JP4825830B2

JP4825830B2 - 金属補強板を備えたフレキシブルプリント配線板

Info

Publication number: JP4825830B2
Application number: JP2008061745A
Authority: JP
Inventors: 隆春日; 正道山本; 辰珠朴; 淑文内田; 潤一郎西川
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; Sumitomo Electric Printed Circuits Inc
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; Sumitomo Electric Printed Circuits Inc
Priority date: 2008-03-11
Filing date: 2008-03-11
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2028-03-11
Also published as: JP2009218443A

Description

本発明は、金属補強板を備えたフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）に関し、ＦＰＣと金属補強板との接続構造を改良するものである。

従来、ＦＰＣには、部品実装側の対向側やコネクタ接続する端末側等においてステンレス等からなる薄板の金属補強板が貼り付けられている。
前記金属補強板をＦＰＣに貼り付けるために、通常、電気的絶縁性を有する接着シートが使用されているが、金属補強板をＦＰＣのグランド回路と電気接続すると、金属補強板を電磁波ノイズに対するシールド効果を発揮させることができる。そのため、金属補強板とフレキシブルプリント基板の電極とを導電性接着剤を介して接続することが、特開２００７−１８９０９１号公報（特許文献１）で提案されている。

前記特許文献１の回路基板では、図３に示すように、回路基板本体１００の絶縁層１０１の開口から露出させた銅等からなる電極１０２の表面に、導電性粒子１０３を含むバインダーからなる導電性接着剤層１０４を備えた導電性接着シート１０５を貼り付け、その後、導電性接着剤層１０４の表面に金属補強板１０６を貼り付け、導電性接着剤層１０４を介して電極１０２と金属補強板１０６とを導通させて接着している。

特開２００７−１８９０９１号公報

前記特許文献１では、導電性粒子１０３を含むバインダーからなる導電性接着剤層１０４を備えた導電性接着シート１０５を貼り付けるだけで良いため、製造の簡素化を図ることはできる。しかしながら、該導電性接着剤層１０３の接着力を高めて金属補強板１０６を回路基板本体１００の表面に強固に固着するには、導電性粒子１０３の配合率を低くして接着性を有するバインダー樹脂の配合量を多くする必要がある。一方、接着性を高めるには導電性粒子の濃度を低くすると、導電性が低下し、金属補強板とグランド回路との間の抵抗が高くなり電位差が生じる。電位差が生じると電磁波シールド効果が低減し、ＦＰＣの伝送信頼性が低下する。

さらに、特許文献１では、導電性接着シート１０５を貼り付けるだけで電極１０２と金属補強板１０６とを接着させているため、電極１０２が絶縁層１０１の開口表面近くに位置することが前提となり、この前提条件下で導電性接着シート１０５を絶縁層１０１の開口に押し込む必要がある。
通常、ＦＰＣではグランド回路の表面に設ける絶縁被覆層の厚さは２０〜３０μｍあり、グランド回路を開口に面して露出させるには、２０〜３０μｍの厚さの絶縁被覆層を切除する必要がある。この２０〜３０μｍとなる深さの開口に特許文献１の導電性接着シート１０を押し込んでグランド回路と金属補強板とを接着すると、グランド回路と金属補強板との接続距離が長くなり、抵抗が更に高くなるため、金属補強板とグランド回路との電位差が大となり、金属補強板によるシールド効果が低減する問題がある。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、ＦＰＣと金属補強板との接着力を確保しながら、該金属補強板とグランド回路との電位差を無くし、または無視できる程度に小さくなるように接着して、金属補強板に電磁波シールド機能を十分に発揮させることを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明は、フレキシブルプリント配線板のグランド回路と、該フレキシブルプリント配線板の表面に貼り付ける金属補強板とに挟まれた位置の絶縁層に開口を設け、該開口に導電性接着剤を充填して、該開口の底面に露出する前記グランド回路と前記金属補強板とを電気接続して固着しており、
前記導電性接着剤は、前記グランド回路との接着側に導電性粒子の濃度を４５体積％〜７０体積％と高くした導電性の高い高導電性接着剤を用い、該高導電性接着剤の表面と前記金属補強板との間に導電性粒子の濃度を０．０１体積％〜２０体積％と低くした高接着性接着剤を介在させ、前記グランド回路と金属補強板との間に電位差を減少または発生させずに接着していることを特徴とする、金属補強板を備えたフレキシブルプリント配線板を提供している。

本発明では、前記のように、グランド回路と金属補強板とを、導電性粒子の濃度を変えたて調製した高導電性接着剤と高接着性接着剤との２種類の導電性接着剤を用いて接続していることを特徴とする。
前記導電性接着剤はバインダー樹脂に導電性粒子を分散して配合しており、前記高導電性接着剤は、導電性を高めるために導電性粒子の配合量を多くして濃度を高めているため、バインダー樹脂の配合量が低下するため接着力は低くなる。一方、前記高接着性接着剤は、導電性粒子の配合量を少なくして濃度を低くし、バインダー樹脂の配合量が多くしているため、接着力は大となるが導電性は低くなる。
本発明は、前記高導電性接着剤をグランド回路側に、高接着性接着剤を金属補強板側に使い分けて用いることにより、金属補強板とＦＰＣとの接着性を確保しながら、金属補強板とグランド回路との電位差が限りなく無くなるようにしているため、金属補強板に電磁ノイズのシールド機能を十分に発揮させることができ、ＦＰＣ内の回路に対する電磁ノイズの影響を排除することができる。

前記のように、高導電性接着剤は導電性粒子濃度を４５体積％〜７０体積％とし、前記高接着性接着剤は銀粒子濃度を０．０１体積％〜２０体積％としている。
高導電性接着剤の銀粒子濃度を４５体積％〜７０体積％としているのは、４５体積％未満とすると、接着性は良好であるが、十分な導電性を得られず、金属補強板とグランド回路間に電位差が生じる。一方、７０体積％をこえると、バインダー樹脂中に導電性粒子が均一に分散せず、導電性接着剤として実使用が困難となる。
高接着性接着剤の銀粒子濃度を０．０１体積％〜２０体積％としているのは、０．０１体積％未満であると、接着性は良好となるが、十分な導電性が得られない一方、２０体積％を越えると導電性は良好となるが、十分な接着性が得られない。

前記高導電性接着剤および高接着性接着剤は、導電性粒子として、銀、銅、ニッケル、銀被覆銅、銀被覆ニッケル等からなる導電性粒子を用いることができる。高導電性接着剤に配合する導電性粒子としては導電率の高い銀、銀被覆銅が好適に用いられる一方、高接着性接着剤に配合する導電性粒子としてはニッケルが好適に用いられる。なお、高導電性接着剤と高接着性接着剤の導電性粒子を前記のように相違させても良いし、同一種類の導電性粒子を用いてもよい。

具体的には、銀または銀被覆銅を導電性粒子として用いる場合、平均粒径が０．５μｍ〜２０μｍの粒子（Ａ）と、一次粒子の平均粒径が５０ｎｍ以下の粒子（Ｂ）のいずれか一方または両方を用い、両方を混合して用いる場合は、混合比（Ａ）：（Ｂ）＝９９：１〜８０：２０として用いることが好ましい。
導電性粒子の形状は特に限定されないが、球状、鱗片状などのものが使用できる。導電性を考慮すると、鱗片状粒子を使用することが好ましい。
前記粒子径とは、個々の粒子の最大径とし、その平均値を平均粒子径としている。計測には走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等を用いて計測している。また、個数換算含有率％については、前記ＳＥＭ等の画面における全ての粒径と粒子数を計測し、該当直径を有する粒子数を全体の粒子数で割って百分率で表現している。

前記バインダー樹脂としては、高接着性を樹脂であれば限定されず、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ポリアミドイミド樹脂等を使用することができる。耐熱性を考慮すると熱硬化性樹脂を使用することが好ましく、また、フレキシブルプリント配線板に用いることを考慮すると、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂が好適に用いられる、

前記高導電性および高接着性の接着剤は、導電性粒子とバインダー樹脂の他に硬化剤、溶剤等を配合している。
前記溶剤は、バインダー樹脂を溶解可能であるもので有れば限定されず、エステル系、エーテル系、ケトン系、エーテルエステル系、アルコール系、炭化水素系、アミン系の有機溶剤が挙げられる。前記導電性接着剤を印刷する場合には、印刷性の良い高沸点溶剤が好ましく、具体的にはカルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテートなどが特に好ましい。またこれらの溶剤を数種類組み合わせて使用してもよい。
前記硬化剤としては、アミン系硬化剤、ポリアミノアミド系硬化剤、酸及び酸無水物系硬化剤、塩基性活性水素化合物、第３アミノ類、イミダゾール類その他、従来公知の種々の硬化剤の中から、組わせるバインダー樹脂に適したものが用いられる。
さらに、印刷作業性向上のため、増粘剤、レベリング剤等の添加物を加えもよい。
更に、接着性を損なわない範囲で、カーボンやシリカ等の無機フィラーを添加してもよい。これらの成分は、例えば、３本ロール、回転撹拌脱泡機などにより混合、分散して均一な状態とし、導電性接着剤を作成している。

前記高導電性接着剤の厚さ（Ｔ１）と高接着性接着剤の厚さ（Ｔ２）との厚さの比（Ｔ１：Ｔ２）は、１０：１〜２：１とし、高導電性接着剤の厚さを大とし、金属補強板とグランド回路間に電位差を発生させない十分な導電性が得られるものとしている。

具体的には、前記高導電性接着剤で前記絶縁層を切除して設けた開口を埋めて開口先端まで充填し、絶縁被覆層の表面と連続する開口表面の高導電性接着剤の表面に前記高接着性接着剤を塗布または貼り付けている。
ＦＰＣ自体は周知の構成からなり、ポリイミドフィルム等からなるベースフィルム上にグランド回路を含む導体パターンを設け、導体パターンを設けた面を絶縁性接着剤を介して絶縁樹脂フィルムで被覆している。この絶縁性接着剤と絶縁性フィルムとの積層体からなる絶縁層をカバーレイと称している。
前記絶縁性接着剤の厚さは２０〜３０μｍ、ポリイミドフィルム等からなる絶縁樹脂フィルムの厚さは１０〜２５μで、絶縁層（カバーレイ）の厚さは３０〜５５μｍ程度となっている。よって、該絶縁層を切除してグランド回路を底面に露出させる前記開口の深さは３０〜５５μｍとなり、該開口を埋めるように充填する前記高導電性接着剤の厚さ（Ｔ１）は３０〜５５μｍとなる。
一方、該高導電性接着剤の表面に塗布または貼り付ける高接着性接着剤は金属補強板を接着する機能を有するだけでよく、かつ、屈曲性を保持するためには薄い方が良いため、その厚さ（Ｔ２）は５〜１５μｍ程度で良い。よって、前記のように（Ｔ１：Ｔ２）は１０：１〜２：１となる。このように、開口の深さが大であっても高導電性接着剤を充填していることで、グランド回路と金属補強板との間の接続抵抗を低減または無くして電位差を無視できる程度に小さくでき、または電位差を無くすことができる。

前記開口の面積は前記金属補強板の面積より小さくなるため、前記開口の周縁の絶縁層の表面にも、前記開口面積を含めて前記金属補強板の接着側全面に相当する領域に、前記高接着性接着剤を塗布またはシート状として貼り付け、前記金属補強板の接着側全面を固定していることが好ましい。

帯形状のＦＰＣは、導体パターンを幅方向にファインピッチで設け、導体パターンの一部をグランド回路としている場合が多い。
一方、ＦＰＣの部品実装箇所の反対面や、コネクタを実装するＦＰＣ端末側に貼り付ける金属補強板は、幅方向の全面にわたって貼り付ける場合が多い。
前記ＦＰＣに設ける開口は、金属補強板と少なくとも１つのグランド回路とに挟まれた部分、即ち、グランド回路を被覆する部分の絶縁層にだけ設けているため、開口面積は金属補強板のＦＰＣへの接触面積よりも小さくなる。
よって、前記のように、開口の周縁の絶縁層の表面にも高接着性接着剤を塗布またはシート状として貼り付け、前記金属補強板の接着側全面を固定している。
なお、金属補強板の配置部と対向した位置に複数のグランド回路がある場合は、これら複数のグランド回路と金属補強板との間の絶縁層に前記開口を設けても良い。また、グランド回路が広幅である場合は、この広幅のグランド回路に連通する大きな１つの開口を設けてもよい。

前記グランド回路に面する部分の絶縁層に設ける開口は、円形、方形のいずれでも良い。該開口は絶縁層（カバーレイ）に予め設けて回路を設けたベースフィルムに被覆しても良いし、被覆後に開口を形成しても良い。該開口はレーザーを用いて精度よく形成することが好ましい。

本発明の金属補強板を貼り付けたＦＰＣの形成方法は、まず、絶縁層に開口を設け、該開口に前記高導電性接着剤をスクリーン印刷やディスペンサーを用いて充填する。
前記高導電性接着剤が硬化しない温度で加熱して、接着剤中の溶媒を飛ばして乾燥させる。
ついで、高接着性接着剤を、高導電性接着材の表面となる開口表面および開口周縁の金属補強板の接着面の全面に相当するように塗布またはシート状として貼り付ける。
ついで、前記高接着性接着材上に金属補強板を貼り付けた後、該金属補強板を加熱・加圧してＦＰＣの表面に固定している。

上述したように、本発明では、ＦＰＣの表面に貼り付ける金属補強板を、高導電性接着剤と高接着性接着剤とからなる２種類の導電性接着剤を用いて、ＦＰＣ内のグランド回路と金属補強板とを接着している。前記高導電性接着剤により金属補強板とグランド回路との間に電位差が発生しないようにし、または無視できる程度の電位差としているため、金属補強板に電磁波シールド機能を十分に発揮させることができる一方、前記高接着性接着剤により金属補強板とＦＰＣとの接着力を高めることができる。

以下、本発明の金属補強板を備えたＦＰＣの実施形態を図面を参照して説明する。
図１および図２において、ＦＰＣ１の表面Ｓには、反対面に抵抗やコンデンサ等の部品２を実装している部分およびコネクタ３を実装している端末側に板厚が５０μｍ〜１００μｍの薄板ステンレス板からなる金属補強板５（図２中にクロス斜線で示す）をＦＰＣ１の幅方向の略全面に渡って貼り付けている。

前記ＦＰＣ１自体は周知の構成で、ポリイミドからなるベースフィルム４上にファインピッチで導体パターン６を設けている。ベースフィルム４の導体パターン６を設けた表面を絶縁層（以下、カバーレイと称す）７で被覆している。前記導体パターン６の一部またはＦＰＣ１がアース接続用ＦＰＣでは導体パターン６の全てがグランド回路８となる。本実施形態のＦＰＣでは、幅方向にファインピッチで並設する導体パターン６の内の１本の回路がグランド回路８である。該グランド回路８を、後述するように、金属補強板５と導電性接着剤を介して導通して接着している。

カバーレイ７は絶縁性接着剤９を介してポリイミド等からなる絶縁フィルム１０を接着した構成からなり、絶縁性接着剤９の厚さは２０〜３０μｍ、絶縁フィルム１０の厚さは１２〜２５μｍである。該カバーレイ７の厚さは絶縁性接着剤９の厚さと絶縁樹脂フィルム１０の厚さの合計の３２〜５５μｍとなる。

前記カバーレイ７には、グランド回路８に面する部分に開口１２を貫通して設け、グランド回路８を開口１２の底面に露出させている。よって、開口１２の深さはカバーレイ７の深さである前記３２〜５５μｍとなる。
開口１２は、予めカバーレイ７を形成し、該カバーレイ７にレーザー加工で設けても良いし、ベースフィルム４をカバーレイ７で被覆した後にレーザー加工で形成してもよい。また、開口１２は金属補強板５と対向位置のグランド回路８の全長に設ける必要はなく、グランド回路８の一部を露出させる開口であればよく、断面円形または方形のいずれでも良い。

前記開口１２内を高導電性接着剤２０で埋めるようにスクリーン印刷、凹版印刷、平板印刷、またはディスペンサーを用いて充填している。なお、ＦＰＣ１の開口１２に塗布する点から、スクリーン印刷が最も好適に用いられる。
高導電性接着剤２０の表面となる開口１２の表面および、金属補強板５の配置位置の全面に対応する開口１２の周縁のカバーレイ７の表面部分７ａに、導電性を有する高接着性接着剤２１を、前記印刷法、ディスペンサーを用いて塗布し、または、シート状として貼り付けている。該高接着性接着剤２１の厚さは約１０μｍとしている。よって、高導電性接着剤２０の厚さ（Ｔ１）と高接着性接着剤２１の厚さ（Ｔ２）はＴ１：Ｔ２＝１０：１〜２：１としている。

前記高接着性接着剤２１上に金属補強板５を載置し、１５０℃〜２００℃の加熱温度で、１０ｋｇ／ｃｍ^２〜１５ｋｇ／ｃｍ^２で加圧して、金属補強板５をＦＰＣ１の表面に貼り付けて固定している。

前記高導電性接着剤２０と前記高接着性接着剤２１は、同一種類または異種類の導電性粒子Ａをバインダー樹脂Ｂに分散している。高導電性接着剤２０は導電性粒子Ａの配合量を高くして高濃度とした導電性接着剤とし、高接着性接着剤２１は導電性粒子Ａの配合量を高導電性接着剤２０の配合量よりも少なくして低濃度とした導電性接着剤としている。
具体的には、高導電性接着剤２０では導電性粒子は４５体積％〜７０体積％の割合で配合し、高接着性接着剤２１は導電性粒子を０．０１体積％〜２０体積％の割合で配合している。

高導電性接着剤２０の導電性粒子Ａは銀または銀被覆銅を用いる一方、高接着性接着剤２１ではニッケルを用いている。なお、高接着性接着剤２１も導電性粒子Ａとして銀、銀被覆銅、銅を用いてもよい。

以下に、金属補強板５を貼り付けたＦＰＣ１の形成方法を説明する。
まず、絶縁樹脂フィルム１０の一面に絶縁性接着剤９を付着したカバーレイ７を設け、該カバーレイ７をレーザー加工して開口１２を設けている。なお、カバーレイ７をベースフィルム４に接着した後に、カバーレイ７をレーザー加工して開口１２を設けてもよい。

次いで、開口１２内に高導電性接着剤２０をスクリーン印刷で充填し、開口１２の表面まで高導電性充填剤２０を位置させる。
次いで、約７０℃の恒温槽内に約３０分程度静置して、高導電性接着剤２０に含まれる溶剤を除去して乾燥する。
次いで、開口１２の表面および開口１２の周縁のカバーレイ７の表面で、金属補強板５の配置面の全面に高接着性接着剤２１を、ディスペンサーで塗布またはシート状として貼り付ける。
次いで、高接着性接着材２１の表面に金属補強板５を載置し、金属補強板を前記加熱温度で加熱して高接着性接着材２１を軟化または溶融させると共に、前記圧力で加圧して、
金属補強板５をＦＰＣ１の表面に固定している。

「実施例」
グランド回路上に開口するように、断面積が５ｍｍ×５ｍｍ、深さ３３μｍの開口１２を金属補強板５の配置側のカバーレイ７に設け、該カバーレイ７をベースフィルム４の導体パターン６を設けた表面側に貼り合わせた。該貼り合わ時に、開口１２をグランド回路８の位置と一致させ、開口１２の底面にグランド回路８を露出させた。
３〜１０μｍの鱗片状の銀粒子の濃度を５０体積％となるように、銀粒子、エポキシ樹脂、イミダゾール系硬化剤、ブチルカルビトールアセトンからなる溶剤と混合して予め作成した高導電性接着剤２０をスクリーン印刷で開口１２に充填した。
高導電性接着剤２０を開口１２に充填後、７０℃の恒温槽に３０分静置し、溶剤を飛ばして乾燥した。
ニッケル粒子の濃度を０．５体積％となるように、エポキシ樹脂、硬化剤と混合して予め作成した高接着性接着剤２１を、厚さ１０μｍのシート状に作成し、該シートを１０ｍｍ×２０ｍｍの金属補強板５の大きさに切断し、前記開口１２を覆うと共に開口１２の周縁のカバーレイ１１の表面に位置合わせして貼り合わせた。
前記高接着性接着剤２１からなるシートの表面に、厚さ０．１ｍｍのステンレス板からなる金属補強板５を貼り合わせた。
ついで、金属補強板５を１８０℃に加熱しながら、１３ｋｇ／ｃｍ^２で加圧した。
その後、高接着性接着剤２１および高導電性接着剤２０を硬化させた。

前記実施例のＦＰＣに金属補強板を貼り付けた部位の接続抵抗を測定した。該接続抵抗は、４端子法で測定した。
測定された抵抗は１〜０Ωで、高導電性接着剤２０と高接着性接着剤２１とからなる接着層に発生する抵抗は殆ど無くなり、金属補強板５とグランド回路８との間に電位差は同一または電位差は無視できる程度となっていた。
この測定結果より、金属補強板５に電磁波シールド特性が十分に持たせることができることが確認できた。

本発明の金属補強板を備えたＦＰＣの実施形態を示す要部断面図である。前記実施形態のＦＰＣの平面図である。従来例を示す断面図である。

符号の説明

１ＦＰＣ
２実装部品
４ベースフィルム
５金属補強板
６導体パターン
７絶縁層（カバーレイ）
８グランド回路
１２開口
２０高導電性接着剤
２１高接着性接着剤
Ａ導電性粒子
Ｂバインダー樹脂

Claims

フレキシブルプリント配線板のグランド回路と、該フレキシブルプリント配線板の表面に貼り付ける金属補強板とに挟まれた位置の絶縁層に開口を設け、該開口に導電性接着剤を充填して、該開口の底面に露出する前記グランド回路と前記金属補強板とを電気接続して固着しており、
前記導電性接着剤は、前記グランド回路との接着側に導電性粒子の濃度を４５体積％〜７０体積％と高くした導電性の高い高導電性接着剤を用い、該高導電性接着剤の表面と前記金属補強板との間に導電性粒子の濃度を０．０１体積％〜２０体積％と低くした高接着性接着剤を介在させ、前記グランド回路と金属補強板との間に電位差を減少または発生させずに接着していることを特徴とする、金属補強板を備えたフレキシブルプリント配線板。
前記開口の面積は前記金属補強板の面積より小さく、前記開口の周縁の絶縁層の表面にも、前記開口面積を含めて前記金属補強板の接着側全面に相当する領域に、前記高接着性接着剤を塗布またはシート状として貼り付け、前記金属補強板の接着側全面を固定している請求項１に記載の金属補強板を備えたフレキシブルプリント配線板。
前記高導電性接着剤の厚さ（Ｔ１）と高接着性接着剤の厚さ（Ｔ２）との厚さの比（Ｔ１：Ｔ２）は、１０：１〜２：１である請求項１または請求項２に記載の金属補強板を備えたフレキシブルプリント配線板。
前記高導電性接着剤および高接着性接着剤は、銀、銀被覆銅、銅、およびニッケルから選択される１種または２種以上の混合粒子からなる導電性粒子を、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂およびポリエステル樹脂から選択されるバインダー樹脂中に分散させたものである請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の金属補強板を備えたフレキシブルプリント配線板。