JP6477364B2 - フレキシブル多層回路基板用の金属張積層体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、フレキシブル多層回路基板用の金属張積層体の製造方法に関する。

樹脂フィルムはフレキシブル性を有し、加工が容易であるため、その表面に金属膜や酸化物膜を形成して電子部品や光学部品、包装材料などに広く産業界で用いられている。例えば、フレキシブル性を有するフレキシブル配線基板が携帯電話など小型電子機器で使用されている。

また、フレキシブル配線基板の裏側の表面に金属膜等を形成して多層回路基板とすることも可能である。多層回路基板の場合、表面の配線と裏面の配線とを接続するためにフレキシブル配線基板にスルーホールを設けることが一般的である。

例えば、特許文献１では、スルーホール接続安定性のある高寸法精度の回路基板を得るフレキシブル回路配線基板の製造方法が開示されている。特許文献１に記載のフレキシブル回路配線基板の製造方法は、スルーホールの内壁と樹脂フィルム基板表面に導電層を形成し、その後、電気めっきにより金属を析出させることで回路を形成するフレキシブル回路配線基板の製造方法である。

特開２００４−２４７３９１号公報

近年のさらなるフレキシブル多層回路配線基板の低コスト化の観点からは、スルーホールが形成された金属層付樹脂フィルムのスルーホールの内壁の樹脂露出面にスパッタや無電解めっき等により導電層を形成せず、直接電気めっきを行うことで配線となるめっき金属層を形成させることが好ましい。しかしながら、スルーホールが形成された金属層付樹脂フィルムのスルーホールの内壁の樹脂露出面に直接電気めっきを行うことで配線となる金属層を形成させることは必ずしも容易であるとはいえない。

また、スルーホールの内壁に金属層を形成させる方法として、金属ペーストを充填する方法もある。しかし、金属ペースト中には、スルーホール内への充填性や印刷性を高めるために必然的に液状樹脂や溶剤が含まれている。そのため、通常の電気めっきで形成された金属層よりも電気抵抗値は上昇する場合がある。

本発明は、上記の課題を解決するために発明されたものであり、その目的は、スルーホールが形成された金属層付樹脂フィルムに電気めっきを行い配線となるめっき金属層を形成するフレキシブル多層回路基板用の金属張積層体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、金属層付樹脂フィルムの樹脂フィルムの膜厚から電気めっきにより形成されるめっき金属層の膜厚を調整して電気めっきを行うことで、金属層付樹脂フィルムの両面及びスルーホールの内壁に金属層を形成でき、且つ、良好な電気伝導性を有するフレキシブル多層回路配線基板を形成可能な金属張積層体を製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明の第一は、樹脂フィルムの両面に金属層が形成された金属層付樹脂フィルムにスルーホールを形成するスルーホール形成工程と、スルーホールが形成された前記金属層付樹脂フィルムに電気めっきを行うことで、スルーホールが形成された前記金属層付樹脂フィルムの両表面及び前記スルーホールの内壁の樹脂露出面に直接めっき金属層を形成するめっき工程と、を含むフレキシブル多層回路基板用の金属張積層体の製造方法であって、前記めっき工程において、前記樹脂フィルムの膜厚に応じて前記めっき金属層の膜厚を調整する金属張積層体の製造方法である。

本発明の第二は、前記樹脂フィルムの膜厚と、前記めっき工程において前記金属層付樹脂フィルムの表面上に形成するめっき金属層の膜厚との関係を示す一次式の傾き（樹脂フィルムの表面上に形成するめっき金属層の膜厚（μｍ）／樹脂フィルムの膜厚（μｍ））が０．７８以上であり、該一次式の切片が１０．２μｍ以上である第一の発明に記載の金属張積層体の製造方法である。

本発明の第三は、前記めっき工程における電気めっきの電流密度を２Ａ／ｄｍ^２以上１２Ａ／ｄｍ^２以下とする第一又は第二の発明に記載の金属張積層体の製造方法である。

本発明の金属張積層体の製造方法は、配線として使用可能なめっき金属層を形成可能とするフレキシブル多層回路基板用の金属張積層体の製造方法である。

本発明に関する金属張積層体のスルーホール部分のＳＥＭ観察画像を示す図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について、詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。

＜金属張積層体の製造方法＞
本実施形態の金属張積層体の製造方法は、樹脂フィルムの両面に金属層が形成された金属層付樹脂フィルムにスルーホールを形成するスルーホール形成工程と、スルーホールが形成された金属層付樹脂フィルムに電気めっきを行うことで、スルーホールが形成された金属層付樹脂フィルムの両表面及びスルーホールの内壁の樹脂露出面に所定の膜厚に調整しためっき金属層を形成するめっき工程と、を含むフレキシブル多層回路基板用の金属張積層体の製造方法である。以下、スルーホール形成工程及びめっき工程についてそれぞれ説明する。

［スルーホール形成工程］
スルーホール形成工程とは、樹脂フィルムの両面に金属層が形成された金属層付樹脂フィルムにスルーホールを形成する工程である。金属層付樹脂フィルムにスルーホールが形成されることにより、フレキシブル回路基板を複数の層からなる多層の回路構成とする多層回路基板とすることができる。

金属層付樹脂フィルムは、樹脂フィルムの両面に金属層が形成することで製造することができる。樹脂フィルムは、一般的なフレキシブル多層回路基板の製造に使用されている樹脂フィルムであれば、特に制限されることなく使用することができる。例えば、ポリイミド系フィルム、ポリアミド系フィルム、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレンテレナフタレート（ＰＥＮ）などのポリエステル系フィルム、ポリテトラフルオロエチレン系フィルム、ポリフェニレンサルファイド系フィルム、ポリエチレンナフタレート系フィルム、液晶ポリマー系フィルムの群から選ばれた１種の絶縁フィルムを使用することができる。特に、フレキシブル多層回路基板に必要とされる、耐熱性、誘電体特性、電気絶縁性、耐薬品性の観点からポリイミド系フィルムを用いることが好ましい。

樹脂フィルムの膜厚は特に限定されるものではないが１０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上５０μｍ以下であることがより好ましい。樹脂フィルムの膜厚が１０μｍ以上であることでフレキシブル多層回路基板の機械強度が向上させることができるため好ましい。樹脂フィルムの膜厚が１００μｍ以下とすることで後のめっき工程において形成する金属層の膜厚を小さくすることが可能となるため好ましい。

樹脂フィルムの両面に金属層を形成させる方法は、スパッタリング法、スパッタめっき法、ラミネート法、キャスト法等を例示することができる。この金属層はめっき工程において導電層となるので、厚み０．３〜２μｍ程度とすることが好ましい。金属層としては、例えば、後述するめっき工程におけるめっき金属層として形成される金属と同様のものを用いることができる。例えば、めっき金属層が銅からなる銅層である場合には、金属層も銅からなる層とすることができる。

スルーホールを形成する方法は特に限定されるものではないが、例えば、ドリリング、パンチ、レーザー等の従来公知の方法を用いることができる。スルーホールの内径は、特に限定されるものではないが、例えば、１００μｍ以上１０ｍｍ以下程度が一般的である。

［めっき工程］
本実施形態に関するめっき工程とは、スルーホール形成工程によりスルーホールが形成された金属層付樹脂フィルムに電気めっきを行うことで、スルーホールが形成された金属層付樹脂フィルムの両表面及びスルーホールの内壁面にめっき金属層を形成する工程である。本実施形態の金属張積層体の製造方法では、スルーホールの内壁の樹脂露出面に直接めっき金属層を形成することを行うことを特徴とする。スルーホールの内壁の樹脂露出面に直接めっき金属層を形成することにより、フレキシブル多層回路配線基板の従来必要であった樹脂露出面に導電層を形成する工程を減らすことが可能となることから、フレキシブル多層回路配線基板の低コスト化の観点からは有利である。しかしながら、ドリリング、パンチ、レーザー等の従来公知の方法により形成されたスルーホールの内壁には金属層付樹脂フィルムの両表面とは異なり、樹脂が直接露出している。そのため、金属層付樹脂フィルムのスルーホールの内壁の樹脂露出面に直接配線として使用可能なめっき金属層を形成させることは必ずしも容易であるとはいえない。

本実施形態の金属張積層体の製造方法では、金属層付樹脂フィルムの樹脂フィルムの膜厚に応じてめっき金属層の膜厚を調整して電気めっきを行うことにより、スルーホールの内壁の樹脂露出面に直接めっき金属層を形成することを可能とし、且つ、めっき金属層の導通不良が起こることがない状態で配線として使用可能なめっき金属層の形成を可能とする点に大きな特徴がある。

金属層付樹脂フィルムの樹脂フィルムの膜厚が厚くなるにつれて、樹脂フィルムの表面から樹脂フィルムの裏面までの距離は大きくなる。ここで、スルーホールの内壁は、金属層が積層されておらず、樹脂フィルムの樹脂が直接露出している。樹脂フィルムの表面から樹脂フィルムの裏面までの距離が大きくなった場合、スルーホールの内壁には樹脂が直接露出しているため、電気めっきにより形成しためっき金属層の導通不良が起きやすくなる。本発明の金属張積層体の製造方法は、金属層付樹脂フィルムの樹脂フィルムの膜厚によって電気めっきにより形成されるめっき金属層の膜厚を調整することで、電気めっきにより形成しためっき金属層の導通不良を防ぐことができる。

めっき金属層の膜厚を調整する方法は、金属層付樹脂フィルムの樹脂フィルムの膜厚を厚くするごとに金属層の膜厚を厚くすることが好ましい。例えば、樹脂フィルムの膜厚と金属層の膜厚との関係を示す一次式の傾きを０．７８以上とし、樹脂フィルムの膜厚とめっき金属層の膜厚との関係を示す一次式の切片を１０．２μｍ以上とすることが好ましい。例えば、膜厚が１２．５μｍの樹脂フィルムであれば、１２．５（μｍ）×０．７８＋１０．２（μｍ）＝２０．０（μｍ）であるので、膜厚が１２．５μｍの樹脂フィルムの場合には、めっき金属層の膜厚が２０．０μｍ以上となるように電気めっきを行うことで、金属張積層体において電気めっきにより形成しためっき金属層の導通不良を防ぐことができる。

また、めっき金属層の膜厚を単に厚くした場合でも、電気めっきにより形成しためっき金属層の導通不良を防ぐことができる。しかし、めっき金属層の膜厚を厚くすると、めっき金属層により形成される配線の配線密度を高めるために配線を細かくすることが困難となる。そのため、０．７８×（樹脂フィルムの膜厚（μｍ））＋１０．２の一次式により計算されためっき金属層の膜厚の下限の膜厚（例えば膜厚が１２．５μｍの樹脂フィルムであれば２０．０μｍ）に調整して電気めっきを行うことが好ましい。０．７８×（樹脂フィルムの膜厚（μｍ））＋１０．２の一次式により計算されためっき金属層の膜厚の下限の膜厚に調整して電気めっきを行うことで、金属張積層体において電気めっきにより形成しためっき金属層の導通不良を防ぐことができる最低限のめっき金属層の膜厚を確保し、且つ、めっき金属層により形成される配線の配線密度の低下を極力防ぐことができる。

本実施形態の金属張積層体の製造方法は、スルーホールに金属ペーストを充填する方法やスパッタ法等とは異なり、電気めっきによってスルーホールが形成された金属層付樹脂フィルムの両表面（表面及び裏面）及びスルーホールの内壁面にめっき金属層を同時に形成させるため、工程数が少ない金属張積層体の製造方法である。そのため、極めて低コストでフレキシブル多層回路基板用の金属張積層体を製造できる点に大きな特徴がある。

電気めっきに用いられる電気めっき液は、硫酸銅と、硫酸と、塩素と、が含有されるものが好ましい。硫酸銅と、硫酸と、塩素と、が含有される電気めっき液であれば銅からなる金属層を形成することができる。また、電気めっき液には必要に応じて、ブライトナーと、レベラーと、ポリマー成分等の添加剤を適宜含有していてもよい。

電気めっき液中の硫酸銅の濃度は４０ｇ／Ｌ以上２８０ｇ／Ｌ以下であることが好ましい。電気めっき液中の硫酸の濃度は４０ｇ／Ｌ以上２５０ｇ／Ｌ以下であることが好ましい。電気めっき液中の塩素の濃度は１０ｍｇ／Ｌ以上８０ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましい。

電気めっきを行うためのめっき浴の浴温は、２５℃以上４０℃以下であることが好ましい。めっき浴の浴温が２５℃以上であることで、電流密度を上げることが可能となり、生産性の面から好ましい。めっき浴の浴温が４０℃以下であることで、電気めっき液に含有される添加剤の分解消耗を抑制することができるため好ましい。

電気めっきを行う際の電流密度は、２Ａ／ｄｍ^２以上１２Ａ／ｄｍ^２以下とすることが好ましい。電気めっきを行う際の電流密度を２Ａ／ｄｍ^２以上とすることで、金属層を形成する形成速度が上昇し、生産性が高い状態でフレキシブル多層回路基板を製造することができるため好ましい。また、同時に金属層に生じ得る反りを軽減することができる。電気めっきを行う際の電流密度を１２Ａ／ｄｍ^２以下とすることで、析出する金属層がヤケめっきとならず、金属層の表面が正常なめっき面となるため好ましい。

電気めっきを行うためのめっき装置は、電解槽と基板を搬送する機構を備えたものであればよく、搬送形態はリール・トゥー・リール方式あるいは枚葉のいずれでもよい。基板は、電解槽中を所定の時間通過し、この間に通電することでめっき金属層を形成することができる。

以下、本発明の金属張積層体の製造方法を実施例にもとづいてさらに詳細に説明する。なお、本発明はかかる実施例に限定されるものではない。

＜銅張積層体の製造＞
樹脂フィルム（ポリイミド樹脂 東レ・デュポン社製）にスパッタめっき法にて樹脂フィルムの両面にそれぞれ１．０μｍの金属層が形成された金属層付樹脂フィルムを製造した。そして、金属層付樹脂フィルムにドリリングによりφ０．５ｍｍのスルーホールを形成しスルーホールが形成された金属層付樹脂フィルムを製造した。そして、電気めっき液（硫酸銅１５０ｇ／Ｌ、硫酸１２０ｇ／Ｌ、塩素５０ｐｐｍ）により、浴温３０℃、電流密度８Ａ／ｄｍ^２にて電気めっきを行うことで金属層付樹脂フィルムの両面及びスルーホールの内壁にめっき金属層を形成し、金属張積層体を作成した。金属層付樹脂フィルムの樹脂フィルムの膜厚及び電気めっきにより形成しためっき金属膜の膜厚を表１のように変更し作成した。そして作成された金属張積層体の両面に電極を接続し、配線間の電気抵抗値をそれぞれ測定した。測定結果を表１に示す。また、金属層付樹脂フィルムの樹脂フィルムの膜厚を２５μｍ、めっき金属層の膜厚を６０μｍとしたときのスルーホール部のＳＥＭによる断面写真を図１に示す。

（表中、「−」は電気抵抗値が高くなりすぎて測定不可であったことを意味する。）

表１より、樹脂フィルムの膜厚に応じて樹脂フィルムの表面上に形成しためっき金属層の膜厚を調整することで、フレキシブル多層回路基板に求められる金属張積層の両面の配線間の電気抵抗値が適切な値となることが分かる。また、樹脂フィルムの表面上に形成するめっき金属層の膜厚（μｍ）／樹脂フィルムの膜厚（μｍ）が０．７８、切片が１０．２μｍとすると、樹脂フィルムの膜厚が１２．５μｍのときはめっき金属層の膜厚が２０．０μｍ以上（表１では樹脂フィルムの膜厚が１２．５μｍのときはめっき金属層の膜厚が２０μｍ以上８０μｍ以下のときにフレキシブル多層回路基板に求められる電気抵抗値を示している。）、樹脂フィルムの膜厚が２５μｍのときはめっき金属層の膜厚が２９．７μｍ以上（表１では樹脂フィルムの膜厚が２５μｍのときはめっき金属層の膜厚が３０μｍ以上８０μｍ以下のときにフレキシブル多層回路基板に求められる電気抵抗値を示している。）、樹脂フィルムの膜厚が３８μｍのときはめっき金属層の膜厚が３９．８μｍ以上（表１では樹脂フィルムの膜厚が３８μｍのときはめっき金属層の膜厚が４０μｍ以上８０μｍ以下のときにフレキシブル多層回路基板に求められる電気抵抗値を示している。）となり、０．７８×（樹脂フィルムの膜厚（μｍ））＋１０．２の一次式によりめっき金属層の膜厚を調整することで、金属張積層体において電気めっきにより形成されたスルーホールの内壁の表面に形成しためっき金属層の導通不良を防ぐことができるフレキシブル多層回路基板用の金属張積層体の製造方法であることが分かる。

Claims (2)

1. スルーホールを備える回路基板用の金属張積層体の製造方法であって、
   樹脂フィルムの両面に金属層が形成された金属層付樹脂フィルムにスルーホールを形成するスルーホール形成工程と、
   スルーホールが形成された前記金属層付樹脂フィルムに電気めっきを行うことで、スルーホールが形成された前記金属層付樹脂フィルムの両表面及び前記スルーホールの内壁の樹脂露出面に直接めっき金属層を形成するめっき工程と、を含み、
   前記樹脂フィルムの膜厚と、前記めっき工程において前記金属層付樹脂フィルムの表面上に形成するめっき金属層の膜厚との関係を示す一次式の傾き（樹脂フィルムの表面上に形成するめっき金属層の膜厚（μｍ）／樹脂フィルムの膜厚（μｍ））が０．７８であり、該一次式の切片が１０．２μｍである金属張積層体の製造方法。
2. 前記めっき工程における電気めっきの電流密度を２Ａ／ｄｍ^２以上１２Ａ／ｄｍ^２以下とする請求項１に記載の金属張積層体の製造方法。