JP3898077B2

JP3898077B2 - フレキシブルプリント配線板の製造方法

Info

Publication number: JP3898077B2
Application number: JP2002079773A
Authority: JP
Inventors: 顕一岡田; 信夫田辺
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2001-11-13
Filing date: 2002-03-20
Publication date: 2007-03-28
Anticipated expiration: 2022-03-20
Also published as: US6911605B2; US20030089519A1; JP2003218488A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の配線などに用いられるフレキシブルプリント配線板に関し、特に、低価格化と耐屈曲性の向上を図ったフレキシブルプリント配線板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）は、厚さが薄く、柔軟性に富み優れた屈曲特性を有することから、近年、プリンターのヘッド部や、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）のサスペンション等の可動部分用の配線板として広範に用いられている。
【０００３】
図１は、この種のＦＰＣを示す概略断面図であり、符号１０はＦＰＣである。このＦＰＣ１０は、ベースフィルム１の上に接着剤２を用いて銅箔を貼り付け、この銅箔をエッチングし、配線となるべきところを残して他の部分を除去することによって回路３を形成し、さらに、この回路３の上に、接着剤４を介してカバーレイヤー５を接着してなるものである。
【０００４】
このようなＦＰＣ１０に対しては、前記可動部分の運動により、数千万回以上屈曲させられても、前記回路３の破断による断線が発生しない、高い耐屈曲性が要求されている。
このため、前記ベースフィルム１およびカバーレイヤー５としては、柔軟性に優れるポリイミド樹脂やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂などのポリエステル樹脂などからなるプラスチックフィルムが用いられている。
また、前記回路３に用いられる銅箔としては、耐屈曲性に優れた圧延焼鈍箔（ＲＡ箔）や、低再結晶温度箔（ＨＴＥ箔）などの高純度銅箔が好適に使用されている。
【０００５】
前記圧延焼鈍箔は、高純度銅のインゴットに対して圧延と焼鈍を繰り返し行い、加工度を極めて高くして製造された銅箔であり、耐屈曲性に優れている。
また、前記低再結晶温度箔は、再結晶温度が低い銅箔であり、このため、わずかな変形によっても容易に再結晶が起こって歪みを開放するという特性を有し、高い柔軟性を備えている。
特に高い耐屈曲性が要求されるＦＰＣ１０においては、ほとんどの場合、圧延焼鈍箔が使用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、圧延焼鈍箔は高価であるため、これを用いることによりＦＰＣ１０の低価格化が困難になっている。
また、特に曲げ半径が小さい屈曲が繰り返された場合、圧延焼鈍箔を用いたとしても、疲労劣化により柔軟性を失い、遂にはクラックが発生して回路３の断線に至ることがある。
この銅箔の疲労劣化は、主に金属組織が塑性変形を受けた際に生じる不可逆的な転移などの格子欠陥が原因であり、これらの欠陥は、疲労が蓄積するにつれて集積してクラックを形成し、これが拡張することにより断線をもたらすものと考えられる。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、上述の従来のものよりも安価であって耐屈曲性に優れるフレキシブルプリント配線板を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、前記回路３に用いられる銅箔として、低プロファイル電解箔を使用したことを特徴とするフレキシブルプリント配線板を提供する。低プロファイル電解箔の結晶粒の平均粒径は、０．１〜５μｍとすることが好ましい。
前記低プロファイル電解箔としては、予め亀裂が形成されたものとすることが好ましい。この亀裂は、予備屈曲やエッチングによって形成することができる。また、前記亀裂の長さは、２０〜２００μｍの範囲内とすることが好ましく、また、亀裂の間隔は、２〜１００μｍの範囲内とすることが好ましい。
また、前記低プロファイル電解箔は強度が弱いため、それの両面に配置されるベースフィルム１およびカバーレイヤー５は、弾性率が１０⁸Ｐａ以上のプラスチックフィルムとすることが好ましい。さらに、前記ベースフィルムまたはカバーレイヤーと前記銅箔との間に、弾性率が１０⁸Ｐａ以上の接着剤層を形成することにより、フレキシブルプリント配線板の耐屈曲性が一層向上する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に基づいて、本発明を詳しく説明する。
本実施の形態に係るフレキシブルプリント配線板も、その基本的構造は、上記図１に示したものとほぼ同様であって、ベースフィルム１の上に接着剤２を用いて銅箔を貼り付けて回路３を形成したものの上に、接着剤４によりカバーレイヤー５を接着したものである。
【００１０】
そして、前記銅箔として、低プロファイル電解箔（ＬＰ箔またはＶＬＰ箔）を用いている。この低プロファイル電解箔は、結晶粒の平均粒径が０．１〜５μｍであり、表面の粗さがマット面では２μｍ以下、シャイン面では１μｍ以下である銅箔であって、標準電解箔（ＳＴＤ箔）やミドルプロファイル電解箔（ＭＰ箔）などの他の電解箔に比して、表面平滑性が高く、結晶粒が細かいものであり、従来、微細回路の製造に用いられているものである。
【００１１】
従来のＦＰＣ１０に用いられている前記圧延焼鈍箔は、図２に示すように、結晶粒２０の粒界２１のような構造欠陥が少ない。そのため、耐屈曲性が高く、屈曲によって亀裂２２が発生しにくい。しかしながら、屈曲の繰り返し回数（サイクル）が多くなると、疲労の蓄積により亀裂２２が形成されることがあり、さらに、この亀裂２２に屈曲の負荷が集中して拡張し、回路３の破断に至ることがある。
【００１２】
図３は、圧延焼鈍箔を１００万回屈曲した後の状態の一例を示す図であって、図３（ａ）は屈曲後の表面の状態を示す部分平面図であり、図３（ｂ）は屈曲後の内部の状態を示す部分断面図である。図３に示されるように、圧延焼鈍箔では、亀裂２２の発生箇所の個数密度は小さいが、一旦発生した亀裂２２は容易に拡張して、回路３の幅方向ならびに厚さ方向に貫通するものとなりやすいことがわかる。
【００１３】
それに対して低プロファイル電解箔は、図４に示すように、結晶粒２０が小さく、粒界２１が多く存在し、屈曲によって亀裂２２が発生しやすい性質を有しているが、多数の亀裂２２が表面に形成されると、屈曲による負荷がそれぞれの亀裂２２に分散し、結果として回路３は破断しにくくなるものと考えられる。
【００１４】
図５は低プロファイル電解箔を１００万回屈曲した後の状態を示す模式図であって、図５（ａ）は屈曲後の表面の状態を示す平面図であり、図５（ｂ）は屈曲後の内部の状態を示す断面図である。この図５からわかるように、亀裂２２の発生箇所の数密度は大きいが、回路３を破断させるほど拡張しにくいことがわかる。
【００１５】
従って、本実施の形態のＦＰＣ１０は、従来のものに比べて、低歪み高サイクル時の耐屈曲性が著しく向上する。また、破断に至るまでの伸びの大きいものを使うようにすれば、高歪み低サイクル時の耐屈曲性にも優れたものとなる。
しかも、低プロファイル電解箔は圧延焼鈍箔に比して廉価であるので、フレキシブルプリント配線板の低価格化が可能になる。
【００１６】
本実施の形態のＦＰＣ１０は、従来のものと同様に製造することができる。すなわち、図６に示すように、ベースフィルム１の上に接着剤２を用いて低プロファイル電解箔６を貼り付けて積層材３０を成形する。次いで、回路パターンに合わせてレジスト（図示せず）を前記積層材３０の低プロファイル電解箔６上に塗布し、硫酸、フッ酸、過酸化水素水、酸化鉄などの薬液を用いてエッチングすることにより回路３を形成する。さらに、前記回路３の上に、接着剤４を介してカバーレイヤー５を接着することによってＦＰＣ１０を得ることができる。
【００１７】
本実施の形態のフレキシブルプリント配線板を屈曲させた場合、図７（ａ）に示すように、使用の初期段階において、低プロファイル電解箔６に亀裂が生成することにより、数〜３０％程度まで抵抗が増加する。しかしながら、屈曲回数が１０〜３０万回程度を超えると、それ以上の屈曲による抵抗の増加率が極めて小さくなるという特性を有する。
従って、使用前に、図７（ａ）の点Ｐに達する程度まで、低プロファイル電解箔６に亀裂２２を生じさせておけば、該ＦＰＣ１０の抵抗増加率は、図７（ｂ）に示すように、長期的な変化の小さいものとなる。このため、安定的に使用することができ、回路３の設計が容易になる。
【００１８】
低プロファイル電解箔６に亀裂２２を生じさせる方法としては、予備屈曲やエッチングを用いた方法が可能である。
予備屈曲による方法の場合は、銅箔のままでは屈曲させると直ちに切れてしまうので、ＦＰＣ１０を製造した後に、屈曲装置を用いて１０〜３０万回屈曲させるようにすることが好ましい。
【００１９】
エッチングによる方法の場合、例えば、図６に示す上述のＦＰＣ１０の製造方法において、低プロファイル電解箔６上に回路を形成する際、亀裂２２に相当する切欠部を回路パターンに含めてエッチングすることによって行うことができる。
すなわち、回路パターン用のレジストを低プロファイル電解箔６に塗布する際、亀裂２２を形成したい部分のレジストを塗布しないようにするか、または、塗布した後に除去するかをし、さらに、硫酸、フッ酸、過酸化水素水、酸化鉄などの薬液を用いてエッチングすることによって、所望の寸法および形状を有する亀裂２２を形成することができる。
【００２０】
この場合、亀裂２２の形状としては、ＦＰＣ１０の屈曲方向に合わせた向きとすることが好ましい。すなわち、例えば、図８に示すように、ＦＰＣ１０がＡの方向に屈曲させられるならば、亀裂２２の向きは、これに垂直なＢの方向とする。回路３の配線部は、一般に、屈曲の方向Ａに沿って設けられることが多いので、例えば、図９（ａ）および（ｂ）に示すように、亀裂２２を互い違いに設けることが好ましい。
【００２１】
この際、亀裂２２の長さＬは、回路３の幅Ｗより長くならないようにすることが好ましい。２０〜２００μｍの範囲内とすることが好ましい。特に、平均５０〜１００μｍ程度とすることが好ましい。
亀裂２２の長さＬが２０μｍ未満では、屈曲に対する外力の分散の効果が小さく、耐屈曲性の向上にはつながらない。また、亀裂２２の長さＬが２００μｍより長いと、その亀裂２２の箇所で回路３が断線しやすいので、好ましくない。
【００２２】
また、亀裂２２の間隔Ｄは、２〜１００μｍとすることが好ましく、特に、回路３の厚さＴの２倍以下とすることが好ましい。この亀裂２２の間隔Ｄが２μｍ未満では、亀裂２２が連結することにより、回路３が断線する確率が高まるので、好ましくない。また、１００μｍを超えると、亀裂２２の単位面積当りの数密度が小さくなるため、耐屈曲性の向上に対する効果が小さい。
【００２３】
本実施の形態のＦＰＣ１０においては、屈曲に対する銅箔の引張り強さが弱いものであるので、銅箔の形状を保持するため、銅箔の両面に設けられるベースフィルム１とカバーレイヤー５との素材は、弾性率が１０⁸Ｐａ以上のプラスチックとすることが好ましい。
この弾性率が１０⁸Ｐａ未満であると、屈曲時に銅箔の変形量が大きくなり、破断するおそれがある。上記プラスチックの弾性率の上限は特に制限しないが、一般的にＦＰＣ用に用いられているものとしては、１０¹⁰Ｐａを超えるものは少ないので、１０⁸〜１０¹⁰Ｐａの範囲から選択することが好ましい。
【００２４】
また、ベースフィルム１またはカバーレイヤー５と回路３とを接着するための接着剤２、４としては、一般に、エポキシ系等の接着剤が用いられるが、特に、硬化後の弾性率が１０⁸Ｐａ以上のものを用いることが好ましい。これにより、屈曲時の銅箔の変形量を抑制し、耐屈曲性を一層向上することができる。
【００２５】
次に、本発明の実施例について、従来のものとの比較により、さらに具体的に説明する。図１０はサンプルとして製造されたＦＰＣ１０の平面図であり、図１１は屈曲試験の方法を説明する図である。
【００２６】
図１０に示したサンプルのＦＰＣ１０は、長さが１００ｍｍ、幅が１０ｍｍのものであって、そのベースフィルム１およびカバーレイヤー５はそれぞれ厚さ２５μｍのポリイミド樹脂フィルムであり、また、接着剤２、４はエポキシ樹脂であって、層厚は１０μｍである。さらに前記回路３をなす銅箔の厚さは３５μｍであり、その回路３の配線の両端には端子７が設けられている。
【００２７】
ここで、本発明の実施例としては、前記銅箔としては低プロファイル電解箔（ＬＰ箔）を用い、比較例としては、圧延焼鈍箔（ＲＡ箔）および標準電解箔（ＳＴＤ箔）を用いた。
【００２８】
図１１に示す屈曲試験においては、ＦＰＣ１０は、互いに平行に配置された固定治具１１および可動治具１２に、所定の屈曲半径ｒにて貼り付けられている。さらに、ＦＰＣ１０の端子７に電線１３を取り付け、抵抗測定装置（図示せず）により、前記端子７間の抵抗を測定できるようにされている。
【００２９】
可動治具１２を固定治具１１に対して平行な方向に繰り返し往復運動させながら前記端子７間の抵抗を測定し、屈曲回数に対するＦＰＣ１０の抵抗増加率を測定した。ここで、抵抗増加率とは、ＦＰＣ１０の端子７間の抵抗の初期値をＲ₀とし、さらに所定の回数屈曲させたときの抵抗をＲとした場合、１００×（Ｒ−Ｒ₀）／Ｒ₀（％）で表されるものである。
前記屈曲試験において、前記屈曲半径ｒは２ｍｍとし、前記可動治具１２の往復運動の移動距離（ストローク）は２０ｍｍとし、往復速度は２５回／秒とした。
【００３０】
前記屈曲試験の結果を図１２に示す。この結果から明らかなように、ＬＰ箔を用いた実施例のＦＰＣ１０は、従来の比較例のＲＡ箔を用いたものに比して、屈曲の初期段階では、やや抵抗増加率が大きいものの、屈曲回数が約３０万回程度以上では、抵抗増加率が小さく、長寿命となることが分かる。
このことから、実施例のＦＰＣ１０は、屈曲回数が大きい時の耐屈曲性に優れ、長期にわたり耐屈曲性を維持することが分かる。
また、他の電解箔であるＳＴＤ箔と比して、極めて耐屈曲性が高いことから、プロファイルが低く、結晶粒の細かいものを用いたことにより、著しい耐屈曲性の向上がなされたものと分かる。
【００３１】
次に、銅箔６の結晶粒の平均粒径と、ＦＰＣ１０の屈曲寿命との関係を調べるため、結晶粒の平均粒径が異なる銅箔６を用いてＦＰＣ１０を作製し、それぞれについて屈曲寿命を測定した。銅箔６としては、等方粒の低プロファイル電解箔と、針状粒のものとを用いた。銅箔６の結晶粒の平均粒径は、ＪＩＳ−Ｈ−０５０１−８に準じて測定した。また、ＦＰＣ１０の屈曲寿命は、図１１に示す屈曲試験において、抵抗増加率が５０％に達した時点の屈曲回数として求めた。
【００３２】
前記試験の結果をこの結果を図１３に示す。この結果から明らかなように、銅箔６として等方粒の低プロファイル電解箔を用いた場合、結晶粒の平均粒径が５μｍ以下のときに屈曲寿命が数千万回のオーダーに達し、高い耐屈曲性を示した。これに対して、結晶粒の平均粒径が５μｍを超える場合、屈曲寿命が著しく低いものとなった。針状粒の銅箔６を用いた場合、屈曲寿命は数十万回程度となり、実用に適さないものとなった。
【００３３】
次に、接着剤２、４からなる接着層の弾性率と、ＦＰＣ１０の屈曲寿命との関係を調べるため、接着剤２、４として、硬化後の弾性率が異なるエポキシ系接着剤を用いてＦＰＣ１０を作製し、各ＦＰＣ１０の屈曲寿命を測定した。これらのＦＰＣ１０において、銅箔６としてはいずれも低プロファイル電解箔を用いた。また、ＦＰＣ１０の屈曲寿命は、図１１に示す屈曲試験において、抵抗増加率が５０％に達するまでに要した屈曲回数として求めた。
【００３４】
前記試験の結果をこの結果を図１４に示す。この結果から明らかなように、接着剤２、４の弾性率が大きいほど、ＦＰＣ１０の屈曲寿命が長くなる傾向が示された。そして、接着剤２、４の弾性率を１００ＭＰａ（１０⁸Ｐａ）以上とした場合、ＦＰＣ１０の屈曲寿命は１０００万回を超え、極めて高い耐屈曲性を示した。
【００３５】
次に、銅箔６として良品、中間品、不良品の低プロファイル電解箔を用い、回路幅Ｗを２００μｍとしてそれぞれＦＰＣ１０を作製し、各ＦＰＣ１０の屈曲寿命を上述の方法により測定した。また、それぞれ１００万回屈曲させた時点で回路３の表面を顕微鏡にて観測し、該表面に発生した亀裂２２の平均間隔、単位面積当りの数密度、ならびに平均長さを観測した。この観測においては、回路３のエッジ部で発生する長さ１０μｍ以下の微小な亀裂２２は数に入れなかった。
この測定および観測の結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】

【００３７】
表１に示す結果から明らかなように、回路３表面に形成される亀裂２２の間隔が狭く、密度が高く、長さが短いものほど、屈曲寿命が長くなる傾向があることが分かる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、耐屈曲性に優れ、しかもコストの安いフレキシブルプリント配線板を得ることができる。回路に亀裂が発生したとしても、その亀裂は微細であり、容易には拡張しないものであるので、フレキシブルプリント配線板の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】フレキシブルプリント配線板の概略断面図である。
【図２】屈曲時における圧延焼鈍箔の亀裂の状態を示す模式図である。
【図３】（ａ）屈曲後の圧延焼鈍箔の表面の状態を示す部分平面図である。（ｂ）屈曲後の圧延焼鈍箔の内部の状態を示す部分断面図である。
【図４】屈曲時における低プロファイル電解箔の亀裂の状態を示す模式図である。
【図５】（ａ）屈曲後の低プロファイル電解箔の表面の状態を示す部分平面図である。（ｂ）屈曲後の低プロファイル電解箔の内部の状態を示す部分断面図である。
【図６】フレキシブルプリント配線板の製造方法の一例を説明する概略断面図である。
【図７】本実施の形態のフレキシブルプリント配線板の使用時の抵抗の増加を説明する図表である。
【図８】本実施の形態のフレキシブルプリント配線板が屈曲させられる様子を説明する斜視図である。
【図９】本実施の形態のフレキシブルプリント配線板において、回路に設けられた亀裂の状態を説明する斜視図である。
【図１０】フレキシブルプリント配線板の一例を示す平面図である。
【図１１】屈曲試験の方法を説明する図である。
【図１２】屈曲試験における屈曲回数とＦＰＣの抵抗増加率との関係の一例を示す図表である。
【図１３】銅箔の結晶粒の平均粒径と、ＦＰＣの屈曲寿命との関係の一例を示す図表である。
【図１４】接着剤の弾性率と、ＦＰＣの屈曲寿命との関係の一例を示す図表である。
【符号の説明】
１…ベースフィルム、３…回路、５…カバーレイヤー、６…銅箔、１０…フレキシブルプリント配線板。

Claims

ベースフィルムと、このベースフィルム上に設けられた銅箔からなる回路と、この回路の上に被せられるカバーレイヤーとを有するフレキシブルプリント配線板の製造方法において、
前記銅箔は、結晶粒の平均粒径が、０．１〜５μｍである低プロファイル電解箔であり、予備屈曲により、前記低プロファイル電解箔に、予め亀裂を形成することを特徴とするフレキシブルプリント配線板の製造方法。
ベースフィルムと、このベースフィルム上に設けられた銅箔からなる回路と、この回路の上に被せられるカバーレイヤーとを有するフレキシブルプリント配線板の製造方法において、
前記銅箔は、結晶粒の平均粒径が、０．１〜５μｍである低プロファイル電解箔であり、エッチングにより、前記低プロファイル電解箔に、予め亀裂を形成することを特徴とするフレキシブルプリント配線板の製造方法。
亀裂の長さが２０〜２００μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載のフレキシブルプリント配線板の製造方法。
亀裂の間隔が２〜１００μｍであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のフレキシブルプリント配線板の製造方法。
前記ベースフィルムおよびカバーレイヤーは、弾性率が１０⁸Ｐａ以上のプラスチックフィルムであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のフレキシブルプリント配線板の製造方法。
前記ベースフィルムまたはカバーレイヤーと前記銅箔とは、弾性率が１０⁸Ｐａ以上である接着剤を用いて接着されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のフレキシブルプリント配線板の製造方法。