JPH0983134A - フレキシブルプリント回路用基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明はプラスチックシート状基体と銅膜との
間の密着力を改善した銅膜ＦＰＣ用基板を提供すること
にある。 【構成】ポリイミドフィルムにニクロム合金をマグネト
ロンスパッタ蒸発せしめることにより、約２００オング
ストロームのニクロム合金薄膜を蒸着して密着層を設け
る。次に該密着層上に銅を同様スパッタ蒸発して、約１
５００オングストロームの銅膜を形成せしめ、高い密着
性を維持する銅膜のＦＰＣ用基板を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は改良された銅薄膜のフレ
キシブルプリント回路用基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にフレキシブルプリント回路基板
（以下単にＦＰＣと呼ぶ）は、銅箔をポリイミドフィル
ムなどのプラスチックフィルム基板に貼着したものが多
いが、この銅箔では薄さに限界があって、より柔軟性に
富むＦＰＣが得られないことと、より微細回路を迅速に
作製するという要求に対しても限界があった。そこで近
年スパッタ蒸着技術がより生産的になったこともあっ
て、当該技術を用い、プラスチックフィルム基板を連続
的に供給しつつ、一挙に銅の薄膜を形成せしめてこれを
ＦＰＣとして実用化するようになってきている。従来、
銅箔の薄さの限界が１０μｍ程度であったのが、このス
パッタ蒸着技術により５００〜１０００オングストロー
ム（０．０５〜０．１μｍ）以下まで薄くすることが可
能になった。

【０００３】この銅薄膜付きのＦＰＣにおいても、プラ
スチック基板に直接銅を蒸着し形成したものでは形成さ
れる銅薄膜と基板との密着性が悪いので、これの改良の
ために、他の金属を先に基板状に蒸着し密着層を設け、
この上に銅を蒸着することが提案されている。（特開昭
６１−１２８５９３号公報）。該公報による密着層は、
具体的にニッケル、錫、マンガン又はインジウムによる
蒸着層であるが、該層にする他の理由として、銅薄膜の
耐蝕性付与と該層自身に化学エッチング（塩化第二鉄等
による）性をもたせることもある。従って、クロムを密
着層に使うことは特に化学エッチング性に欠けるので除
外されるとの記載もなされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記密着層の形成にお
いて、これをスパッタ蒸発法によって行う際、ニッケル
等の磁性体の場合には、その磁性体としての性質から基
本的には高周波スパッタ蒸着（ＲＦスパッタリング）で
実用化されている。このＲＦスパッタリングは成膜速度
が遅くて生産的でないといった欠点がある。この欠点を
補うために次の方法が考えられる。その一つに高周波電
源の電圧を上げることであるが、しかしこれはシート状
基体表面を損傷せしめる危険性があり好ましくない。他
の方法としては直流によるスパッタ蒸発（ＤＣスパッタ
リング）がある。このＤＣスパッタ蒸発法では、基本的
には前記磁性という性質のために膜形成は困難である。
しかし特にターゲットを薄くすることで可能となるが、
ターゲットを薄くすると成膜速度が早くなる方向に時事
刻々と変化する。つまりこのことは長時間連続して蒸着
する場合に、膜厚の不均一が生じて一定した品質・性能
のニッケル薄膜層が得られないということになる。結
局、磁性を有する金属のスパッタ蒸発法による成膜は、
製造上、十分満足できない状況にある。

【０００５】また化学エッチング性にも欠けるクロム
は、最大の欠点が銅薄膜との密着力において安定した高
密着性が得難いことである。これはクロム自身が表面酸
化しやすいとか、銅とは相容しがたいと云う性質に原因
があるものと推察される。この銅との密着力に満足でき
ない他の金属に例えばチタン、錫、マンガン等がある。

【０００６】本発明は、前記する従来技術の欠点を解決
するために、鋭意検討してなされたもので、シート状基
体と銅薄膜との密着性において安定した高密着力を維持
しかつ該基体自身に損傷を与えることなく、製造上の問
題もなく迅速に生産できて、化学エッチングも可能なフ
レキシブル銅薄膜プリント回路用基板を提供することを
目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、シート上基体にスパッタ蒸発法により銅の薄膜層を
設けてなるフレキシブルプリント回路用基板において、
同基体と薄膜層との間にスパッタ蒸発法によりニッケル
−クロム合金（以下ニクロム合金と呼ぶ）薄膜層を介在
せしめてなるフレキシブルプリント回路用基板を提供す
るものである。以下、前記構成について詳述する。

【０００８】基体となるシートは、一般には寸法安定
性、強度、耐熱性、耐薬品性等に優れているプラスチッ
ク製シート状物であり、その厚さはフレキシブルプリン
ト回路としての柔軟性を損なわないのであれば特に制限
はされないが、一般的には下記の通りである。かかる性
質を有するプラスチックとしては、例えばポリエチレン
テレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド（熱可塑性、熱
硬化性）、全芳香族ポリアミド、ポリエーテルイミド、
ポリ（４−メチルペンテン−１）、ポリフェニレンスル
フィド、ポリアリレート、ポリパラバン酸、ポリスルホ
ン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリ
パラキシリレン等と厚さの薄いガラスエポキシ樹脂等も
使用可能である。これらは各々の成形手段と条件によっ
てシート状に形成され、シートの厚さについては一般に
は４〜５００μｍ程度である。しかし、プラスチックの
中には５００μｍ程度の厚さになるとフレキシブル性を
失うものもあるので、全てのプラスチックスにとってフ
レキシブル性を保ち、目的、用途に対して容易に対応で
きる厚さは４〜２５０μｍ程度である。なお、上記プラ
スチックスの中でも、ＰＥＴ、ポリイミド、全芳香族ポ
リアミドは好ましい材料であり、これらのシート状物を
基体とするのがよい。これは、上記する性質において好
ましいばかりか、ニクロム合金による薄膜層と該基体と
の密着性も良好であるからである。

【０００９】そして銅箔をポリイミドフィルム等に接着
剤を介してラミネートして得られる従来の銅張りＦＰＣ
に対して、本発明ではスパッタリング技術を使って、一
挙に薄膜でもって銅膜を形成せしめるものであるが、こ
の銅薄膜層を形成せしめるに先行して、まず前記シート
状基体と銅薄膜との間に特にニクロム合金からなる薄膜
をスパッタ蒸発法によって形成し、介在せしめておく必
要がある。これによって銅薄膜とシート状基体との高い
密着性が得られると共に、経時的変化も少なく品質の安
定したプリント回路基板を製造することができる。

【００１０】ここでニクロム合金のニッケルとクロムと
の組成比は、広い範囲で自由に変えることができるの
で、特定されるものでないがその組成比の範囲は大略１
０〜９０（重量比）％である。

【００１１】シート状基体上にニクロム合金の薄膜を形
成するに際して、一般には該基体面を脱脂、ごみ等除去
のための一次的前処理を行うとよい。そして必要によっ
ては更にコロナ放電処理とか化学的処理などの二次的処
理を行ってもよい。

【００１２】蒸着してニクロム合金薄膜を形成せしめる
手段としてのスパッタ蒸発法は、真空熱蒸着法とかイオ
ンプレーティング法とは異なり、低圧ガス中でイオンを
ターゲットに照射してその結果、ターゲット表面の原
子、分子を蒸発せしめてシート状基体面に薄膜状に沈着
せしめる方法であり、イオン化の方法の違いによって２
極〜３極ＤＣスパッタ、２極ＲＦスパッタ、イオンビー
ムスパッタ、マグネトロンスパッタの各方法がある。ニ
クロム合金の場合にはいずれの方法でも用いることがで
きるが、特に該合金に対しては、低温で高速のスパッタ
蒸発が可能である直流マグネトロンスパッタ蒸発法を用
いることが望ましい。

【００１３】例えば、直流マグネトロンスパッタ蒸発
は、一般に高純度のアルゴンガス雰囲気でその動作圧を
１０^-3〜１０^-1Ｔｏｒｒ程度に調整して直流電源による
電圧印加によって行う。現実に実用化されている装置と
しては、シリンドリカルタイプ、スパッタガンタイプ及
びプレーナータイプがあるが、本発明における基体はプ
ラスチック製のシートであり、これを平行に供給しつつ
連続生産することが可能であるためにプレーナータイプ
が望ましい。

【００１４】シート状基体に蒸着せしめるニクロム合金
薄膜層の厚さは、銅の薄膜のそれよりも薄い方が望まし
い。これは該合金の介在の目的が、主として該基体と銅
薄膜の密着性向上にあるためであり、その厚さは約５０
〜５００オングストローム、好ましくは１００〜３００
オングストロームがよい。

【００１５】ニクロム合金薄膜層が形成されたならば、
該層の上に銅の薄膜層を形成せしめるが、この形成手段
もスパッタ蒸発法によって行う。該法における具体的方
法は、前記するニクロム合金と同様であるが、中でもニ
クロム合金と同様の理由でマグネトロンスパッタ蒸発に
よる成膜が好ましい。そしてこれによる成膜条件もニク
ロム合金の場合のそれの範囲内で行えばよいが、ただ成
膜厚さがニクロム合金のそれよりも厚いので、スパッタ
蒸発時間はより長くする必要がある。

【００１６】銅薄膜の厚さは、後工程（電解銅めっき
等）に必要な導電性の点から検討して決めればよいが、
大略５００〜６０００オングストローム、好ましくは１
０００〜４０００オングストロームである。これは５０
０オングストロームよりも薄いと必要な導電性が得られ
ないこと、そして６０００オングストロームより厚くす
ることは、導電性には全く問題はないが、必要以上の厚
さであることで製造上何ら有利な点がない。つまり成膜
時間がより長くなる。

【００１７】以上に説明するニクロム合金、銅のスパッ
タ蒸発法による膜形成は、シート状基体の両面にも同様
に行うことができるので、この場合には両面フレキシブ
ルプリント回路用基板として得られる。

【００１８】最終的に得られた銅薄膜形成のシート状基
板は、特にＦＰＣとして有効に使用されるが、そのため
のプリント回路作成法は、一般の銅箔張りＦＰＣの場合
と実質的な差はない。つまり、印刷法、ドライフィルム
法等によりエッチングレジスト膜を作製し、塩化第二鉄
等で不必要な銅膜とニクロム合金膜をエッチングして除
去することとか、得られた銅回路を絶縁膜でマスキング
するとか、端子を半田付けするとか、穴明け加工する等
は同様に行われる。但し、銅箔とは異なり、銅層が薄い
のでエッチングが早い。従ってサイドエッチング等の好
ましくない現象がないので、回路パターンの再現性に極
めて優れ、より微細回路が作製できるという大きなメリ
ットがある。この微細回路が作製できるのも密着層とし
てのニクロム合金層の優れた密着力によることは勿論の
ことである。

【００１９】

【作用】ニクロム合金による密着層の介在によって、シ
ート状基体と銅薄膜層との密着力が強く、かつ安定した
密着性能を維持できるのは以下の理由によるものと推察
される。まず、ニクロム密着層とシート状基体との間で
は、安定した金属錯体が形成され密着が得られる。銅薄
膜層とニクロム密着層の間では、銅と主としてニッケル
成分との間で合金化が進み、安定した密着力が得られ
る。

【００２０】スパッタ蒸発法において、ニクロム合金が
直流マグネトロンスパッタリングで好ましく行われるの
は、磁界の印加を妨害するような大きな磁性を有しない
ことの他に、熱の発生が小さく、低温でスパッタリング
できるので薄膜形成前後でニッケルとクロムとの合金組
成が変わらないことによる。

【００２１】

【実施例】以下に比較例と共に実施例によって更に詳述
する。

【００２２】実施例１ ２つの隔離された直流マグネトリロンスパッタリング室
を持つスパッタリング装置を用いて、次の手順で直流マ
グネトロンスパッタ蒸着を行った。各室それぞれにニク
ロム合金（クロム：ニッケル＝５０：５０）と銅のイン
ゴットターゲット台にセットし、それらのターゲット台
の上方へ、水平に脱脂前処理した５０μｍのポリイミド
フィルムをセットし、蓋をして全体を密閉した。次に装
置全体を１２０分間で５×１０^-6Torrとした後、アルゴ
ンガスを導入し２．０×１０^-3Torrに調整した。まずニ
クロム合金ターゲットサイドに直流電力を０．５ｋｗ投
入し、３０秒間ニクロム合金のマグネトロンスパッタ蒸
発を行い、該ポリイミドフィルム面にニクロム合金を蒸
着せしめた後、これを銅ターゲットサイドに移動して、
直流電力を４ｋｗに高め、９０秒間同様にスパッタ蒸発
せしめてニクロム合金薄膜層面に銅を蒸着した。真空破
壊し、蒸着フィルムを取り出して作業を終了した。得ら
れた蒸着フィルムは、約２００オングストロームのニク
ロム合金薄膜層と約１５００オングストロームの銅薄膜
層からなっていた。そしてＪＩＳ Ｃ−５０１６によっ
て測定した剥離強度（ポリイミドフィルムとニクロム合
金層間のピール強度）は１．２ｋｇ／ｃｍであり、更に
これを１２０℃の温度に５日間暴露して同様に剥離強度
を測定したところ、１．０ｋｇ／ｃｍであった。これは
例えば、５０℃での同様な暴露時間に対して少なくとも
２００日以上に相当するので、５０℃での実用に対して
も全く問題のないレベルにある。なお、ポリイミドフィ
ルムと二クロム合金層間の剥離強度が１．２ｋｇ／ｃｍ
であるので、二クロム合金層と銅層間の密着強度は１．
２ｋｇ／ｃｍを超えてより強固に密着していることが理
解される。

【００２３】実施例２ 実施例１においてポリイミドフィルムの代わりに９μｍ
のアラミドフィルム（全芳香族ポリアミド）を用いる以
外、全く同様な条件にて二クロム合金と銅をマグネトロ
ンスパッタ蒸発により各々薄膜に蒸着せしめた。得られ
たスパッタ蒸着フィルムにおいて二クロム合金層の厚さ
は、約２００オングストローム、銅層の厚さは約２００
０オングストロームであり、剥離強度は１．２５ｋｇ／
ｃｍであり、実施例１と同様にフレキシブルプリント回
路用として十分な性能を有しているものであった。

【００２４】比較例１ 実施例１における二クロム合金のスパッタ蒸発による蒸
着は行わずに、銅のみを直接ポリイミドフィルムに同様
条件にてマグネトロンスパッタ蒸発せしめて約１５００
オングストロームの銅膜を形成せしめた。これの剥離強
度は１．０ｋｇ／ｃｍで実施例に比較して小さく、また
これを実施例１と同様に１２０℃で５日間加熱した後の
剥離強度を測定すると０．５ｋｇ／ｃｍであり大きな低
下がみられた。

【００２５】比較例２ 実施例１において、二クロム合金の代わりにクロムをタ
ーゲットとして同様にマグネトロンスパッタ蒸発により
クロム薄膜層を介在せしめた銅薄膜層を設けたポリイミ
ドフィルムを得た。クロム薄膜層の厚さは約２００オン
グストローム、銅薄膜層の厚さは約１５００オングスト
ロームであり、実施例１と同様に剥離強度を測定しよう
としたが、銅層とニクロム合金薄膜層との間で極めて容
易に剥離し、測定に至らなかった。

【００２６】

【発明の効果】本発明は以上に説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００２７】シート状基体上にニクロム合金薄膜層を設
けることで銅と該基体との密着力が高いレベルで安定し
て維持できる。その結果、ＦＰＣ用基板としてより品
質、性能に優れる微細回路を作製することができる。
（クロム、チタン等に比較して）

【００２８】ニクロム合金が、直流マグネトロンスパッ
タ蒸発されるのでロール状のフィルムを長時間連続スパ
ッタリングしても、蒸着された該フィルムの前後での薄
膜の厚さにむらは無い。従って常に一定した品質・性能
の発現できる銅薄膜のＦＰＣ用基板を提供することがで
きる。（ニッケル等の磁性金属のスパッタ蒸着と比較し
て）

【００２９】塩化第ニ鉄に対する化学エッチング性は、
ニッケルを密着層とする場合よりも若干劣るがクロム密
着層が該エッチング不可であるのに対して、実用レベル
でのエッチングが可能である。これは同一エッチング液
によりプリント回路が作製できるということで回路作製
工程上で極めて有効である。

フロントページの続き (72)発明者 出口 哲志 滋賀県守山市森川原町163番地 グンゼ株 式会社滋賀研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シート状基体にスパッタ蒸発法によって
   銅の薄膜層を設けてなるフレキシブルプリント回路用基
   板において、同基体と薄膜層との間にスパッタ蒸発法に
   よるニクロム合金薄膜層を介在せしめてなることを特徴
   とするフレキシブルプリント回路用基板。
2. 【請求項２】 シート状基体の厚さが４〜２５０μｍの
   ポリエチレンテレフタレートフィルム、全芳香族ポリア
   ミドフィルム又はポリイミドフィルムのいずれかである
   請求項１に記載のフレキシブルプリント回路用基板。
3. 【請求項３】 銅の薄膜層の厚さが５００〜６０００オ
   ングストローム、ニクロム合金薄膜層の厚さが５０〜５
   ００オングストロームである請求項１又は２に記載のフ
   レキシブルプリント回路用基板。
4. 【請求項４】 スパッタ蒸発法が直流マグネトロンスパ
   ッタ蒸発法である請求項１に記載のフレキシブルプリン
   ト回路用基板。