(57)【要約】【課題】  回路形成後のポリイミド層と導体層との間において充分な密着力が得られ、かつ熱負荷後の密着力低下しなくすることを可能とした、フレキシブル回路基板等に用いることのできる積層体を提供する。【解決手段】  例えばポリイミドフィルムなどのような高分子樹脂よりなる基材フィルムの表面に珪素もしくは珪素化合物による珪素層を積層し、さらに少なくとも、前記珪素層の表面に金属層と、前記金属層の表面に銅導電層と、を順次積層してなる構成を有する積層体とした。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子樹脂よりなる基材フィルムの表面に、
珪素又は珪素化合物による珪素層を積層してなること、
を特徴とする、積層体。
【請求項２】
請求項１に記載の積層体において、
前記珪素化合物が、炭化珪素又は炭化窒化珪素であること、
を特徴とする、積層体。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の積層体において、
前記珪素層における窒素原子濃度が３０％以下であること、
を特徴とする、積層体。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の積層体において、
前記珪素層の膜の厚みが０．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であること、
を特徴とする、積層体。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の積層体において、
前記珪素層のさらに表面に、金属による金属層を積層してなること、
を特徴とする、積層体。
【請求項６】
請求項５に記載の積層体において、
前記金属層のさらに表面に、銅導電層を積層してなること、
を特徴とする、積層体。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６の何れか１項に記載の積層体を用いてなること、
を特徴とする、フレキシブル回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は例えば電子機器などに用いられるフレキシブル回路基板又はその一部として利用可能な積層体に関するものであり、特にポリイミドフィルムを基材として用いた積層体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、基材上に導電性を有した層を積層することにより得られた積層体による電気回路基板は、例えばフレキシブル回路基板（以下「ＦＰＣ」とも言う。）、テープ自動ボンディング（以下「ＴＡＢ」とも言う。）、チップオンフィルム（以下「ＣＯＦ」とも言う。）等として、幅広く利用されている。そして、この基板に用いられる基材の原材料として、優れた機械的特性、電気的特性、また優れた耐熱性を有するということから、ポリイミド樹脂を用いる、又はポリイミドフィルムを用いることが多く、また導電性を有した層を形成するために、入手、取扱、加工の容易さ等の点から銅（銅箔）を用いることが多い。
【０００３】
このポリイミド樹脂又はポリイミドフィルムを基材の原材料として用いた積層体としては、ポリイミドフィルムと銅箔とを接着剤を介して積層する３層構成タイプ（以下「３層タイプ」とも言う。）のものと、ポリイミド樹脂層又はポリイミドフィルムと銅箔又は銅層とを接着剤を用いずに直接積層する２層構成タイプ（以下「２層タイプ」とも言う。）のものと、に大別することが出来る。
【０００４】
さてこのように３層タイプの積層体と２層タイプの積層体とが存在するのであるが、電子機器の軽薄短小化による要求に伴い、ＦＰＣ、ＴＡＢ、ＣＯＦ等では配線パターンの高密度化が強く要求されるようになってきている昨今において、３層タイプの積層体では充分に対応できない事態が生じている。即ち、３層タイプの積層体であれば、利用される接着剤の耐熱性が基材であるポリイミドフィルムよりも劣るため、加工時の加熱に耐えることが出来ず、その結果寸法精度が著しく低下してしまう、という問題点がある。また３層タイプの積層体に用いられる銅箔の厚みが１０数μｍであるため、上述の軽薄短小化の要求に答えようとしても回路の微細化、基板の薄膜化が困難なものとなってしまっていた。
【０００５】
そのため、より一層薄くする、高密度回路を形成する、という目的のために２層タイプの積層体を利用することが増加している。この２層タイプの積層体を製造する積層方法としては、銅箔上にポリイミド樹脂をキャスティングすることによるキャスティング法、銅箔と非熱可塑性ポリイミド樹脂とを熱可塑性ポリイミド樹脂を介して接着するラミネート法、ポリイミドフィルム上に乾式メッキ又は湿式メッキを施した後に電解メッキにて銅層を形成するメッキ法、等がある。また、高密度回路を形成するために、乾式メッキにて形成した導電層（シード層）の上に、配線形成用レジストを塗布、エッチングした後、湿式メッキにて銅を導電層として積層し、その後、レジストを除去するセミアディティブ法が採用されることもある。
【０００６】
しかし２層タイプにおいて、ポリイミドと銅とが直接積層されてなる構成として使用する場合、そこには必ず密着性の点において問題が生じていた。即ちこれらを積層した積層体とした場合、特にメッキ法及びセミアディティブ法による場合、密着力が低い、という問題が生じていた。
【０００７】
そこで、このような問題点を解消するために、例えば特許文献１に記載のように、ポリイミドフィルムと銅層との間に第２金属層を形成する、という手法が提案されている。
【０００８】
【特許文献１】特公平２−９８９９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで上記に示した特許文献１に記載の発明であれば、ポリイミド絶縁層表面に対して予めクロムをスパッタリング法によりクロム層を形成し、次いでその表面にスパッタリング法により銅層を形成することとなり、その結果、銅とポリイミド絶縁層との密着力が確保される、という効果を奏するとされている。
【００１０】
しかしこの開示された技術では、確かに一定レベルまでは満足させることが可能であるかもしれないが、前述したような、昨今の電子機器の軽薄短小化の要求に応えようとすると、例えば耐熱性という点で不十分である。また、より高細密化を進めようとすると、密着力不足が表面化してしまい、結局この技術でも充分に対応できない状態となってしまっており、問題であった。
【００１１】
本発明はこのような問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、より一層耐熱性と密着力向上とを実現することを可能とした、即ち、回路形成後のポリイミド層と導体層との間において充分な密着力が得られ、かつ熱負荷後の密着力低下を防ぐことを可能とした、例えばフレキシブル回路基板として利用可能な積層体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本願発明の請求項１に記載の発明は、高分子樹脂よりなる基材フィルムの表面に、珪素又は珪素化合物による珪素層を積層してなること、を特徴とする。
【００１３】
本願発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の積層体において、前記珪素化合物が、炭化珪素又は炭化窒化珪素であること、を特徴とする。
【００１４】
本願発明の請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の積層体において、前記珪素層における窒素原子濃度が３０％以下であること、を特徴とする。
【００１５】
本願発明の請求項４に記載の発明は、請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の積層体において、前記珪素層の膜の厚みが０．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であること、を特徴とする。
【００１６】
本願発明の請求項５に記載の発明は、請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の積層体において、前記珪素層のさらに表面に、金属による金属層を積層してなること、を特徴とする。
【００１７】
本願発明の請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の積層体において、前記金属層のさらに表面に、銅導電層を積層してなること、を特徴とする。
【００１８】
本願発明の請求項７に記載の発明は、請求項１ないし請求項６の何れか１項に記載の積層体を用いてなるフレキシブル回路基板であること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本願発明に係る積層体であれば、予めポリイミドフィルム等のプラスチックフィルム表面に珪素もしくは珪素化合物による珪素層を形成してなるので、従来のフレキシブル回路基板として利用可能ないわゆる２層タイプに比べて熱負荷後の密着力の低下がなく、また層間密着力も向上しているので、本願発明に係る積層体を用いれば高細密化を要求される昨今の電子回路に対しても容易に適用可能であるフレキシブル回路基板を得ることが出来る。また特にポリイミドフィルムの表面に炭化窒化珪素を積層した場合、所望の性能をより一層得やすくなり、また炭化窒化珪素により形成される珪素層が所望の性能を発揮できる膜厚の許容範囲が大変広いものとなり、即ち設計上の許容範囲が広くなり、フレキシブル回路基板として設計のしやすい積層体とすることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本願発明の実施の形態について説明する。尚、ここで示す実施の形態はあくまでも一例であって、必ずもこの実施の形態に限定されるものではない。
【００２１】
（実施の形態１）
本願発明に係る積層体につき、第１の実施の形態として説明する。
本実施の形態に係る積層体は、高分子樹脂よりなる基材フィルムの表面に、珪素又は珪素化合物による珪素層を積層してなるものであって、例えばＦＰＣ（又はその一部）として利用可能なものであり、以下の説明では本願発明に係る積層体はＦＰＣ（又はその一部）として用いることを念頭に置きつつ説明する。
【００２２】
以下、順次説明をしていく。
まず基材となる高分子樹脂フィルムであるが、これは特に限定されるものではないが、本実施の形態に係る積層体の用途がＦＰＣとすることであるならば、この高分子樹脂フィルムは最終的にＦＰＣを構成する基材となるため、絶縁性、耐熱性等において好適であることが望ましく、その観点から例えばポリイミドフィルムとすることが好適であると言える。そして本実施の形態では基材としてポリイミドフィルムを用いてなることとするが、必ずしもこれに限定されるものではない。
【００２３】
本実施の形態におけるポリイミドフィルムの厚みは好ましくは９μｍ以上１２５μｍ以下である。この厚みが薄すぎると強度が弱くなり、しわが発生したり、本実施の形態において得られる積層体が折れやすくなってしまい、ひいてはＦＰＣとして利用することが出来なくなってしまう。よって、厚みが９μｍ以上であれば、仮にしわが発生しても許容範囲で収められ、１７μｍ以上であれば、そのしわの発生もほぼ無くすことが出来る。またこの厚みが厚すぎると、得られるＦＰＣの可撓性、即ちフレキシブル性が喪失され、またＦＰＣそのものの厚みが増してしまう。そのため、厚みが１２５μｍ以下とするとほぼ許容範囲のフレキシブル性を得られ、またＦＰＣ全体の厚みも許容範囲内とすることが出来、さらに５０μｍ以下とすれば充分なフレキシブル性を得られ、またＦＰＣ全体の厚みも所望の薄さとすることが出来るようになる。
【００２４】
次にこの基材フィルムの表面に積層される珪素層につき説明する。
基材となるポリイミドフィルムに対しその表面に珪素層を積層するのであるが、この珪素層は珪素によるものでもあってもよいし、珪素化合物によるものであっても構わない。また珪素層を形成するのに珪素化合物によるものとする場合、珪素化合物としては、珪素を含有する合金（例えばＳｉ−Ｎｉ、Ｓｉ−Ｃｏ）、珪素又は珪素を含有する合金の酸化物（例えば酸化珪素）、窒化物（例えば窒化珪素）、もしくは炭化物（例えば炭化珪素）、の何れかもしくは複数を用いればよいが、本実施の形態においては、珪素層は珪素、炭化珪素又は炭化窒化珪素のいずれかによるものであることとする。
【００２５】
このような珪素層の積層方法としては乾式メッキ法として知られる従来公知の手法、例えば真空蒸着法、エレクトロンビーム蒸着法、スパッタリング法、等であって構わないが、本実施の形態では乾式メッキ法の中でもスパッタリング法を用いることとする。乾式メッキ法、特にスパッタリング法を用いることにより、次に積層を行う金属層、銅導電層を同一の真空槽内において、連続して形成することが可能となるため、生産性を向上することが可能となる。
【００２６】
さて、本実施の形態において珪素層を積層するに際して行われるスパッタリング法において、スパッタリングの諸条件は全て従来公知の通りであってよく、またスパッタリングガスとしては通常公知であるアルゴンガスを用いればよいが、本実施の形態ではスパッタリングガスとして特にアルゴンガスの他に窒素ガスを用いることとする。
【００２７】
スパッタリング時にアルゴンガスと同時に窒素ガスを用いることにより、最終的に本実施の形態に係る積層体を例えばエッチングすることにより得られるＦＰＣの表面抵抗値を容易に所望の程度、例えば２×１０１１Ω以上とすることが可能となるのである。尚、ＦＰＣとして望ましい表面抵抗値は１×１０１１Ω以上であるが、これは表面抵抗値が１×１０１１Ω以下であると配線間の充分な絶縁抵抗が得られなくなってしまい、即ちそのような表面抵抗値しか有さない積層体であれば、それを電気回路として使用することが困難となるからである。
【００２８】
これに関しさらに説明をすると、本実施の形態では特に珪素層として珪素、炭化珪素又は炭化窒化珪素のいずれかによるものとしたが、珪素を積層する場合はスパッタリングを実行する際のターゲットとしてインゴット状の珪素を、また炭化珪素を積層する場合はターゲットとして炭化珪素インゴットを利用すればよい。そして炭化窒化珪素を積層する場合は、炭化窒化珪素のインゴット、もしくは、炭化珪素インゴットをターゲットとしてスパッタリングを行えばよい。本実施の形態では炭化珪素インゴットをターゲットとして用い、スパッタリングガスとしてアルゴンガスに加え窒素ガスを用いているので、窒素ガスが炭化珪素と反応して、最終的に基材フィルム（ＰＩフィルム）の表面に炭化窒化珪素の層が珪素層として形成されることとなるのである。そしてこの炭化窒化珪素による層が珪素層として積層されることにより、従来に比してより強固な密着強度と十分な表面抵抗値が得られるのである。
【００２９】
このようにしてポリイミドフィルム表面に積層される珪素層の厚みとしては、０．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは５０ｎｍ以下である。これは、珪素層の厚みが０．５ｎｍ未満であると本実施の形態に係る積層体を製造する際の加熱処理に耐えられるだけの耐熱性能が得られず、また厚みが１００ｎｍを超えてしまうと、本実施の形態に係る積層体の生産性が低下してしまうからであり、さらには５０ｎｍを下回るようにすれば、後述するようなこれを用いたＦＰＣにおいて効果的な抵抗値を得ることが可能となる。この点において、珪素層の厚みを３０ｎｍ以下とすると、これを用いたＦＰＣにおいて、より一層効果的な抵抗値を得ることができるので好適である。
【００３０】
ところで、本実施の形態に係る積層体を用いてＦＰＣとすれば、一見すると従来のＰＩ／金属層という構成に比して珪素層が余分に挿入されているため全体の層数が増えてしまい、これだけを見ると全体の厚みが増加してしまうように思われるが、本実施の形態に係る積層体であれば、金属層の厚み及び珪素層の厚みは上述した通りであるので、これらを積層したとしても、従来の構成における金属層の必要とされる厚みよりも薄くすることが可能であり、しかも同時に従来の構成のものに比べて高い表面抵抗値を得ることが可能となるのである。
【００３１】
このようなことが可能となったのは珪素層を設けたことによるものであり、さらにはこの珪素層として炭化珪素を用いればより一層薄い膜厚で高い表面抵抗値を得ることが可能となり、珪素層を炭化窒化珪素とすればさらに薄い膜厚でより高い表面抵抗値を得ることが、又は同じ膜厚としても表面抵抗値はより高くなる、ということを見い出したのである。そしてこれら上述の条件をクリアできる厚みの範囲が上記の通り０．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、より一層好適な値を得ようとするのであれば、厚みの上限を５０ｎｍ以下とするとよい。
【００３２】
以上説明した各層の表面に金属層を積層することも考えられる。この金属層を構成する金属としては、特に限定されるものではないが、例えばニッケル、クロム、銅、又はアルミニウム、の何れかもしくは複数を用いることが好適であると言える。また金属層の積層方法としては、本実施の形態ではスパッタリング法でニッケル−クロム合金を積層するものとするが、これは特段これに制限されるものではなく、積層物は上記の通りであってよく、また手法は従来公知の手法であってよく、例えばイオンプレーティング法、真空蒸着法等のいわゆる乾式メッキ法により積層するものであってよい。
【００３３】
このように、珪素もしくは珪素化合物を高分子樹脂よりなる基材フィルムの表面に積層することで、従来、高分子樹脂よりなる基材フィルムに接着力を増すための金属層を形成した後に銅導電層等を積層した場合に比して、珪素もしくは珪素化合物と基材フィルム、珪素もしくは珪素化合物と金属層、それぞれの間に強固な密着力が発生し、基材フィルムと金属層との密着力が向上したと同様の効果を得ることが出来るのである。そして、本実施の形態に係わるＦＰＣを製造する際に生じる熱負荷をかけた後であっても、密着力の低下を抑制することが出来るのである。
【００３４】
そして、金属層の表面に導電性層として銅導電層を形成する場合、この銅導電層の積層手段は本実施の形態ではスパッタリング法とするがこれに限定されることなく従来公知の手法であってよく、例えばイオンプレーティング、真空蒸着などの乾式メッキ法を利用することが考えられる。上記銅導電層の厚みは適宜好適なものを選択すればよいが、ここではその詳述は省略する。
【００３５】
以上のようにポリイミドフィルムに順次積層を行うことにより、本実施の形態に係るポリイミドフィルムを基材とした積層体を得るのであるが、この積層体を用いて高密度回路を形成するために、乾式メッキにて形成した導電層（シード層）の上に、配線形成用レジストを塗布、エッチングした後、湿式メッキにて銅を導電層として積層し、その後、レジストを除去するセミアディティブ法を実施することによりＦＰＣを得るようにすれば、従来問題であった熱負荷後における基材と金属層間の密着力の低下という現象が発生しないようにすることが出来るので、今まで以上に進化する電子機器の軽薄短小化の実現に大いに寄与することが出来るようになるのである。尚、このエッチングについては従来公知の手法で行えばよい。
【００３６】
また、以上の説明ではポリイミドフィルムの表面に珪素層、金属層、銅導電層を順次積層したものとしたが、これをポリイミドフィルムの片面ではなく両面に同様に順次積層することも考えられるし、さらには、銅導電層のさらに表面に何らかの目的を持った積層を施すことも考えられるが、ここではその詳述を省略する。
【００３７】
尚、本実施の形態に係るポリイミドフィルムの表面に珪素層のみを積層した積層体であれば、この積層体に対し熱負荷をかけた後であっても層間密着力の低下がなく、高細密化を要求される昨今の電子回路に対して用いても好適な積層体となるのである。即ち、高分子樹脂基材上に珪素層を積層した積層体において、該積層体上に金属層を形成する際、強固な密着力が得るための下地層として使用することができる。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明に係る積層フィルムにつき、さらに実施例により説明する。
【００３９】
以下説明する事例において、基材フィルムはＰＩフィルム（東レ・デュポン株式会社製、製品名「カプトンＥＮ」）を、用いるものとする。また金属層としてはニッケル−クロム合金を積層してなるものとする。そして以下説明の説明において、それぞれの層は、特に言及がなければ従来公知の手法及び条件によるスパッタリング法によるものとする。またそれぞれの表面抵抗値については、ＪＩＳ  Ｃ  ６４７１に定められる方法で測定をした。
【００４０】
（実施例１）
ＰＩフィルムの表面に珪素層を厚みが１ｎｍとなるように積層し、次いでその表面に金属層を厚みが１０ｎｍとなるように、さらにその表面に銅を厚みが１００ｎｍとなるように、それぞれを順次積層して積層体を得た。尚、炭化珪素を積層する際に行ったスパッタリング法において、スパッタリングガスとしてアルゴンガスと窒素ガスとを用い、珪素層の窒素濃度が２１％となるように形成した。得られた積層体における珪素層を構成するのは炭化窒化珪素である。
【００４１】
（実施例２）
実施例１と同様に積層体を形成したが、珪素層の厚みを１０ｎｍとした。
【００４２】
（実施例３）
実施例１と同様に積層体を形成したが、珪素層の窒素原子濃度を１０％となるように形成した。得られた積層体における珪素層を構成するのは炭化珪素である。
【００４３】
（実施例４）
実施例１と同様に積層体を形成したが、珪素層の窒素原子濃度を２７％となるように形成した。得られた積層体における珪素層を構成するのは炭化珪素である。
【００４４】
（実施例５）
実施例１と同様に積層体を形成したが、スパッタリングガスとしてアルゴンガスのみを用いたので、得られた積層体における珪素層を構成するのは炭化珪素である。
【００４５】
（比較例１）
実施例１と同様に積層をしたが、珪素層の積層を行わなかった。
【００４６】
（比較例２）
実施例１と同様に積層したが、珪素層の窒素原子濃度が３５％となるように積層した。
【００４７】
（比較例３）
実施例１と同様に積層したが、珪素層の窒素原子濃度が４２％となるように積層した。
【００４８】
以上得られた実施例１〜４及び比較例１〜２の金属層及び銅層除去後の表面抵抗値及び初期密着力、熱負荷後密着力は次の通りとなった。
【００４９】
【表１】
2007130995.tif 000002
【００５０】
ＦＰＣとして好適な表面抵抗値の範囲は１×１０１１以上であるが、その理由は前述した通りである。そして本実施例からわかるように、珪素層を積層し、かつスパッタリングガスとしてアルゴンガスと窒素ガスとを用いることにより珪素層を構成する物質が炭化窒化珪素とした場合、良好な表面抵抗値を得られ、かつ初期密着力が優れ、熱負荷後密着力の低下が少ない積層体が得られる。またスパッタリングガスとしてアルゴンガスのみを用いた場合であっても、珪素層を炭化珪素とすることによって、好適な表面抵抗値と初期密着力とが優れ、熱負荷後密着力の低下が少ない積層体が得られることがわかる。