JP4643281B2 - 多層フレキシブルプリント配線板およびその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、多層フレキシブルプリント配線板およびその製造方法に関し、特に、可撓性積層板の多層化部分と導体パターン（導体回路）が外部に露出した単層部分（フレックス部）とが混在した構造の多層フレキシブルプリント配線板およびその製造方法に関するものである。

近年の電子機器は軽薄短小化が進み、その一部品であるプリント配線板にも軽薄短小化につながる設計の自由度の高さが求められている。それに伴い、ガラスエポキシ系の、いわゆるリジッドプリント配線板以外にも様々な形態のプリント配線板が実用化されてきた。フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）や多層プリント配線板は、これらの代表的なものである。

ＦＰＣは、その可撓性、薄さといった特徴から、特に省スペース化、あるいは電子機器自体の屈曲といった用途に広く利用されている。また、多層プリント配線板も、省スペース化に大きく貢献しているといえる。

ＦＰＣと多層プリント配線板とを電気的に接続する必要がある場合には、コネクタによって導通接続する方法がもっとも一般的であるが、近年、コネクタ体積の削減を図るべく、ＦＰＣ上に多層部（多層化部分）を作り込む部分多層ＦＰＣがさかんに発表されている（たとえば、特許文献１）。

部分多層ＦＰＣの多くは、可撓性をもったフレックス部の両端に多層化部を形成されており、フレックス部は、その部分の配線回路（導体パターン）が外部に露出しないものであるが、配線パターンの都合によっては、フレックス部に外部接続用の端子部等を設けるために、フレックス部の配線回路を外部に露出させる必要があるものがある。

従来より知られている部分多層ＦＰＣのフレックス部は、基板間接続ケーブルとして設けられるので、カバー層によって保護された片面導体層あるいは両面導体層の一枚のフレキシブル積層板により構成されており、フレックス部に接続端子等を多段に配置できる構造になっていない。

ビルドアップ法のように、積層板を逐次積層していく方法により、本構造の多層基板を製造するにあたっては、配線回路が外部に露出したフレックス部よりも外層に位置する配線回路の回路パターン形成やスルーホールめっきなどによって、フレックス部の配線回路が、汚染、侵食されることを防がなくてはならない。その方法が、従来よりいくつか提案されている。

既に提案されている可撓性多層回路基板の製造法として、所定の箇所に開口部を設けると共に該開口部に端子部を露出させるように所要の配線パターンを形成した内層回路基板を作製し、その後、該内層回路基板の両面に前記開口部と対応する位置に他の開口部を設けた層間接着層を夫々介して銅張積層板を積層する。

そして、この銅張積層板には予め前記開口部の端緑から所定の距離だけ外側に位置する該当箇所であって前記開口部の対向する二辺に対応させて貫通させた二本のスリットを形成し、次いで前記各銅張積層板の導電層に対して所要の配線パターンを形成し、最後に前記二本のスリットの各両端を含む位置で前記銅張積層板を打ち抜いて不要な除去片を取り去ることにより、前記端子部を含む前記内層回路基板の開口部を外部に露出させるものがある（例えば、特許文献２）。

しかし、この製造法では、端子部の露出したフレックス部が２枚以上の複数枚で、それらフレックス部の一部、または全部が、基板表面から投影して重なる構造のものには対応できない。

また、多層プリント配線板として、両面ＦＰＣの一部分だけを多層化し、スルーホールによって層間の接続をとるものがある（例えば、特許文献３）。この多層プリント配線板の具体的な製造方法は、回路形成済みのフレキシブルプリント回路を複数枚貼り合わせたものにスルーホールを形成する際、薬液等によってフレックス部が汚染されることを避けるべく、回路を袋状体で密閉した上で袋状体も含めて穴あげを施し、めっきすることでスルーホールを形成し、ついで、袋状体の一部を除去することで屈曲部を露出させるというものである。

上述したいずれのものも、逐次積層していく構造のものであり、このような構造の多層配線板では、内層回路がすでに形成された状態で、さらにその上に外層回路を形成したり、スルーホールを形成したりする逐次積層法の都合上、内層回路の汚染、侵食を避けるべく、何らかの手段で内層を保護する必要がある。その保護を基板の一部や袋状体で担わせ、これらを除去することとなる。この方法は、保護のための基板や袋状体は製品に残らない無駄な部分であり、材料コストの増加を避けられない。また、工程が非常に煩雑になるという欠点がある。
特開２００２−１５８４４５号公報 特開２００１−３６２３９号公報 特開昭６３−１２７５９７号公報

この発明が解決しようとする課題は、フレックス部に接続端子等を多段に配置（複数箇所配置）できる構造の多層フレキシブルプリント配線板を提供し、その多層フレキシブルプリント配線板の製造において、材料コストの増加、工程を複雑化することなく、フレックス部における外部露出の配線回路（導体パターン）が層間導通部の形成工程等によって汚染されないようにすることである。

本発明に係る多層フレキシブルプリント配線板は、可撓性樹脂による絶縁層の片面あるいは両面に導体パターンを形成された複数枚の積層板の一端側にのみ層間接着層が形成され、前記層間接着層によって複数枚の前記積層板が貼り合わせられて前記一端側においてのみ多層化され、この多層化部分に層間導通のためのインナビアが形成され、当該多層化部分と、各積層板の前記導体パターンが各積層板ごとにそれぞれ外部に露出した単層部分とを含み、前記インナビアは、前記絶縁層と前記層間接着層とに設けられた第1の穴と、前記導体パターンに設けられ、前記第1の穴と連通し、前記第1の穴より小径の第２の穴とに導電性組成物を充填して形成されていることを特徴とする。

本発明に係る多層フレキシブルプリント配線板の製造方法は、可撓性樹脂による絶縁層の片面あるいは両面に導体パターンを形成された複数枚の積層板の各々の一端側にのみ層間接着層を形成し、前記積層板の一端側と、前記層間接着層とに層間導通のためのインナビアを形成し、前記複数枚の積層板を前記層間接着層によって貼り合わせ、前記一端側のみ多層化し、当該多層化部分と、各積層板の前記導体パターンが各積層板ごとにそれぞれ外部に露出した単層部分とを含み、前記インナビアは、前記絶縁層と前記層間接着層とに設けられた第1の穴と、前記導体パターンに設けられ、前記第1の穴と連通し、前記第1の穴より小径の第２の穴とに導電性組成物を充填して形成されることを特徴とする。

本発明に係る多層フレキシブルプリント配線板の製造方法において、前記複数枚の積層板を全層同時に一括積層することが好ましい。

この発明による多層フレキシブルプリント配線板は、可撓性樹脂による絶縁層の片面あるいは両面に導体パターンを形成された複数枚の積層板が、その一端側にのみ形成された層間接着層によって貼り合わせられ、その一端側においてのみ多層化され、多層化部分以外は、各積層板の前記導体パターンが各積層板ごとにそれぞれ外部に露出した単層部分として存在する。これにより、単層部分において各積層板ごとの外部露出の導体パターンにそれぞれ接続端子等を個々に配置でき、多層フレキシブルプリント配線板の自由度が増し、多層フレキシブルプリント配線板の多様性、汎用性が拡大される。インナビアの特徴である配線の自由度といった利点も付加される。

また、多層化部分の層間導通のためのインナビアは、多層化の貼合前にすでに形成されており、層間導通部を多層化の貼合後に形成する必要がないため、層間導通部形成による導体パターン（配線回路）の汚染等を防止する必要がない。

この発明による多層フレキシブルプリント配線板の一つの実施形態を、図１を参照して説明する。

この実施形態による多層フレキシブルプリント配線板は、ポリイミド等の可撓性樹脂による絶縁フィルム（絶縁層）１１の片面に導体パターン１２を形成された複数枚、この実施形態では３枚の積層板１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの部分的領域にのみ層間接着層１３が形成され、層間接着層１３によって複数枚の積層板１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃが互いに貼り合わせられ、部分的領域のみ多層化された多層化部分Ｍになっている。多層化部分Ｍには層間導通のためのインナビア１４が形成されている。

多層化部分Ｍ以外は、各積層板１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、貼り合わせられることなく単層部分Ｓとして個別に存在している。単層部分Ｓの導体パターン１２、つまり接続ケーブル部１２Ａは、各積層板１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃごとにそれぞれ個々に外部に露出している。この接続ケーブル部１２Ａにおける各積層板１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃごとの個別露出は、その全てであっても、一部であってもよい。

この構造の多層フレキシブルプリント配線板では、各積層板１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの単層部分Ｓが個別に屈曲可能であり、その単層部分Ｓの各々の接続ケーブル部１２Ａに接続端子等を配置することができる。これにより、多層フレキシブルプリント配線板の自由度が増し、多層フレキシブルプリント配線板の多様性、汎用性が拡大される。また、インナービア１４の特徴である配線の自由度といった利点も付加される。

つぎに、この発明による多層フレキシブルプリント配線板の製造方法の一つの実施形態を、図２（ａ）〜（ｆ）を参照して説明する。

図２（ａ）に示されているように、出発材として、ポリイミドフィルム２１の片面に銅箔２２を有する片面銅箔付きポリイミド基材を用い、銅箔２２をエッチングすることにより銅箔２２による導体パターンを形成し、パターン形成後の基材２０１を得る。

つぎに、図２（ｂ）に示されているように、銅箔２２とは反対側の面で、かつ、基材２０１の部分的領域である多層化予定部分Ｘにのみポリイミドとエポキシとの混合物による層間接着層２３を形成し、基材２０２を得る。

層間接着層２３は、他にも、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、熱可塑性ポリイミド等により構成することができる。層間接着層２３の形成方法としては、シート状接着剤で、可撓性部分を除去したものを貼り合わせする方法をとったが、他にも、ワニス状の接着剤を印刷法によって塗布してもよい。

ついで、図２（ｃ）に示されているように、多層化予定部分Ｘにのみ層間接着層２３がある基材２０２の多層化予定部分Ｘに、レーザ光照射によって、ポリイミドフィルム２１と層間接着層２３とを貫通する穴２４を穿設する。

レーザ光には、ＵＶ−ＹＡＧレーザの３５５ｎｍ光を利用したが、他にも、炭酸ガスレーザ、エキシマレーザが使用可能である。その際、銅箔２２にはポリイミドフィルム２１部分にあけられた穴２４よりも小径の穴２５を穿設した。これにより、穴あけ済みの基材２０３を得る。

ついで、図２（ｄ）に示されているように、基材２０３の穴２４、２５に導電性物質を充填することにより、層間導通用のインナビア２６を完成させる。これにより、接着層付きのインナビア形成済みの基材３０が得られる。

導電性樹脂組成物は銅ペーストを使用し、銅ペーストを穴２４、２５に印刷法によって充填することにより、短時間で平易な工程でインナビア２６の形成を行った。

なお、導電性樹脂組成物は、銀ペーストや、カーボンペースト、銀コート銅ペースト等、あらゆる液状導電性組成物が本工法で利用可能である。また、導電性樹脂組成物以外にも、フィルドめっきによって穴２４、２５を充填し、フィルドビアを形成してもかまわない。

ついで、図２（ｅ）に示されているように、図２（ｄ）に示されている接着層付きのインナビア形成済みの基材３０を２枚（複数枚）と、ポリイミドフィルム４１の片面に銅箔４２による導体パターンを形成された最下層用の片面銅箔回路付きポリイミド基材４０（１枚）を重ね合わせ、層間の電気的導通が取れるように位置合わせを施する。

位置合わせは、基材内のパターン同士を画像認識によって合わせこむ方法をとり、一部を加熱圧着することで仮固定したが、ほかにも、基材に形成された位置合わせ穴にピンを通し込むいわゆるピンラミネーション法でもかまわない。

ついで、位置合わせして仮固定した２枚の基材３０と１枚の基材４０を、加熱、加圧することで、全層同時に貼り合わせを実施し、つまり、一括積層を行う。

これにより、図２（ｆ）に示されているように、多層化部分Ｍと各基材（積層板）３０、４０の銅箔（導体パターン）２２、４２が各積層板ごとにそれぞれ外部に露出した単層部分Ｓとを含む多層フレキシブルプリント配線板５０が完成する。

この多層フレキシブルプリント配線板５０の製造方法では、多層化部分Ｍの層間導通のためのインナビア２６は、多層化の貼合前にすでに形成されており、層間導通部を多層化の貼合後に形成する必要がないため、層間導通部形成による導体パターン（銅箔２２、４２）の汚染等を防止する必要がない。

インナビア２６に導電性樹脂組成物を用いることにより、積層時の加熱によって層間接着層２３によって貼り合わせを実施すると同時に導電性樹脂組成物の硬化によるビアホール形成が実施されるため、層間導通をスルーホールのようなめっきプロセスによって接続する場合に比べて製造時間を短縮することが可能となり、ひいては、コスト削減に大きく貢献する。

インナビア２６は、多層化部分のみに層間接着層２３が形成された基材２０２に、レーザ光照射によって穴２４を穿設し、ついで、この穴２４に印刷法によって導電性樹脂組成物を充填することで、多層積層前に容易に形成することができ、かつ、多層積層時の加熱によって層間接着層２３による貼り合わせと導電性樹脂組成物の硬化による層間接続を同時に実施することが可能となる。

また、インナビア２６の形成は、多層化部分のみに層間接着層が形成された基材２０２に、銅箔２２部分に小径の穴２４を、樹脂（ポリイミドフィルム２１）部分を大径の穴２５を穿設し、ついで、この穴２４、２５に印刷法によって導電性樹脂組成物を充填するという方法を取ることで、導電性樹脂組成物の印刷充填時に混入した気泡を、銅箔２２部分の穴２５から排出することが可能となり、接続信頼性の向上に大きく貢献する。

さらに、あらかじめインナビア２６を形成された基材を張り合わせることができるという利点を生かし、基材の銅箔２２とは反対側の面の多層化部分のみに層間接着層２３が形成され、かつ層間導通のためのインナビア２６が形成されている多層プリント配線板用基材を重ね合わせ、位置合わせを施した後に、全層同時に加熱加圧することで、一括積層で貼り合わせするといったことが可能となり、それぞれの層を逐次積層していく、いわゆるビルドアップ工法に比べて、製造時間を大きく短縮することができる。

以上の製造方法により、無駄な基材を最小限に抑え、かつ、簡便に、配線回路（導体パターンの接続ケーブル部分）が露出した可撓性部分の枚数にかかわらず多層フレキシブルプリント配線板５０を製造することができた。

図３はこの発明による多層フレキシブルプリント配線板の他の実施形態を示している。

なお、図３において、図１に対応する部分は、図１に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

この実施形態では、最下層の積層板１０Ｄが、ポリイミド等の可撓性樹脂による絶縁フィルム（絶縁層）１１の両面に導体パターン１５、１６を形成された積層板により構成されている。導体パターン１５と１６は絶縁フィルム１１に形成されたフィルドビア１７によって導通接続されている。

この実施形態でも、各積層板１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｄの単層部分Ｓが個別に屈曲可能であり、その単層部分Ｓの各々の接続ケーブル部１２Ａ、１５Ａ、１６Ａに接続端子等を配置することができる。

図３に示されている実施形態の多層フレキシブルプリント配線板も、図２に示されている製造方法と同様の製造方法によって製造することができ、同等の効果を得ることができる。

つぎに、図３に示されている実施形態で用いられる最下層の積層板の製造方法の一つの実施形態を、図４（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。

図４（ａ）に示されているように、積層板（出発材）として、ポリイミドフィルム（絶縁フィルム）６１の片面に銅箔６２を有する片面銅箔付きポリイミド基材６０１を用いる。

まず、図４（ｂ）に示されているように、基材６０１のポリイミドフィルム６１にレーザ光照射によって穴６３をあけ、基材６０２を得る。

つぎに、図４（ｃ）に示されているように、基材６０２の銅箔６２とは反対側の面（ポリイミドフィルム６１の表面）に、無電解銅めっき等によって１μｍ程度の銅箔層（図示省略）を形成し、これを給電層としてビアフィルめっき技術によって穴６３内にめっき銅６４を充填しつつポリイミドフィルム６１の表面に銅を析出させて銅箔６５を形成し、めっき銅６４によるフィルドビア付きの両面銅箔張りの基材６０３を得る。

つぎに、図４（ｄ）に示されているように、基材６０３の両面の銅箔６２、６５をエッチングし、サブトラクティブ法によって導体パターン６６、６７を形成する。これにより、最下層の積層板６０が完成する。

つぎに、図３に示されている実施形態で用いられる最下層の積層板の製造方法の他の実施形態を、図５（ａ）〜（ｆ）を参照して説明する。

図５（ａ）に示されているように、出発材として、ポリイミドフィルム（絶縁フィルム）７１の片面に銅箔７２を有する片面銅箔付きポリイミド基材７０１を用いる。

まず、図５（ｂ）に示されているように、基材７０１の銅箔７２とは反対側の面（ポリイミドフィルム７１の表面）に接着剤シート７３を貼り合わせ、基材７０２を得る。

つぎに、図５（ｃ）に示されているように、レーザ光照射によって、ポリイミドフィルム７１と接着剤シート７３とを貫通する穴７４を穿設する。また、銅箔７２にはポリイミドフィルム７１部分にあけられた穴７４よりも小径の穴７５を穿設した。これにより、穴あけ済みの基材７０３を得る。

ついで、図５（ｄ）に示されているように、基材７０３の穴７４、７５に導電性物質を充填することにより、層間導通用のインナビア７６を完成させる。これにより、基材７０４が得られる。

つぎに、図５（ｅ）に示されているように、銅箔７７を貼り合わせ、フィルドビア付きの両面銅箔張りの基材７０５を得る。

つぎに、図５（ｆ）に示されているように、基材７０５の両面の銅箔７２、７７をエッチングし、サブトラクティブ法によって導体パターン７８、７９を形成する。これにより、最下層の積層板７０が完成する。

つぎに、図３に示されている実施形態で用いられる最下層の積層板の製造方法のもう一つの実施形態を、図６（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。

図６（ａ）に示されているように、出発材として、ポリイミドフィルム（絶縁フィルム）８１の両面に銅箔８２、８３を有する両面銅箔付きポリイミド基材８０１を用いる。

まず、図６（ｂ）に示されているように、レーザ光照射によって、ポリイミドフィルム８１、銅箔８２、８３を貫通する貫通穴８４をあけ、穴あけ済みの基材８０２を得る。

つぎに、図６（ｃ）に示されているように、貫通穴８４の内壁面に無電解銅めっき等によって１μｍ程度の銅箔層（図示省略）を形成し、銅箔８２の側と銅箔８３の側の両面を全面銅めっきする。

これにより、貫通穴８４の内壁面に銅めっき層８５が形成され、めっきスルーホールが形成されると共に、銅箔８２、８３上にも銅めっき層８６、８７が形成される。これにより、めっきスルーホール形成済みの基材８０３が得られる。

つぎに、図６（ｄ）に示されているように、基材８０３の両面の銅箔７２、７７と銅めっき層８６、８７をエッチングし、サブトラクティブ法によって導体パターン８８、８９を形成する。これにより、最下層の積層板８０が完成する。

つぎに、図３に示されている実施形態で用いられる最下層の積層板の製造方法の他の実施形態を、図７（ａ）〜（ｅ）を参照して説明する。

図７（ａ）に示されているように、出発材として、ポリイミドフィルム（絶縁フィルム）９１の両面に銅箔９２、９３を有する両面銅箔付きポリイミド基材９０１を用いる。

まず、図７（ｂ）に示されているように、エッチングによって銅箔９２の導通接続予定部に開口９３を形成し、基材９０２を得る。

つぎに、図７（ｃ）に示されているように、レーザ光照射によって、開口形成済みの銅箔９２をコンフォマルマスクとしてポリイミドフィルム９１に穴９４をあけ、穴あけ済みの基材９０３を得る。穴９４は銅箔９３を底部とする有底穴である。

つぎに、図７（ｄ）に示されているように、穴９４の内壁面に無電解銅めっき等によって１μｍ程度の銅箔層（図示省略）を形成し、銅箔９２の側を全面を銅めっきする。これにより、穴９５の内壁面に銅めっき層９６が形成され、めっきブラインドホールが形成されると共に、銅箔９６上に銅めっき層９７が形成される。これにより、めっきブラインドホール形成済みの基材９０４が得られる。

つぎに、図７（ｅ）に示されているように、基材９０４の両面の銅箔９２、９３と銅めっき層９７をエッチングし、サブトラクティブ法によって導体パターン９８、９９を形成する。これにより、最下層の積層板９０が完成する。

この発明による多層フレキシブルプリント配線板の一つの実施形態を示す断面図である。 （ａ）〜（ｆ）はこの発明による多層フレキシブルプリント配線板の製造方法の一つの実施形態を示す工程図である。 この発明による多層フレキシブルプリント配線板の他の実施形態を示す断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は他の実施形態による多層フレキシブルプリント配線板の最下層の積層板の製造方法の一つの実施形態を示す工程図である。 （ａ）〜（ｆ）は他の実施形態による多層フレキシブルプリント配線板の最下層の積層板の製造方法の他の実施形態を示す工程図である。 （ａ）〜（ｄ）は他の実施形態による多層フレキシブルプリント配線板の最下層の積層板の製造方法のもう一つの実施形態を示す工程図である。 （ａ）〜（ｄ）は他の実施形態による多層フレキシブルプリント配線板の最下層の積層板の製造方法の他の実施形態を示す工程図である。

符号の説明

１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ 積層板
１１ 絶縁フィルム
１２ 導体パターン
１２Ａ 接続ケーブル部
１３ 層間接着層
１４ インナビア
１５、１６ 導体パターン
１５Ａ、１６Ａ 接続ケーブル部
１７ フィルドビア
２０１、２０２、２０３ 基材
２１ ポリイミドフィルム
２２ 銅箔
２３ 層間接着層
２４、２５ 穴
２６ インナビア
３０ 基材
４０ 片面銅箔回路付きポリイミド基材
５０ 多層フレキシブルプリント配線板
６０ 積層板
６０１、６０２、６０３ 基材
７０ 積層板
７０１、７０２、７０３、７０４、７０５ 基材
８０ 積層板
８０１、８０２、８０３ 基材
９０ 積層板
９０１、９０２、９０３、９０４ 基材
Ｍ 多層化部分
Ｓ 単層部分

Claims (3)

1. 可撓性樹脂による絶縁層の片面あるいは両面に導体パターンを形成された複数枚の積層板の一端側にのみ層間接着層が形成され、前記層間接着層によって複数枚の前記積層板が貼り合わせられて前記一端側においてのみ多層化され、この多層化部分に層間導通のためのインナビアが形成され、当該多層化部分と、各積層板の前記導体パターンが各積層板ごとにそれぞれ外部に露出した単層部分とを含み、
   前記インナビアは、前記絶縁層と前記層間接着層とに設けられた第1の穴と、前記導体パターンに設けられ、前記第1の穴と連通し、前記第1の穴より小径の第２の穴とに導電性組成物を充填して形成されていることを特徴とする多層フレキシブルプリント配線板。
2. 可撓性樹脂による絶縁層の片面あるいは両面に導体パターンを形成された複数枚の積層板の各々の一端側にのみ層間接着層を形成し、
   前記積層板の一端側と、前記層間接着層とに層間導通のためのインナビアを形成し、
   前記複数枚の積層板を前記層間接着層によって貼り合わせ、前記一端側のみ多層化し、当該多層化部分と、各積層板の前記導体パターンが各積層板ごとにそれぞれ外部に露出した単層部分とを含み、
   前記インナビアは、前記絶縁層と前記層間接着層とに設けられた第1の穴と、前記導体パターンに設けられ、前記第1の穴と連通し、前記第1の穴より小径の第２の穴とに導電性組成物を充填して形成されることを特徴とする多層フレキシブルプリント配線板の製造方法。
3. 請求項２に記載の多層フレキシブルプリント配線板の製造方法であって、
   前記複数枚の積層板を全層同時に一括積層することを特徴とする多層フレキシブルプリント配線板の製造方法。

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