KR100999207B1

KR100999207B1 - 2층 플렉서블 기판

Info

Publication number: KR100999207B1
Application number: KR1020087010338A
Authority: KR
Inventors: 가쓰유키 스치다; 히로노리 고바야시; 류 무라카미; 마사시 구마가이
Original assignee: 닛코킨조쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2005-10-05
Filing date: 2006-08-22
Publication date: 2010-12-07
Also published as: JPWO2007039992A1; US20090092789A1; JP4771552B2; WO2007039992A1; KR20080061387A; CN100588309C; TWI343767B; TW200715919A; CN101278604A; US8568856B2

Abstract

에칭 특성, 레지스트와의 밀착성이 뛰어나고, 표면 결함이 없는 2층 플렉서블 기판을 제공한다.

절연체 필름의 한 면 또는 양면 상에, 접착제를 이용하지 않고 구리층을 형성한 2층 플렉서블 기판으로서, 구리층의 표면 거칠기(R_a)가 0.10∼0.25㎛이고, 또한 구리층 단면의 절연체 필름으로부터 1㎛인 부분의 구리의 평균 결정입자 지름이 0.8㎛이하인 것을 특징으로 하는 2층 플렉서블 기판을 제공한다. 절연체 필름으로서는, 폴리이미드 필름이 바람직하다.

Description

2층 플렉서블 기판{TWO-LAYER FLEXIBLE SUBSTRATE}

본 발명은, 2층 플렉서블 기판에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 절연체 필름상에 구리층을 형성한 2층 플렉서블 기판에 관한 것이다.

플렉서블 배선판을 제작하기 위해서 이용하는 기판으로서, 2층 플렉서블 기판이 주목을 받고 있다. 2층 플렉서블 기판은 절연체 필름상에 접착제를 이용하지 않고 직접 구리 도체층을 형성한 것으로, 기판 자체의 두께를 얇게 할 수 있을 뿐만 아니라, 피착시키는 구리 도체층의 두께도 임의의 두께로 조정할 수 있다고 하는 이점이 있다. 이러한 2층 플렉서블 기판을 제조하는 경우는, 절연체 필름상에 기초 금속층을 형성하여, 그 위에 전기 구리도금을 실시하는 것이 일반적이다. 그러나, 이렇게 해서 얻어진 기초 금속층에는 핀홀이 다수 발생하고, 절연 필름 노출부가 생겨, 박막의 구리 도체층을 형성한 경우에는, 핀홀에 의한 노출 부분을 채울 수 없고, 구리 도체층 표면에도 핀홀이 발생하여 배선 결함을 일으키는 원인이 되고 있었다. 이러한 문제를 해결하는 방법으로서, 예를 들어 특허 문헌 1에, 절연체 필름상에 기초 금속층을 건식 도금법에 의해 제작하고, 다음에 기초 금속층 상에 1차 전기 구리도금 피막을 형성한 후, 알칼리 용액 처리를 실시하며, 이후 무전해 구리도금 피막층을 피착시키고, 마지막으로 2차 전기 구리도금 피막층을 형성하는 2층 플렉서블 기판의 제조 방법이 기재되어 있다. 그러나 이러한 방법은 공정이 복잡하다.

또한, 최근에는 프린트 배선판의 고밀도화에 따라서, 회로폭의 협소화, 다층화에 따른 파인 패턴화가 가능한 구리층이 요구되게 되었다. 이 파인 패턴화를 위해서는, 에칭 속도가 빠르고, 또한 균일 용해성을 가진 구리층, 즉 에칭 특성이 뛰어난 구리층이 필요하다.

또한, 그 위에 레지스트를 도포하고, 도금을 더 실시하여 배선할 때에, 구리 표면의 광택성이 높기 때문에, 레지스트 박리가 발생하는 경우가 있고, 레지스트와의 밀착성이 뛰어난 2층 플렉서블 기판이 요구되고 있다.

특허 문헌 1 : 일본 특허공개공보 평성10-193505호

[발명이 해결하고자 하는 과제]

본 발명은, 에칭 특성, 레지스트와의 밀착성이 뛰어나고, 표면 결함이 없는 2층 플렉서블 기판을 제공하는 것을 과제로 한다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

2층 플렉서블 기판의 에칭 특성, 및 레지스트와의 밀착성에 대하여 검토한 결과, 구리층의 표면 거칠기(R_a)와 단면의 결정입자 지름의 크기를 규정함으로써, 에칭 특성 및 레지스트와의 밀착성이 뛰어나고, 표면 결함이 없는 2층 기판이 되는 것을 발견하였다.

즉, 본 발명은,

(1) 절연체 필름의 한면 또는 양면 상에, 접착제를 이용하지 않고 구리층을 형성한 2층 플렉서블 기판으로서, 구리층의 표면 거칠기(R_a)가 0.10∼0.25㎛이고, 또한 구리층 단면의 절연체 필름으로부터 1㎛인 부분의 구리의 평균 결정입자 지름이 0.8㎛이하인 것을 특징으로 하는 2층 플렉서블 기판,

(2) 상기 절연체 필름이 폴리이미드 필름인 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 2층 플렉서블 기판이다.

[발명의 효과]

2층 플렉서블 기판의 구리층의 표면 거칠기(R_a)와 단면의 구리의 결정입자 지름의 크기를 규정함으로써, 에칭 특성, 또한 레지스트와의 밀착성이 뛰어난 2층 플렉서블 기판이 된다.

또한, 이 표면 거칠기는, 파인 라인 형성에 영향이 없고, 상기 기판은 표면 결함이 없어져, 생산수율이 향상한다.

[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]

본 발명의 2층 플렉서블 기판은, 절연체 필름상에 구리층을 형성한 것이지만, 절연체 필름상에 기초 금속층을 형성한 뒤에, 소정 두께의 구리층을 전기 도금에 의해 형성시키는 것이 바람직하다.

본 발명이 이용하는 절연체 필름으로서는, 폴리이미드 수지, 폴리에스테르 수지, 페놀 수지 등의 열경화성 수지, 폴리에틸렌 수지 등의 열가소성 수지, 폴리아미드 등의 축합 폴리머 등의 수지의 1종 또는 2종 이상의 혼합물로 이루어지는 필름을 들 수 있다. 폴리이미드 필름, 폴리에스테르 필름 등이 바람직하고, 폴리이미드 필름이 특히 바람직하다. 폴리이미드 필름으로서는, 각종 폴리이미드 필름, 예를 들면, 캅톤(Kapton)(토레 듀퐁 제품), 유필렉스(Upilex)(우베 흥산 제품) 등을 들 수 있다.

절연체 필름으로서는, 두께 10∼50㎛의 필름이 바람직하다.

절연체 필름상에는, Ni, Cr, Co, Ti, Cu, Mo, Si, V 등의 단독 원소 또는 혼합계 등에 의한 기초 금속층을, 증착, 스퍼터, 또는 도금법 등의 공지의 방법에 의해 형성시킬 수 있다.

기초 금속층의 두께는 10∼500㎚가 바람직하다.

본 발명의 2층 플렉서블 기판은, 지금까지 설명해 온 기초 금속층을 형성한 절연체 필름상에, 공지된 전기 도금에 의해 구리도금층을 형성한 것이다.

이때 도금액으로서는, 통상의 산성 구리도금액을 사용할 수 있고, 황산구리 수용액에, 염소, 비이온계 계면활성제, 유황계 유기 화합물을 첨가제로서 혼합한 수용액을 이용하는 것이 바람직하고, 막두께 3∼30㎛의 구리층을 형성하는 것이 바람직하다.

상기 비이온계 계면활성제로서는, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜 등의 폴리에테르 화합물이 바람직하다.

상기 유황계 유기 화합물로서는, 아래와 같이 일반식(1) 또는 (2)의 구조식을 가진 화합물인 것이 바람직하다.

X-R¹-(S)_n-R²-Y (1)

R⁴-S-R³-SO₃Z (2)

(일반식 (1), (2)중에서, R¹, R², 및 R³는 탄소수 1∼8의 알킬렌기이며, R⁴는, 수소,

으로 이루어지는 1군으로부터 선택되는 것이며, X는 수소, 술폰산기, 포스폰산기, 술폰산 또는 포스폰산의 알칼리 금속염기 또는 암모늄염기로 이루어지는 1군으로부터 선택되는 것이며, Y는 술폰산기, 포스폰산기, 술폰산 또는 포스폰산의 알칼리 금속염기로 이루어지는 1군으로부터 선택되는 것이며, Z는 수소, 또는 알칼리 금속이며, n은 2 또는 3이다.)

상기 일반식(1)로 표시되는 유황계 유기 화합물로서는, 예를 들면 이하의 것을 들 수 있고, 바람직하게 이용된다.

H₂O₃P-(CH₂)₃-S-S-(CH₂)₃-PO₃H₂

HO₃S-(CH₂)₄-S-S-(CH₂)₄-SO₃H

HO₃S-(CH₂)₃-S-S-(CH₂)₃-SO₃H

NaO₃S-(CH₂)₃-S-S-(CH₂)₃-SO₃Na

HO₃S-(CH₂)₂-S-S-(CH₂)₂-SO₃H

CH₃-S-S-CH₂-SO₃H

NaO₃S-(CH₂)₃-S-S-S-(CH₂)₃-SO₃Na

(CH₃)₂CH-S-S-(CH₂)₂-SO₃H

또한, 상기 일반식(2)로 표시되는 유황계 유기 화합물로서는, 예를 들면 이하의 것을 들 수 있고, 바람직하게 이용된다.

구리층의 표면 거칠기(R_a)는, 0.10∼0.25㎛이고, 0.12∼0.24㎛인 것이 바람 직하다.

표면 거칠기를 상기 범위(표면이 적절히 거칠다)로 함으로써, 솔더 레지스트(solder resist)와의 밀착성이 양호해진다. 또한, 표면이 광택면인 경우, 결함이 되는 미소한 돌기나 오목부분은, 표면 거칠기를 상기 범위로 함으로써, 거칠기가 r감추어지기 때문에, 표면의 미소 결함이 없어져, 생산 수율이 향상한다. 0.10∼0.25㎛ 범위의 표면 거칠기(R_a)는 파인 라인의 필요조건에 대응이 가능한 표면 거칠기이다.

구리층의 표면 거칠기는, 통상의 도금에 의해 얻어진 것은, 0.1㎛ 미만이거나, 0.25㎛를 넘는 거친 것이 일반적이다. 0.1㎛ 미만의 광택품의 경우에는, 상기 도금액의 첨가제에 함질소 화합물을 더 첨가함으로써 얻을 수 있다. 또한, 0.25㎛를 넘는 것에 대해서는, 황산구리 수용액(첨가제 없음)으로 얻어진다. 본 발명에서는, 황산구리 수용액에, 염소, 비이온계 계면활성제, 유황계 유기 화합물을 첨가한 수용액을 도금액으로서 이용하고, 전류 밀도를 서서히 높게 하는 방법으로 도금을 실시함으로써, 상기 범위로 할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면, 비이온계 계면활성제, 유황계 유기 화합물을 각각 0.1∼1000ppm 함유하는 상기 도금액을 이용하고, 전류 밀도를 0.1∼50A/dm²의 범위에서, 연속적으로 혹은 2∼10 단계 정도로 서서히 높게 해 나가는 방법이 바람직하다. 또한, 도금 온도는 20∼70℃가 바람직하다. 이러한 방법으로 도금을 실시함으로써, 구리의 결정입자 지름은, 절연체 필름에 가까운 쪽이 작아지고, 서서히 커진다.

또한, 구리층의 절연체 필름으로부터 1㎛인 부분의 구리의 평균결정 입자지름이 0.8㎛ 이하이고, 0.2∼0.7㎛인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 구리층의 구리의 결정 평균 입자지름은, 상술한 바와 같이 절연체 필름 표면에 가까울수록 작아진다. 따라서, 절연체 필름으로부터 1㎛인 부분의 구리의 평균 결정입자 지름이 0.8㎛이하이면, 1㎛보다 절연체 필름에 가까운 부분에서는, 그 이하가 된다.

파인 패턴을 형성시키기 위해서는, 절연체 필름 근방의 에칭 특성이 중요하고, 구리층의 절연체 필름으로부터 1㎛까지의 구리의 평균 결정입자 지름을 0.8㎛ 이하로 함으로써 파인 패턴화가 가능해진다. 입자지름이 작은 것이 에칭 특성이 양호해진다. 즉, 절연체 필름 근방의 결정입자 지름을 작게 함으로써 에칭되기 쉬워져, 사이드 에칭을 억제하여, 에칭 특성이 향상한다.

절연체 필름 근방의 구리의 결정입자 지름은, 통상의 황산구리에 의한 광택 도금을 실시하는 방법에 의해 제작하면, 0.8㎛를 넘어 버리지만, 상기한 바와 같이 첨가제의 종류를 바꾸거나 전류 밀도, 도금 온도를 제어함으로써 작게 할 수 있어, 0.8㎛이하가 된다.

절연체 필름으로부터 1㎛인 부분의 구리의 평균 결정입자 지름은, 예를 들면, FIB 절단한 후, SIM로 관찰하여, 결정의 입자지름의 관찰이나 측정함으로써 구할 수 있다.

또한, 본 발명의 2층 플렉서블 기판은, 일반적인 방법으로 기초 금속층을 형성하고, 기초 금속층에 핀홀이 발생했다고 해도, 구리도체층 표면에는 핀홀이 발생 하지 않아, 표면 결함이 없다. 이에 대해서는, 상세한 메카니즘은 알 수 없지만, 기초 금속층에 핀홀이 발생해도, 구리층의 절연체 필름으로부터 1㎛인 부분의 구리의 평균 결정입자 지름을 0.8㎛이하로 함으로써, 핀홀을 구리로 채울 수 있기 때문으로 추정된다.

도 1은 에칭율을 구하는 식을 설명하는 도면이다.

다음으로 본 발명을 실시예에 따라 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해서 한정되는 것은 아니다.

실시예 1∼2, 비교예 1∼3

이하의 도금 조건으로 기초 금속층을 가진 폴리이미드 필름에 전기 도금을 행하여, 약 8㎛의 구리피막을 제작했다. 첨가제 및 그 첨가량은 표 1에 기재된 바와 같다.

액용량 : 약 800㎖

애노드(anode) : 납전극

캐소드(cathode) : 폴리이미드 필름을 권회한 회전 전극

기초 금속층을 가진 폴리이미드 필름 :

37.5㎛ 두께의 캅톤 E(듀퐁 제품)상에 NiCr를 10㎚+Cu를 2000Å 스퍼터 성막한 것.

전류 시간 : 1300As

전류 밀도 : 5→10→20→30A/dm²로 변화(각 전류 밀도로 40초씩 유지)

유속 : 190r.p.m.

Cu : 70g/L

H₂SO₄ : 60g/L

Cl : 75ppm

얻어진 구리 폴리이미드 2층 기판의 표면 거칠기(R_a)(㎛)(산술 평균 거칠기)를 JIS B 0601에 준하여 측정하고, 폴리이미드 필름으로부터 1㎛인 부분의 구리의 평균 결정입자 지름을 구하여, 결함의 개수, 에칭 특성, 레지스트와의 밀착성을 평가했다.

평균 결정입자 지름:

평균 결정입자 지름은, FIB로 단면을 절단한 후, SIM로 관찰하고, 폴리이미드로부터 1㎛의 높이의 부분(10㎛폭)의 결정입자 지름의 평균치를 구했다. 결과는 표 1에 나타낸다.

결함의 개수:

결함의 개수는, 구리층 표면 1dm²의 결함수(미소한 돌기 또는 오목한 부분의 수)를 시각적으로 관찰하여 구했다. 한편, 결과는 표 1에 나타낸다.

에칭 특성:

에칭 특성은, 에칭율에 의해 평가했다. 에칭율은, 20㎛ 피치의 라인을 형성 하여, 하기에 나타내는 계산식에 기초하여 계산했다.

에칭율=h/{(b-t)/2}(=tanθ)

h, b, t는 도 1에 나타낸 바와 같이, h=에칭의 깊이, b=기판 표면의 에칭의 폭, t=에칭 저면의 에칭의 폭을 나타낸다.

결과는 표 1에 나타낸다.

레지스트와의 밀착성 평가:

무전해 금도금 내성에 의해 평가했다. 실시예 1∼2, 및 비교예 1∼2에서 얻어진 기판상에 시판의 솔더 레지스트를 도포했다. 노광, 현상 후 경화하여 평가 기판을 제작했다. 이 평가 기판을 시판의 무전해 Ni도금액과 무전해 금도금액을 이용하여 도금을 실시했다. 이 도금후의 평가 기판에 대해서, 셀로테이프(등록상표)에 의한 필 테스트를 실시하여, 레지스트의 박리에 대하여 평가했다. 실시예 1, 2의 기판을 사용한 것은, 레지스트에 전혀 박리가 인정되지 않았던 것에 비해, 비교예 1, 2의 기판을 사용한 것은, 희미하게 박리가 보였다.

	첨가제	도금온도 (℃)	표면거칠기 (R_a)(㎛)	평균결정입자지름(㎛)	결함의 개수	에칭율
실시예 1	SPS(30ppm) PEG(50ppm)	40	0.15	0.6	0	4.0
실시예 2	SPS(30ppm) PEG(50ppm)	50	0.24	0.4	0	4.3
비교예 1	SPS(15ppm) PEG(50ppm) JGB(30ppm)	50	0.09	1.6	5	2.4
비교예 2	SPS(30ppm) PEG(50ppm) JGB(30ppm)	50	0.07	0.9	10	3.6
비교예 3	SPS(30ppm)	50	0.26	미측정	0	1.6

SPS : 비스(3-술포프로필)디술피드2나트륨

PEG : 폴리에틸렌글리콜

JGB : 야누스그린(Janus green) B(함질소화합물)

이상의 결과로부터, 본 발명의 구리 폴리이미드 2층 기판은, 에칭 특성, 레지스트와의 밀착성이 뛰어나고, 표면 결함이 없는 것을 알 수 있다.

Claims

기초 금속층을 형성한 절연체 필름의 한면 또는 양면 상에, 접착제를 이용하지 않고 도금에 의해 구리층을 형성한 2층 플렉서블 기판으로서, 구리층의 표면 거칠기(R_a)가 0.10∼0.25㎛이고, 또한 구리층 단면의 절연체 필름으로부터 1㎛까지의 구리의 평균 결정입자 지름이 0.8㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 2층 플렉서블 기판.
제 1 항에 있어서, 상기 절연체 필름이 폴리이미드 필름인 것을 특징으로 하는 2층 플렉서블 기판.