JP2004335844A - Circuit board device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板装置およびその製造方法に関し、特に高密度に配置された電極からなる電極パターン(接続端子)を有する一対のプリント配線基板間において、各々の電極パターン(接続端子)同士を電気的に接続するプリント配線基板同士の精密位置決め方法およびその位置決め方法により接続されたプリント配線基板を備えた回路基板装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、携帯電話装置やPDA(Personal Digital Assistant)端末、あるいはその他多くの電子機器では、限られたスペースの中に多くの電子部品を実装したプリント配線基板を複数搭載している。近年、特に高機能化・多機能化が進み、多数の接続端子を有した複数のプリント配線基板同士の接続が要求されてきており、電極パターンの狭ピッチ化が進んでいる。これに伴い、プリント配線基板同士の接続端子も狭ピッチ化され、互いの狭ピッチ化された接続端子同士の位置合わせを、容易に且つ精密に行う方法が求められている。
【0003】
従来のプリント配線基板間同士を位置決めする方法として、図5にピン嵌合を利用した方法、図6に画像認識および画像処理を利用した方法を示す。図5は、ピン嵌合を利用したプリント配線基板間同士を位置決めする方法を示す斜視図である。ここで図5(a)はプリント配線基板間同士を位置決めする方法の分解工程斜視図、図5(b)はプリント配線基板間同士を位置決めする方法の組立後斜視図、図5(c)は図5(b)のA−A断面模式図である。
【0004】
先ずプリント配線基板101と102に互いに対となる接続端子103、104を形成し、所定の位置に円形もしくは楕円形の位置決め用貫通穴501a、501b、502a、502bを打ち抜き加工もしくはドリル加工により形成する。このとき、接続端子103と位置決め用貫通穴501a、501bとの位置関係は、接続端子104と位置決め用貫通穴502a、502bとの位置関係と同一である。次に位置決め治具503に形成してある位置決め用貫通穴501a、501bと502a、502bと同一ピッチ、同一直径の位置決め用ピン504a、504bと位置決め用貫通穴501a、501b、502a、502bとを順次嵌合させることにより、プリント配線基板101、102上の接続端子103、104同士の位置合わせが完了する。
【0005】
図6は、画像認識および画像処理を利用したプリント配線基板間同士を位置決めする方法を示す斜視図である。ここで図6(a)はプリント配線基板間同士を位置決めする方法の分解工程斜視図、図6(b)はプリント配線基板間同士を位置決めする方法の組立後斜視図、図6(c)は図6(b)のA−A断面模式図である。
【0006】
先ずプリント配線基板101と102に互いに対となる接続端子103、104を形成し、光学的検出装置601a、601bにより接続端子103、104を画像情報として読み取り、相対的な位置関係を図示しない画像解析装置を用いて検出する。次に図示しない部品移動手段により接続端子103、104の相対的な位置を修正し、プリント配線基板101、102を順次重ね合わせることにより、接続端子103、104同士の位置合わせが完了する。
【0007】
また、従来図7に示すように、配線パターン702を形成したプリント配線基板701上の円形の位置決め用パターン703にハンダを十分に付着させ半球状の突起704を形成し、位置決めすべき部品705に予め設けられた位置決め用穴706を突起704に嵌合させてプリント配線基板701と部品705とを位置合わせする方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0008】
さらに、従来図8に示すように、接続端子802を形成したプリント配線基板801上に接続端子と同一材料の嵌合パターン803a、803bを形成し、プリント配線基板801と接続するプリント配線基板804上に形成した接続端子805と同一材料で嵌合パターン803a、803bと対になる嵌合パターン806a、806bを形成し、嵌合パターン803a、806aおよび803b、806bをそれぞれ嵌合させるようにプリント配線基板801、804を重ね合わせることにより、接続端子802、805同士の位置合わせを行う方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
【0009】
さらにまた、電極パターン同士を電気的に接続するためのプリント配線基板同士の精密な位置決め方法ではないが、従来ヒートシンク上に複数個の混成集積回路を位置精度良く実装する方法が提案されている。まずセラミック基板上にパワートランジスタやチップコンデンサなどを実装し、クリップを接続して混成集積回路を構成する。チップコンデンサのうち対角部に位置するもの2個を位置決め用部品とする。ヒートシンクに接着剤を塗布し、複数個の混成集積回路を仮搭載する。この後、位置補正用治具を用いて各位置決め用部品の位置を整列状態に揃えるように混成集積回路全体を位置補正し、その後接着剤を硬化させる(例えば、特許文献3参照)。
【0010】
【特許文献1】
特開平8−37397号公報(〔0015〕〜〔0017〕、図1、図2)
【特許文献2】
特開2001−127424号公報(〔0026〕〜〔0033〕、図1)
【特許文献3】
特開2001−313496号公報(〔0040〕〜〔0047〕、図1〜図3)
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
先に述べた通り、携帯電話装置やPDA端末などの電子機器では、限られたスペースの中に多くの電子部品を実装したプリント配線基板を複数枚搭載する必要がある。特に、携帯電話装置やPDA端末では、接続部の薄型化、省スペース化が非常に重要な要素となる。
【0012】
ところが、ピン嵌合を利用したプリント配線基板間同士を位置決めする方法を用いた場合、プリント配線基板上には嵌合用ピンを通すための貫通孔を設ける必要があり、この部分が一対のプリント配線基板上のデッドスペースとなり、省スペース化を阻害していた。さらに、別途ピン嵌合用の治工具が必要となるためコストアップ要因となっていた。
【0013】
また、画像認識および画像処理を利用したプリント配線基板間同士を位置決めする方法を用いた場合、プリント配線基板上のデッドスペースは最小限に抑えることが可能であるが、画像認識を行うための光学的検出装置、プリント配線基板間同士の相対的な位置関係を計算する画像解析装置、プリント配線基板を任意の位置に移動させる部品移動手段が必要となる。一般的に光学的検出装置にはCCDカメラシステムが、画像解析装置にはコンピュータおよび専用の画像解析ソフトウエアが、部品移動手段にはロボットが用いられることが多いため、設備投資に大きな費用がかかり、結果的に製品のコストアップ要因となっていた。
【0014】
また、特許文献1の場合もピン嵌合を利用したプリント配線基板間同士を位置決めする方法を用いた場合と同様に、プリント配線基板上に嵌合用ハンダ半球および嵌合用ハンダ半球を通すための貫通孔を設ける必要があり、この部分が一対のプリント配線基板上のデッドスペースとなり、省スペース化を阻害していた。
【0015】
また、特許文献2の場合もピン嵌合を利用したプリント配線基板間同士を位置決めする方法を用いた場合および特許文献1の場合と同様に、プリント配線基板上に嵌合用パターンを設ける必要があり、この部分が一対のプリント配線基板上のデッドスペースとなり、省スペース化を阻害していた。
【0016】
また、特許文献3の場合は、複数個の混成集積回路を仮搭載した後、位置補正治具を用いて各位置決め用部品の位置を整列状態に揃える工程が必要のため、実装工程が複雑である上、位置補正治具を用いるのでコスト高になるという問題がある。
【0017】
本発明の目的は、高密度に配置された電極からなる電極パターン(接続端子)を有する一対のプリント配線基板間において、各々の電極パターン(接続端子)同士を電気的に接続するプリント配線基板同士の位置決めを、省スペース化、低コスト化を実現するとともに精確に実施する方法、およびその位置決め方法により接続されたプリント配線基板を備えた回路基板装置を提供することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、接続端子を形成した第一の基板と、第一の基板の接続端子に対応した接続端子を形成した第二の基板と、第二の基板上に表面実装された位置決め用チップ部品とを有し、前記第一の基板と第二の基板の接続端子間の位置決めを第一の基板の外形と前記位置決め用チップ部品との嵌合で行うことを特徴とする位置決め構造を備えた回路基板装置が得られる。位置決め用チップ部品は、チップコンデンサ、チップ抵抗、チップインダクタ、もしくは、位置決め専用に製作した電気的には機能しないダミー部品のいずれかを用い、ハンダリフローによるセルフアライメント効果を利用して精確に位置決めされる。
【0019】
前記第一および第二の基板としては、多層フレキシブル配線基板、多層リジットプリント配線基板、両面フレキシブル配線基板、両面リジットプリント配線基板、片面フレキシブル配線基板、片面リジットプリント配線基板のうちの1つ以上を使用することができる。前記第一および第二の基板の互いに対応する接続端子同士の電気的接続媒体に、異方性導電部材を用いることもできるし、またハンダまたはACFまたはACPまたはNCFまたはNCPを用いることができる。前記位置決め用チップ部品の接合媒体の融点は、前記第一および第二の基板の互いに対応する接続端子同士の電気的接続媒体の融点よりも高いことが望ましい。
【0020】
また、本発明によれば、接続端子を形成した第2のプリント配線基板上に相対向させて位置決め用チップ部品を実装する工程と、接続端子を形成した第1のプリント配線基板を、双方の接続端子同士が対向するように前記第2のプリント配線基板上の位置決め用チップ部品間に嵌合させ双方の接続端子同士を電気的に接続する工程とを有する回路基板装置の製造方法が得られる。前記第2のプリント配線基板上への位置決め用チップ部品の実装は、第2のプリント配線基板に形成した接続パッド上に位置決め用チップ部品を位置決めして設け、ハンダリフロープロセスにより行う。そして第2のプリント配線基板上の位置決め用チップ部品間に第1のプリント配線基板の外形が嵌合するように構成されている。
【0021】
本発明によるプリント配線基板間位置決め構造および回路基板装置は、接続端子を形成した第一の基板と、第一の基板の接続端子に対応した接続端子を形成した第二の基板とからなり、さらに、第二の基板の接続端子と同一面に、略直方体形状の位置決め用チップ部品をチップマウンタを用いて予め形成しておいた接続パッド上に精確に位置決めし、ハンダリフロープロセスにより表面実装する。このとき、位置決め用チップ部品はハンダリフロー時のハンダ表面張力によるセルフアライメント効果により、精確に実装される。第一の基板と第二の基板の位置決めは、互いの接続端子を対向させて配置し、第一の基板を第二の基板上に表面実装してある位置決め用チップ部品間に嵌合させて実施する。
【0022】
【発明の実施の形態】
次に本発明について図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明によるプリント配線基板間同士を位置決めし回路基板装置を製造する方法の一実施形態の斜視図である。ここで図1(a)は本発明によるプリント配線基板間同士を位置決めする方法の分解工程斜視図、図1(b)は本発明によるプリント配線基板間同士を位置決めする方法の組立後斜視図、図1(c)は図1(b)のA−A断面模式図である。
【0023】
本発明は、基板裏面(図中下側)に接続端子103を形成した第一の基板101と、基板表面(図中表面)に接続端子103に対応した接続端子104を形成した第二の基板102とからなり、さらに、第二の基板102の接続端子104と同一面に、略直方体形状の位置決め用チップ部品105a、105bをその外形最短距離が第一の基板101のピッチ方向の基板外形と等しくなるよう、図示しないLSI(大規模集積回路)と同一工程でチップマウンタを用いて予め形成しておいた接続パッド上に精確に位置決めし、ハンダリフロープロセスにより表面実装する。このとき、位置決め用チップ部品105a、105bはハンダリフロー時のハンダ表面張力によるセルフアライメント効果により、精確に実装される。
【0024】
第一の基板101と第二の基板102の位置決めは、接続端子103と接続端子104とを互いに対向させて配置し、第一の基板101を第二の基板102上に表面実装してある位置決め用チップ部品105a、105b間に嵌合させて実施する。この時、接続端子103、104のピッチ垂直方向(図中前後方向)の位置決めは第一の基板101と第二の基板102の端部(図中破断線反対側)を突き当てることにより行う。これにより、第一の基板101および第二の基板102の接続端子103、104は精確に位置決めされて接触し電気的に接続された回路基板装置を得ることができる。
【0025】
ここで、接続端子103、104のピッチ垂直方向(図中前後方向)の位置決めは第一の基板101と第二の基板102の端部(図中破断線反対側)を突き当てることにより行うが、予め第二の基板102の上にピッチ垂直方向位置決め用チップ部品を表面実装することにより実施しても差し支えない。また、位置決め用部品としてチップコンデンサ、チップ抵抗、チップインダクタ、もしくは、位置決め専用に製作した電気的には機能しないダミー部品でも同様の効果が得られ、位置決め用部品の数量も任意に設定しても差し支えない。
【0026】
なお、上述した第一、第二の基板101、102の種類としては、フレキシブルプリント配線基板(FPC基板)やリジッドプリント配線基板(RPC基板)を限定していない。これは第一、第二の基板101、102に対し、どちらの種類を使用しても実現することができるからである。また、第一および第二の基板としては、多層フレキシブル配線基板、多層リジットプリント配線基板、両面フレキシブル配線基板、両面リジットプリント配線基板、片面フレキシブル配線基板、片面リジットプリント配線基板のいずれも使用することができる。
【0027】
本発明によれば、高密度に配置された電極からなる電極パターン(接続端子)を有する一対のプリント配線基板間において、各々の電極パターン(接続端子)同士を電気的に接続するプリント配線基板同士の位置決めを、基板上に実装されるLSI等の実装部品と同一工程上で搭載・リフローされセルフアライメント効果により精確に表面実装された位置決め用チップ部品を利用して行うことにより、精確に且つ簡単に行うことができる回路基板装置およびその製造方法が得られる。
【0028】
基板上に実装されるLSI等の実装部品と同一工程上で搭載・リフローされる位置決め用チップ部品の搭載・リフロー技術として、パッド寸法を位置決め用チップ部品外形の+0.01mm〜+0.05mmとしたり、ハンダペースト印刷量やリフロー温度プロファイル(加熱温度/速度、加熱保持時間、冷却温度/速度など)を制御することによりセルフアライメント効果を最大限に発揮することができ、精確な搭載を実現できる。ここで、前記パッド寸法は特に高精度位置決めが要求される方向のみに適用すればよく、高精度位置決めの必要ない方向は、前記パッド寸法以外でも問題ない。
【0029】
また、従来方法で必要だったピン嵌合用貫通孔やアライメントマークにより発生していた基板上のデッドスペースを最小限に抑えることが可能となり、省スペース化が実現できる。さらに、専用の固定・位置決め用治工具や、画像認識を行うための光学的検出装置、プリント配線基板間同士の相対的な位置関係を計算する画像解析装置、プリント配線基板を任意の位置に移動させる部品移動手段(一般的に光学的検出装置にはCCDカメラシステムが、画像解析装置にはコンピュータおよび専用の画像解析ソフトウエアが、部品移動手段にはロボットが用いられることが多い)を必要としないため、低コスト化を実現することができる。
【0030】
以下、本発明の回路基板構造および基板間の位置決め方法について、具体的な実施例により説明する。
【0031】
[実施例1]
図2は、本発明の第1の実施例を示している。ここで図2(a)は本発明の第1の実施例の分解工程斜視図、図2(b)は本発明の第1の実施例の組立後斜視図、図2(c)は図2(b)のA−A断面模式図、図2(d)は図2(b)のB−B断面模式図である。
【0032】
第一の基板101は、PI(ポリイミド樹脂)を主原料とした可撓性樹脂フィルムである基材とCu配線からなるフレキシブルプリント配線基板(FPC基板)で、第一の基板101裏面(図中下側)には0.3mmピッチ(配線幅0.15mm、配線間隔0.15mm)の接続端子103を15本形成してある。第二の基板102は、FR4である基材とCu配線からなるリジッドプリント配線基板(RPC基板)で、第二の基板102表面(図中上側)には0.3mmピッチ(配線幅0.15mm、配線間隔0.15mm)の接続端子104を15本形成してある。さらに、第二の基板102の接続端子104と同一面に、チップコンデンサ201a、201bをその外形最短距離が第一の基板101のピッチ方向の基板外形と等しくなるよう、図示しないLSI(大規模集積回路)と同一工程でチップマウンタを用いて予め形成しておいた接続パッド上に精確に位置決めし、ハンダリフロープロセスにより表面実装した。このとき、チップコンデンサ201a、201bはハンダリフロー時のハンダ表面張力によるセルフアライメント効果により、位置精度±0.050mm以内で実装され、図示しないLSIとは図示しない配線パターンにより連通している。
【0033】
第一の基板101と第二の基板102の位置決めは、接続端子103と接続端子104とを互いに対向させて配置し、第一の基板101を第二の基板102上に表面実装してあるチップコンデンサ201a、201b間に嵌合させて実施した。この時、接続端子103、104のピッチ垂直方向(図中奥行き方向)の位置決めは第一の基板101と第二の基板102の端部(図中破断線反対側)を突き当てることにより行った。さらに、第一の基板101と第二の基板102間に、接続端子103、104に対応して形成されている金属端子203が内包されている異方性導電部材202を、第一の基板101を第二の基板102上に表面実装してあるチップコンデンサ201a、201b間に嵌合させて位置決めし、第一の基板101と第二の基板102の間に挟み込み、加圧部品205により上下方向に加圧し電気的に接続して回路基板装置を製造した。
【0034】
異方性導電部材202は、絶縁性エラスチック樹脂材料204にゴム硬度50度(JIS−K−6249)のシリコーンゴムを使用し、金属端子203には、Auメッキ処理を施した直径φ12μmのSUS線を使用した。ここで、異方性導電部材202に内包される金属端子203の導電材料として、金属細線を用いる場合には、金,銅,真ちゅう,リン青銅,ニッケル,ステンレス等で作られた円柱状金属細線またはこれらを主成分とする合金などが使用でき、金属細線以外の導電材料を用いる場合には、円柱状粒子径5〜100μmのカーボン粒子や金属粒子、金属メッキ処理を施した樹脂粒子等が使用できる。また、この異方性導電部材202の厚さは0.3mmのものを使用した。加圧部品205による第一の基板101と第二の基板102及び異方性導電部材202を加圧する加圧力は1端子あたり0.6Nとした。さらに、加圧部品205は平板ばね形状であり、板厚は0.3mmである。この加圧部品205の材質はSUS304CPSを使用する。
【0035】
以上のようにして作成した第一実施例である回路基板装置の評価実験を、第一の基板101と第二の基板102の接続端子103、104の両端の相対的な位置決め精度を光学測定顕微鏡を用いて測定し、さらに、端子間の直流電気抵抗値を四探針法にて測定することにより接続端子103、104間の電気的導通状態の確認を実施した。結果、接続端子103、104の両端の相対的な位置決め精度は標準偏差0.265となり、接続端子間の電気的開放、短絡も発現しなかった。従って、チップコンデンサを位置決め用部材として用いる方法は、精確な接続端子間の位置決めが可能であるとともに、その実用性が確認された。
【0036】
このように本実施例では、位置決め用チップ部品を搭載した基板と他の基板との接続に、ハンダなどの加熱処理を必要とする媒体を用いず、異方性導電部材を使用することで、その電気的導通のための特別な加熱等の必要がないことから、位置決め用チップ部品に高融点ハンダ等を用いる必要がなく、製造設備やリフロープロファイル等製造条件を変更する必要がない。
【0037】
本実施例では、第一の基板101にFPC基板、第二の基板102にRPC基板を採用しているが、それぞれどちらの基板を用いても差し支えない。本実施例では、接続端子103、104のピッチ垂直方向(図中奥行き方向)の位置決めを第一の基板101と第二の基板102の端部(図中破断線反対側)を突き当てることにより行っているが、予め第二の基板102の上にピッチ垂直方向位置決め用チップコンデンサを表面実装することにより端部突き当てを行わなくても位置決めを実施することができる。また、位置決め用部品はチップコンデンサに限られるものではなく、チップ抵抗、チップインダクタ、もしくは、位置決め専用に製作した電気的には機能しないダミー部品でも同様の効果が得られ、位置決め用部品の数量も任意に設定しても差し支えない。本実施例では、接続端子103、104間に異方性導電部材202を挟み込んでいるが、これに限定されるものではなく、接続端子103、104を直に接触させて用いても問題ない。
【0038】
[実施例2]
図3は、本発明の第2の実施例を示す図である。ここで図3(a)は本発明の第2の実施例の分解工程斜視図、図3(b)は本発明の第2の実施例の組立後斜視図、図3(c)は図3(b)のA−A断面模式図である。
【0039】
第一の基板101は、PI(ポリイミド樹脂)を主原料とした可撓性樹脂フィルムである基材とCu配線からなるフレキシブルプリント配線基板(FPC基板)で、第一の基板101裏面(図中下側)には0.3mmピッチ(配線幅0.15mm、配線間隔0.15mm)の接続端子103を15本形成してある。第二の基板102は、FR4である基材とCu配線からなるリジッドプリント配線基板(RPC基板)で、第二の基板102表面(図中上側)には0.3mmピッチ(配線幅0.15mm、配線間隔0.15mm)の接続端子104を15本形成してある。さらに、第二の基板102の接続端子104と同一面に、チップコンデンサ201a、201bをその外形最短距離が第一の基板101のピッチ方向の基板外形と等しくなるよう、図示しないLSI(大規模集積回路)と同一工程でチップマウンタを用いて予め形成しておいた接続パッド上に精確に位置決めし、ハンダリフロープロセスにより表面実装した。このとき、チップコンデンサ201a、201bはハンダリフロー時のハンダ表面張力によるセルフアライメント効果により、位置精度±0.050mm以内で実装され、図示しないLSIとは図示しない配線パターンにより連通している。第一の基板101の接続端子103上には、厚さ10μmのハンダ301を電気メッキ法にて形成してある。
【0040】
第一の基板101と第二の基板102の位置決めは、接続端子103と接続端子104とを互いに対向させて配置し、第一の基板101を第二の基板102上に表面実装してあるチップコンデンサ201a、201b間に嵌合させて実施した。この時、接続端子103、104のピッチ垂直方向(図中奥行き方向)の位置決めは第一の基板101と第二の基板102の端部(図中破断線反対側)を突き当てることにより行った。次に図示しない加熱加圧部品により第一の基板101と第二の基板102の接続端子103、104を上下方向に加熱加圧することによりハンダ301を溶融させ、その後冷却することにより電気的に接続して回路基板装置を製造した。
【0041】
ここで、加熱加圧時のチップコンデンサ201a、201bの移動もしくは遊離を防止するために、接続端子103上のハンダ301は、先のLSIやチップコンデンサ201a、201bを表面実装したハンダより低融点である必要がある。本実施例では接続端子103上のハンダ材には融点が90℃の低融点ハンダを、LSIやチップコンデンサ201a、201bを表面実装するハンダ材には融点が183℃の共晶組成ハンダを使用した。
【0042】
以上のようにして作成した第二実施例である回路基板装置の評価実験を、第一の基板101と第二の基板102の接続端子103、104の両端の相対的な位置決め精度を光学測定顕微鏡を用いて測定し、さらに、端子間の直流電気抵抗値を四探針法にて測定することにより接続端子103、104間の電気的導通状態の確認を実施した。結果、接続端子103、104の両端の相対的な位置決め精度は標準偏差0.271となり、接続端子間の電気的開放、短絡も発現しなかった。従って、チップコンデンサを位置決め用部材として用いる方法は、精確な接続端子間の位置決めが可能であるとともに、その実用性が確認された。
【0043】
本実施例では、第一の基板101にFPC基板、第二の基板102にRPC基板を採用しているが、それぞれどちらの基板を用いても差し支えない。本実施例では、接続端子103、104のピッチ垂直方向(図中奥行き方向)の位置決めを第一の基板101と第二の基板102の端部(図中破断線反対側)を突き当てることにより行っているが、予め第二の基板102の上にピッチ垂直方向位置決め用チップコンデンサを表面実装することにより端部突き当てを行わなくても位置決めを実施することができる。また、位置決め用部品はチップコンデンサに限られるものではなく、チップ抵抗、チップインダクタ、もしくは、位置決め専用に製作した電気的には機能しないダミー部品でも同様の効果が得られ、位置決め用部品の数量も任意に設定しても差し支えない。本実施例では、接続端子間の電気的接続部材にハンダ材を用いているが、これに限定されるものではなくACF(Anisotropic Conductive Film)またはACP(Anisotropic Conductive Paste)またはNCF(Non Conductive Film)またはNCP(Non Conductive Paste)を用いても問題ない。
【0044】
[実施例3]
図4は、本発明の第3の実施例を示す図である。ここで図4(a)は本発明の第3の実施例の分解工程斜視図、図4(b)は本発明の第3の実施例の組立後斜視図、図4(c)は図4(b)のA−A断面模式図である。
【0045】
第一の基板101は、PI(ポリイミド樹脂)を主原料とした可撓性樹脂フィルムである基材とCu配線からなるフレキシブルプリント配線基板(FPC基板)で、第一の基板101裏面(図中下側)には0.3mmピッチ(配線幅0.15mm、配線間隔0.15mm)の接続端子103を15本形成し、その最外周部には切込み401a、401bを形成した。第二の基板102は、FR4である基材とCu配線からなるリジッドプリント配線基板(RPC基板)で、第二の基板102表面(図中上側)には0.3mmピッチ(配線幅0.15mm、配線間隔0.15mm)の接続端子104を15本形成してある。さらに、第二の基板102の接続端子104と同一面に、チップコンデンサ201a、201bをその外形最短距離が第一の基板101に形成してある切込み401a、401b間距離と等しくなるよう、図示しないLSI(大規模集積回路)と同一工程でチップマウンタを用いて予め形成しておいた接続パッド上に精確に位置決めし、ハンダリフロープロセスにより表面実装した。このとき、チップコンデンサ201a、201bはハンダリフロー時のハンダ表面張力によるセルフアライメント効果により、位置精度±0.050mm以内で実装され、図示しないLSIとは図示しない配線パターンにより連通している。第一の基板101の接続端子103上には、厚さ10μmのハンダ301を電気メッキ法にて形成してある。ここで、第一の基板101に形成してある切込み401a、401bと第二の基板102上のチップコンデンサ201a、201bの接続端子104と垂直方向(図中奥行き方向)は同一寸法とした。
【0046】
第一の基板101と第二の基板102の位置決めは、接続端子103と接続端子104とを互いに対向させて配置し、第一の基板101を第二の基板102上に表面実装してあるチップコンデンサ201a、201b間に嵌合させて実施した。次に図示しない加熱加圧部品により第一の基板101と第二の基板102の接続端子103、104を上下方向に加熱加圧することによりハンダ301を溶融させ、その後冷却することにより電気的に接続して回路基板装置を製造した。ここで、加熱加圧時のチップコンデンサ201a、201bの移動もしくは遊離を防止するために、接続端子103上のハンダ301は、先のLSIやチップコンデンサ201a、201bを表面実装したハンダより低融点である必要がある。本実施例では接続端子103上のハンダ材には融点が90℃の低融点ハンダを、LSIやチップコンデンサ201a、201bを表面実装するハンダ材には融点が183℃の共晶組成ハンダを使用した。
【0047】
以上のようにして作成した第三実施例である回路基板装置の評価実験を、第一の基板101と第二の基板102の接続端子103、104の両端の相対的な位置決め精度を光学測定顕微鏡を用いて測定し、さらに、端子間の直流電気抵抗値を四探針法にて測定することにより接続端子103、104間の電気的導通状態の確認を実施した。結果、接続端子103、104の両端の相対的な位置決め精度は標準偏差0.236となり、接続端子間の電気的開放、短絡も発現しなかった。従って、チップコンデンサを位置決め用部材として用いる方法は、精確な接続端子間の位置決めが可能であるとともに、その実用性が確認された。
【0048】
本実施例では、第一の基板101にFPC基板、第二の基板102にRPC基板を採用しているが、それぞれどちらの基板を用いても差し支えない。本実施例では、位置決め用部品にチップコンデンサを用いているが、これに限られるものではなく、チップ抵抗、チップインダクタ、もしくは、位置決め専用に製作した電気的には機能しないダミー部品でも同様の効果が得られ、位置決め用部品の数量も任意に設定しても差し支えない。
【0049】
本実施例では、接続端子間の電気的接続部材にハンダ材を用いているが、これに限定されるものではなくACF(Anisotropic Conductive Film)やACP(Anisotropic Conductive Paste)やNCF(Non Conductive Film)やNCP(Non Conductive Paste)を用いても問題ない。
【0050】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高密度に配置された電極からなる電極パターン(接続端子)を有する一対のプリント配線基板間において、各々の電極パターン(接続端子)同士を電気的に接続するプリント配線基板同士の位置決めを、基板上に実装されるLSI等の実装部品と同一工程上で搭載・リフローされセルフアライメント効果により精確に表面実装された位置決め用チップ部品を利用して行うことにより、精確に且つ簡単に行うことができ、異方性導電部材とプリント配線基板との位置決めも精確に且つ簡単に行うことができる回路基板装置およびその製造方法が得られる。また、電気的接続媒体として異方性導電部材を用いた場合、その電気的導通のための特別な加熱等の必要がないことから、位置決め用チップ部品に高融点ハンダ等を用いる必要がなく、製造設備やリフロープロファイル等製造条件を変更する必要がないという利点がある。
【0051】
また、従来方法で必要だったピン嵌合用貫通孔やアライメントマークにより発生していた基板上のデッドスペースを最小限に抑えることが可能となり、省スペース化が実現できる。さらに、専用の固定・位置決め用治工具や、画像認識を行うための光学的検出装置、プリント配線基板間同士の相対的な位置関係を計算する画像解析装置、プリント配線基板を任意の位置に移動させる部品移動手段(一般的に光学的検出装置にはCCDカメラシステムが、画像解析装置にはコンピュータおよび専用の画像解析ソフトウエアが、部品移動手段にはロボットが用いられることが多い)を必要としないため、低コスト化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるプリント配線基板間位置決め構造および回路基板装置の一実施形態の説明図である。
【図2】本発明の第1の実施例を示す斜視図および断面図である。
【図3】本発明の第2の実施例を示す斜視図および断面図である。
【図4】本発明の第3の実施例を示す斜視図および断面図である。
【図5】従来例によるプリント配線基板間位置決め構造および回路基板装置の説明図である。
【図6】従来例によるプリント配線基板間位置決め構造および回路基板装置の説明図である。
【図7】従来例によるプリント配線基板間位置決め構造および回路基板装置の説明図である。
【図8】従来例によるプリント配線基板間位置決め構造および回路基板装置の説明図である。
【符号の説明】
101 第一の基板
102 第二の基板
103、104 接続端子
105a、105b 位置決め用チップ部品
201a、201b チップコンデンサ
202 異方性導電部材
203 金属端子
204 絶縁性エラスチック樹脂材料
205 加圧部品
301 ハンダ
401a、401b 切込み
501a、501b、502a、502b 位置決め用貫通孔
503 位置決め治具
504a、504b ピン
601a、601b 光学的検出装置
701 プリント配線基板
702 配線パターン
703 位置決め用パターン
704 突起
705 部品
706 位置決め用穴
801 プリント配線基板
802 接続端子
803a、803b 嵌合パターン
804 プリント配線基板
805 接続端子
806a、806b 嵌合パターン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a circuit board device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to electrically connect each electrode pattern (connection terminal) between a pair of printed wiring boards having electrode patterns (connection terminals) composed of electrodes arranged at high density. The present invention relates to a method for precisely positioning printed wiring boards to be electrically connected to each other and a circuit board device provided with printed wiring boards connected by the positioning method.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a mobile phone device, a PDA (Personal Digital Assistant) terminal, or many other electronic devices include a plurality of printed wiring boards on which many electronic components are mounted in a limited space. In recent years, in particular, the sophistication and the multifunctionality have been advanced, and a connection between a plurality of printed wiring boards having a large number of connection terminals has been required, and the pitch of the electrode pattern has been narrowed. Along with this, the connection terminals of the printed wiring boards are also narrowed in pitch, and there is a demand for a method of easily and precisely aligning the connection terminals having the narrowed pitches.
[0003]
As a conventional method of positioning between printed wiring boards, FIG. 5 shows a method using pin fitting, and FIG. 6 shows a method using image recognition and image processing. FIG. 5 is a perspective view showing a method for positioning the printed circuit boards using the pin fitting. Here, FIG. 5A is an exploded perspective view of a method of positioning between printed wiring boards, FIG. 5B is an assembled perspective view of a method of positioning between printed wiring boards, and FIG. It is an AA cross section schematic diagram of FIG.5 (b).
[0004]
First, paired
[0005]
FIG. 6 is a perspective view showing a method of positioning between printed wiring boards using image recognition and image processing. Here, FIG. 6A is an exploded perspective view of a method of positioning between printed wiring boards, FIG. 6B is a perspective view after assembly of a method of positioning between printed wiring boards, and FIG. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
[0006]
First, paired
[0007]
Further, as shown in FIG. 7, a solder is sufficiently attached to a
[0008]
Furthermore, as shown in FIG. 8,
[0009]
Furthermore, although it is not a precise positioning method of printed wiring boards for electrically connecting electrode patterns to each other, a method of mounting a plurality of hybrid integrated circuits on a heat sink with good positional accuracy has been proposed. First, a power transistor, a chip capacitor, and the like are mounted on a ceramic substrate, and clips are connected to form a hybrid integrated circuit. Two of the chip capacitors located at diagonal portions are positioning components. An adhesive is applied to the heat sink, and a plurality of hybrid integrated circuits are temporarily mounted. Thereafter, the position of the entire hybrid integrated circuit is corrected using a position correcting jig so that the positions of the positioning components are aligned, and then the adhesive is cured (for example, see Patent Document 3).
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-8-37397 ([0015] to [0017], FIGS. 1 and 2)
[Patent Document 2]
JP 2001-127424 A ([0026] to [0033], FIG. 1)
[Patent Document 3]
JP-A-2001-313496 ([0040] to [0047], FIGS. 1 to 3)
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in an electronic device such as a mobile phone device or a PDA terminal, it is necessary to mount a plurality of printed wiring boards on which many electronic components are mounted in a limited space. In particular, in a mobile phone device and a PDA terminal, it is very important to reduce the thickness of the connecting portion and to save space.
[0012]
However, when a method of positioning between printed wiring boards using pin fitting is used, it is necessary to provide a through hole for passing fitting pins on the printed wiring board, and this portion is a pair of printed wiring boards. This resulted in a dead space on the substrate, which hindered space saving. Further, a separate tool for pin fitting is required, which has been a factor of cost increase.
[0013]
In addition, when a method of positioning between printed wiring boards using image recognition and image processing is used, a dead space on the printed wiring board can be minimized, but an optical system for performing image recognition is required. A target detection device, an image analysis device for calculating the relative positional relationship between printed wiring boards, and a component moving means for moving the printed wiring board to an arbitrary position are required. Generally, a CCD camera system is used for the optical detection device, a computer and dedicated image analysis software are used for the image analysis device, and a robot is used for the component moving means. As a result, the cost of the product was increased.
[0014]
Also, in the case of Patent Document 1, similarly to the case of using a method of positioning between printed wiring boards using pin fitting, a solder hemisphere for fitting and a through hole for passing the solder hemisphere for fitting on the printed wiring board are used. It is necessary to provide a hole, and this portion becomes a dead space on the pair of printed wiring boards, which hinders space saving.
[0015]
Also, in the case of Patent Literature 2, it is necessary to provide a fitting pattern on the printed wiring board as in the case of using a method of positioning between printed wiring boards using pin fitting and in the case of Patent Literature 1. However, this portion becomes a dead space on the pair of printed wiring boards, which hinders space saving.
[0016]
Further, in the case of Patent Document 3, a process of temporarily mounting a plurality of hybrid integrated circuits and then aligning the positions of the respective positioning components using a position correction jig is required. In addition, there is a problem that the use of the position correction jig increases the cost.
[0017]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a printed wiring board which electrically connects respective electrode patterns (connection terminals) between a pair of printed wiring boards having electrode patterns (connection terminals) formed of electrodes arranged at high density. It is an object of the present invention to provide a method for accurately and accurately implementing the positioning of the present invention while realizing space saving and cost reduction, and a circuit board device provided with a printed wiring board connected by the positioning method.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a first substrate on which connection terminals are formed, a second substrate on which connection terminals corresponding to the connection terminals of the first substrate are formed, and a positioning device surface-mounted on the second substrate A positioning structure having a chip component, wherein positioning between the connection terminals of the first substrate and the second substrate is performed by fitting the outer shape of the first substrate and the positioning chip component. And a circuit board device provided with the same. Positioning chip components are accurately positioned using the self-alignment effect of solder reflow, using either chip capacitors, chip resistors, chip inductors, or dummy components that are specially manufactured and do not function electrically. You.
[0019]
As the first and second substrates, one or more of a multilayer flexible printed circuit board, a multilayer rigid printed circuit board, a double-sided flexible printed circuit board, a double-sided rigid printed circuit board, a single-sided flexible printed circuit board, and a single-sided rigid printed circuit board Can be used. An anisotropic conductive member can be used as the electrical connection medium between the corresponding connection terminals of the first and second substrates, and solder, ACF, ACP, NCF, or NCP can be used. It is desirable that the melting point of the bonding medium of the positioning chip component is higher than the melting point of the electrical connection medium of the corresponding connection terminals of the first and second substrates.
[0020]
Further, according to the present invention, the step of mounting the positioning chip components on the second printed wiring board on which the connection terminals are formed, and the step of mounting the first printed wiring board on which the connection terminals are formed, are both performed. A step of fitting between the positioning chip components on the second printed wiring board so that the connection terminals face each other and electrically connecting the two connection terminals to each other, thereby obtaining a circuit board device manufacturing method. . The positioning chip component is mounted on the second printed wiring board by positioning the chip component on connection pads formed on the second printed wiring board, and is performed by a solder reflow process. The configuration is such that the outer shape of the first printed wiring board fits between the positioning chip components on the second printed wiring board.
[0021]
The printed wiring board positioning structure and the circuit board device according to the present invention include a first substrate on which connection terminals are formed, and a second substrate on which connection terminals corresponding to the connection terminals of the first substrate are formed. On the same surface as the connection terminals of the second substrate, a positioning chip component having a substantially rectangular parallelepiped shape is precisely positioned on connection pads formed in advance using a chip mounter, and is surface-mounted by a solder reflow process. At this time, the positioning chip component is accurately mounted by a self-alignment effect due to solder surface tension at the time of solder reflow. The positioning of the first substrate and the second substrate is performed by arranging the connection terminals so as to face each other, and fitting the first substrate between the positioning chip components surface-mounted on the second substrate. carry out.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of one embodiment of a method for manufacturing a circuit board device by positioning between printed wiring boards according to the present invention. Here, FIG. 1A is an exploded perspective view of a method for positioning between printed wiring boards according to the present invention, FIG. 1B is a perspective view after assembly of a method for positioning between printed wiring boards according to the present invention, FIG. 1C is a schematic cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
[0023]
The present invention provides a
[0024]
Positioning of the
[0025]
Here, the positioning of the
[0026]
The types of the first and
[0027]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, between the pair of printed wiring boards which have the electrode pattern (connection terminal) which consists of an electrode arranged at high density, the printed wiring board which electrically connects each electrode pattern (connection terminal) Positioning is accurately and easily performed by using positioning chip components that are mounted and reflowed in the same process as the mounting components such as LSI mounted on the board and are precisely surface-mounted by the self-alignment effect. And a method for manufacturing the same.
[0028]
As a mounting / reflow technology for positioning chip components that are mounted and reflowed in the same process as mounting components such as LSI mounted on a substrate, pad dimensions can be set to +0.01 mm to +0.05 mm of the positioning chip component outer shape. By controlling the amount of solder paste printed and the reflow temperature profile (heating temperature / speed, heating holding time, cooling temperature / speed, etc.), the self-alignment effect can be maximized, and accurate mounting can be realized. Here, the pad dimensions may be applied only to the direction in which high-precision positioning is particularly required, and the direction in which high-precision positioning is not required does not have any problem other than the pad dimensions.
[0029]
Further, it is possible to minimize the dead space on the substrate caused by the pin-fitting through holes and the alignment marks, which is required in the conventional method, thereby realizing space saving. In addition, a dedicated fixing / positioning jig, an optical detection device for performing image recognition, an image analysis device for calculating the relative positional relationship between printed wiring boards, and moving a printed wiring board to an arbitrary position A component moving means (generally, a CCD camera system is generally used for an optical detection device, a computer and dedicated image analysis software are used for an image analyzing device, and a robot is often used for the component moving means). Therefore, cost reduction can be realized.
[0030]
Hereinafter, a circuit board structure and a method of positioning between boards according to the present invention will be described with reference to specific examples.
[0031]
[Example 1]
FIG. 2 shows a first embodiment of the present invention. 2A is a perspective view of an exploded process of the first embodiment of the present invention, FIG. 2B is a perspective view of the first embodiment of the present invention after assembly, and FIG. 2C is FIG. FIG. 2B is a schematic cross-sectional view taken along the line AA, and FIG. 2D is a schematic cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
[0032]
The
[0033]
The positioning of the
[0034]
The anisotropic
[0035]
The evaluation experiment of the circuit board device of the first embodiment created as described above was performed by using an optical measurement microscope to determine the relative positioning accuracy of both ends of the
[0036]
As described above, in this embodiment, the connection between the substrate on which the positioning chip component is mounted and another substrate is not performed by using a medium that requires heat treatment such as solder, and by using an anisotropic conductive member. Since there is no need for special heating or the like for the electrical continuity, there is no need to use a high melting point solder or the like for the positioning chip component, and there is no need to change the manufacturing equipment and the manufacturing conditions such as the reflow profile.
[0037]
In this embodiment, an FPC board is used as the
[0038]
[Example 2]
FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. Here, FIG. 3A is a perspective view of an exploded process of the second embodiment of the present invention, FIG. 3B is a perspective view after assembling of the second embodiment of the present invention, and FIG. It is an AA cross section schematic diagram of (b).
[0039]
The
[0040]
The positioning of the
[0041]
Here, in order to prevent movement or separation of the
[0042]
An evaluation experiment of the circuit board device according to the second embodiment prepared as described above was performed by using an optical measurement microscope to determine the relative positioning accuracy of both ends of the
[0043]
In this embodiment, an FPC board is used as the
[0044]
[Example 3]
FIG. 4 is a diagram showing a third embodiment of the present invention. Here, FIG. 4A is a perspective view of an exploded process of the third embodiment of the present invention, FIG. 4B is a perspective view of the third embodiment of the present invention after assembly, and FIG. It is an AA cross section schematic diagram of (b).
[0045]
The
[0046]
The positioning of the
[0047]
An evaluation experiment of the circuit board device according to the third embodiment prepared as described above was performed by using an optical measurement microscope to determine the relative positioning accuracy of both ends of the
[0048]
In this embodiment, an FPC board is used as the
[0049]
In this embodiment, a solder material is used as an electrical connection member between the connection terminals. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is not limited thereto. There is no problem even if NCP (Non Conductive Paste) is used.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, each electrode pattern (connection terminal) is electrically connected between a pair of printed wiring boards having an electrode pattern (connection terminal) composed of electrodes arranged at high density. The positioning of the printed wiring boards to be connected must be performed using the positioning chip components that are mounted and reflowed in the same process as the mounting components such as LSI mounted on the substrate, and are precisely surface-mounted by the self-alignment effect. As a result, a circuit board device and a method of manufacturing the circuit board device that can be performed accurately and easily, and in which the positioning between the anisotropic conductive member and the printed wiring board can be performed accurately and easily, can be obtained. In addition, when an anisotropic conductive member is used as an electrical connection medium, since there is no need for special heating or the like for electrical conduction, there is no need to use a high melting point solder or the like for the positioning chip component, There is an advantage that there is no need to change manufacturing conditions such as manufacturing equipment and reflow profiles.
[0051]
Further, it is possible to minimize the dead space on the substrate caused by the pin-fitting through holes and the alignment marks, which is required in the conventional method, thereby realizing space saving. In addition, a dedicated fixing / positioning jig, an optical detection device for performing image recognition, an image analysis device for calculating the relative positional relationship between printed wiring boards, and moving a printed wiring board to an arbitrary position A component moving means (generally, a CCD camera system is generally used for an optical detection device, a computer and dedicated image analysis software are used for an image analyzing device, and a robot is often used for the component moving means). Therefore, cost reduction can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of an embodiment of a printed wiring board positioning structure and a circuit board device according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view and a sectional view showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view and a sectional view showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view and a sectional view showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a printed wiring board positioning structure and a circuit board device according to a conventional example.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a printed wiring board positioning structure and a circuit board device according to a conventional example.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a printed wiring board positioning structure and a circuit board device according to a conventional example.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a printed wiring board positioning structure and a circuit board device according to a conventional example.
[Explanation of symbols]
101 First substrate
102 Second substrate
103, 104 connection terminal
105a, 105b Positioning chip components
201a, 201b Chip capacitors
202 Anisotropic conductive member
203 metal terminal
204 Insulating elastic resin material
205 pressurized parts
301 Solder
401a, 401b cut
501a, 501b, 502a, 502b Positioning through holes
503 Positioning jig
504a, 504b pins
601a, 601b Optical detection device
701 Printed Wiring Board
702 Wiring pattern
703 Positioning pattern
704 protrusion
705 parts
706 Positioning hole
801 Printed wiring board
802 connection terminal
803a, 803b Fitting pattern
804 printed wiring board
805 connection terminal
806a, 806b Fitting pattern
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