JP3355142B2 - 耐熱性積層体用フィルムとこれを用いたプリント配線基板用素板および基板の製造方法 - Google Patents
耐熱性積層体用フィルムとこれを用いたプリント配線基板用素板および基板の製造方法Info
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Description
ィルムとこれを用いたプリント配線基板用素板およびプ
リント配線基板の製造方法に関する。さらに詳しくは、
はんだ耐熱性、可とう性、耐薬品性、機械的強度、電気
的特性等に優れ、かつ低温での熱成形性(熱融着性)に
優れた熱可塑性樹脂フィルムおよびこのフィルムをプリ
ント配線基板用絶縁材として使用した、素板および基板
の製造方法に関する。
しては、絶縁材として、ガラスクロス(ガラス繊維の不
織布)に熱硬化性のエポキシ樹脂を含浸して得られるプ
リプレグ(以下、ガラスエポキシ樹脂と表記する)を用
い、通常、圧力10〜40kgf/cm2 、温度170
〜230℃、時間30〜120分程度の条件で熱プレス
成形により銅箔等の導体箔を貼り合わせた基板が使用さ
れている。ガラスエポキシ樹脂は、はんだ耐熱性や耐薬
品性等に優れ、比較的安価であるものの、ガラス繊維を
含有しているため、落下等の衝撃が加わった際にクラッ
クが入り導通不良を起こしたり、また熱プレス成形時に
行うエポキシ樹脂の硬化時間に長時間を要し、生産性が
悪いといった問題点があった。
電話を始めとする電子機器の小型軽量化に呼応して、配
線の高密度化や回路基板の小型軽量化が求められ、これ
に対する目的で、熱可塑性樹脂フィルムを絶縁体層とし
た多層基板の検討が活発に行われている。熱可塑性樹脂
フィルムをプリント配線基板用絶縁材として用いた場
合、種々の利点が期待できる。従来のガラスエポキシ樹
脂と比較すれば、回路基板の小型軽量化が実現でき、耐
衝撃性が改善され、熱プレス成形時の成形時間が短縮で
き、生産性においても有利である。本来、プリント配線
基板用絶縁材には、その製造工程上、はんだ耐熱性が要
求されるが、例えばポリエーテルケトン樹脂やポリイミ
ド樹脂等の耐熱性熱可塑性樹脂が使用できれば、高温で
の電気的特性にも優れ、高温雰囲気下での回路の信頼性
を得ることも期待できる。
は、成形加工温度が高いため、導体貼り合わせや基板の
多層化には、エポキシ樹脂等の接着剤を使用したり、2
60℃以上の高温での熱プレス成形を行う必要があり、
昇温・降温に時間がかかることを考えると、生産性にお
ける熱可塑性樹脂の優位性を損なうこととなっている。
さらには、結晶性樹脂の場合には、融点近傍の温度まで
加熱しないと接着性が得られず、融点を超えると一転し
て樹脂が流れ出し、流動変形してしまうという問題点も
ある。また、ポリイミド樹脂は、耐熱性、耐薬品性、機
械的強度等は優れているものの、吸湿性が大きいため寸
法安定性が不十分であったり、原料価格が非常に高価で
ある。
だ耐熱性、可とう性、耐薬品性、機械的強度、電気的特
性等に優れ、かつ低温での熱成形性(熱融着性)に優れ
た熱可塑性樹脂フィルムとこれをフィルム状絶縁材とし
て使用した、プリント配線基板用素板を提供し、また、
工業的に有利な基板の製造方法を提供することにある。
を重ねた結果、特定組成のポリアリールケトン樹脂と非
晶性ポリエーテルイミド樹脂とからなり、かつ、特定の
熱特性を付与したフィルム状絶縁体を用い、さらに、プ
リント配線基板を組み立て加工する際のフィルムの熱特
性を特定の範囲に制御することにより、上記課題を解決
することのできる、プリント配線基板用素板およびこれ
を用いる基板の製造方法を見出し、本発明を完成するに
至った。
ポリアリールケトン樹脂65〜35重量%と非晶性ポリ
エーテルイミド樹脂35〜65重量%とからなり、か
つ、示差走査熱量測定で昇温した時に測定される、ガラ
ス転移温度が150〜230℃であり、結晶融解ピーク
温度が260℃以上であり、結晶融解熱量ΔHmと昇温
中の結晶化により発生する結晶化熱量ΔHcとが、下記
の関係式を満たす [(ΔHm−ΔHc)/ΔHm]≦0.35 ことを特徴とする耐熱性積層体用フィルムに存する。
ム状絶縁体に、必要とあれば通孔を設け導電性ペースト
を充填した後、その少なくとも一面に、導体箔を熱融着
してなるプリント配線基板用素板であって、該熱融着後
において、示差走査熱量測定で昇温した時に測定され
る、結晶融解熱量ΔHmと昇温中の結晶化により発生す
る結晶化熱量ΔHcとが、下記の関係式を満たす [(ΔHm−ΔHc)/ΔHm]≦0.5 ことを特徴とするプリント配線基板用素板に存する。
ント配線基板用素板を、その導体箔に回路形成に必要な
エッチング処理を施した後、フィルム状絶縁体を介して
融着し、多層化するプリント配線基板の製造方法におい
て、該熱融着後において、上記結晶融解熱量ΔHmと結
晶化熱量ΔHcとが、下記の関係式を満たす [(ΔHm−ΔHc)/ΔHm]≧0.7 ことを特徴とするプリント配線基板の製造方法に存す
る。
照して、詳しく説明する。図1は、プリント配線基板の
製造方法を説明する概念図であり、(a)はプリント配
線基板を、また、(b)および(c)は製造に必要な素
材の組合せを示す。各図中、1はフィルム状絶縁体、2
は導電パターン、3は導電ペースト、11〜16は構成
素材である。
は、いわゆる4層基板といわれるもので、3枚のフィル
ム状絶縁体(1)を介して、導電パターン(2)が4層
に構成され、また、導電パターン相互間は、通常、導電
ペースト(3)によって接続される。しかして、このよ
うなプリント配線基板を製造するには、図1(b)又は
(c)に示されるような、表面に導電パターンを形成し
又は形成していないフィルム状絶縁体が、素材(11)
〜(16)として用いられる。また、ここでは4層基板
を例示しているが、同様にして6層以上の基板を作成す
ることも可能である。
ーンを形成した2つの素材(11)、(13)と表面に
導電パターンを有しない素材(12)が使用される。す
なわち、素材(11)、(13)は、まず、フィルム状
絶縁体に所定の通孔を設け、ここに導電性ペーストを充
填した後、その両面に導体箔、例えば銅箔を熱融着して
プリント配線基板用素板(「両面銅貼り板」ともい
う。)となし、4面にそれぞれ所定の回路パターンを形
成するためにエッチング処理を行うことによって得られ
る。一方、こちらも、所定の通孔を設け導電性ペースト
を充填した、フィルム状絶縁体からなる素材(12)を
準備し、これを介して上記の素材(11)、(13)を
熱融着し、多層化することによって、図1(a)のプリ
ント配線基板が得られる。
に導電性パターンを形成した2つの素材(14)、(1
6)と両面に導電性パターンを形成した素材(15)が
使用される。この場合は、所定の通孔を設け導電ペース
トを充填したフィルム状絶縁体の片面又は両面に導体箔
を熱融着してプリント配線基板用素板を準備し、こちら
も、4面にそれぞれ所定の回路パターンを形成するため
にエッチング処理を行い素材(14)〜(16)を準備
し、この順に重ねて熱融着し、多層化して、図1(a)
のプリント配線基板とする。
を構成する第1の成分であるポリアリールケトン樹脂
は、その構造単位に芳香核結合、エーテル結合およびケ
トン結合を含む熱可塑性樹脂であり、その代表例として
は、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケト
ン、ポリエーテルケトンケトン等があるが、本発明にお
いては、下記式(1)に示すポリエーテルエーテルケト
ンが好適に使用される。
第2の成分である非晶性ポリエーテルイミド樹脂は、そ
の構造単位に芳香核結合、エーテル結合およびイミド結
合を含む非晶性熱可塑性樹脂であり、本発明において
は、下記式(2)に示すポリエーテルイミドが好適に使
用される。
体は、特定の組成と物性を有することが必要である。す
なわち、上記ポリアリールケトン樹脂65〜35重量%
と上記非晶性ポリエーテルイミド樹脂35〜65重量%
とからなる組成物であるともに、示差走査熱量測定で昇
温した時に測定される、ガラス転移温度が150〜23
0℃、結晶融解ピーク温度が260℃以上であり、結晶
融解熱量ΔHmと昇温中の結晶化により発生する結晶化
熱量ΔHcとが、下記の関係式を満たすことが必要であ
る。 [(ΔHm−ΔHc)/ΔHm]≦0.35
を超えたり、非晶性ポリエーテルイミド樹脂が35重量
%未満では、組成物全体としての結晶性が高く、結晶化
速度が速くなりすぎ、導体箔との熱融着による接着の際
に結晶化が過度に進行してしまい、熱融着による基板の
多層化が困難となったり、結晶化に伴う体積収縮(寸法
変化)が大きくなり、回路基板としての信頼性が低下す
るため好ましくない。また、結晶性ポリアリールケトン
樹脂が35重量%未満であったり、非晶性ポリエーテル
イミド樹脂が65重量%を超えると、組成物全体として
の結晶性自体が低く、また結晶化速度も遅くなり過ぎ、
結晶融解ピーク温度が260℃以上であっても、はんだ
耐熱性が低下するため好ましくない。
が150℃未満では、耐熱性が低く、一方、230℃を
超えると、導体箔との熱融着による接着を250℃以下
の低温で行う際に、フィルムの弾性率があまり低下しな
いため十分な接着強度を発現することが困難となる。ま
た、結晶融解ピーク温度が260℃未満では、はんだ耐
熱性が低下する点で好ましくない。
因子である熱特性は、フィルム状絶縁体の結晶融解熱量
ΔHmと昇温中の結晶化により発生する結晶化熱量ΔH
cとの次の関係式によって表される。 [(ΔHm−ΔHc)/ΔHm] すなわち、この熱特性は、JIS K7121、JIS
K7122に準じた示差走査熱量測定で、昇温したと
きのDSC曲線に現れる2つの転移熱の測定値、結晶融
解熱量ΔHm(J/g)と結晶化熱量ΔHc(J/g)
の値から上記式に従って算出される。
m]の値は、原料ポリマーの種類・分子量・組成物の比
率等にも依存するが、フィルム状絶縁体の成形・加工条
件に大きく依存する。すなわち、フィルム状に製膜する
際に、原料ポリマーを溶融させた後、速やかに冷却する
ことにより、該数値を小さく制御することができる。ま
た、これらの数値は、各工程でかかる熱履歴を調整する
ことにより、制御することができる。熱履歴とは、すな
わち、フィルム状絶縁体の温度と、その温度になってい
た時間を指し、温度が高いほど、時間が長いほど、該数
値は大きくなる傾向にある。
0.35を超えていると、導体箔との熱融着による接着
を行う前の結晶化度がすでに高く、導体箔との熱融着に
よる接着成形温度を高温で行う必要があったり、導体箔
との熱融着による接着の際に結晶化が過度に進行してし
まい、熱融着による基板の多層化が困難となる。
なことは、プリント配線基板を製造する過程において、
まず、フィルム状絶縁体の少なくとも一面に導体箔を熱
融着してなるプリント配線基板用素板について、該熱融
着後の測定に基づく値が、下記の関係式を満たすことに
ある。 [(ΔHm−ΔHc)/ΔHm]≦0.5 この値が0.5を超えると、基板の多層化工程での熱融
着による接着性が低下し、多層化が困難になる。同様
に、導体箔との熱融着前のフィルム状絶縁体について
も、上記関係式の値はできるだけ小さい方がよい。例え
ば、熱融着前に0.35を超えていると、導体箔との熱
融着による接着を行う前の結晶性がすでに高く、導体箔
との熱融着による接着成形温度を高温で行う必要があっ
たり、導体箔との熱融着による接着の際に結晶化が過度
に進行してしまい、熱融着による基板の多層化が困難と
なる。
現するために、上記プリント配線基板用素板を、フィル
ム状絶縁体を介して融着し、多層化してなるプリント配
線基板について、該熱融着後の測定に基づく値が、下記
の関係式を満たすことになる。 [(ΔHm−ΔHc)/ΔHm]≧0.7 この値が0.7未満では、結晶化が不十分であるため、
はんだ耐熱性が低下するので好ましくない。
する樹脂組成物には、その性質を損なわない程度に、他
の樹脂や添加剤、例えば、熱安定剤、紫外線吸収剤、光
安定剤、核剤、着色剤、滑剤、難燃剤、無機フィラー等
の充填材等の各種添加剤を適宜配合してもかまわない。
また、フィルム状絶縁体の表面に、ハンドリング性の改
良等のために、エンボス加工やコロナ処理等を適宜ほど
こしてもかまわない。
知の方法、例えばTダイを用いる押出キャスト法やカレ
ンダー法等を採用することができ、特に限定されるもの
ではないが、シートの製膜性や安定生産性等の面から、
Tダイを用いる押出キャスト法が好ましい。Tダイを用
いる押出キャスト法での成形温度は、組成物の流動特性
や製膜性等によって適宜調整されるが、概ね融点以上、
430℃以下である。また、該フィルムの厚みは、通常
25〜300μmである。
ば銅、金、銀、アルミニウム、ニッケル、錫等の、厚さ
5〜70μm程度の金属箔が挙げられる。金属箔として
は、通常銅箔が使用され、さらに表面を黒色酸化処理等
の化成処理を施したものが、好適に使用される。
熱融着方法としては、加熱、加圧できる方法であれば公
知の方法を採用することができ、特に限定されるもので
はないが、例えば、熱プレス法や熱ラミネートロール
法、又はこれらを組み合わせた方法を好適に採用するこ
とができる。
フィルム状絶縁体としての利用、特に、プリント配線基
板の製造を中心に説明したが、該フィルムは、その他の
耐熱積層体としても利用可能であり、その場合の被積層
素材としては、例えば、1)銅、金、銀、アルミニウ
ム、ニッケル、錫、亜鉛等の金属板や、2)酸化ジルコ
ニウム、珪酸ジルコニウム、酸化アルミニウム、窒化珪
素、炭化珪素、酸化硼素、酸化イットリウム、チタン酸
バリウム等のセラミック類、3)結晶質ポリエーテルエ
ーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリ
エーテルサルフォン等のアリール系エンジニアリングプ
ラスチックが挙げられる。
これらにより本発明は何ら制限を受けるものではない。
なお、本明細書中に表示されるフィルムについての種々
の測定および評価は、次のようにして行った。
融解ピーク温度 パーキンエルマー(株)製DSC−7を用いて、試料1
0mgをJIS K7121に準じて、加熱速度を10
℃/分で昇温した時のサーモグラムから求めた。 (2)(ΔHm−ΔHc)/ΔHm パーキンエルマー(株)製DSC−7を用いて、試料1
0mgをJIS K7122に準じて、加熱速度を10
℃/分で昇温した時のサーモグラムから、結晶融解熱量
ΔHm(J/g)と結晶化熱量ΔHc(J/g)を求
め、算出した。 (3)接着強度 JIS C6481の常態の引き剥がし強さに準拠し
て、両面の銅箔をそれぞれ測定し、その平均値をkgf
/cmで表示した。 (4)はんだ耐熱性 JIS C6481の常態のはんだ耐熱性に準拠し、2
60℃のはんだ浴に試験片を銅箔側とはんだ浴とが接触
するように10秒間浮かべ、室温まで冷却した後、膨れ
やはがれ等の有無を目視によって調べ、良否を判定し
た。
樹脂[ビクトレックス社製、PEEK381G](以
下、単にPEEKと略記することがある)60重量%
と、ポリエーテルイミド樹脂[ゼネラルエレクトリック
社製、Ultem−1000](以下、単にPEIと略
記することがある)40重量%とからなる混合組成物
を、Tダイを備えた三菱重工(株)製40mmφ二軸混
練押出機(L/D=35)を用いて押し出し、調温機能
を備えたキャストロールに直ちに接触させて固化させ
て、厚さ100μmのフィルム状絶縁体を得た。押出条
件は以下の通りであった。 押出設定温度 390〜410℃ 押出量 20Kg/h キャストロール温度 150℃
物の割合をポリエーテルエーテルケトン樹脂40重量%
と、ポリエーテルイミド樹脂60重量%に変更した以外
は同様にして、フィルム状絶縁体を得た。
組成物の割合を、それぞれ、ポリエーテルエーテルケト
ン樹脂100重量%(参考例1)、ポリエーテルエーテ
ルケトン樹脂30重量%と、ポリエーテルイミド樹脂7
0重量%(参考例2)およびポリエーテルイミド樹脂1
00重量%(参考例3)に変更した以外は同様にして、
フィルム状絶縁体を得た。
フィルム状絶縁体について、それぞれ、ガラス転移温
度、結晶化温度、結晶化熱量ΔHc、結晶融解ピーク温
度、結晶融解熱量ΔHmを測定し、(ΔHm−ΔHc)
/ΔHmを算出した。結果を、表1にまとめて示した。
状絶縁体をA4サイズにカットし、両面に厚さ18μm
の電解銅箔を積層し、圧力30kgf/cm2 、温度2
00℃、時間10分の条件で、熱プレスにより接着さ
せ、両面銅貼り板を作製した。さらに、エッチングによ
り回路を形成した後、この回路を形成した両面銅貼り板
2組の間に、新たなフィルム状絶縁体を積層し、圧力3
0kgf/cm2 、温度220℃、時間20分の条件
で、熱プレスにより多層化し、4層基板を作製した。加
工工程中における銅箔の剥離等は何ら問題なく、得られ
た4層基板は、層間の密着性および銅箔との接着強度も
十分であり、また、はんだ耐熱性も良好であった。
り板を作製する際の熱プレス温度を215℃に変更した
以外は同様にして、4層基板を作製した。得られた4層
基板は、層間の密着性が不十分であり容易に剥離した。
で得られたフィルム状絶縁体を実施例2で得られたフィ
ルム状絶縁体に、また、両面銅貼り板を作製する際の熱
プレス温度を225℃に、4層基板を作製する際の熱プ
レス条件を温度240℃、時間30分に変更した以外は
様にして、4層基板を作製した。加工工程中における銅
箔の剥離等は何ら問題なく、得られた4層基板は、層間
の密着性および銅箔との接着強度も十分であり、また、
はんだ耐熱性も良好であった。
を作製する際の熱プレス条件を温度230℃、時間10
分に変更した以外は同様にして、4層基板を作製した。
得られた4層基板は、層間の密着性はあったが、はんだ
耐熱性は不良であった。
で得られたフィルム状絶縁体を参考例2で得られたフィ
ルム状絶縁体に、また、両面銅貼り板を作製する際の熱
プレス温度240℃、時間20分に変更した以外は同様
にして、両面銅貼り板を作製した。
面銅貼り板および4層基板についての評価結果を、表2
にまとめて示した。
と、フィルム状絶縁体の原料組成が規定範囲内にあり、
かつ特定の熱特性を有する場合は、低温(250℃以
下)での導体箔との積層が可能であり、また、多層基板
を作製する際に、(ΔHm−ΔHc)/ΔHmの値を、
導体箔との熱融着による接着工程後は0.5以下に、基
板の多層化工程後は0.7以上に、それぞれ制御すれ
ば、低温(250℃以下)での多層化が可能であり、か
つ、はんだ耐熱性が良好なことが分かる。一方、比較例
1〜2のように、多層基板を作製する際の(ΔHm−Δ
Hc)/ΔHmの値を規定範囲内に制御していない場合
は、多層化が困難になったり、はんだ耐熱性が不良とな
ることが分かる。さらに、比較例3のように、フィルム
状絶縁体の原料組成が規定範囲外では、得られた両面銅
貼り板の銅箔との接着強度が低く多層化が困難なことが
分かる。
性、耐薬品性、機械的強度、電気的特性等に優れ、かつ
低温での熱成形性(熱融着性)に優れた熱可塑性樹脂フ
ィルムとこれをフィルム状絶縁材として使用した、プリ
ント配線基板用素板および基板の製造方法が提供でき
る。
図。
Claims (9)
- 【請求項1】 ポリアリールケトン樹脂65〜35重量
%と非晶性ポリエーテルイミド樹脂35〜65重量%と
からなり、かつ、示差走査熱量測定で昇温した時に測定
されるガラス転移温度が150〜230℃、結晶融解ピ
ーク温度が260℃以上であり、結晶融解熱量△Hmと
昇温中の結晶化により発生する結晶化熱量△Hcとが、
下記の関係式を満たす [(△Hm−△Hc)/△Hm]≦0.35 ことを特徴とする耐熱性積層体用フィルム。 - 【請求項2】 ポリアリールケトン樹脂65〜35重量
%と非晶性ポリエーテルイミド樹脂35〜65重量%と
からなり、かつ、示差走査熱量測定で昇温した時に測定
される、ガラス転移温度が150〜230℃であり、結
晶融解ピーク温度が260℃以上である、フィルム状絶
縁体に、必要とあれば通孔を設け導電性ペーストを充填
した後、その少なくとも一面に、導体箔を熱融着してな
るプリント配線基板用素板であって、該熱融着後におい
て、示差走査熱量測定で昇温した時に測定される、結晶
融解熱量△Hmと昇温中の結晶化により発生する結晶化
熱量△Hcとが、下記の関係式を満たす [(△Hm−△Hc)/△Hm]≦0.5 ことを特徴とするプリント配線基板用素板。 - 【請求項3】 ポリアリ−ルケトン樹脂65〜35重量
%と非晶性ポリエーテルイミド樹脂35〜65重量%と
からなり、かつ、示差走査熱量測定で昇温した時に測定
される、ガラス転移温度が150〜230℃であり、結
晶融解ピーク温度が260℃以上である、フィルム状絶
縁体に、必要とあれば通孔を設け導電性ぺ一ストを充填
した後、その少なくとも一面に、導体箔を熱融着するプ
リント配線基板用素板の製造方法であって、該熱融着後
において、示差走査熱量測定で昇温した時に測定され
る、結晶融解熱量△Hmと昇温中の結晶化により発生す
る結晶化熱量△Hcとが、下記の関係式を満たす [(△Hm−△Hc)/△Hm]≦0.5 ことを特徴とするプリント配線基板用素板の製造方法。 - 【請求項4】 ポリアリールケトン樹脂がポリエーテル
エーテルケトン樹脂であることを特徴とする請求項1記
載の耐熱性積層体用フィルム。 - 【請求項5】 ポリアリールケトン樹脂がポリエーテル
エーテルケトン樹脂であることを特徴とする請求項2記
載のプリント配線基板用素板。 - 【請求項6】 ポリアリールケトン樹脂がポリエーテル
エーテルケトン樹脂であることを特徴とする請求項3記
載のプリント配線基板用素板の製造方法。 - 【請求項7】 請求項3記載のプリント配線基板用素板
の製造方法において、上記フィルム状絶縁体と導体箔と
の熱融着を、該フィルム状絶縁体のガラス転移温度以
上、結晶化温度未満の温度で行うことを特徴とするプリ
ント配線基板用素板の製造方法。 - 【請求項8】 請求項3、請求項6〜7記載の製造方法
により得られたプリント配線基板用素板を、その導体箔
に回路形成に必要なエッチング処理を施した後、フィル
ム状絶縁体を介して熱融着し、多層化するプリント配線
基板の製造方法において、該熱融着後において、上記結
晶融解熱量△Hmと結晶化熱量△Hcとが、下記の関係
式を満たす [(△Hm−△Hc)/△Hm]≧0.7 ことを特徴とするプリント配線基板の製造方法。 - 【請求項9】 請求項8記載のプリント配線基板の製造
方法において、上記フィルム状絶縁体と導体箔との熱融
着および多層化の際の熱融着を、いずれも、250℃以
下の温度で行うことを特徴とするプリント配線基板の製
造方法。
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