JP4825831B2 - フレキシブルプリント配線板 - Google Patents

Description

本発明は、フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）に関し、特に、電磁波シールド層を備えたものである。

従来、ＦＰＣは導体パターンを備えたポリイミドフィルムからなるベースフィルムを絶縁層で被覆しており、さらに、絶縁層の表面にシールド層を形成する導電性ペーストを塗布している場合がある。（特開２００５−２５１５４２号公報および特開２００５−２９４２５４号公報）
ＦＰＣにはリフロー半田付けで部品が実装され、該部品実装領域と対向側のＦＰＣの絶縁層の表面には、予めガラスエポキシ樹脂からなる硬質の樹脂補強板または金属補強板あるいは樹脂補強板が貼り付けられている場合が多い。
この種のＦＰＣは前記シールド層および補強板を予め設けて作成しており、リフロー半田付けによる部品実装は後工程となる。

前記ＦＰＣの製造工程において、ＦＰＣのベースフィルムのポリイミドフィルムが吸湿した状態で部品実装のためにリフロー半田付けを行うと、補強板で被覆された領域では蒸発する水分の逃げ場がなくなり、リフロー半田付け時に膨れが生じやすい。
また、ＦＰＣの屈曲部分では曲げ特性を良くするため前記導電性ペーストのバインダー樹脂として柔軟性が良いウレタン樹脂、ポリエステル樹脂を用いる場合が多いが、これらの柔軟性に優れた樹脂は耐熱性が低く、リフロー時に熱分解する場合がある。この樹脂分解物も補強板で被覆された領域では逃げ場がなくなり、膨れを倍加する要因となる。

膨れの原因となる導電性ペーストを、補強板を配置する領域では塗布しないことにより膨れを低減することはできるが、電磁場シールド性能が低下し、伝送信頼性が低下する問題がある。

特開２００５−２５１５４２号公報 特開２００５−２９４２５４号公報

本発明は前記問題に鑑みてなされたもので、前記リフロー時に発生する膨れを低減し、かつ、電磁波シールド機能も低下させないＦＰＣを提供す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、導電性粒子をバインダー樹脂中に分散させたシールド層を絶縁層の表面に設けているフレキシブルプリント配線板であって、
前記シールド層は、前記バインダー樹脂を相違させた高屈曲性シールド層と高耐熱性シールド層とからなり、
前記高屈曲性シールド層は少なくとも屈曲領域に設けられ、前記高耐熱性シールド層は少なくとも補強板が表面に貼り付けられる領域に設けられ、該高耐熱性シールド層は前記補強板の接着面全面に設けられていることを特徴とするフレキシブルプリント配線板を提供している。

具体的には、導電性粒子をバインダー樹脂中に分散させたシールドペーストを絶縁層の表面に塗布してシールド層を設けており、前記シールドペーストのバインダー樹脂を相違させた高屈曲性シールドペーストと高耐熱性シールドペーストの２種類を使いわけて塗布している。
なお、シールドペーストの塗布する方法に代えて、前記２種類のシールドペーストをシート状に成形しておき、２種類のシールドシートを領域をわけて貼り付けて接着してもよい。

前記のように、本発明では、リフロー時に膨れが発生しやすい補強板で被覆された領域に高耐熱性シールドペーストを塗布して高耐熱性シールド層としているため、リフロー時に該高耐熱性シールドペーストの熱分解を発生させず、分解物による補強板裏面側での膨れを低減することができる。即ち、高耐熱性シールドペーストのバインダー樹脂はリフロー時の温度で溶融しない樹脂を用いている。
一方、屈曲領域には前記補強板は配置されていないため、柔軟性に優れた高屈曲性シールドペーストを塗布して高屈曲性シールド層を設け、ＦＰＣの曲げ特性を低下させない。

前記高屈曲性シールド層および高耐熱性シールド層では、いずれも導電性粒子は４５体積％〜７０体積％で配合している。これは、４５体積％未満とすると、十分な導電性が得られず、電磁波シールド機能が十分に得られないことによる。また、補強板が金属補強板である場合、後述するように、該シールド層をＦＰＣのグランド回路と接続する場合、シールド層とグランド回路とに電位差が生じて、シールド機能が低下することによる。
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。

高屈曲性シールドペーストを塗布して形成する高屈曲性シールド層と高耐熱性シールドペーストを塗布して形成する高耐熱性シールド層における導電性粒子の濃度は同等として、電磁波シールド機能を同等とすることが好ましいが、相違させてもよい。
例えば、屈曲性を重視する高屈曲性シールドペーストの導電性粒子の濃度は前記範囲内で４５体積％〜６０体積％として低くしてもよい。一方、高耐熱性シールドペーストは補強板を配置する直線領域に塗布すると共に耐熱性を重視するため、バインダー樹脂よりも溶融温度が高い導電性粒子の濃度を前記範囲内で５５体積％〜７０体積％と多くしてもよい。

前記高屈曲性シールド層および高耐熱性シールド層で用いる前記導電性粒子として、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があげられる。高屈曲性シールド層と高耐熱性シールド層で用いる導電性粒子は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。

前記高屈曲性シールド層のバインダー樹脂と高耐熱性シールド層のバインダー樹脂を相違させている。
前記高屈曲性シールド層は前記バインダー樹脂として、耐熱性より柔軟性を重視し、ポリエステル樹脂またはポリウレタン樹脂等を用いている。該高屈曲性シールド層は、弾性率を２ＧＰａ以下としている。
一方、高耐熱性シールド層は前記バインダー樹脂として、柔軟性より耐熱性を重視し、エポキシ樹脂またはポリイミド樹脂等を用いている。該高耐熱性シールド層は樹脂分解温度をリフロー温度より高温の２４０℃以上としている。
即ち、耐熱性と柔軟性とは樹脂にとっては背反する物性であるため、バインダー樹脂を使いわけて、柔軟性を重視する屈曲領域は高屈曲性シールド層とし、耐熱性を重視する補強板の取付領域では高耐熱性シールド層とし、補強板の取付領域における前記膨れの発生を抑制、防止している。

前記高屈曲性シールドペーストおよび高耐熱性シールドペーストは、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、前記シールドペーストを印刷塗布する場合に、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、シールドペーストを作成している。

本発明では、前記のように高耐熱性シールド層は、前記補強板の外縁から少なくとも０．１ｍｍの範囲も設けていることが好ましい。

さらに、高屈曲性シールドペーストと高耐熱性シールドペーストとは塗布領域の境界位置で０．１〜４ｍｍの範囲で重ねて塗布することが好ましい。
このように境界位置で重ねて塗布すると、塗布作業時にシールドペーストが塗布されない非シールド区間を確実に無くすことができ、かつ、高屈曲性シールドペーストを塗布したシールド層と高耐熱性シールドペーストを塗布したシールド層とを導通状態で連続させることができる。よって、後述するように、この連続したシールド層の一カ所をグランド回路と接続すると、シールド層全体とグランド回路との間に電位差を発生させず、シールド効果を十分に発揮させることができ、ＦＰＣの伝送信頼性を高めることができる。

さらに、前記フレキシブルプリント配線板は、グランド回路を有し、少なくとも高耐熱性シールド層の領域でグランド回路と該高耐熱性シールド層に挟まれた前記絶縁層に開口を備え、高耐熱性シールドペーストの塗布時に前記開口に該高耐熱性シールドペーストが充填され、前記グランド回路と前記高耐熱性シールド層とが電気的に接続されていることが好ましい。
なお、前記高屈曲性シールド層にも前記開口を設け、該開口に高屈曲性シールドペーストを充填して、グランド回路と高屈曲性シールド層とを電気的に接続してもよいが、高耐熱性シールド層とグランド回路との前記構成の電気的接続部は、高屈曲性シールド層とグランド回路との電気的接続部より多い方が好ましい。

前記高屈曲性シールド層および高耐熱性シールド層の厚さは５〜１５μｍ、より好ましくは約１０μｍとしている。
高屈曲性シールドペースト、高耐熱性シールドペーストを塗布する場合は、スクリーン印刷、凹版印刷、平板印刷等の印刷法、またはディスペンサーを用いて塗布し、ドクターナイフで平滑化してもよい。さらには、予め剥離紙を貼着したシート状とし、該シートを貼り付けてもよい。

上述したように、本発明では、ＦＰＣの絶縁層の表面に設けるシールド層を高耐熱性シールド層と高屈曲性シールド層との２種類とし、リフロー時に膨れが発生しやすい補強板で被覆された領域は高耐熱性シールド層としているため、リフロー時に該耐熱性シールド層におけるバインダー樹脂の熱分解を発生させず、分解物による補強板の裏面側での膨れを低減することができる。一方、屈曲領域には前記補強板は配置されていないため、柔軟性に優れた高屈曲性シールド層を設け、ＦＰＣの曲げ特性を低下させない。
このように、２種類のシールド層を領域に応じて使い分けることで、ＦＰＣで必要な屈曲領域の柔軟性と、補強板の貼り付け位置での膨れ発生防止の両方を充足し、さらに、ＦＰＣの全域における電磁波シールド機能をシールド層で十分に発揮させることができる。

以下、本発明のＦＰＣの実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図３に第１実施形態を示す。
ＦＰＣ１は、図１に示すように、製造時には直線状の帯状で形成し、使用時には図２に示すように、ケーシングＣ内に、一端側にＵ字状の屈曲部Ｘを形成して２つ折りして収容される。

ＦＰＣ１は図３（Ａ）（Ｂ）の断面図に示すように、ポリイミドからなるベースフィルム４の両面にファインピッチで導体パターン６Ａ、６Ｂを設けている。ベースフィルム４の導体パターン６を設けた両面を絶縁性接着剤９ａと絶縁性樹脂フィルム９ｂとからなる絶縁層７Ａ、７Ｂで被覆している。
前記ＦＰＣ１の長さ方向の両端に接続するコネクタ３および、抵抗またはコンデンサから部品２をリフロー半田付けで実装する面は図２に示すＵ字状に屈曲して２つ折りした状態で対向する内面側とし、反対側の絶縁層７Ａの表面に、後述するように２種類の導電性樹脂ペーストからなる高屈曲性シールドペースト１０と高耐熱性シールドペースト１１とを塗布してシールド層１２を設けている。該シールド層１２の表面には絶縁樹脂からなるカバーコート１３を設けている。

図３（Ａ）に示すように、コネクタ３を実装位置に近接したＦＰＣ１の長さ方向の両端に近接した位置と部品２の実装位置の反対側では、前記カバーコート１３の表面に幅方向の全体に渡る樹脂補強板５を接着剤１４を介して接着している。該樹脂補強板５はガラスエポキシ樹脂からなる厚さ５０μｍ〜１００μｍの硬質板からなる。

前記樹脂補強板５を取り付ける領域では前記シールド層１２を高耐熱性シールドペースト１１で形成した高耐熱性シールド層１２ｂとしている。詳細には、樹脂補強板５の接着面の全面と、該樹脂補強板５の外縁から少なくとも０．１ｍｍの範囲としており、本実施形態では図１に示すように、屈曲部Ｘの手前位置まで高耐熱性シールドペースト１１を塗布して高耐熱性シールド層１２Ｂを設けている。
前記高耐熱性シールドペースト１１の屈曲部Ｘを含む領域は、図３（Ｂ）に示すように、前記高屈曲性シールドペースト１０を塗布して、高屈曲性シールド層１２Ａを設けている。

前記高屈曲性シールドペースト１０の塗布領域Ｓ１（即ち、高屈曲性シールド層１２Ａ）と高耐熱性シールドペースト１１の塗布領域Ｓ２（即ち、高耐熱性シールド層１２Ｂ）とは、境界位置で０．１ｍｍ〜４ｍｍ程度の範囲で、高屈曲性シールドペースト１０と高耐熱性シールドペースト１１との両方を重ねて塗布している。

前記高屈曲性シールドペースト１０および高耐熱性シールドペースト１１は、いずれも銀、銀被覆銅、銅から選択される導電性粒子をバインダー樹脂中に分散させ、さらに、硬化剤と溶剤等が配合されたものからなる。前記導電性粒子は４５体積％〜７０体積％で配合している。
高屈曲性シールドペースト１０と高耐熱性シールドペースト１１とは同一の導電性粒
子Ａを同一濃度で配合しているが、異種の導電性粒子を前記範囲内で濃度を変えて配合してもよい。

前記高屈曲性シールドペースト１０はバインダー樹脂Ｂ−１として柔軟性に優れたポリエステル樹脂またはポリウレタン樹脂を用い、硬化した状態でシールド層１２Ａの弾性率を２ＧＰａ以下としている。
一方、高耐熱性シールドペースト１１はバインダー樹脂Ｂ−２として、リフロー半田付け時の加熱温度で溶融しないエポキシ樹脂またはポリイミド樹脂を用いている。具体的には、該高耐熱性シールドペースト１１で形成する高耐熱性シールド層１２Ｂは、樹脂分解温度を２４０℃以上としている。

前記高屈曲性シールドペースト１０および高耐熱性シールドペースト１１は、それぞれ前記樹脂層７の表面の塗布領域Ｓ１とＳ２にスクリーン印刷で塗布している。

前記構成からなるＦＰＣ１では、コネクタ３および部品２のリフロー半田付けで実装する際、樹脂補強板５を取り付けられた位置には、高耐熱性シールドペースト１０を塗布して形成した高耐熱性シールド層１２Ｂを設けているため、リフロー時の加熱で樹脂分解が発生せず、樹脂補強板５の背面側で膨れが発生することを防止できる。また、高耐熱性シールドペースト１０を塗布して形成したシールド層１２Ｂは、ＦＰＣ１を屈曲させずに直線状に配置する領域であるため、屈曲性が劣っても不具合は生じない。
一方、ＦＰＣ１の屈曲部Ｘには、高屈曲性シールドペースト１１を塗布して形成した高屈曲性シールド層１２Ａを設けているため、ＦＰＣ１の柔軟に屈曲させることができる。
さらに、ＦＰＣ１を屈曲させた状態で外周側の全面にシールド層１２（１２Ａ、１２Ｂ）を設けているため、電磁波シールド機能を備え、ＦＰＣ１の伝送信頼性を高めることができる。

前記第１実施形態では、屈曲部Ｘ以外の領域は、補強板５の取付領域を含めて屈曲部Ｘを除く直線領域は、高耐熱性シールドペースト１１を塗布して高耐熱性シールド層１２Ｂとしているが、補強板５の取付面と該取付面の外縁から０．１ｍｍの範囲までを高耐熱性シールドペースト１１の塗布部とし、他は屈曲部Ｘを含めて高屈曲性シールドペースト１０を塗布して高屈曲性シールド層１２Ａとしてもよい。

「実施例」
平均粒径３μｍの銀粒子、エポキシ樹脂、イミダゾール系硬化剤、ブチレンカルビトールアセテートからなる溶剤を混合した高耐熱性シールドペーストを作成した。該シールドペースト中における銀粒子は５０体積％とした。
同様に、平均粒径３μｍの銀粒子、ウレタン樹脂、イミダゾール系硬化剤、ブチレンカルビトールアセテートからなる溶剤を混合した高屈曲性シールドペーストを作成した。該シールドペースト中における銀粒子は５０体積％とした。
前記高耐熱性シールドペーストを、屈曲時に外周側となるＦＰＣの絶縁層の表面にスクリーン印刷で前記領域Ｓ２に厚さ１５μｍ塗布した。該領域Ｓ２は樹脂補強板が取り付けられる領域で、樹脂補強板の全面および該樹脂補強板の外縁から１５ｍｍの範囲（Ｌ）まで塗布した。
塗布後に、７０℃の恒温槽内に静置して、溶剤を除去して乾燥させてた。
ついで、前記高屈曲性シールドペーストを、先に塗布した高耐熱性シールドペーストと３ｍｍの重なりを持つように、前記領域Ｓ１にスクリーン印刷で厚さ１５μｍで塗布した。
塗布後、７０℃の恒温槽内に静置して、溶剤を除去して乾燥させた。
その後、前記高耐熱性シールドペーストの塗布部および高屈曲性シールドペーストの塗布部の全体に、カバーコートをスクリーン印刷で塗布した。該カバーコートはアサヒ化学製の製品名「ＣＲ−１８Ｃ−ＫＴ１」を用いた。
前記カバーコートを塗布後、１６０℃の恒温槽中で乾燥させた。

さらに、前記ＦＰＣの高耐熱性シールドペーストの塗布領域（高耐熱性シールド層）の表面のカバーコートに接着剤を介して樹脂補強板を接着固定した。
その後、樹脂補強板の固定側と反対面に部品をリフロー半田付けで実装した。

この状態で、樹脂補強板の背面側にリフロー膨れの不良は発生せず、かつ、ＦＰＣの屈曲部Ｘを曲率半径２ｍｍで屈曲させることが出来た。

図４に第２実施形態を示す。
第２実施形態では、ＦＰＣ１の導体パターン６のグランド回路８と高耐熱性シールドペースト１１を塗布して形成した高耐熱性シールド層１２Ｂとを導通している。
即ち、グランド回路８に面した絶縁層７Ａに開口３０を設け、開口３０の底面にグランド回路８を露出させ、高耐熱性シールドペースト１１をスクリーン印刷で塗布する時に、同時に開口３０に高耐熱性シールドペースト１１を充填した。
開口３０に充填した高耐熱性シールドペースト１１を介して、グランド回路８と高耐熱性シールド層１２Ｂとは導通し、グランド回路８と高耐熱性シールド層１２Ｂとの電位差を無くし、または、無視できる程度に小さくしている。

高耐熱性シールドペースト１１は第１実施形態と同様に高屈曲性シールドペースト１０と塗布領域の境界位置で重ねて塗布しているため、高耐熱性シールドペースト１１を塗布して形成した高耐熱性シールド層１２Ｂと高屈曲性シールドペースト１０を塗布して形成した高屈曲性シールド層１２Ａとは導通して連続している。よって、高耐熱性シールド層１２Ｂをグランド回路８と導通すると、高屈曲性シールド層１２Ａもグランド回路８と導通することとなる。
よって、ＦＰＣ１の外周面側に設けるシールド層１２（１２Ａ、１２Ｂ）は共にグランド回路８と導通でき、シールド層１２の全体をグランド回路８と電位差を無くして、シールド層１２の電磁波シールド機能を高めることができる。

図５に第３実施形態を示す。
第３実施形態では、高屈曲性シールドペースト１０を塗布して形成したシールド層１２Ａも、第２実施形態と同様に、開口４０を設けて高屈曲性シールドペースト１０を充填し、グランド回路８とシールド層１２Ａとを導通している。
即ち、第３実施形態では、シールド層１２Ａ、１２Ｂを夫々グランド回路８と個別に導通している。

前記のように、シールド層１２Ａ、１２Ｂをそれぞれ別個にグランド回路８と導通すると、導電路が短くなり、接続抵抗をより低減することができる。よって、シールド層１２Ａ、１２Ｂをそれぞれグランド回路８との間に電位差を発生させないようにすることができる。

本発明の第１実施形態のＦＰＣを示す平面図である。 第１実施形態のＦＰＣを屈曲させた状態の正面図である。 （Ａ）は図２のＩ−Ｉ線の断面図、（Ｂ）は図２のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 第２実施形態の要部断面図である。 第３実施形態の要部断面図である。

符号の説明

１ ＦＰＣ
２ 部品
３ コネクタ
４ ベースフィルム
５ 樹脂補強板
６Ａ、６Ｂ 導体パターン
７Ａ、７Ｂ 絶縁層
８ グランド回路
１０ 高屈曲性シールドペースト
１１ 高耐熱性シールドペースト
１２ シールド層
１２Ａ 高屈曲性シールド層
１２Ｂ 高耐熱性シールド層
３０、４０ 開口
Ｓ１ 高屈曲性シールドペーストの塗布領域
Ｓ２ 高耐熱性シールドペーストの塗布領域
Ａ 導電性粒子
Ｂ−１、Ｂ−２ バインダー樹脂

Claims (6)

1. 導電性粒子をバインダー樹脂中に分散させたシールド層を絶縁層の表面に設けているフレキシブルプリント配線板であって、
   前記シールド層は、前記バインダー樹脂を相違させた高屈曲性シールド層と高耐熱性シールド層とからなり、
   前記高屈曲性シールド層は少なくとも屈曲領域に設けられ、前記高耐熱性シールド層は少なくとも補強板が表面に貼り付けられる領域に設けられ、該高耐熱性シールド層は前記補強板の接着面全面に設けられていることを特徴とするフレキシブルプリント配線板。
2. 前記高屈曲性シールド層は前記導電性粒子を４５体積％〜６０体積％で含有し、前記高耐熱性シールド層は前記導電性粒子を５５体積％〜７０体積％で含有し、かつ、
   前記高屈曲性シールド層の前記バインダー樹脂はポリエステル樹脂またはポリウレタン樹脂からなり、前記高耐熱性シールド層の前記バインダー樹脂はエポキシ樹脂またはポリイミド樹脂からなる請求項１に記載のフレキシブルプリント配線板。
3. 前記高屈曲性シールド層の弾性率は２ＧＰａ以下とし、
   前記高耐熱性シールド層の樹脂分解温度は２４０℃以上である請求項１または請求項２に記載のフレキシブルプリント配線板。
4. 前記高耐熱性シールド層は前記補強板の接着面全面から更に該補強板の外縁から少なくとも０．１ｍｍの範囲にも延長して設けられている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のフレキシブルプリント配線板。
5. 前記高屈曲性シールド層と高耐熱性シールド層とは境界位置で０．１〜４ｍｍの範囲で重なっている請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のフレキシブルプリント配線板。
6. 前記フレキシブルプリント配線板は、グランド回路を有し、少なくとも高耐熱性シールド層の領域でグランド回路と該高耐熱性シールド層に挟まれた前記絶縁層に開口を備え、高耐熱性シールドペーストの塗布時に前記開口に該高耐熱性シールドペーストが充填され、前記グランド回路と前記高耐熱性シールド層とが電気的に接続されている請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のフレキシブルプリント配線板。

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