JP5347980B2 - 金属化ポリイミドフィルム、及びそれを用いたフレキシブル配線板 - Google Patents
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Description
セミアディティブ法で得る場合には、基材の金属表面にレジスト層を設け、そのレジスト層の上に所定の配線パターを有するマスクを設け、その上から紫外線を照射して露光し、現像して金属層表面に銅を電着させるためのめっき用マスクを得、開口部に露出している金属層を陰極として電気メッキして配線部を形成し、次にレジスト層を除去し、ソフトエッチングして配線部以外の前記基材表面の金属層を除去して配線部を完成させ、水洗し、要すれば、配線のリード端子部等に所定のめっきを施して得る。
この要求に応ずるべく、配線ピッチが25μmのフレキシブル配線板を得ようとすると、サブトラクティブ法で配線を得る場合には、配線作製の際のサイドエッチングによる影響を無くして、その断面が矩形形状の良好な配線を得るためには、基材に設けられている前記金属層の厚さは20μm以下としなければならない。むろん、セミアディティブ法で配線を得る際には、前記金属層の厚さは数μmとしなければならない。
このような基材を得る方法として、絶縁性樹脂フィルム表面に乾式めっき法で金属薄膜を得、その上に乾式めっき法で銅薄膜を得、その上に湿式めっき法により銅膜を設けて金属層を得る方法が推奨されている。というのは、この基材は、全ての構成膜をめっき法で得るため、金属層の厚さを任意に制御できるからである。
このOLB(Outer lead bonding)工程時、AFCは、150℃〜200℃の範囲に加熱され、1MPa以上の圧力で加圧される。したがって、このような条件の下で、COFの寸法が変化すると、所定の導電性、絶縁性が確保されなくなるので、COFの寸法安定性が重要となる。
因みに、本出願人は、主成分としてピロメリット酸二無水和物(PMDA)と4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(ODA)を含む、もしくは、主成分としてピロメリット酸二無水和物(PMDA)と4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(ODA)からなる成分とビフェニルテトラカルボン酸二無水和物(BPDA)と4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(ODA)からなる成分を含むポリイミドフィルムを用い、このポリイミドフィルム表面をプラズマ処理、コロナ放電または湿式処理により改質して該表面に親水性官能基を導入し、この改質層の厚さを200Å以下とし、その上にスパッタリング法により、少なくともニッケル、クロム、及びこれらの合金からなる群から選ばれた金属でシード層を作製し、その上にめっき法により厚さ8μmの銅層を設けることにより、2層めっき銅ポリイミド基板を製造する方法を提案している(特許文献1 第1、2頁参照)。
この方法により、得られた基材のポリイミド表面と金属層との初期密着強度は、150℃で大気中に168時間放置した後、及び121℃、湿度95%、2気圧での100時間のPCTテスト後の密着強度がいずれも400N/m以上という優れたものとなった(特許文献1 第5頁参照)。
前記ポリイミドフィルムは、膜厚35μm〜40μmのとき、吸水率が1質量%〜3質量%で、かつ熱膨張係数が、TD方向(幅方向)で3ppm/℃〜8ppm/℃、MD方向(長手方向)で9ppm/℃〜15ppm/℃であり、また、湿度膨張係数が、TD方向(幅方向)で7ppm/%HR〜13ppm/%HR、MD方向(長手方向)で12ppm/%HR〜15ppm/%HRであることを特徴とする金属化ポリイミドフィルムが提供される。
また、本発明の第8の発明に依れば、第1〜第7の発明のいずれかの発明において、前記金属膜の厚さが20μm以下であることを特徴とする金属化ポリイミドフィルムが提供される。
前記ポリイミドフィルムは、ビフェニルテトラカルボン酸とジアミン化合物によるイミド結合をポリイミド分子中に含有しており、その表面のTD方向を薄膜X線回折測定(Cu Kα 入射角=0.1°)したときに、2θ=12°〜18°、2θ=26°〜32°、2θ=42°〜48°の各範囲に、半価幅が1.5°以下のピークを有し、また、湿度膨張係数が、TD方向(幅方向)で7ppm/%HR〜13ppm/%HR、MD方向(長手方向)で12ppm/%HR〜15ppm/%HRであることを特徴とするフレキシブル配線板が提供される。
また、本発明の第10の発明に依れば、第9の発明において、前記金属膜は、ニッケル、クロム、又はニッケル合金から選択される少なくとも1種からなる下地金属薄膜と、該金属薄膜の上に設けられた銅層とで構成されていることを特徴とするフレキシブル配線板が提供される。
また、本発明の第11の発明に依れば、第9又は10の発明において、前記金属膜は、厚さが20μm以下であることを特徴とするフレキシブル配線板が提供される。
また、本発明の第12の発明に依れば、第9〜11のいずれかの発明において、前記金属膜層をエッチング除去し、配線加工後のフィルム表面を再現させたとき、ポリイミドフィルムの表面のTD方向を薄膜X線回折測定(Cu Kα 入射角=0.1°)すると、2θ=12°〜18°、2θ=26°〜32°、2θ=42°〜48°の各範囲に、半価幅1.5°以下のピークが存在することを特徴とするフレキシブル配線板が提供される。
さらに、本発明の第13の発明に依れば、第1〜8のいずれかの発明に係り、金属化ポリイミドフィルムを用い、サブトラクティブ法又はセミアディティブ法により加工してなるフレキシブル配線板が提供される。
本発明の導電性ペーストは、めっき法によりポリイミドフィルムの表面に直接金属膜が設けられた金属化ポリイミドフィルムであって、
前記ポリイミドフィルムは、膜厚35μm〜40μmのとき、吸水率が1質量%〜3質量%で、かつ熱膨張係数が、TD方向(幅方向)で3ppm/℃〜8ppm/℃、MD方向(長手方向)で9ppm/℃〜15ppm/℃であり、また、湿度膨張係数が、TD方向(幅方向)で7ppm/%HR〜13ppm/%HR、MD方向(長手方向)で12ppm/%HR〜15ppm/%HRであることを特徴とする。
本発明に使用するポリイミドフィルムは、膜厚35μm〜40μmのとき、吸水率が1質量%〜3質量%である。
ポリイミドフィルムの表面には、下地金属薄膜と銅薄膜が、乾式めっき法で形成され、その後、所定の厚さの銅膜が湿式めっき法、特に電気メッキ法で形成される場合、銅膜内には電着応力として引っ張り応力が形成される。この引っ張り応力が、金属膜とポリイミド層との剥離の原因となる。
湿式めっき法で銅膜を設ける際には、ポリイミドフィルムは、めっき浴に浸漬される。ポリイミドフィルムは吸水性が良く、めっき浴に浸漬されると水を吸水して膨張する。そして、めっき終了後は加熱乾燥されるため、収縮してめっき処理前の状態に戻る。したがって、ポリイミドフィルムの吸水による膨張速度が適切であれば、適切に膨張したポリイミドフィルムの表面に銅膜を完成させ、その後に加熱乾燥することにより、ポリイミドフィルムが収縮し、銅膜を引き延ばすことができ、銅膜内に内部応力として残留する引っ張り応力を低減することが可能となる。
また、本発明においては、ポリイミドフィルムの吸水による膨張速度と共に、吸水率についても考慮することが必要である。本発明では、吸水率が1〜3質量%のポリイミドフィルムを用いるが、吸水率が1質量%未満になると吸水によるポリイミドフィルムの膨張量が少なくなり、本発明の目的が達成されない。吸水率が3質量%を超えるとポリイミドフィルムの吸水による膨張量が大きくなり過ぎて、加熱乾燥した場合に銅層に内部応力として圧縮応力を発生させ、十分な初期密着強度やPCT密着強度が得られない場合がある。
一般に、ポリイミドフィルムは、その耐熱性と成形方法により、結晶化しやすいことが知られている。結晶化したポリイミドフィルムでは、ポリイミド分子が整列し、該分子と分子との間を水分が出入りしやすくなる。すなわち、適切に結晶化したポリイミドでは、膜厚35μm〜40μmのポリイミドフィルムを用いて、吸水率を1〜3質量%とすることができる。
ポリイミドフィルムが結晶化しているかどうかを確認するため、ポリイミドフィルム表面を薄膜X線回折測定する。結晶化している場合、その結晶化度により異なるが、通常複数のピークがチャート上で確認される。本発明では、TD方向(幅方向)を測定すると図1に示すように、2θ=12°〜18°、2θ=26°〜32°、2θ=42°〜48°の各範囲に半価幅が1.5°以下のピークを有することが好ましい。ピークの数は、それぞれの範囲に1つあればよい。その程度に結晶化したポリイミドフィルムであれば、本発明に係る適度な吸水率や膨張係数を有するポリイミドフィルムになり、結果として金属化ポリイミドフィルムに加工することで、所望の密着強度とCOFの寸法安定性を確保できるからである。
また、本発明に使用するポリイミドフィルムにおいては、TD方向(幅方向)に薄膜X線回折測定(Cu Kα 入射角=0.1°)すると、2θ=11°以下の位置に半価幅が1.5°以下のピークがないことが好ましい。従来のポリイミドフィルムには、同様に測定すると、2θ=11°以下の位置に半価幅が1.5°以下のピークを有するものがあるが、本発明の金属化ポリイミドフィルムに用いるフィルムは、フィルム製膜工程における延伸技術を改良することにより低熱膨張を実現した特長を示している。具体的には、従来と同一の原料を使用して、原料の配合比率を変化させ、さらには、製膜工程時において異方性を発現させることで、延伸技術を改良し、また、ガラス転移温度も従来品のTg:320°程度から、Tg:350°程度へ上昇させることで、TD方向(幅方向)の熱膨張係数をシリコン及びガラスに近い3ppm/℃〜8ppm/℃に制御することで、TD方向(幅方向)を薄膜X線回折測定(Cu Kα 入射角=0.1°)すると、2θ=11°以下の位置に半価幅が1.5°以下のピークが存在しないポリイミドフィルムとなっている。
このポリイミドフィルムを採用することにより、接合工程の加熱による回路とLSI、あるいは回路とガラス間相互の位置のずれやバラツキを抑制できることから、高精度の接合を可能とし、歩留まりの向上に貢献する可能性が高いものとなる。従来品をTD方向(幅方向)に薄膜X線回折測定(Cu Kα 入射角=0.1°)すると、2θ=11°以下の位置に半価幅が1.5°以下のピークを有することから、配向によりOLB接合工程における伸び率のバラツキが大きいという問題があるからである。
また、湿度膨張係数は、TD方向が7ppm/%HR〜13ppm/%HRであり、MD方向が12ppm/%HR〜15ppm/%HRである。湿度膨張係数がこの範囲にあるポリイミドフィルムであれば、金属化ポリイミドフィルムに加工することで、所望の密着強度とCOFの寸法安定性を確保できるからである。
本発明に用いるポリイミドフィルムの厚みは、特に限定されないが、屈曲げ性の確保や金属膜の成膜時の歩留りを考慮すると、25〜50μmであり、25〜45μmであることが好ましい。
フィラーの粒子径は、改質すべきフィルム特性と添加するフィラーの種類によって異なるため、特に限定されるものではないが、一般的には平均粒径が0.05〜100μm、好ましくは0.1〜75μm、更に好ましくは0.1〜50μm、特に好ましくは0.1〜25μmである。粒子径がこの範囲を下回ると改質効果が現れにくくなり、この範囲を上回ると表面特性を大きく損なったり、機械的特性が大きく低下したりする惧れがある。
また、フィラーの添加量も、改質すべきフィルム特性やフィラー粒子径などにより決定されるため特に限定されるものではない。一般的にフィラーの添加量は、ポリイミド100重量部に対して0.01〜100重量部、好ましくは0.01〜90重量部、更に好ましくは0.02〜80重量部である。フィラー添加量がこの範囲を下回ると、フィラーによる改質効果が現れにくく、この範囲を上回るとフィルムの機械的特性が大きく損なわれる惧れがある。
このようなポリイミドフィルムの例として、例えば、東レ・デュポン株式会社から市販されているカプトン150EN−A(登録商標)が挙げられる。
本発明において用いるポリイミドフィルムは、その製造方法によって限定されるものではないが、次のように、まず前駆体であるポリアミック酸を製造し、次にポリイミドに変換した後、フィルム化する方法を例示できる。
(1)前駆体であるポリアミック酸の製造
ポリアミック酸を得るには、公知の方法およびそれらを組み合わせた方法を用いることができる。代表的な重合方法として、次のような(a)〜(e)の方法が挙げられる。すなわち、
(a)芳香族ジアミンを有機極性溶媒中に溶解し、これに、等モルの芳香族テトラカルボン酸二無水物を添加して重合させる。
(b)芳香族テトラカルボン酸二無水物とこれに対し過小モル量の芳香族ジアミン化合物とを有機極性溶媒中で反応させ、両末端に酸無水物基を有するプレポリマーを得る。続いて、最終的に芳香族テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミン化合物が実質的に等モルとなるように芳香族ジアミン化合物を添加して重合させる。
(c)芳香族テトラカルボン酸二無水物とこれに対し過剰モル量の芳香族ジアミン化合物とを有機極性溶媒中で反応させ、両末端にアミノ基を有するプレポリマーを得る。続いて、最終的に芳香族テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミン化合物が実質的に等モルとなるように、芳香族テトラカルボン酸二無水物を添加して重合させる。
(d)芳香族テトラカルボン酸二無水物を有機極性溶媒中に溶解及び/または分散させた後、実質的に等モルとなるように芳香族ジアミン化合物を添加して重合させる。
(e)実質的に等モルの芳香族テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンの混合物を有機極性溶媒中で反応させて重合する。
ポリアミック酸を得るためにこれらの(a)〜(e)の何れかの方法を用いても良いし、部分的に組み合わせて用いても良い。いずれの方法で得られたポリアミック酸も本発明に用いるポリイミドフィルムの原料として用いることができる。
これら酸二無水物の中で特にはピロメリット酸二無水物及び/又は3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物及び/又は4,4’−オキシフタル酸二無水物及び/又は3,3’4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の使用が好ましく、さらには、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物を含有する酸二無水物の混合物の使用がより好ましい。
ポリアミック酸を合成するための好ましい溶媒は、ポリアミック酸を溶解する溶媒であればいかなるものも用いることができるが、アミド系溶媒すなわちN,N−ジメチルフォルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドンなどが好ましく、N,N−ジメチルフォルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドが特に好ましい。
こうして得られたポリアミック酸を含む有機溶液は、次にガラス板、アルミ箔、金属製エンドレスベルト、金属製ドラムなどの支持体上にキャストして樹脂膜とする。この際、支持体上で加熱することにより、部分的に硬化及び/または乾燥させるが、このとき熱風や遠赤外線輻射熱を与えればよい。または、支持体そのものを加熱してもよい。さらには、熱風、遠赤外線放射熱を与える手法と、支持体そのものを加熱する手法を組み合わせることができる。
加熱によりキャストされた樹脂膜は、自己支持性のある半硬化フィルム、いわゆるゲルフィルムとなり、支持体より剥離される。このゲルフィルムは、ポリアミド酸からポリイミドへの硬化の中間段階にある、すなわち部分的にイミド化されて自己支持性を有し、溶媒等の残揮発成分を有するものである。
次に、前記ゲルフィルムを加熱して残存する溶媒を除去するために乾燥させ、これとともに硬化(イミド化)を完了させるが、乾燥および硬化時のゲルフィルムの収縮を回避するために、ゲルフィルムの端部をピンまたはテンタークリップ等でテンターフレームに把持しつつ、加熱炉へと搬送し、200〜400℃で加熱してポリイミドフィルムを得る。
本発明の金属化ポリイミドフィルムは、前記のようにして得られた特定のポリイミドフィルム表面に直接、すなわち接着剤を介することなく金属膜が形成されている。
金属膜は、図3,4に示されるように、下地金属薄膜2と下地金属薄膜2の表面に設けられた銅薄膜3、または銅薄膜3と銅層4で構成される。すなわち、本発明の金属化ポリイミドフィルムは、ポリイミドフィルム1の表面に接着剤を介することなく金属膜が設けられた積層体であり、金属膜は下地金属薄膜2と銅層を構成する銅薄膜3の積層構造、もしくは下地金属薄膜2と銅層を構成する銅薄膜3と銅層4の積層構造となる。下地金属薄膜2と銅薄膜3は式めっき法で形成することが望ましい。後者では、下地金属薄膜2と銅薄膜3とを設けられた後、湿式めっき法で所定の厚さの銅膜4が設けられる。
下地金属薄膜は、ポリイミドフィルムと金属膜との密着性や耐熱性などの信頼性を確保するものである。したがって、下地金属薄膜の材質は、ポリイミドフィルムと銅層との密着力を高くするために、ニッケル、クロム、及びこれらの合金の中から選ばれる何れか一種とするが、密着強度や配線作製時のエッチングしやすさよりニッケル・クロム合金とすることが好ましい。また、ニッケル・クロム合金の濃度勾配を設けるためにクロム濃度の異なる複数のニッケル・クロム合金層で金属薄膜を構成しても良い。これらの金属で構成すれば、金属化ポリイミドフィルムの耐食性、耐マイグレーション性が向上する。
また、下地金属薄膜の耐食性をより高くするために、前記金属にバナジウム、チタン、モリブデン、コバルト等を添加しても良い。
また、乾式めっきを行なう前に、ポリイミドフィルムと下地金属薄膜の密着性を改善するため、ポリイミドフィルム表面をコロナ放電やイオン照射などで表面処理を行った後、酸素ガス雰囲気下に、紫外線照射処理をすることが好ましい。これらの処理条件は、特に限定されるものではなく、通常の金属化ポリイミドフィルムの製造方法に適用されている条件でよい。
前記下地金属薄膜の膜厚は3〜50nmとすることが好ましい。3nm未満では、上記金属化ポリイミドフィルムの金属層をエッチングして配線を作製すると、エッチング液が前記金属薄膜を浸食し、ポリイミドフィルムと前記金属薄膜との間に染み込み、配線が浮いてしまう場合があり好ましくない。一方、50nmを超えると、エッチングして配線を作製する場合、金属薄膜が完全に除去されず、残渣として配線間に残り、配線間の絶縁不良を発生させる虞がある。
前記下地金属薄膜は乾式めっき法で成膜することか好ましい。乾式めっき法には、スパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、イオンプレーティング法、クラスターイオンビーム法、真空蒸着法、CVD法等があり、いずれを用いても良いが、工業的にはマグネトロンスパッタ法が用いられる。生産効率が高いからである。
本発明において、下地金属薄膜に積層される銅薄膜は、乾式めっき法で形成したものが好ましい。採用する乾式めっき法は、前記したスパッタリング法、マグネトロンスパッタ法、イオンプレーティング法、クラスターイオンビーム法、真空蒸着法、CVD法等がいずれも用いうる。前記金属薄膜をマクネトロンスパッタリング法で成膜した後、前記銅薄膜を蒸着法で設けることも可能である。すなわち、前記金属薄膜と銅薄膜とは同じ方法で乾式めっきしても、異なる乾式めっきで形成してもよい。
前記銅薄膜を設ける理由は、前記金属薄膜の上に前記銅層を電気めっき法により直接設けようとすると、通電抵抗が高く、電気めっきの電流密度が不安定になるためである。前記銅薄膜を設けることにより通電抵抗を下げ、電気めっき時の電流密度の安定化を図ることができる。この銅薄膜の厚さは、10nm〜1μmとし、20nm〜0.8μmとすることが好ましい。これより薄いと電気めっき時の通電抵抗を十分下げることができず、厚すぎると製膜に時間が掛かりすぎ、生産性を悪化させ、経済性を損なうからである。
本発明の金属化ポリイミドフィルムでは、銅薄膜の上に必要により銅膜が設けられる。銅膜の必要性は、フレキシブル配線板の製造工程により適宜決定される。
銅膜の厚みは、1.0〜20.0μmとすることが好ましい。1.0μm未満であると、配線を形成したときに十分な導電性が得られない場合があり、20μmを越えると銅膜の内部応力が大きくなりすぎるからである。
銅膜は、湿式めっき法で設けたものであることが好ましい。乾式めっき法では所定の厚さまでめっきするには時間がかかりすぎ、生産性を悪化させ、経済性を損なうからである。湿式めっき法には、電気めっき法と無電解めっき法とがあるが、何れかを用いても良く、組み合わせて用いても良いが、電気めっき法が簡便で、且つ得られる銅膜が緻密なものとなるので好ましい。なお、めっき条件は、公知の条件で行われる。
電気めっき法で銅膜を設ける場合、硫酸浴を用いると適度な引張り応力を持った電着銅膜が得られ、ポリイミドフィルムの膨張・伸縮による内部応力のバランスが取りやすいことからより好ましい。
電気めっき法により銅膜を得る場合、該銅膜の内部応力は、ポリイミドフィルムが乾燥する前の状態で、5〜30MPaの引張り応力であることが好ましい。5MPa未満であると、ポリイミドフィルムを乾燥させた際にポリイミドフィルム伸縮効果が大きくなりすぎ、30MPaを越える引張り応力であると、ポリイミドフィルムを乾燥させた場合のポリイミドフィルムの伸縮効果が小さくなりすぎるからである。
硫酸浴による電気銅めっきは、通常の条件で行なえばよい。めっき浴としては、一般的な電気銅めっきに使用される市販の硫酸銅めっき浴を用いることができる。また、陰極電流密度は、めっき槽の平均陰極電流密度を1〜3A/dm2とすることが好ましい。陰極電流密度の平均陰極電流密度が1A/dm2未満では、得られる銅膜の硬度が高くなり、折れ曲げ性を確保することが困難となり、得られた金属化ポリイミドフィルムを用いてフレキシブル配線板を得ても、得られたフレキシブル配線板はフレキシブル性において良好なものとならないからである。一方、平均陰極電流密度が3A/dm2を超えると、得られる銅膜内で発生する残留応力にばらつきが生ずるからである。
硫酸浴を用いた電気銅めっき装置は、乾式めっき工程と同様に、ロール状のポリイミドフィルムを、電気銅めっき装置入側に設置した巻出機から巻き出し、搬送しながらめっき槽を順次通過させて巻取機で巻き取りながら行なうロール・ツゥ・ロール方式の電気めっき装置を用いることが生産効率を上げ、製造コストを低減するために好ましい。この場合、フィルムの搬送速度は、50〜150m/hに調整することが好ましい。搬送速度が、50m/h未満であると、生産性が低くなり過ぎ、150m/hを越えると、通電電流量を大きくしなければならなくなり、大規模の電源装置を用いる必要があり、設備が高価になるという問題がある。
このようにして得られた本発明の金属化ポリイミドフィルムでは、 JPCA BM01−11.5.3(B法)(引き剥がし強さ)に基づく評価で、初期密着強度が、600N/m以上となり、OLB工程時のACF接合時の伸び率が0.023mm以下という、従来品の50%の伸び率を低減する機能を有する回路基板とそれを用いて得たフレキシブル配線板となる。
本発明のフレキシブル配線板は、本発明の金属化ポリイミドフィルムを用い、サブトラクティブ法またはセミアディティブ法で加工して得たものである。
前記金属膜は、ニッケル、クロム、又はこれらの合金から選択される少なくとも1種からなる金属薄膜と、該金属薄膜の上に設けられた銅薄膜と、更にその上に設けられた銅層との3層で構成されており、前記金属膜は、厚さが20μm以下である。
また、前記金属膜層をエッチング除去し、配線加工後のフィルム表面を再現させたとき、ポリイミドフィルムの表面のTD方向を薄膜X線回折測定(Cu Kα 入射角=0.1°)すると、図2に示されるように、2θ=12°〜18°、2θ=26°〜32°、2θ=42°〜48°に半価幅が1.5°以下のピークが存在する。ピークの数は、それぞれの範囲に1以上存在すればよい。ここで、2θ=12°〜18°、2θ=26°〜32°、2θ=42°〜48°のピークは、金属化ポリイミドフィルムの原料である長尺のポリイミドフィルムのピークと合致する。
また、ポリイミドフィルムの表面のTD方向を薄膜X線回折測定(Cu Kα 入射角=0.1°)すると、2θ=11°以下の位置に半価幅が1.5°以下のピークがないことが好ましい。2θ=11°以下の位置に半価幅が1.5°以下のピークを有すると、OLB接合工程における、伸び率のバラツキが大きくなるという問題があるからである。
本発明のフレキシブル配線板の製造方法において、配線パターンは、サブトラクティブ法またはセミアディティブ法で加工して得ることができる。
例えば、サブトラクティブ法でフレキシブル配線板を得るには、本発明の上記金属化ポリイミドフィルムの金属膜表面にレジスト層を設け、その上に所定のパターンを有する露光マスクを設け、その上から紫外線を照射して露光し、現像して配線部を得るためのエッチングマスクを得る。次いで、露出している金属膜をエッチング除去し、次いで残存するエッチングマスクを除去し、水洗し、必要箇所に所望のめっきを施して本発明のフレキシブル配線板を得る。
一方、セミアディティブ法でフレキシブル配線板を得るには、本発明の金属化ポリイミドフィルムの金属膜表面にレジスト層を設け、その上に所定の配線パターンを有するマスクを設け、紫外線を照射して露光し、現像して配線が開口部となるめっきマスクを得、電気銅めっき法により開口部に露出する金属膜の表面上に銅を析出させて配線を構成し、次いでめっきマスクを除去する。その後、ソフトエッチングして配線以外の金属膜を除去して配線の絶縁性を確保し、水洗し、必要箇所に所望のめっきを施して本発明のフレキシブル配線板を得る。
本発明のフレキシブル配線板の配線構造は、サブトラクティブ法またはセミアディティブ法のいずれにより作製しても、ポリイミドフィルム表面より下地金属薄膜、銅薄膜、銅層からなる金属膜がこの順に積層された構造になっている。
なお、前記したとおり、セミアディティブ法でフレキシブル配線板を製造する際には、金属化ポリイミドフィルムの銅層を銅薄膜のみで構成するか、銅薄膜と銅膜とするかは適宜選択できる。
(2)密着強度:線幅1mm、長さ50mmの配線パターンをサブトラクティブ法で形成し、これを用いてJPCA BM01−11.5.3(B法)(引き剥がし強さ)に定める、引き剥がし法により求めた。
(3)吸水率:ASTM D570に定められた、20℃、24hr浸漬法(Immergion)により、求めた。
(4)熱膨張係数:TMA(Thermal Mechanical Analysis(熱機械分析))装置を用いて、50°〜200°の範囲における、TD方向について、引張法により求めた。
(5)湿度膨張係数:雰囲気ガスの露点を制御し、湿度をコントロールできる装置を、TMA(Thermal Mechanical Analysis(熱機械分析))に接続し、相対湿度20、80%の雰囲気下での伸びを測定し、湿度膨張係数を算出する。
まず、吸水率が1.8質量%、熱膨張係数がTD方向:5ppm/℃であり、MD方向:11ppm/℃、かつ、図1に示された薄膜X線回折結果からわかるように、2θ=14°、29°、44°にそれぞれ半価幅1.0°以下のピークが見られる厚さ38μmのビフェニルテトラカルボン酸を主成分とする長尺のポリイミドフィルム(東レ・デュポン、カプトン150EN−A)を用意した。この湿度膨張係数は、TD方向:11ppm/%HR、MD方向:12ppm/%HRであった。
このポリイミドフィルムの片面に、巻き出し機、スパッタリング装置、巻き取り機から構成されるスパッタリング設備を用いて直流スパッタリング法により、平均厚さ70Åの7質量%Crのクロム−ニッケル合金層を金属薄膜として形成した。さらに、同様にして、下地金属薄膜の上に平均厚さ1000Åの銅薄膜を形成した。
次に、銅薄膜の上に電気銅めっき法により、厚さ8μmの銅膜を設けて金属化ポリイミドフィルムを得た。用いた電気めっき浴は、銅濃度23g/lの硫酸銅めっき浴であり、めっき時の浴温は27℃とした。また、めっき槽は、複数のめっき槽を連結させた複数構造槽とし、巻き出し機と巻き取り機とにより片面に金属膜が設けられたポリイミドフィルムが連続的に各槽に浸漬されるように搬送しながら電気めっきを行なった。搬送速度は、75m/hとし、めっき槽の平均陰極電流密度を1.0〜2.5A/dm2に調整して銅めっきを施した。
得られた金属化ポリイミドフィルムの初期密着強度を求めたところ、728N/mであり、且つ、OLB工程時のACF接合時の伸び率が0.021mm以下という、従来品の50%の伸び率を低減する機能を有する回路基板とそれを用いて得たフレキシブル配線板であった。
次に、この金属化ポリイミドフィルムを用いて配線間隔35μm、全配線幅が15000μmのCOF(Chip on film)をサブトラクティブ法で作成した。サブトラクティブ工程では、塩化第二鉄溶液によるエッチング処理した。これにICチップを搭載し、ICチップ表面の電極と配線のリード部とをワイヤボンディング装置を用いて400℃にて0.5秒間のボンディング処理条件でワイヤボンディングした。このときにインナーリード部に生じたリードとポリイミドフィルムとの接合不良の割合は0.0001%であった。
まず、吸水率が1.7質量%、熱膨張係数がTD方向:5ppm/℃であり、MD方向:13ppm/℃、かつ、薄膜X線回折の結果、2θ=14°、29°、44°に半価幅1.0°以下のピークが見られる厚さ38μmのビフェニルテトラカルボン酸を主成分とする長尺のポリイミドフィルム(東レ・デュポン、カプトン150EN−A)を用意した。この湿度膨張係数は、TD方向:9ppm/%HR、MD方向:14ppm/%HRであった。
次に、このポリイミドフィルムの片面に、巻き出し機、スパッタリング装置、巻き取り機から構成されるスパッタリング設備を用いて直流スパッタリング法により、平均厚さ230Åの20質量%Crのクロム−ニッケル合金層を金属薄膜として形成した。さらに、同様にして、金属薄膜の上に平均厚さ1000Åの銅薄膜を形成した。
次に、銅薄膜の上に電気銅めっき法により、厚さ8μmの銅膜を設けて金属化ポリイミドフィルムを得た。用いた電気めっき浴は、銅濃度23g/lの硫酸銅めっき浴であり、めっき時の浴温は27℃とした。また、めっき槽は、複数のめっき槽を連結させた複数構造槽とし、巻き出し機と巻き取り機とにより片面に金属膜が設けられたポリイミドフィルムが連続的に各槽に浸漬されるように搬送しながら電気めっきを行なった。搬送速度は、75m/hとし、めっき槽の平均陰極電流密度を1.0〜2.5A/dm2に調整して銅めっきを施した。
得られた金属化ポリイミドフィルムの初期密着強度を求めたところ、728N/mであり、且つ、OLB工程時のACF接合時の伸び率が0.020mm以下という、従来品の50%の伸び率を低減する機能を有する回路基板とそれを用いて得たフレキシブル配線板であった。
次に、この金属化ポリイミドフィルムを用いて配線間隔35μm、全配線幅が15000μmのCOF(Chip on film)をサブトラクティブ法で作成した。サブトラクティブ工程では、塩化第二鉄溶液によりエッチング処理した。これにICチップを搭載し、ICチップ表面の電極と配線のリード部とをワイヤボンディング装置を用いて400℃にて0.5秒間のボンディング処理条件でワイヤボンディングした。このときにインナーリート部に生じたリードとポリイミドフィルムとの接合不良の割合は0.0002%であった。
この実施例2に用いたポリイミドフィルムを用い、その表面に金属薄膜、銅薄膜、銅膜と段階的に被膜形成し、その後、形成された金属層を、塩化鉄によるエッチング法により、エッチング除去した。この状態は、言わば、配線加工後のフィルム表面を再現させたポリイミドフィルムということになる。この薄膜をX線回折して、図2のチャートを得た。
その結果、図2に示すように2θの値が14°と29°と44°にピークがあることがわかった。このうち14°のピークは、金属化ポリイミドフィルムの原料である長尺のポリイミドフィルムに起因するピークである。
まず、吸水率が1.6質量%、熱膨張係数がTD方向:5ppm/℃であり、MD方向が15ppm/℃、かつ、薄膜X線回折の結果、2θ=14°、29°、44°に半価幅1.0°以下のピークが見られる厚さ38μmのビフェニルテトラカルボン酸を主成分とする長尺のポリイミドフィルム(東レ・デュポン、カプトン150EN−A)を用意した。この湿度膨張係数は、TD方向:13ppm/%HR、MD方向:15ppm/%HRであった。
次に、このポリイミドフィルムの片面に、巻き出し機、スパッタリング装置、巻き取り機から構成されるスパッタリング設備を用いて直流スパッタリング法により、平均厚さ230Åの20質量%Crのクロム−ニッケル合金層を金属薄膜として形成した。さらに、同様にして、金属薄膜の上に平均厚さ1000Åの銅薄膜を形成した。
次に、銅薄膜の上に電気銅めっき法により、厚さ1μmの銅膜を設けて金属化ポリイミドフィルムを得た。用いた電気めっき浴は、銅濃度23g/lの硫酸銅めっき浴であり、めっき時の浴温は27℃とした。また、めっき槽は、複数のめっき槽を連結させた複数構造槽とし、巻き出し機と巻き取り機とにより片面に金属膜が設けられたポリイミドフィルムが連続的に各槽に浸漬されるように搬送しながら電気めっきを行なった。搬送速度は、75m/hとし、めっき槽の平均陰極電流密度を1.0〜2.5A/dm2に調整して銅めっきを施した。
得られた金属化ポリイミドフィルムの初期密着強度を求めたところ、728N/mであり、且つ、OLB工程時のACF接合時の伸び率が0.021mm以下という、従来品の50%の伸び率を低減する機能を有する回路基板とそれを用いて得たフレキシブル配線板であった。
次に、この金属化ポリイミドフィルムを用いて配線間隔35μm、全配線幅が15000μmのCOF(Chip on film)をサブトラクティブ法で作成した。サブトラクティブ工程では、塩化第二鉄溶液によりエッチング処理した。これにICチップを搭載し、ICチップ表面の電極と配線のリード部とをワイヤボンディング装置を用いて400℃にて0.5秒間のボンディング処理条件でワイヤボンディングした。このときにインナーリート部に生じたリードとポリイミドフィルムとの接合不良の割合は0.0001%であった。
実施例1で得た金属化ポリイミドフィルムを用い、配線間隔を25μmとした以外は実施例1と同様にしてフレキシブル配線板を作成し、実施例1と同様にして接合不良の割合を求めた。インナーリードとポリイミドフィルムと接合不良の割合は0.005%であり、ファインピッチにおいても十分な寸法信頼性があることがわかった。
ポリイミドフィルムとして、吸水率が1.7質量%、熱膨張係数が、TD方向:16ppm/℃、MD方向:17ppm/℃、湿度膨張係数が、TD方向:13ppm/%HR、MD方向:17ppm/%HRのビフェニルテトラカルボン酸を主成分とする厚さ38μmのポリイミドフィルム((株)東レデュポン製、カプトン150EN )を用いた以外は、実施例1と同様にして、金属化ポリイミドフィルムを得た。なお、カプトン150ENを薄膜X線回折したところ2θで10°と14°に大きなピークが確認された。また、2θ=26°〜32°、2θ=42°〜48°の各範囲には半価幅が1.5°以下のピークは確認されなかった。
得られた金属化ポリイミドフィルムについて、実施例1と同様にして、評価したところ、初期密着強度が720N/mであり、且つ、OLB工程時のACF接合時の伸び率が0.043mmであった。
次に、上記金属化ポリイミドフィルムを用いた以外は実施例1と同様にして、配線幅35μmのフレキシブル配線板を作製し、実施例1と同様にして接合不良の割合を求めた。配線のインナーリード部に生じた接合不良の割合は0.001%であり、実施例と比較し悪い値となり、配線幅が35μmにおいても十分な信頼性を有するものは得られなかった。
配線間隔を25μmとした以外は比較例1と同様にしてフレキシブル配線板を作製し、実施例1と同様にして接合不良の割合を求めた。配線のインナーリード部に生じた接合不良の割合は0.1%であり、ファインピッチ化した場合には、十分な信頼性を有するものが得られなかった。
ポリイミドフィルムとして、吸水率が、1.4質量%、熱膨張係数が、TD方向:14ppm/℃、MD方向:16ppm/℃、湿度膨張係数が、TD方向:15ppm/%HR、MD方向:16ppm/%HRのビフェニルテトラカルボン酸を主成分とする厚さ35μmポリイミドフィルム(製品名、宇部興産製 ユーピレックス35SGA )を用いた以外は、実施例1と同様にして、金属化ポリイミドフィルムを得た。なお、ユーピレックス35SGAを薄膜X線回折したところθで11°と14°の位置に大きなピークが確認された。また、2θ=26°〜32°、2θ=42°〜48°の各範囲には、半価幅が1.5°以下のピークは確認されなかった。
得られた金属化ポリイミドフィルムについて、実施例1と同様にして評価したところ、初期密着強度は756N/mであり、且つ、OLB工程時のACF接合時の伸び率が0.044mmという機能を有する回路基板とそれを用いて得たフレキシブル配線板であった。
次に、上記金属化ポリイミドフィルムを用いた以外は実施例1と同様にして配線幅35μmのフレキシブル配線板を作成し、実施例1と同様にして接合不良の割合を求めた。配線のインナーリードに生じた接合不良の割合は0.001%であり、実施例と比較し悪い値となった。
配線間隔を25μmとした以外は比較例3と同様にしてフレキシブル配線板を作成し、実施例1と同様にして接合不良の割合を求めた。配線の電極部に生じた接合不良の割合は0.1%であり、ファインピッチ化した場合には、信頼性を有するものが得られないことがわかった。
以上の実施例1〜4から、本発明の金属化ポリイミドフィルムは、初期密着強度及びPCT試験後のPCT密着力が極めて高いため、これを用いてファインピッチのフレキシブル配線板が作製でき、該配線板へのICの実装時に400℃以上の温度で加圧してワイヤボンディングを行っても、リードがポリイミドフィルムから剥がれることなく、フレキシブル配線板として極めて信頼性の高いものが得られることが分かる。
これに対して、比較例1〜4から、本発明の条件に合わない金属化ポリイミドフィルムを用いると、ファインピッチのフレキシブル配線板どころか、配線幅35μmという従来の配線ピッチでも信頼性の高いフレキシブル配線板が得られないことがわかる。
2 下地金属薄膜
3 銅薄膜
4 銅膜
Claims (13)
- めっき法によりポリイミドフィルムの表面に直接金属膜が設けられた金属化ポリイミドフィルムであって、
前記ポリイミドフィルムは、膜厚35μm〜40μmのとき、吸水率が1質量%〜3質量%で、かつ熱膨張係数が、TD方向(幅方向)で3ppm/℃〜8ppm/℃、MD方向(長手方向)で9ppm/℃〜15ppm/℃であり、また、湿度膨張係数が、TD方向(幅方向)で7ppm/%HR〜13ppm/%HR、MD方向(長手方向)で12ppm/%HR〜15ppm/%HRであることを特徴とする金属化ポリイミドフィルム。 - 前記ポリイミドフィルムは、ビフェニルテトラカルボン酸とジアミン化合物によるイミド結合をポリイミド分子中に含有し、その表面のTD方向(幅方向)を薄膜X線回折測定(Cu Kα 入射角=0.1°)したときに、2θ=12°〜18°、2θ=26°〜32°、2θ=42°〜48°の各範囲に半価幅が1.5°以下のピークを有することを特徴とする請求項1記載の金属化ポリイミドフィルム。
- 前記金属膜は、ニッケル、クロム、又はニッケル合金から選択される少なくとも1種からなる下地金属薄膜と、該下地金属薄膜の上に設けられた銅層で構成されていることを特徴とする請求項1に記載する金属化ポリイミドフィルム。
- 前記銅層は、銅薄膜であることを特徴とする請求項3に記載する金属化ポリイミドフィルム。
- 前記銅層は、銅薄膜の表面に、さらに銅膜が積層されていることを特徴とする請求項3に記載の金属化ポリイミドフィルム。
- 前記金属薄膜と銅薄膜とは、乾式めっき法で形成されることを特徴とする請求項3又は4に記載の金属化ポリイミドフィルム。
- 前記銅膜は、湿式めっき法で形成されることを特徴とする請求項5に記載の金属化ポリイミドフィルム。
- 前記金属膜の厚さが20μm以下であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の金属化ポリイミドフィルム。
- ポリイミドフィルムの表面に金属膜の配線パターンが設けられたフレキシブル配線板であって、
前記ポリイミドフィルムは、ビフェニルテトラカルボン酸とジアミン化合物によるイミド結合をポリイミド分子中に含有しており、その表面のTD方向を薄膜X線回折測定(Cu Kα 入射角=0.1°)したときに、2θ=12°〜18°、2θ=26°〜32°、2θ=42°〜48°の各範囲に、半価幅が1.5°以下のピークを有し、また、湿度膨張係数が、TD方向(幅方向)で7ppm/%HR〜13ppm/%HR、MD方向(長手方向)で12ppm/%HR〜15ppm/%HRであることを特徴とするフレキシブル配線板。 - 前記金属膜は、ニッケル、クロム、又はニッケル合金から選択される少なくとも1種からなる下地金属薄膜と、該金属薄膜の上に設けられた銅層とで構成されていることを特徴とする請求項9に記載のフレキシブル配線板。
- 前記金属膜は、厚さが20μm以下であることを特徴とする請求項9又は10に記載のフレキシブル配線板。
- 前記金属膜層をエッチング除去し、配線加工後のフィルム表面を再現させたとき、ポリイミドフィルムの表面のTD方向を薄膜X線回折測定(Cu Kα 入射角=0.1°)すると、2θ=12°〜18°、2θ=26°〜32°、2θ=42°〜48°の各範囲に、半価幅1.5°以下のピークが存在することを特徴とする請求項9〜11のいずれかに記載のフレキシブル配線板。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の金属化ポリイミドフィルムを用い、サブトラクティブ法又はセミアディティブ法により加工してなるフレキシブル配線板。
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