JP5715237B2

JP5715237B2 - フレキシブル多層基板

Info

Publication number: JP5715237B2
Application number: JP2013504616A
Authority: JP
Inventors: 酒井　範夫; 範夫酒井; 喜人大坪; 近藤　宏司; 宏司近藤
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd; Denso Corp
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd; Denso Corp
Priority date: 2011-03-14
Filing date: 2012-02-14
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2032-02-14
Also published as: JPWO2012124421A1; WO2012124421A1

Description

本発明は、熱可塑性樹脂からなる樹脂シートが積層され構成されているフレキシブル多層基板に関する。

従来のフレキシブル多層基板として、例えば特許文献１に記載の多層基板が知られている。以下に図４を参照しながら、特許文献１に記載の多層基板について説明する。図４は多層基板を示す断面図である。

多層基板１０１は、樹脂フィルム１０３が積層され構成されている絶縁性の樹脂基板１０２に、導体パターン１０６が多層に配置されている。導体パターン１０６は、樹脂基板１０２の表面に露出するランドもしくは底面電極としての表面導体パターン１０５と、樹脂基板１０２の内部に配置される内部導体パターン１０４によって構成されている。表面導体パターン１０５の厚さは、内部導体パターン１０４の厚さより厚くなっている。また、表面導体パターン１０５の樹脂基板１０２に接する面の表面粗さは、内部導体パターン１０４の表面粗さより大きく設定されている。なお、導体パターン１０６は、ビアホール１０７によって適宜電気的に接続されている。

特開２００６−３４４８２８号公報

多層基板１０１をマザー基板に実装する際、また多層基板１０１の上面の表面導体パターン１０５に別の部品を実装する際、表面導体パターン１０５と樹脂基板１０２間の固着強度が弱いため、表面導体パターン１０５と樹脂基板１０２の間に剥がれの生じる可能性がある。表面に露出している表面導体パターン１０５と樹脂基板１０２の固着強度を上げる手段として、表面導体パターン１０５の樹脂基板１０２に接する面の表面粗さを大きくする方法がある。

一方で、携帯電話等の電気機器の小型化、薄型化に伴い、多層基板１０１の低背化を進めようとすると、樹脂基板１０２を薄くする必要がある。樹脂基板１０２を薄くするには、樹脂基板１０２を構成する樹脂フィルム１０３を薄くする必要がある。しかし、薄い樹脂フィルム１０３に形成された表面導体パターン１０５の表面粗さを大きくすると、表面導体パターン１０５と隣接する内部導体パターン１０４との距離が短くなるため、ショート不良を引き起こす可能性がある。

本発明はこれらの状況を鑑み、樹脂基板の上面及び底面に形成された表面導体パターンの樹脂基板に接する面の表面粗さを大きくするとともに、樹脂基板最外層の樹脂フィルムの厚さを内層の樹脂フィルムの厚さに比べて厚くする。その結果、表面導体パターンと樹脂基板の固着強度に優れるとともに、ショート不良の発生が抑制されたフレキシブル多層基板を提供しようとするものである。

本発明に係るフレキシブル多層基板は、熱可塑性樹脂からなる複数枚の樹脂フィルムが積層されてなる絶縁基材と、前記絶縁基材中に前記樹脂フィルムの一部に沿って形成された内部導体と、前記複数の樹脂フィルムのうち、最外層の樹脂フィルムの少なくとも一方に形成され、電子部品またはマザー基板が接続される表面導体とを備え、前記絶縁基材と前記内部導体と前記表面導体とが熱圧着により一体化されたフレキシブル多層基板であって、前記表面導体が形成された樹脂フィルムの厚みのみが、最外層ではない内層の樹脂フィルムの厚みより厚く、前記表面導体の樹脂フィルムと接する面の表面粗さは、前記内部導体のいずれの面の表面粗さより大きいことを特徴としている。

表面導体の樹脂フィルムと接する面の表面粗さが大きくなるため、表面導体と最外層の樹脂フィルム間の固着強度が上がる。その結果、フレキシブル多層基板とマザー基板間、またフレキシブル多層基板と別の部品間の接続信頼性が向上する。

また、表面導体が形成された樹脂フィルムの厚みが内層の樹脂フィルムの厚みより厚いため、表面導体の表面粗さを大きくしても、表面導体と隣接する内部導体間で必要な距離が保たれる。その結果、ショート不良の発生を抑制できる。

また、本発明にかかるフレキシブル多層基板は、好ましくは、前記内部導体と前記表面導体の厚みは実質的に同じであることを特徴としている。

この場合、内部導体と表面導体の材料として、厚みの異なるものを複数種用意する必要がない。

本発明によれば、表面導体の樹脂フィルムと接する面の表面粗さが大きくなるため、表面導体と最外層の樹脂フィルム間の固着強度が上がる。その結果、フレキシブル多層基板とマザー基板間、またフレキシブル多層基板と別の部品間の接続信頼性が向上する。また、表面導体が形成された樹脂フィルムの厚みが内層の樹脂フィルムの厚みより厚いため、表面導体の表面粗さを大きくしても、表面導体と隣接する内部導体との間で必要な距離が保たれる。その結果、ショート不良の発生を抑制できる。

本発明の実施形態に係るフレキシブル多層基板の断面図である。本発明の実施形態に係るフレキシブル多層基板の製造工程を示す断面図である。図２に続く製造工程を示す断面図である。従来の多層基板の断面状態を示す断面図である。

以下に、本発明の実施形態に係るフレキシブル多層基板について、図１を参照して説明する。

フレキシブル多層基板１は、絶縁基材１０と内部導体４、表面導体５及びビア導体６を備えて構成されている。

絶縁基材１０は、熱可塑性樹脂からなる樹脂フィルム２と樹脂フィルム３が積層され構成されている。樹脂フィルム２は、絶縁基材１０の内層部分に配置され、樹脂フィルム３は、絶縁基材１０の最外層に配置されている。樹脂フィルム３の厚みは、樹脂フィルム２の厚みより大きく、この実施例で例示する樹脂フィルム３の厚みは５０μｍのフィルムである。一方、樹脂フィルム２の厚みは２５μｍである。つまり、絶縁基材１０は、内層に配置されている樹脂フィルム２を、樹脂フィルム２より厚みの大きい樹脂フィルム３で挟み込むように構成されている。

内部導体４は、絶縁基材１０の内部に樹脂フィルム２に沿って形成されている導体である。表面導体５は、絶縁基材１０の表面及び底面に形成されており、表面に形成された表面導体５はチップコンデンサやＩＣチップ等の他の部品を実装するためのランド等として、底面に形成された表面導体５はマザー基板に面実装するための底面電極等としての役割を果たす導体である。ここではランドと底面電極共に表面導体５として説明する。なお、内部導体４と表面導体５の厚みは同じである。ここでは、厚み１２μｍのものを例示する。

表面導体５の樹脂フィルム３と接する面の表面粗さは、内部導体４の表面粗さよりも大きくなっている。ここでは、表面導体５の表面粗さをＲａ＝３μｍ、Ｒｚ＝１５μｍ、内部導体４の表面粗さをＲａ＝１μｍ、Ｒｚ＝５μｍのものを例示する。なお、表面粗さは接触式表面粗さ計を用いて測定した。表面粗さＲａ、Ｒｚとは、ＪＩＳＢ０６０１−２００１『表面粗さの定義と表示』に規定されたものであり、Ｒａは「算術平均粗さ」、Ｒｚは「最大高さ」である。

内部導体４と表面導体５は、樹脂フィルム２および樹脂フィルム３の片面に貼り合わされた銅箔を加工して形成される。内部導体４と表面導体５の表面粗さの大きさは、この銅箔に施す粗化めっきの工程条件を変えることで違いを出すことができる。例えば、製箔後に銅めっきを施す際に使用するめっき液の選定や、銅箔をめっき液に浸漬する時間を変えることで表面粗さの違いを出すことができる。

前述の通り、表面導体５の樹脂フィルム３と接する面の表面粗さを内部導体４の表面粗さより大きくすることで、表面導体５をランドや底面電極として使用する際、表面導体５と樹脂フィルム３の密着力が上がり、固着強度が向上する。その結果、表面導体５と樹脂フィルム３の間の剥がれが抑制され、表面導体５に実装された電子部品や、マザー基板との接続信頼性が向上する。表面粗さの大きい導体は電気特性が悪くなるが、表面導体５はランドや底面電極として使用するため、電気特性への影響をあまり考慮しなくてもよい。一方、内部導体４は良好な電気特性を求められることから、表面粗さは小さい方がよい。また、内部導体４は絶縁基材１０の中に配置されており、樹脂フィルムとの剥離の可能性が低いことから、表面粗さを大きくすることによる樹脂フィルムとの接着強度向上を考慮しなくてもよい。

しかし、表面導体５の表面粗さを大きくすると、樹脂フィルム３が薄い場合、表面導体５と隣接する内部導体４との距離が短くなり、ショート不良を引き起こす可能性がある。
そこで、樹脂フィルム３の厚みを樹脂フィルム２の厚みより大きくすることで、樹脂フィルム３に形成された表面導体５と隣接する内部導体４との間に必要な距離が保たれる。その結果、ショート不良の発生を抑制することができる。

前述の通り、内部導体４と表面導体５の厚みは実質的に同じである。内部導体４と表面導体５の厚みを同じにすることで、厚みの異なる材料を複数種用意する必要がなくなる。

また、従来のように表面導体５を内部導体４より厚くすると、フレキシブル多層基板１に厚い導体と薄い導体が混在することになり、フレキシブル多層基板１を折り曲げる際、表面導体５より薄い内部導体４に曲げ応力が集中する。その結果、曲げ応力の集中した内部導体４に断線や剥がれの生じる可能性がある。しかし、本発明では表面導体５と内部導体４の厚みを同じにしているため、フレキシブル多層基板１を折り曲げる際、内部導体４に曲げ応力が集中せず、断線や剥がれを抑制することができる。

また、内部導体４、表面導体５を形成するには、銅箔上にフォトレジスト塗布し、露光、現像、エッチングという工程が必要になる。銅箔厚みが異なると、フォトレジストの厚み、露光や現像の条件、エッチングの条件等が異なるため、工程条件設定の容易性からも、内部導体４、表面導体５の厚みは同じであることが有利である。

次に、本発明の実施形態に係るフレキシブル多層基板の製造方法について、図２及び図３を参照して説明する。

まず、熱可塑性樹脂であるＬＣＰ（液晶ポリマー）からなる樹脂フィルム２を用意する。樹脂フィルム２の構成材料としては、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）等が用いられる。この実施形態では、樹脂フィルム２は厚み２５μｍのものを用いる。この樹脂フィルム２は、片面に厚さ１２μｍの銅箔を有している。この銅箔の表面粗さは、Ｒａ＝１μｍ、Ｒｚ＝５μｍである。なお、ここでは銅箔を例示しているが、Ａｇ、Ａｌ、ＳＵＳ、Ｎｉ、Ａｕやその合金等からなる他の金属箔に置き換えることが可能である。（図２（ａ））。

次に、樹脂フィルム２のうち所定のフィルムの樹脂フィルム側（銅箔を有する面の裏面側）に炭酸ガスレーザーを照射してビア用の孔６ａを形成する。その後、ビア用の孔６ａのスミア（樹脂残渣）を除去する。（図２（ｂ））。

次に、樹脂フィルム２の銅箔４ａの上に汎用のフォトリソグラフィーで所望の内部導体パターンに対応するレジスト９を形成する。（図２（ｃ））。

次に、銅箔４ａのうちレジスト９で被膜されていない部分をエッチングする。その後、レジスト９を除去して内部導体４を形成する。（図２（ｄ））、（図２（ｅ））。

次に、ビア用の孔６ａに、スクリーン印刷等により導電性ペーストを充填し、ビア導体６を形成する。充填する導電性ペーストはＣｕを主成分とする。この導電性ペーストは、Ｃｕ以外には例えばＳｎ−Ａｇ合金粉末を含む導電性ペーストや、Ｂｉを主成分としＣｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ及びＮｉからなる群より選ばれる少なくとも一種の金属を含む合金粉末を含む導電性ペーストを使用しても構わない。（図３（ｆ））。また、樹脂フィルム２の層間および樹脂フィルム２，３の層間を接続する手段は、めっきによりビア用の孔６に導体を付与するなどの他の方法を用いても構わない。

樹脂フィルム３に表面導体５を形成する工程は、樹脂フィルム２に内部導体４を形成する工程と同じである（樹脂フィルムに表面導体５を形成する際の工程図は省略する。）。なお、この実施形態では、樹脂フィルム３は５０μｍの厚みのものを用いる。また、銅箔は１２μｍの厚みのものを用いる。銅箔の表面粗さはＲａ＝３μｍ、Ｒｚ＝１５μｍである。また、樹脂フィルム３にも必要に応じてビア導体を形成する。

次に、内部導体４が形成された樹脂フィルム２と、表面導体５が形成された樹脂フィルム３を所定枚数用意し、積層する。本実施形態では、まず、絶縁基材１０の底面に表面導体５が配置されるよう、樹脂フィルム３を配置する。次に、樹脂フィルム３の上に、内部導体４が下になるよう樹脂フィルム２を配置する。その上に、内部導体４が上に配置されるよう、樹脂フィルム２を２枚配置する。次に、表面導体５が絶縁基材１０の上面に配置されるよう、樹脂フィルム３を配置する。その後、樹脂フィルム２及び樹脂フィルム３を、２５０〜３００℃で２０〜３０分熱圧着する。熱圧着後の樹脂フィルム２及び樹脂フィルム３の厚みは、熱圧着前とほぼ同じ割合で縮んだ状態である。（図２（ｇ））。

次に、チップコンデンサ７をチップコンデンサ７の外部電極が表面導体５に少なくとも一部が重なるように配置したのち、はんだ８にて実装する。（図２（ｈ））。

なお、この実施形態では、樹脂フィルム２を３枚積層するものであったが、樹脂フィルム２の枚数を適宜変更することが可能である。また、フレキシブル多層基板１の上に他の部品を実装する必要がなければ、絶縁基材１０の上面側に樹脂フィルム３を配置せず、樹脂フィルム２が最外層となっても構わない。フレキシブル多層基板１をマザー基板に面実装しない場合も同様で、この場合は絶縁基材１０の底面側に樹脂フィルム３を配置しなくてもよい。

１：フレキシブル多層基板
２：樹脂フィルム
３：樹脂フィルム
４：内部導体
４ａ：銅箔
５：表面導体
６：ビア導体
６ａ：ビア用の孔
７：チップコンデンサ
８：はんだ
９：レジスト
１０：絶縁基材
１０１：多層基板
１０２：樹脂基板
１０３：樹脂フィルム
１０４：内部導体パターン
１０５：表面導体パターン
１０６：導体パターン
１０７：ビアホール（ビア導体）

Claims

熱可塑性樹脂からなる複数枚の樹脂フィルムが積層されてなる絶縁基材と、
前記絶縁基材中に前記樹脂フィルムの一部に沿って形成された内部導体と、
前記複数の樹脂フィルムのうち、最外層の樹脂フィルムの少なくとも一方に形成され、電子部品またはマザー基板が接続される表面導体と、
を備え、前記絶縁基材と前記内部導体と前記表面導体とが熱圧着により一体化されたフレキシブル多層基板であって、
前記表面導体が形成された樹脂フィルムの厚みのみが、最外層ではない内層の樹脂フィルムの厚みより厚く、
前記表面導体の樹脂フィルムと接する面の表面粗さは、前記内部導体のいずれの面の表面粗さより大きい、フレキシブル多層基板。
前記内部導体と前記表面導体の厚みは実質的に同じである、請求項１に記載のフレキシブル多層基板。
前記内部導体および前記表面導体は金属箔からなる、
請求項１または請求項２に記載のフレキシブル多層基板。