JP2007048954A - 複合多層プリント配線板 - Google Patents

Abstract

【課題】内層のフレックス基板における耐マイグレーション性の低下を抑制した複合多層プリント配線板を提供する。
【解決手段】フレックス基板２０の端部の両面に、層間接着剤層４０を介してリジッド基板５０がプレスキュアにより積層され、リジッド基板５０の絶縁性基材５１のヤング率を、フレックス基板２０の可撓性樹脂フィルム２１のヤング率と同等もしくはそれ以下に設定して、プレスキュア後に層間接着剤層４０及び接着剤層３２に残留する応力を抑制した。
【選択図】 図３

Description

この発明は、複合多層プリント配線板に関するものである。

近年、電子機器は高周波化、デジタル化、並びに小型化が進んでいる。これに伴って、電子機器に用いられるプリント配線板のファインピッチ化、小型化、高密度実装化や、設置自由度に優れること等が要求されている。

これらの要求に応えるプリント配線板として、図６に示すような、リジッド・フレックス構造の複合多層プリント配線板１００が知られている（例えば、特許文献１参照）。図６に示すように、この複合多層プリント配線板１００は、フレックス基板１０１の両端部の両面にリジッド基板１０２が積層されたリジッド部Ｒと、可撓性を有するフレックス基板１０１のみでなるフレックス部Ｆとを備えてなり、リジッド部Ｒの回路間をフレックス部Ｆの回路で接続している。このような複合多層プリント配線板１００では、フレックス基板１０１がポリイミド樹脂で形成され、リジッド基板１０２がガラスクロス入りエポキシ樹脂で形成されている。リジッド部Ｒでは、フレックス基板１０１とリジッド基板１０２との間に接着剤が介在され、プレスキュアによって接着剤が硬化することにより、フレックス基板１０１とリジッド基板１０２とが接着されている。
特開２００２−１５８４４５号公報

しかし、多層プリント配線板では、ファインピッチ化、小型化、高密度実装化等の要求に応えることにより、イオンマイグレーション（以下、単にマイグレーションという。）が起こることが問題となっている。マイグレーションとは、電圧の印加及び水分の存在によって回路を形成する金属が絶縁層中を移動する現象である。又、マイグレーションでは、回路の正極側で金属が電離し、負極で金属がデンドライト状に析出し、負極から正極まで金属が析出して延びると絶縁破壊が起こる。

特に、図６に示すようなリジッド・フレックス構造を有する複合多層プリント配線板１００では、単層構造のフレックスプリント配線板と比較して、リジッド部Ｒの内層のフレックス基板１０１（図６において楕円で示す領域）の耐マイグレーション性が低いという問題がある。

上記した複合多層プリント配線板１００において、内層のフレックス基板１０１の耐マイグレーション性が低下する要因の調査を行った結果、リジッド・フレックス構造とすることにより、内層のフレックス基板１０１表面の接着剤中に残留した応力が原因であることがわかった。

上述したように、フレックス基板１０１へリジッド基板１０２を積層するときに、接着剤を介在させてプレスキュアを行っている。プレスキュアでは圧力を加えた状態で接着剤を硬化させるため、フレックス基板１０１を形成するポリイミド樹脂と、リジッド基板１０２を形成するガラスクロス入りエポキシ樹脂との組み合わせのように弾性率が異なる物質を積層したときには、圧力を取り除いても応力が残留するため耐マイグレーション性が低下する。

この発明が解決しようとする課題は、耐マイグレーション性の低下を抑制した複合多層プリント配線板を提供することにある。

本発明の特徴は、少なくとも、可撓性を有する第１の配線基板と、第１の配線基板の両面上に積層される第２の配線基板と、を備える複合多層プリント配線板であって、第２の配線基板のヤング率は、第１の配線基板のヤング率と同等、もしくは第１の配線基板のヤング率以下であることを要旨とする。

ここで、第２の配線基板は、耐熱性織布とエポキシ系の熱硬化性樹脂を含む基板であることが好ましい。

本発明によれば、複合多層プリント配線板の内層フレックス基板の耐マイグレーション性の低下を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る複合多層プリント配線板の詳細を図１〜図５に基づいて説明する。但し、図面は模式的なものであり、各材料層の厚みやその比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。なお、図１は本実施の形態に係る複合多層プリント配線板１の概略を示す側面図、図２は複合多層プリント配線板における一方のリジッド部Ｒとフレックス部Ｆとを積層する前の分解状態を示す分解断面図、図３は一方のリジッド部Ｒとフレックス部Ｆの積層状態の断面図である。

図１に示すように、本実施の形態に係る複合多層プリント配線板１は、２つのリジッド部Ｒがフレックス部Ｆでつながれた構造を有する。図２に示すように、フレックス部Ｆは、第１の配線基板としてのフレックス基板２０と、このフレックス基板２０の両面をそれぞれ覆うカバーレイ（ＣＬ）３０と、で構成される可撓性を有する部分のみでなる。一方のリジッド部Ｒは、内層にカバーレイ３０で覆われた上記フレックス基板２０を有し、このフレックス基板２０の端部より所定長さまでの領域の両面のそれぞれのカバーレイ３０の外側（表面）に、順次、層間接着剤層４０、第２の配線基板としてのリジッド基板５０、カバーレイ６０が積層されてなる。他方のリジッド部Ｒも同様に構成されている。

フレックス基板２０は、ポリイミドでなる可撓性樹脂フィルム（絶縁性基材）２１の両面に銅箔でなる配線回路層２２，２３が形成されている。

カバーレイ３０は、ポリイミドでなるカバーレイフィルム３１と、接着剤層３２とが積層されてなり、接着剤層３２がフレックス基板２０の表面に接合している。

リジッド基板５０は、耐熱性織布としてのガラスクロスと、エポキシ系の熱硬化性樹脂とを含んでなる絶縁性基材５１の両面に配線回路層５２，５３が形成されている。特に、本実施の形態では、リジッド基板５０の絶縁性基材５１のヤング率がフレックス基板２０の可撓性樹脂フィルム２１のヤング率と同程度、もしくは可撓性樹脂フィルム２１のヤング率以下になるように設定されている。上述したように、リジッド基板５０の絶縁性基材５１は、ガラスクロスとエポキシ系の熱硬化性樹脂を含んでなるが、ガラスクロスの織り方を変えることにより、所望のヤング率を有するように調整されている。因みに、フレックス基板２０の可撓性樹脂フィルム２１を構成するポリイミド樹脂のヤング率は、１〜１０ＧＰａ程度である。このため、絶縁性基材５１のヤング率を１０ＧＰａ以下となるように設定することが好ましい。

図４は、リジッド基板５０の絶縁性基材５１中のガラスクロス５４の配置状態を示す断面図である。本実施の形態のように、リジッド基板５０の絶縁性基材５１のヤング率を調整するには、図４におけるガラスクロス５４の網目のピッチＰやガラス繊維の束の径寸法ｒを変えることで可能となる。

なお、図５（ａ）は通常の絶縁性基材５１におけるガラスクロスの配置状態を示している。図５（ｂ）は網目のピッチＰを通常より長くした状態を示している。図５（ａ）の配置状態と、図５（ｂ）の配置状態とを比較すると、（ａ）の状態でガラスクロスが配置された絶縁性基材は、（ｂ）の状態でガラスクロスが配置された場合よりもヤング率が高くなる。又、図５（ｃ）に示すように、ガラスクロスの網目の行列が絶縁性基材５１のＸ−Ｙ方向に対して角度をなすように配置したり、図５（ｄ）に示すように、ガラスクロスの網目が平行四辺形状とするなどの変更を加えることにより、リジッド基板５０のヤング率を調整することが可能となる。

加えて、リジッド基板５０の絶縁性基材５１中のヤング率は、図５に示すＸ方向、Ｙ方向で異なるヤング率を有してもよく、フレックス部Ｆが延在される方向がＸであるとすると、リジッド基板５０のＸ方向のヤング率がＹ方向のヤング率よりも小さくなるようにしてもよい。可撓性樹脂フィルム２１は、可撓性を有するため可動部として機能したときに引っ張り力を受ける方向がほぼ決まるため、フレックス基板２０の可撓性樹脂フィルム２１と、リジッド基板５０の絶縁性基材５１のヤング率が同等、もしくは絶縁性基材５１のヤング率を可撓性樹脂フィルム２１のヤング率以下に設定することにより、フレックス基板２０が所定の引っ張り方向の負荷を受けたときのフレックス基板２０の表面のダメージを抑制する効果も得られる。

複合多層プリント配線板１は、図２に示した各材料層を積層した状態でプレスキュアされて図３に示すような一体の積層体となっている。

上述した構成の複合多層プリント配線板１では、絶縁性基材５１のヤング率を可撓性樹脂フィルム２１のヤング率と同等もしくはそれ以下の値になるように設定しているため、プレスキュア後に可撓性樹脂フィルム（ポリイミド）２１が変形しにくく、層間接着剤層４０及びフレックス基板２０に接合する接着剤層３２中に残留する応力が低減されて耐マイグレーション性の低下を抑制することができる。

〔実施例〕
実施例及び比較例で用いた複合多層プリント配線板は、図３に示すような構造であるため、便宜上同図に示した符号を用いて説明する。

以下、実施例及び比較例の複合多層プリント配線板１の各層について説明する。

フレックス基板２０は、ポリイミドでなる厚さ２５μｍの可撓性樹脂フィルム２１の両面に、１０μｍの厚さの接着剤を介して貼り合わされた圧延銅箔を、ラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ）が８０／８０μｍのパターンに形成した配線回路層（配線パターン）２２，２３とを有してなる銅箔積層板（ＣＣＬ）を用いた。

カバーレイ３０は、厚さ２５μｍのポリイミドでなるカバーレイフィルム３１の一方の表面に、接着剤を塗布して接着剤層３２を形成してなる。

上記したフレックス基板２０の両面に、カバーレイ（ＣＬ）３０を配置してプレスキュア（１６０℃、５０ｋｇ／ｃｍ^２、６０分）を行って、カバーレイ３０付きのフレックス基板（ＦＰＣ）２０を作製した（これを比較例１とした。）。

そして、カバーレイ３０付きのフレックス基板２０の両側に層間接着剤層４０を介在させて、ガラスクロス入りエポキシ樹脂でなるリジッド基板５０を配置し、プレスキュア（１６０℃、５０ｋｇ／ｃｍ^２、６０分）することによって複合多層プリント配線板１を作製した。

なお、層間接着剤層４０を構成する接着剤の配合例は、下記の通りである。

ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エピコート８２８ＥＬ；ジャパンエポキシレジン製）…１００重量部
4,4−ジアミノジフェニルスルフォン（試薬；和光純薬製）…３２重量部
カルボキシ化ＮＢＲ（ニポール１０７２；日本ゼオン製）…５０重量部
通常、フレックス基板２０の可撓性樹脂フィルム２１を構成するポリイミドのヤング率は、１〜１０ＧＰａ程度であるため、リジッド基板５０の絶縁性基材５１として、ヤング率が１００〜０．１ＧＰａのガラスクロス入りエポキシ樹脂でなるものを７種類用意した。下表１に示す実施例１〜５及び比較例２、比較例３においては、上述したようにガラスクロス（耐熱性織布）の織り方や配置方向を変えることにより、絶縁性基材５１のヤング率を調整して用いた。

そして、実施例１〜５、及び比較例１〜３の各サンプルについて、８５℃、８５％ＲＨで５０Ｖの電圧を印加し、２５０時間のマイグレーション試験を行った。このマイグレーション試験では、デンドライト発生の有無及び１０^７Ω以上の抵抗値を維持する時間を測定した。デンドライトの発生の有無は、試験後のサンプルを顕微鏡で観察することにより判断した。以下、マイグレーション試験の結果を下表１に示す。

上記表１に示すように、リジッド基板５０のヤング率が、実施例１〜５における１０〜０．１ＧＰａの範囲では、デンドライトの発生が無く、２５０時間以上１０７Ω以上の抵抗値を維持できた。即ち、実施例１〜５では、耐マイグレーション性を有することが判る。この結果、実施例１〜５では、カバーレイ３０付きのフレックス基板２０単体と同等の耐マイグレーション性を有していることが判る。

又、上記表１に示すように、比較例２及び比較例３では、デンドライトの発生が観察され、抵抗維持時間が１００時間以下であった。比較例２及び比較例３では、リジッド基板５０のヤング率が１００ＧＰａ、５０ＧＰａであり、フレックス基板２０の可撓性樹脂フィルム２１のヤング率（１〜１０ＧＰａ）と比較して大きい。したがって、層間接着剤層４０を挟むフレックス基板２０側とリジッド基板５０側とのヤング率が異なるため、プレスキュアで圧力を加えた状態で層間接着剤層４０及び接着剤層３２を硬化させたときに、圧力を取り除いても応力が残留するため耐マイグレーション性が低下すると考えられる。

これに対して、実施例１〜５のように、リジッド基板５０のヤング率が、フレックス基板２０の可撓性樹脂フィルム２１のヤング率１〜１０ＧＰａと同等もしくはそれ以下の場合、プレスキュアの後に圧力を取り除いても層間接着剤層４０及び接着剤層３２に応力の残留が少なく、フレックス基板２０におけるマイグレーションの発生を抑制できると考えられる。

このような結果から、フレックス基板２０の可撓性樹脂フィルム２１がポリイミドでなる場合に、リジッド基板５０のガラスクロス入りエポキシ樹脂でなる絶縁性基材５１のヤング率は１０ＧＰａ以下であることが有効となる。また、ガラスクロス入りエポキシ樹脂でなる絶縁性基材５１では、最もヤング率が大きくなるガラスクロスの繊維方向のヤング率が１０ＧＰａ以下であることが好ましい。

（その他の実施の形態）
上述した実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

例えば、上記実施の形態では、フレックス基板２０の両端部の両面にそれぞれ１層のリジッド基板５０を積層した構成としたが、フレックス基板２０が２層以上積層された構成でもよいし、リジッド基板５０の積層数も２層以上であってもよい。又、フレックス基板２０、カバーレイ３０、リジッド基板５０等は、各種のタイプを適用することができる。

上記層間接着剤層４０は、上記の配合例に限定されるものではなく、各種の接着剤を用いることができる。

上記実施の形態に係る複合多層プリント配線板１の各層の厚さ寸法等は、複合多層プリント配線板１の使用環境において適宜変更されるものである。

上記複合多層プリント配線板１は、フレックス基板２０の両端にリジッド基板５０を積層した構成であるが、本発明は、この構造に限定されるものではなく、フレックス基板２０とリジッド基板５０とが積層される各種の構造の複合多層プリント配線板に適用が可能である。

本発明の実施の形態に係る複合多層プリント配線板の概略を示す側面図である。 本発明の実施の形態に係る複合多層プリント配線板の要部を示す分解断面図である。 本発明の実施の形態に係る複合多層プリント配線板の要部断面図である。 本発明の実施の形態に係る複合多層プリント配線板のリジッド基板の要部断面図である。 リジッド基板におけるガラスクロスの繊維の方向や網目形状の異なる（ａ）〜（ｄ）の変形例を示す平面説明図である。 従来の複合多層プリント配線板の側面説明図である。

符号の説明

Ｆ フレックス部
Ｒ リジッド部
１ 複合多層プリント配線板
２０ フレックス基板
２１ 可撓性樹脂フィルム
２２，２３ 配線回路層
３０ カバーレイ
３１ カバーレイフィルム
３２…接着剤層
４０…層間接着剤層
４０…接着剤層
５０…リジッド基板
５１…絶縁性基材
５２，５３…配線回路層
５４…ガラスクロス
６０…カバーレイ

Claims (2)

1. 少なくとも、可撓性を有する第１の配線基板と、前記第１の配線基板の両面上に積層される第２の配線基板と、を備える複合多層プリント配線板であって、
   前記第２の配線基板のヤング率は、前記第１の配線基板のヤング率と同等、もしくは前記第１の配線基板のヤング率以下であることを特徴とする複合多層プリント配線板。
2. 前記第２の配線基板は、耐熱性織布とエポキシ系の熱硬化性樹脂を含む基板であることを特徴とする請求項１記載の複合多層プリント配線板。

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