JP2021097152A - 金属補強板付きプリント配線板の製造方法、積層体、及び金属補強板付きプリント配線板 - Google Patents
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Abstract
Description
一方、プレス工程のプレス圧によって金属補強板とFPCの間から導電性接着剤の染み出しが生じると、外観不良及び短絡の原因となり、問題となっていた。
本発明の一態様にかかる金属補強板付きプリント配線板の製造方法は、グランド回路を含む回路パターンと前記回路パターンを絶縁保護し、開口部を有する絶縁保護膜が形成されたプリント配線板の上方に、熱により軟化するバインダー樹脂および導電性フィラーを含有する導電性接着剤と、金属補強板と、クッション材をこの順に有する積層体を、前記配線板と前記導電性接着剤が対向するように配置する工程[1]、
前記積層体を熱プレスし、前記絶縁保護膜に設けられた開口部を介して、導電性接着剤により前記グランド回路と金属補強板とを接着すると共に、前記グランド回路と金属補強板とを電気的に接続する工程[2]、
ならびに前記積層体のクッション材を剥離する工程[3]、を備える。
尚、本明細書では、「プリント配線板」を、「配線板」と略記することがある。
以下、本発明の実施の形態の例について説明する。
図1、2を用いて金属補強板付きプリント配線板の製造方法について説明する。図2では、導電性接着剤を用いてプリント配線板に金属補強板を貼り付ける際の製造工程を示している。なお、各々の部材を構成する材料の詳細については後述する。また、本明細書において、「導電性接着剤」は、熱硬化前の導電性接着剤を示し、「導電性接着剤層」は導電性接着剤を熱硬化することで得られた層(つまり、熱硬化後の導電性接着剤)を示すものとする。
まず、図1の準備工程[1]に示すように、剥離性フィルム11に導電性接着剤12が積層された導電性接着シート13と、金属補強板14と、を準備する。そして、準備工程[2]に示すように、金属補強板14に導電性接着シート13の導電性接着剤12側を貼り付けて、金属補強板14に導電性接着シート13を仮貼りする。金属補強板14に導電性接着シート13を仮貼りする際の温度(仮貼り温度)は、例えば110℃〜150℃、好ましくは130℃とすることができる。仮貼り後、導電性接着剤12は半硬化状態である。
工程[1]は、グランド回路を含む回路パターンと前記回路パターンを絶縁保護し、開口部を有する絶縁保護膜が形成されたプリント配線板の上方に、熱により軟化するバインダー樹脂および導電性フィラーを含有する導電性接着剤と、金属補強板と、クッション材をこの順に有する積層体を、前記配線板と前記導電性接着剤が対向するように配置する工程である。
工程[2]は、積層体を熱プレスし、プリント配線板の絶縁保護膜に設けられた開口部を介して、導電性接着剤により前記グランド回路と金属補強板とを接着すると共に、前記グランド回路と金属補強板とを電気的に接続する工程である。
工程[3]は、積層体のクッション材を剥離する工程である。
熱プレスの後、図2工程[3]に示すように温度が低下し流動性が消滅したクッション材を吸引剥離装置又は手作業で剥離する。
これにより、図3に示すように導電性接着剤12を介して金属補強板14と配線板20のグランド回路25とが電気的に接続された電磁波シールド性を備えた金属補強板付きプリント配線板30を製造することができる。
<積層体>
本実施の形態にかかる積層体は上述した金属補強板付きプリント配線板の製造方法に用いられるものであって、クッション材、金属補強板および導電性接着剤の順に積層される。図4(a)に示すように各部材を同サイズとしてもよいが、図4(b)に示すように金属補強板および導電性接着剤よりもクッション材を大きくする態様が染み出し性をより改善する観点から好ましい。
また、本発明の積層体は、クッション材の貯蔵弾性率が、170℃において10MPa以上100MPa以下であり、前記導電性接着剤の貯蔵弾性率が、170℃において2MPa以上50MPa以下であり、前記クッション材の貯蔵弾性率が、前記導電性接着剤の貯蔵弾性率よりも高いことが、染み出し性の点で好ましい。
クッション材は熱プレス機のプレス圧を均一に金属補強板及び導電性接着剤に伝え、熱プレス時に流動し導電性接着剤の染み出しを抑制する役割を有する。
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。
金属補強板は、例えば金、銀、銅、鉄およびステンレス等の導電性金属が挙げられる。これらの中で補強板としての強度、コストおよび化学的安定性の面でステンレスが好ましい。
本実施の形態にかかる導電性接着剤は、熱により軟化するバインダー樹脂と導電性フィラーとを少なくとも含み、下記の特性を備えることが好ましい。
本実施の形態では、導電性接着剤の170℃における貯蔵弾性率を2MPa以上50MPa以下、好ましくは4MPa以上25MPa以下、更に好ましくは7MPa以上15MPa以下としてもよい。導電性接着剤の170℃における貯蔵弾性率をこの範囲とすることで、熱プレス時(図2の工程[1]〜工程[3]参照)に導電性接着剤12を十分に軟化させることができ、導電性接着剤12の開口部への充填性を向上させることができる。したがって、導電性接着剤12とグランド回路25との間に隙間29b(図5(1)参照)が形成されることを抑制することができ、金属補強板14とグランド回路25との間の抵抗値が高くなることを抑制することができる。また導電性接着剤が過剰に軟化することで染み出しが悪化することを抑制することができる(図5(2)参照)。
本実施の形態では、導電性接着剤の170℃における損失正接(tanδ)は、0.05以上0.4以下が好ましく、0.15以上0.35以下がより好ましく、0.20以上0.3以下がさらに好ましい。導電性接着剤の170℃における損失正接(tanδ)をこの範囲とすることで、導電性接着剤12の開口部への充填性を更に向上させることができる。
また、本実施の形態の導電性接着剤は、粘弾性測定により得られる温度−損失正接(tanδ)曲線において、低温側のガラス転移温度が10℃以上45℃以下、高温側のガラス転移温度が70℃以上140℃以下であることが好ましい。低温側のガラス転移温度が25℃以上40℃以下、高温側のガラス転移温度が75℃以上110℃以下であることがより好ましい。低温側のガラス転移温度が27℃以上36℃以下、高温側のガラス転移温度が78℃以上95℃以下であることがさらに好ましい。導電性接着剤のガラス転移温度をこのような範囲とすることで、導電性接着剤の密着性、開口部への充填性を更に向上させることができる。
高温側のガラス転移温度を70℃以上140℃以下とするためには、上記と同様の手法により調整することができる。
導電性接着剤の厚さは、15〜70μmが好ましく、20〜65μmがより好ましい。厚さを15μm以上とすることで小開口ビアへの埋め込み性を向上できる。厚さを70μm以下とすることで染み出し性を抑制できる。導電性接着剤の厚さの測定方法は、接触式の膜厚計、断面観察による計測などで測定することができる。
積層体を構成する導電性接着剤は、例えば、導電性樹脂組成物を用い、剥離性フィルム上に導電性接着剤を形成した導電性接着シートにより製造することができる。
本実施の形態にかかる導電性接着剤は、熱により軟化するバインダー樹脂、および導電性微粒子を含む導電性樹脂組成物により形成されることが好ましい。
熱硬化性樹脂は、加熱による架橋反応に利用できる官能基を複数有する樹脂である。
官能基は、例えば、水酸基、フェノール性水酸基、カルボキシル基、アミノ基、エポキシ基、オキセタニル基、オキサゾリン基、オキサジン基、アジリジン基、チオール基、イソシアネート基、ブロック化イソシアネート基、シラノール基等が挙げられる。
上記の官能基を有する熱硬化性樹脂は、例えば、アクリル樹脂、マレイン酸樹脂、ポリブタジエン系樹脂、ポリエステル樹脂、縮合型ポリエステル樹脂、付加型ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリウレタンウレア樹脂、エポキシ樹脂、オキセタン樹脂、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、フェノール系樹脂、アルキド樹脂、アミノ樹脂、ポリ乳酸樹脂、オキサゾリン樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等が挙げられる。これらの中でも、ポリウレタン樹脂、ポリウレタンウレア樹脂、エポキシ樹脂、付加型ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂が好ましい。
硬化剤は、架橋反応により導電性接着剤を形成した際に半硬化状態にするために機能し、シート形成の際には反応せず、配線板または金属補強板に熱プレスする際に反応するような硬化剤も適宜選択できる。硬化剤は、エポキシ系化合物、イソシアネート系硬化剤、アミン系硬化剤、アジリジン系硬化剤、イミダゾール系硬化剤が挙げられる。
本実施の形態では熱可塑性樹脂を併用してもよい。
熱可塑性樹脂としては、前記硬化性官能基を有しないポリオレフィン系樹脂、ビニル系樹脂、スチレン・アクリル系樹脂、ジエン系樹脂、テルペン樹脂、石油樹脂、セルロース系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素樹脂などが挙げられる。
ジエン系樹脂は、ブタジエンやイソプレン等の共役ジエン化合物のホモポリマーまたはコポリマーおよびそれらの水素添加物が好ましい。具体的には、例えば、スチレン−ブタジエンゴム、スチレン−イソプレンブロックコポリマー等が挙げられる。テルペン樹脂は、テルペン類からなるポリマーまたはその水素添加物が好ましい。具体的には、例えば、芳香族変性テルペン樹脂、テルペンフェノール樹脂、水添テルペン樹脂が挙げられる。
導電性微粒子は、金、白金、銀、銅およびニッケル等の導電性金属、およびその合金、ならびに導電性ポリマーの微粒子が好ましい。また単一組成の微粒子ではなく金属や樹脂を核体とし、前記核体の表面を被覆する被覆層を核体よりも導電性が高い素材で形成した複合微粒子がコストダウンの観点から好ましい。
核体は、価格が安いニッケル、シリカ、銅およびその合金、ならびに樹脂から適宜選択することが好ましい。
被覆層は、導電性を有する素材であればよく、導電性金属または導電性ポリマーが好ましい。導電性金属は、例えば、金、白金、銀、錫、マンガン、およびインジウム等、ならびにその合金が挙げられる。また導電性ポリマーは、ポリアニリン、ポリアセチレン等が挙げられる。これらの中でも導電性の面から銀が好ましい。
導電性微粒子は、単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
剥離性フィルムは、片面あるいは両面に離型処理をしたフィルムであれば制限なく使用することができる。
剥離性フィルムの基材の一例としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、硬質ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ナイロン、ポリイミド、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エチレン・ビニルアルコール共重合体、ポリカーボネート、ポリアクリロニトリル、ポリブテン、軟質ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリ酢酸ビニル等のプラスチックシート等、グラシン紙、上質紙、クラフト紙、コート紙等の紙類、各種の不織布、合成紙、金属箔や、これらを組み合わせた複合フィルムなどが挙げられる。
プリント配線板は、基材上に、グランド回路を含む回路パターンと前記回路パターンを絶縁保護し、開口部を有する絶縁保護膜を備える。グランド回路を含む回路パターンは銅をエッチングして形成されることが一般的である。絶縁保護膜はポリイミドフィルムと絶縁性接着剤からなるポリイミドカバーレイまたは、レジストフィルム、ソルダーレジストによって形成することが好ましい。グランド回路上の開口部を形成する方法としてドリル加工、エッチング加工、レーザー加工が好ましい。開口部の面積および形状等については後述する。
本実施の形態にかかる金属補強板付きプリント配線板30(図3参照)は、基板21上にグランド回路25が配置されており、当該グランド回路25の一部が、回路パターンを絶縁保護する絶縁保護膜(絶縁性フィルム22および絶縁性接着剤23)に設けられた開口部27を介して、露出しているグランド回路25と当該配線板20上に配置され、上述の導電性接着剤を用いて構成された導電性接着剤層12と、導電性接着剤層12上に配置され、導電性接着剤層12を介して配線板20と接着されている金属補強板14と、を備える。本実施の形態にかかる金属補強板付きプリント配線板30は、導電性接着剤層12の一部が開口部27に充填されることで、グランド回路25と金属補強板14とが導電性接着剤層12を介して電気的に接続されている。配線板20には更に信号配線24が設けられていてもよい。
本発明の金属補強板付きプリント配線板の製造方法により、開口部の面積が小さい場合にも、充分に導電性接着剤の充填が可能であり、埋め込み性が良好な金属補強板付きプリント配線板とすることができる。
また、表中の配合量は、重量部であり、溶剤以外は、不揮発分換算値である。尚、表中の空欄は配合していないことを表す。
重量平均分子量(Mw)は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)測定で求めたポリスチレン換算の数値である。測定条件は、以下のとおりである。
装置:Shodex GPC System−21(昭和電工製)
カラム:1本のShodex KF−802(昭和電工製)と、1本のShodex KF−803L(昭和電工製)と、1本のShodex KF−805L(昭和電工製)とを直列に連結した連結カラム
溶媒:テトラヒドロフラン
流速:1.0mL/min
温度:40℃
試料濃度:0.2%
試料注入量:100μL
[酸価]
JIS K 0070の電位差滴定法に準拠し、測定した酸価(mgKOH/g)を固形分換算することで求めた。
[ガラス転移温度(Tg)]
ガラス転移温度の測定は、示差走査熱量計(型番:DSC−1、メトラー・トレド製)を用いて測定した。
[貯蔵弾性率]および[損失正接tanδ]
動的弾性率測定装置(型番:DVA−200、アイティー計測制御製)を用い、導電性接着剤に対して変形様式「引張り」、周波数10Hz、昇温速度10℃/分、測定温度範囲−50〜300℃の条件下において170℃における貯蔵弾性率E’、損失正接tanδの第1ピーク温度および第2ピーク温度、並びに170℃における損失正接tanδを測定した。
実施例および比較例において使用した各積層体および金属補強板付きプリント配線板の作製に用いる導電性樹脂組成物の各材料、クッション材、金属補強板を以下に示す。なお、表1にバインダー樹脂のMw、酸価およびTgを示す。
バインダー樹脂(a−1〜6):ポリウレタン系樹脂(トーヨーケム製)
b−1:銀コート銅粒子、D50平均粒子径=12μm、核体:樹枝状(福田金属製)
[硬化剤]
c−1:ビスフェノールA型エポキシ樹脂:エポキシ当量189g/eq(jER1001、三菱ケミカル製)
[硬化促進剤]
d−1:アジリジン化合物(トリメチロールプロパントリス〔β−(N−アジリジニル)プロピオネート〕、日本触媒製)
[その他の成分]
e−1:シリカ(AEROSIL R974、日本アエロジル製)
[溶媒]
f−1:トルエン:イソプロピルアルコール(質量比=2:1)の混合溶媒
[クッション材]
g−1:ポリエチレンテレフタレート(厚み25μm、170℃貯蔵弾性率470MPa)
g−2:ポリブチレンテレフタレート(厚み50μm、170℃貯蔵弾性率89MPa)
g−3:ポリメチルペンテン(厚み50μm、170℃貯蔵弾性率62MPa)
g−4:スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロックコポリマー(厚み120μm、170℃貯蔵弾性率32MPa)
g−5:スチレン−ブタジエン−スチレンブロックコポリマー(厚み120μm、170℃貯蔵弾性率51MPa)
g−6:エチレン−メタクリル酸グリシジル共重合体(厚み150μm、170℃貯蔵弾性率23MPa)
g−7:軟質塩化ビニル(厚み75μm、170℃貯蔵弾性率1MPa)
[金属補強板]
h-1:両表面に厚さ2μmのニッケル層を形成した総厚200μmのSUS304
h-2:両表面に厚さ2μmのニッケル層を形成した総厚150μmのSUS304
h-3:両表面に厚さ2μmのニッケル層を形成した総厚100μmのSUS304
h-4:両表面に厚さ2μmのニッケル層を形成した総厚75μmのSUS304
[プリント配線板]
プリント配線板1:プリント配線板1は、厚み75μmのポリイミドフィルムの両面それぞれに厚み32μmの銅箔回路が形成され、銅箔回路上には、一辺が0.7mmの正方形であって開口面積が0.49mm2のスルーホール(開口部)を有する厚み37.5μmの接着剤付き絶縁性カバーフィルムが積層されている。また、もう一方の銅箔回路上にはスルーホールを有さない接着剤付きの厚み37.5μmの絶縁性のカバーフィルムが積層されたものである(プリント配線板が反らないように、ポリイミドフィルムに対して銅箔回路およびカバーフィルムを対称に配置した)。
プリント配線板2:一辺が0.4mmの正方形であってスルーホール(開口部)の開口面積が0.16mm2である以外は、プリント配線板1と同様の構成を有するプリント配線板である。
プリント配線板3:一辺が0.2mmの正方形であってスルーホール(開口部)の開口面積を0.04mm2である以外は、プリント配線板1と同様の構成を有するプリント配線板である。
バインダー樹脂(a−1)100重量部、および導電性微粒子(b−1)250重量部を容器に仕込み、不揮発分濃度が40重量%となるように溶媒(f−1)を加えて混合した。次いで、硬化剤(c−1)40重量部、および硬化促進剤(d−1)0.05重量部を加え、攪拌機により10分間攪拌して導電性樹脂組成物を調製した。
次に、上記調製した導電性樹脂組成物を、ドクターブレードを使用して、乾燥後の厚みが60μmになるように剥離性フィルム(基材の材質:発泡ポリエチレンテレフタレート、基材の厚み50μm、離型剤:アルキッド系離型剤)の剥離処理された一方の面上に塗工し、100℃の電気オーブンで2分間乾燥することで導電性接着剤が形成された導電性接着シートを得た。
配合する各成分の種類および配合量を表2〜表4に記載した通りとした以外は実施例1と同様に操作し、各実施例2〜20および比較例1〜3の積層体並びに金属補強板付きプリント配線板を得た。
熱プレス時にクッション材を用いなかった以外は、実施例19と同様にして、プリント配線板1〜3を用い、各金属補強板付きプリント配線板を得た。
得られた各金属補強板付きプリント配線板について、埋め込み性、および染み出し外観を下記方法に従って評価した。その評価結果を表2〜表4に示す。
◎:接続抵抗値が20mΩ/□未満 非常に良好
○:接続抵抗値が20mΩ/□以上100mΩ/□未満 良好
△:接続抵抗値が100mΩ/□以上300mΩ/□未満 実用可能
×:接続抵抗値が300mΩ/□以上 実用不可能
金属補強板付きプリント配線板1について、倍率200倍〜1000倍の拡大鏡を用いて金属補強板の端部からはみ出した導電性接着剤のフロー量(導電性接着剤層の縁部の最大移動距離、SUS板の端部とはみ出した導電性接着剤層の端部との最大長さ)を測定し、この測定値を指標として下記評価基準に従い外観を評価した。
◎:フロー量が100μm以下 非常に良好
○:フロー量が100μm超130μm以下 良好
△:フロー量が130μm超150μm以下 実用可能
×:フロー量が150μm超 実用不可能
12 導電性接着剤(導電性接着剤層)
13 導電性接着シート
14 金属補強板
15 予備積層体
16 クッション材
17 積層体
18 切断線
20 配線板
21 基材
22 絶縁性フィルム
23 絶縁性接着剤
24 信号回路
25 グランド回路
27 開口部
29b 隙間
30 金属補強板付きプリント配線板
バインダー樹脂(a−1)100重量部、および導電性微粒子(b−1)250重量部を容器に仕込み、不揮発分濃度が40重量%となるように溶媒(f−1)を加えて混合した。次いで、硬化剤(c−1)40重量部、および硬化促進剤(d−1)0.05重量部を加え、攪拌機により10分間攪拌して導電性樹脂組成物を調製した。
次に、上記調製した導電性樹脂組成物を、ドクターブレードを使用して、乾燥後の厚みが60μmになるように剥離性フィルム(基材の材質:発泡ポリエチレンテレフタレート、基材の厚み50μm、離型剤:アルキッド系離型剤)の剥離処理された一方の面上に塗工し、100℃の電気オーブンで2分間乾燥することで導電性接着剤が形成された導電性接着シートを得た。
配合する各成分の種類および配合量を表2〜表4に記載した通りとした以外は参考例1と同様に操作し、各実施例2〜23および比較例1の積層体並びに金属補強板付きプリント配線板を得た。
なお、表1における実施例1は参考例1の意である。
表2〜表4に記載するように、導電性樹脂組成物を構成する各成分の種類および配合量、およびクッション材や金属補強板の種類を変更した以外は参考例1と同様に操作し、参考例2、実施例3〜5、参考例6〜8、実施例9〜19、参考例20〜21、実施例22〜23および比較例1の積層体並びに金属補強板付きプリント配線板を得た。
なお、表2における実施例1〜2、6〜8、表4における実施例20〜21は、参考例1〜2、6〜8、20〜21の意である。
Claims (8)
- グランド回路を含む回路パターンと前記回路パターンを絶縁保護し、開口部を有する絶縁保護膜が形成されたプリント配線板の上方に、熱により軟化するバインダー樹脂および導電性フィラーを含有する導電性接着剤と、金属補強板と、クッション材をこの順に有する積層体を、前記配線板と前記導電性接着剤が対向するように配置する工程[1]、
前記積層体を熱プレスし、前記絶縁保護膜に設けられた開口部を介して、導電性接着剤により前記グランド回路と金属補強板とを接着すると共に、前記グランド回路と金属補強板とを電気的に接続する工程[2]、
ならびに前記積層体のクッション材を剥離する工程[3]、
を備えた金属補強板付きプリント配線板の製造方法。 - 請求項1記載のプリント配線板の製造方法に用いられ、熱により軟化するバインダー樹脂および導電性フィラーを含有する導電性接着剤と、金属補強板と、クッション材をこの順に有する積層体。
- 前記クッション材の貯蔵弾性率は、
170℃において10MPa以上100MPa以下であり、
前記導電性接着剤の貯蔵弾性率は、
170℃において2MPa以上50MPa以下であり、
前記クッション材の貯蔵弾性率は、前記導電性接着剤の貯蔵弾性率よりも高いことを特徴とする請求項2記載の積層体。 - 前記導電性接着剤の損失正接(tanδ)は、
170℃において0.05以上0.4以下である、
請求項2または3記載の積層体。 - 粘弾性測定により得られる温度−損失正接(tanδ)曲線において、
第1のガラス転移温度が10℃以上45℃以下であり、
第2のガラス転移温度が70℃以上140℃以下である、
請求項2〜4いずれか1項記載の導電性接着剤。 - 請求項1記載の製造方法により得られる金属補強板付きプリント配線板。
- 平面視した際の前記開口部の面積が0.16mm2以上0.81mm2以下である、請求項6記載の金属補強板付きプリント配線板。
- 前記開口部は、前記プリント配線板の外周の一部に形成されている、請求項6または7記載の金属補強板付きプリント配線板。
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