JPWO2012020818A1 - 金属張積層板 - Google Patents

Abstract

伝送周波数の高周波化に対応するために、特性インピーダンス公差に寄与する誘電体厚み公差が小さく、且つ高周波領域における信号の伝送損失が少ない金属張積層板を提供する。液晶ポリマー層の片面又は両面に金属箔を有する金属張積層板において、金属箔は、液晶ポリマー層と接する面が粗化処理されて表層部に突起物を有し、該突起物の根本部分の幅Ｌに対する突起物の高さＨの比で表されるアスペクト比（Ｈ／Ｌ）が３〜２０の範囲であると共に、突起物の高さが０．１〜２μｍの範囲であり、液晶ポリマー層は、１０〜２００μｍの厚さを有して、膜厚公差が６％未満であることを特徴とする金属張積層板である。

Description

本発明は金属張積層板に関し、詳しくは、液晶ポリマー層を有して、高周波電気特性に優れた金属張積層板に関するものである。

現在、電子機器の多くには小型化、軽量化による機器内部の空間的制約によって、配線や基板を曲げることのできるフレキシブル回路基板（以下これをFPCとする）が多用されている。更に最近では、機器の高性能化に伴い、伝送信号の高周波化への対応が必要とされている。

従来、ＭＨｚ程度の動作速度で使用されていた電子回路では、ＦＰＣは接続すべき配線が正しく基板上で配線されていれば動作に問題は発生しなかった。しかし、電子回路の動作速度が速くなると、上記要求条件のみでは十分ではなくなり、ＦＰＣでも高周波化に対応することが必要とされている。

信号の伝送経路にインピーダンスが変化する点があると、その点で電磁波の反射が生じ、電気信号のロスや信号波形の乱れなどの不都合が生じる。そのため、高周波信号の伝送あるいは長距離伝送のためには、ＦＰＣの特性インピーダンスを機器本体回路のインピーダンスと整合させることが必要である。

特性インピーダンスは、誘電体の誘電率、誘電体厚み、回路厚み、回路線幅の関数で示され、インピーダンス整合においては、特に影響の大きい誘電体厚みを厚くすること、そして厚み公差を低減させる必要がある。一般には、誘電体厚み公差が小さいポリイミドを厚さ３８〜５０μｍに製膜した銅張積層板を用いてインピーダンス整合を行っている。しかしながら、ポリイミドは、吸湿率、誘電正接が大きく、今後進展するＧＨｚ帯での高周波基板の材料として用いるのに十分な電気特性を有するものではない。

伝送周波数の高周波化が必要とされるなか、高周波に対応する代表的な基板として、液晶ポリマーを基材層とした回路基板が好適に用いられている。液晶ポリマーは低誘電率、低誘電正接を特徴とした樹脂であり、同樹脂を絶縁層とした回路基板は、他の樹脂を絶縁層として用いる場合と比較して高周波領域の伝送損失を低減させる効果を有している。

更に、高周波領域における特性インピーダンス制御において、フィルム厚み公差の少ない液晶ポリマーを適用した金属張積層板としては、特許文献１に示された基板材料が挙げられる。この文献に記載された積層板では、液晶ポリマーフィルムと金属箔間の層間接着強度（ピール強度）を高めるために、金属箔の液晶ポリマーと接する面に対して、表面粗さＲｚが２．５〜４．０μｍと大きくなるように、突起物を形成させて粗化処理しているが、高周波領域における信号の伝送特性が未だ十分でないという問題がある。

一方で、液晶ポリマー層を有する金属張積層板を製造する場合、一般に、液晶ポリマー層を形成する液晶ポリマーフィルムと金属箔との積層板を生産性の高いロールトゥロール方式で搬送し、加熱しながら一対の加圧ロール間を通して連続的に熱圧着する方法が提案されている。この方法において、熱圧着により金属箔と十分に密着させているが、積層板の寸法特性を維持するためには、積層時に液晶ポリマー分子の流動性を抑制させながら熱圧着を行う必要があり、液晶ポリマー層の厚み公差を維持する熱圧着条件が必要となる。

特開２００５−２１９３７９号公報

本発明の目的は、伝送信号の高周波化に対応するために、特性インピーダンス公差に寄与する誘電体厚み公差が小さく、且つ高周波領域における信号の伝送損失が少ない金属張積層板を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成すべく、液晶ポリマーを誘電体層とした金属張積層板において、液晶ポリマー層に厚み公差の小さいフィルムを用いること、且つ、金属箔の表面凹凸形状を小さくすることで、高周波領域における特性インピーダンス整合と低伝送損失を両立した回路基板が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の要旨は、次のとおりである。
（１）液晶ポリマー層の片面又は両面に金属箔を有する金属張積層板において、金属箔は、液晶ポリマー層と接する面が粗化処理されて表層部に突起物を有し、該突起物の根本部分の幅Ｌに対する突起物の高さＨの比で表されるアスペクト比（Ｈ／Ｌ）が３〜２０の範囲であると共に、突起物の高さが０．１〜２μｍの範囲であり、液晶ポリマー層は、１０〜２００μｍの厚さを有して、膜厚公差が６％未満であることを特徴とする金属張積層板。
（２）粗化処理が施されている金属箔の面の表面粗さＲｚが０．３μｍ以上２．５μｍ未満である（１）に記載の金属張積層板。
（３）液晶ポリマー層を形成する液晶ポリマーフィルムと金属箔とを、一対の金属加圧ロール間で加熱圧着して得られたものである（１）又は（２）記載の金属張積層板。
（４）液晶ポリマーフィルムの熱変形温度が２６０〜３５０℃の範囲にある（３）記載の金属張積層板。
（５）常温における金属箔と液晶ポリマー層との１８０°層間剥離強さが０．５〜５ｋＮ／ｍである（１）〜（４）のいずれかに記載の金属張積層板。

本発明の金属張積層板によれば、高周波領域における特性インピーダンス整合と低伝送損失を両立でき、液晶ポリマー層と金属箔との層間密着性に優れ、高周波用回路に要求される品質を満たすことができる。

図１は、本発明に用いられている粗化処理された金属箔表層部の突起物を断面観察概略図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

液晶ポリマー層を形成する液晶ポリマーは、全芳香族液晶ポリマー、すなわち、脂肪族長鎖を含まず実質的に芳香族のみで構成される液晶ポリマーが好ましく、さらにそのなかでも、下記式（１）で表されるように、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸とｐ−ヒドロキシ安息香酸とからなるポリエステルがより好ましい。なお、下記式中のｍおよびｎは、各構成単位の存在モル比を示す正の数である。

液晶ポリマーは、耐熱性、加工性の点で２００〜４００℃の範囲内、特に２５０〜３５０℃の範囲内に光学的に異方性の溶融相への転移温度を有するものが好ましい。また、液晶ポリマー層を形成する液晶ポリマーに対して、その特性を損なわない範囲で、例えば滑剤、酸化防止剤、充填剤などを配合することもできる。

液晶ポリマーをフィルム化して液晶ポリマー層を形成する方法としては、例えば、Ｔダイ法、ラミネート体延伸法、インフレーション法などが挙げられる。インフレーション法やラミネート体延伸法では、フィルムの機械軸方向（ＭＤ方向）だけでなく、これと直行する方向（ＴＤ方向）にも応力が加えられるため、ＭＤ方向とＴＤ方向における機械的性質のバランスのとれたフィルムが得られる。

液晶ポリマー層の厚み範囲は、１０〜２００μｍであり、好ましくは２５〜１００μｍである。液晶ポリマー層の厚みが、１０μｍに満たないと容易に裂けるため取り扱いが困難となる。また、液晶ポリマー層は、特性インピーダンス整合をとるために、厚みに対して膜厚公差が６％以内に収まるようにし、好ましくは膜厚公差が５％以内である。ここで、液晶ポリマー層の厚みに対する膜厚公差は、測定した厚みデータの標準偏差に３倍を乗じて求めた値である。このような液晶ポリマー層は市販の液晶ポリマーフィルムを使用することによって可能であり、例えばジャパンゴアテックス株式会社製ＢＩＡＣ（登録商標）などを用いることができる。

本発明に用いる金属箔の材質は特に制限はなく、例えば金、銀、銅、ステンレス、ニッケル、アルミニウムなどが例示される。導電性、取扱いの容易性、価格等の観点から、銅箔やステンレス箔が好適に用いられる。銅箔としては、圧延法や電解法によって製造されるいずれのものでも使用することができる。

金属箔の厚さとしては１〜１００μｍが好ましく、より好ましくは５〜７０μｍ、特に好ましくは８〜２０μｍの範囲であるのが良い。金属箔の厚さを薄くすることは、回路加工においてファインパターンを形成し易いという点で好ましいが、薄過ぎると金属張積層板の製造工程で金属箔に皺が生じ易いほか、回路加工された配線基板においても配線の破断が生じ易く、配線基板としての信頼性が低下する恐れがある。一方、厚過ぎると金属箔をエッチング加工して回路を形成する際に、回路側面にテーパーが生じ易く、ファインパターン形成に不利が生じる。

本発明においては、金属箔の表面を粗化処理した粗化形状（凹凸形状）とその凹凸の高さが重要である。表面の凹凸を検出する指標としてよく使われるＲｚは十点平均粗さを表すものであり、ＪＩＳ Ｂ０６０１に準拠して測定される。しかし、Ｒｚは金属箔の自体の大きなうねり指標としては有効であるが、粗化処理に使用される突起物よりも接触端子の径が大きく、粗化処理により形成された突起物のサイズ（凹凸形状）を表すことができない。そのため、本発明では、粗化処理の程度を評価するための指標として、断面観察による突起物の根本部分の幅Lと、突起物の高さHとを用いて、金属箔粗化面の突起物形状を規定した。断面観察による手法では、粗化処理により表層部に形成された突起物の全体が観察視野に収まるように、倍率を設定して計測を行う。なお、金属箔の粗化処理に用いる突起物として、好ましくは、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｚｎ、及びＭｏからなる群から選ばれた１種の金属、又は、少なくともこの群から選ばれた一種以上の元素を含んだ金属合金を挙げることができる。

突起物の高さＨの計測では、金属箔の断面観察による手法で、金属箔母材と突起物との界面から、突起物の頂点までの高さを測定する。本発明で用いる金属箔は、突起物の高さHが０．１〜２μｍの範囲であり、好ましくは０．１μｍ以上１μｍ未満の範囲である。突起物の高さが２μｍを超えると、得られる金属張積層板の高周波領域における伝送損失が大きくなるという問題が発生する。突起物の高さが０．１μｍ未満では、本発明によっても高い密着強度を得ることが極めて困難であり、金属箔を加工した際に回路の剥がれが生じたり、はんだ付けなどの熱処理時に膨れや剥がれなどの問題が発生する。

突起物のアスペクト比は、突起物の根本部分の幅Ｌを計測し、突起物の根本部分の幅Ｌに対する突起物の高さＨの比（Ｈ／Ｌ）として算出する。突起物のアスペクト比しては、３〜２０の範囲であり、好ましくは３〜１５の範囲である。アスペクト比が２０を超えると、突起物の形状が鋭利になりすぎて、ロール・トゥ・ロールによる搬送時に突起物が離脱してしまい、積層板の打痕などの外観不良を発生させたり、配線間をショートさせる恐れがある。アスペクト比が３未満では、樹脂層から突起物が抜けやすくなり、本発明によっても高い密着強度を得ることが極めて困難である。なお、本発明で使用する金属箔の粗化処理の程度をＲｚ（十点平均粗さ）で表すと、粗化処理が施されている金属箔の面の表面粗さＲｚは０．３μｍ以上２．５μｍ未満であることが好ましく、０．５μｍ以上２．０μｍ未満であることがより好ましい。金属箔は、上記要件を満たすものを市販品から適宜選択して使用することができ、例えばJX日鉱日石金属株式会社製、商品名AMFNが例示される。

液晶ポリマー層を液晶ポリマーフィルムから形成する場合、液晶ポリマーフィルムと金属箔は、金属張積層板の生産性の観点から、いずれもロール状のものを用いるのが好ましい。以下で説明するように、これらをロール・トゥ・ロールで連続的に搬送し、その過程で圧着することで、生産性の良いプロセスで金属張積層板を得ることができる。

好適な金属張積層板の製造方法は、液晶ポリマーフィルムと金属箔とを重ね合わせ、熱圧着して接着し、積層する。熱圧着は、接合状態の均一性という観点から、加圧ロールとして、ゴム被覆されていない一対の金属加圧ロールを使用するのが良い。ゴム被覆された金属加圧ロールを用いることも出来るが、その場合、被覆ゴムと金属ロールとを接着している接着剤の耐熱性などの問題から、２５０℃以上での加圧ロールプレスを実施することが困難となる。したがって、ゴム被覆された金属加圧ロールを用いる場合、融点の低い液晶ポリマーしか適用できず、結果として得られる金属張積層板の耐熱性が低くなり、はんだ耐熱性を有さなくなる。

金属加圧ロールの表面は何らかの手段で加温されていることが必要である。その手段は特に制限されないが、誘電加熱方式や熱媒循環方式による加温を例示することができる。その他、加圧ロールを恒温ブース内に設置することやロール表面に熱風をあてる等の手法も挙げられ、これらを併用することもできる。このような手段によって加圧ロールの表面温度をロールの幅方向に対して８℃以内とすることができ、これによって金属と液晶ポリマー層の剥離強さに優れ、そのバラツキの少ない金属張積層板とすることができる。また、このようにゴム被覆されていない金属加圧ロールを用いることで、ロール表面の加温が簡便に行なうことができる。金属加圧ロールの表面温度は、液晶ポリマーフィルムの熱変形温度より５〜１００℃の範囲で低いことが好ましく、より好ましくは、液晶ポリマーフィルムの熱変形温度より３０〜９０℃低い温度とするのが良い。金属加圧ロールの表面温度が、液晶ポリマーフィルムの熱変形温度より１００℃を超えて低い温度であると、フィルムと金属箔が十分に接着しないことがある。また、金属加圧ロールの表面温度が、液晶ポリマーフィルムの熱変形温度より５℃未満で低いようにすると、圧着時にフィルムの流動が著しくなり、外観が不良な積層板となる。なお、液晶ポリマーフィルムの熱変形温度とは、熱機械分析装置を用いて、熱圧着に供するフィルムを幅２ｍｍ長さ３０ｍｍ、チャック間距離１５ｍｍにて、荷重５ｇ、昇温速度５℃／分の条件で試験片の長さ方向の熱膨張量を測定し、その変曲点を示す。また、圧着時の圧力は、幅方向に均一に加圧できる範囲であれば、特に限定されないが、５〜２００ｋＮ／ｍであることが好ましく、７０〜１５０ｋＮ／ｍであることがより好ましい。

本発明の積層板において、上記液晶ポリマー層と金属箔との接着面については、その接着面の常温における金属箔と液晶ポリマー層との１８０°層間剥離強さが０．５〜５ｋＮ／ｍ以上であることが好ましく、より好ましくは０．８〜２．０ｋＮ／ｍである。

本発明の金属張積層板は、金属箔表面の突起物のアスペクト比が大きく、且つ、突起物の高さが比較的低い金属箔を用いていることから、液晶ポリマー層と十分な接着力を確保でき、且つファインピッチ加工性や高周波領域おける信号伝送損失が小さいなどの特長を有する。本発明の金属張積層板は、特に高周波回路基板や高密度配線基板に適して使用される材料として有用である。なお、本発明においては、液晶ポリマー層の両面に金属箔を有するようにしてもよい。例えば１枚の液晶ポリマーフィルムの両面に、それぞれ１枚の金属箔を重ね合わせた状態で熱圧着することにより、金属箔／液晶ポリマーフィルム／金属箔の３層構造を有する積層板を製造することが可能である。

次に、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。なお、後述する本発明の実施例において、特にことわりのない限り、加工条件、測定（評価）条件は下記によるものである。

［突起物の形状とサイズの測定］
粗化処理により突起物が形成された金属箔をクロスセクションポリッシャにて断面加工し、断面ＳＥＭ観察を行い、観察画像にて突起物の高さＨと突起物の根本部分の幅Ｌのサイズを計測した。該突起物の高さＨと根本部分の幅Ｌは、観察画像より任意に５点以上選択し、その平均値を記録した。

［表面粗度の測定］
ＪＩＳ Ｂ ０６０１に準じて、触針式表面粗さ測定器（TENCOR社製、TENCOR P-10）を使用して、測定幅２００μｍの条件でＲｚを測定した。

［層間剥離強さ］
ＪＩＳＣ ６４７１ ８．１ 方法Ｂ（１８０°方向引き剥がし）に準じて、幅１ｍｍの金属箔を引き剥がして測定した。層間剥離強さは、金属張積層板から任意に採取した試験片３個以上を測定し、その平均値を記録した。

［フィルム厚み公差の測定］
金属張積層板から市販のエッチング液で金属箔を除去した液晶ポリマーフィルムの厚みを、ダイヤルゲージを使用して測定した。測定点数は任意の点より３０点以上測定し、測定データの平均値（Ave.）に対する標準偏差に３倍を乗じた値（３σ）の比（３σ／Ave.）を１００分率で表したものを公差とした。

［伝送損失の測定］
液晶ポリマーフィルムの両面に金属箔を設けた両面金属張積層板において、両方の金属箔に回路加工を施し、一方がグランド、他方が信号線の導体２層からなる伝送線路（マイクロストリップライン）を作製した。この伝送線路の特性インピーダンスは５０Ωとなるように回路の導体幅と導体厚みを調整した。伝送線路の設計は高周波回路設計用のソフトウェア（アジレント・テクノロジー社製、Advanced Design System）用いて行った。伝送線路の両末端には測定用に信号線・グランド２本からなる等間隔のパッドを配置した。伝送損失は、マイクロ波用ピコプローブ（GGB社製）とネットワークアナライザ（アジレント・テクノロジー社製、E8364Ｂ）を用いてＳパラメータを測定することで算出した。

（実施例１〜３）
厚さ５０μｍ、膜厚公差５．０％の液晶ポリマーフィルム（ジャパンゴアテックス株式会社製、商品名BIAC、熱変形温度300℃）の両面に対して、それぞれ厚さ１２μｍの電解銅箔１を重ね合わせ、ゴム被覆されていない金属加圧ロール間で連続熱圧着して、実施例１に係る金属張積層板を製造した。また、厚さ１２μｍの電解銅箔２及び３を用いて、上記と同様にして液晶ポリマーフィルムの両面に連続熱圧着して、実施例２及び３に係る金属張積層板を製造した。

詳しくは、上記液晶ポリマーフィルムと上記電解銅箔は、いずれも長尺のロール状のものを使用し、積層時に恒温ブース内に設置し表面温度を２４０℃（幅方向での温度差８℃以内）に設定した金属加圧ロール（直径３５０ｍｍ）を用い、４ｍ／分で圧力１２０ｋＮ／ｍの条件で連続的に熱圧着を行った。なお、金属加圧ロールには、ロールの内部に埋設した複数の発熱コイルで、加熱加圧時におけるロール幅方向の金属加圧ロール表面の外周差が生じにくいように調整可能なものを適用した。

これらの実施例で使用した電解銅箔は、いずれも液晶ポリマーフィルムに接する面が粗化処理されており、図１に示すように、表層部に形成された突起物の高さＨ、及び、突起物の根本部分の幅Ｌに対する突起物の高さＨの比（Ｈ／Ｌ、アスペクト比）は、それぞれ表１に示すとおりであった。また、粗化処理された面の表面粗さＲｚは表１に示すとおりであった。得られた金属張積層板の評価結果について、あわせて表１に示す。

（比較例１〜４）
厚さ１２μｍの電解銅箔であって、粗化処理によって形成された突起物が表１に示すようなアスペクト比（Ｈ／Ｌ）と高さＨを有し、かつ、表面粗さＲｚを持つ電解銅箔を使用した以外は、実施例１と同様にして金属張積層板を製造し、評価した。

本発明の金属張積層板は、特性インピーダンス整合性に優れ、伝送損失が低いことを特長とする回路基板材料であり、特に高周波回路基板に適して使用される材料として有用である。また、従来より課題であった低誘電材料に対して密着強度(層間密着強度)が高く、信頼性の高い基板を提供することができ、種種の電子回路産業での利用が可能である。

【０００３】
課題を解決するための手段
［００１１］
本発明者らは、上記目的を達成すべく、液晶ポリマーを誘電体層とした金属張積層板において、液晶ポリマー層に厚み公差の小さいフィルムを用いること、且つ、金属箔の表面凹凸形状を小さくすることで、高周波領域における特性インピーダンス整合と低伝送損失を両立した回路基板が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
［００１２］
すなわち、本発明の要旨は、次のとおりである。
（１）液晶ポリマー層を形成する液晶ポリマーフィルムの片面又は両面に金属箔を有する金属張積層板において、金属箔は、液晶ポリマー層と接する面が粗化処理されて表層部に突起物を有し、該突起物の根本部分の幅Ｌに対する突起物の高さＨの比で表されるアスペクト比（Ｈ／Ｌ）が３〜２０の範囲であると共に、突起物の高さが０．１〜２μｍの範囲であり、液晶ポリマー層は、１０〜２００μｍの厚さを有して、膜厚公差が６％未満であることを特徴とする金属張積層板。
（２）粗化処理が施されている金属箔の面の表面粗さＲｚが０．３μｍ以上２．５μｍ未満である（１）に記載の金属張積層板。
（３）液晶ポリマー層を形成する液晶ポリマーフィルムと金属箔とを、一対の金属加圧ロール間で加熱圧着して得られたものである（１）又は（２）記載の金属張積層板。
（４）液晶ポリマーフィルムの熱変形温度が２６０〜３５０℃の範囲にある（３）記載の金属張積層板。
（５）常温における金属箔と液晶ポリマー層との１８０°層間剥離強さが０．５〜５ｋＮ／ｍである（１）〜（４）のいずれかに記載の金属張積層板。
発明の効果
［００１３］
本発明の金属張積層板によれば、高周波領域における特性インピーダンス整合と低伝送損失を両立でき、液晶ポリマー層と金属箔との層間密着性に優れ、高周波用回路に要求される品質を満たすことができる。
図面の簡単な説明
［００１４］
［図１］図１は、本発明に用いられている粗化処理された金属箔表層部の突起物

Claims (5)

1. 液晶ポリマー層の片面又は両面に金属箔を有する金属張積層板において、金属箔は、液晶ポリマー層と接する面が粗化処理されて表層部に突起物を有し、該突起物の根本部分の幅Ｌに対する突起物の高さＨの比で表されるアスペクト比（Ｈ／Ｌ）が３〜２０の範囲であると共に、突起物の高さが０．１〜２μｍの範囲であり、液晶ポリマー層は、１０〜２００μｍの厚さを有して、膜厚公差が６％未満であることを特徴とする金属張積層板。
2. 粗化処理が施されている金属箔の面の表面粗さＲｚが０．３μｍ以上２．５μｍ未満である請求項１に記載の金属張積層板。
3. 液晶ポリマー層を形成する液晶ポリマーフィルムと金属箔とを、一対の金属加圧ロール間で加熱圧着して得られたものである請求項１又は２記載の金属張積層板。
4. 液晶ポリマーフィルムの熱変形温度が２６０〜３５０℃の範囲にある請求項３記載の金属張積層板。
5. 常温における金属箔と液晶ポリマー層との１８０°層間剥離強さが０．５〜５ｋＮ／ｍである請求項１〜４のいずれかに記載の金属張積層板。

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