JP2005236137A

JP2005236137A - 封止剤、メンブレン回路基板

Info

Publication number: JP2005236137A
Application number: JP2004045161A
Authority: JP
Inventors: Toshifumi Nakajima; 敏文中嶋
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2004-02-20
Filing date: 2004-02-20
Publication date: 2005-09-02

Abstract

【課題】可撓性基材との界面近傍において、適度の柔軟性、変形性が得られ、応力集中を阻止でき、かつ可撓性基材に対して優れた結着性を有する封止剤と、配線が曲げ応力によって損傷することを抑制でき、かつ封止層が剥離しにくく長期安定性に優れるメンブレン回路基板を提供する。
【解決手段】本発明の封止剤は、可撓性基材上に実装された電子部品を封止する封止剤において、エポキシ樹脂を主成分とし、熱可塑性ポリエステル樹脂粒子を含有する構成とする。
また、発明のメンブレン回路基板１は、可撓性基材１１と該可撓性基材１１上に実装された電子部品１２を備え、該電子部品１２が封止層１５によって封止されているメンブレン回路基板において、前記封止層１５が、エポキシ樹脂を主成分とし、熱可塑性ポリエステル樹脂粒子を含有する構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、可撓性基材上に実装された電子部品を封止する封止剤、及び可撓性基材を備えたメンブレン回路基板に関する。

ポリエチレンテレフタレートフィルム，ポリアミドフィルム等のプラスチックフィルムからなる可撓性基材を備えたメンブレン回路基板は、優れた変形自由度を有しており、キーボード等のメンブレンスイッチ，折りたたみ可能な携帯電話，ノート型パソコン等の種々の電子機器に利用されている。
前記メンブレン回路基板のフレキシブル基材上にリジッドな電子部品が実装されている場合、メンブレン回路基板が曲げられた際、フレキシブル基材と電子部品との接続部や電子部品に曲げ応力が集中して加わることとなり、電子部品が破損したり、電子部品が基材から脱落する場合があった。
そこで、図１に示されたように、エポキシ樹脂等からなる封止層１５によって電子部品１２が封止されたメンブレン回路基板１が提案されている。封止層１５によって電子部品１２近傍のフレキシブル基材１１が曲がらないように固定され、フレキシブル基材１１と電子部品１２との界面（接続部）や電子部品に曲げ応力が集中しないようになっている。
電子部品が実装された公知のメンブレン回路基板１としては、以下の特許文献１〜３等がある。
特開平６−６９６３９号公報特開平８−１２５３０５号公報特開平１１−２９７１４８号公報

従来では、封止層１５として、エポキシ樹脂等から構成された封止剤が用いられており、この封止層１５は硬いため、電子部品１２近傍のフレキシブル基材１１が曲がらないように強固に固定できる。このため、フレキシブル基材１１と電子部品１２との接続部での接続信頼性等を向上させることができる。
しかし、メンブレン回路基板１が曲げられた際、封止層１５の縁部（以下、エッジ部１５ａと言う。）と接するフレキシブル基材１１に曲げ応力が集中し易く、このエッジ部１５ａと接するパターン配線１３が曲げ応力によって損傷し、電気抵抗が上昇したり、またパターン配線１３が断線する場合があった。
更に、耐久性の加速試験等を行った結果、前記エッジ部１５ａより封止層１５が剥離しやすいことがわかった。

本発明は、上述の課題を解決するために提案されたものであり、可撓性基材との界面近傍において、適度の柔軟性、変形性が得られ、応力集中を阻止でき、かつ可撓性基材に対して優れた結着性を有する封止剤と、配線が曲げ応力によって損傷することを抑制でき、かつ封止層が剥離しにくく長期安定性に優れるメンブレン回路基板を提供する。

すなわち、本発明に係る封止剤は、可撓性基材上に実装された電子部品を封止する封止剤において、エポキシ樹脂を主成分とし、熱可塑性ポリエステル樹脂粒子を含有することを特徴としている。
かかる封止剤の構成において、前記熱可塑性ポリエステル樹脂粒子の含有量が１重量％以上、２０重量％以下であることを特徴としている。
発明に係るメンブレン回路基板は、可撓性基材と該可撓性基材上に実装された電子部品を備え、該電子部品が封止層によって封止されているメンブレン回路基板において、前記封止層が、エポキシ樹脂を主成分とし、熱可塑性ポリエステル樹脂粒子を含有することを特徴としている。

本発明の封止剤によれば、これを可撓性基材に塗布し硬化させた際、封止剤中の熱可塑性ポリエステル樹脂粒子（ポリエステル樹脂成分）が可撓性基材の表面近傍に高濃度に分布した状態で硬化する。熱可塑性ポリエステル樹脂は、柔軟性に富みかつ可撓性基材と相容性に優れた樹脂である。
このため、封止剤を用いることによって、可撓性基材近傍において適度の柔軟性、変形性を有し、かつ可撓性基材に対して優れた結着性を有する封止層を形成できる。

本発明のメンブレン回路基板によれば、封止層が本発明の封止剤から構成されたことによって、封止層の可撓性基材近傍において、適度の柔軟性、変形性が得られ、かつ可撓性基材に対して優れた結着性が得られる。
このため、メンブレン回路基板が曲げられた際、封止層の可撓性基材近傍が適度に変形して、可撓性基材に生じる曲げ応力を緩和できる。これにより封止層の縁部と接するパターン配線が曲げ応力によって損傷することを抑制できる。
また、封止層は、可撓性基材と優れた結着性を有するため、剥離しにくく優れた長期信頼性が得られる。

以下、本発明を実施した封止剤、メンブレン回路基板について図１を利用して説明する。
図１は、メンブレン回路基板１の一例を示す概略断面図である。このメンブレン回路基板１は、可撓性基材（以下、フレキシブル基材とも言う。）１１と、この基材１１上に実装された電子部品１２を備えている。
前記フレキシブル基材１１としては、ポリエチレンテレフタレートフィルム，ポリアミドフィルム等のプラスチックフィルム等の可撓性樹脂から構成されたフィルム状の基材等が挙げられ、この基材１１上にパターン配線１３が形成されている。

フレキシブル基材１１上のパターン配線１３としては、導電性ペーストがフレキシブル基材１１上に塗布、乾燥されて形成された導電性塗膜等が挙げられる。
例えば、金，銀，銅，アルミニウム等の金属微粉末や炭素粉末等を含有する導電性ペーストをフレキシブル基材１１上に所望のパターンに塗布、乾燥することによって、パターン配線１３となる導電性塗膜を形成できる。
導電性ペーストの塗布法としては、スクリーン印刷法，バーコート法等の種々の手段が用いられる。

前記フレキシブル基材１１上に実装されている電子部品１２としては、特に限定されず、メンブレン回路基板１の使用用途に応じて適宜決定され、例えば、半導体レーザ等の受発光素子，光電変換素子，光強度検出器等の各種センサ，電流増幅素子等の電子回路部品等が挙げられる。
前記電子部品１２とフレキシブル基材１１上のパターン配線１３とは、導電性接着剤１４によって接着、固定されて電気的に接続されている。前記導電性接着剤１４としては、前述した導電性ペースト等が適用できる。
例えば、パターン配線１３の接続端子に導電性接着剤１４を塗布した後、この導電性接着剤１４に電子部品１２を設けた状態で加熱することによって、フレキシブル基材１１上に電子部品１２を実装できる。

前記電子部品１２は、封止層１５によって封止されている。この封止層１５は、電子部品１２を覆うように電子部品１２の表面からフレキシブル基材１１の電子部品１２近傍に渡って設けられている。
前記封止層１５は、本発明の封止剤から構成されている。
以下に本発明の要旨となる封止層１５と、この封止層１５を構成する本発明の封止剤について詳細に説明する。

封止層１５を構成する本発明の封止剤は、エポキシ樹脂を主成分とし、熱可塑性ポリエステル樹脂粒子を含有している。
エポキシ樹脂としては、特に限定されず、グリシジルエーテル型，グリシジルエステル型，グリシジルアミン型，脂環型等の種々のタイプのものが用いられ、具体的にはビスフェノールＡとエピクロルヒドリンとの縮合物で、エポキシ当量が１７０〜３００程度の液状のものが好ましい。また、このエポキシ樹脂の硬化剤としては、アミン，ポリアミド，酸無水物，アミノ樹脂等が用いられる。
また、熱可塑性ポリエステル樹脂としては、酸成分としてテレフタル酸，テレフタル酸ジメチル，２，６−ナフタレンジカルボン酸等を、またアルコール成分として、エチレングリコール，ブチレングリコール，シクロヘキサンジメタノール等を用いた共重合ポリエステル樹脂が好ましく、そのガラス転位温度（Ｔ_ｇ）が室温以下であるものが望ましい。これにより室温で優れた柔軟性が得られる。

前記熱可塑性ポリエステル樹脂粒子の粒径は、０．１μｍ以上、５０μｍ以下が好ましく、これにより、封止剤を加熱して硬化させる際、熱可塑性ポリエステル樹脂粒子は、短時間で溶融でき、速やかにフレキシブル基材１１との界面近傍に熱可塑性ポリエステル樹脂粒子（ポリエステル樹脂成分）を高濃度に分布させることができる。
熱可塑性ポリエステル樹脂粒子の粒径が０．１μｍよりも小さい場合、熱可塑性ポリエステル樹脂粒子が凝集しやすく、封止剤を加熱して硬化させる際、フレキシブル基材１１との界面近傍に熱可塑性ポリエステル樹脂粒子（ポリエステル樹脂成分）が高濃度に分布し難くなるため好ましくない。また熱可塑性ポリエステル樹脂粒子の粒径が５０μｍよりも大きい場合、熱可塑性ポリエステル樹脂粒子が溶融しにくくなるため、好ましくない。

また、封止剤中の熱可塑性ポリエステル樹脂粒子の含有量は、０．５重量％以上、１０重量％以下が好ましく、これにより硬化した封止剤（封止層１５）において、フレキシブル基材１１との界面近傍に十分な濃度の熱可塑性ポリエステル樹脂粒子（ポリエステル樹脂成分）を分布させることができる。このため、封止層１５は、フレキシブル基材１１との界面近傍において、適度の柔軟性、変形性が得られると共に、フレキシブル基材１１に対して優れた結着性が得られる。

熱可塑性ポリエステル樹脂粒子の含有量が０．５重量％よりも少ない場合、封止剤１５を加熱して硬化させる際、フレキシブル基材１１との界面近傍に十分な濃度の熱可塑性ポリエステル樹脂粒子（ポリエステル樹脂成分）を分布させることが難くなるため好ましくない。
また、熱可塑性ポリエステル樹脂粒子の含有量が１０重量％よりも多い場合、エポキシ樹脂の含有量が少なくなり、これにより硬化した封止剤（封止層１５）が柔らかくなってしまい、封止層１５によって電子部品１２近傍のフレキシブル基材１１が曲がらないように十分に固定できなくなるため、好ましくない。

なお、本発明の封止剤には、酸化防止剤、安定剤、着色剤等が含有されていても構わない。また、封止剤は、メンブレン回路基板１に限定されず、フレキシブル基材１１が用いられた各種回路基板等にも適用できる。

前記封止剤を用いて封止層１５を形成する場合、まず電子部品１２の表面からフレキシブル基材１１の電子部品１２近傍に渡って封止剤を配する。例えば、スクリーン印刷法，バーコート法等の塗布法や、インジェクター等を用いて封止剤を射出する方法等によって、封止剤をフレキシブル基材１１上の電子部品１２近傍に配することができる。
そして、封止剤を加熱して硬化させることによって封止層１５を形成し、この封止層１５によって電子部品１２を封止する。

封止剤が加熱されて硬化する際、封止剤中の熱可塑性ポリエステル樹脂粒子は溶融し、フレキシブル基材１１との界面近傍に高濃度に分布し、この状態で冷却、硬化する。このため、本発明の封止剤を用いて封止層１５を形成すると、フレキシブル基材１１との界面近傍において、高濃度に熱可塑性ポリエステル樹脂成分が分布することになる。

本発明によると、封止剤はエポキシ樹脂を主成分とするため、硬化後の封止剤（封止層１５）は硬く、この硬い封止層１５によってフレキシブル基材１１上の電子部品１２が封止されたことによって、電子部品１２近傍のフレキシブル基材１１が曲がらないように固定できる。
これにより、メンブレン回路基板１が曲げられた際、フレキシブル基材１１と電子部品１２との界面（接続部）や電子部品１２に曲げ応力が集中せず、電子部品１２が破損したり、電子部品１２がフレキシブル基材１１から脱落することを抑制できる。

更に、熱可塑性ポリエステル樹脂は、柔軟性、変形性に富み、またポリエチレンテレフタレートフィルム，ポリアミドフィルム等のプラスチックフィルム等の可撓性樹脂から構成されたフレキシブル基材１１と相容性に優れ、高い結着性が得られる。
前記したように封止剤が加熱されて硬化する際、熱可塑性ポリエステル樹脂粒子（ポリエステル樹脂成分）がフレキシブル基材１１との界面近傍に高濃度に分布した状態で硬化するため、封止層１５は、そのフレキシブル基材１１との界面近傍において、適度の柔軟性、変形性を有し、かつフレキシブル基材１１に対して優れた結着性を有する。

このため、メンブレン回路基板１が曲げられた際、封止層１５のフレキシブル基材１１との界面近傍が適度に変形することになり、この封止層１５の縁部（以下、エッジ部１５ａとも言う。）と接するフレキシブル基材１１に生じる曲げ応力を緩和できる。これによりエッジ部１５ａと接するパターン配線１３が曲げ応力によって損傷することを抑制できる。
また、封止層１５は、そのフレキシブル基材１１との界面近傍においてフレキシブル基材１１と優れた結着性を有するため、剥離しにくく優れた長期信頼性が得られる。

以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
［実施例］
フレキシブル基材１１として、ポリエチレンテレフタレートフィルム（東レ社製、ルミラー（登録商標）、厚さ７５μｍ）を用い、このフレキシブル基材１１上に銀ペースト（藤倉化成社製、ＸＡ−６０２）を所望のパターンに印刷、乾燥させ、パターン配線（印刷回路）１３を形成した。

そして、導電性接着剤（藤倉化成社製、ＸＡ−４７２）を用いて、パターン配線１３の接続端子に、電子部品１２としてジャンパーチップ（太陽誘電社製、ＲＫ−７３、１．６ｍｍ×０．８ｍｍ）を実装した。
ここで、ジャンパーチップを実装する際、フレキシブル基材１１を１２０℃で３０分加熱して導電性接着剤を乾燥、硬化させた。

次に、封止剤を以下のようにして作製した。
熱可塑性共重合ポリエステル（分子量２３０００、ガラス転位温度（Ｔ_ｇ）＝７℃、バイロン３００、東洋紡社製）を微粉砕し、粒径が０．５μｍ以上、２０μｍ以下の熱可塑性ポリエステル樹脂粒子とした。
そして、前記熱可塑性ポリエステル樹脂粒子と、未硬化状のエポキシ樹脂（ＧＰ−１ＴＦ、アサヒ化研社製）とを混合し、熱可塑性ポリエステル樹脂粒子を１０重量％含有する樹脂ペースト（封止剤）を作製した。

次に、前記封止剤を用いて、以下に示されたようにして封止層１５を形成した。
封止剤をインジェクターに充填し、このインジェクターの針先から封止剤を射出して、封止剤を、電子部品１２の表面からフレキシブル基材１１に渡って配した。
そして、１２０℃で３０分加熱して封止剤を乾燥、硬化させて封止層１５を形成し、メンブレン回路基板１を得た。
このようにして形成されたメンブレン回路基板１では、電子部品１２の表面からフレキシブル基材１１に渡って封止層１５が形成され、この封止層１５によって電子部品１２が封止された状態となった。

［比較例］
比較例１のメンブレン回路基板が、実施例１と異なる点は、封止剤としてエポキシ樹脂（ＧＰ−１ＴＦ、アサヒ化研社製）を用いて封止層を形成した点である。
それ以外の構成は、実施例１と同様であるため説明を省略する。

実施例と比較例のメンブレン回路基板を以下の評価方法によって評価した。
（１）可撓性の評価
直径が５ｍｍの円柱の外周にメンブレン回路基板を巻きつけ、メンブレン回路基板が隙間無く円柱の外周に接した状態で巻きつけられるかどうか調べた。
（２）屈曲試験
メンブレン回路基板を曲率半径１０ｍｍで、１０万回屈曲させた後、パターン配線に電流を流し、パターン配線の断線の有無、パターン配線と電子部品との接続状態等を調べた。
（３）剥離試験
８０℃の乾燥器内にメンブレン回路基板を２４０時間静置した後、メンブレン回路基板を、その封止層のエッジ部にて折り曲げ角９０°で山折りし、封止層が剥離するかどうか調べた。
得られた結果を表１に示す。

屈曲試験を行った結果、比較例では、メンブレン回路のパターン配線において、３０００箇所のうち２５箇所に導通不良が確認された。
これに対して、実施例のメンブレン回路基板１では、導通不良は全く見られなかった。
実施例のメンブレン回路基板１では、本発明の封止剤から構成された封止層１５が設けられたことによって、封止層１５が適度に変形して、エッジ部１５ａと接するフレキシブル基材１１に生じる曲げ応力が緩和され、これにより曲げ応力によるパターン配線１３の損傷等の不具合を抑制できたと考えられる。

また、剥離試験の結果、比較例のメンブレン回路基板では、封止層が剥離したが、実施例のメンブレン回路基板１では、封止層１５が剥離しなかった。
実施例のメンブレン回路基板１では、本発明の封止剤から構成された封止層１５がフレキシブル基材１１に対して優れた結着性を有するため、表１に示されたように剥離しにくく、優れた長期信頼性が得られたと考えられる。

本発明の封止剤は、フレキシブル基材等の可撓性を有する基材に実装された電子部品を実装する際に好適に利用でき、例えばメンブレン回路基板等に適用できる。

メンブレン回路基板の一例を示す概略断面図である。

符号の説明

１‥‥メンブレン回路基板、１１‥‥可撓性基材、１２‥‥電子部品、１５‥‥封止層。

Claims

可撓性基材上に実装された電子部品を封止する封止剤において、
エポキシ樹脂を主成分とし、熱可塑性ポリエステル樹脂粒子を含有することを特徴とする封止剤。
前記熱可塑性ポリエステル樹脂粒子の含有量が１重量％以上、２０重量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の封止剤。
可撓性基材と該可撓性基材上に実装された電子部品を備え、該電子部品が封止層によって封止されているメンブレン回路基板において、
前記封止層が、エポキシ樹脂を主成分とし、熱可塑性ポリエステル樹脂粒子を含有することを特徴とするメンブレン回路基板。