JP4060806B2 - 硬質回路基板とフレキシブル基板との接続構造、接続方法及びそれを用いた回路モジュール - Google Patents
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Description
本発明は、硬質回路基板とフレキシブル基板との接続構造、接続方法及びそれを用いた回路モジュールに係り、特に光モジュール等の硬質回路基板とフレキシブル基板との接続構造に好適な硬質回路基板とフレキシブル基板との接続構造、接続方法及びそれを用いた回路モジュールに関する。
図３（a）及び図３（b）に、従来から知られている導体パターンを２枚の絶縁性の可撓性樹脂で挟み込んでいるフレキシブル基板2を硬質回路基板1に接続した接続構造を示す。図３（a）は接続後の状態を示す平面図であり、図３（b）は図３（a）のＣ−Ｃ´線断面における接続工程図を示す。
フレキシブル基板2の導体パターンの接続端子4とほぼ同一の幅と厚さの導体パターンを有する硬質回路基板1の接続端子３と、フレキシブル基板2の接続端子4とを互いに位置合わせし、重ね合わせた後、フレキシブル基板2の上から加圧加熱ツール７により熱圧着を加え、各導体パターン接続端子3-4間のはんだ付けを行う。図中の符号６は、接続時にはみ出した、はんだフィレットである。
接続に用いる、はんだ5は、硬質回路基板1の導体パターン接続端子3側、またはフレキシブル基板2の導体パターン接続端子4側に予めクリームはんだをスクリーン印刷し形成する場合や、もしくはこれら双方の接続端子3、4にそれぞれ予めはんだめっきを施しておく場合がある。
「高密度フレキシブル基板入門」沼倉研史著,日刊工業新聞社（１９９８年１２月２４日発行）
近年、光モジュールは小型化、高信頼性化、低価格化が同時に求められており、そのためには高精細ファインピッチのフレキシブル基板を用いた接続構造と容易な接続工程による量産化が必須となっている。
図３（a）及び図３（b）に示したように従来の導体パターンを絶縁性の可撓性樹脂で挟み込んでいるフレキシブル基板の接続端子と硬質回路基板の接続端子とを、はんだ接続する構造において、硬質回路基板１及びフレキシブル基板２の接続端子のいずれか一方もしくは両方にはんだめっきを形成する方法があるが、はんだめっき厚が薄過ぎる場合は、加圧加熱ツール7による上からの熱圧着により、はんだ5が硬質回路基板1の配線パターン3上にほとんどが押し出されてしまい、熱応力や機械的応力に耐え得るような十分な接続強度が得られない。
更にはんだめっきが厚過ぎる場合は、十分な接続強度が得られないばかりか硬質回路基板1の隣接する導体パターン3間に、はんだ５が押し出されショートも発生し易い。したがって、はんだめっき厚の精度が厳しくなり、コストアップの要因となってしまう。
また、はんだめっき中の吸蔵ガス量が多いと、はんだ溶融時にガスが放出され、隣接導体パターン間のショートやはんだ中にボイドとして残存し接続強度を低下させてしまうおそれがあった。
接続端子に、はんだを形成する手段としてクリームはんだをスクリーン印刷する方法もあるが、はんだ厚やはんだ印刷位置の制御を高精度に行う必要があり、高額設備の追加によるコストアップや工程追加によるスループットの低下が避けられない。また上記同様、接続強度の不足や隣接導体パターン間のショートと言った問題も発生するおそれがあった。
したがって、本発明の目的は、これら従来の問題を解決し、改良された硬質回路基板とフレキシブル基板との接続構造、接続方法及びそれを用いた回路モジュールを提供することにある。
上記目的を達成することのできる本発明の代表的な硬質回路基板とレキシブル基板との接続構造の特徴は、
所定の間隔で複数配置された第１の接続端子を有する硬質回路基板と、
前記第１の接続端子に対向して接続する第２の接続端子を端部に備えた導体パターンの前記第２の接続端子の片面上の少なくとも、はんだ接続に必要な領域を露出させて前記導体パターンの主要部を絶縁性の可撓性樹脂で挟み込んだフレキシブル基板と、
前記第１の接続端子と第２の接続端子とを電気的に接続した、はんだ層とを有する接続構造であって、
前記硬質回路基板側に面して前記フレキシブル基板に設けられた前記第２の接続端子に隣接する前記絶縁性の可撓性樹脂上の端部領域に、はんだ接続高さを規制する所定幅の帯状の絶縁支持部材を配設したことにある。
所定の間隔で複数配置された第１の接続端子を有する硬質回路基板と、
前記第１の接続端子に対向して接続する第２の接続端子を端部に備えた導体パターンの前記第２の接続端子の片面上の少なくとも、はんだ接続に必要な領域を露出させて前記導体パターンの主要部を絶縁性の可撓性樹脂で挟み込んだフレキシブル基板と、
前記第１の接続端子と第２の接続端子とを電気的に接続した、はんだ層とを有する接続構造であって、
前記硬質回路基板側に面して前記フレキシブル基板に設けられた前記第２の接続端子に隣接する前記絶縁性の可撓性樹脂上の端部領域に、はんだ接続高さを規制する所定幅の帯状の絶縁支持部材を配設したことにある。
そして好ましくは上記接続構造において、前記絶縁支持部材の厚さをｔ１、前記フレキシブル基板の導体パターンを挟み込んでいる硬質回路基板側に面した絶縁性の可撓性樹脂の厚さをｔ２、前記第１の接続端子もしくは第２の接続端子に形成された、はんだ厚をｔ０としたとき、これら厚さの関係を、ｔ１＋ｔ２≧ｔ０としたことを特徴とする。
また、上記接続構造を得るための本発明の代表的な硬質回路基板とレキシブル基板との接続方法の特徴は、
所定の間隔で複数配置された第１の接続端子を有する硬質回路基板を準備する工程と、
前記第１の接続端子に対向して接続する第２の接続端子を端部に備えた導体パターンの前記第２の接続端子の片面上の少なくとも、はんだ接続に必要な領域を露出させて前記導体パターンの主要部を絶縁性の可撓性樹脂で挟み込んだフレキシブル基板を準備する工程と、
前記第１の接続端子及び第２の接続端子の少なくとも一方に、はんだ層を形成する工程と、
前記第１の接続端子及び第２の接続端子同士を位置合わせし、少なくともはんだ溶融温度以上の加熱状態で前記接続端子同士を熱圧着する工程とを有する硬質回路基板とフレキシブル基板との接続方法において、
前記フレキシブル基板を準備する工程においては、前記硬質回路基板側に面してフレキシブル基板の端部に設けられた前記第２の接続端子に隣接する前記絶縁性の可撓性樹脂の端部領域上に、はんだ接続高さを規制する絶縁支持部材を所定幅の帯状に形成する工程を有することにある。
所定の間隔で複数配置された第１の接続端子を有する硬質回路基板を準備する工程と、
前記第１の接続端子に対向して接続する第２の接続端子を端部に備えた導体パターンの前記第２の接続端子の片面上の少なくとも、はんだ接続に必要な領域を露出させて前記導体パターンの主要部を絶縁性の可撓性樹脂で挟み込んだフレキシブル基板を準備する工程と、
前記第１の接続端子及び第２の接続端子の少なくとも一方に、はんだ層を形成する工程と、
前記第１の接続端子及び第２の接続端子同士を位置合わせし、少なくともはんだ溶融温度以上の加熱状態で前記接続端子同士を熱圧着する工程とを有する硬質回路基板とフレキシブル基板との接続方法において、
前記フレキシブル基板を準備する工程においては、前記硬質回路基板側に面してフレキシブル基板の端部に設けられた前記第２の接続端子に隣接する前記絶縁性の可撓性樹脂の端部領域上に、はんだ接続高さを規制する絶縁支持部材を所定幅の帯状に形成する工程を有することにある。
そして好ましくは上記接続方法において、前記絶縁支持部材の厚さをｔ１、前記フレキシブル基板の導体パターンを挟み込んでいる硬質回路基板側に面した絶縁性の可撓性樹脂の厚さをｔ２、前記第１の接続端子及び第２の接続端子の少なくとも一方に形成された、はんだ厚をｔ０としたとき、これら厚さの関係を、ｔ１＋ｔ２≧ｔ０として形成することを特徴とする。
上記目的を達成することのできる本発明の他の接続構造の特徴は、
所定の間隔で複数配置された第１の接続端子を有する硬質回路基板と、
前記第１の接続端子に対向して接続する第２の接続端子を端部に備えた導体パターンの前記第２の接続端子の片面上の少なくとも、はんだ接続に必要な領域を露出させて前記導体パターンの主要部を絶縁性の可撓性樹脂で挟み込んだフレキシブル基板と、
前記第１の接続端子と第２の接続端子とを電気的に接続した、はんだ層とを有する接続構造であって、
前記硬質回路基板の第１の接続端子面に対向するフレキシブル基板上の少なくとも前記第２の接続端子間に、はんだ接続高さを規制する絶縁支持部材を配設したことにある。
所定の間隔で複数配置された第１の接続端子を有する硬質回路基板と、
前記第１の接続端子に対向して接続する第２の接続端子を端部に備えた導体パターンの前記第２の接続端子の片面上の少なくとも、はんだ接続に必要な領域を露出させて前記導体パターンの主要部を絶縁性の可撓性樹脂で挟み込んだフレキシブル基板と、
前記第１の接続端子と第２の接続端子とを電気的に接続した、はんだ層とを有する接続構造であって、
前記硬質回路基板の第１の接続端子面に対向するフレキシブル基板上の少なくとも前記第２の接続端子間に、はんだ接続高さを規制する絶縁支持部材を配設したことにある。
そして好ましくは上記接続構造において、前記絶縁支持部材の厚さをｔ１、前記フレキシブル基板の導体パターンを挟み込んでいる硬質回路基板側に面した絶縁性の可撓性樹脂の厚さをｔ２、前記第１の接続端子もしくは第２の接続端子に形成された、はんだ厚をｔ０、第１の接続端子の厚さをｔ３としたとき、これら厚さの関係を、ｔ１＋ｔ２＋ｔ３≧ｔ０としたことを特徴とする。
また、上記接続構造を得るための本発明の接続方法の特徴は、
所定の間隔で複数配置された第１の接続端子を有する硬質回路基板を準備する工程と、
前記第１の接続端子に対向して接続する第２の接続端子を端部に備えた導体パターンの前記第２の接続端子の片面上の少なくとも、はんだ接続に必要な領域を露出させて前記導体パターンの主要部を絶縁性の可撓性樹脂で挟み込んだフレキシブル基板を準備する工程と、
前記第１の接続端子及び第２の接続端子の少なくとも一方に、はんだ層を形成する工程と、
前記第１の接続端子及び第２の接続端子同士を位置合わせし、少なくともはんだ溶融温度以上の加熱状態で前記接続端子同士を熱圧着する工程とを有する硬質回路基板とフレキシブル基板との接続方法において、
前記フレキシブル基板を準備する工程においては、隣接する前記第２の接続端子間に、はんだ接続高さを規制する絶縁支持部材を形成する工程を有することにある。
所定の間隔で複数配置された第１の接続端子を有する硬質回路基板を準備する工程と、
前記第１の接続端子に対向して接続する第２の接続端子を端部に備えた導体パターンの前記第２の接続端子の片面上の少なくとも、はんだ接続に必要な領域を露出させて前記導体パターンの主要部を絶縁性の可撓性樹脂で挟み込んだフレキシブル基板を準備する工程と、
前記第１の接続端子及び第２の接続端子の少なくとも一方に、はんだ層を形成する工程と、
前記第１の接続端子及び第２の接続端子同士を位置合わせし、少なくともはんだ溶融温度以上の加熱状態で前記接続端子同士を熱圧着する工程とを有する硬質回路基板とフレキシブル基板との接続方法において、
前記フレキシブル基板を準備する工程においては、隣接する前記第２の接続端子間に、はんだ接続高さを規制する絶縁支持部材を形成する工程を有することにある。
そして好ましくは上記接続方法において、前記絶縁支持部材の厚さをｔ１、前記フレキシブル基板の導体パターンを挟み込んでいる硬質回路基板側に面した絶縁性の可撓性樹脂の厚さをｔ２、前記第１の接続端子及び第２の接続端子の少なくとも一方に形成された、はんだ厚をｔ０、第２の接続端子の厚さをｔ３としたとき、これら厚さの関係を、ｔ１＋ｔ２＋ｔ３≧ｔ０として形成することを特徴とする。
なお、上記接続方法の接続端子同士を熱圧着する工程においては、支持部材を押し潰すことなく熱圧着が行えるように加圧加熱ツールの圧力を調整することが望ましい。例えば、支持部材の硬度（鉛筆硬度で）２H以上で、加圧力２０ニュートン(N)以下の条件が望ましい。
また、予め接続端子に形成した、はんだめっきの厚さと、はんだの吸蔵ガス量とを適正に制御することも重要である。はんだは、薄過ぎても厚過ぎても接続強度が低下し、また、はんだめっき中の吸蔵ガス量が多いと、はんだ溶融時にガスが放出して隣接する導体パターン間の短絡や、はんだ中にボイドとして残留し、接続強度を低下させる原因となる。
図４に、はんだめっきの吸蔵ガス量と接続構造の品質（良品率：％表示）との関係を示した。また、図５には、はんだめっき厚さ(μｍ表示)と、はんだ中の吸蔵ガス量（ｗｔ％表示）との関係を示した。これらの図から、実用的に好ましい、はんだめっき厚は２０〜４０μｍであり、吸蔵ガス量０．１５％以下であことがわかる。吸蔵ガス量が０．１５％を超えると、はんだ不良が急激に発生してくる。
上記支持部材としては、ソルダーレジストが好ましいが、はんだ接続時の温度に耐え得る絶縁樹脂であればその他の樹脂、例えばポリイミド樹脂、エポキシ系樹脂などでもよい。
また、支持部材の下地としてフレキシブル基板の接続端子と同様の導体パターン、ただし、電気的に中立で犠牲電極パターン、もしくはダミー電極と称するものを設け、その上にソルダーレジストを形成して、所望の接続高さを確保するようにしてもよい。この場合の上記はんだ接続高さを規制する支持部材の実質的な厚さは、下地となる犠牲電極パターンの厚さと、その上に形成されるソルダーレジスト等の支持部材の厚さの和で表わされる。
接続端子を含む導体パターンとしては、周知の配線材として使用されている例えば、銅、アルミニウム、あるいはこれらの合金などが用いられる。
本発明を、例えばファインピッチのフレキシブル基板の接続構造を用いた光モジュールへ適用すれば信頼性の高い光モジュールが実現できる。また、本発明のフレキシブル基板の接続構造及び接続方法は、光モジュール以外のその他ファインピッチの接続を要する一般の電子・電気部品への適用も可能であることは言うまでもない。
本発明による硬質回路基板とフレキシブル基板の接続構造を用いると、フレキシブル基板の絶縁性の可撓性樹脂上に付与された支持部材により、所望とする、はんだ接続高さが確保出来るようになり、信頼性の高い接続強度を得ることができ、更に、隣接する接続端子（導体パターン端部）方向に押し出される、はんだが低減されるため、隣接する接続端子間のショートも低減できる。なお、フレキシブル基板製造側でも支持部材は例えばソルダーレジスとを用いることにより、特別な製造工法は必要ないため、負担の無いフレキシブル基板製造が可能である。
また、はんだ接続部が小面積でファインピッチの場合でも、はんだめっき中の吸蔵ガス量を制御することにより、硬質回路基板とフレキシブル基板の接合金属中のボイドが減少するため接続強度が向上し、且つ、はんだ溶融時に生じるガス放出による隣接する接続端子の端部方向へのはんだ伸びが低減されショートが防止でき良品率が向上する。
したがって、硬質回路基板とフレキシブル基板の省スペースでファインピッチの多端子はんだ接続において、硬質回路基板もしくはフレキシブル基板の電極端子のいずれか一方もしくは両方に形成した、はんだめっきのみを接合金属として用いる接続工法が可能となるため、はんだ印刷等の工程を追加することなく高スループットで低コストの生産が可能となる。
また、支持部材を押し潰さないように加圧力を制御して熱圧着を行うことにより、はんだ接続高さが確保できるため、上記同様の効果が得られる。したがって、本発明を、例えば光モジュールに適用すれば、従来品より小型化、高信頼性化、低コスト化を実現した光モジュールを提供することが可能となる。
以下、図面を用いて、本発明の実施例を具体的に説明する。
＜実施例１＞
図1Aは、硬質回路基板１の接続端子３に、フレキシブル基板２の接続端子４を、はんだ層５で接続した本発明の接続構造の一例を示した平面図、図１Bは接続工程断面図である。
図1Aは、硬質回路基板１の接続端子３に、フレキシブル基板２の接続端子４を、はんだ層５で接続した本発明の接続構造の一例を示した平面図、図１Bは接続工程断面図である。
図中の符号1は、厚さ0.5〜2mmの硬質回路基板であり、３はこの硬質回路基板の所定個所に幅約0.2〜1mm、長さ1.5〜2ｍｍ、ピッチ0.5〜1ｍｍのほぼ等間隔に複数個設けられた本発明の第１の接続端子に相当する接続端子（電極）である。
図中の符号2は、導体パターンを厚さ20〜60μmの絶縁性の可撓性樹脂で挟み込んだフレキシブル基板であり、4は本発明の第２の接続端子に相当する導体パターンの端部を示しており、上記硬質回路基板１に設けられた接続端子３と略同一幅（約0.2〜1mm）、同一ピッチ、厚さ30〜40μmの、フレキシブル基板の屈曲性や導電性に優れた圧延銅製の導体パターンである。
この接続端子４が設けられたフレキシブル基板の端部領域に限り上記可撓性樹脂の片側が除去されて接続端子４の少なくとも、はんだ接続に必要な領域が露出し、はんだ層５で硬質回路基板１の接続端子３に接続されている。
このはんだ層5は、フレキシブル基板２の接続端子４上に予め形成した、はんだめっきが溶融固化した、はんだであり、6は、はんだフィレット、7は加圧加熱ツール、8は絶縁支持部材となる厚さ10〜20μm程度のソルダーレジストである。
このソルダーレジスト８は、図１Cの斜視図に示すように、フレキシブル基板の接続端子４に隣接して、硬質回路基板側に面した可撓性樹脂２ｂ上に、その端部から僅かに離して帯状に形成されている。
なお、図４は、フレキシブル基板２の接続端子４に予め形成した、はんだめっき中の吸蔵ガス量と、はんだ接続後における接続構造の歩留りをテストした結果を示したものである。この図から明らかなように、はんだめっき中の吸蔵ガス量が増加すると硬質回路基板とフレキシブル基板の接続部のオープンや隣接する接続端子間のショート等の不良が発生し、良品率が低下するため、本実施例の、はんだ５は、はんだめっき中の吸蔵ガス量が少ない、はんだめっき液を選定し膜付けしたものである。
また、図５のようにはんだめっき厚が厚くなると吸蔵ガス量も増加するため、はんだめっき厚も適正に制御している。
ここで、図１A及び図１Bに示した接続構造の製造工程について説明する。
まず、図1Ｃに示したフレキシブル基板２の接続端子４上に、はんだめっき５を形成すると共に、接続端子４に隣接した可撓性樹脂２ｂ上に絶縁支持部材としてソルダーレジスト８を予め形成しておく。ソルダーレジスト８は、幅１ｍｍの帯状のパターンを接続端子４が並列している方向に基板２の幅いっぱいに設けられている。
まず、図1Ｃに示したフレキシブル基板２の接続端子４上に、はんだめっき５を形成すると共に、接続端子４に隣接した可撓性樹脂２ｂ上に絶縁支持部材としてソルダーレジスト８を予め形成しておく。ソルダーレジスト８は、幅１ｍｍの帯状のパターンを接続端子４が並列している方向に基板２の幅いっぱいに設けられている。
次に硬質回路基板1の接続端子３と、フレキシブル基板２の接続端子４との位置合わせと、はんだ接続を行う。図１Ａ及び図１Bに示すように硬質回路基板1の接続端子3とフレキシブル基板2の接続端子4とを予備加熱しながら重ね合わせる。接続される接続端子のX方向の重ね合わせ幅は約0.5〜1mm程度であり、各基板における接続端子間のスペースは約0.2mm程度である。
このとき接続に用いられる、はんだ５はフレキシブル基板2の接続端子4上にあらかじめ施した、はんだめっき中の吸蔵ガス量が少なくなるよう図４及び図５より選定した、はんだめっき厚20〜40μmのはんだめっきである。また、はんだ濡れ性を向上するために適当なフラックスを、はんだ接続部に塗布しておく。
次に図1Bに示すように、加圧力及び温度が制御されている加圧過熱ツール7をフレキシブル基板2に支持部材となるソルダーレジスト8を押し潰さないように加圧力約5〜20ニュートン（N）で押し当て、加圧加熱ツール7からフレキシブル基板2を通して数秒間加熱されて、はんだ5が溶融固化し、各接続端子を一度に、はんだ接合する。
このようにして、はんだ接続を行うことによりソルダーレジスト8が支えとなり、対向する接続端子３−４間の、はんだ接続高さの確保が可能となり、且つ、はんだめっき中の吸蔵ガス量が抑えられているため、はんだ中のボイドも低減され、熱応力や機械的応力に十分耐え得る高信頼性のはんだ接続が得られる。
また、支持部材のソルダーレジスト8により、はんだ5が押し潰されて接続端子3間へ押し出される量が低減され、且つ、はんだめっき中の吸蔵ガス量が抑えられているため、はんだめっき溶融時に放出するガスによる接続端子3間への、はんだの伸びが無くなり、更に、硬質回路基板1の接続端子3上に適度に、はんだが押し出されて、はんだフィレット6が形成されるため、隣接する接続端子間のショートが防止でき良品率が向上する。なお、形成された、はんだフィレット6は、はんだ接続の良否確認を目視で容易に行うことを可能にしている。
接続端子に、はんだめっきするに際しては、はんだ中に吸蔵されるガス量が、はんだ接続の品質に影響するので、吸蔵ガス量を適切に制御するが重要である。吸蔵ガス量が０．１５ｗt％を超えると、はんだ接続不良が発生するので、この範囲を超えないようにしたい。はんだめっき液が、例えば硼弗化浴の場合、電流密度を２Ａ／ｄｍ２に以下で、メッキすることが望ましい。また、有機酸浴では、目標の厚さの半分程度まで０．５〜１Ａ／ｄｍ２で、めっきし、残り半分を２Ａ／ｄｍ２程度で、めっきすることで、加熱初期段階で吸蔵ガスを溶融放出させてしまう、めっき構造とするやり方が望ましい。
なお、フレキシブル基板２を、図１Aに示した構造のものの代わりに、図１Dに示した構造のものを用いて、上記実施例と同様にして硬質回路基板１に接続した。この場合も、上記実施例と同様に高歩留りで品質の良好な接続構造が得られた。
図１Dに示したフレキシブル基板２の特徴は、接続端子４間に支持部材８となるソルダーレジスト８のパターンが設けられている。この場合、支持部材８の厚さをｔ１、フレキシブル基板２の硬質回路基板側に面した樹脂の厚さをｔ２、硬質回路基板の接続端子３の厚さ（接続端子４の厚さと略同じ）をｔ３、はんだ厚さをｔ０としたとき、これらそれぞれの厚さの関係は、ｔ１＋ｔ２＋ｔ３≧ｔ０
を満足する条件とすることである。
を満足する条件とすることである。
支持部材８となるソルダーレジスト８のパターンは、図示のように、その一部が接続時にフレキシブル基板２の硬質回路基板側に面する樹脂上を覆うことはよいが、接続端子４上を覆わないように形成することである。
＜実施例２＞
図2A〜図２Cを用いて本発明の他の実施例となる硬質回路基板とフレキシブル基板のはんだ接続部の接続構造及び接続工法を説明する。図2Aは平面図を、図２Bは図２Aの線B-B´の断面図を示す。図２Cは、フレキシブル基板２の斜視図を示す。
＜実施例２＞
図2A〜図２Cを用いて本発明の他の実施例となる硬質回路基板とフレキシブル基板のはんだ接続部の接続構造及び接続工法を説明する。図2Aは平面図を、図２Bは図２Aの線B-B´の断面図を示す。図２Cは、フレキシブル基板２の斜視図を示す。
先ず、図２A及び図２Bにより、接続工程と共に接続構造を説明する。同図の符号1は硬質回路基板、２はフレキシブル基板、3は約0.3mm幅の硬質回路基板の接続端子、4は約0.3mm幅のフレキシブル基板の屈曲性や導電性に優れた圧延銅からなる接続端子、5はフレキシブル基板の電極となる接続端子４上に形成した、はんだめっきが溶融固化したはんだであり、6ははんだフィレット、7は加圧加熱ツール、8は厚さ20〜30μm程度のソルダーレジスト、14はソルダーレジスト８の下地であり接続端子４と同じ銅板からなり、これらソルダーレジスト８と下地14との厚さの和が、はんだ接続高さを規制する支持部材の厚さとなる。
以下、接続工程について説明する。まず、図2Aのように硬質回路基板1の接続端子3とフレキシブル基板2の接続端子4を予備加熱しながら重ね合わせる。接続される接続端子３及び４のX方向の重ね合わせ幅は約0.5〜1mm程度であり、各接続端子間のスペースは約0.2mm程度である。このとき接続に用いられる、はんだはフレキシブル基板2の接続端子4上に予め施した、はんだめっき中の吸蔵ガス量が少なくなるよう、実施例１と同様に図４及び図５より選定した、はんだめっき厚20〜40μmのはんだめっきである。また、はんだ濡れ性を向上するために適当なフラックスをはんだ接続部に塗布しておく。
次に図2Bに示すように、加圧力及び温度が制御されている加圧過熱ツール7をフレキシブル基板2の支持部材となるソルダーレジスト8を押し潰さないように加圧力約5〜20ニュートン（N）で押し当て、加圧加熱ツール7からフレキシブル基板2を通して数秒間加熱されて、はんだ5が溶融固化し、各接続端子を一度に、はんだ接合する。このようにしてはんだ接続を行うことによりソルダーレジスト8と下地14とが支えとなり、はんだ接続高さの確保が可能となる。
また、はんだめっき中の吸蔵ガス量が抑えられているため、はんだ中のボイドも低減され、熱応力や機械的応力に十分耐え得る高信頼性のはんだ接続が得られる。
また、支持部材のソルダーレジスト8と下地14とにより、はんだ5が押し潰されて接続端子3間へ押し出される量が低減され、且つ、はんだめっき中の吸蔵ガス量が抑えられているため、はんだめっき溶融時に放出するガスによる接続端子3間への、はんだの伸びが無くなり、更に、硬質回路基板1の接続端子3上に適度にはんだが押し出されて、はんだフィレット6が形成されるため、隣接する接続端子3間のショートが防止出来る。なお、形成された、はんだフィレット6は、はんだ接続の良否確認を目視で容易に行うことを可能にしている。
＜実施例３＞
図６は光モジュールの平面図を示しており、実施例１及び２で説明した本発明のフレキシブル基板の接続構造及び接続工法を用いた伝送速度10Gbpsの光モジュールの構造を示している。この実施例の光モジュールの構造について概略説明すると、光モジュールの主要部は、レーザダイオードモジュール11を搭載したプリント基板10と、光コネクタ12に接続されるフォトダイオード９と、フォトダイオード９とプリント基板10の接続端子間を電気的に接続するフレキシブル基板２とから構成され、これらがアルミケース13内に収納されている。
＜実施例３＞
図６は光モジュールの平面図を示しており、実施例１及び２で説明した本発明のフレキシブル基板の接続構造及び接続工法を用いた伝送速度10Gbpsの光モジュールの構造を示している。この実施例の光モジュールの構造について概略説明すると、光モジュールの主要部は、レーザダイオードモジュール11を搭載したプリント基板10と、光コネクタ12に接続されるフォトダイオード９と、フォトダイオード９とプリント基板10の接続端子間を電気的に接続するフレキシブル基板２とから構成され、これらがアルミケース13内に収納されている。
同図の符号との関係をさらに詳述すると、２はフレキシブル基板、9はPDM(Photo Diode Module)、10はプリント基板、11はLDM(Laser Diode Module)、12は光コネクタ、13は大きさ約120×35mmのアルミケースである。
PDM9、プリント基板10、LDM11及び光コネクタ12は、アルミケース13に固定されており、PDM9とプリント基板10とはフレキシブル基板2によって電気的に接続されており、LDM11とPDM9はそれぞれ、光コネクタ12を介して光信号の送信と受信を行う。
従来、PDM9とプリント基板10のような構造部品を電気的に接続する場合、PDMにろう付けされた金属リードとプリント基板をはんだ接続している。
しかし、近年の小型化、高信頼性化により、金属リード及びその接続面積が狭小化しているため、はんだ接続部に応力が集中する構造になっていた。そのため、長期信頼性の確保が困難になってきており、最悪の場合断線に至る虞があった。そこで、PDM9とプリント基板10の電気的接続を本発明のフレキシブル基板2と接続工法を用いることにより、小型化、高周波伝搬特性と長期信頼性の確保全てを満たす光モジュールが可能になった。
１…硬質回路基板、
２…導体パターンを絶縁性の可撓性樹脂で挟み込んだフレキシブル基板、
３…硬質回路基板の接続端子（第１の接続端子）、
４…フレキシブル基板の接続端子（第２の接続端子）、
５…はんだ、
６…はんだフィレット、
７…加圧加熱、
８…ソルダーレジスト（絶縁支持部材）、
９…PDM、
10…プリント基板、
11…LDM、
12…光コネクタ、
13…アルミケース、
14…絶縁支持部となるソルダーレジストの下地。
２…導体パターンを絶縁性の可撓性樹脂で挟み込んだフレキシブル基板、
３…硬質回路基板の接続端子（第１の接続端子）、
４…フレキシブル基板の接続端子（第２の接続端子）、
５…はんだ、
６…はんだフィレット、
７…加圧加熱、
８…ソルダーレジスト（絶縁支持部材）、
９…PDM、
10…プリント基板、
11…LDM、
12…光コネクタ、
13…アルミケース、
14…絶縁支持部となるソルダーレジストの下地。
Claims (4)
- 所定の間隔で複数配置された第１の接続端子を有する硬質回路基板を準備する工程と、
前記第１の接続端子に対向して接続する第２の接続端子を端部に備えた導体パターンの前記第２の接続端子の片面上の少なくとも、はんだ接続に必要な領域を露出させて前記導体パターンの主要部を絶縁性の可撓性樹脂で挟み込んだフレキシブル基板を準備する工程と、
前記第１の接続端子及び第２の接続端子の少なくとも一方に、はんだ層を形成する工程と、
前記第１の接続端子及び第２の接続端子同士を位置合わせし、少なくともはんだ溶融温度以上の加熱状態で前記接続端子同士を熱圧着する工程とを有する硬質回路基板とフレキシブル基板との接続方法において、
前記はんだ層の形成を、めっき工程で行い、はんだめっき厚さｔ０を２０〜４０μｍとし、前記はんだめっき中に、はんだ溶融時に噴出する吸蔵ガス量が０．１５ｗｔ％以下となるように制御して形成した前記はんだめっきで前記接続端子同士を接合させ、
前記フレキシブル基板を準備する工程においては、前記硬質回路基板側に面してフレキシブル基板の端部に設けられた前記第２の接続端子に隣接する前記絶縁性の可撓性樹脂の端部領域上に、はんだ接続高さを規制する絶縁支持部材を所定幅の帯状に形成する工程を有することを特徴とする硬質回路基板とフレキシブル基板との接続方法。 - 前記絶縁支持部材の厚さをｔ１、前記フレキシブル基板の導体パターンを挟み込んでいる硬質回路基板側に面した絶縁性の可撓性樹脂の厚さをｔ２、前記第１の接続端子及び第２の接続端子の少なくとも一方に形成された、はんだ厚をｔ０としたとき、これら厚さの関係を、ｔ１＋ｔ２≧ｔ０として形成することを特徴とする請求項１記載の硬質回路基板とフレキシブル基板との接続方法。
- 所定の間隔で複数配置された第１の接続端子を有する硬質回路基板を準備する工程と、
前記第１の接続端子に対向して接続する第２の接続端子を端部に備えた導体パターンの前記第２の接続端子の片面上の少なくとも、はんだ接続に必要な領域を露出させて前記導体パターンの主要部を絶縁性の可撓性樹脂で挟み込んだフレキシブル基板を準備する工程と、
前記第１の接続端子及び第２の接続端子の少なくとも一方に、はんだ層を形成する工程と、
前記第１の接続端子及び第２の接続端子同士を位置合わせし、少なくともはんだ溶融温度以上の加熱状態で前記接続端子同士を熱圧着する工程とを有する硬質回路基板とフレキシブル基板との接続方法において、
前記はんだ層の形成を、めっき工程で行い、はんだめっき厚さｔ０を２０〜４０μｍとし、前記はんだめっき中に、はんだ溶融時に噴出する吸蔵ガス量が０．１５ｗｔ％以下となるように制御して形成した前記はんだめっきで前記接続端子同士を接合させ、
前記フレキシブル基板を準備する工程においては、隣接する前記第２の接続端子間に、はんだ接続高さを規制する絶縁支持部材を形成する工程を有することを特徴とする硬質回路基板とフレキシブル基板との接続方法。 - 前記絶縁支持部材の厚さをｔ１、前記フレキシブル基板の導体パターンを挟み込んでいる硬質回路基板側に面した絶縁性の可撓性樹脂の厚さをｔ２、前記第１の接続端子及び第２の接続端子の少なくとも一方に形成された、はんだ厚をｔ０、第２の接続端子の厚さをｔ３としたとき、これら厚さの関係を、ｔ１＋ｔ２＋ｔ３≧ｔ０として形成することを特徴とする請求項３記載の硬質回路基板とフレキシブル基板との接続方法。
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