JP4547987B2 - 基板接続方法およびこの方法により製造された複合基板 - Google Patents

Description

本発明は、基板接続方法に関し、より詳しくは、プリント基板とフレキシブル基板とを電気的にも力学的にも強固に接続する基板接続方法に関する。

また、本発明は、この基板接続方法により製造された複合基板に関し、より詳しくは、プリント基板とフレキシブル基板とが電気的にも力学的にも強固に接続されてなる複合基板に関する。

プリント基板とフレキシブル基板とを強固に接続する方法としては、図２に示すようなものがある。図中、５１はプリント基板、５２は導電パターン、５３はフレキシブル基板、５４は導電体、５５はハンダ、５６は絶縁性接着剤、５７はヒートツールである。

まず、図２（ａ）に示すように、基板５１の各導電パターン５２上の少なくとも導電体５４と接続すべき部分に絶縁性接着剤５６を載せ、さらにフレキシブル基板５３を載せて、ヒートツール５７を押し当てて加圧加熱する。これにより、図２（ｂ）に示すように、絶縁性接着剤５６が溶融し、導電パターン５２と対応する導電体５４との間に介在する絶縁性接着剤５６は側方に押し出される。また、その加熱加圧によって導電パターン５２および導電体５４の各表面にそれぞれメッキされたハンダ５５が溶融し、両者がハンダ付けされる。そして、導電パターン５２と導電体５４との接続部分から押し出された絶縁性接着剤５６は、導電パターン５２および導電体５４の配置領域外に充填され、両基板５１，５３を固着する。

したがって、両基板５１，５３は、ハンダ付けにより電気的に接続されるとともに、絶縁性接着剤５６により力学的にも固着される。その結果、両基板５１，５３の強固な接続・固定が可能となる（例えば特許文献１参照）。
特開昭６０−１４０８９６号公報

しかしながら、上記したような従来の基板接続方法では、絶縁性接着剤５６が導電体５４と導電パターン５２との間に残存し、接続が不完全なものとなるおそれがある。また、ヒートツール５７による加熱圧着後、ヒートツール５７を離隔してハンダ５５および絶縁性接着剤５６が固まるまで一定時間放置する必要があるが、この間の加圧ができないために、接続が不十分なままハンダ５５および絶縁性接着剤５６が固着してしまい、導通不良の原因となるおそれがある。

本発明に係る基板接続方法は、一方面に導体端子を備え、他方面が絶縁性を有する熱可塑性樹脂で被覆され、導体端子の配置位置と異なる位置に貫通穴を有するプリント基板と、一方面に導体端子を備えるフレキシブル基板とを接続する基板接続方法であって、前記プリント基板の前記導体端子と、前記フレキシブル基板の前記導体端子とを対向させ、フレキシブル基板をプリント基板に昇温圧着する工程からなる。

この構成によれば、次のような作用を奏する。

すなわち、まず、昇温圧着により、フレキシブル基板の導体端子と、プリント基板の導体端子とが接続される。次に、昇温圧着による熱が、プリント基板に貼り付けられた熱可塑性樹脂に伝達し、この熱可塑性樹脂のプリント基板との接触部付近が一部溶融する。このように溶融した熱可塑性樹脂は、プリント基板の貫通穴を通ってプリント基板とフレキシブル基板との接合部に流れ出し、プリント基板とフレキシブル基板との隙間を充填する。

したがって、この構成によれば、次のような効果を奏する。

すなわち、プリント基板の導体端子と、フレキシブル基板の導体端子とが接続された後、熱可塑性樹脂がプリント基板とフレキシブル基板との接合部の隙間に充填されるので、この熱可塑性樹脂が両基板を接着し、各導体端子同士の電気的接続を力学的に補強し、プリント基板とフレキシブル基板との接続が、電気的にも力学的にも確実なものとなる。

また、前記昇温圧着工程は、ヒートツールにより前記フレキシブル基板の他方面側から加熱・加圧する工程と、昇温機能を持たない押さえツールによりフレキシブル基板の他方面側を押圧するとともにこの押さえツールによる押圧状態を保持したままヒートツールを離隔する工程とからなることが好ましい。この構成によれば、ヒートツールを離隔した後も、押さえツールによりフレキシブル基板を押圧し続けるので、両基板がしっかりと押しつけられた状態を保ったまま、溶融した熱可塑性樹脂が自然冷却により固体化する。したがって、溶融した熱可塑性樹脂が固まる前にフレキシブル基板が浮き上がるなどして、熱可塑性樹脂の充填が不十分となり、両基板の接続が不十分となるおそれがない。

また、前記押さえツールは、前記プリント基板の貫通穴および導体端子が配置される箇所を避けて押圧するようになっていることが好ましい。この構成によれば、押さえツールにヒートツールによる余熱が残り、ハンダおよび熱可塑性樹脂の冷却が遅くなるといったことがない。

また、前記プリント基板の前記導体端子および前記フレキシブル基板の前記導体端子の少なくともいずれか一方にハンダが形成されていることが好ましい。この構成によれば、両基板の各導体端子同士を安価なハンダ付けにて接続することができるので、製品のコストを抑えることができる。

また、前記熱可塑性樹脂は、前記ハンダの融点よりも低い融点のものであることが好ましい。この構成によれば、ヒートツールによる熱が伝達ロスにより低くなっても、熱可塑性樹脂が確実に溶融するようになる。

前記の基板接続方法により製造される複合基板は、一方面に導体端子を備え、他方面が絶縁性を有する熱可塑性樹脂で被覆され、導体端子の配置位置と異なる位置に貫通穴を有するプリント基板と、一方面に導体端子を備えるフレキシブル基板とからなり、前記プリント基板の前記導体端子と、前記フレキシブル基板の前記導体端子とが接続されており、前記プリント基板と、前記フレキシブル基板との隙間およびプリント基板の貫通穴の全域または一部に前記熱可塑性樹脂が充填されてなる。

この構成によれば、プリント基板とフレキシブル基板との接続が電気的にも力学的にも確実な、優れた複合基板を得ることができる。

以上の説明から明らかなように、本発明の基板接続方法によれば、プリント基板の導体端子と、フレキシブル基板の導体端子とがハンダにより接続された後、熱可塑性樹脂がプリント基板とフレキシブル基板との接合部の隙間に充填されるので、この熱可塑性樹脂が両基板を接着し、ハンダによる接続を力学的に補強し、プリント基板とフレキシブル基板との接続が、電気的にも力学的にも確実なものとなる。

また、本発明の複合基板によれば、プリント基板とフレキシブル基板との接続が電気的にも力学的にも確実な、優れた複合基板を得ることができる。

本発明に係る基板接続方法の実施形態について、図１を参照しながら説明する。

図１に示すように、本発明の実施の形態としての基板接続方法は、プリント基板１とフレキシブル基板２とを接続する方法である。

プリント基板１は、ガラスエポキシやセラミックなどからなるベース板１１を備え、このベース板１１の一方面に形成されるプリント配線（不図示）の所定箇所に導体端子１３が複数形成されている。ベース板１１には、導体端子１３が形成されない位置にこのベース板１１を貫通する貫通穴１２が複数形成されており、ベース板１１の他面側には、熱可塑性樹脂３が一体的に被覆されている。この熱可塑性樹脂３は、接着性が高く絶縁性を有する材料、例えばエバーグリップ ＴＨＥＲＭＥＬＴ ８６７１（商品名）からなる。導体端子１３の接合面にはフラックス１４が予め塗布されている。

フレキシブル基板２は、耐熱性に優れるポリイミドからなるフィルム２４を備え、このフィルム２４の一方面に形成される導電性ペースト（不図示）の所定箇所に導体端子２１が複数形成されている。導体端子２１の接合面にはハンダ２２が予め形成されている。このハンダ２２には、あらゆる種類のものが適用できるが、本実施の形態では、融点が２０３℃のハンダを用いている。そして、プリント基板１の熱可塑性樹脂３は、ハンダ２２の融点よりも低い融点のものを用いる。

以上のプリント基板１とフレキシブル基板２とは、以下のように接続される。

まず、図１（ａ）に示すように、プリント基板１の導体端子１３と、フレキシブル基板２の導体端子２１とを対向させる。そして、フレキシブル基板２の他方面側（図中上側）からヒートツール４により押圧し、昇温圧着する。このとき、ヒートツール４による加熱温度は、ハンダ２２の温度が２３０℃〜２７０℃となるように設定する。なお、フレキシブル基板２を構成するフィルム２４は、このような温度領域でも変形、変質等しないことを確認している。

また、同時に、プリント基板１の貫通穴１２もしくは導体端子１３，２１が配置される箇所を避けて押さえツール４１により押圧する。そして、ヒートツール４による昇温圧着後も、引き続き押さえツール４１によりフレキシブル基板２を押圧し続ける。

本実施の形態の基板接続方法は、以上のように構成されているので、以下の作用を奏する。

すなわち、図１（ｂ）に示すように、ヒートツール４による昇温圧着により、まず、フレキシブル基板２の導体端子１３に形成したハンダ２２が溶融し、フレキシブル基板２の導体端子２１と、プリント基板１の導体端子１３とが接続される。

次に、図１（ｃ）に示すように、昇温圧着による熱が、プリント基板１に貼り付けられた熱可塑性樹脂３に伝達し、この熱可塑性樹脂３のプリント基板１との接触部付近が一部溶融する。このように溶融した熱可塑性樹脂３は、プリント基板１の貫通穴１２を通ってプリント基板１とフレキシブル基板２との間の隙間に流れ出し、この隙間に充填される。なお、熱可塑性樹脂３は、必ずしもプリント基板１とフレキシブル基板２との隙間全域に一切の空間を空けずに充填する必要はなく、一部分に隙間が空いた状態であってもよい。

さらに、図１（ｄ）に示すように、ヒートツール４を離隔し、押さえツール４１によりフレキシブル基板２を押圧し続けることにより、両基板１，２がしっかりと押しつけられた状態を保ったまま、溶融したハンダ２２および熱可塑性樹脂３が自然冷却により固体化する。

以上より、本実施の形態の基板接続方法では、以下の効果を奏する。

すなわち、プリント基板１の導体端子１３と、フレキシブル基板２の導体端子２１とがハンダ２２により接続された後、熱可塑性樹脂３がプリント基板１とフレキシブル基板２との接合部の隙間に充填されるため、この熱可塑性樹脂３が両基板１，２を接着し、ハンダ２２による接続を力学的に補強し、プリント基板１とフレキシブル基板２との接続が、電気的にも力学的にも確実なものとなる。

また、ヒートツール４の離隔後、押さえツール４１によりフレキシブル基板２を押圧し続けることにより、溶融したハンダ２２および熱可塑性樹脂３が固まる前にフレキシブル基板２が浮き上がるなどして、ハンダ２２付けが不十分となったり、熱可塑性樹脂３の充填が不十分となり、両基板の接続が不十分となるおそれがない。

また、熱可塑性樹脂３の融点は、ハンダ２２の融点よりも低く設定しているため、ヒートツール４による熱が伝達ロスにより低くなっても、熱可塑性樹脂３が確実に溶融するようになる。

なお、以上のような方法で接続されたプリント基板１とフレキシブル基板２の接続強度につき、十分実用に耐えることを実験により確認している。すなわち、上記実施の形態に基づいてプリント基板１とフレキシブル基板２とを接合したものを用いて、プリント基板１を固定しつつ、フレキシブル基板２の縁をプリント基板１の垂直方向に引っ張り、剥離に至るまでの引張り強度を測定した。そして、従来例として、上記と同様の構成で熱可塑性樹脂３を充填しておらず、ハンダ付けのみものを用いた。なお、製品規格として、最低４．９Ｎの引張り強度が必要である。

結果として、従来例では、剥離に至る引張り強度の最低値が４．３Ｎと、製品規格の４．９Ｎを下回る場合があった。これに対して、本発明では、剥離に至る引張り強度は、平均値で１１．１Ｎ、最低値でも７．８Ｎであり、製品規格の４．９Ｎを十分に満足するものであった。

なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、その他、以下に示すような各種実施の形態の他、あらゆる用途に適用可能である。

（１）プリント基板１の他方面側に各種電子部品を実装したタイプにも本発明は適用可能である。具体的に、図示しないが、プリント基板１の他方面側にコイルやコンデンサなどの各種電子部品を実装し、これら各電子部品を熱可塑性樹脂３で封止する。そして、貫通穴１２は、プリント基板１の一方面側と他方面側の各プリント配線を導通するスルーホールとして活用する。このような構成では、各電子部品が絶縁性を有する熱可塑性樹脂３により封止されているので、互いの絶縁が良好に保たれる。したがって、厳しい絶縁特性と小型化が同時に要求される各種装置、例えば、携帯電話機などの小型電子機器に内蔵するキセノン放電管を用いたストロボ装置などに好適に用いることができる。

（２）押さえツール４１は、必ずしもプリント基板１の貫通穴１２もしくは導体端子１３，２１が配置される箇所を避けて押圧する必要はなく、フレキシブル基板２の全域を押さえツール４１で押圧するようにしてもよい。ただしこの場合、押さえツール４１にヒートツール４による余熱が残るため、ハンダ２２および熱可塑性樹脂３の冷却が遅くなるので、この点において、上記実施の形態の方が優れている。

（３）熱可塑性樹脂３の融点は、必ずしもハンダ２２の融点よりも低くする必要はなく、ヒートツール４の熱伝導が低下する心配がなければハンダ２２の融点と同じ、もしくはそれ以上であってもよい。

本発明は、プリント基板とフレキシブル基板との接続を省スペースでしかも強固に行う上で好適である。そして、プリント基板に実装される各種電子部品の絶縁を保つ上でも有効である。したがって、今日小型化が著しい各種携帯機器、例えば携帯電話機、ＰＤＡ、ノートパソコン、デジタルカメラなどの製造に好適に用いることができる。特に、実装する電子部品間の絶縁が厳しく要求されるキセノン管を用いたストロボ装置などに好適に用いることができる。

本発明の実施の形態に係る基板接続方法の説明図 従来の基板接続方法の説明図

符号の説明

１ プリント基板
２ フレキシブル基板
３ 熱可塑性樹脂
４ ヒートツール
１１ ベース板
１２ 貫通穴
１３ （プリント基板の）導体端子
１４ フラックス
２１ （フレキシブル基板の）導体端子
２２ ハンダ
２３ ハンダ層
２４ フィルム
４１ 押さえツール

Claims (6)

1. 一方面に導体端子を備え、他方面が絶縁性を有する熱可塑性樹脂で被覆され、導体端子の配置位置と異なる位置に貫通穴を有するプリント基板と、
   一方面に導体端子を備えるフレキシブル基板とを接続する基板接続方法であって、
   前記プリント基板の前記導体端子と、前記フレキシブル基板の前記導体端子とを対向させ、前記フレキシブル基板を前記プリント基板に昇温圧着する工程により前記熱可塑性樹脂が溶融して前記貫通穴から前記フレキシブル基板と前記プリント基板の接合部に流入し、前記フレキシブル基板と前記プリント基板との隙間および前記プリント基板の貫通穴に全域または一部に前記熱可塑性樹脂が充填されることを特徴とする基板接続方法。
   
2. 前記昇温圧着工程は、ヒートツールにより前記フレキシブル基板の他方面側から加熱・加圧する工程と、昇温機能を持たない押さえツールによりフレキシブル基板の他方面側を押圧するとともにこの押さえツールによる押圧状態を保持したままヒートツールを離隔する工程とからなる請求項１に記載の基板接続方法。
3. 前記押さえツールは、前記プリント基板の貫通穴および導体端子が配置される箇所を避けて押圧するようになっている請求項２に記載の基板接続方法。
4. 前記プリント基板の前記導体端子および前記フレキシブル基板の前記導体端子の少なくともいずれか一方にハンダが形成されている請求項１から３のいずれか一つに記載の基板接続方法。
5. 前記熱可塑性樹脂は、前記ハンダの融点よりも低い融点のものである請求項４に記載の基板接続方法。
6. 一方面に導体端子を備え、他方面が絶縁性を有する熱可塑性樹脂で被覆され、導体端子の配置位置と異なる位置に貫通穴を有するプリント基板と、
   一方面に導体端子を備えるフレキシブル基板とからなり、
   前記プリント基板の前記導体端子と、前記フレキシブル基板の前記導体端子とが接続されており、前記プリント基板と、前記フレキシブル基板との隙間およびプリント基板の貫通穴の全域または一部に前記熱可塑性樹脂が充填されてなる複合基板。
   

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