JP4536430B2 - フレックスリジッド配線板 - Google Patents
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Description
このベースフィルムとして用いられるポリイミドフィルムは、フィルム単体では400℃以上の耐熱性があり、部品実装時の250℃以上の半田付け温度にも十分耐える上、実際に機器組み込み後の環境変化に対しても安定した性能が発揮できるため、ポリエステルフィルムよりも圧倒的に多く使用されている。
しかしながら、フレキシブル基板の絶縁性基材として用いられているポリイミドフィルムは、吸水性が高く、しかも寸法変化が大きいため、ランド径のサイズを予め大きく形成しなければならない等の設計デザイン的な制約を受け、更に、合せ精度を向上させるためにワークサイズを小さくして製造する必要があった。そのため、優れた接続信頼性を得ることができないという問題があり、また、ヒートサイクル等の信頼性試験においても同様の問題があった。
(1)十分な強度を確保できない、
(2)屈曲部の曲率を一定に保持できない、
(3)前記(1)、(2)の故に、屈曲部付近でフレキシブル基材が変形したり、導体回路が断線したりする、
という問題があった。
特に、フレキシブル基材の折り曲げを繰り返したり、導体回路が微細な配線パターンにより形成されていたりする場合には、それらの問題が顕著となる。
本発明の他の目的は、フレキシブル基板の屈曲部付近で生じやすい基材の変形や、導体回路の断線、ウネリ形成等を防止できる接続信頼性に優れるフレックスリジット配線板を提案することにある。
硬質のリジッド基板と、絶縁性基材上にカバーレイで被覆された導体回路を有する屈曲可能なフレキシブル基板とを備えるフレックスリジッド配線板において、
前記フレキシブル基板は、絶縁性基材が樹脂を含浸させて屈曲可能としたガラスクロスからなり、
前記導体回路は、屈曲部に並んだ配線パターンが広幅であること、あるいは幅方向に湾曲されていることを特徴とするフレックスリジッド配線板である。
また、前記屈曲部に並んだ幅方向に湾曲された配線パターンは、互いに同程度幅方向に湾曲されていることを特徴とする。
また、前記拡張パターンは、幅方向の片側あるいは両側に膨らんだ形状とすることができる。
さらに、前記屈曲可能な基材を構成するガラスクロスは、厚さが30μm以下であり、それを構成するガラス繊維の太さが、1.5〜7.0μmであるようなものを用いることができる。
その理由は、50μm未満では高密度実装に対して、接続信頼性を低下させる要因となり得るからであり、一方、500μmを越えると、高密度実装に対する配線密度を高めにくくなるからである。
さらに、前記拡張パターンは、長手方向に延設された配線パターンの片側あるいは両側に形成されていることが望ましい。その理由は、より断線しにくくするためである。
このリジッド基板において、基板を形成する絶縁性樹脂基材としては、ガラス布エポキシ樹脂基材、ガラス布ビスマレイミドトリアジン樹脂基材、ガラス布ポリフェニレンエーテル樹脂基材、アラミド不織布−エポキシ樹脂基材、アラミド不織布−ポリイミド樹脂基材等の硬質基材が用いられ、ガラス布エポキシ樹脂基材が好適に用いられる。
その理由は、5μm未満では、接続不良を招きやすく、30μmを越えると抵抗値が高くなると共に、加熱プレス工程において熱変形した際に、絶縁性基板の表面に沿って拡がりすぎるので、ファインパターンが形成できなくなるからである。
(2) リジッド基板の両面に、異なるフレキシブル基板をそれぞれ接続する場合、すなわち、リジッド基板の両方の最外層の表面に接続用電極パッドをそれぞれ形成すると共に、各フレキシブル基板をリジッド基板の両方の最外層に形成した接続用電極パッドに対面して配置させ、それらの対面配置された接続用電極パッド同士を塊状導電体を介して接続させる。
(3) フレキシブル基板の両面に、異なるリジッド基板をそれぞれ接続する場合、すなわち、フレキシブル基板の両面に接続用電極パッドを形成すると共に、それらの接続用電極パッドに対して、片方の最外層の表面に接続用電極パッドがそれぞれ形成された、異なるリジッド基板を、それらの基板の各接続用電極パッドがそれぞれ対面するように配置させ、対面配置された接続用電極パッド同士を塊状導電体を介して接続させる。
(4) フレキシブル基板の複数箇所において、リジッド基板の複数が電気的接続される形態であり、複数のリジッド基板は、それらを構成する導体層および樹脂絶縁層の層数が任意であるように予め形成され、それらの個別に形成されたリジッド基板とフレキシブル基板の接続用電極パッドを対向して配置し、それらの対向配置された接続用電極パッド同士を、塊状導電体を介して接続させる。
たとえば、フレキシブル基板の一方の端部において、その片面あるいは両面に対して予め層間接続されたリジッド基板が接合され(一方の「リジッド部」という)、フレキシブル基板の他方の端部においても、その片面あるいは両面に対して、予め層間接続された他のリジッド基板が接合されている(他方の「リジッド部」という)形態が代表的である。
このような接続形態では、フレキシブル基板の両端部間の部分は、リジッド基板との接触がない部分(「フレキシブル部」という)であり、このフレキシブル部には、一方のリジッド部と他方のリジッド部とを電気的接続する導体回路が設けられており、このような導体回路は通常、カバーレイと呼ばれる絶縁層によって被覆されている。
さらに、前記リジッド基板とフレキシブル基板とは、リジッド基板側あるいはフレキシブル基板側の接続用電極パッドが形成されていない表面領域に貼付または塗布形成された絶縁性接着剤層によって接着される。
また前記バンプ(ポスト)やボールを形成する半田としては、Sn/Pb、Sn/Sb、Sn/Ag、Sn/Ag/Cu、Sn/Cu、Sn/Zn、Sn/Ag/In/Cuから選ばれる少なくとも一種の半田から形成することができる。
特に、自然環境を汚染しないという社会的要請に応じて、鉛を含有しない、いわゆる鉛フリー半田を用いたバンプが好ましい。そのような半田として、たとえばSn/Sb、Sn/Ag、Sn/Ag/Cu、Sn/Cu、Sn/Zn、Sn/Ag/In/Cuからなる半田が挙げられる。リジッド基板やフレキシブル基板の材料を考慮して、融点が183℃であるSn−37Pb半田や、融点が217℃であるSn−35Ag−0.7Cu半田が、より好ましい。
前記半田バンプは、その高さが10〜150μm程度であることが好ましく、めっき、印刷法、転写法、埋め込み法(インプラント)、電着等によって形成することができる。
たとえば、印刷法による場合には、接続用電極パッドを有するリジッド基板またはフレキシブル基板の接続用電極パッドに相当する基板上の箇所に、円形の開口を設けた印刷マスク(メタルマスク)を載置し、そのマスクを用いて半田ペーストを印刷し、加熱処理することによって半田バンプを形成する。
前記プリプレグを用いる場合には、接続用電極パッド上に形成するバンプとしては、金属ペーストを所定の形状に成形した後、硬化して形成したバンプであることが好ましく、所定の位置に精度よく貫通型の導体路を形成するために、その先端部が絶縁性接着剤層を容易に貫挿し得るような円錐型、角錐型など好ましいが、半球状、台形などでもよい。
以下、本発明のフレックスリジッド配線板について、実施例に基づいてさらに詳細に説明する。
(1) 本発明にかかるフレックスリジッド配線板を製造するに当たって、それを構成するフレキシブル基板100Aを作製する出発材料として、厚さ25μmのガラスクロス(ガラス繊維の平均太さ4.0μm)にエポキシ系樹脂を含浸、乾燥させてなる絶縁性基材11の両面に、厚さが18μmの銅箔12がラミネートされた厚さ50μmである両面銅張積層板(日立化成製:製品名「E-67」)を用いた(図6(a)参照)。
なお、隣接する広幅パターン18の中心間距離(d)が、配線パターン13の幅の4倍以内(325μm)となるようにした。
(1) ガラスエポキシ樹脂からなる基板21の両面に、12μmの銅箔22がラミネートされた厚さ0.11mmの両面銅張積層板(松下電工製:製品名「R−1766」、図7(a)参照)の片面に塩化第二銅水溶液を用いて、レーザ照射用開口24を形成し、さらに炭酸ガスレーザを用いて直径250μmの銅めっき充填用開口26を設けた(図7(b)、(c)参照)。
硫酸銅 10g/リトッル
HCHO 8g/リットル
NaOH 5g/リットル
ロッシェル塩 45g/リットル
温度 30℃
硫酸 180g/リットル
硫酸銅 80g/リットル
アトテックジャパン製 商品名 カパラシドGL
1ml/リットル
(めっき条件)
電流密度 2A/dm2
時間 30分
温度 25℃
(1) 前記(B)で製造したリジッド基板200Aのドーム状の突起40に対して、プリプレグ42(日立化成製:GIA−671N)を10kg/cm2の圧力で突き刺して貫通させた(図8参照)。
なお、隣接する拡張パターンの中心間距離(d)が、配線パターンの幅の4倍以内(285μm)となるようにした。
なお、隣接する拡張パターンの中心間距離(d)が、配線パターンの幅の4倍以内(375μm)となるようにした。
なお、隣接する拡張パターンの中心間距離(d)が、配線パターンの幅の4倍〜6倍の範囲(475μm)となるようにした。
なお、隣接する拡張パターンの中心間距離(d)が、配線パターンの幅の4倍以内(385μm)となるようにした。
なお、隣接する拡張パターンの中心間距離(d)が、配線パターンの幅の4倍〜6倍の範囲(575μm)となるようにした。
なお、隣接する拡張パターンの中心間距離(d)が、配線パターンの幅の4倍以内(295μm)となるようにした。
なお、隣接する拡張パターンの中心間距離(d)が、配線パターンの幅の4倍以内(390μm)となるようにした。
なお、隣接する拡張パターンの中心間距離(d)が、配線パターンの幅の6倍を超える(675μm)ようにした。
なお、隣接する拡張パターンの中心間距離(d)が、配線パターンの幅の6倍を超える(775μm)ようにした。
なお、隣接する拡張パターンの中心間距離(d)が、配線パターンの幅の4倍以内(175μm)となるようにした。
なお、隣接する拡張パターンの中心間距離(d)が、配線パターンの幅の4倍以内(175μm)となるようにした。
なお、3本の隣接する拡張パターン56または57の中心間距離(d)が、配線パターン53または54の幅の4倍以内(325μm)となるようにした。
レーザ照射の後、過マンガン酸溶液を用いて、貫通孔68内に残存する樹脂残さ(スミア)を除去するためにデスミア処理を行なった。
これによって、めっきスルーホール76が形成された。
硫酸銅 10g/リトッル
HCHO 8g/リットル
NaOH 5g/リットル
ロッシェル塩 45g/リットル
温度 30℃
硫酸 180g/リットル
硫酸銅 80g/リットル
アトテックジャパン製 商品名 カパラシドGL
1ml/リットル
(めっき条件)
電流密度 2A/dm2
時間 30分
温度 25℃
前記配線パターン72および74は、めっきスルーホール76を介してフレキシブル基板52上に形成された配線パターン53、54に電気的に接続される(図10(g)参照)。
なお、3本の隣接する拡張パターンの中心間距離(d)が、配線パターンの幅の4倍以内(285μm)となるようにした。
なお、3本の隣接する拡張パターンの中心間距離(d)が、配線パターンの幅の4倍以内(375μm)となるようにした。
なお、3本の隣接する拡張パターンの中心間距離(d)が、配線パターンの幅の4倍〜6倍の範囲(475μm)となるようにした。
なお、3本の隣接する拡張パターンの中心間距離(d)が、配線パターンの幅の4倍以内(385μm)となるようにした。
なお、3本の隣接する拡張パターンの中心間距離(d)が、配線パターンの幅の4倍〜6倍の範囲(575μm)となるようにした。
なお、3本の隣接する拡張パターンの中心間距離(d)が、配線パターンの幅の4倍以内(385μm)となるようにした。
なお、3本の隣接する拡張パターンの中心間距離(d)が、配線パターンの幅の4倍以内(295μm)となるようにした。
なお、3本の隣接する拡張パターンの中心間距離(d)が、配線パターンの幅の4倍以内(390μm)となるようにした。
なお、3本の隣接する拡張パターンの中心間距離(d)が、配線パターンの幅の6倍を超える(675μm)ようにした。
なお、3本の隣接する拡張パターンの中心間距離(d)が、配線パターンの幅の6倍を超える(775μm)ようにした。
フレキシブル基板の折り曲げを3回繰り返した後に、フレキシブル基板の導体回路の配線パターンの電気的導通の有無を調べた。その導通試験の結果を表1〜3および表4〜6に示す。なお、電気的導通が有れば○とし、無ければ×とした。
JIS C5016に準拠するMIT testを実施した。この試験は、フレキシブル基板の折り曲げを繰り返し行い、フレキシブル基板の導体回路の配線パターンが断線するまでの回数を測定したもので、その試験結果を表1〜3および表4〜6に示す。なお、断線までの折り曲げ回数が50以上である場合には、◎とし、30以上である場合には、○とし、29以下である場合には、△とし、15以下の場合には、×とした。
これに対して、線幅を拡張しない比較例1や、線幅を縮小した比較例2では、屈曲半径が0.060〜0.062mmと比較的に大きく、導通試験の結果も良好であるが、信頼性(耐折性)が低いということがわかった。
また、実施例10〜28(実施例50〜68)および参考例3〜9(参考例16〜22)については、湾曲パターンの湾曲度(曲率半径)が大きいほど、また湾曲パターンの膨らみが大きいほど、断線がしにくく、耐折性に優れていることがわかった。また、屈曲半径についても、0.050〜0.053mmの範囲内であるため、屈曲具合も大きく、一定になっていると判断することができる。
さらに、実施例29〜40(実施例69〜80)および参考例10〜13(参考例23〜26)については、ガラスクロスの厚さが薄いほど、また基材の厚さが薄いほど、断線がしにくく、耐折性に優れていることがわかった。また、屈曲半径についても、0.050〜0.052mmの範囲内であるため、屈曲具合も大きく、一定になっていると判断することができる。
12 銅箔
13 非屈曲部の配線パターン
14 樹脂製カバーレイ
15 開口
16 接続用電極パッド
18 拡張パターン
21 絶縁性基材
22 銅箔
24、26 開口
28 銅めっき層
32、34 導体回路
36 接続用電極パッド
40 コーン形状突起(半田バンプ)
52 絶縁性基材
53 非屈曲部の配線パターン
56、57 拡張パターン
58 樹脂製カバーレイ
60 プリプレグ
64 銅箔
66 貫通孔
70 銅めっき層
72、74 導体回路
76 めっきスルーホール
100A フレキシブル基板
200A リジッド基板
300A フレックスリジッド配線板
300B フレックスリジッド配線板
Claims (9)
- 硬質のリジッド基板と、絶縁性基材上にカバーレイで被覆された導体回路を有する屈曲可能なフレキシブル基板とを備えるフレックスリジッド配線板において、
前記フレキシブル基板は、絶縁性基材が、樹脂を含浸させて屈曲可能としたガラスクロスからなり、
前記導体回路は、屈曲部に並んだ配線パターンが、その長手方向の中央部で幅方向に拡張されるとともに、それらの配線パターンのうち少なくとも両側のものが、互いに同程度拡張されていることを特徴とするフレックスリジッド配線板。 - 前記屈曲部に並んだ配線パターンの最大幅は、非屈曲部の配線パターンの線幅より大きく、かつその線幅の2倍以下であることを特徴とする請求項1に記載のフレックスリジッド配線板。
- 前記屈曲部に並んだ配線パターンは、幅方向の片側あるいは両側に膨らんだ形状を有することを特徴とする請求項1または2に記載のフレックスリジッド配線板。
- 硬質のリジッド基板と、絶縁性基材上にカバーレイで被覆された導体回路を有する屈曲可能なフレキシブル基板とを備えるフレックスリジッド配線板において、
前記フレキシブル基板は、絶縁性基材が、樹脂を含浸させて屈曲可能としたガラスクロスからなり、
前記導体回路は、屈曲部に並んだ配線パターンが、互いに同程度幅方向に湾曲されていることを特徴とするフレックスリジッド配線板。 - 前記屈曲部に並んだ配線パターンの線幅は、非屈曲部の配線パターンの線幅よりも大きく、かつその線幅の2倍以下であることを特徴とする請求項4に記載のフレックスリジッド配線板。
- 前記屈曲部に並んだ配線パターンは、半径Rが2〜10mmであるような円弧であり、かつそのパターンの最大湾曲部から前記非屈曲部の配線パターンまでの最短距離Xが、R/3≦X≦Rであることを特徴とする請求項4または5に記載のフレックスリジッド配線板。
- 前記屈曲可能な基材は、厚さが100μm以下の板状基材であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のフレックスリジッド配線板。
- 前記屈曲可能な基材を構成するガラスクロスは、厚さが30μm以下であり、それを構成するガラス繊維の太さが、1.5〜7.0μmであることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のフレックスリジッド配線板。
- 前記カバーレイは、可撓性を有する樹脂付き銅箔、可撓性を有するソルダーレジスト層、またはガラスクロスにエポキシ系樹脂を含浸、乾燥させた後、半硬化させてなるプリプレグのいずれか1から形成されることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のフレックスリジッド配線板。
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