JP2015138813A - 電磁波シールドシート、および電磁波シールドシート付きプリント配線板 - Google Patents
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Abstract
Description
近年、プリント配線板の配線回路(信号配線)は、高速かつ大容量の信号の伝送が求められており、配線回路に流す信号をより高周波にする必要がある。そのため、周波数が数十GHz帯の高速デジタル信号の使用においても、高いシールド性と低い伝送損失が要求されるようになってきている。
さらに、放射電磁ノイズ(EMI)に関する国際規格である「CISPR22」が改定され、抑制すべき電磁ノイズの上限周波数が、従来の1GHzから6GHzに拡大されることになり、さらなる電磁ノイズに対する対策が求められている。
ところで、電磁波シールドシート付きプリント配線板は、鉛フリーハンダリフロー工程を経る。また、電磁波シールドシート付きプリント配線板が高湿度下に置かれると、ガスバリア性が高い蒸着膜や金属層を有していても絶縁層や接着剤層はその周辺部から吸湿してしまう。前記リフロー工程時の短時間加熱の際に接着剤層中の水分は爆発的に揮発する。電磁波シールドシートが蒸着膜や金属層を有する場合、蒸着膜や金属層が「蓋」となり、発泡するという問題もある。
前記導電層は、樹脂と導電性フィラーを含有し、該導電層は表面抵抗が100[mΩ/□]以下で、かつ導電率が1×106[S/m]以上であることを特徴とする電磁波シールドシートに関する。
まず、絶縁層に関して説明する。
絶縁層は、絶縁性の樹脂を用いることが好ましい。例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂などから形成したフィルムや、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイドなどのプラスチックフィルムを使用することができる。また、電磁波シールド性フィルムに、絶縁層を2層以上使用していても良い。
貼着を担う。
接着剤層は、厚み方向のみに導電性を発現する異方導電性接着剤層であるか、または絶縁性接着剤であることが好ましい。接着剤層として異方導電性接着剤層を用い、異方導電性接着剤層と後述する導電層とを接するようにすれば、プリント配線板のグラウンド回路と導電層とを特別な部材を用いることなく電気的に接合できる。接着剤層として異方導電性接着剤層を用いることによって、より効率的に電気的に接合を達成できる。
用いられる導電性フィラーHとしては、金、銀、銅、ニッケル等の金属粉、ハンダ等の合金粉、銀メッキされた銅粉、金属メッキされたガラス繊維やカーボンフィラーなどが挙げられる。なかでも、導電率の高い銀粉、銀メッキされた銅粉が好ましい。
また、導電性フィラーの形状としては、球状、フレーク状、樹枝状、繊維状などが挙げられ、特に異方導電性を得やすい球状、樹枝状が特に好ましい。
用いられる樹脂として、前述の絶縁層形成用のものと同様のものを挙げることができる。
導電層の表面抵抗を100[mΩ/□]以下、導電率を1×106[S/m]以上とすることにより、導体損失を小さくでき、高速伝送時のデータ信号波形の劣化を抑制できる。
具体的には、本発明の電磁波シールドシート(80mm×50mmの長方形の試料片)の接着剤層の中央部から、5mm間隔で直線状に設けた4点の導電性バンプを導電層に達するまで挿入する。前記4点の導電性バンプの位置は、前記試料片の長辺に平行にする。前記4点の導電性バンプの外側の2点間に電流を流し、内側の2点間の電圧を測定し、抵抗値=電圧/電流を求める。次いで、測定値に定数「4.239」を乗じたものを「表面抵抗値」とする。
即ち、本発明の電磁波シールドシートの断面観察から導電層の厚みt(μm)、前述の表面抵抗値R(mΩ/□)とした場合、導電層の導電率σ(S/m)は、下記式にて求められる。
σ=109/R/t
また、導電性フィラーの形状としては、球状、フレーク状、樹枝状、繊維状などが挙げられ、特にフィラー同士の接触を得やすいフレーク状、樹枝状が特に好ましい。
用いられる樹脂として、前述の絶縁層形成用のものと同様のものを挙げることができる。
本発明で、水蒸気透過度は水蒸気透過率測定装置(モコン社製、PERMATRAN−W)で測定できる。
本発明の電磁波シールドシート付きプリント配線板は、周波数が1MHzから20GHzの範囲の信号を伝送する電子機器、例えば、デジタルカメラや携帯電話等の電子機器に好適に使用できる。
なお、実施例中に記載したポリウレタンポリウレア樹脂の重量平均分子量、及びポリエステル樹脂の数平均分子量は、G P C 測定で求めたポリスチレン換算の重量平均分子量、及び数平均分子量であり、G P C 測定の条件は、以下のとおりである。
装置:Shodex GPC System−21(昭和電工製)
カラム:Shodex KF−802、KF−803L、KF−805L(昭和電工製)の合計3 本を連結して使用。
溶媒:テトラヒドロフラン
流速:1.0ml/min
温度:40℃
試料濃度:0.3質量%
試料注入量:100μl
攪拌機、温度計、還流冷却器、滴下装置、窒素導入管を備えた反応容器に、テレフタル酸とアジピン酸と3−メチル−1,5−ペンタンジオールから得られるポリエステルポリオール((株)クラレ製「クラレポリオールP−1011」、Mn=1006)401.9質量部、ジメチロールブタン酸12.7質量部、イソホロンジイソシアネート151.0質量部、トルエン40.0質量部を仕込み、窒素雰囲気下90℃、3時間反応させ、これにトルエン300.0質量部を加えてイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー溶液を得た。
次に、イソホロンジアミン27.8質量部、ジ−n−ブチルアミン3.2質量部、2−プロパノール342.0質量部、トルエン396.0質量部を混合したものに、得られたイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー溶液815.1質量部を添加し、70℃、3時間反応させ、トルエン144.0質量部、2−プロパノール72.0質量部で希釈し、Mw=54,000、酸価=8mgKOH/gのポリウレタンポリウレア樹脂の溶液A−1(C−1、F−1ともいう)を得た。
攪拌機、温度計、還流冷却器、滴下装置、導入管、窒素導入管を備えた4口フラスコに、ポリカーボネートジオール(クラレポリオール C−2090:株式会社クラレ製)292.1質量部、テトラヒドロ無水フタル酸(リカシッドTH:新日本理化株式会社製)44.9質量部、溶剤としてトルエン350.0質量部を仕込み、窒素気流下、攪拌しながら60℃まで昇温し、均一に溶解させた。続いてこのフラスコを110℃に昇温し、3時間反応させた。その後、40℃に冷却後、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(YD−8125:東都化成株式会社製)62.9質量部、触媒としてトリフェニルホスフィン4.0質量部を添加して110℃に昇温し、8時間反応させた。室温まで冷却後、トルエンで固形分が35%になるように調整し、本発明のカルボキシル基含有変性エステル樹脂溶液A−2(C−2、F−2ともいう)を得た。
攪拌機、還流冷却管、窒素導入管、温度計、滴下ロートを備えた4口フラスコに、ブチルアクリレート98.5質量部、アクリル酸1.5質量部、酢酸エチル150.0質量部を仕込み、窒素置換下で70℃まで加熱し、アゾビスイソブチロニトリル0.15質量部を添加し重合を開始した。重合開始後3時間後から1時間おきに5時間後までそれぞれアゾビスイソブチロニトリル0.15質量部を添加し更に2時間重合を行った。その後、酢酸エチル150.0質量部を追加して重合を終了させ、アクリル樹脂溶液A−3(C−3、F−3ともいう)を得た。
<工程1−1>
合成例1で得られたポリウレタンポリウレア樹脂溶液(A−1)の固形分で100部に対して、エポキシ樹脂(B−1)(ビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学(株)製「jER1001」)20部を加えてディスパーで攪拌混合し、絶縁性組成物を得た。得られた絶縁性組成物を、コンマコーターを使用して、片面に剥離処理を施した50μmPETフィルムの剥離処理面に塗工し、100℃で2分間加熱乾燥して、乾燥膜厚が10μmの絶縁層(I)を具備するフィルム(1)を作製した。
<工程1−2>
合成例1で得られたポリウレタンポリウレア樹脂溶液(C−1)の固形分で100部に対して、エポキシ樹脂(D−1)(ビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学(株)製「jER1001」)20部、導電性フィラー(E−1):740部を加えてディスパーで攪拌混合し、導電組成物を得た。前記導電性フィラー(E−1)は、50%粒径6.1μm、BET比表面積1.7m2/g、見掛密度0.53g/cm3のフレーク状銅粉に対して、重量比で10%の銀メッキをほどこして製造した、銀コート銅粉である。
得られた導電組成物を、コンマコーターを使用して、片面に剥離処理を施した100μmPETフィルムの剥離処理面に塗工し、100℃で2分間加熱乾燥して、乾燥膜厚が9μm、表面抵抗率が80(mΩ/□)の導電層(II)を具備するフィルム(2)を作製した。なお、導電層(II)の膜厚及び表面抵抗率を後述する方法で求めた。
<工程1−3>
作製した上記フィルム(1)の絶縁層(I)面と上記フィルム(2)の導電層(II)面とをラミネーター(80℃、圧力2MPa、ラインスピード2m/分)を用いて貼り合せ後、フィルム(2)の導電層(II)と厚さ100μmの離型処理ポリエチレンテレフタレートフィルムとの間を剥がし、導電層(II)、絶縁層(I)、50μmPETフィルムからなるフィルム(3)を作製した。
<工程1−4>
合成例1で得たポリウレタンポリウレア樹脂溶液(F−1)の固形分で100部に対して、エポキシ樹脂(G−1)(ビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学(株)製「jER1001」)20部、導電性フィラー(H−1)40部を加え、異方導電性接着剤樹脂組成物を得た。前記導電性フィラー(H−1)は、電解法で製造した樹枝状銅粉に対して、重量比で10 % の銀メッキをほどこして製造した、平均粒径12μmの銀コート銅粉である。
片面に剥離処理を施した75μmPETフィルムの剥離処理面に、前記異方導電性接着剤樹脂組成物を塗工し、100℃×2分乾燥させて、乾燥膜厚が7μmの接着剤層(III)を具備するフィルム(4)を作製した。
<工程1−5>
作製した上記フィルム(3)の導電層(II)面とフィルム(4)の接着剤層(III)面とをラミネーター(80℃、圧力2MPa、ラインスピード2m/分)を用いて貼り合せて電磁波シールドシートの両面がPETフィルムで覆われた積層体を得た。
実施例1で用いた原料や厚みを表1、2に記載された原料、厚みに変更した以外は、実施例1と同様に行い電磁波シールドシートを作成した。
<工程1−4>において用いた導電性フィラーHを含有する接着剤組成物の代わりに、合成例1で得たポリウレタンポリウレア樹脂溶液(F−1)の固形分で100部に対して、エポキシ樹脂(G−1)(ビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学(株)製「jER1001」)20部を加えてなる接着性樹脂組成物を用いた以外は実施例1と同様にして、電磁波シールドシートを作成した。
<工程1−1>で得られたフィルム(1)に代えて、ポリイミドフィルムを用いた以外は、実施例1と同様にして、電磁波シールドシートを作成した。
<工程1−5>で得られた積層体から幅10mm、長さ70mmの試料を用意し、前記試料から接着剤層(III)側の剥離処理シートを剥がし、接着剤層(III)に、厚さが50μmのポリイミドフィルム(東レ・デュポン社製「カプトン200EN」、以下「カプトン200EN」と略す)を150℃、1.0MPa、30minの条件で圧着した。
圧着後、絶縁層(I)側の剥離性フィルムを除去し、一部切り出し、エポキシ樹脂で包埋し、ミクロトームにより膜厚方向の断面を切り出した。露出させた断面を、走査型電子顕微鏡を用いて、倍率1000〜5000倍で観察して、導電層tおよび接着剤層の膜厚を測定した。
耐熱性ポリエステルフィルムの剥離処理面に対し、エポキシ樹脂と銀粉末とからなる導電ペーストを用いて、一直線上5mm間隔に4点のパターンのスクリーン印刷を行い、これを乾燥させた後、180℃のオーブンで導電ペーストを加熱硬化させ、直径500μm、高さ100μmの導電性バンプを形成した。
<工程1−5>で得られた積層体(長辺80mm、短辺50mmの長方形の試料)から接着剤層(III)側の剥離処理シートを剥がし、露出した接着剤層(III)を、導電性バンプを形成した前記耐熱性ポリエステルフィルムに重ね、150℃、1.0MPa、30minの条件で圧着した。なお、前記4点の導電性バンプは前記試料片の長辺に平行に位置するように圧着する。圧着により高さ100μmの導電性バンプは、接着剤層(III)を貫通し導電層(II)に達した。
圧着後、剥離処理された耐熱性ポリエステルフィルムを除去し、接着剤層(III)および、導電性バンプを露出させた。
この導電性バンプを測定用電極とし、JIS K7194−1994に準拠し、三菱化学製「ロレスターGP」の四探針プローブを用いて抵抗値を測定した。測定値に定数「4.239」を乗じた値を表面抵抗値Rとする。評価基準は以下の通りである。
なお、接着剤層(III)は厚さ方向にのみ電電性を発現する異方導電性接着剤層または導電性を有しない接着剤層なので、導電性バンプが接着剤層(III)を貫通しても測定される抵抗値は導電層(II)の抵抗値である。
○:50mΩ/□未満
△:50mΩ/□以上100mΩ/□未満
×:100mΩ/□以上
前記(1)、(2)で求めた導電層の膜厚t(μm)、表面抵抗値R(mΩ/□)とから下記式に従って求めた。
σ=109/R/t
<工程1−5>で得られた積層体から幅150mm、長さ150mmの試料を作成し、前記試料から接着剤層(III)側の剥離処理シートを剥がし、接着剤層(III)に、前記「カプトン200EN」を150℃、1.0MPa、30minの条件で圧着した。
圧着後、絶縁層(I)側の剥離性フィルムを除去し、水蒸気透過率測定装置(MOCON社製PERMATRAN)を使用し、40℃・100%RHの条件において、水蒸気透過率を測定した。(値A)
さらに、カプトン200ENを単独で測定し(値B)、下記式から水蒸気透過率を算出した(値B)
1/(A) = 1/(B) + 1/(C)
以下に記載する基準により、水蒸気透過性を判定した。
○:10g/(m2・day)以上
△:1g/(m2・day)以上、10g/(m2・day)未満
×:1g/(m2・day)未満
<工程1−5>で得られた積層体から幅10mm、長さ70mmの試料を作成し、前記試料から接着剤層(III)側の剥離処理シートを剥がし、接着剤層(III)に、前記「カプトン200EN」を150℃、1.0MPa、30minの条件で圧着した。
圧着後、絶縁層(I)側の剥離性フィルムを除去し、測定用の補強のために、露出した絶縁層(I)に、ポリウレタンポリウレア系の接着シートを用い、前記「カプトン200EN」を同様の条件で圧着した。
23℃、相対湿度50%の雰囲気下、引っ張り速度50mm/min、剥離角度90°で、硬化した接着剤層と前記「カプトン200EN」との間を剥離し、剥離力の中心値を接着強度(N/cm)とした。
この試験は、常温使用時における接着剤層の接着強度を評価するものであり、結果を次の基準で判断した。
◎:接着強度が10(N/cm)以上
○:接着強度が5(N/cm)以上、10(N/cm)未満
△:接着強度が3(N/cm)以上、5(N/cm)未満
×:接着強度が3(N/cm)未満
<工程1−5>で得られた積層体から幅10mm、長さ70mmの試料を用意し、前記試料から接着剤層(III)側の剥離処理シートを剥がし、接着剤層(III)に、前記「カプトン200EN」を150℃、1.0MPa、30minの条件で圧着した。
圧着後、絶縁層(I)側の剥離性フィルムを除去し、23℃、相対湿度50%の環境下で、260℃の溶融半田に、前記「カプトン200EN」を接触させて1分間浮かべ、試験片の外観を目視で観察し、シールドシートの発泡、浮き、剥がれ等の接着異常の有無を評価した。
(初期)。
別途、圧着後の試料を40℃、相対湿度90%の雰囲気で72時間放置して吸湿させた後、前記と同様にして耐熱性を試験・評価した(吸湿後)。
なお、この試験は、鉛フリーハンダリフローにおける電磁波シールドシート付きプリント配線板の耐熱性を、半田浴接触によって代替評価するものである。耐熱性の良好なものは、半田処理の前後で外観が変化しないのに対して、耐熱性の悪いものは、半田処理後に発泡や剥がれが発生する。これらの評価結果を次の基準で判断した。
◎ : 「外観変化無し」
△ : 「小さな発泡がわずかに観察される」
× : 「激しい発泡や剥がれが観察される」
<工程1−5>で得られた積層体から幅10mm、長さ70mmの試料を用意し、前記試料から接着剤層(III)側の剥離処理シートを剥がし、接着剤層(III)に、ポリイミドフィルムと銅箔との2層基板(新日鉄化学社製「エスパネックスMC−18−25−00FRM」)のポリイミドフィルム面を150℃、1.0MPa、30minの条件で圧着した。
圧着後、絶縁層(I)側の剥離性フィルムを除去し、電磁波シールドシートを外側に180度折り曲げて、折り曲げ部位に500gの錘を5秒間乗せ、その後このサンプルを平らな状態にもどして、500gの錘を5秒間乗せ、これを折り曲げ回数を1回とした。
2層基板のポリイミドフィルム側に設けた電磁波シールドシートにクラックが発生したかどうかを(株)キーエンス製マイクロスコープ「VHX−900」で観察し、クラックが発生しないで折り曲げられた回数を評価した。
◎・・・50回以上折り曲げてもクラックが発生しない。
○・・・20回以上、50回未満。
△・・・5回以上、20回未満。
×・・・5回未満
<測定用フレキシブルプリント配線板>
下記手順に従って、コプレーナ構造のフレキシブルプリント配線板を得る。
ポリイミドフィルム(厚さ25μm)の両面に厚さ12μmの銅箔を積層した両面CCLを用意し、一方の面に2本の信号配線(信号回路)、前記信号配線のそれぞれ外側に前記信号配線と平行なグランド配線(グランド回路)を設ける。前記信号配線に対応する他方の面における銅箔(前記信号配線の背面部分の銅箔)をエッチングにより除去する。前記一方の面に設けた2本のグランド配線の一部には、メッキ加工したスルーホールを設け、他方の面の銅箔との導通を確保する。
前記加工を施した両面CCLの両面に、前記カバーレイをそれぞれ貼り付ける。なお、信号配線を設けた側における前記カバーレイに設けた開口部は、2本のグランド配線上に位置するようにし、信号配線を設けなかった側における前記カバーレイに設けた開口部は、残した銅箔上に位置するようにする。
<測定用試料>
<工程1−5>で得られた積層体から接着剤層(III)側の剥離処理シートを剥がし、接着剤層(III)を、前記コプレーナ構造のフレキシブルプリント配線板の両面に、150℃、1.0MPa、30minの条件で圧着して、伝送損失測定用の電磁波シールドシート付きプリント配線板を得た。なお、前記圧着により、カバーレイに設けた開口部に接着剤層(III)が押し込まれ、前記一方の面に設けた2本のグランド配線、及び他方の面に残した銅箔に接触し、導通が確保される。
ネットワークアナライザE5071C(アジレント・ジャパン社製)を用いて、1MHzから20GHzの範囲の信号を信号配線に送り、前記電磁波シールドシート付きプリント配線板の伝送損失を測定した。
ポリイミドフィルムと銅箔との2層基板(新日鉄化学社製「エスパネックスMC−18−25−00FRM」)の銅箔面の一部に、高さ100μmの導電性ペーストにより導電性バンプを形成した「導電性バンプシート」を用意する。
<工程1−5>で得られた積層体から接着剤層(III)側の剥離処理シートを剥がし、接着剤層(III)を、前記コプレーナ構造のフレキシブルプリント配線板の両面に重ねる。両面に重ねられた電磁波シールドシートの各最外層、すなわち各絶縁層(I)に前記「導電性バンプシート」の銅箔及び導電性バンプを重ね、150℃、1MPa、30mi nの条件で圧着する。圧着により、高さ100μmの導電性バンプは、絶縁層(I)を貫通し導電層(II)に達する。
別途、前記「導電性バンプシート」の銅箔と、プリント配線板の前記一方の面に設けた2本のグランド配線、及び他方の面に残した銅箔との導通を確保することにより、電磁波シールドシート中の導電層(II)とグランド回路との導通を確保できる。
一方、比較例2は導電層の導電率が1×106S/mであるが、導電層の膜厚が薄いので導電層の表面抵抗値が100mΩ/□よりも大きくなり、伝送損失が大きかった。
比較例3〜5は、導電層に含まれる導電性フィラーEが少なく、導電層の導電率が1×106[S/m]未満であり、かつ、導電層の膜厚が薄いので導電層の表面抵抗値が100[mΩ/□]よりも大きいため、伝送損失がさらに大きくなった。
比較例6は、厚み9μmの銅箔を用いているため、導電率が高く、表面抵抗値が小さいため、伝送損失は小さいが、吸湿後の耐熱性評価では激しい発泡が生じ、折り曲げ耐性の評価ではすぐにクラックが生じてしまう。
比較例7は、蒸着層を用いているため、導電率が高いが、表面抵抗値が大きいため、伝送損失が大きく、さらに吸湿後の耐熱性評価では激しい発泡が生じてしまう。
Claims (8)
- 絶縁層と、導電層と、接着剤層を含む電磁波シールドシートであって、
前記導電層は、樹脂と導電性フィラーEを含有し、該導電層は表面抵抗が100[mΩ/□]以下で、かつ導電率が1×106[S/m]以上であることを特徴とする電磁波シールドシート。 - 40℃、90%相対湿度の条件下で測定した水蒸気透過度が1[cc/m2・24h]以上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シート。
- 導電層の厚みが、2〜20μmであることを特徴とする請求項1または2記載の電磁波シールドシート。
- 接着剤層が、樹脂と導電性フィラーHを含有する異方導電接着剤層であることを特徴とする請求項1ないし3いずれか1項に記載の電磁波シールドシート。
- 導電性層100質量%が導電性フィラーEを70質量%以上含有する、請求項1〜4いずれか1項に記載の電磁波シールドシート。
- プリント配線板の少なくとも一方の面に、請求項1〜5いずれか1項に記載の電磁波シールドシートを貼着してなる、電磁波シールドシート付きプリント配線板。
- 請求項6記載の電磁波シールドシート付きプリント配線板を用いてなる電子機器。
- 周波数が1MHzから20GHzの範囲の信号を伝送する、請求項7記載の電子機器。
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