TWI585245B - 單面薄型金屬基板之製造方法 - Google Patents

Description

單面薄型金屬基板之製造方法

本發明係有關於一種單面薄型金屬基板之製造方法，特別係指一種薄銅的單面基板，可具有細線、微孔及高密度之特性，且可達到有效降低生產成本之方法。

可撓性銅箔積層板(Flexible copper clad laminate,FCCL)係廣泛應用於電子產業中作為電路基板(PCB)，FCCL除了具有輕、薄及可撓的優點外，用聚醯亞胺膜還具有電性能、熱性能及耐熱性優良的特點外，其較低的介電常數(Dk)性，使得電信號得到快速的傳遞，良好的熱性能，可使組件易於降溫，較高的玻璃化溫度(Tg)，可使組件在較高的溫度下良好運行。

一種單面可撓性銅箔積層板(FCCL)有如下之製造方式，1.塗佈法(casting type)：係先形成銅箔後(延壓形成)，再將聚醯亞胺膜(PI)前驅體聚醯胺酸(Polyimide acid，簡稱PAA)塗佈於銅箔上，經加熱使PAA閉環脫水而形成PI膜，此製程雖然簡單，但是因為PAA溶液的固含量約15-30%，使得形成PI膜的過程中必需移除大量的溶劑及PAA閉環脫水產生的水分，不僅降低生產速度，也容易造成應力殘留，而使得所製得的二層軟性銅箔基板的成品容易捲曲而影響尺寸安定性。此外，PI膜直接在銅箔上成型，所以 僅能製成單面銅層，且銅箔須具一定厚度以供PAA塗佈，使得銅箔難以縮小至12微米以下，或縮小至更小厚度時，銅箔的成本將更高，因而塗佈法製得的銅箔基板所能應用的產品將受限。

2.濺鍍法(sputtering)/電鍍法(plating type)：其主要包括下列步驟，將PI膜表面去水，電漿處理以粗化PI膜表面，濺鍍含鉻的合金作為中介層，濺鍍銅金屬作為晶種層，以電鍍法鍍銅使銅層增厚。由於以濺鍍法(sputtering)/電鍍法(plating type)可得更薄的銅層，因此具較佳的細線路能力之優點，但是，由於濺鍍法製程除了電鍍製程外需要在真空環境中進行，其中由於PI膜的含水率約1-3%，在真空中除水時會造成真空度不易維持，且其逸氣率(outgasing)容易導致真空幫浦的高負荷，此外，在濺鍍過程中由於PI膜的高絕緣性，其表面容易產生靜電使得濺鍍銅常發生針孔(pinhole)的問題。再者，為了增加銅層與PI膜的附著性而增加的中介層。若在蝕刻製程中蝕刻不完全，線路根部所殘留的微量鉻金屬會造成離子遷移效應(ion migration)的問題，而影響高頻電路板品質，因此，濺鍍法(sputtering)/電鍍法(plating type)所製程的單面銅箔基板雖可達到細線、微孔及高密度的需求，但其整體設備及製造成本過高，因而，無法達到降低生產成本之需求。

目前，一種可撓性銅箔積材係於聚醯亞胺膜表面以無電解電鍍方式形成一鎳金屬層，再於其上以電解電鍍形成一銅金屬層，以種以鎳作為屏障，以防止銅擴散至聚醯亞胺膜中之方式，鎳金屬層可提供銅金屬層與聚醯亞胺膜良好的接著性。

但是，欲在鎳金屬層上進行電鍍銅作業，由於鎳電阻值過高，在進行高電流電鍍銅作業時，會導致電鍍銅厚度不均及表面產生色差， 而造成尺寸安定性不佳之品質問題。

因此，為了能製造單面薄型金屬基板，且又能降低生產成本及符合細線、微孔及尺寸安定性佳的需求，實為業界戮力研究的課題。因此，發明人遂發明出本發明。

本發明為一種單面薄型金屬基板之製造方法，提供二聚醯亞胺膜，藉由一黏著層相互對接貼合，以形成一第一鍍層表面及一第二鍍層表面；於該第一鍍層表面及該第二鍍層表面進行金屬化，以分別形成一鎳金屬層；進行一第一電鍍，以於該鎳金屬層上形成一第一銅層；進行一第二電鍍，以於該第一銅層上形成一第二銅層；及將該二聚醯亞胺膜於貼合處予以分離，以形成二個單面薄型金屬基板。

如是，單面薄型金屬基板之製造方法，可用以製造細線、微孔及高密度者，且具有較佳之尺寸安定性，可提高其信賴性者。

10、12‧‧‧聚醯亞胺膜

14‧‧‧黏著層

16‧‧‧第一鍍層表面

18‧‧‧第二鍍層表面

20‧‧‧鎳金屬層

22‧‧‧第一銅層

24‧‧‧第二銅層

第1圖為本發明之二聚醯亞胺膜剖視圖。

第2圖為第1圖之貼合剖視圖。

第3圖為第2圖具有鎳金屬層之剖視圖。

第4圖為第3圖具有第一銅層之剖視圖。

第5圖為第4圖具有第二銅層之剖視圖。

第6圖為第5圖之二聚醯亞胺膜分離之剖視圖。

請參閱第1圖所示，本發明單面薄型金屬基板之製造方 法，首先，提供二聚醯亞胺膜10、12(介電材料)，本實施例中聚醯亞胺膜10、12，其單體成份及備製方法並未特別限制，可藉由本技術領域之通常技術進行，其厚度可為7-50微米(μm)，且該聚醯亞胺膜內可添加有微粒填充物，可增加基板之安定性，且藉由蝕刻使散佈於聚醯亞胺膜表層之微粒填充物，使二聚醯亞胺膜10、12之表層形成微凹孔(此為習知技術，圖中未顯示)。

請參閱第2圖示，將二聚醯亞胺膜10、12相互對接貼合，本實施例中係以藉由一黏著層14(本實施例為黏膠)將二聚醯亞胺膜10、12貼合，並形成裸露的第一鍍層表面16及第二鍍層表面18。

請參閱第3圖示，將貼合的二聚醯亞胺膜10、12進行化學電鍍沉積，使一鎳金屬層20分別形成於第一鍍層表面16及第二鍍層表面18上，鎳金屬層20可與該微凹孔(圖未顯示)結合，以提昇鎳金屬層20與第一鍍層表面16及第二鍍層表面18的結合強度，且鎳層之厚度可為0.07~0.11微米。

進行一熱處理步驟，於實施例中，該熱處理之溫度介於約60℃與約150℃之間，例如：65℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃等，或前述任兩點間之溫度。於一較佳實施例中，該熱處理溫度為70℃至130℃。於一更佳實施例中，該熱處理溫度為90℃至130℃。

於實施例中，該熱處理之處理時間係低於28小時，且大於2小時，例如：4小時、8小時、12小時、16小時、20小時、24小時、26小時等，或前述任兩點間之時間。於一較佳實施例中，該處理時間為12小時至 24小時。於一更佳實施例中，為24小時。

經過熱處理後，測定該鎳層-聚醯亞胺膜之熱重損失比例，即，經熱處理後之膜重與經熱處理前之膜重之比例，達到1%以上。於一實施例中，該熱重損失比例為1%至2%。

進行一酸處理步驟，可有效去除鎳金屬層20上之氧化層，本實施例中，該酸處理包括有一酸洗，以增加鎳膜之濕潤性，及一酸淋，以去除鎳膜之氧化層。該酸洗溶液組成為硫酸0.2-2wt%，該酸淋溶液組成為含氯離子20-50ppm及200g/L之H2SO4、55g/L之CuSO4的硫酸銅溶液。

請參閱第4圖，將具有鎳金屬層20之二聚醯亞胺膜10、12以電鍍法進行第一電鍍，第一電鍍之電解液組成比率為高酸低銅電解液，其包含200g/L之H2SO4、55g/L之CuSO4的硫酸銅溶液及50ppm之氯離子，以沉積一第一銅層22於鎳金屬層20上，第一銅層22之厚度可為0.2~12微米

請參閱第5圖示，將具有第一銅層22之聚醯亞胺膜10、12進行第二電鍍，使第一銅層22上形成第二銅層24，該第二電鍍之電解液組成比率為低酸高銅，其包含有150g/L之H2SO4、120g/L之CuSO4及50ppm之C氯離子。。

請參閱第6圖示，將二個聚醯亞胺膜10、12予以分離，即可得到二個單面薄型金屬基板。

實施例1：

無電解電鍍鎳步驟：將聚醯亞胺膜以荒川化學工業株式會TAMACLEAN 110試劑於35℃下進行表面處理約150秒。接著，以SLP製程(SLP process，來自奧野製藥株式會社)進行表面電荷調節、預浸、催化、速 化等無電解電鍍鎳之步驟，該SLP系列試劑(包括SLP-200、SLP-300、SLP-400、SLP-500、SLP-600)係購自奧野製藥株式會社，使聚醯亞安膜表面形成一鎳金屬層20。

熱處理步驟：以90℃烘烤該膜24小時。如此得到一經過熱處理具有鎳金屬層20之聚醯亞胺複合膜

對該複合膜進行一酸處理步驟，該酸處理包括有一酸洗，以增加鎳膜之濕潤性，及一酸淋，以去除鎳膜之氧化層。該酸洗溶液組成為硫酸0.2-2wt%，該酸淋溶液為前述含有氯離子20-50ppm的硫酸銅溶液，酸處理後，其表面電阻值為5.22(Ω/sq)。

第一電鍍步驟：將經過熱處理之複合膜進行第一電鍍，電鍍液為前述高酸低銅電解液，電流密度1.5ASD，使該鎳金屬層20上形成一厚度為0.67微米之第一銅層22。

第二電鍍步驟：進行第二電鍍，電鍍液為前述低酸高銅電解液，電流密度2ASD，使第一銅層22上形成一厚度為2.33微米之第二銅層24。

進行尺寸安定性測試，得到0.02%。

完成第二電鍍步驟後可進行浸泡有機抗氧化劑，以進行一抗氧化處理。

實施例2：

製作一與實施例1相同的經過熱處理及酸處理具有鎳金屬層20之聚醯亞胺複合膜。

第一電鍍步驟：將該聚醯亞胺複合膜進行第一電鍍，電鍍 液為前述高酸低銅電解液，電流密度2ASD，使該鎳金屬層20上形成一厚度為1.26微米之第一銅層22。

第二電鍍步驟：進行第二電鍍，電鍍液為前述低酸高銅電解液，電流密度3ASD，使第一銅層22上形成一厚度為4.74微米之第二銅層24。

進行尺寸安定性測試，得到0.04%。

完成第二電鍍步驟後可進行浸泡有機抗氧化劑，以進行一抗氧化處理。

實施例3：

製作一與實施例1相同的經過熱處理及酸處理具有鎳金屬層20之聚醯亞胺複合膜。

第一電鍍步驟：將該聚醯亞胺複合膜進行第一電鍍，電解液為前述高酸低銅電解液，電流密度2ASD，使該鎳金屬層20上形成一厚度為1.99微米之第一銅層22。

第二電鍍步驟：進行第二電鍍，電解液為前述低酸高銅電解液，電流密度4ASD，使第一銅層22上形成一厚度為7.O1微米之第二銅層24。

進行尺寸安定性測試，得到0.05%。

完成第二電鍍步驟後可進行浸泡有機抗氧化劑，以進行一抗氧化處理，係將其浸泡於抗氧化劑內。

比較例1：

製作一與實施例1相同的經過熱處理及酸處理具有鎳金屬 層20之聚醯亞胺複合膜。

第一電鍍步驟：將該複合膜進行第一電鍍，電解液為前述高酸低銅電解液，電流密度2ASD，使鎳金屬層20上形成一厚度為0.53微米之第一銅層22。

第二電鍍步驟：進行第二電鍍，電解液為前述低酸高銅電解液，電流密度4ASD使第一銅層22上形成一厚度為2.47微米之第二銅層24。

進行尺寸安定性測試，得到0.11%。

完成第二電鍍步驟後可進行浸泡有機抗氧化劑，以進行一抗氧化處理。

比較例2：

製作一與實施例1相同的經過熱處理及酸處理具有鎳金屬層20之聚醯亞胺複合膜。

第一電鍍步驟：將該複合膜進行第一電鍍，電鍍液為前述高酸低銅，電流密度2ASD，使該鎳金屬層20上形成一厚度為1.11微米之第一銅層22。

第二電鍍步驟：進行第二電鍍，電解液為前述低酸高銅電解液，電流密度4ASD，使第一銅層22上形成一厚度為4.89微米之第二銅層24。

完成第二電鍍步驟後可進行浸泡有機抗氧化劑，以進行一抗氧化處理。

進行尺寸安定性測試，得到0.12%。

比較例3：

製作一與實施例1相同的經過熱處理及酸處理具有鎳金屬層20之聚醯亞胺複合膜。

第一電鍍步驟：將該複合膜進行第一電鍍，電鍍液前述為高酸低銅電解液，電流密度2ASD，使該鎳金屬層20上形成一厚度為1.68微米之第一銅層22。

第二電鍍步驟：進行第二電鍍，電解液為前述低酸高銅電解液，電流密度2ASD，使第一銅層22上形成一厚度為7.32微米之第二銅層24。

進行尺寸安定性測試，得到0.12%。

尺寸安定性之測試方法：

依據IPC-TM650 2.2.4c規範，使用2D量測儀(型號M-4030-PC，購自全閎精密)量測，尺吋安定性>=0.1%為尺吋安姓性不佳)。

將經過熱處理之複合膜進行電解電鍍，使該金屬鎳層22上形成第一銅層22，再於第一銅層22上電解電鍍，以形成一第二銅層24，而製備得可撓性金屬積層材(FCCL)。

本發明第一銅層14厚度與總銅(第一銅層14+第二銅層16)厚 度比為大於或等於20%時，可得到更佳的尺寸安定性(尺寸安定性小於0.01。若厚度比小於20%時，會有尺寸安定性不佳之問題。一般業界之常用標準為尺寸安定性需小於0.1%。

本發明之製程可有效降低生產成本，且操作簡易，產品良率高。且依據本發明之製程，可製備優異的可撓式金屬積層材，達到良好熱安定性、層間接著力佳(即剝離強度高)、抗吸濕、耐老化、易蝕刻、產品輕薄等性質，有利於後續於電子零件之構裝材料、封裝材料等應用。

藉由如上之製造方法，製造單面薄型金屬基板時，由於係將二聚醯亞胺膜10、12貼合後一起金屬化(進行金屬鍍層，可得到薄型金屬)，以形成一鎳金屬層22、第一銅層22及第二銅層24，二聚醯亞胺膜分離，而可在一道製程中，同時製作二個單面薄型金屬基板，其可得到相對低的製造成本，且以電鍍方式製成金屬積層，可得到細線、微孔及較佳之尺寸安定性之需求。

10、12‧‧‧聚醯亞胺膜

14‧‧‧黏著層

16‧‧‧第一鍍層表面

18‧‧‧第二鍍層表面

20‧‧‧鎳金屬層

22‧‧‧第一銅層

24‧‧‧第二銅層

Claims (8)

1. 一種單面薄型金屬基板之製造方法，其包括有下列步驟：提供二聚醯亞胺膜，藉由一黏著層相互對接貼合，以形成一第一鍍層表面及一第二鍍層表面；於該第一鍍層表面及該第二鍍層表面進行化學電鍍，以分別形成一鎳金屬層；在完成化學電鍍後進行一熱處理，該熱處理之溫度介於80℃與150℃之間，且該熱處理係進行至熱重損失比例達到1%以上；進行一第一電鍍，以於該鎳金屬層上形成一第一銅層；進行一第二電鍍，以於該第一銅層上形成一第二銅層；及將該二聚醯亞胺膜於貼合處予以分離，以形成二個單面薄型金屬基板。
2. 如申請專利範圍第1所述之單面薄型金屬基板之製造方法，其中，在完成熱處理後進行一酸處理。
3. 如申請專利範圍第2所述之單面薄型金屬基板之製造方法，其中，該酸處理包括有一酸洗，以增加鎳膜之濕潤性，及一酸淋，以去除鎳金屬層之氧化層。
4. 如申請專利範圍第3所述之單面薄型金屬基板之製造方法，其中，該酸洗溶液組成為硫酸0.2-2wt%，該酸淋溶液組成為含氯離子20-50ppm。
5. 如申請專利範圍第1項所述之單面薄型金屬基板之製造方法，其中，該第一電鍍之電解液組成比率為高酸低銅，該第二電鍍之電解液組成比率為低酸高銅。
6. 如申請專利範圍第1項所述之單面薄型金屬基板之製造方法，其中，該 第一銅層與總銅(第一銅層+第二銅層)之厚度比為大於或等於20%。
7. 如申請專利範圍第1項所述之單面薄型金屬基板之製造方法，其中，在完成第二電鍍後更包括有一抗氧化處理。
8. 如申請專利範圍第1項所述之單面薄型金屬基板之製造方法，其中，該抗氧化處理係浸泡於有機抗氧化劑。