CN101543145A - 电路板模块及制造方法 - Google Patents

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Abstract

问题为了能够将部件安装在待与FPC相连的PCB上的连接部分的背部的后表面上。用于解决所述问题的手段设置连接部分，由各向异性导电粘合剂连接第一电路板的导体配线和第二电路板的导体配线，该各向异性导电粘合剂由包括在厚度方向即粘结方向上定向的针状或线性链状金属粉末的绝缘树脂做成，并且在所述第一电路板和所述第二电路板的至少任意一个上安装一部件，所述部件安装在在形成有所述连接部分的表面的相反侧的后表面上。

Description

电路板模块及制造方法
技术领域
本发明涉及用作电子设备的一部分的电路板模块及其制造方法。特别地，包括电连接在一起的柔性印制电路板(FPC)、柔性扁平电缆(FFC)和/或刚性印制电路板(PCB)的本发明的电路板模块适合用在减小尺寸和/或做得较薄的电子设备中，例如移动电话、照相机等。
背景技术
近年来，已经促进了电子设备的尺寸、厚度和重量的减小。因此，在这种电子设备中使用的电路板中，导体节距已经做成小到1mm或更小的节距，并且进一步做成小到0.2mm或更小的节距，并且例如，由具有布置在这种窄节距中的导体的PCB构成的刚性电路板与由柔性FPC、FFC等构成的电路板电连接。
为了连接这些电路板的导体的目的，过去已主要采用以下的电连接方法：通过将FPC导体插入在PCB上设置的连接器的端子(terminal)来获得连接；通过去除连接部分上的绝缘涂层而暴露的导体的直接焊料连接来获得连接(日本专利申请公开No.H8-17259)；以及通过各向异性导电粘合剂(ACF)连接暴露在连接部分上的导体来获得连接。
在上述电连接方法中，使用连接器的连接方法的缺点是由于连接器的厚度而使电路板变厚，由此需要安装空间，并且部件和组装工艺的数量增加，这导致难以适应端子的窄节距设计的上述趋势。
同样，直接焊料连接方法的缺点是，在重复进行连接工作(修复)的情况下，如果损坏是由因为高连接强度而难以剥离所引起的，则虽然电连接可能是高度可靠的，但也不可能再重复使用。
在使用上述各向异性导电粘合剂进行连接的情况下，导电粒子散布在绝缘树脂中的薄膜或膏用作各向异性导电粘合剂，并且相对布置的连接器通过热压连接在一起。当使用各向异性导电粘合剂获得连接时，因为印制电路板的导体配线可以直接连接在一起，元件可以减小尺寸，并且还可能适应窄节距连接，与使用连接器的情况相比导致更多的优点。
专利文献1：日本专利申请公开No.H8-17259
发明内容
本发明要解决的问题
使用各向异性导电粘合剂完成的连接具有上述优点；然而，在市场上可获得的各向异性导电粘合剂的情况下，连接需要在高温和4MPa或更大的高压下压制，由此大压缩负荷被施加到待连接的电路板上。因此，当PCB的导体配线和FPC或FFC的导体配线分别与各向异性导电粘合剂相连时，由于当FPC等被放在固定放置的PCB的表面上时施加了热和压力，因此PCB承受了高压缩负荷。通常，在电子部件和/或电部件已安装到PCB上之后，该PCB连接到FPC等，并且因此不可能将部件安装在后表面上，该后表面处在与其上完成了与FPC等的连接的表面相对的背部。
如果使用了用于安装封装部件的夹具(jig)，则有可能在后表面上安装部件；然而，在电路同样以高密度形成在后表面上的情况下，难以获得用于布置夹具的空间，并且用于安装封装部件的夹具必须做得较薄，且因此该夹具将难以承受在连接时施加的高压缩负荷。因此，难以在与连接部分相对的背部处的后表面上安装部件。在使用连接器的上述连接的情况下，因为不施加压力，因此有可能在后表面上安装部件；然而，如上所述，问题是连接器的厚度将使PCB变厚。因此，有必要避免在通过使用各向异性导电粘合剂等的热压缩而形成的连接时对PCB施加高压缩负荷。
由上述问题的观点做出的本发明的目的是提供电路板模块，在该电路板模块上，部件以高密度安装并且其中使用了各向异性导电粘合剂，使得当在电路板的导体配线之间连接时施加到电路板的压缩负荷可以减小并且因此部件还可以安装在与连接部分背对的后表面上。
用于解决待解决的问题的手段
为了解决上述问题，作为本发明的第一方面，本发明提供了一种具有连接部分的电路板模块，其中，由各向异性导电粘合剂连接第一电路板的导体配线和第二电路板的导体配线，该各向异性导电粘合剂由包括在所述粘合剂的厚度方向上定向的针状或线性链状金属粉末的绝缘树脂做成，并且其中，在第一电路板和第二电路板的至少任意一个上安装一部件，所述部件安装在在形成有所述连接部分的表面的相反侧的后表面上。
在涉及本申请人的在先申请的日本专利申请公开No.2003-331951中阐述的各向异性导电薄膜在某种意义上可以适当地用作上述各向异性导电粘合剂，使得各向异性导电薄膜插在待连接在一起的两个电路板之间或事先附接到电路板之一的连接部分，其中借助于在连接时的热和压力，通过在厚度方向上进行压缩来获得电连接，使得以针形形状或线性链状形状结合到一起的导电粒子的长度的每个末端连接到待连接的每个导体配线。
由于针状或线性链状金属粉末定向在厚度方向上，因此可以使厚度方向上的电阻(“连接阻抗”)更低。此外，由于金属粉末以直角穿透的各向异性导电薄膜中的导电成分的分布密度在平面方向上未增大并且绝缘阻抗很高，因此有可能防止相邻导体配线之间的短路。
更具体地，上述金属粉末通过结合针状或线性链状的银、镍、铜等的微小金属粒子做成，并且优选地所述金属粒子的平均颗粒尺寸为400nm或更小。同样，通过将金属粒子压缩成针状或线性链状而做成的金属粉末的直径D优选为1μm至20μm或更小，长度L优选为小于连接待连接的电路板的导体配线之间的距离，并且针状或线性链状的厚度和长度之间的比率约为10到100。因此，金属粉末形成为在厚度方向上较长的形状，同时所述厚度是长度的1/10到1/100。因此，没必要使金属粉末的充盈分数过高，且该充盈分数按体积可以占0.05％到5％。
如上所述，金属粉末的充盈分数可以做得很低，并因此与常规的各向异性导电薄膜相比有可能显著减小厚度方向上的连接阻抗，同时将各向异性导电薄膜的表面方向的绝缘阻抗维持在高水平。因此，可以相当大地减小在连接时所施加的压力。在常规的各向异性导电粘合剂中，金属粉末的充盈分数按体积占7％到10％。
包括金属粉末的绝缘树脂可以是热固树脂或热塑树脂，只要所述树脂在弹性、耐热性、加工性能、机械性能、介电性能、低脱气性能等方面表现出色。这种树脂的实例包括聚脂树脂、环氧树脂、聚酰亚胺树脂、芳族聚酰胺树脂、氟树脂、丙烯酸树脂、酚树脂等。可以使用这些树脂中的一种或多种的组合。
如上所述，在本发明中，因为可以减小在连接时所施加的压力的各向异性导电粘合剂被用作电路板的导体配线间的粘合剂，可以相当大地减少在连接时施加到电路板的压力。结果，即使当部件安装到与存在于电路板的表面侧上的连接部分连接部分背对的后表面上时，所述压缩负荷也能够由电路板本身的基板承受。因此，有可能阻止负荷影响在后表面上安装的部件。同样，即使在基板的强度(压力阻力(pressure resistance))相对低的情况下使用负荷接收夹具，从背部侧支撑电路板的负荷接收夹具的支撑构件也可以做得较薄，并且因此没必要使用于夹具的开放空间过大。
以此方式，还可能将部件安装在与另一个电路板中的连接部分连接部分背对的后表面上。另外，部件可以安装在用于连接到另一个电路板的连接部分连接部分所存在的表面上。因此，有可能将部件以高密度安装在电路板的两个表面上，由此可以尝试电路板的小型化。
本发明可以适当地用于电路板模块，其中所述第一电路板由刚性印制电路板组成，在该刚性印制电路板上安装有诸如电子部件的部件，并且第二电路板是柔性印制电路板。更具体地，在许多情况下，多个FPC与容纳在电子设备中的刚性印制电路板(PCB)的侧面相连。在这种情况下，如果与存在多个连接部分连接部分的表面背对的后表面变为可以安装部件的区域，则能够相当大地增加用于安装部件的封装空间，并且因此，可以获得PCB的小型化或通过安装更多部件的多功能化。
此外，在多个PCB通过FPC连接在一起的电路板模块的情况下，部件可以安装在PCB的后表面上，该后表面处在与形成与每个FPC的连接的连接部分连接部分相对的背部。因此，用于安装部件的面积增加得更多并且因此有可能作为整体使电路板模块小型化或多功能化。
此外，本发明提供一种电子设备，其中包含上述电路板模块。在如上所述的电路板模块包括PCB的情况下，电子部件和电路图案可以通过将电子部件安装在后表面上来以高密度形成，该后表面处在与存在用于连接FPC或FFC的连接部分的面相对的背部，并且因此有可能尝试PCB的小型化，并且因此电路板模块本身也可以减小尺寸，由此，可以实现包括电路板模块的电子设备的小型化。
具有这种电路板模块的电子设备的实例包括薄型、小尺寸、重量轻且便携的电子设备，包括移动电话设备、诸如数码相机或摄像机的相机、便携式音频播放器、便携式DVD播放器、便携式膝上型电脑等。
此外，本发明提供了一种制造电路板模块的方法。
所述制造方法包括以下步骤：
将电子部件安装在第一电路板或第二电路板的任何一个上；以及
通过在与部件安装面相对的面上隔着各向异性导电粘合剂使它们相互接触并且通过向其中施加2MPa或更小的压力来连接第一电路板和第二电路板的导体。
如上所述，当电子部件必须安装在形成连接的电路板上时，在连接之前事先安装电子部件。通常，在电路板是PCB的情况下，PCB在完成的条件下与FPC或FFC的配线构件相连，使得部件安装在PCB的一个或两个表面上。因此，同样在本发明的情况下，在电子部件安装后，通过各向异性导电粘合剂形成的连接就完成了。
如上所述，用在本发明中的各向异性导电粘合剂包括定向在厚度方向上的针状或线性链状成分，并且因此在连接时施加到PCB的压力可以减小到2MPa或更小，并且进一步减小到0.5MPa或更小。
因此，当诸如PCB的基板具有逆着压缩负荷的压力阻力时，PCB可以与FPC连接，而不会导致压缩负荷影响安装在后表面上的电子部件。另一方面，当诸如PCB的基板的强度(压力阻力)相对低时，使用了负荷接收夹具。然而，用于从背部侧支撑电路板的负荷接收夹具的支撑构件可以较薄，并且因此夹具所需的开放空间可以做得较小。因此，即使在电子部件被安装在与连接部分背对的后表面上时，也有可能阻止基板面积的增大。
本发明的有益效果
在本发明中，如上所述，电路板的导体配线之间的连接通过各向异性导电粘合剂来完成，这允许充分地减小在连接时所施加的压力，并且因此诸如电子部件的部件可以安装在电路板的后表面上，该后表面位于与连接部分相对的背部。因此，可以扩大用于安装部件的区域，允许增加所安装部件的数量，并且由此可以获得电路板的小型化或多功能化。
附图说明
图1是示出了本实施例的印制电路板模块的整体的示意图；
图2是图1中的主PCB的剖视图；
图3(A)是示出了在使用各向异性导电粘合剂连接PCB和FPC之前存在的情况的示意性剖视图；
图3(B)是示出了各向异性导电粘合剂中的金属粉末的放大图；
图3(C)是示出了在使用各向异性导电粘合剂连接PCB和FPC之后存在的情况的示意性剖视图；
图4(A)是示出了使用各向异性导电粘合剂形成连接的步骤的示意图；
图4(B)是示出了使用各向异性导电粘合剂形成连接的步骤的示意图；
图4(C)是示出了使用各向异性导电粘合剂形成连接的步骤的示意图；
图5是示出了图4(C)的修改后的实例的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。
图1至5示出了容纳在移动电话设备中的印制电路板模块1的实施例。
在图1所示的印制电路板模块1中，FPC 30(30-1至30-6)的导体配线均使用各向异性导电粘合剂2分别与电连接部分P(P1至P11)处的导体配线相连，所述电连接部分P(P1至P11)处在安装了部件的多个PCB40(40-1至40-5)的上表面40a上，所述部件由电子部件和电部件组成。
在图1中，40-1指示具有大尺寸正方形形状的主PCB。延伸到主PCB40-1的三个侧面的边缘的导体配线(未示出)在电连接部分P1至P4处与导体配线(未示出)相连，所述电连接部分P1至P4存在于三个FPC 30-1至30-4的一端。在FPC 30-1的另一端上的导体配线在电连接部分P5处与子PCB 40-2的导体配线相连，并且在FPC 30-2的另一端上的导体配线在电连接部分P6处与子PCB 40-3相连。子PCB 40-3在电连接部分P7处连接到FPC 30-5的一端，并且FPC 30-5的另一端在电连接部分P8处连接到PCB 40-4，在该PCB 40-4上安装有内置相机55。
FPC 30-3的另一端在电连接部分P9处与主显示屏56相连，并且FPC30-4的另一端在电连接部分P10处与子显示器57相连。此外，通过连接器与主PCB 40-1连接的配线60通过连接器连接到PCB 40-5，并且PCB40-5还通过电连接部分P11与FPC 30-6相连，并且FPC 30-6与PCB 40-6相连。在图中，59是外置相机。
在主PCB 40-1和40-5每个基板42上，如图1所示，电子部件53安装在基板42的表面40a上，并且如图2所示，电子部件53还分别安装在后表面40b上，并且此外电子部件53安装在与电连接部分P1到P4以及P11背对的后表面上，所述电连接部分P1至P4以及P11分别连接到FPC 30。
安装在PCB 40-1和40-5上的电子部件53是诸如嵌入式存储器、功率控制IC、电源控制IC、声音发生器IC、RF接收LSI、RF发射LSI、开关IC、功率放大器等的电子和电部件。同样，子PCB 40-2和40-3的各自基板具有安装在其上的给定的电子部件53。
PCB 40连接部分和FPC 30的电连接部P1至P11的连接结构是使用如图3(A)到图3(C)所示的各向异性导电粘合剂2完成的连接。各向异性导电粘合剂2具有其中主要由热固树脂做成的粘结剂用树脂3包括针状金属粉末4的结构，所述针状金属粉末4由定向在厚度方向X上的金属粒子4a组成，所述厚度方向X是如图3(B)所示的连接方向。
在本实施例中，由具有约400nm的颗粒尺寸的镍金属粒子4a构成的金属粉末4具有针状形状，该针状形状的直径D约为1μm，长度L为5μm，并且L/D约为5。同样，环氧树脂被用作粘结剂用树脂3，并且金属粉末4的充盈分数按体积占0.05％。
如图4(A)所示，各向异性导电粘合剂2的针状金属粉末4在厚度方向X上被做成连续的，使得其一端接触暴露在PCB 40的基板42的表面40a上的导体配线6，同时其另一端接触暴露在FPC 30的一侧表面上的导体配线7，并且导体配线6和7与各向异性导电粘合剂2的金属粉末4电连接。FPC 30被构造成使得并行配线的导体配线7覆盖有由绝缘树脂组成的覆盖薄膜8，同时导体配线7在待与PCB 40相连的顶端(tip)部分事先暴露。
如图2所示，在PCB 40(40-1和40-5)中，FPC 30通过各向异性导电粘合剂2连接到基板42的表面40a，并且电子部件53在位置S处事先安装在基板42的后表面40b上，该位置S处在与FPC 30相连的电连接部分P1至P4和P11相对的背部。
接下来，将描述连接PCB 40和FPC 30的方法。各向异性导电粘合剂2是使得具有片形形状的各向异性导电粘合剂2如图4(A)所示地事先形成，并且在本实施例中，其具有约30μm的厚度。如图4(B)所示，各向异性导电粘合剂2事先临时涂覆在暴露出导体配线7的FPC 30的连接部分上。
接下来，如图4(C)所示，与各向异性导电粘合剂2粘结到其上的FPC 30相连的PCB 40以某种方式放置在安置台(putting-stand)60上，使得表面40a面向上方而后表面40b却面向下方。在这种情况下，在安装在后表面上的电子部件53中，最高的电子部件53-1位于最低端。PCB 40的表面40a的边缘部是用于与FPC 30相连的连接部分，并且电子部件53-2在与连接部背对的位置S处事先安装在连接部分后表面40b上。自电子部件53-2的基板42向下突出的量取决于待安装的电子部件53-2，并且在本实施例中，所述突出的量低于具有最大高度的电子部件53-1的突出的量，并且因此距安置台60的底端还有空间。
在粘结有各向异性导电粘合剂2的表面面向下方的状态下，FPC 30被放在PCB 40的表面40a的边缘处的连接部分上，所述PCB 40放置在安置台60上，并且各向异性导电粘合剂2被覆盖在PCB 40的导体配线6上。
在这种条件下，加热在使各向异性导电粘合剂2的粘结剂用树脂3熔化的温度下完成，同时从上方施加2MPa至0.1MPa(在本实施例中：0.5MPa)的压力，使得各向异性导电粘合剂2和导体配线6被压接触在一起，同时粘结剂用树脂3在位于PCB 40的导体配线6之间的部分处被粘结到绝缘树脂基板42。因此，PCB 40的导体配线6和FPC 30的导体配线7通过各向异性导电粘合剂2的金属粉末4来电连接，同时FPC 30和PCB 40被粘结在一起。
由于在上述粘结时施加的压力为0.5MPa，因此用安置台60支撑的PCB 40的基板42可以承受由压力如此施加的压缩负荷，并且由此有可能防止压缩负荷影响安装在后表面40b上的电子部件53-2。
当PCB 40的基板42的压力阻力相对低使得基板42不能承受压缩负荷时，如图5所示，负荷接收夹具70被置于电子部件53-2下面，使得从负荷接收夹具70突出的支撑构件70a在围绕电子部件53-2的位置上与PCB 40的后表面40a反向地伸出(butted)，以便支撑PCB 40。在此情况下，当所施加的压力低至如上所述的0.5MPa时，所施加的压缩负荷也很低，并且因此支撑构件70a可做得较薄。因此，有可能减小用于布置支撑构件70a的空间，使得对安装PCB 40的后表面40b的电路图案和其他封装部件的影响可以非常小。
主PCB 40-1具有四个用于与FPC 30相连的部分，并且在与所述四个部分背对的后表面40b上，有四个区域S，每个区域S均能够安装电子部件。因此，如果在电子部件53被安装在这些区域上的情况下，待安装的电子部件的数量相同，则PCB 40的基板本身可以减小尺寸并且因此具有印制电路板模块1的数码相机本身也可以减小尺寸。另一方面，如果基板面积相等，可以安装更大量的电子部件，由此可以实现多功能化。同样，当有许多待与FPC相连的PCB时，通过使每个PCB小型化，印制电路板模块1可以作为一个整体显著地减小尺寸。
上述实施例是待容纳在移动电话设备中的印制电路板模块。然而，具有类似实施例的印制电路板模块可以适当地用在需要减小尺寸的电子设备中，例如数码相机、摄像机、便携式音频播放器等。
在上述实施例中，使用各向异性导电粘合剂连接PCB和FPC；然而，还可能在PCB和FPC被连接的情况下采用类似的结构。同样，在所述实施例中，通过结合纳米大小的金属粒子而形成针状形状的金属粉末被用作各向异性导电粘合剂；然而，可以使用其他的针状形状的金属粉末；不限制金属粉末是否具有比相邻的导体配线间的尺寸更短的尺寸。

Claims (5)

1.一种具有连接部分的电路板模块，
其中，由各向异性导电粘合剂连接第一电路板的导体配线和第二电路板的导体配线，所述各向异性导电粘合剂由绝缘树脂构成，该绝缘树脂包括在所述粘合剂的厚度方向上定向的针状或线性链状金属粉末，以及
其中，在所述第一电路板和所述第二电路板中的至少任意一个上安装一部件，所述部件安装在在形成有所述连接部分的表面的相反侧的后表面上。
2.根据权利要求1所述的电路板模块，其中，
所述第一电路板由安装有所述部件的刚性印制电路板构成，以及
所述第二电路板是柔性印制电路板。
3.一种包含权利要求1或2所述的电路板模块的电子设备。
4.一种制造权利要求1或2所述的电路板模块的方法，所述方法包括以下步骤：
将电子部件安装在所述第一电路板和所述第二电路板中的任意一个上；以及
通过在与部件安装面相反的面上隔着各向异性导电粘合剂使第一电路板的导体和第二电路板的导体相互接触、以及通过向其施加2MPa或更小的压力，来连接所述第一电路板的导体和所述第二电路板的导体。
5.一种制造电路板模块的方法，其中所述压力为0.5MPa或更小。
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