DE60111354T2

DE60111354T2 - Flexible gedruckte Leiterplatte

Info

Publication number: DE60111354T2
Application number: DE2001611354
Authority: DE
Inventors: Nobuo Tanabe; Kenichi Okada; Yukihiko Kurosawa; Takayuki Imai; Sadamitsu Jumonji; Masahiko Arai; Masahiro Kaizu
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2001-05-03
Filing date: 2001-05-03
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2021-05-04
Also published as: DE60111354D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine flexible Leiterplatte (FPC), die eine hervorragende Flexibilität bei hohen Temperaturen aufweist.
Die vorliegende Anmeldung beruht auf der Japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 11-320104.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Eine flexible Leiterplatte (FPC) wird üblicherweise so hergestellt, dass auf einem Basisfilm 1 eine basisfilmseitige Kleberschicht 2 bereitgestellt wird, eine Metallfolienschicht 3, auf welcher ein Schaltungsmuster vorgesehen ist, auf der basisfilmseitigen Kleberschicht 2 vorgesehen wird, und ein Abdeckschichtfilm 5 aufgebracht wird, auf welchen eine abdeckschichtseitige Kleberschicht 4 aufgebracht wird.
Der Basisfilm 1 besteht herkömmlich aus einem flexiblen Film beispielsweise aus Polyimidharz, Polyethylenterephtalatharz (PET) und dergleichen. Üblicherweise wird ein Metallfolienlaminatfilm (Kupferverbundlaminat (CCL)) verwendet, der vorher dadurch bereitgestellt wird, dass die Metallfolienschicht 3 an dem gesamten Basisfilm 1 mit der basisfilmseitigen Kleberschicht 2 dazwischen angebracht wird, und ein gewünschtes Schaltungsmuster auf der Metallfolienschicht 3 unter Verwendung einer Vorgehensweise wie beispielsweise Lithographie und dergleichen ausgebildet wird. Der Film 5 der Abdeckschicht (CL) ist ein flexibler Film, der aus beispielsweise Polyimidharz, Polyethylenterephtalatharz (PEC) und dergleichen besteht. Die abdeckschichtseitige Kleberschicht 4 wird auf eine Seite des Abdeckschichtfilms 5 aufgebracht, und der Abdeckschichtfilm 5 wird mit dem Basisfilm 1 über die basisfilmseitige Kleberschicht 2 und die Metallfolienschicht 3 verbunden.
Die erhaltene FPC weist häufig eine Dicke von etwa 0,1 mm oder weniger und bessere Flexibilität auf. Daher wird seit einiger Zeit die FPC häufig als Leiterplatte für einen beweglichen Abschnitt verschiedener elektronischer Geräte eingesetzt, beispielsweise bei einem Festplattenlaufwerk (HDD), das ein Datenspeichergerät für einen Personalcomputer ist. Vom HDD wird erwartet, dass es als Bildrecorder für einen Haushalt-Videobandrecorder (VTR) verwendet wird, als Datenrecorder für Digitalkameras, als Datenrecorder für ein Fahrzeugnavigationssystem, und dergleichen.
Bei der FPC, die in einem beweglichen Abschnitt des HDD eingesetzt wird, ist es zur Erzielung der voranstehend erwähnten besseren (hohen) Flexibilität erforderlich, dass die FPC bestimmte Eigenschaften aufweist: (1) minimales Abschälen zwischen einer Metallfolienschicht und einer Kleberschicht, und zwischen der Kleberschicht und einem Film, wobei (2) die Basisfilmschicht und die basisfilmseitige Kleberschicht ausreichende Flexibilität (Speichermodul) und minimale Erzeugung einer lokalen Verbindung an der Metallfolienschicht aufweisen. Herkömmlich wird als Kleber für eine FPC häufig ein Epoxyharzkleber als Kleber eingesetzt, der sowohl eine hohe Adhäsion als auch einen hohen Speichermodul aufweist.
Bei den voranstehend erwähnten, neueren elektronischen Geräten nehmen infolge einer höheren Leistung verwendeter verschiedener Teile und Elemente, insbesondere einer CPU, deren Heizwerte deutlich zu, so dass die Temperaturen in den elektronischen Geräten ansteigen. Bei einem Notebook-Personalcomputer sind beispielsweise eng in seinem begrenzten Raum verschiedene Teile angebracht, was dazu führt, dass im Dauergebrauch die Temperatur in dem Computer manchmal auf annähernd 80°C ansteigt.
Da das herkömmliche, normale HDD unter der Voraussetzung hergestellt wird, dass das HDD bei üblichen Temperaturen (annähernd 25°C) eingesetzt wird, nimmt dann, wenn die Innentemperatur zunimmt, beispielsweise auf 80°C wie voranstehend geschildert, die Flexibilität der in dem HDD verwendeten FPC deutlich ab.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben umfangreiche Versuche in Bezug auf die Abnahme der Flexibilität in Abhängigkeit von einem Temperaturanstieg durchgeführt, wie voranstehend geschildert, und haben herausgefunden, dass ein Problem in Bezug auf den Kleber vorhanden ist, der in der FPC verwendet wird.
Bei einer üblichen FPC wird ein Epoxyharzkleber normalerweise als der basisfilmseitige Kleber oder der abdeckschichtseitige Kleber verwendet. Der Epoxyharzkleber wird dadurch eingestellt, dass eine geeignete Menge an Härtungsmittel, Weichmacher, Flammschutzmittel, und dergleichen einem Epoxyharz hinzugefügt werden, so dass der Epoxyharzkleber (1) einen kleinen Schrumpfungskoeffizienten beim Aushärten aufweist, (2) eine hohe Abschälintensität (Adhäsion), (3) ausreichendes Fließvermögen vor dem Aushärten, (4) hervorragende elektrische Eigenschaften nach dem Aushärten, und dergleichen, wobei (5) das Epoxyharz kostengünstig hergestellt werden kann.
Selbst wenn der Epoxyharzkleber die voranstehend geschilderten Eigenschaften aufweist, findet dann, wenn die Temperatur der Arbeitsumgebung ansteigt, beispielsweise die übliche Temperatur auf annähernd 50°C ansteigt, eine Erweichung des Epoxyharzklebers statt, und nimmt dessen Speichermodul ab. Wenn die Temperatur auf 60°C oder mehr ansteigt, erweicht sich das Harz deutlich, und nimmt sein Speichermodul drastisch ab.
Durch Abnahme des Speichermoduls des Harzanteils der FPC tritt leicht eine teilweise Verwindung an jedem Teil zwischen Schichten (Filmen und Metallfolienschicht) der FPC auf, so dass die Flexibilität der FPC abnimmt.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Angesichts der voranstehend geschilderten Schwierigkeiten besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer FPC, welche eine hervorragend stabile Flexibilität aufweist, unter Verwendung eines Klebers mit einer Glasübergangstemperatur (Tg), die höher ist als die Arbeitsumgebungstemperatur einer Leiterplatte.
Um das voranstehend genannte Ziel zu erreichen, stellt ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung eine flexible Leiterplatte zur Verfügung, die einen Basisfilm aufweist; eine basisfilmseitige Kleberschicht, die auf dem Basisfilm vorgesehen ist; eine Metallfolienschicht, auf welcher ein Schaltungsmuster vorgesehen ist, und die auf der basisfilmseitigen Kleberschicht angeordnet ist; und eine abdeckschichtseitige Kleberschicht, die auf der Metallfolienschicht vorgesehen ist, wobei zumindest entweder der basisfilmseitige Kleber oder die abdeckschichtseitige Kleberschicht eine höhere Glasübergangstemperatur als die Arbeitsumgebungstemperatur der flexiblen Leiterplatte aufweist.
Bei der flexiblen Leiterplatte kann die Glasübergangstemperatur 60°C oder höher sein.
Weiterhin kann bei der flexiblen Leiterplatte die Glasübergangstemperatur 80°C oder höher sein.
Weiterhin kann bei der flexiblen Leiterplatte zumindest entweder die basisfilmseitige Kleberschicht oder die abdeckschichtseitige Kleberschicht aus einem Epoxyharzkleber bestehen.
Weiterhin kann bei der flexiblen Leiterplatte die Biegelebensdauer der flexiblen Leiterplatte zehn Millionen mal oder mehr pro Minute bei 60°C betragen. Weiterhin kann bei der flexiblen Leiterplatte die Biegelebensdauer der flexiblen Leiterplatte zwischen einer Million mal und zehn Millionen mal pro Minute bei 80°C betragen.
Gemäß dem voranstehend geschilderten Aspekt wird bei FPCs gemäß der vorliegenden Erfindung infolge der Tatsache, dass zumindest entweder der basisfilmseitige Kleber oder die abdeckschichtseitige Kleberschicht eine höhere Glasübergangstemperatur als die Arbeitsumgebungstemperatur der flexiblen Leiterplatte aufweist, eine Erweichung des Klebers selbst verhindert, was dazu führt, dass eine hohe Flexibilität erzielt wird. Insbesondere wenn die Glasübergangstemperatur des einzusetzenden Klebers auf 60°C oder höher eingestellt wird, vorzugsweise auf 80°C oder höher, wird eine FPC zur Verfügung gestellt, die stabil im Einsatz ist, selbst wenn die Arbeitsumgebungstemperatur im Falle der momentanen, mit hoher Dichte gepackten elektronischen Geräte auf 50°C oder mehr ansteigt.
KURZBESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNG
1 ist eine Längsschnittansicht eines schematischen Aufbaus einer FPC gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine schematische Ansicht eines Verfahrens für einen Dauerschwingversuch der FPC gemäß der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die FPC gemäß der vorliegenden Erfindung, deren grundlegender Aufbau ebenso ist wie der Aufbau, der in 1 gezeigt ist, wird so hergestellt, dass eine basisfilmseitige Kleberschicht auf einem Basisfilm vorgesehen wird, eine Metallfolienschicht, auf welcher ein Schaltungsmuster vorhanden ist, auf der basisfilmseitigen Kleberschicht angeordnet wird, und ein Abdeckschichtfilm angebracht wird, auf welchen eine abdeckschichtseitige Kleberschicht aufgebracht wird.
Weiterhin ist zumindest ein Kleber, der entweder in der basisfilmseitigen Kleberschicht oder der abdeckschichtseitigen Kleberschicht verwendet wird, ein Epoxyharzkleber, und ist der Epoxyharzkleber so eingestellt, dass seine Glasübergangstemperatur (Tg) höher ist als die Arbeitsumgebungstemperatur.
Wenn die Glasübergangstemperatur (Tg) des Klebers so eingestellt ist, dass sie höher ist als die Arbeitsumgebungstemperatur, wird eine derartige Steuerung vorgenommen, dass der Kleber bei der Arbeitsumgebungstemperatur erweicht, und daher eine Abschälung zwischen Schichten verhindert wird. Insbesondere wird praktisch keine lokale Verwindung an der Metallfolienschicht in Bezug auf die Metallfolienschicht erzeugt, auf welcher ein Schaltungsmuster vorgesehen ist, so dass daher eine stabile Flexibilität erhalten wird.
Wie voranstehend geschildert, wird der Epoxyharzkleber normalerweise so hergestellt, dass eine geeignete Menge an Härtungsmittel, einem Weichmacher, einem Flammschutzmittel, und dergleichen einem Epoxyharz hinzugefügt werden, während die Glasübergangstemperatur des Klebers gemäß der vorliegenden Erfindung folgendermaßen eingestellt wird.

(1) Ein Epoxyharz, das eine kurze Kette zwischen Funktionsgruppen aufweist, oder ein multifunktionales Epoxyharz wird als das Epoxyharz ausgewählt, das eingesetzt werden soll, und die Vernetzungsdichte des Epoxyharzes wird erhöht.
(2) Es wird ein Epoxyharz ausgewählt, das entweder eine aliphatische oder eine aromatische Gruppe aufweist, die sich starr mit einer Hauptkette verbindet.
(3) Es wird ein Epoxyharz mit einer geradlinigen Hauptkette und symmetrischer Form ausgewählt.
(4) Es wird ein Härtungsmittel ausgewählt, das eine kurze Molekülkette zwischen Funktionsgruppen aufweist, so dass eine hohe Vernetzungsdichte entsteht.
(5) Das Epoxyharz und das Härtungsmittel werden in einem der Stöchiometrie entsprechenden Mischanteil gemischt.
(6) Eine Nachhärtungsbehandlung wird in einem System so durchgeführt, dass die Menge an Härtungsmittel größer ist als das stöchiometrische Equivalent des Epoxyharzes.

Bei diesem Verfahren kann die Glasübergangstemperatur so eingestellt werden, dass sie höher ist als die übliche Arbeitsumgebungstemperatur, beispielsweise auf 60°C oder mehr, vorzugsweise auf den Bereich zwischen 80°C und 120°C.
Beispiel
Ein Beispiel für die vorliegende Erfindung wird im Einzelnen erläutert, und der Vergleich mit Vergleichsbeispielen wie nachstehend angegeben. 2 ist eine schematische Darstellung, die ein Verfahren für einen Dauerschwingversuch gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Bei dem Dauerschwingversuch sind ein oberes Teil 30 und ein unteres Teil 20 parallel vorgesehen, und ein Ende einer Proben-FPC 10, als Versuchsgegenstand, wird mit dem oberen Teil 30 verbunden, und ein anderes Ende der Proben-FPC 10 wird mit dem unteren Teil 20 verbunden, so dass der unverbundene Teil der Proben-FPC 10 einen Biegeradius R von 2 mm aufweist. Das untere Teil 20 ist ortsfest, während das obere Teil 300 hin- und herbewegt wird, parallel zum unteren Teil 20, mit einem Hub von 20 mm bei einer Rate von 1500 mal pro Minute. Während der Hin- und Herbewegung wird die Schwankung des Wertes des Widerstands im Schaltungsmuster der FPC gemessen. Die Proben-FPC 10 wird so angesehen, dass sie die Dauerschwinglebensdauer erreicht hat, wenn der Wert des Widerstands um 10% gegenüber dem ursprünglichen Wert des Widerstands ansteigt.
Der Aufbau jeder Proben-FPC ist annähernd ebenso wie der in 1 gezeigte Aufbau. Der Basisfilm und der Abdeckschichtfilm jeder FPC bestehen aus einem Polyimidharzfilm, und die Dicke jedes Films beträgt 25 μm. Die Dicke jeder Kleberschicht beträgt 15 μm, und die Dicke der Metallfolienschicht, auf welcher das Schaltungsmuster vorgesehen ist, beträgt 36 μm.
Tabelle 1 zeigt die Beziehung zwischen Glasübergangstemperaturen (Tg), der zu verwendenden Kleber und dem Speichermodul der Kleberschicht bei der Versuchstemperatur (innerhalb der normalen Temperatur bei 90°C), die als Arbeitsumgebungstemperatur angenommen wird, in Bezug auf die FPC gemäß dem Beispiel für die vorliegende Erfindung (Beispiele 1 bis 3) und die FPC des Vergleichsbeispiels (Vergleichsbeispiele 1 und 2). Die FPCs jedes Beispiels (Beispiele 1 bis 3) gemäß der vorliegenden Erfindung verwenden den Epoxyharzkleber als Kleber für die Basisfilmseite (CCL-Seite) und den Kleber für die Abdeckschichtseite (CL-Seite), wobei die Glasübergangstemperatur des Epoxyharzklebers höher ist als jene des üblichen Epoxyharzklebers. Die FPC jedes Vergleichsbeispiels (Vergleichsbeispiele 1 und 2) setzt den bislang verwendeten, üblichen Kleber ein.
Weiterhin wird der Speichermodulus E mit dem dynamischen Viscoelastizitätsverfahren berechnet. Bei 0,8 ≤ E ist der Speichermodul als sehr gut (0) angegeben, für 0,1 ≤ E ≤ 0,8 ist er als gut (Δ) angegeben, und für E < 0,1 ist er als nicht gut (X) angegeben.
Tabelle 1
1 zeigt, dass der Speichermodul, der eine Kenngröße für die Flexibilität in der Kleberschicht ist, sobald dann, wenn die Temperatur die Glasübergangstemperatur durchläuft, sehr schnell abnimmt.
Bei der FPC der Beispiele gemäß der vorliegenden Erfindung (Beispiele 1 bis 3) hält der Speichermodul einen sehr guten Zustand aufrecht, da jeder verwendete Kleber eine hohe Glasübergangstemperatur aufweist, selbst wenn die Arbeitsumgebungstemperatur auf annähernd 50°C ansteigt. Wenn die Glasübergangstemperatur des Klebers auf einen höheren Wert eingestellt wird, kann darüber hinaus die FPC mit einer höheren Arbeitsumgebungstemperatur fertig werden.
Tabelle 2 zeigt die Beziehung zwischen der Glasübergangstemperatur (Tg) der zu verwendenden Kleber und der Biegelebensdauer (Dauerschwinglebensdauer), wenn der Dauerschwingversuch bei der Versuchstemperatur (von Normaltemperatur bis 90°C) durchgeführt wird, die als die Arbeitsumgebungstemperatur angenommen wird, in Bezug auf die FPC des Beispiels für die vorliegende Erfindung (Beispiele 1 bis 3) und die FPC des Vergleichsbeispiels (Vergleichsbeispiele 1 und 2).
Beim Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung wird der CCL-seitige Kleber, der bei dem voranstehenden Beispiel 3 verwendet wurde, als der Kleber an der Basisfilmseite (CCL-Seite) verwendet, und wird der CL-seitige Kleber, der bei dem voranstehenden Vergleichsbeispiel 1 verwendet wurde, als der Kleber an der Abdeckschichtseite (CL-Seite) verwendet. Beim Beispiel 5 der vorliegenden Erfindung wird der CCL-seitige Kleber, der bei dem voranstehenden Vergleichsbeispiel 1 verwendet wurde, als der Kleber an der Basisfilmseite (CCL-Seite) eingesetzt, und wird der CL-seitige Kleber, der bei dem voranstehenden Beispiel 3 verwendet wurde, als der Kleber an der Abdeckschichtseite (CL-Seite) eingesetzt.
Weiterhin ist die Biegelebensdauer (Dauerschwinglebensdauer) durch den Kehrwert N des oberen Teils angegeben, bis die FPC die Dauerschwinglebensdauer bei dem Dauerschwingversuch erreicht. Für zehn Millionen ≤ N ist dies als sehr gut (0) angegeben, für eine Million ≤ N < zehn Millionen ist dies als gut (Δ) angegeben, und für N < eine Million ist dies als nicht gut (X) angegeben.
Tabelle 2
Gemäß Tabelle 2 nimmt bei den FPCs der Vergleichsbeispiele 1 und 2 infolge der Tatsache, dass die Kleber verwendet werden, die eine niedrige Glasübergangstemperatur aufweisen, wenn die Arbeitsumgebungstemperatur jede der Glasübergangstemperaturen der Kleber überschreitet, die Flexibilität deutlich ab, und nimmt jede Biegelebensdauer (Dauerschwinglebensdauer) der FPCs einen Wert unterhalb von zehn Millionen an.
Andererseits wird bei den FPCs der Beispiele 1 bis 3 der vorliegenden Erfindung eine hervorragende Flexibilität erzielt, da die Kleber verwendet werden, welche eine höhere Glasübergangstemperatur als die Vergleichsbeispiele aufweisen, es sei denn, dass die Arbeitsumgebungstemperatur die jeweilige Glasübergangstemperatur der Kleber überschreitet.
Weiterhin sind die FPCs der Beispiele 4 und 5 so eingestellt, dass entweder der basisfilmseitige Kleber oder der abdeckschichtseitige Kleber eine hohe Glasübergangstemperatur aufweist, und der andere Kleber eine relativ niedrige Glastemperatur aufweist. Solange zumindest ein Kleber eine Glasübergangstemperatur aufweist, welche die Arbeitsumgebungstemperatur überschreitet, wird jede deutliche Abnahme der Flexibilität verhindert.
Wie voranstehend erwähnt, wurden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Einzelnen unter Bezugnahme auf die Figuren und Tabellen erläutert; die spezielle Ausbildung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt, und kann andere Konstruktionen umfassen, die innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen.

Claims

Flexible Leiterplatte, die einen Basisfilm aufweist; eine auf dem Basisfilm vorgesehene, basisfilmseitige Kleberschicht; eine Metallfolienschicht, auf welcher ein Schaltungsmuster vorgesehen ist, und die auf der basisfilmseitigen Kleberschicht vorgesehen ist; und eine abdeckschichtseitige Kleberschicht, die auf der Metallfolienschicht vorgesehen ist, wobei zumindest entweder die basisfilmseitige Kleberschicht oder die abdeckschichtseitige Kleberschicht eine Glasübergangstemperatur aufweist, die höher ist als die Arbeitsumgebungstemperatur der flexiblen Leiterplatte.
Flexible Leiterplatte nach Anspruch 1, bei welcher die Glasübergangstemperatur 60°C oder mehr beträgt.
Flexible Leiterplatte nach Anspruch 1, bei welcher die Glasübergangstemperatur 80°C oder mehr beträgt.
Flexible Leiterplatte nach Anspruch 1, bei welcher zumindest entweder die basisfilmseitige Kleberschicht oder die abdeckschichtseitige Kleberschicht aus einem Epoxydharzkleber besteht.
Flexible Leiterplatte nach Anspruch 1, bei welcher die Biegelebensdauer der flexiblen Leiterplatte zehn Millionen mal oder mehr pro Minute bei 60°C beträgt.
Flexible Leiterplatte nach Anspruch 1, bei welcher die Biegelebensdauer der flexiblen Leiterplatte zwischen einer Million mal und zehn Millionen mal pro Minute bei 80°C beträgt.