JP7356243B2 - 金属張積層板及び回路基板 - Google Patents

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Description

本発明は、電子材料分野、例えば回路基板を形成するために用いられる金属張積層板及びこれを加工してなる回路基板に関する。
フレキシブル回路基板(Flexible Printed Circuit Board;FPC)の製造に用いられる金属張積層板は、金属層と絶縁樹脂の積層体であって、微細な回路加工が可能であり、狭い空間での曲げが可能であるため、電子機器の小型化及び軽量化に伴って、その活用が増大している。
フレキシブル金属張積層板の製造方法として、金属箔上にポリアミド酸溶液を塗布・乾燥することを繰り返して作製した積層体を、高温で熱処理してイミド化することによって、ポリイミド層を形成する製造方法(キャスト法)が知られている。キャスト法では、溶媒の沸点を超える温度で熱処理が行われることから、ポリアミド酸層の乾燥状態や残溶媒量などによって、金属箔と接するポリイミド層と、隣接するポリイミド層との間で、気化した溶媒や、イミド化によって発生した水(イミド化水)の体積膨張に起因する膨れや剥がれ、発泡などの現象が発生することがある。
キャスト法によりポリイミド層を製造する従来技術として、特許文献1では、金属層と接するポリイミド層に350℃で貯蔵弾性率が1×10Pa以下となる熱可塑性ポリイミド樹脂層を形成することが開示されている。この場合、熱可塑性ポリイミド樹脂層は、高温時に弾性率が低くなるため、上記のように、熱処理中にポリイミド層間で膨れや剥がれ、発泡が発生する問題が懸念される。
また、特許文献2では、半導体素子の高温での実装に耐えうる耐熱性を確保するため、金属層と接するポリイミド層に、350℃における貯蔵弾性率が1×10~2×10Paである高弾性率のポリイミド樹脂を用いることが提案されている。ただし、特許文献2の実施例では、上記高弾性率のポリイミド層に積層される、低熱膨張性ポリイミド層に使われる原料モノマー組成に関する具体的開示は、2,2’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル(m-TB)とピロメリット酸二無水物の組み合わせの1種類しか記載されていない。
また、特許文献3、特許文献4では、吸湿膨張を抑制し、寸法安定性を向上させるために、主たるポリイミド層を構成するポリイミドとして、フッ素原子を含むポリイミドを用いることが提案されている。しかし、特許文献3、特許文献4では、金属層と接するポリイミド層については、ガラス転移温度(Tg)が低い熱可塑性ポリイミドが使用されている。
特許第6258921号公報 特許第4619860号公報 特開2010-202681号公報 特許第5180814号公報
上記のとおり、キャスト法でポリイミド層を形成する場合、ポリアミド酸層の乾燥状態や残溶媒量によって、高温での熱処理によるポリイミド層間で膨れや剥がれ、発泡(以下、これら「膨れや剥がれ、発泡」を総称して、単に「発泡」と記すことがある)が発生することがあり、金属張積層板及びこれを用いる回路基板の歩留まりや信頼性を低下させる要因となっていた。
従って、本発明の目的は、高温での熱処理による発泡の発生が抑制された金属張積層板を提供することにある。
高温による熱処理中にポリイミド層間で発泡が発生する原因は、ポリアミド酸層中に含まれる溶媒やイミド化水が気化し、体積膨張によってポリイミド層間における内圧を上昇させるためである。そこで、主たるポリイミド層のガス透過性を高めるとともに、金属層と接するポリイミド層のガラス転移温度(以下、「Tg」と記すことがある)及び高温領域(350℃)における貯蔵弾性率を向上させて耐熱特性と強度を向上させることによって、発泡の発生を効果的に抑制できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明の金属張積層板は、絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層の片面又は両面に積層された金属層と、を有する金属張積層板であって、前記絶縁樹脂層は、主たるポリイミド層(A)と、前記ポリイミド層(A)の片面又は両面に積層され、かつ、前記金属層と接するポリイミド層(B)と、を含む複数のポリイミド樹脂層を有している。
本発明の金属張積層板において、前記ポリイミド層(A)及び前記ポリイミド層(B)を構成しているポリイミドは、それぞれ、酸無水物成分から誘導される酸無水物残基と、ジアミン成分から誘導されるジアミン残基と、を含有している。
本発明の金属張積層板において、前記ポリイミド層(A)を構成しているポリイミドは、フッ素原子を含む芳香族ジアミン化合物から誘導されるジアミン残基及び/又はフッ素原子を含む芳香族テトラカルボン酸無水物から誘導される酸無水物残基を含んでいてもよい。
本発明の金属張積層板において、前記ポリイミド層(B)は、350℃における貯蔵弾性率が1×10Pa以上であり、かつ、ガラス転移温度(Tg)が280℃以上のポリイミドから構成されるものであってもよい。
本発明の金属張積層板において、前記ポリイミド層(A)を構成しているポリイミドは、前記ジアミン残基の合計100モル部に対して、下記の一般式(A1)で表されるジアミン化合物から誘導されるジアミン残基を50モル部以上含有するものであってもよい。
Figure 0007356243000001
一般式(A1)中、置換基Xは独立にフッ素原子で置換されている炭素数1~3のアルキル基を示し、m及びnは独立に1~4の整数を示す。
本発明の金属張積層板において、前記ポリイミド層(A)を構成しているポリイミドは、前記ジアミン残基の合計100モル部に対して、下記の一般式(A2)で表されるジアミン化合物から誘導されるジアミン残基を0~50モル部の範囲内で含有するものであってもよい。
Figure 0007356243000002
一般式(A2)中、置換基Yは独立に炭素数1~3のアルキル基若しくはアルコキシ基又は炭素数2~3のアルケニル基を示し、p及びqは独立に0~4の整数を示す。
本発明の金属張積層板は、前記ポリイミド層(A)を構成しているポリイミドが、前記酸無水物残基の合計100モル部に対して、ピロメリット酸二無水物から誘導される酸無水物残基を50モル部以上含有するものであってもよい。
本発明の金属張積層板は、前記ポリイミド層(B)を構成しているポリイミドが、前記酸無水物残基の合計100モル部に対して、ピロメリット酸二無水物から誘導される酸無水物残基を60モル部以上含有するものであってもよい。
本発明の金属張積層板は、前記ポリイミド層(A)の350℃における貯蔵弾性率Eと、前記ポリイミド層(B)の350℃における貯蔵弾性率Eが、0.5≦(E/E)≦100の関係を有するものであってもよい。
本発明の金属張積層板は、前記ポリイミド層(A)の熱膨張係数(CTE)が30ppm/以下であってもよく、前記ポリイミド層(B)の熱膨張係数(CTE)が0~100ppm/Kの範囲内であってもよい。
本発明の回路基板は、絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層の片面又は両面に積層された金属配線層と、を有する回路基板であって、前記絶縁樹脂層は、主たるポリイミド層(A)と、前記ポリイミド層(A)の片面又は両面に積層され、かつ、前記金属配線層と接するポリイミド層(B)と、を含む複数のポリイミド樹脂層を有している。
本発明の回路基板において、前記ポリイミド層(A)及び前記ポリイミド層(B)を構成しているポリイミドは、それぞれ、酸無水物成分から誘導される酸無水物残基と、ジアミン成分から誘導されるジアミン残基と、を含有している。
本発明の回路基板において、前記ポリイミド層(A)を構成しているポリイミドは、フッ素原子を含む芳香族ジアミン化合物から誘導されるジアミン残基及び/又はフッ素原子を含む芳香族テトラカルボン酸無水物から誘導される酸無水物残基を含んでいる。
本発明の回路基板において、前記ポリイミド層(B)は、350℃における貯蔵弾性率が1×10Pa以上であり、かつ、ガラス転移温度(Tg)が280℃以上のポリイミドから構成される。
本発明の金属張積層板は、主たる層であるポリイミド層(A)が、原料モノマー由来のフッ素原子を含む残基を含有するガス透過性の高い層であるとともに、金属層と接するポリイミド層(B)が高Tgかつ高温領域で高貯蔵弾性率のポリイミドによって構成されているため、発泡の発生が効果的に抑制される。従って、金属張積層板及びこれを用いるFPCなどの回路基板の歩留まりや信頼性を向上させることができる。
合成例で調製したポリイミドの貯蔵弾性率の特性図である。
以下、本発明の実施の形態について詳述する。
本実施の形態の金属張積層板は、絶縁樹脂層と、絶縁樹脂層の片面又は両面に積層された金属層と、を有する。絶縁樹脂層は、主たる ポリイミド層(A)と、このポリイミド層(A)の片面又は両面に積層され、かつ、金属層と接するポリイミド層(B)と、を含む複数のポリイミド樹脂層を有している。ポリイミド層(B)は、ポリイミド層(A)の両側に隣接して設けられていることが好ましい。絶縁樹脂層のCTEは、金属層のCTEに対して好ましくは±5ppm/Kの範囲内、より好ましくは±3ppm/Kの範囲内がよい。絶縁樹脂層と金属層とのCTE差が±5ppm/Kの範囲内であることによって、金属層との間で内部応力が生じにくくなり、例えば金属層の一部をエッチング除去した後の金属層の位置精度や、絶縁樹脂層の一部をエッチング除去し開口部を形成した後の絶縁樹脂層における開口部の位置精度が保たれるほか、大きな反りも抑制できるので有利である。
[ポリイミド層(A)]
ポリイミド層(A)は、主たるポリイミド層である。ここで、「主たる」とは、絶縁樹脂層において最も大きな厚みを有することを意味し、好ましくは、絶縁樹脂層の全厚みに対して50%以上、より好ましくは60%以上の厚みを有することをいう。
また、ポリイミド層(A)は、絶縁樹脂層の寸法安定性を確保するため、熱膨張係数(CTE)が30ppm/K以下、好ましくは-5~25ppm/Kの範囲内の低熱膨張性樹脂層である。
ポリイミド層(A)を構成しているポリイミドは、酸無水物成分から誘導される酸無水物残基と、ジアミン成分から誘導されるジアミン残基と、を含有しており、特に、フッ素原子を含む芳香族ジアミン化合物から誘導されるジアミン残基(フッ素含有ジアミン残基)及び/又はフッ素原子を含む芳香族テトラカルボン酸無水物から誘導される酸無水物残基(フッ素含有酸無水物残基)を含んでいる。ポリイミドは、一般に、酸無水物成分とジアミン成分とを反応させて製造されるので、酸無水物とジアミン化合物を説明することにより、ポリイミドの具体例が理解される。以下、ポリイミド層(A)を構成するための好ましいポリイミドを酸無水物とジアミン化合物により説明する。
なお、本発明において、「ジアミン成分」や「ジアミン化合物」は、末端の二つのアミノ基における水素原子が置換されていてもよく、例えば-NR(ここで、R,Rは、独立にアルキル基などの任意の置換基を意味する)であってもよい。また、本発明において、「ポリイミド」は、単独重合体でも共重合体でもよく、共重合体である場合は、ブロック共重合体でもランダム共重合体でもよい。
<ジアミン残基>
ポリイミド層(A)を構成しているポリイミドは、フッ素含有ジアミン残基を含有することが好ましい。フッ素含有ジアミン残基は、嵩高いフッ素原子を含有する基を有するため、ポリイミド層(A)のガス透過性を向上させ、熱処理時に気化した溶媒やイミド化水が、ポリイミド層(A)を透過して外部へ除去されることを促す機能が高い。その結果として、残留溶媒やイミド化水の気化による体積膨張に起因するポリイミド層(A)とポリイミド層(B)との間の急激な内圧上昇が抑えられ、発泡の発生を効果的に抑制できる。フッ素含有ジアミン残基としては、例えば4,4’-ジアミノ-2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル(TFMB)、1,4-ビス(4-アミノ-2-トリフルオロメチルフェノキシ)ベンゼン、3,4-ジアミノ-2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル、4,4’-ビス(2-(トリフルオロメチル)-4-アミノフェノキシ)ビフェニル、2,2-ビス(4-(2-(トリフルオロメチル)-4-アミノフェノキシ)フェニル)ヘキサフルオロプロパン、4,4’-ビス(3-(トリフルオロメチル)-4-アミノフェノキシ)ビフェニル、4,4’-ビス(3-(トリフルオロメチル)-4-アミノフェノキシ)ビフェニル、p-ビス(2-トリフルオロメチル)-4-アミノフェノキシ]ベンゼン、2,2-ビス-[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン等のジアミン化合物から誘導されるジアミン残基を挙げることができる。
フッ素含有ジアミン残基の中でも、下記の一般式(A1)で表されるジアミン化合物から誘導されるジアミン残基(以下、「A1残基」と記すことがある)を含有することがより好ましい。
Figure 0007356243000003
一般式(A1)中、置換基Xは独立にフッ素原子で置換されている炭素数1~3のアルキル基を示し、m及びnは独立に1~4の整数を示す。
A1残基は、嵩高いフッ素原子を含有する置換基Xを有するため、ポリイミド層(A)のガス透過性を向上させる。そのため、熱処理時に気化した溶媒やイミド化水が、ポリイミド層(A)を透過して外部へ除去されることを促す機能が高い。その結果として、残留溶媒やイミド化水の気化による体積膨張に起因するポリイミド層(A)とポリイミド層(B)との間の急激な内圧上昇が抑えられ、発泡の発生を効果的に抑制できる。
また、A1残基は、芳香族ジアミン残基であり、2個のベンゼン環が単結合で接続されたビフェニル骨格を有しているので、秩序構造を形成しやすく、分子鎖の面内方向の配向が促進されるため、主たる層であるポリイミド層(A)のCTEの増加を抑制し、寸法安定性を高めることができる。
以上の観点から、ポリイミド層(A)を構成するポリイミドは、全ジアミン残基の合計100モル部に対して、A1残基を50モル部以上含有することが好ましく、50~100モル部の範囲内で含有することがより好ましい。
A1残基の好ましい具体例としては、4,4’-ジアミノ-2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル(TFMB)、3,4-ジアミノ-2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル等のジアミン化合物から誘導されるジアミン残基を挙げることができる。
また、ポリイミド層(A)を構成しているポリイミドは、下記の一般式(A2)で表されるジアミン化合物から誘導されるジアミン残基(以下、「A2残基」と記すことがある)を含有することが好ましい。
Figure 0007356243000004
一般式(A2)中、置換基Yは独立に炭素数1~3のアルキル基若しくはアルコキシ基又は炭素数2~3のアルケニル基を示し、p及びqは独立に0~4の整数を示す。
A2残基は、ビフェニル骨格を有しているので、秩序構造を形成しやすく、分子鎖の面内方向の配向が促進され、ポリイミド層(A)のCTEの増加を抑制することができる。
このような観点から、ポリイミド層(A)を構成するポリイミドは、全ジアミン残基の合計100モル部に対して、A2残基を、0~50モル部の範囲内で含有することが好ましく、20~50モル部の範囲内で含有することがより好ましい。
A2残基の好ましい具体例としては、2,2’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル(m-TB)、2,2’-ジエチル-4,4’-ジアミノビフェニル(m-EB)、2,2’-ジエトキシ-4,4’-ジアミノビフェニル(m-EOB)、2,2’-ジプロポキシ-4,4’-ジアミノビフェニル(m-POB)、2,2’-n-プロピル-4,4’-ジアミノビフェニル(m-NPB)、2,2’-ジビニル-4,4’-ジアミノビフェニル(VAB)、4,4’-ジアミノビフェニル等のジアミン化合物から誘導されるジアミン残基が挙げられる。これらの中でも、2,2’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル(m-TB)は、秩序構造を形成しやすく、CTEの増加を抑制する効果が大きいので特に好ましい。
ポリイミド層(A)を構成しているポリイミドは、上記以外のジアミン残基として、一般にポリイミドの合成に使用されるジアミン成分から誘導されるジアミン残基を含んでいてもよい。
<酸無水物残基>
ポリイミド層(A)を構成しているポリイミドは、フッ素含有酸無水物残基を含有することが好ましい。フッ素含有酸無水物残基は、嵩高いフッ素原子を含有する基を有するため、ポリイミド層(A)のガス透過性を向上させ、熱処理時に気化した溶媒やイミド化水が、ポリイミド層(A)を透過して外部へ除去されることを促す機能が高い。その結果として、残留溶媒やイミド化水の気化による体積膨張に起因するポリイミド層(A)とポリイミド層(B)との間の急激な内圧上昇が抑えられ、発泡の発生を効果的に抑制できる。フッ素含有酸無水物残基としては、例えば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(6FDA)等の酸無水物成分から誘導される酸無水物残基を挙げることができる。
また、ポリイミド層(A)を構成しているポリイミドは、ポリイミド層(A)のCTEを上記範囲内に制御するため、下記の式(B1)で表される、ピロメリット酸二無水物(PMDA)から誘導される4価の酸無水物残基(以下、「PMDA残基」と記すことがある)を含有することが好ましい。PMDA残基は、全酸無水物残基の合計100モル部に対して、50モル部以上含有することが好ましく、60~100モル部の範囲内で含有することがより好ましい。PMDA残基が50モル部未満では、ポリイミド層(A)のCTEが高くなって寸法安定性が低下する。
Figure 0007356243000005
ポリイミド層(A)を構成しているポリイミドは、上記以外の酸無水物残基として、一般にポリイミドの合成に使用される酸無水物成分から誘導される酸無水物残基を含んでいてもよい。そのような酸無水物残基としては、芳香族テトラカルボン酸残基が好ましい。
<ポリイミド層(A)の厚み>
ポリイミド層(A)の厚みは、特に制限はなく、例えば3~25μmの範囲内が好ましく、8~23μmの範囲内がより好ましい。熱処理時に気化した溶媒やイミド化水の透過性あるいはレーザー加工性やウェットエッチング性を考慮すると、ポリイミド層(A)の厚みは、薄い方が好ましい。しかし、ポリイミド層(A)は、絶縁樹脂層の絶縁性と強度を維持する機能を担う主たる層であることから、例えば25~50μmの範囲内の比較的厚膜にする需要も大きい。このように、ポリイミド層(A)を25μm以上の厚膜に設計する場合でも、上記構成を採用することによって、ガス透過性を高めることが可能であり、後述するポリイミド層(B)との組み合わせによって、発泡の発生が抑えられる。
[ポリイミド層(B)]
ポリイミド層(B)は、高弾性かつ高耐熱性の樹脂層であり、350℃における貯蔵弾性率が1×10Pa以上、好ましくは1×10~1×1010Paの範囲内であり、かつ、Tgが280℃以上、好ましくは300~500℃の範囲内のポリイミドから構成される。
ポリイミド層(B)を高弾性とすることによって、熱処理時に溶媒やイミド化水が気化し、体積膨張することに起因するポリイミド層(A)とポリイミド層(B)との間の内圧の上昇に耐え得る十分な強度を維持できるため、発泡を抑制できる。350℃における貯蔵弾性率が1×10Pa未満では、ポリイミド層(B)の強度が低くなるため、熱処理時の内圧の上昇によってポリイミド層(B)に破断が生じ易くなり、発泡の抑制が困難となる。
また、ポリイミド層(B)のTgを高くすることによって、熱処理時に破断しにくくなり、発泡を抑制できる。Tgが280℃未満では、ポリイミド層(B)の耐熱性が低下するため、発泡の抑制が困難になる。一方、Tgが、500℃を超えると、ポリイミド層(B)と金属層間の良好な接着性が得られない場合がある。
以上のように、ポリイミド層(B)では、350℃における貯蔵弾性率とTgの両方を同時に制御し、高弾性かつ高耐熱性とすることにより、発泡の発生を効果的に抑制できる。
ポリイミド層(B)の熱膨張係数(CTE)は、特に制限はないが、例えば0~100ppm/Kの範囲内であることが好ましく、5~80ppm/Kの範囲内がより好ましい。
ポリイミド層(B)を構成しているポリイミドは、酸無水物成分から誘導される酸無水物残基と、ジアミン成分から誘導されるジアミン残基と、を含有している。以下、好ましいポリイミドを酸無水物とジアミンにより説明する。
<ジアミン残基>
ポリイミド層(B)を構成しているポリイミドは、貯蔵弾性率とTgを上記範囲内とするために、酸無水物残基であるPMDA残基の存在割合と、上記A1残基及びA2残基並びに下記の一般式(A3)~(A6)で表されるジアミン化合物から誘導されるジアミン残基(以下、それぞれ「A3残基」、「A4残基」、「A5残基」、「A6残基」と記すことがある)の存在割合を後述する範囲内とすることが好ましい。ここで、A1残基及びA2残基については、上記のとおりである。
Figure 0007356243000006
一般式(A3)~(A6)中、置換基Rは独立に炭素数1~4の1価の炭化水素基若しくはアルコキシ基を示し、連結基Aは-O-、-S-、-CO-、-SO-、-SO-、-COO-、-CH-、-NH-又は-CONH-を示し、連結基Bは-O-、-S-、-CO-、-SO-、-COO-、-CH-、-NH-、-CONH-又は単結合を示し、連結基Cは-C(CH-を示し、連結基Dは-C(CH-、-SO-、-C(CF-を示し、n1は独立に0~4の整数を示す。
一般式(A3)で表されるジアミン残基の好ましい具体例としては、1,3-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゼン(ABP)、1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン(TPE-R)、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン(TPE-Q)、ビス(4‐アミノフェノキシ)-2,5-ジ-tert-ブチルベンゼン(DTBAB)、1,3-ビス[2-(4-アミノフェニル)-2-プロピル]ベンゼン、1,4-ビス[2-(4-アミノフェニル)-2-プロピル]ベンゼン等のジアミン化合物から誘導されるジアミン残基が挙げられる。
一般式(A4)で表されるジアミン残基の好ましい具体例としては、4,4'-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル(BAPB)等のジアミン化合物から誘導されるジアミン残基が挙げられる。
一般式(A5)で表されるジアミン残基の好ましい具体例としては、1,3-ビス[2-(4-アミノフェニル)-2-プロピル]ベンゼン(ビスアニリンM)やα,α'-ビス(4-アミノフェニル)-1,4-ジイソプロピルベンゼン(ビスアニリンP)等のジアミン化合物から誘導されるジアミン残基が挙げられる。
一般式(A6)で表されるジアミン残基の好ましい具体例としては、2,2-ビス(4-アミノフェノキシフェニル)プロパン(BAPP)やビス〔4-(4-アミノフェノキシ)フェニル〕スルホン(BAPS)、ビス〔4-(3-アミノフェノキシ)フェニル〕スルホン(BAPS-M)、2,2-ビス〔4-(4-アミノフェノキシ)フェニル〕ヘキサフルオロプロパン(HFBAPP)等のジアミン化合物から誘導されるジアミン残基が挙げられる。
A2残基は、上記のとおり、A1残基と共通するビフェニル骨格を有しているので、秩序構造を形成しやすく、ポリイミド層(B)の弾性率を高める作用を有する。ポリイミド層(B)を高弾性とすることによって、熱処理時にポリイミド層(A)とポリイミド層(B)との間の内圧の上昇に耐え得る十分な強度を付与できるため、発泡を抑制できる。
また、A2残基は、ポリイミド層(A)に必須に含まれるA1残基と共通するビフェニル骨格を有しているので、キャスト法によってポリイミド層(B)上に積層されるポリイミド層(A)において、ポリイミド層(B)と同様の秩序構造の形成がより促進される。つまり、ポリイミド層(A)とポリイミド層(B)が類似の秩序構造と配向性を有することによって、これらの層間の密着性がより強くなり、層間での発泡が生じにくくなる。A2残基としては、2,2’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル(m-TB)から誘導されるジアミン残基が最も好ましい。
一方、金属層とのピール強度の向上と貯蔵弾性率の低下を抑制する観点から、全酸無水物残基100モル部に対して、[1]PMDA残基を85~100モル部の範囲内、又は[2]PMDA残基を50~85モル部の範囲内とすることが好ましい。
[1]PMDA残基を85~100モル部の範囲内とする場合は、全ジアミン残基100モル部に対して、A1残基、A2残基、A3残基及びA4残基の群から選ばれる少なくとも1種を15~80モル部の範囲内とし、A5残基及びA6残基の群から選ばれる少なくとも1種を20~85モル部の範囲内とすることが好ましい。A5残基及び/又はA6残基が20モル部未満であると、金属層とのピール強度が低下しやすく、85モル部を超えると350℃での貯蔵弾性率が低下し、高温での半田耐熱性が低下する傾向になる。また、上記式(A3)又は/及び(A4)における連結基は少なくとも1箇所以上がパラ位で結合していることが好ましく、パラ位の結合位置を含むことによって350℃での貯蔵弾性率の低下を抑制しやすくなる。A3残基としては、1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン(TPE-R)、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン(TPE-Q)から誘導されるジアミン残基が最も好ましい。
また、[2]PMDA残基を50~85モル部の範囲内とする場合は、全ジアミン残基100モル部に対して、A1残基、A2残基、A3残基及びA4残基の群から選ばれる少なくとも1種を50~100モル部の範囲内とし、A5残基及びA6残基の群から選ばれる少なくとも1種を0~50モル部の範囲内とすることが好ましい。A5残基及び/又はA6残基が50モル部を超えると、350℃での貯蔵弾性率が低下し、高温での半田耐熱性が低下する傾向になる。
ポリイミド層(B)を構成しているポリイミドは、上記以外のジアミン残基として、一般にポリイミドの合成に使用されるジアミン成分から誘導されるジアミン残基を含んでいてもよい。そのようなジアミン残基としては、芳香族ジアミン残基が好ましく、特に制限はないが、ポリイミド層(B)の金属層に対する接着性を高めることに寄与するものとして、例えば2,2’-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン(BAPP)から誘導されるテトラカルボン酸残基が好ましく挙げられる。
<酸無水物残基>
ポリイミド層(B)を構成するポリイミドは、貯蔵弾性率とTgを上記範囲内に制御して発泡を抑制するために、PMDA残基を含有することが好ましい。ポリイミド中で、PMDA残基と、上記のA2残基及び/又はA3残基との組み合わせによる構造単位を形成していることによって、ポリイミド層(B)の貯蔵弾性率とTgを向上させることができる。また、PMDA残基を、ポリイミド層(A)とポリイミド層(B)に共通して存在させることによって、キャスト法によってポリイミド層(B)上に積層されるポリイミド層(A)において、ポリイミド層(B)と同様の秩序構造の形成がより促進される。つまり、ポリイミド層(A)とポリイミド層(B)が類似の秩序構造と配向性を有することによって、これらの層間の密着性がより強くなり、層間での発泡が生じにくくなる。
以上の観点から、ポリイミド層(B)を構成するポリイミドは、全酸無水物残基の合計100モル部に対して、PMDA残基を50モル部以上含有することが好ましく、50~100モル部の範囲内で含有することがより好ましい。PMDA残基が50モル部未満では、ポリイミド層(B)の貯蔵弾性率とTgを上記範囲内に制御できず、秩序構造の形成も不十分となることから、発泡の抑制が困難になる。
ポリイミド層(B)を構成しているポリイミドは、上記以外の酸無水物残基として、一般にポリイミドの合成に使用される酸無水物成分から誘導される酸無水物残基を含んでいてもよい。そのような酸無水物残基としては、制限はないが、芳香族テトラカルボン酸残基が好ましい。特に、ビフェニル骨格を有し、秩序構造を形成しやすく、ポリイミド層(B)の耐熱性に寄与するものとして、例えば3,3',4,4'-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)、2,3',3,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2',3,3'-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物等から誘導されるテトラカルボン酸残基が好ましく挙げられる。
<ポリイミド層(B)の厚み>
ポリイミド層(B)の厚みは、特に制限はなく、例えば0.5~15μmの範囲内が好ましく、1~10μmの範囲内がより好ましい。特許文献1の金属張積層板のように、金属層に接するポリイミド層に熱可塑性ポリイミドを採用する場合、金属層との接着性を維持するとともに、熱処理時の残留溶媒やイミド化水の気化による内圧上昇に対して十分な強度を持たせる、という観点から、ポリイミド層(B)の厚みは、上記の下限の0.5μmより大きな2μm以上とすることが好ましい。しかし、本実施の形態の金属張積層板では、ポリイミド層(B)に上記高弾性率、高Tgの構成を採用するとともに、ガス透過性の高いポリイミド層(A)と組み合わせて積層することによって、ポリイミド層(B)の厚みの下限を2μmよりも薄い0.5μmまで薄層化することが可能になる。
[貯蔵弾性率の関係]
本実施の形態の金属張積層板は、ポリイミド層(A)の350℃における貯蔵弾性率Eと、ポリイミド層(B)の350℃における貯蔵弾性率Eが、0.5≦(E/E)≦100の関係を有することが好ましい。貯蔵弾性率Eと貯蔵弾性率Eとの関係を上記のように制御することによって、ポリイミド層(A)とポリイミド層(B)との強度差が小さくなるため、熱処理時の内圧の上昇による応力がポリイミド層(B)に集中することが回避され、発泡の発生を効果的に抑制できる。貯蔵弾性率Eと貯蔵弾性率Eとの関係が(E/E)>100の場合は、ポリイミド層(A)とポリイミド層(B)との強度差が大きくなり過ぎて、熱処理時の内圧の上昇による応力が、ポリイミド層(A)に比べて膜厚が薄く、脆弱なポリイミド層(B)に集中してしまうため、発泡の抑制が困難になる。
[ポリイミドの合成]
ポリイミド層(A)及びポリイミド層(B)を構成するポリイミドは、酸無水物成分と、ジアミン成分を溶媒中で反応させ、ポリアミド酸を生成したのち加熱閉環させることにより製造できる。例えば、酸無水物成分とジアミン成分をほぼ等モルで有機溶媒中に溶解させて、0~100℃の範囲内の温度で30分~24時間撹拌し重合反応させることでポリイミドの前駆体であるポリアミド酸が得られる。反応にあたっては、生成する前駆体が有機溶媒中に5~30重量%の範囲内、好ましくは10~20重量%の範囲内となるように反応成分を溶解する。重合反応に用いる有機溶媒としては、例えば、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)、N,N-ジエチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、2-ブタノン、ジメチルスホキシド(DMSO)、ヘキサメチルホスホルアミド、N-メチルカプロラクタム、硫酸ジメチル、シクロヘキサノン、ジオキサン、テトラヒドロフラン、ジグライム、トリグライム、クレゾール等が挙げられる。これらの溶媒を2種以上併用して使用することもでき、更にはキシレン、トルエンのような芳香族炭化水素の併用も可能である。また、このような有機溶媒の使用量としては特に制限されるものではないが、重合反応によって得られるポリアミド酸溶液の濃度が5~30重量%程度になるような使用量に調整して用いることが好ましい。
合成されたポリアミド酸は、通常、反応溶媒溶液として使用することが有利であるが、必要により濃縮、希釈又は他の有機溶媒に置換することができる。また、ポリアミド酸は一般に溶媒可溶性に優れるので、有利に使用される。ポリアミド酸の溶液の粘度は、500cps~100,000cpsの範囲内であることが好ましい。この範囲を外れると、コーター等による塗工作業の際にフィルムに厚みムラ、スジ等の不良が発生し易くなる。ポリアミド酸をイミド化させてポリイミドを合成する方法は、特に制限されず、例えば前記溶媒中で、80~400℃の範囲内の温度条件で1~24時間かけて加熱するといった熱処理が好適に採用される。
<任意成分>
ポリイミド層(A)及びポリイミド層(B)を構成するポリイミドは、発明の効果を損なわない範囲で、例えば、難燃化剤、充填材などの任意成分を含有することができる。
[金属層]
金属層の原料には、金属箔を用いることが好ましい。金属箔を構成する金属として、例えば、銅、アルミニウム、ステンレス、鉄、銀、パラジウム、ニッケル、クロム、モリブデン、タングステン、ジルコニウム、金、コバルト、チタン、タンタル、亜鉛、鉛、錫、シリコン、ビスマス、インジウム又はこれらの合金などから選択される金属を挙げることができる。導電性の点で特に好ましいものは銅箔である。なお、本実施の形態の金属張積層板を連続的に生産する場合には、金属箔として、所定の厚さのものがロール状に巻き取られた長尺状の金属箔が用いられる。
また、金属箔のポリイミド層(B)と直接接する面の表面粗さ(Rz)は、0.05~3.5μmの範囲内であることが好ましい。この範囲内であれば、ポリイミド層(B)との接着力を損なうことがなく、かつ、熱処理時にポリイミド層(A)とポリイミド層(B)との界面の内圧が上昇しても、ポリイミド層(B)の破断が生じにくく、発泡が抑制されるためである。金属箔のRzが3.5μmを超えると、上記内圧の上昇によって、ポリイミド層(B)の局所的な破断が生じやすくなり、発泡の原因となる。ここで、Rzは、JIS B 0601(1994)に規定される十点平均粗さを示す。
[金属張積層板の製造]
本実施の形態の金属張積層板は、例えば以下の方法で製造できる。
まず、金属層となる金属箔の上に、ポリイミド層(B)を構成するポリイミドの前駆体であるポリアミド酸を含有する塗布液をキャストし、乾燥して第1の塗布膜を形成する。その後、第1の塗布膜の上に、主たるポリイミド層(A)を構成するポリイミドの前駆体であるポリアミド酸を含有する塗布液をキャストし、乾燥して第2の塗布膜を形成する。塗布液のキャストを順次繰り返すことによって、さらに塗布膜を積層形成してもよい。例えば、ポリイミド層を3層構成とする場合は、第2の塗布膜の上に、さらにポリイミド層(B)を構成するポリイミドの前駆体であるポリアミド酸を含有する塗布液をキャストし、乾燥して第3の塗布膜を形成してもよい。塗布する手段は特に限定されるものではなく、例えば、バーコート方式、グラビアコート方式、ロールコート方式、ダイコート方式等公知の方法を適宜選択して採用することができる。
キャスト法では、ポリアミド酸と溶媒を含有するワニスの状態でキャストすることが好ましい。溶媒としては、ポリアミド酸の重合反応に用いる上記例示の有機溶媒を挙げることができる。溶媒は、1種若しくは2種以上併用して使用することもできる。
塗布膜は、溶媒を含む場合には適当な範囲まで乾燥される。この際の乾燥温度は、ポリアミド酸のイミド化が進行しない程度の温度で行うことが好ましく、具体的には、150℃以下であることがよく、110~140℃の範囲内が好ましい。本実施の形態の金属張積層板は、ポリイミド層(A)及びポリイミド層(B)が上記の構成を有することによって、溶媒の残留量が極端に大きくならない限り、次工程のイミド化のための熱処理の過程で、残留している溶媒が気化しても発泡の発生が抑制される。
その後、金属層と塗布膜を含む積層体を熱処理してイミド化することによって、例えば、金属層/ポリイミド層(B)/ポリイミド層(A)の積層構造を有する片面金属張積層板や、金属層/ポリイミド層(B)/ポリイミド層(A)/ポリイミド層(B)等の積層構造を有する金属張積層板を形成することができる。後者の場合、さらに、ポリイミド層(B)の上に金属箔を熱圧着等の方法でラミネートすることによって、金属層/ポリイミド層(B)/ポリイミド層(A)/ポリイミド層(B)/金属層の積層構造を有する両面金属張積層板を形成することができる。
<回路基板>
本実施の形態の金属張積層板は、主にFPC等の回路基板の材料として有用である。すなわち、本実施の形態の金属張積層板の金属層を常法によってパターン状に加工して配線層を形成することによって、本発明の一実施の形態であるFPC等の回路基板を製造できる。
以下に実施例を示し、本発明の特徴をより具体的に説明する。ただし、本発明の範囲は、実施例に限定されない。なお、以下の実施例において、特にことわりのない限り各種測定、評価は下記によるものである。
[ガラス転移温度(Tg)・貯蔵弾性率の測定]
ガラス転移温度(Tg)、貯蔵弾性率は、各合成例のポリイミド前駆体樹脂によって得られたポリイミドフィルムを、レオメトリック・サイエンティフィック社製の動的粘弾性測定装置にて、5℃/minで昇温させた時の動的粘弾性を測定し、Tg(tanδの極大値)及び350℃での貯蔵弾性率を求めた。
[熱膨張係数(CTE)の測定]
3mm×20mmのサイズのポリイミドフィルムを、サーモメカニカルアナライザー(Bruker社製、商品名;4000SA)を用い、5.0gの荷重を加えながら一定の昇温速度で30℃から250℃まで昇温させ、更にその温度で10分保持した後、5℃/分の速度で冷却し、250℃から100℃までの平均熱膨張係数(熱膨張係数)を求めた。
[ピール強度の測定]
片面銅張積層板(銅箔/樹脂層)の銅箔を幅1.0mmに回路加工(配線加工)した後、幅;8cm×長さ;4cmに切断し、測定サンプル1を調製した。測定サンプルのピール強度は、テンシロンテスター(東洋精機製作所製、商品名;ストログラフVE-1D)を用いて、測定サンプルの銅箔面を両面テープによりアルミ板に固定し、銅箔を180°方向に50mm/分の速度で、樹脂塗工側の銅箔と樹脂層から10mm剥離したときの中央値強度を求めた。
[第1層の貯蔵弾性率の測定]
第1層の貯蔵弾性率は、5mm×20mmのサイズのポリイミドフィルムを、粘弾性測定装置(DMA:TAインスツルメント社製、商品名;RSA3)を用いて、30℃から400℃までの昇温速度を5℃/分、周波数1Hzの条件で測定した。
[発泡の評価]
ポリイミド層(A)及びポリイミド層(B)の層間で剥離が確認されるか、又はポリイミド層に亀裂が発生している場合を「発泡あり」とし、剥離や亀裂がない場合を「発泡なし」とした。
[粘度の測定]
粘度の測定は、E型粘度計(ブルックフィールド社製、商品名;DV-II+Pro)を用いて、25℃における粘度を測定した。トルクが10%~90%になるよう回転数を
設定し、測定を開始してから2分経過後、粘度が安定した時の値を読み取った。
[ポリイミドの重量平均分子量(Mw)の測定]
重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフ(東ソー株式会社製、HLC-8220GPCを使用)により測定した。標準物質としてポリスチレンを用い、展開溶媒にDMAcを用いた。
実施例中での略号を説明する。
DMAc:N,N'-ジメチルアセトアミド
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
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
ODA:4,4’-ジアミノジフェニルエーテル
p-PDA:パラフェニレンジアミン
TFMB:4,4'-ジアミノ-2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル
m-TB:2,2’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル
BAPP:2,2'-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン
TPE-R:1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン
合成例1~18
窒素気流下で、表1に示したジアミン化合物を300mlのセパラブルフラスコの中で攪拌しながら、溶媒DMAc250~300g程度に溶解させた。次いで、表1に示したテトラカルボン酸二無水物を加えた。その後、溶液を室温で4時間攪拌を続けて重合反応を行い、粘稠なポリアミド酸溶液a~r(固形分濃度;15wt%)を得た。なお、表1中の数値は原料のモル比を表す。
Figure 0007356243000007
また、合成例1、2、3、4、5、6及び7で調製したポリアミド酸をイミド化して得られるポリイミドの貯蔵弾性率の測定結果を図1に示した。なお、図1における符号a、b、c、d、e、f、gは、表1に示したポリアミド酸溶液に対応する。
[実施例1]
厚さ12μm、表面粗さRz0.5μmの銅箔上に、合成例3で調製したポリアミド酸溶液cを硬化後の厚みが2μmとなるように塗布し、140℃未満で30分間乾燥した。この上から、合成例1で調製したポリアミド酸溶液aを硬化後の厚みが21μmとなるように塗布し、140℃未満で1.5分間乾燥した。更に、これら2層のポリアミド酸層の上に、合成例3で調製したポリアミド酸溶液cを硬化後の厚みが2μmとなるように塗布し、140℃未満で30分間乾燥した後、150~360℃の温度範囲で数段階に分けて、段階的に昇温加熱して、絶縁樹脂層の片面に銅箔を有する金属張積層板を得た。絶縁樹脂層を構成するポリイミド層は、銅箔に接している側から順に、ポリイミド層(B)である第1層、ポリイミド層(A)である第2層、ポリイミド層(B)である第3層とした。得られた金属張積層板について、第1層の350℃における貯蔵弾性率及びTgを測定するとともに、ピール強度及び発泡の有無を評価した。評価結果を表2に示す。
[実施例2~8及び比較例1~7]
第1層、第2層及び第3層のポリイミド層を形成するためのポリアミド酸溶液の種類を表2及び表3に示すものに変更した以外は、実施例1と同様にして金属張積層板を作製し、第1層の350℃における貯蔵弾性率及びTgを測定するとともに、ピール強度及び発泡の有無を評価した。評価結果を表2及び表3に示す。
Figure 0007356243000008
Figure 0007356243000009
[実施例9]
第1層、第2層及び第3層の厚みをそれぞれ6μm、21μm、6μmとしたこと以外、実施例1と同様にして、金属張積層板を得たが、発泡は確認されなかった。
[比較例8]
第1層、第2層及び第3層の厚みをそれぞれ6μm、21μm、6μmとしたこと以外、比較例5と同様にして、金属張積層板を作製したところ、発泡が確認された。
[比較例9]
第1層、第2層及び第3層の厚みをそれぞれ6μm、21μm、6μmとしたこと以外、比較例6と同様にして、金属張積層板を作製したところ、発泡が確認された。
[比較例10]
第1層、第2層及び第3層の厚みをそれぞれ6μm、21μm、6μmとしたこと以外、比較例7と同様にして、金属張積層板を作製したところ、発泡が確認された。
以上、本発明の実施の形態を例示の目的で詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に制約されることはない。

Claims (8)

  1. 絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層の片面又は両面に積層された金属層と、を有する金属張積層板であって、
    前記絶縁樹脂層は、主たるポリイミド層(A)と、前記ポリイミド層(A)の片面又は両面に積層され、かつ、前記金属層と接するポリイミド層(B)と、を含む複数のポリイミド樹脂層を有し、
    前記ポリイミド層(A)及び前記ポリイミド層(B)を構成しているポリイミドは、それぞれ、酸無水物成分から誘導される酸無水物残基と、ジアミン成分から誘導されるジアミン残基と、を含有しており、
    前記ポリイミド層(A)を構成しているポリイミドは、フッ素原子を含む芳香族ジアミン化合物から誘導されるジアミン残基及びフッ素原子を含む芳香族テトラカルボン酸無水物から誘導される酸無水物残基を含み、
    前記ポリイミド層(B)は、350℃における貯蔵弾性率が1×10Pa以上であり、かつ、ガラス転移温度が280℃以上のポリイミドから構成され
    前記ポリイミド層(A)の厚みが3~25μmの範囲内であることを特徴とする金属張積層板。
  2. 前記ポリイミド層(A)を構成しているポリイミドは、前記ジアミン残基の合計100モル部に対して、下記の一般式(A1)で表されるジアミン化合物から誘導されるジアミン残基を50モル部以上含有する請求項1に記載の金属張積層板。
    Figure 0007356243000010
    [一般式(A1)中、置換基Xは独立にフッ素原子で置換されている炭素数1~3のアルキル基を示し、m及びnは独立に1~4の整数を示す。]
  3. 前記ポリイミド層(A)を構成しているポリイミドは、前記ジアミン残基の合計100モル部に対して、下記の一般式(A2)で表されるジアミン化合物から誘導されるジアミン残基を0~50モル部の範囲内で含有する請求項1に記載の金属張積層板。
    Figure 0007356243000011
    [一般式(A2)中、置換基Yは独立に炭素数1~3のアルキル基若しくはアルコキシ基又は炭素数2~3のアルケニル基を示し、p及びqは独立に0~4の整数を示す。]
  4. 前記ポリイミド層(A)を構成しているポリイミドが、前記酸無水物残基の合計100モル部に対して、ピロメリット酸二無水物から誘導される酸無水物残基を50モル部以上含有する請求項1から3のいずれか1項に記載の金属張積層板。
  5. 前記ポリイミド層(B)を構成しているポリイミドが、前記酸無水物残基の合計100モル部に対して、ピロメリット酸二無水物から誘導される酸無水物残基を60モル部以上含有する請求項1から4のいずれか1項に記載の金属張積層板。
  6. 前記ポリイミド層(A)の350℃における貯蔵弾性率Eと、前記ポリイミド層(B)の350℃における貯蔵弾性率Eが、0.5≦(E/E)≦100の関係を有する請求項1から5のいずれか1項に記載の金属張積層板。
  7. 前記ポリイミド層(A)の熱膨張係数が30ppm/以下であり、前記ポリイミド層(B)の熱膨張係数が0~100ppm/Kの範囲内である請求項1から6のいずれか1項に記載の金属張積層板。
  8. 絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層の片面又は両面に積層された金属配線層と、を有する回路基板であって、
    前記絶縁樹脂層は、主たるポリイミド層(A)と、前記ポリイミド層(A)の片面又は両面に積層され、かつ、前記金属配線層と接するポリイミド層(B)と、を含む複数のポリイミド樹脂層を有し、
    前記ポリイミド層(A)及び前記ポリイミド層(B)を構成しているポリイミドは、それぞれ、酸無水物成分から誘導される酸無水物残基と、ジアミン成分から誘導されるジアミン残基と、を含有しており、
    前記ポリイミド層(A)を構成しているポリイミドは、フッ素原子を含む芳香族ジアミン化合物から誘導されるジアミン残基及びフッ素原子を含む芳香族テトラカルボン酸無水物から誘導される酸無水物残基を含み、
    前記ポリイミド層(B)は、350℃における貯蔵弾性率が1×10Pa以上であり、かつ、ガラス転移温度が280℃以上のポリイミドから構成され
    前記ポリイミド層(A)の厚みが3~25μmの範囲内であることを特徴とする回路基板。
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