JP6337825B2 - ポリイミドフィルムの良否判定方法、並びにそのポリイミドフィルムを用いた銅張積層板及びフレキシブル配線板の製造方法 - Google Patents
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Description
表裏の表面配向度比:ポリイミドフィルムにおける金属層の積層面(A)と、非積層面(B)とで、それぞれのポリイミドフィルム表面の表面配向を測定し、それぞれの表面における配向の平面内分布を楕円換算して楕円率(楕円率=楕円長軸に相当する最大配向/楕円短軸に相当する最小配向)を算出し、表裏両面における楕円率の比である、楕円率(B)/楕円率(A)を表裏の表面配向度比とする。
まず、フレキシブル配線板の製造の前提となる銅張積層板について説明する。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」からなる構造の銅張積層板(以下、銅張積層板とも称する。)とに分類することができる。
次に、本発明の一実施形態であるメタライジング基板について説明する。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1の少なくとも片面に、樹脂フィルム1側から順に下地金属層2、銅薄膜層3、及び銅電気めっき層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。
次に、本発明の一実施形態であるメタライジング基板の製造方法について説明する。メタライジング基板の製造方法の一例としては、以下に示す(a)〜(c)の3工程を経て製造される。
(b)乾式めっき工程:脱水処理したポリイミドフィルムの少なくとも一方の表面にスパッタリング法等の乾式めっき法で下地金属層を成膜し、下地金属層の表面に乾式めっき法で銅薄膜層を成膜する。
(c)湿式めっき工程:下地金属層と銅薄膜層が成膜された銅薄膜層付樹脂フィルムの銅薄膜層の表面に、硫酸銅水溶液中で電気めっき法等の湿式めっき法で銅電気めっきを成膜する。
メタライジング基板に用いられるポリイミドフィルムは、後述の乾式めっきを施す前に脱水することが好ましい。この脱水が不十分であると、下地金属層に水分が取り込まれて酸化してしまい、サブトラクティブ法を用いたフレキシブル配線板を作製する時に、十分な化学エッチング処理を行うことができない。
これらの方法を用いて、ポリイミドフィルムにシワが発生しないように脱水処理を行う。
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、例えば図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。なお、乾式めっき方法はこのスパッタリングに限定されることはなく、真空蒸着、イオンプレーティング等を用いてもかまわない。
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、例えば硫酸銅等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よい。
反転ロール23での反転の直前及び直後の搬送経路を走行する銅薄膜層付樹脂フィルムF2に対向する位置にはそれぞれアノード24a及びアノード24bが設けられている。各アノードは給電ロールとの間で電圧が印加されるようになっており、例えば給電ロール26a、アノード24a、めっき液、銅薄膜層付樹脂フィルムF2及び電源により電気めっき回路が構成される。
これにより銅薄膜層付樹脂フィルムF2の表面に電気めっき処理が施される。
このように電流密度を上昇させることで、銅層の変色を防ぐことができる。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。
次に、本発明に係るフレキシブル配線板の製造方法を詳細に説明する。先ず、配線ピッチが微細化されたフレキシブル配線板の配線加工方法としては、サブトラクティブ法として以下のものが知られている。
この液状フォトレジストの加熱乾燥の際に、銅張積層板も熱が加わり熱処理が行われる。
その液状フォトレジストの乾燥条件は、温度100℃〜150℃の範囲で、乾燥時間は5分以上である。
現像工程は、現像液に、例えば、温度30℃〜50℃とした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用い、現像液をシャワー噴射して行う。
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。ソルダーレジスト加熱硬化でも、銅張積層板には、熱処理が施されることになる。
次に、本発明の一実施形態であるポリイミドフィルムの良否判定方法について説明する。上記実施形態の銅張積層板やフレキシブル配線板に用いることのできるポリイミドフィルムは、(I)平面内における配向を測定し、その最大値である最大配向を示す面内の分子の配向角度が、ポリイミドフィルムのTD方向又はMD方向の差の絶対値で0度以上30度以下であり、かつ、(II)表裏の表面配向度比が1.0未満とする。なお、本明細書において配向とは、例えば、光学的評価における屈折率等のようにフィルム面内の分子鎖の並びを表すパラメータを意味する。分子鎖が一定方向に配列したポリイミドフィルムをこのような範囲とすることで、当該ポリイミドフィルムを用いた銅張積層板やフレキシブル配線板の反り・ネジレを小さいものとすることができる。
ポリイミドフィルムの平面内の分子の配向角度の測定方法では、まず、ポリイミドフィルムの平面内における配向を測定する。ポリイミドフィルムの配向の測定方法は、直接的に分子配向を評価するX線回折法、赤外分光法、レーザーラマン分光法の他、偏光測定、複屈折等の光学的評価、誘電率等の電気的測定、熱膨張率測定等の熱的測定、引張試験等の力学的測定、超音波による配向評価等間接的に分子配向を評価する方法等を用いることができる。後述するように、表裏の表面配向度比を求める必要性の観点から、赤外分光法や複屈折を利用した光学的評価を用いて配向を求めるのが好ましく、中でも測定精度の観点から複屈折を利用した光学的評価を用いることが最も好ましい。
ポリイミドフィルムの良否判定方法における表裏の表面配向度比の算出方法では、まず、上述のようにポリイミドフィルムの金属層の積層面(A)と、非積層面(B)とで、それぞれのポリイミドフィルム表面の表面配向を測定する。表面配向は、上述と同様の複屈折を利用した光学的評価方法等を用いることにより測定することができる。そして、それぞれの表面における配向の平面内分布を楕円換算して楕円率(楕円長軸に相当する最大配向/楕円短軸に相当する最小配向)を求める。金属層の積層面(A)と、非積層面(B)の楕円率をそれぞれ算出し、表裏両面における楕円率の比である、楕円率(B)/楕円率(A)を算出する。楕円率(B)/楕円率(A)が1.0未満を良否判定基準とする。このような範囲であれば、当該ポリイミドフィルムを用いた銅張積層板やフレキシブル配線板の反り・ネジレを小さいものとすることができる。
本発明の一実施形態であるメタライジング基板ではポリイミドフィルムの厚みの方が厚く、配線加工後のフレキシブル配線板では金属の占める面積のほうがフィルムの面積より小さい等、相対的に金属膜層よりもポリイミドフィルムの影響が大きい。更に、上記で述べたように、フレキシブル配線板加工時に加熱工程があり、ポリイミドフィルムは加熱されると反り・ネジレが顕著になる傾向がある。これを抑制するためにもポリイミドフィルムの良否判定方法を行い、所定の管理範囲内に限定することが効果的である。そのため、上記のポリイミドフィルムの良否判定方法を経てスクリーニングされたポリイミドフィルムを用いて製造された銅張積層板ならば、メタライジング基板及びそれを用いたフレキシブル配線板の反り・ネジレを抑制できる。
<銅張積層板の製造>
樹脂フィルムに低CTE(線膨張係数)グレードであるポリイミドフィルム(厚さ:35μm 宇部興産社製:ユーピレックス35SGA)の一方の面側に銅をスパッタリングと電気めっきを用いて8μm積層させ、銅張積層板のサンプルを作成した。なお、ポリイミドフィルムは、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ものであって、ポリイミドフィルムのTD方向の熱膨張係数が10ppm/K以上16ppm/K以下(50℃から200℃の範囲内で5℃/minの速度で昇温したときの熱膨張係数)である。
上記銅張積層体サンプルについて、加熱処理を行った。
実施例1同様にポリイミドフィルムの最大配向を示す面内の分子の配向角度とポリイミドフィルムのTD方向又はMD方向の差の絶対値(表1中、配向角(度)と表記)及び表面配向度比(表1中、配向の表裏差と表記)を測定した。当該最大配向を示す面内の分子の配向角度とTD方向との差の絶対値が70度、MD方向との差の絶対値が20度、表面配向度比は、非積層面(B)/金属層の積層面(A)で0.8であるポリイミドフィルムを用いたこと以外は実施例1と同様に銅張積層体サンプルを作成し、環境変化試験を行った。
実施例1同様にポリイミドフィルムの最大配向を示す面内の分子の配向角度とポリイミドフィルムのTD方向又はMD方向の差の絶対値(表1中、配向角(度)と表記)及び表面配向度比(表1中、配向の表裏差と表記)を測定した。当該最大配向を示す面内の分子の配向角度とTD方向との差の絶対値が42度、MD方向との差の絶対値が48度、表面配向度比は、非積層面(B)/金属層の積層面(A)で0.8であるポリイミドフィルムを用いたこと以外は実施例1と同様に銅張積層体サンプルを作成し、環境変化試験を行った。
実施例1同様にポリイミドフィルムの最大配向を示す面内の分子の配向角度とポリイミドフィルムのTD方向又はMD方向の差の絶対値(表1中、配向角(度)と表記)及び表面配向度比(表1中、配向の表裏差と表記)を測定した。当該最大配向を示す面内の分子の配向角度とTD方向との差の絶対値が55度、MD方向との差の絶対値が35度、表面配向度比は、非積層面(B)/金属層の積層面(A)で0.9であるポリイミドフィルムを用いたこと以外は実施例1と同様に銅張積層体サンプルを作成し、環境変化試験を行った。
実施例1同様にポリイミドフィルムの最大配向を示す面内の分子の配向角度とポリイミドフィルムのTD方向又はMD方向の差の絶対値(表1中、配向角(度)と表記)及び表面配向度比(表1中、配向の表裏差と表記)を測定した。当該最大配向を示す面内の分子の配向角度とTD方向との差の絶対値が13度、MD方向との差の絶対値が77度、表面配向度比は、非積層面(B)/金属層の積層面(A)で1.0であるポリイミドフィルムを用いたこと以外は実施例1と同様に銅張積層体サンプルを作成し、環境変化試験を行った。
実施例1同様にポリイミドフィルムの最大配向を示す面内の分子の配向角度とポリイミドフィルムのTD方向又はMD方向の差の絶対値(表1中、配向角(度)と表記)及び表面配向度比(表1中、配向の表裏差と表記)を測定した。当該最大配向を示す面内の分子の配向角度とTD方向との差の絶対値が78度、MD方向との差の絶対値が12度、表面配向度比は、非積層面(B)/金属層の積層面(A)で1.0であるポリイミドフィルムを用いたこと以外は実施例1と同様に銅張積層体サンプルを作成し、環境変化試験を行った。
実施例1同様にポリイミドフィルムの最大配向を示す面内の分子の配向角度とポリイミドフィルムのTD方向又はMD方向の差の絶対値(表1中、配向角(度)と表記)及び表面配向度比(表1中、配向の表裏差と表記)を測定した。当該最大配向を示す面内の分子の配向角度とTD方向との差の絶対値が43度、MD方向との差の絶対値が47度、表面配向度比は、非積層面(B)/金属層の積層面(A)で1.0であるポリイミドフィルムを用いたこと以外は実施例1と同様に銅張積層体サンプルを作成し、環境変化試験を行った。
実施例1同様にポリイミドフィルムの最大配向を示す面内の分子の配向角度とポリイミドフィルムのTD方向又はMD方向の差の絶対値(表1中、配向角(度)と表記)及び表面配向度比(表1中、配向の表裏差と表記)を測定した。当該最大配向を示す面内の分子の配向角度とTD方向との差の絶対値が37度、MD方向との差の絶対値が53度、表面配向度比は、非積層面(B)/金属層の積層面(A)で1.1であるポリイミドフィルムを用いたこと以外は実施例1と同様に銅張積層体サンプルを作成し、環境変化試験を行った。
結果を表1に示した。具体的には、めっき後加熱処理前及び、加熱処理後の各サンプルの反り・ネジレをそれぞれ求めた。反りは図4のように、4つの角の高さの平均値、ネジレは対角線の高さの平均値を算出し、2つの対角線の平均値の差の絶対値をネジレの大きさとした。つまり、この値が小さいほどネジレは小さいことを示し、この値が0であればネジレが無いことを示す。反り・ネジレの値はそれぞれ、実施例1を基準とし、割り算した値を示す。
F2 銅薄膜層付樹脂フィルム
S 銅張積層板
1 樹脂フィルム
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〜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
30 反り・ネジレ測定サンプル
31〜34 高さ測定箇所
35 反り高さ
Claims (5)
- ポリイミドフィルム上に金属層が積層されているフレキシブル配線基板に用いる、前記ポリイミドフィルムの良否判定方法であって、
前記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み、前記ポリイミドフィルムのTD方向の熱膨張係数が10ppm/K以上16ppm/K以下であり、
前記ポリイミドフィルムは、その平面内で直交するMD方向とTD方向とを有しており、
前記ポリイミドフィルムは、前記平面内における配向を測定し、その最大値である最大配向を示す面内の分子の配向角度が、前記ポリイミドフィルムのTD方向又はMD方向の差の絶対値で0度以上30度以下であり、
前記ポリイミドフィルムは、下記で定義される表裏の表面配向度比が1.0未満であるポリイミドフィルムの良否判定方法。
表裏の表面配向度比:ポリイミドフィルムにおける金属層の積層面(A)と、非積層面(B)とで、それぞれのポリイミドフィルム表面の表面配向を測定し、それぞれの表面における配向の平面内分布を楕円換算して楕円率(楕円率=楕円長軸に相当する最大配向/楕円短軸に相当する最小配向)を算出し、表裏両面における楕円率の比である、楕円率(B)/楕円率(A)を表裏の表面配向度比とする。 - 前記配向の測定を、複屈折を利用した光学的評価により行う請求項1に記載のポリイミドフィルムの良否判定方法。
- 請求項1又は2に記載の良否判定方法を経てスクリーニングされたポリイミドフィルムと、
前記ポリイミドフィルムの一方の表面に下地金属層と、銅層と、を積層する工程と、を含む銅張積層板の製造方法。 - 請求項3に記載の製造方法により製造された銅張積層板に配線加工を施す工程を含むフレキシブル配線板の製造方法。
- 前記配線加工が、サブトラクティブ法又はセミアディティブ法により行う請求項4に記載のフレキシブル配線板の製造方法。
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