JP5596887B1 - フレキシブル部を有するリジッドプリント配線基板の曲げ戻し方法 - Google Patents

Abstract

フレキシブル部を有するリジッドプリント配線基板の曲げ戻し方法は、熱硬化性樹脂からなるプリプレグの表面に導電材料からなる導電層が配された準備基板を形成する準備工程と、前記準備基板を複数枚重ねる積層工程と、該積層工程にて重ねられた複数枚の前記準備基板に対し、加熱しながら互いに押し付け合わせるとともに前記熱硬化性樹脂を熱硬化させて中間基板として一体化する熱硬化工程と、該熱硬化工程にて熱硬化性樹脂が熱硬化して形成された絶縁層を前記準備基板の積層方向に切削し、前記中間基板の対向する両縁間に亘って薄く形成されたフレキシブル部を形成して完成基板とする切削工程と、前記フレキシブル部を折り曲げる曲げ工程と、該曲げ工程にて折り曲げられた前記フレキシブル部を曲げ戻す曲げ戻し工程とを備え、前記曲げ戻し工程の前に、前記折り曲げられた状態の前記フレキシブル部を昇温させる脱水工程を行う。

Description

本発明は、熱硬化性樹脂からなる絶縁層のみを有するリジッドプリント配線基板に関し、当該絶縁層で形成されたフレキシブル部の曲げ戻しの際に用いるフレキシブル部を有するリジッドプリント配線基板の曲げ戻し方法に関する。

コンピュータ、携帯情報端末機器等の各種電子機器においては、数多くの電子部品等が実装されている。これらの電子部品等を実装するために、所定の配線回路パターンが形成されたプリント配線基板が用いられている。配線回路パターンからなる導電層は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂からなる絶縁層の表面に形成されている。このような絶縁層を有するプリント配線基板は固くて曲がらないためリジッドプリント配線基板と称されている。近年では、配線回路の高密度化に伴い、導電層を多層有する、いわゆる多層プリント配線基板が用いられている。この多層プリント配線基板の中でも、機器の軽薄化、高速化、接続の確実性への要望に応えるため、可撓性を有するフレキシブル部を備えるものがある。

フレキシブル部としては、ポリイミドやポリエステル等の可撓性がある絶縁フィルムをエポキシ樹脂からなる絶縁層とは別に設けたものがある。あるいは、上記熱硬化性樹脂からなる絶縁層を０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ以下の非常に薄く加工し、フレキシブルに近い特性を持たせたものがある。

エポキシ樹脂のみでフレキシブル部を形成したプリント配線基板が特許文献１に開示されている。このような熱硬化性樹脂でフレキシブル部を形成した場合、フレキシブル部を曲げた後に戻した際に、フレキシブル部にクラックが発生するおそれがある。プリント配線基板はフレキシブル部の曲げ工程を経て、プリント配線基板が装置や機器等の製品に組み込まれ、通電検査等を行う検査工程が施される。なお、曲げ工程の前に検査工程を行う場合もある。この検査工程にて不良が発見されると修理工程で修理される。あるいは検査工程で良品とされて市場に出荷されても、製品の故障等で返品された場合にはやはり修理工程で修理される。この修理を行う修理工程の前に、フレキシブル部は一度曲げられた部分を戻される。いわゆる曲げ戻し工程が行われる。

しかしながら、修理工程で修理に要する期間が長かったり、出荷後に厳しい温湿度環境にさらされていた場合には、基板には外気からの水分が含まれた状態となる。すなわち、長期間の保存で基板は吸水（吸湿）し、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂と水とが水素結合する。この水分が含まれていることにより、フレキシブル部を曲げ戻した際にクラックが生じる原因となっている。主な要因としては、熱硬化性樹脂の分子内の結合が水素結合により阻害されていたり、共有結合による樹脂架橋密度が低下したり、分子間の水素結合が阻害されたり、スタッキング及びファンデルワールス力による分子間結合が阻害されることが考えられる。これにより、熱硬化性樹脂の弾性率が低下し、破壊しやすくなってしまう。

特開平９−３６４９９号公報

本発明は、上記従来技術を考慮したものであり、熱硬化性樹脂でフレキシブル部を形成した場合であっても、当該フレキシブル部を曲げ戻した際にクラックが生じることを抑制することができるフレキシブル部を有するリジッドプリント配線基板の曲げ戻し方法を提供することを目的としている。

前記目的を達成するため、本発明では、略平板形状の熱硬化性樹脂からなるプリプレグの表面に回路パターンとしての導電材料からなる導電層が配された準備基板を形成する準備工程と、前記準備基板を複数枚重ねる積層工程と、該積層工程にて重ねられた複数枚の前記準備基板に対し、加熱しながら互いに押し付け合わせるとともに前記熱硬化性樹脂を熱硬化させて中間基板として一体化する熱硬化工程と、該熱硬化工程にて熱硬化性樹脂が熱硬化して形成された絶縁層を前記準備基板の積層方向に切削し、前記中間基板の対向する両縁間に亘って薄く形成されたフレキシブル部を形成して完成基板とする切削工程と、前記フレキシブル部を折り曲げる曲げ工程と、該曲げ工程にて折り曲げられた前記フレキシブル部を曲げ戻す曲げ戻し工程とを備え、前記曲げ戻し工程の前に、前記折り曲げられた状態の前記フレキシブル部を昇温させる脱水工程を行うことを特徴とするフレキシブル部を有するリジッドプリント配線基板の曲げ戻し方法を提供する。

好ましくは、前記脱水工程の前に前記完成基板の通電検査を行う検査工程を行い、前記曲げ戻し工程の後に前記完成基板の修理を行う修理工程を行うことを特徴としている。

本発明によれば、曲げ戻し工程の前に、折り曲げられた状態のフレキシブル部を昇温させる脱水工程を行うので、絶縁層に含まれる水分を低減させることができる。このため、一度折り曲げたフレキシブル部を曲げ戻す際にクラックが発生することを防止できる。これはエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂で形成されたフレキシブル部特有の問題点を解決するものである。すなわち、本来剛性を有する熱硬化性樹脂を薄くしてフレキシブル部としているので、曲げや戻しに対する耐性は元々低い。しかし脱水工程を経ることで曲げや戻しに対する耐性を少しでも高めることができ、ポリイミド等の絶縁フィルムを使用せずとも繰り返し曲げ戻しを行うことができるようになる。すなわち上記折り曲げ耐性の向上と併せて、フレキシブル部を形成するために別の絶縁樹脂材料を用いる必要がないので製造効率のよい基板を形成できる。

また、本発明に係る方法を検査工程と修理工程を有する流れにて使用することで、修理に際しての基板そのものの交換を低減させることができる。検査工程で不良が発見されたりあるいは出荷されて返品されたりした場合に、基板の保存場所での環境によって基板が吸水（吸湿）していたとしても、修理工程でフレキシブル部を曲げ戻した際にクラックが生じることを防止できる。このような製品の流通の流れに本発明は好ましく適用できる。

本発明に係るフレキシブル部を有するリジッドプリント配線基板の曲げ戻し方法のフローチャートである。 積層工程から熱硬化工程を示す概略図である。 熱硬化工程にて形成された中間基板を示す概略図である。 切削工程にて形成された完成基板を示す概略図である。 図４に示す完成基板の概略平面図である。 曲げ工程にて曲げられた状態の完成基板を示す概略図である。 本発明の効果を示すグラフである。 本発明の効果を示すグラフである。 本発明の効果を示すグラフである。

本発明に係る方法を図１のフローチャート及び図２から図６を参照して以下に説明する。本発明に係るフレキシブル部を有するリジッドプリント配線基板の曲げ戻し方法は、まず完成基板１（図４及び図５参照）たるフレキシブル部を有するリジッドプリント配線基板を製造することから始まる。

まずは準備工程を行う（ステップＳ１）。準備工程では、準備基板２を形成する（図２参照）。準備基板は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂からなるプリプレグ３を有している。プリプレグ３は平板形状である。このプリプレグ３の表面には、回路パターンとしての導電材料からなる導電層４が配されている。なお、プリプレグ３にはガラスクロス（不図示）が略全域に亘って埋設されている。ガラスクロスはガラス繊維の糸で織った布であり、シート形状を有している。

準備基板２の形成の一例としては、まず上記ガラスクロスを基材としてエポキシ樹脂を含浸させ、銅箔と積層し接着された板であるガラスエポキシ銅張積層板（不図示）を用意する。そして銅箔に対して印刷法または写真法により所定回路のマスク形成を行った後、塩化第二鉄等のエッチング液により不要な部分の銅箔を除去して導電層４を形成する。いわゆるサブトラクティブ法である。準備基板２は複数枚形成される。それぞれの準備基板２で回路パターンが異なる導電層４が形成されていてもよい。

準備工程の後、積層工程を行う（ステップＳ２）。積層工程では、準備工程で形成された準備基板２を複数枚重ねる。この後、積層工程にて重ねられた複数枚の準備基板２を加熱しながら加圧し、互いに押し付け合わせる（図２の矢印Ｔ方向）熱硬化工程を行う（ステップＳ３）。この加熱加圧により互いの準備基板２が接着されて一体化され、やがて熱硬化性樹脂が熱硬化して一体化して中間基板５となる。したがって準備基板２の表面に形成されていた導電層４の一部は中間基板５内に埋設され、一部は表面に露出している。これらの導電層４間の導通を図るため、予め準備基板２に導通ビア等を形成しておいてもよい。熱硬化工程で一体化されたプリプレグ３は絶縁層６となる（図３参照）。

熱硬化工程の後、切削工程を行う（ステップＳ４）。切削工程では、中間基板５に切欠き部７を形成する。具体的には、中間基板５の一方の面から絶縁層６に対して準備基板２の積層方向（中間基板５の厚み方向）に切削する。この切削加工は中間基板５の両縁間に亘って形成されるので、中間基板５はその側面ごと切削される。すなわち切欠き部７は対向する二つの側面のみを有し、これら二つの側面と底面とは垂直である。切削加工は中間基板５の一部を残して行われ、この残った部分がフレキシブル部８となる。図４の例では、切削する側の面とは反対側の面に形成された導電層４及び若干の絶縁層５を残して切削されている。この残された部分であるフレキシブル部８の厚みは１ｍｍ以下、好ましくは２００μｍ程度である。この薄さを形成することで、熱硬化性樹脂からなる絶縁層６が残っていたとしてもフレキシブル部８は可撓性を有することになる。なお、切削加工は導電層４が形成されていない部分に施される。また、切削はルータやレーザ等を用いて行われる。切削加工が施されなかった領域は絶縁層６が硬化して剛性が高い状態であるので、リジッド部９となる。このようにして形成された完成基板１（図４及び図５参照）は、平板形状のリジッド部９が同じく平板形状のフレキシブル部８で互いに接続されたような形状となっている。なお、図５では導電層４は省略している。

切削工程にて製造された完成基板１は、装置や機器等の製品に組み込むため、曲げ工程が施される（ステップＳ５）。この曲げ工程では、フレキシブル部８が折り曲げられる。その曲げ角度は９０°〜１８０°である。例えば、図６では１８０°折り曲げられた状態の完成基板１を示している。なお、図６では完成基板１の外形のみを示し、導電層４は省略している。このように折り曲げられた状態で完成基板１は製品に組み込まれ、製品とともに市場に流通する。流通前に保存場所に保管されることもある。なお、製品に組み込んでからフレキシブル部８を折り曲げてもよい。

完成基板１は一旦製品に組み込まれた後に、検査工程が行われる（ステップＳ６）。検査工程では、完成基板１の通電状態を検査される。ここで完成基板１の良品と不良品が判断される。不良品と判断された場合、製品は修理エリアに搬送され、完成基板１は製品から取り出される。なお、完成基板１に曲げ工程を施す前に検査工程を行ってもよい。すなわち、ステップＳ５とＳ６とはどちらを先に行ってもよい。

修理をする際に、まず脱水工程が行われる（ステップＳ７）。脱水工程では、少なくともフレキシブル部８を昇温させて保存場所で絶縁層６に吸水された水分を低減させる。なお、完成基板１の全体に対して脱水工程を行ってもよい。この脱水工程の後、完成基板１には曲げ戻し工程が行われる（ステップＳ８）。曲げ戻し工程では、曲げ工程を経て折り曲げられた状態のフレキシブル部８を再び伸ばす。すなわち、フレキシブル部８を曲げ戻す。その後、完成基板１には修理工程が行われ（ステップＳ９）、所定の方法で修理が施される。

このように、曲げ戻し工程の前に、折り曲げられた状態のフレキシブル部８を昇温させる脱水工程を行うので、絶縁層６に含まれる水分を低減させることができる。このため、一度折り曲げたフレキシブル部８を曲げ戻す際にクラックが発生することを防止できる。これはエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂で形成されたフレキシブル部８特有の問題点を解決するものである。すなわち、完成基板１は、本来剛性を有する熱硬化性樹脂を薄くしてフレキシブル部８としているので、曲げや戻しに対する耐性は元々低い。しかし脱水工程を経ることで曲げや戻しに対する耐性を少しでも高めることができ、ポリイミド等の絶縁フィルムを使用せずとも繰り返し曲げ戻しを行うことができるようになる。すなわち上記折り曲げ耐性の向上と併せて、フレキシブル部８を形成するために別の絶縁樹脂材料を用いる必要がないので製造効率のよい基板を形成できる。

また、上記脱水工程を検査工程と修理工程を有する完成基板１の流通の流れにて使用することで、修理に際しての完成基板１そのものの交換を低減させることができる。このような流通過程では、完成基板１を折り曲げて装置や機器等の製品に実装し、検査工程で不良が発見されたりあるいは出荷されて返品されたりした場合に、完成基板１の保存場所での環境によって完成基板１が吸水（吸湿）していたとしても、修理工程でフレキシブル部８を曲げ戻した際にクラックが生じることを防止できる。このような製品の流通の流れに本発明は好ましく適用できる。

実際に、脱水工程を行うことでどのような効果があるか実験にて確認した。サンプルは６つ用意し、それぞれ以下のようにした。
サンプルＡ：９６時間吸水させた完成基板１
サンプルＢ：１４４時間吸水させた完成基板１
サンプルＣ：１９２時間吸水させた完成基板１
サンプルＤ：保存場所に３ヶ月間放置し、その後１９２時間吸水させた完成基板１
サンプルＥ：保存場所に３ヶ月間放置し、その後２８８時間吸水させた完成基板１
サンプルＦ：保存場所に３ヶ月間放置し、その後２８８時間吸水させ、脱水工程を経た完成基板１

図７に示すように、吸水時間が多ければ多いほど絶縁層６の全体に対する吸水率は増加していく（サンプルＡ〜Ｃ）。保存場所に３ヶ月間放置すると吸水率の増加は顕著になっている（サンプルＤ、Ｅ）。しかしながら、脱水工程を施すことで吸水率は最も低い結果となっている（サンプルＦ）。

図８に示すように、サンプル毎に曲げ工程及び曲げ戻し工程を繰り返し施してクラックが生じるまでの曲げ回数（曲げ及び曲げ戻し回数）を測定した。その結果、脱水工程を施したサンプルＦが最も曲げ回数に対する耐性が高いことが確認された。

別の実験として、図９に示すように、温度３０℃、湿度６０％の環境下に９６時間さらされた完成基板１と、飽和吸水量まで吸水させた完成基板１との弾性率を比較した。図では、前者をＰで、後者をＱで示している。Ｐで示す基板１よりも、Ｑで示す基板１の方が吸水率は高い。その結果、吸水率が低い方のＰで示す基板１の方が弾性率が高いことが確認された。

１：完成基板（フレキシブル部を有するリジッドプリント配線基板）、２：準備基板、３：プリプレグ、４：導電層、５：中間基板、６：絶縁層、７：切欠き部、８：フレキシブル部、９：リジッド部

Claims (2)

1. 略平板形状の熱硬化性樹脂からなるプリプレグの表面に回路パターンとしての導電材料からなる導電層が配された準備基板を形成する準備工程と、
   前記準備基板を複数枚重ねる積層工程と、
   該積層工程にて重ねられた複数枚の前記準備基板に対し、加熱しながら互いに押し付け合わせるとともに前記熱硬化性樹脂を熱硬化させて中間基板として一体化する熱硬化工程と、
   該熱硬化工程にて熱硬化性樹脂が熱硬化して形成された絶縁層を前記準備基板の積層方向に切削し、前記中間基板の対向する両縁間に亘って薄く形成されたフレキシブル部を形成して完成基板とする切削工程と、
   前記フレキシブル部を折り曲げる曲げ工程と、
   該曲げ工程にて折り曲げられた前記フレキシブル部を曲げ戻す曲げ戻し工程とを備え、
   前記曲げ戻し工程の前に、前記折り曲げられた状態の前記フレキシブル部を昇温させる脱水工程を行うことを特徴とするフレキシブル部を有するリジッドプリント配線基板の曲げ戻し方法。
2. 前記脱水工程の前に前記完成基板の通電検査を行う検査工程を行い、
   前記曲げ戻し工程の後に前記完成基板の修理を行う修理工程を行うことを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル部を有するリジッドプリント配線基板の曲げ戻し方法。

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