JP7032127B2 - プリント配線板用基材、プリント配線板及びプリント配線板用基材の製造方法 - Google Patents
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Description
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
本発明の好適な実施形態について、以下に図面を参照しつつ説明する。
<プリント配線板用基材>
図1のプリント配線板用基材1は、絶縁性を有するベースフィルム2と、ベースフィルム2の一方の面に積層され、銅を主成分とする金属層3とを備える。当該プリント配線板用基材1は、フレキシブルプリント配線板用基材であり、可撓性を有する。当該プリント配線板用基材1は、金属層3のベースフィルム2との界面から100nm以下の領域における単位面積あたりの含有量が、クロム(Cr):0.1mg/m2未満、ニッケル(Ni):0.1mg/m2未満である。また、当該プリント配線板用基材1は、ベースフィルム2の金属層3が積層される側の表面の算術平均粗さ(Sa)が0.10μm未満である。
金属層3は、当該プリント配線板用基材1のシード層を構成する。金属層3は、ベースフィルム2の一方の面に直接(つまり、接着剤層等の他の層を介さず)積層されている。金属層3は、ベースフィルム2に固着された銅粒子の焼結体3aを含む。つまり、金属層3はスパッタリング法によって形成されたものではない。当該プリント配線板用基材1は、金属層3を形成する際にスパッタリング等の物理的蒸着に必要な高価な真空設備を必要としないので、微細回路を低コストで形成することができる。また、当該プリント配線板用基材1は、金属層3がスパッタリング法によって形成されたものではないので、金属層3のベースフィルム2との界面から100nm以下の領域におけるCr及びNiの含有量を少なくしても十分な耐マイグレーション性を有する。
ベースフィルム2は絶縁性を有する。ベースフィルム2の主成分としては、例えばポリイミド、液晶ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、フッ素樹脂等の軟質材を用いることができる。これらの中でも、焼結体3aとの結合力が高いことから、ポリイミド、液晶ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、及びこれらの組み合わせが好ましく、ポリイミドがより好ましい。なお、ベースフィルム2は、多孔化されたものでもよく、また充填材、添加剤等を含んでもよい。
ベースフィルム2と金属層3との間の剥離強度の下限としては、6N/cmが好ましく、8N/cmがより好ましい。上記剥離強度が上記下限以上であることによって、ベースフィルム2及び金属層3間の剥離が防止され、電気的な接続信頼性の高いプリント配線板を形成することができる。一方、上記剥離強度の上限としては、特に限定されるものではなく、例えば20N/cmとすることができる。上記剥離強度は、例えばベースフィルム2に固着される焼結体3aの量、導電性インク中の銅粒子のサイズ、後述する塗膜を焼成する際の焼成温度及び焼成時間等によって制御することができる。なお、「剥離強度」とは、JIS-C6471:1995に準拠する180°方向引き剥がし試験で得られる剥離強度をいう。
<プリント配線板用基材>
次に、図2を参照して、本発明の第二実施形態に係るプリント配線板用基材11について説明する。当該プリント配線板用基材11は、絶縁性を有するベースフィルム2と、ベースフィルム2の一方の面に積層され、銅を主成分とする金属層13とを備える。当該プリント配線板用基材11は、フレキシブルプリント配線板用基材であり、可撓性を有する。金属層13は、ベースフィルム2に直接積層される図1の金属層3からなるシード層13aと、シード層13aの外面に積層される電気めっき層13bとを有する。当該プリント配線板用基材11は、金属層13がシード層13aの外面に積層される電気めっき層13bを有する以外、図1のプリント配線板用基材1と同様の構成を有する。そのため、以下では、電気めっき層13bについてのみ説明する。
電気めっき層13bは、シード層13aの外面に直接積層されている。電気めっき層13bは、電気めっきによって形成された電気めっき銅を含む。この電気めっき銅は、シード層13aの外面に積層されると共に、シード層13aを構成する焼結体3a間の空隙に充填されていることが好ましい。
<プリント配線板>
図3のプリント配線板21は、図2のプリント配線板用基材11を用いている。当該プリント配線板21は、ベースフィルム2の一方の面側に導電パターン22を備える。導電パターン22は、プリント配線板用基材11の金属層13をパターニングしたものであり、金属層13の一部を含む。この際のパターニング方法としては、例えば金属層13にレジストパターン等のマスキングを施してエッチングする方法(サブトラクティブ法)を採用することができる。当該プリント配線板21は、シード層13aのベースフィルム2の界面から100nm以下の領域におけるCr及びNiの単位面積あたりの含有量、並びにベースフィルム2の金属層13が積層される側の表面の算術平均粗さ(Sa)が上述の範囲に制御された当該プリント配線板用基材11を用いているので、微細回路の形成が容易である。
次に、図4A~図4Cを参照して、本発明に係るプリント配線板用基材の製造方法の一実施形態を説明する。まず、図4A及び図4Bを参照して、図1のプリント配線板用基材1の製造方法について説明する。
上記塗膜形成工程では、図4Aに示すように、ベースフィルム2の一方の面に銅粒子3bを含む導電性インクを塗布し、この導電性インクを乾燥させることで塗膜30を形成する。なお、塗膜30には、上記導電性インクの分散媒等が含まれていてもよい。
上記導電性インクに分散される銅粒子3bは、高温処理法、液相還元法、気相法等で製造することができる。中でも、液相還元法によれば、製造コストをより低減できるうえ、水溶液中での攪拌等により、容易に銅粒子3bの粒子径を均一にすることができる。
上記導電性インクには、銅粒子3b以外に分散剤が含まれていてもよい。この分散剤としては、特に限定されず、銅粒子3bを良好に分散させることができる種々の分散剤を用いることができる。
銅粒子3bを分散させた導電性インクをベースフィルム2の一方の面に塗布する方法としては、スピンコート法、スプレーコート法、バーコート法、ダイコート法、スリットコート法、ロールコート法、ディップコート法等の従来公知の塗布法を用いることができる。また、スクリーン印刷、ディスペンサ等によりベースフィルム2の一方の面の一部のみに導電性インクを塗布するようにしてもよい。導電性インクの塗布後、例えば室温以上の温度で乾燥することにより塗膜30が形成される。乾燥温度の上限としては、100℃が好ましく、40℃がより好ましい。乾燥温度が上記上限を超えると、塗膜30の急激な乾燥により、塗膜30にクラックが発生するおそれがある。
上記金属層形成工程では、図4Bに示すように、塗膜30の焼成により銅粒子3bの焼結体3aを含む金属層3を形成する。
上記焼成により銅粒子3b同士が焼結すると共に、焼結体3aがベースフィルム2の一方の面に固着される。なお、導電性インクに含まれ得る分散剤やその他の有機物は、焼成によって殆どが揮発又は分解される。また、焼結体3aとベースフィルム2との界面近傍では、焼成によって銅粒子3bが酸化されるため、銅粒子3bに基づく水酸化銅やその水酸化銅に由来する基の生成を抑えつつ、銅粒子3bに基づく酸化銅やその酸化銅に由来する基が生成する。この焼結体3aとベースフィルム2との界面近傍に生成した酸化銅及び酸化銅に由来する基は、ベースフィルム2を構成するポリイミド等の樹脂と強く結合するため、ベースフィルム2と焼結体3aとの間の密着力が大きくなる。
上記電気めっき層積層工程では、電気銅めっきによってシード層13aの外面に電気めっき層13bを積層する。上記電気めっき層積層工程では、シード層13aのベースフィルム2との界面から100nm以下の領域における各種金属成分の含有量に影響を与えないよう、異種金属ができるだけ少ない触媒及びめっき液により電気めっき層13bを形成することが好ましい。上記電気めっき層積層工程の具体的手順としては、特に限定されるものではなく、例えば公知の電解銅めっき浴及びめっき条件から適宜選択すればよい。
続いて、図5を参照して、本発明に係るプリント配線板の製造方法の一実施形態を説明する。ここでは、図2のプリント配線板用基材11を用いた図3プリント配線板21の製造方法を説明する。当該プリント配線板の製造方法は、金属層13にレジストパターン等のマスキングを施してエッチングするエッチング工程を備える。
上記エッチング工程では、シード層13aの導電パターン22間の部分を1回のエッチングによって除去することが好ましい。当該プリント配線板の製造方法は、シード層13aとベースフィルム2との界面から100nm以下の領域におけるCr及びNiの単位面積あたりの含有が上述の範囲内である当該プリント配線板用基材11を用いるため、銅以外の金属のエッチングを別途に行うことを要しない。当該プリント配線板の製造方法は、上記エッチング工程により、微細回路を容易に形成することができる。
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
[No.1]
還元剤としての三塩化チタン溶液80g(0.1M)、pH調整剤としての炭酸ナトリウム50g、錯化剤としてのクエン酸ナトリウム90g、及び分散剤としてのPEI-PEOグラフト共重合体1gをビーカー内で純水1Lに溶解させ、この水溶液を35℃に保温した。また、この水溶液に同温度(35℃)で保温した硝酸銅三水和物10g(0.04M)の水溶液を添加し撹拌させることで銅微粒子を析出させた。さらに、遠心分離により分離した銅微粒子に対し、200mLの純水による洗浄工程を2回繰り返した上、この銅微粒子を乾燥させることで粉末状の銅微粒子を得た。この銅微粒子の平均粒子径D50は30nmであった。続いて、この粉末状の銅微粒子に純水を加えて濃度調整を行うことで、銅微粒子の含有割合が30質量%である導電性インクを製造した。さらに、この導電性インク300μLを親水化処理を行ったポリイミドフィルム(10cm角)からなるベースフィルムにバーコート法により塗布して塗膜を形成した。そして、この塗膜を350℃で焼成することで銅粒子の焼結体からなる金属層を形成してNo.1のプリント配線板用基材を作成した。この銅粒子の焼結体の平均粒子径を日立ハイテクノロジーズ社製のSEM装置「SU8020」によって測定したところ、105nmであった。No.1のプリント配線板用基材の金属層のベースフィルムとの界面から100nm以下の領域における単位面積あたりのCr、Ni、Pd及びTiの含有量をICP-MS(アジレントテクノロジー社製の「ICP-MS 7700x」)によって測定した。また、ベースフィルムの金属層が積層される側の表面の算術平均粗さ(Sa)を測定範囲30μm×30μm、カットオフ値90で測定した。この測定結果を表1に示す。
銅粒子の焼結体の平均粒子径、金属層のベースフィルムとの界面から100nm以下の領域における単位面積あたりのCr、Ni、Pd及びTiの含有量、並びにベースフィルムの金属層が積層される側の表面の算術平均粗さ(Sa)を表1の通りとした以外、No.1と同様にしてNo.2及びNo.3のプリント配線板用基材を作成した。
[No.4]
ポリイミドフィルム(10cm角)からなるベースフィルムにスパッタリング法によってニッケル-クロム合金層及び銅層をこの順で積層することでNo.4のプリント配線板用基材を作成した。No.4のプリント配線板用基材の金属層のベースフィルムとの界面から100nm以下の領域における単位面積あたりのCr、Ni、Pd及びTiの含有量、並びにベースフィルムの金属層が積層される側の表面の算術平均粗さ(Sa)の上記と同様の測定方法による測定結果を表1に示す。
ポリイミドフィルム(10cm角)からなるベースフィルムに接着剤層を介して銅箔を積層することでベースフィルムの一方の面に銅箔からなる金属層が積層されたNo.5のプリント配線板用基材を作成した。No.5のプリント配線板用基材の金属層のベースフィルムとの界面(金属層のベースフィルム側の界面)から100nm以下の領域における単位面積あたりのCr、Ni、Pd及びTiの含有量、並びにベースフィルムの金属層が積層される側の表面の算術平均粗さ(Sa)の上記と同様の測定方法による測定結果を表1に示す。
ポリイミドフィルム(10cm角)からなるベースフィルムにスパッタリング法によってニッケル-クロム合金層及び銅層をこの順で積層することでNo.6のプリント配線板用基材を作成した。No.6のプリント配線板用基材の金属層のベースフィルムとの界面から100nm以下の領域における単位面積あたりのCr、Ni、Pd及びTiの含有量、並びにベースフィルムの金属層が積層される側の表面の算術平均粗さ(Sa)の上記と同様の測定方法による測定結果を表1に示す。
銅粒子の焼結体の平均粒子径、金属層のベースフィルムとの界面から100nm以下の領域における単位面積あたりのCr、Ni、Pd及びTiの含有量、並びにベースフィルムの金属層が積層される側の表面の算術平均粗さ(Sa)を表1の通りとした以外、No.1と同様にしてNo.7のプリント配線板用基材を作成した。
No.1~No.7のプリント配線板用基材の金属層の表面にL/S(Line&Space)=10μm/10μmとなるようレジストパターンを施して、エッチングを行った。具体的には、1wt%ドデシル硫酸ナトリウム水溶液に浸漬後、CA5330(メック株式会社製)に浸漬させて行った。このエッチング結果を表1に示す。なお、表1における「A」はL/S=10μm/10μm回路が形成されたことを示し、「B」はL/S=10μm/10μm回路が形成されなかったことを示す。
表1に示すように、No.1~No.3のプリント配線板用基材は、金属層のベースフィルムとの界面から100nm以下の領域における単位面積あたりのCr及びNiの含有量が上記値であり、かつベースフィルムの金属層が積層される側の表面の算術平均粗さ(Sa)が上記値であるので、金属層のエッチングを高精度で行うことができ、その結果微細回路を形成することができた。これに対し、No.4及びNo.6のプリント配線板用基材は、金属層のベースフィルムとの界面から100nm以下の領域における単位面積あたりのCr及びNiの含有量が0.1mg/m2以上であり、またNo.5及びNo.7のプリント配線板用基材は、ベースフィルムの金属層が積層される側の表面の算術平均粗さ(Sa)が0.10μm以上であるので、エッチングが困難であり、高精度のエッチングを行えず、微細回路を形成することができなかった。
2 ベースフィルム
3,13 金属層
3a 焼結体
3b 銅粒子
13a シード層
13b 電気めっき層
21 プリント配線板
22 導電パターン
30 塗膜
Claims (6)
- 絶縁性を有するベースフィルムと、このベースフィルムの少なくとも一方の面に積層され、銅を主成分とする金属層とを備え、
上記金属層の上記ベースフィルムとの界面から100nm以下の領域における単位面積あたりの含有量が、
Cr:0.1mg/m2未満、
Ni:0.1mg/m2未満、
であり、
上記金属層が、上記ベースフィルムに固着された銅粒子の焼結体を含み、上記焼結体の平均粒子径が50nm以上300nm以下であり、
上記ベースフィルムの上記金属層が積層される側の表面の算術平均粗さ(Sa)が0.06μm以下であるプリント配線板用基材。 - 上記金属層の上記ベースフィルムとの界面から100nm以下の領域における単位面積あたりの含有量が、
Pd:0.1mg/m2未満
である請求項1に記載のプリント配線板用基材。 - 上記金属層の上記ベースフィルムとの界面から100nm以下の領域における単位面積あたりの含有量が、
Ti:0.001mg/m2以上0.05mg/m2以下
である請求項1又は請求項2に記載のプリント配線板用基材。 - 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のプリント配線板用基材を用いたプリント配線板。
- 上記金属層の外面に電気めっき層を備える請求項4に記載のプリント配線板。
- 銅粒子を含む導電性インクの塗布により、絶縁性を有するベースフィルムの一方の面に塗膜を形成する工程と、
上記塗膜を形成する工程で形成された塗膜の焼成により、上記ベースフィルムに固着された銅粒子の焼結体を含む金属層を形成する工程と
を備え、
上記金属層の上記ベースフィルムとの界面から100nm以下の領域における単位面積あたりの含有量が、
Cr:0.1mg/m 2 未満、
Ni:0.1mg/m 2 未満、
であり、
上記焼結体の平均粒子径が50nm以上300nm以下であり、
上記塗膜を形成する工程の前に、上記ベースフィルムの上記一方の面の算術平均粗さ(Sa)を0.06μm以下に制御するプリント配線板用基材の製造方法。
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