JPH0459351A

JPH0459351A - 銅被膜ポリイミド基板の熱処理法及び加熱装置

Info

Publication number: JPH0459351A
Application number: JP17229790A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Tanaka; 田中　信寛; Mikisuke Takenaka; 竹中　幹又; Nobuhiro Matsumoto; 伸弘松本; Noriyuki Saeki; 典之佐伯
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 1990-06-29
Filing date: 1990-06-29
Publication date: 1992-02-26

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、銅被膜ポリイミド基板を製造する際の熱処理
法及び加熱装置に関し、詳細には、電子部品として要求
される品質の銅被膜ポリイミド基板の製造過程において
銅被膜ポリイミド基板の熱処理を短時間に行うことがで
きる銅被膜ポリイミド基板の熱処理法及び加熱装置に関
する。

（従来の技術）銅被膜ポリイミド基板をめっき法によって製造する場合
、薬品によってポリイミドが変質して掻く薄い層が銅と
ポリイミド面の間に生成されるのが避けられない。

この銅被膜ポリイミド基板を常温で使用する場合は、こ
の層の存在はほとんど問題にはならないが、１５０℃以
上の温度で使用する場合には、この層はのり状の柔らか
い組織に変化し、銅とポリイミドとの密着強度が著しく
低下する。このため、変化した組織を熱的に安定させる
ために銅の無電解めっき処理後、またはこれに引き続い
て行われる銅の電解めっき処理後に３５０℃以上で一定
時間以上加熱処理を行うことが提案されている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、この加熱処理工程は、３５０”Ｃ付近で
は、数時間、４００℃では、１時間程度の長時間、維持
する必要があり、昇温、冷却時間を合わせると、かなり
長い処理時間を要した。

また、熱処理は、前述のように一定温度以上の高温に保
たなければならないが、高温で長時間保持すると、ポリ
イミド樹脂では、重量の減少、色の黒変、硬化、引張り
伸びの低下等が生じ、ポリイミド樹脂その物が変化して
しまう。

この場合、高温というと、通常は、雰囲気温度をさして
いるが、高温ではシートの破断のおそれがあり、例えば
、カプトンという名称のポリイミド樹脂では、カットス
ルー温度が、２５μｍの厚みのもので、４３５℃であり
、５０μｍ以上で、５２５℃であり、このなめ、従来は
４００”Ｃ以上に上げることを避けざるを得なかっな。

また、従来の方法では、単一の炉の中で回分式に処理し
ていたため、処理できるのは、１〜数枚の切り板か、ロ
ール状に巻いた基板であり、時間がかかると共に、外周
と内周では熱負荷が異なり、十分な効果を得ることがで
きなかった。

これに対して、基板を巻かないで広げた状態で雰囲気を
調整した炉の中を搬送させていく方法では、通常の加熱
方法を用いると、炉の温度が基板に伝わる伝熱の時間が
かなりかかるため、基板の送り速度を速くしたり、処理
時間を短くしたりしにくく、また搬送用のコンベヤベル
トが十分冷却しない琥ま出てくるなどの欠点があった。

したがって、本発明の目的は、銅被膜ポリイミド基板の
熱処理法において、ポリイミド樹脂を劣化させないで、
短時間に加熱処理できる銅被膜ポリイミド基板の熱処理
方法及び加熱装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） ′前述の目的を達成するために、本発明は、銅被膜ポリ
イミド基板の熱処理法であって、中性、不活性または真
空雰囲気中で銅被膜ポリイミド基板を加熱、昇温し、銅
被膜ポリイミド基板の温度を４６０℃〜５００℃の範囲
内で５分以内に保持した後、冷却する熱処理法において
、熱負荷係数Ｄ　＝　Ｊ　ｔ−ｏ　（１２／ｅｘｐ（４
４７，７−Ｔ）／１９．１９６１　ｄｔを０．７〜３の
範囲内になるように、加熱、保持及び冷却を行う、ここ
で、Ｔは温度（”Ｃ）であり、ｔは時間（ｈｒ）である
、ことを特徴とする熱処理法を採用するものである。

即ち、加熱温度と加熱時間によって決められる熱負荷の
効果（以下熱負荷係数という）を以下に示すような成る
一定の式によって表すことができ、この式の値（熱負荷
係数の値Ｄ）が成る一定の範囲内（０，７〜３）にある
とき、加熱処理の時間が掻く短時間でも良好な効果が得
られるという事実を見い出すことができた結果、本発明
を導き出したものである。

熱処理係数りは、以下の式で表すことができ、ここで、
Ｔは、温度（’Ｃ）であり、ｔは時間（ｈｒ）であり、
ｔｌは終了時間である。

そして、前述したように、Ｄが０．７〜３の範囲内にあ
るどき、良好な結果が得られたものである。なお、熱処
理は、Ｎ２　、、　Ａ　Ｉ−などのガス中や真空中で可
能であるが、いずれにしても酸化のない状態で行うもの
である。このような雰囲気としたのは、】、つには銅の
酸化防止のためであり、さらに、ポリイミドが空気中で
分解が早いので、劣化を防ぐためである。

また、本発明は４銅被覆ポリイミド基板の加熱装置にお
いて、被加熱物である銅被覆ポリイミド基板を移動させ
る手段と、移動中の基板を加熱する加熱装置と、加熱装
置内の雰囲気を中性、不活性または真空雰囲気に調整し
て保持する手段と、を有する、ことを特徴とする銅被覆
ポリイミド基板の加熱装置を採用するものである。

（実施例）以下５本発明に関連！−で行った種々の実験例を主に加
熱温度、時間、熱負荷係数及び密着強度等のパラメータ
に基づいて表したグラフ及び表により本発明を説明する
、最初に、第１図を参照すると、第１図は、熱風循環式オ
ーブン中で銅被膜ポリイミド基板を処理したときの雰囲
気温度の推移、即ち、時間（横軸）対雰囲気温度（縦軸
）特性を示すグラフである。

図中、番号１は、設定温度に一定時間保持するように（
４００℃：１，５時間保持）熱処理を実施した例を示す
ものであるが、図かられかるように、前後に加熱時間、
冷却時間が必要であり、全体でかなりの処理時間を要す
る６また、図中の番号２は、高温で短時間の処理＜４６
０’Ｃ：５分間）を含む例を示すものであるが、被加熱
物を動かさずに処理する場合は、やはり前後の加熱時間
及び冷却時間のため、処理時間はそれほど短縮できず、
また比較的ゆっくりと温度が上がるので、温度と時間の
相対的な関連に基づく効果をＮ認しにくい欠点がある。

このように、実際には、処理時間として、保持時間ど昇
温の時間に加えて、さらに炉内の雰囲気を調整する時間
、冷却時間を考慮すると、全体で５〜６時間にも及び、
時間を消費する反面、処理できる基板の枚数は極く少な
い。

次に、別紙の表１を参照すると、表】は熱風循環式オー
ブン中で、温度と保持時間を変化させて、銅被膜ポリイ
ミド基板の明度と、銅とポリイミド樹脂の間の密着強度
とを測定した結果を示す。表１中の熱負荷係数りは、前
述の式に当てはめて計算により求めたものである。

また、第２図は、表１中の熱負荷係数（横軸）と密着強
度（縦軸）の関数を示すグラフである。

これらの結果が示すように、熱負荷係数りが１−を中心
として、はぼ０．７〜３の範囲内で高い密着強度を得る
ことができ、良好な効果かえられる。

即ち、０．５程度では熱量不足により密着強度が不足し
、また３以上では、ポリイミド樹脂の色がかなり濃い色
、即ち黒い色に変化する。

次に、温度測定における考慮すべき点としては、温度は
、雰囲気温度ではなく、実体温度を測定することが重要
である。なぜなら、長い保持時間では、雰囲気温度と実
体の温度はほぼ一致しているが、保持時間が短い場合、
実体の温度は、雰囲気温度に達しない事態！、ｍなるこ
とがあるがらである。

そして、実体の温度は、実際には、銅被膜ポリイミド基
板の表面温度を測定することにより得られる。

また、均一に熱分布させる観点から、ポリイミドの熱伝
達率が３．７２　Ｘ　１０−’ｃａｌ／ｃ［ｓｅｃ・’
Ｃと大変低いので、当然のことながら、基板を巻いたり
、重ねなりしては、均一な熱の掛がり方が期待できない
ので、このような４ことは）１！けるべきである。

さらにまた、工業的に基板を熱処理する際の時間の短縮
を考慮すると、工業的に十分な処理時間に収めるには、
昇温、冷却時間を短縮することが望ましく、そのために
は、基板を広げて、雰囲気調整した加熱帯、常温帯、冷
却帯を連続的に移動させて行く方法が有効である。

このような連続移動方法によって、昇温過程における熱
負荷を除くと、４６０”Ｃ程度においては、３分程度で
も、ｔた４８０’Ｃ程度なら、１分程度でも前述の良好
な効果と同蔓な効果を得ることができる、なお、５００
℃を越えると、極端に短時間となり過ぎ、実際の加熱装
置では、加熱中に所定の熱負荷に達するので、実質の保
持時間はなく、設定は困難になる。

また、熱負荷係数は、その式から明らかなように、積分
で効果が現れてくるので、昇温過程、冷却過程の温度に
おいても影響が与えられるため、昇温速度、冷却速度は
できるだけ早いほうが良％）。

必要とされる昇温速度、冷却速度は、熱処理時に保持す
る温度と時間により違うが、例えば、保持が５００℃で
５分の場合では、２６０℃から５００℃までの温度領域
で３５℃／分以上、２６０℃以下の温度領域で０．５℃
／分以上の速度を必要とし、また保持が４６０℃で５分
の場合では、２６０℃から４６０℃までの温度領域で３
．０℃／分以上、２６０℃以下の温度領域で０．５℃／
分以上の速度で、昇温、冷却させることが必要であり、
これら以下の速度ではポリイミド樹脂が劣化する。

このように、一般的に、熱処理を短時間に収めるために
は、昇温速度、冷却速度が速い程良く、到着温度も高い
ほど良いと言えるが、あまり極端な高速は、実質上、設
定温度と実体温度との差が極端に開くことになり、掻く
わずかな変動でも与える影響が大きくなり、管理が難し
くなる０例えば、５００℃／分の昇温速度で加熱し、５
１０℃から５２５℃に達した後、保持時間なしに、その
まますぐ冷却帯に移動させ、２００℃／分の冷却速度で
冷却すれば、３分程度で処理を完了するが、通常の装置
ならば、雰囲気温度設定は、８００℃越える高温に設定
しておく必要があり、設定温度と実体温度の差が３００
℃以上となる。

また、この場合、十分冷却されないまま、装！から搬出
されるため、基板は酸化ぎみとなることが避けられない
、加熱に比べ、冷却に時間がかかるので、ヒータのいく
つかを消して、冷却部にまわす等の処理が必要であり、
さらに、コンベヤベルトによって移動させている場合に
は、コンベヤベルトの保有熱のため、十分な冷却が得ら
れないなど、設備的にも難しい。

それに加えて、ポリイミド樹脂は、前述のように、熱伝
達が極端に悪く、薄い膜であっても、あまり短い昇温時
間であると、全体が均一な温度に熱せられず、不均一に
なるおそれがある。また、冷却時間にも時間がかかるの
で、全体としては５００℃以上の高温に上げてもあまり
大きな効果は期待できない。

以上のことから、保持温度としては、４６０℃〜５００
℃の範囲が本発明を実施する際最も適切な範囲と言える
。

次に、工業的に望ましい連続移動方法により実施した実
施例について説明する。

実施例１銅被覆ポリイミド基板（銅１．５μｍ＋ポリイミド５０
μｍ）を雰囲気を調整した連続雰囲気炉の中を移動させ
、熱処理を加えた。その際、この基板の表面に熱電対を
取り付け、連続的に温度を測定した。この結果を別紙の
表２としてまとめると共に、温度推移を第３図のグラフ
で表した。

表２から明らかなように、テスト番号１及び２は、実体
到達温度も比較的短く、またその熱負荷係数は０．７〜
３の範囲内にあり、密着力を比較的高いものである。一
方、テスト番号３は、熱負荷回数は３を越えており、密
着力はほぼ良好であるが、テスト番号１及び２より劣っ
ている。またテスト番号４は、熱負荷係数が０．７以下
であり、密着力がかなり不足している。

したがって、このテスト結果から、テスト番号１及び２
が実用的な範囲と考えられる。

高温で雰囲気を調整した炉中を移動させていく方法では
、加熱、冷却の時間を短くできるので、全体の時間を短
くできる。特に高温において、より短時間で処理可能で
ある０表面温度で測った熱の履歴をもとに熱負荷を計算
したところ、熱処理の効果と良い一致があった。

このように、基板を広げて、中性、雰囲気に調整した炉
の中を移動させながら、熱を加え、維持した後、冷却す
る方法によれば、基板は十分に速い速度で昇温され、冷
却を受ける。４８０℃付近の高温で処理した基板は、十
分な密着強度と基板どしての特性を有することが確認さ
れた７実施例２実施例１よりさらに設定温度を」二げ、銅被膜ポリイミ
ド基板を高速で移動させて熱処理を行った。

なお５．二の例は、熱の伝達が優れた遠赤外線焼成炉を
改造して行ったものである。第４図は、その際の基板の
温度推移をやはり示す８第４図中、テスト番号５は、５
分の処理時間、テスト番号６は３分の処理時間の場合を
それぞれ示す。なお、テスト番号５の場合、設定温度は
、６４５℃で、テスト番号６の場合には、８７０℃と非
常に高くなっている。

テス１へ番号うでは、４９８℃に達し、約３０秒保持の
後直ちに冷却に移っている。テスト番号６では、加熱開
始後、１分少１．の後に、５１７℃に達しているが、保
持時間なしに直ちに冷却に移っている。

この例の場合、特性については、問題はないが、銅に酸
化が見られる。特に、テスト番号６では、冷却が子分で
ないため、＃後尾のヒータを切り、冷却にまわした６そ
れでも、出口付近のｉｊＡ度は、１７０℃を越え、コン
ベヤベルトが冷えないまま出てくるので、銅被膜ポリイ
ミド基板は酸化ぎみである。

いずれに１〜でも、設定が非常に高温になるので、最適
条件の設定、維持等が難しくなる。

次に、参考のため、比較例（熱風循環炉オーブン炉）に
よるテスト結果を別紙の表３で示すと共に第５図に、温
度推移をグラフで表した。

表３及び第５図から明らかなように、テスを一番号７及
び８は、密着力については良好な結果が得られるが、実
体到達温度保持時間に時間がかなりかかり、また全体の
処理時間も非常にかかるものである７なお、本発明で導入した熱負荷係数りの式は、必ずしも
厳密に解釈する必要はなく、例えば、その式の中で使用
されている定数ｒ４４７．７゜’１９．１９６．等は、
均等な効果が得られるならば、それらの近似値を含むも
のである。

次に、本発明の加熱装置として遠赤外ｍ源を用いること
が好ましい種々の理由及び遠赤外線を用いた実施例につ
いて説明する。

最初に、温度の効果ど１−で、酸化しない状態で熱処理
すると、４６０℃程度において、３分程度でも、また４
８０℃程度なら、］、分程度でも、同等の効果を得るこ
とができる。

しかし、ポリイミド樹脂は、熱伝達が極端に悪く、あま
り短時間では、均一に熱せられないため、熱分布は不均
一になり易い、また、通常のし−タによる加熱であれば、構造上、シー
ル性が良くないので、連続しｆ、　）、ンネル状の容器
の外側から熱を加え、気体の対流と放射により熱を伝え
るが、直接被加熱物に熱をかけにくいので、短時間の昇
温を期待できない。

また、短時間の昇温を行うため、がなり高温の設定を行
ったとしても、加熱及び冷却に必要な時間はあまり変わ
らないので、全体の時間がらみると大きな差はなく、管
理が難しくなる反面、効果はあまり大きくない。

第６図は、ポリイミド樹脂の吸収特性を示す。

ポリイミド樹脂は、波長５．５μ貫当たりから赤外線領
域において、顕著な吸収を示す、ポリイミド樹脂の厚み
により吸収の度合いは変わるが、吸収の位置は変化を受
けない。

一方、遠赤外線ヒータにとって、銅被覆ポリイミド基板
の熱処理温度である４００〜５００℃近辺は遠赤外線の
放射し易い温度であり、遠赤外線を適応し易い。

被加熱物の移動しない炉では、急激な昇温並びに冷却は
できない。特に、普通の熱源であれば、昇温、冷却に時
間がかがり、さらに周囲への影響も無視できなくなる。

例えば、金属製のコンベヤベルトも同時に高温になり、
冷却しにくくなるので、基板の冷えも悪くなり、無視で
きなくなる。

被加熱物に遠赤外線を照射することで、基板４こＷ接熱
を与え、内部まで、均一に処理することができる。この
際、急激にｍ度を」二ばても、熱が伝わらずに表面の温
度だけが上昇して表面のみが劣化するという事態を生じ
ることなく、有効に熱を利用できるので、短時間で処理
可能である、以上のような種々の要因を考慮して、本発
明の加熱装置は、熱源として、遠赤外線を用いると共に
、工業的に生産を向上させるために、被加熱物、即ち、
銅被覆ポリイミド基板を移動させながらその遠赤外線の
熱源で加熱する構成をとったものである。

実施例３別紙の表４は遠赤外線を使用して、銅被覆ポリイミド基
板の処理を行った場合の結果を示す、また、比較例とし
て、通常のヒータによる場合（マツフルタイプの連続焼
成炉）を別紙の表５に示す。

条件、設定温度については、ヒータ部分の温度で、設定
時間は、設定温度に達してからの時間で表示しである。

表４及び表５から明らかなように、４８０℃の設定温度
を例にとると、通常の炉では、１８分の処理時間におさ
えることは難しいが、遠赤外線炉を使うと、１６分でも
十分に処理可能である。

（発明の効果）以上のように、この発明を利用することで、銅被覆ポリ
イミド基板を短時間で熱処理して良好な効果を得ること
ができ、電子部品用として、十分な品質の銅被膜ポリイ
ミド基板が得られる。

表　　１（時間ン表　２（連続雰囲気炉）Ｄ：熱負荷係数Ｌ：明度Ｆ：密着強度（ｇ／ｃｎ）（熱風循環オーブン炉）表

【図面の簡単な説明】

第１図は、基板の温度推移を示すグラフである。第２図は５熱負荷係数と密着強度の関係を示すグラフで
ある。第３図及び第４図は、基板の温度推移を示すグラフであ
る。第６図は、ポリイミドの吸収特性を示すグラフである。清図時間（分）第凹時聞（分）手続補正書手続補正書平成３年１月２３日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）銅被膜ポリイミド基板の熱処理法であって、中性
、不活性または真空雰囲気中で銅被膜ポリイミド基板を
加熱、昇温し、銅被膜ポリイミド基板の温度を４６０℃
〜５００℃の範囲内で５分以内に保持した後、冷却する
熱処理法において、熱負荷係数Ｄ＝Ｓ＿ｔ＝０｛１２／ｅｘｐ（４４７．７−Ｔ）／１
９．１９６｝ｄｔを０．７〜３の範囲内になるように、
加熱、保持及び冷却を行う（ここで、Ｔは温度（℃）で
あり、ｔは時間（ｈｒ）である）ことを特徴とする熱処
理法。
（２）請求項１記載の熱処理法において、銅被膜ポリイ
ミド基板を移動させながら、加熱、昇温し、冷却させる
、ことを特徴とする熱処理法。
（３）請求項２記載の熱処理法において、保持が５００
℃で５分の場合では、２６０℃から５００℃までの温度領域で３５℃／分以上、２６０℃以
下の温度領域で０．５℃／分以上の速度で昇温、冷却を
行い、また保持が４６０℃で５分の場所では、２６０℃
から４６０℃までの温度領域で３．０℃／分以上、２６
０℃以下の温度領域で０．５℃／分以上の速度で昇温、
冷却を行う、ことを特徴とする熱処理法。
（４）請求項１記載の熱処理法において、銅被膜ポリイ
ミドの加熱に遠赤外線源を用いる、ことを特徴とする熱
処理法。
（５）銅被覆ポリイミド基板の加熱装置において、被加
熱物である銅被覆ポリイミド基板を移動させる手段と、
移動中の基板を加熱する加熱装置と、加熱装置内の雰囲
気を中性、不活性または真空雰囲気に調整して保持する
手段と、を有する、ことを特徴とする銅被覆ポリイミド
基板の加熱装置。
（６）請求項５記載の加熱装置において、加熱装置が遠
赤外線源である、ことを特徴とする加熱装置。