JP5439104B2 - カバーレイフィルム、その製造方法およびフレキシブルプリント配線板 - Google Patents
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(1)耐熱プラスチックフィルム表面の銅箔配線回路上に、アンダーコート層、金属粉を含む導電ペーストを塗布したシールド層、オーバーコート層を順次設け、銅箔配線回路のグランドパターンとシールド層とが適宜の間隔でアンダーコート層を貫通して電気的に接続しているフレキシブルプリント配線板(特許文献1)。
(2)カバーレイフィルムの片面に金属薄膜層と金属フィラーを含む導電性接着剤層とを順次設けた電磁波シールドフィルムを、プリント回路のうちグランド回路の一部を除いて絶縁する絶縁層が設けられた基体フィルム上に、導電性接着剤層が絶縁層およびグランド回路の一部と接着するように載置したフレキシブルプリント配線板(特許文献2)。
(i)金属粉を含むシールド層は、多くの異種材料界面を有しているため脆く、フレキシブル配線板の屈曲繰り返しに対し、十分な強度を有していない。
(ii)グランドパターンの一部を除く銅箔配線回路とシールド層との絶縁を保つためにアンダーコート層が必要であり、フレキシブルプリント配線板が厚くなる。
(iii)グランドパターンの一部とシールド層とを電気的に接続するために、アンダーコート層の一部に透孔を形成する必要があり、透孔の加工に手間がかかる。
(i)金属フィラーを含む導電性接着剤層は、多くの異種材料界面を有しているため脆く、フレキシブル配線板の屈曲繰り返しに対し、十分な強度を有していない。
(ii)グランド回路の一部を除くプリント回路と導電性接着剤層との絶縁を保つために絶縁層が必要であり、フレキシブルプリント配線板が厚くなる。
(iii)グランド回路の一部と導電性接着剤層とを電気的に接続するために、絶縁層の一部に貫通孔を形成する必要があり、貫通孔の加工に手間がかかる。
前記軟質材料部は、間隔を開けて繰り返し形成されていることが好ましい。
前記軟質材料部は、軟質インキを用いた印刷によって形成されたものであることが好ましい。
本発明のカバーレイフィルムは、さらに、最表層に設けられた絶縁性接着剤層を有することが好ましい。
(I)基材フィルムの少なくとも一方の表面の一部に、基材フィルムの表面よりも軟質な軟質材料部を形成する工程。
(II)前記軟質材料部が形成された側の前記基材フィルムの表面および前記軟質材料部の表面に、金属を物理的に蒸着させて導電性材料からなる、前記軟質材料部の表面に形成された蒸着膜が前記基材フィルムの表面に形成された蒸着膜より表面抵抗が高い蒸着膜を形成する工程。
本発明のカバーレイフィルムの製造方法によれば、電磁波シールド機能を有し、屈曲性に優れ、フレキシブルプリント配線板の薄肉化が可能であり、かつ電磁波ノイズをシールドする層をフレキシブルプリント配線板のグランド回路に接続させる必要がないカバーレイフィルムを製造できる。
本発明のフレキシブルプリント配線板は、電磁波シールド機能を有し、屈曲性に優れ、薄肉化が可能であり、かつ電磁波ノイズをシールドする層をグランド回路に接続させる必要がない。さらには、配線導体上を絶縁層(電磁波シールド機能のない、通常のカバーレイフィルム等)で絶縁隔置する必要がないため、部材を低減でき、また工程を省力化できる。
図1は、本発明のカバーレイフィルムの一例を示す断面図である。カバーレイフィルム11は、基材フィルム20と、基材フィルム20の片面の一部に形成された軟質材料部22と、軟質材料部22が形成された側の基材フィルム20の表面および軟質材料部22の表面に形成された導電性材料からなる蒸着膜24と、蒸着膜24の表面に設けられた保護層26と、軟質材料部22がが形成された側とは反対側の基材フィルム20の表面に設けられた絶縁性接着剤層30とを有する。
基材フィルム20は、軟質材料部22および蒸着膜24を形成する際の下地となるフィルムである。
基材フィルム20の材料としては、樹脂またはゴム弾性体が挙げられる。
樹脂としては、ポリイミド、液晶ポリマー、ポリアラミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート等が挙げられる。
基材フィルム20の表面抵抗は、1×106Ω以上が好ましい。
基材フィルム20の厚さは、可とう性の点から、3〜25μmが好ましい。
軟質材料部22は、軟質材料からなる。
軟質材料とは、基材フィルムの表面を構成している材料よりも軟質な材料であり、具体的には、硬度(ビッカース硬さ)が基材フィルムの表面よりも低い材料である。
軟質材料部22の硬度(ビッカース硬さ)は、高抵抗の蒸着膜24を形成する点から、500以下が好ましい。軟質材料部22の硬度(ビッカース硬さ)は、形状維持の点から、150以上が好ましい。
印刷法としては、グラビア印刷法、スクリーン印刷法等が挙げられる。
軟質インキとしては、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、合成ゴム等をバインダーとしたもの等が挙げられる。
軟質材料部22の1つあたりの最大長は、蒸着膜24がシールドする電磁波ノイズの波長λの1/4以下が好ましい。
軟質材料部22の1つあたりの面積は、蒸着膜24による電磁波シールド機能の点から、0.1〜40mm2が好ましく、0.25〜20mm2がより好ましい。
軟質材料部22の合計面積は、蒸着膜24の面積(100%)のうち、10〜50%が好ましい。軟質材料部22の合計面積が10%未満では、後述する蒸着膜24bによる蒸着膜24aを流れる高周波電流の十分な損失が図れない。軟質材料部22の合計面積が50%を超えると、電磁波シールド機能の維持のために、蒸着膜24aを厚くする必要がある。
蒸着膜24は、基材フィルム20の表面および軟質材料部22の表面に、金属を物理的に蒸着させて形成される導電性材料からなる膜である。
導電性材料としては、金属または導電性セラミックスが挙げられる。
金属としては、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル等が挙げられる。
耐環境特性を向上させる点から、導電性セラミックスは好ましい。導電性セラミックスとしては、金属と、ホウ素、炭素、窒素、ケイ素、リンおよび硫黄からなる群から選ばれる1種以上の元素とからなる合金、金属間化合物、固溶体等が挙げられる。具体的には、窒化ニッケル、窒化チタン、窒化タンタル、窒化クロム、炭化チタン、炭化ケイ素、炭化クロム、炭化バナジウム、炭化ジルコニウム、炭化モリブデン、炭化タングステン、ホウ化クロム、ホウ化モリブデン、ケイ化クロム、ケイ化ジルコニウム等が挙げられる。
物理的蒸着法としては、EB蒸着法、イオンビーム蒸着法、スパッタ法等が挙げられ、セラミック化のためにガス流通下で物理的蒸着を行ってもよい。
蒸着膜24bの表面抵抗R2は、蒸着膜24aを流れる高周波電流を十分に損失させる点から、蒸着膜24aの表面抵抗R1の2〜100倍が好ましい。
蒸着膜24の厚さは、耐屈曲特性の点から、50〜200nmが好ましい。
保護層26は、外部の接触から蒸着膜24を保護する層である。
保護層26は、樹脂またはゴム弾性体からなる層である。保護層26の表面抵抗は、1×106Ω以上が好ましい。
保護層26としては、フィルムからなる層、塗料を塗布して形成された塗膜等が挙げられる。
フィルムの材料としては、基材フィルム20の材料と同様のものが挙げられる。
保護層26の厚さは、可とう性の点から、3〜25μmが好ましい。
カバーレイフィルム本体の厚さ(カバーレイフィルム11、12から絶縁性接着剤層30を除いた厚さ)は、屈曲性の点から、3〜50μmが好ましい。カバーレイフィルム本体の厚さが3μm以上であれば、カバーレイフィルム11〜14が十分な強度を有し、絶縁信頼性が高くなる。カバーレイフィルム本体の厚さが50μm以下であれば、フレキシブルプリント配線板の屈曲性が良好となり、繰り返しの折り曲げによっても配線導体にクラックが生じにくく、断線しにくい。
絶縁性接着剤層30は、カバーレイフィルム本体をフレキシブルプリント配線板に貼着させるものである。
絶縁性接着剤としては、エポキシ樹脂に可とう性付与のためのゴム成分(カルボキシル変性ニトリルゴム等)を含有させた半硬化状態のもの、熱可塑性ポリイミド等が好ましい。該絶縁性接着剤は、熱プレス等の加熱により流動状態となり、再活性化することにより接着性を発現する。
絶縁性接着剤中には、絶縁性接着剤が流動して蒸着膜24とフレキシブルプリント配線板の配線導体とが接触することを防ぐために、粒径が1〜10μm程度のスペーサ粒子32(酸化ケイ素、酸化チタン、水酸化マグネシウム等)を含むことも可能であり、該粒子が、流動性調整あるいは難燃性等の別の機能を有していても構わない。
蒸着膜24をフレキシブルプリント配線板のグランド回路に接続させなくてもよい理由としては、下記のことが考えられる。
基材フィルム20の表面に形成された比較的表面抵抗の低い蒸着膜24aは、グランド回路に接続していないことからアンテナとして働き、電磁波ノイズは蒸着膜24a内を高周波電流となって流れ、その縁端部から再度放出される。再放出時には、蒸着膜24aの縁端部に電磁界の変動が生まれ、そのうち磁界変動に伴う渦電流が、軟質材料部22の表面に形成された比較的表面抵抗の高い蒸着膜24bに流れて、熱損失するため、電磁波ノイズのエネルギーが減衰するものと考えられる。
本発明のカバーレイフィルムの製造方法は、下記の工程(I)〜工程(IV)を有する方法である。
(II)軟質材料部が形成された側の基材フィルムの表面および軟質材料部の表面に、金属を物理的に蒸着させて導電性材料からなる蒸着膜を形成する工程。
(III)必要に応じて、蒸着膜の表面に保護層を設ける工程。
(IV)最表層に絶縁性接着剤層を設ける工程。
蒸着膜を形成する方法としては、上述の物理的蒸着法が挙げられる。
保護層を設ける方法としては、フィルムを貼着する方法、塗料を塗布する方法等が挙げられる。
絶縁性接着剤層を設ける方法としては、シート状の絶縁性接着剤を貼着する方法、液状の絶縁性接着剤を塗布する方法等が挙げられる。
図3および図4は、本発明のフレキシブルプリント配線板の各例を示す断面図である。フレキシブルプリント配線板41、42は、絶縁性フィルム51の一方の表面に高速信号線路52(配線導体)および他の線路53(配線導体)が形成され、他方の表面にグランド層54が形成されたフレキシブルプリント配線板本体50と、フレキシブルプリント配線板本体50の配線導体側の表面に絶縁性接着剤層30によって貼着されたカバーレイフィルム11、12とを有する。
フレキシブルプリント配線板41、42の端部は、ハンダ接続、コネクター接続、部品搭載等のため、カバーレイフィルム11、12に覆われていない。該端部以外は折り曲げられる部位であって、通常、折り曲げ外径1〜3mmで180度ほど折り曲げられる。
フレキシブルプリント配線板本体50は、絶縁性フィルム51の一方の表面に高速信号線路52を有し、他方の表面にグランド層54を有するマイクロストリップ構造等となっている。
銅張積層板としては、絶縁性フィルムの少なくとも片面側に銅箔を接着剤で貼り合わせた2〜3層構造の片面または両面基板;銅箔上にフィルムを形成する樹脂溶液等をキャストした2層構造の片面基板等が挙げられる。
銅箔としては、圧延銅箔、電解銅箔等が挙げられ、屈曲性の点から、圧延銅箔が好ましい。銅箔の厚さは、3〜18μmが好ましい。
絶縁性フィルム51の表面抵抗は、1×106Ω以上が好ましい。
絶縁性フィルム51は、耐熱性を有するフィルムが好ましく、ポリイミドフィルム、液晶ポリマーフィルム等がより好ましい。
絶縁性フィルム51の厚さは、5〜50μmが好ましく、屈曲性の点から、6〜25μmがより好ましく、10〜25μmが特に好ましい。
高速信号線路52は、1GHz以上の高周波信号を伝送する線路である。高周波信号の周波数は、3GHz以上が好ましく、10GHz以上がより好ましく、40GHz以上が特に好ましい。
高速信号線路52は、離間して対向配置されたグランド層54および/またはグランド線路によって、伝送特性のよいマイクロストリップ構造またはコプレーナ構造となる。
他の線路53は、高速信号線路52以外の線路である。他の線路53としては、電源線路、線路形状のグランド線路、高速信号線路52よりも低い周波数の信号を伝送する低速信号線路(バイアス電圧制御用線路、光パワーモニター用制御用線路等)等が挙げられる。
透過型電子顕微鏡(日立製作所社製、H9000NAR)を用いてカバーレイフィルムの断面を観察し、各層の5箇所の厚さを測定し、平均した。
石英ガラス上に金を蒸着して形成した、2本の薄膜金属電極(長さ10mm、幅5mm、電極間距離10mm)を用い、該電極上に被測定物を置き、被測定物上から、被測定物の10mm×20mmの領域を50gの荷重で押し付け、1mA以下の測定電流で電極間の抵抗を測定し、この値を持って表面抵抗とした。
ダイナミック超微小硬度計(島津製作所製。DUH−211)を用い、ビッカース硬さを測定した。押し込み量は最低0.1μmとし、サブミクロン厚の試料も測定可能である。
カバーレイフィルムの電磁波シールド機能を評価した。図5に示すシステムを用い、スペクトラムアナライザ72を内蔵したトラッキングジェネレータに同軸ケーブルで接続したシールドループアンテナ74(ループ径:8mm、ループ中心からマイクロストリップライン76までの距離:10mm)から発信した電磁波ノイズ(1MHzから2GHz)をライン長55mmのマイクロストリップライン76(Z:50Ω、基板サイズ:50mm×80mm、背面:全面グランド)で受け、カバーレイフィルムでマイクロストリップライン76を覆うか否かの状態で受信特性をスペクトラムアナライザ72で測定した。
図6に示すように、スライドする2枚の基板82および基板84にフレキシブルプリント配線板40を固定し、端部電極間の抵抗値をモニタリングした。基板82と基板84との間隔Dが折り曲げ外径(=折り曲げ半径×2)となる。スライド条件は、ストローク40mmで、往復回数は60回/分で行い、初期抵抗値が2倍になった回数を破断回数とした。
図1に示す構造を有するカバーレイフィルム11を以下のように作製した。
接着促進用に表面処理を施した、80mm×80mm×厚さ12.5μmのポリイミドフィルム(基材フィルム20、表面の硬度(ビッカース硬さ):560)の片面に、グラビア印刷装置(倉敷紡績社製、GP−10)を用い、軟質インキ(ジャパンエポキシレジン社製、#1001のMEK溶液に同当量の三菱ガス化学社製、Gaskamine240を配合)を印刷して、1mm×3mmの軟質材料部22(表面の硬度(ビッカース硬さ):260)を5mmのピッチで複数形成した。
軟質材料部22が形成された側のポリイミドフィルムの表面および軟質材料部22の表面に、マグネトロンスパッタ法にてアルミニウムを物理的に蒸着させアルミニウム蒸着膜(蒸着膜24)を形成した。ポリイミドフィルムの表面に形成された蒸着膜24aの表面抵抗R1は0.24Ωであり、軟質材料部22の表面に形成された蒸着膜24bの表面抵抗R2は0.32Ωであった。
アルミニウム蒸着膜の表面に、アクリルウレタン塗料を、塗布し、乾燥させて、80mm×80mm×厚さ3μmの保護層26を形成した。
軟質材料部22が形成された側とは反対側のポリイミドフィルムの表面に、ニトリルゴム変性エポキシ樹脂からなる絶縁性接着剤を、乾燥膜厚が20μmになるように塗布し、図1に示すカバーレイフィルム11を得た。
図5に示すマイクロストリップ基板に該サンプルの絶縁性接着剤層30側を押し当て、マイクロストリップライン76をカバーレイフィルム11で覆った。シールドループアンテナ74から1MHzから2GHzの掃引された高周波信号を出力し、受信特性を測定した。マイクロストリップライン76がカバーレイフィルム11で覆われていない状態に比べ、マイクロストリップライン76がカバーレイフィルム11で覆われた状態では、受信特性は数dBから最大35dBほど減衰した。
フレキシブルプリント配線板41を、図6示す基板82および基板84にハンダ接続し、間隔Dを1mm(折り曲げ半径は0.5mm)とし、ストローク:40mmで基板をスライドさせ、往復回数:60回/分で破断回数を測定した。破断回数は60万回であった。
図7に示す構造を有するフレキシブルプリント配線板150を作製した。
まず、厚さ12.5μmのポリイミドフィルム120の表面に、ニトリルゴム変性エポキシ樹脂からなる絶縁性接着剤を、乾燥膜厚が20μmになるように塗布し、絶縁性接着剤層130を形成し、カバーレイフィルム110を得た。カバーレイフィルム110には接地のための透孔112を形成した。
フレキシブルプリント配線板本体160に、端部電極を除いてカバーレイフィルム110を熱プレスにより貼着した。
ニトリルゴム変性エポキシ樹脂からなる絶縁性接着剤に、平均粒径が10μmのニッケル粒子を5体積%分散させた導電性接着剤を用意した。
アルミニウム蒸着膜174の表面に、導電性接着剤を、乾燥膜厚が12μmになるように塗布し、導電性接着剤層176を形成し、電磁波シールドフィルム170を得た。
該フレキシブルプリント配線板の屈曲性を実施例1と同様に評価した。破断回数は30万回であり、実施例1に比べ劣っていた。
12 カバーレイフィルム
20 基材フィルム
22 軟質材料部
24 蒸着膜
24a 蒸着膜
24b 蒸着膜
26 保護層
30 絶縁性接着剤層
40 フレキシブルプリント配線板
41 フレキシブルプリント配線板
42 フレキシブルプリント配線板
50 フレキシブルプリント配線板本体
51 絶縁性フィルム
52 高速信号線路(配線導体)
53 他の線路(配線導体)
Claims (8)
- 基材フィルムと、
前記基材フィルムの少なくとも一方の表面の一部に形成された、基材フィルムの表面よりも軟質な軟質材料部と、
前記軟質材料部が形成された側の前記基材フィルムの表面および前記軟質材料部の表面に形成された導電性材料からなる蒸着膜と
を有し、
前記軟質材料部の表面に形成された蒸着膜が、前記基材フィルムの表面に形成された蒸着膜より表面抵抗が高い、カバーレイフィルム。 - 前記基材フィルムの表面に形成された蒸着膜の表面抵抗R1が、0.01〜5Ωであり、
前記軟質材料部の表面に形成された蒸着膜の表面抵抗R2が、前記表面抵抗R1の2〜100倍である、請求項1に記載のカバーレイフィルム。 - 前記軟質材料部が、間隔を開けて繰り返し形成されている、請求項1または2に記載のカバーレイフィルム。
- 前記軟質材料部が、軟質インキを用いた印刷によって形成されたものである、請求項1〜3のいずれかに記載のカバーレイフィルム。
- さらに、前記蒸着膜の表面に設けられた保護層を有する、請求項1〜4のいずれかに記載のカバーレイフィルム。
- さらに、最表層に設けられた絶縁性接着剤層を有する、請求項1〜5のいずれかに記載のカバーレイフィルム。
- 下記の工程(I)および工程(II)を有する、カバーレイフィルムの製造方法。
(I)基材フィルムの少なくとも一方の表面の一部に、基材フィルムの表面よりも軟質な軟質材料部を形成する工程。
(II)前記軟質材料部が形成された側の前記基材フィルムの表面および前記軟質材料部の表面に、金属を物理的に蒸着させて導電性材料からなる、前記軟質材料部の表面に形成された蒸着膜が前記基材フィルムの表面に形成された蒸着膜より表面抵抗が高い蒸着膜を形成する工程。 - 絶縁性フィルム上に配線導体が形成されたフレキシブルプリント配線板本体と、
該フレキシブルプリント配線板本体に貼着された請求項1〜6のいずれかに記載のカバーレイフィルムと
を有する、フレキシブルプリント配線板。
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