JP2008186843A

JP2008186843A - フレキシブル基板の接合構造

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Publication number: JP2008186843A
Application number: JP2007016622A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Tanaka; 良典田中; Tomoyuki Hatakeyama; 智之畠山
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2007-01-26
Publication date: 2008-08-14
Also published as: CN101231395A; EP1951014A3; EP1951014A2; US20080179080A1

Abstract

【課題】急激な温度をかけて接合しても気泡の発生が抑えられ、剥離強度や接続抵抗を保った接合を行うことができるフレキシブル基板の接合構造を提供すること。
【解決手段】フレキシブル基板１に形成される複数の接合端子２とフレキシブル基板１と対向する対向基板５に形成される複数の接合端子６とを熱硬化性樹脂８及び導電粒子９からなる接合部材により接合するフレキシブル基板の接合構造において、フレキシブル基板１の接合端子２間に形成されるスペース部に、接合端子２及び接合端子６と電気的に接続されないように熱伝導均一化部材３を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、フレキシブル基板の接合構造に関する。

複数の基板同士の接合に関して、特許文献１では、広狭少なくとも２種類の幅を有する電極端子が形成された第１の基板を第２の基板に接続する接続構造において、第２の基板の電極端子の幅を、第１の基板における狭い方の幅の電極とほぼ同じ幅に形成し、第１の基板における広い方の幅の電極端子には、第２の基板の電極端子を複数本接続することにより、電極端子の幅と間隔とを均一にして第１の基板と第２の基板との間に配される異方性導電樹脂の移動量を均一にしている。これにより、異方性導電樹脂の量のばらつきによる気泡の発生を防止して、信頼性の高い接続構造を得ることが可能である。
特開２００３−１５２０１９号公報

ここで、上述した特許文献１の手法では、電極端子と電極端子間に形成されるスペース部とで熱の伝わりに差が生じる可能性がある。この状態で急激に温度をかけると電極端子と電極端子間に形成されるスペース部とでの温度差が大きくなり、硬化前の異方性導電樹脂が温度の上昇に従って電極端子側に移動し、この結果、スペース部に異方性導電樹脂が残らない状態で硬化してやはり気泡が発生してしまうおそれがある。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、急激な温度をかけて接合しても気泡の発生が抑えられ、剥離強度や接続抵抗を保った接合を行うことができるフレキシブル基板の接合構造を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様のフレキシブル基板の接合構造は、フレキシブル基板に形成される複数の接合端子と前記フレキシブル基板と対向する基板に形成される複数の接合端子とを熱硬化性樹脂によりそれぞれ接合するフレキシブル基板の接合構造において、前記フレキシブル基板と前記対向する基板の少なくとも一方に、前記フレキシブル基板及び前記対向する基板にそれぞれ形成された接合端子のそれぞれと独立し、且つ前記フレキシブル基板と前記対向する基板との間を電気的に接続しないように形成された熱伝導均一化部材を有することを特徴とする。

本発明によれば、急激な温度をかけて接合しても気泡の発生が抑えられ、剥離強度や接続抵抗を保った接合を行うことができるフレキシブル基板の接合構造を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
［第１の実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態について図１〜３を参照して説明する。ここで、図１は、第１の実施形態におけるフレキシブル基板の接合構造の接合前の断面図である。また、図２は、第１の実施形態におけるフレキシブル基板の接合構造におけるフレキシブル基板及び対向基板の平面図である。さらに、図３は、第１の実施形態におけるフレキシブル基板の接合構造の接合時の断面図である。

第１の実施形態におけるフレキシブル基板の接合構造は、フレキシブル基板と、このフレキシブル基板と対向して配置される基板（以下、対向基板と称する）との間に接合部材を介在させ、フレキシブル基板と対向基板との間で電気的な導通を取りつつ、機械的な強度を保つように接合されて構成されている。

図１及び図２（ａ）に示すように、フレキシブル基板１には、導電性を有する例えば銅から構成される複数の接合端子２が所定の間隔をもって形成され、接合端子２間に形成されるスペース部には熱伝導均一化部材３が形成されている。この熱伝導均一化部材３は、接合端子２と電気的に接触しないように独立して、且つフレキシブル基板１と対向基板５との間で電気的な接続をしないダミー部材として配置されている。

ここで、熱伝導均一化部材３は、熱伝導率がフレキシブル基板１の基材４の熱伝導率よりも大きい材料で形成する。例えば、フレキシブル基板１の基材４がポリイミドで構成されているとすると、ポリイミドの熱伝導率が約０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるため、熱伝導均一化部材３は熱伝導率が約０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）より大きい材料で形成する。例えば、熱伝導均一化部材３を接合端子２と同じ銅で構成すると、銅の熱伝導率は約４００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるため、上述の条件を満足することになる。なお、熱伝導均一化部材３と接合端子２とは必ずしも同じ材料で構成する必要はないが、熱伝導率に関しては略同等の材料を用いる必要がある。

また、熱伝導均一化部材３の幅は、接合端子２と接触しないように、接合端子２の間隔未満の幅を有している。さらに、熱伝導均一化部材３の厚みは、フレキシブル基板１と対向基板５との間を熱伝導均一化部材３によって導通させないように、フレキシブル基板１の接合端子２の厚みと対向基板５の接合端子６の厚みの合計より薄く形成されている。

なお、フレキシブル基板１の接合端子２としては銅配線の他に、銅配線に金メッキしたもの、または銅配線にニッケル金メッキしたもの、銅配線にハンダメッキしたもの、銅配線にスズメッキしたもの等が考えられる。

図１及び図２（ｂ）に示すように、対向基板５にはフレキシブル基板１の接合端子２と電気的に接合される接合端子６が形成されている。なお、対向基板５の基材７は、ポリイミド材、エポキシ材、チタン酸ジルコン酸鉛、ガラス、シリコン等から構成されている。また、対向基板５としては、フレキシブル基板であってもプリント配線基板であっても良く、また実装される素子も、超音波振動子に使われる圧電素子、液晶表示装置、集積回路やＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）等、特に限定されるものではない。また、接合端子６としては、銅配線、銅配線に金メッキしたもの、銅配線にニッケル金メッキしたもの、銅配線にハンダメッキしたもの、銅配線にスズメッキしたもの、銀パラジウム電極、インジウムスズ酸化物配線（ＩＴＯ）、アルミ配線、金配線等が考えられる。

接合部材は、フレキシブル基板１と対向基板５とを接合するものであり、例えば異方性導電ペースト（ＡＣＰ）、異方性導電膜（ＡＣＦ）、絶縁性ペースト（ＮＣＰ）等が用いられる。ここで、図１は接合部材に異方性導電ペースト又は異方性導電膜を用いた場合を示している。異方性導電ペースト又は異方性導電膜は、熱硬化性樹脂８に導電粒子９が混入されて構成されている。そして、フレキシブル基板１の接合端子２と対向基板５の接合端子６との間につぶれた導電粒子９を介在させて電気的導通をとった状態で、熱硬化性樹脂８に熱を加えて硬化させ機械的強度を保ちつつ接合する。

なお、接合部材にＮＰＣを用いた場合には、フレキシブル基板１の接合面と対向基板５の接合面との間に熱硬化性のＮＣＰを塗布し、対向基板５の接合端子６とフレキシブル基板１の接合端子２とを直接貼り合わせた状態でＮＣＰを硬化させて接合する。

次に、図１〜図２に示すフレキシブル基板１と対向基板５との接合方法について図３を参照して説明する。
（１）まず、図３に示すようにして、対向基板５に接合部材を供給する。
（２）次に、対向基板５をステージ１１に固定する。
（３）次に、フレキシブル基板１の接合端子２と対向基板５の接合端子とを位置合わせした後で仮固定する。
（４）次に、図３に示すように、接合ツール１０をフレキシブル基板１の上面から押し付けつつ加熱し、接合部材を硬化させてフレキシブル基板１と対向基板５とを加熱圧着する。なお、接合ツール１０を加熱するのと同時にステージ１１も接合ツール１０と同じ温度で加熱することが好ましい。
（５）最後に、接合ツール１０を開放し、フレキシブル基板１と対向基板５との接合が完了する。

次に、第１の実施形態の作用について説明する。図３に示すように、接合部材を介してフレキシブル基板１の接合端子２と対向基板５の接合端子６とを接合ツール１０により熱と圧力とをかけて接合する際、接合端子２以外のスペース部に形成された熱伝導均一化部材３にも接合端子２と同様の熱が加えられる。このため、接合端子２における熱の伝わり方と接合端子２間に形成されるスペース部における熱の伝わり方とがほぼ同等になって、これらの間での温度差がなくなる。したがって、接合部材を構成する熱硬化性樹脂８の移動が抑えられ、スペース部に熱硬化性樹脂８が留まって気泡の発生が抑えられる。

以上説明したように、第１の実施形態によれば、接合端子２とその間に形成されるスペース部との熱伝導率の差に起因する気泡の発生を抑制できるので、接合の際の剥離強度を高く保つことができるとともに接続抵抗を低く保つことができ、接合の信頼性が向上する。

また、フレキシブル基板１と対向基板５との接合の際には、接合ツール１０とステージ１１とを同じ温度にしてフレキシブル基板１と対向基板５の両方から熱をかけることにより、片側から加熱するのに較べてさらに接合端子２とその間に形成されるスペース部との温度差を小さくし、均一な温度で接合することができる。

また、熱伝導均一化部材３をフレキシブル基板１の接合端子２と同一面上に形成することにより、接合時にフレキシブル基板１と対向基板５との接合の際に、フレキシブル基板１と対向基板５との間に形成される空間が熱伝導均一化部材３を形成した分だけ小さくなるため、接合時の熱硬化性樹脂８の量を少なくすることができ、製造コストを下げることができるという効果を得ることもできる。

また、接合端子２と熱伝導均一化部材３とを同じ材料で形成しているため、フレキシブル基板１を製造する際に、接合端子２と熱伝導均一化部材３とを同じ材料で製造できる。したがって、製造コストを抑えることができるという効果を得ることができる。

また、熱伝導均一化部材３の幅は接合端子２間の間隔未満の幅であるため、熱伝導均一化部材３と接合端子２とが接触せず、接合端子２間の絶縁を確保することができ、接合端子２や熱伝導均一化部材３が位置ずれを起こしてもショートの発生を少なくできる。

また、熱伝導均一化部材３の厚みを、フレキシブル基板１の接合端子２の厚みと対向基板５の接合端子６の厚みの合計より薄くしているため、接合ツール１０によってフレキシブル基板１の上から荷重をかけた場合に、熱伝導均一化部材３に荷重がかからず、フレキシブル基板１の接合端子２と対向基板５の接合端子６とに荷重がかけられるため、小さい荷重による接合でも接合に十分な荷重をかけることができ、結果として接続抵抗値を抑えることができる。

また、熱伝導均一化部材３の熱伝導率をフレキシブル基板１の基材の熱伝導率よりも大きくすることで、フレキシブル基板１の上面から熱を加えた場合に、フレキシブル基板１よりも早く熱伝導均一化部材３に熱が伝わるので、加熱時間を短縮することができるという効果も得ることができる。

なお、第１の実施形態において、熱伝導均一化部材３は、対向基板５の接合端子６間に形成されるスペース部に形成するようにしても良い。

［変形例］
次に、第１の実施形態の変形例を図４〜５を参照して説明する。ここで、図４は、第１の実施形態の変形例におけるフレキシブル基板の接合構造の接合前の断面図である。また、図５は、変形例におけるフレキシブル基板の接合構造の接合時の断面図である。なお、この変形例において、第１の実施形態と同様の部分については第１の実施形態と同様の参照符号を付すことにより、説明は省略する。

変形例におけるフレキシブル基板の接合構造も、第１の実施形態と同様に、フレキシブル基板と対向基板との間に接合部材を介在させ、フレキシブル基板と対向基板との間で電気的な導通を取りつつ、機械的な強度を保つように接合されて構成されている。

そして、変形例においては、図４に示すように、フレキシブル基板１に柱状の熱伝導均一化部材１２が配置されており、また、対向基板５にも柱状の熱伝導均一化部材１３が形成されている。ここで、図５に示すように、フレキシブル基板１の熱伝導均一化部材１２と対向基板５の熱伝導均一化部材１３とは、接合時にそれぞれの側面同士が隣り合って配置されるように互い違いの位置に形成される。

なお、フレキシブル基板１と対向基板５との接合方法については第１の実施形態で説明したのと同様である。

このような変形例によれば、接合時に図５に示すようにしてフレキシブル基板１を加熱した場合に第１の実施形態と同様の作用により、気泡の発生が抑制される。これに加えて、フレキシブル基板１の熱伝導均一化部材１２と対向基板５の熱伝導均一化部材１３とを側面同士が隣り合うように互い違いの位置に形成することにより、熱硬化性樹脂８が接合できる表面積を増やし、接合の際の接合強度を向上させることができる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について図６〜７を参照して説明する。ここで、図６は、第２の実施形態におけるフレキシブル基板の接合構造の接合前の断面図である。また、図７は、第２の実施形態におけるフレキシブル基板の接合構造の接合時の断面図である。なお、第２の実施形態について第１の実施形態と同様の部分についての説明は省略する。

第２の実施形態におけるフレキシブル基板の接合構造も、第１の実施形態と同様に、フレキシブル基板と対向基板との間に接合部材を介在させ、フレキシブル基板と対向基板との間で電気的な導通を取りつつ、機械的な強度を保つように接合されて構成されている。

そして、第２の実施形態においては、図６に示すように、フレキシブル基板１において対向基板５との対向する面に接合端子２が形成され、接合端子２間に形成されるスペース部に対応するフレキシブル基板１の裏面位置には熱伝導均一化部材１４が形成されている。

ここで、図６においては、熱伝導均一化部材１４をフレキシブル基板１の裏面側に形成しているが、必ずしも裏面でなくとも良い。例えば、熱伝導均一化部材１４を対向基板５側に形成する場合には、対向基板５の側面に形成することもできる。

このような構成の第２の実施形態によれば、接合時に図７に示すようにしてフレキシブル基板１を加熱した場合に第１の実施形態と同様の作用により、気泡の発生が抑制される。これに加えて、接合端子２と熱伝導均一化部材１４とがフレキシブル基板１の異なる平面に形成されることで、熱伝導均一化部材１４が接合端子２との絶縁が必ず確保でき、第１の実施形態やその変形例で説明した接合端子２と熱伝導均一化部材１４とが同一平面に形成された構造に較べ、さらに接合端子間の絶縁性を保つことができる。

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。

さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、上述したような課題を解決でき、上述したような効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。

本発明の第１の実施形態におけるフレキシブル基板の接合構造の接合前の断面図である。図２（ａ）は第１の実施形態におけるフレキシブル基板の接合構造におけるフレキシブル基板の平面図であり、図２（ｂ）は第１の実施形態におけるフレキシブル基板の接合構造における対向基板の平面図である。第１の実施形態におけるフレキシブル基板の接合構造の接合時の断面図である。本発明の第１の実施形態における変形例のフレキシブル基板の接合構造の接合前の断面図である。第１の実施形態における変形例のフレキシブル基板の接合構造の接合時の断面図である。本発明の第２の実施形態におけるフレキシブル基板の接合構造の接合前の断面図である。第２の実施形態におけるフレキシブル基板の接合構造の接合時の断面図である。

符号の説明

１…フレキシブル基板、２，６…接合端子、３，１２，１３，１４…熱伝導均一化部材、４，７…基材、５…対向基板、８…熱硬化性樹脂、９…導電粒子、１０…接合ツール、１１…ステージ

Claims

フレキシブル基板に形成される複数の接合端子と前記フレキシブル基板と対向する基板に形成される複数の接合端子とを熱硬化性樹脂によりそれぞれ接合するフレキシブル基板の接合構造において、
前記フレキシブル基板と前記対向する基板の少なくとも一方に、前記フレキシブル基板及び前記対向する基板にそれぞれ形成された接合端子のそれぞれと独立し、且つ前記フレキシブル基板と前記対向する基板との間を電気的に接続しないように形成された熱伝導均一化部材を有することを特徴とするフレキシブル基板の接合構造。
前記熱伝導均一化部材は、前記接合端子と同じ平面上に形成されることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル基板の接合構造。
前記熱伝導均一化部材は、前記接合端子と異なる平面上に形成されることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル基板の接合構造。
前記フレキシブル基板及び前記対向する基板にそれぞれ形成された接合端子の厚みの総和が、前記熱伝導均一化部材の厚みよりも大きいことを特徴とする請求項２に記載のフレキシブル基板の接合構造。
前記熱伝導均一化部材は、前記フレキシブル基板と前記対向する基板とに形成され、
前記フレキシブル基板の熱伝導均一化部材と前記対向する基板の熱伝導均一化部材とは、側面が互いに隣り合うように互い違いの位置に形成されることを特徴とする請求項２又は４に記載のフレキシブル基板の接合構造。
前記熱伝導均一化部材と前記接合端子とは熱伝導率が同一の材料からなることを特徴とする請求項２乃至５の何れか１つに記載のフレキシブル基板の接合構造。
前記熱伝導均一化部材と前記接合端子とは同じ材料からなることを特徴とする請求項６に記載のフレキシブル基板の接合構造。
前記熱伝導均一化部材は、前記複数の接合端子間の間隔未満の幅を有することを特徴とする請求項２乃至７の何れか１つに記載のフレキシブル基板の接合構造。
前記熱伝導均一化部材の熱伝導率が前記フレキシブル基板の基材又は前記対向する基板の基材の熱伝導率より大きいことを特徴とする請求項２乃至８の何れか１つに記載のフレキシブル基板の接合構造。
前記フレキシブル基板と前記対向する基板とは同一の温度で加熱された状態で接合されることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル基板の接合構造。