JP6206723B2 - フレキシブル配線板の製造方法 - Google Patents
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Description
使用するフレキシブル配線板は、一般的に銅層と樹脂フィルム層とからなる積層構造のフレキシブルな銅張積層板(銅張積層板:Flexible Copper Clad Laminationとも称す)に対して、サブトラクティブ法やセミアディティブ法を用いて配線加工することで作製されている。
具体的には、銅張積層板の銅層の表面にフォトレジスト層を成膜した後、このフォトレジスト層にパターニング処理を施すことにより導体配線として残したい部分以外の銅層の表面を露出させ、この銅層の露出部分を、銅を溶かすエッチング液を用いて選択的に除去することで導体配線を形成し、その後水洗するものである。
具体的には、銅層の表面に配線の形状に開口したフォトレジスト膜を成膜した後、銅層の開口した箇所に配線として必要な膜厚まで銅めっきを施して銅めっき層を設け、フォトレジスト除去後、化学エッチングにより不要な銅層と下地金属層を除去し、その後水洗するものである。
完成したフレキシブル配線板には半導体素子などの電子部品が実装されて回路装置となる。
即ち、フレキシブル配線板の配線ピッチの微細化によりフレキシブル配線板と半導体素子などの電子部品とを接続する際の配線パターンとの位置合わせに係わり、半導体素子の多ピン化の進展に従い要求される精度に対応することが厳しくなってきている。
フレキシブル配線板の製造に用いられる銅張積層板は、接着剤を用いて電解銅箔や圧延銅箔をベース層である絶縁性の樹脂フィルムに接着した「銅箔/接着剤層/樹脂フィルム」からなる3層構造の銅張積層板(以下、3層銅張積層板とも称する)と、銅層若しくは銅箔と樹脂フィルム基材とが直接接合した「銅層若しくは銅箔/樹脂フィルム」からなる2層構造の銅張積層板(以下、2層銅張積層板とも称する)とに分類することができる。
即ち、樹脂フィルムの表面に下地金属層と銅層を順次めっきして形成した銅張積層板(通称メタライジング基板)、銅箔に樹脂フィルムのワニスを塗って絶縁層を形成した銅張積層板(通称キャスト基板)、および銅箔に樹脂フィルムをラミネートした銅張積層板(通称ラミネート基板)の3種類である。
図1はメタライジング基板(銅張積層板6)の一例を示す模式断面図である。
ポリイミドフィルムを用いた樹脂フィルム基材1の少なくとも片面に、樹脂フィルム基材1側から順に、下地金属層2、銅薄膜層3、および銅電気めっき層4が積層され、銅層5は銅薄膜層3と銅電気めっき層4とから構成されている。
この下地金属層2の膜厚が3nm未満では、ポリイミドフィルムからなる樹脂フィルム基材1と銅層5との密着性を保てず、耐食性や耐マイグレーション性で劣るおそれがある。一方、下地金属層2の膜厚が50nmを超えると、サブトラクティブ法やセミアディティブ法で配線加工する際に下地金属層2の十分な除去が困難な場合が生じる。
このように下地金属層2の除去が不十分な場合は、配線間のマイグレーション等の不具合が懸念される。
ポリイミドフィルムの熱的特性は、芳香族酸無水物と芳香族ジアミンとによるイミド化合物により支配されるので、本発明に係るフレキシブル配線板の製造方法では、ポリイミドフィルムが、芳香族ジアミンと3,3‘−4,4−ジフェニルテトラカルボン酸二無水物からなるイミド化合物を含有している必要がある。芳香族ジアミンは、パラフェニレンジアミン等のジアミノベンゼンが挙げられる。
このイミド結合をもつポリイミドフィルムには「ユーピレックス(登録商標 宇部興産株式会社製)」が知られている。「ユーピレックス(登録商標)」フィルムは市場で容易に入手することができる。
長尺のポリイミドフィルムに下地金属層や銅薄膜層を成膜するには、図2に示すロール・ツー・ロールスパッタリング装置を用いればよい。
この図2に示すロール・ツー・ロールスパッタリング装置10は、直方体状のチャンバー12内にその構成要素のほとんどを収納した構造になっている。チャンバー12の形状は図2の直方体形状に限られるものではなく、10−4Pa〜1Pa程度の減圧状態を維持できるのであれば円筒形状等の他の形状でもよい。
上記乾式めっき法で銅薄膜層が成膜された銅薄膜層付樹脂フィルム基材F2は、次に湿式めっき法により銅電気めっき層の成膜が行われる。
湿式めっき法を行う装置としては、例えば硫酸銅などのめっき浴中にて不溶性アノードを用いて電気めっきを行う装置を挙げることができる。なお、使用する銅めっき浴の組成は、通常用いられるプリント配線板用のハイスロー硫酸銅めっき浴でも良い。
この電気めっき装置20は、下地金属層と銅薄膜層を成膜して得られた銅薄膜層付樹脂フィルム基材F2をロール・ツー・ロールで連続的に搬送することで電気めっき槽21内のめっき液28への浸漬状態と非浸漬状態とを繰り返し、めっき液28に浸漬している間に電気めっきにより金属薄膜の表面に銅電気めっき層を成膜するものである。これにより所定の膜厚の銅層が形成された2層構造の銅張積層板Sを作製することができる。なお、銅薄膜層付樹脂フィルム基材F2の搬送速度は、数m〜数十m/分の範囲が好ましい。
また、銅層の膜厚が薄い場合に電流密度が高いと銅層の変色が起こりやすいため、めっき中の電流密度は0.1〜8A/dm2が望ましい。この電流密度が8A/dm2より高くなると銅電気めっき層の外観不良が発生するおそれがある。
銅電気めっき層が成膜されて、2層銅張積層板のメタライジング基板が得られ、そのメタライジング基板は、配線加工に適した幅にスリッターで裁断される。
配線ピッチが微細化されたフレキシブル配線板の製造方法としては、サブトラクティブ法として以下のものが知られている。
配線加工に適した幅に裁断されたメタライジング基板には、銅層の表面にフォトレジスト膜を形成し、このフォトレジスト膜を露光、現像して所望のパターンを形成する。次に、こうして形成されたフォトレジストパターンをマスクとして、露出した銅層を化学エッチングして、フォトレジストパターンと略相似形状の銅層と下地金属層からなる配線パターンを形成する。次いでフォトレジスト層をアルカリ溶液等により剥離除去した後、配線パターン間に残存する下地金属層をエッチング除去することにより、配線パターンが形成される。配線パターンを形成した後に、錫めっきを施し、ソルダーレジスト膜が形成されてフレキシブル配線板となる。
フォトレジスト膜を形成するフォトレジスト膜形成工程は、液状のフォトレジストをスクリーン印刷など公知の塗布方法で銅層表面に塗布され、塗布後、加熱乾燥される。液状フォトレジストの乾燥条件は、温度100℃〜150℃であり時間として5分以上である。
なお、フォトレジスト膜はドライフィルムタイプのフォトレジスト(ドライフィルム)を銅層の表面にラミネートしてもよい。ドライフィルムレジストをラミネートする場合は公知のラミネート方法で、温度100℃〜150℃で数秒以上加圧密着される。瞬間的ではあるが、ドライフィルムレジストのラミネートでも銅張積層板には加熱される熱処理が行われる。
フォトレジスト膜形成工程の次は露光工程である。銅張積層板の銅層の表面に形成されたフォトレジスト膜は、露光工程においては、銅層に配線パターンを形成するために、所定パターンからなるフォトマスクを介して紫外線をフォトレジストに照射し、露光部を形成する。
露光工程の次は現像工程である。露光されたフォトレジストは、現像工程においては、露光領域を現像液で溶解除去し、開口部を有するフォトレジストパターンが形成される。現像液は、例えば、温度30℃〜50℃の炭酸ナトリウム水溶液やトリエタノールアミン水溶液等のアルカリ溶液をシャワー噴射して行われる。
現像工程の次は化学エッチング工程である。フォトレジストパターンが形成された後、この化学エッチング工程で、銅張積層板は配線パターンに加工される。
エッチング液は銅層や下地金属層がエッチングできる組成が望ましい。使用するエッチング液としては、例えば、塩化第二銅水溶液や塩化第二鉄水溶液が用いられる。処理条件としては、例えば、温度が40〜50℃、シャワー圧力が0.1〜0.7MPa、処理時間が20〜120秒という条件でエッチング液を噴射してエッチング処理が行われる。このとき、下地金属層も同時にエッチング除去される。また、必要に応じて過マンガン酸塩水溶液などの下地金属層除去剤をシャワー噴射して下地金属層除去工程を加えてもよい。
錫めっき工程においては、化学エッチング工程により形成された銅層の配線の表面上に、公知の無電解錫めっき法で、錫めっき層が形成される。錫めっき工程の後水洗による薬液除去の後、エアーナイフ等の液切により乾燥される。乾燥後は次工程のソルダーレジスト膜形成工程へ移る。
ソルダーレジスト膜形成工程は、スクリーン印刷により、所定パターンのソルダーレジストを配線パターン上に印刷する。ソルダーレジストには、ポリイミド系(日立化成工業株式会社製:SN−9000)やウレタン系(日本ポリテック株式会社製:NPR−3300)のものが使用可能であり、いずれも加熱により硬化するソルダーレジストである。
ソルダーレジスト印刷の後、ソルダーレジストは加熱硬化される。ソルダーレジストの加熱硬化条件は、温度100℃〜150℃の範囲に加熱される。
ソルダーレジスト硬化工程の後、フレキシブル配線板の製品として完成する。そして、必要に応じて電子部品の実装しやすい大きさに裁断される。
フレキシブル配線板を製造する一連の工程のフォトレジスト膜形成工程、露光工程、現像工程、化学エッチング工程、錫めっき工程、ソルダーレジスト膜形成工程のそれぞれの工程では、長尺の銅張積層板がロール・ツー・ロールで搬送される。その各工程の処理速度(単位時間に処理できるフレキシブル配線板の数)が異なるので、フォトレジスト膜形成工程、露光工程、現像工程、化学エッチング工程、錫めっき工程、ソルダーレジスト膜形成工程を分離して行うことが望ましい。
この別個のクリーンルームでは、それぞれの湿度が均等になっているとは限らず、また、同一のクリーンルーム内でも場所によっては湿度が異なることがある。さらに、フレキシブル配線板の製造工程で、銅張積層板を別のクリーンルームへ移動させる場合や、クリーンルーム内での移動で、銅張積層板が置かれる雰囲気の湿度が変化することもある。
これらのことからすれば、フレキシブル配線板の製造過程で、銅張積層板を移動させた場合、移動前後の湿度変化による銅張積層板の寸法変動を考慮する必要がある。
すなわち芳香族ジアミンと3,3‘−4,4−ジフェニルテトラカルボン酸二無水物からなるイミド化合物を含有しているポリイミドフィルムを用いた銅張積層板の放置される環境の湿度が5%変化するごとに9時間以上放置すれば、銅張積層板の寸法変化は、一定の寸法変化率のままで変動せず、この湿度変化は、加湿、除湿とも同様である。
また、湿度を10%RH変化させたならば、湿度変化5RH%の際の2倍の18時間放置すれば寸法の変化は、一定の寸法変化率のままで変動しない。
また、フォトレジスト膜形成工程と露光工程以外でも、銅張積層板の寸法変動が止まっていれば、フレキシブル配線板の寸法精度を高くすることができる。
試料の外寸をMD方向×TD方向(銅張積層板の幅方向)が20cm×16cmであることと、試料のMD方向とTD方向に略平行となるように両方向に6cm間隔で寸法変化測定用の位置穴を開けたことと、湿度変化前後の寸法変化率を測定した以外は同規格に準拠して測定を行った。
これらの結果から、銅張積層板の周辺湿度を±5%RHの範囲で変化させた直後に、化学エッチングしたフレキシブル配線板と9時間経過後に化学エッチングしたフレキシブル配線板では0.001%の寸法の違いが生じることとなる。幅12cmのフレキシブル配線板であれば、1.2μmだけ寸法がずれることとなり、寸法が1.2μmずれると配線ピッチが40μmのフレキシブル配線板では、配線幅は20μmであり半導体素子など電子部品との接続は困難な場合が考えられる。さらに湿度の変化が±10%RHの範囲ならば寸法のずれは倍の2.4μmとなり、電子部品との接続の困難さはさらに増す。
F2 銅薄膜層付樹脂フィルム基材
S 2層構造の銅張積層板
1 樹脂フィルム基材
2 下地金属層
3 銅薄膜層
4 銅電気めっき層
5 銅層
6 銅張積層板
10 ロール・ツー・ロールスパッタリング装置
11a、11b フリーロール
12 チャンバー
13 巻出ロール
14 キャンロール
15a、15b、15c、15d スパッタリングカソード
16a 前フィードロール
16b 後フィードロール
17a、17b テンションロール
18 巻取ロール
20 ロール・ツー・ロール電気めっき装置
21 電気めっき槽
22 巻出ロール
23 反転ロール
24a〜24t アノード
26a〜26k 給電ロール
28 めっき液
28a めっき液面
29 巻取ロール
Claims (3)
- 長尺のポリイミドフィルムの少なくとも一方の表面に接着剤を介することなく下地金属層と銅層が積層された長尺の2層銅張積層板に配線パターンを形成するフレキシブル配線板の製造方法において、
前記長尺のポリイミドフィルムが芳香族ジアミンと3,3‘−4,4−ジフェニルテトラカルボン酸二無水物とからなるイミド結合を含むポリイミドであり、
前記2層銅張積層板が、フレキシブル配線板の製造工程内で曝される雰囲気における湿度が±5%RHの範囲で変化した際に、変化後の湿度の雰囲気に9時間以上放置後、次工程を行うことを特徴とするフレキシブル配線板の製造方法。 - 前記下地金属層が乾式めっき法で成膜されたことを特徴とする請求項1に記載のフレキシブル配線板の製造方法。
- 前記下地金属層が、厚み3nm〜50nmのニッケル−クロム合金であることを特徴とする請求項1または2に記載のフレキシブル配線板の製造方法。
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