JP4345598B2 - 回路基板の接続構造体とその製造方法 - Google Patents

回路基板の接続構造体とその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、回路基板間を接続する接続構造体に関し、特に導体パターン同士を接触により接続する接続構造体とその製造方法に関する。
図８は、従来の回路基板の導体パターン同士を接続する方法を示す主要工程の接続部の断面図である。図８（ａ）において、第１の回路基板５００には、第１の樹脂基材５０２の表面上に凸状の第１の導体パターン５０４が形成されている。また、第２の回路基板５０６にも、第２の樹脂基材５０８の表面上に凸状の第２の導体パターン５１０が形成されている。第１の回路基板５００の第１の導体パターン５０４と第２の回路基板５０６の第２の導体パターン５１０とは、ともにパターンピッチが同じに形成されている。なお、第１の回路基板５００と第２の回路基板５０６には、上記の第１の導体パターン５０４や第２の導体パターン５１０だけでなく、さらに種々の形状の回路パターンが形成されており、また半導体素子等の機能部品や抵抗等の受動部品が搭載されているが、図示していない。
第１の導体パターン５０４と第２の導体パターン５１０とを電気的および機械的に接続する方法は以下のように行う。すなわち、第２の回路基板５０６の第２の導体パターン５１０が形成された表面に接着樹脂５１２を塗布する。接着樹脂５１２は、例えばエポキシ樹脂またはエポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることが多い。接着樹脂５１２を塗布後、第２の回路基板５０６の第２の導体パターン５１０と第１の回路基板５００の第１の導体パターン５０４とを対面させ、位置合せする。
図８（ｂ）に示すように、上側加熱加圧板５１４と下側加熱加圧板５１６とにより、第１の回路基板５００と第２の回路基板５０６とを矢印Ｐで示す方向にそれぞれの回路基板を押圧していく。
図８（ｃ）に示すように、加圧に伴って第２の導体パターン５１０上の接着樹脂５１２は第１の導体パターン５０４と第２の導体パターン５１０とによる加圧力で側方へ押しのけられていき、第１の導体パターン５０４と第２の導体パターン５１０とが直接的に接触するようになり、電気的導通が確保される。この状態とした後、さらに加圧したまま加熱する。エポキシ樹脂やエポキシ系樹脂等の接着樹脂５１２を用いた場合は、加熱温度１５０℃〜２００℃の範囲で、加熱時間３０分〜６０分の範囲で加熱して接着樹脂５１２を加熱硬化させた後、冷却して接続を完了する。
上記の接続方法の場合には、第１の導体パターン５０４と第２の導体パターン５１０とは、それぞれが接触して導通しているのみで、両者の接着は接着樹脂５１２により行っている。しかしながら、この接続方法の場合には、第１の回路基板５００と第２の回路基板５０６とを加圧していくときに、第１の導体パターン５０４と第２の導体パターン５１０との間で滑りが生じて、導体パターン同士のズレが起こりやすい。また、接着樹脂５１２を第１の導体パターン５０４と第２の導体パターン５１０との界面から確実にすべて除去することは困難であるため、実質的に接触面積が小さくなる。このため、接触部の接続抵抗を充分小さくすることが困難である。
特に、第１の導体パターン５０４と第２の導体パターン５１０のパターンピッチが小さく、かつ接触面積を小さくする場合、このような位置ズレや接着樹脂５１２の残存が生じると隣接する導体パターン間での短絡や接触部の接続抵抗が大きくなる等の不良が生じやすくなる。
このような課題に対して、熱可塑性フィルムを基板としたフレキシブルプリント配線板の電気的接続部を柔らかい電極で形成し、この電極を他のプリント配線板の電極部に直接接着剤によって電気的に接続する接続構造体において、接着剤に液状の電気絶縁性接着剤を用いて熱圧着する方式も示されている（例えば、特許文献１）。このような方法とすることで、加圧した場合に柔らかい電極は圧着により相手方の電極面上で押しつぶれて伸び、相手方の電極の微細な凹部に入り込むので接触面積が増加して接続抵抗を小さくできる。
特開平７−７４４４６号公報
しかし、上記の効果を得るためには柔らかい電極を接続部の導体材料とすることが要求されるが、フレキシブルプリント配線板の電極として一般的に使用される導体材料は、銀（Ａｇ）を主体とした導電性ペーストや銅箔あるいは銅メッキ等の材料が多い。このような材料の場合、加圧により押しつぶされて伸びるようにするためには大きな加圧力が必要になる。さらに、このような大きな加圧力を加えても、電極部に微細な凹凸があると、その凹部に存在する液状の電気絶縁性接着剤を電極面からすべて完全に排除することは難しい。このため、電極面の一部には、この電気絶縁性接着剤が残存することが多い。このため、接触部の接続抵抗を充分小さくすることが困難であり、接続ピッチが小さくなり接触面積を小さくするほど、この接続抵抗の影響が大きくなる。
本発明の回路基板の接続構造体は、接続部の導体パターン間には接着樹脂等がまったく介在せず、ファインピッチにしても接触部の接続抵抗が小さく、かつ隣接導体パターン間の短絡が生じない接続構造体およびその製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため本発明の回路基板の接続構造体は、加熱により軟化し融着性を有する第１の樹脂基材面に一定のピッチを有する複数の第１の導体パターンが形成された第１の回路基板と、複数の第１の導体パターンのピッチと同じピッチで複数の第２の導体パターンが形成された第２の回路基板とを有し、第１の導体パターンと第２の導体パターンとが機械的に接触して電気的導通状態を形成し、第１の樹脂基材が第１の導体パターンと第２の導体パターンとを覆い、かつ第２の回路基板の第２の樹脂基材に対して接着して第１の回路基板と第２の回路基板とが接続された構成からなる。
この構成により、第１の導体パターンと第２の導体パターンの接触部には接着剤等の絶縁性材料はまったく介在しないので、接触部の全面に渡って導体同士が直接接触する。したがって、接触部の接続抵抗を小さくできる。また、接続においてハンダや導電性接着剤等を使用しないので、接続時にこれらが隣接する導体パターン部分に流れて短絡する等の不良を防止できる。これらの結果、ファインピッチでも歩留まりよく、かつ接続抵抗の小さな回路基板の接続構造体を実現できる。
また、上記回路基板の接続構造体において、第１の回路基板の第１の導体パターンの幅が第２の回路基板の第２の導体パターンの幅より大きい構成としてもよい。この構成により、第１の導体パターンと第２の導体パターンとの位置合せが容易になる。さらに、第１の樹脂基材を軟化させて第１の導体パターンと第２の導体パターンを覆うように流動させて硬化させると、第１の導体パターンと第２の導体パターンとが楔の作用をするので、第１の回路基板と第２の回路基板との接着力を大きくすることもできる。
また、上記回路基板の接続構造体において、第１の樹脂基材が熱可塑性樹脂材料または熱硬化性材料からなる構成としてもよい。この構成により、従来のように接着剤を塗布することなく、第１の回路基板と第２の回路基板とを接着することができる。
また、本発明の回路基板の接続構造体の製造方法は、加熱により軟化して融着性を有する第１の樹脂基材面に、第２の回路基板上に形成された複数の第２の導体パターンと同じピッチを有する複数の第１の導体パターンを形成して第１の回路基板を形成する工程と、第１の回路基板の第１の導体パターンと第２の回路基板の第２の導体パターンとを対向しながら第１の導体パターンと第２の導体パターンとを位置合せする工程と、第１の回路基板と第２の回路基板とを押圧して、第１の導体パターンと第２の導体パターンとが機械的に接触して電気的導通状態とする工程と、第１の回路基板と第２の回路基板とを加熱するとともに押圧し第１の樹脂基材を軟化させて、第１の導体パターンと第２の導体パターンとを覆い、かつ第２の回路基板の第２の樹脂基材まで流動させるとともに第２の樹脂基材に接着する工程と、第１の回路基板と第２の回路基板とを冷却する工程とを有する方法からなる。
この方法により、第１の導体パターンと第２の導体パターンの接触部には接着剤等の絶縁性材料はまったく介在しない状態で、両者の導体同士を直接接触させることができるので、接触部の接続抵抗を小さくできる。また、接続においてハンダや導電性接着剤等を使用しないので、接続時にこれらが隣接する導体パターン部分に流れて短絡する等の不良を防止できる。これらの結果、ファインピッチでも歩留まりよく、かつ接続抵抗の小さな接続構造体を安価に、かつ量産性よく製造することができる。
また、上記回路基板の接続構造体の製造方法において、第１の樹脂基材として熱可塑性樹脂材料を用いる方法としてもよい。熱可塑性樹脂材料を用いる製造方法とすることにより、最初に加圧して第１の導体パターンと第２の導体パターンとを機械的に接触させ、その後、加熱と加圧を加えて第１の樹脂基材を軟化させて流動性を大きくし、第１の導体パターンと第２の導体パターンを覆い、かつ第２の樹脂基材に接着するようにすれば、ファインピッチで、かつ接触部の接続抵抗が小さい回路基板の接続構造体を簡単な工程で製造することができる。
また、上記回路基板の接続構造体の製造方法において、第１の樹脂基材として半硬化状態の熱硬化性樹脂材料を用い、第１の樹脂基材を第２の樹脂基材に接着する工程において、熱硬化性樹脂材料の軟化温度まで加熱し押圧することで、熱硬化性樹脂材料が第１の導体パターンと第２の導体パターンとを覆い、第２の回路基板の第２の樹脂基材と接着し、引き続いて、さらに高い温度に加熱して熱硬化性樹脂材料を硬化させる方法としてもよい。
この方法により、熱硬化性樹脂材料を用いても接触部の接続抵抗の小さな回路基板の接続構造体を製造することができる。熱硬化性樹脂材料を用いることで、接続構造体としたときの耐熱性も大きくすることができる。
また、上記回路基板の接続構造体の製造方法の第１の回路基板を形成する工程において、第１の導体パターンを第１の樹脂基材面に形成後、さらに第１の樹脂基材を加熱するとともに第１の導体パターンを押圧することで、第１の導体パターンを第１の樹脂基材中に埋設し、第１の導体パターンの表面と第１の樹脂基材の表面層とを同一平面とする工程を加えてもよい。
この方法により、第１の回路基板の第１の導体パターンは第１の樹脂基材の表面層と同一面で、かつその平坦性を良好にできる。したがって、第１の導体パターンと第２の導体パターンとを位置合せし、押圧するときに位置ズレ等が生じることがなく、ファインピッチでも量産性よく製造することができる。
また、上記回路基板の接続構造体の製造方法の第１の回路基板を形成する工程において、第２の導体パターンの幅より少なくとも大きな幅を有する第１の導体パターンを第１の樹脂基材面に形成後、さらに第１の樹脂基材を加熱するとともに第１の導体パターンを押圧することで、第１の導体パターンを第１の樹脂基材中に埋設するとともに、第１の導体パターンの表面上に第２の導体パターンの厚みより小さな厚みの空間部を設ける工程を有する方法としてもよい。
あるいは、上記回路基板の接続構造体の製造方法の第１の回路基板を形成する工程において、第１の樹脂基材面に、第２の回路基板の第２の導体パターンの幅より少なくとも大きな幅を有し、かつ、第１の導体パターンの厚みよりも大きく、第１の導体パターンと第２の導体パターンの合計の厚みより小さい形状の凹部を形成し、この凹部に第１の導体パターンを形成して第１の導体パターンの表面上に第２の導体パターンの厚みより小さな厚みの空間部を設ける方法としてもよい。
これらの方法により、第１の回路基板の第１の導体パターンの表面上に、第２の導体パターンの一部を収納する空間部ができるので、この空間部に第２の導体パターンを嵌合すれば容易に精度のよい位置決めができる。
本発明の回路基板の接続構造体は、第１の回路基板の第１の導体パターンと第２の回路基板の第２の導体パターンとが機械的に接触して電気的導通状態を形成し、第１の回路基板の第１の樹脂基材が第１の導体パターンと第２の導体パターンとを覆い、かつ第２の回路基板の第２の樹脂基材に対して接着することで、第１の回路基板と第２の回路基板とが接続された構成からなる。
この構成により、第１の導体パターンと第２の導体パターンの接触部には接着剤等の絶縁性材料はまったく介在しないので、接触部の全面に渡って導体同士が直接接触できる。したがって、接触部の接続抵抗を小さくできる。また、接続においてハンダや導電性接着剤等を使用しないので、接続時にこれらが隣接する導体パターン部分に流れて短絡する等の不良を防止できる。これらの結果、ファインピッチでも歩留まりよく、かつ接続抵抗の小さな接続構造体を実現できるという大きな効果を奏する。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同じ要素については同じ符号を付しているので説明を省略することがある。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる回路基板の接続構造体を示す接続部分の要部断面図である。本実施の形態の回路基板の接続構造体は、第１の回路基板１０と第２の回路基板２０とが、第１の導体パターン１４と第２の導体パターン２４とで電気的に接続され、かつ、第１の回路基板１０の第１の樹脂基材１２と第２の回路基板２０の第２の樹脂基材２２とが接着された構成からなる。なお、この接着は、第１の回路基板１０の第１の樹脂基材１２が熱可塑性で熱融着性を有する材料を用いることでなされる。
図２は、図１に示す第１の回路基板１０の接続部の断面図である。第１の回路基板１０は、第１の樹脂基材１２中に埋設するように接続部である第１の導体パターン１４が形成されている。この第１の樹脂基材１２としては、熱融着性を有する熱可塑性樹脂を用いる。第１の導体パターン１４は、第１の樹脂基材１２の表面に銅箔を貼り付けてエッチングして形成してもよいし、導電性樹脂ペーストを印刷形成してもよい。さらに、蒸着等の薄膜プロセスやメッキにより形成してもよい。
このような方法により形成した第１の導体パターン１４を第１の樹脂基材１２中に埋設する方法は、以下のように行う。すなわち、第１の導体パターン１４が形成された領域部の第１の樹脂基材１２の両面から加熱と加圧を行うことで、第１の導体パターン１４を第１の樹脂基材１２中に埋設することができる。このための第１の樹脂基材１２の材料としては、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂あるいはポリカーボネート樹脂等、加熱により可塑性を生じ、かつ融着性を有する材料であれば特に限定せず使用可能である。
なお、第１の回路基板１０には、第１の導体パターン１４に接続する回路パターンが形成されているが、図示していない。さらに、この回路パターンに半導体素子等の機能部品や抵抗等の受動部品が実装されている場合もある。
第２の回路基板２０の第２の樹脂基材２２は、第１の回路基板１０と同じ樹脂材料を用いてもよいが、このような樹脂材料に限定されず種々の基材を用いることができる。すなわち、第２の回路基板２０の第２の樹脂基材２２に用いる樹脂材料としては、ガラスエポキシ樹脂、紙エポキシ樹脂あるいは紙フェノール樹脂等、被接着性が良好な材料であれば特に限定せず用いることができる。
第２の導体パターン２４は、この第２の回路基板２０の第２の樹脂基材２２の表面上に、例えば銅箔を貼り付けてエッチングして形成することができる。または、導電性樹脂ペーストを印刷して形成してもよいし、あるいは蒸着やメッキ等により形成してもよい。なお、この第２の回路基板２０も第２の導体パターン２４に接続する回路パターンが形成されており、さらにこの回路パターンには半導体素子等の機能部品や抵抗等の受動部品が実装されているが、図示していない。
以下、本実施の形態にかかる回路基板の接続構造体の製造方法について、図３を参照しながら説明する。図３は、本実施の形態にかかる回路基板の接続構造体を製造するための主要工程の断面図である。
図３（ａ）は、第１の回路基板１０の第１の導体パターン１４と第２の回路基板２０の第２の導体パターン２４とを対面させて、位置合せした状態を示す断面図である。このとき、本実施の形態では、第１の導体パターン１４の幅を第２の導体パターン２４の幅より広く形成している。このように形成しておくと、図３（ｅ）に示すように第１の樹脂基材１２は第１の導体パターン１４と第２の導体パターン２４とが楔の役割を果たすので接着強度をより大きくすることができる。
図３（ａ）に示すように、第１の導体パターン１４と第２の導体パターン２４との位置合せを行った後、図３（ｂ）に示すように上側加熱加圧板３０と下側加熱加圧板３２とにより第１の回路基板１０と第２の回路基板２０とを加圧していく。なお、図３（ｂ）は、第１の導体パターン１４と第２の導体パターン２４とが直接接触した状態を示す。この状態では、まだ第１の樹脂基材１２は、第２の樹脂基材２２とは接触していない。また、本実施の形態では、従来の接合方法とは異なり、第２の導体パターン２４の表面上には接着剤等はまったく塗布されておらず、しかも図３（ｂ）に示すように第１の導体パターン１４と第２の導体パターン２４とが最初に直接接触する。したがって、導体同士の良好な接触が生じ、接触部３４の接触抵抗を大幅に小さくできる。また、従来のように第２の導体パターン２４の表面上の接着剤を側方へ排除する必要がないので、加圧力も小さくてすむ。
なお、第１の導体パターン１４および第２の導体パターン２４の表面は、金メッキ等の表面処理を施しておけば、さらに接触部３４の接続抵抗値を小さくできる。さらに、接触部３４に超音波振動を加えて、金属同士の溶融着を行ってもよい。
上記のように、第１の導体パターン１４と第２の導体パターン２４との電気的接触が生じた後、上側加熱加圧板３０と下側加熱加圧板３２とを加圧しながら加熱していく。第１の回路基板１０の第１の樹脂基材１２は、上側加熱加圧板３０による加熱で軟化していく。例えば、第１の樹脂基材１２として、熱可塑性ポリイミド樹脂を用いる場合は１５０℃〜２００℃の範囲に加熱すれば、軟化して熱融着性が生じる。
図３（ｃ）は、加熱加圧をつづけることにより第１の樹脂基材１２が軟化して、接触している第１の導体パターン１４と第２の導体パターン２４とは徐々に第１の樹脂基材１２中に埋設するように押し込まれる。
図３（ｄ）は、さらに加熱加圧を行って第１の樹脂基材１２中に第１の導体パターン１４と第２の導体パターン２４とが完全に埋設されるとともに、第１の樹脂基材１２と第２の樹脂基材２２とが接着部３６で接着した状態を示す断面図である。
図３（ｅ）は、接着接合が終了して加熱を中止した後、冷却して第１の樹脂基材１２を硬化させ、さらに上側加熱加圧板３０と下側加熱加圧板３２とを除去した状態を示す断面図である。この図３（ｅ）に示す断面図は、したがって図１に示す本実施の形態の回路基板の接続構造体を示す図と同じである。
以上のようにして本実施の形態の回路基板の接続構造体が実現される。本発明の回路基板の接続構造体では、最初に第１の導体パターン１４と第２の導体パターン２４とが接触するので、接触部３４では非常に小さな接続抵抗を実現できる。
また、第１の回路基板１０の第１の導体パターン１４は、第１の樹脂基材１２中に加圧して埋設されるため、その表面は平坦である。また、第２の導体パターン２４上には従来のように接着剤等が塗布されていないので、第１の導体パターン１４と第２の導体パターン２４とを接触させるために加圧していくときに滑って位置ズレが生じることがない。したがって、導体パターンのピッチを小さくしても、隣接間の導体パターン同士が短絡することが生じにくく、ファインピッチでも安定して接続が可能となる。
さらに、第１の回路基板１０と第２の回路基板２０のどちらかが不良であることが接続後に判明した場合、再度接続部３６を加熱すると容易に分離してリペアも可能である。すなわち、接続部３６を再び第１の樹脂基材１２の軟化温度以上に加熱すると、第１の導体パターン１４と第２の導体パターン２４とは単に接触しているのみであるので第１の回路基板１０を第２の回路基板２０から容易に分離できる。分離後の第２の回路基板２０の第２の導体パターン２４の表面は、第１の樹脂基材１２等の異物が付着することもないため清浄な表面が保持される。
第２の導体パターン２４の間の第２の樹脂基材２２の表面上に第１の樹脂基材１２の一部が残存する場合があるが、加熱温度と時間とを適正にすればその量を非常に少なくすることができる。したがって、この第２の回路基板２０の第２の導体パターン２４に対して新しい第１の回路基板１０の第１の導体パターン１２を位置合せし、図３で説明した工程を行えば容易にリペアが可能となる。
図４は、本実施の形態で説明した回路基板の接続構造体を製造するための回路基板接続装置の一例を示す概略構成図であり、図５はその動作フローチャートである。
以下、これらの図面を用いて回路基板接続装置６０の構成と動作について説明をする。この回路基板接続装置６０は、第１の回路基板１０の第１の導体パターン（図示せず）を第１の樹脂基材（図示せず）中に埋設して平坦化するための平坦化ユニット６２、第１の回路基板１０の第１の導体パターンと第２の回路基板２０の第２の導体パターン（図示せず）とを加熱加圧して接続するための熱圧着ユニット７２、第１の回路基板１０と第２の回路基板２０とが平坦化ユニット６２および熱圧着ユニット７２と直接接触しないようにするための２枚の緩衝フィルム６８、７０を含んで構成されている。なお、第１の回路基板１０および第２の回路基板２０を搬送する搬送機構、第１の導体パターンと第２の導体パターン同士をする位置合せするための位置合せ部、平坦化ユニット６２と熱圧着ユニット７２の加熱のための電源や加圧を行うための機構部およびこれらを制御するための制御部等も有するが、図示していない。
図５に示すように、最初に平坦化ユニット６２の上側加熱加圧板６４と下側加熱加圧板６６とを用いて、第１の回路基板１０の第１の導体パターンを第１の樹脂基材中に埋め込む平坦化処理を行う（ステップＳ１１）。図４に示すように、第１の回路基板１０の第１の導体パターンが形成された導体パターン領域Ｈを２枚の緩衝フィルム６８、７０で挟み込む。この後、平坦化ユニット６２の上側加熱加圧板６４と下側加熱加圧板６６とを押圧していき、導体パターン領域Ｈを加熱するとともに加圧する。この加熱により第１の回路基板１０の第１の樹脂基材が軟化し、第１の導体パターンが第１の樹脂基材中に埋設されると同時に、その表面が平坦化される。
つぎに、第２の回路基板２０および第１の導体パターンが平坦化された第１の回路基板１０をそれぞれ熱圧着ユニット７２の位置まで搬送する（ステップＳ１２）。第１の回路基板１０は、緩衝フィルム６８、７０と一緒に図示しない搬送機構により熱圧着ユニット７２まで搬送する。また、第２の回路基板２０は基板搬送機構７４により熱圧着ユニット７２まで搬送する。なお、第１の回路基板１０と第２の回路基板２０とを熱圧着ユニット７２まで搬送するときには、第１の回路基板１０の第１の導体パターンと第２の回路基板２０の第２の導体パターンとが対向するような配置となるようにする。
熱圧着ユニット７２では、図４に示すように第１の回路基板１０の導体パターン領域Ｈの第２の導体パターンと第２の回路基板２０の第２の導体パターンとを対向させ、かつ位置合せを行う（ステップＳ１３）。位置合せは、例えば熱圧着ユニット７２と第１の回路基板１０との間にカメラを配置し、このカメラを用いて第１の導体パターンと第２の導体パターンとを自動認識させて制御部により第１の回路基板１０または第２の回路基板２０を移動させながら位置合せする。
位置合せが完了すると、熱圧着ユニット７２の上側加熱加圧板３０と下側加熱加圧板３２とにより第１の回路基板１０と第２の回路基板２０とを押圧していくと、図３（ｂ）に示すように第１の導体パターンと第２の導体パターンとが直接接触するようになり電気的な接続が可能となる（ステップＳ１４）。
さらに加圧をしながら加熱を加え、第１の樹脂基材を軟化させると第１の樹脂基材が第１の導体パターンと第２の導体パターン間に流れ、かつ第２の回路基板２０の第２の樹脂基材と接触して接着する（ステップＳ１５）。
この後、熱圧着ユニット７２を第１の回路基板１０と第２の回路基板２０とからはずし、冷却すると第１の樹脂基材が硬化して接着が完了する（ステップＳ１６）。なお、熱圧着ユニット７２で加圧した状態で加熱を止めて冷却するようにしてもよい。
上記の製造方法により具体的に回路基板の接続構造体を作製した実施例について、以下説明する。本実施例では、第１の回路基板１０の第１の樹脂基材１２として熱可塑性ポリイミドを用いた。厚みは０．１ｍｍである。この第１の樹脂基材１２の表面上に第１の導体パターン１４を、導電性樹脂ペーストを用いて印刷により形成した。第１の導体パターン１４の線幅は０．２５ｍｍ、線間は０．２５ｍｍ、配線ピッチは０．５ｍｍで、膜厚は２５μｍとした。第１の導体パターン１４の配線本数は５０本である。このように形成した第１の導体パターン１４に対して平坦化処理を行った。その条件は、第１の回路基板１０を回路基板接続装置６０の平坦化ユニット６２にセットして、加圧力を１トン／１００ｍｍ□、熱プレス時の加熱温度を１８０℃として、５分〜６０分の時間印加した。この平坦化処理により、図２に示すような第１の導体パターン１４が第１の樹脂基材１２中に埋設された構造を有する第１の回路基板１０を得た。
第２の回路基板２０としては、ガラスエポキシ樹脂からなる第２の樹脂基材２２を用いて、この表面上にメッキにより第２の導体パターン２４を形成した。第２の導体パターン２４の線幅は０．１５ｍｍ、線間は０．２８ｍｍ、配線ピッチは０．５ｍｍで、膜厚は２５μｍとした。
つぎに、この第１の回路基板１０と第２の回路基板２０とを回路基板接続装置６０の熱圧着ユニット７２に移動させて加熱加圧して接続を行った。第１の回路基板１０の第１の導体パターン１４と第２の回路基板２０の第２の導体パターン２４とを位置合せし、図３に示す工程にしたがって加熱加圧して接続した。接続時の加熱温度は１８０℃、加圧力は１ｋｇｆ／ｃｍ２〜１０ｋｇｆ／ｃｍ２、加熱および加圧時間は５分〜６０分とした。
このようにして第１の回路基板１０と第２の回路基板２０とを接続した結果、接触部３４の接続抵抗値は従来の方式に比べて１／２以下で、かつ位置ズレは±３０μｍ以下となり、しかも接着強度も充分であることが確認された。
なお、本実施の形態では、第１の導体パターン１４と第２の導体パターン２４とは、第１の導体パターン１４の方が幅広としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１の導体パターン１４の方が幅狭に形成してもよいし、あるいは同じ幅に形成してもよい。さらに、第１の導体パターン１４と第２の導体パターン２４のそれぞれの厚みも特に限定されず、必要な配線抵抗値等から適宜設定することができる。
（第２の実施の形態）
図６は、本発明の第２の実施の形態にかかる回路基板の接続構造体の製造方法を示す主要部の工程の断面図である。図６（ａ）は第１の回路基板４０の断面形状を示す図であり、図６（ｂ）は第１の回路基板４０と第２の回路基板２０とを、第１の導体パターン４４と第２の導体パターン２４とが接触するまで押圧した状態を示す断面図である。なお、押圧するための上側加熱加圧板と下側加熱加圧板とは図示していない。
本実施の形態の回路基板の接続構造体は、第１の回路基板４０の第１の導体パターン４４の構造が第１の実施の形態とは異なる。すなわち、本実施の形態では、第１の回路基板４０の第１の導体パターン４４は、第１の樹脂基材４２に埋設され、しかもその表面４８は第１の樹脂基材４２の表面層５０より内部にある。したがって、第１の導体パターン４４の表面４８と第１の樹脂基材４２の表面層５０との段差Ｆに相当する空間部４６が設けられている。なお、この空間部４６の段差Ｆは図６（ｂ）に示すように第２の導体パターン２４の厚みＧより小さくしておく。
このような構造を作製するためには、例えば第１の導体パターン４４と同じ形状で、かつ第１の導体パターン４４と段差Ｆとを加えた高さを有する型を用いて第１の導体パターン４４を第１の樹脂基材４２中に加熱加圧して埋設すればよい。あるいは、第１の導体パターン４４と段差Ｆとを加えた高さを有する型を用いて、あらかじめ第１の樹脂基材４２に第１の導体パターン４４と段差Ｆとを加えた深さの凹部を設けておき、この凹部中に第１の導体パターン４４を形成する方法でもよい。
このように、第１の回路基板４０の第１の導体パターン４４の表面に空間部４６を設けておくことで、図６（ｂ）に示すように第１の回路基板４０の第１の導体パターン４４と第２の回路基板２０の第２の導体パターン２４との位置合せが容易となる。すなわち、第２の導体パターン２４は、第１の回路基板４０の空間部４６に嵌合し、それと同時に第１の導体パターン４４と第２の導体パターン２４とが直接接触する。これにより良好な電気的接触状態が実現される。
その後、図３に示すと同様な工程を行うことで、第１の回路基板４０の第１の樹脂基材４２が加熱加圧により軟化し、第１の導体パターン４４と第２の導体パターン２４との周囲を完全に覆うとともに、第２の回路基板２０の第２の樹脂基材２２と接着する。接着後、冷却して図示しない上側加熱加圧板と下側加熱加圧板とをはずせば、本実施の形態の回路基板の接続構造体が得られる。
具体的な構成の一例を、以下説明する。
第１の回路基板４０の第１の樹脂基材４２として厚みが０．１ｍｍの熱可塑性ポリイミドを用い、まず、第１の樹脂基材４２の表面に第１の導体パターン４４と段差Ｆとを加えた高さを有する型を用いて、あらかじめ第１の樹脂基材４２に第１の導体パターン４４と段差Ｆとを加えた深さの凹部を設けておき、この凹部中に第１の導体パターン４４を形成した。このときの第１の導体パターン４４は、導電性樹脂ペーストを用いて描画方式により形成した。第１の導体パターン４４の線幅は０．３ｍｍ、線間は０．２５ｍｍ、配線ピッチは０．５５ｍｍで、膜厚は２５μｍとした。第１の導体パターン４４の配線本数は５０本である。
第２の回路基板２０としては、ガラスエポキシ樹脂からなる第２の樹脂基材２２を用いて、この表面上にメッキにより第２の導体パターン２４を形成した。第２の導体パターン２４の線幅は０．２ｍｍ、線間は０．３５ｍｍ、配線ピッチは０．５５ｍｍで、膜厚は２５μｍとした。
なお、上記したように、第２の導体パターン２４の厚みを２５μｍとしたので、段差Ｆはこの厚みより小さい１５μｍとした。したがって、凹部の深さは、第１の導体パターン４４の厚み２５μｍと段差Ｆを加えた厚み４０μｍとした。
つぎに、この第１の回路基板４０と第２の回路基板２０とを、第１の実施の形態で説明した回路基板接続装置６０を用いて加熱接続を行った。この場合には平坦化ユニット６２での平坦化処理は不要であるので、直接熱圧着ユニット７２に移動させて加熱加圧して接続を行った。第２の回路基板２０の第２の導体パターン２４を、第１の回路基板４０の第１の導体パターン４４上の空間部４６に嵌合した後、第１の実施の形態と同様な工程にしたがって加熱加圧して接続した。接続時の加熱温度は１８０℃、加圧力は１ｋｇｆ／ｃｍ２〜１０ｋｇｆ／ｃｍ２、加熱および加圧時間は５分〜６０分とした。
以上の工程を経ることで、第１の回路基板４０の第１の導体パターン４４と第２の回路基板２０の第２の導体パターン２４とが直接接触して良好な電気的導通状態が得られ、かつ第１の樹脂基材４２の軟化により第２の樹脂基材２２と接着した回路基板の接続構造体が得られた。
本実施の形態の回路基板の接続構造体では、位置合せがより容易になるだけでなく、隣接する導体パターン間での短絡も防止できる。
（第３の実施の形態）
図７は、本発明の第３の実施の形態にかかる回路基板の接続構造体の製造方法を示す主要部の工程の断面図である。
図７（ａ）は第１の回路基板５２の断面形状を示す図であり、図７（ｂ）は第１の回路基板５２と第２の回路基板２０とを、第１の導体パターン５６と第２の導体パターン２４とが接触するまで押圧した状態を示す断面図である。なお、押圧するための上側加熱加圧板と下側加熱加圧板とは図示していない。
本実施の形態の回路基板の接続構造体では、第１の回路基板５２の第１の導体パターン５６の構造が第１の実施の形態とは異なる。すなわち、本実施の形態では、図７（ａ）に示すように第１の回路基板５２の第１の導体パターン５６は、第１の樹脂基材５４の表面に形成されており、埋設されていないことが特徴である。したがって、第１の導体パターン５６を形成する場合には、第１の樹脂基材５４の表面上に、例えば導電性樹脂ペーストを印刷等により容易に形成できる。
また、第２の回路基板２０は第１の実施の形態で説明したものと同じ構成である。本実施の形態では、図８に示した従来の接続方法のそれぞれの回路基板と同じ形状であるが、接続のための方法が以下のように異なる。すなわち、図７（ｂ）に示すように、第１の回路基板５２の第１の導体パターン５６と第２の回路基板２０の第２の導体パターン２４とを位置合せして、図示しない上側加熱加圧板と下側加熱加圧板とにより加圧していくと、第１の導体パターン５６と第２の導体パターン２４とが最初に直接接触する。このとき、図８に示す従来の方式とは異なり、第２の導体パターン２４の表面上には接着剤がまったく塗布されていないので、押圧しても滑って位置ズレすることが生じにくい。
第１の導体パターン５６と第２の導体パターン２４とが直接接触して電気的に導通が得られると、さらに上側加熱加圧板と下側加熱加圧板とにより加熱しながら加圧していく。これにより、第１の樹脂基材５４が軟化し、第１の導体パターン５６と第２の導体パターン２４とを完全に覆うとともに、第２の樹脂基材２４と接着する。この後、冷却して上側加熱加圧板と下側加熱加圧板とを除去すると、図１に示す構造と同様な本実施の形態の回路基板の接続構造体が得られる。
この実施の形態の回路基板の接続構造体においては、第１の回路基板５２の第１の導体パターン５６は第１の樹脂基材５４の表面に形成すればよいので、工程が簡略化できる。また、押圧時に、最初に第１の導体パターンと第２の導体パターンとが直接接触するので、接触部の接続抵抗を従来の方式に比べて大幅に低減できる。さらに、加圧力も小さくてよいので、上側加熱加圧板および下側加熱加圧板の加圧機構も簡略化できる。
本発明の回路基板の接続構造体とその製造方法は、第１の回路基板の第１の導体パターンと第２の回路基板の第２の導体パターンとが機械的に接触して電気的導通状態を形成し、第１の回路基板の第１の樹脂基材が第１の導体パターンと第２の導体パターンとを覆い、かつ第２の回路基板の第２の樹脂基材に対して接着することで、第１の回路基板と第２の回路基板とが接続された構成からなり、ファインピッチで、かつ接続抵抗の小さな接続構造体を実現できるので、携帯電子機器等の種々の電子機器に用いられる回路基板間を接続する分野に有用である。
本発明の第１の実施の形態にかかる回路基板の接続構造体を示す接続部分の要部断面図 同実施の形態にかかる回路基板の接続構造体において、第１の回路基板の接続部の断面図 同実施の形態にかかる回路基板の接続構造体を製造するための主要工程の断面図 同実施の形態における回路基板の接続構造体を製造するための回路基板接続装置の一例を示す概略構成図 同実施の形態における回路基板の接続構造体を製造するための回路基板接続装置の動作フローチャート 本発明の第２の実施の形態にかかる回路基板の接続構造体の製造方法を示す主要部の工程の断面図 本発明の第３の実施の形態にかかる回路基板の接続構造体の製造方法を示す主要部の工程の断面図 従来の回路基板の導体パターン同士を接続する方法を示す主要工程の接続部の断面図
符号の説明
１０，４０，５２，５００ 第１の回路基板
１２，４２，５４，５０２ 第１の樹脂基材
１４，４４，５６，５０４ 第１の導体パターン
２０，５０６ 第２の回路基板
２２，５０８ 第２の樹脂基材
２４，５１０ 第２の導体パターン
３０，６４，５１４ 上側加熱加圧板
３２，６６，５１６ 下側加熱加圧板
３４ 接触部
３６ 接着部
４６ 空間部
４８ 表面
５０ 表面層
６０ 回路基板接続装置
６２ 平坦化ユニット
６８，７０ 緩衝フィルム
７２ 熱圧着ユニット
７４ 基板搬送機構
５１２ 接着樹脂

Claims (5)

  1. 加熱により軟化して融着性を有する第１の回路基板面に、第２の回路基板上に形成された複数の第２の導体パターンと同じピッチを有する複数の第１の導体パターンを形成して第１の回路基板を形成後、前記第１の回路基板を加熱するとともに前記第１の導体パターンを押圧することで、前記第１の導体パターンを前記第１の回路基板中に埋設し、前記第１の導体パターンの表面と前記第１の回路基板の表面層とを同一平面とする工程と、
    前記第１の回路基板の前記第１の導体パターンと前記第２の回路基板の前記第２の導体パターンとを対向しながら前記第１の導体パターンと前記第２の導体パターンとを位置合せする工程と、
    前記第１の回路基板と前記第２の回路基板とを押圧して、前記第１の導体パターンと前記第２の導体パターンとが機械的に接触して電気的導通状態とする工程と、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板とを加熱するとともに押圧し前記第１の回路基板を軟化させて、前記第１の導体パターンと前記第２の導体パターンとを覆い、かつ前記第２の回路基板の第２の回路基板まで流動させるとともに前記第２の回路基板に接着する工程と、
    前記第１の回路基板と前記第２の回路基板とを冷却する工程とを有することを特徴とする回路基板の接続構造体の製造方法。
  2. 加熱により軟化して融着性を有する第１の回路基板面に、第２の回路基板上に形成された複数の第２の導体パターンと同じピッチで、前記第２の導体パターンの幅より少なくとも大きな幅を有する複数の第１の導体パターンを形成し、前記第１の回路基板を加熱するとともに前記第１の導体パターンを押圧することで、前記第１の導体パターンを前記第１の回路基板中に埋設するとともに、前記第１の導体パターンの表面上に前記第２の導体パターンの厚みより小さな厚みの空間部を設ける工程と、
    第１の回路基板を形成する工程と、
    前記第１の回路基板の前記第１の導体パターンと前記第２の回路基板の前記第２の導体パターンとを対向しながら前記第１の導体パターンと前記第２の導体パターンとを位置合せする工程と、
    前記第１の回路基板と前記第２の回路基板とを押圧して、前記第１の導体パターンと前記第２の導体パターンとが機械的に接触して電気的導通状態とする工程と、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板とを加熱するとともに押圧し前記第１の回路基板を軟化させて、前記第１の導体パターンと前記第２の導体パターンとを覆い、かつ前記第２の回路基板の第２の回路基板まで流動させるとともに前記第２の回路基板に接着する工程と、
    前記第１の回路基板と前記第２の回路基板とを冷却する工程とを有することを特徴とする回路基板の接続構造体の製造方法。
  3. 加熱により軟化して融着性を有する第１の回路基板面に、第２の回路基板上に形成された複数の第２の導体パターンと同じピッチを有する複数の第１の導体パターンを形成して第１の回路基板を形成する工程と、
    前記第１の回路基板面に、前記第２の回路基板の前記第２の導体パターンの幅より少なくとも大きな幅を有し、かつ、前記第１の導体パターンの厚みよりも大きく、前記第１の導体パターンと前記第２の導体パターンの合計の厚みより小さい形状の凹部を形成し、前記凹部に前記第１の導体パターンを形成して前記第１の導体パターンの表面上に前記第２の導体パターンの厚みより小さな厚みの空間部を設ける工程と、
    前記第１の回路基板の前記第１の導体パターンと前記第２の回路基板の前記第２の導体パターンとを対向しながら前記第１の導体パターンと前記第２の導体パターンとを位置合せする工程と、
    前記第１の回路基板と前記第２の回路基板とを押圧して、前記第１の導体パターンと前記第２の導体パターンとが機械的に接触して電気的導通状態とする工程と、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板とを加熱するとともに押圧し前記第１の回路基板を軟化させて、前記第１の導体パターンと前記第２の導体パターンとを覆い、かつ前記第２の回路基板の第２の回路基板まで流動させるとともに前記第２の回路基板に接着する工程と、
    前記第１の回路基板と前記第２の回路基板とを冷却する工程とを有することを特徴とする回路基板の接続構造体の製造方法。
  4. 前記第１の回路基板として熱可塑性樹脂材料を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の回路基板の接続構造体の製造方法。
  5. 前記第１の回路基板として半硬化状態の熱硬化性樹脂材料を用い、
    前記第１の回路基板を前記第２の回路基板に接着する工程において、前記熱硬化性樹脂材料の軟化温度まで加熱し押圧することで、前記熱硬化性樹脂材料が前記第１の導体パターンと前記第２の導体パターンを覆い、前記第２の回路基板の前記第２の回路基板と接着し、
    引き続いて、さらに高い温度に加熱して前記熱硬化性樹脂材料を硬化させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の回路基板の接続構造体の製造方法。
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