JPH08330694A - 耐熱フレキシブル回路基板 - Google Patents

耐熱フレキシブル回路基板

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JPH08330694A
JPH08330694A JP13771395A JP13771395A JPH08330694A JP H08330694 A JPH08330694 A JP H08330694A JP 13771395 A JP13771395 A JP 13771395A JP 13771395 A JP13771395 A JP 13771395A JP H08330694 A JPH08330694 A JP H08330694A
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layer
copper
film
circuit board
flexible circuit
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JP13771395A
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English (en)
Inventor
Akira Iwamori
暁 岩森
Takehiro Miyashita
武博 宮下
Masami Gotou
優実 後藤
Shin Fukuda
福田  伸
Nobuhiro Fukuda
信弘 福田
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Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Original Assignee
Mitsui Toatsu Chemicals Inc
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 銅または銅合金層、金属中間層、ポリイミド
フィルムの順に構成された銅ポリイミドフィルムにおい
て、150℃で24時間加熱しても、金属層とポリイミ
ド層間での接着強度の低下が5%以内に抑えられる程度
の厚みに、金属中間層としてチタン層をスパッタリング
法により形成することを特徴とする耐熱フレキシブル回
路基板。 【効果】 本発明の耐熱フレキシブル回路基板は、15
0℃、24時間加熱しても金属層とポリイミド層間での
接着強度の低下が低い、高温耐久性に優れるばかりでは
なく、2次加工時の性能劣化が大幅に緩和されるもので
ある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はポリイミドフィルムにチ
タン層を形成させた後、銅層を形成した耐熱性フレキシ
ブル回路基板に関し、特に、金属層とポリイミドフィル
ムの接着性において高温耐久性の良好なフレキシブル回
路基板に関する。
【0002】
【従来の技術】絶縁性ポリマーフィルム上に金属フィル
ムが形成されたフレキシブル回路基板は膜厚約10μm
以上の金属フィルムとポリマーフィルムとを接着剤で接
合したものがあるが、接着剤の熱的特性がポリマーフィ
ルムの性能に劣ることや金属フィルムの膜厚が10μm
以上と厚いために、数10μmの微細加工が困難である
等の理由から半導体産業における高密度配線に対応でき
ない、寸法安定性が悪い、製品にそりがある等の問題が
あった。これを解決するために接着剤なしで金属フィル
ムを形成する技術が検討されてきた。これは、真空蒸
着、スパッタリング等の薄膜形成方法により金属薄膜を
形成した後、回路パターンの形成を行うものである。こ
の材料においては金属薄膜の膜厚が1μm以下と薄いた
め数10μm幅の微細加工も容易である。
【0003】すなわち、上記のごとくして形成された回
路パターンを基にして電解メッキ等によりさらに金属を
堆積、成長させることにより、微細加工された導電体を
形成する技術である。なお、後者の技術は半導体産業に
おける高密配線を可能にする技術であるが、回路形成工
程や電解メッキ工程等の後工程において接着力の低下が
問題となっていた。特開平02−98994号公報には
0.01〜5μmのクロム層をスパッターで形成するこ
と、特開昭62−181488号公報には5〜1000
nmのニッケル層やニッケル−クロム層を蒸着で形成す
ること、特開昭62−62551号公報にはクロム層を
蒸着で形成するすること、特公昭57−18357号公
報にはニッケル、コバルト、ジルコニウム、パラジュウ
ム等の金属層をイオンプレーティング法で形成するこ
と、特公昭57−18356号公報にはニッケル、ニッ
ケル含有合金層をインオプレーティング法で形成するこ
とを等の技術がすでに開示されている。
【0004】しかしながら、これらの公知の技術は一部
成功をおさめているものの、半導体産業における高密度
配線を可能にするための材料としては、未だ満足される
性能にはなく実用化の足かせになっていた。すなわち、
リソグラフィー技術を用いる回路パターン形成工程や通
電抵抗の低下や機械的強度向上のための形成パターン上
に金属層を積層する電解メッキ工程等において金属層が
ポリイミドフィルムから剥離する問題は一部解決された
ものの、金属層/ポリイミドフィルムからなるフレキシ
ブル回路基板のめざす本来の特徴である耐熱性において
充分な性能が達成できなかった。例えば、空気中で15
0℃程度の温度に24時間保持するだけで、金属層とポ
リイミドフィルムの接着性が著しく低下するという問題
が発生していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは接着性低
下の原因を鋭意調査したところ、ポリイミドフィルムを
通して透過する反応性の気体が接着性に影響を与えてい
ることを見いだした。そこで、銅とポリイミドフィルム
の間に、中間層としてクロム層を形成したところ、酸素
雰囲気下、150℃、24時間の加熱処理においても金
属層とポリイミド層における接着強度の低下は認められ
なかった。一方、アルミニウムを中間層として用いた場
合、酸素雰囲気下、150℃、24時間の加熱処理にお
ける接着強度の低下防止に効果はなかった。
【0006】クロムを中間層に用いた場合と、アルミニ
ウムを中間層に用いた場合とで、加熱処理前後における
剥離界面をオージェ電子分光法(AES)にて解析を行
ったところ、アルミニウム中間層の場合には、加熱処理
後の状態は銅がアルミニウム層を超えてポリイミド内へ
侵入していた。一方、チタン中間層の場合には、加熱処
理しても銅がクロム層を超えてポリイミド内へ侵入する
ことはなかった。即ち、クロム中間層の場合は、銅がポ
リイミド内へ拡散する拡散抑制効果を有していることが
わかった。しかしながら、クロム中間層の場合、フレキ
シブル回路基板のエッチング工程、即ち塩化第二鉄溶液
によるエッチングが困難であるばかりか、エッチング工
程の際生じる廃液にも有害物であるクロムが含まれ、環
境の面でも新たな問題が生じる。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、クロム中
間層以外で銅がポリイミド内へ拡散する拡散抑制効果を
有する中間層に関して、鋭意検討したところ、チタン中
間層も有効であることを見いだした。チタンを中間層に
用いた場合、同様に加熱処理前後における剥離界面をオ
ージェ電子分光法(AES)にて解析を行ったところ、
加熱処理しても銅がチタン層を超えてポリイミド内へ侵
入することはなく、拡散抑制効果を有していることがわ
かった。
【0008】チタン中間層の場合、中間層の厚みが5n
m未満では上述の拡散抑制効果が少ない。また、チタン
中間層の場合もフレキシブル回路基板のエッチング工
程、即ち塩化第二鉄溶液によるエッチングが比較的困難
で、厚みが50nmを越えると特にエッチングが困難に
なるため、50nm以下が好ましい。
【0009】また、特公昭57−33718号公報の実
施例においては、ニッケル、パラジウム、ジルコニウ
ム、及びコバルトの中間層をイオンプレーティング法に
より蒸着させているが、こと150℃以上の高温耐熱性
に関してはイオンプレーティング法よりもスパッタリン
グ法により中間層を形成させた方が接着強度の低下防止
が実現できることがわかった。理由は定かではないが、
スパッタリングの方が安定して高いイオンエネルギーを
与えられることも一つの理由と思われる。
【0010】すなわち、本発明は、(1)銅または銅合
金層、金属中間層、ポリイミドフィルムの順に構成され
た銅ポリイミドフィルムにおいて、150℃で24時間
加熱しても、金属層とポリイミド層間での接着強度の低
下が5%以内に抑えられる程度の厚みに、金属中間層と
してチタン層をスパッタリング法により形成することを
特徴とする耐熱フレキシブル回路基板であり、また、
(2)ポリイミドフィルムにプラズマによる表面処理を
施した後、金属中間層であるチタン層を5〜50nmの
厚みでスパッタリング法により形成し、その上に銅また
は銅合金層を形成する請求項1記載の耐熱フレキシブル
回路基板に関するものである。
【0011】本発明において金属層とは、銅または銅合
金層と、この上に金属中間層として形成したチタン層と
からなる金属で形成された層を総称的に指称したもので
ある。本発明においては、上記金属層とポリイミド層間
の接着強度をピール強度測定法(IPC TEST M
ETHODS MANUAL No.2.4.9 SU
BJECT Peel Strength,Flexi
ble Printed Wiring Materi
als)により測定し、150℃、24時間加熱した後
も、その接着強度の低下が5%以内に抑えられるもので
ある。このように、本発明により形成された耐熱性フレ
キシブル回路基板は、高温試験時の特性を劣化のみなら
ず2次加工時の性能劣化が大幅に緩和されたフレキシブ
ル回路基板である。
【0012】本発明における銅合金層とは、銅とチタン
との合金を示し、銅とチタンの割合は特に限定されない
が、実際上は、銅20at%程度以上が好ましい。ま
ず、図面について説明するに、図1〜3は本発明のフレ
キシブル回路基板用材料の一実施例を示すものであっ
て、1はポリイミドフィルム、2、2’はチタン中間
層、3、3’は銅薄膜、4、4’は回路用銅膜、を示す
ものである。
【0013】以下、これら図面を参照しつつ本発明を具
体的に説明する。すなわち、本発明は、図1に示すよう
に、ポリイミドフィルム1と、該ポリイミドフィルムの
主面上に金属のチタン中間層2、その上に銅薄膜層3、
更にその上に回路用銅膜4が形成されてなる耐熱性フレ
キシブル回路基板である。
【0014】本発明における耐熱性フレキシブル回路基
板は、図2に示すように、上述の如くポリイミドフィル
ム1の一方の面にチタン中間層2、その上に銅薄膜層
3、更にその上に回路用銅膜4が形成されて積層された
もののみならず、回路用銅膜4’、銅薄膜層3’、チタ
ン中間層2’、ポリイミドフィルム1、チタン中間層
2、銅薄膜層3、回路用銅膜4といった両面に積層され
た多層薄膜も含まれることは言うまでもない。更にま
た、図3に示すように、銅薄膜層3、3’の厚みを制御
することにより回路用銅膜4、4’は形成させない場合
もある。
【0015】本発明に用いられるポリイミドフィルムに
関して、ポリイミドフィルムの膜厚は特に限定される条
件はないが、通常25μm〜125μmの膜厚のポリイ
ミドフィルムが用途に応じて適宜選択されて用いられ
る。ポリイミドフィルムとして具体的な例を示すとすれ
ば、カプトン、ユーピレックス、アピカル等の商品名と
して、市場で入手できるポリイミドフィルムを有効に用
いることができる。
【0016】さらに、ピロメリット酸無水物、ビフタル
酸無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、オ
キシジフタル酸無水物、ハイドロフランジフタル酸無水
物等の酸無水物とメトキシジアミノベンゼン、4,4’
−オキシジアニリン、3,4’−オキシジアニリン、
3,3’−オキシジアニリン、ビスジアニリノメタン、
3,3’−ジアミノベンゾフェノン、p,p−アミノフ
ェノキシベンゼン、p,m−アミノフェノキシベンゼ
ン、m,p−アミノフェノキシベンゼン、m,m−アミ
ノフェノキシベンゼン、クロル−m−アミノフェノキシ
ベンゼン、p−ピリジンアミノフェノキシベンゼン、m
−ピリジンアミノフェノキシベンゼン、p−アミノフェ
ノキシビフェニル、m−アミノフェノキシビフェニル、
p−ビスアミノフェノキシベンジルスルホン、m−ビス
アミノフェノキシベンジルスルフォン、p−ビスアミノ
フェノキシベンジルケトン、m−ビスアミノフェノキシ
ベンジルケトン、p−ビスアミノフェノキシベンジルヘ
キサフルオロプロパン、m−ビスアミノフェノキシベン
ジルヘキサフルオロプロパン、p−ビスアミノフェノキ
シベンジルプロパン、o−ビスアミノフェノキシベンジ
ルプロパン、m−ビスアミノフェノキシベンジルプロパ
ン、p−ジアミノフェノキシベンジルチオエーテル、m
−ジアミノフェノキシベンジルチオエーテル、インダン
ジアミン、スピロビジアミン、ジケトンジアミン等のア
ミンと反応、イミド化して形成されるポリイミドも本発
明に効果的に用いることができる。
【0017】本発明におけるフレキシブル回路基板の製
造方法は、まず、ポリイミドフィルムの表面を金属との
密着性を上げるために前処理行う。その方法は、コロナ
放電処理、プラズマ処理、紫外線照射処理が好ましく、
中でもプラズマ処理は合金層の形成に用いられるスパッ
タリングと同一装置で行える場合が多く、特に好まし
い。
【0018】チタン中間層の形成は、薄膜の接着性や薄
膜の制御性に優れたスパッタリング法が特に用いるに好
ましい方法である。スパッタリングの方法において、特
に限定される条件はなく、DCマグネトロンスパッタリ
ング、高周波マグネトロンスパッタリング、イオンビー
ムスパッタリング等の方法が有効に用いられる。形成す
べき薄膜に対応させて適宜ターゲットを選択して用いる
ことは当業者の理解するところであるり、好ましくは、
99.99%以上のスパッタリング用チタンターゲット
を用いる。
【0019】このようなチタン中間層の厚さは、大気
中、150℃で24時間の加熱処理により銅粒子がポリ
イミド層内へ実質的に侵入しない(拡散抑制効果)程度
の厚みが最低必要で、5〜50nm程度がよい。膜厚が
余りに薄すぎるとこのような条件下で銅粒子がポリイミ
ド層内へ侵入してしまい拡散抑制層としての効果を有さ
ない。また、厚すぎるとチタン中間層の形成に時間を要
し、生産効率の面で好ましくないばかりか、製品として
のフレキシブル回路基板の塩化第二鉄溶液によるエッチ
ングの面でも問題が生じる。
【0020】チタン中間層上に形成される銅薄膜につい
ては、当業者が容易に理解するところの回路形成用の材
料である。本発明においては、それ以上の特に限定され
る要件はない。好ましくは純度99.99%以上の銅が
用いられる。銅薄膜は100nm以上の膜厚に形成され
るが、本発明はフレキシブル回路基板であり、そのまま
で用いられるよりもメッキ工程、半田工程を経て回路が
形成される。これらの後工程のことを考慮すると回路加
工を容易にするためには膜厚は200nm以上であるこ
とが望ましい。
【0021】尚、これら金属薄膜の膜厚は、スパッタリ
ング、或いはメッキ時に試料の一部にマスクを設け、そ
の後マスクをはずしてマスクした部分としてない部分と
の段差を段差測定機により測定することにより求めた。
段差部分の長さが装置の測定限界を超える場合は、スパ
ッタリング或いはメッキ時間を測定限界内に収まるよう
に調節して求めた。
【0022】
【実施例】以下、実施例により本発明をさらに具体的に
説明するが、本発明は以下の実施例になんら制限される
ものではない。 (実施例1)膜厚が50.0μmのポリイミドフィルム
(カプトンV)を用い、この片面上に、酸素のグロー放
電でポリイミドフィルムの表面を処理した後、チタンを
ターゲットとしてアルゴンガスによるDCマグネトロン
スパッタリング法により厚さ15nmのチタン薄膜層を
形成させた。その後、直ちに銅をターゲットとして、ア
ルゴンガスによるDCマグネトロンスパッタリング法に
より厚さ250nmの銅薄膜層を形成させた。次に、当
該銅薄膜の上に銅の電解メッキを施すことにより回路用
の銅膜の厚みを20μmとした。
【0023】その後、上述のフィルムを乾燥させ、IC
テープ[IZUMIYA I・CINC製 マスキング
テープ]によりパターンを形成させた後、塩化第二鉄溶
液にてエッチングを試みたところ、ICテープでマスク
したところ以外は銅、チタン層共にエッチングされた。
【0024】かかる方法で得た回路用銅膜のポリイミド
フィルムに対する接着力を測定したところ(ピール強度
測定法:IPC No.2.4.9)、常態強度で平均
1.3kg/cmであった。これを、150℃のオーブ
ンに入れ、24時間保持した後、接着力を測定したとこ
ろ、平均1.3kg/cmであり、接着力の低下は認め
られなかった。更に、150℃のオーブンで10日間保
持した後、同様に接着力を測定したところ、平均1.3
kg/cmであり、接着力の低下は認められなかった。
【0025】また、150℃のオーブンに入れる前に、
当該フィルムを直径10mmのステンレス製の丸棒に裏
表5回ずつ計10回巻き付けたのち、150℃のオーブ
ンに入れ、10日間保持した後、同様に接着力を測定し
たところ、平均1.3kg/cmであり、この場合にお
いても、接着力の低下は認められず、実用性能上、問題
のないことを確認した。
【0026】(実施例2)膜厚が50.0μmのポリイ
ミドフィルム(カプトンV)を用い、この片面上に、酸
素のグロー放電でポリイミドフィルムの表面を処理した
後、チタンをターゲットとしてアルゴンガスによるDC
マグネトロンスパッタリング法により厚さ5nmのチタ
ン薄膜層を形成させた。その後、直ちに銅をターゲット
として、アルゴンガスによるDCマグネトロンスパッタ
リング法により厚さ250nmの銅薄膜層を形成させ
た。次に、当該銅薄膜の上に銅の電解メッキを施すこと
により回路用の銅膜の厚みを20μmとした。
【0027】その後、上述のフィルムを乾燥させ、IC
テープ[IZUMIYA I・CINC製 マスキング
テープ]によりパターンを形成させた後、塩化第二鉄溶
液にてエッチングを試みたところ、ICテープでマスク
したところ以外は銅、チタン層共にエッチングされた。
【0028】かかる方法で得た回路用銅膜のポリイミド
フィルムに対する接着力を実施例1と同様な方法で測定
したところ、常態強度で平均1.2kg/cmであっ
た。これを、150℃のオーブンに入れ、24時間保持
した後、接着力を測定したところ、平均1.2kg/c
mであり、接着力の低下は認められなかった。更に、1
50℃のオーブンで10日間保持した後、同様に接着力
を測定したところ、平均1.0kg/cmであり、接着
力の低下は16.7%であった。
【0029】また、150℃のオーブンに入れる前に、
当該フィルムを直径10mmのステンレス製の丸棒に裏
表5回ずつ計10回巻き付けたのち、150℃のオーブ
ンに入れ、10日間保持した後、同様に接着力を測定し
たところ、平均1.1kg/cmであり、この場合にお
いても、接着力の低下は16.7%であり、実用性能
上、問題のないことを確認した。
【0030】(比較例1)膜厚が50.0μmのポリイ
ミドフィルム(カプトンV)を用い、この片面上に、酸
素のグロー放電でポリイミドフィルムの表面を処理した
後、チタンをターゲットとしてアルゴンガスによるDC
マグネトロンスパッタリング法により厚さ3nmのチタ
ン薄膜層を形成させた。その後、直ちに銅をターゲット
として、アルゴンガスによるDCマグネトロンスパッタ
リング法により厚さ250nmの銅薄膜層を形成させ
た。次に、当該銅薄膜の上に銅の電解メッキを施すこと
により回路用の銅膜の厚みを20μmとした。
【0031】その後、上述のフィルムを乾燥させ、IC
テープ[IZUMIYA I・CINC製 マスキング
テープ]によりパターンを形成させた後、塩化第二鉄溶
液にてエッチングを試みたところ、ICテープでマスク
したところ以外は銅、チタン層共にエッチングされた。
【0032】かかる方法で得た回路用銅膜のポリイミド
フィルムに対する接着力を実施例1と同様な方法で測定
したところ、常態強度で平均1.3kg/cmであっ
た。これを、150℃のオーブンに入れ、24時間保持
した後、接着力を測定したところ、平均1.1kg/c
mであり、接着力の低下は15.4%であった。更に、
150℃のオーブンで10日間保持した後、同様に接着
力を測定したところ、平均1.0kg/cmであり、接
着力の低下は23%であった。
【0033】また、150℃のオーブンに入れる前に、
当該フィルムを直径10mmのステンレス製の丸棒に裏
表5回ずつ計10回巻き付けたのち、150℃のオーブ
ンに入れ、10日間保持した後、同様に接着力を測定し
たところ、平均1.0kg/cmであり、この場合にお
いても、接着力の低下は23%であり、実用性能上、問
題が残った。
【0034】(比較例2)膜厚が50.0μmのポリイ
ミドフィルム(カプトンV)を用い、この片面上に、酸
素のグロー放電でポリイミドフィルムの表面を処理した
後、チタンをターゲットとしてアルゴンガスによるDC
マグネトロンスパッタリング法により厚さ80nmのチ
タン薄膜層を形成させた。その後、直ちに銅をターゲッ
トとして、アルゴンガスによるDCマグネトロンスパッ
タリング法により厚さ250nmの銅薄膜層を形成させ
た。次に、当該銅薄膜の上に銅の電解メッキを施すこと
により回路用の銅膜の厚みを20μmとした。
【0035】その後、上述のフィルムを乾燥させ、IC
テープ[IZUMIYA I・CINC製 マスキング
テープ]によりパターンを形成させた後、塩化第二鉄溶
液にてエッチングを試みたところ、ICテープでマスク
した以外の場所において、銅層はエッチングされたもの
の、チタン層は完全にはエッチングされずに残った。
【0036】
【発明の効果】以上の実施例および比較例の示すところ
から明らかなように、本発明は、150℃、24時間加
熱しても金属層とポリイミド層間での接着強度の低下が
低い、高温耐久性に優れたフレキシブル基板を提供する
ものであり、半導体産業にとって、極めて有用な発明で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のフレキシブル回路基板用材料の一実施
例の層構成
【図2】本発明のフレキシブル回路基板用材料の一実施
例の層構成
【図3】本発明のフレキシブル回路基板用材料の一実施
例の層構成
【符号の説明】
1 ポリイミドフィルム 2、2’ チタン中間層 3、3’ 銅薄膜 4、4’ 回路用銅膜
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成7年6月16日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0010
【補正方法】変更
【補正内容】
【0010】 すなわち、本発明は、(1)銅または銅
合金層、金属中間層、ポリイミドフィルムの順に構成さ
れた銅ポリイミドフィルムにおいて、150℃で24時
間加熱しても、金属層とポリイミド層間での接着強度の
低下が5%以内に抑えられる程度の厚みに、金属中間層
としてチタン層をスパッタリング法により形成すること
を特徴とする耐熱フレキシブル回路基板であり、また、
(2)ポリイミドフィルムにプラズマによる表面処理を
施した後、金属中間層であるチタン層を5〜50nmの
厚みでスパッタリング法により形成し、その上に銅また
は銅合金層を形成する(1)記載の耐熱フレキシブル回
路基板に関するものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福田 伸 神奈川県横浜市栄区笠間町1190番地 三井 東圧化学株式会社内 (72)発明者 福田 信弘 神奈川県横浜市栄区笠間町1190番地 三井 東圧化学株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 銅または銅合金層、金属中間層、ポリイ
    ミドフィルムの順に構成された銅ポリイミドフィルムに
    おいて、150℃で24時間加熱しても、金属層とポリ
    イミド層間での接着強度の低下が5%以内に抑えられる
    程度の厚みに、金属中間層としてチタン層をスパッタリ
    ング法により形成することを特徴とする耐熱フレキシブ
    ル回路基板。
  2. 【請求項2】 ポリイミドフィルムにプラズマによる表
    面処理を施した後、金属中間層であるチタン層を5〜5
    0nmの厚みでスパッタリング法により形成し、その上
    に銅または銅合金層を形成する請求項1記載の耐熱フレ
    キシブル回路基板。
JP13771395A 1995-06-05 1995-06-05 耐熱フレキシブル回路基板 Pending JPH08330694A (ja)

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