JP2010129682A - 基板接続方法、基板接続装置、接合印刷配線板および携帯端末装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リジッド基板における圧着部の裏面に部品が搭載されている場合に、基板のサイズ、重量およびコストを増大させることなく、リジッド基板に他の基板を接続することができるようにする。
【解決手段】接続部の裏面に部品が配置されているリジッド基板１とフレキシブル基板２とを熱圧着で接続する場合に、受け台に部品の高さよりも厚いシリコンゴム５を設置し、リジッド基板１とフレキシブル基板２との間にＡＣＦ４が配置された状態でリジッド基板１およびフレキシブル基板２を受け台に載置し、受け台に載置されたリジッド基板１およびフレキシブル基板２をヒータツール（圧着ヘッド）１０で加熱するとともに押圧する。
【選択図】図２

Description

本発明は、リジッドな印刷配線板と他の印刷配線板とを接続する基板接続方法、基板接続装置、リジッドな印刷配線板と他の印刷配線板とが接続された構造の接合印刷配線板、およびリジッドな印刷配線板と他の印刷配線板とが接続された構造の接合印刷配線板を内蔵した携帯端末装置に関する。

ガラスエポキシ基板等を用いたリジッドな印刷配線板（以下、リジッド基板という。）と、ポリイミドやポリエステル等による薄いフィルムに配線パターンが設けられたフレキシブル配線板（以下、フレキシブル基板という。）とを、機械的および電気的に接続することがある。一例として、携帯電話機等の携帯端末装置に実装されている液晶表示パネル等の表示パネルに、駆動回路に接続されたフレキシブル基板を接続したり、駆動回路を搭載したフレキシブル基板を接続したりすることがある。

リジッド基板とフレキシブル基板とを接続する際に、一般に、ＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film ：異方性導電膜）が使用される。ＡＣＦを用いてリジッド基板とフレキシブル基板とを接続する際に、一般に、受け治具に、ＡＣＦを挟み込んだリジッド基板およびフレキシブル基板を載置し、熱と圧着ヘッドの押圧力とで接続を行う基板接続装置が使用される（例えば、特許文献１参照）。

ＡＣＦは、導電性粒子が混合された熱硬化性樹脂である。ＡＣＦを用いてリジッド基板とフレキシブル基板とを接続する場合に、フレキシブル基板の上にＡＣＦを乗せ、それらを、例えばステンレススチール製の受け台に載置したリジッド基板の上にセットした後、加熱しながら圧着ヘッドで圧着する。ステンレススチール製の受け台の上に、セラミック製の受け治具が設置されることもある。圧着ヘッドで加熱および押圧を受けた熱硬化性樹脂によって２枚の基板が機械的に接続されるとともに、導電性粒子によって電気的に接続される。

特開平８−２５５５６８号公報（段落００２４）

フレキシブル基板が接続されるリジッド基板において、表面（フレキシブル基板２が接続される面）だけでなく裏面にも部品が搭載されていることがある。さらに、圧着ヘッドが当てられる圧着部の裏面に部品が搭載されていることがある。携帯電話機に組み込まれるリジッド基板の場合には、例えば、カメラモジュールソケットやＳＩＭ（Subscriber Identity Module Card ）カードホルダが圧着部の裏面に配置されることがある。そのようなリジッド基板にフレキシブル基板を接続する場合には、圧着時に、リジッド基板に傾きが生じ、フレキシブル基板における接続端子の接続面とリジッド基板における接続端子の接続面とが平坦にならず、均一な接続ができないおそれがある。また、圧着ヘッドで圧着すると、リジッド基板の裏面に搭載されている部品が破損するおそれがある。

特許文献１に記載された基板接続装置では、リジッド基板の破損防止のために、圧着ヘッドの押圧力で変形する弾性体が受け治具の上に設置される。しかし、特許文献１に記載された基板接続方法では、リジッド基板の裏面に部品が搭載されていることは想定されていない。

そこで、本発明は、リジッド基板に他の基板を確実に接続することができる基板接続方法および基板接続装置、ならびに接合印刷配線板および携帯端末装置を提供することを目的とする。

本発明による基板接続方法は、接続部の裏面に部品が配置されているリジッド印刷配線板と他の印刷配線板とを熱圧着で接続する基板接続方法であって、受け台に部品の高さよりも厚い弾性体を設置し、リジッド印刷配線板と他の印刷配線板との間にＡＣＦが配置された状態でリジッド印刷配線板および他の印刷配線板を受け台に載置し、受け台に載置されたリジッド印刷配線板および他の印刷配線板を圧着ヘッドで加熱するとともに押圧することを特徴とする。

本発明による基板接続装置は、接続部の裏面に部品が配置されているリジッド印刷配線板と他の印刷配線板とを、受け台と圧着ヘッドとによって接続する基板接続装置であって、受け台における上部に、ゴム硬度が２０〜６０（ＪＩＳ Ａ）であり、厚さが部品の高さに対して１〜５ｍｍ大きい弾性体が設けられていることを特徴とする。

本発明による接合印刷配線板は、リジッド印刷配線板とフレキシブル印刷配線板とが接続された接合印刷配線板であって、リジッド印刷配線板におけるフレキシブル印刷配線板との接続部の裏面に、他の部品の高さと異なる高さの部品を含む複数の部品が配置されていることを特徴とする。

本発明による携帯端末装置は、リジッド印刷配線板とフレキシブル印刷配線板とが接続された接合印刷配線板を内蔵した携帯端末装置であって、リジッド印刷配線板におけるフレキシブル印刷配線板との接続部の裏面に、他の部品の高さと異なる高さの部品を含む複数の部品が配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、リジッド基板における圧着部の裏面に部品が搭載されている場合に、リジッド基板に他の基板を確実に接続することができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

実施形態１．
図１は、リジッド基板とフレキシブル基板との接続の様子を示す平面図である。図１に示す例では、リジッド基板１上に搭載された部品群３１から端子部３３との間に配線パターン３２が施され、端子部３３を含む圧着部（接続部）３０において、フレキシブル基板２が接続される。

図２は、本発明による基板接続方法の第１の実施形態（実施形態１）を説明するための断面図である。なお、図２の断面図に対応する平面図は、図１の平面図と同じである。すなわち、図２の断面図は、図１に示された構造のＡ−Ａ’断面図に相当する。

図２に示すように、フレキシブル基板２が接続されるリジッド基板１において、圧着ヘッドが当てられる圧着部３０の裏面に部品が搭載されている。本実施形態および他の実施形態の基板接続方法で形成されるリジッド基板１とフレキシブル基板２との接続物である接合印刷配線板は、携帯端末装置（例えば、携帯電話機）に内蔵される。上記のように、携帯電話機に組み込まれるリジッド基板１の場合には、例えば、カメラモジュールソケットやＳＩＭカードホルダが圧着部３０の裏面に配置される。また、圧着部３０の裏面に配置される複数の部品３の高さは均等ではない。すなわち、他の部品３の高さと異なる高さの部品３を含む複数の部品３が配置されている。そのようなリジッド基板１にフレキシブル基板２を接続する場合には、圧着時のリジッド基板１の傾きが顕著になり、リジッド基板１とフレキシブル基板２との接続の確実性がさらに低下してしまう。

例えば、リジッド基板１の裏面に配置される部品の天面の高さを均等にすれば、圧着時のリジッド基板１の傾きを低減できる。また、リジッド基板１の裏面において、部品群３１、配線パターン３２および端子部３３の裏側を囲む枠（フレーム）を設け、フレーム内を樹脂で固め、樹脂表面を平坦にすれば、圧着時のリジッド基板１の傾きを低減できる。

しかし、リジッド基板１の裏面に配置される部品の天面の高さを揃える基板構造を採用した場合には、搭載部品として選択可能な部品が制約されてしまう。また、リジッド基板１の裏面にフレームを設け、フレーム内を樹脂で固め、樹脂表面を平坦にした構造を採用した場合には、基板のサイズおよび重量が大きくなってしまい、基板が組み込まれた装置のサイズおよび重量が増してしまう。また、フレームおよび樹脂が追加されるので、コスト増になってしまう。

本実施形態では、以下に述べるように、リジッド基板１の裏面に配置されるそれぞれの部品３の天面の高さを揃えることなく、また、複数の部品３の間を樹脂等で埋めることなく、すなわち、複数の部品３の間を空隙のままにして、リジッド基板１とフレキシブル基板２とを接続することができる。従って、リジッド基板１とフレキシブル基板２とを確実に（接続状態を劣化させずに）接続できる上に、基板のサイズ、重量およびコストを増大させることなく、リジッド基板に他の基板を接続することができることになる。

図２に示すように、受け台は、ステンレスステージ６の上面に、受け治具６としてのシリコンゴムが設置された構成になっている。また、図２には、リジッド基板１の裏面に部品３が搭載されていることが示されている。さらに、リジッド基板１における接続端子とフレキシブル基板２の接続端子とが、加熱されたヒータツール（圧着ヘッド）１０によって押圧されることによってＡＣＦで接続された接続後端子４Ａが示されている。

図３は、基板接続方法の工程を説明するための説明図である。また、図４は、基板接続方法の工程を示すフローチャートである。まず、ステンレスステージ６の上面に所定厚のシリコンゴム５が設置された受け台を準備する（ステップＳ１）。そして、図３（Ａ）に示すように、フレキシブル基板２の圧着部３０（図１参照）における接続端子１２が設けられている面に、ＡＣＦ４を接着する仮圧着を行う（ステップＳ２）。なお、一般に、ＡＣＦ４は、接着性を有する。

また、図３（Ｂ）に示すように、受け台の上に、圧着部３０の裏面に部品３が搭載されているリジッド基板１を載置する（ステップＳ３）。なお、圧着面の高さを一定にするために、リジッド基板１の圧着部３０における裏面に搭載されている部品の高さが高い場合にはステンレスステージ６の高さを低く調整し、リジッド基板１の圧着部３０における裏面に搭載されている部品の高さが低い場合にはステンレスステージ６の高さを高く調整することが好ましい。

次いで、図３（Ｃ）に示すように、リジッド基板１の表面に設けられている接続端子１１と、フレキシブル基板２に設けられている接続端子１２とを位置合わせしつつ、リジッド基板１の上に、フレキシブル基板２を載置する（ステップＳ４）。

そして、図３（Ｄ）に示すように、フレキシブル基板２の上に緩衝材８を設置した後、圧着部３０を、ヒータツール１０で加熱するとともに押圧して、リジッド基板１とフレキシブル基板２とを本圧着する（ステップＳ５）。圧着部３０が押圧されているときに、部品３はシリコンゴム５に押し込まれ、リジッド基板１の水平性が保たれる。すなわち、リジッド基板１の面が、受け台の表面に対して、リジッド基板１とフレキシブル基板２との接続状態を劣化させるほどに傾くことはない。

なお、本実施形態では、接続材料として、一般に導電粒子として金属めっきされたプラスチック粒子を用いるＡＣＦを使用するが、導電粒子としてはんだ粒子を使用した接続材料を使用してもよい。

また、シリコンゴム５の硬度が低いとリジッド基板１が傾きやすくなり、シリコンゴム５の硬度が高いと、やはり、リジッド基板１の水平性を維持する効果が薄れるので、シリコンゴム５には、硬すぎず、かつ、柔らかすぎないことが要求される。例えば、ゴム硬度が２０〜６０（ＪＩＳ Ａ）であることが好ましい。

また、本実施形態では、シリコンゴムを使用したが、所定の硬度を有する弾性体であれば、シリコンゴム以外の合成樹脂等を使用してもよい。

以上に説明したように、本実施形態では、フレキシブル基板２に接続されるリジッド基板１の圧着部３０に部品が配置されていても良好な接続が可能になるので、圧着箇所裏面の設計自由度が増す。また、部品配置の設計自由度が増すので、リジッド基板１のサイズを小さくすることができ、コストを低減することができる。また、部品配置の設計制限が少なくなるので、基板が組み込まれる装置の小型化および薄型化を図ることが容易になる。

実施形態２．
図５は、本発明による基板接続方法の第２の実施形態（実施形態２）を説明するための断面図である。図５に示すように、第２の実施形態では、一部が切り欠かれたシリコンゴム１５を使用する。

第１の実施形態では、リジッド基板１において圧着部３０における裏面に搭載されている部品３の凹凸（部品間の高さの違い）がシリコンゴム５で吸収され、圧着時のリジッド基板１の水平性が確保されたが、部品３の凹凸の程度が大きい場合には、シリコンゴム５のみによってリジッド基板１の水平性を確保することが困難になることも考えられる。

そこで、第２の実施形態では、最も背が低い部品との高さの違いが所定値（例えば、２ｍｍ）よりも大きい部品３が位置する部分に切り欠き部（凹部）５１を有するシリコンゴム１５を使用する。なお、切り欠き部５１は、座繰りによって形成されたり、あらかじめ切り欠かれたシリコンゴム１５を成型することによって形成されたりする。

切り欠き部５１が設けられたシリコンゴム１５を使用することによって、実際には部品間の高さの違いが大きい場合でも、等価的に、シリコンゴム１５に対する部品３の凹凸の差が小さくなるので、圧着時のリジッド基板１の水平性が確保される。

実施形態３．
図６（Ａ）は、本発明による基板接続方法の第３の実施形態（実施形態３）を説明するための平面図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示された構造のＡ−Ａ’断面図である。

図６（Ｂ）に示すように、リジッド基板１の裏面において、フレーム９が設けられている。フレーム９は、部品群３１、回線パターン３２および端子部３３の裏側を囲むのではなく、圧着部３０の裏側のみを囲うように形成される。そして、フレーム内を樹脂で固め、樹脂表面が平坦になるように加工する。

本実施形態では、リジッド基板１の圧着部３０における裏面に部品３が搭載されていても、圧着部３０の裏面は平坦にされるので、受け台にシリコンゴムを載置しなくてよい。

また、本実施形態では、フレーム９は圧着部３０の裏側のみを囲うので、部品群３１および端子部３３の裏側を囲うようにフレームを形成した場合に比べて、基板のサイズ、重量およびコストの増加を緩和することができる。また、受け台にシリコンゴムを載置しなくてよいので、受け台に対して新たなコストを生じさせることもない。

第１の実施形態の基板接続方法を用いて、携帯電話機に組み込まれる基板であって、圧着部３０における裏面に部品３が搭載されているリジッド基板１とフレキシブル基板２とを接続した。ＡＣＦ４として、裏面に凹凸があるリジッド基板１（裏面に高さが異なる複数の部品３が配置されたリジッド基板１）についても圧着が可能なものを使用する（圧力条件が０．５〜１６ＭＰａ）。なお、圧力条件は、接続端子部と接触するＡＣＦ面積で換算した値であるとする。また、シリコンゴム５として、厚さ１〜５ｍｍ、硬度が２０〜６０（ＪＩＳ Ａ）のものを用いた。なお、リジッド基板１の圧着部３０における裏面に搭載されている最も背が長い部品の高さは、２ｍｍ以下であった。

また、ヒータツール１０および受け台の横幅を、フレキシブル基板２の幅よりも１ｍｍ長くした。上記のステップＳ１〜Ｓ５の工程を実施したところ、良好にリジッド基板１とフレキシブル基板２とを接続することができた。

なお、本実施例では、部品３の高さが２ｍｍ以下であるのに対して、シリコンゴム５の厚さを一例として３．５ｍｍにしたが、部品３の高さに対してシリコンゴム５の厚さが厚すぎると、ヒータツール１０によって部品３が受ける力がシリコンゴム５において分散されてしまい、リジッド基板１の水平性を維持できなかった。従って、シリコンゴム５の厚さは、部品３の高さに対して、１〜５ｍｍ大きいことが好ましい。ただし、設置の容易性等の観点から、１〜５ｍｍを、シリコンゴム５の厚さ下限にする。

本発明は、リジッドな印刷配線板とフレキシブル基板等の他の印刷配線板とを接続する用途に好適に適用される。

リジッド基板とフレキシブル基板との接続の様子を示す平面図である。 本発明による基板接続方法の第１の実施形態を説明するための断面図である。 基板接続方法の工程を説明するための説明図である。 基板接続方法の工程を示すフローチャートである。 本発明による基板接続方法の第２の実施形態を説明するための断面図である。 （Ａ）は、本発明による基板接続方法の第３の実施形態を説明するための平面図であり、（Ｂ）は、Ａ−Ａ’断面図である。

符号の説明

１ リジッド基板
２ フレキシブル基板
３ 部品
４ ＡＣＦ
５，１５ シリコンゴム
６ ステンレスステージ
８ 緩衝材
９ フレーム
１０ ヒータツール（圧着ヘッド）
１１ 接続端子
１２ 接続端子
３０ 圧着部（接続部）
３１ 部品群
３２ 配線パターン
３３ 端子部
５１ 切り欠き部

Claims (11)

1. 接続部の裏面に部品が配置されているリジッド印刷配線板と他の印刷配線板とを熱圧着で接続する基板接続方法であって、
   受け台に、前記部品の高さよりも厚い弾性体を設置し、
   前記リジッド印刷配線板と前記他の印刷配線板との間にＡＣＦが配置された状態で、前記リジッド印刷配線板および前記他の印刷配線板を前記受け台に載置し、
   前記受け台に載置された前記リジッド印刷配線板および前記他の印刷配線板を圧着ヘッドで加熱するとともに押圧する
   ことを特徴とする基板接続方法。
2. ゴム硬度が２０〜６０（ＪＩＳ Ａ）の弾性体を用い、
   前記弾性体の厚さを、部品の高さに対して１〜５ｍｍ大きくする
   請求項１記載の基板接続方法。
3. 弾性体の厚さとして、所定値を下限にする
   請求項２記載の基板接続方法。
4. リジッド印刷配線板とフレキシブル印刷配線板とを熱圧着で接続する
   請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の基板接続方法。
5. リジッド印刷配線板における最も背が低い部品との高さの違いが所定値よりも大きい部品が位置する部分に相当する弾性体における位置を切り欠く
   請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の基板接続方法。
6. 接続部の裏面に部品が配置されているリジッド印刷配線板と他の印刷配線板とを、受け台と圧着ヘッドとによって接続する基板接続装置であって、
   前記受け台における上部に、ゴム硬度が２０〜６０（ＪＩＳ Ａ）であり、厚さが前記部品の高さに対して１〜５ｍｍ大きい弾性体が設けられている
   ことを特徴とする基板接続装置。
7. リジッド印刷配線板における最も背が低い部品との高さの違いが所定値よりも大きい部品が位置する部分に相当する弾性体における位置に切り欠き部が設けられている
   請求項６記載の基板接続装置。
8. リジッド印刷配線板とフレキシブル印刷配線板とが接続された接合印刷配線板であって、
   前記リジッド印刷配線板における前記フレキシブル印刷配線板との接続部の裏面に、他の部品の高さと異なる高さの部品を含む複数の部品が配置されている
   ことを特徴とする接合印刷配線板。
9. 受け台と圧着ヘッドとを含む基板接続装置における前記受け台における上部にゴム硬度が２０〜６０（ＪＩＳ Ａ）であり厚さが前記リジッド印刷配線板の裏面に配置されている部品の高さに対して１〜５ｍｍ大きい弾性体が設けられている基板接続装置によって、リジッド印刷配線板とフレキシブル印刷配線板とが接続された
   請求項８記載の接合印刷配線板。
10. リジッド印刷配線板とフレキシブル印刷配線板とが接続された接合印刷配線板を内蔵した携帯端末装置であって、
    前記リジッド印刷配線板における前記フレキシブル印刷配線板との接続部の裏面に、他の部品の高さと異なる高さの部品を含む複数の部品が配置されている
    ことを特徴とする携帯端末装置。
11. 接合印刷配線板におけるリジッド印刷配線板とフレキシブル印刷配線板とが、受け台と圧着ヘッドとを含む基板接続装置における前記受け台における上部にゴム硬度が２０〜６０（ＪＩＳ Ａ）であり厚さが前記リジッド印刷配線板の裏面に配置されている部品の高さに対して１〜５ｍｍ大きい弾性体が設けられている基板接続装置によって接続された
    請求項１０記載の携帯端末装置。

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