KR101626214B1 - 2층 플렉시블 배선용 기판 및 그것을 이용한 플렉시블 배선판 - Google Patents

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요시히데 니시야마
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세이지 고우가미
히로키 하타
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Abstract

본 발명의 과제는 내절성이 우수한 2층 플렉시블 배선용 기판 및 이것을 이용한 플렉시블 배선판을 제공하는 것이다.
상기 과제는 폴리이미드 필름의 표면에 접착제를 개재시키지 않고 니켈 합금으로 이루어진 하지 금속층과, 상기 하지 금속층의 표면에 구리층을 형성한 적층 구조의 2층 플렉시블 배선용 기판에 있어서, JIS C-5016-1994에 규정되는 내절성 시험의 실시 전후에 있어서 얻어지는 구리층의 결정 배향비[(200)/(111)]의 차 d[(200)/(111)]가 0.03 이상인 것과, 상기 구리층의 (111)면에서의 결정 배향도 지수가 1.2 이상이고, 결정자 직경이 300 nm 이상인 것을 특징으로 하는 2층 플렉시블 배선용 기판에 의해 해결된다.

Description

2층 플렉시블 배선용 기판 및 그것을 이용한 플렉시블 배선판{TWO-LAYERED FLEXIBLE WIRING SUBSTRATE AND FLEXIBLE WIRING BOARD USING THE SAME}
본 발명은, 구리층의 일부를 구리 전기 도금법으로 석출시켜 내절성을 개량한 2층 플렉시블 배선용 기판, 및 그 2층 플렉시블 배선용 기판을 이용한 플렉시블 배선판에 관한 것이다.
플렉시블 배선판은, 그 굴곡성을 살려 하드디스크의 리드 라이트 헤드나 프린터 헤드 등 전자 기기의 굴절 내지 굴곡을 요하는 부분이나, 액정 디스플레이 내의 굴절 배선 등에 널리 이용되고 있다.
이러한 플렉시블 배선판의 제조에는, 구리층과 수지층을 적층한 플렉시블 배선용 기판(구리 피복 적층판, FCCL: Flexible Copper Clad Lamination이라고도 칭함)을, 서브트랙티브법 등을 이용하여 배선 가공하는 방법이 이용되고 있다.
이 서브트랙티브법이란, 플렉시블 배선용 기판의 구리층을 화학 에칭 처리하여 불필요한 부분을 제거하는 방법이다. 즉, 플렉시블 배선용 기판의 구리층 중 도체 배선으로서 남기고자 하는 부분의 표면에 레지스트를 형성하고, 구리에 대응하는 에칭액에 의한 화학 에칭 처리와 수세를 거쳐, 구리층의 불필요한 부분을 선택적으로 제거하여 도체 배선을 형성하는 것이다.
그런데, 플렉시블 배선용 기판(FCCL)은, 3층 FCCL판(이하 3층 FCCL로 칭함)과 2층 FCCL판(2층 FCCL로 칭함)으로 분류할 수 있다.
3층 FCCL은, 전해 구리박이나 압연 구리박을 베이스(절연층)의 수지 필름에 접착한 구조(구리박/접착제층/수지 필름)로 되어 있다. 한편, 2층 FCCL은, 구리층 또는 구리박과 수지 필름 기재가 적층된 구조(구리층 또는 구리박/수지 필름)로 되어 있다.
또한, 상기 2층 FCCL에는 크게 나누어 3종이 있다.
즉, 수지 필름의 표면에 하지 금속층과 구리층을 순차적으로 도금하여 형성한 FCCL(통칭 메탈라이징 기판), 구리박에 수지 필름의 와니스를 칠하여 절연층을 형성한 FCCL(통칭 캐스트 기판) 및 구리박에 수지 필름을 라미네이트한 FCCL(통칭 라미네이트 기판)이다.
상기 메탈라이징 기판, 즉 수지 필름의 표면에 하지 금속층과 구리층을 순차적으로 도금하여 형성한 FCCL은, 구리층의 박막화가 가능하고, 또한 폴리이미드 필름과 구리층 계면의 평활성이 높기 때문에, 캐스트 기판이나 라미네이트 기판 또는 3층 FCCL과 비교하여, 배선의 화인 패턴화에 적합하다.
예컨대, 메탈라이징 기판의 구리층은, 건식 도금법 및 전기 도금법에 의해 층두께를 자유롭게 제어할 수 있는 데 비해, 캐스트 기판이나 라미네이트 기판 또는 3층 FCCL은 사용하는 구리박에 의해 그 두께 등은 제약되어 버린다.
또한, 플렉시블 배선판의 배선에 이용되는 구리박에 관해서는, 예컨대 구리박에 열처리를 실시하는 방법(특허문헌 1 참조)이나, 압연 가공을 행하는 방법(특허문헌 2 참조)에 의해 내절성의 향상이 도모되고 있다.
그러나, 이들 방법은, 3층 FCCL의 압연 구리박이나 전해 구리박, 2층 FCCL 중의 캐스트 기판과 라미네이트 기판에 이용되는 구리박 자체의 처리에 관한 것이다.
또, 구리박의 내절성 평가는, 「JIS C-5016-1994」 등이나 「ASTM D2176」로 규격되는 MIT 내굴절도 시험(Folding Endurance Test)이 공업적으로 사용되고 있다.
이 시험에서는, 시험편에 형성한 회로 패턴이 단선되기까지의 굴절 횟수로 평가하며, 이 굴절 횟수가 클수록 내절성이 좋다고 되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 평8-283886호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 평6-269807호 공보
본 발명이 대상으로 하는 2층 플렉시블 배선용 기판은, 수지 필름 기재의 적어도 한면에 접착제를 개재시키지 않고 형성한 시드층과 구리 도금층으로 이루어진 금속층을 순차적으로 형성한 도금 기판이므로, 선행기술문헌에 개시된 바와 같은 구리 도금층만의 열처리나 압연 가공을 실시하여 내절성을 향상시키는 것은 곤란하고, 도금 기판에 있어서 내절성이 우수한 도금 기판의 제조가 요구되고 있었다.
이러한 상황을 감안하여, 본 발명은, 내절성이 우수한 2층 플렉시블 배선용 기판 및 플렉시블 배선판을 제공하는 것이다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해, 도금법에 의해 폴리이미드 수지층에 형성한 구리층의 내절성에 관해 예의 연구한 결과, 내절성 전후에서의 결정 배향성의 변화 및 결정자 입경의 증가가 내절성 시험 결과에 미치는 영향을 확인하여, 본 발명에 이르렀다.
본 발명의 제1 발명은, 폴리이미드 필름의 표면에 접착제를 개재시키지 않고 니켈 합금으로 이루어진 하지 금속층과, 이 하지 금속층의 표면에 구리층을 형성한 적층 구조의 2층 플렉시블 배선용 기판에 있어서, JIS C-5016-1994에 규정되는 내절성 시험의 실시 전후에 있어서 얻어지는 구리층의 결정 배향비[(200)/(111)]의 차 d[(200)/(111)]가 0.03 이상이고, 구리층의 (111)면에서의 결정 배향도 지수가 1.2 이상, 결정자 직경이 300 nm 이상인 것을 특징으로 하는 2층 플렉시블 배선용 기판이다.
본 발명의 제2 발명은, 제1 발명에서의 구리층의 막두께가 5 ㎛∼12 ㎛인 것을 특징으로 하는 2층 플렉시블 배선용 기판이다.
본 발명의 제3 발명은, 제1 및 제2 발명에서의 구리층이, 하지 금속층의 표면에 성막된 구리 박막층과, 그 구리 박막층의 표면에 성막된 구리 전기 도금층으로 구성되고, 구리 전기 도금층이, 그 표면으로부터 폴리이미드 필름 방향으로 막두께의 10% 이상의 두께 범위에 있어서, 주기적으로 단시간의 전위 반전을 행하는 주기적 역방향 전류에 의한 구리 전기 도금에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 2층 플렉시블 배선용 기판이다.
본 발명의 제4 발명은, 제1 내지 제3 발명에서의 구리층의 표면 거칠기가, 산술 평균 거칠기 Ra로 0.2 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 2층 플렉시블 배선용 기판이다.
본 발명의 제5 발명은, 폴리이미드 필름의 표면에 접착제를 개재시키지 않고 니켈 합금으로 이루어진 하지 금속층과, 이 하지 금속층의 표면에 구리층을 구비하는 적층 구조의 배선이 형성되는 플렉시블 배선판에 있어서, JIS-P-8115에 규정되는 내절성 시험의 실시 전후에 있어서 얻어지는 상기 구리층의 결정 배향비[(200)/(111)]의 차 d[(200)/(111)]가 0.03 이상인 것과, 상기 구리층의 (111)면에서의 결정 배향도 지수가 1.2 이상이고, 결정자 직경이 300 nm 이상인 것을 특징으로 하는 플렉시블 배선 기판이다.
본 발명의 제6 발명은, 제5 발명에서의 구리층이, 하지 금속층의 표면에 성막된 구리 박막층과 구리 박막층의 표면에 성막된 구리 전기 도금층으로 구성되고, 구리 전기 도금층이, 그 표면으로부터 폴리이미드 필름 방향으로 구리 전기 도금층 막두께의 10% 이상의 두께 범위에 있어서, 주기적으로 단시간의 전위 반전을 행하는 주기적 역방향 전류에 의한 구리 전기 도금에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉시블 배선 기판이다.
본 발명의 제7의 발명은, 제5 및 제6 발명에서의 구리층의 표면 거칠기가, 산술 평균 거칠기 Ra로 0.2 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 플렉시블 배선 기판이다.
폴리이미드 필름의 표면에 접착제를 개재시키지 않고 니켈 합금으로 이루어진 하지 금속층과, 그 하지 금속층의 표면에 구리층을 형성한 적층 구조를 가지며, JIS C-5016-1994에 규정되는 내절성 시험의 실시 전후에 있어서 얻어지는 구리층의 결정 배향비[(200)/(111)]의 차 d[(200)/(111)]가 0.03 이상, 그 구리층의 (111)면에서의 결정 배향도 지수가 1.2 이상, 또한 결정자 직경이 300 nm 이상인 것을 나타내는 본 발명에 따른 2층 플렉시블 배선용 기판에 의하면, 기판의 내절성이 현저하게 개선되어, 공업상 현저한 효과를 나타내는 것이다.
도 1은 메탈라이징법으로 제작한 2층 플렉시블 배선용 기판의 단면 모식도이다.
도 2는 2층 플렉시블 배선용 기판의 하지 금속층 및 구리 박막층을 성막하는 롤ㆍ투ㆍ롤 스퍼터링 장치를 나타내는 개요도이다.
도 3은 2층 플렉시블 배선용 기판의 제조에서의 전기 도금을 행하는 롤ㆍ투ㆍ롤 방식의 연속 도금 장치를 나타내는 개요도이다.
도 4는 본 발명에서의 PR 전류의 시간과 전류 밀도를 모식적으로 나타낸 도면이다.
(1) 2층 플렉시블 배선용 기판
우선, 본 발명의 2층 플렉시블 배선용 기판에 관해 설명한다.
본 발명의 2층 플렉시블 배선용 기판은, 폴리이미드 필름의 적어도 한면에 접착제를 개재시키지 않고 하지 금속층과 구리층이 축차적으로 적층된 적층 구조를 채택하고, 그 구리층은 구리 박막층과 구리 전기 도금층에 의해 구성되어 있다.
도 1은, 메탈라이징법으로 제작된 2층 플렉시블 배선용 기판(6)의 단면을 나타낸 모식도이다.
수지 필름 기판(1)에 폴리이미드 필름을 이용하고, 그 폴리이미드 필름의 적어도 한쪽 면에는, 폴리이미드 필름측으로부터 하지 금속층(2), 구리 박막층(3), 구리 전기 도금층(4)의 순으로 성막, 적층되어 있다. 구리 박막층(3)과 구리 전기 도금층(4)으로 구리층(5)이 구성된다.
사용하는 수지 필름 기판으로는, 폴리이미드 필름 이외에, 폴리아미드 필름, 폴리에스테르 필름, 폴리테트라플루오로에틸렌 필름, 폴리페닐렌술파이드 필름, 폴리에틸렌나프탈레이트 필름, 액정 폴리머 필름 등을 이용할 수 있다.
특히, 기계적 강도나 내열성이나 전기 절연성의 관점에서 폴리이미드 필름이 바람직하다.
또한, 필름의 두께가 12.5 ㎛∼75 ㎛인 상기 수지 필름 기판을 바람직하게 사용할 수 있다.
하지 금속층(2)은, 수지 필름 기판과 구리 등의 금속층과의 밀착성이나 내열성 등의 신뢰성을 확보하는 것이다. 따라서, 하지 금속층의 재질은, 니켈, 크롬 또는 이들의 합금 중에서 선택되는 어느 1종으로 하지만, 밀착 강도나 배선 제작시의 에칭 용이성을 고려하면 니켈ㆍ크롬 합금이 적합하다.
그 니켈ㆍ크롬 합금의 조성은, 크롬 15 중량% 이상, 22 중량% 이하가 바람직하고, 내식성이나 내마이그레이션성의 향상을 기대할 수 있다.
그 중 20 중량% 크롬의 니켈ㆍ크롬 합금은, 니크롬 합금으로서 유통되며, 마그네트론 스퍼터링법의 스퍼터링 타겟으로서 용이하게 입수 가능하다. 또한, 니켈을 포함하는 합금에는, 크롬, 바나듐, 티탄, 몰리브덴, 코발트 등을 첨가해도 좋다.
또한, 크롬 농도가 상이한 복수의 니켈ㆍ크롬 합금의 박막을 적층하여, 니켈ㆍ크롬 합금의 농도 구배를 형성한 하지 금속층을 구성해도 좋다.
하지 금속층(2)의 막두께는 3 nm∼50 nm가 바람직하다.
하지 금속층의 막두께가 3 nm 미만이면, 폴리이미드 필름과 구리층의 밀착성을 유지할 수 없어, 내식성이나 내마이그레이션성에서 떨어진다. 한편, 하지 금속층의 막두께가 50 nm를 초과하면, 서브트랙티브법으로 배선 가공할 때 하지 금속층의 충분한 제거가 곤란한 경우가 생긴다. 그 하지 금속층의 제거가 불충분한 경우는, 배선간의 마이그레이션 등의 문제가 우려된다.
구리 박막층(3)은 주로 구리로 구성되고, 그 막두께는 10 nm∼1 ㎛가 바람직하다.
구리 박막층의 막두께가 10 nm 미만이면, 구리 박막층 상에 구리 전기 도금층을 전기 도금법으로 성막할 때의 도전성을 확보할 수 없어, 전기 도금시의 외관 불량으로 이어진다. 구리 박막층의 막두께가 1 ㎛를 초과하더라도 2층 플렉시블 배선용 기판의 품질상의 문제는 생기지 않지만, 생산성이 떨어지는 문제가 있다.
(2) 하지 금속층과 구리 박막층의 성막 방법
하지 금속층 및 구리 박막층은, 건식 도금법으로 형성하는 것이 바람직하다.
건식 도금법에는, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법, 클러스터 이온 빔법, 진공 증착법, CVD법 등을 들 수 있지만, 하지 금속층의 조성 제어 등의 관점에서 스퍼터링법이 바람직하다.
수지 필름 기판에 대한 스퍼터링 성막에는, 공지의 스퍼터링 장치로 성막할 수 있고, 길이가 긴 수지 필름 기판에 대한 성막에는, 공지의 롤ㆍ투ㆍ롤 방식 스퍼터링 장치로 행할 수 있다. 이 롤ㆍ투ㆍ롤 스퍼터링 장치를 이용하면, 길이가 긴 폴리이미드 필름의 표면에 하지 금속층 및 구리 박막층을 연속하여 성막할 수 있다.
도 2는 롤ㆍ투ㆍ롤 스퍼터링 장치의 일례이다.
롤ㆍ투ㆍ롤 스퍼터링 장치(10)는, 그 구성 부품의 대부분을 수납한 직방체형의 케이스(12)를 구비하고 있다.
케이스(12)는 원통형이어도 좋고, 그 형상은 상관없지만, 10-4 Pa∼1 Pa의 범위로 감압된 상태를 유지할 수 있으면 된다.
이 케이스(12) 내에는, 길이가 긴 수지 필름 기판인 폴리이미드 필름(F)을, 공급하는 권출 롤(13), 캔 롤(14), 스퍼터링 캐소드(15a, 15b, 15c, 15d), 앞 피드 롤(16a), 뒤 피드 롤(16b), 텐션 롤(17a), 텐션 롤(17b), 권취 롤(18)을 갖는다.
권출 롤(13), 캔 롤(14), 앞 피드 롤(16a), 권취 롤(18)에는 서보 모터에 의한 동력을 갖춘다. 권출 롤(13), 권취 롤(18)은, 파우더 클러치 등에 의한 토크 제어에 의해 폴리이미드 필름(F)의 장력 밸런스가 유지되도록 되어 있다.
텐션 롤(17a, 17b)은, 표면이 경질 크롬 도금으로 마무리된 장력 센서가 구비되어 있다.
스퍼터링 캐소드(15a∼15d)는, 마그네트론 캐소드식으로 캔 롤(14)에 대향하여 배치된다. 스퍼터링 캐소드(15a∼15d)의 폴리이미드 필름(F)의 폭방향의 치수는, 폴리이미드 필름(F)의 폭보다 넓으면 된다.
폴리이미드 필름(F)은, 롤ㆍ투ㆍ롤 진공 성막 장치인 롤ㆍ투ㆍ롤 스퍼터링 장치(10) 내에서 반송되어, 캔 롤(14)에 대향하는 스퍼터링 캐소드(15a∼15d)로 성막되어, 구리 박막층 구비 폴리이미드 필름(F2)으로 가공된다.
캔 롤(14)은, 그 표면이 경질 크롬 도금으로 마무리되고, 그 내부에는 케이스(12)의 외부로부터 공급되는 냉매나 온매가 순환하여, 대략 일정한 온도로 조정된다.
롤ㆍ투ㆍ롤 스퍼터링 장치(10)를 이용하여 하지 금속층과 구리 박막층을 성막하는 경우, 하지 금속층의 조성을 갖는 타겟을 스퍼터링 캐소드(15a)에, 구리 타겟을 스퍼터링 캐소드(15b∼15d)에 각각 장착하고, 폴리이미드 필름을 권출 롤(13)에 셋팅한 장치 내를 진공 배기한 후, 아르곤 등의 스퍼터링 가스를 도입하여 장치 내를 1.3 Pa 정도로 유지한다.
또한, 하지 금속층을 스퍼터링으로 성막한 후에, 구리 박막층을 증착법으로 성막해도 좋다.
(3) 구리 전기 도금층과 그 성막 방법
구리 전기 도금층은 전기 도금법에 의해 성막된다. 그 구리 전기 도금층의 막두께는 1 ㎛∼20 ㎛가 바람직하다.
여기서, 사용하는 전기 도금법은, 철이온을 포함하는 황산구리의 도금욕 중에서, 불용성 애노드를 이용하여 전기 도금을 행하는 것으로, 사용하는 구리 도금욕의 조성은, 통상 이용되는 프린트 배선판용의 하이쓰로우 황산구리 도금욕이어도 좋다.
도 3은, 본 발명에 따른 2층 플렉시블 배선용 기판의 제조에 이용할 수 있는 롤ㆍ투ㆍ롤 연속 전기 도금 장치(이하 도금 장치(20)라고 함)의 일례이다.
하지 금속층과 구리 박막층을 성막하여 얻어진 구리 박막층 구비 폴리이미드 필름(F2)은, 권출 롤(22)로부터 풀려서, 전기 도금조(21) 내의 도금액(28)에 대한 침지를 반복하면서 연속적으로 반송된다. 또, 28a는 도금액의 액면을 가리키고 있다.
구리 박막층 구비 폴리이미드 필름(F2)은, 도금액(28)에 침지되어 있는 동안에 전기 도금에 의해 금속 박막의 표면에 구리층이 성막되고, 소정의 막두께의 구리층이 형성된 후, 금속화 수지 필름 기판인 2층 플렉시블 배선용 기판(S)으로서 권취 롤(29)에 권취된다. 또, 구리 박막층 구비 폴리이미드 필름(F2)의 반송 속도는 수 m∼수십 m/분의 범위가 바람직하다.
구체적으로 설명하면, 구리 박막층 구비 폴리이미드 필름(F2)은, 권출 롤(22)로부터 풀려서 급전 롤(26a)을 거쳐 전기 도금조(21) 내의 도금액(28)에 침지된다. 전기 도금조(21) 내에 들어간 구리 박막층 구비 폴리이미드 필름(F2)은, 반전 롤(23)을 거쳐서 반송 방향이 반전되고, 급전 롤(26b)에 의해 전기 도금조(21) 밖으로 인출된다.
이와 같이, 구리 박막층 구비 폴리이미드 필름(F2)이, 도금액에 대한 침지를 복수회(도 3에서는 10회) 반복하는 동안에, 구리 박막층 구비 폴리이미드 필름(F2)의 금속 박막 상에 구리층을 형성하는 것이다.
급전 롤(26a)과 애노드(24a)의 사이에는 전원(도시하지 않음)이 접속되어 있다.
급전 롤(26a), 애노드(24a), 도금액, 구리 박막층 구비 폴리이미드 필름(F2) 및 전원에 의해, 전기 도금 회로가 구성된다.
또한, 애노드는 불용성 애노드가 바람직하다. 불용성 애노드는, 특별한 것을 필요로 하지 않고, 도전성 세라믹으로 표면을 코팅한 공지의 애노드이면 된다. 또, 전기 도금조(21)의 외부에, 도금액(28)에 구리 이온을 공급하는 기구를 구비한다.
도금액(28)에 대한 구리 이온의 공급은, 산화구리 수용액, 수산화구리 수용액, 탄산구리 수용액 등으로 공급한다. 또는 도금액 중에 미량의 철이온을 첨가하여, 무산소구리 볼을 용해하여 구리 이온을 공급하는 방법도 있다. 구리의 공급 방법은 상기 중의 어느 방법을 이용할 수 있다.
도금 중에서의 전류 밀도는, 애노드(24a)로부터 반송 방향 하류로 진행됨에 따라서 전류 밀도를 단계적으로 상승시켜, 애노드(24o~24t)에서 최대의 전류 밀도가 되도록 한다.
이와 같이 전류 밀도를 상승시킴으로써 구리층의 변색을 방지할 수 있다. 특히 구리층의 막두께가 얇은 경우에 전류 밀도가 높으면 구리층의 변색이 발생하기 쉽기 때문에, 도금 중의 전류 밀도는 후술하는 주기적 역방향 전류의 반전 전류를 제외하고 0.1 A/dm2∼8 A/dm2가 바람직하다. 전류 밀도가 높아지면 구리 전기 도금층의 외관 불량이 발생한다.
본 발명에 따른 2층 플렉시블 배선용 기판을 제조하기 위해서는 구리 전기 도금층의 막두께의 표면으로부터 10% 이상의 범위에서 PR 전류를 이용하여 형성한다.
주기적 역방향 전류(이하 PR 전류라고 하는 경우가 있음)를 사용하는 경우, 반전 전류는 정전류의 1∼9배의 전류를 가하는 것이 좋다.
반전 전류 시간 비율로는 1∼10% 정도가 바람직하다.
또한, PR 전류의 다음 반전 전류가 흐르는 주기는, 10 m초 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 20 m초∼300 m초이다.
도 4는 PR 전류의 시간과 전류 밀도를 모식적으로 나타낸 것이다.
또, 도금 전압은, 전술한 전류 밀도를 실현할 수 있도록 적절하게 조정하면 된다.
본 발명에 따른 2층 플렉시블 배선용 기판을 롤ㆍ투ㆍ롤 연속 전기 도금 장치(이하 도금 장치(20)라고 함)로 제조하기 위해서는, 반송 경로의 하류측으로부터 하나 이상의 애노드로 PR 전류를 흘리면 되며, PR 전류를 흘리는 애노드수는, 구리 전기 도금층의 표면으로부터 폴리이미드 필름측에 PR 전류로 성막하는 범위의 비율을 어떻게 할지로 결정된다. 즉, 적어도 애노드(24t)는 PR 전류가 흐르고, 필요에 따라서 애노드(24s), 애노드(24r), 애노드(24q)에 PR 전류가 흐르게 된다.
또, 전체 애노드에 PR 전류를 흘려도 좋지만, PR 전류용의 정류기가 고가이므로 제조 비용이 증가한다. 따라서, 본 발명에 따른 2층 플렉시블 배선용 기판에서는, 구리 전기 도금층의 표면으로부터 폴리이미드 방향으로 막두께의 10%를 PR 전류로 성막하면, 내절성 시험(JIS C-5016-1994)의 실시 전후로, 구리층의 결정 배향비[(200)/(111)]의 차 d[(200)/(111)]가 0.03 이상이 되기 때문에, 결과적으로 내절성 시험(MIT 시험)의 향상을 기대할 수 있다.
PR 전류를 사용한 구리 전기 도금이 바람직한 이유는, 전류를 반전시키면, 구리 전기 도금층의 구리의 결정자 직경은 300 nm 정도 이상으로 할 수 있고, 결정립계를 적게 할 수 있기 때문에, 입계에서 발생하는 크랙의 기점을 적게 할 수 있기 때문이다.
또한 구리 도금액에 철이온을 첨가함으로써, 용해되기 쉬운 (111) 이외의 배향이 우선적으로 용해되고, (111) 배향의 결정을 성장시킬 수 있다.
구리 도금액 중에 포함되는 철이온의 농도는, 2가와 3가의 이온의 합계로 0.1 g∼20 g/리터가 바람직하다.
철이온은, 구리 도금의 과정에서, 3가로부터 2가로, 그리고 2가로부터 3가로 가수가 순환하여 변화한다. 따라서, 철이온의 농도가 20 g/리터를 초과하면 철의 이온의 소비가 증가하여 경제적이지 않다는 것과, 구리 도금층이 용해되기 쉬워지는 악영향을 미친다. 한편, 철이온 농도가 0.1 g/리터 미만이면 (111) 배향의 결정의 우선적인 성장을 기대할 수 없다.
일반적으로 전기 도금법에서는, 도금 석출되는 구리는, 구리 도금되는 기재 표면의 영향을 받지만, 구리 전기 도금층의 표면으로부터 막두께의 10% 이상을 PR 전류로 성막하면, 결정립계를 제어할 수 있다. 따라서, 2층 플렉시블 배선용 기판의 구리 전기 도금층의 표면으로부터 막두께의 10% 이상이 내절성에 합치한 결정이 되어 있다면, 구리 전기 도금층의 내절성에 대한 효과를 얻을 수 있어, 본 발명의 과제를 달성할 수 있다.
또, 얻어진 2층 플렉시블 배선용 기판의 구리층의 두께를 화학 연마 등으로 조정하는 경우는, 연마후의 구리층의 표면으로부터 막두께의 10% 이상의 PR 전류로 성막된 층이 잔류하면, 본 발명의 효과를 발휘할 수 있다.
(4) 구리 전기 도금층의 특징
본 발명의 2층 플렉시블 배선용 기판에서의 구리층의 특징은, 1.2 이상의 구리의 (111) 결정 배향도 지수를 나타내는 것이다. 이 상태에서는, MIT 내절 시험(JIS C-5016-1994)에 있어서 결정이 미끄러지기 쉬워진다. 또, 본 발명의 플렉시블 배선용 기판의 구리층에는 (111) 배향 외에 (200), (220), (311) 배향도 포함되지만, 그 중 (111) 배향이 대부분을 차지하고, 그 결정 배향도 지수가 1.20 이상을 나타낸다는 것이다.
또 다른 특징은, MIT 내절성 시험(JIS C-5016-19-94) 전후에서의 결정의 배향비[(200)/(111)]의 차가 0.03 이상인 상태가 되는 것에 있다. 이 상태는, MIT 내절 시험을 함으로써 결정이 미끄러지고, 재결정이 생겼다고 생각된다.
표면의 광택성은 표면의 요철이 절결의 요인이 되지 않도록 광택막이 바람직하다.
또한, 결정자 직경의 크기는 클수록 좋지만, 플렉시블 배선용 기판을 서브트랙티브법으로 플렉시블 배선판에 배선 가공할 때의 구리층의 에칭에도 영향을 주기 때문에 유의할 필요가 있다.
서브트랙티브법으로의 구리층의 에칭에 염화제2철 수용액을 이용하는 경우에는, 구리층의 결정자 직경은 영향을 미치지 않는 경우도 있지만, 구리층의 결정 입자의 입계를 에칭하는 경우에는, 결정자 직경이 배선의 형상에도 영향을 미친다. 결정자 직경으로는, 200 nm∼400 nm 정도가 바람직하다. 200 nm 이하이면 결정립계가 많아 파단의 기점이 되는 크랙이 생기기 쉬워지고, 400 nm 이하로 하는 것은, 금속 표면의 평활성을 유지하기 위해서이다.
또한, 본 발명의 플렉시블 배선용 기판의 구리층은, 상기 구리층의 성막 방법으로 얻어지며, MIT 내굴절 시험 전후에서의 결정 배향비[(200)/(111)]의 차가 0.03 이상이라는 특성과, 결정자 직경이 300 nm 이상이라는 특성 등을 갖는 구리층이 된다. 또, 구리 전기 도금층의 결정 배향과 결정자 직경은 X선 회절 장치로부터 알 수 있다.
또한, 상기 방법으로 얻어진 구리층의 구리 결정은, 굴절시에 상온하에서의 동적 재결정 효과를 갖는다. 내절성 시험후의 평균 결정자 직경은 재결정에서 100 nm∼200 nm 정도가 되는 경향이다.
일반적으로, 구리의 전기 도금막은, 상온하에서 동적 재결정되지 않는다고 생각되어 왔다. 그러나, 본 발명의 플렉시블 배선용 기판은, 상온하에서 동적 재결정되기 때문에, 결과적으로 MIT 시험과 같은 굴절 시험을 행하면 시료가 끊어지기 어렵다. 구리층의 평균 결정 입경과 상온하에서의 동적 재결정은, 단면 SIM 이미지로 관찰할 수 있다.
이어서, 산술 표면 거칠기 Ra는 0.2 ㎛ 이하가 바람직하다.
표면 거칠기 Ra가 0.2 ㎛를 초과하면, MIT 내절 시험 전후의 결정 배향비[(200)/(111)]의 차가 0.03 이상이라 하더라도 내절성의 개선 효과는 적다. 그 때문에, MIT 내절 시험 전후의 결정 배향비[(200)/(111)]의 차가 0.03 이상, 산술 표면 거칠기 Ra는 0.2 ㎛ 이하가 바람직한 것이다.
당연히, 구리층의 표면을 화학 연마 등으로 연마하는 경우는, 화학 연마후의 구리층의 표면의 산술 표면 거칠기 Ra가 0.2 ㎛ 이하라면 좋다.
(5) 플렉시블 배선판
본 발명에 따른 플렉시블 배선판은, 본 발명에 따른 2층 플렉시블 배선용 기판을 서브트랙티브법으로 배선 가공하여 제조한다.
구리 전기 도금층 등을 배선에 가공하는 에칭 가공에 이용하는 에칭액은, 특별한 배합의 염화제2철과 염화제2구리과 황산구리를 포함하는 수용액이나 특수한 약액에는 한정되지 않고, 일반적인 비중 1.30∼1.45의 염화제2철 수용액이나 비중 1.30∼1.45의 염화제2구리 수용액을 포함하는 시판의 에칭액을 이용할 수 있다.
배선의 표면에는, 주석 도금, 니켈 도금, 금 도금 등을 필요에 따라서 필요한 개소에 실시하고, 공지의 솔더 레지스트 등으로 표면이 덮힌다. 그리고, 반도체 소자 등의 전자 부품이 실장되어 전자 장치를 형성한다.
실시예
이하, 실시예를 이용하여 본 발명을 더 설명한다.
구리 박막층 구비 폴리이미드 필름은, 롤ㆍ투ㆍ롤 스퍼터링 장치(10)를 이용하여 제조했다.
하지 금속층을 성막하기 위한 니켈-20 중량% 크롬 합금 타겟을 스퍼터링 캐소드(15a)에, 구리 타겟을 스퍼터링 캐소드(15b∼15d)에 각각 장착하고, 두께 38 ㎛의 폴리이미드 필름(캅톤 등록상표 도오레ㆍ듀퐁 주식회사 제조)을 셋팅한 장치 내를 진공 배기한 후, 아르곤 가스를 도입하여 장치 내를 1.3 Pa로 유지하여 구리 박막층 구비 폴리이미드 필름을 제조했다. 하지 금속층(니켈-크롬 합금)의 막두께는 20 nm, 구리 박막층의 막두께는 200 nm였다.
얻어진 구리 박막층 구비 폴리이미드 필름에, 도금 장치(20)를 이용하여 구리 전기 도금을 행하여 구리 전기 도금층을 성막했다. 도금액은 pH 1 이하의 황산구리 수용액을 이용하고, 애노드(24o~24t)는 특별히 언급하지 않는 한 최대의 전류 밀도(PR 전류의 반전 전류를 제외함)가 되도록 하여, 최종적으로 구리 전기 도금층의 막두께가 8.5 ㎛가 되도록 전류 밀도를 조정했다.
내절성 시험은, 염화제2철을 에칭액에 이용하여 서브트랙티브법으로 JIS-C-5016-1994의 테스트 패턴을 형성하고, 동규격에 따라서 평가했다.
내절성 시험 전후의 구리 전기 도금층의 결정 배향은 X선 회절에서 Wilson의 배향도 지수를 이용하여 측정했다.
(실시예 1)
구리 전기 도금층의 표면으로부터 10%의 막두께 범위까지 PR 전류를 이용하여 전기 도금을 행하기 위해, 애노드(24t)에 PR 전류를 흘려 실시예 1의 2층 플렉시블 배선용 기판을 제작했다. 철이온 농도를 5 g/리터로 했다.
MIT 내절성 시험전의 구리 전기 도금층의 (111) 결정 배향도 지수가 1.34이고, MIT 내절성 시험 전후의 X선 배향도 지수로 나타내는 결정 배향비[(200)/(111)]의 차가 0.04, 결정자 직경 383 nm, 산술 표면 거칠기 Ra가 0.06 ㎛인 실시예 1의 샘플은, MIT 내절성 시험에서 349회라는 양호한 결과를 얻었다.
(실시예 2)
MIT 내절성 시험전의 구리 전기 도금층의 결정 배향은 (111) 결정 배향도 지수가 1.36이고, 구리 전기 도금층의 표면으로부터 40%의 막두께 범위까지 PR 전류를 이용하여 전기 도금을 행하기 위해, 애노드(24r∼24t)에 PR 전류를 흘린 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 행하여, 실시예 2의 2층 플렉시블 배선용 기판을 제작했다.
MIT 내절성 시험 전후의 X선 배향도 지수로 나타내는 결정 배향비[(200)/(111)]의 차가 0.05, 결정자 직경 363 nm, 산술 표면 거칠기 Ra가 0.18 ㎛인 실시예 2의 샘플은, MIT 내절성 시험에서 247회라는 양호한 결과를 얻었다.
(실시예 3)
MIT 내절성 시험전의 구리 전기 도금층의 결정 배향은, (111) 결정 배향도 지수가 1.37이고, 구리 전기 도금층의 표면으로부터 40%의 막두께 범위까지 PR 전류를 이용하여 전기 도금을 행하기 위해, 애노드(24r∼24t)에 PR 전류를 흘리고 철이온 농도를 0.1 g/리터로 한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 행하여, 실시예 3의 2층 플렉시블 배선용 기판을 제작했다.
MIT 내절성 시험 전후의 X선 배향도 지수로 나타내는 결정 배향비[(200)/(111)]의 차가 0.05, 결정자 직경 327 nm, 산술 표면 거칠기 Ra가 0.20 ㎛인 실시예 3의 샘플은, MIT 내절성 시험에서 180회라는 결과를 얻었다.
(비교예 1)
MIT 내절성 시험전의 구리 전기 도금층의 결정 배향은 (111) 결정 배향도 지수가 0.98이고, 구리 전기 도금층의 표면으로부터 8%의 막두께 범위까지 PR 전류를 이용하여 전기 도금을 행하기 위해, 애노드(24t)에 PR 전류를 흘리고 그 애노드의 전류 밀도를 실시예 1의 80%로 한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 행하여, 비교예 1의 2층 플렉시블 배선용 기판을 제작했다.
MIT 내절성 시험 전후의 X선 배향도 지수로 나타내는 결정 배향비[(200)/(111)]의 차가 0.02, 결정자 직경 280 nm, 산술 표면 거칠기 Ra가 0.15 ㎛인 비교예 1의 샘플은, MIT 내절성 시험에서 135회라는 개선 효과가 보이지 않는 결과였다.
(비교예 2)
MIT 내절성 시험전의 구리 전기 도금층의 결정 배향은 (111) 결정 배향도 지수가 0.85이고, 구리 전기 도금층의 표면으로부터 5%의 막두께 범위까지 PR 전류로 전기 도금을 행하기 위해, 애노드(24t)에 PR 전류를 흘리고 그 애노드의 전류 밀도를 실시예 1의 50%로 한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 행하여, 비교예 2의 2층 플렉시블 배선용 기판을 제작했다.
MIT 내절성 시험 전후의 X선 배향도 지수로 나타내는 결정 배향비[(200)/(111)]의 차가 0.01, 결정자 직경 195 nm, 산술 표면 거칠기 Ra가 0.16 ㎛인 비교예 2의 샘플은, MIT 내절성 시험에서 83회라는 개선 효과가 보이지 않는 결과였다.
(비교예 3)
MIT 내절성 시험전의 구리 전기 도금층의 결정 배향은 (111) 결정 배향도 지수가 1.06이고, 구리 전기 도금층의 표면으로부터 9%의 막두께 범위까지 PR 전류를 이용하여 전기 도금을 행하기 위해, 애노드(24t)에 PR 전류를 흘리고 그 애노드의 전류 밀도를 실시예 1의 90%로 한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 행하여, 비교예 3의 2층 플렉시블 배선용 기판을 제작했다.
MIT 내절성 시험 전후의 X선 배향도 지수로 나타내는 결정 배향비[(200)/(111)]의 차가 0.02, 결정자 직경 190 nm, 산술 표면 거칠기 Ra가 0.11 ㎛인 비교예 3의 샘플은, MIT 내절성 시험에서 141회라는 개선 효과가 보이지 않는 결과였다.
1: 폴리이미드 필름(수지 필름 기판)
2: 하지 금속층
3: 구리 박막층
4: 구리 전기 도금층
5: 구리층
6: 2층 플렉시블 배선용 기판
10: 롤ㆍ투ㆍ롤 스퍼터링 장치
12: 케이스
13: 권출 롤
14: 캔 롤
15a, 15b, 15c, 15d: 스퍼터링 캐소드
16a: 앞 피드 롤
16b: 뒤 피드 롤
17a, 17b: 텐션 롤
18: 권취 롤
20: 롤ㆍ투ㆍ롤 방식의 연속 도금 장치
21: 전기 도금조
22: 권출 롤
23: 반전 롤
24a∼24t: 애노드
26a∼26k: 급전 롤
28: 도금액
28a: 도금액의 액면
29: 권취 롤
F: 수지 필름 기판(폴리이미드 필름)
F2: 구리 박막층 구비 폴리이미드 필름(구리 박막층 구비 수지 필름 기판)
S: 2층 플렉시블 배선용 기판

Claims (8)

  1. 폴리이미드 필름의 표면에 접착제를 개재시키지 않고 니켈 합금으로 이루어진 하지 금속층과, 상기 하지 금속층의 표면에 구리층을 형성한 적층 구조의 2층 플렉시블 배선용 기판에 있어서,
    JIS C-5016-1994에 규정되는 내절성(耐折性) 시험의 실시 전후에 있어서 얻어지는 상기 구리층의 결정 배향비[(200)/(111)]의 차 d[(200)/(111)]가 0.03 이상인 것과, 상기 구리층의 (111)면에서의 결정 배향도 지수가 1.2 이상이고, 결정자 직경이 300 nm 이상인 것을 특징으로 하는 2층 플렉시블 배선용 기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구리층의 막두께가 5 ㎛∼12 ㎛인 것을 특징으로 하는 2층 플렉시블 배선용 기판.
  3. 제1항에 있어서, 상기 구리층이, 상기 하지 금속층의 표면에 성막된 구리 박막층과 상기 구리 박막층의 표면에 성막된 구리 전기 도금층으로 구성되고,
    상기 구리 전기 도금층이, 그 표면으로부터 상기 폴리이미드 필름 방향으로 막두께의 10% 이상의 두께 범위에 있어서, 주기적으로 단시간의 전위 반전을 행하는 주기적 역방향(Periodic Reverse) 전류에 의한 구리 전기 도금에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 2층 플렉시블 배선용 기판.
  4. 제2항에 있어서, 상기 구리층이, 상기 하지 금속층의 표면에 성막된 구리 박막층과 상기 구리 박막층의 표면에 성막된 구리 전기 도금층으로 구성되고,
    상기 구리 전기 도금층이, 그 표면으로부터 상기 폴리이미드 필름 방향으로 막두께의 10% 이상의 두께 범위에 있어서, 주기적으로 단시간의 전위 반전을 행하는 주기적 역방향 전류에 의한 구리 전기 도금에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 2층 플렉시블 배선용 기판.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구리층의 표면 거칠기가, 산술 평균 거칠기 Ra로 0.2 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 2층 플렉시블 배선용 기판.
  6. 폴리이미드 필름의 표면에 접착제를 개재시키지 않고 니켈 합금으로 이루어진 하지 금속층과, 상기 하지 금속층의 표면에 구리층을 구비하는 적층 구조의 배선이 형성되는 플렉시블 배선판에 있어서,
    JIS-P-8115에 규정되는 내절성 시험의 실시 전후에 있어서 얻어지는 상기 구리층의 결정 배향비[(200)/(111)]의 차 d[(200)/(111)]가 0.03 이상인 것과, 상기 구리층의 (111)면에서의 결정 배향도 지수가 1.2 이상이고, 결정자 직경이 300 nm 이상인 것을 특징으로 하는 플렉시블 배선판.
  7. 제6항에 있어서, 상기 구리층이, 상기 하지 금속층의 표면에 성막된 구리 박막층과 상기 구리 박막층의 표면에 성막된 구리 전기 도금층으로 구성되고,
    상기 구리 전기 도금층이, 그 표면으로부터 상기 폴리이미드 필름 방향으로 상기 구리 전기 도금층 막두께의 10% 이상의 두께 범위에 있어서, 주기적으로 단시간의 전위 반전을 행하는 주기적 역방향 전류에 의한 구리 전기 도금에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉시블 배선판.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 구리층의 표면 거칠기가, 산술 평균 거칠기 Ra로 0.2 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 플렉시블 배선판.
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