JP5421598B2

JP5421598B2 - フレキシブルプリント基板の製造方法

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Publication number: JP5421598B2
Application number: JP2009007131A
Authority: JP
Inventors: 幸一漆原; 素行岡田; 稔安坂
Original assignee: FINETECH CO. LTD.
Current assignee: FINETECH CO. LTD.
Priority date: 2009-01-16
Filing date: 2009-01-16
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2029-01-16
Also published as: JP2010165877A

Description

本発明は、フレキシブルプリント基板の作製方法等に関し、より詳しくは、液晶性ポリマー(以下、「ＬＣＰ」と記する)フィルムを基板に有する高精密且つ高周波用途に適したフレキシブルプリント基板の作成方法等に関する。

各種電子機器の高速化、高密度化に伴い、配線基板の高機能化が要求されている。特に、携帯機器の進展に伴い、携帯電話用途、携帯音楽機器や液晶ディスプレイ用途においては配線基板のフレキシブル性が必須で、これに対応したいわゆるフレキシブルプリント基板（以下、「フレキ基板」と記する）の開発が活発に進められている。

現在量産されているフレキ基板の配線は、ライン／スペースとして３５μｍ〜７０μｍ程度である。さらに、高周波対応として、パターンの微細化に対応できる素材、高周波での電気特性を劣化させない素材、平坦性が重要であり、基板との界面の凹凸ができるだけ少ないことが望まれる。また、フレキ基板の基材はポリイミドフィルムが使用されているが、最近では、低吸湿性且つ絶縁性に優れたＬＣＰが使用されはじめた。（非特許文献１参照。）。

特開２００６−３０６０９９号公報特開２００７−２４７０２６号公報特開２００７−２４５６４５号公報特開２００７−２４５６４６号公報特開平９−５５５５７５号公報特開２０００−１６５０３号公報特開２０００−３４０９１１号公報特開２００２−１７６２４２号公報特開２００５−１５８６１号公報特開２００３−６４４３１号公報特開２００３−１８０１５７号公報特開２００２−０９４２０号公報特開２００６−１３５１７９号公報

小野寺稔、「マイクロファブリケーションを支える新材料技術−３．回路基板用液晶ポリマーフィルムの開発と応用」、マイクロファブリケーション研究会第１４回公開研究会、社団法人エレクトロニクス実装学会、平成１６年９月８日、ｐ１６−２２

ポリイミド等のフレキ基板用フィルム上に銅箔膜を形成する方法として、密着性を確保するために、通常、ＮｉまたはＣｒ等を含む銅の薄膜を接着層としてスパッタで形成したのち、電気めっきをする（特許文献１，２，３，４参照）。続いて配線のパターニングにおけるエッチング工程では銅をエッチングする工程だけでなく、これらのＮｉ、Ｃｒ等もエッチングするなどの工程が追加されるという問題がある。（特許文献５，６，７，８，９，１０，１１参照）また、Ｎｉは磁性金属であるため、高周波用途において支障を来たすおそれがある。

またスパッタ法だけで、ポリイミド等のフレキ基板用フィルム上に銅箔膜を形成する方法も提案されている。（特許文献１２参考）。しかし、スパッタ法だけで銅箔の膜厚を１２μｍまで形成するには多大な時間を要して、実用的ではない。

スパッタ法によるシード層形成でのこのような問題は、無電界メッキ法を使えばある程度解消される。（特許文献１３参照）即ち、無電界メッキによれば、プロセス効率が高まるとともに、フレキ基板用フィルム上にＣｕ膜等のシード層を直接形成することが可能である。しかし、従来行われているプラスチックフィルム上の無電界メッキは、前処理によりプラスチックフィルム表面に凹凸を形成し、いわゆるアンカー効果によってメッキ層を付着させる。例えば、ポリイミドの場合は、一般に、コンディショナーとよばれる前処理剤によってフレキ基板用フィルムの表面粗化処理が行われている。しかし、表面の凹凸は高周波用途では信号の散乱現象を引き起こし、適さない。

特に、ＬＣＰでは、スパッタ等の乾式法及びメッキ等の湿式法のいずれの方法を採用しても、ＬＣＰに対する金属膜の付着性が低く、現状では、ＬＣＰフィルム上にシード層を形成することが困難である。これは、ＬＣＰの分子が、主としてベンゼン環を骨格とした構造を有するため、高周波基板としての高い絶縁性及び低吸湿性を示すにも拘らず、ＬＣＰの表面安定性が高く、その結果、表面付着性が低下するものと考えられる。

このため、ＬＣＰを用いた配線基板は、銅箔貼り付けタイプに限られ、ＬＣＰは、素材自体の絶縁性質が優れているにも拘らず、高周波用途の高精細基板としての使用形態が制約されているという問題があった。
このように、ＬＣＰを基材に用いて、簡単且つ低コストの工程によりシード層を形成した配線基板用フィルム基材の作製方法及びフレキシブルプリント基板が望まれている。

本発明は、上述した技術的課題を解決するためになされたものである。
即ち、本発明の目的は、ＬＣＰを基材に用いた高精細且つ高周波用途に適した配線基板用フィルム基材の作製方法を提供することにある。

かかる目的のもと、本発明によれば、ＬＣＰからなる樹脂フィルムの少なくとも片面に真空蒸着により１μｍ以下の膜厚で導電性金属薄膜を形成するステップと、所定の金属箔膜厚までめっき処理するステップと加熱乾燥するステップとを有することを特徴とする配線基板用フィルム基材の作製方法である。

本発明が適用される配線基板用フィルム基材の作製方法において、下地層を形成する方法として真空蒸着法が優れている。この下地層はフィルム基板と金属薄膜との密着強度を保つために、銅結晶の大きさを、０．１μｍ以下に制御することを特徴とする。

本発明が適用される配線基板用フィルム基材の作製方法において、メッキ処理は電気めっき処理が好ましい。

また、本発明が適用される配線基板用フィルム基材の作製方法における加熱処理は、ＬＣＰのガラス転移温度より高温で、且つ、ＬＣＰの分解温度より低い温度で樹脂フィルムを加熱することが好ましい。また、加熱乾燥処理は金属箔の損傷を防ぐため、窒素やアルゴンなどの不活性ガスの雰囲気下で行うことが好ましい。このような条件で樹脂フィルムを加熱することにより、金属膜とＬＣＰとの付着性を高めることができる。

本発明によれば、ＬＣＰを基材に用いた高精細且つ高周波用途に適した配線基板用フィルム基材の作製方法が提供される。

本実施の形態が適用されるフレキ基板の作製のための蒸着装置を説明するための図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態（実施の形態）について詳細に説明する。尚、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。ポリマーフィルム１１を構成するＬＣＰとしては、サーモトロピック液晶等の従来公知の各種ＬＣＰを使用することができる。サーモトロピックＬＣＰとしては、例えば、液晶性ポリエステル、液晶性ポリエステルイミド等、具体的には（全）芳香族ポリエステル、ポリエステルアミド、ポリエステルカーボネート等が挙げられる。これらのなかでも、液晶性ポリエステルが好ましい。

ＬＣＰフィルムはフィルム作成時に表面付着した不純物を除去する目的で、脱脂処理を施す。通常はメチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコールなどのアルコール類、アセトン、メチルエチルケトンやメチルイソブチルケトンなどのケトン類の溶液に浸漬して処理を行う。場合によっては、これらの液体を浸み込ませた紙、布、不織布などで拭いてもよい。また、一般にプリント基板で広く使用されている希塩酸などの酸水溶液、界面活性剤を含む水溶液で洗浄してもよい。

図１は、本実施の形態が適用される配線基板用フィルム基材を作製するための蒸着装置を説明するための図である。
ＬＰＣフィルム１１は蒸着装置の固定治具１４を介して、蒸着ボート１２の上方に固定する。蒸着ボートの上に蒸発源となる金属１３を置く。固定治具はＬＣＰフィルムの温度を一定に保つため、ヒーターが内臓してある。また、ＬＣＰフィルムの表面温度を一定に保つため、蒸発ボートとＬＣＰフィルムとの間に加熱ヒーター１５が設置されている。

ＬＣＰフィルム１１はヒーター内臓の固定治具１４に固定した後、蒸着ボート１２の上方に固定する。続いて、装置全体を真空ポンプ１６で排気し、真空計測器１７で測定した装置内部の圧力が１０^−１Ｐａ以下となるまで排気する。このとき、蒸着中のＬＣＰフィルムの温度を一定にする目的で、固定治具１４と加熱ヒーター１５で加熱し、１５０℃以上とする。

装置の圧力が１０^−１Ｐａ以下に達したら、蒸着ボート１２に電流を印加して加熱する。蒸発源である金属１３は溶融し、蒸着が開始される。このときＬＣＰに付着する金属の結晶粒界の大きさを０．５μｍ以下にすればよく、金属付着量は０．１〜１０オングストローム毎秒であれば達成できる。

ＬＣＰフィルムに付着する金属の膜厚は１μｍ以下でよく、続く工程のめっき処理で厚膜めっきができればよい。金属の厚さが０．１μｍ以下の過度に小さいと、めっき処理での膜化が不十分でムラが生じるとともに、通電膜等としての機能を損なう傾向がある。金属の厚さが１μｍ以上の過度に大きいと、膜質の劣化、歪の増大をまねく傾向がある。通常は０．１μｍから０．５μｍが最適である。

また、蒸着中のＬＣＰフィルム温度は金属の結晶の大きさとＬＣＰと金属箔との密着強度を大きく影響させるため厳密に制御されなければならない。ＬＣＰフィルム温度は１００℃以上、ＬＣＰフィルムの分解開始温度以下がよい。望ましくは１８０℃から２５０℃で、その範囲で選択される。

続いて、蒸着金属付きLCPフィルムは、添加剤でめっき応力を調整した、電気めっきをおこない必要な膜厚にする。

銅の電気めっきは基板用のハイスロータイプの硫酸銅基本浴（硫酸銅：７５ｇ／Ｌ硫酸：１８０ｇ／Ｌ塩素：４０ｐｐｍ）に市販の添加剤、荏原ユージライト社製のＣｕ−ＢｒｉｔｅＨＡ−Ｅまたは、メルテックス社製のＳＴ−９０１を添加し、調整した硫酸銅めっき液で、５〜３０μｍの厚さになるようにめっき処理施した。

また金のめっきは通常使われる青化金２．３ｇ／Ｌと青化カリ１５ｇ／Ｌおよびリン酸ソーダ４ｇ／Ｌとからなるめっき浴を使用し、７０℃で電流密度を０．１〜０．５Ａ／ｄｍ^２に調整して電気めっきを行う。

次に、めっき処理により形成された金属膜を有するＬＣＰフィルムを加熱処理し、金属箔膜とＬＣＰフィルムとの密着性が高められた配線基板用フィルム基材を作製する（加熱処理）。加熱処理の条件は、ＬＣＰフィルムの種類により適宜選択されるが、通常、めっき処理の処理温度（通常、１５℃〜１２０℃程度）よりも高温で、且つ、ＬＣＰの耐熱温度より低温において適当な時間行われる。例えば、温度２００℃で３０分間程度の加熱処理が好ましい。

このように、めっき処理により、ＬＣＰからなる樹脂フィルム表面に金属箔膜を形成した後、ＬＣＰフィルムを加熱処理することにより、ＬＣＰフィルムと金属箔膜との密着力が高められる。これは、加熱処理により、ＬＣＰを構成するポリマーの微細構造（ミクロ構造）が、温度で変化する過程で、ＬＰＣと銅箔膜との界面が活性化された状態になり、その結果、結合が強まるためと考えられる。
通常、ＬＰＣは、耐熱温度以下であれば、微細構造（ミクロ構造）は変化するが、電気的性質、吸水性、寸法安定性等のフィルムとしての実用的性質に変化が生じるほどのマクロな変化は生じない。また、めっき処理は、通常、１００℃程度の温度において行われるのでＬＰＣの微細構造（ミクロ構造）の変化は軽微であり、実質的影響は生じない。

以下に、実施例に基づき本実施の形態をさらに詳細に説明する。なお、本実施の形態は実施例に限定されるものではない。
（テープ剥離試験）
予め調製した配線基板用フィルム基材のメッキ膜面に、幅１５ｍｍ、長さ４０ｍｍの粘着テープを、接着面長さ２０ｍｍになるように貼り付け、その後、粘着テープの他端を引き上げて、そのときの剥離状況を目視で観察した。

（実施例１）
厚さ２５μｍのＬＣＰフィルム１１（株式会社クラレ製；Ｖｅｃｓｔａｒ（登録商標）ＣＴ）を準備し、このＬＣＰフィルム表面を、イソプロピルアルコールを含ませた不織布で表面をこすり、脱脂処理をした。続いて、ＬＣＰフィルムを固定板１４に固定し、真空蒸着装置の蒸発ボート１２上に固定する。蒸発ボートに蒸発源である銅金属（純度９９．９９％）１３の塊を蒸着後にＬＣＰフィルム上に付着する量が０．３μｍとなるようにして置く。真空装置内を真空ポンプ１６で排気し、同時に固定治具のヒーター１４と加熱ヒーター１５とに通電して、ＬＣＰフィルム１１を加熱する。ＬＣＰフィルムの温度が２００℃に達したら通電を停止し、さらに真空蒸着装置内の圧力が１０^−２Ｐａとなったら、蒸発ボート１２を加熱して、蒸着を開始する。銅金属１３の塊が消失したら通電をやめる。ＬＣＰフィルム１１が５０℃以下に冷却できたことを確認したら、真空ポンプ１６の排気を停止し、リークバルブ１８を開とし、真空装置内を常圧に戻す。このとき形成された銅箔の結晶粒界の大きさをＳＥＭにて観察した結果、０．１μｍ以下であった。つづいて、ＬＣＰフィルムをハイスロータイプの硫酸銅基本浴（硫酸銅：７５ｇ／Ｌ硫酸：１８０ｇ／Ｌ塩素：４０ｐｐｍ）に市販の添加剤、荏原ユージライト社製のＣｕ−ＢｒｉｔｅＨＡ−Ｅを加えた浴中に投入し、銅箔の膜厚が１８μｍとした。次いで、窒素雰囲気中で、温度２００℃で３０分間の熱処理を行い、ＬＣＰ配線基板用フィルム基材を調製した。
このように調製した配線基板用フィルム基材のテープ剥離試験を行ったが、テープが剥離せず、ＬＣＰフィルムと銅箔膜との高い付着強度が確認された。

（実施例２）
厚さ２５μｍのＬＣＰフィルム１１（株式会社クラレ製；Ｖｅｃｓｔａｒ（登録商標）ＣＴ）を準備し、このＬＣＰフィルム表面を、イソプロピルアルコールを含ませた不織布で表面をこすり、脱脂処理をした。続いて、ＬＣＰフィルムを固定板１４に固定し、真空蒸着装置の蒸発ボート１２上に固定する。蒸発ボートに蒸発源である銅金属（純度９９．９９％）１３の塊を蒸着後にＬＣＰフィルム上に付着する量が０．１μｍとなるようにして置く。真空装置内を真空ポンプ１６で排気し、同時に固定治具のヒーター１４と加熱ヒーター１５とに通電して、ＬＣＰフィルム１１を加熱する。ＬＣＰフィルムの温度が２３０℃に達したら通電を停止し、さらに真空蒸着装置内の圧力が１０^−３Ｐａとなったら、蒸発ボート１２を加熱して、蒸着を開始する。銅金属１３の塊が消失したら通電をやめる。ＬＣＰフィルム１１が５０℃以下に冷却できたことを確認したら、真空ポンプ１６の排気を停止し、リークバルブ１８を開とし、真空装置内を常圧に戻す。このとき形成された銅箔の結晶粒界の大きさをＳＥＭにて観察した結果、０．０１μｍ以下であった。つづいて、ＬＣＰフィルムを基板用のハイスロータイプの硫酸銅基本浴（硫酸銅：７５ｇ／Ｌ硫酸：１８０ｇ／Ｌ塩素：４０ｐｐｍ）に市販の添加剤、メルテックス社製のＳＴ−９０１を添加した浴中に入れ、銅箔の膜厚が１２．５μｍとした。次いで、窒素雰囲気中で、温度２００℃で３０分間の熱処理を行い、ＬＣＰ配線基板用フィルム基材を調製した。
このように調製した配線基板用フィルム基材のテープ剥離試験を行ったが、テープが剥離せず、ＬＣＰフィルムと銅箔膜との高い付着強度が確認された。

（実施例３）
厚さ２５μｍのＬＣＰフィルム１１（株式会社クラレ製；Ｖｅｃｓｔａｒ（登録商標）ＣＴ）を準備し、このＬＣＰフィルム表面を、イソプロピルアルコールを含ませた不織布で表面をこすり、脱脂処理をした。続いて、ＬＣＰフィルムを固定板１４に固定し、真空蒸着装置の蒸発ボート１２上に固定する。蒸発ボートに蒸発源である金（純度９９．９９％）１３の塊を蒸着後にＬＣＰフィルム上に付着する量が０．１μｍとなるようにして置く。真空装置内を真空ポンプ１６で排気し、同時に固定治具のヒーター１４と加熱ヒーター１５とに通電して、ＬＣＰフィルム１１を加熱する。ＬＣＰフィルムの温度が２３０℃に達したら通電を停止し、さらに真空蒸着装置内の圧力が１０^−３Ｐａとなったら、蒸発ボート１２を加熱して、蒸着を開始する。金１３の塊が消失したら通電をやめる。ＬＣＰフィルム１１が５０℃以下に冷却できたことを確認したら、真空ポンプ１６の排気を停止し、リークバルブ１８を開とし、真空装置内を常圧に戻す。このとき形成された金の結晶粒界の大きさをＳＥＭにて観察した結果、０．０１μｍ以下であった。つづいて、ＬＣＰフィルムを基板用の金めっき(青化金２．３ｇ／Ｌ青化カリ１５ｇ／Ｌリン酸ソーダ４ｇ／Ｌ)からなるめっき浴に入れ７０℃ 電流密度０．１〜０．５Ａ／ｄｍ^２で電気めっきを行い、金の膜厚を１μｍとした。次いで、窒素雰囲気中で、温度２００℃で３０分間の熱処理を行い、ＬＣＰ配線基板用フィルム基材を調製した。
このように調製した配線基板用フィルム基材のテープ剥離試験を行ったが、テープが剥離せず、ＬＣＰフィルムと金箔膜との高い付着強度が確認された。

（比較例）
厚さ２５μｍのＬＣＰフィルム１１（株式会社クラレ製；Ｖｅｃｓｔａｒ（登録商標）ＣＴ）を準備し、このＬＣＰフィルム表面を、イソプロピルアルコールを含ませた不織布で表面をこすり、脱脂処理をした。続いて、ＬＣＰフィルムを固定板１４に固定し、真空蒸着装置の蒸発ボート１２上に固定する。蒸発ボートに蒸発源である銅金属（純度９９．９９％）１３の塊を蒸着後にＬＣＰフィルム上に付着する量が０．５μｍとなるようにして置く。真空装置内を真空ポンプ１６で排気し、同時に固定治具のヒーター１４と加熱ヒーター１５とに通電して、ＬＣＰフィルム１１を加熱する。ＬＣＰフィルムの温度が１３０℃に達したら通電を停止し、さらに真空蒸着装置内の圧力が１０^−２Ｐａとなったら、蒸発ボート１２を加熱して、蒸着を開始する。銅金属１３の塊が消失したら通電をやめる。ＬＣＰフィルム１１が５０℃以下に冷却できたことを確認したら、真空ポンプ１６の排気を停止し、リークバルブ１８を開とし、真空装置内を常圧に戻す。このとき形成された銅箔の結晶粒界の大きさをＳＥＭにて観察した結果、１μｍ以下であった。つづいて、ＬＣＰフィルム基板用のハイスロータイプの硫酸銅基本浴（硫酸銅：７５ｇ／Ｌ硫酸：１８０ｇ／Ｌ塩素：４０ｐｐｍ）に市販の添加剤、メルテックス社製のＳＴ−９０１を添加した浴中に入れ、銅箔の膜厚が１２．５μｍとした。次いで、窒素雰囲気中で、温度２００℃で３０分間の熱処理を行い、ＬＣＰ配線基板用フィルム基材を調製した。このように調製した配線基板用フィルム基材のテープ剥離試験を行ったところ、テープが銅箔をＬＣＰフィルムから剥離し、ＬＣＰと銅箔膜とは実用には十分な付着強度がなかった。

本発明が適用される配線基板用フィルム基材の作製方法によれば、ＬＣＰフィルムとの密着性が高い蒸着銅箔膜を設けたフレキシブルプリント基板を作製することができる。このようなフレキ基板は、配線基板以外の種々の用途に適用可能であり、例えば、電磁シールド、反射フィルム等が考えられる。

１１配線基板用フィルム基材
１２蒸着ボート
１３蒸発源（金属）、
１４ＬＣＰ固定治具、
１５加熱ヒーター、
１６真空ポンプ、
１７真空圧力計、
１８リークバルブ

Claims

銅、金、銀、アルミニウムから選ばれる一つまたは、これらの混合物を含む導電体金属を蒸発源としてこの金属薄膜の膜厚が１μｍ以下となるように液晶性ポリマーフィルム上に真空蒸着させることと、
電気めっきで膜厚１μｍ以上３０μｍ以下の金属膜を形成することと、
加熱乾燥することとを有し、
前記真空蒸着させることは、結晶の大きさが、０．１μｍ以下の前記金属薄膜を形成することを含む、フレキシブルプリント基板の作製方法。
請求項１において、前記電気めっきは、銅、金、銀、ニッケル、クロムから選ばれる一つまたは、これらの混合物を含む、フレキシブルプリント基板の作製方法。
請求項１または２において、前記加熱乾燥することは、液晶性ポリマーフィルムのガラス転移温度以上でかつ、分解開始温度以下で処理することを含む、フレキシブルプリント基板の作製方法。
請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記加熱乾燥することは、窒素またはアルゴン中で処理することを含む、フレキシブルプリント基板の作製方法。
銅、金、銀、アルミニウムから選ばれる一つまたは、これらの混合物を含む導電体金属を蒸発源として膜厚が１μｍ以下となるように金属薄膜が液晶性ポリマーフィルム上に真空蒸着され、電気めっきで膜厚１μｍ以上３０μｍ以下の金属膜が形成され、加熱乾燥されたフレキシブルプリント基板であって、前記金属薄膜は結晶の大きさが０．１μｍ以下で形成されている、フレキシブルプリント基板。