JP7054149B1 - 回路基板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
基材上に導電性パターンが形成された基板と、
前記基材の少なくとも一面に、第1のビカット軟化点を有し、硬化後のビカット軟化点が前記第1のビカット軟化点よりも高く、耐熱性を有しかつ硬化後も柔軟性を有する樹脂をベース樹脂とする光硬化性粘接着剤層を介して接着積層された樹脂シートと、
樹脂材料が前記樹脂シートの樹脂材料と相溶性を有するとともに前記第1のビカット軟化点よりも高い第2のビカット軟化点を有し、前記樹脂シートと熱溶融接着された樹脂層と、を備えた
ことを特徴とする。
前記樹脂シートは、前記導電性パターンが形成された前記基材の面とは反対側の面に前記光硬化性粘接着剤層を介して接着積層されている、
ことを特徴とする。
前記樹脂シートは、前記導電性パターンが形成された前記基材の面に前記光硬化性粘接着剤層を介して接着積層されている、
ことを特徴とする。
前記導電性パターンの一部は、前記樹脂シート及び前記光硬化性粘接着剤層を貫通して前記樹脂層の表面に露出している、
ことを特徴とする。
前記光硬化性粘接着剤層は、硬化後において、
150℃における貯蔵弾性率の値が10MPa以上であり、
周波数10Hzにおける貯蔵弾性率/損失弾性率で表される損失正接(tanδ)のピーク値が0.50以上である、
ことを特徴とする。
前記基材が合成樹脂材料からなる変形可能なフィルムである、
ことを特徴とする。
前記導電性パターンは、Cu、Ni、Ag、Auの中から選択される少なくとも1種の金属よりなる金属めっき層である、
ことを特徴とする。
基材の一面に導電性パターンが形成された基板と、前記基材の少なくとも一面に、第1のビカット軟化点を有し、硬化後のビカット軟化点が前記第1のビカット軟化点よりも高い粘接着剤層を介して接着積層された樹脂シートと、樹脂材料が前記樹脂シートの樹脂材料と相溶性を有するとともに前記第1のビカット軟化点よりも高い第2のビカット軟化点を有し、前記樹脂シートと熱溶融接着された樹脂層と、を備えた回路基板の製造方法であって、
前記基材を準備する工程と、
前記基材の一面に前記導電性パターンを形成する工程と、
前記導電性パターンが形成された前記基材の少なくとも一面に前記粘接着材層を貼り付ける工程と、
前記粘接着剤層に前記樹脂シートを貼り合わせて加圧した後前記粘接着剤層に光を照射して硬化反応を開始させる接着積層工程と、
前記樹脂シートが接着積層された前記回路基板を金型に載置して樹脂を射出成形して前記樹脂シートに前記樹脂層を熱溶融接着する工程と、を含む、
ことを特徴とする。
前記接着積層工程の後に、前記樹脂シートが接着積層された前記基板を型に載置して前記基板に3次元形状への賦形を施す賦形工程を更に含む、
ことを特徴とする。
尚、以下の図面を使用した説明において、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
図1Aは本実施形態に係る回路基板1の一例を示す断面模式図、図1Bは回路基板1の一例を示す平面模式図、図2Aは硬化前の粘接着剤層6の貯蔵弾性率の一例を示す図、図2Bは硬化後の粘接着剤層6の貯蔵弾性率及び損失正接の一例を示す図である。
以下、図面を参照しながら、本実施形態に係る回路基板1の構成について説明する。
本実施形態における基材2は、合成樹脂材料からなり変形可能な絶縁性のフィルム状の基材である。ここで、「変形可能な基材」は、導電性パターン3を配置後に変形できる、すなわち、熱成形、真空成形または圧空成形によって実質的に平坦な2次元形状から実質的に立体的な3次元形状に変形することができる基材を意味する。
特にポリエステルがより好ましく、さらにその中でもポリエチレンテレフタレート(PET)が経済性、電気絶縁性、耐薬品性等のバランスが良く最も好ましい。
基材2の一面2aに導電性パターン3を配置する場合、さきに、金属めっき成長のきっかけとなる金属ナノ粒子等の触媒からなる下地層(不図示)を所定のパターン状に形成する。下地層は、基材2上に金属ナノ粒子等の触媒インクを塗布したあと、乾燥および焼成を行うことにより形成する。
基材2上の導電性パターン3には、複数の電子部品4が取り付けられてもよい。電子部品4としては、制御回路、歪み、抵抗、静電容量、TIRなどの接触感知および光検出部品、圧電アクチュエータまたは振動モータなどの触知部品または振動部品、LED、OLED,LCDなどの発光素子、マイクおよびスピーカーなどの発音または受音、メモリチップ、プログラマブルロジックチップおよびCPUなどのデバイス操作部品、デジタル信号プロセッサ(DSP)、ALSデバイス、PSデバイス、処理デバイス、MEMS等が挙げられる。
基材2の導電性パターン3が配置された一面2aには基材2と導電性パターン3とを一体的に覆う絶縁層10が設けられてもよい(図1Aに図示)。ただし、絶縁層10は、導電性パターン3における電子部品4との接合部分上には設けられていない。このような絶縁層10としては、具体的には、ソルダーレジストが塗布されて導電性パターン3を保護している。特に、ソルダーレジストは、電子部品4をはんだ付けで実装する際に、電気的接続をとる接合部以外にはんだが付着して回路ショートを起こすのを防止している。また、導電性パターン3間の絶縁性を維持するとともに、ほこり、熱、湿気などの外部環境から導電性パターン3を保護している。
図1Aに示されるように、粘接着剤層6は、基材2と樹脂シート7の間に形成された接着層である。粘接着剤層6は、例えば、アクリル系ポリマー、ポリエステル、ポリアミド、アルキッド樹脂などの重縮合ポリマーに、光重合開始材を含み、硬化前の貼り合わせ時には、十分な剥離強度、空隙充填性を有し、紫外線又は可視光線を照射された硬化後は、十分な密着性、硬度、耐熱性を有する。
粘接着剤層6は、硬化前における85℃貯蔵弾性率G´(測定周波数10Hz)の値が0.01MPa以下であることが好ましい。硬化前における85℃貯蔵弾性率G´の値が0.01MPa以下であることで、被着体としての基材2の表面に導電性パターン3による段差が存在する場合、また被着体としての樹脂シート7の表面に空隙等による段差が存在する場合に、それらの段差を埋めて平滑化し接着性を向上させることができる。
粘接着剤層6は、硬化後における150℃貯蔵弾性率E´(測定周波数10Hz)の値が10MPa以上であり、測定周波数10Hzにおける貯蔵弾性率/損失弾性率で表される損失正接(tanδ)のピーク値が0.50以上であることが好ましい。
粘接着剤層6は、硬化後に高い貯蔵弾性率E´(測定周波数10Hz)を有することで、高い耐熱性を有し、被着体としての樹脂シート7に射出成形で樹脂層8を熱溶融接着する際に樹脂シート7の位置ずれを抑制することができる。また、硬化後も一定の柔軟性を有することで、樹脂シート7が接着積層された基材2に3次元形状への賦形を施しやすくなる。
ここで、貯蔵弾性率G´E´、損失正接(tanδ)は、JlS K7244-1(ISO 6721)に準拠した方法に従って求められる値である。
樹脂シート7は、粘接着剤層6を介して基材2の一面2aとは反対側の他面2bに積層接着され、射出成形でインモールドされる樹脂層8と熱溶融接着される熱可塑性樹脂シートである。また、樹脂シート7は、透明性材料とし、樹脂シート7側から粘接着剤層6に紫外線又は可視光線を照射して粘接着剤層6を光硬化させる。
樹脂材料としての熱可塑性樹脂は、インモールドされる樹脂層8と相溶性を有することが望ましく、例えば、樹脂層8が、射出成形可能な熱可塑性樹脂、具体的には、ポリカーボネート(PC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリアミド(PA)、アクリルブタジエンスチレン(ABS)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、変性ポリフェニレンエーテル(m-PPE)、変性ポリフェニレンオキサイト(m-PPO)、シクロオレフィンコポリマー(COC)、シクロオレフィンポリマー(COP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリ塩化ビニル(PVC)、またはこれらの混合物を含む熱可塑性樹脂である場合、これらと相溶性がある樹脂材料を用いることができる。
ここで、ビカット軟化温度は、JIS K7206(ISO 306:2004)に記載のB50に従って、試験荷重50N、昇温速度50℃/時間の条件で求められる値である。
樹脂シート7にビカット軟化温度が樹脂層8のビカット軟化温度よりも低い樹脂材料を用いることで、樹脂シート7と樹脂層8の接合をより強固とすることができる。
樹脂層8は、結着層を介することなく基材2の少なくとも一面を覆うように形成されている。樹脂層8は、射出成形可能な熱可塑性樹脂材料からなる熱可塑性樹脂であり、樹脂シート7に射出成形で熱溶融接着されている。
樹脂層8は、熱溶着される樹脂シート7と相溶性を有し、ビカット軟化温度(第2のビカット軟化点)が、樹脂シート7のビカット軟化温度(第1のビカット軟化点)よりも高い熱可塑性樹脂材料、具体的には、ポリカーボネート(PC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリアミド(PA)、アクリルブタジエンスチレン(ABS)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、変性ポリフェニレンエーテル(m-PPE)、変性ポリフェニレンオキサイト(m-PPO)、シクロオレフィンコポリマー(COC)、シクロオレフィンポリマー(COP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリ塩化ビニル(PVC)、またはこれらの混合物を含む熱可塑性樹脂を用いることができる。
そして、樹脂シート7は、回路基板1の基材2に樹脂シート7のビカット軟化温度よりも高いビカット軟化温度を有する粘接着剤層6で接着積層されている。これにより、本実施形態に係る回路基板1によれば、基材2上に導電性パターン3が形成された回路基板1に結着層を介することなく、樹脂層8が強固に接合されている。
図3Aは変形例1に係る回路基板1Aの断面構成を示す模式図である。
樹脂シート7は、基材2の導電性パターン3が配置された一面2a側に積層接着し、射出成形でインモールドされる樹脂層8と熱溶融接着されてもよい。この導電性パターン3が配置された一面2aに積層接着される樹脂シート7は、基材の一面2aに導電性パターン3を配置した後、電子部品4を実装する前に、粘接着剤層6を介して積層接着される。粘接着剤層6は、硬化前における85℃貯蔵弾性率G´(測定周波数10Hz)の値が0.01MPa以下であり、被着体としての基材2の表面に導電性パターン3による段差が存在しても、その段差を埋めて平滑化し接着性を向上させることができる。尚、樹脂層8は、導電性パターン3を外部から不可視に覆い隠すように調色されてもよい。
図3Bは変形例2に係る回路基板1Bの断面構成を示す模式図である。
樹脂シート7は、基材2の導電性パターン3が配置された一面2a側及び一面2aとは反対側の他面2bの両面に積層接着し、射出成形でインモールドされる樹脂層8と熱溶融接着されてもよい。この導電性パターン3が配置された一面2aに積層接着される樹脂シート7は、基材の一面2aに導電性パターン3を配置した後、電子部品4を実装する前に、粘接着剤層6を介して積層接着される。
図4は回路基板1の製造方法の概略の手順の一例を示すフローチャート図、図5は回路基板1の製造過程を説明するための回路基板1の部分断面模式図、図6は基材2を3次元形状に賦形するための熱プレス成形の各工程を説明するための説明図、図7は賦形された基材2に樹脂層8を射出成形して樹脂シート7と熱溶融接着する熱溶融接着工程を示す図である。
基材の準備工程S11においては、まず、所定の形状及び大きさに形成された実質的に平坦なフィルム状の基材2に導電性パターン3を配置するために、基材2上に金属めっき成長のきっかけとなる金属ナノ粒子等の触媒粒子からなる下地層をミアンダ形状を含む所定のパターン状に形成する。尚、基材2には、金属ナノ粒子等の触媒粒子からなる触媒インクを均一に塗布するために、例えば、コロナ処理、プラズマ処理、溶剤処理、プライマー処理等の表面処理を施すことが好ましい。
焼成温度は、100°C~300°Cが好ましく、150°C~200°Cがより好ましい。焼成温度が低すぎると、金属ナノ粒子同士の焼結が不十分となるとともに、金属ナノ粒子以外の成分が残ることで、密着性が得られない虞がある。また、焼成温度が高すぎると、基材2の劣化や歪みが発生する虞がある。
基材2上に形成された下地層に対し、電解めっきまたは無電解めっきを行うことにより、下地層の表面および内部にめっき金属を析出させ導電性パターン3を配置する(図5A 参照)。めっき方法は公知のめっき液およびめっき処理と同様であり、具体的に無電解銅めっき、電解銅めっきが挙げられる。
導電性パターン3が配置された基材2の一面2a又は反対側の他面2bに、あるいは両面に粘接着剤層6を貼り付ける(図5B 参照)。粘接着剤層6は、紫外線又は可視光線を照射された硬化する粘接着剤が少なくとも一方に剥離可能な離型材を有する粘接着フィルムとして供される。離型材としては、例えばシリコン処理されたPETフィルムが挙げられ、基材2に貼り付ける際に剥がして使用される。
基材2の他面2bに貼り付けられた粘接着フィルムの表面側の離型材を剥離して粘接着剤層6を露出させ、樹脂シート7を貼り合わせる。そして、加温と加圧によって粘接着剤層6を変形しやすくして、空隙に確実に追従させて樹脂シート7を粘接着剤層6に貼り合わせる(図5C 参照)。この加温の温度としては、25℃以上40℃以下、加圧の圧力としては、0.1MPa以上1.0MPa以下が好ましい。特に、基材2の表面に導電性パターン3による段差が存在する場合に加温と加圧による加圧処理を行うことが好ましい。
基板に賦形を施して3次元形状の回路基板1とする場合には、樹脂シート7が接着積層された基材2を、熱プレス成形、真空成形、圧空成形、真空圧空成形、等の成形手段により、3次元形状に賦形する(図5D 参照)。
賦形に用いられる型は、賦形が施された基材2に接着積層された樹脂シート7の外表面が後述する熱溶融接着工程S16における射出成形(インモールド成形)に用いられる射出成形用金型KのキャビティCAの形状に沿うように形成されている。
そして、図6Bに示すように、雌型11と雄型12とを所定の圧力で型締めすると、基材2は雄型12のコア部12aと雌型11のキャビティ部11aとの間に挟まれて賦形される。
熱溶融接着工程S16では、3次元形状に賦形が施された基材2を樹脂シート7がキャビティCA側になるように射出成形用金型Kに位置決めしてセットする(図5E 参照)。基材2を射出成形用金型KのキャビティCAにセットする場合には、3次元形状に賦形が施された基材2をキャビティCAの表面に自己吸着させて配置しても、位置ずれさせないように、キャビティCAの表面に両面テープで貼り付けたり、真空吸着させたり、キャビティCAに突起(不図示)を設け、突起に嵌め込むようにして固定してもよい。
また、樹脂シート7を基材2に積層接着している粘接着剤層6は、硬化後における150℃貯蔵弾性率E´(測定周波数10Hz)の値が10MPa以上であり、測定周波数10Hzにおける貯蔵弾性率/損失弾性率で表される損失正接(tanδ)のピーク値が0.50以上であるため、キャビティCAに充填される溶融樹脂の熱で軟化することなく、樹脂シート7に射出成形で樹脂層8を熱溶融接着する際に樹脂シート7の位置ずれを抑制することができる。
2・・・基材
2a・・・一面(導電性パターン3側)
2b・・・他面
3・・・導電性パターン
4・・・電子部品
5・・・基板
6・・・粘接着剤層
7・・・樹脂シート
8・・・樹脂層
K・・・射出成形用金型
CA・・・キャビティ
Claims (9)
- 基材上に導電性パターンが形成された基板と、
前記基材の少なくとも一面に、第1のビカット軟化点を有し、硬化後のビカット軟化点が前記第1のビカット軟化点よりも高く、耐熱性を有しかつ硬化後も柔軟性を有する樹脂をベース樹脂とする光硬化性粘接着剤層を介して接着積層された樹脂シートと、
樹脂材料が前記樹脂シートの樹脂材料と相溶性を有するとともに前記第1のビカット軟化点よりも高い第2のビカット軟化点を有し、前記樹脂シートと熱溶融接着された樹脂層と、を備えた、
ことを特徴とする回路基板。 - 前記光硬化性粘接着剤層は、硬化後において、
150℃における貯蔵弾性率の値が10MPa以上であり、
周波数10Hzにおける貯蔵弾性率/損失弾性率で表される損失正接(tanδ)のピーク値が0.50以上である、
ことを特徴とする請求項1に記載の回路基板。 - 前記樹脂シートは、前記導電性パターンが形成された前記基材の面とは反対側の面に前記光硬化性粘接着剤層を介して接着積層されている、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の回路基板。 - 前記樹脂シートは、前記導電性パターンが形成された前記基材の面に前記光硬化性粘接着剤層を介して接着積層されている、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の回路基板。 - 前記導電性パターンの一部は、前記樹脂シート及び前記光硬化性粘接着剤層を貫通して前記樹脂層の表面に露出している、
ことを特徴とする請求項4に記載の回路基板。 - 前記基材が合成樹脂材料からなる変形可能なフィルムである、
ことを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の回路基板。 - 前記導電性パターンは、Cu、Ni、Ag、Auの中から選択される少なくとも1種の金属よりなる金属めっき層である、
ことを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の回路基板。 - 基材の一面に導電性パターンが形成された基板と、前記基材の少なくとも一面に、第1のビカット軟化点を有し、硬化後のビカット軟化点が前記第1のビカット軟化点よりも高い粘接着剤層を介して接着積層された樹脂シートと、樹脂材料が前記樹脂シートの樹脂材料と相溶性を有するとともに前記第1のビカット軟化点よりも高い第2のビカット軟化点を有し、前記樹脂シートと熱溶融接着された樹脂層と、を備えた回路基板の製造方法であって、
前記基材を準備する工程と、
前記基材の一面に前記導電性パターンを形成する工程と、
前記導電性パターンが形成された前記基材の少なくとも一面に前記粘接着剤層を貼り付ける工程と、
前記粘接着材層に前記樹脂シートを貼り合わせて加圧した後前記粘接着剤層に光を照射して硬化反応を開始させる接着積層工程と、
前記樹脂シートが接着積層された前記回路基板を金型に載置して樹脂を射出成形して前記樹脂シートに前記樹脂層を熱溶融接着する工程と、を含む、
ことを特徴とする回路基板の製造方法。 - 前記接着積層工程の後に、前記樹脂シートが接着積層された前記基板を型に載置して前記基板に3次元形状への賦形を施す賦形工程を更に含む、
ことを特徴とする請求項8に記載の回路基板の製造方法。
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