JP2021172006A - 銅張積層板および銅張積層板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂フィルムと導体層との密着性に優れた銅張積層板を提供する。【解決手段】銅張積層板１は、樹脂フィルム１０と、樹脂フィルム１０の表面に成膜された導体層２０とを備える。樹脂フィルム１０は、導体層２０が成膜される側の表層が除去されたものである。樹脂フィルム１０の表層を除去することで脆弱層を除去できる。これにより、樹脂フィルム１０の脆弱層に起因する密着力低下を抑制でき、樹脂フィルム１０と導体層との密着性が向上する。【選択図】図１

Description

本発明は、銅張積層板および銅張積層板の製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）などの製造に用いられる銅張積層板、およびその銅張積層板の製造方法に関する。

液晶パネル、ノートパソコン、デジタルカメラ、携帯電話などには、樹脂フィルムの表面に配線パターンが形成されたフレキシブルプリント配線板が用いられる。フレキシブルプリント配線板は、例えば、銅張積層板から製造される。

銅張積層板は３層基板と称されるものと、２層基板と称されるものとに大別される。３層基板は接着剤を用いて樹脂フィルムと銅箔とを貼り合わせたものである。２層基板は樹脂フィルムに接着剤を介することなく導体層を成膜したものである。

近年の電子機器の小型化にともない、配線を狭ピッチで高密度に配置したフレキシブルプリント配線板が求められている。しかし、３層基板は２層基板よりも導体層が厚く、エッチングの際に配線部の側面がエッチングされるサイドエッチングの影響が大きいため、配線の狭ピッチ化に不利である。そのため、近年は、２層基板が注目されている。しかし、２層基板は樹脂フィルムと導体層との密着性に問題がある（特許文献１参照）。

特開２０１５−１０３６７１号公報

本発明は上記事情に鑑み、樹脂フィルムと導体層との密着性に優れた銅張積層板、およびその銅張積層板の製造方法を提供することを目的とする。

第１発明の銅張積層板は、樹脂フィルムと、前記樹脂フィルムの表面に成膜された導体層と、を備え、前記樹脂フィルムは、前記導体層が成膜される側の表層が除去されたものであることを特徴とする。
第２発明の銅張積層板は、樹脂フィルムと、前記樹脂フィルムの表面に成膜された導体層と、を備え、前記樹脂フィルムは、前記導体層が成膜される側の極表面の原子間力顕微鏡で測定した弾性率が、２．９〜６．５ＧＰａであることを特徴とする。
第３発明の銅張積層板の製造方法は、樹脂フィルムの表層を除去する表層除去工程と、前記樹脂フィルムの前記表層除去後の表面に導体層を成膜する成膜工程と、を備えることを特徴とする。
第４発明の銅張積層板の製造方法は、第３発明において、前記表層除去工程において、０．１〜１μｍ厚の表層を除去することを特徴とする。
第５発明の銅張積層板の製造方法は、第３または第４発明において、前記表層除去工程において、イオンビーム処理、レーザー処理、または研磨処理により前記表層を除去することを特徴とする。

本発明によれば、樹脂フィルムの表層を除去することで脆弱層を除去できる。これにより、樹脂フィルムの脆弱層に起因する密着力低下を抑制でき、樹脂フィルムと導体層との密着性が向上する。

銅張積層板の断面図である。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
（銅張積層板）
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る銅張積層板１は樹脂フィルム１０を有する。樹脂フィルム１０は絶縁性を有する。樹脂フィルム１０は長尺帯状でもよいし枚葉状でもよい。樹脂フィルム１０として、ポリエチレンテレフタレートフィルムのほか、ポリイミドフィルムなどの耐熱性樹脂フィルムが挙げられる。特に限定されないが、樹脂フィルム１０の厚さは１０〜１００μｍが一般的である。

樹脂フィルム１０の表面には導体層２０が成膜されている。図１に示すように樹脂フィルム１０の片面のみに導体層２０を成膜してもよいし、樹脂フィルム１０の両面に導体層２０を形成してもよい。導体層２０は導電性を有する層である。導体層２０の構成は特に限定されない。導体層２０は、例えば、金属層２１と銅めっき被膜２４とからなる。

金属層２１は樹脂フィルム１０の表面に成膜されている。金属層２１はスパッタリングなどの乾式法で成膜された層である。金属層２１は下地金属層２２と銅薄膜層２３とからなる。下地金属層２２と銅薄膜層２３とは樹脂フィルム１０の表面上にこの順に積層されている。一般に、下地金属層２２はニッケル、クロム、またはニッケルクロム合金からなる。特に限定されないが、下地金属層２２の厚さは２〜５０ｎｍが一般的であり、銅薄膜層２３の厚さは５０〜４００ｎｍが一般的である。

なお、下地金属層２２はなくてもよい。銅薄膜層２３は樹脂フィルム１０の表面に下地金属層２２を介して成膜されてもよいし、下地金属層２２を介さず樹脂フィルム１０の表面上に直接成膜されてもよい。

金属層２１（銅薄膜層２３）の表面には銅めっき被膜２４が成膜されている。銅めっき被膜２４は電解めっきなどの湿式法で成膜された層である。特に限定されないが、銅めっき被膜２４の厚さは０．３〜１２μｍが一般的である。

以上のような構成の銅張積層板１について、本願発明者は以下の知見を得ている。すなわち、導体層２０が樹脂フィルム１０から剥離する場合、必ずしもそれらの界面で剥離する界面剥離となっているわけではない。むしろ、樹脂フィルム１０の表面から深さ方向にサブミクロンの部分が破壊され、凝集剥離となっている場合が多い。すなわち、導体層２０の剥離は樹脂フィルム１０の破壊に起因するところが大きい。

例えば、ポリイミドフィルムの場合、製造時の条件によってはフィルム表面のイミド化が十分に行われないことがある。この場合、フィルム表面が脆くなっており、破壊されやすい。このような、フィルム表面の脆い層を「脆弱層」と称する。この脆弱層が破壊されることにより、導体層２０が樹脂フィルム１０から剥離する。

本実施形態の銅張積層板１は、樹脂フィルム１０の表層が予め除去されている。樹脂フィルム１０の表層を除去することで脆弱層を除去できる。これにより、樹脂フィルム１０として本来の強度を有する部分が表面に現れる。例えば、ポリイミドフィルムの場合、イミド化が十分に行われた部分が表面に現れる。その結果、樹脂フィルム１０の脆弱層に起因する密着力低下を抑制でき、樹脂フィルム１０と導体層２０との密着性が向上する。

樹脂フィルム１０は少なくとも導体層２０が成膜される側の表層が除去されていればよい。樹脂フィルム１０の両面に導体層２０を成膜する場合には、樹脂フィルム１０の両面の表層を除去する。樹脂フィルム１０の片面のみに導体層２０を成膜する場合には、導体層２０が成膜される側の表層のみを除去してもよいし、両面の表層を除去してもよい。

樹脂フィルム１０は、表層が除去された結果、表面の弾性率が表層除去前よりも高くなっている。例えば、樹脂フィルム１０は、導体層２０が成膜される側の極表面の弾性率が２．９〜６．５ＧＰａである。ここで、「極表面」とは樹脂フィルム１０の表面から深さ方向に０．１〜１０ｎｍの部分を意味する。

極表面の弾性率は、特開２０１２−５２８８５号公報に開示された、原子間力顕微鏡を用いた方法により測定される。原子間力顕微鏡は、探針と、探針を先端に保持するカンチレバーとを有する。カンチレバーの反り量から探針が試料に押し込まれる際の押込荷重が求められる。また、探針の押し込み方向におけるカンチレバーと試料との相対的距離から試料の変位量が求められる。原子間力顕微鏡の探針を試料に押し込む。ここで、試料の変位量を試料が塑性変形せずに弾性変形する範囲にする。このときの押込荷重と試料の変位量と探針先端の曲率半径とから、試料の極表面の弾性率が求められる。

（製造方法）
つぎに、本発明の一実施形態に係る銅張積層板１の製造方法を説明する。
本実施形態の製造方法は表層除去工程および成膜工程からなる。表層除去工程および成膜工程をこの順に行なうことで銅張積層板１を製造する。以下、各工程を順に説明する。

（１）表層除去工程
表層除去工程では、樹脂フィルム１０の表層を除去する。これにより、樹脂フィルム１０の脆弱層を除去する。ここで、樹脂フィルム１０の両面の表層を除去してもよいし、片面の表層のみを除去してもよい。

例えば、ポリイミドフィルムは、以下の手順で製造される。環化触媒、脱水剤などを混合したポリアミック酸溶液を支持体上に流延してフィルム状に成形し、支持体上でイミド化を一部進行させて自己支持性を有するゲルフィルムを作成する。支持体から剥離したゲルフィルムを延伸しながら加熱して溶媒を除去する。その後、フィルムを高温で熱処理してイミド化を完了させる。そうするとポリイミドフィルムが完成する。このように製造されたポリイミドフィルムに対して、その表層の除去を行う。

樹脂フィルム１０の脆弱層の厚さは、樹脂フィルム１０の製造条件によるが、サブミクロン程度と考えられる。除去する表層の厚さは脆弱層よりも厚いことが好ましい。そうすれば、樹脂フィルム１０として本来の強度を有する部分が表面に現れる。具体的には、０．１〜１μｍ厚の表層を除去することが好ましく、０．２〜０．５μｍ厚の表層を除去することがより好ましい。

表層を除去する方法は、特に限定されないが、イオンビーム処理、レーザー処理、研磨処理が挙げられる。研磨処理は機械研磨でもよいし化学研磨でもよい。これらの中でも、イオンビーム処理が好ましい。イオンビーム処理は、公知のイオンビーム源を用い、減圧雰囲気下において行われる。樹脂フィルム１０が長尺帯状である場合、樹脂フィルム１０をロールツーロールで搬送しつつイオンビーム処理を行えばよい。すなわち、イオンビーム処理装置内で、ロール状の樹脂フィルム１０を巻出機と巻取機との間で搬送する。この際、放電電極間に樹脂フィルム１０を通過させて、イオンビーム処理を行なう。

（２）成膜工程
表層除去工程の後、樹脂フィルム１０の表層除去後の表面に導体層２０を成膜する。導体層２０の成膜は乾式法により行ってもよいし、湿式法により行ってもよいし、乾式法と湿式法とを組み合わせて行ってもよい。図１に示す構成の導体層２０は、以下の手順で成膜される。

まず、スパッタリングなどの乾式法により樹脂フィルム１０の表面に金属層２１を成膜する。金属層２１は、例えばスパッタリング装置により成膜される。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を設置する。そうすれば、樹脂フィルム１０の表面にニッケルクロム合金の下地金属層２２と、銅薄膜層２３とを成膜できる。

つぎに、電解めっきなどの湿式法により金属層２１の表面に銅めっき被膜２４を成膜する。銅めっき被膜２４は、例えばロールツーロール方式または枚葉方式のめっき装置により、両面同時に成膜できる。

ロールツーロール方式のめっき装置は、長尺帯状の基材（金属層２１が成膜された樹脂フィルム１０）を搬送しつつ、基材に対して電解めっきを行なう装置である。めっき装置はロール状に巻回された基材を繰り出す供給装置と、めっき後の基材（銅張積層板１）をロール状に巻き取る巻取装置とを有する。基材の搬送経路には、前処理槽、めっき槽、および後処理槽が配置されている。めっき槽には銅めっき液が貯留されている。基材はめっき槽内を搬送されつつ、電解めっきによりその表面に銅めっき被膜２４が成膜される。これにより、長尺帯状の銅張積層板１が得られる。

枚葉方式のめっき装置は、枚葉状の基材を治具に固定して、治具を搬送しつつ基材に対して電解めっきを行なう装置である。治具に固定された基材は、前処理槽、めっき槽、後処理槽の順に送られる。めっき槽には銅めっき液が貯留されている。基材はめっき槽内において、電解めっきによりその表面に銅めっき被膜２４が成膜される。これにより、枚葉状の銅張積層板１が得られる。

成膜工程により、樹脂フィルム１０の表面に導体層２０が成膜される。ここで、樹脂フィルム１０の表面は表層除去後に現れた面であり、脆弱層がなく、樹脂フィルム１０本来の強度を有する。そのため、銅張積層板１は樹脂フィルム１０と導体層２０との密着性に優れている。これは、樹脂フィルム１０の脆弱層に起因する密着力低下を抑制できるからである。

銅張積層板１は樹脂フィルム１０と導体層２０との密着性に優れている。そのため、銅張積層板１から製造されたフレキシブルプリント配線板は、配線が樹脂フィルム１０から剥離しにくい。そのため、フレキシブルプリント配線板を屈曲半径が小さい箇所に適用したとしても断線しにくい。

つぎに、実施例を説明する。
（実施例１）
厚さ２５μｍのポリイミドフィルム（東レ・デュポン株式会社製、商品名「カプトン（登録商標）１００ＥＮ」）を用意した。ポリイミドフィルムを真空容器内で加熱した。つぎに、ライン型直流イオンビーム発生装置を用いて、ポリイミドフィルムの片面にイオンビームを１秒間照射した。この際使用したガスは酸素ガスである。ガスの流量は、１気圧、２５℃換算で９０ｃｍ³／分であった。これにより、ポリイミドフィルムの片面の表層０．３μｍが除去された。

つぎに、ポリイミドフィルムをマグネトロンスパッタリング装置にセットした。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る。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％である。

真空雰囲気下で、ポリイミドフィルムの表層除去後の表面に、厚さ２０ｎｍのニッケルクロム合金からなる下地金属層を成膜し、その上に厚さ２００ｎｍの銅薄膜層を成膜した。つぎに、電解めっきにより、銅薄膜層の表面に厚さ８μｍの銅めっき被膜を成膜して、銅張積層板を得た。

得られた銅張積層板の一部を切り取って試験片とした。試験片の導体層を塩化第二鉄溶液によるエッチングで除去した後、水洗および乾燥処理を行った。導体層の除去により露出したポリイミドフィルムの極表面の弾性率を測定したところ４.０ＧＰａであった。

なお、極表面の弾性率の測定は原子間力顕微鏡を用いて行った。より詳細には、原子間力顕微鏡としてプローブ走査顕微鏡のＶｅｅｃｏＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製ＮａｎｏＳｃｏｐｅＶを使用した。また、ＦｏｒｃｅＶｏｌｕｍｅモードで測定した。探針はＶｅｅｃｏ社製のダイヤモンド探針とし、カンチレバーのばね定数を２３６Ｎ／ｍとした。カンチレバーの反り量を１．５ｎｍとした。測定画面を５×５μｍ、測定点数を１辺当たり６４点として全画面合計４，０９６点とした。各測定値の平均を弾性率とした。

つぎに、得られた銅張積層板の残部を用いて、ポリイミドフィルムと導体層との密着性を評価した。密着性の評価は、ＩＰＣ−ＴＭ−６５０、ＮＵＭＢＥＲ２.４.９に準拠したピール強度を測定する方法により行った。より詳細には、まず、エッチング液として第二鉄水溶液を用いたサブトラクティブ法により導体層の不要部分をエッチングして、ピール強度評価用のリード（幅１ｍｍ、厚さ約８μｍ）を形成した試験片を作製した。リードをポリイミドフィルムに対して９０°方向に引き剥がし、ポリイミドフィルムと導体層と密着力を測定した。その結果、初期密着力は５２５Ｎ／ｍであった。

また、同様の手順でリードを形成した試験片を作製した。試験片を１５０℃のオーブンに１６８時間放置し、オーブンから取り出したあと室温になるまで放置した。その後、同様の手順でポリイミドフィルムと導体層と密着力を測定した。その結果、耐熱密着力は４２８Ｎ／ｍであった。

（実施例２）
ポリイミドフィルムの片面にイオンビームを０．７秒間照射して、表層０．２μｍを除去した。それ以外は実施例１と同様の条件で銅張積層板を得た。ポリイミドフィルムの極表面の弾性率は２．９ＧＰａであった。また、初期密着力は４６１Ｎ／ｍ、耐熱密着力は４１４Ｎ／ｍであった。

（実施例３）
ポリイミドフィルムの片面にイオンビームを１．６秒間照射して、表層０．５μｍを除去した。それ以外は実施例１と同様の条件で銅張積層板を得た。ポリイミドフィルムの極表面の弾性率は６．５ＧＰａであった。また、初期密着力は５３２Ｎ／ｍ、耐熱密着力は４３６Ｎ／ｍであった。

（比較例１）
イオンビーム処理を行わなかったこと以外は、同様の手順、条件で、銅張積層板を得た。得られた銅張積層板を用いて、ポリイミドフィルムの極表面の弾性率を測定したところ２．８ＧＰａであった。また、ポリイミドフィルムと導体層との密着性について、初期密着力は４５７Ｎ／ｍ、耐熱密着力は２８９Ｎ／ｍであった。

以上の結果を表１にまとめる。

表１より、ポリイミドフィルムの表層を除去した実施例１〜３では、弾性率が２．９〜６．５ＧＰａとなっており、ポリイミドフィルムの表層を除去しなかった比較例１（弾性率：２．８ＧＰａ）よりも弾性率が高くなっていることが分かる。

また、実施例１〜３では、初期密着力、耐熱密着力のいずれも４００Ｎ／ｍ以上であり、ポリイミドフィルムと導体層との密着性が良好であることが分かる。以上より、樹脂フィルムの表層を除去することで樹脂フィルムと導体層との密着性が向上することが確認された。

１ 銅張積層板
１０ 樹脂フィルム
２０ 導体層
２１ 金属層
２２ 下地金属層
２３ 銅薄膜層
２４ 銅めっき被膜

Claims (5)

1. 樹脂フィルムと、
   前記樹脂フィルムの表面に成膜された導体層と、を備え、
   前記樹脂フィルムは、前記導体層が成膜される側の表層が除去されたものである
   ことを特徴とする銅張積層板。
2. 樹脂フィルムと、
   前記樹脂フィルムの表面に成膜された導体層と、を備え、
   前記樹脂フィルムは、前記導体層が成膜される側の極表面の原子間力顕微鏡で測定した弾性率が、２．９〜６．５ＧＰａである
   ことを特徴とする銅張積層板。
3. 樹脂フィルムの表層を除去する表層除去工程と、
   前記樹脂フィルムの前記表層除去後の表面に導体層を成膜する成膜工程と、を備える
   ことを特徴とする銅張積層板の製造方法。
4. 前記表層除去工程において、０．１〜１μｍ厚の表層を除去する
   ことを特徴とする請求項３記載の銅張積層板の製造方法。
5. 前記表層除去工程において、イオンビーム処理、レーザー処理、または研磨処理により前記表層を除去する
   ことを特徴とする請求項３または４記載の銅張積層板の製造方法。

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