JP2010278170A

JP2010278170A - 配線基板の接続構造およびその接続方法

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Publication number: JP2010278170A
Application number: JP2009128422A
Authority: JP
Inventors: Tomohito Kitada; 智史北田
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2009-05-28
Filing date: 2009-05-28
Publication date: 2010-12-09

Abstract

【課題】小型化および省スペース化が容易であるとともに、電気的接続特性が良好で安価に再接続性を向上させる。
【解決手段】接続用基板１０は、接続端子１２に接合材４０を介して接合された接続粒子３０を有する。配線基板２０は、接続端子２２に形成された孔部５０を有する。接続粒子３０は、弾性を有するプラスチック粒子３１の表面に導電膜３２を形成してなる。孔部５０は、接続粒子３０が嵌合可能な径で形成される。接続粒子３０が孔部５０に嵌合可能となる位置に両基板１０，２０を位置合わせし、接続粒子３０を孔部５０に嵌め込むように両者を接続する。これにより、接続部の高さや占有面積を抑えて接続信頼性や耐久性、ハンドリング性などの電気的接続特性を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、複数の配線基板間や電子デバイス等を接続する際の配線基板の接続構造およびその接続方法に関する。

従来より、配線基板間および配線基板と電子デバイス間を接続する接続方法として、例えばコネクタを用いた方法が知られているが、コネクタによる接続では、基板の小型化、接続端子部の挟ピッチ化に対応することができない。

そこで、近年、配線基板の挟ピッチ化に対応するため、配線基板同士等を異方性導電膜（例えば、非特許文献１参照）を使用して接続することがなされている。この異方性導電膜は、導電性ペーストに含まれる導電性フィラーが配線基板の接続端子間で圧せられることにより接触等して電気的導通が図られる。

また、配線基板間を接続するその他の方法として、接続粒子を用いた配線基板の接続方法（例えば、特許文献１（第３−５頁、第１−６図）参照）も知られている。この接続方法は、まず、半田メッキもしくは金属メッキされた接続端子を有する一方の配線基板の接続端子上に、プラスチック粒子の表面に導電金属層と共晶半田メッキ層とを形成した接続粒子を吸着転写方式のボールマウンタを用いて搭載する。

そして、一方の配線基板と他方の配線基板とを、双方の接続端子が所定の位置になるように位置合わせし、これらを接続粒子を介して熱圧着して、双方の接続端子間を通電するように固定する。

特開２００２−５７４５５号公報

"コネクター代替向けFilm On Board/Film用異方性導電膜（ACF)"、ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社、［平成２１年３月１６日検索］、インターネット＜URL:http://www.sonycid.jp/products/dd1/cp5852ks.html＞

しかしながら、上述した従来の異方性導電膜では、導電性フィラーが接触等することで電気的導通が図られるが、長時間にわたって接続部に強い熱衝撃が加わると、導電性フィラーの形状が接続部の膨張・収縮に追従することができず、導通不良が生じるおそれがある。

また、異方性導電膜を用いた接続によれば、導電性フィラー同士の接触面積が極小であるために電気的な接続抵抗が増大したり、導電性フィラーが多数存在するために接続端子間のピッチを微細化すると、ギャップが狭くなって線間絶縁抵抗が低下したりすることも想定され、同様に小型化が難しいという問題がある。

さらに、この異方性導電膜を構成するフィルムには、通常エポキシ樹脂が用いられているため、一旦配線基板を接続してエポキシ樹脂を硬化させると、この配線基板を引き剥がして再接続することはほぼ不可能となってしまい、再接続性（リワーク性）がほぼないに等しいこととなってしまう。

一方、上述した従来の特許文献１に開示されている接続方法では、配線基板の間に接続粒子が介在するため、接続部の接続方向（厚さ方向）の高さを抑えて小型化を図るには限界があるという問題がある。また、配線基板を再接続するためには、半田メッキ層を溶融させる必要があるため、工程に手間がかかってしまいコストの低減を図りにくいという問題もある。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、小型化および省スペース化が容易であるとともに、電気的接続特性が良好で安価に再接続性を向上させることができる配線基板の接続構造およびその接続方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかる配線基板の接続構造は、基材、この基材上に形成された第１の接続端子およびこの第１の接続端子上に接合された少なくとも表面が導電性を有する接続粒子を備えた接続部材と、基板およびこの基板上に形成された第２の接続端子を有し、前記基板の前記第２の接続端子が形成された位置に前記接続粒子が嵌合可能で内周面に前記第２の接続端子とつながる導電体層を有する孔部が形成された配線基板とを、前記孔部に前記接続粒子が嵌り込むように接続してなることを特徴とする。

前記接続粒子は、例えば弾性を有するプラスチック粒子の表面に導電膜を形成してなるものである。

前記接続部材は、例えば前記配線基板と接続される他の配線基板である。

また、前記接続部材は、例えば能動素子を含む電子デバイスである。

前記接続粒子は、例えば前記孔部に変形嵌合されている。

前記孔部の内周壁面には、例えば導電性の金属メッキが施されている。

また、例えば前記接続部材と前記配線基板との間にさらに樹脂部材を充填してもよい。

前記接続部材の前記第１の接続端子以外の部分に接続補強用粒子が接合され、前記配線基板の前記第２の接続端子以外の部分に前記接続補強用粒子が嵌合可能な接続補強用孔部が形成され、前記接続補強用粒子と前記接続補強用孔部とがさらに嵌り込むように前記接続部材を前記配線基板に接続してもよい。

前記接続粒子は、例えば金属からなる接合材を介して前記第１の接続端子上に接合されている。

また、前記接続粒子は、例えば導電性フィラーを含む樹脂ペーストからなる接合材を介して前記第１の接続端子上に接合されている。

この発明にかかる配線基板の接続方法は、接続用基板または電子デバイスからなる接続部材の第１の接続端子上に弾性を有するプラスチック粒子の表面に導電膜を形成してなる接続粒子を接合する工程と、第２の接続端子が形成されこの第２の接続端子の所定位置に前記接続粒子が嵌合可能な孔部が形成された配線基板と、前記接続部材とを、前記接続粒子と前記孔部とが重なるように位置合わせをする位置合わせ工程と、前記孔部に前記接続粒子が嵌り込むように前記接続部材を前記配線基板に接続する接続工程とを備えたことを特徴とする。

前記接続工程では、例えば前記接続粒子を変形嵌合するように前記孔部に嵌め込むようにしてもよい。

また、前記接続工程では、例えば前記接続部材を前記配線基板に加熱しながら接続するようにしてもよい。

前記接続工程の後に、例えば前記接続部材と前記配線基板との間に樹脂を充填する樹脂充填工程をさらに備えてもよい。

本発明によれば、小型化および省スペース化が容易であるとともに、電気的接続特性が良好で安価に再接続性を向上させることができる配線基板の接続構造およびその接続方法を提供することができる。

本発明の一実施形態にかかる配線基板の接続構造が適用された接続部の上面を一部を切り欠いて示す説明図である。図１のＡ−Ａ断面図である。図１のＢ−Ｂ断面図である。本発明の一実施形態にかかる配線基板の接続構造が適用された他の接続部を説明するための断面図である。同配線基板の接続構造が適用された他の接続部を説明するための断面図である。同配線基板の接続構造が適用されたさらに他の接続部を説明するための断面図である。本発明の一実施形態にかかる配線基板の接続方法による接続工程の例を説明するための工程図である。本発明の他の実施形態にかかる配線基板の接続構造が適用された接続部を説明するための断面図である。本発明の他の実施形態にかかる配線基板の接続構造が適用された接続部を説明するための断面図である。

以下、添付の図面を参照して、この発明にかかる配線基板の接続構造およびその接続方法の好適な実施の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態にかかる配線基板の接続構造が適用された接続部の上面を一部を切り欠いて示す説明図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３はＢ−Ｂ断面図である。図１〜図３に示すように、本実施形態にかかる配線基板の接続構造は、接続用基板１０と配線基板２０とを接続してなる。

接続用基板１０は、基材１１、接続端子１２およびカバー層１３を有して構成され、配線基板２０は、基材２１、接続端子２２およびカバー層２３を有して構成されている。また、接続用基板１０は、例えば接続端子１２の先端側に接合された、弾性を有するプラスチック粒子３１の表面に導電膜３２を形成してなる接続端子３０を有する。

配線基板２０は、例えば接続端子２２の先端側に形成された、接続用基板１０の接続粒子３０が嵌合可能な大きさの径を有する孔部５０を有する。この孔部５０の径は、好ましくは接続粒子３０の外径よりも小さく形成されている。各基板１０，２０の基材１１，２１は、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）または硝子エポキシ樹脂等の絶縁性を有するフィルムからなる。

また、各基板１０，２０の接続端子１２，２２は、例えばＣｕ、Ａｕ、Ａｇなどの高い導電率を有する金属部材からなり、それぞれの基板１０，２０において図示しない回路配線と連続してパターン形成され、各基板１０，２０の回路配線における電気的な接続端子を構成している。なお、接続端子１２，２２の表面には、異なる金属によるメッキ層（図示せず）が形成されていてもよい。

さらに、各基板１０，２０のカバー層１３，２３は、例えばエポキシ系やアクリル系の絶縁性を有する樹脂部材により構成されている。そして、接続粒子３０のプラスチック粒子３１は、高い弾性率を有するプラスチック性の樹脂部材からなり、導電膜３２は、接続端子１２，２２と同様に、例えばＣｕ、Ａｕ、Ａｇなどの高い導電率を有する金属部材からなる。

この導電膜３２は、プラスチック粒子３１にメッキ処理やスパッタリング処理を施すことにより形成される。なお、プラスチック粒子３１は、上記樹脂部材の他に金属部材により構成されていてもよい。この場合、金属部材としては、例えばＣｕ、Ａｕ、Ａｇ等の金属を用いることができる。

この接続粒子３０は、例えば接続用基板１０の接続端子１２に接合材４０を介して接合されている。接合材４０は、例えばＳｎ−Ｐｂ系や、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の半田により構成されている。また、配線基板２０の接続端子２２の孔部５０は、その内周壁面に例えばＣｕ、Ａｕ、Ａｇなどの金属による図示しないメッキ層が形成されていてもよい。

このように構成された接続用基板１０と配線基板２０との接続は、例えば次のように行われる。まず、接続粒子３０が孔部５０に嵌る位置に両基板１０，２０を位置合わせし、接続粒子３０を孔部５０に嵌め込んでこの接続粒子３０の導電膜３２を介して接続端子１２，２２を電気的に接続する。

このとき、図２および図３に示すように、接続粒子３０は孔部５０に、孔部５０の径方向に押し潰されて縮んだ状態で嵌合される。これにより、接続用基板１０と配線基板２０が強固に接続される。この接続構造によれば、半田を用いた金属接続や異方性導電膜（ＡＣＦ）を用いた接続に比べて、接続部を固定することなく接続することができるので、各基板１０，２０の取り外しも容易に行うことができる。

また、接続粒子３０と接続端子１２が接合材４０を介して接続され、接続粒子３０と孔部５０がプラスチック粒子３１の弾性力により互いに押し付け合う方向に加圧された状態で接しているため、異方性導電膜と比べてもより低い接続抵抗を実現することができる。さらに、各基板１０，２０の隣接する接続端子１２，２２間に導電粒子等が存在しない構造であるため、異方性導電膜と比べて高い線間絶縁抵抗を実現することができる。

そして、接続用基板１０と配線基板２０の位置合わせについても、孔部５０に接続粒子３０を嵌め込むことができるように位置合わせを行うだけであるので、別途特殊な位置合わせ治具や装置などを要せず、製造コストを削減することが可能となる。このように、本実施形態にかかる接続構造によれば、コネクタなどを実装する場合と比べても、安価に各基板１０，２０の接続部の接続方向（厚さ方向）の高さや占有面積を抑えて電気的接続特性（接続信頼性や耐久性、ハンドリング性など）を向上させ、併せて小型化や省スペース化を実現することが可能となる。

なお、接続用基板１０の接続粒子３０を配線基板２０の孔部５０に嵌め込む際に、プラスチック粒子３１の材質によっては加熱することにより変形が容易となる場合がある。このような場合は、加熱温度を接合材４０の融点以下として熱圧着機等を用いて接続を行うようにしてもよい。

また、接続用基板１０と配線基板２０は、次のように接続されてもよい。図４および図５は、本発明の一実施形態にかかる配線基板の接続構造が適用された他の接続部を説明するための断面図である。なお、以降において既に説明した部分と重複する箇所には同一の符号を付して説明を省略し、本発明に特に関連のない部分については明記しないことがあるとする。

図４および図５に示すように、ここでは、孔部５０に接続粒子３０を嵌め込んで接続用基板１０と配線基板２０を接続した後に、これら基板１０，２０の間に樹脂６０を充填して接続部の機械的強度を向上させている。この樹脂６０としては、例えばエポキシ系やアクリル系の熱硬化性樹脂、あるいは紫外線硬化型の樹脂などを用いることができる。

ただし、両基板１０，２０を取り外すことを前提とする場合は、この樹脂６０をＬＣＰ（液晶ポリマー）等の熱可塑性樹脂で構成するようにすればよい。このようにすれば、両基板１０，２０を接続し、樹脂６０を充填して接続部を補強した後に、再度接続部を加熱することにより、容易に両基板１０，２０を引き剥がすことが可能となる。

また、接続部を補強するものとして、例えば次のようなものを用いてもよい。図６は、本発明の一実施形態にかかる配線基板の接続構造が適用されたさらに他の接続部を説明するための断面図である。図６に示すように、ここでは、接続部を構成する接続粒子３０および孔部５０の他に、各基板１０，２０の接続端子１２，２２以外の部分に形成された接続補強用粒子７０および接続補強用孔部８０を用いて接続部の機械的強度を向上させている。

接続補強用粒子７０は、接続用基板１０に形成されたダミー端子１２Ａ上に接合材４０を介して接合され、ここでは量産性やコストの面から上記接続粒子３０と同様のプラスチック粒子の表面に導電膜を形成した構造からなる。なお、接続補強用粒子７０は、プラスチック粒子のみで構成されていてもよく、基材１１に接合材４０を介して強固に接合することができる場合は、ダミー端子１２Ａはなくてもよい。

一方、接続補強用孔部８０は、配線基板２０の基材２１やカバー層２３に直接形成されており、上記孔部５０と同様に接続補強用粒子７０が嵌合可能な径を有して形成され、好ましくは接続補強用粒子７０の直径よりも小さな径で形成されている。なお、接続補強用孔部８０も、量産性やコストの面から上記孔部５０と同様に配線基板２０のダミー端子（図示せず）に形成されていてもよい。

このように構成された各基板１０，２０においては、接続粒子３０と孔部５０との嵌合による接続の他に、接続補強用粒子７０が接続補強用孔部８０に嵌合して接続される。このため、接続部の機械的強度を向上させることができるとともに、接続部に外力が加わったとしても、接続粒子３０に加わる応力を緩和することができるので、接続信頼性や耐久性を向上させることができる。ここで、接続工程の一例について説明する。

図７は、本発明の一実施形態にかかる配線基板の接続方法による接続工程の例を説明するための工程図である。図７（ａ）に示すように、まず、基材１１上に接続端子１２をパターン形成し、さらに接続端子１２の接続部となる所定位置が露出するようにカバー層１３を形成した接続用基板１０を用意する。

次に、図７（ｂ）に示すように、露出した接続端子１２上に半田ペースト４０Ａを塗布し、図７（ｃ）に示すように、半田ペースト４０Ａ上に別途用意した接続粒子３０を載置する。そして、この状態のまま接続用基板１０を半田溶融温度以上に加熱することにより、図７（ｄ）に示すように、接続端子１２と接続粒子３０を接合材４０を介して接合する。

最後に、図７（ｅ）に示すように、接続端子２２の所定位置に孔部５０を形成した配線基板２０に対し、接続用基板１０の接続粒子３０が孔部５０に嵌合する位置に位置合わせを行い、両基板１０，２０を接続粒子３０が孔部５０に嵌り込むように押し付けて接続する。このとき、接続粒子３０の材料によっては、加熱することにより接続粒子３０が変形しやすくなる。このため、接続粒子３０を孔部５０に嵌め込む際に熱圧着機などを用いて接合材４０の融点以下の加熱温度で熱しながら接続するようにしてもよい。このように接続すると、接続部は図２に示すような状態となる。なお、半田ペースト４０Ａの代わりに導電性フィラーを含む樹脂ペースト（導電性ペースト）を用いて接合材４０を構成するようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、接続用基板１０を配線基板２０に接続するものを例に挙げて説明したが、接続用基板１０の代わりに次のようなものを接続してもよい。図８および図９は、本発明の他の実施形態にかかる配線基板の接続構造が適用された接続部を説明するための断面図である。

すなわち、図８および図９に示すように、ここでは接続粒子３０が、能動素子を含む電子デバイスとしてのＩＣ９０の外装などの基材９１に設けられた接続端子１２のバンプとして適用されている。そして、実装基板としての配線基板２０に上述したような孔部５０を形成し、ＩＣ９０を配線基板２０に実装すれば、接続粒子３０および孔部５０を介して接続することができる。この場合も、必要に応じてＩＣ９０を取り外すなど、上述した実施形態の効果と同様の効果を奏することができる。

以上述べたように、本実施形態にかかる配線基板の接続構造およびその接続方法によれば、接続用基板１０やＩＣ９０と配線基板２０との接続部において、小型化および省スペース化が容易であるとともに、接続信頼性や耐久性などの電気的接続特性を良好にすることができる。また、安価に接続部の再接続性を向上させることもできる。

１０接続用基板
１１基材
１２接続端子
１３カバー層
２０配線基板
２１基材
２２接続端子
２３カバー層
３０接続粒子
３１プラスチック粒子
３２導電膜
４０接合材
４０Ａ半田ペースト
５０孔部
６０樹脂
７０接続補強用粒子
８０接続補強用孔部
９０ＩＣ

Claims

基材、この基材上に形成された第１の接続端子およびこの第１の接続端子上に接合された少なくとも表面が導電性を有する接続粒子を備えた接続部材と、
基板およびこの基板上に形成された第２の接続端子を有し、前記基板の前記第２の接続端子が形成された位置に前記接続粒子が嵌合可能で内周面に前記第２の接続端子とつながる導電体層を有する孔部が形成された配線基板とを、
前記孔部に前記接続粒子が嵌り込むように接続してなる
ことを特徴とする配線基板の接続構造。
前記接続粒子は、弾性を有するプラスチック粒子の表面に導電膜を形成してなるものである
ことを特徴とする請求項１記載の配線基板の接続構造。
前記接続部材は、前記配線基板と接続される他の配線基板である
ことを特徴とする請求項１または２記載の配線基板の接続構造。
前記接続部材は、能動素子を含む電子デバイスである
ことを特徴とする請求項１または２記載の配線基板の接続構造。
前記接続粒子は、前記孔部に変形嵌合されている
ことを特徴とする請求項２記載の配線基板の接続構造。
前記孔部の内周壁面には、導電性の金属メッキが施されている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の配線基板の接続構造。
前記接続部材と前記配線基板との間にさらに樹脂部材を充填してなる
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の配線基板の接続構造。
前記接続部材の前記第１の接続端子以外の部分に接続補強用粒子が接合され、
前記配線基板の前記第２の接続端子以外の部分に前記接続補強用粒子が嵌合可能な接続補強用孔部が形成され、
前記接続補強用粒子と前記接続補強用孔部とがさらに嵌り込むように前記接続部材を前記配線基板に接続した
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の配線基板の接続構造。
前記接続粒子は、金属からなる接合材を介して前記第１の接続端子上に接合されている
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の配線基板の接続構造。
前記接続粒子は、導電性フィラーを含む樹脂ペーストからなる接合材を介して前記第１の接続端子上に接合されている
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の配線基板の接続構造。
接続用基板または電子デバイスからなる接続部材の第１の接続端子上に弾性を有するプラスチック粒子の表面に導電膜を形成してなる接続粒子を接合する工程と、
第２の接続端子が形成されこの第２の接続端子の所定位置に前記接続粒子が嵌合可能な孔部が形成された配線基板と、前記接続部材とを、前記接続粒子と前記孔部とが重なるように位置合わせをする位置合わせ工程と、
前記孔部に前記接続粒子が嵌り込むように前記接続部材を前記配線基板に接続する接続工程とを備えた
ことを特徴とする配線基板の接続方法。
前記接続工程では、前記接続粒子を変形嵌合するように前記孔部に嵌め込む
ことを特徴とする請求項１１記載の配線基板の接続方法。
前記接続工程では、前記接続部材を前記配線基板に加熱しながら接続する
ことを特徴とする請求項１１または１２記載の配線基板の接続方法。
前記接続工程の後に、前記接続部材と前記配線基板との間に樹脂を充填する樹脂充填工程をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項記載の配線基板の接続方法。