JP4696924B2 - フレキシブル回路基板 - Google Patents

Description

本発明は、フレキシブル回路基板に関し、さらに詳しくは、電子機器等の筐体内部で折り曲げて使用されるフレキシブル回路基板に関する。

例えば光通信ネットワークにより通信を行う電子機器等が提供されている。このような電子機器の筐体は、省スペース化の要求に伴い益々小型化が求められる反面、電子機器に要求される性能が益々高度化され、電子機器の筐体内に搭載される電子部品が多くなってきている。このような小型化と高密度実装化の二つの相反する命題を解決する一手段として、複数の回路基板を筐体内に三次元的に配置し、その各々の回路基板をフレキシブル基板（以下、フレキ基板とする）で電気的に接続する形態が一般化されている。

フレキ基板を使用した従来の一般的な形態では、フレキ基板の柔軟性に注目してフレキ基板を鋭角に曲げて用いる、という構成は採用されていなかった。通常は、フレキ基板を電子機器の可動部に適用して、その耐久性に期待する用いられ方が一般的であったといえる。

これに対して電子機器の筐体の小型化に伴い、フレキ基板を鋭角に曲げて複数の回路基板を最短距離で接続する形態が提案されている。フレキ基板に導体として設けられている銅箔は柔らかいため、折り曲げることが可能である。さらに、上記導体として圧延銅箔を用いれば、折り曲げの繰り返しに対する信頼性も向上する。また、銅箔部がカバーレイに保護されていれば、カバーレイ部を鋭角に折り曲げたときに銅箔部の曲率半径が大きくなり、銅箔の信頼性がさらに向上する。
しかしながら、例えばフレキ基板を相手基板に接続するために設けられる実装ランド部では、カバーレイを設けることができず、構成によっては銅箔が露出している。このような領域でフレキ基板が折り曲げられると、銅箔が断線することがある。

図５は、フレキ基板の構成例と断線のメカニズムを説明するための要部構成図で、図中、４００はフレキ基板、４０１はフレキ材、４０２は銅箔、４０３はニッケルメッキ層、４０４は無電解金メッキ層、４０５は表面側接着剤層、４０６は表面側カバーレイ、４０７は裏面側接着剤層、４０８は裏面側カバーレイ、４０９は実装ランド部である。

図５のフレキ基板４００は、接続先の回路基板に対する接続部となる実装ランド部４０９を備えている。ここで実装ランド部４０９が設けられた面を表面とし、実装ランド部４０９と反対の面を裏面とする。またフレキ基板４００の実装ランド部４０９の先端側（図５の左側）を外側とし、その反対方向（図５の右側）を内側とする。後述する本発明の実施形態においても同様とする。

フレキ材４０１の表面側には銅箔４０２が積層され、銅箔４０２によって配線パターンが形成される。そして銅箔４０２を保護するためのポリイミド等の絶縁体による表面側カバーレイ４０６が、表面側接着剤層４０５を介して銅箔４０２上に形成される。
但しフレキ基板４００を他の回路基板と電気的に接続するために、実装ランド部４０９には表面側カバーレイ４０６を形成しない。この場合、実装ランド部４０９では、銅箔４０２の酸化を防止するために、銅箔４０２を別のもので保護する必要がある。

一般に実装ランド部４０９では、銅箔４０２の酸化を防止するために、ニッケルメッキ層４０３を介して銅箔４０２の表面に無電解金メッキ層４０４を形成する。ニッケルメッキ層４０３は、無電解金メッキ層４０４と銅箔４０２との密着性を向上させるために設けられる。

無電解金メッキ層４０４は、酸化防止のために少なくとも銅箔４０２が露出しない程度の厚さで形成すればよく、一般的にその厚さは０.１μｍ以下である。これに対して、ニッケルメッキ層４０３の厚さは３.０〜８.０μｍになる。因みに銅箔４０２の厚さは１８μｍ程度である。
またフレキ材４０１の裏面側には、裏面側接着剤層４０７を介して裏面側カバーレイ４０８が積層される。裏面側では、裏面側カバーレイ４０８が全体の領域を覆っている。

図６は、図５に示したフレキ基板４００と、フレキ基板４００を接続するメイン基板２００の構成例を説明するための図で、図中、２００はメイン基板、２０１はメインボード基材、２０２は銅箔、２０３はニッケルメッキ層、２０４は無電解金メッキ層、２０５はレジスト、２０６は実装ランド部である。
メイン基板２００は、例えばガラスエポキシ材によるメインボード基材２０１の表面に、銅箔２０２により配線パターンが形成されている。また実装ランド部２０６及び実装ランド部２０６以外の電極部を除く領域は、レジスト２０５によって保護されている。レジスト２０５が形成されていない領域では、上記のフレキ基板４００と同様に、ニッケルメッキ層２０３を形成した上に、無電解金メッキ層２０４が形成されている。

図７は、メイン基板に対してフレキ基板を接続したときの状態を説明するための図で、上記図６に示したようなフレキ基板４００の実装ランド部４０９と、メイン基板２００の実装ランド部２０６とを半田３００によって接続した構成を示している。この状態で、例えば電子機器の筐体内部等に実装するために、フレキ基板４００を矢印Ａ方向に鋭角に折り曲げるものとする。

この場合、フレキ基板４００は、実装ランド部４０９を覆う半田３００の内側外縁部（図７の位置Ｐ１）で折れ曲がる。半田３００が塗布された領域、及び表面側カバーレイ４０６に覆われている領域は機械的に強くなっているので、フレキ基板４００が折れ曲がることはなく、それ以外の領域、すなわち表面側カバーレイ４０６が存在しない領域のうちの半田３００の内側外縁部の位置Ｐ１でフレキ基板４００が折れ曲がる。

フレキ基板４００が折れ曲がる位置Ｐ１では、銅箔４０２によるパターン上にニッケルメッキ層４０３及び無電解金メッキ層４０４が形成されている。
この構成では、フレキ基板４００を折り曲げたときに、ニッケルメッキ層４０３が鋭角に折れ曲がるため、銅箔４０２及びニッケルメッキ層４０３にクラックが入り、最悪の場合には銅箔４０２による配線パターンに断線を生じてしまう。

図８は、図７の接続基板を接着剤で補強したときの構成例を説明するための図で、図中、３０１は接着剤である。
上記銅箔４０２及びニッケルメッキ層４０３に対するクラックの発生に対処するため、図８の例では、ニッケルメッキ層４０３を介した無電解金メッキ層４０４が露出している領域うち、半田３００が塗布されていない領域を覆うように接着剤３０１を付与して固定する。

しかしながら接着剤３０１を使用すると、製造工数が増えて非合理的となる。またこの構成では、フレキ基板４００を矢印Ａ方向に鋭角に折り曲げたときに、その折れ曲がる位置は、接着剤３０１の付与領域の内側外縁部（位置Ｐ２）となる。この場合、上記図７のように実装ランド部４０９の内側外縁部（位置Ｐ１）で折れ曲がることはなく、高密度実装に不適となる。

この他、フレキ基板４００を矢印Ｂ方向に折り曲げる構成をとることもできる。この場合、実装時には図７，または図８の天地が逆になり、フレキ基板４００がメイン基板２００の下側になって、フレキ基板４００が上方に折り曲げられる構成となる。
しかしながらこの場合は、フレキ基板４００が折れ曲がる位置は、さらに実装ランド部４０９から内側方向に離れていくため、高密度実装に不適となる。

上記のようなフレキ基板の接続構成に関し、例えば特許文献１には、電気部品基板のリード電極に接続して折り曲げて使用したときに、その導電パターンに断線が生じることがないように、電極端子部とカバーフィルムの境界部分にさらに他のカバーフィルムを被覆したフレキシブル基板が開示されている。

また特許文献２には、液晶パネル基板の端子にフレキ基板を導電接着剤で導電接続後、フレキ基板を紫外線硬化樹脂で覆って紫外線硬化させることにより、接続部分を補強する導電接続方法が開示されている。

さらに特許文献３には、フレキ基板のニッケルメッキ及び金メッキの一部をカバーレイで覆い、電極として接続された領域を除く露出領域をシリコン樹脂からなる端子モールドにて保護することにより、カバーフィルムの端縁近傍の折り曲げ箇所に集中しやすい応力を分散させるようにしたフレキシブル回路基板が開示されている。
特開２００５−０５０９７１号公報 特開平５−０６１０６３号公報 特開２００４−１９３４６６号公報

上述のように、電子機器の小型化及び高密度実装化の要求に対して、フレキ基板を鋭角に曲げて複数の回路基板を最短距離で接続する形態を採用する場合、フレキ基板が鋭角に折れ曲がる部分で、ニッケルメッキ層や銅箔にクラックが生じて断線等の問題が生じることがある。

また上記特許文献１のフレキシブル回路基板では、電極端子部とカバーフィルムとの境界部分にさらに他のカバーフィルムを被覆することにより、折り曲げ時の曲率半径が大きくなるようにしている。しかしながら、他のカバーフィルムをさらに付与する構成は、製造時の工程が増えて非合理的となる。またカバーフィルム被覆側を外側とする方向に折り曲げると、カバーフィルムが被覆されていない位置で折れ曲がるため、断線する危険性が生じる。すなわち、特許文献１のフレキシブル基板は、カバーフィルムの被覆側を内側とする一定の方向にしか折り曲げることができず、汎用性に乏しいという課題がある。

また上記特許文献２の導電接続方法は、フレキシブル基板と外部回路との接続部分をＵＶ硬化樹脂で補強するため、接続後にＵＶ硬化樹脂を塗布して紫外線により硬化させる必要が生じ、工程が増える。また特許文献２の導電接続方法は、本質的にフレキシブル基板と外部回路との接続部を保護するためのものであり、フレキシブル基板の折り曲げによる断線対策には適用することができない。

さらに上記特許文献３のフレキシブル基板は、カバーフィルムの端縁近傍の折り曲げ箇所に集中しやすい応力を分散させるために、端子モールド用のシリコン樹脂を付与する必要が生じる。この場合、フレキシブル基板の電極端子部を電気部品基板に接続した後に、端子モールドのシリコン樹脂を塗布する工程が増えて非合理的となる。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、電子機器の筐体等の内部で鋭角に折り曲げて用いることにより、筐体の小型化と筐体内部の高密度実装化を可能とするフレキシブル基板であって、断線対策のために余分な部材を付加する必要がなく、折り曲げ時の電極パターンの破損を高い信頼性をもって防ぐことができるようにしたフレキシブル基板の提供を課題とする。

本発明のフレキシブル回路基板は、実装電極部を有する被接続体に接続し第１の面とこれと反対の第２の面を有している。そしてフレキシブル回路基板は、実装ランド部と配線部とを有しており、実装ランド部は第１の面に被接続体の実装電極と接続する電極部を、第２の面に該配線部の配線パターンと電気的に接続する引き出し電極部を有している。電極部および引き出し電極部は銅／ニッケル／金の多層構造を有し、前記配線パターンは銅により形成されている。また電極部と該引き出し電極部とがスルーホールにより接続される。フレキシブル回路基板は、実装ランド部の端縁部で配線パターンとともに前記第２の面を内側として鋭角に曲げられており、当該鋭角に曲げられた箇所において、第１の面には前記配線パターンは形成されてなく、第２の面に設けられた前記配線パターンはカバーレイに覆われていることを特徴としている。

本発明によれば、電子機器の筐体等の内部で鋭角に折り曲げて用いることにより、筐体の小型化と筐体内部の高密度実装化を可能とし、このときに断線対策のために余分な部材を付加する必要がなく、折り曲げ時の電極パターンの破損を高い信頼性をもって防ぐことができるようになる。

特に本発明によれば、電極をスルーホールにより裏面側に引き出して配線パターンを構成し、本来であれば折れ曲がる裏面側の位置にニッケル層ではなくカバーレイを配置する。これによりフレキシブル基板を折り曲げたときにも堅いニッケル層が折り曲がることはなく、ニッケル層が積層された銅箔等の配線パターンに断線等を起こすことがない。またこのときに、補強用もしくは応力分散用のＵＶ硬化樹脂等やシリコン樹脂、あるいは他のカバーフィルム等の余分な部材を付与する必要がなく、合理的で信頼性の高い構成を提供することができる。

図により本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明によるフレキシブル回路基板の一実施形態を示す断面構成図で、図中、１００はフレキシブル基板（フレキ基板）、１０１はフレキ材、１０２は表面側銅箔、１０３は表面側ニッケルメッキ層、１０４は表面側無電解金メッキ層、１０５は裏面側銅箔、１０６は裏面側ニッケルメッキ層、１０７は裏面側無電解金メッキ層、１０８は裏面側接着剤層、１０９は裏面側カバーレイ、１１０はスルーホール（ヴィアホール）、１１１は実装ランド部である。

フレキ基板１００の実装ランド部１１１となる領域には、フレキ材１０１の表面に表面側銅箔１０２が積層され、その上に表面側ニッケルメッキ層１０３を介して、表面側無電解金メッキ層１０４が形成されている。表面側ニッケルメッキ層１０３は、表面側無電解金メッキ層１０４と表面側銅箔１０２との密着性を向上させるために設けられる。

実装ランド部１１１には、スルーホール１１０が設けられている。また実装ランド部１１１の裏面側では、フレキ材１０１の上に裏面側銅箔１０５が設けられ、この裏面側銅箔１０５によって配線パターンが形成される。すなわち裏面側銅箔１０５によって形成された配線パターンは、スルーホール１１０を介して表面側無電解金メッキ層１０４に電気的に接続し、さらに後述するメイン基板の実装ランド部に電気的に接続される。なおスルーホール１１０の内部は、図示しないが銅／ニッケル／金の三層構造となっている。

また裏面側無電解金メッキ層１０７及び裏面側ニッケルメッキ層１０６の内側の領域には、裏面側銅箔１０５を保護するための裏面側カバーレイ１０９が設けられる。裏面側カバーレイ１０９は裏面側接着剤層１０８によって裏面側銅箔１０５に積層固定されている。
ここで表面側銅箔１０２、表面側ニッケルメッキ層１０３及び表面側無電解金メッキ層１０４が積層された領域の内側端縁をｑとする。端縁ｑは、図１の紙面の奥行き方向に線上に存在する。そしてｑを通りフレキ材１０１の面方向に直交する面を境界Ｑとする。

境界Ｑは、裏面側銅箔１０５による配線パターンが横断する境界である。このときに本実施形態では、裏面側カバーレイ１０９は、実装ランド部１１１の電極領域の裏面側に相当する領域の少なくとも一部を覆うものとし、特にその実装ランド部１１１の裏面側に相当する領域と他の領域との境界線のうち、スルーホール１１０に接続する配線パターンが横断する境界Ｑを少なくとも含む領域を覆うものとする。
なお、上記実装ランド部１１１の裏面側に相当する領域とは、実装ランド部１１１の電極領域を、フレキ基板１００の面方向に直交する方向に投影した裏面側の領域である。

図２は、上記図１に示したフレキ基板１００と、フレキ基板１００を接続するメイン基板２００の構成例を説明するための図である。
メイン基板２００は、従来例で説明した図６と同様の構成を有している。すなわち、ガラスエポキシ材等によるメインボード基材２０１の上に、銅箔２０２により配線パターンが形成されている。また実装ランド部２０６及び実装ランド部２０６以外の電極部を除く領域は、レジスト２０５によって保護されている。レジスト２０５が塗布されていない領域では、上記のフレキ基板１００と同様に、ニッケルメッキ層２０３を形成した上に無電解金メッキ層２０４による電極が形成されている。

フレキ基板１００の実装ランド部１１１は、メイン基板２００の実装ランド部２０６と同等もしくは小さい構造とされ、フレキ基板１００とメイン基板２００とは、それぞれの実装ランド部１１１，２０６により互いに電気的に接続される。

図３は、メイン基板に対してフレキ基板を接続して実装したときの状態を説明するための図で、上記図２に示したようなフレキ基板１００の実装ランド部１１１と、メイン基板２００の実装ランド部２０６とを半田３００によって接続した構成を示している。この状態で、例えば電子機器の筐体内部等に実装するために、フレキ基板１００を鋭角に折り曲げるものとする。

本実施形態の構成では、フレキ基板１００を折り曲げたときに、フレキ基板１００は、ほぼ実装ランド部１１１の境界Ｑの位置で折れ曲がる。
フレキ基板１００の境界線Ｑは、表面側ニッケルメッキ層１０３の内側端部位置にあるため、表面側ニッケルメッキ層１０３、及び裏面側ニッケルメッキ層１０６が折れ曲がることはない。また配線パターンは、裏面側カバーレイ１０９で覆われている裏面側銅箔１０５により形成されているため、配線パターンが断線することはなく、折り曲げの信頼性を確保することができる。

また上記の構成において、メイン基板２００とフレキ基板１００の位置合わせ精度が低下することにより、フレキ基板１００とメイン基板２００との位置が相対的にずれる場合が想定される。例えば、図３において、フレキ基板１００がメイン基板２００に対して右側（内側）にずれて接続された状態などが該当し、このときフレキ基板１００の表面側無電解金メッキ層１０４に、半田３００に覆われない部分が生じる。

このような場合、半田３００による接続部の直近内側でフレキ基板１００を折り曲げた際には、表面側ニッケルメッキ層１０３にクラックが入る可能性を否定できない。しかしながら、そのような場合であっても、表面側ニッケルメッキ層１０３は、裏面側銅箔１０５による配線に直接積層されていないため、フレキ基板１００とメイン基板２００との電気的な接続特性には何等影響を与えることはない。

図４は、フレキ基板の実装ランド部近傍の要部平面図で、図４（Ａ）はフレキ基板の表面側（実装ランド部側）を示す図、図４（Ｂ）はフレキ基板の実装ランド部の裏面側（非接続側）を示す図である。図４において、１１２はフレキ基板の表面側に付与された表面側カバーレイ、１２０は表面側のランド実装部に形成された電極部、１２０´は他の電極部、１２１は裏面側の引き出し電極部である。

図４（Ａ）に示すように、フレキ基板１００の表面側には、実装ランド部１１１が形成され、電極部１２０がパターン形成される。電極部１２０は、上記表面側銅箔１０２，表面側ニッケルメッキ層１０３及び表面側無電解金メッキ層１０４による多層金属構造を有している。この電極部１２０がメイン基板２００の実装ランド部２０６に半田接続される。
また図４の例では、フレキ基板１００の表側の実装ランド部１１１の内側に、他の電極部１２０´が設けられているため、これを保護するために表面側カバーレイ１１２が付与されている。

表面側の電極部１２０は、スルーホール１１０を介して裏面側に引き出される。図４（Ｂ）に示す引き出し電極部１２１は、図４（Ａ）の電極部１２０を裏面側にそれぞれ引き出したものである。引き出し電極部１２１は、裏面側銅箔１０５，裏面側ニッケルメッキ層１０６及び裏面側無電解金メッキ層１０７による多層金属構造を有している。
各電極部１２０は、例えば０.５〜０.７ｍｍ（幅）×１ｍｍ以下（長さ）程度の寸法で形成される。

そして図４（Ａ）に示すように、表面側では実装ランド部１１１の全ての領域は、表面側カバーレイ１１２に覆われることなく露出している。この場合、実装ランド部１１１の内側端縁部の境界Ｑの位置まで表面側カバーレイ１１２が覆っている。
一方、裏面側では、実装ランド部１１１に相当する裏面側領域のうち、一部の所定領域を除いて裏面側のカバーレイ１０９に覆われる。カバーレイ１０９は、境界Ｑの位置を超えて引き出し電極部１２１が配列した領域を囲むよう設けられる。

すなわち上述のように、裏面側のカバーレイ１０９は、実装ランド部１１１の電極領域の裏面側に相当する領域の少なくとも一部を覆うものとし、特にその実装ランド部１１１の裏面側に相当する領域と他の領域との境界のうち、スルーホール１１０に接続する配線パターンが横断する境界Ｑを少なくとも含む領域を覆うものとする。
この場合、裏面側では全ての領域がカバーレイ１０９で覆われていてもよいが、本例では表面側を半田接続する際に裏面側から昇温する必要があるため、具体的には裏面側から半田コテを当てる必要があるため、その部分にはカバーレイ１０９を設けないようにしている。

本発明によるフレキシブル回路基板の一実施形態を示す断面構成図である。 図１に示したフレキ基板と、フレキ基板を接続するメイン基板の構成例を説明するための図である。 メイン基板に対してフレキ基板を接続して実装したときの状態を説明するための図である。 フレキ基板の実装ランド部近傍の要部平面図である。 フレキ基板の構成例と断線のメカニズムを説明するための要部構成図である。 図５に示したフレキ基板と、フレキ基板を接続するメイン基板の構成例を説明するための図である。 メイン基板に対してフレキ基板を接続したときの状態を説明するための図である。 図７の接続基板を接着剤で補強したときの構成例を説明するための図である。

符号の説明

１００…フレキ基板、１０１…フレキ材、１０２…表面側銅箔、１０３…表面側ニッケルメッキ層、１０４…表面側無電解金メッキ層、１０５…裏面側銅箔、１０６…裏面側ニッケルメッキ層、１０７…裏面側無電解金メッキ層、１０８…裏面側接着剤層、１０９…裏面側カバーレイ、１１０…スルーホール、１１１…実装ランド部、１１２…表面側カバーレイ、１２０…電極部、１２１…引き出し電極部、２００…メイン基板、２０１…メインボード基材、２０２…銅箔、２０３…ニッケルメッキ層、２０４…無電解金メッキ層、２０５…レジスト、２０６…実装ランド部、３００…半田、３０１…接着剤、４００…フレキ基板、４０１…フレキ材、４０２…銅箔、４０３…ニッケルメッキ層、４０４…無電解金メッキ層、４０５…表面側接着剤層、４０６…表面側カバーレイ、４０７…裏面側接着剤層、４０８…裏面側カバーレイ、４０９…実装ランド部。

Claims (1)

1. 実装電極部を有する被接続体に接続し第１の面とこれと反対の第２の面を有するフレキシブル回路基板であって、
   実装ランド部と配線部とを有し、
   前記実装ランド部は該第１の面に前記被接続体の実装電極と接続する電極部を、前記第２の面に前記配線部の配線パターンと電気的に接続する引き出し電極部を有し、前記電極部および前記引き出し電極部は銅／ニッケル／金の多層構造を有し、
   前記配線パターンは銅により形成され、
   前記電極部と該引き出し電極部とがスルーホールにより接続され、
   前記フレキシブル回路基板は、前記実装ランド部の端縁部で前記配線パターンとともに前記第２の面を内側として鋭角に曲げられ、
   当該鋭角に曲げられた箇所において、前記第１の面には前記配線パターンは形成されてなく、前記第２の面に設けられた前記配線パターンはカバーレイに覆われていることを特徴とするフレキシブル回路基板。

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