JP2020057674A - 金属張積層板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
以下の工程I〜III;
I)厚みが20〜100μmの範囲内にあるニッケル元素及び鉄元素を含有する金属箔を準備する工程;
II)前記金属箔を薄肉化処理することによって、前記金属箔の厚みの10〜90%を除去して、厚みが5〜18μmの範囲内にある薄肉化金属箔を得る工程;
III)前記薄肉化金属箔の上に、少なくとも1層のポリアミド酸の樹脂層を積層した後、熱処理し、前記ポリアミド酸をイミド化して、1層ないし複数層のポリイミド層を形成する工程;
を備える。
i)前記絶縁樹脂層の厚みが3〜20μmの範囲内であること;
ii)前記絶縁樹脂層の熱膨張係数が10ppm/K以下であること;
iii)前記金属層がステンレス箔又はインバー箔であること;
iv)前記金属層の厚みが5〜18μmの範囲内であること;
を満たす。
また、本発明の金属張積層板は、パターニング前後の寸法変化が小さく、ポリイミド層のうねりの発生が抑制されているため、例えばFPCなどの回路基板材料や、電子部品を製造する過程で使用する部材として有用である。本発明の金属張積層板を利用することによって、電子部品、電子機器の信頼性と歩留まりの向上を図ることができる。
本実施の形態の金属張積層板の製造方法は、以下の工程I〜IIIを備える。
工程I):
工程Iは、厚みが20〜100μmの範囲内にあるニッケル元素及び鉄元素を含有する金属箔を準備する工程である。
工程II):
工程IIは、工程Iで準備した金属箔を薄肉化処理することによって、前記金属箔の厚みの10〜90%を除去して、5〜18μmの範囲内にある薄肉化金属箔を得る工程である。
工程III):
工程IIIは、工程IIで得た薄肉化金属箔の上に、少なくとも1層のポリアミド酸の樹脂層を積層した後、熱処理し、前記ポリアミド酸をイミド化して、1層ないし複数層のポリイミド層を形成する工程である。
工程Iで準備する金属箔の材質は、ニッケル元素及び鉄元素を含有するものであればよく、ニッケルと鉄の合金として用いられるものが好適に使用することができる。具体的には、ステンレス、鉄ニッケル合金、ニッケル銅合金等が例示される。これらの中でも、鉄ニッケル合金であるステンレス又はインバーは、熱による変形が少ないため好適に使用される。
工程Iで準備した金属箔を薄肉化処理する。薄肉化処理は、従来一般的に行なわれている電解エッチング法、機械研磨法、化学研磨法などを利用できるが、比較的簡便な化学研磨法を用いることが好ましい。化学研磨法に用いるエッチング液は、例えば硝フッ酸溶液、塩化第二鉄と塩酸との混合水溶液などを用いることができる。
上記の薄肉化金属箔の上に、ポリイミド前駆体であるポリアミド酸の樹脂溶液を塗布してポリアミド酸の樹脂層を形成した後、熱処理し、ポリアミド酸をイミド化することによって、1層ないし複数層のポリイミド層を形成する。薄肉化金属箔とポリイミド層とのピール強度は、300N/m以上であることが好ましく、600N/m以上であることがより好ましいが、工程IIIで形成されるポリイミド層は、薄肉化金属箔との接着性が高く剥離しにくいため、熱可塑性樹脂による接着剤層を必要とせずに、十分な接着性を確保できる。また、工程IIIで形成されるポリイミド層は、長手方向(MD方向)と幅方向(TD方向)のポリマー鎖の配向性に差が生じにくくなるため、面内での寸法バラつきが小さい、という長所もある。
工程IV)は、金属張積層板の金属層を加工して複数の開口部を形成する工程である。本工程では、金属層に、所定形状をなす複数の開口パターンを形成する。例えば、フォトリソグラフィ技術を利用して、金属層の表面に感光性レジストを塗布し、所定の箇所を露光し、現像後、エッチングすることにより開口部を形成してもよいし、レーザー照射により開口部を形成してもよい。
工程V)は、金属張積層板の絶縁樹脂層に開口部を形成する工程である。本工程では、工程IV)で形成した金属層の開口部の開口範囲内に対応させて、絶縁樹脂層に複数の貫通開口パターンを加工する。
上記のようにして製造される本実施の形態の金属張積層板は、主にFPCなどの回路基板材料や、電子部品を製造する過程で使用するマスクなどの部材として有用である。すなわち、本実施の形態の金属張積層板の金属層を常法によってパターン状に加工することによって、パターン化金属張積層板とすることができる。このパターン化金属張積層板は、例えばFPCに代表される回路基板や、トランジスタ、ダイオードなどの能動素子や、抵抗、キャパシタ、インダクタなどの受動デバイスを含む電子回路などの他に、圧力、温度、光、湿度などをセンシングするセンサー素子、発光素子、液晶表示、電気泳動表示、自発光表示などの画像表示素子、無線、有線による通信素子、演算素子、記憶素子、MEMS素子、太陽電池、薄膜トランジスタなどとして利用可能なものである。
粘度の測定は、E型粘度計(ブルックフィールド社製、商品名;DV−II+Pro)を用いて、25℃における粘度を測定した。トルクが10%〜90%になるよう回転数を設定し、測定を開始してから2分経過後、粘度が安定した時の値を読み取った。
1)ポリイミド層のCTE
3mm×15mmのサイズのポリイミドフィルムを、熱機械分析(TMA:装置名TMA/SS6100)装置にて5.0gの荷重を加えながら一定の昇温速度(10℃/min)、降温速度(5℃/min)で20℃から260℃の温度範囲で昇温・降温させて引張り試験を行い、260℃から25℃への温度変化に対する伸び量の変化から熱膨張係数(ppm/K)を測定した。ここで、熱膨張係数は、MD方向及びTD方向の熱膨張係数の平均値である。
2)金属層のCTE
3mm×15mmのサイズの金属箔を、熱機械分析(TMA:装置名TMA/SS6100)装置にて5.0gの荷重を加えながら一定の昇温速度(10℃/min)、降温速度(5℃/min)で20℃から360℃の温度範囲で昇温・降温させて引張り試験を行い、降温時の360℃から25℃への温度変化に対する伸び量の変化から熱膨張係数(ppm/K)を測定した。ここで、熱膨張係数は、MD方向及びTD方向の熱膨張係数の平均値である。
貯蔵弾性率は、5mm×20mmのサイズのポリイミドフィルムを、動的粘弾性測定装置(DMA:ユー・ビー・エム社製、商品名;E4000F)を用いて、30℃から400℃まで昇温速度4℃/分、周波数11Hzで測定を行った。その際、350℃での貯蔵弾性率を確認した。
80mm×80mmのサイズの金属張積層板を準備した。この積層板の金属層の上に、ドライフィルムレジストを設けた後、露光、現像して、図1に示すように、16個の直径1mmのレジストパターンを、全体が正四角形をなすように形成し、縦方向(MD)及び横方向(TD)のそれぞれ50mm間隔で5箇所を測定可能とする位置測定用ターゲットを調製した。
調製したサンプルについて、温度;23±2℃、相対湿度;50±5%の雰囲気中にて、位置測定用ターゲットにおけるレジストパターンの縦方向(MD)及び横方向(TD)におけるターゲット間の距離を測定した後、レジストパターン開孔部の金属層の露出部分をエッチング(エッチング液の温度;40℃以下、エッチング時間;10分以内)により除去し、図2に示すように、16個の金属層残存点を有する評価サンプルを調製した。この評価サンプルを温度;23±2℃、相対湿度;50±5%の雰囲気中にて24±4時間静置後、縦方向(MD)及び横方向(TD)における金属層残存点間の距離を測定した。縦方向及び横方向の各5箇所の常態に対する寸法変化率を算出し、各々の平均値をもってエッチング後寸法変化率とする。
各寸法変化率は下記数式により出した。
エッチング後寸法変化率(%)=(B−A)/A × 100
A ; レジスト現像後のターゲット間の距離
B ; 金属層エッチング後の金属層残存点間の距離
金属張積層板上の金属層を金属配線幅1mm、スペース3mmとなるように金属配線6本を回路加工した後に、加工したサンプルの配線間スペースを目視にて確認を行った。この際ポリイミド層のうねりの有無及びうねりが発生しているものについては、うねりのピッチ間距離を確認した。
m−TB:2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル
4,4’−DAPE:4,4’−ジアミノジフェニルエーテル
BAPP:2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン
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
窒素気流下で、300mlのセパラブルフラスコに、固形分濃度が15重量%となるように、0.862gの4,4’−DAPE(0.0043モル)、17.381gのm‐TB(0.0817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、3.703gのBPDA(0.0126モル)及び15.554gのPMDA(0.0712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を調製した。粘度は28600cPであった。
市販のインバー箔1(シート状、厚み;30μm、MD;100mm×TD;300mm、CTE=6.3ppm/K)を準備した。このインバー箔1をエッチング液で化学研磨して、厚みが15μmの薄肉化金属箔1を調製した。
市販のステンレス箔2(新日鉄住金株式会社製、YUS205 M1、シート状、厚み;30μm、MD;100mm×TD;300mm、CTE=11.0ppm/K)を準備した。このステンレス箔2をエッチング液で化学研磨して、厚みが15μmの薄肉化金属箔2を調製した。
実施例2と同様にして、ステンレス箔2をエッチング液で化学研磨して、厚みが15μmの薄肉化金属箔3を調製した。
実施例1における薄肉化金属箔1の代わりに、インバー箔1を使用したこと以外、実施例1と同様にして、金属張積層板4を調製した。得られた金属張積層板4について、エッチング後寸法変化率の評価を行った結果、0.18%であり、約3mmの周期のうねりが生じた。
比較例1と同様にして、金属張積層板5’を調製した。この金属張積層板5’の金属層側をエッチング液で化学研磨して、金属層の厚みが15μmの金属張積層板5を調製した。得られた金属張積層板5について、エッチング後寸法変化率の評価を行った結果、0.18%であり、約3mmの周期のうねりが生じた。
薄肉化金属箔3の代わりに、ステンレス箔2を使用したこと以外、実施例3と同様にして、金属張積層板6を調製した。得られた金属張積層板6について、エッチング後寸法変化率の評価を行った結果、0.12%であり、約3mmの周期のうねりが生じた。
Claims (7)
- 単層又は複数層のポリイミド層を含む絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層の一方の面に金属層と、を備えた金属張積層板を製造する方法であって、
以下の工程I〜III;
I)厚みが20〜100μmの範囲内にあるニッケル元素及び鉄元素を含有する金属箔を準備する工程;
II)前記金属箔を薄肉化処理することによって、前記金属箔の厚みの10〜90%を除去して、厚みが5〜18μmの範囲内にある薄肉化金属箔を得る工程;
III)前記薄肉化金属箔の上に、少なくとも1層のポリアミド酸の樹脂層を積層した後、熱処理し、前記ポリアミド酸をイミド化して、1層ないし複数層のポリイミド層を形成する工程;
を備えることを特徴とする金属張積層板の製造方法。 - 前記金属箔がステンレス箔又はインバー箔である請求項1に記載の金属張積層板の製造方法。
- 前記絶縁樹脂層の熱膨張係数が10ppm/K以下である請求項1又は2に記載の金属張積層板の製造方法。
- 前記絶縁樹脂層の厚みが3〜20μmの範囲内である請求項1〜3のいずれか1項に記載の金属張積層板の製造方法。
- 前記絶縁樹脂層の厚み(L1)と前記薄肉化金属箔の厚み(L2)との比(L1/L2)が0.25〜1.2の範囲内である請求項1〜4のいずれか1項に記載の金属張積層板の製造方法。
- 単層又は複数層のポリイミド層を含む絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層の一方の面に金属層と、を備えた金属張積層板であって、下記の条件i〜iv;
i)前記絶縁樹脂層の厚みが3〜20μmの範囲内であること;
ii)前記絶縁樹脂層の熱膨張係数が10ppm/K以下であること;
iii)前記金属層がステンレス箔又はインバー箔であること;
iv)前記金属層の厚みが5〜18μmの範囲内であること;
を満たすことを特徴とする金属張積層板。 - 前記絶縁樹脂層の厚み(L1)と前記金属層の厚み(L2)との比(L1/L2)が0.25〜1.2の範囲内である請求項6に記載の金属張積層板。
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