JP2007227520A

JP2007227520A - フレキシブル配線板及びその製造方法

Info

Publication number: JP2007227520A
Application number: JP2006045075A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Moriya; 英紀守屋; Koji Tsurusaki; 幸司鶴崎; Satoru Nakao; 知中尾
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2006-02-22
Filing date: 2006-02-22
Publication date: 2007-09-06

Abstract

【課題】折り曲げ用の溝加工の際に絶縁フィルム層の劣化や折り曲げ耐性の低下が無いフレキシブル配線板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】主として絶縁フィルム層１１および金属配線層１４から構成されるフレキシブル配線板１０において、絶縁フィルム層１１の片面又は両面に折り曲げ用の溝１５を、レーザにより形成する。これにより、絶縁フィルム層１１のエッチングのために強アルカリ性の薬液を使用する必要が無く、絶縁フィルム層１１の劣化や折り曲げ耐性の低下が無いフレキシブル配線板１０を製造することが可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、筐体組み込み時の作業性等を鑑み、容易に折り曲げることが可能なフレキシブル配線板及びその製造方法に関する。

近年の電子機器は小型化・軽量化が進み、これに伴い搭載されるプリント配線板においても小型化・高密度実装化が要求されている。これらの要求に応えるプリント配線板として、フレキシブル配線板（ＦＰＣ）が広く用いられている。

従来の技術では、フレキシブル配線板の基材となる絶縁フィルム層にポリイミドを使用し、これをハーフエッチングすることにより折り曲げ用の溝加工を施すことが知られている（特許文献１参照）。図７は、この従来の技術による折り曲げ用の溝加工の方法を工程順に示す断面図である。

この図に示すように、ポリイミド層５１の両面に銅箔５２、５２を有する両面ＣＣＬ５３（図７（ａ）参照）を出発材料とし、溝加工を施す側の銅箔を利用して折り曲げ箇所にスリット５９ａを有する銅マスク５９（図７（ｂ）参照）を形成したのち、ハーフエッチングにより折り曲げ箇所に適度な深さの溝加工を行いポリイミド層５１の厚みを低減させる（図７（ｃ）参照）。銅マスク５９を剥離（図７（ｄ）参照）したのち、フィルム５７の片面に接着剤層５８を有するカバーレイ５６（ＣＬ）を回路５５上にラミネートすることにより、折り曲げ用の溝５４が形成された箇所で容易に折り曲げることが可能なフレキシブル配線板５０（図７（ｅ）参照）が得られる。
特開２００４−０１４８８０号公報

しかしながら、従来の技術では、ポリイミドをエッチングするため強アルカリ性の薬液によって化学的に溶解させるため、ポリイミドが著しく劣化し、この結果ポリイミドをハーフエッチングした箇所で裂けや破れ等の不良が発生しやすいという問題点があった。さらに、従来の技術では両面ＣＣＬを出発材料とし、そのうち片面の銅箔をポリイミドエッチングの銅マスクとして使用する必要があるため、銅箔のエッチングを２段階で行う必要があり、コスト増になるという問題点があった。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、折り曲げ用の溝加工の際に絶縁フィルム層の劣化や折り曲げ耐性の低下が無いフレキシブル配線板及びその製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、主として絶縁フィルム層および金属配線層から構成されるフレキシブル配線板において、絶縁フィルム層の片面又は両面にレーザにより形成された折り曲げ用の溝を有することを特徴とするフレキシブル配線板を提供する。
また本発明は、主として絶縁フィルム層および金属配線層から構成されるフレキシブル配線板の製造方法において、絶縁フィルム層の片面又は両面に折り曲げ用の溝をレーザにより形成することを特徴とするフレキシブル配線板の製造方法を提供する。

本発明によれば、絶縁フィルム層に折り曲げ用の溝をレーザにより形成するので、絶縁フィルム層のエッチングのために強アルカリ性の薬液を使用する必要が無く、絶縁フィルム層の劣化や折り曲げ耐性の低下が無いフレキシブル配線板を製造することが可能になる。また、絶縁フィルム層のエッチングのための銅マスクが不要となり、折り曲げ用の溝加工を容易に行うことが可能になる上、金属配線層（例えば銅回路）のエッチングが１段階で済み、製造コストを抑制することができる。

本発明の発明者は、ポリイミド等の絶縁フィルム層を化学的に溶解することなく、折り曲げ用の溝加工を行うことが重要と考え、本発明に到達したものであり、本発明は、フレキシブル配線板（ＦＰＣ）の基材を構成する絶縁フィルム層に対して、折り曲げ用の溝をレーザによって形成することを特徴とするものである。
これにより、絶縁フィルム層の劣化や折り曲げ耐性の低下を無くすことができる上、絶縁フィルム層のエッチングのための銅マスクが不要となり、導体層のエッチングは回路形成時の１回のみとすることができる。特に、片面ＦＰＣを製造する場合には、出発材料として両面ＣＣＬを必要とせず、より安価な片面ＣＣＬを出発材料とすることができるという長所がある。

以下、最良の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明により折り曲げ用の溝を有する片面ＦＰＣを製造する方法を工程順に示す断面図である。図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明により折り曲げ用の溝を有する両面ＦＰＣを製造する方法を工程順に示す断面図である。

折り曲げ用の溝を有する片面ＦＰＣを製造する方法としては、図１に示す方法が例示される。この形態例では、図１（ａ）に示すように絶縁フィルム層１１の片面に導体層として銅箔１２を有する片面ＣＣＬ１３を出発材料とし、図１（ｂ）に示すように回路１４を形成した後、図１（ｃ）に示すようにレーザを用いて折り曲げ用の溝１５を形成する。
この図１（ｃ）に示す例は、折り曲げ用の溝１５を回路１４を有する面（回路形成面）の反対面に形成した場合である。本発明ではこれに限定されるものではなく、折り曲げ用の溝１５を形成する箇所に回路１４が存在しない（絶縁フィルム層１１が露出している）場合には、回路形成面に折り曲げ用の溝１５を形成することも可能である。

折り曲げ用の溝１５は、絶縁フィルム層１１の片面だけに設けても良く、また、両面に設けても良い。また折り曲げ用の溝１５を絶縁フィルム層１１の一箇所のみに設けても良く、必要に応じて複数箇所に設けてもよい。
図１（ｄ）に示す片面ＦＰＣ１０は、フィルム１７の片面に接着剤層１８を有するカバーレイ１６（ＣＬ）を回路１４上にラミネートしたものである。

折り曲げ用の溝を有する両面ＦＰＣを製造する方法としては、図２に示す方法が例示される。この形態例では、図２（ａ）に示すように絶縁フィルム層２１の両面に導体層として銅箔２２、２２を有する両面ＣＣＬ２３を出発材料とし、図２（ｂ）に示すように回路２４を形成した後、図２（ｃ）に示すようにレーザを用いて折り曲げ用の溝２５を形成する。

折り曲げ用の溝２５は、絶縁フィルム層２１の片面だけに設けても良く、また、両面に設けても良い。また折り曲げ用の溝２５を絶縁フィルム層２１の一箇所のみに設けても良く、必要に応じて複数箇所に設けてもよい。
図２（ｄ）に示す両面ＦＰＣ２０は、フィルム２７の片面に接着剤層２８を有するカバーレイ２６（ＣＬ）を回路２４上にラミネートしたものである。

本発明において、絶縁フィルム層１１、２１の材料としては、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、液晶ポリマー、アラミド樹脂等が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではなく、フレキシブル配線板の基材として使用できる材料であれば、これら以外の材料を用いて良い。

絶縁フィルム層の溝加工に使用するレーザの種類としては、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ、エキシマレーザ、ヘリウム・ネオンレーザ、Ｘ線レーザ等が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではなく、絶縁フィルム層に溝が形成できる方法であれば、これら以外の種類のレーザを使用しても良い。
レーザによる溝加工は、フレキシブル配線板の製造工程における任意の工程で行うことが可能であり、特に規定されない。また、レーザによる溝加工と同時に、層間導通用の貫通穴、開口穴、外形加工等をレーザで行ってもよい。

実施例１；片面ＦＰＣ
折り曲げ性評価用サンプルとして、図３の模式図に示す片面ＦＰＣを作製した。

○設計値
・外形サイズ（Ａ×Ｂ）；１２０×１０ｍｍ
・ライン幅；１００μｍ
・ライン間幅；１００μｍ
・ライン長さ（Ｃ）；１００ｍｍ
・ライン本数；１０本
・ライン端部から５０ｍｍ（Ｄ）の位置にレーザで溝加工を行う。

○使用材料
・ＣＣＬ；片面銅箔１８μｍ厚、ポリイミド２５μｍ厚
・ＣＬ；ポリイミド２５μｍ厚、接着剤２５μｍ厚

○レーザ溝加工
・装置；ＬＣ−２Ｇ（炭酸ガスレーザ、日立ビアメカニクス製）
・レーザ照射条件
パルス幅；１０μｓ、エネルギ；９．０ｍＪ、ショット数；１回、２回、３回
５０μｍ間隔で１列にレーザを照射。

○実施例（溝加工方法；レーザ）の配線板の作製手順
（１）片面ＣＣＬを回路形成する。
（２）レーザでポリイミドに溝加工を行う。
（３）回路形成面にＣＬをラミネート後、所定の条件で加熱・加圧する。

○比較例（溝加工方法；ポリイミドエッチング）の配線板の作製手順
（１）両面ＣＣＬ（両面銅箔１８μｍ、ポリイミド２５μｍ）の銅箔をエッチングし、ポリイミドエッチング用銅マスクを形成する（ポリイミド露出幅；１００μｍ）
（２）７０℃に加熱したポリイミドエッチング液ＴＰＥ３０００（東レエンジニアリング製）に（１）の両面ＣＣＬを浸漬処理する（処理時間は３分間、５分間、８分間の３種類）。
（３）（２）の両面ＣＣＬの銅箔をエッチングし、溝加工された面の銅箔を全面除去するとともに反対面を回路形成する。
（４）回路形成面にＣＬをラミネート後、所定の条件で加熱・加圧する。

○比較例（溝加工無し）の配線板の作製手順
（１）片面ＣＣＬを回路形成する。
（２）回路形成面にＣＬをラミネート後、所定の条件で加熱・加圧する。

以下の方法で配線板サンプルの評価を行った。
○折り曲げ強度（図４参照）
（１）折り曲げ性評価用片面ＦＰＣ１０をＳＵＳ製固定ブロック３１に固定する。このとき配線板１０の溝加工面を上向きにし、かつ配線板１０の溝１５の中心が固定ブロック３１の角に当たるように固定する。
（２）ＳＵＳ製押し込みブロック３２に万能引張試験機（ＳＴＭ−２０、東洋ボールウィン製）を取り付け、固定ブロック３１と押し込みブロック３２の隙間Ｓを１．０ｍｍとする。図４の矢印に示すように押し込み速度５ｍｍ／ｍｉｎで下方に押し込み、そのときの最大荷重を測定してその結果を折り曲げ強度とする。検出器にはプッシュプル測定器（愛甲エンジニアリング製）を用いた。

○折り曲げ耐性（回路の表面露出の有無による方法）
（１）配線板の表面に０．４９Ｎ／ｍｍ²の荷重が掛かるよう、ゴムローラで折り曲げ部を加圧移動させる。
（２）［折り曲げ⇒ローラ加圧⇒元に伸ばす⇒ローラ加圧］を１サイクルとして１００サイクル行う。サンプルの折り曲げ方法は、溝加工面が折り曲げの外側になる１８０°折り曲げとする。
（３）１００サイクル後のサンプルの外観を観察し、溝加工部の内層にある回路銅箔の表面露出の有無で折り曲げ耐性を評価する（表面露出無し；○、表面露出有り；×）。

○実施結果
以上の実施結果を表１に示す。

溝幅及び溝深さは、サンプル数１０個（ｎ＝１０）の平均値である。折り曲げ強度は、折り曲げ強度の最大荷重測定値（ｎ＝１０）の平均値である。折り曲げ耐性は、折り曲げ試験（１００サイクル）後のサンプルの外観を観察し、溝加工部１５の内層（絶縁フィルム層１１の反対側）にある回路銅箔の表面露出の有無で評価した。

溝加工を行ったサンプルでは、溝加工方法（レーザ又はポリイミドエッチング）に係わらず、折り曲げ強度が１６〜３８％低減した。これは溝加工により折り曲げ箇所のサンプル厚が薄くなり、容易に折り曲げできるようになったためと考えられる。また溝加工方法に関わらず、溝深さが大きいサンプルほど折り曲げ強度が低減する傾向が見られた。
ポリイミドエッチングで溝加工を行ったサンプルのみで、折り曲げ耐性試験後に溝加工部のポリイミド層の裂けが発生し、回路銅箔が表面に露出していた。これに対してレーザで溝加工を行ったサンプルでは、ポリイミドエッチングで溝加工を行ったサンプルより溝深さが大きい場合でも、折り曲げ耐性試験後に異常は見られなかった。

したがって、レーザで溝加工を施すことにより、ポリイミドエッチングの場合と比較して、折り曲げ耐性はより向上していると言える。この理由としては、ポリイミドエッチングではポリイミドを強アルカリ性の薬液によって化学的に溶解させるため、ポリイミドが著しく劣化することが考えられる。レーザで溝加工を行った場合、ポリイミドを化学的に溶解させることなく折り曲げ用の溝を形成できるため、ポリイミド（基材である絶縁フィルム層）の劣化がより少なくなり、折り曲げ耐性が大幅に向上する。

なお、上記の片面ＦＰＣの実施結果によれば、絶縁フィルム層の厚さが２５μｍであるときに溝深さが１０．５〜２１．２μｍである（絶縁フィルム層の厚さに対して溝深さが４２〜８５％である、又は溝加工部にある薄肉部の厚さが１４．５〜３．８μｍである）とき、折り曲げ強度が２．３９〜１．８３Ｎ（溝加工無しのサンプルの折り曲げ強度に対して８１〜６２％）となり、折り曲げ耐性が○であるいずれの比較例（ポリイミドエッチング３分間、または溝加工無し）よりも折り曲げ強度が小さく、よって折り曲げ容易性が優れているということができる。

さらに、絶縁フィルム層の厚さが２５μｍであるときに溝深さが１６．０〜２１．２μｍである（絶縁フィルム層の厚さに対して溝深さが６４〜８５％である、又は溝加工部にある薄肉部の厚さが９．０〜３．８μｍである）ときには、折り曲げ強度が２．１１〜１．８３Ｎ（溝加工無しのサンプルの折り曲げ強度に対して７２〜６２％）となり、一層折り曲げが容易になり、好ましい。

実施例２；両面ＦＰＣ
折り曲げ性評価用サンプルとして、図５の模式図に示す両面ＦＰＣを作製した。

○設計値
・外形サイズ（Ａ×Ｂ）；１２０×１０ｍｍ
・ライン幅；１００μｍ
・ライン間幅；１００μｍ
《溝加工無し面》
・ライン長さ（Ｃ）；１００ｍｍ
・ライン本数；１０本
《溝加工面》
・ライン長さ（Ｅ）；４０ｍｍ（溝の左右２箇所）
・ライン本数；１０本
《溝加工》
・溝加工無し面のライン端部から５０ｍｍ（Ｄ）の位置にレーザで溝加工を行う。

○使用材料
・ＣＣＬ；両面銅箔１８μｍ厚、ポリイミド２５μｍ厚
・ＣＬ；ポリイミド２５μｍ厚、接着剤２５μｍ厚

○実施例（溝加工方法；レーザ）の配線板の作製手順
（１）両面ＣＣＬを回路形成する（両面とも）。
（２）片面にレーザでポリイミドに溝加工を行う。
（３）両面にＣＬをラミネート後、所定の条件で加熱・加圧する。

○比較例（溝加工方法；ポリイミドエッチング）の配線板の作製手順
（１）両面ＣＣＬ（両面銅箔１８μｍ、ポリイミド２５μｍ）の銅箔をエッチングし、ポリイミドエッチング用銅マスクを形成する（ポリイミド露出幅；１００μｍ）
（２）７０℃に加熱したポリイミドエッチング液ＴＰＥ３０００（東レエンジニアリング製）に（１）の両面ＣＣＬを浸漬処理する（処理時間は３分間、５分間、８分間の３種類）。
（３）（２）の両面ＣＣＬの銅箔をエッチングし、両面を回路形成する。
（４）両面にＣＬをラミネート後、所定の条件で加熱・加圧する。

○比較例（溝加工無し）の配線板の作製手順
（１）両面ＣＣＬを回路形成する。
（２）両面にＣＬをラミネート後、所定の条件で加熱・加圧する。

以下の方法で配線板サンプルの評価を行った。
○折り曲げ強度（図６参照）
（１）折り曲げ性評価用両面ＦＰＣ２０をＳＵＳ製固定ブロック３１に固定する。このとき配線板２０の溝加工面を上向きにし、かつ配線板２０の溝２５の中心が固定ブロック３１の角に当たるように固定する。
（２）ＳＵＳ製押し込みブロック３２に万能引張試験機（ＳＴＭ−２０、東洋ボールウィン製）を取り付け、固定ブロック３１と押し込みブロック３２の隙間Ｓを１．０ｍｍとする。図６の矢印に示すように押し込み速度５ｍｍ／ｍｉｎで下方に押し込み、そのときの最大荷重を測定してその結果を折り曲げ強度とする。検出器にはプッシュプル測定器（愛甲エンジニアリング製）を用いた。

○折り曲げ耐性（導通抵抗値による方法）
（１）配線板の表面に０．４９Ｎ／ｍｍ²の荷重が掛かるよう、ゴムローラで折り曲げ部を加圧移動させる。
（２）［折り曲げ⇒ローラ加圧⇒元に伸ばす⇒ローラ加圧］を１サイクルとして３００サイクル行う。サンプルの折り曲げ方法は、溝加工面が折り曲げの外側になる１８０°折り曲げとする。
（３）３００サイクル後のサンプルにおける、溝加工無し面の回路両端の導通抵抗値を測定する。

○実施結果
以上の実施結果を表２に示す。

溝幅及び溝深さは、サンプル数１０個（ｎ＝１０）の平均値である。折り曲げ強度は、折り曲げ強度の最大荷重測定値（ｎ＝１０）の平均値である。導通抵抗値は、折り曲げ試験（３００サイクル）後のサンプルにおける溝加工無し面の回路両端の導通抵抗値（ｎ＝１０）の平均値である。

溝加工を行ったサンプルでは、溝加工方法（レーザ又はポリイミドエッチング）に係わらず、折り曲げ強度が１４〜３４％低減した。これは溝加工により折り曲げ箇所のサンプル厚が薄くなり、容易に折り曲げできるようになったためと考えられる。また溝加工方法に関わらず、溝深さが大きいサンプルほど折り曲げ強度が低減する傾向が見られた。
ポリイミドエッチングで溝加工を行ったサンプルのみで、折り曲げ耐性試験後に溝加工部のポリイミド層の裂けが発生し、回路銅箔が表面に露出していた。これに対してレーザで溝加工を行ったサンプルでは、ポリイミドエッチングで溝加工を行ったサンプルより溝深さが大きい場合でも、折り曲げ耐性試験後に異常は見られなかった。

なお、上記の両面ＦＰＣの実施結果によれば、絶縁フィルム層の厚さが２５μｍであるときに溝深さが１０．３〜２１．０μｍである（絶縁フィルム層の厚さに対して溝深さが４１〜８４％である、又は溝加工部にある薄肉部の厚さが１４．７〜４．０μｍである）とき、折り曲げ強度が４．４２〜３．４８Ｎ（溝加工無しのサンプルの折り曲げ強度に対して８４〜６６％）かつ導通抵抗値が３．１０×１０^-1Ω〜４．１７×１０^-1Ω（溝加工無しのサンプルの導通抵抗値に対して９５〜１２８％）となり、折り曲げ後に導通抵抗値が著しく増加した例を除く比較例（ポリイミドエッチング３分間、または溝加工無し）よりも折り曲げ強度が小さく、よって折り曲げ容易性が優れているということができる。

さらに、絶縁フィルム層の厚さが２５μｍであるときに溝深さが１６．４〜２１．０μｍである（絶縁フィルム層の厚さに対して溝深さが６５〜８４％である、又は溝加工部にある薄肉部の厚さが８．６〜４．０μｍである）ときには、折り曲げ強度が３．８１〜３．４８Ｎ（溝加工無しのサンプルの折り曲げ強度に対して７２〜６６％）かつ導通抵抗値が３．１０×１０^-1Ω〜４．１７×１０^-1Ω（溝加工無しのサンプルの導通抵抗値に対して９５〜１２８％）となり、一層折り曲げが容易になり、好ましい。

本発明により製造されたフレキシブル配線板は、折り曲げが容易であり、かつ耐折り曲げ性が良好であることから、フレキシブル配線板として優れている。特に、筐体組み込みのフレキシブル配線板として、好適に利用することができる。

（ａ）〜（ｄ）は、本発明により折り曲げ用の溝を有する片面ＦＰＣを製造する方法を工程順に示す断面図である。（ａ）〜（ｄ）は、本発明により折り曲げ用の溝を有する両面ＦＰＣを製造する方法を工程順に示す断面図である。試験例に用いた折り曲げ用の溝を有する片面ＦＰＣを示す図面であり、（ａ）は回路を示す図、（ｂ）は断面図である。折り曲げ用の溝を有する片面ＦＰＣの折り曲げ強度の試験方法を示す説明図である。試験例に用いた折り曲げ用の溝を有する両面ＦＰＣを示す図面であり、（ａ）は溝加工無し面の回路を示す図、（ｂ）は溝加工面の回路を示す図、（ｃ）は断面図である。折り曲げ用の溝を有する両面ＦＰＣの折り曲げ強度の試験方法を示す説明図である。（ａ）〜（ｄ）は、従来の方法により折り曲げ用の溝を有するＦＰＣを製造する方法を工程順に示す断面図である。

符号の説明

１０…片面ＦＰＣ（フレキシブル配線板）、１１…絶縁フィルム層、１２…金属層（銅箔）、１３…片面ＣＣＬ（銅張積層板）、１４…金属配線層（回路）、１５…折り曲げ用の溝、１６…カバーレイ（ＣＬ）、２０…両面ＦＰＣ（フレキシブル配線板）、２１…絶縁フィルム層、２２…金属層（銅箔）、２３…両面ＣＣＬ（銅張積層板）、２４…金属配線層（回路）、２５…折り曲げ用の溝、２６…カバーレイ（ＣＬ）。

Claims

主として絶縁フィルム層および金属配線層から構成されるフレキシブル配線板において、絶縁フィルム層の片面又は両面にレーザにより形成された折り曲げ用の溝を有することを特徴とするフレキシブル配線板。
主として絶縁フィルム層および金属配線層から構成されるフレキシブル配線板の製造方法において、絶縁フィルム層の片面又は両面に折り曲げ用の溝をレーザにより形成することを特徴とするフレキシブル配線板の製造方法。