KR101705403B1

KR101705403B1 - 2층 플렉시블 기판, 및 2층 플렉시블 기판을 기재로 한 프린트 배선판

Info

Publication number: KR101705403B1
Application number: KR1020130119596A
Authority: KR
Inventors: 쥰이치 나가타
Original assignee: 스미토모 긴조쿠 고잔 가부시키가이샤
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2013-10-08
Publication date: 2017-02-09
Also published as: CN103731974B; US9232649B2; US20140102773A1; CN103731974A; KR20140048803A; JP5706386B2; TW201424493A; JP2014082320A; TWI504323B

Abstract

본 발명은 세미 애디티브법을 이용한 가공에 있어서, 미세 배선 가공성이 우수한 메탈라이징법에 의한 2층 플렉시블 기판의 제공과, 이 미세 배선 가공성이 우수한 2층 플렉시블 기판을 기재에 이용한 프린트 배선판의 제공을 과제로 한다.
상기 과제는 절연체 필름의 적어도 한쪽의 면에 접착제를 개재하지 않고 니켈을 포함하는 합금으로 이루어지는 하지 금속층과, 그 하지 금속층의 표면에 건식 도금법으로 성막되는 구리 박막층과, 구리 박막층의 표면에 전기 도금법으로 형성된 구리 도금 피막을 구비하는 2층 플렉시블 기판에 있어서, 그 구리 도금 피막의 표면으로부터 절연체 필름 방향으로 적어도 0.4 ㎛의 깊이까지의 범위의 구리 도금 피막에 포함되는 황의 함유량이, 10 질량 ppm∼150 질량 ppm인 것을 특징으로 하는 2층 플렉시블 기판에 의해 해결된다.

Description

2층 플렉시블 기판, 및 2층 플렉시블 기판을 기재로 한 프린트 배선판{ADHESIVELESS COPPER CLAD LAMINATES AND PRINTED WIRING ASSEMBLY HAVING ADHESIVELESS COPPER CLAD LAMINATES AS SUBSTRATE}

본 발명은, 세미 애디티브용 2층 플렉시블 기판에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 절연체 필름의 표면에 접착제를 개재하지 않고, 세미 애디티브법에 의해, 직접, 배선 패턴을 형성할 수 있는 2층 플렉시블 기판에 관한 것이다.

또한, 이 2층 플렉시블 기판을 기재에 이용하여, 세미 애디티브법에 의해 제조한 프린트 배선판에 관한 것이다.

일반적으로, 플렉시블 배선판을 제작하기 위해 이용되는 기판은, 절연체 필름 상에 접착제를 이용하여 도체층이 되는 동박을 접합시킨 3층 플렉시블 기판(예컨대, 특허문헌 1 참조)과, 그 절연체 필름 상에 접착제를 이용하지 않고 건식 도금법 또는 습식 도금법에 의해 도체층이 되는 구리 피막층을 직접 형성한 2층 플렉시블 기판으로 크게 나뉜다.

여기서, 3층 플렉시블 기판을 이용하는 경우에는, 서브트랙티브법에 의해 기판 상에 원하는 배선 패턴을 형성함으로써 3층 플렉시블 배선판을 제조할 수 있고, 또한, 2층 플렉시블 기판을 이용하는 경우에는, 서브트랙티브법 또는 세미 애디티브법에 의해 기판 상에 원하는 배선 패턴을 형성함으로써 2층 플렉시블 배선판을 제조할 수 있지만, 종래에는, 제조 방법이 간단하고, 저비용으로 제조할 수 있는 3층 플렉시블 기판의 사용이 주류를 이루고 있었다.

도 3은, 2층 플렉시블 기판을 이용한 서브트랙티브법에 의한 배선 패턴의 제조 공정의 개략도로, 도 3에 도시한 서브트랙티브법에서는, 기판에 도 3의 (0)에 도시한 절연체 필름(1) 상에 건식 도금법으로 형성한 박막의 하지 금속층(2)과, 그 위에 형성된 배선으로서의 막 두께를 갖는 구리 피막층(3)으로 이루어지는 2층 플렉시블 기판을 이용하여, 도 3의 (1)에 도시한, 그 2층 플렉시블 기판의 구리 피막층(3) 표면의 배선으로 하는 개소에 레지스트층(5)을 형성한다. 다음으로, 도 3의 (2)에 도시한 바와 같이, 그 레지스트층(5)에 개구부(5a)를 형성하고, 도 3의 (3)에 도시한 바와 같이 개구부(5a)에 의해 노출되어 있는 불필요한 구리 피막층(3)과 하지 금속층(2)을, 에칭 등으로 제거한다. 계속해서, 도 3의 (4)에 도시한 바와 같이, 레지스트층(5)을 제거함으로써 배선판을 형성하는 방법이다.

그런데, 최근 전자 기기의 소형화에 따라, 상기 플렉시블 배선판에 대해서도 고밀도화가 요구되어, 그 배선 피치(배선폭/스페이스폭)는 점점 더 좁아지고 있다.

그러나, 3층 플렉시블 기판의 제조시에, 기판인 절연체 필름 상에 형성한 구리 피막층에 원하는 배선 패턴에 따라 에칭하여 배선부를 형성하여 배선판을 제조하는 경우에, 배선부의 측면이 에칭되는, 소위 사이드 에칭이 발생하기 때문에 배선부의 단면 형상이 하부로 넓어진 사다리꼴형이 되기 쉽고, 따라서, 배선부 사이의 전기적 절연성을 확보할 때까지 에칭을 행하면 배선 피치폭이 지나치게 넓어져 버리기 때문에, 종래 일반적으로 사용되고 있는 두께 35 ㎛의 동박을 접착제에 의해 절연체 필름과 접합시킨 3층 플렉시블 기판을 이용하는 한 배선판에서의 배선부의 협(狹)피치화를 행하기에는 한계가 있었다.

이 때문에, 종래의 두께 35 ㎛의 동박 접합 기판 대신에, 두께 18 ㎛ 이하의 얇은 동박 접합 기판을 사용하고, 사이드 에칭에 의한 하부로 넓어진 폭을 작게 하여 배선판에서의 배선부의 협피치화가 도모되어 왔다.

그러나, 이러한 얇은 동박은 강성이 작아 핸들링성이 나쁘기 때문에, 일단, 동박에 알루미늄 캐리어 등의 보강재를 접합시켜 강성을 높인 후, 그 동박과 폴리이미드 필름의 접합을 행하고, 다시 알루미늄 캐리어를 제거하는 등의 방법이 채용되고 있었지만, 이 방법은 수고와 시간이 소요되어, 작업성, 생산성이 나쁘다는 문제가 있었다.

또한, 이러한 얇은 동박에서는, 막 두께의 변동이나 핀홀이나 균열의 발생 등에 의한 피막 결함이 증가하는 등의 제조 기술상의 문제도 있고, 또한 동박이 얇아지면 얇아질수록 동박 자체의 제조가 곤란해지고, 제조 가격이 비싸져 3층 플렉시블 배선판의 비용 메리트가 상실되어 버리는 결과가 되었다.

특히 최근 들어, 두께 십수 ㎛ 이하, 혹은 수 ㎛ 정도의 동박을 사용하지 않고서는 제조할 수 없는 협폭이고, 협피치인 배선부를 갖는 배선판에 대한 요구가 강해져, 3층 플렉시블 기판을 이용하는 배선판은, 상기와 같은 기술적인 문제도 물론이거니와 제조 비용상으로도 문제를 발생시켰다.

그래서, 접착제를 이용하지 않고 직접, 절연체 필름 상에 구리 피복층을 형성할 수 있는 2층 플렉시블 기판을 이용한 2층 플렉시블 배선판이 주목되게 되었다.

이러한 2층 플렉시블 기판은, 접착제 없이 직접, 절연체 필름 상에 구리 피막층을 형성하는 것이며, 따라서 기판 자체의 두께를 얇게 할 수 있는 데다가, 피착시키는 구리 피막층의 두께도 임의의 두께로 조정할 수 있다는 이점을 갖는다.

그리고, 2층 플렉시블 기판을 제조하는 경우에는, 절연체 필름 상에 균일한 두께의 구리 피막층을 형성하는 수단으로서, 통상은, 전기 구리 도금법이 채용되는데, 그것을 위해서는, 전기 구리 도금 피막을 형성하는 절연체 필름 상에 박막의 하지 금속층을 형성하여 표면 전면에 도전성을 부여하고, 그 위에 전기 구리 도금 처리를 행하는 것이 일반적이다(예컨대, 특허문헌 2 참조).

배선 패턴을 형성하는 방법으로서도, 전술한 서브트랙티브법의 문제점을 해결하기 위해, 세미 애디티브법이 제안되어 있다. 예컨대, 특허문헌 3에는 세미 애디티브법에 의한 프린트 배선판의 제조 방법이 개시되어 있다.

도 2는, 2층 플렉시블 기판을 이용한 세미 애디티브법에 의한 배선 패턴의 제조 공정을 도시한 개략도로, 도 2에 도시한 세미 애디티브법에서는, 기판에 도 2의 (0)에 도시한 절연체 필름(1) 상에 건식 도금법으로 형성한 박막의 하지 금속층(2)과, 그 위에 형성된 박막의 구리 피막층(3)으로 이루어지는 2층 플렉시블 기판을 이용하여, 도 2의 (1)에 도시한 기판의 구리 피막층(3) 표면에 레지스트층(5)의 형성, 계속해서 도 2의 (2)에 도시한 구리 피막층(3) 상의 배선 패턴을 형성하고 싶은 개소에, 레지스트층(5)의 개구부(5a)를 형성하고, 도 2의 (3)에 도시한 바와 같이, 그 개구부(5a)에 의해 노출되어 있는 구리 피막층(3)을 음극으로 하여 전기 구리 도금하여 원하는 막 두께의 배선부(4)를 형성한 후, 도 2의 (4)에 도시한 바와 같이, 레지스트층(5)을 제거하고, 도 2의 (5)에 도시한 플래시 에칭 등으로 배선부(4) 이외의 기판 표면의 금속층(하지 금속층, 구리 피막층)을 제거함으로써, 배선판을 완성시키는 방법이다.

이 세미 애디티브법은, 서브트랙티브법과 같이, 구리 피막층의 불필요한 개소를 에칭으로 제거하여 배선 패턴을 형성하는 것은 아니기 때문에, 배선의 사이드 에칭을 유의할 필요가 없고, 협피치의 배선을 향하고 있지만, 문제도 있다.

예컨대, 도 2의 (1)의 레지스트층(5)의 형성에는, 액상 레지스트 대신에 드라이 필름 레지스트를 사용하는 경우, 구리 피막 표면에 완전히 밀착시키기 어렵기 때문에, 구리 피막층의 극표면을 화학 연마액에 의해 미세한 요철을 형성하여, 앵커 효과에 의해 밀착성을 높이지만, 예컨대 구리 피막층의 상태에 따라서는 요철이 과잉이 되는 화학 연마액이 있어, 오히려 밀착성이 악화된다는 문제가 있다.

또한, 도 2의 (5)의 플래시 에칭 등으로 배선부 이외의 기판 표면의 금속층을 제거할 때, 배선의 바닥부폭(W₂)이 그 배선 패턴폭(W₁)보다 작아진 상태, 소위 언더컷이 발생하는 경우가 있다.

이러한 언더컷이 존재하면, 소정의 배선 패턴폭에 대하여, 절연체 필름에의 밀착폭이 작아지고, 밀착폭의 비율이 필요 이상으로 저하되면 충분한 배선 밀착 강도가 얻어지지 않는다는 문제가 있다. 또, 배선의 바닥부폭(W₂) 및 배선 패턴폭(W₁)의 정의에 관해서는, 도 1에 서술하고 있다.

또한, 이 언더컷에 관해, 언더컷량 (W₁-W₂)/2가 배선 패턴의 폭 W₁과의 비율로, 7.5%를 초과하게 되면, 밀착 강도 저하는 심각한 문제가 되는 것이 특허문헌 4에 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 평6-132628호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 평8-139448호 공보 특허문헌 3: 일본 특허 공개 제2006-278950호 공보 특허문헌 4: 일본 특허 공개 제2007-123622호 공보

본 발명은, 이러한 사정을 감안하여, 세미 애디티브법을 이용한 가공에 있어서, 미세 배선 가공성이 우수한 메탈라이징법에 의한 2층 플렉시블 기판을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 제1 발명은, 절연체 필름의 적어도 한쪽의 면에 접착제를 개재하지 않고 니켈을 포함하는 합금으로 이루어지는 하지 금속층과, 상기 하지 금속층 상에 건식 도금법으로 형성되는 구리 박막층과, 상기 구리 박막층 상에 전기 도금법으로 형성되는 구리 도금 피막을 구비하는 2층 플렉시블 기판에 있어서, 상기 구리 도금 피막의 표면으로부터 절연체 필름 방향으로 적어도 0.4 ㎛의 깊이까지의 범위의 구리 도금 피막에 포함되는 황의 함유량이, 10 질량 ppm∼150 질량 ppm인 것을 특징으로 하는 2층 플렉시블 기판이다.

본 발명의 제2 발명은, 제1 발명에서의 상기 하지 금속층 상에 건식 도금법으로 형성된 구리 박막층과, 그 구리 박막층 상에 전기 도금법으로 형성된 구리 도금 피막으로 이루어지는 구리 피막의 총 막 두께가, 0.5∼4 ㎛인 것을 특징으로 하는 2층 플렉시블 기판이다.

본 발명의 제3 발명은, 제1 발명 및 제2 발명에서의 상기 절연체 필름이, 폴리이미드계 필름, 폴리아미드계 필름, 폴리에스테르계 필름, 폴리테트라플루오로에틸렌계 필름, 폴리페닐렌설파이드계 필름, 폴리에틸렌나프탈레이트계 필름, 액정 폴리머계 필름으로부터 선택된 수지 필름인 것을 특징으로 하는 2층 플렉시블 기판이다.

본 발명의 제4 발명은, 제1 내지 제3 발명에 기재된 2층 플렉시블 기판의 절연체 필름 상에 순서대로 형성한 하지 금속층, 구리 박막층 및 구리 도금 피막으로 이루어지는 금속막의 적층체를 통전에 사용하는 세미 애디티브법을 이용하여, 배선 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 프린트 배선판이다.

본 발명의 제5 발명은, 제4 발명에서의 2층 플렉시블 기판의 절연체 필름 상에 순서대로 형성한 하지 금속층, 구리 박막층 및 구리 도금 피막으로 이루어지는 금속막의 적층체를 통전에 사용하는 세미 애디티브법을 이용하여 배선 패턴을 형성하고, 그 통전에 사용한 금속층의 적층체 이외의 2층 플렉시블 기판 표면에 있는 금속막의 적층체를 제거한 프린트 배선판에 있어서, 그 배선의 바닥부폭(W₂)과, 배선의 배선 패턴폭(W₁)은, 하기 (1)식의 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 프린트 배선판이다.

본 발명의 2층 플렉시블 기판을 사용하여, 세미 애디티브법을 이용하여 배선을 형성하면, 기판과 드라이 필름 레지스트의 접착 상태가 개선되기 때문에, 레지스트 결함이 적은 배선판이 얻어진다.

또한, 형성한 배선에는 언더컷을 발생시키지 않기 때문에, 미세 배선이어도 배선의 박리가 잘 발생하지 않는 플렉시블 배선판을 효율적으로 얻을 수 있어, 공업적으로 현저한 효과를 나타낸다.

도 1은 언더컷의 정의를 도시한 프린트 배선판의 단면도로, (a)는 정상적으로 플래시 에칭되어, 장방형 단면의 배선(4)이 형성되어 있는 경우, (b)는 사다리꼴 형상 단면의 배선(4)이 형성된 경우이다.
도 2는 세미 애디티브법에 의한 프린트 배선판 제조 공정의 개략도이다.
도 3은 서브트랙티브법에 의한 프린트 배선판 제조 공정의 개략도이다.

본 발명의 2층 플렉시블 기판은, 절연체 필름의 적어도 한쪽의 면에 접착제를 개재하지 않고 니켈을 포함하는 합금으로 이루어지는 하지 금속층과, 그 하지 금속층의 표면에 건식 도금법으로 형성되는 구리 박막층을 구비하고, 이 구리 박막층의 표면에, 전기 도금법에 의해 형성되는 구리 도금 피막을 구비하는 2층 플렉시블 기판으로서, 표면으로부터 깊이 0.4 ㎛의 범위에서는, 황을 10 질량 ppm∼150 질량 ppm 함유하는 것을 특징으로 하는 것이다.

(1) 절연체 필름

기판에 이용하는 절연체 필름으로는, 폴리이미드계 필름, 폴리아미드계 필름, 폴리에스테르계 필름, 폴리테트라플루오로에틸렌계 필름, 폴리페닐렌설파이드계 필름, 폴리에틸렌나프탈레이트계 필름, 액정 폴리머계 필름으로부터 선택되는 수지 필름을 들 수 있지만, 폴리이미드계의 필름은, 땜납 리플로우 등의 고온의 접속이 필요한 용도에도 적용할 수 있는 점에서 바람직하다.

또한, 상기 필름은, 필름 두께가 8∼75 ㎛인 것을 적합하게 사용할 수 있다.

(2) 하지 금속층

기판에 이용하는 하지 금속층으로는, 니켈을 포함하는 합금을 들 수 있다.

또한, 내식성을 향상시킬 목적으로, 다른 금속 원소를 첨가시켜도 좋고, 그 첨가 원소로는, 크롬, 바나듐, 티탄, 몰리브덴, 코발트, 텅스텐 등이 바람직하다.

하지 금속층의 형성에 이용하는 건식 도금법으로는, 특별히 한정되지 않고, 진공 증착법, 스퍼터링법, 또는 이온 플레이팅법 중 어느 것인 것이 바람직하고, 스퍼터링법을 이용하는 것이 보다 바람직하다.

예컨대, 권취식 스퍼터링 장치를 이용하여 하지 금속층을 형성하는 경우, 원하는 하지 금속층의 조성을 갖는 합금 타겟을 스퍼터링용 캐소드에 장착하고, 절연체 필름을 세트하고, 장치 내를 진공 배기 후, Ar 가스를 도입하여 장치 내를 0.13 Pa∼1.3 Pa 정도로 유지한다. 이 상태에서, 권출 롤로부터 절연체 필름을 매분 1∼20 m 정도의 속도로 반송하면서, 캐소드에 접속한 스퍼터링용 직류 전원으로부터 전력을 공급하고, 스퍼터링 방전을 행하여, 절연체 필름 상에 원하는 하지 금속층을 연속 성막한다.

또한, 건식 도금을 행하기 전에, 절연체 필름 표면에, 플라즈마 처리, 자외선 조사 처리, 코로나 방전 처리, 이온 빔 처리, 불소 가스 처리 등의 공지된 여러가지 처리를 실시해도 좋다.

이 하지 금속층의 막 두께는, 3∼50 nm로 하는 것이 바람직하다.

하지 금속층의 막 두께가 3 nm 미만에서는, 배선부 이외의 금속 피막층을 플래시 에칭 등으로 제거하여 최종적으로 배선을 제작했을 때, 에칭액이 금속 피막을 침식하여 폴리이미드 필름과 금속 피막층 사이에 스며들어, 배선이 부유해 버리는 경우가 있다. 한편, 하지 금속층의 막 두께가 50 nm를 초과하면, 플래시 에칭 등으로 최종적으로 배선을 제작하는 경우, 금속 박막이 완전히 제거되지 않고, 잔사로서 배선 사이에 남기 때문에, 배선 사이의 절연 불량을 발생시킬 우려가 있다.

(3) 구리 박막층

하지 금속층의 형성과 마찬가지로, 구리 타겟을 스퍼터링용 캐소드에 장착한 스퍼터링 장치를 이용하여, 건식 도금법에 의해 구리 박막층을 형성할 수 있다. 이 때, 하지 금속층과 구리 박막층은 동일 진공실 내에서 연속하여 형성하는 것이 바람직하다.

이 구리 박막층의 막 두께로는, 10 nm∼0.3 ㎛인 것이 바람직하다. 즉, 그 막 두께가 10 nm 미만에서는 도전성이 낮아, 전기 도금 처리를 행할 때에 충분한 급전량을 확보할 수 없기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 그 막 두께가 0.3 ㎛를 초과하면, 성막시의 생산성이 저하되기 때문에 바람직하지 않다.

(4) 구리 도금 피막

건식 도금법에 의한 구리 박막층 상에, 전기 도금법에 의해 구리 도금 피막을 적층하고, 표면으로부터 절연체 필름 방향으로 적어도 깊이 0.4 ㎛의 범위에서는, 황을 10 질량 ppm∼150 질량 ppm 포함하는 구리 도금 피막으로 한다.

이러한 구리 도금 피막 표면 근방의 황 농도를, 상기 범위로 함으로써, 표면 근방의 결정립경을 세미 애디티브법의 플래시 에칭에 알맞은 상태로 하는 것이다.

이 황이 10 질량 ppm 미만인 경우, 구리 도금 피막에 에칭되기 어려운 조대 결정이 증가하여, 배선 패턴 형성 후의 플래시 에칭 시간이 길어짐으로써 배선 패턴 측면 방향으로의 에칭이 진행되어, 언더컷의 발생이 현저해진다.

한편, 150 질량 ppm을 초과하면, 드라이 필름 레지스트를 접착하기 전의 화학 연마에서 요철이 과잉이 되어, 구리 도금 피막층과 레지스트층의 밀착력이 저하되어 레지스트층의 박리가 발생하는 경우가 있다.

여기서, 전기 도금 처리의 방법으로는, 특별히 한정되지 않고, 통상법에 의한 여러가지 조건을 채용하면 된다. 보다 구체적으로는, 구리 도금액 중의 황 원자를 갖는 유기 화합물 농도나 전류 밀도, 반송 속도를 제어함으로써, 상기 황 농도를 포함하는 구리 도금 피막을 형성할 수 있다.

구리 도금액 중의 황 원자를 갖는 유기 화합물의 함유량은, 2 질량 ppm∼25 질량 ppm으로 하는 것이 바람직하다.

이 황 원자를 갖는 유기 화합물의 농도에 따라 구리 도금 피막에 도입되는 황 원자의 양은 증감하는데, 황 원자의 양이 2 질량 ppm 미만, 혹은 25 질량 ppm을 초과하면, 전류 밀도, 반송 속도를 조정해도, 표면으로부터 절연체 필름 방향으로 적어도 깊이 0.4 ㎛의 범위에서 황을 10 질량 ppm∼150 질량 ppm 포함하는 구리 도금 피막을 얻을 수는 없기 때문이다.

이 황 원자를 갖는 유기 화합물로서 사용할 수 있는 것은, 이미 각종 공보나 출판물에 기재되어 있지만, 3-(벤조티아졸릴-2-티오)프로필술폰산 및 그 나트륨염, 3-머캅토프로판-1-술폰산 및 그 나트륨염, 에틸렌디티오디프로필술폰산 및 그 나트륨염, 비스(p-술포페닐)디설파이드 및 그 이나트륨염, 비스(4-술포부틸)디설파이드 및 그 이나트륨염, 비스(3-술포-2-히드록시프로필)디설파이드 및 그 이나트륨염, 비스(3-술포프로필)디설파이드 및 그 이나트륨염, 비스(2-술포프로필)디설파이드 및 그 이나트륨염, 메틸-(w-술포프로필)-설파이드 및 그 이나트륨염, 메틸-(w-술포프로필)-트리설파이드 및 그 이나트륨염, 티오글리콜산, 티오인산-오르토-에틸-비스(w-술포프로필)-에스테르 및 그 이나트륨염, 티오인산-트리스(w-술포프로필)-에스테르 및 그 이나트륨염, 티오인산-트리스(w-술포프로필)-에스테르 및 그 삼나트륨염을 들 수 있다.

하지 금속층 상에 형성된, 건식 도금법으로 형성된 구리 박막층과, 그 구리 박막층 상에 전기 도금으로 형성된 구리 도금 피막을 합한 구리 피막층의 막 두께는, 0.5∼4 ㎛인 것이 바람직하다.

그 막 두께가 0.5 ㎛보다 얇은 경우, 세미 애디티브법으로 배선을 형성하는 공정에서의 급전이 어려워지기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 4 ㎛보다 두꺼워지면, 플래시 에칭 시간이 길어져 생산성이 저하되기 때문에 바람직하지 않다.

(5) 플렉시블 배선판

상기 2층 플렉시블 기판의 적어도 한 면에, 배선 패턴을 개별로 형성함으로써 플렉시블 배선판이 얻어진다. 또한, 기판의 소정의 위치에, 층간 접속을 위한 비아홀을 형성하여, 각종 용도에 이용할 수도 있다.

보다 구체적인 배선 패턴의 형성 방법으로는, 예컨대, 다음의 (A)∼(C)가 있다.

(A) 고밀도 배선 패턴을 2층 플렉시블 기판의 적어도 한 면에 개별로 형성한다.

(B) 필요에 따라, 그 배선층이 형성된 2층 플렉시블 기판에, 배선층과 2층 플렉시블 기판을 관통하는 비아홀을 형성한다.

(C) 경우에 따라서는, 그 비아홀 내에, 도전성 물질을 충전하여 홀 내를 도전화한다.

이 배선 패턴의 형성 방법으로는, 종래 공지된 세미 애디티브법을 사용한다.

예컨대, 적어도 한 면에 하지 금속층과 구리 피막층이 순서대로 형성된 2층 플렉시블 기판을 준비하고, 그 구리 피막층 표면을 화학 연마한 후에, 드라이 필름 레지스트를 라미네이트하여 감광성 레지스트막을 형성 후, 노광·현상하여 패터닝을 행하고, 계속해서, 얻어진 회로 패턴으로부터 노출된 통전에 사용하고 있는 하지 금속층과 구리 피막층으로 이루어지는 금속막의 적층체 상에, 전해 구리 도금으로 구리 도금층을 형성한다.

또한, 회로 패턴을 박리 제거한 후, 플래시 에칭으로, 구리 도금층의 주위에 노출된 통전용의 구리 피막층을 용해 제거하고, 마지막으로 구리 도금층의 주위에 노출된 하지 금속층을 용해 제거한다.

그 후, 필요에 따라, 배선 패턴의 표면에, 주석 등의 금속 도금을 실시하고, 솔더 레지스트 등을 형성함으로써, 플렉시블 배선판을 얻는다.

여기서, 본 발명에서 이용한 언더컷량 비율에 관한 정의를 나타낸다. 도 1은, 언더컷의 정의를 도시한 프린트 배선판의 단면도로, (a)는 정상적으로 플래시 에칭되어, 장방형 단면의 배선(4)이 형성되어 있는 경우, (b)는 사다리꼴 형상의 단면의 배선(4)이 형성된 경우의 것이다.

이 플래시 에칭에서의 시간이 길어지면, 배선의 바닥부폭이 배선 패턴의 폭보다 작아진 언더컷이 발생하지만, 도 1의 (a)와 같이 배선의 바닥부폭은 구리 피막층의 최소폭(W₂)이 된다. 도 1의 (b)와 같이, 세미 애디티브법으로 형성된 구리 도금층의 단면이 하부로 넓어진 사다리꼴 형상이 되는 경우도 있기 때문에, 배선 패턴의 폭은 구리 피막층의 최소폭 상방의 최대폭(W₁)으로 한다.

언더컷량은 (W₁-W₂)/2로 나타내는데, 특허문헌 4에서 개시되어 있는 바와 같이, 배선 패턴폭 W₁과의 비율이 7.5%를 초과하면 심각한 밀착 강도의 저하가 일어난다. 따라서 언더컷량 비율 (W₁-W₂)/2W₁은 0.075 이하가 되는 것이 바람직하다.

상기 플래시 에칭에서 이용되는 약액으로서 적합한 것은, 황산, 과산화수소, 염산, 염화제2구리, 염화제2철 및 이들의 조합을 들 수 있다.

여기서, 배선을 보다 고밀도화하기 위해서는, 양면에 금속층이 형성된 2층 플렉시블 기판을 준비하고, 양면을 패턴 가공하여 기판 양면에 배선 패턴을 형성하는 것이 바람직하다.

전배선 패턴을 몇개의 배선 영역으로 분할할지 여부는, 배선 패턴의 배선 밀도의 분포 등에 따라 다르지만, 예컨대, 배선 패턴을 배선폭과 배선 간격이 각각 50 ㎛ 이하인 고밀도 배선 영역과 그 밖의 배선 영역으로 나누고, 프린트 기판과의 열팽창차나 취급상의 상황 등을 고려하여, 분할하는 배선판의 사이즈를 10∼65 mm 정도로 설정하여 적절하게 분할하면 된다.

상기 비아홀의 형성 방법으로는, 종래 공지된 방법을 사용할 수 있다.

예컨대, 레이저 가공 등에 의해, 배선 패턴의 소정 위치에, 배선 패턴과 2층 플렉시블 기판을 관통하는 비아홀을 형성한다.

비아홀의 직경은, 홀 내의 도전화에 지장이 없는 범위 내에서 작게 하는 것이 바람직하고, 통상 100 ㎛ 이하, 바람직하게는 50 ㎛ 이하로 한다. 또, 비아홀 내에는, 도금, 증착, 스퍼터링 등에 의해 구리 등의 도전성 금속을 충전, 혹은 소정의 개공 패턴을 갖는 마스크를 사용하여 도전성 페이스트를 압입, 건조시키고, 홀 내를 도전화하여 층간의 전기적 접속을 행한다.

충전하는 도전성 금속으로는, 구리, 금, 니켈 등을 들 수 있다.

실시예

이하에, 본 발명의 실시예 및 비교예에 의해 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명은, 이들 실시예에 의해 전혀 한정되지 않는다.

실시예 및 비교예에서 이용한 황 농도의 측정 방법, 및 중심선 평균 거칠기(Ra)의 평가 방법은, 이하의 측정 방법, 평가 방법을 이용하여 행했다.

(1) 황 농도의 측정:

2차 이온 질량 분석 장치(Dinamics-Secondary Ion Mass Spectroscopy)로 구리 도금 피막 중의 황 함유율을 측정했다.

또, 2차 이온 질량 분석 장치(D-SIMS)에는, ims5f 2차 이온 질량 분석 장치(CAMECA 제조)를 이용했다.

1차 이온 조건: Cs⁺, 14.5 keV, 30 nA, 조사 영역: 150 ㎛×150 ㎛, 분석 영역: φ60 ㎛, 2차 이온 극성: 부(負)(일반적으로, 전기적 양성 원소(Li, B, Mg, Ti, Cr, Mn, Fe, Ni, Mo, In, Ta 등)를 분석하는 경우에는 산소 이온을 조사하여 정(正)의 2차 이온을 검출함. 반면, 전기적 음성 원소(H, C, O, F, Si, S, Cl, As, Te, Au 등)를 분석하는 경우에는 세슘 이온을 조사하여 부의 2차 이온을 검출하면 양호한 감도로 측정할 수 있음), 시료실 진공도: 8.0×10^-8 Pa, 스퍼터링 속도: 약 22 Å/sec(구리 두께와 스퍼터링 시간으로부터, 분석한 깊이까지의 평균적인 스퍼터 속도를 구했음. 이 값을 이용하여 각 시료의 스퍼터링 시간을 깊이로 환산)로 측정했다.

(2) 중심선 평균 거칠기(Ra)의 측정:

얻어진 기판 표면을, 클린에치 CPE-750(미쓰비시 가스 화학 주식회사 제조)으로 화학 연마하고, 옵티컬 프로파일러(Zygo사 제조, NewView6200)에 의해, 그 표면의 중심선 평균 거칠기(Ra)를 측정했다.

실시예 1

35 ㎛ 두께의 폴리이미드 필름(우베 흥산 주식회사 제조, 상품명 「유피렉스(등록 상표) 35SGA」)의 한 면에, 하지 금속층으로서, 20 질량% Cr-Ni 합금 타겟(스미토모 긴조쿠 고잔 주식회사 제조)을 이용한 직류 스퍼터링법에 의해, 20 질량% Cr-Ni 합금 하지 금속층을 20 nm의 두께로 성막했다. 계속해서, 그 위에 구리 박막층으로서, Cu 타겟(스미토모 긴조쿠 고잔 주식회사 제조)을 이용한 직류 스퍼터링법에 의해, 200 nm의 두께로 성막했다. 그 후, 전기 도금에 의해, 구리 도금 피막층을 0.8 ㎛ 적층하여, 구리 박막층과 합한 구리 피막층을 1 ㎛로 했다.

이용한 구리 도금액은, 온도: 27℃, pH: 1 이하의 황산구리 용액이고, 황 원자를 갖는 유기 화합물로서 SPS(BiS(3-sulfopropyl)disulfide)를 8 질량 ppm 함유시켰다.

구리 도금 피막 표면으로부터 깊이 0.4 ㎛까지의 구리 도금 피막 중의 황 농도를 측정한 바, 60 질량 ppm이었다.

그 후, 상기 중심선 평균 거칠기(Ra)의 측정 방법에 따라, 얻어진 기판의 중심선 평균 거칠기(Ra)를 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

다음으로, 제작한 기판에, 드라이 필름 레지스트(히타치 화성 공업 주식회사 제조, RY-3315)를 적층한 후, 노광, 현상하여, 배선 피치가 20 ㎛(라인폭; 10 ㎛, 스페이스폭; 10 ㎛)가 되도록, 회로 패턴을 형성했다. 레지스트층의 박리는 확인되지 않았다.

계속해서, 하지 금속층과 구리 피막층(구리 박막층 및 구리 도금 피막으로 이루어짐)으로 구성되는 금속막의 적층체를 통전에 사용하고, 노출된 구리 도금 피막 상에, 황산구리를 주성분으로 하는 액을 이용한 전해 도금법에 의해, 구리 도금층을 형성했다. 구리 도금층을 형성 후, 농도 4%의 수산화나트륨 수용액을 이용하여, 50℃의 액온에서 120초간 침지 처리하고, 구리 도금층 주위의 회로 패턴을 박리, 제거했다. 마지막으로, 노출된 구리 도금 피막층을, 농도 10%의 황산+농도 30%의 과산화수소 용액을 이용하여 에칭 제거하고, 또한, 농도 10%의 염산+농도 10%의 황산 용액으로 하지 금속층을 에칭 제거했다.

배선의 단면을 SEM으로 관찰한 바, 배선 바닥부의 언더컷량 비율 (W₁-W₂)/2W₁이, 후술하는 비교예에 비해 작고, 0.03이었다.

실시예 2

구리 피막을 4 ㎛ 적층하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 2층 플렉시블 기판을 얻었다. 구리 도금 피막 표면으로부터 깊이 0.4 ㎛까지의 구리 도금 피막 중의 황 농도를 측정한 바, 10 질량 ppm이었다.

실시예 1과 동일하게 하여, 구리 도금 피막 표면을 화학 연마하고, 드라이 필름 레지스트를 적층한 후, 이것을 노광하고 현상하여, 배선 피치가 20 ㎛가 되도록 회로 패턴을 형성했다. 레지스트층의 박리는 확인되지 않았다.

또한, 실시예 1과 동일하게 하여 배선 가공을 행한 후, 배선의 단면을 SEM으로 관찰한 바, 배선 바닥부의 언더컷량 비율 (W₁-W₂)/2W₁이, 후술하는 비교예에 비해 작고, 0.02였다.

실시예 3

필름으로서, 38 ㎛ 두께의 폴리이미드 필름(도오레·듀퐁 주식회사 제조, 상품명 「카프톤(등록 상표) 150EN」)을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 2층 플렉시블 기판을 얻었다.

또한, 실시예 1과 동일하게 하여 배선 가공을 행한 후, 배선의 단면을 SEM으로 관찰한 바, 배선 바닥부의 언더컷량 비율 (W₁-W₂)/2W₁이, 후술하는 비교예에 비해 작고, 0.03이었다.

실시예 4

양면에 구리 피막을 0.5 ㎛ 적층하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 2층 플렉시블 기판을 얻었다.

구리 도금 피막 표면으로부터 깊이 0.4 ㎛까지의 구리 도금 피막 중의 황 농도를 측정한 바, 150 질량 ppm이었다.

또한, 실시예 1과 동일하게 하여 양면의 배선 가공을 행한 후, 배선의 단면을 SEM으로 관찰한 바, 배선 바닥부의 언더컷량 비율 (W₁-W₂)/2W₁이, 양면 모두 후술하는 비교예에 비해 작고, 0.03이었다.

(비교예 1)

구리 도금액에 대한 SPS 첨가를 1 질량 ppm으로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 2층 플렉시블 기판을 얻었다.

구리 도금 피막 표면으로부터 깊이 0.4 ㎛까지의 구리 도금 피막 중의 황 농도를 측정한 바, 5 질량 ppm이었다.

또한, 실시예 1과 동일하게 하여 배선 가공을 행했지만, 플래시 에칭시에 통전용의 구리 피막층이 녹기 어려워, 실시예보다 시간을 필요로 했다. 배선의 단면을 SEM으로 관찰한 바, 배선 바닥부의 언더컷량 비율 (W₁-W₂)/2W₁이, 실시예에 비해 크고, 0.1이었다.

(비교예 2)

구리 도금액에 대한 SPS 첨가를 40 질량 ppm으로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 2층 플렉시블 기판을 얻었다.

구리 도금 피막 표면으로부터 깊이 0.4 ㎛까지의 구리 도금 피막 중의 황 농도를 측정한 바, 160 질량 ppm이었다.

구리 도금 피막 표면을 화학 연마하여 Ra를 측정한 바, 실시예 1에 비해 매우 큰 결과였다. 그 후, 실시예 1과 동일하게 하여, 드라이 필름 레지스트를 적층한 후, 이것을 노광하고 현상하여, 배선 피치가 20 ㎛가 되도록 회로 패턴을 형성한 바, 일부에서 레지스트층의 박리가 확인되었다.

또한, 실시예 1과 동일하게 하여 배선 가공을 행한 후, 배선의 단면을 SEM으로 관찰한 바, 배선 바닥부의 언더컷량 비율 (W₁-W₂)/2W₁은, 0.05였다.

(비교예 3)

구리 도금액에 대한 SPS 첨가를 5 질량 ppm으로 하고, 구리 피막을 0.4 ㎛ 적층하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 2층 플렉시블 기판을 얻었다. 구리 도금 피막 표면으로부터 깊이 0.4 ㎛까지의 구리 도금 피막 중의 황 농도를 측정한 바, 150 질량 ppm이었다.

또한, 실시예 1과 동일하게 하여 배선 가공을 행했지만, 급전이 어려워, 전류 밀도나 반송 속도를 낮출 필요가 있었다.

(비교예 4)

구리 도금액에 대한 SPS 첨가를 10 질량 ppm으로 하고, 구리 피막을 4.5 ㎛ 적층하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 2층 플렉시블 기판을 얻었다. 다만 구리 도금 피막층을 두껍게 하기 위해, 반송 속도를 낮출 필요가 있었다.

구리 도금 피막 표면으로부터 깊이 0.4 ㎛까지의 구리 도금 피막 중의 황 농도를 측정한 바, 10 질량 ppm이었다.

또한, 실시예 1과 동일하게 하여 배선 가공을 행했지만, 플래시 에칭시, 통전용의 구리 피막층의 용해에, 실시예보다 시간을 필요로 하여, 반송 속도를 낮출 필요가 있었다.

배선의 단면을 SEM으로 관찰한 바, 배선 바닥부의 언더컷량 비율 (W₁-W₂)/2W₁이, 실시예에 비해 크고, 0.05였다.

상기 실시예, 비교예의 결과를 표 1에 정리하여 나타낸다.

본 발명의 요건을 만족하고 있는 실시예 1∼4는, 화학 연마 후의 표면 거칠기도 작고 레지스트층의 박리의 발생은 없는 것, 및 플래시 에칭 후의 언더컷량 비율도 작은 것을 알 수 있다. 한편, 구리 피막층 표면 근방의 황 농도가 본 발명의 하한 미만인 비교예 1은, 언더컷량의 비율이 심각한 밀착 강도의 저하를 일으키는 0.075를 초과하고 있는 것, 또한 구리 피막층 표면 근방의 황 농도가 본 발명의 상한을 초과하는 비교예 2는, 화학 연마 후의 표면 거칠기가 크고, 레지스트층의 박리가 일어나고 있는 것을 알 수 있다.

또한, 구리 피막층의 막 두께가 본 발명의 하한 미만인 비교예 3은, 배선 가공시에 급전하기 어려워 전류 밀도나 반송 속도를 낮출 필요가 있었던 것, 구리 피막층의 막 두께가 본 발명의 상한을 초과하는 비교예 4는, 구리 피막층의 형성시나 배선 가공 후의 플래시 에칭에서 반송 속도를 낮출 필요가 있었던 점에서, 생산성이 뒤떨어지는 것을 알 수 있다.

1: 절연체 필름
2: 하지 금속층
3: 구리 피막층
4: 배선
5: 레지스트층
5a: 레지스트층의 개구부
W₁: 배선의 배선 패턴폭(구리 피막층의 최소폭 상방의 최대폭)
W₂: 배선의 바닥부폭(구리 피막층의 최소폭)

Claims

절연체 필름의 적어도 한쪽의 면에 접착제를 개재하지 않고 니켈을 포함하는 합금으로 이루어지는 하지 금속층과, 상기 하지 금속층 상에 건식 도금법으로 형성되는 구리 박막층과, 상기 구리 박막층 상에 전기 도금법으로 형성되는 구리 도금 피막을 구비하는 2층 플렉시블 기판에 있어서,
상기 구리 박막층 상에 전기 도금법으로 형성되는 구리 도금 피막으로 이루어지는 구리 피막층의 총 막 두께가, 0.5∼4 ㎛이고,
상기 구리 도금 피막의 표면으로부터 절연체 필름 방향으로 적어도 0.4 ㎛의 깊이까지의 범위의 구리 도금 피막에 포함되는 황 농도가, 10 질량 ppm∼150 질량 ppm이며,
세미 애디티브법을 이용하여 배선 패턴을 형성하는 프린트 배선판에 이용되는 것을 특징으로 하는 2층 플렉시블 기판.
제1항에 있어서, 상기 절연체 필름이, 폴리이미드계 필름, 폴리아미드계 필름, 폴리에스테르계 필름, 폴리테트라플루오로에틸렌계 필름, 폴리페닐렌설파이드계 필름, 폴리에틸렌나프탈레이트계 필름, 액정 폴리머계 필름으로부터 선택된 수지 필름인 것을 특징으로 하는 2층 플렉시블 기판.
제1항 또는 제2항에 기재된 2층 플렉시블 기판의 절연체 필름 상에 순서대로 형성한 하지 금속층, 구리 박막층 및 구리 도금 피막으로 이루어지는 금속막의 적층체를 통전에 사용한 세미 애디티브법을 이용하여, 배선 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 프린트 배선판.
제3항에 있어서, 상기 통전용으로 사용한 금속막의 적층체 이외의 2층 플렉시블 기판 표면의 상기 금속막의 적층체를 제거한 프린트 배선판에 있어서,
상기 배선의 바닥부폭(W₂)과, 배선의 배선 패턴폭(W₁)은, 하기 (1)식의 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 프린트 배선판.
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