JPWO2008152974A1 - 耐熱エージング特性に優れた金属被覆ポリイミド樹脂基板の製造方法 - Google Patents
耐熱エージング特性に優れた金属被覆ポリイミド樹脂基板の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
このメタライジング法においては、金属層とポリイミドフィルムとの密着力を高めるために、金属層を形成するに先立ち、ポリイミドフィルム表面をプラズマ処理により、表面の汚染物質の除去ならびに表面粗さの向上を目的として改質を行うことが行われている(特許文献1及び2参照)。この方法は極めて有効な方法ではあるが、回路形成時の熱処理や使用環境での長期信頼性などにおいて、やや密着力が低下する問題がある。
この方法は、ニッケルめっきは銅のポリイミド樹脂への拡散を防止するバリアの役目をすること、そして無電解ニッケルめっきがポリイミド樹脂フィルムとの接着性に優れているという特性を利用するものである。しかし、この方法は熱負荷がかかった場合に接着強度が低下し剥離する問題がある。
これはポリイミド樹脂に吸湿性があることが原因である。例えば回路設計の際に、はんだ付けなどの熱がかかった場合、ポリイミド樹脂に吸収された水分が熱のために膨張し変形すると、ポリイミド樹脂フィルムとニッケめっきとの間に微小な空隙ができ、接着力が低下するからである。上記の通り、湿式法である無電解ニッケルめっきが避けられない処理工程である以上、この接着強度の低下が避けられない問題である。
この原因は、2工程目で再度厚く無電解ニッケルめっきを行う段階で、前記1工程目で形成された多数の微細孔が、ポリイミド樹脂への無電解ニッケルめっき液の通過孔となる矛盾が生ずるからと考えられる。
1)ポリイミド樹脂フィルムの両面又は片面にBを含有する無電解ニッケルめっき層を形成し、その表層に無電解銅めっき又は電気銅めっきにより導電性皮膜を形成する金属被覆ポリイミド樹脂基板の製造方法において、上記無電解ニッケルめっきに先立って、ポリイミド樹脂基板をアルカリ金属水酸化物からなる溶液に浸漬し親水化する処理、触媒付与処理及び触媒活性化処理を施した後、前記無電解ニッケルめっき層の形成を2工程に分け、第1工程で第2工程よりも厚い無電解ニッケルめっき層を形成した後、加熱処理を行い、さらに第2工程で再度無電解ニッケルめっき層を形成することを特徴とする金属被覆ポリイミド樹脂基板の製造方法を提供する。
加熱処理は、大気中で行うことができる。また、ポリイミド樹脂フィルムをめっき処理する前に、乾燥させて脱水を行う処理を妨げるものではない。
2)第1工程で形成する無電解ニッケルめっきの厚みがニッケルめっき層全体厚みの55%以上になるように形成する前記1)記載の金属被覆ポリイミド樹脂基板の製造方法を提供する。特に、好適な厚さとしては、70%〜80%である。
3)無電解ニッケルの合計厚みが0.1〜1.0μmである前記1)又は2)記載の金属被覆ポリイミド樹脂基板の製造方法。
4)加熱処理の温度を90°C〜300°Cとする前記1)〜3)のいずれかに記載の金属被覆ポリイミド樹脂基板の製造方法を提供する。この温度はポリイミド樹脂基板から水分を蒸発させるための好適な条件である。
5)前記触媒付与処理において、予め金属捕捉能を持つ官能基を有するシランカップリング剤と貴金属化合物とを混合又は反応させた溶液に浸漬することも有効である。前記本願発明の金属被覆ポリイミド樹脂基板の製造方法は、これらを必要に応じて適用することができ、本願発明はこれらを包含する。
前記無電解ニッケルめっきを行う場合には、無電解ニッケルめっき層の形成を2工程に分け、第1工程で第2工程よりも厚い無電解ニッケルめっき層を形成し、次に加熱処理を行う。そして、さらに第2工程で再度無電解ニッケルめっき層を形成する。
加熱処理は、大気中で行うことができる。また、ポリイミド樹脂フィルムをめっき処理する前に、乾燥させて脱水を行う処理を妨げるものではない。
これによって、単に前記第1工程における無電解ニッケルめっきは、多数の蒸発孔が形成されるように薄く被覆するのではなく、厚く被覆するために、むしろめっき膜の孔は減少する。これは第2工程目の無電解ニッケルめっきの際のめっき浴からの水分の浸入を防ぐ役割を持つ。これは、本願発明の大きな特徴と言える。
金属被覆ポリイミド樹脂基板の製造方法は、さらに第1工程で形成する無電解ニッケルめっき層の厚みがニッケルめっき層の全体厚みの55%以上になるように形成することが望ましい。これは、第1工程で形成する無電解ニッケルめっき層の厚みの下限値を示すものである。第1工程で形成する無電解ニッケルめっき層の厚みの上限値は、全体厚みの96%とするのが望ましい。
前記無電解ニッケル又はニッケル合金の合計厚みの下限値は、ポリイミド樹脂基板との接着性と銅のポリイミド樹脂基板への拡散防止のためには、0.1μmとするのが良い。これも好適な厚さを示すものであり、製品の要求度に応じて変えることも可能である。
これによって、第2工程目の無電解ニッケルめっきの際のめっき浴からの水分の浸入を効果的に阻止する役割を有する。加熱処理時間は、特に制限はないが、1分〜60分程度とすることができる。
本願発明においては、上記無電解めっきを、主に説明しているが、エージング後のピール強度を向上させる方法は、このような無電解めっきだけではない。すなわち、ポリイミド樹脂基板をアルカリ金属水酸化物からなる溶液に浸漬し親水化する処理、触媒付与処理及び触媒活性化処理を施した後に、無電解ニッケルめっきを行うことも重要であることも知るべきである。
B含有量が0.1wt%未満では含有効果が低いので、0.1wt%以上とすること、またB含有量が3wt%を超えるとエージング後のピール強度がやや低下してくるので、3wt%以下とすることが望ましい。特に、有効な範囲は0.5〜2wt%のBを含有する無電解ニッケルめっき液である。
しかし、この数値条件は、被覆する材料の種類又は製造条件により、必要に応じて、上記数値条件の範囲外のBを含有する無電解ニッケルめっき液を使用することも可能である。本願発明は、これらを全て包含するものである。
前記の通り、基板となる材料としてポリイミド樹脂を使用した例を示しているが、他の基板材料への適用も可能である。例えば、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリブチレンテレフタレート、エポキシ樹脂、液晶ポリマーなどである。
ポリイミド樹脂フィルム(デュポン社:カプトン150E)を親水化処理として25°Cの100g/Lの水酸化カリウム水溶液に3分間浸漬した後、純水で洗浄した。触媒付与工程として、予め金属捕捉能を持つ官能基を有するシランカップリング剤と貴金属化合物とを混合又は反応させた溶液(日鉱金属社:PM-A)に50°Cで10分間浸漬し、純水で洗浄した。さらにこの後、触媒活性化処理として還元剤溶液(日鉱金属社:PM-B)に50°Cに3分間浸漬した後、純水で洗浄した。
第1のめっき工程として無電解ニッケル−ホウ素系めっき液(日鉱メタルプレーティング社:ニコムHB)を用い、表1に示すように、0.19μmのニッケル層(1.6wt%B含有)を形成し、純水で洗浄した。次に、水切りを行った後、大気中で150°C10分の熱処理を行った。
第2のめっき工程として、上記と同様のニッケルめっき液にて0.06μmのニッケル層を形成し、合計(第1めっき+第2めっき)0.25μmのニッケル層を形成した。全体の厚みに対する第1のニッケル層の厚みの割合は76%に達する。
この結果、常態ピール強度は、0.54kN/mであり、150°C、7日エージング後、0.35kN/mであり、保持率(エージング後/常態)は64%に達した。これから明らかなように、本実施例1は、全体の厚みに対する第1のニッケル層の厚みの割合が75%であるが、保持率(エージング後/常態)は64%に達し、良好な耐熱エージング特性を備えていることが分かる。
実施例1でのニッケルめっき工程において、第1のめっき工程として無電解ニッケル−ホウ素系めっき液(日鉱メタルプレーティング社:ニコムHB)を用い0.24μmのニッケル層(1.4wt%B含有)を形成し、純水で洗浄した。さらに、水切りを行った後に大気中で150°C10分の熱処理を行った。
次いで、第2のめっき工程として、上記と同様のニッケルめっき液にて0.01μmのニッケル層を形成し、合計(第1めっき+第2めっき)0.25μmのニッケル層を形成した。全体の厚みに対する第1のニッケル層の厚みの割合は96%に達する。
その他は、実施例1と同様の工程である。同様に、90°引き剥がしによるピール強度等の測定結果を、表1に示す。
この結果、常態ピール強度は、0.54kN/mであり、150°C、7日エージング後、0.34kN/mであり、保持率(エージング後/常態)は63%に達した。これから明らかなように、本実施例2は、全体の厚みに対する第1のニッケル層の厚みの割合が96%であるが、保持率(エージング後/常態)は63%に達し、良好な耐熱エージング特性を備えていることが分かる。
実施例1でのニッケルめっき工程において、第1のめっき工程として無電解ニッケル−ホウ素系めっき液(日鉱メタルプレーティング社:ニコムHB)を用い0.14μmのニッケル層(1.6wt%B含有)を形成し、純水で洗浄した。さらに、水切りを行った後に大気中で150°C10分の熱処理を行った。
次いで、第2のめっき工程として、上記と同様のニッケルめっき液にて0.11μmのニッケル層を形成し、合計(第1めっき+第2めっき)0.25μmのニッケル層を形成した。全体の厚みに対する第1のニッケル層の厚みの割合は56%に達する。
その他は、実施例1と同様の工程である。同様に、90°引き剥がしによるピール強度等の測定結果を、表1に示す。
実施例1でのニッケルめっき工程において、第1のめっき工程として無電解ニッケル−ホウ素系めっき液(日鉱メタルプレーティング社:ニコムHB)を用い0.15μmのニッケル層(1.6wt%B含有)を形成し、純水で洗浄した。さらに、水切りを行った後に大気中で150°C10分の熱処理を行った。
次いで、第2のめっき工程として、上記と同様のニッケルめっき液にて0.10μmのニッケル層を形成し、合計(第1めっき+第2めっき)0.25μmのニッケル層を形成した。全体の厚みに対する第1のニッケル層の厚みの割合は60%に達する。
その他は、実施例1と同様の工程である。同様に、90°引き剥がしによるピール強度等の測定結果を、表1に示す。
実施例1でのニッケルめっき工程において、第1のめっき工程として無電解ニッケル−ホウ素系めっき液(日鉱メタルプレーティング社:ニコムHB)を用い0.16μmのニッケル層(1.6wt%B含有)を形成し、純水で洗浄した。さらに、水切りを行った後に大気中で150°C10分の熱処理を行った。
次いで、第2のめっき工程として、上記と同様のニッケルめっき液にて0.09μmのニッケル層を形成し、合計(第1めっき+第2めっき)0.25μmのニッケル層を形成した。全体の厚みに対する第1のニッケル層の厚みの割合は64%に達する。
その他は、実施例1と同様の工程である。同様に、90°引き剥がしによるピール強度等の測定結果を、表1に示す。
実施例1でのニッケルめっき工程において、第1のめっき工程として無電解ニッケル−ホウ素系めっき液(日鉱メタルプレーティング社:ニコムHB)を用い0.18μmのニッケル層(1.6wt%B含有)を形成し、純水で洗浄した。さらに、水切りを行った後に大気中で150°C10分の熱処理を行った。
次いで、第2のめっき工程として、上記と同様のニッケルめっき液にて0.07μmのニッケル層を形成し、合計(第1めっき+第2めっき)0.25μmのニッケル層を形成した。全体の厚みに対する第1のニッケル層の厚みの割合は72%に達する。
その他は、実施例1と同様の工程である。同様に、90°引き剥がしによるピール強度等の測定結果を、表1に示す。
実施例1でのニッケルめっき工程において、第1のめっき工程として無電解ニッケル−ホウ素系めっき液(日鉱メタルプレーティング社:ニコムHB)を用い0.20μmのニッケル層(1.5wt%B含有)を形成し、純水で洗浄した。さらに、水切りを行った後に大気中で150°C10分の熱処理を行った。
次いで、第2のめっき工程として、上記と同様のニッケルめっき液にて0.05μmのニッケル層を形成し、合計(第1めっき+第2めっき)0.25μmのニッケル層を形成した。全体の厚みに対する第1のニッケル層の厚みの割合は80%に達する。
その他は、実施例1と同様の工程である。同様に、90°引き剥がしによるピール強度等の測定結果を、表1に示す。
実施例1でのニッケルめっき工程において、第1のめっき工程として無電解ニッケル−ホウ素系めっき液(日鉱メタルプレーティング社:ニコムHB)を用い0.21μmのニッケル層(1.4wt%B含有)を形成し、純水で洗浄した。さらに、水切りを行った後に大気中で150°C10分の熱処理を行った。
次いで、第2のめっき工程として、上記と同様のニッケルめっき液にて0.04μmのニッケル層を形成し、合計(第1めっき+第2めっき)0.25μmのニッケル層を形成した。全体の厚みに対する第1のニッケル層の厚みの割合は84%に達する。
その他は、実施例1と同様の工程である。同様に、90°引き剥がしによるピール強度等の測定結果を、表1に示す。
実施例1でのニッケルめっき工程において、第1のめっき工程として無電解ニッケル−ホウ素系めっき液(日鉱メタルプレーティング社:ニコムHB)を用い0.22μmのニッケル層(1.5wt%B含有)を形成し、純水で洗浄した。さらに、水切りを行った後に大気中で150°C10分の熱処理を行った。
次いで、第2のめっき工程として、上記と同様のニッケルめっき液にて0.03μmのニッケル層を形成し、合計(第1めっき+第2めっき)0.25μmのニッケル層を形成した。全体の厚みに対する第1のニッケル層の厚みの割合は88%に達する。
その他は、実施例1と同様の工程である。同様に、90°引き剥がしによるピール強度等の測定結果を、表1に示す。
実施例1でのニッケルめっき工程において、第1のめっき工程として無電解ニッケル−ホウ素系めっき液(日鉱メタルプレーティング社:ニコムHB)を用い0.12μmのニッケル層(1.6wt%B含有)を形成し、純水で洗浄し、水切りを行った後に大気中で150°C10分の熱処理を行い、第2のめっき工程として上記と同様のニッケルめっき液にて0.13μmのニッケル層を形成し、合計(第1めっき+第2めっき)0.25μmのニッケル層を形成した。全体の厚みに対する第1のニッケル層の厚みの割合は48%である。
その他は、実施例1と同様の工程である。同様に、90°引き剥がしによるピール強度等の測定結果を表1に示す。
この結果、常態ピール強度は、0.56kN/mであり、150°C、7日エージング後、0.26kN/mであり、保持率(エージング後/常態)は46%であった。これから明らかなように、本比較例1は、全体の厚みに対する第1のニッケル層の厚みの割合が50%であるが、保持率(エージング後/常態)は46%であり、耐熱エージング特性は悪いことが分かる。
実施例1でのニッケルめっき工程において、第1のめっき工程として無電解ニッケル−ホウ素系めっき液(日鉱メタルプレーティング社:ニコムHB)を用い0.19μmのニッケル層(1.6wt%B含有)を形成し、純水で洗浄し、水切りを行った後に大気中で60°C10分の熱処理を行い、第2のめっき工程として上記と同様のニッケルめっき液にて0.06μmのニッケル層を形成し、合計(第1めっき+第2めっき)0.25μmのニッケル層を形成した。全体の厚みに対する第1のニッケル層の厚みの割合は76%である。但し、上記に示す通り、60°C10分の熱処理である。
その他は、実施例1と同様の工程である。同様に、90°引き剥がしによるピール強度等の測定結果を表1に示す。
この結果、常態ピール強度は、0.54kN/mであり、150°C、7日エージング後、0.27kN/mであり、保持率(エージング後/常態)は50%であった。これから明らかなように、本比較例2は、全体の厚みに対する第1のニッケル層の厚みの割合が75%であるが、加熱処理温度が低いために、保持率(エージング後/常態)は50%となり、耐熱エージング特性は悪いことが分かる。
実施例1でのニッケルめっき工程において、第1のめっき工程として無電解ニッケル−ホウ素系めっき液(日鉱メタルプレーティング社:ニコムHB)を用い0.25μmのニッケル層(1.2wt%B含有)を形成し、熱処理および第2のめっき工程は行わなかった。全体の厚みに対する第1のニッケル層の厚みの割合は100%である。
その他は、実施例1と同様の工程である。同様に、90°引き剥がしによるピール強度等の測定結果を表1に示す。
この結果、常態ピール強度は、0.52kN/mであり、150°C、7日エージング後、0.26kN/mであり、保持率(エージング後/常態)は50%であった。これから明らかなように、本比較例3は、全体の厚みに対する第1のニッケル層の厚みの割合が100%であるが、加熱処理していないために、保持率(エージング後/常態)は50%となり、耐熱エージング特性は悪いことが分かる。
実施例1でのニッケルめっき工程において、第1のめっき工程として無電解ニッケル−リン系めっき液(日鉱メタルプレーティング社:KG530F)を用い0.19μmのニッケル層(7.4wt%P含有)を形成し、純水で洗浄し、水切りを行った後に大気中で150°C10分の熱処理を行い、第2のめっき工程として上記と同様のニッケルめっき液にて0.06μmのニッケル層を形成し、合計(第1めっき+第2めっき)0.25μmのニッケル層を形成した。全体の厚みに対する第1のニッケル層の厚みの割合は76%である。
その他は、実施例1と同様の工程である。同様に、90°引き剥がしによるピール強度等の測定結果を表1に示す。
この結果、常態ピール強度は、0.45kN/mであり、150°C、7日エージング後、0.21kN/mであり、保持率(エージング後/常態)は47%であった。これから明らかなように、本比較例4は、無電解ニッケル液にニッケル−リン系を用いたために、保持率(エージング後/常態)は47%となり、耐熱エージング特性は悪いことが分かる。同じNi系合金の無電解めっきであっても、無電解ニッケル−リン系では十分な特性が得られものでないことが分かる。
上記実施例1〜9では、Bの含有量が1.4〜1.6wt%の範囲で実施しているが、0.1〜3wt%のBを含有する無電解ニッケルめっき層であれば、前記実施例1〜9と、殆ど同様の結果であったことを確認している。
Claims (6)
- ポリイミド樹脂フィルムの両面又は片面にBを含有する無電解ニッケルめっき層を形成し、その表層に無電解銅めっき又は電気銅めっきにより導電性皮膜を形成する金属被覆ポリイミド樹脂基板の製造方法において、上記無電解ニッケルめっきに先立って、ポリイミド樹脂基板をアルカリ金属水酸化物からなる溶液に浸漬し親水化する処理、触媒付与処理及び触媒活性化処理を施した後、前記無電解ニッケル層の形成を2工程に分け、第1工程で第2工程よりも厚い無電解ニッケルめっき層を形成した後、加熱処理を行い、さらに第2工程で再度無電解ニッケルめっき層を形成することを特徴とする金属被覆ポリイミド樹脂基板の製造方法。
- 第1工程で形成する無電解ニッケルの厚みがニッケル層の全体厚みの55%以上になるように形成することを特徴とする請求項1記載の金属被覆ポリイミド樹脂基板の製造方法。
- 無電解ニッケルの合計厚みが0.1〜1.0μmであることを特徴とする請求項1又は2記載の金属被覆ポリイミド樹脂基板の製造方法。
- 加熱処理の温度を90°〜300°Cとすることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の金属被覆ポリイミド樹脂基板の製造方法。
- 前記触媒付与処理において、予め金属捕捉能を持つ官能基を有するシランカップリング剤と貴金属化合物とを混合又は反応させた溶液に浸漬することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の金属被覆ポリイミド樹脂基板の製造方法。
- 前記無電解ニッケルめっき層は、0.1〜3wt%のBを含有する無電解ニッケルめっき層であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の金属被覆ポリイミド樹脂基板の製造方法。
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