JP6368431B2 - フレキシブルプリント配線板のはんだ接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、はんだ接合構造に関する。より詳細には、フレキシブルプリント配線板を、プリント配線板または電気部品もしくは光学部品を搭載したパッケージ等にはんだを用いて接合する構造に関する。

近年、スマートフォン・携帯型タブレット端末などの爆発的普及や、映像配信サービスの開始を背景として、光ネットワークの伝送容量の増大が求められている。このニーズを満たすための光通信おける重要な部品として、電気−光変換、光―電気変換、増幅、再生変復調などの基本機能を備えた光伝送モジュールが幅広く利用されている。光伝送モジュールでは、複数チャネルに分割した信号を異なる複数の搬送波に乗せて伝送する波長分割多重伝送方式や、複数チャネルをそのまま複数本の光ファイバ（多心光ファイバテープ）によって伝送するパラレル伝送方式などの通信方式が用いられている。これらの通信方式を実現するためには、１つの筐体において多チャネルの電気信号を入出力することができる多チャネルの光伝送モジュールが不可欠であり、この研究開発も活発に行われている。

光伝送モジュールは、内部に光電変換素子等を収容した筐体からなるパッケージと、このパッケージの一部に構成された電気配線接続部と、光ファイバ接続部とを備える。光伝送モジュールの筐体を構成するパッケージは、例えばセラミックなどによって形成される。用語「パッケージ」は、一般には電気素子や光素子、集積回路（ＩＣ）などをその上に搭載し収納する容器を意味するものとして使われることが多いが、以後の本発明に関連する説明においては、電気配線接続部も含めた容器以上のより広い形態のものとして使われる。例えばパッケージは、全体を気密シールされた箱状のもの、気密シールまではされていないもの、上部などに開口部を持ち電気素子などが見える状態にあるもの、側壁も持たない単純な板状の形状であって電気素子などを搭載しただけのものなど、様々な形態を含む。パッケージ上の電気素子などと接続された電気配線がパッケージ内部に形成されており、パッケージの端部近傍で、電気配線接続部として外部回路と接続可能な電極パッドを持っているものを対象とする。

光伝送モジュールは、電気配線を介して外部回路から入力された電気信号を光信号に変換して、光ファイバに出力したり、逆に光ファイバから入力された光信号を電気信号に変換して、電気配線を介して外部回路に出力したりする機能を有する。より具体的には、光半導体素子（半導体レーザ、受光素子、変調素子など）や、光半導体素子を搭載したパッケージの少なくとも一部を構成する基板と、信号生成回路（駆動回路、増幅回路など）を搭載した外部回路の基板との間を、フレキシブルプリント配線基板(Flexible printed circuits board：ＦＰＣ)を用いて電気的に接続して、高速信号伝送を実現している。

光伝送モジュールにおいて多チャンネルの信号を取り扱うには、外部回路と接続をして複数の電気信号を入出力する電気端子が、システムの多重数や並列数に応じた数量だけ必要になる。さらに、電気信号の端子以外にも電源供給用の端子やパッケージ内部に搭載されたＩＣの制御およびこの制御状態をモニタするための端子など、多くの電気端子が必要である。

多チャンネルの信号を取り扱い同時に小型化も要求される光伝送モジュールでは、特許文献１に記載されているように、電気配線として、ピンによる接続よりも高密度化が可能なフレキシブルプリント配線板(以下ＦＰＣ)が用いられている。ＦＰＣは、光伝送モジュールの実装以外にも、電子機器や携帯電話の内部などでも幅広く使用されている。例えば一般的なＬＳＩの実装等において、多端子を持つＬＳＩの他の回路への電気配線、プリント配線板(Printed circuit board：ＰＣＢ)等との電気接続を一括して行うのに用いられている。

ＦＰＣは、外部回路を形成したＰＣＢと、光伝送モジュール筐体として多用されるセラミック製のパッケージもしくは他の基板等との間の電気配線に使用され、ＦＰＣの端部に形成された電極パッドは、信頼性の高いはんだを用いて、ＰＣＢおよびパッケージ等の電極パッドと接合される。

図９Ａおよび図９Ｂは、従来技術のＦＰＣのはんだ接合方法を説明する図である。図９Ａははんだ接合方法の第１の図であって、接合前のＦＰＣ２００の端部および光伝送モジュールのパッケージにおける電気配線接続部１００において、それぞれの電極パッドを各基板面に垂直に切った断面を示す。光伝送モジュールでは、概ね直方体形状の筐体の１つの側面からテラス状に飛び出した部分に多数の電極パッドを形成してこの電極パッドとＦＰＣの電極パッドとをはんだ接合する。図９Ａにはパッケージの一部を構成するこのテラス状の突出部分１００における電気配線接続部が描かれている。尚、ＦＰＣと接合されるのは、テラス状の突出部分だけに限られず、光伝送モジュールが単純な平板状のＰＣＢで構成されればそのＰＣＢの端部の電気配線接続部でも良い。以下ＰＣＢの場合も含めて簡単のため光伝送モジュール側をパッケージ１００と称する。図９Ｂははんだ接合方法の第１の図であって、はんだ接合工程中の状態を示している。

図９Ａを参照すれば、パッケージ１００の接合面側には電極パッド１０１が形成されている。ＦＰＣは、接続するパッケージや基板などの実装位置に応じて任意の形状を持ち、通常のプリント配線基板よりも薄く柔軟な素材によって構成され、例えば、フィルム状の絶縁体をベースとして導体箔を形成して構成される。ＦＰＣ２００の少なくとも一端には、パッケージ１００側の電極パッド１０１とはんだ接合を行う対応する電極パッドが多数形成される。図９Ａに示すように、ＦＰＣ基板２０３の端部の電極パッドの各々は、金属等が充填されたビア２０１を介して接続された導体電極２０２ａ、２０２ｂが基板２０３を挟んで対応する位置に形成されている。パッケージ１００と接合をする側の導体電極２０２ｂ上には、あらかじめはんだ層２０４が形成されている。図９Ｂに示すように、ＦＰＣ２００とパッケージ１００とを電極パッドを介してはんだ接合する際には、特許文献２に示すような熱圧着用ツール３００を用いて、接合を行う方法が用いられる。ＦＰＣ２００においてはんだ接合面側とは反対側の導体電極２０２ａに対して熱圧着用ツール３００によって加熱および加圧を同時に行うと、ビア２０１を経由して接合面側に熱が伝わり、はんだ層２０４を溶融させ、導体電極２０２ｂおよび電極パッド１０１がはんだによって接合される。

特開第２０１５−３８９１５号 明細書 特許第３５６９５７８号 明細書

しかしながら、図９Ａおよび図９Ｂに示したはんだ接合方法においては、ＦＰＣ側の電極パッドとパッケージ側の電極パッドの間は、１０〜２０μｍ程度の厚さのはんだ層で密着して接合され、はんだ接合工程中に接合された状態を目視で容易に確認することができない。接合部分を含む電気経路に対して、抵抗値の測定を行うことなどによって配線間の導通検査を行う必要があるため、検査に時間が掛かるという問題があった。基板面上で電気素子などを接続する通常の電極パッドでは、はんだの形状を目視や形状認識によって確認をすることが容易であって、問題のあるはんだ接合部分をあらかじめ発見・除去して、試験工程を効率的に実行することができた。しかし、図９Ａおよび図９Ｂに示したような工程によってＦＰＣとパッケージがはんだ接合された場合、光伝送モジュールの電極パッドが非常に小さいこともあいまって、不良接合を見つけ出すためにはすべての電極パッドの導通試験を行うしかなく、製造工程の効率化を妨げていた。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであって、はんだ接合時に接合状態を目視で簡単に確認することができ、検査の効率化を実現することができるはんだ接合構造を提供することを目的とする。尚、用語「はんだ接合」は、はんだによって構成される構造に着目したものであって、はんだ接続も同じ意味で使用できる。

上述の課題に対応するために、本発明の１つの実施態様は、柔軟性を持つ第１の材料からなる第１の基板と、前記第１の材料とは異なる第２の材料からなる第２の基板との間を接続するはんだ接合構造において、前記第１の基板は、端部に沿って形成された複数の電極パッドを有し、当該複数の電極バッドの各々は、前記第１の基板を挟んだ両面に概ね同一形状の対応する導体電極を有し、前記対応する導体電極は少なくとも１つのスルーホールによって相互に接続され、前記スルーホールの内部を含め前記対応する導体電極上にはんだ層が形成され、前記対応する導体電極は、前記端部の側面上に形成された側面電極によってさらに相互に接続され、前記第２の基板は、端部に沿って前記第１の基板の一方の面上の前記導体電極と対向するように形成された複数の電極パッド、および、前記対向する複数の電極パッドから、前記第２の基板を貫通しないよう前記第２の基板の前記端部の側面上の途中まで連続して形成された側面電極を有し、前記一方の面上の前記導体電極と、前記対向する複数の電極パッドとの間の前記はんだ層によるはんだ接合から連続して形成された前記第１の基板の前記側面電極上のはんだ部分の接合状態が、前記はんだ接合の前記第２の基板の側から視認可能、かつ、前記はんだ接合から連続して形成された前記第２の基板の前記側面電極上のはんだ部分の接合状態が、前記はんだ接合の前記第１の基板の側から視認可能なように構成されたことを特徴とするはんだ接合構造である。
好ましくは、前記第１の基板の前記複数の電極パッドおよび前記第２の基板の前記対向する複数の電極パッドは、それぞれ基板端部に沿って２列以上形成され、いずれの前記側面電極も、各々の基板の前記端部に最も近い列の電極パッドに形成され、前記複数の電極パッドの配列方向において、前記電極パッドの少なくとも一部が、異なる列間で重複するように配置されている。

また、前記第１の基板の前記側面電極は、前記第１の基板を貫通するスルーホールを前記第１の基板面に対して垂直な方向に切断して形成されることができる。前記第２の基板の前記側面電極は、前記第２の基板の厚さ方向の少なくとも一部を貫通するスルーホールを前記第２の基板面に対して垂直な方向に切断して形成されることができる。

上述の実施態様において、好ましくは、前記第１の基板は、前記複数の電極パッドが一端に形成されたフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）であり、前記第２の基板は、前記対向する複数の電極パッドが前記端部に形成されたセラミックパッケージまたはプリント配線基板（ＰＣＢ）であることができる。

また、前記はんだ接合を、前記第１の基板の前記複数の電極パッドおよび前記第２の基板の前記対向する複数の電極パッドを位置合わせして、前記第１の基板の前記複数の電極パッドおよび前記第２の基板の前記対向する複数の電極パッドを加熱および加圧し、前記はんだ層が溶融して形成することができる。

また本発明のさらに別の実施態様として、上述の各実施態様のはんだ接合構造を、筐体であるパッケージから突出したテラス状の基板上に有することを特徴とする光伝送モジュールを構成することもできる。

以上説明したように、本発明のはんだ接合構造によれば、ＦＰＣとパッケージまたはＰＣＢ等とを電極パッドではんだ接合する際に、はんだ接合の状態を目視で簡単に確認することができる。導通検査を行わなくても、はんだ接合状態の良否を判別することが可能となり、検査工程を効率化することができる。

図１Ａは、本発明のはんだ接合構造の第１の実施形態の構成を示す上面図である。 図１Ｂは、本発明のはんだ接合構造の第１の実施形態の構成を示す断面図である。 図２Ａは、本発明のはんだ接合構造におけるＦＰＣ側の詳細な構成を説明する上面図である。 図２Ｂは、本発明のはんだ接合構造におけるＦＰＣ側の詳細な構成を説明する斜視図である。 図３Ａは、本発明のはんだ接合構造におけるＦＰＣ側の電極断面構造をさらに説明する第１の図である。 図３Ｂは、本発明のはんだ接合構造におけるＦＰＣ側の電極断面構造をさらに説明する第２の図である。 図４Ａは、本発明のはんだ接合構造におけるパッケージ側の詳細な構成を説明する上面図である。 図４Ｂは、本発明のはんだ接合構造におけるパッケージ側の詳細な構成を説明する斜視図である。 図５Ａは、本発明のはんだ接合によって、ＦＰＣとパッケージとを接合する工程を説明する第１の図である。 図５Ｂは、本発明のはんだ接合によって、ＦＰＣとパッケージとを接合する工程を説明する第２の図である。 図５Ｃは、本発明のはんだ接合によって、ＦＰＣとパッケージとを接合する工程を説明する第３の図である。 図６Ａは、本発明のはんだ接合構造の接合部のＦＰＣおよびパッケージの断面図である。 図６Ｂは、本発明のはんだ接合構造の接合部のＦＰＣおよびパッケージの一方の端部側面を見た図である。 図６Ｃは、本発明のはんだ接合構造の接合部のＦＰＣおよびパッケージのもう一方の端部側面を見た図である。 図７Ａは、本発明のはんだ接合構造の第２の実施形態の接合前の構成を示す図である。 図７Ｂは、本発明のはんだ接合構造の第２の実施形態の接合後の構成を示す図である。 図８Ａは、本発明の第２の実施形態のはんだ接合構造の接合工程を説明する第１の図である。 図８Ｂは、本発明の第２の実施形態のはんだ接合構造の接合工程を説明する第２の図である。 図８Ｃは、本発明の第２の実施形態のはんだ接合構造の接合工程を説明する第３の図である。 図９Ａは、従来技術のＦＰＣのはんだ接合方法を説明する第１の図である。 図９Ｂは、従来技術のＦＰＣのはんだ接合方法を説明する第２の図である。

本発明のはんだ接合構造は、はんだ接合されるＦＰＣ並びにパッケージもしくはＰＣＢの基板のそれぞれの電極パッドの構成面から垂直に、各基板の端部の側面上に形成され、はんだが導かれる側面電極を備える。この基板端部の側面の電極上にはんだ接合部から連続して形成されたはんだの一部が視認可能となり、はんだ接合される２つの基板上の電極パッド間におけるはんだ接合の状態を確認できるようになる。基板端部の側面上において十分に視認できるはんだ接合部分を形成可能な電極パッド構成を備えることで、はんだ接合の試験を効率化することができる。本発明は、上述のはんだ接合構造を含む光伝送モジュールとしても実施できる。さらに、はんだ接合方法の発明としても実施できる。

本発明のはんだ接合構造は、柔軟な構造を持つ第１の基板材料で構成された第１の基板の基板端部に形成された複数の電極パッドと、第１の基板材料とは異なるより堅固な構造を持つ第２の基板材料で構成された第２の基板の基板端部に形成された複数の電極パッドとの間のはんだ接合に関するものである。第１の基板は、例えばフレキシブルプリント配線基板(ＦＰＣ)であり、第２の基板は、セラミック等で形成された光伝送モジュールの容器としてのパッケージの一部であっても良いし、光伝送モジュール機能を実現する平板状のプリント配線板(ＰＣＢ)でも良い。用語「パッケージ」は、光伝送モジュールなどの機能を実現する素子を搭載、内蔵できる容器を意味するが、その形状は様々であって、平板状の単純な基板から、筐体の側面等から一部が突出したテラス状部分をも含み、ここに電気配線接続部を有する。

また、パッケージに搭載または内蔵された素子などによって実現される機能は、上述の光伝送モジュールだけに限られず、電気信号または光信号の処理を行って様々な他の機能を実現するモジュールもしくは基板（ＰＣＢ）でも良い。ＦＰＣの端部に沿って形成された複数の電極パッドと、ＦＰＣとは別のパッケージもしくは基板の端部に形成された対応する電極パッドとの間で、はんだ接合を形成する場合に広く適用できる。以下、本発明のはんだ接合構造のより具体的な構成について、図面を参照しながら説明する。
＜第１の実施形態＞

図１Ａおよび図１Ｂは、本発明のはんだ接合構造の第１の実施形態の構成を示す図である。図１Ａは、ポリイミドなどの基板材料で構成されるＦＰＣ１およびセラミックなどの基板材料で構成されるパッケージ１０がはんだ接合された状態の基板面を見た上面図である。図１Ｂは、図１ＡのＩＢ−ＩＢ線を通りＦＰＣ１およびパッケージ１０の各基板面に垂直な断面を見た図である。ＦＰＣ１は、その端部に複数の電極パッドが形成されている。電極パッドは、導体電極によって構成され、はんだ接合やボンディングワイヤによって、他の回路と電気的に接続される。ＦＰＣ１の基板端部に沿って形成される電極パッドの各々は、はんだ接合される側の基板面（接合面）上にある複数の導体電極３ｂと、ＦＰＣ１の基板２を挟んで、接合面とは反対側の基板面上にある、対応する導体電極３ａを備える。導体電極３ａおよび導体電極３ｂは、基板２を挟んで対向していると言うこともできる。対応する２組の導体電極３ａ、３ｂは概ね同一の形状であって、導体電極３ａ、３ｂの各々を電気的に接続するスルーホール４ａ、４ｂによって両面間を接続されている。スルーホール４ａ、４ｂの内部には、はんだ５が満たされている。本発明のはんだ接合構造では、ＦＰＣ１の複数の電極パッドの導体電極３ａ、３ｂから連続して形成された基板端面上の側面接続電極６（第１の側面電極）を備える。

パッケージ１０の基板端部の基板面上には、ＦＰＣ１の複数の電極パッドとはんだ接合される電極パッド１１が形成されている。さらに、パッケージ１０の基板の端部の側面には、電極パッド１１から連続して形成された側面配線電極１２（第２の側面電極）が形成されている。ＦＰＣ１の側面接続電極６上およびパッケージ１０の側面配線電極１２上のいずれにおいても、はんだ接合からはんだが行き渡っている。次に、ＦＰＣ１およびパッケージ１０のそれぞれ電極パッドのより詳細な構成を説明する。

図２Ａおよび図２Ｂは、本発明のはんだ接合構造におけるＦＰＣ側の詳細な構成を説明する図である。図２Ａは、後述する予備はんだが未だ形成されていない状態で基板面を見た上面図であり、図２ＢはＦＰＣの複数の電極パッドがある基板端部の側面を見た斜視図である。ＦＰＣ１はポリイミドなどの柔軟な材料を基材として構成され基材の表面または内層に銅（Ｃｕ）などにより配線が形成されている。少なくともその一端には、パッケージとはんだ接合される上述の複数の電極パッドの導体電極３ａ、３ｂが形成されている。図２Ｂを参照すると、基板端面上には、図の基板２の上側にある導体電極３ａと下側にある導体電極３ｂとの間を電気的に接続する側面接続配線６が形成されている。基板両面にある対応する電極は、それぞれこの側面接続配線６によって接続されている。

図３Ａおよび図３Ｂは、本発明のはんだ接合構造におけるＦＰＣ側の電極断面構造をさらに説明する図である。図３Ａは、図２ＡにおけるＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ線を含む基板面に垂直な断面を見た図であり、図３Ｂは予備はんだを付けた状態の断面図である。本発明のはんだ接合構造におけるＦＰＣ端部の側面接続配線６（第１の側面電極）は、ＦＰＣに形成した１つのスルーホールを基板垂直方向に切断することにより、作製することができる。通常、１つのＦＰＣは、電極や内部配線を形成した多数のＦＰＣが配置されたマスターの大きな基板を、最終的なＦＰＣの形状に個々に小さく切断して作製される。スルーホールを半分に切断することで、図３Ａに示した形状の側面接続配線６を形成することができる。

本発明のはんだ接合において、ＦＰＣは例えばポリイミド、液晶ポリマ(ＬＣＰ)などの基板材料を使い、その基板の厚さは３５〜５０μｍ程度である。電極パッドは、２０〜４０端子を基板端部に沿って配列し、配列方向の全体長さは５〜２０ｍｍ程度となる。電極パッドの１つは、幅が３５０μｍ、長さが８００μｍ、配列のピッチが７００μｍとした。導体電極の厚さは１５〜４０μｍとした。上記の各寸法は一例であって、これらの数値に何ら限定されない。

本発明のはんだ接合構造を形成するためには、ＦＰＣ１の電極パッドの導体電極３ａ、３ｂ上およびスルーホール４ａ、４ｂの内部をはんだによって充たす必要がある。図３Ｂに示したように、上下面の導体電極３ａ、３ｂの片側、あるいは両側に、はんだ５のペーストを印刷によりパッドサイズと同サイズに形成する。印刷後、大気中、窒素(Ｎ２)中、真空中またはギ酸(ＨＣＯＯＨ)雰囲気中などでリフローを行い、図３Ｂに示したようにスルーホール４ａ、４ｂ内にもはんだが充填された状態となる。はんだが充たされた図３Ｂの状態では、はんだ層は、表面張力で導体電極から最大高さ１００〜１５０μｍ程度で凸状に盛り上がった構造となる。尚、図示はしていないが、電極部の先端にもはんだが濡れ広がっている。

図４Ａおよび図４Ｂは、本発明のはんだ接合構造におけるパッケージ側の詳細な構成を説明する図である。図４Ａはパッケージの基板の端面近くの上面図を示し、図４Ｂは基板端部の側面を見た斜視図である。パッケージ１０は、図３Ａおよび図３Ｂに示したＦＰＣによって他の外部回路と電気的に接続されるものであって、一例を挙げれば、ＦＰＣとはんだ接合によって接続される、光伝送モジュールのセラミック製のパッケージにおけるテラス状の突出部でも良い。また、電気信号などに対する一定の処理機能を持った回路を搭載したＰＣＢであっても良い。

パッケージ１０の端部には、その基板面上にＦＰＣの複数の電極パッドの導体電極３ａ、３ｂに対応した形状で、概ね同じ大きさを持つ複数の電極パッド１１を備えている。本発明のはんだ接合構造においては、パッケージ側の基板端部の側面上に、複数の電極パッド１１の各々から連続して形成された側面配線電極１２（第２の側面電極）が形成されている。この側面配線電極１２は、セラミックパッケージを作製する段階で、表面層と内層とを接続するスルーホールを形成しておき、基板表面に対して垂直方向に切断することにより、形成することができる。セラミックパッケージは、多層のグリーンシートを焼成して形成されるが、表層のシートに穴あけや導体パターン印刷を行い、表面層１０ａと内層１０ｂとの間にスルーホール電極を形成することができる。図４Ｂに示したような端面は、このスルーホールを切断することで得られる。図４Ｂでは、側面配線電極１２は、基板側面の途中で終わっているが、複数の電極パッド１１が形成された面の反対側の面まで伸びていても良い。後述するように、この側面配線電極１２には、溶融したはんだが流れ込み、側面配線電極１２のはんだ部分の状態によって、ＦＰＣ１およびパッケージ１０の間のはんだ接合状態が視認可能となる。

パッケージの基板の厚さは５００〜１０００μｍ程度であり、複数の電極パッド１１はＦＰＣの電極パッドと概ね同じサイズとなる。電極パッドの厚さは５〜２０電極パッドとなる。これらの各寸法の数値は、一例であって、基板の材料や製造条件で幅があるのは言うまでもない。

したがって、本発明のはんだ接合構造は、柔軟性を持つ第１の材料からなる第１の基板１と、前記第１の材料とは異なる第２の材料からなる第２の基板１０との間を接続するはんだ接合構造において、前記第１の基板は、前記第１の基板の端部に沿って形成された複数の電極パッドを有し、当該複数の電極パッドの各々は、前記第１の基板を挟んだ両面に概ね同一形状の対応する２つの導体電極３ａ、３ｂを有し、前記対応する２つの導体電極は少なくとも１つのスルーホール４ａ、４ｂによって相互に接続され、前記スルーホールの内部を含め前記対応する２つの導体電極上にはんだ層が形成され、前記第２の基板は、前記第２の基板の端部に沿って形成され、前記第１の基板の一方の面上の前記導体電極と対向するように形成された複数の電極パッドを有し、当該対向する複数の電極パッドから前記第２の基板の前記端部の側面上に連続して形成された側面電極１２を有し、前記第１の基板の前記一方の面上の前記導体電極３ｂと、前記第２の基板上の前記対向する複数の電極パッド１１との間が前記はんだ層によってはんだ接合され、前記はんだ接合から連続して形成された前記側面電極１２上のはんだ部分５ａの接合状態が、前記はんだ接合の前記第１の基板側から視認可能なように構成されはんだ接合構造として実施できる。

また、本発明のはんだ接合構造は、柔軟性を持つ第１の材料からなる第１の基板１と、前記第１の材料とは異なる第２の材料からなる第２の基板１０との間を接続するはんだ接合構造において、前記第１の基板は、前記第１の基板の端部に沿って形成された複数の電極パッドを有し、当該複数の電極パッドの各々は、前記第１の基板を挟んだ両面に概ね同一形状の対応する２つの導体電極３ａ、３ｂを有し、前記対応する２つの導体電極は少なくとも１つのスルーホール４ａ、４ｂによって相互に接続され、前記スルーホールの内部を含め前記対応する２つの導体電極上にはんだ層が形成され、前記対応する２つの導体電極は、前記第１の基板の前記端部の側面上に形成された側面電極６によってさらに相互に接続されており、前記第２の基板は、前記第２の基板の端部に沿って形成され、前記第１の基板の一方の面上の前記導体電極と対向するように形成された複数の電極パッド１１を有し、前記第１の基板の前記一方の面上の前記導体電極３ｂと、前記第２の基板上の前記対向する複数の電極パッド１１との間が前記はんだ層によってはんだ接合され、前記はんだ接合から連続して形成された前記側面電極６上のはんだ部分５ｂの接合状態が、前記はんだ接合の前記第２の基板側から視認可能なように構成されたはんだ接合構造としても実現できる。このとき、前記第２の基板は、前記第２の基板上の前記対向する複数の電極パッドから、前記第２の基板の前記端部の側面上に連続して形成された側面電極１２を有し、前記はんだ接合から連続して形成された前記側面電極上のはんだ部分５ａの接合状態が、前記はんだ接合の前記第１の基板側から視認可能なように構成されることが好ましい。

図５Ａ〜図５Ｃは、本発明のはんだ接合によって、ＦＰＣとパッケージとを接合する工程を説明する図である。図５Ａに示したように、まず予備はんだをされたＦＰＣ１とパッケージ１０の位置合せを行う（位置合わせ工程）。ＦＰＣ１の電極パッドの下面の導体電極３ｂとパッケージ１０上の電極パッド１１がはんだ接合面において対向する状態になるよう基板面内で位置を合わせ、ＦＰＣ１の下面の導体電極３ｂの表面に形成されたはんだ層と、パッケージの電極パッド１１とを接触させる。次に図５Ｂに示したように、ＦＰＣ１のはんだ接合面とは反対側の導体電極３ａの表面のはんだに、熱圧着用ツール２０を接触させ、加熱・加圧を行う（加熱・加圧工程）。上面の導体電極３ａを加熱することによって、上面の導体電極３ａのはんだは溶融され、さらにスルーホール内に充填されたはんだを介して、はんだ接合面側の導体電極３ｂ表面のはんだも溶融される。熱圧着用ツール２０で加圧することによって、パッケージ上の電極パッド１１とのはんだ接合が行われる。図５Ｂは、すべてのはんだが未だ溶けておらず、ＦＰＣ１の側面接続配線６（第１の側面電極）およびパッケージ１０の側面配線電極１２（第２の側面電極）まで、はんだが行き渡っていない状態を示している。

図５Ｃは、はんだ接合が完全に終わった状態を示している。加熱・加圧をしたままで図５Ｂの状態を維持するとＦＰＣ１およびパッケージ１０の間のはんだ接合は、図５Ｃの状態となる。このとき、ＦＰＣ１の端部にある側面接続配線６（第１の側面電極）上には、はんだ５ｂが流れ込み、半スルーホール内に行き渡っており、ＦＰＣ１の基板２の両面の対応する導体電極３ａ、３ｂ間を接続している。また、パッケージ１０の基板端部に形成された側面配線電極１２（第２の側面電極）上にも、はんだ５ａが行き渡っている。図５Ｃの状態となった後、熱圧着用ツール２０の温度を下げて、熱圧着用ツール２０をＦＰＣ１の上面から離し、はんだ接合工程は終了する（冷却工程）。加熱・加圧されて、はんだ接合工程が終わった状態では、ＦＰＣの下面の導体電極３ｂと、パッケージ上の電極パッド１１との間のはんだ層は、１０〜２５μｍの厚さとなっており、この厚さで十分な接合強度が得られる。この接合部分のはんだ厚さは、熱圧着用ツールの条件設定で制御ができる。

図６Ａ〜図６Ｃは、本発明のはんだ接合構造の接合部のＦＰＣおよびパッケージの断面および各端部の側面を見た図である。図６Ｂは、図６Ａの断面図においてＦＰＣ１側から矢印Ｂの方向にパッケージ１０の端部側面を見た図である。また、図６Ｃは、図６Ａの断面図においてパッケージ１０側から矢印Ｃの方向にＦＰＣ１の端部側面を見た図である。側面配線電極１２および側面接続配線６上に流れ込んで固定されただはんだ部分５ａ、５ｂの状態を、それぞれ目視によって容易に観察することができる。２つの基板のはんだ接合部において、各基板の端部の側面上のはんだ部分５ａ、５ｂ（側面電極）の状態を観察することによって、ＦＰＣ１の複数の電極パッドの両面の導体電極３ａ、３ｂと、パッケージ上の複数の電極パッド１１との間で、良好なはんだ接合が行われていることを確認することができる。

実際に導通検査を実施し、各側面電極上にはんだが十分に流れ、固定されている状態において、良好な導通状態が実現されていることを確認した。本発明のはんだ接合構造における、基板の端部の側面電極上のはんだ部分５ａ、５ｂによれば、不良はんだ接合の検出が非常に簡単にできる。基板の端部の側面電極上のはんだ部分の形状が不良であれば、はんだ接合面におけるＦＰＣおよびパッケージの間の対向する電極パッド同士のはんだ接合状態、電気的特性も不良である可能性が非常に高い。したがって、本発明のはんだ接合構造における基板の端部の側面電極上のはんだ部分をまず検査することによって、不良接合の存在を製造工程の早い段階で知ることが可能であり、検査工程の初期段階で不良はんだ接合を含む部品や製品をスクリーニングできる。これによって、不良はんだ接合が含まれていない光伝送モジュールなどの装置に対してのみ、さらに必要な検査を実行できる。不良部品や不良装置に対して、無駄な導通検査などの詳細な電気的特性をすることが無くなり、部品や製品の検査工程を効率化できる。

また、本発明のはんだ接合構造では、ＦＰＣおよびパッケージの各側面電極上のはんだ部分５ａ、５ｂが視認可能なことによって、上述のはんだ部分の検査により不良接合の存在を製造工程の早い段階で知ることが可能であり、検査工程の初期段階で不良はんだ接合を含む部品や製品をスクリーニングできる。したがって、本発明のはんだ接合構造は、少なくともはんだ接合が形成された直後であって、上記はんだ部分の検査が行われるときにはんだ部分が視認可能であれば良い。はんだ接合が完成し検査が実施された後で、または、はんだ接合を含む製品となった状態で、側面電極上のはんだ部分５ａ、５ｂが、例えばマスクされまたは遮蔽されて視認できない状態にあるとしても、各基板端部にある側面電極上のはんだ部分を備えている構成である限り、本発明のはんだ接合構造は、その効果を発揮していることに留意されたい。

図１Ａ〜図６Ｃに示したはんだ接合構造では、複数の電極パッドは、各基板の端部に１列に配置されたものを例として説明した。より一層の多チャンネル化が求められる光伝送モジュールでは、さらに多数の電気端子が必要となる。このような場合、複数の電極パッドを２列以上並べて構成することができる。本発明のはんだ接合構造は、次の実施形態のように、複数の電極パッドが２列以上配列された構成の場合にも適用できる。
＜第２の実施形態＞

図７Ａおよび図７Ｂは、本発明のはんだ接合構造の第２の実施形態の構成を示す図である。図７Ａは、はんだ接合前のＦＰＣ５０およびパッケージ６０のそれぞれの端部を見た上面図であり、図７Ｂは、はんだ接合をした後の、２つの基板の上面図である。ＦＰＣ５０の基板端部には、基板端に沿って並べられた第１列目の複数の電極パッド５２が形成され、第１列目の複数の電極パッド５２に隣接して、さらに第２列目の複数の電極パッド５１が形成されている。第１の実施形態と同様に、２列の複数の電極パッド５１、５２の各々の電極パッドは、スルーホールによって基板を挟んで反対側の面にある概ね同一形状の対応する２つの導体電極が相互に接続されて構成されている。パッケージ６０の基板端部には、２列の複数の電極パッド５１、５２の対応する位置に形成された、２列の複数の電極パッド６１、６２が形成されている。例えば、ＦＰＣ５０上の第１列目の電極パッド５２−１と、パッケージ６０の基板端から２列目の電極パッド６２−１とが対応しており、はんだ接合されることになる。

電極パッドの大きさは、第１の実施形態と同じなので繰り返さない。第１列目の電極パッドと第２列目の電極パッドとの間隔は、例えば２５０μｍとすることができる。電極数は、例えば、１列あたり１０〜２０個とすることができ、１０端子では８ｍｍ程度、２０端子では１６ｍｍ程度となる。

図７Ａおよび図７Ｂでは、ＦＰＣ５０の第１列目の複数の電極パッド５２が４つで、第２列目の複数の電極パッド５１が３つの場合を示しているが、電極パッドの数はこれに限られない。また図示していない配線の耐電圧性を考慮しつつ、電極パッドの配置密度を高めるため、図７Ａおよび図７Ｂでは２列の電極パッドが千鳥状に配置されているが、単純に格子状に並べても良い。ＦＰＣ５０の基板端にある第１列目の複数の電極パッド５２の導体電極の各々の側面には、図２Ａおよび図２Ｂで説明したのと同様に、基板の上面（表面）にある電極パッド５２と図７Ａおよび図７Ｂには示されない下面（裏面）にある対応する導体電極との間を電気的に接続する側面接続電極（第１の側面電極）が形成されている。また、パッケージ６０の基板端にある第１列目の複数の電極パッド６１の各々の側面には、図４Ｂで説明したのと同様に、複数の電極パッド６１の各々から連続して形成された側面配線電極（第２の側面電極）が形成されている。はんだ接合の前に、ＦＰＣ５０上の複数の電極パッド５１、５２の導体電極上には、印刷によりパッドサイズと同サイズにはんだペーストを形成する。はんだペーストの印刷後、大気中、窒素(Ｎ２)中、真空中、またはギ酸(ＨＣＯＯＨ)雰囲気中などでリフローを行い、スルーホール内にもはんだが充填された状態となる。

図８Ａ〜図８Ｃは、本発明の第２の実施形態のはんだ接合構造の接合工程を説明する図である。図８Ａに示すように、まずＦＰＣ５０とパッケージ６０の電極パッドの位置合せを行い、ＦＰＣ５０の下面の導体電極表面に形成されたはんだ層とパッケージ６０の電極パッドを接触させる。次に、図８Ｂに示すように、ＦＰＣ５０の上面の電極パッド５１−１ａ、５２−１ａの表面に形成されたはんだに熱圧着用ツール６４を接触させ、加熱および加圧を行う。ＦＰＣ５０の上面の導体電極を加熱することにより、導体電極のはんだは溶融され、さらにスルーホール内に充填されたはんだ５４を介して、下面の導体電極表面のはんだも溶融される。接合部に加圧することにより、ＦＰＣ５０の下面の導体電極と、パッケージ６０上の電極パッド６１−１、６２−１とのはんだ接合が行われる。

図８Ｃでは、断面図の右側にパッケージ６０側からＦＰＣの側面接続電極５３を見た図を、断面図の左側にＦＰＣ５０側からパッケージの側面接続電極６３を見た図を示している。このとき、図８Ｃに示すように、ＦＰＣ５０の基板端部の上下の導体電極を電気的に接続する側面接続電極５３（第１の側面電極）およびパッケージ６０の基板端部の側面配線電極６３（第２の側面電極）にもそれぞれはんだが流れ込んで、ＦＰＣ５０とパッケージ６０との間の電極パッド同士の接合が行われる。２列が配置された複数の電極パッドのはんだ接合状態は、ＦＰＣ５０の基板端部の側面接続配線５３上に流れて固定されたはんだ部分５４ａの状態を、また、パッケージ６０の基板端部の側面配線電極６３に流れて固定されたはんだ部分５４ｂの状態を、それぞれ目視により観察することで確認することができる。

第１の実施形態と同様に、実際に導通検査を実施し、これらの部分にはんだが十分に流れ、固定されている状態においては、良好な導通状態が実現されていることを確認した。また、第１の実施形態と同様に、本発明のはんだ接合構造における基板の端部側面のはんだ部分をまず検査することによって、検査工程の初期段階で不良はんだ接合を含む部品や製品をスクリーニングできる。これによって、不良はんだ接合が含まれていない光伝送モジュールなどの装置に対してのみ、より時間が掛かる検査工程を実行できる。不良部品や不良装置に対して、無駄な導通検査などの電気的特性をすることが無くなり、製品の検査工程を効率化できる。

本実施形態では、複数の電極パッドが２列並んだ例を示したが、３列以上の複数の電極パッドを形成した場合でも、依然として第１および第２の実施形態と同様の本発明の効果を得ることができる。はんだ接合の不良は、通常はんだ接合を行う領域の周辺部で起こることが多い。したがって、ＦＰＣおよびパッケージの電気配線接続部にそれぞれ３列の電極パッドを形成した場合、はんだ接合不良は、ＦＰＣの基板端に沿った第１列目の複数の電極パッドか、パッケージの基板端に沿った第１列目の複数の電極パッド、すなわちＦＰＣの第３列目の複数の電極パッドで起きることが多い。３列の電極パッドを配置した場合、真ん中にある第２列目の複数の電極パッドには、ＦＰＣの側面接続配線５３もパッケージの基板端部の側面配線電極６３も形成できない。しかしながら、各基板の端部にある不良の発生しやすい電極パッドにおいて、各側面電極により不良はんだ接合を発見し、検査工程の初期段階で不良はんだ接合を含む部品や製品をスクリーニングし、検査工程を効率化できる点では、第１および第２の実施形態と同様の効果が得られる。

以上に説明したように、本発明によれば、目視により簡単にはんだ接合状態を確認することができるため、検査を短時間で効率的に行うことができる。特に、多くの電気信号の配線が必要となる、多チャネル光伝送モジュールのパッケージと、ＦＰＣとをはんだ接合する場合において、特に効果を発揮する。しかしながら、本発明のはんだ接合構造は、一方のＦＰＣと、他方の別の基板との間を、それぞれの多数の電極同士ではんだ接合する場合に、広く適用できることは言うまでもない。したがって、その用途は光伝送モジュールだけに限られず、多数の電極パッド同士のはんだ接合を用いて、ＦＰＣを経由して外部と電気接続を行う様々な機能のモジュール、ＰＣＢ、装置などに適用可能である。

本発明は、一般的に電子部品の電気接続部に利用することができる。特に、光通信システムにおける光伝送モジュールなどの実装に利用できる。

Claims (7)

1. 柔軟性を持つ第１の材料からなる第１の基板と、前記第１の材料とは異なる第２の材料からなる第２の基板との間を接続するはんだ接合構造において、
   前記第１の基板は、端部に沿って形成された複数の電極パッドを有し、当該複数の電極バッドの各々は、前記第１の基板を挟んだ両面に概ね同一形状の対応する導体電極を有し、前記対応する導体電極は少なくとも１つのスルーホールによって相互に接続され、前記スルーホールの内部を含め前記対応する導体電極上にはんだ層が形成され、前記対応する導体電極は、前記端部の側面上に形成された側面電極によってさらに相互に接続され、
   前記第２の基板は、端部に沿って前記第１の基板の一方の面上の前記導体電極と対向するように形成された複数の電極パッド、および、前記対向する複数の電極パッドから、前記第２の基板を貫通しないよう前記第２の基板の前記端部の側面上の途中まで連続して形成された側面電極を有し、
   前記一方の面上の前記導体電極と、前記対向する複数の電極パッドとの間の前記はんだ層によるはんだ接合から連続して形成された前記第１の基板の前記側面電極上のはんだ部分の接合状態が、前記はんだ接合の前記第２の基板の側から視認可能、かつ、前記はんだ接合から連続して形成された前記第２の基板の前記側面電極上のはんだ部分の接合状態が、前記はんだ接合の前記第１の基板の側から視認可能なように構成されたこと
   を特徴とするはんだ接合構造。
2. 前記第１の基板の前記複数の電極パッドおよび前記第２の基板の前記対向する複数の電極パッドは、それぞれ基板端部に沿って２列以上形成され、いずれの前記側面電極も、各々の基板の前記端部に最も近い列の電極パッドに形成され、前記複数の電極パッドの配列方向において、前記電極パッドの少なくとも一部が、異なる列間で重複するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のはんだ接合構造。
3. 前記第１の基板の前記側面電極は、前記第１の基板を貫通するスルーホールを前記第１の基板の基板面に対して垂直な方向に切断して形成されたこと
   を特徴とする請求項１または２に記載のはんだ接合構造。
4. 前記第２の基板の前記側面電極は、前記第２の基板の厚さ方向の少なくとも一部を貫通するスルーホールを前記第２の基板の基板面に対して垂直な方向に切断して形成されたこと
   を特徴とする請求項１または２に記載のはんだ接合構造。
5. 前記第１の基板は、前記複数の電極パッドが一端に形成されたフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）であり、前記第２の基板は、前記対向する複数の電極パッドが前記端部に形成されたセラミックパッケージまたはプリント配線基板（ＰＣＢ）であることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載のはんだ接合構造。
6. 前記はんだ接合は、
   前記第１の基板の前記複数の電極パッドおよび前記第２の基板の前記対向する複数の電極パッドを位置合わせして、前記第１の基板の前記複数の電極パッドおよび前記第２の基板の前記対向する複数の電極パッドを加熱および加圧し、前記はんだ層が溶融して形成されることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載のはんだ接合構造。
7. 請求項１乃至６いずれかに記載のはんだ接合構造を、筐体であるパッケージから突出したテラス状の基板上に有することを特徴とする光伝送モジュール。

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