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2層フレキシブル基板の絶縁信頼性評価方法
説明

2層フレキシブル基板の絶縁信頼性評価方法

【課題】 微量のイオンマイグレーションが発生しやすい2層フレキシブル基板の絶縁信頼性について、従来のHHBT試験方法に代えて、簡単且つ迅速に実施できる評価方法を提供する。
【解決手段】 プリント配線基板への配線加工と同じ方法により2層フレキシブル基板にエッチング処理を施した後、金属層が除去された絶縁フィルム表層部に残留している金属成分を硝酸70〜90%と過酸化水素10〜30%からなる溶液で溶解し、得られた溶解液中の金属成分を誘導結合プラズマイオン源質量分析装置で定量分析する。その定量分析結果に基づいて、2層フレキシブル基板の絶縁信頼性を評価することができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、プリント配線板の製造に用いられる2層フレキシブル基板の絶縁信頼性を評価する方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
絶縁フィルム上に銅などの金属配線を設けたプリント配線板は、コンピュータや通信機器等に使用される産業用プリント配線板から、パーソナルコンピュータ、携帯電話、デジタルカメラ等に使用される民生用プリント配線板まで、多種多様のものが使用されている。
【0003】
かかるプリント配線板は、絶縁フィルム上に金属層を設けたフレキシブル基板に、エッチングによる配線加工を施すことで製造されている。最近では、このプリント配線板用のフレキシブル基板の中でも、金属層を積層した2層フレキシブル基板が主流になりつつある。この2層フレキシブル基板は、絶縁フィルムの片面又は両面に乾式成膜法で形成された第1金属層と、その第1金属層上に電気めっき及び/又は無電解めっきで形成された第2金属層とを有しており、優れた剥離強度を有する点に特徴がある。
【0004】
また、最近の各種製品のエレクトロニクス化の拡大に伴って、プリント配線板の使用量が増大しており、更に小型化も進んでいる。そのため、プリント配線板におけるパターンの微細化や高多層化が進み、IC等による温度上昇が大きくなると共に、他方では電流容量の向上も試みられている。このため、プリント配線板の種類、生産プロセス、構造、部品実装方法、及び稼動状態などにより、プリント配線板の配線間での絶縁破壊の危険性が増加している。
【0005】
特に最近では、イオンマイグレーションによる配線回路間の短絡が問題となっている。イオンマイグレーションとは金属の移行現象をいい、イオン化した銅などの金属が−極に移動して電子を受け取り還元析出する場合と、+極から伸びた金属イオンがハロゲンイオンなどの化合物として還元析出する場合があることが知られているが、実態は明らかになっていない。上記イオンマイグレーションの発生要因としては、直流電圧の印加、絶縁材料の種類及びその構造、残留イオンによる汚染、温度や湿度などの環境条件等があげられる。
【0006】
このようなプリント配線板の絶縁信頼性を試験評価する方法として、例えば特開平1−259591号公報に記載されるようなHHBT(high temperature and high humid bias test)が広く知られている。このHHBT試験は、プリント配線板の回路間に直流電圧を印加しつつ、恒温あるいは恒温恒湿において一定時間毎に、回路間の絶縁抵抗を測定する方法である。
【0007】
【特許文献1】特開平1−259591号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
上記特開平1−259591号公報に記載のHHBT試験方法は、エッチング後のプリント配線板が多量のイオンマイグレーションによって絶縁劣化した場合には、絶縁抵抗の変化を確実に測定することができる。しかし、微量のイオンマイグレーションの場合は、それが絶縁抵抗の変化として顕著に現われないため、HHBT試験では絶縁信頼性の評価が困難であった。
【0009】
例えば、エッチング後のプリント配線板についてHHBT試験では良好との判断が出されても、実際には微量のイオンマイグレーションが発生していることがあった。このHHBT試験で検知できない微量のイオンマイグレーションの発生は、特に2層フレキシブル基板からエッチングによりプリント配線板を製造する過程において発生しやすく、従来は試料を破壊しなければ検出することはできなかった。
【0010】
また、上記HHBT試験によるプリント配線板のイオンマイグレーションの検出には、1000時間以上の測定時間を必要とする。そのため、HHBT試験による絶縁信頼性の評価の実施そのものが、プリント配線板の生産や開発を迅速に進めていく上で大きな障害となっていた。
【0011】
本発明は、このような従来の事情に鑑み、微量のイオンマイグレーションが発生しやすい2層フレキシブル基板の絶縁信頼性について、従来のHHBT試験方法に代えて実施することができ、簡単且つ迅速な方法で、しかも定量的な評価が可能な方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記目的を達成するため、発明者は、2層フレキシブル基板のエッチングによるプリント配線板の作製過程と、その過程で発生するイオンマイグレーションについて検討を重ねた結果、エッチング後に2層フレキシブル基板の金属層が除去された絶縁フィルム表層部に残留している金属成分がイオンマイグレーションを発生させ、絶縁信頼性を低下させている原因であることを見出した。
【0013】
具体的には、2層フレキシブル基板の場合、第1及び第2金属層をメタライジングする前に、ヒドラジン処理又はプラズマ処理などによって、ポリイミド等の絶縁フィルム表面を改質して活性化させている。しかし、この改質処理により金属層との結合を強くしたものほど、配線パターンのエッチング工程やその後の洗浄工程を経た後でも、配線間の金属層が除去された部分の表層部に、極微量の金属成分が絶縁フィルムのポリイミド等と直接結合して残留し、イオンマイグレーションを発生させることが判明した。
【0014】
本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、2層フレキシブル基板からプリント配線板を製造する過程において、エッチングにより配線加工した2層フレキシブル基板の絶縁信頼性を評価する方法であって、上記配線加工と同じ方法により2層フレキシブル基板にエッチング処理を施し、金属層が除去された絶縁フィルム表層部に残留している金属成分を溶解し、得られた溶解液中の金属成分を定量分析することを特徴とするものである。
【0015】
上記本発明の2層フレキシブル基板の絶縁信頼性評価方法においては、前記エッチング処理後の絶縁フィルム表層部に残留した金属成分を、マイクロウェーブ分解装置を用いて硝酸70〜90%と過酸化水素10〜30%からなる溶液で溶解することを特徴とする。また、前記金属成分を溶解した溶解液は、誘導結合プラズマイオン源質量分析装置を用いて定量分析することを特徴とする。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、イオンマイグレーションの主原因であるエッチング後の2層フレキシブル基板の配線間に残留する金属成分を成分毎に定量化できるので、2層フレキシブル基板の絶縁信頼性を定量的に評価することができる。しかも、本発明による絶縁信頼性の評価方法は、従来のHHBT試験に代えて絶縁信頼性を確実に評価することができ、しかもHHBT試験に比べて簡単且つ迅速に実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
本発明による2層フレキシブル基板の絶縁信頼性評価方法では、2層フレキシブル基板を配線加工時と同じ方法によってエッチング処理し、金属層を除去した基板の表層部にエッチングされずに残留している金属成分を溶解して定量分析する。そして、得られた各残留金属成分の分析値に基づいて、エッチングによる配線加工後の2層フレキシブル基板の絶縁信頼性を評価するものである。
【0018】
対象となる2層フレキシブル基板について、絶縁フィルムや第1及び第2金属層に特に制限はない。絶縁フィルム材料としては、ポリイミドフィルムあるいはアラミドフィルム等が通常用いられる。例えば、ポリイミドフィルムでは、東レ・デュポン(株)製のカプトン(登録商標)、宇部興産(株)製のユーピレックス(登録商標)、鐘淵化学工業(株)製のアピカル(登録商標)、東洋紡(株)製のXENO(登録商標)などがある。また、アラミドフィルムでは、東レ(株)製のミクトロン(登録商標)、帝人アドバンストフィルム(株)製のアラミカ(登録商標)などがある。
【0019】
上記絶縁フィルム上に形成される第1金属層及び第2金属層としては、Ni、Cu、Mo、Ta、Ti、V、Cr、Fe、Co等の金属、これらの合金あるいは酸化物等が使用される。また、絶縁フィルム上への第1金属層の乾式成膜は、抵抗加熱蒸着、イオンプレーティング、スパッタリングなど通常の手法を用いて行うことができる。尚、上記金属層のメタライズの前処理である絶縁フィルムの改質処理としては、ヒドラジン等の薬品による化学処理あるいはプラズマ処理等の物理処理を採用することができる。
【0020】
また、上記2層フレキシブル基板を配線加工するためのエッチングの方法は、サブトラクティブ法又はセミアディティブ法のどちらにおいても可能であり、エッチング液の種類も塩化第二鉄、塩化第二銅などを用いることができる。更に、エッチング後の洗浄ないし後処理についても、従来と同様に、過マンガン酸カリウム処理や各種後処理液を用いて実施することができる。また、エッチングで得られた銅配線の腐食防止のため、金めっきや錫めっきを行うこともできる。
【0021】
本発明の絶縁信頼性評価方法においては、上記した2層フレキシブル基板を実際の配線加工と同じ方法でエッチングし、金属層の全て又は一部を除去して絶縁フィルムを露出させ、必要に応じて洗浄ないし後処理を行う。次に、金属層が除去された2層フレキシブル基板の表層部、即ち露出した絶縁フィルム表層部に残留している金属成分を溶解して、残留金属成分の溶解液を得る。
【0022】
上記残留金属成分の溶解には酸を用いるが、後述する金属成分の定量分析において検出スペクトルを妨害する成分を含むものは使用できない。例えば、Ni、Cu、Mo、Ta、Ti、V、Cr、Fe、Co等の残留金属を容易に溶解するためには塩酸が有効であるが、塩酸はClの検出スペクトルが上記金属成分の微小な検出スペクトルを妨害する可能性があるため好ましくない。また、硝酸は上記検出スペクトルを妨害しないが、硝酸での溶解後に絶縁フィルム側に金属成分の溶け残りが発生しやすく、溶解方法としては不適切であることが分った。
【0023】
そこで、本発明の方法では、エッチング後に絶縁フィルム表層部に残留した金属成分の溶解方法として、硝酸70〜90%と過酸化水素10〜30%からなる溶液を使用し、マイクロウェーブ分解装置を用いて溶解処理する。この方法によって、定量分析時に検出スペクトルを妨害することがなく、しかも絶縁フィルム上に残留した全ての金属成分を完全に溶解することができる。
【0024】
また、上記マイクロウェーブ分解装置を用いることによって、ホットプレート等で間接加熱する場合と異なり、密閉容器内部の酸をマイクロ波で直接加熱するため、外部に逃げる熱が少なく、また外部からの汚染も少なくなる。従って、残留金属成分を短時間に少量の酸で分解することができるため、試料の分解及び測定時間が5〜6時間程度と極めて迅速な評価が可能となる。
【0025】
このようにして得られた溶解液について、液中の金属成分を定量分析する。分析方法としては、特に限定されるものではないが、微量な金属成分を定量することが可能な誘導結合プラズマイオン源質量分析装置を用いることが好ましい。定量分析で得られる金属成分量に基づいて2層フレキシブル基板の絶縁信頼性を評価するが、具体的にはCu、Ni、Crなどの金属成分が10μg/g以下であれば良品と判断することが可能である。
【0026】
本発明の絶縁信頼性評価方法によれば、エッチング後に絶縁フィルム上に残留している金属成分が特定でき、その金属成分ごとに定量することができる。従って、従来のHHBT試験では判断が困難であった微量のイオンマイグレーションの場合でも、2層フレキシブル基板の絶縁信頼性を正確に評価できるだけでなく、エッチング工程の改善や、特定金属成分を選択的に除去する後処理工程の改善など、絶縁信頼性を高める有効な処置の検討開発に役立てることができる。
【0027】
しかも、本発明の評価方法によって良品と判断されたものは、従来のHHBT試験においても必ず良品と判断される点で、両者の絶縁信頼性の評価には相関があることが分った。従って、本発明の方法は、2層フレキシブル基板の絶縁信頼性評価方法として有効な手段であり、従来のHHBT試験に比べて簡単且つ迅速に実施できる評価方法であることが分る。
【0028】
また、本発明の絶縁信頼性評価方法によれば、従来の評価方法であるHHBT試験には必要であった特殊な櫛形パターンの配線加工が不要となり、数センチ平方メートルのエッチング部分があれは試験可能である。そのため、2層フレキシブル基板のサンプルを全面又は一部エッチングして試験に供することもできるし、製造ラインの2層フレキシブル基板からわずかな全面エッチング部分を切り出して試験することもできる。
【実施例】
【0029】
厚さ25μmのポリイミドフィルム(宇部興産(株)製、商品名:ユーピレックス−S)を真空蒸着装置に設置し、1×10−6Torrに真空排気した後、上記フィルムの片面をプラズマ処理した。次に、このポリイミドフィルム上に、第1金属層としてスパッタリング法によりNiCr合金を厚さ10nmに蒸着した後、この第1金属層の上に更に第2金属層としてめっき法により銅を厚さ8μmに成膜して、2層フレキシブル基板を作製した。
【0030】
得られた2層フレキシブル基板について、そのまま若しくは以下のごとく後処理を行った後、従来のHHBT試験方法及び本発明方法により、それぞれ絶縁評価を実施した。以下、具体的に説明する。
【0031】
[実施例1]
上記2層フレキシブル基板を、塩化第二鉄溶液40°Be(ボーメ)を用いてエッチングして、40μmピッチ(ライン幅20μm、スペース幅20μm)の櫛形パターンの配線加工を行い、水洗して乾燥した。この方法を複数の2層フレキシブル基板について繰返し、試料1〜3の3検体を用意した。
【0032】
上記試料1〜3の各検体をクリーンルーム内に設置した恒温恒湿槽に入れ、85℃−85%R.H.の雰囲気において、検体に60Vの直流電圧をかけてHHBT試験を行った。即ち、マイグレーションテスター(IMV社製、商品名:MIG−87)を用いて絶縁抵抗を測定し、絶縁抵抗値が10Ω以下(NG)となるまでの時間を求め、得られたHHBT試験の結果を下記表1に示した。
【0033】
また、上記試料1〜3の各検体から、金属層がエッチング除去された部分を切り出した。これらの各サンプルの残留金属成分を、マイクロウェーブ分解装置を用いて硝酸5mlと過酸化水素1mlからなる溶液で溶解した。得られた各溶解液中の金属成分を、誘導結合プラズマイオン源質量分析装置により定量分析した。得られた本発明方法による結果を下記表1に併せて示した。
【0034】
【表1】

【0035】
上記表1から分るように、HHBT試験では、3検体全てがNGとなるまでの時間が1000時間に遠く及ばなかった。また、本発明方法による残留金属の定量結果は、Cuは比較的微量であったが、NiとCrが約100μg/g又はそれ以上検出された。この結果から、いずれの評価方法によっても、3検体の絶縁信頼性は共に不良であると判断することができる。
【0036】
[実施例2]
上記2層フレキシブル基板を、上記実施例1と同様に塩化第二鉄溶液でエッチングして櫛形パターンに配線加工した後、更に過マンガン酸カリウム0.5重量%と水酸化カリウム0.5重量%からなる水溶液で洗浄した。
【0037】
得られた試料4〜6の3検体について、上記実施例1と同様にHHBT試験並びに本発明方法による絶縁評価をそれぞれ実施し、その結果を下記表2に併せて示した。
【0038】
【表2】

【0039】
過マンガン酸カリウムと水酸化カリウムの水溶液で洗浄することにより、HHBT試験では2検体は1000時間以下でNGとなったが、1検体は1000時間以上NGとならず良品と判定された。一方、本発明方法においては、上記洗浄によりCrは10μg/g以下に減少したが、Niは30μg/g程度残留していることが明らかとなった。
【0040】
この結果から、従来のHHBT試験では良不良の判断が難しく良品と判断されていた検体でも、本発明方法では絶縁信頼性に欠けると評価することができる。しかも、本発明方法では、残留している金属成分の量や種類まで分るため、マイグレーションや短絡の原因究明につながるものと期待される。
【0041】
[実施例3]
上記2層フレキシブル基板を、上記実施例1と同様に塩化第二鉄溶液でエッチングして櫛形パターンに配線加工した後、上記実施例2と同様に過マンガン酸カリウム0.5重量%と水酸化カリウム0.5重量%からなる水溶液で洗浄し、更に後処理液(メック(株)製、商品名:メックリムーバーCH1920)で洗浄した。
【0042】
得られた試料7〜9の3検体について、上記実施例1と同様に、HHBT試験並びに本発明方法による絶縁評価をそれぞれ実施し、その結果を下記表3に併せて示した。
【0043】
【表3】

【0044】
上記表3から分るように、従来のHHBT試験では、3検体ともNGまでの時間は1000時間以上であった。また、本発明方法によれば、定量結果はCu、Ni及びCrが全て10μg/g以下であり、HHBT試験と同様に3検体とも良品であるとの結果が得られた。
【0045】
これらの結果から、本発明の絶縁信頼性の評価方法は、従来のHHBT試験方法に代わり得るものであるうえ、HHBT試験で必要な特殊な櫛形パターンの配線加工を行う必要がないなど、HHBT試験に比べて簡単且つ迅速に実施することができる利点を有することが分る。



【特許請求の範囲】
【請求項1】
2層フレキシブル基板のエッチングによりプリント配線板を得る過程において、エッチング後の2層フレキシブル基板の絶縁信頼性を評価する方法であって、上記配線加工と同じ方法により2層フレキシブル基板にエッチング処理を施し、金属層が除去された絶縁フィルム表層部に残留している金属成分を溶解し、得られた溶解液中の金属成分を定量分析することを特徴とする2層フレキシブル基板の絶縁信頼性評価方法。
【請求項2】
前記エッチング処理後の絶縁フィルム表層部に残留した金属成分を、マイクロウェーブ分解装置を用いて硝酸70〜90%と過酸化水素10〜30%からなる溶液で溶解することを特徴とする、請求項1に記載の2層フレキシブル基板の絶縁信頼性評価方法。
【請求項3】
前記金属成分を溶解した溶解液を、誘導結合プラズマイオン源質量分析装置を用いて定量分析することを特徴とする、請求項1又は2に記載の2層フレキシブル基板の絶縁信頼性評価方法。



【公開番号】特開2008−20217(P2008−20217A)
【公開日】平成20年1月31日(2008.1.31)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−189943(P2006−189943)
【出願日】平成18年7月11日(2006.7.11)
【出願人】(000183303)住友金属鉱山株式会社 (2,015)
【Fターム(参考)】