JP6320031B2 - フレキシブル銅張積層板 - Google Patents
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Description
厚み5〜30μmの範囲内、引張弾性率4〜10GPaの範囲内のポリイミド層(A)と、
前記ポリイミド層(A)の少なくとも一方の面に積層された厚み6〜20μmの範囲内、引張弾性率25〜35GPaの範囲内の銅箔(B)と、を有しており、
前記ポリイミド層(A)と接する側の面の銅箔(B)の十点平均粗さ(Rz)が0.7〜2.2μmの範囲内であり、かつ、前記銅箔(B)を配線回路加工して銅配線を形成した任意のフレキシブル回路基板のギャップ0.3mmでの折り曲げ試験での、下記式(1)によって計算される折れ癖係数[PF]が0.96±0.025の範囲内にあることを特徴とする。
本実施の形態のフレキシブル銅張積層板においては、ポリイミド層(A)の厚みは5〜30μmの範囲内であり、8〜15μmの範囲内にあることが好ましく、9〜12μmの範囲内にあることが特に好ましい。ポリイミド層(A)の厚みが30μmを超えると、FPCを折り曲げた際に、銅配線により大きな曲げ応力が加わることとなり、その耐折り曲げ性を著しく低下させてしまう。
本実施の形態のフレキシブル銅張積層板において、銅箔(B)の厚みは6〜20μmの範囲内であり、8〜15μmの範囲内が好ましい。銅箔(B)の厚みが6μmに満たないと、フレキシブル銅張積層板の製造時、例えば、銅箔上にポリイミド層を形成する工程において銅箔自体の剛性が低下し、その結果、フレキシブル銅張積層板上にシワ等が発生する問題が生じる。また、銅箔(B)の厚みが20μmを超えると、FPCを折り曲げた際の銅配線に加わる曲げ応力が大きくなることにより、耐折り曲げ性が低下することとなる。
本実施の形態のフレキシブル銅張積層板は、主にFPC材料として有用である。すなわち、本実施の形態のフレキシブル銅張積層板の銅箔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を製造できる。
ε=−(yc−[NP]Line)/R …(2)
R=G/2−[NP]Line …(4)
株式会社東洋精機製作所製ストログラフR−1を用いて、温度23℃、相対湿度50%の環境下で引張弾性率の値を測定した。
セイコーインスツルメンツ製のサーモメカニカルアナライザーを使用し、250℃まで昇温し、更にその温度で10分保持した後、5℃/分の速度で冷却し、240℃から100℃までの平均熱膨張係数(線熱膨張係数)を求めた。
接触式表面粗さ測定機(株式会社小坂研究所製SE1700)を用いて、銅箔のポリイミド層との接触面側の表面粗さを測定した。
フレキシブル銅張積層板の銅箔をエッチング加工し、その長手方向に沿ってライン幅100μm、スペース幅100μmにて長さが40mmの10列の銅配線を形成した試験片(試験回路基板片)を作製した(図2)。試験片における銅配線のみを表した図2に示したように、その試験片40における10列の銅配線51は、U字部52を介して全て連続して繋がっており、その両端には抵抗値測定用の電極部分(図示外)を設けている。その試験片40を、二つ折りが可能な試料ステージ20及び21上に固定し、抵抗値測定用の配線を接続して、抵抗値のモニタリングを開始した(図3)。折り曲げ試験は、10列の銅配線51に対して長手方向のちょうど中央部分にて、ウレタン製のローラー22を用いて、折り曲げ箇所40CのギャップGが0.3mmとなるように制御しながら折り曲げた線と並行にローラーを移動させ10列の銅配線51を全て折り曲げた後(図4及び図5)、折り曲げ部分を開いて試験片を平らな状態に戻し(図6)、折り目がついている部分を再度ローラーにて抑えたまま移動させ(図7)、この一連の工程をもってはぜ折り回数1回とカウントするようにした。その常時配線の抵抗値をモニタリングしながら、折り曲げ試験を繰り返し、所定の抵抗値(3000Ω)になった時点を配線の破断と判断し、その時までに繰り返した折り曲げ回数をはぜ折り測定値とした。このはぜ折り測定値が50回以上である場合を「良好」、50回未満である場合を「不良」と評価した。
(合成例1)
ボトム樹脂の合成:
熱電対及び攪拌機を備えると共に窒素導入が可能な反応容器に、N,N−ジメチルアセトアミドを入れ、さらに、この反応容器に2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン(BAPP)を投入して容器中で撹拌しながら溶解させた。次に、ピロメリット酸二無水物(PMDA)をモノマーの投入総量が12質量%となるように投入した。その後、3時間撹拌を続けて重合反応を行い、ポリアミド酸aの樹脂溶液を得た。ポリアミド酸aから形成された厚み25μmのポリイミドフィルムの熱膨張係数(CTE)は、55×10−6/Kであった。
熱電対及び攪拌機を備えると共に窒素導入が可能な反応容器に、N,N−ジメチルアセトアミドを入れ、さらに、この反応容器に2,2'−ジメチル−4,4'−ジアミノビフェニル(m-TB)および4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(DAPE)を各ジアミンのモル比率(m-TB:DAPE)が60:40となるように投入して容器中で攪拌しながら溶解させた。次に、ピロメリット酸二無水物(PMDA)をモノマーの投入総量が16質量%となるように投入した。その後、3時間撹拌を続けて重合反応を行い、ポリアミド酸bの樹脂溶液を得た。ポリアミド酸bから形成された厚み25μmのポリイミドフィルムの熱膨張係数(CTE)は、22×10−6/Kであった。
熱電対及び攪拌機を備えると共に窒素導入が可能な反応容器に、N,N−ジメチルアセトアミドを入れ、さらに、この反応容器に2,2'−ジメチル−4,4'−ジアミノビフェニル(m-TB)を投入して容器中で攪拌しながら溶解させた。次に、3,3',4,4'−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)およびピロメリット酸二無水物(PMDA)をモノマーの投入総量が15質量%、各酸無水物のモル比率(BPDA:PMDA)が20:80となるように投入した。その後、3時間撹拌を続けて重合反応を行い、ポリアミド酸cの樹脂溶液を得た。ポリアミド酸cから形成された厚み25μmのポリイミドフィルムの熱膨張係数(CTE)は、22×10−6/Kであった。
厚さ12μmで長尺状の市販の電解銅箔の片面(表面粗さRz=1.2μm)に合成例1で調製したポリアミド酸aの樹脂溶液を硬化後の厚みが2.5μmとなるように均一に塗布した後、130℃で加熱乾燥し溶媒を除去した。次に、この塗布面側に合成例2で調製したポリアミド酸bの樹脂溶液を硬化後の厚みが20.0μmとなるように均一に塗布し、120℃で加熱乾燥し溶媒を除去した。更に、この塗布面側に第1層目で塗布したものと同じポリアミド酸aの樹脂溶液を硬化後の厚みが2.5μmとなるように均一に塗布し、130℃で加熱乾燥し溶媒を除去した。この長尺状の積層体を130℃から開始して300℃まで段階的に温度が上がるように設定した連続硬化炉にて、合計6分程度の時間をかけて熱処理し、ポリイミド層の厚みが25μmの片面フレキシブル銅張積層板を得た。得られたフレキシブル銅張積層板を構成するポリイミド層及び銅箔の引張弾性率等の物性値、厚み、ポリイミド層と銅箔の厚み比、折れ癖係数、並びに、フレキシブル銅張積層板の耐折り曲げ性(はぜ折り回数)の評価結果を表1に示す(実施例2以下も同様)。なお、ポリイミド層の評価は製造されたフレキシブル銅張積層板から銅箔をエッチング除去したものを用いた。
銅配線12が存在する配線部について図8に示すような2層構成を考え、第1層および第2層を構成する材料をそれぞれポリイミドおよび銅とする。表1(実施例1)に示した通り、各層の弾性率はE1=4GPa、E2=29GPa、厚みはt1=25μm、t2=12μmである。また、各層における厚さ方向での中央面と基準面SPとの距離はそれぞれh1=12.5μm、h2=31μmである。更に、幅Bについては、銅配線12の幅B2とスペース部の幅B2‘はともに100μmであり、また、銅配線12が存在する直下のポリイミドの幅B1も100μmとした(スペース部の直下のポリイミドの幅B1’も100μmとした)。
厚さ12μmで長尺状の市販の電解銅箔の片面(表面粗さRz=1.2μm)に合成例1で調製したポリアミド酸aの樹脂溶液を硬化後の厚みが2.0μmとなるように均一に塗布した後、130℃で加熱乾燥し溶媒を除去した。次に、この塗布面側に合成例3で調製したポリアミド酸cの樹脂溶液を硬化後の厚みが16μmとなるように均一に塗布し、130℃で加熱乾燥し溶媒を除去した。更に、この塗布面側に第1層目で塗布したものと同じポリアミド酸aの樹脂溶液を硬化後の厚みが2.0μmとなるように均一に塗布し、130℃で加熱乾燥し溶媒を除去した。この長尺状の積層体を130℃から開始して300℃まで段階的に温度が上がるように設定した連続硬化炉にて、合計6分程度の時間をかけて熱処理し、ポリイミド層の厚みが20μmの片面フレキシブル銅張積層板を得た。得られた片面フレキシブル銅張積層板についての耐折り曲げ性の評価結果を表1に示す。
厚さ12μmで長尺状の市販の電解銅箔の片面(表面粗さRz=1.2μm)に合成例1で調製したポリアミド酸aの樹脂溶液を硬化後の厚みが2.2μmとなるように均一に塗布した後、130℃で加熱乾燥し溶媒を除去した。次に、この塗布面側に合成例3で調製したポリアミド酸cの樹脂溶液を硬化後の厚みが7.6μmとなるように均一に塗布し、130℃で加熱乾燥し溶媒を除去した。更に、この塗布面側に第1層目で塗布したものと同じポリアミド酸aの樹脂溶液を硬化後の厚みが2.2μmとなるように均一に塗布し、130℃で加熱乾燥し溶媒を除去した。この長尺状の積層体を130℃から開始して300℃まで段階的に温度が上がるように設定した連続硬化炉にて、合計6分程度の時間をかけて熱処理し、ポリイミド層の厚みが12μmの片面フレキシブル銅張積層板を得た。得られた片面フレキシブル銅張積層板についての耐折り曲げ性の評価結果を表1に示す。
厚さ12μmで長尺状の市販の電解銅箔の片面(表面粗さRz=1.20μm)に合成例1で調製したポリアミド酸aの樹脂溶液を硬化後の厚みが2.0μmとなるように均一に塗布した後、130℃で加熱乾燥し溶媒を除去した。次に、この塗布面側に合成例3で調製したポリアミド酸cの樹脂溶液を硬化後の厚みが5.0μmとなるように均一に塗布し、130℃で加熱乾燥し溶媒を除去した。更に、この塗布面側に第1層目で塗布したものと同じポリアミド酸aの樹脂溶液を硬化後の厚みが2.0μmとなるように均一に塗布し、130℃で加熱乾燥し溶媒を除去した。この長尺状の積層体を130℃から開始して300℃まで段階的に温度が上がるように設定した連続硬化炉にて、合計6分程度の時間をかけて熱処理し、ポリイミド層の厚みが9μmの片面フレキシブル銅張積層板を得た。得られた片面フレキシブル銅張積層板についての耐折り曲げ性の評価結果を表1に示す。
厚さ9μmで長尺状の市販の電解銅箔の片面(表面粗さRz=1.2μm)を使用した以外は、実施例4と同様にしてフレキシブル銅張積層板を得た。得られたフレキシブル銅張積層板の耐折り曲げ性の評価結果を表1に示す。
厚さ12μmで長尺状の市販の電解銅箔の片面(表面粗さRz=1.9μm)を使用した以外は、実施例3と同様にしてフレキシブル銅張積層板を得た。得られたフレキシブル銅張積層板の耐折り曲げ性の評価結果を表1に示す。
厚さ9μmで長尺状の市販の電解銅箔の片面(表面粗さRz=1.2μm)を使用した以外は、実施例3と同様にしてフレキシブル銅張積層板を得た。得られたフレキシブル銅張積層板の耐折り曲げ性の評価結果を表1に示す。
厚さ12μmで長尺状の市販の電解銅箔の片面(表面粗さRz=2.2μm)を使用した以外は、実施例3と同様にしてフレキシブル銅張積層板を得た。得られたフレキシブル銅張積層板の耐折り曲げ性の評価結果を表1に示す。
表1に示した特性を有し、厚さ12μmで長尺状の市販の電解銅箔の片面(表面粗さRz=1.2μm)を使用し、ポリイミド層の厚み構成を以下のように変更した以外は実施例1と同様にしてフレキシブル銅張積層板を得た。ここで、ポリイミド層の厚み構成は、銅箔上に合成例1で調製したポリアミド酸aの樹脂溶液を硬化後の厚みが4.0μm、その上に合成例2で調製したポリアミド酸bの樹脂溶液を硬化後の厚みが42.0μm、更にその上に合成例1で調製したポリアミド酸aの樹脂溶液を硬化後の厚みが4.0μmとなるようにした。得られたフレキシブル銅張積層板についての耐折り曲げ性の評価結果を表1に示す。
表1に示した特性を有し、厚さ12μmで長尺状の市販の電解銅箔の片面(表面粗さRz=2.0μm)を使用し、ポリイミド層の厚み構成を以下のように変更した以外は実施例2と同様にしてフレキシブル銅張積層板を得た。ここで、ポリイミド層の厚み構成は、銅箔上に合成例1で調製したポリアミド酸aの樹脂溶液を硬化後の厚みが3.0μm、その上に合成例3で調製したポリアミド酸cの樹脂溶液を硬化後の厚みが32.0μm、更にその上に合成例1で調製したポリアミド酸aの樹脂溶液を硬化後の厚みが3.0μmとなるようにした。
表1に示した特性を有し、厚さ12μmで長尺状の市販の電解銅箔の片面(表面粗さRz=1.8μm)を使用し、ポリイミド層の厚み構成を以下のように変更した以外は実施例2と同様にしてフレキシブル銅張積層板を得た。ここで、ポリイミド層の厚み構成は、銅箔上に合成例1で調製したポリアミド酸aの樹脂溶液を硬化後の厚みが2.5μm、その上に合成例3で調製したポリアミド酸cの樹脂溶液を硬化後の厚みが20.0μm、更にその上に合成例1で調製したポリアミド酸aの樹脂溶液を硬化後の厚みが2.5μmとなるようにした。
11:ポリイミド層
12、51:銅配線
20、21:試料ステージ
22:ローラー
40:試験片
40C:試験片の折り曲げ箇所
52:銅配線のU字部
Claims (5)
- 電子機器の筐体内に上面側が180度反転して下面側になるように折り曲げるはぜ折りによって折り畳んで収納されるフレキシブル回路基板に用いられるフレキシブル銅張積層板であって、
厚み5〜30μmの範囲内、引張弾性率4〜10GPaの範囲内のポリイミド層(A)と、
前記ポリイミド層(A)の少なくとも一方の面に積層された厚み6〜20μmの範囲内、引張弾性率25〜35GPaの範囲内の銅箔(B)と、を有しており、
前記ポリイミド層(A)が、熱膨張係数30×10 −6 /K未満の低熱膨張性のポリイミド層(i)と、熱膨張係数30×10 −6 /K以上の高熱膨張性のポリイミド層(ii)とを含み、前記ポリイミド層(i)の両側に、前記ポリイミド層(ii)が積層された積層構造をなすとともに、少なくとも片方の前記ポリイミド層(ii)が直接銅箔(B)と接しており、
前記ポリイミド層(A)と接する側の面の銅箔(B)の十点平均粗さ(Rz)が0.7〜2.2μmの範囲内であり、かつ、前記銅箔(B)を配線回路加工して銅配線を形成した任意のフレキシブル回路基板のギャップ0.3mmでの折り曲げ試験での、下記式(1)によって計算される折れ癖係数[PF]が0.96±0.025の範囲内にあることを特徴とするフレキシブル銅張積層板。
- 前記ポリイミド層(i)と前記ポリイミド層(ii)との厚み比[ポリイミド層(i)/ポリイミド層(ii)]が2〜15の範囲内である請求項1に記載のフレキシブル銅張積層板。
- ポリイミド層(A)の厚みが8〜15μmの範囲内であり、引張弾性率が6〜10GPaの範囲内である請求項1又は2に記載のフレキシブル銅張積層板。
- ポリイミド層(A)と銅箔(B)との厚み比[ポリイミド層(A)/銅箔(B)]が0.9〜1.1の範囲内にある請求項1〜3のいずれかに記載のフレキシブル銅張積層板。
- 銅箔(B)が電解銅箔である請求項1〜4のいずれかに記載のフレキシブル銅張積層板。
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