WO2012141096A1

WO2012141096A1 - フレキシブル多層基板

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Publication number: WO2012141096A1
Application number: PCT/JP2012/059515
Authority: WO
Inventors: 喜人大坪
Original assignee: 株式会社村田製作所
Priority date: 2011-04-13
Filing date: 2012-04-06
Publication date: 2012-10-18
Also published as: CN103460823B; US20140034365A1; JPWO2012141096A1; JP5447735B2; CN103460823A; US9012785B2

Abstract

　フレキシブル多層基板（２０）は、積層された複数の樹脂層（３）を含む積層体を備え、この積層体は、使用時に折り曲げられることによって内側となる表面である最内側表面（２１）と外側となる表面である最外側表面（２２）とを有する。複数の樹脂層（３）の各々は、一方の表面近傍がスキン層（１）となっている。この積層体は、スキン層同士接合面（３０）を厚み方向の途中の１ヶ所に含み、厚み方向の途中の他の箇所では、スキン層（１）とそうでない面とが互いに当接するように積層されている。スキン層同士接合面（３０）は、積層体の厚み方向の中心面（２３）より最内側表面（２１）に近い側に配置されている。

Description

フレキシブル多層基板

　本発明は、フレキシブル多層基板に関するものである。

　フレキシブル多層基板は樹脂層を積層して作製することができる。このようなフレキシブル多層基板においては、ある特定の側に曲げられたまま実装される場合がある。フレキシブル多層基板は、用途によっては、その実装時に曲げられた状態のまま使用されることもありえ、あるいは、実装時には曲げられていなかったとしても、使用時に繰り返し曲げられることもありうる。

　同じ側に曲げられるフレキシブル基板の一例は、特開２００７－２０１２６３号公報（特許文献１）に記載されている。

特開２００７－２０１２６３号公報

　フレキシブル多層基板が、曲げられた状態のまま使用される場合や、繰り返し曲げられて使用される場合は、フレキシブル多層基板の内部のビア導体同士の接合面または樹脂層同士の剥離が問題となる。

　そこで、本発明は、曲げて使用される際の内部における剥離を生じにくくすることができるフレキシブル多層基板を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するため、本発明に基づくフレキシブル多層基板は、積層された複数の樹脂層を含む積層体を備え、上記積層体は、使用時に折り曲げられることによって内側となる表面である最内側表面と外側となる表面である最外側表面とを有し、上記複数の樹脂層の各々は、互いに対向する第１主表面および第２主表面を有し、上記第１主表面および上記第２主表面のうち上記第１主表面の近傍が、上記樹脂層のうちの他の部分より硬いスキン層となっており、上記第２主表面には導体パターンが形成されており、上記積層体は、互いに隣接する２つの上記樹脂層の上記第１主表面同士が当接する面であるスキン層同士接合面を厚み方向の途中の１ヶ所に含み、上記積層体の厚み方向の途中の他の箇所では、互いに隣接する２つの上記樹脂層の上記第１主表面と上記第２主表面とが当接するように積層されており、上記スキン層同士接合面は、上記積層体の厚み方向の中心面より上記最内側表面に近い側に配置されている。この構成を採用することにより、スキン層同士接合面では引張状態ではなく圧縮状態となり、スキン層同士接合面に起因した剥離は生じにくくなる。

　上記発明において好ましくは、上記スキン層同士接合面を挟んで互いに隣接する第１樹脂層および第２樹脂層はそれぞれ、厚み方向に貫通するようにして上記第１主表面と上記第２主表面とを電気的に接続するビア導体を含んでおり、上記ビア導体の各々は、上記第１主表面における径が上記第２主表面における径より大きくなるテーパ形状を有しており、上記積層体の折り曲げられる部分における上記スキン層同士接合面において、上記第１樹脂層の上記ビア導体と上記第２樹脂層の上記ビア導体とが、互いに対向するようにして当接している。この構成を採用することにより、通常であれば、樹脂の剥離の起点となりやすいビア導体同士の接合箇所が、曲げ形状の内側に位置することとなるので、この近傍は圧縮状態となり、剥離が生じにくくなる。

　上記発明において好ましくは、上記スキン層同士接合面は、上記最内側表面から数えて１層目の樹脂層と２層面の樹脂層との間に位置する。この構成を採用することにより、スキン層同士接合面は、フレキシブル多層基板を曲げたときの最も内側の接合面となるので、スキン層同士接合面に起因した剥離を生じにくくする効果を特に大きく得ることができる。

発明者らが検討した金属箔付き樹脂シートの部分断面図である。発明者らが検討した金属箔付き樹脂シートにおいて金属箔の不要部分をエッチング除去した状態の部分断面図である。発明者らが検討した樹脂シートの積層に関する第１の説明図である。発明者らが検討した樹脂シートの積層に関する第２の説明図である。発明者らが検討したフレキシブル多層基板の断面図である。本発明に基づく実施の形態１におけるフレキシブル多層基板の断面図である。図６におけるＺ部の拡大図である。本発明に基づく実施の形態２におけるフレキシブル多層基板の断面図である。本発明に基づく実施の形態２におけるフレキシブル多層基板に含まれるビア導体およびその近傍を取り出した状態の断面図である。本発明に基づく実施の形態２におけるフレキシブル多層基板に含まれるビア導体同士の接合箇所の説明図である。本発明に基づく実施の形態２におけるフレキシブル多層基板を曲げたときのＡ部の内部状態の説明図である。本発明に基づく実施の形態３におけるフレキシブル多層基板の断面図である。本発明に基づく実施の形態４におけるフレキシブル多層基板の製造方法の第１の工程の説明図である。本発明に基づく実施の形態４におけるフレキシブル多層基板の製造方法の第２の工程の説明図である。本発明に基づく実施の形態４におけるフレキシブル多層基板の製造方法の第３の工程の説明図である。本発明に基づく実施の形態４におけるフレキシブル多層基板の製造方法の第４の工程の説明図である。本発明に基づく実施の形態４におけるフレキシブル多層基板の製造方法の第５の工程の説明図である。本発明に基づく実施の形態４におけるフレキシブル多層基板の製造方法の第６の工程の説明図である。

　発明者らは、フレキシブル多層基板を作製する際に用いられる金属箔付き樹脂シートに存在するスキン層の存在に注目した。図１に示すように、金属箔付き樹脂シート１２は、一方の面に金属箔２が張られた状態のものであるが、金属箔２のない側の面の表層部にはスキン層１が生じている。ここで「スキン層」とは、樹脂シートの主な部分を構成する樹脂と同じ材質の樹脂からなるが、樹脂の分子の配向状態が他の部分とは異なり、その結果、表層部のみ硬くなっている場合の表層部を意味するものとする。

　樹脂シートの金属箔２が設けられていた面においては、樹脂シートへの金属箔２の張り付けによりスキン層がほぼ破壊されており、スキン層がほとんどなくなっている。この面における金属箔の不要部分をエッチング除去して導体パターンを形成する。図２に示すように導体パターン７を形成した面の導体パターンがない領域においては、スキン層はほとんどなくなっている。したがって、この領域には、スキン層の影響がない状態の樹脂（以下「非スキン層樹脂面」という。）４が露出することとなる。

　一方、その反対側の表面にはスキン層１が残存し、このスキン層１の上には導体パターンが新たに形成されないのが普通である。したがって、樹脂シートを積層するに当たって、樹脂シートの表裏が同じ向きで重ねられ続ける限り、図３に示すように、スキン層１と非スキン層樹脂面４とが接合されることとなる。

　発明者らは、図４に示すようにスキン層１同士で接合される面は、図３に示すようにスキン層１と非スキン層樹脂面４とで接合される面に比べて接合力が弱くなることに着目した。

　図５に示すように、フレキシブル多層基板１０は、複数の樹脂層３の積層体として構成される。フレキシブル多層基板１０に含まれる樹脂層３の多くには、通常、厚み方向に貫通するようにビア導体６が形成される。積層体１０の最上面および最下面の両方に導体パターン７を外部電極１８，１９として露出させようとした場合、積層体の途中のどこかの面で樹脂シートの表裏を逆転させる必要が生じるので、少なくとも１ヶ所にスキン層同士が接合する面（以下「スキン層同士接合面」という。）３０が生じる。言い換えれば、フレキシブル多層基板１０としての積層体の厚み方向の途中の少なくとも１ヶ所に、接合力が他より弱い箇所が生じる。このような考察に基づいて、発明者らは本発明をなすに至った。

　（実施の形態１）
　図６、図７を参照して、本発明に基づく実施の形態１におけるフレキシブル多層基板について説明する。図６に示すように本実施の形態におけるフレキシブル多層基板２０は、積層された複数の樹脂層３を含む積層体を備える。この積層体は、使用時に折り曲げられることによって内側となる表面である最内側表面２１と外側となる表面である最外側表面２２とを有する。図６に示すＺ部を拡大したところを図７に示す。複数の樹脂層３の各々は、互いに対向する第１主表面３１および第２主表面３２を有する。図７においては、中央に示される樹脂層３の上面が第１主表面３１であり、下面が第２主表面３２である。第１主表面３１および第２主表面３２のうち第１主表面３１の近傍が、樹脂層３のうちの他の部分より硬いスキン層１となっている。第２主表面３２には、図６に示すように、導体パターン７が形成されている。この積層体は、互いに隣接する樹脂層３の第１主表面３１同士が当接する面であるスキン層同士接合面３０を厚み方向の途中の１ヶ所に含む。積層体の厚み方向の途中の他の箇所では、互いに隣接する樹脂層３の第１主表面３１と第２主表面３２とが当接するように積層されている。スキン層同士接合面３０は、図６に示すように、積層体の厚み方向の中心面２３より最内側表面２１に近い側に配置されている。

　図６に示した例においては、積層体に含まれる樹脂層３の全てに、厚み方向に貫通するようにビア導体６が設けられ、樹脂層３の一方の面には導体パターン７が設けられている。

　なお、図６における導体パターンの表示ルールについて説明する。他の断面図においても導体パターンの表示に際しては同様のルールである。図６においては、積層体に含まれる各樹脂層３の上面または下面に設けられた導体パターン７は、それぞれ各樹脂層３自体の内側に表示するのではなく、各樹脂層３の外側において隣接する樹脂層３に食い込むように表示している。したがって、図６においてＺ部の楕円が囲んでいる樹脂層３は、下面に導体パターン７を有しているのであって、上面には導体パターンを有していない。図６において、Ｚ部の楕円が囲んでいる樹脂層３の上面にあるように見える導体パターンは上側に隣接する樹脂層３の下面に張られていた導体パターン７である。

　本実施の形態では、樹脂層の積層体の中で接合力が他より弱くなる面であるスキン層同士接合面３０が積層体の厚み方向の中心面２３より最内側表面２１に近い側に配置されているので、このフレキシブル多層基板２０を曲げたときにスキン層同士接合面３０は曲げ状態の内側に位置することとなる。したがって、スキン層同士接合面３０では引張状態ではなく圧縮状態となり、その結果、スキン層同士接合面３０に起因した剥離は生じにくくなる。仮に剥離が生じていたとしても、圧縮状態においては剥離した部分が押し付け合う状態となるので、剥離が拡大することを防ぐことができる。

　（実施の形態２）
　図８を参照して、本発明に基づく実施の形態２におけるフレキシブル多層基板２０ｉについて説明する。本実施の形態におけるフレキシブル多層基板２０ｉの基本的な構成は実施の形態１で説明したフレキシブル多層基板２０と同様であるが、フレキシブル多層基板２０ｉは内部に明確にビア導体を備えるという点で異なる。本実施の形態におけるフレキシブル多層基板２０ｉは、スキン層同士接合面３０を挟んで互いに隣接する第１樹脂層３ａおよび第２樹脂層３ｂはそれぞれ、厚み方向に貫通するようにして第１主表面と第２主表面とを電気的に接続するビア導体６ａ，６ｂを含んでいる。第１樹脂層３ａのビア導体６ａの近傍を取り出したところを図９に示す。第２樹脂層３ｂにおけるビア導体６ｂの近傍も上下が逆になるのみであって同様の構造である。ビア導体６ａ，６ｂの各々は、図９に示すように、第１主表面３１における径が第２主表面３２における径より大きくなるテーパ形状を有している。図８に示すように、積層体の折り曲げられる部分におけるスキン層同士接合面３０において、第１樹脂層３ａのビア導体６ａと第２樹脂層３ｂのビア導体６ｂとが、互いに対向するようにして当接している。ビア導体６ａとビア導体６ｂとが互いに対向するように当接している部位は、後述する図１１に示すように、フレキシブル多層基板２０ｉの折り曲げられる部分に該当する。

　本実施の形態では、スキン層同士接合面３０を挟んで互いに隣接する第１樹脂層３ａおよび第２樹脂層３ｂがそれぞれビア導体６ａ，６ｂを含んでおり、ビア導体６ａ，６ｂは上述したようなテーパ形状を有しているので、図１０に示すように断面図に表れる角度αは１８０°より小さくなっている。すなわち、外周側に凸な角である。このようにビア導体同士の接合面で径が外周側に凸となっている箇所では、一般的にビア導体同士が接する角を起点として樹脂層３の剥離が比較的生じやすい。しかし、本実施の形態では、スキン層同士接合面３０は、積層体の厚み方向の中心面２３より最内側表面２１に近い側に配置されているので、言い換えれば、ビア導体同士が接する角も積層体の厚み方向の中心面２３より最内側表面２１に近い側に配置されているということになる。したがって、このフレキシブル多層基板２０ｉを曲げたときには、ビア導体同士が接する角は、曲げ状態の内側に位置することとなる。図８におけるＡ部に注目し、フレキシブル多層基板２０ｉを曲げたときの状態を図１１に示す。Ａ部はフレキシブル多層基板２０ｉの折り曲げられる部分を含んでいる。ビア導体同士が接する角は、曲げた形状の内側に位置するので、図１１に示すように、ビア導体同士が接する角の近傍は圧縮状態となり、その結果、ビア導体同士が接する角を起点とした樹脂層３同士の剥離は生じにくくなる。仮に剥離が生じていたとしても、圧縮状態においては剥離した部分が押し付け合う状態となるので、剥離が拡大することを抑制することができる。

　また、図９に示すように、ビア導体６ａ，６ｂの径が広い側の表面には凹み１４が生じる傾向がある。図１０に示されるようにスキン層同士接合面３０を挟んでビア導体６ａ，６ｂ同士が接合する箇所は、凹み１４を有する表面同士が接合することとなるので、元々接合力が劣り、剥離が生じやすい傾向があるが、本実施の形態では、このような接合面が曲げた形状の内側に位置するので、この接合面の近傍は圧縮状態となり、その結果、凹み１４を有する表面同士が接合する面を起点とした剥離は生じにくくなる。

　（実施の形態３）
　図１２を参照して、本発明に基づく実施の形態３におけるフレキシブル多層基板２０ｊについて説明する。本実施の形態におけるフレキシブル多層基板２０ｊの基本的な構成は実施の形態１，２で説明したフレキシブル多層基板と同様である。本実施の形態におけるフレキシブル多層基板２０ｊにおいては、図１２に示すように、スキン層同士接合面３０は、最内側表面２１から数えて１層目の樹脂層３ｃと２層目の樹脂層３ｄとの間に位置する。

　本実施の形態では、樹脂層の積層体の中で接合力が他より弱くなる面であるスキン層同士接合面３０は、フレキシブル多層基板２０ｊを曲げたときの最も内側の接合面となる。したがって、最内側表面２１を内側としてフレキシブル多層基板２０ｊを曲げたときに、積層体の中に存在する樹脂層３同士のいくつかの接合面のうちスキン層同士接合面３０は、最も顕著な圧縮状態となる。よって、本実施の形態では、スキン層同士接合面３０に起因した剥離を生じにくくする効果を特に大きく得ることができる。

　（実施の形態４）
　図１３～図１８を参照して、本発明に基づく実施の形態４におけるフレキシブル多層基板の製造方法について説明する。

　まず、図１３に示すような金属箔付き樹脂シート１２を用意する。金属箔付き樹脂シート１２は、樹脂層３の片面に金属箔２が付着した構造のシートである。樹脂層３は、たとえば熱可塑性樹脂であるＬＣＰ（液晶ポリマー）からなるものである。樹脂層３の材料としては、ＬＣＰの他に、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＰＳ（ポニフェニレンスルファイド）、ＰＩ（ポリイミド）などであってもよい。金属箔２は、たとえばＣｕからなる厚さ１８μｍの箔である。なお、金属箔２の材料はＣｕ以外にＡｇ、Ａｌ、ＳＵＳ、Ｎｉ、Ａｕであってもよく、これらの金属のうちから選択された２以上の異なる金属の合金であってもよい。本実施の形態では、金属箔２は厚さ１８μｍとしたが、金属箔２の厚みは３～４０μｍ程度であってよい。金属箔２は、回路形成が可能な厚みであればよい。

　図１４に示すように、金属箔付き樹脂シート１２の樹脂層３側の表面に炭酸ガスレーザ光を照射することによって樹脂層３を貫通するようにビア孔１１を形成する。ビア孔１１は、樹脂層３を貫通しているが金属箔２は貫通していない。その後、ビア孔１１のスミア（図示せず）を除去する。ここではビア孔１１を形成するために炭酸ガスレーザ光を用いたが、他の種類のレーザ光を用いてもよい。また、ビア孔１１を形成するためにレーザ光照射以外の方法を採用してもよい。

　次に、図１５に示すように、金属箔付き樹脂シート１２の金属箔２の表面に、スクリーン印刷などの方法で、所望の回路パターンに対応するレジストパターン１３を印刷する。なお、図１５では、図１４に比べて上下を逆にして表示している。

　次に、レジストパターン１３をマスクとしてエッチングを行ない、図１６に示すように、金属箔２のうちレジストパターン１３で被覆されていない部分を除去する。金属箔２のうち、このエッチングの後に残った部分を「導体パターン７」と称する。その後、図１７に示すように、レジストパターン１３を除去する。こうして樹脂層３の一方の表面に所望の導体パターン７が得られる。

　次に、図１８に示すように、ビア孔１１に、スクリーン印刷などにより導電性ペーストを充填する。こうしてビア導体６が形成される。スクリーン印刷は、図１７における下側の面から行なわれる。図１７および図１８では説明の便宜上、ビア孔１１が下方を向いた姿勢で表示しているが、実際には適宜姿勢を変えてスクリーン印刷を行なってよい。充填する導電性ペーストは上述したように銀を主成分とするものであってもよいが、その代わりにたとえば銅を主成分とするものであってもよい。この導電性ペーストは、のちに積層した樹脂層を熱圧着する際の温度（以下「熱圧着温度」という。）で、導体パターン７の材料である金属との間で合金層を形成するような金属粉を適量含むものであることが好ましい。この導電性ペーストは導電性を発揮するための主成分として銅すなわちＣｕを含むので、この導電性ペーストは主成分の他に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種類とを含むことが好ましい。

　さらにこの構造体を用いて積層および圧着をすることによって、たとえば図６に示したフレキシブル多層基板２０が得られる。上述の実施の形態で例示した他の多層基板についても、積層する際の重ねる向きを適宜変更すること、あるいは、ビア導体を中間部に適宜形成することによって作製可能である。フレキシブル多層基板の下面および上面に配置された導体パターン７はそれぞれ外部電極１８，１９となる。圧着は、１回でまとめて行なってもよいが、仮圧着と本圧着との２回に分けて行なってもよい。

　なお、上記各実施の形態では、フレキシブル多層基板に含まれる樹脂層３の数が５である例を前提に説明してきたが、本発明を適用するに当たっては、樹脂層の数は５以外であってもよい。

　上記各実施の形態では、いずれの部位においても厚みが一定なフレキシブル多層基板を前提に説明してきたが、本発明を適用するに当たっては、部位によって厚みが異なるフレキシブル多層基板であってもよい。

　ここまでのところ、本発明に基づく製品を称するのに「フレキシブル多層基板」という名称を用いているが、これは全域にわたってフレキシブルとなっている多層基板に限定するものではない。部分的にリジッド部を含む多層基板であっても、フレキシブル部を含む多層基板であれば、そのフレキシブル部の内部で本発明を適用可能である。

　なお、今回開示した上記実施の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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、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を含むものである。

　本発明は、フレキシブル多層基板に利用することができる。

　１　スキン層、２　金属箔、３，３ｃ，３ｄ　樹脂層、３ａ　第１樹脂層、３ｂ　第２樹脂層、４　非スキン層樹脂面、６，６ａ，６ｂ　ビア導体、７　導体パターン、１０，２０，２０ｉ，２０ｊ　フレキシブル多層基板、１１　ビア孔、１２　金属箔付き樹脂シート、１３　レジストパターン、１４　凹み、１８，１９　外部電極、２１　最内側表面、２２　最外側表面、２３　中心面、３０　スキン層同士接合面、３１　（各樹脂層の）第１主表面、３２　（各樹脂層の）第２主表面。

Claims

　積層された複数の樹脂層（３）を含む積層体を備え、
　前記積層体は、使用時に折り曲げられることによって内側となる表面である最内側表面（２１）と外側となる表面である最外側表面（２２）とを有し、
　前記複数の樹脂層の各々は、互いに対向する第１主表面（３１）および第２主表面（３２）を有し、前記第１主表面および前記第２主表面のうち前記第１主表面の近傍が、前記樹脂層のうちの他の部分より硬いスキン層（１）となっており、前記第２主表面には導体パターン（７）が形成されており、
　前記積層体は、互いに隣接する２つの前記樹脂層の前記第１主表面同士が当接する面であるスキン層同士接合面（３０）を厚み方向の途中の１ヶ所に含み、前記積層体の厚み方向の途中の他の箇所では、互いに隣接する２つの前記樹脂層の前記第１主表面と前記第２主表面とが当接するように積層されており、
　前記スキン層同士接合面は、前記積層体の厚み方向の中心面（２３）より前記最内側表面に近い側に配置されている、フレキシブル多層基板。
　前記スキン層同士接合面を挟んで互いに隣接する第１樹脂層および第２樹脂層はそれぞれ、厚み方向に貫通するようにして前記第１主表面と前記第２主表面とを電気的に接続するビア導体（６，６ａ，６ｂ）を含んでおり、前記ビア導体の各々は、前記第１主表面における径が前記第２主表面における径より大きくなるテーパ形状を有しており、前記積層体の折り曲げられる部分における前記スキン層同士接合面において、前記第１樹脂層の前記ビア導体と前記第２樹脂層の前記ビア導体とが、互いに対向するようにして当接している、請求項１に記載のフレキシブル多層基板。
　前記スキン層同士接合面は、前記最内側表面から数えて１層目の樹脂層（３ｃ）と２層目の樹脂層（３ｄ）との間に位置する、請求項１に記載のフレキシブル多層基板。