JP5274584B2 - フレキシブル基板と相手側部材の接続構造 - Google Patents

Description

本発明は、フレキシブル基板と相手側部材の接続構造に関し、特に、複数の導体回路を含むフレキシブル基板と、複数の導体回路を含むプリント基板、回路部品その他の相手側部材とを着脱可能に接続する、フレキシブル基板と相手側部材の接続構造に関するものである。

近年、電子機器の小型化、軽量化が進むにしたがって、薄くて曲げることができるプリント基板、特徴的には薄いプラスチックフィルムをベースにしたフレキシブル基板（ＦＰＣ）を多用する設計が多くなってきている。このような薄いフレキシブル基板を、他のプリント基板（ＰＣＢ、ＰＷＢ）や回路部品に繰り返し脱着する接続手段として、様々な接続技術やコネクタが使われている。

その一つは、フレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）の接続用に開発されたＦＦＣコネクタと呼ばれるもので、コネクタはプリント基板上にはんだ付け実装され、そこに薄いフレキシブル基板の端子部が挿入されて、電気的接続が確立されるようになっている。ＦＦＣコネクタは、年々実装高さが低く、かつ接続ピッチが小さいものが開発されてきており、最新の設計では高さが０．８ｍｍ、接続ピッチが０．３ｍｍの製品が実用化している。

もう一つは、ボード・ツー・ボードコネクタ（ＢＴＢコネクタ）と呼ばれるもので、コネクタはオス・メスのセットで構成され、一方がフレキシブル基板にはんだ付け実装され、もう一方が相手側のプリント基板上にはんだ付け実装され、オスとメスが互いにはめ合わされて、電気的接続が確立されるようになっている。ＢＴＢコネクタは、ＦＦＣコネクタに比べて接続高さが大きく、かつ高価になってしまうが、より高い信頼性を持っているために、携帯電話やデジタルカメラなどに多用されている。ＢＴＢコネクタは、年々実装高さが低く、かつ接続ピッチが小さいものが開発されてきており、最新の設計では高さが１．１ｍｍ、接続ピッチが０．４ｍｍの製品が実用化している。

ＦＦＣコネクタ、ＢＴＢコネクタのさらなる小型化、狭ピッチ化が検討されている。しかしながら、接触端子やハウジングの加工能力、コネクタ製品としての組立て能力を考慮すると、ＦＦＣコネクタの場合、高さにして０．５ｍｍ、接続ピッチで０．２５ｍｍ程度が限界と考えられ、また、ＢＴＢコネクタの場合、高さにして０．６ｍｍ、接続ピッチで０．３ｍｍ程度が限界と考えられている。また、これらコネクタの基本構造によると、小型化が進むにつれて、ピンあたりの製造コストは幾何級数的に増大する。特にＢＴＢコネクタの場合、ピン数が多くなると、そのコストは最終電子機器にとって大きな負担となってくる。

さらにもう一つは、ディンプルフレックス接続と呼ばれるもので、フレキシブル基板の導体パッドがある部分をベースフィルムの下から押してディンプル加工し、出っ張りを付ける。そして、当該出っ張りを平らな相手側のプリント基板に押し付けて電気的接続を確立する。また、接続を確実にするために、フレキシブル基板の後ろ側から、ゴム成形物により圧力をかける。この接続構成は、多ピンの接続を安価に実現できるために、例えばインクジェットプリンタのインクカートリッジに多用されている。最新の設計では、ピッチが１．０ｍｍ程度の接続が実用化されている。

ディンプルフレックス接続においては、フレキシブル基板にディンプル加工する特殊なプロセスが必要であり、製造上の負担が大きく、適用上問題になる。また、ディンプル端子は点接触であるため、大きな電流を流すことは難しい。さらに、加工上の能力を考えると、ピッチでは０．８ｍｍ程度が限度と考えられる。また、多ピン構造で均一な端子接触を得ようとすると、ゴム成形物とこれを支える台座の厚さが大きくならざるを得ないため、薄型の接続構造の現実には適さない。

さらに、実装高さを低くできるフレキシブル基板用の接続構造の一例として、バンプアレイ付きのフィルム状コネクタを用いる接続構造が、最近提案されている（例えば、非特許文献１）。この接続構造は、薄い耐熱性のフィルムの上にマイクロバンプアレイを形成したフィルム状コネクタと、それに対応するメス構造を持ったフレキシブル基板で構成されている。フィルム状コネクタは、他のプリント基板にはんだ付け実装され、その上に、バンプアレイに合わせて穴加工を施したフレキシブル基板を押し込むことで、電気的接続が確立されるようになっている。

しかしながら、フレキシブル基板と相手側プリント基板とを、フィルム状コネクタのマイクロバンプを介して電気的に接続する構成であるため、フィルムを貫通する特殊構造のマイクロバンプを、高精度に形成することが極めて難しく、かつ高価であるという問題がある。
加えて、フレキシブル基板の穴をマイクロバンプに押し込んだシンプルな構成のため、フレキシブル基板を保持する力が弱く、耐衝撃に優れた信頼性の高い保持力を得ることが困難であるという問題がある。
さらに、フィルム状コネクタのプリント基板上への実装方法について、リジッドなプリント基板、ＩＣチップその他の部品の場合と異なり、フレキシブルなフィルム状コネクタの裏側にはんだボール等を付けてＢＧＡ構造を得ることが難しい。したがって、携帯電話、携帯型デジタルオーディオプレーヤー、携帯ゲーム機等の民生携帯電子機器の安価なコネクタとしては、実質的に使用に耐えないという問題もある。

実装高さを低くできるフレキシブル基板用の接続構造の一例として、先細のテーパ形状をした導電性突起が形成されているフィルム回路基板の、当該導電性突起を、スルーホールとパッド部を有する回路基板（例えばリジッドプリント配線板やセラミック基板）の当該スルーホールに挿入した接続構造が提案されている（例えば、特許文献１、図４２）。

しかしながら、フィルム回路基板に含まれる導体回路に電気的に接続された、立体形状の導電性突起を、フィルム回路基板の上に形成するという極めて特殊な構造であるため、特殊なプロセスが必要となり、製造上の負担が大きく、また製品自体が高価となる。加えて、このような特殊なフィルム回路基板の設計には、導体回路と導電性突起を電気的に接続する配線構造を慎重に考慮しなければならず、このことが、狭ピッチ、多ピンへの適用上、大きな問題となる。

なお、フレキシブル基板とプリント基板とを電気的に接続する別の接続構造として、プリント基板にフレキシブル基板を重ね、プリント基板のスルーホールの穴径よりも大きい直径の導電性接続具を、フレキシブル基板の配線部を貫くようにして、プリント基板のスルーホールに圧入することで、電気的接続を確立する例が提案されている（特許文献２）。
また、フレキシブル基板とプリント基板とを電気的に接続するさらに別の接続構造として、フレキシブル基板の接続部の導体面をプリント基板の接続部の導体面と対向させて圧接し、電気的接続を確立するために、薄板状のばね性部材からなるコンタクト圧接部材を使用する例が提案されている（特許文献３）。

特許文献２は、フレキシブル基板の端部において被覆を剥がさないで、かつ、コネクタを使用しないで、フレキシブル基板とプリント基板を電気的に接続する技術に特に向けられている。特許文献２のような接続構造は、フレキシブル基板の導体部とそれを貫通する接続具との良好で信頼性の高い接触状態が確保されなければ、有効に機能しない。この要求を満たすために、フレキシブル基板を特定の設計仕様のものに制限せざるを得ないという問題がある。また、特許文献２のような接続構造を多ピンへ適用することを考えた場合、レキシブル基板の導体部とそれを貫通する接続具との接触状態が、導体部毎に異なる可能性があり、ピン数が増えるにつれて信頼性が幾何級数的に低下してしまう。したがって、着脱可能な狭ピッチ、多ピンの接続構造としての使用には適さない。
他方、特許文献３のような接続構造は、プリント基板に接合された支持部を支点として作用する、ばね性部材の圧接部の比較的弱い圧接力を利用するため、フレキシブル基板を比較的容易に着脱できる反面、フレキシブル基板の導体部とプリント基板の導体部とのコンタクト保持力が弱いため、耐衝撃に優れた信頼性の高い保持力を得ることが困難であるという問題がある。

"Film Connectors for Ultra Thin Connections In High Density Flexible Circuits" News Release from DKN Research, Haverhill Massachusetts, et al., July 2007 (http://www.dknresearch.com/0707NewsFilmConEng.pdf) ＷＯ ２００８／０５０４４８ 特開２００１−３３２８５３号公報 特開２００８−９８２６０号公報

上記のとおり、従来の接続構造では、（i）薄型で、高密度、狭ピッチかつ多ピンの接続構造を、物理的に実現することが難しい、（ii）フィルムを貫通する特殊構造のマイクロバンプを備えた特別なフィルム状コネクタや、立体形状の導電性突起を形成した特殊構造のフィルム回路基板は、製造上の負担が大きく、高価である、（iii）フレキシブル基板の導体部とそれを貫通する接続具と信頼性の高い接触状態を、着脱可能な狭ピッチ、多ピン対応の設計において確保することが困難である、（iv）フレキシブル基板を保持する力が弱く、耐衝撃に優れた信頼性の高い保持力を得ることが困難である、という問題があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、その一つの目的は、極めて低い実装高さで、高密度、狭ピッチかつ多ピン対応の接続構造を、安価に実現する、フレキシブル基板と相手側部材の接続構造を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、耐衝撃に優れた信頼性の高い保持力を有する接続構造を、安価に実現する、フレキシブル基板と相手側部材の接続構造を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明のフレキシブル基板と相手側部材の接続構造は、複数の第１の導体回路の各々に接続されている第１の導体パッドを、少なくとも一の面に含む、フレキシブル基板と、複数の第２の導体回路の各々に接続されている第２の導体パッドを、少なくとも一の面に含む、相手側部材と、フレキシブル基板と相手側部材とを着脱可能に接続する、コネクタ本体とを備えている。フレキシブル基板は、第１の導体パッドの面内でかつフレキシブル基板の厚さ方向にフレキシブル基板を貫通する、第１の貫通穴を含み、相手側部材は、第２の導体パッドの面内でかつ相手側部材の深さ方向に形成された、第２の導体パッドの厚さよりも深い第２の穴を含み、コネクタ本体は、第３の基材の一の面に、フレキシブル基板の第１の貫通穴及び相手側部材の第２の穴に対応する、第１の突起を有する。そして、第１の導体パッドを相手側部材の対応する第２の導体パッドに対向するように配置させたフレキシブル基板に対して、コネクタ本体を押し付け、コネクタ本体の第１の突起をフレキシブル基板の第１の貫通穴を貫通させかつ相手側部材の第２の穴に挿入して、フレキシブル基板を相手側部材に機械的に結合させ、及び、第１の導体パッドと第２の導体パッドとの電気的接続を圧接により確立する。

本発明の一つの好ましい実施の形態において、相手側部材の第２の穴が、穴の内面に導体層を有する両面スルーホール又はブラインドホールである。

本発明において、好ましくは、第１の導体パッドが、フレキシブル基板の一の面にアレイ状に配置された導体パッドであり、第２の導体パッドが、相手側部材の一の面にアレイ状に配置された導体パッドであり、第１の突起が、第１の導体パッドの第１の貫通穴及び第２の導体パッドの第２の穴に対応して、コネクタ本体の第３の基材の一の面にアレイ状に配置された突起である。

本発明の一つの好ましい実施の形態において、コネクタ本体の第３の基材の他の面に、アレイ状に配置された第１の突起に外力を作用させる補強部材を設けても良い。

本発明の一つの好ましい実施の形態において、フレキシブル基板は、第１の導体回路及び第１の導体パッドから離れて、位置合わせ用の第３の貫通穴をさらに含み、相手側部材は、第２の導体回路及び第２の導体パッドから離れて、位置合わせ用の第４の穴をさらに含み、コネクタ本体は、第３の貫通穴及び第４の穴に対応する、位置合わせ用の第２の突起を、第３の基材の一の面に有する。

本発明の一つの好ましい実施の形態において、フレキシブル基板が、実質的にサイズが等しい相手側部材の第２の穴及びコネクタ本体の第１の突起よりもサイズが小さい、第１の貫通穴を含み、第１の突起が第１の貫通穴を貫通しかつ第２の穴に挿入されるとき、第１の突起が、第１の導体パッドの内側縁部を第２の穴内に押し込んで、フレキシブル基板と相手側部材との摩擦結合を確立する。

さらに、本発明の一つの好ましい実施の形態において、第１の突起が円錐台の形状を有し、上底の径が円錐台の高さの１／４以上である。

さらに、本発明の一つの好ましい実施の形態において、コネクタ本体の補強部材に隣接して、第３の基材を相手側部材に固定する固定部材をさらに備える。

本発明の一つの好ましい実施の形態において、固定部材とコネクタ本体の補強部材を、固定部材の一の端面が補強部材の一の端面と所定間隔で隣接するよう配置し、固定部材と補強部材をブリッジする第３の基材の部分を軸としてコネクタ本体が回転するヒンジ機構を構成しても良い。

さらに、固定部材が、前記相手側部材にかみ合う第３の突起をさらに有していても良い。

本発明によると、極めて低い実装高さで、高密度、狭ピッチかつ多ピン対応の接続構造を、安価に実現することができる。また、耐衝撃に優れた信頼性の高い保持力を有する接続構造を、安価に実現することができる。

上記した本発明の目的および利点並びに他の目的および利点は、以下の実施の形態の説明を通じてより明確に理解される。もっとも、以下に記述する実施の形態は例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。

本発明の一実施形態に係る接続構造の、組み立て前の要部を示す拡大断面図である。 本発明の一実施形態に係る接続構造の、組み立て後の要部を示す拡大断面図である。 本発明の他の実施形態に係る接続構造の、組み立て前の要部を示す拡大部分断面図である。 本発明の他の実施形態に係る接続構造の、組み立て後の要部を示す拡大断面図である。 本発明の他の実施形態に係る接続構造の、組み立て前の要部を示す拡大断面図である。 本発明の他の実施形態に係る接続構造の、組み立て後の要部を示す拡大断面図である。 本発明の他の実施形態に係る接続構造の要部を示す拡大断面図である。 本発明の他の実施形態に係る接続構造の要部を示す拡大断面図である。 本発明の他の実施形態に係る接続構造の要部を示す拡大断面図である。 本発明の他の実施形態に係る接続構造における、コネクタの一例を示す平面図である。 図７の線Ａ−Ａ’についての断面図である。 図７の線Ｂ−Ｂ’についての断面図である。 本発明の他の実施形態に係る接続構造の、組み立て前を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る接続構造の、組み立て後を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る接続構造における、コネクタの一例を示す平面図である。 図１０の線Ｃ−Ｃ’についての断面図である。 図１０の線Ｄ−Ｄ’についての断面図である。 本発明の他の実施形態に係る接続構造の、組み立て前を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る接続構造の、組み立て後を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る接続構造を示す断面図である。

符号の説明

１０ フレキシブル基板
１３ 第１の導体パッド
１５ 第１の貫通穴
２０ 相手方部材
２３ 第２の導体パッド
２５ 第２の穴
３０ コネクタ本体
３１ 第３の基材
３３ 第１の突起

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づき詳しく説明する。
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の一実施形態に係る接続構造の、組み立て前の要部を示す拡大断面図、及び組み立て後の要部を示す拡大断面図である。
図１Ａ及び図１Ｂに示す実施形態の接続構造は、第１の基材１１に含まれる複数の第１の導体回路（図示せず）の各々に接続されている第１の導体パッド１３を、一の面に含む、フレキシブル基板１０と、第２の基材２１に含まれる複数の第２の導体回路（図示せず）の各々に接続されている第２の導体パッド２３を、一の面に含む、相手側部材２０と、フレキシブル基板１０と相手側部材２０とを着脱可能に接続する、コネクタ本体３０とを備えている。

フレキシブル基板１０は、第１の導体パッド１３の面内でかつフレキシブル基板１０の厚さ方向にフレキシブル基板１０を貫通する、第１の貫通穴１５を含む。また、相手側部材２０は、第２の導体パッド２３の面内で相手側部材２０の厚さ方向に貫通する、第２の穴２５を含む。コネクタ本体３０は、第３の基材３１の一の面に、フレキシブル基板１０の第１の貫通穴１５及び相手側部材２０の第２の穴２５に対応する、第１の突起３３を有する。

フレキシブル基板１０における第１の基材１１は、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂、エポキシ樹脂、液晶ポリマー樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂などの耐熱性樹脂、又はポリエチレン樹脂からなる誘電体フィルムを、ベースとすることができる。図示しない複数の第１の導体回路は、そのようなフィルムをベースに、銅箔を貼り付けた銅張積層板をエッチングすることにより、又はベース上に導電性のペースト又はインクを印刷することにより形成され、その上が必要に応じてカバーレイに覆われている。第１の導体パッド１３と、第１の導体パッド１３の面内をフレキシブル基板１０の厚さ方向に貫通する第１の貫通穴１５は、通常のエッチング技術及びスルーホール加工技術により形成することができる。

相手側部材２０に、例えば硬質のプリント基板を用いる場合、相手側部材２０における第２の基材２１は、硬質のガラス・エポキシ材料をベースとすることができる。図示しない複数の第２の導体回路は、ガラス・エポキシ材料をベースに、銅箔を貼り付けた銅張積層板をエッチングすることにより、又はガラス・エポキシ材料のベース上に導電性のペースト又はインクを印刷することにより形成することができる。第２の導体パッド２３と、第２の導体パッド２３の面内を相手側部材２０の厚さ方向に貫通する第２の穴２５は、通常のエッチング技術、及びスルーホール加工技術（例えば、機械的なドリリングあるいはレーザ）の組み合わせにより形成することができる。本実施形態においては、第２の穴２５は、内周面に導電材料がめっき処理された、両面スルーホールとして構成されている。このようなスルーホールの形成方法は、プリント基板の製造における周知の技術であるので、詳しい説明を省略する。
なお、相手側部材２０は、通常の硬質なプリント基板に限らず、セラミック基板、回路部品（例えば、ＩＣチップ、ＬＳＩチップ）、多層リジッド・フレックス、及び、比較的厚いフレキシブル基板のいずれかであっても良い。

コネクタ本体３０は、薄いフィルム状の第３の基材３１をベースに、その一面に、複数の第１の突起３３を有する。後述するように、高密度、狭ピッチかつ多ピンの接続構造に好適な接続構造において、第１の導体パッド１３が、フレキシブル基板１０の一の面にアレイ状に配置され、第２の導体パッド２３が、相手側部材２０の一の面にアレイ状に配置されている場合、第１の突起３３は、第１の導体パッド１３の第１の貫通穴１５及び第２の導体パッド２３の第２の穴２５に対応して、第３の基材３１の一の面にアレイ状に配置されている（例として図７及び図１０を参照されたい）。また、コネクタ本体３０の第３の基材３１の他の面には、アレイ状に配置された第１の突起３３に外力を作用させる補強部材３５が設けられている。

薄いフィルム状の第３の基材３１は、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂、エポキシ樹脂、液晶ポリマー樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂などの耐熱性樹脂、又はポリエチレン樹脂からなる誘電体フィルムを、ベースとすることができる。第１の突起３３の形状は特に限定しないが、好ましくは円柱状、さらに好ましくは、図示するような円錐台である。本実施形態においては、フレキシブル基板１０の第１の貫通穴１５の径（サイズ）、相手側部材２０の第２の穴２５の径（サイズ）、及びコネクタ本体３０の第１の突起３３の円錐台の下底の径（サイズ）は、実質的に等しく構成されている。このような場合、第１の突起３３が、円錐台の上底の径が円錐台の高さの１／４以上であるように構成されるとき、フレキシブル基板１０に対する、所望の最低限度の保持力を確保することができる。

第１の突起３３の材料は、化学エッチング加工により製作することを想定した場合、ステンレススチール、銅、ニッケル、リン青銅、真鍮、その他の金属、さらにはその上に電解、あるいは無電解めっきしたものを利用可能である。本発明においては、第１の突起に導電性が必要ないことに留意すべきである。したがって、第１の突起３３の材料として、金属の他に、硬質プラスチック等を使用することができる。補強部材３５の材料も、第１の突起３３と同様の材料を選ぶことができる。コネクタ本体３０の主要部分である第１の突起３３及び補強部材３５を、プラスチックで構成するときは、射出成形等の加工プロセスを使用することができ、コネクタ本体３０のコストを大幅に下げることができるという利点がある。

このように、コネクタ本体３０は、薄いフィルム状の第３の基材３１の一の面に第１の突起３３を有し、他の面に補強部材３５を有するシンプルな構成であるため、フォトリソグラフィとエッチングプロセスによって、さらには必要に応じて電鋳を組み合わせて、又は射出成形等の加工プロセスによって、第１の突起３３の位置関係を極めて高精度に管理しながら量産することができる。すなわち、現在の技術によると、０．２ｍｍ未満の高密度、狭ピッチ・多ピンのアレイ状に配置された第１の突起３３を±０．０２０ｍｍ以下の精度で形成したコネクタ本体が量産可能である。このようなコネクタ本体は、導体回路のピッチが０．０５０ｍｍ未満の高密度フレキシブル基板の接合を可能とする。そして、従来のコネクタのようなハウジングや端子の組み立ては不要である。したがって、高密度、狭ピッチ・多ピン対応でありながら、実装高さを極めて低くでき、しかも従来のコネクタに比べて大幅なコストダウンが可能となる。

以上のように構成された、フレキシブル基板１０、相手側部材２０、及びコネクタ本体３０を、図１Ａに示すような関係に配置し、コネクタ本体３０の補強部材３５の上から垂直に外力を加えて、図１Ｂに示すような接続構造を組み立てる。すなわち、第１の導体パッド１３を相手側部材２０の対応する第２の導体パッド２３に対向するように配置させたフレキシブル基板１０に対して、コネクタ本体３０を押し付け、コネクタ本体３０の第１の突起３３をフレキシブル基板１０の第１の貫通穴１５を貫通させかつ相手側部材２０の第２の穴２５に挿入することにより、フレキシブル基板１０を相手側部材２０に機械的に結合させ、及び、第１の導体パッド１３と第２の導体パッド２３との電気的接続を圧接により確立する。
逆に、コネクタ本体３０を引き上げて、第１の突起３３を第１の貫通穴１５及び第２の穴２５から引き抜くことにより、フレキシブル基板１０と相手側部材２０との結合を解くことができる。

本実施形態の着脱可能な接続構造による利点の一つは、圧接により導体パッド同士がリング状に接触し、しかも上から第１の突起３３（特に円錐台の下底近傍）により圧力をかけているので、電気的接続の信頼性が極めて高いということである。しかも、コネクタ本体３０の上部に設けられた補強部材が、第１の突起に外力（加圧力）を有効に作用させるので、機械的接合の信頼性は高められている。さらに、相手側部材２０の表面からの高さは、第１の導体パッド１３を含むフレキシブル基板１０の厚さと、第３の基材３１と補強部材３５を含むコネクタ本体３０の厚さの和であり、極めて低い実装高さの接続構造が実現できることになる。

図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の他の実施形態に係る接続構造の、組み立て前の要部を示す拡大断面図、及び組み立て後の要部を示す拡大断面図である。両図において、図１Ａ及び図１Ｂに示す構成部分と同様の構成部分には同じ符号を用いている。
本実施形態の接続構造が、図１Ａ及び図１Ｂに示す実施形態の接続構造と異なる点は、フレキシブル基板２０が、実質的に径（サイズ）が等しい相手側部材２０の第２の穴２５及びコネクタ本体５０の第１の突起３４の下底の径（サイズ）よりも径（サイズ）が小さい、第１の貫通穴１６を含んでいる点、及び、コネクタ本体５０の上底の径（サイズ）が、第１の貫通穴１６の径（サイズ）と実質的に等しい点である。この場合もまた、所望の最低限度の保持力を確保するために、第１の突起３４が、円錐台の上底の径が円錐台の高さの１／４以上であるように構成されていることが好ましい。

以上のように構成された、フレキシブル基板４０、相手側部材２０、及びコネクタ本体５０を、図２Ａに示すような関係に配置し、コネクタ本体５０の補強部材３５の上から垂直に外力を加えて、図２Ｂに示すような接続構造を組み立てる。すなわち、第１の突起３４が、小さな第１の貫通穴１６を貫通しかつ第２の穴２５に挿入されるとき、第１の突起３４が、第１の導体パッド１３の内側縁部を第２の穴内２５に押し込んで（１７）、フレキシブル基板４０と相手側部材２０との摩擦結合を確立する。

本実施形態の着脱可能な接続構造による利点の一つは、より強い圧接力により導体パッド１３，２３同士のリング状の接触特性がより一層向上し、電気的接続の信頼性がより一層高くなると同時に、コネクタ本体５０が摩擦結合に基づく自己保持能力を備える点である。なお、極めて低い実装高さの接続構造が実現できる点は、図１Ａ及び図１Ｂに示す実施形態の場合と同様である。

図３Ａ及び図３Ｂは、本発明のさらに他の実施形態に係る接続構造の、組み立て前の要部を示す拡大断面図、及び組み立て後の要部を示す拡大断面図である。両図において、図２Ａ及び図２Ｂに示す構成部分と同様の構成部分には同じ符号を用いている。
本実施形態の接続構造が、図２Ａ及び図２Ｂに示す実施形態の接続構造と異なる点は、コネクタ本体６０が、第３の基材３１及び第１の突起３４を有するが、第３の基材３１の他の面に補強部材を有しない点である。上述のとおり、第１の突起３４が、小さな第１の貫通穴１６を貫通しかつ第２の穴２５に挿入されるとき、第１の突起３４が、第１の導体パッド１３の内側縁部を第２の穴内２５に押し込んで（１７）、フレキシブル基板４０と相手側部材２０との摩擦結合を確立すると、コネクタ本体６０は、摩擦結合に基づく自己保持能力を備えることになるため、第３の基材３１の他の面の補強部材はこれを省略しても良い。ただし、コネクタ本体６０の第１の突起３４を、効率良くかつ安定した力で挿入させるために、組み立ての際に、相手側部材２０とコネクタ本体６０を両側から挟む適切な圧接工具を使用することが好ましい。
なお、本実施形態の接続構造におけるコネクタ本体６０の厚さは、実質的に第３の基材３１の厚さまで薄くできるので、より一層低い実装高さの接続構造が実現できる点で有利である。その他の利点は、図２Ａ及び図２Ｂに示す実施形態の場合と同様である。

図４は、本発明の他の実施形態に係る接続構造の要部を示す拡大断面図である。同図において、図２Ｂに示す構成部分と同様の構成部分には同じ符号を用いている。
本実施形態の接続構造が、図２Ａ及び図２Ｂに示す実施形態の接続構造と異なる点は、相手側部材７０が、ブラインドビアホールを有する多層基板である点である。すなわち、相手側部材７０は、第２の基材２２の内部に複数層の導体回路を含む多層基板で構成され、また、相手側部材７０は、第２の導体パッド２３の面内でかつ相手側部材７０の深さ方向に形成された、第２の導体パッド２３の厚さよりも深い、ブラインドビアホールである、第２の穴２７を含む。第２の穴２７の内周面及び底面には導電材料がめっき処理され、所定厚さの導体層が形成されている。
本実施形態も、図２Ａ及び図２Ｂに示す実施形態の場合と同様の利点を有する。

図５は、本発明のさらに他の実施形態に係る接続構造の要部を示す拡大断面図である。同図において、図２Ｂに示す構成部分と同様の構成部分には同じ符号を用いている。
本実施形態の接続構造が、図２Ａ及び図２Ｂに示す実施形態の接続構造と異なる点は、相手側部材８０が、比較的薄い第２の基材２４で構成されている点、及びコネクタ本体９０の補強部材３５に隣接して、第３の基材３１を相手側部材８０の他の面（裏側）に固定する固定部材３７をさらに備えた、サンドイッチ構造とした点である。特に、本実施形態においては、固定部材３７の一の端面が補強部材３５の一の端面と所定間隔で隣接するよう配置され、固定部材３７と補強部材３５とが、第３の基材の部分３８によってブリッジされ、この部分を軸としてコネクタ本体９０が回転するヒンジ機構を構成している。
このようなヒンジ機構を適用することにより、コネクタ本体自体に開閉機構を持たせることができ、相手側部材８０への実装と、フレキシブル基板４０の挿入固定作業が容易となる。その他の利点は、図２Ａ及び図２Ｂに示す実施形態の場合と同様である。

図６は、本発明のさらに他の実施形態に係る接続構造の要部を示す拡大断面図である。同図において、図２Ｂに示す構成部分と同様の構成部分には同じ符号を用いている。
本実施形態の接続構造が、図２Ａ及び図２Ｂに示す実施形態の接続構造と異なる点は、相手側部材８２が、極薄い第２の基材２６で構成されている点、及び、コネクタ本体９２が、長さ方向中央部でくの字状にくびれた円柱形状の、第１の突起３６を有する点である。
本実施形態の接続構造によると、相手側部材８２が、フレキシブル基板のような極薄い部材であっても、第１の突起３６のくびれ部分に相手側部材８２の第２の穴が保持されるようにして、相手側部材８２が脱落するのを有効に防止することができる。

以上、図面を参照して本発明の複数の実施形態の要部を説明したが、本発明者は、実際にサンプルを製作した結果、０．２５ｍｍ以下の極めて低い実装高さで、高密度、狭ピッチかつ多ピン対応の接続構造を、実現することができた。そこで、これらの複数の実施例について、以下詳細に説明する。

［実施例１］
本実施例において、図７、図８Ａ及び図８Ｂに示すコネクタを構成した。図７はコネクタの平面図、図８Ａは、図７の線Ａ−Ａ’についての断面図、図８Ｂは、図７の線Ｂ−Ｂ’についての断面図である。
このコネクタ１００は、コネクタ本体１３０の補強部材１３５に隣接して、第３の基材１３１を相手側部材の一方の面に固定する固定部材１５０をさらに備えている。そして、固定部材１５０とコネクタ本体１３０の補強部材１３５を、固定部材１５０の一の端面が補強部材１３５の一の端面と所定間隔で隣接するよう配置し、固定部材１５０と補強部材１３５をブリッジする第３の基材１３１の部分を軸としてコネクタ本体１３０が回転するヒンジ機構１４０を構成している（図９Ａ及び図９Ｂ参照）。ここで、固定部材１５０と補強部材１３５とが隣接するその他の面に沿って、第３の基材１３１を横切るスリット１４３が形成されている。

コネクタ本体１３０において、第３の基材１３１の一の面（裏面）には、アレイ状に配置された第１の突起１３３が、１０×５＝５０の配列で、ピッチ０．８ｍｍで形成されている。
ほぼＴ字状の補強部材１３５は、ヒンジ機構１４０とは反対側に、一対の位置合わせ用の第２の突起１３７が形成されている。図９Ａに示すように、フレキシブル基板１０は、第１の導体回路（図示せず）及び第１の導体パッド１３から離れて、位置合わせ用の第３の貫通穴１９をさらに含み、相手側部材２０は、第２の導体回路（図示せず）及び第２の導体パッド２３から離れて、位置合わせ用の第４の穴２９を含んでいる。位置合わせ用の第２の突起１３７は、第３の貫通穴１９及び第４の穴２９に対応する位置に設けられ、円錐台の下底の径（サイズ）は、第２の突起１３７が第３の貫通穴１９を貫通しかつ第４の穴２９に挿入されたとき、位置合わせ用の第４の穴２９と結合するように設計されている。

ほぼＵ字状の固定部材１５０は、相手側部材２０に設けられた第５の穴（図示せず）にかみ合う４つの第３の突起１５３を、第３の基材１３１の一方の面に有している。このような固定部材１５０が、相手側部材２０に設けられた第５の穴（図示せず）に結合し、第３の基材１３１を固定する。

コネクタ１００は、以下のようにして製作した。
まず、第３の基材１３１として厚さ０．０５０ｍｍのポリイミドフィルムを用い、フィルムの片面に厚さ０．２００ｍｍのステンレススチール板、反対側には厚さ０．１００ｍｍのステンレススチール板を直接熱ラミネートし、フォトリソグラフィ／エッチングプロセスにより、前者をアレイ状に配置した第１の突起１３３、位置合わせ用の第２の突起１３７、及び固定用の第３の突起１５３として、後者をコネクタ本体１３０の補強部材１３５及び固定部材１５０として、それぞれ一体加工し、次いで外形を機械的にカットし、コネクタ用素材として仕上げた。第３の基材１３１のベースフィルムの一部を直線状に残して、後者のステンレススチール板をスリット状にエッチング除去することにより、ほぼＴ字型のコネクタ本体１３０と、ほぼＵ字状の固定部材１５０と、両者をブリッジする第３の基材１３１のヒンジ機能１４０を構成することができた。ヒンジ機能１４０のスリット幅は０．２ｍｍで、±９０°の回転が可能である。

エッチング加工された第１の突起１３３の断面は、きれいな富士山状（逆すり鉢状）の形状をしていた。エッチング条件を変えることにより、先端部（上底）の大きさ、裾野部分（下底）の大きさなどを変えられることも確認した。

次に、フレキシブル基板１０として、ベース厚さ０．０２５ｍｍ、銅箔厚さが０．０１８ｍｍの材料で、片面回路、両面スルーホール回路をエッチング加工による形成した。また、別のフレキシブル基板１０として、ベース厚さ０．０２５ｍｍのポリエステルフィルムに、厚さ０．０１０ｍｍの銀ペーストをスクリーン印刷した片面フレキシブル基板を用意した。他方、相手側部材２０の硬質プリント基板として、厚さ０．２ｍｍのガラス・エポキシ銅張積層板を通常のエッチングプロセスで加工して、両面スルーホール基板を得た。フレキシブル基板１０、相手側部材２０とも、コネクタ本体１３０のアレイ状の第１の突起１３３と同じ配列寸法で、穴径０．２５ｍｍのアレイ状に配置された導電パッド１３及び２３がそれぞれ形成されている。

図９Ａ及び図９Ｂを参照して、本実施例の固定構造は以下のようにして組み立てた。
まず、相手側部材２０としての硬質プリント基板の上に、第３の突起１５３の先端部（上底）の径が０．０１５〜０．０１７ｍｍの固定部材１５０を、イソシアネート系の接着剤で固定した。第３の突起１５３の裾野部分（下底）の径が０．３ｍｍ以上であれば、相手側部材２０に形成された第５の穴（図示せず）に対して、手作業で位置合わせをすることができた。次いで、ヒンジ機構１４０を曲げてコネクタ本体１３０を開き、その中にフレキシブル基板１０を入れ、コネクタ本体１３０を戻して、押圧により固定した。フレキシブル基板１０の位置合わせのために、エッジ合わせと、位置合わせ用の第４の穴２９合わせを用いたが、両者とも個別に機能することを確認した。

接合後の高さは、片面フレキシブル基板を適用した場合、プリント基板表面から０．２５ｍｍ未満であった。これは、現在量産で使われている、もっとも薄いＦＦＣコネクタ、ＢＴＢコネクタに比べて、３分の１未満である。コネクタとしての接触抵抗は、ピンあたり５０ミリオーム未満であった。

［実施例２］
本実施例において、図１０、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すコネクタを構成した。図１０は、コネクタの平面図、図１１Ａは、図１０の線Ｃ−Ｃ’についての断面図、図１１Ｂは、図１０の線Ｄ−Ｄ’についての断面図である。
このコネクタ２００は、コネクタ本体２３０が、ストリップ状の第３の基材２３１の一の面に、アレイ状に配置された第１の突起２３３が、１０×５＝５０の配列で、ピッチ０．８ｍｍで形成された構造を有する。アレイ状の第１の突起２３３の、（図１０の上下方向）両サイドには、それぞれ、第１の突起２３３と同一寸法の、位置合わせ用の第２の突起２３７が、３個ずつ一列に形成されている。

コネクタ２００は、以下のようにして製作した。
第３の基材２３１として厚さ０．０５０ｍｍのポリイミドフィルムを用い、フィルムの片面に厚さ０．２５０ｍｍのステンレススチール板を直接熱ラミネートし、フォトリソグラフィ／エッチングプロセスにより、アレイ状に配置した第１の突起２３３、位置合わせ用の第２の突起２３７として一体加工し、次いで、外形を機械的にカットし、補強部材のないコネクタ本体として仕上げた。
実施例１と同様に、エッチング加工された第１の突起２３３の断面は、きれいな富士山状（逆すり鉢状）の形状をしていた。エッチング条件を変えることにより、先端部（上底）の大きさ、裾野部分（下底）の大きさなどを変えられることも確認した。

次に、フレキシブル基板４０として、ベース厚さ０．０２５ｍｍ、銅箔厚さが０．０１８ｍｍの材料で、片面回路をエッチング加工した。また、別のフレキシブル基板４０として、ベース厚さ０．０２５ｍｍのポリエステルフィルムに、厚さ０．０１０ｍｍの銀ペーストをスクリーン印刷した片面フレキシブル基板を用意した。他方、相手側部材２０の硬質プリント基板として、厚さ０．２ｍｍのガラス・エポキシ銅張積層板を通常のエッチングプロセスで加工して、両面スルーホール基板を得た。フレキシブル基板４０、相手側部材２０とも、コネクタ本体２３０のアレイ状の第１の突起２３３と同じ配列寸法で、フレキシブル基板４０には、第１の貫通穴１６の径が０．１６〜０．１８ｍｍの、アレイ状に配置された導電パッド１３が、相手側部材２０には、第２の穴２５の径０．２４〜０．２７ｍｍの、アレイ状に配置された導電パッド２３が、それぞれ形成されている。

図１２Ａ及び図１２Ｂを参照して、本実施例の固定構造は以下のようにして組み立てた。
まず、相手側部材２０としての硬質プリント基板の上に、ピンガイド（図示せず）を使ってフレキシブル基板４０を重ね、その上から、第１の突起２３３の先端部（上底）の径が０．２０〜０．２２ｍｍのコネクタ２００を合わせて、圧接工具を使って押し込んだ。このような第１の貫通穴１６及び第２の穴２５の寸法、第１の突起２３３の寸法の組み合わせであれば、接合構造として機械的な自己保持能力を持つことが確認できた。

本実施例の接合構造では、プリント基板表面からの高さは０．１００ｍｍ未満にまで抑えることができた。この高さは、従来のコネクタの構成ではほとんど不可能なレベルで、他のチップ部品に比べても背が低い。ここで、製作した実施例のサンプルは、１ｍの落下衝撃試験にも耐えることを確認した。また、コネクタとしての接触抵抗は、ピンあたり５０ミリオーム未満であった。

［変形例］
上記実施例１の接続構造は、図１３に示すような接続構造に変形することができる。
図１３において、コネクタ３００は、コネクタ本体３３０の横方向両端部をＬ字状に曲げて形成した、フック部付きの固定部材３５０を備えており、これが相手側部材２０に設けた第６の穴２２９を貫通して、相手側部材２０の他の面（裏面）にロックされたときに、第１の突起３３３が、フレキシブル基板１０の第１の貫通穴を貫通し、相手側部材２０の第２の穴に挿入される。このような構成においても、第６の穴２２９と、フック部付きの固定部材３５０との位置合わせができる。

以上の複数の実施形態及び実施例は例示であって、様々な変形が可能である。例えば、第１の貫通穴は、円形である必要はなく、多角形、十字、星形その他の異形であっても良い。また、第１の突起は、断面円形である必要はなく、異形あっても良い。そのような異形の第１の突起は、円形の第１の導体パッドの径を適切に選ぶことにより、第１の導体パッド内側縁部に食い込んで、一部を第２の穴内に押し込むように作用させることができるので、接合の信頼性を高め得る。

以上、複数の実施の形態において図面を引用しつつ例示したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なうことのない範囲において適宜変更可能である。

本発明は、複数の導体回路を含むフレキシブル基板と、複数の導体回路を含むプリント基板、回路部品その他の相手側部材とを着脱可能に接続する、フレキシブル基板と相手側部材の接続構造に好適であり、薄いフレキシブル基板を、他のプリント基板や回路部品に繰り返し脱着する接続構造への適用に特に好適である。

Claims (10)

1. フレキシブル基板と相手側部材の接続構造であって、
   複数の第１の導体回路の各々に接続されている第１の導体パッドを、少なくとも一の面に含む、フレキシブル基板と、
   複数の第２の導体回路の各々に接続されている第２の導体パッドを、少なくとも一の面に含む、相手側部材と、
   前記フレキシブル基板と前記相手側部材とを着脱可能に接続する、コネクタ本体と、
   を備え、
   前記フレキシブル基板は、前記第１の導体パッドの面内でかつ前記フレキシブル基板の厚さ方向に前記フレキシブル基板を貫通する、第１の貫通穴を含み、
   前記相手側部材は、前記第２の導体パッドの面内でかつ前記相手側部材の深さ方向に形成された、前記第２の導体パッドの厚さよりも深い第２の穴を含み、
   前記コネクタ本体は、第３の基材の一の面に、前記フレキシブル基板の第１の貫通穴及び前記相手側部材の第２の穴に対応する、第１の突起を有し、
   前記第１の導体パッドを前記相手側部材の対応する第２の導体パッドに対向するように配置させた前記フレキシブル基板に対して、前記コネクタ本体を押し付け、前記コネクタ本体の第１の突起を前記フレキシブル基板の第１の貫通穴を貫通させかつ前記相手側部材の第２の穴に挿入して、前記フレキシブル基板を前記相手側部材に機械的に結合させ、及び、前記第１の導体パッドと第２の導体パッドとの電気的接続を圧接により確立する、
   接続構造。
2. 前記相手側部材の第２の穴が、穴の内面に導体層を有する両面スルーホール又はブラインドホールである、
   請求項１記載の接続構造。
3. 前記第１の導体パッドが、前記フレキシブル基板の一の面にアレイ状に配置された導体パッドであり、前記第２の導体パッドが、前記相手側部材の一の面にアレイ状に配置された導体パッドであり、前記第１の突起が、前記第１の導体パッドの第１の貫通穴及び前記第２の導体パッドの第２の穴に対応して、前記コネクタ本体の前記第３の基材の一の面にアレイ状に配置された突起である、
   請求項１又は２記載の接続構造。
4. 前記コネクタ本体の第３の基材の他の面に、前記アレイ状に配置された第１の突起に外力を作用させる補強部材を設けた、
   請求項３記載の接続構造。
5. 前記フレキシブル基板は、前記第１の導体回路及び第１の導体パッドから離れて、位置合わせ用の第３の貫通穴をさらに含み、
   前記相手側部材は、前記第２の導体回路及び第２の導体パッドから離れて、位置合わせ用の第４の穴をさらに含み、
   前記コネクタ本体は、前記第３の貫通穴及び第４の穴に対応する、位置合わせ用の第２の突起を、前記第３の基材の一の面に有する、
   請求項３記載の接続構造。
6. 前記フレキシブル基板が、実質的にサイズが等しい前記相手側部材の第２の穴及び前記コネクタ本体の第１の突起よりもサイズが小さい、前記第１の貫通穴を含み、
   前記第１の突起が前記第１の貫通穴を貫通しかつ前記第２の穴に挿入されるとき、前記第１の突起が、前記第１の導体パッドの内側縁部を前記第２の穴内に押し込んで、前記フレキシブル基板と前記相手側部材との摩擦結合を確立する、
   請求項１又は２記載の接続構造。
7. 前記第１の突起が円錐台の形状を有し、上底の径が円錐台の高さの１／４以上である、
   請求項６記載の接続構造。
8. 前記コネクタ本体の補強部材に隣接して、前記第３の基材を前記相手側部材に固定する固定部材をさらに備える、
   請求項４記載の接続構造。
9. 前記固定部材と前記コネクタ本体の補強部材を、前記固定部材の一の端面が前記補強部材の一の端面と所定間隔で隣接するよう配置し、前記固定部材と前記補強部材をブリッジする前記第３の基材の部分を軸として前記コネクタ本体が回転するヒンジ機構を構成した、
   請求項８記載の接続構造。
10. 前記固定部材が、前記相手側部材にかみ合う第３の突起をさらに有する、
    請求項８又は９記載の接続構造。

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