JP2007258682A - フレキシブル基板 - Google Patents

Abstract

【課題】可撓性を持ちながら、剛性および耐熱性を兼ね備えたフレキシブル基板を提供する。
【解決手段】フレキシブル基板１０は、第１の配線層２０、絶縁樹脂層３０、ガラスクロス４０および第２の配線層５０を備える。絶縁樹脂層３０は、高弾性率、耐熱性および耐湿性を備えるＢＴレジン、エポキシ樹脂などの絶縁性材料によって形成されている。絶縁樹脂層３０の膜厚は６０μｍ程度まで薄膜化されている。また、絶縁樹脂層３０にはガラスクロス４０が補強材として埋め込まれている。この構成により、フレキシブル基板１０は可撓性を有するとともに、第１の配線層２０および第２の配線層５０のいずれにおいても、湾曲している領域および湾曲していない領域の両方に、回路素子を搭載可能とすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、可撓性を有する配線基板として知られるフレキシブル基板に関する。より具体的には、本発明は回路素子を搭載するのに適したフレキシブル基板に関する。

近年、電子機器の小型化、高機能化にともなって、電子機器に使用される回路装置の小型化、高密度化および多機能化が進められている。また、電子機器の筐体内に多数の回路装置を配置するために、回路装置の配線用にフレキシブル基板と呼ばれる可撓性を有する配線基板が用いられている。フレキシブル基板を用いることにより、回路装置の配置に自由度が増加し、狭い筐体内により多くの回路装置を入れることができる。

たとえば、フレキシブル基板は、その柔軟性を生かして携帯電話、ノートＰＣ、携帯型ＤＶＤ等の携帯機器の可動部分に内蔵される基板の接続に用いられてきた。
特開平０９−３１９５号公報

従来のフレキシブル基板では、剛性および耐熱性に乏しいポリイミド樹脂などの絶縁樹脂が用いられていた。このため、リジッド基板で使用されるワイヤボンディングやはんだ実装が困難であるという問題があった。また、従来のフレキシブル基板は、耐熱性および耐湿性に乏しいため、膨張による変形が起こりやすいので、多層化が困難であるという課題があった。

一方、従来から用いられてきたリジッド基板は変形できないために、フレキシブル基板のように、携帯機器の可動部分に用いることができない。よって、可動部分を有する場合に電気的に接続するためには、リジッド基板にコネクタを取り付け、これを介して、ケーブルやフレキシブル基板で接続する必要があった。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、可撓性を持ちながら、剛性および耐熱性を兼ね備えたフレキシブル基板の提供にある。

本発明のある態様は、フレキシブル基板である。当該フレキシブル基板は、高弾性率および耐熱性を具備する絶縁樹脂層と、絶縁樹脂層に埋め込まれたガラス繊維と、絶縁樹脂層の少なくとも一方の面に設けられた配線層と、を備え、絶縁樹脂層が可撓性を有する程度にまで薄膜化されていることを特徴とする。

この態様によれば、絶縁樹脂層そのものは剛性および耐熱性という材料特性を備えつつ、基板の状態では可撓性を持ち、自在に湾曲させることができる。この結果、基板の湾曲部分においても、ワイヤボンディング、はんだ実装などのプロセスが可能になり、非湾曲部分のみならず、湾曲部分に回路素子を搭載することができる。基板の湾曲部分にも回路素子を搭載することにより、基板上の実装面積を増加させることができるため、回路装置の高密度化、小型化に寄与することができる。

上記態様において、絶縁樹脂層が耐湿性をさらに備えてもよい。この態様によれば、絶縁樹脂層が水を吸収することによって、膨張などの変形が起きることが抑制されるため、回路素子との接合性が低下しない。この結果、回路素子実装基板としての信頼性を向上させることができる。

上記態様において、絶縁樹脂層が剛性をさらに備えてもよい。この態様によれば、たとえば、携帯電話機の内部において、一度折られた状態でそのまま固定される回路基板として好適に使用することができる。

また、上記態様において、ガラス繊維が絶縁樹脂層の端面に露出していてもよい。これによれば、絶縁樹脂層の周縁部分にも回路素子を実装するのに十分な強度が付与されるため、基板の周縁領域を回路素子搭載領域として有効利用することにより、回路素子の実装面積を増加させることができる。また、フレキシブル基板に回路素子を搭載した場合に、絶縁樹脂層の端面に露出したガラス繊維から回路素子で発生した熱が放熱されやすくなるため、回路素子を搭載したときのフレキシブル基板の放熱性が向上する。

本発明によれば、可撓性を持ちながら、剛性および耐熱性をも兼ね備えたフレキシブル基板が提供される。

本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は、実施形態に係るフレキシブル基板１０の構造を示す断面図である。フレキシブル基板１０は、第１の配線層２０、絶縁樹脂層３０、ガラスクロス４０および第２の配線層５０を備える。

第１の配線層２０および第２の配線層５０は、銅などの金属で構成されており、それぞれ所定の配線パターンを有する。このような第１の配線層２０および第２の配線層５０は、たとえば、絶縁樹脂層３０の上に銅箔を圧着したのち、フォトリソグラフィ法により所定の配線パターンに合わせたレジストを銅箔上に形成し、レジストをマスクとして銅箔を選択的にエッチングすることにより得ることができる。

絶縁樹脂層３０は、高弾性率、耐熱性および耐湿性を備える絶縁性材料によって形成されている。このような絶縁材料としては、ＢＴレジン、エポキシ系樹脂が挙げられる。絶縁樹脂層３０の厚さは、可撓性を有する程度にまで薄膜化されている。具体的には、引っ張り強度が294MPa、弾性率が23.52GPaおよび熱膨張係数が15ppm/KのＢＴレジンを絶縁樹脂層３０として用いた場合には、絶縁樹脂層３０の膜厚を６０μｍ程度まで薄くすることにより、可撓性を持たせることができる。なお、従来型のポリイミドを用いたフレキシブル基板(新日鐵化学、エスパネックスＭシリーズ）では、引っ張り強度、弾性率および熱膨張係数は、それぞれ、330MPa、4.3GPaおよび22ppm/Kであり、本実施形態のフレキシブル基板１０が従来に比べて剛性および耐熱性に優れていることがわかる。

絶縁樹脂層３０にはガラスクロス４０が埋め込まれている。ガラスクロス４０により、絶縁樹脂層３０の強度が保たれ、薄膜化された絶縁樹脂層３０が湾曲したときに、ひびなどの損傷が発生することが抑制される。ガラスクロス４０は、絶縁樹脂層３０の面方向に沿って一定方向（図１の紙面横方向）に延在するガラス繊維４１と、ガラス繊維４１と交差する方向（図１の紙面鉛直方向）に延在し、ガラス繊維４１に織り込まれたガラス繊維４２とを有する。ガラスクロス４０を、ガラス繊維４１およびガラス繊維４２からなる単層とすることにより、絶縁樹脂層３０の可撓性を阻害することなく、強度を確保することができる。絶縁樹脂層３０およびガラスクロス４０からなる構造は、ガラスクロス４０に溶融した絶縁樹脂層３０を含浸させたのち、絶縁樹脂層３０を硬化することにより得られる。

このように、絶縁樹脂層３０に剛性が高く、耐熱性および耐湿性を有する絶縁材料を用いつつ、絶縁樹脂層３０の薄膜化を図ることによって、可撓性および柔軟性を持ち、かつ耐熱性、耐湿性を兼ね備えたフレキシブル基板１０が実現される。この結果、フレキシブル基板１０の湾曲部分においても、ワイヤボンディング、はんだ実装などのプロセスが可能になる。すなわち、非湾曲部分のみならず、湾曲部分においても、第１の配線層２０および第２の配線層５０のいずれの配線層上にも回路素子を搭載することができる。フレキシブル基板１０の湾曲部分にも回路素子を搭載することにより、フレキシブル基板１０上の実装面積を増加させることができるため、回路装置の高密度化、小型化に寄与することができる。

従来のフレキシブル基板では配線をリジッド基板の配線と電気的に接続するための接続端子が必要とされていた。これに対して、本実施形態のフレキシブル基板１０は、回路素子の搭載場所に関する制約が少ないため、非湾曲部分がリジッド基板としての役割を果たすことができる。このため、従来必要とされた接続端子を用いることなく、可動部分を有する回路基板を実現することができる。これにより、回路基板の部品点数が低減し、製造工程が簡略化されることにより、製造コストが低減する。また、接続端子が不要となるため構造が簡便化し、接続不良が低減する。

なお、本実施形態において、ガラスクロス４０は絶縁樹脂層３０の端面に露出していることが望ましい。これによれば、絶縁樹脂層３０の周縁部分にも回路素子を実装するのに十分な強度が付与されるため、フレキシブル基板１０の周縁領域を回路素子搭載領域として有効利用することにより、回路素子の実装面積を増加させることができる。また、フレキシブル基板に回路素子を搭載した場合に、絶縁樹脂層の端面に露出したガラス繊維から回路素子で発生した熱が放熱されやすくなるため、回路素子を搭載したときのフレキシブル基板の放熱性が向上する。

図２および図３は、絶縁樹脂として厚さ６０μｍのＢＴレジンを使用して実際に作製したフレキシブル基板１０に回路素子６０を搭載した状態を撮影した写真である。図２および図３に示すように、フレキシブル基板１０は、可撓性を有するため、１８０度に折り曲げることができ、フレキシブル基板１０のみで、可動部分と固定部分の回路基板をまかなうことができることがわかる。

また、回路素子６０は、図２のように湾曲部分の外周側に実装することもでき、図３のように湾曲部分の内周側に実装することができ、フレキシブル基板１０では、回路素子６０の搭載場所についての制約が少ないことがわかる。

図４は、フレキシブル基板１０を携帯電話機１００の回路基板として用いた場合の断面図である。携帯電話機１００は、ボタンなどで入力される信号を処理する操作部１１０を含む筐体１１２と、液晶画面などで構成される表示部１２０を含む筐体１２２とがひんじ１３０で接続された折り畳式の携帯電話機である。筐体１１２には、電源となる二次電池１４０が収容されている。フレキシブル基板１０の一端は、外部接続端子１５０と電気的に接続されている。フレキシブル基板１０は、回路素子（図示せず）を搭載するとともに、筐体１１２に折り返された状態で収容されている。フレキシブル基板１０は筐体１１２内の折り返し部分において分岐し、分岐先の一方は、操作部１１０と電気的に接続され、分岐先の他方は、ひんじ１３０を経由して筐体１２２内で表示部１２０と電気的に接続されている。

フレキシブル基板１０は可撓性を有するため、筐体１１２内に生じた空間に合わせて湾曲することができるため、筐体１１２内の空間を有効利用することにより、携帯電話機１００の小型化に寄与することができる。また、ひんじ１３０などの可動部がある場合であっても、可動部と固定部とを別部材にして接続することなく、可撓性と剛性を併せ持つフレキシブル基板１０で回路基板を構成することができるため、構造を簡便化することができる。

図５−７に、フレキシブル基板１０を携帯電話機１００の回路基板として用いた他の例を示す。図５−７の例において、図４に示した例と同様な構成については同様な符号を付し説明を適宜省略する。

図５に示した例では、操作部１１０および二次電池１４０にそれぞれ支持されたリジット基板２００、２１０が設けられている。リジット基板２００、２１０として、たとえば、エポキシ樹脂を用いることができる。フレキシブル基板１０は、折り返された状態でリジット基板２００とリジット基板２１０とを接続する基板として用いられている。フレキシブル基板１０に設けられた配線層（第１の配線層２０、第２の配線層５０：図１参照）と、リジット基板２００およびリジット基板２１０に設けられた配線層（図示せず）とは、たとえば、はんだ付けやワイヤボンディングなどにより接合されている。図５に示した例において、フレキシブル基板１０が用いられる箇所は、一度折り返されたらそのままの状態で使用される部分であり、可撓性と剛性を併せ持つフレキシブル基板１０の用途として好適である。また、操作部１１０および二次電池１４０と接する部分にそれぞれ、リジット基板２００、２１０を使用することにより、耐久性、耐損傷性を高めることができる。

図６に示した例では、画像撮像用のレンズ、ＣＣＤなどが収められたカメラ部３００およびカメラ部３００で取得された画像信号を処理するプロセッサーを含む画像信号処理部３１０が設けられている。カメラ部３００、画像信号処理部３１０の背面に、それぞれの回路基板としてリジット基板３２０、３３０が設けられている。フレキシブル基板１０は、折り返された状態でリジット基板３２０とリジット基板３３０とを接続する基板として用いられている。図６に示した例において、フレキシブル基板１０が用いられる箇所は、一度折り返されたらそのままの状態で使用される部分であり、可撓性と剛性を併せ持つフレキシブル基板１０の用途として好適である。また、カメラ部３００および画像信号処理部３１０と接する部分にそれぞれ、リジット基板３２０、３３０を使用することにより、耐久性、耐損傷性を高めることができる。

図７に示した例では、表示部１２０として用いられる液晶ディスプレイを駆動するドライバ部４００が筐体１２２内の表示部１２０と反対側に設けられている。表示部１２０、ドライバ部４００の背面に、それぞれの回路基板としてリジット基板４１０、４２０が設けられている。フレキシブル基板１０は、折り返された状態でリジット基板４１０とリジット基板４２０とを接続する基板として用いられている。図７に示した例において、フレキシブル基板１０が用いられる箇所は、一度折り返されたらそのままの状態で使用される部分であり、可撓性と剛性を併せ持つフレキシブル基板１０の用途として好適である。また、表示部１２０およびドライバ部４００と接する部分にそれぞれ、リジット基板４１０、４２０を使用することにより、耐久性、耐損傷性を高めることができる。

本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。

例えば、上述の実施の形態では、絶縁樹脂層の両側に配線層が設けられているが、配線層は片側のみに設けられていてもよい。また、絶縁樹脂層が耐熱性および耐湿性を有するため、膨張による変形が起こりにくいという特性を生かして、可撓性を失わない範囲内であれば、複数の絶縁樹脂層を介して配線層を多層化することができる。

また、図１に例示されたガラスクロス４０では、個々のガラス繊維がばらけた状態で編み込まれているが、これに限られない。たとえば、ガラスクロス４０は、複数のガラス繊維が束になったガラス繊維群を編み込むことによって形成されていてもよい。

実施形態に係るフレキシブル基板の構造を示す断面図である。 実際に作製したフレキシブル基板に回路素子を搭載した状態を撮影した写真である。 実際に作製したフレキシブル基板に回路素子を搭載した状態を撮影した写真である。 フレキシブル基板を携帯電話機の回路基板として用いた場合の断面図である。 フレキシブル基板を携帯電話機の回路基板として用いた他の例における断面図である。 フレキシブル基板を携帯電話機の回路基板として用いた他の例における断面図である。 フレキシブル基板を携帯電話機の回路基板として用いた他の例における断面図である。

符号の説明

１０ フレキシブル基板、２０ 第１の配線層、３０ 絶縁樹脂層、４０ ガラスクロス、４１，４２ ガラス繊維、５０ 第２の配線層、６０ 回路素子、１００ 携帯電話機、１１０ 操作部、１１２ 筐体、１２０ 表示部、１４０ 二次電池。

Claims (4)

1. 高弾性率および耐熱性を具備する絶縁樹脂層と、
   前記絶縁樹脂層に埋め込まれたガラス繊維と、
   前記絶縁樹脂層の少なくとも一方の面に設けられた配線層と、
   を備え、
   前記絶縁樹脂層が可撓性を有する程度にまで薄膜化されていることを特徴とするフレキシブル基板。
2. 前記絶縁樹脂層が耐湿性をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル基板。
3. 前記絶縁樹脂層が剛性をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載のフレキシブル基板。
4. 前記ガラス繊維が前記絶縁樹脂層の端面に露出していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のフレキシブル基板。