JP5085823B2

JP5085823B2 - フィルムと金属との積層体およびその製造方法

Info

Publication number: JP5085823B2
Application number: JP2001303368A
Authority: JP
Inventors: 淳夫吉川; 仁竹林; 次郎平岩; 哲朗東城
Original assignee: Toyo Tanso Co Ltd; Kuraray Co Ltd
Current assignee: Toyo Tanso Co Ltd; Kuraray Co Ltd
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: JP2003103700A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学的に異方性の溶融相を形成し得る熱可塑性ポリマー（以下、これを熱可塑性液晶ポリマーと略称することがある）からなるフィルムと金属との積層体およびその製造方法に関する。本発明により得られる積層体は、熱可塑性液晶ポリマーに由来する優れた耐湿性、ガスバリアー性、耐熱性、耐薬品性、高寸法安定性などの特長を保持し、しかもフィルムと金属との間の接着力が高く、特にフレキシブルプリント配線板などの電気・電子材料として有用である。
【０００２】
【従来の技術】
近年、耐湿性、ガスバリアー性、耐熱性、耐薬品性、高寸法安定性などに優れた特長を有する熱可塑性液晶ポリマーの成型体は、各種技術分野において有用な材料として注目されている。その具体例としては、各種ガス類の気密封止材料、フレキシブルプリント配線基板などの電子回路基板材料、コネクターやソケットなどの電気・電子部品を挙げることができる。なかでも、電子回路基板用途では高速化、小型化、軽量化の要求が強いが、液晶ポリマーは特に高周波領域において誘電率や誘電正接が低く優れた電気特性を有すること、接着剤を用いずに銅箔などの金属と熱積層できること、および他のポリマーと比較して吸水率が非常に低くて吸湿寸法安定性に優れているので、これらの特長を活かした種々の製品化が急速に進められている。また、液晶ポリマーの電気特性は、ポリイミドなど既存の有機絶縁材と比較して明らかに優れており、特にギガヘルツ帯では高周波用基板として実績のあるテフロン（登録商標：ポリ四フッ化エチレン）基材に匹敵する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、電子回路のファインピッチ化は急速に進展しており、金属配線幅はますます細くなっていることから、電気絶縁材料である熱可塑性液晶ポリマーフィルムと金属との接着力を一層高めることが求められている。
【０００４】
本発明は、熱可塑性液晶ポリマーのフィルムと金属の積層体において、フィルムと金属との接着力を高めて、フレキシブルプリント配線板などの電気・電子材料として有用な積層体を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、熱可塑性液晶ポリマーフィルムと金属との接着力を高める技術について鋭意研究を行った結果、熱可塑性液晶ポリマーからなり、フッ素と酸素の混合ガスで処理したフィルムを使用すれば良好な結果が得られることを見出して、本発明を完成するに至った。
【０００６】
本発明の積層体は、熱可塑性液晶ポリマーからなり、金属との接着力を高めるようにフッ素と酸素の混合ガスによってフィルム面が処理されたフィルムと金属とを接合してなるものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明に使用される熱可塑性液晶ポリマーは特に限定されるものではないが、その具体例として、以下に例示する化合物およびその誘導体から導かれる公知のサーモトロピック液晶ポリエステルおよびサーモトロピック液晶ポリエステルアミドを挙げることができる。但し、光学的に異方性の溶融相を形成し得るポリマーを得るためには、繰り返し単位の好適な組み合わせが必要とされることは言うまでもない。また、熱可塑性液晶ポリマーフィルムには、滑剤、酸化防止剤などの添加剤が適量配合されていてもよい。
【０００８】
（１）芳香族または脂肪族ジヒドロキシ化合物（代表例は表１参照）
【０００９】
【表１】

【００１０】
（２）芳香族または脂肪族ジカルボン酸（代表例は表２参照）
【００１１】
【表２】

【００１２】
（３）芳香族ヒドロキシカルボン酸（代表例は表３参照）
【００１３】
【表３】

【００１４】
（４）芳香族ジアミン、芳香族ヒドロキシアミンまたは芳香族アミノカルボン酸（代表例は表４参照）
【００１５】
【表４】

【００１６】
これらの原料化合物から得られる熱可塑性液晶ポリマーの代表例として表５に示す構造単位を有する共重合体（ａ）〜（ｅ）を挙げることができる。
【００１７】
【表５】

【００１８】
熱可塑性液晶ポリマーフィルムの厚みは特に限定されるものではないが、厚さ０．５ｍｍ以下、より好ましくは厚さ０．１ｍｍ以下のフィルムが好適に使用される。
【００１９】
これらの熱可塑性液晶ポリマーフィルムは、例えば、熱可塑性液晶ポリマーを押出成形して得られる。任意の押出成形法がこの目的のために使用されるが、周知のＴダイ法、インフレーション法等が工業的に有利である。特にインフレーション法は、フィルムのＭＤ方向だけでなくＴＤ方向にも応力が加えられ、ＭＤ方向とＴＤ方向との間における機械的性質および熱的性質のバランスのとれたフィルムが得られるので、より好適である。
【００２０】
さらに詳しく述べると、熱可塑性液晶ポリマーは溶融押出成型時における配向性が高いために、熱可塑性液晶ポリマーから製造されたフィルムの機械的性質および熱的性質の異方性が高くなり易い傾向を有している。すなわち、熱可塑性液晶ポリマーをＴダイから溶融押出成形すれば、機械軸方向（以下、ＭＤ方向という）にのみ剪断応力または応力が加えられるため、一軸配向フィルムが得られる。この一軸配向フィルムは、ＭＤ方向における引張弾性率および機械的強度が高いものの、ＭＤ方向に直交する方向（以下、ＴＤ方向という）におけるこれらの値が低く、ＭＤ方向に切れ目が発生し易いという欠点があるだけではなく、加熱時の寸法変化率がＭＤ方向とＴＤ方向で異なるため、フィルムが反り返るという欠点を有する。この機械的性質および熱的性質の異方性を改良するためには、液晶ポリマーの溶融押出成形にインフレーション法を好適に採用できる。これを採用すれば、フィルムのＭＤ方向だけでなくＴＤ方向にも応力が加えられるため、ＭＤ方向の切れ目が発生しにくい二軸配向フィルムが得られる。また、インフレーション法によれば、ＭＤ方向とＴＤ方向との間における機械的性質および熱的性質のバランスのとれたフィルムを得ることもできる。
【００２１】
熱可塑性液晶ポリマーフィルムのなかでも、分子配向度（ＳＯＲ）が１．３以下のフィルムは、ＭＤ方向とＴＤ方向との間における機械的性質および熱的性質のバランスが良好であるので、より実用性が高い。本発明に用いる熱可塑性液晶ポリマーフィルムは、その適用分野によって必要とされる分子配向度ＳＯＲは当然異なるが、ＳＯＲ≧１．５の場合は熱可塑性液晶ポリマー分子の配向の偏りが著しいためにフィルムが硬くなり、かつＭＤ方向に裂け易い。加熱時の反りがないなどの形態安定性が必要とされる適用分野の場合には、ＳＯＲ≦１．３であることが望ましく、特に加熱時の反りをほとんど無くす必要がある場合には、ＳＯＲ≦１．０３であることが望ましい。
【００２２】
ここで、分子配向度ＳＯＲ（Segment Orientation Ratio ）とは、分子で構成されるセグメントについての分子配向の度合いを与える指標をいい、一般的なＭＯＲ（Molecular Orientation Ratio ）とは異なり、物体の厚さを考慮した値である。この分子配向度ＳＯＲは、以下のように算出される。
【００２３】
まず、周知のマイクロ波分子配向度測定機において、熱可塑性液晶ポリマーフィルムを、マイクロ波の進行方向にフィルム面が垂直になるように、マイクロ波共振導波管中に挿入し、該フィルムを透過したマイクロ波の電場強度（マイクロ波透過強度）が測定される。そして、この測定値に基づいて、次式により、ｍ値（屈折率と称する）が算出される。
ｍ＝（Ｚｏ／△ｚ）×［１−νmax ／νｏ］
ただし、Ｚｏは装置定数、△ｚは物体の平均厚、νmax はマイクロ波の振動数を変化させたとき、最大のマイクロ波透過強度を与える振動数、νｏは平均厚ゼロのとき（すなわち物体がないとき）の最大マイクロ波透過強度を与える振動数である。
【００２４】
次に、マイクロ波の振動方向に対する物体の回転角が０°のとき、つまり、マイクロ波の振動方向と、物体の分子が最もよく配向されている方向であって、最小マイクロ波透過強度を与える方向とが合致しているときのｍ値をｍ₀、回転角が９０°のときのｍ値をｍ₉₀として、分子配向度ＳＯＲはｍ₀／ｍ₉₀により算出される。
【００２５】
本発明において使用される熱可塑性液晶ポリマーの融点は、所望の耐熱性および加工性を有するフィルムを得るために、約２００〜約４００℃の範囲内が好ましく、約２５０〜約３５０℃の範囲内であることがより好ましい。なかでも、より高い耐熱性を要求される分野での利用を想定する場合には約２８０℃以上の融点を有する熱可塑性液晶ポリマーが好適に用いられる。
【００２６】
そして本発明では、以上の熱可塑性液晶ポリマーからなるフィルムを、フッ素と酸素の混合ガスで処理してなるフィルムを使用する。混合ガスにおけるフッ素の濃度は0.01〜1.00体積%、酸素の濃度は99.00〜99.99体積%の範囲から選ばれるが、フッ素の濃度を精度良く制御する目的においては、0.10〜1.00体積%、酸素の濃度は99.00〜99.90体積%の範囲が好ましい。混合ガスによる処理は、通常0〜50℃、好ましくは10〜30℃の範囲の温度、また、通常数秒〜数分、好ましくは10秒〜1分の範囲の時間で実施される。
【００２７】
混合ガスによる処理は、熱可塑性液晶ポリマーフィルムの片面または両面に混合ガスを接触させることによって実施される。本発明においては、混合ガスによる処理前に比べ、処理されたフィルム面の単位面積当たりの重量増加が０．１〜５．０μｇ／ｃｍ^２であるフィルムを使用することが好ましい。重量増加が上記の範囲内であるフィルムは、金属との接着力が充分に高められている。
【００２８】
混合ガスによる処理は、密閉された反応容器中に熱可塑性液晶ポリマーフィルムを導入し、容器内を排気した後、フッ素と酸素の混合ガスを導入するバッチ式処理方法、あるいは予めフッ素と酸素の混合ガスで反応容器内を置換した後、熱可塑性液晶ポリマーフィルムを通過させて接触させる連続式処理方法などが挙げられる。
【００２９】
そして、本発明では、以上のようにフッ素と酸素の混合ガスによって処理された熱可塑性液晶ポリマーフィルムと金属を接合して積層体とする。その接合にあたっては、フィルムの表面に金属を熱圧着するいわゆるラミネート法のほか、スパッタリング、イオンプレーティング、蒸着などの乾式法、電気めっき、無電解めっきなどの湿式法を採用することができるし、これら乾式法と湿式法を併用してもよい。
【００３０】
金属の種類は特に制限されるものではなく、銅、金、銀、鉄、すず、鉛、ニッケル、アルミニウムなどを例示することができるが、導電性や経済性の観点から銅が好適に用いられる。金属の厚さは、特に制限されるものではないが、５〜３５μｍの範囲内であることが好ましい。
【００３１】
また、熱可塑性液晶ポリマーフィルムの表面に接着剤を介して金属を接合することもできる。このとき、接着剤としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトンなどの熱可塑性樹脂、ウレタン系、アクリル系、ゴム系などの粘着性樹脂が好適に用いられる。フッ素と酸素の混合ガスによって処理した後の熱可塑性液晶ポリマーフィルムは、上記各樹脂との接着力も高められているので、これらの樹脂を介してフィルムと金属との接着力をより強化できる。
【００３２】
本発明の積層体の層構成は、特に制限されるものではなく、例えば、フッ素と酸素の混合ガスによって処理された後のフィルムと金属が１層ずつ積層されてなる２層構造体、金属の両面にフィルムが積層されてなる３層構造体、フィルムの両面に金属が積層されてなる３層構造体、複数の金属と複数のフィルムとが交互に積層されてなる多層構造体などのいずれであってもよい。
本発明の積層構造体は、フレキシブルプリント配線基板等の電気・電子材料として有用であるが、その他、例えば、屋外貯蔵タンク等の用途にも好適である。
【００３３】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。なお、熱可塑性液晶ポリマーフィルムと接着剤または金属との接着力、および熱可塑性液晶ポリマーの融点は以下の方法により測定した。
【００３４】
接着力
ＪＩＳＣ６４７１に準じ、９０°剥離試験を行った。すなわち、幅１０ｍｍの剥離試験片の片面を両面接着シートで支持板に接着固定し、反対面の金属箔を速度５０ｍｍ／分で支持板に対して垂直に引張り、剥離強度を測定した。
【００３５】
融点
示差走査熱量計を用いて、供試フィルムを２０℃／分の速度で昇温して完全に溶融させた後、溶融物を５０℃／分の速度で５０℃まで急冷し、再び２０℃／分の速度で昇温した時に現れる吸熱ピーク温度を測定した。
【００３６】
参考例１
ｐ−ヒドロキシ安息香酸と６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸の共重合物で、融点が２８３℃である熱可塑性液晶ポリマーを溶融押出し、インフレーション成形法により膜厚が５０μｍ、分子配向度ＳＯＲが１．０２のフィルムを得た。この熱可塑性液晶ポリマーフィルムをフィルムＡとする。
【００３７】
参考例２
ｐ−ヒドロキシ安息香酸と６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸の共重合物で、融点が３３０℃である熱可塑性液晶ポリマーを溶融押出し、インフレーション成形法により膜厚が２５μｍ、分子配向度ＳＯＲが１．０１のフィルムを得た。この熱可塑性液晶ポリマーフィルムをフィルムＢとする。
【００３８】
実施例１
参考例１で得たフィルムＡを、フィルムの両面が処理されるようにニッケルメッシュ上に乗せてステンレス製反応容器内に入れ、真空排気後、フッ素と酸素の混合ガス〔フッ素／酸素＝0.3/99.7（体積比）〕を導入して101.3kPa（760Torr）とした。室温で40秒反応後、混合ガスを真空排気し、反応容器を窒素で置換した後、フィルムを取り出した。このフィルムを温度25℃、相対湿度60％の雰囲気で3日間養生したところ、処理されたフィルム面の単位面積当たりの重量増加は０．５μｇ／ｃｍ^２であった。このフィルムをフィルムＣとする。
【００３９】
次に、上記で得られたフィルムＣの両面に厚さ１８μｍの電解銅箔を配置し、真空熱プレス機を用いて、温度２９０℃、圧力３０ｋｇ／ｃｍ^２、時間１０分の条件で熱圧着して、銅張り積層板を得た。得られた銅張り積層板の剥離強度を表６に示す。
【００４０】
実施例２
参考例２で得たフィルムＢを、フィルムの両面が処理されるようにニッケルメッシュ上に乗せてステンレス製反応容器内に入れ、真空排気後、フッ素と酸素の混合ガス〔フッ素／酸素＝0.8/99.2（体積比）〕を導入して101.3kPa（760Torr）とした。室温で20秒反応後、混合ガスを真空排気し、反応容器を窒素で置換した後、フィルムを取り出した。このフィルムを温度25℃、相対湿度60％の雰囲気で3日間養生したところ、処理されたフィルム面の単位面積当たりの重量増加は０．８μｇ／ｃｍ^２であった。このフィルムをフィルムＤとする。
【００４１】
次に、上記で得られたフィルムＤの両面にビスマレイミドトリアジン樹脂のワニスを塗布し、乾燥後の厚さが１５μｍの半硬化状態の接着剤層を形成した。この後、接着剤層付き液晶ポリマーフィルムの両面に厚さ１８μｍの圧延銅箔を配置し、真空熱プレス機を用いて、温度３４０℃、圧力３０ｋｇ／ｃｍ^２、時間１０分の条件で熱圧着して、銅張り積層板を得た。得られた銅張り積層板の剥離強度を表６に示す。
【００４２】
実施例３
実施例２で作製したフィルムＤをめっき処理のための塩化すず溶液および塩化パラジウム溶液に順次浸漬させた後、厚さ１０μｍの無電解銅めっき層を形成して、銅張り積層板を得た。得られた銅張り積層板の剥離強度を表６に示す。
【００４３】
比較例１
参考例１で得たフィルムＡを用い、混合ガスによる処理を行わなかったこと以外は実施例１と同様にして、銅張り積層板を得た。得られた銅張り積層板の剥離強度を表６に示す。
【００４４】
比較例２
参考例２で得たフィルムＢを用い、混合ガスによる処理を行わなかったこと以外は実施例２と同様にして、銅張り積層板を得た。得られた銅張り積層板の剥離強度を表６に示す。
【００４５】
比較例３
参考例１で得たフィルムＡを用い、混合ガスによる処理を行わなかったこと以外は実施例３と同様にして、銅張り積層板を得た。得られた銅張り積層板の剥離強度を表６に示す。
【００４６】
【表６】

【００４７】
以上の表６から明らかなように、フッ素ガス処理を行わないフィルムを使用した比較例１〜３の積層板に比べて、フッ素と酸素の混合ガスによる処理を行った後のフィルムを使用した実施例１〜３の積層板は、金属と熱可塑性液晶ポリマーフィルムの接着力が向上している。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、熱可塑性液晶ポリマーフィルムと金属の積層体であって、両者の間の接着力が向上した積層体が提供される。本発明の積層体は、フレキシブルプリント配線基板などの電気・電子材料として有用である。

Claims

光学的に異方性の溶融相を形成し得る熱可塑性ポリマーからなり、金属との接着力を高めるようにフッ素と酸素の混合ガスによってフィルム面が処理されたフィルムと、金属とを接合してなるフィルムと金属との積層体。
混合ガスによる処理前に比べ、処理されたフィルム面の単位面積当たりの重量増加が０．１〜５．０μｇ／ｃｍ^２であるフィルムを使用してなる請求項１に記載の積層体。
混合ガスの組成が、フッ素／酸素＝０．０１／９９．９９〜１．００／９９．００（体積比）である請求項１または２に記載の積層体を用いた半導体素子。
熱可塑性ポリマーの融点が２８０℃以上である請求項１または２に記載の積層体。
フィルムの分子配向度（ＳＯＲ）が１．３以下である請求項１から３のいずれか１項に記載の積層体。
金属が銅である請求項１から４のいずれか１項に記載の積層体。
光学的に異方性の溶融相を形成し得る熱可塑性ポリマーからなるフィルムを、金属との接着力を高めるようにフッ素と酸素の混合ガスによってフィルム面を処理した後に、金属と接合することからなる積層体の製造方法。