JP4828151B2 - 導電性接着シート及び回路基板 - Google Patents

Description

本発明は、フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）等の回路基板本体と補強板のような回路部品等とを電気的に相互接続するために用いる導電性接着シートと、回路基板本体と回路部品等とが電気的に相互接続されている回路基板に関するものである。

例えば、従来、回路基板の補強板として、ガラスエポキシ樹脂よりなるものが使用されてきたが、近年は小型化のため薄い補強板の要求があり、薄くても剛性のある金属製の補強板が使用されるようになってきた。

この補強板を回路基板本体に接着するものとして従来から電気的絶縁性を有している接着性シートが用いられているが、接着するためにのみ使用されているものである（例えば下記特許文献１）。
特開２００３−８６７２９号公報

しかし、上記のように、従来の接着性シートは電気的絶縁性を有しているので、例えば、補強板として金属を使用する場合、補強効果は得られるものの、この金属の補強板に電流を流すことはできず、電磁シールド効果及び回路信号の安定化を発現させることはできなかった。

そこで、本発明の目的は、ＦＰＣ等の回路基板本体と金属製の補強板のような回路部品等とを電気的に相互接続するために用いることが可能な導電性接着シートと、回路基板本体と金属製補強板とが電気的に相互接続されている回路基板を提供することである。

本発明の導電性接着シートは、低融点金属粉を含む導電性接着剤層を備え、前記低融点金属粉の平均粒子径が１０〜１００μｍであることを特徴とする。なお、ここでの低融点金属粉とは、融点が３００℃以下のものをいうが、溶融後、融点が初期融点よりも上昇する合金粒子も含む。

上記構成の本発明の導電性接着シートを介して、表面に電極を有している回路基板本体と回路部品とが接着されて回路基板が形成された場合、電極同士を低融点金属粉及び／又は金属粉を介して確実に電気接続することが可能である。なお、平均粒子径が１０μｍ以下では物理的な点で電気接続の確実性が劣り、１００μｍ以上では、接着シートとして使用された後に、プレス加工時に圧力の平衡が取りにくくなり、かつ回路基板本体における絶縁層への粒子の突き抜けが発生しやすくなる点で電気接続の確実性が劣ることになる。また、上記構成の本発明の接着シートを介して回路基板本体と回路部品とが接着されて回路基板が形成された場合、導電性接着剤層中の低融点金属粉は、回路基板本体や回路部品の電極部と金属結合するので、電気的導通信頼性をさらに向上させることができる。さらに、上記構成により、本発明の接着シートを介して回路基板本体と回路部品とがプレスなどにより圧着されて回路基板が形成された場合であっても、導電性接着剤層中の低融点金属粉は、回路基板本体と回路部品との間の範囲内で圧力によって容易に変形するものであるため、回路基板本体の絶縁層などを突き破って破壊するということがなく、電気的導通信頼性が高いという効果を奏する。

本発明の導電性接着シートは、回路基板の表面に設けられた凹部の底部に形成された電極と、回路部品とを、電気的に接続するために用いられることが好ましい。
上記構成のように、回路基板の表面に設けられた凹部の底部に形成された電極と、回路部品との間に本発明の接着シートを用いれば、電極−回路部品間の電気的接続を容易にすることができる。

また、本発明の導電性接着シートは、前記導電性接着剤層が、構造用接着材と耐熱性接着剤とを含む接着剤からなることが好ましい。
上記構成により、本発明の接着シートを介して回路基板本体と回路部品とが接着されて回路基板が形成された後、部品を実装する際の半田リフロー工程を経ても、導電性接着剤層は膨れないので、回路基板本体と回路部品との電気的導通信頼性を高くできるとともに、外観異常を防止するという効果をも奏する。

さらに、本発明の導電性接着シートは、前記接着剤中に還元性添加物を含むことが好ましい。
上記構成により、接着剤の安定性を損なうことがなく、上述した金属結合をさらに容易に形成させることが可能となる効果を奏する。なお、従来は上述のような金属結合を形成させる方法として、フラックスを添加することが行われていたが、このフラックスは活性であるため、本発明において用いられる樹脂接着剤に添加するとゲル化を生じるので、使用することができない。

本発明の回路基板は、表面に電極を有する回路基板本体と、回路部品とが、前記回路基板本体の表面側において、平均粒子径が１０〜１００μｍである低融点金属粉を含む導電性接着剤層によって接着され、電気的に接続されたものであることを特徴とする。なお、本発明の回路基板は、前記回路基板本体が表面に凹部を有し、前記凹部の底部に電極が形成されていることが好ましい。さらに、前記回路部品は、金属製補強板であることが好ましい。
上記構成により、補強板によって回路基板本体が補強され回路信号の安定化が図れるだけでなく、回路基板本体と回路部品との間の電気的導通信頼性は高いものとなる。また、表面に凹部を有する回路基板本体と、前記凹部の底部に形成されている電極とが、高信頼性で電気的に接続された回路基板を提供できる。さらに、回路部品が金属製補強板である場合には、金属製補強板に電磁シールド効果を発現させることができる。

次に、図を参照しながら、本発明の実施形態に係る導電性接着シートと、この導電性接着シートを用いて形成される回路基板について説明する。

まず、本発明に係る接着シートについて説明する。図１は、本発明に係る接着シート１の断面図である。２は離型フィルム、３は導電性接着剤層である。この接着シート１は、離型フィルム２に導電性接着剤を塗布して導電性接着剤層３を形成することにより作製される。なお、塗布方法は特に限られないが、リップコート、コンマコートに代表されるコーティング機器を用いることが好ましい。

離型フィルム２としては、ポリエステル、ポリエチレンナフタレート等のベースフィルム上に、シリコン系、非シリコン系の離型剤が導電性接着剤層３が形成される側の表面に塗布されたものを使用することができる。なお、離型フィルム２の厚みは特に限定されるものではなく、適宜使い易さを考慮して決定される。

導電性接着剤層３は、低融点金属粉４を含む接着剤からなり、１００〜２００℃で加熱圧着可能な接着剤である。なお、この接着剤は、低融点金属粉よりも融点の高い金属粉（図示せず）を含んでいてもよく、さらに、還元性添加剤（図示せず）を含んでいてもよい。また、この接着剤には、構造用接着材と耐熱性接着剤とを含むものが用いられる。

低融点金属粉４としては、錫‐銀‐銅、錫‐銀‐銅‐ビスマス、錫‐銀‐銅‐インジウム、錫‐銀‐銅‐ビスマス‐インジウム、錫‐銀‐ビスマス‐インジウム、錫‐ビスマス、錫‐銀‐ビスマス、錫‐亜鉛‐ビスマス、錫‐亜鉛、錫‐インジウムなどの金属組成よりなるものが使用できる。具体的には、千住金属工業（株）製 エコソルダー（品番：Ｍ２０、Ｍ３０、Ｍ３１、Ｍ３３、Ｍ３５、Ｍ３７、Ｍ４１、Ｍ４２、Ｍ５１、Ｍ７０４、Ｍ７０５、Ｍ７０６、Ｍ７０７、Ｍ７１５、Ｍ７１６、Ｌ１１、Ｌ２０、Ｌ２１、Ｌ２３）や、旭化成（株）製 合金粉（特開２０００−１４４２０３号公報、特開２００１−１７６３３１号公報に開示されている）などを使用することができる。なお、単独で低融点となるＩｎやＳｎなどの材料が含まれる又は用いられてもよい。

なお、本発明においては、旭化成（株）製 合金粉を用いることが特に好ましい。例えば、後述する接着シートとして使用された後の工程で、熱プレス加工を施せば、この合金粉は変形するため、回路基板本体表面の絶縁層への突き刺さりがなく、かつ、上記プレス加工により導電性接着剤層３中において低融点合金が溶融して電極部分と合金を形成するため、電気接続信頼性に優れる。

低融点金属粉よりも融点の高い金属粉としては、銅粉、銀粉、ニッケル粉、銀コ−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があり、これら金属粉は、電解法、アトマイズ法、還元法により作成することができる。

なお、上述の低融点金属粉及びこの低融点金属粉よりも融点の高い金属粉は、それぞれの平均粒子径が１０〜１００μｍであることが好ましい。

還元性添加剤としては、アミノフェノール、キノン、ハイドロキノン、カテコール、ピロガロール、ユグロン、ヒドロキシアントラキノン、アリザリン、アントラルフィン、クリサジン、プルプリン、キナリザリン等の還元性物質を使用することができる。

構造用接着材としては、ニトリルゴム−エポキシ、ニトリルゴム−フェノリック、ニトリルゴムーエポキシ、ＣＴＢＮ−エポキシ、ナイロンーエポキシ、飽和無定形ポリエステル−エポキシ、エポキシ−フェノリック、エポキシ−芳香族ポリアミド、エラストマーエポキシなどを挙げることができるが、特に、ナイロンーエポキシ、飽和無定形ポリエステル−エポキシ、エポキシ−フェノリック、エポキシ−芳香族ポリアミド、エラストマーエポキシが好ましい。ここで、エラストマーとしては、ポリエステル系、ポリアミド系エラストマーが好ましい。

耐熱性接着剤としては、エポキシ−シリカハイブリッド樹脂、フェノ−ル−シリカハイブリッド、ポリイミドーシリカハイブリッド、可溶性ポリイミドーシリカハイブリッド、ポリアミドイミドーシリカハイブリッド、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。

次に、接着シート１の使用方法について説明する。この接着シートは、例えば、補強板と回路基板本体とを接着するのに使用される。特に、補強板が金属製のものであるとき、回路基板本体における電極と、この金属製補強板とを接着させるだけでなく、電気的に導通させる目的で使用される。

図２は、図１に示す接着シートを用いて、回路基板本体へ補強板を接着する工程を順に示す図であって、５は回路基板本体（接着部のみ図示）、６は絶縁層、７は銅などからなる電極、８は補強板である。なお、絶縁層６の材料としては、絶縁性を有し、絶縁層を形成することができる材料であればどのようなものでもよいが、その代表例としてポリイミド樹脂が挙げられる。また、補強板８の材料としては、ステンレスやアルミニウム、銅などの金属が挙げられる。

この図２を用いて接着シート１の使用方法について説明する。まず、離型フィルム付きの接着シート１を回路基板５に仮止めした（図２（ａ）〜（ｂ）参照）後、離型フィルム２を剥がす（図２（ｃ））。次に、補強板８を導電性接着剤層３表面に重ね合わせ、プレス加工（１３０〜１９０℃、１〜４ＭＰａ）で熱圧着し、補強板８と電極７とを低融点金属粉４を介して電気的に接続させる。

上記のように接着シート１を用いて回路基板本体５と補強板８とを接着すれば、補強板８によって回路基板本体５が補強され回路信号の安定化が図れるだけでなく、金属製の補強板８に電磁シールド効果をも発現させることができる。また、回路基板本体５と補強板８とは、導電性接着剤層３に含まれる低融点金属４とそれぞれ金属結合し、直接電気的に導通されるので、電気的導通の信頼性が高い回路基板９を提供できる。

また、底部に電極７がある凹部を表面に有している回路基板本体５と補強板８とが接着されて回路基板が形成された場合、低融点金属粉４（低融点金属粉４よりも融点が高い金属粉が存在する場合には、この金属粉も含む）が凹部にはまり込み、確実に電極同士を低融点金属粉４を介して電気接続することが可能である。なお、当然、凸部を表面に有している回路基板本体と補強板とが接着されて回路基板が形成される場合にも本実施形態の接着シート１を使用して、回路基板本体と補強板とを電気的に接続することができる。

なお、低融点金属粉４は圧力により変形しやすいので、絶縁層６が樹脂製である場合に、上述の圧着時においても、この絶縁層６を破壊しないですむ。

また、導電性接着剤層３の組成のほとんどが構造用接着材と耐熱性接着剤とである場合、上述のようにして形成された回路基板９における導電性接着剤層３は、部品を実装する際の半田リフロー工程を経ても膨れないので、回路基板本体５と補強板８との電気的導通信頼性を高くできるとともに、外観異常を防止するという効果をも奏する。

なお、接着シート１は、回路基板の電極が凸形状のものの場合にも使用することができる。

次に、実施例を用いて本発明を具体的に説明する。まず、各実施例及び各比較例の接着シートの製造方法について説明する。表１に示す各材料を配合し、所定のペーストを作成する。これを、離型処理されたＰＥＴフィルム上に、ドクターブレイド（板状のヘラ）を用いてハンドコートし、１００℃×３分の乾燥を行って導電性接着シートを作製した。なお、ドクターブレイドは、作製する接着シートの厚みにより、１ｍｉｌ〜５ｍｉｌ品を適切に選択する。なお、１ｍｉｌ＝１／１０００インチ＝２５．４μｍである。なお、各実施例及び各比較例においては、導電性接着剤層の厚みが約２０μｍとなるように各接着シートを作製した。

次に、各実施例及び各比較例の接着シートを用いた金属補強板付き回路基板（図２（ｅ）の回路基板９と同様の構成）の製造方法について説明する。上述のようにして得られた接着シートの導電性接着剤層側を回路基板に押し当て、仮止めプレスを行い回路基板（本実施例では、ＦＰＣ）に固定する。そして、仮止めされた接着シートのＰＥＴフィルムを剥がした後、その上に金属補強板を重ねあわせ、回路基板とともに一体でプレス加工した。本実施例におけるプレス加工条件は、温度：１７０℃、時間：３０分、圧力：３ＭＰａである。このようにして、各実施例及び各比較例の接着シートを用いた金属補強板付き回路基板を作製した。

ここで、上記の方法で作成した金属補強板付き回路基板のそれぞれについて電気的評価を実施した。特に、部品実装を行う際に、リフロー工程を通過するので、接続抵抗の耐リフロー特性を測定した。接続抵抗は、ＦＰＣに設けられたグランド間の抵抗を測定するという方法で評価を実施し、リフロー通過後の評価を行った。なお、リフローの温度条件としては、鉛フリーハンダを想定し、最高２６５℃の温度プロファイルを設定した。具体的には、上述の条件で、各実施例及び各比較例の試験片を、ＩＲリフローに３回通過させ、抵抗値の変化を測定して判断した。３回のリフロー後においても金属補強板と回路基板のグランドが電気的に安定して接続していることが確認できた（表１参照）。なお、リフロー時に１０００％以上かつ１０Ω以上に変化する回路基板（比較例１、２）は、その後の信頼性試験において導通不良が発生した。

また、φ１．８のグランドを模擬したＦＰＣを作成し、導電性接着シートを補強板との間で、プレス加工した際の導通抵抗（初期抵抗）も測定した（表１参照）。なお、１０Ω以下を○としたのは、この値以下の場合にシールド特性が確保されるためである。

さらに、電子顕微鏡を用いて接続部の断面観察も実施した（図３参照）。加えて、合金を形成しているかを評価するため、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）の線分析で組成変化をプロファイルしたところ、回路基板と導電性接着シート内の導電性粒子が、金属結合を形成していることが確認できた（図４参照）。具体的には、図４における左のラインから、銅（Ｃｕ）、錫、インジウム、銀、ビスマス、金、炭素の濃度の各プロファイルを表しており、銅、錫、インジウム、ビスマスに関して、接合界面よりベース基材側に濃度が変化しており、金属拡散が生じていることが確認できた。

また、還元剤を添加した実施例４は、実施例３に比べて初期抵抗が５０％減少し、さらにシールド特性の確保に好適であることがわかった。

これらの結果から、金属補強板と、回路基板表面の電極との電気的導通信頼性が高いことがわかる。

なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施形態や実施例に限定されるものではない。

本発明に係る接着シートの断面図である。 図１に示す接着シートを用いて、回路基板本体へ補強板を接着する工程を順に示す図である。 本発明の実施例に係る金属補強板付き回路基板の断面を示す電子顕微鏡写真である。 図３の電子顕微鏡写真における低融点金属粒子付近の拡大断面図と組成変化のプロファイルとを示す図である。

符号の説明

１ 接着シート
２ 離型フィルム
３ 導電性接着剤層
４ 低融点金属粉
５ 回路基板本体
６ 絶縁層
７ 電極
８ 補強板
９ 回路基板

Claims (5)

1. 融点が３００℃以下の低融点金属粉を含む導電性接着剤層を備え、前記低融点金属粉の平均粒子径が１０〜１００μｍであり、
   前記導電性接着剤層が、ニトリルゴム−エポキシ、ニトリルゴム−フェノリック、ＣＴＢＮ−エポキシ、ナイロンーエポキシ、飽和無定形ポリエステル−エポキシ、エポキシ−フェノリック、エポキシ−芳香族ポリアミド、エラストマーエポキシの何れかである構造用接着材を含む接着剤からなり、
   前記接着剤中にさらにハイドロキノンからなる還元性添加物を含むことを特徴とする導電性接着シート。
2. 回路基板の表面に設けられた凹部の底部に形成された電極と、回路部品とを、電気的に接続するために用いられる請求項１記載の導電性接着シート。
3. 表面に電極を有する回路基板本体と、回路部品とが、前記回路基板本体の表面側において、平均粒子径が１０〜１００μｍである融点が３００℃以下の低融点金属粉を含み、ニトリルゴム−エポキシ、ニトリルゴム−フェノリック、ＣＴＢＮ−エポキシ、ナイロンーエポキシ、飽和無定形ポリエステル−エポキシ、エポキシ−フェノリック、エポキシ−芳香族ポリアミド、エラストマーエポキシの何れかである構造用接着材を含む接着剤からなり、前記接着剤中にさらにハイドロキノンからなる還元性添加物を含む導電性接着剤層によって接着され、電気的に接続されたことを特徴とする回路基板。
4. 前記回路基板本体が表面に凹部を有し、前記凹部の底部に電極が形成されていることを特徴とする請求項３記載の回路基板。
5. 前記回路部品が金属製補強板であることを特徴とする請求項３又は４に記載の回路基板。