TWI645748B - 可防止開/短路的可撓性覆銅基板及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種藉由確保化學拋光的均勻來防止開路和/或短路的發生的可撓性覆銅基板及其製造方法。可撓性覆銅基板包括一非導電聚合物基板在非導電聚合物基板上之第一塗層以及第一塗層上的第一銅層。其中，當進行化學拋光以將第一銅層的厚度減小1至2mm時，拋光的第一銅層的表面粗糙度為0.1至0.15mm，且於法線方向上銅晶粒平均尺寸為2mm以下。

Description

可防止開/短路的可撓性覆銅基板及其製造方法
本發明係關於一種可撓性覆銅基板及其製造方法，特別是一種能夠防止開路和/或短路發生的可撓性覆銅基板及其製造方法。
隨著如筆記型電腦、手機、個人數位助理(personal digital assistant ．PDA)、小型攝影機、電子筆記本等電子設備變的越小、越輕，適用於捲帶[式]自動接合（tape automated bonding．TAB）、薄膜覆晶封裝（chip-on-film．COF）等的可撓性印刷電路板（flexible printed circuit board．FPCB）的需求正在增加。因此，對用於製造FPCB的可撓性覆銅基板（flexible copper clad laminate．FCCL）的需求也在增加。
FCCL包括非導電聚合物膜和銅層的堆疊結構。可能藉由從FCCL中選擇性地除去銅層，在非導電聚合物膜上形成電路圖案來獲得FPCB。
FCCL可能藉由以下方式形成：i）藉由塗覆或層壓製程製造覆銅層並在覆銅層上形成非導電聚合物膜，或ii）在非導電聚合物膜上沉積銅。後一種方法比前一種方法有利，因為可能形成厚度非常薄的銅層。
使用FCCL形成電路圖案的方法的實例包括：i）減去法，形成相對較厚的初始銅層並去除電路線以外的初始銅層以及ii）半加成法，形成相對薄的初始銅層，並且在對應於電路線的初始銅層的區域上另外進行銅電鍍（以下稱為“銅圖案電鍍”）。
半加成法優於減去法，因為圖案的間距可能形成得更小。
在半加成法中，應進行化學拋光以減少在非導電聚合物膜上形成之銅層的厚度。
然而，當銅層的所有表面上進行化學拋光期間，拋光速度不均勻時，在銅層的一些區域上出現不平整。銅層上的不規則性導致不均勻的銅電鍍圖案的產生。
由於不均勻的銅電鍍圖案，在形成電路圖案期間要去除的銅層的一部分可能部分地保留不被完全去除，因此可能發生短路，或在形成電路圖案期間要留下的銅層的一部分可能被去除，因此可能發生開路。
這樣的短路或開路不僅降低了FPCB的產量和可靠性，還降低了FPCB所應用的電子設備的產量和可靠性。
本發明涉及一種能夠防止如上所述之本領域的限制和缺點的可撓性覆銅基板（FCCL）及其製造方法。
本發明的一個方面提供一種可撓性覆銅基板，藉由確保化學拋光之均勻來防止開路和/或短路發生。
本發明的另一方面提供一種可撓性覆銅基板的製造方法，藉由確保化學拋光的均勻來防止開路和/或短路發生。
下面將描述本發明的這些方面和其它特徵及優點，或者對於本發明所屬技術領域的通常知識者來說，以下的描述將是易於理解的。
本發明的一個方面，提供了一種可撓性覆銅基板，包括一非導電聚合物基板，具有一第一表面和與該第一表面相對的一第二表面;在非導電聚合物基板的第一表面上的第一塗層;以及第一塗層上的第一銅層，其中，當進行化學拋光以將該第一銅層的厚度減小1至2mm時，拋光的該第一銅層的表面粗糙度為0.1至0.15mm，且於法線方向上銅晶粒平均尺寸為2mm以下。
本發明的另一個方面，提供了一種可撓性覆銅基板的製造方法，包括:備製一非導電聚合物基板;形成一塗層在非導電聚合物基板的至少一個表面上;藉由濺鍍形成一銅種晶層在塗層上;以及形成鍍銅層在銅種晶層上，其中用多段電鍍形成鍍銅層，鍍銅層係藉由將具有該塗層和該銅種晶層於其上之該非導電聚合物基板依次通過多個電鍍槽而形成。電鍍槽中供應的電流密度為0.5至3ASD。電鍍槽中供給的電流密度的最大電流密度為2.8至3ASD。電鍍槽中的電鍍液的溫度保持在34至36℃。
本發明的上述一般性描述旨在提供本發明的實施例或描述本發明，因此本發明不限於此。
在下文中，將參照附圖詳細描述本發明之示範的實施例。
在不脫離本發明的技術思想和範圍的情況，以及對於本領域普通技術人員為顯而易見的情形下，可能對本發明進行各種修改和改變。 因此，本發明應理解為涵蓋落入申請專利範圍中限定之本發明的範圍內的所有修改、均等物和替代物。
圖1是本發明實施例的可撓性覆銅基板（FCCL）100的剖面圖。
如圖1所示，本發明實施例的FCCL100包括具有第一表面和與第一表面相對的第二表面的非導電聚合物基板110，在非導電聚合物基板110的第一表面上的第一塗層120，以及在第一塗層120上的第一銅層130。
非導電聚合物基板110的材質可包括聚醯亞胺，並且非導電聚合物基板110的厚度可為10至40μm，以使其能夠使用卷對卷設備並且添加FCCL100之可撓性特性。
第一塗層120插入在非導電聚合物基板110和第一銅層130之間，以提高由不同材料所形成的非導電聚合物基板110和第一銅層130之間的黏合強度。第一塗層120的材質可包括鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鈮(Nb)、鐵(Fe)或包含兩種以上選自上述材料之一混合物所構成。
在本發明的一個實施例中，第一塗層120包括鎳合金。例如，第一塗層120可包括鎳和鉻。第一塗層120中鉻的含量可為5至25wt%。當鉻的含量不在該範圍內時，無法確保非導電性高分子基板110與第一銅層130之間所需要的界面黏合強度。
在本發明的一個實施例中，第一塗層120的厚度為150至300Å。當第一塗層120的厚度小於150Å時，不能確保非導電聚合物基板110和第一銅層130之間所需要的界面黏合強度。當第一塗層120的厚度大於300Å時，須被蝕刻的第一塗層120的一部分在後續形成電路圖案的操作期間可能被保留而沒有被蝕刻到。
如圖1所示，第一銅層130可包括第一塗層120上的第一銅種晶層131和第一銅種晶層131上的第一鍍銅層132。
第一銅種晶層131之厚度為500至1500Å，可能藉由濺鍍形成第一銅種晶層131。可能藉由電鍍形成第一鍍銅層132，第一鍍銅層厚度為1.8至2.4μm。當使用卷對卷設備進行電鍍時，第一銅種子層131被當作電線使用。
本發明實施例的FCCL 100還可包括在第一銅層130上的保護層（未示出）。保護層防止第一銅層130被氧化和腐蝕，並且保護層可由有機材料形成。
本發明實施例的FCCL 100可能應用於使用半加成方法製造可撓性印刷電路板（FPCB）。根據半加成方法，藉由電鍍，僅僅在對應於電路線的第一銅層130的區域上另外形成銅圖案層。因此，在進行這樣的附加電鍍處理之前，需要在不用形成銅圖案層的第一銅層130的區域上形成防電鍍圖案（例如感光圖案）的製程。
當感光圖案和第一銅層130之間的黏合強度不足時，感光圖案可能與第一銅層130完全或部分分離。當感光圖案和第一銅層130彼此分離時，執行附加電鍍處理以形成精細電路圖案，此時銅圖案層可能形成在不想要的區域。
因此，為了提高感光圖案和第一銅層130之間的黏合強度，在第一銅層130上形成感光圖案之前，對第一銅層130進行化學拋光。
如上所述，當在第一銅層130的所有表面上進行化學拋光期間之拋光速度不均勻時，在第一銅層130的一些區域上可能發生不規則。在銅圖案層的形成期間，第一銅層130上的不規則性引起不均勻的電鍍。由於不均勻的電鍍，形成電路圖案所要去除的銅層的一部分將可能保留而沒有完全去除，從而可能發生短路，或者形成電路圖案之一部分銅層可能被去除，因此可能發生開路。
因此，根據本發明的實施例，當進行化學拋光以將第一銅層130的厚度減小1至2mm時，拋光的第一銅層130的表面粗糙度Rz為0.1至0.15mm，在法線方向（ND）上銅晶粒的平均尺寸為2mm以下。也就是說，在第一銅層130化學拋光之後，在第一銅層130的拋光表面上不會發生不規則。因此，當使用本發明的實施例之FCCL 100製造FPCB時，由於開路和/或短路而發生的錯誤率可能顯著降低，從而可能提高產品的產量和可靠性。
用於化學拋光第一銅層130的銅蝕刻劑是純MFE-500（過氧化物10wt％、硫酸23wt％、水67wt％）之20％稀釋溶液，MFE-500由Poongwon Chemical Co. , Ltd所製造，在室溫下進行第一銅層130的化學拋光。
本發明另一實施例的FCCL 100參照圖2詳述如下。
如圖2所示，本發明另一實施例的FCCL 100還包括在非導電聚合物基板110的第二表面上的第二塗層120a和在第二塗層120a上的第二銅層130a。
第二塗層120a包括類似於第一塗層120的鎳和鉻，但鉻的含量可為5至25wt ％，並且第二塗層120a的厚度為150至300Å。
第二銅層130a包括第二塗層120a上的第二銅種晶層131a和第二銅種晶層131a上的第二鍍銅層132a。可能藉由濺鍍形成厚度為500至1500Å的第二銅種晶層131a，可能藉由電鍍形成厚度為1.8至2.4μm之第二鍍銅層132a。
當進行化學拋光以將第二銅層130a的厚度減小1至2μm時，第二銅層130a的表面粗糙度Rz為0.1至0.15μm，在法線方向（ND）上銅晶粒的平均尺寸為2μm以下，類似於第一銅層130。
本發明之可撓性覆銅基板（FCCL）100之製造方法將參照圖3至圖6詳細描述。
首先，如圖3所示。製備非導電聚合物基板110。
非導電性聚合物基板110的厚度可為10至40μm，非導電性聚合物基板110的材質可為熱固性樹脂（例如酚醛樹脂、酚醛樹脂、烯丙基樹脂、環氧樹脂等)、聚烯烴樹脂(例如聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂等)、聚酯樹脂(例如PET、PEN等)或聚醯亞胺樹脂。
非導電性聚合物基板110的材質優選由聚醯亞胺樹脂形成。例如，藉由擠出作為聚醯亞胺前體的聚醯胺酸形成薄膜，然後熱處理該薄膜以醯亞胺化聚醯胺酸，來製造包含聚醯亞胺的非導電聚合物基板110。
可能在真空環境中使用紅外線(IR)加熱器在50至300℃下進行乾燥，用以除去非導電聚合物基板110之水分和殘留氣體。當紅外線(IR)加熱器的溫度低於50℃時，可能無法完全除去非導電聚合物基板110中的水分。當紅外線(IR)加熱器的溫度大於300℃時，非導電聚合物基板110可能被損壞，因此降低其品質。
在乾燥之後，藉由電漿處理非導電聚合物基板110，以除去可能殘留在非導電聚合物基板110表面上的污染物，並改善非導電聚合物基板110和第一塗層120之間的黏合強度，其中第一塗層120係藉由表面修飾在後續操作中形成。
接下來，如圖4所示，第一塗層120形成在非導電聚合物基板110的至少一個表面上。
可能使用DC濺鍍裝置，藉由濺鍍形成厚度為150至300Å的第一塗層120。當第一塗層120的厚度小於150Å時，非導電聚合物基板110與將在後續操作中描述的第一銅層130之間的黏附強度不足。當第一塗層120的厚度大於300Å時，形成電路圖案的蝕刻過程期間，可能會留下要去除的第一塗層120的一部分，從而可能發生短路。
如上所述，第一塗層120增加非導電聚合物基板110和第一銅層130之間的黏合強度，這將在隨後的操作中描述，並且材質可包括鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鈮(Nb)、鐵(Fe)或包含兩種以上選自上述材料之一混合物所構成。
在本發明的一個實施例中，第一塗層120是鎳合金。例如，第一塗層120可包括鎳和鉻，並且第一塗層120中鉻的含量可為5至25wt％。
控制濺鍍裝置的功率來調整第一塗層120的密度。可能藉由控制腔室中的真空度來調節第一塗層120中的氧含量。
隨後，在第一塗層120上形成第一銅層130，第一銅層130的形成包括在第一塗層120上形成第一銅種晶層131，如圖5所示。並在第一銅種晶層131上形成第一鍍銅層132，如圖6所示。
可能使用DC濺鍍裝置藉由濺鍍形成厚度為500至1500Å的第一銅種晶層131。可能藉由銅電鍍形成厚度為1.8至2.4μm的第一鍍銅層132。
下面將更詳細地描述本發明實施例形成第一鍍銅層132之電鍍製程。
本發明實施例的多段電鍍之進行係藉由將具有第一塗層120和第一銅種晶層131於其上之該非導電聚合物基板110依次通過10至20個電鍍槽，每個電鍍槽包含有銅的電鍍液，電鍍液由30至40g / L的銅、170至180g / L的硫酸、45至55ppm的氯（Cl）組成。
為了防止第一銅層130在化學拋光之後發生不規則性，電鍍槽中供應的電流密度可為0.5至3ASD。在電鍍槽中供應的電流密度中的最大電流密度可為2.8至3ASD。
在本發明的一個實施例中，電流密度可能按照進行多段電鍍的順序逐次增加。
根據本發明的一個實施方案，每個電鍍槽中所含的電鍍液的溫度保持在34至36℃，以防止第一銅層130在化學拋光之後發生不規則。
藉由在化學拋光期間將不均勻的蝕刻速度抑制到最低限度，以及本發明實施例的多段電鍍，可形成第一銅層130。當進行化學拋光以將第一銅層130的厚度減小1至2μm時，拋光的第一銅層130的表面粗糙度Rz為0.1至0.15μm和在法線方向（ND）上銅晶粒的平均尺寸為2μm以下。也就是說，在第一銅層130化學拋光之後，第一銅層130的表面不會發生不規則。因此，當使用如上所述製造之本發明實施例的FCCL 100製造FPCB時，由於開路和/或短路而發生的錯誤率能顯著降低，從而提高了產率和產品的可靠性。
請參照圖7至圖12，下面將詳細描述本發明實施例的FPCB的製造方法。
首先，準備如上所述所製造之本發明實施方式的FCCL 100。
接下來，如圖8所示，藉由使用銅蝕刻劑對第一銅層130進行化學拋光，第一銅層130（更具體地，第一鍍銅層132）的厚度減少1至2μm。
在本發明的一個實施例中，可能藉由在第一鍍銅層132上噴塗銅蝕刻劑進行化學拋光。第一鍍銅層132的化學拋光可能以0.03至0.04μm/sec速度進行25至30秒。
藉由化學拋光第一銅層130獲得之拋光銅層130'的厚度為0.5至1.5μm。當拋光銅層130'的厚度小於0.5μm時，拋光銅層130'可能無法被均勻地蝕刻，因此在拋光銅層130'的表面上可能發生不規則。
接著，如圖9所示，在拋光銅層130'上形成感光圖案10。感光圖案10可能藉由一般的光刻製程形成。拋光銅層130'包括被感光圖案10覆蓋的第一部分和未被感光圖案10覆蓋的第二部分。
接著，使用感光圖案10形成電路圖案。下面將描述本發明實施例之形成電路圖案的方法。
首先，如圖10所示，在沒有被感光圖案10覆蓋的拋光銅層130'的第二部分表面上進行電鍍，以形成厚度為8至12μm的銅圖案層140。
接下來，如圖11所示，藉由一般的灰化製程去除感光圖案10。
然後，如圖12所示，已被覆蓋有感光圖案10的拋光銅層130'的第一部分以及對應於第一部分的第一塗層120之一部分被選擇性地去除，以完成電路圖案。
下面將對本發明的實施例和比較例進行更詳細的描述。然而，下面之實施例旨在幫助理解本發明，因此本發明的範圍不限於此。
實施例1至6和比較例1至12
藉由紅外線（IR）加熱器乾燥聚醯亞胺膜，對聚醯亞胺膜進行電漿表面處理。接下來，藉由濺鍍形成厚度為200Å的NiCr塗層。接著，藉由濺鍍形成厚度為700Å的銅種晶層。隨後，在不同條件下(如下表1所示)進行電鍍，形成厚度為2μm的鍍銅層，由此完成實施例1至6和比較例1至12的FCCL。
在下表1中，最大電流密度應理解為表示在電鍍槽中提供的電流密度之間的最大電流密度。
表1
根據這些實施例和比較例製造的FCCL係藉由在其上噴塗銅蝕刻劑（由Poongwon Chemical Co.,Ltd製造的MFE-500之20％稀釋溶液）進行化學拋光，以控制銅層的最終厚度為0.8μm（即，銅種晶層的厚度+鍍銅層的厚度）。然後測量或觀察銅層的拋光表面的表面粗糙度Rz、法線方向（ND）上的銅晶粒平均尺寸、以及是否發生凹凸。它們的測量或觀察結果如下表2所示。
表面粗糙度Rz
使用掃描探針顯微鏡（AFM）並根據JIS B0601：1994（測量面積：10 mm×10 mm）進行接觸型評測。
法線方向的銅晶粒平均尺寸
使用電子背散射繞射儀（EBSD）測量在法線方向之銅晶粒平均尺寸。正常視野為300mm，步長為0.5mm，分析面積為25mm×25mm。使用TSL的OIMTM作為分析（計算）軟體。圖13A和13B是分別顯示出實施例1和比較例1之EBSD結果的照片。
是否發生不規則
使用聚焦離子束（FIB）設備觀察獲得的剖面圖形狀（加速電壓：30kV，倍率2000倍）。確定發生不規則係由於不均勻的殘餘Cu顆粒所造成的凸起。
表二
如表2所示，當進行電鍍以形成鍍銅層時，除了在最大電流密度不在2.8至3 ASD的範圍內，且電鍍溫度（即電鍍液的溫度）不在34至36℃的範圍內（比較例1、25至8、12）；以及最大電流密度在2.8〜3ASD，但電鍍溫度（即電鍍液的溫度）不在34至36℃的範圍內（比較例3、4、9、10）時，銅層的表面粗糙度Rz超過0.15μm。在比較例1至6和8至11中，法線方向的銅晶粒平均尺寸超過2μm。因此，在所有比較例中，進行化學拋光後發生凹凸。
本發明可能使用半加成法製造FPCB，因此可能實現較小間距的電路圖案，並且可能將由開路和/或短路引起的產品誤差率最小化，從而提高產品的產量和可靠性。
對於本領域技術人員顯而易見的是，在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，可對本發明的上述示範性實施例進行各種修改。因此，只要這些所有修改在所附申請專利範圍及其等同物的範圍內，本發明涵蓋這些所有修改。
10‧‧‧感光圖案
110‧‧‧非導電聚合物基板
120‧‧‧第一塗層
120a‧‧‧第二塗層
130‧‧‧第一銅層
130’‧‧‧拋光銅層
130a‧‧‧第二銅層
131‧‧‧第一銅種晶層
131a‧‧‧第二銅種晶層
132‧‧‧第一鍍銅層
132a‧‧‧第二鍍銅層
140‧‧‧銅圖案層
圖1係根據本發明實施例之可撓性覆銅基板（FCCL）的剖面圖。 圖2係根據本發明的另一個實施例的FCCL的剖面圖。 圖3至圖6係表示本發明的實施方式之FCCL的製造方法的剖面圖。 圖7至圖12係說明本發明實施例的可撓性印刷電路板（FPCB）的製造方法的剖面圖。 圖13A和13B係說明實施例1和比較例1的背向散射電子繞射儀（EBSD）之測量結果的照片。

Claims (10)

  1. 一種可撓性覆銅基板，包括：一非導電聚合物基板，具有一第一表面和與該第一表面相對的一第二表面；一第一塗層，位於該非導電聚合物基板的該第一表面上；以及一第一銅層，位於該第一塗層上，其中，當進行化學拋光以將該第一銅層的厚度減小1至2μm時，拋光的該第一銅層的表面粗糙度為0.1至0.15μm，且於法線方向上銅晶粒平均尺寸為2μm以下。
  2. 如請求項1所述之可撓性覆銅基板，其中該非導電聚合物基板的材質包括聚醯亞胺，並且該非導電聚合物基板的厚度為10至40μm。
  3. 如請求項1所述之可撓性覆銅基板，其中該第一塗層的材質包含鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鈮(Nb)、鐵(Fe)或包含兩種以上選自上述材料之一混合物所構成，並且該第一塗層的厚度為150至300Å。
  4. 如請求項3所述之可撓性覆銅基板，其中該第一塗層包含鎳和鉻，其中該第一塗層中鉻的含量為5至25wt%。
  5. 如請求項1所述之可撓性覆銅基板，其中該第一銅層包括：一第一銅種晶層，位於該第一層塗層上；以及一第一鍍銅層，位於該第一銅種晶層上，其中該第一銅種晶層的厚度為500至1500Å，該第一鍍銅層的厚度為1.8至2.4μm。
  6. 如請求項1所述之可撓性覆銅基板，更包括：一第二塗層，位於該非導電聚合物基板的該第二表面上；以及一第二銅層，位於該第二塗層上，其中，當進行化學拋光以將該第二銅層的厚度減小1至2μm時，拋光的該第二銅層的表面粗糙度為0.1至0.15μm，且於法線方向上銅晶粒平均尺寸為2μm以下。
  7. 一種可撓性覆銅基板的製造方法，包括：備製一非導電聚合物基板；形成一塗層在該非導電聚合物基板的至少一個表面上；以濺鍍方式形成一銅種晶層在該塗層上；以及形成一鍍銅層在該銅種晶層上，其中用多段電鍍形成該鍍銅層，該鍍銅層係藉由具有該塗層和該銅種晶層於其上之該非導電聚合物基板依次通過多個電鍍槽而形成，且該些電鍍槽中供應的電流密度為0.5至3ASD，該些電鍍槽中供給的電流密度的最大電流密度為2.8至3ASD，以及該些電鍍槽中的電鍍液的溫度保持在34至36℃。
  8. 如請求項7所述之可撓性覆銅基板的製造方法，在形成該塗層前還包括：從非導電聚合物基板去除水分和殘留氣體；以及以電漿處理非導電聚合物基板的至少一個表面，其中，以濺鍍形成該塗層，該塗層的材質由鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鈮(Nb)、鐵(Fe)或包含兩種以上選自上述材料之一混合物所構成，該塗層的厚度為150至300Å。
  9. 如請求項8所述之可撓性覆銅基板的製造方法，其中該塗層包括鎳和鉻，該塗層中鉻的含量為5至25wt%。
  10. 如請求項7所述之可撓性覆銅基板的製造方法，其中電流密度根據執行多段電鍍的順序逐次增加；以及每該電鍍槽的電鍍液包含30至40g/L的銅、170至180g/L的硫酸和45至55ppm的氯。
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