JPH069308B2 - フレキシブルプリント配線用基板 - Google Patents

フレキシブルプリント配線用基板

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JPH069308B2
JPH069308B2 JP63154387A JP15438788A JPH069308B2 JP H069308 B2 JPH069308 B2 JP H069308B2 JP 63154387 A JP63154387 A JP 63154387A JP 15438788 A JP15438788 A JP 15438788A JP H069308 B2 JPH069308 B2 JP H069308B2
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智幸 南
慶久 金刺
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05K3/386Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal by the use of an organic polymeric bonding layer, e.g. adhesive

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  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、金属蒸着/金属メッキ積層フィルムによるフ
レキシブルプリント配線用基板に関するものである。
[従来の技術] 近年カメラ、プリンター、時計、ビデオ、オーデオ、コ
ンピュータなどの電機電子製品の小型化、軽量化、高性
能化が著しく進んでいる。この傾向は、トランジスタ、
IC、LSI、超LSIという半導体素子の著しい進歩
により高集積化が促進されてきた。
電機電子製品の小型化、軽量化、高性能化、高密度実装
化に伴って、プリント配線板は、導体幅および導体間の
狭小化、多層化、フレキシブル化、基板の薄膜化によ
り、高密度化が急速に進んでいる。さらに片面板から、
スルーホール両面板へ、あるいは多層板へ、使用の特殊
化からフレキシブルプリント回路(以下FPCという)
基板へと発展している。
これらの配線用基板としては、従来、紙/フェノール樹
脂含浸系、紙/エポキシ樹脂含浸系、ガラス布/エポキ
シ樹脂含浸系などの絶縁材料が多く使用されている。し
かし、高温度での寸法変化が大きく、高精度回路の製造
が困難であり、重く厚く、可撓性がないために、FPC
用基板としては不適当である。一方、セラミック材料、
金属材料などは、耐熱寸法安定性、耐湿寸法安定性など
が優れているが、セラミック材料は可撓性に乏しく、金
属材料は絶縁性に乏しく、いずれも重く厚いため、高密
度FPC用配線板としては不適当である。
一方、フレキシブルプリント配線用基板としてプラスチ
ックフィルム(代表例として、ポリエチレンテレフタレ
ートフィルム、ポリイミドフィルムなど)は、その優れ
た機械的、電気的、熱的性質から広く用いられ、銅箔、
アルミニウム箔を貼合せたり、あるいは銀ペースト、銅
ペースト、カーボンをコートしたものが用いられてい
る。汎用的なFPC基板では、従来、金属薄膜として1
8μ以上の厚さの銅薄膜が用いられ、プラスチックフィ
ルムと該銅薄は、5μ以上の厚さの接着剤層で貼付け積
層一体化されている。また、プラスチックフィルム上に
真空蒸着やスパッタリング法で銅層を設けたものも用い
られている。蒸着によって銅層を比較的厚く設けた例が
特公昭61−16620号に開示されている。また、従
来からプラスチックフィルムの上に真空蒸着法やスパッ
タリング法によって核付けとなる金属層を形成し、しか
る後に電解処理法によって銅層の厚さを増すことが知ら
れている。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、プラスチックフィルムに銅箔、アルミニ
ウム箔を貼合せたり、あるいは銀ペースト、銅ペース
ト、カーボンコートしたものは、電気抵抗、密着力(特
に高湿後、高温多湿後の密着力)、繰返し屈曲性などの
面でいずれも問題がある。たとえば、銅箔やアルミニウ
ム箔を貼合せたFPC基板は、可撓性の接着剤が選ば
れ、NBR系接着剤、アクリルゴム系接着剤、ポリアミ
ド系接着剤が使用されることが多いが、耐熱温度が不足
で、接着層を非常に厚くする必要がある。耐熱性の優れ
た接着剤、たとえばシリコーン系接着剤などでは可撓性
と接着性とが両立できなく、曲げにより銅が剥離して亀
裂を生じる欠点があった。特にエッチングで、より微細
なパターン回路を形成した場合、繰返し曲げで接着力が
不足したり、銅が剥離する欠点が顕著に現れる。特にラ
イン幅、ライン間隔が0.15mm以下のライン化では多
くの欠点が出現する。その解決策として、接着層を厚く
することが試みられているが、エッチング工程で必要以
上に厚い膜をエッチングするため、回路設計の精度が劣
り、製造コストが高いなどの欠点があった。
また、銀ペースト、銅ペースト、カーボンペーストをコ
ートしたものは、電気伝導性が低く、信頼性が十分とい
えない基本的な欠点があった。
プラスチックフィルム上に真空蒸着やスパッタリング法
で銅薄膜を設けたものは、該銅薄層の膜厚が極めて薄い
ため、高電流で回路が断線し、特殊な小電流回路以外に
は適用できず、Cu蒸着層が酸化や湿気により腐蝕が生
じ、密着性、耐熱性、耐湿性が劣るなど問題が多い。特
公昭61−16620号で開示されたように、蒸着によ
って銅層を比較的厚く設けたり、特開昭61−1285
93号、特開昭62−47908号に開示されたよう
に、銅蒸着層の上に、銅よりも耐蝕性のよい金属を積層
蒸着せさる方法が提案されているが、密着性が劣り、小
電流回路以外には適用できないなど用途面で限られてい
る。
また、従来からプラスチックフィルムの上に真空蒸着法
やスパッタリング法によって薄い銅層を形成し、しかる
後に電解処理法によって銅層の厚さを増すことは知られ
ているが、これらのいずれの場合にも、プラスチックフ
ィルムに直接に銅を蒸着するため、プラスチックフィル
ム側よりの透湿、酸化、およびプラスチックフィルムの
添加剤などにより、Cu蒸着層が腐蝕し、はがれたり、
または銅層が形成されても密着性が劣り、実用的に使用
可能なものは上市されるに至っていない。
最近ではFPC回路の信頼性の点からは、高度の耐湿耐
久性(60℃、95%、1000時間後の特性)が要求
されるが、これを満足するものは上市されていない。
さらにスルホール形成による両面導電性、あるいはその
多層積層フレキシブルプリント回路板は一般的には大量
に生産、販売されるには至っていない。
本発明は、これら従来技術の問題点を解決せんとするも
のであり、とくにFPC、さらにコネクター、フラット
電線などの用途に適した金属蒸着メッキフィルムを提供
することを目的とするものである。
[課題を解決するための手段] 本発明者等は、プラスチックフィルムと金属層との単純
な積層一体化では、前記の各種の欠点を解決することは
困難と考え、プラスチックフィルムと金属層の界面、お
よび形成される金属層について鋭意検討した結果、本発
明を完成するに至ったものである。
すなわち、本発明はグロー放電プラズマ処理により58
dyne/cm以上の表面張力を付与したプワスチック
フィルムの表面に、抵抗値が1.0Ω/cm以下である
金属蒸着層を設け、該金属蒸着層上に電気メッキ法で
0.5〜35μ厚さの金属層を積層し、一体化したこと
を特徴とするフレキシブルプリント配線用基板である。
以下、本発明になるフレキシブルプリント配線用基板に
ついて詳述する。
本発明で用いる基材のプラスチックフィルムを例示する
と、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン−2,
6−ナフタレート、ポリエチレン−α,β−ビス(2−
クロルフェノキシエタン−4,4′−ジカルボキシレー
ト)などのポリエステル、ポリフェニレンサルファイ
ド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケト
ン、芳香族ポリアミド、ポリアリレート、ポリイミド、
ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリパラジン
酸、ポリオキサジアゾールおよびこれらのハロゲン基あ
るいはメチル基置換体が挙げられる。また、これらの共
重合体や、他の有機重合体を含有するものであっても良
い。これらのプラスチックに公知の添加剤、たとえば、
滑剤、可塑剤などが添加されていても良い。
上記プラスチックの中、下式の繰返し単位を85モル%
以上含むポリマーを溶融押出しして得られる未延伸フィ
ルムを、二軸方向に延伸配向して機械特性を向上せしめ
たフィルムが特に好ましく使用される。
(但し、XはH、CH、F、CI基を示す。)また、
下式の繰返し単位を50モル%以上含むポリマーからな
り、湿式あるいは乾湿式製膜したフィルム、あるいは該
フィルムを二軸延伸および/または熱処理せしめたフィ
ルムも好ましく使用される。
(ここで、XはH,CH,F,CI基、m,nは0〜
3の整数を示す。) 基材であるプラスチックフィルムの厚さは6〜125μ
m程度のものが多用され、12〜50μmの厚さが好適
である。
基材であるプラスチックフィルムの最も特異な特性は、
58dyne/cm以上、より好適には61dyne/
cm以上の表面張力を有することである。このような表
面張力の値を付与するためには、プラスチックフィルム
にグロー放電による表面処理を行なう必要がある。
種々のフィルム表面にプラズマ状態のガスを作用させ、
表面特性を改質する技術は公知である。たとえば、化学
同人社刊行「高分子表面の基礎と応用(上)」177〜
202頁(1986年)などで知られている。本発明に
おけるグロー放電プラズマ処理とは、低圧下のガスの雰
囲気下に、電極間に0.1〜10KV前後の直流あるいは
交流を印加して開始、持続する放電、いわゆるグロー放
電に該フィルムをさらし、グロー放電により生成した電
子、イオン、励起電子、励起分子、ラジカル、紫外線な
どの活性粒子でフィルムの表面を連続的に処理するもの
である。
グロー放電プラズマ処理の装置内のガス圧力は0.00
1〜50Torr、好適には0.01〜1Torrに保持する。
ガス圧力が0.001Torr未満になるとフィルム表面が
着色し、耐アルカリ特性に劣る傾向にある。また50To
rrを越える場合は処理効果があまり認められず、金属層
のわれ、繰返し屈曲性が低下する傾向にある。ガス圧力
が0.01〜1Torrの範囲では処理効果が顕著であり、
好適なガス圧力範囲である。
前記した本発明で用いるプラスチックフィルムの要件で
ある58dyne/cm以上という表面張力の値は、通常のコ
ロナ放電処理、紫外線処理、電子線処理では達成しにく
い。さらに前記したグロー放電プラズマ処理でも、電極
電圧、周波数、処理時間、雰囲気ガスの種類、電極形
状、電極配置などにより、該フィルムの表面張力は異な
るので慎重な選択を行なう。印加電圧は特定されるもの
ではなく、直流、低周波、高周波、マイクロ波などが使
用できるが、特に50KHZ から500KHZ の高周波を用
いて処理するのが好適である。
グロー放電プラズマ処理する装置は、長尺で広幅のフィ
ルムを連続的に処理できるものが好適であるが、特に限
定されるものではない。通常はフィルムを巻付ける冷却
された回転電極をアースし、処理部に対向し、高周波電
圧を印加した対向電極を配置する。電極の材質と形状、
本数、回転ドラムとの距離などは慎重に選ばれるが、特
に限定するものではない。大量連続生産の見地から、バ
ッチ式真空システム以外に、大気中からシールロールを
通して真空槽に、さらにシールロールから大気中へ導出
する、エアーツーエア方式も好ましく使用できる。
グロー放電プラズマ処理で用いられるガスは、無機ガ
ス、有機化合物蒸気あるいはこれらの混合物のいずれで
も用いることができる。無機ガスとしては、たとえば、
He、Ne、Ar、Kr、Xe、N、NO、NO、
CO、CO、NH、SO、CI、CFなどの
フレオンガス、あるいはこれらの混合ガス、およびこれ
らのガスへOあるいはOを30モル%以下含まれる
混合ガス等が挙げられる。なかでも、Arは安定したフ
ィルム表面、特性を得ることができるので、より好まし
いガスである。また有機化合物蒸気は特に限定されるも
のではないが、たとえば、該Arガス中に、適当な蒸気
圧になるように適量の有機化合物蒸気を混合することも
好ましく用いられる。有機化合物蒸気としては、有機け
い素化合物、アクリル酸等の不飽和化合物、有機窒素化
合物、有機フッ素化合物、一般有機溶媒などが挙げられ
るが、本発明に用いられる有機化合物はこれらのものに
限定されるものではない。
本発明では、グロー放電プラズマ処理により58dyn
e/cm以上、好適には61dyne/cm以上の表面
張力を有するプラスチックフィルムが用いられる。プラ
スチックフィルムの表面張力は、フィルムの種類、製法
により異なり、たとえば一般グレードのポリエチレンテ
レフタレートフィルムでは、表面張力が36〜44dyne
/cm、汎用のポリイミドフィルムでも、その表面張力は
52dyne/cm以下である。
本発明の目的を達成するためには、プラスチックフィル
ムの表面張力は58dyne/cm以上とする必要があり、6
1dyne/cm以上がより好適である。表面張力が58dyne
/cm未満の場合には、密着性と可撓性を両立できず、よ
りファインパターン化、高温多湿の試験で欠点が発生す
る。上限については制限はないが、水の表面張力78dy
ne/cm以下が、耐湿性、耐沸騰水性の点から、より好適
である。
本発明では、電気メッキ法でより厚膜の金属層を形成す
るに先立って、真空蒸着またはスパッタ法により金属蒸
着層を形成する。前記金属蒸着層およびメッキ法での金
属層を構成する金属としては、銅、ニッケル、スズおよ
びこれらの合金から選ばれた金属が好適であり、これに
よって低抵抗でしかも屈曲性に富む層を形成することが
できる。
プラスチックフィルムに蒸着またはスパッタ法によって
設けられる金属薄層の厚さは100〜3000Å、好ま
しくは300〜1200Å、さらに好ましくは400〜
1000Åである。膜厚が100Åよりも薄い場合は、
金属メッキ工程で膜が溶出しやすく、3000Åよりも
厚い場合は、金属メッキ工程後に膜がはがれやすい。な
お、前記金属薄膜の抵抗値は1.0Ω/cm以下であるこ
とが好適である。
本発明において、金属薄膜の蒸着および電気メッキ層は
プラスチックフィルムの片面、両面のいずれにも形成す
ることができる。
前記金属薄膜上に、電解あるいは無電解メッキによって
より厚膜の金属層を形成する。電解金属メッキ工程は、
密着性を向上させるための脱脂および酸活性処理、金属
ストライク、金属メッキの各工程からなる。金属薄膜を
蒸着した直後に電気メッキ工程に入る場合には、脱脂お
よび酸活性処理、金属ストライクを省略してもよい。金
属薄層に給電する電流密度は0.2〜10A/dm2が好
適で、0.5〜5A/dm2がより好適である。また電解
メッキのかわりに無電解メッキを施すこともできる。
形成される金属メッキ層の厚さは0.5〜35μとする
必要があり、1.0〜20μがより好適である。0.5
μ以下ではメッキ層の信頼性が十分とはいえない。35
μ以上では膜形成に時間がかかり経済性が劣るほか、エ
ッチング加工時に回路パターンの端部エッチングが進行
しやすく、また、折り曲げによる断線のおそれがあるな
ど品質面でも好ましくない。目的とする回路の電流密度
によっても異なるが、加工作業性、品質の面から1.0
〜20μ程度がより好適である。
メッキの条件は、メッキ浴の組成、電流密度、浴温、撹
拌条件などにより異なるが、とくに制限はない。メッキ
浴は、硫酸銅浴、ピロりん酸銅浴、シアン化銅浴、スル
ファミン酸ニッケル浴、スズ−ニッケル合金メッキ浴、
銅−スズ−亜鉛合金メッキ浴、スズ−ニッケル−銅合金
メッキ浴などが好ましいがこれらに限られるものではな
い。エッチング後、端子部にシアン化金メッキ、シアン
化銀メッキ、ロジウムメッキ、パラジュウムメッキなど
の貴金属メッキを補足形成させても良い。
次いで、本発明になるフレキシブルプリント配線用基板
にはエッチングによってパターンを形成するが、具体的
には金属の不要部分を化学反応で溶解除去し、所定の電
気回路図形を形成する。エッチング液としては、塩化第
二銅、塩化第二鉄、過硫酸塩類、過酸化水素/硫酸、ア
ルカリエンチャントなどの水溶液などが使用できる。ま
たパターンとして残すべき金属の必要部分は、写真法や
スクリーン印刷法で有機化合物系レジストを被覆させる
か、または異種金属系レジストをメッキし保護して、金
属の溶解を防止する。本発明の特徴は、よりファインな
パターンを形成でき、しかも製品の繰返し屈曲、各種環
境試験に十耐えるものを形成できる。
[発明の効果] 以上、本発明のフレキシブルプリント配線用基板では、
プラスチックフィルムの上に金属層を約0.5〜35μ
mの厚みに形成することができ、パターン形成、エッチ
ング、配線などの工程を経ても、さらに厳しい環境試験
を経ても、はくり、はがれのない密着性に優れたFPC
基板が生産できる。しかも、従来は、たとえば、銅箔の
厚さの限界により18μm未満のものは生産されていな
かったが、0.5〜17μmのより薄い銅層を形成でき
ることにより、パターン精度が向上し、より高密度、高
精度の配線が可能となる。しかも、銅箔ラミネート時に
発生していた折れきずやピンホールが少なく、経済性と
高い品質を兼ね備えたものが得られる。
本発明になるフレキシブルプリント配線用基板は、電子
計算機、端末機器、電話機、通信機器、計測制御機器、
カメラ、時計、自動車、事給機器、家電製品、航空機計
器、医療機器などのあらゆるエレクトロニクスの分野に
活用できる。またコネクター、フラット電極などへの適
用も可能である。
[実施例] 以下、実施例によって本発明を詳述する。
なお、実施例中の各特性値の測定は次の測定法に従って
行なった。
(1) ハンダ耐熱性 280℃のハンダ浴に10秒間接触させ、次のの評価を
行なった。
○印:外観上変化なし △印:一応合格 ×印:不合格(はがれなど) (2) 引きはがし強度 JIS・C6481(180度ピール)に準じて行な
い、次の評価を行なった。
◎印:0.8kg/cm以上 ○印:0.8kg/cm〜0.5kg/cm △印:0.5kg/cm〜0.2kg/cm ×印:0.2kg/cm未満 (3) 耐溶剤性テスト 常温でメチルエチルケトンに8時間浸漬後、前記の引き
はがし強度を測定し、次の評価を行なった。
◎印:0.8kg/cm以上 ○印:0.8kg/cm〜0.5kg/cm △印:0.5kg/cm〜0.2kg/cm ×印:0.2kg/cm未満 (4) 繰返し屈曲試験 MIT−01(JIS P8115)に準じて測定およ
び評価を行なった。
(5) プラスチックフィルムの表面張力 JIS K6766−1977(ポリエチレンおよびポ
リプロピレンフィルムのぬれ試験方法)に準じ、表面張
力56dyne/cm以下はホルムアミド/エチレングリコー
ルモノエチルエーテル混合液を標準液として表面張力値
を求めた。また、表面張力57〜73dyne/cmの範囲は
水(72.8dyne/cm)/エチレングリコール(47.
7dyne/cm)の混合液を標準液として表面張力値を求め
た。
(6) 抵抗値 三菱油化(株)製のMCP−TESTERロレスタFP
を用いて金属蒸着層の表面抵抗値を測定した。
実施例1〜2 厚さ25μのポリイミドフィルム“カプトン”1(米国
デュポン社の登録商標)の片面に表1に示すアルゴンガ
スのグロー放電プラズマ処理を実施した。処理は高電圧
を印加した棒状の電極に対して2cmの距離でフィルムを
送膜し、かつ接地電極となっている電極対をもつ内部電
極方式のプラズマ装置を使用した。アルゴンガス圧力は
0.02Torr、一次側出力電圧2KV、高周波電源周波数
110KHZ の条件でシート速度1〜5m/分とかえて処
理を行なって、グロー放電プラズマ層2を形成した。次
いで、純度99.99%の銅をグロー放電プラズマ層2
上に真空蒸着し厚さ300〜3000Åの銅蒸着層3を
形成した。
その後、表2に示す条件で厚さ2〜20μの厚さの範囲
で水準を選定して銅メッキを行なって、銅蒸着層3上に
銅メッキ層4を形成した。なお、銅メッキは電流密度を
徐々に上昇させて行なった。
次いで、銅メッキ層4上に対向長25mm、線間距離0.
2mmのファインパターンレジストを焼付け、塩化第二鉄
溶液5%、フッ素酸5%の水溶液のエッチング液に浸漬
してエッチングを行なった。得られたフレキシブルプリ
ント回路基板の各特性値の測定結果を表1および表3に
表示した。表3から明らかなように本発明の要件を満足
する実施例1および2は、後述する比較例1〜3に比べ
てフレキシブルプリント配線用基板としての特性が優れ
ている。
比較例1〜3 グロー放電プラズマ処理を施していない厚さ25μのポ
リイミドフィルムについて、実施例と同様に銅の蒸着に
より所定の膜厚の金属層を設け、次いでメッキ加工を施
してフレキシブルプリント配線用基板を得た。各特性値
の測定結果を表1および表3に表示した。表3の記載か
ら明らかなように、本比較例ではメッキ加工ができない
もの、メッキ加工時に金属薄膜層がはがれたり、溶出し
たりして所定のメッキ加工ができないものが生じた。ま
たメッキ加工ができたものについても、引きはがし強
度、耐溶剤性、繰返し屈曲性が劣り、フレキシブルプリ
ント回路板として、不満足な特性であった。
実施例3 厚さ38μのポリイミドフィルム“カプトン”1(米国
デュポン社の登録商標)の両面に表1の実施例1に示す
と同様の方法で、グロー放電プラズマ処理を実施してグ
ロー放電プラズマ層2を形成した。次いで所定部位に、
スルホール5の穴あけ加工を施した後、ペルジャー型真
空蒸着機を用い純度99.99%の銅を両面から、真空
蒸着し、銅層の厚みが表裏とも1000Åである銅蒸着
層3を形成し、スルホール5を通して両面が導通した複
合フィルムを得た。ついで、表2で示した条件で銅メッ
キを行ない、撹拌の方式を工夫することによって両面の
銅蒸着層3に10μ厚さの銅メッキ層4と被覆して、両
面銅蒸着/銅メッキ積層フィルムを形成した。次いで、
これに実施例1と同様な条件でエッチングを施した後、
スルホール部位5および端子部位を金メッキして、両面
導通型フレキシブルプリント基板を形成する。この基板
はハンダ耐熱性が良で、引きはがし強度は0.8kg/cm
2以上、1mmφの繰返し屈曲試験の値3.000回以上
で、いずれも本発明の目的が達成できるものであった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のフレキシブルプリント回路板の好適例
の断面図を、第2図は本発明の他の好適な実施例である
スルホール付き両面導通型フレキシブルプリント回路板
の断面図を示すものである。 1……プラスチックフィルム 2……グロー放電プラズマ層 3……金属蒸着層 4……金属メッキ層 5……スルホール

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】グロー放電プラズマ処理により58dyn
    e/cm以上の表面張力を付与したプラスチックフィル
    ムの表面に、抵抗値が1.0Ω/cm以下である金属蒸
    着層を設け、該金属蒸着層上に電気メッキ法で0.5〜
    35μ厚さの金属層を積層し、一体化したことを特徴と
    するフレキシブルプリント配線用基板。
  2. 【請求項2】プラスチックフィルムが、ポリエステルフ
    ィルム、ポリフェニレンサルファイドフィルム、ポリイ
    ミドフィルム、ポリパラジン酸フィルム、ポリエーテル
    スルホンフィルム、ポリエーテル・エーテルケトンフィ
    ルム、芳香族ポリアミドフィルム、ポリオキサゾールフ
    ィルムおよびこれらのハロゲン基あるいはメチル基置換
    体から選ばれたものである請求項1項記載のフレキシブ
    ルプリント配線用基板。
  3. 【請求項3】金属蒸着層、電気メッキ法による金属層が
    銅、ニッケル、スズおよびこれらの合金から選ばれた金
    属である請求項第1項記載のフレキシブルプリント配線
    用基板。
  4. 【請求項4】プラスチックフィルムが金属蒸着層を設け
    るまでの工程でスルホール穴あけ加工を施したものであ
    ることを特徴スルホール回路形成フレキシブルプリント
    配線用基板。
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