JP2004311578A

JP2004311578A - プリント配線基板の接合方法並びに複合プリント配線基板

Info

Publication number: JP2004311578A
Application number: JP2003100432A
Authority: JP
Inventors: Tsuyoshi Yamada; 剛志山田; Shoji Mimura; 彰治味村; Shoji Iwasaki; 庄治岩崎
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2003-04-03
Filing date: 2003-04-03
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】超音波接合方法によって接続部の接合強度が高い複合プリント配線基板を得ること、例えば多層プリント配線基板とフレキシブルプリント配線基板の接続部の接合を行う場合に、前記プリント配線基板の樹脂の押出しを防止することによって、前記接続部の接合強度をより向上させた超音波接合方法を提供することにある。
【解決手段】互いに接合するプリント配線基板の接続部を重ね合わせ、一方の前記プリント配線基板の前記重ね合わせ部上に、前記重ね合わせた接続部のみに対応するようにスリットが形成された超音波接合機のホーンを配置し、超音波を印加することによって前記接続部を接合するプリント配線基板の接合方法とすることによって、解決される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接合強度の高い複合プリント配線基板、並びに超音波接合方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子機器では、部品実装性が要求される個所にはリジッド配線基板を用い、屈曲性が要求される個所には、コネクタを用いてフレキシブル配線基板を前記リジッドに接続したり、半田付けによってフレキシブル配線基板を前記リジッド配線基板に接続することが行われていた。しかしながら、前記電気機器の高密度化、高速化が進んだことにより、コネクタスペースが確保し難くなったり、コネクタ部での電気的特性の問題から、多層プリント配線基板と片面フレキシブル配線基板の長所を兼ね備えたフレックス・リジッド配線基板が使用されるようになってきた。例えば携帯電話機の内部に使用されるようになってきた。
【０００３】
このようなフレックス・リジッド配線基板の製法としては、特許文献１に見られるように、回路形成したフレキシブル回路板に、所定の部分をくりぬいた層間プリプレグを重ね合わせ、このくりぬき部分に離型性を有するスペーサを嵌め合わせ、さらにこの表面に銅張積層板を重ね合わせて加圧・過熱した後、回路加工を施してフレックス・リジッド配線基板とする方法が記載されている。また特許文献２には、フレックスリジッド多層プリント配線板に関する記載がある。すなわち、内層はカバーレイフィルムで保護された両面フレキシブル基板で構成され、リジッド部は、部分的にプレプリグを介して銅箔を加熱加圧処理して貼り合わせて構成され、前記内層フレックス層がキャップと呼ばれるガラス・エポキシのような硬質材（最外層）によって挟まれたサンドイッチ構造を呈している。そして、各層間の導通は、貫通スルーホ−ルを介して行われている。このようなフレックスリジッド多層プリント配線基板は、フレキシブル基板上に、外層銅張り基板、プリプレグおよび予めエッチング加工した内層回路板を重ね合わせてプレスで加熱加圧し、ついで穴明けしたのち電気メッキし、その後エッチングして導体回路を形成して製造されるとしている。しかしながら、これらの製造方法は製造工程が複雑なため、製造コスト的に問題がある。またプレス等による加圧・加熱処理が必要なため製造に時間がかかる。さらに、コネクタを介して行うリジッド・フレキシブル配線構造のものは、コネクタスペースが必要であり、また電気抵抗が高いために、電気的特性上からも問題がある。さらには、半田付け接続を行うと、プリント配線基板がリフロー工程に耐えられない場合がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−２５９６４５号公報
【特許文献２】
特開平６−２６８３３９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
よって本発明が解決しようとする課題は、超音波接合方法によって接続部の接合強度が高い複合プリント配線基板を得ること、例えば多層プリント配線基板とフレキシブルプリント配線基板の接続部の接合を行う場合に、前記プリント配線基板の樹脂の押出しを防止することによって、前記接続部の接合強度をより向上させた超音波接合方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記解決しようとする課題は、請求項１に記載されるように、互いに接合するプリント配線基板の接続部を重ね合わせ、一方の前記プリント配線基板の前記重ね合わせ部上に、前記重ね合わせた接続部のみに対応するようにスリットが形成された超音波接合機のホーンを配置し、超音波を印加することによって前記接続部を接合するプリント配線基板の接合方法とすることによって、解決される。
【０００７】
また、請求項２に記載されるように、前記プリント配線基板の接続部の接合強度が、ピール強度で１０Ｎ／ｃｍ以上である複合プリント配線基板とすることによって、解決される。
【０００８】
さらに、請求項３に記載されるように、前記複合プリント配線基板は、一方が多層プリント配線基板であり、他方がフレキシブルプリント配線基板である、請求項２に記載の複合プリント配線基板とすることによって、解決される。さらには、請求項４に記載されるような、前記複合プリント配線基板の接続部には、金メッキ層が設けられている、請求項１〜３のいずれかに記載の複合プリント配線基板によって、解決される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。請求項１に記載される発明は、互いに接合するプリント配線基板の接続部を重ね合わせ、一方の前記プリント配線基板の前記重ね合わせ部上に、前記重ね合わせた接続部のみに対応するようにスリットが形成された超音波接合機のホーンを配置し、超音波を印加することによって前記接続部を接合するプリント配線基板の接合方法とすることによって、接続部の接合強度が高い複合プリント配線基板が得られる。例えば多層プリント配線基板とフレキシブルプリント配線基板の接続部の接合を行う場合に、前記プリント配線基板の樹脂が前記接続部の接合端子間に押出されることを防止することによって、前記接続部の接合強度を向上させた超音波接合方法を提供できる。
【００１０】
図面に基づいて、超音波接合について説明する。この技術は本発明者等によって開発されたもので、図５に示すように、多層プリント配線基板１の接続部である銅接続端子２とフレキシブルプリント配線基板３の接続部である銅接続端子４を、互いに重なるようにガイドピン等を用いて支持台５上に配置し、前記フレキシブルプリント配線基板３の上に超音波接合機のホーン６を当接させ、必要なエネルギーの超音波を印加して、前記銅接続端子２と４を接合する方法である。このような接合方法によれば、前述の従来の技術で説明したような、製造工程が複雑なために製造コスト上の問題が生じることがなく、またプレス等による加圧・加熱処理が必要なため製造時間がかかると言う問題がなく、さらに、コネクタを介して行うリジッド・フレキシブル配線構造のものに比較して、コネクタスペースを必要とせず、また金属接合によって接合しているために電気的特性上の問題もない。さらには、半田付け接続によってプリント配線基板がリフロー工程に耐えられないと言う問題も生じることがない、好ましい接合方法である。
【００１１】
しかしながら、前記の超音波接合方法によって超音波を印加すると、図３に見られるように、前記銅接続端子２や４の端子間において温度が上昇して、前記プリント配線の樹脂部分が軟化するために、プリント配線基板１や３の樹脂部分が押出されて、その圧力が前記樹脂の部分に分配されると共に、超音波が前記銅接続端子に適正に印加されない場合がある。このような状態になると超音波が有効に印加されなくなり、前記銅接続端子の接合が不十分なものとなり、目的とする接合強度が得られない場合があった。本発明は、このような問題点を改良した接合方法を提供するものである。
【００１２】
本発明を図１により詳細に説明すると、例えばステンレス鋼からなる支持台５の上に、例えば多層プリント配線基板１の銅接続端子２とフレキシブルプリント配線基板３の銅接続端子４を互いに重なるように配置し、前記フレキシブルプリント配線基板３上に超音波接合機のホーン６を当接して設置する場合に、前記ホーン６が前記銅接続端子２、４とほぼ同様の形状になるように、スリット７を設けるようにしたものである。このような形状のホーン６を用いることによって、前記スリット７以外のホーン部分が前記銅接続端子４と対応するフレキシブルプリント配線基板３に当接されるので、発振させた超音波は有効に前記銅接続端子２、４に印加されることになり、十分に金属接合が行われ目的とする接合強度が得られることになる。このようなホーン６のスリット７は、プリント配線基板の接続部である、例えば前記銅接続端子２、４の間隔によってその幅が決められ、またその高さは０．２ｍｍ程度あれば十分に効果を発揮する。このようなホーン６のスリット７の形成は、機械的加工やエッチング方法によって、形成することができる。また超音波接合の条件としては、周波数を２０〜４０ｋＨｚとするのが、超音波の発振時間との関係で選択すればよい。なお、符号９は金メッキ層である。
【００１３】
【実施例】
つぎに、前記超音波接合方法の効果を確認するために、以下の実験を行った。すなわち、多層プリント配線基板の接続端子（銅配線のピッチが１．０ｍｍで、１μｍ程度の金メッキ９が施されている。）と同様の接続端子を有するフレキシブル配線基板を、図２のように重ね合わせて支持台上にガイドピン（図示せず）で固定した。ついで、前記接続端子と同ピッチのスリットを形成した超音波接合機のホーンを、前記フレキシブル配線基板上の前記接続端子と対応する位置に配置した。また比較のために、前記と同様のプリント配線基板を同様に支持台上に固定し、図５に示す超音波接合機のホーン（スリットを形成していないもの）を、前記と同様に配置した。このようにセットした状態で、それぞれに荷重８ｋｇｆ並びに荷重１２ｋｇｆで振幅２０μｍ、周波数４０ｋＨｚの超音波を２．０秒間印加した。このようにして接合した前記接続端子の接合強度を、ピール強度として測定した。なお前記ピール強度は、前記接合部を９０°方向に引張ったときの破断荷重を示すものである。
【００１４】
結果を、図３並びに図４に示す。図３は、荷重８ｋｇｆ、振幅２０μｍ、周波数４０ｋＨｚの条件における、超音波の印加時間（ｓｅｃ）とピール強度（Ｎ／ｃｍ）の関係をグラフにしたものである。また図４は、荷重１２ｋｇｆ、振幅２０μｍ、周波数４０ｋＨｚの条件における、超音波の印加時間（ｓｅｃ）とピール強度（Ｎ／ｃｍ）の関係をグラフにしたものである。いずれのグラフからも、本発明のようにスリットを形成したホーンを用いて製造した複合プリント配線基板の接続端子の接続強度が、優れたものであることがわかる。すなわち、最も接続強度が大きい時間である、２ｓｅｃ印加した場合で見てみると、本発明であるスリットを形成したホーンを用いた場合には、１１Ｎ／ｃｍ程度の接合強度を示したのに対して、スリットを形成しないホーンを用いた場合には、３Ｎ／ｃｍ程度とかなり低い接合強度であった。これは、前記プリント配線基板の樹脂部分が、前記接続端子の端子間に押出されてくることによって、超音波が有効に前記接続端子に印加されず、十分な金属接合が行われていないことによるものと考えられる。よって、超音波接合を行う場合には、本発明のように超音波接合機のホーンに、プリント配線基板の接続部に対応するスリットを形成することが好ましい。
【００１５】
また前述の本発明の超音波接合方法をさらに改良した接合方法として、図２のような構造の超音波接合方法について説明する。この接合方法は、前述した超音波接合方法に加えて、支持台５部分にも前記銅接続端子２、４とほぼ同様の形状のスリット８を設けるようにしたものである。なお、符号９は金メッキ層である。
このような構造の装置を用いた超音波接合方法とすることによって、前述の効果の他に超音波が接合部分により集中すると言う問題もなくすことができる。図２から明らかなとおり、支持台５の上に、例えば多層プリント配線基板１の銅接続端子２とフレキシブルプリント配線基板３の銅接続端子４を互いに重なるように配置し、前記フレキシブルプリント配線基板３上に超音波接合機のホーン６を当接して設置する場合に、前記ホーン６が前記銅接続端子２、４とほぼ同様の形状になるようにスリット７を設けると共に、前記支持台５にも前記銅接続端子２、４と略同様形状のスリット８を形成するものである。そして、支持台５では前記スリット８以外の部分が前記銅接続端子２、４と対応する多層プリント配線基板１に当接されるているので、発振された超音波は銅接続端子に集中することになる。よって、得られた前記複合プリント配線基板の接続部は、接合強度が高いと共に前記接続端子２、４間におけるプリント配線基板の樹脂部分が破壊されるような問題もなくなる。
【００１６】
このようにして超音波接合された本発明の複合プリント配線基板の接続部は、請求項２に記載されるように、前記プリント配線基板の接続部の接合強度が、ピール強度で１０Ｎ／ｃｍ以上である複合プリント配線基板が得られることになる。このような接合強度は、前記複合プリント配線基板の接合強度として、十分に実用的な強度である。すなわち、複合プリント配線基板の接続部の接合強度が、ピール強度で１０Ｎ／ｃｍ以上であれば、プリント配線基板における銅箔と樹脂部分との接着強度と遜色ないものであり、また接続抵抗が小さい電気的特性上も良好なものである。
【００１７】
また前記複合プリント配線基板としては、請求項３に記載されるように、一方が多層プリント配線基板であり、他方がフレキシブルプリント配線基板であることが好ましい。これは、従来の部品実装性が要求される個所には多層配線基板を用い、屈曲性が要求される個所にはコネクタを用いて、フレキシブル配線基板を前記多層配線基板に接続したり、或いは半田付けによってフレキシブル配線基板を前記リジッド配線基板に接続することが行われていたものと比較して、コネクタスペースの問題がなく、またコネクタ部での電気的特性の問題もない。さらに、従来の多層プリント配線基板と片面フレキシブル配線基板の長所を兼ね備えたフレックス・リジッド配線基板と比較しても、製造工程が複雑なために製造コストの問題やプレス等による加圧・加熱処理が必要なために製造時間がかかるという問題もない複合プリント配線基板となる。なお、前記複合プリント配線基板は、前記以外にもフレキシブルプリント配線基板どうしの接続部の接合や多層プリント配線基板どうしの接続部の接合に用いることによって、プリント配線基板における銅箔と樹脂部分との接着強度と遜色ないものであり、また接続抵抗が小さい電気的特性上も良好なものである。さらには、小型化、高密度化等の要求にも十分対応できる複合プリント配線基板が得られる。
【００１８】
さらに請求項４に記載されるように、前記複合プリント配線基板の接続部には、金メッキ層が設けられている複合プリント配線基板とすることによって、前記接続部には酸化膜が表面に生成しないので、接合性（接合強度）が向上する。例えば、前記プリント配線基板の接続部となる銅接続端子等には、０．５〜２μｍ程度の金メッキ層（符号９）を施すものである。これは、メッキ厚さが０．５μｍ未満であると、下地の銅が露出し易くなり接合性が低下する。また、２μｍを超えるとコスト的に不利となるので、前記厚さの範囲が複合プリント配線基板としては好ましい。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明した通り、互いに接合するプリント配線基板の接続部を重ね合わせ、一方の前記プリント配線基板の前記重ね合わせ部上に、前記重ね合わせた接続部のみに対応するようにスリットが形成された超音波接合機のホーンを配置し、超音波を印加することによって前記接続部を接合するプリント配線基板の接合方法とすることによって、接続部の接合強度が高い複合プリント配線基板を得ることができる。例えば多層プリント配線基板とフレキシブルプリント配線基板の接続部の接合を行う場合に、前記プリント配線基板の樹脂の押出しを防止することによって前記接続部の金属接合が十分行われ、接合強度が向上した超音波接合方法を提供できる。より具体的には、超音波を印加すると図５に見られるように前記銅接続端子２や４の端子間において、プリント配線基板１や３の樹脂部分が押出されて、その圧力が前記樹脂の部分に分配されると共に、超音波が前記銅接続端子に適正に印加されないというような問題がなくなり、目的とする接合強度が得られることになる。
【００２０】
また、前記プリント配線基板の接続部の接合強度が、ピール強度で１０Ｎ／ｃｍ以上である複合プリント配線基板とすることによって、プリント配線基板における銅箔と樹脂部分との接着強度と遜色ないものであり、また接続抵抗が小さい電気的特性上も良好なものとなる。
【００２１】
さらに前記複合プリント配線基板は、一方が多層プリント配線基板であり、他方がフレキシブルプリント配線基板である複合プリント配線基板とすることによって、コネクタスペースの問題やコネクタ接続部での電気的特性上の問題もない。また、製造工程が複雑なために生じる製造コストの問題がなく、低コストな接合方法であり、プレス等による加圧・加熱処理が必要なために、製造時間が長くなると言う問題もない。さらにまた、本発明の接続部には金メッキ層が施されているので、前記接続部に酸化皮膜が生成しないので、接合性を向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の超音波接合方法に用いられる装置の概略断面図である。
【図２】図２は、本発明の超音波接合方法に用いる他の装置を示す概略断面図である。
【図３】図３は、荷重８ｋｇｆの場合の超音波印加時間とピール強度との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、荷重１２ｋｇｆの場合の超音波印加時間とピール強度との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、超音波接合方法に用いる装置の概略断面図である。
【符号の説明】
１多層プリント配線基板
２多層プリント配線基板の接続端子
３フレキシブルプリント配線基板
４フレキシブルプリント配線基板の接続端子
５支持台
６超音波接合機のホーン
７ホーンのスリット
８支持台のスリット
９金メッキ層

Claims

互いに接合するプリント配線基板の接続部を重ね合わせ、一方の前記プリント配線基板の前記重ね合わせ部上に、前記重ね合わせた接続部のみに対応するようにスリットが形成された超音波接合機のホーンを配置し、超音波を印加することによって前記接続部を接合することを特徴とする、プリント配線基板の接合方法。
前記プリント配線基板の接続部の接合強度が、ピール強度で１０Ｎ／ｃｍ以上であることを特徴とする、複合プリント配線基板。
前記複合プリント配線基板は、一方が多層プリント配線基板であり、他方がフレキシブルプリント配線基板であることを特徴とする、請求項２に記載の複合プリント配線基板。
前記複合プリント配線基板の接続部には、金メッキ層が設けられていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の複合プリント配線基板。