CN1976557B - 电路基板装置及基板间的连接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基板连接结构，可实现搭载了多个电路基板的电子设备的轻薄化及节省空间化，并可取下基板。包括：第一基板(1)，将多个电极端子(10)以矩阵状配置在其表层；第二基板(2)，和电极端子(10)相对，并将多个电极端子(20)以矩阵状配置在其表层；和各向异性导电部件(3)，配置在第一及第二基板(1、2)之间，并且和电极端子(10、20)对应的位置上，其中，通过加压部件(4)对第一和第二基板(1、2)及各向异性导电部件(3)加压，电极端子(10、20)通过各向异性导电部件(3)电连接。

Description

电路基板装置及基板间的连接方法
本申请为2004年12月24日提交的、申请号为03814807.2的、发明名称为“电路基板装置及基板间的连接方法”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种具有多个基板的电路基板装置及基板间的连接方法，特别涉及一种将搭载于多数电子设备的挠性印刷电路(FPC)基板和刚性印刷电路(RPC)基板等印刷电路基板互相连接的构造及相互连接的方法。
背景技术
以往，在移动电话装置、PDA(Personal Digital Assistant)终端或者其他很多电子移动终端设备中，在有限的空间内搭载有多个安装了很多电子部件的印刷电路基板。将这些电路基板相互连接的方法一般采用使用连接器的构造或者使用有焊锡等连接介质的方法。
图9是多个电路基板被互相连接的现有的电路基板装置的一个示例的俯视图。
如图9所示，在该电路基板装置中，二块RPC基板1a、2a通过二个连接器10a、20a连接。也就是说，该示例是将二块RPC基板1a、2a并行重叠连接的示例，例如，分别向其中一个RPC基板1a安装凸型的连接器10a，向另一个RPC基板2a安装凹型的连接器20a，并将两个RPC基板1a、2a通过连接器10a、20a连接。该连接器10a、20a也有将用于安装RPC基板1a、2a的端子呈矩阵状排列的类型。
图10是表示现有的电路基板装置的其他示例的电路基板装置的透视图。
如图10所示，在该示例中，向一块RPC基板1a安装连接器31，通过将一块FPC基板30插入到该连接器31中，相互连接两个基板1a、30。
在图9及图10所示的任意一种电路基板装置中，都容易将基板互相分离，所以即使有部件不良时，也可以替换基板。
图11是现有的电路基板装置的又一例的电路基板装置的透视图。
如图11所示，该示例是将具有连接部32的FPC基板30直接连接到RPC基板1a的构造。
作为其连接介质使用的一般是焊锡、各向异性导电膜(AnisotropicConductive Film：ACF)、各向异性导电胶(Anisotropic Conductive Paste：ACP)等。
此时的焊锡使用和一般情况下将电子部件安装到基板上时使用的焊锡一样的类型。在使用焊锡时的一般的连接方法中，向基板的电极端子预先涂敷焊锡膏，将两个基板暂时固定后，向其连接部分施加热和压力，从而固定两个基板。
上述各向异性导电膜(ACF)是将细微的导电粒子混合到具有粘合性的树脂中并使其呈薄膜状的物质，而各向异性导电胶(ACP)是将其制作成胶状的物质。因此，在连接两个基板时，在相互连接的电极之间夹入各向异性导电膜(ACF)或者各向异性导电胶(ACP)，并和由焊锡连接时一样，通过施加热及压力，连接两个基板。
进而，由于焊锡也用于其他部件的安装，所以具有使成本降低的优点。
但是，焊锡在连接时是液状的，所以容易使相邻的电极之间短路，因而不适于狭小间距的连接。目前，对于0.3mm间距以下的连接，则存在很多技术问题。
另一方面，各向异性导电膜(ACF)或者各向异性导电胶(ACP)和焊锡相比成本较高，但是可进行狭小间距的连接，还可进行0.05mm间距的连接。因此，在进行液晶显示器的玻璃基板和液晶驱动器的连接时，广泛采用各向异性导电膜(ACF)或者各向异性导电胶(ACP)。
如上所述，在移动电话装置、PDA终端等电子设备中，需要在有限的空间内搭载多个安装了很多电子部件的印刷电路基板。特别是考虑到移动电话装置、PDA终端需要放入到口袋、提包中携带，所以其连接部分的轻薄化及节省空间化是非常重要的。考虑到实现这些装置、终端的轻薄化及节省空间化，在上述各种现有技术中，使用焊锡、各向异性导电膜(ACF)等连接介质较为有利。
由于这些产品中大多搭载采用了最新技术的LSI，所以出现次品的概率很高。因此，如果使用焊锡，在产生次品或者某部分出现问题时，所有连接的基板都无法使用，所以因次品而造成的制造成本升高。
并且，如果使用如连接器这样的可取下的连接设备，安装部位的高度会受到影响，但可以只取下安装了次品的基板，所以可以将因次品而造成的成本控制到低限度。
但是，即使使用连接器也会存在很多如下所述的电连接上的问题点。
首先，连接器是通过使端子引脚和印刷基板的电极端子相互接触而实现电连接的方式，所以连接器端子引脚和固定该连接器端子引脚的部分之间需要空间，因而实现狭小间距受到限制。在现阶段，使用FPC连接器时的间距最小为0.3mm，使用基板对基板的连接器时的间距最小为0.4mm。
进而，作为减少安装面积的方法，有CSP型的基板对基板连接器。这是将安装连接器的基板的电极配置为矩阵状，以实现安装面积的减少的方法。
就这样将电极端子排列为矩阵状时，需要使配线引到内层。并且，若在电极端子配置导通孔，则电极表面大概凹陷15至40μm，所以安装刚性较大的CSP型的连接器时，在导通孔部分发生空隙、接触不良或者应力集中的现象，这是造成可靠性差的原因。
发明内容
本发明正是针对上述现有的电路基板装置的问题点而研制的，其目的在于提供一种电路基板装置及基板间的连接方法，可实现连接了多个电路基板的电路基板装置的轻薄化及节省空间化，同时可将基板取出地使多个基板相互连接。
本发明提供一种电路基板装置，包括：将第一电极端子群以矩阵状配置到其表层的第一基板；将第二电极端子群以矩阵状与上述第一电极端子群相对应地配置在其表层的第二基板；和配置在上述第一基板及上述第二基板之间的各向异性导电部件，其中，通过上述第一基板、上述各向异性导电部件及上述第二基板在被加压的状态下互相密合，上述第一电极端子群及上述第二电极端子群被互相电连接。
本电路基板装置优选还具有加压部件，该加压部件对上述第一基板、上述各向异性导电部件以及上述第二基板进行加压，以使其互相密合。
该加压部件例如可以由和上述第一基板接触的第一面、和上述第二基板接触的第二面，以及保持上述第一面及上述第二面互相平行的第三面构成。
上述加压部件优选由具有弹性的材料构成。
在本电路基板装置中，例如，在构成上述第一及第二电极端子群的各电极端子中连通而形成至少一个以上的导通孔，通过上述导通孔及上述第一基板的内层或者背面，从上述第一及第二电极端子群中引出至少一根以上的配线，由上述导通孔导致的凹陷，在对上述第一基板、上述各向异性导电部件及上述第二基板进行加压时，被上述各向异性导电部件的弹性吸收。
在本电路基板装置中，例如，在构成上述第一及第二电极端子群的各电极端子上连通而形成至少一个以上的导通孔，通过上述导通孔及上述第一基板的内层或者背面，从上述第一及第二电极端子群中引出至少一根以上的配线，上述各电极端子具有不包括上述导通孔的平面区域，上述各电极端子通过上述平面区域和上述各向异性导电部件接触。
在本电路基板装置中，例如，在构成上述第一及第二电极端子群的各电极端子上连通而形成至少一个以上的导通孔，通过上述导通孔及上述第一基板的内层或者背面，从构成上述第一及第二电极端子群的各电极端子中引出至少一根以上的配线，上述各电极端子的露出面构成平坦的面，上述各电极端子通过上述露出面和上述各向异性导电部件接触。
上述第一及第二电极端子群例如配置为矩阵状。其中，矩阵状是指电极电子群的纵横列无需互相垂直相交，但呈格子状整齐排列的状态。
上述各向异性导电部件优选使用金线、铜线、黄铜线、磷青铜线、镍线、不锈钢线中的任意一种金属细线，或者使用金属粒子、镀金粒子、镀银粒子、镀铜粒子中的任意一种作为导电材料。
上述第一及第二基板例如可由多层挠性电路基板、多层刚性印刷电路基板、双面挠性电路基板及双面刚性印刷电路基板中的任意一种构成。
本电路基板装置优选还具有接合层，形成于上述各向异性导电部件的端面。
本发明还提供一种，将第一电极端子群配置在其表层的第一基板和将第二电极端子群与上述第一电极端子群对应地配置在其表层的第二基板互相连接的方法，其特征在于，具有以下步骤：第一步骤，在上述第一基板及上述第二基板之间配置各向异性导电部件；和第二步骤，以厚度方向对上述第一基板、上述第二基板以及上述各向异性导电部件加压，使各上述第一电极端子群以及上述第二电极端子群电连接。
附图说明
图1是本发明的第一实施例的电路基板装置的透视图。
图2是本发明的第一实施例的电路基板装置的俯视图。
图3是图1的A-A线的剖视图。
图4是图1的B-B线的剖视图。
图5是本发明的第一实施例的电路基板装置的第二具体例中，和图1的A-A线对应的线的剖视图。
图6是本发明的第一实施例的电路基板装置的第二具体例中，和图1的B-B线对应的线的剖视图。
图7是本发明的第一实施例的电路基板装置的第三具体例中，和图1的A-A线对应的线的剖视图。
图8是本发明的第一实施例的电路基板装置的第三具体例中，和图1的B-B线对应的线的剖视图。
图9是现有的电路基板装置的一个示例的俯视图。
图10是现有的电路基板装置的另一示例的透视图。
图11是现有的电路基板装置的又一示例的透视图。
具体实施方式
以上对本发明的实施例参照附图进行说明。
(第一实施例)
图1是本发明的第一实施例的电路基板装置100的透视图，图2是电路基板装置100的俯视图。
如图1及图2所示，本实施例的电路基板装置100的构成如下所示：在表层设置了用于连接的第一电极端子10的第一基板1；在表层设置了用于连接的第二电极端子20的第二基板2；配置在第一及第二基板1、2的第一及第二电极端子10、20之间的各向异性导电部件3；和产生第一及第二电极端子10、20连接所需的压力的加压部件4。
第一电极端子10及第二电极端子20在互相对应的位置上以矩阵状配置多个金属端子(端子群)。
加压部件4由和第一基板1的下面接触的第一面4a、和第二基板2的上面接触的第二面4b、以及使第一面4a及第二面4b相互平行的第三面4c构成。
如后所述，加压部件4由具有弹性的材质构成。
如图2所示，第一基板1和第二基板2以及各向异性导电部件3，各向异性导电部件3以被夹在第一基板1及第二基板2之间的状态插入到加压部件4的内部。
第一基板1、第二基板2、以及配置在其之间的各向异性导电部件3通过加压部件4被冲压，各向异性导电部件3和第一电极端子10、以及各向异性导电部件3和第二电极端子20接触。其结果是，第一基板1的第一电极端子10和第二基板2的第二电极端子20通过各向异性导电部件3互相电连接。
各向异性导电部件3为了确保其导电性而含有导电材料。导电材料可以选择例如金属细线或者金属粒子。金属细线可以使用由金、铜、黄铜、磷青铜、镍、不锈钢或其他金属构成的金属线。
进而，若向该金属细线的一部分或者全部进行镀金处理，则可降低其电阻值。
并且，除了金属粒子外，还可以使用碳粒子、实施了金属电镀处理的树脂粒子。
例如，金属细线的直径的最佳值为5至40μm。这是因为，如果细线太粗，即细线直径超过40μm，则各向异性导电部件3的刚性变大，需要较大的加压力，而相反，如果细线过细，即细线直径不到5μm，则电阻值变大，不适于第一电极端子10和第二电极端子20的连接。
通过加压部件4对第一基板10、第二基板20、以及各向异性导电部件3加压时的加压力，优选每一个电极端子为0.05至1.2N。
但该加压力取决于各向异性导电部件3的刚性、厚度、种类以及电极端子10、20的平面度。
并且，若在和电极端子10、20接触的各向异性导电部件3的端面形成接合层，不仅使组装变得容易，而且也可以防止由于振动引起的位置偏移。接合层的形成例如通过涂敷粘接材料而进行。
此外，第一基板10及第二基板20的种类可以使用FPC基板及RPC基板的任意一种。
以下对本实施例的电路基板装置100的具体的基板构造及基板之间的连接方法，利用具体例进行说明。
(具体例1)
图3是图1的A-A线的剖视图，图4是图1的B-B线的剖视图。
如图3所示，第一基板1及第二基板2是具有由FR构成的基材4、及在基材4上形成的六个层5(在图3中，对五个板，形成在表面的六个配线层)的RPC基板。
并且，如图4所示，第一电极端子10和第二电极端子20具有配置在互相对应的位置上的100个电极端子。这些100个电极端子以节距P＝0.4mm、电极尺寸＝0.3×0.3×0.04mm形成，并配置为4列25行的矩阵状。
在第一电极端子10和第二电极端子20上形成导通孔6，通过导通孔6，第一基板1及第二基板2的第二个到第六个内层中引出配线图案7。
若在第一电极端子10及与之相对的第二电极端子20设置导通孔6，则在电极端子10、20的平面产生约45μm的凹陷，但该凹陷可通过配置在第一电极端子10和第二电极端子20之间的各向异性导电部件3的弹性而吸收。因此，各向异性导电部件3密合在第一电极端子10及第二电极端子20的表面，通过各向异性导电部件3，实现了第一电极端子10和第二电极端子20的电连接。
作为各向异性导电部件3，基体材料使用橡胶硬度20度的Si橡胶，导电材料中使用镀Au的直径为12μm的SUS线。此外，该各向异性导电部件3的厚度使用0.3mm的材料，通过加压部件4，对第一基板1和第二基板2以及各向异性导电部件3以每1端子0.6N的力进行加压。
进而，加压部件4为平板弹簧形状，板厚为0.3mm。该加压部件4的材质使用SUS 304CPS。
此外，关于各要素的定位，通过CCD相机，观察设置在第一基板1和第二基板2以及各向异性导电部件3的对齐标记8，并调整各向异性导电部件3相对第一基板1的位置和第二基板2相对第一基板1的位置。该定位精度为±50μm，确认该100个电极端子全部导通。
其中，第一电极端子10及第二电极端子20排列为4行×25列的矩阵状，但第一电极端子10及第二电极端子20的数量不限于此，任意N行M列的矩阵都可以获得同样的结果(N、M为2以上的正整数)。
在本具体例中，由于将第一电极端子10及第二电极端子20配置为矩阵状，所以和现有技术中使用连接器的情况相比，可以实现节省空间。
并且，由于第一电极端子10及第二电极端子10相互之间不通过焊锡等连接介质接合，所以不会对基板1、2造成损害，并且可容易取下，因此和使用连接器时一样，可互相连接能够自由取下的基板。
(具体例2)
图5为在具体例2中，和图1的A-A线对应的线的剖视图，图6为在具体例2中，和图1的B-B线对应的线的剖视图。
和具体例1时一样，具体例2中的第一基板1及第二基板2是具有由FR构成的基材4、及在基材4上形成的六个层5的RPC基板。
并且，如图6所示，第一电极端子11和第二电极端子21具有配置在互相对应的位置上的100个电极端子。这100个电极端子以X方向的节距Px＝0.4mm、Y方向的节距Py＝0.6mm、电极尺寸＝0.3×0.5×0.04mm形成，并配置为4列25行的矩阵状。
在以矩阵状排列在第一基板1的表层的第一电极端子11和以矩阵状排列在第二基板2的表层的第二电极端子21上形成导通孔12，通过导通孔12，向第一基板1及第二基板2的第二个到第六个内层引出配线图案7。
但是，若在第一电极端子11及与之相对的第二电极端子21设置导通孔12，则在电极端子11、21的表面产生深度约为45μm的凹陷部13。
因此，在本具体例的电极端子11、21上，形成与凹陷部13相邻连接的平面区域11a、21a。例如，通过使电极端子11、21的表面面积为导通孔12的面积的1.5倍至3倍，可以扩大电极端子11、21的平坦部分，并可形成平面区域11a、21a。
例如，在导通孔12的直径为0.1mm时，电极端子11、21的长度(图5的左右方向的长度)设定为0.3mm。
就这样，通过形成平面区域11a、21a，不需要使各向异性导电部件3变形而密合到形成于电极端子11、21上的凹陷部13，即无需利用各向异性导电部件3的弹性来吸收凹陷部13。电极端子11、21在平面区域11a、21a中和各向异性导电部件3接触，所以能以低负荷连接电极端子11、21之间。
作为各向异性导电部件3，基体材料使用橡胶硬度20度的Si橡胶，导电材料中使用镀Au的直径为12μm的SUS线。此外，该各向异性导电部件3的厚度使用0.3mm的材料，通过加压部件4，对第一基板1和第二基板2以及各向异性导电部件3以每1端子0.1N的力进行加压。
进而，加压部件4为平板弹簧形状，板厚为0.3mm。该加压部件4的材质使用SUS 304CPS。
此外，关于各要素的定位，通过CCD相机，观察设置在第一基板1和第二基板2以及各向异性导电部件3的对齐标记8，并调整各向异性导电部件3相对第一基板1的位置和第二基板2相对第一基板1的位置。该定位精度为±50μm，确认该100个电极端子全部导通。
其中，第一电极端子11及第二电极端子21排列为4行×25列的矩阵状，但第一电极端子11及第二电极端子21的数量不限于此，任意N行M列的矩阵都可以获得同样的结果(N、M为2以上的正整数)。
在本具体例中，由于将第一电极端子11及第二电极端子21配置为矩阵状，所以和现有技术中使用连接器的情况相比，可以实现节省空间。
并且，由于第一电极端子10及第二电极端子10相互之间不通过焊锡等连接介质接合，所以不会对基板1、2造成损害，并且可容易取下，因此和使用连接器时一样，可相互连接能够自由取下的基板。
进而，和具体例1相比，可以减少通过加压部件4施加到第一基板1和第二基板2以及各向异性导电部件3的加压力。具体而言，在具体例1中，施加了0.6N的加压力，而在本实施例中仅需施加0.1N的加压力即可。
(具体例3)
图7为在具体例3中，与图1的A-A线对应的线的剖视图，图8为在具体例3中，与图1的B-B线对应的线的剖视图。
如图7所示，在本具体例中，第一基板1和第二基板2使用在由聚酰亚胺构成的基材形成Cu配线层的双面FPC。
并且，如图8所示，本具体例中的第一电极端子14和第二电极端子22具有配置在互相对应的位置的100个电极端子。这100个电极端子以节距P＝0.4mm、电极尺寸＝0.2×0.2×0.04mm形成，并配置为4列25行的矩阵状。
用于将来自电极端子14及22的配线7引到背面的导通孔15被Cu胶掩埋。将导通孔15用Cu掩埋后，进行厚15μm的Cu电解电镀，则源自导通孔15而形成于电极端子14及22的表面的凹陷部被掩埋。其结果是，电极端子14及22的高度变为大约19μm，获得平面度为大约5μm的平坦的表面。
作为配置在电极端子14、22之间的各向异性导电部件3，基体材料使用橡胶硬度40度的Si橡胶，导电材料中使用镀Au的直径为12μm的SUS线。此外，该各向异性导电部件3的厚度使用0.3mm的材料，通过加压部件4，对第一基板1和第二基板2以及各向异性导电部件3以每1端子0.12N的力进行加压。
进而，加压部件4为平板弹簧形状，板厚为0.3mm。该加压部件4的材质使用SUS 304CPS。
此外，关于各要素的定位，通过CCD相机，观察设置在第一基板1和第二基板2以及各向异性导电部件3的对齐标记8，并调整各向异性导电部件3相对第一基板1的位置和第二基板2相对第一基板1的位置。该定位精度为±50μm，确认该100个电极端子全部导通。
其中，第一电极端子14及第二电极端子22排列为4行×25列的矩阵状，但第一电极端子14及第二电极端子22的数量不限于此，任意N行M列的矩阵都可以获得同样的结果(N、M为2以上的正整数)。
在本具体例中，和具体例1及具体例2一样，由于将第一电极端子14及第二电极端子22配置为矩阵状，所以和现有技术中使用连接器的情况相比，可以实现节省空间。
并且，由于第一电极端子14及第二电极端子22相互之间不通过焊锡等连接介质接合，所以不会对基板1、2造成损害，并且可容易取下，因此和使用连接器时一样，可相互连接能够自由取下的基板。
进而，由于掩盖了电极端子14、22的导通孔15引起的凹陷部，所以和具体例1相比，可以减少通过加压部件4施加到第一基板1和第二基板2以及各向异性导电部件3的加压力。具体而言，在具体例1中，施加了0.6N的加压力，而在本实施例中仅需施加0.12N的加压力即可。
如上所述，根据本发明的电路基板装置及基板间的连接方法，由于将电极端子配置为矩阵状，因而和现有技术中使用连接器的情况相比，可以实现电路基板装置的轻薄化及节省空间化，并且，由于未使用焊锡等连接介质接合基板的电极端子相互之间，所以不对基板造成破坏，并且具有可以容易取下基板的效果。

Claims (13)

1.一种电路基板装置，包括：
第一基板，第一电极端子群以矩阵状配置在其表层，在各电极端子中形成至少一个导通孔；
第二基板，第二电极端子群以矩阵状和所述第一电极端子群相对应地配置在其表层，在各电极端子中形成至少一个导通孔；和
各向异性导电部件，配置在所述第一基板的表层及所述第二基板的表层之间，
所述第一电极端子群的各电极端子中的所述至少一个导通孔与所述第二电极端子群的各电极端子中的所述至少一个导通孔连通，
通过所述第一基板、所述各向异性导电部件及所述第二基板在被加压的状态下互相密合，所述第一电极端子群及所述第二电极端子群互相电连接。
2.根据权利要求1所述的电路基板装置，其中，
通过所述导通孔及所述第一基板的内层或者背面，从所述第一及第二电极端子群中引出至少一根以上的配线，
由所述导通孔导致的凹陷，在对所述第一基板、所述各向异性导电部件及所述第二基板进行加压时，利用所述各向异性导电部件的弹性被吸收。
3.根据权利要求1所述的电路基板装置，其中，
通过所述导通孔及所述第一基板的内层或者背面，从所述第一及第二电极端子群中引出至少一根以上的配线，
所述各电极端子具有不包括所述导通孔的平面区域，所述各电极端子通过所述平面区域和所述各向异性导电部件接触。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的电路基板装置，其中，还具有加压部件，对所述第一基板、所述各向异性导电部件以及所述第二基板进行加压，以使其互相密合。
5.根据权利要求4所述的电路基板装置，其中，所述加压部件由和所述第一基板接触的第一面、和所述第二基板接触的第二面，以及保持所述第一面及所述第二面互相平行的第三面构成。
6.根据权利要求5所述的电路基板装置，其中，所述加压部件由具有弹性的材料构成。
7.根据权利要求1所述的电路基板装置，其中，
通过所述导通孔及所述第一基板的内层或者背面，从所述第一及第二电极端子群中引出至少一根以上的配线，
所述各电极端子的露出面构成平坦的面，所述各电极端子通过所述露出面和所述各向异性导电部件接触。
8.根据权利要求1至3中的任一项所述的电路基板装置，其中，所述各向异性导电部件使用金线、铜线、黄铜线、磷青铜线、镍线、不锈钢线中的任意一种金属细线，或者使用金属粒子、碳粒子、实施了金属电镀处理的树脂粒子中的任意一种作为导电材料。
9.根据权利要求1至3中的任一项所述的电路基板装置，其中，所述第一及第二基板由多层挠性电路基板构成。
10.根据权利要求1至3中的任一项所述的电路基板装置，其中，所述第一及第二基板由多层刚性印刷电路基板构成。
11.根据权利要求1至3中的任一项所述的电路基板装置，其中，所述第一及第二基板由双面挠性电路基板构成。
12.根据权利要求1至3中的任一项所述的电路基板装置，其中，所述第一及第二基板由双面刚性印刷电路基板构成。
13.根据权利要求1至3中的任一项所述的电路基板装置，其中，还具有接合层，形成于所述各向异性导电部件的端面。
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