JP2020119964A - 電磁波シールドシート付きプリント配線板 - Google Patents
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Abstract
Description
カバーコート層は、配線板の信号配線を覆い外部環境から保護する絶縁層である。カバーコート層は、ドライレジストフィルムの樹脂層を、硬化して形成しても良いし、熱硬化型ソルダーレジストを信号配線および絶縁性基材を有する基板に塗工して樹脂層を形成した後、硬化して作成しても良い。本発明を適用した実施形態の説明において、ドライレジストフィルムを用いた例を記載するが、これに限定されるわけではない。
本発明のドライレジストフィルムは、電磁波シールドシート付きプリント配線板を形成するためのドライレジストフィルムであって、熱硬化性樹脂を含有する熱硬化型ソルダーレジストから形成されてなる樹脂層を有する。そして、樹脂層の硬化物は、85℃における貯蔵弾性率が1.0E+06〜1.0E+10Paである。これにより、高い回路視認性と、耐熱圧着性、マイグレーション耐性および屈曲性をも満足させることができるカバーコート層とすることができる。ドライレジストフィルムは、多くの場合、樹脂層以外に剥離性シートを有する。
樹脂層の硬化物は、85℃における貯蔵弾性率が1.0E+06〜1.0E+10Paの範囲内である。また、85℃における貯蔵弾性率の下限値は1.0E+07Pa以上が好ましく、4.0E+07Paがより好ましい。また、85℃における貯蔵弾性率の上限値は、5.0E+9Pa以下が好ましく、1.0E+9Pa以下がさらに好ましい。この範囲にすることで優れたマイグレーション耐性と屈曲性を付与することができる。なお、1.0E+06〜1.0E+10Paは、1.0×106〜1.0×1010Pa、および0.001〜10GPaと同義である。
熱硬化型ソルダーレジストは、熱硬化性樹脂を含有する。
熱硬化性樹脂は、加熱による架橋反応に利用できる官能基を複数有する樹脂である。官能基としては、例えば、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、エポキシ基、オキセタニル基、オキサゾリン基、オキサジン基、アジリジン基、チオール基、シラノール基等が挙げられ、これらの内、水酸基、カルボキシル基が好ましい。水酸基としては、フェノール性水酸基も好ましい。
上記の官能基を有する熱硬化性樹脂は、例えば、アクリル樹脂、マレイン酸樹脂、ポリブタジエン系樹脂、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリウレタンウレア樹脂、エポキシ樹脂、オキセタン樹脂、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、フェノール系樹脂、アルキド樹脂、アミノ樹脂、ポリ乳酸樹脂、オキサゾリン樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等が挙げられる。また、ポリエステル樹脂としては、縮合型ポリエステル樹脂、付加型ポリエステル樹脂等が挙げられる。これらの内、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリウレタンウレア樹脂、フェノキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂が好ましい。
熱硬化型ソルダーレジストは、更に熱硬化剤を含有することが好ましい。熱硬化剤は、熱硬化性樹脂と架橋し、マイグレーション耐性および屈曲性に優れるカバーコート層を形成する。熱硬化剤は、例えば、エポキシ化合物、酸無水物基含有化合物、イソシアネート化合物、アジリジン化合物、アミン化合物、フェノール化合物等の公知の化合物が挙げられ、これらの内、イソシアネート化合物、エポキシ化合物が好ましい。
エポキシ化合物としては、例えば、グリジシルエーテル型エポキシ化合物、グリジシルアミン型エポキシ化合物、グリシジルエステル型エポキシ化合物、環状脂肪族(脂環型)エポキシ化合物等が好ましい。
本発明のドライレジストフィルムは、カバーコート層の回路視認性を高めるために、着色剤を含有しないことが好ましい。
本発明の熱硬化型ソルダーレジストは、さらに無機フィラーを含むことが好ましい。無機フィラーを含むことで、耐熱圧着性がより向上する。無機フィラーの材質としては、例えば、シリカ、アルミナ、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、酸化チタン、酸化亜鉛、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、タルク、モンモロリナイト、カオリン、ベントナイト等の無機化合物が挙げられる。また、無機フィラーは微粒子であることが好ましい。これらの中でも、シリカ表面のシラノール基とハロゲン化シランとを反応させることにより得られる疎水性シリカ微粒子は、耐熱圧着性だけでなく、膜の疎水性を上げ、マイグレーション耐性をより向上させる点から好ましい。
熱硬化型ソルダーレジストは、熱硬化性樹脂に、必要に応じて溶剤を加え、混合攪拌して作製できる。攪拌は、例えばディスパーマット、ホモジナイザー等の公知の攪拌装置を使用できる。
本発明のドライレジストフィルムは、熱硬化型ソルダーレジストを塗工することによって得られた樹脂層を有する。さらに、樹脂層の保護のため、軽剥離性シートを貼りあわせ、重剥離性シート/樹脂層/軽剥離性シートの積層構成とすることが一般的であり、以下、重剥離性シートを有している形態を、重剥離性シート付きドライレジストフィルムと呼ぶ場合がある。本発明のドライレジストフィルムは、さらにクッション層、接着層、光吸収層、ガスバリア層等の中間層等を有していても良い。
続いて、本発明の電磁波シールドシート付きプリント配線板について説明する。本発明のプリント配線板は、電磁波シールドシートと、カバーコート層と、信号配線および絶縁性基材を有する基板とを具備する。
電磁波シールドシートは、導電層および絶縁層を備える。
[導電層]
電磁波シールドシート中の導電層は、電磁波等のノイズをシールドし、主にFPCのカバーコート層に貼り付ける層である。導電層は、導電性接着剤から形成した導電層の第一の態様、および金属層と導電性接着剤から形成した導電層とを有する第二の態様の2つの態様からなる。上記導電性接着剤層は、金、白金、銀、銅およびニッケル等の導電性金属およびその合金からなる導電性微粒子と、上記ドライレジストフィルムを形成する熱硬化型ソルダーレジストで説明した、熱硬化性樹脂、および硬化剤を混合した導電性樹脂組成物を塗膜化したものである。金属層は、例えば厚みが0.005〜10μmのアルミニウム、銅、銀、金等の導電性の金属蒸着膜および金属箔等が使用される。
絶縁層は、絶縁性樹脂組成物を使用して形成できる。絶縁性樹脂組成物は、導電性接着剤と同様に熱硬化性樹脂および熱硬化剤を配合した絶縁性樹脂組成物を塗膜化して形成することができる。また、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド等の絶縁性樹脂を成形したフィルムを使用することもできる。
カバーコート層は、配線板の信号配線を覆い外部環境から保護する絶縁層である。カバーコート層は、ドライレジストフィルムの樹脂層を、硬化して形成しても良いし、熱硬化型ソルダーレジストを信号配線および絶縁性基材を有する基板に塗工して樹脂層を形成した後、硬化して作成しても良い。
基板は信号配線および絶縁性基材を有する。
本発明の電磁波シールドシート付きプリント配線板の製造方法について説明する。本発明の電磁波シールドシート付きプリント配線板は、絶縁性基材に信号配線を形成する工程(工程A)、信号配線上にドライレジストフィルムを積層する工程(工程B)、ドライレジストフィルムの樹脂層を熱硬化させてカバーコート層を形成する工程(工程C)、上記カバーコート層上に電磁波シールドシートを積層し熱プレスする工程(工程D)により製造することができる。以下各工程について具体的に説明する。
まず絶縁性基板上の銅箔をエッチングすることでアースを取るグランド配線、電子部品に電気信号を送る配線回路を含む信号配線を形成する。
次いで、両面を重剥離性シートおよび軽剥離性シートで挟み込まれたドライレジストフィルムの軽剥離性シートを剥がし、露出した樹脂層面を絶縁性基板上の信号配線を覆うようにラミネーターによって張り合わせる。
150℃〜180℃で1分〜2時間加熱し、熱硬化させた後、重剥離性シートを剥がし、カバーコート層を形成する。その際、必要に応じて、圧力1〜3MPa程度のプレスを併用することができる。なお、開口部の形成工程は、ドライレジストフィルムを基板に被着する前後、熱硬化したカバーコート層の形成後、のいづれでも良いが、開口部を形成した際の形状を維持しやすく、開口サイズの小型化の観点から、熱硬化後の方がより好ましい。
グランド配線上や必要な箇所に開口部を形成する方法として、型抜き加工やルーター加工、レーザー加工などが挙げられるが、開口サイズの小型化の観点から、ルーター加工、レーザー加工が好ましい。0.05〜1mm開口径にすることで、例えばグランド配線面積を大幅に縮小できるため、FPCの短小化が可能となる。
次いで、カバーコート層の一部または全面に、所定のサイズに打ち抜き加工した電磁波シールドシートを積層し仮貼りする。その後、熱プレスすることで、電磁波シールドシートの導電層が熱硬化し接着される。この時、導電性接着剤層がグランド配線上に形成されたカバーコート層の開口部に流れ込み硬化するためグランドと導通することでシールド性がさらに向上する。
表面に付着しているシリカの量を、後述するICP発光分光分析法により求めたところ、ホスフィン酸アルミニウムが100質量部に対し、0.01質量部であった。
D95は粒度分布において体積積算値95%が含まれる時の粒子径を示す。難燃剤の粒子径は、マイクロトラックMT3000EX(日機装株式会社製)を用いて測定した。1%のドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム水溶液中に難燃剤を分散させた測定試料を用いて測定した。測定は、水の屈折率、および難燃剤の屈折率を入力し、計測時間20秒、Signal Levelが緑色範囲内になるように試料濃度を調整して行った。
熱硬化性樹脂2:カルボキシル基含有変性ウレタンエステル熱硬化樹脂(酸価が33mgKOH/g、Tgが70℃)
熱硬化性樹脂3:カルボキシル基含有熱硬化性ポリイミド樹脂(酸価が10mgKOH/g、Tgが170℃)
熱可塑性樹脂1:スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体(SIS)、「Quintac3520」日本ゼオン社製
熱硬化剤1:エポキシ樹脂、「jER828」(ビスフェノールA型エポキシ樹脂 エポキシ当量=189g/eq)三菱化学社製
熱硬化剤2:エポキシ樹脂、「jER1031S」(多官能型エポキシ樹脂 エポキシ当量=200g/eq)三菱化学社製
熱硬化剤3:エポキシ樹脂、「デナコールEX−212」(2官能型エポキシ樹脂 エポキシ当量=151g/eq)ナガセケムテックス社製
無機フィラー:疎水性シリカ微粒子「「AEROSIL R812(一次平均粒子径7nm)」日本アエロジル(株)社製
表面処理難燃剤:上記で製造したTEOS表面処理ホスフィン酸アルミニウム(D95=5μm)
緑色系着色剤1:緑色顔料C.I.Pigment Green 7(DIC株式会社製「ファーストゲーングリーンS」)
熱硬化性樹脂1を100部、導電性微粒子(核体が銅、被覆層が銀からなる樹枝状粒子、D50平均粒子径=11.0μm、福田金属箔粉工業社製)を550部、熱硬化剤3を15部、および「ケミタイトPZ−33」(アジリジン化合物、日本触媒社製)を2.0部容器に仕込み、不揮発分濃度が40質量%になるようトルエン:イソプロピルアルコール(質量比2:1)の混合溶剤を加えディスパーで10分攪拌することで導電性樹脂組成物を得た。次いで、導電性樹脂組成物を剥離性シート上に、乾燥厚みが10μmになるようにバーコーターを使用して塗工し、さらに100℃の電気オーブンで2分間乾燥することで導電層を得た。
別途、熱硬化性樹脂1を100部、熱硬化剤3を15部、および「ケミタイトPZ−33」(アジリジン化合物、日本触媒社製)を2.0部容器に仕込み、不揮発分濃度が40質量%になるようトルエン:イソプロピルアルコール(質量比2:1)の混合溶剤を加えディスパーで10分攪拌することで絶縁性樹脂組成物を得た。この絶縁性樹脂組成物を剥離性シートにバーコーターを用いて乾燥厚みが15μmになるように塗工し、さらに100℃の電気オーブンで3分間乾燥し絶縁層を得た。さらに導電層と絶縁層をラミネーターで張り合わせることで電磁波シールドシートを得た。
熱硬化性樹脂1を100部、表面処理難燃剤を10部、疎水性シリカ微粒子を1.5部容器に仕込み、固形分が50%になるようメチルエチルケトン:メチルポリグリコール=1:1(質量比)混合溶剤を加え、均一になるよう混合した。これを横型サンドミルDYNO−MILL(株式会社シンマルエンタープライズ製)を使用して、グラインドゲージによる粒子径が10μm未満になるまで分散した。次いで、分散塗液の熱硬化性樹脂1を100部に対し、熱硬化剤1を10部添加し均一に混合することで熱硬化型ソルダーレジストを得た。
熱硬化型ソルダーレジストの組成を表1に記載した通りに変更した以外は、実施例1と同様に行うことで実施例2〜9、比較例1のドライレジストフィルムをそれぞれ得た。表中、特に断りがない限り、数値は部を表し、空欄は配合していないことを表す。
熱硬化性樹脂3を100部、難燃剤を10部、疎水性シリカ微粒子を1.5部容器に仕込み、予備混合してから三本ロールミルで十分に混練した。次いで、分散塗液の熱硬化性樹脂3を100部に対し、熱硬化剤1を10部添加し、さらに溶剤として固形分が70%となるようセロソルブアセテートを加え、小型プラネタリーミキサーで混合して熱硬化型ソルダーレジストを得た。
ドライレジストフィルムの樹脂層の硬化物の貯蔵弾性率およびTgは、次の方法で求めた。ドライレジストフィルムを2枚準備し、実施例・比較例で記載のカバーコート層4付き配線板を作成する条件で貼り合わせた。ドライレジストフィルムの樹脂層の硬化物のみを、幅5mm×長さ30mmの大きさに切断し、測定試料を得た。次いで、動的弾性率測定装置DVA−200(アイティー計測制御社製)を用いて、測定試料に対して変形様式「引張り」、周波数10Hz、昇温速度10℃/分、測定温度範囲−30〜300℃の条件で測定を行い、85℃における貯蔵弾性率とTgを求めた。
ドライレジストフィルムを150℃、2.0MPa、30分の条件で熱プレスすることで熱硬化性樹脂を硬化させた。次いで軽剥離性シート及び重剥離性シートを剥離し、JIS K7361−1に基づいて膜厚45μmにおける全光線透過率を求めた。
図1を参照してマイグレーション試験を説明する。厚さ12μmの銅箔と厚さ25μmポリイミドフィルムの積層体をエッチング処理することで図1(1)の平面図に示した通り、ポリイミドフィルム1上にライン/スペース=0.05mm/0.05mmの、カソード電極接続点2’を備えたカソード電極用櫛型信号配線2と、アノード電極接続点3’を備えたアノード電極用櫛型信号配線3とをそれぞれ形成した。
次いで図1(2)の平面図に示した通り、カソード電極用櫛型信号配線2およびアノード電極用櫛型信号配線3を覆い、カソード電極接続点2’付近およびアノード電極接続点3’付近が露出する程度の大きさにドライレジストフィルムの樹脂層面を重ね、実施例・比較例で記載のカバーコート層4付き配線板を作成する条件で、カバーコート層4付き配線板を得た。
さらに得られた電磁波シールドシートの導電層側から剥離性シートを剥がし、露出した導電層面をカバーコート層4の上に貼り合わせることで図1(3)に示す平面図の通りに積層した試料を得た。得られた試料は、図1(4)に示す試料のA−A’断面図に記載した通り導電層5bはカソード電極用櫛型信号配線2と電気的に接続している。
◎:500時間経過後の抵抗値が1×107Ω以上、かつリークタッチ無し。極めて良好。
○:500時間経過後の抵抗値が1×107Ω以上、かつリークタッチ1回有り。良好。
△:500時間経過後の抵抗値が1×107Ω以上、かつリークタッチ2回有り。実用上問題ない。
×:500時間経過後の抵抗値が1×107Ω未満、または、
500時間経過後の抵抗値が1×107Ω以上、かつリークタッチ3回以上有り。実用不可。
重剥離性シート付きドライレジストフィルムの軽剥離性シートを剥がし、ポリイミドフィルム(東レ・デュポン社製「カプトン200EN」)と真空ラミネートした。その後、マイグレーション試験と同様の手順で、カバーコート層付きポリイミドフィルム(試料a)を作製した。次いで、試料aのカバーコート層面に、マイグレーション試験と同様の手順で電磁波シールドシートを貼りあわせ熱プレスすることで電磁波シールドフィルム/カバーコート層/ポリイミドフィルムからなる積層体(試料b)を作製した。
試料aおよび試料bをそれぞれクロスセクションポリッシャー(日本電子社製、SM−09010)を用いてポリイミドフィルム側からイオンビーム照射により切断加工して、カバーコート層の断面を形成した。レーザーマイクロスコープVK−X100(キーエンス社製)、観察アプリケーションとしてVK−H1XV(キーエンス社製)を用いて試料aおよび試料bのカバーコート層の厚みを測定し、下記式より厚みの変化率を求めた。
厚み変化率=100−(試料bのカバーコート層膜厚/試料aのカバーコート層膜厚×100)
厚み変化率により、耐熱圧着性について、以下の評価基準で評価した。
◎:2%未満。極めて良好。
○:2%以上、4%未満。良好。
△:4%以上、5%未満。実用上問題ない。
×:5%以上。実用不可。
重剥離性シート付きドライレジストフィルムの軽剥離性シートを剥がし、ライン/スペース=0.05mm/0.05mmの回路基板上へ真空ラミネートした。その後、マイグレーション試験と同様の手順で、カバーコート層付き回路基板を形成した。
このカバーコート層付き回路基板を、カバーコート層が外側になるように180度折り曲げて、折り曲げ部位に500gの錘を5秒間載せた後、折り曲げた箇所を元の平面状態に戻して、再び500gの錘を5秒間載せ、これを折り曲げ回数を1回とした。カバーコート層にクラックが発生したかどうかを(株)キーエンス製マイクロスコープ「VHX−900」で観察し、クラックが発生しないで折り曲げられた回数を評価した。
500g荷重を掛けた折り曲げ部にクラックが発生までの折り曲げ回数をカウントした。評価基準は以下の通りである。
◎:5回以上。極めて良好。
○:3回以上、5回未満。良好。
△:2回以上、3回未満。実用上問題ない。
×:2回未満。実用不可。
ドライレジストフィルムの軽剥離性シートを剥がし、露出した樹脂層面を、ライン/スペース=0.02mm/0.02mmの信号配線を形成した絶縁性基材の信号配線側に、真空ラミネーター(ニチゴーモートン製 小型加圧式真空ラミネーターV−130)で貼りあわせた。尚、真空ラミネート条件は加熱温度60℃、真空時間60秒、真空到達圧2hPa、圧力0.4MPa、加圧時間60秒であった。次いで、重剥離性シートを剥がし、160℃のボックスオーブンで1時間熱硬化させカバーコート層4付き配線板を得た。
カバーコート層側からレーザー顕微鏡VK-X100(キーエンス社製)を用いて信号配線および絶縁性基材の観察を行った。評価基準は以下の通りである。
◎:信号配線および絶縁性基材がはっきりと視認できる。良好。
〇:信号配線ははっきりと視認できるが絶縁性基材の視認が難しい。実用上問題ない。
×:信号配線および絶縁性基材いずれも視認できない。実用不可。
重剥離性シート付きドライレジストフィルムの軽剥離性シートを剥がし、ポリイミドフィルム(東レ・デュポン社製「カプトン200EN」)と真空ラミネートした。その後、耐熱圧着性評価と同様の手順で、電磁波シールドフィルム/カバーコート層/ポリイミドフィルムからなる積層体(試料b)を作製した。得られた試料bの断面を切り出し、該断面の拡大画像(SEM像:3000倍)を取得した。この拡大画像から、樹脂ないしフィラーが充填されているエリアを白塗りし、空隙の観察されるエリアを黒塗りした二次画像を作成した。この二次画像を、ソフトウエアを用いて二値化画像処理し、観察視野の面積に対する空隙部分の面積の割合を算出した。
◎:0.1%以上、3%未満。
○:3%以上、5%未満。
△:5%以上、10%以下。
×:10%を超える。
2 カソード電極用櫛形信号配線
2’ カソード電極接続点
3 アノード電極用櫛形信号配線
3’ アノード電極接続点
4 カバーコート層
5 電磁波シールドシート
5a 絶縁層
5b 導電層
Claims (7)
- 電磁波シールドシートと、カバーコート層と、信号配線および絶縁性基材を有する基板とを具備する電磁波シールドシート付きプリント配線板であって、
カバーコート層は、熱硬化性樹脂を含有する熱硬化型ソルダーレジストから形成されてなる樹脂層の硬化物を有し、樹脂層の硬化物は、全光線透過率が60%以上であり、かつ、85℃における貯蔵弾性率が1.0E+06〜1.0E+10Paであることを特徴とする電磁波シールドシート付きプリント配線板。 - 前記カバーコート層が空隙を有することを特徴とする、請求項1項記載の電磁波シールドシート付きプリント配線板。
- 請求項1または2いずれか1項記載の電磁波シールドシート付きプリント配線板を備えた電子機器。
- 絶縁性基材に信号配線を形成する工程、信号配線上にドライレジストフィルムを積層する工程、ドライレジストフィルムを硬化させてカバーコート層を形成する工程、前記カバーコート層上に電磁波シールドシートを積層する工程、により製造する電磁波シールドシート付きプリント配線板の製造方法であって、前記ドライレジストフィルムが、熱硬化性樹脂を含有する熱硬化型ソルダーレジストから形成されてなる樹脂層を有し、前記樹脂層の硬化物は、全光線透過率が60%以上であり、かつ、85℃における貯蔵弾性率が1.0E+06〜1.0E+10Paである、電磁波シールドシート付きプリント配線板の製造方法。
- 絶縁性基材に信号配線を形成する工程、信号配線上に熱硬化型ソルダーレジストを塗工し樹脂層を形成する工程、樹脂層を硬化させてカバーコート層を形成する工程、前記カバーコート層上に電磁波シールドシートを積層する工程、により製造する電磁波シールドシート付きプリント配線板の製造方法であって、前記熱硬化型ソルダーレジストが、熱硬化性樹脂を含有する樹脂層を有し、前記樹脂層の硬化物は、全光線透過率が60%以上であり、かつ、85℃における貯蔵弾性率が1.0E+06〜1.0E+10Paである、電磁波シールドシート付きプリント配線板の製造方法。
- 請求項1または2いずれか1項記載の電磁波シールドシート付きプリント配線板を形成するためのドライレジストフィルムであって、熱硬化性樹脂を含有する熱硬化型ソルダーレジストから形成されてなる樹脂層を有し、樹脂層の硬化物は、全光線透過率が60%以上であり、かつ、85℃における貯蔵弾性率が1.0E+06〜1.0E+10Paであることを特徴とするドライレジストフィルム。
- 請求項6記載のドライレジストフィルムの樹脂層を形成するための熱硬化型ソルダーレジストであって、熱硬化性樹脂を含有する熱硬化型ソルダーレジスト。
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