JPWO2017047072A1 - シールドプリント配線板の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明のシールドプリント配線板の製造方法は、ベース基材と、前記ベース基材上に設けられたグランド配線と、前記グランド配線を覆うと共に前記グランド配線の一部が露出するように開口部が設けられた絶縁層とを有するプリント配線板本体部を用意する工程と、前記絶縁層の上に、レジスト樹脂を所定のパターン形状として載せるレジスト載置工程と、前記開口部から露出しているグランド配線の上と前記レジスト樹脂が載せられた前記プリント配線板本体部の上とに金属層を設ける金属層形成工程と、前記レジスト樹脂を溶剤により除去することにより、前記金属層のうち前記レジスト樹脂上に設けられた部分を前記レジスト樹脂と共に除去して、前記所定のパターン形状以外の部分に存する前記金属層をシールド層として形成する工程とを含む。

Description

本発明は、シールドプリント配線板の製造方法に関するものである。

従来より、プリント配線板には、配線された回路から発生する電磁波を遮蔽するための電磁波シールド層を設けている。例えば、携帯電話やデジタルカメラのような小型の電子機器では、画面の面積が大きくなる傾向があり、それに従って配線回路の信号の伝送周波数が大きくなっていく傾向がある。このようになってくると、電磁波シールド層がないと配線回路から電磁波が周囲に漏れてしまい、その電磁波が周囲の電子機器に誤動作を起こさせてしまう。従って、配線回路から電磁波が漏洩しないように、電磁波シールド層を設けることが重要になる。

また、電子機器の小型化が進んでいく最近の状況では、プリント配線板も面積を小さく、厚みを薄くする方向に開発が進んでいる。従ってフレシキブル基板（ＦＰＣ）が多く使われるようになってきている。電磁波シールド層を備えたＦＰＣとして、多数回の屈曲や摺動に耐えうる電磁波シールドフィルムを備えたシールドプリント配線板が特許文献１に開示されている。また、薄くても絶縁層に傷がつきにくい電磁波シールドシートを備えたシールドプリント配線板が特許文献２に開示されている。

特開２０１１−１８７８９５号公報 特開２０１５−５３４１２号公報 特開２０００−５９０３０号公報 特開２０１３−２５７６６９号公報

しかしながら、特許文献１，２に開示されているシールドプリント配線板における電磁波シールドフィルム・電磁波シールドシートは、シールド層がフィルム・シートの全面に設けられたものであり、このような構成であると配線回路とのインピーダンス不整合が生じてしまうという問題があった。インピーダンス不整合を防止するためにはシールド層をメッシュや市松模様等のパターン形状にする必要があるが、特許文献１，２に開示されている電磁波シールドフィルム・電磁波シールドシートにおいてパターン形状を形成するには、シールド層が導電性粒子や金属片と樹脂とを含むものであるので、複数の複雑な工程が必要となり、コストが増大してしまうという問題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、配線回路とのインピーダンスを容易に整合させることができるシールドプリント配線板を、低コストでかつ短時間に製造する方法を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明のシールドプリント配線板の製造方法は、シールド層を備えたシールドプリント配線板の製造方法であって、ベース基材と、前記ベース基材上に設けられたグランド配線と、前記グランド配線の一部を覆う絶縁層とを有するプリント配線板本体部を用意する工程と、少なくとも前記絶縁層の上に、レジスト樹脂を所定のパターン形状として載せるレジスト載置工程と、前記レジスト樹脂が載せられた前記プリント配線板本体部の上に金属層を設ける金属層形成工程と、前記レジスト樹脂を溶剤により除去することにより、前記金属層のうち前記レジスト樹脂上に設けられた部分を前記レジスト樹脂と共に除去して、前記所定のパターン形状以外の部分に存する前記金属層をシールド層として形成する工程とを含む構成を備えている。

前記シールド層の厚みは７ｎｍ以上０．３μｍ以下であることが好ましい。

さらに、前記シールド層の上に電気絶縁性の保護層を設ける保護層形成工程を有していてもよい。

前記金属層形成工程では、前記金属層を蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ、又はめっきにより前記プリント配線板本体部の上に設けてもよい。

前記レジスト載置工程は印刷によって行ってもよい。

前記レジスト樹脂は感光性の樹脂であり、前記レジスト載置工程の後に前記レジスト樹脂に光を照射して前記レジスト樹脂を硬化させる工程をさらに含んでいてもよい。

前記レジスト樹脂は熱硬化性の樹脂であり、前記レジスト載置工程の後に前記レジスト樹脂を加熱して前記レジスト樹脂を硬化させる工程をさらに含んでいてもよい。

前記溶剤は水であってもよい。

絶縁層の上に所定のパターン形状としたレジスト樹脂を載せて、その上に金属層を全面に設け、その後レジスト樹脂を溶剤により除去することによってレジスト樹脂上の金属層をともに除去し、レジスト樹脂上以外に設けた金属層は絶縁層の上に残してシールド層とするので、所望のシールドパターンを少ない工程で容易に作成することができる。

実施形態に係る金属薄膜からなる所望のパターンの作成方法を示す図である。 従来技術に係る金属箔からなる所望のパターンの作成方法を示す図である。 実施形態に係るシールド層を備えたシールドプリント配線板を示す図である。 実施形態に係るシールド層を備えたシールドプリント配線板の製造方法を示す図である。 電磁波シールド効果とシート抵抗との関係を示す図である。 電磁波シールド効果と金属層厚みとの関係を示す図である。 シールド層を備えたシールドプリント配線板に絶縁保護層を設けた図である。 別の実施形態に係るシールド層を備えたシールドプリント配線板を示す図である。 絶縁保護層の効果を確認するテスト基板を示す模式的な図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。

（実施形態１）
まず、実施形態１に係る金属薄膜からなる所望のパターン形状の作成方法を図１に基づいて説明する。ここではプリント配線板ではなく、単なるシート１上に金属薄膜からなる所望のパターン形状を作成する。

最初に、その上にパターン形状を形成するシート１を用意する。シート１は例えばポリイミドやポリエステルなどの合成樹脂からなっている。次にシート１上にレジスト２を所定のパターン形状になるように載せる。レジスト２は特許文献４に記載されているような水溶性レジストを使用することができ、例えばマスク印刷によりレジスト水溶液をシート１上に所定のパターン形状に載せて乾燥させる。

それから、レジスト２及びレジスト２が載っていないシート１の部分の上に金属層３を設ける。すなわち、シート１の、レジスト２が載っている側の面の全面に金属層３を設ける。金属層３の金属種は特に限定されないが、コストやシールド性の面からＣｕを用いることが好ましい。金属層３を設ける方法は蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ、めっきなどが挙げられる。また、金属層３の厚みは厚みは７ｎｍ以上０．３μｍ以下が好ましい。

次に、水洗を行う。水洗により水溶性であるレジスト２は水に溶解してシート１から除去される。このとき同時にレジスト２上に載っている金属層３も除去され、シート１の上に直接載っている金属層３のみが残り、所望のパターン４となる。レジスト２上には金属層３が載っているが、金属層３にはピンホールがあるため、レジスト２が水に溶解する。なお、所望のパターン４は、レジスト２の所定のパターン形状をネガとした時のポジのパターン形状である。

このように上述のパターン形状の作成方法は、シート１を用意する工程と、レジスト２を印刷する工程と、金属層３を形成する工程と、レジスト２を水洗により除去して同時に金属層３からなる所望のパターン４を形成する工程の４つの工程である。なお、レジストは水溶性に限定されず、有機溶媒に溶解するレジストを用いてもよい。その場合、最後のレジストを除去して所望のパターンを形成する工程では、レジストの種類によって有機溶媒等の種類を選択すればよい。

一方、特許文献３に開示されている、従来技術である、電磁シールド材としての金属箔からなるメッシュを作成する方法（従来方法）は、図２に示されている通りであり，以下に説明する。

最初に、その上にパターン形状を形成するシート１を用意する。これは本実施形態に係る方法と同じである。

次にシート１の上に金属箔３ａを貼り合わせる。特許文献３では接着剤を用いて貼り合わせているが、ここでは接着剤の図示を省略する。

それから金属箔３ａの上に紫外線硬化型のレジスト５をラミネートする。

そして、レジスト５の上に所定のパターン形状のマスク６を載せる。

次に紫外線を照射して、マスク６に覆われていない部分のレジスト５を露光させて露光部５ａを形成する。

次いでマスク６を除去する。

さらに露光されていないレジスト５を処理液により除去して、露光部５ａのみを残す。露光部５ａは所望のパターン形状となっている。

次に、エッチングを行って、露光部５ａが載っている部分以外の金属箔３ａを除去し、金属箔からなる所望のパターン４ａを作成する。

そして露光部５ａを除去して、シート１上に所望のパターン４ａのみを残す。

特許文献３に開示されている従来技術による方法では、８つの工程が必要であり、本実施形態に係るパターン形状の作成方法の２倍の工程数である。従って、従来技術に比べて、本実施形態に係るパターン形状の作成方法の方が短時間で所望のパターンの形成を行うことができ、工程毎に必要な薬液等の種類・量も少なくて済み、工程毎に発生する不良品も少なくすることが出来るため歩留まりも上がるので、トータルのコストを大きく下げることができる。

次に、実施形態１に係るシールド層を備えたシールドプリント配線板の製造方法を図３，４に基づいて説明を行う。

本実施形態に係るシールド層を備えたシールドプリント配線板を図３に示す。プリント配線板本体部１０は、ベース基材１１と、ベース基材１１の上に設けられたグランド配線１２および信号配線１４と、前記グランド配線１２を覆うと共にグランド配線１２の一部が露出するように開口部１８が設けられた絶縁層１３を有している。プリント配線板本体部１０の上には所望のパターン形状のシールド層３１，３２が載せられてプリント配線板となっている。一部のシールド層３１は開口部１８から露出したグランド配線１２と接続している。

このシールドプリント配線板を伝送配線として用いる場合、シールド層３１，３２の所望のパターン形状を適切に選択することにより、入出力回路と合わせたインピーダンス不整合によるノイズの漏れ、及び外部からノイズを拾ってしまうことを防ぐことができ、シールドプリント配線板の高周波伝送特性が良好となる。なお、入出力回路及びプリント配線板本体部１０の種類によって適切な所望のパターン形状は変わってくるので、入出力回路及びプリント配線板本体部１０の種類毎に所望のパターン形状を設定する必要がある。

本実施形態に係るシールド層を備えたシールドプリント配線板の製造方法を図４に示す。

まず、プリント配線板本体部１０を用意する。

それから、絶縁層１３上に水溶性レジストの水溶液（固形分は例えば、ヒドロキシアルキルセルロースと硫酸バリウム）を、約１０μｍの厚みで所定のパターン形状となるようにマスク印刷する。印刷後にプリント配線板本体部１０を加熱して乾燥させ、所定のパターン形状のレジスト樹脂２０を絶縁層１３上に載置する。

それから、プリント配線板本体部１０の上に、レジスト樹脂２０及び開口部１８から露出しているグランド配線１２を覆うように金属層３０を設ける。金属層３０を設ける前に、レジスト樹脂２０の表面をコロナ処理して金属層３０との密着性を向上させることが好ましい。金属層３０の金属種は銅、銀、金、ニッケルなど種々のものを使用することができる。ここでは銅を用いる。金属層３０の形成方法は、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ、又はめっき等様々な方法を用いることができる。ここでは蒸着により厚み０．２μｍの金属層３０を形成した。

次に金属層３０の側からプリント配線基板本体部１０に水のシャワーを浴びせてレジスト樹脂２０を除去する。レジスト樹脂２０は水溶性であるので水に溶解する。レジスト樹脂２０上の金属層３０は０．２μｍと薄く、ピンホール等もあるので、３０〜６０秒間水のシャワーを浴びせると金属層３０の下のレジスト樹脂２０に水が達してレジスト樹脂２０が溶解し、レジスト樹脂２０上の金属層３０と共にプリント配線板から除去される。レジスト樹脂２０及び金属層３０の一部の除去後、プリント配線板を乾燥させて水を除去する。これにより、所定のパターン形状に形成されたレジスト樹脂２０が存していた部分のみ金属層３０が除去され、それ以外の金属層３０が所望のパターン形状のシールド層３１，３２として残る。こうしてシールド層３１，３２を備えたプリント配線板が作成される。

さらに、図７に示すように、シールド層３１，３２の上に絶縁保護層５０を設けてもよい。絶縁保護層５０を設けることによりシールド層３１，３２が、例えばリフローや、プリント配線板の曲げ、スクラッチなどから保護される。絶縁保護層５０は、印刷やコーティングによりプリント配線板に設けても良いし、絶縁フィルムに絶縁性接着剤を塗布したものをシールド層３１，３２の上から貼り合わせることにより形成してもよい。あるいは、絶縁性熱硬化性樹脂を剥離フィルムに塗布して、その絶縁性熱硬化樹脂側の面をプリント配線基板に載せて加熱プレスした後、剥離フィルムを剥離させて絶縁保護層５０を作成してもよいし、熱硬化性樹脂の代わりに絶縁性の紫外線硬化性樹脂を用いてもよい。

絶縁保護層５０の効果を確認するため、図９に示すように、ベース基材１１の上に互いに離間した一対のグランド配線１２，１２が２つ設けられ、その上に円形の開口部６１，６２を有した絶縁層１３を形成し、さらに絶縁層１３の上に厚み０．２μｍの銅蒸着層からなるシールド層３１を載せ、そのシールド層３１が一対のグランド配線１２，１２同士を電気的に接続しているシールドプリント配線板を２つ用意した。円形の開口部は、２つの一対のグランド配線１２，１２のうち、一方では１．４ｍｍ径の開口部６１とし、他方では１．８ｍｍ径の開口部６２として、それぞれのグランド配線１２，１２の上に形成した。すなわち、互いに離間した一対のグランド配線１２，１２は、シールド層３１を介して電気的に接続されている。これら２つのシールドプリント配線板のうち、一方のシールドプリント配線板には、厚み８μｍの絶縁性熱硬化樹脂からなる絶縁保護層５０をそのシールドプリント配線板上に設け、他方のシールドプリント配線板には絶縁保護層５０を設けなかった。つまり、一方のシールドプリント配線板のシールド層３１，３２は絶縁保護層５０で覆われているのに対し、他方のシールドプリント配線板のシールド層３１，３２は露出している。

これら両者をはんだリフローの加熱装置によって複数回処理を行った。互いに離間した２本のグランド配線１２間の抵抗を測定したところ、絶縁保護層５０を設けなかったシールドプリント配線板は、リフローの処理が３回目までは徐々に抵抗値が大きくなっていく程度であったが、４回目で電気的な接続がなくなった。これは４回のリフローの処理によりシールド層３１が完全に破壊されたためと考えられる。一方、絶縁保護層５０を設けたシールドプリント配線板では、リフローの処理を５回行っても互いに離間した２本のグランド配線１２間の抵抗は十分に低く、シールド層３１が絶縁保護層５０により守られていることが明らかになった。

次に金属層３０の厚みについて説明する。金属層３０の厚み、すなわちシールド層３１，３２の厚みが薄すぎると、シールド効果が低下してしまい、シールドとしての働きが不十分になるおそれがある。一方金属層３０の厚みが厚すぎると、レジスト樹脂２０を水により除去しようとしても一部のレジスト樹脂２０が残存してしまい、シールド層３１，３２が所望のパターン形状とは異なった形状になってしまい、プリント配線板の高周波伝送特性が低下してしまう。

図５に示すように、金属層３０による電磁波シールド効果ｙ（ＫＥＣ法により測定した）は、シート抵抗ｘとの間に
ｙ＝−８．６２ｌｎ(ｘ)＋１０６．６４ （１ＧＨｚにおいて）
という関係がある。そして、シート抵抗は金属層３０の長さを一定とした場合、金属層３０の厚みが大きくなると小さくなり、両者の関係は以下に示す所定の式で表される。

シート抵抗＝金属層に固有の抵抗率×金属層の長さ／（金属層の断面積×金属層の厚み）
従って、図５とその所定の式とから図６に示す関係が得られる。電磁波シールド効果は４０ｄＢ未満であると不十分となるおそれがあるので、金属層３０の厚みは７ｎｍ以上であることが好ましい。一方、金属層３０の厚みが０．３μｍを超えるとレジスト樹脂２０を完全には除去できなくなるおそれがあり、０．４μｍになると水洗を行っても多くのレジスト樹脂２０が残存してしまう。従って、金属層３０は０．３μｍ以下であることが好ましい。

上述したように、本実施形態に係るシールド層を備えたシールドプリント配線板の製造方法では、少ない工程で所望のパターンのシールド層を容易に作成することができるので、低コスト且つ高い歩留まりで高いシールド効果とシールドプリント配線板の高い高周波伝送特性とが両立されたシールド層を備えたシールドプリント配線板を製造することができる。また、レジスト樹脂として水溶性の樹脂を使用すると、扱いが容易であって環境汚染の程度を小さくすることができる。

（実施形態２）
図８に実施形態２に係るシールド層を備えたシールドプリント配線板を示す。実施形態２では、プリント配線板本体部１０の上に導電性の接着剤層４０を設けていることが実施形態１と異なっており、それ以外は実施形態１と同じである。実施形態２も実施形態１と同じ効果を奏する。

（その他の実施形態）
上述の実施形態は本願発明の例示であって、本願発明はこれらの例に限定されず、これらの例に周知技術や慣用技術、公知技術を組み合わせたり、一部置き換えたりしてもよい。また当業者であれば容易に思いつく改変発明も本願発明に含まれる。

シールドプリント配線板における、グランド配線の一部および信号配線を覆う絶縁層は、絶縁フィルムと接着剤層とからなっていてもよい。レジスト樹脂は、水溶性であってもよいし有機溶媒に溶解する樹脂であってもよい。シールドプリント配線板の種類も特に限定されない。金属層の金属種も銅以外のものであってもよいし、金属層の形成方法も蒸着に限定されず、スパッタリング、ＣＶＤ、又はめっき等の方法で形成してもよい。シールド層のパターン形状は網目模様（メッシュ）を例示できるが、それ以外のパターン形状であっても構わない。

レジスト樹脂は、感光性の樹脂からなっていてもよい。この場合、レジスト樹脂を絶縁層の上に載置した後で光をあてて硬化させることが好ましい。

レジスト樹脂は、熱硬化性の樹脂からなっていてもよい。この場合、レジスト樹脂を絶縁層の上に載置した後で加熱を行って硬化させることが好ましい。

１０ プリント配線板本体部
１１ ベース基材
１２ グランド配線
１３ 絶縁層
１８ 開口部
２０ レジスト樹脂
３０ 金属層
３１、３２、３３ シールド層
５０ 絶縁保護層（電気絶縁性の保護層）

Claims (8)

1. シールド層を備えたシールドプリント配線板の製造方法であって、
   ベース基材と、前記ベース基材上に設けられたグランド配線と、前記グランド配線を覆うと共に前記グランド配線の一部が露出するように開口部が設けられた絶縁層とを有するプリント配線板本体部を用意する工程と、
   前記絶縁層の上に、レジスト樹脂を所定のパターン形状として載せるレジスト載置工程と、
   前記開口部から露出しているグランド配線の上と前記レジスト樹脂が載せられた前記プリント配線板本体部の上とに金属層を設ける金属層形成工程と、
   前記レジスト樹脂を溶剤により除去することにより、前記金属層のうち前記レジスト樹脂上に設けられた部分を前記レジスト樹脂と共に除去して、前記所定のパターン形状以外の部分に存する前記金属層をシールド層として形成する工程と
   を含む、シールドプリント配線板の製造方法。
2. 前記シールド層の厚みは７ｎｍ以上０．３μｍ以下である、請求項１に記載されているシールドプリント配線板の製造方法。
3. さらに、前記シールド層の上に電気絶縁性の保護層を設ける保護層形成工程を有している、請求項１又は２に記載されているシールドプリント配線板の製造方法。
4. 前記金属層形成工程では、前記金属層を蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ、又はめっきにより前記プリント配線板本体部の上に設ける、請求項１から３のいずれか一つに記載されているシールドプリント配線板の製造方法。
5. 前記レジスト載置工程は印刷によって行う、請求項１から４のいずれか一つに記載されているシールドプリント配線板の製造方法。
6. 前記レジスト樹脂は感光性の樹脂であり、前記レジスト載置工程の後に前記レジスト樹脂に光を照射して前記レジスト樹脂を硬化させる工程をさらに含んでいる、請求項１から５のいずれか一つに記載されているシールドプリント配線板の製造方法。
7. 前記レジスト樹脂は熱硬化性の樹脂であり、前記レジスト載置工程の後に前記レジスト樹脂を加熱して前記レジスト樹脂を硬化させる工程をさらに含んでいる、請求項１から５のいずれか一つに記載されているシールドプリント配線板の製造方法。
8. 前記溶剤は水である、請求項１から７のいずれか一つに記載されているシールドプリント配線板の製造方法。

Images