JP6545302B2 - フレキシブル回路基板 - Google Patents
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Description
(式(I)において、|ε|は銅配線の屈曲平均ひずみ値の絶対値であり、e Cは銅配線の引張弾性限界ひずみである。)
このフレキシブル銅張積層板は、銅箔をエッチングするなどして配線回路加工して銅配線を形成し、フレキシブルプリント回路基板(本明細書においてフレキシブル回路基板ともいう。)として使用される。
すなわち、本発明は、厚みが10〜25μmの範囲内であり、引張弾性率が4〜10GPaの範囲内であるポリイミド層(A)の少なくとも一方の面に、厚みが8〜20μmの範囲内であり、引張弾性率が10〜20GPaの範囲内であって、かつ厚み方向の断面における平均結晶粒径が10μm以上の銅箔(B)を配線回路加工してなる銅配線を有して、電子機器の筐体内に折り畳んで収納されるフレキシブル回路基板(繰返し屈曲用途向けフレキシブル回路基板を除く。)であって、
ギャップ0.3mmでの折り曲げ試験での、上記式(I)によって計算される折れ癖係数[PF]が0.96±0.02の範囲内であることを特徴とするフレキシブル回路基板である。
本発明のフレキシブル銅張積層板は、銅箔(B)とポリイミド層(A)とから構成される。銅箔(B)はポリイミド層(A)の片面又は両面に設けられている。このフレキシブル銅張積層板は、銅箔をエッチングするなどして配線回路加工して銅配線を形成し、フレキシブルプリント回路基板用として使用される。
[PF]=(|ε|−εc)/|ε| …(I)
式(I)において、|ε|は銅配線の屈曲平均ひずみ値の絶対値であり、εcは銅配線の引張弾性限界ひずみである。
ε=(yc−[NP]Line)/R …(2)
R=G/2−[NP]Line …(4)
東洋精機(株)製ストログラフR-1を用いて、温度23℃、相対湿度50%の環境下で引張弾性率の値を測定した。
セイコーインスツルメンツ製のサーモメカニカルアナライザーを使用し、250℃まで昇温し、更にその温度で10分保持した後、5℃/分の速度で冷却し、240℃から100℃までの平均熱膨張係数(線熱膨張係数)を求めた。
接触式表面粗さ測定機((株)小坂研究所製SE1700)を用いて、銅箔のポリイミド層との接触面側の表面粗さを測定した。
各実施例で製造されたフレキシブル銅張積層板について、IP(イオンポリッシュ)法により、銅箔の長手方向(MD方向)に沿って銅箔の断面形成を行い(厚み方向に切った断面)、TSL社製OIM(ソフトウェアVer5.2)を用いてEBSD(後方散乱電子線回折パターン法)により、銅箔断面の結晶粒径及び配向状態の分析を行った。その分析は、加速電圧20kV、試料傾斜角70°の条件にて行い、また、分析の範囲は、銅箔の長手方向に沿って500μmの幅で分析した。分析にて得られた逆極点図方位マップより、Σ3CSL(双晶粒界)を結晶粒界とし2〜5°の粒界を結晶粒界としない条件にて粒度分布解析を行い、結晶の面積比率による加重平均にて結晶粒径の算出を行った。
銅張積層板の銅箔をエッチング加工し、その長手方向に沿ってライン幅100μm、スペース幅100μmにて長さが40mmの10列の銅配線を形成した試験片(試験回路基板片)を作製した(図2)。試験片における銅配線のみを表した図2に示したように、その試験片40における10列の銅配線51は、U字部52を介して全て連続して繋がっており、その両端には抵抗値測定用の電極部分(図示外)を設けている。その試験片40を、二つ折りが可能な試料ステージ20及び21上に固定し、抵抗値測定用の配線を接続して、抵抗値のモニタリングを開始した(図3)。折り曲げ試験は、10列の銅配線51に対して、長手方向のちょうど中央部分にて、ウレタン製のローラー22を用いて、折り曲げ箇所40CのギャップGが0.3mmとなるように制御しながら折り曲げた線と並行にローラーを移動させ10列の銅配線51を全て折り曲げた後(図4及び図5)、折り曲げ部分を開いて試験片を平らな状態に戻し(図6)、折り目がついている部分を再度ローラーにて抑えたまま移動させ(図7)、この一連の工程をもってはぜ折り回数1回とカウントするようにした。その常時配線の抵抗値をモニタリングしながら、折り曲げ試験を繰り返し、所定の抵抗(3000Ω)になった時点を配線の破断と判断し、その時までに繰り返した折り曲げ回数をはぜ折り測定値とした。
(合成例1)
熱電対及び攪拌機を備えると共に窒素導入が可能な反応容器に、N,N−ジメチルアセトアミドを入れ、この反応容器に2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン(BAPP)を投入して容器中で撹拌しながら溶解させた。次に、ピロメリット酸二無水物(PMDA)をモノマーの投入総量が12wt%となるように投入した。その後、3時間撹拌を続けて重合反応を行い、ポリアミド酸aの樹脂溶液を得た。
ポリアミド酸aから形成された厚み25μmのポリイミドフィルムの熱膨張係数(CTE)は、55×10-6/Kであった。
熱電対及び攪拌機を備えると共に窒素導入が可能な反応容器に、N,N−ジメチルアセトアミドを入れ、この反応容器に2,2'−ジメチル−4,4'−ジアミノビフェニル(m-TB)を投入して容器中で攪拌しながら溶解させた。次に、3,3',4,4'−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)およびピロメリット酸二無水物(PMDA)をモノマーの投入総量が15wt%、各酸無水物のモル比率(BPDA:PMDA)が20:80となるように投入した。その後、3時間撹拌を続けて重合反応を行い、ポリアミド酸bの樹脂溶液を得た。
ポリアミド酸bから形成された厚み25μmのポリイミドフィルムの熱膨張係数(CTE)は、22×10-6/Kであった。
熱電対及び攪拌機を備えると共に窒素導入が可能な反応容器に、N,N−ジメチルアセトアミドを入れ、この反応容器に2,2'−ジメチル−4,4'−ジアミノビフェニル(m-TB)および4,4'−ジアミノジフェニルエーテル(DAPE)を各ジアミンのモル比率(m-TB:DAPE)が60:40となるように投入して容器中で攪拌しながら溶解させた。次に、ピロメリット酸二無水物(PMDA)をモノマーの投入総量が16wt%となるように投入した。その後、3時間撹拌を続けて重合反応を行い、ポリアミド酸cの樹脂溶液を得た。
ポリアミド酸cから形成された厚み25μmのポリイミドフィルムの熱膨張係数(CTE)は、22×10-6/Kであった。
厚さ12μmで長尺状の銅箔の片面(表面粗さRz=0.8μm)に合成例1で調製したポリアミド酸aの樹脂溶液を硬化後の厚みが2.2μmとなるように均一に塗布した後、130℃で加熱乾燥し溶媒を除去した。次に、この塗布面側に合成例2で調製したポリアミド酸bの樹脂溶液を硬化後の厚みが7.6μmとなるように均一に塗布し、135℃で加熱乾燥し溶媒を除去した。更に、この塗布面側に第1層目で塗布したものと同じポリアミド酸aの樹脂溶液を硬化後の厚みが2.2μmとなるように均一に塗布し、130℃で加熱乾燥し溶媒を除去した。この長尺状の積層体を130℃から開始して300℃まで段階的に温度が上がるように設定した連続硬化炉にて、合計6分程度の時間をかけて熱処理し、ポリイミド層の厚みが12μmの片面フレキシブル銅張積層板を得た。
得られたフレキシブル銅張積層板を構成する銅箔の引張弾性率、銅箔断面の平均結晶粒径、ポリイミド層の引張弾性率等の物性値、折れ癖係数、フレキシブル銅張積層板の耐折り曲げ性の評価結果を表1に示す。なお、ポリイミド層の評価は製造された銅張積層板から銅箔をエッチング除去したものを用いた。
銅配線12が存在する配線部について図8に示すような2層構成を考え、第1層および第2層を構成する材料をそれぞれポリイミドおよび銅とする。表1(実施例1)に示した通り、各層の弾性率はE1=7.2GPa、E2=14GPa、厚みはt1=t2=12μmである。また、各層における厚さ方向での中央面と基準面SPとの距離はそれぞれh1=6μm、h2=18μmである。更に、幅Bについては、銅配線12の幅B2とスペース部の幅B2‘はともに100μmであり、また、銅配線12が存在する直下のポリイミドの幅B1も100μmとした(スペース部の直下のポリイミドの幅B1’も100μm)。
銅箔として、表1に示した特性を有する厚さ12μmの市販の圧延銅箔(塗布面の表面粗さRz=1.0μm)を用いた以外は実施例1と同様にして、片面フレキシブル銅張積層板を得た。得られた片面フレキシブル銅張積層板についての耐折り曲げ性の評価結果を表1に示す。
銅箔として、表1に示した特性を有する厚さ18μmの市販の圧延銅箔(塗布面の表面粗さRz=1.1μm)を用いた以外は実施例1と同様にして、片面フレキシブル銅張積層板を得た。得られた片面フレキシブル銅張積層板についての耐折り曲げ性の評価結果を表1に示す。
表1に示した特性を有し、厚さ12μmで長尺状の市販の圧延銅箔(塗布面の表面粗さRz=1.0μm)上に、合成例1で調製したポリアミド酸aの樹脂溶液を硬化後の厚みが2.5μmとなるように均一に塗布した後、130℃で加熱乾燥し溶媒を除去した。次に、この塗布面側に合成例3で調製したポリアミド酸cの樹脂溶液を硬化後の厚みが20.0μmとなるように均一に塗布し、120℃で加熱乾燥し溶媒を除去した。更に、この塗布面側に第1層目で塗布したものと同じポリアミド酸aの樹脂溶液を硬化後の厚みが2.5μmとなるように均一に塗布し、130℃で加熱乾燥し溶媒を除去した。この長尺状の積層体を130℃から開始して300℃まで段階的に温度が上がるように設定した連続硬化炉にて、合計6分程度の時間をかけて熱処理し、ポリイミド樹脂層厚み25μmの片面フレキシブル銅張積層板を得た。
得られたフレキシブル銅張積層板を構成する銅箔の引張弾性率、銅箔断面の平均結晶粒径、ポリイミド層の引張弾性率等の物性値、フレキシブル銅張積層板の耐折り曲げ性の評価結果を表1に示す。
表1に示した特性を有し、厚さ12μmの圧延銅箔(塗布面の表面粗さRz=1.1μm)を用いた以外は実施例1と同様にして、片面フレキシブル銅張積層板を得た。得られた片面フレキシブル銅張積層板についての耐折り曲げ性の評価結果を表1に示す。
表1に示した特性を有し、厚さ11μmの圧延銅箔(塗布面の表面粗さRz=0.8μm)を用いた以外は実施例1と同様にして、片面フレキシブル銅張積層板を得た。得られた片面フレキシブル銅張積層板についての耐折り曲げ性の評価結果を表1に示す。
表1に示した特性を有し、厚さ12μmの圧延銅箔(塗布面の表面粗さRz=1.1μm)を使用し、ポリイミド層の厚み構成を以下のように変更した以外は実施例4と同様にして、片面フレキシブル銅張積層板を得た。
ここで、ポリイミド層の厚み構成は、銅箔上に合成例1で調製したポリアミド酸aの樹脂溶液を硬化後の厚みが4.0μm、その上に合成例3で調製したポリアミド酸cの樹脂溶液を硬化後の厚みが42.0μm、更にその上に合成例1で調製したポリアミド酸aの樹脂溶液を硬化後の厚みが4.0μmとなるようにした。得られた片面フレキシブル銅張積層板についての耐折り曲げ性の評価結果を表1に示す。
表1に示した特性を有し、厚さ18μmの市販の圧延銅箔(塗布面の表面粗さRz=1.0μm)を使用し、ポリイミド層の厚み構成を以下のように変更した以外は実施例1と同様にして、片面フレキシブル銅張積層板を得た。
ここで、ポリイミド層の厚み構成は、銅箔上に合成例1で調製したポリアミド酸aの樹脂溶液を硬化後の厚みが2.5μm、その上に合成例3で調製したポリアミド酸cの樹脂溶液を硬化後の厚みが20.0μm、更にその上に合成例1で調製したポリアミド酸aの樹脂溶液を硬化後の厚みが2.5μmとなるようにした。
表1に示した特性を有し、厚さ12μmの電解銅箔(塗布面の表面粗さRz=1.3μm)を使用し、ポリイミド層の厚み構成を以下のように変更した以外は実施例1と同様にして、片面フレキシブル銅張積層板を得た。
ここで、ポリイミド層の厚み構成は、銅箔上に合成例1で調製したポリアミド酸aの樹脂溶液を硬化後の厚みが2.0μm、その上に合成例2で調製したポリアミド酸bの樹脂溶液を硬化後の厚みが8.0μm、更にその上に合成例1で調製したポリアミド酸aの樹脂溶液を硬化後の厚みが2.0μmとなるようにした。
表1に示した特性を有し、厚さ12μmの電解銅箔(塗布面の表面粗さRz=2.1μm)を使用し、ポリイミド層の厚み構成を以下のように変更した以外は実施例1と同様にして、片面フレキシブル銅張積層板を得た。
ここで、ポリイミド層の厚み構成は、銅箔上に合成例1で調製したポリアミド酸aの樹脂溶液を硬化後の厚みが2.5μm、その上に合成例2で調製したポリアミド酸bの樹脂溶液を硬化後の厚みが20.0μm、更にその上に合成例1で調製したポリアミド酸aの樹脂溶液を硬化後の厚みが2.5μmとなるようにした。
表1に示した特性を有し、厚さ12μmで長尺状の電解銅箔(塗布面の表面粗さRz=1.4μm)を使用し、ポリイミド層の厚み構成を以下のように変更した以外は実施例4と同様にして、片面フレキシブル銅張積層板を得た。
ここで、ポリイミド層の厚み構成は、銅箔上に合成例1で調製したポリアミド酸aの樹脂溶液を硬化後の厚みが4.0μm、その上に合成例3で調製したポリアミド酸cの樹脂溶液を硬化後の厚みが42.0μm、更にその上に合成例1で調製したポリアミド酸aの樹脂溶液を硬化後の厚みが4.0μmとなるようにした。
11:ポリイミド層
12、51:銅配線
20、21:試料ステージ
22:ローラー
40:試験片
40C:試験片の折り曲げ箇所
52:銅配線のU字部
Claims (6)
- 厚み10〜25μmであり、引張弾性率4〜10GPaのポリイミド層(A)の少なくとも一方の面に、厚み8〜20μmであり、引張弾性率10〜20GPaであって、かつ厚み方向の断面における平均結晶粒径が10μm以上の銅箔(B)を配線回路加工してなる銅配線を有して、電子機器の筐体内にギャップ0.3mm以下のはぜ折りに折り畳んで収納されるフレキシブル回路基板であって、ギャップ0.3mmでの折り曲げ試験での、下記式(I)によって計算される折れ癖係数[PF]が0.96±0.02の範囲内であることを特徴とするフレキシブル回路基板。
(式(I)において、|ε|は銅配線の屈曲平均ひずみ値の絶対値であり、εCは銅配線の引張弾性限界ひずみである。) - ポリイミド層(A)が、熱膨張係数30×10−6/K未満の低熱膨張性のポリイミド層(i)と熱膨張係数30×10−6/K以上の高熱膨張性のポリイミド層(ii)とからなり、高熱膨張性のポリイミド層(ii)が直接銅配線と接している請求項1に記載のフレキシブル回路基板。
- 高熱膨張性のポリイミド層(ii)との接触面における銅配線の表面粗さ(Rz)が0.5〜1.5μmの範囲内である請求項1又は2に記載のフレキシブル回路基板。
- ポリイミド層(A)の引張弾性率が6〜10GPaの範囲である請求項1〜3の何れかに記載のフレキシブル回路基板。
- ポリイミド層(A)の厚みが10〜15μmの範囲である請求項1〜4の何れかに記載のフレキシブル回路基板。
- 銅配線の厚み方向の断面における平均結晶粒径が10〜60μmの範囲である請求項1〜5の何れかに記載のフレキシブル回路基板。
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