JP2019216156A - 電磁波シールドシート、部品搭載基板、および電子機器 - Google Patents
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Abstract
Description
加えて、電子部品は長期的な耐候性が求められることから、プレッシャークッカーテスト(PCT耐性)に耐えることが必須とされているが、溝に埋まるよう電磁波シールドシートに柔軟性を付与した上で、PCT耐性を付与することは非常に困難であった。
本発明の部品搭載基板は、基板と、前記基板の少なくとも一方の面に搭載された電子部品と、前記電子部品の搭載により形成された段差部および基板の露出面を被覆する電磁波シールド層と、を備える。電磁波シールド層は、基板上の凹凸部を被覆するためのものであって、電子部品の側面および天面と、基板の露出した面との少なくとも一部を被覆する。電磁波シールド層は全面を被覆することがより好ましい。
本発明の部品搭載基板は、電子部品の搭載により形成された段差部の溝が碁盤目状であり、溝の幅(a)を1としたときに、溝の深さ(b)が1〜6倍であり、溝の幅(a)は、50〜500μmである場合にも、基板上の凹凸部を均一に電磁波シールド層により被覆することが可能であり、溝への埋め込み性が良好である、という優れた効果を有している。
部品搭載基板101には、耐擦傷性、水蒸気バリア性、酸素バリア性を示すフィルム等の他の層や、磁界カットを強化するフィルム等がさらに積層されていてもよい。
基板20は、電子部品30を搭載可能であり、且つ後述する熱プレス工程に耐え得る基板であればよく、任意に選択できる。例えば銅箔等からなる導電パターンが表面又は内部に形成されたワークボード、実装モジュール基板、プリント配線板またはビルドアップ法等により形成されたビルドアップ基板が挙げられる。また、リジッド基板のみならず、フィルムやシート状のフレキシブル基板を用いてもよい。前記導電パターンは、例えば、電子部品30と電気的に接続するための電極・配線パターン(不図示)、電磁波シールド層1が導体であり、電気的に接続するためのグランドパターン22である。基板20内部には、電極・配線パターン、ビア(不図示)等を任意に設けることができる。
電磁波シールド層は、少なくとも導電層を有する本発明の電磁波シールドシートにより形成される。電磁波シールドシートの導電層を電子部品上に配置し、熱プレスすることで、導電層が電子部品の側面および天面を少なくとも一部被覆し、電磁波シールド層を形成する。
電磁波シールド層は、導電性フィラーを含有し、電磁波反射層として用いることも、電波吸収フィラーを含有し、電磁波吸収層として用いることもできる。
一方、導電層は、導電性フィラーの代わりに電磁波吸収フィラーを含有させることで電磁波吸収層として機能する。電磁波反射層や電磁波吸収層とすることにより、電子部品30および/または基板20に内蔵された信号配線等から発生する不要輻射を遮蔽し、また、外部からの磁場や電波による誤動作を防止できる。電磁波シールド層を電磁波反射層、または電磁波吸収層のどちらとするかは、電子部品の種類や外部の対策が必要なノイズによって適宜選択できる。
本発明の電磁波シールド層は、エッジ被覆性が非常に優れている。
電磁波吸収層の被覆領域は、電磁波シールド層と同様に電子部品30の搭載により形成された段差部(凹凸部)の全域を被覆していることが好ましい。
本発明の電磁波シールドシートは少なくとも導電層を有する。
これらの層の積層方法は特に限定されないが、各層をラミネートする方法、クッション層上に導電性樹脂組成物を塗工、印刷する方法等が挙げられる。
また、補強層とクッション層は、アンカー層を介して積層されてなることが好ましい。
導電層は、電磁波シールド層を形成するための層であり、少なくともバインダー樹脂と、導電性フィラー、または電磁波吸収フィラーとを含有する。
また、導電層の23℃におけるヤング率は、10〜700MPaである。23℃におけるヤング率は30〜500MPaがより好ましく、50〜300MPaがさらに好ましい。23℃におけるヤング率を10〜700MPaとすることで埋め込み性とグランド接続性およびエッジ被覆性を良好なものとすることができる。加えて、PCT耐性も良好となる。
23℃、相対湿度50%で24時間静置した導電層を、23℃、相対湿度50%の恒温湿室内で測定を行う。前記導電層を引張り速度50mm/minおよび標線間25mmの条件で引張試験機により応力−ひずみ曲線を測定し、ひずみ(伸び)が0.1〜0.3%の領域の線形回帰(傾き)を23℃におけるヤング率とする。
100メッシュの金網を幅30mm、長さ100mmに裁断し、重量(W1)を測定する。続いて、幅10mm、長さ80mmの導電層を前述の金網で包み、試験片とし、重量(W2)を測定する。作製した試験片を溶剤中に浸漬させ室温で2時間振後、試験片を溶剤から取り出し、120℃で30分間乾燥した後、重量(W3)を測定する。下記計算式[I]を用いて溶解せずに金網に残った導電層の含有割合を硬化度として算出する。
(W3−W1)/(W2−W1)×100[%][I]
溶剤は、メチルエチルケトン(以下、MEK)トルエン、イソプロピルアルコール、クロロホルムから選択される、単独または混合溶剤の中で最も導電層の溶解度が高いものを選定する。
導電層のTgは、動的粘弾性測装置により測定することができる。
導電層を形成するバインダー樹脂について説明する。
バインダー樹脂としては、熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。熱硬化性樹脂は、硬化性化合物反応タイプが使用できる。更に、熱硬化性樹脂が自己架橋してもよい。熱硬化性樹脂を用いる場合、硬化性化合物と反応可能な反応性官能基を有することが好ましい。
導電性フィラーは、金属フィラー、導電性セラミックスフィラーおよびそれらの混合物が例示できる。金属フィラーは、金、銀、銅、ニッケル等の金属粉、ハンダ等の合金粉、銀コート銅粉、金コート銅粉、銀コートニッケル粉、金コートニッケル粉のコアシェル型フィラーが例示できる。優れた導電特性を得る観点から、銀を含有する導電性フィラーが好ましい。コストの観点からは、銀コート銅粉が特に好ましい。銀コート銅における銀の含有量は、導電性フィラー100質量%中、6〜20質量%が好ましく、より好ましくは8〜17質量%であり、更に好ましくは10〜15質量%である。コアシェル型フィラーの場合、コア部に対するコート層の被覆率は、表面全体100質量%中、平均で60質量%以上が好ましく、70質量%以上がより好ましく、80質量%以上がさらに好ましい。コア部は非金属でもよいが、導電性の観点からは導電性物質が好ましく、金属フィラーがより好ましい。
電磁波吸収フィラーとして、例えば、鉄、Fe−Ni合金、Fe−Co合金、Fe−Cr合金、Fe−Si合金、Fe−Al合金、Fe−Cr−Si合金、Fe−Cr−Al合金、Fe−Si−Al合金等の鉄合金、Mg−Znフェライト、Mn−Znフェライト、Mn−Mgフェライト、Cu−Znフェライト、Mg−Mn−Srフェライト、Ni−Znフェライト等のフェライト系物質並びに、カーボンフィラーなどが挙げられる。カーボンフィラーは、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、カーボンブラック、カーボンファイバー、カーボンナノナノチューブからなるフィラー、グラフェンフィラー、グラファイトフィラーおよびカーボンナノウォールが例示できる。
難燃剤としては、例えば、ハロゲン含有難燃剤、りん含有難燃剤、窒素含有難燃剤、無機難燃剤等が挙げられる。
無機添加剤としては、例えば、ガラス繊維、シリカ、タルク、セラミック等が挙げられる。
滑剤としては、例えば、脂肪酸エステル、炭化水素樹脂、パラフィン、高級脂肪酸、脂肪酸アミド、脂肪族アルコール、金属石鹸、変性シリコーン等が挙げられる。
ブロッキング防止剤としては、例えば、炭酸カルシウム、シリカ、ポリメチルシルセスキオサン、ケイ酸アルミニウム塩等が挙げられる。
補強層3は、電磁波シールドシートのハンドリング性を付与すると共に、熱プレス時はプレスの力をクッション層7に伝えて導電層2を被着体の段差部の溝に埋め込むために用いられる。加えて、熱プレス後、変形して段差部(凹凸)の溝に食い込んだクッション層7を剥離する際の支持体となり剥離性を大幅に向上させる。
クッション層は、熱プレス時に溶融する層であり、導電層2の電子部品30の搭載により形成された段差部への追従性を促すクッション材として機能する。加えて、離型性があり導電層と接合することなく、熱プレス工程後に導電層から剥離可能な層である。
なお、クッション層が、離型層を有する場合には、クッション性を有する部材と、離型層とをあわせた構成を指す。
これらの中でも、ポリオレフィン系樹脂、酸をグラフトさせた酸変性ポリオレフィン系樹脂、ポリオレフィンと不飽和エステルとの共重合樹脂、ビニル系樹脂が好ましい。
熱可塑性樹脂は、1種を単独で、または必要に応じて任意の比率で2種以上混合して用いることができる。
これらの中でもポリエチレン樹脂およびポリプロピレン樹脂が好ましく、より好ましくは、ポリエチレン樹脂である。
これらの中でも、マレイン酸変性ポリオレフィン樹脂が好ましい。
これらの中でもポリオレフィンとしてエチレン、不飽和エステルとしてメタクリル酸グリシジルからなる、エチレン−メタクリル酸グリシジル共重合樹脂が好ましい。
これらの中でもエチレン−酢酸ビニル共重合体が好ましい。
上記形態の他、アルキッド、シリコーンの等の離型剤をコーティングする形態も好ましい。
補強層とクッション層は、アンカー層を介して積層されてなることが好ましい。
クッション層7は図6に示すように、補強層3とクッション層7との界面にアンカー層5を有することができる。アンカー層5は、クッション層7と補強層3を接合する役割を担う。熱プレス時にアンカー層5に固定されることでクッション層7はより確実に凹凸に埋め込まれる。さらに熱プレス後にクッション層7を剥離する際、補強層3との界面剥離を抑制し歩留まりを高めることができる。
以下、本実施形態に係る部品搭載基板の製造方法の一例について図7〜図11を用いて説明する。但し、これに限定されるものではない。
部品搭載基板の製造方法としては、基板20に電子部品30を搭載する工程(a)と、電子部品30が搭載された基板20上に、補強層3、クッション層7および導電層からなる電磁波シールドシート10を設置する載置工程(b)と、電子部品30の搭載により形成された段差部の少なくとも一部を含む基板20の露出面に導電層2が追従するように、熱プレスによって接合して電磁波シールド層1を得る工程(c)と、その後、クッション層7と補強層3を取り除く工程(d)を備える。
工程(a)は、基板に電子部品を搭載する工程である。
工程(b)は、工程(a)の後、補強層、クッション層および導電層の順で積層されてなる電磁波シールドシートを、電子部品が搭載された基板上に前記導電層を対向配置するように載置する工程である。
工程(c)は、工程(b)後、電子部品の搭載により形成された段差部および基板の露出面に導電層が追従するように、熱プレスによって接合して電磁波シールド層を得る工程である。
工程(d)は、工程(c)後、クッション層と補強層を取り除く工程である。
本実施形態に係る部品搭載基板は、例えば、基板20の裏面に形成されたはんだボール等を介して実装基板に実装することができ、電子機器に搭載できる。例えば、本実施形態に係る部品搭載基板は、パソコン、ダブレット端末、スマートフォン、ドローン等をはじめとする種々の電子機器に用いることができる。
ガラスエポキシからなる基板上に、モールド封止された電子部品をアレイ状に搭載した基板を用意した。基板の厚みは0.3mmであり、モールド封止厚、即ち基板上面からモールド封止材の頂面までの高さ(部品高さ)Hは0.7mmである。その後、部品同士の間隙である溝に添ってハーフダイシングを行い、試験基板を得た(図12参照)。ハーフカット溝深さは0.8mm(基板20のカット溝深さは0.1mm)、ハーフカット溝幅は0.2mmを作製した。
試験基板の模式的断面図を図12に示す。
バインダー樹脂1:ポリウレタン系樹脂 酸価10[mgKOH/g](トーヨーケム社製)
バインダー樹脂2:ポリカーボネート系樹脂 酸価5[mgKOH/g](トーヨーケム社製)
バインダー樹脂3:スチレン系樹脂 酸価11[mgKOH/g](トーヨーケム社製)
バインダー樹脂4:フェノキシ系樹脂 酸価15[mgKOH/g](トーヨーケム社製)
硬化性化合物1:エポキシ樹脂、「デナコールEX830」(2官能エポキシ樹脂 エポキシ当量=268g/eq)ナガセケムテックス社製
硬化性化合物2:エポキシ樹脂、「YX8000」(水添ビスフェノールエポキシ樹脂 エポキシ当量=210g/eq)三菱化学社製
硬化性化合物3:エポキシ樹脂、「jER157S70」(ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂 エポキシ当量=208g/eq)三菱化学社製
硬化促進剤:アジリジン化合物、「ケミタイト PZ−33」(日本触媒社製)
電波吸収フィラー1:Fe−Si−Cr系鱗片状磁性粒子(平均粒子径D50:9.8μm、厚み0.5μm)
電波吸収フィラー2:Fe−Co系鱗片状磁性粒子(平均粒子径D50:13μm、厚み0.6μm)
電波吸収フィラー3:カーボンナノチューブ(CNT)粒子(平均粒子径D50:15μm、厚み0.9μm)
23℃、相対湿度50%で24時間静置した導電層を23℃、相対湿度50%の恒温湿室内において、前記導電層を引張り速度50mm/分および標線間25mmの条件で引張試験機「EZテスター」(島津製作所社製)により応力−ひずみ曲線を測定し、ひずみ(伸び)が0.1〜0.3%の領域の線形回帰(傾き)を23℃におけるヤング率とした。なお別途チャンバーを用意し80℃の条件で上記と同様にして応力−ひずみ曲線を測定することで80℃におけるヤング率を測定した。
100メッシュの金網を幅30mm、長さ100mmに裁断し、重量(W1)を測定する。続いて、幅10mm、長さ80mmの導電層を前述の金網で包み、試験片とし、重量(W2)を測定する。作製した試験片をメチルエチルケトンに浸漬させ室温で1時間振後、試験片を溶剤から取り出し、100℃で30分間乾燥した後、重量(W3)を測定する。下記計算式[I]を用いて溶解せずに金網に残った導電層の含有割合を硬化度として算出する。
(W3−W1)/(W2−W1)×100[%][I]
電磁波シールド層の厚みは、研磨法によって部品搭載基板の断面出しを行い、レーザー顕微鏡で電子部品の上面領域における最も厚みのある箇所の膜厚を測定した。異なる部品搭載基板の断面出しのサンプル5つについて同様に測定し、その平均値を厚みとした。
電磁波シールド層の厚みを測定した切断面画像を、電子顕微鏡で千倍〜5万倍程度に拡大した画像を元に異なる粒子を約10〜20個を測定し、その平均値を使用した。
平均粒子径D50は、レーザー回折・散乱法粒度分布測定装置LS13320(ベックマン・コールター社製)を使用し、トルネードドライパウダーサンプルモジュールにて、導電性フィラー、電波吸収フィラー、または無機フィラーを測定して得た平均粒子径D50の数値であり、粒子径累積分布における累積値が50%の粒子径である。分布は体積分布、屈折率の設定は1.6とした。当該粒子径であればよく、一次粒子でも二次粒子でもよい。
動的粘弾性測装置DVA−200(アイティー計測制御社製)を用いて、積層体を構成する各層に対して変形様式「引張り」、周波数10Hz、昇温速度10℃/分、測定温度範囲−80℃〜300℃の条件での測定を行い、ガラス転移温度(Tg)を求めた。
ガラス転移温度は、加熱前の導電層と、180℃2時間加熱した後の導電層のガラス転移温度(Tg)をそれぞれ求めた。
共栓付き三角フラスコ中に熱硬化性樹脂を約1g精密に量り採り、トルエン/エタノール(容量比:トルエン/エタノール=2/1)混合液50mLを加えて溶解する。これに、フェノールフタレイン試液を指示薬として加え、30秒間保持する。その後、溶液が淡紅色を呈するまで0.1mol/Lアルコール性水酸化カリウム溶液で滴定する。酸価は次式により求めた。酸価は樹脂の乾燥状態の数値とした。
酸価(mgKOH/g)=(a×F×56.1×0.1)/S
S:試料の採取量×(試料の固形分/100)(g)
a:0.1mol/Lアルコール性水酸化カリウム溶液の滴定量(mL)
F:0.1mol/Lアルコール性水酸化カリウム溶液の力価
Mwの測定は東ソ−社製GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィ)「HPC−8020」を用いた。GPCは溶媒(THF;テトラヒドロフラン)に溶解した物質をその分子サイズの差によって分離定量する液体クロマトグラフィ−である。測定は、カラムに「LF−604」(昭和電工社製:迅速分析用GPCカラム:6mmID×150mmサイズ)を直列に2本接続して用い、流量0.6mL/min、カラム温度40℃の条件で行い、重量平均分子量(Mw)の決定はポリスチレン換算で行った。
バインダー樹脂1(固形分)70部と、バインダー樹脂2(固形分)30部と、硬化性化合物1を30部と、硬化性化合物2を15部と、硬化促進剤1を1部と、導電性フィラー1を320部と、を容器に仕込み、不揮発分濃度が45質量%になるようトルエン:イソプロピルアルコール(質量比2:1)の混合溶剤を加えディスパーで10分攪拌することで導電性樹脂組成物を得た。
この導電性樹脂組成物を乾燥厚みが50μmになるようにドクターブレードを使用して離型性基材に塗工した。そして、100℃で2分間乾燥することで離型性基材と導電層とが積層されたシートAを得た。
別途、補強層である50μmPETフィルム(「テトロンG2」テイジン社製)に、アンカー層として9μmのアクリル系粘着剤層(Tgが−40℃、トーヨーケム社製)を形成し、クッション層として熱溶融樹脂層の両面をポリメチルペンテンで積層された三井東セロ社製「オピュランCR1012MT4(層厚150μm)」の片面側とを粘着剤層面で張り合わせることでシートCを得た。
次いでシートAの導電層の面とシートCのクッション層面をロールラミネーターで張り合わせ、100℃のオーブンで6分間エージングすることで、積層体を得た。
導電層の23℃におけるヤング率およびその他の諸物性、各成分と配合量(質量部)、試験基板の電子部品の溝幅、溝深さ、を表3〜5に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして、部品搭載基板を作製した。表3〜5に示すバインダー樹脂および硬化性化合物の配合量は固形分質量である。
実施例1〜27、比較例1〜2で得た部品搭載基板を、研磨法によって図1のII−II線に沿う図2に示す断面を形成し、ハーフダイシング溝25の電磁波シールド層の断面を10か所電子顕微鏡で観察することにより、埋め込み性を評価した。
評価基準は以下の通りである。
◎:すべての溝が埋め込まれている。非常に良好な結果である。
〇:9か所の溝が埋め込まれている。良好な結果である。
△:8か所の溝が埋め込まれている。実用上問題ない。
×:埋め込まれている溝が7か所以下。実用不可。
実施例1〜27、比較例1〜2で得た部品搭載基板を、図17の断面図に示す底部のグランド端子a‐b間の接続抵抗値をHIOKI社製RM3544とピン型リードプローブを用いて測定することにより、グランド接続性を評価した。
評価基準は以下の通りである。
◎:接続抵抗値が200mΩ未満。非常に良好な結果である。
〇:接続抵抗値が200mΩ以上、500mΩ未満。良好な結果である。
△:接続抵抗値が500mΩ以上、1000mΩ未満。実用上問題ない。
×:接続抵抗値が1000mΩ以上。実用不可。
図17に示す部品搭載基板のエッジ部の破れを顕微鏡によって観察し評価した。観察は異なる4カ所のエッジ部を評価した。
評価基準は以下の通りである。
◎:破れ無し。非常に良好な結果である。
〇:一部電磁波シールド層が透けている。良好な結果である。
△:一部破れ、電子部品が露出している。実用上問題ない。
×:エッジ全体で破れ発生し電子部品が全域露出。実用不可。
FR4(ガラスエポキシ基板)を用意し、上記の積層体を10cm×10cmにカットし、離形性基材を剥離して、導電層をFR4上に載置した。その後、積層体の補強層の上方からFR4面に対し5MPa、160℃の条件で20分熱プレスした。熱プレス後、冷却し、補強層とクッション層を同時に剥離することで、電磁波シールド層が形成された試験基板を得た。次いでこの試験基板に対してプレッシャークッカーテスト(条件:130℃、85%RH、0.12MPa、96時間)を行った。その後、試験基板の電磁波シールド層に、JISK5400に準じてクロスカットガイドを使用し、間隔が1mmの碁盤目を100個作成した。その後、碁盤目部に粘着テープを強く圧着させ、テープの端を45°の角度で一気に引き剥がし、碁盤目の状態を下記の基準で判断した。
◎:剥がれ率15%未満。
〇:塗膜がカットの線に沿って部分的に剥がれている。剥がれ率15%以上20%未満。
△:塗膜がカットの線に沿って部分的に剥がれている。剥がれ率20%以上35%未満。
×:塗膜がカットの線に沿って部分的に若しくは全面的に剥がれている。剥がれ率35%以上。
2 導電層
3 補強層
4 離形層
5 アンカー層
6 クッション性の部材
7 クッション層
10 積層体
20 基板
21 配線または電極
22 グランドパターン
23 インナービア
24 はんだボール
25 ハーフダイシング溝
30 電子部品
31 半導体チップ
32 モールド樹脂
33 ボンディングワイヤ
40 プレス基板
101〜102 部品搭載基板
導電層の23℃におけるヤング率およびその他の諸物性、各成分と配合量(質量部)、試験基板の電子部品の溝幅、溝深さ、を表3〜5に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして、部品搭載基板を作製した。表3〜5に示すバインダー樹脂および硬化性化 合物の配合量は固形分質量である。
ただし、実施例9および16は参考例である。
Claims (5)
- 基板と、
前記基板の少なくとも一方の面に搭載された電子部品と、
前記電子部品の搭載により形成された段差部および基板の一部を被覆する電磁波シールド層と、
を備える部品搭載基板に用いられる前記電磁波シールド層を形成するための電磁波シールドシートであって、
前記電磁波シールドシートは少なくとも導電層を有し、
前記導電層は、バインダー樹脂および導電性フィラーを含み、
かつ導電層の23℃におけるヤング率が10〜700MPaであることを特徴とする電磁波シールドシート。 - 前記導電層の硬化度は、60〜99%であることを特徴とする請求項1記載の電磁波シールドフィルム。
- 加熱前の導電層のガラス転移温度(Tg)は−15℃〜30℃であり、180℃2時間加熱した後の導電層のガラス転移温度(Tg)は20〜80℃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。
- 請求項1〜3いずれか1項記載の電磁波シールドシートにより形成されてなる電磁波シールド層を有する部品搭載基板。
- 請求項4に記載の部品搭載基板を具備する電子機器。
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