JP5474500B2 - 印刷回路基板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、印刷回路基板及びその製造方法に係り、さらに詳細には、金属薄膜と樹脂材料との間の接合を向上させた印刷回路基板、及びその製造方法に関する。
印刷回路基板（ＰＣＢ：printed circuit board）は、各種電子及び機械機構における必須部品の一つである。
かような印刷回路基板では、エポキシまたはポリイミドから成るポリマー製絶縁板の一側または両側に銅箔を付着させた後、エッチングまたはめっきによって必要な回路を構成する。
従来、銅箔とポリマー絶縁板との間の接合を向上させるための様々な試みがなされている。
接合を向上させる方法の代表的な例としては、銅箔の表面に極性ポリマーを塗布することにより、ポリマー樹脂と銅箔との間の接合を強化する方法がある。しかし、この方法は、化学的接合に依存するので、接合の向上には限界がある。また、極性ポリマーを高温で架橋させる過程で有機物成分が気化して内部圧力が発生することにより、例えばバブルなどの欠陥が発生し得る。
また他の例としては、銅箔の表面にノジュールを物理的または化学的に形成し、ノジュールの凹凸構造によって銅箔とポリマー樹脂との間の接合を向上させる方法がある。銅箔の表面にノジュールを形成する方法としては、ジェットスクラブ法、ブラシ研磨法、ソフトエッチング法などがあり、ソフトエッチング法が最も一般的に使用されている。しかし、ソフトエッチング法では、約１〜２μｍの厚さのノジュールが形成されるので、後続するエッチング工程での回路形成時にエッチング直線性が低下して回路幅が不均一になりやすい。また、ノジュールの形成後、銅箔の表面に酸化膜が形成されるため、その酸化膜を除去するための工程が必要となる。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、回路パターンが形成される金属薄膜とポリマー膜との間の接合を向上させた印刷回路基板、及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様では、印刷回路基板（ＰＣＢ）であって、第１の金属膜と、前記第１の金属膜の少なくとも一方の表面に形成されるポリマー膜と、前記第１の金属膜と前記ポリマー膜との間に配置され、前記第１の金属膜に面する第１の面、及び前記ポリマー膜に面し前記第１の面よりも表面粗さが大きい第２の面を有する第２の金属膜とを含む印刷回路基板が提供される。
前記第１の金属膜は、銅または銅合金から形成され得る。
前記第２の金属膜は、ニッケルまたはニッケル合金から形成され得る。
前記印刷回路基板は、前記ポリマー膜と前記第２の面との間に形成される第３の金属膜をさらに含み得る。
前記第３の金属膜は、ニッケル、パラジウム、金、またはそれらの合金から形成され得る。
また、本発明の他の態様では、印刷回路基板の製造方法であって、第１の金属膜を準備する段階と、前記第１の金属膜の少なくとも一方の表面上に、電気めっき法によって、前記第１の金属膜に接する第１の面、及び該第１の面の反対側に位置し該第１の面よりも表面粗さが大きい第２の面を有する第２の金属膜を形成する段階と、前記第２の金属膜の前記第２の面上にポリマー膜を形成する段階とを含む製造方法が提供される。
前記第１の金属膜は、銅または銅合金から形成され得る。
前記第２の金属膜は、ニッケルまたはニッケル合金から形成され得る。
前記電気めっき法によって前記第２の金属膜を形成する前記段階は、１０Ａ／ｄｍ２以上の電流密度で、３秒ないし２０秒間行われ得る。
前記電気めっき法によって前記第２の金属膜を形成する前記段階は、２．５ｇ／Ｌないし３．５ｇ／Ｌの硫酸ニッケルまたは塩化ニッケルを含むめっき液を貯留しためっき浴槽を使用して行われ得る。
本発明の方法は、前記ポリマー膜を形成する前に、前記第２の金属膜の前記第２の面上に第３の金属膜を形成する段階をさらに含む。その場合、前記ポリマー膜は、前記第３の金属膜上に形成される。
前記第３の金属膜は、ニッケル、パラジウム、金、またはそれらの合金から形成され得る。
本発明によれば、簡単な製造工程によって、回路パターンが形成される第１の金属膜とポリマー膜との間の接合を向上させることができる。
また、前記第２の金属膜の前記第２の面上に、拡散防止層である第３の金属膜を形成することによって、長期信頼性、及び高温吸湿環境での接合を向上させることができる。
以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の望ましい実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態による印刷回路基板の断面図である。
図１を参照して、本発明の一実施形態による印刷回路基板は、第１の金属膜１０、第２の金属膜２０、及びポリマー膜４０を含む。
第１の金属膜１０は、銅または銅合金から成る。第１の金属膜１０は導電層に相当し、その上に回路パターンが形成される。
ポリイミド樹脂またはアクリル樹脂から成るポリマー膜４０が、第１の金属膜１０に対向して形成される。
第１の金属膜１０とポリマー膜４０との間に、ニッケルまたはニッケル合金から成る第２の金属膜２０が形成される。
第２の金属膜２０は、第１の金属膜１０に面する第１の面２１と、ポリマー膜４０に面する第２の面２２とを有する。
第２の金属膜２０は、電気めっき法を用いて、第１の金属膜１０上に形成される。第２の面２２は、第１の面２１よりも表面粗さが大きい。
第２の金属膜２０の第２の面２２上に、第２の面２２を覆うようにポリマー膜４０が形成される。
ポリマー膜４０と接する第２の面２２は表面粗さが大きいので、ポリマー膜４０と第２の金属膜２０との間の接合力は高いものとなる。また、第２の金属膜２０は電気めっき法によって第１の金属膜１０に密着して接合されるので、第２の金属膜２０によって、第１の金属膜１０とポリマー膜４０との間の接合を向上させることができる。
このように、粗い面（第２の面）を有する第２の金属膜２０を第１の金属膜１０上に形成することによって、第１の金属膜１０とポリマー膜４０との接合を容易に向上させることができる。
上述したような印刷回路基板は、以下のような工程で製造される。
まず、銅または銅合金から成る第１の金属膜１０を準備する。
次に、第１の金属膜１０の一方の面（図１の第１の金属膜１０では上面）に、電気めっき法によって第２の金属膜２０を形成する。第２の金属膜２０は、粗いめっき層となるように形成する。このとき、ポリマー膜４０と接する第２の面２２は、第２の面２２の反対側に形成され第１の金属膜１０と接する第１の面２１よりも表面粗さが大きくなるように電気めっきが行われる。
第２の金属膜２０は、ニッケルまたはニッケル合金から形成され得る。
第２の金属膜２０を粗いめっき層として形成するためのニッケルめっき浴に使用されるめっき浴組成（めっき液）には、２．５ｇ／Ｌないし３．５ｇ／Ｌの硫酸ニッケルまたは塩化ニッケル、２．５ｇ／Ｌないし３．０ｇ／Ｌの硫酸アンモニウム、４．５ｇ／Ｌないし５．０ｇ／Ｌの硫酸ナトリウム、１．５ｇ／Ｌないし２．０ｇ／Ｌの塩化ナトリウム、及び２．０ｇ／Ｌないし３．０ｇ／Ｌのホウ酸が含まれ得る。前記めっき浴組成における硫酸ニッケルまたは塩化ニッケルの濃度は、一般的なニッケルめっき層形成時に使用されるめっき浴組成における硫酸ニッケルまたは塩化ニッケルの濃度の１０％未満の低濃度にする。
そして、かような低濃度のめっき浴組成（めっき液）を貯留しためっき浴槽に、一般的なニッケルめっき層形成時よりも高い電流密度の電流を印加してニッケル結晶を急激に成長させることにより、低密度の粗い表面が得られる。
具体的には、前述しためっき浴組成を貯留しためっき浴槽に、１０ＡＳＤ（Ａ／ｄｍ２）以上の高電流密度で電流を印加することにより、表面粗さが大きいニッケルめっき層（第２の金属膜２０）を形成することができる。また、かようなめっき工程は、一方のローラに巻かれた第１の金属膜１０をめっき浴槽に供給し、めっき完了後にめっきされた第１の金属膜１０を他方のローラに巻き取るリール・ツー・リール方式で行われる。ニッケルめっき層の形成速度を速くするため及び粗いニッケルめっき層を安定的に得るためには、５０ＡＳＤの高電流が印加され得る。めっき工程は、３秒ないし２０秒間行われる。めっき工程が３秒未満の場合は、ニッケル結晶の成長が起こらない。また、めっき工程が２０秒を超えた場合は、ニッケル結晶の過剰成長によって、粗いニッケルめっき層に例えばスマット（smut）などの二次汚染が発生し得る。
粗いニッケルめっき層から形成された第２の金属膜２０は、０．１ないし０．５μｍの厚さを有し得る。第２の金属膜２０の厚さが０．１μｍ未満の場合は、粗いめっき層（第２の金属膜２０）による接合力向上の効果が低くなる。また、第２の金属膜２０の厚さが０．５μｍを超えた場合は、ニッケル結晶の過剰成長によって、めっき層の剥離が発生し得る。つまり、ニッケル結晶の垂直方向への成長は、第２の金属膜２０の厚さが０．１μｍ未満の場合は微小であるが、第２の金属膜２０の厚さが０．５μｍを超えた場合はニッケル結晶の過剰成長によってめっき層の分離現象が発生し得る。
図７には、本発明の一実施形態による印刷回路基板の第２の金属膜２０の第２の面２２のＳＥＭ写真が示されている。図７に示すように、第２の面２２は、表面粗さが大きい。そのため、ポリマー膜４０形成時に第２の面２２上にポリマー樹脂を接合させた際に、第２の面２２の表面粗さによって、第２の面２２とポリマー樹脂との間での接合力が高められる。その結果、ポリマー膜４０と第２の金属膜２０との間の接合力が向上する。
第２の金属膜２０の形成後、所望の表面粗さを有する第２の面２２が形成されたか否かは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：scanning electron microscope）により検査可能である。しかし、ＳＥＭ検査は時間がかかるので、工程中に表面粗さを迅速に確認する方法が求められている。
そこで、光沢度を測定する方法を用いることができる。光沢度が０．２ないし０．８の範囲にある場合に、所望の表面粗さを有する第２の金属膜２０が形成されたと見なすことができる。光沢度が０．２以下の場合は、粗さが過度に形成されたことを意味し、ポリマー膜４０を形成中にポリマー膜４０を形成するポリマー樹脂が広がることに起因する樹脂ブリードのオーバーフロー（ＲＢＯ：resin bleed overflow）などの２次品質問題が発生し得る。また、光沢度が０．８以上の場合は、十分な粗さが形成されていないことを意味し、感湿性レベル（ＭＳＬ：moisture sensitivity level）向上の効果が得られない。
第２の金属膜２０の形成後、第２の金属膜２０の第２の面２２上にポリイミド単量体の前駆体をキャスティングし、その後、前記前駆体を高温で架橋させることによって、ポリイミドから成るポリマー膜４０を形成することできる。
従来のチップオンフィルム（ＣＯＦ：chip on film）技術では、スパッタリング法によってポリイミドフィルム上にニッケルまたはクロムなどのシード層を形成し、その後に、銅めっきを行って銅箔を形成していた。しかし、本発明では、まず、電気めっき法によって第１の金属膜１０（銅箔）上に粗い表面を有する第２の金属膜２０を形成し、その後に、前述した方法によって第２の金属膜２０上にポリマー膜４０を形成するこのことにより、第１の金属膜１０とポリマー膜４０との間の接合力を向上させることができる。また、本発明による印刷回路基板は製造工程が簡単であるため、従来よりも生産性及び製造コストを向上させることができる。
また、図２に示すように、前述した方法によって、第１の金属膜１０の両面上に第２の金属膜２０及びポリマー膜４０をその順に形成することによって、印刷回路基板の両方の外面（上面及び下面）をポリマー膜４０で絶縁処理することもできる。
図３及び図４は、本発明の別の実施形態によるＰＣＢ製造方法を示す断面図である。
まず、図３に示すように、前述の粗いめっき方法によって、第１の金属膜１０，１０’の表面に第２の金属膜２０，２０’をそれぞれ形成した後、第２の金属膜２０，２０’の第２の面２２，２２’を互い対向して配置する。
そして、図４に示すように、互いに対向して配置された第２の面２２，２２’の間にポリイミド単量体の前駆体をキャスティングした後、前記前駆体を高温で架橋させてポリイミドから成るポリマー膜４０を形成する。
このようにして、ポリマー膜４０を全体の中央に配置し、その両側に、回路パターンが形成される第１の金属膜１０，１０’をそれぞれ配置することができる。
また、この実施形態は、図２に示した実施形態と同じように、第１の金属膜１０，１０’の両面に第２の金属膜２０，２０’をそれぞれめっきした後、第２の金属膜２０，２０’の上にポリマー膜４０を形成することもできる。つまり、図５に示すように、全体の中央に配置したポリマー膜４０の両側に、回路パターンが形成される第１の金属膜１０，１０’を配置し、その後、第１の金属膜１０，１０’の外面を覆うようにポリマー膜４０を形成することにより多層印刷回路基板を製造することができる。
図６は、本発明のさらなる別の実施形態による印刷回路基板を示す断面図である。
図６を参照して、まず、図１に示したように、前述した粗いめっき層を形成する工程によって、第１の金属膜１０の一方の表面に第２の金属膜２０を形成する。次に、第２の金属膜２０の第２の面２２上に第３の金属膜３０を形成する。そして、第３の金属膜３０上に、ポリマー膜４０を形成する。
第３の金属膜３０は、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）またはそれらの合金から成る。第３の金属膜３０は、ポリマー膜４０形成時に、第１の金属膜１０の金属成分がポリマー膜４０と第２の金属膜２０との間の界面に拡散するのを防止するための拡散防止層として機能し、ポリマー膜４０と第２の金属膜２０との間の接合力が低下することを防止する。言い換えれば、ポリマー膜４０と第２の金属膜２０との間に第３の金属膜３０を介在させることによって、第１の金属膜１０の金属成分のポリマー膜４０側への拡散を防止し、その結果、長期信頼性、及び高温吸湿環境での接合を向上させることができる。
第３の金属膜３０は、第２の金属膜２０のような粗いめっき層を形成する方法によってではなく、一般的なめっき方法によって形成される。つまり、第３の金属膜３０は、第２の金属膜２０の形成に使用されるめっき浴組成よりも高濃度のめっき浴組成を使用し、低電流密度でめっきすることにより形成される。
第３の金属膜３０は粗い面である第２の面２２上に形成されるので、第２の面２２の表面粗さが第３の金属膜３０の上面（ポリマー膜４０側の面）にも現れるように、第３の金属膜３０は薄く形成することが望ましい。
かような第３の金属膜３０は、０．１ないし０．５μｍの厚さに形成される。第３の金属膜３０の厚さが０．１μｍ未満の場合は、第３の金属膜３０は拡散防止層としての機能を十分に果すことができない。また、第３の金属膜３０の厚さが０．５μｍを超える場合は、第２の面２２の表面粗さが第３の金属膜３０の上面に現れないため、第３の金属膜３０とポリマー膜４０との間の接合力を高めることができない。
図６に示した実施形態では第３の金属膜３０は単層に形成したが、本発明は必ずしもそれに限定されるものではなく、第３の金属膜３０を複層に形成することも可能である。
また、かような第３の金属膜３０の構造は、図２ないし図５に示したＰＣＢにも同様に適用することができる。
銅合金から成る第１の金属膜を準備した。
硫酸ニッケル３．５ｇ／Ｌ、硫酸アンモニウム２．７５ｇ／Ｌ、硫酸ナトリウム４．７５ｇ／Ｌ、塩化ナトリウム１．７５ｇ／Ｌ、ホウ酸２．５ｇ／Ｌを含有するめっき液を貯留し、２０ＡＳＤの電流密度の電流が印加されためっき浴槽に、第１の金属膜を浸漬させ、２０秒間電気めっきした。
上述したような電気めっきによって形成された第２の金属膜の第２の面は、図７に示すように十分に粗く形成されている。したがって、その後に第２の金属膜上にポリマー膜を形成する際に、第２の面とポリマー膜との接合力を向上させることができる。
第２の金属膜の第２の面上にポリイミド単量体の前駆体をキャスティングした後、前記前駆体を４５０℃で架橋させてポリマー膜を形成する。
本発明は、様々な電気、機械及び電子装置に使用される硬質ＰＣＢ及び軟質ＰＣＢの製造に適用され得る。特に、本発明は、微細ピッチパターン回路がエッチング法により形成される、キャスティング型のフレキシブル銅張積層板（ＦＣＣＬ：flexible copper clad laminate）に有用である。
本発明を添付した図面に示された例示的な実施形態に基づいて説明したが、当業者であれば、特許請求の範囲に規定された本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変形及び均等な他の実施形態が可能であることを理解できるであろう。
１０，１０’ 第１の金属膜
２０，２０’ 第２の金属膜
２１，２１’ 第１の面
２２，２２’ 第２の面
３０ 第３の金属膜
４０ ポリマー膜
２０，２０’ 第２の金属膜
２１，２１’ 第１の面
２２，２２’ 第２の面
３０ 第３の金属膜
４０ ポリマー膜
Claims (6)
- 印刷回路基板であって、
銅又は銅合金からなる第１の金属膜と、
前記第１の金属膜の少なくとも一方の表面に形成され、前記第１の金属膜に接する第１の面及び該第１の面の反対側の該第１の面よりも表面粗さが大きい第２の面を有し、ニッケルからなる第２の金属膜と、
前記第２の金属膜の第２の面に形成されたポリマー膜とを含み、
前記第２の金属膜の第２の面の表面粗さは、電気めっき法により前記ニッケルを前記第１の金属膜上で成長させることにより得られ、前記第２の金属膜の厚さは、０．１乃至０．５μｍであることを特徴とする印刷回路基板。 - 印刷回路基板であって、
銅又は銅合金からなる第１の金属膜と、
前記第１の金属膜の少なくとも一方の表面に形成され、前記第１の金属膜に接する第１の面及び該第１の面の反対側の該第１の面よりも表面粗さが大きい第２の面を有し、ニッケルからなる第２の金属膜と、
前記第２の金属膜の第２の面に形成された第３の金属膜と、
前記第３の金属膜の面に形成されたポリマー膜とを含み、
前記第２の金属膜の第２の面の表面粗さは、電気めっき法により前記ニッケルを成長させることにより形成され、前記第２の金属膜の厚さは、０．１乃至０．５μｍであり、
前記第３の金属膜は、前記第２の面の表面粗さが該第３の金属膜の前記ポリマー膜側の面にも現れるような厚さで形成され、前記第３の金属膜が、ニッケル、パラジウム、金またはそれらの合金からなることを特徴とする印刷回路基板。 - 印刷回路基板の製造方法であって、
銅又は銅合金からなる第１の金属膜を準備する段階と、
前記第１の金属膜の少なくとも一方の表面上に、前記第１の金属膜に接する第１の面、及び該第１の面の反対側の該第１の面よりも表面粗さが大きい第２の面を有し、ニッケルからなる第２の金属膜を形成する段階と、
前記第２の金属膜の前記第２の面上にポリマー膜を形成する段階とを含み、
前記第２の金属膜の第２の面の表面粗さは、電気めっき法により前記ニッケルを０．１乃至０．５μｍの厚さに成長させることにより形成され、
前記第２の金属膜を形成する前記段階は、１０Ａ／ｄｍ ２ 以上の電流密度で、電気めっき法により３秒ないし２０秒間行われることを特徴とする印刷回路基板の製造方法。 - 前記第２の金属膜を形成する前記段階は、
２．５ｇ／Ｌないし３．５ｇ／Ｌの硫酸ニッケルまたは塩化ニッケルを含むめっき液を貯留しためっき浴槽を使用して電気めっき法により行われることを特徴とする請求項３に記載の印刷回路基板の製造方法。 - 前記ポリマー膜を形成する前に前記第２の金属膜の前記第２の面上に第３の金属膜を形成する段階をさらに含み、前記第３の金属膜上に前記ポリマー膜を形成するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の印刷回路基板の製造方法。
- 前記第３の金属膜が、ニッケル、パラジウム、金またはそれらの合金から成ることを特徴とする請求項５に記載の印刷回路基板の製造方法。
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