CN102342186A - 柔性基板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可靠性高的柔性基板，这种柔性基板在制造时的层叠工序中或是在反复发生变形的产品使用时，导体层中也不会发生断线。在由树脂层(1)和导体层(2)层叠而形成的柔性基板(10)中，导体层(2)包括由第一金属形成的第一导体层(21)、和设置成位于树脂层与第一导体层之间且由延展性比第一金属高的第二金属形成的第二导体层(22)。

Description

柔性基板
技术领域
本发明涉及多层基板，详细而言，涉及能弯曲或折弯的柔性基板。
背景技术
由于能弯曲或折弯的柔性基板适用于空间狭窄的安装区域，因此近年来已经广泛地应用到照相机、移动电话、个人电脑、打印机、硬盘驱动器等电子设备。而随着电子设备的小型化，柔性基板也越来越小型化、高密度化、以及多层化。
作为上述柔性基板的一种，已知有通过将热可塑性树脂即聚酰亚胺薄膜和铜箔(导体层)进行层叠而形成的柔性基板(柔性印刷电路板)(参照专利文献1的说明书[0014]段等)。
如上所述，由于柔性基板适合安装于空间狭窄的区域，而且能够反复地弯曲或折弯，因此适用于在使用时必然会发生变形的电子设备。
但是，随着柔性基板的小型化和高密度化，导体层(内部导体图案等)变得越来越微细，从而导致在发生弯曲或折弯等变形时在反复施加应力的部分产生导体层(内部导体图案等)容易断线的问题。
而且，在用对热可塑性树脂层和导体层(内部导体图案等)进行层叠、压接从而实现多层化的方法来制造柔性基板时，在多层化的工序中，因内部导体图案的疏密会使压接时所施加的压力产生偏差，而在施加较大应力的部分会产生导致导体层(内部导体图案等)容易断线的问题。
因此，实际需要一种可靠性高的柔性基板，这种柔性基板在制造时的层叠、压接工序中或在产品阶段使用时反复发生变形的情况下，不会在导体层(内部导体图案等)中发生断线。
而上述专利文献1的柔性基板是通过例如拉深成形法在规定温度(例如300℃)下成形的，是为了得到具有所希望形状的柔性印刷电路板(参照专利文献1的说明书[0015]段)，无法适用于在使用时会反复发生变形的用途。
专利文献1：日本专利特开平7-245460号公报
发明内容
本发明正是为了解决上述技术问题，其目的在于提供一种生产率高、可靠性高的柔性基板，这种柔性基板在制造时的层叠、压接工序中或在产品阶段使用时反复发生变形的情况下，都不会在导体层(内部导体图案等)中发生断线。
为了解决上述技术问题，本发明的柔性基板是通过层叠树脂层和导体层而形成，其特征在于，
所述导体层包括：
由第一金属形成的第一导体层；以及
设置成位于所述树脂层与所述第一导体层之间且由延展性比所述第一金属高的第二金属形成的第二导体层。
所述柔性基板的特征还在于，所述第二金属抑制所述第一金属的晶粒生长。
优选将所述第二导体层设置成与所述树脂层相接。
另外，优选将所述第二导体层设置成与所述第一导体层相接。
还优选使所述第二导体层存在于所述导体层与所述树脂层之间的整个界面上。
优选使所述第二导体层的至少一部分含有以所述第一金属和所述第二金属为构成成分的合金。
所述柔性基板的特征在于，所述合金是在将所述导体层和所述树脂层进行层叠的工序中形成的。
优选使构成所述第一导体层的所述第一金属以Cu为主要成分。
优选使构成所述第二导体层的所述第二金属以Co和/或Ni为主要成分。
优选使所述树脂层由热可塑性树脂形成。
由于本发明的柔性基板是通过层叠树脂层和导体层而形成，导体层包括由第一金属形成的第一导体层和设置成位于树脂层与第一导体层之间且由延展性比第一金属高的第二金属形成的第二导体层，因此，在弯曲或折弯的情况下，由延展性较高的金属形成的第二导体层能够吸收、缓和对导体层所施加的应力。
另外，构成第二导体层的第二金属有一部分进入构成第一导体层的第一金属的晶界，而且这一部分第二金属在第一金属的晶粒内扩散。而进入了构成第一导体层的第一金属的晶界的构成第二导体层的金属能够抑制构成第一导体层的金属的晶粒生长，并且在第一金属的晶粒内扩散的第二金属与第一金属的合金(层)能够提高第一导体层的延展性。
其结果是，能够提供一种可靠性高、生产率高的柔性基板，这种柔性基板在制造时的层叠、压接工序中或在产品阶段使用时反复发生变形的情况下，能够防止在导体层(内部导体图案等)中发生断线。
此外，本发明也能够适用于具有刚性部和柔性部的刚柔并济基板的柔性部，其中，刚性部由玻璃环氧树脂等坚硬的材质形成，柔性部则能够进行组装或反复地弯曲，因此这种刚柔并济基板也是本发明的一个实施方式。
另外，作为构成第二导体层的第二金属，通过使用抑制构成第一导体层的第一金属的晶粒生长的金属，能够使第一金属的晶粒维持微细且致密的状态，能够确保对变形的稳定性(不易断线)，从而能够使本发明更加实用。
而作为抑制构成第一导体层的第一金属的晶粒生长的金属，在例如构成第一导体层的金属为Cu的情况下，可以列举出Co、Ni等。
在本发明的柔性基板中，为了控制特性等，也可以在第二导体层与树脂层之间设置薄薄的第三导体层，但在将第二导体层与树脂层设置成相接的情况下，能够更可靠地发挥利用第二导体层的高延展性来缓和应力的功能。
另外，通过将第二导体层设置成与第一导体层相接，使构成第一导体层的金属粒子的晶界中有构成第二导体层的延展性较高的金属存在，使其发挥缓和应力的功能，能够提高导体层的耐变形性，而通过使构成第二导体层的延展性较高的金属扩散到构成第一导体层的金属粒子中，以防止第一导体层的延展性降低，则能够提高作为整个导体层的耐变形性。
而且，由于构成第一导体层的金属扩散到构成第二导体层的金属中会形成合金，该合金(层)也能提高导体层的延展性，因此能够进一步提高导体层的耐变形性。
通过使第二导体层存在于导体层与树脂层之间的整个界面上，能够更加可靠地发挥利用以具有较高延展性的金属为主要成分的第二导体层来缓和应力的功能，从而能使本发明更加实用。
另外，当第二导体层至少有一部分含有以第一金属和第二金属为构成成分的合金时，由于导体层的延展性能够从第二导体层向第一导体层倾斜变化，因此能够期待更高的应力缓和效果。
而含有以第一金属和第二金属为构成成分的合金的第二导体层能够通过在对导体层和树脂层进行层叠、压接的工序中控制压力、温度等而形成。
而且，在这种情况下，不需要复杂的工艺就能使构成第一导体层的金属和构成第二导体层的金属形成合金，而不会降低生产率。
另外，考虑电学特性，第一导体层优选使用Cu。但在导体层是以Cu为主要成分的单层结构的情况下，在制造时的层叠、压接工序中或在产品阶段使用时反复发生变形的情况下，有可能导致导体层断线，但通过像本发明那样采用具有延展性较高的第二导体层的结构，则由于第二导体层能够吸收、缓和对导体层施加的应力，因此能够提供可靠性高的柔性基板。
另外，在导体层以Cu为主要成分、构成第二导体层的第二金属以Co和/或Ni为主要成分时，由于Co、Ni的延展性较高，能够吸收、缓和对导体层施加的应力，因此能够提供可靠性高的柔性基板，在制造工序中或产品使用时导体层不会发生断线。
在构成第一导体层的金属是Cu的情况下，当作为构成第二导体层的第二金属使用以Co和/或Ni为主要成分的金属时，能够使构成第一导体层的Cu粒子的晶界中有构成第二导体层的延展性较高的金属即Co和/或Ni存在，从而提高导体层的耐变形性，或者通过使构成第二导体层的延展性较高的金属即Co和/或Ni扩散到构成导体层的第一导体层的Cu粒子中，则能够提高第一导体层的延展性。从而其结果是，能够提供整个导体层的耐变形性好、可靠性高的柔性基板。
而且，通过使构成第一导体层的Cu扩散到构成第二导体层的Co和/或Ni中而形成合金，能够使两者可靠地结合，从而能够使导体层更加难以发生断线。
此外，通过使用由热可塑性树脂形成的树脂层，并恰当地控制层叠工序中的条件(例如温度、压制压力等条件)，能够高效地得到具有层叠结构的柔性基板。
附图说明
图1(a)是示意性地表示本发明的实施例的柔性基板(柔性多层基板)的结构的图，图1(b)是放大表示其主要部分的图。
图2(a)、(b)、(c)是对图1的柔性多层基板的制造方法进行说明的图。
图3是对图1的柔性多层基板的制造方法进行说明的图，是表示图2(c)的工序的后续工序的图。
图4是对图1的柔性多层基板的制造方法进行说明的图，是表示图3的工序的后续工序的图。
具体实施方式
下面，示出本发明的实施例，对本发明的特征进行更详细的说明。
[实施例1]
图1示意性地表示本发明的一个实施例的柔性基板(柔性多层基板)的结构，图1(a)是主视剖视图，图1(b)是放大表示主要部分的主要部分放大剖视图。
如图1(a)、(b)所示，该柔性基板(柔性多层基板)10包括：构成基材层的树脂层(在本实施例1中是热可塑性树脂层)1；设置在热可塑性树脂层1的表面且具有规定图案的导体层(导体图案)2；以及填充并设置在通孔用贯穿孔3内且对导体层2进行层间连接的通孔导体4，所述通孔用贯穿孔3设置在热可塑性树脂层1上。
在该柔性多层基板10中，热可塑性树脂层1由液晶聚合物(LCP)、或聚醚醚酮(PEEK)等熔点在250℃以上的热可塑性树脂形成。
而且，热可塑性树脂层1能够通过调整其厚度或控制树脂的聚合度来具有所需的柔性。
此外，构成树脂层1的树脂不一定限于热可塑性树脂，也可以使用热固化性树脂。
导体层2包括：以本发明的第一金属即Cu为主要成分的第一导体层21；以及设置在第一导体层21的正反两个主面的整个面上的第二导体层22。第二导体层22以延展性比构成第一导体层21的Cu高的金属即Ni(本发明的第二金属)为主要成分。而且，该导体层2设置成使第二导体层22与树脂层1相接。
在本实施例1的柔性多层基板10中，第二导体层22至少有一部分为Ni-Cu合金，这一部分Ni-Cu合金是由构成第一导体层21的Cu扩散到构成第二导体层22的Ni中而形成的，从而有助于提高第一导体层21的延展性。
而且，构成第二导体层22的Ni还有一部分进入构成第一导体层21的Cu粒子的晶界中，上述进入了Cu粒子的晶界的Ni有助于抑制构成第一导体层的Cu的晶粒生长，从而有助于使得第一导体层21不易断裂。
另外，通孔导体4是在通孔用贯穿孔3中填充以Ag为主要成分的导电性糊料并使之固化而形成的。
如上所述，本实施例1的柔性多层基板10是通过将热可塑性树脂层1和导体层2进行层叠而形成的，导体层2包括：以第一金属即Cu为主要成分的第一导体层21；以及以延展性比构成第一导体层21的Cu高的第二金属(Ni)为主要成分的第二导体层22。从而，构成导体层2的第一导体层21经由延展性比构成第一导体层21的Cu高的第二导体层22而与热可塑性树脂层1接合。因此，在热可塑性树脂层1发生弯曲或折弯的情况下，延展性较高的第二导体层22能够吸收、缓和对导体层2施加的应力。
另外，构成第二导体层22的Ni有一部分进入构成第一导体层21的Cu的晶界，还有一部分Ni在Cu的晶粒内扩散。从而，进入了构成第一导体层21的Cu的晶界的Ni能够抑制构成第一导体层21的Cu的晶粒生长，并且在Cu的晶粒内扩散的Ni与Cu形成合金，该合金能够提高第一导体层21的延展性。
而且，构成第一导体层21的Cu扩散到构成第二导体层22的Ni中会形成合金，该合金也能提高导体层2的延展性，从而改善耐变形性。
其结果是，能够得到一种可靠性高的柔性多层基板10，该柔性多层基板10在制造时的层叠、压接工序中或在产品阶段使用时反复发生变形的情况下，导体层(内部导体图案等)2中也很少发生断线。
下面，对该柔性多层基板10的制造方法进行说明。
(1)首先，如图2(a)所示，准备在绝缘层(热可塑性树脂层)1上粘贴了图案形成前的导体层(金属箔)2a的片材，所述绝缘层(热可塑性树脂层)1由以液晶聚合物(LCP)、或聚醚醚酮(PEEK)等为代表的具有250℃以上的熔点的热可塑性树脂形成，所述图案形成前的导体层(金属箔)2a包括：成为第一导体层21的Cu箔(第一导体层用的金属层)21a；以及成为第二导体层22的覆盖层(第二导体层用的金属层)22a，该覆盖层(第二导体层用的金属层)22a通过镀敷形成在Cu箔21a的正反两个主面的整个面上，由延展性比Cu高的金属即Ni形成。除了镀敷以外，也可以利用溅射等薄膜形成方法来形成第二导体层用的金属层22a。
(2)然后，如图2(b)所示，对热可塑性树脂层1上的金属箔2a进行蚀刻，形成具有所希望的图案的导体层(导体图案)2。
在形成导体层(导体图案)2时，能够通过例如在金属箔2a的表面上形成规定的抗蚀剂图案，将其浸渍于蚀刻液中进行蚀刻后，去除抗蚀剂图案，从而形成图2(b)所示的所希望的导体图案2。
但也可以粘贴预先形成了图案的金属箔。
(3)接着，如图2(c)所示，利用激光加工，在热可塑性树脂层1的规定的位置上形成通孔用贯穿孔3。在激光加工中，从没有形成导体层(导体图案)2的一侧的面照射激光，以形成通孔用贯穿孔3，使其到达导体层(导体图案)2的背面。由此，能获得具有以下结构的基材层A：即，在形成有通孔用贯穿孔3的热可塑性树脂层1的表面上，设置已形成了图案的导体层(导体图案)2，使其一部分覆盖通孔用贯穿孔3。
另外，如图2(c)所示的形成基材层A的步骤并不局限于上述(1)～(3)的步骤，例如也可以在热可塑性树脂层1上形成了通孔用贯穿孔3之后，再对导体层2进行蚀刻，也可以按照其他的步骤来形成基材层A。
(4)接着，如图3所示，对于每一个热可塑性树脂层1(基材层A)，向通孔用贯穿孔3填充以Ag粒子为主要成分的导电性糊料4a。
(5)然后，如图4所示，按规定的顺序将各热可塑性树脂层1(基材层A)进行层叠，利用真空压制，在热可塑性树脂层1表现出可塑性但不发生熔融的温度(例如250℃～350℃)下进行压接。
在图4中，最上层是具有图3所示结构的热可塑性树脂层(基材层)A，而作为自上往下第二层和第三层的基材层，则使用导体层(导体图案)2的形状和通孔用贯穿孔3的设置位置与最上层的基材层不同的热可塑性树脂层(基材层)A。
通过上述层叠、压接工序，通孔导体4与导体层(导体图案)2相接合，并且各热可塑性树脂层1之间的压接(接合)完成，使整体完全实现一体化。
而且，通过上述层叠、压接工序，构成第二导体层22的Ni进入构成第一导体层21的Cu粒子的晶界，同时有一部分Ni在Cu粒子中扩散。
从而，进入了Cu粒子的晶界的Ni能够抑制Cu粒子的晶粒生长，并且Ni扩散到Cu粒子中而形成的合金层能够提高第一导体层的延展性。
而且，构成第一导体层21的Cu也会扩散到构成第二导体层22的Ni，使得第二导体层22至少有一部分变成Ni与Cu的合金，该合金也能提高导体层2的延展性，从而改善耐变形性。
其结果是能够得到一种可靠性高、生产率高的柔性多层基板10，该柔性多层基板10在制造时的层叠、压接而形成多层化的工序中或在产品阶段使用时反复发生变形的情况下，导体层(内部导体图案等)2中也不会发生断线。
此外，在上述实施例中，成为第一导体层21的第一导体层用金属层21a是Cu层(Cu箔)，成为第二导体层22的第二导体层用金属层22a是Ni层，是以此为例进行了说明，但作为第一导体层用的金属层21a，也可以使用除Cu以外的导体材料，作为第二导体层用的金属层22a，也可以使用除Ni以外的导体材料、例如Co、或Co和Ni这两种材料等。
但是，考虑作为导体层的特性，作为第一导体层用的金属层21a优选使用Cu。而且，在第一导体层用的金属层21a使用Cu的情况下，第二导体层用的金属层22a优选使用Co、Ni、或Co和Ni这两种材料。
在作为第一导体层用的金属层使用Cu的情况下，当第二导体层用的金属层使用Co时，以及当第二导体层用的金属层使用Co和Ni这两种材料时，也确认能够得到一种可靠性高、生产率高的柔性多层基板，该柔性多层基板在制造时的层叠、压接而形成多层化的工序中或在产品阶段使用时反复发生变形的情况下，导体层(内部导体图案等)中也不会发生断线。
另外，在上述实施例的柔性多层基板10中，由于构成露出在表面的导体层(导体图案)2的第一导体层21被第二导体层22所覆盖，因此，能抑制和防止露出的导体层(导体图案)2的表面发生氧化。因此，在层叠后无需实施镀敷的工序就能实现防止氧化的目的。
上述实施例中虽未示出，但本发明也能够适用于具有刚性部和柔性部的刚柔并济基板，其中，刚性部由玻璃环氧树脂等坚硬的材质形成，柔性部则能够进行组装或反复地弯曲。
本发明在其他各方面也不限于上述实施例，关于构成树脂层的材料的种类、构成导体层(导体图案)的材料的种类和导体层的具体图案、以及热可塑性树脂层和导体层的层叠数和层叠方式等，可以在发明的范围内加以各种应用、变形。
标号说明
1   树脂层(热可塑性树脂层)
2   导体层(导体图案)
2a  图案形成前的导体层(金属箔)
3   通孔用贯穿孔
4   通孔导体(Ag)
4a  导电性糊料
10  柔性基板(柔性多层基板)
21  第一导体层
21a 第一导体层用的金属层(Cu箔)
22  第二导体层
22a 第二导体层用的金属层(覆盖层)
A   基材层

Claims (10)

1.一种柔性基板，通过层叠树脂层和导体层而形成，其特征在于，
所述导体层包括：由第一金属形成的第一导体层；以及设置成位于所述树脂层与所述第一导体层之间且由延展性比所述第一金属高的第二金属形成的第二导体层。
2.如权利要求1所述的柔性基板，其特征在于，
所述第二金属抑制所述第一金属的晶粒生长。
3.如权利要求1或2所述的柔性基板，其特征在于，
所述第二导体层设置成与所述树脂层相接。
4.如权利要求1至3的任一项所述的柔性基板，其特征在于，
所述第二导体层设置成与所述第一导体层相接。
5.如权利要求1至4的任一项所述的柔性基板，其特征在于，
所述第二导体层存在于所述导体层与所述树脂层之间的整个界面上。
6.如权利要求1至5的任一项所述的柔性基板，其特征在于，
所述第二导体层至少有一部分含有以所述第一金属和所述第二金属为构成成分的合金。
7.如权利要求6所述的柔性基板，其特征在于，
所述合金是在将所述导体层和所述树脂层进行层叠的工序中形成的。
8.如权利要求1至7的任一项所述的柔性基板，其特征在于，
构成所述第一导体层的所述第一金属以Cu为主要成分。
9.如权利要求1至8的任一项所述的柔性基板，其特征在于，
构成所述第二导体层的所述第二金属以Co和/或Ni为主要成分。
10.如权利要求1至9的任一项所述的柔性基板，其特征在于，
所述树脂层由热可塑性树脂形成。
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