专利名称：无胶粘剂挠性层压体及其制造方法
技术领域：
本发明涉及作为挠性印刷基板、TAB、 COF等电子部件的安装原 材使用的无胶粘剂挠性层压体及其制造方法。
背景技术：
在聚酰亚胺膜上层压主要由铜构成的金属导体层而成的FCCL (Flexible Copper Clad Laminate)作为电子产业中电路基板的原材广 泛使用。其中，在聚酰亚胺膜与金属层之间不具有胶粘剂层的无胶粘 剂挠性层压体(特别是二层挠性层压体)伴随着电路布线宽度的微间距 化而受到关注。作为无胶粘剂挠性层压体、特别是满足微间距要求的无胶粘剂挠 性层压体的制造方法，主要施行的是所谓的金属化法，即利用测射、 CVD、蒸镀等干式镀敷法在聚酰亚胺膜上预先形成金属层，接着利用 湿式镀敷法形成作为导体层的金属层。该金属化法中，为了提高金属层与聚酰亚胺膜的粘合强度，在形 成金属层之前，通过等离子体处理对聚酰亚胺膜表面进行改性，以除 去表面的污染物质以及提高表面粗糙度(参照专利文献1及2)。该方法虽然是非常有效的方法，但是已知其在电路形成时的热处 理和使用环境中的长期可靠性等方面存在粘合强度降低的问题，要求 进一步进行改善。通常，利用溅射法等干式镀敷法在聚酰亚胺膜上预先形成金属层 时，想出了通过选择中间层的材料来改善粘附性和蚀刻性的方案(参照专利文献3)，但是从电路形成时的热处理和使用环境中的长期可靠性等 观点来看，尚未达到实现进一步改善的目的。另外，提出了对聚酰亚胺膜的表面进行化学性刻蚀使表面粗化，在其上形成基底层，再在基底层上形成铜的蒸镀层的TAB或FPC中使用 的带金属膜的聚酰亚胺膜(参照专利文献4)。但是，该技术中的表面粗 化处理说到底是利用化学蚀刻进行的，不可能解决聚酰亚胺膜的表面 等离子体处理这一本质的问题。专利文献l:日本特许第3173511号公报 专利文献2:日本特表2003-519901号公报 专利文献3:日本特开平6-120630号公报 专利文献4:日本特开平6-210794号公报发明内容本发明的课题在于，不仅提高作为无胶粘剂挠性层压体(特别是二 层挠性层压体)的粘合强度指标的初始粘合强度，而且提高热老化后 (15(TC下在大气中放置168小时后)的粘合强度。鉴于上述课题，本发明提供以下发明。l)提供一种无胶粘剂挠性层压体，由至少一侧的表面进行了等离 子体处理的聚酰亚胺膜、在等离子体处理后的表面上形成的粘结层和 在粘结层上形成的金属导体层构成，其特征在于，粘结层的厚度(T)与 等离子体处理后的聚酰亚胺膜表面的十点平均粗糙度(Rz)之比T/Rz为2 以上。在此，粘结层是指用于提高聚酰亚胺膜层与金属导体层的粘合性 的中间层。"粘结层"这一术语在所述专利文献1(日本特许第3173511号 公报)中也已经使用，是作为一般性的技术术语已知的。本说明书中使 用"粘结层"这一术语。2) 作为粘结层，可以使用镍、铬、钴、镍合金、铬合金、钴合金 中的任何一种。这些均为能够提高聚酰亚胺膜层与金属导体层的粘合 性的材料，且在电路设计时可以进行蚀刻。这些材料在制作无胶粘剂 挠性层压体时有用。但是，应当理解在本发明中并不否定选择上述以 外的材料。3) 作为金属导体层可以使用铜或铜合金。这一点也同样并不否定 选择其它的材料。本发明中重要的是，使粘结层的厚度(T)与等离子体处理后的聚酰 亚胺膜表面的十点平均粗糙度(Rz)之比T/Rz为2以上。由此，不仅能提高作为无胶粘剂挠性层压体的粘合强度指标的初始粘合强度，而且能 够提高热老化后(15(TC下在大气中放置168小时后)的粘合强度。其详细理由在后面说明。4) 另外，优选粘结层的厚度(T)与等离子体处理后的聚酰亚胺膜表 面的十点平均粗糙度(Rz)之比为4以上。在该条件下，能够进一步提高 热老化后(15(TC下在大气中放置168小时后)的粘合强度。5) 另外，本发明中优选聚酰亚胺膜表面的十点平均粗糙度(Rz)为 2.5 20nm。 6)另外，优选粘结层的厚度(T)为5 100nm，并且7)优选粘 结层的厚度(T)为10 100nm。不用说，上述5)及6)的条件在制作本发明的无胶粘剂挠性层压体 时，均需要调节到使粘结层的厚度(T)与等离子体处理后的聚酰亚胺膜 表面的十点平均粗糙度(Rz)之比T/Rz全部能够达到2以上，更优选达到 7)比T/Rz为4以上。8)本发明中，要求在聚酰亚胺膜的等离子体处理后的表面上形成了粘结层及金属导体层的无胶粘剂挠性层压体的聚酰亚胺膜与金属层间的层压后的初始粘合强度为0.6kN/m以上，且在大气中、15(TC下加 热168小时后的粘合强度为0.4kN/m以上，更优选9)在大气中、15(TC下 加热168小时后的粘合强度为0.5kN/m以上，本发明的无胶粘剂挠性层 压体具备该条件。IO)另外，本发明提供一种制造无胶粘剂挠性层压体的方法，其特 征在于，对聚酰亚胺膜的至少一侧的表面进行等离子体处理，使聚酰 亚胺膜表面的十点平均粗糙度(Rz)为2.5 20nm，然后形成厚度5 100nm的粘结层，使粘结层的厚度(T)与等离子体处理后的聚酰亚胺膜 表面的十点平均粗糙度(Rz)之比T/Rz为2以上，接着在该粘结层上形成 金属导体层，使聚酰亚胺膜与金属层间的层压后的初始粘合强度为 0.6kN/m以上，且在大气中、15(TC下加热168小时后的粘合强度为 0.4kN/m以上。发明效果根据以上，本发明通过调节聚酰亚胺膜表面的十点平均粗糙度(Rz) 和粘结层的厚度(T)，具有能够提高聚酰亚胺膜与金属层间的层压后的 初始粘合强度.、并且提高热老化后的粘合强度的优良效果。
图l是表示初始粘合强度(常态剥离强度)与膜厚的关系的图。 图2是表示热老化后(在大气中、15(TC下加热168小时)的粘合强度(耐热剥离强度)的测定结果的图。图3是表示粘结层的厚度(T)/表面粗糙度(Rz)与粘合强度的关系的图。
具体实施方式
下面，对本发明的具体例进行说明。另外，以下的说明是为了容 易理解本发明，发明的实质并不受此说明的限制。即，包括本发明中所含的其它实施方式或变形。通过在聚酰亚胺膜的至少一侧的表面上形成粘结层、再在粘结层 的表面上形成金属导体层来制作无胶粘剂挠性层压体，这是基本的内 容。在此，通过对聚酰亚胺膜表面进行等离子体处理来除去表面的污 染物质并对表面进行改性，其结果是表面粗糙度增大。通过预先获得等离子体处理条件与表面粗糙度的关系，在规定的 条件下进行等离子体处理，能够得到具有所需表面粗糙度的聚酰亚胺 膜。例如，在等离子体处理的情况下，等离子体功率越高则表面粗糙 度RZ越大。本发明人对各种聚酰亚胺膜进行了深入研究，结果发现， 虽然根据聚酰亚胺膜的材质的不同及初始表面粗糙度的不同而有所差异，但都能调节到2.5 20nm的范围。该条件是本发明的优选范围。因此，作为一个实施方式，通过预先了解等离子体处理条件和表 面粗糙度，能够设定使等离子体处理后的聚酰亚胺膜表面的T/Rz为2以 上、进一步优选T/Rz为4以上的表面粗糙度。T/Rz小于2时，相对于表面粗糙度粘结层的厚度不足。此时会产生 等离子体处理后的聚酰亚胺膜表面的凹陷的部分未被粘结层充分覆盖 而产生空隙、或凸起的部分的粘结层变薄等现象。因此，当进行热老 化时，粘结层形成时与聚酰亚胺膜的粘合不充分的弱的部分容易不断 劣化。该条件是本发明的重要条件。在聚酰亚胺膜的等离子体处理后的表面上形成了粘结层及金属导 体层的无胶粘剂挠性层压体的聚酰亚胺膜与金属层间的层压后的初始 粘合强度，通常作为"常态剥离强度"进行测定，该常态剥离强度在等 离子体处理表面的粗糙度Rz为2.5 20nm的范围内不依赖于等离子体处理表面的粗糙度。但是，未涂布粘结层时，常态剥离强度降低到约一半。另一方面，热老化后的粘合强度(耐热剥离强度)受等离子体处理表 面的粗糙度影响很大。随着表面粗糙度的增大，在大气中、15(TC下加热168小时后的粘合强度降低到小于0.5kN/m，进一步降低到小于 0.4kN/m。用层间现象来看可知，表面粗糙度大时从金属导体层向聚酰亚胺 膜的扩散不断进行，而从金属导体层向聚酰亚胺膜的扩散越多，则耐 热剥离强度越弱。另一方面，已知常态剥离的剥离中有金属/聚酰亚胺界面附近的剥 离(界面破坏)和聚酰亚胺内部的剥离(凝聚破坏)这2种模式，但会出现哪 种模式或哪种模式更强还尚不明确。但是一般认为随着等离子体处理 的增强，界面强度增加，但聚酰亚胺的损伤所导致的劣化(WBL等)也会 进行。由以上可知，增大等离子体处理的功率、使聚酰亚胺膜表面的粗 糙度增加来提高粘结层和金属导体层的粘合强度的方法未必有效。本发明通过使由等离子体处理后的聚酰亚胺膜、在等离子体处理 后的表面上形成的粘结层和在粘结层上形成的金属导体层构成的无胶 粘剂挠性层压体中的粘结层的厚度(T)与等离子体处理后的聚酰亚胺膜 表面的十点平均粗糙度(Rz)之比T/Rz为2以上来解决上述问题。上述设定通过控制等离子体功率来进行，这成为能够提高聚酰亚 胺膜与金属层间的层压后的初始粘合强度、并且提高热老化后的粘合 强度的重要理由。实施例下面，通过实施例及比较例进行说明。另外，本实施例只不过是 一个例子，本发明并限于此例。即，包括本发明中所含的其它实施方 式或变形。聚酰亚胺膜所使用的材料没有特别限定。例如，有宇部兴产公司制造的UPILEX、杜邦/东丽杜邦公司制造的KAPTON、力冬力公司制造 的APOCAL等上市，但任何一种聚酰亚胺膜本发明均能应用。并不限 定于这样特定的品种。本实施例及比较例中，作为聚酰亚胺膜，使用 了宇部兴产公司制造的UPILEX-SGA。首先，最开始将聚酰亚胺膜设置在真空装置内，真空排气后，将 氧导入腔室内，调节腔室压力至10Pa。然后，通过改变等离子体处理的功率条件制作表面粗糙度不同的 聚酰亚胺膜。如图1所示，按照表面粗糙度Rz为5.1nm 9.9nm范围的4个等级进行。等离子体处理后的表面粗糙度的测定，使用以下装置在下述测定 条件下进行。装置岛津制作所制造扫描探针显微镜SPM-9600 条件动态模式 扫描范围 lpmXl|am 像素数 512X512接着，利用溅射在上述等离子体处理后的聚酰亚胺膜表面形成在 0 40nm(400A)的范围内改变厚度的粘结层(Ni-20重量％Cr)和其上的 300A的铜层。进而，在上述粘结层的表面利用电镀形成由铜构成的金属导体层(厚度8pm)，由此制作二层挠性层压体。对如此得到的试样，测定初始粘合强度及热老化后(15(TC下在大 气中放置168小时后)的粘合强度。粘合强度的测定根据JIS C6471(挠性 印刷布线板用覆铜箔层压板试验方法)进行。图l表示改变表面粗糙度时初始粘合强度(常态剥离强度)与粘结层 膜厚的关系。如图1所示，未涂布粘结层时的剥离强度最大为0.4kN/m，与涂布了粘结层时相比降低到约一半。在聚酰亚胺膜的等离子体处理后的表面上形成了粘结层及金属导 体层的无胶粘剂挠性层压体的聚酰亚胺膜与金属层间的层压后的初始 粘合强度即"常态剥离强度，，超过0.6kN/m。由此可知，常态剥离强度在形成了粘结层的情况下既不依赖于其 厚度也不依赖于表面粗糙度。聚酰亚胺膜与金属层间的层压后的常态 剥离强度即初始粘合强度，显然不受等离子体处理表面的粗糙度的直 接影响。接着，图2表示热老化后(在大气中、15(TC下加热168小时)的粘合 强度(耐热剥离强度)的测定结果。如图2所示，耐热剥离强度受等离子 体处理表面的粗糙度的影响很大。粘结层的膜厚为10nm(100A)的情况下，在大气中、150。C下加热168 小时后的粘合强度降低到小于0.4kN/m。该耐热剥离强度的降低随着表 面粗糙度的增大而变得更大。另一方面，通过增厚粘结层的膜厚，能观察到耐热剥离强度的改 善。从该图2可知也能使其达到0.5kN/m以上。11由以上可知，通过考察表面粗糙度(Rz)与粘结层的厚度(T)的相互关系、并使该关系满足一定的基准，能够实现耐热剥离强度的提高。图3表示T/Rz与粘合强度的关系。由图3可知，初始粘合强度在除 T/R^0(无粘结层)以外的所有情况下均为0.6kN以上，能够得到作为初 始粘合强度所希望的值。与此相对，如上述图1及图2中所示，热老化后的粘合强度在T/Rz-0 时小于0.1kN/m、在T/Rz〈2时小于0.4kN/m,但随着T/Rz的增加而增大， 在T/Rz》4时几乎恒定为0.5 0.6kN/m。图l及图2中所示的Rz的值是根据预先求出的等离子体功率与等离 子体处理后表面粗糙度的关系计算的值，用使Rz二5.1nm的等离子体功 率进行表面处理，通过蚀刻除去按照所述实施例制作的二层挠性层压 体的金属导体层和粘结层后的聚酰亚胺膜表面粗糙度的实测值为 5.5nm，显示出良好的一致性。另外，蚀刻中使用氯化铜类蚀刻液。由于热老化后的粘合强度为0.4kN/m以上、更优选为0.5kN/m，因 此通过以使T/Rz》2、优选T/Rz》4的方式制作无胶粘剂挠性层压体， 能够使初始粘合强度及热老化后的粘合强度分别为0.6kN/m以上、 0.4kN/m以上。本发明通过使由等离子体处理后的聚酰亚胺膜、在等离子体处理 后的表面上形成的粘结层和在粘结层上形成的金属导体层构成的无胶 粘剂挠性层压体中的粘结层的厚度(T)与等离子体处理后的聚酰亚胺膜 表面的十点平均粗糙度(Rz)之比T/Rz为2以上来解决上述问题，由上述 内容能够确认本发明的有效性。产业上的实用性本发明通过调节聚酰亚胺膜表面的十点平均粗糙度(Rz)和粘结层 的厚度(T)，具有能够提高聚酰亚胺膜与金属层间的层压后的初始粘合强度、并且提高热老化后的粘合强度的优良效果，作为用作挠性印刷基板、TAB 、 COF等电子部件的安装原材的无胶粘剂挠性层压体有用。
权利要求
1.一种无胶粘剂挠性层压体，由至少一侧的表面进行了等离子体处理的聚酰亚胺膜、在等离子体处理后的表面上形成的粘结层和在粘结层上形成的金属导体层构成，其特征在于，粘结层的厚度(T)与等离子体处理后的聚酰亚胺膜表面的十点平均粗糙度(Rz)之比T/Rz为2以上。
2. 如权利要求l所述的无胶粘剂挠性层压体，其特征在于，粘结 层为镍、铬、钴、镍合金、铬合金、钴合金中的任何一种。
3. 如权利要求1或2所述的无胶粘剂挠性层压体，其特征在于，金 属导体层为铜或铜合金中的任何一种。
4. 如权利要求1或2所述的无胶粘剂挠性层压体，其特征在于，粘 结层的厚度(T)与等离子体处理后的聚酰亚胺膜表面的十点平均粗糙度 (Rz)之比T/Rz为4以上。
5. 如权利要求1 4中任一项所述的无胶粘剂挠性层压体，其特征 在于，聚酰亚胺膜表面的十点平均粗糙度(Rz)为2.5 20nm。
6. 如权利要求1 5中任一项所述的无胶粘剂挠性层压体，其特征 在于，粘结层的厚度(T)为5 100nm。
7. 如权利要求1 5中任一项所述的无胶粘剂挠性层压体，其特征 在于，粘结层的厚度(T)为10 100nm。
8. 如权利要求1 7中任一项所述的无胶粘剂挠性层压体，其特征 在于，在聚酰亚胺膜的等离子体处理后的表面上形成了粘结层及金属 导体层的无胶粘剂挠性层压体的聚酰亚胺膜与金属层间的层压后的初始粘合强度为0.6kN/m以上，且在大气中、15(TC下加热168小时后的粘 合强度为0.4kN/m以上。
9. 如权利要求8所述的无胶粘剂挠性层压体，其特征在于，在大 气中、150。C下加热168小时后的粘合强度为0.5kN/m以上。
10. —种制造无胶粘剂挠性层压体的方法，其特征在于，对聚酰 亚胺膜的至少一侧的表面进行等离子体处理，使聚酰亚胺膜表面的十 点平均粗糙度(Rz)为2.5 20nm，然后形成厚度5 100nm的粘结层， 使粘结层的厚度(T)与等离子体处理后的聚酰亚胺膜表面的十点平均粗 糙度(Rz)之比T/Rz为2以上，接着在该粘结层上形成金属导体层，使 聚酰亚胺膜与金属层间的层压后的初始粘合强度为0.6kN/m以上，且 在大气中、150。C下加热168小时后的粘合强度为,0.4kN/m以上。
全文摘要
本发明提供一种无胶粘剂挠性层压体，由至少一侧的表面进行了等离子体处理的聚酰亚胺膜、在等离子体处理后的表面上形成的粘结层和在粘结层上形成的金属导体层构成，其中，粘结层的厚度(T)与等离子体处理后的聚酰亚胺膜表面的十点平均粗糙度(Rz)之比T/Rz为2以上。本发明的课题在于不仅提高作为无胶粘剂挠性层压体(特别是二层挠性层压体)的粘合强度指标的初始粘合强度，而且提高热老化后(150℃下在大气中放置168小时后)的粘合强度。
文档编号H01B5/14GK101627447SQ200880006330
公开日2010年1月13日 申请日期2008年2月1日 优先权日2007年3月20日
发明者牧野修仁 申请人:日矿金属株式会社