JP2019083321A - フレキシブル回路基板、その使用方法及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 狭い筐体内でも配線回路の断線や割れを防止し得る、優れた耐折り曲げ性を有するフレキシブル回路基板及びその使用方法を提供する。【解決手段】 フレキシブル回路基板は、ポリイミド絶縁層（Ａ）と、ポリイミド絶縁層（Ａ）の少なくとも一方の面に設けられた回路配線層（Ｂ）と、回路配線層（Ｂ）に積層されたカバーレイ（Ｃ）と、を備え、上面側が略１８０℃反転して下面側になるように折り曲げる「はぜ折り」によって、０．１〜０．５ｍｍのギャップで折り曲げて使用され、ａ）ポリイミド絶縁層（Ａ）の厚みが２３〜２７μｍの範囲内である；ｂ）回路配線層（Ｂ）を構成する銅配線の厚みが１０〜１４μｍの範囲内であり、かつ銅配線のキューブ比率が８５％以上である；及び、ｃ）ポリイミド絶縁層（Ａ）と回路配線層（Ｂ）とカバーレイ（Ｃ）の合計の厚みが５３〜６３μｍの範囲内である。【選択図】なし

Description

本発明は、フレキシブル回路基板（ＦＰＣ）に関し、詳しくは、電子機器の筐体内に折り畳んで収納され、使用されるフレキシブル回路基板、その使用方法及び電子機器に関する。

近年、携帯電話、ノート型パソコン、デジタルカメラ、ゲーム機などに代表される電子機器は、小型化、薄型化、軽量化が急速に進み、これらに使用される材料に対して、小スペースにおいても部品を収納できる高密度で高性能な材料が望まれるようになっている。フレキシブル回路基板においても、スマートフォン等の高性能小型電子機器の普及に伴い、部品収納の高密度化が進展したため、今まで以上に、より狭い筐体内にフレキシブル回路基板を収納する必要が出てきている。そのためフレキシブル回路基板の材料であるフレキシブル銅張積層板においても材料面からの耐折り曲げ性の向上が求められている。以下、本明細書では、ＦＰＣの上面側が略１８０℃反転して下面側になるように折り曲げることを「はぜ折り」と呼ぶことがある。

このような用途への適用を意図したものとして、特許文献１では、フレキシブル銅張積層板に使用するポリイミドベースフィルムやカバーフィルムの弾性率を制御することによって、フレキシブル回路基板トータルのスティフネス性を低減させることにより、耐折り曲げ性を向上させるという技術が提案されている。しかしながら、ポリイミドやカバーフィルムの特性の制御のみでは、電子機器内に折り畳んで収納するという厳しい屈曲モードに対しては不十分であり、十分な耐折り曲げ性に優れたフレキシブル回路基板を提供できていない。

また、特許文献２では、電子機器内への高密度化の観点から、銅箔側からのアプローチとして、銅箔の結晶粒径サイズに着目して、耐スプリングバック性を抑えた熱処理用銅箔が提案されている。本技術は、銅箔中に種々の適切な添加剤を入れた圧延銅箔を用いて、結晶粒の肥大化に充分な熱量を加えることにより結晶粒径を大きく成長させ、その結果、銅箔の耐スプリングバック性を改良しようという技術である。

しかしながら、スマートフォンに代表される小型電子機器に対しては、狭い筐体内に、ＦＰＣをさらに高密度に収納することが要請されている。そのため、前記従来技術だけでは、更なる高密度化の要請に応えることが難しい。

特開２００７−２０８０８７号公報 特開２０１０−２８０１９１号公報

本発明は、前記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、狭い筐体内でも配線回路の断線や割れを防止し得る、優れた耐折り曲げ性を有するフレキシブル回路基板及びその使用方法を提供することである。

本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、フレキシブル回路基板を構成するポリイミド絶縁層の厚みと、回路配線層を構成する銅配線の厚み及びキューブ比率と、フレキシブル回路基板の全体の等価曲げ剛性との関係に着目することで、前記課題を解決し得るフレキシブル回路基板を提供し得ることを見出し、本発明を完成した。

本発明のフレキシブル回路基板は、ポリイミド絶縁層（Ａ）と、前記ポリイミド絶縁層（Ａ）の少なくとも一方の面に設けられた回路配線層（Ｂ）と、前記回路配線層（Ｂ）に積層されたカバーレイ（Ｃ）と、を備えている。本発明のフレキシブル回路基板は、以下のａ〜ｃの構成：
ａ）前記ポリイミド絶縁層（Ａ）の厚みが２３〜２７μｍの範囲内であること；
ｂ）前記回路配線層（Ｂ）を構成する銅配線の厚みが１０〜１４μｍの範囲内であり、かつ前記銅配線のキューブ比率が８５％以上であること；
及び、
ｃ）前記カバーレイ（Ｃ）を内側にして折り曲げるときの等価曲げ剛性が０．０７〜０．１０Ｎ・ｍ^２の範囲内であること；
を有することを特徴とする。

本発明のフレキシブル回路基板は、前記カバーレイ（Ｃ）を内側にして折り畳んだ状態で、電子機器の筐体内に収納して使用されるものであってもよい。

本発明の電子機器は、上記フレキシブル回路基板を、前記カバーレイ（Ｃ）を内側にして折り畳んだ状態で筐体内に収納したものである。

本発明のフレキシブル回路基板は、配線基板に要求される高い耐折り曲げ性を発現し得ることから、電子機器内に折り曲げた状態での接続信頼性に優れている。従って、本発明のフレキシブル回路基板は、特に、スマートフォン等の小型液晶周りの折り曲げ部分等の耐折り曲げ性が要求される電子部品に好適に用いることができる。

実施例で用いた試験回路基板片の銅配線の様子を示す平面説明図である。 折り曲げ試験での試料ステージと試験回路基板片との様子を示す側面説明図である（試料ステージ上に試験回路基板片を固定した状態図）。 折り曲げ試験での試料ステージと試験回路基板片との様子を示す側面説明図である（試験回路基板片の折り曲げ箇所をローラーで押さえる手前の状態図）。 折り曲げ試験での試料ステージと試験回路基板片との様子を示す側面説明図である（試験回路基板片の折り曲げ箇所をローラーで押さえた状態図）。 折り曲げ試験での試料ステージと試験回路基板片との様子を示す側面説明図である（折り曲げ箇所を開いて試験片を平らな状態に戻した状態図）。 折り曲げ試験での試料ステージと試験回路基板片との様子を示す側面説明図である（折り曲げ箇所の折り目部分をローラーで押さえて均す状態図）。 フレキシブル回路基板の断面説明図（一部）である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
＜フレキシブル回路基板＞
本実施の形態のフレキシブル回路基板は、ポリイミド絶縁層（Ａ）と、ポリイミド絶縁層（Ａ）の片面又は両面に設けられた回路配線層（Ｂ）と、回路配線層（Ｂ）に積層されたカバーレイ（Ｃ）と、を備えている。このフレキシブル回路基板は、例えば、ポリイミド絶縁層と銅箔層とを備えたフレキシブル銅張積層板の銅箔層をエッチングするなどして配線回路加工して銅配線を形成し、カバーレイを張り付けることによって作製される。なお、フレキシブル回路基板において、ポリイミド絶縁層（Ａ）の両面に回路配線層（Ｂ）が設けられている場合は、折り曲げたときに内側になる回路配線層が、後述する構成ｂを具備していればよい。この場合、折り曲げたときに内側になる回路配線層を覆うカバーレイが、後述する構成ｃのカバーレイ（Ｃ）に該当する。

＜ポリイミド絶縁層（Ａ）＞
ポリイミド絶縁層（Ａ）は、その厚みが２３〜２７μｍの範囲内である（構成ａ）。ポリイミド絶縁層（Ａ）の厚みが２３μｍ未満では、フレキシブル回路基板の等価曲げ剛性が低下し、その耐はぜ折り性が低下することとなり、２７μｍを超えると、フレキシブル回路基板を折り曲げた際に銅配線に、より応力が加わることとなり、その耐はぜ折り性を低下させてしまう傾向となる。

ポリイミド絶縁層（Ａ）は、市販のポリイミドフィルムをそのまま使用することも可能であるが、絶縁層の厚さや物性のコントロールのしやすさから、ポリアミド酸溶液を銅箔上に直接塗布した後、熱処理により乾燥、硬化する所謂キャスト(塗布)法によるものが好ましい。また、ポリイミド絶縁層（Ａ）は、単層のみから形成されるものでもよいが、ポリイミド絶縁層（Ａ）と回路配線層（Ｂ）との接着性等を考慮すると複数層からなるものが好ましい。ポリイミド絶縁層（Ａ）を複数層とする場合、異なる構成成分からなるポリアミド酸溶液の上に他のポリアミド酸溶液を順次塗布して形成することができる。ポリイミド絶縁層（Ａ）が複数層からなる場合、同一の構成のポリイミド前駆体樹脂を２回以上使用してもよい。

ポリイミド絶縁層（Ａ）について、より詳しく説明する。上述の通り、ポリイミド絶縁層（Ａ）は複数層とすることが好ましいが、その具体例としては、ポリイミド絶縁層（Ａ）を、熱膨張係数３０×１０^−６／Ｋ未満の低熱膨張性のポリイミド層（ｉ）と、熱膨張係数３０×１０^−６／Ｋ以上の高熱膨張性のポリイミド層（ii）と、を含む積層構造とすることが好ましい。より好ましくは、ポリイミド絶縁層（Ａ）は、低熱膨張性のポリイミド層（ｉ）の少なくとも一方、好ましくはその両側に、高熱膨張性のポリイミド層（ii）を有する積層構造とし、高熱膨張性のポリイミド層（ii）が直接回路配線層（Ｂ）と接するようにすることがよい。ここで、「低熱膨張性のポリイミド層（ｉ）」とは、熱膨張係数３０×１０^−６／Ｋ未満、好ましくは１×１０^−６〜２５×１０^−６／Ｋの範囲内、特に好ましくは３×１０^−６〜２０×１０^−６／Ｋの範囲内のポリイミド層をいう。また、「高熱膨張性のポリイミド層（ii）」とは、熱膨張係数３０×１０^−６／Ｋ以上のポリイミド層を言い、好ましくは３０×１０^−６〜８０×１０^−６／Ｋの範囲内、特に好ましくは３０×１０^−６〜７０×１０^−６／Ｋの範囲内のポリイミド層をいう。このようなポリイミド層は、使用する原料の組合せ、厚み、乾燥・硬化条件を適宜変更することで所望の熱膨張係数を有するポリイミド層とすることができる。

上記ポリイミド絶縁層（Ａ）を与えるポリアミド酸溶液は、公知のジアミンと酸無水物とを溶媒の存在下で重合して製造することができる。この際、重合される樹脂粘度は、例えば、５００ｃｐｓ以上３５，０００ｃｐｓ以下の範囲内とすることが好ましい。

ポリイミドの原料として用いられるジアミンとしては、例えば、4,6-ジメチル-ｍ-フェニレンジアミン、2,5-ジメチル-p-フェニレンジアミン、2,4-ジアミノメシチレン、4,4'-メチレンジ-o-トルイジン、4,4'-メチレンジ-2,6-キシリジン、4,4'-メチレン-2,6-ジエチルアニリン、2,4-トルエンジアミン、ｍ-フェニレンジアミン、p-フェニレンジアミン、4,4'-ジアミノジフェニルプロパン、3,3'-ジアミノジフェニルプロパン、4,4'-ジアミノジフェニルエタン、3,3'-ジアミノジフェニルエタン、4,4'-ジアミノジフェニルメタン、3,3'-ジアミノジフェニルメタン、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、4,4'-ジアミノジフェニルスルフィド、3,3'-ジアミノジフェニルスルフィド、4,4'-ジアミノジフェニルスルホン、3,3'-ジアミノジフェニルスルホン、4,4'-ジアミノジフェニルエーテル、3,3-ジアミノジフェニルエーテル、1,3-ビス（3-アミノフェノキシ）ベンゼン、1,3-ビス（4-アミノフェノキシ）ベンゼン、1,4-ビス（4-アミノフェノキシ）ベンゼン、ベンジジン、3,3'-ジアミノビフェニル、3,3'-ジメチル-4,4'-ジアミノビフェニル、3,3'-ジメトキシベンジジン、4,4'-ジアミノ-p-テルフェニル、3,3'-ジアミノ-p-テルフェニル、ビス(p-アミノシクロヘキシル)メタン、ビス(p-β-アミノ-t-ブチルフェニル)エーテル、ビス(p-β-メチル-δ-アミノペンチル)ベンゼン、p-ビス(2-メチル-4-アミノペンチル)ベンゼン、p-ビス(1,1-ジメチル-5-アミノペンチル)ベンゼン、1,5-ジアミノナフタレン、2,6-ジアミノナフタレン、2,4-ビス(β-アミノ-t-ブチル)トルエン、2,4-ジアミノトルエン、ｍ-キシレン-2,5-ジアミン、p-キシレン-2,5-ジアミン、ｍ-キシリレンジアミン、p-キシリレンジアミン、2,6-ジアミノピリジン、2,5-ジアミノピリジン、2,5-ジアミノ-1,3,4-オキサジアゾール、ピペラジン、2,2'-ジメチル-4,4'-ジアミノビフェニル、3,7-ジアミノジベンゾフラン、1,5-ジアミノフルオレン、ジベンゾ-p-ジオキシン-2,7-ジアミン、4,4'-ジアミノベンジルなどが挙げられる。

また、ポリイミドの原料として用いられる酸無水物としては、例えば、ピロメリット酸二無水物、3,3',4,4'-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2',3,3'-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,3,3',4'-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ナフタレン-1,2,5,6-テトラカルボン酸二無水物、ナフタレン-1,2,4,5-テトラカルボン酸二無水物、ナフタレン-1,4,5,8-テトラカルボン酸二無水物、ナフタレン-1,2,6,7-テトラカルボン酸二無水物、4,8-ジメチル-1,2,3,5,6,7-ヘキサヒドロナフタレン-1,2,5,6-テトラカルボン酸二無水物、4,8-ジメチル-1,2,3,5,6,7-ヘキサヒドロナフタレン-2,3,6,7-テトラカルボン酸二無水物、2,6-ジクロロナフタレン-1,4,5,8-テトラカルボン酸二無水物、2,7-ジクロロナフタレン-1,4,5,8-テトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7-テトラクロロナフタレン-1,4,5,8-テトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8-テトラクロロナフタレン-2,3,6,7-テトラカルボン酸二無水物、3,3',4,4'-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2',3,3'-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3',4'-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3'',4,4''-p-テルフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2'',3,3''-p-テルフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3'',4''-p-テルフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2-ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)-プロパン二無水物、2,2-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)-プロパン二無水物、ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、ビス(3.4-ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)スルホン二無水物、ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)スルホン二無水物、1,1-ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、1,1-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、ペリレン-2,3,8,9-テトラカルボン酸二無水物、ペリレン-3,4,9,10-テトラカルボン酸二無水物、ペリレン-4,5,10,11-テトラカルボン酸二無水物、ペリレン-5,6,11,12-テトラカルボン酸二無水物、フェナンスレン-1,2,7,8-テトラカルボン酸二無水物、フェナンスレン-1,2,6,7-テトラカルボン酸二無水物、フェナンスレン-1,2,9,10-テトラカルボン酸二無水物、シクロペンタン-1,2,3,4-テトラカルボン酸二無水物、ピラジン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物、ピロリジン-2,3,4,5-テトラカルボン酸二無水物、チオフェン-,3,4,5-テトラカルボン酸二無水物、4,4'-オキシジフタル酸二無水物、2,3,6,7-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物などが挙げられる。

上記ジアミン及び酸無水物は、それぞれ１種のみを使用してもよく２種以上を併用することもできる。また、重合に使用される溶媒は、ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリジノン、2-ブタノン、ジグライム、キシレン等が挙げられ、１種又は２種以上併用して使用することもできる。

本実施の形態において、熱膨張係数３０×１０^−６／Ｋ未満の低熱膨張性のポリイミド層（ｉ）とするには、例えば、原料の酸無水物成分としてピロメリット酸二無水物、3,3',4,4'-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物を、ジアミン成分としては、2,2'-ジメチル-4,4'-ジアミノビフェニル、2-メトキシ-4，4’-ジアミノベンズアニリドを用いることがよく、特に好ましくは、ピロメリット酸二無水物及び2,2'-ジメチル-4,4'-ジアミノビフェニルを原料各成分の主成分とするものがよい。

また、熱膨張係数３０×１０^−６／Ｋ以上の高熱膨張性のポリイミド層（ii）とするには、例えば、原料の酸無水物成分としてピロメリット酸二無水物、3,3',4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3',4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3',4,4’-ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物を、ジアミン成分としては、2,2’-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、4,4'-ジアミノジフェニルエーテル、1,3-ビス（4-アミノフェノキシ）ベンゼンを用いることがよく、特に好ましくはピロメリット酸二無水物及び2,2’-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパンを原料各成分の主成分とするものがよい。なお、このようにして得られる高熱膨張性のポリイミド層（ii）の好ましいガラス転移温度は、３００〜４００℃の範囲内である。

また、ポリイミド絶縁層（Ａ）を低熱膨張性のポリイミド層（ｉ）と高熱膨張性のポリイミド層（ii）との積層構造とした場合、好ましくは、低熱膨張性のポリイミド層（ｉ）と高熱膨張性のポリイミド層（ii）との厚み比（低熱膨張性のポリイミド層（ｉ）／高熱膨張性のポリイミド層（ii））が２〜１５の範囲内であるのがよい。この比の値が、２に満たないとポリイミド絶縁層（Ａ）全体に対する低熱膨張性のポリイミド層（ｉ）が薄くなるため、ポリイミドフィルムの寸法特性の制御が困難となり、銅箔をエッチングして回路配線層（Ｂ）を形成した際の寸法変化率が大きくなり、１５を超えると高熱膨張性のポリイミド層（ii）が薄くなるため、ポリイミド絶縁層（Ａ）と回路配線層（Ｂ）との接着信頼性が低下する。

＜回路配線層（Ｂ）＞
本実施の形態のフレキシブル回路基板において、回路配線層（Ｂ）は、例えば銅箔を原料とする銅配線により構成される。回路配線層（Ｂ）を構成する銅配線の厚みは、１０〜１４μｍの範囲内であり、かつ銅配線のキューブ比率は８５％以上である（構成ｂ）。回路配線層（Ｂ）を構成する銅配線の厚みが１０μｍ未満では、銅張積層板の剛性が低下し、フレキシブル回路基板を製造する際のハンドリングが悪化する傾向となり、１４μｍを超えるとフレキシブル回路基板を折り曲げた際に銅配線に加わる応力が大きくなることによって耐はぜ折り性が低下する傾向となる。また、回路配線層（Ｂ）を構成する銅配線のキューブ比率が８５％未満では、銅配線の結晶粒毎の異方性が高くなり、折り曲げ時に微視的な応力集中が発生することで耐はぜ折り性が低下する傾向となる。

ここで、キューブ比率とは、銅配線を構成する銅の所定の面が結晶方位＜２００＞に配向している面積率を表す指標である。キューブ比率は、後記実施例に示すように、ＥＢＳＤ（Electron Back Scattering Diffraction）法により確認することができる。回路配線層（Ｂ）の原料の銅箔は、フレキシブル回路基板の製造時に十分な熱履歴を経ることによってアニールが進行する結果、回路配線層（Ｂ）に加工された段階で、キューブ比率が上記範囲内になるものであることが必要である。

本実施の形態のフレキシブル回路基板において、回路配線層（Ｂ）に使用する銅箔は、上記特性を充足するものであれば特に限定されるものではなく、市販されている銅箔を用いることができる。その具体例としては、ＪＸ日鉱日石金属株式会社製のＨＡ箔などが挙げられる。

＜カバーレイ（Ｃ）＞
本実施の形態のフレキシブル回路基板において、カバーレイ（Ｃ）は、厚みが２７．５μｍであり、弾性率が２．０〜３．５ＧＰａの範囲内のものを用いることが好ましい。このようなカバーレイ（Ｃ）としては、市販品を用いることができる。その具体例としては、有沢製作所社製、ＣＥＡ０５１５（商品名）などが挙げられる。

＜全体厚み＞
本実施の形態のフレキシブル回路基板は、その全体の厚み［つまり、ポリイミド絶縁層（Ａ）と回路配線層（Ｂ）とカバーレイ（Ｃ）の合計の厚み］が５３〜６３μｍの範囲内が良い。フレキシブル回路基板の全体の厚みが５３μｍ未満では、フレキシブル回路基板の等価曲げ剛性が低下し、その耐はぜ折り性が低下する傾向となり、６３を超えると、フレキシブル回路基板を折り曲げた際に銅配線に、より応力が加わることとなり、その耐はぜ折り性が低下させることがある。

＜フレキシブル回路基板の等価曲げ剛性＞
本実施の形態のフレキシブル回路基板は、カバーレイ（Ｃ）を内側にして折り曲げるときの等価曲げ剛性は、例えば０．０７〜０．１０Ｎ・ｍ^２の範囲内である（構成ｃ）。等価曲げ剛性は、０．０７〜０．０９Ｎ・ｍ^２の範囲内が好ましい。フレキシブル回路基板の等価曲げ剛性が、上記範囲から外れると耐はぜ折り性が低下する。

以下、本実施の形態のフレキシブル回路基板の等価曲げ剛性について説明する。まず、フレキシブル回路基板の中立面位置の計算方法について、図７を参照して詳しく説明する。図７は、中立面位置の計算方法の説明に使用する積層体のモデルの断面図である。図７には、便宜上、積層体が２層であるモデルを示しているが、以下の説明は、積層体が２層以上である場合の全般に当てはまる。ここで、積層体の層の数をｎ（ｎは２以上の整数）とする。また、この積層体を構成する各層のうち下から数えてｉ番目（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）の層を第ｉ番目と呼ぶ。図７において、符号Ｂは、積層体の幅を表している。なお、ここでいう幅とは、第１層の下面に平行で、積層体の長手方向に垂直な方向の寸法である。

本実施の形態におけるフレキシブル回路基板は、上記のポリイミド絶縁層（Ａ）と回路配線層（Ｂ）とカバーレイ（Ｃ）により構成されるが、カバーレイ（Ｃ）を除いた状態を回路配線層（Ｂ）側から見たときに、銅配線５１が存在する部分と、銅配線５１が存在しない部分とがある。ここで、銅配線５１が存在する部分を配線部（Ｌｉｎｅ）と呼び、銅配線５１が存在しない部分をスペース部（Ｓｐａｃｅ）と呼ぶ。配線部とスペース部では、構成が異なる。そのため、必要に応じて、配線部とスペース部とを分けて考える。

［中立面位置の計算］
ここで、第１層の下面を基準面ＳＰとする。以下、基準面ＳＰが図７おける下側に凸形状になるように積層体を屈曲させる場合について考える。図７において、符号ＮＰは積層体の中立面を表している。ここで、中立面ＮＰと基準面ＳＰとの距離を中立面位置[ＮＰ]とし、この中立面位置[ＮＰ]を、配線部とスペース部とで別々に計算する。中立面位置[ＮＰ]は、次の式（１）によって算出される。

[ＮＰ]＝Σ_i=1 ^ｎＥ_ｉＢ_ｉｈ_ｉｔ_ｉ／Σ_i=1 ^ｎＥ_ｉＢ_ｉｔ_ｉ …（１）

ここで、Ｅ_ｉは、第ｉ層を構成する材料の弾性率である。この弾性率Ｅ_ｉは、本実施の形態における「各層における応力とひずみの関係」に対応する。Ｂ_ｉは、第ｉ層の幅であり、図７に示した幅Ｂに相当する。配線部の中立面位置[ＮＰ]を求める場合には、Ｂ_ｉとして線幅ＬＷの値を用い、スペース部の中立面位置[ＮＰ]を求める場合には、Ｂ_ｉとして線間幅ＳＷの値を用いる。ｈ_ｉは、第ｉ層の中央面と基準面ＳＰとの距離である。なお、第ｉ層の中央面とは、第ｉ層の厚み方向の中央に位置する仮想の面である。ｔ_ｉは、第ｉ層の厚みである。また、記号“Σ_i=1 ^ｎ”は、ｉが１からｎまでの総和を表す。以下、配線部の中立面位置を[ＮＰ]_Lineと記す。

［等価曲げ剛性の計算］
フレキシブル回路基板全体の曲げ剛性である等価曲げ剛性［ＢＲ］は、次の式（２）によって算出される。

［ＢＲ］＝Ｂ_Line{Σ_i=1 ^ｎＥ_ｉ(ａ_i ^３−ｂ_i ^３)／３}_Line
＋Ｂ_Space{Σ_i=1 ^ｎＥ_ｉ(ａ_i ^３−ｂ_i ^３)／３}_Space …（２）

ここで、式（２）において、Ｂ_Lineは線幅ＬＷの総和であり、Ｂ_Spaceは線間隔ＳＷの総和である。また、図７に示したように、ａ_iは第i層の上面と中立面ＮＰとの距離、ｂ_ｉは第ｉ層の下面と中立面ＮＰとの距離である。{Σ_i=1 ^ｎＥ_ｉ(ａ_i ^３−ｂ_i ^３)／３}_Lineは、配線部におけるＥ_ｉ(ａ_ｉ ^３−ｂ_ｉ ^３)／３の値の、ｉが１からｎまでの総和である。{Σ_i=1 ^ｎＥ_ｉ(ａ_i ^３−ｂ_i ^３)／３}_Spaceは、スペース部におけるＥ_ｉ(ａ_ｉ ^３−ｂ_ｉ ^３)／３の値の、ｉが１からｎまでの総和である。なお、式（２）に関連するが、第ｉ層に関して、Ｂ_ｉ(ａ_ｉ ^３−ｂ_ｉ ^３)／３は、一般に断面二次モーメントと呼ばれる断面の幾何学的な特性を表すパラメータである。この第ｉ層の断面二次モーメントに第ｉ層の弾性率を掛けた値が第ｉ層の曲げ剛性である。

＜フレキシブル銅張積層板の製造＞
本実施の形態のフレキシブル回路基板を製造するために用いるフレキシブル銅張積層板は、例えば、回路配線層（Ｂ）の原料となる銅箔の表面にポリイミド前駆体樹脂溶液（ポリアミド酸溶液ともいう。）を塗工し、次いで、乾燥、硬化させる熱処理工程を経て製造することができる。熱処理工程における熱処理は、塗工されたポリアミド酸溶液を１６０℃未満の温度でポリアミド酸中の溶媒を乾燥除去した後、更に、１５０℃から４００℃の温度範囲で段階的に昇温し、硬化させることで行なわれる。このようにして得られた片面フレキシブル銅張積層板を両面銅張積層板とするには、前記片面フレキシブル銅張積層板と、これとは別に準備した銅箔とを３００〜４００℃にて熱圧着する方法が挙げられる。

＜ＦＰＣ＞
本実施の形態のフレキシブル回路基板は、フレキシブル銅張積層板の金属箔を常法によってパターン状に加工して配線層を形成後、カバーレイを貼りつけることによって製造できる。

＜ＦＰＣの使用方法＞
本実施の形態のフレキシブル回路基板は、例えば０．１〜０．５ｍｍの狭いギャップでの屈曲性能の要求が厳しい折り曲げの用途において特に効果を発揮する。すなわち、ＦＰＣに１ｋｇの加重を加えることで１８０°折り曲げ、電子機器の筐体内に折り畳んで収納されて使用することが好適である。

＜電子機器＞
本発明の一実施の形態に係る電子機器は、電子機器の筐体内に折り畳んで収納されるＦＰＣを有している。電子機器は、例えばスマートフォン、タブレット端末などに代表される携帯用情報通信端末である。電子機器は、例えば金属、合成樹脂等の材質の筐体と、本実施の形態のＦＰＣを備えている。ＦＰＣは、電子機器の筐体内に折り畳んで収納されている。電子機器は、耐折り曲げ性に優れ、接続信頼性が高いた本実施の形態のＦＰＣを用いているため、ＦＰＣを筐体内に折り畳んで高密度に収納しても、配線回路の断線や割れが発生し難く、製品の信頼性に優れている。

以下、実施例に基づき本発明をより詳細に説明する。なお、下記の実施例における各特性評価は、以下の方法により行った。

［引張弾性率の測定］
引張弾性率の測定にあたり銅箔に関しては、真空オーブンを用いてフレキシブル銅張積層板の処理工程と同等の熱処理を与えた銅箔を用いた。また、ポリイミド層に関しては、フレキシブル銅張積層板をエッチングして銅箔を完全に除去したポリイミドフィルムを用いた。このようにして得られた材料を、株式会社東洋精機製作所製ストログラフＲ−１を用いて、温度２３℃、相対湿度５０％の環境下で引張弾性率の値を測定した。

［熱膨張係数（ＣＴＥ）の測定］
セイコーインスツルメンツ製のサーモメカニカルアナライザーを使用し、２５０℃まで昇温し、更にその温度で１０分保持した後、５℃／分の速度で冷却し、２４０℃から１００℃までの平均熱膨張係数(線熱膨張係数)を求めた。

［表面粗さ（Ｒｚ）の測定］
接触式表面粗さ測定機（（株）小坂研究所製 SUREF CORDER ET3000）を用いて、銅箔のポリイミド絶縁層との接触面側の表面粗さを測定した。

[銅箔のキューブ比率の測定]
キューブ比率は、銅箔の所定の面が結晶方位＜２００＞に配向している面積率を表す指標である。各実施例の、銅箔の所定の面がどのような結晶方位を有するかについては、ＥＢＳＤ（Electron Back Scattering Diffraction）法により確認した。ＥＢＳＤ法は、測定対象である試料表面に収束電子ビームを照射した際に発生する個々の結晶面から回折される擬菊池線と呼ばれる回折像から結晶を解析し、方位データと測定点の位置情報から測定対象の結晶方位分布を測定する方法であり、Ｘ線回折法よりもミクロな領域の集合組織の結晶方位を解析することができる。例えば、個々の微小領域でその結晶方位を特定し、それらをつなぎあわせてマッピングすることができ、各マッピング点間の面方位の傾角（方位差）が一定値以下のものを同色で塗り分け、ほぼ同一の面方位を有する領域（結晶粒）の分布を浮かび上がらせることにより方位マッピング像を得ることができる。また、特定の面方位に対して所定の角度以内の方位を有する方位面を含めてその方位であると規定し、各面方位の存在割合を面積率、つまりキューブ比率を算出することができる。

［はぜ折りの測定（折り曲げ試験）］
銅張積層板の銅箔をエッチング加工し、その長手方向に沿ってライン幅１００μｍ、スペース幅１００μｍにて長さが４０ｍｍの１０列の銅配線５１を形成した試験片（試験回路基板片）４０を作製した（図１）。試験片４０における銅配線５１のみを表した図１に示したように、その試験片４０における１０列の銅配線５１は、Ｕ字部５２を介して全て連続して繋がっており、その両端には抵抗値測定用の電極部分（図示外）を設けている。

試験片４０を、二つ折りが可能な試料ステージ２０及び２１上に固定し、抵抗値測定用の配線を接続して、抵抗値のモニタリングを開始した（図２）。折り曲げ試験は、１０列の銅配線５１に対して、長手方向のちょうど中央部分にて、銅配線５１が内側になって向き合うように折り曲げて行った。この際、ウレタン製のローラー２２を用いて、折り曲げ箇所４０Ｃに１ｋｇの加重となるように制御しながら、折り曲げた線と並行にローラー２２を移動させ、１０列の銅配線５１を全て折り曲げた後（図３及び図４）、折り曲げ部分を開いて試験片４０を平らな状態に戻し（図５）、折り目がついている部分を再度ローラー２２にて抑えたまま移動させ（図６）、この一連の工程をもってはぜ折り回数１回とカウントするようにした。このような手順で折り曲げ試験を繰り返し行う間、常時、銅配線５１の抵抗値をモニタリングし、所定の抵抗（３０００Ω）になった時点を銅配線５１の破断と判断し、その時までに繰り返した折り曲げ回数をはぜ折り測定値とした。はぜ折り測定値は、７０回以上の場合を「良好」、７０回未満を「不可」と評価した。

なお、折り曲げ試験において、最初から折り曲げられた状態の試験片４０を用いる場合は、一旦展開して折り曲げを解消させた状態を折り曲げ回数ゼロとし、上記手順で折り曲げ回数をカウントする。

カバーレイＡ：
有沢製作所社製カバーレイ（商品名；ＣＥＡ０５１５、厚み；２７．５μｍ、引張弾性率；３．５ＧＰａ）
カバーレイＢ：
ニッカン工業社製カバーレイ（商品名；ＣＩＳＶ１２１５、厚み；２７．５μｍ、引張弾性率；２．０ＧＰａ）
カバーレイＣ：
有沢製作所社製のカバーレイ（商品名；ＣＭＡ０５１５、厚み；２７．５μｍ、引張弾性率；２．６ＧＰａ）
カバーレイＤ：
有沢製作所社製カバーレイ（商品名；ＣＥＡ０５２５、厚み；３７．５μｍ、引張弾性率；３．３ＧＰａ）
カバーレイＥ：
ニッカン工業社製のカバーレイ（商品名；ＣＩＳＶ１２２５、厚み；３７．５μｍ、引張弾性率；２．０ＧＰａ）
カバーレイＦ：
有沢製作所社製のカバーレイ（商品名；ＣＭＡ０５２５、厚み；３７．５μｍ、引張弾性率；２．３ＧＰａ）

実施例、比較例に記載のフレキシブル銅張積層板の製造方法について次に示す。

［ポリアミド酸溶液の合成］
（合成例１）
熱電対及び攪拌機を備えると共に窒素導入が可能な反応容器に、Ｎ,Ｎ−ジメチルアセトアミドを入れ、さらに、この反応容器に２,２-ビス[４-(４-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン(ＢＡＰＰ)を投入して容器中で撹拌しながら溶解させた。次に、ピロメリット酸二無水物（ＰＭＤＡ）をモノマーの投入総量が１２ｗｔ％となるように投入した。その後、３時間撹拌を続けて重合反応を行い、ポリアミド酸ａの樹脂溶液を得た。ポリアミド酸ａから形成された厚み２５μｍのポリイミドフィルムの熱膨張係数（ＣＴＥ）は、５５×１０^−６／Ｋであった。

（合成例２）
熱電対及び攪拌機を備えると共に窒素導入が可能な反応容器に、Ｎ,Ｎ−ジメチルアセトアミドを入れ、さらに、この反応容器に２,２'−ジメチル−４,４'−ジアミノビフェニル（ｍ-ＴＢ）を投入して容器中で攪拌しながら溶解させた。次に、３,３',４,４'−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（ＢＰＤＡ）およびピロメリット酸二無水物（ＰＭＤＡ）をモノマーの投入総量が１５ｗｔ％、各酸無水物のモル比率（ＢＰＤＡ：ＰＭＤＡ）が２０：８０となるように投入した。その後、３時間撹拌を続けて重合反応を行い、ポリアミド酸ｂの樹脂溶液を得た。ポリアミド酸ｂから形成された厚み２５μｍのポリイミドフィルムの熱膨張係数（ＣＴＥ）は、２２×１０^−６／Ｋであった。

（実施例１）
表１に示した特性を有し、厚さ１２μｍで長尺状の市販の銅箔（塗布面の表面粗さＲｚ＝０．４μｍ）上に、合成例１で調製したポリアミド酸ａの樹脂溶液を硬化後の厚みが２．５μｍとなるように均一に塗布した後、１３０℃で加熱乾燥し溶媒を除去した。次に、この塗布面側に合成例２で調製したポリアミド酸ｂの樹脂溶液を硬化後の厚みが２０．０μｍとなるように均一に塗布し、１２０℃で加熱乾燥し溶媒を除去した。更に、この塗布面側に第１層目で塗布したものと同じポリアミド酸ａの樹脂溶液を硬化後の厚みが２．５μｍとなるように均一に塗布し、１３０℃で加熱乾燥し溶媒を除去した。この長尺状の積層体を１３０℃から開始して３００℃まで段階的に温度が上がるように設定した連続硬化炉にて、合計６分程度の時間をかけて熱処理し、ポリイミド樹脂層厚み２５μｍの片面フレキシブル銅張積層板を得た。前記片面フレキシブル銅張積層板と、これとは別に準備した厚さ１２μｍで長尺状の市販の銅箔を３００〜４００℃にて熱圧着することで、キューブ比率が８５％以上の銅箔層を有する両面フレキシブル銅張積層板を得た。この両面フレキシブル銅張積層板をエッチングするなどして配線回路加工して銅配線を形成後、厚み２７．５μｍのカバーレイＡを貼り付け、フレキシブル回路基板を得た。得られたフレキシブル回路基板の等価曲げ剛性、耐はぜ折り性の評価結果を表１、表２に示す。

得られたフレキシブル銅張積層板を構成する銅箔の引張弾性率、ポリイミド層の引張弾性率等の物性値、カバーレイの引張弾性率、フレキシブル回路基板の等価曲げ剛性、耐はぜ折り性の評価結果を表１及び表２に示す。なお、ポリイミド層の評価は製造されたフレキシブル銅張積層板から銅箔をエッチング除去したものを用いた。

ここで、実施例で使用したフレキシブル銅張積層板の等価曲げ剛性［ＢＲ］の算出方法について、実施例１を例に具体的な計算手順を説明する。

銅配線が存在する配線部について図７に示すような２層構成を考え、第１層および第２層を構成する材料をそれぞれポリイミドおよび銅とする。表１（実施例１）に示した通り、各層の弾性率はＥ_１＝７.５ＧＰａ、Ｅ_２＝１８ＧＰａ、Ｅ_３＝３．５ＧＰａ、厚みはｔ_１＝２５μｍ、ｔ_２＝１２μｍ、ｔ_３＝２１．５μｍである。また、各層における厚さ方向での中央面と基準面ＳＰとの距離はそれぞれｈ_１＝１２．５μｍ、ｈ_２＝３１μｍ、ｈ_３＝４７．８μｍである。これらの値を式（１）に代入すると、先ず、銅配線が存在する配線部での中立面位置（基準面ＳＰと中立面ＮＰとの距離）は［ＮＰ］＝２６．４μｍと計算される。次に、各層の上面と中立面ＮＰとの距離がａ₁＝１.３８７μｍ、ａ_２＝１０.６１３μｍ、a_３＝３２．１１３μm、各層の下面と中立面ＮＰとの距離がｂ_１＝２６．３８７μｍ、ｂ_２＝１.３８７μｍ、ｂ_３＝１０．６１３とそれぞれ計算される。また、幅Ｂについては銅配線の単位幅に着目して考え、Ｂ_Line＝１、Ｂ_Space＝０とし、これらの値と弾性率Ｅ_１、Ｅ_２、Ｅ_３を式（２）に代入すると等価曲げ剛性は［ＢＲ］＝０.０８９Ｎ・ｍ^２と算出される。

（実施例２）
実施例１と同様にして、両面フレキシブル銅張積層板を得た。この両面フレキシブル銅張積層板をエッチングするなどして配線回路加工して銅配線を形成後、厚み２７．５μｍのカバーレイＢを貼り付け、フレキシブル回路基板を得た。得られたフレキシブル回路基板の等価曲げ剛性、耐はぜ折り性の評価結果を表１及び表２に示す。

（比較例１）
表１に示した特性を有し、厚さ１２μｍの銅箔を使用し、ポリイミド層の厚みが２５μｍの市販されている市販の銅箔と市販のポリイミドフィルムをラミネートロールで張り合わせことで製造された両面フレキシブル銅張積層板をエッチングするなどして配線回路加工して銅配線を形成後、厚み２７．５μｍのカバーレイＡを貼り付け、フレキシブル回路基板を得た。得られたフレキシブル回路基板の等価曲げ剛性、耐はぜ折り性の評価結果を表１及び表２に示す。

（比較例２）
比較例１と同様にして、市販の銅箔と市販のポリイミドフィルムをラミネートロールで張り合わせことで製造された両面フレキシブル銅張積層板をエッチングするなどして配線回路加工して銅配線を形成後、厚み２７．５μｍのカバーレイＢを貼り付け、フレキシブル回路基板を得た。得られたフレキシブル回路基板の等価曲げ剛性、耐はぜ折り性の評価結果を表１及び表２に示す。

（比較例３）
比較例１と同様にして、市販の銅箔と市販のポリイミドフィルムをラミネートロールで張り合わせことで製造された両面フレキシブル銅張積層板をエッチングするなどして配線回路加工して銅配線を形成後、厚み２７．５μｍのカバーレイＣを貼り付け、フレキシブル回路基板を得た。得られたフレキシブル回路基板の等価曲げ剛性、耐はぜ折り性の評価結果を表１及び表２に示す。

（比較例４）
比較例１と同様にして、市販の銅箔と市販のポリイミドフィルムをラミネートロールで張り合わせことで製造された両面フレキシブル銅張積層板をエッチングするなどして配線回路加工して銅配線を形成後、厚み３７．５μｍのカバーレイＤを貼り付け、フレキシブル回路基板を得た。得られたフレキシブル回路基板の等価曲げ剛性、耐はぜ折り性の評価結果を表１及び表２に示す。

（比較例５）
比較例１と同様にして、競市販の銅箔と市販のポリイミドフィルムをラミネートロールで張り合わせことで製造された両面フレキシブル銅張積層板をエッチングするなどして配線回路加工して銅配線を形成後、厚み３７．５μｍのカバーレイＥを貼り付け、フレキシブル回路基板を得た。得られたフレキシブル回路基板の等価曲げ剛性、耐はぜ折り性の評価結果を表１及び表２に示す。

（比較例６）
比較例１と同様にして、市販の銅箔と市販のポリイミドフィルムをラミネートロールで張り合わせことで製造された両面フレキシブル銅張積層板をエッチングするなどして配線回路加工して銅配線を形成後、厚み３７．５μｍのカバーレイＦを貼り付け、フレキシブル回路基板を得た。得られたフレキシブル回路基板の等価曲げ剛性、耐はぜ折り性の評価結果を表１及び表２に示す。

（比較例７）
実施例１と同様にして、両面フレキシブル銅張積層板を得た。この両面フレキシブル銅張積層板をエッチングするなどして配線回路加工して銅配線を形成後、厚み３７．５μｍのカバーレイＥを貼り付け、フレキシブル回路基板を得た。得られたフレキシブル回路基板の等価曲げ剛性、耐はぜ折り性の評価結果を表1および表２に示す。

表１及び表２から、実施例１〜２のフレキシブル回路基板は、いずれも上記構成ａ〜ｃを具備することによって、はぜ折り測定値が７０回以上と良好な値を示し、耐折り曲げ性が満足できる結果であった。一方、キューブ比率が７５．９％である比較例１〜６は耐はぜ折り性が劣っていた。また、構成ｃを満たしていない比較例７の耐はぜ折り性も劣っていた。

以上、本発明の実施の形態を例示の目的で詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に制約されることはない。

２０，２１…試料ステージ、２２…ローラー、４０…試験片、４０Ｃ…試験片の折り曲げ箇所、５１…銅配線、５２…銅配線のＵ字部

Claims (4)

1. ポリイミド絶縁層（Ａ）と、
   前記ポリイミド絶縁層（Ａ）の少なくとも一方の面に設けられた回路配線層（Ｂ）と、
   前記回路配線層（Ｂ）に積層されたカバーレイ（Ｃ）と、
   を備え、上面側が略１８０℃反転して下面側になるように折り曲げる「はぜ折り」によって、０．１〜０．５ｍｍのギャップで折り曲げて使用されるフレキシブル回路基板であって、
   以下のａ〜ｃの構成：
   ａ）前記ポリイミド絶縁層（Ａ）の厚みが２３〜２７μｍの範囲内であること；
   ｂ）前記回路配線層（Ｂ）を構成する銅配線の厚みが１０〜１４μｍの範囲内であり、かつ前記銅配線のキューブ比率が８５％以上であること；
   及び、
   ｃ）前記ポリイミド絶縁層（Ａ）と前記回路配線層（Ｂ）と前記カバーレイ（Ｃ）の合計の厚みが５３〜６３μｍの範囲内であること；
   を有することを特徴とするフレキシブル回路基板。
2. 前記カバーレイ（Ｃ）を内側にして折り曲げるときの等価曲げ剛性が０．０７〜０．０９Ｎ・ｍ^２の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル回路基板。
3. 前記カバーレイ（Ｃ）を内側にして折り畳んだ状態で、電子機器の筐体内に収納して使用されるものである請求項１又は２に記載のフレキシブル回路基板。
4. 請求項１又は２に記載のフレキシブル回路基板を、前記カバーレイ（Ｃ）を内側にして折り畳んだ状態で筐体内に収納した電子機器。
   
   

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