JP5627906B2 - Flexible printed circuit board with reinforcing plate and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、補強板付きフレキシブルプリント回路基板及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a flexible printed circuit board with a reinforcing plate and a method for manufacturing the same.
ハードディスクドライブ(以下、単に「HDD」ともいう。)には、ヘッド素子部を保持するアクチュエータが組み込まれている。このアクチュエータが回動軸を中心として回動することにより、ヘッド素子部は磁気ディスク上の所望の記録トラックに位置決めされる。このアクチュエータには、ヘッド素子部と制御回路との間の信号伝送を行うFPCユニットが固定されている。このFPCユニットは、フレキシブルプリント回路基板(以下、単に「FPC基板」ともいう。)と、このFPC基板の所定のランド部に実装されたプリアンプICとを有する。 A hard disk drive (hereinafter also simply referred to as “HDD”) incorporates an actuator for holding a head element portion. As the actuator rotates about the rotation axis, the head element portion is positioned on a desired recording track on the magnetic disk. An FPC unit that performs signal transmission between the head element unit and the control circuit is fixed to the actuator. The FPC unit includes a flexible printed circuit board (hereinafter also simply referred to as “FPC board”) and a preamplifier IC mounted on a predetermined land portion of the FPC board.
FPC基板は、制御回路とプリアンプICとの間の信号伝送を行う。プリアンプICは、フレキシャとよばれる伝送配線によってヘッド素子部と接続されており、プリアンプICから出力される電流は、フレキシャによってヘッド素子部に伝送される(例えば、特許文献1参照)。 The FPC board performs signal transmission between the control circuit and the preamplifier IC. The preamplifier IC is connected to the head element unit by transmission wiring called a flexure, and the current output from the preamplifier IC is transmitted to the head element unit by the flexure (see, for example, Patent Document 1).
近年、HDDの高速化により、データの転送速度が飛躍的に大きくなっている。これに伴い、プリアンプICの発熱量が増加している。そこで、放熱対策として、プリアンプICが実装されたFPC基板の裏面に、熱伝導率の良い金属からなる補強板を設けることが行われている(例えば、特許文献2参照)。このような補強板として、一般的には、アルミニウムからなる補強板(以下、「アルミ補強板」ともいう。)が用いられる。 In recent years, data transfer speeds have increased dramatically due to the increase in the speed of HDDs. As a result, the amount of heat generated by the preamplifier IC is increasing. Therefore, as a heat dissipation measure, a reinforcing plate made of a metal having good thermal conductivity is provided on the back surface of the FPC board on which the preamplifier IC is mounted (see, for example, Patent Document 2). In general, a reinforcing plate made of aluminum (hereinafter, also referred to as “aluminum reinforcing plate”) is used as such a reinforcing plate.
このアルミ補強板をFPC基板に積層接着して補強板付きFPC基板を製造するために、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系等の各種の接着剤を用いることができる。HDD用途などアウトガス特性等のピュアリティを要求される場合には、アクリル系接着剤が使用される。アクリル系接着剤は、HDD等の用途において標準接着剤として認定されており、周辺への非汚染性にも優れている。 In order to produce an FPC board with a reinforcing plate by laminating and bonding the aluminum reinforcing plate to the FPC board, various adhesives such as acrylic, epoxy, and urethane can be used. An acrylic adhesive is used when purity such as outgas characteristics is required for HDD applications. Acrylic adhesives are certified as standard adhesives in applications such as HDDs, and are excellent in non-contamination to the periphery.
アルミ補強板をFPC基板に積層接着させるためには、接着剤を介して積層されたFPC基板とアルミ補強板に対して、加圧及び加熱するプレス処理を行う必要がある。 In order to laminate and bond the aluminum reinforcing plate to the FPC board, it is necessary to press and heat the FPC board and the aluminum reinforcing board that are stacked via an adhesive.
アクリル系接着剤は、十分な接着力を発現させるために、材料の特性上、比較的長時間(例えば45〜120分)のプレス処理を必要とする。ここでは、このように比較的長時間のプレス処理を行う方式を「長時間成形方式」という。プレス処理を行うためのプレス装置は、比較的高価であり、導入数量が限られる。よって、プレス装置が1回のプレス処理により長時間占有されると、補強板付きFPC基板の生産効率が低下してしまうという問題がある。 Acrylic adhesives require a press treatment for a relatively long time (for example, 45 to 120 minutes) due to the characteristics of the material in order to develop a sufficient adhesive force. Here, such a method of performing a relatively long press process is referred to as a “long-time molding method”. The press apparatus for performing the press process is relatively expensive and the introduction quantity is limited. Therefore, when the press apparatus is occupied for a long time by one press process, there is a problem that the production efficiency of the FPC board with the reinforcing plate is lowered.
一方、上記の長時間成形方式に対して、プレス処理が比較的短時間の方式(以下、「クイック成形方式」という。)がある。このクイック成形方式では、プレス処理の時間を短時間(10分以下程度)とし、プレス処理の後にアフターキュア処理と呼ばれる熱処理を行う。クイック成形方式のプレス処理における成形圧力及び成形温度は、長時間成形方式のプレス処理の場合とほぼ同等である。プレス処理後のアフターキュア処理は、例えば、150℃以上かつ2時間以上の条件で行われる。 On the other hand, in contrast to the above long-time forming method, there is a method (hereinafter referred to as “quick forming method”) in which the pressing process is relatively short. In this quick molding method, the press treatment time is short (about 10 minutes or less), and a heat treatment called after-cure treatment is performed after the press treatment. The molding pressure and molding temperature in the quick molding press process are almost the same as in the long-time press process. The after-curing process after the press process is performed, for example, under conditions of 150 ° C. or higher and 2 hours or longer.
クイック成形方式の場合、プレス処理が短時間であるため、1回のプレス処理でプレス装置を長時間占有しない。また、プレス処理後プレス装置からFPC基板を取り出す際に、FPC基板の温度を下げる必要がない。即ち、長時間成型方式では必要な降温過程を省略して、次工程のアフターキュア処理を行うことができる。このため、プレス装置の占有時間はさらに短くなる。また、アフターキュア処理は、例えば複数のオーブンを用いて並行して行うことで、大量処理が可能である。したがって、クイック成形方式によれば、長時間成形方式に比べて、補強板付きFPC基板の生産効率を大幅に向上させることができるという利点がある。 In the case of the quick molding method, since the press process is short, the press apparatus is not occupied for a long time by one press process. Further, it is not necessary to lower the temperature of the FPC board when the FPC board is taken out from the press apparatus after the pressing process. That is, in the long-time molding method, the necessary temperature lowering process can be omitted and the after-curing process of the next process can be performed. For this reason, the occupation time of a press apparatus becomes still shorter. Further, the after-curing process can be performed in a large amount by performing in parallel using, for example, a plurality of ovens. Therefore, according to the quick molding method, there is an advantage that the production efficiency of the FPC board with the reinforcing plate can be greatly improved as compared with the long-time molding method.
しかし、従来、クイック成形方式を適用した場合、加圧時間(プレス処理)が短いことから、アクリル系接着剤の適正な硬化条件を確保することができなかった。その結果、アフターキュア処理を行った後でも、十分な接着性が得られないという問題があった。なお、アルミ板表面の粗化によるアンカー効果により接着性を向上させる方法が従来から知られているが、この方法を用いた場合でも、常態(常温・常湿下)において十分な接着強度(以下、「引き剥がし強度」ともいう。)を得ることはできない。 However, conventionally, when the quick molding method is applied, the pressurization time (press process) is short, and thus it has been impossible to ensure proper curing conditions for the acrylic adhesive. As a result, there is a problem that sufficient adhesiveness cannot be obtained even after the after-curing treatment. In addition, the method of improving the adhesiveness by the anchor effect due to the roughening of the aluminum plate surface has been known, but even when this method is used, sufficient adhesive strength (under normal temperature and humidity) , Also referred to as “stripping strength”).
さらに、従来のクイック成形方式により製造した補強板付きのFPC基板は、FPC基板の使用環境の一つとして想定されうる湿潤環境下において、アルミ補強板とFPC基板との接着性が大幅に低下してしまう。即ち、従来技術では、耐水接着性が劣るという問題もあった。 Furthermore, the FPC board with a reinforcing plate manufactured by the conventional quick molding method has a significantly reduced adhesion between the aluminum reinforcing plate and the FPC board in a wet environment that can be assumed as one of the usage environments of the FPC board. End up. That is, the conventional technique has a problem that the water-resistant adhesiveness is inferior.
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであって、クイック成形方式に適用可能であり、接着性に優れた補強板付きフレキシブルプリント回路基板、及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is intended to provide a flexible printed circuit board with a reinforcing plate that is applicable to a quick molding method and has excellent adhesion, and a method for manufacturing the same. To do.
本発明の一態様によれば、ベースフィルム及び前記ベースフィルムの少なくとも一方の面に形成された配線パターンを有するフレキシブルプリント回路基板と、前記フレキシブルプリント回路基板を補強する金属板であって前記フレキシブルプリント回路基板と対向する面に酸化ジルコニウムを含有する化成皮膜を有しアクリル系接着剤層を介して前記ベースフィルム又は前記配線パターンを絶縁被覆するカバーフィルムに接着された金属板と、を備える補強板付きフレキシブルプリント回路基板が提供される。 According to an aspect of the present invention, there is provided a flexible printed circuit board having a base film and a wiring pattern formed on at least one surface of the base film, and a metal plate for reinforcing the flexible printed circuit board, the flexible printed circuit board. A reinforcing plate comprising: a metal plate having a chemical conversion film containing zirconium oxide on a surface facing a circuit board and bonded to a cover film that insulates the base film or the wiring pattern through an acrylic adhesive layer A flexible printed circuit board is provided.
本発明の別態様によれば、アルミ板の表面に酸化ジルコニウムを含有する化成皮膜を形成し、前記化成皮膜が形成された前記アルミ板をフレキシブルプリント回路基板のプラスチックフィルム上にアクリル系接着剤を介して前記化成皮膜が前記アクリル系接着剤層と接するように積層することにより、前記アクリル系接着剤を介して前記アルミ板と前記プラスチックフィルムとが積層された積層体を形成し、前記積層体に対して、10分以下の加熱・加圧処理後、前記積層体に対して加熱処理を行う、補強板付きフレキシブルプリント回路基板の製造方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, a chemical conversion film containing zirconium oxide is formed on the surface of an aluminum plate, and the aluminum plate on which the chemical conversion film is formed is coated with an acrylic adhesive on a plastic film of a flexible printed circuit board. And forming a laminate in which the aluminum plate and the plastic film are laminated via the acrylic adhesive, by laminating the chemical film so as to be in contact with the acrylic adhesive layer. On the other hand, the manufacturing method of the flexible printed circuit board with a reinforcement board which heat-processes with respect to the said laminated body after a heating and pressurizing process for 10 minutes or less is provided.
本発明では、酸化ジルコニウムを含有する化成皮膜が表面に形成された金属板をフレキシブルプリント回路基板の補強板として用いる。この化成皮膜を有する金属板は、アクリル系接着剤層を介してフレキシブルプリント回路基板に接着される。アクリル系接着剤を硬化させる加熱処理において、酸化ジルコニウムを含有する化成皮膜中の水酸基がアクリル系接着剤中のカルボキシル基や水酸基と化学反応する。これにより、強固な化学結合が高密度に形成される。この化学結合は、化成皮膜とアクリル系接着剤層の界面を跨ぐ架橋を構成する。よって、本発明によれば、クイック成形方式を採用した場合であっても、高い接着強度を得ることができる。 In the present invention, a metal plate on which a chemical conversion film containing zirconium oxide is formed is used as a reinforcing plate for a flexible printed circuit board. The metal plate having the chemical conversion film is bonded to the flexible printed circuit board through an acrylic adhesive layer. In the heat treatment for curing the acrylic adhesive, the hydroxyl groups in the chemical conversion film containing zirconium oxide chemically react with the carboxyl groups and hydroxyl groups in the acrylic adhesive. Thereby, a strong chemical bond is formed in high density. This chemical bond constitutes a bridge across the interface between the chemical conversion film and the acrylic adhesive layer. Therefore, according to the present invention, high adhesive strength can be obtained even when the quick molding method is employed.
さらに、前述の架橋を構成する化学結合は結合力が強く、水分子の有する水酸基の影響を受けないため、湿潤環境下でも十分な接着性を確保することができる。つまり、本発明によれば、高い耐水接着性を得ることができる。 Furthermore, since the chemical bond constituting the above-described cross-linking has a strong bonding force and is not affected by the hydroxyl group of the water molecule, sufficient adhesiveness can be ensured even in a wet environment. That is, according to the present invention, high water-resistant adhesion can be obtained.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る補強板付きFPCユニットについて説明する。なお、同等の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。 Hereinafter, an FPC unit with a reinforcing plate according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component which has an equivalent function, and detailed description is abbreviate | omitted. The drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones.
図1を用いて、本発明の実施形態に係る補強板付きFPC基板について説明する。図1(a)は、本実施形態に係る補強板付きFPC基板1の断面図を示し、図1(b)は、補強板付きFPC基板1の下面図を示している。 An FPC board with a reinforcing plate according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1A shows a cross-sectional view of the FPC board 1 with a reinforcing plate according to this embodiment, and FIG. 1B shows a bottom view of the FPC board 1 with a reinforcing plate.
補強板付きFPC基板1は、表面に配線パターンを有するFPC基板2と、FPC基板2の裏面に設けられたアクリル系接着剤層3と、このアクリル系接着剤層3を介してFPC基板2の裏面に貼り付けられたアルミ補強板4とを有する。
The FPC board 1 with a reinforcing plate includes an
図1(a)及び図1(b)からわかるように、FPC基板2は、実装領域2a,2bと配線領域2cから構成される。実装領域2a,2bは、電子部品を実装するためのランド部22a,22bを有する。配線領域2cは、実装領域2aと実装領域2bに挟まれるようにして設けられており、実装領域2aと実装領域2b間の信号伝送を行うための配線を有する。
As can be seen from FIGS. 1A and 1B, the
アクリル系接着剤層3は、FPC基板2のベースフィルム21とアルミ補強板4の間に設けられている。このアクリル系接着剤層3は加圧処理及び加熱処理によってアクリル系の接着剤を硬化させたものである。
The acrylic
アルミ補強板4は、後に詳述するように、酸化ジルコニウム化成液による化成処理が施されたアルミニウム板を、所定の形状に加工したものである。このため、アルミ補強板4は少なくともFPC基板2と対向する面に、酸化ジルコニウム(ZrO2)を含有する化成皮膜4aを有する。
As will be described in detail later, the
図1(a)及び図1(b)からわかるように、アルミ補強板4は、実装領域2a,2bにおけるFPC基板2の裏面に、アクリル系接着剤層3を介して貼り付けられている。つまり、化成皮膜4aがアクリル系接着剤層3に接するように、アルミ補強板4は貼り付けられている。このアルミ補強板4は、実装領域2a,2bにおけるFPC基板2が屈曲しないようにFPC基板2を補強する補強板として機能するとともに、ランド部22a,22bに実装された電子部品の発熱を放熱する放熱板としても機能する。なお、配線領域2cにおけるFPC基板2の裏面には、アルミ補強板4は貼り付けられていない。このようにして、配線領域2cは可撓性を有するものとして構成されている。
As can be seen from FIGS. 1 (a) and 1 (b), the
次に、FPC基板2の詳細な構成について説明する。
Next, a detailed configuration of the
図1(a)からわかるように、FPC基板2は、プラスチックフィルムからなるベースフィルム21と、このベースフィルム21の片面に形成された配線パターン22と、接着剤層23を介して設けられたプラスチックフィルムからなるカバーフィルム24と、を有する。
As can be seen from FIG. 1A, the
配線パターン22は、銅(Cu)等の導電性材料からなる。この配線パターン22は、サブトラクティブ法、セミアディティブ法、又は印刷法などを用いて、所定の回路パターン状に形成されている。図1(a)からわかるように、配線パターン22の一部は、カバーフィルム24で覆われず、電子部品を実装するためのランド部22a,22bを構成する。なお、この配線パターン22は、接着剤を介してベースフィルム21上に積層されていてもよいし、接着剤を介さずに積層されてもよい。
The
カバーフィルム24は、ランド部22a,22bを除いた配線パターン22を、接着剤層23を介して絶縁被覆する。なお、この接着剤層23の材料として、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系等の各種の接着剤を用いることができる。好ましくは、前述のように、周辺への非汚染性に優れるアクリル系接着剤を用いる。
The
なお、ベースフィルム21及びカバーフィルム24に用いられるプラスチックフィルムとしては、ポリイミドフィルム、ポリエステルフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリエーテルスルホンフィルム、ポリエーテルイミドフィルム、ポリエーテルエーテルケトンフィルム、ポリパラバン酸フィルム等が挙げられる。
Examples of the plastic film used for the
次に、FPC基板2とアルミ補強板4の接着状態について、図2を用いて詳細に説明する。この図2は、図1(a)のA部の拡大断面図を示している。
Next, the adhesion state of the
図2に示すように、アルミ補強板4の表面に、酸化ジルコニウムを含有する化成皮膜4aが形成されている。そして、化成皮膜4aがアクリル系接着剤層3に接着するようにして、アルミ補強板4はアクリル系接着剤層3を介してベースフィルム21に貼り付けられている。なお、厳密に言えば、アルミ補強板4の表面にはアルミ水和酸化物層(図示せず)が自然形成されており、このアルミ水和酸化物層の上に化成皮膜4aが形成されている。
As shown in FIG. 2, a
アクリル系接着剤層3と化成皮膜4aの界面(Al/Ad)付近には、この界面を跨ぐように強固な化学結合(架橋)が形成されている。この理由について説明する。
In the vicinity of the interface (Al / Ad) between the acrylic
酸化ジルコニウムを含有する化成皮膜4aの表面には、水酸基(OH基)が高密度に存在している。アルミ補強板4をFPC基板2に接着するための加熱処理を行う際、化成皮膜4a表面の水酸基が、ベースフィルム21に塗布されたアクリル系接着剤に含まれるカルボキシル基(COOH基)や水酸基(OH基)と化学反応する。この化学反応(脱水結合)の結果、化成皮膜4aとアクリル系接着剤層3の界面付近に、“−C(=O)−O−”、“−O−”等で表される強固な結合からなる架橋が高密度に形成される。このため、アルミ補強板4とFPC基板2の間の接着強度が大きくなる。
Hydroxyl groups (OH groups) are present at high density on the surface of the
次に、補強板付きFPCユニットの構成について説明する。 Next, the configuration of the FPC unit with a reinforcing plate will be described.
図3(a)は、補強板付きFPCユニット100の断面図を示している。この補強板付きFPCユニット100は、プリアンプIC101を、半田材料102を用いて、補強板付きFPC基板1の実装領域2aにおけるランド部22a,22aに実装したものである。この補強板付きFPCユニット100において、プリアンプIC101の発熱は、実装領域2aにおけるFPC基板2の裏面に貼り付けられたアルミ補強板4により放熱される。
FIG. 3A shows a cross-sectional view of the
以上、本実施形態に係る補強板付きFPC基板1及び補強板付きFPCユニット100について説明した。
Heretofore, the FPC board 1 with the reinforcing plate and the
なお、補強板付きFPC基板は上記の構成に限られるものではない。 Note that the FPC board with a reinforcing plate is not limited to the above configuration.
例えば、アルミ補強板4は、実装領域2a又は実装領域2bのいずれか一方におけるベースフィルム21の裏面にのみ設けられてもよい。
For example, the
また、ベースフィルム21の片面にのみ配線が形成されたFPC基板2に代えて、ベースフィルム21の表面及び裏面に配線が形成された両面FPC基板2’を用いてもよい。図3(b)は、両面FPC基板2’を用いた場合における、補強板付きFPCユニット200の断面図を示している。両面FPC基板2’は、ベースフィルム21の表面および裏面にそれぞれ形成された配線パターン22A及び22Bを有する。配線パターン22A及び22Bは、それぞれ、接着剤層23A及び23Bを介して設けられたカバーフィルム24A及び24Bにより絶縁保護されている。
Further, instead of the
また、図3(b)に示すように、アルミ補強板4は、ベースフィルム21上ではなく、カバーフィルム24B上にアクリル系接着剤層3を介して積層接着されてもよい。
As shown in FIG. 3B, the
また、カバーフィルム24の代わりに、配線パターン22の所定の部分をワニス状の樹脂からなるカバーコートで覆ってもよい。このカバーコートは、印刷手法を用いて所望のパターン状に形成してもよいし、あるいは、感光性樹脂を用いたフォトファブリケーション手法を用いて形成してもよい。フォトファブリケーション手法を用いる場合、ベースフィルム21及び配線パターン22の所定の部分に感光性の樹脂膜を塗布しておき、その後、この樹脂膜を露光・現像して所望の形状にパターニングすることによりカバーコートを形成する。カバーコートを用いる利点として、カバーフィルムに比べて高精度なパターニングが可能であることが挙げられる。従って、例えば開口部などを所望の位置に精度良く形成できる。また、必要に応じて、カバーフィルムとカバーコートを併用してもよい。例えば、高精度なパターニングが要求される部分についてはカバーコートを用い、それ以外の部分についてはカバーフィルムを用いることで生産効率を高めることができる。
Further, instead of the
以下、本発明の実施例について述べる。本実施例に係る補強板付きFPC基板の製造方法について説明した後、引き剥がし強度試験の測定結果を説明する。 Examples of the present invention will be described below. After describing the manufacturing method of the FPC board with a reinforcing plate according to the present embodiment, the measurement result of the peel strength test will be described.
まず、ポリイミドのベースフィルムの片面に接着剤を介して銅箔が積層された銅張板を準備した。次いで、この銅張板にドライフィルムをラミネートした後、露光・現像を行った。これにより、所定のネガパターンのレジストを銅張板の上に形成した。次いで、このレジストをマスクとして銅張板の銅箔をエッチングし、配線パターンを形成した。そして、ポリイミドフィルムの片面に接着剤が塗工されたカバーフィルムを用意し、このカバーフィルムの所定の部分に開口部を形成した。次いで、開口部の設けられたカバーフィルムを、配線パターンを被覆するように積層した。この際、カバーフィルムの開口部がランド部などの露出させる必要のある部分に対応するようにカバーフィルムを積層した。以上の工程を経て、本実施例に係るFPC基板を製造した。次に、アルミ補強板の製造方法について説明する。 First, a copper-clad plate in which a copper foil was laminated on one side of a polyimide base film via an adhesive was prepared. Next, after laminating a dry film on the copper-clad plate, exposure and development were performed. Thus, a resist having a predetermined negative pattern was formed on the copper clad plate. Next, the copper foil of the copper-clad plate was etched using this resist as a mask to form a wiring pattern. And the cover film by which the adhesive agent was coated on the single side | surface of a polyimide film was prepared, and the opening part was formed in the predetermined part of this cover film. Subsequently, the cover film provided with the opening was laminated so as to cover the wiring pattern. At this time, the cover film was laminated so that the opening of the cover film corresponds to a portion that needs to be exposed, such as a land portion. Through the above steps, the FPC board according to this example was manufactured. Next, the manufacturing method of an aluminum reinforcement board is demonstrated.
まず、アルミ板を準備し、このアルミ板の表面に付着した油脂性の物質を除去した(脱脂処理)。次いで、アルミ板を水洗した後、アルカリ溶液中に浸漬し、アルミ板の表面に自然形成された酸化アルミニウム層を除去した(アルカリ脱脂処理)。次いで、アルミ板を水で洗浄した後、弱酸性(pH=5〜6程度)の酸化ジルコニウム化成液に浸漬した。酸化ジルコニウム化成液としては、リン酸無添加のジルコニウム化合物を使用することができる。このリン酸無添加のジルコニウム化合物は、例えば、フルオロジルコニウム酸(又はそのアンモニウム塩)に弗化水素酸を添加したものである。 First, an aluminum plate was prepared, and an oily substance adhering to the surface of the aluminum plate was removed (degreasing treatment). Next, the aluminum plate was washed with water and then immersed in an alkali solution to remove the aluminum oxide layer naturally formed on the surface of the aluminum plate (alkali degreasing treatment). Next, the aluminum plate was washed with water and then immersed in a weakly acidic (pH = about 5 to 6) zirconium oxide conversion solution. As the zirconium oxide conversion liquid, a zirconium compound without addition of phosphoric acid can be used. This zirconium compound without addition of phosphoric acid is, for example, one obtained by adding hydrofluoric acid to fluorozirconic acid (or its ammonium salt).
次いで、アルミ板を酸化ジルコニウム化成液中から引き上げ、水洗した後、オーブンで乾燥させる。ここまでの工程を経て、酸化ジルコニウムを含有する化成皮膜が表面に形成されたアルミ板が得られる。ここでは、化成皮膜に酸化シリコンを含有するものと、含有しないものとの2種類のサンプルを作製した。このようにした理由は、FPC基板の用途の中に、防錆効果を得るためにシリコンを含有することを要求するものがある一方で、シリコンを含有しないことを要求するものもあるためである。 Next, the aluminum plate is pulled up from the zirconium oxide chemical conversion solution, washed with water, and then dried in an oven. Through the steps so far, an aluminum plate having a chemical conversion film containing zirconium oxide formed on the surface is obtained. Here, two types of samples were prepared, one containing silicon oxide in the chemical conversion film and the other containing no silicon oxide. The reason for this is that some FPC board uses require that silicon be contained in order to obtain a rust-preventing effect, while others require no silicon. .
上記の化成処理後、アルミ板の表面に形成された化成皮膜の厚みを測定したところ、酸化シリコン含有の有無に関わらず、化成皮膜の厚みは5nmであった。 After the chemical conversion treatment, the thickness of the chemical conversion film formed on the surface of the aluminum plate was measured. The thickness of the chemical conversion film was 5 nm regardless of whether or not silicon oxide was contained.
化成処理を施したアルミ板と比較する為に、化成処理を行わないアルミ板(以下、「未処理アルミ板」という。)と、ベーマイト処理を行ったアルミ板(以下、「ベーマイト処理アルミ板」という。)とを用意した。なお、未処理アルミ板にも、前述の脱脂処理及びアルカリ脱脂処理は施した。また、ベーマイト処理は、80℃〜90℃程度の熱水によりアルミ板の表面を酸化する処理である。 For comparison with an aluminum plate that has been subjected to chemical conversion treatment, an aluminum plate that is not subjected to chemical conversion treatment (hereinafter referred to as “untreated aluminum plate”) and an aluminum plate that has been subjected to boehmite treatment (hereinafter referred to as “boehmite-treated aluminum plate”). And prepared. In addition, the above-mentioned degreasing process and alkali degreasing process were performed also to the untreated aluminum plate. The boehmite treatment is a treatment for oxidizing the surface of the aluminum plate with hot water of about 80 ° C. to 90 ° C.
これら比較用のアルミ板の表面に形成された酸化アルミニウム層の厚みを測定したところ、未処理アルミ板では6nmであり、ベーマイト処理アルミ板では238nmであった。 When the thickness of the aluminum oxide layer formed on the surface of these comparative aluminum plates was measured, it was 6 nm for the untreated aluminum plate and 238 nm for the boehmite treated aluminum plate.
なお、上記の化成皮膜及び酸化アルミニウム層の厚みは全て、走査型透過電子顕微鏡(Scanning Transmission Electron Microscope:STEM)により測定した値である。 The thicknesses of the chemical conversion film and the aluminum oxide layer are all values measured by a scanning transmission electron microscope (STEM).
その後、上記の4種類のアルミ板(酸化シリコン含有の化成処理アルミ板、酸化シリコン非含有の化成処理アルミ板、未処理アルミ板及びベーマイト処理アルミ板)を、それぞれ所定の形状に打ち抜き、FPC基板に貼り付けるためのアルミ補強板とした。 Thereafter, the above four types of aluminum plates (chemically treated aluminum plate containing silicon oxide, chemically treated aluminum plate not containing silicon oxide, untreated aluminum plate and boehmite treated aluminum plate) are each punched into a predetermined shape, and FPC board It was made into the aluminum reinforcement board for affixing on.
次に、上記のようにして作製されたFPC基板とアルミ補強板を、アクリル系接着剤を介して積層させた後、プレス処理(加圧・加熱処理)を行った。プレス処理は、クイック成形方式を採り、圧力:1MPa、温度:190℃、時間:5分の条件にて実施した。その後、アフターキュア処理(温度:180℃、時間:3時間)を行った。 Next, after the FPC substrate and the aluminum reinforcing plate produced as described above were laminated via an acrylic adhesive, press treatment (pressurization / heating treatment) was performed. The press treatment was performed using a quick molding method under the conditions of pressure: 1 MPa, temperature: 190 ° C., and time: 5 minutes. Thereafter, after-curing treatment (temperature: 180 ° C., time: 3 hours) was performed.
上記の工程を経て、上記の4種類のアルミ補強板をそれぞれ積層接着した、4種類の補強板付きFPC基板のサンプルが完成した。以下、便宜上、酸化ジルコニウム化成処理(酸化シリコン含有)したアルミ板を用いた補強板付きFPC基板をタイプA、酸化ジルコニウム化成処理(酸化シリコン非含有)したアルミ板を用いた補強板付きFPC基板をタイプB、未処理アルミ板を用いた補強板付きFPC基板をタイプC、ベーマイト処理アルミ板を用いた補強板付きFPC基板をタイプDという。 Through the above steps, four types of FPC board samples with reinforcing plates, each of which was laminated and bonded with the above four types of aluminum reinforcing plates, were completed. Hereinafter, for convenience, an FPC substrate with a reinforcing plate using an aluminum plate subjected to zirconium oxide conversion treatment (containing silicon oxide) is type A, and an FPC substrate with a reinforcing plate using an aluminum plate subjected to zirconium oxide conversion treatment (not containing silicon oxide). Type B, an FPC board with a reinforcing plate using an untreated aluminum plate is called Type C, and an FPC board with a reinforcing plate using a boehmite-treated aluminum plate is called Type D.
次に、これらの補強板付きFPC基板に対して実施した引き剥がし強度(ピール強度)の評価試験について説明する。 Next, an evaluation test of peel strength (peel strength) carried out on these FPC boards with reinforcing plates will be described.
引き剥がし強度の評価試験は、IPC規格(TM650 2.4.9.)に準拠して行った。測定温度は25℃、剥離速度は50(mm/分)とし、図4に示すように、補強板付きFPC基板のアルミ補強板を台に固定した状態で、引き剥がし角度90°(図4中真上の方向)でFPC基板を引っ張った。 The peel strength evaluation test was conducted in accordance with the IPC standard (TM650 2.4.9.). The measurement temperature is 25 ° C., the peeling speed is 50 (mm / min), and as shown in FIG. 4, the peeling angle is 90 ° (in FIG. 4) with the aluminum reinforcing plate of the FPC board with reinforcing plate fixed to the base. The FPC board was pulled in the direction directly above.
引き剥がし強度の試験結果を表1に示す。
表1中の“実装前”、“実装後”の条件について説明する。“実装前”は、熱履歴を経ない状態の補強板付きFPC基板を評価した結果を示す。一方、“実装後”は、FPC基板への部品の実装に伴う熱履歴と同等の熱処理を施した補強板付きFPC基板を評価した結果を示している。部品実装に伴う熱履歴として、はんだリフロー工程及びアンダーフィル工程を想定した。具体的には、はんだリフロー工程を想定して220℃,5分の熱処理を行った後、アンダーフィル工程を想定して165℃,30分の熱処理を行った。 The conditions “before mounting” and “after mounting” in Table 1 will be described. “Before mounting” indicates a result of evaluating an FPC board with a reinforcing plate that does not undergo thermal history. On the other hand, “after mounting” indicates a result of evaluating an FPC board with a reinforcing plate subjected to a heat treatment equivalent to a thermal history associated with mounting of components on the FPC board. A solder reflow process and an underfill process were assumed as thermal histories associated with component mounting. Specifically, after heat treatment at 220 ° C. for 5 minutes assuming a solder reflow process, heat treatment at 165 ° C. for 30 minutes was performed assuming an underfill process.
表1中の“乾燥(Dry)”と“湿潤(Soak)”の条件について説明する。 “乾燥(Dry)”は常温・常湿下で試験を行った場合を示し、“湿潤(Soak)”はサンプルを温水に浸漬(50℃、1時間)した後に試験を行った場合を示す。また、表1中の“平均”及び“σ”は、測定された引き剥がし強度の平均値及び標準偏差(σ)である。サンプル数は6個である(N=6)。 The conditions of “Dry” and “Soak” in Table 1 will be described. “Dry” indicates a case where the test is performed at normal temperature and normal humidity, and “Soak” indicates a case where the test is performed after the sample is immersed in warm water (50 ° C., 1 hour). “Average” and “σ” in Table 1 are the average value and standard deviation (σ) of the measured peel strength. The number of samples is 6 (N = 6).
表1中の“剥離界面”について説明する。この“剥離界面”は、引き剥がし試験後の剥離界面の状態を示す。剥離界面の状態は、アルミ補強板(Al)とアクリル系接着剤層(Adhesive)の界面(Al/Ad)での剥離、FPC基板のベースフィルムとアクリル系接着剤層の界面(FPC/Ad)での剥離、及び両者の混合(Mixture)の3種類のケースがある。図5は、引き剥がし試験後のアルミ補強板表面の状態を示している。図5(a)はAl/Ad界面で剥離が起こったケースを示し、図5(b)はFPC/Ad界面で剥離が起こったケースを示し、図5(c)は両方の界面で混合して剥離が起こったケースを示している。剥離は、接着強度が相対的に弱い界面において起こる。よって、剥離界面がAl/Adであれば、アルミ補強板とアクリル系接着剤層の界面の接着力が、FPC基板とアクリル系接着剤層の界面における接着力より相対的に低いことがわかる。一方、剥離界面がFPC/Adであれば、アルミ補強板とアクリル系接着剤層の界面の接着力が、FPC基板とアクリル系接着剤層の界面における接着力より相対的に高いことがわかる。 The “peeling interface” in Table 1 will be described. This “peeling interface” indicates the state of the peeling interface after the peeling test. The peeling interface state is peeling at the interface (Al / Ad) between the aluminum reinforcing plate (Al) and the acrylic adhesive layer (Adhesive), and the interface between the base film of the FPC board and the acrylic adhesive layer (FPC / Ad). There are three types of cases, namely, peeling at the same time and mixing of both. FIG. 5 shows the state of the aluminum reinforcing plate surface after the peeling test. Fig. 5 (a) shows the case where peeling occurred at the Al / Ad interface, Fig. 5 (b) shows the case where peeling occurred at the FPC / Ad interface, and Fig. 5 (c) shows a mixture at both interfaces. This shows the case where peeling occurred. Peeling occurs at the interface where the adhesive strength is relatively weak. Therefore, if the peeling interface is Al / Ad, it can be seen that the adhesive force at the interface between the aluminum reinforcing plate and the acrylic adhesive layer is relatively lower than the adhesive force at the interface between the FPC board and the acrylic adhesive layer. On the other hand, when the peeling interface is FPC / Ad, it can be seen that the adhesive force at the interface between the aluminum reinforcing plate and the acrylic adhesive layer is relatively higher than the adhesive force at the interface between the FPC substrate and the acrylic adhesive layer.
表1に示すように、酸化ジルコニウム化成処理を施したタイプA及びタイプBについては、“実装前”及び“実装後”共にピール強度の平均が高く、且つ、ばらつきも小さい。さらに、“実装後”においては“実装前”と比較してピール強度が向上している。これは、化成皮膜中の反応基(水酸基)とアクリル系接着剤層中の反応基(カルボキシル基,水酸基)との化学反応が部品実装を想定した熱処理によりさらに進み、架橋密度が高くなったためと考えられる。 As shown in Table 1, with regard to Type A and Type B subjected to the zirconium oxide chemical conversion treatment, the average peel strength is high both in “before mounting” and “after mounting”, and the variation is small. Furthermore, the peel strength is improved after “mounting” compared to “before mounting”. This is because the chemical reaction between the reactive group (hydroxyl group) in the chemical conversion film and the reactive group (carboxyl group, hydroxyl group) in the acrylic adhesive layer further progressed by heat treatment assuming component mounting, and the crosslink density increased. Conceivable.
さらに、酸化ジルコニウム化成処理を施したタイプA及びタイプBについては、湿潤環境下においてもピール強度は低下せず、常湿環境下と同程度のピール強度が得られた。これは、架橋を構成する化学結合の結合力が強く、この結合が湿潤環境下において接着界面へ浸入する水分の影響を受けないことに起因する。即ち、架橋を構成する結合は水分子の有する水酸基との反応性よりも強い結合力を有し、このため、タイプA及びタイプBの補強板付きFPC基板は湿潤環境下でも接着強度が低下しない。 Further, for type A and type B subjected to the zirconium oxide chemical conversion treatment, the peel strength did not decrease even in a wet environment, and a peel strength comparable to that in a normal humidity environment was obtained. This is because the bonding force of the chemical bond constituting the cross-linking is strong, and this bond is not affected by moisture entering the adhesive interface in a wet environment. That is, the bond constituting the crosslink has a stronger binding force than the reactivity with the hydroxyl group of the water molecule, and therefore, the adhesive strength of the FPC board with a reinforcing plate of type A and type B does not decrease even in a wet environment. .
一方、表1からわかるように、未処理アルミ板を使用したタイプCについてみると、“実装前”の状態において剥離界面はFPC/Ad界面又はmixtureである。しかし、“実装後”の状態においては、Al/Ad界面で剥離が起きており、アルミ補強板とアクリル系接着剤層との間の接着強度が低い。さらに、“実装後”状態の湿潤環境下では、平均ピール強度が352と、“実装前”の状態に比べて大幅に低下している。これは、アルミ補強板とアクリル系接着剤層との間の接着界面に水分子が浸入し、この水分子が接着強度を発揮する化学結合と反応することにより、架橋密度が減少したためと考えられる。 On the other hand, as can be seen from Table 1, regarding Type C using an untreated aluminum plate, the peeling interface is an FPC / Ad interface or a mixture in the “before mounting” state. However, in the “after mounting” state, peeling occurs at the Al / Ad interface, and the adhesive strength between the aluminum reinforcing plate and the acrylic adhesive layer is low. Further, the average peel strength is 352 in a wet environment in the “after mounting” state, which is significantly lower than that in the “before mounting” state. This is thought to be because water molecules penetrated into the adhesive interface between the aluminum reinforcing plate and the acrylic adhesive layer, and the water molecules reacted with chemical bonds that exerted adhesive strength, thereby reducing the crosslink density. .
また、ベーマイト処理アルミ板を使用したタイプDは、実装前の状態ではFPC/Ad界面で剥離が起きており、アルミ補強板とアクリル系接着剤層との間の接着強度は高い。しかし、表1に示すように、実装後の状態の湿潤環境下では、ピール強度の標準偏差σは123であり、バラツキが大きく不安定である。このことは、引き剥がし強度が小さいサンプルが多く、歩留まりが低下することを意味する。 In Type D using a boehmite-treated aluminum plate, peeling occurs at the FPC / Ad interface before mounting, and the adhesive strength between the aluminum reinforcing plate and the acrylic adhesive layer is high. However, as shown in Table 1, in the wet environment after mounting, the standard deviation σ of peel strength is 123, and the variation is large and unstable. This means that there are many samples with low peel strength, and the yield decreases.
上記のピール強度の評価結果からわかるように、酸化ジルコニウム化成処理を施したアルミ補強板を用いたタイプA及びタイプBの場合、酸化シリコンの含有に関わらず、いずれの条件(“実装前”、“実装後”、“乾燥”、“湿潤”)においても十分なピール強度を安定して得ることができた。これにより、本実施例によれば、実用上想定される環境下において十分な接着強度を発揮する補強板付きFPC基板が得られることが実証された。 As can be seen from the above evaluation results of peel strength, in the case of Type A and Type B using an aluminum reinforcing plate subjected to zirconium oxide conversion treatment, regardless of the inclusion of silicon oxide, any condition ("before mounting", A sufficient peel strength could be stably obtained even after “after mounting”, “dry”, and “wet”). Thereby, according to the present Example, it was demonstrated that the FPC board with a reinforcement board which exhibits sufficient adhesive strength in the environment assumed practically is obtained.
以上、本発明の実施形態及び実施例について説明した。上述のように、本発明の実施形態では、アルミニウムからなる金属板に化成処理を施し、その表面に酸化ジルコニウムを含有する化成皮膜を形成する。そして、アクリル系接着剤を介して、化成処理を施された金属板をFPC基板に接着する。その後、クイック成形方式による短時間のプレス処理及びアフターキュア処理を行う。これにより、酸化ジルコニウムを含有する化成皮膜表面の水酸基が、アクリル系接着剤中のカルボキシル基や水酸基と化学反応する結果、強固な結合が高密度に形成される。この結合は、化成皮膜とアクリル系接着剤層の界面を跨ぐ架橋を構成する。この結果、本発明によれば、クイック成形方式を採用した場合であっても、高い接着強度を得ることができる。 The embodiment and the example of the present invention have been described above. As described above, in the embodiment of the present invention, a chemical conversion treatment is performed on a metal plate made of aluminum, and a chemical conversion film containing zirconium oxide is formed on the surface thereof. Then, the metal plate that has been subjected to the chemical conversion treatment is bonded to the FPC board via an acrylic adhesive. Thereafter, a short press process and after-cure process are performed by a quick molding method. As a result, the hydroxyl groups on the surface of the chemical conversion film containing zirconium oxide chemically react with the carboxyl groups and hydroxyl groups in the acrylic adhesive, and as a result, strong bonds are formed at high density. This bond constitutes a bridge across the interface between the chemical conversion film and the acrylic adhesive layer. As a result, according to the present invention, high adhesive strength can be obtained even when the quick molding method is employed.
さらに、前述の架橋を構成する結合の結合力は強く、水分子の有する水酸基の影響を受けないため、湿潤環境下でも十分な接着性を確保することができる。つまり、本発明によれば、高い耐水接着性を得ることができる。 Furthermore, since the binding force of the bond constituting the above-described crosslinking is strong and is not affected by the hydroxyl group of the water molecule, sufficient adhesiveness can be ensured even in a wet environment. That is, according to the present invention, high water-resistant adhesion can be obtained.
また、本発明に係る化成処理は、6価クロムを用いるクロメート処理のように環境に悪影響を与える虞がなく、産業的に利用する上で問題がない。 Further, the chemical conversion treatment according to the present invention has no possibility of adversely affecting the environment unlike the chromate treatment using hexavalent chromium, and there is no problem in industrial use.
なお、上述の説明では、補強板付きFPC基板として、HDDに用いられるFPCユニットを例にしたが、本発明はこれに限るものではなく、任意の用途の補強板付きFPC基板に適用することができる。 In the above description, the FPC unit used in the HDD is taken as an example of the FPC board with a reinforcing plate. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to an FPC board with a reinforcing plate for any application. it can.
また、上記の説明では、補強板としてアルミニウム板を用いたが、本発明はこれに限らず、酸化ジルコニウム化成処理が可能な他の金属板を用いてもよい。 In the above description, an aluminum plate is used as the reinforcing plate. However, the present invention is not limited to this, and another metal plate capable of zirconium oxide conversion treatment may be used.
上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した実施形態に限定されるものではない。特許請求の範囲に規定された内容及びその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。 Based on the above description, those skilled in the art may be able to conceive additional effects and various modifications of the present invention, but the aspects of the present invention are not limited to the above-described embodiments. Various additions, modifications, and partial deletions can be made without departing from the concept and spirit of the present invention derived from the contents defined in the claims and equivalents thereof.
1 補強板付きFPC基板
2 FPC基板(片面FPC基板)
2’ 両面FPC基板
2a,2b 実装領域
2c 配線領域
21 ベースフィルム
22,22A,22B 配線パターン
22a,22b ランド部
23,23A,23B 接着剤層
24,24A,24B カバーフィルム
3 アクリル系接着剤層
4 アルミ補強板
4a 化成皮膜
100,200 補強板付きFPCユニット
101 プリアンプIC
102 半田材料
1 FPC board with reinforcing
2 'Double-
102 Solder material
Claims (6)
前記フレキシブルプリント回路基板を補強する金属板であって、前記フレキシブルプリント回路基板と対向する面に酸化ジルコニウムを含有する化成皮膜を有し、アクリル系接着剤層を介して前記ベースフィルム、又は前記配線パターンを絶縁被覆するカバーフィルムに接着された、金属板と、
を備えることを特徴とする補強板付きフレキシブルプリント回路基板。 A flexible printed circuit board having a base film and a wiring pattern formed on at least one surface of the base film;
A metal plate that reinforces the flexible printed circuit board, has a chemical conversion film containing zirconium oxide on a surface facing the flexible printed circuit board, and the base film or the wiring via an acrylic adhesive layer A metal plate adhered to a cover film that insulates the pattern;
A flexible printed circuit board with a reinforcing plate, comprising:
前記第1の実装領域及び/又は前記第2の実装領域における、前記ベースフィルムの裏面に形成された、アクリル系接着剤層と、
前記フレキシブルプリント回路基板と対向する面に酸化ジルコニウムを含有する化成皮膜を有し、前記アクリル系接着剤層を介して、前記ベースフィルムに接着された、アルミ補強板と、
を備えることを特徴とする補強板付きフレキシブルプリント回路基板。 Including a land portion formed on a surface of the base film, the first mounting region and the second mounting region, and the first mounting region and the second mounting region, the first mounting region and the first mounting region, A flexible printed circuit board comprising: a wiring region including a wiring electrically connecting the land portion of the mounting region and the land portion of the second mounting region;
An acrylic adhesive layer formed on the back surface of the base film in the first mounting region and / or the second mounting region;
An aluminum reinforcing plate having a chemical conversion film containing zirconium oxide on the surface facing the flexible printed circuit board, and being bonded to the base film via the acrylic adhesive layer;
A flexible printed circuit board with a reinforcing plate, comprising:
前記化成皮膜が形成された前記アルミ板を、フレキシブルプリント回路基板のプラスチックフィルム上に、アクリル系接着剤を介して、前記化成皮膜が前記アクリル系接着剤層と接するように積層することにより、前記アクリル系接着剤を介して、前記アルミ板と前記プラスチックフィルムとが積層された積層体を形成し、
前記積層体に対して、10分以下の加熱・加圧処理を行い、その後、前記積層体に対して加熱処理を行う、
ことを特徴とする補強板付きフレキシブルプリント回路基板の製造方法。 Form a chemical conversion film containing zirconium oxide on the surface of the aluminum plate,
The aluminum plate on which the chemical conversion film is formed is laminated on a plastic film of a flexible printed circuit board via an acrylic adhesive so that the chemical conversion film is in contact with the acrylic adhesive layer. Forming a laminate in which the aluminum plate and the plastic film are laminated through an acrylic adhesive,
The laminated body is heated / pressurized for 10 minutes or less, and then the laminated body is heated.
A method for producing a flexible printed circuit board with a reinforcing plate.
前記化成皮膜は、フルオロジルコニウム酸又はフルオロジルコニウム酸のアンモニウム塩に弗化水素酸を添加した、リン酸無添加の酸化ジルコニウム化成液に前記アルミ板を浸漬することにより形成する、
ことを特徴とする補強板付きフレキシブルプリント回路基板の製造方法。 It is a manufacturing method of the flexible printed circuit board with a reinforcement board according to claim 5,
The chemical conversion film is formed by immersing the aluminum plate in a zirconium oxide chemical conversion solution in which hydrofluoric acid is added to fluorozirconic acid or an ammonium salt of fluorozirconic acid and phosphoric acid is not added.
A method for producing a flexible printed circuit board with a reinforcing plate.
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