JPH0629634A

JPH0629634A - フレキシブル回路基板

Info

Publication number: JPH0629634A
Application number: JP18370092A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Oka; 敦岡; Shin Fukuda; 福田　　伸; Nobuhiro Fukuda; 信弘福田
Original assignee: Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Priority date: 1992-07-10
Filing date: 1992-07-10
Publication date: 1994-02-04

Abstract

(57)【要約】【構成】ポリイミドフィルムと当該ポリイミドフィル
ムの主面上に下地金属の薄膜が形成され、その上に銅の
薄膜が形成された多層薄膜ならびに当該ポリイミドフィ
ルムのもう一方の主面上に形成された酸素透過率が少な
い薄膜により構成されるフレキシブル回路基板用材料。【効果】高温時における金属層とポリイミドフィルム
との接着力の低下を抑制した信頼性の高い金属層／ポリ
イミドからなるフレキシブル回路基板用材料が提供され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はポリイミドフィルムと銅
薄膜で構成されるフレキシブル回路基板用材料に関し、
特に、銅薄膜とポリイミドフィルムの接着性において高
温耐久性の良好なフレキシブル回路基板用材料に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】絶縁性のポリマーフィルム上に金属フィ
ルムが形成されたフレキシブル回路基板は膜厚約１０μ
ｍ以上の金属フィルムとポリマーフィルムとを接着剤で
接合したものがあるが、接着剤の熱的性能がポリマーフ
ィルムの性能に劣ることや金属フィルムの膜厚が１０μ
ｍ以上と厚いために、数十μｍの微細加工が困難である
等の理由から半導体産業における高密度配線に対応する
ことができない、寸法安定性が悪い、製品がそりあがる
等の問題があった。これを解決するために接着剤なしで
金属フィルムを形成する技術が検討されてきた。これ
は、真空蒸着、スパッタリング等の薄膜形成方法により
金属薄膜を形成した後、回路パターンの形成を行うもの
である。この材料においては金属薄膜の膜厚が１μｍ以
下と薄いために数十μｍの微細加工も容易である。

【０００３】すなわち、斯くして形成された回路パター
ンを基にして電解メッキ等によりさらに金属を堆積、成
長させることにより、微細加工された電気導体を形成す
る技術である。なお、後者の技術は半導体産業における
高密度配線を可能にする技術であるが、回路形成工程や
電解メッキ工程等の後工程において接着力の低下が問題
となっていた。特開平０２−９８９９４号公報には０．
０１〜５μｍのクロム層をスパッターで形成すること、
特開昭６２−１８１４８８号公報には５０〜１００００
のニッケル層やニッケルークロム層を蒸着で形成する
こと、特開昭６２−６２５５１号公報にはクロム層を蒸
着で形成すること、特開昭６２−４７９０８号公報には
ニッケル層を蒸着して形成すること、特開昭６１−１２
８５９３号公報には金属層を蒸着して形成すること、特
公昭５７−１８３５７号公報にはニッケル、コバルト、
ジルコニウム、パラジウム等の金属層をイオンプレーテ
ィング法で形成すること、特公昭５７−１８３５６号公
報にはニッケル、ニッケル含有の合金層をイオンプレー
ティング法で形成すること等の技術がすでに開示されて
いる。

【０００４】しかしながら、これら公知の技術は一部成
功をおさめているものの、半導体産業における高密度配
線を可能にするための材料としては、未だ満足される性
能にはなく実用化の足かせになっていた。すなわち、リ
ソグラフィー技術を用いる回路パターン形成工程や通電
抵抗の低下や機械的強度向上のために形成パターン上に
金属層を積層する電解メッキ工程等において金属層がポ
リイミドフイルムから剥離する問題は一部解決されたも
のの、金属層／ポリイミドフイルムからなるフレキシブ
ル回路基板用材料のめざす本来の特徴である耐熱性にお
いて十分な性能が達成できていなかった。例えば、空気
中１５０℃程度の温度に２４時間程加熱した状態で保持
するだけで、金属層とポリイミドフイルムの接着性が著
しく低下する問題が発生していることを我々は見出し
た。この結果、金属層／ポリイミドフイルムからなるフ
レキシブル回路基板用材料を前述のごとき過酷な製造プ
ロセスをもつ半導体産業において実用に供することは困
難であった。

【０００５】

【発明が解決しょうとする課題】本発明は、半導体産業
における高密度配線を可能にするための接着剤なしで形
成された金属層／ポリイミドフィルムからなるフレキシ
ブル回路基板用材料を提供することである。さらに、回
路パターン形成工程や電解メッキ工程等の後工程におい
て、高温時における接着力の低下を防止して、金属層が
ポリイミドフイルムから剥離する問題を克服する技術を
提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、金属層／ポリ
イミドフィルムからなるフレキシブル回路基板用材料の
高温時の性質を各種検討して、高温時の雰囲気が、金属
薄膜とポリイミドフィルムの接着力すなわちポリイミド
フィルムからの金属薄膜の剥離強度を極めて効果的に支
配することを発見した。すなわち、酸化性の雰囲気にお
いては剥離強度が極めて低下したが、非酸化性の雰囲気
ならびに真空雰囲気においては剥離強度の低下は大幅に
緩和されることを見出したのである。さらに、この雰囲
気はポリイミドフィルムを通して金属薄膜に影響を与え
ていることを発見して、本発明を完成するに至ったもの
である。

【０００７】まず、図面について説明するに、図１〜図
３は本発明のフレキシブル回路基板用材料の一実施例の
層構成を示すものであって、１はポリイミドフィルム、
２は酸素透過率の少ない薄膜、３は下地金属の薄膜、４
は銅薄膜、５は回路用銅膜を示すものである。以下、こ
れら図面を参照しつつ本願発明を説明する。すなわち、
本発明は、ポリイミドフィルム１と、当該ポリイミドフ
ィルムの主面上に下地金属の薄膜３が形成され、その上
に銅の薄膜４が形成されてなる多層薄膜と、および当該
ポリイミドフィルムのもう一方の主面上に形成された酸
素透過率の少ない薄膜２とから構成されるフレキシブル
回路基板用材料、であり、好ましくは、ポリイミドフィ
ルムのもう一方の主面上に形成された酸素透過率の少な
い薄膜が、酸素透過率が30cc/ ｍ²/ 日以下の薄膜であ
るフレキシブル回路基板用材料、である。

【０００８】本発明における酸素透過率の少ない薄膜、
好ましくは、透過率が30cc/ ｍ²/日以下の薄膜とは、
当該薄膜がポリイミドフィルムの一つの主面上に形成さ
れた後、酸素の透過率を、後記する実施例に示す方法で
測定して、酸素の透過率が少ない薄膜、好ましくは、30
cc/ ｍ²/ 日以下になる程度に酸素透過率の少ない薄膜
である。特に好ましくは、酸素の透過率を10cc/ ｍ²/
日以下に低下せしめる薄膜である。当該薄膜として用い
るに有効な物質としては、金属や合金、金属や合金の酸
化物、炭化物、窒化物等の無機物はもちろん有機物の薄
膜も有効である。

【０００９】さらに具体的には、酸化安定性に優れた金
属や合金であるニッケル、クロム、ニクロム、チタン、
モリブデン、タングステン、亜鉛、錫、シリコン、モネ
ルメタル等は勿論、導電性の良好な金属である金、銀、
銅、金銀合金、金銀銅合金、銅ニッケル合金等も有効に
利用できる。これらの薄膜をポリイミドフィルムの主面
上に形成して酸素透過率を30cc/ ｍ²/ 日以下に低減す
るためには、用いる物質に応じて、薄膜の膜厚を適宜選
択する必要がある。本発明の効果を十分に発揮させるた
めには、これらの金属薄膜の膜厚は50nm以上、好ましく
は100 nm以上に形成されるが、最大の膜厚は10000nm 以
下で十分である。膜厚を厚くしすぎると、本発明の特徴
の一つである可撓性が失われてくることもあり、必要最
小限度に膜厚を設計することがエッチング性やコスト面
から好ましい条件となる。

【００１０】なお、導電性の金属薄膜を、酸素透過率の
少ない薄膜として用いることも可能であり、その場合に
は、当該薄膜を電気回路や磁気回路等の材料として利用
することができるので好都合である。この場合には、当
該薄膜の膜厚は最大でも10000nm 以下であるから、適
宜、当該薄膜上にメッキ等により膜厚を増加して利用で
きることは当業者の理解するところである。電気回路や
磁気回路等の材料として利用する場合において、特に好
ましい実施態様は酸化安定性の金属や合金と導電性の良
好な金属等を積層して用いることである。具体的には、
ポリイミドフィルムの主面上に酸化安定性の金属や合金
を50nm以上形成した後、導電性の良好な金属を必要な膜
厚に積層して用いることが効果的である。

【００１１】回路形成の目的のためにポリイミドフィル
ムのもう一方の主面上に形成される下地金属の薄膜につ
いては、酸化安定性に優れた金属や合金であるニッケ
ル、クロム、ニクロム、チタン、モリブデン、タングス
テン、亜鉛、錫、インジウム、インジウム錫、シリコ
ン、モネルメタル等ならびにこれらの酸化物、炭化物、
窒化物等が有用である。当然のことながら、酸化安定性
に優れた物質であれば酸素透過率の少ない薄膜を下地金
属として用いることもできる。下地金属の膜厚は30nmか
ら100nm で十分である。30nm未満であると本発明の効果
が十分に発揮されなくなる。100nm を越えて膜厚を増大
すると導電性の低下、エッチングによる回路加工性の低
下、コストの増加等の問題が顕在化してくる。

【００１２】下地金属上に形成される銅薄膜について
は、当業者が容易に理解するところの回路形成用の材料
である。本発明においては、それ以上のとくに限定され
る要件はない。好ましくは純度は99.99%以上の銅が用い
られる。銅薄膜は100nm 以上の膜厚に形成されるが、本
発明はフレキシブル回路基板であり、そのままで用いら
れるよりもメッキ工程、半田工程を経て回路が形成され
る。これらの後工程のことを考慮すると回路加工を容易
にするためには膜厚は200nm 以上であることが好まし
い。なお、銅薄膜４や酸素透過率の少ない薄膜２上に回
路用銅薄膜５を積層してもよい。

【００１３】酸素透過率の少ない薄膜、下地金属薄膜、
ならびに銅薄膜の形成は、真空蒸着法、イオンプレーテ
ィング法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等乾式の形成方
法はもちろん、浸漬法、印刷法等の湿式の薄膜形成方法
も利用することができる。薄膜の接着性や薄膜の膜厚の
制御性に優れたスパッタリング法が特に用いるに好まし
い方法である。スパッタリングの方法において、特に限
定される条件はない。形成すべき薄膜に対応させて適宜
ターゲットを選択して用いることは当業者の理解すると
ころである。スパッタリングの方式にも限定される条件
はなく、ＤＣマグネトロンスパッタリング、高周波マグ
ネトロンスパッタリング、イオンビームスパッタリング
等の方式が有効に用いられる。

【００１４】ポリイミドフィルムの膜厚にはとくに限定
される条件はないが、通常２５μｍ〜１２５μｍの膜厚
のポリイミドフィルムが用途に応じて適宜選択されて用
いられる。ポリイミドフィルムとしては具体的には、カ
プトン、ユーピレックス、アピカル等の商品名として、
市場で入手できるポリイミドフィルムを有効に用いるこ
とができる。さらに、ピロメリット酸無水物、ビフタル
酸無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、オ
キシジフタル酸無水物、ハイドロフランジフタル酸無水
物等の酸無水物とメトキシジアミノベンゼン、4,4'- オ
キシジアニリン、3,4'- オキシジアニリン、3,3'- オキ
シジアニリン、ビスジアニリノメタン、3,3'- ジアミノ
ベンゾフェノン、p,p-アミノフェノキシベンゼン、p,m-
アミノフェノキシベンゼン、m,p-アミノフェノキシベン
ゼン、m,m-アミノフェノキシベンゼン、クロルm-アミノ
フェノキシベンゼン、p-ピリジンアミノフェノキシベン
ゼン、m-ピリジンアミノフェノキシベンゼン、p-アミノ
フェノキシビフェニル、m-アミノフェノキシビフェニ
ル、p-ビスアミノフェノキシベンジルスルホン、m-ビス
アミノフェノキシベンジルスルホン、p-ビスアミノフェ
ノキシベンジルケトン、m-ビスアミノフェノキシベンジ
ルケトン、p-ビスアミノフェノキシベンジルヘキサフル
オロプロパン、m-ビスアミノフェノキシベンジルヘキサ
フルオロプロパン、p-ビスアミノフェノキシベンジルプ
ロパン、o-ビスアミノフェノキシベンジルプロパン、m-
ビスアミノフェノキシベンジルプロパン、p-ジアミノフ
ェノキシベンジルチオエーテル、m-ジアミノフェノキシ
ベンジルチオエーテル、インダンジアミン、スピロビジ
アミン、ジケトンジアミン等のアミンと反応、イミド化
して形成されるポリイミドも本発明に効果的に用いるこ
とができる。

【００１５】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに具体的に
説明するが、本発明は以下の実施例になんら制限される
ものではない。実施例１ポリイミドフィルムとして、膜厚が５０．８μｍのカプ
トンーＶ（デュポン社製）を用い、この片面上に銅をタ
ーゲットにして、ＤＣマグネトロンスパッタリング法に
より、平均膜厚が約１００ｎｍの銅薄膜を、酸素透過率
の少ない薄膜として積層した。銅薄膜が形成されたポリ
イミドフィルムの酸素透過率をＡＳＴＭＤ１４３４−６
６に準拠して測定したところ２９ｃｃ／ｍ²／日であっ
た。このポリイミドフィルムのもう一方の主面に酸素の
グロー放電で処理した後、クロムをターゲットとして、
ＤＣマグネトロンスパッタリングにより平均厚み約５０
ｎｍのクロム薄膜を下地金属の薄膜として形成した後、
真空状態を破ること無く、銅をターゲットにして、連続
的にＤＣマグネトロンスパッタリングにより、当該クロ
ム薄膜に接して、平均膜厚が約６００ｎｍの銅薄膜を積
層した。なお、酸素透過率を低下させる目的で形成した
酸素透過率の少ない薄膜たるもう一方の銅薄膜がメッキ
されないようにマスクで保護した後、銅の電解メッキを
施した。この結果、ポリイミドフィルムの片面に１８μ
ｍ厚みの銅膜（このように、メッキにより膜厚を増加さ
せた銅膜を以下においては回路用銅膜と称する）を有
し、もう一方の面には約１００ｎｍの銅薄膜を有するフ
レキシブル回路基板用材料を得た。この回路用銅膜のポ
リイミドフィルムに対する接着力を測定したところ常態
強度は平均１．２ｋｇ／ｃｍであった。これを１５０℃
のオーブン中に１０日保持した後同様に接着力を測定し
たところ、平均１．１ｋｇ／ｃｍであり、接着力は９
１．６％にやや低下したものの、依然として１．０ｋｇ
／ｃｍを越える高い接着力を保持することを確認した。

【００１６】実施例２実施例１において酸素透過率の少ない薄膜たる平均膜厚
が約１００ｎｍの銅薄膜のかわりに、平均膜厚が約２５
０ｎｍの銅薄膜を積層した。銅薄膜が形成されたポリイ
ミドフィルムの酸素透過率は１０ｃｃ／ｍ²／日であっ
た。実施例１と全く同じ手順を踏んでフレキシブル回路
基板用材料を得た。この基板材料における回路用銅膜の
ポリイミドフィルムに対する接着力を測定したところ常
態強度は平均１．３ｋｇ／ｃｍであった。これを１５０
℃のオーブン中に１０日間保持した後同様に接着力を測
定したところ、平均１．２ｋｇ／ｃｍであり、接着力は
９２．３％にやや低下したものの、依然として１．０ｋ
ｇ／ｃｍを越える高い接着力を保持することを確認し
た。

【００１７】実施例３実施例１において平均膜厚が約１００ｎｍの銅薄膜を形
成するかわりに、酸素透過率の少ない薄膜としてクロム
薄膜を５０ｎｍ積層した。クロム薄膜が形成されたポリ
イミドフィルムの酸素透過率は３０ｃｃ／ｍ²／日であ
った。実施例１と全く同じ手順を踏んでフレキシブル回
路基板用材料を得た。この基板材料における回路用銅膜
のポリイミドフィルムに対する接着力を測定したとこ
ろ、常態強度としては実施例１と同じく平均１．２ｋｇ
／ｃｍであった。これを１５０℃のオーブン中に１０日
間保持した後同様に接着力を測定したところ、平均１．
０２ｋｇ／ｃｍであり、接着力は８５．０％にやや低下
したものの、依然として１．０ｋｇ／ｃｍを越える高い
接着力を保持することを確認した。

【００１８】実施例４ポリイミドフィルムとしてピロメリツク酸無水物とｐ，
ｐ−３，３’アミノフェノキシビフェニルとを反応させ
た後、３００℃でイミド化したフィルムを用いた。この
ポリイミドフィルムの一方の主面に酸素透過率の少ない
薄膜として、平均膜厚が約２５０ｎｍの銅薄膜を形成し
た。銅薄膜が形成されたポリイミドフィルムの酸素透過
率は８ｃｃ／ｍ²／日であった。下地金属にモネルメタ
ルを３０ｎｍ形成した後は、実施例１と全く同じ手順を
踏んでフレキシブル回路基板用材料を得た。この基板材
料における回路用銅膜のポリイミドフィルムに対する接
着力を測定したところ、常態強度としては実施例１より
も高く平均２．１ｋｇ／ｃｍであった。これを１５０℃
のオーブン中に１０日間保持した後同様に接着力を測定
したところ、平均１．５２ｋｇ／ｃｍであり、接着力は
７２．３％にやや低下したものの、依然として１．５ｋ
ｇ／ｃｍを越える極めて高い接着力を保持することを確
認した。

【００１９】比較例１実施例１において平均膜厚が約１００ｎｍの銅薄膜を形
成するかわりに酸素透過率があまり小さくない薄膜平均
膜厚が約３０ｎｍの銅薄膜を形成した。銅薄膜が形成さ
れたポリイミドフィルムの酸素透過率は４０ｃｃ／ｍ²
／日であった。実施例１と全く同じ手順を踏んでフレキ
シブル回路基板用材料を得た。この基板材料における回
路用銅膜のポリイミドフィルムに対する接着力を測定し
たところ、常態強度としては実施例１と同じく平均１．
２ｋｇ／ｃｍであった。これを１５０℃のオーブン中に
保持したところ、接着力の低下が著しく１０日後で接着
力は０．３５ｋｇ／ｃｍに低下した。

【００２０】比較例２ポリイミドフィルムの一方の主面に平均膜厚が約１００
ｎｍの銅薄膜を全く形成しなかったこと以外には、実施
例１と全く同じ手順でフレキシブル回路基板用材料を得
た。ポリイミドフィルムの酸素透過率は３００ｃｃ／ｍ
²／日であった。この基板材料における回路用銅膜のポ
リイミドフィルムに対する接着力を測定した。常態強度
としては実施例１と同じく平均１．２ｋｇ／ｃｍであっ
た。これを１５０℃のオーブン中に保持したところ、接
着力の低下が著しく、３０日間の試験には耐えず、１日
後で接着力は０．０５ｋｇ／ｃｍ以下に低下してしまっ
た。

【００２１】比較例３下地金属を用いないことを除いて実施例１と全く同じ手
順を踏んでフレキシブル回路基板用材料を得た。この基
板材料における回路用銅膜のポリイミドフィルムに対す
る接着力を測定したところ、常態強度としては実施例１
よりもやや高い平均１．５ｋｇ／ｃｍであった。これを
１５０℃のオーブン中に保持したところ接着力の低下が
著しく、１０日間の試験には耐えず、１日後で接着力は
０．１５ｋｇ／ｃｍにまで低下してしまった。

【００２２】

【発明の効果】以上の実施例ならびに比較例から明らか
なように、本発明は例えば半導体ＩＣチップの高集積化
を実現するための耐熱性をも十分に満足しており、高密
度配線のために必要な回路の微細化を可能にするフレキ
シブル回路基板基板用材料の技術を提供するものであ
り、半導体産業にとって、きわめて有用な発明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のフレキシブル回路基板用材料の一実施
例の層構成。

【図２】本発明のフレキシブル回路基板用材料の別の実
施例の層構成。

【図３】本発明のフレキシブル回路基板用材料の更に別
の実施例の層構成。

【符号の説明】

１ポリイミドフィルム２酸素透過率の少ない薄膜３下地金属４銅薄膜５回路用銅薄膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポリイミドフィルムと、当該ポリイミド
フィルムの主面上に下地金属の薄膜が形成され、その上
に銅の薄膜が形成されてなる多層薄膜と、および当該ポ
リイミドフィルムのもう一方の主面上に形成された酸素
透過率の少ない薄膜とから少なくとも構成されるフレキ
シブル回路基板用材料。
【請求項２】ポリイミドフィルムのもう一方の主面上
に形成された酸素透過率の少ない薄膜が、酸素透過率が
30cc/ ｍ²/ 日以下の薄膜である請求項１記載のフレキ
シブル回路基板用材料。