JP3447122B2 - 金属酸化物層を有するフレキシブル回路基板 - Google Patents

金属酸化物層を有するフレキシブル回路基板

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はポリイミドフィルムと金
属薄膜で構成されるフレキシブル回路基板用材料に関し
特に、金属薄膜とポリイミドフィルムの接着性において
高温耐久性の良好なフレキシブル基板用材料に関する。
【0002】
【従来の技術】絶縁性ポリマーフィルム上に金属フィル
ムが形成されたフレキシブル回路基板は膜厚約10μm
以上の金属フィルムとポリマーフィルムとを接着剤で接
合したものがあるが、接着剤の熱的特性がポリマーフィ
ルムの性能に劣ることや、金属フィルムの膜厚が10μ
m以上と厚いために、数10μmの微細加工が困難であ
る等の理由から、半導体産業における高密度配線に対応
できないこと、寸法安定性が悪いこと、および製品にそ
りがある等の問題があった。これらを解決するために、
接着剤なしで金属フィルムを形成する技術が検討されて
きた。これは、真空蒸着、スパッタリング等の薄膜形成
方法により絶縁性ポリマーフィルム上に金属薄膜を形成
した後、回路パターンの形成を行うものである。この材
料においては、金属薄膜の膜厚が1μm以下と薄いため
数10μm幅の微細加工も容易である。
【0003】すなわち、上記のごとくして形成された回
路パターンを基にして電解メッキ等によりさらに金属を
堆積、成長させることにより、微細加工された導電体を
形成する技術である。なお、後者の技術は半導体産業に
おける高密配線を可能にする技術であるが、回路形成工
程や電解メッキ工程等の後工程において接着力の低下が
問題となっていた。特開平02−98994号公報には
0.01〜5μmのクロム層をスパッターで形成するこ
と、特開昭62−181488号公報には5〜1000
nmのニッケル層やニッケル−クロム層を蒸着で形成す
ること、特開昭62−62551号公報にはクロム層を
蒸着で形成するすること、特公昭57−18357号公
報にはニッケル、コバルト、ジルコニウム、パラジュウ
ム等の金属層をイオンプレーティング法で形成するこ
と、特公昭57ー18356号公報にはニッケル、ニッ
ケル含有合金層をインオプレーティング法で形成するこ
とを等の技術がすでに開示されている。
【0004】しかしながら、これらの公知の技術は、一
部成功をおさめているものの、半導体産業における高密
度配線を可能にするための材料としては、未だ満足され
る性能にはなく実用化の足かせになっていた。すなわ
ち、リソグラフィー技術を用いる回路パターン形成工程
や、通電抵抗の低下や機械的強度向上のための形成パタ
ーン上に金属層を積層する電解メッキ工程等において、
金属層がポリイミドフィルムから剥離するという問題が
生ずる。この問題は一部解決されたものの、金属層/ポ
リイミドフィルムからなるフレキシブル回路基板のめざ
す本来の特徴である耐熱性において充分な性能が達成で
きなかった。例えば、空気中で150℃程度の温度に2
4時間保持するだけで、金属層とポリイミドフィルムの
接着性が著しく低下するという問題が発生していた。
【0005】
【本発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者等
が接着性低下の原因を鋭意調査したところ、ポリイミド
フィルムを通して透過する反応性の気体が接着性に大き
く影響を与えていることを見いだし、さらに、通過する
気体を遮断するためのガスバリヤー性の層を設けること
により接着性の低下を防ぎ得ることを見いだした(特願
平04−183700)。この結果、金属層/ポリイミ
ドフィルムからなるフレキシブル回路基板材料を、前述
のごとき過酷なプロセスをもつ半導体産業において実用
に供することが可能となった。具体的な例を示せば、ガ
スバリヤー層としてポリイミドフィルムの片面に、テト
ラメチルジシロキサンと酸素を原料としたプラズマ化学
気相蒸着法(P−CVD法)により、実質的に酸化珪素
層を30〜300nm厚みで形成する方法を開示した。
かかる方法は、フィルムのガスバリヤー性を飛躍的に向
上させ、従って、高温強度の劣化をも抑制しうることを
見いだしたのである。しかしながら、かかるフィルムに
対し曲げや切断といった2次加工を施した試料の中には
加熱試験を行うとなお接着性の低下が見られるものがあ
るという問題に遭遇した。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らの知見によれ
ば、ポリイミドフィルムを通して透過する反応性の気体
がポリイミド面に接する金属層と反応し、部分的に金属
酸化物が生じる物と考えられる。この金属酸化物が剥離
の主たる原因であると推定したのであるが、驚くべきこ
とに、予め金属を酸化した金属酸化物の層をポリイミド
層と金属層の間に挟み込むことによって金属のポリイミ
ドフィルムからの剥離が完全に抑えられることを見いだ
した。
【0007】すなわち、本発明は、 (1)ポリイミドフィルムと、当該ポリイミドフィルム
の少なくとも一方の面上に酸化第2銅の薄膜が形成さ
れ、その上に金属薄膜が形成されてなる多層膜が形成さ
れたフレキシブル回路基板材料、 (2)ポリイミドフィルムの面上に形成される酸化第2
の薄膜の上に形成される金属薄膜が銅である(1)記
載のフレキシブル回路基板材料、 (3)ポリイミドフィルムの面上に形成される酸化第2
の薄膜がスパッタリング法により形成される(1)〜
)の何れかに記載のフレキシブル回路基板材料、 (4)ポリイミドフィルムの面上に形成された酸化第2
の薄膜上に形成される金属薄膜がスパッタリング法に
より形成される(1)〜()の何れかに記載のフレキ
シブル回路基板材料、に関するものである。
【0008】まず、図面について説明すると、図1〜3
は本発明のフレキシブル回路基板用材料の一実施例を示
すものであって、1はポリイミドフィルム、2および
2’は酸化第2銅層、3および3’は金属薄膜、4は回
路形成用金属膜、例えば回路形成用銅膜層を示すもので
ある。
【0009】以下、これら図面を参照しつつ本願発明を
説明する。すなわち、本発明は、ポリイミドフィルム1
と、当該ポリイミドフィルムの主面上に酸化第2銅2が
形成され、その上に金属の薄膜3が形成されてなる多層
薄膜が形成されてなるフレキシブル回路基板材料、であ
る。本発明におけるフレキシブル回路基板材料は、上述
の如くポリイミドフィルム1の一方の面に酸化第2銅
2、金属薄膜3の順に積層されたもののみならず、金属
薄膜3’、酸化第2銅2’、ポリイミドフィルム1、
化第2銅2、金属薄膜3、といった両面に積層された多
層薄膜も含まれることは言うまでもない。ここで3及
び3’の金属薄膜はそれぞれ異なる金属を用いても良い
ことも改めて言うまでもないことである。
【0010】このような酸化第2銅層の厚さは、金属薄
膜層並びにポリイミド層との密着性を保てればよく、1
0〜3000nmが好ましく、より好ましくは60〜2
00nmである。膜厚が余りに薄すぎると酸化第2銅
積層されている部分と積層されていない部分が生じる可
能性があり、即ち酸化第2銅膜の均一性で問題があり、
一方あまり厚すぎると、ポリイミドフィルムとの密着性
が低下する傾向がある。
【0011】酸化第2銅層の作製法としては、物理気相
蒸着法がある。物理気相蒸着法として具体的な例を示す
とすれば、真空蒸着法ならびにスパッタ法がある。真空
蒸着法では、酸化第2銅を原料として真空中で蒸発させ
基板上に酸化第2銅被膜を形成する。蒸発時に酸素ガス
を導入すること、もしくは、導入した酸素ガスを放電さ
せることも可能である。スパッタ法では、酸化第2銅
しくは金属をターゲットとして、アルゴン及び酸素を放
電ガスとして用いて酸化第2銅被膜を形成する。
【0012】金属薄膜を形成する金属としては、アルミ
ニウム、クロム、ニッケル、チタン、モリブデン、タン
グステン、亜鉛、鉄、銅、銀等の金属が挙げられるが、
これに限られるものではない。
【0013】なお、金属薄膜と酸化第2銅の組み合わせ
としては、必ずしも金属として対応するものである必要
はない
【0014】以下、酸化第2銅用いた場合について
更に詳しく述べると、アルゴンガス並びに酸素ガスによ
るDCマグネトロンスパッタ法により、銅の酸化物を硝
子板からなる基板上に形成させる。この時、導入したア
ルゴンガスと酸素ガスの流量の比を換えることよって硝
子板上に形成される金属酸化物の状態が異なってくる
(銅の酸化数が変わる)ため、膜厚が異なってくる。こ
の時の薄膜の色及び硝子板上に形成された薄膜のX線結
晶構造を解析することにより銅酸化物の状態(酸化数)
が分かる。
【0015】このようにして銅が、酸化第1銅、酸化第
2銅に酸化されるAr/O2 の流量比のデータに基づい
て、ポリイミドフィルム上に酸化第1銅、酸化第2銅を
形成させた。ポリイミドフィルムに酸化第1銅を形成さ
せた後、銅薄膜を形成させた場合と、酸化第2銅を形成
させた後、銅薄膜を形成させた場合とでは接着性に差が
でた。
【0016】すなわち、金属酸化物の層を酸化第1銅に
した場合より酸化第2銅にした場合の方が、ポリイミド
層と金属層間の密着性が優れていた。そこで、本願発明
においては酸化第2銅にまで酸化された酸化銅層を用
る。
【0017】銅薄膜については、当業者が容易に理解す
るところの回路形成用の材料である。銅薄膜について更
に詳しく述べると、好ましくは純度99.99%以上の
銅が用いられる。銅薄膜は通常100nm以上の膜厚に
形成されるが、本発明はフレキシブル回路基板であり、
そのままで用いられるよりもメッキ工程、半田工程を経
て回路が形成される。これらの後工程のことを考慮する
と回路加工を容易にするためには膜厚は200nm以上
であることが望ましい。なお、厚みの上限については特
に規定するものではないが、通常1000μm 程度であ
る。また、本発明においては、図2や図3に示すよう
に、金属薄膜の上に回路形成用の金属薄膜、通常銅の薄
膜をさらに形成してもよいのである。
【0018】金属薄膜の形成は、真空蒸着法、イオンプ
レティーング法、スパッタリング法、CVD法等乾式の
形成方法はもちろん、浸漬法、印刷法等の湿式の薄膜形
成方法も利用することができる。薄膜の接着性や薄膜の
制御性に優れたスパッタリング法が特に用いるに好まし
い方法である。スパッタリングの方法において、特に限
定される条件はない。形成すべき薄膜に対応させて適宜
ターゲットを選択して用いることは当業者の理解すると
ころである。スパッタリングの方法にも限定される条件
はなく、DCマグネトロンスパッタリング、高周波マグ
ネトロンスパッタリング、イオンビームスパッタリング
等の方法が有効に用いられる。
【0019】ポリイミドフィルムの膜厚は特に限定され
る条件はないが、通常25μm〜125μmの膜厚のポ
リイミドフィルムが用途に応じて適宜選択されて用いら
れる。ポリイミドフィルムとして具体的な例を示すとす
れば、カプトン、ユーピレックス、アピカル等の商品名
として、市場で入手できるポリイミドフィルムを有効に
用いることができる。さらに、ピロメリット酸無水物、
ビフタル酸無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無
水物、オキシジフタル酸無水物、ハイドロフランジフタ
ル酸無水物等の酸無水物とメトキシジアミノベンゼン、
4,4’オキシジアニリン、3,4’オキシジアニ
リン、3,3’オキシジアニリン、ビスジアニリノメ
タン、3,3’ジアミノゼンゾフェノン、p,p−ア
ミノフェノキシベンゼン、p,m−アミノフェノキシベ
ンゼン、m,p−アミノフェノキシベンゼン、m,m−
アミオフェノキシベンゼン、クロル−m−アミノフェノ
キシベンゼン、p−ピリジンアミノフェノキシベンゼ
ン、m−ピリジンアミノフェノキシベンゼン、p−アミ
ノフェノキシビフェニル、m−アミノフェノキシビフェ
ニル、p−ビスアミノフェノキシベンジスルホン、m−
ビスアミノフェノキシベンジスルフォンp−ビスアミノ
フェノキシベンジルケトン、m−ビスアミノフェノキシ
ベンジルケトン、p−ビスアミノフェノキシベンジルヘ
キサフルオロプロパン、m−ビスアミノフェノキシベン
ジルヘキサフルオロプロパン、m−ビスアミノフェノキ
シベンジルヘキサフルオロプロパン、p−ビスアミノフ
ェノキシベンジルプロパン、o−ビスアミノフェノキシ
ベンジルプロパン、m−ビスアミノフェノキシベンジル
プロパン、p−ジアミノフェノキシベンジルチオエーテ
ル、m−ジアミノフェノキシベンジルチオエーテル、イ
ンダンジアミン、スピロビジアミン、ジケトンジアミン
等のアミンと反応、イミド化して形成されるポリイミド
も本発明に効果的に用いることができる。
【0020】
【実施例】以下、実施例により本発明をさらに具体的に
説明するが、本発明は以下の実施例になんら制限される
ものではない。 (実施例1) ポリイミドフィルムとして、膜厚が50.8μmのカプ
トン−V(デュポン社製)を用い、この片面上に、酸素
のグロー放電でポリイミドフィルムの表面を処理した
後、銅をターゲットとして、アルゴン並びに酸素ガスに
よるDCマグネトロンスパッタリング法により厚さ18
0nmの酸化第2銅薄膜層を形成させ、下地金属酸化物
の薄膜として形成した後、真空状態を破ることなく、銅
をターゲットにして、連続的にDCマグネトロンスパッ
タリングにより、当該酸化第2銅薄膜に接して、平均膜
厚が約250nmの銅薄膜を積層した。次に、当該銅薄
膜の上に銅の電解メッキを施すことにより回路用の銅膜
の厚みを20μmとした。かかる方法で得た回路用銅膜
のポリイミドフィルムに対する接着力を測定したとこ
ろ、常態強度で平均1.5kg/cmであった。これ
を、150℃のオーブンに入れ、10日間保持した後、
同様に接着力を測定したところ、平均1.4kg/cm
であり、接着力は93.3%に低下したものの、依然と
して1.0kg/cmを越える高い接着力を保持するこ
とを確認した。
【0021】一方、150℃のオーブンに入れる前に、
当該フィルムを直径10mmのステンレス製の丸棒に裏
表5回ずつ計10回巻き付けたのち、150℃のオーブ
ンに入れ、10日間保持した後、同様に接着力を測定し
たところ、平均1.4kg/cmであり、この場合にお
いても、接着力は93.3%に低下したものの、依然と
して1.0kg/cmを越える高い接着力を保持するこ
とを確認した。
【0022】(実施例) ポリイミドフィルムとして、カプトンの代わりにユーピ
レックス−S(宇部興産製)を用い、この片面上に、酸
素のグロー放電でポリイミドフィルムの表面を処理した
後、銅をターゲットとして、アルゴン並びに酸素ガスに
よるDCマグネトロンスパッタリング法により厚さ18
0nmの酸化第2銅薄膜層を形成させ、下地金属酸化物
の薄膜として形成した後、真空状態を破ることなく、銀
をターゲットにして、連続的にDCマグネトロンスパッ
タリングにより、当該酸化第2銅薄膜に接して、平均膜
厚が約250nmの銀薄膜を積層した。次に、当該銀薄
膜の上に銅の電解メッキを施すことにより回路用の銅膜
の厚みを20μmとした。かかる方法で得た回路用銅膜
のポリイミドフィルムに対する接着力を測定したとこ
ろ、常態強度で平均1.4kg/cmであった。これ
を、150℃のオーブンに入れ、10日間保持した後、
同様に接着力を測定したところ、平均1.2kg/cm
であり、接着力は85.7%に低下したものの、依然と
して1.0kg/cmを越える高い接着力を保持するこ
とを確認した。一方、150℃のオーブンに入れる前
に、当該フィルムを直径10mmのステンレス製の丸棒
に裏表5回ずつ計10回巻き付けたのち、150℃のオ
ーブンに入れ、10日間保持した後、同様に接着力を測
定したところ、平均1.1kg/cmであり、この場合
においても、接着力は78.6%に低下したものの、依
然として1.0kg/cmを越える高い接着力を保持す
ることを確認した。
【0023】(比較例) 実施例1において、酸化第2銅の層を有しないものを作
製し、銅回路基板のポリイミドフィルムに対する接着力
を測定したところ、常態強度で平均1.5kg/cmで
あった。これを、150℃のオーブンに入れ、10日間
保持した後、同様に接着力を測定したところ、低下が著
しく、0.01kg/cm以下になってしまった。
【0024】(比較例) 実施例において、酸化第2銅の層を有しないものを作
製し、銅回路基板のポリイミドフィルムに対する接着力
を測定したところ、常態強度で平均1.4kg/cmで
あった。これを、150℃のオーブンに入れ、10日間
保持した後、同様に接着力を測定したところ、低下が著
しく、0.01kg/cm以下になってしまった。
【0025】
【発明の効果】以上の実施例および比較例の示すところ
から明らかなように、本発明は半導体ICチップの高集
積化を実現するための耐熱性を充分満足しているばかり
でなく、フィルムの特性を生かす可撓性においても優れ
た特性をしめすフレキシブル回路基板用材料の技術を提
供するものであり、半導体産業にとって、極めて有用な
発明である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のフレキシブル回路基板用材料の一実施
例の層構成
【図2】本発明のフレキシブル回路基板用材料の一実施
例の層構成
【図3】本発明のフレキシブル回路基板用材料の一実施
例の層構成
【符号の説明】
1 ポリイミドフィルム 2 酸化第2銅層 2’酸化第2銅層 3 金属薄膜 3’金属薄膜 4 回路形成用銅膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−29634(JP,A) 特開 平6−61600(JP,A) 特開 平6−97616(JP,A) 特公 昭52−25868(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05K 1/03 H05K 1/09 H05K 3/38 C23C 14/00 - 14/58

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポリイミドフィルムと、当該ポリイミド
    フィルムの少なくとも一方の面上に酸化第2銅の薄膜が
    形成され、その上に金属薄膜が形成されてなる多層膜が
    形成されたフレキシブル回路基板材料。
  2. 【請求項2】 ポリイミドフィルムの面上に形成される
    酸化第2銅の薄膜の上に形成される金属薄膜が銅である
    請求項1記載のフレキシブル回路基板材料。
  3. 【請求項3】 ポリイミドフィルムの面上に形成される
    化第2銅の薄膜がスパッタリング法により形成される請
    求項1〜の何れかに記載のフレキシブル回路基板材
    料。
  4. 【請求項4】 ポリイミドフィルムの面上に形成された
    化第2銅の薄膜上に形成される金属薄膜がスパッタリン
    グ法により形成される請求項1〜の何れかに記載のフ
    レキシブル回路基板材料。
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