JP2566250B2 - 層間の寸法差の矯正方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、重合体と金属箔からなる長尺状のフレキシ
ブル金属箔積層板（Flexible metal caladlaminate。以
下、FMCLという。）の金属箔層と重合体薄膜層の層間の
寸法差を矯正する方法に関するものである。金属箔層と
重合体薄膜層の層間の寸法差を矯正することにより、そ
の結果、FMCLに存在するカールが矯正され、後工程での
取扱いを容易にすることができ、またその金属箔をエッ
チング加工した時に発生する重合体薄膜層の寸法の伸び
を最少限に減少させることができ、本発明の方法は連続
的に行なうことができる。

〔従来の技術〕

FMCLは可撓性を有するプリント回路の製造に用いられ
るもので、近年プリント回路が納まるケース類がコンパ
クトになるなどのため利用が増大している。FMCLは従
来、金属箔に重合体薄膜を接着剤を用いて張り合わせて
製造されていた。種々の重合体薄膜の中でも、特にポリ
イミドを用いたFMCLは耐熱性の優れている点で広く用い
られている。しかしながら、ポリイミドを金属箔上に直
接形成したFMCLでは耐熱性、電気特性および機械特性に
は優れているが、ポリイミドと金属箔層との寸法差によ
りカールが生じる。その場合、金属箔を外側にしたカー
ルが生じることもあるが、しばしば、これとは逆の金属
箔を内側にしたカールしたFMCLも存在する。即ち特開昭
60−157286では金属箔に比べてポリイミドの熱膨張係数
が小さいために金属箔を内側にしたカールが発生するも
のが知られている。このようにカールしたFMCLの場合、
ポリイミドに比べて金属箔の寸法が小さい。これでは取
扱いが不便であり、特にエッチング後には寸法が変って
回路形成ができなくなってしまうという大きな問題があ
る。

例えば長尺方向にFMCLを延伸すれば長尺方向のみの２
層間の寸法差を矯正することができるが、幅方向には依
然として寸法差が残る。FMCLを２軸方向に延伸すれば長
尺方向幅方向共に矯正することができるが工業的にはFM
CLを横方向に延伸することは必要な力とロスの問題で難
しい。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は金属箔上に重合体からなる薄膜層を有する長
尺状FMCLに発生する、重合体層が長く金属箔層が短かい
という寸法差を軽減すること及び金属箔をエッチング加
工した時に発生する重合体薄膜層の伸びを軽減すること
を連続的に行なう方法及び装置を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の対象とする金属箔と重合体薄膜を有する長尺
状フレキシブル金属箔積層板は、金属箔の長さに比べて
重合体薄膜の長さが長いという寸法差があるため、積層
状態においては、該重合体が金属箔に引っぱられて縮め
られ、弾性変形状態にあり、見かけ上、金属箔を内側に
してカールしているようなものである。長尺状の金属箔
上に重合体薄膜を有するかかる長尺状FMCLを、その幅方
向に対して０〜80度の角度（第１ライン角度）で設けら
れたバーの曲面上に、重合体層を内側にして緊張状態で
長手方向に滑らせる工程、FMCLの幅方向に対して０〜−
80度の角度（第２ライン角度）で設けられたバーの曲面
上に、重合体層を内側にして前記積層板を緊張状態で長
手方向に滑らせる工程のいづれか又はそれぞれ１回以上
適宜の順序で行なうことである。尚、ライン角度は進行
している積層板の金属箔側から見た角度であり、反時計
方向を正の角度、時計方向を負の角度とする。

それぞれのライン角度は矯正されるFMCLの性質によっ
て決められるが、長手方向にそれぞれ45°である場合は
２軸方向に充分作用しうるが、寸法差の大きい方向が長
手方向に対して特定の方向であれば特にその方向に直交
する方向を第１ライン角度に選ぶのがよい。

特殊な場合として寸法差の大きい方向が長手方向に一
致していれば幅方向に平行する方向をライン角度に選ぶ
ことになる。

バーに当てて滑らせる回数は一回以上何回繰返しても
よいが普通は長手方向に対称に偶数回であるが、これに
限るものではない。

二層間の寸法差が実質的に長手方向のみの場合には、
バーは積層板の幅方向に対して０〜±５度の角度で第１
工程または第２工程のみで寸法差の矯正は完成される。

なお、好ましくは、上記の最終の工程の後に、後に示
す温度の雰囲気で30分以上養生する工程を実施すること
である。これにより残存ストレスが効果的に開放され
る。

本発明の原理的な技術思想は、第３図に示すように特
定の曲率半径を持った曲面ａを有するバーｂの曲面ａ上
を、積層板Ａが金属箔ｃを外側にし、重合体層ｄを内側
にして、円周に沿って張力をかけられながら移動する際
外側の金属箔層ｃの伸びを、金属箔層ｃが重合体層ｄよ
り短かい分にほぼ等しい量だけ伸び塑性変形を起こさせ
て、金属箔層ｃの平面上の長さを重合体層ｄの長さにほ
ぼ等しく矯正することにより、積層板のエッチング前後
の寸法の伸びを減少させることである。この場合、内側
の重合体層ｄにはバーと直角方向に収縮が発生するが、
そのほとんどは一時的な弾性変形であり、ごく僅かな収
縮塑性変形が起こることも考えられるが、その値は実質
上無視されるほど小さい。

また、この技術思想を実施するに当り、第１工程、第
２工程に分けて行なうことが普通であるが、これは、第
４図により例示される。第１工程では、積層板Ａがその
幅方向に対して45度に置かれたバーを通過するとそのバ
ーに直角にエッチング前後の寸法の伸びが減少する。更
に、第２工程ではその積層板Ａがその幅方向に対して、
−45度に置かれた別のバーを通過すると、そのバーに直
角な方向にエッチング前後の寸法の伸び方が減少する。
このようにして、積層板Ａが第１のバー及び第２のバー
の両方のバーを通過することにより積層板の全平面方向
の寸法の伸びが減少する。この寸法の伸びの減少程度
は、積層板Ａがバーの上を進行方向に滑る時の張力、速
度、回数及び第３図に示される積層板Ａにかかる張力、
積層板Ａがバーを境に折返される時の折り返し角度等を
制御することにより調整することができる。

更に必要に応じて上記の塑性変形を利用した寸法の伸
びの減少の後、この積層板をガラス転移温度より10℃以
下の温度で養生することが好ましいが、これは、バーの
通過で生じた金属箔の延伸塑性変形の不均一や重合体に
生じた収縮塑性変形の微妙な不均一が残存しているた
め、それを養生により除去することができる。このよう
にしてFMCLの層間の寸法差の矯正を行なうことにより寸
法伸びの減少（以下、寸法安定性改良という）を行なう
ことができる。

また、塑性変形を伴なう寸法差の矯正に於いてもFMCL
の接着物性、フィルム物性等の品質低下は実質的に発生
しない。

本発明において、金属箔上の薄膜層の重合体は、芳香
族または脂肪族ポリイミド、芳香族または脂肪族ポリア
ミド、芳香族または脂肪族ポリアミドイミド、ポリエス
テル、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケ
トン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、
ポリ塩化ビニル等であり、特に限定されるものではな
い。これらの重合体の中でも、特に芳香族ポリイミドは
耐熱性の高さからFMCLとして有用であることが知られて
いるが、その中でもたとえば以下のポリイミドは熱膨張
率が金属箔より小さいため金属箔上に直接ポリイミドを
形成した場合に金属箔を内側にしたカールが発生し本発
明が効果的に適用される。

また、熱膨張率が金属箔より大きい重合体を金属箔上
に形成したFMCLでも例えば任意の重合体を発泡させたFM
CLなどでは金属箔を内側にしたカールが発生する。発泡
ポリイミド、発泡ポリアミドなどは発泡させない重合体
より誘電率が低く、低誘電率を要求される平面アンテナ
用回路基板、高周波回路用基板、同軸ケーブルの電磁波
シールド、情報伝達システムに使用されるフラットケー
ブルに用いられる。

これらのFMCLでも前記同様の問題点がありエッチング
加工で重合体薄膜層に大きな寸法の伸びが起りうる。こ
のような場合にも本発明は有効に適用できる。

本発明における長尺状金属箔としては、電気伝導性及
び加工性の見地から好適には一般には銅箔やアルミニウ
ム箔であるがニッケル箔などの金属箔であり、箔の厚さ
は、通常５〜100μｍ程度のものが使われる。

本発明の理解を容易にするために、以下に添付図面を
参照して本発明を具体的に説明する。

第１図は、第１のバー及び第２のバーとして第６図に
示すような断面がコーナーに曲線を持った長方形のガラ
ス板を用いて金属箔を、金属箔層とポリイミド層の２層
間の寸法差にほぼ等しい分だけ延伸させ、結果として寸
法安定性改良操作を実施している状況の一例を示す模式
図である。

ロール１に巻き取られていたFMCL5は矢印の方向に移
動し、この積層板の幅方向に対して直交しない角度、敢
えて数字で示せば０〜80度好ましくは０〜60度のα₁で
設置された第１のバー２（第１図では積層板の幅方向に
対するα₁が45度となるように設置されている）のコー
ナー（コーナー部分の曲率半径が0.5mmより小さい）に
重合体薄膜層面が接しながら、折返し角度、例えば60度
（すなわち、バー２に供給される積層板が属する平面と
バー２から誘出される積層板が属する平面とが60度の角
度をなしている状態）で折返されている。バー２からの
積層板は矢印の方向に移動し、積層板の幅方向に対して
０〜−80度、好ましくは０〜−60度の角度で設置された
第２のバー３（第１図では積層板の幅方向に対するα₂
が−45度となるように設置されている）のコーナー（コ
ーナー部分の曲率半径が0.5mm以下）に重合体薄膜面が
接しながら、折返し角度60度で折返されている。バー３
からの積層板は、更に矢印の方向に移動し、ロール４に
巻き取られる。

本発明の第１及び第２の工程において用いられるバー
の材質は、ガラス、セラミックス、金属、合成樹脂など
の耐摩擦性や剛性の高い材料特に好ましくは、ジルコニ
アセラミックス等の強靱なセラミックスであり、その接
触面（すなわち、バーの長さ方向に垂直な断面）は、積
層板が接触するコーナーが、第５図や第６図にその断面
を示すような曲面を持った長方形、正方形、あるいは円
形等の任意の形状を有して良い。また、FMCLの重合体薄
膜層がバーに接触する曲面の曲率半径は0.001mm以上で
0.5mmより小さく、好ましくは0.1〜0.45mmである。この
曲率半径が大きいことは本発明の効果を低くするので好
ましくない。すなわち曲面の曲率半径が0.5mm以上の場
合は、バーに沿って長尺状FMCLが張力を保って移動する
際、金属箔層の伸び塑性変形がほとんど起こらず、回路
用積層板として十分な寸法安定性（一般には、ポリイミ
ドの寸法の伸び（IPC FC 240）が±0.1％以内が必要）
が得るに到らない。また、0.001mmより小さい曲率半径
とするとバーに沿って積層板が移動する際に、積層板に
傷がついたり、切断されたりする恐れがあり好ましくな
い。

なお、本発明におけるバーとしては特殊な場合として
特定の曲率半径の回転ロールであってもよい。

本発明において「折返し角度」とは、前記のように、
バーあるいは回転ロールに接触するように導入される長
尺状のFMCLの属する面と、バーあるいは回転ロールに接
触し、折返されて移動していく積層面とが形成する角度
を意味し、好ましくは20〜179度、さらに好ましくは60
〜160度である。一般に、20度より小さい場合には、バ
ーあるいは回転ロール上を積層板が移動する際の摩擦抵
抗及び曲げ剛性による抵抗が大きいこと、および装置の
立体配置上の問題があり、スムースな積層板の移動が困
難であり、179度より大きい場合には、積層板がバーあ
るいは回転ロールに接触する距離が小さく、積層板が受
ける変形応力が非常に小さくなり、二層間の寸法差の矯
正が不十分でその結果として充分な寸法安定性改良を行
うことが困難である。

また、FMCLと各バーの曲面との接触は緊張状態を維持
しながら行なうのがよい。そのような緊張状態の維持
は、長尺状積層板に公知の張力を掛ける装置により行な
うことができる。適当な張力範囲は積層板の寸法安定性
の程度、金属箔および重合体層の材料および厚み、そし
て、バーの曲率半径そして特に処理の繰返し回数などに
より変化するが、通常はFMCLの幅1cm当り50grより大き
く、好ましくは200〜2000grの範囲から選ばれる。積層
板にかかる張力が50g/cm以下では、積層板の曲げ剛性の
ため、バーの上を積層板が移動する際、積層板がバーの
曲面に沿って移動する長さが極端に短かく、その結果、
積層板がバーの上で描く曲面の曲率半径が大きくなり、
本発明の効果が発現し難い。また、2000g/cmを越えると
張力による金属箔の張力方向の伸び塑性変形が大きくな
るため、寸法安定性改良に悪影響を与える。尚、張力は
巻取ロールを駆動する装置、たとえば電動モーターの駆
動トルクを増減することによって与えられ、もしくは巻
取ロールの前に引取りロールを設け、このトルクを制御
することによって与えられる。

本発明において、長尺状のFMCLをバーの曲面上を移動
させる速度には特に制限はないが、実用上、好ましくは
0.2〜10m/分程度である。

本発明で養生を行う場合には、重合体のガラス転移点
の温度より10℃以上低い温度で30分以上行なう。

本発明は好ましくは200℃以下０℃以上の温度で実施
する。200℃を越える温度においても寸法差の矯正は可
能であるが、室温から余りにかけ離れた温度での処理は
積層板を室温に戻した場合にその温度変化により、寸法
の安定性が再度悪くなることが多く好ましくない。その
ため特に好ましい温度範囲は10〜50℃程度であり、この
ようにして本発明方法を実施した場合は、その後の温度
変化によるカールの再発生および寸法安定性の悪化は無
視できる程度となる。

なお、本発明でバーへの積層板の移動に於いて、その
手段について特に限定するものではなく、積層板が進行
ラインをはずれた場合に、そのラインを修正するための
ガイドローラなどのコントローラーは種々の方法から適
宜選択使用できる。

本発明の寸法安定性改良方法によれば、長尺状の金属
箔とその金属箔の表面に接着剤層を介すことなく設けら
れた重合体の薄膜層からなる長尺状のFMCLに発生する寸
法安定性不良が実質的に解消され、特に芳香族ポリイミ
ドの場合、接着剤層を含まないことにより芳香族ポリイ
ミドの優れた耐熱性、電気特性、機械特性が生かされた
FMCLの回路加工性が大幅に改良される。

また、本発明で得られたFMCLはフレキシブルプリント
配線板に限らず、フラットケーブル、電線被覆材料、電
磁波シールドフィルム、包装材料等にも使用することが
でき、カールしたものに比べて非常に取扱いが容易であ
る。

さらに、本発明は、２層構造のFMCLに限らず、重合体
薄膜層が２層以上、たとえば接着剤層を持つような、合
計３層以上のFMCLについても同様に適用できる。

次に実施例および比較例を示してさらに本発明を説明
する。

実施例１ 攪拌器、還流冷却器及び窒素導入管を備えた容器に、
1,4−ジアミノ−２−メチルベンゼン21.9g（0.18モル）
をＮメチル−２ピロリドン425gに溶解し、０℃付近まで
冷却し、窒素雰囲気下に於いてピロメリット酸二無水物
39.1g（0.18モル）を加え０℃付近で２時間撹拌した。
次に上記溶液を室温に戻し、窒素雰囲気下で約20時間攪
拌を行なった。こうして得られたポリアミド酸溶液の回
転粘度を50psになるまで85℃で減粘を行なった。

この溶液を圧延銅箔（厚さ35μｍ）に均一に流延塗布
し、130℃で５分さらに160℃で５分加熱乾燥した後、27
0℃の窒素雰囲気（酸素濃度３％）の中で５分間加熱し
て、ポリイミドをコートした銅箔を得た。膜厚は25μｍ
であった。このようにして得られたFMCLを24cm×24cmの
正方形の積層板とした場合、TD方向およびMD方向共に、
ポリイミド層を外側とする曲率半径2.5cmの強いカール
が発生していた。この積層板のポリイミドフィルムの寸
法を銅箔の付いた状態と、銅箔を全面的に通常の塩化第
２銅溶液でエッチングしポリイミドフィルムだけになっ
た状態とで比較すると、銅箔をエッチングした後での寸
法は、エッチング前に較べてTD方向およびMD方向共に0.
50％伸びた。この寸法の伸びを以後、寸法伸びと表現す
る。

上記の長尺状のFMCLの幅を24cmにスリッターでスリッ
トし、巻取りロールに巻取った。その後、積層板を移動
してガラス製の第１のバー（第１図参照、積層板の幅方
向に対して45度、すなわちα₁＝45度の角度（ライン角
度）を持って固定されており、断面は幅が20mmで長さが
100mmの長方形をしている）のコーナー（コーナー部分
の曲率半径は0.3mm）にポリイミド面が接しながら、折
返し角度80度で折返した。この後、第２のバー（第１図
参照、積層板の幅方向に対して45度の角度（ライン角
度）（すなわち、α₂＝−45度）を持って固定されてお
り、第１のバーと同様の材質と形状からなっている）に
移動し、そのコーナーにポリイミド面を接しながら、折
返し角度80度で折返した。この時、長尺状積層板には12
kg（すなわち、0.5kg/cm幅）の張力を掛けながら積層板
を移動させた。これらの操作は、室温下で行ない積層板
の移動速度は3m/分であった。以上の操作を２回繰返し
て行なった。その後、巻き取って積層板を150℃の乾燥
器に入れ60分間養生し、その後自然冷却した。

以上の操作で得られた積層板を24×24cmの正方形の積
層板として、目視によりカールの状況を調べたが、カー
ルは見られなかった。また、寸法伸びはTD方向およびMD
方向共に0.09％であった。

比較例１ 実施例１において、長尺状積層板に掛ける張力が0.24
kg（すなわち、0.01kg/cm幅）であった以外は同様に操
作を行なった。この積層板を24×24cmの正方形の積層板
としてカールの状況を調べたがカールは見られなかっ
た。しかし、寸法伸びはTD方向およびMD方向共に0.43％
であった。

比較例２ 実施例１において、バーのポリイミド面が接するコー
ナーの曲率半径が5.0mmであった以外は同様にして操作
を行なった。この積層板を24×24cmの正方形の積層板と
してカールの状況を調べた。ポリイミド層を外側とする
カールの曲率半径はTD方向およびMD方向共に約10cmであ
った。また、寸法伸びはTD方向およびMD方向共に0.45％
であった。

実施例２ ポリエーテルスルホン（英国ICI社製PES300P）20重量
部をN,N−ジメチルホルムアミド80重量部に溶解し、濾
過及び脱気し、回転粘度（25℃）が310cpsのポリエーテ
ルスルホン溶液を得た。この溶液を圧延銅箔（厚さ35μ
ｍ）に均一に流延塗布し、120℃で30分乾燥し、次いで
この積層板を140℃で60分予備乾燥した。更にこの積層
板を乾燥器に入れ、温度を室温から急速に200℃に上
げ、60分乾燥したところ均一に発泡した。重合体の膜厚
は70μｍであった。このようにして得られたFMCLを24cm
×24cmの正方形の積層板とした場合、MD方向、TD方向と
もに、銅箔を内側とする曲率半径8.5cmの強いカールが
発生していた。エッチング前の寸法に比べエッチング後
の寸法はTD方向およびMD方向ともに0.15％伸びた。

このFMCLを実施例１と同様にバーの上をすべらせたの
ち、積層板を150℃の乾燥器に入れて60分間養生し、そ
の後自然冷却した。

以上の操作で得られた積層板を24cm×24cmの正方形の
積層板としたところ、カールは見られなかった。また、
寸法伸びはTD方向、MD方向ともに0.06％であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施におけるフレキシブル金属箔積層
板（FMCL）とバーの関係を示す模式図であり、第２図は
FMCLがカールしている状況を示し、第３図はFMCLの折り
返し角度を、第４図はライン角度を、第５図及び第６図
はバーの断面をそれぞれ示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−22389（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属箔層と重合体薄膜層を有する長尺状フ
   レキシブル金属箔積層板を、その幅方向に対して０〜80
   度の角度で設けられたバーの曲面上に、重合体を内側に
   して緊張状態で長手方向に滑らせる工程と、前記積層板
   の幅方向に対して０〜−80度の角度で設けられたバーの
   曲面上に、重合体を内側にして前記積層板を緊張状態で
   長手方向に滑らせる工程のいづれか又は共に一回以上行
   うもので、前記バーの曲率半径が0.001以上0.5mm未満で
   あり、緊張状態は積層板にかかる張力を表して、その張
   力は50g/cm以上であり、バーに導入される積層板が属す
   る平面とバーから誘出される積層板が属する平面がなす
   折り返し角度が、20〜179度であることを特徴とするフ
   レキシブル金属箔積層板の金属箔層と重合体層の寸法差
   を矯正する方法。
2. 【請求項２】前記第１項において、フレキシブル金属箔
   積層板の金属が銅、アルミニウム、ニッケルのいずれか
   である特許請求の範囲第１項に記載の方法。
3. 【請求項３】最終工程を終了した後、前記積層板を重合
   体のガラス転移温度より10℃以上低い温度で30分以上養
   生する特許請求範囲第１項に記載の方法。