JP6135815B1 - プリント配線板および電子機器 - Google Patents
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Abstract
Description
また、特許文献2に記載されたプリント配線板は、金属板全面に金メッキが施されており、金属板表面の極性が著しく低いために、導電性接着剤層との接着力が低く、リフロー工程で発泡する問題があった。
前記保護層は貴金属、またはその合金から形成されてなり、保護層表面のクロム原子濃度が1〜20%であることを特徴とする。
本発明のプリント配線板1は、図1に示す通り、配線基板6と、金属補強板2とを接着する導電性接着剤層3を備えている。金属補強板2は、ステンレス板2aの表面に保護層2bを有している。
そして、前記保護層2bは、保護層表面のクロム原子濃度が1〜20%であることを特徴とする。
また、リフロー工程時の発泡が抑制され、保護層と導電性接着剤層の接続抵抗値も良化する。加えて、長期にわたって安定した導電性を維持することができ、機械的強度および導電性に優れたプリント配線板を得ることができる。
あるいは、保護層中に合金成分としてクロム原子が含有される場合においても上記と同様の効果が得られる。
本発明の金属補強板2は、ステンレス板2aの表面に表面保護層としての保護層2bを有している。
ステンレス板2aは、腐食性が高く導電性に優れた金属板であり、一定の厚み以上で金属補強板としての強度を備えたものである。ステンレス板は、オーステナイト系ステンレス板、フェライト系ステンレス板、2相系ステンレス板、マルテンサイト系ステンレス板、析出硬化系ステンレス板が使用できる。オーステナイト系ステンレス板としては、例えばSUS301、SUS301L、SUS301J1、SUS302B、SUS303、SUS304、SUS304Cu、SUS304L、SUS304N1、SUS304N2、SUS304LN、SUS304J1、SUS304J2、SUS305、SUS309S、SUS310S、SUS312L、SUS315J1、SUS315J2、SUS316、SUS316L、SUS316LN、SUS316Ti、SUS316J1、SUS316J1L、SUS317、SUS317L、SUS317LN、SUS317J1、SUS317J2、SUS836L、SUS890L、SUS321、SUS347、SUSXM7、SUSXM15J1が挙げられる。フェライト系ステンレス板としては、例えばSUS405、SUS410L、SUS429、SUS430、SUS430LX、SUS430J1L、SUS434、SUS436L、SUS436J1L、SUS445J1、SUS445J2、SUS444、SUS447J1、SUSXM27が挙げられる。2相系ステンレス板としては、例えばSUS329J1、SUS329J3L、SUS329J4Lが挙げられる。マルテンサイト系ステンレス板としては、例えばSUS403、SUS410、SUS410S、SUS420J1、SUS420J2、SUS440Aが挙げられる。析出硬化系ステンレス板としては、例えばSUS630、SUS631が挙げられる。
これらの中でも金属補強板としての強度、コストおよび化学的安定性の面でSUS301、SUS303、SUS304、SUS305、SUS316、SUS316Lが好ましい。
金属補強板2aの厚みは、0.04〜1mmが好ましい。
表面保護層としての保護層2bは、金属補強板2の最表面に形成された貴金属層であり、保護層表面のクロム原子濃度が1〜20%であり、3〜17%が好ましく、5〜15%がより好ましい。
ここで貴金属層とは、貴金属、および貴金属を主成分とする合金の、少なくともいずれかにより形成されてなる層をいう。
保護層表面のクロム原子濃度が1〜20%であることで、保護層全面にピンホール等の空孔が形成された多孔質膜が得られ、ステンレス板が一部表面に露出している状態となる。ステンレス板の部分的な露出部のクロム成分と導電性接着剤層が強固に接着するため、金属補強板に対する導電性接着剤層の接着力を向上させ、リフロー時の発泡を抑制することができる。また、長期にわたって安定した導電性を維持することが可能となり、機械的強度および導電性に優れたプリント配線板を得ることができる。
導電性接着剤層と接する界面全面に保護層を形成した場合、ステンレス板の一部に点または線等、局所的に保護層を施す形態よりも、保護層全面にミクロンまたはナノサイズのピンホールが形成されることで、上記の効果を得ることができる。
また、保護層中に合金成分としてクロム原子を含有させ保護層表面のクロム原子濃度を1〜20%とする形態も、上記と同様の効果を得ることができる。
張り合わせる導電性接着剤層の面積100に対して保護層の面積は、80以上が好ましく90以上がより好ましい。上記の範囲とすることで、ハンダフロート試験による発泡をより抑制し、高温高湿試験後の接続信頼性を向上することができる。
これらの貴金属であれば、保護層の酸化による抵抗値上昇が起こりにくいため85℃相対湿度(RH)85%経時後の接続抵抗値の安定性向上の点から好ましい。
導電性接着剤層3は、配線回路基板および金属補強板に対してそれぞれ接着している。また、熱硬化性樹脂および導電性成分を含む、等方導電性接着剤または異方導電性接着剤を使用して形成する。ここで等方導電性とは、X軸(図1における左右方向)、Y軸(図1における奥行き方)およびZ軸(図1における上下方向)の3次元方向に導電する性質である。また異方導電性とはZ軸にのみ導電する性質である。これらの導電性はプリント配線板の使用態様に応じて適宜選択できる。
また、架橋性官能基が水酸基の場合、硬化剤は、イソシアネート化合物、エポキシ化合物、アジリジン化合物、カルボジイミド化合物、金属キレート化合物が好ましい。また、架橋性官能基がアミノ基の場合、硬化剤は、イソシアネート化合物、エポキシ化合物、アジリジン化合物、カルボジイミド化合物、金属キレート化合物が好ましい。これらの硬化剤は、1 種または2 種以上使用できる。
配線回路基板6は、絶縁層4aおよび4b、接着剤層5aおよび5b、ならびにグランド配線回路7、ならびに配線回路8、ならびに絶縁基板9を備えている。また配線回路基板6は、グランド配線回路7上にビア11(Via)といわれる円柱状ないしすり鉢状の穴を備えている。
本発明のプリント配線板の製造方法は、少なくとも配線回路基板6、導電性接着剤層3、および金属補強板2を圧着する工程を備えていることが必要である。圧着は、例えば、配線回路基板6と電磁波シールドシートと圧着した後、導電性接着剤層3および金属補強板2を重ね圧着を行い、次いで電子部品を実装する方法が挙げられるが、圧着の順序は限定されない。本発明では配線回路基板6、導電性接着剤層3、および金属補強板2を圧着する工程を備えていれば良く、他の工程は、プリント配線板の構成ないし使用態様に応じて適宜変更できる。
前記圧着は、導電性接着剤層3が熱硬化型樹脂を含む場合、硬化促進の観点から同時に加熱することが特に好ましい。一方、導電性接着剤層3が熱可塑性樹脂を含む場合であっても密着が強固になり易いため加熱することが好ましい。加熱は150〜180℃程度が好ましく、圧着は、3〜30kg/cm2程度が好ましい。圧着装置は、平板圧着機またはロール圧着機を使用できるが、平板圧着機を使用する場合、一定の圧力を一定の時間かけることができるため好ましい。圧着時間は、配線回路基板6、導電性接着剤層3、および金属補強板2が十分密着すればよいので特に限定されないが、通常1分〜2時間程度である。
熱硬化性ポリアミド樹脂(酸価=10mgKOH/g、トーヨーケム社製)を100部、導電性微粒子(核体に銅、被覆層に銀を使用した樹枝状粒子D50平均粒子径=12μm、福田金属箔粉工業社製) を400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)の混合溶剤を加えて混合した。次いでビスフェノールA型エポキシ樹脂(「JER828」(エポキシ当量=189g/eq)三菱化学社製)を40部、およびアミン系エポキシ硬化剤(「YN100」三菱化学社製)15部を加えディスパーで10分攪拌して導電性樹脂組成物を作製した。得られた導電性樹脂組成物を、ドクターブレードを使用して、乾燥後の厚みが60μmになるように剥離性フィルムの離形処理された面上に塗工し、100℃の電気オーブンで2分間乾燥することで導電性接着シートAを得た。
銅張積層板;エスパーフレックス(厚さ8μm銅箔/厚さ38μmポリイミド 住友金属鉱山社製)
市販ステンレス板に対して、各種のメッキによって保護層表面のクロム原子濃度が、1〜20%である保護層を形成した。軟質金メッキ、硬質金メッキ、銀メッキ、パラジウムめっきおよび白金メッキの条件を公知の方法で調整してサンプリングを行ない、保護層の厚みと表面粗さRaがそれぞれ異なる保護層を有するステンレス板(以下、単にSUS板という)1〜16(SUS1〜16)を得た。ステンレス板表面に軟質金メッキを行わずに、ステンレス板表面に電解ニッケルメッキのみを行うことで、ニッケル層のみ有するステンレス板17(SUS17)を得た。別途、ステンレス板17(SUS17)に軟質金メッキを形成してステンレス板18(SUS18)を得た。そして各SUS板を、厚さ0.2mm・幅30mm・長さ150mmの試験板A、および厚さ0.2mm・幅30mm・長さ50mmの大きさの試験板Bに準備した。なお分析用試験板は別途準備した。
専用台座に両面粘着テープを貼り、SUS板を固定したものを測定試料とした。測定試料を下記条件で、3箇所場所を変えて測定した。
装置:AXIS−HS(島津製作所社製/Kratos)
試料チャンバー内真空度:1×10−8Torr以下
X線源:Dual(Al)15kV,5mA Pass energy 80eV
Step:0.1 eV/Step
Speed:120秒/元素
Dell:300、積算回数:5
光電子取り出し角:試料表面に対して90度
結合エネルギー:C1s主ピークを284.6eVとしてシフト補正
Au(4f)ピーク領域:80〜92eV
Ag(3d)ピーク領域:376〜362eV
Pd(3d)ピーク領域:332〜348eV
Pt(4f)ピーク領域:69〜82eV
Ni(2p)ピーク領域:848〜890eV
Cr(2p)ピーク領域:572〜583eV
得られた貴金属の表面原子濃度およびクロムの表面原子濃度の合計100%中のクロムの表面原子濃度について、3箇所の値の平均値を求め、保護層表面のクロム原子濃度を求めた。
表面粗さRaは、JISB0601:2001に準じて、次の条件で測定した。
Raは算術平均粗さRaを指し、規定された中心線平均粗さであり、その基準粗さを1mmとした場合の中心線平均粗さを言う。上記のSUS板を、接触式表面粗さ計(「SURFCOM480A」東京精密社製)を使用し、測定速度0.03mm/s、測定長さ2mm、カットオフ値0.8mmの条件で表面粗さRaを測定した。測定場所を変えて得られた5 か所のRaの平均値をRaとした。
<試験用積層体の作製>
導電性接着シートAを幅25mm・長さ100mmの大きさに準備した。次いで剥離性シート上の露出した導電性接着剤層を表1に示す金属補強板(SUS1〜18)から得られた試験板Aの上に載せ、ロールラミネーター(SA−1010小型卓上テストラミネーターテスター産業株式会社)90℃、3kgf/cm2、1m/分で仮止めした。そして、剥離性シートを剥がして、露出した導電性接着剤層に銅張積層板のエスパーフレックスのポリイミド面が導電性接着剤層と接するように載せ、上記同様のロールラミネート条件で仮止した。そして、これらを170℃、2MPa、5分の条件で圧着をした後、160℃の電気オーブンで60分間加熱を行なうことで積層体を得た。
得られた積層体を用いて、プリント配線基板の評価を下記の方法で行った。
ただし、実施例1、5、6、および7は参考例である。
得られた積層体について、導電性接着剤層と試験板との剥離強度を測定するために23℃相対湿度50%の雰囲気下で、引っ張り速度50mm/分でTピール剥離試験をおこない、常温(23℃)の剥離強度(N/cm)を測定した。試験機は小型卓上試験機(EZ−TEST 島津製作所社製)を用いた。なお、剥離強度は、接着力ともいう。
○:剥離強度が6N/cm以上
△:剥離強度が3N/cm以上、6N/cm未満
×:剥離強度が3N/cm未満
得られた積層体について金属補強板を下にして260℃の溶融ハンダに1分間浮かべた。次いで、溶融ハンダから取り出した直後の積層体について、積層体の側面から導電性接着剤層の外観を目視で確認し、次の基準で評価した。なお、評価には角型ハンダ槽(POT100C 太洋電機産業社製)を使用した。評価は、1サンプルあたり5回評価した。
ハンダフロート試験が良好であると、リフロー工程時の発泡が抑制されていることを示す。
○:5評価中、全てのサンプルに異常が見られなかった。優れている
△:5評価中、1または2評価に気泡が発生した。実用可
×:5評価中、3評価以上に気泡が発生した。実用不可
上記<試験用積層体の作製>で使用した導電性接着シートAの大きさを幅10mm・長さ50mmの大きさに換え、試験板Aと同様にして作製した試験板Bに変更した以外は、<試験用積層体の作製>と同様に行うことで積層体を得た。得られた積層体について、抵抗率計(ロレスターGP MCP−T600 三菱化学社製)を用い、2端子法で接続抵 抗値を測定した。その後、85℃相対湿度85%のオーブンに上記サンプルを投入し、500時間後の抵抗値を測定した。なお、接続抵抗値は以下の基準で評価した。
500時間後の接続抵抗値が良好であると、長期にわたって導電性を維持できていることを示す。
○:接続抵抗値が20mΩ/□未満
△:接続抵抗値が20mΩ/□以上、40mΩ/□未満
×:接続抵抗値が40mΩ/□以上
これに対し、比較例のプリント配線板は、グランド回路と金属補強板との導電性、剥離強度、およびハンダフロート性のすべてを満足することはできなかった。
また、上記プリント配線板は導電性接着剤層と金属板とが良好な接着力を有しているため、これを使用した電子機器は、振動や落下に強く、長期にわたって安定した動作を保つことができる。
2 金属補強板
2a 金属板
2b 保護層
3 導電性接着剤層
4a 絶縁層
4b 絶縁層
5a 接着剤層
5b 接着剤層
6 配線回路基板
7 グランド配線回路
8 配線回路
9 絶縁基材
10 電子部品
11 ビア
101 絶縁層
102 金属膜
103 導電性接着剤層
Claims (5)
- 配線回路基板、導電性接着剤層、および金属補強板を備え、前記導電性接着剤層は、前記配線回路基板および金属補強板に対してそれぞれ接着し、
前記金属補強板は、金属板の表面に保護層を有し、
前記金属板はステンレス板であって、
前記保護層は貴金属、またはその合金から形成されてなり、保護層表面のクロム原子濃度が3〜17%であって、
さらに、前記保護層の表面粗さRaが0.2μm以上であり、
前記表面粗さRaを1としたときの前記保護層の厚みの割合が、0.001〜0.3であることを特徴とするプリント配線板。 - 保護層が、導電性接着剤層と接する界面全面に形成されてなる、請求項1記載のプリント配線板。
- 前記保護層は、金、銀、白金、およびパラジウムのいずれか1種からなる単一またはこれらの合金から形成されてなることを特徴とする請求項1または2の記載のプリント配線板。
- 前記保護層は、軟質金メッキであることを特徴とする請求項1〜3いずれか1項記載のプリント配線板。
- 請求項1〜4いずれか1項記載のプリント配線板を備えた、電子機器。
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