JP2018137402A - プリント配線板及びプリント配線板の製造方法 - Google Patents

プリント配線板及びプリント配線板の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明の目的は、液晶ポリマーから作製された絶縁層を備え、加熱された場合の絶縁層の剥離を抑制することができるプリント配線板及びその製造方法を提供することである。
【解決手段】プリント配線板1は、第一面41及び第一面41とは反対側の第二面42を備える第一絶縁層21と、第一絶縁層21の第一面41に重なっている第二絶縁層22と、第一絶縁層21と第二絶縁層22との間に介在する導体配線3とを備える。第一絶縁層21は、液晶ポリマーを含有し、第二絶縁層22は、無機充填材と熱硬化性成分とを含有する熱硬化性組成物の硬化物と繊維質基材とを含有する。第二絶縁層の25℃の初期状態から昇温速度10℃/minで昇温させた場合の、初期状態に対する質量減少が5%に達する温度が、355℃以上である。
【選択図】図1

Description

本発明は、プリント配線板及びプリント配線板の製造方法に関する。
ユビキタス社会の実現を目指し、情報伝達の高速化は継続して進展を続けている。高速信号を処理するため、従来、液晶ポリマー樹脂、フッ素樹脂等から作製された基板を備えるプリント配線板が提供されている。例えば、特許文献1には、導体層及び絶縁層を交互に積層して形成された多層プリント配線板において、絶縁層が、無機充填材及びポリフェニレンエーテル樹脂を含有する熱硬化性成分をガラスクロスに含浸して硬化させた熱硬化性成分層と、液晶ポリマー樹脂層とで形成されているとともに、絶縁層全体に対して液晶ポリマー樹脂層が5〜80体積%を占めていることが、開示されている。
液晶ポリマー樹脂、フッ素樹脂等から作製された基板は、低い誘電率及び低い誘電正接を有しうるという利点がある。このため、この基板から、高速信号の伝送性に優れるプリント配線板を作製できる。
特開2011−216841号公報
フッ素樹脂から作製された絶縁層は、比較的吸湿しやすく、吸湿すると誘電特性が変化しやすい。そのため、フッ素樹脂から作製された絶縁層を備えるプリント配線板は、安定した性能が得られない場合がある。一方、液晶ポリマーから作製された絶縁層は、吸湿しにくいため、誘電特性が変化しにくい。そのため、液晶ポリマーから作製された絶縁層を備えるプリント配線板は、安定した性能を有することができる。
しかし、絶縁層が液晶ポリマーから作製される場合は、フッ素樹脂から作製される場合と比べて、プリント配線板を加熱した場合に絶縁層が剥離しやすい。そのため、例えば部品実装のためのリフロー処理などのために加熱すると、絶縁層が剥離してしまうことがあり、歩留りが悪化してしまう。
本発明の目的は、液晶ポリマーから作製された絶縁層を備え、加熱された場合の絶縁層の剥離を抑制することができるプリント配線板及びその製造方法を提供することである。
本発明の一態様に係るプリント配線板は、第一面及び前記第一面とは反対側の第二面を備える第一絶縁層と、前記第一絶縁層の前記第一面に重なっている第二絶縁層と、前記第一絶縁層と前記第二絶縁層との間に介在する導体配線とを備える。前記第一絶縁層は、液晶ポリマーを含有する。前記第二絶縁層は、無機充填材と熱硬化性成分とを含有する熱硬化性組成物の硬化物と繊維質基材とを含有する。熱重量・示差熱同時分析によって測定される、前記第二絶縁層の25℃の初期状態から昇温速度10℃/minで昇温させた場合の、初期状態に対する質量減少が5%に達する温度が、355℃以上である。
本発明の一態様に係るプリント配線板の製造方法は、液晶ポリマーを含有する第一絶縁層と、マット面を有し前記マット面は平均直径0.1〜1.0μmの範囲内の突起を備える金属箔と、プリプレグとを用意し、前記プリプレグは、硬化することで、熱重量・示差熱同時分析によって測定される、25℃の初期状態から昇温速度10℃/minで昇温させた場合の、初期状態に対する質量減少が5%に達する温度が、355℃以上である硬化物になるものであり、前記金属箔を前記第一絶縁層に前記マット面が前記第一絶縁層と重なるように重ねて、熱圧着し、前記金属箔にエッチング処理を施すことで導体配線を形成し、前記第一絶縁層の前記導体配線が重なっている面に、前記プリプレグを重ね、前記プリプレグを加熱して硬化させることで第二絶縁層を形成することを含む。
本発明の一態様に係るプリント配線板の製造方法は、液晶ポリマーを含有する第一絶縁層と、マット面を有し前記マット面は平均直径1.0μm未満の突起を備える金属箔と、プリプレグとを用意し、前記プリプレグは、硬化することで、熱重量・示差熱同時分析によって測定される、25℃の初期状態から昇温速度10℃/minで昇温させた場合の、初期状態に対する質量減少が5%に達する温度が、355℃以上である硬化物になるものであり、前記金属箔を前記第一絶縁層に前記マット面が前記第一絶縁層と重なるように重ねて、熱圧着し、前記金属箔にエッチング処理を施すことで導体配線を形成し、前記第一絶縁層における前記エッチング処理によって露出した面にプラズマ処理を施し、前記導体配線と前記プリプレグとが対向するように前記第一絶縁層に前記プリプレグを重ね、前記プリプレグを加熱して硬化させることで第二絶縁層を形成することを含む。
本発明によれば、液晶ポリマーから作製された絶縁層を備え、加熱された場合の絶縁層の剥離を抑制することができるプリント配線板を得ることができる。
図1は、本発明の第一実施形態に係るプリント配線板の概略の断面図である。 図2Aから図2Dは、図1に示すプリント配線板の製造に用いられるLCP材の製造工程を示す概略の断面図である。 図3A及び図3Bは、図1に示すプリント配線板の製造工程を示す概略の断面図である。 図4は、本発明の第二実施形態に係るプリント配線板の概略の断面図である。 図5A及び図5Bは、図4に示すプリント配線板の製造工程を示す概略の断面図である。 図6Aは、LCP材であるサンプル1−2の作製過程において、プラズマ処理前の露出領域を走査型電子顕微鏡で3000倍の倍率で撮影して得た画像であり、図6Bは前記プラズマ処理前の露出領域を走査型電子顕微鏡で10000倍の倍率で撮影して得た画像であり、図6Cはサンプル1−2の作製過程において、プラズマ処理後の露出領域を走査型電子顕微鏡で3000倍の倍率で撮影して得た画像であり、図6Dは前記プラズマ処理後の露出領域を走査型電子顕微鏡で10000倍の倍率で撮影して得た画像である。 図7Aは、LCP材 であるサンプル1−3の作製過程において、プラズマ処理前の露出領域を走査型電子顕微鏡で3000倍の倍率で撮影して得た画像であり、図7Bは前記プラズマ処理前の露出領域を走査型電子顕微鏡で100000倍 の倍率で撮影して得た画像であり、図7Cはサンプル1−3の作製過程において、プラズマ処理後の露出領域を走査型電子顕微鏡で3000倍の倍率で撮影して得た画像であり、図7Dは前記プラズマ処理後の露出領域を走査型電子顕微鏡で100000倍 の倍率で撮影して得た画像である。
以下、本発明の実施形態について説明する。
第一実施形態に係るプリント配線板1を、図1に示す。プリント配線板1は、複数の絶縁層2を備え、複数の絶縁層2は、第一絶縁層21と、第一絶縁層21に重なっている第二絶縁層22とを含む。プリント配線板1は、少なくとも一つの導体配線3を更に備える。
第一絶縁層21は、第一面41と、第一面41とは反対側の第二面42とを備える。プリント配線板1は、第一絶縁層21と、第一絶縁層21の第一面41に重なっている第二絶縁層22と、第一絶縁層21と第二絶縁層22との間に介在する導体配線3(32)とを備えればよい。第一実施形態では、プリント配線板1は、第一絶縁層21の第二面42に重なっている導体配線3(31)と、第二絶縁層22の第一絶縁層21とは反対側の面に重なっている導体配線3(33)も備える。すなわち、プリント配線板1は、導体配線31、第一絶縁層21、導体配線32、第二絶縁層22、及び導体配線33が、この順に積層した構造を有し、プリント配線板1の両側の最外層にはそれぞれ導体配線31及び導体配線33がある。
第一絶縁層21は、液晶ポリマーを含有する。一方、第二絶縁層22は、無機充填材と熱硬化性成分とを含有する熱硬化性組成物の硬化物と繊維質基材とを含有する。熱重量・示差熱同時分析によって測定される、第二絶縁層の25℃の初期状態から昇温速度10℃/minで昇温させた場合の、初期状態に対する質量減少が5%に達する温度は、355℃以上である。また、第一絶縁層21と第二絶縁層22との間のT288は5分以上であることが好ましい。T288とは、IPC−TM−650 2.4.24.1で規定されるメカニカル試験法(熱剥離試験(TMA法))で測定される、288℃での剥離時間をいう。
第一実施形態によれば、第一絶縁層21は、液晶ポリマーを含有することで、低い誘電率及び低い誘電正接を有することができる。そのため、プリント配線板1は、高い高速信号の伝送性を有することができる。特に、プリント配線板1が第一絶縁層21を含むアンテナを有する場合には、プリント配線板1は高周波信号の良好な変換特性及び伝送特性を有することができる。
また、第一絶縁層21は、液晶ポリマーを含有することで、吸湿しにくい性質を有することができる。そのため、第一絶縁層21には、吸湿による誘電特性の変化が生じにくく、そのため、プリント配線板1は安定した性能を有することができる。
さらに、第一実施形態では、プリント配線板1が加熱されても、第二絶縁層22から第一絶縁層21が剥離しにくい。その理由は、本発明者の研究によると、次の通りである。
液晶ポリマーを含有する絶縁層は吸湿しにくいが、その反面、ガスを透過させにくいという性質も有する。そのため、液晶ポリマーを含有する絶縁層と別の絶縁層とが重なっている場合に、二つの絶縁層の界面にガスが生じると、このガスは液晶ポリマーを含有する絶縁層を透過せずに界面に残留しやすく、そのためガスが加熱されて膨張すると絶縁層間の剥離が生じやすい。
しかし、第一実施形態では、上記のように液晶ポリマーを含有する第一絶縁層21に重なっている第二絶縁層22の、質量減少が5%に達する温度が355℃以上であるため、プリント配線板1が加熱されても、第二絶縁層22からガスが発生しにくい。特に、通常のリフロー処理の加熱条件における第二絶縁層22からのガスの発生は十分に抑制される。このため、第二絶縁層22に由来するガスが第一絶縁層21と第二絶縁層22との界面に生じることが抑制される。その結果、プリント配線板1が加熱された場合の第二絶縁層22からの第一絶縁層21の剥離が抑制される。そのため、第一絶縁層21と第二絶縁層22との間のT288が5分以上であることを達成できる。
第一実施形態に係るプリント配線板1について、より詳しく説明する。
第一実施形態に係るプリント配線板1は、二つの絶縁層2を備える。二つの絶縁層2は、第一絶縁層21と、第一絶縁層21に重なっている第二絶縁層22とを含む。第一絶縁層21は第一面41と第一面41とは反対側の第二面42とを備え、第二絶縁層22は第一面41に重なっている。また、第一実施形態では、プリント配線板1は三つの導体配線3(31、32及び33)を備える。上述の通り、導体配線31、第一絶縁層21、導体配線32、第二絶縁層22、及び導体配線33は、この順に積層しており、すなわち導体配線3と絶縁層2は、交互に並んでいる。なお、第一実施形態では、プリント配線板1の両側の最外層にそれぞれ導体配線31及び導体配線33があるが、片側の最外層のみに導体配線3があってもよく、両側の最外層にはいずれも導体配線3がなくてもよい。
第一絶縁層21は、上記の通り液晶ポリマーを含有する。第一絶縁層21は液晶ポリマーのみを含有してもよく、液晶ポリマーと適宜の添加剤とを含有してもよい。第一絶縁層21は無機充填材を含有しないことが好ましく、その場合、第一絶縁層21が特に吸湿しにくくなる。
液晶ポリマーは、例えば、エチレンテレフタレートとパラヒドロキシ安息香酸との重縮合体、フェノール及びフタル酸とパラヒドロキシ安息香酸との重縮合体、並びに2,6−ヒドロキシナフトエ酸とパラヒドロキシ安息香酸との重縮合体からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有できる。
第一絶縁層21の厚みは、例えば0.025〜0.300mmの範囲内であるが、これに制限されない。
第二絶縁層22は、熱硬化性組成物の硬化物と繊維質基材とを含有する。例えば繊維質基材に熱硬化性組成物を含浸させてから加熱することで、熱硬化性組成物を乾燥させるか半硬化させて、プリプレグ10を作製できる。このプリプレグ10を加熱することで第二絶縁層22を作製できる。すなわち、第二絶縁層22は、例えばプリプレグ10の硬化物である。第二絶縁層22の質量減少が5%に達する温度が355℃以上であるためには、プリプレグ10の硬化物の質量減少が5%に達する温度が355℃以上であることが好ましい。すなわち、第二絶縁層22は、硬化することで質量減少が5%に達する温度が355℃以上である硬化物になるプリプレグ10から作製されることが好ましい。
繊維質基材は、例えばガラス繊維基材であり、ガラスクロスであることが好ましい。
熱硬化性組成物は、熱硬化性成分と無機充填材とを含有する。
第一実施形態において、熱硬化性成分が含有する成分は、熱硬化性を有すればよく、高分子には限られない。また、熱硬化性成分は、複数種の成分を含有してもよい。熱硬化性成分は、例えば、エポキシ化合物、フェノール樹脂、イミド樹脂、シアネートエステル樹脂、イソシアネート樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、及びオキセタン樹脂からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有できる。
特に熱硬化性成分がエポキシ化合物を含有することが好ましい。この場合、第一絶縁層21と第二絶縁層22との間の密着性が向上する。
熱硬化性成分がエポキシ化合物を含有する場合、エポキシ化合物は、例えばビスフェノールA型エポキシ化合物、ビスフェノールF型エポキシ化合物、ビスフェノールS型エポキシ化合物等のビスフェノール型エポキシ化合物;フェノールノボラック型エポキシ化合物、クレゾールノボラック型エポキシ化合物等のノボラック型エポキシ化合物;ビフェニル型エポキシ化合物、キシリレン型エポキシ化合物、フェノールアラルキル型エポキシ化合物、ビフェニルアラル型エポキシ化合物、ビフェニルジメチレン型エポキシ化合物、トリスフェノールメタンノボラック型エポキシ化合物、テトラメチルビフェニル型エポキシ化合物といった、アリールアルキレン型エポキシ化合物;グリシジルエーテル類;3官能又は4官能のグリシジルアミン類;ナフタレン骨格変性クレゾールノボラック型エポキシ化合物、メトキシナフタレン変性クレゾールノボラック型エポキシ化合物、メトキシナフタレンジメチレン型エポキシ化合物といった、ナフタレン骨格変性エポキシ化合物;アントラセン型エポキシ化合物;ジシクロペンタジエン型エポキシ化合物;ノルボルネン型エポキシ化合物;フルオレン型エポキシ化合物;並びにこれらの樹脂をハロゲン化した難燃化エポキシ化合物からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有することができる。
第二絶縁層22は、特にハロゲンフリーであることが好ましい。この場合、プリント配線板1を廃棄した場合にプリント配線板1からハロゲン化合物が発生することを抑制できる。また、第二絶縁層22がハロゲンフリーであれば、第二絶縁層22は高い絶縁信頼性を有することもできる。ハロゲンフリーとは、ハロゲンを含有せず、あるいはハロゲンが意図的に含有されていないことである。
熱硬化性成分がエポキシ化合物を含有する場合、熱硬化性成分は更に硬化剤を含有することが好ましい。
第二絶縁層22がハロゲンフリーであるためには、硬化剤はハロゲンを含有しないことが好ましい。硬化剤は、例えばフェノール系硬化剤とアミン系硬化剤とのうち少なくとも一方を含有する。フェノール系硬化剤は、例えば多価フェノール化合物と多価ナフトール化合物とのうち少なくとも一方を含有する。多価フェノール化合物の例には、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールA型ノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、及びビフェニルアラルキル樹脂が含まれる。多価ナフトール化合物の例には、ナフトールアラルキル樹脂が含まれる。アミン系硬化剤は、例えばジシアンジアミド及びジアミノジフェニルメタンのうち少なくとも一方を含有する。エポキシ化合物のエポキシ当量に対する硬化剤の当量は、例えば0.4〜1.4の範囲内であるが、これに制限されない。
熱硬化性成分がエポキシ化合物を含有する場合、熱硬化性組成物は硬化促進剤を含有することが好ましい。硬化促進剤は、例えば2−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾールといったイミダゾール系化合物;トリエチレンジアミンといった三級アミン;並びにトリフェニルホスフィンといった有機ホスフィン系化合物からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有できる。硬化促進剤の量は、例えばエポキシ化合物と硬化剤との合計量に対して0.040〜0.450質量%の範囲内である。
無機充填材は、熱硬化性組成物の硬化物の耐熱性向上、難燃性向上、低膨張率化、熱伝導性向上などの目的で使用される。特に第二絶縁層22がハロゲンフリーである場合には、第二絶縁層22の高い難燃性を確保するために、熱硬化性組成物に無機充填材を含有させることが好ましい。無機充填材は、例えば水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム系複合金属水酸化物、ホウ酸亜鉛、窒化ホウ素、窒化ケイ素、硫酸バリウム、タルク、クレー、マイカ、シリカ、及びハイドロタルサイトからなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有する。無機充填材は特に水酸化アルミニウムを含有することが好ましい。
無機充填材の平均粒径は例えば0.1〜5μmの範囲内であるが、これに制限されない。なお、平均粒径は、レーザ回折・散乱法による測定される粒度分布から算出される体積基準の算術平均値である。
無機充填材は、カップリング剤などの化合物で被覆されていてもよい。無機充填材がカップリング剤で被覆されていると、熱硬化性成分と無機充填材との界面の密着性が良好であることで、第二絶縁層22の耐熱性が向上する。無機充填材が化合物で被覆されている場合、第二絶縁層22の初期状態に対する質量減少が5%に達する温度が355℃以上となるためには、無機充填材を被覆する化合物の熱分解性が低いことが好ましい。
発明者は、無機充填材を被覆する化合物が熱分解することで生じるガスに着目し、このガスの量は、発明者の研究によると、第二絶縁層22からの第一絶縁層21の剥離を抑制する上で無視し得ないほど多いことが明らかとなった。そのため、無機充填材が化合物で被覆されている場合、第二絶縁層22からの第一絶縁層21の剥離を抑制するためには、化合物が熱分解しにくいことが好ましい。
特に無機充填材が水酸化アルミニウムを含有し、水酸化アルミニウムが化合物で被覆されている場合は、水酸化アルミニウムを被覆する化合物は、エポキシシラン、アミノシラン、メトキシシラン、ビニルシラン、メタクリルシラン、及びメルカプトシランからなる群から選択される少なくとも一種の有機シランカップリング剤であることが好ましい。すなわち、水酸化アルミニウムは、有機シランカップリング剤でカップリング処理が施されていることが好ましい。この場合、水酸化アルミニウムを被覆する化合物の加水分解温度は高く、そのためこの化合物は熱分解しにくい。そのため第二絶縁層22の初期状態に対する質量減少が5%に達する温度が355℃以上となることができるとともに、第二絶縁層22からの第一絶縁層21の剥離を抑制できる。
無機充填材の量は、熱硬化性成分全量(熱硬化性成分がエポキシ化合物と硬化剤からなる場合はエポキシ化合物と硬化剤との合計量)100質量部に対して、10〜400質量部の範囲内であることが好ましく、20〜200の範囲内であればより好ましい。
熱硬化性組成物は、難燃剤を含有してもよい。熱硬化性組成物が難燃剤を含有すると、プリント配線板1の難燃性が向上する。難燃剤は、例えばハロゲン系難燃剤、リン酸エステル系難燃剤、ホスファゼン系難燃剤、及びホスフィン酸塩系難燃剤からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有する。ハロゲン系難燃剤は、例えばエチレンジペンタブロモベンゼン、エチレンビステトラブロモイミド、デカブロモジフェニルオキサイド、及びテトラデカブロモジフェノキシベンゼンからなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有する。リン酸エステル系難燃剤は、例えばジキシレニルホスフェートの縮合リン酸エステルを含有する。ホスファゼン系難燃剤は、例えばフェノキシホスファゼンを含有する。ホスフィン酸塩系難燃剤は、例えばジアルキルホスフィン酸アルミニウム塩のホスフィン酸金属塩を含有する。第二絶縁層22のハロゲンフリー化のためには、難燃剤はハロゲンを含まないことが好ましく、そのためには、難燃剤は、例えばリン酸エステル系難燃剤、ホスファゼン系難燃剤、及びホスフィン酸塩系難燃剤からなる群から選択される少なくとも一種の成分のみを含有することが好ましい。難燃剤の量は、例えば熱硬化性成分と難燃剤との合計量100質量部に対して、難燃剤中のリン原子の量が1.8〜5.2質量部の範囲内となる量であるが、これに制限されない。
熱硬化性組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で適宜の添加剤を含有してよい。添加剤の例は、消泡剤、酸化防止剤、熱安定剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤、染料、顔料、及び滑剤を含む。
熱硬化性組成物は、必要により溶剤を含有してよい。溶剤は、例えばトルエン、シクロヘキサノン及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートからなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有するが、これに限られない。
熱硬化性組成物を調製する場合、例えばまず、上記の熱硬化性組成物の成分のうち溶剤に溶解する成分(熱硬化性成分等)と溶剤とを混合してから、必要に応じて加熱することで、混合物を得る。続いて、この混合物に溶剤に溶解しない成分(無機充填材等)を加えて、ボールミル、ビーズミル、プラネタリーミキサー、ロールミル等を用いて分散させる。これにより、ワニス状の熱硬化性組成物が得られる。
熱硬化性組成物を繊維質基材に含浸させてから、加熱することで熱硬化性組成物を乾燥させ又は半硬化させることで、プリプレグ10を作製できる。加熱条件は、例えば加熱温度80〜170℃の範囲内、加熱時間1〜10分間の範囲内である。
詳しくは後述するが、プリプレグ10を加熱プレスすることで硬化させることによって、第二絶縁層22を作製できる。加熱条件は、例えば加熱温度170〜210℃の範囲内、プレス圧3.5〜4.0MPaの範囲内、加熱時間60〜150分間の範囲内である。
プリント配線板1の製造方法について説明する。
プリント配線板1を製造するためには、例えば、液晶ポリマーを含有する第一絶縁層21と、マット面7を有する金属箔61と、硬化することで初期状態に対する質量減少が5%に達する温度が355℃以上である硬化物になるプリプレグ10とを用意する。金属箔61を第一絶縁層21に、マット面7が第一絶縁層21と重なるように重ねて、熱圧着する。金属箔61にエッチング処理を施すことで導体配線32を形成する。第一絶縁層21の導体配線32が重なっている面に、プリプレグ10を重ね、プリプレグ10を加熱して硬化させることで第二絶縁層22を形成する。
プリント配線板1の製造方法の、より具体的な例について説明する。
まず、液晶ポリマー基材9(以下、LCP材9という)、プリプレグ10、及び金属箔63を用意する。
金属箔63は例えば銅箔である。
LCP材9は、第一絶縁層21と、第一絶縁層21に重なっている導体配線31とを、少なくとも備える。
LCP材9の製造方法の例を図2Aから図2Dを参照して説明する。LCP材9は、第一絶縁層21の単独膜と、二つの金属箔61、62とから作製される。第一絶縁層21の構成は、既に説明した通りである。金属箔61、62は、例えば銅箔である。少なくとも一方の金属箔61は、突起8を備えるマット面7を有することが好ましい。
LCP材9を作製するためには、例えばまず第一絶縁層21の第一面41上に金属箔61を、マット面7が第一絶縁層21に向くように重ねる。第一実施形態では、図2Aに示すように、第一絶縁層21の第二面42上にも金属箔62を重ねる。
金属箔61、62を第一絶縁層21に重ねた状態で、熱プレスするなどして、図2Bに示すように第一絶縁層21と金属箔61、62とを熱圧着する。熱プレスの条件は、例えば加熱温度150〜200℃の範囲内、プレス圧2〜5MPaの範囲内、時間40〜120分の範囲内である。
次に、図2Cに示すように、第一絶縁層21の第一面41上の金属箔61にエッチング処理を施すことで、導体配線31を作製する。必要により、第一絶縁層21にスルーホールを形成してもよい。これにより、金属箔62と第一絶縁層21と導体配線31とを備え、これらがこの順に積層しているLCP材9が得られる。エッチング処理の方法は公知の方法でよい。このようにエッチング処理を施された結果、第一絶縁層21における、エッチング処理によって露出した領域40は、金属箔61の突起8が転写されることで形成された窪み5を有する。第一絶縁層21における窪み5の開口の平均直径は0.1〜1.0μmの範囲内であることが好ましい。窪み5の開口の直径とは、この開口の長径のことである。
平均直径が0.1〜1.0μmの範囲内の窪み5を形成するためには、金属箔61のマット面7における突起8の平均直径が0.1〜1.0μmの範囲内であることが好ましい。突起8の直径とは、マット面7を平面視した場合に現れる突起8の形状の長径のことである。この場合、突起8が転写されて形成される窪み5の開口の平均直径は、突起8の平均直径と一致し、0.1〜1.0μmの範囲となる。
平均直径が0.1〜1.0μmの範囲内の窪み5を形成するためには、金属箔61のマット面7における突起8の平均直径が1.0μm未満であるとともに、第一絶縁層21におけるエッチング処理によって露出した領域40にプラズマ処理を施してもよい。この場合、図2Dに示すように、プラズマ処理によって窪み5を生じさせ、あるいは窪み5を拡大させることで、平均直径が0.1〜1.0μmの範囲内の窪み5を形成することができる。プラズマ処理の条件は、公知の金属エッチングに適用されている適宜の条件が採用されうる。例えばプラズマガス種としてO2/CF4混合ガスを用いたマイクロ波励起表面波プラズマ処理によって、平均直径が0.1〜1.0μmの範囲内の窪み5を形成することができる。
第一面41における領域40の面積全体に対する、窪み5の開口の合計面積は、60%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましく、85%以上であれば特に好ましいが、これらに限定されない。また、窪み5の平均深さは、0.1〜1.0μmの範囲内であることが好ましく、0.5〜1.0μmの範囲内であることがより好ましい。
プリプレグ10は、第二絶縁層22を作製するための材料である。プリプレグ10は、硬化することで、質量減少が5%に達する温度が355℃以上である硬化物になる。上述の通り、熱硬化性組成物を繊維質基材に含浸させてから、加熱することで熱硬化性組成物を乾燥させ又は半硬化させることで、プリプレグ10を作製できる。加熱条件は、上述の通り、例えば加熱温度80〜170℃の範囲内、加熱時間1〜10分間の範囲内である。
プリプレグ10が硬化することで質量減少が5%に達する温度が355℃以上である硬化物になるためには、上述の通り、第二絶縁層22を作製するための熱硬化性組成物中の無機充填材が化合物で被覆されている場合、化合物の熱分解性が低いことが好ましい。
プリプレグ10が硬化することで質量減少が5%に達する温度が355℃以上である硬化物になるためには、熱硬化性組成物を繊維質基材に含浸させる前に、熱硬化性組成物と繊維質基材のうち一方又は両方から水分を除去することも好ましい。そのためには、例えば熱硬化性組成物と繊維質基材のうち一方又は両方を、低温、低湿度の保管庫で保存することが好ましい。
プリプレグ10が硬化することで質量減少が5%に達する温度が355℃以上である硬化物になるためには、プリプレグ10から水分を除去することも好ましい。そのためには、例えばプリプレグ10を真空乾燥することが好ましい。
図3Aに示すように、上記のLCP材9、少なくとも1枚のプリプレグ10(第一実施形態では二枚のプリプレグ10)、及び金属箔63を、この順に重ねることで、積層物を得る。この積層物においては、第一絶縁層21とプリプレグ10とが重なっているとともに、この第一絶縁層21とプリプレグ10との間に導体配線32が介在している。また、第一絶縁層21は、プリプレグ10に、窪み5を有する領域40で接する。
この積層物を加熱プレスする。加熱プレスの条件は、例えば加熱温度170〜210℃の範囲内、プレス圧3.5〜4.0Paの範囲内、加熱時間60〜150分間の範囲内である。この加熱プレスによって、プリプレグ10は溶融してから硬化することで、第二絶縁層22になり、この第二絶縁層22がLCP材9及び金属箔63と接着する。プリプレグ10が溶融する過程では、プリプレグ10が流動することで第一絶縁層21の領域40における窪み5を埋める。このため、プリプレグ10から作製された第二絶縁層22の第一絶縁層21と接する面は、第一絶縁層21の第二絶縁層22と接する領域40に合致する形状を有し、第一絶縁層21と第二絶縁層22とが噛み合って密着する。これにより、図3Bに示すように、金属箔62、第一絶縁層21、導体配線31、第二絶縁層22及び金属箔63がこの順に積層した構造を有する中間製品20が得られる。
続いて、中間製品20における最外層の金属箔62、63をエッチング処理等でパターニングすることで、最外層の導体配線32、33を形成する。必要により、第一絶縁層21及び第二絶縁層22にスルーホールを形成してもよい。これにより、図1に示すように、導体配線32、第一絶縁層21、導体配線31、第二絶縁層22及び導体配線33がこの順に積層した構造を有するプリント配線板1が得られる。
このプリント配線板1では、上述の通り、第二絶縁層22の初期状態に対する質量減少が5%に達する温度が355℃以上であるため、第一絶縁層21が液晶ポリマーを含有するにもかかわらず、加熱されても第二絶縁層22から第一絶縁層21が剥離しにくい。
また、このプリント配線板1では、第一絶縁層21の第二絶縁層22と接する領域40は窪み5を有し、窪み5の開口の平均直径は0.1〜1.0μmの範囲内である。このため、第二絶縁層22が第一絶縁層21の窪み5と噛み合うことで、第一絶縁層21と第二絶縁層22との間の高い密着性が得られる。そのためプリント配線板1が加熱された場合に、第二絶縁層22から第一絶縁層21が、より剥離しにくくなる。
上述の通り、窪み5の開口の平均直径は0.1〜1.0μmの範囲内であることが好ましい。平均直径が1.0μm以下であると、第一絶縁層21と第二絶縁層22とが強固に噛み合うことができ、そのため、第一絶縁層21と第二絶縁層22との密着性を向上できる。また平均直径が0.1μm以上であると、第一絶縁層21にプリプレグ10を重ねた状態でプリプレグ10を加熱した場合に、溶融したプリプレグ10が窪み5内に流動しやすく、そのため第一絶縁層21と第二絶縁層22との噛み合いが生じやすくなり、それによって第一絶縁層21と第二絶縁層22との間の密着性が向上する。また、第一絶縁層21と第二絶縁層22との間に隙間が生じにくくなり、それによっても第一絶縁層21と第二絶縁層22との間の密着性が向上する。
また、第一絶縁層21にプリプレグ10を重ねた状態でプリプレグ10を加熱した場合に、溶融したプリプレグ10が十分に流動して窪み5を埋めるためには、プリプレグ10の溶融粘度が低いことが好ましい。特にプリプレグ10を2℃/分の昇温速度で80℃から150℃まで昇温させた場合に測定されるプリプレグ10の最低溶融粘度が、10000P以下であることが好ましい。なお、プリプレグ10の最低溶融粘度は、例えばプリプレグ10のための熱硬化性組成物に含まれる成分及び配合量を適宜選択することで調整できる。
上述のように、第一実施形態に係るプリント配線板1は、第一絶縁層21の第二面42に重なる導体配線32を備える。このような導体配線32に代えて、プリント配線板1は、中間製品20のように、第一絶縁層21の第二面42に重なる、パターニングされていない金属箔62からなる金属層を備えてもよい。また、上述のように、第一実施形態に係るプリント配線板1は、第二絶縁層22に第一絶縁層21とは反対側に重なる導体配線33を備える。このような導体配線33に代えて、プリント配線板1は、中間製品20のように、第二絶縁層22に第一絶縁層21とは反対側に重なる、パターニングされていない金属箔63からなる金属層を備えてもよい。すなわち、プリント配線板1は、両側の最外層のうち少なくとも一方に、パターニングされていない金属層を備えてもよい。例えば金属箔62及び金属箔63を備える中間製品20を、そのままプリント配線板1としてもよい。
第一実施形態に係るプリント配線板1は、第二絶縁層22と、その上にある最外層の導体配線32とを含むアンテナを備えるとともに、前記の最外層の導体配線32以外の導体配線3を含む制御回路を備えてもよい。この場合、高周波信号の送受信及び伝送に適したプリント配線板1が得られる。
図1に示す第一実施形態に係るプリント配線板1における絶縁層2は、第一絶縁層21及び第二絶縁層22のみを含むが、プリント配線板1は、第一絶縁層21及び第二絶縁層22以外の1以上の絶縁層を更に含んでもよい。すなわち、プリント配線板1は、第一絶縁層21及び第二絶縁層22を含む三つ以上の絶縁層2を備えてもよい。この場合、プリント配線板1中の絶縁層2のうち、一方の最も外側にある絶縁層2が、第一絶縁層21であることが好ましい。
第二実施形態に係るプリント配線板1について説明する。図4に示すように、第二実施形態では、プリント配線板1は、三つ以上の絶縁層2と、導体配線3とを備える。
絶縁層2は、その厚み方向に積層している。絶縁層2は、第一面41及び第一面41とは反対側の第二面42を備える第一絶縁層21と、第一絶縁層21の第一面41に重なっている第二絶縁層22と、前記以外の一以上の絶縁層とを含む。すなわち、第一絶縁層21、第二絶縁層22、及びそれ以外の絶縁層が、この順に積層している。導体配線3は、プリント配線板1の両側の最外層と、隣り合う絶縁層2の間に、それぞれ存在する。
第二実施形態における第一絶縁層21、第二絶縁層22、第一絶縁層21の第二面42上にある導体配線32及び、第一絶縁層21と第二絶縁層22との間に介在する導体配線31の構成は、第一の態様の場合と同じでよい。第一絶縁層21及び第二絶縁層22以外の絶縁層は、適宜の電気絶縁性を有する材料から作製された層であればよい。導体配線31及び導体配線32以外の導体配線3は、例えば銅から作製されるが、これに限られない。
第二実施形態に係るプリント配線板1の製造方法の一例について、図5A及び図5Bを参照して説明する。本例では、6層の絶縁層2と7層の導体配線3とを備えるプリント配線板1を作製する。このプリント配線板1は、第一絶縁層21及び第二絶縁層22以外の絶縁層として、3つの第三絶縁層23と、一つの第四絶縁層24とを備える。
まず、LCP材9と、プリプレグ10と、コア材91と、第二プリプレグ11と、金属箔63とを準備する。
LCP材9、プリプレグ10、及び金属箔63は、第一実施形態の場合のLCP材9、プリプレグ10、及び金属箔63と同じでよい。
コア材91は、3層の第三絶縁層23と、4層の導体配線3(34)とを備える。コア材91は公知の適宜の方法で作製される。例えば両面金属張積層板の金属箔をパターニングして導体配線34を作製してから、その両面の各々にプリプレグ及び金属箔を順次重ね、これらを熱プレスして多層板を作製する。続いて、この多層板の両面の金属箔をパターニングして導体配線34を作製するとともに必要に応じてスルーホール12を形成することで、コア材91を作製できる。
第二プリプレグ11は、例えば基材と、基材に含浸している乾燥状態又は半硬化状態の熱硬化性樹脂組成物とを備える。基材は例えばガラス繊維基材である。第二プリプレグ11は、第一実施形態におけるプリプレグ10と同じ構成を有してもよいが、そうでなくてもよい。
図5Aに示すように、上記のLCP材9、プリプレグ10、コア材91、第二プリプレグ11、及び金属箔63を、この順に積層することで、積層物を得る。この積層物においては、LCP材9における第一絶縁層21とプリプレグ10とが重なっているとともに、この第一絶縁層21とプリプレグ10との間に導体配線31が介在している。また、第一絶縁層21はプリプレグ10に、窪みを有する領域40で接する。
この積層物を加熱プレスする。加熱プレスの条件は、例えば加熱温度170〜210℃の範囲内、プレス圧3.5〜4.0Paの範囲内、加熱時間60〜150分間の範囲内である。この加熱プレスによって、プリプレグ10は溶融してから硬化することで、第二絶縁層22になり、この第二絶縁層22がLCP材9及びコア材91と接着する。また、第二プリプレグ11が溶融してから硬化することで、第四絶縁層24になり、この第四絶縁層24がコア材91と金属箔63に接着する。これにより、図5Bに示すような中間製品20が得られる。
続いて、中間製品20における最外層の金属箔62、63をエッチング処理等でパターニングすることで、導体配線32、33を形成する。必要により、第一絶縁層21及び第四絶縁層24にスルーホールを形成してもよい。これにより、図4に示すようにプリント配線板1が得られる。
また、コア材91における第三絶縁層23及び導体配線34の層数を変更すれば、種々の数の絶縁層2及び導体配線3を有するプリント配線板1を得ることができる。
第二実施形態に係るプリント配線板1は、第一絶縁層21の第一面41に重なる導体配線31を備えるが、このような導体配線31に代えて、中間製品20における金属箔62のように、第一絶縁層21の第二面42に重なる、パターニングされていない金属層を備えてもよい。また、第一実施形態に係るプリント配線板1は、第四絶縁層24に第一絶縁層21とは反対側に重なる導体配線33を備えるが、このような導体配線33に代えて、中間製品20における金属箔63のように、第四絶縁層24に第一絶縁層21とは反対側に重なる、パターニングされていない金属層を備えてもよい。すなわち、プリント配線板1は、両側の最外層のうち少なくとも一方に、パターニングされていない金属層を備えてもよい。例えば中間製品20をそのままプリント配線板1としてもよい。
以下、本発明の具体的な実施例を提示する。なお、本発明は下記実施例のみに制限されることはない。
(1)LCP材の作製
次のようにして、LCP材であるサンプル1−1から1−5を作製した。
(1−1)サンプル1−1
第一絶縁層として、厚み0.1mmの液晶ポリマーフィルム(クラレ社製のLCPフィルム(CTZ))を準備した。
この第一絶縁層の両面に、銅箔(厚み0.018mm、マット面における突起の平均直径0.1μm)を、マット面が第一絶縁層を向くように重ね、170℃、3MPa、60分間の条件で熱プレスした。続いて、第一絶縁層上の片方の銅箔にエッチング処理を施すことで、導体配線を形成した。続いて、第一絶縁層における、エッチング処理により露出した領域(以下、露出領域という)に、株式会社ニッシン製のマイクロ波プラズマ表面処理装置(M120−W)を用いて、ガス種としてO2/CF4混合ガス(CF4流量比13%)、照射時間9.4秒、樹脂アッシング量8000Åの条件でプラズマ処理を施した。これにより、LCP材を作製した。
LCP材の露出領域を電子顕微鏡で観察すると、複数の窪みが確認された。窪みの開口の平均直径は0.1μm、平均深さは0.1μmであり、露出領域の面積全体に対する、窪みの開口の合計面積は90%であった。
(1−2)サンプル1−2
銅箔としては、厚み0.018mm、マット面における突起の平均直径0.5μmであるものを用いた。それ以外は、サンプル1−1と同じ条件で、LCP材を作製した。
このLCP材の露出領域を電子顕微鏡で観察すると、複数の窪みが確認された。窪みの開口の平均直径は0.3μm、平均深さは0.3μmであり、露出領域の面積全体に対する、窪み5の開口の合計面積は80%であった。
(1−3)サンプル1−3
銅箔としては、厚み0.012mm、マット面における突起の平均直径1μmであるものを用いた。それ以外は、サンプル1−1と同じ条件で、LCP材を作製した。
このLCP材の露出領域を電子顕微鏡で観察すると、複数の窪みが確認された。窪みの開口の平均直径は1μm、平均深さは1μmであり、露出領域の面積全体に対する、窪みの開口の合計面積は85%であった。
(1−4)サンプル1−4
銅箔としては、厚み0.012mm、マット面における突起の平均直径1.2μmであるものを用いた。それ以外は、サンプル1−1と同じ条件で、LCP材を作製した。
このLCP材の露出領域を電子顕微鏡で観察すると、複数の窪みが確認された。窪みの開口の平均直径は1.2μm、平均深さは1.2μmであり、露出領域の面積全体に対する、窪み5の開口の合計面積は60%以下であった。
(1−5)サンプル1−5
銅箔としては、厚み0.012mm、マット面における突起の平均直径0.05μmであるものを用いた。それ以外は、サンプル1−1と同じ条件で、LCP材を作製した。
このLCP材の露出領域を電子顕微鏡で観察すると、複数の窪みが確認された。窪みの開口の平均直径は0.05μm、平均深さは0.05μmであり、露出領域の面積全体に対する、窪みの開口の合計面積は60%以下であった。
なお、図6Aは、LCP材であるサンプル1−2の作製過程において、プラズマ処理前の露出領域を走査型電子顕微鏡で3000倍の倍率で撮影して得た画像であり、図6Bは前記プラズマ処理前の露出領域を走査型電子顕微鏡で10000倍の倍率で撮影して得た画像であり、図6Cはサンプル1−2の作製過程において、プラズマ処理後の露出領域を走査型電子顕微鏡で3000倍の倍率で撮影して得た画像であり、図6Dは前記プラズマ処理後の露出領域を走査型電子顕微鏡で10000倍の倍率で撮影して得た画像である。図7Aは、LCP材コア材であるサンプル1−3の作製過程において、プラズマ処理前の露出領域を走査型電子顕微鏡で3000倍の倍率で撮影して得た画像であり、図7Bは前記プラズマ処理前の露出領域を走査型電子顕微鏡で10000倍 の倍率で撮影して得た画像であり、図7Cはサンプル1−3の作製過程において、プラズマ処理後の露出領域を走査型電子顕微鏡で3000倍の倍率で撮影して得た画像であり、図7Dは前記プラズマ処理後の露出領域を走査型電子顕微鏡で10000倍 の倍率で撮影して得た画像である。
(2)プリプレグの準備
(2−1)サンプル
プリプレグである下記のサンプル2−1及び2−2を準備した。
サンプル2−1:パナソニック株式会社製、品番R−1566(WN)。ハロゲンフリー。無機充填材としてカップリング剤処理された水酸化アルミニウムを含有。
サンプル2−2:パナソニック株式会社製、品番R−1566。ハロゲンフリー。無機充填材として水酸化アルミニウムを含有。
(2−2)硬化物の質量減少が5%に達する温度
各サンプルを5枚重ねて170℃、3MPa、60分間という処理条件で熱プレスすることで硬化物を作製し、この硬化物の質量減少が5%に達する温度を、熱重量・示差熱同時分析(TG/DTA)によって測定した。その結果を下記表2に示す。
(2−3)最低溶融粘度
各サンプルを2℃/分の昇温速度で80℃から150℃まで昇温させた場合の、各サンプルの最低溶融粘度を、フローテスターで測定した。その結果を下記表2に示す。
(3)プリント配線板の作製
厚み35μmの銅箔、5枚のプリプレグ、及びLCP材をこの順に重ね、これらを170℃、3MPa、60分間という処理条件で熱プレスすることで、プリント配線板1を作製した。各実施例及び比較例において使用したプリプレグ及びLCP材のサンプル番号は、表3に示す通りである。
(4)評価試験
(4−1)T288評価
プリント配線板における第一絶縁層と第二絶縁層との間のT288を、IPC−TM−650 2.4.24.1で規定されるメカニカル試験法(熱剥離試験(TMA法))に従って測定した。
(4−2)界面接着強度測定
プリント配線板から幅10mm長さ200mmの短冊状のサンプルを切り出した。このサンプルにおける第一絶縁層と第二絶縁層の界面に切り込みを入れて界面を一部剥離させてから、オートグラフ測定器にて界面接着強度を測定した。
(4−3)加熱時密着性評価
プリント配線板1に、温度260℃以上の状態の累積時間が17秒である加熱条件でリフロー処理を、5回繰り返し行った。処理を行うごとに、プリント配線板1における第一絶縁層と第二絶縁層22との間の剥離の有無を、プリント配線板の表面の外観観察により確認した。表面に膨れが確認される場合に、剥離が生じていると判断した。その結果に基づき、剥離が生じるまでに要した処理の回数を確認した。
1 プリント配線板
21 第一絶縁層
22 第二絶縁層
3 導体配線
41 第一面
42 第二面
5 窪み
6 金属箔
7 マット面
8 突起
9 液晶ポリマー材(LCP材)
10 プリプレグ

Claims (11)

  1. 第一面及び前記第一面とは反対側の第二面を備える第一絶縁層と、前記第一絶縁層の前記第一面に重なっている第二絶縁層と、前記第一絶縁層と前記第二絶縁層との間に介在する導体配線とを備え、
    前記第一絶縁層は、液晶ポリマーを含有し、
    前記第二絶縁層は、無機充填材と熱硬化性成分とを含有する熱硬化性組成物の硬化物と繊維質基材とを含有し、
    熱重量・示差熱同時分析によって測定される、前記第二絶縁層の25℃の初期状態から昇温速度10℃/minで昇温させた場合の、初期状態に対する質量減少が5%に達する温度が、355℃以上である、
    プリント配線板。
  2. 前記第一絶縁層の前記第一面における前記第二絶縁層に接する領域は窪みを有し、前記窪みの開口の平均直径は0.1〜1.0μmの範囲内である、
    請求項1に記載のプリント配線板。
  3. マット面を有し前記マット面は平均直径0.1〜1.0μmの範囲内の突起を備える金属箔における、前記突起の形状を前記第一絶縁層に転写することで、前記窪みが形成された、
    請求項2に記載のプリント配線板。
  4. マット面を有し前記マット面は平均直径1.0μm未満の突起を備える金属箔における、前記突起の形状を前記第一絶縁層に転写してから、前記第一絶縁層にプラズマ処理を施すことで、前記窪みが形成された、
    請求項2に記載のプリント配線板。
  5. 前記熱硬化性成分は、エポキシ化合物を含有する、
    請求項1から4のいずれか一項に記載のプリント配線板。
  6. 前記第二絶縁層は、ハロゲンフリーである、
    請求項5に記載のプリント配線板。
  7. 前記無機充填材は、水酸化アルミニウムを含有する、
    請求項1から6のいずれか一項に記載のプリント配線板。
  8. 前記第一絶縁層の前記第二面に重なっている金属層を備える、
    請求項1から7のいずれか一項に記載のプリント配線板。
  9. 前記第一絶縁層の前記第二面に重なっている導体配線を備える、
    請求項1から7のいずれか一項に記載のプリント配線板。
  10. 液晶ポリマーを含有する第一絶縁層と、マット面を有し前記マット面は平均直径0.1〜1.0μmの範囲内の突起を備える金属箔と、プリプレグとを用意し、前記プリプレグは、硬化することで、熱重量・示差熱同時分析によって測定される、25℃の初期状態から昇温速度10℃/minで昇温させた場合の、初期状態に対する質量減少が5%に達する温度が、355℃以上である硬化物になるものであり、
    前記金属箔を前記第一絶縁層に前記マット面が前記第一絶縁層と重なるように重ねて、熱圧着し、
    前記金属箔にエッチング処理を施すことで導体配線を形成し、
    前記第一絶縁層の前記導体配線が重なっている面に、前記プリプレグを重ね、前記プリプレグを加熱して硬化させることで第二絶縁層を形成することを含む、
    プリント配線板の製造方法。
  11. 液晶ポリマーを含有する第一絶縁層と、マット面を有し前記マット面は平均直径1.0μm未満の突起を備える金属箔と、プリプレグとを用意し、前記プリプレグは、硬化することで、熱重量・示差熱同時分析によって測定される、25℃の初期状態から昇温速度10℃/minで昇温させた場合の、初期状態に対する質量減少が5%に達する温度が、355℃以上である硬化物になるものであり、
    前記金属箔を前記第一絶縁層に前記マット面が前記第一絶縁層と重なるように重ねて、熱圧着し、
    前記金属箔にエッチング処理を施すことで導体配線を形成し、
    前記第一絶縁層における前記エッチング処理によって露出した面にプラズマ処理を施し、
    前記導体配線と前記プリプレグとが対向するように前記第一絶縁層に前記プリプレグを重ね、前記プリプレグを加熱して硬化させることで第二絶縁層を形成することを含む、
    プリント配線板の製造方法。
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