JP2007305863A - 基板間接続構造及びプリント配線板 - Google Patents

Abstract

【課題】接続端子間のはんだブリッジを防ぎ、耐熱性に優れた基板間接続構造提供する。
【解決手段】第１接続端子１４ａを有する第１導通回路１４が第１絶縁層１０上に配置され、第１接続端子１４ａを露出するように第１導通回路１４及び第１絶縁層１０上に第１保護層１５が設けられた第１プリント配線板１と、第２接続端子２４ａを有する第２導通回路２４が第２絶縁層２０上に配置され、第２接続端子２４ａを露出するように第２接続端子２４ａ間に櫛歯形の凸部が配置された第２保護層２５を、第２導通回路２４及び第２絶縁層２０上に設けた第２プリント配線板２と、第１接続端子１４ａ及び第２接続端子２４ａを接続するはんだとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリント基板間の接続技術に関し、特にリジッド基板とフレキシブル基板の複数端子を接続するための基板間接続構造及びプリント配線板に関する。

電子機器の小型化、軽量化、高機能化の要求に伴い、製品内部のわずかなスペースに複数の基板を三次元的に組み込む必要がある。そのためには基板間の電気信号の接続スペースは小さくしなければならないが、高機能化が進めば基板間の電気信号の種類も多くなり、接続スペースは大きくなってしまうので、小型化、軽量化の妨げとなる。基板間接続には、コネクタ部品を用いる方法が一般的であるが、嵌合機構を有するコネクタ部品の小型化は困難である。また、コネクタ部品は、端子を圧着して電気接合するので接合の信頼性が劣る。更に、コネクタ部品自体のコストがかかるので多信号の接続の場合にはコネクタ部品の費用が加算されてしまう。

近年、コネクタ部品よりも狭ピッチな配線の接続手段としてはんだ接続が採用されている。図５はリジッド配線基板１０１とフレキシブル配線基板１０２をはんだ接続により接続した場合の接続部の構造であり、図５（ａ）は接続部横断面、図５（ｂ）は接続部縦断面を示している。フレキシブル配線基板１０２は、可撓性絶縁層１０３、可撓性絶縁層１０３上に設けられた導通回路１０４、導通回路１０４のはんだ接続を施す箇所である接続端子１０４ａ、導通回路１０４を保護する可撓性絶縁保護層１０５を備える。リジッド配線基板１０１は、絶縁層１０６、絶縁層１０６上に設けられた導通回路１０７、導通回路１０７のはんだ接続を施す箇所である接続端子１０７ａ、導通回路１０７を保護する可撓性絶縁保護層１０８を備える。接続端子１０４ａ，１０７ａの間にはんだ１０９を供給する方法として、両方もしくはどちらか一方の接続端子１０４ａ，１０７ａの表面にはんだめっきを施す、もしくは接続端子１０７ａの表面上にクリームはんだを印刷する。接続端子１０４ａ，１０７ａの間にはんだ１０９を供給した状態で、図５（ｂ）に示すように、接続端子１０４ａ，１０７ａを向かい合わせて、リジッド配線基板１０１とフレキシブル配線基板１０２の位置合わせを行い重ねる。その状態でヒーターチップ等の加熱器によりはんだ１０９が溶解するまで接続部全体を加熱すると、接続端子１０４ａ，１０７ａが接続されて、リジッド配線基板１０１とフレキシブル配線基板１０２の間の電気導通が可能となる。

しかし、図５に示した接続構造では、はんだ１０９を用いて熱圧着で接続端子１０４ａ，１０７ａを接続すると、はんだ１０９が過剰に施されている場合、溶解したはんだ１０９が絶縁層１０６上にはみ出し、隣接する端子またはその端子からはみ出したはんだと接触し、はんだブリッジを形成する可能性がある。

この問題に対し、リジッド配線基板上の接続端子間にはんだレジストを形成することによって絶縁層上にはんだがはみ出したとしてもはんだレジストによって接続端子間のはんだブリッジが発生することを防止する提案がされている（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、この提案では、はんだレジストがフレキシブル配線基板、リジッド配線基板の接続面の一部にしか入り込んでおらず、接続面内の接続端子間にははんだレジストが形成されていない。これでは、両基板の接続面内におけるはんだブリッジの発生を防ぐことができない。

また、上記提案では、フレキシブル配線基板に熱可塑性樹脂を用いており、接続部の温度を熱可塑性樹脂のガラス転移温度及びはんだの融点以上にあげることで、熱可塑性樹脂を接続面内に充填して密着させることで溶解したはんだの流動を防いでいる。仮に、熱可塑性樹脂のガラス転移温度がはんだの融点より高い場合、接続面内が熱可塑性樹脂で充填して密着する前にはんだが溶解して流動してしまうため、接続端子間のはんだブリッジを防ぐことができない。また、熱可塑性樹脂のガラス転移温度がはんだの融点より低い場合、接続面内を熱可塑性樹脂で充填することは可能であるがプリント配線板の耐熱性が低くなってしまう。フレキシブル配線基板に部品を実装する場合は、リフロー炉を用いることが多く、実装するパッドにはんだペーストを塗布し、部品を実装してはんだが溶解する温度に加熱する工程があるため、耐熱性が低いフレキシブル配線基板を用いることは問題がある。
特開２００２−１９８６４３号公報

本発明は、接続端子間のはんだブリッジを防ぎ、耐熱性に優れた基板間接続構造及びプリント配線板を提供することを目的とする。

本願発明の一態様によれば、第１接続端子を有する第１導通回路が第１絶縁層上に配置され、第１接続端子を露出するように第１導通回路及び第１絶縁層上に第１保護層が設けられた第１プリント配線板と、第２接続端子を有する第２導通回路が第２絶縁層上に配置され、第２接続端子を露出するように第２接続端子間に櫛歯形の凸部が配置された第２保護層を、第２導通回路及び第２絶縁層上に設けた第２プリント配線板と、第１接続端子及び第２接続端子を接続するはんだとを備える基板間接続構造であることを要旨とする。

本願発明の他の態様によれば、接続端子を有する導通回路が配置された絶縁層と、接続端子を露出するように接続端子間に櫛歯形の凸部が配置され、導通回路及び絶縁層上に設けられた保護層とを備えるプリント配線板であることを要旨とする。

本発明によれば、接続端子間のはんだブリッジを防ぎ、耐熱性に優れた基板間接続構造及びプリント配線板を提供することができる。

以下に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係るプリント配線板としての第２プリント配線板２は、図１に示したように、第２接続端子２４ａを有する第２導通回路２４が配置された第２絶縁層２０と、第２接続端子２４ａを露出するように第２接続端子２４ａ間に櫛歯形の凸部が配置され、第２導通回路２４及び第２絶縁層２０上に設けられた第２保護層２５とを備える。

そして、本発明の第１の実施の形態に係る基板間接続構造は、図１に示すように、第１接続端子１４ａを有する第１導通回路１４が第１絶縁層１０上に配置され、第１接続端子１４ａを露出するように第１導通回路１４及び第１絶縁層１０上に第１保護層１５が設けられた第１プリント配線板１と、第２プリント配線板２と、第１接続端子１４ａ及び第２接続端子２４ａを接続するはんだ３０とを備える。

第１絶縁層１０としては、例えばポリイミド基板等の可撓性を有するフレキシブル基板を用いることができる。第２絶縁層２０としては、例えばガラスエポキシ基板、ガラスコンポジット基板、紙エポキシ基板等の硬質のリジッド基板を用いることができる。また、第２絶縁層２０は、フレキシブル基板を用いることもできる。リジッド基板を用いる場合、厚さは２．４ｍｍ、２．０ｍｍ、１．６ｍｍ、１．２ｍｍ、１．０ｍｍ、０．８ｍｍ、０．６ｍｍ、０．４ｍｍ、０．２ｍｍ等を採用することができる。また、フレキシブル基板を用いる場合、厚さは２５μｍ、１２．５μｍ、８μｍ、６μｍ等を採用することができる。

第１導通回路１４は、第１絶縁層１０上に設計された導体の回路パターンである。同様に、第２導通回路２４は、第２絶縁層２０上に設計された導体の回路パターンである。第１導通回路１４及び第２導通回路２４は、第１絶縁層１０及び第２絶縁層２０上に圧延銅箔または電解銅箔等によりパターン加工して形成される。第１導通回路１４及び第２導通回路２４には、銅箔以外の金属箔を導体として使うことも可能である。第１導通回路１４及び第２導通回路２４のピッチ幅は１０〜５００μｍとし、パターン幅は１０〜５００μｍとする。第１導通回路１４及び第２導通回路２４の厚さは、３５μｍ、１８μｍ、１２μｍ、９μｍ等を採用することができる。

第１接続端子１４ａ及び第２接続端子２４ａの厚さは、例えば１５μｍとすることができる。第１接続端子１４ａ及び第２接続端子２４ａは、それぞれ第１絶縁層１０及び第２絶縁層２０がフレキシブル基板である場合、基板の端部まで延伸するように配置してもよい。第２接続端子２４ａは、第２絶縁層２０がリジッド基板である場合、基板の端部から少しスペースを取るように配置される。第１接続端子１４ａ及び第２接続端子２４ａは、プリフラックス処理、ホットエアレベラ（ＨＡＬ）、電解半田めっき、及び無電解半田めっき等で表面処理が施される。

第１保護層１５及び第２保護層２５は、はんだ３０の融点以上の耐熱性を有する材料を用いる。第１保護層１５及び第２保護層２５がはんだ３０の融点以上の耐熱性を有することで、熱による塑性変形が起こらない。第１保護層１５及び第２保護層２５は、第１絶縁層１０及び第２絶縁層２０がフレキシブル基板である場合、接着後も優れた柔軟性を有する絶縁性のポリイミドフィルム等を基材にしたカバーレイフィルム等を用いる。第２絶縁層２０がリジッド基板である場合、第２保護層２５はエポキシ樹脂やアクリル樹脂等のはんだレジストで形成することができる。

第２保護層２５は、第２接続端子２４ａの周囲を保護するだけではなく、第２導通回路２４も保護する。第２保護層２５は、印刷方式、描画方式、及びフォトリソグラフィ方式等により形成することができる。第２保護層２５は、櫛歯形の凸部を含めて一体形成しても構わないし、櫛歯形の凸部を別工程で形成しても構わない。

第１の実施の形態に係る基板間接続構造の接続方法は、まず、第１接続端子１４ａ及び第２接続端子２４ａの少なくとも一方に厚さ３μｍ程度のはんだめっきを施す。そして、図２に示すように、第１接続端子１４ａ及び第２接続端子２４ａが向き合わせて配置され、ヒーターチップ等の加熱器で２００℃に加熱することによりはんだ３０が溶解して接続される。このとき、はんだ３０により溶融接続された第１接続端子１４ａ及び第２接続端子２４ａの接続部は、エポキシ樹脂等のアンダーフィル剤が充填され、接続部の狭い間隙に毛細管現象で浸透することで接続強度を確保する。

第１の実施の形態に係る基板間接続構造によれば、加熱器によりはんだ３０を加熱して溶解するときも、第２保護層２５の櫛歯形の凸部間の間隙によって溶解したはんだ３０を確保することができる。つまり、第２保護層２５のガラス転移温度がはんだ３０の融点以上であっても、第２保護層２５の櫛歯形の凸部間の間隙ではんだ溜まりを形成することで、第１接続端子１４ａと第２接続端子２４ａの間、第１導通回路１４と第２導通回路２４の間、及び第２保護層２５の開口部においてはんだ３０が流れて発生するショートすることを防ぐことができる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る基板間接続構造は、図３に示すように、第２接続端子２４ａが第２絶縁層２０の端部まで延伸していない点が異なる。他は図１に示した接続部補強構造と実質的に同様であるので、重複した記載を省略する。特に、第２接続端子２４ａは、第２絶縁層２０がリジッド基板である場合、基板の端から少しスペースを取り内側に配置されることが一般的ある。

第２保護層２５の櫛歯形の凸部は、第２接続端子２４ａの端部よりも長く形成されている。第２保護層２５は、印刷方式、描画方式、及びフォトリソグラフィ方式等により形成することができる。第２保護層２５は、櫛歯形の凸部を含めて一体形成しても構わないし、櫛歯形の凸部を別工程で形成しても構わない。

第２の実施の形態に係る基板間接続構造の接続方法は、まず、第１接続端子１４ａ及び第２接続端子２４ａの少なくとも一方に厚さ３μｍ程度のはんだめっきを施す。そして、図４に示すように、第１接続端子１４ａ及び第２接続端子２４ａが向き合わせて配置され、ヒーターチップ等の加熱器で２００℃に加熱することによりはんだ３０が溶解して接続される。このとき、はんだ３０により溶融接続された第１接続端子１４ａ及び第２接続端子２４ａの接続部は、エポキシ樹脂等のアンダーフィル剤が充填され、接続部の狭い間隙に毛細管現象で浸透することで接続強度を確保する。

第２の実施の形態に係る基板間接続構造によれば、加熱器によりはんだ３０を加熱して溶解するときも、第２保護層２５の櫛歯形の凸部間の間隙によって溶解したはんだ３０を確保することができる。つまり、第２保護層２５のガラス転移温度がはんだ３０の融点以上であっても、第２保護層２５の櫛歯形の凸部間の間隙ではんだ溜まりを形成することで、第１接続端子１４ａと第２接続端子２４ａの間、第１導通回路１４と第２導通回路２４の間、及び第２保護層２５の開口部においてはんだ３０が流れて発生するショートすることを防ぐことができる。

第２の実施の形態に係る基板間接続構造によれば、第２保護層２５の櫛歯形の凸部が第２接続端子２４ａの端部よりも長く形成されていることで、第２絶縁層２０の端部ではんだ３０が流れて発生するショートも防ぐことができる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。

例えば、第１の実施の形態において、第１保護層１５及び第２保護層２５は、はんだ３０の融点以上の耐熱性を有する材料と記載したが、はんだ３０の融点以上の耐熱性を有していれば、熱硬化性樹脂であっても熱可塑性樹脂であっても構わない。

また、第１及び第２の実施の形態において、櫛歯形の凸部を有する第２保護層２５は一方のプリント配線板に備えるように記載したが、接続する両方のプリント配線板に櫛歯形の凸部を有する保護層を備えることも可能である。

この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。

本発明の第１の実施の形態に係る基板間接続構造の模式図（その１）である。 本発明の第１の実施の形態に係る基板間接続構造の模式図（その２）である。 本発明の第２の実施の形態に係る基板間接続構造の模式図（その１）である。 本発明の第２の実施の形態に係る基板間接続構造の模式図（その２）である。 図５（ａ）は従来の基板間接続構造の接続部横断面図、図５（ｂ）は従来の基板間接続構造の接続部縦断面図である。

符号の説明

１…第１プリント配線板
２…第２プリント配線板
１０…第１絶縁層
１４…第１導通回路
１４ａ…第１接続端子
１５…第１保護層
２０…第２絶縁層
２４…第２導通回路
２４ａ…第２接続端子
２５…第２保護層
１０１…リジッド配線基板
１０２…フレキシブル配線基板
１０３…可撓性絶縁層
１０４…導通回路
１０４ａ…接続端子
１０５…可撓性絶縁保護層
１０６…絶縁層
１０７…導通回路
１０７ａ…接続端子
１０８…可撓性絶縁保護層

Claims (7)

1. 第１接続端子を有する第１導通回路が第１絶縁層上に配置され、前記第１接続端子を露出するように前記第１導通回路及び前記第１絶縁層上に第１保護層が設けられた第１プリント配線板と、
   第２接続端子を有する第２導通回路が第２絶縁層上に配置され、前記第２接続端子を露出するように前記第２接続端子間に櫛歯形の凸部が配置された第２保護層を、前記第２導通回路及び前記第２絶縁層上に設けた第２プリント配線板と、
   前記第１接続端子及び前記第２接続端子を接続するはんだ
   とを備えることを特徴とする基板間接続構造。
2. 前記第２保護層は、前記第２接続端子及び前記第２導通回路を保護することを特徴とする請求項１に記載の基板間接続構造。
3. 前記第２保護層は、一体形成で形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の基板間接続構造。
4. 前記第２保護層の櫛歯形の凸部は、前記第２接続端子の端部よりも長く形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板間接続構造。
5. 前記第１絶縁層及び第２絶縁層は、前記はんだの融点以上の耐熱性を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の基板間接続構造。
6. 前記第１接続端子及び前記第２接続端子の接続部には、アンダーフィルを充填することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の基板間接続構造。
7. 接続端子を有する導通回路が配置された絶縁層と、
   前記接続端子を露出するように前記接続端子間に櫛歯形の凸部が配置され、前記導通回路及び前記絶縁層上に設けられた保護層
   とを備えることを特徴とするプリント配線板。

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