説明

リジッドフレキシブル基板およびその製造方法

【課題】リジッド部とフレキシブル部を構成する基板材料が同じでありながら、高い硬度を有するリジッド部と、屈曲性が良好で配線抵抗が低いフレキシブル部とを備えたリジッドフレキシブル基板、および、その製造方法を提供すること。
【解決手段】可撓性の絶縁性基板と、該絶縁性基板の少なくとも一方の表面に形成された導体配線層とを有するプリント基板を用いて作製され、導体配線層の密度が低いフレキシブル部と、該フレキシブル部よりも導体配線層の密度が高いリジッド部を有するリジッドフレキシブル基板であって、前記リジッド部の表面の少なくとも一部に平面電極を備え、前記平面電極が、Snを含有する第1金属と該第1金属よりも高い融点を有する第2金属との反応により生成する300℃以上の融点を有する金属間化合物を含み、前記第2金属の表面に最初に生成する金属間化合物の格子定数と前記第2金属の格子定数との差が、前記第2金属の格子定数に対して50%以上であることを特徴とする、リジッドフレキシブル基板。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、絶縁性基板とその表面に形成された導体配線層とを有するプリント基板を複数枚積層し、一括多層プレス工法で熱圧着するリジッドフレキシブル基板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、絶縁性基板の表面に導体配線層を形成した、いわゆるプリント基板が、回路基板や半導体素子を搭載したパッケージ等に適用されている。また、配線の多層化に伴い、異なる層間の導体配線層をビアホール導体により電気的に接続することも行われている。
【0003】
さらに、フレキシブルプリント基板(フレキシブル部)とリジッド基板(リジッド部)を一体化してなるリジッドフレキシブル基板が知られている。リジッドフレキシブル基板は、一般に、そのリジッド部がリジッド基板と同等の剛性を持つことから部品実装性に優れ、かつ、全体としてはフレキシブル基板と同様の屈曲性を持つことから、電子機器の内部に三次元的に組み込むことができ、ヒンジ部(折り曲げ部)等にも適用できるといった利点がある。また、フレキシブル基板単独で非常に薄く取り扱いが難しいため専用の実装設備が必要となるが、リジッド部が高い剛性を持つリジッドフレキシブル基板は既存のリジッド基板用の実装設備を使用でき、実装密度も上げることができる。
【0004】
リジッド部の硬度を高くする方法としては、リジッド部の基板材料としてガラスエポキシなどの硬い材質を使用する方法や、フレキシブル部より配線密度を高くしたり、基板の積層数を多く設定する方法などが挙げられる。特許文献1(特開2005−38951号公報)には、同一素材を用いて、配線密度等を変えることによりリジッド部の硬度をフレキシブル部より高くしたリジッドフレキシブル基板が開示されている。このように、配線密度等を変えることでリジッド部を作製する場合、その配線導体の材料として、(1)導電性ペーストを用いる方法と、(2)銅製の金属箔を用いる方法がある。
【0005】
(1)導電性ペーストを用いる場合、配線密度によりリジッド部の剛性が増加するものの、フレキシブル部の屈曲性が低い(折れに弱い)という問題がある。また、配線抵抗が高く、小型化に不向きといった問題もある。一方、(2)銅製の金属箔を用いる場合、フレキシブル部の屈曲性は良好で、配線抵抗も低いものの、リジッド部については、銅が延性に富む金属であることから、配線密度等を増しても硬くなり難く、小型化、低背化が難しいという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2005−38951号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、リジッド部とフレキシブル部を構成する基板材料が同じでありながら、高い硬度を有するリジッド部と、屈曲性が良好で配線抵抗が低いフレキシブル部とを備えたリジッドフレキシブル基板、および、その製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、可撓性の絶縁性基板と、該絶縁性基板の少なくとも一方の表面に形成された導体配線層とを有するプリント基板を用いて作製され、
導体配線層の密度が低いフレキシブル部と、該フレキシブル部よりも導体配線層の密度が高いリジッド部を有するリジッドフレキシブル基板であって、
上記リジッド部の表面の少なくとも一部に平面電極を備え、
上記平面電極が、Snを含有する第1金属と該第1金属よりも高い融点を有する第2金属との反応により生成する300℃以上の融点を有する金属間化合物を含み、
上記第2金属の表面に最初に生成する金属間化合物の格子定数と上記第2金属の格子定数との差が、上記第2金属の格子定数に対して50%以上であることを特徴とする、リジッドフレキシブル基板である。
【0009】
上記第2金属はCu−Ni合金またはCu−Mn合金であることが好ましい。
上記絶縁性基板は熱可塑性樹脂を含むことが好ましい。
【0010】
また、本発明は、可撓性の絶縁性基板と、該絶縁性基板の少なくとも一方の表面に形成された導体配線層とを有するプリント基板を、導体配線層の密度が低いフレキシブル部と、該フレキシブル部よりも導体配線層の密度が高いリジッド部とが形成され、かつ、上記リジッド部の表面の少なくとも一部に上記導体配線層が配置されるように積層して、熱処理することにより一括圧着するステップと、
上記リジッド部の表面に配置された上記導体配線層の露出した表面に第1金属層を形成して、熱処理することにより平面電極を形成するステップと、
を含むリジッドフレキシブル基板の製造方法であって、
上記第1金属層は、SnまたはSnを85重量%以上含有する合金である第1金属からなり、
上記導体配線層は、上記第1金属よりも高い融点を有する第2金属からなり、
上記平面電極は、上記第1金属と上記第2金属との反応により生成する300℃以上の融点を有する金属間化合物を含み、
上記第2金属の表面で最初に生成する金属間化合物の格子定数と上記第2金属の格子定数との差が、上記第2金属の格子定数に対して50%以上であることを特徴とする、リジッドフレキシブル基板の製造方法に関する。
【0011】
上記第2金属はCu−Ni合金またはCu−Mn合金であることが好ましい。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、リジッド部とフレキシブル部を構成する基板材料が同じでありながら、高い硬度を有するリジッド部と、屈曲性が良好で配線抵抗が低いフレキシブル部とを備えたリジッドフレキシブル基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】(a)〜(f)は、実施形態1のリジッドフレキシブル基板の製造方法を説明するための第1の断面模式図である。
【図2】(g)〜(j)は、実施形態1のリジッドフレキシブル基板の製造方法を説明するための第2の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
<リジッドフレキシブル基板>
以下に、本発明のリジッドフレキシブル基板の各構成について詳細に説明する。
【0015】
[絶縁性基板]
絶縁性基板は、電気絶縁性を有する材料からなるフィルム状等の可撓性基板である。絶縁性基板は、少なくとも樹脂を含むものであることが好ましい。樹脂としては、熱可塑性樹脂を含むものであることが好ましい。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリイミド、液晶ポリマー(LCP)、ポリエーテルケトン樹脂(PEEK)、ポリフェニレンスルフィド樹脂(PPS)が挙げられる。ただし、熱可塑性樹脂を含む絶縁性基板に限定されず、例えば、接着剤を予めコーティングした熱硬化性樹脂(ポリイミド:PI)フィルムなどを用いることもできる。
【0016】
本発明のリジッドフレキシブル基板においては、薄型・低背で、同一の材質からなる絶縁性基板を使用した場合でも、リジッドフレキシブル基板が形成可能となる。絶縁性基板の材質として同一のものが使用できるため、誘電率など材料物性が混在する場合に比べて、特性のミスマッチが起こらないリジッドフレキ基板が簡便に製造可能となる。
【0017】
[導体配線層]
導体配線層は、後述の第2金属からなり、種々公知のプリント配線基板の配線形成方法を用いて、第2金属からなる金属箔などを加工することにより配線パターンが形成された層である。
【0018】
[平面電極]
リジッド部の表面の少なくとも一部に設けられた平面電極は、Snを含有する第1金属と該第1金属よりも高い融点を有する第2金属との反応により生成する300℃以上の融点と高い硬度とを有する金属間化合物を含んでいる。
【0019】
第1金属は、具体的には、Sn単体からなる金属、または、SnとCu、Ni、Ag、Au、Sb、Zn、Bi、In、Ge、Al、Co、Mn、Fe、Cr、Mg、Mn、Pd、Si、Sr、Te、Pからなる群より選ばれる少なくとも1種とを含む合金などが挙げられる。第1金属が合金である場合、Snを85重量%以上含有することが好ましい。これにより、所望の金属間化合物(Cu2NiSn、Cu2MnSn、Ni-Sn金属間化合物、Mn-Sn金属間化合物、Sn−Cu金属間化合物など)を生成するために必要な、第2金属(Cu−Ni合金、Cu−Mn合金など)との反応成分であるSnの量を十分に供給することができる。第1金属におけるSnの含有量が85重量%未満である場合、Snの量が不足して所望の量の金属間化合物が生成されず、高い硬度を有するリジッド部が得られなくなる。
【0020】
第1金属として、Sn−0.75Cu、Sn−3Ag−0.5Cuなどの各種の鉛フリーはんだを用いることができる。上記以外にも、Bi、Znを含有する鉛フリーはんだが市販されている。第1金属として、これらのはんだの内、Snが85重量%以上のものを用いることができる。
【0021】
第2金属は、該第2金属の表面に最初に形成される上記金属間化合物の格子定数と上記第2金属の格子定数との差が、上記第2金属の格子定数に対して50%以上となるような金属(合金を含む)が用いられる。ここで、「第2金属の表面に最初に生成する金属間化合物」とは、加熱処理を開始してから最初に第2金属の表面に生成する金属間化合物であり、通常は、第1金属および第2金属を構成する金属からなる3元系合金(例えば、Cu2NiSn、Cu2MnSn)であり、好ましくは、Cu、NiおよびSnからなる合金、または、Cu、MnおよびSnからなる合金である。
【0022】
「第2金属の表面に最初に生成する金属間化合物の格子定数と第2金属の格子定数との差」とは、金属間化合物の格子定数(結晶軸の長さ)から第2金属成分の格子定数(結晶軸の長さ)を差し引いた値の絶対値である。すなわち、この格子定数の差は、第2金属との界面に新たに生成する金属間化合物の格子定数が、第2金属の格子定数に対してどれだけ差があるかを示すものであり、いずれの格子定数が大きいかを問わないものである。通常は、金属間化合物の格子定数の方が第2金属成分の格子定数よりも大きい。
【0023】
このように、第2金属の表面に最初に生成する金属間化合物の格子定数と第2金属の格子定数との差を一定以上とすることで、第1金属と第2金属との金属間化合物を生成する反応を高速化することが可能となり、リジッド部の表面において、第1金属層が形成された導体配線層の全体に渡って金属間化合物が生成され、硬度の高い平面電極が形成されるため、高い硬度を有するリジッド部を備えたリジッドフレキシブル基板を提供することができる。
【0024】
また、比較的低温で短時間の熱処理により、金属間化合物を生成させることができるため、平面電極中の低融点の第1金属が高融点かつ高硬度の金属間化合物に短時間で変化し、高い硬度のリジッド部が形成される。本発明者らにより、第2金属の表面に最初に形成される金属間化合物の格子定数と上記第2金属の格子定数との差が、上記第2金属の格子定数に対して50%未満となるような、第1金属と第2金属を使用しても、このような効果を得ることができないことが分かっている。
【0025】
例えば、第1金属であるSnと第2金属であるCu−10Niとが反応すると、金属間化合物として最初にCu2NiSnが生成する。ここで、第2金属(Cu−10Ni)の格子定数Aは0.357nm、金属間化合物(Cu2NiSn)の格子定数Bは0.597nmであるから、上記第2金属の格子定数に対する金属間化合物と第2金属との格子定数の差の比率[(B−A)/A×100]は67%となる。なお、格子定数はa軸を基に評価している。
【0026】
また、Cu−Ni合金の格子定数は、Niの含有量が10重量%から15重量%の範囲では、Cuの格子定数とほぼ同じである。
【0027】
なお、金属間化合物としては、第2金属の表面に最初に生成するCu2NiSnばかりでなく、高融点のNi-Sn金属間化合物や高融点のCu−Sn金属間化合物も生成される。Cu−Ni粉末の表面に最初に生成される金属間化合物Cu2NiSnと第2金属(Cu−10Ni)の格子定数の差が大きいので金属間化合物Cu2NiSnがその上に形成されたNi-Sn金属間化合物やCu−Sn金属間化合物とともに剥離する。すなわち、生成した金属間化合物層と、ベース金属である第2金属間の格子定数差が大きいと,溶融した第1金属中で金属間化合物が剥離、分散しながら反応を繰り返すため金属間化合物化が飛躍的に進行することにより、融点の低い第1金属がすべて高硬度、高融点の金属間化合物に変化すると考えられる。
【0028】
第2金属としては、例えば、Cu−Ni合金(Cu−10Niなど)、Cu−Mn合金などが挙げられ、好ましくは、Cu−Ni合金またはCu−Mn合金である。なお、本明細書において、たとえば「Cu−10Ni」の数字10は当該成分(この場合はNi)の重量%の値を示しており、他の記載についても同様である。
【0029】
ここで、Cu−Ni合金中のNiの比率は10〜15重量%であることが好ましい。また、上記Cu−Mn合金中のMnの比率は10〜15重量%であることが好ましい。これにより、所望の金属間化合物を生成するのに必要十分なNiまたはMnを供給することができる。Cu−Ni合金中のNiの比率およびCu−Mn合金中のMnの比率が10重量%未満である場合、第1金属中のSnが全て金属間化合物とならずに残留しやすくなることが分かっている。また、Cu−Ni合金中のNiの比率およびCu−Mn合金中のMnの比率が15重量%を超える場合も、第1金属中のSnが全て金属間化合物とならずに平面電極の硬度を高められないことが分かっている。
【0030】
また、第1金属と第2金属との反応によって得られる金属間化合物は、Cu2NiSnまたはCu2MnSnを含んでいることが好ましい。融点が300℃以上であるこれらの金属間化合物で形成された平面電極を含むリジッド部を有したリジッドフレキシブル基板は高い硬度を有している。
【0031】
<リジッドフレキシブル基板の製造方法>
<実施形態1>
本発明のリジッドフレキシブル基板の製造方法の一実施形態について、図1(a)〜(f)および図2(g)〜(j)を用いて以下に説明する。
【0032】
まず、図1(a)に示すように、絶縁性基板1、および、絶縁性基板1の一方の表面に導体箔20を形成する。
【0033】
絶縁性基板1としては、上述の可撓性の絶縁性基板が用いられる。絶縁性基板が樹脂を含んでいる場合、熱処理により樹脂が流れる恐れがあるため、後述のプレス時などの熱処理は比較的低温であることが望ましい。特に、樹脂として熱可塑性樹脂を含む場合は、熱処理により樹脂が流れ易いため、比較的低温で熱処理する製造方法を用いることが望ましい。
【0034】
リジッド部の表面層を構成する絶縁体基板表面に形成する導体箔20を構成する材質は上記第2金属であり、好ましくはCu−Ni合金またはCu−Mn合金である。導体箔の厚さは回路形成可能であれば特に制限されず、3〜40μm程度の範囲で適宜調整することができる。また、導体箔は、熱可塑性樹脂フィルムなどの絶縁性基板との接着性を高めるために片面に粗化処理が施されていてもよく、粗化された面の表面粗さ(Rz)は、例えば1〜15μmである。この場合、導体箔が絶縁性基板に噛み込むことにより、導体箔と絶縁性基板との接合性を高めることができる。
【0035】
[導体配線層の形成]
次に、図1(b)に示すように導体箔20上にマスク3を形成し、フォトリソグラフィー法などにより不要な導体箔2を除去した後、マスク3を除去する。これにより、所望のパターンを有する導体配線層21が形成される(図1(c))。
【0036】
導体配線層を形成する方法は、これに限定されず、種々公知の方法を用いることができるが、例えば、絶縁性基板の表面に導体箔を接着した後、または接着剤を用いないで絶縁性基板の表面に導体箔を直接に重ね合わせた後(ラミネート)、これをエッチングして配線回路を形成する方法や、配線回路の形状に形成された導体箔を絶縁性基板に転写する方法、絶縁性基板の表面に金属メッキ法によって回路を形成する方法が挙げられる。
【0037】
[ビアホールの形成および導電性ペーストの充填]
次に、必要に応じて、図1(d1)に示すように導体配線層21が形成された絶縁性基板1の所定の位置に、ビアホール4を形成する。ビアホール4の形成は、例えば、導体配線層21が形成された面とは反対側から炭酸ガスレーザを照射して穿孔するなどの方法により行われる。その後、必要に応じて、過マンガン酸等を用いた汎用の薬液処理などにより、レーザ加工により生じたビアホール内に残留するスミア(樹脂の残渣)を除去する。
【0038】
このビアホール4に、スクリーン印刷法、真空充填法などにより、導電性ペースト40を充填する(図1(d1))。
【0039】
このようにして、導電性ペースト充填済みの絶縁性基板(プリント基板)を必要数作製するが、一部のプリント基板については、導体配線層が形成されないフレキシブル部となる部分の余分な絶縁性基板を、レーザや打ち抜き加工などによって、除去する(図1(d2))。
【0040】
導電性ペーストとしては、種々公知の導電性ペーストを用いることができるが、上記第1金属および第2金属からなる金属成分と、フラックス成分とを混練してなるペーストを用いることが好ましい。かかる好適な導電性ペーストの各成分について、以下に詳述する。
【0041】
(金属成分)
金属成分としては、上述の第1金属および第2金属と同様のものが用いられる。導電性ペースト中における金属成分とは、具体的には、例えば、ペースト中に分散された状態で存在するSnまたはSn合金粉末およびCu−Mn合金またはCu−Ni合金粉末である。
【0042】
各粉末の算術平均粒径は、1〜30μmであることが好ましい。小さすぎると製造コストが高くなる。また金属粉末の酸化が進み反応を阻害し易い問題がある。大きすぎるとビアホールに充填できなくなる問題が起きる。
【0043】
また、Cu−Mn合金またはCu−Ni合金を用いることにより、より低温、短時間でSnまたはSn合金との間で金属間化合物を形成しやすくすることが可能になり、その後のリフロー工程でも溶融しないようにすることが可能になる。
【0044】
なお、導電性ペースト中に占める上記金属成分の比率は、85〜95重量%であることが好ましい。金属成分が95重量%を超えると、充填性に優れた低粘度の導電性ペーストを得ることが困難になる。
【0045】
(フラックス成分)
フラックス成分としては、導電性ペーストの材料に用いられる種々公知のフラックス成分を用いることができ、例えば、ビヒクル、溶剤、チキソ剤、活性剤などが挙げられる。
【0046】
上記ビヒクルとしては、例えば、ロジンおよびそれを変性した変性ロジンの誘導体などからなるロジン系樹脂、合成樹脂、または、これらの混合体などが挙げられる。
【0047】
上記ビヒクルは、例えば、ポリアミド樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリメタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂およびセルロース系樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種の熱可塑性樹脂、または、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコン樹脂またはその変性樹脂、および、アクリル樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種の熱硬化性樹脂を含んでいてもよい。ただし、熱処理後に残存しやすい樹脂(例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂)は含まないことが好ましい。この場合、熱処理後に、導電性ペーストに含まれる全てのフラックス成分が揮発して、ビアホール導体内には有機成分が存在しないため、導電性の高いビアホール導体が得られるからである。
【0048】
上記溶剤としては、アルコール、ケトン、エステル、エーテル、芳香族系、炭化水素類などが知られており、好ましくは、テルピネオール、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルである。
【0049】
また、上記チキソ剤の具体的な例としては、硬化ヒマシ油、カルナバワックス、アミド類、ヒドロキシ脂肪酸類、ジベンジリデンソルビトール、ビス(p−メチルベンジリデン)ソルビトール類、蜜蝋、ステアリン酸アミド、ヒドロキシステアリン酸エチレンビスアミドなどが挙げられる。
【0050】
上記活性剤としては、例えば、アミンのハロゲン化水素酸塩、有機ハロゲン化合物、有機酸、有機アミン、多価アルコールなどが挙げられる。
【0051】
[プリント基板の積層および一括圧着]
次に、このようにして作製された導電性ペースト充填済みの複数の絶縁性基板(プリント基板)1を図1(e)に示すように積層する。ここで、図1(d2)に示すような絶縁性基板の中央部が除去されたプリント基板が積層されることで、両端部において導体配線層の密度が高いリジッド部が形成され、中央部において導体配線層の密度の低いフレキシブル部が形成されている。リジッド部の導体配線層の密度を高める方法としては、このように導体配線層を積層する方法以外にも、導体配線の面内密度を高める方法などが挙げられる。また、導体配線層21同士は接触しないように積層されている。なお、積層するプリント基板1の枚数や絶縁性基板1を積層する方向は、このような数や組み合わせに限られず、適宜変更される。
【0052】
次に、積層された複数枚の絶縁性基板1を加熱しつつ、その積層方向に加圧する。例えば、プレス板の形状をリジッド部とフレキシブル部との積層方向の厚みに応じて変化する形状にすることにより、一定の圧力で加圧できるようにする。
【0053】
熱処理の温度は、少なくとも一定時間の間、230℃以上に達することが好ましい。230℃に達しない場合は第1金属中のSn(融点:232℃)が溶融状態とならず、金属間化合物を生成することができない。また、熱処理の最高温度は、300℃以下であることが好ましい。300℃を超えると、特に絶縁性基板がLCPを含む場合は、樹脂が流れ出してしまうおそれがあるからである。圧力が0Paのとき樹脂(LCP)の流動する温度は、樹脂の分子量によるが、約315℃で流動を開始する。
【0054】
このようにして圧着時に熱処理することで、絶縁性基板同士が接着され、同時に、導体配線層21の間が相互に電気的に接続される(図1(f))。
【0055】
[第1金属層の形成および加熱処理]
次に、図2(g)に示されるように、リジッド部となる両端の導体配線層21が複数積層された部分の最表面に形成された導体配線層21の表面に、所定の厚みの第1金属層5を形成する。第1金属層5は、上記第1金属からなる金属膜などにより形成される層である。金属膜の形成は、めっき法、スパッタ法、メタルマスク印刷法などの成膜法を用いることができる。
【0056】
次に、図2(g)に示す状態で熱処理を行い、第1金属層5の温度が第1金属の融点以上に達すると、第1金属が溶融する。
【0057】
その後、さらに加熱を続けると、第1金属が、導体配線層21を構成する第2金属と反応することにより、金属間化合物が生成する。そして、導体配線層21を構成する第2金属の表面に最初に生成する金属間化合物の格子定数と、第2金属の格子定数との差が大きい(すなわち、該金属間化合物と第2金属との格子定数の差が、第2金属の格子定数に対して50%以上である)ため、溶融した第1金属中で金属間化合物が剥離、分散しながら反応を繰り返し、金属間化合物の生成が飛躍的に進行し、短時間のうちに第1金属の含有量を十分に低減させることができる。さらに、第1金属と第2金属との組成比を最適化することにより、第1金属をすべて金属間化合物とすることができる。その結果、最表面の導体配線層21は、高い硬度を有し、耐熱性に優れた平面電極22となる(図2(h))。
【0058】
すなわち、第1金属層中の全てのSnが導体配線層21を構成する第2金属と反応して、高融点の金属間化合物を形成するようにできるため、平面電極が高硬度、高融点の第2金属、および、高硬度、高融点の金属間化合物のみから構成されており、高い硬度を有し、耐熱性に優れた平面電極を形成することができる。この平面電極により高い硬度を有するリジッド部が形成される。
【0059】
本実施形態では、その後、平面電極22のうち他の電子部品と接続される部分を除き、表面をソルダレジスト6で被覆する(図2(i))。また、平面電極22の露出された表面には、Ni/Au等のめっき7が施される(図2(j))。以上の工程により、本発明のリジッドフレキシブル基板が作製される。
【実施例】
【0060】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0061】
(実施例1)
まず、片面に導体箔を有するLCP製の厚さ25μmの熱可塑性樹脂フィルム(絶縁性基板)を用意した。導体箔としては、厚さが12μmで、表面粗さ(Rz)が3μmであるように一方の表面が粗化されたCu−10Ni合金からなる導体箔を用い、粗化された面側を絶縁性基板に重ね合わせることで接着した。なお、導体箔表面の粗化処理は、電界めっき処理によりCuの粒を電析させることにより行った。
【0062】
次に、フォトリソグラフィー法を用いて、絶縁性基板の一方の表面に形成された導体箔をエッチングし、導体配線層を形成した。
【0063】
次に、導体配線層が形成された絶縁性基板(プリント基板)の所定の位置(ビア形成部)に、導体配線層が形成された面とは反対側から炭酸ガスレーザを照射して穿孔し、開口部(ビアホール)を形成した。その後、ビアホール内に残留するレーザー加工により生じたスミア(樹脂の残渣)を、過マンガン酸溶液で溶解除去した。
【0064】
このようにして形成されたビアホール内に、スクリーン印刷法により、導電性ペーストを充填した。導電性ペーストとしては、平均粒径5μmのSn粉末と、平均粒径5μmのCu−10Ni合金粉末(Cu/Niの重量比は90/10)とを、60重量%対40重量%の比率で配合した金属成分に対し、ロジン(ビヒクル)およびテルピネオール(溶剤)からなるフラックス成分を、金属成分対フラックス成分の比率が90重量%対10重量%となるように配合し、それらを混練することで調製されたペーストを用いた。
【0065】
次いで、リジッド部のみを構成しフレキシブル部を構成しない絶縁性基板のフレキシブル部となる部分の余分な絶縁性基板を、レーザによって、除去した。除去部分となる領域の境界に沿って銅箔のない部分を設けることにより、レーザーで容易に不要部分を除去できる。
【0066】
このようにして作製したビア充填済みの絶縁性基板を複数枚用意し、導体配線層が重なり合わないような方向に積み重ね、約280℃の温度に加熱しつつ4MPaの圧力で30分間加圧することで一括で圧着した。
【0067】
このようにして圧着することで、絶縁性基板同士の接着と同時に、導電性ペースト中のフラックス成分は分解、揮発し、金属成分であるSnとCu−10Niが反応し金属間化合物を生成する。また、導体配線層とビアホール導体とが接する部分において、導体配線層を構成する金属Cuとビア中の金属成分であるSnとの合金層を形成する。このようにして、ビアホール導体が形成され、導体配線層が相互に電気的に接続される。
【0068】
このようにして作製されたリジッドフレキシブル基板のリジッド部にあたる最表面に、フォトリソグラフィー法を用いてレジストを形成し、最表面の導体配線層上に、厚さ2μmのSnめっきを施した。その後、レジストを除去し、250℃で15分間の熱処理を行い、最表面の導体配線層中のCu−Niとめっき中のSnとを反応させて金属間化合物を生成させた。これにより、高い硬度等を有する平面電極がリジッド部の最表面に形成される。
【0069】
さらに、感光性のエポキシ樹脂などからなる材料を用いて、汎用のフォトリソグラフィーによりソルダレジストを形成した。また、ソルダレジストの開口部に露出した平面電極の表面にNi/Auめっきを施した。以上の工程により、本発明のリジッドフレキシブル基板を作製した。
【0070】
(試験例1)
実施例1と同様にして作製した試料1のリジッドフレキシブル基板、および、比較として、絶縁性基板の表面に形成する導体箔の材質をCuとした以外は実施例1と同様にして作製した比較試料1のリジッドフレキシブル基板について、リジッド部の表面に設けられた平面電極に生成された金属間化合物を含む合金層の膜厚を評価した。試料1は、リジッド部の表面に設けられた厚さ12μmのCu−10Ni箔の平面電極に厚さ1μm、5μmおよび10μmのSn膜を形成したものである。比較試料1は、リジッド部の表面に設けられた厚さ12μmのCu箔の平面電極に厚さ1μm、5μmおよび10μmのSn膜を形成したものである。合金層の膜厚の測定結果を表1に示す。
【0071】
【表1】

【0072】
試料1の平面電極では、Sn(第1金属)の膜厚より大きい厚みの合金層が形成されたのに対し、比較試料1では、厚さ12μmのCu箔に厚さ1μm、5μmおよび10μmのSn膜を形成したとしても、いずれの膜厚においてもSnとCuの境界における合金層の膜厚は1〜2μmにとどまった。これは、試料1で、第2金属の表面で最初に生成する金属間化合物(Cu2NiSn)の格子定数と第2金属(Cu−10Ni)の格子定数との差が、第2金属の格子定数に対して50%以上であることにより、第1金属と第2金属との金属間化合物を生成する反応を高速化することが可能となり、リジッド部の表面において、第1金属層が形成された導体配線層の厚み方向のほぼ全体に渡って金属間化合物が生成され、硬度の高い平面電極が形成されたと考えられる。
【0073】
株式会社エリオニクス製の微小押込み硬さ試験機を用いて硬さを評価した。Cuの押込み硬さは1000Nmm-2であった。金属間化合物Cu6Sn5の押込み硬さは4700Nmm-2であった。金属間化合物Cu3Snの押込み硬さは5800Nmm-2であった。Cu−10NiとCuとの硬度はほぼ等しい。
【0074】
比較試料1では、Cu-Sn金属間化合物を含む合金層が形成されている。試料1では、Cu-Sn金属間化合物、Ni-Sn金属間化合物およびCu−Ni−Sn金属間化合物を含む合金層が形成されている。Ni-Sn金属間化合物およびCu−Ni−Sn金属間化合物の硬度もCu-Sn金属間化合物の硬度とほぼ等しい。したがって、表1より試料1のリジッド部の平面電極の硬さが、比較試料1のそれより高いことがわかる。
【0075】
合金層の硬度は、Cu−10Ni(第2金属)とSn(第1金属)のいずれの硬度よりも大きいので、金属間化合物を含む合金層の膜厚が大きいほど、平面電極の硬度を高めることができる。これにより試料1では、比較試料1より高い硬度を有するリジッド部を得ることができる。
【0076】
熱可塑性樹脂フィルムに積層する導体箔として、Cu−Ni合金箔やCu箔以外の硬度の高い金属箔を用いることが考えられた。しかし、リジッド部の内層とフレキシブル部の両方に位置して用いられる絶縁体基板表面に形成する導体箔をCu箔とし、リジッド部のみに用いられる絶縁体基板表面に形成する導体箔を硬度の高い金属箔とするのは、加工条件や材料が複数となる問題がある。入手しやすいCu−Ni合金箔に形成容易なSn膜を形成して、高硬度の金属間化合物を得る本発明は、実用性に優れている。
【0077】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0078】
1 絶縁性基板、20 導体箔、21 導体配線層、22 平面電極、3 マスク、4 ビアホール、40 導電性ペースト、41 ビアホール導体、5 第1金属層、6 ソルダレジスト、7 めっき。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
可撓性の絶縁性基板と、該絶縁性基板の少なくとも一方の表面に形成された導体配線層とを有するプリント基板を用いて作製され、
導体配線層の密度が低いフレキシブル部と、該フレキシブル部よりも導体配線層の密度が高いリジッド部を有するリジッドフレキシブル基板であって、
前記リジッド部の表面の少なくとも一部に平面電極を備え、
前記平面電極が、Snを含有する第1金属と該第1金属よりも高い融点を有する第2金属との反応により生成する300℃以上の融点を有する金属間化合物を含み、
前記第2金属の表面に最初に生成する金属間化合物の格子定数と前記第2金属の格子定数との差が、前記第2金属の格子定数に対して50%以上であることを特徴とする、リジッドフレキシブル基板。
【請求項2】
前記第2金属はCu−Ni合金またはCu−Mn合金である、請求項1に記載のリジッドフレキシブル基板。
【請求項3】
前記絶縁性基板は熱可塑性樹脂を含む、請求項1または2に記載のリジッドフレキシブル基板。
【請求項4】
可撓性の絶縁性基板と、該絶縁性基板の少なくとも一方の表面に形成された導体配線層とを有するプリント基板を、導体配線層の密度が低いフレキシブル部と、該フレキシブル部よりも導体配線層の密度が高いリジッド部とが形成され、かつ、前記リジッド部の表面の少なくとも一部に前記導体配線層が配置されるように積層して、熱処理することにより一括圧着するステップと、
前記リジッド部の表面に配置された前記導体配線層の露出した表面に第1金属層を形成して、熱処理することにより平面電極を形成するステップと、
を含むリジッドフレキシブル基板の製造方法であって、
前記第1金属層は、SnまたはSnを85重量%以上含有する合金である第1金属からなり、
前記導体配線層は、前記第1金属よりも高い融点を有する第2金属からなり、
前記平面電極は、前記第1金属と前記第2金属との反応により生成する300℃以上の融点を有する金属間化合物を含み、
前記第2金属の表面で最初に生成する金属間化合物の格子定数と前記第2金属の格子定数との差が、前記第2金属の格子定数に対して50%以上であることを特徴とする、リジッドフレキシブル基板の製造方法。
【請求項5】
前記第2金属はCu−Ni合金またはCu−Mn合金である、請求項4に記載のリジッドフレキシブル基板の製造方法。

【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2012−182390(P2012−182390A)
【公開日】平成24年9月20日(2012.9.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−45631(P2011−45631)
【出願日】平成23年3月2日(2011.3.2)
【出願人】(000006231)株式会社村田製作所 (3,635)
【Fターム(参考)】