JP2011165843A

JP2011165843A - 積層用クッション材

Info

Publication number: JP2011165843A
Application number: JP2010026180A
Authority: JP
Inventors: Mima Kondo; 美麻近藤; Toshihiko Mori; 敏彦森; Yoshihiro Kawakita; 嘉洋川北
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-02-09
Filing date: 2010-02-09
Publication date: 2011-08-25

Abstract

【課題】凹部を有する被積層物を均一に加圧することのできる積層用クッション材を提供することを目的とする。
【解決手段】課題を解決するために本発明のクッション材２０は、内部層２１とその上側の表面層２２ａと下側の表面層２２ｂからなり、かつ下側の表面層２２ｂの剛性が上側の表面層２２ａの剛性よりも大であることを特徴とするものであり、被積層物を熱圧着する際に用いることによりしわや窪みも防止でき、均一に加圧できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、配線の高密度化が可能なリジット部と可撓性部分を備えた配線基板とを接着して一体化して形成される多層プリント配線板の製造する際に用いる積層用クッション材に関するものである。

近年、電子機器の小型化、薄型化、高機能化が進展する中で電子機器を構成する各種電子部品の小型化や薄型化等とともに、これら電子部品が実装される多層プリント配線板も高密度実装を可能とする様々な技術開発が盛んとなっている。

最近では、通信端末装置やその他の電子機器で使用する多層プリント配線板では、電子機器内のスペースの制約から多層プリント配線板の一部または全体に可撓性（フレキシブル性）を持たせ、多層プリント配線板を屈曲状態にして電子機器内に内蔵することが要望されている。

従来より、硬質のリジット回路基板と可撓性を有するフレキシブル基板とを一体化した多層プリント配線板が提案されている。

このような多層プリント配線板は、図８に示すように、フレキシブル基板３４の両面の両端部にリジット回路基板３５を接着剤付カバーレイ３６を介して重ね合わせ、両端部のリジット回路基板３５との間に形成される凹部３７を覆うようにクッション材３３をリジット回路基板３５の表面に重ね合わせ、ＳＵＳ板等で挟持して熱プレス機で加熱加圧してフレキシブル基板とリジット回路基板とを接着することで多層プリント配線板を形成する。

上記のクッション材３３としては、二枚の離型フィルム３１間に熱可塑性樹脂を含有する成形用プリプレグ３２を配して形成したものであり、前記熱可塑性樹脂を溶融させて凹部３７内に充填させる。

この状態でフレキシブル基板３４とリジット回路基板３５と接着剤付カバーレイ３６とを加熱加圧して、接着剤付カバーレイ３６の接着作用でフレキシブル基板３４とリジット回路基板３５とを接着するものである。

なおこの出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開平７−１４７４８４号公報

しかしながら、上記のように成形用プリプレグ３２を配したクッション材３３として用いると、リジット回路基板３５間に形成されている凹部のために、フレキシブル基板３４とリジット回路基板３５と接着剤付カバーレイ３６とを均一に加圧することができないという問題を有していた。

また、図８に示すように、プレス機で加熱加圧する際、離型フィルム３１が成形用プリプレグ３２に引っ張られるように中央によってしまい、離型フィルム３１にしわや窪みができ、接着剤付カバーレイ３６側の表面に転写されてしまうという問題も発生していた。

本発明の積層用クッション材は、被積層物を熱プレスする際に用いるものであって、内部層と前記内部層に積層された上側の表面層と下側の表面層とを備え、前記下側の表面層の剛性は前記上側の表面層の剛性よりも大であることを特徴とする。

具体的には、内部層に積層された下側の表面層の厚みを上側の表面層の厚みよりも厚くすることで実現できる。

また、下側の表面層材料のヤング率を上側の表面層材料のヤング率よりも大とすること、あるいは、下側の表面層材料の弾性率を上側の表面層材料の弾性率よりも大とすることでも実現可能である。

本発明の構成の特徴である下側の表面層の剛性を上側の表面層の剛性よりも大とすることにより、凹部を有する被積層物の凹部内の四隅に積層用クッション材との隙間を設けることができ、この隙間に接着剤付のカバーレイ層の樹脂を凹部へ流れ込ませることができる。

これにより可撓部分と積層部分との境界部分を補強することで屈曲性能を向上させることができる。

また、従来の課題であった凹部へクッション材が侵入していく際、離型フィルム３１がよれて変形することもなくなり、接着剤付カバーレイ３６側の表面に離型フィルム３１が転写されるという現象をも防止することができ、均一に加圧できるようになる。

本発明の積層用クッション材を用いて多層プリント配線板を製造することにより、上記従来の問題を解決し、可撓性絶縁シート、カバーレイ層、回路基板の層間の導通信頼性に優れ、繰り返し折り曲げても導体の切断や多層積層部分における層間剥離の発生しない優れた多層プリント配線板を提供することを目的とする。

本発明の実施の形態における積層用クッション材を示す断面図同実施の形態における多層プリント配線板の製造工程を示す断面図同実施の形態における多層プリント配線板の製造工程を示す断面図同実施の形態における多層プリント配線板の製造工程を示す断面図同実施の形態における多層プリント配線板の製造工程を示す断面図同実施の形態における多層プリント配線板の製造工程を示す断面図同実施の形態における多層プリント配線板の製造工程を示す断面図従来の多層プリント配線板の製造工程を示す断面図

（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

まず、後述する熱圧着工程における本発明の積層用クッション材２０は、図１に示すように、熱可塑性樹脂を含有する内部層２１と前記内部層２１に積層された上側の表面層２２ａと下側の表面層２２ｂとからなり、下側の表面層２２ｂの剛性は、上側の表面層２２ａの剛性よりも大であるという点にあり、この構成および作用効果については後述する。

次に、図２を用いて多層プリント配線板の製造工程を以下に説明する。

図２（ａ）は、通称フレキシブル基板と呼ばれる可撓部分Ｆと積層部分Ｒに区分され、表層に回路が形成された可撓性絶縁シート１を準備する工程を示すものであり、図２（ｂ）は可撓性絶縁シートを絶縁皮膜するための接着剤付のカバーレイ層２を準備する工程を示すものであり、図２（ｃ）は表層に回路が形成されたリジット基板としての回路基板３を準備する工程示すものである。

また、図２（ｄ）は可撓性絶縁シート１の両側にカバーレイ層２および回路基板３を積層し、これを被積層物として本発明の積層用クッション材を介して熱圧着する熱圧着工程を示すものであり、この工程を経て図２（ｅ）に示す多層プリント配線板を得る。

本発明の積層用クッション材の多層プリント配線板の製造工程における動作は、図３のＳＵＳ板５を介した熱圧着工程の詳細図に示されるものであり、この動作については、後述する「４．積層・熱圧着プロセスの構成」において説明する。

１．可撓性絶縁シート１の構成
まず、図２（ａ）に示す表層に回路が形成された可撓性絶縁シート１の構成について説明する。

本実施の形態における可撓性絶縁シート１は、可撓部分Ｆと積層部分Ｒに区分されかつ表層に厚み１８μｍの回路４が形成されている。

また、可撓性絶縁シート１に形成された回路４は、銅箔をエッチングすることにより形成されている。銅箔は電解銅箔を用いることも可能であるが圧延銅箔を採用することにより可撓部分Ｆの回路４は高い屈曲性能を維持できる。

また、銅箔は片面の粗化銅箔を用いており、回路４の形成後は酸化処理したのち還元処理を施すことにより表面が粗化されている。

これにより、回路４と可撓性絶縁シート１、およびカバーレイ層２との密着を向上させることができる。

また、可撓性絶縁シート１の材料は、表面に接着剤層を有するポリイミドフィルム（デュポン社製カプトン１００ＥＮ／カプトンはデュポン社登録商標）である。

高温耐熱性に優れることから、積層部分Ｒにおいて熱プレスによる加熱加圧が可能となり、高多層化を実現できる。

また、接着剤層を有していることから、可撓部分Ｆの回路４および積層部分Ｒでの回路４、またはカバーレイ層２や回路基板３との接着を安定させ、層間剥離の発生を防止するという効果がある。

次に、可撓性絶縁シート１の製造方法について説明する。

図４は、本発明の実施の形態における多層プリント配線板の製造工程を示す断面図であり、具体的には可撓性絶縁シート１の製造方法を示すものである。

まず、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、可撓性絶縁シート１としての表面に接着剤層を有するポリイミドフィルム１ａにフィルム、一例として片面にＳｉ系の離型剤を塗布した厚さ約１０μｍのポリエチレンテレフタレートのフィルム８（以下ＰＥＴフィルム８とする）をラミネートし、これにレーザー加工により貫通孔９を形成する。

なお、可撓性絶縁シート１表面の接着剤層は、エポキシ系樹脂で構成することが望ましい。

その理由は、後述するカバーレイ層２（ポリイミドシート２ａ）を構成するエポキシ系樹脂と同一の材料を採用することによって、ＰＥＴフィルムとの密着性、剥離性を略同一とすることができる。

これによりＰＥＴフィルムのラミネートおよび剥離の条件をほぼ統一することができ、同一の製造ラインを用いて可撓性絶縁シート１およびカバーレイ層２に導通孔を形成することができ、生産性を向上させることができる。

次に、貫通孔９に導電性ペースト１０ａを充填し、ＰＥＴフィルム８を剥離したのち、ポリイミドフィルム１ａ側の片面が粗化された厚さ１８μｍの銅箔１１を積層し熱圧着して導通孔１０ｂにより両表面層を電気的に接続する｛図４（ｃ）〜（ｅ）｝。

この粗化銅箔の使用によって、導電性ペーストの電気的な接続信頼性を確保しつつ、十分な接着力を得ることができる。

次に、図４（ｆ）に示すように、写真法およびエッチング法を用いて銅箔１１を選択的に除去し、積層部分Ｒと可撓部分Ｆに回路４を形成する。

以上の製造方法により、可撓部分Ｆに回路４、積層部分Ｒに導通孔１０ｂと回路４が形成された可撓性絶縁シート１を得る。これにより、回路の高密度化を図ることができる。

２．カバーレイ層２の構成
次に、図２（ｂ）に示すカバーレイ層２の構成について説明する。

本実施の形態におけるカバーレイ層２の材料は、可撓性絶縁シート１と同様に表面に接着剤層を有するポリイミドフィルム（デュポン社製カプトン４０ＥＮ／「カプトン」はデュポン社登録商標）であり、ポリイミドシート２ａに設けられた貫通孔に導電性ペースト１０ａが充填された構成である。

その製造プロセスを図５に示す。

まず、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、ポリイミドシート２ａにＰＥＴフィルム８をラミネートし、これにレーザー加工により１５０〜２００μｍ径の貫通孔９を形成し、次に、図５（ｃ）〜（ｄ）に示すように、貫通孔９に導電性ペースト１０ａを充填し、ＰＥＴフィルム８を剥離してカバーレイ層２を得る。

この小径の導通孔を有するカバーレイ層２を用いることにより、本発明の多層プリント配線板は配線収容性を高くすることができる。

なお、図２（ｅ）の可撓性絶縁シート１の可撓部分Ｆの回路４は、ポリイミド材等のカバーレイ層２により被覆されており、カバーレイ層２の回路４に接する面は接着層が形成され、その反対面は離型処理が施されている。

これにより、熱圧着工程の後のプロセスにおいて作業性を向上させることができる。

３．回路基板３の構成
次に、図２（ｃ）に示す表層に回路４が形成された回路基板３の構成について説明する。

その製造プロセスを図６に示す。

まず、回路基板３の製造に用いるプリプレグシート３ａを複数枚準備する。

プリプレグシート３ａは、基材に熱硬化性樹脂が含浸された半硬化状態のプリプレグシート３ａに設けられた貫通孔に導電性ペースト１０ａが充填された構成である。

プリプレグシート３ａは、ガラス織布または不織布、あるいはアラミド不織布または織布にエポキシ系樹脂を含浸し半硬化したものである。

まず、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、プリプレグシート３ａにＰＥＴフィルム８をラミネートし、これにレーザー加工により１５０〜２００μｍ径の貫通孔９を形成し、次に、図６（ｃ）〜（ｅ）に示すように、貫通孔９に導電性ペースト１０ａを充填し、ＰＥＴフィルム８を剥離してプリプレグシート３ｂを得る。

この回路基板３の製造プロセスは、前述のプリプレグシート３ｂの両側に厚さ１８μｍの両面が粗化された電解銅箔１１を積層熱圧着しその表層に回路４を形成した後、図６（ｅ）に示すように可撓性絶縁シート１の可撓部分Ｆに該当する部分をレーザー加工あるいは打ち抜き金型を用いて予め切断し除去し、透孔７を形成しておく。

これにより、小径の導通孔１０ｂを有する回路基板を用いることにより本発明の多層プリント配線板は配線収容性を高くすることができる。

４．積層・熱圧着プロセスの構成
以上のプロセスにより可撓性絶縁シート１、カバーレイ層２、回路基板３を準備した後、図２（ｄ）に示すように、可撓部分Ｆと積層部分Ｒに区分された可撓性絶縁シート１の全面にカバーレイ層２および積層部分Ｒに回路基板３を積層し凹部を有する積層体としての被積層物を構成した後、この被積層物に積層用クッション材を介し、ステンレス板などで挟んで熱プレス機で熱圧着する。

図２（ｄ）に示したように、可撓性絶縁シート１、カバーレイ層２、回路基板３を積層した場合、カバーレイ層２と回路基板３との段差は、図中両側の回路基板３との間とカバーレイ層２とで囲まれる凹部７として形づくられる。

図３に示すように、この凹部７の開口を覆うように上記の積層用クッション材２０を回路基板３の全面に重ね合わせ、その両面に厚さ２〜７ｍｍのＳＵＳ板５で挟持し、それを熱プレス機等を用いて加圧加熱する。

加圧条件は４０〜６０ｋｇ／ｃｍ²、加熱条件は３〜６℃／ｍｉｎで１７０〜２００℃まで昇温し、この温度で６０〜９０分間加熱する。

この加熱加圧工程の昇温過程において、積層用クッション材２０の内部層２１と表面層２２ａ、２２ｂは流動性を増し、凹部７内に加圧注入されるように追従し、特にメチルペンテンコポリマーフィルムを用いた表面層２２ａ、２２ｂは、６０℃前後で一挙に流動状態となり、昇温していくに従って固化していく。

一方、可撓性絶縁シート１の積層部分Ｒに積層されたカバーレイ層２の接着剤層の樹脂は、積層用クッション材２０より遅れて流動するため、凹部７内に加圧注入され積層用クッション材２０は被積層物に均一なプレス圧力を伝えることができる。

これにより、製品全面に渡り均一な圧力でプレスされた多層プリント配線板を得ることができる。

なお、積層用クッション材２０は離型性を有することにより製品と接着することなく容易に剥離できる。

本実施の形態の多層プリント配線板の製造方法における前記積層用クッション材２０は、図１に示すように、内部層２１と、前記内部層２１に積層された上側の表面層２２ａと下側の表面層２２ｂとを備えた構造である。

内部層２１は、弾性層としての機能を有し、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂（Ethylence-Vinyl Acetate）を主体とする熱可塑性樹脂シートを採用することが望ましい。

エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂は、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂よりも弾力性、柔軟性があり、熱を加えると溶融する熱可塑性の特徴を備えていることから、再利用も可能となる。

加えて、耐薬品性、着色性にも優れており、内部層２１に有色のものを用いることにより、熱プレス工程において金属板等に付着した場合においても容易に発見し除去することができる。

また、内部層２１は、ガラス繊維の織布又は不織布の補強材に熱硬化性樹脂を含浸させた弾性層としての機能を有する半硬化状態のプリプレグシートを用いることもできる。

プリプレグシートは加熱加圧工程の昇温過程で流動性を増し凹部７内に加圧注入されるように追従し、さらに昇温していくに従って硬化（固化）していくため、凹部７内の形状を安定的に維持することができる。

また、表面層２２ａ、２２ｂは、表層に離型性を有するシリコンゴムやブチルゴム等も採用可能であるが、より好ましくは、表層に離型層を有するメチルペンテンを主体とするメチルペンテンコポリマーフィルム（例えば、三井化学株式会社製の「ＴＰＸ」／同社登録商標）であることが望ましい。

メチルペンテンコポリマーフィルムは、表層に離型性を有し、かつ熱プレスでの加熱昇温の際、被積層物が約６０℃に達すると、一挙に流動状態となり、被積層物の凹凸や表面のうねりに加圧注入されるように追従し、その後固化する性質がある。

この機能を備えた表面層２２ａ、２２ｂを用いることにより、被積層物の全面をより均一に加圧することができる。

また、積層用クッション材２０の特徴は、下側の表面層２２ｂの剛性は、上側の表面層２２ａの剛性よりも大であるという点にあり、この点について以下詳細に説明する。

まず、表面層の剛性を決定する要素として、表面層の厚さを採用する。

すなわち、本実施の形態においては、下側の表面層２２ｂの厚さは、上側の表面層２２ａの厚さよりも大であることが望ましい。

具体的には、表面層２２ａは厚さ１０〜３０μｍ、表面層２２ｂは厚さ９０〜１１０μｍのものを採用し、下側の表面層２２ｂの剛性を上側の表面層２２ａの剛性よりも大とする。

この構成により、凹部を有する被積層物の凹部内の四隅に積層用クッション材との隙間を設けることができ、図７に示すように、この隙間に接着剤付のカバーレイ層の樹脂を凹部へ流れ込ませることにより補強部６を形成することができる。

また、従来の課題であった凹部へ積層用クッション材が侵入していく際、下側の表面層２２ａ、２２ｂが撚れて変形することもなくなり、均一に加圧することができる。

なお、表面層２２ａ、２２ｂの厚みについても、強度の維持及びクッション性を損なうものであってはならないため、表面層２２ａは厚さ１０〜３０μｍ、表面層２２ｂは厚さ９０〜１１０μｍの範囲の厚みが望ましい。

また、上記の事例では表面層の剛性を決定する要素として、表面層の厚さを採用したが、表面層の剛性を決定する要素を、表面層材料のヤング率（Young's modulus、縦弾性係数）あるいは表面層材料の弾性率（elastic modulus）としてもよく、下側の表面層材料のヤング率あるいは弾性率を、上側の表面層材料のヤング率あるいは弾性率よりも大とすることで同様の作用効果を発揮できる。

以上のように本発明の積層用クッション材を用いて多層プリント配線板を製造することにより、高密度で配線収容性が高く、可撓性絶縁シート、カバーレイ層、回路基板の層間の導通信頼性に優れ、繰り返し折り曲げても導体の切断や層間剥離が発生しない優れた多層プリント配線板を提供することができる。

このことから、本発明の産業上の利用可能性は大といえる。

１可撓性絶縁シート
１ａポリイミドフィルム
２カバーレイ層
２ａポリイミドシート
３回路基板
３ａ、３ｂプリプレグシート
４回路
５ＳＵＳ板
６補強部
７透孔
８ＰＥＴフィルム
９貫通孔
１０ａ導電性ペースト
１０ｂ導通孔
１１銅箔
２０積層用クッション材
２１内部層
２２ａ、２２ｂ表面層

Claims

被積層物を熱プレスする際に用いるものであって、
内部層と前記内部層に積層された上側の表面層と下側の表面層とを備え、
前記下側の表面層の剛性は、前記上側の表面層の剛性よりも大であることを特徴とする積層用クッション材。
表面層の剛性を決定する要素は表面層の厚さであり、
下側の表面層の厚さは上側の表面層の厚さよりも大であることを特徴とする請求項１に記載の積層用クッション材。
表面層の剛性を決定する要素は表面層材料のヤング率であり、
下側の表面層材料のヤング率は上側の表面層のヤング率よりも大であることを特徴とする請求項１に記載の積層用クッション材。
離型フィルムの剛性を決定する要素は表面層材料の弾性率であり、
下側の表面層材料の弾性率は上側の表面層材料の弾性率よりも大であることを特徴とする請求項１に記載の積層用クッション材。
表面層は、離型層を有するメチルペンテンを主体とするメチルペンテンコポリマーフィルムであることを特徴とする請求項１に記載の積層用クッション材。
内部層は、熱可塑性樹脂シートを用いた弾性層であることを特徴とする請求項１に記載の積層用クッション材。
内部層は、補強材と熱硬化性樹脂からなるプリプレグシートを用いた弾性層であることを特徴とする請求項１に記載の積層用クッション材。
被積層物は凹部を有する積層体で構成されるものであることを特徴とする請求項１に記載の積層用クッション材。
被積層物は、可撓部分と積層部分とを有する多層プリント配線板であることを特徴とする請求項７に記載の積層用クッション材。