JPH09510319A - 多層結合型剛性及び可撓性印刷回路ボードの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ボードの積層体が、可撓性芯（20）を備えた絶縁体層に二枚の導電性シート（12及び14）を積層することにより形成した二重側部付きベースストック複合構造体と、ベースストック複合構造体の各側に接合され、ベースストック複合構造体の可撓性芯の近くに切り取り領域を備えた第2の絶縁体層（24及び26）と、上記切り取り領域に接着材を用いて接合され、導電性層と接触ししかも第２の絶縁体層の一部と当接しかつ重なり合い、ボードの積層体の重なりにより重なり合った積層体部分の間に中空領域（32）を形成するようにした可撓性層（28及び30）とから成る多層の剛性で可撓性の印刷回路ボード。

Description

【発明の詳細な説明】 多層結合型剛性及び可撓性印刷回路ボードの製造方法 技術分野 本発明は、剛性ボードからのびた可撓性印刷回路を備えた多層結合型剛性及び 可撓性印刷回路ボードの製造に関するものである。特に、本発明は、新規の多層 結合型剛性及び可撓性印刷回路を製造する改良方法に関するものであり、可撓性 部分の可撓性が改善され、それにより可撓接続部分に最適な可撓性をもつ硬質で 撓み性のある回路が提供される。 背景技術 多層結合型剛性及び可撓性印刷回路ボードの製造技術は当該技術分野において は周知である。従来技術の一例は、本願の譲り受け人に譲渡された米国特許明細 書第3,409,732号に開示されており、そこに教示されている事項は参照として引 用する。代表的には、硬質で撓み性のある積層印刷回路ボードは、一つ又は複数 の剛性部分の周辺からのびる可撓性印刷回路ケーブルを有している。可撓性ケー ブルの剛性部分は、典型的には複数の電子構成要素又は機械的ハードウエアを設 ける位置として用いられる。注目するべき重要な点として、各平面すなわち層に おける銅導体は銅箔の一つの連続したシートから製作される。 電子技術の改良により、電子パッケージングの進歩が不変的に必要とされてき た。この必要性により、今まで25個まで又はそれ以上の回路層を使用した多くの ボード備えた比較的複雑な多層結合型剛性及び可撓性印刷回路ボードとなってい た。しかしながら、剛性回路部分に多数の導体層及び銅でメッキして導体層を接 続する導体バレルを形成する多数の孔が設けられている場合には、重大な問題が 発生した。 一つの特殊な問題は、本願の譲り受け人に譲渡された米国特許明細書第4,800, 461号で報告され、議論されており、そこに教示されている事項は参照として引 用し、アクリル系接着材及びKapton（Kaptonは、ポリイミドフィルムに関するＥ ．Ｉ．dePont de Nemours and Company Inc.の商標である）の絶縁体材料を含む 多 層剛性及び可撓性ボードにおいて、絶縁性材料はメッキした貫通孔に“Ｚ軸”応 力を及ぼすことが開示されている。報告されているアクリル系接着材の熱膨脹係 数（Ｚ軸膨脹）は支配的に影響する。多くの多層剛性及び可撓性適用例において 必要とされるアクリル系接着材の量により、全てのメッキした貫通孔は応力を受 け、亀裂が生じ、ボードを使用不能にさせていた。 この問題を解決するため、米国特許明細書第4,800,461号では、昇温に晒され た時に、Ｚ方向には膨脹しない絶縁体材料を組合せた剛性部分を形成する新規の 方法について報告されているが、メッキ銅バレルの離層または亀裂を含む種々の 困難性が生じる。米国特許明細書第4,800,461号には、ボードの多層剛性部分に おけるＺ方向の望ましくない膨脹を生じさせる材料及びアクリル系接着材及びKa ptonのような過剰量の湿気を吸収する材料がボードの剛性部分から取り除かれる 別の方法が開示されている。 しかしながら、米国特許明細書第4,800,461号はそこに列挙された種々の問題 特に上述の熱応力の問題を処理するのにはきわめて有効であるが、剛性で可撓性 の印刷回路を製作する方法は、二つの回路ボードを常にベースストック複合構造 体で製作し、そして製作により互いに接合したままである多層結合型剛性及び可 撓性印刷回路ボードの製造に制限されたままである。言い換えれば、従来技術の 教示による製造方法は、二つの導体層（すなわち銅層）をイメージング及びエッ チングにより絶縁体層（プレプレグ）に積層する工程から開始する。従って、二 つの結合した導体層の一方がどうかして不適切にイメージングされた場合には、 全積層体を破棄する必要があった。 上記の問題を解決するため、本願の譲り受け人に譲渡された1993年12月２日出 願の国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ９３／１１６８４号に報告され、議論されており 、そこに教示されている事項は参照として引用するように、新規の方法で新規の ベースストック複合構造体から製作する方法が報告されており、その場合には二 枚の銅シートはプレプレグに積層され、上記積層された銅シートの間にはプレプ レグの範囲までのびていない剥離性材料が設けられる。従って、ベースストック は通常の仕方でイメージング処理でき、イメージング処理の後、ベースストック に対して内方の部位でベースストック材料の縁部を切断し、剥離性層内へ切り込 み、 それにより、剥離性材料を除去すると共に、二つの個々のイメージング処理した 銅層及びそれらの支持プレプレグを分離できるようにする。 しかしながら、多層結合型剛性及び可撓性印刷回路におけるあるいくつかの問 題の上記解決法では、いずれも回路の製造上の長年来のいくつかの問題を残した ままであり、上記したいずれの解決法も、回路の可撓性部分に最大の撓みが生じ る剛性で可撓性の回路を製作する上での問題を処理してない。 従って、本発明の目的は、可撓性部分の延性または可撓性を改善する新規の剛 性で可撓性の印刷回路及びその製造法を提供することにある。 又、本発明の目的は、好ましくはKaptonフィルムから成る可撓性の絶縁性層を 回路に配置かつ形成して、上記のKapton層で中空領域を画定し、この中空領域が 、製作される剛性で可撓性の回路の可撓性を高める働きをする新規の剛性で可撓 性の印刷回路及びその製造法を提供することにある。 さらに、本発明の特定の目的は、高い可撓性をもち、可撓性芯を備えた積層二 重側部付きベースストック複合構造体と、ベースストックの両側に配置された二 つの付加的な絶縁体プレプレグシートとを有する層型の剛性で可撓性の回路を開 示することにあり、この層型の剛性で可撓性の回路においては、可撓性芯に近い 領域で上記付加的な絶縁体プレプレグシートに切り込みがなされ、この切り込み 領域に、ベースストック複合構造体に適当な接着剤で接着したKaptonの可撓性層 を充填し、切り取り部の縁部を当接しかつ重ね合わせ、こうして製作した積層体 を積ね合わせて可撓性のKapton層に中空領域を形成し、それにより可撓性部分に 改善された最適な可撓性をもつ剛性で可撓性の回路が得られる。 発明の開示 本発明は、ボードの積層体が二枚の導電性シートを絶縁性層に積層することに より形成した二重側部付きベースストック複合構造体を有し、上記絶縁体層が可 撓性芯を備え、ベースストックの各側に第２の絶縁体層が接合され、上記絶縁体 がベースストック複合構造体の可撓性芯の近くに切り取り領域を備え、上記切り 取り領域に接着材を用いて可撓性層が接合され、上記可撓性層が導電性層と接触 ししかも第２の絶縁体層の一部と当接しかつ重なり合い、ホードの積層体の重な りにより重なり合った積層体部分の間に中空領域が形成されるようにした多層の 剛性で可撓性の印刷回路ボードを提供する。本発明の実施例では、導電性シート は、好ましくは１又は２オンスの銅から成る銅シートであり、可撓性芯及び可撓 性層は好ましくは、Kaptonのようなポリイミドから成り、絶縁性層は好ましくは 接着剤を含浸させた一枚又は二枚のガラス繊維シート、好ましくはエポキシ又は ポリイミド（これらを共通してプレプレグと記載する）から成り、またポリイミ ドはアクリル系接着剤により積層体に接着される。 方法の形態において、本発明は、可撓性の絶縁性芯を備えた第１の絶縁性層の 対向表面に一対の導体層を積層する工程（ａ）と、上記導体層をイメージング及 びエッチングして導体パターンを形成する工程（ｂ）と、イメージング及びエッ チング処理した導体層に一対の剛性部分絶縁性材料を積層し、各絶縁性材料の一 部を除去して上記第１の絶縁性層の可撓性の絶縁性芯の近くに可撓性にされるべ き回路ボード領域に相応した切り取り部を形成する工程（ｃ）と、可撓性部分絶 縁性材料の一対のシートを上記剛性部分絶縁体層の切り取り部分に接着し、上記 可撓性部分絶縁性材料を切り取り部分の両縁部でそれぞれの剛性部分絶縁体層に 僅かに重ね合わせて、二つの導体層を含む第１の印刷回路構造体を形成する工程 （ｄ）と、上記第１の印刷回路構造体を、上記工程（ａ）〜（ｄ）に従って製作 した別の第１の印刷回路構造体と重ね合わせかつ積層して、重ね合わせかつ積層 した上記印刷回路構造体間に中空領域を形成するようにする工程とから成る剛性 で可撓性の印刷回路ボードの製造方法を提供する。 本発明の上記の及びその他の特徴並びに利点は図面を参照してなされる以下の 詳細な説明から容易に理解されかつ明らかとなる。 図面の簡単な説明 第１図は、Kapton芯を備えた新規のベースストック組成体の破断面図である。 第２図は、第２の絶縁体プレプレグ層で覆われ、切り取り領域がKapton／アク リル被覆を備えている新規のベースストック複合構造体の破断面図である。 第３図は、第２図の重ね合わせた積層体の破断面図である。 第４図は、発明性のある剛性で可撓性の回路を形成する構造体の層を形成する のに使用したシート材料の破断面図である。 第５図は、積層及びある製造工程に続く第４図の層の斜視図である。 第６図は、第５図の線３−３に沿いしかも明瞭にするため拡大して示す断面図 である。 第７図は、第５図及び第６図に示す構造体の積層及び他の製造工程に続く発明 性のある剛性で可撓性の回路を概略的に示す斜視図である。 発明を実施するための最良の形態 第１図に示す本発明の第１の実施例において、ベースストック複合構造体10は 、例えば１又は２オンスの銅から成る二枚の銅製の導電性シート12、14を有し、 これらの導電性シート12、14は、エポキシのような接着剤を含浸させたガラス繊 維シートから成る絶縁体層16、18に結合され、これらを共通してプレプレグと記 載する。また第１図に示すように、プレプレグ12、18にはアクリル系接着剤によ り可撓性芯20、例えばKaptonのようなポリイミドフィルムが接着されている。従 って、ベースストック複合構造体10を作る方法においては、一対の導電性シート 又は層12、14は、可撓性芯20を備えた絶縁性層16、18の反対側の表面に積層され ることがわかる。一対の導電性シートを有するベースストック複合構造体10は、 それを取扱いまた別の処理工程を施す、特にイメージングして導体パターンを形 成するのに十分な平面性及び剛性を備えている。 次に第２図を参照すると、イメージングしエッチングして導体パターンを形成 したベースストック複合構造体はまず、典型的には剛性ボード分野において用い られる黒色酸化処理によってまたは二重処理箔によって24、26で示すように銅に 対する別のエポキシプレプレグの接合性を高めるように処理される。さらにプレ プレグ24、26は切り取り領域を備え、これらの切り取り領域には符号28、30で示 すKaptonの可撓性絶縁体フィルムが収容され、そして銅に対してKaptonの優れた 接合をもたらす適当な接着剤層で覆われる。第２図に示すように、28、30のKapt onの可撓性層は導電性と接触し、しかも第２の絶縁性層24、26の一部に当接しか つ重なり合っている。アクリル系接着剤及びKaptonのような絶縁体層は、可撓性 部分に対する可撓性及び耐破裂特性をもたらす。代わりに、アクリル系接着剤及 びKaptonは光学的にイメージング可能なはんだマスクで置き換えることができる 。 次に第３図を参照すると、第２図の積層体は重ね合わされて、重ね合せた積層 体部分の間に中空領域32を形成するようにされる。この重ね合わせは、34で示す 別のプレプレグシートを用いて積層することにより容易に達成できる。 第４図〜第７図に示す本発明の実施例では、多層の剛性で可撓性の印刷回路の 形成は、ベースストック複合構造体10（第１図に明瞭に示すように可撓性芯20を 含んでいる）を供給することによって開始され、続いて典型的には剛性ボード分 野において用いられる黒色酸化処理によってまたは二重処理箔によって銅に対す る別のエポキシプレプレグの接合性を高めるように露出した銅導体パターン12、 14を処理することを含む最初の処理工程が行われる。第４図に関して、符号20で 示す可撓性芯の横断面寸法は接合されることになる可撓性層の後続の層の横断面 寸法と実質的に同じであることが認識されるべきである。切り取り部36をもつ一 つの付加的な絶縁体プレプレグシート24はベースストック複合構造体10の一側に 配置される。Kaptonの可撓性絶縁体30は、適当な接着剤、例えば銅に対してKapt onの優れた接合性をもたらすアクリル系接着剤の層31で覆われ、そしてガラスシ ート24の一側に配置される。接着剤の層27で覆われたKaptonの同様なシート28は ガラスシート26の他側に配置される。アクリル系接着剤及びKaptonのような絶縁 体層は、第６図及び第７図に関して説明するように、可撓性部分に対して可撓性 及び耐破裂特性もたらす。代わりに、アクリル系接着剤の層27及びKapton28は光 学的にイメージング可能なはんだマスクで置き換えることができる。 第６図に示すように、Kaptonシート28、30及びそれらと組合さった接着剤の層 27、31はガラス層における切り取り部36、38（第４図）の長さより僅かに長くし て、例えば0.050インチだけシート24、26と重なるようにされている。上記のシ ートで形成されたサンドイッチ構造体は続いて互いに積層され、第４図及び第５ 図に示す印刷回路構造体40を構成する。明瞭にするために、切り取り部の側部は 第７図には示されてない。 積層工程の後、多数の印刷回路40は、例えば七つの回路40の間にエポキシ含浸 ガラス繊維層42（第７図）を配置して適当に整列させて重ね合わされる。明瞭に するため、単に二つの印刷回路構造体40が示され、上側の印刷回路構造体40は破 断して概略的に例示されている。 プレプレグシート50における切り取り部48は、切り取り部36（第４図）より僅 かに長く、そしてKaptonシート28、30と同一の広がりをもち、Kaptonシート28、 30が第６図に示すように、切り取り部48の縁部と当接するようにしていることが 認められる。 回路40を重ね合せる前に、第７図に示すように、切り取り部領域を通ってのび る可撓性ケーブルを切断して剛性で可撓性の印刷回路構造体の最終構造を簡単化 するようにするのが望ましい。 七つの回路40を適当な外側キャップと共に重ね合せた後、層は積層されて、こ の例では九層の剛性で可撓性の印刷回路が形成され（この例では外側キャップ毎 に一層が加えられ）、そして適当なパッド52に複数の孔が穿孔され、所望の導体 54を相互に接続している。これらの孔は、適当な処理工程、例えばそれら孔を適 当な洗浄化学薬品に晒して銅導体を完全に露出させる工程、剛性回路部分におけ るアクリル系材料及びKaptonのような任意の接着剤又は絶縁性材料がそのような 化学薬品に対して耐性をもたないので急速な工程で処理される。必要であれば、 化学洗浄の代わりにプラズマ処理技術を使用してもよい。その後、これらの孔は 、所望の導体を相互に接続するためメッキ処理され、メッキした貫通バレル56の 一部を第６図に破線で示し、というのは、プレプレグ層50と共に回路40を積層し 終わるまでメッキした貫通バレルが形成されないからである。 次に、明瞭にするため、メッキした貫通孔56を拡大して剛性で可撓性の回路58 を概略的に示す第７図を参照すると、可撓性ケーブル60は剛性及び可撓性の部分 と同じ広がりをもち、そして印刷回路を適当に接続するために剛性部分62、64の 間にのびている。必要ならば、上方及び下方キャップは単に剛性ボード領域62に おける回路40に積層される。このようなキャップは通常は、ポリイミドガラスま たはエポキシガラス銅クラッド積層体を用いて作られる。必要なら、これらキャ ップの一側又は両側に銅導体回路が形成され得る。 剛性部分62及びこの剛性領域と同じ広がりをもつ可撓性ケーブルの部分が、絶 縁体材料、例えばボードに加熱により生じる応力を剛性ボード部分に取り除かせ る特性又は性質をもつエポキシのような接着剤及びガラス繊維層で形成される場 合には、ボード又はその一部が昇温に晒された時に、回路の離層及びメッキした 貫通バレルの亀裂は避けられる。 言い換えれば、Kapton及びアクリル系接着剤を含んだ可撓性ケーブル部分が剛 性部分内へ実質的にのびていないので、剛性部分62は高膨張率および水分吸収特 性をもつKapton及びアクリル系接着剤のような厄介な材料を含んでいない。当然 、Kapton及びアクリル層は、不適切な問題を生じさせることなく、剛性部分中へ 実質的距離のびることができる。さらに発明性のある回路を熱はんだリフロー及 び昇温に晒しても、銅メッキ貫通バレル56の亀裂や層の離層につながるような差 動膨張及び収縮は生じない。さらに、水分を取り除くためにしばしば250°Ｆ台 の温度でしばしば48時間もの長さに及ぶベーキング時間は避けられる。 本発明は非常に多数の導体層をもつ多層の剛性で可撓性の印刷回路ボードを首 尾よく製作できるが、本発明はまた、例えば四つ程度の少ない数の導体層を備え た卓越した多層の剛性で可撓性の印刷回路ボードを提供することができる。 従来技術の印刷回路では見出だすことのできない効果をもたらす剛性で可撓性 の回路を提供する上記実施例に関して本発明を例示し説明してきたが、請求の範 囲に記載した発明の範囲及び精神から逸脱することなしに種々の変形が可能であ ることは理解される。例えば、回路の導体のイメージング及び接続は、ボード全 体を一度に処理できる光学的にイメージング可能なはんだマスクの層でボード全 体を覆うことにより実施され得る。有利には、これはこの処理工程を実施するコ ストを大幅に低減し、従って得られるボードの全体コストを低減する。他の変更 も可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマン， ジョセフ， エイ. アメリカ合衆国 ニューハンプシャー州 03034，キャンディア，クリチェット ロ ード 183

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ボードの積層体が、 可撓性芯（20）を備えた絶縁体層（16），（18）に二枚の導電性シート（12 ），（14）を積層することにより形成した二重側部付きベースストック複合構造 体と、 ベースストック複合構造体の各側に接合され、ベースストック複合構造体の 可撓性芯の近くに切り取り領域を備えた第２の絶縁体層（24），（26）と、 上記切り取り領域に接着材を用いて接合され、導電性層と接触ししかも第２ の絶縁体層の一部と当接しかつ重なり合い、ボードの積層体の重なりにより重な り合った積層体部分の間に中空領域を形成するようにした可撓性層（28），（30 ）と、 から成ることを特徴とする多層の剛性で可撓性の印刷回路ボード。 ２．導電性シートが、１又は２オンスの銅から成る銅シートである請求の範囲１ に記載の多層の剛性で可撓性の印刷回路ボード。 ３．二重側部付きベースストック複合構造体が、絶縁体層としてエポキシ接着剤 を含浸させたガラス繊維シートを有している請求の範囲１に記載の多層の剛性で 可撓性の印刷回路ボード。 ４．二重側部付きベースストック複合構造体の可撓性芯が、ポリイミドフィルム である請求の範囲１に記載の多層の剛性で可撓性の印刷回路ボード。 ５．ポリイミドフィルムが、Kaptonである請求の範囲４に記載の多層の剛性で可 撓性の印刷回路ボード。 ６．可撓性層が、ポリイミドフィルムである請求の範囲１に記載の多層の剛性で 可撓性の印刷回路ボード。 ７．ポリイミドフィルムが、Kaptonである請求の範囲６に記載の多層の剛性で可 撓性の印刷回路ボード。 ８．切り取り領域に可撓性層を接合する接着剤が、アクリル系接着剤である請求 の範囲１に記載の多層の剛性で可撓性の印刷回路ボード。 ９．ボード積層体が、 ポリイミドフィルム芯（20）を備えた絶縁体層（16），（18）に二枚の導電 性シート（12）を積層して形成した二重側部付きベースストック複合構造体と、 ベースストック複合構造体の各側に接合され、ベースストック複合構造体の ポリイミドフィルム芯の近くに切り取り領域を備えた第２の絶縁体層（24），（ 26）と、 上記切り取り領域に接着材を用いて接合され、導電性層と接触ししかも第２ の絶縁体層の一部と当接しかつ重なり合い、ボードの積層体の重なりにより重な り合った積層体部分の間に中空領域を形成するようにしたポリイミドフィルム層 （28），（30）と、 から成ることを特徴とする多層の剛性で可撓性の印刷回路ボード。 10．ボード積層体が、可撓性の絶縁性芯（20）を備えた第１の絶縁体層の対向表 面に一対の導体層（12），（14）を積層する工程（ａ）と、上記導体層をイメー ジング及びエッチングして導体パターンを形成する工程（ｂ）と、イメージング 及びエッチング処理した導体層に一対の剛性部分絶縁体材料（24），（26）を積 層し、各絶縁性材料の一部を除去して上記第１の絶縁性層の可撓性の絶縁性芯の 近くに可撓性にされるべき回路ボード領域に相応した切り取り部を形成する工程 （ｃ）と、可撓性部分絶縁性材料の一対のシートを上記剛性部分絶縁体層の切り 取り部分に接着し、上記可撓性部分絶縁性材料を切り取り部分の両縁部でそれぞ れの剛性部分絶縁体層に僅かに重ね合わせて、二つの導体層を含む第１の印刷回 路構造体を形成する工程（ｄ）と、上記第１の印刷回路構造体を、上記工程（ａ ）〜（ｄ）に従って製作した別の第１の印刷回路構造体と重ね合わせかつ積層し て、重ね合わせかつ積層した上記印刷回路構造体間に中空領域を形成するように する工程とから成る剛性で可撓性の印刷回路ボードの製造方法。 11．工程（ａ）における可撓性の絶縁性芯が、アクリル系接着剤で覆ったポリイ ミド材料から成る請求の範囲10に記載の剛性で可撓性の印刷回路ボードの製造方 法。 12．工程（ｄ）における可撓性部分絶縁体材料のシートが、アクリル系接着剤で 覆ったポリイミドシートである請求の範囲10に記載の剛性で可撓性の印刷回路ボ ードの製造方法。 13．ポリイミド材料がKaptonである請求の範囲11に記載の剛性で可撓性の印刷回 路ボードの製造方法。 14．工程（ｃ）における上記剛性部分絶縁体材料が、熱的に活性のエポキシ系接 着剤を含浸したガラス繊維である請求の範囲10に記載の剛性で可撓性の印刷回路 ボードの製造方法。 15．工程（ａ）〜（ｄ）に従って製作した上記多数の第１の印刷回路構造体を重 ね合わせて、剛性及び可撓性部分をもつ多層の剛性で可撓性の印刷回路構造体を 形成する工程と、上記多層の剛性で可撓性の印刷回路構造体の剛性部分に孔をあ ける工程と、上記孔にメッキして導体パターンにおける導体を接続する導電性バ レルを形成し、それにより印刷回路構造体が、切り取り部分と同じ広がりをもち かつ剛性部分からのびた領域から切られた可撓性ケーブルを備えた剛性で可撓性 の回路であるようにする工程とをさらに付加した請求の範囲10に記載の剛性で可 撓性の印刷回路ボードの製造方法。