JP2015091644A - 銅張積層板、プリント配線板及びその使用方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 銅張積層板は、ポリイミド絶縁層と、該ポリイミド絶縁層の少なくとも一方の面に銅箔を備えている。ポリイミド絶縁層は、熱線膨張係数が0ppm/K以上30ppm/K以下の範囲内であり、数式(i);E1=√ε1×Tanδ1 ・・・(i)
[ここで、ε1は、空洞共振器摂動法による3GHzにおける誘電率を示し、Tanδ1は、空洞共振器摂動法による3GHzにおける誘電正接を示す]に基づき算出される、誘電特性を示す指標であるE1値が0.009未満である。更に、銅箔は、前記ポリイミド絶縁層と接する面の二乗平均粗さ(Rq)が、0.05μm以上0.5μm未満の範囲内である。
【選択図】図1
Description
Ia)熱線膨張係数が0ppm/K以上30ppm/K以下の範囲内である;
Ib)下記の数式(i)、
E1=√ε1×Tanδ1 ・・・(i)
[ここで、ε1は、空洞共振器摂動法による3GHzにおける誘電率を示し、Tanδ1は、空洞共振器摂動法による3GHzにおける誘電正接を示す]
に基づき算出される、誘電特性を示す指標であるE1値が0.009未満である;
を備え、更に、前記銅箔が、下記の構成c:
c)前記ポリイミド絶縁層と接する面の二乗平均粗さ(Rq)が、0.05μm以上0.5μm未満の範囲内である;
を備えている。
本実施の形態の銅張積層板は、ポリイミド絶縁層と、該ポリイミド絶縁層の少なくとも一方の面に銅箔層を備えた銅張積層板であって、ポリイミド絶縁層の片面側のみに銅箔を備えた片面銅張積層板であってもよいし、ポリイミド絶縁層の両側に銅箔を備えた両面銅張積層板でもよい。なお、両面銅張積層板は、例えば、片面銅張積層板を形成した後、互いにポリイミド絶縁層を向き合わせて熱プレスによって圧着し形成することや、片面銅張積層板のポリイミド絶縁層に銅箔を圧着し形成すること等により得ることができる。
ポリイミド樹脂層を形成するポリイミドとしては、いわゆるポリイミドを含めて、ポリアミドイミド、ポリベンズイミダゾール、ポリイミドエステル、ポリエーテルイミド、ポリシロキサンイミド等の構造中にイミド基を有する耐熱性樹脂がある。
ポリイミド絶縁層は、フレキシブル回路基板(以下、「FPC」と記すことがある)等の回路基板に使用した際の高周波域における伝送特性を確保するために、絶縁樹脂層全体として、上記式(i)に基づき算出される、空洞共振器摂動法による3GHzにおける誘電特性を示す指標であるE1値が0.009未満であり、好ましくは0.0025〜0.007の範囲内がよく、より好ましくは0.0025〜0.006の範囲内がよい。E1値が、上記上限を超えると、FPC等の回路基板に使用した際に、高周波信号の伝送経路上で電気信号のロスなどの不都合が生じやすくなる。
ポリイミド絶縁層は、FPC等の回路基板に使用した際に、1〜40HGz帯において、液晶ポリマーを用いて作製した銅張積層板同等レベルの伝送損失とするために、3GHzにおける誘電率(ε1)は、好ましくは3.1以下がよく、誘電正接(Tanδ1)は、好ましくは0.005未満とすることがよい。ポリイミド絶縁層の3GHzにおける誘電率が3.1を超え、誘電正接が0.005以上であると、FPC等の回路基板に使用した際に、電気信号のロスの不都合が発生しやすくなる。
本実施の形態の銅張積層板において、銅箔は、ポリイミド絶縁層と接する面の二乗平均粗さ(Rq)が0.05μm以上0.5μm未満の範囲内であり、好ましくは0.1μm以上0.4μm以下の範囲内がよい。ここで定義される二乗平均粗さ(Rq)は、JIS B0601:2001に基づくものである。なお、銅箔の材質は、銅合金であってもよい。
本実施の形態のプリント配線板は、本実施の形態の銅張積層板の銅箔を常法によってパターン状に加工して配線層を形成することによって、本発明の一実施の形態であるプリント配線板の製造することができる。
工程(1):
工程(1)は、本実施の形態で用いるポリイミドの前駆体であるポリアミド酸の樹脂溶液を得る工程である。
工程(2)は、銅箔上に、ポリアミド酸の樹脂溶液を塗布し、塗布膜を形成する工程である。銅箔は、カットシート状、ロール状のもの、又はエンドレスベルト状などの形状で使用できる。生産性を得るためには、ロール状又はエンドレスベルト状の形態とし、連続生産可能な形式とすることが効率的である。さらに、プリント配線板における配線パターン精度の改善効果をより大きく発現させる観点から、銅箔は長尺に形成されたロール状のものが好ましい。
工程(3)は、塗布膜を熱処理してイミド化し、ポリイミド絶縁層を形成する工程である。イミド化の方法は、特に制限されず、例えば、80〜400℃の範囲内の温度条件で1〜60分間の範囲内の時間加熱するといった熱処理が好適に採用される。金属層の酸化を抑制するため、低酸素雰囲気下での熱処理が好ましく、具体的には、窒素又は希ガスなどの不活性ガス雰囲気下、水素などの還元ガス雰囲気下、あるいは真空中で行うことが好ましい。熱処理により、塗布膜中のポリアミド酸がイミド化し、ポリイミドが形成される。
工程(4)は、銅張積層板の銅箔をパターニングして配線層を形成する工程である。本工程では、銅箔を所定形状にエッチングすることによってパターン形成し、配線層に加工することによってプリント配線板を得る。エッチングは、例えばフォトリソグラフィー技術などを利用する任意の方法で行うことができる。
熱膨張係数は、3mm×20mmのサイズのポリイミドフィルムを、サーモメカニカルアナライザー(Bruker社製、商品名;4000SA)を用い、5.0gの荷重を加えながら一定の昇温速度で30℃から250℃まで昇温させ、更にその温度で10分保持した後、5℃/分の速度で冷却し、240℃から100℃までの平均熱膨張係数(線熱膨張係数)を求めた。
ガラス転移温度は、5mm×20mmのサイズのポリイミドフィルムを、粘弾性測定装置(DMA:TAインスツルメント社製、商品名;RSA3)を用いて、30℃から400℃まで昇温速度4℃/分、周波数1Hzで行い、弾性率変化が最大となる(tanδ変化率が最も大きい)温度をガラス転移温度として評価した。
ピール強度は、テンシロンテスター(東洋精機製作所社製、商品名;ストログラフVE−10)を用いて、幅1mmのサンプル(基材/樹脂層で構成された積層体)の樹脂層側を両面テープによりアルミ板に固定し、基材を180°方向に50mm/分の速度で、樹脂層と基材を剥離するときの力を求めた。
誘電率及び誘電正接は、空洞共振器摂動法誘電率評価装置(Agilent社製、商品名;ベクトルネットワークアナライザE8363B)を用い、所定の周波数における樹脂シート(硬化後の樹脂シート)の誘電率および誘電正接を測定した。なお、測定に使用した樹脂シートは、温度;24〜26℃、湿度;45〜55%の条件下で、24時間放置したものである。
1)二乗平均粗さ(Rq)の測定
触針式表面粗さ計(株式会社小坂研究所製、商品名;サーフコーダET−3000)を用い、Force;100μN、Speed;20μm、Range;800μmの測定条件によって求めた。なお、表面粗さの算出は、JIS−B0601:2001に準拠した方法により算出した。
2)算術平均高さ(Ra)の測定
触針式表面粗さ計(株式会社小坂研究所製、商品名;サーフコーダET−3000)を用い、Force;100μN、Speed;20μm、Range;800μmの測定条件によって求めた。なお、表面粗さの算出は、JIS−B0601:1994に準拠した方法により算出した。
3)十点平均粗さ(Rz)の測定
触針式表面粗さ計(株式会社小坂研究所製、商品名;サーフコーダET−3000)を用い、Force;100μN、Speed;20μm、Range;800μmの測定条件によって求めた。なお、表面粗さの算出は、JIS−B0601:1994に準拠した方法により算出した。
伝送特性の評価は、銅張積層板を回路加工し、特性インピーダンスを50Ωとしたマイクロストリップ線路を回路加工した評価サンプルを使用し、回路加工した側(伝送線路側)の伝送特性を評価した。SOLT法(SHORT−OPEN−LOOD−Thru)にて校正したベクトルネットワークアナライザにより、所定の周波数領域でSパラメータを測定することにより、S21(挿入損失)で評価を行った。
(A)ポリイミド原料
DDA:ダイマー酸型ジアミン(クローダジャパン株式会社製、商品名;PRIAMINE1074、炭素数;36、アミン価;205mgKOH/g、ダイマー成分の含有量;95重量%以上)
m‐TB:2,2’‐ジメチル‐4,4’‐ジアミノビフェニル
BAPP:2,2‐ビス(4‐アミノフェノキシフェニル)プロパン
TPE‐R:1,3‐ビス(4‐アミノフェノキシ)ベンゼン
ワンダミン:4,4’‐ジアミノジシクロヘキシルメタン
BAFL:9,9‐ビス(4‐アミノフェニル)フルオレン
TFMB:2,2’‐ビス(トリフルオロメチル)‐4,4’‐ジアミノビフェニル
PMDA:ピロメリット酸二無水物
BPDA:3,3’,4,4’‐ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
DMAc:N,N‐ジメチルアセトアミド
銅箔(1):電解銅箔、厚さ;12μm、樹脂積層側の表面粗度Rq;0.14μm、Rz;0.64μm、Ra;0.10μm)
銅箔(2):電解銅箔、厚さ;12μm、樹脂積層側の表面粗度Rq;0.19μm、Rz;1.06μm、Ra;0.16μm)
銅箔(3):電解銅箔、厚さ;12μm、樹脂積層側の表面粗度Rq;0.27μm、Rz;1.36μm、Ra;0.21μm)
銅箔(4):電解銅箔、厚さ;12μm、樹脂積層側の表面粗度Rq;0.35μm、Rz;1.51μm、Ra;0.28μm)
銅箔(5):電解銅箔、厚さ12μm、樹脂積層側の表面粗度Rq;0.5μm、Rz;1.65μm、Ra;0.36μm)
銅箔(6):圧延銅箔、厚さ12μm、樹脂積層側の表面粗度Rq;0.24μm、Rz;1.30μm、Ra;0.18μm)
窒素気流下で、300mlのセパラブルフラスコに、2.196gのDDA(0.0041モル)、16.367gのm‐TB(0.0771モル)及び212.5gのDMAcを投入し、室温で撹拌して溶解させた。次に、4.776gのBPDA(0.0162モル)及び14.161gのPMDA(0.0649モル)を添加した後、室温で3時間撹拌を続けて重合反応を行い、ポリアミド酸溶液aを得た。ポリアミド酸溶液aの溶液粘度は26,000cpsであった。
表1及び表2に示す原料組成とした他は、合成例1と同様にしてポリアミド酸溶液b〜mを調製した。
厚さ18μmの電解銅箔の片面(表面粗さRz;2.1μm)に、合成例1で調製したポリアミド酸溶液aを硬化後の厚みが約25μmとなるように均一に塗布した後、120℃で加熱乾燥し溶媒を除去した。更に、120℃から360℃まで段階的な熱処理を行い、イミド化を完結した。得られた金属張積層体について、塩化第二鉄水溶液を用いて銅箔をエッチング除去して、ポリイミドフィルム1を得た。なお、ポリイミドフィルム1を構成するポリイミドは、非熱可塑性であった。
ポリイミドフィルム1の熱膨張係数、ガラス転移温度、誘電率及び誘電正接を求めた。各測定結果を表3に示す。
表3に示すポリアミド酸溶液を使用した他は、作製例1と同様にして、作製例2〜6のポリイミドフィルム2〜6を得た。得られたポリイミドフィルム2〜6の熱膨張係数(CTE)、ガラス転移温度、誘電率及び誘電正接を求めた。各測定結果を表3に示す。
厚さ12μmの電解銅箔の片面(表面粗さRz;1.39μm)に、ポリアミド酸溶液hを硬化後の厚みが約2〜3μmとなるように均一に塗布した後、85℃〜110℃まで段階的な加熱処理にて乾燥し溶媒を除去した。次に、その上にポリアミド酸溶液bを硬化後の厚みが、約42〜46μmとなるように均一に塗布し、85℃〜110℃まで段階的な加熱処理にて溶媒を除去した。更に、その上にポリアミド酸溶液hを硬化後の厚みが約2〜3μmとなるように均一に塗布した後、85℃〜110℃まで段階的な加熱処理にて溶媒を除去した。このようにして、3層のポリアミド酸層を形成した後、120℃から320℃まで段階的な熱処理を行い、イミド化を完結して、金属張積層体7を得た。得られた金属張積層体7について、塩化第二鉄水溶液を用いて銅箔をエッチング除去して、厚さが約50μmのポリイミドフィルム7を得た。得られたポリイミドフィルム7の3GHzにおける誘電率(ε1)及び誘電正接(Tanδ1)は、それぞれ3.06、0.0029(E1=0.0051)であり、10GHzにおける誘電率及び誘電正接は、それぞれ2.86、0.0036であった。
銅箔2に、ポリアミド酸溶液hを硬化後の厚みが約2〜3μmとなるように均一に塗布した後、85℃〜110℃まで段階的な加熱処理にて乾燥し溶媒を除去した。次に、その上にポリアミド酸溶液bを硬化後の厚みが、約42〜46μmとなるように均一に塗布し、85℃〜110℃まで段階的な加熱処理にて溶媒を除去した。更に、その上にポリアミド酸溶液hを硬化後の厚みが約2〜3μmとなるように均一に塗布した後、85℃〜110℃まで段階的な加熱処理にて溶媒を除去した。このようにして、3層のポリアミド酸層を形成した後、120℃から320℃まで段階的な熱処理を行い、イミド化を完結して、銅張積層板1’を得た。得られた銅張積層板1’のポリイミド絶縁層側に、銅箔1を重ね合わせ、温度380℃、圧力6.7MPaの条件で15分間熱圧着して、銅張積層板1を得た。得られた銅張積層板1における熱圧着側の銅箔1とポリイミド絶縁層のピール強度は、0.96kN/mであった。銅箔1側をグランド面とし、銅箔2側を信号面として回路加工を行い、伝送特性を評価した。この結果を図1に示す。
市販の液晶ポリマーフィルム1(厚さ;50μm)の両面に銅箔4を熱圧着した積層板を得た。この積層板における両面の銅箔をグランド面と信号面として回路加工を行い、伝送特性を評価した。この結果を図1に示す。
市販の液晶ポリマーフィルム2(厚さ;50μm)の両面に銅箔5を熱圧着した積層板を得た。この積層板における両面の銅箔をグランド面と信号面として回路加工を行い、伝送特性を評価した。この結果を図1に示す。
厚さ50μmの市販のポリイミドフィルム(3GHzにおける誘電率;>3.1、3GHzにおける誘電正接;>0.005)の両面に銅箔5を熱圧着した積層板を得た。この積層板における両面の銅箔をグランド面と信号面として回路加工を行い、伝送特性を評価した。この結果を図1に示す。
銅箔3に、ポリアミド酸溶液hを硬化後の厚みが約2〜3μmとなるように均一に塗布した後、85℃〜110℃まで段階的な加熱処理にて乾燥し溶媒を除去した。次に、その上にポリアミド酸溶液bを硬化後の厚みが、約42〜46μmとなるように均一に塗布し、85℃〜110℃まで段階的な加熱処理にて溶媒を除去した。更に、その上にポリアミド酸溶液hを硬化後の厚みが約2〜3μmとなるように均一に塗布した後、85℃〜110℃まで段階的な加熱処理にて溶媒を除去した。このようにして、3層のポリアミド酸層を形成した後、120℃から320℃まで段階的な熱処理を行い、イミド化を完結して、銅張積層板2’を得た。得られた銅張積層板2’のポリイミド絶縁層側に、銅箔1を重ね合わせ、温度380℃、圧力6.7MPaの条件で15分間熱圧着して、銅張積層板2を得た。得られた銅張積層板2における熱圧着側の銅箔1とポリイミド絶縁層のピール強度は、0.96kN/mであった。銅箔3側をグランド面とし、銅箔1側を信号面として回路加工を行い、伝送特性を評価した。この結果を図2に示す。
実施例2と同様にして、銅張積層板3を得た。銅箔1側をグランド面とし、銅箔3側を信号面として回路加工を行い、伝送特性を評価した。この結果を図2に示す。
次に、本発明の効果を確認したシミュレーション試験の結果について説明する。ポリイミド絶縁層の3GHzにおける誘電率及び誘電正接をそれぞれ、3.0、0.003に固定し、Rqを0〜1.0に変化させたときの結果を図2に示す。また、ポリイミド絶縁層の3GHzにおける誘電率及び誘電正接をそれぞれ、3.4、0.006に固定し、Rqを0〜1.0に変化させたときの結果を図3に示す。なお、シミュレーション試験において、グランド面と信号面のRqは同一に設定している。
シミュレーション(1)及び(7):Rq=0μm
シミュレーション(2)及び(8):Rq=0.1μm
シミュレーション(3)及び(9):Rq=0.2μm
シミュレーション(4)及び(10):Rq=0.3μm
シミュレーション(5)及び(11):Rq=0.5μm
シミュレーション(6)及び(12):Rq=1.0μm
Claims (8)
- ポリイミド絶縁層と、該ポリイミド絶縁層の少なくとも一方の面に銅箔を備えた銅張積層板であって、
前記ポリイミド絶縁層が、下記の構成Ia及びIb:
Ia)熱線膨張係数が0ppm/K以上30ppm/K以下の範囲内である;
Ib)下記の数式(i)、
E1=√ε1×Tanδ1 ・・・(i)
[ここで、ε1は、空洞共振器摂動法による3GHzにおける誘電率を示し、Tanδ1は、空洞共振器摂動法による3GHzにおける誘電正接を示す]
に基づき算出される、誘電特性を示す指標であるE1値が0.009未満である;
を備え、更に、前記銅箔が、下記の構成c:
c)前記ポリイミド絶縁層と接する面の二乗平均粗さ(Rq)が、0.05μm以上0.5μm未満の範囲内である;
を備えた銅張積層板。 - 前記誘電率が3.1以下であり、前記誘電正接が0.005未満である請求項1に記載の銅張積層板。
- 前記銅箔の前記ポリイミド絶縁層と接する面の算術平均高さ(Ra)が、0.2μm以下である請求項1又は2に記載の銅張積層板。
- 前記銅箔の前記ポリイミド絶縁層と接する面の十点平均粗さ(Rz)が、1.5μm以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載の銅張積層板。
- 前記ポリイミド絶縁層の10GHzにおける誘電率が3.0以下であり、誘電正接が0.005以下である請求項1〜4のいずれか1項に記載の銅張積層板。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の銅張積層板の銅箔を配線回路加工してなるプリント配線板。
- 請求項6に記載のプリント配線板を、1GHz〜40GHzの範囲内の周波数領域で使用するプリント配線板の使用方法。
- 請求項6に記載のプリント配線板を、1GHz〜20GHzの範囲内の周波数領域で使用するプリント配線板の使用方法。
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