专利名称：包铜层压板的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于制造印制线路板等的包铜层压板。特别涉及加工时的翘曲及扭曲减小了的包铜层压板。
背景技术：
包铜层压板通过将属于无机的金属材料的铜箔与以预浸渍材料为代表的作为绝缘层构成材料的有机材料热压而成。即，包铜层压板的基本构成是铜箔/绝缘层构成材料/铜箔，通常将它们在层叠状态下在约180℃热压而成。
该热压而成的包铜层压板的问题有，在热压成形后冷却、将组装的热压物拆解、取出包铜层压板时，包铜层压板本身会出现翘曲现象(下面简称为“翘曲”)，以及包铜层压板呈扭曲形状的现象(下面简称为“扭曲”)。这时的扭曲也可以认为是翘曲的一种表现形态。
当该包铜层压板出现翘曲及扭曲时，如不采取任何措施，直接用其制造印制线路板，则由于在浸蚀工序的整平作业、定位作业及浸蚀作业的所有步骤产生问题，不能够维持形成的铜箔电路的精度，因此基本上不可能形成细距电路。
因而，在包铜层压板出现翘曲及扭曲情况时，为了对其进行矫正，生产者要对其进行后处理，如加热消除变形(称为后烘烤工序)或在包铜层压板长时间加上负力以将包铜层压板矫正成平直形状等。
对包铜层压板进行后处理以矫正翘曲及扭曲会使制造成本上升。日本包铜层压板制造业的实际情况是，作为商品的包铜层压板不得不参与国际价格竞争，必须尽量避免制造工序中的成本上升。
因此，包铜层压板制造行业也一直认为包铜层压板的翘曲及扭曲是由于上述热压时所加的热量而导致的构成材料的热膨胀差异或冷却时的收缩差异使得制成的包铜层压板内部出现变形而产生的，并采取了各种措施。例如，①将热压时用的镜板材质改为更接近铜箔热膨胀系数的材质；②控制镜板表面的粗糙度，不让热膨胀、收缩时的镜板变化引起铜箔变形；③改变用作绝缘层构成材料的通常称为预浸渍料的玻璃-环氧基材，例如，改变玻璃布料的玻璃材质或玻璃纤维的形状和使环氧树脂改性；④改变热压成形的热滞后等，并取得了一定的成果。
但实际上不能完全消除包铜层压板的翘曲及扭曲。在制造双面包铜层压板时，即便在两面采用同一品种同一厚度的铜箔的情况下基本上能够解决包铜层压板的翘曲及扭曲，但在两面的铜箔厚度不一样的情况下，仍不能完全解决翘曲及扭曲的问题。
近年来，由于印刷线路板制造方法多样化，出现了大量的上述双面包铜层压板的两面铜箔厚度不一样的产品，所以在市场上强烈希望有能够解决有关问题的有效手段。
图1为用于模拟基材树脂翘曲的包铜层压板构成材料收缩性状示意图。
图2及图3也是模拟基材树脂翘曲的示意图。
发明概要本发明者经过专心研究后发现，若选用合适的铜箔种类，则即使两面所用的铜箔厚度不一样，也能有效减少包铜层压板的翘曲及扭曲。下面对本发明进行说明。首先从材料力学的角度，对选择铜箔的基准进行说明。
本发明者设想了各种力学计算模型，并与实际制造的包铜层压板的翘曲测量值进行了比较，结果确信，在相对意义上，即使用下述最简单的力学计算模型，也能够极有效地预测翘曲产生情况。
即，这里的力学计算所用的包铜层压板，如图1所示，将两面贴有不同厚度的铜箔的双面包铜层压板用作简单模型。热压之前，将铜箔置于大小基本相同的绝缘层构成材料(认为是用树脂构成的)。因而，从侧面来看，如图1(a)所示。然后，热压结束时，如图1(b)所示，固化成绝缘层的树脂层形成较铜箔层向基板内部一侧收缩的状态。该树脂层虽是用预浸渍材料等形成的，但基本上固化前称作绝缘层构成材料，固化后则称作绝缘树脂层或简称为树脂层。
将具有铜箔/绝缘层构成材料/铜箔结构的层叠物热压时，在作为绝缘层构成材料的树脂固化之前的液态阶段，各材料能够根据供给热量，自由地膨胀收缩。但随着作为绝缘层构成材料的树脂固化，受到因其后的材料间的膨胀收缩差异而产生的束缚，不能自由地膨胀收缩。这里，最重要的是，构成铜箔的铜与绝缘层构成材料的收缩率大不相同。这里，特别成为问题的是收缩率。据说，树脂材料的收缩率一般比铜大几倍。
这样，由于作为绝缘层构成材料的树脂固化，在制成包铜层压板时，铜与绝缘树脂层粘合，因而，位于两面的铜箔仍受到由树脂的收缩而产生的压缩应力，而绝缘树脂层与其收缩相反，仍受到拉伸应力。由此，变形在包铜层压板内部积聚，并被认为是出现翘曲现象的重要原因。因而，采用具有与作为基材的树脂相同的收缩性的铜箔来解决翘曲问题被认为是比较理想的，但对于金属材料来说，这是不可能达到的。
因此，本发明者用图2示意地示出的模型，通过上述力学计算模型对铜箔的哪个特性对翘曲现象产生影响的可能性大进行了判断。这里，排除铜箔的成为与绝缘层构成材料的粘结面的用于得到锚固效应的糙化面的影响进行考虑，而且，独立分析各构成材料举动，假定包铜层压板在各构成材料的举动平衡的位置成立。
首先，对铜箔侧的举动进行说明。设铜箔原来的长度为Lc，制成包铜层压板后在受压缩负荷状态下收缩的铜箔长度为L。这里所说的铜箔长度，由图2可知，准确地说，是指在包铜层压板截面出现的铜箔长度。若以收缩前的铜箔长度Lc作为基准长度，则受压缩负荷状态下的铜箔变形可用式1(1)表示。此时的压缩应力可用式1(2)表示，式中，tc为铜箔长度，wc为铜箔宽度，Ec为铜箔的杨式模量。在本说明书中，铜箔的杨式模量是指对由铜箔的拉伸试验而得到的应力-变形曲线进行微分而得到的斜率的最大值。铜箔的杨式模量值根据其应力-变形曲线的测定条件(特别是拉伸试验机的拉杆速度)而异。在本发明的杨式模量测定中，该拉杆速度为50μm/min，标点间隔为50mm。式1·铜箔的压缩变形εc＝(Lc-L)/Lc…… (1)·铜箔受到的压缩负荷Fc＝tc·wc·σc＝tc·wc·Ec(Lc-L)/Lc…… (2)
另一方面，对基材侧的收缩进行考虑时，若作为绝缘层构成材料的树脂单独收缩，则其收缩超过铜箔，但可假定，当树脂粘附在铜箔糙化面上形成包铜层压板时，由于粘合在铜箔的糙化面上，在固化的树脂中出现与铜箔的收缩长度差相应的拉伸应力。但是，在树脂固化时，通过限制其自然收缩、终止其收缩进行来预测树脂中出现的内部应力则基本上不可能。因而，本发明者在此次模拟中，设想作为绝缘层构成材料的树脂从LR拉伸至L，呈弹性变形，其中，LR为树脂单独收缩时的长度，L为实际的包铜层压板的绝缘树脂层长度(与收缩的铜箔长度相同)。并且，设作为绝缘层构成材料的树脂的层厚度为tR、绝缘层构成材料宽度为WR、固化的树脂的杨式模量为ER，则与上述式1(1)和(2)式同样，固化后的作为绝缘层构成材料的树脂层中产生的拉伸负荷可以式2(3)表示。式2.
·固化后的树脂的拉伸变形εR＝(LR-L)/LR·固化后的树脂受到的拉伸负荷FR＝tR·wR·σR＝tR·wR·ER(LR-L)/LR……(3)假定在铜箔和固化的树脂层的支承铜箔的一侧之间的的界面产生力学平衡，则Fc与FR在相反方向上起作用并保持平衡，即，成立Fc+FR＝0的关系。所以，根据(2)和(3)，成立式3所示关系。式3.FcFR=tc·wc·Ec(Lc-L)/LctR·wR·ER(LR-L)/LR]]>这里，Fc/FR＝-1，即，若将除厚度以外的尺寸相同的铜箔及绝缘层构成材料热压，则wc＝wR。而且，若假定铜箔及树脂的收缩相对于总长足够地小，则Lc/LR1。由此，可由式3导出式4。式4.L-LRLc-L=tc·EctR·ER······(4)]]>
下面，以式(4)为基础，使树脂特性保持不变，改变铜箔厚度(tc)及铜箔杨式模量(Ec)，研究它们对铜箔收缩的影响。首先，研究厚度(tc)对铜箔收缩的影响。铜箔越厚(亦即tc值越大)，则(L-LR)/(Lc-L)值也越大。这时，由于树脂特性不变，因此，可认为tR·ER及(L-LR)为常数，若铜箔杨式模量(Ec)也不变，则(Lc-L)变小，可以判断，铜箔的收缩减小。而铜箔变薄时则正好相反。因而，铜箔越厚，越不易收缩。在双面包铜层压板的两面所用的铜箔厚度不一样时，由于两面铜箔的收缩程度不同，因此，包铜层压板更易翘曲。
另外，下面研究杨式模量(Ec)对收缩的影响。与厚度一样，铜箔杨式模量越大(亦即Ec值越小)，则(L-LR)/(Lc-L)值也越大。此时，同样地，假定树脂特性不变，tR·ER及(L-LR)为常数，铜箔厚度(tc)也不变，则(Lc-L)变小，可以判断，铜箔的收缩减小。铜箔杨式模量变小时则正好相反。因而，铜箔杨式模量越大，越不易收缩。在双面包铜层压板的两面所用的铜箔杨氏模量不一样时，两面铜箔的收缩程度不同，包铜层压板更易翘曲。
由此可以推测，对于两面贴有厚度不同的铜箔的双面包铜层压板，解决其翘曲问题的有效手段是，使在双面包铜层压板一面所用的较厚铜箔的厚度尽可能地与另一面的较薄铜箔的厚度接近，同时，选用杨氏模量低的铜箔作为厚的铜箔。
本发明者以式(4)为基础，用式(5)研究了基材相对于其原来收缩的长度，其收缩受到何种程度的限制。这里，由于本发明者将固化的基材模拟为弹性体进行了处理，因此，同样地对固化的树脂受到铜箔何种程度的影响而从原来收缩的长度伸长的作了研究。式5.
这里，代入Ec/(tR·ER)＝Kc，则(4)式为L-LRLc-L=kctc---(5)]]>将(5)式如下所示进行变换，可得到式(6)。式6L-LR＝Kc·tc·(Lc-L)(1+Kc·tc)L＝Kc·tc·Lc+LR∴L＝(Kc·tc·Lc+LR)/(1+Kc·tc)＝〔Lc(1+Kc·tc)+(LR-Lc)〕/(1+Kc·tc)＝Lc+(LR-Lc)/(1+Kc·tc) ……(6)这里，若将固化的树脂长度与铜箔的收缩距离之差Lc-LR替换为ΔL，求出基材伸长(L-LR)，则如式7所示，可由(6)式导出式(7)和式(8)。式7.
L-LR＝(Lc-LR)+(LR-Lc)/(1+kc·tc)＝ΔL〔1-1/(1+Kc·tc)〕 ……(7)再将式(7)的替换为Kc的部分恢复原样，得到式(8)。
L-LR＝ΔL{1-1/〔1+tc·Ec/(tR·ER)〕}……(8)由式(8)表明，在树脂为固化状态的包铜层压板中，铜箔厚度(tc)、杨式模量(Ec)越大，则固化的树脂的伸长变形也越大。因而，对于双面包铜层压板，在设计上尽可能地减小贴在包铜层压板两面的铜箔厚度是控制包铜层压板翘曲的极有效的方法。在这样的设计不可能的情况下，对于厚的铜箔，采用杨氏模量小的材料也是一种极有效的方法。这些是从铜箔材料方面考虑的减小包铜层压板翘曲的有效途径。
下面，以上述公式为基础，设定图2所示的翘曲的包铜层压板的模型，对包铜层压板的翘曲进行模拟。在图2中，设定具有相当于曲率半径r的翘曲的包铜层压板。这时，包铜层压板的厚度为铜箔/绝缘层构成材料/铜箔的总厚度，但仅就固化的树脂层进行考虑。这里，假定图1所示的树脂层的翘曲相对于基板总长，非常地小，曲率半径为r。设树脂层的厚度为tR，与树脂层的翘曲对应的圆周角为θ，则翘曲内侧的树脂层上表面的长度可以用rθ表示，翘曲外侧的树脂层下表面的长度可用(r+tR)θ表示。因而，上表面与下表面的长度之差为(r+tR)θ-rθ，即tRθ。
这里，(r+tR/2)θ＝s的关系成立，式中，s为树脂层原来的长度。若假设tR相对于r，非常地小，则rθ＝s的关系成立。由此，上表面与下表面的长度之差可用下式表示tRθ＝(s·tR)/r ……(9)这里，被认为包铜层压板的铜箔将树脂层拉伸的长度由上述式(8)给出。因而，可以认为，被不同厚度的铜箔拉伸的树脂层的差由式(9)给出。该关系由式(10)表示。式8.S·tRr=ΔL1[1-11+tc1·Ec1/(tR·ER)]-ΔL2[1-11+tc2·Ec2/(tR·ER)]······(10)]]>式中，ΔL1表示厚的铜箔与树脂层的尺寸差，ΔL2表示薄的铜箔与树脂层的尺寸差，这里，假定铜箔和树脂的尺寸均自由变化。
ΔL1和ΔL2也由下述关系给出ΔL1＝α1·s，ΔL2＝α2·s。式中，α1为厚的铜箔与树脂的尺寸收缩率之差，α2为薄的铜箔与树脂的尺寸收缩率之差。据此，可由式(10)导出式(11)。式9.r=tRα1[1-11+tc1·Ec1/(tR·ER)]-α2[1-11+tc2·Ec2/(tR·ER)]······(11)]]>这里，用式(11)给出的曲率半径r值，以图3所示的关系为基础，计算包铜层压板的翘曲(a)。设曲率半径r的圆弧中心点为O，包铜层压板的中心点为C点，基板端部为E点，C点与E点的中点为M点，E点的正下方为A点，则ΔOCM与ΔCEA近似。
因而，若设CM间的距离为X，EA间的距离(相当于翘曲的距离)为a，则x/r＝a/2x，a＝2·x2/r。并且，可以将曲率半径r看成足够地大，M点在包铜层压板长度的1/4点，则x＝s/4。由此得出a＝s2/8r。可将式(11)代入该式中，用式(12)求出翘曲量。式(12)给出的翘曲量通常不作为绝对值，而是作为相对值处理。要作为绝对值处理，必须考虑预浸渍材料的种类、热压条件等因素，即，需要以经验式为基础进行校正，例如，测定实际观察到的包铜层压板的翘曲，再乘以特定系数，等等。式10.a=α1[1-11+tC1·EC1/(tR·ER)]-α2[11+tc2·Ec2/(tR·ER)]8tR·S2······(12)]]>在上述模拟的基础上，本发明者完成了本发明。上述模拟结果表明，对于两面贴有不同厚度铜箔的双面包铜层压板中的较厚铜箔，从材料角度看，最好(i)采用杨氏模量低的铜箔，(ii)采用热压成形时会显著收缩的铜箔。
另一方面，需要考虑的问题是，是否存在杨氏模量低的铜箔。铜箔大致可分为轧制铜箔与电解铜箔。即使是电解铜箔，有些也会因制造包铜层压板过程中热压时的热量而容易重结晶(下面称之为“S-HFE箔”)。其例子有三井HTE箔。这种铜箔会因热压时的热量而重结晶，其特点是，在重结晶过程中会出现其程度是通常铜箔所无法想像的尺寸收缩。在180℃×1小时的热压条件下，上述尺寸收缩程度在0.05％左右。
另外，该重结晶的铜箔与通常的铜箔相比，还具有重结晶后的杨氏模量低的特性。在180℃热处理60分钟(其热量相当于热压时的热量)后，通常的铜箔的杨氏模量在55-60GPa左右，而S-HTE箔的杨氏模量较低，在40-50GPa左右。
据此，权利要求1要求保护这样一种包铜层压板，其两面贴有不同厚度的铜箔，其特征在于，在其一面采用在包铜层压板的制造过程中不会因热压而重结晶的第1铜箔，在其另一面采用在包铜层压板的制造过程中会因热压而重结晶的第2铜箔，且第2铜箔比第1铜箔厚。
这里，所说的会重结晶的第2铜箔不限于上述为电解铜箔的S-HTE箔，其概念还包含轧制铜箔。由于制造方法的原因，轧制铜箔内部包含许多轧制过程中产生的变形，容易因加热而恢复，也极易重结晶。以紫铜为原料而制成的铜箔，由于容易因加热而软化，因此，其杨氏模量低至20～40GPa左右。所以，轧制铜箔也能够作为达到本发明目的的材料使用。
权利要求2要求保护这样一种包铜层压板，其两面贴有不同厚度的铜箔，其特征在于，在其一面采用第1铜箔，在其另一面采用热压时比第1铜箔容易重结晶的第2铜箔，且第2铜箔比第1铜箔厚。
该双面包铜层压板的两面所用的铜箔均在热压时会因热而重结晶。对于电解铜箔，可通过控制电解液来控制铜箔的重结晶温度，而对于轧制铜箔，则通过控制轧制时的压下率及热处理等来控制铜箔的重结晶温度。因此，虽然两面所用的铜箔都会重结晶，但也能够使它们以不同的速度重结晶，并由此达到本发明的目的，即，解决两面贴有不同厚度的铜箔的双面包铜层压板的翘曲问题。因而，在这种情况下，第2铜箔易重结晶就成为一个条件。
权利要求3要求保护这样一种包铜层压板，其两面贴有不同厚度的铜箔，其特征在于，在其一面采用第1铜箔，在其另一面采用热压时比第1铜箔容易因热而收缩的第2铜箔，且第2铜箔比第1铜箔厚。这样的结构是基于与前述双面包铜层压板相同的理由。
权利要求4要求保护这样一种包铜层压板，其两面贴有不同厚度的铜箔，其特征在于，在其一面采用第1铜箔，在其另一面采用具有低于第1铜箔的杨氏模量的第2铜箔，且第2铜箔比第1铜箔厚。这样的结构是也基于与前述双面包铜层压板相同的理由。
鉴于上述情况，对于两面贴有不同厚度铜箔的双面包铜层压板，在现有技术的水平上，可通过使用在热压时会因热而重结晶的铜箔作为较厚的铜箔来减小包铜层压板的翘曲程度。
具体实施例方式
下面通过制造本发明的包铜层压板并测定其翘曲程度来更详细地说明本发明及效果。在下述所有实施方式中，以1片100μm厚的玻璃环氧基基材作为预浸渍材料，用液压真空压力机在其两侧热压上不同厚度的铜箔，热压压力为30kg/cm2，热压板温度为180℃，主加热时间为60分钟，热压结束后放冷，在包铜层压板内部温度达到60℃时，取出，得到25cm见方的包铜层压板。
翘曲的测定方法是，将上述25cm见方的包铜层压板放在一平面上，摁住其一角，测定其对角部分从平面翘起的距离。
用前述方法测定这样制成的30张包铜层压板的翘曲值，最小值为2mm，最大值为4mm。
为了比较，将70μm厚的S-HTE箔换成通常使用的不会重结晶的70μm厚的电解铜箔，用同样的方法制成30张这样的包铜层压板，测量它们的翘曲值。结果，最小值为12mm，最大值为17mm。由此可知，本发明的包铜层压板的翘曲明显减小。
用前述方法测定这样制成的30张包铜层压板的翘曲值，最小值为0mm，最大值为2mm。
为了比较，将35μm厚的S-HTE箔换成通常使用的不会重结晶的35μm厚的电解铜箔，用同样的方法制成30张这样的包铜层压板，测量它们的翘曲值。结果，最小值为7mm，最大值为10mm。由此可知，本发明的包铜层压板的翘曲明显减小。
而且，将实施例1与实施例2的结果进行比较可知，仅将实施例1的70μm厚的S-HTE铜箔换成实施例2的35μm厚的S-HTE铜箔，包铜层压板的翘曲明显减小。
用前述方法测定这样制成的30张包铜层压板的翘曲值，最小值为0mm，最大值为2mm。
为了比较，将70μm厚的S-HTE箔换成通常使用的不会重结晶的70μm厚的电解铜箔，用同样的方法制成30张这样的包铜层压板，测量它们的翘曲值。结果，最小值为5mm，最大值为8mm。由此可知，本发明的包铜层压板的翘曲明显减小。
根据本发明，即使双面包铜层压板的两面采用不同厚度的铜箔，也能够将包铜层压板的翘曲限制在最小限度范围内，在用包铜层压板制造印刷线路板时，容易处理，能够大幅提高作业效率。
权利要求
1.一种包铜层压板，其两面贴有不同厚度的铜箔，其特征在于，在其一面采用在包铜层压板的制造过程中不会因热压而重结晶的第1铜箔，在其另一面采用在包铜层压板的制造过程中会因热压而重结晶的第2铜箔，且第2铜箔比第1铜箔厚。
2.一种包铜层压板，其两面贴有不同厚度的铜箔，其特征在于，在其一面采用第1铜箔，在其另一面采用热压时比第1铜箔容易重结晶的第2铜箔，且第2铜箔比第1铜箔厚。
3.一种包铜层压板，其两面贴有不同厚度的铜箔，其特征在于，在其一面采用第1铜箔，在其另一面采用热压时比第1铜箔容易因热而收缩的第2铜箔，且第2铜箔比第1铜箔厚。
4.一种包铜层压板，其两面贴有不同厚度的铜箔，其特征在于，在其一面采用第1铜箔，在其另一面采用具有低于第1铜箔的杨氏模量的第2铜箔，且第2铜箔比第1铜箔厚。
全文摘要
本发明目的在于减少两面贴有不同厚度铜箔的双面包铜层压板的翘曲问题,提高印刷线路板的生产效率。本发明的两面贴有不同厚度铜箔的双面包铜层压板的特征在于,在一面采用在包铜层压板的制造过程中不会因热压而重结晶的第1铜箔,在另一面采用在包铜层压板的制造过程中会因热压而重结晶的第2铜箔,且第2铜箔比第1铜箔厚。
文档编号B32B15/20GK1388777SQ01802529
公开日2003年1月1日 申请日期2001年8月22日 优先权日2000年8月25日
发明者山本拓也, 永谷诚治, 中野雅彦 申请人:三井金属鉱业株式会社