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JP2005340270A - 積層板用プリプレグ、積層板並びにそれを用いたフレキシブルプリント配線板及びフレックスリジッドプリント配線板 - Google Patents

積層板用プリプレグ、積層板並びにそれを用いたフレキシブルプリント配線板及びフレックスリジッドプリント配線板 Download PDF

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JP2005340270A JP2004153334A JP2004153334A JP2005340270A JP 2005340270 A JP2005340270 A JP 2005340270A JP 2004153334 A JP2004153334 A JP 2004153334A JP 2004153334 A JP2004153334 A JP 2004153334A JP 2005340270 A JP2005340270 A JP 2005340270A
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Katsuhiko Ito
克彦 伊藤
Akinori Hibino
明憲 日比野
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Panasonic Electric Works Co Ltd
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Matsushita Electric Works Ltd
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Abstract

【課題】屈曲性、剛性に優れるフレキシブルプリント配線板(FPC)を製造することができると共に、このフレキシブルプリント配線板(FPC)を用いて得られるフレックスリジッドプリント配線板においてはスルーホール等の位置精度を高く得ることができる積層板用プリプレグを提供する。
【解決手段】エポキシ樹脂、エラストマーからなるエポキシ樹脂組成物を織布又は不織布に含浸させた後にこれを乾燥させて得られる積層板用プリプレグであって、前記エラストマーに粒径1.0μm以下の架橋エラストマーを用い、前記エポキシ樹脂組成物の硬化物全量に対して前記架橋エラストマーを10〜50重量%含有させる。
【選択図】図1

Description

本発明は、フレキシブルプリント配線板(FPC)、特にフレックスリジッドプリント配線板の材料として用いられる積層板用プリプレグ及びその積層板に関するものである。
フレキシブルプリント配線板としては厚さ25〜125μmのポリイミド樹脂やポリエステル樹脂などに銅箔等の金属箔を張り付け、これに所定の回路形状を形成したものが用いられている。この種の樹脂を用いたフレキシブル配線板は、その可撓性から屈曲部や可動部での配線として汎用されている。また、基材に樹脂を含浸させたプリプレグを複数枚重ね、加圧成型して得た積層板に回路成形したリジッド配線板も電気電子部品として利用されている。
近年、電子機器の小型化や高機能化に伴い、電子部品の高密度集積化が進んでいる。これらの電子機器に使用される配線板としては、例えば、特許文献1、2に開示されているような多層配線板があるが、最近では特にフレックスリジッドプリント配線板への期待が高まっている。
フレックスリジッドプリント配線板は、リジッドプリント配線板とフレキシブルプリント配線板(FPC)の2種類の配線板を1つに結合したもので、各配線板の特徴・機能を兼ね備えた構造を持っている。すなわち、図2に示すように、搭載される部品の重さに耐え、筐体に固定できる硬さと強度を持ったリジッド部207と、折り曲げができる可撓性を持つフレックス部208とからなり、リジッド部7とフレックス部208の両者が一体化された配線板がフレックスリジッドプリント配線板206である。リジッド部207とフレックス部208の両者が一体化されたとは、この両者を銅箔等で形成される回路209が連続につないでいることを意味しており、通常は図2に示すように、フレックス部208とリジッド部207の回路209の接続はリジッド部7のスルーホール210によって行われている。図2中、211はカバーレイであって、フレックス部208の回路209を保護するために被覆するフィルムである。
現在、フレックス部208には柔軟性を持たせたポリイミドフィルム204が使用されており、一方、リジッド部207にはガラスエポキシ積層板212が使用されている。
特開平10−341083号公報 特開平10−93245号公報
しかしながら、ポリイミド樹脂は高価であるため、フレキシブル配線板自体の低コスト化が望まれている。また、図2に示すフレックスリジッドプリント配線板206においては、一般的にリジッド部207の層数を増加させると、不良率が高くなると共にスルーホール210の信頼性が低下する。その理由は、図2にも示されているように、リジッド部207が、ガラスエポキシ積層板212のようにガラスクロス等の基材213を含むもののみで構成されておらず、基材213を含まないポリイミドフィルム204からなるフレックス部208を内部に含んでいるからである。このようにリジッド部7の内部のフレックス部208には基材213が存在しないため、このフレックス部208は、リジッド部207のガラスエポキシ積層板212に比べて、熱に対する縦・横方法(X・Y方向)の寸法安定性が劣っている。ここで、X・Y方向とは、図2では積層方向に対して垂直な面内の方向を意味する。
リジッド部207は通常ビルドアップ法で多層化されるが、導体層(層数)を増加させるとそれだけ熱加工プロセスも多くなり、かつ、加工時間も長くなるので、X・Y方向の寸法変化もさらに大きくなる。複数回の積層プレスにより、熱履歴をより多く受けるためである。X・Y方向の寸法安定性はスルーホール210等の位置精度を高めるうえで重要な特性であるが、上記のように多層化していくと位置精度が悪くなり、これに伴ってプリント配線板の製造工程における不良率が高くなるおそれがある。
また、フレックスリジッドプリント配線板206において、フレックス部208は上述のとおりポリイミドフィルム204で形成されており、基材213を含まないためもともと剛性が低いが、リジッド部207の導体層(層数)を増加させていくと、フレックス部208に対して高い剛性が求められる。
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、従来と同程度の屈曲性を有し、かつ、従来以上の剛性を有する安価なフレキシブルプリント配線板(FPC)を製造することができると共に、特にこのフレキシブルプリント配線板(FPC)を用いたフレックスリジッドプリント配線板においてはスルーホール等の位置精度を高く得ることができる、積層板用プリプレグを提供することを目的とするものである。
本発明の請求項1に係る発明は、エポキシ樹脂、エラストマーからなるエポキシ樹脂組成物を織布又は不織布に含浸させた後にこれを乾燥させて得られる積層板用プリプレグであって、前記エラストマーは粒径1.0μm以下の架橋エラストマーであり、前記エポキシ樹脂組成物の硬化物全量に対して前記架橋エラストマーを10〜50重量%含有する積層板用プリプレグである。
また、本発明の請求項2に係る発明は、請求項1の積層板用プリプレグにおいて、前記織布としてガラスクロスを用いることを好ましい態様としている。
また、本発明の請求項3に係る発明は、請求項1の積層板用プリプレグにおいて、前記不織布としてガラス不織布又は有機繊維を用いることを好ましい態様としている。
さらに、本発明の請求項4に係る発明は、請求項1乃至3の積層板用プリプレグにおいて、前記織布又は不織布の厚さとして0.07mm以下のものを用いるものである。
また、本発明の請求項5に係る発明は、請求項1乃至4の積層板用プリプレグを積層成形して成る積層板である。
本発明の請求項6に係る発明は、請求項5の積層板を用いたフレキシブルプリント配線板である。
さらに、請求項7に係る発明は、請求項6のフレキシブルプリント配線板を用いてリジッド配線板間を接続してなるフレックスリジッドプリント配線板である。
本発明に係る積層板用プリプレグによれば、織布又は不織布により剛性を確保しつつ、従来と同程度の屈曲性を有する安価なフレキシブルプリント配線板を製造することができると共に、このフレキシブルプリント配線板を用いて得られるフレックスリジッドプリント配線板においてはスルーホール等の位置精度を高くすることができる。
また、織布としてガラスクロスや、不織布としてガラス不織布又は有機繊維を用いることにより、その他の織布または不織布を用いる場合に比べて、その剛性をさらに高めることができるものである。
さらに、前記織布又は不織布の厚さとして0.07mm以下のものを用いることにより積層板としたときの屈曲性を高めることができるものである。
以下、本発明の実施の形態を説明する。
本発明に係る積層板用プリプレグは、エポキシ樹脂及び粒径1.0μm以下の架橋エラストマーからなるエポキシ樹脂組成物を織布又は不織布に含浸させた後にこれを乾燥させて得ることができる。
本発明のエポキシ樹脂としては、特に限定されるものではないが、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールFノボラック型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、多官能型エポキシ樹脂(1分子中に3つ以上のエポキシ基を含有するエポキシ樹脂)等を用いることができる。難燃性を付与する目的で、臭素等のハロゲン化合物を含有するエポキシ樹脂やリンを含有するエポキシ樹脂等を用いることもできる。エポキシ樹脂は、1種のみを用いることができるほか、2種以上を混合して用いることもできる。
本発明は、上記のようなエポキシ樹脂とともに、特定のエラストマーである粒径1.0μm以下の架橋エラストマーを併用することにより、高い剛性を維持しつつ、屈曲性に優れる積層板とでき、さらに位置精度の高いフレックスリジッドプリント配線板を提供できることを見出したものである。特に、本発明はリジッド配線板側にも用いることができる樹脂と類似の樹脂を用いることができるため、熱に対する変形も近似したものになっていると考えられ、かかる点からもプリント配線板とした際に好結果をもたらすことができる。
ここで、本発明の架橋エラストマーとは、従来のアクリロニトリル−ブタジエン共重合体等の表面に例えば、カルボキシル基、グリシジル基等の官能基が分布した状態のものを2次架橋させ、必要に応じてその後に粉砕したものである。このような架橋エラストマーを用いることにより、エポキシ樹脂との相溶性に優れ、樹脂組成物中の一部に架橋エラストマーが固まることなく、また基材に樹脂を含浸させプリプレグを製造する際の溶剤への分散性も確保し、均一な樹脂組成物とすることができる。
本発明の架橋エラストマーとしては、特に限定するものではないが、SBR、BR、ブチルゴム等の化学組成を有するものが使用され、特に、アクリロニトリル-ブタジエンエラストマー、メタクリル酸−ブタジエンエラストマーが好ましい。
また、上記架橋エラストマーの中でも、粒径1.0μm以下の架橋エラストマーを用いた場合に、積層板とした際に十分な屈曲性を付与することができることが見出された。前記架橋エラストマーの粒径としては、1.0μm以下であれば下限は特に制限されないが、製造を考慮すれば0.02μm以上が好ましく、より好ましくは0.02μm以上0.5μm以下であり、もっとも好ましくは0.02μm以上0.1μm以下である。なお、本発明の粒径は、動的光散乱法粒径解析(使用機器:大塚電子製LPA−3100)により測定したものである。
このような架橋エラストマーを用いることにより、剛性を維持しつつ優れた屈曲性が得られる理由は明らかではないが、微粒子の架橋エラストマーを併用することにより、架橋エラストマーの比表面積が増大するため、樹脂組成物中に分散状態で存在する架橋エラストマーとエポキシ樹脂との相関が改良され、また架橋エラストマーの高分散性と相俟って、可撓性に寄与しているものと考えている。さらに、微粒子である性質上、少ない添加量で上記性質を発現できるという利点も有する。
従って、通常のエラストマー成分の併用ではその性質からガラス転移温度(Tg)が低下するが、本発明の架橋エラストマーではTgの低下がなく、高い屈曲性を得ることができる。
このような架橋エラストマーとしては、例えばJSR(株)製のXER‐91(アクリロニトリル−ブタジエンエラストマー、粒径:0.1μm)、JSR(株)製のXER‐92(メタクリル酸−ブタジエンエラストマー、粒径:0.1μm)などを挙げることができる。
本発明の積層板用プリプレグの他の組成としては、半硬化のために上記の樹脂組成物とともに、硬化剤が加えられる。硬化剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、ジシアンジアミドやフェノールノボラックを用いることができる。硬化剤の配合量は適宜に設定することができる。
また、樹脂組成物の調製時には硬化促進剤を用いることもできる。硬化促進剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、2−エチル−4−メチルイミダゾール(2E4MZ)等のイミダゾール類やジメチルベンジルアミン等を用いることができる。硬化促進剤の配合量も適宜に設定することができる。
また、必要に応じて、難燃助剤・増粘剤等の役割を果たす添加剤(フィラー)を用いることもできる。この添加剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、シリカ粉末、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の金属水和物の粉末、タルク、クレー等の粘土鉱物の粉末といった無機フィラーを用いることができる。添加剤は、1種のみを用いることができるほか、2種以上を混合して用いることもできる。添加剤の配合量も適宜に設定することができる。
なお、他の特性を考慮して、通常プリプレグに使用される樹脂成分を添加することも可能である。
そして、エポキシ樹脂及び架橋エラストマーのほか、硬化剤、硬化促進剤及び添加剤を溶剤に投入し、これをミキサーやブレンダー等で均一に混合することによって、エポキシ樹脂組成物をワニスとして調製することができる。
溶剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、ジメチルアセトアミド(DMAC)、ジメチルフォルムアミド(DMF)、メチルエチルケトン(MEK)、メトキシプロパノール(MP)等を用いることができる。溶剤は、1種のみを用いることができるほか、2種以上を混合して用いることもできる。
ここで、樹脂組成物の硬化物(固形物)全量に対して前記架橋エラストマーが最終的に10〜50重量%、好ましくは15〜45重量%、より好ましくは20〜40重量%含有されるように、架橋エラストマーの配合量をあらかじめ設定して樹脂組成物を調製する。
架橋エラストマーの含有量が10重量%より少ないと、硬化物としたときの柔軟性が低下してプリプレグの屈曲性が低下するおそれがあり、逆に、エラストマー成分の含有量が50重量%より多いと、最終的に得られる積層板の耐熱性が低下したり、ガラス転移温度が低下したり、スミアの量が増加したりすることにより、積層板として要求される性能を確保することができなくなるおそれがある。
そして、上記のようにワニスとして調製されたエポキシ樹脂組成物を織布又は不織布に含浸させる。このとき樹脂含有率はプリプレグ全量に対して40〜80重量%に設定することができる。その後、例えば80〜200℃の温度で10秒〜2時間加熱して乾燥し、溶剤を除去すると共に半硬化のBステージ状態にすることによって、本発明に係るプリプレグを得ることができる。
従来のフレキシブルプリント配線板(FPC)は、可撓性・絶縁性のあるポリイミドフィルムの表面に導体層をプリント技術で形成することによって製造されているが、本発明に係るプリプレグを従来のポリイミドフィルムの代わりに用いると、織布又は不織布により剛性を確保することができるものであり、また、このように織布又は不織布を用いていても、上記プリプレグを形成するエポキシ樹脂組成物の硬化物全量に対して所定の架橋エラストマーが10〜50重量%含有されていることにより、従来と同程度の屈曲性を有するフレキシブルプリント配線板(FPC)を製造することができるものである。
ここで、織布としてはガラスクロスを用いるのが好ましい。ガラスクロスはその他の織布よりも高い剛性を有するので、プリプレグの剛性をさらに高めることができるものである。
一方、不織布としてはガラス不織布(ガラスペーパー)又は有機繊維を用いるのが好ましい。ガラス不織布及び有機繊維はその他の不織布よりも高い剛性を有するので、プリプレグの剛性をさらに高めることができるものである。なお、有機繊維としては、特に限定されるものではないが、例えば、アラミド繊維、ポリエステル繊維、ポリイミド繊維、ポリアクリル繊維等を用いることができる。
また、織布又は不織布の厚さは0.07mm以下であることが好ましい。織布又は不織布の厚さが0.07mmより厚いと、プリプレグの屈曲性が低下するおそれがある。しかし、上記のように織布又は不織布の厚さが0.07mm以下であると、プリプレグの屈曲性をさらに高めることができるものである。なお、プリプレグの剛性を確保するためには、織布又は不織布の厚さの下限は0.01mmであることが好ましい。
本発明に係る積層板は、上記のようにして得られるプリプレグを用い、これに金属箔、例えば銅、アルミなどを配設し、加圧成形することにより作成することができる。
図1に本発明をフレックスリジッドプリント配線板に適用した一例を示す。この内層回路入り積層板5は、従来のポリイミドフィルムの代わりに上記のプリプレグ1をフレックス部8に使用して得られるフレックスリジッドプリント配線板6である。リジッド部7にはガラスエポキシ積層板12を使用することができる。
図1に示すフレックスリジッドプリント配線板6においては、リジッド部7の層数を増加させても、不良率は高くならず、スルーホール10の信頼性も低下しない。その理由は、図1にも示されているように、リジッド部7が、ガラスエポキシ積層板12のようにガラスクロス等の基材13を含むもののみで構成されているからである。つまり、リジッド部7の内部もフレックス部8も基材13として織布2又は不織布3を含んでいるからである。そのためリジッド部7は熱に対する縦・横方法(X・Y方向)の寸法安定性が優れている。
リジッド部7は通常のビルドアップ法で多層化することができるが、このように多層化していっても位置精度は高く維持することができ、これに伴ってプリント配線板の製造工程における不良率を低く抑えることができる。
また、図1に示すフレックスリジッドプリント配線板6において、フレックス部8は上述のとおり本発明に係るプリプレグ1で形成されており、織布2又は不織布3を含むため剛性が高い。よって、リジッド部7の導体層(層数)を増加させていっても、フレックス部8に対して求められる高い剛性を十分に確保することができるものである。なお、図1中、11はカバーレイであって、フレックス部8の回路9を保護するために被覆するフィルムである。
以上のように、本発明に係るプリプレグ1をフレキシブルプリント配線板(FPC)の形で用いて得られるフレックスリジッドプリント配線板6においては、織布2又は不織布3によりフレックス部8の剛性を確保しつつ、従来と同程度の屈曲性を有し、スルーホール10等の位置精度を高く得ることができるものである。
以下、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に何ら制限されるものではない。
<エポキシ樹脂組成物のワニスの調製>
エポキシ樹脂として、臭素化ビスフェノールA型エポキシ樹脂である東都化成(株)製「YDB−500」(エポキシ当量:500、臭素化率:約24重量%)及びクレゾールノボラック型エポキシ樹脂である大日本インキ化学工業(株)製「N−690」(エポキシ当量:220)を用いた。
また、エラストマー成分として、架橋エラストマーであるJSR(株)製「XER‐91」(アクリロニトリルブタジエンエラストマー、粒径:0.1μm)、非架橋エラストマーとして、JSR(株)製「N220SH」(ニトリルゴム、直鎖状)を用いた。
さらに、硬化剤として、ジシアンジアミド(分子量:84、理論活性水素当量:21)を用い、硬化促進剤として、2−エチル−4−メチルイミダゾール(2E4MZ)を用い、溶剤として、メチルエチルケトン(MEK)、メトキシプロパノール(MP)、ジメチルフォルムアミド(DMF)を用いた。
そして、まずMEKに約15重量%となるように各エラストマー成分を均一に分散させ、次にこの分散液とその他の成分(硬化促進剤を除く)とを下記表1に示す配合量で所定の溶剤(MEK:MP:DMF=1:1.5:3)になるよう投入し、これを特殊機化工業(株)製「ホモミキサー」により約1000rpmで約90分間撹拌して混合した。その後、これに硬化促進剤(2−エチル−4−メチルイミダゾール)0.1重量部を配合し、再度約15分間撹拌し、その後脱気することによって、25℃におけるB型粘度で約500〜1000センチポイズのエポキシ樹脂組成物のワニスを調製した。
<織布を用いたプリプレグの製造>
織布として、ガラスクロス(1035タイプ:日東紡績(株)製「WEA1035」、厚さ:0.03mm)を用いた。
そして、樹脂含有率がプリプレグ全量に対して表1に示す所定の重量%となるように、上記のようにして調製した各ワニスを含浸させた。その後、これを非接触タイプの加熱ユニットにより160℃の温度で5分間加熱し、ワニス中の溶剤を乾燥除去すると共に半硬化のBステージ状態にすることによって、プリプレグを製造した。
<不織布を用いたプリプレグの製造>
不織布として、アラミド繊維不織布(デュポン社製「サーマウント」、坪量30g品=厚さ:0.04mm)を用いた。
そして、樹脂含有率がプリプレグ全量に対して表1に示す所定の重量%となるように、上記のようにして調製したワニスを含浸させた。その後、これを非接触タイプの加熱ユニットにより約130〜180℃の温度で5分間加熱し、ワニス中の溶剤を乾燥除去すると共に半硬化のBステージ状態にすることによって、プリプレグを製造した。
<積層板の製造>
上記のようにして製造したプリプレグの両面に圧延銅箔((株)日鉱マテリアルズ製「BHY13BT」、厚さ:18μm)を重ね合わせ、これを170℃の温度で90分間加熱しながら2.94MPaの圧力で加圧して積層成形することによって、積層板(両面銅張積層板)を製造した。
以上のようにして作製した各積層板について、以下の屈曲性試験、熱膨張性試験、曲げ弾性率及びTgを測定した。この結果を表1に示す。なお、表1中、各組成量は重量部を意味する。
<屈曲性試験(MIT試験)>
上記のようにして製造した積層板を用いてMIT試験(曲率半径:φ0.38mm)、荷重:0.5kgf(4.9N))を行った。この試験はJIS C 6471に基づいて温度20℃、湿度50%の環境下において行った。試料である積層板が断線するまでの回数を測定した。
<X・Y方向の熱膨張係数>
上記のようにして製造したプリプレグのX・Y方向(厚さ方向に対して垂直な面内の方向)の熱膨張係数をTMA法により測定した。
<曲げ弾性率>
まず、積層成形後の厚さが約1.6mmとなるように、上記のようにして製造したプリプレグを重ね合わせると共にこの両側に銅箔(厚さ:18μm)を重ね合わせ、170℃の温度で2.94MPaの圧力で90分間加熱加圧して積層成形することによって、両面銅張積層板を製造した。次に、この両面銅張積層板の銅箔を全面エッチングで除去することによって、曲げ弾性率測定用の試料を作製した。そして、上記試料を用いてJIS C 6481に基づいて曲げ弾性率を測定した。
<ガラス転移温度(Tg)>
上記の曲げ弾性率用の板を長さ30mm、幅5mmに切断し、粘弾性スペクトロメーター装置によりtanδを測定し、そのピーク温度をTgとした。
Figure 2005340270
表1において、比較例1は、基材を含まないポリイミド系フレキシブルプリント配線板(FPC)として使用されている新日鐵化学(株)製「エスパネックス」(フィルムの厚さ:0.05mm、銅箔の厚さ:18μm)を用いて測定したものである。
表1にみられるように、実施例1〜3は比較例1の従来のフレキシブル配線板で用いられている樹脂性材料と比べ、基材を有する構造であるため、高い剛性と優れた熱安定性を有していることがわかる。また、その屈曲性も樹脂性よりは若干劣るが、実用上問題のない程度にまで向上していることが分かる。
また、実施例1〜3と比較例2〜5を対比すると、曲げ弾性率及びX・Y方向の熱膨張係数の測定結果より、両者はいずれも剛性及び位置精度の点で優れていることが確認される。しかし、MIT試験の結果より、エラストマーの含有量及びその種類が異なる比較例2〜5に比べて実施例1〜3は屈曲性に優れていることが確認される。
本発明の実施の形態の一例を示す断面図である。 従来例を示す断面図である。
符号の説明
1 プリプレグ
2 織布
3 不織布
4 硬化物
5 内層回路入り積層板

Claims (7)

  1. エポキシ樹脂、エラストマーからなるエポキシ樹脂組成物を織布又は不織布に含浸させた後にこれを乾燥させて得られる積層板用プリプレグであって、前記エラストマーは粒径1.0μm以下の架橋エラストマーであり、前記エポキシ樹脂組成物の硬化物全量に対して前記架橋エラストマーを10〜50重量%含有することを特徴とする積層板用プリプレグ。
  2. 織布としてガラスクロスを用いて成ることを特徴とする請求項1に記載の積層板用プリプレグ。
  3. 不織布としてガラス不織布又は有機繊維を用いて成ることを特徴とする請求項1に記載の積層板用プリプレグ。
  4. 織布又は不織布の厚さが0.07mm以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の積層板用プリプレグ。
  5. 請求項1乃至4のいずれかに記載の積層板用プリプレグからなる積層板。
  6. 請求項5記載の積層板を用いたフレキシブルプリント配線板。
  7. 請求項6に記載のフレキシブルプリント配線板で、リジッド配線板間を接続してなるフレックスリジッドプリント配線板。
JP2004153334A 2004-05-24 2004-05-24 積層板用プリプレグ、積層板並びにそれを用いたフレキシブルプリント配線板及びフレックスリジッドプリント配線板 Pending JP2005340270A (ja)

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