JP5125062B2 - プリント配線板 - Google Patents

Description

本発明は、携帯端末などの電気製品に内蔵される相互に接続されたプリント配線板に関し、特に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とを相互に接続する場合のプリント配線板の構造及びその製造方法に関する。

近年、携帯端末などは小型化・高機能化が進み、プリント配線板は高密度実装が要求されている。このため、部品の高密度実装が可能なリジッドプリント配線板と、機器筐体内での取り回しができるＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ：フレキシブルプリント配線板）とを組み合わせて使用することが多くなっている。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との接続には、はんだ付け接続、熱圧着接続、コネクタによる接続などがある。

熱圧着接続は、例えばＡＣＦ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ：異方性導電性フィルム）を用いて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とを接続する方法である。例えば特許文献１では、熱圧着時に加圧されるプリント配線板の接続しようとする配線パターンに合わせて、プリント配線板の裏面にダミー配線パターンを形成する構成となっている。

特開２００３−２４９７３４

図９は従来の熱圧着接合の断面構造図で、９１はフレキシブルプリント配線板、９２はフレキシブルプリント配線板の接合パッド、９３はリジッドプリント配線板、９４はリジッドプリント配線板９３の接合パッド、９５はガラスクロスである。このような構成で熱圧着接続を行う際に、リジッドプリント配線板９３にはそれ自身が持つそり、内層の有無、あるいはガラスクロス９５の織り目などに起因する凹凸があるため、接合パッド間に押圧がかからず、接合部材内の導電粒子を押し潰すことができずに接触、あるいは接合ができずに導通が取れないなどの問題点があった。

また、特許文献１のようにリジッドプリント配線板の接合パッドの位置に合わせたプリント配線板の裏面にダミー配線パターンを配置しても、基材の持つうねりや凹凸を吸収することができず、良好な接合を得ることはできない。また、フレキシブルプリント配線板とリジッドプリント配線板との対向する接合パッド間の導通が取れたとしても、接合パッド間に異方性導電性フィルムのバインダー樹脂が残り、このバインダー樹脂が熱膨張や吸湿による膨潤が接合パッド間を引き剥がす方向に作用することになり、導通が取れなくなるなどの接続信頼性が低くなるというような問題点があった。

本発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、フレキシブルプリント配線板とリジッドプリント配線板との接合パッドを確実に接続できるとともに、高い接続信頼性を得ることを目的とする。

本発明に係るプリント配線板は、第一の接合部を有するリジッドプリント配線板と、第二の接合部を有するフレキシブルプリント配線板と、導電粒子及び絶縁物から形成され前記リジッドプリント配線板及び前記フレキシブルプリント配線板が熱圧着されることで前記リジッドプリント配線板及び前記フレキシブルプリント配線板を接続する異方性導電部材とを備え、前記フレキシブルプリント配線板は前記第二の接合部が設けられた面の裏面の前記第二の接合部と対応する位置に第一の信号線パターンを配線し、前記第一の信号線パターンの間隙に第二の信号線パターンを配線し、前記フレキシブルプリント配線板の前記第一の信号線パターン及び前記第二の接合部を介して前記リジッドプリント配線板の前記第一の接合部に圧力が印加されることにより、前記第一の接合部及び前記第二の接合部の間の前記異方性導電部材の前記導電粒子が押し潰されて前記リジッドプリント配線板と前記フレキシブルプリント配線板とが導通するようにしたものである。

本発明に係るプリント配線板は、第一の接合部を有するリジッドプリント配線板と、第二の接合部を有するフレキシブルプリント配線板と、導電粒子及び絶縁物から形成され前記リジッドプリント配線板及び前記フレキシブルプリント配線板が熱圧着されることで前記リジッドプリント配線板及び前記フレキシブルプリント配線板を接続する異方性導電部材とを備え、前記フレキシブルプリント配線板は前記第二の接合部が設けられた面の裏面の前記第二の接合部と対応する位置に第一の信号線パターンを配線し、前記第一の信号線パターンの間隙に第二の信号線パターンを配線し、前記フレキシブルプリント配線板の前記第一の信号線パターン及び前記第二の接合部を介して前記リジッドプリント配線板の前記第一の接合部に圧力が印加されることにより、前記第一の接合部及び前記第二の接合部の間の前記異方性導電部材の前記導電粒子が押し潰されて前記リジッドプリント配線板と前記フレキシブルプリント配線板とが導通するようにしたので、リジッドプリント配線板のそり、うねりがあっても、フレキシブルプリント配線板がこれに追従し、接合部へ確実に押圧を加えることが可能になり、プリント配線板の接合部の間に導電粒子を捕捉するとともに接合部間からバインダー樹脂を排出した接合状態を得ることができる。

以下、本発明に係るプリント配線板の各種実施の形態について、図面に基づいて説明する。なお、各図面において同一符号は、同一又は相当部分を示す。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るフレキシブルプリント配線板の上面透視図である。図１において、１はフレキシブルプリント配線板、２はフレキシブルプリント配線板１の接合パッド、３はこの接合パッド２に対応する位置（直上）に配置された信号線パターン、４は接合パッド２から引き出される電源・ＧＮＤ線を含む信号線を切り返して信号線パターン３と接続するスルーホールである。図２は、図１のフレキシブルプリント配線板の５ａ−５ｂ線断面図である。７はフレキシブルプリント配線板１に設けられたカバーフィルムである。図３は、図１のフレキシブルプリント配線板の６ａ−６ｂ線断面図である。

図４は、図１〜図３に示すフレキシブルプリント配線板とリジッドプリント配線板を接合した状態を示す断面図で、８はリジッドプリント配線板、９はリジッドプリント配線板８の接合パッドである。
リジッドプリント配線板８の接合パッド９は、所要の幅で必要な接続ピッチで基材表面に配置し、一方、フレキシブルプリント配線板１の接合パッド２は、リジッドプリント配線板８の接合パッド９に対向して配置され、接合パッド２の周辺にはカバーフィルム７を設けない。また、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８よりも柔軟で、２層以上の配線層数のものが使用されている。

図５は、フレキシブルプリント配線板とリジッドプリント配線板を接合する前の状態を示す断面図で、１０は異方性導電性フィルムなどの接合材、１１はシリコンシートなどの緩衝材、１２は金属やセラミックなどの加熱ツールである。

図６は、図５の状態から加熱ツール１２を押下していった状態の断面図である。図６において、加熱ツール１２を押し当てた時、フレキシブルプリント配線板の接合パッド２直上に信号線パターン３を配置しているため、この部分が最も厚くなり、緩衝材１１が接合パッド間１３よりも圧縮を受けることから、その反作用として接合パッド２部分の押圧が高くなる。このとき、リジッドプリント配線板８に図示しないそりやうねりがあっても、信号線パターン３を設けるのは柔軟なフレキシブルプリント配線板１であるため、緩衝材１１の変形ともあいまってリジッドプリント配線板８のそりやうねりに追従し、リジッドプリント配線板８の接合パッド９に、加熱ツール１２からの押圧を緩衝材１１、配線パターン３を介して印加できる。

リジッドプリント配線板８のそりやうねりにフレキシブルプリント配線板１を追従させるためには、接合パッド２の傾きに対しても荷重を印加できるようにしなければならない。そのためにはできる限り接触面積を小さくし、面ではなく線で押せるようにする必要がある。よって圧着時に加熱ツール１２の加熱ヘッドからの荷重をうける配線パターン３は、接合パッド２に圧力を集中させるため，接合パッド２の幅よりも狭くする必要がある。なお、図２では信号線パターン３は接合パッド２の中央に対応する位置に配線しているが、必ずしも接合パッド２の中央に対応させる必要はない。

また、リジッドプリント配線板８のそりやうねりのため、接合パッド９への押圧は完全に均一にはならなくとも、接合パッド２と接合パッド９間の接合材１０のバインダー樹脂が排出できるだけの押圧があればよい。

さらに、同時に加わる加熱により、接合材１０のバインダー樹脂内の導電粒子が接合パッド２と接合パッド９の間に捕捉された状態でバインダー樹脂が軟化し、流動するところへ押圧が加わるので、捕捉した導電粒子を接合パッド４及び接合パッド９で押し潰すとともに、接合パッド２と接合パッド９の間にあるバインダー樹脂を排出する。このとき、接合パッド２直下は圧力が高くなるが接合パッド間１３は圧力が低いため、接合パッド２と接合パッド９の間にある絶縁物たるバインダー樹脂は圧力の低い接合パッド間１３に排出され、この絶縁物たるバインダー樹脂は接合パッド２と接合パッド９の間に残りにくくなる。

その後、さらに加熱することによりバインダー樹脂は硬化する。このように、接合パッド２と接合パッド９の間に捕捉された導電粒子によりリジッドプリント配線板８とフレキシブルプリント配線板１の導通が確保され、バインダー樹脂の硬化により導通が保持されて状態で、リジッドプリント配線板８とフレキシブルプリント配線板１との接合が完了する。

上述したように、柔軟なフレキシブルプリント配線板１側の接合パッド２に対応する位置に信号線パターン３を配線することで、リジッドプリント配線板のそり、うねりがあっても、フレキシブルプリント配線板１がこれに追従し、接合パッド２へ確実に押圧を加えることが可能になり、接合パッド２と接合パッド９の間に導電粒子を捕捉するとともに接合パッド間からバインダー樹脂を排出した接合状態を得ることが可能になる。さらに、接合パッド２、９に加わる圧力と接合パッド間１３に加わる圧力とに差を与えたことで、接合パッド２、９間に介在するバインダー樹脂の排出を促し、バインダー樹脂の残存量を低減することができ、接続信頼性を向上させることが可能となる。

実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２に係るフレキシブルプリント配線板の断面図である。１４は、フレキシブルプリント配線板１の反対面に位置する接合パッド２が配置されていない部分に対応して配置された配線パターンである。図８は、図７に示すフレキシブルプリント配線板とリジッドプリント配線板８に加熱ツール１２（図示せず）で押圧を印加していった状態の断面図である。

異方性導電性フィルムなどの接合材に用いられているバインダー樹脂は，硬化することで接合パッドが捕捉した導電粒子による導通状態を維持しつづけるために必要であるが、熱や湿気が印加された場合、バインダー樹脂自身が膨張して接合パッドの接合状態を引き剥がす方向に作用して接合信頼性的に不利になることがある。その膨張量はもとの寸法に比例して発生するため、バインダー樹脂はできる限り薄くしておく方がよい。

そこで、上述した実施の形態１の構成に加えて、図７のように、フレキシブルプリント配線板１の反対面に位置する接合パッド２が配置されていない部分に対応する位置、すなわち、信号線パターン３の間隙にも信号線パターン１４を配線する。このとき、フレキシブルプリント配線板１が自由に撓むように構成する必要があるため、信号線パターン３と信号線パターン１４の間隔ｘはフレキシブルプリント配線板１のベースフィルム厚ｔ以上の間隔をもって配線することが望ましい。

加熱ツール１２を押し当てた時、信号線パターン３の役割は，上述した実施の形態１の通りである。加熱ツール１２で押圧をかけるとき、最初に圧力がかかるのは、接合パッド２部分であるが、さらに加熱ツールを押下していくと次にこの信号線パターン１４に圧力が加わる。このため、接合パッド２の導電粒子捕捉とバインダー樹脂排出に次いで、この信号線パターン１４が押下されこの下にあるバインダー樹脂の排出が進む。この結果、図８のように信号線パターン１４下の接合パッド間１５にも押圧がかかりバインダー樹脂を薄くすることができる。

このような構成とすることで、接合パッド間１５のバインダー樹脂もさらに排出できるので，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８の間に介在するバインダー樹脂の量をより少なくすることが可能となり、その結果、バインダー樹脂の熱膨張・膨潤などによる影響を小さくすることができ、接合信頼性を向上させることが可能となる。

実施の形態３．
図１０は、フレキシブルプリント配線板の接合パッドとリジッドプリント配線板の接合パッドの接合パッドの位置合わせずれを示す図である。図１１は、フレキシブルプリント配線板の接合パッドの張り出しによる接合パッドの浮き上がりを示す図である。図１２は、本発明の実施の形態３に係るフレキシブルプリント配線板とリジッドプリント配線板それぞれの接合パッドの相関を示す図である。

フレキシブルプリント配線板１の接合パッド２とリジッドプリント配線板８の接合パッド９との幅が等しい、接合パッド２の幅が接合パッド９の幅よりも大きい場合は、接合時に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８の位置合わせずれが起きると図１０のようになる。このようなフレキシブルプリント配線板の接合パッド２がはみ出した状態で押下すると、図１１のようにリジッドプリント配線板９の接合パッド９の端部が支点になって、フレキシブルプリント配線板の接合パッド２のはみ出した側を押すことになるので，てこのように反対側が浮き上がる。

このようになると，接合パッド２、９間に導電粒子があったとしても、接合パッド２、９が導電粒子を十分に押し潰せないため，導電粒子は導通に寄与せず接続不良となる可能性がある。また、接合パッド２、９間のバインダー樹脂が厚くなるので熱や湿気が印加されたときの膨張量が大きくなって、接合パッド２、９間を引き剥がす方向に力が作用することから接合信頼性も低下する。

そこで，図１２のようにフレキシブルプリント配線板１の接合パッドの幅をとリジッドプリント配線板８の接合パッド９の幅よりも小さくする。このような構成にすることで、位置合わせの時に合わせずれが生じても接合パッド２の接合パッド９からのはみ出しを防ぐことができるので，接合パッド２の両脇に押圧がかかっても図１１のように、てこのように作用することはなくなり、接合パッド２を確実に押下することができる。これによって、接合パッドの位置合わせずれで起きるパッドはみ出しによるパッド浮きを防止することができるので、接合パッド２、９間で導電粒子を確実に捕捉し、かつ接合パッド２、９間でバインダー樹脂を排出した接合状態を得ることが可能になるため、バインダー樹脂の熱膨張や吸湿膨潤による接合信頼性の低下を防止することができる。

本発明の実施の形態１に係るフレキシブルプリント配線板の上面透視図である。 本発明の実施の形態１に係る図１のフレキシブルプリント配線板の５ａ−５ｂ線断面図である。 本発明の実施の形態１に係る図１のフレキシブルプリント配線板の６ａ−６ｂ線断面図である。 本発明の実施の形態１に係る図１〜図３に示すフレキシブルプリント配線板とリジッドプリント配線板を接合した状態を示す断面図でである。 本発明の実施の形態１に係るフレキシブルプリント配線板とリジッドプリント配線板を接合する前の状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る図５の状態から加熱ツール１２を押下していった状態の断面図である。 本発明の実施の形態２に係るフレキシブルプリント配線板の断面図である。 本発明の実施の形態２に係る図７に示すフレキシブルプリント配線板とリジッドプリント配線板８に加熱ツール１２（図示せず）で押圧を印加していった状態を示す断面図である。 従来の熱圧着接合の断面構造図である。 フレキシブルプリント配線板の接合パッドとリジッドプリント配線板の接合パッドの接合パッドの位置合わせずれを示す図である。 フレキシブルプリント配線板の接合パッドの張り出しによる接合パッドの浮き上がりを示す図である。 本発明の実施の形態３に係るフレキシブルプリント配線板とリジッドプリント配線板それぞれの接合パッドの相関を示す図である。

符号の説明

１ フレキシブルプリント配線板、２ フレキシブルプリント配線板１の接合パッド、３ 信号線パターン、４ スルーホール、７ カバーフィルム、８はリジッドプリント配線板、９ 接合パッド、 １０ 接合材、１１ 緩衝材、１２ 加熱ツール

Claims (4)

1. 第一の接合部を有するリジッドプリント配線板と、
   第二の接合部を有するフレキシブルプリント配線板と、
   導電粒子及び絶縁物から形成され前記リジッドプリント配線板及び前記フレキシブルプリント配線板が熱圧着されることで前記リジッドプリント配線板及び前記フレキシブルプリント配線板を接続する異方性導電部材とを備え、
   前記フレキシブルプリント配線板は前記第二の接合部が設けられた面の裏面の前記第二の接合部と対応する位置に第一の信号線パターンを配線し、
   前記第一の信号線パターンの間隙に第二の信号線パターンを配線し、
   前記フレキシブルプリント配線板の前記第一の信号線パターン及び前記第二の接合部を介して前記リジッドプリント配線板の前記第一の接合部に圧力が印加されることにより、前記第一の接合部及び前記第二の接合部の間の前記異方性導電部材の前記導電粒子が押し潰されて前記リジッドプリント配線板と前記フレキシブルプリント配線板とが導通することを特徴とするプリント配線板。
2. 前記フレキシブルプリント配線板の前記第一の信号線パターン及び前記第二の接合部を介して前記リジッドプリント配線板の前記第一の接合部に圧力が印加されることにより、前記第一の接合部及び前記第二の接合部の間の前記異方性導電部材の前記絶縁物が排出されることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板。
3. 前記第一の信号線パターン幅は、熱圧着される第二の接合部幅よりも小さいことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のプリント配線板。
4. 前記第一の信号線パターンと前記第二の信号線パターンとの間隔は、フレキシブルプリント配線板のベースフィルム厚以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプリント配線板。

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