KR20240042003A - 기판 접합 구조 - Google Patents

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KR20240042003A
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pattern
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KR1020247007007A
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히로미츠 이타모토
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

땜납(12)이 플렉시블 기판(1)의 제 2 도전 패턴(4)과 프린트 기판(6)의 제 3의 도전 패턴(7)을 접합하고, 플렉시블 기판(1)의 제 2 GND 패턴(5)과 프린트 기판(6)의 제 3 GND 패턴(8)을 접합한다. 플렉시블 기판(1)을 관통하며 제 1 및 제 2 GND 패턴(3, 5)을 연결하는 스루 홀(11)이 마련되어 있다. 제 2 도전 패턴(4)이 연장되는 연장방향에 있어서, 제 2 도전 패턴(4)과 제 3 도전 패턴(7)의 땜납 접합부의 단부가 스루 홀(11)에 대응하는 위치에 있으며, 또한 스루 홀(11)의 단부로부터 어긋나 있다.

Description

기판 접합 구조
본 개시는 기판 접합 구조에 관한 것이다.
광 모듈 등에 있어서, 플렉시블 기판의 패턴과 프린트 기판의 패턴이 땜납 접합된다. 플렉시블 기판의 패턴의 단선은, 패턴의 땜납 접합부의 단부에서 발생하기 쉽다. 그래서, 단선을 방지하기 위해, 패턴을 덮는 커버 레이 필름에 볼록부를 마련하고, 플렉시블 기판이 굽혀지는 개소로부터 땜납 접합부의 단부를 어긋나게 하는 것이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제 2017-3655 호 공보
그러나, 커버 레이 필름의 제조 공차는 크기 때문에, 제조시에 커버 레이 필름이 어긋나기 쉽다. 이 때문에, 플렉시블 기판이 굽혀지는 개소로부터 땜납 접합부의 단부가 충분히 어긋나지 않고, 패턴이 단선된다는 문제가 있었다.
본 개시는 상술과 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 그 목적은 패턴의 단선을 방지할 수 있는 기판 접합 구조를 얻는 것이다.
본 개시에 따른 기판 접합 구조는 플렉시블 기판과, 상기 플렉시블 기판의 상면에 나란하게 마련된 제 1 도전 패턴 및 제 1 GND 패턴과, 상기 플렉시블 기판의 하면에 나란하게 마련된 제 2 도전 패턴 및 제 2 GND 패턴과, 프린트 기판과, 상기 프린트 기판의 상면에 나란하게 마련된 제 3 도전 패턴 및 제 3 GND 패턴과, 상기 제 2 도전 패턴과 상기 제 3 도전 패턴을 접합하고, 상기 제 2 GND 패턴과 상기 제 3 GND 패턴을 접합하는 땜납을 구비하고, 상기 플렉시블 기판을 관통하며 상기 제 1 및 제 2 GND 패턴을 연결하는 스루 홀이 마련되며, 상기 제 2 도전 패턴이 연장되는 연장방향에 있어서, 상기 제 2 도전 패턴과 상기 제 3 도전 패턴의 땜납 접합부의 단부가 상기 스루 홀에 대응하는 위치에 있으며, 또한 상기 스루 홀의 단부로부터 어긋나 있는 것을 특징으로 한다.
본 실시형태에서는, 플렉시블 기판을 관통하며 제 1 및 제 2 GND 패턴을 연결하는 스루 홀을 마련하고 있다. 스루 홀의 제조 공차는 작다. 제 2 도전 패턴이 연장되는 연장방향에 있어서, 제 2 도전 패턴과 제 3 도전 패턴의 땜납 접합부의 단부가 스루 홀에 대응하는 위치에 있으며, 또한 스루 홀의 단부로부터 어긋나 있다. 플렉시블 기판이 굽혀졌을 때의 응력 집중점은 스루 홀의 단부가 되고, 땜납 접합부의 단부에 응력이 가해지지 않게 되기 때문에, 단선을 방지할 수 있다.
도 1은 실시형태 1에 따른 플렉시블 기판의 상하면과 프린트 기판의 상면을 도시하는 도면이다.
도 2는 실시형태 1에 따른 기판 접합 구조를 도시하는 상면도이다.
도 3은 도 2의 I-Ⅱ를 따른 단면도이다.
도 4는 실시형태 1에 따른 광 반도체 장치를 도시하는 회로도이다.
도 5는 플렉시블 기판을 이용한 광 반도체 장치의 패키지와 구동 회로의 접속 구조를 도시하는 단면도이다.
도 6은 실시형태 1에 따른 기판 접합 구조를 포함하는 광 반도체 장치의 변형예를 도시하는 회로도이다.
도 7은 실시형태 1에 따른 기판 접합 구조를 포함하는 광 반도체 장치의 변형예를 도시하는 회로도이다.
도 8은 실시형태 1에 따른 기판 접합 구조를 포함하는 광 반도체 장치의 변형예를 도시하는 회로도이다.
도 9는 비교예에 따른 플렉시블 기판의 상하면과 프린트 기판의 상면을 도시하는 도면이다.
도 10은 실시형태 2에 따른 플렉시블 기판의 상하면을 도시하는 도면이다.
도 11은 솔더 레지스트를 마련하지 않고 땜납 접합한 플렉시블 기판의 하면을 도시하는 도면이다.
도 12는 레지스트를 마련하고 땜납 접합한 플렉시블 기판의 하면을 도시하는 도면이다.
도 13은 실시형태 3에 따른 플렉시블 기판의 상하면과 프린트 기판의 상면을 도시하는 도면이다.
도 14는 실시형태 3에 따른 기판 접합 구조를 도시하는 상면도이다.
도 15는 도 14의 I-Ⅱ를 따른 단면도이다.
도 16은 실시형태 3에 따른 플렉시블 기판의 상면과 프린트 기판의 변형예 1, 2의 상면을 도시하는 도면이다.
도 17은 실시형태 4에 따른 플렉시블 기판의 상하면과 프린트 기판의 상면을 도시하는 도면이다.
도 18은 실시형태 4에 따른 기판 접합 구조를 도시하는 상면도이다.
도 19는 도 18의 I-Ⅱ를 따른 단면도이다.
도 20은 실시형태 5에 따른 플렉시블 기판의 상하면을 도시하는 도면이다.
도 21은 실시형태 5에 따른 플렉시블 기판의 제조 공정을 도시하는 단면도이다.
도 22는 실시형태 5에 따른 플렉시블 기판의 제조 공정을 도시하는 단면도이다.
실시형태에 따른 기판 접합 구조에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 동일 또는 대응하는 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 설명의 반복을 생략하는 경우가 있다.
실시형태 1
도 1은 실시형태 1에 따른 플렉시블 기판의 상하면과 프린트 기판의 상면을 도시하는 도면이다. 플렉시블 기판(1)의 상면에 도전 패턴(2) 및 GND 패턴(3)이 서로 평행하게 나란하게 마련되어 있다. 플렉시블 기판(1)의 하면에 도전 패턴(4) 및 GND 패턴(5)이 서로 평행하게 나란하게 마련되어 있다. 프린트 기판(6)의 상면에 도전 패턴(7) 및 GND 패턴(8)이 서로 평행하게 나란하게 마련되어 있다.
도전 패턴(2, 4, 7)과 GND 패턴(3, 5, 8)은 구리박이며, 표면에 금 도금이 실시되어 있다.
플렉시블 기판(1)을 관통하며 도전 패턴(2, 4)을 연결하는 스루 홀(9)이 마련되어 있다. 플렉시블 기판(1)을 관통하며 GND 패턴(3, 5)을 연결하는 스루 홀(10) 및 직사각형의 스루 홀(11)이 마련되어 있다. 또한, 스루 홀(11)은 타원형 또는 마름모꼴형이여도 좋다.
도 2는 실시형태 1에 따른 기판 접합 구조를 도시하는 상면도이다. 도 3은 도 2의 I-Ⅱ를 따른 단면도이다. 기판 접합 구조는 플렉시블 기판(1)과 프린트 기판(6)을 땜납 접합한 것이다. 땜납(12)이 위치맞춤된 플렉시블 기판(1)의 도전 패턴(4)과 프린트 기판(6)의 도전 패턴(7)을 접합하고, GND 패턴(5)과 GND 패턴(8)을 접합한다. 접합시에, 플렉시블 기판(1)의 선단부를 프린트 기판(6)의 도 1의 점선(A)의 위치에 나란하게 하여 플렉시블 기판(1)의 도전 패턴(4)과 프린트 기판(6)의 도전 패턴(7)의 단부를 점선(B)의 위치에 나란하게 한다.
스루 홀(9)에 땜납(12)이 충전되고 상면측의 도전 패턴(2)과 하면측의 도전 패턴(4)이 전기적으로 접속되어 있다. 마찬가지로, 스루 홀(10, 11)에 땜납(12)이 충전되고 플렉시블 기판(1)의 상면측의 GND 패턴(3)과 하면측의 GND 패턴(5)이 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 땜납(12)이 습윤 확산성을 향상시키기 위해 스루 홀(9, 10, 11)의 측면에 메탈라이즈를 실행하고 있지만, 메탈라이즈는 없어도 좋다.
도전 패턴(4)이 연장되는 연장방향에 있어서, 도전 패턴(4)과 도전 패턴(7)의 땜납 접합부의 단부가 스루 홀(11)에 대응하는 위치에 있으며, 또한 스루 홀(11)의 단부로부터 어긋나 있다(도 1의 점선(B)을 참조). 땜납 접합부의 단부가 스루 홀(11)의 장변의 중심에 위치하는 것이 바람직하다. 또한, 스루 홀(11)의 장변의 중심 위치를 예를 들면, 프린트 기판(6)의 기판 단부 또는 도전 패턴(7)의 단부로 하여도 좋다.
도 4는 실시형태 1에 따른 광 반도체 장치를 도시하는 회로도이다. 광 반도체 장치(13)의 패키지(14)와 구동 회로(15)는 플렉시블 기판(1)을 거쳐서 접속되어 있다. 광 반도체 장치(13)는 TOSA(Transmitter Optical Sub-Assembly)이다. 광 반도체 장치(13)에 있어서, 발광 소자(LD), 종단 저항(R1), 콘덴서(C1) 및 저항(R2)이 패키지(14) 내부에 배치되어 있다. 발광 소자(LD)는 예를 들면, EML-LD(Electro-absorption Modulator Laser Diode)이다. 발광 소자(LD)가 저항(R2)에 병렬 접속되어 있다. 콘덴서(C1) 및 종단 저항(R1)이 서로 직렬로 접속되며, 발광 소자(LD) 및 저항(R2)에 병렬 접속되어 있다. 발광 소자(LD)의 애노드는 구동 회로(15)에 접속되며, 캐소드는 GND에 접속되어 있다. 구동 회로(15)로부터 공급된 고주파의 변조 전기 신호에 따라서 발광 소자(LD)가 발광한다. 또한, 구동 회로(15)측으로부터 종단 저항(R1), 콘덴서(C1)의 순서대로 배치하여도 좋다.
도 5는 플렉시블 기판을 이용한 광 반도체 장치의 패키지와 구동 회로의 접속 구조를 도시하는 단면도이다. 플렉시블 기판(1)의 일단과 구동 회로(15)의 접속에 본 실시형태의 기판 접합 구조가 적용되어 있다. 단, 플렉시블 기판(1)의 타단과 패키지(14)의 패턴(16)의 접속에 본 실시형태의 기판 접합 구조를 적용하여도 좋다.
도 6 내지 도 8은 실시형태 1에 따른 기판 접합 구조를 포함하는 광 반도체 장치의 변형예를 도시하는 회로도이다. 도 6은 저항(R2)이 없고, 도 7은 저항(R2) 및 콘덴서(C1)가 없는 경우이다.
도 8의 광 반도체 장치(13)는 ROSA(Receiver Optical Sub-Assembly)이다. 광 반도체 장치(13)의 패키지(14)와 신호 회로(17) 사이는 플렉시블 기판(1)으로 접속되어 있다. 광 반도체 장치(13)에 있어서, 수광 소자(18), 콘덴서(C2), 저항(R3), 트랜스 임피던스 앰프(19)가 패키지(14) 내부에 배치되어 있다. 수광 소자(18)는 예를 들면, APD(Avalanche Photo Diode)이다. 수광 소자(18)의 애노드는 저항(R3)을 거쳐서 급전 회로(20)에 접속되며, 캐소드는 트랜스 임피던스 앰프(19)의 입력에 접속되어 있다. 트랜스 임피던스 앰프(19)의 출력은 플렉시블 기판(1)을 거쳐서 신호 회로(17)에 접속되어 있다. 콘덴서(C)는 수광 소자(18)와 병렬로 접속되어 있다. 또한, 콘덴서(C2), 저항(R3), 트랜스 임피던스 앰프(19) 중 어느 하나 또는 전부를 생략하여도 좋다.
계속해서, 본 실시형태의 효과를 비교예와 비교하여 설명한다. 도 9는 비교예에 따른 플렉시블 기판의 상하면과 프린트 기판의 상면을 도시하는 도면이다. 패턴의 단선을 방지하기 위해, 플렉시블 기판(1)의 상면에 있어서 도전 패턴(2)을 덮는 커버 레이 필름(21)에 볼록부를 마련하고, 플렉시블 기판(1)이 굽혀지는 개소로부터 땜납 접합부의 단부를 어긋나게 하고 있다. 그러나, 커버 레이 필름(21)의 제조 공차에는, 접합 공차에 부가하여, 접착제의 비어져 나옴도 포함된다. 따라서, 커버 레이 필름(21)의 제조 공차는 ±400㎛ 정도로 크다. 이 때문에, 플렉시블 기판(1)이 굽혀지는 개소로부터 땜납 접합부의 단부가 충분히 어긋나지 않아, 표면의 도전 패턴(2) 또는 이면의 GND 패턴(5)이 단선되는 경우가 있다.
이에 대해, 본 실시형태에서는, 플렉시블 기판(1)을 관통하며 GND 패턴(3, 5)을 연결하는 스루 홀(11)을 마련하고 있다. 스루 홀(11)은 드릴 가공 또는 레이저 가공에 의해 형성되기 때문에, 스루 홀(11)의 제조 공차는 ±50㎛ 내지 100㎛로 작다. 플렉시블 기판(1)과 프린트 기판(6)을 땜납(12)에 의해 접합했을 때에 스루 홀(11)에 땜납(12)이 충전된다. 도전 패턴(4)이 연장되는 연장방향에 있어서, 도전 패턴(4)과 도전 패턴(7)의 땜납 접합부의 단부가 스루 홀(11)에 대응하는 위치에 있으며, 스루 홀(11)의 단부로부터 어긋나 있다. 플렉시블 기판(1)이 굽혀졌을 때의 응력 집중점은 스루 홀(11)의 단부(도 3의 점선(C)을 참조)가 되어, 땜납 접합부의 단부에 응력이 가해지기 않게 되기 때문에, 단선을 방지할 수 있다.
실시형태 2
도 10은 실시형태 2에 따른 플렉시블 기판의 상하면을 도시하는 도면이다. 플렉시블 기판(1)의 상면과 하면에 있어서, 땜납(12)을 도포하고 싶지 않은 부분에 솔더 레지스트(22)를 마련한다. 솔더 레지스트(22)는, 예를 들면 다이요 잉크 제조 주식회사제 PSR-4000 G24K/CA-40 G24이다.
도 11은 솔더 레지스트를 마련하지 않고 땜납 접합한 플렉시블 기판의 하면을 도시하는 도면이다. GND 패턴(5)에 땜납(12)이 크게 습윤되어 퍼져있다. 이 경우, 플렉시블 기판(1)에 응력이 가해졌을 때에 땜납 경계부에 단선부(23)가 생겨, GND 패턴(5)이 단선될 가능성이 있다.
도 12는 솔더 레지스트를 마련하고 땜납 접합한 플렉시블 기판의 하면을 도시하는 도면이다. 솔더 레지스트(22)를 마련하는 것에 의해, 플렉시블 기판(1)과 프린트 기판(6)을 땜납으로 접합했을 때에, 땜납(12)이 습윤 확산되는 장소를 제어할 수 있다. GND 패턴(5)에 땜납(12)이 습윤 확산되었다고 하여도, 솔더 레지스트(22)에서 습윤 확산이 방지된다. 플렉시블 기판(1)에 응력이 걸렸을 때에 땜납 접합부의 단부에 단선부(23)가 생길 가능성이 있지만, GND 패턴(5)은 단선되지 않는다. 이 때문에, 특성에 영향을 주는 일이 없이 사용할 수 있다. 또한, 솔더 레지스트(22)는 커버 레이 필름이어도 좋다. 그 외의 구성 및 효과는 실시형태 1과 마찬가지이다.
실시형태 3
도 13은 실시형태 3에 따른 플렉시블 기판의 상하면과 프린트 기판의 상면을 도시하는 도면이다. GND 패턴(8)의 선단부에 있어서 프린트 기판(6)의 측면에 카스텔레이션(castellation)(24)이 마련되어 있다. 카스텔레이션(24)은 기판 측면의 일부를 절결하고 메탈라이즈 한 것이다. 카스텔레이션(24)의 오목부는 도 13의 점선(B)으로 나타내는 바와 같이, 스루 홀(11)의 장변의 중심에 위치맞춤되어 있다. 또한, 솔더 레지스트(22)는 없어도 좋다.
도 14는 실시형태 3에 따른 기판 접합 구조를 도시하는 상면도이다. 도 15는 도 14의 I-Ⅱ를 따른 단면도이다. 플렉시블 기판(1)과 프린트 기판(6)을 땜납(12)으로 접합했을 때에, 카스텔레이션(24)에 땜납(12)이 습윤 확산되어, 땜납 브릿지(25)가 형성된다. 플렉시블 기판(1)의 스루 홀(11) 내에 충전된 땜납(12)과 땜납 브릿지(25)에 의해, 플렉시블 기판(1)의 땜납 접합부가 굽혀지기 어려워진다. 이에 의해, 땜납 접합부로의 응력을 저감할 수 있어서, 단선을 방지할 수 있다. 또한, 단선 방지를 위해 수지를 이용한 보강을 실행할 필요가 없어지기 때문에, 제조가 용이하게 된다.
도 16은 실시형태 3에 따른 플렉시블 기판의 상면과 프린트 기판의 변형예(1, 2)의 상면을 도시하는 도면이다. 카스텔레이션(24)의 오목부가 스루 홀(11)의 장변의 중심으로부터 어긋나 있다. 이 경우여도 동일한 효과가 얻어진다.
실시형태 4
도 17은 실시형태 4에 따른 플렉시블 기판의 상하면과 프린트 기판의 상면을 도시하는 도면이다. 도 18은 실시형태 4에 따른 기판 접합 구조를 도시하는 상면도이다. 도 19는 도 18의 I-Ⅱ를 따른 단면도이다. 땜납 접합부로부터 연장된 플렉시블 기판(1)이 180° 반대측으로 절곡되어 있다.
플렉시블 기판(1)을 최초로부터 굽혀서 포밍을 해두는 것에 의해, 땜납(12)으로 접합한 후에 가해지는 응력을 분산할 수 있다. 이에 의해, 땜납 접합부로의 응력을 저감하여 단선을 방지할 수 있다. 또한, 플렉시블 기판(1)과 프린트 기판(6)의 접합 강도가 약하면 응력이 가해졌을 때에 땜납(12)이 박리되어 단선이 발생하기 때문에, 스루 홀(11)에 땜납(12)을 충전하여 접합 강도를 높이는 것에 의해 단선을 더욱 방지할 수 있다.
실시형태 5
도 20은 실시형태 5에 따른 플렉시블 기판의 상하면을 도시하는 도면이다. 스루 홀(11)에 금속(26)이 충전되어 있다. 금속(26)은 예를 들면 구리 등의 땜납(12)보다 단단한 금속이다. 플렉시블 기판(1)에 응력이 가해졌을 때에, 스루 홀(11)에 땜납(12)이 충전된 경우보다 플렉시블 기판(1)이 굽혀지기 어려워지기 때문에, 단선을 더욱 방지할 수 있다.
도 21 및 도 22는 실시형태 5에 따른 플렉시블 기판의 제조 공정을 도시하는 단면도이다. 도 21 및 도 22는 도 20의 I-Ⅱ를 따른 단면에 대응한다. 우선, 도 21에 도시하는 바와 같이, 플렉시블 기판(1)과 표면측의 GND 패턴(3)의 일부를 제거하여 스루 홀(11)을 형성한다. 이 때, 이면측의 GND 패턴(5)은 제거되지 않는다(블라인드 비아 구조). 다음에, 도 22에 도시하는 바와 같이, 구리 도금을 실시하여 스루 홀(11)에 금속(26)을 충전한다. 그 외의 구성 및 효과는 실시형태 1과 마찬가지이다.
1: 플렉시블 기판 2, 4, 7: 도전 패턴
3, 5, 8: GND 패턴 6: 프린트 기판
11: 스루 홀 12: 땜납
22: 솔더 레지스트 24: 카스텔레이션
26: 금속

Claims (7)

  1. 플렉시블 기판과,
    상기 플렉시블 기판의 상면에 나란하게 마련된 제 1 도전 패턴 및 제 1 GND 패턴과,
    상기 플렉시블 기판의 하면에 나란하게 마련된 제 2 도전 패턴 및 제 2 GND 패턴과,
    프린트 기판과,
    상기 프린트 기판의 상면에 나란하게 마련된 제 3 도전 패턴 및 제 3 GND 패턴과,
    상기 제 2 도전 패턴과 상기 제 3 도전 패턴을 접합하고, 상기 제 2 GND 패턴과 상기 제 3 GND 패턴을 접합하는 땜납을 구비하고,
    상기 플렉시블 기판을 관통하며 상기 제 1 및 제 2 GND 패턴을 연결하는 스루 홀이 마련되며,
    상기 제 2 도전 패턴이 연장되는 연장방향에 있어서, 상기 제 2 도전 패턴과 상기 제 3 도전 패턴의 땜납 접합부의 단부가 상기 스루 홀에 대응하는 위치에 있으며, 또한 상기 스루 홀의 단부로부터 어긋나 있는 것을 특징으로 하는
    기판 접합 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스루 홀에 상기 땜납이 충전되어 있는 것을 특징으로 하는
    기판 접합 구조.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스루 홀에 금속이 충전되어 있는 것을 특징으로 하는
    기판 접합 구조.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스루 홀은 상기 연장방향을 따른 장변을 갖는 직사각형이며,
    상기 연장방향에 있어서, 상기 땜납 접합부의 단부는 상기 스루 홀의 상기 장변의 중심에 위치하는 것을 특징으로 하는
    기판 접합 구조.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플렉시블 기판에 도포된 솔더 레지스트를 더 구비하는 것을 특징으로 하는
    기판 접합 구조.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 3 GND 패턴의 선단부에 있어서 상기 프린트 기판의 측면에 카스텔레이션(castellation)이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는
    기판 접합 구조.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 땜납 접합부로부터 연장된 상기 플렉시블 기판이 반대측으로 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는
    기판 접합 구조.
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