JP4771552B2 - ２層フレキシブル基板 - Google Patents

Description

本発明は、２層フレキシブル基板に関し、より具体的には、絶縁体フィルム上に銅層を形成した２層フレキシブル基板に関する。

フレキシブル配線板を作製するために用いる基板として、２層フレキシブル基板が注目されている。２層フレキシブル基板は絶縁体フィルム上に接着剤を用いることなく直接銅導体層を設けたもので、基板自体の厚さを薄くすることができる上に、被着させる銅導体層の厚さも任意の厚さに調整することができるという利点を有する。このような２層フレキシブル基板を製造する場合は、絶縁体フィルム上に下地金属層を形成して、その上に電気銅めっきを行うのが一般的である。しかし、このようにして得られた下地金属層にはピンホールが多数発生し、絶縁フィルム露出部が生じ、薄膜の銅導体層を設けた場合は、ピンホールによる露出部分を埋めることができず、銅導体層表面にもピンホールが生じ、配線欠陥を生じる原因となっていた。この問題を解決する方法として、たとえば特許文献１に、絶縁体フィルム上に下地金属層を乾式めっき法により作製し、次に下地金属層上に１次電気銅めっき被膜を形成した後、アルカリ溶液処理を施し、しかる後無電解銅めっき被膜層を被着させ、最後に２次電気銅めっき被膜層を形成する２層フレキシブル基板の製造方法が記載されている。しかしこの方法では工程が複雑となる。

また、最近ではプリント配線板の高密度化に伴い、回路幅の狭小化、多層化に伴いファインパターン化が可能である銅層が要求されるようになってきた。このファインパターン化のためには、エッチング速度が速く、かつ均一溶解性を持つ銅層、すなわちエッチング特性に優れた銅層が必要である。
また、その上にレジストを塗布し、更にめっきを行って配線する際に、銅表面の光沢性が高かったため、レジスト剥離が生じる場合があり、レジストとの密着性に優れている２層フレキシブル基板が求められている。
特開平１０−１９３５０５号公報

本発明は、エッチング特性、レジストとの密着性に優れ、表面欠陥がない２層フレキシブル基板を提供することを課題とする。

２層フレキシブル基板のエッチング特性、及びレジストとの密着性について検討を行った結果、銅層の表面粗さ（Ｒａ）と断面の結晶粒径の大きさを規定することにより、エッチング特性及びレジストとの密着性に優れ、表面欠陥がない２層基板となることを見出した。
即ち、本発明は、
（１）絶縁体フィルムの片面又は両面上に、予め下地金属層を形成し、その上に所定の厚さの銅層を電気めっきにより形成することにより、接着剤を用いることなく銅層を設けた２層フレキシブル基板であって、該絶縁体フィルム上に形成した銅層の結晶粒径が絶縁体フィルム面に近い程小さく、また銅層の表面粗さ（Ｒａ）が０．１０〜０．２５μｍで、かつ上記銅層断面の、該絶縁体フィルムから１μｍの高さの部分の銅の平均結晶粒径が０．８μｍ以下であることを特徴とする２層フレキシブル基板、
（２）前記絶縁体フィルムがポリイミドフィルムであることを特徴とする前記（１）記載の２層フレキシブル基板、
である。
発明の効果

２層フレキシブル基板の銅層の表面粗さ（Ｒａ）と断面の銅の結晶粒径の大きさを規定することにより、エッチング特性、かつレジストとの密着性に優れる２層フレキシブル基板となる。
また、この表面粗さは、ファインライン形成に影響がなく、表面欠陥がなくなり、歩留まりが向上する。

エッチング率を求める式を説明する図である。

本発明の２層フレキシブル基板は、絶縁体フィルム上に銅層を形成したものであるが、絶縁体フィルム上に下地金属層を形成した上に、所定の厚さの銅層を電気めっきにより形成させることが好ましい。

本発明の用いる絶縁体フィルムとしては、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリエチレン樹脂等の熱可塑性樹脂、ポリアミド等の縮合ポリマー、等の樹脂の１種または２種以上の混合物からなるフィルムが挙げられる。ポリイミドフィルム、ポリエステルフィルム等が好ましく、ポリイミドフィルムが特に好ましい。ポリイミドフィルムとしては、各種ポリイミドフィルム、例えば、カプトン（東レデュポン製）、ユーピレックス（宇部興産製）等が挙げられる。
絶縁体フィルムとしては、厚さ１０〜５０μｍのフィルムが好ましい。

絶縁体フィルム上には、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｖ等の単独元素または混合系などによる下地金属層層を、蒸着、スパッタ、またはめっき法等の公知の方法により形成させることができる。
下地金属層の厚さは１０〜５００ｎｍが好ましい。

本発明の２層フレキシブル基板は、これまで述べてきた下地金属層を形成した絶縁体フィルム上に、常法の電気めっきにより銅めっき層を形成したものである。
このときめっき液としては、通常の酸性銅めっき液を使用することができ、硫酸銅水溶液に、塩素、ノニオン系界面活性剤、硫黄系有機化合物を添加剤として混合した水溶液を用いることが好ましく、膜厚３〜３０μｍの銅層を形成することが好ましい。

上記ノニオン系界面活性剤としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のポリエーテル化合物が好ましい。

上記硫黄系有機化合物としては、下記一般式（１）又は（２）の構造式を持つ化合物であることが好ましい。
Ｘ−Ｒ^１−(Ｓ)_ｎ−Ｒ^２−Ｙ （１）
Ｒ^４−Ｓ−Ｒ^３−ＳＯ_３Ｚ （２）
（一般式（１）、（２）中、Ｒ^１、Ｒ^２、及びＲ^３は炭素数１〜８のアルキレン基であり、Ｒ^４は、水素、

からなる一群から選ばれるものであり、Ｘは水素、スルホン酸基、ホスホン酸基、スルホン酸またはホスホン酸のアルカリ金属塩基またはアンモニウム塩基からなる一群から選ばれるものであり、Ｙはスルホン酸基、ホスホン酸基、スルホン酸またはホスホン酸のアルカリ金属塩基からなる一群から選ばれるものであり、Ｚは水素、またはアルカリ金属であり、ｎは２または３である。）

上記一般式（１）で表される硫黄系有機化合物としては、例えば以下のものが挙げられ、好ましく用いられる。
Ｈ_２Ｏ_３Ｐ−(ＣＨ_２)_３−Ｓ−Ｓ−(ＣＨ_２)_３−ＰＯ_３Ｈ_２
ＨＯ_３Ｓ−(ＣＨ_２)_４−Ｓ−Ｓ−(ＣＨ_２)_４−ＳＯ_３Ｈ
ＨＯ_３Ｓ−(ＣＨ_２)_３−Ｓ−Ｓ−(ＣＨ_２)_３−ＳＯ_３Ｈ
ＮａＯ_３Ｓ−(ＣＨ_２)_３−Ｓ−Ｓ−(ＣＨ_２）_３−ＳＯ_３Ｎａ
ＨＯ_３Ｓ−(ＣＨ_２)_２−Ｓ−Ｓ−(ＣＨ_２)_２−ＳＯ_３Ｈ
ＣＨ_３−Ｓ−Ｓ−ＣＨ_２−ＳＯ_３Ｈ
ＮａＯ_３Ｓ−(ＣＨ_２）_３−Ｓ−Ｓ−Ｓ−(ＣＨ_２)_３−ＳＯ_３Ｎａ
(ＣＨ_３)_２ＣＨ−Ｓ−Ｓ−(ＣＨ_２)_２−ＳＯ_３Ｈ

また、上記一般式（２）で表される硫黄系有機化合物としては、例えば以下のものが挙げられ、好ましく用いられる。

銅層の表面粗さ（Ｒａ）は、０．１０〜０．２５μｍであり、０．１２〜０．２４μｍであることが好ましい。
表面粗さを上記範囲（表面が適度に荒れている）とすることにより、ソルダーレジストとの密着性が良好となる。また、表面が光沢面であった場合、欠陥となる微小な突起やくぼみは、表面粗さを上記範囲とすることにより、粗さに紛れるので、表面の微小欠陥がなくなり、歩留まりが向上する。表面粗さ（Ｒａ）が０．１０〜０．２５μｍの範囲ではファインラインの対応が可能な表面粗さである。

銅層の表面粗さは、通常のめっきにより得られたものは、０．１μｍ未満であるか、０．２５μｍを超える粗いものが一般的である。０．１μｍ未満の光沢品の場合には、上記めっき液の添加剤にさらに含窒素化合物を添加することにより得られる。また、０．２５μｍを超えるものについては、硫酸銅水溶液（添加剤なし）で得られる。本発明では、硫酸銅水溶液に、塩素、ノニオン系界面活性剤、硫黄系有機化合物を添加した水溶液をめっき液として用いて、電流密度を徐々に高くする方法でめっきを行うことにより、上記範囲とすることができる。具体的には、例えば、ノニオン系界面活性剤、硫黄系有機化合物をそれぞれ０．１〜１０００ｐｐｍ含有する上記めっき液を用い、電流密度を０．１〜５０Ａ／ｄｍ^２の範囲で、連続的にあるいは２〜１０段階程度で徐々に高くしていく方法が好ましい。また、めっき温度は２０〜７０℃が好ましい。このような方法でめっきを行うことにより、銅の結晶粒径は、絶縁体フィルムに近い方が小さくなり、徐々に大きくなる。

また、銅層の絶縁体フィルムから１μｍのところの銅の平均結晶粒径が０．８μｍ以下であり、０．２〜０．７μｍであることが好ましい。
本発明において、銅層の銅の結晶平均粒径は、上述のように絶縁体フィルム表面に近いほど小さくなる。したがって、絶縁体フィルムから１μｍのところの銅の平均結晶粒径が０．８μｍ以下であると、１μｍより絶縁体フィルムに近いところでは、それ以下となる。

ファインパターンを形成させるためには、絶縁体フィルム近傍のエッチング特性が重要であり、銅層の絶縁体フィルムから１μｍまでの銅の平均結晶粒径を０．８μｍ以下とすることによりファインパターン化が可能となる。粒径が小さい方がエッチング特性が良好となる。即ち、絶縁体フィルム近傍の結晶粒径を小さくすることによりエッチングされやすくなり、サイドエッチングを抑制し、エッチング特性が向上する。

絶縁体フィルム近傍の銅の結晶粒径は、通常の硫酸銅による光沢めっきを行う方法により作製すると、０．８μｍを超えてしまうが、上記したように添加剤の種類を変えたり、電流密度、めっき温度を制御することにより小さくすることができ、０．８μｍ以下となる。
絶縁体フィルムから１μｍのところの銅の平均結晶粒径は、例えば、ＦＩＢ切断した後、ＳＩＭで観察し、結晶の粒径の観察や測定することにより求めることができる。

さらに、本発明の２層フレキシブル基板は、一般的な方法で下地金属層を形成し、下地金属層にピンホールが発生したとしても、銅導体層表面にはピンホールが生じず、表面欠陥がない。これについては、詳しいメカニズムは分かっていないが、下地金属層にピンホールが発生しても、銅層の絶縁体フィルムから１μｍのところの銅の平均結晶粒径を０．８μｍ以下とすることにより、ピンホールを銅で埋めることができるためと推定される。

次に本発明を実施例によって説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
実施例１〜２、比較例１〜３
以下のめっき条件で下地金属層を有するポリイミドフィルムに電気めっきを行い、約８μｍの銅被膜を作製した。添加剤及びその添加量は表１記載の通りである。
液容量： 約８００ｍｌ
アノード：鉛電極
カソード：ポリイミドフィルムを巻きつけた回転電極
下地金属層を有するポリイミドフィルム：
３７．５μｍ厚のカプトンＥ（デュポン製）上にＮｉＣｒを１０ｎｍ＋Ｃｕを２０００Å
スパッタ成膜したもの。
電流時間：１３００Ａｓ
電流密度：５→１０→２０→３０Ａ／ｄｍ^２と変化（各電流密度で４０秒ずつ保持）
流速： １９０ｒ．ｐ．ｍ．
Ｃｕ： ７０ｇ／Ｌ
Ｈ_２ＳＯ_４：６０ｇ／Ｌ
Ｃｌ： ７５ｐｐｍ

得られた銅ポリイミド２層基板の表面粗さ（Ｒａ）（μｍ）（算術平均粗さ）をＪＩＳ Ｂ ０６０１に準じて測定し、ポリイミドフィルムから１μｍのところの銅の平均結晶粒径を求め、欠陥の個数、エッチング特性、レジストとの密着性を評価した。

平均結晶粒径：
平均結晶粒径は、ＦＩＢより断面を切断した後、ＳＩＭで観察し、ポリイミドから１μｍの高さの部分（１０μｍ幅）の結晶粒径の平均値を求めた。結果は表１に示す。

欠陥の個数：
欠陥の個数は、銅層表面１ｄｍ^２の欠陥数（微小な突起またはくぼみの数）を目視にて求めた。尚、結果は表１に示す。

エッチング特性：
エッチング特性は、エッチング率により評価した。エッチング率は、２０μｍピッチのラインを形成し、下記に示す計算式に基づき計算した。
エッチング率＝ｈ／｛（ｂ−ｔ）／２｝（＝ｔａｎθ）
ｈ、ｂ、ｔは図１に示すように、ｈ＝エッチングの深さ、ｂ＝基板表面のエッチングの幅、ｔ＝エッチング底面のエッチングの幅を示す。
結果は表１に示す。

レジストとの密着性評価：
無電解金めっき耐性により評価した。実施例１〜２、及び比較例１〜２で得られた基板上に市販のソルダーレジストを塗布した。露光、現像後硬化し評価基板を作製した。この評価基板を市販の無電解Ｎｉめっき液と無電解金めっき液を用いてめっきを行った。このめっき後の評価基板について、セロテープ（登録商標）によるピールテストを行い、レジストの剥がれについて評価した。実施例１、２の基板を使用したものは、レジストに全く剥がれが認められなかったのに対し、比較例１、２の基板を使用したものは、かすかに剥がれが見られた。

以上の結果より、本発明の銅ポリイミド２層基板は、エッチング特性、レジストとの密着性に優れ、表面欠陥がないことがわかる。

Claims (2)

1. 絶縁体フィルムの片面又は両面上に、予め下地金属層を形成し、その上に所定の厚さの銅層を電気めっきにより形成することにより、接着剤を用いることなく銅層を設けた２層フレキシブル基板であって、該絶縁体フィルム上に形成した銅層の結晶粒径が絶縁体フィルム面に近い程小さく、また銅層の表面粗さ（Ｒａ）が０．１０〜０．２５μｍで、かつ上記銅層断面の、該絶縁体フィルムから１μｍの高さの部分の銅の平均結晶粒径が０．８μｍ以下であることを特徴とする２層フレキシブル基板。
2. 前記絶縁体フィルムがポリイミドフィルムであることを特徴とする請求項１記載の２層フレキシブル基板。

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