説明

フレキシブル配線板及びその製造方法

【課題】シード層を必要とせず、簡素な工法で製造でき、高導電性、鏡面導体接着及び高信頼な導体接着強度のフレキシブル配線板の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明のフレキシブル配線板は、未金属化のポリイミドフイルム単体の片面又は両面に銅導体を形成する無接着剤型二層フレキシブル配線板であって、下記の工程、すなわち、ポリイミドフイルムの穴明け、ポリイミドフイルム表面の改質、金属触媒化、めっきレジスト膜形成、電気銅めっき、めっきレジスト膜剥離、金属触媒エッチングを順に行うことにより製造される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、高い接着強度を有するフレキシブル配線板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、液晶パネルの高精度化に伴うファインピッチに対応するため、銅ポリイミド材に直接駆動ICを実装する方法が用いられている。銅ポリイミド材は、無接着剤型二層フレキシブル配線板とも呼ばれ、スパッタリング法でニッケル−クローム合金の薄膜をポリイミドフイルム上に形成し、再度、銅合金薄膜をスパッタリング法で形成するか又は化学銅めっきを行い、最終的には電気銅めっきを行う方法で製造されている。
しかし、現状の二層フレキシブル配線板は、高価であるにも関わらず、銅箔の接着強度が0.6kN/mと低く、部品実装やハンダ付け工程において、低接着力のため、剥離し易く取扱いが難しい課題がある。また、今後期待される30GHz以上のミリ波やテラヘルツ波で動作させる電子機器やアンテナなどに対応するためには、電気伝導度の高い金属、且つ、導体表面が平滑であることが求められている。
【0003】
ポリイミドフイルムの表面に、ドライプロセスを用い多層の合金層を形成し、この金属を触媒とし、電気銅めっきを行う方法が提案されている。第一の金属層として、スパッタリングなどのドライプロセスでニッケル−クローム合金又はニッケル−クローム−モリブデン合金の薄膜層を形成する。第二の金属層として、同様な方法で銅−マンガンの合金薄膜層を形成する。第三の金属層として、同様な方法での銅被膜を形成又は電気銅めっきでの厚さ8μmの銅被膜を形成する。これらの方法で製造された銅ポリイミド材のピール強度は、0.63kN/mである。(特許文献1)この材料を用い、セミアディティブ法でパターンのみを加工する場合は、図1の化学銅めっき工程を省略することができる。
しかし、表裏回路のスルーホール接続が必要な両面フレキシブル配線板の製造においては、金属化ポリイミドフイルムを用いるにも関わらず、フイルムの穴壁面を金属化するため、金属触媒処理及び化学銅めっきが必要になる。市販されている金属化ポリイミド材料は、特許文献1の第一の金属層のみ処理した材料は、ポリイミドフイルム単体の4〜6倍、第二の金属層まで処理した材料は、8〜10倍と高価である。
【0004】
ポリイミドフイルムをドライプロセスで金属化する場合、密着性を改善する方法として、金属化の前処理として、アルカリ処理又はプラズマ処理を行うことが有効であるとされている。プラズマ処理後に、金属層として、スパッタリング法でニッケル−クローム合金薄膜層を形成する。導電化層をスパッタリングなどのドライプロセスまたは化学銅めっきで形成、引き続き電気銅めっきを行う方法が提案されている。
実施例では、導電化層を真空蒸着法で形成し、電気銅めっきで厚付けし、厚さ8μmの銅被膜を得ている。金属化薄膜厚さが0.12μmの場合、ポリイミドフイルムのピール強度は、最大の1.05kN/mとされている。(特許文献2)
しかし、一般的に価格を考慮した最適な金属化薄膜厚さは、20〜50nmとされている。また、導電化層を蒸着法で形成する場合は、別の真空蒸着チャンバーで処理する必要があり、一般的ではない。
また、導体パターンの塩化第二鉄や塩化第二銅エッチャントでのエッチングでは、シード層が完全に十分に除去できない。そのため、高濃度な塩酸組成のエッチャントで再エッチングを行い、配線間の絶縁性を確保する必要がある。
【0005】
対象物表面にプライマーやアンダーコートを施し、第一活性液(センシタイザー)である塩化第一スズに塩酸を加えた活性化処理液を対象物に吹き付け、次に、第二活性液(硝酸銀水溶液)、次に、銀鏡めっき液である銀アンモニア水溶液と還元剤溶液を二頭ガンで吹き付けることにより銀が析出する。プライマー処理やアンダーコート品のクロスカット塩水試験が行われ、装飾分野の塗装品には、クロスカット評価で十分であるとされている。(特許文献3)
しかし、クロスカット試験で剥離が起きる接着強度は、0.3kN/m以下であり、電子機器に用いるフレキシブル配線板は、ファインピッチ化が進み、接着強度1.0kN/m以上が必要とされている。
【0006】
【特許文献1】特開2010−269509号公報
【特許文献2】特開2005−67145号公報
【特許文献3】特開2004−190061号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
そこで、本発明は、こうした課題を解決するためなされたものであり、シード層を必要とせず、簡素な工法で製造でき、高導電性、鏡面導体接着及び導体接着強度の信頼性の高いフレキシブル配線板の製造方法を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は,上述の目的を達成するため、以下の手段で対処した。
【0009】
本発明のフレキシブル配線板は、未金属化のポリイミドフイルム単体、又は、ポリテトラフルオロエチレンフイルム、ポリイミドベンゾオキサゾールフイルム等(以下、ポリイミドフイルムとする。)の片面又は両面に銅導体を形成する無接着剤型二層フレキシブル配線板において、
下記の工程、すなわち、ポリイミドフイルムの穴明け、ポリイミドフイルム表面の改質、金属触媒化、めっきレジスト膜形成、電気銅めっき、めっきレジスト膜剥離、金属触媒エッチングを順に行うことにより製造されることを特徴とする(請求項1)。
【0010】
本発明のフレキシブル配線板は、ポリイミドフイルム表面及び穴明けした穴壁面を分子接着剤で改質することを特徴とする(請求項2)。
【0011】
本発明のフレキシブル配線板は、前記分子接着剤による改質が、トリアジンチオール誘導体の電解重合膜の形成であることを特徴とする(請求項3)。
【0012】
本発明のフレキシブル配線板は、前記金属触媒化において、銀鏡反応を用いて銀を析出させ、これを電気銅めっきの触媒とすることにより、化学銅めっき工程を省略することを特徴とする(請求項4)。
【0013】
本発明のフレキシブル配線板は、前記析出銀を触媒として、電気銅めっきを行うことにより、導体の表裏面の粗度が30nm以下であることを特徴とする(請求項5)。
【0014】
本発明のフレキシブル配線板は、前記析出銀を触媒として、電気銅めっきを行うことにより、導体の電気伝導度が59μS(ジーメンス)/m以上であることを特徴とする(請求項6)。
【0015】
本発明のフレキシブル配線板は、前記電気銅めっき後に、めっきレジスト膜が剥離され、金属触媒である銀を塩化第二鉄のエッチャントでクイックエッチングすることを特徴とする(請求項7)。
【0016】
本発明のフレキシブル配線板は、導体パターン以外の部分に付着した金属触媒の銀を前記のクイックエッチングで除去することを特徴とする(請求項8)。
【0017】
本発明のフレキシブル配線板は、未金属化のポリイミドフイルム単体の表面に銅導体を有する無接着剤型二層フレキシブル配線板の製造方法であって、以下の工程、
A.未金属化のポリイミドフイルム単体を準備する工程、
B.前記ポリイミドフイルム単体にスルーホール用の穴明けを行う工程、
C.前記ポリイミドフイルム単体のスルーホール面を含む表面を、トリアジンジチオール誘導体被膜処理により改質する工程、
D.工程Cにより改質した前記ポリイミドフイルム単体の表面に銀鏡反応を用いて銀鏡被膜を形成する工程、
E.工程Dの銀鏡被膜上にめっきレジスト膜をラミネートし、露光・現像する工程、
F.前記めっきレジスト膜を形成した前記ポリイミドフイルム単体に、工程Dによる析出銀を触媒として電気銅めっきを施す工程、
G.前記電気銅めっきを施した前記ポリイミドフイルム単体から、前記めっきレジスト膜を剥離する工程、
H.前記ポリイミドフイルム単体の導体パターン以外の部分に露出した析出銀をエッジングする工程
を行うことを特徴とする(請求項9)。
【0018】
本発明のフレキシブル配線板は、前記工程A〜Hによる製造方法により製造されてなることを特徴とする(請求項10)。
【0019】
本発明にかかるフレキシブル配線板は、ポリイミドフイルムと銅めっき被膜の接着力を確保するため、ポリイミドフイルム表面の改質処理を行う。図3に示すように、コロナ処理機を用い、ポリイミドフイルム表面の洗浄及び表面への水酸基の生成を行う。次に、分子接着剤を塗布し熱処理する。
【0020】
また、本発明は、電気銅めっきの前処理として、銀鏡反応を用いた銀鏡めっきにて金属触媒被膜を形成する。図4のように、塩化第一スズによる第一活性化処理及び硝酸銀水溶液による第二活性化処理を吹き付け法で行い、次に、銀アンモニア水溶液とホルマリン水溶液を二頭ガンで吹き付けて混合し、銀被膜を析出させる。
【発明の効果】
【0021】
さらに、本発明は、析出した銀被膜を金属触媒被膜とするため、直接の電気銅めっきが可能であり、化学銅めっき工程を省略することができる。
【0022】
さらに、本発明は、銀被膜を金属触媒とするため、めっきレジスト膜剥離後の銅エッチングにおいて、銅被膜と同時に銀被膜をエッチングで除去することができる。
【0023】
さらに、本発明は、プラズマ処理により、粗面化していないため、ポリイミドフイルム製造時の平滑な状態が維持でき、ミリ波以上の高周波に対応できる。
【0024】
さらに、本発明は、スパッタリング法によるニッケル−クローム合金のシード層を用いないため、銅以上の電気伝導度が確保でき、高周波の電気信号伝搬には最適である。
【0025】
電気伝導度単位 μS(ジーメンス)/m Cu:59、Ag:61.4、Ni:14.5、Cr:7.5
さらに、本発明は、ポリイミドフイルム表面の改質処理、銀鏡反応を用いた銀鏡めっきにて金属触媒被膜を形成することにより、耐熱性に優れたピール強度が確保できる。
【0026】
さらに、本発明は、ポリイミドフイルム単体を購入し、表面の改質処理、銀鏡反応を用いた銀鏡めっきにて金属触媒被膜を形成することにより、加工工程を簡素化でき、大幅なコストダウンが達成できる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】従来工法によるフレキシブル配線板の製造方法を示す工程図である。
【図2】本発明のフレキシブル配線板の製造方法を説明するための工程図である。
【図3】本発明のフレキシブル配線板における表面改質方法を説明するための工程図である。
【図4】本発明のフレキシブル配線板における銀鏡めっき方法を説明するための工程図である。
【図5】本発明のフレキシブル配線板の各製造工程における模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
以下、本発明を実施するための形態について、図面に沿って説明する。なお、以下に説明する実施形態及び図面は、本発明の実施形態の一部を例示するものであり、これらの構成に限定する目的に使用されるものではない。なお、各図において、対応する構成要素には同一又は類似の符号が付されている。
【0029】
<断面図による構造の説明>
東レ・デュポン社製カプトン200EN(50μm) を用いる。
【0030】
次に、前記ポリイミドフイルムの両面を分子接着法によって表面改質を行う。本実施形態においては、表面改質としてトリアジンジチオール誘導体被膜処理を施している。種々のトリアジンジチオール誘導体を使用することができるが、好ましくは、分子接着剤として、分子中にジチオールトリアジニル基とトリエトキシシリル基を有する6−(3−トリエトキシシリルプロピルアミノ)−1,3,5−トリアジン−2,4−ジチオールモノソジウム塩(TES)を用いるとよい。表面改質を行うには、まず、有機溶媒で表面の脱脂を行う。有機溶媒としては金属表面の脱脂に用いられるケトン系溶媒、例えばアセトンなどが挙げられる。好ましくは、アサヒクリーナーNo.50(上村工業株式会社製)を用いるとよい。また、脱脂は超音波処理と併用して行なうことができる。最後に純水、メタノールで十分洗浄し、乾燥する。また、脱脂の工程として、還元処理を併用できる。還元処理は、脱脂処理されたポリイミドフイルムをヒドラジン水溶液に浸漬して行なうとよい。ヒドラジン濃度としては1〜10重量%が好ましく、浸漬時間は0.1〜5分、浸漬温度は20〜60℃が好ましい。この前処理条件により次工程であるポリイミドフイルム表面への電解重合が容易となる。そして、純水、メタノールで十分洗浄し、乾燥する。
【0031】
表面改質を行うには、まず、表面の脱脂処理が不可欠である。脱脂処理としては有機溶剤やアルカリ性脱脂液中での浸漬処理及びこれらの溶液を噴霧処理するか、又はこれらの溶液中で超音波照射を行うことにより目的が達成される。有機溶剤としてはメタノール、エタノール、イソプロパノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、セルソルブ、カルビトールなどのアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素、ヘキサン、オクタン、デカン、ドデカン、オクタデカンなどの脂肪族炭化水素、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、フタル酸メチルなどのエステル類、テトラヒドロフラン、エチルブチルエーテル、アニソールなどのエーテル類とこれらの混合溶剤が有効である。アルカリ性脱脂液はアルカリ石鹸類及びノニオン系界面活性剤とアルカリ土類金属からなる。
【0032】
更に、大気圧コロナ放電処理、大気圧プラズマ処理及びUV照射処理なども有効である。
【0033】
次に重合工程として、上記前処理されたポリイミドフイルム表面にトリアジンジチオール誘導体の電解重合膜を形成する。電解液はトリアジンジチオール誘導体および支持電解質を純水に溶解して得られる。水溶液中の混合トリアジンジチオール誘導体濃度は、0.001〜5重量%、好ましくは0.01〜1重量%である。支持電解質としては、NaNO、NaOH、LiOH、KOH、NaCO、NaSO、KSO、NaSO、KCO、KNO、KNO、NaClO、CHCOONa、Na、NaBO、NaHPO、(NaPO、NaMnO、NaSiO等が挙げられる。本発明においては、水酸化ナトリウム(NaOH)、亜硝酸ナトリウム(NaNO)および炭酸ナトリウム(NaCO)の少なくとも一つの化合物を含む支持電解質を用いることが好ましい。特に、後述する実施例で示すように、亜硝酸ナトリウム(NaNO)を必須成分とする支持電解質が好ましい。すなわち、亜硝酸ナトリウムと水酸化ナトリウムとの混合電解質、または亜硝酸ナトリウムと炭酸ナトリウムとの混合電解質が好ましい。
【0034】
次に熱処理工程として、上記重合工程で得られた重合膜に熱処理を施す。熱処理は、トリアジンジチオール誘導体被膜の重合度を上げることにより、被膜強度を上げる処理である。熱処理条件としては、空気雰囲気中で温度が60〜350℃、好ましくは、80〜200℃、処理時間が5〜600分、好ましくは、5〜120分の条件である。熱処理と同時に紫外線処理などの放射線処理を併用できる。なお、重合膜に電着むらなどがある場合には、電解重合後で熱処理前に水洗、アルコール溶液で浸漬処理を行なうことが好ましい。アルコール溶液はアルコール単独、あるいはアクリル酸誘導体、マレイン酸誘導体を溶解したアルコール溶液を使用できる。アルコール溶液の具体例としてはアクリル酸−n−ヘキシルを10重量%溶解したエタノール溶液、マレイン酸−n−ブチルを10重量%溶解したエタノール溶液などが挙げられる。
【0035】
Pdフリー触媒として、銀ナノ粒子を用い、SnーPd触媒に匹敵する触媒能力とフイルムへの均質な高分散吸着させる方法が報告されている。Sn(II)還元法により、調製したAgナノ粒子が無電解銅めっきの触媒として機能する。フイルム表面に、Agナノ粒子を吸着させるためには、長い疎水性を持つカチオン界面活性剤が有効である。また、さらに長い疎水性を持つカチオン性高分子電解質も有効であるとされている。
しかし、これらの方法での吸着量は、数十nmであり、化学銅めっきで全面にわたり金属化しないと電気銅メッキできない。
【0036】
本発明では、フイルム表面に分子接着剤を反応させ、反応性固体表面を形成し、樹脂との接触により材料間を共有結合で結ぶことで、材料依存性、環境依存性が低く、環境負荷物質を使用せずして、改質した表面とし、この改質した表面に、銀鏡反応を用いた銀鏡めっきを行なう。この改質した表面に、第一活性液(センシタイザー)である塩化第一スズに塩酸を加えた活性化処理液を対象物に吹き付け、次に第二活性液(硝酸銀水溶液)、次に銀鏡めっき液である銀アンモニア水溶液と還元剤溶液を二頭ガンで吹き付けることにより銀皮膜を析出させる。第一活性液と第二活性液により、銀鏡反応の初期において、銀の析出が促進され、析出した銀粒子の触媒的働きにより、銀の還元反応が進み、厚さ50〜200nmの銀が析出し皮膜を形成する。このように、フイルム表面に分子接着剤を反応させ、この改質した表面に、銀鏡反応を用いた銀鏡めっきを行なうことが特徴である。
【0037】
銀が析出する反応式は、

である。この銀皮膜は、50〜200nmと厚く、電気銅めっきの前工程である化学銅めっきが不要となり、銀皮膜上に直接、電気銅めっきを行なうことが可能になる。
【0038】
次に、セミアディティブ法で導体パターンを形成するため、ドライフイルムフォトレジストを銀皮膜上にラミネートする。
【0039】
デュポンMRCドライフイルム社製リストンドライフイルム・フォトレジストJSF―125(25μm)
(1) 前処理(酸洗浄)
(2) ラミネート
(3) 露光
露光機:オーク製作所社製ORC−HMW−201(5kW) 80〜200mJ/cm(最適100〜160mJ/cm
(4) 現像
10%炭酸ナトリウム水溶液、20〜30℃(最適30℃)、現像時間15〜22秒(最適20秒)
(5) 銅めっき
硫酸浸漬(1〜2%)⇒硫酸銅めっき 奥野製薬工業社製トップルチナLS
初期1A⇒5分後2A/dm2に上昇(電着応力が緩和できフレキシブル配線板に有効)
(6) 剥離
水酸化ナトリウム水溶液1〜5%(最適3〜4%)、温度40〜60℃(最適45〜50℃)、剥離時間30〜35秒
(7) 銀皮膜エッチング
塩化第二鉄水溶液又は硫酸・過酸化水素(98%HSO:170ml/L+35%H:150 ml/L+CuSO・5H0:125g/L)の混合液
ファインピッチ化に対応可能なセミアディティブ法では、シード層であるニッケル−クローム合金層に化学銅を析出させ、その表面に電気銅めっきで厚付けする。銅パターンエッチング後に、シード層を取り除くため、別の薬品で再度エッチングするが、完全な除去することが難しく、残査が絶縁低下を引き起こしている。シード層エッチングの薬液、工法の改善が行われているが、完璧な解決策は見出されていない。
【0040】
本発明の銀鏡めっきで形成した銀触媒は、前記のエッチング液で完全に除去することができ、絶縁性の確保ができる。
【実施例】
【0041】
実施例1〜4および比較例によるフレキシブル配線板を作製した。表1に製造条件とピール強度を示す。
【0042】
【表1】

【産業上の利用可能性】
【0043】
COF(Chip on Film)、TAB(Tape automated bonding)などは、高密度実装のためファインピッチ化(L/S=25μm/25μm)が必要になっている。その目的達成のため、無接着剤型二層フレキシブル配線板が用いられているが、接着強度が低く、幾多の課題を抱えている。本発明は、これらの課題が解決でき、低価格で、経時変化がなく、かつ、環境変化による銅層の密着力の低下がなく、高信頼性のフレキシブル配線板が提供できる。
【0044】
また、高周波領域で信号の高速伝播は、導体の表面から約1μmの深さまでの表面に近い部分を流れるため、導体表裏面の凹凸や導体表面の電気導電度が問題になる。本発明は、これらの課題が解決でき、ミリ波やテラヘルツ波の高周波伝送にも対応でき、電子タグ、車載・屋内高周波アンテナ、衝突防止センサー、携帯機器アンテナなどが提供できる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
未金属化のポリイミドフイルム単体の片面又は両面に銅導体を形成する無接着剤型二層フレキシブル配線板において、
下記の工程、すなわち、ポリイミドフイルムの穴明け、ポリイミドフイルム表面の改質、金属触媒化、めっきレジスト膜形成、電気銅めっき、めっきレジスト膜剥離、金属触媒エッチングを順に行うことにより製造さることを特徴とするフレキシブル配線板。
【請求項2】
請求項1記載のフレキシブル配線板であって、ポリイミドフイルム表面及び穴明けした穴壁面を分子接着剤で改質することを特徴とするフレキシブル配線板。
【請求項3】
請求項2記載のフレキシブル配線板であって、前記分子接着剤による改質は、トリアジンチオール誘導体の電解重合膜の形成であることを特徴とするフレキシブル配線板。
【請求項4】
請求項1〜3記載のフレキシブル配線板であって、前記金属触媒化において、銀鏡反応を用いて銀を析出させ、これを電気銅めっきの触媒とすることにより、化学銅めっき工程を省略することを特徴とするフレキシブル配線板。
【請求項5】
請求項4記載のフレキシブル配線板であって、前記析出銀を触媒として、電気銅めっきを行うことにより、導体の表裏面の粗度が30nm以下であることを特徴とするフレキシブル配線板。
【請求項6】
請求項4記載のフレキシブル配線板であって、前記析出銀を触媒として、電気銅めっきを行うことにより、導体の電気伝導度が59μS(ジーメンス)/m以上であることを特徴とするフレキシブル配線板。
【請求項7】
請求項1〜6のいずれか一項に記載のフレキシブル配線板であって、前記電気銅めっき後に、めっきレジスト膜が剥離され、金属触媒である銀を塩化第二鉄のエッチャントでクイックエッチングすることを特徴とするフレキシブル配線板。
【請求項8】
請求項1〜6のいずれか一項に記載のフレキシブル配線板であって、導体パターン以外の部分に付着した金属触媒の銀を前記のクイックエッチングで除去することを特徴とするフレキシブル配線板。
【請求項9】
未金属化のポリイミドフイルム単体の表面に銅導体を有する無接着剤型二層フレキシブル配線板の製造方法であって、以下の工程、
A.未金属化のポリイミドフイルム単体を準備する工程、
B.前記ポリイミドフイルム単体にスルーホール用の穴明けを行う工程、
C.前記ポリイミドフイルム単体のスルーホール面を含む表面を、トリアジンジチオール誘導体被膜処理により改質する工程、
D.工程Cにより改質した前記ポリイミドフイルム単体の表面に銀鏡反応を用いて銀鏡被膜を形成する工程、
E.工程Dの銀鏡被膜上にめっきレジスト膜をラミネートし、露光・現像する工程、
F.前記めっきレジスト膜を形成した前記ポリイミドフイルム単体に、工程Dによる析出銀を触媒として電気銅めっきを施す工程、
G.前記電気銅めっきを施した前記ポリイミドフイルム単体から、前記めっきレジスト膜を剥離する工程、
H.前記ポリイミドフイルム単体の導体パターン以外の部分に露出した析出銀をエッジングする工程
を行うことを特徴とするフレキシブル配線板の製造方法。
【請求項10】
請求項9に記載の製造方法により製造されてなるフレキシブル配線板。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate


【公開番号】特開2013−4619(P2013−4619A)
【公開日】平成25年1月7日(2013.1.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−132423(P2011−132423)
【出願日】平成23年6月14日(2011.6.14)
【出願人】(509322395)株式会社 ダイテック (3)
【出願人】(591052963)
【出願人】(505276236)
【Fターム(参考)】