CN102413632A - 布线电路基板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种布线电路基板，其能抑制由热、经时引起的电路布线的软化现象、提高耐久性，并且改善脆性、抑制裂纹的产生。所述布线电路基板为在基板的绝缘层(1)上具备由金属覆膜形成的电路布线(2)的布线电路基板，上述电路布线(2)由三层以上的铜系金属覆膜的层叠体形成，构成其最下层(2a)和最上层(2c)的铜系金属覆膜在常温下的抗拉强度为100～400MPa，构成介于最下层(2a)和最上层(2c)之间的层(中间层(2b))的铜系金属覆膜在常温下的抗拉强度为700～1500MPa。
Description
技术领域
本发明涉及布线电路基板，具体而言，涉及可用作挠性电路基板等的布线电路基板。
背景技术
对于通过在由聚酰亚胺等形成的绝缘性薄膜上形成作为电布线的薄膜的导体电路图案而得到的布线电路基板，其是挠性的，被广泛用于硬盘的读写头用悬挂基板(suspensionsubstrate)、液晶显示用电路基板等。近年来，随着产品的轻薄短小化、记录信息的高密度化的推进，布线电路基板倾向于要求在限定的范围面积内形成更多的布线、即要求布线的精细化。
作为布线的形成方法，例如采用如下方法等：在铜箔上直接涂布聚酰亚胺清漆等而形成绝缘层、局部蚀刻铜箔面的减成法；通过在绝缘层上直接镀敷而形成布线的加成法。应对于如上所述的精细化要求，可自由设计布线宽度、厚度的加成法在技术上处于优势地位，今后存在使用该方法的布线电路基板增加的可能性。
对于基于加成法的布线形成，例如可如下进行：在电解液中将形成有用于镀敷的种膜的绝缘层作为阴极，并在与其对置的阳极之间施加电流，由此来进行。而且，电解液可使用含有铜离子、硫酸根离子、微量的氯和有机添加剂的液体。另外，有机添加剂可主要使用聚乙二醇等聚合物、双(3-磺丙基)二硫醚(SPS)等具有砜基的有机硫系化合物、烟鲁绿B(JGB)等季胺化合物(例如参照专利文献1)。
然而，布线电路基板也要求在电路布线中使用的金属材料的特性与以往相比具有很大的改善。例如提高伴随弯曲半径减少的挠性，提高可耐受安装电子部件的拉伸强度、伸长率等(例如参照专利文献2和3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表平5-502062号公报
专利文献2：日本特开2008-285727公报
专利文献3：日本特开2009-221592公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，通过如前所述的加成法等制作的镀敷布线在刚镀敷之后显示良好的耐久性，但是会由使用环境的热、经时而引起产生被称作自退火(self anneal)的软化现象。认为其原因是，由热、经时而引起在金属镀敷覆膜中生成的晶粒肥大化生长。而且，这样的软化现象有可能引起在安装电子部件时的耐久性的降低等。
作为其解决方法，有例如如上述专利文献2、专利文献3中所公开的、在金属镀敷中使其含有硫、氯等来提高电路布线的硬度的方法。然而，如果这样提高电路布线的硬度，则有可能脆性会变高、易于因弯曲等引起裂纹产生。
本发明是鉴于这种情况而进行的，其目的在于提供一种布线电路基板，其会抑制由热、经时引起的电路布线的软化现象、提高耐久性，并且改善脆性、抑制裂纹产生。
用于解决问题的方案
为了实现上述目的，本发明的布线电路基板采用如下的构成：其为具备包括绝缘层的基板、和设置于上述基板的绝缘层上的电路布线的布线电路基板，上述电路布线由三层以上的铜系金属层的层叠体形成，其最下铜系金属层和最上铜系金属层在常温下的抗拉强度为100～400MPa，介于最下层和最上层之间的中间铜系金属层在常温下的抗拉强度为700～1500MPa。
即，本发明人为了解决前述课题而反复进行了深入研究。其研究的结果发现，如果由层叠三层以上的铜系金属覆膜来构成布线电路基板的电路布线、并以使构成其最下层和最上层的铜系金属覆膜在常温下的抗拉强度为100～400MPa、构成介于最下层和最上层之间的层的铜系金属覆膜在常温下的抗拉强度为700～1500MPa的方式进行设定，则可以通过介于最下层和最上层之间的层的硬度等的高的程度来抑制由热、经时引起的电路布线的软化现象、提高耐久性，并且可以通过夹着该层的上述最下层和最上层的硬度等的低的程度来抑制由弯曲等引起的裂纹的产生，从而完成了本发明。
予以说明，关于上述金属覆膜的抗拉强度，例如可通过在由电镀来形成上述金属覆膜时，在作为其金属覆膜的原料的铜等金属中掺入规定量的微量元素[例如铋、氯(Cl)、硫(S)、碳(C)、氮(N)等]来提高其抗拉强度，伴随与此，在金属覆膜中由热、经时引起的晶粒的生长受到抑制、发生晶粒的微细化。因此，如上所述成膜为抗拉强度不同的金属覆膜来层叠的情况下，抗拉强度高的金属覆膜内的晶粒的平均粒径会小于抗拉强度低的金属覆膜内的晶粒的平均粒径。
发明的效果
如上所述，关于本发明的布线电路基板，其在绝缘层上形成的电路布线由三层以上的铜系金属覆膜的层叠体形成，并且以构成其最下层和最上层的铜系金属覆膜在常温下的抗拉强度为100～400MPa、构成介于最下层和最上层之间的层的铜系金属覆膜在常温下的抗拉强度为700～1500MPa的方式进行设定。因此，可抑制由热、经时引起的电路布线的软化现象、耐久性变得优异，而且可以改善脆性、抑制由弯曲等引起的裂纹的产生。由此，会提高伴随弯曲半径减少的挠性、安装电子部件时的耐久性(拉伸强度、伸长率)。而且，本发明的布线电路基板在硬盘的读写头用悬挂基板、液晶显示用电路基板等这种使用环境为高温、担心软化现象的状况下，也可广泛使用。
特别地，如果构成上述电路布线的铜系金属覆膜均为电镀覆膜，则可有利地获得本发明期望的物性，并且可通过加成法形成布线、可自由地设计其布线宽度、厚度，因此可容易地应对布线电路基板的精细化要求。
另外，如果以构成上述最下层和最上层的铜系金属覆膜内的晶粒的平均粒径大于构成介于最下层和最上层之间的层的铜系金属覆膜内的晶粒的平均粒径的方式层叠，则伴随弯曲半径减少的挠性、伴随电子部件安装的耐久性会变得更优异。
进一步，如果相对于上述电路布线的总厚度，其最下层和最上层的厚度之和的比例为20～60％，介于最下层和最上层之间的层的厚度之和的比例为40～80％，则伴随弯曲半径减少的挠性、伴随电子部件安装的耐久性会变得更优异。
另外，如果上述介于最下层和最上层之间的层由在以铜为主体的金属中含有100～3000ppm铋的金属覆膜形成，则可进一步抑制由热、经时引起的电路布线的软化现象、长期地维持高抗拉强度。
附图说明
图1是示意地示出本发明的布线电路基板的截面的说明图。
附图标记说明
1 绝缘层
2 电路布线
2a 最下层
2b 中间层
2c 最上层
具体实施方式
关于本发明的布线电路基板，在基板的绝缘层上形成的电路布线由三层以上的铜系金属覆膜的层叠体形成，以构成其最下层和最上层的铜系金属覆膜在常温下的抗拉强度为100～400MPa、构成介于最下层和最上层之间的层的铜系金属覆膜在常温下的抗拉强度为700～1500MPa的方式进行设定。由此，可抑制由热、经时引起的电路布线的软化现象、耐久性变得优异，而且可以改善脆性、抑制由弯曲等引起的裂纹的产生。另外，从该观点考虑，构成上述最下层和最上层的铜系金属覆膜在常温下的抗拉强度优选为250～400MPa，构成介于最下层和最上层之间的层的铜系金属覆膜在常温下的抗拉强度优选为700～1000MPa。予以说明，上述金属覆膜的抗拉强度例如可如下进行测定：将该金属覆膜(金属箔)加工成规定尺寸的样品，并将该样品放置于拉伸试验装置(Minebea公司制，TECHNOGRAPH)来测定。另外，上述金属覆膜的抗拉强度不是对刚成膜之后的金属覆膜进行测定的，而是在成膜后经过规定时间(通常为48小时以上)、在金属覆膜的物性稳定之后进行测定的。另外，构成上述最下层的铜系金属覆膜的抗拉强度和构成最上层的铜系金属覆膜的抗拉强度可以相同也可以不同。另外，本发明所述的“常温”是指，依据JIS Z 8703，为20℃±15℃。
另外，上述“基板的绝缘层”除了表示在金属基板等基板上形成的绝缘层以外，也包括例如树脂基板、薄膜基板等基板本身的意思。另外，上述“介于最下层和最上层之间的层”可以为单层也可以为多层。图1示意地示出在基板本身为绝缘层并且上述“介于最下层和最上层之间的层”为单层的情况下的布线电路基板的截面；图中，1表示绝缘层，2表示电路布线(铜系金属覆膜的层叠体)，2a表示电路布线的最下层，2b表示电路布线的中间层，2c表示电路布线的最上层。
特别是，如果构成上述电路布线的铜系金属覆膜均为电镀覆膜，则可有利地获得本发明期望的物性，并且可通过加成法形成布线，可自由地设计其布线宽度、厚度，因此可容易地应对布线电路基板的精细化要求。
另外，从伴随弯曲半径减少的挠性、伴随电子部件安装的耐久性变得更优异的观点考虑，优选的是，在上述中间层2b由多层形成的情况下，其是以构成该层的铜系金属覆膜的抗拉强度从其中心层向上述最下层2a和最上层2c变低的方式层叠的。
另外，从伴随弯曲半径减少的挠性、伴随电子部件安装的耐久性变得更优异的观点考虑，优选的是，以构成上述最下层2a和最上层2c的铜系金属覆膜内的晶粒的平均粒径大于构成介于最下层2a和最上层2c之间的层(在图1中为中间层2b)的铜系金属覆膜内的晶粒的平均粒径的方式层叠。另外，上述最下层2a的铜系金属覆膜内的晶粒的平均粒径与最上层2c的铜系金属覆膜内的晶粒的平均粒径可以相同也可以不同。进一步，从与上述同样的观点考虑，优选的是，上述中间层2b由多层形成的情况下，其是以构成该层的铜系金属覆膜内的晶粒的平均粒径从其中心层向上述最下层2a和最上层2c变大的方式层叠的。予以说明，此处所述的“晶粒的平均粒径”不是对刚成膜之后的金属覆膜进行测定的，而是在成膜后经过规定时间(通常为48小时以上)、在金属覆膜的物性稳定之后进行测定的。另外，上述金属覆膜内的晶粒的平均粒径为例如使用扫描电子显微镜(SEM)、金相显微镜来观察覆膜样品，将该覆膜内存在的晶粒的粒径进行平均而得到的值，各晶粒的粒径是将其长径和短径进行平均而测定的。
然而，构成电路布线2的上述各层的铜系金属覆膜是由以铜为主体的金属形成的覆膜，其表示铜本身或包含99.99重量％以上的铜的合金。作为上述合金所使用的微量金属，例如可列举出镍、锡、锌、铁等。另外，铜系金属覆膜内的晶粒的微细化、抗拉强度的增加，例如可在通过电镀来形成上述金属覆膜时，使金属覆膜中含有铋、氯(Cl)、硫(S)、碳(C)、氮(N)这样的微量元素，由此来实现。即推测，通过在作为金属镀敷的母相的铜等金属中固溶上述微量元素，从而引起固溶强化，因此可抑制由热、经时引起的金属镀敷覆膜中的晶粒的肥大化生长、可抑制软化现象。
特别是，关于介于上述最下层2a和最上层2c之间的层(在图1中为中间层2b)，通过制成由含有100～3000ppm铋的金属覆膜形成的层，从而可更强地抑制由热、经时引起的电路布线的软化现象、可长期地维持高抗拉强度，因此优选设定在此范围。予以说明，上述金属覆膜中的铋含量可如下测定：将该金属覆膜制成样品，向样品片加入浓硝酸并密封，对其照射微波，在最高230℃下进行加压酸解，然后加入超纯水，用电感耦合等离子体-质谱分析装置(ICP-MS)进行分析。
另外，从伴随弯曲半径减少的挠性、伴随电子部件安装的耐久性会变得更优异的观点考虑，优选的是，相对于上述电路布线2的总厚度，其最下层2a和最上层2c的厚度之和的比例为20～60％，介于最下层2a和最上层2c之间的层的厚度之和的比例为40～80％。
从挠性等的观点考虑，上述电路布线2的总厚度优选为8～25μm的范围。
相当于上述电路布线2的覆膜形成面的绝缘层1，可列举出例如由聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、丙烯酸类树脂、聚醚腈、聚醚砜、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯等合成树脂形成的层。其中，从挠性的观点考虑，优选使用由聚酰亚胺形成的层。予以说明，如上所述，上述绝缘层1除了表示在金属基板等基板上形成的绝缘层以外，也包括例如树脂基板、薄膜基板等基板本身的意思。
在图1中，上述电路布线2形成于绝缘层1的单面，但也可以形成于绝缘层1的双面。而且，上述电路布线2例如通过加成法、减成法等图案化法形成，优选通过加成法形成。即这是因为，加成法可自由地设计电路布线的宽度、厚度，因此可容易应对布线电路基板的精细化要求。
在加成法中，首先在绝缘层1的整面，通过溅射法等薄膜形成法由铜、铬、镍和它们的合金等形成成为种膜的金属薄膜。接着，在上述金属薄膜的表面形成成为电路布线图案的反转图案的抗镀敷层。由干膜光致抗蚀剂等通过曝光和显影这样的方法形成抗镀敷层。其后，通过具有特殊的电解液组成的电解液，在从抗镀敷层露出的上述金属薄膜的表面形成电路布线图案的电镀物(通过在中途改变电解液组成，从而层叠形成最下层2a、中间层2b、最上层2c)。其后，通过蚀刻或剥离而去除抗镀敷层，进一步，通过蚀刻而去除从电路布线图案露出的金属薄膜，从而可在绝缘层上形成目标的电路布线。
上述电解液的电解液组成包含以铜为主体的金属的金属盐，根据需要可添加铋、氯(Cl)、硫(S)、碳(C)、氮(N)这样的微量元素的供给源[硫酸铋等铋盐、双(3-磺丙基)二硫醚(SPS)等具有砜基的有机硫系化合物、烟鲁绿B等季胺化合物、硫酸、氯等]。其中，铋和铜的析出电位相近，因此不需要拉近析出电位那样的操作、例如配位剂等的添加，具有可直接使用现有的电解液组成的优点。予以说明，作为成为上述电解液中的铜离子的供给源的金属盐，从光泽和流平作用优异的观点出发而优选硫酸铜。另外，作为成为铋离子的供给源的铋盐，从不会较大地破坏电解液组成的观点出发而优选硫酸铋。予以说明，对于上述电解液组成，有必要在形成最下层2a、最上层2c时不含上述微量元素，或者与形成中间层2b时的电解液组成相比减少上述微量元素。
另外，如上所述，上述电路布线也可通过减成法来形成。在减成法中，首先，在绝缘层1的整面，根据需要介由粘接剂层层叠相当于电路布线2的最下层2a、中间层2b、最上层2c的金属覆膜，形成层叠金属箔。接着，在层叠于上述绝缘层1上的层叠金属箔的表面，以与电路布线图案相同的图案形成抗蚀刻层。抗蚀刻层通过使用干膜光致抗蚀剂等来形成。其后，蚀刻从抗蚀刻层露出的金属箔，然后通过蚀刻或剥离而去除抗蚀刻层，从而可在绝缘层1上形成目标的电路布线2。
予以说明，对于本发明的布线电路基板，在上述电路布线2上可以根据需要设置表面保护层(覆盖绝缘层)。上述表面保护层通过例如由与前面所述的绝缘层同样的材料(聚酰亚胺等)形成的覆盖层薄膜、环氧系阻焊剂、丙烯酸系阻焊剂、聚氨酯系阻焊剂等阻焊剂来形成。
如此进行而得到的本发明的布线电路基板基本上没有由热、经时引起的电路布线的软化现象，可长期地维持高抗拉强度，因此可用作各种电子设备的基板。特别是，可适宜用作硬盘的读写头用悬挂基板、液晶显示用电路基板。
接着，对实施例进行说明。但是，本发明不受限于这些实施例。
实施例
电解液A
配合70g/l硫酸铜[CuSO4·5H2O](日矿金属公司制)、180g/l硫酸[H2SO4](和光纯药公司制)、40mg/l氯(和光纯药公司制)、3ml/l有机添加剂(Electroplating Engineers of Japan，Ltd.制，CC-1220)，制备了电解液A。
电解液B
配合70g/l硫酸铜[CuSO4·5H2O](日矿金属公司制)、180g/l硫酸[H2SO4](和光纯药公司制)、40mg/l氯(和光纯药公司制)、3ml/l有机添加剂(Electroplating Engineers of Japan，Ltd.制，CC-1220)、2.0g/l硫酸铋[Bi2(SO4)3](和光纯药公司制)，制备了电解液B。
电解液C
配合70g/l硫酸铜[CuSO4·5H2O](日矿金属公司制)、180g/l硫酸[H2SO4](和光纯药公司制)、40mg/l氯(和光纯药公司制)、3ml/l有机添加剂(Electroplating Engineers of Japan，Ltd.制，CC-1220)、1.0g/l硫酸铋[Bi2(SO4)3](和光纯药公司制)，制备了电解液C。
电解液D
配合70g/l硫酸铜[CuSO4·5H2O](日矿金属公司制)、180g/l硫酸[H2SO4](和光纯药公司制)、40mg/l氯(和光纯药公司制)、3ml/l有机添加剂(Electroplating Engineers of Japan，Ltd.制，CC-1220)、3.0g/l硫酸铋[Bi2(SO4)3](和光纯药公司制)，制备了电解液D。
实施例1～7、比较例1～5
使用上述制备的电解液中的任意一种，并且阴极使用不锈钢板、阳极使用铜板，在电解液温度25℃、电流密度3A/dm2的条件下，在不锈钢板上进行镀敷以形成后述的表1和表2所示的厚度(第一层的形成)。镀敷中，电解液通过鼓泡搅拌。予以说明，使用的电解液如后述的表1和表2所示，形成为多层时(在第一层之上依次形成第二层、第三层时)在中途改变电解液，使用后述的表1和表2所示的电解液，依据上述第一层的形成工序形成各层。
对于如此进行而得到的实施例和比较例的镀敷金属箔(均为镀敷后经过48小时以上之后的镀敷金属箔)，按照下述的基准，进行了各特性的评价。将其结果合并示于后述的表1和表2。予以说明，表中的“热处理”是指在200℃下热处理50分钟。
抗拉强度
用拉伸试验装置(Minebea公司制，TECHNOGRAPH)，将卡盘间距距设为2cm、拉伸速度设为5mm/min来测定未进行热处理的各镀敷层在常温下的抗拉强度。
拉伸强度
对于热处理前和热处理后的实施例和比较例的镀敷金属箔的样品，用拉伸试验装置(Minebea公司制，TECHNOGRAPH)，将卡盘间距设为2cm、拉伸速度设为5mm/min来测定其拉伸强度。予以说明，在本发明中，要求热处理前和热处理后的样品的拉伸强度为400MPa以上。
伸长率
对于热处理前和热处理后的实施例和比较例的镀敷金属箔的样品，用拉伸试验装置(Minebea公司制，TECHNOGRAPH)，将卡盘间距设为2cm、拉伸速度设为5mm/min来测定其伸长率。予以说明，在本发明中，要求热处理前和热处理后的样品的伸长率为4.0％以上。
电阻
将热处理前和热处理后的样品切为短条状(4mm×30mm)，通过4端子法测定了其电阻。予以说明，在本发明中，要求热处理前和热处理后的样品的电阻为70％IACS(国际退火铜标准(International Annealed Copper Standard))以上。
耐裂纹性
将热处理前和热处理后的样品切为短条状(4mm×30mm)，以曲率半径R＝0.38进行10次±135°的折弯，进行观察。通过此试验，在样品没有产生裂纹的评价为○，产生了裂纹的评价为×。
表1
表2
根据上述结果，实施例的镀敷金属箔的导电性高、拉伸强度与伸长率的平衡性优异，另外，即使在热处理后，这些特性也优异。因此，具备具有与实施例的镀敷金属箔同样的金属覆膜层叠结构的电路布线的本发明的布线电路基板，其伴随弯曲半径减少的挠性、安装电子部件时的耐久性优异。而且，具备具有与实施例的镀敷金属箔同样的金属覆膜层叠结构的电路布线的本发明的布线电路基板，其在硬盘的读写头用悬挂基板、液晶显示用电路基板等这种使用环境为高温、担心软化现象的状况下，也可广泛使用。
与此相对，比较例1为基于电解液A得到的单层结构的镀敷箔，伸长率高，但是热处理之后，产生了由自退火引起的软化现象，物性不稳定。另外，比较例1的拉伸强度低，对微细布线的耐久性令人担心。进一步，比较例1的导电性也稍差。比较例2在热处理后的拉伸强度低。比较例3的拉伸强度和伸长率的平衡性良好，但是产生了裂纹。比较例4的热处理前的伸长率差，此外也产生了裂纹。比较例5为基于电解液B而得到的单层结构的镀敷箔，热处理前的伸长率差、导电性也稍差，而且脆性高，因此产生了裂纹。
通过实验确认到，本发明的布线电路基板的多层结构的电路布线可通过使用了实施例中使用的那种电解液的电镀来形成，由此，可容易形成具有期望物性的电路布线，并且可基于加成法形成布线、可自由地设计其布线宽度、厚度，因此可容易应对布线电路基板的精细化要求。
另外通过实验确认到，如果第一层和第三层在常温下的抗拉强度为100～400MPa(优选为250～400MPa)，第二层在常温下的抗拉强度为700～1500MPa(优选为700～1000MPa)，则与实施例同样可获得优异的结果。另外，使用扫描电子显微镜(SEM)测定了实施例的各层的镀敷箔内的晶粒的平均粒径，结果确认第一层和第三层内的晶粒的平均粒径大于第二层内的晶粒的平均粒径。
Claims (7)
1.一种布线电路基板，其特征在于，该布线电路基板具备包括绝缘层的基板、和设置于所述基板的绝缘层上的电路布线，所述电路布线由三层以上的铜系金属层的层叠体形成，其最下铜系金属层和最上铜系金属层在常温下的抗拉强度为100～400MPa，介于最下层和最上层之间的中间铜系金属层在常温下的抗拉强度为700～1500MPa。
2.根据权利要求1所述的布线电路基板，其中，构成所述电路布线的铜系金属覆膜均为电镀覆膜。
3.根据权利要求1或2所述的布线电路基板，其中，所述介于最下层和最上层之间的层由多层形成，并且是以构成这些层的铜系金属覆膜的抗拉强度从其中心层向所述最下层和最上层变低的方式层叠的。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的布线电路基板，其是以构成所述最下层和最上层的铜系金属覆膜内的晶粒的平均粒径大于构成介于最下层和最上层之间的层的铜系金属覆膜内的晶粒的平均粒径的方式层叠的。
5.根据权利要求4所述的布线电路基板，其中，所述介于最下层和最上层之间的层由多层形成，并且是以构成这些层的铜系金属覆膜内的晶粒的平均粒径从其中心层向所述最下层和最上层变大的方式层叠的。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的布线电路基板，其中，相对于所述电路布线的总厚度，其最下层和最上层的厚度之和的比例为20～60％，介于最下层和最上层之间的层的厚度之和的比例为40～80％。
7.根据权利要求1～6中的任一项所述的布线电路基板，其中，所述介于最下层和最上层之间的层由在以铜为主体的金属中含有100～3000ppm铋的金属覆膜形成。
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