JP5668854B2 - フレキシブル多層基板 - Google Patents

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。

特開平８−３３０６８３号公報

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。

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の断面図である。 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の第１の変形例の部分断面図である。 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の第２の変形例の部分断面図である。 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の部分断面図である。 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の変形例の部分断面図である。 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の部分断面図である。 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の部分断面図である。 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の変形例の部分断面図である。 本発明に基づくフレキシブル多層基板の製造方法の第１の説明図である。 本発明に基づくフレキシブル多層基板の製造方法の第２の説明図である。 本発明に基づくフレキシブル多層基板の製造方法の第３の説明図である。 本発明に基づくフレキシブル多層基板の製造方法の第４の説明図である。 本発明に基づくフレキシブル多層基板の製造方法の第５の説明図である。 本発明に基づくフレキシブル多層基板の製造方法の第６の説明図である。

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。

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。

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。

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。

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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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