JP2958045B2 - フレキシブルプリント回路板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ポリアミック酸混合溶液を無粗化金属箔上
に直接流延塗布し、加熱イミド化することにより、耐熱
性、耐寒性、電気特性、機械特性、耐薬品性に優れたカ
ールのないフレキシブルプリント回路板の製造方法に係
るものである。

本発明で得られたフレキシブルプリント回路板は各種
の電気、電子機器用配線基板のみならずフラットモー
タ、テープキャリヤー、フロッピーディスクヘッド、高
周波アンテナ、電磁シールド板などにも利用される。

（従来技術） 従来、フレキシブルプリント回路用基板はポリイミド
フィルムと金属箔とを、低温硬化可能な接着剤で貼合わ
せて製造したものを回路加工していた。高温硬化の接着
剤であると、熱圧着時の熱履歴により、常温に戻したと
きに、基板のカール、ネジレ、反りなどが発生し、その
後のパターニング等の作業が不可能な為である。

ところが低温硬化の接着剤を使用しても、接着剤はも
ともと耐熱性に劣るため、回路加工した回路板として耐
熱性の良いポリイミドフィルム本来の耐熱性を発揮させ
ることが出来なかった。

そこで接着剤を使用しないでフレキシブルプリント回
路用基板を製造し、回路加工する方法が検討された。例
えば米国特許3,179,634号に示されている様なピロメリ
ット酸等のテトラカルボン酸と4,4′−ジアミノジフェ
ニルエーテル等の芳香族第一級アミンとの重合により得
られたポリアミック酸溶液を銅箔に直接塗布し、次いで
加熱する事により溶媒の除去及びポリアミック酸を閉環
させて、ポリイミド銅張板を製造する方法である。

ところがこの方法では、上記反応が脱水縮合反応であ
る為に体積収縮が発生するが、そのため得られた回路基
板は、カールや、シワ、チヂレ等が発生し、場合によっ
ては金属箔と樹脂との間に剥離が生じてしまうといった
欠点があり、この方法でフレキシブルプリント回路用基
板を製造する上で大きな問題となっていた。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、これまでにかかる欠点を克服すべく鋭意検
討した結果、特定のポリアミック酸混合溶液を粗化面の
ない金属箔上に直接塗布し、硬化させる方法で製造した
フレキシブルプリント回路板が、カールやシワがなく、
接着性および強度が優れ、しかも耐熱性が非常に良好で
あるとの知見を得、本発明を完成するに至ったものであ
る。

（課題を解決するための手段） 本発明は表面粗さRaが0.3μ以下である粗化面のない
金属箔上に3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸
二無水物とパラフェニレンジアミンとを反応させて得ら
れたポリアミック酸溶液（Ａ）と、ピロメリット酸二無
水物と4,4′−ジアミノジフェニルエーテルを反応させ
て得られたポリアミック酸溶液（Ｂ）とを、モル比がA/
B＝55/45〜75/25の割合で混合して得られたポリアミッ
ク酸混合物のワニスを流延塗布し、加熱硬化させること
を特徴とするフレキシブルプリント回路板の製造方法で
ある。

（作用） 本発明によればポリアミック酸溶液を直接流延塗布
し、80℃〜350℃まで連続的に、または段階的に0.5時間
以上かけて昇温または保持加熱を行い、加熱イミド化す
ることにより、フレキシブルプリント回路板を得るが、
ポリアミック酸溶液を金属箔に流延塗布してフレキシブ
ルプリント回路用基板を得る方法は、ロータリーコータ
ー、ナイフコーター、ドクターブレード、フローコータ
ー等の公知の塗布手段で50〜1000μの均一な厚さに流延
塗布する方法がとられる。

また加熱によるポリアミック酸溶液の溶媒除去は、ポ
リイミド皮膜が形成される以前に、始めから強い加熱を
行うと、粗面となったりひきつったりするので、加熱は
低温から徐々に高くする様にした方が好ましい。例え
ば、100℃から350℃まで0.5時間以上かけて連続的に加
熱する。0.5時間未満であると膜厚にもよるが、脱溶媒
が不十分であったり、イミドの閉環が不十分で特性が発
揮されないことがある。また例えば、100℃で30分、つ
いで150℃で30分、200℃で30分、250℃で30分、300℃で
30分、350℃で30分という具合いに段階的に昇温しても
よい。加熱雰囲気も空気中でさしつかえない場合もある
が金属箔として銅箔など酸化され易い金属箔を用いる場
合は減圧下ないしは不活性ガスを流しながら非酸化性状
態下に行う方が好ましい。この様にして形成されたポリ
イミド皮膜層は一般的に10〜200μである。

本発明で用いる耐熱性樹脂は、フィルム形成能があ
り、金属箔との密着性があればよいが、つぎに示すよう
なポリイミドが最も目的にかなっている。

すなわち、テトラカルボン酸二無水物成分とジアミン
成分とを反応させるに当たり、3,3′,4,4′−ビフェニ
ルテトラカルボン酸二無水物とパラフェニレンジアミン
とを反応させて得られたポリアミック酸溶液（Ａ）と、
ピロメリット酸二無水物と4,4′−ジアミノフェニルエ
ーテルを反応させて得られたポリアミック酸溶液（Ｂ）
とを、モル比がA/B＝55/45〜75/25の割合で混合攪拌し
て得られるポリアミック酸混合溶液を加熱硬化させて得
られるポリイミドである。

本発明に言うテトラカルボン酸二無水物とは、3,3′,
4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物と、ピロ
メリット酸二無水物であるが、この他の酸、例えば2,3,
3′,4′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,
3′,4,4′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水
物、3,3′,4,4′−Ｐ−テルフェニルテトラカルボン酸
二無水物、２、３、６、７−ナフタレンテトラカルボン
酸二無水物、3,3′,4,4′−ジフェニルスルホンテトラ
カルボン酸二無水物、3,3′,4,4′−Ｐ−テルフェニル
テトラカルボン酸二無水物、4,4′−ヘキサフルオロイ
ソプロピリデンビス（フタル酸無水物）等も併用するこ
とが出来る。

本発明に言うジアミンとは、パラフェニレンジアミン
と4,4′−ジアミノジフェンルエーテルであるがこの他
のアミン例えば4,4′−ジアミノジフェニルメタン、3,
3′ジメチルベンジジン、4,4′−ジアミノ−Ｐ−テルフ
ェニル、4,4′−ジアミノ−Ｐ−クォーターフェニル、
2,8−ジアミノジフェニレンオキサイドなども併用する
ことができる。

テトラカルボン酸二無水物成分とジアミン成分との反
応は酸成分／アミン成分（モル比）0.90〜1.00で行うの
が好ましく、0.90より低いと重合度が上がらず硬化後の
皮膜特性が悪い。1.00より大きいと、硬化時にガスを発
生し、平滑な皮膜を得ることが出来ない。

反応は通常、テトラカルボン酸二無水物またはジアミ
ン類と反応しない有機極性溶媒中で行われる。この有機
極性溶媒は、反応系に対して不活性であり、かつ生成物
に対して溶媒であること以外に、反応成分の少なくとも
一方、好ましくは両者に対して良溶媒でなければならな
い。この種の溶媒として代表的なものは、N,N−ジメチ
ルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチ
ルスルホン、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチル−２−
ピロリドン等があり、これらの溶媒は単独または組み合
わせて使用される。この他にも溶媒として組み合わせて
用いられるものとしてベンゼン、ジオキサン、キシレ
ン、トルエン、シクロヘキサン等の非極性溶媒が、原料
の分散媒、反応調節剤あるいは生成物からの揮散調節
剤、皮膜平滑剤等として使用される。

反応は一般的に無水の条件下で行うことが好ましい。
これはテトラカルボン酸二無水物が水によって開環し、
不活性化し、反応を停止させる恐れがあるためである。
このため仕込原料中の水分も溶媒中の水分も除去する必
要がある。しかし一方、反応の進行を調節し、樹脂重合
度をコントロールするためにあえて水を添加することも
行われる。また反応は不活性ガス雰囲気中で行われるこ
とが好ましい。これはジアミン類の酸化を防止するため
である。不活性ガスとしては一般的に乾燥窒素ガスが使
用される。

本発明で用いるポリイミド樹脂の合成反応は以下の様
な方法で行われる。即ち、3,3′,4,4′−ビフェニルテ
トラカルボン酸二無水物とパラフェニレンジアミンとを
反応させて得られたポリアミック酸（Ａとする）とピロ
メリット酸二無水物と4,4′ジアミノジフェニルエーテ
ルとを反応させて得られたポリアミック酸（Ｂとする）
とをモル比がA/B＝55/45〜75/25の割合で混合攪拌する
ことによってポリアミック酸（Ｃとする）を得る方法で
ある。

Ａの比率が上述の割合よりも少ないときにはカールが
発生し、逆に多いときには剛直になりすぎ、柔軟性がな
くなる。

Ａ、Ｂを合成し、また、これらを混合してＣを得る反
応温度は０〜100℃であることが望ましい。０℃以下だ
と反応の速度が遅く、100℃以上であると生成したポリ
アミック酸の閉環反応および解重合反応が開始するため
である。通常、反応は20℃前後で行われる。

本発明による製造されたポリアミック酸生成物は、使
用するに当たって各種のシランカップリング剤、ボラン
カップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミ
ニウム系カップリング剤その他キレート系の接着性・密
着性向上剤や各種溶剤、フローエージェントを加えても
よく、またゴムや低分子エポキシ等の可とう性賦与剤や
粘度調整剤、あるいはポリアミドイミド、ポリエーテル
イミド、ポリエステルイミド等をブレンドしてもよくタ
ルク、マイカ、石英粉末等の充填剤、カーボンブラッ
ク、フタロシアニンブルー等の着色剤、テトラブロモフ
ェニルメタン等の難燃剤、三酸化アンチモン等の難燃助
剤の少量を加えてもよい。

本発明で使用される金属箔は、表面粗さRaが0.3μ以
下である粗化面のない金属箔、一般には粗化面を持たな
い無粗化圧延銅箔が用いられるが、粗化面を持たない金
属箔ならば他の金属箔を用いることもできる例えば、ア
ルミ箔、ニッケル箔、ステンレス箔、タングステン箔な
ども用いることが出来る。金属箔が粗化されている、即
ち表面粗さRaが0.3μを超えると、溶剤の蒸発や応力緩
和が不十分なところが残り、樹脂の硬化や応力の緩和の
程度に厚さ方向での不均一な分布が発生するため、加工
工程および銅箔エッチング後のフィルムにカールやシワ
が生じてしまう。一方このように表面粗さRaが0.3μ以
下の粗化面を持たない金属箔を用いることにより、ポリ
アミック酸加熱硬化時の収縮に伴い発生する残留応力の
不均一性を著しく緩和することが出来るため加工工程お
よび金属箔エッチング後でのカールやシワおよび寸法変
化を著しく軽減することが出来る。

このようにして得られた回路板は粗化面を持たないに
も関わらず金属箔とフィルムは充分な接着強度を持ち、
しかも金属箔上に周波数特性や誘電特性などの電気特性
を悪化させる粗化面を持たないため極めて電気的にも安
定したフレキシブルプリント回路板となる。また、粗化
面がないので回路加工性にも優れており、回路の細線化
も容易となる。

（実施例） 実施例１ 温度計、攪拌装置、環流コンデンサーおよび乾燥窒素
ガス吹き込み口を備えた４つ口セパラブルフラスコに精
製した無水のパラフェニレンジアミン108gをとり、これ
に無水のＮ−メチル−２−ピロリドン90重量％とトルエ
ン10重量％の混合溶剤を、全仕込原料中の固形分割合が
20重量％になるだけの量を加えて溶解した。乾燥窒素ガ
スは反応の準備段階より生成物取り出しまでの全行程に
わたり流しておいた。ついで精製した無水の3,3′,4,
4′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物294gを攪拌
しながら少量ずつ添加するが発熱反応であるため、外部
水槽に約15℃の冷水を循環させてこれを冷却した。添加
後、内部温度を20℃に設定し、５時間攪拌し反応を終了
してポリアミック酸溶液（Ａとする）を得た。次に上記
と同様の装置及び方法で無水の4,4′−ジアミノジフェ
ニルエーテル200gと精製した無水のピロメリット酸二無
水物218gを反応させてポリアミック酸（Ｂとする）を得
た。次にＡおよびＢを、モル比がA/B＝60/40になるよう
に混合攪拌した。得られた生成物は、黄色透明の極めて
粘稠なポリアミック酸溶液であり、Ｎ−メチル−２−ピ
ロリドン中0.5重量％溶液の固有粘度は0.81（30℃）で
あった。

35μ,Ra＝0.02μの無粗化圧延銅箔上にこのポリアミ
ック酸溶液を乾燥後のフィルム厚みが25μになるように
流延塗布した後、乾燥器にいれ100℃から200℃まで連続
的に１時間かけて昇温した後、乾燥器にいれ200℃から3
80℃まで連続的に１時間かけて昇温した。

この様にして製造されたフレキシブルプリント回路板
は接着強度（JIS C6481）が1.1Kg/cmで寸法変化率（JIS
C6481）が0.05％（でまったくカールがなく、銅箔をエ
ッチングした後のフィルムもまったくカールがなく、引
っ張り強度（JIS K6760）は31Kg/mm²、伸び（JIS K676
0）は41％と優れた物であった。

実施例２ 実施例１と同様な装置及び方法で、パラフェニレンジ
アミンと3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸二
無水物からなるポリアミック酸溶液（Ａとする）と、4,
4′−ジアミノジフェニルエーテルとピロメリット酸二
無水物からなるポリアミック酸溶液（Ｂとする）を合成
した。つぎに、ＡとＢをモル比が70/30になるように混
合攪拌した。生成物の固有粘度は0.90であった。

実施例１と同様な金属箔上にこのポリアミック酸溶液
を乾燥後のフィルム厚みが25μになるように流延塗布し
た後、乾燥器に入れ、100℃で30分間、150℃で30分間、
200℃で30分間、それぞれ加熱した後、乾燥器にいれ200
℃で30分間、250℃で30分間、300℃で30分間、380℃で2
0分間加熱した。この様にして製造されたフレキシブル
プリント回路板は接着強度が1.2Kg/cmで寸法変化率が0.
07％でまったくカールがなく、銅箔をエッチングした後
のフィルムもまったくカールがなく耐熱性は500℃、引
っ張り強度は30Kg/mm²、伸びは40％と優れた物であっ
た。

比較例１ 実施例と同様な装置及び方法で、実施例１と同様なポ
リアミック酸溶液を作製し、35μ,Ra＝1.0μの粗化面の
ある一般の圧延銅箔上にこのポリアミック酸溶液を乾燥
後のフィルム厚みが25μになるように流延塗布した後、
乾燥器にいれ100℃から380℃まで連続的に２時間かけて
昇温した。

この様にして製造されたフレキシブルプリント回路板
は粗化面が有るために残留応力が充分緩和されなかった
ためか銅箔エッチング後のフィルムのカールおよびシワ
がひどく、回路板としては不適当であった。

比較例２ 実施例１と同様な装置及び方法で、パラフェニレンジ
アミンと3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸二
無水物からなるポリアミック酸溶液（Ａとする）と、4,
4′−ジアミノジフェニルエーテルとピロメリット酸二
無水物からなるポリアミック酸溶液（Ｂとする）を合成
した。つぎに、ＡとＢをモル比が80/20になるように混
合攪拌した。

実施例１と同様な35μの無粗化圧延銅箔を用いてフレ
キシブル回路板を作成したが、この様にして製造された
フレキシブルプリント回路板は接着強度が0.5Kg/cmであ
り、剛直で柔軟性がなく、耐折性も悪く、回路板として
は不適当であった。

比較例３ 実施例１と同様な装置及び方法で、パラフェニレンジ
アミンと3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸二
無水物からなるポリアミック酸溶液（Ａとする）と、4,
4′−ジアミノジフェニルエーテルとピロメリット酸二
無水物からなるポリアミック酸溶液（Ｂとする）を合成
した。つぎに、ＡとＢをモル比が40/60になるように混
合攪拌した。

実施例１と同様な35μの無粗化圧延銅箔を用いてフレ
キシブル回路板を作成したが、著しくカールしてしまい
回路板としては不適当であった。

（発明の効果） 本発明の様に粗化面を持たない金属箔を用いることに
より、ポリアミック酸加熱硬化時の収縮に伴い発生する
残留応力の不均一性を著しく緩和することが出来るため
加工工程および金属箔エッチング後のでのカールやシワ
および寸法変化を著しく軽減することが出来る。また粗
化面を持たないにも関わらず金属箔とフィルムは充分な
接着強度を持ち、しかも金属箔上に高周波導電特性を悪
化させる粗化面を持たないため極めて電気的にも安定し
たフレキシブルプリント回路板を得ることが出来る。例
えば、フレキシブルプリント回路板の実効的な導電率が
周波数10GHz域で通常直流値の30％程度に低下するのに
対して本金属箔を用いれば80％以上にすることが可能だ
ということが確かめられている。そのうえ粗化面がない
ので回路加工性にも優れており、回路の細線化が容易と
なる。従来困難であった全くカールの生じない接着層の
ないフレキシブルプリント回路板を製造することが可能
になり、こうして得られたフレキシブルプリント回路板
は、接着層がないために耐熱性に優れ、カールがないた
めに加工性も良く、またフィルムとしての特性を優れた
基板であった。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面粗さRa（JIS B0601）が0.3μ以下であ
   る粗化面のない金属箔上に3,3′,4,4′−ビフェニルテ
   トラカルボン酸二無水物とパラフェニレンジアミンとを
   反応させて得られたポリアミック酸溶液（Ａ）と、ピロ
   メリット酸二無水物と4,4′−ジアミノジフェニルエー
   テルを反応させて得られたポリアミック酸溶液（Ｂ）と
   を、モル比がA/B＝55/45〜75/25の割合で混合して得ら
   れたポリアミック酸混合物のワニスを流延塗布し、加熱
   硬化させることを特徴とするフレキシブルプリント回路
   板の製造方法。