金属被覆ポリイミド基板およびこれを用いた錫めっき法
【課題】 連続的にめっきすることによって所望の厚みまで形成される積層構造の銅めっき被膜において、最終めっき近傍の層厚を適切な厚みにコントロールすることによって、銅めっき表面にニッケル等に異種金属層を形成することなく、封止樹脂を硬化させるための熱履歴によって剥離が発生しないＣＯＦを提供することが可能な金属被覆ポリイミド基板を提供する。
【解決手段】 ポリイミドフィルム表面にスパッタリング法によって形成した金属層の表面に、複数の電解槽により銅めっき被膜が施され、さらに前記銅めっき被膜表面に錫めっき被膜が施された金属被覆ポリイミド基板であって、前記銅めっき被膜表面に膜厚ｔの錫めっきを施すに際し、該銅めっき表層から少なくとも深さ３ｔまでの領域に同一の電解槽で電気銅めっきが施されたことを特徴とする。
【解決手段】 ポリイミドフィルム表面にスパッタリング法によって形成した金属層の表面に、複数の電解槽により銅めっき被膜が施され、さらに前記銅めっき被膜表面に錫めっき被膜が施された金属被覆ポリイミド基板であって、前記銅めっき被膜表面に膜厚ｔの錫めっきを施すに際し、該銅めっき表層から少なくとも深さ３ｔまでの領域に同一の電解槽で電気銅めっきが施されたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば液晶画面駆動用半導体を実装するための半導体実装用金属被覆ポリイミド基板と、この基板を用いて得られる電子回路への錫めっき法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶画面表示用ドライバーＩＣチップを実装する手法としてＣＯＦ（Chip on Film）が注目されている。ＣＯＦは従来の実装法であったＴＣＰ（Tape Carrier Package）に比べ、ファインピッチ実装が可能であり、ドライバーＩＣの小型化、コストダウンをはかることが容易な実装法である。ＣＯＦは高耐熱、高絶縁性樹脂であるポリイミドフィルムと良導電体である銅層を密着させてなる金属被覆ポリイミド基板を使用し、銅層をフォトリソグラフィー技法によってファインパターニングし、さらに所望な箇所に錫めっきおよびソルダーレジストを被覆して得るのが一般的である。上記金属被覆ポリイミド基板に用いられるポリイミドフィルムとしては、Ｋａｐｔｏｎ ＥＮ（東レ・デュポン製）、Ｕｐｉｌｅｘ（宇部興産製）、ＮＰＩ（カネカ製）等が用いられ、その厚みは２５〜３８μｍが一般的である。
【０００３】
また、ポリイミドフィルム表面に金属層を形成する方法としては、まず、スパッタリング法によりニッケル−クロム合金等の金属層を形成し、引き続き良導電性を付与するために銅被膜を形成する方法が用いられる。上記スパッタリング法によって形成される金属層はおよそ１００〜５００ｎｍが一般的である。さらに厚膜化が必要であれば、電気めっき、および電気めっきと無電解めっきを併用することによって行うことが一般的であり、その厚みは、例えばサブトラクティブ法によって回路を形成する場合は、５〜１２μｍが一般的である。
【０００４】
上記スパッタリング、めっき法によって、あるいは銅箔を接着剤にてポリイミドフィルムに貼り合わせる方法等によって得られた金属被覆ポリイミド基板を用いてＣＯＦ、あるいはＴＣＰを製造する方法としては、銅層をエッチングして回路を形成した後、回路表面に無電解錫めっき法により錫を厚さ約０．５μｍ程度形成し、８０〜１５０℃程度の熱処理を施した後、所望の部分にソルダーレジストを形成する方法が一般的である（特許文献１参照）。
この方法により銅被膜表面に形成された錫めっき被膜は、ホイスカーと呼ばれる針状結晶が急激に成長しやすく、場合によっては隣接する回路間でホイスカーによる短絡が発生し電子回路としての役割を果たさない。これに対し、特許文献１では、錫めっき後に８０〜１５０℃の熱処理を施すことによって発生を抑制する手法が開示されている。また、無電解錫めっき液に鉛などの低融点金属の塩を加え、錫との合金めっき層を形成することによってホイスカーの発生を抑制する方法も開示されている（特許文献２参照）。
【０００５】
一方、上記ポリイミドフィルムに形成されたスパッタ被膜表面に電気めっきによって銅被膜を形成する方法としては、陽極及び電解液を有するめっき槽を複数配置し、スパッタ被膜、ないしはめっき被膜を有するポリイミドフィルムを、これらのめっき槽に順次連続的に供給し、各めっき槽毎に通電量を制御しながら電気めっきを行なって該被膜表面に電気めっき層を連続的に所望の厚みまで形成する方法が一般的である（特許文献３参照）。
【０００６】
ところで、ＣＯＦは、ＩＣチップとインナーリード部をボンディングした後、通常ＩＣチップおよびその周辺部に熱硬化型樹脂を塗布、硬化することによって封止する。この際、樹脂の硬化は１５０℃〜１６０℃にて３〜４時間の熱履歴を経ることによって行われるが、上記特許文献３の手法によって得られた金属被覆ポリイミド基板を用いた場合は、上記熱履歴後、錫めっき被膜、あるいは錫めっき被膜とその表面に形成されたソルダーレジスト、封止樹脂等の被膜と共に回路から剥離する問題が発生する。これは、ホイスカー発生抑制の為の熱処理、および前記封止樹脂を硬化させるための熱処理を経ることによって、錫めっき被膜に銅が拡散することによって形成された銅錫合金層と銅被膜の界面にＫｉｒｋｅｎｄａｌｌボイドと呼ばれる空隙が発生、成長することによってその界面で剥離が発生する。一般に、この問題を抑制する手法として銅と錫の界面にニッケル等の異種金属層を形成する方法が開示されている（特許文献４参照）。
【特許文献１】特開２００１−１４４１４５号公報
【特許文献２】特開平８−２９６０５０号公報
【特許文献３】特開平７−０２２４７３号公報
【特許文献４】特開２００５−２２６０９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献４の手法を特許文献３の手法によって得られた金属被覆ポリイミド基板に用いた場合は、錫めっきに先だってニッケル等の異種金属層を銅被膜に形成するための経済的コストが増加し、また、ニッケルめっきを施すことによって新たに回路に加わる応力によってＩＣチップのボンディング等で所定のバンプとリードに位置ずれが発生し、特にファインピンチＣＯＦの場合はボンディング不良を引き起こす危険性が高くなる。
【０００８】
本発明者は、上記問題を解決するためになされたもので、連続的にめっきすることによって所望の厚みまで形成される積層構造の銅めっき被膜において、最終めっき近傍の層厚を適切な厚みにコントロールすることによって、銅めっき表面にニッケル等に異種金属層を形成することなく、封止樹脂を硬化させるための熱履歴によって剥離が発生しないＣＯＦを提供することが可能な金属被覆ポリイミド基板とこれを用いた錫めっき法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る金属被覆ポリイミド基板は、ポリイミドフィルム表面にスパッタリング法によって形成した金属層の表面に、複数の電解槽により銅めっき被膜が施され、さらに前記銅めっき被膜表面に錫めっき被膜が施された金属被覆ポリイミド基板であって、前記銅めっき被膜表面に膜厚ｔの錫めっきを施すに際し、該銅めっき表層から少なくとも深さ３ｔまでの領域に同一の電解槽で電気銅めっきが施されたことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明に係る金属被覆ポリイミド基板を用いた錫めっき法は、ポリイミドフィルム表面にスパッタリング法によって金属層を形成した後、複数の電解槽を用い連続的に電気めっきを施すことによって銅めっき被膜を形成し、さらに該銅めっき被膜表面に膜厚ｔの錫めっきを施す金属被覆ポリイミド基板を用いた錫めっき法において、前記銅めっき被膜表面に膜厚ｔの錫めっきを施すに際し、該銅めっき表層から少なくとも深さ３ｔまでの領域に同一の電解槽で電気銅めっきを施し、錫めっき後、１２０℃以上の熱処理を施すことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る金属被覆ポリイミド基板は、これを用いて得られるＣＯＦとＩＣの組み立て工程において加わる封止樹脂を硬化させるための熱履歴を経ても、回路部からの錫めっき被膜の剥離を防止することが可能となり、電気的絶縁信頼性が十分確保される。また、本発明の金属被覆ポリイミド基板は、前記剥離の問題を解消するために、回路表面と錫めっき被膜界面にニッケル等の異種金属層を形成する必要がないため、ＣＯＦ等の電子部品の更なる高密度化を実現することが可能となり、また経済的に製品を供給することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明において、連続的に電気めっきすることによって所望の厚みまで形成される積層構造の銅めっき被膜表面に膜厚ｔの錫めっきを施すに際し、該銅めっき表層から少なくとも深さ３ｔまでの領域に同一の電解槽で電気銅めっきを施す理由およびその具体的手法について、以下に説明する。
【００１３】
一般に、銅表面に錫被膜を形成し、さらに１２０℃以上の熱処理を行った場合、前記のように銅と銅−錫合金の界面にＫｉｒｋｅｎｄａｌｌボイドと呼ばれる空隙が少なからず発生するが、これは例えば２００℃、２４時間以上程度の過大な熱履歴を経る場合、ないしはコネクタの端子部等の過大な外力が加わる場合を除けば、ＣＯＦ等の電子部品用途は剥離に到らない。しかしながら、前記の銅層が複数の電解槽で連続的に、すなわち積層構造として所望の厚みまで形成された場合、各層間には少なからずめっき結晶成長に不連続性が発生する。通常の用途では、この不連続性は、例えば銅層間の剥離等の問題に発展する危険性は極めて少ない。しかし、不連続性の程度は、例えば電解槽間で発生するめっき成長停止時間、その際のめっき表面状態、例えば、めっき液、水洗水等の被覆具合、暴露される環境、例えば温度、湿度等、種々の要因によって影響を受けるため、不連続性が極めて抑制された状況を常時確実に実現することは極めて困難であり、前記Ｋｉｒｋｅｎｄａｌｌボイドの発生部位と比較的強い不連続性を有する銅層界面が一致、ないしは極めて隣接した場合は剥離が発生する可能性が生じる。
【００１４】
本発明では、前記不連続性が存在したとしても、根本的にＫｉｒｋｅｎｄａｌｌボイドの発生部位と一致しない構造とすることによって剥離の危険性を排除した。これは、銅表面に形成した錫めっき被膜の厚さとその後に加わる熱履歴の程度によって、Ｋｉｒｋｅｎｄａｌｌボイドの発生部位を推定し、この発生部位と銅めっき層間の不連続部、すなわち積層界面部が一致しないように銅めっき層厚をコントロールすることによって行う。
具体的には、該当する電解槽での電着時間、例えば陰極間距離、あるいは陰極電流密度を調整することによって行う。ここで、銅表面に形成される錫めっき被膜の厚みをｔとした場合、その後にＣＯＦ加工工程で通常施される熱処理としては、錫めっきホイスカー成長抑制のための１２０℃、３０〜６０分の熱処理、ソルダーレジスト硬化のための１２０℃、２〜３時間の熱処理、ＣＯＦへのＩＣボンディングの際に加わる４２０℃、１〜５秒程度の熱処理、ＩＣ封止樹脂硬化のための１５０℃、３〜４時間の熱処理、および液晶パネルへのアウターリードボンディングのための２００℃、１分程度の熱処理を経ることによって発生するＫｉｒｋｅｎｄａｌｌボイドの発生位置は、錫めっきを形成する直前の銅被膜表面からおよそ深さ２ｔの位置に該当する。よって、Ｋｉｒｋｅｎｄａｌｌボイド発生位置と銅めっき層間の不連続性界面位置との遭遇を回避するためには、上記熱履歴のばらつき、差異による変動を加味すると、銅めっき表層から少なくとも深さ３ｔまでの領域にめっき界面が存在しないように調整する必要がある。
無論、所望の銅めっき厚みが単独の電解槽で得られる場合には、前記の剥離の問題は解決されるが、本発明のようにスパッタ被膜へ電気めっきによって銅被膜を形成する場合は、通常スパッタ被膜が０．１〜０．５μｍと非常に薄いため、めっき初期では大きな電流量を供給することが不可能なため、長い陰極間距離を確保することが困難であり、複数の電解槽を設ける、即ち電極間距離を適切に維持しながらめっきをする方法が一般的である。
【００１５】
次に、本発明に係る金属被覆ポリイミド基板の形態および製造方法について説明する。
図１は本発明の金属被覆ポリイミド基板の一実施例を示す概略断面図である。
すなわち、本発明の金属被覆ポリイミド基板は、ポリイミドフィルム１と複数の電解槽を用い連続的にめっき層が形成された積層構造の電気銅めっき層４の間にスパッタリングにて形成されたニッケル−クロム合金層２および銅層３が設けられている。
本発明において用いられるポリイミドフィルム１は、液晶表示用ドライバーＩＣの実装法であるＣＯＦの素材として見た場合、厚さは２５〜５０μｍが一般的であり、さらに好ましくは３０〜４０μｍである。例えばＫａｐｔｏｎ １５０ＥＮ（東レ・デュポン製）、Ｕｐｉｌｅｘ ３５Ｓ（宇部興産製）等が好適である。
【００１６】
ポリイミドフィルム表面にスパッタリングによって形成される金属層は、ポリイミドフィルムに直接形成される金属層としてニッケル−クロム合金層２が一般的である。この第１の金属層は、ポリイミドフィルムと金属層の密着強度、およびその耐熱、耐湿度環境下での安定性を確保する役割を果たすとされる。このニッケル−クロム合金層２の合金組成および厚みは、前記特性と密接に関係するとともに、ＣＯＦ等、金属層をエッチングすることによって電子回路を形成する場合は、良導電体である銅とエッチング性が大幅に異なる組成、厚みでは不都合である。よって、合金層中のクロム濃度は５〜３０％、合金層の厚さは５ｎｍ〜５０ｎｍが好適とされている。
【００１７】
スパッタリングによって第１の金属層を形成した後、電気めっきを施す前に、スパッタ層の導電性を確保するために引き続きスパッタリングによって銅層３を形成する手法が取られる。この銅層３は、電気めっきによる析出を均一かつ円滑に行うべく、スパッタ層に導電性を付与するために形成され、その厚みは一般的に５０〜５００ｎｍである。すなわち、５０ｎｍより薄い場合は十分な導電性が得られず、その後の電気めっきによる銅の析出均一性に悪影響を及ぼす可能性があり、他方、５００ｎｍを超えて厚く形成した場合は、導電性を付与する点ではさらに好都合であるが、スパッタリングによるポリイミドフィルムへの熱履歴強度が高まることによる基板の寸法変化、変形等の影響によって、ＣＯＦ等得られる製品への悪影響が懸念されるためである。
【００１８】
スパッタリング処理後は、スパッタ被膜表面に複数の電解槽を用い連続的に積層構造の電気銅めっき層４を形成する。その場合、電解槽および給電機構、基板搬送機構等を組み合わせためっき装置の構成は特に限定されないが、一般的には、各電解槽毎に通電量が制御され、概ね被めっき層である導体層が薄い初期の段階では通電量が小さく、電気めっきの順序にしたがって通電量が大きくなるように設定される。各めっき槽内には、通常、被めっき物の搬入側及び搬出側の両方に電気めっきを行なうための陽極が配置されている。一方、電解槽間には、めっき被膜に電力を供給する機構が存在し、これは例えば耐食性に優れたステンレス製のローラーにめっき表面が接触する構造とし、該ローラーを介してめっき表面に電力を供給する構造が取られる。また、電解層間では給電機構の基板が大気中に暴露されるため、めっき表面が適度な電解質、例えば水で希釈されためっき液等で被覆された状態が望ましい。これは、前記基板が大気中に暴露される状況によって、前記の積層構造の界面に存在するめっき結晶成長の不連続性の程度が影響されるためである。
【００１９】
本発明で用いるめっき液としては、特に限定されないが、硫酸、銅を主成分とするいわゆる硫酸銅めっき浴が一般的であり、本発明では硫酸１８０ｇ／Ｌ、硫酸銅８０ｇ／Ｌ、塩素イオン５０ｍｇ／Ｌ、および銅めっき被膜の表面平滑性、および電着応力緩和性を得るための添加剤を適量加えた溶液を用いることができる。
本発明で用いる陽極は、硫酸銅めっき浴を用いる場合、含リン銅を用いることが望ましい。また、本発明で用いる給電機構としては、例えばステンレス製ローラーにめっき表面を接触させる方式を採用し、また、接触前にイオン交換水をめっき面に散布することによってめっき面表面の乾燥を抑制する。
【００２０】
本発明で形成する銅めっき厚は、ＣＯＦ用途であれば総厚８μｍが一般的であり、また銅表面に形成する錫めっき厚は０．６μｍが一般的である。よって、本発明では、銅めっき表層から少なくとも１．８μｍの領域は、一つの電解槽でめっきする構成とすればよい。上記厚さ１．８μｍ以上の銅めっき層厚を確保するためには、基板の搬送速度、すなわち電解槽内での電解時間、および電極間距離と基板幅からめっき面に供給する電流量を求めることができる。また、無電解錫めっきを施す前に、銅表面を活性化、あるいは付着異物除去のためにあらかじめ一部をエッチングする場合は、エッチングされる厚みを考慮し、積層構造の銅層厚を調整する必要がある。
本発明で銅表面に錫層を形成する場合、無電解めっき法によって行うことができ、無電解めっき液としては、一般的なほうフッ化浴を用いることができる。例えばロームアンドハース社のＴｉｎｐｏｓｉｔ ＬＴ−３４を用いる。また、無電解錫めっき後、錫ホイスカー成長抑制のために施す熱処理等、およそ１２０℃以上の熱処理を施す場合は、本発明による剥離防止効果がより発揮される。
【００２１】
［実施例］
以下、本発明の有効性を実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例１】
【００２２】
ポリイミドフィルムとしてＫａｐｔｏｎ １５０ＥＮ（東レ・デュポン製）を用い、真空度０．０１〜０．１Ｐａに保持されたチャンバー内で１５０℃、１分間の加熱処理を行った。引き続き、クロムを２０重量％含有するニッケル−クロム合金ターゲット、および銅ターゲットを用い、ポリイミドフィルム表面に厚さ２０ｎｍのニッケル−クロム合金層、および厚さ１００ｎｍの銅層を形成した。その後、電解槽間にステンレス製ローラーによる給電機構を有した１８槽の電解槽、およびスパッタ面の活性化処理、めっき面の水洗、防錆処理を電解槽列の前後に配し、水平方向に保持されたローラーによる搬送機構を有した電気銅めっきラインを使用し、各電解槽でめっきされる銅めっき層の厚みを調整し、総めっき層厚８．１μｍの銅めっき被膜を形成した。その銅めっき被膜を表１に示す。
【００２３】
次に、前記表１に示す銅めっき被膜を有する金属被覆ポリイミド基板を用い、銅めっき表面の活性化処理をめっき表層から厚さ０．５μｍの銅をエッチング除去することによって行った後、銅表面にフォトリソグラフィー法によってエッチングレジスト層を形成し、露出した銅層を溶解除去し、さらにエッチングレジスト層を剥離することによってインナーリード部が３５μｍピッチの回路を形成した。続いて、該回路表面に、ロームアンドハース社製無電解錫めっき液（Ｔｉｎｐｏｓｉｔ ＬＴ−３４）を用い、厚さ０．６μｍの錫めっき被膜を形成し、１２０℃で３０分間熱処理を施した。その後、インナーリード部、およびアウターリード部以外の所望な部分にソルダーレジスト被膜を形成し、１２０℃で２時間熱処理を行うことによって、インナーリード部３５μｍピッチのＣＯＦを得た。得られたＣＯＦのインナーリード部とＩＣの所定のパッド部を４２０℃、０．３秒間圧着することによってボンディングし、しかる後、ＩＣおよびその周辺の所望部に封止樹脂を塗布し、１５０℃、３．５時間熱処理を施した。
以上の処理後、ＣＯＦおよび封止樹脂周辺部を顕微鏡によって観察したが、錫めっき被膜、およびソルダーレジスト、あるいは封止樹脂が表面に形成された錫めっき被膜と回路部との剥離は観察されなかった。
【００２４】
【表１】
【実施例２】
【００２５】
実施例１において、銅めっきを表２に示す積層構造となるように電解槽の電流を調節し、総めっき層厚８．１μｍの銅めっき被膜を形成し、また銅めっき被膜の活性化処理を行わなかった以外は実施例１と同様にＣＯＦを製造し、得られたＣＯＦにＩＣをボンディングし樹脂封止した。
以上の処理後、ＣＯＦおよび封止樹脂周辺部を顕微鏡によって観察したが、本実施例においても錫めっき被膜、およびソルダーレジスト、あるいは封止樹脂が表面に形成された錫めっき被膜と回路部との剥離は観察されなかった。
【００２６】
【表２】
【実施例３】
【００２７】
実施例１において、銅めっきを表３に示す積層構造となるように電解槽の電流を調節し、総厚８．１μｍの銅めっき被膜を形成した以外は実施例１と同様にＣＯＦを製造し、得られたＣＯＦにＩＣをボンディングし樹脂封止した。
以上の処理後、ＣＯＦおよび封止樹脂周辺部を顕微鏡によって観察したが、本実施例においても錫めっき被膜、およびソルダーレジスト、あるいは封止樹脂が表面に形成された錫めっき被膜と回路部との剥離は観察されなかった。
【００２８】
【表３】
【実施例４】
【００２９】
実施例１において、銅めっきを表４に示す積層構造となるように電解槽の電流を調節し、総厚８.１μｍの銅めっき被膜を形成した以外は実施例１と同様にＣＯＦを製造し、得られたＣＯＦにＩＣをボンディングし樹脂封止した。
以上の処理後、ＣＯＦおよび封止樹脂周辺部を顕微鏡によって観察したが、本実施例においても錫めっき被膜、およびソルダーレジスト、あるいは封止樹脂が表面に形成された錫めっき被膜と回路部との剥離は観察されなかった。
【００３０】
【表４】
〔比較例１〕
【００３１】
実施例１において、銅めっきを表５に示す積層構造となるように電解槽の電流を調節し、総厚８.１μｍの銅めっき被膜を形成した以外は実施例１と同様にＣＯＦを製造し、得られたＣＯＦにＩＣをボンディングし樹脂封止した。
以上の処理後、ＣＯＦおよび封止樹脂周辺部を顕微鏡によって観察したところ、１０μｍ×１０μｍの大きさで錫めっき被膜が剥離していることが判明し、電子部品としての信頼性に欠けるものであった。
【００３２】
【表５】
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明によって得られる金属被覆ポリイミド基板は、これを用いて得られたＣＯＦとＩＣの組み立て工程において加わる熱履歴を経ても、回路部からの錫めっき被膜の剥離を防止することが可能となり、電気的、絶縁信頼性が十分確保される。また、前記剥離の問題を解消するために、回路表面と錫めっき被膜界面にニッケルなどの異種金属層を形成する必要がないため、本発明によって得られる金属被覆ポリイミド基板は、ＣＯＦ等の電子部品の更なる高密度化を実現することが可能となり、また経済的に製品を供給することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の金属被覆ポリイミド基板の一実施例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１ ポリイミドフィルム
２ ニッケル−クロム合金層
３ スパッツタリングによる銅層
４ 積層構造の電気銅めっき層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば液晶画面駆動用半導体を実装するための半導体実装用金属被覆ポリイミド基板と、この基板を用いて得られる電子回路への錫めっき法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶画面表示用ドライバーＩＣチップを実装する手法としてＣＯＦ（Chip on Film）が注目されている。ＣＯＦは従来の実装法であったＴＣＰ（Tape Carrier Package）に比べ、ファインピッチ実装が可能であり、ドライバーＩＣの小型化、コストダウンをはかることが容易な実装法である。ＣＯＦは高耐熱、高絶縁性樹脂であるポリイミドフィルムと良導電体である銅層を密着させてなる金属被覆ポリイミド基板を使用し、銅層をフォトリソグラフィー技法によってファインパターニングし、さらに所望な箇所に錫めっきおよびソルダーレジストを被覆して得るのが一般的である。上記金属被覆ポリイミド基板に用いられるポリイミドフィルムとしては、Ｋａｐｔｏｎ ＥＮ（東レ・デュポン製）、Ｕｐｉｌｅｘ（宇部興産製）、ＮＰＩ（カネカ製）等が用いられ、その厚みは２５〜３８μｍが一般的である。
【０００３】
また、ポリイミドフィルム表面に金属層を形成する方法としては、まず、スパッタリング法によりニッケル−クロム合金等の金属層を形成し、引き続き良導電性を付与するために銅被膜を形成する方法が用いられる。上記スパッタリング法によって形成される金属層はおよそ１００〜５００ｎｍが一般的である。さらに厚膜化が必要であれば、電気めっき、および電気めっきと無電解めっきを併用することによって行うことが一般的であり、その厚みは、例えばサブトラクティブ法によって回路を形成する場合は、５〜１２μｍが一般的である。
【０００４】
上記スパッタリング、めっき法によって、あるいは銅箔を接着剤にてポリイミドフィルムに貼り合わせる方法等によって得られた金属被覆ポリイミド基板を用いてＣＯＦ、あるいはＴＣＰを製造する方法としては、銅層をエッチングして回路を形成した後、回路表面に無電解錫めっき法により錫を厚さ約０．５μｍ程度形成し、８０〜１５０℃程度の熱処理を施した後、所望の部分にソルダーレジストを形成する方法が一般的である（特許文献１参照）。
この方法により銅被膜表面に形成された錫めっき被膜は、ホイスカーと呼ばれる針状結晶が急激に成長しやすく、場合によっては隣接する回路間でホイスカーによる短絡が発生し電子回路としての役割を果たさない。これに対し、特許文献１では、錫めっき後に８０〜１５０℃の熱処理を施すことによって発生を抑制する手法が開示されている。また、無電解錫めっき液に鉛などの低融点金属の塩を加え、錫との合金めっき層を形成することによってホイスカーの発生を抑制する方法も開示されている（特許文献２参照）。
【０００５】
一方、上記ポリイミドフィルムに形成されたスパッタ被膜表面に電気めっきによって銅被膜を形成する方法としては、陽極及び電解液を有するめっき槽を複数配置し、スパッタ被膜、ないしはめっき被膜を有するポリイミドフィルムを、これらのめっき槽に順次連続的に供給し、各めっき槽毎に通電量を制御しながら電気めっきを行なって該被膜表面に電気めっき層を連続的に所望の厚みまで形成する方法が一般的である（特許文献３参照）。
【０００６】
ところで、ＣＯＦは、ＩＣチップとインナーリード部をボンディングした後、通常ＩＣチップおよびその周辺部に熱硬化型樹脂を塗布、硬化することによって封止する。この際、樹脂の硬化は１５０℃〜１６０℃にて３〜４時間の熱履歴を経ることによって行われるが、上記特許文献３の手法によって得られた金属被覆ポリイミド基板を用いた場合は、上記熱履歴後、錫めっき被膜、あるいは錫めっき被膜とその表面に形成されたソルダーレジスト、封止樹脂等の被膜と共に回路から剥離する問題が発生する。これは、ホイスカー発生抑制の為の熱処理、および前記封止樹脂を硬化させるための熱処理を経ることによって、錫めっき被膜に銅が拡散することによって形成された銅錫合金層と銅被膜の界面にＫｉｒｋｅｎｄａｌｌボイドと呼ばれる空隙が発生、成長することによってその界面で剥離が発生する。一般に、この問題を抑制する手法として銅と錫の界面にニッケル等の異種金属層を形成する方法が開示されている（特許文献４参照）。
【特許文献１】特開２００１−１４４１４５号公報
【特許文献２】特開平８−２９６０５０号公報
【特許文献３】特開平７−０２２４７３号公報
【特許文献４】特開２００５−２２６０９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献４の手法を特許文献３の手法によって得られた金属被覆ポリイミド基板に用いた場合は、錫めっきに先だってニッケル等の異種金属層を銅被膜に形成するための経済的コストが増加し、また、ニッケルめっきを施すことによって新たに回路に加わる応力によってＩＣチップのボンディング等で所定のバンプとリードに位置ずれが発生し、特にファインピンチＣＯＦの場合はボンディング不良を引き起こす危険性が高くなる。
【０００８】
本発明者は、上記問題を解決するためになされたもので、連続的にめっきすることによって所望の厚みまで形成される積層構造の銅めっき被膜において、最終めっき近傍の層厚を適切な厚みにコントロールすることによって、銅めっき表面にニッケル等に異種金属層を形成することなく、封止樹脂を硬化させるための熱履歴によって剥離が発生しないＣＯＦを提供することが可能な金属被覆ポリイミド基板とこれを用いた錫めっき法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る金属被覆ポリイミド基板は、ポリイミドフィルム表面にスパッタリング法によって形成した金属層の表面に、複数の電解槽により銅めっき被膜が施され、さらに前記銅めっき被膜表面に錫めっき被膜が施された金属被覆ポリイミド基板であって、前記銅めっき被膜表面に膜厚ｔの錫めっきを施すに際し、該銅めっき表層から少なくとも深さ３ｔまでの領域に同一の電解槽で電気銅めっきが施されたことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明に係る金属被覆ポリイミド基板を用いた錫めっき法は、ポリイミドフィルム表面にスパッタリング法によって金属層を形成した後、複数の電解槽を用い連続的に電気めっきを施すことによって銅めっき被膜を形成し、さらに該銅めっき被膜表面に膜厚ｔの錫めっきを施す金属被覆ポリイミド基板を用いた錫めっき法において、前記銅めっき被膜表面に膜厚ｔの錫めっきを施すに際し、該銅めっき表層から少なくとも深さ３ｔまでの領域に同一の電解槽で電気銅めっきを施し、錫めっき後、１２０℃以上の熱処理を施すことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る金属被覆ポリイミド基板は、これを用いて得られるＣＯＦとＩＣの組み立て工程において加わる封止樹脂を硬化させるための熱履歴を経ても、回路部からの錫めっき被膜の剥離を防止することが可能となり、電気的絶縁信頼性が十分確保される。また、本発明の金属被覆ポリイミド基板は、前記剥離の問題を解消するために、回路表面と錫めっき被膜界面にニッケル等の異種金属層を形成する必要がないため、ＣＯＦ等の電子部品の更なる高密度化を実現することが可能となり、また経済的に製品を供給することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明において、連続的に電気めっきすることによって所望の厚みまで形成される積層構造の銅めっき被膜表面に膜厚ｔの錫めっきを施すに際し、該銅めっき表層から少なくとも深さ３ｔまでの領域に同一の電解槽で電気銅めっきを施す理由およびその具体的手法について、以下に説明する。
【００１３】
一般に、銅表面に錫被膜を形成し、さらに１２０℃以上の熱処理を行った場合、前記のように銅と銅−錫合金の界面にＫｉｒｋｅｎｄａｌｌボイドと呼ばれる空隙が少なからず発生するが、これは例えば２００℃、２４時間以上程度の過大な熱履歴を経る場合、ないしはコネクタの端子部等の過大な外力が加わる場合を除けば、ＣＯＦ等の電子部品用途は剥離に到らない。しかしながら、前記の銅層が複数の電解槽で連続的に、すなわち積層構造として所望の厚みまで形成された場合、各層間には少なからずめっき結晶成長に不連続性が発生する。通常の用途では、この不連続性は、例えば銅層間の剥離等の問題に発展する危険性は極めて少ない。しかし、不連続性の程度は、例えば電解槽間で発生するめっき成長停止時間、その際のめっき表面状態、例えば、めっき液、水洗水等の被覆具合、暴露される環境、例えば温度、湿度等、種々の要因によって影響を受けるため、不連続性が極めて抑制された状況を常時確実に実現することは極めて困難であり、前記Ｋｉｒｋｅｎｄａｌｌボイドの発生部位と比較的強い不連続性を有する銅層界面が一致、ないしは極めて隣接した場合は剥離が発生する可能性が生じる。
【００１４】
本発明では、前記不連続性が存在したとしても、根本的にＫｉｒｋｅｎｄａｌｌボイドの発生部位と一致しない構造とすることによって剥離の危険性を排除した。これは、銅表面に形成した錫めっき被膜の厚さとその後に加わる熱履歴の程度によって、Ｋｉｒｋｅｎｄａｌｌボイドの発生部位を推定し、この発生部位と銅めっき層間の不連続部、すなわち積層界面部が一致しないように銅めっき層厚をコントロールすることによって行う。
具体的には、該当する電解槽での電着時間、例えば陰極間距離、あるいは陰極電流密度を調整することによって行う。ここで、銅表面に形成される錫めっき被膜の厚みをｔとした場合、その後にＣＯＦ加工工程で通常施される熱処理としては、錫めっきホイスカー成長抑制のための１２０℃、３０〜６０分の熱処理、ソルダーレジスト硬化のための１２０℃、２〜３時間の熱処理、ＣＯＦへのＩＣボンディングの際に加わる４２０℃、１〜５秒程度の熱処理、ＩＣ封止樹脂硬化のための１５０℃、３〜４時間の熱処理、および液晶パネルへのアウターリードボンディングのための２００℃、１分程度の熱処理を経ることによって発生するＫｉｒｋｅｎｄａｌｌボイドの発生位置は、錫めっきを形成する直前の銅被膜表面からおよそ深さ２ｔの位置に該当する。よって、Ｋｉｒｋｅｎｄａｌｌボイド発生位置と銅めっき層間の不連続性界面位置との遭遇を回避するためには、上記熱履歴のばらつき、差異による変動を加味すると、銅めっき表層から少なくとも深さ３ｔまでの領域にめっき界面が存在しないように調整する必要がある。
無論、所望の銅めっき厚みが単独の電解槽で得られる場合には、前記の剥離の問題は解決されるが、本発明のようにスパッタ被膜へ電気めっきによって銅被膜を形成する場合は、通常スパッタ被膜が０．１〜０．５μｍと非常に薄いため、めっき初期では大きな電流量を供給することが不可能なため、長い陰極間距離を確保することが困難であり、複数の電解槽を設ける、即ち電極間距離を適切に維持しながらめっきをする方法が一般的である。
【００１５】
次に、本発明に係る金属被覆ポリイミド基板の形態および製造方法について説明する。
図１は本発明の金属被覆ポリイミド基板の一実施例を示す概略断面図である。
すなわち、本発明の金属被覆ポリイミド基板は、ポリイミドフィルム１と複数の電解槽を用い連続的にめっき層が形成された積層構造の電気銅めっき層４の間にスパッタリングにて形成されたニッケル−クロム合金層２および銅層３が設けられている。
本発明において用いられるポリイミドフィルム１は、液晶表示用ドライバーＩＣの実装法であるＣＯＦの素材として見た場合、厚さは２５〜５０μｍが一般的であり、さらに好ましくは３０〜４０μｍである。例えばＫａｐｔｏｎ １５０ＥＮ（東レ・デュポン製）、Ｕｐｉｌｅｘ ３５Ｓ（宇部興産製）等が好適である。
【００１６】
ポリイミドフィルム表面にスパッタリングによって形成される金属層は、ポリイミドフィルムに直接形成される金属層としてニッケル−クロム合金層２が一般的である。この第１の金属層は、ポリイミドフィルムと金属層の密着強度、およびその耐熱、耐湿度環境下での安定性を確保する役割を果たすとされる。このニッケル−クロム合金層２の合金組成および厚みは、前記特性と密接に関係するとともに、ＣＯＦ等、金属層をエッチングすることによって電子回路を形成する場合は、良導電体である銅とエッチング性が大幅に異なる組成、厚みでは不都合である。よって、合金層中のクロム濃度は５〜３０％、合金層の厚さは５ｎｍ〜５０ｎｍが好適とされている。
【００１７】
スパッタリングによって第１の金属層を形成した後、電気めっきを施す前に、スパッタ層の導電性を確保するために引き続きスパッタリングによって銅層３を形成する手法が取られる。この銅層３は、電気めっきによる析出を均一かつ円滑に行うべく、スパッタ層に導電性を付与するために形成され、その厚みは一般的に５０〜５００ｎｍである。すなわち、５０ｎｍより薄い場合は十分な導電性が得られず、その後の電気めっきによる銅の析出均一性に悪影響を及ぼす可能性があり、他方、５００ｎｍを超えて厚く形成した場合は、導電性を付与する点ではさらに好都合であるが、スパッタリングによるポリイミドフィルムへの熱履歴強度が高まることによる基板の寸法変化、変形等の影響によって、ＣＯＦ等得られる製品への悪影響が懸念されるためである。
【００１８】
スパッタリング処理後は、スパッタ被膜表面に複数の電解槽を用い連続的に積層構造の電気銅めっき層４を形成する。その場合、電解槽および給電機構、基板搬送機構等を組み合わせためっき装置の構成は特に限定されないが、一般的には、各電解槽毎に通電量が制御され、概ね被めっき層である導体層が薄い初期の段階では通電量が小さく、電気めっきの順序にしたがって通電量が大きくなるように設定される。各めっき槽内には、通常、被めっき物の搬入側及び搬出側の両方に電気めっきを行なうための陽極が配置されている。一方、電解槽間には、めっき被膜に電力を供給する機構が存在し、これは例えば耐食性に優れたステンレス製のローラーにめっき表面が接触する構造とし、該ローラーを介してめっき表面に電力を供給する構造が取られる。また、電解層間では給電機構の基板が大気中に暴露されるため、めっき表面が適度な電解質、例えば水で希釈されためっき液等で被覆された状態が望ましい。これは、前記基板が大気中に暴露される状況によって、前記の積層構造の界面に存在するめっき結晶成長の不連続性の程度が影響されるためである。
【００１９】
本発明で用いるめっき液としては、特に限定されないが、硫酸、銅を主成分とするいわゆる硫酸銅めっき浴が一般的であり、本発明では硫酸１８０ｇ／Ｌ、硫酸銅８０ｇ／Ｌ、塩素イオン５０ｍｇ／Ｌ、および銅めっき被膜の表面平滑性、および電着応力緩和性を得るための添加剤を適量加えた溶液を用いることができる。
本発明で用いる陽極は、硫酸銅めっき浴を用いる場合、含リン銅を用いることが望ましい。また、本発明で用いる給電機構としては、例えばステンレス製ローラーにめっき表面を接触させる方式を採用し、また、接触前にイオン交換水をめっき面に散布することによってめっき面表面の乾燥を抑制する。
【００２０】
本発明で形成する銅めっき厚は、ＣＯＦ用途であれば総厚８μｍが一般的であり、また銅表面に形成する錫めっき厚は０．６μｍが一般的である。よって、本発明では、銅めっき表層から少なくとも１．８μｍの領域は、一つの電解槽でめっきする構成とすればよい。上記厚さ１．８μｍ以上の銅めっき層厚を確保するためには、基板の搬送速度、すなわち電解槽内での電解時間、および電極間距離と基板幅からめっき面に供給する電流量を求めることができる。また、無電解錫めっきを施す前に、銅表面を活性化、あるいは付着異物除去のためにあらかじめ一部をエッチングする場合は、エッチングされる厚みを考慮し、積層構造の銅層厚を調整する必要がある。
本発明で銅表面に錫層を形成する場合、無電解めっき法によって行うことができ、無電解めっき液としては、一般的なほうフッ化浴を用いることができる。例えばロームアンドハース社のＴｉｎｐｏｓｉｔ ＬＴ−３４を用いる。また、無電解錫めっき後、錫ホイスカー成長抑制のために施す熱処理等、およそ１２０℃以上の熱処理を施す場合は、本発明による剥離防止効果がより発揮される。
【００２１】
［実施例］
以下、本発明の有効性を実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例１】
【００２２】
ポリイミドフィルムとしてＫａｐｔｏｎ １５０ＥＮ（東レ・デュポン製）を用い、真空度０．０１〜０．１Ｐａに保持されたチャンバー内で１５０℃、１分間の加熱処理を行った。引き続き、クロムを２０重量％含有するニッケル−クロム合金ターゲット、および銅ターゲットを用い、ポリイミドフィルム表面に厚さ２０ｎｍのニッケル−クロム合金層、および厚さ１００ｎｍの銅層を形成した。その後、電解槽間にステンレス製ローラーによる給電機構を有した１８槽の電解槽、およびスパッタ面の活性化処理、めっき面の水洗、防錆処理を電解槽列の前後に配し、水平方向に保持されたローラーによる搬送機構を有した電気銅めっきラインを使用し、各電解槽でめっきされる銅めっき層の厚みを調整し、総めっき層厚８．１μｍの銅めっき被膜を形成した。その銅めっき被膜を表１に示す。
【００２３】
次に、前記表１に示す銅めっき被膜を有する金属被覆ポリイミド基板を用い、銅めっき表面の活性化処理をめっき表層から厚さ０．５μｍの銅をエッチング除去することによって行った後、銅表面にフォトリソグラフィー法によってエッチングレジスト層を形成し、露出した銅層を溶解除去し、さらにエッチングレジスト層を剥離することによってインナーリード部が３５μｍピッチの回路を形成した。続いて、該回路表面に、ロームアンドハース社製無電解錫めっき液（Ｔｉｎｐｏｓｉｔ ＬＴ−３４）を用い、厚さ０．６μｍの錫めっき被膜を形成し、１２０℃で３０分間熱処理を施した。その後、インナーリード部、およびアウターリード部以外の所望な部分にソルダーレジスト被膜を形成し、１２０℃で２時間熱処理を行うことによって、インナーリード部３５μｍピッチのＣＯＦを得た。得られたＣＯＦのインナーリード部とＩＣの所定のパッド部を４２０℃、０．３秒間圧着することによってボンディングし、しかる後、ＩＣおよびその周辺の所望部に封止樹脂を塗布し、１５０℃、３．５時間熱処理を施した。
以上の処理後、ＣＯＦおよび封止樹脂周辺部を顕微鏡によって観察したが、錫めっき被膜、およびソルダーレジスト、あるいは封止樹脂が表面に形成された錫めっき被膜と回路部との剥離は観察されなかった。
【００２４】
【表１】
【実施例２】
【００２５】
実施例１において、銅めっきを表２に示す積層構造となるように電解槽の電流を調節し、総めっき層厚８．１μｍの銅めっき被膜を形成し、また銅めっき被膜の活性化処理を行わなかった以外は実施例１と同様にＣＯＦを製造し、得られたＣＯＦにＩＣをボンディングし樹脂封止した。
以上の処理後、ＣＯＦおよび封止樹脂周辺部を顕微鏡によって観察したが、本実施例においても錫めっき被膜、およびソルダーレジスト、あるいは封止樹脂が表面に形成された錫めっき被膜と回路部との剥離は観察されなかった。
【００２６】
【表２】
【実施例３】
【００２７】
実施例１において、銅めっきを表３に示す積層構造となるように電解槽の電流を調節し、総厚８．１μｍの銅めっき被膜を形成した以外は実施例１と同様にＣＯＦを製造し、得られたＣＯＦにＩＣをボンディングし樹脂封止した。
以上の処理後、ＣＯＦおよび封止樹脂周辺部を顕微鏡によって観察したが、本実施例においても錫めっき被膜、およびソルダーレジスト、あるいは封止樹脂が表面に形成された錫めっき被膜と回路部との剥離は観察されなかった。
【００２８】
【表３】
【実施例４】
【００２９】
実施例１において、銅めっきを表４に示す積層構造となるように電解槽の電流を調節し、総厚８.１μｍの銅めっき被膜を形成した以外は実施例１と同様にＣＯＦを製造し、得られたＣＯＦにＩＣをボンディングし樹脂封止した。
以上の処理後、ＣＯＦおよび封止樹脂周辺部を顕微鏡によって観察したが、本実施例においても錫めっき被膜、およびソルダーレジスト、あるいは封止樹脂が表面に形成された錫めっき被膜と回路部との剥離は観察されなかった。
【００３０】
【表４】
〔比較例１〕
【００３１】
実施例１において、銅めっきを表５に示す積層構造となるように電解槽の電流を調節し、総厚８.１μｍの銅めっき被膜を形成した以外は実施例１と同様にＣＯＦを製造し、得られたＣＯＦにＩＣをボンディングし樹脂封止した。
以上の処理後、ＣＯＦおよび封止樹脂周辺部を顕微鏡によって観察したところ、１０μｍ×１０μｍの大きさで錫めっき被膜が剥離していることが判明し、電子部品としての信頼性に欠けるものであった。
【００３２】
【表５】
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明によって得られる金属被覆ポリイミド基板は、これを用いて得られたＣＯＦとＩＣの組み立て工程において加わる熱履歴を経ても、回路部からの錫めっき被膜の剥離を防止することが可能となり、電気的、絶縁信頼性が十分確保される。また、前記剥離の問題を解消するために、回路表面と錫めっき被膜界面にニッケルなどの異種金属層を形成する必要がないため、本発明によって得られる金属被覆ポリイミド基板は、ＣＯＦ等の電子部品の更なる高密度化を実現することが可能となり、また経済的に製品を供給することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の金属被覆ポリイミド基板の一実施例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１ ポリイミドフィルム
２ ニッケル−クロム合金層
３ スパッツタリングによる銅層
４ 積層構造の電気銅めっき層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリイミドフィルム表面にスパッタリング法によって形成した金属層の表面に、複数の電解槽により銅めっき被膜が施され、さらに前記銅めっき被膜表面に錫めっき被膜が施された金属被覆ポリイミド基板であって、前記銅めっき被膜表面に膜厚ｔの錫めっきを施すに際し、該銅めっき表層から少なくとも深さ３ｔまでの領域に同一の電解槽で電気銅めっきが施された金属被覆ポリイミド基板。
【請求項２】
ポリイミドフィルム表面にスパッタリング法によって金属層を形成した後、複数の電解槽を用い連続的に電気めっきを施すことによって銅めっき皮膜を形成し、さらに該銅めっき被膜表面に膜厚ｔの錫めっきを施す金属被覆ポリイミド基板を用いた錫めっき法において、前記銅めっき被膜表面に膜厚ｔの錫めっきを施すに際し、該銅めっき表層から少なくとも深さ３ｔまでの領域に同一の電解槽で電気銅めっきを施し、錫めっき後、１２０℃以上の熱処理を施すことを特徴とする金属被覆ポリイミド基板を用いた錫めっき法。
【請求項１】
ポリイミドフィルム表面にスパッタリング法によって形成した金属層の表面に、複数の電解槽により銅めっき被膜が施され、さらに前記銅めっき被膜表面に錫めっき被膜が施された金属被覆ポリイミド基板であって、前記銅めっき被膜表面に膜厚ｔの錫めっきを施すに際し、該銅めっき表層から少なくとも深さ３ｔまでの領域に同一の電解槽で電気銅めっきが施された金属被覆ポリイミド基板。
【請求項２】
ポリイミドフィルム表面にスパッタリング法によって金属層を形成した後、複数の電解槽を用い連続的に電気めっきを施すことによって銅めっき皮膜を形成し、さらに該銅めっき被膜表面に膜厚ｔの錫めっきを施す金属被覆ポリイミド基板を用いた錫めっき法において、前記銅めっき被膜表面に膜厚ｔの錫めっきを施すに際し、該銅めっき表層から少なくとも深さ３ｔまでの領域に同一の電解槽で電気銅めっきを施し、錫めっき後、１２０℃以上の熱処理を施すことを特徴とする金属被覆ポリイミド基板を用いた錫めっき法。
【図１】
【公開番号】特開２００７−２１４５１９（Ｐ２００７−２１４５１９Ａ）
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３５８５４（Ｐ２００６−３５８５４）
【出願日】平成１８年２月１３日（２００６．２．１３）
【出願人】（０００１８３３０３）住友金属鉱山株式会社 (2,015)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月１３日（２００６．２．１３）
【出願人】（０００１８３３０３）住友金属鉱山株式会社 (2,015)
【Ｆターム（参考）】
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