JP2012243923A - フレキシブルプリント回路及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱硬化型接着剤を層間接着剤として用い、ある特定の特性インピーダンスの配線基板をより細い回路幅にて低コストで実現し、高密度化が可能であり高周波特性に優れたフレキシブルプリント回路を実現する。
【解決手段】フレキシブルプリント回路１００は、第１及び第２の単位基板１，２を、面１１ａと面２１ｂとが対向するように配置し、間にエポキシ系の熱硬化型接着剤を塗布等して接着剤層３０を形成した上で熱圧着して形成される。熱硬化型接着剤の硬化温度は、第１及び第２の絶縁層１３，２３の融点よりも低い温度に設定される。信号伝送回路１２は内層側に配置され、外層側にある第１及び第２の導電層１３，２３に挟まれた構造を実現する。ある特定の特性インピーダンスを実現する場合、接着剤層３０に液晶ポリマーを用いたものと比べて回路幅を細くして、高密度化を実現することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、多層構造のフレキシブルプリント回路及びその製造方法に関する。

電子部品等に広く用いられるフレキシブルプリント基板などの配線基板を用いたフレキシブルプリント回路として、高密度化に対応するために、多層構造としたものがある。また、近年の高速信号伝送の要求から、伝送損失がポリイミドよりも少ない液晶ポリマーをベース基板に用いたフレキシブルプリント回路も製品化されている。

液晶ポリマーを使用した多層構造のフレキシブルプリント回路としては、例えば下記特許文献１の配線基板が知られている。この配線基板は、液晶ポリマーに導電層が形成された単位基板を、複数重ね合わせた構造からなる。そして、単位基板の少なくとも一方の面にプラズマ粗面化処理を施し、熱圧着を行って各単位基板を接着している。これにより、層間接着剤を不要としている。

特開２０１０−２１９５５２号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された配線基板では、誘電率が低い液晶ポリマーを用いているので、伝送損失が少ないという利点がある反面、ある特定の特性インピーダンスの配線基板を形成しようとした場合、従来のポリイミドを用いた配線基板と比べて回路幅が広くなってしまい、高密度化を図ることが困難である。

また、熱圧着で各単位基板を接着する際に、例えば溶融開始温度２５０℃以上で液晶ポリマーを溶融させる場合、硬化温度が１６０℃程度の熱硬化型接着剤を用いることを前提とした既存の製造設備では、上記特許文献１に開示された配線基板を製造することはできない。このため、新たな設備投資などが必要となり、コストが増大してしまうという問題がある。これらの問題は、液晶ポリマーと同様にフッ素樹脂を用いた配線基板においても同様に生じることとなる。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、熱硬化型接着剤を層間接着剤として用いつつ、ある特定の特性インピーダンスの配線基板をより細い回路幅にて低コストで実現し、高密度化が可能であると共に高周波特性に優れたフレキシブルプリント回路及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係るフレキシブルプリント回路は、３層の導電層を含む多層構造のフレキシブルプリント回路基板であって、液晶ポリマー又はフッ素樹脂からなる第１の絶縁層の一方の面に信号伝送回路が形成されると共に、他方の面に第１の導電層が形成された第１の単位基板と、液晶ポリマー又はフッ素樹脂からなる第２の絶縁層の一方の面に第２の導電層が形成された第２の単位基板と、前記第１の単位基板と前記第２の単位基板とを前記第１の絶縁層の前記一方の面と前記第２の絶縁層の他方の面とを対向させて接着するエポキシ系の熱硬化型接着剤からなる接着剤層とを備えたことを特徴とする。

本発明に係るフレキシブルプリント回路によれば、第１及び第２の単位基板の第１及び第２の絶縁層が低誘電率及び低誘電正接の液晶ポリマー又はフッ素樹脂からなり、これらを液晶ポリマー又はフッ素樹脂よりも誘電率が高いエポキシ系の熱硬化型接着剤で接着しているので、ある特定の特性インピーダンスと同一の特性インピーダンスを従来よりもより細い回路幅の基板で実現できる構造となっている。このため、高周波特性に優れた基板の高密度化を図ることができる。

また、１６０℃程度の硬化温度で熱硬化型接着剤を硬化させて第１及び第２の単位基板を接着することができるので、既存の製造設備を用いて製造することができ、低コストで高周波特性に優れた高密度のフレキシブルプリント回路を製造することができる。

本発明の一つの実施形態においては、前記熱硬化型接着剤の硬化温度が、前記第１及び第２の絶縁層の融点よりも低いとされる。

本発明の他の実施形態においては、前記第１及び第２の導電層が、基準電位が付与される。

本発明の更に他の実施形態においては、前記第１の単位基板が、前記第１の絶縁層の前記一方の面の前記信号伝送回路の両側に隣接して形成され基準電位が付与される配線回路を有する。

本発明の更に他の実施形態においては、前記信号伝送回路の主面から前記第２の絶縁層の前記他方の面までの距離が、２μｍ〜１５μｍの範囲に設定される。

本発明に係るフレキシブルプリント回路の製造方法は、３層の導電層を含む多層構造のフレキシブルプリント回路の製造方法であって、液晶ポリマー又はフッ素樹脂からなる第１の絶縁層の一方の面に信号伝送回路を構成する導電層を形成すると共に、他方の面に第１の導電層を形成して第１の単位基板を製造する工程と、液晶ポリマー又はフッ素樹脂からなる第２の絶縁層の一方の面に第２の導電層を形成した第２の単位基板と、前記第１の単位基板とを、前記第１の絶縁層の前記一方の面と前記第２の絶縁層の他方の面とを対向させ、これらの間にエポキシ系の熱硬化型接着剤からなる接着剤層を介在させて、熱圧着する工程とを備えたことを特徴とする。

本発明の一つの実施形態においては、前記熱圧着する工程で、前記接着剤層の硬化温度以上で且つ前記第１及び第２の絶縁層の融点未満の温度で熱圧着を行う。

本発明によれば、熱硬化型接着剤を層間接着剤として用いつつ、ある特定の特性インピーダンスの配線基板をより細い回路幅にて低コストで実現し、高密度化が可能であると共に高周波特性に優れたフレキシブルプリント回路及びその製造方法を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係るフレキシブルプリント回路の製造工程を示す断面図である。 同フレキシブルプリント回路の製造工程を示すフローチャートである。 本発明の実施例に係るフレキシブルプリント回路を示す断面図である。 同実施例におけるフレキシブルプリント回路の各サンプルの詳細を示す図である。 同実施例におけるフレキシブルプリント回路の各サンプルの特性インピーダンスの測定結果を示す図である。 同実施例におけるフレキシブルプリント回路の各サンプルの特性インピーダンス５０Ωとなる回路幅と接着剤層特定箇所の厚さとの関係を示す図である。 同実施例におけるフレキシブルプリント回路の各サンプルの伝送損失の測定結果を示す図である。 同実施例におけるフレキシブルプリント回路の各サンプルの伝送損失と接着層特定箇所の厚さとの関係を示す図である。 同実施例におけるフレキシブルプリント回路の各サンプルの伝送損失比と接着剤層特定箇所の厚さとの関係を示す図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明に係るフレキシブルプリント回路及びその製造方法の実施の形態を説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るフレキシブルプリント回路の製造方法による製造工程を示す断面図、図２は製造工程を示すフローチャートである。

第１の実施形態に係るフレキシブルプリント回路（以下、「ＦＰＣ」と呼ぶ。）１００（図１（ｂ）参照）は、次のように製造される。まず、図１（ａ）及び図２に示すように、第１の単位基板１を形成する（ステップＳ１００）。第１の単位基板１は、例えば厚さ５０μｍの液晶ポリマー（ＬＣＰ）やフッ素樹脂からなる第１の絶縁層１１を備える。

また、第１の単位基板１は、第１の絶縁層１１の一方の面１１ａ上に形成された信号伝送回路１２と、他方の面１１ｂ上に形成された第１の導電層１３とを備える。これら信号伝送回路１２及び第１の導電層１３は、例えば厚さ１８μｍの電解銅箔からなる。ステップＳ１００では、両面に銅箔が設けられた銅張積層板の片面に信号伝送回路１２を形成する。

次に、図１（ｂ）及び図２に示すように、第２の単位基板２を、第１の単位基板１に対して接着剤を介して熱圧着する（ステップＳ１０２）。第２の単位基板２は、第１の単位基板１と同様に、例えば厚さ５０μｍの液晶ポリマーやフッ素樹脂からなる第２の絶縁層２１を備える。また、第２の単位基板２は、第２の絶縁層２１の一方の面２１ａ上に、第１の導電層１３と同様に、例えば厚さ１８μｍの電解銅箔により形成された第２の導電層２３を備える。

接着剤層３０を構成する接着剤は、エポキシ系の熱硬化型接着剤である。このステップＳ１０２においては、第１の単位基板１の面１１ａと第２の単位基板２の面２１ｂとが対向するように配置し、これらの間にエポキシ系の熱硬化型接着剤を塗布或いは充填して接着剤層３０を形成した上で熱圧着が行われる。

この熱硬化型接着剤の硬化温度は、例えば１６０℃以上に設定されつつ、第１及び第２の単位基板１，２の第１及び第２の絶縁層１３，２３の融点（例えば、３１０℃）よりも低い温度に設定される。従って、ステップＳ１０２においては、接着剤層３０の硬化温度以上で且つ第１及び第２の絶縁層１３，２３の融点未満の加熱温度（例えば、２００℃）によって、熱圧着が行われる。

これにより、第１の単位基板１の第１の絶縁層１１と、第２の単位基板２の第２の絶縁層２１との間に、信号伝送回路１２が配置される。次に、ステップＳ１０２の後、第１の実施形態に係るＦＰＣ１００では、図１（ｃ）及び図２に示すように、第１及び第２の単位基板１，２を貫通すると共に、信号伝送回路１２の両側に隣接するように第１の絶縁層１１の主面に沿って形成された配線回路１４を貫通するスルーホール３１を形成する。

そして、図１（ｄ）及び図２に示すように、スルーホール３１にめっき処理を施し、第１及び第２の導電層１３，２３と、配線回路１４とを電気的に接続して層間導通を図り（ステップＳ１０４）、図示は省略するが、第１及び第２の導電層１３，２３に所定の回路を形成して（ステップＳ１０６）、ＦＰＣ１００が構成される。なお、これら第１及び第２の導電層１３，２３は、基準電位（電源電位、接地電位）が付与されているため、配線回路１４も基準電位となる。

このように構成されたＦＰＣ１００は、信号伝送回路１２がいわゆる内層側に配置され、この信号伝送回路１２よりも外層側にある第１及び第２の導電層１３，２３に挟まれた構造を実現する。従って、ＥＭＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ：電磁的両立性）や、ＥＭＩ（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：電磁干渉）を防止することができる。

なお、接着剤層３０がエポキシ系の熱硬化型接着剤により構成されているため、従来技術で説明したようにこのままでは接着剤層３０の誘電率や誘電正接が高いことがＦＰＣ１００の伝送損失に繋がってしまうことが懸念される。しかし、本出願人は、接着剤層における特定箇所の厚さが、一定の範囲内にあれば、その影響が軽微であることを実験により見出した。

以下、実施例によりＦＰＣ１００について具体的に説明する。図３は、本発明の実施例に係るＦＰＣ１００を示す断面図である。図３に示すように、接着剤層特定箇所の厚さは、第１の単位基板１の信号伝送回路１２の主面と第２の単位基板２の他方の面２１ｂとの間の距離により定義される。すなわち、接着剤層特定箇所の厚さは、信号伝送回路１２と接着剤層３０との界面と、第２の絶縁層２１と接着剤層３０との界面との間の距離のことをいう。本出願人が実施した実験によると、接着剤層特定箇所の厚さは２μｍ〜１５μｍの範囲で決定される。

このような範囲内であれば、層間接着剤を用いずに液晶ポリマーで単位基板同士を接着した場合と比較して、伝送損失は１．３倍以下とすることができる。従って、本発明に係るＦＰＣ１００のように、接着剤層３０を介して第１及び第２の単位基板１，２を熱圧着した場合であっても、伝送損失の差異を小さくすることができる。

本実施例においては、パナソニック電工株式会社製の高速伝送特性に優れた液晶ポリマーフレキシブル銅張積層板「ＦＥＬＩＯＳ Ｒ−Ｆ７０５Ｚ（商品名）」を用いて各サンプルとなるＦＰＣ１００を試作した。これら各サンプルは、特性インピーダンス測定用と、損失測定用とを用意した。

図４に示すように、サンプルＮｏ．１−１〜１−７のものは、第１及び第２の単位基板１，２の第１及び第２の絶縁層（ベース材料）１１，２１の厚さをそれぞれ５０μｍとし、接着剤の種類をエポキシ系としたものである。また、接着剤層特定箇所の厚さを２，５，１０，１５，２０，２５，３０μｍと設定した。

一方、サンプルＮｏ．ＬＣＰ−１〜ＬＣＰ−７のものは、第１及び第２の単位基板１，２の第１及び第２の絶縁層の厚さは同じく５０μｍであるが、第１及び第２の絶縁層１１，２１に用いられる液晶ポリマーよりも３０℃融点の低い液晶ポリマーを接着剤層３０に適用したものである。これらの接着剤層特定箇所の厚さも２，５，１０，１５，２０，２５，３０μｍと設定した。

そして、上記各サンプルにつき、回路幅が５０μｍ〜１００μｍまで１μｍ毎に異なるものを５１個ずつ用意し、まず、それぞれにつきＴｅｋｔｒｏｎｉｘ製ＴＤＲ（Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）モジュール「８０Ｅ０４（商品名）」と、サンプリングオシロスコープ「ＤＳＡ８２００（商品名）」を用いて、特性インピーダンスの測定を行った。

測定結果に基づき、各サンプルにおいて特性インピーダンスが５０Ωになる回路幅を調査した結果をまとめると、図５及び図６に示すようなものとなった。なお、特性インピーダンスＺｏをＺｏ＝√Ｌ／Ｃとし、静電容量ＣをＣ＝εｒ・εｏ・Ｓ／ｄとした場合、前提条件として特性インピーダンスＺｏを同じにするためには、静電容量Ｃを同じにすることが必要となる。

図５に示すように、サンプルＮｏ．１−１〜１−７及びＬＣＰ−１〜ＬＣＰ−７において、接着剤層特定箇所の厚さが厚くなると、信号伝送回路１２と例えば接地電位である第２の導電層２３との距離が広がる。このため、特性インピーダンスＺｏ＝５０Ω設計時の回路幅が広くなることとなる。このことは、ｄ（距離）が広がった分だけＳ（回路幅）も広くすれば、静電容量Ｃを同じにすることができ、静電容量Ｃを同じにすれば特性インピーダンスＺｏも同じになることを示す上記前提条件からも明らかである。

また、接着剤層３０がエポキシ系の熱硬化型接着剤と液晶ポリマーとでは、誘電率の低い液晶ポリマーの方が特性インピーダンスＺｏ＝５０Ω設計時の回路幅が広くなる。このことは、ｄ（距離）が同じならば、比誘電率εｒが低い分だけＳ（回路幅）を広くする必要があることを示す上記前提条件からも明らかである。

そして、エポキシ系の熱硬化型接着剤を用いた場合は、接着剤層特定箇所の厚さ毎に、液晶ポリマーを用いた場合と比較して、図６に示すように、それぞれ５μｍ〜１０μｍ程度特性インピーダンスＺｏ＝５０Ω設計時の回路幅を細くすることができる。このことは、ｄ（距離）が同じならば、比誘電率εｒが高い分だけＳ（回路幅）を小さくする必要があることを示す上記前提条件からも明らかである。

以上のように、特性インピーダンスＺｏについては、接着剤層３０としてエポキシ系の熱硬化型接着剤を用いた場合と液晶ポリマーを用いた場合とで、同一の特性インピーダンスを実現しようとした場合、サンプルＮｏ．１−１〜１−７で示す本発明に係るＦＰＣ１００の方が回路幅を小さくすることが可能であることが判明した。これにより、より高密度化を図ることが可能となる。

次に、上記各サンプルそれぞれについて、特性インピーダンスＺｏ＝５０Ω設計時の回路の伝送損失を、アジレント製ベクトルネットワークアナライザ「ＰＮＡ−Ｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｎａｌｙｚｅｒ Ｎ５２３０Ａ（商品名）」を用いて測定した。その測定結果をまとめると、図７及び図８に示すようなものとなった。

伝送損失については、接着剤層３０としてエポキシ系の熱硬化型接着剤を用いた場合は、液晶ポリマーを用いた場合と比較して、接着剤層特定箇所の厚さが厚くなれば若干伝送損失が高めとなる傾向となった。しかし、接着剤層特定箇所の厚さがある程度薄い所定の範囲内である場合には、その影響が軽微であることが判明した。

また、上記各サンプルそれぞれについて、接着剤層３０にエポキシ系の熱硬化型接着剤を用いた場合と液晶ポリマーを用いた場合とで、接着剤層特定箇所の厚さが同じであるときの伝送損失を比較したら、図９に示すような結果となった。これによると、接着剤層特定箇所の厚さが２μｍ〜１５μｍの範囲内である場合は、両者の伝送損失の差は１０％以下と小さいものとなった。

従って、接着剤層特定箇所の厚さが上記範囲内にあれば、接着剤層３０にエポキシ系の熱硬化型接着剤を用いたとしても、液晶ポリマーを用いた場合と同等の伝送特性を得ることが可能であることが判明した。よって、上述した実施形態に係るＦＰＣ１００によれば、接着剤層３０にエポキシ系の熱硬化型接着剤を用いても、接着剤層特定箇所の厚さを求められる特性インピーダンスに合わせて適宜設定することにより、液晶ポリマーを用いた場合と同等に伝送損失を抑えることが可能である。

なお、例えばＦＰＣ１００をアンテナ回路と送受信回路との間の伝送ケーブルとして用いた場合、一般的にはその伝送損失は３ｄＢ以内に抑えられることが望ましいとされている。このような場合にも、上記実施形態に係るＦＰＣ１００において接着剤層特定箇所の厚さを適宜調整することにより、十分に要求される伝送損失を達成することができる。

１ 第１の単位基板
２ 第２の単位基板
１１ 第１の絶縁層
１２ 信号伝送回路
１３ 第１の導電層
１４ 配線回路
２１ 第２の絶縁層
２３ 第２の導電層
３０ 接着剤層
１００ フレキシブルプリント回路

Claims (7)

1. ３層の導電層を含む多層構造のフレキシブルプリント回路であって、
   液晶ポリマー又はフッ素樹脂からなる第１の絶縁層の一方の面に信号伝送回路が形成されると共に、他方の面に第１の導電層が形成された第１の単位基板と、
   液晶ポリマー又はフッ素樹脂からなる第２の絶縁層の一方の面に第２の導電層が形成された第２の単位基板と、
   前記第１の単位基板と前記第２の単位基板とを前記第１の絶縁層の前記一方の面と前記第２の絶縁層の他方の面とを対向させて接着するエポキシ系の熱硬化型接着剤からなる接着剤層とを備えた
   ことを特徴とするフレキシブルプリント回路。
2. 前記熱硬化型接着剤の硬化温度は、前記第１及び第２の絶縁層の融点よりも低いことを特徴とする請求項１記載のフレキシブルプリント回路。
3. 前記第１及び第２の導電層は、基準電位が付与されることを特徴とする請求項１又は２記載のフレキシブルプリント回路。
4. 前記第１の単位基板は、前記第１の絶縁層の前記一方の面の前記信号伝送回路の両側に隣接して形成され基準電位が付与される配線回路を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のフレキシブルプリント回路。
5. 前記信号伝送回路の主面から前記第２の絶縁層の前記他方の面までの距離は、２μｍ〜１５μｍの範囲に設定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のフレキシブルプリント回路。
6. ３層の導電層を含む多層構造のフレキシブルプリント回路の製造方法であって、
   液晶ポリマー又はフッ素樹脂からなる第１の絶縁層の一方の面に信号伝送回路を形成すると共に、他方の面に第１の導電層を形成して第１の単位基板を製造する工程と、
   液晶ポリマー又はフッ素樹脂からなる第２の絶縁層の一方の面に第２の導電層を形成した第２の単位基板と、前記第１の単位基板とを、前記第１の絶縁層の前記一方の面と前記第２の絶縁層の他方の面とを対向させ、これらの間にエポキシ系の熱硬化型接着剤からなる接着剤層を介在させて、熱圧着する工程とを備えた
   ことを特徴とするフレキシブルプリント回路の製造方法。
7. 前記熱圧着する工程では、前記接着剤層の硬化温度以上で且つ前記第１及び第２の絶縁層の融点未満の温度で熱圧着を行うことを特徴とする請求項６記載のフレキシブルプリント回路の製造方法。

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