JP2017050360A

JP2017050360A - 導体接続構造及び実装基板

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Publication number: JP2017050360A
Application number: JP2015171443A
Authority: JP
Inventors: 大津　茂実; Shigemi Otsu; 茂実大津
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2015-08-31
Filing date: 2015-08-31
Publication date: 2017-03-09
Also published as: US10091879B2; US20170064829A1

Abstract

【課題】両面に導体が形成された実装基板を被実装基板に実装する際に、実装基板の両導体間をスルーホールを用いて接続する構成と比較して簡素な構造で導体間を接続することができる導体接続構造及び実装基板を提供する。
【解決手段】導体接続構造は、基材２１の第１の主面２１ａに形成されたグランド層２３及び基材２１の第２の主面２１ｂに形成された信号線２４を有する両面ＦＰＣ２０と、配線パターン１２が形成されたＰＷＢ基板１０と、加熱されることにより高分子材料３１中に分散していたハンダ３２が凝集してグランド層２３又は信号線２４の端部と配線パターン１２とを接続する異方導電性ペースト３０とを備え、両面ＦＰＣ２０は、グランド層２３及び信号線２４の端部のうち異方導電性ペースト３０による接続を回避する端部２３ｂ、２４ｂについては、配線パターン１２と接続する端部２３ａ、２４ａよりも基材２１の端面２０ａから離れて形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、導体接続構造及び実装基板に関する。

従来、高速信号に対応したフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuits）には、両面にＣｕ箔を張り合わせた両面ＦＰＣが用い、両面のＣｕ箔のうち片側のＣｕ箔はシールド層として用い、他方のＣｕ箔は信号層として用いられることが多い。シールド層と他方の信号層との間は、スルーホールにメッキを施して結線される（例えば、特許文献１参照）。また、シールド層又は信号線は、一般には、プリント配線板（以下「ＰＷＢ（Printed Wiring Board）基板」という。）上の導体層とハンダを用いて接続される。

一方、加熱されることにより、高分子材料中に分散していたハンダが凝集して導体間を接続する異方導電性ペーストが提案されている（例えば、特許文献２、３参照）。

特開２００２−３１５０９５号公報特開２０１４−０５６８１６号公報特開２０１４−０９６３６２号公報

本発明の目的は、両面に導体が形成された実装基板を被実装基板に実装する際に、実装基板の両導体間をスルーホールを用いて接続する構成と比較して簡素な構造で導体間を接続することができる導体接続構造及び実装基板を提供することにある。

［１］第１の主面及び第２の主面を有する絶縁材料から形成された基材、前記第１の主面に形成された第１の導体層、及び前記第２の主面に形成された第２の導体層を有する実装基板と、
前記実装基板が実装される面に第３の導体層が形成された被実装基板と、
加熱されることにより、高分子材料中に分散していた導電粒子が凝集して前記第１又は第２の導体層の端部と前記第３の導体層とを接続する異方導電性材料とを備え、
前記実装基板は、前記第１及び第２の導体層の端部のうち前記異方導電性材料による接続を回避する端部については、前記第３の導体層と接続する前記端部よりも前記基材の端面から離れて形成された導体接続構造。
［２］前記実装基板は、前記第３の導体層と接続する端部が前記第３の導体層との間の距離が８０μｍ以下となるように形成され、前記第３の導体層との接続を回避する端部が前記第３の導体層との間の距離が１００μｍ以上となるように形成された前記［１］に記載の導体接続構造。
［３］前記実装基板は、前記基材の厚さが５０μｍ以下の両面フレキシブルプリント基板である前記［１］又は［２］に記載の導体接続構造。
［４］前記実装基板は、前記第２の主面が前記被実装基板に対向して前記被実装基板に実装されるとき、前記第１の導電層がグランド層であり、前記第２の導電層が複数の配線を含む前記［１］から［３］のいずれかに記載の導体接続構造。
［５］前記実装基板の前記第１及び第２の導電層間は、スルーホールで接続されていない前記［１］から［４］のいずれかに記載の導体接続構造。
［６］実装される面に第３の導体層が形成された被実装基板に実装される基板であって、
第１の主面及び第２の主面を有する絶縁材料から形成された基材と、
前記第１の主面に形成された第１の導体層と、
前記第２の主面に形成された第２の導体層とを備え、
前記第１及び第２の導体層の端部のうち前記第３の導電層との接続を回避する端部については、前記第３の導電層と接続する前記端部よりも前記基材の端面から離れて形成された実装基板。
［７］前記第３の導体層と接続する端部は、前記第３の導体層との間の距離が８０μｍ以下となるように形成され、
前記第３の導体層との接続を回避する端部は、前記第３の導体層との間の距離が１００μｍ以上となるように形成された前記［６］に記載の実装基板。
［８］前記第１及び第２の導電層のうち、一方はグランド層であり、他方は複数の配線を含む前記［６］又は［７］に記載の実装基板。
［９］前記第１及び第２の導電層間は、スルーホールで接続されていない前記［６］から［８］のいずれかに記載の実装基板。

請求項１、６、９に係る発明によれば、両面に導体が形成された実装基板を被実装基板に実装する際に、実装基板の両導体間をスルーホールを用いて接続する構成と比較して簡素な構造で導体間を接続することができる。
請求項２、７に係る発明によれば、異方導電性材料の量や温度で制御する場合と比較して第３の導電層との接続を回避する端部と第３の導電層と接続する端部の管理が容易になる。
請求項３に係る発明によれば、実装基板として可撓性を有する基板を用いることができる。
請求項４、８に係る発明によれば、高速信号を伝送した際に発生するノイズをグランド層でシールドすることができる。
請求項５に係る発明によれば、実装基板の第１及び第２の導電層間をスルーホールを用いて接続した構成と比較して実装基板のコストを低減することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る導体接続構造の要部を示す平面図である。図２（ａ）は、加熱後の状態の図１のＡ−Ａ線断面図、図２（ｂ）は、加熱前の状態の図１のＡ−Ａ線断面図である。図３（ａ）は、加熱後の状態の図１のＢ−Ｂ線断面図、図３（ｂ）は、加熱前の状態の図１のＢ−Ｂ線断面図である。図４は、両面ＦＰＣの外観を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその背面図である。図５は、異方導電性ペーストを加熱する前の導体接続構造の要部を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図中、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付してその重複した説明を省略する。なお、図面のスケールや形状は、発明の特徴を分かり易くするために強調している部分を含んでおり、必ずしも実際の部材のスケールや形状と同一ではない。

図１は、本発明の実施の形態に係る導体接続構造の要部を示す平面図である。図２（ａ）は、加熱後の状態の図１のＡ−Ａ線断面図、図２（ｂ）は、加熱前の状態の図１のＡ−Ａ線断面図である。図３（ａ）は、加熱後の状態の図１のＢ−Ｂ線断面図、図３（ｂ）は、加熱前の状態の図１のＢ−Ｂ線断面図である。図４は、両面ＦＰＣの外観を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその背面図である。

本実施の形態に係る導体接続構造は、図１に示すように、ＰＷＢ基板１０と、ＰＷＢ基板１０に実装された両面ＦＰＣ２０と、ＰＷＢ基板１０の後述する導体層と両面ＦＰＣ２０の後述する導体層とを加熱のみでハンダ接続する異方導電性ペースト３０とを備える。ここで、ＰＷＢ基板１０は、被実装基板の一例である。両面ＦＰＣ２０は、実装基板の一例である。異方導電性ペースト３０は、異方導電性材料の一例である。

（ＰＷＢ基板の構成）
ＰＷＢ基板１０は、図２及び図３に示すように、ガラスエポキシ樹脂等の絶縁材料から形成された基材１１と、基材１１の実装される面１１ａに形成された複数の配線パターン１２とを備えたリジッド基板である。ここで、配線パターン１２は、第３の導体の一例である。なお、ＰＷＢ基板１０の代わりにフレキシブルプリント基板を用いてもよい。

各配線パターン１２の端部には、両面ＦＰＣ２と電気的に接続するためのパッド１３ａ、１３ｂが形成されている。複数のパッド１３ａ、１３ｂうち、図１において下側の端のパッド１３ｂは、他のパッド１３ａよりも短く形成されている。ここで、パッド１３ａは、第２の導体層と接続する第３の導体層の端部の一例である。パッド１３ｂは、第２の導体層との接続を回避する第３の導体層の端部の一例である。

（両面ＦＰＣの構成）
両面ＦＰＣ２０は、図２及び図３に示すように、第１の主面２１ａ及び第２の主面２１ｂを有するポリイミド等の絶縁材料から形成された基材２１と、基材２１の第１の主面２１ａ側に接着層２２を介して形成されたグランド層２３と、基材２１の第２の主面２１ｂ側に接着層２２を介して形成された複数の信号線２４と、グランド層２３及び複数の信号線２４を保護する保護層２５とを備える。ここで、グランド層２３は、第１の導体層の一例である。信号線２４は、第２の導体層の一例である。

基材２１の厚さは、フレキシブル性を確保するとともに、後述するように導体間の距離を制御することで選択的にハンダ成長部３３を形成できるようにするため、５０μｍ以下又は３０μｍ以下が好ましい。

グランド層２３は、図１及び図４（ａ）に示すように、例えば、銅箔等の金属箔から形成され、２つの端部２３ａ、２３ｂを有する。一方の端部２３ａは、両面ＦＰＣ２０の端面２０ａまで延在しており、端面２０ａとの間にギャップを設けていない。他方の端部２３ｂは、両面ＦＰＣ２０の端面２０ａとの間にギャップｇ（例えば０．１ｍｍ以上）を設けている。ここで、端部２３ａは、第３の導体層と接続する第１の導体層の端部の一例である。端部２３ｂは、第３の導体層との接続を回避する第１の導体層の端部の一例である。

複数の信号線２４は、銅箔等の金属箔から形成されており、複数の信号線２４のうち、図１及び図４（ｂ）に示すように、図１において下側の端、図４（ｂ）において上側の端の信号線２４の端部２４ｂは、両面ＦＰＣ２０の端面２０ａとの間にギャップｇ（例えば０．１ｍｍ以上）を設けている。他の信号線２４の端部２４ａは、両面ＦＰＣ２０の端面２０ａまで延在しており、端面２０ａとの間にギャップを設けていない。信号線２４の幅は、５０〜１５０μｍが好ましい。信号線２４の端部２４ａは、第３の導体層と接続する第２の導体層の端部の一例である。信号線２４の端部２４ｂは、第３の導体層との接続を回避する第２の導体層の端部の一例である。

また、両面ＦＰＣ２０は、グランド層２３と信号線２４とを接続するスルーホールを有していないものである。信号線２４は、例えば１００ＭＨｚ〜１０ＧＨｚの高速信号を伝送する。保護層２５は、例えばポリイミドフィルム等の絶縁フィルムを用いることができる。

両面ＦＰＣ２０は、例えば、次のように作製される。両面にＣｕ箔が貼り付けられたＦＬＣＣ基板を準備する。片面のＣｕ箔に対してフォトリソグラフィーでパターニングを行い、複数の信号線２４を含む回路を形成するとともに、信号線２４の端部２４ｂのハンダ接続を回避させたい領域をエッチングして端面２０ａとの間にギャップｇを設ける。次に、もう一方のＣｕ箔に対してフォトリソグラフィーでパターニングを行い、グランド層２３を形成するとともに、端部２３ｂのハンダ接続を回避させたい領域をエッチングして端面２０ａとの間にギャップｇを設ける。最後に熱圧着フイルムで保護層２５となるポリイミドフイルムを張り合わせて両面ＦＰＣ２０を作製する。

（異方導電性ペーストの構成）
異方導電性ペースト３０は、高分子材料３１に融点が例えば１８５℃以下の低温ハンダ（以下単に「ハンダ」という。）３２を分散させたものである。異方導電性ペースト３０は、加熱されることにより、高分子材料３１中に分散したハンダ３２が移動し成長（凝集ともいう。）して近くに導体があると、導体にハンダ成長部３３を形成するが、ハンダ３２が導体から一定以上の距離にあると、導体にハンダ３２が成長しない。したがって、導体間の距離を制御することで、選択的にハンダ成長部３３を形成することができる。ここで、ハンダ３２は、導電粒子の一例である。

すなわち、異方導電性ペースト３０は、ＰＷＢ基板１０上の第３の導体層の端部と両面ＦＰＣ２０上の第１又は第２の導体層の端部との間の距離が第１の値（例えば、８０μｍ又は５０μｍ）以下では、ハンダ３２が成長してハンダ成長部３３を形成することでハンダ接続することができ、第３の導体層の端部と第１又は第２の導体層の端部との間の距離が第２の値（例えば、１００μｍ又は１２０μｍ）以上になると、ハンダ３２が成長できずに絶縁される。

具体的には、図２及び図３に示すように、異方導電性ペースト３０は、ＰＷＢ基板１０側の配線パターン（第３の導体層）１２のパッド１３ａと両面ＦＰＣ２０側のグランド層（第１の導体層）２３の端部２３ａ又は信号線（第２の導体層）２４の端部２４ａとを電気的に接続する。

ここで、導体間の「距離」とは、空間距離と沿面距離の和をいう。「空間距離」は、導体間に基板が存在していない場合の直線距離である。「沿面距離」は、導体間に基板が存在している場合の基板の表面に沿った距離である。図２（ａ）において、両面ＦＰＣ２０のグランド層２３の端部２３ｂと両面ＦＰＣ２０の信号線２４の端部２４ａの場合、導体間の距離は、端部２３ｂの端面から両面ＦＰＣ２０の端面２０ａまでの距離Ｌ_１と両面ＦＰＣ２０の端面２０ａの厚さＬ_２と信号線２４の端部２４ａから両面ＦＰＣ２０の端面２０ａまでの距離（図２（ａ）の場合はゼロ）との合計の長さになる。また、図２（ａ）において、両面ＦＰＣ２０の信号線２４の端部２４ａとＰＷＢ基板１０の配線パターン１２のパッド１３ａの場合、導体間の距離は、信号線２４の端部２４ａとパッド１３ａとの隙間になる。

（ＰＷＢ基板１０への両面ＦＰＣ２０の実装方法）
次に、ＰＷＢ基板１０への両面ＦＰＣ２０の実装方法の一例について図１〜図５を参照して説明する。図５は、異方導電性ペースト３０を加熱する前の導体接続構造の要部を示す平面図である。

（加熱前）
ＰＷＢ基板１０上の所望の位置に両面ＦＰＣ２０を配置し、図５に示すように、必要な箇所に異方導電性ペースト３０を塗布する。異方導電性ペースト３０を加熱する前は、図１のＡ−Ａ線断面の箇所は、図２（ｂ）に示すように、ハンダ３２が分散した状態であるので、配線パターン１２のパッド１３ａと信号線２４の端部２４ａとは、ハンダ接合されていない。図１のＢ−Ｂ線断面の箇所は、図３（ｂ）に示すように、ハンダ３２が分散した状態であるので、配線パターン１２のパッド１３ｂとグランド層２３の端部２３ａとは、ハンダ接合されていない。

（加熱後）
異方導電性ペースト３０を加熱すると、図１のＡ−Ａ線断面の箇所は、図２（ａ）に示すように、配線パターン１２のパッド１３ａと信号線２４の端部２４ａと間の距離が第１の値以下であるので、ハンダ３２が成長してハンダ成長部３３が形成されてパッド１３ａと信号線２４の端部２４ａとがハンダ接合される。図１のＢ−Ｂ線断面の箇所は、図３（ａ）に示すように、配線パターン１２のパッド１３ｂとグランド層２３の端部２３ａとの間の距離が第１の値以下であるので、ハンダ３２が成長してハンダ成長部３３が形成されてパッド１３ｂと端部２３ａとがハンダ接合される。

一方、図２（ａ）に示すように、配線パターン１２のパッド１３ａとグランド層２３の端部２３ｂとの間の距離は、第２の値以上であるので、ハンダ３２は成長せずにパッド１３ａと端部２３ｂとはハンダ接続されない。また、図３（ａ）に示すように、配線パターンのパッド１３ｂと信号線２４の端部２４ｂとの間の距離は、第２の値以上であるので、ハンダ３２は成長せずにパッド１３ｂと信号線２４の端部２４ｂとはハンダ接続されない。

以下に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。

本発明の実施例の両面ＦＰＣ２０は、メッキ形成されたシリコンナノハイブリッド基板（荒川化学工業社製）を用いた。この両面ＦＰＣ２０は、厚さ２５μｍのポミラン（ポリイミドフィルム）からなる基材２１の両面２１ａ、２１ｂに厚さ５μｍの銅箔を形成したもので、銅箔にはエッチングなどの加工を施し、グランド層２３及び信号線２４を含む回路を形成した。次に、銅箔の上に厚さ２５μｍの粘着テープ（デクセリアルズ社製：T4103）を介して厚さ２５μｍのポリイミドフイルムの保護層２５を形成する。基材２１の厚さは３５μｍ、両面ＦＰＣ２０の総厚は１３５μｍである。差動インピーダンスを１００Ωに制御した回路の信号線２４の線幅を５５μｍに設計したところ、高速伝送性とフレキシブル性を十分に満足するＦＰＣを形成できた。

次に、ＰＷＢ基板１０と両面ＦＰＣ２０を積水化学工業株式会社製の異方導電性ペースト３０を接続させたい部分に塗布する。このとき信号線２４を形成している領域だけではなく、両面ＦＰＣ２０の両面に塗布する。その後、異方導電性ペースト３０を１５０℃で６０秒間加熱することでハンダ接続する。ＰＷＢ基板１０のパッド１３ａ、１３ｂと両面ＦＰＣ２０のグランド層２３の端部２３ａ、２３ｂ及び信号線２４の端部２４ａ、２４ｂとの間の距離が８０μｍ以下ではハンダ３２が成長することでハンダ接続でき、距離が１００μｍ以上離れると、ハンダ３２が成長できずに絶縁される。その結果、両面ＦＰＣ２０がスルーホールの無いＦＰＣにもかかわらず、その両面をＰＢＷ基板１０とハンダ接続することができることが分かった。

なお、本発明の実施の形態は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲内で種々に変形、実施が可能である。なお、両面ＦＰＣはスルーホールを有していてもよい。

また、本発明の要旨を変更しない範囲内で、上記実施の形態の構成要素の一部を省くことが可能であり、上記実施の形態のフローにおいて、ステップの追加、削除、変更、入替え等が可能である。

１０…ＰＷＢ基板、１１…基材、１１ａ…実装される面、１２…配線パターン、
１３ａ、１３ｂ…パッド、２０…両面ＦＰＣ、２０ａ…端面、２１…基材、
２１ａ…第１の主面、２１ｂ…第２の主面、２２…接着層、２３…グランド層、
２３ａ、２３ｂ…端部、２４…信号線、２４ａ、２４ｂ…端部、２５…保護層、
３０…異方導電性ペースト、３１…高分子材料、３２…ハンダ、３３…ハンダ成長部、
ｇ…ギャップ、Ｌ_１、Ｌ_２…距離

Claims

第１の主面及び第２の主面を有する絶縁材料から形成された基材、前記第１の主面に形成された第１の導体層、及び前記第２の主面に形成された第２の導体層を有する実装基板と、
前記実装基板が実装される面に第３の導体層が形成された被実装基板と、
加熱されることにより、高分子材料中に分散していた導電粒子が凝集して前記第１又は第２の導体層の端部と前記第３の導体層とを接続する異方導電性材料とを備え、
前記実装基板は、前記第１及び第２の導体層の端部のうち前記異方導電性材料による接続を回避する端部については、前記第３の導体層と接続する前記端部よりも前記基材の端面から離れて形成された導体接続構造。
前記実装基板は、前記第３の導体層と接続する端部が前記第３の導体層との間の距離が８０μｍ以下となるように形成され、前記第３の導体層との接続を回避する端部が前記第３の導体層との間の距離が１００μｍ以上となるように形成された請求項１に記載の導体接続構造。
前記実装基板は、前記基材の厚さが５０μｍ以下の両面フレキシブルプリント基板である請求項１又は２に記載の導体接続構造。
前記実装基板は、前記第２の主面が前記被実装基板に対向して前記被実装基板に実装されるとき、前記第１の導電層がグランド層であり、前記第２の導電層が複数の配線を含む請求項１から３のいずれか１項に記載の導体接続構造。
前記実装基板の前記第１及び第２の導電層間は、スルーホールで接続されていない請求項１から４のいずれか１項に記載の導体接続構造。
実装される面に第３の導体層が形成された被実装基板に実装される基板であって、
第１の主面及び第２の主面を有する絶縁材料から形成された基材と、
前記第１の主面に形成された第１の導体層と、
前記第２の主面に形成された第２の導体層とを備え、
前記第１及び第２の導体層の端部のうち前記第３の導電層との接続を回避する端部については、前記第３の導電層と接続する前記端部よりも前記基材の端面から離れて形成された実装基板。
前記第３の導体層と接続する端部は、前記第３の導体層との間の距離が８０μｍ以下となるように形成され、
前記第３の導体層との接続を回避する端部は、前記第３の導体層との間の距離が１００μｍ以上となるように形成された請求項６に記載の実装基板。
前記第１及び第２の導電層のうち、一方はグランド層であり、他方は複数の配線を含む請求項６又は７に記載の実装基板。
前記第１及び第２の導電層間は、スルーホールで接続されていない請求項６から８のいずれか１項に記載の実装基板。