JP5398513B2

JP5398513B2 - プリント配線板

Info

Publication number: JP5398513B2
Application number: JP2009288061A
Authority: JP
Inventors: 直人大原
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2029-12-18
Also published as: JP2011129772A

Description

本発明は、接点素子やコネクタ等の部品と電気的に接続される端子部を有するプリント配線板に関するものである。

銅パターンに金めっき膜を形成し、その金めっき膜の一部をカーボンペーストで覆ったプリント基板が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００２−２８０６９９号公報

しかしながら、上記のプリント基板では、金めっき膜を有することで、めっき浴の管理が必要となることやタクトタイムが長くなること等から、コストが高くなるという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、低コスト化を図ることができるプリント配線板を提供することである。

本発明に係るプリント配線板は、絶縁性基板と、前記絶縁性基板に積層され、銅からなる配線と、前記配線を覆うカバーレイフィルムと、を備え、前記配線は、前記カバーレイフィルムから露出した端子部を有するプリント配線板であって、銀ペーストを硬化してなり、前記端子部を覆う第１の被覆層と、カーボンペーストを硬化してなり、前記第１の被覆層の全ての表面を覆う第２の被覆層と、を備えたことを特徴とする。

上記発明において、前記第２の被覆層の表面抵抗値が、３０Ω／square以下であってもよい。

上記発明において、前記第１の被覆層の厚さが３μｍ〜３５μｍであってもよい。

上記発明において、前記第２の被覆層の厚さが５μｍ〜３５μｍであってもよい。

上記発明において、前記第２の被覆層の端部は、前記カバーレイフィルムの内側に入り込んでいてもよい。

上記発明において、平面視において、前記第１の被覆層が前記カバーレイフィルムと重複していなくてもよい。

本発明によれば、銀ペーストからなり、端子部を覆う第１の被覆層と、カーボンペーストからなり、第１の被覆層を覆う第２の被覆層と、を備えたので、プリント配線板の低コスト化を図ることができる。

図１は、本発明の実施形態におけるプリント配線板の斜視図である。図２は、図１のII-II線に沿った拡大断面図である。図３は、図１のIII-III線に沿った拡大断面図である。図４は、図３のIV方向から見た平面図である。図５は、本発明の実施形態におけるプリント配線板の製造方法を示す断面図である（その１）。図６は、本発明の実施形態におけるプリント配線板の製造方法を示す断面図である（その２）。図７は、本発明の実施形態におけるプリント配線板の製造方法を示す断面図である（その３）。図８は、本発明の実施例及び本発明に対する比較例における吸湿試験の結果を示すグラフである。図９は、本発明の実施例におけるマイグレーション試験の結果を示すグラフである。図１０は、本発明に対する比較例におけるマイグレーション試験の結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本実施形態におけるプリント配線板の斜視図、図２は図１のII-II線に沿った拡大断面図、図３は図１のIII-III線に沿った拡大断面図、図４は図３のIV方向から見た平面図である。

本実施形態におけるプリント配線板１は、テレビのリモコンや携帯電話等に組み込まれるフレキシブルプリント配線板（FPC：Flexible Printed Circuit）である。このプリント配線板１は、後述する配線２０の端子部２１において、例えばＺＩＦコネクタ（ZIF:Zero Insertion Force socket）等の接続部品と電気的に接続される。なお、プリント配線板１は、リジッドなプリント配線板であってもよく、特に限定されない。

このプリント配線板１は、図１及び図２に示すように、絶縁性基板１０と、配線２０と、第１の被覆層３０と、第２の被覆層４０と、カバーレイフィルム５０と、を備えている。

絶縁性基板１０は、例えばポリイミド（Polyimide）からなるシート状の部材で構成されている。

配線２０は、銅からなるラインであり、絶縁性基板１０上に積層されている。なお、配線２０の端面２２は、図１及び図２に示すように、絶縁性基板１０の外縁よりも内側に位置しており、後述する端子部２１は、第１及び第２の被覆層３０,４０により端面２２まで覆われるようになっている。

また、本実施形態におけるプリント配線板１は、図１に示すように、６本の配線２０を備えている。これらの配線２０は、図３に示すように、ピッチがＰとなるように配列されており、それぞれの配線２０は、相互に絶縁されている。また、この配線２０の幅はｗ_１となっている。なお、配線２０の数は、特に限定されず、１本であってもよいし、６本以上であってもよい。

この配線２０は、図２及び図４に示すように、カバーレイフィルム５０（後述）から露出した端子部２１を有している。この端子部２１は、後述する第１及び第２の被覆層３０,４０で被覆されており、接続部品が電気的に接続される。

第１の被覆層３０は、端子部２１と第２の被覆層４０（後述）との間に積層され、端子部２１（銅）と第２の被覆層４０（カーボン）の間に発生するガルバニック腐食（galvanic corrosion）を抑制している。この第１の被覆層３０は、銀ペーストを端子部２１上にスクリーン印刷して硬化させることで形成されている。なお、第１の被覆層３０を、金ペーストをスクリーン印刷して硬化させることで形成してもよい。

ここで、銀ペーストにおける銀（Ａｇ）の標準電極電位は、約０．８（Ｖ）であり、配線２０を構成する銅（Ｃｕ）の標準電極電位（０．３４（Ｖ））との差が比較的小さくなっている。また、金ペーストについても、金（Ａｕ）の標準電極電位は、約１．５（ｖ）であり、端子部２１を構成する銅の標準電極電位（０．３４（Ｖ））との差が比較的小さくなっている。このように、銀や金は、銅との間でガルバニック腐食が生じ難くなっており、銅に直接接触させることが可能となっている。

第１の被覆層３０の厚さは、図２に示すように、ｔ_１となっており、このｔ_１は、３μｍ〜３５μｍの範囲内であることが好ましい（３μｍ≦ｔ_１≦３５μｍ）。第１の被覆層３０の厚さｔ_１を、３μｍ以上とすることで、スクリーン印刷時における「ピンホール」や「かすれ」を抑制でき、端子部２１と第２の被覆層４０との間に、第１の被覆層３０を確実に介在させることができる。

一方、第１の被覆層３０の厚さｔ_１を、３５μｍ以下とすることで、銀ペースト（金ペースト）の凝集破壊を抑制することができる。

このように、第１の被覆層３０の厚さｔ_１を、上記範囲とすることで、機械的強度を保持しつつ、ガルバニック腐食の抑制を図ることができる。

また、この第１の被覆層３０の幅ｗ_２は、図３に示すように、端子部２１（配線２０）の幅ｗ_１よりも相対的に大きくなっており（ｗ_２＞ｗ_１）、図中Ｘ方向において、端子部２１が完全に覆われるようになっている。

第２の被覆層４０は、図２〜図４に示すように、第１の被覆層３０の全ての表面を覆っており、第１の被覆層３０が露出することによるエレクトロケミカルマイグレーション（以下単に、マイグレーションと称する。）を抑制している。また、第２の被覆層４０の上面は、接続部品との接点となっている。この第２の被覆層４０は、カーボンペーストを第１の被覆層３０上にスクリーン印刷して硬化させることで形成されている。

第２の被覆層４０の厚さは、図２に示すように、ｔ_２となっており、このｔ_２は、５μｍ〜３５μｍの範囲内であることが好ましい（５μｍ≦ｔ_２≦３５μｍ）。第２の被覆層４０の厚さｔ_２を、５μｍ以上とすることで、接続部品との接触により第２の被覆層４０が剥離し、第１の被覆層３０が露出することを抑制している。一方、第２の被覆層４０の厚さｔ_２を、３５μｍ以下とすることで、カーボンペーストの凝集破壊を抑制し、機械的強度を保持している。このように、厚さｔ_２を、上記範囲内とすることで、機械的強度を保持しつつ、第１の被覆層３０が露出することによるマイグレーションを効果的に抑制できる。

図３に示すように、それぞれの第２の被覆層４０同士は、絶縁されており、隣接する第２の被覆層４０間の距離Ｌは、１００μｍ以上となっている。

また、第２の被覆層４０の幅ｗ_３は、同図に示すように、第１の被覆層３０の幅ｗ_２よりも相対的に大きくなっており（ｗ_３＞ｗ_２）、図中Ｘ方向において、第１の被覆層３０の表面の全てが完全に覆われるようになっている。なお、第２の被覆層４０の幅ｗ_３を、第１の被覆層３０の幅ｗ_２よりも５０μｍ以上大きくすることで（ｗ_３＞ｗ_２＋５０μｍ）、スクリーン印刷において、第１の被覆層３０の表面の全てを確実に覆うことができる。

この第２の被覆層４０（カーボンペースト）の表面抵抗値は、３０Ω／square以下となっており、端子部２１と接続部品との電気的接続において、電流の損失を抑制している。

さらに本実施形態では、この第２の被覆層４０の第２の端部４１が、図２及び図４に示すように、後述するカバーレイフィルム５０の内側に入り込んでいる。これにより、端子部２１が外部に全く露出しないようになっており、端子部２１の腐食が効果的に抑制されている。

カバーレイフィルム５０は、図１に示すように、プリント配線板１において、端子部２１を除いた部分の配線２０を覆っており、配線２０を保護している。なお、配線２０の端子部２１においては、接続部品との電気的接続のために、カバーレイフィルム５０が積層されていない。

このカバーレイフィルム５０は、特に図示しないが、絶縁性フィルムと、絶縁性フィルムと配線２０を接着する接着層と、を有している。絶縁性フィルムは、例えばポリイミドで構成されている。また、接着層は、例えばエポキシ系樹脂からなる接着剤で構成されている。

ここで、カバーレイフィルム５０の第３の端部５１は、図２及び図４に示すように、第１の被覆層３０の第１の端部３１と第２の被覆層４０の第２の端部４１との間に位置している。すなわち、このカバーレイフィルム５０は、図４に示す平面視において、上述のように配線２０に加えて第２の被覆層４０も覆うが、第１の被覆層３０とは重複しないようになっている。これにより、配線２０の腐食を抑制していると共に、カバーレイフィルム５０の縁（第３の端部５１）の部分で、プリント配線板１が厚くなるのを抑制している。

以上のように、本実施形態におけるプリント配線板１では、端子部２１（銅）と第２の被覆層４０（カーボン）の間に、銀ペーストからなる第１の被覆層３０が介在している。これにより、第２の被覆層４０と端子部２１の間におけるガルバニック腐食の発生が抑制されている。

ここで、図２及び図４に示すように、第１の被覆層３０の第１の端部３１とカバーレイフィルム５０の間の部分Ａにおいて、第２の被覆層４０と端子部２１が直接接触している。しかしながら、この部分Ａは、部分Ｂ（第２の被覆層４０が第１の被覆層３０を介して端子部２１と接続している部分）と並列回路を形成しており、電気的接続の信頼性は保持されている。

また、銀ペーストからなる第１の被覆層３０の表面の全てが第２の被覆層４０で覆われているので、銀ペーストによるマイグレーションが抑制されている。

このように、本実施形態におけるプリント配線板１では、銅からなる端子部２１を、銀ペースト（金ペースト）からなる第１の被覆層３０で覆い、さらに第１の被覆層３０の表面の全てを、カーボンペーストからなる第２の被覆層４０で覆ったので、接続部品との電気的接続の信頼性が向上している。

ここで、仮に第１の被覆層３０をめっきで形成すると、タクトタイムが長くなると共に、めっき浴の管理も必要となる。このため、第１の被覆層３０をスクリーン印刷で形成したプリント配線板１は、第１の被覆層をめっきで形成したプリント配線板と比べて、低コストとなっている。

また、第１の被覆層３０を、めっきで形成するためには、端子部２１に接続するリード線を設ける必要がある。このリード線は、プリント配線板の中で大きな面積を占有してしまう。一方、スクリーン印刷では、こういったリード線を設ける必要がなく、第１の被覆層３０をスクリーン印刷で形成することで、プリント配線板１の小型化を図ることができる。

なお、本実施形態におけるプリント配線板１では、ＺＩＦコネクタ等の接続部品と電気的に接続される端子部２１に、第１及び第２の被覆層３０,４０を積層したが、特に限定されない。例えば、携帯電話に組み込まれるプリント配線板において、接点素子（スイッチ部品）であるメタルドームと電気的に接続される電極部分を銅で構成し、当該電極部分に、銀ペースト又は金ペーストからなる第１の被覆層を積層し、第１の被覆層に、カーボンペーストからなる第２の被覆層を積層してもよい。

また、本発明における端子部とは、他の部品との電気的接点を意味し、上記のような電極部分も含む概念である。

次に、本実施形態におけるプリント配線板の製造方法について説明する。

図５〜７は本実施形態におけるプリント配線板の製造方法を示す断面図である。

まず、図５に示すように、配線２０を形成する（配線形成工程）。配線形成工程では、例えば、絶縁性基板１０上に積層された銅箔に、感光性レジストフィルムを積層し、フォトリソグラフィ技術によりパターニングする。次いで、金属腐食性のある薬品でエッチングすることで、配線２０を形成する。

次いで、図６に示すように、銀ペーストからなる第１の被覆層３０を形成する（第１の被覆工程）。この第１の被覆工程では、配線２０において端子部２１となる部分に、銀ペーストをスクリーン印刷する。ここで、当該スクリーン印刷において、メッシュカウントを１５０〜４００の範囲内とすることで、「かすれ」や「にじみ」などの不具合を抑制でき、ピッチＰの狭い配線２０にも銀ペーストを印刷することができる。

次いで、図７に示すように、カーボンペーストからなる第２の被覆層４０を形成する（第２の被覆工程）。この第２の被覆工程では、第１の被覆層３０上にカーボンペーストをスクリーン印刷する。ここで、当該スクリーン印刷において、メッシュカウントを１５０〜４００の範囲内とすることで、「かすれ」や「にじみ」などの不具合を抑制でき、ピッチＰの狭い配線２０にもカーボンペーストを印刷することができる。

次いで、配線２０にカバーレイフィルム５０を積層する（カバーレイ積層工程）。このカバーレイ積層工程では、図２及び図４に示すように、カバーレイフィルム５０の第３の端部５１が、第１の被覆層３０の第１の端部３１と第２の被覆層４０の第２の端部４１との間に位置するように、カバーレイフィルム５０を配線２０に貼り付け、第１及び第２の被覆層３０,４０が積層されている部分を、カバーレイフィルム５０からを露出させるようにする。

次いで、カバーレイフィルム５０を、加圧及び加熱し、配線２０に固定する。

なお、本実施形態では、カバーレイ積層工程を、第２の被覆工程の後に行っているが、特に限定されない。例えば、カバーレイ積層工程を、配線形成工程の次に行い、次いで、第１及び第２の被覆工程を行ってもよい。

なお、以上に説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

図８は実施例及び比較例における吸湿試験の結果を示すグラフ、図９は実施例におけるマイグレーション試験の結果を示すグラフ、図１０は比較例におけるマイグレーション試験の結果を示すグラフである。

以下に、本発明をさらに具体化した実施例及び比較例により本発明の効果を確認した。以下の実施例及び比較例は、上述した実施形態のプリント配線板の電気的接続の信頼性についての効果を確認するためのものである。

＜実施例１＞
実施例１では、上述した実施形態と同一構造のプリント配線板を作製した。実施例１のサンプル（サンプル数は、下記の吸湿試験及びマイグレーション試験においてそれぞれ１０個ずつである。）では、配線を銅で構成し、第１の被覆層を銀ペーストで構成し、第２の被覆層をカーボンペーストで構成した。また、配線のピッチＰを５００μｍとし、配線の幅ｗ_１を１００μｍとし、第１の被覆層の厚さｔ_１を２０μｍとし、第１の被覆層の幅ｗ_２を２００μｍとし、第２の被覆層の厚さｔ_２を２０μｍとし、第２の被覆層の幅ｗ_３を４００μｍとした。

この実施例１のサンプルに対して、吸湿試験と、マイグレーション試験と、を行った。

吸湿試験は、温度を８５℃とし、相対湿度を８５％ＲＨとし、配線の両端に位置する２つの端子部間（例えば、図１中における端子部２１ａと端子部２１ｂ）の電気抵抗値を測定した。実施例１の吸湿試験の結果を図８に示す。なお、図８では、横軸を試験時間とし、縦軸を端子部間の電気抵抗値とし、実施例１の電気抵抗値（１０個のサンプルの平均値）の経時変化を示した（比較例１についても同様である。）。

マイグレーション試験は、温度を８５℃とし、相対湿度を８５％ＲＨとし、隣接する端子部間（例えば、図１中における端子部２１ａと端子部２１ｃ）に５０Ｖの電圧を１０００時間印加して、当該端子部間の電気抵抗値を測定した。実施例１のマイグレーション試験の結果を図９に示す。なお、図９では、横軸を時間とし、縦軸を端子部間の電気抵抗値とし、隣接する端子部間の電気抵抗値の経時変化を示した（図１０についても同様である。）。また、図９中の横軸の数値において、「ｍＥ＋ｎ」は、「ｍ×１０^＋ｎ」を意味する（図１０についても同様である。）。

＜比較例１＞
比較例１では、第１の被覆層が積層されていないこと以外は、実施例１と同一構造のプリント配線板のサンプルを１０個作製した。比較例１のサンプルに対し、吸湿試験を実施した。比較例１の吸湿試験の結果を図８に示す。

＜比較例２＞
比較例２では、第２の被覆層が積層されていないこと以外は、実施例１と同一構造のプリント配線板のサンプルを１０個作製した。比較例２のサンプルに対し、マイグレーション試験を実施した。比較例２のマイグレーション試験の結果を図１０に示す。

＜考察＞
吸湿試験における比較例１では、図８に示すように、試験開始後１００時間の時点で、電気抵抗値が上昇し、１０００時間経過した後では、電気抵抗値が３Ωを超えていた。端子部の界面において、ガルバニック腐食が生じ、酸化銅が生成されたことで、電気抵抗値が上昇したものと考えられる。

一方、吸湿試験における実施例１では、試験開始後１０００時間が経過した後でも電気抵抗値の顕著な変化が起こらなかった。

このことから、銅からなる配線（端子部）と、カーボンペーストからなる第２の被覆層との間に、銀ペーストからなる第１の被覆層を介在させることで、電気抵抗値の上昇が抑制され、電気的接続の信頼性が向上することが分かる。

マイグレーション試験における比較例２では、図１０に示すように、試験開始後２００時間が経過した時点で電気抵抗値が急激に低下している。銀ペーストが露出することで、マイグレーションが生じ、隣接する端子部同士が短絡したものと考えられる。

一方、マイグレーション試験における実施例１では、図９に示すように、試験開始後１０００時間が経過した後でも、電気抵抗値の急激な低下が起こらなかった。

このことから、第２の被覆層が第１の被覆層の表面の全てを覆うことで、隣接する端子部同士の短絡を抑制でき、電気的接続の信頼性が向上することが分かる。

１…プリント配線板
１０…絶縁性基板
２０…配線
２１…端子部
３０…第１の被覆層
３１…第１の端部
４０…第２の被覆層
４１…第２の端部
５０…カバーレイフィルム
５１…第３の端部

Claims

絶縁性基板と、
前記絶縁性基板に積層され、銅からなる配線と、
前記配線を覆うカバーレイフィルムと、を備え、
前記配線は、前記カバーレイフィルムから露出した端子部を有するプリント配線板であって、
銀ペーストを硬化してなり、前記端子部を覆う第１の被覆層と、
カーボンペーストを硬化してなり、前記第１の被覆層の全ての表面を覆う第２の被覆層と、を備えたことを特徴とするプリント配線板。
請求項１記載のプリント配線板であって、
前記第２の被覆層の表面抵抗値が、３０Ω／square以下であることを特徴とするプリント配線板。
請求項１又は２記載のプリント配線板であって、
前記第１の被覆層の厚さが３μｍ〜３５μｍであることを特徴とするプリント配線板。
請求項１〜３の何れかに記載のプリント配線板であって、
前記第２の被覆層の厚さが５μｍ〜３５μｍであることを特徴とするプリント配線板。
請求項１〜４の何れかに記載のプリント配線板であって、
前記第２の被覆層の端部は、前記カバーレイフィルムの内側に入り込んでいることを特徴とするプリント配線板。
請求項５記載のプリント配線板であって、
平面視において、前記第１の被覆層が前記カバーレイフィルムと重複していないことを特徴とするプリント配線板。