JP2005129921A - 薄板用固定治具 - Google Patents

Abstract

【課題】 薄板の端子部等に樹脂が付着したり、その後の作業で不良を招くおそれを抑制し、電気電子機器の信頼性を確保できる薄板用固定治具を提供する。
【解決手段】 平坦な耐熱性の保持板１と、この保持板１の全表面に積層形成され、ケイ素原子数２０以下の環状シロキサンオリゴマーの含有量が１，０００ｐｐｍ以下の粘着層１０とを備え、この粘着層１０上に、ＦＰＣ基板２０を着脱自在に粘着して搭載する。粘着層１０の環状シロキサンオリゴマーの含有量を低減したので、ＦＰＣ基板２０にシリコーン樹脂が移行したり、リフロー時の加熱により、環状シロキサンオリゴマーが揮発してＦＰＣ基板２０の露出した端子部に付着することがない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、薄板に対する電子部品の実装時等に使用する薄板用固定治具に関するものである。

近年、エレクトロニクスの分野では、ポリイミドフィルムと回路パターン用の導体とが積層したフレキシブルプリント基板（以下、ＦＰＣ基板という）が使用されている。このＦＰＣ基板には、各種の電子部品（例えば、抵抗素子、コンデンサ、ＬＳＩ、インダクタ、フィルタ等）が実装されるが、この実装は、クリームハンダ印刷工程、電子部品マウント工程、リフローハンダ工程、及びカッティング工程を通じてなされる。

上記工程においては、ＦＰＣ基板を平坦にして固定したり、各工程内や工程間を搬送するため、薄板用固定治具が使用されている（特許文献１参照）。この薄板用固定治具は、図示しないが、耐熱性の平板と、この平板の表面に積層されたシリコーン樹脂からなる粘着層とを備え、この粘着層に、ＦＰＣ基板が着脱自在に粘着される。
特許第３４３５１５７号公報

従来の薄板用固定治具は、以上のように構成され、揮発性を有するケイ素原子数１０以下の環状シロキサンオリゴマーが揮発してＦＰＣ基板の露出した端子部に付着したり、あるいは両面ＦＰＣのようにシリコーン粘着面とＦＰＣ基板の露出した端子部が直接触れる場合には、シリコーンオリゴマーが端子部に移行するという問題がある。

また、環状シロキサンオリゴマーがＦＰＣ基板の端子部に付着した場合、その後の実装工程、特に接着剤を使用する実装作業で実装不良を招くおそれがあり、結果として電子機器の信頼性を損なうこととなる。例えば、ＡＣＦ、ＡＣＰ、ＮＣＰといったフラットパネルディスプレーの接続作業では実装不良を招き、フラットパネルディスプレーの信頼性を損なうおそれが少なくない。さらに、はんだの実装用端子部においても、はんだの濡れ性を悪化させ、表面実装部品の接続信頼性を損なうおそれがある。

本発明は、上記に鑑みなされたもので、薄板の端子部等に樹脂が付着したり、その後の作業で不良を招くおそれを抑制し、電気電子機器の信頼性を確保することのできる薄板用固定治具を提供することを目的としている。

本発明者は、上記課題について鋭意検討した結果、粘着層を、ポリイミドシリコーン樹脂とするか、あるいはフッ素化ポリエーテル骨格と末端のシリコーン架橋反応基を有するフッ素系エラストマーの硬化物とすれば、シロキサン汚染の減少が期待できることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明においては、上記課題を解決するため、耐熱性の保持板と、この保持板の一面の少なくとも一部に形成され、ケイ素原子数２０以下の環状シロキサンオリゴマーの含有量が１，０００ｐｐｍ以下の粘着層とを含んでなることを特徴としている。

なお、粘着層は、シロキサンオリゴマーの少ないシリコーンゴムであれば、何でも良い。粘着層を、ポリイミドシリコーン樹脂とすることができる。
また、粘着層を、末端に硬化性官能基を有するフッ素化ポリエーテル骨格を有するフッ素系エラストマーが硬化したものとすることができる。

ここで、特許請求の範囲における保持板は、矩形が主ではあるが、多角形等でも良く、又取り外し等を容易にする穴や逃げ用の座ぐり等が設けられていても良い。粘着層は、シリコーンゴムであれば、特に限定されるものではないが、特にはポリイミドシリコーン樹脂が好適である。この粘着層は、保持板の一面の一部分、あるいは全部に均一、不均一に形成することができる。粘着層として、単一の材料を使用して形成して良いが、粘着強度の異なる複数の材料を使用して形成し、部分的に粘着強度を異ならせても良い。

粘着層には、熱伝導率を高めるため、アルミナ等の熱伝導率の高い粉体を分散させたり、実装電子デバイスの静電気破壊対策として、カーボンや金属粉末を充填して導電化することが可能である。また、粘着層には、主に単数複数のフレキシブルプリント基板が粘着されるが、薄板と認められる部品や材料であれば、特に限定されるものではない。フレキシブルプリント基板が粘着される場合、その裏面には補強板が選択的に形成される。

本発明によれば、粘着層の環状シロキサンオリゴマーの含有量を低減するので、薄板にシリコーン樹脂等の樹脂が移行等するのを防ぐことができる。

本発明によれば、薄板の端子部等に樹脂が付着したり、その後の作業で不良を招くおそれを抑制し、これを通じて電気電子機器の信頼性を有効に確保することができるという効果がある。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態を説明すると、本実施形態における薄板用固定治具は、図１に示すように、表裏面がそれぞれ平坦な保持板１と、この保持板１の全表面に均一に積層形成される粘着層１０とを備え、この粘着層１０上に、回路パターンを備えた複数のＦＰＣ基板２０を着脱自在に粘着配列して搭載するようにしている。

保持板１は、少なくとも耐熱性を有する金属平板、プラスチック平板、セラミック平板等からなり、既に実装された部品が逃げるための穴が選択的に穿孔されたり、ＦＰＣ基板２０のアライメントに使用されるピン等が選択的に設けられる。

金属平板としては、例えばＳＵＳ、アルミニウム、鉄、銅、マグネシウム及び合金等の平板があげられる。プラスチック平板としては、耐熱性のガラスエポキシ、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド等があげられる。また、セラミック平板として、例えばアルミナ、サイアロン、ジルコニア、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化チタン等を使用することができる。

粘着層１０は、ポリイミドシリコーン樹脂、あるいは末端に硬化性官能基を有するフッ素化ポリエーテル骨格を有するフッ素系エラストマーが硬化したものからなる。この粘着層１０は、原料の硬化性組成物がスクリーン印刷法、ディップ法、ドクターブレード法、ナイフコート法、バーコート法、スピンコート法等により保持板１の表面に塗布硬化することにより形成されるか、あるいはカレンダー、押出、プレス等の装置によりフィルムに成形され、このフィルムが保持板１の表面に貼着されることにより形成される。

粘着層１０の粘着力は、保持板１の表面が鏡面であれば大きくなり、粗面であれば小さくなるという特徴がある。したがって、粘着層１０は、粘着力の均一性を確保するため、表面状態が均一に保たれることが好ましい。

具体的な粘着層１０の粘着力（ＪＩＳ Ｚ ０２３７）としては、０．０５Ｎ／２５ｍｍ〜５Ｎ／２５ｍｍ（９０°ピール）、好ましくは１Ｎ／２５ｍｍ〜２Ｎ／２５ｍｍ（９０°ピール）の範囲が良い。これは、係る範囲内であれば、ＦＰＣ基板２０の固定時の位置決めと着脱とが容易になって自動化が可能になり、しかも、ＦＰＣ基板２０の平坦性も維持することができるからである。

粘着層１０の厚さとしては、５〜１０００μｍ、好ましくは２０〜５００μｍの範囲が良い。これは、これは、係る範囲であれば、ＦＰＣ基板２０の固定時の位置決めと着脱とが円滑化して自動化が可能になり、ＦＰＣ基板２０の平坦性をも維持することができるからである。

粘着層１０は、部品実装時のハンダリフロー温度に耐え得ることが要求され、ケイ素原子数２０以下の環状シロキサンオリゴマーの含有量が高信頼性、高接着性の観点から１，０００ｐｐｍ以下、好ましくは８００ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、３００ｐｐｍ、又は１００ｐｐｍ以下に設定される。特に、ケイ素原子数１０以下の環状シロキサンオリゴマーの含有量が５０ｐｐｍ以下であるのが好ましい。

このため、例えばシリコーンゴムにより粘着層１０が形成される場合、シリコーン樹脂の低分子環状オリゴマーを予めカットした材料を使用したり、硬化後の熱処理や真空加熱処理により除去する方法が採用される。また、粘着層１０として、ポリイミドシリコーン樹脂が使用される場合、特開２００２‐１２６６６号公報記載の材料を使用することができる。

同公報記載のポリイミドシリコーン樹脂におけるケイ素原子数１０以下の環状シロキサンオリゴマーとしては、例えば式（１）に示す一般式
（Ｒ⁵Ｒ⁴Ｓ_iＯ）_m …式（１）
（式中、Ｒ⁵，Ｒ⁴は炭化数１〜８のアルキル基又はフェニル基を示し、例えばメチル基、エチル基、プロピル基があげられ、これらは同一でも異なっていても良い。ｍは３〜１０の整数を示す。）で表される化合物があげられる。具体的には、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン等があげられる。

これらの環状シロキサンオリゴマーのポリイミドシリコーン樹脂中における含有量は、高信頼性や高接着性の発現の観点から、ケイ素元素数２０以下の環状シロキサンオリゴマーの含有量１，０００ｐｐｍ、好ましくは８００ｐｐｍ、又ケイ素元素数１０以下の環状シロキサンオリゴマーの含有量３００ｐｐｍ、好ましくは１００ｐｐｍに設定される。また、良好な接着性や密着性を発現させるためには、ガラス転移点は余り高くないことが望まれ、２５０℃以下、好ましくは５０℃〜２００℃の範囲が良い。また、ポリイミドシリコーン樹脂は粘着剤として使用される場合には、有機溶媒に溶解して調製されるので、有機溶媒に可溶であることが必要となる。

このときに使用される有機溶媒としては、Ｎ‐メチル‐２‐ピロリドン、シクロヘキサノン、２‐ブタノン等があげられる。ポリイミドシリコーン樹脂中における環状シロキサンオリゴマーの含有量を低減させる方法としては、公知の方法があげられるが、例えばポリイミドシリコーン樹脂を一旦溶媒に溶解した後、再沈殿させてポリイミドシリコーン樹脂を取り出し、環状シロキサンオリゴマーを減少させる方法等があげられる。

シロキサン原料としては、式（２）に示す一般式で表されるジアミノシロキサンを用いることが好ましい。

式（２）において、ｎは０〜１２０の整数、Ｒ¹，Ｒ²は炭化数１〜８のアルキル基又はフェニル基である。このジアミノシロキサン中の環状シロキサンオリゴマーの含有量を減らす方法としては、公知の方法、例えば高温でのストリッピング法等があげられる。

ポリイミドシリコーン樹脂としては、式（ａ）で表される繰り返し単位、及び式（ｂ）で表される繰り返し単位を有するポリイミドシリコーン樹脂を使用することが好ましい。

式中、Ｘは式（３）、式（４）、式（５）

で表される４価の有機基から選択される少なくとも１種の有機基である。

式中、Ｙは式（６）

で表される２価の有機基（式中、Ｂは式（７）、式（８）、式（９）

で表される有機基から選択される少なくとも１種の有機基である）及び式（１０）

で表される２価の有機基（Ｄは単結合、‐ＣＨ₂‐．‐（ＣＨ₃）₂Ｃ‐．‐ＳＯ₂‐．及び‐（ＣＦ₃）₂Ｃ‐から選択される少なくとも１種の有機基である）から選ばれる２価の有機基である。

式中、Ｚは式（１１）

で表される２価のシロキサン残基（Ｒはメチル基又はフェニル基、ｂは０〜１２０の整数である）である。

ポリイミドシリコーン樹脂は、公知の方法でテトラカルボン酸二無水物と式（２）で表されるジアミノシロキサンを含有するジアミンとにより製造される。式（２）で表されるジアミノシロキサンは、ジアミン全体の５〜７５モル％、好ましくは１０〜５０モル％が用いられる。

上記構成によれば、粘着層１０に、揮発性を有するケイ素原子数１０以下の環状シロキサンオリゴマーが含有されているので、ＦＰＣ基板２０にシリコーン樹脂が移行することがなく、しかも、リフロー時の加熱により、環状シロキサンオリゴマーが揮発してＦＰＣ基板２０の露出した端子部に付着することもない。

また、接着剤を使用する実装作業で実装不良を招くおそれもなく、電子機器の信頼性を確保することができる。さらに、粘着層１０中のケイ素原子数１０以下の環状シロキサンオリゴマーの含有量が３００ｐｐｍ以下なので、ＡＣＦを用いたＬＣＤ実装の場合、高い接続強度を得ることが可能となり、信頼性の高い接続が期待できる。

次に、図２は本発明の第２の実施形態を示すもので、この場合には、保持板１の表面に、複数の粘着層１０を部分的に粘着し、この複数の粘着層１０上に、複数のＦＰＣ基板２０を着脱自在に粘着配列して搭載するようにしている。複数の粘着層１０は、線条に並べられたり、枠形等に形成される。その他の部分については、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。

本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、保持板１の全表面に粘着層１０を粘着する必要がないので、コスト削減が大いに期待できるのは明らかである。

次に、図３は本発明の第３の実施形態を示すもので、この場合には、保持板１の表面に、ＦＰＣ基板２０用の逃げ穴２を間隔をおいて複数穿孔するとともに、複数の粘着層１０を部分的に粘着し、この複数の粘着層１０上に、複数のＦＰＣ基板２０を着脱自在に粘着配列して搭載するようにしている。その他の部分については、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。

本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、逃げ穴２により粘着したＦＰＣ基板２０の取り外し等が容易化するのは明らかである。

以下、本発明に係る薄板用固定治具の実施例について比較例と共に説明する。
実施例１
先ず、０．８ｍｍの厚さを有するアルミ板からなる保持板の表面に、溶液型のポリイミドシリコーン樹脂［信越化学工業株式会社製 製品名ＳＭＰ‐４００１］をスクリーン印刷法により印刷し、このポリイミドシリコーン樹脂を熱風乾燥機により１５０℃、３０分の条件で乾燥させて粘着層を形成し、薄板用固定治具を作製した。

こうして薄板用固定治具を作製したら、粘着層のポリイミドシリコーン樹脂１ｍｇをｎ−テトラデカン２０ｐｐｍ含有ｎ−ヘキサン標準液１ｍｌに浸漬してシロキサンを抽出し、ガスクロマトグラフィー法〔島津製作所製ＧＣ−２０１０を使用〕により定量分析したところ、ケイ素原子数２０以下の環状シロキサンオリゴマーの含有量７５０ｐｐｍ、ケイ素原子数１０以下の環状シロキサンオリゴマーの含有量１００ｐｐｍ以下であるのを確認した。

次いで、薄板用固定治具の粘着層にポリイミド製のＦＰＣ基板を粘着固定し、熱風乾燥炉を使用して１５０℃、６０秒の条件、次に２６０℃、６０秒の条件で擬似的にハンダリフローを施した。ＦＰＣ基板には、銅製の回路パターンを形成し、この回路パターンが薄板用固定治具の粘着層に密着するよう固定した。

ハンダリフローを施したら、室温まで放冷し、薄板用固定治具からＦＰＣ基板を引き剥がしてその回路パターン面に異方導電性ペースト［信越ポリマー株式会社製 製品名ＪＭ‐ＬＡ用の異方導電性ペースト］をスクリーン印刷法により塗布乾燥させ、異方導電性接着剤付きのＦＰＣ基板を作製した。

そして、異方導電性接着剤付きのＦＰＣ基板をＩＴＯ膜を備えたガラスと熱圧着し、剥離強度を確認したところ、ＪＭ‐ＬＡ初期の一般的なピール強度７Ｎ／ｃｍを得ることができた。ＦＰＣ基板とガラスとは、ピーク温度１７０℃、圧力３ＭＰａ、６０秒の条件で熱圧着した。

実施例２
実施例１と同様のアルミ板からなる保持板の表面に、ＳＩＦＥＬ６１２［信越化学工業株式会社製 製品名］をワイヤコータ（♯８）により塗布し、このＳＩＦＥＬ６１２を１５０℃、３０分の条件で乾燥させて硬度３０（ＪＩＳＡ）、膜厚７０μｍの粘着層を形成し、薄板用固定治具を作製した。

そして、実施例１と同様にガスクロマトグラフィー法〔島津製作所製ＧＣ−２０１０を使用〕によりシロキサン量を定量分析したところ、Ｄ（環状シロキサンオリゴマーの略）２０までのシロキサン量は検出範囲外（０ｐｐｍ）であった。こうして薄板用固定治具を作製したら、実施例１と同様にし、ＦＰＣ基板に電子部品を実装して電子部品付きの完成したＦＰＣ基板を得た。
薄板用固定治具の粘着層について、５０回繰り返し使用して物性の劣化の有無を確認したが、物性の劣化を特に認めなかった。

比較例
先ず、実施例１と同様のアルミ板からなる保持板の表面に、液状シリコーン樹脂［信越化学工業株式会社製 製品名ＫＥ‐１８００］をスクリーン印刷法により印刷し、この液状シリコーン樹脂を熱風乾燥機により１５０℃、３０分の条件で乾燥させて粘着層を形成し、薄板用固定治具を作製した。
そして、実施例１と同様にガスクロマトグラフィー法によりシロキサン量を定量分析したところ、Ｄ２０までのシロキサン量は１，２００ｐｐｍであった。

次いで、薄板用固定治具の粘着層にポリイミド製のＦＰＣ基板を粘着固定し、熱風乾燥炉を使用して１５０℃、６０秒の条件、次に２６０℃、６０秒の条件で擬似的にハンダリフローを施した。ＦＰＣ基板には、銅製の回路パターンを形成し、この回路パターンが薄板用固定治具の粘着層に密着するよう固定した。

ハンダリフローを施したら、室温まで放冷し、薄板用固定治具からＦＰＣ基板を引き剥がしてその回路パターン面に異方導電性ペースト［信越ポリマー株式会社製 製品名ＪＭ‐ＬＡ用の異方導電性ペースト］をスクリーン印刷法により塗布乾燥させ、異方導電性接着剤付きのＦＰＣ基板を作製した。

そして、異方導電性接着剤付きのＦＰＣ基板をＩＴＯ膜を備えたガラスと熱圧着し、剥離強度を確認したところ、ＪＭ‐ＬＡ初期のピール強度が３Ｎ／ｃｍとなり、一般的なピール値よりも低い値しか得られなかった。ＦＰＣ基板とガラスとは、実施例１と同条件で熱圧着した。

本発明に係る薄板用固定治具の実施形態を示す断面説明図である。 本発明に係る薄板用固定治具の第２の実施形態を示す断面説明図である。 本発明に係る薄板用固定治具の第３の実施形態を示す断面説明図である。

符号の説明

１ 保持板
２ 逃げ穴
１０ 粘着層
２０ ＦＰＣ基板（薄板）

Claims (3)

1. 耐熱性の保持板と、この保持板の一面の少なくとも一部に形成され、ケイ素原子数２０以下の環状シロキサンオリゴマーの含有量が１，０００ｐｐｍ以下の粘着層とを含んでなることを特徴とする薄板用固定治具。
2. 粘着層を、ポリイミドシリコーン樹脂とした請求項１記載の薄板用固定治具。
3. 粘着層は、末端に硬化性官能基を有するフッ素化ポリエーテル骨格を有するフッ素系エラストマーが硬化したものである請求項１記載の薄板用固定治具。

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