JP7261003B2 - リジッド・フレックス多層プリント配線板 - Google Patents

Description

本発明は、部品の実装が可能なリジッド領域と屈曲可能なフレキシブル領域とを備えたリジッド・フレックス多層プリント配線板に関するものである。

近年、自動車の自動制御化が益々進み、部品や各種センサの搭載点数が非常に多くなってきている。その結果、部品やセンサなどに用いられるプリント配線板においては、装置内への設置自由度の高さや、装置の小型化に寄与できるリジッド・フレックス多層プリント配線板の需要が高まっている。

従来のリジッド・フレックス多層プリント配線板として、例えば、特許文献１及び２に示すものが知られている。
特許文献１及び２のリジッド・フレックス多層プリント配線板の製造例を、図７（ａ）～（ｃ）に示した概略断面工程図を用いて説明する。
まず、図７（ａ）に示したように、フレキシブル基材２の表裏面に配線パターン２５を形成した後、当該配線パターン２５を保護するカバーレイ３を積層することによってフレキシブル基板１を得る。ここで、当該カバーレイ３として金属箔付きカバーレイを積層し、次いでエッチング処理を行うことによって、フレキシブル領域Ｆに当該フレキシブル領域Ｆよりも若干大きめのダミーパターン５を設ける。
次に、ダミーパターン５が形成されたカバーレイ３上に、任意の数の絶縁接着剤層６（例えば、厚さ２０～６０μｍ）と配線パターン２５を積層した後、最外層の配線パターン２５を保護するソルダーレジスト９を形成することで、中間基板である多層板１４を得る。
次いで、図７（ｂ）、（ｃ）に示したように、フレキシブル領域Ｆ上に積層されている不要部２７を、レーザ加工で刳り貫く、あるいは切削除去した後、露出したダミーパターン５をエッチングで除去してリジッド・フレックス多層プリント配線板ＰＷを得るというものである。

上記の製造方法では、通常のビルドアップ工法と同じ手法で多層板１４（図７（ａ）に示したフレキシブル領域Ｆの不要部２７を除去する前の多層積層板）を製造することができるため、リジッド・フレックス多層プリント配線板の小型化や高密度配線化を図ることができる。

しかし、フレキシブル基板１上に積層される絶縁接着剤層６の厚さが２０～６０μｍと非常に薄く、これに合わせて、その内部に含有されるガラスクロスなどの補強基材も薄くなるため、耐振動性や重量のある部品の実装などが求められる車載品としては、剛性不足となる懸念があった。
また、車載品では、層構成が同じであっても、例えば、車室内やエンジンルームなど配線板が搭載される場所によって厚みの要求が変わってくるため、斯かる従来のリジッド・フレックス多層プリント配線板では適用できないのが実状であった。

特開２０１３―５１３２５号公報 特許第５７７８８２５号公報

本発明は、上記の如き従来の実状に鑑みてなされたものであり、高密度配線で且つ高い剛性を有し、さらに、同じ層構成であっても容易に厚みを変化させることができるリジッド・フレックス多層プリント配線板を提供することを課題とする。

本発明者は、上記の課題を解決するべく種々研究を重ねた結果、絶縁樹脂層と配線パターン層との任意の層数の積層体からなる多層部のフレキシブル基板と当該フレキシブル基板から最も近い配線パターン層との間に位置する絶縁樹脂層に、厚さが１００μｍ以上のコア基材からなる厚み調節層を配置すれば、高密度配線化を確保しつつ、高い剛性を付与することができ、さらに、容易に厚みを調節できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、部品の実装が可能なリジッド領域と屈曲可能なフレキシブル領域とを備えたリジッド・フレックス多層プリント配線板であって、フレキシブル基材と、当該フレキシブル基材上に形成された配線パターンと、当該配線パターンを保護するカバーレイとからなるフレキシブル基板と；当該フレキシブル基板のリジッド領域に積層された絶縁樹脂層と配線パターン層との任意の層数の積層体からなる多層部と；当該多層部の最外層の配線パターン層を保護するソルダーレジストとを有し、且つ、当該多層部の絶縁樹脂層のうち、フレキシブル基板と当該フレキシブル基板から最も近い配線パターン層との間に位置する絶縁樹脂層に、第一絶縁樹脂層と、当該第一絶縁樹脂層に積層された厚さが１００μｍ以上のコア基材からなる厚み調節層と、当該厚み調節層に積層された第二絶縁樹脂層とを有することを特徴とするリジッド・フレックス多層プリント配線板により、上記課題を解決したものである。

本発明のリジッド・フレックス多層プリント配線板によれば、絶縁樹脂層と配線パターン層との任意の層数の積層体からなる多層部のフレキシブル基板と当該フレキシブル基板から最も近い配線パターン層との間に位置する絶縁樹脂層に、厚さが１００μｍ以上のコア基材からなる厚み調節層を有するので、高密度配線化を確保できると共に、高い剛性とすることができる。また、当該コア基材の厚さを調節すれば、同じ層構成でも設置場所に応じて配線板を容易に任意の厚さに調節できるので、車載品として適用することができる。

本発明リジッド・フレックス多層プリント配線板の実施の形態を示す概略断面説明図。 本発明リジッド・フレックス多層プリント配線板の製造例を示す概略断面工程図。 図２に引き続く概略断面工程図。 図３に引き続く概略断面工程図。 本発明リジッド・フレックス多層プリント配線板の外形加工例を示す概略斜視説明図。 本発明リジッド・フレックス多層プリント配線板のリジッド領域／フレキ領域境界部を示す概略断面説明図。 従来のリジッド・フレックス多層プリント配線板の製造例を示す概略断面工程図。

以下本発明リジッド・フレックス多層プリント配線板の実施の形態を、図１を用いて説明する。図面は、理解を容易にするために構成要素の寸法比率を実際のものから変更している場合がある。
尚、説明文中の「絶縁接着剤層」は、実際には、加熱・積層プレスで硬化された後は、半硬化状態の接着剤ではなく、硬化済みの「絶縁樹脂層」となるものであるが、説明の便宜上、本明細書においては、硬化前後に関係なく「絶縁接着剤層」という表現で説明を進めていく。

本発明の実施の形態を示す図１において、ＰＷはリジッド・フレックス多層プリント配線板で、部品の実装が可能なリジッド領域Ｒと屈曲可能なフレキシブル領域Ｆとから構成されている。
当該フレキシブル領域Ｆは、フレキシブル基材２と、当該フレキシブル基材２の表裏の両面に形成された第一配線パターン３０と、当該第一配線パターン３０を保護するカバーレイ３とからなるフレキシブル基板１から構成されている。
また、リジッド領域Ｒは、当該フレキシブル基板１の表裏の両面に積層された、絶縁樹脂層と配線パターン層との任意の層数の積層体からなる多層部１２と、当該多層部１２の最外層の配線パターン層３２を保護するソルダーレジスト９とから構成されている。
当該多層部１２は、第一絶縁樹脂層３３と、当該第一絶縁樹脂層３３に積層された厚さが１００μｍ以上のコア基材からなる厚み調節層４と、当該厚み調節層４に積層された第二絶縁樹脂層３４とからなる絶縁樹脂層と、当該絶縁樹脂層に積層された第二配線パターン層３１と、当該第二配線パターン層３１の上に、順次２層ずつ交互に積層された、第三絶縁樹脂層３５と、第三配線パターン層３２とからなり、フレキシブル基板１の両面に形成された第二配線パターン層３１間を接続する穴埋め樹脂３９が充填されたベリードホール１１と、当該第二配線パターン層３１と第三配線パターン層３２の間、及び上下方向に隣接する第三配線パターン層３２の間を接続するブラインドビアホール１６とを備えている。

本発明において最も注目すべき点は、厚さが１００μｍ以上のコア基材からなる厚み調節層４を、多層部１２の絶縁樹脂層のうち、フレキシブル基板１と当該フレキシブル基板１から最も近い配線パターン層（第二配線パターン層３１）との間に位置する絶縁樹脂層、ここでは第一絶縁樹脂層３３と、厚さが１００μｍ以上のコア基材からなる厚み調節層４と、第二絶縁樹脂層３４とからなる絶縁樹脂層に有する点にある。
厚さが１００μｍ以上のコア基材は非常に剛性が高い（即ち、ガラスクロスが太い）ため、当該コア基材からなる厚み調節層４を、多層部１２のフレキシブル基板１と当該フレキシブル基板１から最も近い配線パターン層（第二配線パターン層３１）との間に位置する絶縁樹脂層に有することで、高密度配線化を確保しつつ、高い剛性を付与することができる。また、当該厚み調節層４のコア基材の厚さを調節すれば、同じ層構成でも容易に厚みを調節できるので、任意の厚さのリジッド・フレックス多層プリント配線板とすることができる。
例えば、配線板の設置場所が車室内など他の設置場所と比べて剛性をそれほど要求されない車載品には、厚さが１００μｍ程度のコア基材を用い、他方、配線板の設置場所がエンジンルームなどの振動が激しい場所であったり、搭載する部品がかなりの重さであったりと、高い剛性が要求される車載品には、厚さが２００μｍや５００μｍといった厚みのあるコア基材を用いるようにして、当該コア基材以外は従来どおりのビルドアップ層（高密度配線層）を形成することができる。

この実施の形態では、図１に示したように、多層部１２は、絶縁樹脂層と配線パターン層とを順次３層ずつ交互に積層した積層体からなるが、その層数は特に限定されず、任意に選択することができる。

また、多層部１２の絶縁樹脂層のうち、厚さが１００μｍ以上のコア基材からなる厚み調節層４を有する絶縁樹脂層は、第一絶縁樹脂層３３と、当該厚み調節層４と、第二絶縁樹脂層３４の３層からなるが、その層数は特に限定されず、任意に選択することができる。

続いて、上記リジッド・フレックス多層プリント配線板ＰＷの製造方法を図２～図６を用いて説明する。

まず、図２（ａ）に示したように、厚さが２５～１００μｍ程度のフレキシブル基材２を用意し、当該フレキシブル基材２の表裏の両面に第一配線パターン３０を回路形成する。次いで、当該第一配線パターン３０形成面上に厚さが２５～７０μｍ程度のカバーレイ３（例えば、第一配線パターン３０と接着する接着層１７と、表層を保護するポリイミド層１８との２層からなるカバーレイ）を積層して、フレキシブル基板１を作製する。
フレキシブル基材２は、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレートなどからなる屈曲性を有する絶縁基材が一般的に用いられる。

次に、図２（ｂ）に示したように、導体層１９を備えた、厚さが１００μｍ以上のコア基材４ａを用意し、エッチング処理をして、後にフレキシブル領域Ｆとなる箇所に接する部分にダミーパターン５を形成する。
ここで、導体層１９の厚さは、例えば３５～１０５μｍ程度である。また、導体層１９を備えた厚さが１００μｍ以上のコア基材４ａとしては、一般的に用いられるガラスクロスなどの補強基材にエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させて銅箔でラミネートした銅張り積層板などが好ましく利用できる。

続いて、図２（ｃ）に示したように、フレキシブル基板１とダミーパターン５を形成したコア基材４ａを接着するため、第一絶縁接着剤層３３ａを用意し、パンチングプレス加工やルータ加工などによりダミーパターン５に対応した箇所に開口部７を形成する。
第一絶縁接着剤層３３ａは、ガラスクロスなどの補強基材にエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させて半硬化させたプリプレグなどが一般的に用いられる。
第一絶縁接着剤層３３ａの厚さは、ダミーパターン５と同等、若しくは、ダミーパターン５より５～１０μｍ程度薄い厚さ、すなわち２５～１００μｍ程度とすることが望ましい。その理由は、第一絶縁接着剤層３３ａの厚さがダミーパターン５と同等か、ダミーパターン５よりも薄いと、第一絶縁接着層３３ａの樹脂が、積層時にダミーパターン５側へと流れていくことを抑制でき、ダミーパターン５とカバーレイ３が樹脂によって強固に接着されることなく積層できるからである。ダミーパターン５とカバーレイ３との接着が弱いと、後に、フレキシブル領域Ｆにある不要部２７を容易に除去することが可能となる。
さらに、第一絶縁接着剤層３３ａの厚さがダミーパターン５より５～１０μｍ程度薄い、換言すると、ダミーパターン５の厚さが第一絶縁接着剤層３３ａの厚さより５～１０μｍ程度厚いと、フレキシブル領域Ｆの屈曲性の向上、及び、フレキシブル領域Ｆとリジッド領域Ｒの境界部を補強することができる。これは、図６に示したように、上記構成とすることで、積層時にカバーレイ３を構成する接着層１７の一部が、フレキシブル領域Ｆからリジッド領域Ｒ側へと流動し、フレキシブル領域Ｆとリジッド領域Ｒの境界部付近において当該接着層１７の厚さが厚い厚膜部２８が形成され、フレキシブル領域Ｆ内において当該接着層１７の厚さが当該フレキシブル領域Ｆとリジッド領域Ｒの境界部付近の当該接着層１７の厚さよりも薄い薄膜部２９が形成されるためである。

また、本発明では、ダミーパターン５の側面をテーパ形状(側面が垂直ではなく、上部から下部へと広がる、即ち、コア基材４ａとの接着面側が広くなるように、側面に傾斜が付いている形状)とすることが望ましい。その理由は、ダミーパターン５がテーパ形状であると、ダミーパターン５の側面と第一絶縁接着剤層３３ａとの間に隙間が生じるため、ダミーパターン５の側面と第一絶縁接着剤層３３ａとが樹脂によって強固に接着されることなく積層できるからである。ダミーパターン５の側面と第一絶縁接着剤層３３ａとの接着が弱いと、フレキシブル領域Ｆにある不要部２７の除去がより一層容易になる。なお、ダミーパターン５の側面は、エッチング処理により容易にテーパ形状とすることができる。

次に、図２（ｄ）に示すように、フレキシブル基板１を表裏の両面から挟み込むように、開口部７を形成した第一絶縁接着剤層３３ａ、ダミーパターン５を形成したコア基材４ａ、厚さが２０～６０μｍの第二絶縁接着剤層３４ａ、金属箔８(好ましくは銅箔)の順番に重ねて、一括積層プレスを行う。

なお、本実施の形態では、コア基材４ａにダミーパターン５のみを形成する例を示したが、ダミーパターン５の形成面とは反対側の面にも、勿論、配線パターンを形成することは可能である。この場合、コア基材４ａに積層される導体層１９の厚さが３５μｍ程度であれば、そのままエッチング処理して配線パターンを形成すればよく、導体層１９の厚さが７０～１０５μｍと厚い場合には、一度、ダウンエッチングで導体層１９を薄くしてから、エッチング処理で配線パターンを形成すればよい。

次に、図３（ｅ）に示したように、常法により、ドリル加工による貫通穴の形成、銅めっき処理による表層及び貫通穴内への銅めっき層形成、銅めっき層が形成された貫通穴内への穴埋め樹脂３９の充填、エッチングによる第二配線パターン３１とベリードホール１１のランド１０の回路形成を行う。

続いて、常法により、厚さが２０～６０μｍ程度の第三絶縁接着剤層３５ａと金属箔（好ましくは銅箔）を積層し、レーザ穴あけによる非貫通穴の形成、銅めっき処理、エッチング処理による第三配線パターン層３２とブラインドビアホール１６の形成をそれぞれ２回ずつ繰り返し行い、第三絶縁接着剤層３５ａと第三配線パターン層３２を２層ずつ交互に積層して、絶縁樹脂層と配線パターン層とを順次３層ずつ交互に積層した積層体からなる多層部１２を形成する。最後に、外層回路となる第三配線パターン層３２へ、回路を保護するソルダーレジスト９を形成して、多層板１４を得る（図３（ｆ）参照）。

次に、フレキシブル領域Ｆの不要部２７を取り除く方法と、外形加工方法を図３（ｇ）、図４（ｈ）及び図５（ａ）～（ｃ）を用いて説明する。なお、図５では、基板表面のソルダーレジスト９、回路形成層などを省略した。
まず、図３（ｇ）に示したように、多層板１４に、表面及び裏面の両側からダミーパターン５の上部までルータ加工などの切削加工を施して、スリット部１３を形成する。スリット部１３の加工位置は、ダミーパターン５の外形形状のうち、リジッド領域Ｒとフレキシブル領域Ｆの境界となる辺である。
高板厚の基板にスリット部１３を形成する場合は、板厚バラつきが大きく、通常のルータ機では、基板内の特定の層（ダミーパターン上）でルータ加工することは困難である。よって、ルータ加工を行う場合、Ｚ軸方向の高さのみを指定する通常のルータ機を用いるのではなく、基板の厚みを検知しながら加工することができる、導通検知機能付きルータ機を用いることが好ましい。

次に、外形加工を行う。外形加工は、ルータ加工やパンチングプレス加工によって行い、リジッド・フレックス多層プリント配線板ＰＷを外形１５と不要部２７から切り離す（図４（ｈ）、図５（ｃ）参照）。
図５（ａ）～（ｃ）に示したように、この加工によって、外形１５と不要部２７が同時に切り離され、本発明のリジッド・フレックス多層プリント配線板ＰＷが完成する。

不要部２７の除去方法に関しては、上記の方法以外に、ダミーパターン５の形状に沿ってルータ加工などを行い、外形加工前に不要部２７をあらかじめ取り除く方法も可能である。その場合は、その後にリジッド・フレックス多層プリント配線板ＰＷと、外形１５を切り離す外形加工を行う。

なお、本発明を説明する際に用いたリジッド・フレックス多層プリント配線板の例として、フレキシブル基板の表裏の両面に、絶縁樹脂層と配線パターン層との任意の層数の積層体からなる多層部を積層した両面構造のものを用いて説明したが、本発明の構成はこの限りではなく、本発明を逸脱しない範囲であれば、他の構成に利用することももちろん可能である。また、板厚、層数、材料なども本発明の範囲内で変更が可能である。

１：フレキシブル基板
２：フレキシブル基材
３：カバーレイ
４：厚み調節層
４ａ：コア基材
５：ダミーパターン
６：絶縁接着剤層
８：金属箔
９：ソルダーレジスト
１０：ランド
１１：ベリードホール
１２：多層部
１３：スリット加工部
１４：多層板
１５：外形
１６：ブラインドビアホール
１７：接着層
１８：ポリイミド層
１９：導体層
２５：配線パターン
２７：不要部
２８：厚膜部
２９：薄膜部
３０：第一配線パターン
３１：第二配線パターン層
３２：第三配線パターン層
３３：第一絶縁樹脂層
３３ａ：第一絶縁接着剤層
３４：第二絶縁樹脂層
３４ａ：第二絶縁接着剤層
３５：第三絶縁樹脂層
３５ａ：第三絶縁接着剤層
３９：穴埋め樹脂
Ｆ：フレキシブル領域
Ｒ：リジッド領域
ＰＷ：リジッド・フレックス多層プリント配線板

Claims (2)

1. 部品の実装が可能なリジッド領域と屈曲可能なフレキシブル領域とを備えたリジッド・フレックス多層プリント配線板であって、フレキシブル基材と、当該フレキシブル基材上に形成された配線パターンと、当該配線パターンを保護するカバーレイとからなるフレキシブル基板と；当該フレキシブル基板のリジッド領域に積層された絶縁樹脂層と配線パターン層との任意の層数の積層体からなる多層部と；当該多層部の最外層の配線パターン層を保護するソルダーレジストとを有し、且つ、当該多層部の絶縁樹脂層のうち、フレキシブル基板と当該フレキシブル基板から最も近い配線パターン層との間に位置する絶縁樹脂層に、第一絶縁樹脂層と、当該第一絶縁樹脂層に積層された厚さが１００μｍ以上のコア基材からなる厚み調節層と、当該厚み調節層に積層された第二絶縁樹脂層とを有することを特徴とするリジッド・フレックス多層プリント配線板。
2. 当該フレキシブル基板を構成するカバーレイが、当該フレキシブル基材上に形成された配線パターンと接着する接着層と、表層を保護するポリイミド層との２層からなり、当該接着層が、フレキシブル領域とリジッド領域の境界部付近において接着層の厚さが厚い厚膜部を有し、フレキシブル領域Ｆ内において接着層の厚さが薄い薄膜部を有することを特徴とする請求項１記載のリジッド・フレックス多層プリント配線板。

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