JP2024019554A - フレキシブル基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波特性に優れるとともに、ベースフィルムと配線との密着性を高めることが可能なフレキシブル基板の製造方法を提供する。【解決手段】フレキシブル基板の製造方法は、次の工程（１）～（４）を包含する。（１）第１下地金属層形成工程：高周波対応ベースフィルム１１に、ニッケルクロム合金層１４を形成し、第１基板を製造する工程。（２）第２下地金属層形成工程：第１基板に、下地銅層１５を形成し、第２基板を製造する工程。（３）銅導体層形成工程：第２基板に銅導体層１３を形成し、第３基板を製造する工程。（４）熱プレス工程：第３基板をあらかじめ定められた温度および圧力により加熱および加圧する工程。熱プレス工程を含むことにより、高周波対応ベースフィルム１１とニッケルクロム合金層１４との間の密着性を高めることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、フレキシブル基板の製造方法に関する。さらに詳しくは、高周波特性に優れたフレキシブル基板の製造方法に関する。

スマートフォン、携帯電話、タブレット端末などの携帯用電子端末におけるデータの送受信量が増大している。この送受信量に対応するため、これらの携帯用電子端末での通信速度は、より高速であること、すなわち高周波の無線通信であることが求められる。そのためこれらの携帯型電子端末に用いられる電子部品は、高周波の無線通信が行われた場合に伝送損失をより低くすることが求められる。

携帯型電子端末では、狭い空間に部品を配置する必要性が高く、樹脂フィルムをベースとしたＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）が用いられている。そして、従来多くのＦＰＣでは、ポリイミドフィルムがベースフィルムとして用いられている。このポリイミドフィルムが用いられたＦＰＣでは、ベースフィルムに乾式めっきをして下地金属層を形成した後、湿式めっきをして金属層を形成する製造方法が、多く採用されていた。

しかし、上記のポリイミドフィルムは誘電特性が悪いため、高周波の無線通信で用いられた場合、伝送損失が大きくなるという問題がある。この問題を解決するため、ベースフィルムとして、誘電特性の良いＬＣＰ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｐｌｙｍｅｒ）、またはＰＥＥＫ（Ｐｏｌｙ Ｅｔｈｅｒ Ｅｔｈｅｒ Ｋｅｔｏｎｅ）を用いたＦＰＣが検討されている。特許文献１では、上記のベースフィルムを用いた金属張積層体の製造方法が開示されている。

特開２００８－１１０６０２号公報

ＬＣＰ等をベースフィルムに用いてＦＰＣを製造する主な製造方法としては、ベースフィルムに銅箔をラミネート法で貼り合わせる製造方法と、上記したように乾式めっきと湿式めっきとを組み合わせる製造方法がある。

上記の方法のうち、ベースフィルムに銅箔をラミネート法で貼り合わせる製造方法では、密着性を上げるために銅箔表面の凹凸を大きくする必要があるが、この凹凸により伝送損失が大きくなるという課題がある。すなわち密着力を上げることと、伝送損失を下げることを両立させることが難しいという問題がある。これに対し、乾式めっきと湿式めっきとを組み合わせる製造方法では、ベースフィルムの材質に依存する問題、すなわち誘電特性がいいとされているＬＣＰなどでは、乾式めっきとの間の密着力が低くなるという問題がある。

本発明は上記事情に鑑み、高周波特性に優れるとともに、ベースフィルムと配線との密着性を高めることが可能なフレキシブル基板の製造方法を提供することを目的とする。

第１発明のフレキシブル基板の製造方法は、次の工程（１）～（４）；（１）第１下地金属層形成工程：高周波対応ベースフィルムの少なくとも一方の面に、乾式めっき法によりニッケルクロム合金層を形成し、第１基板を製造する工程、（２）第２下地金属層形成工程：前記第１基板の前記ニッケルクロム合金層がある面に、乾式めっき法により下地銅層を形成し、第２基板を製造する工程、（３）銅導体層形成工程：前記第２基板の前記下地銅層がある面に湿式めっき法により銅導体層を形成し、第３基板を製造する工程、（４）熱プレス工程：前記第３基板を、該第３基板に対向するように付着防止フィルムが設けられ、かつ内部にヒータが埋設された、一対の熱プレス板を用いて挟み込むことによりあらかじめ定められた温度および圧力により加熱および加圧する工程、を包含することを特徴とする。
第２発明のフレキシブル基板の製造方法は、第１発明において、前記ニッケルクロム合金層の厚さが２ｎｍ以上４ｎｍ以下であり、前記ニッケルクロム合金層におけるクロムの重量パーセントは１２％以上５０％以下であり、前記下地銅層の厚さが５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、前記熱プレス工程では、３００℃以上３６０℃以下の温度で、かつ１ＭＰａ以上５ＭＰａ以下の圧力で加熱および加圧することを特徴とする。
第３発明のフレキシブル基板の製造方法は、第１発明または第２発明において、高周波対応ベースフィルムが、ＬＣＰ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｐｌｙｍｅｒ）、またはＰＥＥＫ（Ｐｏｌｙ Ｅｔｈｅｒ Ｅｔｈｅｒ Ｋｅｔｏｎｅ）であることを特徴とする。

第１発明によれば、フレキシブル基板の製造方法が、湿式めっき法により銅層を形成された第３積層板を、あらかじめ定められた温度および圧力により、加熱および加圧する熱プレス工程を含むことにより、高周波対応ベースフィルムとニッケルクロム合金層との間の密着性を高めることができる。すなわち、高周波に対応することが可能なフレキシブル基板であるとともに、ベースフィルムと配線との密着性を高めたものを得ることができる。
第２発明によれば、３００℃以上３６０℃以下の温度で、かつ１ＭＰａ以上５ＭＰ以下圧力で加熱および加圧することにより、高周波対応ベースフィルムとニッケルクロム合金層との密着力をより高めることができる。
第３発明によれば、高周波対応ベースフィルムがＬＣＰまたはＰＥＥＫであることにより、これらのフィルムは入手性がいいので、高周波に対応可能なベースフィルムを容易に入手することができる。

本発明の実施形態に係るフレキシブル基板の製造方法を構成する熱プレス工程の一例の説明図である。 本発明の実施形態に係るフレキシブル基板の製造方法で製造されたフレキシブル基板の拡大断面図である。 表皮効果を説明するための、ＦＰＣ上の配線の断面図である。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するためのフレキシブル基板の製造方法を例示するものであって、本発明はフレキシブル基板の製造方法を以下のものに特定しない。なお、各図面が示す部材の大きさまたは位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。

（第１実施形態）
図２には、本発明の第１実施形態に係るフレキシブル基板の製造方法により製造した高周波対応フレキシブル基板１０の断面図を示す。図２に示すように、高周波対応フレキシブル基板１０は、高周波対応ベースフィルム１１と、この高周波対応ベースフィルム１１の両面に形成されている下地金属層１２と、この下地金属層１２に重畳して形成されている銅導体層１３と、を含んで構成されている。下地金属層１２は、たとえば、高周波対応ベースフィルム１１側に設けられているニッケルクロム合金層１４と下地銅層１５とを積層して構成されている。なお、図２には高周波対応ベースフィルム１１の両面に下地金属層１２等が形成されているものが開示されているが、高周波対応ベースフィルム１１の少なくとも一方の面に下地金属層１２等が形成されているものの製造方法も本発明に含まれる。

（高周波対応ベースフィルム１１）
本実施形態に係る製造方法で用いられる高周波対応ベースフィルム１１は、ポリイミドフィルムに対して、誘電特性が良いものが該当する。例えば、ＬＣＰ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｐｌｙｍｅｒ）、またはＰＥＥＫ（Ｐｏｌｙ Ｅｔｈｅｒ Ｅｔｈｅｒ Ｋｅｔｏｎｅ）が、高周波対応ベースフィルム１１として好適である。これらのフィルムは、誘電特性が良く、高周波の無線通信に使用された場合でも伝送損失が大きくならない。ほかにも、ポリマー、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＰＥＮ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｎａｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＰＴＦＥ（Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ＣＯＰ（Ｃｙｃｌｏ Ｏｌｅｆｉｎ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ）、ＳＰＳ（Ｓｙｎｄｉｏｔａｃｔｉｃ Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）、ＣＯＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｏｌｅｆｉｎ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）などのフィルムを用いることが可能である。

高周波対応ベースフィルム１１がＬＣＰまたはＰＥＥＫであることにより、これらのフィルムは入手性がいいので、高周波に対応可能なベースフィルムを容易に入手することができる。

（第１下地金属層形成工程）
本実施形態に係る製造方法では、第１下地金属層形成工程において、高周波対応ベースフィルム１１の両面に乾式めっき法によりニッケルクロム合金層１４を形成し、第１基板を製造する。すなわち本実施形態における第１基板は、高周波対応ベースフィルム１１の両面に、ニッケルクロム合金層１４のみが形成された状態の基板である。

ニッケルクロム合金層１４は、乾式メッキであるスパッタリングにより形成されるのが好ましい。なおニッケルクロム合金層１４の形成は、他の乾式めっきである真空蒸着、イオンプレーティングであっても問題ない。

ニッケルクロム合金層１４の厚さは２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。さらにニッケルクロム合金層１４の厚さは２ｎｍ以上４ｎｍ以下であることが、より好ましい。ニッケルクロム合金層１４の厚さが２ｎｍ未満である場合は、その後の各処理工程時に密着性の問題が生じやすい。また５０ｎｍよりも厚い場合は、配線加工時にニッケルまたはクロムの除去が困難になるとともに、ニッケルクロム合金層１４にクラックまたはそりが生じやすくなり、この点において、高周波対応ベースフィルム１１と下地金属層１２との密着性の問題が生じやすくなる。加えてニッケルクロム合金層１４の厚さが５０ｎｍよりも大きいと、高周波での通信に影響を与える。この影響を少なくするためにニッケルクロム合金層１４の厚さは４ｎｍ以下がより好ましい。

高周波での通信が行われる場合、表皮効果により配線を通過する電流は、より表皮付近を流れることになる。図３には、表皮効果を説明するための、ＦＰＣ上の配線の断面図を示す。すなわち、図３は、フレキシブル基板に対しエッチング等を行った後のＦＰＣの上に存在する配線のうちの一つを取り上げた断面図となる。高周波対応ベースフィルム１１上に、ニッケルクロム合金層１４と下地銅層１５とからなる下地金属層１２が設けられており、この下地金属層１２に重畳して銅導体層１３が設けられている。

例えば表皮効果が発生すると、電流は、表皮部分（図３でドット表示をした部分）で流れやすく、内部で流れにくくなる。実際には、表皮効果は段階的に表れるものであるが、図３では理解しやすくするために、表皮部分とその他の部分で分けて記載している。ここで表皮部分にはニッケルクロム合金層１４が含まれることとなり、電気抵抗を考慮すると、ニッケルクロム合金層１４の抵抗は銅導体層１３等よりも高く、電流は流れにくい。しかし、高周波での通信においては、表皮部分に流れる電流が大きくなるため、抵抗が高いニッケルクロム合金層１４がない、またはできるだけ薄くするほうが配線全体の抵抗の減少につながると推定される。このため、ニッケルクロム合金層１４の厚さは４ｎｍ以下がより好ましい。

ニッケルクロム合金層１４におけるクロムの重量パーセントは１２パーセント以上５０パーセント以下であることが好ましい。

（第２下地金属層形成工程）
本実施形態に係る製造方法では、第２下地金属層形成工程において、第１基板の両面に乾式めっき法により下地銅層１５を形成し、第２基板を製造する。すなわち本実施形態における第２基板は、第１基板の両面に、下地銅層１５のみが形成された状態の基盤である。

下地銅層１５は、乾式メッキであるスパッタリングにより形成されるのが好ましい。なお下地銅層１５の形成は、他の乾式めっきである真空蒸着、イオンプレーティングであっても問題ない。

下地銅層１５の厚さは、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。下地銅層１５の厚さが５０ｎｍ未満である場合、ピンホールによる欠陥の軽減効果が少なくなるとともに、その後に行われる湿式めっきの際に通電不良を引き起こす可能性がある。また、５００ｎｍを超えると、下地銅層１５にクラックまたはそりが生じやすくなり、この点において高周波対応ベースフィルム１１と下地金属層１２との密着性の問題を生じやすくなる。

（銅導体層形成工程）
本実施形態に係る製造方法では、銅導体層形成工程において、第２基板の両面に湿式めっきにより銅導体層１３を形成し、第３基板を製造する。すなわち本実施形態における第３基板は、第２基板の両面に、銅導体層１３のみが形成された状態の基盤である。

銅導体層１３は、下地金属層１２の表面に直接形成されている。本実施形態に係る製造方法で製造された高周波対応フレキシブル基板１０が、セミアディティブ法によりフレキシブル配線基板となる場合は、銅導体層１３の厚さは２μｍ前後である。これは高周波対応フレキシブル基板１０のハンドリング性が良好になるからである。また、本実施形態に係る製造方法で製造された高周波対応フレキシブル基板１０が、サブトラクティブ法によりフレキシブル配線基板となる場合は、銅導体層１３の厚さは８μｍ前後である。なお高周波対応フレキシブル基板１０は、これらの厚さに限定されない。本実施形態に係る製造方法で実施される湿式めっきは、公知の電気めっきである。

（熱プレス工程）
図１には、本実施形態に係る製造方法を構成する熱プレス工程の一例の説明図である。本実施形態における熱プレス工程では、銅導体層１３までが形成された第３基板の両面から熱プレス板２１が用いられ、あらかじめ定められた温度および圧力により加熱および加圧する工程である。この工程を経て得られた高周波対応フレキシブル基板１０は、高周波に対応することが可能であるとともに、高周波対応ベースフィルム１１と配線（本実施形態ではニッケルクロム合金層１４、下地銅層１５、銅導体層１３を含む）との密着性を高めることができる。

なお熱プレス工程の一例として、図１に示したような熱プレス板２１で挟み込む方法が示されたが、熱プレスの方法はこれに限定されない。例えば、ロール状のもので第３基板を所定の圧力で挟み込みながら、この挟み込まれた第３基板の温度を所定の温度に上げるようにする方法が該当する。

図１に示すように、本実施形態に係る熱プレス工程では、高周波対応フレキシブル基板１０は、付着防止フィルム２３、金属板２２を介して、ヒータ２０が埋設された一対の熱プレス板２１の間に挿入され、加熱・加圧される。

付着防止フィルム２３は、加熱・加圧時の高周波対応フレキシブル基板１０が周りの部材へ付着したり、高周波対応フレキシブル基板１０の表面に傷がついたりするのを防止するもので、例えば熱硬化したポリイミドフィルム等が用いられる。金属板２２は、熱プレス板２１に傷が入るのを防止するためのもので、例えばステンレス（ＳＵＳ）またはチタン（Ｔｉ）の厚さ約２ｍｍの板が用いられる。

銅導体層１３までが形成された第３基板および上記の各プレス部材を配置した後、第３基板が３００℃以上３００℃以上３６０℃以下になるように、かつ図示しないプレス機により熱プレス板２１を介して、第３基板に１ＭＰａ以上５ＭＰａ以下の圧力を印加する。そして第３基板は、あらかじめ定められた時間、例えば１０～３０分間の間、加熱および加圧される。

熱プレス工程により第３基板に、あらかじめ定められた温度および圧力により加熱および加圧されることにより、高周波対応ベースフィルム１１とニッケルクロム合金層１４との間の密着性が高まるはっきりとした理由は不明である。しかし、高周波対応ベースフィルム１１の材料としての流動性が高くなり、ニッケルクロム合金層１４との密着性が高くなること、またニッケルクロム合金層１４内のニッケルが高周波対応ベースフィルム１１に向けて動作し、銅元素が高周波対応ベースフィルム１１に拡散することが抑制されること、などが原因と考えらえる。

フレキシブル基板の製造方法が、湿式めっき法により銅層を形成された第３積層板を、あらかじめ定められた温度および圧力により、加熱および加圧する熱プレス工程を含むことにより、高周波対応ベースフィルム１１とニッケルクロム合金層１４との間の密着性を高めることができる。すなわち、高周波に対応することが可能なフレキシブル基板であるとともに、ベースフィルムと配線との密着性を高めたものが得られる。

３００℃以上３６０℃以下の温度で、かつ１ＭＰａ以上５ＭＰ以下圧力で加熱および加圧することにより、高周波対応ベースフィルム１１とニッケルクロム合金層１４との密着力をより高めることができる。

（実施例）
以下、本発明の実施例と比較例を示して説明する。なお、本発明に係るフレキシブル基板の製造方法は、以下の実施例になんら限定されるものではない。

（実施例１）
高周波対応ベースフィルム１１として、ＰＥＥＫが用いられた。第１下地金属層形成工程において、この高周波対応ベースフィルム１１の両面に、スパッタリングにより３ｎｍのニッケルクロム合金層１４が形成された第１基板が製造された。次に第２下地金属層形成工程において、ニッケルクロム合金層１４に重畳して、８０ｎｍの下地銅層１５が形成された第２基板が製造された。これらのニッケルクロム合金層１４と下地銅層１５は、下地金属層１２を形成している。また実施例１では、ニッケルクロム合金層１４のクロムの割合は、２０重量パーセントであり、他の金属のほとんどはニッケルである。銅導体層形成工程では、下地金属層１２に重畳して、電気銅めっき処理により１２μｍの銅導体層１３が形成された第３基板が製造された。この後、この第３基板に対し、熱プレス工程が実施された。熱プレス工程では、第３基材の温度が３４０℃となるように、かつ圧力５ＭＰａで、第３基板が加熱および加圧された。これにより高周波対応フレキシブル基板１０が得られた。上記の条件を表１に示す。

上記の条件で製造された高周波対応フレキシブル基板１０について、密着力を測定する試験が行われた。密着力は、ＪＩＳ Ｃ６４７１の「８．１ 銅はくの引きはがし強さ」に記載の試験方法で求められた。実施例１の製造方法で製造された高周波対応フレキシブル基板１０では、０．９ｋＮ／ｍの密着力が得られた。結果を表１に示す。密着力として、０．８ｋＮ／ｍ以上を合格とされるので、上記の条件で製造された高周波対応フレキシブル基板１０は、十分に強い密着力が得られた。

（比較例１）
熱プレス工程がない点以外は、実施例１と同じ条件とした。比較例１の条件、および密着力の測定結果を表１に示す。

密着力として０．３ｋＮ／ｍとなり、密着力として０．８ｋＮ／ｍが合格であるので、得られた密着力は不十分なものであった。

１０ 高周波対応フレキシブル基板
１１ 高周波対応ベースフィルム
１３ 銅導体層
１４ ニッケルクロム合金層
１５ 下地銅層

Claims (3)

1. 次の工程（１）～（４）；
   （１）第１下地金属層形成工程：高周波対応ベースフィルムの少なくとも一方の面に、乾式めっき法によりニッケルクロム合金層を形成し、第１基板を製造する工程、
   （２）第２下地金属層形成工程：前記第１基板の前記ニッケルクロム合金層がある面に、乾式めっき法により下地銅層を形成し、第２基板を製造する工程、
   （３）銅導体層形成工程：前記第２基板の前記下地銅層がある面に湿式めっき法により銅導体層を形成し、第３基板を製造する工程、
   （４）熱プレス工程：前記第３基板を、該第３基板に対向するように付着防止フィルムが設けられ、かつ内部にヒータが埋設された、一対の熱プレス板を用いて挟み込むことによりあらかじめ定められた温度および圧力により加熱および加圧する工程、
   を包含する、
   ことを特徴とするフレキシブル基板の製造方法。
2. 前記ニッケルクロム合金層の厚さが２ｎｍ以上４ｎｍ以下であり、
   前記ニッケルクロム合金層におけるクロムの重量パーセントは１２％以上５０％以下であり、
   前記下地銅層の厚さが５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、
   前記熱プレス工程では、３００℃以上３６０℃以下の温度で、かつ１ＭＰａ以上５ＭＰａ以下の圧力で加熱および加圧する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル基板の製造方法。
3. 高周波対応ベースフィルムが、ＬＣＰ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｐｌｙｍｅｒ）、またはＰＥＥＫ（Ｐｏｌｙ Ｅｔｈｅｒ Ｅｔｈｅｒ Ｋｅｔｏｎｅ）である、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のフレキシブル基板の製造方法。