JP5088853B2 - フレキシブル回路基板用補強板の高温リフロー工程による反りの予測方法、およびフレキシブル回路基板用補強板 - Google Patents

Description

本発明は、液晶ポリマー樹脂からなるフレキシブル回路基板用補強板の高温リフロー工程による反りを予測する方法、およびフレキシブル回路基板用補強板に関するものである。

近年、フレキシブル伝送路や、集積回路実装用のテープインターポーザー（ＴＡＢテープなど）を含むフレキシブル回路基板の需要が増している。このフレキシブル回路基板では、コネクタ部への挿入や部品の搭載などのため部分的に補強されることがある。

斯かる補強のために用いられる補強板としては、ポリイミドフィルムの他、熱硬化性樹脂を含浸したガラスクロスやアラミド不織布、或いはポリエチレンテレフタレート（以下、「ＰＥＴ」という）やポリエーテルイミド（以下、「ＰＥＩ」という）等の熱可塑性樹脂フィルムが一般に使われている。

この補強板により補強された部分の回路上では、はんだにより部品が搭載される場合がある。この際、最近では環境に与える影響を考慮して鉛フリーのはんだ（スズや銀、銅など）も用いられており、これらはんだを用いる場合には、はんだリフロー時の温度を高くせざるを得ない。よって、ＰＥＴやＰＥＩなど耐熱性に劣る熱可塑性樹脂からなる補強板では対応できなくなってきている。

一方、ポリイミドフィルムは耐熱性に優れるため、フレキシブル回路基板用補強板として好適である。その上、機械的強度が高く反りが少ない上に、打抜加工性や厚み精度も良好である。しかし、補強板用途では比較的厚いフィルムが必要とされるが、厚いポリイミドフィルムは製造が難しく高価である。また、吸水性が高いために、はんだリフロー時に含有水分を原因とする膨れ（ポップコーン現象）を起こし易いという欠点もある。

また、熱硬化樹脂を含浸したガラスクロスやアラミド不織布も、耐熱性や機械的強度には優れる。しかし、補強板をフレキシブル回路基板に貼り合わせた上で打抜加工する際に、ガラスクロスやアラミド不織布の粉或いは硬化した熱硬化樹脂の粉が落ち、製品品質を低下させるという問題がある。

上述した様に、最近のフレキシブル回路基板用補強板には耐熱性が要求されるため、ＰＥＴやＰＥＩなどの熱可塑性樹脂フィルムは使用できない。しかし、熱可塑性樹脂フィルムの耐熱性を向上させることによって、補強板として用いる技術が開発されている。

例えば特許文献１には、ポリエーテル芳香族ケトン樹脂とＰＥＩ等の熱可塑性樹脂、および板状フィラーの混合物を含む樹脂組成物が開示されており、当該組成物はフレキシブル回路基板の補強板に適するとされている。また、当該組成物よりなるフィルムまたはシートの線膨張係数（以下、「ＣＴＥ」という）を４５ｐｐｍ／℃以下にすることによって、特にはんだリフロー後における反りの発生を低減できるとされている。

また、耐熱性を確保する目的で、ガラス転移温度１００℃以上の熱可塑性樹脂層とポリイミド樹脂層等を積層した補強板（特許文献２）や、ガラス転移温度１００℃以上の熱可塑性樹脂層とフェノール樹脂層とを積層した補強板（特許文献３）もある。

一方、フレキシブル回路基板の加工や製造時における補強に用いられるものではあるが、その後に剥離されるフィルムに関する技術もある。例えば特許文献４には、ポリエステルとポリイミドを含有し、ＣＴＥと熱収縮率が規定されたフィルムが開示されている。また、特許文献５には、熱可塑性樹脂からなる二軸配向フィルムであって、同じくＣＴＥと熱収縮率が規定されたものが記載されている。

さらに特許文献６には、液晶ポリマーと熱可塑性樹脂を含む組成物であって、溶融プレス後急冷した際に各樹脂相が連続相を有することを特徴とするものが開示されている。
特開２００４−１８２８３２号公報（特許請求の範囲、段落［００４０］） 特開２００３−３４０９９６号公報（特許請求の範囲） 特開２００３−２１１６１３号公報（特許請求の範囲） 特開２００３−１０１１６６号公報（特許請求の範囲、段落［０００４］） 特開２００５−１３９２１４号公報（特許請求の範囲、段落［００１３］） 特開２００５−２１３３６３号公報（特許請求の範囲、段落［０１０２］）

上述した様に、フレキシブル回路基板用の補強板であって、熱可塑性樹脂を材料として含み、その耐熱性が改善されたものはあった。しかし、特許文献１に記載の補強板では、特に、２４０〜２８０℃といった高温のはんだリフロー時における耐熱性が十分でない上に、基板の打ち抜き加工時にフィラーが脱落するという問題がある。また、特許文献２の補強板でも、ポリイミド樹脂を含むことから吸湿し、はんだリフロー時に膨れが生じ得る。特許文献３の補強板は、耐熱性を向上させるために熱硬化性のフェノール樹脂層を有するが、この熱硬化性樹脂が打ち抜き加工時における粉落ちの原因となる。

また、特許文献４と５のフィルムは、フレキシブル回路基板製造時の１６０℃程度の加熱プレス処理後における剥離性の悪化や熱変形を抑制することを目的としている。よって、１７０℃から５０℃まで降温した場合等におけるＣＴＥ等しか検討されていないため、高温のはんだリフロー工程に適するものではない。実際、これらフィルムの主要な樹脂成分であるＰＥＴ等のポリエステルは、耐熱性に劣るため２４０〜２８０℃という高温下では変形し、回路精度を維持できないおそれがある。特許文献６の樹脂組成物でも、液晶ポリマーを構成成分とするものの、耐熱性に劣るＰＥＴ等の熱可塑性樹脂を３０％以上含むため、やはり高温のはんだリフロー工程には耐えられないものであると考えられる。なお、特許文献６の発明では３２０℃で溶融プレスした後に急冷したときのミクロ構造を規定しているが、特許文献４，５と同じく高温域でのＣＴＥは全く考慮されていない。

そこで本発明が解決すべき課題は、フレキシブル回路基板を補強するための補強板であって、高温でのはんだリフロー工程を経ても膨れや回路基板の反りが低減されている上に、基板の打ち抜き加工時における粉落ちも抑制されているものを提供することにある。また、本発明は、液晶ポリマー樹脂フィルムからなるフレキシブル回路基板用補強板の高温リフロー工程による反りを予測する方法を提供することも目的とする。

本発明者は、先ず、耐熱性に優れる上に粉落ちの問題が生じない熱可塑性樹脂として液晶ポリマー樹脂を用いることにした。ところが、従来の液晶ポリマー樹脂フィルムには、通常の加熱下で比較的大きな平面方向の線膨張係数を有するのに対して、鉛フリーのはんだリフローで必要な２４０〜２８０℃という高温下では逆に線膨張係数が小さくなるという特異な性質があることが分かった。その結果、液晶ポリマー樹脂からなるフィルムを補強板として用いると、高温のリフロー工程によりフレキシブル回路基板に反りが生じてしまう。そこで本発明者らは、従来考慮されてこなかった高温下から室温までの線膨張係数と熱収縮率から、高温リフロー工程による反りを予測できること、また、線膨張係数と熱収縮率とを調節することによりかかる反りを解決できることを見出して、本発明を完成した。

本発明に係る液晶ポリマー樹脂フィルムからなるフレキシブル回路基板用補強板の高温リフロー工程による反りを予測する方法は、
フレキシブル回路基板用補強板の２５０℃における熱収縮率［％］と、２５０℃から室温までの平面方向における線膨張係数の平均値［ｐｐｍ／℃］を測定し；
上記熱収縮率：（Ａ）と線膨張係数の平均値：（Ｂ）を下記式（ｉ）または（ｉｉ）に代入し；
｜（Ａ）×１３．０−（Ｂ）×０．５９＋１０．０｜ ・・・（ｉ）
｜（Ａ）×３０．６＋（Ｂ）×０．８６−１５．４｜ ・・・（ｉｉ）
高温リフロー加熱中におけるフレキシブル回路基板用補強板の反り（％）を式（ｉ）の値から、また、高温リフロー加熱してから室温まで冷却した後におけるフレキシブル回路基板用補強板の反り（％）を式（ｉｉ）の値から予測することを特徴とする。

また、本発明のフレキシブル回路基板用補強板は、
液晶ポリマー樹脂フィルムからなり、
２５０℃における熱収縮率（Ａ）［％］と、２５０℃から室温までの平面方向における線膨張係数の平均値（Ｂ）［ｐｐｍ／℃］が、下記式（ｉｉｉ）と（ｉｖ）を満たし、且つ熱収縮率（Ａ）が０％以上であることを特徴とする。
｜（Ａ）×１３．０−（Ｂ）×０．５９＋１０．０｜≦６ ・・・（ｉｉｉ）
｜（Ａ）×３０．６＋（Ｂ）×０．８６−１５．４｜≦６ ・・・（ｉｖ）

本発明のフレキシブル回路基板用補強板としては、さらに、上記熱収縮率（Ａ）と線膨張係数の平均値（Ｂ）が、下記式（ｖ）と（ｖｉ）を満たすものが好適である。
｜（Ａ）×１３．０−（Ｂ）×０．５９＋１０．０｜≦３ ・・・（ｖ）
｜（Ａ）×３０．６＋（Ｂ）×０．８６−１５．４｜≦３ ・・・（ｖｉ）

式（ｖ）と（ｖｉ）の左辺の値、即ち式（ｉ）と（ｉｉ）の値は、高温のリフロー加熱中と加熱後の反り予測値を示し、上記式（ｖ）と（ｖｉ）を満たせば高温リフロー工程による反り量が３％以下に抑制されることになるので、当該液晶ポリマー樹脂フィルムはフレキシブル回路基板用補強板としてより一層優れるものである。

上記フレキシブル回路基板用補強板としては、ＴＤ方向における上記線膨張係数の平均値に対する、ＭＤ方向における上記線膨張係数の平均値の比（ＭＤ／ＴＤ）が０．６７〜１．５の範囲内にあるものが好適である。異方性が小さい液晶ポリマー樹脂フィルムを用いることによって、反りの発生をより一層抑制できる。

上記液晶ポリマー樹脂としては、融点が２８０℃以上であるものが好適である。高温のはんだリフロー時に流動する樹脂は、補強板に使用できないからである。

上記補強板としては、生産性等の面から単層の液晶ポリマー樹脂フィルムからなるものが好適である。但し、複数枚を積層して補強板としてもよい。厚手の補強板を得ることができるからである。

また、上記補強板として、片面に接着剤層を有するものや、少なくとも片面に化学的または物理的表面改質処理を施されたものの利便性が高い。それぞれ、そのまま回路基板に接着できたり、回路基板との密着性を高められるといった利点がある。

本発明方法によれば、高温のリフロー加熱によるフレキシブル回路基板用補強板の反りを予測することができる。従って、例えば本発明方法によりサンプルの反りを予測し、その予測値が大きい場合には製造条件を変更することによって、高温のリフロー工程による反りの小さい液晶ポリマー樹脂フィルムを効率的に製造することも可能になる。

また、本発明のフレキシブル回路基板用補強板は、吸湿性の低い液晶ポリマー樹脂からなるので含有水分が少なく、はんだリフロー時における膨れが抑制されている。また、耐熱性にも優れる。そして何よりも、高温のはんだリフロー時やはんだリフロー工程後においても反りが生じ難いことから、反りを原因とする部品の脱落や接合部不良も起こり難く、高品質な製品を歩留よく製造できる。従って、本発明は、近年需要が増しているフレキシブル回路基板に関する技術として、産業上極めて有用である。

本発明では、液晶ポリマー樹脂フィルムを対象とする。液晶ポリマー樹脂は、優れた耐熱性と強度特性を有する。また、熱可塑性樹脂であることから打抜加工時における粉落ちの問題もないので、フレキシブル回路基板用補強板の材料として適するものである。

液晶ポリマー樹脂には、溶融状態で液晶性を示すサーモトロピック液晶ポリマー樹脂と、溶液状態で液晶性を示すリオトロピック液晶ポリマー樹脂がある。本発明ではサーモトロピック液晶ポリマーが好適であり、より具体的には、サーモトロピック液晶ポリエステルやサーモトロピック液晶ポリエステルアミドが好ましい。

サーモトロピック液晶ポリエステル（以下、単に「液晶ポリエステル」という）とは、例えば、芳香族ジカルボン酸と芳香族ジオールや芳香族ヒドロキシカルボン酸などのモノマーを主体として合成される芳香族ポリエステルであって、溶融時に液晶性を示すものである。その代表的なものとしては、パラヒドロキシ安息香酸（ＰＨＢ）と、テレフタル酸と、４，４’−ビフェノールから合成されるＩ型［下式（１）］、ＰＨＢと２，６−ヒドロキシナフトエ酸から合成されるＩＩ型［下式（２）］、ＰＨＢと、テレフタル酸と、エチレングリコールから合成されるＩＩＩ型［下式（３）］が挙げられる。

本発明に係る液晶ポリマー樹脂としては、液晶性（特にサーモトロピック液晶性）を示すものであれば、例えば、上記（１）〜（３）式に示すユニットを主体（例えば、液晶ポリマーの全構成ユニット中、５０モル％以上）とし、他のユニットも有する共重合タイプのポリマーであってもよい。他のユニットとしては、例えば、エーテル結合を有するユニット、イミド結合を有するユニット、アミド結合を有するユニットなどが挙げられる。

液晶ポリエステルアミドとしては、他のユニットとしてアミド結合を有する上記液晶ポリエステルが該当し、例えば、下式（４）の構造を有するものが挙げられる。例えば、式（４）中、ｓのユニット、ｔのユニットおよびｕのユニットのモル比が、７０／１５／１５のものが知られている。

本発明の液晶ポリマー樹脂フィルムの厚さは、５０μｍ以上とすることが好ましい。厚さが５０μｍ以上であれば、フレキシブル回路基板用補強板として十分な強度を有する。より好ましくは１２５μｍ以上とする。一方、フィルム厚さの上限は特にないが、コストの面から８００μｍ以下程度が好適であり、５００μｍ以下がより好ましい。

用いる液晶ポリマー樹脂の融点は、２８０℃以上が好適である。鉛フリーのはんだを用いる場合にははんだリフロー工程の温度は２４０〜２８０℃程度とするが、融点が２８０℃未満であると、当該工程で樹脂が流動してしまうおそれがある。なお、液晶ポリマー樹脂の融点は、ＪＩＳ Ｋ ７１２１の融解温度の求め方に基づいて示差走査型熱量計（ＤＳＣ）により測定する。

液晶ポリマー樹脂フィルムとしては、黒色や褐色などに着色しているものが好ましい場合がある。例えば、光の乱反射を抑制したい場合等である。着色方法は特に制限されないが、例えばカーボンや金属酸化物粉等を打ち抜き加工時における粉落ちが問題とならない程度に配合する方法がある。

本発明における「高温リフロー工程」の「高温」は、鉛フリーはんだを用いた場合のリフロー工程に必要な温度をいう。具体的には２４０℃以上をいい、さらに２４０〜２８０℃程度をいうものとする。

本発明方法では、液晶ポリマーフィルムからなるフレキシブル回路基板用補強板の熱収縮率と線膨張係数を測定し、これらを式（ｉ）または（ｉｉ）へ代入することによって、高温リフロー加熱中におけるフレキシブル回路基板用補強板の反り（％）、または高温リフロー加熱してから室温まで冷却した後における反り（％）を予測する。

本発明における高温リフロー加熱中における「反り」は、例えば、１００ｍｍ×２０ｍｍのサンプルを２５０℃のホットプレート上で２分間加熱し、１００ｍｍに対するサンプル高さの変化の割合、即ち高さの変化（ｍｍ）／１００ｍｍ×１００（％）で表すことができる。また、高温リフロー加熱後の「反り」は、例えば、上記加熱から室温まで冷却した後における同様の高さの変化の割合で表すことができる。

本発明における「２５０℃における熱収縮率」とは、２５０℃の加熱前後における樹脂の収縮または膨張の割合をいう。具体的には、フィルムを１２０×１２０ｍｍの正方形に切り出し、当該フィルム上、ＭＤ方向に平行な２辺とＴＤ方向に平行な２辺からなる１００ｍｍ角の正方形を作成し、向かい合う２辺上に１点ずつ１００ｍｍ間隔の標点をレーザーマーカーで作成する。次いで、フィルムを２５０℃で３０分間加熱した直後の距離（Ｘｍｍ）を三次元測定器で測定し、式：［１００−Ｘ／１００］×１００（％）から求める。本発明では、ＭＤ、ＴＤ各方向につき２組以上の標点で測定を行い、それぞれの平均値を求める。さらに、得られたＭＤ、ＴＤ各方向の熱収縮率平均値の平均値を求め、これを用いるものとする。

「線膨張係数（ＣＴＥ）」とは、通常、温度１℃の上昇に伴う物体の伸びと元の長さとの比をいう。よって、温度ｔ₁℃における長さをＸ₁、温度ｔ₂℃における長さをＸ₂とした場合における温度ｔ₁℃から温度ｔ₂℃までのＣＴＥは、式：（Ｘ₂−Ｘ₁／ｔ₂−ｔ₁）／Ｘ₁で計算することができる。本発明では、２５０℃から室温までの平面方向におけるＣＴＥを、例えば０．３３℃ごとなど所定の温度ごとに測定し、各測定値の平均で規定することにした。

本発明では、２５０℃から室温までの平面方向におけるＣＴＥの平均値を求める。ここでの「平面方向」はフィルム平面に平行であればよいが、好適にはＭＤ方向および／またはＴＤ方向でＣＴＥを測定するものとする。

「ＣＴＥの平均値」は、例えば以下の通り測定するものとする。先ず、試験対象であるフィルムを、試験片幅：４ｍｍ、チャック間距離：１５ｍｍ、荷重：５ｇでＴＭＡ（熱機械分析装置）等の測定装置に固定する。そして室温から２５０℃まで昇温速度：５℃／分で昇温した後、そのまま１分間保持し、次いで降温速度：５℃／分で冷却する際において、２５０℃から室温までの０．３３℃ごとに長さの変化量を測定してＣＴＥを算出する。本発明では、得られた各ＣＴＥの平均値を用いる。

液晶ポリマー樹脂フィルムの場合には、ＭＤ方向とＴＤ方向のＣＴＥが異なる場合がある。この場合には、各方向のＣＴＥ値の平均値を用いるものとする。

本発明において、２５０℃における熱収縮率と２５０℃から室温までのＣＴＥの平均値を基準とするのは、従来、補強板材料のＣＴＥは５０〜１００℃など比較的低い温度範囲で測定されていたのに対し、本発明では２４０〜２８０℃という高温下でのはんだリフロー工程を考慮したものである。また、ここでの「室温」は温度制御を伴わない「常温」をいい、より具体的には「２５℃」をいうものとする。

本発明方法では、上記熱収縮率（Ａ）［％］とＣＴＥの平均値（Ｂ）［ｐｐｍ／℃］を下記式（ｉ）または（ｉｉ）に代入することによって、高温リフロー加熱中における液晶ポリマー樹脂フィルムの反り（％）を式（ｉ）の値から、また、高温リフロー加熱してから室温まで冷却した後における液晶ポリマー樹脂フィルムの反り（％）を式（ｉｉ）の値から予測する。
｜（Ａ）×１３．０−（Ｂ）×０．５９＋１０．０｜ ・・・（ｉ）
｜（Ａ）×３０．６＋（Ｂ）×０．８６−１５．４｜ ・・・（ｉｉ）

上記式は、様々な液晶ポリマー樹脂の種類；温度、延伸倍率、延伸速度といった延伸条件；アニーリングなどの熱処理条件を違えて製造したフィルムについて熱収縮率とＣＴＥおよび反り量を測定したところ、リフロー加熱中およびリフロー加熱後の反り量は熱収縮率とＣＴＥに依存するという、本発明者らによる新規な知見の基に定められたものである。詳細には、様々なＣＴＥと熱収縮率を有する液晶ポリマー樹脂フィルムについて、２５０℃という高温のリフロー加熱中、および高温加熱から冷却した後の反り量を測定した。次に、分析ソフト（ＳＡＳ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｊａｐａｎ株式会社製、ＪＭＰ６．０）を用いて、２５０℃から室温までの線膨張係数の平均値、２５０℃における熱収縮率を因子とし、反りの測定値を応答とした多変量解析を行った。その結果、高温のリフロー加熱中の反り量および冷却後の反り量について、２５０℃における熱収縮率（Ａ）［％］と、２５０℃から室温までの平面方向における線膨張係数の平均値（Ｂ）［ｐｐｍ／℃］の２つの因子を用いて、以下に示す予測式を立てることができた。
リフロー加熱中の反り量（％） ＝ （Ａ）×１３．０−（Ｂ）×０．５９＋１０．０
リフロー加熱後の反り量（％） ＝ （Ａ）×３０．６＋（Ｂ）×０．８６−１５．４

従って、液晶ポリマーフィルムについて、上記の通り熱収縮率とＣＴＥの平均値を測定し、測定値を上記式（ｉ）または（ｉｉ）に代入することによって、それぞれ鉛フリーはんだに必要な高温でのリフロー工程中とその後に発生する反り量を予測することができる。また、その予想値が大きく、フレキシブル回路基板用補強板等として用いるのが難しい場合には、製造条件を調節した上で再び熱収縮率とＣＴＥを測定し、改めて予測値を求めればよい。サンプルフィルムでかかる作業を繰り返せば、理想的な製造条件を容易に導き出すことができ、フレキシブル回路基板用補強板として優れた特性を有する液晶ポリマーフィルムの効率的な製造が可能になる。

本発明のフレキシブル回路基板用補強板は、
液晶ポリマー樹脂フィルムからなり、
２５０℃における熱収縮率（Ａ）［％］と、２５０℃から室温までの平面方向における線膨張係数の平均値（Ｂ）［ｐｐｍ／℃］が、下記式（ｉｉｉ）と（ｉｖ）を満たし、且つ熱収縮率（Ａ）が０％以上であることを特徴とする。
｜（Ａ）×１３．０−（Ｂ）×０．５９＋１０．０｜≦６ ・・・（ｉｉｉ）
｜（Ａ）×３０．６＋（Ｂ）×０．８６−１５．４｜≦６ ・・・（ｉｖ）

式（ｉｉｉ）と（ｉｖ）の左辺の値、即ち式（ｉ）と（ｉｉ）の値は、高温のリフロー加熱中と加熱後の反り予測値を示し、上記式（ｉｉｉ）と（ｉｖ）を満たせばリフロー工程による反りがほぼ６％以下に抑制されることになる。従って、本発明の液晶ポリマー樹脂フィルムはフレキシブル回路基板用補強板として優れている。また、反りの予測値が３％以下であるものは、フレキシブル回路基板用補強板としてより一層優れるものである。

また、本発明のフレキシブル回路基板用補強板としては、その熱収縮率が０％以上であるものが好ましい。熱収縮率の値が０％より小さいフィルムは、製膜が困難である上に、ＦＰＣと貼り合わる工程での反りが発生するために好ましくない。

ＭＤ方向とＴＤ方向とでＣＴＥの平均値に差がある場合には、ＴＤ方向における上記線膨張係数の平均値に対する、ＭＤ方向における上記線膨張係数の平均値の比（ＭＤ／ＴＤ）が０．６７〜１．５の範囲内にあることが好ましい。また、このＣＴＥの平均値の比は、フィルムをスライスしたものにおいても同範囲内にあることが好ましい。ＭＤ方向とＴＤ方向とでＣＴＥの平均値に差がある場合であっても、当該範囲内であれば反りが発生しても十分に許容範囲となる。

本発明のフレキシブル回路基板用補強板には、片面に接着剤層を設けてもよい。そのままフレキシブル回路基板に接着できるなど、便利だからである。ここで使用できる接着剤としては、熱硬化型接着剤であるパイララックスＬＦ（デュポン社製）、ニカフレックスＳＡＦ、ＳＡＦＷ（ニッカン社製）等、粘着剤であるハイボン（日立化成ポリマー社製）等を挙げることができる。

また、本発明の補強板の少なくとも片面へ表面改質処理を施してもよい。フレキシブル回路基板との密着性を高められるからである。具体的な処理方法は特に制限されないが、例えばアルカリ、酸、有機溶剤による化学的処理や、コロナ放電処理、プラズマ処理、紫外線照射処理などの物理的処理を挙げることができる。

本発明のフレキシブル回路基板用補強板の製造方法は特に制限されない。同一の製造方法によっても、用いる液晶ポリマー樹脂の種類やフィルム厚さ等によりＣＴＥや熱収縮率は変わり得、その結果、高温リフロー工程による反り量も変化し得る。しかし、下記方法によれば、高温リフロー工程による反り量の少ないフレキシブル回路基板用補強板を、より確実に製造することができる。

本発明に係る液晶ポリマー樹脂からなるフレキシブル回路基板用補強板の製造方法は、
液晶ポリマー樹脂をＴダイから溶融押出しして液晶ポリマー樹脂シートを得る工程；
得られた液晶ポリマー樹脂シートをＴＤ方向へ延伸する工程；および
得られた延伸フィルムをアニーリングする工程；を含み、
最終的に得られるフレキシブル回路基板用補強板の２５０℃における熱収縮率（Ａ）［％］と、２５０℃から室温までの平面方向における線膨張係数の平均値（Ｂ）［ｐｐｍ／℃］が、下記式（ｉｉｉ）と（ｉｖ）を満たし且つ熱収縮率（Ａ）が０％以上となる様に、溶融押出工程における液晶ポリマー樹脂シートのシート厚に対するＴダイのリップクリアランスの比、延伸工程におけるＴＤ方向への延伸倍率、アニーリング工程におけるアニール温度のうち少なくとも１つを調節することを特徴とする。
｜（Ａ）×１３．０−（Ｂ）×０．５９＋１０．０｜≦６ ・・・（ｉｉｉ）
｜（Ａ）×３０．６＋（Ｂ）×０．８６−１５．４｜≦６ ・・・（ｉｖ）

より具体的には、フレキシブル回路基板用補強板に用いる液晶ポリマーフィルムのサンプルを予備的に製造し、２５０℃における熱収縮率（Ａ）と、２５０℃から室温までの平面方向における線膨張係数の平均値（Ｂ）を測定し、式（ｉ）と（ｉｉ）に代入する。各値の何れか一方が６を超える場合、即ち式（ｉｉｉ）と（ｉｖ）を満たさない場合には、細かい製造条件を変更し、上述したＣＴＥの平均値と熱収縮率が本発明の規定範囲内になるよう製造条件を決定する。以下に、本発明の製造方法をより詳しく説明する。

なお、本発明においては、「シート」と「フィルム」における厚さの明確な違いは特に規定しないが、液晶ポリマー樹脂を溶融押出しして平面状に成形したものを「シート」といい、さらに当該シートを延伸したものを「フィルム」というものとする。

先ず、上述した液晶ポリマー樹脂をＴダイにより溶融フィルム押出しする。この際、シリカ、アルミナ、マイカ等のフィラーを、液晶ポリマー樹脂に対して５〜１５質量％程度添加してもよい。また、ＰＥＩ等の熱可塑性樹脂を耐熱性が損なわれない範囲内で添加しポリマーアロイとしてもよい。Ｔダイのリップクリアランスは０．１〜４ｍｍ程度にし、得られる一軸配向シートの厚さは０．１〜４ｍｍ程度にすることが好ましい。

得られた一軸配向シートは、延伸することにより厚さを５０〜８００μｍにする。この際、一軸配向シートはＭＤ方向に配向しているため、ＴＤ方向へのみ延伸することが好ましい。延伸の際の温度は、用いる液晶ポリマー樹脂の液晶転移温度以上とし、延伸倍率は２〜５倍、延伸速度は１０〜４０％／秒とするのが好ましい。また、延伸の際に多孔質フッ素樹脂フィルム等の多孔質フィルムを片面または両面にラミネートしてもよい。フィルム厚さをより均一にできるからである。

続いて、得られた延伸フィルムは、アニール工程に付す。延伸成形で残留した歪を除去する等のためである。具体的には、１５０〜３５０℃で０．５〜１０分間程度加熱することが好ましい。

得られた液晶ポリマー樹脂フィルムについて、２５０℃における熱収縮率［％］と、２５０℃から室温までの平面方向における線膨張係数の平均値［ｐｐｍ／℃］を測定し、測定値を本発明の式（ｉ）と（ｉｉ）に代入した結果、得られた値が６を超える場合には、製造条件を調節することにより、当該予測値を小さくする。具体的には、押出成形工程において、ドラフト比（シート厚さに対するリップクリアランスの大きさ）が大きいほどフィルムのＣＴＥは小さくなる。また、アニール温度が高くなるほど熱収縮率は小さくなる。さらに、ＴＤ方向への延伸倍率を制御してＭＤ方向とＴＤ方向の異方性を調節することにより、フィルム全体のＣＴＥや熱収縮率を調節できる。よって、例えばこれらドラフト比、アニール温度、延伸倍率のうち少なくとも１つを変更してＣＴＥおよび／または熱収縮率を調節することによって、式（ｉｉｉ）と（ｉｖ）を満たす様に制御できる。

得られた補強板は、フレキシブル回路基板に接着剤層を介して或いは直接熱圧着することにより回路基板を補強することができる。本発明のフレキシブル回路基板用補強板を有するフレキシブル回路基板は、通常のフレキシブル回路基板では強度が足りない部分が補強板により補強されており、極めて実用性に優れるものである。より具体的には、本発明に係るフレキシブル回路基板は、挿入型コネクタ部や表面実装型コネクタ部、また、半導体パッケージ基板のチップ部品搭載部分などが、上記補強板により補強されている。その結果、はんだリフロー時における外部端子部の平行度が増し、半導体パッケージ基板の実装歩留が向上することが期待できる。

さらに、本発明の補強板は、キャビティ構造の半導体実装部品や半導体実装基板に適用することも考えられる。半導体実装部品としては、ＬＳＩ、ＬＣＤ、ＣＭＯＳやＣＣＤ等のイメージセンサーＩＣがある。その効果としては、キャビティ部分に半導体素子を実装する際の歩留が向上することが期待できる。また、フレキシブル回路基板を含め、多層回路基板の内部に本発明の補強板を入れて用いることができる。この場合は、多層回路基板全体の剛性（曲げ強度）の向上と、部品内蔵する場合のスペーサー的役割を果たすことができる。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例により制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。

実施例１
（１） 液晶ポリマー樹脂フィルムの製造
液晶ポリマー樹脂（住友化学社製、スミカスーパーＥ６０００、融点：３５０℃）９０重量部とシリカ（電気化学工業製、ＦＳ−１５）１０重量部との混合物を、Ｔダイ（Ｔダイ幅：３００ｍｍ、Ｔダイリップクリアランス：１．８ｍｍ）を用いて、押出温度：３６０℃で且つ押出量：５０ｋｇ／Ｈで溶融押出することによって、厚さ４４０μｍの液晶ポリマー樹脂シートを得た。当該一軸配向シートの両面に多孔質フッ素樹脂フィルム（空孔率：７０％、引張り破断伸び：１３０％）を３００℃でラミネートして、積層体とした。この積層体をＴＤ方向に延伸（温度：３５０℃、延伸倍率：２．５、延伸速度：２０％／秒）し、さらにアニール処理（２５０℃、５分間）することによって、厚さ１７５μｍの等配向フィルムを製造した。

また、上記製造条件のうち、液晶ポリマー樹脂の種類、フィラーの有無、押出条件、延伸条件、アニール条件のうち何れか１条件以上を違えて、合計６４種類の液晶ポリマー樹脂フィルムを製造した。

（２） 線膨張係数（ＣＴＥ）の測定
上記液晶ポリマー樹脂フィルムにつき、下記方法により線膨張係数を測定した。先ず、試験対象であるフィルムを、試験片幅：４ｍｍ、チャック間距離：１５ｍｍ、荷重：５ｇで熱機械分析装置（ＴＡインスツルメント社製、ＴＭＡ２４９）に固定した。そして室温から２５０℃まで昇温速度：５℃／分で昇温した後、そのまま１分間保持し、次いで降温速度：５℃／分で冷却する際において、２５０℃から室温まで各温度における長さの変化量から線膨張係数を得た。２５０℃から室温までの０．３３℃ごとに長さの変化量を測定してＣＴＥを算出し、得られたＣＴＥ測定値の平均値を得た。当該測定をＭＤ方向とＴＤ方向で行い、さらにこれらの平均値を算出した。

（３） 熱収縮率の測定
上記液晶ポリマー樹脂フィルムにつき、下記方法により熱収縮率を測定した。各フィルムを１２０ｍｍ角に切り出し、当該フィルム上、ＭＤ方向に平行な２辺とＴＤ方向に平行な２辺からなる１００ｍｍ角の正方形を作成し、向かい合う２辺上に１点ずつ１００ｍｍ間隔の標点をレーザーマーカーで作成した。次いで、フィルムを２５０℃で３０分間加熱した直後の距離（Ｘｍｍ）を三次元測定器で測定し、式：［１００−Ｘ／１００］×１００（％）から求めた。さらに、得られたＭＤ方向とＴＤ方向の熱収縮率値の平均値を求めた。各フィルムの線膨張係数と熱収縮率の分布を、図１に示す。

（４） 高温による反り量の測定
上記液晶ポリマー樹脂フィルムにつき、下記方法により高温のリフロー加熱時における反りを測定した。上記液晶ポリマー樹脂フィルムを、ポリイミドからなるフレキシブル回路基板（新日鐵化学社製、エスパネックスＳ、全面を銅箔エッチングしたもの）へ接着剤シート（デュポン社製、パイララックスＬＦ）を介して積層し、１９０℃、３ＭＰａで６０分間真空プレスした。これを１００ｍｍ×２０ｍｍに裁断し、測定試料とした。得られた測定試料を２５０℃のホットプレート上で２分間加熱し、リフロー加熱時における反りを測定した。また、ホットプレート上から取り出したサンプルを室温まで冷却し、リフロー加熱後の反りを測定した。反り量は％（測定ｍｍ／１００ｍｍ）を単位とした。

（５） 本発明式
分析ソフト（ＳＡＳ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｊａｐａｎ株式会社製、ＪＭＰ６．０）を用いて、上記測定で得られた２５０℃から室温までの線膨張係数の平均値、２５０℃における熱収縮率を因子とし、２５０℃のリフロー加熱による反りの測定値を応答とした多変量解析を行った。解析の手法は次の通りである。まず分散分析によって、因子の主効果および交互作用効果のうちどれが有意か、つまり因子の効果があるかないかを調べ、次にそれらの効果がどれほど効いているのかを回帰分析によって近似式を求めた。通常、近似式のあてはめといえば最小二乗法による直線のあてはめ（ｙ＝ａｘ＋ｂ）が知られているが、分析ソフトを使うと因子が複数あるような複雑なモデル（＝多変量モデル）の近似式も求めることができる。分析ソフトによって上述の分散分析と回帰分析とを行い、得られた多変量モデルによる加熱中および加熱後反り量の予測値と実測値との関係を図２および図３に示す。図２は加熱中の反り量を、図３は加熱後の反り量を示し、それぞれのグラフの下に記載される数値は、多変量解析の結果得られた予測式のパラメータを示す。具体的には、図２に記載される「切片」「熱膨張係数」「熱収縮率」の数値は、本発明の式（ｉ）、（ｉｉｉ）および（ｖ）の切片等を示し、図３に記載される数値は、本発明の式（ｉｉ）、（ｉｖ）および（ｖｉ）の切片等を示す。即ち、高温のはんだリフロー加熱中の反り量および冷却後の反り量について、２５０℃における熱収縮率（Ａ）［％］と、２５０℃から室温までの平面方向における線膨張係数の平均値（Ｂ）［ｐｐｍ／℃］の２つの因子を用いて、以下に示す予測式を立てることができた。
リフロー加熱中の反り量 ＝ （Ａ）×１３．０−（Ｂ）×０．５９＋１０．０
リフロー加熱後の反り量 ＝ （Ａ）×３０．６＋（Ｂ）×０．８６−１５．４

実施例２
次に、実施例１で導き出した式につき、別途、液晶ポリマー樹脂フィルムを作製し、その妥当性を検証した。

（１） 液晶ポリマー樹脂フィルムの製造
表１に示す通り、液晶ポリマー樹脂、フィラーの有無、押出条件、延伸条件、アニール条件のうち少なくとも１つを変更した以外は実施例１に示す製造条件と同様にして、表１に示す厚さの液晶ポリマー樹脂フィルムを作製した。なお、実施例１で作製したフィルムを製造例Ｎｏ．１とし、別途作製したフィルムを製造例Ｎｏ．２〜２３とする。
なお、表１中の「ドラフト比」は、シート厚さに対するＴダイリップクリアランスの比（Ｔダイリップクリアランス／シート厚さ）である。

（２） 熱収縮率、ＣＴＥの測定、おより反り量の測定
上記表１の製造例Ｎｏ．２〜２３の液晶ポリマー樹脂フィルムについて、実施例１と同様の方法により、２５０℃から室温までの線膨張係数の平均値（ｐｐｍ／℃）、２５０℃における熱収縮率（％）、および２５０℃のリフロー加熱による反り（％）を測定した。結果を表２に示す。なお、反り量は％（測定ｍｍ／１００ｍｍ）を単位とし、下記の基準に従って判定した。
◎：反り量が３％以下
○：反り量が３％より大きく６％以下
×：反り量が６％より大きい

（３） リフロー試験
製造例Ｎｏ．１〜２３の液晶ポリマー樹脂フィルムについて、以下の通りリフロー試験を行った。即ち、高温を要する鉛フリーのはんだを想定して、反り量の測定で作製した積層板を、製造例Ｎｏ．１〜１０と１５〜２２のフィルムを用いた場合は２８０℃で、製造例Ｎｏ．１１〜１４と１５〜２３の場合は２４０℃で２分間加熱し、加熱時における表面性状の有無を目視で観察した。その後、室温まで冷却し、液晶ポリマーフィルムの表面を目視で観察して膨れなどの有無を確認し、耐熱性を評価した。結果を表２に示す。表２の通り、製造例１〜２３の何れの液晶ポリマーフィルムのリフロー試験結果も良好であった。

（４） 結果の考察
製造例１の液晶ポリマーフィルムの各温度における線膨張係数（ＣＴＥ）を図４に示すと、線膨張係数の最高値が２４ｐｐｍ／℃程度、最低値が７ｐｐｍ／℃程度と、温度に対する線膨張係数の変化が小さいことが分かる。その一方で、製造例Ｎｏ．１５の液晶ポリマーフィルムの各温度におけるＭＤ方向のＣＴＥを図５に示すと、当該フィルムの線膨張係数の最高値は１４ｐｐｍ／℃程度であるのに対し最低値は−１８ｐｐｍ／℃程度と両者の差は大きい上に、２００℃以上の高温域ではかえって収縮していることが分かる。

上記の通り、同じ液晶ポリマー樹脂を用いた同じ厚さのフィルムであっても、押出条件などの製造条件が異なれば線膨張係数などが異なり、ひいては高温リフロー工程による反り量も異なると考えられる。

また、表２の結果の通り、各液晶ポリマー樹脂フィルムにおいて、実施例１で得た２つの式の絶対値と、反り量の実測値は、ほぼ同等であるといえる。従って、本発明の式によって、高温リフロー工程による液晶ポリマー樹脂フィルムの反り量を予測できることが実証された。

さらに、熱収縮率が０％以上で、且つ式（ｉ）または式（ｉｉ）の値が６％以下および３％以下の範囲を図６に示す。図６の通り、高温リフロー工程による反りが大きいと予測される場合、熱収縮率と線膨張係数の平均値の何れか一方を調節することによって、反りは低減でき得る。かかる熱収縮率と線膨張係数の平均値の調節は、押出条件、延伸条件、アニール条件のうち少なくとも一つを調整することにより、反りを低減することができると考えられる。

例えば、延伸倍率を２．５倍で且つアニール条件を２５０℃で５分間に固定してドラフト比１．６から８．６まで変更した場合（製造例Ｎｏ．１、３、４、１７、２２を参照）、図７に示す通り、ドラフト比（シート厚さに対するリップクリアランスの大きさ）が大きいほどＣＴＥは小さくなる。また、ドラフト比を７．０で且つ延伸倍率を２．５倍に固定してアニール温度を常温、１５０℃、２５０℃に変更した場合（製造例Ｎｏ．６、７、２０）、図８に示す通り、アニール温度が高くなるほど熱収縮率は小さくなる。さらに、ＴＤ方向への延伸倍率を制御してＭＤ方向とＴＤ方向の異方性を調節することによりフィルム全体のＣＴＥや熱収縮率を調節することも当然に可能である。従って、押出条件、延伸条件、アニール条件のうち少なくとも一つを調整することによって、図６に示す範囲内にＣＴＥや熱収縮率を制御し得、高温リフロー工程による反りを低減できると考えられる。例えば、製造例Ｎｏ．２２のフィルムでは式（ｉ）と（ｉｉ）の値が共に大きく、高温リフロー工程による反りも大きいが、ドラフト比を８．６から４．１に低減することにより式（ｉ）と（ｉｉ）の値を小さくでき、結果として反りを低減できる（表２の製造例Ｎｏ．１を参照）。

本発明に係る式を導き出すために作製した６４の液晶ポリマー樹脂フィルムの、２５０℃から室温までの熱収縮率の平均値（％）と線膨張係数（ｐｐｍ／℃）の分布を示す図である。 ２５０℃から室温までの線膨張係数の平均値と、２５０℃から室温までの熱収縮率の平均値を因子とし、２５０℃のリフロー加熱による反りの測定値を応答とした多変量解析の結果、得られた多変量モデルによるリフロー加熱中の反り量の予測値と実測値との関係を示す図である。 ２５０℃から室温までの線膨張係数の平均値と、２５０℃から室温までの熱収縮率の平均値を因子とし、２５０℃のリフロー加熱による反りの測定値を応答とした多変量解析の結果、得られた多変量モデルによるリフロー加熱後の反り量の予測値と実測値との関係を示す図である。 本発明に係るフィルム（補強板）の各温度における線膨張係数（ＣＴＥ）を示す図である。当該図の通り、本発明の補強板は、温度に対する線膨張係数の変化が小さいことが分かる。 従来フィルムの各温度における線膨張係数（ＣＴＥ）を示す図である。当該図の通り、従来フィルムは温度に対する線膨張係数の変化が大きく、且つ２００℃以上の高温域では収縮することが分かる。 ２５０℃から室温までの線膨張係数の平均と熱収縮率、および熱処理中と熱処理後における反りとの関係を示す図である。図中、グレー部分は熱収縮率が０％未満である範囲を示し、縦線部分は高温リフロー中およびリフロー後の反りが６％以下である範囲を示し、黒の塗りつぶし部分は同反りが３％以下である範囲を示す。 液晶ポリマー樹脂フィルムにおける線膨張係数の平均とドラフト比（押出成形工程におけるフィルム厚に対するリップクリアランスの比）との関係を示す図である。ドラフト比が大きくなるほど、線膨張係数は小さくなることが分かる。 液晶ポリマー樹脂フィルムにおけるアニール温度と熱収縮率との関係を示す図である。アニール温度が高くなるほど、熱収縮率は小さくなることが分かる。

Claims (10)

1. フィラーを有していてもよい液晶ポリマー樹脂フィルムからなるフレキシブル回路基板用補強板の高温リフロー工程による反りを予測する方法であって、
   フレキシブル回路基板用補強板の２５０℃における熱収縮率［％］と、２５０℃から室温までの平面方向における線膨張係数の平均値［ｐｐｍ／℃］を測定し；
   上記熱収縮率：（Ａ）と線膨張係数の平均値：（Ｂ）を下記式（ｉ）に代入し；
   ｜（Ａ）×１３．０−（Ｂ）×０．５９＋１０．０｜ ・・・（ｉ）
   高温リフロー加熱中におけるフレキシブル回路基板用補強板の反り（％）を式（ｉ）の値から予測することを特徴とする方法。
2. フィラーを有していてもよい液晶ポリマー樹脂フィルムからなるフレキシブル回路基板用補強板の高温リフロー工程による反りを予測する方法であって、
   フレキシブル回路基板用補強板の２５０℃における熱収縮率［％］と、２５０℃から室温までの平面方向における線膨張係数の平均値［ｐｐｍ／℃］を測定し；
   上記熱収縮率：（Ａ）と線膨張係数の平均値：（Ｂ）を下記式（ｉｉ）に代入し；
   ｜（Ａ）×３０．６＋（Ｂ）×０．８６−１５．４｜ ・・・（ｉｉ）
   高温リフロー加熱してから室温まで冷却した後におけるフレキシブル回路基板用補強板の反り（％）を式（ｉｉ）の値から予測することを特徴とする方法。
3. フレキシブル回路基板を補強するための補強板であって、
   フィラーを有していてもよい液晶ポリマー樹脂フィルムからなり、
   ２５０℃における熱収縮率（Ａ）［％］と、２５０℃から室温までの平面方向における線膨張係数の平均値（Ｂ）［ｐｐｍ／℃］が、下記式（ｉｉｉ）と（ｉｖ）を満たし、且つ熱収縮率（Ａ）が０％以上であることを特徴とするフレキシブル回路基板用補強板。
   ｜（Ａ）×１３．０−（Ｂ）×０．５９＋１０．０｜≦６ ・・・（ｉｉｉ）
   ｜（Ａ）×３０．６＋（Ｂ）×０．８６−１５．４｜≦６ ・・・（ｉｖ）
4. ２５０℃における熱収縮率（Ａ）［％］と、２５０℃から室温までの平面方向における線膨張係数の平均値（Ｂ）［ｐｐｍ／℃］が、下記式（ｖ）と（ｖｉ）を満たす請求項３に記載のフレキシブル回路基板用補強板。
   ｜（Ａ）×１３．０−（Ｂ）×０．５９＋１０．０｜≦３ ・・・（ｖ）
   ｜（Ａ）×３０．６＋（Ｂ）×０．８６−１５．４｜≦３ ・・・（ｖｉ）
5. ＴＤ方向における上記線膨張係数の平均値に対する、ＭＤ方向における上記線膨張係数の平均値の比が０．６７〜１．５の範囲内にある請求項３または４に記載のフレキシブル回路基板用補強板。
6. 液晶ポリマー樹脂の融点が２８０℃以上である請求項３〜５の何れかに記載のフレキシブル回路基板用補強板。
7. フィラーを有していてもよい単層の液晶ポリマー樹脂フィルムからなる請求項３〜６の何れかに記載のフレキシブル回路基板用補強板。
8. フィラーを有していてもよい液晶ポリマー樹脂フィルムを複数枚積層したものである請求項３〜６の何れかに記載のフレキシブル回路基板用補強板。
9. 片面に接着剤層を有する請求項３〜８の何れかに記載のフレキシブル回路基板用補強板。
10. 少なくとも片面に表面改質処理を施されたものである請求項３〜９の何れかに記載のフレキシブル回路基板用補強板。