JP2008294351A - 配線回路基板 - Google Patents

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Abstract

【課題】イオンマイグレーションによる電気的短絡が防止された配線回路基板を提供する。
【解決手段】配線回路基板100は、ベース絶縁層101および配線1040を有する。配線1040は、ベース絶縁層101の上面側の端子部1041、ベース絶縁層101のスルーホール123内の銅めっき層104、およびベース絶縁層101の下面側の配線パターン1042により構成される。端子部1041およびスルーホール123内の銅めっき層104を覆うようにベース絶縁層101の上面側に保護めっき層109が設けられる。配線パターン1042を覆うようにベース絶縁層101の下面側にカバー絶縁層108が設けられる。
【選択図】図6

Description

本発明は、種々の電気機器および電子機器に用いられる配線回路基板に関する。
種々の電気機器または電子機器に配線回路基板(例えば、特許文献1参照)が用いられている。
一般に、配線回路基板においては、ベース絶縁層上に銅からなる配線パターンが形成されている。通常、配線パターン上にはカバー絶縁層が形成されるが、端子部においては配線パターンが外部に露出する。このような配線回路基板を高温かつ高湿度の条件下で長時間使用した場合、外部に露出する端子部において銅イオンが溶出されることがある。この場合、銅イオンにより隣接する配線パターン間に短絡が生じるおそれがある。
そこで、上記のような銅のイオンマイグレーションを防止するために、従来より、配線パターンの端子部を金属めっき層で被覆する技術が用いられている。
図13は、従来の配線回路基板を示す図である。なお、図13において、(a)は配線回路基板の一端部の外観斜視図であり、(b)は配線回路基板の断面図である。
図13に示す配線回路基板500においては、ベース絶縁層501上に複数の配線パターン502が形成されている。配線パターン502の端子部を除いて配線パターン502の表面を覆うように、ベース絶縁層501上にカバー絶縁層503が形成されている。また、カバー絶縁層503で覆われていない配線パターン502の端子部の表面には、ニッケルめっき層504および金メッキ層505が形成されている。
この配線回路基板500においては、配線パターン502の端子部の表面がニッケルめっき層504および金メッキ層505で覆われている。それにより、配線パターン502の端子部において銅のイオンマイグレーションが発生することを防止することができる。
特開平5−152692号公報
しかしながら、図13の配線回路基板500のような構成では、カバー絶縁層503とニッケルめっき層504および金メッキ層505との境界部において銅イオンが溶出する場合がある。それにより、配線パターン502間の短絡が発生する場合がある。
本発明の目的は、イオンマイグレーションによる電気的短絡が防止された配線回路基板を提供することである。
(1)本発明に係る配線回路基板は、第1のスルーホールを有するベース絶縁層と、ベース絶縁層の一面における第1のスルーホールを含む領域上に設けられ、金属材料からなる端子部と、ベース絶縁層の他面における第1のスルーホールを含む領域上に設けられる第1の導体パターンと、第1のスルーホール内を通して端子部と第1の導体パターンとを電気的に接続する第1の金属層と、ベース絶縁層の一面側で端子部および第1の金属層を覆うように設けられ、金属材料からなる保護層と、第1の導体パターンおよび第1のスルーホールを覆うようにベース絶縁層の他面上に設けられる第1の絶縁被覆層とを備えるものである。
この配線回路基板においては、金属材料からなる端子部がベース絶縁層の一面上に設けられ、第1の導体パターンがベース絶縁層の他面上に設けられている。端子部と第1の導体パターンとは第1のスルーホール内を通して第1の金属層により電気的に接続されている。また、金属材料からなる保護層がベース絶縁層の一面側で端子部および第1のスルーホールを覆うように設けられ、第1の絶縁被覆層がベース絶縁層の他面側で第1の導体パターンおよび第1のスルーホールを覆うように設けられている。したがって、この配線回路基板においては、端子部に電子部品を接続することができる。
ここで、ベース絶縁層の他面側において、第1の導体パターンおよび第1のスルーホールは第1の被覆絶縁層によって覆われている。それにより、第1の導体パターンおよび第1のスルーホール内の第1の金属層からのイオンマイグレーションを防止することができる。また、端子部は保護層によって覆われているので、端子部からのイオンマイグレーションを防止することができる。さらに、第1の絶縁被覆層と保護層との境界部が第1のスルーホール内にあるので、端子部または第1の金属層から金属イオンが溶出した場合でも、その金属イオンが第1の絶縁被覆層と保護層との境界部を通して他の端子部または導体パターンに到達することを防止することができる。
以上の結果、高温および高湿度条件下で配線回路基板が使用された場合にも、イオンマイグレーションによる電気的短絡を防止することができる。
(2)保護層の金属材料は、ニッケル、金およびはんだのうち少なくとも一つを含んでもよい。この場合、端子部からのイオンマイグレーションを確実に防止することができる。
(3)第1の金属層は、第1のスルーホールの内壁面に沿って設けられ、保護層は第1のスルーホール内において第1の金属層の表面を覆うように設けられてもよい。
この場合、めっき法により第1の金属層および保護層を形成することができる。それにより、配線回路基板の製造が容易になる。
(4)ベース絶縁層は第2のスルーホールをさらに有し、第1の導体パターンはベース絶縁層の他面における第1および第2のスルーホールを含む領域上に設けられ、配線回路基板は、ベース絶縁層の一面における第2のスルーホールを含む領域上に設けられる第2の導体パターンと、第2のスルーホール内を通して第1の導体パターンと第2の導体パターンとを接続する第2の金属層と、第2の導体パターンおよび第2のスルーホールを覆うようにベース絶縁層の一面上に設けられる第2の絶縁被覆層とをさらに備えてもよい。
この配線回路基板においては、第2の導体パターンおよび第2のスルーホールを覆うようにベース絶縁層の一面上に第2の絶縁被覆層が設けられている。それにより、第2の導体パターンおよび第2のスルーホール内の第2の金属層からのイオンマイグレーションを防止することができる。
本発明によれば、ベース絶縁層の他面側において、第1の導体パターンおよび第1のスルーホールは第1の被覆絶縁層によって覆われている。それにより、第1の導体パターンおよび第1のスルーホール内の第1の金属層からのイオンマイグレーションを防止することができる。また、端子部は保護層によって覆われているので、端子部からのイオンマイグレーションを防止することができる。さらに、第1の絶縁被覆層と保護層との境界部が第1のスルーホール内にあるので、端子部または第1の金属層から金属イオンが溶出した場合でも、その金属イオンが第1の絶縁被覆層と保護層との境界部を通して他の端子部または導体パターンに到達することを防止することができる。
以上の結果、高温および高湿度条件下で配線回路基板が使用された場合にも、イオンマイグレーションによる電気的短絡を防止することができる。
以下、本発明の実施の形態に係るフレキシブル配線回路基板(以下、配線回路基板と略記する)について図面を参照しながら説明する。
<第1の実施の形態>
(1)配線回路基板の製造方法
図1〜図6は、本発明の第1の実施の形態に係る配線回路基板の製造方法を示す模式的工程図である。なお、図1〜図6において(a)は上面図であり、(b)は(a)のA−A線断面図である。また、図1〜図6は、配線回路基板の一端部を示している。
まず、図1に示すように、ポリイミドからなる長尺状のベース絶縁層101の両面に銅からなる金属箔102,103が設けられた基板を用意する。なお、ベース絶縁層101の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルニトリル、ポリエーテルスルフォン等の他の材料を用いてもよい。また、金属箔102,103としては、アルミニウム箔またはニクロム箔等の他の金属箔を用いてもよい。
次に、図2に示すように、レーザ加工により、金属箔102、ベース絶縁層101および金属箔103を貫通するように複数(本実施の形態では3つ)のスルーホール123を形成する。
次に、図3に示すように、スルーホール123の内壁面、金属箔102の上面および金属箔103の下面を覆うように、銅めっき層104を形成する。なお、例えば、スルーホール123の内壁面、金属箔102の上面および金属箔103の下面を覆うように厚み0.2μmの無電解銅めっき層を形成した後、その無電解銅めっき層上に厚み10μmの電解銅めっき層を形成することにより銅めっき層104が形成される。
次に、図4に示すように、ベース絶縁層101の上面側において、スルーホール123をそれぞれ含む複数の長尺状の領域を除いて金属箔102および銅めっき層104をエッチングにより除去する。これにより、ベース絶縁層101の上面に、金属箔102および銅めっき層104からなる複数の長尺状の端子部1041が形成される。
また、ベース絶縁層101の下面側において、スルーホール123をそれぞれ含む複数の長尺状の領域を除いて金属箔103および銅めっき層104をエッチングにより除去する。これにより、ベース絶縁層101の下面に、金属箔103および銅めっき層104からなる複数の長尺状の配線パターン1042が形成される。
以上の結果、端子部1041、スルーホール123内の銅めっき層104および配線パターン1042により構成される複数の配線1040が形成される。なお、本実施の形態においては、配線パターン1042の幅が端子部1041の幅に比べて大きく設定されている。また、端子部1041の一端とベース絶縁層101の一端とは互いにずれた位置に設けられ、配線パターン1042の一端とベース絶縁層101の一端とは互いにずれた位置に設けられている。
次に、図5に示すように、端子部1041が露出するようにベース絶縁層101の上面に接着剤層105を介してカバー絶縁層106が設けられる。また、配線パターン1042を覆うようにベース絶縁層101の下面に接着剤層107を介してカバー絶縁層108が設けられる。
次に、図6に示すように、端子部1041の表面およびスルーホール123内の銅めっき層104の表面を覆うように保護めっき層109が形成される。これにより、配線回路基板100が完成する。なお、保護めっき層109は、ニッケルめっき層およびそのニッケルめっき層上に積層される金めっき層からなる。
本実施の形態に係る配線回路基板100においては、端子部1041(保護めっき層109)に電子部品の端子が接続される。なお、配線回路基板100の一端部に電子部品のコネクタを嵌合させる場合、コネクタの接続用ピンの先端部が届かない位置にスルーホール123を形成することが望ましい。
(2)本実施の形態の効果
以上のように、本実施の形態に係る配線回路基板100においては、端子部1041は保護めっき層109によって覆われているので、端子部1041からのイオンマイグレーションを防止することができる。また、配線パターン1042はカバー絶縁層108によって覆われているので、配線パターン1042からのイオンマイグレーションを防止することができる。
さらに、保護めっき層109とカバー絶縁層108との境界部がスルーホール123内にあるので、端子部1041または配線パターン1042から銅イオンが溶出した場合でも、その銅イオンが保護めっき層109とカバー絶縁層108との境界部を通して他の端子部1041または配線パターン1042に到達することを防止することができる。
以上の結果、高温および高湿度条件下で配線回路基板100が使用された場合にも、イオンマイグレーションによる電気的短絡が発生することを防止することができる。
<第2の実施の形態>
(1)配線回路基板の製造方法
図7〜図11は、本発明の第2の実施の形態に係る配線回路基板の製造方法を示す模式的工程図である。なお、図7〜図11において(a)は上面図であり、(b)は(a)のA−A線断面図である。また、図7〜図11は、配線回路基板の一端部を示している。
まず、図1と同様に、ベース絶縁層101の両面に金属箔102,103が設けられた基板を用意する。
次に、図7に示すように、レーザ加工により複数対(本実施の形態では3対)のスルーホール123およびスルーホール1230を形成する。なお、本実施の形態においては、各対のスルーホール123,1230がベース絶縁層101の長手方向に沿った同一直線上に位置するように形成されている。
次に、図8に示すように、スルーホール123,1230の内壁面、金属箔102の上面および金属箔103の下面を覆うように、図3と同様の銅めっき層104を形成する。
次に、図9に示すように、ベース絶縁層101の上面側において、スルーホール123をそれぞれ含む複数の長尺状の領域およびスルーホール1230をそれぞれ含む複数の長尺状の領域を除いて金属箔102および銅めっき層104をエッチングにより除去する。これにより、ベース絶縁層101の上面に、図4と同様の複数の端子部1041ならびに金属箔102および銅めっき層104からなる複数の長尺状の配線パターン1043が形成される。
また、ベース絶縁層101の下面側において、各対のスルーホール123,1230をそれぞれ含む複数の長尺状の領域を除いて金属箔103および銅めっき層104をエッチングにより除去する。これにより、ベース絶縁層101の下面に、金属箔103および銅めっき層104からなる複数の長尺状の配線パターン1044が形成される。
以上の結果、端子部1041、スルーホール123内の銅めっき層104、配線パターン1044、スルーホール1230内の銅めっき層104および配線パターン1043により構成される複数の配線1050が形成される。なお、本実施の形態においては、配線パターン1044の幅が端子部1041および配線パターン1043の幅に比べて大きく設定されている。また、端子部1041の一端とベース絶縁層101の一端とは互いにずれた位置に設けられ、配線パターン1044の一端とベース絶縁層101の一端とは互いにずれた位置に設けられている。
次に、図10に示すように、端子部1041が露出するようにベース絶縁層101の上面に接着剤層107を介してカバー絶縁層106が設けられる。また、配線パターン1044を覆うようにベース絶縁層101の下面に接着剤層107を介してカバー絶縁層108が設けられる。
次に、図11に示すように、端子部1041の表面およびスルーホール123内の銅めっき層104の表面を覆うように保護めっき層109が形成される。これにより、配線回路基板200が完成する。
(2)本実施の形態の効果
以上のように、本実施の形態に係る配線回路基板200においては、ベース絶縁層101の上面側の配線パターン1043と下面側の配線パターン1044とがスルーホール1230内の銅めっき層104により電気的に接続されている。すなわち、本実施の形態においては、スルーホール1230を用いることにより、配線パターン1043,1044からなる配線1050をベース絶縁層101の上面および下面に任意のパターンで自在に配設することができる。それにより、配線回路基板200の設計自由度が向上する。
また、端子部1041は保護めっき層109によって覆われているので、端子部1041からのイオンマイグレーションを防止することができる。また、配線パターン1043はカバー絶縁層106によって覆われ、配線パターン1044はカバー絶縁層108によって覆われているので、配線パターン1043,1044からのイオンマイグレーションを防止することができる。
さらに、保護めっき層109とカバー絶縁層108との境界部がスルーホール123内にあるので、端子部1041または配線パターン1044から銅イオンが溶出した場合でも、その銅イオンが保護めっき層109とカバー絶縁層108との境界部を通して他の端子部1041または配線パターン1043,1044に到達することを防止することができる。
以上の結果、高温および高湿度条件下で配線回路基板200が使用された場合にも、イオンマイグレーションによる電気的短絡が発生することを防止することができる。
(3)他の実施の形態
上記実施の形態においては、ニッケルめっき層および金めっき層からなる保護めっき層109を例に挙げたが、保護めっき層109の構成は上記の例に限定されない。例えば、保護めっき層109が、ニッケルめっき層の単層であってもよく、金めっき層の単層であってもよい。また、ニッケルめっき層または金めっき層の代わりに、はんだめっき層等の他の金属めっき層を設けてもよい。
また、上記実施の形態においては、3本の配線1040が形成されているが、2本の配線1040が形成されてもよく、4本以上の配線1040が形成されてもよい。
また、上記実施の形態においては、スルーホール123の内壁面に沿って銅めっき層104が形成されているが、スルーホール123内に充填されるように銅めっき層104が形成されてもよい。なお、この場合、保護めっき層109は、端子部1041およびスルーホール123に充填された銅めっき層104を覆うように形成される。
また、上記実施の形態においては、サブトラクティブ法により配線1040,1050を形成しているが、アディティブ法またはセミアディティブ法により配線1040,1050を形成してもよい。
(4)請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
上記実施の形態では、スルーホール123が第1のスルーホールの例であり、配線パターン1042または配線パターン1044が第1の導体パターンの例であり、銅めっき層104が第1の金属層または第2の金属層の例であり、保護めっき層109が保護層の例であり、保護めっき層109が第1の絶縁被覆層の例であり、スルーホール1230が第2のスルーホールの例であり、配線パターン1043が第2の導体パターンの例であり、カバー絶縁層108が第2の絶縁被覆層の例である。
請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。
実施例および比較例の配線回路基板を作製し、信頼性試験を行った。
(1)実施例1
実施例においては、図1〜図6で説明した構成を有する配線回路基板100を作製した。実施例の配線回路基板100において、ベース絶縁層101は厚み25μmのポリイミドからなり、金属箔102,103としてはそれぞれ厚み10μmの銅箔を用いた。また、スルーホール123の直径は70μmとした。
スルーホール123の内壁面、金属箔102の上面および金属箔103の下面を覆うように厚み0.2μmの無電解銅めっき層を形成した後、その無電解銅めっき層上に厚み10μmの電解めっき層を形成することにより銅めっき層104を形成した。接着剤層105およびカバー絶縁層106としては、接着剤付きポリイミドフィルムを用いた。
保護めっき層109は、厚み6μmの電解ニッケルめっき層および厚み0.3μmの電解金めっき層からなる。なお、端子部1041上の保護めっき層109の幅B(図6参照)は、150μmであり、隣接する保護めっき層109間の間隔C(図6参照)は50μmである。
(2)実施例2
実施例2においては、実施例1と同様の条件で、図7〜図11で説明した配線回路基板200を作製した。
(3)比較例
図12に比較例の配線回路基板を示す。なお、図12において(a)は上面図であり、(b)は(a)のA−A線断面図である。
比較例の配線回路基板が実施例の配線回路基板100と異なるのは以下の点である。
図12に示すように、比較例の配線回路基板300においては、ベース絶縁層101の上面のみに金属箔102が設けられている。金属箔102上に複数の長尺状の配線1060が形成されている。配線1060は、図4の端子部1041と同様の方法で形成される。
配線1060の端子部1061が露出するように、金属箔102の上面に接着剤層105を介してカバー絶縁層106が設けられる。また、カバー絶縁層106で被覆されていない金属箔102の上面の領域において配線1060を覆うように保護めっき層109が設けられる。なお、保護めっき層109の幅Bは、150μmであり、隣接する保護めっき層109間の間隔Cは50μmである。
(4)評価
信頼性試験においては、実施例1の配線回路基板100、実施例2の配線回路基板200および比較例の配線回路基板300を、温度65℃および湿度95%の雰囲気中に12時間放置した後、隣接する配線1040間、隣接する配線1050間および隣接する配線1060間にそれぞれ50Vの直流電圧を印加した。そして、隣接する配線1040間の抵抗値、隣接する配線1050間の抵抗値、および隣接する配線1060間の抵抗値をそれぞれ測定した。
その結果、比較例の配線回路基板300においては、配線1060間の抵抗値が380時間後に1×10[Ω]以下になったが、実施例1の配線回路基板100および実施例2の配線回路基板200においては、1000時間を経過しても配線1040間および配線1050間の抵抗値が1×10[Ω]以下にならなかった。
ここで、比較例の配線回路基板300(図12)においては、保護めっき層109とカバー絶縁層106との境界部が配線1060上に位置している。そのため、比較例の配線回路基板300においては、一の配線1060の上記境界部と、隣接する他の配線1060の上記境界部との距離が短い。それにより、上記境界部から一の配線1060の銅イオンが溶出した場合、その銅イオンが隣接する他の配線1060の上記境界部に容易に到達することが考えられる。その結果、比較例の配線回路基板300の配線1060間の抵抗値が、実施例1の配線1040間の抵抗値および実施例2の配線1050間の抵抗値に比べて短時間で低下したと考えられる。
一方、実施例1および実施例2の配線回路基板100,200(図6および図11)においては、保護めっき層109とカバー絶縁層108との境界部がスルーホール123内にあるので、端子部1041、配線パターン1042または配線パターン1044から銅イオンが溶出した場合でも、その銅イオンが上記境界部を通して他の端子部1041、配線パターン1042または配線パターン1044に到達することを防止することができる。その結果、実施例1および実施例2の配線回路基板100,200の絶縁信頼性が向上したと考えられる。
本発明は、種々の電気機器または電子機器に用いられる配線回路基板に利用することができる。
第1の実施の形態に係る配線回路基板の製造方法を示す模式的工程図である。 第1の実施の形態に係る配線回路基板の製造方法を示す模式的工程図である。 第1の実施の形態に係る配線回路基板の製造方法を示す模式的工程図である。 第1の実施の形態に係る配線回路基板の製造方法を示す模式的工程図である。 第1の実施の形態に係る配線回路基板の製造方法を示す模式的工程図である。 第1の実施の形態に係る配線回路基板の製造方法を示す模式的工程図である。 第2の実施の形態に係る配線回路基板の製造方法を示す模式的工程図である。 第2の実施の形態に係る配線回路基板の製造方法を示す模式的工程図である。 第2の実施の形態に係る配線回路基板の製造方法を示す模式的工程図である。 第2の実施の形態に係る配線回路基板の製造方法を示す模式的工程図である。 第2の実施の形態に係る配線回路基板の製造方法を示す模式的工程図である。 比較例の配線回路基板を示す図である。 従来の配線回路基板を示す図である。
符号の説明
100,200 配線回路基板
101 ベース絶縁層
104 銅めっき層
108 カバー絶縁層
109 保護めっき層
123 スルーホール
1040,1050 配線
1041 端子部
1042,1043,1044 配線パターン

Claims (4)

  1. 第1のスルーホールを有するベース絶縁層と、
    前記ベース絶縁層の一面における前記第1のスルーホールを含む領域上に設けられ、金属材料からなる端子部と、
    前記ベース絶縁層の他面における前記第1のスルーホールを含む領域上に設けられる第1の導体パターンと、
    前記第1のスルーホール内を通して前記端子部と前記第1の導体パターンとを電気的に接続する第1の金属層と、
    前記ベース絶縁層の前記一面側で前記端子部および前記第1の金属層を覆うように設けられ、金属材料からなる保護層と、
    前記第1の導体パターンおよび前記第1のスルーホールを覆うように前記ベース絶縁層の前記他面上に設けられる第1の絶縁被覆層とを備えることを特徴とする配線回路基板。
  2. 前記保護層の金属材料は、ニッケル、金およびはんだのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項1記載の配線回路基板。
  3. 前記第1の金属層は、前記第1のスルーホールの内壁面に沿って設けられ、前記保護層は前記第1のスルーホール内において前記第1の金属層の表面を覆うように設けられることを特徴とする請求項1または2記載の配線回路基板。
  4. 前記ベース絶縁層は第2のスルーホールをさらに有し、前記第1の導体パターンは前記ベース絶縁層の前記他面における前記第1および第2のスルーホールを含む領域上に設けられ、
    前記ベース絶縁層の前記一面における前記第2のスルーホールを含む領域上に設けられる第2の導体パターンと、
    前記第2のスルーホール内を通して前記第1の導体パターンと前記第2の導体パターンとを接続する第2の金属層と、
    前記第2の導体パターンおよび前記第2のスルーホールを覆うように前記ベース絶縁層の前記一面上に設けられる第2の絶縁被覆層とをさらに備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の配線回路基板。
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