(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接着しようとする熱可塑性樹脂材料を、炭化水素化合物よりなる膜を介して被接着材に配置する工程と、
接着箇所を熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上に加熱して、前記熱可塑性樹脂材料における前記被接着材との界面に前記炭化水素化合物が分散した接着力向上層を形成した状態で熱可塑性樹脂材料を被接着材に接着させる工程と
を備え、前記熱可塑性樹脂材料よりなる基板として、ポリイミド基材に、ポリエーテルエーテルケトンとポリエーテルイミドとポリエチレンナフタレートとポリエチレンテレフタレートの少なくともいずれかの層を積層したものを用いたことを特徴とする熱可塑性樹脂材料の接着方法。
【請求項２】
熱可塑性樹脂材料と被接着材との界面に炭化水素化合物が分散した接着力向上層が形成された状態で、前記熱可塑性樹脂材料と前記被接着材とが接着されている熱可塑性樹脂材料の接着構造体において、
前記熱可塑性樹脂材料よりなる基板として、ポリイミド基板に、ポリエーテルエーテルケトンとポリエーテルイミドとポリエチレンナフタレートとポリエチレンテレフタレートの少なくともいずれかの層を積層したものを用いたことを特徴とする熱可塑性樹脂材料の接着構造体。
【請求項３】
熱可塑性樹脂材料と被接着材との界面にシリコーンオイルが分散した接着力向上層が形成された状態で、前記熱可塑性樹脂材料と前記被接着材とが接着されている熱可塑性樹脂材料の接着構造体において、
前記熱可塑性樹脂材料よりなる基板として、ポリイミド基板に、ポリエーテルエーテルケトンとポリエーテルイミドとポリエチレンナフタレートとポリエチレンテレフタレートの少なくともいずれかの層を積層したものを用いたことを特徴とする熱可塑性樹脂材料の接着構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は熱可塑性樹脂材料の接着方法および接着構造体に係り、例えば、熱可塑性樹脂フィルムを被接着物に接着する場合等に適用できるものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱可塑性樹脂フィルムを接着する際には同フィルムを溶融させて被接着物に接着させている。ところが、熱可塑性樹脂フィルムを銅箔の上やガラスエポキシ基板の上になどに積層した状態で接着する場合に、接着力が不足する問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明の目的は、接着力を向上させることができる熱可塑性樹脂材料の接着方法および接着構造体を提供することにある。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、接着しようとする熱可塑性樹脂材料を、炭化水素化合物よりなる膜を介して被接着材に配置する工程と、接着箇所を熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上に加熱して、前記熱可塑性樹脂材料における前記被接着材との界面に前記炭化水素化合物が分散した接着力向上層を形成した状態で熱可塑性樹脂材料を被接着材に接着させる工程とを備え、前記熱可塑性樹脂材料よりなる基板として、ポリイミド基材に、ポリエーテルエーテルケトンとポリエーテルイミドとポリエチレンナフタレートとポリエチレンテレフタレートの少なくともいずれかの層を積層したものを用いると、実用上好ましい。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、熱可塑性樹脂材料と被接着材との界面に炭化水素化合物が分散した接着力向上層が形成された状態で、前記熱可塑性樹脂材料と前記被接着材とが接着されている熱可塑性樹脂材料の接着構造体において、前記熱可塑性樹脂材料よりなる基板として、ポリイミド基板に、ポリエーテルエーテルケトンとポリエーテルイミドとポリエチレンナフタレートとポリエチレンテレフタレートの少なくともいずれかの層を積層したものを用いると、実用上好ましい。
【０００９】
請求項３に記載の発明によれば、熱可塑性樹脂材料と被接着材との界面にシリコーンオイルが分散した接着力向上層が形成された状態で、前記熱可塑性樹脂材料と前記被接着材とが接着されている熱可塑性樹脂材料の接着構造体において、前記熱可塑性樹脂材料よりなる基板として、ポリイミド基板に、ポリエーテルエーテルケトンとポリエーテルイミドとポリエチレンナフタレートとポリエチレンテレフタレートの少なくともいずれかの層を積層したものを用いると、実用上好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した実施の形態を図面に従って説明する。
図１には、本実施形態における電子機器の一部を示す。電子機器の内部において、リジッドプリント配線板１とリジッドプリント配線板２が支持されている。リジッドプリント配線板１には各種の電子部品が実装されており、図１においてはＤＩＰパッケージのＩＣ３がピン３ａにより挿入実装されている状態を示す。同様に、リジッドプリント配線板２にも各種の電子部品４が実装されている。リジッドプリント配線板１，２の絶縁基板にはガラス布基材エポキシ樹脂が使用されている。
【００１３】
上下に水平に配置されたリジッドプリント配線板１とリジッドプリント配線板２に対しフレキシブルプリント配線板５が電気的に接続されている。つまり、図１でのリジッドプリント配線板１の右側の辺とリジッドプリント配線板２の右側の辺においてフレキシブルプリント配線板５が接着されている。このフレキシブルプリント配線板５のベースフィルムには熱可塑性樹脂であるポリエーテルイミド（ＰＥＩ）が使用されている。
【００１４】
図２には、リジッドプリント配線板２とフレキシブルプリント配線板５の接着箇所を拡大して示す。図２においては平面とＡ−Ａ断面とＢ−Ｂ断面を示す。
リジッドプリント配線板２のガラスエポキシ基板１０の上面には複数の導体パターン１１が形成され、基板端部にランド（角ランド）１１ａが位置している。フレキシブルプリント配線板５のＰＥＩフィルム１２は厚さが１００μｍである。ＰＥＩフィルム１２の表面には複数の導体パターン１３が形成され、基板端部にランド（角ランド）１３ａが位置している。そして、リジッドプリント配線板２とフレキシブルプリント配線板５の接着箇所において、導体パターン１１のランド１１ａと導体パターン１３のランド１３ａが半田１４により接合されるとともに、リジッドプリント配線板２のガラスエポキシ基板１０とフレキシブルプリント配線板５のＰＥＩフィルム１２が接着されている。
【００１５】
ここで、ガラスエポキシ基板１０とＰＥＩフィルム１２の接着箇所において、厚さ１００μｍのＰＥＩフィルム１２におけるガラスエポキシ基板１０との界面には接着力向上層１５が形成され、接着力向上層１５には炭化水素化合物が分散している。炭化水素化合物として、アルカン類であるテトラデカン（Ｃ14Ｈ30）を用いている。接着力向上層１５の厚さは２０μｍ程度である。この状態でＰＥＩフィルム１２がガラスエポキシ基板１０に強固に接着している。また、炭化水素化合物は疎水性を有するので、接着箇所においては防湿性に優れている。
【００１６】
次に、ＰＥＩフィルム１２を被接着材であるガラスエポキシ基板１０に接着するための工程（接着方法）を、図３を用いて説明する。
図３（ａ）に示すように、熱可塑性樹脂材料であるＰＥＩフィルム１２とガラスエポキシ基板１０を用意する。このＰＥＩフィルム１２およびガラスエポキシ基板１０にはそれぞれ導体パターンが形成されている。そして、ＰＥＩフィルム１２における接着箇所に、アルカン類であるテトラデカン（Ｃ14Ｈ30）よりなる膜（以下、アルカン膜という）２０を塗布する。テトラデカン（Ｃ14Ｈ30）の沸点は２５０℃である。
【００１７】
なお、アルカン類としては、カーボン数９から３０の間のアルカン類を使用するとよい。具体的には、ノナン（Ｃ9 Ｈ20）、デカン（Ｃ10Ｈ22）、ウンデカン（Ｃ11Ｈ24）、ドデカン（Ｃ12Ｈ26）、トリデカン（Ｃ13Ｈ28）、ペンタデカン（Ｃ15Ｈ32）、ヘキサデカン（Ｃ16Ｈ34）、ヘプタデカン（Ｃ17Ｈ36）、オクタデカン（Ｃ18Ｈ38）、ナノデカン（Ｃ19Ｈ40）、イコサン（Ｃ20Ｈ42）、ヘニコサン（Ｃ21Ｈ46）、ドコサン（Ｃ22Ｈ46）、トリコサン（Ｃ23Ｈ48）、テトラコサン（Ｃ24Ｈ50）、ペンタコサン（Ｃ25Ｈ52）、ヘキサコサン（Ｃ26Ｈ54）、ペプタコサン（Ｃ27Ｈ56）、オクタコサン（Ｃ28Ｈ58）、ナノコサン（Ｃ29Ｈ60）、トリアコンタン（Ｃ30Ｈ62）である。
【００１８】
そして、図３（ｂ）に示すように、ガラスエポキシ基板１０の上にアルカン膜２０を介在させた状態でＰＥＩフィルム１２を配置する。
さらにこの状態で、図３（ｃ）に示すように、加熱ツールのヒーターヘッドＨを接着箇所に押し当てて、接着箇所をポリエーテルイミド（ＰＥＩ）のガラス転移温度Ｔｇである２４０℃よりも高い２７０℃に加熱する。また同時に、ヒーターヘッドＨにより下向きに圧力を加えてＰＥＩフィルム１２とガラスエポキシ基板１０との間に０．５メガパスカルの圧力を加える。この加熱および加圧は１０秒間行う。
【００１９】
この結果、図３（ｃ）に示すように、ＰＥＩフィルム１２が溶融するとともに、介在させたアルカン膜２０でのアルカンが沸騰して、溶融したＰＥＩフィルム１２におけるガラスエポキシ基板１０との界面にアルカン２０ａが分散した接着力向上層１５が形成され、この状態でＰＥＩフィルム１２がガラスエポキシ基板１０に接着される。
【００２０】
このように、接着界面にアルカン２０ａが分散した接着力向上層１５を用いて、ＰＥＩフィルム１２を接着させることにより、強い接着強度が得られる。その結果、接着強度が高く、絶縁信頼性が高いものとなる。また、アルカン等の炭化水素化合物は疎水性を有しているので、防湿絶縁性に優れている。さらに、アルカンが分散した層１５は弾性率が低くなっており、ガラスエポキシ基板１０の上面との密着性がよい。
【００２１】
次に、接着のメカニズムについて図４を用いて説明する。
図４（ａ）に示すように、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）のガラス転移温度Ｔｇ以上の熱が加わると、アルカン膜２０でのアルカンがＰＥＩフィルム１２側に分散（浸透）する。また、図４（ｂ）に示すように、アルカンが沸騰して体積膨張し、そのエネルギーがアルカンのＰＥＩフィルム１２側への分散（浸透）を促進させる（また、体積膨張に伴うエネルギーがＰＥＩフィルム１２の表面に吸着した汚れを取り除く効果もある）。
【００２２】
そして、図４（ｃ）に示すように、このＰＥＩフィルム１２でのアルカンが浸透した領域（厚さ２０μｍの層）においては弾性率が低下する。これによりガラスエポキシ基板１０の表面とのなじみがよくなる。その結果、ＰＥＩの硬化後において、図４（ｄ）に示すように、製品（積層体）の接着強度が強く、絶縁信頼性の高いものとなる。
【００２３】
なお、熱可塑性樹脂材料は、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）であったが、他にも、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）であったり、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）とポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を含むものであってもよい。より詳しくは、例えば、ポリエーテルエーテルケトン樹脂６５〜３５重量％と非晶性ポリエーテルイミド樹脂３５〜６５重量％とを含有する熱可塑性樹脂組成物を用いるとよい。あるいは、熱可塑性樹脂材料（フレキシブルプリント配線板のベースフィルム）は、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を用いてもよい。要は、ＰＥＩとＰＥＥＫとＰＥＮとＰＥＴの少なくともいずれかを含むものを使用することができる。
【００２４】
あるいは、熱可塑性樹脂材料よりなる基板（フレキシブルプリント配線板のベースフィルム）として、図５に示すように、ポリイミド基材（ＰＩ）４０に、ＰＥＥＫとＰＥＩとＰＥＮとＰＥＴの少なくともいずれかの層４１を積層（ラミネート）した構造のものを使用してもよい。この積層時において、例えば、接着剤を用いて両者４０，４１を接着することができる。また、ポリイミド基材４０は熱膨張係数が１５〜２０ｐｐｍ程度であり、配線として利用されることが多い銅の熱膨張係数と近いため（１７〜２０ｐｐｍ）、剥がれやフレキシブルプリント配線板の反り等の発生を防止することができる。なお、アルカンは、ＰＥＥＫ＋ＰＥＩ、ＰＥＩ、ガラスエポキシ基板の表面には浸透し、ＰＥＮへの浸透は僅かであるが、この場合、沸騰したアルカンが熱可塑性絶縁シートの表面に吸着した汚れを取り除くとともに熱可塑性樹脂の極性基を表面に露出させるので、高い接着強度が得られる。
【００２５】
以下、各種の実験を行ったので、その結果について説明する。
図６には、接着界面温度を変えていったときの接着強度の測定結果を示す。サンプルには、アルカン膜（Ｃ14Ｈ30）を用いたものと、用いなかったものを使用している。
【００２６】
この図６から、上述したように２７０℃で接着する場合には、アルカン膜を用いることにより、１．５Ｎ／ｍｍの接着強度を得ることができることが分かる。換言すると、同じ接着強度を得る場合には、より低い温度での加熱でよいことになる。具体的には、図６において縦軸の接着強度を１．５Ｎ／ｍｍとしたい場合において、アルカン膜を用いない場合には約３００℃に加熱する必要があるが、アルカン膜を用いると約２７０℃に加熱するだけでよいことになる。
【００２７】
次に、ポリエーテルイミドへのアルカンの浸透性について述べる。この浸透性は、図７（ａ）に示すように、容器３０の中にアルカン３１を入れ、図７（ｂ）に示すように、このアルカン３１の中にテストピースであるＰＥＩフィルム３２を入れる。そして、図７（ｃ）に示すように、ホットプレート３３の上に容器３０を配置し、加熱する。その後、図７（ｄ）に示すように、アルカン３１の中からＰＥＩフィルム３２を取り出し、重量を測定する。アルカン３１の中に入れる前のＰＥＩフィルム３２の重量をＷ１とし、アルカン３１の中から取り出した後のＰＥＩフィルム３２の重量をＷ２とすると、浸透量（％）は、（Ｗ２−Ｗ１）／Ｗ１×１００で表される。
【００２８】
このように浸透量（％）を定義したときにおける、温度を変えたときの浸透量（％）の測定結果を図８に示す。サンプルとしては、炭素数１４，１６，２２のアルカンを用いており、各沸点は２５０、２８０、３６０℃である。
【００２９】
この図８から、ポリエーテルイミドのガラス転移温度Ｔｇ以上であれば、アルカンがポリエーテルイミドに浸透していることが分かる。このように、ポリエーテルイミドのガラス転移温度Ｔｇ以上において浸透量が増し、接着力強化につながる。
【００３０】
図９には、弾性率の温度依存性の測定結果を示す。サンプルとしては、炭素数１４，１６，２２のアルカンを用いた。ここで、弾性率調査サンプルは、まず、図７に示したように、アルカンの中にテストピースであるＰＥＩフィルムを入れ、この状態でホットプレートにて加熱し、その後、取り出したＰＥＩフィルムに対し弾性率の測定を行った。
【００３１】
この図９から、約２００℃以上に加熱することにより、アルカンに入れなかったＰＥＩフィルムに比べアルカンに入れたＰＥＩフィルムは弾性率が低下していることが分かる。このようにして、アルカンの浸透により弾性率が低下し、それによりガラスエポキシ基板１０の表面とのなじみがよくなる。
【００３２】
このように、本実施の形態は下記の特徴を有する。
（イ）接着しようとするＰＥＩフィルム１２をガラスエポキシ基板１０にアルカン膜２０を介して配置し、接着箇所をＰＥＩのガラス転移温度Ｔｇ以上に加熱して、ＰＥＩフィルム１２におけるガラスエポキシ基板１０との界面にアルカンが分散した接着力向上層１５を形成した状態でＰＥＩフィルム１２をガラスエポキシ基板１０に接着させるようにしたので、接着力向上層１５を用いてＰＥＩフィルム１２を接着させることにより接着力を向上させることができることとなる。
【００３３】
なお、炭化水素化合物はアルカン類であったが、他にも、炭素結合の側鎖を持つ物質、炭化水素の骨格中に炭素の二重結合を有するアルケン類、三重結合を有するアルキン類、官能基を持たない芳香族または環式炭化水素を用いることができる。さらに、炭化水素化合物の他にもシリコーンオイル等を用いてもよく、要は弾性率低下物質であればよい。
【００３４】
また、被接着材はガラスエポキシ基板を用いたが、この他にも樹脂材として熱可塑性あるいは熱硬化性樹脂、さらには、樹脂材以外にも銅箔等の金属材料でもよい。
【００３５】
さらに、接着の際に必ずしも、介在させる炭化水素化合物の沸点以上に加熱し炭化水素化合物を沸騰させなくてもよい。つまり、テトラデカン（Ｃ14Ｈ30）を用いた場合においてＰＥＩのガラス転移温度Ｔｇの２４０℃以上ならばテトラデカン（Ｃ14Ｈ30）の沸点の２５０℃以下でもよい。
【００３６】
また、図２においては角ランド１１ａ，１３ａであったが、丸ランドや異形ランドなどその形状はいずれでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施形態における電子機器の一部を示す斜視図。
【図２】  接着部分を示す図。
【図３】  接着方法を説明するための断面図。
【図４】  接着メカニズムを説明するための図。
【図５】  別例の基板の説明図。
【図６】  接着強度の測定結果を示す図。
【図７】  サンプルの作成を説明するための図。
【図８】  浸透量の測定結果を示す図。
【図９】  弾性率の測定結果を示す図。
【符号の説明】
１０…ガラスエポキシ基板、１２…ＰＥＩフィルム、１５…接着力向上層、２０…アルカン膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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