JP2023127191A - 金属張積層板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】半田耐熱性を高めることができる金属張積層板及びその製造方法を提供する。【解決手段】金属張積層板11は、絶縁層12と、絶縁層12の片面又は両面に積層される金属層13とを備える。絶縁層12は、熱硬化性ポリイミド層21と、熱硬化性ポリイミド層21と金属層13との間に設けられる熱融着樹脂層31とを備える。熱硬化性ポリイミド層21の水分含有量は、0.6質量%未満である。【選択図】図1
Description
本発明は、金属張積層板及びその製造方法に関する。
電子機器に装備されるプリント配線板には、例えば、特許文献1に開示されるような金属張積層板が用いられている。金属張積層板は、例えば、絶縁層としてのポリイミド層と、金属層としての銅層との積層構造を有している。
プリント配線板は、半田を用いて部品を接続する工程において加熱される。このため、プリント配線板を得るための金属張積層板には、半田を用いて部品を接続する工程の熱に耐え得ることのできる半田耐熱性が求められる。上記従来の金属張積層板には、半田耐熱性を高めるという観点で、未だ改善の余地がある。
上記課題を解決する金属張積層板は、絶縁層と、前記絶縁層の片面又は両面に積層される金属層と、を備える金属張積層板であって、前記絶縁層は、熱硬化性ポリイミド層と、前記熱硬化性ポリイミド層と前記金属層との間に設けられる熱融着樹脂層とを備え、前記熱硬化性ポリイミド層の水分含有量は、0.6質量%未満である。
この構成によれば、金属張積層板が加熱された際に熱硬化性ポリイミド層から気化する水分を抑えることができる。
上記金属張積層板において、前記熱硬化性ポリイミド層は、前記熱融着樹脂層と接着される主面の水接触角が20°以下の熱硬化性ポリイミドフィルムから構成されることが好ましい。この構成によれば、熱硬化性ポリイミドフィルムにおいて、熱融着樹脂層と接着される主面は、例えば、水素結合し易い状態であるため、熱硬化性ポリイミド層と熱融着樹脂層との層間の結合力を高めることができる。
上記金属張積層板において、前記熱硬化性ポリイミド層は、前記熱融着樹脂層と接着される主面の水接触角が20°以下の熱硬化性ポリイミドフィルムから構成されることが好ましい。この構成によれば、熱硬化性ポリイミドフィルムにおいて、熱融着樹脂層と接着される主面は、例えば、水素結合し易い状態であるため、熱硬化性ポリイミド層と熱融着樹脂層との層間の結合力を高めることができる。
上記金属張積層板において、前記熱融着樹脂層は、0.1%以下の吸水率を有することが好ましい。この構成によれば、温度変化を伴う長期の使用において、熱硬化性ポリイミド層を有する絶縁層に対する金属層の接着性の低下を抑えることができる。
上記金属張積層板において、前記熱硬化性ポリイミド層と前記熱融着樹脂層との層間の剥離強度は、0.6N/mm以上であることが好ましい。例えば、このような剥離強度により、熱硬化性ポリイミド層と熱融着樹脂層との接着性を確保することができる。
上記金属張積層板において、前記熱融着樹脂層は、280℃以上の融点を有することが好ましい。この構成によれば、金属張積層板の半田耐熱性をより高めることができる。
上記金属張積層板において、前記金属層は、前記熱融着樹脂層と接着される主面の十点平均粗さ(Rzjis)が2.0以下の金属箔から構成されることが好ましい。この構成によれば、金属箔の主面の平滑性を高めることで、高周波帯域の電流が金属層の表面に集中する表皮効果を抑えることができるため、金属層において、高周波帯域の電気特性を十分に発揮させることができる。
上記金属張積層板において、前記金属層は、前記熱融着樹脂層と接着される主面の十点平均粗さ(Rzjis)が2.0以下の金属箔から構成されることが好ましい。この構成によれば、金属箔の主面の平滑性を高めることで、高周波帯域の電流が金属層の表面に集中する表皮効果を抑えることができるため、金属層において、高周波帯域の電気特性を十分に発揮させることができる。
上記金属張積層板において、前記熱硬化性ポリイミド層の線膨張係数は、10ppm/K以上、26ppm/K以下の範囲内であることが好ましい。この構成によれば、金属張積層板の寸法安定性を向上させることができる。
金属張積層板の製造方法において、金属張積層板の製造方法であって、前記金属張積層板は、絶縁層と、前記絶縁層の片面又は両面に積層される金属層と、を備え、前記絶縁層は、熱硬化性ポリイミド層と、前記熱硬化性ポリイミド層と前記金属層との間に設けられる熱融着樹脂層とを備え、前記熱硬化性ポリイミド層の水分含有量は、0.6質量%未満であり、前記製造方法は、前記熱硬化性ポリイミド層となる熱硬化性ポリイミドフィルムを準備する工程と、前記熱硬化性ポリイミドフィルムと、前記金属層となる金属箔との間に、前記熱融着樹脂層となる熱可塑性樹脂フィルムを配置した積層体を熱圧着する工程と、を備え、前記熱硬化性ポリイミドフィルムの水分含有量は、0.6質量%未満である。
本発明は、半田耐熱性を高めることができる効果を発揮する。
以下、金属張積層板の一実施形態について説明する。なお、図面では、金属張積層板を構成する各層の厚さを誇張して表現する場合もある。
<金属張積層板の全体構成>
図1に示すように、金属張積層板11は、絶縁層12と、絶縁層12に積層される金属層13とを備えている。本実施形態の金属層13は、絶縁層12の一方の主面に積層される第1金属層13aと、絶縁層12の他方の主面に積層される第2金属層13bとから構成されている。
<金属張積層板の全体構成>
図1に示すように、金属張積層板11は、絶縁層12と、絶縁層12に積層される金属層13とを備えている。本実施形態の金属層13は、絶縁層12の一方の主面に積層される第1金属層13aと、絶縁層12の他方の主面に積層される第2金属層13bとから構成されている。
<絶縁層>
絶縁層12は、熱硬化性ポリイミド層21と熱融着樹脂層31とを備えている。熱融着樹脂層31は、熱硬化性ポリイミド層21と第1金属層13aとの間に設けられる第1熱融着樹脂層31aと、熱硬化性ポリイミド層21と第2金属層13bとの間に設けられる第2熱融着樹脂層31bとから構成されている。このように本実施形態の金属張積層板11は、熱硬化性ポリイミド層21と第1熱融着樹脂層31aと第2熱融着樹脂層31bとからなる3層構造の絶縁層12を有している。金属張積層板11は、絶縁層12の両面にそれぞれ積層された金属層13をさらに有する5層構造の両面金属張積層板である。
絶縁層12は、熱硬化性ポリイミド層21と熱融着樹脂層31とを備えている。熱融着樹脂層31は、熱硬化性ポリイミド層21と第1金属層13aとの間に設けられる第1熱融着樹脂層31aと、熱硬化性ポリイミド層21と第2金属層13bとの間に設けられる第2熱融着樹脂層31bとから構成されている。このように本実施形態の金属張積層板11は、熱硬化性ポリイミド層21と第1熱融着樹脂層31aと第2熱融着樹脂層31bとからなる3層構造の絶縁層12を有している。金属張積層板11は、絶縁層12の両面にそれぞれ積層された金属層13をさらに有する5層構造の両面金属張積層板である。
絶縁層12の厚さは、10μm以上であることが好ましく、より好ましくは20μm以上であり、さらに好ましくは、25μm以上である。本実施形態の絶縁層12の厚さは、例えば、フレキシブル性をより高めるという観点から、400μm以下であることが好ましく、300μm以下であることがより好ましい。
(熱硬化性ポリイミド層)
熱硬化性ポリイミド層21は、熱硬化性ポリイミドフィルムから構成することができる。熱硬化性ポリイミドフィルムは、酸成分とジアミン成分とから得られる。酸成分としては、例えば、3,3´,4,4´-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(s-BPDA)、ピロメリット酸等が挙げられる。ジアミン成分としては、p-フェニレンジアミン(PPD)、4,4-ジアミノジフェニルエーテル、m-トリジン、4,4´-ジアミノベンズアニリド等が挙げられる。熱硬化性ポリイミドフィルムは、熱硬化性ポリイミド層21の低誘電率、低誘電正接等の性能をより高めるという観点から、いわゆる変性ポリイミド(Modified-PI:MPI)と呼ばれる成分を含んでいてもよい。熱硬化性ポリイミドフィルムの市販品としては、例えば、宇部興産株式会社製のユーピレックス-S(商品名)、ユーピレックス-SGA(商品名)等が挙げられる。
熱硬化性ポリイミド層21は、熱硬化性ポリイミドフィルムから構成することができる。熱硬化性ポリイミドフィルムは、酸成分とジアミン成分とから得られる。酸成分としては、例えば、3,3´,4,4´-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(s-BPDA)、ピロメリット酸等が挙げられる。ジアミン成分としては、p-フェニレンジアミン(PPD)、4,4-ジアミノジフェニルエーテル、m-トリジン、4,4´-ジアミノベンズアニリド等が挙げられる。熱硬化性ポリイミドフィルムは、熱硬化性ポリイミド層21の低誘電率、低誘電正接等の性能をより高めるという観点から、いわゆる変性ポリイミド(Modified-PI:MPI)と呼ばれる成分を含んでいてもよい。熱硬化性ポリイミドフィルムの市販品としては、例えば、宇部興産株式会社製のユーピレックス-S(商品名)、ユーピレックス-SGA(商品名)等が挙げられる。
熱硬化性ポリイミド層21は、低誘電率、低誘電正接等の低誘電特性に優れるという観点から、3,3´,4,4´-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物とp-フェニレンジアミンとを共重合成分として含有することが好ましい。熱硬化性ポリイミド層21中における3,3´,4,4´-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の含有量は、酸成分全体を100モル%とした場合、50モル%以上であることが好ましく、より好ましくは、70モル%以上である。熱硬化性ポリイミド層21中におけるp-フェニレンジアミンの含有量は、ジアミン成分全体を100モル%とした場合、50モル%以上であることが好ましく、より好ましくは、70モル%以上である。なお、3,3´,4,4´-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物とp-フェニレンジアミンとを共重合成分として含有する熱硬化性ポリイミドフィルムの市販品としては、例えば、宇部興産株式会社製のユーピレックス-SGA(商品名)が挙げられる。
熱硬化性ポリイミド層21の水分含有量は、0.6質量%未満である。これにより、半田耐熱性を高めることができる。熱硬化性ポリイミド層21の水分含有量は、0.4質量%以下であることが好ましく、より好ましくは、0.2質量%以下である。
熱硬化性ポリイミド層21の厚さは、例えば、125μm以下であることが好ましい。
熱硬化性ポリイミドフィルムにおいて、熱融着樹脂層31と接着される主面には、熱硬化性ポリイミド層21と熱融着樹脂層31と接着性を高めるという観点から、放電処理が施されていることが好ましい。放電処理としては、例えば、コロナ放電処理、大気圧プラズマ放電処理、真空プラズマ放電処理等が挙げられる。放電処理は、熱融着樹脂層31と接着される主面の水接触角が20°以下となるように行われることが好ましく、より好ましくは、17°以下であり、さらに好ましくは、14°以下である。熱硬化性ポリイミドフィルムの水接触角は、例えば、生産性等の観点から、5°以上であることが好ましく、より好ましくは6°以上である。水接触角は、接触角計を用いた液滴法により測定することができる。
熱硬化性ポリイミドフィルムにおいて、熱融着樹脂層31と接着される主面には、熱硬化性ポリイミド層21と熱融着樹脂層31と接着性を高めるという観点から、放電処理が施されていることが好ましい。放電処理としては、例えば、コロナ放電処理、大気圧プラズマ放電処理、真空プラズマ放電処理等が挙げられる。放電処理は、熱融着樹脂層31と接着される主面の水接触角が20°以下となるように行われることが好ましく、より好ましくは、17°以下であり、さらに好ましくは、14°以下である。熱硬化性ポリイミドフィルムの水接触角は、例えば、生産性等の観点から、5°以上であることが好ましく、より好ましくは6°以上である。水接触角は、接触角計を用いた液滴法により測定することができる。
(熱融着樹脂層)
第1熱融着樹脂層31aの厚さ及び第2熱融着樹脂層31bの厚さは、それぞれ5μm以上であることが好ましく、より好ましくは、10μm以上であり、さらに好ましくは、12.5μm以上である。第1熱融着樹脂層31aの厚さ及び第2熱融着樹脂層31bの厚さは、それぞれ150μm以下であることが好ましく、より好ましくは、120μm以下であり、さらに好ましくは、100μm以下である。第1熱融着樹脂層31aの厚さ及び第2熱融着樹脂層31bの厚さは、互いに同じであってもよいし、異なってもよい。金属張積層板11のねじれや反りを抑えるという観点から、第1熱融着樹脂層31aの厚さと第2熱融着樹脂層31bの厚さの差は、3μm以下であることが好ましく、より好ましくは、2μm以下であり、さらに好ましくは、1μm以下である。
第1熱融着樹脂層31aの厚さ及び第2熱融着樹脂層31bの厚さは、それぞれ5μm以上であることが好ましく、より好ましくは、10μm以上であり、さらに好ましくは、12.5μm以上である。第1熱融着樹脂層31aの厚さ及び第2熱融着樹脂層31bの厚さは、それぞれ150μm以下であることが好ましく、より好ましくは、120μm以下であり、さらに好ましくは、100μm以下である。第1熱融着樹脂層31aの厚さ及び第2熱融着樹脂層31bの厚さは、互いに同じであってもよいし、異なってもよい。金属張積層板11のねじれや反りを抑えるという観点から、第1熱融着樹脂層31aの厚さと第2熱融着樹脂層31bの厚さの差は、3μm以下であることが好ましく、より好ましくは、2μm以下であり、さらに好ましくは、1μm以下である。
熱融着樹脂層31は、例えば、誘電率を低く抑えるという観点から、フッ素系樹脂から構成することが好ましい。フッ素系樹脂の中でも、良好な低誘電特性や良好な接着性を有するという観点から、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、又はテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)が好ましい。
熱融着樹脂層31の吸水率は、熱硬化性ポリイミド層21の吸水率よりも低いことが好ましい。熱融着樹脂層31の吸水率は、0.1%以下であることが好ましく、より好ましくは、0.07%以下であり、さらに好ましくは、0.05%以下である。
熱融着樹脂層31は、例えば、半田耐熱性を容易に高めるという観点から、280℃以上の融点を有することが好ましい。熱融着樹脂層31の融点は、熱融着の容易性の観点から、320℃以下であることが好ましい。
(剥離強度)
熱硬化性ポリイミド層21と熱融着樹脂層31との層間の剥離強度は、0.6N/mm以上であることが好ましく、より好ましくは、0.8N/mm以上であり、さらに好ましくは、1.0N/mm以上である。
熱硬化性ポリイミド層21と熱融着樹脂層31との層間の剥離強度は、0.6N/mm以上であることが好ましく、より好ましくは、0.8N/mm以上であり、さらに好ましくは、1.0N/mm以上である。
<金属層13>
金属層13の金属としては、例えば、金、銀、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等が挙げられる。第1金属層13a及び第2金属層13bは、互いに同じ金属から構成されてもよいし、異なる金属から構成されてもよい。金属層13は、例えば、銅箔を用いて形成することができる。銅箔としては、例えば、電解銅箔、及び圧延銅箔が挙げられる。第1金属層13aを形成する金属箔及び第2金属層13bを形成する金属箔は、互いに同じ製法で得られたものであってもよいし、異なる製法で得られたものであってもよい。
金属層13の金属としては、例えば、金、銀、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等が挙げられる。第1金属層13a及び第2金属層13bは、互いに同じ金属から構成されてもよいし、異なる金属から構成されてもよい。金属層13は、例えば、銅箔を用いて形成することができる。銅箔としては、例えば、電解銅箔、及び圧延銅箔が挙げられる。第1金属層13aを形成する金属箔及び第2金属層13bを形成する金属箔は、互いに同じ製法で得られたものであってもよいし、異なる製法で得られたものであってもよい。
第1金属層13aの厚さ及び第2金属層13bの厚さは、それぞれ2μm以上、105μm以下の範囲内であることが好ましく、より好ましくは、2μm以上、35μm以下の範囲内である。第1金属層13aの厚さ及び第2金属層13bの厚さは、互いに同じ厚さであってもよいし、互いに異なる厚さであってもよい。
(金属層の表面粗さ)
金属層13と熱融着樹脂層31との接着強度は、金属箔において、熱融着樹脂層31と接着される主面の表面粗さが粗いほど高くなる傾向にある。一方、上記金属箔の主面は、より平滑であることで、高周波帯域の電流が金属層13の表面に集中する表皮効果が抑えられることにより、高周波帯域の電気特性を十分に発揮させることができる。近年、5Gスマートフォン等の電子機器の高周波化に伴い、より小さい伝送損失を有するプリント配線板の需要が増大している。このため、金属張積層板11を高周波帯域に対応したプリント配線板として用いる場合、金属層13は、熱融着樹脂層31と接着される主面の十点平均粗さ(Rzjis)が2.0以下の金属箔から構成されることが好ましい。十点平均粗さ(Rzjis)は、JIS B0601(2001)に規定される。金属箔の上記主面における十点平均粗さ(Rzjis)は、1.5以下であることがより好ましく、さらに好ましくは、1.0以下である。
金属層13と熱融着樹脂層31との接着強度は、金属箔において、熱融着樹脂層31と接着される主面の表面粗さが粗いほど高くなる傾向にある。一方、上記金属箔の主面は、より平滑であることで、高周波帯域の電流が金属層13の表面に集中する表皮効果が抑えられることにより、高周波帯域の電気特性を十分に発揮させることができる。近年、5Gスマートフォン等の電子機器の高周波化に伴い、より小さい伝送損失を有するプリント配線板の需要が増大している。このため、金属張積層板11を高周波帯域に対応したプリント配線板として用いる場合、金属層13は、熱融着樹脂層31と接着される主面の十点平均粗さ(Rzjis)が2.0以下の金属箔から構成されることが好ましい。十点平均粗さ(Rzjis)は、JIS B0601(2001)に規定される。金属箔の上記主面における十点平均粗さ(Rzjis)は、1.5以下であることがより好ましく、さらに好ましくは、1.0以下である。
<絶縁層と金属層の線膨張係数>
絶縁層12の線膨張係数を金属層13の線膨張係数に近づけることで、金属張積層板11の寸法安定性を向上させることができる。例えば、銅の線膨張係数は、18ppm/Kである。金属層13が銅層の場合、絶縁層12の線膨張係数は、例えば、10ppm/K以上、40ppm/K以下の範囲内であることが好ましい。絶縁層12を構成する熱硬化性ポリイミド層21の線膨張係数は、10ppm/K以上、26ppm/K以下の範囲内であることが好ましい。例えば、熱融着樹脂層31の線膨張係数が熱硬化性ポリイミド層21の線膨張係数よりも大きい場合であっても、熱硬化性ポリイミド層21の線膨張係数を上記範囲とすることで、金属張積層板11の寸法安定性を向上させることができる。
絶縁層12の線膨張係数を金属層13の線膨張係数に近づけることで、金属張積層板11の寸法安定性を向上させることができる。例えば、銅の線膨張係数は、18ppm/Kである。金属層13が銅層の場合、絶縁層12の線膨張係数は、例えば、10ppm/K以上、40ppm/K以下の範囲内であることが好ましい。絶縁層12を構成する熱硬化性ポリイミド層21の線膨張係数は、10ppm/K以上、26ppm/K以下の範囲内であることが好ましい。例えば、熱融着樹脂層31の線膨張係数が熱硬化性ポリイミド層21の線膨張係数よりも大きい場合であっても、熱硬化性ポリイミド層21の線膨張係数を上記範囲とすることで、金属張積層板11の寸法安定性を向上させることができる。
<金属張積層板の製造方法>
次に、金属張積層板11の製造方法について説明する。
金属張積層板11の製造方法は、熱硬化性ポリイミド層21となる熱硬化性ポリイミドフィルム121を準備する準備工程を備えている。熱硬化性ポリイミドフィルム121の水分含有量は、0.6質量%以下である。
次に、金属張積層板11の製造方法について説明する。
金属張積層板11の製造方法は、熱硬化性ポリイミド層21となる熱硬化性ポリイミドフィルム121を準備する準備工程を備えている。熱硬化性ポリイミドフィルム121の水分含有量は、0.6質量%以下である。
熱硬化性ポリイミドフィルム121の水分含有量の調整は、水分調整工程により行うことができる。水分調整工程としては、例えば、調湿工程、加熱工程が挙げられる。調湿工程は、熱硬化性ポリイミドフィルムを温度と湿度とが調整された環境下で保存する工程である。加熱工程は、熱硬化性ポリイミドフィルムを加熱することで、熱硬化性ポリイミドフィルムの水分含有量を低下させる工程である。
金属張積層板11の製造方法は、上記調整工程の後に、熱硬化性ポリイミドフィルム121と金属箔113との間に熱可塑性樹脂フィルム131を配置した積層体111を熱圧着する工程を備えている。熱硬化性ポリイミドフィルム121は、上述した熱硬化性ポリイミド層21を形成する。第1熱可塑性樹脂フィルム131a及び第2熱可塑性樹脂フィルム131bは、それぞれ第1熱融着樹脂層31a及び第2熱融着樹脂層31bを形成する。第1金属箔113a及び第2金属箔113bは、それぞれ第1金属層13a及び第2金属層13bを形成する。
積層体111を熱圧着する工程では、熱可塑性樹脂フィルム131が融点以上の温度となるように積層体111を加熱する。積層体111を熱圧着する工程の最高温度は、熱可塑性樹脂フィルム131の融点をTm℃としたとき、Tm+70℃以下であることが好ましい。
積層体111を熱圧着する工程の圧力は、例えば、0.5N/mm2以上、10N/mm2以下の範囲内であることが好ましく、より好ましくは2N/mm2以上、6N/mm2以下の範囲内である。
積層体111を熱圧着する工程の加熱時間は、例えば、10秒以上、600秒以下の範囲であることが好ましく、より好ましくは30秒以上、500秒以下の範囲内である。
図2に示すように、積層体111を熱圧着する工程は、ダブルベルトプレス装置51を用いて行うことが好ましい。ダブルベルトプレス装置51は、積層体111を搬送しながら加熱及び加圧する。ダブルベルトプレス装置51は、積層体111の搬送方向の上流側に位置する第1搬送部52と、下流側に位置する第2搬送部53とを有している。
図2に示すように、積層体111を熱圧着する工程は、ダブルベルトプレス装置51を用いて行うことが好ましい。ダブルベルトプレス装置51は、積層体111を搬送しながら加熱及び加圧する。ダブルベルトプレス装置51は、積層体111の搬送方向の上流側に位置する第1搬送部52と、下流側に位置する第2搬送部53とを有している。
第1搬送部52には、上側第1ドラム52a及び下側第1ドラム52bが装着されている。第2搬送部53には、上側第2ドラム53a及び下側第2ドラム53bが装着されている。上側第1ドラム52a及び上側第2ドラム53aには、無端状の上側ベルト54が架け渡されている。下側第1ドラム52b及び下側第2ドラム53bには、無端状の下側ベルト55が架け渡されている。そして、各第1ドラム52a,52bは、各第2ドラム53a,53bの駆動により各ベルト54,55を介して従動されるように構成されている。各ベルト54,55は、例えばステンレス鋼等の金属から形成される。
第1搬送部52と第2搬送部53との間には、上側温度調節装置56及び下側温度調節装置57が各ベルト54,55を介在させて対向するように配置されている。上側温度調節装置56及び下側温度調節装置57は、上側ベルト54及び下側ベルト55を介して積層体111を加熱及び加圧する。上側温度調節装置56及び下側温度調節装置57は、例えば、オイル等の熱媒体により上側ベルト54及び下側ベルト55を加熱及び加圧する。
熱硬化性ポリイミドフィルム121の水分含有量の調整は、加熱装置61を用いて行うことができる。本実施形態の加熱装置61は、ダブルベルトプレス装置51の上流側に配置されている。熱硬化性ポリイミドフィルム121は、加熱装置61を通じてダブルベルトプレス装置51に送られる。このとき、加熱装置61は、所定の温度で熱硬化性ポリイミドフィルム121を加熱する。加熱装置61で加熱された熱硬化性ポリイミドフィルム121の水分含有量は低下される。これにより、金属張積層板11における熱硬化性ポリイミド層21の水分含有量を調整することができる。
上記のようなダブルベルトプレス装置51を用いることで、連続して金属張積層板11を得ることができる。長尺状の金属張積層板11を巻き取ることで、金属張積層板11のロール品として保管又は輸送される。金属張積層板11は、フレキシブルプリント配線板等のプリント配線板に用いることができる。
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
(1)金属張積層板11の絶縁層12は、熱硬化性ポリイミド層21と、熱硬化性ポリイミド層21と金属層13との間に設けられる熱融着樹脂層31とを備えている。熱硬化性ポリイミド層21の水分含有量は、0.6質量%未満である。この構成によれば、金属張積層板11が加熱された際に熱硬化性ポリイミド層21から気化する水分を抑えることができる。これにより、半田耐熱性を高めることができる。すなわち、プリント配線板に半田を用いて部品を接続する工程において、熱硬化性ポリイミド層21から気化する水分を要因とした発泡等の異常の発生を抑えることができる。
(1)金属張積層板11の絶縁層12は、熱硬化性ポリイミド層21と、熱硬化性ポリイミド層21と金属層13との間に設けられる熱融着樹脂層31とを備えている。熱硬化性ポリイミド層21の水分含有量は、0.6質量%未満である。この構成によれば、金属張積層板11が加熱された際に熱硬化性ポリイミド層21から気化する水分を抑えることができる。これにより、半田耐熱性を高めることができる。すなわち、プリント配線板に半田を用いて部品を接続する工程において、熱硬化性ポリイミド層21から気化する水分を要因とした発泡等の異常の発生を抑えることができる。
また、上記のように熱硬化性ポリイミド層21の水分含有量が0.6質量%未満の場合、熱硬化性ポリイミド層21の誘電率がより小さくなるため、伝送損失をより小さくすることができる。
(2)熱硬化性ポリイミド層21は、熱融着樹脂層31と接着される主面の水接触角が20°以下の熱硬化性ポリイミドフィルム121から構成されることが好ましい。
この場合、熱硬化性ポリイミドフィルム121において、熱融着樹脂層31と接着される主面は、例えば、水素結合し易い状態であるため、熱硬化性ポリイミド層21と熱融着樹脂層31との層間の結合力を高めることができる。これにより、金属層13に対して接着性を有する熱融着樹脂層31と、熱硬化性ポリイミド層21との接着性を高めることができる。
この場合、熱硬化性ポリイミドフィルム121において、熱融着樹脂層31と接着される主面は、例えば、水素結合し易い状態であるため、熱硬化性ポリイミド層21と熱融着樹脂層31との層間の結合力を高めることができる。これにより、金属層13に対して接着性を有する熱融着樹脂層31と、熱硬化性ポリイミド層21との接着性を高めることができる。
(3)熱融着樹脂層31は、0.1%以下の吸水率を有することが好ましい。この場合、温度変化を伴う長期の使用において、熱硬化性ポリイミド層21を有する絶縁層12に対する金属層13の接着性の低下を抑えることができる。
(4)熱硬化性ポリイミド層21と熱融着樹脂層31との層間の剥離強度は、0.6N/mm以上であることが好ましい。例えば、このような剥離強度により、熱硬化性ポリイミド層21と熱融着樹脂層31との接着性を確保することができる。
(5)熱融着樹脂層31は、280℃以上の融点を有することが好ましい。この場合、金属張積層板11の半田耐熱性をより高めることができる。
(6)金属層13は、熱融着樹脂層31と接着される主面の十点平均粗さ(Rzjis)が2.0以下の金属箔から構成されることが好ましい。この場合、金属箔の主面の平滑性を高めることで、高周波帯域の電流が金属層13の表面に集中する表皮効果を抑えることができるため、金属層13において、高周波帯域の電気特性を十分に発揮させることができる。
(6)金属層13は、熱融着樹脂層31と接着される主面の十点平均粗さ(Rzjis)が2.0以下の金属箔から構成されることが好ましい。この場合、金属箔の主面の平滑性を高めることで、高周波帯域の電流が金属層13の表面に集中する表皮効果を抑えることができるため、金属層13において、高周波帯域の電気特性を十分に発揮させることができる。
(7)熱硬化性ポリイミド層21の線膨張係数は、10ppm/K以上、26ppm/K以下の範囲内であることが好ましい。この場合、金属張積層板11の寸法安定性を向上させることができる。
(変更例)
上記実施形態を次のように変更して構成してもよい。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
上記実施形態を次のように変更して構成してもよい。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・金属張積層板11は、ダブルベルトプレス装置51以外のラミネート装置等を用いて製造することもできる。また、上記実施形態では、連続的に長尺状の金属張積層板11を製造しているが、所定の寸法の金属張積層板を1枚ずつ製造してもよい。
・上記実施形態では、一段階の熱圧着により金属張積層板11を製造しているが、複数段階の熱圧着により製造することもできる。例えば、熱硬化性ポリイミドフィルム121と熱可塑性樹脂フィルム131とを熱圧着することで積層フィルムを得る工程と、この積層フィルムと金属箔113とを熱圧着する工程とにより金属張積層板11を製造してもよい。
・上記金属張積層板11において、第1熱融着樹脂層31aと第1金属層13aとからなる積層構造、及び第2熱融着樹脂層31bと第2金属層13bとからなる積層構造のいずれか一方の積層構造を省略してもよい。すなわち、金属張積層板は、熱硬化性ポリイミド層及び熱融着樹脂層の二層構造の絶縁層を有し、その絶縁層の片面に積層された金属層を有する片面金属張積層板であってもよい。片面金属張積層板の場合、絶縁層の厚さは、5μm以上であることが好ましく、より好ましくは10μm以上であり、さらに好ましくは、12.5μm以上である。片面金属張積層板の場合、絶縁層の厚さは、例えば、フレキシブル性をより高めるという観点から、200μm以下であることが好ましく、150μm以下であることがより好ましい。
次に、実施例及び比較例を説明する。
(実施例1)
実施例1では、絶縁層の両面に金属層を積層した金属張積層板を製造した。絶縁層の熱硬化性ポリイミド層は、熱硬化性ポリイミドフィルム(宇部興産株式会社製、商品名:ユーピレックス-SGA)の両面に放電処理を施したものを用いて形成した。熱硬化性ポリイミドフィルムの厚さは、50μmであり、線膨張係数は、14ppm/Kである。
(実施例1)
実施例1では、絶縁層の両面に金属層を積層した金属張積層板を製造した。絶縁層の熱硬化性ポリイミド層は、熱硬化性ポリイミドフィルム(宇部興産株式会社製、商品名:ユーピレックス-SGA)の両面に放電処理を施したものを用いて形成した。熱硬化性ポリイミドフィルムの厚さは、50μmであり、線膨張係数は、14ppm/Kである。
表1に示すように、実施例1で用いた熱硬化性フィルムは、温度18℃、相対湿度5%Rhの保管環境で保管されたものである。この熱硬化性ポリイミドフィルムの水分含有量は、0.24質量%である。
熱硬化性ポリイミドフィルムの水分含有量は、ISO 15512:2019に準拠して測定することができる。具体的には、熱硬化性ポリイミドフィルムを切り出すことで2.2gのフィルムサンプルを準備した後、水分計(ブラベンダー社製、商品名:AQUATRAC-V)を用いてフィルムサンプルの水分含有量を測定した。
熱硬化性ポリイミドフィルムの両主面の水接触角は、17°である。この水接触角は、接触角計(協和界面科学株式会社製、商品名:DMs-401)を用いた液滴法により3回測定した平均値である。
絶縁層の第1熱融着樹脂層及び第2熱融着樹脂層は、いずれもフッ素系樹脂フィルム(AGC株式会社製、商品名:EA-2000)を用いて形成した。フッ素系樹脂フィルムの厚さは、25μmであり融点は、298℃である。フッ素系樹脂フィルムの吸水率は、0.01%である。この吸水率は、JIS K7209:2000(ASTM D570)に準じて、フィルムを23℃の水中に24時間浸漬後の重量変化率の測定値から求めた値である。
金属層は、銅箔(三井金属鉱業株式会社製、商品名:TQ-M4-VSP)を用いて形成した。銅箔の厚さは、12μmであり、銅箔の両主面の十点平均粗さ(Rzjis)は、0.5である。
フィルム及び銅箔を熱圧着する工程には、ダブルベルトプレス装置を用いた。熱圧着は、最高温度330℃、圧力4.0MPa、加熱時間140秒の条件で行った。
(実施例2~4)
実施例2~4では、熱硬化性ポリイミドフィルムの水分含有量を変更した以外は、実施例1と同様に、絶縁層の両面に金属層を積層した金属張積層板を製造した。例えば、実施例2で用いた熱硬化性ポリイミドフィルムは、表1に示す保管環境で保存した後、加熱することで水分含有量を0.55質量%に調整したものである。
(実施例2~4)
実施例2~4では、熱硬化性ポリイミドフィルムの水分含有量を変更した以外は、実施例1と同様に、絶縁層の両面に金属層を積層した金属張積層板を製造した。例えば、実施例2で用いた熱硬化性ポリイミドフィルムは、表1に示す保管環境で保存した後、加熱することで水分含有量を0.55質量%に調整したものである。
実施例3,4では、表1に示すように、加熱条件を変更することで、熱硬化性ポリイミドフィルムの水分含有量を調整した。
(比較例1~4)
表2に示すように、比較例1~4では、熱硬化性ポリイミドフィルムの水分含有量を変更した以外は、実施例1と同様に、絶縁層の両面に金属層を積層した金属張積層板を製造した。
(比較例1~4)
表2に示すように、比較例1~4では、熱硬化性ポリイミドフィルムの水分含有量を変更した以外は、実施例1と同様に、絶縁層の両面に金属層を積層した金属張積層板を製造した。
<外観(シワの有無を判定)>
各例で得られた金属張積層板から500mm×500mmの寸法のサンプルを採取して目視で観察した。サンプルにシワの無い場合を外観が良好(○)、薄いシワが発生した場合を外観にやや劣る△、濃いシワが発生した場合を外観に劣る(×)と判定した。その結果を表1及び表2中の“外観”欄に示す。
各例で得られた金属張積層板から500mm×500mmの寸法のサンプルを採取して目視で観察した。サンプルにシワの無い場合を外観が良好(○)、薄いシワが発生した場合を外観にやや劣る△、濃いシワが発生した場合を外観に劣る(×)と判定した。その結果を表1及び表2中の“外観”欄に示す。
<剥離強度>
各例で得られた金属張積層板を幅寸法3mmで切断することでサンプルを作製した後、JIS C6471に規定される“方法A”(90°方向引きはがし方法)にて、金属層の剥離強度を測定した。金属層の剥離強度の値が1.0N/mm以上の場合を優れる(○)とし、0.6N/mm以上、1.0N/mm未満の場合を良好(△)、0.6N/mm未満の場合を不良(×)と判定した。その結果を表1中の“金属層の剥離強度”欄に示す。
各例で得られた金属張積層板を幅寸法3mmで切断することでサンプルを作製した後、JIS C6471に規定される“方法A”(90°方向引きはがし方法)にて、金属層の剥離強度を測定した。金属層の剥離強度の値が1.0N/mm以上の場合を優れる(○)とし、0.6N/mm以上、1.0N/mm未満の場合を良好(△)、0.6N/mm未満の場合を不良(×)と判定した。その結果を表1中の“金属層の剥離強度”欄に示す。
<寸法変化率>
各例の金属張積層板を幅方向の中央と幅方向の両端の3ピースに分断し、各ピースを、MD:200mm、TD:160mmの寸法で切断することで、サンプルを準備した。各サンプルに電動ドリル又はパンチで複数の1mmφの穴(標点)を等間隔となるように形成した。標点の数は、合計16点とし、標点間の距離MD5点・TD5点とした。
各例の金属張積層板を幅方向の中央と幅方向の両端の3ピースに分断し、各ピースを、MD:200mm、TD:160mmの寸法で切断することで、サンプルを準備した。各サンプルに電動ドリル又はパンチで複数の1mmφの穴(標点)を等間隔となるように形成した。標点の数は、合計16点とし、標点間の距離MD5点・TD5点とした。
JIS C6471に準じて、MD方向の標点の5箇所、TD方向の標点の5箇所の距離を測定し、寸法変化率を測定した。
寸法変化率の測定は、金属層のエッチング後と、150℃と250℃の加熱処理後に行い、以下の判定基準により判定した。加熱処理は、30分間行った。
寸法変化率の測定は、金属層のエッチング後と、150℃と250℃の加熱処理後に行い、以下の判定基準により判定した。加熱処理は、30分間行った。
エッチング後、及び150℃加熱後の寸法変化率については、±0.10%以内の場合を良好(○)、±0.10%の範囲外であり、±0.15%以内の場合をやや不良(△)、±0.15%の範囲外の場合を不良(×)と判定した。その結果を表1及び表2中の“寸法変化率(エッチング後)”欄、及び “寸法変化率(150℃加熱後後)”欄に示す。
250℃加熱後の寸法変化率については、±0.15%以内の場合を良好(○)、±0.15%の範囲外であり、±0.20%以内の場合をやや不良(△)、±0.20%の範囲外の場合を不良(×)と判定した。その結果を表1及び表2中の“寸法変化率(250℃加熱後)”欄に示す。
<半田耐熱性試験>
各例の金属張積層板について、幅寸法12.5cm、長さ寸法3cmの寸法で2枚のサンプルを切り出した。2枚のサンプルを105℃、60分間の条件で乾燥した後、直ちに288℃の半田浴に60秒間浸漬した。この浸漬では、2枚のサンプルの表裏面が互いに反対を向くように2枚のサンプルを半田浴に配置した。次に、2枚のサンプルを標準状態で1時間放置した後、2枚のサンプルの両面の発泡、色むら等の異常の有無を確認した。サンプルに異常がないものを良好(○)、サンプルに微小な発泡が発生したものをやや不良(△)、サンプルに多数の発泡又は大きな発泡が発生したものを不良(×)と判定した。その結果を表1及び表2中の“半田耐熱性試験”欄に示す。
各例の金属張積層板について、幅寸法12.5cm、長さ寸法3cmの寸法で2枚のサンプルを切り出した。2枚のサンプルを105℃、60分間の条件で乾燥した後、直ちに288℃の半田浴に60秒間浸漬した。この浸漬では、2枚のサンプルの表裏面が互いに反対を向くように2枚のサンプルを半田浴に配置した。次に、2枚のサンプルを標準状態で1時間放置した後、2枚のサンプルの両面の発泡、色むら等の異常の有無を確認した。サンプルに異常がないものを良好(○)、サンプルに微小な発泡が発生したものをやや不良(△)、サンプルに多数の発泡又は大きな発泡が発生したものを不良(×)と判定した。その結果を表1及び表2中の“半田耐熱性試験”欄に示す。
11…金属張積層板
12…絶縁層
13…金属層
21…熱硬化性ポリイミド層
31…熱融着樹脂層
111…積層体
113…金属箔
121…熱硬化性ポリイミドフィルム
131…熱可塑性樹脂フィルム
12…絶縁層
13…金属層
21…熱硬化性ポリイミド層
31…熱融着樹脂層
111…積層体
113…金属箔
121…熱硬化性ポリイミドフィルム
131…熱可塑性樹脂フィルム
Claims (8)
- 絶縁層と、前記絶縁層の片面又は両面に積層される金属層と、を備える金属張積層板であって、
前記絶縁層は、熱硬化性ポリイミド層と、前記熱硬化性ポリイミド層と前記金属層との間に設けられる熱融着樹脂層とを備え、
前記熱硬化性ポリイミド層の水分含有量は、0.6質量%未満である、金属張積層板。 - 前記熱硬化性ポリイミド層は、前記熱融着樹脂層と接着される主面の水接触角が20°以下の熱硬化性ポリイミドフィルムから構成される、請求項1に記載の金属張積層板。
- 前記熱融着樹脂層は、0.1%以下の吸水率を有する、請求項1又は請求項2に記載の金属張積層板。
- 前記熱硬化性ポリイミド層と前記熱融着樹脂層との層間の剥離強度は、0.6N/mm以上である、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の金属張積層板。
- 前記熱融着樹脂層は、280℃以上の融点を有する、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の金属張積層板。
- 前記金属層は、前記熱融着樹脂層と接着される主面の十点平均粗さ(Rzjis)が2.0以下の金属箔から構成される、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の金属張積層板。
- 前記熱硬化性ポリイミド層の線膨張係数は、10ppm/K以上、26ppm/K以下の範囲内である、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の金属張積層板。
- 金属張積層板の製造方法であって、
前記金属張積層板は、絶縁層と、前記絶縁層の片面又は両面に積層される金属層と、を備え、
前記絶縁層は、熱硬化性ポリイミド層と、前記熱硬化性ポリイミド層と前記金属層との間に設けられる熱融着樹脂層とを備え、
前記熱硬化性ポリイミド層の水分含有量は、0.6質量%未満であり、
前記製造方法は、前記熱硬化性ポリイミド層となる熱硬化性ポリイミドフィルムを準備する工程と、
前記熱硬化性ポリイミドフィルムと、前記金属層となる金属箔との間に、前記熱融着樹脂層となる熱可塑性樹脂フィルムを配置した積層体を熱圧着する工程と、を備え、
前記熱硬化性ポリイミドフィルムの水分含有量は、0.6質量%未満である、金属張積層板の製造方法。
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