JP6374521B2 - 積層構造体 - Google Patents

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JP6374521B2 JP2016554090A JP2016554090A JP6374521B2 JP 6374521 B2 JP6374521 B2 JP 6374521B2 JP 2016554090 A JP2016554090 A JP 2016554090A JP 2016554090 A JP2016554090 A JP 2016554090A JP 6374521 B2 JP6374521 B2 JP 6374521B2
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Description

本発明は、積層構造体に関し、特には、フレキシブルプリント配線板の絶縁膜として有用な積層構造体、それを用いたドライフィルムおよびフレキシブルプリント配線板に関する。
近年、スマートフォンやタブレット端末の普及による電子機器の小型薄型化により、回路基板の小スペース化が必要となってきている。そのため、折り曲げて収納できるフレキシブルプリント配線板の用途が拡大し、かかるフレキシブルプリント配線板についても、これまで以上に高い信頼性を有するものが求められている。
これに対し現在、フレキシブルプリント配線板の絶縁信頼性を確保するための絶縁膜として、折り曲げ部(屈曲部)には、耐熱性および屈曲性などの機械的特性に優れたポリイミドをベースとしたカバーレイを用い(例えば、特許文献1,2参照)、実装部(非屈曲部)には、電気絶縁性などに優れ微細加工が可能な感光性樹脂組成物を用いた混載プロセスが広く採用されている。
すなわち、耐熱性および屈曲性などの機械的特性に優れるポリイミドをベースとしたカバーレイは、金型打ち抜きによる加工を必要とするため、微細配線には不向きである。そのため、微細配線が必要となるチップ実装部には、フォトリソグラフィーによる加工ができるアルカリ現像型の感光性樹脂組成物(ソルダーレジスト)を部分的に併用する必要があった。
特開昭62−263692号公報 特開昭63−110224号公報
このように、フレキシブルプリント配線板の製造工程では、カバーレイを張り合わせる工程とソルダーレジストを形成する工程との混載プロセスを採用せざるを得ず、コスト性と作業性に劣るという問題があった。
これに対し、ソルダーレジストとしての絶縁膜またはカバーレイとしての絶縁膜を、フレキシブルプリント配線板のソルダーレジストおよびカバーレイの双方に適用することが検討されているが、双方の要求性能を十分満足できる材料は、未だ実用化には至っていなかった。特に、フレキシブルプリント配線板に対し、ソルダーレジストとしての絶縁膜に要求されるアルカリ現像性と、カバーレイとしての絶縁膜に要求される耐熱性および屈曲性などの機械的特性との双方を兼ね備えた素材の実現が求められていた。
そこで本発明の目的は、フレキシブルプリント配線板の絶縁膜としての要求性能を満足し、折り曲げ部と実装部との一括形成プロセスにも適した構造体を提供することにあり、また、その硬化物を保護膜、例えば、カバーレイまたはソルダーレジストとして有するフレキシブルプリント配線板を提供することにある。
前記課題を解決するために、本発明は、アルカリ現像性樹脂組成物からなる接着層(A)と、該接着層(A)上に形成される感光性樹脂組成物からなる保護層(B)と、を有し、前記接着層(A)と前記保護層(B)の膜厚の比率がA/B=0.5〜50となり、前記接着層(A)の現像速度(a)と前記保護層(B)の現像速度(b)の比率がa/b=1.1〜100であることを特徴とするものである。
本発明の積層構造体においては、前記接着層(A)と前記保護層(B)とが、いずれも光照射によりパターニング可能であることが好ましい。また、本発明の積層構造体は、フレキシブルプリント配線板の屈曲部および非屈曲部のうち少なくともいずれか一方に好適に用いることができ、具体的には、フレキシブルプリント配線板のカバーレイ、ソルダーレジストおよび層間絶縁材料のうち少なくともいずれか1つの用途に用いることが有用である。
また、本発明のドライフィルムは、前記本発明の積層構造体の少なくとも片面が、フィルムで支持または保護されてなることを特徴とするものである。
さらに、本発明のフレキシブルプリント配線板は、フレキシブルプリント配線基板上に、前記本発明の積層構造体の層を直接形成するか、または、前記本発明のドライフィルムにて積層構造体の層を形成し、光照射によりパターニングして、現像液によりパターンを一括して形成してなる絶縁膜を備えることを特徴とするものである。
なお、本発明において「パターン」とは、パターン状の硬化物、すなわち、絶縁膜を意味する。
本発明によれば、フレキシブルプリント配線板の絶縁膜としての要求性能を満足し、折り曲げ部と実装部との一括形成プロセスにも適した積層構造体、それを用いたドライフィルムおよびフレキシブルプリント配線板を実現することが可能となった。
本発明のフレキシブルプリント配線板の製造方法の一例を模式的に示す工程図である。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
(積層構造体)
本発明の積層構造体は、アルカリ現像性樹脂組成物からなる接着層(A)と、該接着層(A)上に形成される感光性樹脂組成物からなる保護層(B)と、を有し、前記接着層(A)と前記保護層(B)の膜厚の比率がA/B=0.5〜50となり、前記接着層(A)の現像速度(a)と前記保護層(B)の現像速度(b)の比率がa/b=1.1〜100である。
アルカリ現像液を用いてパターニングするためには樹脂組成物がアルカリ溶解性を有すことが必要である。積層構造体の場合に保護層に耐熱性に優れた樹脂組成物を用いると、かかる耐熱性に優れた樹脂組成物に溶解性を付与することが困難であることから、現像速度が遅くなり、その結果、パターニングが困難となるという問題があった。
本発明者らはこの課題を解決するために、保護層と接着層の膜厚および現像速度に着目して鋭意検討した結果、保護層と接着層の膜厚の比率、および保護層と接着層の現像速度の比率を夫々前記範囲内とすることで前記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、現像速度が遅い樹脂組成物を使用する保護層を、当該保護層の樹脂組成物よりも現像速度が速い樹脂組成物を使用する接着層上に積層し、両者の膜厚の比率と現像速度の比率を夫々前記範囲内とすると、保護層の現像速度が遅くアルカリ現像によるパターニングが困難であったり、また、残渣があったとしても接着層の現像速度が速い結果、両者を完全に洗い流すことが可能となり、積層構造全体として現像速度を現実的な範囲内とすることができることを見出したものである。
アルカリ現像性と、耐熱性および屈曲性などの機械的特性とをより良好に両立させるために、前記膜厚の比率はA/B=0.5〜50、好ましくはA/B=1.0〜30、より好ましくはA/B=2.0〜10であり、また前記現像速度の比率はa/b=1.1〜100、好ましくはa/b=2.0〜50、より好ましくはa/b=3.0〜30である。
膜厚の比率がA/B=50以下の場合は、積層構造体の層厚に占める耐熱性を有する保護層(B)の割合が大きいため、現像性が良好で、かつ、十分な耐熱性も得られる。また、A/B=0.5以上の場合は、現像性が良好な接着層(A)の割合が大きいため、耐熱性が良好で、かつ、アルカリ現像によるパターニングが可能となる。
現像速度の比率a/b=1.1以上の場合は、現像が困難である保護層(B)に対して接着層(A)の現像速度が相対的に速くなるため、アルカリ現像によるパターニングが可能となる。また、a/b=100以下の場合は、接着層(A)のアルカリ水溶液への溶解性が適当であり、パターン形状が安定するため、めっき耐性などの諸特性も良好となる。
現像速度は、積層構造体を現像する際に保護層および接着層の各層がアルカリ水溶液に溶解するために必要とする時間を現像時間[秒]、各層の膜厚を膜厚[μm]とした場合に下記式で表される。
現像速度[μm/秒]=膜厚[μm]/現像時間[秒]
(保護層(B))
保護層(B)の感光性樹脂組成物の組成は特に制限されるべきものではなく、例えば、従来からソルダーレジスト組成物として使用される、カルボキシル基含有樹脂またはカルボキシル基含有感光性樹脂、エチレン性不飽和結合を有する化合物、光重合開始剤および熱反応性化合物を含む光硬化性熱硬化性樹脂組成物や、カルボキシル基含有樹脂、光塩基発生剤および熱反応性化合物を含む感光性熱硬化性樹脂組成物を使用することができる。
中でも、保護層(B)は、耐熱性、強靭性に優れるイミド環またはイミド前駆体骨格を有するアルカリ溶解性樹脂を含む樹脂組成物からなるものとすることが好ましい。
本発明において、イミド環またはイミド前駆体骨格を有するアルカリ溶解性樹脂とは、カルボキシル基や酸無水物基などのアルカリ溶解性基と、イミド環またはイミド前駆体骨格とを有するものである。このアルカリ溶解性樹脂へのイミド環またはイミド前駆体骨格の導入には、公知慣用の手法を用いることができる。例えば、カルボン酸無水物成分と、アミン成分およびイソシアネート成分のいずれか一方または双方とを反応させて得られる樹脂が挙げられる。イミド化は熱イミド化で行っても、化学イミド化で行ってもよく、またこれらを併用して製造することもできる。
ここで、カルボン酸無水物成分としては、テトラカルボン酸無水物やトリカルボン酸無水物などが挙げられるが、これらの酸無水物に限定されるものではなく、アミノ基やイソシアネート基と反応する酸無水物基およびカルボキシル基を有する化合物であれば、その誘導体を含めて用いることができる。また、これらのカルボン酸無水物成分は、単独で、または、組み合わせて使用することができる。
テトラカルボン酸無水物としては、例えば、ピロメリット酸二無水物、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’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、4,4’−オキシジフタル酸二無水物、1,2,3,4−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物、3,3”,4,4”−テルフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’”,4,4’”−クァテルフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3””,4,4””−キンクフェニルテトラカルボン酸二無水物、メチレン−4,4’−ジフタル酸二無水物、1,1−エチニリデン−4,4’−ジフタル酸二無水物、2,2−プロピリデン−4,4’−ジフタル酸二無水物、1,2−エチレン−4,4’−ジフタル酸二無水物、1,3−トリメチレン−4,4’−ジフタル酸二無水物、1,4−テトラメチレン−4,4’−ジフタル酸二無水物、1,5−ペンタメチレン−4,4’−ジフタル酸二無水物、チオ−4,4’−ジフタル酸二無水物、スルホニル−4,4’−ジフタル酸二無水物、1,3−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)−1,1,3,3−テトラメチルシロキサン二無水物、1,3−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ベンゼン二無水物、1,4−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ベンゼン二無水物、1,3−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ベンゼン二無水物、1,4−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ベンゼン二無水物、1,3−ビス〔2−(3,4−ジカルボキシフェニル)−2−プロピル〕ベンゼン二無水物、1,4−ビス〔2−(3,4−ジカルボキシフェニル)−2−プロピル〕ベンゼン二無水物、ビス〔3−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル〕メタン二無水物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,2,5,6−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7−アントラセンテトラカルボン酸二無水物、1,2,7,8−フェナントレンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、シクロヘキサン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物、シクロヘキサン−1,2,4,5−テトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビシクロヘキシルテトラカルボン酸二無水物、カルボニル−4,4’−ビス(シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸)二無水物、メチレン−4,4’−ビス(シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸)二無水物、1,2−エチレン−4,4’−ビス(シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸)二無水物、1,1−エチニリデン−4,4’−ビス(シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸)二無水物、2,2−プロピリデン−4,4’−ビス(シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸)二無水物、エチレングリコールビストリメリテート二無水物、1,2−(エチレン)ビス(トリメリテート無水物)、1,3−(トリメチレン)ビス(トリメリテート無水物)、1,4−(テトラメチレン)ビス(トリメリテート無水物)、1,5−(ペンタメチレン)ビス(トリメリテート無水物)、1,6−(ヘキサメチレン)ビス(トリメリテート無水物)、1,7−(ヘプタメチレン)ビス(トリメリテート無水物)、1,8−(オクタメチレン)ビス(トリメリテート無水物)、1,9−(ノナメチレン)ビス(トリメリテート無水物)、1,10−(デカメチレン)ビス(トリメリテート無水物)、1,12−(ドデカメチレン)ビス(トリメリテート無水物)、1,16−(ヘキサデカメチレン)ビス(トリメリテート無水物)、1,18−(オクタデカメチレン)ビス(トリメリテート無水物)などが挙げられる。
トリカルボン酸無水物としては、例えば、トリメリット酸無水物や核水添トリメリット酸無水物などが挙げられる。
アミン成分としては、脂肪族ジアミンや芳香族ジアミンなどのジアミン、脂肪族ポリエーテルアミンなどの多価アミンを用いることができるが、これらのアミンに限定されるものではない。また、これらのアミン成分は、単独でまたは組み合わせて使用してもよい。
ジアミンとしては、例えば、p−フェニレンジアミン(PPD)、1,3−ジアミノベンゼン、2,4−トルエンジアミン、2,5−トルエンジアミン、2,6−トルエンジアミンなどのベンゼン核1つのジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルエーテルなどのジアミノジフェニルエーテル類、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジアミノジフェニルスルフィド、3,4’−ジアミノジフェニルスルフィドなどのベンゼン核2つのジアミン、1,3−ビス(3−アミノフェニルスルフィド)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェニルスルフィド)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノフェニルスルフィド)ベンゼンなどのベンゼン核3つのジアミン、3,3’−ビス(3−アミノフェノキシ)ビフェニル、3,3’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、4,4’−ビス(3−アミノフェノキシ)ビフェニル、2,2−ビス〔3−(3−アミノフェノキシ)フェニル〕プロパン、2,2−ビス〔3−(4−アミノフェノキシ)フェニル〕プロパン、2,2−ビス〔4−(3−アミノフェノキシ)フェニル〕プロパン、2,2−ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェニル〕プロパンなどのベンゼン核4つのジアミンなどの芳香族ジアミン、1,2−ジアミノエタン、1,3−ジアミノプロパン、1,4−ジアミノブタン、1,5−ジアミノペンタン、1,6−ジアミノヘキサンなどの脂肪族ジアミンが挙げられ、脂肪族ポリエーテルアミンとしては、エチレングリコール及び/又はプロピレングリコール系の多価アミン等が挙げられる。また、下記のように、カルボキシル基を有するアミンを用いることもできる。
カルボキシル基を有するアミンとしては、3,5−ジアミノ安息香酸、2,5−ジアミノ安息香酸、3,4−ジアミノ安息香酸等のジアミノ安息香酸類、3,5−ビス(3−アミノフェノキシ)安息香酸、3,5−ビス(4−アミノフェノキシ)安息香酸等のアミノフェノキシ安息香酸類、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジカルボキシビフェニルなどのカルボキシビフェニル化合物類、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジカルボキシジフェニルメタン、3,3’−ジカルボキシ−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、2,2−ビス[4−アミノ−3−カルボキシフェニル]プロパンなどのカルボキシジフェニルアルカン類、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジカルボキシジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジカルボキシジフェニルエーテルなどのカルボキシジフェニルエーテル化合物、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジカルボキシジフェニルスルフォン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジカルボキシジフェニルスルフォンなどのジフェニルスルフォン化合物などを挙げることができる。
イソシアネート成分としては、芳香族ジイソシアネートおよびその異性体や多量体、脂肪族ジイソシアネート類、脂環式ジイソシアネート類およびその異性体などのジイソシアネートやその他汎用のジイソシアネート類を用いることができるが、これらのイソシアネートに限定されるものではない。また、これらのイソシアネート成分は、単独で、または組み合わせて使用してもよい。
ジイソシアネートとしては、例えば、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ビフェニルジイソシアネート、ジフェニルスルホンジイソシアネート、ジフェニルエーテルジイソシアネートなどの芳香族ジイソシアネートおよびその異性体、多量体、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネートなどの脂肪族ジイソシアネート類、あるいは芳香族ジイソシアネートを水添した脂環式ジイソシアネート類および異性体、もしくはその他汎用のジイソシアネート類が挙げられる。
以上説明したようなイミド環またはイミド前駆体骨格を有するアルカリ溶解性樹脂は、アミド結合を有していてもよい。これは、イソシアネートとカルボン酸とを反応させて得られるアミド結合であってもよく、それ以外の反応によるものでもよい。さらに、その他の付加および縮合からなる結合を有していてもよい。
また、このアルカリ溶解性樹脂へのイミド環またはイミド前駆体骨格の導入には、公知慣用の、カルボキシル基および酸無水物基のうちのいずれか一方または双方を有するアルカリ溶解性ポリマー、オリゴマー、モノマーを用いてもよく、例えば、これらの公知慣用のアルカリ溶解性樹脂類を、単独で、もしくは、上記のカルボン酸無水物成分と組み合わせて、上記のアミン/イソシアネート類と反応させて得られる樹脂であってもよい。
このようなアルカリ溶解性基とイミド環またはイミド前駆体骨格を有するアルカリ溶解性樹脂の合成においては、公知慣用の有機溶剤を用いることができる。かかる有機溶媒としては、原料であるカルボン酸無水物類、アミン類、イソシアネート類と反応せず、かつこれら原料が溶解する溶媒であれば問題はなく、その構造は特に限定されない。中でも、原料の溶解性が高いことから、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン等の非プロトン性溶媒が好ましい。
以上説明したようなカルボキシル基または酸無水物基などのアルカリ溶解性基とイミド環またはイミド前駆体骨格を有するアルカリ溶解性樹脂は、フォトリソグラフィー工程に対応するために、その酸価が20〜200mgKOH/gであることが好ましく、60〜150mgKOH/gであることがより好ましい。この酸価が20mgKOH/g以上の場合、アルカリに対する溶解性が増加し、現像性が良好となり、さらには、光照射後の熱硬化成分との架橋度が高くなるため、十分な現像コントラストを得ることができる。また、この酸価が200mgKOH/g以下の場合には、後述する光照射後のPEB(POST EXPOSURE BAKE)工程でのいわゆる熱かぶりを抑制でき、プロセスマージンが大きくなる。
また、このアルカリ溶解性樹脂の分子量は、現像性および硬化塗膜特性を考慮すると、質量平均分子量1,000〜100,000が好ましく、2,000〜50,000がより好ましい。この分子量が1,000以上の場合、露光・PEB後に十分な耐現像性および硬化物性を得ることができる。また、分子量が100,000以下の場合、アルカリ溶解性が増加し、現像性が向上する。
イミド環またはイミド前駆体骨格を有するアルカリ溶解性樹脂を含む樹脂組成物は、光塩基発生剤を使用する場合は、通常、アルカリ溶解性樹脂に加えて、光塩基発生剤および熱反応性化合物を含有し、光重合開始剤を使用する場合は、アルカリ可溶性樹脂に加えて、光重合開始剤およびエチレン性不飽和結合を有する化合物を含有する。また、樹脂成分として、カルボキシル基含有ウレタン樹脂、カルボキシル基含有ノボラック樹脂などを併用してもよい。
光塩基発生剤は、紫外線や可視光等の光照射により分子構造が変化するか、または、分子が開裂することにより、後述する熱反応性化合物の重合反応の触媒として機能しうる1種以上の塩基性物質を生成する化合物である。塩基性物質としては、例えば、2級アミン、3級アミンが挙げられる。
光塩基発生剤としては、例えば、α−アミノアセトフェノン化合物、オキシムエステル化合物や、アシルオキシイミノ基,N−ホルミル化芳香族アミノ基、N−アシル化芳香族アミノ基、ニトロベンジルカーバメイト基、アルコオキシベンジルカーバメート基等の置換基を有する化合物等が挙げられる。中でも、オキシムエステル化合物、α−アミノアセトフェノン化合物が好ましい。α−アミノアセトフェノン化合物としては、特に、2つ以上の窒素原子を有するものが好ましい。
α−アミノアセトフェノン化合物は、分子中にベンゾインエーテル結合を有し、光照射を受けると分子内で開裂が起こって、硬化触媒作用を奏する塩基性物質(アミン)が生成する。α−アミノアセトフェノン化合物の具体例としては、(4−モルホリノベンゾイル)−1−ベンジル−1−ジメチルアミノプロパン(イルガキュア369、商品名、BASFジャパン社製)や4−(メチルチオベンゾイル)−1−メチル−1−モルホリノエタン(イルガキュア907、商品名、BASFジャパン社製)、2−(ジメチルアミノ)−2−[(4−メチルフェニル)メチル]−1−[4−(4−モルホリニル)フェニル]−1−ブタノン(イルガキュア379、商品名、BASFジャパン社製)などの市販の化合物またはその溶液を用いることができる。
オキシムエステル化合物としては、光照射により塩基性物質を生成する化合物であればいずれをも使用することができる。かかるオキシムエステル化合物としては、市販品として、BASFジャパン社製のCGI−325、イルガキュアーOXE01、イルガキュアーOXE02、アデカ社製N−1919、NCI−831などが挙げられる。また、特許第4344400号公報に記載された、分子内に2個のオキシムエステル基を有する化合物も好適に用いることができる。
このような光塩基発生剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。樹脂組成物中の光塩基発生剤の配合量は、好ましくは熱反応性化合物100質量部に対して0.1〜40質量部であり、より好ましくは、0.1〜30質量部である。0.1質量部以上の場合、光照射部/未照射部の耐現像性のコントラストを良好に得ることができる。また、40質量部以下の場合、硬化物特性が向上する。
熱反応性化合物は、熱による硬化反応が可能な官能基を有する樹脂であり、エポキシ樹脂、多官能オキセタン化合物等が挙げられる。
上記エポキシ樹脂は、エポキシ基を有する樹脂であり、公知のものをいずれも使用できる。具体的には、分子中にエポキシ基を2個有する2官能性エポキシ樹脂、および、分子中にエポキシ基を多数有する多官能エポキシ樹脂等が挙げられる。なお、水素添加された2官能エポキシ化合物であってもよい。
上記エポキシ樹脂としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ブロム化エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ヒダントイン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、トリヒドロキシフェニルメタン型エポキシ樹脂、ビキシレノール型もしくはビフェノール型エポキシ樹脂またはそれらの混合物;ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂、テトラフェニロールエタン型エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂、ジグリシジルフタレート樹脂、テトラグリシジルキシレノイルエタン樹脂、ナフタレン基含有エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂、グリシジルメタアクリレート共重合系エポキシ樹脂、シクロヘキシルマレイミドとグリシジルメタアクリレートの共重合エポキシ樹脂、CTBN変性エポキシ樹脂等が挙げられる。
これらのエポキシ樹脂は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
上記熱反応性化合物の配合量としては、アルカリ溶解性樹脂との当量比(カルボキシル基などのアルカリ溶解性基:エポキシ基などの熱反応性基)が1:0.1〜1:10であることが好ましい。このような配合比の範囲とすることにより、現像が良好となり、微細パターンを容易に形成することができるものとなる。上記当量比は、1:0.2〜1:5であることがより好ましい。
光重合開始剤としては、公知の光重合開始剤を用いることができ、例えば、α−アミノアセトフェノン系光重合開始剤、アシルホスフィンオキサイド系光重合開始剤、ベンゾイン化合物、アセトフェノン化合物、アントラキノン化合物、チオキサントン化合物、ケタール化合物、ベンゾフェノン化合物、3級アミン化合物およびキサントン化合物などが挙げられる。
また、エチレン性不飽和結合を有する化合物としては、公知のものを用いることができ、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレートなどのヒドロキシアルキルアクリレート類;エチレングリコール、メトキシテトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコールなどのグリコールのモノ又はジアクリレート類;ヘキサンジオール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリス−ヒドロキシエチルイソシアヌレートなどの多価アルコール又はこれらのエチレンオキサイド付加物若しくはプロピレンオキサイド付加物などの多価アクリレート類;フェノキシアクリレート、ビスフェノールAジアクリレート、およびこれらのフェノール類のエチレンオキサイド付加物若しくはプロピレンオキサイド付加物などのアクリレート類などがある。
(接着層(A))
接着層(A)を構成するアルカリ現像性樹脂組成物としては、フェノール性水酸基、チオール基およびカルボキシル基のうち1種以上の官能基を含有し、アルカリ溶液で現像可能な樹脂を含む組成物であればよく、光硬化性樹脂組成物でも熱硬化性樹脂組成物でも用いることができる。好ましくは、フェノール性水酸基を2個以上有する化合物、カルボキシル基含有樹脂、フェノール性水酸基およびカルボキシル基を有する化合物、チオール基を2個以上有する化合物を含む樹脂組成物が挙げられ、公知慣用のものが用いられる。
具体的には例えば、従来からソルダーレジスト組成物として用いられている、カルボキシル基含有樹脂またはカルボキシル基含有感光性樹脂と、エチレン性不飽和結合を有する化合物と、光重合開始剤と、熱反応性化合物とを含む光硬化性熱硬化性樹脂組成物が挙げられる。また、カルボキシル基含有ウレタン樹脂、カルボキシル基を有する樹脂、光塩基発生剤および熱硬化成分を含む樹脂組成物を用いることもできる。かかる樹脂組成物は、光塩基発生剤から生じる塩基を触媒として、カルボキシル基を有するウレタン樹脂と熱硬化成分とを露光後の加熱によって付加反応させ、未露光部分をアルカリ溶液によって除去することによって現像が可能となるものである。
接着層(A)に用いる樹脂組成物を構成する各材料としては、公知慣用のものが用いられる他、上記保護層(B)において使用されるものも、同様に用いることができる。
上記接着層(A)および保護層(B)において用いる樹脂組成物には、得られる硬化物の可撓性や指触乾燥性の向上を目的に、公知慣用の高分子樹脂を配合することができる。このような高分子樹脂としては、セルロース系、ポリエステル系、フェノキシ樹脂系ポリマー、ポリビニルアセタール系、ポリビニルブチラール系、ポリアミド系、ポリアミドイミド系バインダーポリマー、ブロック共重合体、エラストマー等が挙げられる。この高分子樹脂は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
また、接着層(A)および保護層(B)において用いる樹脂組成物には、硬化物の硬化収縮を抑制し、密着性、硬度などの特性を向上させるために、無機充填剤を配合することができる。このような無機充填剤としては、例えば、硫酸バリウム、無定形シリカ、溶融シリカ、球状シリカ、タルク、クレー、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ノイブルグシリシャスアース等が挙げられる。
接着層(A)および保護層(B)において用いる樹脂組成物には、樹脂組成物の調製のためや、基材やキャリアフィルムに塗布するための粘度調整のために、有機溶剤を使用することができる。このような有機溶剤としては、ケトン類、芳香族炭化水素類、グリコールエーテル類、グリコールエーテルアセテート類、エステル類、アルコール類、脂肪族炭化水素、石油系溶剤などを挙げることができる。このような有機溶剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上の混合物として用いてもよい。
接着層(A)および保護層(B)において用いる樹脂組成物には、必要に応じてさらに、着色剤、メルカプト化合物、密着促進剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤などの成分を配合することができる。これらは、電子材料の分野において公知慣用のものを用いることができる。また、微粉シリカ、ハイドロタルサイト、有機ベントナイト、モンモリロナイトなどの公知慣用の増粘剤、シリコーン系、フッ素系、高分子系などの消泡剤やレベリング剤、シランカップリング剤、防錆剤などのような公知慣用の添加剤類を適宜配合することができる。
本発明の積層構造体において、接着層(A)は、銅回路への追従性の観点より、保護層(B)よりも厚い方が好ましい。
本発明の積層構造体は、フレキシブルプリント配線板の屈曲部および非屈曲部のうち少なくともいずれか一方、好適には双方に用いることができ、これにより、折り曲げに対する十分な耐久性を備えるフレキシブルプリント配線板を、コスト性および作業性を向上しつつ得ることができる。具体的には、本発明の積層構造体は、フレキシブルプリント配線板のカバーレイ、ソルダーレジストおよび層間絶縁材料のうち少なくともいずれか1つの用途に用いることができる。
(フレキシブルプリント配線板の製造方法)
本発明においては、フレキシブルプリント配線基材上に、上記積層構造体の層を直接またはドライフィルムを介して形成し、光照射によりパターニングして、現像液によりパターンを一括して形成して絶縁膜を形成することで、フレキシブルプリント配線板を得ることができる。従来のソルダーレジスト層の単層では屈曲性などの特性が悪かったが、本発明によれば、接着層(A)と保護層(B)とからなる積層構造体とし、保護層と接着層の膜厚の比率、および保護層と接着層の現像速度の比率を夫々前記範囲内とすることにより、アルカリ現像性と、耐熱性および屈曲性などの機械的特性とを良好に両立させることが可能となった。
以下に、本発明の積層構造体から本発明のフレキシブルプリント配線板を製造する方法の一例について、接着層(A)および保護層(B)の双方について、光塩基発生剤および熱反応性化合物を含有する樹脂組成物を用いた場合に関し、図1に示す工程図に基づき説明する。なお、従来からソルダーレジスト組成物として使用されている、カルボキシル基含有樹脂またはカルボキシル基含有感光性樹脂と、エチレン性不飽和結合を有する化合物と、光重合開始剤と、熱反応性化合物とを含む光硬化性熱硬化性樹脂組成物を使用する場合には、ソルダーレジストと同様の工程をとることができる。
[積層工程]
積層工程は、基材上に、本発明の積層構造体を形成する工程である。図1中の積層工程は、銅回路2が形成されたフレキシブルプリント配線基材1上に、アルカリ現像型樹脂組成物からなる接着層3と、保護層4とからなる積層構造体が形成されている状態を示す。
ここで、積層構造体を構成する各層は、例えば、接着層3および保護層4を構成する樹脂組成物を、順次、基材上に塗布、乾燥することにより、接着層3および保護層4を直接形成するか、または、接着層3および保護層4を構成する樹脂組成物をそれぞれドライフィルムの形態にしたものを基材に順次にラミネートする方法により形成することができる。また、2層構造のドライフィルム形態にした積層構造体を、基材にラミネートする方法により形成してもよい。この場合、積層構造体の少なくとも片面を、フィルムで支持または保護することもできる。使用するフィルムとしては、積層構造体から剥離可能なプラスチックフィルムを用いることができる。フィルムの厚さについては特に制限はないが、一般に、10〜150μmの範囲で適宜選択される。塗膜強度の観点から、各層間の界面は、馴染んでいてもよい。
樹脂組成物の基材への塗布方法は、ブレードコーター、リップコーター、コンマコーター、フィルムコーター等の公知の方法でよい。また、乾燥方法は、熱風循環式乾燥炉、IR炉、ホットプレート、コンベクションオーブン等、蒸気による加熱方式の熱源を備えたものを用い、乾燥機内の熱風を向流接触させる方法、および、ノズルより支持体に吹き付ける方法等、公知の方法でよい。
ここで、基材としては、あらかじめ回路形成されたフレキシブルプリント配線基材である。また、接着層3と保護層4との間に、所期の効果に加え、さらに他の効果を得るために、さらなる層を設けてもよい。
[光照射工程]
光照射工程は、ネガ型のパターン状に、光照射にて樹脂組成物中に含まれる光塩基発生剤を活性化して、光照射部を硬化する工程である。この光照射工程では、保護層4上にマスク5を配置し、ネガ型のパターン状に光照射することにより、樹脂組成物に含まれる光塩基発生剤を活性化して、光照射部を硬化する。
この工程では、光照射部で発生した塩基により、光塩基発生剤が不安定化して、光塩基発生剤から塩基性物質(以下、「塩基」と略記する場合がある)が発生し、この発生した塩基によって光塩基発生剤が不安定化して、さらに塩基が発生する。このようにして塩基が発生して各層の深部まで化学的に増殖することにより、各層の深部まで十分に硬化することができると考えられる。その後の熱硬化の際には、この塩基がアルカリ現像性樹脂と熱反応性化合物との付加反応の触媒として作用しながら、付加反応が進行するため、光照射部では、各層が深部まで十分に熱硬化する。この場合の樹脂組成物の硬化は、例えば、熱反応によるエポキシの開環反応であるため、光反応で進行する場合と比べてひずみや硬化収縮を抑えることができる。
光照射に用いられる光照射機としては、直接描画装置(例えば、コンピューターからのCADデータにより直接レーザーで画像を描くレーザーダイレクトイメージング装置)、メタルハライドランプを搭載した光照射機、(超)高圧水銀ランプを搭載した光照射機、水銀ショートアークランプを搭載した光照射機、または、(超)高圧水銀ランプ等の紫外線ランプを使用した直接描画装置を用いることができる。パターン状の光照射用のマスクは、ネガ型のマスクである。
活性エネルギー線としては、最大波長が350〜410nmの範囲にあるレーザー光または散乱光を用いることが好ましい。最大波長をこの範囲とすることにより、効率良く光塩基発生剤を活性化させることができる。この範囲のレーザー光を用いるものであれば、レーザーの種類は、ガスレーザーおよび固体レーザーのいずれでもよい。また、その光照射量は膜厚等によって異なるが、一般には100〜1500mJ/cm、好ましくは300〜1500mJ/cmの範囲内とすることができる。
[加熱工程]
加熱工程は、加熱により光照射部を硬化するものであり、光照射工程で発生した塩基により、深部まで硬化させることができる。この加熱工程は、光照射工程の後、接着層3および保護層4を加熱することにより、光照射部を硬化する工程であり、いわゆるPEB(POST EXPOSURE BAKE)工程と言われる工程である。これにより、光照射工程で発生した塩基にて各層を深部まで十分に硬化して、硬化特性に優れたパターン層を得ることができる。
例えば、加熱工程は、未照射の樹脂組成物の発熱開始温度または発熱ピーク温度よりも低く、かつ、光照射した樹脂組成物の発熱開始温度または発熱ピーク温度よりも高い温度で加熱することが好ましい。このように加熱することにより、光照射部のみを選択的に硬化することができる。
ここで、この際の加熱温度は、樹脂組成物のうち光照射部は熱硬化するが、未照射部は熱硬化しない温度であることが好ましい。加熱温度は、例えば、80〜140℃である。加熱温度を80℃以上とすることにより、光照射部を十分に硬化できる。一方、加熱温度を140℃以下とすることにより、光照射部のみを選択的に硬化できる。加熱時間は、例えば、10〜100分である。加熱方法は、上記乾燥方法と同様である。なお、未照射部では、光塩基発生剤から塩基が発生しないため、熱硬化が抑制される。
[現像工程]
現像工程は、アルカリ現像により、未照射部を除去して、ネガ型のパターン層を形成するものである。図1中の現像工程は、接着層3および保護層4をアルカリ性水溶液によって現像することにより、未照射部が除去され、ネガ型のパターン層を形成する工程を示す。現像方法としては、ディッピング法、シャワー法、スプレー法、ブラシ法等公知の方法によることができる。また、現像液としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、リン酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、アンモニア、エタノールアミンなどのアミン類、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液(TMAH)等のアルカリ水溶液またはこれらの混合液を用いることができる。
[第2光照射工程]
現像工程の後には、第2光照射工程を含むことが好ましい。この第2光照射工程は、光照射工程のパターン層内で活性化せずに残った光塩基発生剤を活性化して、塩基を発生させるために、所望に応じて紫外線を照射する工程である。第2光照射工程における紫外線の波長および光照射量(露光量)は、上記光照射工程と同じであってもよく、異なっていてもよい。光照射量(露光量)は、例えば、150〜2000mJ/cmである。
[熱硬化工程]
現像工程の後には、さらに、熱硬化(ポストキュア)熱硬化工程を含むことが好ましい。この熱硬化工程は、パターン層を十分に熱硬化させるために、必要に応じて熱硬化(ポストキュア)を行う工程である。現像工程の後に、第2光照射工程と熱硬化工程とをともに行う場合、熱硬化工程は、第2光照射工程の後に行うことが好ましい。
この熱硬化工程は、光照射工程、または、光照射工程および第2光照射工程によって光塩基発生剤から発生した塩基により、パターン層を十分に熱硬化させる。熱硬化工程の時点では、未照射部を既に除去しているため、熱硬化工程は、未照射の樹脂組成物の硬化反応開始温度以上の温度で行うことができる。これにより、パターン層を十分に熱硬化させることができる。加熱温度は、例えば、150℃以上である。
以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
(合成例1)
<イミド環を有するアルカリ溶解性樹脂の合成>
撹拌機、窒素導入管、分留環および冷却環を取り付けたセパラブル3つ口フラスコに、3,5−ジアミノ安息香酸を12.5g、2,2’−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパンを8.2g、NMPを30g、γ−ブチロラクトンを30g、4,4’−オキシジフタル酸無水物を27.9g、トリメリット酸無水物を3.8g加え、窒素雰囲気下、室温、100rpmで4時間撹拌した。次いで、トルエンを20g加え、シリコン浴温度180℃、150rpmでトルエンおよび水を留去しながら4時間撹拌して、イミド環含有アルカリ溶解性樹脂溶液を得た。その後、固形分が30質量%となるようにγ−ブチロラクトンを添加した。得られた樹脂溶液は、固形分酸価86mgKOH/g、Mw10000であった。
(合成例2)
<カルボキシル基含有ウレタン樹脂の合成>
撹拌装置、温度計およびコンデンサーを備えた反応容器に、1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールとから誘導されるポリカーボネートジオール(旭化成ケミカルズ(株)製、T5650J、数平均分子量800)を2400g(3モル)、ジメチロールプロピオン酸を603g(4.5モル)、および、モノヒドロキシル化合物として2−ヒドロキシエチルアクリレートを238g(2.6モル)投入した。次いで、ポリイソシアネートとしてイソホロンジイソシアネート1887g(8.5モル)を投入し、撹拌しながら60℃まで加熱して停止し、反応容器内の温度が低下し始めた時点で再度加熱して80℃で撹拌を続け、赤外線吸収スペクトルでイソシアネート基の吸収スペクトル(2280cm−1)が消失したことを確認して、反応を終了した。その後、固形分が50質量%となるようにカルビトールアセテートを添加した。得られたカルボキシル基含有ウレタン樹脂の固形分の酸価は、50mgKOH/gであった。
<各層を構成する樹脂組成物の調製>
下記表1および表2に記載の配合に従って、実施例および比較例に記載の材料をそれぞれ配合し、攪拌機にて予備混合した後、3本ロールミルにて混練し、接着層および保護層を構成する樹脂組成物を調製した。表中の値は、特に断りが無い限り、質量部である。
<接着層(A)の形成>
銅厚18μmの回路が形成されたフレキシブルプリント配線基材を用意し、メック社製のCB−801Yを使用して、前処理を行った。その後、前処理を行ったフレキシブルプリント配線基材に、各接着層用の樹脂組成物を、乾燥後の膜厚が下記表1および表2に示す膜厚となるように塗布した。その後、熱風循環式乾燥炉にて80℃/30分にて乾燥し、樹脂組成物からなる接着層(A)を形成した。なお、比較例1については、接着層を形成しなかった。
<保護層(B)の形成>
上記接着層(A)上に、各保護層用の樹脂組成物を、乾燥後の膜厚が下記表1および表2に示す膜厚となるように塗布した。その後、熱風循環式乾燥炉にて80℃/30分にて乾燥し、樹脂組成物からなる保護層(B)を形成した。
接着層(A)および保護層(B)の膜厚の合計は全て20μmとした。
<膜厚の測定>
膜厚は、ミツトヨ社製マイクロメーターMDC−25MXを用いて測定した。
<現像速度の測定>
銅厚18μmの回路が形成されたフレキシブルプリント配線基材上に各樹脂組成物を塗布し、熱風循環式乾燥炉にて80℃/30分乾燥した。その後、30℃・1質量%の炭酸ナトリウム水溶液中に基材を浸漬し、塗膜が溶解するまでの時間を測定した。現像速度は塗膜が溶解するまでの時間を現像時間[秒]、膜厚を膜厚[μm]とした場合、下記式で表される。
現像速度[μm/秒]=膜厚[μm]/現像時間[秒]
<アルカリ現像性、はんだ耐熱性、および金めっき耐性>
上記で得られた積層構造体を備える基材に対し、ORC社製のHMW680GW(メタルハライドランプ、散乱光)にて、露光量500mJ/cmで、ネガ型のパターン状に光照射した。次いで、90℃で60分間加熱処理を行った。その後、30℃・1質量%の炭酸ナトリウム水溶液中に基材を浸漬して3分間現像を行い、アルカリ現像性の可否を評価した。評価は目視で行い、以下の基準で評価した。
○:残渣なく現像可
×:現像残渣有り
次いで、熱風循環式乾燥炉を用いて150℃/60分間熱処理を行い、パターン状の硬化塗膜を得た。得られた硬化塗膜に対し、この評価基材に、ロジン系フラックスを塗布して、予め260℃に設定したはんだ槽に20秒間(10秒×2回)浸漬し、イソプロピルアルコールでフラックスを洗浄した後、セロハン粘着テープによるピールテストを行い、レジスト層の膨れ・剥がれ・変色について、以下の基準で評価した。
○: 全く変化が認められないもの
×: 膨れ、剥がれがあるもの
また、得られた硬化塗膜に対して市販品の無電解ニッケルめっき浴及び無電解金めっき浴を用いて、80〜90℃で、ニッケル5μm、金0.05μmの条件でめっきを行った。めっきされた評価基材において、目視にてめっきのしみ込みの有無を評価した。
○: しみ込みの無いもの
×: 基材と塗膜との間にしみ込みが確認されるもの
得られた結果を、下記の表1および表2中に示す。
Figure 0006374521

※1:合成例1の樹脂
※2:合成例2の樹脂
※3:カルボキシル基含有ノボラック樹脂(酸価104mgKOH/g,Bis A/フェノールノボラック樹脂)
※4:エトキシ化ビスフェノールAジメタクリレート(新中村化学工業(株)製)
※5:ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂(DIC(株)製)
※6:ビスフェノールA型エポキシ樹脂(分子量400)(三菱化学(株)製)
※7:オキシム型光塩基発生剤(BASFジャパン社製)
※8:2−(ジメチルアミノ)−2−[(4−メチルフェニル)メチル]−1−[4−(4−モルホリニル)フェニル]−1−ブタノン(BASFジャパン社製)
※9:ビスフェノールF型酸変性エポキシアクリレート(日本化薬(株)製)
※10:硫酸バリウム(堺化学(株)製)
Figure 0006374521
上記表1および表2に示す評価結果から明らかなように、実施例のフレキシブルプリント配線板は、良好な現像性と耐熱性を示すことが確認された。これに対し、比較例1はイミド環を有する樹脂組成物の保護層のみで構成されているため、耐熱性は良好であるが、現像性に劣り、通常の炭酸ソーダを用いた現像は不可能であることが分かった。また、比較例2では接着層が薄く、接着層と保護層の膜厚の比率が本発明の範囲からはずれているため、耐熱性は良好であるものの、やはり現像性に劣る結果となった。さらに、比較例3ではやはり接着層と保護層の膜厚の比率が本発明の範囲からはずれているため、現像性は良好であるものの、耐熱性に劣る結果となった。比較例4では膜厚の比率に関しては本発明の範囲内であるものの、接着層と保護層の現像速度が同じであり、両者の現像速度の比率が本発明の範囲からはずれているため、やはり現像性が劣る結果となった。比較例5では現像速度の比率が本発明の範囲からはずれているため、現像性は良好であるものの、耐熱性に劣る結果となった。
1 フレキシブルプリント配線基材
2 銅回路
3 接着層
4 保護層
5 マスク

Claims (6)

  1. アルカリ現像性樹脂組成物からなる接着層(A)と、該接着層(A)上に形成されるイミド環またはイミド前駆体骨格を有するアルカリ溶解性樹脂を含む感光性樹脂組成物からなる保護層(B)と、を有し、前記接着層(A)と前記保護層(B)の膜厚の比率がA/B=0.5〜50であり、前記接着層(A)の現像速度(a)と前記保護層(B)の現像速度(b)の比率がa/b=1.1〜100であることを特徴とする積層構造体。
    ここで、現像速度とは、銅厚18μmの回路が形成されたフレキシブルプリント配線基材上に樹脂組成物を塗布し、熱風循環式乾燥炉にて80℃/30分乾燥した後、30℃、1質量%の炭酸ナトリウム水溶液中に基材を浸漬し、塗膜が溶解するまでの時間を現像時間[秒]とし、塗膜の膜厚を膜厚[μm]とした場合、下記式で表される。
    現像速度[μm/秒]=膜厚[μm]/現像時間[秒]
  2. 前記接着層(A)と前記保護層(B)とが、いずれも光照射によりパターニング可能である請求項1記載の積層構造体。
  3. フレキシブルプリント配線板の屈曲部および非屈曲部のうち少なくともいずれか一方に用いられる請求項1記載の積層構造体。
  4. フレキシブルプリント配線板のカバーレイ、ソルダーレジストおよび層間絶縁材料のうち少なくともいずれか1つの用途に用いられる請求項1記載の積層構造体。
  5. 請求項1〜4のうちいずれか一項記載の積層構造体の少なくとも片面が、フィルムで支持または保護されてなることを特徴とするドライフィルム。
  6. フレキシブルプリント配線基板上に、請求項1〜のうちいずれか一項記載の積層構造体からなる硬化パターン層を、基板側から接着層(A)および保護層(B)の順に備えることを特徴とするフレキシブルプリント配線板。
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