JP6781576B2 - 軟性銅箔積層板、これを含む軟性印刷回路基板およびそれらの製造方法 - Google Patents
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Description
また自動車が単なる移動手段でなく、一つの生活空間として認識されながら一層進歩した安全性確保および各種利便装置と向上した性能技術の導入がなされている。このように自動車の電子制御項目が多くなり、部品点数が増加すれば配線およびワイヤーハーネスが増加するがこのように配線および関連付属が増加すると、故障発生の確率も共に増加することとなり、自動車の重量も重くなって燃費を悪化させるおそれがある。このような自動車の電装化は従来のワイヤーハーネスを軟性印刷回路基板(FPCB;Flexible Printed Circuit Board)に代替することによって信頼性確保および小型化が可能となり、自動車内/外部に拡大している。
また、本発明の他の目的は、寸法安定性、耐屈曲性および耐油後接着力に優れた軟性印刷回路基板を提供することである。
複合ポリイミド層の総厚さに対して、複数の熱可塑性ポリイミド層の全体厚さは15〜50%であり、ポリイミド層の厚さは50〜85%であり、
第1銅箔層および第2銅箔層の厚さはそれぞれ30〜80μmであり、複合ポリイミド層の総厚さは40〜60μmであることを特徴とする。
また、本発明は、第1銅箔層を準備する段階と、第1銅箔層上に熱可塑性ポリイミド前駆体樹脂をキャスティングした後に乾燥して第1熱可塑性ポリイミド前駆体層を形成する段階と、第1熱可塑性ポリイミド前駆体層上にポリイミド前駆体樹脂をキャスティングした後に乾燥してポリイミド前駆体層を形成する段階と、ポリイミド前駆体層上に熱可塑性ポリイミド前駆体樹脂をキャスティングした後に乾燥して第2熱可塑性ポリイミド前駆体層を形成する段階と、前記第1熱可塑性ポリイミド前駆体層、ポリイミド前駆体層および第2熱可塑性ポリイミド前駆体層からなる複合ポリイミド前駆体層を熱処理を通じて複合ポリイミド層に変換する段階と、第2熱可塑性ポリイミド層上に第2銅箔層を積層する段階と、を含み、
第1熱可塑性ポリイミド層、第2熱可塑性ポリイミド層およびポリイミド層の総厚さに対して、第1熱可塑性ポリイミド層および第2熱可塑性ポリイミド層の全体厚さは15〜50%であり、ポリイミド層の全体厚さは50〜85%であり、
第1銅箔層および第2銅箔層の厚さはそれぞれ30〜80μmであり、複合ポリイミド層の総厚さは40〜60μmであることを特徴とする。
また、本発明に係る軟性印刷回路基板は、屈曲特性に優れ、車両用変速機のように激しい振動環境で適用される回路で亀裂を防止することができ、
エンジンルーム内に装着され長期耐熱(130℃以上)が要求される車両用電装品で優れた寸法安定性および接着力を維持し、撓みが発生しない。
図1は本発明の一実施形態に係る軟性銅箔積層板の構造を概略的に示す。
軟性銅箔積層板100は、第1銅箔層11、複合ポリイミド層20および第2銅箔層12が順次積層され、複合ポリイミド層20はポリイミド層22および複数の熱可塑性ポリイミド層21を含み、複合ポリイミド層20の最外層は熱可塑性ポリイミド層21からなる。
本発明の一実施形態では、多層の複合ポリイミド層20構造で生産性を確保しており、複合ポリイミド層20構造の最外層は第1銅箔層11および第2銅箔層12との接着力を高めるために熱可塑性ポリイミド層21になるように塗布(コーティング)されている。
軟性銅箔積層板100(FCCL)が優れた屈曲特性を有するように引張弾性率は全体的に低くする必要があった。
引張弾性率を低くするためにポリイミド(PI)を塗布(コーティング)することが有効であるが、引張弾性率が低くなるほどCTE(熱膨張係数、Coefficient of Thermal Expansion)が高くなるため軟性銅箔積層板100が要求する寸法安定性(要求水準±<0.1%)およびCu層のエッチング後、複合ポリイミド層20のカール(±<10mm)などの物性の確保が困難となる問題があった。
ポリイミド層22はn個の層からなり、複数の熱可塑性ポリイミド層21はn+1個の層からなり、nは1〜5であってもよい。より具体的には、nは2〜5であってもよい。しかし、nが1である場合、一度にコーティングされるポリイミド層22の厚さが厚くなってコーティングおよび硬化時にポリイミド層22内に気泡(Blister)発生などの外観不良が発生するおそれがあり、厚いポリイミド層の乾燥/硬化時には工程速度が低下して生産性が落ちるおそれがある。nが過度に大きい場合、コーティングされるポリイミド層の数が過度に多くなって生産性が低くなる問題が発生するおそれがある。図1では一例としてnが2である場合を示した。
本発明の一実施形態によれば、複数の熱可塑性ポリイミド層21およびポリイミド層22は、目的とする線熱膨張係数または引張弾性率などの物性を有するポリアミック酸溶液を前駆体層として形成した後、イミド化して製造される。使用されるポリアミック酸溶液は、本発明の技術的範疇内で当該技術分野で通常使用するポリアミック酸溶液であれば制限なしに使用することができる。
本発明に適した二無水物としては、PMDA(ピロメリット酸二無水物)、BPDA(3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物)、BTDA(3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物)、ODPA(4,4’−オキシジフタル酸無水物)、ODA(4,4’−ジアミノジフェニルエーテル)、BPADA(4,4’−(4,4’−イソプロピルビフェノキシ)ビフタル酸無水物)、6FDA(2,2’−ビス−(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物)およびTMEG(エチレングリコールビス(トリメリット酸無水物)からなる群より選択される1種または2種以上を使用することができる。
必要に応じて前述した化合物以外の他の二無水物やジアミン、または他の化合物を少量添加することも可能である。複合ポリイミド層20の総厚さは40〜60μmであってもよい。前述した範囲で屈曲特性および寸法安定性を確保することができる。
まず、第1銅箔層を準備する。第1銅箔層に対しては前述と同一であるため、説明を省略する。
次に、第1銅箔層上に熱可塑性ポリイミド前駆体樹脂をキャスティングした後に乾燥して第1熱可塑性ポリイミド前駆体層を形成する。軟性銅箔積層板の製造方法として、スパッタリング法、ラミネーション法、キャスティング法がある。
スパッタリング法は、工程費用が高く、銅箔層を均一な厚さに製膜しながらポリイミド層との接着力を確保することが難しい。本発明の一実施形態ではキャスティング法を用いた。
一般に銅箔層に厚く液状ポリイミドを塗布(コーティング)する場合には、処理速度が低いため生産性が低下する。また厚さが厚くて熱硬化時に硬化度が落ちて機械的強度と耐薬品性が減少し、フィルム内部に存在する溶媒の除去が難しく発泡現象のような外観不良が発生するおそれがあり、寸法安定性が悪化する問題が発生するおそれがある。本発明の一実施形態では、多層の複合ポリイミド層構造で生産性を確保した。
そして、ポリイミド前駆体層上に熱可塑性ポリイミド前駆体樹脂をキャスティングした後に乾燥して第2熱可塑性ポリイミド前駆体層を形成する。
前記コーティング/乾燥された複合ポリイミド前駆体層を熱処理を通じて複合ポリイミド前駆体層に変換する。
次に、第2熱可塑性ポリイミド層上に第2銅箔層を積層する。
本発明の他の一実施形態に係る軟性印刷回路基板は、前述した軟性銅箔積層板を含む。軟性銅箔積層板については前述したため、説明を省略する。
本発明の一実施形態に係る軟性印刷回路基板は、車両変速機に使用される軟性印刷回路基板であってもよい。
以下、本発明の好ましい実施例および比較例を記載する。しかし、下記の実施例は、本発明の好ましい一実施例に過ぎず、本発明は下記の実施例に限定されない。
合成例1
下記表1に示すように、1275gのDMAc溶液に110.51gのBAPPのジアミンを窒素雰囲気下で攪拌して完全に溶かした後、二無水物として80.0gのBPDAを分割して添加し、その後、約24時間攪拌を続けて熱可塑性ポリアミック酸溶液を製造した。このように製造した熱可塑性ポリアミック酸溶液を厚さ20μmのフィルム状にキャスティングした後、60分間350℃まで昇温して30分間維持して硬化した時、測定された線熱膨張係数と引張弾性率はそれぞれ61ppm/℃と2.8GPaであった。
表1に示すように、1264gのDMAc溶液に21.81gのODAおよび47.12gのPDAのジアミンを窒素雰囲気下で攪拌して完全に溶かした後、二無水物として120.0gのPMDAを分割して添加し、その後、約24時間攪拌を続けて熱硬化性ポリアミック酸溶液を製造した。このように製造した熱硬化性ポリアミック酸溶液を厚さ20μmのフィルム状にキャスティングした後、60分間350℃まで昇温して30分間維持して硬化した時、測定された線熱膨張係数と引張弾性率はそれぞれ11ppm/℃と6.0GPaであった。
銅箔に合成例1で製造したTPI前駆体をキャスティング法を通じて塗布して乾燥し、以降、合成例2で製造したPI前駆体をキャスティング法を通じて塗布して乾燥する過程を繰り返した後、熱処理を通じて、TPI−PI−TPI−PI−TPI構造の複合PI層を形成し、最終的に銅箔を積層して軟性銅箔積層板(FCCL)を製造した。
両銅箔層はそれぞれ厚さが35μmであり、PI複合層の総厚さは50μmである。TPI層の全体厚さおよびPI層の全体厚さ比率を下記表2に整理した。
PI複合層のCTE、Modulus、屈曲性試験、耐油後接着力評価、寸法安定性および撓み程度、熱膨張係数測定法を下記の方法で測定して表2に整理した。
屈曲性試験(IPC TM 650):FCCLを130mm×15mmの大きさで図2のように銅箔パターンを残してエッチングした後、35μmの銅めっきを実施する。曲率半径R=4mm状態で固定したまま、装備冶具を使って20mmの距離を1,500rpmの速度で往復運動して屈曲する。初期抵抗に比べて20%以上増加した時点を確認した。
熱膨張係数(CTE):熱膨張係数はTMA(Thermomechanical Analyzer)を使って1分当り10℃の速度で400℃まで昇温しながら測定された熱膨張値のうち、100℃から200℃の間の値を平均して求めた。
TPI層の全体厚さおよびPI層の全体厚さ比率を下記表2のとおり変更したのを除き実施例1と同様に製造した。
比較例1
TPI層の全体厚さおよびPI層の全体厚さ比率を下記表2のとおり変更したのを除き実施例1と同様に製造した。
比較例2
TPI層の全体厚さおよびPI層の全体厚さ比率を下記表2のとおり変更したのを除き実施例1と同様に製造した。
比較例3
複合PI層の構造をPI−TPI−PI−TPI−PIに積層したのを除き実施例1と同様に製造した。
比較例4
複合PI層の構造をPI−TPI−PIに積層したのを除き実施例1と同様に製造した。
比較例1は、TPI層の厚さ比率が低くてCTEが低く、寸法安定性は良好であるが、引張弾性率が高くて屈曲特性が低く、耐油後接着力も低いことを確認できる。
比較例2は、TPI層の厚さ比率が高くて複合PI層の引張弾性率が最も低いが、CTEが高くて寸法変化率が高く、製品カールが高くてFCCL工程および回路基板の作製時にも加工性が不良であることは確認できる。
比較例3および比較例4は、複合PI層の最外側にTPI層が塗布されず、銅箔層との接着力が非常に落ちることを確認できる。
11:第1銅箔層
12:第2銅箔層
20:複合ポリイミド層
21:熱可塑性ポリイミド層
22:ポリイミド層
Claims (7)
- 第1銅箔層、複合ポリイミド層および第2銅箔層が順次積層され、
前記複合ポリイミド層は引張弾性率が高いポリイミド層および複数の引張弾性率が低い熱可塑性ポリイミド層を含み、
前記複合ポリイミド層の最外層は引張弾性率が低い熱可塑性ポリイミド層からなり、
前記複合ポリイミド層の総厚さに対して、前記複数の引張弾性率が低い熱可塑性ポリイミド層の全体厚さは15〜50%であり、前記引張弾性率が高いポリイミド層の全体厚さは50〜85%であり、
前記第1銅箔層および第2銅箔層の厚さはそれぞれ30〜80μmであり、前記複合ポリイミド層の総厚さは40〜60μmであり、
前記複合ポリイミド層の引張弾性率(modulus)は4.5〜5.5GPaであり、線熱膨張係数(CTE)は20〜30ppm/℃であり、
前記引張弾性率が高いポリイミド層はn個の層からなり、前記複数の引張弾性率が低い熱可塑性ポリイミド層はn+1個の層からなり、nは2であることを特徴とする軟性銅箔積層板。 - 前記複合ポリイミド層の厚さに対して、前記複数の引張弾性率が低い熱可塑性ポリイミド層の全体厚さは20〜40%であり、前記引張弾性率が高いポリイミド層の厚さは60〜80%であることを特徴とする請求項1に記載の軟性銅箔積層板。
- 前記引張弾性率が高いポリイミド層および前記複数の引張弾性率が低い熱可塑性ポリイミド層は交互に積層されたことを特徴とする請求項1に記載の軟性銅箔積層板。
- 第1銅箔層を準備する段階と、
前記第1銅箔層上に熱可塑性ポリイミド前駆体樹脂をキャスティングした後に乾燥して第1熱可塑性ポリイミド前駆体層を形成する段階と、
前記第1熱可塑性ポリイミド前駆体層上にポリイミド前駆体樹脂をキャスティングした後に乾燥してポリイミド前駆体層を形成する段階と、
前記ポリイミド前駆体層上に熱可塑性ポリイミド前駆体樹脂をキャスティングした後に乾燥して第2熱可塑性ポリイミド前駆体層を形成する段階と、
前記第1熱可塑性ポリイミド前駆体層、ポリイミド前駆体層および第2熱可塑性ポリイミド前駆体層からなる複合ポリイミド前駆体層を熱処理を通じて複合ポリイミド層に変換する段階と、
引張弾性率が低い第2熱可塑性ポリイミド層上に第2銅箔層を積層する段階と、
を含み、
引張弾性率が低い第1熱可塑性ポリイミド層、引張弾性率が低い第2熱可塑性ポリイミド層および引張弾性率が高いポリイミド層からなる複合ポリイミド層の総厚さに対して、前記引張弾性率が低い第1熱可塑性ポリイミド層および引張弾性率が低い第2熱可塑性ポリイミド層の全体厚さは15〜50%であり、
前記引張弾性率が高いポリイミド層の全体厚さは50〜85%であり、前記第1銅箔層および第2銅箔層の厚さはそれぞれ30〜80μmであり、前記複合ポリイミド層の総厚さは40〜60μmであり、
前記複合ポリイミド層の引張弾性率(modulus)は4.5〜5.5GPaであり、線熱膨張係数(CTE)は20〜30ppm/℃であり、前記第1熱可塑性ポリイミド前駆体層を形成する段階および前記ポリイミド前駆体層を形成する段階は、2回繰り返して実施されることを特徴とする軟性銅箔積層板の製造方法。 - 前記複合ポリイミド層の総厚さに対して、前記引張弾性率が低い第1熱可塑性ポリイミド層および前記引張弾性率が低い第2熱可塑性ポリイミド層の全体厚さは20〜40%であり、前記引張弾性率が高いポリイミド層の全体厚さは60〜80%であることを特徴とする請求項4に記載の軟性銅箔積層板の製造方法。
- 請求項1ないし3のいずれか一項に記載の軟性銅箔積層板を含むことを特徴とする軟性印刷回路基板。
- 前記軟性印刷回路基板は、車両変速機用であることを特徴とする請求項6に記載の軟性印刷回路基板。
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