JP4706283B2

JP4706283B2 - 耐熱性フレキシブル金属積層板の製造方法

Info

Publication number: JP4706283B2
Application number: JP2005060267A
Authority: JP
Inventors: 隆一亀井; 哲也山本; 俊野村
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2005-03-04
Filing date: 2005-03-04
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2025-03-04
Also published as: JP2006240117A

Description

本発明は、耐熱性フレキシブル金属積層板の製造方法に関する。さらに詳しくは、電子電気機器等に用いられる、金属箔と熱融着性フィルムとをラミネートしてなる耐熱性フレキシブル金属積層板の製造方法に関する。

電子電気機器印刷回路基板に用いられる積層板の代表例として、フレキシブルプリント配線板（ＦｌｅｘｉｂｌｅＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔｓ、ＦＰＣ）が挙げられる。

フレキシブルプリント配線板に使用されるフレキシブル金属積層体である銅張りポリイミドフィルム（以下ＣＣＬと略す）には、銅箔、ポリイミドベースフィルム、エポキシ系熱硬化型接着剤の３つの材料で構成される安価な３層タイプと、接着剤層を有しない２層タイプ、さらにはポリイミドベースフィルムと同質のポリイミド系接着剤を有した３層タイプ（以下擬似２層タイプという）のものがある。

２層タイプ及び擬似２層タイプのＣＣＬの製造方法としては、接着剤を使用しないでポリイミドフィルムにほぼ直接銅をメッキしたり（メッキ２層ＣＣＬ）、銅箔にポリアミック酸を塗布乾燥しイミド化することで、ポリイミドフィルムを用いることなくポリイミド層を形成したり（キャスト２層ＣＣＬ）、熱圧着性のポリイミド層を表面に形成したポリイミドフィルムを銅箔とラミネートする（ラミネート２層ＣＣＬ（疑似２層タイプ））ことが知られている。

ラミネート２層ＣＣＬのラミネート方法は、これまでいくつかの方法が提案されている。例えば、ラミネート装置として真空プレス機等を用いてポリイミドフィルムと金属箔との間にポリイミド接着剤をサンドイッチ状に接合する方法がある（例えば、特許文献１参照）。しかし、この方法では長尺品を得ることが不可能であり、また、ポリイミドフィルムの種類によっては、接着力が低く目標性能が得られないという問題がある。一方、熱ロールラミネート装置を用いて連続的にラミネートを行う方法であって、加圧面と被積層材料の間に保護材料を介してラミネートを行う方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、この方法においては、ラミネート速度を上げた時には銅箔シワ、気泡噛み込みが発生し、外観良好な製品が得られない。また、銅箔の抱き角度を変更するラミネート方法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。しかし、この方法は、銅箔シワや気泡噛み込みの発生が少ない２５０℃以下の低温でラミネートする方法であり、２５０℃以上でラミネートを行う場合には、銅箔シワや気泡噛み込みによる外観不良が発生してしまう。また、近年、高耐熱性ＣＣＬとして接着層のガラス転移温度が２００℃以上であるＣＣＬが提案されているが、その接着層を十分接着させるには、２５０℃以上のラミネート温度が必要となる。これに対し、熱ロールラミネート装置を用いて２５０℃以上の温度でラミネートを行う方法であって、加圧面と被積層材料の間に保護材料を介し、保護材料を加熱ロールに抱かせラミネートする方法が開示されている（例えば、特許文献４参照）。しかし、この方法によっても、気泡噛み込みが発生したり、十分な接着力が得られないという課題があった。
米国特許第４５４３２９５号明細書特開２００１−１２９９１８号公報特開平１０−２０９５８３号公報特開２００２−６４２５８号公報

本発明の目的は、金属箔シワ、気泡噛み込み、金属箔焼けがなく外観良好で、かつ接着性、寸法安定性に優れた耐熱性フレキシブル金属積層板を提供することである。

本発明は、金属箔とガラス転移温度２００℃以上の熱融着性フィルムとを２５０℃以上でラミネートする耐熱性フレキシブル金属積層板の製造方法であって、該金属箔のラミネート挿入角を２〜４０°とし、金属箔とラミネートロールとの接触時間が０．１〜２．０秒であり、かつラミネート速度が２ｍ／分以上であることを特徴とする耐熱性フレキシブル金属積層板の製造方法である。

本発明の耐熱性フレキシブル金属積層板の製造方法を用いることによって、金属箔シワ、気泡噛み込み、金属箔焼け等の外観不良を生じやすい高温でのラミネートの場合においても、外観良好でかつ接着性、寸法安定性に優れた積層板を得ることができる。従って本発明により、特に電子電気機器用の耐熱性フレキシブル金属積層板として好適な材料を提供することができる。

以下、本発明の詳細について説明する。

本発明の製造方法で得られる耐熱性フレキシブル金属積層板の用途は特に限定されるものではないが、主として電子電気機器用のフレキシブルプリント配線板として用いられるものである。

本発明に用いられる金属箔としては、電子電気機器用のフレキシブルプリント配線板に用いることができれば特に限定されないが、一般的には、厚み３〜５０μｍの圧延銅箔、電解銅箔、ステンレス箔、アルミニウム箔等が挙げられる。また、金属箔のラミネート面及びその反対面は、必要に応じて、防錆処理、コブ付け処理、平滑処理、易接着処理等が施されていても構わない。

熱融着性フィルムとしては、熱可塑性ポリイミドフィルム、熱可塑性ポリエーテルフィルム、熱可塑性ポリアミドイミドフィルム、熱可塑性ポリエステルイミドフィルムまたは耐熱性フィルムの片面又は両面に接着層が予め形成されたフィルムが挙げられる。

ここで、耐熱性フィルムとは、２００℃以上のガラス転移温度または分解温度を有するフィルムであり、芳香族ポリイミドフィルム、アラミドフィルム、液晶ポリマフィルム等が好ましい。またフィルムの厚みは５〜５０μｍであると、フィルム搬送が良好で、配線密度を上げることができるため好ましい。さらに、耐熱性フィルムの表面には、加水分解、コロナ放電、プラズマ、物理的粗面化、易接着コーティング処理等の表面処理を施すことができる。

接着層は、熱融着性樹脂により形成される。熱融着性樹脂としては、溶剤可溶型ポリイミド系組成物、シリコーンジアミン含有ポリイミド系組成物、熱可塑性ポリイミド系組成物等のポリイミド系接着剤組成物や、ポリアミドイミド系組成物、エポキシ系組成物あるいはそれらを混合させたハイブリッド系組成物等が例示できる。さらに、各種特性の向上のために接着層は種々の添加剤を含有していても構わない。

電子回路材料で用いられる熱融着性フィルムとしては、高い耐熱性を有することが必要であり、耐熱性フィルムとしてポリイミドフィルムを、熱融着性樹脂として熱可塑性ポリイミドを用い、それらを積層した多層ポリイミドフィルムがよく用いられる。この多層ポリイミドフィルムの製造方法は特に限定されないが、数種類の層を一括に製膜する多層押出し製膜法や、耐熱性フィルム上に接着層を順次形成するコーティング法が挙げられる。コーティング方式としては、グラビアコータ、コンマコータ、リバースコータ、バーコータ、スリットダイコータ等が挙げられ、塗布材料の物性に合わせた方法を用いることができる。ここで、接着層のガラス転移温度が２００℃以上であることが好ましく、より好ましくは、２３０℃以上である。ガラス転移温度が２００℃以上であると、電子部品実装時の加熱により接着層の軟化が起こらず、寸法変化等による実装不良が発生しない。２００℃以上のガラス転移温度を有する接着層を有する熱融着性フィルムのラミネートには、十分な接着力を得るため、２５０℃以上のラミネート温度が必要である。

本発明の耐熱性フレキシブル金属積層板の製造方法は、金属箔のラミネート挿入角を２〜４０°とすることを特徴とする。好ましくは、８〜３０°である。金属箔のラミネート挿入角は図１のθで示されるように、金属箔とラミネートロールとの接線のなす角度をいう。金属箔のラミネート挿入角が２°未満であると、金属箔と接着層がラミネート直前に接触し、気泡噛み込みが発生する。また、４０°より大きいと金属箔が劣化し，破断してしまう。金属箔のラミネートロールへの接触時間は０．１〜２．０秒である。この範囲であれば金属箔の防錆処理の効果が損なわれず、十分な接着力を得ることができる。好ましくは、０．５〜１．０秒である。

また、金属箔とラミネートロールとの間に保護材料を配置してもよい。保護材料を用いることにより、ラミネート後の金属箔の焼け、シワ等を抑制することができる。保護材料は加工時の温度に耐えることが必要であり、例えば２５０℃以上で加工する場合は、それ以上の耐熱性を有するポリイミドフィルム、アラミドフィルム、金属箔等が有効である。また、保護材料は、繰り返し用いることにより、より安価にＣＣＬを製造することができる。そのため、保護材料の厚みは剥離時の巻取りシワがなく、繰り返し使用回数を低下させないため、２５μｍ以上が好ましく、さらに好ましくは５０μｍ以上である。

本発明の耐熱性フレキシブル金属積層板の製造方法によれば、金属箔はラミネートロールにより予熱を施された後にラミネートされる。ここで、金属箔とラミネートロールとの間に保護材料を配置した場合には、金属箔はラミネートロールにより加熱された保護材料により予熱される。予熱により金属箔に与えられる熱量は十分な接着力を満たし、良好な寸法変化率であり、気泡噛み込み等の外観欠点がない製品を得る為、１×１０^９〜５×１０^１０Ｊが好ましい。より好ましくは、５×１０^９〜１×１０^１０Ｊである。ここで、熱量とは金属箔がラミネートロールに接触する際に金属箔へ伝導する単位面積あたりの熱量を示し、下式で算出される。
熱量（Ｊ）＝金属箔の熱伝導率（Ｊ／ｓ／ｍ／℃）×温度差（℃）×接触時間（ｓ）×単位面積（ｍ^２）／金属箔の厚み（ｍ）
（温度差（℃）＝ラミネート温度（℃）−室温（２５℃））
次に、本発明に好ましく用いられるラミネート装置について説明する。ラミネート装置は、積層材料を２５０℃以上の温度で加熱して圧力を加え連続的にラミネートする装置であれば特に限定されず、例えば、多段プレス装置、真空プレス装置、多段真空プレス装置、オートクレーブ装置、熱ロールラミネート機、ダブルベルトプレス機等が挙げられ、これらのうち少なくとも１対以上の金属ロールを有する熱ロールラミネート機が好ましく用いられる。また、金属箔のラミネート挿入角可変機構を有することが好ましい。ラミネート挿入角可変機構とは、金属箔のラミネートロールへの挿入角を任意に変えることができれば特に限定はされない。例えば、高さを任意に変えることが可能なガイドロール、平行移動可能なガイドロール、ラミネート位置を中心に回転が可能なガイドロールが挙げられる。加熱方法について、所定の温度で加熱することができるものであれば特に限定されず、熱媒循環方式、熱風加熱方式、誘電加熱方式等が挙げられる。加圧方式についても所定の圧力を加えることができるものであれば特に限定されず、油圧方式、空気圧方式、ギャップ間圧力方式等が挙げられ、圧力は特に限定されない。また、連続的なラミネートを可能とする装置として、巻き出し軸、巻き取り軸、張力制御装置、ライン調整装置（ＥＰＣ）等、さらには電子回路材料としての品質を維持するためのクリーン化設備として、粘着ロール、静電気除去装置、クリーンブース等必要に応じて用いることができる。また、積層材料の特性に応じて、予熱装置や徐冷装置を用いることができる。また、金属箔とラミネートロールとの間に保護材料を配置する機構を有することが好ましい。

以下に実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例の説明に入る前にＣＣＬの作製方法及び特性評価方法について説明する。

Ａ．ＣＣＬの作製方法
ここでは、熱ロールラミネート装置を用いた両面ＣＣＬの作製方法を説明する。
図２に示すラミネート装置を用いて、２５μｍの熱可塑性ポリイミドフィルム “ユーピレックス”２５ＶＴ（宇部興産（株）製）の両側に実施例および比較例に示す銅箔を配置し、さらにその両側に保護材料としてポリイミドフィルム“カプトン”５００Ｖ（東レ・デュポン（株）製）を配置し、両面ＣＣＬを作製した。図２の５に示される挿入角可変ロールは、固定軸を中心に回転し、銅箔の挿入角を任意に変えることができる機構を有している。

Ｂ．寸法変化率評価方法
ＪＩＳＣ６４８１に基づいて、Ａ．で作製したＣＣＬに約２５０ｍｍの間隔で４つの穴を開け、それぞれの距離を測定（測定値１）する。次にエッチングを行い、銅箔を両面とも除去した後に、２０℃/６０％ＲＨの恒温恒湿器に２４時間放置し、エッチング前と同様に、４つの穴のそれぞれの距離を測定（測定値２）して、次式により寸法変化率を求めた。
寸法変化率[％]＝[（測定値２−測定値１）／測定値１]×１００
ＭＤ方向、ＴＤ方向について、それぞれ２組の穴間の寸法変化率を求め、それらの平均値を求めた。

Ｃ．接着力評価方法
Ａ．で作製したＣＣＬに、エッチングにより２ｍｍ幅の銅箔パターンを作製し、テンシロン（オリエンテック（株）製、ＵＴＭ−１１−５ＨＲ型）を用いて２ｍｍ幅の銅箔を９０度方向に引き剥がした場合の強度を測定した（引張速度：５０ｍｍ／分）。

Ｄ．外観評価方法
気泡噛み込み、銅箔シワ、銅箔焼け、異物混入等の欠点の有無を評価した。気泡噛み込みとは、銅箔と熱融着性フィルムの間に直径０．５μｍ以上の空気が噛み込まれている状態をいう。判定基準としては、ラミネート面全面に渡り気泡噛み込み、銅箔シワ、異物混入のいずれも見られないものを○、端部のみにいずれかの欠点が見られるものを△、全面にいずれかの欠点が見られるものを×とした。

実施例１〜１１、比較例１
表１〜２に示すラミネート条件を用いて、上記Ａ．の方法によりＣＣＬを作製した。その結果、外観良好で、接着力が８Ｎ／ｃｍ以上、寸法変化率が±０．１％以内である優れたＣＣＬを得ることができた。

比較例２〜９
表３に示すラミネート条件を用いて、上記Ａ．の方法によりＣＣＬを作製した。その結果、３５０℃以上の高温でラミネートした場合において、銅箔シワ、気泡噛み込み等の外観欠点が見られ、良好な製品が得られなかった。また、比較例４および５においては銅箔の酸化による接着力の低下が見られた。

金属箔のラミネート挿入角を示す概略図。ＣＣＬを製造するラミネート装置を示す概略図。

符号の説明

１金属箔
２熱融着性フィルム
３保護材料
４ＣＣＬ
５挿入角可変ロール
６ラミネートロール
７剥離ロール
θ ラミネート挿入角

Claims

金属箔とガラス転移温度２００℃以上の熱融着性フィルムとを２５０℃以上でラミネートする耐熱性フレキシブル金属積層板の製造方法であって、該金属箔のラミネート挿入角を２〜４０°とし、金属箔とラミネートロールとの接触時間が０．１〜２．０秒であり、かつラミネート速度が２ｍ／分以上であることを特徴とする耐熱性フレキシブル金属積層板の製造方法。
金属箔に１ｍ^２あたり１×１０^９〜５×１０^１０Ｊのラミネートロールによる予熱を施した後にラミネートすることを特徴とする請求項１に記載の耐熱性フレキシブル金属積層板の製造方法。
金属箔のラミネート挿入角可変機構を有するラミネート装置を用いて金属箔と熱融着性フィルムとのラミネートを行うことを特徴とする請求項１または２に記載の耐熱性フレキシブル金属積層板の製造方法。