JP2007305912A - 基板間接続構造 - Google Patents

Abstract

【課題】フレキシブルプリント基板を接続対象基板の任意の位置に接続し、任意の角度に引き出せて、接続に要する面積が小さい基板間接続構造を提供する。
【解決手段】第１絶縁層１０上に第１接続端子１６を有する導体パターンが形成された第１導体層１２が設けられた第１プリント基板１と、第２絶縁層２０上に第２接続端子２６を有する導体パターンが形成された第２導体層２２が設けられ、第１プリント基板１を挿入可能なスリット２８を有する第２プリント基板２と、スリット２８に第１プリント基板１が挿入された状態で、第１接続端子１６と第２接続端子２６を接続する接続層３１とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリント基板同士を接続する技術に関し、特にフレキシブルプリント基板を接続対象基板の任意の位置に接続する基板間接続構造に関する。

従来から、プリント基板同士を半田接合や超音波接合などで接続する技術は多数検討されている。プリント基板同士の接続において、フレキシブルプリント基板の屈曲や引っ張りに対して強度を向上させる提案がされている。例えば、接続部の導体間や周囲を樹脂で封止することで接合強度の向上を図る（例えば、特許文献１参照。）。他には、接合端子の接合部分の両端に幅広部分を設けて強度の改善を実現する（例えば、特許文献２参照。）。更に、他には、基板にスリット状に穴を開け、フレキシブルプリント基板を貫通させて裏面で接続し、表面で両面粘着テープにてリジッドプリント基板に貼り付ける補強方法が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。

しかしながら、上記に示した特許文献１〜３で検討されているのは、いずれもプリント基板の端部に接続端子が設けられている場合の接続であり、フレキシブルプリント基板をプリント基板の面内の任意の位置で接続を行う際の補強方法については言及されていない。特許文献３では、フレキシブルプリント基板がリジッドプリント基板に形成したスリットを貫通して接続するため、例えば両面粘着テープによる接着がなくてもスリットの幅がフレキシブルプリント基板の厚さよりわずかに広い寸法に設計すれば、ある程度の補強効果が期待できる。しかし、接続端子がリジッドプリント基板の端部にあるため、接続端子からリジッドプリント基板内部の方向に回路パターンを配線する必要があるにも関わらず、回路パターンを遮るようにスリットを形成する必要があり、配線しにくい問題を生じる。この場合、配線は横方向に引き回すしかないので、配線数が多いと幅が広くなり、結果として配線の引き回しも含めた接続に要する面積が広くなってしまう。

ここで、従来技術から類推される、接続対象基板の面内の任意の位置で接続する基板間接続構造を図６に示す。図６に示すフレキシブルプリント基板１０１は、第１導体層１１２の一方の面に第１絶縁層１１０が設けられ、他方の面に接続部を開口部としたカバーレイ１１４が設けられている。リジッドプリント基板１０２は、第２絶縁層１２０の両面に第２導体層１２２を有し、第２導体層１２２上には実装部品１４０を実装し、実装部品１４０が実装されていない第２導体層１２２上にはソルダレジスト１２４が設けられている。リジッドプリント基板１０２には、実装部品１４０が実装されているため、接続層１３０による接続部からフレキシブルプリント基板１０１をリジッドプリント基板１０２と平行に引き出すことはできない。そのため、フレキシブルプリント基板１０１を必要な角度に曲げて引き出すことになる。フレキシブルプリント基板１０１を曲げる場合、第１導体層１１２が断線しないように、カバーレイ１１４が存在する部分で屈曲を行う。フレキシブルプリント基板１０１の端部、及び接続層１３０と第２絶縁層１２０の間には、封止樹脂１３２を配置して接続強度を補強することが有効である。

図６に示すような基板間接続構造にすれば、フレキシブルプリント基板１０１に対して力が加わらない環境においては適応できる。しかしながら、フレキシブルプリント基板１０１に力が加えられると、第１絶縁層１１０側の箇所Ａやカバーレイ１１４側の箇所Ｂに応力が集中して加わり、接続層１３０の接続が剥がれてしまうことがある。
特開２００５−２０９７０４号公報 特開平８−２３１４８号公報 特開２００５−５６９５２号公報

本発明は、フレキシブルプリント基板を接続対象基板の任意の位置に接続し、任意の角度に引き出せて、接続に要する面積が小さい基板間接続構造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絶縁層上に第１接続端子を有する導体パターンが形成された第１導体層が設けられた第１プリント基板と、第２絶縁層上に第２接続端子を有する導体パターンが形成された第２導体層が設けられ、第１プリント基板を挿入可能なスリットを有する第２プリント基板と、スリットに第１プリント基板が挿入された状態で、第１接続端子と第２接続端子を接続する接続層とを備える基板間接続構造であることを要旨とする。

本発明によれば、フレキシブルプリント基板を接続対象基板の任意の位置に接続し、任意の角度に引き出せて、接続に要する面積が小さい基板間接続構造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基板間接続構造は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１絶縁層１０上に第１接続端子１６を有する導体パターンが形成された第１導体層１２が設けられた第１プリント基板１と、第２絶縁層２０上に第２接続端子２６を有する導体パターンが形成された第２導体層２２が設けられ、第１プリント基板１を挿入可能なスリット２８を有する第２プリント基板２と、スリット２８に第１プリント基板１が挿入された状態で、第１接続端子１６と第２接続端子２６を接続する接続層３１とを備える。

第１絶縁層１０及び第２絶縁層２０は、共に絶縁性を有する基板である。第１絶縁層１０として、例えばポリイミド基板、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）基板、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）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には、フレキシブル基板を用いることもできる。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。また、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。

第１導体層１２は、第１絶縁層１０上に設計された回路の導体パターンである。同様に、第２導体層２２は、第２絶縁層２０上に設計された回路の導体パターンである。第１導体層１２及び第２導体層２２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導体層１２及び第２導体層２２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導体層１２及び第２導体層２２の導体パターンの導体ピッチ幅は１０〜５００μｍとし、導体幅は１０〜５００μｍとする。第１導体層１２及び第２導体層２２の厚さは、３５μｍ、１８μｍ、１２μｍ、９μｍ等を採用することができる。

第１導体層１２上には、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１４を配置する。第２導体層２２がリジッド基板である場合、第２導体層２２上には、エポキシ樹脂やアクリル樹脂等のソルダレジスト２４を配置する。第２導体層２２がフレキシブル基板である場合、第２導体層２２上には、接着後も優れた柔軟性を有する絶縁性のカバーレイを配置する。カバーレイ１４及びソルダレジスト２４で保護されていない第１接続端子１６及び第２接続端子２６等の露出している導体には、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を行う。第１接続端子１６及び第２接続端子２６は、いかなる形状でも構わない。

半田接合の方法は、まず、第１接続端子１６及び第２接続端子２６の少なくとも一方に半田ペーストを塗布する、又は半田めっきを施す。そして、第１接続端子１６及び第２接続端子２６が向き合わせて配置され、ヒーターチップ等の加熱器で加熱することにより接続層３１が形成され接合される。接続層３１に使用される接合材料としては、鉛入り半田ペースト、鉛フリー半田ペースト、半田めっき、及び錫めっき等を用いることができる。

超音波接合の方法は、まず、第１接続端子１６及び第２接続端子２６のそれぞれに直接金（Ａｕ）めっきを施す、又は下地としてニッケル（Ｎｉ）めっきを施した後にＡｕめっきを施す。そして、第１接続端子１６及び第２接続端子２６が向き合わせて配置され、超音波を印加することで金属結合による接続層３１が形成され接続される。

導電性接着剤による接続方法は、まず、第１接続端子１６及び第２接続端子２６のそれぞれに直接Ａｕめっきを施す、又は下地としてＮｉめっきを施した後にＡｕめっきを施す。そして、第１接続端子１６及び第２接続端子２６の少なくとも一方に導電性接着剤を塗布する。次に、第１接続端子１６及び第２接続端子２６が向き合わせて配置され、ヒーターチップ等の加熱器で加熱することにより接続層３１が形成され接合される。

以下に、第１の実施の形態に係る基板間接続構造の実施方法を図２を参照しながら説明する。

（イ）まず、第２絶縁層２０上に第２接続端子２６を有する導体パターンが形成された第２プリント基板２を用意する。そして、図２（ａ）に示すように、用意した第２プリント基板２の第２接続端子２６の近傍にスリット２８を形成する。スリット２８の長さは、第１プリント基板１の幅と実質的に同値で僅かに広い長さにすることが好ましい。スリット２８の幅は、第１プリント基板１の厚さと実質的に同値で僅かに広い幅にすることが好ましい。

（ロ）次に、第１絶縁層１０上に第１接続端子１６を有する導体パターンが形成された第１プリント基板１を用意する。第１接続端子１６には、半田めっきを施すか、半田ペーストを塗布することで半田３０が設けられている。用意した第１プリント基板１は、図２（ｂ）に示すように、スリット２８に挿入される。

（ハ）次に、図２（ｃ）に示すように、第１接続端子１６及び第２接続端子２６が対向するように、第１プリント基板１を折り曲げる。第１プリント基板１を折り曲げる際、第１導体層１２に直接応力が加わって断線しないように、カバーレイ１４が存在する部分で屈曲を行うように設計をすることが好ましい。

（ニ）次に、図２（ｄ）に示すように、ヒーターチップ５０によって第１接続端子１６及び第２接続端子２６を加圧しながら加熱する。半田３０が加熱されて溶解することで、第１接続端子１６及び第２接続端子２６を接続する接続層３１が形成される。

（ホ）最後に、図２（ｅ）に示すように、接続層３１の周囲にエポキシ系のアンダーフィル樹脂等の封止樹脂３２を充填する。封止樹脂３２を充填することで、接続層３１の接続強度を補強することができる。

第１の実施の形態に係る基板間接続構造は、図１で示したように第１プリント基板１を第２プリント基板２に対して垂直に引き出すことには限られない。例えば、図３に示すように、第１プリント基板１をＺ字型に折り曲げて、第２プリント基板２に対して水平に引き出すことも可能である。また、図４に示すように、第１プリント基板１をＵ字型に折り曲げて、第２プリント基板２に対して水平に引き出すことも可能である。つまり、第１プリント基板１は、ＩＣチップ、トランジスタ、ダイオード、コンデンサ、及び抵抗器等の実装部品４０を干渉しないように折り曲げて、左右どちらにも第２プリント基板２に対して水平に引き出すことが可能である。また、第１プリント基板１は、垂直・水平に限らず、任意の角度に引き出すことも可能である。

第１の実施の形態に係る基板間接続構造によれば、第２プリント基板２の任意の位置に第２接続端子２６及びスリット２８を形成することができるので、第１プリント基板１を任意の位置で接続することができる。また、第１プリント基板１は、第２プリント基板２に対して任意の角度に引き出すことができるので、設計の自由度が広がる。更に、第１プリント基板１と第２プリント基板２の接続に要する面積は、スリット２８の分だけ広くなるだけであるので、小さいスペースに集約することができる。

つまり、第１の実施の形態に係る基板間接続構造は、第２プリント基板２の端部ではない任意の位置での接続構造を意図したもので、第２接続端子２６を有する導体パターンの引き回しがスリット２８の横方向に引き回さないように設けられれば、配線の引き回しも含めた接続に要する面積が広くなる問題は生じない。

第１の実施の形態に係る基板間接続構造によれば、第１プリント基板１を引っ張った場合、接続層３１や封止樹脂３２に加わる力の方向は、接続層３１及び封止樹脂３２を圧縮する方向であるため、第１プリント基板１の引っ張りに対して強い接続強度を有する。

第１の実施の形態に係る基板間接続構造によれば、第１プリント基板１を折り曲げる際、カバーレイ１４が存在する部分で屈曲を行うので、第１導体層１２に直接応力が加わらなくなり、第１導体層１２の断線を防ぐことができる。

第１の実施の形態に係る基板間接続構造のスリット２８の長さ及び幅は、それぞれ第１プリント基板１の幅及び厚さと実質的に同値で僅かに広くすることで、第１プリント基板１に力が加わった場合にも、第１プリント基板１と第２プリント基板２との接点（例えば、図１で白抜き矢印で示した箇所）に力が加わり、接続層３１で接続した接続部に直接に力が伝わりにくくすることができる。

（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５（ａ）及び（ｂ）に示すように、図１（ａ）及び（ｂ）に示した基板間接続構造と比して、スリット２８にも封止樹脂３２を充填したことが異なる。他は図１に示した基板間接続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。

スリット２８に充填する封止樹脂３２は、接続層３１の周囲に充填するアンダーフィル樹脂等と同じ樹脂で構わない。スリット２８に充填する封止樹脂３２が接続層３１の周囲に充填するアンダーフィル樹脂等と同じ樹脂である場合、図５（ｂ）に示すように、第１プリント基板１の第１接続端子１６を有する面の裏面の四辺に樹脂を塗布することでスリット２８にも充填することができる。

第２の実施の形態に係る基板間接続構造によれば、スリット２８に充填された封止樹脂３２によって、接続層３１で接続した接続部に加わる力を更に低減することができる。

（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の実施の形態に係る基板間接続構造の実施方法においては、半田接合による接合方法を記載したが、超音波接合、又は導電性接着剤による接合等の接合方法で接続層３１を形成して接合することもできる。

また、第２の実施の形態に係る基板間接続構造のスリット２８に封止樹脂３２を充填すると記載したが、封止樹脂３２の代わりに柔軟性のある緩衝材を用いることができる。緩衝材としては、第２絶縁層２０より柔軟性を有する材料が好ましく、例えば、エラストマー、シリコンゴム、スポンジ、及びウレタン等を用いることができる。

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。

図１（ａ）は、本発明の第１実施の形態に係る基板間接続構造の断面図（その１）であり、図１（ｂ）は、本発明の第１実施の形態に係る基板間接続構造の底面図である。 本発明の第１実施の形態に係る基板間接続構造の実施方法を示す工程断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る基板間接続構造の断面図（その２）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断面図（その３）である。 図５（ａ）は、本発明の第２実施の形態に係る基板間接続構造の断面図であり、図５（ｂ）は、本発明の第２実施の形態に係る基板間接続構造の底面図である。 従来技術から類推される、接続対象基板の面内の任意の位置で接続する基板間接続構造を示す断面図である。

符号の説明

１…第１プリント基板
２…第２プリント基板
１０…第１絶縁層
１２…第１導体層
１４…カバーレイ
１６…第１接続端子
２０…第２絶縁層
２２…第２導体層
２４…ソルダレジスト
２６…第２接続端子
２８…スリット
３０…半田
３１…接続層
３２…封止樹脂
４０…実装部品
５０…ヒーターチップ
１０１…フレキシブルプリント基板
１０２…リジッドプリント基板
１１０…第１絶縁層
１１２…第１導体層
１１４…カバーレイ
１２０…第２絶縁層
１２２…第２導体層
１２４…ソルダレジスト
１３０…接続層
１３２…封止樹脂
１４０…実装部品

Claims (9)

1. 第１絶縁層上に第１接続端子を有する導体パターンが形成された第１導体層が設けられた第１プリント基板と、
   第２絶縁層上に第２接続端子を有する導体パターンが形成された第２導体層が設けられ、前記第１プリント基板を挿入可能なスリットを有する第２プリント基板と、
   前記スリットに前記第１プリント基板が挿入された状態で、前記第１接続端子と前記第２接続端子を接続する接続層
   とを備えることを特徴とする基板間接続構造。
2. 前記接続層は、半田接合によって設けられ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. 前記接続層は、超音波接合によって設けられることを特徴とする請求項１に記載の基板間接続構造。
4. 前記接続層の周囲に封止樹脂を更に設け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. 前記スリットの長さは、前記第１プリント基板の幅と実質的に同値であ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. 前記スリットの幅は、前記第１プリント基板の厚さと実質的に同値であ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. 前記スリットは、封止樹脂で封止され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。
8. 前記スリットは、緩衝材で封止され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。
9. 前記第１導体層上に柔軟性を有する絶縁性のカバーレイを有し、前記第１プリント基板の前記第２プリント基板を支点にした屈曲は前記カバーレイが存在する部分で行われることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の基板間接続構造。

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