JP2015121483A - プラスチックフィルムの評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 安価且つ簡便にプラスチックフィルムの面内の配向性を評価する方法を提供する。
【解決手段】 評価対象のプラスチックフィルムから複数の同サイズの矩形試験片を、それらの長手方向の該プラスチックフィルムのＴＤ方向とのなす角が１０〜３０°の内の所定の角度ずつ増加して０°から少なくとも１５０°にまで至るように切り出し、これら試験片の熱膨張係数を引っ張りモードによる熱機械分析によりそれぞれ測定し、これら試験片の長手方向が該プラスチックフィルムにおいて延在する方向とそれらの熱膨張係数との関係に基づいて該プラスチックフィルムの配向性を評価する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プリント配線二層めっき基板に使用するプラスチックフィルムの評価方法に関し、さらに詳しくは、プラスチックフィルムから切り取った複数の試験片に対して熱機械分析により熱膨張係数をそれぞれ測定し、それらの測定結果に基づいてプラスチックフィルム面内の配向特性を評価する方法に関する。

ポリイミドフィルムは優れた耐熱性を有している上、機械的、電気的、および化学的特性において他のプラスチック材料に比べて遜色ないことから、例えばプリント配線板（ＰＷＢ）、フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）、テープ自動ボンディング用テープ（ＴＡＢ）、チップオンフィルム（ＣＯＦ）等の電子部品用の絶縁基板材料として多用されている。これらＰＷＢ、ＦＰＣ、ＴＡＢ、及びＣＯＦは、一般にポリイミドフィルムの少なくとも片面に金属導体層として銅を被覆し、得られた銅被覆ポリイミド基板の金属導体層に配線をパターニング加工することによって作製することができる。

近年、携帯用電子機器などの電子装置の小型化・薄型化に伴い、上記したＴＡＢやＣＯＦの配線ピッチ（配線幅及びスペース幅）も益々狭くなっており、これに対応できるように高密度で精密なパターンで配線加工が可能な銅被覆ポリイミド基板が求められている。このような状況の下、導体層（銅層）の厚みを薄くでき、且つ厚みを自由にコントロールできる二層めっき基板が注目されている。二層めっき基板は、ベースフィルムとしてのポリイミドフィルムの片面に金属層をめっきして形成されるが、上記したように高密度で精密な配線加工が可能になるように、このベースフィルムには反りやねじれが極めて少ないことが要件になっている。

このようなベースフィルムとなるプラスチックフィルムの反りやねじれは、フィルム面内の配向性に関係することが知られており、ベースフィルムの配向性を調べて反りやねじれの発生の可能性についてあらかじめ評価する方法が提案されている。例えば特許文献１には、評価対象となる樹脂フィルムに対して、そのフィルム面のＭＤ（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）方向の０°から１１.２５°刻みで１８０°までの１６方向の超音波速度を測定し、得られた測定結果をレーダーグラフ化することで配向性を評価する方法が開示されている。

特開２０１１−１３１５９１号公報

しかしながら、上記した特許文献１の評価方法は、配向性の測定のために高価な超音波測定装置を使用するため、安価且つ簡便に評価することができなかった。本発明はかかる従来の問題に鑑みてなされたものであり、安価且つ簡便にプラスチックフィルムの面内の配向性を評価する方法を提供することを目的としている。

本発明者は、上記した目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、評価対象のプラスチックフィルムに対して、複数の矩形試験片をそれらの長手方向が該フィルム面上で延在する方向が全て異なるように切り出し、これら試験片の熱膨張係数をそれぞれ汎用的なＴＭＡ装置を用いて算出することで、当該プラスチックフィルムの面内の配向性を簡便に評価できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明のプラスチックフィルムの評価方法は、評価対象のプラスチックフィルムから複数の同サイズの矩形試験片を、それらの長手方向の該プラスチックフィルムのＴＤ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）方向とのなす角が１０〜３０°の内の所定の角度ずつ増加して０°から少なくとも１５０°にまで至るように切り出し、これら試験片の熱膨張係数を引っ張りモードによる熱機械分析によりそれぞれ測定し、これら試験片の長手方向が該プラスチックフィルムにおいて延在する方向とそれらの熱膨張係数との関係に基づいて該プラスチックフィルムの配向性を評価することを特徴としている。

上記した本発明のプラスチックフィルムの評価方法においては、上記引っ張りモードによる熱機械分析の際のプラスチックフィルムの温度を、室温から１００℃以上２００℃未満の温度まで昇温させた後に１００℃未満の温度Ａまで降温させる第１の温度パターンと、該温度Ａからプラスチックフィルムの融点未満の温度Ｂまで昇温させる第２の温度パターンとに沿って変化させるのが好ましい。

本発明によれば、プラスチックフィルの面内配向性を安価且つ簡便に評価することが可能になる。これにより、反りやねじれを生じうるプラスチックフィルを金属導体層を成膜する前に取り除くことが可能になり、高品質のプリント配線二層めっき基板をより高い歩留まりで作製することが可能になる。

本発明の評価方法の対象となる長尺プラスチックフィルムから切り出される複数の矩形試験片の位置関係を模式的に示す平面図である。 実施例１において行ったＴＭＡ測定における第２の加熱パターンによる加熱に伴う寸法変化率の変化の様子を示すグラフである。 実施例１及び実施例２で各々切り出された複数の試験片の長手方向が長尺プラスチックフィルム面上で延在する方向を周方向の位置とし、それらの熱膨張係数を中心からの距離としてプロットしたレーダーグラフである。

以下、本発明のプラスチックフィルムの評価方法の実施形態について説明する。この本発明の実施形態のプラスチックフィルムの評価方法は、一般に厚み０.２〜１ｍｍの長尺状プラスチックフィルムを評価対象としており、この長尺状プラスチックフィルムから先ず幅２〜６ｍｍ×長さ１５〜５０ｍｍ程度の矩形のフィルム片を複数枚切り出して試験片とする。

これら試験片を切り出す際は、複数の矩形の試験片の長手方向が該プラスチックフィルムの幅方向（ＴＤ方向とも称する）となす角が、１０〜３０°の内の所定の角度ずつ増加して０°から反時計方向に少なくとも１５０°にまで至るように切り出す。例えば、上記した１０〜３０°の内の所定の角度を３０°とした時、図１に示すように、長尺プラスチックフィルムＦの面上において６枚の矩形の試験片１ａ〜１ｆの長手方向２ａ〜２ｆが白抜き矢印で示す該プラスチックフィルムの幅方向（ＴＤ方向）となす角が、それぞれ０°、３０°、６０°、９０°、１２０°、及び１５０°となるように該プラスチックフィルムから切り出す。

より高い精度で正確に評価するには、上記長手方向のＴＤ方向となす角が全て異なる複数の試験片をできるだけ多くプラスチックフィルムから切り出すことが好ましいため、例えば上記したＴＤ方向となす角を３０°ずつ増加させることに代えて２０°ずつ増加させて０°から１６０°までの９枚の試験片を切り出すのがより好ましく、１０°ずつ増加させて０°から１７０°までの１８枚の試験片を切り出すのが最も好ましい。

また、０°から３６０°までの全周に亘るように試料片を切り出してもよく、この場合は、ＴＤ方向となす角が例えば３０°と２１０°のように互いの長手方向が一直線状に並ぶもの同士の測定結果を平均することでより正確に検査することが可能になる。なお、各試験片の具体的な採取条件は、「ＪＩＳ Ｃ ６４８１ プリント配線板用銅張積層板試験方法」に従うのが好ましい。

上記の方法で切り取った複数の試験片に対して、「フィルムの分析評価技術、(株)情報機構、２００３年」の第６４頁に記載されているような熱機械分析（ＴＭＡ：Ｔｈｅｒｍｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ）装置を用いて寸法変化率を測定する。この熱機械分析装置では、引っ張りモードに調節された試験片をその温度が所定の温度パターンに沿って昇温するようにプログラムされた条件下で変形させ、これにより試験片の寸法変化率を測定する。そして、この寸法変化率を昇温した温度の幅で除して熱膨張係数（ＣＴＥ：Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｌｉｎｅａｒ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）を算出する。

上記した熱機械分析を行う際は、吸湿による寸法変化の影響を除くのが好ましい。例えば分子鎖に親水基であるカルボニル基を持つプラスチックフィルムは高い吸水性を有している為、測定の際の上記昇温によりフィルムに吸水されていた水分が脱水し、この脱水による収縮挙動の影響を受けてプラスチックフィルム本来の熱膨張係数を正確に測定できなくなるおそれがあった。

そこで、上記した熱機械分析では、評価対象であるプラスチックフィルムの温度を、脱水用と測定用の２つの連続する温度パターンに沿って変化させるのが好ましい。具体的には、先ず第１の脱水用の加熱パターンとして、室温から１００℃以上２００℃未満の温度、好ましくは１２０℃から１５０℃の温度にまで一旦昇温させた後、１００℃未満の好適には室温前後の１０℃〜３０℃程度の温度Ａまで降温させる。

次に、第２の測定用の加熱パターンとして、上記第１の加熱パターンに引き続いて上記温度Ａからプラスチックフィルムの融点未満の温度Ｂまで昇温させる。この温度Ｂは、例えばポリイミドフィルムの場合では、４００℃〜５００℃の範囲内の温度まで昇温させるのが好ましい。この温度Ａから温度Ｂまでの温度変化に伴って生ずる寸法変化率の変化に基づいて試験片の熱膨張係数を算出する。

このように、温度Ａから温度Ｂまでの温度変化の前に第１の加熱パターンに沿って加熱することによりプラスチックフィルムに含まれる水分を除去できるのでより正確な熱膨張係数の算出が可能になる。更に、この第１の加熱パターンと第２の加熱パターンとを連続させることで、水分が除去されたプラスチックフィルムが再度吸湿することを防ぐことができ、より一層正確な熱膨張係数の算出が可能になる。

上記した第１及び第２の加熱パターンにおいては、温度変化を毎分１℃以上２０℃以下にすることが好ましく、毎分５℃がより好ましい。この温度変化が毎分１℃未満では測定時間が長時間に及ぶので作業効率が悪くなる。一方、毎分１５℃を超えると収縮及び伸長が生じる温度領域では再現性があるデータを得ることが難しくなる。

また、上記した熱機械分析を行う際は、装置内をドライガス雰囲気にするのが好ましい。これにより、測定中のプラスチックフィルムが吸湿するのを防ぐことができ、より高い精度で測定を行うことが可能になる。但し、ドライエアー等の酸素を含むガスでは１００℃以上の温度でプラスチックフィルムが酸化されて変質するおそれがあるので、アルゴンや窒素などの不活性ガスの乾燥ガス雰囲気下で測定するのがより望ましい。

熱機械分析装置の引っ張りモードにおける荷重は、３ｇ以上１０ｇ未満が好ましく、５ｇでの測定がより好ましい。この荷重が３ｇ未満であると設置場所にも依存するが振動によるノイズを検出しやすく再現性のよいデータを得ることが難しくなる。一方、１０ｇ以上であるとフィルムに過剰な引っ張りによる伸張が起こる為、試験片同士の寸法変化挙動の差異を正確に検出することが難しくなる。

上記したように、第２の加熱パターンによる温度Ａから温度Ｂの昇温過程における複数の試験片の熱膨張係数を、該複数の試験片の長手方向がそれぞれ長尺プラスチックフィルム面上で延在していた方向と共にレーダーグラフにプロットする。そして、熱膨張係数が最大の試験片の長手方向のプラスチックフィルム面上での延在方向を配向角度とみなすことで、安価且つ簡便にプラスチックフィルム面内配向性を評価することができる。

そして、上記の評価により得られた配向方向が、ロールツーロールでの製膜処理時のＭＤ方向の伸張を考慮して規定されている配向方向と異なる場合は、当該製膜処理時に反りやねじれが生じるおそれがあると判断できる。なお、熱膨張係数が最大値を示す試験片の長手方向がプラスチックフィルム面上で延在していた方向を当該プラスチックフィルムの面内配向性と判断できるのは、プラスチックフィルムは分子の配向方向により大きく熱膨張すると考えられるからである。

［実施例１］
評価対象のプラスチックフィルムとして宇部興産株式会社製のポリイミドフィルム（商品名：ユーピレックス２５Ｓ）を用意し、このフィルムから６枚の矩形の試験片を切り出した。その際、図１に示すようにポリイミドフィルムの幅方向（ＴＤ方向）を０°、フィルムの機械搬送方向（ＭＤ方向）を９０°とした時、これら６枚の試験片の長手方向がＭＤ方向となす角をそれぞれ０°、３０°、６０°、９０°、１２０°、及び１５０°となるように切り出した。

これら試験片の各々に対してブルカー・エイエックス（株）製の熱機械分析装置である「ＴＭＡ４０３０ＳＡ」を用いて５ｇの引張荷重をかけて熱膨張係数（線膨張率）の測定を行った。その際、熱機械分析装置内は乾燥した窒素雰囲気とし、昇温及び冷却速度を毎分５℃に設定した。測定の際は、まず室温から１２０℃まで昇温させた後一旦温度Ａとして２５℃まで冷却させ、引き続き２５℃から温度Ｂとして４００℃まで昇温させた。そして、各試験片について図２に示すように２５℃（ｔ１）での寸法変化率（ｃ１）及び４００℃（ｔ２）での寸法変化率（ｃ２）から下記式１により熱膨張係数αを算出した。その結果、αは１３.７〜１５.７の範囲内でばらついた。

［式１］
α＝（ｃ２−ｃ１）／（ｔ２−ｔ１）

［実施例２］
「ユーピレックス２５Ｓ」に代えて東レ・デュポン株式会社製のポリイミドフィルム（商品名：カプトン１５０ＥＮ）を使用した以外は上記実施例１と同じように複数の試験片を切り出して熱膨張係数を算出した。その結果、αは１３〜１６.６の範囲内でばらついた。

［評価］
上記した実施例１及び実施例２の算出結果の各々について、複数の試験片の長手方向が長尺プラスチックフィルム面上で延在する方向をＴＤ方向を０°として反時計回りの周方向の角度位置（単位：°）とし（すなわち、各角度位置は試験片の長手方向のＴＤ方向からの傾斜角度を示している）、それらの熱膨張係数（単位：ｐｐｍ／℃）を中心からの距離として図３に示すようにレーダーグラフにプロットした。

この図３の結果から分かるように、実施例１のポリイミドフィルム（ユーピレックス ２５Ｓ）ではＴＤ方向とのなす角が６０°の方向に長手方向が延在していた試験片の熱膨張係数が最大値を示し、実施例２のポリイミドフィルム（カプトン １５０ＥＮ）ではＴＤ方向とのなす角が３０°の方向に長手方向が延在していた試験片の熱膨張係数が最大値を示した。従って、実施例１のポリイミドフィルムではＴＤ方向とのなす角が６０°の方向に配向性を有し、実施例２のポリイミドフィルムではＴＤ方向とのなす角が３０°の方向に配向性を有すると判断することができる。

Ｆ 長尺状プラスチックフィルム
１ａ〜１ｆ 試験片
２ａ〜２ｆ 長手方向

Claims (3)

1. 評価対象のプラスチックフィルムから複数の同サイズの矩形試験片を、それらの長手方向の該プラスチックフィルムのＴＤ方向とのなす角が１０〜３０°の内の所定の角度ずつ増加して０°から少なくとも１５０°にまで至るように切り出し、これら試験片の熱膨張係数を引っ張りモードによる熱機械分析によりそれぞれ測定し、これら試験片の長手方向が該プラスチックフィルムにおいて延在する方向とそれらの熱膨張係数との関係に基づいて該プラスチックフィルムの配向性を評価することを特徴とするプラスチックフィルムの評価方法。
2. 前記測定において得られた熱膨張係数の中で最大の熱膨張係数を示す試験片の長手方向が前記プラスチックフィルム面上において延在する方向を該プラスチックフィルムの配向角度と判断することを特徴とする、請求項１に記載のプラスチックフィルム評価方法。
3. 前記引っ張りモードによる熱機械分析の際のプラスチックフィルムの温度を、室温から１００℃以上２００℃未満の温度まで昇温させた後に１００℃未満の温度Ａまで降温させる第１の温度パターンと、該温度Ａからプラスチックフィルムの融点未満の温度Ｂまで昇温させる第２の温度パターンとに沿って変化させることを特徴とする、請求項１又は２に記載のプラスチックフィルムの評価方法。

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