JP5575215B2 - 接着剤としてのシリコン層を有するｐｃｂ構造体 - Google Patents

Description

本発明はＰＣＢ（プリント回路基板）構造体、特に金属層と基板を結合するのにシリコン層を使用するＰＣＢ構造体に関する。

フレキシブルプリント回路基板（ＦＰＣ）の組立体は、可撓性を持ち、フレキシブルプリント回路基板組立体は、それ自体で湾曲可能であるため、各種電気機器で使用されている。
例えば、フレキシブルプリント回路基板は、ノートパソコンの本体と開閉可能なディスプレイ装置との間に、電気信号を本体とディスプレイ装置との間で送信するために、設置することができ、又はコンピュータの光ディスクドライブの本体と可動ピックアップ組立体との間に、これらの間で信号を送信するために、設置することができる。

フレキシブル銅張積層板（ＦＣＣＬ）は、ＦＰＣの主要製品である。ＦＣＣＬは、銅箔等の金属箔をポリイミドフィルムに代表される耐熱フィルムの表面に、エポキシ樹脂、ポリエステル、又はアクリル樹脂等のエポキシ系樹脂接着剤から成る接着剤を介して、互いに接着することによって、製造される。
ＦＣＣＬは通常、積層構造体を約１８０℃で熱プレスすることによって、生産される。エポキシ系樹脂接着剤の主鎖は強固なため、熱プレス中に積層体自体の反り現象の問題が起こる。

この問題を解決するために、上述した３層のフレキシブル銅張積層板の接着剤層は排除されて、「２層フレキシブル銅張積層板」（２Ｌ ＦＣＣＬ）と呼ばれている。該積層板は、ポリイミド（ＰＩ）フィルムに代表される基板フィルムの表面に銅箔を形成するために、流延法、スパッタリング法、又は積層法によって製造される。

しかしながら、材料の特性のため、３層及び２層を含むＦＣＣＬは、耐イオンマイグレーション性が低い。基板材料、ポリイミド、及びエポキシ樹脂若しくはアクリル樹脂等の接着剤は、極性や親水性が高い。例えば、ＦＣＣＬは、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、ＯＬＥＤ（有機発光ダイオード）又はプラズマディスプレイといった微細配線の高電圧機器で利用される。
図１を参照されたい。図１では、３層のフレキシブル銅張積層板を示している。第１リード線４３と第２リード線４４は、接着剤層４１、４２と基板４０上に形成される。高電圧動作時には、これらの装置は、リード線４３、４４間の距離Ｓが短いと、配線又は電極として使用される銅に対してイオンマイグレーション現象を起こすという欠点があることが知られている。
その結果、リーク電流が増大する、リード線４３、４４間が短絡するといった電気系統のトラブルが生じることが多い。一方、２層フレキシブル銅張積層板については、基板のために、ＰＩは極性や親水性も高い。欠点である、イオンマイグレーション現象は、依然として存在する。

本発明の目的は、金属層と基板との間の接着剤にシリコンを利用したＰＣＢ構造体を提供することである。シリコンは、熱収縮による変形を吸収できる程十分軟質で、高温処理中の反りや湾曲を防止する。

本発明の別の目的は、耐イオンマイグレーション性の高いＰＣＢ構造体を提供することである。湿気が原因で生じる不明瞭な信号や電圧低下といった問題は、シリコンの無極性や非親水性といった特性により解消される。

本発明の目的は、シリコン層が、シリコンと基板／金属層との間の接着を容易にするために、シリコン層の両面に配設される２変性シリコン層を有するＰＣＢ構造体を提供することである。気泡や剥離といった問題は、解決される。

本発明は、ＰＣＢ構造体について開示する。ＰＣＢ構造体は、基板と、シリコン層と、金属層とを含む。
シリコン層は、基板上に配設され、金属層を基板に接着するために利用される。シリコン層は、熱収縮による金属及び基板の変形を吸収するのに十分軟質で、高温処理中の反りや湾曲を防止する。シリコン層の無極性及び非親水性という特性により、ポリイミド（ＰＩ）、エポキシ樹脂、又はアクリル樹脂等の極性や親水性が高い材料によって発生する問題は、解決される。このＰＣＢ構造体の耐イオンマイグレーションは、高められる。湿気が原因で生じる不明瞭な信号や電圧低下の問題は、シリコンの無極性や非親水性という特性のために、解消される。

更に、シリコンと基板／金属層との間の接着を強化するために、シリコン層は、該層の両面に配設される２層の変性シリコン層を有する。気泡を発生する、又は容易に剥離するという問題は、解決される。変性シリコン層は、該層の界面張力や極性が、異なる材料に対する接着を強化するように、変性される。

本発明の更なる適用範囲は、以下に記載する詳細な説明から明白になる。しかし、本発明の精神及び範囲内での様々な変形例及び変更例は、この詳細な説明から当業者に明らかになるため、当然ながら、本発明の好適実施形態を示しながらの詳細な説明と特定の実施例は、例示目的でのみ記載するものである。

本発明は、以下、説明の目的でのみ行開示される。従って本発明を限定するものではない。本発明は、詳細な説明から更に十分に理解されるであろう。

微細配線の高電圧機器で使用される場合の、従来のＰＣＢ構造体の実施例を示している。 本発明のＰＣＢ構造体を示している。 微細配線の高電圧機器で使用される場合の、本発明によるＰＣＢ構造体を示している。 従来のコーティング用シリコン層の実施例を示している。 本発明によるＰＣＢ構造体の別の実施形態を示している。 １層の変性シリコン層のみが配設されている、本発明のＰＣＢ構造体の実施形態を示している １層の変性シリコン層のみが配設されている、本発明のＰＣＢ構造体の実施形態を示している。

シリコンは、様々な形状と用途を有する合成化合物である。通常、シリコンは耐熱性でゴム状であり、シーラント、接着剤、潤滑剤、医療用途、調理器具、断熱材に使用されている。幾つかのシリコンの最も有用な特性として、低熱伝導率、低化学反応性、低毒性、耐熱性が挙げられる。また、シリコンには、酸素、オゾン、紫外線（ＵＶ）への優れた耐性や、良好な電気絶縁性がある。
シリコンは、電気的に絶縁性、又は導電性となるよう調製されることができるため、幅広い電気的応用に適している。シリコンは、溶融時に良好な流動性と接着性を示し、硬化後に十分軟質となる。また、シリコンは、無極性で非親水性である。そのため、接着剤材料としてエポキシ樹脂の代わりに用いるのに、適当である。

図２を参照されたい。ＰＣＢ（プリント回路基板）構造体は、基板１１と、シリコン層１２と、金属層１３とを含む。基板１１の材料としては、フレキシブルＰＣＢ又はインフレキシブルＰＣＢを形成するのに、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ガラス、グラスファイバ、液晶高分子が挙げられる。
シリコン層１２は、接着剤となるように、基板１１と金属層１３との間に配設される。シリコンは、溶融時に良好な流動性と接着性を示すため、シリコンを接着剤とすることは適当である。例えば、シリコンは、シリコン層１２を形成するために、コーティングによって基板１１に配設される。金属層１３は、シリコン層１２上に配設され、その後焼成処理によって硬化される。硬化後、シリコン層１２は、金属層１３と基板１１との間の熱収縮による変形を吸収するための緩衝部となるのに十分に軟質であり、高温処理中の反りや湾曲を防止する。
配線は、エッチング又は他の処理によって金属層１３上に形成されてもよい。また、更なる保護層、半田マスク等が、その上に形成されてもよい。金属層１３の材料は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、スズ（Ｓｎ）、又はこれら金属の少なくとも１つを含む合金である。

その上、シリコンは、無極性で非親水性である。図３を参照されたい。ＰＣＢ構造体は、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、ＯＬＥＤ（有機発光ダイオード）、又はプラズマディスプレイ等の微細配線の高電圧機器で利用される場合、少なくとも１つの第１リード線１３１と第２リード線１３２が、金属層１３上に形成される。
従来のＰＣＢ構造体とは異なり、シリコン層１２は、無極性で非親水性である。ポリイミドに代表される基板１１でさえ、高極性で親水性であり、シリコン層１２は、第１リード線１３１と第２リード線１３２との間でのイオンマイグレーション現象を止める。不明瞭な信号や電圧低下といった問題は、起こらない。

しかしながら、シリコンは、接着性に問題がある。シリコンは、硬化中に縮合反応と付加反応の両方を行う。縮合反応によって硬化された構造体は、付加反応よるものより接着力が小さい。また、縮合反応の副産物は水素で、水素は気泡を発生し易い。
図４を参照すると、シリコン層２２は、異なる材料の基板２１上に配設される。重合中に、気体、即ち水素はランダムに動かされる。基板２１が金属、ガラス又は高分子等の緻密材料製であるために、基板２１によって遮断すると、気体は蓄積されて、基板２１とシリコン層２２との間の境界面で気泡２３を形成する。境界面に気泡２３があると、基板は剥離し易くなる。

一般的には、シリコンは充填して利用される。つまり、シリコン層２２の片面は、図４で示したように、空いた状態になる。重合がゆっくり行われる場合、生じた気体はゆっくり排出される。しかしながら、本発明では、シリコン層１２は、図２で示したように、基板１１と金属層１３との間に配置される。硬化するために熱プレス又は熱重合を実行しなければならない。それにより、より多くの気体が発生する。気体がランダムに動かされると、気体は基板１１と金属層１３によって遮断される。蓄積された気泡は、基板１１と金属層１３との間の接着境界面に亀裂を生じさせる可能性がある。また、気泡は、より大きく合体して、接着性を弱くしてしまう。

図５を参照すると、この問題を解決するために、シリコン層１２は、該層１２の両面に、２層の変性シリコン層３１、３２を配設する。第１変性シリコン層３１は、シリコン層１２と基板１１との間に配設される。第２変性シリコン層３２は、シリコン層１２と金属層１３との間に配設される。変性シリコン層３１、３２は、基板１１と金属層１３の材料に応じて、界面張力及び極性を変更する。従って、第１変性シリコン層３１と基板１１との間、及び第２変性シリコン層３２と金属層１３との間の境界面が良好な接着状態となる。
また、生じる気泡の量は減少し、気泡の大きさも小さくなる。変性シリコン層３１、３２は、縮合型シリコンと付加型シリコンの割合を調節することによって、及び／又はエポキシ、アクリル酸若しくはその組合せをシリコンに添加することによって、変性される。

形成方法を例にとる。変性シリコン層３１、３２は、基板１１と金属層１３上に其々形成される。次に、硬化のために、重合がゆっくりと行われる。片面が空いているため、生じた気体は、排出される。また、変性シリコン層３１、３２は、基板１１と金属層１３の材料に応じて変性される。第１変性シリコン層３１と基板１１との間、及び第２変性シリコン層３２と金属層１３との間の境界面が良好な接着状態とされる。次に、シリコン層１２は、硬化のために、変性シリコン層３１、３２間に配設されて、上記構造体を形成する。

シリコン層１２が、同じ若しくは略同じ材料製の変性シリコン層３１、３２間に配設されることで、変性シリコン層３１、３２との間の接着力は強くなる。気体が生じても、接着構造体は容易には弱くならない。また、シリコンは、基板１１若しくは金属層１３のように緻密材料ではないため、ミクロ的に見ると、シリコンはより大きな穴を内部に有する。
シリコン層１２は硬化のために変性シリコン層３１、３２間に配設されても、生じた気体は、変性シリコン層３１、３２から容易に排出され、蓄積されて気泡にはなり難い。シリコン層１２と変性シリコン層３１、３２との間の分子間力は等しい。内部の気体流は均一である。気泡は、合体してより大きくはなり難い。従って、変性シリコン層３１、３２とシリコン層１２との間の境界面が良好な接着状態となる。

また、変性シリコン層は、接着状態が悪い方の境界面に配設される。例えば、第１変性シリコン層３１のみが、基板１１とシリコン層１２との間に配設される（図６Ａ参照）。或いは、第２シリコン層３２のみが、金属層１３とシリコン層１２との間に配設される（図６Ｂ参照）。

以上、本発明について説明したが、本発明は様々に変更されてもよい。そうした変形例は、本発明の精神及び範囲から逸脱するものとは見なされず、当業者に明らかなかかる変更例は全て、以下の請求項の範囲に含まれるものとする。

１１、２１、４０ 基板
１２、２２ シリコン層
１３ 金属層
２３ 気泡
３１、３２ 変性シリコン層
４１、４２ 接着剤層
４３、１３１ 第１リード線
４４、１３２ 第２リード線

Claims (3)

1. 基板と、
   前記基板の片面に配設されるシリコン層と、
   前記シリコン層上に配設される金属層と、
   前記基板と前記シリコン層との間、及び／又は前記金属層と前記シリコン層との間に配設される変性シリコン層と、を含み、
   前記変性シリコン層は、前記変性シリコン層の界面張力及び極性を変性されることを特徴とする、
   プリント回路基板（ＰＣＢ）構造体。
2. 前記変性シリコン層は、縮合型シリコンと付加型シリコンの割合を調節することによって、変性されることを特徴とする、請求項１に記載のＰＣＢ構造体。
3. 前記変性シリコン層は、エポキシ、アクリル酸又はそれらの組合せをシリコンに添加することによって、変性されることを特徴とする、請求項１に記載のＰＣＢ構造体。

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