JP2006168365A - 接着強度が改善した銅張積層板の製造装置およびその方法 - Google Patents

接着強度が改善した銅張積層板の製造装置およびその方法 Download PDF

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Abstract

【課題】熱可塑性液晶高分子と銅箔との接着強度を、基板材料への適用が可能な程度に充分に改善する銅張積層板の製造装置およびその方法を提供する。
【解決手段】銅箔表面に熱可塑性液晶高分子溶液を薄くコーティングするコーティング手段と、前記コーティングされた液晶高分子溶液を乾燥させて溶媒を除去する溶媒除去手段と、熱可塑性液晶高分子フィルムと前記銅箔を加熱ロールで積層しながら熱圧着することで銅張積層板を完成する熱圧着手段とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は銅張積層板の製造装置およびその方法に係り、特に熱可塑性液晶高分子と銅箔との接触強度を充分に改善する銅張積層板の製造装置およびその方法に関するものである。
一般に、プリント基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）とは、ペーパー−フェノール（Ｐａｐｅｒ Ｐｈｅｎｏｌ）樹脂またはガラス−エポキシ（Ｇｌａｓｓ−Ｅｐｏｘｙ）樹脂などの材質に銅箔を積層させた銅張積層板を用い、パターン（Ｐａｔｔｅｒｎ）印刷およびエッチング（Ｅｔｃｈｉｎｇ）などの技術により回路を具現した製品を言う。
最近のプリント基板は、電子技術の発達にしたがい、高集積度に部品を実装させるために、軽薄短小化しており、プリント基板は集積度を高める基本要素としてその重要性が高くなっている。
このような最近のプリント基板の重要性に応じて、銅張積層板も多様に製作して利用されているが、特に半導体集積回路の集積度の驚くべき発展と、小型チップ部品を直接搭載する表面実装技術の発展によって、移動通信器機などの電子製品の軽薄短小化が急速に進行しているので、既存の硬性プリント基板（Ｒｉｇｉｄ ＰＣＢ）よりは、電子製品内の空間内への設置作業が極めて容易な軟性プリント基板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ；以下“軟性基板”と言う）の使用が増加している。
また、現在は回路パターンの高密度化を成すために、多層軟性基板（ｍｕｌｔｉ−ｌａｙｅｒ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ＰＣＢ）または硬性および軟性基板を混合した硬性−軟性多層基板（ｒｉｇｉｄ−ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｍｕｌｔｉ−ｌａｙｅｒ ＰＣＢ）の使用も急速に増加している趨勢である。
一方、このような軟性および硬軟性基板の基板材料としてはポリイミドが使用されているが、使用されるポリイミドは水分吸水性が高くて寸法安全性に問題があり、高周波帯域（ＧＨｚ帯域）で誘電率（Ｄｋ）および損失値（Ｄｆ）が低下する欠点があるため、熱可塑性液晶高分子（ＬＣＰ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｐｏｌｙｍｅｒ）が代替材料として脚光を浴びている。
熱可塑性液晶高分子（ＬＣＰ）は、低い水分吸収率（＜０．１％）による高い寸法安全性および銅箔（１６〜１８ｐｐｍ／℃）と同等な水準の熱膨張係数、高周波帯域（ＧＨｚ帯域）での低い誘電率（Ｄｋ）および損失値（Ｄｆ）を有するので、このような利点を基にして、今後熱可塑性液晶高分子は軟性および硬軟性基板においてポリイミドを取り替えることはもちろん、携帯電話用ＨＤＩ、半導体（ＢＧＡ、ＣＳＰなど）およびネットワーク基板などに絶縁材料としての適用が予想されている。
現在、チコナ社（Ｔｉｃｏｎａ−Ｐｏｌｙｐｌａｓｔｉｃｓ）、住友化学工業株式会社（Ｓｕｍｉｔｏｍｏ）、デュポン社（Ｄｕｐｏｎｔ）などの世界有数の化学会社が熱可塑性液晶高分子レジンを製造および販売しており、クラレ、新日鉄化学、ロジャズ、ゴアテックスなどの業界で、熱可塑性液晶高分子レジンを用いて基板材料へ適用するための絶縁フィルムおよびフレキシブル銅張積層板（ＦＣＣＬ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｃｏｐｐｅｒ Ｃｌａｄ Ｌａｍｉｎａｔｅ）を製造している。
従来のフレキシブル銅張積層板を製造する方法は、銅箔（１２μｍまたは１８μｍ）の表面に粗さを形成し、二つの加熱ロールにより、熱可塑性液晶高分子フィルムを熱圧着して製造する方法と、従来のＦＲ４を用いた銅張積層板の製造に使用されているプレス法を用いて製造する方法との二つに大別できる。
従来、銅箔の表面に粗さを形成し、二つの加熱ロールにより、熱可塑性液晶高分子フィルムを熱圧着して製造する方法は、図１に示すように、熱可塑性液晶高分子からなり、リール１２４ａ、１２４ｂから駆動ロール１２６ａ、１２６ｂにより移送される熱可塑性液晶高分子フィルム１１０の片面または両面に、回路パターンを形成するための銅箔１１２が上下圧着ロール１２０、１２２間を通過しながら前記熱可塑性液晶高分子フィルム１１０と接合されてフレキシブル銅張積層板（ＦＣＣＬ）１００を製造するものである。
そして、従来ＦＲ４のような銅張積層板の製造に使用されているプレス法を用いて製造する方法は、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、第１および第２平面をそれぞれ有する硬い金属プレス板を用意する段階、第１および第２平面加熱板を用意する段階、第１および第２銅箔を用意する段階、熱可塑性液晶高分子フィルムを前記第１銅箔と第２銅箔と間に挟み込み、第１および第２金属プレス板により、第１および第２銅箔と熱可塑性液晶高分子フィルムを真空熱圧着して積層したフレキシブル銅張積層板を形成する段階とからなる。さらに、このように積層されたフレキシブル銅張積層板を金属プレス板から冷却および分離してフレキシブル銅張積層板の最終品を形成する段階を含む。
一方、従来の方法のなかで、プレス法の場合、多層の銅箔と熱可塑性液晶高分子を一緒にプレスして製造するため、従来のＦＲ４を用いた銅張積層板を製造する方法との類似性により易しく銅張積層板を製造することができる利点があるが、ＦＲ４とは異なるように、熱可塑性液晶高分子の物性差（温度による熱変形問題など）による寸法安全性問題のため、均一な製品を生産し難く、加熱ロールで熱圧着して製造する方法に比べて生産性が劣る欠点がある。
特に、軟性または硬軟性基板の場合、今後ロール対ロール工法への転換が予想されるので、フレキシブル銅張積層板をロールタイブで製造することができる方法が必要である。
また、加熱ロールを用いた方法は、銅箔と熱可塑性液晶高分子フィルムとの接着強度を高めるために、銅箔の表面に粗さを形成した後、熱圧着を行って製造し、プレス方法で発生し得る寸法安全性問題を考慮して、熱圧着前に予熱工程を導入して、高温での熱圧着による急激な熱膨張の問題を解決しようとした。
現在、日本のクラレイでは、熱可塑性液晶高分子フィルムと銅箔を用いて製造した銅張積層板に係る技術を多数出願した（たとえば、特許文献１ないし５参照）。
しかし、プレス法と加熱ロールを用いた熱圧着法により製作された銅張積層板の場合、銅箔と熱可塑性液晶高分子フィルム間の接着強度が基板材料への適用可能な最小水準である０．８ｋＮ／ｍ以上より非常に低いので、その改善が必要な状態である。
特開２０００−２６３５７７号公報 特開２０００−３４３６１０号公報 特開２００１−０７９９４６号公報 特開２００１−０７９９４７号公報 特開２００３−１０３７００号公報
したがって、本発明は前記のような問題点を解決するためになされたもので、熱可塑性液晶高分子と銅箔との接着強度を、基板材料への適用が可能な程度に充分に改善する銅張積層板の製造装置およびその方法を提供することにその目的がある。
前記のような目的を達成するため、本発明は、銅箔表面に熱可塑性液晶高分子溶液を薄くコーティングするコーティング手段と；前記コーティングされた液晶高分子溶液を乾燥させて溶媒を除去する溶媒除去手段と；熱可塑性液晶高分子フィルムと前記銅箔を加熱ロールで積層しながら熱圧着することで銅張積層板を完成する熱圧着手段と；を備えてなることを特徴とする、銅張積層板の製造装置を提供する。
また、前記のような目的を達成するため、本発明は、粗さの形成された銅箔表面に熱可塑性液晶高分子溶液を薄くコーティングする第１段階と；前記コーティングされた液晶高分子溶液を乾燥させて溶媒を除去する第２段階と；熱可塑性液晶高分子フィルムと前記銅箔を加熱ロールで積層しながら熱圧着することで銅張積層板を完成する第３段階と；を含んでなることを特徴とする、銅張積層板の製造方法を提供する。
前記のような本発明によれば、従来、熱可塑性液晶高分子と銅箔との熱圧着によって製造される銅張積層板が有する低い接着強度を、粗さが形成された銅箔と熱可塑性液晶高分子溶液を用いて向上させ、コーティングによって発生し得る厚さ不均一問題および曲がり発生などを、加熱ロールによりフィルムと熱圧着する２次積層により解決し、最終的に高い接着強度を持ちながら表面が平坦で厚さが均一であるとともに曲がり問題がない銅張積層板を製造することができる効果がある。
また、本発明によれば、向上した接着強度により、軟性および硬軟性基板に適用可能であり、多層基板の製造時、熱可塑性液晶高分子表面の粗さを用いて積層を容易にすることができると期待される。
以下、図３および図４を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
図３は本発明の一実施形態による銅張積層板の製造装置の構成を示す図である。図３に示すように、本発明の一実施形態による銅張積層板の製造装置は、銅箔供給ロール３０１、熱可塑性液晶高分子フィルム供給ロール３０２、銅張積層板保管ロール３０３、熱可塑性液晶高分子がコーティングされた銅箔３１３を加熱するための加熱部３２４、銅箔供給ロール３０１から供給される銅箔３１０がコーティング部３２８を通過するようにするための銅箔移送ロール３２６ａ、３２６ｂ、加熱部３２４を通過した熱可塑性液晶高分子がコーティングされた銅箔３１３に熱可塑性液晶高分子フィルムを積層して加圧加熱するための加熱ロール３２０、３２２、および前記加熱ロール３２０、３２２から排出された銅張積層板３１４を銅張積層板保管ロール３０３に移送するための銅張積層板移送ロール３２６ｃを含んでなる。
銅箔供給ロール３０１から銅箔３１０が供給されれば、銅箔移送ロール３２６ａ、３２６ｂは、銅箔３１０がコーティング部３２８を通過するようにする。この際、銅箔供給ロール３０１から供給される銅箔３１０の表面に粗さが形成されているので、後にコーティングされる熱可塑性液晶高分子溶液がよく接着されるようにする。
すると、コーティング部３２８は熱可塑性液晶高分子溶液を銅箔３１０に薄くコーティングすることにより、銅張積層板が出来上がったとき、接着強度を従来技術より大きく向上させることができる。
この際、熱可塑性液晶高分子溶液にはフィラーが含有できるが、フィラーの含有量は０〜３０％（体積基準）まで添加することができ、これにより、熱膨張係数（ＣＴＥ）および曲がり発生などを減らすことができる。
ここで使用されるフィラーの例としては、シリカ（Ｓｉｌｉｃａ）、アルミナ（Ａｌμｍｉｎａ）、酸化チタン（Ｔｉｔａｎｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ）、炭酸カルシウムなどの無機系と、カーボン（Ｃｒｂｏｎ）、グラファイト（Ｇｒａｐｈｉｔｅ）などの有機系がある。また、コーティング部３２８が粗さのある銅箔にコーティングを行う方法には、ローラーコーティング（Ｒｏｌｌｅｒ ｃｏａｔ）法、ディップコーティング（Ｄｉｐ ｃｏａｔ）法、スプレーコーティング（Ｓｐｒａｙ ｃｏａｔ）法、スピナーコーティング（Ｓｐｉｎｎｅｒ ｃｏａｔ）法、カーテンコーティング（Ｃｕｒｔａｉｎ ｃｏａｔ）法、スロットコーティング（Ｓｌｏａｔ ｃｏａｔ）法、スクリーン印刷法などがある。
熱可塑性液晶高分子溶液をコーティングした後、使用された溶媒は加熱部３２４で５０〜１００℃で３０分〜２時間予備乾燥させた後、２５０〜３００℃で１時間〜４時間完全乾燥させて除去する。
そして、圧縮ロール３２０、３２２は、コーティング部３２８を通過することにより熱可塑性液晶高分子溶液がコーティングされて乾燥させた銅箔３１３に、熱可塑性液晶高分子フィルム供給ロール３０２から供給される液晶高分子フィルムを積層した後、熱圧着、すなわち加熱加圧を行って銅張積層板３１４を完成する。
ここで、銅箔３１３に熱可塑性液晶高分子フィルム３１２を加熱ロール３２０、３２２で熱圧着するとき、液晶高分子フィルムの熱変形温度以上の温度で圧着し、このように、１次コーティングの後に２次熱圧着により銅張積層板を製造する理由は、1次コーティングで銅張積層板を製造するとき、フィルム表面の平坦性および厚さ不均一の問題、かつ溶媒除去のための乾燥時、熱可塑性液晶高分子の収縮による曲がり（Ｃｕｒｌ）の発生などの問題が発生するからである。
そして、加熱ロール３２０、３２２により熱圧着される熱可塑性液晶高分子コーティング膜と熱可塑性液晶高分子フィルムは同種であるので、熱変形温度以下で１〜５ｍ／分の速度および１〜１０ＭＰａの圧力で熱圧着を行うことで、十分な接着強度を具現することができる。
図４は本発明の一実施形態による接着強度が改善した銅張積層板の製造方法を示すフローチャートである。
図４に示すように、まず銅箔供給ロールから一例として１２μｍの銅箔が供給されれば、銅箔移送ロールは、銅箔がコーティング部を通過するようにし、コーティング部は熱可塑性液晶高分子溶液を銅箔に薄くコーティングする。（Ｓ１１０）。
この際、熱可塑性液晶高分子溶液にはフィラーが含有できるが、フィラーの含有量は０〜３０％（体積基準）まで添加することができ、これにより、熱膨張係数（ＣＴＥ）などを低めることができる。
その後、加熱部は、熱可塑性液晶高分子溶液をコーティングした後に使用した溶媒を、一例として８０℃で１時間予備乾燥させた後、２５０℃で２時間完全乾燥させて溶媒を除去する（Ｓ１１２）。
ついで、コーティング部を通過することにより熱可塑性液晶高分子溶液がコーティングされて乾燥させた銅箔に、熱可塑性液晶高分子フィルム供給ロールから供給される、一例として厚さ２５μｍの熱可塑性液晶高分子フィルム（一例として、熱変形温度２６０℃、融点２８３℃）を、一例として温度２７０℃、１ｍ／分の速度および圧力３ＭＰａで加熱ロールで熱圧着して、一例として均一な厚さ４５μｍの銅張積層板を完成する（Ｓ１１４、Ｓ１１６）。
このように、本発明の一実施形態によって得られた銅張積層板の接着強度をＩＰＣ−ＴＭ−６５０２．４．８に準じて測定した結果を表１に示すが、比較例１は、表面に粗さ（Ｒｚ：２μｍ）が形成された１２μｍ厚さの銅箔を使用して熱可塑性液晶高分子フィルム（融点：３０９℃）と熱圧着して製造したＡ社の銅張積層板をＩＰＣ−ＴＭ−６５０２．４．８に準じて接着強度を測定したものであり、比較例２は、表面に粗さ（Ｒｚ：２μｍ）が形成された１８μｍ厚さの銅箔を使用して熱可塑性液晶高分子フィルム（熱変形温度：２７５℃、融点：２９５℃）と熱圧着して製造したＢ社の銅張積層板をＩＰＣ−ＴＭ−６５０２．４．８に準じて接着強度を測定したものである。
Figure 2006168365
表１から、本発明の一実施形態によれば、接着強度は０．８ｋＮ／ｍであることが分かり、比較例１は０．３３ｋＮ／ｍ、比較例２は０．３ｋＮ／ｍであることから、接着強度がかなり向上したことが分かる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
本発明は、熱可塑性液晶高分子と銅箔との接着強度を、基板材料への適用が可能な程度に充分に改善する銅張積層板の製造装置およびその方法に適用可能である。
従来技術によるロールを用いた銅張積層板の製造方法を示す例示図である。 従来技術によるプレスを用いた銅張積層板の製造方法を示す例示図である。 図２Ａの製造方法により製造された銅張積層板を示す例示図である。 本発明の一実施形態による、接着強度が改善した銅張積層板の製造装置の構成を示す図である。 本発明の一実施形態による、接着強度が改善した銅張積層板の製造方法のフローチャートである。
符号の説明
３０１ 銅箔供給ロール
３０２ 熱可塑性液晶高分子フィルム供給ロール
３０３ 銅張積層板保管ロール
３１０ 銅箔
３１２ 熱可塑性液晶高分子フィルム
３２４ 加熱部
３２０、３２２ 加熱ロール
３２６ａ、３２６ｂ、３２６ｃ 移送ロール
３２８ コーティング部

Claims (11)

  1. 銅箔表面に熱可塑性液晶高分子溶液を薄くコーティングするコーティング手段と；
    前記コーティングされた液晶高分子溶液を乾燥させて溶媒を除去する溶媒除去手段と；
    熱可塑性液晶高分子フィルムと前記銅箔を加熱ロールで積層しながら熱圧着することで銅張積層板を完成する熱圧着手段と；
    を備えてなることを特徴とする、銅張積層板の製造装置。
  2. 前記コーティング手段は、
    粗さの形成された銅箔に熱可塑性液晶高分子溶液をキャスティングしてコーティングするコーティング部と；
    銅箔供給ロールから供給される銅箔をコーティング部に移送するための銅箔移送ロールと；
    を含むことを特徴とする、請求項１に記載の銅張積層板の製造装置。
  3. 前記溶媒除去手段は、第１温度で第１所定時間予備乾燥させた後、第２温度で第２所定時間完全乾燥させることにより、溶媒を除去することを特徴とする、請求項１に記載の銅張積層板の製造装置。
  4. 前記第１温度は５０〜１００℃であり、前記第１所定時間は３０分〜２時間であり、前記第２温度は２５０〜３００℃であり、第２所定時間は１〜４時間であることを特徴とする、請求項３に記載の銅張積層板の製造装置。
  5. 前記熱圧着手段は、熱変形温度以上で１〜５ｍ／分の速度および１〜１０ＭＰａの圧力で熱圧着を行うことにより、銅張積層板を完成することを特徴とする、請求項１に記載の銅張積層板の製造装置。
  6. 前記コーティング手段が使用する熱可塑性液晶高分子溶液は、熱膨張係数（ＣＴＥ）を減少させるフィラーを含むことを特徴とする、請求項１に記載の銅張積層板の製造装置。
  7. 粗さの形成された銅箔表面に熱可塑性液晶高分子溶液を薄くコーティングする第１段階と；
    前記コーティングされた液晶高分子溶液を乾燥させて溶媒を除去する第２段階と；
    熱可塑性液晶高分子フィルムと前記銅箔を加熱ロールで積層しながら熱圧着することで銅張積層板を完成する第３段階と；
    を含んでなることを特徴とする、銅張積層板の製造方法。
  8. 前記第１段階は、
    銅箔供給ロールから供給される銅箔をコーティング部に移送する第１−１段階と；
    前記粗さの形成された銅箔に熱可塑性液晶高分子溶液をキャスティングしてコーティングする第１−２段階と；
    を含むことを特徴とする、請求項７に記載の銅張積層板の製造方法。
  9. 前記第２段階は、
    溶媒除去手段が第１温度で第１所定時間予備乾燥させる第２−１段階と；
    前記溶媒除去手段が第２温度で第２所定時間完全乾燥させることで溶媒を除去する第２−２段階と；
    を含むことを特徴とする、請求項７に記載の銅張積層板の製造方法。
  10. 前記第３段階の熱圧着過程は、熱変形温度以上で１〜５ｍ／分の速度および１〜１０ＭＰａの圧力で熱圧着することを特徴とする、請求項７に記載の銅張積層板の製造方法。
  11. 前記熱可塑性液晶高分子溶液は、熱膨張係数（ＣＴＥ）を減少させるフィラーを含むことを特徴とする、請求項７に記載の銅張積層板の製造方法。
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