JPWO2010116976A1 - 2層銅張積層板及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

ポリイミドフィルム上にメッキ処理を用いて銅層を形成した2層銅張積層板において、銅張積層板の長手(MD)方向で収縮する挙動を示し、当該積層材の反り量が0〜10mmであって、その標準偏差が3.0mm以下であることを特徴とする2層銅張積層板。但し、反り量は、23°C、湿度50%、72時間、調湿した後の、100mm角の2層銅張積層板の浮き上がり量を示す。ポリイミドフィルム上にメッキ処理により銅層を形成した2層CCL材料において、当該積層材の反り量及びバラツキ並びに寸法変化率を低減させた2層CCL材料及びその製造方法を提供する。

Description

本発明は、ポリイミドフィルム上にメッキ処理を用いて銅層を形成した2層銅張積層板において、当該積層材の反り量を低減させ、寸法変化率を低減する2層銅張積層板に関する。
近年、ファインピッチな回路が要求される液晶ディスプレイ等のドライバIC搭載用回路材料として、ポリイミドフィルム上に銅層を形成した2層銅張積層板(CCL:Cu Clad Laminate)材料が利用されている。COF(Chip On Film)の積層材として使用されている2層CCL材料の中では、特にスパッタリング及びメッキ処理を用いて作製された2層CCL材料が着目されている。
2層CCL材はポリイミドフィルム(PI)上に、スパッタリングによりサブミクロン程度の銅層を形成した後、硫酸銅メッキ処理により銅層を形成したものである。基本発明は、下記特許文献1に記載されている。
しかし、2層CCL材料はPI層の上に銅層を形成することから、PI層の吸湿及び銅層内部応力等によって、当該積層材に反りが生じる。積層材の反りはこのCCL材料をCOFに加工する際及びCOFを基板等に実装する際の障害となる。特に、COFでの積層材の反り量は基板への実装時の搬送の際、チップ又は液晶パネル等の衝突の要因にもなるので、特に重要な問題である。
従来技術として、BPDA−PPD系ポリイミドフィルムの厚みを小さくしても、カールを生じさせない2層CCL材料等のPI層についての技術が開示されている(特許文献2参照)。
また、BPDA−PPD系のポリマー溶液から支持体表面に形成された薄膜を特定の二段階の乾燥を行うことにより、線膨張係数及び熱寸法安定性を良好なものとし、銅薄を貼り合わせた際のカールを低減する技術が開示されている(特許文献3参照)。
しかし、前者は、PI層として最適な構成材料を選択することによって、PI層の厚みを小さくしてもカールを生じさせないものであるが、銅の積層方法によっては必ずしも同様の効果が得られるとは限らない。また後者は、特定の二段階の乾燥を行うことにより、線膨張係数の比を制御しているが、フィルムの状態を外観上確認するのみで、実質的な反り量についてどの程度改善されているかは不明である。
このようなことから、PI層の構成材料の最適化を図ることや、特定の二段階の乾燥を行うことによりカールを低下させる試みがなされており、これらはPI層の改良によりカールの低減をさせるものであるが、銅層の観点から積層材の反り量を低減させるという問題が、基本的には解決されておらず、必ずしも満足できるものではないというのが現状である。
米国特許第5685970号公報 特開2006−225667号公報 特公平4−006213号公報
本発明は、ポリイミドフィルム上にメッキ処理により銅層を形成した2層CCL材料において、当該積層材の反り量及び寸法変化率を低減させた2層CCL材料及びその製造方法を提供する。
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、ポリイミドフィルム上にスパッタリング及びメッキ処理により銅層を形成した2層CCL材料を製造するに際し、IPC-TM-650, 2.2.4, Method B及びMethod Cに準拠したMD方向の寸法変化率がマイナス値(収縮)の場合に、当該積層材の反り量を低減させるのに有効であることを見出した。
これらの知見に基づき、本願は、
1)ポリイミドフィルム上にメッキ処理を用いて銅層を形成した2層銅張積層板において、銅張積層板の長手(MD)方向で収縮する挙動を示し、当該積層材の反り量が0〜10mmであって、標準偏差が3.0mm以下であることを特徴とする2層銅張積層板、但し、反り量は、23°C、湿度50%、72時間、調湿した後の、100mm角の2層銅張積層板の4角の浮き上がり量の平均値を示す、
2)銅張積層板の長手(MD)方向の寸法変化挙動において、100mm角の2層銅張積層板と対比して、該銅張積層板をエッチングした後の寸法が0%〜0.030%の範囲で収縮する挙動を示すことを特徴とする上記1)記載の2層銅張積層板、
3)銅張積層板の長手(MD)方向の寸法変化挙動において、100mm角の2層銅張積層板と対比して、該銅張積層板をエッチングし、さらに熱処理した後の寸法が0%〜0.075%の範囲で収縮する挙動を示すことを特徴とする上記1)記載の2層銅張積層板、
4)ポリイミドフィルムの厚さが25〜50μm、銅層の厚さが1〜20μmであることを特徴とする上記1)〜3)のいずれかに記載の2層銅張積層板、
5)ポリイミドフィルム上にメッキ処理を用いて銅層を形成する2層銅張積層板の製造方法において、メッキ時の電解液温度を55°C以上、65°C以下とし、ライン張力を40kg未満とすることを特徴とするメッキ処理を用いて銅層を形成する2層銅張積層板の製造方法、を提供する。
本発明の2層銅張積層板は、銅張積層板の長手(MD)方向で収縮における当該積層材の寸法変化率が低く維持されつつ、当該積層材の反り量及びそのばらつきを低減することができる。これによって、CCL材料をCOFに加工する際及びCOFを基板等に実装する際の障害を低減させることができるという優れた効果を得ることができる。
本発明の銅張積層板を形成する際に使用したドラム式電気メッキ装置の説明図である。
本発明の2層CCL材料に使用されるポリイミドフィルムは、本発明を達成できるものであれば特に限定されないが、好ましくはBPDA−PPD系ポリイミドフィルムを用いる。
本発明において反り量は、温度23°C、湿度50%、72時間調湿後の100mm角シートの4角の浮き上がり量の平均値と定義する。したがって、反り量がプラスとは、銅層表面を上に向けた状態で凹形状をとり、反り量がマイナスとは、銅層表面を上に向けた状態で凸形状をとることを意味する。
ポリイミドフィルム上にメッキ処理を用いて銅層を形成した2層銅張積層板において、注意すべきことは、この反り量が大きくなり過ぎることである。反り量が大きいことは、2層銅張積層板が変形していることであり、ファインピッチな回路が要求される液晶ディスプレイ等の製作工程において、障害となる虞がある。2層銅張積層板において、この反り量を低減させることができるように、製作工程を充分に管理する必要がある。
反り量を低減させるには、メッキ時の電解液温度を適切な範囲に制御することが有効である。具体的には、メッキ時の電解液温度を55°C以上、65°C以下とすることが望ましい。
さらには、製作工程においてライン張力を大きくかけることで反り量を低減させることができる。しかしながら、ライン張力を大きくしすぎると、反りが逆方向になり、製造上の安定性を欠く状態となってしまう。また、長手方向の寸法変化(収縮)についても顕著となる。したがって、調整された適度な張力が必要である。
ポリイミドフィルム上にメッキ処理を用いて銅層を形成した2層銅張積層板において、銅張積層板の長手(MD)方向で収縮する挙動(寸法変化)を示すことは、ファインピッチな回路が要求される液晶ディスプレイ等のドライバIC搭載用回路材料として使用する場合に、それほど大きな問題とはならないが、大きすぎる場合には無視できなくなる。
したがって、ライン張力を適正な範囲でかけることにより、反り量が同一方向であり、かつできるだけ小さくすると共に、許容される銅張積層板の長手(MD)方向の収縮による寸法変化率(%)において、銅張積層板をエッチングした後の寸法を0%〜0.030%の範囲とし、熱処理した後の寸法を0%〜0.075%の範囲とするのが望ましい。
このような範囲に収めるための適正なライン張力、すなわち反り量を0mm〜10mmとするためのライン張力は、下記実施例に示すように、40Kg未満、寸法変化率(%)を適正な範囲であるためには、ライン張力を38Kg未満、さらには35Kg以下とするのが望ましい。
なお、用途に応じては、上記ライン張力の範囲から多少逸脱する場合があっても、使用できることは容易に理解されるであろう。
MDとは長手方向の寸法変化率(% change in machine direction)である。(なお、TDとは横断方向の寸法変化率(% change in transverse direction)である。)本発明の寸法安定性は、IPC-TM-650, 2.2.4, Method B及びCに準拠したMDにより規定した。寸法変化率という指標では、収縮はマイナス値、伸張がプラス値で表される。
IPC-TM-650, 2.2.4, Method Bは、銅張り状態と銅をエッチングした状態での寸法変化の差であり、IPC-TM-650, 2.2.4, Method Cは、銅張り状態と銅をエッチングした後に、さらに加熱処理した状態での寸法変化の差である。
・銅層のエッチング液の液組成及び管理条件は、次の通りである。
(液組成)
塩化第二銅溶液(CuCl)、酸化銅(CuO)
塩酸(HCl):3.50mol/L(0〜6mol/Lの範囲で調整)
過酸化水素(H):30.0Cap(0〜99.9Capの範囲で調整)
(エッチング液の管理は比重で行う)
比重:1.26(1.100〜1.400の範囲で調整)
(液温):50°C(45〜55°Cの範囲で調整)
・加熱処理の条件は、次の通りである。
IPC-TM-650, 2.2.4, Method Cに準拠した条件(150°C±2°C、30分±2分)
次に実施例及び比較例により本発明を説明する。以下に示す実施例は、本発明の理解を容易にするためのものであり、これらの実施例よって本発明を制限するものではない。すなわち、本発明の技術思想に基づく変形及び他の実施例は、本発明に含まれるものである。
(電解液温度の影響)
ポリイミドフィルム(東レ・デュポン株式会社製,Kapton-ENC)の上にメッキ処理を施して銅層を形成した。具体的には、図1に示されるドラム式電気メッキ装置を用いて形成した。メッキ時の銅箔にかかるライン張力を一定にし、電解液温度を65°C、60°C、55°C、53°C、46°Cと変更し、それぞれにおける反り量及び寸法変化率を表1に示す。なお、実施例1及び実施例2に使用したロット数(テストに使用した個数)はN=6である。
Figure 2010116976
(実施例1)
実施例1は、電解液温度を65°Cとした場合である。反り量が4.21mm、その標準偏差が1.45mmとなり、銅層除去後の寸法変化率が長手(MD)方向で−0.002%となり、銅層除去さらに加熱後の寸法変化率が長手(MD)方向で−0.061%となった。これらの条件は、いずれも本願発明の範囲に入るものであり、好適な2層銅張積層板が得られた。
(実施例2)
実施例2は、電解液温度を60°Cとした場合である。反り量が6.87mm、その標準偏差が1.52mmとなり、銅層除去後の寸法変化率が長手(MD)方向で−0.003%となり、銅層除去さらに加熱後の寸法変化率が長手(MD)方向で−0.024%となった。これらの条件は、いずれも本願発明の範囲に入るものであり、好適な2層銅張積層板が得られた。
(実施例3)
実施例2は、電解液温度を55°Cとした場合である。反り量が6.87mm、その標準偏差が1.52mmとなり、銅層除去後の寸法変化率が長手(MD)方向で−0.003%となり、銅層除去さらに加熱後の寸法変化率が長手(MD)方向で−0.024%となった。これらの条件は、いずれも本願発明の範囲に入るものであり、好適な2層銅張積層板が得られた。
(比較例1)
比較例1は、電解液温度を55°Cとした場合である。銅層除去後の寸法変化率が長手(MD)方向で−0.008%となり、銅層除去さらに加熱後の寸法変化率が長手(MD)方向で−0.038%となり、特に問題となるものではなかった。しかし、この比較例1では、反り量が15.68mmと大きく、その標準偏差が10.31mmとなり、本願発明で目標とする反り量が10mmを超え、好ましくない結果となった。なお、この比較例1に使用したロット数(テストに使用した個数)はN=18である。
(比較例2)
比較例2は、電解液温度を46°Cとした場合である。銅層除去後の寸法変化率が長手(MD)方向で−0.004%となり、銅層除去さらに加熱後の寸法変化率が長手(MD)方向で−0.028%となり、特に問題となるものではなかった。しかし、この比較例2では、反り量が15.32mmと大きくなり、本願発明で目標とする反り量が10mmを超え、好ましくない結果となった。なお、この比較例2に使用したロット数(テストに使用した個数)は、比較例1と同様に、N=18である。
以上から、反り量は、電解液温度の増加に従い低減するとの知見が得られた。また、寸法変化率(B法及びC法)のMDは、電解液温度に依存しないとの知見が得られた。
(ライン張力の影響)
ポリイミドフィルム(東レ・デュポン株式会社製,Kapton-ENC)の上にメッキ処理を施して銅層を形成した。具体的には、図1に示されるドラム式電気メッキ装置を用いて形成した。メッキ時の電解液温度を60°Cと一定にし、ライン張力を28kg、35kg、38kg、40kg、43kg、50kgと変更し、それぞれにおける反り量及び寸法変化率を表2に示す。
なお、上記ライン張力は、図1における、UWでのライン張力と#1でのライン張力との合計値とした。
Figure 2010116976
(実施例4)
表2に示すように、実施例4は、ライン張力を28kgとした場合である。反り量が7.00mmとなり、銅層除去後の寸法変化率が長手(MD)方向で−0.021%となり、銅層除去さらに加熱後の寸法変化率が長手(MD)方向で−0.057%となった。これらの条件は、いずれも本願発明の範囲に入るものであり、好適な2層銅張積層板が得られた。
(実施例5)
表2に示すように、実施例5は、ライン張力を35kgとした場合である。反り量が6.28mmとなり、銅層除去後の寸法変化率が長手(MD)方向で−0.028%となり、銅層除去さらに加熱後の寸法変化率が長手(MD)方向で−0.072%となった。これらの条件は、いずれも本願発明の範囲に入るものであり、好適な2層銅張積層板が得られた。
(実施例6)
表2に示すように、実施例6は、ライン張力を38kgとした場合である。反り量が5.22mmとなり、銅層除去後の寸法変化率が長手(MD)方向で−0.033%となり、銅層除去さらに加熱後の寸法変化率が長手(MD)方向で−0.088%となった。この結果、加熱後の寸法変化率が長手(MD)方向で−0.088%とやや大きくなったが、反り量が少なく、用途に応じて使用できるものである。
ライン張力を増加させると加熱後の寸法変化率が長手(MD)方向で大きくなる傾向を示すが、ライン張力が40kg未満であれば、寸法変化率の増加を用途によっては許容できるものである。
(比較例3)
表2に示すように、比較例3は、ライン張力を40kgとした場合である。反り量が4.81mmとなり、銅層除去後の寸法変化率が長手(MD)方向で−0.049%となり、銅層除去さらに加熱後の寸法変化率が長手(MD)方向で−0.100%となった。
反りの発生は小さいが、銅張積層板をエッチングした後の寸法が0.049%、熱処理した後の寸法が0.1%となって収縮が大きく好適な2層銅張積層板とは言えなかった。
(比較例4)
表2に示すように、比較例4は、ライン張力を43kgとした場合である。比較例4では、反り量が−1.96mmとなり、銅層除去後の寸法変化率が長手(MD)方向で−0.059%となり、銅層除去さらに加熱後の寸法変化率が長手(MD)方向で−0.118%となった。収縮が大きく好適な2層銅張積層板とは言えなかった。
また、本願発明で目標とする反り量が0μm以上に対して、比較例4の反りは、マイナスの値、すなわち銅層表面を上に向けた状態で凸形状となり、好ましくない状態であった。
(比較例5)
表2に示すように、比較例5は、ライン張力を50kgとした場合である。比較例5では、反り量が−19.81mmとなり、銅層除去後の寸法変化率が長手(MD)方向で−0.078%となり、銅層除去さらに加熱後の寸法変化率が長手(MD)方向で−0.140%となった。収縮が大きく好適な2層銅張積層板とは言えなかった。
また、本願発明で目標とする反り量が0μm以上に対して、比較例5の反りは、マイナスの値、すなわち銅層表面を上に向けた状態で大きな凸形状となり、極めて好ましくない状態であった。
以上から、ライン張力が40kg未満では、反り量はプラスの状態であるが、ライン張力が40kg以上では、反り量はマイナス状態となり、反りの挙動が不安定になるとの知見が得られた。また、寸法変化率(B法及びC法)は、ライン張力の低下に従い、MDは0%に近づくとの知見が得られた。
特に、ライン張力が40kg未満であることが好ましく、さらに38kg未満であれば、MDは、B法では0%〜0.03%の収縮、C法では0%〜0.075%の収縮となるので推奨される条件である。
本発明の2層銅張積層板は、反り量及びそのバラツキが低減されたものであって、銅層形成時の寸法と銅層除去後の寸法との変化量(B法)、及び銅層形成時の寸法とPI加熱後の寸法との変化量(C法)が低減(寸法変化率の絶対値が低減)されたものである。これによって、CCL材料をCOFに加工する際及びCOFを基板等に実装する際の障害を低減させることができるという優れた効果を得ることができるので、ファインピッチな回路が要求される液晶ディスプレイ等のドライバIC搭載用回路材料として最適である。
従来技術として、BPDA−PPD系ポリイミドフィルムの厚みを小さくしても、カールを生じさせない2層CCL材料等のPI層についての技術が開示されている(特許文献2参照)。
また、BPDA−PPD系のポリマー溶液から支持体表面に形成された薄膜を特定の二段階の乾燥を行うことにより、線膨張係数及び熱寸法安定性を良好なものとし、銅箔を貼り合わせた際のカールを低減する技術が開示されている(特許文献3参照)。
しかし、前者は、PI層として最適な構成材料を選択することによって、PI層の厚みを小さくしてもカールを生じさせないものであるが、銅の積層方法によっては必ずしも同様の効果が得られるとは限らない。また後者は、特定の二段階の乾燥を行うことにより、線膨張係数の比を制御しているが、フィルムの状態を外観上確認するのみで、実質的な反り量についてどの程度改善されているかは不明である。
(実施例1)
実施例1は、電解液温度を65°Cとした場合である。反り量が4.21mm、その標準偏差が1.45mmとなり、銅層除去後の寸法変化率が長手(MD)方向で−0.020%となり、銅層除去さらに加熱後の寸法変化率が長手(MD)方向で−0.061%となった。これらの条件は、いずれも本願発明の範囲に入るものであり、好適な2層銅張積層板が得られた。
(実施例3)
実施例は、電解液温度を55°Cとした場合である。反り量が8.87mm、その標準偏差が2.68mmとなり、銅層除去後の寸法変化率が長手(MD)方向で−0.005%となり、銅層除去さらに加熱後の寸法変化率が長手(MD)方向で−0.027%となった。これらの条件は、いずれも本願発明の範囲に入るものであり、好適な2層銅張積層板が得られた。
(比較例1)
比較例1は、電解液温度を53°Cとした場合である。銅層除去後の寸法変化率が長手(MD)方向で−0.008%となり、銅層除去さらに加熱後の寸法変化率が長手(MD)方向で−0.038%となり、特に問題となるものではなかった。しかし、この比較例1では、反り量が15.68mmと大きく、その標準偏差が10.31mmとなり、本願発明で目標とする反り量が10mmを超え、好ましくない結果となった。なお、この比較例1に使用したロット数(テストに使用した個数)はN=18である。
(比較例2)
比較例2は、電解液温度を46°Cとした場合である。銅層除去後の寸法変化率が長手(MD)方向で0.004%となり、銅層除去さらに加熱後の寸法変化率が長手(MD)方向で−0.028%となり、特に問題となるものではなかった。しかし、この比較例2では、反り量が22.91mmと大きくなり、その標準偏差が15.32mmとなり、本願発明で目標とする反り量が10mmを超え、好ましくない結果となった。なお、この比較例2に使用したロット数(テストに使用した個数)は、比較例1と同様に、N=18である。
(比較例4)
表2に示すように、比較例4は、ライン張力を43kgとした場合である。比較例4では、反り量が−1.96mmとなり、銅層除去後の寸法変化率が長手(MD)方向で−0.059%となり、銅層除去さらに加熱後の寸法変化率が長手(MD)方向で−0.118%となった。収縮が大きく好適な2層銅張積層板とは言えなかった。
また、本願発明で目標とする反り量が0mm以上に対して、比較例4の反りは、マイナスの値、すなわち銅層表面を上に向けた状態で凸形状となり、好ましくない状態であった。
(比較例5)
表2に示すように、比較例5は、ライン張力を50kgとした場合である。比較例5では、反り量が−19.81mmとなり、銅層除去後の寸法変化率が長手(MD)方向で−0.078%となり、銅層除去さらに加熱後の寸法変化率が長手(MD)方向で−0.140%となった。収縮が大きく好適な2層銅張積層板とは言えなかった。
また、本願発明で目標とする反り量が0mm以上に対して、比較例5の反りは、マイナスの値、すなわち銅層表面を上に向けた状態で大きな凸形状となり、極めて好ましくない状態であった。

Claims (5)

  1. ポリイミドフィルム上にメッキ処理を用いて銅層を形成した2層銅張積層板において、銅張積層板の長手(MD)方向で収縮する挙動を示し、当該積層材の反り量が0〜10mmであって、標準偏差が3.0mm以下であることを特徴とする2層銅張積層板、但し、反り量は、23°C、湿度50%、72時間、調湿した後の、100mm角の2層銅張積層板の4角の浮き上がり量の平均値を示す、
  2. 銅張積層板の長手(MD)方向の寸法変化挙動において、100mm角の2層銅張積層板と対比して、該銅張積層板をエッチングした後の寸法が0%〜0.030%の範囲で収縮する挙動を示すことを特徴とする請求項1記載の2層銅張積層板、
  3. 銅張積層板の長手(MD)方向の寸法変化挙動において、100mm角の2層銅張積層板と対比して、該銅張積層板をエッチングし、さらに熱処理した後の寸法が0%〜0.075%の範囲で収縮する挙動を示すことを特徴とする請求項1記載の2層銅張積層板、
  4. ポリイミドフィルムの厚さが25〜50μm、銅層の厚さが1〜20μmであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の2層銅張積層板、
  5. ポリイミドフィルム上にメッキ処理を用いて銅層を形成する2層銅張積層板の製造方法において、メッキ時の電解液温度を55°C以上、65°C以下とし、ライン張力を38kg未満とすることを特徴とするメッキ処理を用いて銅層を形成する2層銅張積層板の製造方法。
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