JP2005293645A - Ｈｄｄサスペンション用積層体およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 薄い導体層を有し、そり、変形のないＨＤＤサスペンション用積層体であって、高密度、超微細配線化するＨＤＤサスペンションの要求に答え信頼性の高い高精度のＨＤＤサスペンション用積層体とその製造方法を提供すること。
【解決手段】 ステンレス層／ポリイミド樹脂層／導体層から構成されるＨＤＤサスペンション用積層体であって、導体層の厚みが１０μｍ以下であることを特徴とするＨＤＤサスペンション用積層体、及び１０μｍより厚い導体層を使用してステンレス層／ポリイミド樹脂層／導体層から構成される積層体を製造した後、導体層のみを化学的エッチングすることにより、導体層の厚みを１０μｍ以下にすることを特徴とするＨＤＤサスペンション用積層体の製造方法。

Description

本発明は、ＨＤＤサスペンションに用いられる積層体及びその製造方法に関するものである。
ハードディスクドライブ（以下、ＨＤＤ）に搭載されているサスペンションは、高容量化が進むに従い従来使用されてきたワイヤタイプのサスペンションから、記憶媒体であるディスクに対し浮力と位置精度が安定した配線一体型のサスペンションへ大半が置き換わっている。この配線一体型サスペンションの中で、ＴＳＡ（トレース サスペンション アッセンブリ）法と呼ばれるステンレス箔−ポリイミド樹脂−銅箔の積層体をエッチング加工により所定の形状に加工するタイプがある。
ＴＳＡ方式サスペンションは高強度を有する合金銅箔を積層することによって、容易にフライングリードを形成させることが可能であり、形状加工での自由度が高いことや比較的安価で寸法精度が良いことから幅広く使用されている。ここでステンレス基体上にポリイミド系樹脂層及び導体層が逐次に形成されてなるＨＤＤサスペンション用積層体は既に開示されている（例えば特許文献１参照）。そこには、ＨＤＤサスペンション用積層体に適した積層体とするためにポリイミド樹脂層の線膨張係数やポリイミド樹脂層−導体層間の接着力を規定したものが記載されている。
ＷＯ９８／０８２１６
しかしながら、銅箔製造工程および積層体製造工程におけるハンドリング性、価格等の問題から１０μｍ以下の薄い銅箔は、実用化されてないのが現状である。通常はステンレス箔上にポリイミド樹脂などからなる絶縁層を形成したのち市販銅箔を導体層として加熱加圧して後からラミネートして製造するため、１０μｍ以下の薄い導体層では上記ハンドリング性や価格に難があり薄い導体層を有するＨＤＤサスペンション用積層体は実施されていないのが現状である。
かかる現状から本発明は、薄い導体層を有し、そり、変形のないＨＤＤサスペンション用積層体であって、高密度、超微細配線化するＨＤＤサスペンションの要求に答え信頼性の高い高精度のＨＤＤサスペンション用積層体とその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者等はかかる課題を解決すべく鋭意検討した結果、積層体を得た後に導体層を化学エッチングにて導体厚みを薄肉化することによって、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、ステンレス層／ポリイミド樹脂層／導体層から構成されるＨＤＤサスペンション用積層体であって、導体層の厚みが１０μｍ以下であることを特徴とするＨＤＤサスペンション用積層体である。
また、このときの導体層が、強度５００ＭＰａ以上、導電率６５％以上の合金銅箔であるＨＤＤサスペンション用積層体である。
また本発明は１０μｍより厚い導体層を使用してステンレス層／ポリイミド樹脂層／導体層から構成される積層体を製造した後、導体層のみを化学的エッチングすることにより導体層の厚みを１０μｍ以下にすることを特徴とするＨＤＤサスペンション用積層体の製造方法である。
また、上記本発明の製造方法における導体層が、強度５００ＭＰａ以上、導電率６５％以上の合金銅箔であること、さらに化学的エッチング後の積層体を、アルカリ溶液中で超音波処理することが望ましい実施態様である。
本発明によれば、薄い導体層を有し、そり、変形のないＨＤＤサスペンション用積層体が得られるため、高密度、超微細配線化するＨＤＤサスペンションの要求に答え信頼性の高い高精度のＨＤＤサスペンションとすることができる。
またＨＤＤサスペンションに必要なバネ特性の自由度を高め、且つ安定したフライングリードを形成するための十分な強度を有した導体層を有し、更に高レベルの微細配線の加工に対応したサスペンション用基板材料を与えるものであり、これまでの加工性を損なうことなく、これまでにないＨＤＤの高容量化を達成することができるサスペンション用積層体及びその製造方法を提供することができる。
本発明のＨＤＤサスペンション用積層体（以下、積層体とも称する）は、ステンレス層／ポリイミド樹脂層／導体層からなる。本発明におけるステンレス層は、特に制約はないが、ばね特性や寸法安定性の観点から、ＳＵＳ３０４のような高弾性、高強度のステンレス箔が好ましく、３００℃以上の温度でアニール処理されたＳＵＳ３０４が特に好ましい。用いられるステンレスの厚さは１０〜５０μｍの範囲にあることがよく、１８〜３０μｍの範囲にあることが特に好ましい。ステンレス層の厚みが１０μｍに満たないと、スライダの浮上量を十分抑えるバネ性を確保できないおそれがあり、一方、５０μｍを超えると剛性が大きくなりすぎ、搭載されるスライダの低浮上化が困難となるおそれがある。
積層体でポリイミド層を構成するポリイミド樹脂は、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド等、その構造中にイミド結合を有するものであればよい。ポリイミド樹脂層は、単層のみからなるものでもよいが、好ましくは、複数層のポリイミド樹脂層からなるものがよい。ポリイミド層を複数層のポリイミド樹脂層とする場合、導体層又はステンレス層と接するポリイミド樹脂層にはこれら導体層又はステンレス層と良好な接着性を示すものを使用することが好ましい。良接着性を示すポリイミド樹脂としては、そのガラス転移温度が３００℃以下のものが挙げられる。
また、導体層又はステンレス層と接しない中間層には、ＨＤＤサスペンションとした時の寸法安定性の点からも温度変化に対する寸法変化率、すなわち線膨張係数が３０×１０-6／℃以下のものを使用することが好ましい。ポリイミド樹脂層を３層以上の複数層で形成する場合、両最外層の合計厚み（ｔa）と他の中間層との厚み（ｔb）比は、ｔa／ｔb＝０．１〜０．５の範囲とすることが有利である。
本発明における導体層は、合金銅箔から形成されることが好ましい。ここで、合金銅箔とは、銅を必須として含有し、クロム、ジルコニウム、ニッケル、シリコン、亜鉛、ベリリウム等の銅以外の少なくとも１種以上の異種の元素を含有する合金箔を指し、銅含有率９０重量％以上のものを言う。
本発明においては、合金銅箔として銅含有率９５重量％以上のものを使用することが好ましい。導体層を形成する合金銅箔の厚みは、１０μｍ以下とすることが必要であり、９μｍ以下の範囲が好ましく、８μｍ以下の範囲が特に好ましい。１０μｍを超えると銅箔の弾性がスライダの浮上に対する影響が大きくなり微細な位置精度、および、導体の微細配線加工の観点から好ましくない。
本発明の積層体は導体層が１０μｍ以下であることを必要とするが、併せて、積層前の銅箔の引張強度が５００ＭＰａ以上であり、上限は特に限定されないが１０００ＭＰａ以下が好ましい。また導電率が６５％以上であることが特に好ましい。導体層の引張強度が５００ＭＰａに満たないと、フライングリードを形成した場合に十分な銅箔強度が得られず断線などの問題が発生し易い。また、導電率が６５％に満たないと、銅箔の抵抗体から発生するノイズが熱として発散され、インピーダンス制御が困難となり、送信速度も満足するものとならない。本発明における引張強度及び導電率の値は、後記実施例に記載する方法によって測定される値である。
本発明では、１０μｍより厚い銅箔を導体層とした積層体（以下、薄肉化前積層体）の導体層を所定の厚みまで化学的エッチングすることにより、本発明の１０μｍ以下の導体層を有する積層体（以下、薄肉化した積層体）を得る。ステンレス層は、合金銅等からなる導体層と比較し、銅のエッチィング液に対して化学的に不活性であり、エッチング速度も無視できるほど小さい。したがって、化学的エッチングでは、実質的に導体層のみがエッチングされ、ステンレス層の厚みは変化しないことから、本発明における薄肉化した積層体の製造には適切な方法と言える。
薄肉化前積層体を製造するにあたっては、公知の方法が適用できる。例えば、ステンレス層上にポリイミド樹脂液もしくはポリイミド前駆体樹脂溶液を塗布し、加熱により溶媒をある程度除去した後、さらに熱処理によりイミド化する方法が好ましい。このようにして、ポリイミド樹脂層を形成したら、このポリイミド樹脂層上に１０μｍより厚い、引張強度５００ＭＰａ以上、導電率６５％以上の銅箔又は合金銅箔を重ね合わせ、２８０℃以上の温度で加熱圧着してステンレス層／ポリイミド層／導体層から構成される積層体とすることができる。
加圧条件は、１〜５０ＭＰａの範囲で、５〜３０分行うことが好ましい。また加圧時の熱プレス温度は３００〜４００℃の範囲で行うことが好ましい。加熱圧着条件が上記範囲から外れると、上記積層体に反りなどの変形や剥離強度の低下などが生じ好ましくない。
導体層の化学的エッチングは公知の方法が使用できる。例えば、硫酸―過酸化水素系、塩化第二鉄―塩酸系、塩化第二銅―塩酸系によるエッチング液に浸漬又はスプレーする方法が好適に使用できる。このような化学エッチングによればステンレス箔はエッチングされず、銅合金のみを均一にエッチングすることができる。
また、合金銅箔のエッチングに特有の現象として、銅以外の合金成分がエッチングされにくく粒子状にエッチング残りが生じることがある。この対策として、アルカリ溶液中で超音波処理を行い、粒子を除去することも有効である。このような方法で得られた薄肉化した積層体は反りが低く、導体層表面が平坦であり、ＨＤＤサスペンション用に好適に使用できる。
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。なお、実施例における各種物性の測定は以下の方法による。
＜導電率の測定＞
銅箔をアセトンで脱脂後，硫酸１０％，過酸化水素５％の混酸からなるソフトエッチング液にて粗化処理部を落とした後、長さ３００ｍｍ×幅１０ｍｍの短冊試験片を切り出し、２０℃の恒温室にて横川北辰電機（株）製精密級低電圧用電流電位差計を用いて導電率の測定を行った。
＜銅箔の引っ張り強度の測定＞
幅１２．７ｍｍ×長さ２５４ｍｍの短冊形状試験片を切り出し、引張試験機（東洋精機株式会社製、ストログラフ−Ｒ１）を用いて、クロスヘッドスピード５０ｍｍ／ｍｉｎ、チャック間距離５０．８ｍｍにて測定を行い、引張試験中の変位（伸び）を求め，ＳＳ曲線から０．２％耐力を算出した。
＜厚みの測定＞
積層体を幅１０ｍｍ×長さ３０５ｍｍの短冊試験片に切り出し、ダイヤルゲージ（Ｍｉｔｕｔｏｙｏ製）を用いて、長さ方向に１０ｍｍ間隔で３０点厚みを測定した。その後銅部分をエッチングし、ステンレス層／ポリイミド層の２層体の厚みを同様に測定した。２つの厚みの差より銅箔の厚みを算出した。
＜銅箔の粗度の測定＞
超深度形状測定顕微鏡（ＫＥＹＥＮＣＥ製、ＶＫ−８５００）を用いて、２０００倍で銅箔面の長さ方向に１４０μｍ測定した。
＜反りの測定＞
積層体を回路加工により直径６５ｍｍのディスクを作成し、ノギスを用いて机上に置いた際に、最も反り（デイスクカール）が大きくなる部分を測定した。
参考例、実施例等に用いられる略号は以下の通りである。
ＢＰＤＡ：３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
ＤＡＤＭＢ：４，４’−ジアミノ−２，２’−ジメチルビフェニル
ＢＡＰＰ： ２，２’−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］プロパン
ＤＭＡｃ：Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド
合成例１
９．０モルのＤＡＤＭＢを秤量し、４０Ｌのプラネタリーミキサーの中で攪拌しながら溶媒ＤＭＡｃ２５．５ｋｇに溶解させた。次いで、８．９モルのＢＰＤＡを加え、室温にて３時間攪拌を続けて重合反応を行い、粘稠なポリイミド前駆体Ａの溶液を得た。
合成例２
６．３モルのＤＡＤＭＢを秤量し、４０Ｌのプラネタリーミキサーの中で攪拌しながら溶媒ＤＭＡｃ２５．５ｋｇに溶解させた。次いで、６．４モルのＢＰＤＡを加え、室温にて３時間攪拌を続けて重合反応を行い、粘稠なポリイミド前駆体Ｂの溶液を得た。
参考例１（エッチィング前の積層体の作成１）
合成例２で得られたポリイミド前駆体Ｂの溶液をステンレス箔（新日本製鐵株式会社製、ＳＵＳ３０４、テンションアニール処理品、厚み２０μｍ）上に、硬化後の厚みが１μｍになるように塗布して１１０℃で３分乾燥した後、その上に合成例１で得られたポリイミド前駆体Ａの溶液を硬化後の厚さが７．５μｍになるように塗布して１１０℃で１０分乾燥し、更にその上に合成例２で得られたポリイミド前駆体Ｂの溶液をそれぞれ硬化後の厚みが１．５μｍになるように塗布して１１０℃で３分乾燥した後、更に１３０〜３６０℃の範囲で数段階、各３分間段階的な熱処理によりイミド化を完了させ、ステンレス上にポリイミド樹脂層の厚み１０μｍの積層体を得た。なお、第１層目のポリイミド樹脂層と第３層目のポリイミド樹脂層は同じとした。
次に、ジャパンエナジー社製圧延銅合箔（ＮＫ−１２０、銅箔厚み１２μｍ、強度５５６Ｍｐａ、導電率７９％）を重ね合わせ、真空プレス機を用いて、面圧１５Ｍｐａ、温度３２０℃、プレス時間２０分の条件で加熱圧着して厚み１２μｍの導体を有する積層体（薄肉化前積層体Ａ）を得た。
参考例２（エッチィング前の積層体の作成２）
ジャパンエナジー社製圧延銅合箔（ＮＫ−１２０、銅箔厚み１８μｍ、強度７６Ｍｐａ、導電率５８．４％）を用いた以外は参考例１と同様にして厚み１８μｍの導体を有する積層体（薄肉化前積層体Ｂ）を得た。
実施例１
参考例１で製造した薄肉化前積層体Ａを、３０５ｍｍ×３４０ｍｍに切断し、エッチングを行った。過酸化水素／硫酸系のエッチング液（１）（Ｈ2Ｏ2＝６ｖｏｌ％、Ｈ2ＳＯ4＝１０ｖｏｌ％）を用い、３５℃で３３．８秒間、ついで過酸化水素／硫酸系のエッチング液（２）（Ｈ2Ｏ2＝１０ｖｏｌ％、Ｈ2ＳＯ4＝２０ｖｏｌ％）を用い、３５℃、４．２秒間エッチングした。さらに、３ｗｔ％水酸化ナトリウム水溶液に浸漬し、室温で１分間超音波処理を行い、薄肉化した積層体を得た。得られた積層体は、導体層の厚みが１０．０μｍ、Ｒａが０．０９、Ｒｚが０．４２、反り（ディスクカール）が１．２４だった。
実施例２〜７
実施例１と同様の手順で、エッチィング後の導体層厚みが変わるよう処理時間を変更してエッチィングを行った。以下の表１に結果を示す。
Figure 2005293645
実施例８〜１４
薄肉化前積層体Ｂを用いた以外は実施例１と同様の手順で、エッチィング後の導体層厚みが変わるよう処理時間を変更してエッチィングを行った。以下の表２に結果を示す。
Figure 2005293645

Claims (7)

  1. ステンレス層／ポリイミド樹脂層／導体層から構成されるＨＤＤサスペンション用積層体であって、導体層の厚みが１０μｍ以下であることを特徴とするＨＤＤサスペンション用積層体。
  2. 導体層が、引張強度５００ＭＰａ以上、導電率６５％以上の合金銅箔である請求項１記載のＨＤＤサスペンション用積層体。
  3. 導体層の表面粗さ（Ｒａ）が０．１５μｍ以下である請求項１又は２に記載のＨＤＤサスペンション用積層体。
  4. １０μｍより厚い導体層を使用してステンレス層／ポリイミド樹脂層／導体層から構成される積層体を製造した後、導体層のみを化学的エッチングすることにより導体層の厚みを１０μｍ以下にすることを特徴とするＨＤＤサスペンション用積層体の製造方法。
  5. 導体層が、強度５００ＭＰａ以上、導電率６５％以上の合金銅箔である請求項４記載のＨＤＤサスペンション用積層体の製造方法。
  6. 化学的エッチング後の積層体を、アルカリ溶液中で超音波処理する請求項４又は５に記載のＨＤＤサスペンション用積層体の製造方法。
  7. 化学エッチング後の導体層の表面粗さ（Ｒａ）が０．１５μｍ以下である請求項４〜６のいずれかに記載のＨＤＤサスペンション用積層体の製造方法。

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