JP6127871B2 - 二層めっき基板の最大反り量の評価方法 - Google Patents

Description

本発明はプリント配線基板用の二層めっき基板の評価方法に関し、さらに詳しくはポリイミドフィルムの表面に金属層をめっきしてなる二層めっき基板の最大反り量を、ポリイミドフィルムに金属層をめっきする前の段階で評価する方法に関する。

ポリイミドフィルムは優れた耐熱性を有している上、機械的、電気的、および化学的特性において他のプラスチック材料に比べて遜色ないことから、例えばプリント配線板（ＰＷＢ）、フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）、テープ自動ボンディング用テープ（ＴＡＢ）、チップオンフィルム（ＣＯＦ）等の電子部品用の絶縁基板材料として多用されている。一般に、ＰＷＢ、ＦＰＣ、ＴＡＢ、及びＣＯＦは、ポリイミドフィルムの少なくとも片面に金属導体層として銅を被覆して銅被覆ポリイミド基板を形成した後、この基板をパターニング加工することによって作製することができる。

近年、携帯電子機器などの電子装置の小型化・薄型化に伴い、上記したＴＡＢやＣＯＦの配線ピッチ（配線幅及びスペース幅）も益々狭くなっており、これに対応できるように高密度で精密なパターンで配線加工が可能なものが求められている。このような状況の下、導体層（銅層）の厚みを薄くでき、且つ厚みを自由にコントロールできる二層めっき基板が注目されている。二層めっき基板は、ポリイミドフィルムの片面に金属層をめっきして形成されるが、上記したように高密度で精密な配線加工が可能になるように、その品質の一つとして反りが極めて少ないことが要件になっている。そのため、二層めっき基板の反りを精度よく且つ簡便に評価できる方法が望まれている。

従来、このような二層めっき基板の反りの評価法としては、非特許文献１に示すように、ポリイミドフィルムに金属層を成膜した後、評価のために切り取った試験片を定盤上に凸面側を上向きにして置き、無荷重の状態で定盤の載置面と試験片の湾曲している略中央部分との隔たりを０.１ｍｍまでの単位で測定する手法が用いられてきた。しかしながら、この手法は、ベースフィルムとしてのポリイミドフィルムの表面に金属層を成膜して二層めっき基板としてから評価する手法であり、不良と判断された時の時間と手間の損失が大きいという問題があった。

また、特許文献１及び特許文献２には、形状計測により反りを評価する手法が示されているが、これら手法もベースフィルムに金属層を成膜した後に評価するものであり、やはり不良と判断された時の時間と手間の損失が大きいという問題を抱えていた。

特開２００９−２２２４８２号公報 特開平１０−１９５５０号公報

ＪＩＳ Ｃ ６４８１ プリント配線板用銅張積層板試験方法 ５.２２「反り率及びねじれ率（静置法）」

本発明は、このような従来の評価方法が有する問題に鑑みてなされたものであり、金属層とポリイミドフィルムとからなる二層めっき基板の反り量を、金属層をめっきする前の段階で評価できる方法を提供することを目的としている。

本発明者は、上述した従来の問題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、二層めっき基板のベースフィルムとして使用されるポリイミドフィルムから試験片を切り出し、その一方の面にレジスト膜を成膜すると共にもう一方の面側からエッチング処理を施し、その際に生じる反りに基づいて当該ポリイミドフィルムに金属層をめっきしてなる二層めっき基板の最大反り量を評価できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の二層めっき基板の最大反り量の評価方法は、ポリイミドフィルムのめっき面に金属層をめっきしてなる二層めっき基板の反り量をめっき前の段階で評価する方法であって、めっき前のポリイミドフィルムから２枚の同サイズの矩形の試験片を縦横の方向がそれぞれ一致するように切り出し、それらのうちの一方の試験片に対して、そのめっき面にレジスト膜を形成すると共に、該めっき面とは反対側の非めっき面側からポリイミドフィルムの初期厚み１に対して厚み０.４〜０.７までエッチングすることによって生じた反りの曲率半径Ｒ１を測定し、他方の試験片に対して、その非めっき面にレジスト膜を形成すると共に、該非めっき面とは反対側のめっき面側からポリイミドフィルムの初期厚み１に対して厚み０.４〜０.７であって且つ前記一方の試験片のエッチング後のポリイミドフィルムの厚みとの差が０.５μｍ未満となるようにエッチングすることによって生じた反りの曲率半径Ｒ２を測定し、これらの曲率半径の比Ｒ１／Ｒ２に基づいてポリイミドフィルムのめっき面に金属層をめっきした時の反り量を判断することを特徴としている。

本発明によれば、ポリイミドフィルムのめっき面に金属層をめっきしてなる二層めっき基板の反り量を、金属層をめっきする前の段階で精度よく且つ簡便に評価することができるので、金属層をめっきした後に不良と判断される頻度を減らすことができ、よって製造コストを低減することが可能になる。

ポリイミドフィルムの表面にレジスト膜を成膜して裏面側からエッチングした時のポリイミド膜厚比と反りの度合いとの関係を示す写真である。 実施例の手順でポリイミドフィルムの試験片にレジスト膜を成膜して反対側からエッチングした時の反りの曲率半径比Ｒ１/Ｒ２と、該ポリイミドフィルムから二層めっき基板を作製した時の最大反り量（ｍｍ）との関係を示すグラフである。 比較例の手順でポリイミドフィルムの試験片にレジスト膜を成膜して反対側からエッチングした時の反りの曲率半径比Ｒ１/Ｒ２と、該ポリイミドフィルムから二層めっき基板を作製した時の最大反り量（ｍｍ）との関係を示すグラフである。

以下、本発明の二層めっき基板の最大反り量の評価方法について一具体例を挙げて説明する。この本発明の一具体例の評価方法では、二層めっき基板として長尺状のポリイミドフィルムの表面にロールツーロールで銅層をめっきしてなる銅被覆ポリイミド基板に使用されるめっき前のポリイミドフィルムを評価の対象としている。なお、この評価方法で評価できる二層めっき基板は、ポリイミドフィルムに導電体として金属層をめっきするものであれば、銅被覆ポリイミド基板に限定されるものではない。以降の説明においては、ポリイミドフィルムにおいて金属層がめっきで成膜される面を「めっき面」と称し、その反対側の金属層がめっきで成膜されない面を「非めっき面」と称する。

この本発明の一具体例の評価方法は、評価対象となるめっき前のポリイミドフィルムから２枚の同サイズの矩形の試験片を縦横の方向がそれぞれ一致するように切り出す。そして、先ずそれらのうちの一方の試験片に対して、そのめっき面にレジスト膜を形成すると共に、該めっき面とは反対側の非めっき面側からポリイミドフィルムの初期厚み１に対して厚み０.４〜０.７までエッチングすることによって生じた該一方の試験片の反りの曲率半径Ｒ１を測定する。

次に、他方の試験片に対して、その非めっき面にレジスト膜を形成すると共に、該非めっき面とは反対側のめっき面側からポリイミドフィルムの初期厚み１に対して厚み０.４〜０.７であって且つ前記一方の試験片のエッチング後のポリイミドフィルムの厚みとの差が０.５μｍ未満となるようにエッチングすることによって生じた該他方の試験片の反りの曲率半径Ｒ２を測定する。そして、これらの曲率半径の比Ｒ１／Ｒ２に基づいて上記２枚の試験片を切り出したポリイミドフィルムのめっき面に金属層をめっきして二層めっき基板を作製した時の反り量を判断する。

より具体的に説明すると、先ず、めっき前の長尺状のポリイミドフィルムから２枚の同サイズの矩形の試験片を縦横の方向がそれぞれ一致するように切り取る。このように２枚の試験片を縦横の方向がそれぞれ一致するように切り取るのは、ポリイミドフィルムに生じる反りには方向性があるからであり、各試験片の横方向の辺が例えばポリイミドフィルムの長手方向（ＭＤ方向）に一致するように切り取るのが好ましい。そして、これら２枚の試験片のうちの一方の試験片のめっき面に例えば膜厚１５〜２５μｍ程度のレジスト膜を成膜する。次に、このレジスト膜を成膜しためっき面とは反対側の非めっき面側からポリイミドフィルムの初期厚み１に対して厚み０.４〜０.７になるまでエッチングする。このようにレジスト膜を成膜した状態でポリイミドフィルムを薄層化すると、ポリイミドフィルムに残存していた内部応力が取り除かれ、その結果、この薄層化されたポリイミドフィルムは矩形のいずれかの辺の方向に大きく反る。

エッチングによる薄層化では、上記したようにエッチング処理前のポリイミドフィルムの初期厚み１に対して、エッチング後のポリイミドフィルムの厚みが０.４〜０.７の範囲内にあることが必要である。この厚みが０.４未満になるまでエッチングすると、エッチング処理後のポリイミドフィルムの厚みが薄くなり過ぎて、シワや破れが発生し、曲率半径を正確に測定することが困難になる。一方、この厚みが０.７より大きいと薄層化によって発現する反り量が小さく、曲率半径を測定することが難しくなる。特に、曲率半径をより高精度に測定する為には、エッチング後のポリイミドフィルムの厚みが０.５〜０.６の範囲内にあることがより好ましい。なお、以降の説明においては、このポリイミドフィルムの初期厚み１に対するエッチング後のポリイミドフィルムの厚みを「ポリイミド膜厚比」とも称する。

図１には、ポリイミドフィルムのめっき面にレジスト膜を成膜すると共に、該めっき面とは反対側の非めっき面側から所定のポリイミド膜厚比までエッチングした時に生じるポリイミドフィルムの反りの大きさが該ポリイミド膜厚比と共に示されている。この図１から明らかなように、エッチングによる薄層化の程度を段階的に大きくして、ポリイミド膜厚比を小さくしていくに従ってポリイミドフィルムの反りが大きくなることがわかる。

切り出した２枚の試験片のうちの他方の試験片については、めっき面ではなく非めっき面に同様にレジスト膜を成膜し、このレジスト膜が成膜された非めっき面とは反対側のめっき面側から同様にエッチング処理を施す。その際、金属層をめっきした後の反り量を高い精度で評価するためには、極力これら切り出した２枚の試験片が同程度にエッチングされるようにエッチングによる薄層化の程度を制御することが望ましい。

具体的には、２枚の試験片を両方ともエッチング処理前のポリイミドフィルムの初期厚み１に対して、エッチング後のポリイミドフィルムの厚みが０.４〜０.７の範囲内になるようにすることに加えて、めっき面側にレジスト膜を成膜して非めっき面側からエッチングした一方の試験片のポリイミドフィルムの厚みと、非めっき面側にレジスト膜を成膜してめっき面側からエッチングした他方の試験片のポリイミドフィルムの厚みとの差が０.５μｍ未満になるようにすることが必要である。このポリイミドフィルムの厚みの差が０.５μｍ以上になると、金属層をめっきした後の反り量の正確な評価が困難となる。

なお、エッチングによる薄層化の程度を制御する方法としては、ポリイミドフィルムの種類によってその傾向は異なるものの、エッチング処理時間によって制御することが可能である。例えば、宇部興産(株)製ポリイミドフィルムＵｐｉｌｅｘ−Ｓの場合、１９〜２１分間のエッチング処理で、エッチング処理前のポリイミドフィルム厚み１に対して厚み約０.５７まで薄層化することが可能である。したがって、このエッチング速度のデータに基づいてエッチングによるポリイミドの薄層化の程度を制御することができる。使用するポリイミドフィルムの種類を変えても同様の傾向があるので、適宜エッチング時間を調整して膜厚比を制御することができる。

このようにして得たレジスト膜を有するエッチング処理後の２枚の試験片を各々反りにより生じた凸部を上にして定盤上に静置し、マイクロメーターで反りの曲率半径Ｒ１、Ｒ２をそれぞれ測定する。そして、上記２枚の試験片を切り出したポリイミドフィルムに対して、スパッタ法で厚み２００Åの銅層を成膜し、電気めっきにてさらに厚み８μｍの銅層を形成して二層めっき基板を作製する。この二層めっき基板の最大反り量を、ＪＩＳ Ｃ ６４８１のプリント配線板用銅張積層板試験方法の５.２２に記載された試験方法に基づいて測定する。

更に、何種類かのロットの異なる同じ型番のポリイミドフィルムを用意し、各々同様の手順でめっき前の曲率半径Ｒ１、Ｒ２と二層めっき基板作製後の最大反り量とを測定する。このようにして得た複数のロットの各々におけるめっき前の２つの曲率半径の比Ｒ１／Ｒ２をｘ軸、二層めっき基板作製後の最大反り量をｙ軸としてグラフにプロットする。そして、これら曲率半径の比Ｒ１／Ｒ２と二層めっき基板の最大反り量との間の相関関係に基づいて当該ポリイミドフィルムを使用した時の二層めっき基板の最大反り量を評価することができる。

具体的には、あらかじめ曲率半径の比Ｒ１/Ｒ２をパラメータとする二層めっき基板の最大反り量の検量線を作成しておくことにより、同型のポリイミドフィルムをベースフィルムとする二層めっき基板の場合は、二層めっき基板の最大反り量を、当該検量線を用いて二層めっき処理を施す前に評価することが可能になる。すなわち、ポリイミドフィルムにレジスト膜を成膜してからエッチング処理した時に生ずる反りの曲率半径を測定するだけで、当該ポリイミドフィルムを用いた二層めっき基板の反り量を評価することが可能となる。なお、この検量線を作成する際は、ポリイミドフィルムにエッチング処理を施した時の厚みの測定や、ポリイミドフィルムに金属層をめっきした時に生じる最大反り量の測定では、それぞれ３点以上、好ましくは５点以上測定して、その平均値を使用するのがよい。

[実施例]
宇部興産(株)製の厚さ３８μｍのポリイミドフィルム（製品名：Ｕｐｉｌｅｘ）のロットＡからＭＤ（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）方向に６ｃｍ、ＴＤ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）方向に５ｃｍの大きさの矩形の試験片を１０枚切り出し、それらのうちの５枚のめっき面に花見化学(株)製レジストインキ８７３−ＫをバーコーターＮｏ.２０で全面塗布し、１５〜２５μｍ厚のレジスト膜を形成した。次に、該レジスト膜を形成しなかった非めっき面側に、７０℃に加熱した東レエンジニアリング(株)製ポリイミドエッチング液（製品名：ＴＰＥ３０００）を２０分間接触させてエッチングを行った。

次に、温度６０℃に加熱した温水で５分間の洗浄を行って、試験片に付着したポリイミド溶解物及びエッチング液の除去を行った後、ドライヤーで３分間乾燥させた。このようにして得た５枚の試験片の反りの曲率半径Ｒ１を、各々反りにより生じた凸部を上にして定盤上に静置し、マイクロメーターで測定して求めた。これら５枚の試験片の反りの曲率半径Ｒ１の平均値は５.７５ｍｍであった。

次に、残りの５枚の試験片に対して、めっき面ではなく非めっき面に同様の条件で１５〜２５μｍ厚のレジスト膜を形成すると共に、この非めっき面の反対側のめっき面側を同様の条件でエッチング処理した。このようにして得た残りの５枚の試験片の反りの曲率半径Ｒ２を、各々反りにより生じた凸部を上にして定盤上に静置し、マイクロメーターで測定して求めた。これら５枚の試験片の反りの曲率半径Ｒ２の平均値は２.９４ｍｍであった。その結果、曲率半径の比Ｒ１/Ｒ２は、１.９６となった。

なお、めっき面にレジスト膜を形成した５枚の試験片のうちの１枚の試験片に対して当該レジスト膜を引き剥がしてポリイミドフィルムの厚さを計５箇所マイクロメーターで測定し、平均値を算出したところ、２０.２６μｍであった。他の４枚の試験片に対しても同様にしてポリイミドフィルムの厚さを測定し、平均値を算出したところ、それぞれ２０.３８μｍ、２０.５２μｍ、２０.３３μｍ、及び２０.３８μｍであった。この結果より、めっき面にレジスト膜を形成した５枚の試験片のエッチング後のポリイミドフィルムの厚みの平均値は２０.３７μｍであり、エッチング処理前の初期厚み１に対する厚み（ポリイミド膜厚比）は０.５４であった。

同様にして、非めっき面にレジスト膜を形成した５枚の試験片に対しても当該レジスト膜を引き剥がしてポリイミドフィルムの厚さを測定して平均値を算出したところ、それぞれ２０.１６μｍ、１９.９６μｍ、２０.５６μｍ、２０.２６μｍ、及び２０.４０μｍであり、非めっき面にレジスト膜を形成した５枚の試験片のエッチング後のポリイミドフィルムの厚みの平均値は２０.２７μｍであり、エッチング処理前の初期厚みに対する厚み（ポリイミド膜厚比）は０.５３であった。すなわち、めっき面にレジスト膜を形成してその反対側をエッチングした試験片と、非めっき面にレジスト膜を形成してその反対側をエッチングした試験片とのポリイミドフィルムの厚みの差は０.１０μｍであった。

続いて、上記試験片を切り出したポリイミドフィルムに対してスパッタ法で厚み２００Åの銅層を成膜し、電気めっきにてさらに厚み８μｍの銅層を形成することにより二層めっき基板を作製した。これをＪＩＳ Ｃ ６４８１のプリント配線板用銅張積層板試験方法の５.２２に記載された試験方法に準拠して最大反り量を測定した結果、１７.９１ｍｍであった。

上記したロットＡとは別ロットの宇部興産(株)製の厚さ３８μｍのポリイミドフィルム（製品名：Ｕｐｉｌｅｘ）の６種類のロットＢ〜Ｇを用意した。そして、これらロットＢ〜Ｇのポリイミドフィルムの各々に対して、上記したロットＡのポリイミドフィルムの場合と同様にしてＲ１及びＲ２を測定し、更に金属層をめっきした後の二層めっき基板の最大反り量を測定した。これらロットＡ〜Ｇのポリイミドフィルムのめっき前の曲率半径比Ｒ１/Ｒ２及び金属層のめっき後の最大反り量（ｍｍ）の測定結果を下記表１に示す。

上記表１の結果に基づいて、曲率半径の比Ｒ１／Ｒ２をｘ軸に、二層めっき基板の最大反り量をｙ軸としてプロットした結果を図２に示す。これらプロットの相関関係から近似式を算出したところ、下記式１が得られた。この式１の近似式の相関係数は０.９６と高い相関関係が確認された。つまり、めっき前のポリイミドフィルムにレジスト膜を成膜して反対側からエッチングした時に生じる反りの曲率半径に基づいて二層めっき基板の反り量が算出可能であることが認められた。
[式１]
ｙ＝−１.８９１ｘ＋２１.３２５

[比較例]
上記実施例で使用したポリイミドフィルムのロットＡ、Ｂ、及びＣを再度用意し、各々に対して上記実施例と同様にして１０枚の試験片を切り出してレジスト膜の成膜とエッチング処理とを行ったが、本比較例ではめっき面にレジスト膜を成膜したものと非めっき面にレジスト膜を成膜したものとでエッチング時間に差をつけた。

その結果、エッチング処理後の２枚の試験片の厚みの差がロットＡでは０.７６μｍ（めっき面側にレジスト膜を成膜したものの平均厚み２０.３９μｍ、非めっき面側にレジスト膜を成膜したものの平均厚み１９.６３μｍ）、ロットＢでは０.５８μｍ（めっき面側にレジスト膜を成膜したものの平均厚み１９.５６μｍ、非めっき面側にレジスト膜を成膜したものの平均厚み２０.１４μｍ）、ロットＣでは０.８８μｍ（めっき面側にレジスト膜を成膜したものの平均厚み２０.８９μｍ、非めっき面側にレジスト膜を成膜したものの平均厚み２０.０１μｍ）であった。

以降は上記実施例と同様にして曲率半径比Ｒ１／Ｒ２と二層めっき基板の最大反り量（ｍｍ）を測定した。その結果を下記表２に示す。また、この表２の曲率半径の比Ｒ１／Ｒ２をｘ軸に、二層めっき基板の最大反り量をｙ軸としてプロットした結果を図３に示す。この図３から分かるように、エッチング処理後の２枚の試験片の厚みの差が０.５μｍ以上の本比較例の方法では曲率半径の比Ｒ１／Ｒ２と二層めっき基板の最大反り量との間には相関関係が認められなかった。

Claims (2)

1. ポリイミドフィルムのめっき面に金属層をめっきしてなる二層めっき基板の反り量をめっき前の段階で評価する方法であって、
   めっき前のポリイミドフィルムから２枚の同サイズの矩形の試験片を縦横の方向がそれぞれ一致するように切り出し、それらのうちの一方の試験片に対して、そのめっき面にレジスト膜を形成すると共に、該めっき面とは反対側の非めっき面側からポリイミドフィルムの初期厚み１に対して厚み０.４〜０.７までエッチングすることによって生じた反りの曲率半径Ｒ１を測定し、
   他方の試験片に対して、その非めっき面にレジスト膜を形成すると共に、該非めっき面とは反対側のめっき面側からポリイミドフィルムの初期厚み１に対して厚み０.４〜０.７であって且つ前記一方の試験片のエッチング後のポリイミドフィルムの厚みとの差が０.５μｍ未満となるようにエッチングすることによって生じた反りの曲率半径Ｒ２を測定し、
   これらの曲率半径の比Ｒ１／Ｒ２に基づいてポリイミドフィルムのめっき面に金属層をめっきした時の反り量を判断することを特徴とする二層めっき基板の最大反り量の評価方法。
2. 前記金属層が銅層であることを特徴とする、請求項１に記載の二層めっき基板の最大反り量の評価方法。