JP2005183452A - 端子部の接合構造及び接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高密度化、狭ピッチ化、薄厚化、小型化への対応、製造コストの低減が可能であり、設計上の自由度が制限される虞もなく、接合部分が酸化、剥離する等の虞もない端子部の接合構造及び接合方法を提供する。
【解決手段】 本発明の端子部の接合構造は、ＦＰＣの接続端子のＡｕメッキ膜１５とＲＰＣの接続端子のＡｕメッキ膜２５との接合構造であって、接合された２つのＡｕメッキ膜１５、２５の接合界面には１つ以上の空隙３１が形成されていることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子機器における配線基板間の接合に係わり、特に、携帯用情報機器、携帯用電話機、携帯用情報端末等の電子機器に用いて好適な端子部の接合構造及び接合方法に関するものである。

従来、ノート型パーソナルコンピュータ等の携帯用情報機器や、折り畳み式の携帯用電話機あるいは携帯用情報端末等の電子機器においては、中央演算処理装置（ＣＰＵ）や各種電子部品を搭載するリジッド配線基板の接続端子と、液晶表示装置等に接続されるフレキシブルプリント配線基板の接続端子とを電気的に接続する必要がある。そこで、これらの基板の接続端子同士を接続するために、同じ層数の配線基板の接続端子同士を接合したリジッドフレックス構造（特許文献１参照）、一方の配線基板のコネクタ端子と他方の配線基板のコネクタ部品とを嵌め合わせたコネクタ接続（特許文献２参照）、配線基板の接続端子同士を半田を介して接合した半田による接続端子間接合（特許文献３参照）等が用いられている。
特開平５−０１３９５８号公報 特開平７−１７６３４１号公報 特開平５−２６７８１１号公報

ところで、従来のリジッドフレックス構造では、接続端子のパターン配置において不要な部分の占める面積が大きく、高密度化、狭ピッチ化への対応が難しいという問題点、接合の工程が複雑であるために製造コストが高くなるという問題点、接合する配線基板の層数が同じ層数に限定されてしまい設計上の自由度が制限されるという問題点があった。

また、従来のコネクタ接続では、配線基板とは別部材であるコネクタ端子及びコネクタ部品を用いているために、コネクタ接続部分の厚みを薄くすることには限界があり、コネクタ接続部分の薄厚化、小型化が難しいという問題点があった。
また、従来の半田による接続端子間接合では、接合を容易かつ安価に行うことができるものの、接合後のリフロー時においては、接合部分の酸化、剥離等の問題点があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、高密度化、狭ピッチ化、薄厚化、小型化への対応、製造コストの低減が可能であり、設計上の自由度が制限される虞もなく、接合部分が酸化、剥離する等の虞もない端子部の接合構造及び接合方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は次の様な端子部の接合構造及び接合方法を提供した。
すなわち、本発明の端子部の接合構造は、可撓性基板の端子部と非可撓性基板の端子部との接合構造であって、接合された２つの端子部の接合界面には、１つ以上の空隙が形成されていることを特徴とする。

この端子部の接合構造では、可撓性基板の端子部と非可撓性基板の端子部とを半田等を介在させることなく直接接合することにより、接合精度が向上し、耐熱性に優れたものとなる。これにより、高密度化、狭ピッチ化、薄厚化、小型化への対応が容易になる。
また、接合界面に半田等の異種の物質が介在しないことから、後工程のリフロー時においても、端子部の接合部分が酸化、剥離する等の虞もない。

本発明の他の端子部の接合構造は、２つの可撓性基板の端子部同士の接合構造であって、接合された２つの端子部の接合界面には、１つ以上の空隙が形成されていることを特徴とする。

この端子部の接合構造では、２つの可撓性基板の端子部同士を半田等を介在させることなく直接接合することにより、接合精度が向上し、耐熱性に優れたものとなる。これにより、高密度化、狭ピッチ化、薄厚化、小型化への対応が容易になる。
また、接合界面に半田等の異種の物質が介在しないことから、後工程のリフロー時においても、端子部の接合部分が酸化、剥離する等の虞もない。

これらの端子部の接合構造においては、前記接合された２つの端子部のうち少なくとも一方の端子部の接合面に、耐腐食性金属膜が形成されていることが好ましい。
前記耐腐食性金属膜は、金、白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、イリジウムの群から選択された１種または２種以上を含有していることが好ましい。
前記耐腐食性金属膜の接合面は、表面処理されていることが好ましい。

また、これらの端子部の接合構造においては、前記接合された２つの端子部のうち少なくとも一方の端子部の接合面に、該端子部と略同一組成の微粒子を析出した構成としてもよい。
前記微粒子は、前記端子部の接合面を還元処理することにより析出したものとしてもよい。

本発明の端子部の接合方法は、可撓性基板の端子部と非可撓性基板の端子部とを接合する方法であって、前記可撓性基板の端子部と前記非可撓性基板の端子部とを対向配置させ、これら端子部同士を超音波接合法により接合することを特徴とする。

この端子部の接合方法では、可撓性基板の端子部と非可撓性基板の端子部とを対向配置させ、これら端子部同士を超音波接合法により接合することにより、可撓性基板の端子部と非可撓性基板の端子部との接合が容易になり、接合部の接合精度が高く、耐熱性にも優れた端子部の接合構造を容易に得ることが可能になる。

本発明の他の端子部の接合方法は、２つの可撓性基板の端子部同士を接合する方法であって、これらの端子部を対向配置させ、これらの端子部同士を超音波接合法により接合することを特徴とする。

この端子部の接合方法では、２つの可撓性基板の端子部同士を対向配置させ、これらの端子部同士を超音波接合法により接合することにより、２つの可撓性基板の端子部同士の接合が容易になり、接合部の接合精度が高く、耐熱性にも優れた端子部の接合構造を容易に得ることが可能になる。

上記の端子部の接合方法各々では、これらの端子部を対向配置させる前に、少なくとも一方の前記端子部の接合面を表面処理することが好ましい。
前記端子部の接合面を表面処理することにより、これらの端子部を接合した際に、接合界面に不純物等が介在する虞が無くなり、接合部の接合強度が高まる。

上記の端子部の接合方法各々では、これらの端子部を対向配置させる前に、少なくとも一方の前記端子部の接合面に耐腐食性金属膜を形成し、この耐腐食性金属膜を表面処理することが好ましい。
前記耐腐食性金属膜を表面処理することにより、これらの端子部を接合した際に、接合界面に不純物等が介在する虞が無くなり、接合部の接合強度が高まる。

本発明の端子部の接合構造によれば、可撓性基板の端子部と非可撓性基板の端子部との接合界面に、１つ以上の空隙を形成したので、２つの端子部を半田等を介せずに超音波接合法により直接接合することで、半田等を介して接合したものに比べて接合精度を向上させることができ、耐熱性に優れたものとすることができる。
したがって、高密度化、狭ピッチ化、薄厚化、小型化への対応を容易とすることができ、設計上の自由度が制限される虞もない。
また、接合界面に半田等の異種の物質が介在していないので、後工程のリフロー時においても、端子部の接合部分が酸化、剥離する等の虞がない。

本発明の他の端子部の接合構造によれば、２つの可撓性基板の端子部同士の接合界面に、１つ以上の空隙を形成したので、２つの端子部を半田等を介せずに超音波接合法により直接接合することで、半田等を介して接合したものに比べて接合精度を向上させることができ、耐熱性に優れたものとすることができる。
したがって、高密度化、狭ピッチ化、薄厚化、小型化への対応を容易とすることができ、設計上の自由度が制限される虞もない。
また、接合界面に半田等の異種の物質が介在していないので、後工程のリフロー時においても、端子部の接合部分が酸化、剥離する等の虞がない。

本発明の端子部の接合方法によれば、可撓性基板の端子部と非可撓性基板の端子部とを対向配置させ、これら端子部同士を超音波接合法により接合するので、接合部の接合精度が高く、耐熱性にも優れた端子部の接合構造を容易かつ安価に得ることができる。

本発明の他の端子部の接合方法によれば、２つの可撓性基板の端子部同士を対向配置させ、これらの端子部同士を超音波接合法により接合するので、接合部の接合精度が高く、耐熱性にも優れた端子部の接合構造を容易かつ安価に得ることができる。

本発明の端子部の接合構造及び接合方法の各実施の形態について、図面に基づき説明する。
なお、これらの実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明は、これらの実施の形態に限定されない。

「第１の実施形態」
図１は本発明の第１の実施形態の端子部の接合構造を示す断面図、図２は同接合構造の要部拡大断面図であり、図において、符号１はフレキシブルプリント配線基板（可撓性基板）（以下、ＦＰＣと称する）、２はリジッドプリント配線基板（非可撓性基板）（以下、ＲＰＣと称する）である。

ＦＰＣ１は、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等からなる可撓性を有する樹脂基板１１の表面に銅（Ｃｕ）箔をエッチングして所定の回路配線とした配線部１２が形成され、この配線部１２の一端部が外部と電気的に接続するための接続端子（端子部）１３とされている。
そして、配線部１２の上面は、ポリイミド樹脂（ＰＩ）、エポキシ樹脂等の絶縁性樹脂からなるフィルム状の絶縁材１４により被覆され、この絶縁材１４に覆われずに露出している接続端子１３の上面には、耐腐食性金属膜である金（Ａｕ）メッキ膜１５が形成されている。

一方、ＲＰＣ２は、エポキシ樹脂及びガラス繊維からなる複合材料を主成分とする可撓性を有しないエポキシガラス繊維樹脂基板（ＥＧＦ）２１の表面に銅（Ｃｕ）箔をエッチングして所定の回路配線とした配線部２２が形成され、この配線部２２の一端部が外部と電気的に接続するための接続端子（端子部）２３とされている。
この配線部２２の上面及びＥＧＦ２１の露出面は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等の絶縁性樹脂からなるフィルム状の絶縁材２４により被覆され、この絶縁材２４に覆われずに露出している接続端子２３の上面には、耐腐食性金属膜である金（Ａｕ）メッキ膜２５が形成されている。

ここでは、接続端子１３の上面にＡｕメッキ膜１５を、接続端子２３の上面にＡｕメッキ膜２５を、それぞれ形成しているが、Ａｕメッキ膜１５、２５に替えて、白金族である白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）の群から選択された１種または２種以上を含有したメッキ膜を用いてもよい。

上記の接続端子１３と接続端子２３とは、それぞれの上面に形成されたＡｕメッキ膜１５、２５が互いに対向するように配置され、かつ、これら接続端子１３、２３同士は超音波接合法により接合されている。
接続端子１３、２３の接合界面には、図２に示すように、空隙３１が複数個点在している。この空隙３１は、超音波接合法により両者を接合した場合に生じるものである。

次に、本実施形態の端子部の接合方法について説明する。
まず、ＦＰＣ１を作製する。
ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等からなる帯状の樹脂基板１１の全面にＣｕ箔を接着し、次いで、このＣｕ箔上にレジストを塗布・パターニングし、このＣｕ箔をウエットエッチングによりエッチングして所定の回路パターンとする。これにより、樹脂基板１１の表面に接続端子１３を有する配線部１２が形成されることとなる。
なお、回路パターンの形成方法は、サブトラクティブ、アディティブのいずれでもよい。

次いで、配線部１２の上面にポリイミド樹脂（ＰＩ）、エポキシ樹脂等の絶縁性樹脂からなる絶縁材１４を形成する。ここでは、ＦＰＣ１全面にフィルム状の絶縁材を貼り付け、この絶縁材の接続端子１３に対応する部分に開口を形成することにより、配線部１２の上面が絶縁膜１４により覆われた状態となり、接続端子１３の部分は露出された状態となる。

次いで、この接続端子１３の上面に、通常の金メッキの方法を用いてＡｕメッキ膜１５を形成する。
次いで、帯状の樹脂基板１１に外形加工を施し、所定の製品形状、あるいはチップ部品実装装置に適用可能な大きさとする。
次いで、このＡｕメッキ膜１５に表面処理を施す。
表面処理としては、Ａｕメッキ膜１５の表面が清浄面となる様な表面処理であればよく、例えば、プラズマ等を用いた表面洗浄等が好適に用いられる。
以上により、ＦＰＣ１を作製することができる。
また、ＲＰＣ２も、ＦＰＣ１と同様にして作製することができる。

次いで、ＦＰＣ１とＲＰＣ２を超音波接合法により接合する。
図３に示すように、ＦＰＣ１の接続端子１３のＡｕメッキ膜１５とＲＰＣ２の接続端子２３のＡｕメッキ膜２５とを重ね合わせ、この重ね合わせた部分、すなわちＦＰＣ１の樹脂基板１１の裏面に超音波接合機のホーン３５を載置し、このホーン３５に所定の圧力を加えつつ、このホーン３５から発生する超音波振動を上記の重ね合わせた部分に印加することで行われる。

ここでは、樹脂基板１１の裏面に超音波接合機のホーン３５を載置し、このホーン３５に所定の圧力を加えることにより、接続端子１３自体に直接ホーン３５が当たって傷が付く等がないため、圧力調整幅が拡がる。また、接続端子１３自体に傷が付かないため、接合時及び接合後における断線を抑制することができる。

この超音波接合の条件は、例えば、加圧力：０．１〜３ｋｇｆ／ｍｍ^２、接合時間：０．１〜１秒、振幅：５〜３０μｍである。
以上により、ＦＰＣ１とＲＰＣ２を超音波接合した基板部材を得ることができる。
この超音波接合された基板部材は、所定箇所にスクリーン印刷等によりクリーム半田を印刷し、次いで、各種電子部品を実装する。

各種電子部品の実装は、接合後が望ましい。なぜならば、電子部品が超音波振動が加わる部分の近傍に実装された場合、実装された電子部品が超音波により破損する虞があるからである。
その後、この基板部材をリフロー炉等を通過させることにより、クリーム半田を溶融させ、各種電子部品を半田により基板部材に固定する。

この基板部材の超音波接合された接合部分は、超音波による金属接合であるから、リフロー工程の熱では、接続端子１３、２３の接合部分に酸化、剥離等の不具合が発生する虞は全くない。これにより、従来の半田接合では不可能であったリフロー工程での接合部分の酸化、剥離等の不具合を防止することができる。
その後、この基板部材の静特性及び動特性の測定、及び動作確認を行い、この検査に合格したものが出荷される。

以上説明した様に、本実施形態の端子部の接合構造によれば、ＦＰＣ１の接続端子１３とＲＰＣ２の接続端子２３とは、それぞれの上面に形成されたＡｕメッキ膜１５、２５を介して超音波接合法により接合され、この接合界面に複数の空隙３１が形成されているので、半田等を介して接合したものに比べて耐熱性に優れたものとなる。

従来、超音波接合法により端子部同士を接合した場合においても、実用上の接合強度は得られていたが、振動試験等の耐久試験を行うと接合部の接合強度がすぐに低下してしまうものであった。そこで、本実施形態では、超音波接合時に接合部に空隙３１を設けることで、接合部の接合強度の低下を防止し、耐久性を向上させている。

耐久性が向上する理由としては、従来の接合構造では、接合界面が連続的に繋がっているために、接合界面に１箇所でも亀裂が生じた場合、そこから亀裂が伝播し、接合界面における接合強度が低下することとなる。
本実施形態では、超音波接合時に接合部に空隙３１を設けることとしたので、接合界面の１箇所に亀裂が生じた場合であっても、そこからの亀裂の伝播が生じる虞はない。したがって、接合界面における接合強度は低下する虞がなく、接合構造の寿命が延びることとなる。

したがって、高密度化、狭ピッチ化、薄厚化、小型化への対応が容易となり、設計上の自由度が制限される虞もない。
また、接合界面に半田等の異種の物質が介在しないので、後工程のリフロー時においても、接続端子１３、２３の接合部分の酸化、剥離等を防止することができる。

また、本実施形態の端子部の接合方法によれば、ＦＰＣ１の接続端子１３のＡｕメッキ膜１５とＲＰＣ２の接続端子２３のＡｕメッキ膜２５とを重ね合わせ、この重ね合わせた部分を超音波接合するので、接続端子１３、２３同士を容易かつ安価に接合することができる。
また、接続端子１３、２３同士を直接、超音波接合法により接合するので、耐熱性に優れた接続端子１３、２３の接合構造を実現することができる。
また、接合界面に半田等の異種の物質が介在する虞がないので、後工程のリフロー時においても酸化、剥離等が生じる虞がない。

「第２の実施形態」
図４は本発明の第２の実施形態の端子部の接合構造を示す断面図であり、本実施形態の端子部の接合構造が上述した第１の実施形態の端子部の接合構造と異なる点は、ＦＰＣ４１の接続端子４３の表面を還元処理することによりＣｕ微粒子を表面上に析出させるとともに、ＲＰＣ４２の接続端子４４の表面も同様に還元処理することによりＣｕ微粒子を表面上に析出させ、これらＣｕ微粒子が析出した接続端子４３、４４同士を超音波接合した点である。
なお、Ｃｕ微粒子が析出した接続端子４３、４４の接合界面にも、第１の実施形態の端子部の接合構造と同様、複数の空隙３１が形成されている。

次に、本実施形態の端子部の接合方法について説明する。
まず、ＦＰＣ４１を作製する。
樹脂基板１１の表面に接続端子４３を有する配線部１２を形成し、配線部１２の上面に絶縁材１４を形成するまでは、第１の実施形態の端子部の接合方法と全く同様である。
その後、この接続端子４３を表面処理する。

表面処理としては、様々な処理方法があるが、Ｃｕ箔の表面を清浄化するためには、還元処理が好ましい。
この還元処理は、接続端子３３を酸洗いした後、還元処理溶液に浸漬することで行われる。
酸洗いは、接続端子４３をＦＰＣ４１毎、例えば、硫酸を５〜５０ｖ／ｖ％、過酸化水素を１〜１０ｖ／ｖ％含有する洗浄液に浸漬する等して、接続端子４３を構成しているＣｕ箔の表面のスケール、酸化物、油脂等の不純物を除去する。

次の還元処理は、下記のように行われる。
還元処理に用いられる処理溶液としては、例えば、ヒドラジンとＮａＢＨ_４とを含む処理溶液が用いられる。この処理溶液中のヒドラジンの濃度は１０〜８０質量％、ＮａＢＨ_４の濃度は１０〜８０質量％とされている。
上記処理溶液以外の処理溶液としては、ホルムアルデヒド、アルキルアミン、ジメチルアミンボラン、ホウ化水素、ホスフィン酸、ホスフィン酸ナトリウム等の１０〜８０質量％溶液が用いられる。

この処理溶液中に接続端子４３をＦＰＣ４１毎浸漬する等して、接続端子４３の表面に還元処理を施す。
この時の処理溶液の温度は、２５℃〜８０℃、処理時間は０〜１０分程度とされる。
この還元処理により、接続端子４３の表面に該接続端子４３と同一の組成からなるＣｕ微粒子が析出することとなる。
その後、この樹脂基板１１に外形加工を施し、所定の製品形状、あるいはチップ部品実装装置に適用可能な大きさのＦＰＣ４１とする。
また、ＲＰＣ４２も、ＦＰＣ４１と同様にして作製することができる。

その後、ＦＰＣ４１とＲＰＣ４２を超音波接合法により接合する。
超音波接合法は、第１の実施形態の端子部の接合方法において用いられた超音波接合法と全く同様である。
以上により、接続端子４３、４４それぞれの表面を還元処理することによりＣｕ微粒子を表面上に析出させ、これらＣｕ微粒子が析出した接続端子４３、４４同士を超音波接合により接合した本実施形態の端子部の接合構造を容易に得ることができる。

以上説明した様に、本実施形態の端子部の接合構造によれば、ＦＰＣ４１の接続端子４３及びＲＰＣ４２の接続端子４４それぞれの表面には、還元処理によりＣｕ微粒子が析出され、これらＣｕ微粒子が析出した接続端子４３、４４同士が超音波接合により接合され、この接合界面に複数の空隙３１が形成されているので、半田等を介して接合したものに比べて耐熱性に優れたものとなる。
したがって、高密度化、狭ピッチ化、薄厚化、小型化への対応が容易となり、設計上の自由度が制限される虞もない。
また、接合界面に半田等の異種の物質が介在しないので、後工程のリフロー時においても、接続端子４３、４４の接合部分の酸化、剥離等を防止することができる。

また、本実施形態の端子部の接合方法によれば、ＦＰＣ４１の接続端子４３及びＲＰＣ４２の接続端子４４それぞれの表面に還元処理を施すことによりＣｕ微粒子を析出させ、これらＣｕ微粒子が析出した接続端子４３、４４同士を重ね合わせ、この重ね合わせた部分を超音波接合するので、接続端子４３、４４同士を容易かつ安価に接合することができる。
また、接続端子４３、４４同士を直接、超音波接合法により接合するので、耐熱性に優れた接続端子４３、４４の接合構造を実現することができる。
また、接合界面に半田等の異種の物質が介在する虞がないので、後工程のリフロー時においても酸化、剥離等が生じる虞がない。

本発明の端子部の接合構造及び接合方法では、可撓性基板の端子部と非可撓性基板の端子部を、あるいは２つの可撓性基板の端子部同士を、超音波接合法により接合し、一対化したので、線幅の狭い端子部同士を精度良く接合することができる。したがって、フレキシブルプリント配線基板とリジット配線基板との接合やフレキシブルプリント配線基板同士の接合はもとより、フレキシブル多層配線基板等の接合に対しても適用することができ、その効果は非常に大きなものである。

本発明の第１の実施形態の端子部の接合構造を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態の端子部の接合構造の要部を示す拡大断面図である。 本発明の第１の実施形態の端子部の接合方法を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態の端子部の接合構造を示す断面図である。

符号の説明

１、４１…ＦＰＣ、２、４２…ＲＰＣ、１１…樹脂基板、１２…配線部、１３、４３…接続端子（端子部）、１４、２４…絶縁材、１５…Ａｕメッキ膜、２１…ＥＧＦ、２２…配線部、２３、４４…接続端子（端子部）、２５…Ａｕメッキ膜、３１…空隙、３５…ホーン。

Claims (11)

1. 可撓性基板の端子部と非可撓性基板の端子部との接合構造であって、
   接合された２つの端子部の接合界面には、１つ以上の空隙が形成されていることを特徴とする端子部の接合構造。
2. ２つの可撓性基板の端子部同士の接合構造であって、
   接合された２つの端子部の接合界面には、１つ以上の空隙が形成されていることを特徴とする端子部の接合構造。
3. 前記接合された２つの端子部のうち少なくとも一方の端子部の接合面には、耐腐食性金属膜が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の端子部の接合構造。
4. 前記耐腐食性金属膜は、金、白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、イリジウムの群から選択された１種または２種以上を含有してなることを特徴とする請求項１、２または３記載の端子部の接合構造。
5. 前記耐腐食性金属膜の接合面は、表面処理されていることを特徴とする請求項３または４記載の端子部の接合構造。
6. 前記接合された２つの端子部のうち少なくとも一方の端子部の接合面には、該端子部と略同一組成の微粒子が析出してなることを特徴とする請求項１または２記載の端子部の接合構造。
7. 前記微粒子は、前記端子部の接合面を還元処理することにより析出してなることを特徴とする請求項６記載の端子部の接合構造。
8. 可撓性基板の端子部と非可撓性基板の端子部とを接合する方法であって、
   前記可撓性基板の端子部と前記非可撓性基板の端子部とを対向配置させ、これら端子部同士を超音波接合法により接合することを特徴とする端子部の接合方法。
9. ２つの可撓性基板の端子部同士を接合する方法であって、
   これらの端子部を対向配置させ、これらの端子部同士を超音波接合法により接合することを特徴とする端子部の接合方法。
10. これらの端子部を対向配置させる前に、少なくとも一方の前記端子部の接合面を表面処理することを特徴とする請求項８または９記載の端子部の接合方法。
11. これらの端子部を対向配置させる前に、少なくとも一方の前記端子部の接合面に耐腐食性金属膜を形成し、この耐腐食性金属膜を表面処理することを特徴とする請求項８または９記載の端子部の接合方法。

Images