JP5064035B2

JP5064035B2 - Ｃｏｆ基板用積層体の製造方法

Info

Publication number: JP5064035B2
Application number: JP2006548842A
Authority: JP
Inventors: 克也岸田; 彰嶋田; 裕一徳田; 妙子財部
Original assignee: Nippon Steel Chemical Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2005-12-13
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2025-12-13
Also published as: TW200634903A; CN100468675C; TWI400742B; WO2006068000A1; KR101169829B1; CN101076885A; KR20070091027A; JPWO2006068000A1

Description

本発明は、ＣＯＦ用途として使用するフレキシブルプリント基板用の積層体とその製造方法に関するものである。

テープキャリアにドライバＩＣを実装するＴＡＢ方式（テープ・オートメイティッド・ボンディング）は、液晶表示素子（LCD）を使用するような電子産業において広く用いられている。

また、近時では、より小さいスペースで、より高密度の実装を行う実装方法として、裸のＩＣチップをフィルムキャリアテープ上に直接搭載するＣＯＦ（チップ・オン・フィルム）が開発されている。

このＣＯＦに用いられるフレキシブルプリント基板（FPC）は、ＴＡＢ方式で用いられてきたデバイスホールを有しないため、チップ実装時の相対位置を測定する際、絶縁層を透過してドライバＩＣチップの配線を認識する必要がある。特に、このＣＯＦに用いられるフレキシブルプリント基板（FPC）においては、配線の狭ピッチ化が進み、微細加工が可能である必要がある。

このようなＣＯＦ用のＦＰＣに用いられる積層体としては、ポリイミドフィルムなどの絶縁フィルムにニッケルなどの密着強化層をスパッタした後、銅メッキを施した積層体がある。このような銅メッキ積層体では、ポリイミドフィルムが比較的透明であるので、ＩＣ搭載の際の位置合わせが容易ではあるが、導体と絶縁層との間の接着力が弱く、また、耐エレクトロマイグレーション性に劣るといった問題がある。

上記のような課題を解決する積層体としては、銅箔にポリイミドフィルムを塗布法により積層したキャスティングタイプのものや、銅箔に熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂などを介して絶縁フィルムを熱圧着した熱圧着タイプのものなどがある。

しかしながら、キャスティングタイプの積層体や熱圧着タイプの積層体については、導体と絶縁層との接着力の問題をある程度解消するものの、例えば銅箔をエッチングで除去した領域については、銅箔の粗度（表面粗さ）が絶縁層側に転写されてしまい、絶縁層の表面が光を乱反射して絶縁層を透過して銅パターンが認識できないといった問題がある。

そこで、特開2003−23046号公報では、導体層と絶縁層とが積層された構造を有し、この導体層の絶縁層と接する面の表面粗さが0.1〜1.8μｍである積層体が開示されている。しかしながら、上記積層体は、絶縁層を透過してドライバＩＣチップの配線を認識する問題についてはある程度解消はされるものの、例えば３０μｍピッチ以下を必要とするような高密度基板材料としては必ずしも満足出来るものではない。一方、特開2004-142183号公報には絶縁層と接している面の表面粗さが1.0μｍ以下で裏面の表面粗さが2.0μｍ以下である積層体が記載されている。しかしながら、絶縁層と接していない面の表面粗さが大きい場合、レジスト形成時に厚みムラが生じ、その後の配線回路のパターニング工程で回路の直線性を良好にするのが困難であった。また、導体の厚さが厚い場合にも、同様に回路の直線性の確保が難しく、特に、30μｍピッチ以下の微細加工が困難であった。すなわち、絶縁層側の粗度とレジスト面側の粗度とが適切であって、微細加工の要求を満足できる積層体はなかった。
特開2003−23046号公報特開2004-142183号公報

そこで、本発明では、絶縁層を透過してドライバＩＣチップの配線を認識することが可能であると共に、導体と絶縁層との間の接着力が高く、耐エレクトロマイグレーション性に優れ、例えば30μｍピッチ以下の微細加工可能な積層体とその製造方法を提供することを目的とする。

上記問題点を解決するために、本発明者等が鋭意検討した結果、積層体を形成する導体を所定の厚みにすると共に、この導体の絶縁層と直接接している面の表面粗さＲｚを1.0μｍ以下にし、かつ、絶縁層と接していない面の表面粗さＲｚを1.0μm以下にすることによって、上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成した。なお、表面粗さＲｚは「１０点平均粗さ」を表し、ＪＩＳＢ０６０１に準じて測定される。

したがって、本発明は、銅箔よりなる導体の一方の面に絶縁性樹脂よりなる絶縁層が形成されたＣＯＦ基板用積層体の製造方法であって、少なくとも１０μｍの厚みを有し、かつ、一方の面の表面粗さＲｚが１．０μｍ以下である銅箔の当該面に絶縁層を形成し、この絶縁層と接していない銅箔の面を、過酸化水素７０〜８５ｇ／Ｌ及び硫酸１８〜２２ｇ／Ｌを含有した研磨液で化学研摩してこの銅箔の厚みを１〜８μｍにすると共に、表面粗さＲｚを１．０μｍ以下にして導体を形成する、ＣＯＦ基板用積層体の製造方法である。

本発明では、絶縁層と直接接している導体の表面粗さＲｚを1.0μｍ以下とすることにより、仮に絶縁層との積層時に導体の粗度が絶縁層側に転写されても、絶縁層を透過してドライバＩＣチップの配線を認識することが可能となる。また、絶縁層と直接接していない導体の表面粗度Ｒｚが1.0μm以下とすることにより、高密度配線を必要とする場合において例えば30μｍピッチ以下の加工が可能である。なお、絶縁層と直接接している導体の表面粗さＲｚは、絶縁層との密着性を確保するためＲｚは0.3μｍが下限であり、絶縁層と直接接していない導体の表面粗度Ｒｚは、後に積層される絶縁性保護膜との密着性を確保するためＲｚは0.1μｍが下限である。

本発明における導電性金属箔よりなる導体については、例えば銅又は銅合金からなる銅箔のほか、金、銀等からなる金属箔を挙げることができ、好ましくは銅箔であるのがよい。銅箔については圧延銅箔、電解銅箔等を挙げることができるが、絶縁物である酸化物が混在するおそれを可及的に低減できる電解銅箔が更に好ましい。

また、本発明においては、導体の厚みを1〜8μｍとする。導体の厚みが1μｍより小さいと化学研磨工程時に厚さ制御が困難であると共に信頼性を充分に得ることが出来ない。反対に8μｍより大きくなると例えば30μｍピッチ加工時に、導体の直線性を得る事が非常に難しくなる。

本発明によれば、絶縁層を透過してドライバＩＣチップの配線を認識することが可能であり、導体と絶縁層との間の接着力が高く、耐エレクトロマイグレーション性に優れ、例えば30μｍピッチ以下の微細加工が可能な積層体を得ることができる。

以下、本発明を詳細に説明する。尚、以下では電解銅箔を用いて積層体を形成する例を説明するが、本発明における積層体とこれを得るための方法については下記の内容に限定されるものではない。

導電性金属箔よりなる導体として電解銅箔を用いる場合、この電解銅箔については、後に絶縁層を設ける側の面の表面粗さＲｚが1.0μｍ以下のものを使用する。これは、既に述べたように、この面に絶縁層を形成して導体を除去した際、絶縁層を透過してドライバＩＣチップの配線の認識を可能とする為である。なお、絶縁層との密着性を確保するためにはＲｚは0.3μｍ以上であることが好ましい。また、最終的に得られる積層体における導体の厚みは1〜8μｍであるが、この電解銅箔の厚みについては、後述する化学研摩を行うことから、用意する銅箔としては厚さ10μｍ以上、好ましくは12〜18μｍの厚みのものを用いるようにするのがよい。

積層体を形成する絶縁層については、例えば熱可塑性樹脂層を有する絶縁フィルムから形成されたものであってもよく、熱硬化性樹脂層を有する絶縁フィルムから形成されたものであってもよい。また、ポリイミド前駆体樹脂溶液が導体に塗布され、このポリイミド前駆体樹脂溶液を乾燥及び硬化させることにより形成してもよい。これらのうち、好ましくは導体にポリイミド前駆体樹脂溶液が塗布された後、乾燥及び硬化させることにより絶縁層を形成したものであるのがよい。

上記絶縁層について、ポリイミド前駆体樹脂溶液を塗布した後、乾燥及び硬化することにより形成する場合には、公知のジアミンと酸無水物とを溶媒の存在下で重合して製造することができる。

用いられるジアミンとしては、例えば、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、2’−メトキシ4,4’−ジアミノベンズアニリド、1,4−ビス（4−アミノフェノキシ）ベンゼン、1,3−ビス（4−アミノフェノキシ）ベンゼン、2,2’−ビス[4−（4−アミノフェノキシ）フェニル]プロパン、2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジヒドロキシ−4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノベンズアニリド等が挙げられる。また、酸無水物としては、例えば、無水ピロメリット酸、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’，4,4’−ジフェニルスルフォンテトラカルボン酸二無水物、4,4’−オキシジフタル酸無水物が挙げられる。ジアミン、酸無水物はそれぞれ、その1種のみを使用してもよく2種以上を併用して使用することも出来る。

溶媒については、ジメチルアセトアミド、n−メチルピロリジノン、2−ブタノン、ジグライム、キシレン等が挙げられ、1種若しくは2種以上併用して使用することもできる。

上記ポリイミド前駆体樹脂溶液については、前駆体状態で導体の一方の面に直接塗布することが好ましく、重合された樹脂粘度を500cps〜35,000cpsの範囲とすることが好ましい。塗布された樹脂液については熱処理を行う必要があるが、この熱処理については例えば100℃〜150℃を2分〜4分大気中で熱処理し、その後、真空加熱で室温から340℃まで昇温させ再び室温まで戻すといった処理を9時間程度行うのがよい。このようにして形成するポリイミド樹脂からなる絶縁層は、ポリイミド樹脂層の単層のみから形成してもよく、複数層から形成してもよい。ポリイミド樹脂層を複数層から形成する場合、ポリイミド樹脂層の上に異なる構成成分からなる他のポリイミド樹脂を順次塗布して形成してもよい。ポリイミド樹脂層が3層以上からなる場合、同一の構成成分からなるポリイミド樹脂を2回以上使用してもよい。

上記で得た絶縁層と導体との積層体については、絶縁層と直接接していない導体の面を化学研摩することによって、この導体の厚みを１〜8μｍにすると共に、この面の表面粗さＲｚを1.0μｍ以下にする。この銅箔の表面粗さは、化学研磨の条件によっても変化するが、本発明においては、公知の研磨温度や研磨速度などの研磨条件を調整して、所望の積層体の銅箔表面粗さを調整することができる。但し、研磨液の種類と組成は、銅箔の表面粗さとの関係で重要な因子となるため、その研磨液は、過酸化水素と硫酸を主剤として含有する過酸化水素／硫酸系が好ましい。過酸化水素／硫酸系の研磨液を使用する場合、過酸化水素の濃度については70〜85g/L、硫酸の濃度については18〜22g/Lの範囲とすることが好ましい。濃度範囲が上記範囲にないと表面粗さの精密な制御が困難となる傾向にある。また、研磨温度は、20〜50℃の任意の温度で一定に保つことがよい。

なお、上記の説明では、電解銅箔上にポリイミド樹脂を塗布することによって絶縁層を形成したが、例えば１層以上のポリイミドフィルムを電解銅箔にラミネートして絶縁層を形成し、その後、上記で説明したような化学研磨を行うようにしてもよい。

このようにして製造した積層体は、絶縁層の片面のみに電解銅箔を有する片面銅張り積層体としてもよく、また、絶縁層の両面に電解銅箔を有する両面銅張り積層体としてもよい。両面銅張り積層体については、片面銅張り積層体を形成した後、電解銅箔を熱プレスにより圧着する方法や2枚の電解銅箔の間にポリイミドフィルムを挟み熱プレスにより圧着する方法等を挙げることができる。いずれの方法においても、圧着後には、絶縁層と直接接していない電解銅箔の面の表面粗さＲｚを1.0μｍ以下にすると共にこの電解銅箔の厚みを1〜8μｍの範囲となるように化学研磨を行うようにする。なお、絶縁層と直接接していない電解銅箔の表面粗さＲｚは後から積層される絶縁性保護膜との密着性を確保する観点から0.1μｍ以上であることが望ましい。

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。

積層体の作成にあたり、下記４種類の銅箔を準備した。
1）銅箔１：電解銅箔絶縁層側Ｒｚ0.7μm、レジスト面側Ｒｚ2.0μm
三井金属鉱業(株)製ＮＡ−ＶＬＰ箔厚さ15μm
2）銅箔２：電解銅箔絶縁層側Ｒｚ1.6μm、レジスト面側Ｒｚ1.5μm
古河サーキットフォイル（株）製Ｆ２−ＷＳ箔厚さ12μm
3）銅箔３：電解銅箔絶縁層側Ｒｚ2.5μm、レジスト面側Ｒｚ1.5μm
三井金属鉱業（株）製ＳＱ−ＶＬＰ箔厚さ12μm
4）銅箔４：電解銅箔絶縁層側Ｒｚ0.8μm、レジスト面側Ｒｚ1.0μm
日本電解（株）製ＵＳＬＰＳ箔厚さ18μm

[合成例１]
熱電対及び攪拌機を備えると共に窒素導入が可能な反応容器にｎ-メチルピロリジノンを入れた。この反応容器を容器に入った氷水に浸けた後、反応容器に無水ピロメリット酸（ＰＭＤＡ）を投入し、その後、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、（ＤＡＰＥ）と2 ’-メトキシ-4,4’-ジアミノベンズアニリド（ＭＡＢＡ）を投入した。モノマーの投入総量が15ｗｔ％で、各ジアミンのモル比率（ＭＡＢＡ：ＤＡＰＥ）が60：40であり、酸無水物とジアミンのモル比が0.98：1.0となるよう投入した。その後、更に攪拌を続け、反応容器内の温度が、室温から±5℃の範囲となった時に反応容器を氷水から外した。室温のまま3時間攪拌を続け、得られたポリアミック酸の溶液粘度は15,000cpsであった。

[合成例２]
熱電対及び攪拌機を備えると共に窒素導入が可能な反応容器にｎ-メチルピロリジノンを入れた。この反応容器を容器に入った氷水に浸けた後、反応容器にＰＭＤＡ/3, 3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（ＢＴＤＡ）を投入し、その後、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル（ＤＡＰＥ）を投入した。モノマーの投入総量が15ｗｔ％で、酸無水物とジアミンのモル比が1.03：1.0となるよう投入した。その後、更に攪拌を続け、反応容器内の温度が、室温から±5℃の範囲となった時に反応容器を氷水から外した。室温のまま3時間攪拌を続け、得られたポリアミック酸の溶液粘度は3,200cpsであった。

[合成例３]
熱電対及び攪拌機を備えると共に窒素導入が可能な反応容器にｎ-メチルピロリジノンを入れた。この反応容器を容器に入った氷水に浸けた後、反応容器に3,3’4,4’-ジフェニルスルフォンテトラカルボン酸二無水物（ＤＳＤＡ）、ＰＭＤＡを投入し、その後、1,3-ビス（4-アミノフェノキシ）ベンゼン（ＴＰＥ-Ｒ）を投入した。モノマーの投入総量が15ｗｔ％で、各酸無水物のモル比率（ＤＳＤＡ：ＰＭＤＡ）が90：10であり、酸無水物とジアミンのモル比が1.03：1.0となるよう投入した。その後、更に攪拌を続け、反応容器内の温度が、室温から±5℃の範囲となった時に反応容器を氷水から外した。室温のまま3時間攪拌を続け、得られたポリアミック酸の溶液粘度は3,200cpsであった。

上記銅箔１の絶縁層側の面に合成例１〜３のポリアミック酸溶液を順次塗布し、乾燥を繰り返し、銅箔上にポリイミド前駆体樹脂層を形成した積層体を得た。この積層体を340℃で、8時間かけて熱処理し、ポリイミド樹脂層の厚みが40μm（2μｍ/36μｍ/2μｍ）の片面銅箔の積層体を得た。この積層体を硫酸濃度20g/L、過酸化水素濃度80g/L、添加剤濃度3％の研磨液で化学研磨し、銅箔の厚みが8.0μｍになるようにすると共に、ポリイミド樹脂層と接していない銅箔の表面粗さＲｚが0.8μｍとなるようにして導体を形成し、導体と絶縁層とからなるCOF基板用積層体を得た。

上記で得たＣＯＦ基板用積層体に配線パターンを形成してＣＯＦフィルムキャリアテープとした。この時、インナーリード部の回路パターンを30μmピッチで作成し、錫メッキを施した後、倍率５０倍のレーザー顕微鏡にて目視で回路の直線性の確認を行いライン幅が不均一な状態が観察された場合をＮＧとした。その後、ＣＯＦフィルムキャリアテープのインナーリード部へ金バンプを有するＩＣを実装した。実装には、フリップチップボンダー「TFC-2100」芝浦メカトロニクス(株)製を使用し、ボンディングヘッドツール温度は100℃、ステージ温度は420℃、接合圧力は1バンプ当たりの荷重が20gfになるようにして行った。この実装の際、COFフィルムキャリアテープを通してＩＣを画像認識してＩＣの位置合わせに用いられるアライメントマークが認識可能であるかどうかで視認性評価を行った。実装後、ＨＨＢＴ試験機「ＥＴＡＣＨＩＦＬＥＸ」楠本化成（株）製にて（8 5℃、85％ＲＴ、150Ｖ、1000時間）を行い、信頼性評価を行った。結果を表１に示す。

市販のポリイミド樹脂フィルム（東レ・デュポン（株）製、商品名：カプトン150ＥＮ）を用い、片面に合成例1のポリアミック酸溶液をロールコーターにより乾燥後の厚さで2.0μｍになるように塗布して１５０℃で２分間乾燥させた後、もう一方の面に合成例2のポリアミック酸溶液をロールコーターにより乾燥後の厚さが2.0μｍになるように塗布し、７０℃で５分、１１０℃で５分乾燥後、１４０℃２分、１８０℃５分、２６５℃２分、エアーフロート方式の加熱炉にて硬化を行い、合成例1のポリアミック酸溶液を塗布した側が非熱可塑性ポリイミド樹脂層であり、合成例2のポリアミック酸溶液を塗布した側が熱可塑性ポリイミド樹脂層であるポリイミドの絶縁フィルムを得た。

次いで、上記で得られた絶縁フィルムの熱可塑性ポリイミド樹脂層側の面と上記銅箔４の絶縁層側の面とを重ね合わせ、シリコンゴムで覆われたロールラミネーターを用いて２４０℃、圧力１．５Ｍｐａの条件で銅箔４と上記絶縁フィルムとを貼り合わせた。その後、バッチ式のオートクレーブにて温度３４０℃４時間窒素雰囲気下でアニールを行って積層体を得た。この得られた積層体を実施例1と同様にして化学研磨を行い、銅箔の厚みを8.0μｍとし、絶縁フィルムと接していない銅箔の表面粗さＲｚを0.6μｍとなるようにして導体を形成し、導体と絶縁層とからなるCOF基板用積層体を得た。このCOF基板用積層体について、実施例１と同様にして実装を行い、実装時の画像認識、インナーリードの直線性及びCOF実装後信頼性について評価した。結果を表１に示す。

[比較例１]
上記銅箔２を用い、実施例１と同様にして積層体を形成して化学研摩を行った。得られたCOF基板用積層体の導体の厚みは8.0μｍであり、絶縁層と接している側の面の表面粗さＲｚが1.6μｍ、絶縁層と接していない側（レジスト面側）の表面粗さＲｚが1.2μｍであった。このCOF基板用積層体について、実施例１と同様にして実装を行い、実装時の画像認識、インナーリードの直線性及びCOF実装後信頼性について評価した。結果を表１に示す。

[比較例２]
上記銅箔３を用い、実施例１と同様にして積層体を形成して化学研摩を行った。得られたCOF基板用積層体の導体の厚みは8.0μｍであり、絶縁層と接している側の面の表面粗さＲｚが2.5μｍ、絶縁層と接していない側（レジスト面側）の表面粗さＲｚが0.9μｍであった。このCOF基板用積層体について、実施例１と同様にして実装を行い、実装時の画像認識、インナーリードの直線性及びCOF実装後信頼性について評価した。結果を表１に示す。

[比較例３]
銅箔４を用い、実施例1と同様にして積層体を形成した。この積層体については化学研磨を行わなかった。得られたCOF基板用積層体の導体の厚みは18μｍであり、絶縁層と接している側の面の表面粗さＲｚが0.8μｍ、絶縁層と接していない側（レジスト面側）の表面粗さＲｚが1.0μｍであった。このCOF基板用積層体について、実施例１と同様にして実装を行い、実装時の画像認識、インナーリードの直線性及びCOF実装後信頼性について評価した。結果を表１に示す。

[比較例４]
銅箔1を用いて、化学研摩を行う手前まで実施例1と同様にして積層体を作成した。次いで、この積層体を硫酸濃度80g/L、過酸化水素濃度20g/L、添加剤濃度3％の研磨液を用いて化学研磨を行い、銅箔の厚みが8.0μｍになるようにすると共に、ポリイミド樹脂層と接していない銅箔の表面粗さＲｚが1.6μｍとなるようにして導体を形成し、導体と絶縁層とからなるCOF基板用積層体を得た。このCOF基板用積層体について、実施例１と同様にして実装を行い、実装時の画像認識、インナーリードの直線性及びCOF実装後信頼性について評価した。結果を表１に示す。

Claims

銅箔よりなる導体の一方の面に絶縁性樹脂よりなる絶縁層が形成されたＣＯＦ基板用積層体の製造方法であって、少なくとも１０μｍの厚みを有し、かつ、一方の面の表面粗さＲｚが１．０μｍ以下である銅箔の当該面に絶縁層を形成し、この絶縁層と接していない銅箔の面を、過酸化水素７０〜８５ｇ／Ｌ及び硫酸１８〜２２ｇ／Ｌを含有した研磨液で化学研摩してこの銅箔の厚みを１〜８μｍにすると共に、表面粗さＲｚを１．０μｍ以下にして導体を形成することを特徴とするＣＯＦ基板用積層体の製造方法。
絶縁層は、ポリイミド前駆体樹脂溶液を導体に直接塗布した後、乾燥及び硬化させて形成される請求項１記載のＣＯＦ基板用積層体の製造方法。
絶縁層は、熱可塑性樹脂層を有する絶縁フィルムを導体に熱圧着して形成される請求項１記載のＣＯＦ基板用積層体の製造方法。
厚さ１２〜１８μｍであって、かつ、一方の面の表面粗さＲｚが１．０μｍ以下である銅箔を用いて化学研磨する請求項１〜３のいずれかに記載のＣＯＦ基板用積層体の製造方法。