JP2008016483A - フレキシブルプリント配線板およびその製造方法ならびに部品実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】部品実装を簡便に行い得るフレキシブルプリント配線板およびその製造方法、ならびにフレキシブルプリント配線板に対し簡便に電子部品を実装する方法を提供すること。
【解決手段】製品としてのフレキシブルプリント配線板１と、前記フレキシブルプリント配線板の周縁に配された金属製の補強部３とをそなえ、前記補強部は、輪郭が略矩形をなすように形成され、少なくとも対向する２辺に、折り曲げおよび溝状くぼみの少なくとも一方が形成されたことを特徴とするフレキシブルプリント配線板、およびその製造方法、ならびに当該基板への部品の実装方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、フレキシブルプリント配線板およびその製造方法ならびに同基板への電子部品の実装方法に関する。

近年、電子機器の小型・高機能化に伴い、より高密度に部品実装を行うため、部品実装スルーホールに対し、挿し部品を実装する形態から部品を直接基板上に実装する表面実装が行われるようになっている。

しかしながら、これらフレキシブルプリント配線板に高密度表面実装を行うには、基板自体の剛性が低いため、部品実装工程、すなわちクリーム半田印刷工程、部品搭載工程、リフロー工程中に製品毎の専用のリフロー治具と呼ばれる、厚さ２mm程度のアルミ等の金属板に固定する必要があり、実装工程の煩雑さ、治具コストが問題となっている。これらのことから、フレキシブルプリント配線板に対し、簡便に電子部品を実装する方法が望まれている。

図４Ａ（１）ないし（５）、および図４Ｂ（６）ないし（７）は、従来の導電性突起を用いた両面フレキシブルプリント配線板の製造法および部品実装工程を示す工程図である（特許文献１，２および３）。

まず、銅箔２１/ニッケル箔２２/銅箔２３の３層構造を有する金属基材を用意する（図４Ａ（１））。次に、導電性突起２１ａを、銅箔２３上にエッチング手法で形成する（図４Ａ（２））。続いて、両面に熱可塑性ポリイミドを有するポリイミドフィルム２４を、導電性突起が立設された面にプレス、ラミネーター等で貼り付ける（図４Ａ（３））。さらに、導電性突起２１ａの頂部をポリイミドフィルム２４から露出させるために、ロール研磨等の機械研磨・ＣＭＰ等の化学研磨等を行う。ここまでの工程で、導電性突起２１ａがポリイミドフィルム２４を貫通した配線板の基材を得る。

続いて、金属箔２５に、導電性突起２１ａがポリイミドフィルム２４を貫通した回路基材を積層する（図４Ａ（４））。この後、積層した回路基材の両面の銅箔に、通常のフォトファブリケーション手法を用いて配線パターン２３ａ，２５aを形成する（図４Ａ（５））。

次に、例えば１２．５μm厚のポリイミドフィルム２６上に、厚さ１５μmのアクリル・エポキシ等の接着材２７を有するカバーレイ２８を用意し、開口が必要な部位には予め金型等で開口２８ａを形成し、積層した回路基材の両面にプレス、ラミネーター等で貼り付ける（図４Ｂ（６））。

開口の大きさや耐屈曲性等を考慮して、インキタイプのカバーコートを用いることも可能である。この後、必要に応じて基板表面に半田めっき、ニッケルめっき、金めっき等の表面処理を施し、ここまでの工程で両面フレキシブルプリント配線板２９を得る。

次いで、得られた両面フレキシブルプリント配線板２９上に、部品３２を実装する（図４Ｂ（７））。フレキシブルプリント配線板単体では剛性がないため、金属等の下治具３０上に両面フレキシブルプリント配線板２９を必要に応じ、耐熱性の微粘着材等を介して配置する。

さらに、基板の形状や部品点数、リフロー条件等により、フレキシブルプリント配線板がリフロー中に反るような場合には、同図のように部品実装部のみを開口した上治具３１を、下治具にガイドピン等により位置合わせをして重ねることで、反りを抑える必要もある。
特許第２６３１２８７号 特開２００３−１２９２５９号公報 特公平号７−６０９３４公報 特開２００６−５９８４９号公報

このように工程自体が煩雑な上、治具は基本的には製品個別に設計・製作する必要があり、コストアップの要因となっている。上治具を用いる場合は、更なるコストアップに加え、上治具を重ねた状態ではクリーム半田の印刷ができないため、印刷後、リフロー前までに上治具を改めて重ねる必要があり、治具のセット、取り外しの工数がさらに必要となる。

また、耐熱性微粘着材を用いる場合には、その粘着力の設定も難しく、粘着力が弱過ぎると治具へのフレキシブルプリント配線板の固定が十分でなく、印刷や搭載ズレ、リフロー中の反りによる脱落等を引き起こす可能性があり、粘着力が強過ぎるとリフロー後に治具からフレキシブルプリント配線板を外す際に回路基板の破れや搭載した部品の脱落等を引き起こす可能性がある。

これに類似した課題に対する実装方法として、シート状回路基板のリフロー時の熱変形を抑える方法がある（特許文献４）。これは、シート状基板の端部の厚み方向に凸部を設け、シート状回路基板の剛性を向上させ、熱変形を防止できるとしている。

しかしながら、上述の例の両面フレキシブルプリント配線板に適用する場合は、薄い絶縁ベースポリイミドを用いているため、単に基板の端部の厚み方向に凸部を設けただけではリフロー工程に耐え得る剛性を得ることは困難なため、問題の解決には至らない。

本発明は、上述の点を考慮してなされたもので、部品実装を簡便に行い得るフレキシブルプリント配線板およびその製造方法ならびにフレキシブルプリント配線板に対し簡便に電子部品を実装する方法を提供することを目的とする。

上記目的達成のため、本願では、次の各発明を提供する。

第１の発明では、
略矩形に形成された製品としてのフレキシブルプリント配線板と、
前記製品外の、前記フレキシブルプリント配線板の周縁に配された金属製の補強部とをそなえ、
前記補強部は、少なくとも対向する２辺に、折り曲げおよび溝状くぼみの少なくとも一方が形成されたことを特徴とするフレキシブルプリント配線板、
を提供する。

また、第２の発明では、
フレキシブルプリント配線板の製造方法において、
ａ）前記フレキシブルプリント配線板の少なくとも１面に、導電性突起およびこの導電性突起よりも高さの低い補強部を立設し、
ｂ）前記補強部の高さを前記導電性突起の高さよりも低くし、
ｃ)前記導電性突起の頂部が露出するように、前記導電性突起が立設する面に可撓性絶縁樹脂層が形成された回路基材を構成し、
ｄ)前記回路基材を金属箔または別の回路基材に積層して積層回路基材を形成し、
ｅ)前記積層回路基材に対し、配線パターンおよびソルダーレジストを形成し、
ｆ)前記フレキシブルプリント配線板の周縁に導電性金属による補強部を形成し、
前記補強部は、前記フレキシブルプリント配線板に用いた絶縁層の厚みを有することを特徴とするフレキシブルプリント配線板の製造方法、
を提供する。

さらに、第３の発明では、
フレキシブルプリント配線板への電子部品の実装方法において、
前記フレキシブルプリント配線板に電子部品を搭載し、
前記フレキシブルプリント配線板の周縁部分を輪郭が略矩形をなすように加工して補強部を形成し、
前記補強部の少なくとも対向する２辺を同一方向に１mm以上、１０mm以下の幅で折り曲げた後リフローし、
前記電子部品を実装した回路基板に対し、前記フレキシブルプリント配線板の周縁部の補強部を分離する
ことを特徴とするフレキシブルプリント配線板への電子部品の実装方法、
を提供する。

そして、第４の発明では、
フレキシブルプリント配線板への電子部品の実装方法において、
前記フレキシブルプリント配線板に電子部品を搭載し、
前記フレキシブルプリント配線板の周縁部分を輪郭が略矩形をなすように加工して補強部を形成し、
前記補強部に対し、プレス加工で溝状のくぼみを形成してリフローし、
前記電子部品を実装したフレキシブルプリント配線板に対し、前記補強部を分離する
ことを特徴とするフレキシブルプリント配線板への電子部品の実装方法、
を提供する。

本発明によれば、薄型のフレキシブルプリント配線板においても基板剛性が向上するため、クリーム半田の印刷、マウンターによるフレキシブルプリント配線板に部品実装した後のリフローにおいても基板の反りはほとんど発生することがなく、これまでは実装時に必要であった各製品専用の治具を用いずに部品実装ができる。半田による部品実装だけではなく、異方性導電性粒子（ＡＣＦ）を用いた実装等、他の実装方法を適用する場合にも同様の効果を発揮する。

この結果、本発明によれば、従来の製造方法では困難であった、実装性に優れたフィルドビアタイプのフレキシブルプリント配線板を安価かつ安定的に製造し、実装コストも低減する方法を提供できる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施例１の構造を示しており、折り曲げにより剛性を増して部品実装を容易化したものである。そして、図１（１）および（２）は、両面フレキシブルプリント配線板のへの電子部品の実装方法を示す断面図および透視図である。

この図1（１）に示すように、補強部３を含む製品外形を略矩形に加工した両面フレキシブルプリント配線板１の上に部品２を実装し、反りの方向や搬送性等を考慮した上で、その対向する２辺を簡易なプレス装置等で、１mmから１０mmの範囲で折り曲げる。このことで、フレキシブルプリント配線板の剛性を確保でき、リフロー時の反りを抑制可能である。

従来は、このようなフレキシブルプリント配線板単体では剛性がないため、金属等の治具上にフレキシブルプリント配線板を貼り付けた状態でないと、リフローが困難である。製品外形の２辺で十分な剛性が得られない場合には、図示しないが、前述の簡易プレス時に略矩形状の補強部を含む残りの２辺を折り曲げるための切り欠き等を形成し、この残りの２辺も同時に折り曲げることで、剛性を確保できる。

折り曲げ角度は、リフロー炉内での搬送性および剛性の観点から、片面実装の場合には部品搭載面の側に、また両面実装の場合には先に部品を搭載する面の側に、４５°以上８９０°以下の範囲で立った状態がよい。

折り曲げ幅が１mm以下の場合には、簡易に折り曲げ難いことと、必要な剛性が得られない場合があることが不具合である。折り曲げ幅が１０mm以上では、十分な剛性は得られるものの、製品のレイアウト等の設計にも支障を来たすことがある。ここでは、半田による部品実装の例を挙げたが、異方性導電性粒子（ＡＣＦ）を用いた実装等、他の実装方法を適用する場合にも同様の効果を発揮する。

図２は、本発明の実施例２の構造を示しており、溝状くぼみにより剛性を増して部品実装を容易化したものである。そして、図２は、両面フレキシブルプリント配線板への電子部品の実装状態を示す断面図である。

この図２に示すように、補強部３を含む製品外形を略矩形に加工した両面フレキシブルプリント配線板１の上に部品２を実装し、補強部３に対し、カウンターシンク加工あるいは絞り加工のような、プレス加工により溝状のくぼみを形成する。加工幅や深さは、剛性とレイアウトの制約を考慮した上で、１mm以内の幅および深さで加工することが好ましい。

また、図示しないが、対向する２辺あるいは配線板の全周を加工することもでき、溝状のくぼみの本数をレイアウトの制約にならない範囲で増やすことも、剛性を上げるためには効果的である。この溝状のくぼみを形成することで、フレキシブルプリント配線板の剛性を確保でき、リフロー時の反りを抑制可能である。ここでは、半田による部品実装の例を挙げたが、異方性導電性粒子（ＡＣＦ）を用いた実装等、他の実装方法を適用する場合にも同様の効果を発揮する。

基板製造方法および部品実装方法

図３Ａ（１）ないし（５）、および図３（５）ないし（９）は、本発明による導電性突起を用いた接続による両面フレキシブルプリント配線板の製造方法、およびそのフレキシブルプリント配線板への部品実装方法を示す断面工程図である。

まず、図３Ａ（１）に示すように、両面フレキシブルプリント配線板の製造の際に、銅箔４（例えば厚さ１００μm）/ニッケル箔５（例えば厚さ２μm）／銅箔６（例えば厚さ１２μm）の３層構造を有する金属基材を用意する。

次に、図３Ａ（２）に示すように、導電性突起４ａおよび実装時に回路基板の剛性を確保するための補強部のコア材４ｂを、銅箔６上に、選択的なエッチング手法で形成する。補強部を形成するためのレジスト層７は、製品外形の位置に耐薬品性のあるマスクテープ等を用いて形成し、導電性突起を形成するためのレジスト層８は、通常のフォトファブリケーション手法により形成可能な感光性のドライフィルムレジストを用いた。

先に補強部を形成するためのレジスト層７を形成し、その後、ドライフィルムレジスト等の導電性突起を形成するためのレジスト層８を形成することが好ましい。これは、相対的に微細な形状となる導電性突起を形成するためのレジスト層８を形成した後に補強部を形成するためのレジスト層７を形成すると、導電性突起を形成するためのレジスト層８の表面にダメージを与える可能性があるためである。

このときのエッチング液には、通常の銅のエッチング工程で用いられるエッチング液、たとえば塩化第二銅を含むエッチング液を用いて銅箔４の全体厚みの８０〜９０％程度をエッチングした。

次いで、図３Ａ（３）に示すように、ニッケルに対する腐食性が低く、銅を選択的にエッチングするエッチング液、たとえばアンモニアを含むアルカリ性のエッチング液を用いて導電性突起のみレジスト層を残した状態、すなわち補強部上のレジスト層のみ除去した後に、銅箔４の残存部をエッチング除去してニッケル箔５を露出する。

続いて、銅に対する腐食性が低く、ニッケルを選択的にエッチングするエッチング液、例えば過酸化水素や硝酸を含むエッチング液を用いて露出しているニッケル箔５をエッチング除去する。

アルカリエッチングおよびニッケルエッチングにより露出した銅箔のみが約２０μmだけエッチングされる。この後、導電性突起状のレジスト層を除去することにより、補強部が導電性突起よりも約２０μm低い構造となる。

これにより、後の積層プレス工程で面積の広い補強部を圧下する量が減るため、相対的に低いプレス圧力で積層可能となる。加えて、導電性突起の頂部を絶縁樹脂から露出させる際の研磨工程においても、面積の広い補強部を研磨する量が相対的に少なくなるため、研磨材の磨耗を抑制できる。

続いて、図３Ａ（４）に示すように、接着性および可撓性を有する熱可塑性ポリイミド９を、導電性突起が立設された面にプレス、ラミネーター等で貼り付ける。樹脂を貼り付ける前に、必要に応じて不要な箇所等を金型等で除去しておくことが好ましい。

そうすることで、図示するように、補強部のコア材４ｂの上には樹脂がない状態で後の工程を進めることができる。熱可塑性ポリイミド９の代わりに、熱可塑性の液晶ポリマー等の接着性を有する絶縁性の樹脂を適用してもよい。

さらに、導電性突起４ａの頂部を熱可塑性ポリイミド９から露出させるために、研磨等を行う。ＣＭＰ等の化学研磨を行う場合に用いる薬液は、補強部のコア材４ｂすなわち銅に対するエッチング性のあるものがよい。

その理由は、次の通りである。化学研磨工程の初期では、導電性突起４ａは熱可塑性ポリイミド９に被覆されており、導電性突起４ａには薬液によるエッチングが進行しない。これに対し、初期から露出している補強部のコア材４ｂは選択的に薬液によるエッチングが進行し、化学研磨工程終了時には導電性突起４ａよりも補強部のコア材４ｂの厚さが薄くなっていて、次工程での積層時に形成される導電性突起による層間導通に不具合を起さないためである。ここまでの工程で、導電性突起４ａが熱可塑性ポリイミド９を貫通した配線板の基材を得る。

この後、図３Ａ（５）に示すように、銅箔１０に、導電性突起４ａが熱可塑性ポリイミド９を貫通した配線板の基材を積層する。このときの積層温度としては、層間絶縁樹脂に熱可塑性ポリイミドを用いている場合には、約３００℃前後、また液晶ポリマーの場合には約２５０℃前後で積層することで、樹脂の接着および導電性突起による層間導通、さらに補強部のコア材と銅箔との接合も得られる。

用いる層間絶縁樹脂の融点、Ｔｇ等の接着性を発現する温度が２００℃よりも低い場合等には、補強部のコア材と銅箔とを広い面積で安定的に接合させることは困難なため、積層を行う前に、銅箔と補強部との間に別途接着材層を形成しておくことが好ましい。

次いで、図３Ｂ（６）に示すように、積層した回路基材の両面の銅箔に通常のフォトファブリケーション手法を用いて、配線パターン６ａ，１０ａを形成する。このとき、補強部３を同時に形成する。

次に、図３Ｂ（７）に示すように、例えば１２．５μm厚のポリイミドフィルム１１上に厚さ１５μmのアクリル・エポキシ等の接着材１２を有する、カバーレイ１３を用意し、開口が必要な部位には予め金型等で開口１３ａを形成し、積層した配線板の基材の両面にプレス、ラミネーター等で貼り付ける。

開口の大きさや耐屈曲性等を考慮して、インキタイプのカバーコートを用いることも可能である。この後、必要に応じて基板表面に半田めっき、ニッケルめっき、金めっき等の表面処理を施す。ここまでの工程で、両面フレキシブルプリント配線板１を得る。

続いて、図３Ｂ（８）に示すように、得られた両面フレキシブルプリント配線板１の補強部３を含む製品外形を必要に応じて略矩形に加工し、両面フレキシブルプリント配線板１上に部品２を実装し、反りの方向を考慮した上で、その対向する２辺を簡易的なプレス装置等で、１mmから１０mmの範囲で折り曲げる。

製品厚みに相当する補強部３を折り曲げることで、単に補強部を配置しただけのフレキシブルプリント配線板の外形を折り曲げた場合よりも剛性はさらに向上し、このことで、フレキシブルプリント配線板の剛性を確保でき、リフロー時の反りを抑制可能である。

２辺で十分な剛性が得られない場合には、前述の簡易プレス時に略矩形状の補強部を含む製品外形の残りの２辺を折り曲げるための切り欠き等を形成し、残りの２辺も同時に折り曲げることで、剛性を確保できる。折り曲げ角度は、リフロー炉内での搬送性と剛性の観点から、部品搭載面の側に４５°以上９０°以下の範囲で立った状態とするとよい。

折り曲げ幅が１mm以下の場合には、簡易的に折り曲げ難いことと、必要な剛性が得られない場合がある点で不具合である。折り曲げ幅が10mm以上では、十分な剛性は得られるものの製品レイアウト等の設計にも支障を来たすことがある。ここでは、半田による部品実装の例を挙げたが、異方性導電性粒子（ＡＣＦ）を用いた実装等、他の実装方法を適用する場合にも同様の効果を発揮する。

また、図示しないが、両面フレキシブルプリント配線板１に対し、図２に示したカウンターシンク加工あるいは絞り加工のような、プレス加工により溝状のくぼみを形成しても十分な剛性を得ることができる。

そして、図３Ｂ（９）に示すように、部品実装後に不要な補強部３を金型等で分離し、部品２が実装された両面フレキシブルプリント配線板１ａを得る。

本発明の実施例１におけるフレキシブルプリント配線板への部品実装状態を示す断面図および透視図。 本発明の実施例２におけるフレキシブルプリント配線板への部品実装状態を示す断面図。 本発明による両面フレキシブルプリント配線板の製造方法を示す工程図。 本発明による両面フレキシブルプリント配線板の製造方法を示す工程図。 従来工法によるフレキシブル両面回路基板の製造方法を示す工程図。 従来工法によるフレキシブル両面回路基板の製造方法を示す工程図。

符号の説明

１ フレキシブルプリント配線板
１ａ 部品が実装された両面フレキシブルプリント配線板
２ 電子部品
３ 補強部
４ 銅箔
４ａ 導電性突起
４ｂ 補強部のコア材
５ ニッケル箔
６ 銅箔
６ａ 配線パターン
７ 補強部を形成するためのレジスト層
８ 導電性突起を形成するためのレジスト層
９ 両面に熱可塑ポリイミドを有するポリイミドフィルム
１０ 銅箔
１０ａ 配線パターン
１１ ポリイミドフィルム
１２ 接着材
１３ カバーレイ
１３ａ カバーレイの開口
２１ 銅箔
２１ａ 導電性突起
２２ ニッケル箔
２３ 銅箔
２３ａ 配線パターン
２４ 両面に熱可塑ポリイミドを有するポリイミドフィルム
２５ 銅箔
２５ａ 配線パターン
２６ ポリイミドフィルム
２７ 接着材
２８ カバーレイ
２８ａ カバーレイの開口
２９ 従来工法による両面フレキシブルプリント配線板
３０ 下治具
３１ 上治具
３２ 部品

Claims (5)

1. 略矩形に形成された製品としてのフレキシブルプリント配線板と、
   前記製品外の、前記フレキシブルプリント配線板の周縁に配された金属製の補強部とをそなえ、
   前記補強部は、少なくとも対向する２辺に、折り曲げおよび溝状くぼみの少なくとも一方が形成されたことを特徴とするフレキシブルプリント配線板。
2. 請求項１に記載のフレキシブルプリント配線板において、
   前記補強部は、前記２辺が同一方向に1mm以上、10mm以下の幅で折り曲げられていることを特徴とするフレキシブルプリント配線板。
3. フレキシブルプリント配線板の製造方法において、
   ａ）前記フレキシブルプリント配線板の少なくとも１面に、導電性突起およびこの導電性突起よりも高さの低い補強部を立設し、
   ｂ）前記補強部の高さを前記導電性突起の高さよりも低くし、
   ｃ）前記導電性突起の頂部が露出するように、前記導電性突起が立設する面に可撓性絶縁樹脂層が形成された回路基材を構成し、
   ｄ）前記回路基材を金属箔または別の回路基材に積層して積層回路基材を形成し、
   ｅ）前記積層回路基材に対し、配線パターンおよびソルダーレジストを形成し、
   ｆ）前記フレキシブルプリント配線板の周縁に導電性金属による補強部を形成し、
   前記補強部は、前記フレキシブルプリント配線板に用いた絶縁層の厚みを有することを特徴とするフレキシブルプリント配線板の製造方法。
4. フレキシブルプリント配線板への電子部品の実装方法において、
   前記フレキシブルプリント配線板に電子部品を搭載し、
   前記フレキシブルプリント配線板の周縁部分を、外形が略矩形をなすように加工して補強部を形成し、
   前記補強部の少なくとも対向する２辺を同一方向に1mm以上、10mm以下の幅で折り曲げた後リフローし、
   前記電子部品を実装した回路基板に対し、前記フレキシブルプリント配線板の周縁部の補強部を分離する
   ことを特徴とするフレキシブルプリント配線板への電子部品の実装方法。
5. フレキシブルプリント配線板への電子部品の実装方法において、
   前記フレキシブルプリント配線板に電子部品を搭載し、
   前記フレキシブルプリント配線板の周縁部分を、外形が略矩形をなすように加工して補強部を形成し、
   前記補強部に対し、プレス加工で溝状のくぼみを形成してリフローし、
   前記電子部品を実装したフレキシブルプリント配線板に対し、前記補強部を分離する
   ことを特徴とするフレキシブルプリント配線板への電子部品の実装方法。

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