KR101099400B1 - 플렉시블 다층 배선판 - Google Patents

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시게히로 나카무라
도시히코 이토
마사요시 죠멘
요이치로 만세이
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히다치 가세고교 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은, 박형화가 용이하면서도 반복적인 굴곡 및 열충격에 대해서도 충분한 내구성을 가지는 플렉시블 다층 배선판을 제공하는 것을 목적으로 한다. 바람직한 플렉시블 다층 배선판은, 절연층의 양면에 내층 배선이 형성된 가요성을 가진 내층 기판, 상기 내층 기판의 적어도 한쪽에 배치된 외층 배선, 및 상기 내층 기판과 상기 외층 배선 사이에 개재된 절연 접착 시트를 구비한다. 상기 절연 접착 시트 중의 적어도 하나는 이미드기 함유 폴리머로 이루어지는 것이다.
플렉시블 다층 배선판, 폴리아미드이미드, 절연 접착층, 반복 굴곡 성능, 층간 접속 신뢰성

Description

플렉시블 다층 배선판{FLEXIBLE MULTILAYER WIRING BOARD}
본 발명은 플렉시블(flexible) 다층 배선판, 특히 가요성을 가지고 연속 절곡(折曲)이 가능한 플렉시블부와, 부품 실장이 가능한 리지드(rigid)부를 가지는 플렉시블 다층 배선판에 관한 것이다.
각종 전자 기기는, 소형화 및 경량화가 급속히 진행되고 있고, 이에 수반하여 전자 기기에 탑재되는 전자 부품의 탑재 밀도도 높아지고 있다. 이러한 추세에 대응하기 위해서 전자 부품 및 그것을 구성하는 재료 등에 요구되는 특성도 다양해지고 있다.
예를 들면, 전자 기기의 소형화, 박형화에 대응하기 위해서, 전자 부품의 일례인 인쇄 배선판에는 박형화가 요구되고 있다. 박형화의 요구에 대응하기 위해서는, 예를 들면, 다층 인쇄회로 기판의 경우, 기판의 총 두께를 얇게 할 필요가 있다. 이것은 기판 부분을 형성하는 프리프레그(prepreg)의 두께를 얇게 함으로써 달성하는 것을 생각할 수 있다.
그러나, 통상 프리프레그는 유리 크로스에 에폭시 수지 등의 열경화성 수지를 함침시킨 것이기 때문에, 두께를 얇게 하는 데에는 제조기술 측면에서 한계가 있다. 그래도, 플렉시블의 두께를 얇게 하면, 절연저항 및 마이그레이 션(migration) 내성 등의 전기 특성이 저하되기 쉬운 경향이 있다. 또한, 프리프레그를 박형화하고자 하면, 그것의 두께가 불균일해지기 쉽다는 문제도 있다.
한편, 인쇄 배선판으로서는, 신호의 고속화에 대응할 수 있을 뿐 아니라, 전자 기기 내로의 설치의 자유도도 높은 것을 특징으로 하는 플렉시블 다층 배선판(FPC 다층 배선판) 및 리지드 플렉시블 인쇄 배선판의 수요도 높아지고 있다. 특히, 전자의 플렉시블 다층 배선판은, 기재 등을 구성하는 절연층이 필름에 의해 형성되어 있으므로, 그의 총 두께의 박형화가 비교적 용이하다.
그래서, 하기 특허 문헌 1에는, 리지드 기재로 이루어지는 내층재에 플렉시블 기재로 이루어지는 다층재를 적층한 다층 회로 기판이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 다층 회로 기판의 경우, 총 두께의 박형화는 가능하지만, 가요성을 가지는 부위를 가지고 있지 않으므로, 설치의 자유도를 충분히 얻을 수는 없다.
이에 반해, 하기 특허 문헌 2에는, 설치의 자유도를 높일 수 있는 다층 회로 기판으로서, 가요성을 가지는 절연층에 복수의 도전층이 형성된 내층 기재로 이루어지는 케이블부와, 외층 기판이 내층 기판의 표면에 적층된 외층 배선부를 가지는 플렉시블 다층 배선판이 기재되어 있다.
특허 문헌 1: 일본 특개평5-041580호 공보
특허 문헌 2: 일본 특개 2006-196762호 공보
발명이 해결하고자 하는 과제
최근, 전자 기기에 탑재되는 인쇄 배선판에는, 박형화가 더욱 요구되고 있다. 그러나, 전술한 종래의 플렉시블 다층 배선판의 경우, 특히 케이블 부분이 외부에 드러나게 되므로, 그 영향을 피하기 위해서 충분히 보호할 필요가 있고, 그에 따라 더욱 박형화가 곤란한 경향이 있었다. 또, 케이블 부분의 박형화를 실시한 경우에는, 보호가 불충분해지기 때문에, 반복 굴곡(屈曲)에 의한 열화 및 외부의 열에 노출됨으로 인한 열화에 의해 단선이 생기기 쉬워지는 경향이 있었다.
그래서, 본 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 박형화가 용이하면서도 반복적인 굴곡 및 열충격에 대해서도 충분한 내구성을 가지는 플렉시블 다층 배선판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 플렉시블 다층 배선판은 절연층의 양면에 내층 배선이 형성된 가요성을 가진 내층 기판, 내층 기판의 적어도 한쪽에 배치된 외층 배선, 및 내층 기판과 외층 배선 사이에 개재된 절연 접착 시트를 구비하고, 절연 접착 시트 중의 적어도 하나는 이미드기 함유 폴리머로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명의 플렉시블 다층 배선판은, 내층 기판으로 이루어지고 외층 배선을 갖지 않는 플렉시블 부분과, 내층 기판 및 외층 배선을 가지는 리지드 부분을 가지고, 주로 플렉시블 부분에서 구부러진 구조를 가질 수 있다. 이와 같은 구조에 있어서, 절연 접착 시트는 플렉시블 부분 및 리지드 부분에 위치하는 내층 기판의 거의 전면(全面)을 덮도록 형성되어 있고, 리지드 부분에서는 외층 배선과의 접착층으로서 기능할 수 있다.
여기서, 본 발명의 플렉시블 다층 배선판에서의 절연 접착 시트는 이미드기 함유 폴리머로 이루어지는 구성으로 되어 있기 때문에, 종래의 에폭시 수지 등으로 이루어지는 접착층과 비교해서, 굴곡에 의한 열화의 정도가 매우 작은 것이다. 또한, 이 절연 접착 시트는 종래의 접착층에 비해 열에 의한 열화도 일어나기 어려운 것이다. 따라서, 예를 들면, 본 발명의 플렉시블 다층 배선판을 플렉시블 부분에서 반복적으로 굴곡시키거나, 플렉시블 부분에 열충격이 가해진 경우에도 이 부분에서의 절연 접착 시트의 파단 등에 의한 단선은 일어나기 어렵다.
또한, 절연 접착 시트는 상기와 같은 특성을 가지고 있으므로, 플렉시블 부분에서, 보호층을 별도로 설치하지 않아도 그 자체가 충분히 내층 기판을 보호할 수 있다. 따라서, 플렉시블 부분의 내층 기판을 보호하기 위해 보호층 등을 추가로 설치할 필요가 없고, 플렉시블 다층 배선판의 총 두께의 박형화도 용이하다.
즉, 본 발명의 플렉시블 다층 배선판은, 상기와 같은 절연 접착 시트를 구비함으로써, 내층 기판을 가지고 외층 배선을 갖지 않은 플렉시블 부분과, 내층 기판 및 외층 배선을 가지는 리지드 부분을 가지고 있고, 절연 접착 시트는, 내층 기판의 적어도 외층 배선이 형성되어 있는 쪽의 플렉시블 부분 및 리지드 부분의 양쪽을 덮도록 형성되어 있고, 플렉시블부에 있어서는 내층 기판이 절연 접착 시트만으로 덮여 있는 것을 특징으로 하는 구성을 가질 수 있다.
상기 본 발명의 플렉시블 다층 배선판은, 내층 기판을 가지는 내층 배선 및 외층 배선은 각각 동박(銅箔)으로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 동박으로 이루어지는 내층 배선 또는 외층 배선은 양호한 유연성을 가지고 있으므로, 플렉시블 다층 배선판의 굴곡에 의한 단선 등이 일어나기 어려운 것이다.
발명의 효과
본 발명의 플렉시블 다층 배선판은, 이미드기 함유 폴리머로 이루어지는 절연 접착 시트를 가지고 있으므로, 박형화가 용이할 뿐 아니라, 반복적인 굴곡 및 열충격에 대해서도 충분한 내구성을 가지는 것에 그 특성이 있다.
도 1은 바람직한 실시예의 플렉시블 다층 배선판의 단면 구조를 나타내는 모식도이다.
도 2는 플렉시블 다층 배선판의 제조 방법의 일례를 나타내는 공정도이다.
부호의 설명
2 … 절연층, 4 … 내층 배선, 10 … 내층 기판, 20 … 절연 접착층, 30 … 외층 배선, 40 … 표면 레지스트층, F … 플렉시블 부분, R … 리지드 부분.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다. 한편, 도면의 설명에 있어서는, 동일한 요소에는 동일한 부호를 사용하고 중복되는 설명은 생략한다.
(플렉시블 다층 배선판)
도 1은 바람직한 실시예의 플렉시블 다층 배선판의 단면 구성을 나타내는 모식도이다. 도 1에 나타내는 플렉시블 다층 배선판(100)은 내층 기판(10), 이 내층 기판(10)의 양측에 절연 접착층(20)을 통해 접착된 외층 배선(30) 및 외층 배 선(30)의 바깥 쪽을 각각 피복하는 표면 레지스트층(40)을 가진다.
플렉시블 다층 배선판(100)에 있어서, 외층 배선(30)(및 표면 레지스트층(40)은 내층 기판(10) 상에 부분적으로 형성되어 있고, 외층 배선(30)이 형성되지 않은 영역 및 외층 배선(30)이 형성되어 있는 영역이, 각각 플렉시블 부분(F) 및 리지드 부분(R)으로 되어 있다. 플렉시블 다층 배선판(100)은 플렉시블 부분(F)에서 주로 굴곡을 가지지만, 리지드 부분(R)에서 굴곡을 가질 수도 있다.
한편, 도면에서는 발명을 쉽게 이해하도록 하기 위해, 내층 배선(4) 및 외층 배선(30)이 각각 층상의 단면 구조를 가지고 있는 것으로 표시되어 있지만, 실제로는 이것들이 평면적으로 소정의 패턴 형상을 가지고 있으므로, 도시된 바와 같은 단면 형상으로 되어 있지 않은 경우도 있다. 본 실시예에 있어서는 편의상 주로 외층 배선이 형성되지 않고 불연속으로 되어 있는 영역을 플렉시블 부분(F)으로 하고, 주로 외층 배선(R)이 연속적으로 형성되어 있는 영역을 리지드 부분(R)으로 한다.
플렉시블 다층 배선판에서의 내층 기판(10)은 절연층(2)의 양면에 내층 배선(4)이 형성된 구성을 가지고, 전체로서 용이하게 굴곡 가능한 가요성을 가지고 있다. 이 내층 기판(10)에 있어서, 절연층(2)은 가요성을 가지는 절연성 수지 재료로 형성된다. 절연층(2)으로서는 폴리이미드로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 내층 배선(4)은 통상 도체 패턴에 적용되는 금속 등의 도전 재료로 구성된다. 내층 기판(10)의 가요성을 양호하게 얻는 관점에서는 내층 배선(4)은 동박으로 이루어지는 것이 바람직하다.
절연 접착층(20)은 내층 기판(10)의 양면의 전영역을 덮도록 형성되어 있다. 이 절연 접착층(20)은 플렉시블 부분(F)에 있어서는 내층 기판(10)을 보호하는 보호층으로서 기능하고, 리지드 부분(R)에 있어서는 내층 기판(10)과 외층 배선(30)을 접착하기 위한 접착층으로서 기능한다. 이 절연 접착층(20)은 이미드기 함유 폴리머로 이루어지는 절연 접착 시트로 구성되고, 특히, 반복 단위에 이미드기 및 아미드기를 가지고 있는 폴리아미드이미드로 이루어지는 것이 바람직하다. 절연 접착층(20)을 구성하는 이미드기 함유 폴리머에 대해서는 뒤에 상세히 설명한다.
외층 배선(30)은 플렉시블 다층 배선판(100)의 리지드 부분(R)에 주로 형성되어 있고, 절연 접착층(20)을 통해 내층 기판(10)과 접착되어 있다. 이 외층 배선(30)도 내층 배선(4)과 마찬가지로, 통상 도체 패턴에 적용되는 금속 등의 도전 재료로 구성되고, 동박으로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 표면 레지스트층(40)은 외층 배선(30)을 덮도록 형성되어 있고, 이것에 의해 외층 배선(30)을 보호하는 기능을 발휘한다. 표면 레지스트층(40)은 특히 한정되지 않고, 예를 들면 절연성을 가지는 수지 재료로 구성되고, 감광성 및 절연성을 가지는 에폭시계 수지막으로 이루어지는 것이면, 우수한 보호 특성이 얻어지므로 바람직하다.
이하, 전술한 구성을 가지는 플렉시블 다층 배선판(100)에 있어서, 절연 접착층(20)은 이미드기 함유 폴리머로 이루어지는 절연 접착 시트로 구성된다. 이하, 이 절연 접착 시트를 구성하는 이미드기 함유 폴리머의 바람직한 예에 대해 설명한다.
이미드기 함유 폴리머는, 그 폴리머를 구성하고 있는 반복 구조 중에 적어도 하나의 이미드기를 가지는 폴리머로서, 폴리이미드 또는 폴리아미드이미드를 들 수 있다. 이러한 이미드기 함유 폴리머로서는, 유리 전이 온도가 100∼260℃인 것이, 내층 기판(10)의 보호 특성 및 내층 기판(10)과 외층 배선(30)의 접착성을 높일 수 있으므로 바람직하다.
이미드기 함유 폴리머로서는, 특히 폴리아미드이미드가 바람직하다. 폴리아미드이미드로서는, 예를 들면 하기 일반식(1a)으로 표시되는 디이미드카르복시산, 하기 일반식(1b)으로 표시되는 디이미드카르복시산, 하기 일반식(1c)으로 표시되는 디이미드카르복시산을 포함하는 디이미드카르복시산 혼합물과, 하기 화학식(2a), (2b), (2c), (2d) 또는 (2e)로 표시되는 방향족 디이소시아네이트를 반응시켜 얻어지는 것이 바람직하다.
Figure 112009050933160-pct00001
식(1a)에서, Z1은 하기 일반식(11), (12), (13), (14), (15), (16), (17) 또 는 (18)로 표시되는 2가의 유기기를 나타내고, 식(1b)에서, Z2는 하기 일반식(21), (22), (23), (24), (25), (26) 또는 (27)로 표시되는 2가의 유기기를 나타내고, 식(1c)에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 2가의 유기기를 나타내고, R3, F4, F5, 및 F6는 각각 독립적으로 탄소수 1∼20의 알킬기 또는 탄소수 6∼18의 아릴기를 나타내고, n1은 1∼50의 정수를 나타낸다.
Figure 112009050933160-pct00002
식(23)에서, X1은 탄소수 1∼3의 지방족 탄화수소기, 탄소수 1∼3의 할로겐화 지방족 탄화수소기, 설포닐기, 옥시기, 카르보닐기 또는 단결합을 나타내고, R7, R8 및 R9은 각각 독립적으로 수소 원자, 수산기, 메톡시기, 메틸기 또는 할로겐화 메틸기를 나타내고, 식(24)에서, X2는 탄소수 1∼3의 지방족 탄화수소기, 탄소수 1∼3의 할로겐화 지방족 탄화수소기, 설포닐기, 옥시기 또는 카르보닐기를 나타내고, 식(25)에서, X3는 탄소수 1∼3의 지방족 탄화수소기, 탄소수 1∼3의 할로겐화 지방족 탄화수소기, 설포닐기, 옥시기, 카르보닐기 또는 단결합을 나타내고, 식(27)에서, R10은 알킬렌기를 나타내고, n2는 1∼70의 정수를 나타낸다.
상기 디이미드디카르복시산 혼합물은, 예를 들면 하기 일반식(3a)로 표시되는 디아민, 하기 일반식(3b)로 표시되는 디아민, 및 하기 일반식(3c)로 표시되는 디아민을 포함하는 디아민 혼합물과, 트리멜리트산 무수물을 반응시켜 얻어진다. 한편, 하기 일반식(3a), (3b), (3c)에서의 Z1, Z2, R1∼R6는 각각 전술한 것들의 부호와 동일하다.
Figure 112009050933160-pct00003
상기 일반식(3a)로 표시되는 디아민은, 방향환을 3개 이상 가지는 디아민이다. 그것의 구체예로는, 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]프로판(이하, "BAPP"로 줄임), 비스[4-(3-아미노페녹시)페닐]술폰, 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]헥사플루오로프로판, 비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]메탄, 4,4'-비스(4-아미노페녹시)비 페닐, 비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]에테르, 비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]케톤, 1,3-비스(4-아미노페녹시)벤젠, 1,4-비스(4-아미노페녹시)벤젠 등을 들 수 있다. 이것들은 단독으로, 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다. 이것들 중에서도, 폴리아미드이미드의 특성 밸런스를 유지하는 관점 및 코스트 절감의 관점에서 BAPP가 특히 바람직하다.
상기 일반식(3b)로 표시되는 디아민의 구체예로는, 폴리옥시프로필렌디아민, 폴리옥시에틸렌디아민 등의 폴리옥시알킬렌디아민, 프로필렌디아민, 헥사메틸렌디아민 등의 알킬렌디아민, 및 2,2-비스[4-(4-아미노사이클로헥실옥시)사이클로헥실]프로판, 비스[4-(3-아미노사이클로헥실옥시)사이클로헥실]술폰, 비스[4-(4-아미노사이클로헥실옥시)사이클로헥실]술폰, 2,2-비스[4-(4-아미노사이클로헥실옥시)사이클로헥실]헥사플루오로프로판, 비스[4-(4-아미노사이클로헥실옥시)사이클로헥실]메탄, 4,4'-비스(4-아미노사이클로헥실옥시)디사이클로헥실, 비스[4-(4-아미노사이클로헥실옥시)사이클로헥실]에테르, 비스[4-(4-아미노사이클로헥실옥시)사이클로헥실]케톤, 1,3-비스(4-아미노사이클로헥실옥시)벤젠, 1,4-비스(4-아미노사이클로헥실옥시)벤젠, 2,2'-디메틸비사이클로헥실-4,4'-디아민, 2,2'-비스(트리플루오로메틸)디사이클로헥실-4,4'-디아민, 2,6,2',6'-테트라메틸디사이클로헥실-4,4'-디아민, 5,5'-디메틸-2,2'-설포닐-디사이클로헥실-4,4'-디아민, 3,3'-디하이드록시디사이클로헥실-4,4'-디아민, (4,4'-디아미노)디사이클로헥실에테르, (4,4'-디아미노)디사이클로헥실술폰, (4,4'-디아미노사이클로헥실)케톤, (3,3'-디아미노)벤조페논, (4,4'-디아미노)디사이클로헥실메탄, (4,4'-디아미노)디사이클로헥실에테르, (3,3'-디아미노)디사이클로헥실에테르, 2,2'-비스(4-아미노사이클로헥실)프로판 등의 지환식 디아민을 들 수 있다. 이것들은 단독으로, 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.
이것들 중에서도, 일반식(3b)로 표시되는 디아민으로서는, 절연 접착층(20)에 의한 접착성 및 강인성을 향상시키는 관점에서, 하기 일반식(27')로 표시되는 폴리옥시프로필렌디아민이 특히 바람직하다.
Figure 112009050933160-pct00004
[식에서, n3은 1∼70의 정수를 나타냄].
또한, 절연 접착층(20)의 접착성 및 강인성을 더욱 향상시키는 관점에서, 상기 일반식(3b)로 표시되는 디아민의 아민 당량은 50∼5000g/mol인 것이 바람직하고, 100∼2000g/mol인 것이 더욱 바람직하다.
상기 일반식(3b)로 표시되는 디아민은 시판되는 것을 입수하여 사용하는 것이 가능하다. 시판되는 것으로서는, 예를 들면, 제파민 D-230(상품명, 선테크노케미털(주)사 제조, 아민 당량 115), 제파민 D-400(상품명, 선테크노케미털(주)사 제조, 아민 당량 200), 제파민 D-2000(상품명, 선테크노케미털(주)사 제조, 아민 당량 1000), 제파민 D-4000(상품명, 선테크노케미털(주)사 제조, 아민 당량 2000)을 들 수 있다. 이것들을 단독으로, 또는 2종류 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 일반식(3c) 중의 R1 및 R2로 표시되는 2가의 유기기로서는, 예를 들면, 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기 등의 알킬렌기, 페닐렌기, 톨릴렌기, 크실릴렌기 등의 아릴렌기를 들 수 있다. 또, 상기 일반식(3c) 중의 탄소수 1∼20의 알킬기로서는, 예를 들면, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 이소펜틸기, 네오펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 노닐기, 데실기, 운데실기, 도데실기, 트리데실기, 테트라데실기, 펜타데실기, 헥사데실기, 헵타데실기, 옥타데실기, 노나데실기, 이코실기, 또는 이것들의 구조이성체를 들 수 있다. 상기 일반식(3c) 중의 탄소수 6∼18의 아릴기로서는, 예를 들면, 페닐기, 나프틸기, 안트릴기 또는 페난트릴기를 들 수 있고, 또한, 할로겐 원자, 아민기, 니트로기, 시아노기, 메르캅토기, 알릴기 및 탄소수 1∼20의 알킬기 등으로 치환되어 있을 수도 있다.
상기 일반식(3c)로 표시되는 디아민으로는, 시판되는 것을 입수하여 사용하는 것이 가능하다. 시판되는 것으로서는, 아미노 변성 실리콘 오일인 X-22-161AS(상품명, 신에쓰가가쿠고교(株)사 제조, 아민 당량 450), X-22-161A(상품명, 신에쓰가가쿠고교(株)사 제조, 아민 당량 840), X-22-161B(상품명, 신에쓰가가쿠고교(株)사 제조, 아민 당량 1500), BY16-853(상품명, 도레이 다우코팅실리콘(株)사 제조, 아민 당량 650), BY16-853B(상품명, 도레이 다우코팅실리콘(株)사 제조, 아민 당량 2200)를 들 수 있다. 이것들은 단독으로, 또는 2종류 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
절연 접착층(20)의 접착성을 향상시키는 관점에서는, 상기 일반식(3c)로 표시되는 디아민의 아민 당량은 400∼1500g/mol인 것이 바람직하고, 600∼1100g/mol 인 것이 보다 바람직하고, 700∼900g/mol인 것이 더욱 바람직하다. 이러한 관점에서, 예를 들면, X-22-161A(상품명, 신에쓰가가쿠고교(株)사 제조, 아민 당량 840), X-22-161B(상품명, 신에쓰가가쿠고교(株)사 제조, 아민 당량 1500)가 특히 적합하다.
한편, 상기 디이미드디카르복시산 혼합물과 반응시키는 방향족 디이소시아네이트로서는, 예를 들면, 이하에 기재하는 것을 들 수 있다. 즉, 상기 화학식(2a)로 표시되는 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트(이하, "MDI"로 약칭함), 상기 화학식(2b)로 표시되는 2,4-톨릴렌디이소시아네이트, 상기 화학식(2c)로 표시되는 2,6-톨릴렌디이오시아네이트(이하, 상기 화학식(2b) 또는 (2c)로 표시되는 디이소시아네이트를 "TDI"로 약칭함), 상기 화학식(2d)로 표시되는 2,4-톨릴렌다이머, 상기 화학식(2e)로 표시되는 나프탈렌-1,5-디이소시아네이트를 예시할 수 있다. 이것들은 단독으로, 또는 2종류 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
이것들 중에서, 절연 접착층(20)에 적당한 가요성을 부여하거나, 또는 상기 접착층(20)의 결정화를 방지하는 관점에서는, MDI가 바람직하다. 한편, 폴리아미드이미드의 제조 시에는, 방향족 디이소시아네이트에 추가하여, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트 등의 지방족 디이소시아네이트를 함유시켜도 된다. 절연 접착층(20)의 내열성을 향상시키는 관점에서는, 방향족 디이소시아네이트 100몰에 대해 방향족 디이소시아네이트를 5∼10몰 정도 사용하는 것이 바람직하다.
절연 접착층(20)을 구성하는 폴리아미드이미드는 전술한 원료로부터, 예를 들면 이하에 기재하는 제조 방법에 의해 적합하게 제조할 수 있다. 즉, 우선 상기 일반식(3a), (3b) 및 (3c)로 각각 표시되는 디아민을 포함하는 디아민 혼합물과, 트리멜리트산 무수물(이하, "TMA"라 함)을 혼합하고, 이것에 추가로 비양성자성 극성 용매를 가한다.
이때, 디아민 혼합물의 합게량을 100몰로 한 경우, 각 디아민의 혼합비는 각각 (3a)/(3b)/(3c)로 표시하여, (0.0∼70.0)몰/(10.0∼70.0)몰/(10.0∼50.0)몰인 것이 바람직하고, (0.0∼65.0)몰/(20.0∼60.0)몰/(10.0∼40.0)몰인 것이 보다 바람직하다. 디아민이 상기 혼합비로 혼합되지 않을 경우, 절연 접착층(20)에 휨이 발생되기 쉬워지거나, 또는 얻어지는 폴리아미드이미드의 분자량의 저하가 일어나서, 절연 접착층(20)의 접착성 및 강인성이 저하될 우려가 있다.
TMA의 배합량은 디아민 혼합물 1몰에 대해 2.05∼2.20몰인 것이 바람직하고, 2.10∼2.15몰인 것이 보다 바람직하다. TMA배합량이 이러한 범위가 아닐 경우, 반응 후에 아민 혼합물 또는 TMA가 잔존하여, 얻어지는 폴리아미드이미드의 분자량이 저하되는 경향이 있다.
비양성자성 극성 용매는 디아민 혼합물 및 TMA와 반응하지 않는 유기 용매인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들면, 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드, 디메틸설폭사이드, N-메틸-2-피롤리돈, γ-부티로락톤, 설폴란 또는 사이클로헥사논을 들 수 있다. 이것들은 단독으로, 또는 2종류 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 반응은 고온 조건에서 실행되는 경우가 많고, 이것들 중에서도 비점이 높은 N-메틸-2-피롤리돈이 적합하게 사용된다. 폴리아미드이미드는 이러한 유기 용제에 용해되는 것이 바람직하다.
비양성자성 극성 용매의 사용량은, 디아민 혼합물 및 TMA의 총량 100중량부에 대해, 10∼80중량부인 것이 바람직하고, 50∼80중량부인 것이 보다 바람직하다. 이 사용량이 10중량부 미만이면 TMA가 충분히 용해되지 않고 디이미드디카르복시산의 생성이 불리해지는 경향이 있다. 또, 비양성자성 극성 용매 중에 포함되는 수분량은 0.1∼0.2중량부인 것이 바람직하다. 수분량이 0.2중량부를 초과하면 TMA가 수화되어 얻어지는 트리멜리트산의 존재에 따라서 반응이 충분히 진행되지 않고, 폴리아미드이미드의 분자량이 저하되는 경향이 있다.
다음으로, 상기 원료를 혼합한 반응 혼합액을 50∼90℃로 가열하면서, 0.2∼1.5시간에 걸쳐 디아민 혼합물과 TMA를 반응시킨다. 또한, 반응 후의 용액에 물과 공비할 수 있는 방향족 탄화수소를, 비양성자성 극성 용매에 대해 0.1∼0.5질량비로 투입하고, 이것을 120∼180℃로 가열한다. 물과 공비할 수 있는 방향족 탄화수소로서는, 예를 들면, 톨루엔 또는 크실렌 등을 들 수 있다. 이것들 중에서도, 비점이 비교적 낮고 유해성이 없는 톨루엔을 사용하는 것이 바람직하다. 이렇게 해서, 상기 일반식(1a)∼(1c)로 표시되는 디이미드디카르복시산을 함유하는 디이미드카르복시산 혼합물을 얻을 수 있다.
그 후, 디이미드디카르복시산 혼합물을 포함하는 혼합액에, 방향족 디이소시아네이트를 가하고, 이 용액을 150∼250℃로 가열하면서, 0.5∼3시간에 걸쳐 반응시킴으로써 폴리아미드이미드를 형성한다.
방향족 디이소시아네이트의 배합량은 디이미드디카르복시산 혼합물 1몰에 대 해 1.05∼1.50몰인 것이 바람직하고, 1.1∼1.3몰인 것이 보다 바람직하다. 이 몰비가 1.05 미만이면 폴리아미드이미드가 겔상으로 되는 경향이 있고, 0.50을 초과하면 얻어지는 폴리아미드이미드의 분자량이 저하되는 경향이 있다.
이렇게 해서 얻어지는 폴리아미드이미드의 중량평균 분자량은, 30,000∼300,000인 것이 바람직하고, 40,000∼200,000인 것이 보다 바람직하고, 50,000∼100,000인 것이 더욱 바람직하다. 중량평균 분자량이 30,000 미만이면 절연 접착층(20)의 강도나 가요성이 저하될 우려가 있다. 한편, 300,000을 초과하면, 절연 접착층(20)의 가요성 및 접착성이 저하되는 경향이 있다. 한편, 여기서 말하는 중량평균 분자량은 겔 투과 크로마토그래피법에 의해 측정되고, 표준 폴리스티렌을 사용하여 제조한 검량선에 의해 환산된 것이다.
플렉시블 다층 배선판(100)에서의 절연 접착층(20)이, 전술한 바와 같은 폴리아미드이미드로 구성되는 경우, 이 절연 접착층(20)은 우수한 접착성을 가지며, 굴곡에 의한 열화도 일어나기 어려워진다. 또한, 내열성도 우수하여, 열에 의한 열화도 일어나기 어려운 것으로 된다. 따라서, 이러한 절연 접착층(20)을 구비하는 플렉시블 다층 배선판(100)은 플렉시블 부분(F)에서, 내층 기판(10)이 절연 접착층(20)에 의해 충분히 보호되기 때문에, 별도의 보호층을 설치할 필요가 없고, 박형화가 용이하다. 또한, 플렉시블 부분(F)이 반복적으로 굴곡된 경우에도, 절연 접착층(20)의 열화가 적기 때문에, 이 부분에서의 단선 등이 생기기 매우 어렵고, 우수한 접속 신뢰성을 얻을 수 있다. 또한, 리지드 부분(R)에 있어서는, 내층 기판(10)과 외층 배선(30)이 절연 접착층(20)에 의해 양호하게 접착된다.
또한, 전술한 폴리아미드이미드는 정전기 내성도 우수하다는 특성을 아울러 가지기 때문에, 이 폴리아미드이미드로 이루어지는 절연 접착층(20)을 구비하는 플렉시블 다층 배선판은, 절연 저항성, 열전도성, 전압 변화율 등이 우수하다고 하는 특성도 가지는 인쇄 배선판이 된다.
(플렉시블 다층 배선판의 제조 방법)
다음으로, 전술한 바람직한 실시예의 플렉시블 다층 배선판의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 2는 플렉시블 다층 배선판의 제조 공정의 일례를 모식적으로 나타내는 공정도이다. 플렉시블 다층 배선판의 제조에 있어서는, 우선 폴리이미드 등으로 이루어지는 절연층(2)을 준비한다. 이 절연층(2)의 양면에 동박을 붙인 후, 포토리소그래피법 등의 공지된 방법에 의해 동박을 패터닝하여 내층 배선(4)을 형성하고, 양면에 동이 부착된 플렉시블 회로 기판인 내층 기판(10)을 얻는다(도 2(a)).
다음으로, 도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 내층 기판(10)의 양측의 표면 상에 절연 접착층(20)을 형성한다. 절연 접착층(20)은 이미드기 함유 폴리머로 이루어지는 절연 접착 시트를 형성하고, 이것을 내층 기판(10)과 접합시킴으로써 형성할 수 있다. 절연 접착 시트는, 예를 들면, 이미드기 함유 폴리머를 용매로 용해하거나 분산시킨 용액으로 만들고, 이것을 소정의 지지체 상에 도포하고, 건조한 후, 지지체를 박리함으로써 형성할 수 있다.
또한, 절연 접착층(20)의 표면 상에 동박(32)을 붙인 후(도 2(c)), 이 동박(32)의 표면 상에 외층 배선(30)의 패턴 형상에 대응한 형상을 가지는 표면 레지 스트층(40)을 형성한다(도 2(d)). 표면 레지스트층(40)을 마스크로 하여 동박(32)의 에칭 등을 실행함으로써, 표면 레지스트층(40)이 형성되지 않은 영역의 동박(32)을 제거한다(도 2(e)). 이렇게 해서, 동박(32)으로부터 소정의 회로 패턴을 가지는 외측 배선(30)이 형성됨과 아울러, 플렉시블 부분(F)의 동박이 제거되고, 이 부분의 절연 접착층(20)이 표면에 노출된다. 한편, 도면에서 점선으로 표시된 영역은 에칭에 의해 제거되는 영역을 나타낸다.
필요에 따라서는, 외부 배선(30)에 있어서 전극부로서 노출되어 있는 부분 등에 부식 방지 처리나 솔더 도금, 금 도금 등의 표면 처리를 실시함으로써(도시되지 않음), 도 1에 나타낸 구조를 가지는 플렉시블 다층 배선판(100)을 얻을 수 있다.
이와 같은 제조 방법에 의하면, 리지드 부분(R)에 있어서, 내층 기판(10)의 양측에 외층 배선(300이 절연 접착층(20)을 통해 적층됨과 아울러, 플렉시블 부분(F)에 있어서는, 내층 기판(10)이 절연 접착층(20)에 의해서만 커버되어 있는 플렉시블 다층 배선판(100)을 용이하게 얻을 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플렉시블 다층 배선판 및 그의 제조 방법에 대해 설명했지만, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 적절히 변경할 수 있다.
예를 들면, 전술한 실시예에서는, 절연 접착층(20)이 내층 기판(10)의 전체면을 커버하는 구성으로 되어 있지만, 절연 접착층(20)은 플렉시블 다층 배선판의 적어도 플렉시블 부분(F) 및 리지드 부분(R)에 형성되면 되고, 예를 들면, 내층 기 판이 외부와의 접속용 리드부 등을 형성하는 경우 등에는, 그 부분에는 절연 접착층(20)이 형성되어 있지 않아도 된다. 또한, 절연 접착층(20)은 내층 배선(4)과 외층 배선(30)을 접속하기 위한 구멍 등을 부분적으로 가지고 있을 수도 있다.
전술한 플렉시블 다층 배선판(100)은 내층 기판(10)의 양측에 외층 배선(30)이 각각 1층씩 설치된 구성으로 되어 있지만, 외층 배선(30)은 각각 복수개의 층으로 형성될 수도 있다. 또한, 외층 배선(30)은 내층 기판(10)의 양면이 아니고, 한쪽에만 형성되어 있을 수도 있지만, 이 경우에 외층 배선(30)은 적어도 2층 이상 설치되어 있는 것이 바람직하다.
상기와 같이, 내층 기판(10)의 한쪽에 2층 이상의 외층 배선(30)이 배치되는 경우에는, 외층 배선(30)끼리는 절연성을 가지는 접착층을 통해 접착되지만, 이러한 접착층으로서도 전술한 절연 접착층(20)이 적합하다. 또, 내층 기판(10)의 절연층(2)도 절연 접착층(20)에 의해 구성될 수도 있다.
또한, 전술한 플렉시블 다층 배선판(100)의 제조 방법에서는, 내층 기판(10)의 표면 상에 절연 접착층(20)을 형성한 후, 외층 배선(30)을 형성했지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들면, 외층 배선(30)을 미리 형성해 두고, 이것을 절연 접착층(20)의 형성을 위한 절연 접착 시트를 통해 내층 기판(10)과 접합시키도록 해도 된다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예에 의해 보다 상세히 설명하는데, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[플렉시블 다층 배선판의 제조]
(실시예 1)
내층 기판으로서 플렉시블 회로 기판을 사용하고, 전술한 실시예의 방법에 따라서 내층 기판에 이미드기 함유 폴리머로 이루어지는 절연 접착 시트를 통해 전해 동박으로 만들어지는 외층 배선을 접합시키는 공정을 행하고, 도 1에 나타내는 바와 같은 구조를 가진 플렉시블 다층 배선판을 얻었다. 이 제조 방법에서 사용한 재료는 다음과 같다.
내층 기판: 양면 동 부착 플렉시블 기판
(절연층: 폴리이미드 필름(두께 25㎛, 상품명: 캅톤 100EN, 도레이 듀퐁(주) 제조), 내층 배선: 전해 동박(두께 12㎛, 상품명: FO-WS, 古河 써키트포일(주) 제조)
외층 배선: 전해 동박(두께 12㎛, 상품명: FO-WS, 古河 써키트포일(주) 제조)
절연 접착층: 이미드기 함유 접착 시트(두께 25㎛, 상품명: KS7003, 히다치 가세고교(株) 제조)
(비교예 1)
다음에 나타내는 각 구성 재료를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 플렉시블 다층 배선판을 제조했다.
내층 기판: 양면 동 부착 플렉시블 기판
(절연층: 폴리이미드 필름(두께 25㎛, 상품명: 캅톤 100EN, 도레이 듀퐁(주) 제조), 내층 배선: 전해 동박(두께 12㎛, 상품명: FO-WS, 古河 써키트포일(주) 제조)
외층 배선: 전해 동박(두께 12㎛, 상품명: FO-WS, 古河 써키트포일(주) 제조)
절연 접착층: 에폭시계 접착 시트(두께 80㎛, 상품명: AS-3000, 히다치 가세고교(株) 제조)
[특성 평가]
상기와 같이 해서 얻어진 실시예 1 및 비교예 1의 플렉시블 다층 배선판에 대해, 이하에 나타내는 방법에 따라서 반복 굴곡 성능, 층간 접속신뢰성, 배선 자유도 및 표면 회로 밀도에 대해 각각 평가했다. 얻어진 결과를 표 1에 나타낸다.
(반복 굴곡 성능 시험)
각 플렉시블 다층 배선판에 대해서, MIT 시험(JIS C6471 8.2에 준거)을 행했다. 한편, 이 시험에서의 절곡 초과중량은 4.9N, 절곡 각도는 135°, 절곡 반경은 R=0.8mm, 절곡 주기는 175회/분으로 했다. 절곡 부분에서 단선이 생길 때까지의 절곡 회수를 측정했다. 얻어진 결과를 표 1에 나타낸다. 표 1에서, A는 절곡 회수가 1000회 이상이었던 것, B는 절곡 회수가 1000회보다 적었던 것을 각각 나타낸다. 표 1에는 이 평가와 함께 단선이 생길 때까지의 절곡 회수를 괄호 안에 표시했다.
(층간 접속신뢰성 시험)
각 플렉시블 다층 배선판에 대해, 기상(氣相) 열충격시험을 행했다. 열충격 시험은, 60분에 40℃~125℃로 온도를 변화시키는 것을 1사이클로 하고, 이것을 1000사이클 반복 처리했다. 얻어진 결과를 표 1에 나타낸다. 표 1에서, A는 1000사이클에서 단선이 없었던 것, B는 1000사이클 미만에서 단선을 일으킨 것을 각각 나타낸다. 표 1에는 이 평가와 함께 단선이 생길 때까지의 사이클수를 괄호 안에 표시했다.
[표 1]
실시예 1 비교예 1
반복 굴곡 성능 A(1200) B(800)
층간 접속 신뢰성 A(1300) B(600)
표 1로부터, 실시예 1의 플렉시블 다층 배선판은 비교예 1의 플렉시블 다층 배선판에 비해 각 특성, 특히 반복 굴곡 성능 및 층간 접속 신뢰성이 모두 우수하다는 것을 확인할 수 있었다.

Claims (4)

  1. 절연층의 양면에 내층 배선이 형성된 가요성을 가진 내층 기판,
    상기 내층 기판의 적어도 한쪽에 배치된 도전 재료로 이루어진 외층 배선, 및
    상기 내층 기판과 상기 외층 배선 사이에 개재된 절연 접착 시트
    를 구비하고,
    상기 절연 접착 시트 중의 적어도 하나는, 하기 화학식 (1a)로 표시되는 디이미드카르복시산, 하기 일반식(1b)으로 표시되는 디이미드카르복시산, 및 하기 일반식(1c)으로 표시되는 디이미드카르복시산을 포함하는 디이미드카르복시산 혼합물과, 하기 화학식(2a), (2b), (2c), (2d) 또는 (2e)로 표시되는 방향족 디이소시아네이트를 반응시켜 얻어지는 폴리아미드이미드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플렉시블(flexible) 다층 배선판.
    Figure 112011016374063-pct00007
    (식(1a)에서, Z1은 하기 일반식(11), (12), (13), (14), (15), (16), (17) 또는 (18)로 표시되는 2가의 유기기를 나타내고, 식(1b)에서, Z2는 하기 일반식(21), (22), (23), (24), (25), 또는 (26)으로 표시되는 2가의 유기기를 나타내고, 식(1c)에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 2가의 유기기를 나타내고, R3, R4, R5, 및 R6는 각각 독립적으로 탄소수 1∼20의 알킬기 또는 탄소수 6∼18의 아릴기를 나타내고, n1은 1∼50의 정수를 나타낸다.)
    Figure 112011016374063-pct00008
    (식(23)에서, X1은 탄소수 1∼3의 지방족 탄화수소기, 탄소수 1∼3의 할로겐화 지방족 탄화수소기, 설포닐기, 옥시기, 카르보닐기 또는 단결합을 나타내고, R7, R8 및 R9은 각각 독립적으로 수소 원자, 수산기, 메톡시기, 메틸기 또는 할로겐화 메틸기를 나타내고, 식(24)에서, X2는 탄소수 1∼3의 지방족 탄화수소기, 탄소수 1∼3의 할로겐화 지방족 탄화수소기, 설포닐기, 옥시기 또는 카르보닐기를 나타내고, 식(25)에서, X3는 탄소수 1∼3의 지방족 탄화수소기, 탄소수 1∼3의 할로겐화 지방족 탄화수소기, 설포닐기, 옥시기, 카르보닐기 또는 단결합을 나타낸다.)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내층 배선이 동박(銅箔)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 플렉시블 다층 배선판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 외층 배선이 동박으로 구성되는 것을 특징으로 하는 플렉시블 다층 배선판.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 내층 기판을 가지고, 상기 외층 배선을 갖지 않는 플렉시블 부분, 및 상기 내층 기판 및 상기 외층 배선을 가지는 리지드(rigid) 부분을 가지며,
    상기 절연 접착 시트는, 상기 내층 기판의 적어도 상기 외층 배선이 형성되어 있는 쪽의 상기 플렉시블 부분 및 상기 리지드 부분 모두를 커버하도록 형성되어 있고,
    상기 플렉시블 부분에 있어서는, 상기 내층 기판이 상기 절연 접착 시트에만 커버되어 있는 것을 특징으로 하는 플렉시블 다층 배선판.
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