JP6149920B2 - リジッドフレキシブル基板およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、リジッドフレキシブル基板およびその製造方法に関する。

近年、熱可塑性樹脂シートの表面に導体配線層を形成した、いわゆるプリント基板が、回路基板や半導体素子を搭載したパッケージ等に適用されている。また、配線の多層化に伴い、異なる層間の導体配線層をビア導体により電気的に接続することも行われている。

さらに、フレキシブルプリント基板（フレキシブル部）とリジッド基板（リジッド部）を一体化してなるリジッドフレキシブル基板が知られている。リジッドフレキシブル基板は、一般に、そのリジッド部がリジッド基板と同等の剛性を持つことから部品実装性に優れ、かつ、全体としてはフレキシブル基板と同様の屈曲性を持つことから、電子機器の内部に三次元的に組み込むことができ、ヒンジ部（折り曲げ部）等にも適用できるといった利点がある。また、フレキシブル基板単独では、非常に薄く取り扱いが難しいため専用の実装設備が必要となるが、リジッド部が高い剛性を持つリジッドフレキシブル基板では、既存のリジッド基板用の実装設備を使用でき、実装密度も上げることができるという利点もある。

リジッド部の硬度を高める方法としては、リジッド部の基板材料としてガラスエポキシなどの硬い材質を使用する方法や、フレキシブル部より配線密度を高くしたり、基板の積層数を多く設定する方法などが挙げられる。特許文献１（特開２００２−３０５３８２号公報）には、リジッド部とフレキシブル部の積層数が異なるように、導体配線（図示せず）やビア導体４が形成された熱可塑性樹脂シート３を積層し、一括多層プレスすることにより作製されたリジッドフレキシブル基板が開示されている（図５）。この場合、リジッド部とフレキシブル部の接合部分に亀裂や剥離等が生じやすくなるという問題があった。

一方で、特許文献２（特開２００４−３１９９６２号公報）には、配線パターンを有するリジッド基板（ガラスエポキシ基板であるＦＲ−４など）の複数枚を絶縁性及び可撓性を有する樹脂シートから成るフレキシブル部で連結した構成のフレックスリジッドプリント配線板（リジッドフレキシブル基板）が開示されている。かかるリジッド基板の端部（フレキシブル部と連結する側）に面取りを形成することにより、繰り返し曲げ強度が部位によって偏ることがなく、リジッド部とフレキシブル部の接合部分における剥離を抑制できることが開示されている。

しかし、特許文献２に記載の方法は、ある程度の固さのあるプリント配線板（ガラスエポキシ基板等のリジッド基板）をルーター加工で面取りする方法である。従って、特許文献１に記載されるような、積層数を異ならせることによりリジッド部とフレキシブル部を形成したリジッドフレキシブル基板とは、基本的に異なるものである。また、特許文献２に記載の方法では、プリント配線板の固さが必要であり、柔らかい樹脂シートを積層してなるリジッドフレキシブル基板に対して、正確な研磨を行うことは困難である。また、ルーター加工では、部品が小型化した場合に正確な研磨が困難となり、製造コストも増加する。

特開２００２−３０５３８２号公報 特開２００４−３１９９６２号公報

本発明は、リジッド部とフレキシブル部の境界部の亀裂や剥離、導体配線の断線を防ぐことが可能なリジッドフレキシブル基板、および、その製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、複数のリジッド部と、上記複数のリジッド部を接続するフレキシブル部とを備えるリジッドフレキシブル基板であって、
上記フレキシブル部は、少なくとも１層の熱可塑性樹脂シートを含む第１の樹脂シートの一部からなり、
上記リジッド部は、上記第１の樹脂シートの上記フレキシブル部以外の部分と、上記第１の樹脂シートの上記フレキシブル部以外の部分の片面または両面に積層された、複数層の熱可塑性樹脂シートを含む第２の樹脂シートとからなり、
上記第２の樹脂シートのフレキシブル部側の端縁にテーパ部が形成されており、上記テーパ部における上記第２の樹脂シートの積層方向の厚みが、フレキシブル部に向うに従い減少し、フレキシブル部と接する位置において実質的に０であることを特徴とする、リジッドフレキシブル基板である。

上記第１の樹脂シートを構成する熱可塑性樹脂シートの材料と、上記第２の樹脂シートを構成する熱可塑性樹脂シートの材料とが同一であることが好ましい。

上記第２の樹脂シートを構成する複数の熱可塑性樹脂シートのうち、上記第１の樹脂シートから遠い熱可塑性樹脂シートほど、フレキシブル部とリジッド部の境界面との間の距離が長いことが好ましい。

上記第２の樹脂シートの上記第１の樹脂シートと接していない表面が全て、上記第２の樹脂シートを構成する最外層の熱可塑性樹脂シートで覆われていることが好ましい。

上記第１の樹脂シートを構成する熱可塑性樹脂シートの少なくともいずれかの片面または両面に、導体配線が積層されていることが好ましい。

上記第２の樹脂シートを構成する熱可塑性樹脂シートの少なくともいずれかの片面または両面に、導体配線が積層されていることが好ましい。

また、本発明は、上記のリジッドフレキシブル基板の製造方法であって、
少なくとも１層の熱可塑性樹脂シートを含む第１の樹脂シートの少なくとも一方の表面の一部に、複数層の熱可塑性樹脂シートを含む第２の樹脂シートを積層するステップと、
積層された上記第１の樹脂シートおよび上記第２の樹脂シートを熱圧着することにより前記熱可塑性樹脂シートを一括圧着するステップとを含み、
上記第２の樹脂シートを構成する複数の熱可塑性樹脂シートのうち、上記第１の樹脂シートから遠い熱可塑性樹脂シートほど、フレキシブル部とリジッド部の境界面との間の距離が長いことにより、熱圧着後に上記第２の樹脂シートのフレキシブル部側の端縁に上記テーパ部が形成される、リジッドフレキシブル基板の製造方法にも関する。

また、本発明は、上記のリジッドフレキシブル基板の製造方法であって、
少なくとも１層の熱可塑性樹脂シートを含む第１の樹脂シートの少なくとも一方の表面の一部に、複数層の熱可塑性樹脂シートを含む第２の樹脂シートを積層するステップと、
積層された上記第１の樹脂シートおよび上記第２の樹脂シートを熱圧着することにより前記熱可塑性樹脂シートを一括圧着するステップとを含み、
上記第２の樹脂シートを構成する複数の熱可塑性樹脂シートのうち、最外層の熱可塑性樹脂シートのフレキシブル部とリジッド部の境界面と垂直な方向の長さが、上記第２の樹脂シートを構成する他の熱可塑性樹脂シートよりも長いことにより、熱圧着後に上記第２の樹脂シートのフレキシブル部側の端縁に上記テーパ部が形成される、リジッドフレキシブル基板の製造方法にも関する。

本発明によれば、リジッド部を構成する熱可塑性樹脂の一部をフレキシブル部側に流動させることにより、特別な加工を行わずに、リジッド部とフレキシブル部の境界を滑らかな形状にすることができるため、フレキシブル部とリジッド部の境界部の耐屈曲性、破断強度が向上し、リジッド部とフレキシブル部の境界部の亀裂や剥離、導体配線の断線を防ぐことができる。

さらに、リジッド部を構成する材料とフレキシブル部を構成する材料とが同じである場合、一括多層プレスによる熱可塑性樹脂シートの圧着工程で、同時にリジッド部とフレキシブル部の境界を滑らかな形状にすることができるため、製造コストをより低く抑えることができる。

実施形態１のリジッドフレキシブル基板の断面模式図である。 実施形態１のリジッドフレキシブル基板の製造方法を説明するための断面模式図である。 実施形態２のリジッドフレキシブル基板の断面模式図である。 実施形態２のリジッドフレキシブル基板の製造方法を説明するための断面模式図である。 従来のリジッドフレキシブル基板の断面模式図である。

以下に、本発明のリジッドフレキシブル基板の各構成について詳細に説明する。
［第１の樹脂シート］
第１の樹脂シートは、少なくとも１層の熱可塑性樹脂シートを含むものである。第１の樹脂シートを構成する熱可塑性樹脂シートの積層数は、好ましくは１〜１０層であり、より好ましくは２〜８層、さらに好ましくは３〜５層である。

［第２の樹脂シート］
第２の樹脂シートは、複数層の熱可塑性樹脂シートを含むものである。第２の樹脂シートを構成する熱可塑性樹脂シートの積層数は、好ましくは２〜１０層であり、より好ましくは２〜８層、さらに好ましくは３〜５層である。

［熱可塑性樹脂シート］
熱可塑性樹脂シートは、少なくとも熱可塑性樹脂を含むものである。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリイミド、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンスルフィド樹脂（ＰＰＳ）が挙げられる。熱可塑性樹脂シートは、通常、電気絶縁性を有する材料からなるフィルム状等のシートであり、熱圧着後にも可撓性を有して屈曲可能な材料からなることが好ましい。

本発明のリジッドフレキシブル基板においては、熱可塑性樹脂シートの材質として、リジッド部とフレキシブル部で同一のものが使用できるため、材料物性が混在する場合に比べて、誘電率などの特性のミスマッチが起こらないリジッドフレキシブル基板を、熱圧着による一括圧着により簡便に製造することができる。

［導体配線］
上記第１の樹脂シートを構成する熱可塑性樹脂シートの少なくともいずれかの片面または両面には、通常、導体配線が積層されている。同様に、上記第２の樹脂シートを構成する熱可塑性樹脂シートの少なくともいずれかの片面または両面には、通常、導体配線が積層されている。

導体配線は、プリント配線基板の分野における種々公知の材料を用いて、公知の配線形成方法により形成することができる。配線形成方法としては、例えば、熱可塑性樹脂シートの表面に導体箔を接着した後、または接着剤を用いないで熱可塑性樹脂シートの表面に導体箔を直接に重ね合わせた後(ラミネート)、これをエッチングして配線回路を形成する方法や、配線回路の形状に形成された導体箔を熱可塑性樹脂シートに圧着する方法、熱可塑性樹脂シートの表面に金属メッキ法によって回路を形成する方法が挙げられる。

［ビア導体］
導体配線（面内導体）は、必要に応じて、熱可塑性樹脂シートに形成されたビア導体により電気的に接続されていてもよい。ビア導体は、例えば、導体配線が形成された熱可塑性樹脂シートの所定の位置にビアホールを形成し、このビアホールに、スクリーン印刷法、真空充填法などにより、導電性ペーストを充填することにより形成することができる。

ビアホールの形成方法としては、例えば、導体配線が形成された面とは反対側から炭酸ガスレーザを照射して穿孔する方法が挙げられる。その後、必要に応じて、過マンガン酸等を用いた汎用の薬液処理などにより、レーザ加工により生じたビアホール内に残留するスミア(樹脂の残渣)が除去される。

ビアホールに充填する導電性ペーストとしては、種々公知の導電性ペーストを用いることができる。導電性ペーストとしては、例えば、金属粉とフラックス成分とを混練してなるペーストが挙げられる。金属粉としては、例えば、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種類とを含む金属粉が挙げられる。フラックス成分としては、例えば、ビヒクル、溶剤、チキソ剤、活性剤などが挙げられる。

［フレキシブル部、リジッド部］
本発明のリジッドフレキシブル基板は、複数のリジッド部と、上記複数のリジッド部を接続するフレキシブル部とを備えている。フレキシブル部は、上記第１の樹脂シートの一部であり、第２の樹脂シートが積層されていない部分からなる。リジッド部は、上記第１の樹脂シートのフレキシブル部以外の部分と、この部分（第１の樹脂シートのフレキシブル部以外の部分）の片面または両面に積層された上記第２の樹脂シートとからなる。すなわち、第１の樹脂シートは、フレキシブル部とリジッド部とを構成する共通の部材であり、第２の樹脂シートはリジッド部のみの構成部材である。

本発明のリジッドフレキシブル基板は、第２の樹脂シートのフレキシブル部側の端縁にテーパ部が形成されている。本発明は、このテーパ部の厚さ（積層方向の長さ）が、フレキシブル部に向うに従い減少し、フレキシブル部と接する位置において実質的に０であることを特徴とする。これにより、リジッド部とフレキシブル部の境界を滑らかな形状にすることができるため、フレキシブル部とリジッド部の境界部の耐屈曲性、破断強度が向上し、リジッド部とフレキシブル部の境界部の亀裂や剥離、導体配線の断線を防ぐことができる。

なお、本発明のリジッドフレキシブル基板は、必要に応じて、導体配線層やビア導体が形成された熱可塑性樹脂シートを複数枚積層し、一括多層プレス工法で熱圧着することにより作製されるリジッドフレキシブル基板であることが好ましい。

＜実施形態１＞
本実施形態では、上記第２の樹脂シートを構成する複数の熱可塑性樹脂シートのうち、第１の樹脂シートに近い熱可塑性樹脂シートほど、フレキシブル部とリジッド部の境界面と垂直な方向の長さが長い場合のリジッドフレキシブル基板について、図１、図２を用いて説明する。図１は、実施形態１のリジッドフレキシブル基板の断面模式図である。図２は、実施形態１のリジッドフレキシブル基板の積層プレス前の状態を示す断面模式図である。

図１に示すように、本実施形態のリジッドフレキシブル基板は、２層の熱可塑性樹脂シート３を含む第１の樹脂シート１の両面の一部（リジッド部となる部分）に、各々２層の熱可塑性樹脂シート３を含む第２の樹脂シート２が積層されている。この第２の樹脂シート２のフレキシブル部（第１の樹脂シート１のみから構成される部分）側の端縁にテーパ部２１が形成されており、テーパ部２１における第２の樹脂シート２の積層方向（図中の縦方向）の厚みが、フレキシブル部に向うに従い減少し、フレキシブル部と接する位置において実質的に０となっている。これにより、リジッド部とフレキシブル部の境界を滑らかな形状にすることができる。

本実施形態のリジッドフレキシブル基板を製造するためには、図２に示すように、まず、第１の樹脂シート１の両面の一部（リジッド部となる部分）に、第２の樹脂シート２を積層する。次に、積層された第１の樹脂シートおよび前記第２の樹脂シートを熱圧着することにより熱可塑性樹脂シートを一括圧着することで、リジッドフレキシブル基板を得ることができる。

ここで、図２に示すように、第２の樹脂シート２を構成する複数の熱可塑性樹脂シート３のうち、第１の樹脂シート１から遠い側に積層される熱可塑性樹脂シート３ａよりも、第１の樹脂シート１に近い側に積層される熱可塑性樹脂シート３ｂの、フレキシブル部とリジッド部の境界面と垂直な方向（図中の横方向）の長さが長い。すなわち、第１の樹脂シート１から遠い側に積層される熱可塑性樹脂シート３ａの開口Ｂは、第１の樹脂シート１に近い側に積層される３ｂの開口Ａよりも開口の大きさが大きい。このような積層状態で、熱可塑性樹脂シート３の樹脂が部分的に流れるような適切な条件の熱圧着を行うことで、第２の樹脂シート２のフレキシブル部側の端縁にテーパ部２１が形成される。

積層された複数枚の熱可塑性樹脂シートを一括圧着する際の温度は、比較的低温であることが好ましく、最高温度が３００℃以下であることが好ましい。熱可塑性樹脂シートに、必要以上に高温の熱圧着を行うと、熱可塑性樹脂が流れ過ぎて所望のテーパ部の形状をえることができなくなるからである。また、３００℃を超えると、特に熱可塑性樹脂シートがＬＣＰを含む場合は、樹脂が流れ出してしまうおそれがあるからである。また、熱圧着の温度は、少なくとも一定時間の間、２３０℃以上に達することが好ましく、より好ましくは２７０〜２９０℃である。

熱可塑性樹脂シート３を一括圧着する際は、その積層方向に加圧することが好ましい。例えば、リジッド部とフレキシブル部との積層方向の厚みに応じて形状が変化するようなプレス板を用いて、両側からプレスすることにより、一定の圧力で加圧できる。約１〜１０ＭＰａ（例えば、４ＭＰａ）のプレス圧力が好ましい。

なお、図示していないが、必要に応じて、第１の樹脂シート１を構成する熱可塑性樹脂シート３の少なくともいずれか片面または両面や、第２の樹脂シート２を構成する熱可塑性樹脂シート３の少なくともいずれかの片面または両面に、導体配線が積層されていてもよい。

また、これらの導体配線（面内導体）は、必要に応じて、熱可塑性樹脂シート３に形成されたビア導体により電気的に接続されていてもよい。この場合、熱圧着の際に、熱可塑性樹脂シート３の樹脂は流動するが、導体配線（銅箔など）で挟まれているビア導体については移動しにくい。なお、下側のビア導体の径を上側のビア導体より大きくしたり、下側のビア導体を上側のビア導体に対して若干外側にずらすといった対策をとることにより、ビア導体が熱圧着の際に流動した場合でも導通が得られるようにすることができる。

リジッド部の表面の少なくとも一部に平面電極を設けてもよい。また、他の電子部品と接続される部分を除く平面電極の表面を、ソルダレジストで被覆してもよい。また、平面電極の露出した表面には、Ｎｉ／Ａｕ等のめっきを施してもよい。

なお、リジッド部とフレキシブル部の配置は、図１に示すような１方向のみの配置に限られず、紙面に垂直な方向にもリジッド部とフレシブル部を備える２次元的な配置等であってもよい。

リジッドフレキシブル基板が複数の子基板の集合基板である場合は、集合基板を例えばレーザー光照射または打ち抜きにより切断することで、子基板を得ることができる。

＜実施形態２＞
本実施形態では、上記第２の樹脂シートの第１の樹脂シートと接していない表面が全て、上記第２の樹脂シートを構成する最外層の熱可塑性樹脂シートで覆われている場合のリジッドフレキシブル基板について、図３、図４を用いて説明する。図３は、実施形態２のリジッドフレキシブル基板の断面模式図である。図４は、実施形態２のリジッドフレキシブル基板の積層プレス前の状態を示す断面模式図である。なお、実施形態１と重複する内容についは一部説明を省略する。

図３に示すように、本実施形態のリジッドフレキシブル基板は、２層の熱可塑性樹脂シート３を含む第１の樹脂シート１の両面の一部（リジッド部となる部分）に、各々２層の熱可塑性樹脂シート３を含む第２の樹脂シート２が積層されている。この第２の樹脂シート２のフレキシブル部側の端縁にテーパ部２１が形成されており、テーパ部２１における第２の樹脂シート２の積層方向（図中の縦方向）の厚みが、フレキシブル部に向うに従い減少し、フレキシブル部と接する位置において実質的に０となっている。これにより、リジッド部とフレキシブル部の境界を滑らかな形状にすることができる。

本実施形態のリジッドフレキシブル基板を製造するためには、図４に示すように、まず、第１の樹脂シート１の両面の一部（リジッド部となる部分）に、第２の樹脂シート２を積層する。次に、積層された第１の樹脂シートおよび前記第２の樹脂シートを熱圧着することにより熱可塑性樹脂シートを一括圧着することで、リジッドフレキシブル基板を得ることができる。

ここで、図４に示すように、前記第２の樹脂シートを構成する複数の熱可塑性樹脂シートのうち、最外層の熱可塑性樹脂シート３ａのフレキシブル部とリジッド部の境界面と垂直な方向の長さが、第２の樹脂シートを構成する他の熱可塑性樹脂シート３ｂよりも長い。すなわち、第２の樹脂シート２の最外層に積層される熱可塑性樹脂シート３ａの開口Ｂは、その下層の熱可塑性樹脂シート３ｂの開口Ａよりも開口の大きさが小さい。このような積層状態で、熱可塑性樹脂シート３の樹脂が部分的に流れるような適切な条件の熱圧着を行うことで、第２の樹脂シート２のフレキシブル部側の端縁にテーパ部２１が形成される。

今回開示された実施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と考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許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が含まれることが意図される。

１ 第１の樹脂シート、２ 第２の樹脂シート、２１ テーパ部、３，３ａ，３ｂ 熱可塑性樹脂シート、４ ビア導体。

Claims (3)

1. 複数のリジッド部と、前記複数のリジッド部を接続するフレキシブル部とを備えるリジッドフレキシブル基板であって、
   前記フレキシブル部は、少なくとも１層の熱可塑性樹脂シートからなる第１の樹脂シートの一部からなり、
   前記リジッド部は、前記第１の樹脂シートの前記フレキシブル部以外の部分と、前記第１の樹脂シートの前記フレキシブル部以外の部分の片面または両面に積層された、複数層の熱可塑性樹脂シートからなる第２の樹脂シートとからなり、
   前記第２の樹脂シートのフレキシブル部側の端縁にテーパ部が形成されており、前記テーパ部における前記第２の樹脂シートの積層方向の厚みが、フレキシブル部に向うに従い途中に段差を生じないように連続的に減少し、フレキシブル部と接する位置において実質的に０であり、
   前記第１の樹脂シートを構成する熱可塑性樹脂シートの材料と、前記第２の樹脂シートを構成する熱可塑性樹脂シートの材料とが同一であり、
   前記第２の樹脂シートを構成する熱可塑性樹脂シートの少なくともいずれかの片面または両面に、導体配線が積層されており、
   前記第２の樹脂シートは、前記熱可塑性樹脂シートの積層方向において、前記第１の樹脂シートから遠いほど、前記積層方向と垂直な方向における前記フレキシブル部との間の距離が長いことを特徴とする、リジッドフレキシブル基板。
2. 前記第１の樹脂シートを構成する熱可塑性樹脂シートの少なくともいずれかの片面または両面に、導体配線が積層されている、請求項１に記載のリジッドフレキシブル基板。
3. 請求項１に記載のリジッドフレキシブル基板の製造方法であって、
   少なくとも１層の熱可塑性樹脂シートを含む第１の樹脂シートの片面または両面の一部に、複数層の熱可塑性樹脂シートを含む第２の樹脂シートを積層するステップと、
   積層された前記第１の樹脂シートおよび前記第２の樹脂シートを熱圧着することにより前記熱可塑性樹脂シートを一括圧着するステップとを含み、
   前記熱可塑性樹脂シートを一括圧着するステップの前の状態において、前記第２の樹脂シートを構成する複数の熱可塑性樹脂シートのうち、前記熱可塑性樹脂シートの積層方向において、前記第１の樹脂シートから遠い熱可塑性樹脂シートほど、前記積層方向と垂直な方向における前記フレキシブル部との間の距離が長く、
   熱圧着後に前記第２の樹脂シートのフレキシブル部側の端縁に前記テーパ部が形成される、リジッドフレキシブル基板の製造方法。

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