JP4193653B2 - シールド材被覆フレキシブルフラットケーブルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気・電子機器に使用されるフレキシブルフラットケーブルの製造方法に係り、特に、磁気シールド性を付与したシールド材被覆フレキシブルフラットケーブルの製造方法に関するものである。

フレキシブルフラットケーブル（以下、ＦＦＣと略す）とは、図３に示すように、複数本（例えば、数本から数十本）の導体２２ａ，２２を平行に配列して形成した導体群２３の上下面に、内面に絶縁性と難燃性とを共有する接着剤１９が塗布された絶縁性プラスチィックフィルム２０（以下、接着剤付きフィルムという）を熱圧着などにより一体化して構成したものである。

このＦＦＣ１８は、厚み０．１〜０．３ｍｍ程度と非常に薄いテープ状の電線であり、高い柔軟性（可撓性）を有しているため、従来から回路間のジャンパ（固定配線）などとして用いられてきた。

近年では、ＦＦＣの屈曲特性向上が進み、ＦＦＣを電気・電子機器の可動部配線にフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）の代替として適用されるケースが増加している。特に、低価格化を狙ったパソコン用インクジェット型プリンタの印字ヘッド部配線やＣＤ−ＲＯＭ、カーナビゲーションやＤＶＤ（デジタル多用途ディスクプレーヤ）のピックアップ部配線などへの適用が進んでいる。

ところで、ＦＦＣを、ＶＴＲ、ＣＤ、ＤＶＤなどのＡＶ機器やコピー機、スキャナー、プリンター等のＯＡ機器、およびその他電気・電子機器などの配線として用いる場合、ＦＦＣにノイズ防止のため電磁波シールド性を持たせることが好ましい。そこで、ＦＦＣの外面にシールド材を被覆したシールド材被覆フレキシブルフラットケーブルが開発されている（例えば、特許文献１参照）。

シールド材被覆フレキシブルフラットケーブル（以下、シールド材被覆ＦＦＣと略す）は、図４に示すように、ＦＦＣ１８の接着剤付きフィルム２０を部分的に除去して、１本又は複数本の導体２２ａ（接地線となる導体であり、図例では両端の２本）の片面を露出させ、そのＦＦＣ１８の上下面にシールド材２５を被覆して構成したものである。シールド材２５は、Ｎｉなどの導電性フィラーを含有する導電性接着剤２７が内面に塗布された導電性金属層２８と、その導電性金属層２８の外面に積層された絶縁性プラスチィックフィルム２９とを備えている。この構成によれば、シールド材２５の導電性金属層２８と接地導体２２ａとが電気的に接続され、シールド効果を得ることができる。

特開平８−７６６４号公報

しかしながら、このようなシールド材被覆ＦＦＣは、図３に示すシールド材を被覆していないＦＦＣと比較して屈曲信頼性が著しく劣るという問題があった。

その理由として、ａ）接地導体部の断面構造が上下非対称である、ｂ）シールド材２５の接着剤２７に直径数μｍ程度の導電性微粒子（導電性フィラー）を添加する必要があるため、接着剤２７の接着力が低下し、屈曲時に接地導体２２ａとシールド材２５とが剥離し易くなる、という２点が挙げられる。

このため、従来のシールド材被覆ＦＦＣは過酷な使用条件に耐えることができず、可動用途として用いる場合、曲げ半径が大きくかつ要求屈曲回数が数万〜数十万回程度以下である配線など、適用可能範囲が限られていた。

また、上述したようにシールド材２５の接着剤２７の接着力が低いため、例えば、自動車分野で用いられる様な過酷な評価試験（例えば、熱サイクル−４０℃←→１００℃、１０００サイクル）をクリアできず適用に至っていなかった。つまり、固定配線用途としても、その適用可能範囲が限られていた。

以上の理由により、近年までシールド材被覆ＦＦＣはスキャナーやコピー機など一部機器の屈曲配線、あるいは家庭用ゲーム機などの電気・電子機器の固定配線など、配線用途を限定せざるを得なかった。

そこで、本出願人は、耐屈曲性を高めたシールド材被覆ＦＦＣを開発・発明し、先に出願を行った（特願２００２−１８６２１１号）。

このシールド材被覆ＦＦＣは、図５に示すように、接地導体２２ａの片面に位置する接着剤付きフィルム２０を長手方向全域に亘って除去するのではなく、端部近傍の一部分２４（使用時の非屈曲部分）のみ除去するようにしたものである。この構成によれば、接地導体２２ａの長手方向の一部分（非屈曲部分）の断面構造のみが上下非対称となり、それ以外の部分（使用時に屈曲される部分を含む）では上下対称となるため、耐屈曲性が向上する。しかしながら、このシールド材被覆ＦＦＣでは、シールド材２５の接着剤２７に導電性フィラーを添加する必要があるため、依然として上記ｂ）の問題は存在していた。

そこで、本出願人は更に、接着剤に導電性フィラーを添加する必要のないシールド材被覆ＦＦＣを開発・発明し、先に出願を行った（特願２００３−０４９７４１号）。

このシールド材被覆ＦＦＣは、図６に示すように、接地導体２２ａの片面に位置する接着剤付きフィルム２０の長手方向一部分（使用時の非屈曲部分）を除去した後、ＦＦＣ１８の上下面にシールド材２５を被覆し、更にその後、シールド材２５の外面に導電性金属板２６を載せて、その導電性金属板２６と、シールド材２５の導電性金属層２８と、接地導体２２ａとを超音波接合により接合するようにしたものである。この構成では、接地導体２２ａと、シールド材２５の導電性金属層２８とが直接接触できるので、接着剤２７に導電性を持たせる必要がない。従って、接着剤２７に導電性フィラーを添加する必要がなくなり、上記ｂ）の問題を解決できる。

しかしながら、このシールド材被覆ＦＦＣは、製造コストが高くなるという問題があった。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、シールド材被覆ＦＦＣの各種信頼性（耐屈曲性及び接地導体とシールド材との電気的接続信頼性など）を向上しつつ、かつその製造コストを大幅に低減できるシールド材被覆フレキシブルフラットケーブルの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、シールド材被覆フレキシブルフラットケーブルの製造方法において、複数本の導体を平行に配列してなる導体群の上下面を、絶縁性と難燃性とを共有する接着剤が内面に塗布された導電性金属層と、導電性金属層の外面に積層された絶縁性フィルムとを有するシールド材で挟み込んで一体化する工程と、上記導体群と上記シールド材とを一体化した後、上記シールド材の外面に導電性金属板を載せ、その導電性金属板と、上記シールド材の上記導電性金属層と、上記導体とを超音波接合により電気的に接続する工程とを備えたものである。

ここで、上記導電性金属板、導電性金属層及び導体の超音波接合を、接地線となる１本もしくは複数本の導体に対して実施するようにしても良い。

また、上記導電性金属板、導電性金属層及び導体の超音波接合を、上記導体の長手方向における、使用時の非屈曲部分に対して実施するようにしても良い。

また、上記導電性金属板、導電性金属層及び導体を超音波接合した後、少なくとも上記導電性金属板及び超音波接合部を保護材で覆う工程を更に備えても良い。

ここで、少なくとも上記導電性金属板及び超音波接合部を覆うように設けられた保護材を更に備えても良い。

本発明によれば、シールド材被覆ＦＦＣの各種信頼性（耐屈曲性及び接地導体とシールド材の電気的接続信頼性など）を向上しつつ、かつその製造コストの大幅な低減を図れるという優れた効果を発揮するものである。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１（ａ）は本実施形態のシールド材被覆フレキシブルフラットケーブルの平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の１ｂ−１ｂ線断面図である。

図に示すように、本実施形態のシールド材被覆フレキシブルフラットケーブル１（以下、シールド材被覆ＦＦＣと略す）は、間隔を隔てて平行に配列された複数本の導体２ａ，２，…からなる導体群３と、その導体群３を、上下面から挟み込みこんで一体的に設けられたシールド材５と、１本もしくは複数本の導体２ａ（接地線となる導体であり、本実施形態では両端の２本）の片面又は両面（本実施形態では片面）に対して、シールド材５の外側から超音波接合により接合された導電性金属板６（例えば、純銅）とを備えている。

導体２ａ，２，２…は例えば断面平角状の軟銅線からなり、互いに所定間隔（導体ピッチ）を隔てて並列される。

シールド材５は、絶縁性と難燃性とを共有する接着剤７が内面に塗布された導電性金属層８と、その導電性金属層８の外側に積層された絶縁性プラスチックフィルム９とを有する。シールド材５は、その接着剤７が導体群３側を向くようにして配置され、導体群３と一体的に接続される。

導電性金属板６は、シールド材５の外側から接地導体２ａに対して超音波接合により接合され、これにより、導電性金属板６と、シールド材５の導電性金属層８と、接地導体２ａとが電気的に接続される。導電性金属板６、シールド材５の導電性金属層及び接地導体２ａの超音波接合は、シールド材被覆ＦＦＣ１（接地導体２ａ）における、使用時の非屈曲部分（例えば、長手方向の端部近傍）に対して実行される。

本実施形態のシールド材被覆ＦＦＣ１は、接地導体２ａとシールド材５の導電性金属層８とが直接接触する構造であるので、シールド材５の接着剤７は導電性を有する必要はない。従って、接着剤７にはＮｉなどの導電性微粒子（導電性フィラー）を添加する必要はない。なお、シールド材被覆ＦＦＣ１に難燃性を付与する目的から、接着剤７には難燃剤を添加することが好ましい。難燃剤の添加量は、シールド材被覆ＦＦＣ１の使用用途に応じて適宜設定する。例えば、一般の電気・電子機器に用いる場合、ＵＬ（Underwriters Laboratories Inc. 米国の安全規格団体により規定された規格）の難燃性規格であるＶＷ−１（垂直難燃試験）を満たすよう、難燃剤を配合する。

シールド材５の導電性金属層８は、ＣｕやＡｌなどの箔が適用可能である。

シールド材５の絶縁性プラスチックフィルム９は、コスト面を重要視する場合は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）が好ましく、難燃性及び耐熱性を重要視する場合は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）が好ましい。

このように、シールド材５の各部材（接着剤７、導電性金属層８、絶縁性プラスチックフィルム９）の厚み寸法や材質などは、シールド材被覆ＦＦＣ１の使用用途に応じて適宜設定される。

本実施形態のシールド材被覆ＦＦＣ１は更に、導電性金属板６及びシールド材５の外面を覆う保護材１０を備えている。保護材１０は、絶縁性を有する接着剤１１が内面に塗布された絶縁性プラスチックフィルム１２を有している。なお、保護材１０は必ずしもシールド材５の全面に亘って設ける必要はなく、少なくとも導電性金属板６及び超音波接合部を覆うように設ければ良い。

次に、図２を用いて、本実施形態のシールド材被覆ＦＦＣ１の製造方法を説明する。

１）第１工程
まず、第１工程として、図２（ａ）に示すように、複数本の平角導体２ａ，２，２…を平行に配列して導体群３を形成し、その導体群３の上下面を、絶縁性と難燃性とを共有する接着剤７が内面に塗布された導電性金属層８と、導電性金属層８の外面に積層された絶縁性プラスチックフィルム９とを有するシールド材５で挟み込んで、熱圧着などにより一体化する。

２）第２工程
次に、第２工程として、図２（ｂ）に示すように、接地線となる導体２ａの長手方向の一部分（使用時の非屈曲部分）に整合させて、シールド材５の片面に導電性金属板６を載せ、その上から超音波接合を行う。これにより、導電性金属板６が内側へと湾曲すると共に、接地導体２ａの片面側に位置していたシールド材５の絶縁性プラスチックフィルム９と接着剤７とが除去され、導電性金属板６と、シールド材５の導電性金属層８と、接地導体２ａとが金属接合され、電気的に接続される。図中、１３が超音波接合機の押さえ側部材を示しており、１５が振動側部材を示している。図から分かるように、導電性金属板６が配置された側に振動側部材１５を配置し、それと対向する側に押さえ側部材１３を配置する。

なお、導電性金属板６、導電性金属層８及び接地導体２ａを超音波接合する前に、超音波接合を行う部分のシールド材５の接着剤７をレーザなどにより予め除去しておけば、接地導体２ａと導電性金属層８との接続信頼性をより高くできる。

３）第３工程
次に、第３工程として、図２（ｃ）に示すように、少なくとも導電性金属板６及び超音波接合部を覆うように、絶縁性を有する接着剤１１が内面に塗布された絶縁性プラスチィックフィルム１２を有する耐水性保護材１０（絶縁性テープ）を上下面から貼り付けて熱圧着などにより一体化する。この保護材１０を設けることにより、導電性金属板６が機器部材などに激しく接触した際などに、導電性金属板６がシールド材５から剥離することを防止できる。以上の工程により、図１に示したようなシールド材被覆ＦＦＣ１が製造できる。

なお、本発明において、第３工程は必ずしも必要な工程ではなく、第２工程までで終了しても良い。つまり、保護材１０を必ずしも設ける必要はない。

以上説明してきた本実施形態のシールド材被覆ＦＦＣ及びその製造方法によれば、図４〜図６に示したシールド材被覆ＦＦＣにおいて必要とされていた接着剤付きフィルム２０を省略できる。従って、部品点数及び製造工程を削減でき、製造コストを低減できる。更に、接着剤付きフィルム２０を省略できるため、シールド材被覆ＦＦＣ１の厚みを薄くできる。

また、本実施形態のシールド材被覆ＦＦＣ１では、接地導体２ａとシールド材５の導電性金属層８とが直接接触するため、接地導体２２ａとシールド材５の導電性金属層８との接続信頼性が高い。更に、シールド材５の接着剤７に導電性微粒子（導電性フィラー）を添加する必要がないので、製造コストを低減できる。

また、導電性金属板６を超音波接合した部分以外（使用時の屈曲部分を含む）では、シールド材被覆ＦＦＣ１の断面形状が上下対称となるため、優れた耐屈曲性を有する。

このように、本実施形態のシールド材被覆ＦＦＣ１によれば、各種信頼性（耐屈曲性及び接地導体２ａとシールド材５の導電性金属８との電気的接続信頼性など）を向上できるばかりでなく、製造コストを大幅に削減することが可能となる。また、本実施形態のシールド材被覆ＦＦＣ１は耐屈曲性に優れているため、例えば、自動車用配線などとして使用することが可能であり、適用可能範囲が広い。

本出願人は、本実施形態のシールド材被覆ＦＦＣの信頼性を検証するため、本実施形態のシールド材被覆ＦＦＣと、２種類の比較用試料とを試作し、各種評価試験を行った。

なお、本実施形態のシールド材被覆ＦＦＣは、図１に示した保護材１０を設けないタイプとした。また、比較用試料としては、図４に示した特許文献１に記載されたタイプ１と、図６に示した本出願人が先に出願した（特願２００３−０４９７４１号）タイプ２とを試作した。

本実施形態のシールド材被覆ＦＦＣと、比較用試料タイプ２において、超音波接合条件は、２本の接地線の初期地線間抵抗が２０ｍΩ以下になるように設定した。

試験に用いた３種類のシールド材被覆ＦＦＣの構造と、評価条件を以下に示す。

・評価試料構造
＜共通部＞
導体 ：平角軟銅線（ＴＰＣ：タフピッチ銅、幅１．５ｍｍ×厚み５０μｍ）
導体ピッチ（間隔）：２．５ｍｍ
導体本数 ：６本（接地線は両端２本）
ケーブル全体幅 ：１７ｍｍ
＜相違部＞
１）本実施形態シールド材被覆ＦＦＣ
絶縁性プラスチックフィルム：ＰＥＴ（厚み１２．５μｍ）
シールド材導電性金属層 ：Ａｌ箔（厚み７μｍ）
シールド材接着剤 ：難燃性ポリエステル接着剤（厚み５０μｍ：アンカーコートの厚みを含む。シールド材被覆ＦＦＣとしてＵＬ難燃規格ＶＷ−１を満足するよう難燃剤を添加）
導電性金属板：平角軟銅線（ＴＰＣ：タフピッチ銅、幅１．５ｍｍ×厚み３５μｍ）
２）比較試料タイプ１（特許文献１）
ａ．ＦＦＣ
絶縁性プラスチックフィルム：ＰＥＴ（厚み１２．５μｍ）
接着剤 ：難燃性ポリエステル接着剤（厚み３５μｍ：アンカーコートの厚みを含む。シールド材被覆前のＦＦＣにＵＬ難燃規格ＶＷ−１を満足するよう難燃剤を添加）
ｂ．シールド材
絶縁性プラスチックフィルム：ＰＰＳ（厚み１２．５μｍ）
導電性金属層 ：Ａｌ箔（厚み７μｍ）
接着剤 ：難燃性ポリエステル接着剤（厚み２５μｍ：アンカーコートの厚みを含む。シールド材被覆ＦＦＣとしてＵＬ難燃規格ＶＷ−１を満足するよう難燃剤を添加。また、Ｎｉの微粒子（導電性フィラー）を添加）
３）比較試料タイプ２（特願２００３−０４９７４１号）
ａ．ＦＦＣ
絶縁性プラスチックフィルム：ＰＥＴ（厚み１２．５μｍ）
接着剤 ：難燃性ポリエステル接着剤（厚み３５μｍ：アンカーコートの厚みを含む。シールド材被覆前のＦＦＣにＵＬ難燃規格ＶＷ−１を満足するよう難燃剤を添加）
ｂ．シールド材
絶縁性プラスチックフィルム：ＰＰＳ（厚み１２．５μｍ）
導電性金属層 ：Ａｌ箔（厚み７μｍ）
接着剤 ：難燃性ポリエステル接着剤（厚み２５μｍ：アンカーコートの厚みを含む。シールド材被覆前のＦＦＣにＵＬ難燃規格ＶＷ−１を満足するよう難燃剤を添加）
導電性金属板 ：平角軟銅線（ＴＰＣ：タフピッチ銅、幅１．５ｍｍ×厚み３５μｍ）

・信頼性評価条件
１）耐屈曲特性評価
耐屈曲特性は、ＪＩＳ Ｃ５０１６に準じた繰り返し摺動屈曲試験により評価を行った。この試験装置は、シールド材被覆ＦＦＣをＵ字状に曲げて設定し、その一端を固定し、他端を一定のストロークで繰り返し摺動させることにより疲労寿命を評価するものである。

屈曲速度Ｖ ：１５０回／分
ストロークＳ ：２５０ｍｍ
平均平板間距離Ｈ：１６ｍｍ（曲げ半径Ｒ＝８ｍｍに相当）
環境温度 ：２３℃
寿命の判定基準 ：導体の抵抗が初期の１０％上昇もしくは２本の接地導体間の抵抗が初期の３倍以上上昇した場合
２）熱サイクル評価
熱サイクル試験で接地線間抵抗の上昇の有無を確認した。
温度 ：−４０℃、３０分保持 ←→ ８０℃、３０分保持
サイクル ：１０００サイクル
寿命の判定基準 ：２本の接地導体間の抵抗が初期の３倍以上上昇した場合

・結果
耐屈曲特性評価を行った結果、本実施形態のシールド材被覆ＦＦＣは、その屈曲寿命が、比較試料タイプ１に比べて約４倍、比較試料タイプ２に比べて約１．５倍優れていることが検証された。

熱サイクル評価を行った結果、本実施形態のシールド材被覆ＦＦＣ及び比較試料タイプ２については、接地線間の抵抗の上昇は５ｍΩ程度であり全く問題ないことが確認された。一方、比較試料タイプ１については、接地線間の抵抗の上昇が１Ω以上となり、評価条件をクリアできなかった。

本実施形態のシールド材被覆ＦＦＣについて、その他各種信頼性試験（高温放置、低温放置、耐湿試験、折り曲げ）を実施したが、全て比較試料タイプ１，２と同等もしくはそれ以上であることが確認された。特に、本実施形態のシールド材被覆ＦＦＣは比較試料タイプ１，２と比べて耐折り曲げ性に優れていることが確認された。

また、本実施形態のシールド材被覆ＦＦＣと、比較試料タイプ１，２との製造コストを比較した結果、本実施形態のシールド材被覆ＦＦＣの製造コストは比較試料タイプ１，２の製造コストの約７０％以下であり、価格面でも優れていることが検証された。

（ａ）は、本発明の一実施形態に係るシールド材被覆ＦＦＣの平面図である。（ｂ）は、図１（ａ）の１ｂ−１ｂ線断面図である。 （ａ）は、本発明の一実施形態に係るシールド材被覆ＦＦＣの製造方法を説明する断面図である。（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るシールド材被覆ＦＦＣの製造方法を説明する断面図である。（ｃ）は、本発明の一実施形態に係るシールド材被覆ＦＦＣの製造方法を説明する断面図である。 （ａ）は、ＦＦＣの平面図である。（ｂ）は、図３（ａ）の３ｂ−３ｂ線断面図である。 （ａ）は、従来のシールド材被覆ＦＦＣの平面図である。（ｂ）は、図４（ａ）の４ｂ−４ｂ線断面図である。 （ａ）は、本出願人が先に出願したシールド材被覆ＦＦＣの平面図である。（ｂ）は、図５（ａ）の５ｂ−５ｂ線断面図である。（ｃ）は、図５（ａ）の５ｃ−５ｃ線断面図である。 （ａ）は、本出願人が先に出願したシールド材被覆ＦＦＣの平面図である。（ｂ）は、図６（ａ）の６ｂ−６ｂ線断面図である。

符号の説明

１ シールド材被覆フレキシブルフラットケーブル
２ 導体
２ａ 接地導体
３ 導体群
５ シールド材
６ 導電性金属板
７ 接着剤
８ 導電性金属
９ 絶縁性プラスチックフィルム
１０ 保護材
１１ 接着剤
１２ 絶縁性プラスチックフィルム

Claims (5)

1. シールド材被覆フレキシブルフラットケーブルの製造方法において、複数本の導体を平行に配列してなる導体群の上下面を、絶縁性と難燃性とを共有する接着剤が内面に塗布された導電性金属層と、導電性金属層の外面に積層された絶縁性フィルムとを有するシールド材で挟み込んで一体化する工程と、上記導体群と上記シールド材とを一体化した後、上記シールド材の外面に導電性金属板を載せ、その導電性金属板と、上記シールド材の上記導電性金属層と、上記導体とを超音波接合により電気的に接続する工程と、を備えたことを特徴とするシールド材被覆フレキシブルフラットケーブルの製造方法。
2. 上記導電性金属板、導電性金属層及び導体の超音波接合を、接地線となる１本もしくは複数本の導体に対して実施することを特徴とする請求項１記載のシールド材被覆フレキシブルフラットケーブルの製造方法。
3. 上記導電性金属板、導電性金属層及び導体の超音波接合を、上記導体の長手方向における、使用時の非屈曲部分に対して実施することを特徴とする請求項１又は２記載のシールド材被覆フレキシブルフラットケーブルの製造方法。
4. 上記導電性金属板、導電性金属層及び導体を超音波接合した後、少なくとも上記導電性金属板及び超音波接合部を保護材で覆う工程を更に備えたことを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載のシールド材被覆フレキシブルフラットケーブルの製造方法。
5. 上記導電性金属板、導電性金属層及び導体を超音波接合する前に、超音波接合を行う部分の上記シールド材の上記接着剤を除去する工程を更に備えたことを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載のシールド材被覆フレキシブルフラットケーブルの製造方法。

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