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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2020-123632(P2020-123632A)
(43)【公開日】2020年8月13日
(54)【発明の名称】フレキシブル配線基板
(51)【国際特許分類】
   H05K 1/03 20060101AFI20200717BHJP
   H05K 1/14 20060101ALI20200717BHJP
   H01L 21/60 20060101ALI20200717BHJP
【FI】
   H05K1/03 670Z
   H05K1/14 C
   H01L21/92 603C
   H01L21/60 311Q
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】OL
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2019-13617(P2019-13617)
(22)【出願日】2019年1月29日
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】(出願人による申告)平成28年度国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「次世代プリンテッドエレクトロニクス材料・プロセス基盤技術開発/次世代プリンテッドエレクトロニクス材料・プロセス基盤技術開発」委託研究、産業技術力強化法第19条の適用を受ける特許出願
(71)【出願人】
【識別番号】000002886
【氏名又は名称】DIC株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100106909
【弁理士】
【氏名又は名称】棚井 澄雄
(74)【代理人】
【識別番号】100126882
【弁理士】
【氏名又は名称】五十嵐 光永
(72)【発明者】
【氏名】岡本 朋子
(72)【発明者】
【氏名】岩田 和志
(72)【発明者】
【氏名】益子 剛明
【テーマコード(参考)】
5E344
5F044
【Fターム(参考)】
5E344AA01
5E344AA22
5E344BB04
5E344CC17
5E344CD02
5E344CD34
5E344DD06
5E344DD10
5E344EE30
5F044KK03
5F044KK18
5F044LL07
(57)【要約】
【課題】曲げ耐性に優れ、断線が生じにくいフレキシブル配線基板の提供。
【解決手段】第1基板と、前記第1基板に対向する第2基板と、前記第1基板上の、導電性粒子と樹脂を含むバンプと、前記第2基板上の、前記バンプと接続する導電部と、前記第1基板と前記第2基板の間に位置する絶縁層とを有し、前記第1及び第2の基板の少なくとも一方の前記絶縁層と接する面の押込み弾性率が10MPa以上500MPa以下である、フレキシブル配線基板。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1基板と、
前記第1基板に対向する第2基板と、
前記第1基板上の、導電性粒子と樹脂を含むバンプと、
前記第2基板上の、前記バンプと接続する導電部と、
前記第1基板と前記第2基板の間に位置する絶縁層とを有し、
前記第1基板及び前記第2基板の少なくとも一方の前記絶縁層と接する面の押込み弾性率が10MPa以上500MPa以下である、フレキシブル配線基板。
【請求項2】
前記押込み弾性率が10MPa以上500MPa以下である面を有する前記第1基板及び前記第2基板の少なくとも一方は、ポリウレタン樹脂を含む基材である、請求項1に記載のフレキシブル配線基板。
【請求項3】
前記バンプを複数有し、
前記バンプと前記導電部との接続部分における前記第1基板と前記第2基板との距離dと、隣接する前記バンプの間の領域における前記第1基板と前記第2基板との最小距離dとの比(d/d)が、2.0以上である、請求項1又は2に記載のフレキシブル配線基板。
【請求項4】
前記バンプの底面の直径が10μm以上300μm以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のフレキシブル配線基板。
【請求項5】
前記バンプの押込み弾性率が1GPa以上30GPa以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のフレキシブル配線基板。
【請求項6】
前記絶縁層と前記第2基板との剥離強度が1N/cm以上20N/cm以下である、請求項1〜5のいずれか1項に記載のフレキシブル配線基板。
【請求項7】
前記第1基板が曲面を有する、請求項1〜6のいずれか1項に記載のフレキシブル配線基板。
【請求項8】
前記第1基板が前記バンプの位置する部分において曲面を有する、請求項1〜7のいずれか1項に記載のフレキシブル配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、フレキシブル配線基板に関する。
【背景技術】
【0002】
電子機器の小型軽量化やフレキシブルデバイス及びストレッチャブルデバイスの開発に伴い、電子機器に搭載されるフレキシブル配線基板には、更なる柔軟性が要求されている。
【0003】
フレキシブル配線基板と回路部材とを接続する方法としては、はんだ付けができる配線基板の場合はコネクターを介して回路部材を接続するが、はんだ付けができない配線基板の場合はACF(Tape Automated Bonding)法で接続するのが一般的である。他の方法としては、バンプ法等が一般的に知られている。このうち、バンプ法にて用いられるバンプの種類には、半田バンプ、ワイヤーボンディングバンプ、銅めっきバンプ、及び導電性ペーストバンプ等が挙げられる。
【0004】
特許文献1は、フォトリソグラフィー技術により金属バンプを作製する方法を開示している。金属バンプが形成される絶縁基板としてポリイミドフィルム等を用い、非接続体としてフレキシブル基板を挙げている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特許第3770794号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献1に記載の方法は、金属バンプと被接続体の接続パットとを接続圧着する際、より強固な接続となるよう一般的に150〜300℃の高温で行う必要がある。そのため、金属バンプが形成される基板と被接続体のいずれも耐熱性を有する必要がある。フレキシブル配線基板に用いられる耐熱性を有する基板としては、ポリイミドやポリエチレンテレフタレートの基板が一般的である。これらの基板は1枚では可撓性を有するが、2枚以上積層すると可撓性が著しく低下する。従って、耐熱性を有する基板を張り合わせたフレキシブル配線基板は、曲げ性が不十分であり、フレキシブルデバイス及びストレッチャブルデバイスへの適用が困難である。
【0007】
また、耐熱性を有する基板を張り合わせたフレキシブル配線基板は柔軟性を有していないため、フレキシブル配線基板を曲げたときに生じる応力によって、基板が破損したり、配線やバンプで断線したりしやすい。
【0008】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、曲げ耐性に優れ、断線が生じにくいフレキシブル配線基板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】
【0009】
本発明は以下の態様を有する。
[1]第1基板と、前記第1基板に対向する第2基板と、前記第1基板上の、導電性粒子と樹脂を含むバンプと、前記第2基板上の、前記バンプと接続する導電部と、前記第1基板と前記第2基板の間に位置する絶縁層とを有し、前記第1基板及び前記第2基板の少なくとも一方の前記絶縁層と接する面の押込み弾性率が10MPa以上500MPa以下である、フレキシブル配線基板。
[2]前記押込み弾性率が10MPa以上500MPa以下である面を有する前記第1基板及び第2基板の少なくとも一方は、ポリウレタン樹脂を含む基材である、請求項1に記載のフレキシブル配線基板。
[3]前記バンプを複数有し、前記バンプと前記導電部との接続部分における前記第1基板と前記第2基板との距離dと、隣接する前記バンプの間の領域における前記第1基板と前記第2基板との最小距離dとの比(d/d)が、2.0以上である、[1]又は[2]に記載のフレキシブル配線基板。
[4]前記バンプの底面の直径が10μm以上300μm以下である、[1]〜[3]のいずれか1項に記載のフレキシブル配線基板。
[5]前記バンプの押込み弾性率が1GPa以上30GPa以下である、[1]〜[4]のいずれか1項に記載のフレキシブル配線基板。
[6]前記絶縁層と前記第2の基板との剥離強度が1N/cm以上20N/cm以下である、[1]〜[5]のいずれか1項に記載のフレキシブル配線基板。
[7]前記第1基板が曲面を有する、[1]〜[6]のいずれか1項に記載のフレキシブル配線基板。
[8]前記第1基板が前記バンプの位置する部分において曲面を有する、[1]〜[7]のいずれか1項に記載のフレキシブル配線基板。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、曲げ耐性に優れ、断線が生じにくいフレキシブル配線基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1】本発明の一態様におけるフレキシブル配線基板の模式断面図である。
図2】本発明の他の態様におけるフレキシブル配線基板の模式断面図である。
図3】本発明の一態様におけるフレキシブル配線基板の断面画像である。
図4】本発明の一態様におけるフレキシブル配線基板の断面画像である。
図5】本発明の一態様におけるフレキシブル配線基板の断面画像である。
図6】本発明の一態様におけるフレキシブル配線基板の作製方法を説明するための模式断面図である。
図7】本発明の一態様におけるフレキシブル配線基板の作製方法を説明するための模式断面図である。
図8】本発明の一態様におけるフレキシブル配線基板の作製方法を説明するための模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、図を参照しながら、本発明の一態様におけるフレキシブル配線基板について説明する。以下の複数の実施形態では、好ましい例や条件を共有してもよい。また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、数、量、位置及び形状等について変更、省略及び置換等してもよい。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてあることがある。
【0013】
本発明の一態様は、第1基板と、前記第1基板に対向する第2基板と、前記第1基板上の、導電性粒子と樹脂を含むバンプと、前記第2基板上の、前記バンプと接続する導電部と、前記第1基板と前記第2基板の間に位置する絶縁層とを有し、前記第1及び第2の基板の少なくとも一方の前記絶縁層と接する面の押込み弾性率が10MPa以上500MPa以下である、フレキシブル配線基板である。
【0014】
以下に本実施形態のフレキシブル配線基板について図1を参照して説明する。図1は、本実施形態におけるフレキシブル配線基板の模式断面図である。フレキシブル配線基板1は、第1基板2と、第2基板3と、電極4,10と、導電性粒子5及び樹脂6を含むバンプ7(第1のバンプともいう)と、導電性粒子11及び樹脂12を含むバンプ13(第2のバンプともいう)と、導電部8,14と、絶縁層9とを有する。
【0015】
第1基板2と第2基板3とは対向して配置されている。電極4は、第1基板2上に位置する。バンプ7は、電極4と導電部8との間に位置し、バンプ7の導電性粒子5により電極4と導電部8とが電気的に接続されている。電極10は、第1基板2上に位置する。バンプ13は、電極10と導電部14との間に位置し、バンプ13の導電性粒子11により電極10と導電部14とが電気的に接続されている。
【0016】
絶縁層9は、第1基板2と第2基板3との間を充填しており、第1基板2と第2基板3とを接着する接着剤が硬化したものである。
【0017】
次に、各構成について詳細に説明する。
【0018】
本発明の一態様におけるフレキシブル配線基板は、第1基板2の絶縁層9と接する面2A及び第2基板3の絶縁層9と接する面3Aの少なくとも一方の押込み弾性率が10MPa以上500MPa以下である。つまり、第2基板3の絶縁層9と接する面3Aの押込み弾性率が10MPa以上500MPa以下であるとき、第1基板2の絶縁層9と接する面3Aの押込み弾性率は、10MPa以上500MPa以下であることが好ましく、第2基板3の絶縁層9と接する面3Aの押込み弾性率が500MPaより大きいとき、第1基板2の絶縁層9と接する面2Aの押込み弾性率が10MPa以上500MPa以下である。第1基板2の絶縁層9と接する面2A及び第2基板3の絶縁層9と接する面3Aの少なくとも一方の押込み弾性率が10MPa以上500MPa以下であることにより、フレキシブル配線基板の曲げ性が向上し、フレキシブル配線基板が適用されるデバイスの三次元加工性を向上することができる。
【0019】
第1基板2の押込み弾性率は、ナノインデンター(例えば、エリオニクス社製、ENT−NEXUS)を用いて、第1基板の除荷曲線を得た後、その接線の傾きから押込み弾性率を算出することで得られる。
【0020】
図1に示すフレキシブル配線基板1の説明においては、第1基板2の絶縁層9と接する面の押込み弾性率が500MPaより大きく、第2基板3の絶縁層9と接する面の押込み弾性率が10MPa以上500MPa以下である例について説明する。
【0021】
第1基板2に含まれる材料としては、市販のプラスチックフィルムを用いることができ、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、及びポリエチレンナフタレート等が挙げられる。
【0022】
第1基板2は、曲面を有する基板であってもよい。曲面は一部であってもよいし、全体が曲面を形成していてもよい。第1基板2の曲面の曲率半径は、例えば50mm以上1000mm以下である。第1基板2の曲面部分にバンプ7が形成されていてもよい。
【0023】
第2基板3は、可撓性を有する基板である。第2基板3に含まれる材料としては、市販のストレッチャブル樹脂フィルムを用いることができ、例えば、熱可塑性ポリウレタン(TPU,Thermoplastic Polyurethane)、ポリエチレン、又はシリコーン等が挙げられる。第2基板3は、これらの材料のうち1つのみ含んでいてもよいし、2以上を含んでいてもよい。
【0024】
第2基板3の弾性率が、10MPa以上500MPa以下であるため、第1基板2と第2基板3を張り合わせる際に、隣接するバンプ7,13の間の領域の接着剤が押し出され、第2基板3の表面に起伏を生じる。具体的には、図1に示すようにバンプ7と導電部8との接続部分における第1基板2と第2基板3との距離dと、バンプ7とバンプ13の間の領域における第1基板2と第2基板3との最小距離である距離dとの比(d/d)が2.0以上である。距離dと距離dとの比d/dは、3.0以上であることが好ましく、4.0以上であることがより好ましい。距離dが小さくなるほど、バンプ7とバンプ13の間の領域における接着剤(即ち絶縁層9)が薄くなるが、絶縁層9は、第2基板3と絶縁層9との剥離強度が後述の値になる程度の厚さを有していればよい。具体的には距離dは1μm以上30μm以下であることが好ましく、2μm以上20μm以下であることがより好ましい。
【0025】
第2基板3は、曲面を有する基板であってもよい。曲面は一部であってもよいし、全体が曲面を形成していてもよい。第2基板3の曲面の曲率半径は、例えば例えば50mm以上1000mm以下である。
【0026】
電極4,10は、第1基板2上に形成されている配線の途中又は端部である。配線は、例えばめっきやスクリーン印刷等により第1基板2上に所望のパターンで形成される。配線、すなわち電極4,10は、銅、金、ニッケル、銀、錫、アルミ、若しくは鉛、又はこれらのうち少なくとも1種を含む合金を含む。電極4,10は、配線としての銅層上に、金めっき、ニッケルめっき、錫めっき、鉛めっきのうち少なくとも一つが施されている多層構造であってもよい。
【0027】
電極4,10の幅は50μm〜400μmであることが好ましく、100μm〜200μmであることがより好ましい。電極4,10の幅が100μm〜200μmであると、フレキシブル配線基板が適用されるデバイスの小型化や高集積化に寄与することができる。
【0028】
隣り合う電極4と電極10の間のピッチdは、100μm〜1000μmであることが好ましく、200μm〜400μmであることがより好ましい。ピッチdが200μm〜400μmであると、フレキシブル配線基板の電気的な接続性を十分確保できて、且つ適用されるデバイスの小型化や高集積化に寄与することができる。なお、隣り合う電極4と電極10の間のピッチdとは電極4の中心と電極10の中心の間の距離を意味する。
【0029】
隣り合う電極4と電極10の間のスペースは、50μm〜800μmであることが好ましく、100μm〜300μmであることがより好ましい。隣り合う電極4と電極10の間のスペースが100μm〜300μmであると、バンプ7と導電部8との圧着後に隣り合うバンプ7と13とがショートし難い。なお、隣り合う電極4と電極10の間のスペースとは、電極4の端部と電極10の端部の間の距離を意味する。一般的に、隣り合う電極4と電極10の間のスペースは、隣り合う電極4と電極10の間のピッチdの4分の1以上2分の1以下である。
【0030】
バンプ7は、電極4上に形成されている。バンプ13は、電極10上に形成されている。図1に示すフレキシブル配線基板1は、電極4上にバンプ7が形成され、その後第2基板3上の導電部8と接続させる例であるが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、導電部8上にバンプ7が形成され、その後第1基板2上の電極4と接続されてもよい。
【0031】
バンプ7は、導電性粒子5と樹脂6との混合物である。バンプ13は、導電性粒子11と樹脂12との混合物である。導電性粒子5,11は、Ag、Cu、Au、Ni、Sn、Pb,Sb、Bi、In、Si若しくはGe、それらの少なくとも1種以上を含む合金、又は、それらの1種以上を含む化合物を含有する。導電性粒子5,11の平均粒径は、0.05μm〜50μmであることが好ましく、0.1μm〜10μmであることがより好ましい。導電性粒子5,11の平均粒径が0.1μm〜10μmであることにより、ディスペンサーで塗布した際にノズル詰まりが発生しにくく好適である。樹脂6として、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。
【0032】
導電性粒子5,11の平均粒径は、レーザー回折散乱粒度分布測定装置を用いて測定された値であると定義する。具体的には、レーザー回折粒度分布計(HORIBA社製、LA−960)を用い、測定対象物0.5gを、エタノール溶液10mlに投入し、測定対象物を分散させた分散液を得る。得られた分散液について粒度分布を測定し、体積基準の累積粒度分布曲線を得る。得られた累積粒度分布曲線において、50%累積時の微小粒子側から見た粒子径(D50)の値を、平均粒径とする。
【0033】
バンプ7,13の底面の直径は、10μm〜300μmであることが好ましく、30μm〜100μmであることがより好ましい。バンプ7の底面の直径が30μm〜100μmであると、フレキシブル配線基板が適用されるデバイスの小型化や高集積化に寄与することができる。
【0034】
バンプ7,13の高さは、電極4,10のピッチに応じて設定される。例えば、バンプ7,13の底面の直径の0.2倍〜0.8倍である。つまり、バンプ7,13のアスペクト比(高さ/底面の直径)は、0.2〜0.8である。具体的には、バンプ7,13の高さは、10μm〜200μmであることが好ましく、20μm〜80μmであることがより好ましい。バンプ7,13の底面の直径及び高さは、包埋処理で樹脂に埋め込んだフレキシブル基板を、研磨によりバンプ面で面出しを行い、光学顕微鏡(OLYMPUS社製、BX−61L)を用いて測定した値である。
【0035】
バンプ7,13の押込み弾性率は、1GPa以上30GPa以下であることが好ましく、5GPa以上20GPa以下であることがより好ましい。バンプ7の押込み弾性率が、1GPa以上30GPa以下であると、バンプ7と導電部8とを低い荷重で圧着することができる。また、フレキシブル配線基板の曲げ特性が向上し、フレキシブル配線基板が適用されるデバイスの三次元加工性を向上することができる。従来の第1基板と第2基板との接続部分であるバンプ形成部分は、バンプ材質としてめっき金属やはんだを使用しているため弾性率は30GPaより高く、硬く曲げに弱いが、バンプ7の押込み弾性率が、1GPa以上30GPa以下であることにより、バンプ7が曲げにより生じた応力を緩和し、バンプ形成部分においても曲げ特性が向上する。
【0036】
バンプ7,13の押込み弾性率は、ナノインデンター(例えば、エリオニクス社製、ENT−NEXUS)を用いて、バンプの除荷曲線を得た後、その接線の傾きから押込み弾性率を算出することで得られる。
【0037】
導電部8,14は、第2基板3上に形成されている配線の途中又は端部である。この配線も、第1基板2上の配線と同じ方法により形成することができる。配線、すなわち導電部8,14は、銅、金、ニッケル、銀、錫、アルミ、若しくは鉛、又はこれらのうち少なくとも1種を含む合金を含む。導電部8,14は、電極4,10と同様に、配線上に他の導電層が形成されている多層構造であってもよい。例えば導電部8は、配線としての銅層上に、金めっき、ニッケルめっき、錫めっき、鉛めっきのうち少なくとも一つが施されている多層構造であってもよい。中でも錫めっきや錫銅合金めっきを含む導電層は、めっき条件を調整することでバンプよりも低い押込み弾性率を実現出来る点で好ましい。
【0038】
導電部8の押込み弾性率は100MPa以上1GPa以下が好適である。バンプよりも導電部8の押込み弾性率を低くすることで、熱圧着して接続させたときに、バンプが導電部8を変形させ、バンプと導電部8の接触面積が大きくなることから、接続信頼性の高い接続状態を維持することができる。
【0039】
導電部8,14は、電極4,10と対向して配置される。従って、隣り合う導電部8と導電部14の間のピッチは、電極4と電極10の間のピッチdと同じであることが好ましい。なお、隣り合う導電部8と導電部14の間のピッチとは、導電部8の中心と導電部14の中心の間の距離を意味する。
【0040】
導電部8,14の幅は50μm〜400μmであることが好ましく、100μm〜200μmであることがより好ましい。導電部8,14の幅が100μm〜200μmであることより、バンプ7,13と導電部8,14との圧着後に隣り合うバンプ7とバンプ13とがショートし難い。
【0041】
絶縁層9は、バンプ7,13を覆うように第1基板2と第2基板3との間に充填され、硬化したものである。絶縁層9は、熱可塑性樹脂、紫外線硬化性樹脂、及び熱硬化樹脂等の硬化物である。中でも熱硬化性樹脂を用いることが、十分な剥離強度が得られる点で好ましい。具体的には、絶縁層9として、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、フッ素樹脂、シリコーン等の熱硬化性樹脂が挙げられる。
【0042】
絶縁層9と第2基板3との剥離強度は、1N/cm以上20N/cm以下であることが好ましく、3N/cm以上20N/cm以下であることがより好ましい。絶縁層9と第2基板3との剥離強度が3N/cm以上20N/cm以下であると、フレキシブル配線基板を曲げる等の変形を加えても絶縁層9と第2基板3との界面にて剥離が生じ難い。
【0043】
絶縁層9と第2基板3との剥離強度は、ピール試験機(例えばAIKOH社製、FTN4−15A)を用いて、90°剥離試験をすることで測定することができる。
【0044】
上述の構成を有するフレキシブル配線基板は、曲げ耐性に優れる。特に、第1基板及び第2基板との接続部分であるバンプ形成部分でフレキシブル配線基板を曲げる場合においても、接続部分における断線が生じ難い。
【0045】
図3は、フレキシブル配線基板1の断面を、光学顕微鏡(OLYMPUS社製、BX−61L)を用いて撮影した断面画像である。図4及び5は、図3を拡大した画像である。図3〜5に示すように、隣接するバンプ7,13の間の領域において、第2基板3は第1基板2に接近している。これは、第1基板2と第2基板3とを張り合わせる際に、隣接するバンプ7,13の間の領域の接着剤(後に硬化して絶縁層9となる)が押し出されるためである。一方で、第2基板3と第1基板2との間にバンプ7及び導電部8が介在する領域では、第1基板2と第2基板3との距離が保たれる。その結果、第2基板3の表面は起伏を有している。
【0046】
図1に示すフレキシブル配線基板1では、第1基板2の絶縁層9と接する面の押込み弾性率が500MPaより大きく、第2基板3の絶縁層9と接する面の押込み弾性率が10MPa以上500MPa以下である例について説明しているが、本願はこれに限定されない。
【0047】
図2は、本発明の他の態様におけるフレキシブル配線基板の模式断面図である。図2に示すフレキシブル配線基板1Aは、第1基板2の絶縁層9と接する面2Aの押込み弾性率が10MPa以上500MPa以下であり、第2基板3の絶縁層9と接する面3Aの押込み弾性率が500MPaより大きい例である。
【0048】
フレキシブル配線基板1Aにおける第1基板2は、フレキシブル配線基板1における第2基板3と同じものを用いることができる。フレキシブル配線基板1Aにおける第2基板3は、フレキシブル配線基板1における第1基板2と同じものを用いることができる。フレキシブル配線基板1Aにおけるその他の構成は、フレキシブル配線基板1と同じものを用いることができる。
【0049】
フレキシブル配線基板1Aにおいて、第1基板2の弾性率が、10MPa以上500MPa以下であるため、第1基板2と第2基板3を張り合わせる際に、隣接するバンプ7,13の間の領域の接着剤が押し出され、第1基板2の表面に起伏を生じる。具体的には、図2に示すようにバンプ7と導電部8との接続部分における第1基板2と第2基板3との距離dが、バンプ7とバンプ13の間の領域における第1基板2と第2基板3との最短距離である距離dの2.0倍以上である。距離dは、距離dの3.0倍以上であることが好ましく、4.0倍以上であるとことがより好ましい。距離dが小さくなるほど、バンプ7とバンプ13の間の領域における接着剤(即ち絶縁層9)が薄くなるが、絶縁層9は、第2基板3と絶縁層9との剥離強度が後述の値になる程度の厚さを有していればよい。具体的には距離dは1μm以上30μm以下であることが好ましく、2μm以上20μm以下であることがより好ましい。
【0050】
さらに他の態様におけるフレキシブル配線基板は、第1基板2の絶縁層9と接する面及び第2基板3の絶縁層9と接する面の押込み弾性率がいずれも30MPa以上300MPa以下であってもよい。この場合においても、フレキシブル配線基板1及び1Aと同様に、バンプ7と導電部8との接続部分における第1基板2と第2基板3との距離dが、バンプ7とバンプ13の間の領域における第1基板2と第2基板3との最短距離である距離dの2.0倍以上である。距離dは、距離dの3.0倍以上であることが好ましく、4.0倍以上であるとことがより好ましい。絶縁層9は、第2基板3と絶縁層9との剥離強度が後述の値になる程度の厚さを有していればよく、具体的には距離dは1μm以上30μm以下であることが好ましく、2μm以上20μm以下であることがより好ましい。
【0051】
以下にフレキシブル配線基板1の製造方法の一例について図6図8を参照して説明する。本実施形態では、一例としてバンプの形成方法としてディスペンサーによる塗布を適用したフレキシブル配線基板1の製造方法について説明するが、本発明はこれに限定されない。
【0052】
図2に示すように、第1基板2上にスクリーン印刷法又はグラビアオフセット印刷法等により導電ペーストを印刷することで電極4,10を有する引き出し電極パターン形成する。
【0053】
次に、バンプ前駆体15,16を形成する。導電性粒子5,11、樹脂6,12、及び溶媒を含む導電ペーストを、ディスペンサー(例えば、エンジニアリングシステム社製、R−jet)で塗布し、電極4の第1面4A上にバンプ前駆体15を、電極10の第1面10A上にバンプ前駆体16を形成する。コーンプレート型粘度計で測定された導電ペーストの粘度は、せん断速度が10s−1のときの粘度が20Pa・s以上500Pa・s以下であり、せん断速度が100s−1のときの粘度が5Pa・s以上50Pa・s以下である。
【0054】
この段階におけるバンプ前駆体15,16の底面の直径は、30μm〜300μmであることが好ましく、50μm〜150μmであることがより好ましい。バンプ前駆体15,16のアスペクト比は、0.2〜0.8であることが好ましい。バンプ前駆体15,16の高さは、10μm〜200μmであることが好ましい。
【0055】
バンプ前駆体15は、第1面4Aに対して垂直方向上方に、先端15Aを含む先端部を有する。バンプ前駆体15の形状は、先端15Aを含む垂直断面を断面視した際、少なくとも先端部が尖塔型である。すなわち、バンプ全体が尖塔型であってもよいし、先端部のみが尖塔型であってもよい。また、尖塔型としては、円錐や多角錐等の錐状体が挙げられる。バンプ前駆体16も同様である。
【0056】
なお、バンプ前駆体15,16を形成する前に、第1基板2の、電極4の第1面4A及び電極10の第1面10Aを含む表面にプラズマ処理してもよい。プラズマ処理により、第1面4A,10Aに付着する有機物等の不純物が除去され、あるいは第1面4A、10Aの改質がなされるため、第1面4Aとバンプ前駆体15との密着性及び第1面10Aとバンプ前駆体16との密着性が向上する。
【0057】
プラズマ装置は、電極4の第1面4A及び電極10の第1面10Aのプラズマ処理が可能なものであれば、特に限定されない。このようなプラズマ装置としては、例えば、魁半導体社製、P500−SM等が挙げられる。プラズマ処理の条件としては、窒素雰囲気、圧力:0.15MPa、照射時間:5秒間、電極間ギャップ:4mmが好ましい。
【0058】
バンプ前駆体15,16を形成した第1基板2をホットプレート等で80℃以上120℃以下、15分間〜60分間乾燥させ、バンプ7,13を形成する。図3に示すように、バンプ7,13を形成した第1基板2上にディスペンサー(例えば武蔵エンジニアリング社製、ML−5000XII)を用いて接着剤層17を直径が10μm〜200μmとなるよう塗布する。
【0059】
導電部8,14が形成された第2基板3を用意し、導電部8と電極4の位置及び導電部14と電極10の位置が整合するよう固定し、熱圧着機(例えば、大橋製作所社製、BD−03)で80℃以上120℃以下、圧力0.5MPa以上2MPa以下の条件下で60秒間〜120秒間加熱圧着する。このとき接着剤層17が硬化して絶縁層9となることで、図4に示すフレキシブル配線基板1を作製することができる。
【実施例】
【0060】
以下、実施例を示して本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の記載によって限定されるものではない。
【0061】
(評価方法)
<基板の押込み弾性率>
ナノインデンター(エリオニクス社製、ENT−NEXUS)を用いて、絶縁層の除荷曲線を得た後、その接線の傾きから押込み弾性率を算出した。
【0062】
<バンプの押込み弾性率>
バンプを形成するための導電性ペーストをスライドガラス上に厚み0.5mmとなるように均一に塗布した後、120℃で30分間乾燥及び硬化させて、ナノインデンター(エリオニクス社製、ENT−NEXUS)を用いて、バンプの除荷曲線を得、その接線の傾きから押込み弾性率を算出した。
【0063】
<フレキシブル配線基板の導通評価と曲げ試験>
各実施例のフレキシブル配線基板について、FPCの電極と、印刷電極シートの導体部とをそれぞれ評価ボードに接続させて、テスター(SANWA社製、PC700)を用いてバンプによる接続部の導通の有無(抵抗値1kΩ以下)を確認した。100箇所の接続部について導通の有無を確認し、導通が確認された接続部の割合を算出し、初期の接続割合とした。
【0064】
その後、無負荷U字試験機(ユアサシステム社製、DMX−FS)を用い、フレキシブル配線基板繰り返し曲げ試験を行った。折り曲げる際の曲率は半径5mm、折り曲げ方向は印刷電極シートの引き出し電極パターンの長手方向と垂直な方向とした。曲げ回数1万回毎に、上述の方法で導通の有無を確認し、導通が確認されなくなる(または抵抗値1kΩ以上)まで、すなわち断線が発生するまでの折り曲げ回数を確認した。
【0065】
<接続可能な圧着時の圧力の下限値>
各実施例のフレキシブル配線基板の作製手順における、バンプと導電部との圧着時の圧力を1MPaから0.1MPaずつ下げた各条件でフレキシブル配線基板を作製し、それぞれ初期の接続割合を上述の方法により算出した。初期の接続割合が100%である最小の圧着時の圧力を、接続可能な圧着時の圧力の下限値とした。
【0066】
<短絡しない電極ピッチの下限値>
各実施例のフレキシブル配線基板の作製手順における、FPC上の電極のピッチを0.5mm、0.4mm、0.3mm、0.2mm、及び0.1mmとし、同様に印刷電極シート上の導電部のピッチを0.5mm、0.4mm、0.3mm、0.2mm、及び0.1mmとしてフレキシブル配線基板を作製した。圧着前のバンプの直径は、電極からはみ出さないように調整した。
【0067】
圧着後のフレキシブル配線基板の、FPC上の電極と印刷電極シート上の導電部をそれぞれ評価ボードに接続させてそれぞれ隣り合う電極又は導電部との短絡の有無を、テスター(SANWA社製、PC700)を用いて確認した。短絡が発生しなかった最小の電極ピッチを短絡しない電極ピッチの下限値とした。
【0068】
<曲面を有する基板を用いた導通評価>
各実施例のフレキシブル配線基板において、印刷電極シートとして曲率半径100mmとなるようモールド加工されたポリカーボネート基板を用いた。上述の方法により導通評価を行い、初期の接続割合を算出した。
【0069】
(実施例1)
ポリエチレンナフタレートのフィルム基材上にグラビアオフセット印刷法により導電ペースト(DNPファインケミカル社製、FAINAP)を印刷することで電極を有する引き出し電極パターン形成し、印刷電極シートを作製した。引き出し電極パターンは、電極のピッチが0.5mm、電極幅が0.25mm、電極間スペースが0.25mm、電極数が100本のパターンとした。
【0070】
厚さ50μmの熱可塑性ポリウレタン基材上に熱圧着、フォトレジストの方法により銅の引き出し配線を形成し、FPCを作成した。引き出し配線の導電部の銅表面にはニッケル及び金めっきが施されていた。引き出し電極の導電部のピッチは、印刷電極シートの電極のピッチと同様に0.5mmとし、導電部数も100本とした。
【0071】
平均粒子径が1μmの銀粉、市販のエポキシ樹脂、硬化剤である市販のフェノール樹脂、及び有機溶剤としてジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテートを混合し、ディスペンサーで吐出可能な粘度となるよう、有機溶剤で粘度を適宜調整し、導電性ペーストを得た。コーンプレート型粘度計で測定された導電ペーストの粘度は、せん断速度が100s−1のときの粘度が12Pa・sであった。この導電ペーストを用いて、ディスペンサー(エンジニアリングシステム社製、R−jet)で塗布し、印刷電極シートの電極上にバンプ前駆体を形成した。塗布条件は、シリンジ背圧(空圧)を0.2Pa、R−unitの空圧を0.2Pa、ディスペンサーのノズル内径を40μmとした。
【0072】
バンプ前駆体を形成した印刷電極シートをホットプレート上で120℃30分間乾燥させ、バンプを形成した。白色干渉顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製、VS1330)を用いて観察したバンプの底面直径は100μm、高さは50μm(アスペクト比:0.5)であった。
【0073】
バンプを形成した印刷電極シート上にディスペンサー(例えば武蔵エンジニアリング社製、ML−5000XII)を用いて接着剤(味の素ファインテクノ社製、DJ−68)を50μmとなるよう塗布した。
【0074】
FPCと印刷電極シートをFPCの導電部と印刷電極シートの電極の位置が整合するよう固定し、熱圧着機(大橋製作所社製、BD−03)で100℃、圧力1MPa下で90秒間加熱圧着し、フレキシブル配線基板を得た。圧着ツールとしては、2mm×40mmの長方形のものを用いた。
【0075】
(実施例2)
FPCの導電部を、大気圧プラズマ装置(魁半導体社製、P500−SM)を用いて、窒素雰囲気中において、圧力:0.15Paの条件で5秒間プラズマ処理を行った後、FPCと印刷電極シートの熱圧着を行った以外は、実施例1と同じ方法でフレキシブ配線基板を得た。
【0076】
(実施例3)
FPCの引き出し配線の導電部の銅表面に錫めっきが施されていた以外は、実施例2と同じ方法でフレキシブル配線基板を得た。
【0077】
(比較例1)
FPCの母材として熱可塑性ポリウレタンの代わりにポリイミドを用いた以外は、実施例2と同じ方法でフレキシブル配線基板を得た。
【0078】
(比較例2)
FPCの母材として熱可塑性ポリウレタンの代わりにポリイミドを用いた。バンプ前駆体を作製する際、実施例1で用いた導電ペーストのかわりに導電ペースト(太陽ホールディング社製、AF6100 H20)を用い、スクリーン印刷でバンプを形成した。白色干渉顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製、VS1330)を用いて観察したバンプの底面直径は150μm、高さは30μm(アスペクト比:0.2)であった。これ以外は、実施例2と同じ方法でフレキシブ配線基板を得た。
【0079】
(比較例3)
実施例2におけるバンプの形成及び接着剤の塗布のかわりに、プラズマ処理後のFPC上に異方導電ペースト(京セラ社製、XAP−900)を厚さ50μmとなるよう塗布した。FPCと印刷電極シートをFPCの導電部と印刷電極シートの電極の位置が整合するよう固定し、熱圧着機(大橋製作所社製、BD−03)で150℃、圧力0.1MPa下で10秒間加熱圧着し、フレキシブ配線基板を得た。圧着ツールは2mm×40mmの長方形のものを用いた。
【0080】
実施例1〜3、比較例1〜3のフレキシブル配線基板の絶縁層の押込み弾性率、バンプ形状、断線が発生するまでの曲げ回数及び接続可能な圧着時の圧力の下限値の結果を表1に示す。なお、全ての実施例及び比較例において、フレキシブル配線基板の導通評価における初期接続割合は100%であった。
【0081】
【表1】
【0082】
実施例1〜3のFPCの母材、すなわち第2基板の押込み弾性率は、0.08GPaであった。また、実施例1〜3の断線が発生するまでの折り曲げ回数はいずれも10万回以上であり、曲げに対する耐性が確認された。比較例1〜3で使用されたFPCの母材であるポリイミドより押込み弾性率の低い第2基板を用いることで、フレキシブ配線基板を曲げたときに生じる応力を第2基板が緩和し、バンプや電極等の導電体の破損が抑制されたものと考えられる。また、導電ペーストにより形成されたバンプは、金属で形成されたバンプより押込み弾性率が低いため、フレキシブル配線基板を曲げたときに生じる応力の緩和に寄与しているものと考えられる。
【0083】
実施例2及び3及び比較例2のフレキシブル配線基板について、短絡しない電極ピッチの下限値を測定した。実施例2及び3のフレキシブル配線基板では、いずれも0.1μmであった。比較例2のフレキシブル配線基板では、0.4μmであった。この結果から、実施例2及び3のフレキシブル配線基板は、微細化に対応できるといえる。
【0084】
実施例2及び3、比較例2及び3のフレキシブル配線基板について、曲面を有する基板を用いた場合の初期の接続割合を評価した。実施例2及び3では、いずれも初期の接続割合が100%であり、接続部分が局面を有する場合であっても電気的接続を十分に維持できることが分かった。一方で、比較例2及び3では、初期の接続割合がそれぞれ30及び10%と低かった。
【符号の説明】
【0085】
1,1A…フレキシブル配線基板、2…第1基板、3…第2基板、4,10…電極、5,11…導電性粒子、6,12…樹脂、7,13…バンプ、8,14…導電部、9…絶縁層。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8