JP2023013674A - 2層フレキシブル基板 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐熱密着性が優れ、狭幅、狭ピッチの配線部を持つフレキシブル配線板にも適用することができ、工業的に有用であり、より信頼性の高いフレキシブル配線板を提供する。【解決手段】表面にプラズマ処理が施された絶縁性基材と、前記絶縁性基材のプラズマ処理を施された表面に積層された下地金属層と、前記下地金属層の表面に積層された銅導体層と、を備え、前記下地金属層の結晶面(111)のX線回析による半値幅は、0.40~0.50degであり、前記銅導体層の結晶面(111)のX線回析による半値幅は、0.20~0.50degであり、100℃で120時間晒した後の結晶質の配向比(K(200)/K(111))は、0.2~0.3である、2層フレキシブル基板。【選択図】なし
Description
本発明は、2層フレキシブル基板に関する。より詳細には、本発明は、耐熱密着性が優れ、狭幅、狭ピッチの配線部を持つフレキシブル配線板にも適用することができ、工業的に有用であり、より信頼性の高い2層フレキシブル基板に関する。
従来、銅張積層板(CCL)を備えるフレキシブルプリント配線板(FPC)を用いた電子機器(たとえば、LCD(液晶ディスプレイ)、スマートフォン、デジタルカメラ等)が開発されている。CCL(たとえば、絶縁フィルムと銅箔とを直接接合した2層CCL)は、絶縁フィルム上に、ドライプロセス(スパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法、CVD法等)により薄膜の下地金属層を設け、その上に電気銅めっきを行う方法(メタライジング法)等により作製され得る。
しかしながら、メタライジング法により作製された2層CCLは、耐熱性が劣り、初期密着強度と比較して、密着強度が大幅に低下しやすい。そこで、2層CCLの耐熱性を向上させる技術が提案されている(たとえば特許文献1)。
しかしながら、特許文献1に記載の発明は、2層CCLの耐熱密着強度が依然として充分ではない。そのため、特許文献1に記載の発明は、特に、狭幅、狭ピッチの配線部を持つFPCに不向きである。
本発明は、このような従来の発明に鑑みてなされたものであり、耐熱密着性が優れ、狭幅、狭ピッチの配線部を持つフレキシブル配線板にも適用することができ、工業的に有用であり、より信頼性の高いフレキシブル配線板を提供することを目的とする。
本発明者は、鋭意検討した結果、表面にプラズマ処理が施された絶縁性基材と、絶縁性基材のプラズマ処理を施された表面に積層された下地金属層と、下地金属層の表面に積層された銅導体層とを備える2層フレキシブル基板において、下地金属層および銅導体層の結晶面(111)のX線回析による半値幅が所定の数値範囲であり、かつ、高温条件下にさらした後の結晶質の配向比(K(200)/K(111))が所定の数値範囲場合に、層間密着力を強くすることができ、上記課題を解決し得ることを見いだし、本発明を完成させた。即ち、上記課題を解決する本発明の2層フレキシブル基板には、以下の構成が主に含まれる。
(1)表面にプラズマ処理が施された絶縁性基材と、前記絶縁性基材のプラズマ処理を施された表面に積層された下地金属層と、前記下地金属層の表面に積層された銅導体層と、を備え、前記下地金属層の結晶面(111)のX線回析による半値幅は、0.40~0.50degであり、前記銅導体層の結晶面(111)のX線回析による半値幅は、0.20~0.50degであり、100℃で120時間晒した後の結晶質の配向比(K(200)/K(111))は、0.2~0.3である、2層フレキシブル基板。
このような構成によれば、2層フレキシブル基板は、結晶性が良好である。これにより、2層フレキシブル基板は、熱により変化しにくく、耐熱密着性が優れる。その結果、2層フレキシブル基板は、狭幅、狭ピッチの配線部を持つフレキシブル配線板にも適用することができ、工業的に有用であり、信頼性が高い。
(2)前記下地金属層は、窒素を含まない、(1)記載の2層フレキシブル基板。
このような構成によれば、2層フレキシブル基板は、耐熱密着性がより向上する。また、2層フレキシブル基板は、配線形成時のエッチング特性が向上しやすい。
本発明によれば、耐熱密着性が優れ、狭幅、狭ピッチの配線部を持つフレキシブル配線板にも適用することができ、工業的に有用であり、より信頼性の高いフレキシブル配線板を提供することができる。
<2層フレキシブル基板>
本発明の一実施形態の2層フレキシブル基板は、表面にプラズマ処理が施された絶縁性基材と、絶縁性基材のプラズマ処理を施された表面に積層された下地金属層と、下地金属層の表面に積層された銅導体層とを備える。下地金属層の結晶面(111)のX線回析による半値幅は、0.40~0.50degである。銅導体層の結晶面(111)のX線回析による半値幅は、0.20~0.50degである。100℃で120時間晒した後の結晶質の配向比(K(200)/K(111))は、0.2~0.3である。以下、それぞれの構成について説明する。
本発明の一実施形態の2層フレキシブル基板は、表面にプラズマ処理が施された絶縁性基材と、絶縁性基材のプラズマ処理を施された表面に積層された下地金属層と、下地金属層の表面に積層された銅導体層とを備える。下地金属層の結晶面(111)のX線回析による半値幅は、0.40~0.50degである。銅導体層の結晶面(111)のX線回析による半値幅は、0.20~0.50degである。100℃で120時間晒した後の結晶質の配向比(K(200)/K(111))は、0.2~0.3である。以下、それぞれの構成について説明する。
(絶縁性基材)
絶縁性基材は特に限定されない。一例を挙げると、絶縁性基材は、ポリエチレンテレフタレート、二軸延伸ポリプロピレン、無延伸ポリプロピレン、ポリアミド、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリアクリルニトリル、ポリイミド等の高分子フィルムである。これらの中でも、絶縁性基材は、高温環境における寸法安定が良いという理由から、ポリイミドであることが好ましい。
絶縁性基材は特に限定されない。一例を挙げると、絶縁性基材は、ポリエチレンテレフタレート、二軸延伸ポリプロピレン、無延伸ポリプロピレン、ポリアミド、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリアクリルニトリル、ポリイミド等の高分子フィルムである。これらの中でも、絶縁性基材は、高温環境における寸法安定が良いという理由から、ポリイミドであることが好ましい。
絶縁性基材の厚みは特に限定されない。一例を挙げると、絶縁性基材の厚みは、5μm以上であることが好ましく、8μm以上であることがより好ましい。また、絶縁性基材の厚みは、200μm以下であることが好ましく、30μm以下であることがより好ましい。絶縁性基材の厚みが上記範囲内であることにより、絶縁性基材は、加工時のフィルム搬送が容易であり、フィルムの折れ等が生じにくく、連続加工性が優れる。また、得られる2層フレキシブル基板は、適度な剛性や強度を示し得る。
本実施形態の絶縁性基材は、表面にプラズマ処理が施されている。これにより、絶縁性基材は、表面がクリーニングされる、絶縁性基材からガスが抜ける(脱ガス)、表面に微細な凹凸を形成される、表面が改質される等の効果が得られる。
プラズマ処理の方法は特に限定されない。一例を挙げると、プラズマ処理の方法は、DC(直流電源にて常に一定の電力で処理する方法)、高圧パルス法、RF等である。本実施形態では、高圧パルス法によりプラズマ処理を行うことが好ましい。
高圧パルス法は、スパッタリング法の低温成膜が可能な特長を維持しつつ、高密度プラズマによりイオン化率を向上し,高い密着性や付き回り性を実現する成膜法である。高圧パルス法は、直流電源装置によりコンデンサーに充電を行い、溜めた電荷を一気に電極となるターゲット材に流し、瞬間的に「大電力」をかけることで,高密度のプラズマを形成し,ターゲット材のイオン化率を向上させる。電力は、非常に短く、かつ、極度に強力なパルスで供給される。パルスは、比較的低いデューティサイクル(負荷サイクル、すなわちパルス間が比較的長い周期)で供給される。その結果、時間平均パワー(電力)は、一般的なDCスパッタリング法と同じ範囲の値となる。高圧パルス用の電源は、平均電力が従来のプラズマ処理に用いる場合とほぼ同等でありながら、従来のプラズマ処理の場合に比べて10~10,000倍の瞬時電力を出力可能である。
図1は、プラズマ処理工程において電極に印可されるパルスを説明するための模式図である。図1に示されるパルスは、所定のパルス時間(Ton)のみ負の高電圧を発生させた方形波である。また、本実施形態では、このような方形波を、所定のパルス繰り返し時間(Ton+Toff)ごとに発生させ得る。これにより、本実施形態では、パルス繰り返し時間(Ton+Toff)に対するパルス時間(Ton)の割合(Ton/Ton+Toff)を小さくすることができ、高密度のプラズマを形成し、ターゲット材のイオン化率を向上させ得る。
例えば、後述する実施例1のプラズマ処理では、平均電力密度0.24W/cm2で実施される。パルス繰り返し時間(Ton+Toff)に対するパルス時間(Ton)の割合(Ton/Ton+Toff)を小さくすることにより、最大電力密度2.4W/cm2である処理が行われる。パルスの平均電力密度に対する最大電力密度の割合は、10以上である。これにより、プラズマ処理における雰囲気中のプラズマ密度が大幅に向上し、また、ターゲット材料および雰囲気中のガスのイオン化率を大幅に上昇させることが可能になる。
また、高圧パルス法によって最大電力密度を上げることにより、スパッタされた粒子および電離したガスは、より高いエネルギー状態で絶縁性基板に付着および衝突する。また、より効率的に基板に含まれる脱ガス(主に水分)を除去することができ、密着特性の低下を防ぎやすい。さらに、より効果的に、基板表面の微細凹凸を形成したり、表面改質を行うことができる。その結果、後述する下地金属層および銅導体層との化学的結合が促進され、密着性が向上し得る。
プラズマ処理時の最大電力密度は、パルス時間(Ton)とその繰り返し回数(周波数)により調整し得る。そのため、高圧パルス法によれば、基材の種類に応じて、密着特性をどの程度向上させるか調整しやすい。
また、高圧パルス法は、デューティー比(パルス繰り返し時間(Ton+Toff)に対するパルス時間(Ton)の割合(Ton/Ton+Toff)が低い。そのために、同じ平均電力であっても、他のプラズマ処理方法と比較して、成膜中の熱負荷を小さくすることができる。その結果、絶縁性基材は、脆弱層が形成されにくく、密着力が低下しにくい。高圧パルス法は、ガラス温度が低い基材(たとえばCOP、PPS等)であっても、ポリイミド(PI)フィルムと同様に良好な密着特性を得ることが可能である。
(下地金属層)
下地金属層は、絶縁性基材のプラズマ処理を施された表面に積層される。下地金属層は、銅導体層と絶縁性基材との層間密着力を向上させるために設けられる。
下地金属層は、絶縁性基材のプラズマ処理を施された表面に積層される。下地金属層は、銅導体層と絶縁性基材との層間密着力を向上させるために設けられる。
下地金属層は特に限定されない。一例を挙げると、下地金属層は、ニッケル(Ni)やチタン(Ti)などをスパッタのターゲットとして用いて形成した下地金属層である。これらの中でも、本実施形態の下地金属層は、Ni合金からなる層であることが好ましい。Ni合金層は、銅導体層に含まれる銅が、絶縁性基材の内部へ拡散することを防いだり、また、銅が絶縁性基材の内部に拡散する要因となる酸素や水蒸気等のガスに対するガスバリア性を向上させ得る。
下地金属層がNi合金層である場合において、Ni合金層に含まれるNi以外の金属成分(合金成分)は特に限定されない。一例を挙げると、合金成分は、Cr、Ti、Mo、Cu、Fe等である。これらの中でも、合金成分は、絶縁性基材に対して優れた密着性を示す点から、特にCr及びTiであることが好ましい。
Ni合金層における合金成分の含有量は特に限定されない。一例を挙げると、合金成分の含有量は、Ni合金中、4質量%以上であることが好ましく、7質量%以上であることがより好ましい。また、合金成分の含有量は、Ni合金中、50質量%以下であることが好ましく、35質量%以下であることがより好ましい。合金成分の含有量が上記範囲内であることにより、得られる2層フレキシブル基板は、絶縁性基材と銅導体層との密着性がより優れる。
下地金属層の厚みは特に限定されない。一例を挙げると、下地金属層の厚みは、3nm以上であることが好ましく、10nm以上であることがより好ましい。また、下地金属層の厚みは、30nm以下であることが好ましく、20nm以下であることがより好ましい。下地金属層の厚みが上記範囲内であることにより、下地金属層は、成膜に要する時間が適度であり、生産性がよい。また、得られる2層フレキシブル基板は、絶縁性基材と銅導体層との密着性が優れる。
下地金属層の結晶面(111)のX線回析による半値幅は、0.50deg以下であればよく、0.04deg以下であることが好ましい。半値幅が0.50degを超える場合、2層フレキシブル基板は、150℃耐熱試験における密着力が低下するという問題がある。
下地金属層は、窒素を含まないことが好ましい。これにより、2層フレキシブル基板は、耐熱密着性がより向上しやすい。また、2層フレキシブル基板は、配線形成時のエッチング特性がより向上しやすい。
下地金属層を設ける方法は特に限定されない。一例を挙げると、下地金属層は、Ni等の合金を、スパッタ法によって絶縁性基材の表面に積層することにより、設けることができる。本実施形態において下地金属層は、高圧パルス法によって設けることが好ましい。これにより、スパッタ中のプラズマ密度が上昇しやすく、スパッタ粒子のイオン化率が向上することにより、従来用いられているDC手法とは全く異なるプラズマ状態で下地金属層を成膜することができる。
高圧パルス法により下地金属層を設ける場合において、高圧パルス法の条件は特に限定されない。一例を挙げると、下地金属層の成膜は、平均電力密度4W/cm2で実施され得る。この際、パルス繰り返し時間(Ton+Toff)に対するパルス時間(Ton)の割合(Ton/Ton+Toff)を小さくすることにより、最大電力密度800W/cm2である処理が行われ得る。パルスの平均電力密度に対する最大電力密度の割合は、200以上であることが好ましい。これにより、下地金属層の成膜雰囲気中のプラズマ密度が向上しやすく、ターゲット材料および雰囲気中のガスのイオン化率を上昇させやすい。
なお、高圧パルス法を採用することによる効果は、以下のとおり考察される。すなわち、高圧パルス法を採用することにより、成膜中のプラズマ(主にスパッタ粒子)が高エネルギー状態で基板に到達することが可能となる。これにより、スパッタされた粒子は、絶縁性基板に付着してから絶縁性基板上を動き回ることができるので、より安定した形に薄膜が形成され得る。その結果、より安定した形で下地金属(たとえばNi合金)のスパッタ粒子が配列し、(111)面に揃うことにより、回折線の半値幅がより小さくなる。
また、高圧パルス法において、パラメータを調整することにより、容易に瞬間電力を調整することができる。これにより、高圧パルス法は、成膜時のプラズマ状態を容易に制御することができる。また、高圧パルス法は、容易に結晶質状態の調整が可能となる。その結果、高圧パルス法によれば、下地金属層は、熱による変化が小さい結晶質状態(半値幅)に制御することが可能になり、密着特性が向上しやすい。
また、高圧パルス法によれば、同時に成膜中のスパッタ材料のイオン化率が高い。これにより、2層フレキシブル基板は、絶縁性基材の最表層との化学的結合がより促進され、密着特性が向上しやすい。すなわち、高圧パルス法は、低いduty比であるため、同じ平均電力であっても成膜中の熱負荷を小さくすることができる。そのため、絶縁性基材の脆弱層が形成されにくくなり、密着力の低下が防がれる。なお、従来のプラズマ処理および成膜時のプラズマでは、熱負荷が大きいとフィルム表面のオリゴマー化、フィルム表面温度がガラス転移温度を超える可能性がある。この場合、絶縁性基材は、表層部分に脆弱層が形成され、絶縁性基材の表層部分の強度が低下することにより、密着特性が低下する可能性がある。一方、高圧パルス法であれば、COP、PPSのようなガラス転移温度の低い絶縁性基材であっても、ポリイミド(PI)フィルムと同様に良好な密着特性を得ることが可能となる。
(銅導体層)
銅導体層は、下地金属層の表面に積層される。
銅導体層は、下地金属層の表面に積層される。
銅導体層の厚みは特に限定されない。一例を挙げると、銅導体層の厚みは、50nm以上であることが好ましく、100nm以上であることがより好ましい。また、銅導体層の厚みは、500nm以下であることが好ましく、400nm以下であることがより好ましい。銅導体層の厚みが上記範囲内であることにより、銅導電層は、電解Cuめっき等の工程において必要な導電性が得られやすい。また、銅導電層は、生産しやすく、かつ、ハンドリングしやすい。
銅導体層の結晶面(111)のX線回析による半値幅は、0.40deg以下であればよく、0.30deg以下であることが好ましい。半値幅が0.40degを超える場合、2層フレキシブル基板は、150℃耐熱試験における密着力が低下する。
銅導体層を設ける方法は特に限定されない。一例を挙げると、銅導体層は、高圧パルス法により設けることができる。これにより、スパッタ中のプラズマ密度が上昇しやすく、スパッタ粒子のイオン化率が向上することにより、従来用いられているDC手法とは全く異なるプラズマ状態で銅導体層を成膜することが可能になる。
例えば、後述する実施例1の銅導電層の成膜は、平均電力密度4W/cm2で実施された。また、パルス繰り返し時間(Ton+Toff)に対するパルス時間(Ton)の割合(Ton/Ton+Toff)を小さくすることにより、最大電力密度1000W/cm2である処理が行われた。パルスの平均電力密度に対する最大電力密度の割合は、250以上であった。これにより、Cu成膜雰囲気中のプラズマ密度が大幅に向上し、また、ターゲット材料および雰囲気中のガスのイオン化率を大幅に上昇させることが可能になった。
高圧パルス法を用いることによる効果は、以下のとおり考察される。すなわち、高圧パルス法を採用することにより、スパッタ中のプラズマ密度が上昇しやすく、スパッタ粒子のイオン化率が向上することで、従来用いられているDC法とは全く異なるプラズマ状態で銅導体層を成膜することが可能になる。
図2は、銅導体層について、DC法および高圧パルス法における成膜中のプラズマ状態をプラズマ発光分光器にて計測したグラフである。計測条件およびCuスパッタ出力(ガス圧、平均電力)は、同一である。計測機器は、HORIBA製プラズマ発光モニターを使用した。Integration Time(ms)(露光時間)は20msであり、Binning Level(感度)は50%であり、Cuスパッタ条件は、平均電力密度が4W/cm2であり、ガス圧は0.3Paである。
図2に示されるように、プラズマ発光状態からも、高圧パルス法とDC法とでは、成膜中のプラズマ状態が全く異なることが明らかである。たとえば、200nmから800nmの波長の中で最も強いピークとして観察されている波長324nmの発光ピークに注目すると、高圧パルス法は、DC法の10倍以上のピーク強度を有している。このことからも、高圧パルス法は、成膜中のプラズマ密度が高いことが分かる。
高圧パルスを用いることで得られる効果は、以下とおり考察される。すなわち、高圧パルス法を採用することにより、より高密度のプラズマを得ることができる。これにより、スパッタ粒子がより高いエネルギー状態で絶縁性基板に到達することが可能となり、スパッタされた粒子が絶縁性基板に付着してから基板上を動き回ることができる。その結果、銅導体層は、より安定した形に薄膜が形成され得る。また、銅導体層において、より安定した形でCuが配列する。Cuは面心立方格子であるので、面心立方格子の最密充填面に相当する(111)面に優先的に配列し、その結晶子が揃い、良好な結晶状態になることにより、回折線の半値幅がより小さくなる。
なお、成膜されたCuスパッタ粒子がランダムな微結晶状態で存在すると、結晶性が悪くなり、半値幅が大きくなる傾向がある。この場合、得られる2層フレキシブル基板は、熱による結晶質の状態が一様ではなくなり、耐熱密着が低下する要因になりやすい。
X線回折の回折線から算出されるCu結晶面の(200)面と(111)面の成膜直後の面積比は、0.2以下であることが好ましく、0.1以下であることがより好ましい。面積比が上記範囲内であることにより、2層フレキシブル基板は、耐熱強度が低下しにくく、かつ、熱による配向比の変化が抑えられやすい。
本実施形態の2層フレキシブル基板は、100℃で120時間晒した後の結晶質の配向比(K(200)/K(111))が、0.2以上であればよい。また、配向比は、0.3以下であればよい。配向比が0.3を超える場合、2層フレキシブル基板は、150℃耐熱試験における密着力が低下するという問題がある。
以上、本実施形態の2層フレキシブル基板は、結晶性が良好である。これにより、2層フレキシブル基板は、熱により変化しにくく、耐熱密着性が優れる。その結果、2層フレキシブル基板は、狭幅、狭ピッチの配線部を持つフレキシブル配線板にも適用することができ、工業的に有用であり、信頼性が高い。
以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。本発明は、これら実施例に何ら限定されない。
なお、以下の実施例では、プラズマ処理工程、Ni合金層(下地金属層)および銅導電層の成膜には、ロールツーロールスパッタリング装置(MIC-350MS、ヒラノ光音)を用いた。ターゲットサイズは、750cm2のものを使用した。
Ni合金層および銅導電層の半値幅および配向比は、高圧パルス法を用いて成膜中のプラズマ雰囲気を変えることにより調整した。具体的には、パルス時間(Ton)・ピーク電流値・周波数を調整することで、パルス繰り返し時間(Ton+Toff)に対するパルス時間(Ton)の割合および瞬間最大電力を変えることにより瞬間最大電力密度を調整することにより、Ni合金層および銅導電層の半値幅および配向比を調整した。
<実施例1>
厚さ25μmのポリイミドフィルムからなる絶縁性基材(宇部興産(株)製、登録商標「ユーピレックス」)の片面に、真空チャンバ内にて、高圧パルス電源を用いて酸素ガス雰囲気下にてプラズマ処理を実施した(プラズマ処理工程)。
厚さ25μmのポリイミドフィルムからなる絶縁性基材(宇部興産(株)製、登録商標「ユーピレックス」)の片面に、真空チャンバ内にて、高圧パルス電源を用いて酸素ガス雰囲気下にてプラズマ処理を実施した(プラズマ処理工程)。
次いで、絶縁性基材上に、アルゴンガス雰囲気下で、高圧パルス電源を用いて半値幅が0.445degになるように7質量%Cr-Ni合金ターゲットを用いて成膜を行った(Ni合金層成膜工程)。このとき、平均電力密度は4W/cm2であり、瞬間最大電力密度は800W/cm2であった。
このNi合金層の上に銅導電層として、Cuターゲットを用いてアルゴンガス雰囲気下で高圧パルス電源を用いて、半値幅が0.255degになり、厚み100nmとなるように銅の成膜を行った(導電層成膜工程)。このとき、平均電力密度は4W/cm2であり、瞬間最大電力は1000W/cm2であった。銅導体層の(111)面と(200)面の配向比(K(200)/K(111))は、0.05であり、100℃オーブンにて120時間保持後の配向比(K(200)/K(111))は、0.27であった。
続いて、このスパッタ銅導電層上に、電解めっきにて20μmまでCuを成膜した。得られた2層フレキシブル基板の初期ピール強度は、0.85N/mmであり、150℃耐熱試験後のピール強度は0.75N/mmであった。
<実施例2>
厚さ25μmのポリイミドフィルムからなる絶縁性基材(宇部興産(株)製、登録商標「ユーピレックス」)の片面に、真空チャンバ内にて、高圧パルス電源を用いて酸素ガス雰囲気下にてプラズマ処理を実施した(プラズマ処理工程)。
厚さ25μmのポリイミドフィルムからなる絶縁性基材(宇部興産(株)製、登録商標「ユーピレックス」)の片面に、真空チャンバ内にて、高圧パルス電源を用いて酸素ガス雰囲気下にてプラズマ処理を実施した(プラズマ処理工程)。
次いで、絶縁性基材上に、アルゴンガス雰囲気下で、高圧パルス電源を用いて半値幅が0.451degになるように7質量%Cr-Ni合金ターゲットを用いて成膜を行った(Ni合金層成膜工程)。このとき、平均電力密度4W/cm2であり、瞬間最大電力密度は400W/cm2であった。
このNiCr合金層の上に銅導電層として、Cuターゲットを用いてアルゴンガス雰囲気下で高圧パルス電源を用いて、半値幅が0.268degになり、厚み100nmとなるように銅の成膜を行った(導電層成膜工程)。このとき、平均電力密度は4W/cm2であり、瞬間最大電力密度は650W/cm2であった。銅導体層の(111)面と(200)面の配向比(K(200)/K(111))は、0.07であり、100℃オーブンにて120時間保持後の配向比(K(200)/K(111))は、0.30であった。
続いて、銅導電層上に、電解めっきにて20μmまでCuを成膜した。得られた2層フレキシブル基板の初期ピール強度は、0.83N/mmであり、150℃耐熱試験後のピール強度は0.70N/mmであった。
<実施例3>
厚さ25μmのポリイミドフィルムからなる絶縁性基材(宇部興産(株)製、登録商標「ユーピレックス」)の片面に、真空チャンバ内にて、高圧パルス電源を用いて酸素ガス雰囲気下にてプラズマ処理を実施した(プラズマ処理工程)。
厚さ25μmのポリイミドフィルムからなる絶縁性基材(宇部興産(株)製、登録商標「ユーピレックス」)の片面に、真空チャンバ内にて、高圧パルス電源を用いて酸素ガス雰囲気下にてプラズマ処理を実施した(プラズマ処理工程)。
次いで、絶縁性基材上に、アルゴンガス雰囲気下で、高圧パルス電源を用いて半値幅が0.445degになるように7質量%Cr-Ni合金ターゲットを用いて成膜を行った(Ni合金層成膜工程)。このとき、平均電力密度4W/cm2であり、瞬間最大電力密度は800W/cm2であった。
このNiCr合金層の上に銅導電層として、Cuターゲットを用いてアルゴンガス雰囲気下で高圧パルス電源を用いて、半値幅が0.235degになり、厚み100nmとなるように銅の成膜を行った(導電層成膜工程)。このとき、平均電力密度は4W/cm2であり、瞬間最大電力密度は400W/cm2であった。銅導体層の(111)面と(200)面の配向比(K(200)/K(111))は、0.07であり、100℃オーブンにて120時間保持後の配向比(K(200)/K(111))は、0.25であった。
続いて、このスパッタ銅導電層上に、電解めっきにて20μmまでCuを成膜した。得られた2層フレキシブル基板の初期ピール強度は、0.83N/mmであり、150℃耐熱試験後のピール強度は0.74N/mmであった。
<実施例4>
厚さ25μmのポリイミドフィルムからなる絶縁性基材(宇部興産(株)製、登録商標「ユーピレックス」)の片面に、真空チャンバ内にて、高圧パルス電源を用いて酸素ガス雰囲気下にてプラズマ処理を実施した(プラズマ処理工程)。
厚さ25μmのポリイミドフィルムからなる絶縁性基材(宇部興産(株)製、登録商標「ユーピレックス」)の片面に、真空チャンバ内にて、高圧パルス電源を用いて酸素ガス雰囲気下にてプラズマ処理を実施した(プラズマ処理工程)。
次いで、絶縁性基材上に、アルゴンガス雰囲気下で、高圧パルス電源を用いて半値幅が0.295degになるように7質量%Cr-Ni合金ターゲットを用いて成膜を行った(Ni合金層成膜工程)。このとき、平均電力密度6W/cm2であり、瞬間最大電力密度は1200W/cm2であった。
このNiCr合金層の上に銅導電層として、Cuターゲットを用いてアルゴンガス雰囲気下で高圧パルス電源を用いて、半値幅が0.322degになり、厚さ100nmとなるように銅の成膜を行った(導電層成膜工程)。このとき、平均電力密度は4W/cm2であり、瞬間最大電力密度は270W/cm2であった。銅導体層の(111)面と(200)面の配向比(K(200)/K(111))は、0.09であり、100℃オーブンにて120時間保持後の配向比(K(200)/K(111))は、0.30であった。
続いて、このスパッタ銅導電層上に、電解めっきにて20μmまでCuを成膜した。得られた2層フレキシブル基板の初期ピール強度は、0.85N/mm、150℃耐熱試験後のピール強度は0.69N/mmであった。
<比較例1>
厚さ25μmのポリイミドフィルムからなる絶縁性基材(宇部興産(株)製、登録商標「ユーピレックス」)の片面に、真空チャンバ内にて、高電圧電源を用いて酸素ガス雰囲気下にてプラズマ処理を実施した(プラズマ処理工程)。
厚さ25μmのポリイミドフィルムからなる絶縁性基材(宇部興産(株)製、登録商標「ユーピレックス」)の片面に、真空チャンバ内にて、高電圧電源を用いて酸素ガス雰囲気下にてプラズマ処理を実施した(プラズマ処理工程)。
次いで、絶縁性基材上に、アルゴンガス雰囲気下で、直流電源を用いて半値幅が0.729degになるように7重量%Cr-Ni合金ターゲットを用いて成膜を行った(Ni合金層成膜工程)。このとき、平均電力密度4W/cm2であった。
このNiCr合金層の上に銅導電層として、Cuターゲットを用いてアルゴンガス雰囲気下で直流電源を用いて、半値幅が0.461degになり、厚さ100nmとなるように銅の成膜を行った(導電層成膜工程)。このとき、平均電力密度は4W/cm2であった。銅導体層の(111)面と(200)面の配向比(K(200)/K(111))は、0.10であり、100℃オーブンにて120時間保持後の配向比(K(200)/K(111))は、0.32であった。
続いて、このスパッタ銅導電層上に、電解めっきにて20μmまでCuを成膜した。得られた2層フレキシブル基板の初期ピール強度は、0.83N/mm、150℃耐熱試験後のピール強度は0.60N/mmであった。
<比較例2>
厚さ25μmのポリイミドフィルムからなる絶縁性基材(宇部興産(株)製、登録商標「ユーピレックス」)の片面に、真空チャンバ内にて、高圧パルス電源を用いて酸素ガス雰囲気下にてプラズマ処理を実施した(プラズマ処理工程)。
厚さ25μmのポリイミドフィルムからなる絶縁性基材(宇部興産(株)製、登録商標「ユーピレックス」)の片面に、真空チャンバ内にて、高圧パルス電源を用いて酸素ガス雰囲気下にてプラズマ処理を実施した(プラズマ処理工程)。
次いで、絶縁性基材上に、アルゴンガス雰囲気下で、高圧パルス電源を用いて半値幅が0.445degになるように7重量%Cr-Ni合金ターゲットを用いて成膜を行った(Ni合金層成膜工程)。このとき、平均電力密度4W/cm2であり、瞬間最大電力密度は800W/cm2であった。
このNiCr合金層の上に銅導電層として、Cuターゲットを用いてアルゴンガス雰囲気下で高圧パルス電源を用いて、半値幅が0.412degになり、厚さ100nmとなるように銅の成膜を行った(導電層成膜工程)。このとき、平均電力密度は4W/cm2であり、瞬間最大電力密度は40W/cm2であった。銅導体層の(111)面と(200)面の配向比(K(200)/K(111))は、0.21であり、100℃オーブンにて120時間保持後の配向比(K(200)/K(111))は、0.38であった。
続いて、このスパッタ銅導電層上に、電解めっきにて20μmまでCuを成膜した。得られた2層フレキシブル基板の初期ピール強度は、0.80N/mm、150℃耐熱試験後のピール強度は0.52N/mmであった。
<比較例3>
厚さ25μmのポリイミドフィルムからなる絶縁性基材(宇部興産(株)製、登録商標「ユーピレックス」)の片面に、真空チャンバ内にて、高電圧電源を用いて酸素ガス雰囲気下にてプラズマ処理を実施した(プラズマ処理工程)。
厚さ25μmのポリイミドフィルムからなる絶縁性基材(宇部興産(株)製、登録商標「ユーピレックス」)の片面に、真空チャンバ内にて、高電圧電源を用いて酸素ガス雰囲気下にてプラズマ処理を実施した(プラズマ処理工程)。
次いで、絶縁性基材上に、アルゴンガス雰囲気下で、直流電源を用いて半値幅が0.665degになるように7重量%Cr-Ni合金ターゲットを用いて成膜を行った(Ni合金層成膜工程)。このとき、平均電力密度6W/cm2であった。
このNiCr合金層の上に銅導電層として、Cuターゲットを用いてアルゴンガス雰囲気下で高圧パルス電源を用いて、半値幅が0.447degになり、厚さ100nmとなるように銅の成膜を行った(導電層成膜工程)。このとき、平均電力密度は4W/cm2であり、瞬間最大電力密度は160W/cm2であった。銅導体層の(111)面と(200)面の配向比(K(200)/K(111))は、0.23であり、100℃オーブンにて120時間保持後の配向比(K(200)/K(111))は、0.44であった。
続いて、このスパッタ銅導電層上に、電解めっきにて20μmまでCuを成膜した。得られた2層フレキシブル基板の初期ピール強度は、0.79N/mm、150℃耐熱試験後のピール強度は0.48N/mmであった。
上記実施例および比較例において作製した2層フレキシブル基板について、以下の方法により、Ni合金層およびCu導体層の膜厚、密着強度、耐熱性、Ni合金層における、X線回折分析により得られるNi結晶格子(111)面の回折ピークの半値幅、銅導体層における、X線回折分析により得られるCu結晶格子(111)面の回折ピークの半値幅、銅導体層における、X線回折分析により得られるfcc構造の(111)面と(200)面の配向度指数比を測定した。結果を表1~表3に示す。
(密着強度)
絶縁性基材に、下地金属層と銅導体層を形成後、成膜面側に対し、電解めっきにより銅を20μm厚みにめっきした。その後、5mm幅に短冊状にカットし、ピール強度試験機(オートグラフ引っ張り試験機、AGS-100G、(株)島津製作所製)を使用して、絶縁性基材とめっきを含む金属側との剥離力(ピール強度)を180°剥離にて、速度50mm/minで引っ張り測定した。
絶縁性基材に、下地金属層と銅導体層を形成後、成膜面側に対し、電解めっきにより銅を20μm厚みにめっきした。その後、5mm幅に短冊状にカットし、ピール強度試験機(オートグラフ引っ張り試験機、AGS-100G、(株)島津製作所製)を使用して、絶縁性基材とめっきを含む金属側との剥離力(ピール強度)を180°剥離にて、速度50mm/minで引っ張り測定した。
(耐熱性)
耐熱性は、上記密着強度の測定方法で示した方法によりサンプルを作製し、得られたサンプルを、150℃のオーブンに1週間保持して加熱処理を行い、取り出し、室温になるまで放置した後のサンプルについて、上記と同様の方法により密着強度を測定した。加熱処理前のサンプルの密着強度に対する加熱処理後のサンプルの密着強度(%)を算出し、耐熱性を評価した。
耐熱性は、上記密着強度の測定方法で示した方法によりサンプルを作製し、得られたサンプルを、150℃のオーブンに1週間保持して加熱処理を行い、取り出し、室温になるまで放置した後のサンプルについて、上記と同様の方法により密着強度を測定した。加熱処理前のサンプルの密着強度に対する加熱処理後のサンプルの密着強度(%)を算出し、耐熱性を評価した。
(Ni合金層における、X線回折分析により得られるNi結晶格子(111)面の回折ピークの半値幅)
X線回折装置(RINT-UltimaIII、理学電機(株)製)を用いて測定した。基材のNi合金側にCuKα線の特性X線を照射し、2θ=44.5°付近に現れるNi結晶格子(111)面の回折線から半値幅を導いた。Niの回折ピークとCuの回折ピークが近いために重なることで正確な値が算出できず、また、半値幅を算出するほどの充分な回折線強度を得るために、前処理後に厚み100nmとなるようNiを単独で成膜したものについて測定を実施した。
X線回折装置(RINT-UltimaIII、理学電機(株)製)を用いて測定した。基材のNi合金側にCuKα線の特性X線を照射し、2θ=44.5°付近に現れるNi結晶格子(111)面の回折線から半値幅を導いた。Niの回折ピークとCuの回折ピークが近いために重なることで正確な値が算出できず、また、半値幅を算出するほどの充分な回折線強度を得るために、前処理後に厚み100nmとなるようNiを単独で成膜したものについて測定を実施した。
(銅導体層における、X線回折分析により得られるCu結晶格子(111)面の回折ピークの半値幅)
Ni合金層の半値幅と同様の装置および方法を用いて測定した。2θ=43.3°付近に現れるCu結晶格子(111)面の回折スペクトルの最大ピークから、半値幅を算出した。このときの銅導体層の厚みは、100nmに調整した。
Ni合金層の半値幅と同様の装置および方法を用いて測定した。2θ=43.3°付近に現れるCu結晶格子(111)面の回折スペクトルの最大ピークから、半値幅を算出した。このときの銅導体層の厚みは、100nmに調整した。
(銅導体層における、X線回折分析により得られるfcc構造の(111)面と(200)面の配向度指数比)
X線回折装置(RINT-UltimaIII、理学電機(株)製)を用いて測定し、算出した。(111)面については、2θ=43.3°付近に現れるCu結晶格子(111)面の回折スペクトルのピークをとり、(200)面については、2θ=50.4°付近に現れる回折スペクトルのピークからそれぞれの面積比より算出した。また、絶縁性基材に、下地金属層と銅導体層を形成し、電解めっきにより銅を20μm厚みめっきしたものを100℃オーブンにて120時間保持し、取り出した後にも同様の測定を実施した。
X線回折装置(RINT-UltimaIII、理学電機(株)製)を用いて測定し、算出した。(111)面については、2θ=43.3°付近に現れるCu結晶格子(111)面の回折スペクトルのピークをとり、(200)面については、2θ=50.4°付近に現れる回折スペクトルのピークからそれぞれの面積比より算出した。また、絶縁性基材に、下地金属層と銅導体層を形成し、電解めっきにより銅を20μm厚みめっきしたものを100℃オーブンにて120時間保持し、取り出した後にも同様の測定を実施した。
表1~表3に示されるように、本発明の2層フレキシブル基板は、優れた密着性を示し、80%以上の耐熱性を示した。そのため、本発明の2層フレキシブル基板は、狭幅、狭ピッチの配線部を持つフレキシブル配線板にも適用することができ、工業的に有用であり、より信頼性が高いと考えられた。
Claims (2)
- 表面にプラズマ処理が施された絶縁性基材と、
前記絶縁性基材のプラズマ処理を施された表面に積層された下地金属層と、
前記下地金属層の表面に積層された銅導体層と、を備え、
前記下地金属層の結晶面(111)のX線回析による半値幅は、0.40~0.50degであり、
前記銅導体層の結晶面(111)のX線回析による半値幅は、0.20~0.50degであり、
100℃で120時間晒した後の結晶質の配向比(K(200)/K(111))は、0.2~0.3である、2層フレキシブル基板。 - 前記下地金属層は、窒素を含まない、請求項1記載の2層フレキシブル基板。
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