JP2011187895A - 電磁波シールドフィルム、これを用いたフレキシブル基板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】携帯電話等のヒンジ部等の屈曲や摺動が頻繁に行われる部分に使用しても電磁波シールド効果が長期間持続する電磁波シールドフィルム、及びこのフィルムを使用して電磁波シールド層を形成する基板の製造方法を提供する。
【解決手段】（Ａ）金属粉と（Ｂ）バインダー樹脂とからなる導電層に、保護層が積層されてなる電磁波シールドフィルムにおいて、導電層が（ａ）平均厚さ５０〜３００ｎｍ、平均粒径３〜１０μｍの薄片状金属粉と、（ｂ）平均粒径３〜１０μｍの針状又は樹枝状金属粉とを含有する導電性ペーストから形成されたものとする。
【選択図】なし
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【選択図】なし
Description
本発明は、電磁波シールドフィルム、これを用いたフレキシブル基板及びその製造方法に関するものであり、より詳細には、長期摺動後も電磁波シールド効果が維持できる電磁波シールドフィルム、このフィルムを用いて電磁波シールド層を形成したフレキシブル基板、及びその製造方法に関するものである。
携帯電話のヒンジ部等に配置されるフレキシブル基板（ＦＰＣ）に、電磁波シールドフィルムを積層して電磁波シールドすることが従来から行われている。電磁波シールドフィルムとしては、少なくとも導電層と保護層とを有し、その導電層を金属粉をバインダー樹脂に分散させた導電性接着剤（導電性ペースト）から形成したものが使用されている。
そのような電磁波シールドフィルムは、携帯電話等の薄型化に伴い、従来より一層の薄膜化が要求されているが、他の条件が同じであれば薄膜化に伴いシールド性は低下するので、その低下を抑制するのが課題となっている。また、電磁波シールドの対象となるフレキシブル基板は、携帯電話等の使用に際して屈曲や摺動が頻繁に行われる部分に使用されるものであり、使用期間が長くなるにつれ電磁波シールド効果が低下するという問題も生じるので、その解決も望まれている。
電磁波シールドフィルムの諸性能の向上のためには、金属粒子の形状や粒径等にも種々の工夫がなされている。例えば、特許文献１には、導電性、密着性、及び電磁波シールド性の向上のために、平均粒径０．５μｍ〜２０μｍの銀粒子と一次粒子の平均粒径が５０ｎｍ以下の粒状銀粒子とを一定の割合で使用することが開示されている。また、特許文献２には、フレキシブル基板が要求する折り曲げ特性を満足できる導電性ペースト組成物を得るために、平均粒径２．０〜５．０μｍの鱗片状銀粉と平均粒径１０〜１９μｍの樹枝状銀メッキ銅粉との混合粉末を使用することが開示されている。
しかしながら、数十万回レベルの屈曲や摺動の後でも十分な電磁波シールド性を持続する電磁波シールドフィルムは未だ得られていないのが現状である。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、薄膜化しても優れた電磁波シールド性を有し、かつ携帯電話等のヒンジ部のように屈曲や摺動が繰り返し頻繁に行われる部分に使用しても初期の電磁波シールド性が長期間持続する電磁波シールドフィルムを提供することを目的とする。また、このフィルムを使用して電磁波シールド層が形成されたフレキシブル基板、及びその製造方法を提供することを目的とする。
すなわち本発明の電磁波シールドフィルムは、（Ａ）金属粉と（Ｂ）バインダー樹脂とからなる導電層に、保護層が積層されてなる電磁波シールドフィルムであって、上記の課題を解決するために、上記導電層が前記金属粉として、（ａ）平均厚さ５０〜３００ｎｍ、平均粒径３〜１０μｍの薄片状金属粉と、（ｂ）平均粒径３〜１０μｍの針状又は樹枝状金属粉とを含有する導電性ペーストから形成されたものとする。
上記電磁波シールドフィルムにおいては、（Ａ）金属粉と（Ｂ）バインダー樹脂との割合が、重量比でＡ：Ｂ＝５０：５０〜８０：２０の範囲内（但し、固形分換算）であり、かつ前記（ａ）薄片状金属粉と（ｂ）針状又は樹枝状金属粉との割合が、重量比でａ：ｂ＝２０：８０〜８０：２０の範囲内であることが好ましい。
本発明のフレキシブル基板の製造方法は、フレキシブル基板上に上記本発明の電磁波シールドフィルムを載置し、次いでこの電磁波シールドフィルムと共にフレキシブル基板を厚さ方向に加圧しながら加熱することにより、フレキシブル基板上に電磁波シールド層を形成する方法である。
また、本発明のフレキシブル基板は、上記本発明の電磁波シールドフィルムからなる電磁波シールド層を有するものとする。
本発明の電磁波シールドフィルムは優れた電磁波シールド効果を有し、これを用いてフレキシブル基板に電磁波シールド層を設けた場合、数十万回レベルの屈曲又は摺動の後でも電磁波シールドが高レベルで維持されるという効果が得られる。
また、本発明の電磁波シールド層を備えた基板の製造方法によれば、上記した優れた電磁波シールド効果が長期間持続する電磁波シールド層を備えたフレキシブル基板が容易に得られる。
以下、本発明の電磁波シールドフィルム及びこれを用いたフレキシブル基板の製造方法について詳細に説明する。
本発明の電磁波シールドフィルムは、上記のように、金属粉とバインダー樹脂からなる導電層と保護層とを少なくとも有するものであり、金属粉として、薄片状金属粉と針状又は樹枝状金属粉とを併用することを特徴とする。
本発明でいう「薄片状金属粉」は、通常、鱗片状又はフレーク状等と称されるものであり、平板な形状であればよく、その平面形状は特に限定されない。種々の形状の粒子を押しつぶしたり、叩きつぶしたりして形成した鱗片状金属粉が、コストや生産性の面で有利であるため好適に用いられる。
薄片状金属粉の金属の種類は、金、銀、銀コート銅、銅、ニッケル等であり、中でも銀、銀コート銅が好ましい。また、この薄片状金属粉の大きさは、平均厚さが５０〜３００ｎｍであり、かつ平均粒径が３〜１０μｍの範囲であることが好ましい。平均厚さが３００ｎｍより大きいと薄片状金属粉の融点の低下が起こりにくく、平均厚さが５０ｎｍより小さいと生産コストが大幅に上昇する。また、平均粒径が１０μｍより大きいと分散性が低下し、平均粒径が３μｍより小さいと金属粉が低充填のときの導電性が低下する傾向がある。
一方、「針状又は樹枝状金属粉」は、針状でも、樹枝状（デンドライト）でも、あるいはそれらの混合物でもよい。ここで樹枝状とは、明確に枝状と認められる部分を有するものに限定されず、金平糖のように突起を有するものや、大小様々な形状の凸部を有するものを含むものとする。この針状又は樹枝状金属粉の金属の種類も上記と同様、金、銀、銀コート銅、銅、ニッケル等であり、中でも銀コート銅が好ましい。大きさは、平均粒径が３〜１０μｍの範囲であることが好ましい。平均粒径が１０μｍより大きいとシールドフィルムの薄膜化が困難になり、平均粒径が３μｍより小さいと金属粉の突起形状の形成が困難になる。
上記金属粉の平均粒径や平均厚さは、レーザ回折散乱法により測定することができる。
上記のような薄片状金属粉と針状又は樹枝状金属粉とを併用することにより、これらのいずれか一方を単独使用した場合、又は他の形状を組み合わせた場合（例えば、薄片状金属粉と球状金属粉とを併用した場合）と比較して、繰り返しの屈曲・摺動に対する電磁波シールド効果の持続性が格段に向上するのが認められる。従来技術においてシールド効果が経時的に低下するのは、フィルムの変形が度重なることにより、導電層の金属粒子同士の接触状態が悪化するためであると考えられるところ、上記のように薄片状金属粉と針状又は樹枝状金属粉とを併用した場合、針状又は樹枝状金属粉が薄片状金属粉に部分的に突き刺さる等の物理的結合が生じると推測される。さらには、後述する、加圧しながらの加熱工程を経ることによって、金属粉同士が金属結合又はまたはそれに準じる強固な結合をすると考えられ、さらに、後述するはんだリフロー工程を経ることによって、その結合がより強固なものになると考えられる。
上記薄片状金属粉（ａ）と針状又は樹枝状金属粉（ｂ）とは、重量比でａ：ｂ＝２０：８０〜８０：２０の範囲内の割合で使用することが好ましい。薄片状金属粉に対する針状又は樹枝状金属粉の割合が上記範囲を外れると、屈曲・摺動による導電性の低下が大きくなる。すなわちシールド効果が大きく低下する。
次に、バインダー樹脂としてはエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂等の熱硬化性樹脂を特に限定なく用いることができる。中でも、ウレタン樹脂が可撓性に優れるため好適に用いられる。
上記（Ａ）金属粉と（Ｂ）バインダー樹脂との配合割合は、重量比でＡ：Ｂ＝５０：５０〜８０：２０の範囲（但し、固形分換算）が好ましく、Ａ：Ｂ＝５５：４５〜７０：３０の範囲がより好ましい。金属粉が５０重量％より少ないと導電性の発現が困難となり 、８０重量％より多いと可撓性や密着性が低下する 。
上記金属粉とバインダー樹脂から電磁波シールドフィルムを製造する方法は特に限定されないが、例えば、上記金属粉とバインダー樹脂からなるペーストを調製し、剥離紙等にコーティングして、導電層となるフィルムを形成する。このフィルムの厚さは８〜２８μｍであることが好ましく、後述するプレス工程後に５〜２５μｍとなることが好ましい。プレス工程後の厚さが５μｍ未満であると十分な電磁波シールド性が得難く、２５μｍを超えると薄膜化の要請から好ましくない。
上記導電層には、必要に応じて、本発明の目的を離れない範囲で公知の添加剤を添加することができる。添加剤の例としては、難燃剤、レベリング剤、粘度調整剤等が挙げられる。難燃剤としてはリン系等の無機系又は有機系の難燃剤を適宜用いることができる。
上記導電層を構成するフィルムに保護層を構成するフィルムを積層することにより、本発明の電磁波シールドフィルムが得られる。あるいは、先に保護層を構成するフィルムを形成して、このフィルムに導電層を構成するフィルムを積層することもできる。
保護層を構成するフィルムはエポキシ樹脂、ウレタン樹脂等により形成することができる。また、保護層の表面硬度は鉛筆硬度でＨ〜４Ｈであることが好ましく、そのために必要に応じて上記エポキシ樹脂やウレタン樹脂からなる層にアクリル系等のハードコート層を積層することもできる。保護層の表面硬度が鉛筆硬度でＨより小さいと傷つき易く、一方４Ｈより大きいと可撓性が小さくなり、摺動特性が低下するおそれがある。
また、この保護層を構成するフィルムの厚さは３〜１５μｍであることが好ましく、後述するプレス工程後に２〜１２μｍとなることが好ましい。プレス工程後の厚さが２μｍ未満であると保護層としての強度が不足し、１２μｍを超えると薄膜化の要請から好ましくない。
さらに、電磁波シールドフィルム全体としては、後述するプレス工程前の厚さが１１〜３０μｍであることが好ましく、プレス工程後に７〜２８μｍとなることが好ましい。
次に、本発明のフレキシブル基板の製造方法としては、フレキシブル基板上に上記本発明の電磁波シールドフィルムを載せ、圧力１〜５ＭＰａで加圧しながら加熱するプレス工程を経ることにより、フレキシブル基板上に電磁波シールド層を形成することができる。プレス工程における加熱温度は１４０〜２００℃が好ましい。
また、上記プレス工程により電磁波シールド層が形成されたフレキシブル基板をはんだリフロー工程に供することにより、摺動特性をさらに飛躍的に向上させることができる。はんだリフローの実施条件は、はんだが溶ける条件であればよく、特に限定はされないが、通常は約２６０℃で４秒間程度である。金属は薄膜化により融点が低下するため、本発明で用いる薄片状金属粉は、例えば融点９６２℃の銀のような高融点金属でも、本温度範囲でリフロー工程を経ることにより溶融し、上記した金属結合又はそれに準じる強固な結合が生じるようになる。
なお、本発明の電磁波シールドフィルムは、被覆対象となるフレキシブル基板との密着性を確保するために、ポリイミドに対して１８０°ピール強度で２Ｎ以上の接着力を有することが好ましい。
以下に本発明の実施例を示すが、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。
［実施例、比較例］
離型フィルム上にエポキシ系樹脂を厚さ６μｍでコーティングして乾燥し、これにアクリル系ハードコート液を塗布して乾燥することにより、エポキシ系ソフト層とアクリル系ハードコート層との２層構造からなる保護層（後述する図１，２における符号１）を形成した。この保護層の上に表１，２に示す配合で調製した導電性ペーストをコーティングし、乾燥することにより導電層（同図１，２における符号２）を形成し、電磁波シールドフィルムを得た。得られた電磁波シールドフィルムを用いて以下の評価を行った。使用したバインダー樹脂及び金属粉の詳細は、次の通りである。
離型フィルム上にエポキシ系樹脂を厚さ６μｍでコーティングして乾燥し、これにアクリル系ハードコート液を塗布して乾燥することにより、エポキシ系ソフト層とアクリル系ハードコート層との２層構造からなる保護層（後述する図１，２における符号１）を形成した。この保護層の上に表１，２に示す配合で調製した導電性ペーストをコーティングし、乾燥することにより導電層（同図１，２における符号２）を形成し、電磁波シールドフィルムを得た。得られた電磁波シールドフィルムを用いて以下の評価を行った。使用したバインダー樹脂及び金属粉の詳細は、次の通りである。
バインダー樹脂：大日精化工業（株）製、ウレタン樹脂ＵＤ１３５７
金属粉：（ａ）鱗片状銀粉：平均厚さ１００ｎｍ、平均粒径５μｍ、融点約２５０℃
（ｂ）樹枝状銀コート銅粉：平均粒径５μｍ
金属粉：（ａ）鱗片状銀粉：平均厚さ１００ｎｍ、平均粒径５μｍ、融点約２５０℃
（ｂ）樹枝状銀コート銅粉：平均粒径５μｍ
但し、比較例３では（ｂ）樹枝状銀コート銅粉に替えて、球状銀コート銅粉（平均粒径６〜７μｍ）を使用した。
（１）シート抵抗
図１に示す立方体形状の電極Ａ，Ｂ（電極面積：１ｃｍ２（Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３＝１ｃｍ）、電極間隔ｄ：１ｃｍ、電極表面：金メッキ処理）を導電層２に載置し、各電極に矢印で示す方向に４．９Ｎの荷重を加え、Ａ−Ｂ電極間の抵抗値を４端子法で測定し、測定開始から１分後の値をもってシート抵抗とした。測定雰囲気温度は常温（１８〜２８℃）とし、測定には２４９ｍｍ×５０ｍｍのカットサンプルを用いた。試験数をｎ＝５とした平均値を表１に示す。
図１に示す立方体形状の電極Ａ，Ｂ（電極面積：１ｃｍ２（Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３＝１ｃｍ）、電極間隔ｄ：１ｃｍ、電極表面：金メッキ処理）を導電層２に載置し、各電極に矢印で示す方向に４．９Ｎの荷重を加え、Ａ−Ｂ電極間の抵抗値を４端子法で測定し、測定開始から１分後の値をもってシート抵抗とした。測定雰囲気温度は常温（１８〜２８℃）とし、測定には２４９ｍｍ×５０ｍｍのカットサンプルを用いた。試験数をｎ＝５とした平均値を表１に示す。
（２）１８０°ピール強度
上記電磁波シールドフィルムの導電層側をポリイミドフィルム（東レ・デュポン（株）製、カプトン１００Ｈ（商品名））を介して試験板に貼付し、保護層側にも接着剤層を介してポリイミドフィルム（同カプトン１００Ｈ）を貼付し、５０ｍｍ／分でポリイミドフィルムから引き剥がした。試験数をｎ＝５とした平均値を表１に示す。
上記電磁波シールドフィルムの導電層側をポリイミドフィルム（東レ・デュポン（株）製、カプトン１００Ｈ（商品名））を介して試験板に貼付し、保護層側にも接着剤層を介してポリイミドフィルム（同カプトン１００Ｈ）を貼付し、５０ｍｍ／分でポリイミドフィルムから引き剥がした。試験数をｎ＝５とした平均値を表１に示す。
（３）接続抵抗
上記電磁波シールドフィルムをフレキシブルプリント基板（厚さ５３．５μｍ）に載せ、圧力３ＭＰａで加圧しながら、１７０℃で３０分間加熱して、図２（ａ）及び（ｂ）に示す断面形状を有する電磁波シールドフィルム層を備えたフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）の評価用試料を作成し、その後はんだリフローを５回行った。図２（ａ）及び（ｂ）において、符号１は電磁波シールドフィルムの保護層、符号２はその導電層を示す。また、符号３はＦＰＣのポリイミド層（厚さ１２．５μｍ）、符号４は銅層（Ｃｕ：１８μｍ）、符号５は無電解ニッケル−金メッキ層（Ｎｉ：３〜５μｍ、Ａｕ：０．０５〜０．１μｍ）、符号６は接着剤層（厚さ３５μｍ）、符号７はポリイミド層（厚さ２５μｍ）を示す。ａはグランド部径である。（ｂ）は（ａ）におけるグラウンド部の拡大図である。グランド部径（ａ）が０．５ｍｍφ、０．８ｍｍφ、１．０ｍｍφのそれぞれの場合における抵抗値Ｒ（接続抵抗）を測定した。試験数をｎ＝５とした平均値を表１，２に示す。
上記電磁波シールドフィルムをフレキシブルプリント基板（厚さ５３．５μｍ）に載せ、圧力３ＭＰａで加圧しながら、１７０℃で３０分間加熱して、図２（ａ）及び（ｂ）に示す断面形状を有する電磁波シールドフィルム層を備えたフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）の評価用試料を作成し、その後はんだリフローを５回行った。図２（ａ）及び（ｂ）において、符号１は電磁波シールドフィルムの保護層、符号２はその導電層を示す。また、符号３はＦＰＣのポリイミド層（厚さ１２．５μｍ）、符号４は銅層（Ｃｕ：１８μｍ）、符号５は無電解ニッケル−金メッキ層（Ｎｉ：３〜５μｍ、Ａｕ：０．０５〜０．１μｍ）、符号６は接着剤層（厚さ３５μｍ）、符号７はポリイミド層（厚さ２５μｍ）を示す。ａはグランド部径である。（ｂ）は（ａ）におけるグラウンド部の拡大図である。グランド部径（ａ）が０．５ｍｍφ、０．８ｍｍφ、１．０ｍｍφのそれぞれの場合における抵抗値Ｒ（接続抵抗）を測定した。試験数をｎ＝５とした平均値を表１，２に示す。
（４）摺動特性
ポリイミド層（１２．５μｍ）、接着剤層（１５μｍ）、銅箔層（１２μｍ）、及びポリイミド層（１２．５μｍ）が上からこの順に積層されてなる４層構造のＦＰＣ１３の上下両面に電磁波シールドフィルム１４，１５（長さ１００ｍｍ、幅１２ｍｍ）を積層し、評価用試料を作成した。この評価用試料を、ＦＰＣ１３の上面側が内側になるように長さ方向に屈曲させて、図３に示すように固定板１１と摺動板１２とによって挟み（屈曲半径ｂ：１．０ｍｍ）、電磁波シールドフィルム１４，１５の導電層の長さ方向両端部に銅箔（幅１０ｍｍ）を介して端子（図示せず）を接続して、これらフィルム１４，１５の抵抗値をそれぞれ測定し、シールド層初期抵抗とした。引き続き、黒丸を基点に矢印の方向にストローク（摺動幅５０ｍｍ（ｃ＝ｃ’＝２５ｍｍ）、６０往復／分）させて、シールド層抵抗が１００Ωに達したときのストローク回数（往復で「１回」とする）を調べ、「摺動特性」とした。また、上記評価用試料をはんだリフロー工程に３回供した試料についても同様に試験を行った。結果を表１，２に示す。表において、「内曲げ」は屈曲させた際にＦＰＣ１３の内側となる電磁波シールドフィルム１５の抵抗値を示し、「外曲げ」はＦＰＣ１３の外側となる電磁波シールドフィルム１５の抵抗値を示す。
ポリイミド層（１２．５μｍ）、接着剤層（１５μｍ）、銅箔層（１２μｍ）、及びポリイミド層（１２．５μｍ）が上からこの順に積層されてなる４層構造のＦＰＣ１３の上下両面に電磁波シールドフィルム１４，１５（長さ１００ｍｍ、幅１２ｍｍ）を積層し、評価用試料を作成した。この評価用試料を、ＦＰＣ１３の上面側が内側になるように長さ方向に屈曲させて、図３に示すように固定板１１と摺動板１２とによって挟み（屈曲半径ｂ：１．０ｍｍ）、電磁波シールドフィルム１４，１５の導電層の長さ方向両端部に銅箔（幅１０ｍｍ）を介して端子（図示せず）を接続して、これらフィルム１４，１５の抵抗値をそれぞれ測定し、シールド層初期抵抗とした。引き続き、黒丸を基点に矢印の方向にストローク（摺動幅５０ｍｍ（ｃ＝ｃ’＝２５ｍｍ）、６０往復／分）させて、シールド層抵抗が１００Ωに達したときのストローク回数（往復で「１回」とする）を調べ、「摺動特性」とした。また、上記評価用試料をはんだリフロー工程に３回供した試料についても同様に試験を行った。結果を表１，２に示す。表において、「内曲げ」は屈曲させた際にＦＰＣ１３の内側となる電磁波シールドフィルム１５の抵抗値を示し、「外曲げ」はＦＰＣ１３の外側となる電磁波シールドフィルム１５の抵抗値を示す。
本発明の電磁波シールドフィルムは、携帯電話の他、屈曲部や摺動部を有するデジタルカメラ等の機器に組み込まれるフレキシブル基板全般に好適に用いられる。
１…電磁波シールドフィルムの保護層、２…導電層、３，７…ポリイミド層、
４…銅層、５…ニッケル−金メッキ層、６…接着剤層、
１１…固定板、１２…摺動板、１３…ＦＰＣ、１４，１５…電磁波シールドフィルム
４…銅層、５…ニッケル−金メッキ層、６…接着剤層、
１１…固定板、１２…摺動板、１３…ＦＰＣ、１４，１５…電磁波シールドフィルム
Claims (4)
- （Ａ）金属粉と（Ｂ）バインダー樹脂とからなる導電層に、保護層が積層されてなる電磁波シールドフィルムであって、
前記導電層が前記金属粉として、（ａ）平均厚さ５０〜３００ｎｍ、平均粒径３〜１０μｍの薄片状金属粉と、（ｂ）平均粒径３〜１０μｍの針状又は樹枝状金属粉とを含有する導電性ペーストから形成されたものである
ことを特徴とする電磁波シールドフィルム。 - 前記導電層における（Ａ）金属粉と（Ｂ）バインダー樹脂との割合が、重量比でＡ：Ｂ＝５０：５０〜８０：２０の範囲内（但し、固形分換算）であり、かつ前記（ａ）薄片状金属粉と（ｂ）針状又は樹枝状金属粉との割合が、重量比でａ：ｂ＝２０：８０〜８０：２０の範囲内であることを特徴とする、請求項１に記載の電磁波シールドフィルム。
- フレキシブル基板上に請求項１又は２に記載の電磁波シールドフィルムを載置し、
次いでこの電磁波シールドフィルムと共にフレキシブル基板を厚さ方向に加圧しながら加熱することにより、前記フレキシブル基板上に電磁波シールド層を形成する
ことを特徴とする、フレキシブル基板の製造方法。 - 請求項１又は２に記載の電磁波シールドフィルムからなる電磁波シールド層を有するフレキシブル基板。
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