专利名称：柔性基板、多层柔性基板及它们的制造方法
技术领域：
本发明涉及柔性基板，特别涉及非常适合装配的柔性基板及多层柔性基板以及它们的制造方法。
背景技术：
柔性基板(FPCFlexible Printed Circuit)，以由导体和耐热高分子薄膜构成的组合为基本结构。只在耐热高分子薄膜的单面设置导体的柔性基板，称为单面柔性基板，在耐热高分子薄膜的两面设置导体的柔性基板，称为双面柔性基板。
在单面柔性基板的制造方法中，一般，采用铜箔层叠板(CCLCopperClad Laminate)。铜箔层叠板有2种其1种是通过粘合剂在耐热高分子薄膜上贴合铜箔的3层CCL，另1种是不借助粘合剂在耐热高分子薄膜上贴合铜箔的2层CCL。如此的2层CCL或3层CCL，例如可利用层叠法、铸造法或溅射镀膜法等制造。通过对2层CCL或3层CCL实施金属面腐蚀法，能够形成布线图案，制造单面柔性基板。
多层柔性基板，是通过在单面柔性基板或双面柔性基板上涂敷薄膜及绝缘树脂层而得到的基板。在多层柔性基板上，通过用镀膜法在通孔的内壁上设置金属，形成通孔导体(即过孔导体via)，电连接多层柔性基板的各层的布线图案间。
如此的柔性基板或多层柔性基板，由于弯折自如，因此有效地用于空间狭窄的装配区域。例如，不仅相机、便携式电话或便携式PC等小型液晶周围，而且即使对于打印机、HDD等PC相关设备等的狭窄空间，也能够装配柔性基板或多层柔性基板。近年来，随着电子器件更加小型化·轻量化·薄型化，要求半导体更加高密度化·高功能化。因此，要求装配半导体或无源元件等的柔性基板进一步薄型化·高密度化。例如，随着液晶显示器的彩色化·高精细化，要求增加输出端子数及缩小激励IC的焊盘间距等。
专利文献1特开平11-157002号公报(第3页)专利文献2特开2004-31588号公报(第2页)专利文献3特开平4-107896号公报(第1-2页)专利文献4特开平2-180679号公报(第1页)专利文献5特开平10-256700号公报(第2-3页)专利文献6特开2000-77800号公报(第1页)专利文献7特开2003-224366以往的柔性基板(或多层柔性基板)及其制造方法，存在以下(I)～(VII)的课题或问题。
(I)在发展柔性基板的更加薄型化·高密度化上，布线图案的微细化也重要。但是，柔性基板所用的铜箔的厚度通常为18～35μm，在金属面腐蚀法中，布线图案的线宽的微细化有限。即，在化学蚀刻等金属面腐蚀法中，难于从厚度18～35μm左右的铜箔形成75μm以下线宽的布线图案，如要使布线图案更加微细化，必须采用更薄的铜箔。
(II)在布线图案的形成中如果采用化学蚀刻等金属面腐蚀法，则蚀刻液残留在布线图案间，有可能严重影响绝缘可靠性。此外，在金属面腐蚀法中，得到的布线图案形成向基板表面突出的结构，降低基板的平坦性。因此，不仅难于在布线图案上装配形成在半导体芯片上的凸起(bump)，而且在装配后凸起有在布线图案间移动引起短路的可能性。另外，布线图案的突出结构本身，成为妨碍在装配后实施的树脂封装的主要原因。
(III)在层间的布线连接中，一般采用通孔。在如此的布线连接中，如果层叠数增加，通孔的数量增加，就难充分确保布线所需的空间。因此，一般通过层叠制作有通孔的单面柔性基板或两面柔性基板进行多层化。在此种情况下，在通孔导体内填充金属导电膏，但在金属导电膏中，为提高在通孔内的填充性及印刷性，必然含有液状树脂或溶剂，从而与利用通常的镀铜形成的电路相比，电阻值增高。另外，填充有金属导电膏的通孔，由于随着其直径的减小，难于填充金属导电膏，因此需要多量添加溶剂，调整金属导电膏的粘度及流动性。于是，由于金属导电膏中的溶剂在填充后蒸发，因此在蒸发的部分产生气孔。因而，如此的气孔，会导致通孔导体本身的电阻增加。
(IV)在通孔导体的形成中，通过激光加工在粘合剂层及薄膜等上形成孔。粘合剂层，虽然能够容易进行激光加工，但是相对于以往的柔性基板所用的厚薄膜，激光加工困难。具体是，以往的有机薄膜，有时因激光形成的加工热，加工孔的形状不能形成圆形，出现飞边。此外，由于使激光射出径小于入射径，存在难于在得到的孔中填充金属导电膏等问题。
(V)为了使柔性基板薄型化·高密度化，不仅需要使布线图案或通孔导体微细化，而且减薄连接在布线图案上的电路部件也很重要。但是，电感器、电容器及电阻器等无源元件，一般以朝基板面突出的状态装配，因此，存在作为整体基板变厚的问题。
(VI)在以往的柔性基板中，一般，在柔性基板的露出表面上形成无源元件或有源元件，不在柔性基板中内置有源元件。从而，在由如此的柔性基板形成的多层柔性基板上，形成对于露出表面上的无源元件或有源元件进行多层化，在各层的布线图案间形成无源元件或有源元件的构成。因此，在如此的多层柔性基板上存在布线允许区域窄的问题。
(VII)柔性基板，由于用于在狭窄的空间弯折，因此要求弯曲寿命(或滑动弯曲性)良好。为此，例如，需要2层CCL具有足够的弯曲寿命，要求聚酰亚胺薄膜和铜箔的粘接强度高。在3层CCL中，不仅要求聚酰亚胺薄膜和铜箔的粘接强度高，而且要求它们与粘合剂组合物的粘接强度也要高。
另外，对于利用蚀刻形成的以往的布线图案，布线图案在基板表面露出，因柔性基板的弯曲，在布线图案上容易产生微细裂纹，所以在弯曲寿命方面，不一定能够满足。
发明内容
本发明是鉴于以上的以往技术的课题或问题(I)～(VII)而提出的，其目的在于提供一种可靠性高的高密度的薄型柔性基板，其弯曲寿命优良。
此外，本发明的目的还包括提供一种如此的柔性基板的制造方法。
本发明提供一种柔性基板，其特征在于，具有(i)薄膜、(ii)绝缘树脂层，形成在薄膜的表面(即“正面”的面)及与该表面相对的背面上、(iii)嵌入绝缘树脂层内的布线图案、及(iv)过孔导体，配置在表面的布线图案和背面的布线图案的之间，将所述表面的布线图案和所述背面的布线图案电连接；其中，表面的绝缘树脂层和背面的绝缘树脂层比所述薄膜厚。
此外，为了得到如此的柔性基板，提供一种柔性基板的制造方法，包括(a)在薄膜的表面及与所述表面相对的背面上，形成比薄膜厚的绝缘树脂层的工序；(b)在薄膜及绝缘树脂层上形成贯通孔的工序；(c)向所述贯通孔中填充导电树脂组合物的工序；及(d)在绝缘树脂层内嵌入布线图案，使布线图案与所述导电树脂组合物电连接的工序。
在本发明的柔性基板中，布线图案嵌入绝缘树脂层内，优选，布线图案与绝缘树脂层成一面或大致一面地嵌入绝缘树脂层中。此外，在本发明的柔性基板上，由于在表面侧的布线图案和背面侧的布线图案的之间设置过孔导体，因此过孔导体不贯通基板整体(因而，本说明书的过孔导体也称为“内过孔导体”)。
本发明的柔性基板，由于布线图案与绝缘树脂层成一面(或大致一面)，因此平坦性优良，在装配半导体芯片时，能够高精度装配。此外，嵌设在绝缘树脂层中的布线图案，由于保持与绝缘树脂层的粘接强度，分散施加给布线图案的应力，因此柔性基板还具有足够的弯曲性(即，弯曲寿命良好)。此外，由于布线图案用转印方法嵌入形成在绝缘树脂层中，因此不存在蚀刻液等的残渣，能够得到清洁的基板表面，绝缘可靠性优良。
此外，在制造柔性基板时，由于能够任意选择过孔导体的位置，因此能够在布线图案所要求的位置形成导通，易于布线设计。另外，由于布线图案嵌入绝缘树脂层内，因此缩小表面的布线图案和背面的布线图案的间隔，从而能够使过孔导体小型化。
另外，对于从本发明的柔性基板制造的多层柔性基板，由于是在薄膜上形成无源元件或有源元件的形式，因此能够缩短布线长度地高密度装配无源元件和有源元件。因而，通过组合多种无源元件和有源元件，能够得到具有更高功能的电子电路的柔性基板。此外，由于能够如此高密度装配无源元件和有源元件，因此能够将伴随电子电路的高速处理化的布线间的寄生容量或电感的影响抑制在最小限度。另外，由于是在基板内部配置多种无源元件及有源元件的构成，因此能够将表面装配所用面积及部件数量抑制在最小限度，能够进一步的小型化·薄型化。
图1是示意表示本发明的柔性基板100的构成的剖面图。
图2是示意表示包含无源元件的本发明的柔性基板110的构成的剖面图。
图3是示意表示包含无源元件的另一本发明的柔性基板120的构成的剖面图。
图4是示意表示本发明的多层柔性基板200的构成的剖面图。
图5(a)～(d)是示意表示柔性基板100的制造工序的剖面图。
图6(a)～(e)是示意表示包含无源元件的柔性基板110的制造工序的剖面图。
图7是表示薄膜弹性率和弯曲次数的关系的图表。
图8是表示曲率半径和弯曲次数的关系的图表。
图9是表示绝缘树脂层厚度/薄膜厚度的比和弯曲次数的关系的图表。
图中1-薄膜，2a、2b-绝缘树脂层，3a、3b-布线图案，4-过孔导体(via)，5-电容器，6-布线(电极布线)，7、8-电阻器，13-贯通孔，14-导电树脂组合物，100-柔性基板，110、120-包含无源元件的柔性基板，200-多层柔性基板。
具体实施例方式
以下，具体说明本发明的柔性基板及其制造方法。
图1是用剖面表示本发明的柔性基板100的构成。如图1所示，本发明的柔性基板100，在薄膜1的两面，形成比薄膜1厚的绝缘树脂层2a、2b，在该绝缘树脂层2a、2b内嵌入布线图案3a、3b。特别是，布线图案3a、3b，以基板表面达到平坦的方式嵌入绝缘树脂层2a、2b内。过孔导体4，设在被形成于表面侧的绝缘树脂层2a上的布线图案3a和被形成于背面侧的绝缘树脂层2b上的布线图案3b的之间，具有相互电连接布线图案3a、3b的功能。
在本发明的柔性基板100上，以厚度大于薄膜1的方式形成绝缘树脂层2a、2b。例如，绝缘树脂层(2a或2b)的厚度/薄膜的厚度比，优选1.1～8，更优选1.2～6。另外，此处所谓的“绝缘树脂层的厚度”，是指形成在薄膜一面上的绝缘树脂层的厚度。作为具体的厚度，例如，绝缘树脂层2a、2b的厚度为3～80μm，薄膜1的厚度为2～16μm。如此，如果以厚度大于薄膜1的方式形成绝缘树脂层2a、2b，柔性基板的弯曲性或滑动弯曲性就良好。因为，在柔性基板弯折的情况下，施加给薄膜及嵌设的布线图案的应力被低弹性率的绝缘树脂层缓和。
在将布线图案3a、3b嵌入绝缘树脂层2a、2b内的方式中，优选布线图案3a、3b的厚度是绝缘树脂层2a、2b的厚度的40％～100％，更优选达到80％～95％。如果按如此的比例在绝缘树脂层中嵌入布线图案，具有降低过孔导体电阻的效果。此外，由于缩小表面的布线图案3a和背面的布线图案3b的间隔，所以能实现过孔导体的小型化。
本发明的柔性基板100所用的薄膜1，一般是具有绝缘性的薄膜，优选是树脂薄膜等有机薄膜。但是，薄膜1，只要是具有耐热性、柔性、平滑性及低吸水率等的薄膜就可以，不特别限定。例如，优选利用从聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯硫醚(PPS)、聚酰亚胺(PI)、聚酰胺(PA)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)、聚醚亚胺(PEI)、聚丙烯酸酯(PAR)、聚砜(PS)、非晶性聚烯烃(PO)、聚酰胺-酰亚胺(PAI)、液晶聚合物(LCP)、改性聚苯撑醚(PPE)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚碳酸酯(PC)及聚醚醚酮(PEEK)等组成的群组中选择的材料形成薄膜1。如果采用如此的材料，就能够得到耐热性及柔性特别优良的薄膜。因此，如果在柔性基板中采用从如此的材料形成的薄膜，就能够得到可在空间狭窄的区域弯折装配的柔性基板，能够有助于电子设备的更加小型化·轻量化·薄型化的实现。
在上述列举的材料中，特别优选聚酰胺。因为聚酰胺具有高刚性及高耐热性。特别优选芳香族聚酰胺即芳族聚酰胺。因为芳族聚酰胺即使形成薄膜，薄膜的韧性也高，手工操作性也优良，有助于实现更薄的柔性基板。此外，即使在芳香族聚酰胺中，对系芳香族聚酰胺，由于主链具有直线的结构，因此与间系芳香族聚酰胺相比，高刚性更显著，能够使薄膜更加薄膜化。如果薄膜如此薄膜化，容易对薄膜进行激光加工，能够形成微细的过孔导体。
形成在薄膜1的两面上的绝缘树脂层2a、2b，具有收纳布线图案3a、3b的功能。为了提高与布线图案3a、3b的粘接性，或者，为提高多层化时的基板间的粘接性，优选绝缘树脂层2a、2b具有粘合性。因而，绝缘树脂层2a、2b的材料，优选是从环氧树脂、聚酰亚胺树脂、丙烯酸树脂及它们的改性树脂中选择的至少1种。
布线图案3a、3b，只要是具有导电性的材料，可由任何材料形成，但是，例如，优选由从铜、镍、金及银中选择的金属材料形成。布线图案3a、3b的厚度，虽然可根据用途变化，但是优选3～18μm的范围，优选将布线图案3a、3b形成膜状。为实现更薄的、具有高密度布线的柔性基板，更优选以厚度达到3～12μm的方式形成布线图案3a、3b。
在本发明的柔性基板100中，其特征在于，将布线图案3a、3b嵌入绝缘树脂层2a、2b中。优选采用转印方法得到如此的布线图案3a、3b。具体是，首先，准备预设有布线图案3a、3b的承载薄片和两面具有绝缘树脂层2a、2b的薄膜1。承载薄片本身，由PET等有机薄膜或铜箔等金属箔等构成，优选是厚度为25～200μm左右的薄片材。然后，以布线图案3a、3b和绝缘树脂层2a、2b连接的方式重叠挤压承载薄片和薄膜1。通过该挤压，在薄膜1的绝缘树脂层2a、2b内嵌入承载薄片上的布线图案3a、3b。在由热硬化型树脂构成绝缘树脂层2a、2b的情况下，优选在嵌入时使绝缘树脂层2a、2b形成半硬化状态。最终，通过去除承载薄片，得到在绝缘树脂层2a、2b内嵌入布线图案3a、3b的薄片基板。在此种情况下，布线图案3a、3b，优选以与绝缘树脂层2a、2b成一面或大致一面的方式嵌入该绝缘树脂层2a、2b内。由此，柔性基板的平坦性优良，有利于多层化。采用如此的转印方法，与采用湿式蚀刻形成的布线图案相比，能够形成精密距离的布线图案。例如，相对于采用湿式蚀刻形成的布线图案的线/空(L/S)为40μm/40μm左右，采用转印方法的布线图案的线/空(L/S)能够微细化到15μm/15μm(间距30μm)。
在本发明的柔性基板100中构成的过孔导体4被设在表面的布线图案3a和背面的布线图案3b的之间，与布线图案3a、3b连接地设置。因而，具有相互电连接表面的布线图案3a和背面的布线图案3b的功能。为此，过孔导体4，优选由含有从铜、镍及银等中选择的金属的导电树脂组合物形成。
然后，下面，说明本发明的柔性基板的优选的实施方式(I)～(V)。
作为优选的实施方式(I)，至少1个无源元件及/或有源元件、和与所述无源元件及/或有源元件电连接的布线，设在薄膜的表面及背面的至少一方的面上，布线和过孔导体电连接。
图2表示包括无源元件的本发明的柔性基板110的构成。在图2中，对于与图1相同的要素，附加同一符号。图2与图1的不同之处，在于在薄膜1的一方的面上设置电容器5、布线6及电阻器7，以电连接表面或背面的布线图案3a、3b和布线6的方式形成过孔导体4。在此方式中，电容器5经由布线6与过孔导体4电连接，此外，电阻器7经由布线6与过孔导体4连接。另外，布线6也可以是电极布线。
在如此的方式中，通过组合各种有源元件和无源元件，能够在基板内部形成电子电路。此外，由于能够缩短布线长度地高密度装配各种无源元件和有源元件，因此能够抑制布线间的寄生容量或电感对电路的影响。另外，由于无源元件及/或有源元件和布线覆盖在绝缘树脂层上，因此能够维持与薄膜的粘接强度，柔性基板110具有足够的弯曲性。此外，由于无源元件及/或有源元件和布线不露出基板表面地嵌设在绝缘树脂层内，因此基板表面平坦，能够无布线阻碍地层叠，能够得到高密度的多层柔性基板。
作为优选的实施方式(II)，将无源元件及/或有源元件形成膜状。此处所谓的“膜状”，是指无源元件及/或有源元件的厚度在0.01～70μm左右。如此，通过膜状形成无源元件及/或有源元件，能够实现薄型的柔性基板，能够得到足够的弯曲性。
另外，作为优选的实施方式(III)，形成又一不同的无源元件及/或有源元件。
图3用剖面表示内置又一不同的无源元件的本发明的柔性基板120的构成。在图3中，对于与图2相同的要素，附加同一符号。图3与图2的不同之处在于以嵌入绝缘树脂层2b内的状态，在布线图案3b的之间形成电阻器8。
在如此的实施方式中，通过组合各种有源元件和无源元件，能够在基板内部形成更高性能的电子电路。此外，即使在如此的实施方式中，由于能够缩短布线长度地高密度装配柔性基板，因此能够抑制布线间的寄生容量或电感等对电路的影响。
此处，无源元件，优选是从由无机电介体构成的电容器、电阻器、电感器及它们的组合等中选择的元件。因而，能够作为具有过滤器等功能的元件在柔性基板内部装配无源元件。
电容器所用的无机电介体，优选是由ATiO3型钙钛矿(perovskite)构成的材料，“ATiO3”中的A，优选是从锶(Sr)、钙(Ca)、镁(Mg)、钡(Ba)及铅(Pb)等中选择的至少1种以上的元素。如果由这样的材料形成无机电介体，就能够得到电容率高的电容器。结果，每单位面积的静电电容增大，有助于柔性基板的小型化。
无源元件所用的电阻器，优选由从钽(Ta)、钛(Ti)、镍铬合金(Ni-Cr)、钛镍合金(Ti-Ni)、氮化钽(TaN)、铬-氧化硅(Cr-SiO)、掺锡氧化铟(ITO)、氧化锌(ZnO)、铜铝氧化物(CuAlO2)、锶铜氧化物(SrCu2O2)及掺铝氧化锌等中选择的材料形成。如果由如此的材料形成电阻器，可得到高电电阻的电阻器。结果。每单位面积的电阻值增大，有助于柔性基板的小型化。
作为优选的实施方式(IV)，有源元件优选是有机半导体。由有机半导体形成的有源元件的优点在于不仅薄、轻，而且具有柔性。此外，有机半导体，由于不经过复杂的制造工序，能够用轮转机印刷或喷墨打字机印刷等简易的制造方法制作，因此与以往的无机半导体相比，能够抑制制作成本。
特别是，有机半导体，优选是pn结型太阳能电池。原因是，由于能够在柔性基板内部形成太阳能电池，因此能够高密度设计更高性能的电子电路。例如，能够实现不需要供给电源的模组。另外，与以往的由无机物构成的太阳能电池相比，pn结型太阳能电池，原料廉价，制作不需要大型的设备，另外，由于还能够采用在基板上涂布有机物的溶液等的制造方法，从而能够用低成本制造具有柔性的轻量的薄型柔性基板。
另外，作为优选的实施方式(V)，层叠本发明的柔性基板，制造多层柔性基板。图4用剖面图表示本发明的多层柔性基板200的构成。图示的多层柔性基板200，由第1柔性基板101、第2柔性基板102及第3柔性基板103构成。在如此的多层柔性基板200中，由于能够在多层柔性基板的内部配置各种无源元件，因此能够最低限度地抑制表面装配所需的面积及部件数量，结果有助于电子设备的小型化。此外，由于能够以缩短布线长度的方式高密度装配各种无源元件，因此能够将布线间的寄生容量或电感等对电路的影响抑制在最低限度，结果有助于实现高性能的多层柔性基板。
以下，说明本发明的柔性基板的制造方法。
本发明的制造方法，包括(a)在薄膜的表面及与该表面相对的背面上，形成比薄膜厚的绝缘树脂层的工序；(b)在薄膜及绝缘树脂层上形成贯通孔的工序；(c)向贯通孔中填充导电树脂组合物的工序；及(d)在绝缘树脂层内嵌入布线图案，使布线图案与导电树脂组合物电连接的工序。在本发明的制造方法中，由于能够任意选择设置过孔导体的位置，因此能够在布线图案所要求的部位形成导通，从而易于布线设计。
在工序(a)，在薄膜的表面及与该表面相对的背面上，形成比薄膜厚的绝缘树脂层。因而，在薄膜表面上涂布环氧树脂、聚酰亚胺树脂、丙烯酸树脂或它们的改性树脂等。在涂布时，优选采用浸涂法、滚涂法、模涂法、喷涂法或帘涂法等。优选涂布后，虽然干燥绝缘树脂层，但也只形成半硬化状态，因而，优选在绝缘树脂层的形成后，在40～100℃的温度下附加绝缘树脂层。
然后，在工序(b)，在薄膜及绝缘树脂层上形成贯通孔。贯通孔的直径，优选5～100μm，更优选10～50μm。在形成贯通孔时，能够采用激光、冲孔或钻孔等手段。
在工序(c)，向贯通孔中填充导电树脂组合物。优选在填充前，将导电树脂组合物形成膏状。因而，导电树脂组合物，优选在25～40℃的温度下具有10～300Pa·s的粘度。另外，也可以采用丝网印刷法填充导电树脂组合物。此外，不限定填充导电树脂组合物的方式，也可以通过实施通孔镀膜等，在贯通孔的内壁上形成金属的方式。
在工序(d)，在绝缘树脂层内嵌入布线图案，布线图案与导电树脂组合物电连接。因而，布线图案需要设在与填充在贯通孔内的导电树脂组合物接触的位置上。在该工序(d)，优选采用转印方法，优选在通过工序(a)～(c)得到的薄膜上的绝缘树脂层上转印预先形成在承载薄片上的布线图案。在转印方法中，优选在40～120℃的温度下，以0.1～3MPa的压力，向绝缘树脂层推压承载薄片。如果采用转印方法，在承载薄片上预先形成布线图案后，进行检查，由于在绝缘树脂层中只嵌入合格的布线图案，因此能够高成品率地制造柔性基板。另外，在嵌设布线图案后，优选在100～200℃的温度及0.1～3MPa的压力的条件下，使绝缘树脂层真正硬化。
作为一优选实施方式，本发明的制造方法，还包括，在薄膜的表面及背面的至少一方上设置至少1个无源元件及/或有源元件、和与该无源元件及/或有源元件电连接的布线的工序。因而，在此种情况下，在工序(a)中采用的薄膜，是在表面及背面的至少一方上形成所述至少1个无源元件及/或有源元件、和与该无源元件及/或有源元件电连接的布线的薄膜。另外，在采用如此的薄膜的情况下，在工序(c)中，设在薄膜上的布线和填充在贯通孔内的导电树脂组合物能够电连接。通过将布线与导电树脂组合物电连接，能够电连接布线、表面的布线图案和背面的布线图案。在如此的实施方式中，通过组合各种有源元件和无源元件，能够形成电子电路。此外，由于能够以缩短布线长度的方式装配各种有源元件和无源元件，从而能够抑制布线间的寄生容量或电感对电路的影响。另外，在本发明的制造方法中，由于用绝缘树脂层覆盖无源元件及/或有源元件和与该无源元件及/或有源元件电连接的布线，因此能够得到维持与薄膜的粘接强度、弯曲性优良的柔性基板。
至少1个无源元件及/或有源元件、以及与该无源元件及/或有源元件电连接的布线，可以通过溅射法、真空镀膜法或离子镀法形成。如果采用如此的方法，能够在低温下用粘接性好的、高熔点的材料制膜。因此，能够对薄膜无损伤地形成无源元件、有源元件或布线。
此外，同样，也能够采用丝网印刷法、金属掩模印刷法或描绘法。即使采用如此的方法，也能够在低温下制膜，不仅对薄膜无损伤，而且还能够以低成本形成无源元件、有源元件或布线。
另外，在转印时，不只是在绝缘树脂层上转印布线图案，也可以与其一起，在绝缘树脂层上转印无源元件及/或有源元件。在此种情况下，在承载薄片上预先形成布线图案和无源元件及/或有源元件后，能够在薄膜的两面的绝缘树脂层内嵌设该布线图案和无源元件及/或有源元件。
以上，说明了本发明的柔性基板的制造方法，但如果反复实施如此的柔性基板的制造方法，能够得到图4所示的多层柔性基板200。
下面，参照图5说明本发明的柔性基板100的一例制造工序。
首先，在甲苯或二甲苯等芳香族系溶剂、甲基乙基甲酮或丙酮等酮系溶剂、甲醇或乙醇等醇系溶剂、或二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺等极性溶剂等溶剂中，溶解环氧系的热硬化型树脂组合物等绝缘性材料，形成清漆状态。接着，用浸涂法、滚涂法、模涂法、喷涂法或帘涂法等涂布手段，将如此的绝缘性材料涂布在芳香族聚酰胺或聚酰亚胺等有机薄膜1的两面上，形成绝缘树脂层2a、2b(参照图5(a))。形成的绝缘树脂层2a、2b，优选形成半硬化状态。
接着，在薄膜1的两面设有绝缘树脂层2a、2b的薄片材上，采用二氧化碳激光器或UV激光器等，形成贯通孔13(参照图5(b))。接着，用印刷法等在贯通孔内填充导电树脂组合物14(参照图5(c))，用转印方法，将布线图案3a、3b嵌入绝缘树脂层2a、2b内。此时，优选布线图案3a、3b和绝缘树脂层2a、2b形成一面。即，优选以薄片材表面无高度差、平滑的方式，将布线图案3a、3b嵌入绝缘树脂层2a、2b内。此外，通过以表面的布线图案3a的一部分和背面的布线图案3b的一部分与导电树脂组合物14连接的方式，将布线图案3a、3b设在绝缘树脂层2a、2b内，形成过孔导体4(参照图5(d))。最终，通过使绝缘树脂层2a、2b真正硬化，得到本发明的柔性基板100。
下面，参照图6，说明内置无源元件的柔性基板110的一例制造工序。
首先，在芳族聚酰胺或聚酰亚胺等有机薄膜1的表面及背面的至少一方的面上，形成电容器5及布线6(参照图6(a))。布线6，以布线6的一部分位于之后形成的过孔导体(即，填充导电树脂组合物的贯通孔)的位置上的方式形成。也可以采用溅射法、真空镀膜法或离子镀法等，在薄膜1的表面及背面的至少一方的面上呈薄膜状(膜厚0.01～1μm左右)形成电容器5及布线6。此外，也可以采用丝网印刷法、金属掩模印刷法或描绘法等，以厚膜状(膜厚1～70μm左右)形成电容器5及布线6。
在图6所示的制造工序中，虽然作为无源元件形成电容器5，但也不限定此方式，也可以在薄膜1的表面及背面的至少一方的面上形成有源元件。在此种情况下，有源元件优选有机半导体，更优选有机半导体是pn结型太阳能电池。
接着，在甲苯或二甲苯等芳香族系溶剂、甲基乙基甲酮或丙酮等酮系溶剂、甲醇或乙醇等醇系溶剂、或二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺等极性溶剂等溶剂中，溶解环氧系的热硬化型树脂组合物等绝缘性材料，形成清漆状态。接着，用浸涂法、滚涂法、模涂法、喷涂法或帘涂法等涂布手段，将该绝缘性材料涂布在形成电容器5及布线6的薄膜1的两面上，形成绝缘树脂层2a、2b(参照图6(b))。形成的绝缘树脂层2a、2b，优选形成半硬化状态。
接着，在薄膜1的两面设有绝缘树脂层2a、2b的薄片材上，采用二氧化碳激光器或UV激光器等，形成贯通孔13(参照图6(c))。然后，用印刷法等在贯通孔内填充导电树脂组合物14(参照图6(d))。由此，导电树脂组合物14与布线6电连接。接着，用转印方法，将布线图案3a、3b嵌入绝缘树脂层2a、2b内。此时，优选布线图案3a、3b和绝缘树脂层2a、2b形成一面。即，优选以薄片材表面无高度差、平滑的方式，将布线图案3a、3b嵌入绝缘树脂层2a、2b内。此外，通过以表面的布线图案3a的一部分和背面的布线图案3b的一部分与导电树脂组合物14连接的方式，将布线图案3a、3b设在绝缘树脂层2a、2b内，形成过孔导体4(参照图6(e))。最终，通过使绝缘树脂层2a、2b真正硬化，得到本发明的柔性基板110。
下面，说明一例制造本发明的多层柔性基板的方法。
本发明的多层柔性基板，以按上述的本发明柔性基板的制造方法得到的柔性基板作为构成单位。因而，在本发明的柔性基板的制造方法中，准备多块在绝缘树脂层内嵌入有布线图案的基板。在此步骤，绝缘树脂层，还未完全硬化，呈半硬化状态。接着，使准备的多块基板相互适当对正、重叠，得到多层柔性基板的前驱体。而后，采用例如滚式热加压装置等，使前躯体的绝缘树脂层一并硬化。由于多层柔性基板的前驱体，在通过滚的间隙时被挤压，同时加热熔化绝缘树脂层，并使之硬化，结果前躯体形成一体化，得到多层柔性基板。在如此的制造方法中，由于能够采用滚筒对滚筒工序或滚筒对滚筒工序，因此与采用以往的平行平板式的加热加压挤压机等时相比，能够容易制造多层柔性基板。另外，由于滚筒对滚筒工序或滚筒对滚筒工序能够从长尺寸的基材连续地制造柔性基板，因此能够低成本地制造多层柔性基板，在制造效率方面，优选此方法。
基于实施例1～4，就本发明的柔性基板及其制造方法进行试验。
首先，在实施例1及实施例2中，进行本发明的柔性基板的弯曲寿命的试验。
(薄膜材料)本实施例所用的薄膜(有机薄膜)示于表1。
表1
(弯曲寿命的测定用基板的制作)在薄膜的两面上用滚涂法涂布热硬化型环氧树脂，形成绝缘树脂层。然后，将布线图案嵌入该绝缘树脂层内。
在布线图案的嵌入之前，首先，在成为布线图案的支撑基材的厚70μm的电解铜箔的表面上，形成由镍磷合金构成的薄的剥离层，在该剥离层上，用电解镀膜法形成厚12μm的铜箔。然后，通过在该铜箔上粘贴干薄膜抗蚀剂，依次实施曝光、显影、蚀刻及抗蚀剂膜去除，形成布线图案。
接着，将具有布线图案的支撑基材相对于形成在薄膜的表面侧及背面侧的绝缘树脂层，位置对正地重叠后，加热到60℃，施加5分钟3MPa的压力，在绝缘树脂层内嵌入支撑基材布线图案。接着，在冷却后，只剥离支撑基材，在140℃、5MPa的条件下，加热1小时，使绝缘树脂层真正硬化。按以上方法，得到以柔性基板为基体的基板。基板的规格示于表2。
表2
(弯曲寿命的测定)对得到的各种样品基板，用IPC-240C及依据JIS-C5016的方法，测定弯曲寿命。
在进行弯曲寿命的测定时，首先，在以达到一定曲率的方式将样品基板弯折180°的状态下，在按一定的间隔对向的2块平板的之间固定样品基板，然后通过按确定的速度及行程并行沿平板相互间移动，使样品基板滑动，并使之重复往返运动。此时，监测位于样品基板的内侧曲面的布线图案的直流电阻值，将从初期的电阻值增加80％时的往返运动次数作为弯曲寿命。另外，作为比较例，对布线图案所用的铜箔(即，用电解镀膜法形成的12μm的铜箔)，用同样的方法研究弯曲寿命。
(结果)图7示出本实施例的结果。图7是图表化表示相对于室温下的薄膜拉伸弹性率的弯曲次数(＝弯曲寿命)的图。在比较例中，往返运动800次出现断裂。鉴于该情况，参照图7得知，以本发明的柔性基板为基体的基板，具有与薄膜的弹性率无关的良好的弯曲寿命。基板如此具有良好的弯曲寿命的理由，认为是由于布线图案嵌设在绝缘树脂层内，因此能够利用固定布线表面的绝缘树脂层分散布线的应力，从而能够抑制因弯曲在布线图案产生的微细裂纹的扩大。
(弯曲寿命的测定用基板的制作)在实施例2中，采用与实施例1相同的方法，多种变化绝缘树脂层厚度和薄膜厚度的比，准备基板。准备的基板的规格示于表3。
表3
(试验条件)薄膜全部采用芳族聚酰胺薄膜(“ミクトロン”东レ株式会社制)。样品基板2a～2e的基板的厚度大致相同，样品基板2c、2f、2g的薄膜的厚度大致相同。对如此的样品基板，采用与实施例1同样的方法测定弯曲寿命。作为试验条件，设定为试验速度25Hz、行程25mm，曲率半径设定为2mm、4mm、8mm。
(结果)图8及图9示出本实施例的结果。图8是图表化表示相对于曲率半径的弯曲次数(＝弯曲寿命)的图。图9是图表化表示相对于薄膜厚度的绝缘树脂层的厚度比(＝绝缘树脂层厚度/薄膜厚度)和弯曲次数(＝弯曲寿命)。参照上述图表得知，在绝缘树脂层的厚度比薄膜厚的样品基板中，示出良好的弯曲寿命，弯曲半径越小其效果越显著。弯曲寿命如此良好的理由，认为是由于能够利用低弹性率的绝缘树脂层更加缓和施加给布线图案及薄膜的应力。
下面，在以下的实施例3～5中，采用本发明的制造方法制作柔性基板及多层柔性基板。
(本发明的柔性基板的制作)
作为实施例3的薄膜，使用厚4μm的芳族聚酰胺薄膜(东レ株式会社制“ミクトロン”)。在该薄膜的两面，用浸涂法涂布热硬化型环氧树脂，制作带环氧树脂的芳族聚酰胺薄片。另外，以薄膜上的环氧树脂层达到规定厚度的方式进行涂布，在涂布后进行干燥，使环氧树脂层形成半硬化状态。在该带环氧树脂的芳族聚酰胺薄片的上面，采用热压机，以环氧树脂不会硬化的方式，在温度40℃、压力0.5MPa的条件下，粘贴厚9μm的PEN薄膜。接着，在贴合有PEN薄膜的带环氧树脂的芳族聚酰胺薄片上，采用UV-YAG激光器，形成多个50μm的贯通孔。然后，用印刷法在贯通孔内填充导电树脂组合物，转入干燥工序。关于用于填充的导电树脂组合物，考虑到对小径孔的填充性，用3个滚筒混炼平均粒径1μm的铜粉70重量％、作为树脂成分的双酚A型环氧树脂10重量％、作为环氧树脂的硬化剂的胺加合物硬化剂3重量％、二甘醇-丁醚乙酸酯17重量％，调成膏状。在填充时，以带环氧树脂的芳族聚酰胺薄片上的PEN薄膜作为掩模，采用现有的丝网印刷机。即，直接在PEN薄膜上，用聚氨酯涂刷器刷入膏状的导电树脂组合物，从基板表面填充到贯通孔内。
接着，在带环氧树脂的芳族聚酰胺薄片上形成布线图案，但在其之前，首先，准备2块在70μm厚铜箔的单面上用电解镀膜法形成规定厚度的铜的复合铜箔(古河サ一キツトフオイル株式会社制商品名称“ピ一ラブル铜箔”、铜镀膜厚5μm、9μm、12μm)。然后，依次进行在铜镀层的表面上粘贴干薄膜抗蚀剂、曝光、显影、蚀刻及抗蚀剂膜去除，形成规定的布线图案。此时，通过半蚀刻改变布线图案的厚度。
接着，在从带环氧树脂的芳族聚酰胺薄片上剥离PEN薄膜后，用3MPa的压力在环氧树脂层中嵌入从铜箔得到的布线图案。另外，在以80℃加热5分钟后，冷却，剥离作为承载薄片的铜箔。而后，在温度180℃及压力5MPa的条件下，加热1小时，使环氧树脂层真正硬化，得到柔性基板。
(过孔导体的固有电阻值的测定)测定形成在柔性基板上的过孔导体(即，内过孔导体)的固有电阻值。在该测定中，首先，将形成在得到的柔性基板上的500个过孔导体串联排列，通过形成在铜箔上的布线图案，用4端子测定法测定电阻值。然后，从测定电阻值中减去铜箔部分的电阻，求出500个过孔导体的电阻值。固有电阻值从填充体积算出，其中填充体积可从基板厚度和孔径求出。
作为判定标准，鉴于实施例中所用的金属铜粒子的固有电阻值为1.7×10-6Ω·cm，将铜的固有电阻值的10倍以下的电阻值作为“优”，从10倍以上到100倍以下的电阻值作为“良”，另外，100倍以上的电阻值作为“差”。
表4示出上述结果。从表4的结果确认，无论在何种条件的过孔导体，都被电连接。特别是能够确认，对于相对于绝缘树脂层(即，环氧树脂层)的厚度，布线图案厚度在80％以上的柔性基板，铜路电阻达到铜的固有电阻值的10倍以下，为特别低的低电阻。
表4
(本发明的内置无源元件的柔性基板的制作)作为实施例4的薄膜，使用厚4mm的芳族聚酰胺薄膜(东レ株式会社制商品名“ミクトロン”)。采用溅射法，依次在芳族聚酰胺薄膜上形成膜厚0.05μm的Ti(钛)膜和膜厚0.2μm的Pt(铂)膜。接着，利用光刻技术，形成规定的形状的图案，形成电容器下部电极。然后，采用400℃的RF溅射法，形成膜厚0.1μm的SrTiO3(钛酸锶)膜，通过利用光刻技术，形成规定形状的图案，形成电介体层。接着，按与下部电极相同的方法，在电介体层上形成上部电极，在芳族聚酰胺薄膜上形成电容器。上部电极和下部电极的交叉面积以达到100μm×100μm的方式形成，各电极以从电介体层的端部向外侧延长的方式形成。由此，当在后面的工序中形成过孔导体时，使过孔导体能够贯通电极。再次，采用溅射法，在芳族聚酰胺薄膜上形成膜厚0.03μm的TiN(氮化钛)膜后，利用光刻技术，形成规定形状的图案，形成电阻器膜(100μm×100μm)。与电阻器膜重叠地(具体是，与宽100μm、长100μm的电阻器膜重叠地)，用溅射法及镀膜法在其两端形成一对由膜厚20μm的铜构成的电极布线。与此情况也同样，各电极布线以比电介体膜的端部更向外侧延伸的方式形成，当在后面的工序中形成过孔导体时，使过孔导体能够贯通电极布线。
在如此形成有无源元件的薄膜的两面，用浸涂法涂布热硬化型环氧树脂，制作内置无源元件的带环氧树脂的芳族聚酰胺薄片。因此，首先，以薄膜上的环氧树脂层达到规定厚度(10μ)的方式涂布热硬化型环氧树脂，在涂布后以使环氧树脂层达到半硬化状态的方式进行干燥。在该带环氧树脂的芳族聚酰胺薄片的上面，采用热压机，以环氧树脂不能硬化的方式，在温度40℃、压力0.5MPa的条件下，贴合厚9μm的PEN薄膜。接着，在贴合有PEN薄膜的带环氧树脂的芳族聚酰胺薄片上，采用UV-YAG激光器，形成多个50μm的贯通孔。然后，用印刷法在贯通孔内填充导电树脂组合物，转入干燥工序。关于导电树脂组合物，考虑到对小径孔的填充性，用3个滚筒混炼平均粒径1μm的铜粉70重量％、作为树脂成分的双酚A型环氧树脂10重量％、作为环氧树脂的硬化剂的胺加合物硬化剂3重量％、二甘醇-丁醚乙酸酯17重量％，调成膏状。在填充时，以带环氧树脂的芳族聚酰胺薄片上的PEN薄膜作为掩模，采用现有的丝网印刷机。即，直接在PEN薄膜上用聚氨酯涂刷器刷入膏状的导电树脂组合物，从基板表面填充到贯通孔内。
接着，在内置无源元件的带环氧树脂的芳香族聚酰胺薄片上形成布线图案，但在其之前，首先，准备2块在70μm厚铜箔的单面上用电解镀膜法再形成规定厚度的铜的复合铜箔(古河サ一キツトフオイル株式会社制商品名称“ピ一ラブル铜箔”、铜镀膜厚9μm)。然后，依次进行在铜镀层的表面上粘贴干薄膜抗蚀剂、曝光、显影、蚀刻及抗蚀剂膜去除，形成规定的布线图案。
接着，在从带环氧树脂的芳族聚酰胺薄片上剥离PEN薄膜后，用3MPa的压力在环氧树脂层中嵌入由铜箔得到的布线图案。另外，在以80℃加热5分钟后，冷却，剥离作为承载薄片的铜箔。而后，在温度180℃及压力5MPa的条件下，加热1小时，使环氧树脂层真正硬化。通过以上方法，能够得到内置无源元件的柔性基板。
(无源元件的电阻值的测定)在内置前后测定电容器及电阻器的电特性。关于电容器，在内置前，以1kHz的测定信号，测定出2.2fF的电容。同样，关于电阻器，在内置前以1kHz的测定信号，测定出100Ω的电阻。对此，关于在内置在绝缘树脂层(即环氧树脂层)中后的电容器及电阻器，得出与内置前得到的特性大致相同的结果。因此，确认，即使内置电容器及电阻器等无源元件，如本发明的柔性基板，无源元件本身在电特性上也几乎不受影响。
(本发明的多层柔性基板的制作)在实施例5中，采用按实施例1或实施例2得到的柔性基板，制作多层柔性基板。首先，准备3块在薄膜的两面的绝缘树脂层上，用转印方法，嵌设布线图案的基板。在此步骤，绝缘树脂层还未完全硬化，呈半硬化状态。然后，使3块柔性基板相互适当对正、重叠，得到多层柔性基板的前驱体(即4层柔性基板)。而后，采用滚式热加压装置等，使前躯体一并硬化。通过调节该热加压装置的一对滚筒的间隙，对前躯体施加相当于用以往的平行平板式挤压装置施加的5MPa的剪切压。另外，滚筒的温度设定在200℃。如果前躯体通过1对滚筒间的间隙，前驱体整体被挤压，同时加热熔化绝缘树脂层，并使之硬化。结果前躯体形成一体化，能够得到层叠3块柔性基板的多层柔性基板。
本发明的柔性基板或多层柔性基板，尽管是薄型，但仍具有高密度化及高可靠性的优点，此外，由于在弯曲寿命方面也优良，因此有助于电子设备的小型化·轻量化·薄型化。
本申请，基于日本国特许申请第2004-079847号(申请日2004年3月19日、发明名称“柔性基板、多层柔性基板及它们的制造方法”)，主张巴黎条约的优先权。该申请中公开的内容全部引用其，而包含在本说明书中。
权利要求
1.一种柔性基板，其特征在于，具有(i)薄膜、(ii)被形成在所述薄膜的表面及与所述表面相对的背面上的绝缘树脂层、(iii)嵌入所述绝缘树脂层内的布线图案、及(iv)配置在表面的布线图案和背面的布线图案的之间的用于电连接所述表面的布线图案和所述背面的布线图案的过孔导体；其中，表面的绝缘树脂层和背面的绝缘树脂层比所述薄膜厚。
2.如权利要求1所述的柔性基板，其特征在于所述绝缘树脂层的厚度/所述薄膜的厚度之比为1.2～6。
3.如权利要求1所述的柔性基板，其特征在于所述布线图案的厚度是所述绝缘树脂层的厚度的80％～95％。
4.如权利要求1所述的柔性基板，其特征在于所述过孔导体由导电树脂组合物形成。
5.如权利要求1所述的柔性基板，其特征在于至少1个的无源元件及/或有源元件、和与所述无源元件及/或有源元件电连接的布线，被设在所述薄膜的表面及背面中至少一方上，所述布线和所述过孔导体被电连接。
6.如权利要求5所述的柔性基板，其特征在于将所述无源元件及/或有源元件形成膜状。
7.如权利要求5所述的柔性基板，其特征在于所述无源元件是从由无机电介体构成的电容器、电阻器、电感器或它们的组合中选择的元件。
8.如权利要求1所述的柔性基板，其特征在于所述薄膜由芳族聚酰胺或聚酰亚胺形成。
9.如权利要求1所述的柔性基板，其特征在于所述绝缘树脂层，由从环氧树脂、聚酰亚胺、丙烯酸树脂及它们的改性树脂中选择的至少1种树脂形成。
10.如权利要求5所述的柔性基板，其特征在于所述有源元件是有机半导体。
11.如权利要求10所述的柔性基板，其特征在于所述有机半导体是pn结型太阳能电池。
12.一种多层柔性基板，其层叠了多个柔性基板，其特征在于所述柔性基板中的至少1个是权利要求1所述的柔性基板。
13.一种柔性基板的制造方法，该柔性基板由薄膜、绝缘树脂层及布线图案构成，其包括(a)在薄膜的表面及与所述表面相对的背面上形成比所述薄膜厚的绝缘树脂层的工序；(b)在所述薄膜及所述绝缘树脂层上形成贯通孔的工序；(c)向所述贯通孔中填充导电树脂组合物的工序；及(d)在所述绝缘树脂层内嵌入布线图案，使所述布线图案与所述导电树脂组合物电连接的工序。
14.如权利要求13所述的柔性基板的制造方法，其特征在于所述绝缘树脂层的厚度/所述薄膜的厚度之比为1.2～6。
15.如权利要求13所述的柔性基板的制造方法，其特征在于在工序(a)中所用的薄膜，是在表面及背面中的至少一方上形成有至少1个的无源元件及/或有源元件、和与所述无源元件及/或有源元件电连接的布线的薄膜；通过工序(c)，将所述布线和被填充在所述贯通孔内的所述导电树脂组合物电连接。
16.如权利要求15所述的柔性基板的制造方法，其特征在于利用溅射法或丝网印刷法形成所述无源元件及/或有源元件。
17.如权利要求13所述的柔性基板的制造方法，其特征在于通过在绝缘树脂层上转印预先形成的布线图案，而将所述布线图案嵌入所述绝缘树脂层内。
18.如权利要求13所述的柔性基板的制造方法，其特征在于通过在绝缘树脂层上转印预先形成的布线图案以及所述无源元件及/或有源元件，而将所述布线图案以及所述无源元件及/或有源元件嵌入所述绝缘树脂层内。
全文摘要
本发明提供一种弯曲寿命良好的高密度薄型柔性基板。这种柔性基板的制造方法，包括(a)在薄膜的表面及与该表面相对的背面上形成比薄膜厚的绝缘树脂层的工序；(b)在薄膜及绝缘树脂层上形成贯通孔的工序；(c)向贯通孔中填充导电树脂组合物的工序；及(d)在绝缘树脂层内嵌入布线图案，使布线图案与导电树脂组合物电连接的工序。
文档编号H05K3/40GK1671268SQ20051005652
公开日2005年9月21日 申请日期2005年3月18日 优先权日2004年3月19日
发明者山下嘉久, 藤井俊夫, 中谷诚一, 一柳贵志, 留河悟, 矢部裕城 申请人:松下电器产业株式会社