JP4117851B2 - プリント配線板の接続方法および接続装置 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも一方をフレキシブルプリント配線板としたプリント配線板の接続方法と、この方法の実施に直接使用する接続装置とに関するものである。

電子機器では、部品実装性が要求される個所にはリジッドプリント配線板が用いられ、屈曲性が要求される個所にはフレキシブルプリント配線板が用いられている。当然このリジッドプリント配線板とフレキシブルプリント配線板は接続する必要があるが、一般的にはコネクタを介して間接的に接続する方法や、はんだコートされた接続端子間を抵抗溶接法などによってはんだ付けし直接接続する方法が採用されていた。

ところが近年の電子機器の高密度化、高速化の進行により、コネクタによる接続方法は使用されなくなった。一方はんだ付けによる方法は高密度化においても工夫を重ねることで使用されていたが、はんだのはみ出しが問題となっており、微細ピッチ化が進展するのに伴って、隣接端子との短絡の問題が頻発するようになってきた。

この問題を解決するために、端子間ピッチが概ね３００μｍ以下の微細接続に対して、異方性導電フィルムを用いる方法が従来より用いられている。この方法は、熱硬化性樹脂フィルム中に導電粒子を均一に分散させ、これを両プリント配線板の接続端子間に挟み込み熱圧着することで導電粒子の弾性接触による凝着現象によって電気的な導通をとり、同時に熱硬化性樹脂を硬化させることで半永久的な接続を維持する方法である。

しかし、この方法では粒径３〜１０μｍ程度の導電粒子の弾性接触（樹脂の圧縮応力と導電粒子の復元力によるメカニカルなコンタクト）を用いて導通を確保しているため、導電路が狭くなり、あまり大きな電流を流すことはできないという問題があった。また、導電粒子を均一に分散させた樹脂フィルムが高価であるため、液晶パネルなどの付加価値の高い限定的な分野にしか適用できないという問題もあった。

一方、異方性導電フィルムを用いる方法の代わりに、半導体チップをプリント配線板にフリップチップ実装する手法の一つである超音波接合方法を用いることも行われている。この方法は接合する接続端子のいずれか一方に金バンプを形成しておき、この金バンプが超音波接合により両プリント配線板の接続端子間を金属接合することで接続を実現する方法である。しかし、この超音波接合方法は金バンプを形成しなければならないのでコスト面やプリント配線板の製造工程が複雑になるなどの問題がある。

この問題を解決するために、熱硬化性樹脂の塑性流動（Bingham流動）を利用して導体同士を樹脂中で接触させる方法が提案されている。この方法では、フレキシブルプリント配線板の接続端子に対して金型を押し当て、接続端子に周期的な凹凸を形成し、その上を熱硬化を完了した熱硬化性樹脂で被覆する。このような加工を施したフレキシブルプリント配線板を第２のプリント配線板の上に位置合わせし、加熱しつつ加圧して接続を行うものである（非特許文献１参照）。
川手恒一郎、「非導電性フィルムを用いたＦＰＣ接続技術」、第１３回マイクロエレクトロニクスシンポジウム論文集、２００３年１０月、３３２ページ〜３３５ページ

この方法では、重ねた接続端子の部分を加圧し、熱硬化済の樹脂に降伏値を越える応力を加えると、硬化済樹脂は軟化して流動性を示すビンガム塑性体（Bingham plastic）として挙動する。塑性流動化した樹脂は、凹凸加工した接続端子表面の凹部に排出され、接続端子は凸部表面で互いに接触する。この状態で加熱し、接続端子接合部を再結晶温度または共晶温度まで上げて固相拡散接合を行なわせ、同時に樹脂を再硬化させるというものである。

この樹脂の塑性流動（Bingham流動）を利用した方法では、異方性導電フィルムにおける導電粒子の接触に比べて導電路が広く確保できるので電気的な性能は向上する。しかし、この方法では、プリント配線板の接続端子部分に微小凹凸を形成する加工コストが必要となるので、幅広い分野には適用するのが困難であるという問題がある。

またこの方法では、重ねた接続端子を加圧したままの状態で端子接合部を加熱して拡散接合すると共に樹脂を硬化させるため接合時間が長くなり、処理能率が悪く装置の稼働率が低下するという問題がある。さらに使用する樹脂は、加圧荷重と粘性との関係が適切になるものを選択すると共に、端子接続部の再結晶温度や共晶温度よりも相当高い温度（２００℃〜２３５℃）で硬化する特別な樹脂を用いる必要が生じ、樹脂の選定自由度が小さい、という問題もある。

本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、異方性導電フィルムを用いる場合に比べて流せる電流を大きくすることができ、特殊で高価なフィルムを用いたり超音波接合方法のように金バンプを形成する必要がなく、低コスト化により使用分野を広げることができるプリント配線板の接続方法を提供することを目的とする。
また本発明は、前記非特許文献１の方法に比べて使用する樹脂の選定自由度が大きく接合時間を短縮して処理能率を上げ装置の稼働率を高めることができるプリント配線板の接続方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明はこの方法の実施に直接使用するプリント配線板の接続装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、この目的は、少なくとも一方の配線板をフレキシブルプリント配線板とした２枚のプリント配線板の接続端子を長手方向に互いに重ねて接続するプリント配線板の接続方法において、以下の工程ａ）〜ｃ）を備えることを特徴とするプリント配線板の接続方法により達成される：
ａ）第１のプリント配線板と、第１のプリント配線板の１つの接続端子に対してそれぞれその長手方向に間隔を置いて分離した複数箇所からなる接合部で重なるように接続端子が形成された第２のプリント配線板とを用意し；
ｂ）前記第１および第２のプリント配線板のそれぞれの接続端子を、その間に接着用樹脂を挟んで、複数箇所で重ね；
ｃ）前記接着用樹脂が未硬化の状態で超音波振動を加えつつ両プリント配線板を接合面の微小凹凸を塑性変形させる圧力で加圧し接合部を溶融させないで固相のまま前記それぞれの接続端子を複数箇所で固相金属間接合する。

また本発明によればこの目的は、少なくとも一方の配線板をフレキシブルプリント配線板とした２枚のプリント配線板の接続端子を長手方向に互いに重ねて接続するプリント配線板の接続装置において：
第１のプリント配線板の第１接続端子と、第１接続端子の１つに対してそれぞれその長手方向に間隔を置いて分離した複数箇所からなる接合部で重なるように第２接続端子が形成された第２のプリント配線板の第２接続端子とをその間に接着用樹脂を挟んで重ねた両接続端子の接合部を上方から加圧する加圧手段と；
両接続端子の接合部に超音波振動を加える加振手段と；
加圧手段と加振手段とを同時に作動させ、接着用樹脂が未硬化の状態下で両接続端子を接合面の微小凹凸を塑性変形させる圧力で加圧しながら超音波振動を加え接合部を溶融させないで固相のまま前記それぞれの接続端子を複数箇所で固相金属間接合する制御手段と；
を備えることを特徴とするプリント配線板の接続装置、により達成される。

本発明の接続方法・装置によれば、２枚のプリント配線板の一方の接続端子を長手方向に間隔を置いて分離した複数箇所からなる接合部で他方の接続端子に重ねるから、複数の箇所で接続することになる。それぞれの接続箇所の接続（接触）面積が小さくても接続面積の総計は大きくなるので、流せる電流を大きくすることができる。また異方性導電フィルムなどの特殊で高価なフィルムを用いたり、超音波接合のように金バンプを加工する必要がなく、本発明で用いる接続端子は、配線板の回路パターン形成工程において回路パターンを変えることで対応することができる。このため低コスト化が可能であり、適用分野を拡大することができる。

本発明は接着用樹脂が未硬化の状態で超音波振動を加えつつ両プリント配線板を接合面の微小凹凸を塑性変形させる圧力で加圧し接合部を溶融させないで固相のまま接合するいわゆる常温固相接合を用いるものであり、接続端子間に挟む接着用樹脂は、重ねた接続端子を加圧し固相金属接合（常温接合）する時間だけ未硬化状態であればよい。特殊で高価な樹脂を用いる必要が無くなり、樹脂の選定自由度が増大する。ここに固相金属接合（常温接合）に要する時間は極めて短く、樹脂が凝固するのを待つことなく加圧を解除することができるので、接合した２枚の配線板を接続装置から取外して樹脂を硬化させることができる。このため接続装置の稼働率が高くなり、生産性を上げることができる。

本発明の実施例１、２によるプリント配線板の接続方法及び装置に使用する接続端子の概要を示す平面図 図１Ａの１Ｂ−１Ｂ線位置における断面図 本発明のプリント配線板の接続工程の前半部（a）〜（ｄ）を示す概略工程図 本発明のプリント配線板の接続工程の後半部（e）〜（ｇ）を示す概略工程図 接続工程で接合される接続端子の部分（斜線部）を示す図 電解銅めっき配線パターン同士の接触面の圧力と接触抵抗の関係の実験結果を示す図 本発明によるプリント配線板の接続装置の一実施例を示す概念図 本発明によるプリント配線板の接続装置の他の実施例を示す概念図であり、仮圧着装置と本圧着装置を組み合わせた装置を示す。 弧状ラダー型接続端子の実施例を示す図 鋸刃状のラダー形接続端子の実施例を示す図 抜きパターンを設けてラダー型にした接続端子の実施例を示す図 両接続端子を片持ちラダー形端子とした実施例を示す図 略半円弧状の子端子を有する接続端子の実施例を示す図 波形（ジグザグ形）接続端子の実施例を示す図 不連続ランド型接続端子の実施例を示す図であり、上段は平面図、下段は断面図である。 不連続ランド型接続端子の他の実施例を示す図であり、上段は平面図、下段は断面図である。 不連続ランド型接続端子の他の実施例を示す図であり、上段は平面図、下段は断面図である。 エッチング段差型接続端子の実施例を示す図であり、上段は平面図、下段は断面図である。

符号の説明

１ フレキシブルプリント配線板（第１のプリント配線板）
２ 第１の接続端子
３ リジッドプリント配線板（第２のプリント配線板）
４ 子端子を具備した第２の接続端子
４ａ 子端子
４ａｎ ニッケルめっき層
４ａｋ 金めっき層
４ｂ 端子の長手部
５ 載置台
６ 熱可塑性樹脂フィルム（接着用樹脂）
７ 超音波ヘッド
８ テフロンシート
９ 接合部
２０、２０Ｂ 位置決めテーブル
２２、２２Ｂ 載置台
２４ 位置制御部
２６ 供給手段
２８ 保持板
３４、３４Ａ、３４Ｂ 加圧手段
３６ 加圧部
３８ 加振手段
４０、４０Ｂ 超音波ホーン
４２ 超音波振動子
４３、４３Ａ、４３Ｂ 加熱手段
４４ 枠材
５０ 加圧ヘッド
５２ 制御部
６０、６０Ａ〜６０Ｊ 第１端子
６２、６２Ａ〜６２Ｊ 第２端子
６４、６４Ａ〜６４Ｃ リジッドプリント配線板
７０、７０Ａ〜７０Ｂ フレキシブルプリント配線板

少なくとも一方のプリント配線板は、フレキシブルプリント配線板であることが必要条件であるが、他方のプリント配線板はこれに限定されない。どちらのプリント配線板の配線パターンも、加圧時に接着樹脂の排出を可能とし、また接続端子部に局部応力が集中できる程度の厚み（概ね５μｍ以上）を有しているのが望ましい。配線板の基板材質は有機系プリント配線板であってもよいのは勿論であるが、この他の配線板、例えばセラミックスやガラスなどの無機系プリント配線板であっても良い。

ここで用いる一方の配線板の接続端子は、接続端子の長手方向に間隔を置いて分離して設けられた複数の子端子を備えたラダー型端子とすることができる。この場合多数の子端子が他方の配線板の接続端子に別々に重なるように位置合わせする。

ここに子端子は、長手方向の縦の長手部から一側方向へ直角に突出する櫛歯形にすることができる。この場合には、他方の接続端子を幅が狭い直線状として各子端子が長手方向に重なるようにすることができる。また他方の接続端子を長手方向の直線に対して対称形状として両接続端子の子端子同士が重なるように位置合わせすることもできる。

また子端子は、長手方向にのびる互いに平行な２本の縦の長手部を所定間隔ごとに連結する形状（はしご型）とすることができる。この場合各小端子の間にできる凹部の形状は四角形、長円（楕円）、菱形などとし、他方の接続端子がこの凹部を長手方向に縦断するように位置合わせすればよい。

一方の接続端子は波形（ジグザグ形）に形成し、他方の接続端子を直線状あるいは同じ周期の波形（ジグザグ形）として両接続端子が長手方向に所定周期ごとに重なるように位置合わせすることもできる。

一方の接続端子は、配線板の回路パターンに接続されたバイアホールなどのランドを配線板の表面に所定間隔で並べた不連続ランド型であってもよい。例えば配線板の内層回路パターンに接続したバイアホールを接続端子とし、これらのバイアホールのランドに他方の配線板の接続端子を重ねるものである。

一方の接続端子は、その幅方向に横断する多数の凹部と凸部とが長手方向に交互に並ぶように形成した段差型とすることができる。この段差は回路パターン形成工程で用いるエッチング加工により形成することができる。

本発明のプリント配線板の接続方法では、前記接着用樹脂が未硬化の状態で超音波振動を加えつつ両プリント配線板を加圧し前記接続端子を複数箇所で固相金属間接合する（工程ｃ））。接着用樹脂の硬化は工程ｃ）の中で加熱、加圧を行うことにより、固相金属間接合と同時に行ってもよい。しかし、接着用樹脂を硬化は、工程ｃ）とは別工程で行ってもよい。その場合は、接着用樹脂の加圧を解除して、両プリント配線板を固相金属間接合を行う接続装置から移動して、別装置で接着用樹脂を硬化させることができる。これにより、固相金属間接合を行う接続装置の使用時間を短縮し、装置の稼働率を高めることができる。

また、両接続端子をその間に接着用樹脂を挟んで複数箇所で重ねる工程ｂ）において、両プリント配線板の両接続端子を加圧して仮圧着を行ってもよい。この場合に、工程ｃ）では、仮圧着された両プリント配線板に超音波振動を加えつつ加圧し両接続端子を複数箇所で固相金属間接合する本圧着を行う。

工程ｂ）で用いる接着用樹脂は熱可塑性樹脂であっても、熱硬化性樹脂であってもよい。熱可塑性樹脂の場合、接続端子接合部を加振・加圧する時に樹脂が軟化し流動性を有する状態（未硬化状態）にするため加熱する。この加熱は、固相金属間接合（工程ｃ））を促進する効果もある。固相金属間接合（工程ｃ））の後、熱可塑性樹脂に対する加圧を解除し、その後温度を下げれば、熱可塑性樹脂を硬化させることができる。熱可塑性樹脂に対する加圧を解除するのは、熱可塑性樹脂がその最大接着強度のほぼ５０％の強度を発現した時点とするのが望ましい。

接着用樹脂として、熱硬化性樹脂を用いる場合には、未硬化で粘着性を有するものを使用する。しかし、固相金属間接合（工程ｃ））は温度を上げることによりその接合を促進できるので、この工程ｃ）では、熱硬化性樹脂が硬化せず、その粘着性が維持できる温度まで加熱するのが望ましい。接続端子の溶融温度より低くかつ接着用樹脂が硬化しない温度に加熱するのがよい。この場合には、固相金属間接合（工程ｃ））の後に、熱硬化性樹脂に対する加圧を解除し、その後温度を上げて熱硬化性樹脂を硬化させることが望ましい。

接着用樹脂として熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の何れを用いる場合でも、両接続端子を接着用樹脂を挟んで複数箇所で重ねる工程ｂ）において、両プリント配線板の両接続端子を加圧して仮圧着を行い、その後固相金属間接合（工程ｃ））を行うことができる。熱可塑性樹脂の場合には、工程ｂ）において、熱可塑性樹脂が軟化するように加熱して両プリント配線板の仮圧着を行う。

熱硬化性樹脂の場合には、工程ｂ）では粘着性を維持する状態まで加熱して両プリント配線板の仮圧着を行い、工程ｃ）により熱硬化性樹脂が未硬化状態下で超音波振動を加えつつ両プリント配線板を加圧し接続端子を複数箇所で固相金属間接合する本圧着を行う。その後温度を上げて熱硬化性樹脂を硬化させる。このとき、固相金属間接合（工程ｃ））による本圧着後に、熱硬化性樹脂に対する加圧を解除し、その後温度を上げて熱硬化性樹脂を硬化させてもよい。この場合には、熱硬化性樹脂がその最大硬化度のほぼ５０％の硬度を発現した時点で熱硬化性樹脂に対する加圧を解除すれば、短時間で接合部の機械強度を確保して配線板を接続装置から移動させることができる。また、配線板移動時に接着剤が５０％の硬度を発現していれば、信頼性低下を防ぐことができる。接続装置から移動した配線板は加熱炉に入れて、熱硬化性樹脂を完全に硬化させることができる。

なお、接着用樹脂は光硬化型（紫外線硬化型）のものでもよく、この場合には、固相金属間接合（工程ｃ）の後に、光照射により、樹脂を硬化させる。

加圧時に加える超音波振動は、接合界面の酸化皮膜を塑性変形によって破り両接続端子の清浄な金属面（新生面）同士を原子レベルで直接密着させて固相金属間接合（固相常温接合）を促進させるものである。すなわちこの接合法は接合部を溶融させないで固相のまま接合するものである。固相接合法には、本発明の方法である常温下で加圧し接合する常温接合と、高温（再結晶温度、共晶温度以上）下で加圧する拡散接合とが知られていることは前記した。

拡散接合は長時間高温に保持し、原子相互の拡散によって接合する。すなわち加圧によるクリープ現象により接合界面が形成され、空隙が焼結現象により減少し、接合界面に形成されていた結晶粒界が移動して接合が完了する。前記非特許文献１に示された方法はこの拡散接合に該当するものである。

本発明では常温接合を用いるものであり、加圧により接合面の原子レベルオーダの凹凸により酸化皮膜を破壊するものであるが、超音波振動を加えることにより酸化皮膜の破壊を促進し、原子レベルで金属同士の密着を促進して固相接合を促進するものである。超音波振動は加圧中に常時加えてもよいが、加圧を仮圧着と本圧着の二段階に変化させ、本圧着の間だけ超音波を加えるようにしてもよい。

超音波振動は主として接合面に垂直方向に加えるのが望ましい。しかし、超音波振動は接合面に平行な水平方向に加えてもよい。水平方向に印加された超音波振動であっても、接合面に対して垂直方向と水平方向の両成分を含む振動となるため、接合面には垂直方向の振動も加えられる。 このような水平方向に印加された超音波振動の場合には、加振部と接合部（配線板）との間にテフロン（登録商標）など低摩擦係数のフィルムを介在させることにより水平成分の振動を弱めて垂直成分を主成分とすることができる。なお両接続端子の接合面にＡｒイオンビームを照射してクリーニングすると共に活性化し、直ちに接触させて加圧してもよい。

本発明のプリント配線板の接続装置は、加圧手段と加振手段と制御手段とを備え、第１のプリント配線板の第１接続端子と第２のプリント配線板の第２接続端子とをその間に接着用樹脂を挟んで重ねた両接続端子の接合部を上方から加圧手段により加圧する。同時に加振手段は両接続端子の接合部に超音波振動を加える。制御手段は、これら加圧手段と加振手段とを同時に作動させ、接着用樹脂が未硬化の状態下で両接続端子を加圧しながら超音波振動を加えて固相金属間接合する。

固相金属間接合が完了した後には未硬化の接着用樹脂を硬化させる必要がある。従って
、両接続端子を固相金属間接合した後に、未硬化状態の接着用樹脂を加熱して硬化させる加熱手段を設けてもよい。或いは、接着用樹脂が未硬化状態下で加圧を解除するように、制御手段が加圧手段を制御してもよい。この場合には接続装置から取り外された接合済の配線板が別装置で加熱され樹脂が硬化される。

プリント配線板接続装置には位置決め手段を設け、第１のプリント配線板と第２のプリント配線板とを、両接続端子間に接着用樹脂を挟んで、第２接続端子が第１接続端子とその長手方向に分かれた複数箇所で重なるように保持するのが望ましい。
この位置決め手段は、第２のプリント配線板を下方から支持し水平面上で位置決め可能な位置決めテーブルと、第１のプリント配線板を第２のプリント配線板の上方に供給し両プリント配線板の接続端子を長手方向に重ねて保持する供給手段とで形成することができる。ここに位置決めテーブルは、水平面上で直交するＸ−Ｙ方向と垂直軸回りの回転方向（θ方向）との位置決めができるＸＹθテーブルとするのがよい。

供給手段に保持板を設け、例えば吸気負圧により上側の第２プリント配線板を保持板下面に吸引・吸着して、移送・供給するようにしてもよい。或いは単に、配線板を把持して移送・供給する供給手段としてもよい。

加圧手段は例えば、上側の配線板を下向きに加圧する加圧部と、この配線板に主として上下方向の超音波振動を付与する加振部とを備える。この場合加振部は超音波ホーンと、これに固定された超音波振動子とで形成し、加圧部はこの超音波ホーンを介して配線板を加圧する構成が可能である。

加振手段は、超音波ホーンとこの超音波ホーンに取付けられた超音波振動子とで形成し、加圧手段はこの超音波ホーンを介して両プリント配線板を加圧する構成が可能である。この超音波ホーンに加熱手段を設けてもよい。この場合、制御手段は、加熱手段を制御して、接着用樹脂が未硬化の状態下で、両接続端子接合部を固相金属接合を可能とする温度に加熱する。

位置決め手段により両接続端子の接合部が位置決めされ重ねられた両プリント配線板を、その位置決め手段上で加振手段と加圧手段とにより超音波振動と圧力を加えて両接続端子を接合してもよい。位置決め後は、一回の加圧工程で両接続端子を圧着・接合できる。

或いは、位置決め後の圧着を仮圧着と、本圧着の２段階に分けて行うこともできる。この場合、加振手段には接着用樹脂を加熱する加熱手段を設け、制御部は、位置決め手段を制御して第２接続端子が第１接続端子とその長手方向に分かれた複数箇所で重なるように位置決めした後に、加圧手段と加熱手段とを制御して接着用樹脂が粘着性を発現又は維持出来る程度の加熱を行いながら加圧して、両プリント配線板が容易に離脱しない程度に仮圧着する。その後、制御手段が加熱手段と加圧手段と加振手段とを制御して、仮圧着された両プリント配線板に固相金属接合するのに十分な圧力と超音波振動を付与して両接続端子の本圧着を行う。

このような、仮圧着と本圧着を別装置で行うこともできる。この場合は、仮圧着装置は、前記位置決め手段と、位置決め手段で位置決めされた両プリント配線板の接続端子に、接着用樹脂が粘着性を発現又は維持出来る程度の加熱と加圧を行って仮圧着を行う加熱・加圧手段とを設けておく。一方、本圧着装置には加振手段と加圧手段と設け、仮圧着装置から搬送された位置決めと仮圧着がされた両プリント配線板に超音波振動と圧力を加えて両接続端子を接合する。このような構成により、超音波振動を加える本圧着装置の稼働時間を短縮化し、結果として稼働率を高めることができる。

本発明で超音波を加えるのは、圧縮応力で電極（接合端子）の表面めっき上にある凹凸の塑性変形を促すためであり、このためには、縦振動を加えることが良い。従来は、横振動を加えても塑性変形が可能であると考えられていた。しかし、これは実際の接合面においては、横振動であっても、その応力は垂直方向のベクトル成分を持つため、凹凸の塑性変形が促進され接合することができたものである。このことは、超音波ヘッドとプリント配線板との間に離型材としてテフロン（商標）シートのような滑りやすい材料を挿入したり、配線板を固定せずに超音波加振・加圧ヘッドに対して水平方向に相対移動可能にしておいても、良好な接合性が得られることにより間接的に示唆されている実験事実である。

原理

次に本発明の接合原理および接合条件について説明する。前述のように、従来の異方性導電フィルムでは微小導電粒子が用いる必要がある。又、前記非特許文献１では、微小凹凸形成のために材料費や加工コストが上昇する。本発明では、これらの問題を回避するために、プリント配線板の接続端子同士を固相下で直接超音波接合する方法を考えたものである。しかし、プリント配線板の接続においては接続端子がお互いに同じ方向に向かって延伸しパターン化されているので、単に超音波接合を行うには、この接続端子を重ね合わせた接触面積が広すぎる。接続端子間の接触面積が広いと、以下のような問題が生じる。

第１に、接触面積が広いと樹脂の排出すべき端子非接触部分が少なくなり、端子間に挟まれた樹脂の排出が生じにくくなる。このため、接続端子同士の接触が不十分になる。第２の問題はスプリングバックの問題である。固相金属接合による凝着現象を起こさせるためには接続端子に塑性変形を生じさせるのに必要な荷重を印加しなければならないが、この荷重は接触面積に応じて大きくしなければならないので必然的に大きくなる。この荷重は同時にプリント配線板自体には弾性変形を生じさせ、接合工程終了後にこの荷重が除かれるとスプリングバックが生じることになる。このため、接合過程で一旦接合した接合界面が引き剥がされることにもなる。このように、単に超音波接合という方法を利用するだけでは良好な接続端子の接合ができない。

しかしながら、材料費や加工コストを下げられるという長所があるので、プリント配線板の接続端子同士を固相下で直接超音波接合する方法は有用と考えられる。そこで、上記の問題の解決方法を探求することとした。
上記のとおり、プリント配線板の接続端子同士を固相下で直接超音波接合するためには過大な荷重を加えることなく実行する必要がある。つまり、荷重は接続端子間の接触面積に比例して大きくなるので、本願発明者らは接触面積を減らしながらも必要な荷重（圧力）を確保し、接合部の接触抵抗を十分に小さくできる接続端子の構造の面から解決方法を考察することとした。

そこで、まず必要最低限の荷重はどの程度であるのか調査することとした。
まず、予め接合界面に接着層となる樹脂が供給されている状態で半導体チップを超音波接合によりプリント配線板にフリップチップ実装する場合について見てみる。半導体チップに形成された金バンプが巨視的に塑性変形することで樹脂を接合面から排出し、金バンプとプリント配線板の半導体チップ実装パターン間が直接接触し、超音波接合により金属間接合が可能となっている。この場合の接合部には溶融組織が認められてないため、相互拡散かこれに近い固相接合であると考えられる。そして、そのためには少なくとも接続界面において１５０ＭＰａ程度の圧力（巨視的なバンプ変形面積当たりの平均荷重）が必要であることは既に判明している。

これは半導体チップに形成された金バンプの場合である。これに対し、本発明が対象としているプリント配線板の場合には、一般的な配線材料は電解銅めっきされている。電解銅めっきされた配線パターンの降伏値は金の数倍であるから、この銅めっき配線パターンを巨視的に塑性変形させるためには、金バンプの場合の１５０ＭＰａの数倍の圧力が必要となると予想されていた。
そこで、銅めっき配線パターン同士を超音波接合方法で接合するために必要な接触面の圧力と接触抵抗の関係を実験的に確認することとした。図５がその実験結果である。この配線パターンは、銅めっきの上にニッケルめっき、金めっきを施したものである。この実験結果から接触面圧力が概ね１５０ＭＰａ以上では接触抵抗は約１．７５オーム程度でほとんど変化がなく、概ね１５０ＭＰａの圧力を加えることで十分な導通性を確保できることが分かった。つまり、金バンプの場合と同等な圧力でよいということである。

ここで、このように予想に反して概ね１５０ＭＰａという金バンプの場合と同等な圧力で、十分小さい接触抵抗を確保できることについて考察した結果、次のことが判明した。
断面解析などの手法で接合界面を解析すると銅めっき配線パターン（表面にニッケルめっきおよび金めっきが形成されている。）の表面である金めっきには表面粗さに相当するμｍ単位の微小凹凸が存在していた。１５０ＭＰａの圧力では、銅めっき配線パターンは巨視的には塑性変形しない。しかし、この圧力でも、μｍ単位の微小凹凸の先端およびその表面に施された金めっきは塑性変形しており、この微細部分における樹脂排出に十分な圧力が加わっていた。なおニッケル、金めっきがない場合には、銅めっき表面に微小凹凸があり、これが塑性変形されていた。

すなわち、電解銅めっき配線パターン同士の超音波接合では、表面に形成された金めっきのμｍ単位の微小凹凸先端部が荷重と超音波振動によって塑性変形し、同時に樹脂排出を行われ、接触した金属表面が凝着現象を生じて金属間接合を形成していたのである。このように、１５０ＭＰａ程度の圧力をかけて超音波振動を印加する接合方法においては、プリント配線板の接続端子電極の表面粗さが重要なパラメータとなる。この点、通常の製造工程を用いて製造されたプリント配線板のパターンの１０点平均粗さは概ね０．５μｍ前後の表面粗さを持っており、この程度の凹凸があれば、銅めっきパターン同士の超音波接合においては十分であると考えられる。つまり、配線パターンの表面に凹凸を生じさせるための特別な工程を必要としないことが分かった。

次に１５０ＭＰａの圧力がプリント配線板の基材にもたらす影響について検討する。
互いに同じ向きに平行に走る接続端子を同じ向きに揃えて圧着する場合を計算する。
１例として幅０．１ｍｍ、長さ１．５ｍｍからなる接続端子が３０端子からなる接続部を考える。
この接続部を重ね合わせるとすると、接続面積は、１接続端子当たり０．１５ｍｍ²となるので、３０接続端子合計では４．５ｍｍ²となる。１５０ＭＰａの圧力では、１ｍｍ²当たり１５０Ｎの荷重が印加されるのであるから、３０接続端子合計では６７５Ｎの荷重が印加されることとなる。この荷重は接続端子全体に印加されているため下地のプリント配線板の基材にも印加され、このプリント配線板の基材に著しい弾性変形をもたらす。したがって、荷重を取り除いた時には対応した弾性復元力が働き接合が破壊されることになる。もちろん、プリント配線板の基材に弾性率の高い材料を用いれば接合の破壊を回避することができる。しかし、この場合でも高荷重を印加するために実装装置が大型化するという問題が残る。

また従来の非特許文献１に示された固相拡散接合は、接合界面を共晶温度あるいは再結晶化温度以上に加熱すると共に、この温度で加圧を一定時間保持する必要がある。このため処理時間が長くなる。そこでこの発明では常温接合（常温マイクロ接合）を用いる。すなわち接合表面を十分に清浄化し僅かな圧力で接触させて接合し、その後樹脂を硬化させて接合部を補強するのである。

以上の調査・検討の結果、接続端子の分割された個々の接合部の接触面積を減らすことで、容易にこのような接合の破壊を起こさない接続端子の構造とこのような構造を持つ接続端子を具備するプリント配線板を用いたプリント配線板間の接続方法および装置を発明するに至った。

図１Ａは本発明の一実施例によるプリント配線板を示す平面図であり、接続端子の１辺には直角に多数の子端子が突設されている。図１Ｂは図１の１Ｂ−１Ｂ線断面図である。図２、３は、図１の接続端子を具備する下側リジッドプリント配線板と上側フレキシブルプリント配線板との接続工程を示す概略工程図である。図４は、図２、３の接続工程で接合される部分（斜線部）を示す平面図である。

図１Ａ，Ｂにおいて、３はプリント配線板、４はプリント配線板３上に形成された接続端子であり、その長手方向の縦長部４ｂの１辺から一側方には、複数の子端子４ａ突設されている。本発明では、この子端子４ａをプリント配線板の間の接続に用いる。４ａｎは接続端子４と子端子４ａの表面上に電解または無電解処理にて形成されたニッケルめっき層、４ａｋはニッケルめっき層４ａｎの表面上に同じような処理方法で形成された金めっき層である。

図２において、１は上側配線板となるフレキシブルプリント配線板（第１の配線板）であり、その上には接続端子２が形成されている。３は下側配線板となるリジッドプリント配線板（第２の配線板）であり、その上には接続端子４が形成され、接続端子４には図１Ａの子端子４ａが設けられている。５はフレキシブルプリント配線板１とリジッドプリント配線板３の接続時のリジッドプリント配線板３の載置台、６は接着層となる熱可塑性樹脂フィルムである。

図３において、７は、本発明の加振手段及び加圧手段としての超音波ヘッドであり、加熱手段も有するものである。この超音波ヘッド７は、フレキシブルプリント配線板１とリジッドプリント配線板３を接続端子２、４を重ね合わせて加圧し、加熱しつつ、超音波振動を印加して両接続端子２，４を接続する。８は加圧時に熱可塑性樹脂６が接続端子間からはみ出して超音波ヘッド７に接触した場合に、ヘッド７を容易に離脱させるために離型材として用いられるテフロンシートである。このテフロンシート８は超音波振動の配線板水平方向の振動成分を減じ、主として配線板垂直方向の振動成分が両接続端子２、４の接合部９に付与されるようにも機能する。
図４は、フレキシブルプリント配線板１とリジッドプリント配線板３を接続した時の、両接続端子２，４の接合部９を、図中に斜線で示したものである。

（子端子の形成）
最初に図１Ａ，Ｂに示す子端子４ａの形成方法について説明する。なお、この形成方法は公知の方法をそのまま使用するので図示は省略する。
まず、銅箔が積層されたプリント配線板を用意する。そして、例えば、銅箔の表面に感光性レジストを塗布し、フォトマスクを用いて紫外線露光、更に現像を行って、銅箔の表面に所定の配線パターンを有するエッチングレジストを形成する。次に、エッチングレジストに被覆されていない不要な部分の銅箔を例えば塩化第二鉄水溶液を用いたエッチングにより溶解し、所定の配線パターンを有する接続端子４と子端子４ａを形成する。

その後エッチングレジストをアルカリ溶液中で除去する。その後接続端子４と子端子４ａを除いた部分にめっきレジストを施し、ニッケルめっき、金めっきの順にめっきを施し、その後めっきレジストを除去する。このようにして、ニッケルめっき層４ａｎと金めっき層４ａｋが形成された接続端子４と子端子４ａを形成する。

これらのニッケルめっき層４ａｎと金めっき層４ａｋとは専ら超音波接合を考慮したものであるから、これだけに限らず錫または錫合金など互いに接合可能な他の金属めっきでもよい。また、超音波接合面を清浄化することも超音波接合に有効であるから、めっき処理の代わりに、プラズマ処理などの表面清浄化処理を接続端子に行ってもよい。

このような子端子４ａによる金属間接合が弾性復元力によって破壊されないことを、子端子の大きさと数について例をあげて、子端子４ａの面積と接続時の荷重の関係から説明する。上記のように１５０ＭＰａの圧力をかけて接続することでほぼ一定の接触抵抗が得られることが既に判明している。また、接続端子４とプリント配線板３に印加される荷重が１００Ｎ程度の場合には弾性復元力による接合が破壊されないことも判明している。

例えば、接続端子４の縦長部（主端子）４ｂの幅を０．１ｍｍとし、接続端子４を０．３ｍｍピッチで配置する。そして、子端子４ａの幅（接続端子４の長手方向の長さ）を０．０５ｍｍ、長さ（接続端子４の長手方向と直角方向の長さ）を０．１５ｍｍとし、０．１５ｍｍ間隔で接続端子４の長さ方向に５個の子端子４ａを形成する（図１Ａ）。

このときの荷重を計算すると次のようになる。リジッドプリント配線板３の子端子４ａとフレキシブルプリント配線板１の接続端子２を重ね合わせて接続すると、接合する部分の面積は０．００５ｍｍ²となる。１接続端子当たり５個の子端子を設けているので１接続端子当たりの接触面積は０．０２５ｍｍ²となる。したがって、従来例と同様に３０接続端子とすれば、接触面積は総計０．７５ｍｍ²となり、１５０ＭＰａの圧力を印加する場合には１１２Ｎの荷重が接続端子４とプリント配線板３の基材に印加されることとなる。したがって、このような子端子４ａを用いて接続すれば、弾性復元力による接合の破壊は起こらない。

（プリント配線板間の接続）
次に、このようなフレキシブルプリント配線板１とリジッドプリント配線板３の接続方法について具体的に説明する。
まず、接続端子２が形成されたフレキシブルプリント配線板１と子端子４ａが突設された接続端子４が形成されたリジッドプリント配線板を準備する（図２（ａ）、（ｂ））。

次にリジッドプリント配線板３を接続端子４が形成された面（部品実装面）を上にして、載置台５に載置する（図２（ｃ））。次にフレキシブルプリント配線板１を接続端子２を下面にして、フレキシブルプリント配線板１とリジッドプリント配線板の間に熱可塑性樹脂フィルム６を挟んで、フレキシブルプリント配線板１の接続端子２とリジッドプリント配線板３の子端子４ａを位置合わせして重ねる（図２（ｄ）、図４）。

この位置合わせは、例えば次のような公知の方法により行う。
フレキシブルプリント配線板１と熱可塑性樹脂フィルム６の透明性が十分であれば、フレキシブルプリント配線板１と熱可塑性樹脂フィルム６越しにリジッドプリント配線板３に付された位置合わせマークを基準として位置合わせを行う。一方、フレキシブルプリント配線板１または熱可塑性樹脂フィルム６のいずれかが不透明である場合は、事前にフレキシブルプリント配線板１の接続端子２とリジッドプリント配線板３の接続端子４、子端子４ａを撮像して画像認識を用いた自動認識機構により位置合わせを行う。

次にフレキシブルプリント配線板１の裏側（図３（ｅ）の上側）から超音波ヘッド７をそれぞれの接続端子２、４ａの位置に相当する部分に載せ、１５０ＭＰａの圧力を加える（図３（ｅ））。なお、このとき超音波ヘッド７は予め熱可塑性樹脂フィルム６の軟化温度に相当する温度に設定しておく。このように超音波ヘッド７により、フレキシブルプリント配線板１とフレキシブルプリント配線板３に所定の温度と所定の圧力を加える。こうすることで熱可塑性樹脂フィルム６が軟化すると共にフレキシブルプリント配線板１の接続端子２とリジッドプリント配線板の接続端子４ａが接触する。この状態で超音波ヘッドから超音波振動（方向は図の表裏面方向）が印加される（図３（ｆ））。超音波振動方向は基板に対して水平になるが、離型材としてのテフロンシート１８が介在するので、基板に対して水平方向の振動成分は弱められ、垂直方向の振動成分が基板接合部に印加され、固相金属接合が可能となる。なお、初めから超音波振動方向を基板に対して垂直方向（図では、上下方向）としてもよいのは勿論である。

超音波振動の印加時間は概ね０．５秒程度を目安とする。この程度の時間で必要な保持力を有する金属間接合が完了する。この時間経過後超音波ヘッド７をフレキシブルプリント配線板１の上から引き離す。そして、超音波ヘッド７により発熱していた接続部が放熱により徐々に冷却され、これに伴い熱可塑性樹脂フィルム６が固化し、安定した接合が完成する（図３（ｇ））。この時、樹脂フィルム６の硬化を待たずに両配線板１、３を載置台５から搬出してもよい。接続端子２、４はすでに固相金属接合により固定されているからである。

実施例１の熱可塑性樹脂フィルム６に代えて、接着層には熱硬化性樹脂を用いることもできる。加熱することで硬化するか、加熱後冷却することで硬化するかの差異だけであり、接着層としての効果は同じだからである。熱硬化性樹脂を用いた場合のプリント配線板間の接続方法は、前記実施例１で説明したフレキシブルプリント配線板１とリジッドプリント配線板３の接続方法と基本的には同様であるから、必要に応じて図２、３を用いて差異点を中心に説明する。

熱硬化性樹脂の供給は、熱硬化性樹脂が液状樹脂の場合には、印刷やディスペンス法を用いる。一方半硬化状態の樹脂フィルムを使用する場合はリジッドプリント配線板３等に仮圧着しておくことや上述のように挟み込んで配置する。

このようにして、熱硬化性樹脂を挟み込んでフレキシブルプリント配線板１とリジッドプリント配線板３を接合部を位置合わせして重ね合わせる。
そして、超音波ヘッド７を熱硬化性樹脂の硬化温度に設定し、上述のように、この超音波ヘッド７でフレキシブルプリント配線板１とリジッドプリント配線板３に所定の温度と所定の圧力を加える。こうすることで熱硬化性樹脂が硬化する前にフレキシブルプリント配線板１の接続端子２とリジッドプリント配線板３の接続端子４ａが接触する。この状態で超音波ヘッドから超音波振動（方向は図の表裏面方向）が印加される（図３（ｆ））。

超音波振動の印加時間は概ね０．５秒程度を目安とする。この程度の時間で必要な保持力を有する固相金属間接合が完了する。この時間経過後熱硬化性樹脂が硬化するまでの予め決められた時間超音波ヘッド７により前記温度と圧力が加えられる。その後超音波ヘッド７をフレキシブルプリント配線板１の上から引き離す。このようにして熱硬化性樹脂が固化し、安定した接合が完成する（図３（ｇ））。

上記の熱硬化性樹脂の硬化は、超音波ヘッド７による加熱と加圧に代えて、樹脂を未硬化状態で取出し、加熱炉に入れて行うこともできる。この場合は、超音波ヘッド７からの加熱と加圧によって熱硬化性樹脂のもつ完全硬化度の５０パーセントの硬化度程度を持つように硬化させるのがよい。その後超音波ヘッド７をフレキシブルプリント配線板１から引き離す。そして、熱硬化性樹脂からなる接着層が半硬化状態で接続されているフレキシブルプリント配線板１とリジッドプリント配線板３を別途設けた加熱炉に入れ、加熱炉をこの熱硬化性樹脂が完全に硬化する温度に設定して、完全に硬化する時間保持し、その後取り出す。このようにして熱硬化性樹脂が固化し、安定した接合が完成する（図３（ｇ））。

上記の熱硬化性樹脂の硬化温度と硬化時間は、使用する熱硬化性樹脂の硬化特性を考慮して設定することができる。この硬化特性は、本願出願人が先に特許出願した熱硬化性樹脂の硬化率予測方法（特願２００６−１４７１０４）によって予め把握することができる。

図６は本発明にかかるプリント配線板の端子接続装置の実施例を示す概念図である。この図において、２０は位置決めテーブルであり、水平面上で直交方向（Ｘ−Ｙ方向）と、垂直方向回りの回転角度（θ方向）とに位置決め可能である。このテーブル２０の上面には載置台２２が固定され、その上に一方の配線板であるリジッドプリント配線板（第２の配線板）３が固定されている。この第２配線板３の第２接続端子４は、前記実施例１のラダー型のものであり、その上に樹脂フィルム６が貼られている。テーブル２０の位置は位置制御部２４により制御される。

２６は供給手段であり、他方の配線板であるフレキシブルプリント配線板（第１の配線板）１をリジットプリント配線板（第２の配線板）３の上方に供給し、両配線板１、３の接続端子２、４を長手方向に重ねて保持する。供給手段２６は位置制御部２４によって進退動し位置決めされる。この供給手段２６はその下面に保持板２８を備える。この保持板２８はフレキシブルプリント配線板１を例えば吸気負圧によって下面に吸引して保持する。なお、これら供給手段２６と位置決めテーブル２０により、本発明における位置決め手段が構成される。３０は保持板２８の吸引力を制御する吸引制御部である。

３４は加圧手段であり、両配線板１，３の接続端子２，４の重ね部をフレキシブルプリント配線板１の上側から下向きに加圧する加圧部３６と、この重ね部をフレキシブルプリント配線板１の上側から主として上下方向（配線板垂直方向）の超音波振動を付与する加振手段３８とを備える。加振手段３８は縦長の金属部材からなる超音波ホーン４０と、この超音波ホーン４０の上端に固定された超音波振動子４２とを備える。超音波ホーン４０は超音波振動子４２の振動周波数と共振してその下端に上下方向の振動を発生する。

超音波ホーン４０は共振周波数の定在波の節となる位置で枠材４４に支持されている。枠材４４は超音波ホーン４０の側方および上方を囲むように形成され、この枠材４４の上面に加圧部３６の加圧力が加わる。なおこの加圧部３６の加圧力Ｆ（荷重）はロードセルなどを用いた圧力センサ４６で検出される。この圧力センサ４６で検出された加圧力Ｆが加圧制御部４８に入力され、加圧制御部４８は加圧部３６の加圧力Ｆをフィードバック制御する。また、超音波ホーン４０には電気ヒータ等でなる加熱手段４３が設けられている。加熱手段４３の温度は温度センサ（図示せず）により検出され、温度制御部３２に入力され、温度制御部３２は加熱手段４３の温度Ｔをフィードバック制御する。また超音波振動子４２は加振制御部５０によって所定周波数で駆動制御される。５２は制御装置であり、位置制御部２４、吸引制御部３０、温度制御部３２、加圧制御部４８、加振制御部５０など、各部に制御信号を送出し全体を制御する。なお、一般的には、加熱手段４３からの熱が超音波振動子４２へ伝達されないような断熱部（図示せず。）が超音波ホーン４０と超音波振動子４２の間に設けられる。

この接続装置の動作を説明する。まず加振手段３８を上昇させた図６の状態で、下のリジットプリント配線板（第２の配線板）３を載置台２２にセットする。また上の供給手段２６の保持板２８の下面にフレキシブルプリント配線板（第１の配線板）１を吸着する。この状態で位置制御部２４は、両プリント配線板１、３の接続端子２、４が長手方向に平行でかつ上下に重なる位置になるようにテーブル２０と供給手段２６を位置制御する。

次に加圧部３６は加振手段３８の枠材４４を下降させ、超音波ホーン４０の下端面を両配線板１，３の接続端子２，４の重ね部に位置するようにフレキシブルプリント配線板１の上面に押し当てる。その加圧力Ｆを設定圧に、温度Ｔを設定温度に制御しつつ超音波振動子４２を起動させる。このように両配線板１、３の接合部に主として上下方向の超音波振動を加えつつ設定圧力を加えることにより、接続端子２、４が樹脂フィルム６の未硬化状態下で固相金属接合される。

この接合時間は極めて短く（約０．５秒）、その後樹脂フィルム６が未硬化状態のうちに加圧部３６は加振手段３８を上昇させ、超音波ホーン４０をフレキシブルプリント配線板１の上面から離す。ここで、供給手段２６および吸引保持板２８はフレキシブルプリント配線板１から離れ次のフレキシブルプリント配線板１の供給準備をする。フレキシブルプリント配線板１はリジッドプリント配線板３に接合した状態でテーブル２０から他の搬送手段によって移送され次工程に搬出される。そして樹脂フィルム６に対応した所定の手順で樹脂フィルム６が硬化される。
この例ではフレキシブルプリント配線板１を搬送手段２６の保持板２８に吸着構成を採用して吸着するようにしているが、保持板２８に挟持手段を設け、フレキシブルプリント配線板１を挟持するようにしてもよい。
この実施例では、載置台２２上で両プリント配線板の位置決めを行った後に、その載置台２２上で加振手段３８と加圧手段３４とにより超音波振動と圧力を加えて両接続端子を接合したので、位置決め後は、一回の加圧・加振工程で両接続端子を圧着・接合できる。

使用する接着用樹脂によっては、一回の加圧・加振工程で接続端子を接続すると、端子２，２間の空間および端子４，４間の空間へ樹脂が十分排出される前に樹脂が硬化してしまう場合がある。このような場合には、位置決め後の圧着を仮圧着と本圧着の２段階に分けて行うこともできる。この場合、位置決めされた両プリント配線板に、超音波ホーン４０を加圧し、同時に接着用樹脂が粘着性を発現又は維持出来る程度の加熱を行い、両プリント配線板が容易に離脱しない程度に仮圧着する。その後、加圧手段と加振手段とを制御して、仮圧着された両プリント配線板に固相金属接合するのに十分な圧力と超音波振動を付与して両接続端子の本圧着を行う。超音波振動印加を伴わない仮圧着により、接着用樹脂は硬化することなく端子２、２および端子４，４間の空間に排出される。これにより本圧着時に端子２，４ａが十分に接触し、端子間の固相金属接合が確保できる。

プリント配線板位置決め後の仮圧着と、固相金属接合を行う本圧着とを別装置で行うことも可能である。図７（Ａ）は仮圧着装置１００の概念図であり、図７（Ｂ）は本圧着装置１１０の概念図である。図６の接続装置と同じ部材には同符号を付したので、詳しい説明は省略する。仮圧着装置１００は、位置決めテーブル２０と供給手段２６からなる位置決め手段を備えるが、その加圧手段３４Ａには加振手段はなく、その加圧ヘッド５０がプリント配線板１，３を加圧する。本圧着装置１１０は図６の接続装置とほぼ同構成であり、加圧手段３４Ｂは加振手段３８を備え、その超音波ホーン４０Ｂがプリント配線板１，３の接合部を加圧しながら、超音波振動を印加する。なお、加圧ヘッド５０には加熱手段４３Ａが、超音波ホーン４０Ｂには加熱手段４３Ｂが設けられている。

まず、実施例３と同様に、供給手段２６によりフレキシブルプリント配線板１を仮圧着装置１００の載置台２２上のリジッドプリント配線板（第２の配線板）の上に、位置決めして重ねる。そして、加圧ヘッド５０を下降して両配線板の重ね合わされた接続端子部に所定の荷重と温度を印加する。この荷重と温度は、接着用樹脂が両配線板が簡単に離れない程度の粘着性を発現する程度である。
こうして仮圧着部が形成された両配線板１、３を不図示の移送手段で本圧着装置１１０へ移送する。本圧着装置では、仮圧着された端子接合部が所定位置となるように両配線板１，３をを位置決めテーブル２０Ｂの載置台２２Ｂ上で位置決めし載置する。この後、超音波ホーン４０Ｂを下降させ、仮圧着部を加熱、加圧すると共に超音波振動を印加して本圧着する。こうすることで両配線板の接続端子の接触部分が固相金属接合される。

以上の各実施例１〜４では、図１〜４に示すラダー型（櫛歯形、cantilever structured ladder type）の接続端子４の子端子４ａに、直線状の接続端子２（図２）を接合したものである。しかしこの発明に適する接続端子はこれに限られるものではない。

図８〜１２はラダー型端子の他の実施例を示す図である。なお２つの配線板にそれぞれ設ける２つの接続端子は逆にしてもよいから、以後一方の接続端子を第１端子、他方を第２端子ということにする。

図８に示す実施例は、第１端子６０をラダー型とし第２端子６２を直線型としたものであるが、第１端子６０の子端子６０ａの間を弧状としたものである。実際のエッチングでは図１Ａのような矩形にはならずこの図８のような形状になる。この形状は導体の膜厚（銅箔の厚さ）により変化する。

図９に示す実施例は、第１端子６０Ａの子端子６０Ａａを鋸歯状にしたものである。これはエッチングによる形状変化を考慮して、予め略三角形としたものである。第２端子６２Ａは直線型である。

図１０に示す実施例は、第１端子６０Ｂの子端子６０Ｂａを、長手方向に平行な２本の長手部６０Ｂｂで所定間隔ごとに連結したはしご型としたものである。すなわちエッチングで除去した抜きパターン６０Ｂｃを長手方向に並べたものであり、直線状の第２端子６２Ｂがこの抜きパターン６０Ｂｃを縦断する。図１０（Ａ）はこの抜きパターン６０Ｂｃを矩形とし、図１０（Ｂ）は円形または楕円形とし、図１０（Ｃ）は菱形としたものである。

図１１は第１端子６０Ｃと第２端子６２Ｃとを同じ片持ちラダー型（櫛歯型）とし、それぞれの子端子６０Ｃａ、６２Ｃａを向かい合わせて重ね接合するものである。図１２は第１端子６０Ｄと第２端子６２Ｄとに、それぞれ長手方向の一側辺から所定間隔ごとに側方へ突出する略半円弧状の子端子６０Ｄａ、６２Ｄａを設け、これら子端子６０Ｄａ、６２Ｄａを向かい合わせて重ね、接合するものである。

図１３の実施例は第１端子６０Ｅ、６０Ｆを略波形（ジグザグ形）に形成したものである。図１３（Ａ）は第２端子６２Ｅを直線形としたものである。図１３（Ｂ）は第２端子６２Ｆを第１端子６０Ｆと同じ周期の波形として、両端子６０Ｆ、６２Ｆを長手方向に離れた多数の位置で接合するものである。

図１４〜１６にそれぞれ平面図と断面図を示した実施例は、バイアホールなどのランドを並べた不連続ランド型としたものである。図１４に示す第１端子６０Ｇは、リジッドプリント配線板６４の直線状内層回路パターン６６に接続された非貫通バイアホール６８のランドを上面に直線に沿って並べたものである。

フレキシブルプリント配線板７０に設ける第２端子６２Ｇはこれらのランドすなわち第１端子６０Ｇを縦断する直線状である。これらの第１、第２端子６０Ｇ、６２Ｇは接着用樹脂７２を挟んで固相金属接合され、樹脂７０を凝固させて固定される。

図１５に示す第１端子６０Ｈは、図１４に示す非貫通バイアホール６８に代えて、リジッドプリント配線板６４Ａを貫通する貫通バイアホール６８Ａのランドを用いたものである。この実施例によれば接着用樹脂７２がバイアホール６８Ａ内に深く進入するので、配線板６４Ａの第１端子６０Ｈとフレキシブルプリント配線板７０の直線状の第２端子６２Ｈとの間の接着強度が増加する。

図１６に示す実施例は、リジッドプリント配線板６４Ｂの第１端子６０Ｉを直線状とする一方、フレキシブルプリント配線板７０Ａに直線状に並べたランドからなる第２端子６２Ｉを形成したものである。すなわちフレキシブルプリント配線板７０Ａの上面に直線状の配線パターン７４を形成し、この配線パターン７４に接続されたランド６２Ｉを下面に設け、各ランドを直線上に不連続に並べた。

図１７に示す実施例は、リジッドプリント配線板６４Ｃに設けた直線状の第１端子６０Ｊに、幅方向に横断する多数の凹部７６と凸部７８が長手方向に交互に並ぶようにエッチングにより形成したエッチング段差型としたものである。フレキシブルプリント配線板７０Ｂの第２端子６２Ｊは直線状である。

Claims (35)

1. 少なくとも一方の配線板をフレキシブルプリント配線板とした２枚のプリント配線板の接続端子を長手方向に互いに重ねて接続するプリント配線板の接続方法において、以下の工程ａ）〜ｃ）を備えることを特徴とするプリント配線板の接続方法：
   ａ）第１のプリント配線板と、第１のプリント配線板の１つの接続端子に対してそれぞれその長手方向に間隔を置いて分離した複数箇所からなる接合部で重なるように接続端子が形成された第２のプリント配線板とを用意し；
   ｂ）前記第１および第２のプリント配線板のそれぞれの接続端子を、その間に接着用樹脂を挟んで、複数箇所で重ね；
   ｃ）前記接着用樹脂が未硬化の状態で超音波振動を加えつつ両プリント配線板を接合面の微小凹凸を塑性変形させる圧力で加圧し接合部を溶融させないで固相のまま前記それぞれの接続端子を複数箇所で固相金属間接合する。
2. 工程ｃ）の後に、前記接着用樹脂を硬化させることを特徴とする請求項１のプリント配線板の接続方法。
3. 工程ｃ）の後に、以下の工程ｄ）を備えることを特徴とする請求項１又は２のプリント配線板の接続方法：
   工程ｄ）前記接着用樹脂の加圧を解除し、その後接着用樹脂を硬化させる。
4. 工程ｂ）において、両プリント配線板の両接続端子を加圧して仮圧着を行い；
   工程ｃ）では、仮圧着された両プリント配線板に超音波振動を加えつつ加圧し両接続端子を複数箇所で固相金属間接合する本圧着を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかのプリント配線板の接続方法。
5. 前記接着用樹脂が熱可塑性樹脂である請求項１のプリント配線板の接続方法。
6. 工程ｃ）において、熱可塑性樹脂が軟化するように加熱することを特徴とする請求項５のプリント配線板の接続方法。
7. 工程ｃ）の後に、さらに以下の工程ｄ−１）を備えることを特徴とする請求項６のプリント配線板の接続方法：
   工程ｄ−１）熱可塑性樹脂に対する加圧を解除し、その後温度を下げて熱可塑性樹脂を硬化させる。
8. 工程ｄ−１）において、熱可塑性樹脂がその最大接着強度のほぼ５０％の強度を発現した時点で、熱可塑性樹脂に対する加圧を解除する請求項７のプリント配線板の接続方法。
9. 工程ｂ）において、熱可塑性樹脂が軟化するように加熱して両プリント配線板の仮圧着を行うことを特徴とする請求項５のプリント配線板の接続方法。
10. 前記接着用樹脂が熱硬化性樹脂である請求項１のプリント配線板の接続方法。
11. 工程ｃ）において、熱硬化性樹脂が粘着性を維持できる状態まで加熱し、さらに以下の工程ｄ−２）を備えることを特徴とする請求項１０のプリント配線板の接続方法：
    工程ｄ−２）熱硬化性樹脂に対する加圧を解除し、その後温度を上げて熱硬化性樹脂を硬化させる。
12. 工程ｂ）では粘着性を維持する状態まで加熱して両プリント配線板の仮圧着を行い；
    工程ｃ）では熱硬化性樹脂が未硬化状態下で超音波振動を加えつつ両プリント配線板を加圧し前記接続端子を複数箇所で固相金属間接合する本圧着を行い；
    その後温度を上げて熱硬化性樹脂を硬化させることを特徴とする請求項１０のプリント配線板の接続方法。
13. 工程ｂ）では粘着性を維持する状態まで加熱して両プリント配線板の仮圧着を行い；
    工程ｃ）では熱硬化性樹脂が未硬化状態下で超音波振動を加えつつ両プリント配線板を加圧し前記接続端子を複数箇所で固相金属間接合する本圧着を行い；
    さらに以下の工程ｄ−２）を有することを特徴とする請求項１０のプリント配線板の接続方法：
    工程ｄ−２）熱硬化性樹脂に対する加圧を解除し、その後温度を上げて熱硬化性樹脂を硬化させる。
14. 工程ｄ−２）において、熱硬化性樹脂がその最大硬化度のほぼ５０％の硬度を発現した時点で熱硬化性樹脂に対する加圧を解除する請求項１３のプリント配線板の接続方法。
15. 工程ｄ−２）では、加熱炉を用いて前記熱硬化性樹脂を加熱硬化する請求項１３のプリント配線板の接続方法。
16. 工程ｃ）において、両プリント配線板の少なくとも一方の接続端子を接続端子の溶融温度より低くかつ熱硬化性樹脂が硬化しない温度に加熱する請求項１０のプリント配線板の接続方法。
17. 工程ｃ）において、超音波振動は両接続端子の接合面に対しほぼ垂直方向に加える請求項１のプリント配線板の接続方法。
18. 工程ｃ）において、超音波振動は両接続端子の接合面に対しほぼ水平方向に加える請求項１のプリント配線板の接続方法。
19. 前記第２のプリント配線板の接続端子は、１つの接続端子に対してそれぞれの長手方向に間隔を置いて分離して設けられた複数の子端子を備えたラダー型であり；
    工程ｂ）において、複数の子端子が別々に第１のプリント配線板の接続端子に重なるよう両接続端子を位置合わせする請求項１のプリント配線板の接続方法。
20. 前記第２のプリント配線板の接続端子は波形であり；
    工程ｂ）において、前記第１のプリント配線板の接続端子がこの波形の接続端子に所定周期ごとに重なるよう両接続端子を位置合わせする請求項１のプリント配線板の接続方法。
21. 前記第２のプリント配線板の接続端子は、回路パターンに接続されたランドを配線板の表面に並べた不連続ランド型であり；
    工程ｂ）において、前記第１のプリント配線板の接続端子が各ランドに重なるように両接続端子を位置合わせする請求項１のプリント配線板の接続方法。
22. 前記第２のプリント配線板の接続端子は、その幅方向に横断する多数の凹部と凸部が長手方向に並ぶようにエッチングにより形成した段差型であり；
    工程ｂ）において、前記第１のプリント配線板の接続端子が各凸部に重なるように両接続端子を位置合わせする請求項１のプリント配線板の接続方法。
23. 少なくとも一方の配線板をフレキシブルプリント配線板とした２枚のプリント配線板の接続端子を長手方向に互いに重ねて接続するプリント配線板の接続装置において：
    第１のプリント配線板の第１接続端子と、第１接続端子の１つに対してそれぞれその長手方向に間隔を置いて分離した複数箇所からなる接合部で重なるように第２接続端子が形成された第２のプリント配線板の第２接続端子とをその間に接着用樹脂を挟んで重ねた両接続端子の接合部を上方から加圧する加圧手段と；
    両接続端子の接合部に超音波振動を加える加振手段と；
    加圧手段と加振手段とを同時に作動させ、接着用樹脂が未硬化の状態下で両接続端子を接合面の微小凹凸を塑性変形させる圧力で加圧しながら超音波振動を加え接合部を溶融させないで固相のまま前記それぞれの接続端子を複数箇所で固相金属間接合する制御手段と；
    を備えることを特徴とするプリント配線板の接続装置。
24. 前記制御手段は、両接続端子を固相金属間接合した後に、接着用樹脂が未硬化状態下で加圧を解除するように加圧手段を制御することを特徴とする請求項２３のプリント配線板の接続装置。
25. さらに、前記第１のプリント配線板と前記第２のプリント配線板とを、両接続端子間に接着用樹脂を挟んで、第２接続端子が第１接続端子とその長手方向に間隔を置いて分離した複数箇所で重なるように保持する位置決め手段を備えることを特徴とする請求項２３のプリント配線板の接続装置。
26. 前記位置決め手段は、前記第２のプリント配線板を下方から支持し水平面上で位置決め可能な位置決めテーブルと、前記第１のプリント配線板を第２のプリント配線板の上方に供給し両プリント配線板の接続端子を長手方向に重ねて保持する供給手段とを備える請求項２５のプリント配線板の接続装置。
27. 前記加振手段は、超音波ホーンとこの超音波ホーンに取付けられた超音波振動子とを備え、前記加圧手段は超音波ホーンを介して両プリント配線板を加圧する請求項２３のプリント配線板の接続装置。
28. 前記超音波ホーンは、接着用樹脂が未硬化の状態下で、両接続端子接合部を固相金属接合を可能とする温度に加熱する加熱手段を備えている請求項２７のプリント配線板の接続装置。
29. 前記制御手段は、前記加熱手段を制御する請求項２８のプリント配線板の接続装置。
30. 前記加振手段と加圧手段とは、前記位置決め手段上に重ねて保持された両プリント配線板に超音波振動と圧力を加えて両接続端子を接合することを特徴とする請求項２４のプリント配線板の接続装置。
31. 前記加振手段は、接着用樹脂を加熱する加熱手段を備え；
    前記制御部は、位置決め手段を制御して第２接続端子が第１接続端子とその長手方向に間隔を置いて分離した複数箇所で重なるように位置決めした後に、加圧手段と加熱手段とを制御して接着用樹脂が粘着性を発現又は維持出来る程度の加熱を行いながら加圧して、両プリント配線板が容易に離脱しない程度に仮圧着し、
    その後、加熱手段と加圧手段と加振手段とを制御して、仮圧着された両プリント配線板に固相金属接合するのに十分な圧力と超音波振動を付与して両接続端子の本圧着を行うことを特徴とする請求項２４のプリント配線板の接続装置。
32. 前記接続装置は仮圧着装置と本圧着装置とからなり；
    仮圧着装置は、
    前記位置決め手段と、
    位置決め手段で位置決めされた両プリント配線板の接続端子に、接着用樹脂が粘着性を発現又は維持出来る程度の加熱と加圧を行って仮圧着を行う加熱・加圧手段とを備え、
    本圧着装置は、
    前記加振手段と前記加圧手段とを備え、仮圧着装置から搬送された位置決めと仮圧着がされた両プリント配線板に超音波振動と圧力を加えて両接続端子を接合することを特徴とする請求項２４のプリント配線板の接続装置。
33. 前記加振手段は、両接続端子接合部に主として配線板垂直方向の超音波振動を付与する請求項２３のプリント配線板の接続装置。
34. 前記加振手段は、両接続端子接合部に主として配線板水平方向の超音波振動を付与する請求項２３のプリント配線板の接続装置。
35. 前記加振手段と両接続端子接合部との間には、接合部と平行に低摩擦材を介在させた請求項２３のプリント配線板の接続装置。

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