to arrange parts in a narrow space, and an FPC (Flexible Printed Circuit) based on a resin film is used. In many FPCs, a polyimide film is used as the base film. In FPCs using this polyimide film, as described in
高周波信号は、FPCの配線の表層付近を流れることから、配線の周面の面粗さはできるだけ小さくなることが好ましい。配線の周面のうち上面は、湿式めっきの条件により所定の面粗さとすることが比較的容易である。これに対し、配線の側面は、エッチングにより出現し、面粗さを所定の値とするためには、エッチングの条件を厳密に制御する必要があるという問題がある。これは、特に湿式めっきを行う際に、銅導体層の結晶粒が大きい場合に顕著になる。例えば、湿式めっきが行われた後は時間の経過とともに結晶粒の大きさが変化するため、所定の面粗さを確保するためには、湿式めっき後の結晶粒の大きさに合わせたエッチング条件を選択する必要がある場合がある。 Since the high frequency signal flows near the surface layer of the wiring of the FPC, it is preferable that the surface roughness of the peripheral surface of the wiring is as small as possible. It is relatively easy to make the upper surface of the peripheral surface of the wiring a predetermined surface roughness depending on the wet plating conditions. On the other hand, the side surface of the wiring appears by etching, and there is a problem that the etching conditions must be strictly controlled in order to set the surface roughness to a predetermined value. This becomes remarkable especially when the crystal grains of the copper conductor layer are large, especially when performing wet plating. For example, since the size of crystal grains changes with the passage of time after wet plating is performed, etching conditions that match the size of crystal grains after wet plating are required to ensure a predetermined surface roughness. May need to be selected.
本発明は上記事情に鑑み、エッチングの条件を厳しく管理しなくても、あらかじめ定められた条件でエッチングを施した後の配線の側面における面粗さが所定の値となり、高周波の無線通信における伝送損失を少なくできるエッチング後フレキシブル基板を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, in view of the above circumstances, the surface roughness on the side surface of the wiring after etching is performed under predetermined conditions becomes a predetermined value without strictly controlling the etching conditions, and transmission in high-frequency wireless communication is performed. An object of the present invention is to provide a flexible substrate after etching that can reduce loss.
第1発明のエッチング後フレキシブル基板は、ベースフィルムと、該ベースフィルムに直接重畳された下地金属層と、該下地金属層に直接重畳された銅導体層とを備えたフレキシブル基板に、あらかじめ定められた濃度のエッチング液により、前記銅導体層の厚さに応じた時間でエッチングを施した後の配線の側面における面粗さRzが1.0μm以下であることを特徴とする。
第2発明のエッチング後フレキシブル基板は、第1発明において、前記銅導体層が、0.4A/dm2未満の電流密度で形成される低電流密度層と、0.4A/dm2以上の電流密度で形成される高電流密度層とを積層して形成されていることを特徴とする。
第3発明のエッチング後フレキシブル基板は、第2発明において、前記高電流密度層は、2つの前記低電流密度層に挟まれており、前記2つの低電流密度層間の厚さが1.00μm以下であることを特徴とする。
第4発明のエッチング後フレキシブル基板は、第1発明から第3発明のいずれかにおいて、前記ベースフィルムが、高周波対応ベースフィルムであることを特徴とする。
第5発明のエッチング後フレキシブル基板は、第1発明から第4発明のいずれかにおいて、前記下地金属層は、前記ベースフィルムに直接重畳されるニッケルクロム合金層と、該ニッケルクロム合金層に直接重畳される下地銅層とを含んで構成されており、前記ニッケルクロム合金層の厚さが2nm以上50nm以下であることを特徴とする。
The etched flexible substrate of the first invention is predetermined as a flexible substrate including a base film, a base metal layer directly superimposed on the base film, and a copper conductor layer directly superimposed on the base metal layer. The surface roughness Rz on the side surface of the wiring after etching with an etching solution having a high concentration for a time corresponding to the thickness of the copper conductor layer is 1.0 μm or less.
In the first invention, the etched flexible substrate of the second invention includes a low current density layer in which the copper conductor layer is formed with a current density of less than 0.4 A / dm 2, and a current of 0.4 A / dm 2 or more. It is characterized in that it is formed by laminating a high current density layer formed with a density.
In the second invention, the etched flexible substrate of the third invention has the high current density layer sandwiched between the two low current density layers, and the thickness between the two low current density layers is 1.00 μm or less. It is characterized by being.
The post-etched flexible substrate of the fourth invention is characterized in that, in any one of the first to third inventions, the base film is a high frequency compatible base film.
In any one of the first to fourth inventions, the etched flexible substrate of the fifth invention is such that the base metal layer is directly superimposed on the nickel-chromium alloy layer and the nickel-chromium alloy layer directly superimposed on the base film. It is composed of a base copper layer to be formed, and is characterized in that the thickness of the nickel-chromium alloy layer is 2 nm or more and 50 nm or less.
第1発明によれば、あらかじめ定められた条件でエッチングを施した後の配線の側面における面粗さRzが1.0μm以下であることにより、配線の上面と平面とを含む周面の面粗さも小さくなるので、高周波の無線通信における伝送損失を小さくしたエッチング後フレキシブル基板を提供することができる。すなわちエッチングの条件を厳しく管理しなくても、高周波の無線通信における伝送損失を小さくしたエッチング後フレキシブル基板を提供することができる。
第2発明によれば、銅導体層が所定の電流密度未満の低電流密度層と、所定の電流密度以上の高電流密度層とを積層して形成されていることにより、銅導体層を形成するための電流密度の調整という簡易な方法で、銅導体層の結晶粒が大きくなることを抑制できる。
第3発明によれば、2つの低電流密度層間の厚さが1.00μm以下であることにより、より確実に再結晶時の結晶の大きさを抑制できる。
第4発明によれば、ベースフィルムが、高周波対応ベースフィルムであることにより、ポリイミドをベースフィルムとして採用した場合と比較して、高周波の無線通信における伝送損失をより小さくできる。
第5発明によれば、下地金属層を構成するニッケルクロム合金層の厚さが、2nm以上50nm以下であることにより、伝送損失が大きいニッケルクロム合金層が薄いので、より高周波の無線通信に適したエッチング後フレキシブル基板を提供することができる。
According to the first invention, the surface roughness Rz on the side surface of the wiring after etching under predetermined conditions is 1.0 μm or less, so that the surface roughness of the peripheral surface including the upper surface and the flat surface of the wiring is rough. Since the size is also small, it is possible to provide a flexible substrate after etching with a small transmission loss in high-frequency wireless communication. That is, it is possible to provide a post-etched flexible substrate in which transmission loss in high-frequency wireless communication is reduced without strictly controlling the etching conditions.
According to the second invention, the copper conductor layer is formed by laminating a low current density layer having a current density lower than a predetermined current density and a high current density layer having a current density equal to or higher than a predetermined current density. By a simple method of adjusting the current density for this purpose, it is possible to prevent the crystal grains of the copper conductor layer from becoming large.
According to the third invention, when the thickness between the two low current density layers is 1.00 μm or less, the size of the crystal at the time of recrystallization can be suppressed more reliably.
According to the fourth invention, since the base film is a high frequency compatible base film, the transmission loss in high frequency wireless communication can be further reduced as compared with the case where polyimide is adopted as the base film.
According to the fifth invention, since the thickness of the nickel-chromium alloy layer constituting the base metal layer is 2 nm or more and 50 nm or less, the nickel-chromium alloy layer having a large transmission loss is thin, so that it is suitable for higher frequency wireless communication. A flexible substrate can be provided after etching.
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。まずエッチング前のフレキシブル基板10aについて説明した後、エッチング後フレキシブル基板10を説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するためのエッチング後フレキシブル基板10を例示するものであって、本発明はエッチング後フレキシブル基板10を以下のものに特定しない。なお、各図面が示す部材の大きさまたは位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the
(フレキシブル基板10a)
図2には、本発明の第1実施形態に係るエッチング後フレキシブル基板10の前段階に該当するフレキシブル基板10aの断面図を示す。図2に示すように、フレキシブル基板10aは、ベースフィルム11と、このベースフィルム11の一方の面に形成されている下地金属層12と、この下地金属層12に重畳して形成されている銅導体層20と、を含んで構成されている。下地金属層12は、たとえば、ベースフィルム11側に設けられているニッケルクロム合金層13と下地銅層14とを積層して構成されている。なお、図2にはベースフィルム11の一方の面に下地金属層12等が形成されているものが開示されているが、ベースフィルム11の両面に下地金属層12等が形成されているフレキシブル基板10aをエッチングしたものも、本発明のエッチング後フレキシブル基板10に含まれる。
(
FIG. 2 shows a cross-sectional view of the
(ベースフィルム11)
フレキシブル基板10aで用いられるベースフィルム11は、樹脂フィルム、例えばポリイミドフィルムが該当する。さらに、ポリイミドフィルムに対して、誘電特性が良い高周波対応ベースフィルムが好ましい。例えば、LCP(Liquid Crystal Plymer)、またはPEEK(Poly Ether Ether Ketone)が、高周波対応ベースフィルムに該当する。これらのフィルムは、誘電特性が良く、高周波の無線通信に使用された場合でも伝送損失が大きくならない。ほかにも、PET(Polyethylene Terephthalate)、PEN(Polyethylene Naphthalate)、PTFE(Polytetrafluoroethylene)、COP(Cyclo Olefin Polymers)、SPS(Syndiotactic Polystyrene)、COC(Cyclic Olefin Copolymer)などが高周波対応ベースフィルムとなりうる。
(Base film 11)
The
(下地金属層12)
フレキシブル基板10aは、銅導体層20とベースフィルム11との接着強度を上げるための下地金属層12を有する。下地金属層12は、ベースフィルム11に直接重畳される。また、下地金属層12は、ベースフィルム11に直接重畳されるニッケルクロム合金層13と、このニッケルクロム合金層13に直接重畳される下地銅層14と、を含んで構成されるのが好ましい。なお、ニッケルクロム合金層13は、ニッケルのみからなるニッケル層、またはクロムのみからなるクロム層であっても問題ない。
(Base metal layer 12)
The
ニッケルクロム合金層13は、乾式めっき法であるスパッタリングにより形成されるのが好ましい。なおニッケルクロム合金層13の形成は、他の乾式めっきである真空蒸着、イオンプレーティングであっても問題ない。
The nickel-
ニッケルクロム合金層13の厚さは2nm以上50nm以下であることが好ましい。さらにニッケルクロム合金層13の厚さは2nm以上4nm以下であることが、より好ましい。ニッケルクロム合金層13の厚さが2nm未満である場合は、その後の各処理工程時に密着性の問題が生じやすい。また50nmよりも厚い場合は、配線加工時にニッケルまたはクロムの除去が困難になるとともに、ニッケルクロム合金層13にクラックまたはそりが生じやすくなり、この点において、ベースフィルム11と下地金属層12との密着性の問題が生じやすくなる。加えてニッケルクロム合金層13の厚さが50nmよりも大きいと、高周波での通信に影響を与える。この影響を少なくするためにニッケルクロム合金層13の厚さは4nm以下がより好ましい。
The thickness of the nickel-
高周波での通信が行われる場合、表皮効果により配線を通過する電流は、より表皮付近を流れることになる。図3には、表皮効果を説明するための、FPC上の配線の断面図を示す。すなわち、図3は、フレキシブル基板10aに対しエッチング等を行った後のエッチング後フレキシブル基板10の上に存在する配線のうちの一つを取り上げた断面図となる。ベースフィルム11上に、ニッケルクロム合金層13と下地銅層14とからなる下地金属層12が設けられており、この下地金属層12に重畳して銅導体層20が設けられている。
When high-frequency communication is performed, the current passing through the wiring due to the skin effect flows closer to the skin. FIG. 3 shows a cross-sectional view of the wiring on the FPC for explaining the skin effect. That is, FIG. 3 is a cross-sectional view showing one of the wirings existing on the
例えば表皮効果が発生すると、電流は、表皮部分(図3でドット表示をした部分)で流れやすく、内部で流れにくくなる。実際には、表皮効果は段階的に表れるものであるが、図3では理解しやすくするために、表皮部分とその他の部分で分けて記載している。ここで表皮部分にはニッケルクロム合金層13が含まれることとなり、電気抵抗を考慮すると、ニッケルクロム合金層13の抵抗は銅導体層20等よりも高く、電流は流れにくい。しかし、高周波での通信においては、表皮部分に流れる電流が大きくなるため、抵抗が高いニッケルクロム合金層13が存在しない、またはできるだけ薄くするほうが配線全体の抵抗の減少につながると推定される。このため、ニッケルクロム合金層13の厚さは4nm以下がより好ましい。
For example, when the skin effect occurs, the current easily flows in the skin portion (the portion indicated by dots in FIG. 3) and becomes difficult to flow inside. Actually, the skin effect appears step by step, but in FIG. 3, the skin part and the other parts are described separately for easy understanding. Here, the nickel-
ニッケルクロム合金層13におけるクロムの重量パーセントは12パーセント以上50パーセント以下であることが好ましい。
The weight percent of chromium in the nickel-
下地銅層14は、乾式めっき法によりニッケルクロム合金層13に重畳して形成される。下地銅層14は、乾式めっきであるスパッタリングにより形成されるのが好ましい。なお下地銅層14の形成は、他の乾式めっきである真空蒸着、イオンプレーティングであっても問題ない。
The
下地銅層14の厚さは、50nm以上500nm以下であることが好ましい。下地銅層14の厚さが50nm未満である場合、ピンホールによる欠陥の軽減効果が少なくなるとともに、その後に行われる湿式めっきの際に通電不良を引き起こす可能性がある。また、500nmを超えると、下地銅層14にクラックまたはそりが生じやすくなり、この点においてベースフィルム11と下地金属層12との密着性の問題を生じやすくなる。
The thickness of the
(銅導体層20)
フレキシブル基板10aは、下地金属層12に直接重畳された銅導体層20を有する。 銅導体層20は、電解めっきにより下地金属層12の表面に直接形成されている。フレキシブル基板10aが、セミアディティブ法によりフレキシブル配線基板となる場合は、銅導体層20の厚さは0.1〜5μmが一般的である。これはフレキシブル基板10aのハンドリング性が良好になるからである。また、フレキシブル基板10aが、サブトラクティブ法によりフレキシブル配線基板となる場合は、銅導体層20の厚さは8〜12μmが一般的である。なおフレキシブル基板10aは、これらの厚さに限定されない。
(Copper conductor layer 20)
The
フレキシブル基板10aに所定の条件でエッチングを施した後の、エッチング後フレキシブル基板10の配線の側面における面粗さRzが1.0μm以下となるためには、銅導体層20における結晶粒が、所定の大きさよりも大きくならないことが必要となる。銅導体層20の結晶粒が大きくなることを抑制するための最もシンプルな方法は、図2に示すように、銅導体層20が低電流密度層21と高電流密度層22とが交互に重畳して形成されている場合である。そして高電流密度層22の厚さは、後述するように、0.20μm以上1.00μm以下であることが好ましい。なお結晶粒が大きくなることを抑制する他の方法としては、異なる成分のめっき液を貯留しためっきのための槽を複数設ける方法、温度を互いに異ならせためっきのための槽を複数設ける方法が挙げられる。
After etching the
図2では、銅導体層20は、2つの低電流密度層21をそれぞれ順番に挟むように、3つの高電流密度層22が設けられている。すなわち、まず下地金属層12に直接重畳するように高電流密度層22が設けられる。次に、これに直接重畳するように低電流密度層21が設けられる。次に、これに直接重畳するように高電流密度層22が設けられる。次に、これに直接重畳するように低電流密度層21が設けられる。そして最後に高電流密度層22が再度設けられる。図2の紙面において最も上側に位置している、この高電流密度層22がフレキシブル基板10aの表面となる。
In FIG. 2, the
高電流密度層22が下地金属層12に直接重畳されていることにより、生産性を維持することできる。また、高電流密度層22が、銅導体層20のもっとも外側に設けられていることにより、フレキシブル基板10aの最も外側の面の光沢が良くなる。
Since the high
なお、低電流密度層21または高電流密度層22の層数は限定されない。加えて低電流密度層21と高電流密度層22が交互に積層されていることが好ましい。
The number of layers of the low
また、低電流密度層21とは、高電流密度層22が電解めっきされている際の電流密度よりも低い電流密度で電解めっきがされている層であり、その厚さ方向のあらかじめ定められた範囲内において、その部分がめっきされている際の電流密度、めっき温度およびめっき液の成分が同じ条件でめっきされている層を言う。ここでいう「あらかじめ定められた範囲」とは、フレキシブル基板10aの生産者が任意に定めることができる。例えばあらかじめ定められた範囲は0.1μmとすることができる。また電流密度、めっき温度およびめっき液の成分は、一定である必要はない。
The low
例えばフレキシブル基板10aにおける低電流密度層21における電流密度は0.2A/dm2以上0.4A/dm2未満とし、高電流密度層22における電流密度は、0.4A/dm2以上10A/dm2以下とすることができる。
For example, the current density in the low
銅導体層20が所定の電流密度未満の低電流密度層21と、所定の電流密度以上の高電流密度層22とを積層して形成されていることにより、銅導体層20を形成するための設備の調整という簡易な方法で、銅導体層20の結晶粒が大きくなることを抑制できる。
The
銅導体層20を構成する高電流密度層22の一層あたりの厚さが0.20μm以上1.00μm以下であることが好ましい。上記では、低電流密度層21の間には高電流密度層22が1層だけであったが、2層以上の場合は、2つの低電流密度層21の間の値が0.20μm以上1.00μm以下であることが好ましい。この厚さは、層ごとに電流密度が変化する場合、その層を形成するための電解めっきの1回あたりの時間により制御可能である。ロールツーロールにより基材10bを搬送しつつ電解めっきを行なう場合、基材10bの搬送速度との関係で厚さ0.20μm以上1.00μm以下の層が成膜されるめっき時間となるよう、各高電流密度区域HZの長さが設定される。
The thickness of the high
ここで、銅導体層20の各層の厚さは、電解めっきにおける電流密度とめっき時間とから求められる。具体的には、数(1)に示すように、電流密度J[A/dm2]、めっき時間T[min]および所定の係数kを乗じて厚さd[μm]が求められる。なお、係数kはめっき液などの条件に依存する値であり、試験により定められる。
Here, the thickness of each layer of the
[数1]
d=k×J×T・・・(1)
[Number 1]
d = k × J × T ... (1)
このような構造を有する銅導体層20は再結晶の進行が遅いという性質を有する。その理由は不明なところもあるが、概ね次の通りであると考えられる。銅導体層20は銅めっき液の添加剤に由来する不純物の濃度が高い層(低電流密度層21)と低い層(高電流密度層22)とが交互に積層された構造を有する。銅導体層20内の不純物により再結晶が阻害されるため、銅導体層20の再結晶の進行が遅くなる。そして、2つの低電流密度層21の間の厚さが0.20〜1.00μmの場合、銅導体層20の再結晶の進行を遅くする効果が高い。
The
2つの低電流密度層21間の厚さが1.00μm以下であることにより、より確実に再結晶時の結晶の大きさを抑制できる。 When the thickness between the two low current density layers 21 is 1.00 μm or less, the size of the crystal at the time of recrystallization can be suppressed more reliably.
(銅導体層20の形成方法の一例の説明)
以下では、電解めっき時に電流密度を変更する方法により、銅導体層20を形成する方法について、図4および図5により説明する。
(Explanation of an example of a method for forming the copper conductor layer 20)
Hereinafter, a method of forming the
図4には、フレキシブル基板10aの製造に用いられるめっき装置3の斜視図を、図5には、図4のめっき装置3を構成するめっき槽40の平面図を示す。めっき装置3は、ロールツーロールにより長尺帯状の基材10bを搬送しつつ、基材10bに対して電解めっきを行う装置である。めっき装置3はロール状に巻回された基材10bを繰り出す供給装置31と、めっき後の基材10b(フレキシブル基板10a)をロール状に巻き取る巻取装置32と、を有する。
FIG. 4 shows a perspective view of the
また、めっき装置3は基材10bを搬送する上下一対のエンドレスベルト33(下側のエンドレスベルト33は図示省略)を有する。各エンドレスベルト33には基材10bを把持する複数のクランプ34が設けられている。供給装置31から繰り出された基材10bは、その幅方向が鉛直方向に沿う懸垂姿勢となり、両縁が上下のクランプ34に把持される。基材10bはエンドレスベルト33の駆動によりめっき装置3内を周回した後、クランプ34から開放され、巻取装置32で巻き取られる。
Further, the
基材10bの搬送経路には、前処理槽35、めっき槽40、および後処理槽36が配置されている。基材10bはめっき槽40内を搬送されつつ、電解めっきによりその表面に銅導体層20が成膜される。これにより、長尺帯状のフレキシブル基板10aが得られる。
A
図4に示すように、めっき槽40は基材10bの搬送方向に沿った横長の単一の槽である。基材10bはめっき槽40の中心に沿って搬送される。めっき槽40には銅めっき液が貯留されている。めっき槽40内を搬送される基材10bは、その全体が銅めっき液に浸漬されている。
As shown in FIG. 4, the
銅めっき液は水溶性銅塩を含む。銅めっき液に一般的に用いられる水溶性銅塩であれば、特に限定されず用いられる。水溶性銅塩として、無機銅塩、アルカンスルホン酸銅塩、アルカノールスルホン酸銅塩、有機酸銅塩などが挙げられる。無機銅塩として、硫酸銅、酸化銅、塩化銅、炭酸銅などが挙げられる。アルカンスルホン酸銅塩として、メタンスルホン酸銅、プロパンスルホン酸銅などが挙げられる。アルカノールスルホン酸銅塩として、イセチオン酸銅、プロパノールスルホン酸銅などが挙げられる。有機酸銅塩として、酢酸銅、クエン酸銅、酒石酸銅などが挙げられる。 The copper plating solution contains a water-soluble copper salt. Any water-soluble copper salt generally used in the copper plating solution is used without particular limitation. Examples of the water-soluble copper salt include an inorganic copper salt, an alkane sulfonic acid copper salt, an alkanol sulfonic acid copper salt, and an organic acid copper salt. Examples of the inorganic copper salt include copper sulfate, copper oxide, copper chloride, and copper carbonate. Examples of the alkane sulfonic acid copper salt include copper methanesulfonate and copper propane sulfonate. Examples of the alkanol sulfonic acid copper salt include copper isethionic acid and copper propanol sulfonate. Examples of the organic acid copper salt include copper acetate, copper citrate, copper tartrate and the like.
銅めっき液に用いる水溶性銅塩として、無機銅塩、アルカンスルホン酸銅塩、アルカノールスルホン酸銅塩、有機酸銅塩などから選択された1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。例えば、硫酸銅と塩化銅とを組み合わせる場合のように、無機銅塩、アルカンスルホン酸銅塩、アルカノールスルホン酸銅塩、有機酸銅塩などから選択された1つのカテゴリー内の異なる2種類以上を組み合わせて用いてもよい。ただし、銅めっき液の管理の観点からは、1種類の水溶性銅塩を単独で用いることが好ましい。 As the water-soluble copper salt used in the copper plating solution, one type selected from inorganic copper salt, alkane sulfonic acid copper salt, alkanol sulfonic acid copper salt, organic acid copper salt and the like may be used alone, or two or more types may be used. May be used in combination. For example, as in the case of combining copper sulfate and copper chloride, two or more different types in one category selected from inorganic copper salt, alkane sulfonic acid copper salt, alkanol sulfonic acid copper salt, organic acid copper salt, etc. It may be used in combination. However, from the viewpoint of controlling the copper plating solution, it is preferable to use one kind of water-soluble copper salt alone.
銅めっき液は硫酸を含んでもよい。硫酸の添加量を調整することで、銅めっき液のpHおよび硫酸イオン濃度を調整できる。 The copper plating solution may contain sulfuric acid. By adjusting the amount of sulfuric acid added, the pH and sulfate ion concentration of the copper plating solution can be adjusted.
銅めっき液は一般的にめっき液に添加される添加剤を含む。添加剤として、レベラー成分、ポリマー成分、ブライトナー成分、塩素成分などが挙げられる。添加剤として、レベラー成分、ポリマー成分、ブライトナー成分、塩素成分などから選択された1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。 The copper plating solution contains additives that are generally added to the plating solution. Examples of the additive include a leveler component, a polymer component, a Brightner component, a chlorine component and the like. As the additive, one type selected from a leveler component, a polymer component, a Brightener component, a chlorine component and the like may be used alone, or two or more types may be used in combination.
レベラー成分は窒素を含有するアミンなどで構成される。レベラー成分として、特に限定されないが、ジアリルジメチルアンモニウムクロライド、ヤヌス・グリーンBなどから選択された1種類を単独で、または2種類以上を組み合わせて用いることが好ましい。ポリマー成分として、特に限定されないが、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコール−ポリプロピレングリコール共重合体から選択された1種類を単独で、または2種類以上を組み合わせて用いることが好ましい。ブライトナー成分として、特に限定されないが、ビス(3−スルホプロピル)ジスルフィド(略称SPS)、3−メルカプトプロパン−1−スルホン酸(略称MPS)などから選択された1種類を単独で、または2種類以上を組み合わせて用いることが好ましい。塩素成分として、特に限定されないが、塩酸、塩化ナトリウムなどから選択された1種類を単独で、または2種類以上を組み合わせて用いることが好ましい。 The leveler component is composed of nitrogen-containing amines and the like. The leveler component is not particularly limited, but it is preferable to use one selected from diallyldimethylammonium chloride, Janus Green B, etc. alone or in combination of two or more. The polymer component is not particularly limited, but it is preferable to use one selected from polyethylene glycol, polypropylene glycol, and polyethylene glycol-polypropylene glycol copolymer alone or in combination of two or more. The Brightener component is not particularly limited, but one type selected from bis (3-sulfopropyl) disulfide (abbreviated as SPS), 3-mercaptopropane-1-sulfonic acid (abbreviated as MPS), etc. may be used alone or in two types. It is preferable to use the above in combination. The chlorine component is not particularly limited, but it is preferable to use one selected from hydrochloric acid, sodium chloride and the like alone or in combination of two or more.
銅めっき液の各成分の含有量は任意に選択できる。ただし、銅めっき液は銅を15〜70g/L、硫酸を20〜250g/L含有することが好ましい。そうすれば、銅導体層20を十分な速度で成膜できる。銅めっき液はブライトナー成分を1〜50mg/L含有することが好ましい。そうすれば、析出結晶を微細化し銅導体層20の表面を平滑にできる。銅めっき液はレベラー成分を1〜300mg/L含有することが好ましい。そうすれば、突起を抑制し平坦な銅導体層20を形成できる。銅めっき液はポリマー成分を10〜1500mg/L含有することが好ましい。そうすれば、基材10b端部への電流集中を緩和し均一な銅導体層20を形成できる。銅めっき液は塩素成分を20〜80mg/L含有することが好ましい。そうすれば、異常析出を抑制できる。
The content of each component of the copper plating solution can be arbitrarily selected. However, the copper plating solution preferably contains 15 to 70 g / L of copper and 20 to 250 g / L of sulfuric acid. Then, the
銅めっき液の温度は20〜35℃が好ましい。また、めっき槽40内の銅めっき液を攪拌することが好ましい。銅めっき液を攪拌する手段は、特に限定されないが、噴流を利用した手段を用いることができる。例えば、ノズルから噴出させた銅めっき液を基材10bに吹き付けることで、銅めっき液を攪拌できる。
The temperature of the copper plating solution is preferably 20 to 35 ° C. Further, it is preferable to stir the copper plating solution in the
図5に示すように、めっき槽40の内部には、基材10bの搬送方向に沿って複数のアノード41が配置されている。また、基材10bを把持するクランプ34はカソードとしての機能も有する。アノード41とクランプ34(カソード)との間に電流を流すことで、基材10bの表面に銅導体層20を成膜できる。
As shown in FIG. 5, a plurality of
なお、図5に示すめっき槽40には、基材10bの表裏両側にアノード41が配置されているが、図2に示すフレキシブル基板10aの場合は、基材10bの片面のみ通電される。
In the
めっき槽40の内部に配置された複数のアノード41は、それぞれに整流器が接続されている。したがって、アノード41ごとに異なる電流密度となるように設定できる。図2に示すフレキシブル基板10aでは、めっき槽40の内部が基材10bの搬送方向に沿って、複数の区域に区分されている。各区域は一または複数の連続するアノード41が配置された領域に対応する。
A rectifier is connected to each of the plurality of
各区域は低電流密度区域LZまたは高電流密度区域HZとして構成されている。低電流密度区域LZでは電流密度がゼロか比較的低い「低電流密度」に設定されており、基材10bに対して低電流密度での電解めっきを行う。高電流密度区域HZでは電流密度が低電流密度よりも高い「高電流密度」に設定されており、基材10bに対して高電流密度での電解めっきを行う。 Each zone is configured as a low current density zone LZ or a high current density zone HZ. In the low current density area LZ, the current density is set to zero or a relatively low "low current density", and the base material 10b is electrolytically plated at a low current density. In the high current density area HZ, the current density is set to "high current density", which is higher than the low current density, and the base material 10b is electrolytically plated at a high current density.
ここで、上述したように、低電流密度区域LZにおける電流密度(低電流密度)を0.2A/dm2以上0.4A/dm2未満に設定することが好ましい。また、高電流密度区域HZにおける電流密度(高電流密度)を0.4A/dm2以上10A/dm2以下に設定することが好ましい。 Here, as described above, it is preferable to set the current density (low current density) in the low current density area LZ to 0.2 A / dm 2 or more and less than 0.4 A / dm 2. Further, it is preferable to set the current density (high current density) in the high current density area HZ to 0.4 A / dm 2 or more and 10 A / dm 2 or less.
なお、下地金属層12に直接重畳される銅導体層20は、高電流密度層22であることが好ましい。銅導体層20を、電流密度を変更して高電流密度層22と低電流密度層21とに分ける場合、電流密度を、あらかじめ定められた生産性を維持できる程度に高くすると同時に、めっき焼けが生じない程度に低くする必要がある。この電流密度は、高電流密度層22が生成できる電流密度であるとともに、高電流密度層22を生成できる電流密度の中でも、比較的低い電流密度であることが好ましい。具体的には、電流密度は、0.4A/dm2以上0.5A/dm2以下に設定されることが好ましい。
The
低電流密度区域LZと高電流密度区域HZとは基材10bの搬送方向に沿って交互に設けられていることが好ましい。低電流密度区域LZの数は1つでもよいし、複数でもよい。高電流密度区域HZの数は1つでもよいし、複数でもよい。基材10bの搬送方向を基準として、最も上流の区域が低電流密度区域LZであってもよいし、高電流密度区域HZであってもよい。また、最も下流の区域が低電流密度区域LZであってもよいし、高電流密度区域HZであってもよい。なお、最も下流の区域が高電流密度区域HZであることが好ましい。 It is preferable that the low current density area LZ and the high current density area HZ are alternately provided along the transport direction of the base material 10b. The number of low current density areas LZ may be one or plural. The number of high current density areas HZ may be one or plural. The most upstream area may be the low current density area LZ or the high current density area HZ with reference to the transport direction of the base material 10b. Further, the most downstream area may be a low current density area LZ or a high current density area HZ. The most downstream area is preferably the high current density area HZ.
めっき槽40に複数の低電流密度区域LZが配置される場合、複数の低電流密度区域LZにおける電流密度は同じでもよいし、異なってもよい。また、めっき槽40に複数の高電流密度区域HZが配置される場合、複数の高電流密度区域HZにおける電流密度は同じでもよいし、異なってもよい。ただし、高電流密度区域HZにおける電流密度は、基材10bの搬送方向の下流側に向かって、段階的に上昇するよう設定することが好ましい。
When a plurality of low current density areas LZ are arranged in the
基材10bの搬送方向に沿ってめっき槽40の全領域に渡って、低電流密度区域LZと高電流密度区域HZとを交互に設けることができる。めっき槽40のうち基材10bの搬送方向に沿って下流側の一部領域に、低電流密度区域LZと高電流密度区域HZとを交互に設けることもできる。この場合、上流側の領域では、低電流密度区域LZおよび高電流密度区域HZとは異なる条件で電解めっきを行なってもよい。電解めっきの初期に電流密度を高くしすぎると、基材10bのうち給電部(クランプ34)と接触する部分が溶解することがある。それを防止しつつ生産性を高くするために、電流密度を段階的に上昇させることが行なわれる。めっき槽40の上流側の領域では、電流密度を段階的に上昇させてもよい。
The low current density area LZ and the high current density area HZ can be alternately provided over the entire region of the
基材10bは、低電流密度区域LZと高電流密度区域HZとを交互に通過しながら電解めっきされる。すなわち、めっき槽40では基材10bに対して、低電流密度での電解めっきと高電流密度での電解めっきとが交互に繰り返し行われる。これにより、銅導体層20が成膜される。
The base material 10b is electroplated while alternately passing through the low current density area LZ and the high current density area HZ. That is, in the
(フレキシブル基板10aのエッチング方法の説明)
フレキシブル基板10aは、以下のエッチングにより配線加工がおこなわれ、エッチング後フレキシブル基板10が製造される。図1には、本発明の第1実施形態に係るエッチング後フレキシブル基板10の斜視方向からの説明図を示す。
(Explanation of Etching Method for
The
フレキシブル基板10aの銅導体層20表面に、ドライフィルムレジストを貼り付けて、露光、現像することで、配線形状のレジストがフレキシブル基板10a上に得られる。この時のレジストは、例えばニッコー・マテリアルズ株式会社製NIT500であり、その厚さは10μmである。次に、この状態のフレキシブル基板10aに、40℃の塩化第二鉄液を噴射することで、レジストで被覆されていない部分の銅導体層20および下地金属層12が溶解する。あらかじめ定められた濃度のエッチング液を用いて、銅導体層20および下地金属層12を合わせた厚さに応じた時間、例えば濃度15wt%の塩化第二鉄液を70秒間、シャワー圧0.3MPaで、フレキシブル基板10aに噴射させることで、銅導体層20および下地金属層12の一部は溶解する。この際用いられるシャワーノズルの一例は、均等噴霧式のスプレーノズルであり、この場合、シャワー圧0.3MPaは、スプレーノズル部での圧力となる。また、スプレーノズルからフレキシブル基板10aまでの距離は、例えば15cmとするのが好ましい。この条件は、例えば銅導体層20の厚さが8.0μmのときに用いられるのが好ましい。この状態のフレキシブル基板10aのレジストは、70℃の水酸化ナトリウムで剥離される。このレジストが剥離されたものが、本実施形態に係るエッチング後フレキシブル基板10である。なお、エッチング液は、濃度15wt%の塩化第二鉄液だけでなく、濃度2wt%の塩化第二銅液を用いることも可能である。
By pasting a dry film resist on the surface of the
以下、本発明に係る銅張積層板1の具体的な実施例について説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
Hereinafter, specific examples of the copper-clad
(実施例1)
<フレキシブル基板10a>
ベースフィルム11として、厚さ35μmのポリイミドフィルム(宇部興産社製 Upilex−35SGAV1)が用いられた。このベースフィルム11に対し、マグネトロンスパッタリング装置により下地金属層12が形成された。マグネトロンスパッタリング装置内にはニッケルクロム合金ターゲットと銅ターゲットとが設置されていた。ニッケルクロム合金ターゲットの組成はCrが20質量%、Niが80質量%であった。真空雰囲気下で、ベースフィルム11の片面に、厚さ25nmのニッケルクロム合金からなるニッケルクロム合金層13と、その上に厚さ150nmの下地銅層14が形成された。
(Example 1)
<
As the
銅導体層20を形成するために用いられた銅めっき液は以下のようになる。銅めっき液は、硫酸銅を120g/L、硫酸を70g/L、ブライトナー成分を16mg/L、レベラー成分を20mg/L、ポリマー成分を1,100mg/L、塩素成分を50mg/L含有していた。ブライトナー成分としてビス(3−スルホプロピル)ジスルフィド(RASCHIG GmbH社製の試薬)が用いられた。レベラー成分としてジアリルジメチルアンモニウムクロライド−二酸化硫黄共重合体(ニットーボーメディカル株式会社製 PAS−A―5)が用いられた。ポリマー成分としてポリエチレングリコール−ポリプロピレングリコール共重合体(日油株式会社製 ユニルーブ50MB−11)が用いられた。塩素成分として塩酸(和光純薬工業株式会社製の35%塩酸)が用いられた。
The copper plating solution used to form the
この銅めっき液が貯留されためっき槽40に、下地銅層14までが形成されている基材10bが供給された。電解めっきによりこの基材10bの片面に銅導体層20が形成された。このときの、銅めっき液の温度は31℃であった。また、電解めっきの間、ノズルから噴出させた銅めっき液を基材10bの表面に対して略垂直に吹き付けることで、銅めっき液が撹拌された。
The base material 10b on which the
エッチングを施した後の配線の側面における面粗さRzが1.0μm以下となるように、実施例1では、表1に示すように、銅導体層20が、低電流密度層21と高電流密度層22とを積層するように形成された。表1において、層番号は下地金属層12の表面に接する層から順に採番されている。途中省略している8〜23層目のうち偶数番目の層の電流密度は、低電流密度である0.3A/dm2であり、めっき時間も6層目と同じ52秒である。奇数番目の層の電流密度は高電流密度である6.0A/dm2であり、めっき時間も7層目と同じ26秒である。その結果、第4層から第26層の低電流密度層21では層の厚さは0.06μmとなり、第5層から第27層の高電流密度層22では層の厚さは0.57μmとなった。なお、第1〜第3層は、第4層以降の高電流密度層22へのステップアップのための高電流密度層22である。以上の工程により7.9μmの銅導体層20が得られた。
In Example 1, as shown in Table 1, the
<エッチング後フレキシブル基板10>
上記のフレキシブル基板10aに対して、厚さ10μmのドライフィルムレジストNIT500が貼り付けられ、露光、現像された。そしてこの状態のフレキシブル基板10aに対して、濃度15wt%、温度40℃の塩化第二鉄液が70秒間、シャワー圧0.3MPaで噴射された。これによりエッチング後フレキシブル基板10が得られた。
<
A dry film resist NIT500 having a thickness of 10 μm was attached to the
エッチング後フレキシブル基板10における配線の側面の状態を、SEMにより観察した結果を図6に示す。また、エッチング後フレキシブル基板10の配線の端面の表面粗さはキーエンス製レーザー顕微鏡VK−9510により測定された。配線端面の長手方向で3000倍にて100μmの線粗さを3回測定した結果、Rzの平均値は0.46μmであった。加えて、実施例1のエッチング後フレキシブル基板10において、周波数と伝送損失との関係を測定した図を図9に示す。この周波数と伝送損失の関係は、キーサイト社製マイクロ波ネットワーク・アナライザE8363Cにより測定された。伝送損失は、配線の最表面の面粗さ、ニッケルクロム合金層13の厚さ、ベースフィルム11の種類などによって異なるが、実施例1の構成に対しては、周波数10GHzの際の伝送損失が−8dB/200mmよりも上であれば、合格とした。実施例1では、周波数10GHzでの伝送損失は、−4.8dB/200mmであり、合格であった。
FIG. 6 shows the results of observing the state of the side surface of the wiring on the
(実施例2)
<フレキシブル基板10a>
電解めっきによる銅導体層20の形成方法が、表2に示すようになること以外は、実施例1と同じ方法でフレキシブル基板10aが製造された。
(Example 2)
<
The
エッチングを施した後の配線の側面における面粗さRzが1.0μm以下となるように、実施例2では、表2に示すように、銅導体層20が、低電流密度層21と高電流密度層22とを積層するように形成された。表2において、層番号は下地金属層12の表面に接する層から順に採番されている。途中省略している8〜13層目のうち偶数番目の層の電流密度は、低電流密度である0.3A/dm2であり、めっき時間も6層目と同じ52秒である。奇数番目の層の電流密度は高電流密度である6.0A/dm2であり、めっき時間も7層目と同じ45秒である。その結果、第4層から第16層の低電流密度層21では層の厚さは0.06μmとなり、第5層から第17層の高電流密度層22では層の厚さは0.99μmとなった。なお、第1〜第3層は、第4層以降の高電流密度層22へのステップアップのための高電流密度層22である。以上の工程により7.7μmの銅導体層20が得られた。
In Example 2, as shown in Table 2, the
<エッチング後フレキシブル基板10>
上記のフレキシブル基板10aに対して、厚さ10μmのドライフィルムレジストNIT500が貼り付けられ、露光、現像された。そしてこの状態のフレキシブル基板10aに対して、濃度15wt%、温度40℃の塩化第二鉄液が70秒間。シャワー圧0.3MPaで噴射された。これによりエッチング後フレキシブル基板10が得られた。
<
A dry film resist NIT500 having a thickness of 10 μm was attached to the
エッチング後フレキシブル基板10における配線の側面の状態を、SEMにより観察した結果を図7に示す。測定方法は実施例1と同じである。測定した結果、Rzは0.78μmであった。加えて、実施例2のエッチング後フレキシブル基板10において、周波数と伝送損失との関係を測定した図を図9に示す。この周波数と伝送損失の関係は、実施例1と同じ測定装置により測定された。実施例2では、周波数10GHzでの伝送損失は、−7.2dB/200mmであり、合格であった。
FIG. 7 shows the results of observing the state of the side surface of the wiring on the
(比較例1)
<フレキシブル基板10a>
電解めっきによる銅導体層20の形成方法が、表3に示すようになること以外は、実施例1と同じ方法でフレキシブル基板10aが製造された。
(Comparative Example 1)
<
The
比較例1では、表3に示すように、銅導体層20が、電流密度の異なる4つの高電流密度層22を積層するように形成された。表2において、層番号は下地金属層12の表面に接する層から順に採番されている。第4層の高電流密度層22では、6.0A/dm2の電流密度で、340秒電解めっきが実施された。なお、第1〜第3層は、第4層以降の高電流密度層22へのステップアップのための高電流密度層22である。以上の工程により7.8μmの銅導体層20が得られた。
In Comparative Example 1, as shown in Table 3, the
<エッチング後のフレキシブル基板>
上記のフレキシブル基板10aに対して、厚さ10μmのドライフィルムレジストNIT500が貼り付けられ、露光、現像された。そしてこの状態のフレキシブル基板10aに対して、濃度15wt%、温度40℃の塩化第二鉄液が70秒間、シャワー圧0.3MPaで噴射された。これによりエッチング後のフレキシブル基板が得られた。
<Flexible substrate after etching>
A dry film resist NIT500 having a thickness of 10 μm was attached to the
エッチング後のフレキシブル基板における配線の側面の状態を、SEMにより観察した結果を図8に示す。測定方法は実施例1と同じである。測定した結果、Rzは1.19μmであった。加えて、比較例1のエッチング後のフレキシブル基板において、周波数と伝送損失との関係を測定した図を図9に示す。この周波数と伝送損失の関係は、実施例1と同じ測定装置により測定された。比較例1では、周波数10GHzでの伝送損失は、−8.3dB/200mmであり、不合格であった。 FIG. 8 shows the results of observing the state of the side surface of the wiring on the flexible substrate after etching by SEM. The measuring method is the same as in Example 1. As a result of measurement, Rz was 1.19 μm. In addition, FIG. 9 shows a diagram in which the relationship between frequency and transmission loss was measured in the etched flexible substrate of Comparative Example 1. The relationship between this frequency and the transmission loss was measured by the same measuring device as in Example 1. In Comparative Example 1, the transmission loss at a frequency of 10 GHz was −8.3 dB / 200 mm, which was unacceptable.
10 エッチング後フレキシブル基板
10a フレキシブル基板
11 ベースフィルム
12 下地金属層
13 ニッケルクロム合金層
14 下地銅層
20 銅導体層
21 低電流密度層
22 高電流密度層
10 Flexible substrate after etching
Claims (5)
あらかじめ定められた濃度のエッチング液により、前記銅導体層および前記下地金属層を合わせた厚さに応じた時間でエッチングを施した後の配線の側面における面粗さRzが1.0μm以下である、
ことを特徴とするエッチング後フレキシブル基板。 A flexible substrate provided with a base film, a base metal layer directly superimposed on the base film, and a copper conductor layer directly superimposed on the base metal layer.
The surface roughness Rz on the side surface of the wiring after etching with a predetermined concentration of etching solution for a time corresponding to the combined thickness of the copper conductor layer and the base metal layer is 1.0 μm or less. ,
A flexible substrate after etching, which is characterized by being.
0.4A/dm2未満の電流密度で形成される低電流密度層と、0.4A/dm2以上の電流密度で形成される高電流密度層と、を積層して形成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載のエッチング後フレキシブル基板。 The copper conductor layer
It is formed by laminating a low current density layer formed with a current density of less than 0.4 A / dm 2 and a high current density layer formed with a current density of 0.4 A / dm 2 or more.
The post-etched flexible substrate according to claim 1.
前記2つの低電流密度層間の厚さが1.00μm以下である、
ことを特徴とする請求項2に記載のエッチング後フレキシブル基板。 The high current density layer is sandwiched between the two low current density layers.
The thickness between the two low current density layers is 1.00 μm or less.
The post-etched flexible substrate according to claim 2.
高周波対応ベースフィルムである、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のエッチング後フレキシブル基板。 The base film
High frequency base film,
The post-etched flexible substrate according to any one of claims 1 to 3.
前記ニッケルクロム合金層の厚さが2nm以上50nm以下である、
ことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のエッチング後フレキシブル基板。
The base metal layer is composed of a nickel-chromium alloy layer directly superimposed on the base film and a base copper layer directly superimposed on the nickel-chromium alloy layer.
The thickness of the nickel-chromium alloy layer is 2 nm or more and 50 nm or less.
The post-etched flexible substrate according to any one of claims 1 to 4.
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JP2003273509A (en) * | 2002-03-14 | 2003-09-26 | Fujitsu Ltd | Wiring board and its manufacturing method |
JP2015074217A (en) * | 2013-10-11 | 2015-04-20 | 住友電工プリントサーキット株式会社 | Fluorine resin substrate, printed circuit board, display panel, display device, touch panel, illumination device, and solar panel |
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