JPWO2010103941A1 - フレキシブル基板 - Google Patents

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Abstract

製造時の積層工程や、繰り返して変形を生じるような製品の使用時にも導体層に断線を生じることのない、信頼性の高いフレキシブル基板を提供する。樹脂層1と導体層2とを積層してなるフレキシブル基板10において、導体層2を、第1の金属からなる第1導体層21と、樹脂層と第1導体層との間に位置するように配設された、第1の金属よりも延性の高い第2の金属からなる第2導体層22とを備えた構成とする。

Description

本発明は、多層基板に関し、詳しくは、湾曲させたり折り曲げたりすることが可能なフレキシブル基板に関する。
湾曲させたり、折り曲げたりすることが可能なフレキシブル基板は、空間的に狭い実装領域に用いるのに適していることから、近年、カメラ、携帯電話、パーソナルコンピュータ、プリンター、ハードディスクドライブなどの電子機器に広く用いられるに至っている。なお、電子機器が小型化するにつれて、フレキシブル基板も小型化、高密度化し、多層化が進行している。
このようなフレキシブル基板の一つとして、熱可塑性樹脂であるポリイミドフィルムと銅箔(導体層)を積層してなるフレキシブル基板(フレキシブルプリント回路板)が知られている(特許文献1、段落0014など参照)。
ところで、フレキシブル基板は、上述のように、空間的に狭い領域に実装するのに適しているとともに、繰り返して湾曲させたり折り曲げたりすることが可能であることから、使用の際に必然的に変形を生じるような電子機器に用いるのに適している。
しかしながら、フレキシブル基板においては、小型、高密度化が進み、導体層(内部導体パターンなど)が微細化すると、それに伴って湾曲や折り曲げなどの変形の際に繰り返して応力が加わる部分で導体層(内部導体パターンなど)が断線しやすいという問題点がある。
また、熱可塑性樹脂層と導体層(内部導体パターンなど)を積層、圧着して多層化する方法でフレキシブル基板を製造する場合に、多層化の工程で、内部導体パターンの粗密によって圧着の際に加わる圧力にばらつきが生じ大きな応力が加わる部分で導体層(内部導体パターンなど)が断線しやすいという問題点がある。
そのため、製造時の積層、圧着の工程において、あるいは、製品の段階での繰り返して変形を生じるような使用により、導体層(内部導体パターンなど)に断線を生じることのない、信頼性の高いフレキシブル基板が求められているのが実情である。
なお、上記特許文献1のフレキシブル基板は、例えば、絞り成形法により所定の温度(例えば300℃)で成形して、所望の形状のフレキシブルプリント回路板を得る用途に用いられるものであり(特許文献1、段落0015参照)、使用の際に繰り返して変形を生じるような用途に適用できるものではない。
特開平7−245460号公報
本発明は、上記課題を解決するものであり、製造時の積層、圧着の工程において、あるいは、製品の段階での繰り返して変形を生じるような使用を行った場合にも、導体層(内部導体パターンなど)に断線を生じることのない、生産性に優れ、信頼性の高いフレキシブル基板を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明のフレキシブル基板は、
樹脂層と導体層とを積層してなるフレキシブル基板において、
前記導体層は、第1の金属からなる第1導体層と、
前記樹脂層と前記第1導体層との間に位置するように配設された、前記第1の金属よりも延性の高い第2の金属からなる第2導体層と
を備えていることを特徴としている。
また、前記第2の金属は、前記第1の金属の粒成長を抑制するものであることを特徴としている。
前記第2導体層は、前記樹脂層と接するように配設されていることが望ましい。
また、前記第2導体層は、前記第1導体層と接するように配設されていることが望ましい。
さらに、前記第2導体層は、前記導体層と前記樹脂層との界面全面に存在していることが望ましい。
前記第2導体層の少なくとも一部は、前記第1の金属と前記第2の金属を構成成分とする合金を含有していることが望ましい。
前記合金は、前記導体層と前記樹脂層とを積層する工程で形成されるものであることを特徴としている。
前記第1導体層を構成する前記第1の金属は、Cuを主成分とするものであることが望ましい。
前記第2導体層を構成する前記第2の金属は、Coおよび/またはNiを主成分とするものであることが望ましい。
前記樹脂層は、熱可塑性樹脂よりなるものであることが望ましい。
本発明のフレキシブル基板は、樹脂層と導体層とを積層することにより形成されており、導体層は、第1の金属からなる第1導体層と、樹脂層と第1導体層との間に位置するように配設された、第1の金属よりも延性の高い第2の金属からなる第2導体層とを備えているので、湾曲させたり、折り曲げたりした場合に、延性の高い金属からなる第2導体層が、導体層に加わる応力を吸収、緩和する機能を果たす。
また、第2導体層を構成する第2の金属は、その一部が第1導体層を構成する第1の金属の粒界に入り込み、さらにその一部は、第1の金属の結晶粒子内に拡散する。そして、第1導体層を構成する第1の金属の粒界に入り込んだ、第2導体層を構成する金属は、第1導体層を構成する金属の粒成長を抑制する機能を果たすとともに、第1の金属の結晶粒子内に拡散した第2の金属と、第1の金属との合金(層)が第1導体層の延性を向上させる機能を果たす。
その結果、製造時の積層、圧着の工程や、製品の段階での繰り返して変形を生じるような使用を行った場合における、導体層(内部導体パターンなど)の断線を防止することが可能になり、信頼性が高く生産性に優れたフレキシブル基板を提供することが可能になる。
なお、本発明は、ガラスエポキシなどの硬い材質からなるリジッド部と、組み込みや繰り返して屈曲が可能なフレキシブル部を備えた、リジッドフレキシブル基板のフレキシブル部にも好適に適用することが可能であり、このようなリジッドフレキシブル基板も、本発明の実施の態様の一つとなるものである。
また、第2導体層を構成する第2の金属として、第1導体層を構成する第1の金属の粒成長を抑制するものを用いることにより、第1の金属の結晶粒子を、微細で緻密な状態に維持して、変形に対する安定性(断線のしにくさ)を確保することが可能になり、本発明をより実行あらしめることができる。
なお、第1導体層を構成する第1の金属の粒成長を抑制する金属としては、たとえば、第1導体層を構成する金属がCuである場合における、CoやNiなどを挙げることができる。
本発明のフレキシブル基板においては、特性制御などの目的で、第2導体層と樹脂層との間に薄い第3の導体層を介在させることが可能な場合もありうるが、第2導体層と樹脂層とが接するように配設されている場合、第2導体層の高い延性による応力緩和機能をより確実に発揮させることが可能になる。
また、第2導体層を第1導体層と接するように配設することにより、第2導体層を構成する延性の高い金属を、第1導体層を構成する金属粒子の粒界に存在させて応力緩和機能を発揮させ、導体層の耐変形性を向上させたり、第2導体層を構成する延性の高い金属を、第1導体層を構成する金属粒子に拡散させて、第1導体層の延性の低下を防ぐことにより、導体層全体としての耐変形性を向上させたりすることができる。
さらに、第1導体層を構成する金属が第2導体層を構成する金属に拡散して合金化し、この合金(層)も導体層の延性を向上させる機能を果たすため、導体層の耐変形性をさらに向上させることが可能になる。
また、第2導体層を導体層と樹脂層との界面全面に存在させることにより、高い延性を有する金属を主成分とする第2導体層による応力緩和機能をさらに確実に発揮させることが可能になり、本発明をより実効あらしめることができる。
また、第2導体層の少なくとも一部が、第1の金属と第2の金属を構成成分とする合金を含有している場合、第2導体層から第1導体層に向かって傾斜的に導体層の延性を変化させることが可能になるため、さらに高い、応力緩和効果を期待することができる。
また、第1の金属と第2の金属を構成成分とする合金を含有する第2導体層は、導体層と樹脂層とを積層、圧着する工程における、圧力や温度などを制御することにより形成することが可能である。
そして、その場合、複雑なプロセスを必要とすることなく、第1導体層を構成する金属と第2導体層を構成する金属とを合金化させることが可能で、生産性を低下させることがない。
また、第1導体層としては、電気的特性からCuを用いることが望ましい。ただし、導体層がCuを主成分とする単層構造のものである場合、製造時の積層、圧着の工程や、製品の段階での繰り返して変形を生じるような使用を行った場合において、導体層の断線を生じるおそれがあるが、本発明のように延性の高い第2導体層を備えた構成とすることにより、第2導体層が導体層に加わる応力を吸収、緩和する機能を果たすため、信頼性の高いフレキシブル基板を提供することができる。
また、導体層がCuを主成分とするものであり、第2導体層を構成する第2の金属が、Coおよび/またはNiを主成分とするものである場合、Co、Niは延性が高く、導体層に加わる応力を吸収、緩和する機能を果たすため、製造工程や、製品の使用時に導体層に断線を生じることのない、信頼性の高いフレキシブル基板を提供することができる。
また、第1導体層を構成する金属がCuである場合において、第2導体層を構成する第2の金属としてCoおよび/またはNiを主成分とするものを用いた場合、第2導体層を構成する延性の高い金属であるCoおよび/またはNiを、第1導体層を構成するCu粒子の粒界に存在させて導体層の耐変形性を向上させたり、導体層の第1導体層を構成するCu粒子に拡散させて、第1導体層の延性を向上させたりすることが可能になる。そして、その結果、導体層全体としての耐変形性に優れた、信頼性の高いフレキシブル基板を提供することが可能になる。
さらに、第1導体層を構成するCuが第2導体層を構成するCoおよび/またはNiに拡散して合金化することにより、両者を確実に結合させることが可能になり、導体層の断線しにくさをさらに向上させることができる。
また、樹脂層として、熱可塑性樹脂よりなるものを用いることにより、積層工程における条件(例えば、温度やプレス圧力などの条件)を適切に制御することにより、効率よく、積層構造を有するフレキシブル基板を得ることが可能になる。
(a)は、本発明の実施例にかかるフレキシブル基板(フレキシブル多層基板)の構成を模式的に示す図,(b)はその要部を拡大して示す図である。 (a),(b),(c)は、図1のフレキシブル多層基板の製造方法を説明する図である。 図1のフレキシブル多層基板の製造方法を説明する図であって、図2(c)の工程に続く工程を示す図である。 図1のフレキシブル多層基板の製造方法を説明する図であって、図3の工程に続く工程を示す図である。
以下に本発明の実施例を示して、本発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。
図1は本発明の一実施例にかかるフレキシブル基板(フレキシブル多層基板)の構成を模式的に示すであり、(a)は正面断面図、(b)は要部を拡大して示す要部拡大断面図である。
図1(a),(b)に示すように、このフレキシブル基板(フレキシブル多層基板)10は、基材層を構成する樹脂層(この実施例1では熱可塑性樹脂層)1と、熱可塑性樹脂層1の表面に配設された、所定のパターンを有する導体層(導体パターン)2と、熱可塑性樹脂層1に配設されたビアホール用貫通孔3内に充填、配設され、導体層2を層間接続させるビアホール導体4とを備えている。
また、このフレキシブル多層基板10において、熱可塑性樹脂層1は、液晶ポリマー(LCP)や、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)などの、融点が250℃以上の熱可塑性樹脂から形成されている。
なお、熱可塑性樹脂層1は、その厚みを調整したり、樹脂の重合度を制御したりすることにより、必要なフレキシビリティーを持たせることができる。
また、樹脂層1を構成する樹脂は必ずしも、熱可塑性樹脂に限られるものではなく、熱硬化性樹脂を用いることも可能である。
導体層2は、本発明における第1の金属であるCuを主成分とする第1導体層21と、第1導体層21の表裏両主面の全面に配設された第2導体層22とを備えている。第2導体層22は、第1導体層21を構成するCuよりも延性の高い金属であるNi(本発明における第2の金属)を主成分としている。そして、この導体層2は、第2導体層22が、樹脂層1と接するようにして配設されている。
なお、この実施例1のフレキシブル多層基板10においては、第2導体層22は、少なくともその一部が、第1導体層21を構成するCuが、第2導体層22を構成するNiに拡散してなるNi−Cu合金となっており、第1導体層21の延性の向上に寄与している。
また、第2導体層22を構成するNiは、その一部が第1導体層21を構成するCu粒子の粒界に入り込んでおり、このCu粒子の粒界に入り込んだNiは、第1導体層を構成するCuの粒成長の抑制と、それによる第1導体層21の割れにくさの向上に寄与している。
また、ビアホール導体4は、Agを主成分とする導電性ペーストをビアホール用貫通孔3に充填して固化させることにより形成されている。
この実施例1のフレキシブル多層基板10は、上述のように、熱可塑性樹脂層1と導体層2とを積層することにより形成されており、導体層2は、第1の金属であるCuを主成分とする第1導体層21と、第1導体層21を構成するCuよりも延性の高い第2の金属(Ni)を主成分とする第2導体層22とを備えている。そして、導体層2を構成する第1導体層21は、第1導体層21を構成するCuよりも延性の高い第2導体層22を介して、熱可塑性樹脂層1に接合されている。そのため、熱可塑性樹脂層1を湾曲させたり、折り曲げたりした場合に、延性の高い第2導体層22が、導体層2に加わる応力を吸収、緩和する機能を果たす。
また、第2導体層22を構成するNiは、その一部が第1導体層21を構成するCuの粒界に入り込み、さらにその一部は、Cuの結晶粒子内に拡散する。そして、第1導体層21を構成するCuの粒界に入り込んだNiは、第1導体層21を構成するCuの粒成長を抑制する機能を果たすとともに、Cuの結晶粒子内に拡散したNiはCuとの合金を形成し、この合金が第1導体層21の延性を向上させる機能を果たす。
また、第1導体層21を構成するCuは、第2導体層22を構成するNiに拡散して合金化し、この合金も導体層2の延性を向上させ、耐変形性を改善する機能を果たす。
その結果、製造時の積層、圧着による多層化の工程や、製品の段階での繰り返して変形を生じるような使用を行った場合においても、導体層(内部導体パターンなど)2に断線を生じるおそれの少ない、信頼性の高いフレキシブル多層基板10を得ることが可能になる。
以下、このフレキシブル多層基板10の製造方法について説明する。
(1)まず、図2(a)に示すように、液晶ポリマー(LCP)や、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)などに代表される250℃以上の融点を持つ熱可塑性樹脂からなる絶縁層(熱可塑性樹脂層)1に、第1導体層21となるCu箔(第1導体層用の金属層)21aと、その表裏両主面の全面にめっきにより形成された、第2導体層22となる、Cuよりも延性の高い金属であるNiからなる被覆層(第2導体層用の金属層)22aとを有する、パターニング前の導体層(金属箔)2aを貼り付けたシートを用意する。なお、第2導体層用の金属層22aは、めっき以外にスパッタなどの薄膜形成方法によっても形成することが可能である。
(2)それから、図2(b)に示すように、熱可塑性樹脂層1上の金属箔2aをエッチングして、所望のパターンの導体層(導体パターン)2を形成する。
なお、導体層(導体パターン)2を形成するにあたっては、例えば、金属箔2aの表面に、所定のレジストパターンを形成し、エッチング液に浸漬してエッチングを行った後、レジストパターンを除去することにより、図2(b)に示すような所望の導体パターン2を形成することができる。
ただし、予めパターン化した金属箔を張り付けるようにすることも可能である。
(3)次に、図2(c)に示すように、熱可塑性樹脂層1の所定の位置に、レーザ加工によりビアホール用貫通孔3を形成する。なお、レーザ加工においては、導体層(導体パターン)2が形成されていない方の面からレーザを照射して、導体層(導体パターン)2の裏面に達するようにビアホール用貫通孔3を形成する。これにより、ビアホール用貫通孔3が形成された熱可塑性樹脂層1の表面に、パターン化された導体層(導体パターン)2が、その一部がビアホール用貫通孔3を覆うように配設された構造を有する基材層Aが得られる。
なお、図2(c)に示す、基材層Aを形成する手順は、上記(1)〜(3)の手順に限られるものではなく、例えば、熱可塑性樹脂層1にビアホール用貫通孔3を形成した後に、導体層2のエッチングを行うようにしてもよく、さらに他の手順で形成してもよい。
(4)次に、図3に示すように、各熱可塑性樹脂層1(基材層A)毎に、ビアホール用貫通孔3にAg粒子を主成分とする導電性ペースト4aを充填する。
(5)それから、図4に示すように、各熱可塑性樹脂層1(基材層A)を所定の順に積層し、真空プレスにより、熱可塑性樹脂層1が可塑性を示すが溶融はしない温度(例えば250℃〜350℃)で圧着する。
なお、図4の最上層は図3に示す構成の熱可塑性樹脂層(基材層)Aであるが、上から2層目および3層目の基材層としては、導体層(導体パターン)2の形状およびビアホール用貫通孔3の配設位置が、最上層のものとは異なる熱可塑性樹脂層(基材層)Aを用いている。
この積層、圧着の工程で、ビアホール導体4と導体層(導体パターン)2が、接合されるとともに、各熱可塑性樹脂層1間の圧着(接合)が完了し、全体が完全に一体化する。
さらに、この積層、圧着の工程で、第2導体層22を構成するNiが、第1導体層21を構成するCu粒子の粒界に入り込むとともに、一部はCu粒子中に拡散する。
これにより、Cu粒子の粒界に入り込んだNiはCu粒子の粒成長を抑制する機能を果たすとともに、NiがCu粒子に拡散して形成される合金層が第1導体層の延性を向上させる機能を果たす。
また、第1導体層21を構成するCuも、第2導体層22を構成するNiに拡散し、第2導体層22の少なくともその一部が、NiとCuの合金になり、この合金も導体層2の延性を向上させ、耐変形性を改善する機能を果たす。
その結果、製造時の積層、圧着による多層化の工程や、製品の段階での繰り返して変形を生じるような使用を行った場合においても、導体層(内部導体パターンなど)2に断線の生じることない、信頼性が高く生産性に優れたフレキシブル多層基板10を得ることができる。
なお、上記実施例では、第1導体層21となる第1導体層用の金属層21aがCu層(Cu箔)であり、第2導体層22となる第2導体層用の金属層22aがNi層である場合を例にとって説明したが、第1導体層用の金属層21aとしてCu以外の導体材料を用いることが可能であり、また、第2導体層用の金属層22aとしても、Ni以外の導体材料、たとえば、Coや、CoとNiの両方などを用いることが可能である。
ただし、導体層としての特性の見地からは、第1導体層用の金属層21aとしてはCuが望ましい。そして、第1導体層用の金属層21aにCuを用いる場合には、第2導体層用の金属層22aにCo、またはNi、あるいはCoとNiの両方を用いることが望ましい。
なお、第1導体層用の金属層としてCuを用いた場合において、第2導体層用の金属層にCoを用いた場合、および、CoとNiの両方を用いた場合にも、製造時の積層、圧着による多層化の工程や、製品の段階での繰り返して変形を生じるような使用を行った場合にも、導体層(内部導体パターンなど)に断線の生じることない、信頼性が高く生産性に優れたフレキシブル多層基板が得られることを確認している。
また、上記実施例のフレキシブル多層基板10においては、表面に露出した導体層(導体パターン)2を構成する第1導体層21が、第2導体層22により被覆されているため、露出した導体層(導体パターン)2の表面が酸化されることを抑制、防止することができる。したがって、積層後に酸化防止の目的でめっきを施す工程を不要にすることができる。
また、上記実施例では示していないが、本発明は、ガラスエポキシなどの硬い材質からなるリジッド部と、組み込みや繰り返して屈曲が可能なフレキシブル部を備えた、リジッドフレキシブル基板に適用することも可能である。
本発明は、さらにその他の点においても、上記実施例に限定されるものではなく、樹脂層を構成する材料の種類、導体層(導体パターン)を構成する材料の種類や導体層の具体的なパターン、熱可塑性樹脂層および導体層の積層数や積層態様などに関し、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
1 樹脂層(熱可塑性樹脂層)
2 導体層(導体パターン)
2a パターニング前の導体層(金属箔)
3 ビアホール用貫通孔
4 ビアホール導体(Ag)
4a 導電性ペースト
10 フレキシブル基板(フレキシブル多層基板)
21 第1導体層
21a 第1導体層用の金属層(Cu箔)
22 第2導体層
22a 第2導体層用の金属層(被覆層)
A 基材層

Claims (10)

  1. 樹脂層と導体層とを積層してなるフレキシブル基板において、
    前記導体層は、第1の金属からなる第1導体層と、前記樹脂層と前記第1導体層との間に位置するように配設された、前記第1の金属よりも延性の高い第2の金属からなる第2導体層と
    を備えていることを特徴とするフレキシブル基板。
  2. 前記第2の金属は、前記第1の金属の粒成長を抑制するものであることを特徴とする請求項1に記載のフレキシブル基板。
  3. 前記第2導体層は、前記樹脂層と接するように配設されていることを特徴とする請求項1または2に記載のフレキシブル基板。
  4. 前記第2導体層は、前記第1導体層と接するように配設されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のフレキシブル基板。
  5. 前記第2導体層は、前記導体層と前記樹脂層との界面全面に存在することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のフレキシブル基板。
  6. 前記第2導体層の少なくとも一部は、前記第1の金属と前記第2の金属を構成成分とする合金を含有していることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のフレキシブル基板。
  7. 前記合金は、前記導体層と前記樹脂層とを積層する工程で形成されるものであることを特徴とする請求項6に記載のフレキシブル基板。
  8. 前記第1導体層を構成する前記第1の金属は、Cuを主成分とするものであることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のフレキシブル基板。
  9. 前記第2導体層を構成する前記第2の金属は、Coおよび/またはNiを主成分とするものであることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のフレキシブル基板。
  10. 前記樹脂層は、熱可塑性樹脂よりなるものであることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載のフレキシブル基板。
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