JP5668854B2 - フレキシブル多層基板 - Google Patents
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Description
本発明は、フレキシブル多層基板に関するものである。
たとえば、携帯電話、デジタルカメラなどに「フレキシブル多層基板」と呼ばれるものが使用される場合がある。フレキシブル多層基板は、少なくともフレキシブル部を備えている。フレキシブル多層基板は、リジッド部とフレキシブル部との両方を備える場合もある。このようにリジッド部とフレキシブル部との両方を備えるフレキシブル多層基板は、「リジッド−フレキシブル多層基板」とも呼ばれる。フレキシブル多層基板のフレキシブル部は、軟らかい絶縁層を1層以上積層して形成される。軟らかい絶縁層としては樹脂層が用いられる。
フレキシブル多層基板は、何らかの装置の内部で、使用時に曲げが生じる部分に用いられる場合がある。また、使用時に動かない部分であっても、組立時に曲げられて取り付ける必要があるような部分で用いられる場合がある。
フレキシブル多層基板のフレキシブル部の内部に配線などの導体パターンが配置される場合がある。フレキシブル多層基板の一例が特開平8−330683号公報(特許文献1)に記載されている。この文献に示されたフレキシブル多層基板は、リジッド−フレキシブル多層基板である。この文献に示された例では、フレキシブル部はポリイミド製のフィルムで形成されている。フレキシブル部の内部にも配線としての導体パターンすなわち銅箔パターンが敷設されている。導体パターンは、通常、金属パターンによって形成される。樹脂層の表面に金属パターンを配置し、樹脂層を1層以上積層することによってフレキシブル部を形成する場合がある。
近年、フレキシブル多層基板のフレキシブル部において配置される導体パターンの数を増やすことが望まれている。しかし、フレキシブル部は使用時に曲げられる箇所であり、樹脂層自体と導体パターンとでは曲がりやすさが異なるので、フレキシブル部の内部にあまりに多くの導体パターンを設けると、フレキシブル部が曲げられた際に導体パターン同士が接触するなどして短絡が生じるおそれがある。
そこで、本発明は、フレキシブル部の内部に多くの導体パターンを設けた場合でも、曲げ変形時に導体パターン同士が接触して短絡が生じる確率を低減することができるようなフレキシブル多層基板を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に基づくフレキシブル多層基板は、積層された複数の樹脂層を含み、長手方向に延在し、フレキシブル部となる積層体を備え、上記積層体は、使用時に上記長手方向の両端を互いに近づける向きに折り曲げられることによって内側となる表面である最内側表面と外側となる表面である最外側表面とを有し、上記積層体の内部において上記複数の樹脂層のうちの1以上の樹脂層の表面に分布するように複数の導体パターンが配置されており、上記積層体の厚み方向の中心面より上記最内側表面側の部分を第1部分と呼び、上記中心面より上記最外側表面側の部分を第2部分と呼ぶものとすると、上記複数の樹脂層の全ての中で、同一面内に配置された上記導体パターン同士の上記長手方向に沿った間隙が最小となった箇所は、上記第2部分に位置する。
本発明によれば、同一面内に配置された導体パターン同士の長手方向に沿った間隙が最小となった箇所は、積層体が曲げられたときに曲げの外側となる第2部分に位置するので、曲げ変形時に導体パターン同士が接触して短絡が生じる確率を低減することができる。
フレキシブル多層基板を得るためには、たとえば、一方の面に銅箔が貼り付けられた樹脂シート(以下「銅箔付き樹脂シート」という。)を用意し、その銅箔をパターニングし、樹脂シートから必要形状を切り出し、これを樹脂層として複数枚集めて積層することが考えられる。あるいは、銅箔をパターニングした後に積層し、その後で積層体ごと切断することによって必要形状の積層体を切り出すことも考えられる。
市販の銅箔付き樹脂シートにおいては、銅箔と樹脂層との密着力を上げるために、一般的に、銅箔と樹脂層とが互いに張り合わせられている面は表面粗さが大きくなっている。
(実施の形態1)
図1を参照して、本発明に基づく実施の形態1におけるフレキシブル多層基板について説明する。図1に示すように、本実施の形態におけるフレキシブル多層基板101は、積層された複数の樹脂層2を含み、長手方向91に延在し、フレキシブル部となる積層体20を備える。図1に示した例では両端を除いた部分をフレキシブル部とみなしているが、全体をフレキシブル部とみなしてもよい。積層体20は、使用時に長手方向91の両端を互いに近づける向きすなわち矢印93の向きに折り曲げられることによって内側となる表面である最内側表面21と外側となる表面である最外側表面22とを有する。積層体20の内部において複数の樹脂層2のうちの1以上の樹脂層2の表面に分布するように複数の導体パターン8が配置されている。積層体20の厚み方向92の中心面3より最内側表面21側の部分を「第1部分」51と呼び、中心面3より最外側表面22側の部分を「第2部分」52と呼ぶものとする。複数の樹脂層2の全ての中で、同一面内に配置された導体パターン8同士の長手方向91に沿った間隙23が最小となった箇所24は、第2部分52に位置する。ここでいう「同一面内」とは、同一の樹脂層2の同一の表面という意味である。
図1を参照して、本発明に基づく実施の形態1におけるフレキシブル多層基板について説明する。図1に示すように、本実施の形態におけるフレキシブル多層基板101は、積層された複数の樹脂層2を含み、長手方向91に延在し、フレキシブル部となる積層体20を備える。図1に示した例では両端を除いた部分をフレキシブル部とみなしているが、全体をフレキシブル部とみなしてもよい。積層体20は、使用時に長手方向91の両端を互いに近づける向きすなわち矢印93の向きに折り曲げられることによって内側となる表面である最内側表面21と外側となる表面である最外側表面22とを有する。積層体20の内部において複数の樹脂層2のうちの1以上の樹脂層2の表面に分布するように複数の導体パターン8が配置されている。積層体20の厚み方向92の中心面3より最内側表面21側の部分を「第1部分」51と呼び、中心面3より最外側表面22側の部分を「第2部分」52と呼ぶものとする。複数の樹脂層2の全ての中で、同一面内に配置された導体パターン8同士の長手方向91に沿った間隙23が最小となった箇所24は、第2部分52に位置する。ここでいう「同一面内」とは、同一の樹脂層2の同一の表面という意味である。
なお、図1では、あるひとつの断面で切ったところを示して表示しているに過ぎないが、フレキシブル部となる積層体20の内部にある個々の導体パターン8は、平面的に見て、複雑な形状をしていてもよい。以下の実施の形態においても同様である。
本実施の形態において、同一面内に配置された導体パターン8同士の長手方向91に沿った間隙23が最小となった箇所24は、1つの断面内における最小の箇所という意味ではなく、同一面内に配置された導体パターン8同士の長手方向91に沿った間隙23が、3次元的に考えた積層体20の内部全体で最も小さくなっている箇所という意味である。そのような箇所が、第2部分52に位置するものである。
図1に示した例では、フレキシブル部以外の部分において導体パターン7が配置され、導体パターン7同士を厚み方向に電気的に接続するビア導体6が設けられている。これはあくまで説明の便宜のために簡素化して表示した一例に過ぎず、図1に示した例において、複数の導体パターン8同士の間においても、ビア導体(図示せず)によって厚み方向に電気的に接続されていてもよい。以下の実施の形態においても同様である。
本実施の形態では、複数の樹脂層2の全ての中で、同一面内に配置された導体パターン8同士の長手方向91に沿った間隙23が最小となった箇所24は、第2部分52に位置する。すなわち、曲げたときに最も短絡が生じやすい箇所が第2部分52に位置する。第2部分52は曲げたときに引張状態となる部分であるので、箇所24においては圧縮状態ではなく引張状態となり、短絡の発生を避けることができる。
図1に示した例では、第2部分52にのみ導体パターン8が分布して第1部分51に導体パターン8がなかったが、図2に示すように第1部分51、第2部分52の両方に導体パターン8があってもよい。その場合も、長手方向91に沿った間隙が最小となった箇所24が第2部分52にあればよい。
図3に示すように、長手方向91に沿った間隙が最小となった箇所24は複数存在していてもよい。
本実施の形態の考え方に基づいて導体パターン8の配置を決定することにより、フレキシブル部の内部に多くの導体パターン8を設けた場合でも、曲げ変形時に導体パターン8同士が接触して短絡が生じる確率を低減することができるようなフレキシブル多層基板とすることができる。
(実施の形態2)
一般的に、市販の銅箔付き樹脂シートの樹脂層は、延伸して作製される。樹脂層を薄くするためには、延伸度を上げる必要がある。延伸度を上げると、樹脂層の結晶化度が上がり、樹脂層の破壊強度が上がる。
一般的に、市販の銅箔付き樹脂シートの樹脂層は、延伸して作製される。樹脂層を薄くするためには、延伸度を上げる必要がある。延伸度を上げると、樹脂層の結晶化度が上がり、樹脂層の破壊強度が上がる。
銅箔付き樹脂シートの樹脂シートがLCP(液晶ポリマー)樹脂で形成されている場合、スキン層が最外層に存在する。シート厚が薄くなると、スキン層より内側にあるコア層が延伸され、最外層にあるスキン層は延伸されにくいため、樹脂シート内でスキン層の厚みが占める割合が大きくなる。スキン層が占める割合が大きくなれば破壊強度が上がる。LCP樹脂の場合、スキン層の割合が大きくなることによっても、破壊強度が上がる。すなわち、単純に延伸することによって結晶化度が高くなり、その結果として破壊強度が上がる場合と、延伸することによって元々結晶化度の高いスキン層の割合がコア層よりも高くなり、その結果として破壊強度が上がる場合とがあるが、LCP樹脂の場合は後者である。
樹脂シートから切り出した樹脂層を積層して積層体を形成することを考えれば、複数層を積層して得られる積層体の総厚みが同じであっても薄い樹脂層が曲げの外側にあった方が曲げ外側部分におけるスキン層の厚みが占める割合が大きくなるので、曲げ外側部分における引張に対する破壊強度が上がることとなる。
通常、樹脂は圧縮には強いが引張には弱いとされているから、引張状態となる曲げ外側部分の破壊強度を上げることが望ましい。上述のような通常の樹脂層とLCP樹脂による樹脂層とのいずれであっても、薄い樹脂層が曲げの外側にあった方が全体としての破壊強度が上がることとなる。
本発明に基づく実施の形態2では、以上のことを考慮した構成を示す。
図4、図5を参照して、本発明に基づく実施の形態2におけるフレキシブル多層基板について説明する。本実施の形態におけるフレキシブル多層基板102は、基本的に実施の形態1で説明した構成を備えているが、さらに以下の構成を備える。本実施の形態におけるフレキシブル多層基板102においては、複数の樹脂層2は、第1の厚みの樹脂層2aと第1の厚みより厚い第2の厚みの樹脂層2bとを含む。第1の厚みの樹脂層2aは、積層体20に含まれる複数の樹脂層2のうちでは最も最外側表面22寄りに配置されている。さらに、積層体20の内部で、全ての第2の厚みの樹脂層2bは、全ての第1の厚みの樹脂層2aよりも最内側表面21寄りに配置されている。図4、図5に示す例では、厚みが薄い第1の樹脂層2aは、曲げたときに最も外側となるように配置されている。
図4、図5を参照して、本発明に基づく実施の形態2におけるフレキシブル多層基板について説明する。本実施の形態におけるフレキシブル多層基板102は、基本的に実施の形態1で説明した構成を備えているが、さらに以下の構成を備える。本実施の形態におけるフレキシブル多層基板102においては、複数の樹脂層2は、第1の厚みの樹脂層2aと第1の厚みより厚い第2の厚みの樹脂層2bとを含む。第1の厚みの樹脂層2aは、積層体20に含まれる複数の樹脂層2のうちでは最も最外側表面22寄りに配置されている。さらに、積層体20の内部で、全ての第2の厚みの樹脂層2bは、全ての第1の厚みの樹脂層2aよりも最内側表面21寄りに配置されている。図4、図5に示す例では、厚みが薄い第1の樹脂層2aは、曲げたときに最も外側となるように配置されている。
図4では、積層体20に第2の厚みの樹脂層2bが複数層含まれているが、図5に示すように、積層体20に含まれる第2の厚みの樹脂層2bは1層のみであってもよい。
本実施の形態においても、実施の形態1で述べたような効果を得ることができる。さらに、本実施の形態では、曲げの内側に比べて外側には、樹脂シートが延伸して厚みが薄くなった樹脂層が偏在することとなるので、全体としての破壊強度を上げることができる。
(実施の形態3)
図6を参照して、本発明に基づく実施の形態3におけるフレキシブル多層基板について説明する。本実施の形態におけるフレキシブル多層基板103は、基本的に実施の形態1で説明した構成を備えているが、さらに以下の構成を備える。本実施の形態におけるフレキシブル多層基板103においては、第1部分51および第2部分52には、それぞれ2以上の異なる層に配置された導体パターン8が分布しており、第1部分51においては、第2部分52に比べて、厚み方向92に関する導体パターン8同士の距離が長くなっている。
図6を参照して、本発明に基づく実施の形態3におけるフレキシブル多層基板について説明する。本実施の形態におけるフレキシブル多層基板103は、基本的に実施の形態1で説明した構成を備えているが、さらに以下の構成を備える。本実施の形態におけるフレキシブル多層基板103においては、第1部分51および第2部分52には、それぞれ2以上の異なる層に配置された導体パターン8が分布しており、第1部分51においては、第2部分52に比べて、厚み方向92に関する導体パターン8同士の距離が長くなっている。
本実施の形態においても、実施の形態1で述べたような効果を得ることができる。さらに、本実施の形態では、曲げられたときに内側となり圧縮状態となる第1部分51においては、同じく外側となる第2部分52に比べて、厚み方向92に関する導体パターン8同士の距離が長くなっているので、厚み方向92で離隔する導体パターン8同士についても曲げ変形時に接触して短絡が生じる確率を低減することができるようなフレキシブル多層基板とすることができる。
(実施の形態4)
図7を参照して、本発明に基づく実施の形態4におけるフレキシブル多層基板について説明する。本実施の形態におけるフレキシブル多層基板104は、基本的に実施の形態1で説明した構成を備えているが、さらに以下の構成を備える。本実施の形態におけるフレキシブル多層基板104においては、第1部分51および第2部分52には、それぞれ1以上の導体パターン8が分布しており、第2部分52には、第1部分51にあるいずれの導体パターン8よりも厚い導体パターン8xが配置されている。
図7を参照して、本発明に基づく実施の形態4におけるフレキシブル多層基板について説明する。本実施の形態におけるフレキシブル多層基板104は、基本的に実施の形態1で説明した構成を備えているが、さらに以下の構成を備える。本実施の形態におけるフレキシブル多層基板104においては、第1部分51および第2部分52には、それぞれ1以上の導体パターン8が分布しており、第2部分52には、第1部分51にあるいずれの導体パターン8よりも厚い導体パターン8xが配置されている。
図7に示した例では、導体パターン8xは他の導体パターン8に比べて最も最外側表面22寄りにあるが、図8のように導体パターン8xが必ずしも最も最外側表面22寄りでない位置にあってもよい。ただし、導体パターン8xは第2部分52の内部に位置している。
本実施の形態においても、実施の形態1で述べたような効果を得ることができる。さらに、本実施の形態では、曲げたときに外側となる第2部分52の内部に、他の導体パターン8より厚い導体パターン8xを含んでいるので、この導体パターン8xによって積層体20全体の剛性が上がる。導体パターンは厚みを増せば剛性が上がるからである。積層体20全体の剛性が上がれば、過剰な曲げ変形を起こしにくくなるので、曲げ変形時に導体パターン8同士が接触して短絡が生じる確率を低減することができるようなフレキシブル多層基板とすることができる。
なお、上記各実施の形態においては、第2部分52にある導体パターン8の密度が、第1部分51にある導体パターン8の密度より多いことが好ましい。たとえば少なくとも図2、図3、図4、図5、図6に示した例は、この条件を満たしている。積層体20が曲げられたときに曲げの外側部分となる第2部分52に導体パターン8が高密度で配置されているということは、第2部分52の剛性がそれだけ増し、積層体20全体の剛性が上がるからである。
言い換えれば、必要な導体パターン8は、積層体20が曲げられたときに曲げの外側部分となる第2部分52になるべく密に偏在させ、積層体20が曲げられたときに曲げの内側部分となる第1部分51にはなるべく疎に偏在させるという形が好ましい。積層体20を曲げた際に第2部分52では引張状態となるのに対して第1部分51では圧縮状態となるのであるから、第1部分51では導体パターン8がなるべく疎であった方が短絡が生じにくいからである。
ここでいう導体パターン8の「密度」とは、1つの断面図に現れる導体パターン8の見かけ上の密度をいうのではなく、3次元的に考えたときの積層体20の内部に配置されている導体パターン8の密度を意味する。
なお、上記各実施の形態においては、第2部分52にある導体パターン8の数が、第1部分51にある導体パターン8の数より多いことが好ましい。積層体20が曲げられたときに曲げの外側部分となる第2部分52に導体パターン8が数多く配置されているということは、第2部分52の剛性がそれだけ増し、積層体20全体の剛性が上がるからである。
なお、上記各実施の形態では、積層体20がフレキシブル多層基板の途中の一部分である例を示したが、フレキシブル多層基板の全体が積層体20であってもよい。
上記各実施の形態では、積層体20に含まれる樹脂層2の数を5から7として例を示してきたが、積層体20に含まれる樹脂層2の数は、より多くてもよく、より少なくてもよい。
(製造方法)
なお、上記各実施の形態に共通する事項として、本発明の適用対象となるフレキシブル多層基板の製造方法の一例について、以下に図9〜図14を参照して説明する。
なお、上記各実施の形態に共通する事項として、本発明の適用対象となるフレキシブル多層基板の製造方法の一例について、以下に図9〜図14を参照して説明する。
まず、図9に示すような導体箔付き樹脂シート12を用意する。導体箔付き樹脂シート12は、樹脂層2の片面に導体箔17が付着した構造のシートである。樹脂層2は、たとえば熱可塑性樹脂であるLCP(液晶ポリマー)からなるものである。樹脂層2の材料としては、LCPの他に、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、PEI(ポリエーテルイミド)、PPS(ポニフェニレンスルファイド)、PI(ポリイミド)などであってもよい。導体箔17は、たとえばCuからなる厚さ18μmの箔である。なお、導体箔17の材料はCu以外にAg、Al、SUS、Ni、Auであってもよく、これらの金属のうちから選択された2以上の異なる金属の合金であってもよい。本実施の形態では、導体箔17は厚さ18μmとしたが、導体箔17の厚みは3μm以上40μm以下程度であってよい。導体箔17は、回路形成が可能な厚みであればよい。
導体箔付き樹脂シート12を用意する際には、複数枚の導体箔付き樹脂シート12を用意してもよく、1枚の導体箔付き樹脂シート12の中に、のちに複数の樹脂シートとして個別に切り出されるべき領域が設定されたものを用意してもよい。
次に、図10に示すように、導体箔付き樹脂シート12の樹脂層2側の表面に炭酸ガスレーザ光を照射することによって樹脂層2を貫通するようにビア孔11を形成する。ビア孔11は、樹脂層2を貫通しているが導体箔17は貫通していない。その後、ビア孔11のスミア(図示せず)を除去する。ここではビア孔11を形成するために炭酸ガスレーザ光を用いたが、他の種類のレーザ光を用いてもよい。また、ビア孔11を形成するためにレーザ光照射以外の方法を採用してもよい。ビア孔11はのちにビア導体を形成するためのものである。
次に、図11に示すように、導体箔付き樹脂シート12の導体箔17の表面に、スクリーン印刷などの方法で、所望の回路パターンに対応するレジストパターン13を印刷する。
次に、レジストパターン13をマスクとしてエッチングを行ない、図12に示すように、導体箔17のうちレジストパターン13で被覆されていない部分を除去する。導体箔17のうち、このエッチングの後に残った部分が導体パターン7または導体パターン8となる。その後、図13に示すように、レジストパターン13を除去する。こうして樹脂層2の一方の表面に所望の導体パターン7,8が得られる。
次に、図14に示すように、ビア孔11に、スクリーン印刷などにより導電性ペーストを充填する。スクリーン印刷は、図14における下側の面から行なわれる。図13および図14では説明の便宜上、ビア孔11が下方を向いた姿勢で表示しているが、実際には適宜姿勢を変えてスクリーン印刷を行なってよい。充填する導電性ペーストは上述したように銀を主成分とするものであってもよいが、その代わりにたとえば銅を主成分とするものであってもよい。この導電性ペーストは、のちに積層した樹脂層を熱圧着する際の温度で、導体パターン7の材料である金属との間で合金層を形成するような金属粉を適量含むものであることが好ましい。この導電性ペーストは導電性を発揮するための主成分として銅すなわちCuを含む。この導電性ペーストはAg,Cu,Niのうち少なくとも1種類と、Sn,Bi,Znのうち少なくとも1種類とを含むことが好ましい。こうして図14に示すようにビア導体6が形成される。
図14に示したような樹脂層2を積層し、熱圧着することによって、図1に示すようなフレキシブル多層基板101が得られる。他の実施の形態で示したフレキシブル多層基板についても、導体パターン8の配置や厚みを適宜変更することによって同様に得ることができる。
リジッド−フレキシブル多層基板とする場合、リジッド部とフレキシブル部とで樹脂層の層数を変えてもよい。その場合、一旦同じ層数で積層した後で不要部を除去することとしてもよい。
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
本発明は、フレキシブル多層基板に利用することができる。
2 樹脂層、3 中心面、6 ビア導体、7,8,8x 導体パターン、11 ビア孔、12 導体箔付き樹脂シート、13 レジストパターン、17 導体箔、51 第1部分、52 第2部分、20 積層体、21 最内側表面、22 最外側表面、23 間隙、24 (間隙が最小である)箇所、91 長手方向、92 厚み方向、93 矢印、101,102,103,104 フレキシブル多層基板。
Claims (6)
- 積層された複数の樹脂層(2)を含み、長手方向(91)に延在し、フレキシブル部となる積層体(20)を備え、
前記積層体は、使用時に前記長手方向の両端を互いに近づける向きに折り曲げられることによって内側となる表面である最内側表面(21)と外側となる表面である最外側表面(22)とを有し、
前記積層体の内部において前記複数の樹脂層のうちの1以上の樹脂層の表面に分布するように複数の導体パターン(8,8x)が配置されており、
前記積層体の厚み方向(92)の中心面(3)より前記最内側表面側の部分を第1部分(51)と呼び、前記中心面より前記最外側表面側の部分を第2部分(52)と呼ぶものとすると、
前記複数の樹脂層の全ての中で、同一面内に配置された前記導体パターン同士の前記長手方向に沿った間隙(23)が最小となった箇所は、前記第2部分に位置し、前記複数の樹脂層は、第1の厚みの樹脂層(2a)と前記第1の厚みより厚い第2の厚みの樹脂層(2b)とを含み、前記第1の厚みの樹脂層は、前記複数の樹脂層のうちでは最も前記最外側表面寄りに配置されている、フレキシブル多層基板。 - 前記積層体の内部で、全ての前記第2の厚みの樹脂層は、全ての前記第1の厚みの樹脂層よりも前記最内側表面寄りに配置されている、請求項1に記載のフレキシブル多層基板。
- 前記第1部分および前記第2部分には、それぞれ2以上の異なる層に配置された前記導体パターンが分布しており、
前記第1部分においては、前記第2部分に比べて、厚み方向に関する前記導体パターン同士の距離が長くなっている、請求項1に記載のフレキシブル多層基板。 - 前記第1部分および前記第2部分には、それぞれ1以上の前記導体パターンが分布しており、
前記第2部分には、前記第1部分にあるいずれの前記導体パターンよりも厚い導体パターン(8x)が配置されている、請求項1に記載のフレキシブル多層基板。 - 前記第2部分にある前記導体パターンの密度が、前記第1部分にある前記導体パターンの密度より多い、請求項1に記載のフレキシブル多層基板。
- 前記第2部分にある前記導体パターンの数が、前記第1部分にある前記導体パターンの数より多い、請求項1に記載のフレキシブル多層基板。
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