JP2015177004A - フレキシブルプリント基板 - Google Patents

Abstract

【課題】フレキシブルプリント基板の電極を相手側電極に熱加圧によりハンダ付けする際に、ハンダ接合強度を上げる構造を有するフレキシブルプリント基板を提供する。【解決手段】可撓性を有する絶縁層の上下面に導体が形成されたフレキシブルプリント基板１において、フレキシブルプリント基板１に形成された電極１００は、上面電極部１２０と下面電極部１３０からなり、上面電極部１２０と下面電極部１３０がスルーホール１４０を介して電気的に接続されており、スルーホール１４０の近傍に所定厚さの凸部が形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、限られたスペースにおいて電気信号を伝達するのに適したフレキシブルプリント基板に関する。

例えば構造物のひずみを計測するひずみ測定装置は、厚さの非常に薄いひずみゲージを備えたフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ基板）を有すると共に、ひずみゲージからの出力を取り出すために、この基板の電極に複数の電極が並列して突出したいわゆる櫛歯状電極を有するフレキシブルプリント基板がハンダ接合されている。

また、例えばオートフォーカス機能を有するデジタルカメラやビデオカメラ等のように電気部品や電子部品が高密度に実装されかつ内部にはこれらの電気信号により駆動される駆動部を有する電気機器の場合、小型軽量化の観点から機器本体の静止部に実装された電子部品や電気部品と駆動部に実装された電子部品や電気部品との接続を図るフレキシブルプリント基板が配索されている。

係るフレキシブルプリント基板からは、上述したように一般的に厚さが薄く細長の電極が複数本突出したいわゆる櫛歯状電極が相手側電極にハンダ接合される構造を有している。このような構造は、上記のような電気機器に限らず、他の一般的な電気機器においても多く見られる。

図６は、上述した従来のフレキシブルプリント基板５の櫛歯状電極を印刷回路基板（ＰＣＢ）の相手側電極９０にハンダにより導通させる過程を側方断面で示した図である。以下、この櫛歯状電極５０を構成する各々の細長の電極を単に「電極５００」とする。

従来の各電極５００は、図６（ａ）に示すように、細長のポリイミド層５１０の上下面全体を圧延銅箔５１１，５１２で覆うと共に、この圧延銅箔５１１，５１２及びこの圧延銅箔上にそれぞれ形成されたメッキ銅箔５２１，５２２を施すと共に、スルーホール用貫通孔５５１の内周面全体にメッキ銅箔５２３を施して形成されている。

このような櫛歯状電極の各電極５００に予備ハンダＳ１（図６（ｂ）参照）を施した後、図６（ｃ）に示す印刷回路基板やフレキシブルプリント基板の相手側電極９０に予備ハンダＳ１を溶融させて接合する。この接合に際して、図６（ｃ）に示す熱加圧用ヒータＨを用いて熱加圧してハンダ接合部Ｓ５を形成する。

この接合工程において、通常のパルスヒータＨを用いた場合、図６（ｂ）及び（ｃ）に示すように、ハンダ内の極めて微小の空気の塊からなるいわゆるボイド（ｖｏｉｄ）Ｖが押し潰され、ハンダによって電極５００の下面電極部（下側のメッキ銅箔５２２）を相手側電極９０に接合できない領域Ｘがハンダ接合部Ｓ５内に広範囲に生じてしまい、フレキシブルプリント基板５の櫛歯状電極５０とこれに対応する相手側電極９０との間の接合強度が低下する。このような接合強度の低下は、フレキシブルプリント基板５が実装された電気機器を長期間使用するにあたって好ましくない。

以上の問題を解決するために、例えば特許文献１に開示された技術を適用することが考えられる。この技術は、互いに並列して配置された同軸ケーブルの芯線とこれを接続すべきプリント基板の導通パターンの電極パッド間に固形ハンダを配し、この固形ハンダをヒータチップで加熱することで、両者を電気的に接続するものである。

特許文献１における接合対象とされる同軸ケーブルの軸線は、ある程度の太さを有しているので、個体ハンダもそれに相応した大きさとなる。そのため、ハンダ接合部へのヒータチップの押し付け変位量を特許文献１に開示された程度に制御するだけで同軸ケーブルの軸線をプリント基板の電極パッドにハンダ付けすることができる。

特開２０１３−１６８４６０号公報

しかしながら、フレキシブルプリント基板５の電極５００の場合、厚みが特許文献１で開示された同軸ケーブルの軸線の直径に比べて寸法上かなり小さいため、特許文献１に記載されたような変位精度を有する程度のヒータチップでハンダ加熱加圧を行うのでは、寸法通りのハンダ接合部を形成することができない。

つまり、ハンダ接合部の強度低下を阻止するにあたって、例えば特許文献１に記載のようにヒータチップ（パルスヒータ）の接触高さを制御することにより対象物（特許文献１ではケーブル芯線）が潰されないようにする接続技術、すなわちヒータチップを変位制御する技術を本発明に単に転用した場合、ケーブル芯線よりも寸法上、はるかに小さいフレキシブルプリント基板の櫛歯状電極を相手側電極にハンダ接合しなければならないので、複数の櫛歯を同時にハンダ付けするに際して、以下の問題が生じてしまう。

また、第１の問題として、下面のハンダ厚さが１０μｍ以下でコントロールする場合、ハンダ加熱加圧装置の変位制御が困難となる。

また、第２の問題として、ハンダ加熱加圧装置を使った場合、櫛歯の上面にも予備ハンダされ、下面の予備ハンダが薄い場合も発生し、櫛歯と相手側電極の間に、均一な厚さのハンダ層を形成できない。

本発明の目的は、フレキシブルプリント基板の電極を相手側電極に熱加圧によりハンダ付けする際に、ハンダ接合強度を上げる構造を有するフレキシブルプリント基板を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の請求項１に記載のフレキシブルプリント基板は、
可撓性を有する絶縁層の上下面に導体が形成されたフレキシブルプリント基板において、
前記フレキシブルプリント基板に形成された電極は、上面電極部と下面電極部からなり、前記上面電極部と下面電極部がスルーホールを介して電気的に接続されており、
前記スルーホールの近傍に所定厚さの凸部が形成されたことを特徴としている。

また、本発明の請求項２に記載のフレキシブルプリント基板は、請求項１に記載のフレキシブルプリント基板において、
前記上面電極部は、当該電極に対応する絶縁層の上面の全面にメッキ銅箔が施されることで形成され、前記下面電極部は、前記スルーホールの周縁部に所定厚さのメッキ銅箔が部分的に施されることで形成されることを特徴としている。

また、本発明の請求項３に記載のフレキシブルプリント基板は、請求項１に記載のフレキシブルプリント基板において、
前記凸部は、スルーホール周縁部に円環状に形成されていることを特徴としている。

また、本発明の請求項４に記載のフレキシブルプリント基板は、請求項１乃至請求項３の何れかに記載のフレキシブルプリント基板において、
前記電極は櫛歯状をなすように複数形成されており、前記各電極にはそれぞれ前記凸部が形成されていることを特徴としている。

本発明によると、フレキシブルプリント基板の電極を別の例えば印刷回路基板やフレキシブルプリント基板に形成された相手側電極に熱加圧によりハンダ付けをする際に、フレキシブルプリント基板の電極と金属電極間に均一な厚さのハンダ層を形成することで、ハンダ接合強度を上げるフレキシブルプリント基板を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るフレキシブルプリント基板及びこれに備わる櫛歯状電極の上面図である。 図１に示したフレキシブルプリント基板及びこれに備わる櫛歯状電極の下面図である。 図１に示したフレキシブルプリント基板の櫛歯状電極を構成する各電極を相手側電極にハンダ接合により導通させる過程を側方断面で示した説明図である。 本発明の一実施形態の第１変形例を示す、図１及び図２に対応する図である。 本発明の一実施形態の第２変形例を示す、図１及び図２に対応する図である。 従来のフレキシブルプリント基板の櫛歯状電極を構成する各電極を相手側電極にハンダ接合により導通させる過程を側方断面で示した説明図である。

以下、本発明の一実施形態に係るフレキシブルプリント基板１について図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るフレキシブルプリント基板１及びこれに備わる櫛歯状電極１０の上面図である。また、図２は、図１に示したフレキシブルプリント基板１及びこれに備わる櫛歯状電極１０の下面図である。なお、本実施形態及びその各変形例、並びに従来技術に関する図面における各構成要素の大きさや厚み、寸法に関しては、発明の理解の容易化のために実際よりも誇張して示している。

本実施形態に係るフレキシブルプリント基板１は、この基板の端部から細長の電極１００が複数本（本実施形態では３本）櫛歯状に延在形成した櫛歯状電極１０を有している。

図３（ａ）は、図１及び図２のIII-III断面図である。各電極１００は、図３（ａ）に示すように、絶縁層であるポリイミド層１１０とこの上下面を覆った圧延銅箔１１１，１１２上にそれぞれ形成された上面電極部１２０及び下面電極部１３０からなる。そして、上面電極部１２０と下面電極部１３０は、電極１００の端部近傍に形成されたスルーホール１４０を介して電気的に接続されている。

このフレキシブルプリント基板１に備わる櫛歯状電極１０は、以下のようにして形成される。本実施形態に係るフレキシブルプリント基板１の櫛歯状電極１０はベース材１００Ａを基礎としている。ベース材１００Ａは、絶縁層を形成するポリイミド層１１０とこのポリイミド層１１０の両面（上下面）全体に形成された圧延銅箔１１１，１１２からなる。フレキシブルプリント基板１は、ベース材１００Ａにエッチング加工等を行うことによってポリイミド層１１０の上下面に所望の導体パターンを形成すると共に、スルーホール用の貫通孔を導体パターン上の所定位置に形成している。なお、図３（ａ）のスルーホール１４０は、電極１００の一部を構成するためのスルーホールである。すなわち、本実施形態に係る櫛歯状電極１０をなす各下面電極部１３０に対応する位置に電極１００を形成するためのスルーホール１４０の貫通孔が形成されている。

メッキ銅箔１２１，１３１は、圧延銅箔１１１，１１２に形成されている。この際、上面は、圧延銅箔全てにメッキする。一方、下面は、スルーホール１４０の貫通孔の下側開口部１４１の周囲のみに円環状をなすようにメッキ銅箔が施されている。円環状（ドーナツ状）をなすメッキ銅箔の厚さは、約１０μｍ程度と図６に示す従来例に比べてかなり厚くなっており、この部分がスルーホール１４０の周囲に形成された凸部１３１をなしている。なお、スルーホール内部にもメッキ銅箔１４２が施され、上面のメッキ銅箔１２１と下面のメッキ銅箔１３１が導通している。更に、所望の領域にカバーレジストが施されている。

つまり、本実施形態では、上面電極部１２０は、メッキ銅箔１２１で構成されており、下面電極部１３０は、圧延銅箔１１２と円環状のメッキ銅箔からなる凸部１３１とで構成されている。

なお、上述したように下面電極部１３０の一部をなす凸部１３１の厚みが１０μｍと従来例よりかなり厚くなっているので、この部分が電極としての機能を有することに加えて、パルスヒータＨによるハンダの加熱加圧時にこのパルスヒータＨの移動を制限するストッパとしての役割を果たすスペーサとなる。

その後、下面のみに図３（ｂ）に示すように予備ハンダＳ１を施し、プレス等を用いて櫛歯状に打ち抜き、複数の細長の電極１００が並列配置させて櫛歯状電極１０を形成し、フレキシブルプリント基板１を完成させる。具体的には、下面の面全体に予備ハンダＳ１を施してプレスで打ち抜いているため、櫛歯電極１０の予備ハンダの量はおおむね同量になる。

以下、本実施形態に係るフレキシブルプリント基板１の櫛歯状電極１０を印刷回路基板の相手側電極９０にハンダ付けする手順について説明する。最初に本実施形態に係る櫛歯状電極１０を有したフレキシブルプリント基板１を用意する。なお、実際には、図６（ａ）に示す状態ではなく、図６（ｂ）に示すように予備ハンダＳ１を施したフレキシブルプリント基板１を用意する。

次いで、本実施形態のフレキシブルプリント基板１の電極１００と相手側電極９０にハンダ接合する。この際、通常の櫛歯状電極１０にパルスヒータＨを一定圧で押し付けて予備ハンダＳ１を溶融させる一般的な加熱加圧装置を用いて、図３（ｃ）に示すように電極１００を相手側電極９０にハンダ接合する。

本実施形態の場合、下面電極部１３０の凸部１３１がスペーサとしての形態をなし、パルスヒータＨを下降させる際のストッパとしての役目を果たすので、フレキシブルプリント基板１の電極１００を相手側電極９０からなる金属電極にパルスヒータＨで熱加圧することによりハンダ接合する際、フレキシブルプリント基板１の電極１００と相手側電極９０との間に均一な厚さの接合ハンダ層Ｓ２を精度良く形成することができる。これによって、仮にハンダ接合部内の接合ハンダ層Ｓ２にボイドＶが生じていても、フレキシブルプリント基板の電極とこれが接合される相手側電極との間においてボイドＶがパルスヒータＨによって潰されることがないので、ハンダ接合部Ｓ２の強度が向上する。その結果、電極間のハンダ接合部の機械的強度を高め、十分な導通特性を長期に亘って維持する。

また、上述のように下面電極部１３０の凸部１３１がパルスヒータＨの移動のストッパとしての役目を果たすので、ハンダ接合部Ｓ２において良好なハンダ溶け込み状態となるようにハンダ熱加圧装置を厳密に変位制御する必要がなくなる。その結果、通常の熱加圧装置で本発明に係るレキシブルプリント基板１の電極１００を相手側電極９０にハンダ接合できる。すなわち、特許文献１のような変位制御を行う加熱加圧装置よりも更に高精度の変位制御を必要とする本技術分野に適用可能な高価な加熱加圧装置を用いる必要がない。

また、フレキシブルプリント基板１が複数の電極１００を櫛歯状に並べたいわゆる櫛歯状電極１０を有する場合、予備ハンダＳ１のハンダ厚さのバラツキに関係なく、一定の厚さのハンダ層を櫛歯状電極１０の各電極１００とこれにそれぞれ対応してハンダ接合される相手側電極９０との間に形成することができる。

また、フレキシブルプリント基板１が上述の櫛歯状電極１０を有する場合、櫛歯状電極１０を構成する各電極１００の厚さが互いに異なっていても、同時に１台のパルスヒータＨで加熱加圧して、同様に一定厚さの接合ハンダ層Ｓ２を各電極１００と相手側電極９０との間に形成できる。

以下に、本発明の上述した作用を好適に発揮する各構成要素のフレキシブルプリント基板１の櫛歯状電極１０の寸法の一例を示す。櫛歯状電極１０をなす各電極１００の幅が例えば０．５ｍｍで長さが０．７ｍｍの場合、スルーホール１４０の下側開口部周縁に形成される円環状の下面電極部１３０は、内径が０．１６ｍｍで外径が０．３ｍｍ程度、厚さは上述したように１０μｍ程度という寸法になる。

また、仮にハンダ内部にボイドＶを含んでいたとした上で、下面電極部１３０のメッキ銅箔１１２と相手側電極が接触する部分にこのボイドＶがある場合を想定すると、全体をメッキ銅箔１１２の巾０．５ｍｍ×長さ０．７ｍｍ、円環形状の外形０．３ｍｍの内径０．１６ｍｍとした場合、従来の下面全面にメッキした場合と比べると、下面電極部１３０は約１／６程度と小さく、もし、ボイドＶを含んでしまった場合でも全体の接合強度低下の可能性も１／６に低減でき、また、一定厚さの接合ハンダ層Ｓ２を櫛歯状電極１０と相手側電極９０との間に形成しているため、信頼性の高いハンダ接合を得ることが出来る。

続いて、上述した実施形態の各種変形例について説明する。図４は、本発明の一実施形態の第１変形例を示す、図１及び図２に対応する図である。また、図５は、本発明の一実施形態の第２変形例を示す、図１及び図２に対応する図である。なお、両変形例とも上述の実施形態と同等の構成については対応する符号を付してその詳細な説明を省略する。

最初に上述した実施形態の第１変形例に係るフレキシブルプリント基板２について説明する。この第１変形例に係るフレキシブルプリント基板２は、上述の実施形態と異なり櫛歯状電極２０をなす各電極２００の両側縁部の所定位置に平面視半円状の切欠き２０１，２０２が電極２００の上面から下面に至るまで形成されている。そして、電極２００の上面全体及び電極２００の両側縁部にそれぞれ形成された平面視半円状の切欠き２０１，２０２の内周面にはメッキ銅箔が施されている。また、電極２００の下面であって切欠きの下側開口縁の周囲には厚さ１０μｍ程度の凸部２３１が形成されている。

すなわち、本変形例においては、下面電極部２３０は、上記実施形態と同様の厚さでできた圧延銅箔２１２及び上記実施形態と同様のメッキ銅箔からなり形状が半円環状の凸部２３１とで構成されている。

この下面電極部２３０の凸部２３１も上述した実施形態と同等に十分な厚さを有しているので、パルスヒータＨを加熱しながらハンダ接合部を加圧する際にパルスヒータＨが変位する際のストッパとしての役目を果たし、ハンダ接合部内のボイドＶが広がってハンダによる電極２００と相手側電極９０との接合が不十分となる虞がなくなる。

続いて、上述した実施形態の第２変形例に係るフレキシブルプリント基板３について説明する。この第２変形例に係るフレキシブルプリント基板３は、上述の実施形態と異なり櫛歯状電極３０をなす各電極３００の先端縁部の所定位置に平面視半円状の切欠き３０１が電極３００の上面から下面に至るまで形成されている。そして、各電極３００の上面全体及び各電極３００に形成された切欠き３０１の内周面にはメッキ銅箔が施されている。また、電極３００の下面であってその先端縁部に形成された平面視半円状の切欠き３０１の下側開口縁の周囲には厚さ１０μｍ程度の半円環状の凸部３３１が形成されている。

すなわち、本変形例では、下面電極部３３０は、上記実施形態と同様の厚さでできた圧延銅箔３１２及び上記実施形態と同様の厚さであるが形状が第１変形例と同様の半円環状の凸部３３１とで構成されている。

この下面電極部３３０の凸部３３１も上述した実施形態と同等に十分な厚さを有しているので、パルスヒータＨを加熱しながらハンダ接合部を加圧する際にパルスヒータＨが変位する際のストッパとしての役目を果たし、ハンダ接合部内のボイドＶが広がってハンダによる電極と相手側電極との接合が不十分となる虞がなくなる。

なお、各変形例の平面視半円状の切欠きは、予め基板上に形成しておいたスルーホールをプレスによって半分に打ち抜くことで形成されたものである。

以上の実施形態及び第１、第２変形例で説明したように、本発明によると、フレキシブルプリント基板の電極を別の例えば印刷回路基板やフレキシブルプリント基板に形成された電極からなる金属電極に熱加圧によりハンダ付けをする際に、下面電極は従来のフレキシブルプリント基板の下面電極に比べて十分な厚さを有し、パルスヒータの変位のストッパとしての役目を果たすので、フレキシブルプリント基板の電極と金属電極間に均一な厚さのハンダ層を形成することができる。

このようなハンダ層を形成することで、本発明による第１の効果として、本実施形態に係る櫛歯状電極の各電極とこの各電極と接合する相手側電極の間に、厚さ精度の良いハンダ層を形成でき、仮にこの両者の電極の間に介在するハンダにボイドを巻き込んでもボイドが潰されることはないので、両者の電極がハンダによって十分に接合され、ハンダ接合部の強度が向上する。

また、本発明による第２の効果として、電極に施した、パルスヒータによる電極間のハンダ接合前の状態にある予備ハンダのハンダ厚さのバラツキに関係なく、一定の厚さのハンダ層を櫛歯状電極の各電極と相手側電極の間に形成することができる。

また、本発明による第３の効果として、複数の厚さの異なる電極からなる櫛歯状電極の場合であっても、同時に１つのパルスヒータで加熱加圧して、同様に一定厚さのハンダ層を櫛歯状電極と相手側電極との間に形成できる。

また、本発明による第４の効果として、ハンダ溶け込みの変位制御が必要ないので安価なパルスヒータでハンダ接合ができる。

また、本発明による第５の効果として、銅メッキの厚さを１０μｍ以下にすれば、厚さに応じた薄いハンダ層を形成できる。

以上、説明した本願発明に係るフレキシブルプリント基板は、例えば構造物のひずみを長期間にわたって常に測定したり、荷重を測定したりするためのひずみゲージを備えたひずみ測定装置や荷重測定装置、電気部品や電子部品が高密度に実装かつオートフォーカス機能を有するデジタルカメラやビデオカメラ等の内部への配索に好適に利用できるが、必ずしもこのような利用対象物に限定されず、使用者が常に携帯し、使用者の車や電車、歩行時等の移動中に好ましくない振動や落下等の予期せぬ衝撃が加わる携帯型コンピュータや、携帯電話、その他様々な電気製品に利用可能である。

なお、本発明は、上述の実施形態及びその各変形例において示した寸法、形状、材質、各構成要素の個数に限定されるものではなく、本発明の作用を発揮し得る範囲内であれば適宜変更可能であることは言うまでもない。

具体的には、例えば絶縁層としてポリイミド層の代わりに他の絶縁材を用いても良い。また、櫛歯状電極をなす各電極の本数は３本に限定されるものではない。

また、凸部は、本実施形態及びその各変形例のように下面電極１３０、２３０、３３０のように構成しても良いが、これとは異なり、下面電極とは電気的に導通していない、つまり電気的にアイソレートされた凸部をパターン形成しても良い。

１，２，３，５ フレキシブルプリント基板
１０，２０，３０，５０ 櫛歯状電極
９０ 相手側電極
１００ 電極
１００Ａ ベース材
１１０ ポリイミド層
１１１，１１２ 圧延銅箔
１２０ 上面電極部
１２１，１３１，１４２ メッキ銅箔
１３０ 下面電極部
１３１，２３１，３３１ 凸部
１４０ スルーホール
１４１ 下側開口部
２００ 電極
２０１，２０２ 切欠き
２３０ 下面電極部
３００ 電極
３０１ 切欠き
３３０ 下面電極部
５００ 電極
５１０ ポリイミド層
５１１，５１２ 圧延銅箔
５２１，５２２，５２３ メッキ銅箔（下面電極部）
５５１ スルーホール用貫通孔
Ｈ パルスヒータ（熱加圧用ヒータ）
Ｓ１ 予備ハンダ
Ｓ２ 接合ハンダ層
Ｓ５ ハンダ接合部
Ｖ ボイド
Ｘ 接合できない領域

Claims (4)

1. 可撓性を有する絶縁層の上下面に導体が形成されたフレキシブルプリント基板において、
   前記フレキシブルプリント基板に形成された電極は、上面電極部と下面電極部からなり、前記上面電極部と下面電極部がスルーホールを介して電気的に接続されており、
   前記スルーホールの近傍に所定厚さの凸部が形成されたことを特徴とするフレキシブルプリント基板。
2. 前記上面電極部は、当該電極に対応する絶縁層の上面の全面にメッキ銅箔が施されることで形成され、前記下面電極部は、前記スルーホールの周縁部に所定厚さのメッキ銅箔が部分的に施されることで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プリント基板。
3. 前記凸部は、スルーホール周縁部に円環状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブルプリント基板。
4. 前記電極は櫛歯状をなすように複数形成されており、前記各電極にはそれぞれ前記凸部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載のフレキシブルプリント基板。

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