JP2006245195A - 両面プリント配線板 - Google Patents

Abstract

【課題】 絶縁層とその両面に設けられた導体層を有し、非接続面側を、プリント配線板の導体層の剥離等のダメージを生じる温度まで加熱しなくても、接続面側を短時間で、半田の溶融に必要な温度にすることができる接続端子部を有する両面プリント配線板を提供する。
【解決手段】 絶縁層、及びこの絶縁層の両面に設けられた導体層を有し、かつこの両面の導体層間を連結し、かつ良熱伝導材料でその内面が被覆された孔が設けられた端子からなる接続端子部を有することを特徴とする両面プリント配線板。
【選択図】 図１

Description

本発明は、硬質プリント配線板等への接続に好適な接続端子部を有する両面プリント配線板、特に両面フレキシブルプリント配線板（以下、ＦＰＣと略記する。）に関する。

電子機器分野において、ＦＰＣは硬質プリント配線板等の介在部品として用いられている。ＦＰＣの接続端子部と硬質プリント配線板等との電気的接続は半田付け等により行われる。そこで、半田付け等により、信頼性の高い電気的接続が容易に得られる接続端子部を有するＦＰＣが望まれている。

このような接続端子部を有するＦＰＣとして、例えば、特開平６−１３７２５号公報には、ベースフィルム（絶縁層）の両面に導電箔（導体層）が直接接着された両面プリント配線板であって、その接続端子部が櫛歯状端子であり、その櫛歯状端子の表面全周に導電層が施されたことを特徴とするフレキシブルプリント配線板（請求項１、請求項２）が開示されている。

ここでベースフィルムとしては、金属との接着力が強くかつ耐熱性のあるポリイミドがその代表的な例として挙げられる。そして、櫛歯状端子の表面全体が導電処理されているので、どの部分においても半田の切れることがなく接続の信頼性が高く、又、耐熱性があり金属との接着性の良いベースフィルムに直接金属箔を接着した二層基板を使用しているので、半田等の熱により剥がれる問題が少ないとの、利点が述べられている。

このようなＦＰＣの接続端子部を硬質プリント配線板等に接続する場合、半田付けのための加熱は、通常、熱バーを非接続面側の導体層に当てる等の方法により、非接続面側から行われる。しかし、前記のＦＰＣでは、非接続面側の導体層と接続面側の導体層の間には熱伝導の低いポリイミド等の絶縁層があるので、非接続面側に加えられた熱が接続面側に流れにくく、接続面側を半田の溶融に必要な高温にすることが困難であるとの問題があった。

例えば、接続面側の温度を非接続面側の温度と同等程度まで上昇するためには、長い加熱時間を有し生産性が低下する。一方、短時間で、接続面側を半田の溶融に必要な温度にするためには、非接続面側を半田の溶融に必要な温度よりもかなり高い温度にする必要がある。近年環境問題に対応するために、融点の高いＰｂフリー半田の使用が望まれているが、Ｐｂフリー半田の使用に対応するためには、非接続面側の温度をさらに高温にする必要が生じている。

ポリイミドは金属との接着性が良い。しかし、このような高温に加熱されると、ポリイミドの場合であっても、導体層の剥離が生じたり、ポリイミドの収縮により回路のピッチのズレが生じる等、配線板がダメージを受ける場合があり、配線板の信頼性が低下するとの問題があった。そこで、非接続面側と接続面側の熱伝導を向上させ、非接続面側をこのような高温にまで加熱しなくても、短時間で、接続面側を半田の溶融に必要な温度にすることができる接続端子部を有するＦＰＣが望まれていた。
特開平６−１３７２５号公報

本発明は、絶縁層とその両面に設けられた導体層を有し、非接続面側を、プリント配線板の導体層の剥離等のダメージを生じる温度まで加熱しなくても、接続面側を短時間で、半田の溶融に必要な温度にすることができる接続端子部を有する両面プリント配線板を提供することを課題とする。

この課題は、絶縁層、及びこの絶縁層の両面に設けられた導体層を有し、かつこの両面の導体層間を連結し、かつ良熱伝導材料でその内面が被覆された孔が設けられた端子からなる接続端子部を有することを特徴とする両面プリント配線板（請求項１）により達成される。

本発明者は、検討の結果、接続端子部を構成する各端子に、非接続面側の導体層と接続面側の導体層を連結する孔を形成し、この孔の内面を良熱伝導材料で被覆すると、非接続面側と接続面側の導体層間の熱伝導の流路が増え、熱伝導の効率が向上し、非接続面側を配線板にダメージを与える可能性がある温度まで加熱しなくても、接続面側を、短時間で半田の溶融に必要な温度にすることができることを見出し、前記の発明を完成した。

本発明の両面プリント配線板は、その断面の中心部に、絶縁層を有し、その両面に回路を形成する導体層が接着されている。その接続端子部は、硬質プリント配線板等との電気的接続をする端子からなる部分で、両面プリント配線板の端部に設けられている。この接続端子部も絶縁層とその両面に接着された導体層を有する。

ここで、絶縁層の材質としては、耐熱性が高く金属との密着性が高く、さらに機械的強度も優れた可撓性のポリイミドフィルムが好ましく用いられる。ポリイミドフィルムの厚みとしては、通常１０μｍ〜１５０μｍの範囲が好ましい。厚みが１０μｍ未満の場合は、充分な機械的強度が得られない場合があり、又厚みが１５０μｍを越える場合は、配線板の柔軟性を低下させ、また配線板全体を厚くするので、好ましくない場合が多い。

絶縁層の両面上に形成される導体層は、通常は銅箔（銅の薄膜）である。銅箔としては、圧延銅箔又は電解銅箔等が用いられ、その厚みは特に限定されず、配線板の用途や使用条件等により好ましい範囲は異なるが、通常５〜５０μｍ程度、特に１０〜３０μｍ程度の場合が多い。配線板の柔軟性を向上するためには、導体層も薄い方が好ましいが、薄い導体層は、製造や取扱いが困難な場合が多い。

この接続端子部は、通常、複数の端子からなるが、本発明の両面プリント配線板では、その各端子に、非接続面側の導体層と接続面側の導体層を連結する孔が形成されていることを特徴とする。この孔としては、図２にその断面が示されるようなスルーホールでもよいし、図３にその断面が示されるようなビアホールでもよい。

さらに、スルーホールの場合は、半田付けによる硬質プリント配線板等との接続の際に、スルーホール内部への半田の回り込みを生じ、安定して接続強度を得ることができる点でも好ましい。従来技術では、接続面の形状が平坦であるため接続強度が不十分となる問題もあったが、スルーホールを形成した本発明の両面プリント配線板により、この問題は解決される。請求項２は、この好ましい態様に該当し、前記端子に設けられる孔がスルーホールであるとの特徴をさらに有する、前記両面プリント配線板を提供するものである。

このようなスルーホールやビアホールの内面は良熱伝導材料で被覆される。良熱伝導材料としては、銅、金等の金属が挙げられ、めっき等により被覆が形成される。良熱伝導材料の被覆の厚みは、特に限定されないが、通常５〜２０μｍの範囲が好ましい。

被覆が、厚いほど熱伝導は向上しこの点では好ましい。しかし、良熱伝導材料の被覆をめっきにより形成する場合、被覆は径の内面のみでなく、導体層の外側の範囲にも形成される場合がある。被覆が広い範囲に形成される場合は、被覆が厚いと、接続端子部の全体の厚みが厚くなり硬くなる問題がある。又厚い被覆を得るために要するめっき工程は長くなるので、生産性は低下する。

被覆がスルーホールやビアホールの周囲のみ、例えば幅０．１ｍｍ程度のみめっきされて形成される場合もあるが、この場合でも、スルーホール内の被覆が厚くなり孔内部の空隙が小さくなると、接続時における半田の回り込みの量が減少し、又は回り込みが困難になり、安定して接続強度を得る効果は減少する。これらを考慮すると、通常は前記の範囲が好ましい。

孔の径が大きい程熱伝導は向上する。充分な熱伝導を得るためには、孔径は０．０５ｍｍ以上が好ましく、さらに好ましくは０．１ｍｍ以上である。しかし、孔径と端子の幅との差が小さい場合は、孔の形成の際の形成位置のずれにより、いわゆる座切れ（孔の端が端子の側面に接触し、端子側面に開口部が形成されること）が生じやすくなる。そこで孔径は、それをＤとし接続端子の幅をＬとしたとき、（Ｌ−Ｄ）／２≧０．０５ｍｍであることが、位置のずれを吸収し座切れを防止するために好ましい。

請求項３は、この好ましい態様に該当し、前記の両面プリント配線板であって、各端子に孔が１以上設けられており、端子の幅をＬとし、それぞれの孔径をＤとしたとき、０．０５ｍｍ≦Ｄ、かつ（Ｌ−Ｄ）／２≧０．０５ｍｍであることを特徴とする両面プリント配線板を提供するものである。

なお、孔の径を小さくすると熱伝導は低下するので、それを補うために、孔を複数形成することが好ましい。従って、より好ましい態様としては、各端子に孔が２以上設けられており、端子の幅をＬとし、それぞれの孔径をＤとしたとき、０．１ｍｍ≦Ｄかつ（Ｌ−Ｄ）／２≧０．１ｍｍであることを特徴とする両面プリント配線板が挙げられる。

接続端子部は通常複数の端子からなるが、図１に示すように、突起状の各端子が、櫛歯状に配列されている構造が好ましい。櫛歯状端子は、金属のリードフレームのような働きをし、硬質プリント配線板等との間に、安定で信頼性の高い接続を達成することができる。請求項４は、この好ましい態様に該当し、前記の両面プリント配線板であって、前記接続端子部が、複数の端子を有し、それらが櫛歯状に配列されてなる櫛歯状端子であることを特徴とする両面プリント配線板を提供するものである。

本発明の両面プリント配線板の接続端子部では、非接続面側と接続面側の導体層間を連結し良熱伝導材料で被覆された孔を熱伝導の流路とし、導体層間の熱伝導の効率を良くしているので、半田付けの際の、非接続面側と接続面側間の温度差を小さくし、接続面側の加熱を容易にする。

本発明の両面プリント配線板の接続端子部を、硬質プリント配線板等へ半田付けにより接続をする場合、非接続面側の比較的低い温度での加熱により、接続面側を、短時間で、半田の溶融に必要な温度にすることができる。従って、生産性の向上に寄与し、又配線板に与える熱ストレスを低下して、導体層の剥離等、加熱による配線板のダメージを小さくすることができる。そして、本発明の両面プリント配線板は、特にＦＰＣとして好適に用いられる。

次に本発明を実施するためのより具体的な形態を、図を用いて説明する。なお、本発明はこの形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない限り、他の形態へ変更することができる。

図１は、本発明の両面プリント配線板であるＦＰＣの接続端子部を表わす斜視図である。この例の接続端子部は、ＦＰＣの１端部にあり、櫛歯状に並んだ２つの突起状の端子１を有しているが、通常、接続端子部はより多数の端子を有し、それらが櫛歯状に並んだものである。

接続端子部の各端子１は、ポリイミドからなる絶縁層２（ベースフィルム）の両面にそれぞれ、銅箔からなる非接続面側導体層３及び接続面側導体層４が接着され、さらに、非接続面側導体層３及び接続面側導体層４の外側に、銅のめっき層８が形成されてなる。絶縁層２、非接続面側導体層３とその外側のめっき層８、及び接続面側導体層４とその外側のめっき層８は、それぞれ、ＦＰＣの絶縁層及びその両面にある回路と連続しており、同じ材料により形成されている。なお、ＦＰＣの接続端子部を除く部分は、回路（導体層）の保護等のため柔軟なフィルムからなるカバーレイ６で被覆されている。

図１の例では、接続端子部の各端子１は、それぞれに、スルーホール７を３本有している。各スルーホール７の径は、端子の幅をＬとし、それぞれの孔径をＤとしたとき、０．０５ｍｍ≦Ｄ、かつ（Ｌ−Ｄ）／２≧０．０５ｍｍを満たしており、図１に示されるように端子の幅より充分小さい。

めっき層８は、各スルーホール７の内面にも形成されている。ただし、図１ではこのめっき部分は図示されていない。又、各端子１の先端部５にもめっき層８が形成され、銅めっきがされている。なお、この例では各端子１の側面にはめっき層８がないが、この側面も銅等の導電性金属でめっきされてもよい。

図２は、図１に示すＦＰＣの端子１のスルーホール７の周辺部分の断面図である。ポリイミドからなる絶縁層２、その両面に接着された銅箔からなる非接続面側導体層３、接続面側導体層４及び導体層３、４の外側にあるめっき層８を貫通して、スルーホール７が形成されている。図２に示すように、スルーホール７の内面にも、良熱伝導材料である銅のめっき層８が形成されている。

この銅のめっき層８により、非接続面側（非接続面側導体層３及び外側のめっき層８）及び接続面側（接続面側導体層４及び外側のめっき層８）は連結されているので、非接続面側（非接続面側導体層３の外側のめっき層８上）に加えられた熱は、接続面側に、めっき層８を通して伝わり、非接続面側と接続面側の間の温度差を小さくする。又、半田付けの際に、半田がスルーホール７内に回り込み、接続強度が向上する。

図１の例ではスルーホール７が形成されているが、代りにビアホールが形成されてもよい。図３は、ビアホール９が形成されている例のビアホール９の周辺を示す断面図である。ビアホール９の内面、及び非接続面側導体層３の外側には、良熱伝導材料である銅のめっき層１０が形成されており、このめっき層１０により、非接続面側（非接続面側導体層３及び外側のめっき層１０）と接続面側（接続面側導体層４）は連結されているので、熱伝導が向上し、両者間の温度差は小さくなる。

図１の例のＦＰＣは、例えば次に述べる方法により製造される。

絶縁層及び導体層の形成には、ポリイミドフィルム（絶縁層）の両面に、銅箔（導体層）を形成してなる両面銅貼り積層板（ＣＣＬ）が好適に用いられる。ＣＣＬは市販品等を用いることができる。ポリイミドフィルムとしては、市販の、カプトンＨ、カプトンＶ、カプトンＥＮ等が挙げられる。

先ず、ＣＣＬの接続端子部となる位置に、ドリルやＣＯ_２レーザ（ＹＡＧレーザ）を用いてスルーホール７が形成される。スルーホール７の形成後、該ＣＣＬに銅めっきを施して、スルーホール７の内面及びＣＣＬの両面の銅箔上にめっき層８を形成する。スルーホール７の内面（及び端子１の先端部）への銅のめっき層８の形成は、先ず無電解めっきによりポリイミドフィルム部分を導電処理した後、電気めっきをすることにより行われる。

めっき層８の形成後、この両面に、フォトリソグラフィー等を施し銅の回路を形成する。回路の形成においては、接続端子部の各端子１に相当する部分には、銅箔及び銅めっきを残すようにする。その後、両面の回路を、端子先端部の回りに相当する部分を除いて、カバーレイ６により覆い保護する。さらに、各端子１の先端部の回りに相当する部分等にある絶縁層２を、図１に示す形状になるように除去する。

このようにして得られたＦＰＣは、硬質プリント配線板との接続等に用いられる。硬質プリント配線板との接続は、例えば、各端子１と、半田がその上に付加されている硬質プリント配線板の各端子を接触させた後、端子１の非接続面側（非接続面側導体層３の外側のめっき層８上）に熱バーを当てて加熱することにより行われる。

熱バーにより非接続面側に加えられた熱は、スルーホール７内を覆う銅のめっき層８、すなわち良熱伝導材料等を通して接続面側に伝えられ、接続面側導体層４及びその外側のめっき層８を加熱し、それに接触する半田を溶融する。この半田を冷却、固化することにより接続が完了する。スルーホール７内にも、溶融した半田が回り込むので、強固な接続が得られる。

図４は、このようにして得られた接続部の断面図である。図４に示されるように、半田層１１が、硬質プリント配線板の端子１２と接続面側導体層４の外側にあるめっき層８との間、スルーホール７の内部、端子１の先端部５に形成され、強固な接続が得られる。

次に実施例に基づいて、本発明をより具体的に説明するが、本発明の範囲はこの実施例により限定されない。

実施例１
厚み１２．５μｍのポリイミドフィルムの両面のそれぞれに、厚み１８μｍの銅箔を貼り付けたＣＣＬを用い、図１で示される端子１と同様な位置に、径が０．１２ｍｍのスルーホールを３つ、ドリルを用いて形成した。

スルーホールの形成後、無電解めっきを施し、さらに電気めっきを施し、厚み１０μｍの銅めっき層を、スルーホール内面、ポリイミドフィルムの両面の銅箔上及びポリイミドフィルムの側面、すなわち端子の先端部５となる部分に形成した。

フォトエッチングにより回路を形成して、この回路をカバーレイで覆うとともに、接続端子部の先端にあるポリイミドフィルムを、櫛歯状を形成するように、除去して、巾０．３５ｍｍ、先端の突起の長さ０．５ｍｍの端子が櫛歯状に並んだ接続端子部を形成した。

このようにして得られたＦＰＣの接続端子部の各端子を、その上に融点２２７℃のＰｂフリー半田（成分Ｓｎ：Ｃｕ＝９９：１）が付加されている硬質プリント配線板の各端子に重ねた。その後、非接続面側の各端子のスルーホール開口部の位置に、３００℃に加熱した熱バーを置いたところ、１０秒で接続面側にある半田が溶融し、冷却により強固な接続が達成された。

実施例２
スルーホールの代りに径が０．１２ｍｍのビアホールを３つ形成した以外は、実施例１と同様にしてＦＰＣを作製し、硬質プリント配線板との接続を行った。実施例１と同様に、３００℃の熱バーを用いて非接続面側を加熱したところ、１０秒で接続面側にある半田が溶融し、冷却により強固な接続が達成された。

比較例
スルーホールを形成しない以外は、実施例１と同様にしてＦＰＣを作製し、硬質プリント配線板との接続を行った。実施例１と同様に、３００℃の熱バーを用いて非接続面側を加熱したが、１５秒では接続面側にある半田は溶融しなかった。熱バーの温度を４００℃としたところ、１０秒で接続面側にある半田が溶融し、冷却により強固な接続が達成された。

実施例１、２及び比較例の結果が示すように、本発明の両面プリント配線板を用いて硬質プリント配線板との接続を行う場合は、非接続面側の加熱温度が３００℃でも強固な接続が達成されるのに対し、従来の両面プリント配線板を用いる場合は、３００℃では接続が困難であり、４００℃程度の加熱温度を必要とする。加熱温度が高温の場合、ポリイミドと導体層の剥離が生じ、又ポリイミドの収縮により回路のピッチのズレが生じ配線板がダメージを受ける等の問題を生じやすいが、以下の試験例の結果に示されるように、加熱温度を４００℃から３００℃に下げることにより、このような問題を低減できる。

試験例１
接着剤の劣化（剥離強度の低下）の試験
厚み１２．５μｍのポリイミドフィルムの両面のそれぞれに、厚み１８μｍの銅箔を貼り付けたＣＣＬを、幅１０ｍｍ×長さ１００ｍｍの短冊に切り取り、短冊の片面に、表１に示す所定温度に加熱した熱バーを２０秒保持した。この試料について、ポリイミドフィルムと銅箔との剥離強度を測定した。この測定は１０回行いその平均を表１に示す。

ポリイミドの収縮の試験
同上のＣＣＬに、フォトエッチングにより、その片面に巾０．３５ｍｍ、スペース巾０．３５ｍｍの回路を形成した。回路を形成していない片面に、表１に示す所定温度に加熱した熱バーを２０秒保持した試料について、形成した回路のピッチを加熱前後で測定した。この測定は２０の試料について行い、その結果を基にした対応可能な端子部のトータルピッチ公差を表１に示す。

表１に示される結果より明らかなように、加熱温度が３００℃の場合、端子部のトータルピッチ公差を±０．１％以内で管理できるが、４００℃の場合には、トータルピッチ公差が±０．１５％程度となる。従って、トータルピッチ公差が厳しい製品には採用できない。又、加熱温度が３００℃の場合にはベースフィルムと銅箔の剥離強度を０．５ｋｇ／ｃｍで管理できるが、４００℃の場合には、０．３ｋｇ／ｃｍ程度迄、落ちる可能性がある。

本発明の両面プリント配線板の接続端子部を表わす斜視図である。 本発明の両面プリント配線板の接続端子部の孔周辺を表わす断面図である。 本発明の両面プリント配線板の接続端子部の孔周辺を表わす断面図である。 本発明の両面プリント配線板を用いた接続例を表わす断面図である。

符号の説明

１ 端子
２ 絶縁層
３ 非接続面側導体層
４ 接続面側導体層
５ 端子１の先端部
６ カバーレイ
７ スルーホール
８、１０ めっき層
９ ビアホール
１１ 半田層
１２ 硬質プリント配線板の端子

Claims (4)

1. 絶縁層、及びこの絶縁層の両面に設けられた導体層を有し、かつこの両面の導体層間を連結し、かつ良熱伝導材料でその内面が被覆された孔が設けられた端子からなる接続端子部を有することを特徴とする両面プリント配線板。
2. 前記端子に設けられる孔が、スルーホールであることを特徴とする請求項１に記載の両面プリント配線板。
3. 前記の各端子に、前記孔が１以上設けられており、端子の幅をＬとし、それぞれの孔径をＤとしたとき、０．０５ｍｍ≦Ｄ、かつ（Ｌ−Ｄ）／２≧０．０５ｍｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の両面プリント配線板。
4. 前記接続端子部が、複数の端子を有し、それらが櫛歯状に配列されてなる櫛歯状端子であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の両面プリント配線板。
   

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