JP2005340401A - フレキシブルプリント基板の取付構造及び光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】ＦＰＣを折り曲げた際の屈曲部にかかる応力を緩和し、さらに、その屈曲部を補強することにより、振動などによる繰り返しのストレスにも耐えるようにする。
【解決手段】ＦＰＣ２は、ポリイミドフィルム等からなる基板の少なくとも一方の面にパターン層と、そのパターン層を保護する保護層（カバーレイ２ａ）とを有し、ＦＰＣ２を曲げ半径約２ｍｍ未満に折り曲げて屈曲部２ｂを形成し、形成した屈曲部２ｂの内側部分のカバーレイ２ａを幅方向に除去する。さらに、屈曲部２ｂの内側のカバーレイ２ａを除去した部分にエポキシ樹脂等の樹脂３を塗布、硬化させて、ＦＰＣ２を補強して取り付ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、フレキシブルプリント基板の取付構造及び光モジュール、より詳細には、フレキシブルプリント基板を折り曲げた状態で取り付ける取付構造及び該取付構造を備えた光モジュールに関する。

従来、フレキシブルプリント基板（以下、ＦＰＣという）を折り曲げた状態で取り付ける取付構造に関し、ＦＰＣを直角に折り曲げた部分を、補強板とホルダからなる機構部材で挟着することにより補強して取り付けるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この場合、ＦＰＣと同程度の大きさを持つ機構部材により、ＦＰＣの折り曲げ部分の固定を行っているため、ＦＰＣを備えたモジュール自体の小型化が難しい。このため、ＦＰＣの折り曲げ部分にＲを付けて緩やかに曲げることで、上記のような機構部材をなくし、特別な補強を施すことなく、折り曲げ部分への応力集中を緩和したものも知られている（例えば、特許文献２参照）。

図５は、従来の光モジュールに用いられるＦＰＣの取付構造を示す側面図で、図中、１０１は光送信サブモジュール、１０２はＦＰＣ、１０３は回路基板を示す。
図６は、図５に示すＦＰＣ１０２を伸ばした状態を示す上面図である。
本従来例に示す光モジュールは、ＬＤチップを実装し、光学部品を組み付けて作製された光送信サブモジュール１０１と、回路基板１０３の間をＦＰＣ１０２で接続している。具体的には、光送信サブモジュール１０１のリードピン部と、ＦＰＣ１０２のパッド部との接続点をＳｎＰｂ共晶半田で半田付けし、同様に、ＦＰＣ１０２のパッド部と、回路基板１０３のパッド部とを半田付けにより接続している。

ＦＰＣ１０２は、ポリイミド等のベースフィルムの片面あるいは両面に銅箔を貼り付けて、回路パターンを焼き付け、さらに、カバーレイフィルム１０２ａを貼り付けた２層構造としている。この際、上記銅箔にかかる応力（ストレス）を少なくするために、最小曲げ半径を約２ｍｍとして緩やかに曲げられた形状で光モジュールのパッケージ内に組み込まれている。しかし、最小曲げ半径を約２ｍｍとしたため、ＦＰＣ１０２の大きさが幅約４ｍｍ、長さ約１５ｍｍという大きさとなり、曲げ半径を取っている分、ＦＰＣ１０２の長手方向の長さが長くなってしまう。

これに対して、ＦＰＣ１０２の長手方向の長さを出来るだけ短くするために、ＦＰＣ１０２を略直角に折り曲げて、光送信サブモジュール１０１と、回路基板１０３を接続することが考えられるが、このような構造にすると、ＦＰＣ１０２の折り曲げ部分の導体（銅箔）に応力（ストレス）がかかり、ＦＰＣ１０２の配線の断線が起きやすくなるという問題がある。

図５において、ＦＰＣ１０２を一度光モジュールのパッケージ中に組み込むと、位置がほぼ決まり、ＦＰＣ１０２自体を動かすことはないが、長期的には、折り曲げて応力がかかった部分に、振動などにより、繰り返しのストレスが加わると、いずれは断線する可能性があり、長期信頼性の観点から十分とは言えない。
この繰り返しのストレスが加わった場合のＦＰＣの挙動について、例えば、非特許文献１では、ＦＰＣに繰り返し曲げストレスを掛けると、銅箔と、カバーレイ、接着層（接着シート）間での応力により、その曲げ部分にクラックが入り、クラックの上下部分の接着剤が変形してしまうことが報告されている。
特開平１０−０６９７３６号公報 特開平０８−１３６７６７号公報 岡田、外６名，「ＨＤＤ用高屈曲ＦＰＣ」，フジクラ技報 株式会社フジクラ，２０００年１０月，Ｎｏ．９９，ｐ．４９−５３

上記したように、ＦＰＣに繰り返し曲げストレスを掛けると、その曲げ部分の銅箔にクラックが入り、配線が断線してしまう。断線は、曲げ部分の曲率が大きくなるほど、応力が集中し切れやすくなる。また、繰り返し曲げストレスがかからなくても、振動等により、曲げ部分に力が加わると、長期信頼性に影響を与えると考えられる。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、ＦＰＣを折り曲げた際の屈曲部にかかる応力を緩和し、さらに、その屈曲部を補強することにより、振動などによる繰り返しのストレスにも耐えるようにすること、を目的してなされたものである。

本発明のフレキシブルプリント基板の取付構造は、基板の少なくとも一方の面にパターン層と、パターン層を保護する保護層とを有するフレキシブルプリント基板の取付構造であって、フレキシブルプリント基板を折り曲げて屈曲部を形成し、その屈曲部内側の保護層を幅方向に除去したことを特徴としたものである。

ＦＰＣを折り曲げた際の屈曲部にかかる応力を緩和し、さらに、その屈曲部を補強することにより、振動などによる繰り返しのストレスにも耐える構造としたために、ＦＰＣの屈曲部の遊びを小さくして、部品と回路基板との接続距離、すなわち配線長を短くし、これにより、特に高周波信号が通る部分においては、寄生容量、インダクタンスが小さくなり、高周波特性を向上させることができる。
また、配線長を短くすることにより、ＦＰＣの収納空間を小さくすることが可能となり、装置を小型化することができる。

本発明は、ベースフィルムの片面あるいは両面に銅箔等を貼り付けて、回路パターンを焼き付け、さらに、カバーレイを貼り付けた２層あるいは３層構造のＦＰＣを折り曲げても切れないように補強して取り付ける取付構造であって、特に、光通信用の光モジュールにおいて、ＯＳＡ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｕｂ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）などの部品と回路基板を接続するＦＰＣを略直角に折り曲げることにより、ＦＰＣの長手方向の長さ（すなわち、配線長）を短くすることにより、光モジュールを小型化すると共に、特性改善を行うものである。

図１は、本発明の一実施形態に係る光モジュールに用いられるＦＰＣの取付構造の一例を示す側面図で、図中、１は光送信サブモジュール、２はＦＰＣ、３はＦＰＣ２に塗布された樹脂、４は回路基板を示す。以下の実施形態において、ポリイミドからなるベースフィルムの両面にカバーレイ２ａを有するＦＰＣ２を代表例として説明する。

図１において、ＬＤチップを実装し、光学部品を組み付けて作製された光送信サブモジュール１と、回路基板４の間を、ＦＰＣ２で接続している。具体的には、光送信サブモジュール１のリードピント部と、ＦＰＣ２のパッド部との接続点をＳｎＰｂ共晶半田で半田付けをし、同様に、ＦＰＣ２のパッド部と、回路基板４のパッド部とを半田付けにより接続している。

ＦＰＣ２は、略直角に折り曲げた屈曲部２ｂを有し、これにより、光送信サブモジュール１と回路基板４を出来るだけ短いＦＰＣ２で接続できるようにしている。本実施形態では、ＦＰＣ２の両面にカバーレイ２ａが接着されているが、屈曲部２ｂの内側部分のみ幅方向（すなわち、屈曲部２ｂの折り曲げ線に沿った方向）に帯状にカバーレイ２ａが除去され、この部分に樹脂３による補強が施されている。

上記ＦＰＣ２の取付構造についてより詳細に説明する。ＦＰＣ２を略直角に折り曲げた場合、屈曲部２ｂの外側部分のカバーレイ２ａには引っ張り応力がかかり、カバーレイ２ａと銅箔の間には、カバーレイ２ａの引っ張り応力による押圧がかかり、界面での剥離等は発生しにくいものと考えられる。一方、屈曲部２ｂの内側部分では、カバーレイ２ａに圧縮応力がかかり、カバーレイ２ａは圧縮され、圧縮された部分は、逃げる空間のある部分へと広がろうとするものと考えられる。これは、銅箔に対して、カバーレイ２ａが剥離する方向に働き、いずれは、銅箔にクラックが入り、配線を断線させるものと考えられる。

本実施形態では、ＦＰＣ２を略直角に折り曲げて形成した屈曲部２ｂの内側部分のカバーレイ２ａを幅方向に細長く取り除くことにより、内側のカバーレイ２ａと銅箔が引き剥がれようとする応力を低減させる。一方、屈曲部２ｂの外側部分のカバーレイ２ａを折り曲げた場合には引っ張り応力となり、外側のカバーレイ２ａと銅箔が引き剥がれようとする応力は低いと考えられるため、外側のカバーレイは残しておく。

さらに、内側のカバーレイ２ａを取り除いた部分には、屈曲部２ｂの内側に沿って樹脂３を塗布し、配線パターンの保護および屈曲部２ｂの補強を行う。このような取付構造によって、ＦＰＣ２を略直角に折り曲げた状態であっても、長期信頼性に影響がないようにしている。

本実施形態に示すＦＰＣ２の取付構造は、屈曲部２ｂの内側部分のカバーレイ２ａを、幅方向に帯状に除去することにより、ＦＰＣ２の折り曲げ部分にかかる応力を緩和し、さらに、カバーレイ２ａを帯状に取り去った部分は導体が露出するため、露出した部分の保護と、略直角に折り曲げた部分（屈曲部２ｂ）の形状保持、固定、補強などのため樹脂３を帯状部分に塗布し、固めている。

このように、振動などによる繰り返しのストレスにも耐える構造としたために、ＦＰＣの屈曲部の遊びを小さくして、部品と回路基板との接続距離、すなわち配線長を短くし、これにより、特に高周波信号が通る部分においては、寄生容量、インダクタンスが小さくなり、高周波特性を向上させることができる。また、上記配線長を短くすることにより、ＦＰＣの収納空間を小さくすることが可能となり、装置を小型化することができる。

図２は、図１に示したＦＰＣ２を伸ばした状態の一例を示す上面図で、樹脂３による補強を行う前の状態を示す。
従来、前述の図６に示したように、幅約４ｍｍ、長さ約１５ｍｍという形状であったものが、図２に示すように、幅約４ｍｍ、長さ約１２ｍｍとなり、およそ３ｍｍ程度の短縮が可能となっている。短縮された長さは、信号線の長さそのものの短縮であり、これにより、高周波特性の改善にも効果を発揮する。尚、折り曲げ部分（屈曲部２ｂ）は、幅約０.５ｍｍの帯状（図２に示すハッチングのない部分）にカバーレイ２ａが取り去られている。上記ＦＰＣ２を略直角に折り曲げて組み込んだ後、樹脂３による補強、固定を行っている。なお、半田に用いる材料は、ＳｎＰｂに限定されるものではなく、汎用的に使用されているものを利用することが出来る。

図３は、図１に示したＦＰＣ２の一例を示す部分斜視図である。ＦＰＣ２を略直角に折り曲げて屈曲部２ｂを形成し、この折り曲げ部分の曲げ半径はおよそ０.２ｍｍとする。通常、ＦＰＣの曲げ半径の限界は、約２.０ｍｍとされるため、屈曲部２ｂの曲げ半径は２.０ｍｍ未満とする。また、折り曲げ部分の内側は、例えば、常温硬化のエポキシ樹脂などの樹脂３で補強、固定されている。本例では、ＦＰＣ２を曲げ半径約０.２ｍｍで略直角に折り曲げて、−４０℃（３０分）／＋８５℃（３０分）の気相温度サイクル試験に投入し、導体抵抗の変動量を測定することにより、信頼性を評価した。尚、比較のため、両面にカバーレイを接着し、屈曲部の内側部分のカバーレイは除去しない従来構造のＦＰＣについても同時に上記試験を行った。

この結果、従来構造のＦＰＣでは、１０００サイクルを越えたあたりで、導体の抵抗がおよそ１０％程度上昇したのに対して、図３に示す構造のＦＰＣ２では、１０００サイクルで、導体抵抗の変動量がおよそ２％以下という結果が得られ、さらに、２０００サイクルを越えても問題がないという結果が得られた。このように、本実施形態に示すＦＰＣ２の信頼性を確認することができた。

尚、折り曲げる角度が略直角に限定されるものではなく、曲げ半径約２ｍｍ未満の折り曲げ部分に適用可能で、角度そのものには関係しない。また、カバーレイ２ａを取り除く形状は、折り曲げ部分の曲げ半径によって最適な値へと設計変更が可能である。

また、カバーレイ２ａを除去した部分（屈曲部２ｂ）の補強、固定に用いる樹脂３は、エポキシ樹脂に限定されるものではなく、例えば、ポリイミド系、エポキシ系、アクリル系、ウレタン系、ゴム系等、カバーレイ２ａの接着性が確保できるものであれば問題はない。

さらに、樹脂３の硬化方法は、常温硬化に限定されるものではなく、使用する樹脂に適した方法が選択されるべきであり、常温硬化の他、例えば、加熱硬化、紫外線硬化等の方法が利用可能である。また、ＦＰＣ２を折り曲げる工程は、ＦＰＣ２を接続してから折り曲げて固定するだけではなく、あらかじめ折り曲げて固定したＦＰＣ２を製品に組み込むことも可能である。

また、本発明のＦＰＣの取付構造は、光モジュールの組み立てに用いられるＦＰＣに限定されるものではなく、また、ＦＰＣの基板（ベースフィルム）及びカバーレイに用いるポリイミドは、耐熱性や寸法安定性などに優れているだけでなく、銅箔と同等の線膨張係数を持つものもある。これらの観点からポリイミド系ＦＰＣを用いることが好ましいが、これに限定されるものではない。

図４は、図１に示したＦＰＣ取付構造を備えた光モジュールの一例を示す図である。本例に示す光モジュールは、前述の図１乃至図３において説明したＦＰＣの取付構造が組み込まれた光通信用の光モジュールであって、略直角に折り曲げたＦＰＣ２を光モジュール内に組み込むことにより、ＦＰＣ２の長手方向の長さ（すなわち、配線長）を短くして特性改善を行うことができる。これにより、特に高周波信号が通る部分においては、寄生容量、インダクタンスが小さくなり、高周波特性を向上させることができる。また、ＦＰＣの収納空間を小さくすることが可能となり、モジュールを小型化することができる。

尚、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。

本発明の一実施形態に係る光モジュールに用いられるＦＰＣの取付構造の一例を示す側面図である。 図１に示したＦＰＣを伸ばした状態の一例を示す上面図で、樹脂による補強を行う前の状態を示す。 図１に示したＦＰＣの一例を示す部分斜視図である。 図１に示したＦＰＣ取付構造を備えた光モジュールの一例を示す図である。 従来の光モジュールに用いられるＦＰＣの取付構造を示す側面図である。 図５に示すＦＰＣを伸ばした状態を示す上面図である。

符号の説明

１，１０１…光送信サブモジュール、２，１０２…ＦＰＣ、２ａ，１０２ａ…カバーレイ、２ｂ…屈曲部、３…樹脂、４，１０３…回路基板。

Claims (6)

1. 基板の少なくとも一方の面にパターン層と、該パターン層を保護する保護層とを有するフレキシブルプリント基板の取付構造であって、該フレキシブルプリント基板を折り曲げて屈曲部を形成し、該屈曲部内側の前記保護層を幅方向に除去したことを特徴とするフレキシブルプリント基板の取付構造。
2. 前記屈曲部は曲げ半径２ｍｍ未満に屈曲されていることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブルプリント基板の取付構造。
3. 前記屈曲部の前記保護層を除去した部分に樹脂を塗布したことを特徴とする請求項１又は２に記載のフレキシブルプリント基板の取付構造。
4. 前記樹脂は、ポリイミド系，エポキシ系，アクリル系，ウレタン系，ゴム系等のいずれかであることを特徴とする請求項３に記載のフレキシブルプリント基板の取付構造。
5. 前記フレキシブルプリント基板を構成する前記基板及び前記保護層にはポリイミドを用いていることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブルプリント基板の取付構造。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のフレキシブルプリント基板の取付構造を備えた光モジュール。

Images