JP2005175117A - フレキシブル配線板の製造方法およびフレキシブル配線板 - Google Patents

Abstract

【課題】フレキシブル基材の反りを防止するために、フレキシブル基材の充填材を変えて熱膨張率を調整する方法は、成膜する金属薄膜とフレキシブル基材毎に実験的に熱膨張率を調整する必要がある。また、どのようなフレキシブル基材でも充填材を配合させることによって、金属薄膜と熱膨張率を等しくできるとは限らず、フレキシブル基材の材料選択の自由度が低くなるという課題があった。
【解決手段】フレキシブル基材１０の一方の面１２側にノイズフィルタ回路４４を形成し、平坦なフレキシブル基材１０とする。そして、加熱時に一方の面１２のノイズフィルタ回路４４とフレキシブル基材１０との界面に生じる熱応力と、他方の面１４の反り防止膜１６とフレキシブル基材１０との界面に生じる熱応力が釣り合うように反り防止膜１６を形成する。その結果、フレキシブル配線板１８の反りが防止され、実装不良も生じない。
【選択図】図３

Description

本発明はフレキシブル配線板の製造方法およびフレキシブル配線板にかかり、特にフレキシブル配線板の反り、変形の低減技術に関する。

樹脂フィルムのフレキシブル基材に、高温で金属の薄膜回路を形成すると、フレキシブル基材がその厚み方向に反ってしまう。例えばスパッタリング法で薄膜回路を形成すると、成膜時に高温となり、常温に戻る時に薄膜回路とフレキシブル基材との熱膨張の差に基づく熱応力が、薄膜回路とフレキシブル基材との界面に生じる。そのため、フレキシブル基材の断面に働く応力が異なり、フレキシブル基材は厚み方向に反る。特にフレキシブル基材の厚みが薄くなるほど、薄膜回路との熱膨張の違いによる熱応力の影響を受けやすくなり、より反りの大きい状態となる。

また、このような薄膜回路を形成したフレキシブル配線板を回路基板に実装する、あるいはそのフレキシブル配線板に電子部品を実装するために、はんだリフロー炉で加熱すると、フレキシブル配線板の厚み方向の反りで、実装不良を起こしていた。そのため、このような反りを低減させる技術としては、例えば下記特許文献１に示されている。

特許文献１では、フレキシブル基材と薄膜回路を構成する金属薄膜との線膨張率を、加熱温度範囲でほぼ等しくなるようにしている。そのために、フレキシブル基材の作成時、原料の樹脂に無機質の充填材を配合させて、線膨張率を調整している。その結果、フレキシブル基材に金属薄膜を形成する時も、さらにフレキシブル基材に金属薄膜を形成したものを再加熱しても反ることはないとしている。
特開２００１−３２３０７８号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている方法は、原料の樹脂毎に特定分量の充填材を配合させ、線膨張率を測定して、金属薄膜と線膨張率が等しくなる充填材割合を決定するという実験を繰り返す必要がある。

従って、フレキシブル基材と金属薄膜との組み合わせが変われば、このような実験を繰り返さなければならず、多くの工数が必要となる。また、どのようなフレキシブル基材でも充填材を配合させることによって、金属薄膜と線膨張率を等しくできるとは限らず、フレキシブル基材の材料選択の自由度が低くなるという課題があった。

そこで本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、どのようなフレキシブル基材であっても簡単な方法で反りと実装不良をなくすことを目的とする。そして、フレキシブル基材に薄膜回路を形成した時も、またそのフレキシブル基材に薄膜回路を形成したフレキシブル配線板を回路基板に実装する時も、反りを低減し、実装不良を起こさないフレキシブル配線板の製造方法およびフレキシブル配線板を提供することを目的とする。

本発明のフレキシブル配線板の製造方法は、フィルム状のフレキシブル基材の一方の面にフレキシブル基材より体膨張率の小さい材料からなる薄膜回路を形成する薄膜回路形成工程と、一方の面に加熱時に生じる熱応力に釣り合うようにフレキシブル基材の他方の面に反り防止膜を形成する反り防止膜形成工程とを有する方法からなる。

このような方法により、フレキシブル基材に反り防止膜を形成するため、フレキシブル基材毎に線膨張率を合わせるという実験を繰り返すことがなくなる。また、一方の面と他方の面との熱応力が釣り合うように反り防止膜が形成されているので、加熱時に反ることはない。

また本発明のフレキシブル配線板の製造方法は、薄膜回路形成工程は常温より高い温度で薄膜回路を形成し、またフレキシブル基材は曲面であって、曲面の凹面を一方の面とする方法としてもよい。

このような方法により、曲面であるフレキシブル基材の凹面に、フレキシブル基材より体膨張率の小さい薄膜回路を常温より高い温度で形成すると、常温に戻る時にフレキシブル基材には薄膜回路より大きな収縮力が働く。その結果、フレキシブル基材の薄膜回路と接する凹面側よりも凸面側に大きな収縮力が働くため、フレキシブル基材は曲面から平坦面に近づき、ほぼ平坦なフレキシブル基材に形成された薄膜回路となる。そのため、この薄膜回路が形成されたフレキシブル配線板を、回路基板等に実装する際の位置合せも容易となる。

また本発明のフレキシブル配線板の製造方法は、フレキシブル配線板は短手方向と長手方向とを有する形状であって、薄膜回路形成工程で曲面の曲率が最大である湾曲方向をフレキシブル配線板の短手方向とする方法としてもよい。このような方法により、湾曲方向がフレキシブル基材の短手方向となっているため、湾曲部分を使用するのが最少となり、湾曲面の引張力のバラツキも小さく、薄膜回路とフレキシブル基材との収縮力とを釣り合わせやすくなる。

また本発明のフレキシブル配線板の製造方法は、湾曲方向をフレキシブル基材に形成された湾曲方向認識マークで検知する方法としてもよい。このような方法により、常にフレキシブル基材の湾曲方向を認識できるので、薄膜回路形成後のフレキシブル基材の平坦度がほぼ一定になる。また、湾曲方向認識マークを機械的に認識することで、薄膜回路の成膜装置に自動的にセッティングすることも可能となる。

また本発明のフレキシブル配線板は、フィルム状のフレキシブル基材と、フレキシブル基材の一方の面に形成されたフレキシブル基材より体膨張率の小さい材料からなる薄膜回路と、一方の面に加熱時に生じる熱応力に釣り合うようにフレキシブル基材の他方の面に形成された反り防止膜とを備えた構成からなる。

このような構成により、反り防止膜を備えるため、どのような材料のフレキシブル基材であってもフレキシブル配線板の反り防止ができる。また、一方の面と他方の面で生じる熱応力が釣り合うように反り防止膜を形成するため、加熱時に反ることはない。

また本発明のフレキシブル配線板は、薄膜回路は常温より高い温度で形成し、またフレキシブル基材は曲面であって、曲面の凹面を一方の面とする構成としてもよい。

このような構成により、薄膜回路形成後、常温に戻った時にフレキシブル基材および薄膜回路の体膨張率の違いによる反りと曲面であるフレキシブル基材との反りとが相殺して、ほぼ平坦なフレキシブル配線板となり、このフレキシブル配線板を回路基板等に実装する時に、確実な位置合せができる。

本発明のフレキシブル配線板の製造方法によれば、どのような材料のフレキシブル基材を用いたフレキシブル配線板であっても、簡単な方法でフレキシブル配線板の反りを防止でき、そのフレキシブル配線板を回路基板等に実装する時も実装不良を起こすことはない。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態におけるフレキシブル配線板の製造方法を示す工程図で、薄膜回路形成工程までを示す図である。図１（Ａ）に示すように、フィルム状のフレキシブル基材１０は、通常巻回された状態で供給される。従ってフレキシブル基材１０は、曲面となっていて、凹面５４を有している。そして、切断線５２に沿ってフレキシブル基材１０を切断し、薄膜回路形成の成膜装置（図示せず）に装着する。ここで、フレキシブル基材１０としてはポリイミド、ポリアミド、液晶ポリマー等の耐熱性のある樹脂を使用できる。なお、本発明の実施の形態では、薄膜回路としてコンデンサ素子よりなるノイズフィルタ回路を例に説明する。

図１（Ｂ）は、切断したフレキシブル基材１０の一方の面１２である凹面５４に、フレキシブル基材１０より体膨張率の小さい材料からなるノイズフィルタ回路（薄膜回路）４４を形成した斜視図である。ここで、凹面５４にノイズフィルタ回路４４を形成するのは次の理由による。ノイズフィルタ回路４４は、スパッタリング法等で無機膜や金属薄膜を成膜するものであるから、成膜時に高温になる。ここで、特に無機膜は、樹脂からなるフレキシブル基材１０より体膨張率が数分の１である。

図１（Ｃ）はフレキシブル基材１０にノイズフィルタ回路４４を成膜した時の断面図で、常温に戻る時に断面に働く収縮力を示したものである。無機膜や金属薄膜からなるノイズフィルタ回路４４を成膜後、常温に戻る時に、フレキシブル基材１０にはノイズフィルタ回路４４より大きな収縮力が働く。そのため、フレキシブル基材１０にはノイズフィルタ回路４４と接する凹面５４側の収縮力２４よりも凸面側の収縮力２６の方が大きい。そして、フレキシブル基材１０は曲面から平坦な形状に近づく。このようにして、曲面となっているフレキシブル基材１０にノイズフィルタ回路４４を形成することで、平坦な形状に近づいたフレキシブル配線板１８となる。その結果、このフレキシブル配線板１８を回路基板等に実装する際も、位置合せを確実に行える。なお、フレキシブル基材１０には図１（Ｂ）に示すように、ノイズフィルタ回路４４を複数形成し、全工程終了後に分離線２８に沿って個々のフレキシブル配線板１８に分離する。

図２は、本発明の実施の形態におけるフレキシブル配線板の製造方法を示す工程図で、ノイズフィルタ回路４４形成後のフレキシブル配線板１８の状態を示す断面図である。図２（Ａ）はフレキシブル基材１０のノイズフィルタ回路４４形成面が凸状態で反っている場合、図２（Ｂ）はフレキシブル基材１０が平坦になっている場合、図２（Ｃ）はフレキシブル基材１０のノイズフィルタ回路４４形成面が凹状態で反っている場合である。ここで、図２（Ａ）、図２（Ｃ）のようにフレキシブル配線板１８が平坦な形状でなくても、後の回路基板に実装する際に、実装不良を起こさない程度に反っている形状であればよい。

図３は、本発明の実施の形態におけるフレキシブル配線板の製造方法を示す工程図で、反り防止膜形成工程とフレキシブル配線板の実装工程図である。

図３（Ａ）は、フレキシブル基材１０の他方の面１４に反り防止膜１６を形成した時の断面図である。この反り防止膜１６は加熱時に、一方の面１２に生じる熱応力と釣り合う熱応力を他方の面１４に生じさせるように形成する。反り防止膜１６の材料としては二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）等の無機材料や銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属材料等、はんだ付け温度で溶融しない金属であればいずれでも適用できる。また、反り防止膜１６の形成方法としては、スパッタリング法、電解メッキ法、蒸着法等を用いることができる。そして、これらの形成方法は、ノイズフィルタ回路４４を形成したフレキシブル配線板１８の形状に応じて選択してもよい。すなわち、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）のような場合は、低温で形成できる電解メッキ法で、反り防止膜１６形成による反りの発生を極力抑える。また、図２（Ａ）のように反り防止膜１６を形成する他方の面１４が凹面となっている時は、その凹面に収縮力を作用させるためにスパッタリング法、蒸着法で反り防止膜１６を形成してもよい。また反り防止膜１６として、金属膜以外に光硬化性樹脂を光硬化させ、エポキシ系接着剤で接着してもよい。このようにすれば、加熱することなく反り防止膜を形成することができる。

図３（Ｂ）はフレキシブル配線板１８を回路基板７０の電極パッド７２にはんだ７４で接着する際の断面図である。この工程は、はんだリフロー炉等で行われるため雰囲気温が２００℃を越えるが、反り防止膜１６を加熱時に、一方の面１２に生じる熱応力と釣り合う熱応力を他方の面１４に生じさせるように形成しているため、フレキシブル配線板１８は反って変形することはない。これは、フレキシブル基材１０とノイズフィルタ回路４４および反り防止膜１６とのどちらの断面にも同方向の熱応力が働き、相殺されるためである。

次に、図４は本発明の実施の形態におけるフレキシブル配線板の構成を示す図で、この図を使ってノイズフィルタ回路４４の構造を主に説明する。図４（Ａ）は、フレキシブル基材１０の一方の面１２に形成されたノイズフィルタ回路４４側の平面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＸ１−Ｘ１線に沿った断面図である。

図４に示すように、フレキシブル基材１０の端部に一方の電極端子３０、中央部に他方の電極端子３２、そして一方の電極端子３０と他方の電極端子３２との間にコンデンサ素子３４が形成されている。また、一方の電極端子３０、他方の電極端子３２、コンデンサ素子３４がフレキシブル配線板１８の長手方向２２に所定の間隔を有して形成され、他方の電極端子３２は共通接続され、回路基板（図示せず）との接続は電極端子引き出し部３２ａのみで行っている。このノイズフィルタ回路４４は高周波ノイズを除去するもので、一方の電極端子３０に接続された、例えば電源ライン（図示せず）の高周波ノイズは、コンデンサ素子３４で分離され、接地されている電極端子引き出し部３２ａから除去される。

図４（Ｂ）に示すように、コンデンサ素子３４はフレキシブル基材１０の一方の面１２に形成された下層電極膜３６、その上の誘電体膜３８、さらにその上の上層電極膜４０で構成されている。また、一方の電極端子３０と他方の電極端子３２を除いて絶縁保護膜４２が形成されている。ここで、一方の電極端子３０と他方の電極端子３２とは、メッキ法等で、例えば銅（Ｃｕ）膜を５μｍ〜２０μｍ形成した上に金（Ａｕ）膜を約０．２μｍ形成する。そして、下層電極膜３６および上層電極膜４０は、スパッタリング法等で、例えばアルミニウム（Ａｌ）膜を０．１μｍ〜０．３μｍ形成する。誘電体膜３８はスパッタリング法等で、フレキシブル基材１０より体膨張率が小さい無機膜である、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜を約０．３μｍ、絶縁保護膜４２は印刷法等で紫外線硬化型樹脂を約１０μｍ形成する。また、フレキシブル基材１０の他方の面１４には、加熱時に発生するノイズフィルタ回路４４とフレキシブル基材１０との断面に生じる熱応力に釣り合う反り防止膜１６が形成されている。

次に図５、図６を用いて、反り防止膜１６の形状、構成を説明する。図５、図６は、フレキシブル基材１０の他方の面１４に形成された反り防止膜１６側の平面図である。反り防止膜１６は、加熱時に発生するノイズフィルタ回路４４とフレキシブル基材１０との断面に生じる熱応力に釣り合う形状、膜厚にすればよい。ここで、ノイズフィルタ回路４４とフレキシブル基材１０の断面に生じる熱応力は、ノイズフィルタ回路４４とフレキシブル基材１０の体膨張率差、ノイズフィルタ回路４４のヤング率、ノイズフィルタ回路４４の断面積に比例する。

図５は、フレキシブル基材１０の他方の面１４に、ほぼ全面に反り防止膜１６を形成した場合である。その形成する領域は、ノイズフィルタ回路４４に対応する領域であり、端部を除くほぼ全面である。このように、ほぼ全面に反り防止膜１６を形成すると、ノイズフィルタ回路４４の熱応力と釣り合わせるための反り防止膜１６の膜厚も薄くでき、全面への成膜のため、製造方法も簡単となる。

図６は、ノイズフィルタ回路４４で特に体膨張率の小さな誘電体膜３８に対応する領域、ならびにフレキシブル配線板１８の長手方向２２のコンデンサ素子３４の一つおきに対応する領域に反り防止膜１６を形成した場合である。櫛形状のノイズフィルタ回路４４の形状に近くすることで、熱応力の釣り合いを取りやすくすることができる。また、反り防止膜１６をフレキシブル基材１０の長手方向２２に適度な間隔を設けて形成することで、フレキシブル基材１０の可撓性を損なうことも少なくすることができる。

なお、図１（Ｂ）でフレキシブル基材１０の凹面５４に、ノイズフィルタ回路４４を形成する方法を示した。ここで、ノイズフィルタ回路４４の形成方向をフレキシブル基材１０の巻き出し方向（湾曲方向５８）に対して垂直方向にすると、ノイズフィルタ回路４４形成後の形状がより安定したものとなる。すなわち、ノイズフィルタ回路４４が形成されるフレキシブル配線板１８は、長手方向２２と短手方向２０があるため、例えばフレキシブル基材１０の湾曲方向５８と短手方向２０を常に一致させるようにすればよい。そのために、それぞれのフレキシブル基材１０に、例えばフレキシブル基材１０の湾曲方向５８と一致する湾曲方向認識マーク６０を形成する。湾曲方向認識マーク６０は、レーザで形成し、反射率の違いによりその方向を認識する方法でもよい。このような湾曲方向認識マーク６０を設けることで、湾曲方向５８を確実にかつ機械的に識別でき、ノイズフィルタ回路４４形成後のフレキシブル基材１０の平坦度が安定したものを製造できるという効果がある。ただし、ノイズフィルタ回路４４の形成方向は上述のフレキシブル基材１０の巻き出し方向に対して垂直方向に限定されるものでなく、ノイズフィルタ回路４４の形状によって、巻き出し方向としてもよい。

また、本実施の形態では、ノイズフィルタ回路としてコンデンサ素子（Ｃ）アレイについて説明したが、本発明はこれに限定されない。ノイズフィルタ回路としては、コンデンサ素子と抵抗素子（Ｒ）とからなるＣＲフィルタや、インダクタ素子（Ｌ）とからなるＬＣフィルタであってもよい。

また、巻回した状態のフレキシブル基材１０の凹面５４をカソード側に向けて、スパッタリング装置で成膜し、巻き取るようにすれば、フレキシブル基材１０を切断することなく、また湾曲方向５８が変わることなく、連続してノイズフィルタ回路４４を形成できる。

また、本実施の形態の薄膜回路形成工程では、フレキシブル基材の凹面に薄膜回路を形成する例を示したが、本発明はこの例に限定されず、平坦なフレキシブル基材に薄膜回路を形成してもよい。この場合も、上述の反り防止膜の構成と形成方法を選択することで、フレキシブル配線板の実装不良を起こすことがなくなる。

本発明にかかるフレキシブル配線板の製造方法およびフレキシブル配線板は、どのような材料のフレキシブル基材を用いたフレキシブル配線板であっても、簡単な方法でフレキシブル配線板の反りを防止でき、そのフレキシブル配線板を回路基板等に実装する時も実装不良を起こすことはなく、フレキシブル配線板の反り、変形の低減に有用である。

本発明の実施の形態のフレキシブル配線板の製造方法を示す工程図で（Ａ）フレキシブル基材が巻回されて供給される状態を示す斜視図（Ｂ）フレキシブル基材の凹面にノイズフィルタ回路を形成した時の斜視図（Ｃ）同図（Ｂ）の断面図 同実施の形態のノイズフィルタ回路形成後のフレキシブル配線板の状態を示す工程図で（Ａ）フレキシブル基材のノイズフィルタ回路形成面が凸状態で反っている断面図（Ｂ）フレキシブル基材が平坦になっている断面図（Ｃ）フレキシブル基材のノイズフィルタ回路形成面が凹状態で反っている断面図 同実施の形態の工程図で（Ａ）フレキシブル基材に反り防止膜を形成した時の断面図（Ｂ）フレキシブル配線板を回路基板に実装する時の断面図 同実施の形態の（Ａ）フレキシブル配線板のノイズフィルタ回路が形成された面の平面図（Ｂ）同図（Ａ）のＸ１−Ｘ１線に沿った断面図 同実施の形態のフレキシブル配線板の反り防止膜が形成された面の平面図 同実施の形態のフレキシブル配線板の他の形状の反り防止膜が形成された面の平面図

符号の説明

１０ フレキシブル基材
１２ 一方の面
１４ 他方の面
１６ 反り防止膜
１８ フレキシブル配線板
２０ 短手方向
２２ 長手方向
２４ 凹面側の収縮力
２６ 凸面側の収縮力
２８ 分離線
３０ 一方の電極端子
３２ 他方の電極端子
３２ａ 電極端子引き出し部
３４ コンデンサ素子
３６ 下層電極膜
３８ 誘電体膜
４０ 上層電極膜
４２ 絶縁保護膜
４４ ノイズフィルタ回路
５２ 切断線
５４ 凹面
５８ 湾曲方向
６０ 湾曲方向認識マーク
７０ 回路基板
７２ 電極パッド
７４ はんだ

Claims (6)

1. フィルム状のフレキシブル基材の一方の面に前記フレキシブル基材より体膨張率の小さい材料からなる薄膜回路を形成する薄膜回路形成工程と、
   前記一方の面に加熱時に生じる熱応力に釣り合うように前記フレキシブル基材の他方の面に反り防止膜を形成する反り防止膜形成工程と、
   を有するフレキシブル配線板の製造方法。
2. 前記薄膜回路形成工程は常温より高い温度で薄膜回路を形成し、また前記フレキシブル基材は曲面であって、前記曲面の凹面を前記一方の面とする請求項１記載のフレキシブル配線板の製造方法。
3. フレキシブル配線板は短手方向と長手方向とを有する形状であって、前記薄膜回路形成工程で前記曲面の曲率が最大である湾曲方向を前記フレキシブル配線板の短手方向とする請求項２記載のフレキシブル配線板の製造方法。
4. 前記湾曲方向を前記フレキシブル基材に形成された湾曲方向認識マークで検知する請求項３記載のフレキシブル配線板の製造方法。
5. フィルム状のフレキシブル基材と、
   前記フレキシブル基材の一方の面に形成された前記フレキシブル基材より体膨張率の小さい材料からなる薄膜回路と、
   前記一方の面に加熱時に生じる熱応力に釣り合うように前記フレキシブル基材の他方の面に形成された反り防止膜と
   を備えたフレキシブル配線板。
6. 前記薄膜回路は常温より高い温度で形成し、また前記フレキシブル基材は曲面であって、前記曲面の凹面を前記一方の面とする請求項５記載のフレキシブル配線板。

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