説明

回路基板の接続構造体とその製造方法

【課題】接続部の導体パターン間には接着樹脂等がまったく介在せず、ファインピッチにしても接触部の接続抵抗が小さく、かつ隣接導体パターン間の短絡が生じない接続構造体およびその製造方法を提供する。
【解決手段】加熱により軟化し融着性を有する第1の樹脂基材12面に一定のピッチを有する複数の第1の導体パターン14が形成された第1の回路基板10と、複数の第1の導体パターン14のピッチと同じピッチで複数の第2の導体パターン24が形成された第2の回路基板20とを有し、第1の導体パターン14と第2の導体パターン24とが機械的に接触して電気的導通状態を形成し、第1の樹脂基材12が第1の導体パターン14と第2の導体パターン24とを覆い、かつ第2の回路基板20の第2の樹脂基材22に対して接着して第1の回路基板10と第2の回路基板20とが接続された構成からなる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、回路基板間を接続する接続構造体に関し、特に導体パターン同士を接触により接続する接続構造体とその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
図8は、従来の回路基板の導体パターン同士を接続する方法を示す主要工程の接続部の断面図である。図8(a)において、第1の回路基板500には、第1の樹脂基材502の表面上に凸状の第1の導体パターン504が形成されている。また、第2の回路基板506にも、第2の樹脂基材508の表面上に凸状の第2の導体パターン510が形成されている。第1の回路基板500の第1の導体パターン504と第2の回路基板506の第2の導体パターン510とは、ともにパターンピッチが同じに形成されている。なお、第1の回路基板500と第2の回路基板506には、上記の第1の導体パターン504や第2の導体パターン510だけでなく、さらに種々の形状の回路パターンが形成されており、また半導体素子等の機能部品や抵抗等の受動部品が搭載されているが、図示していない。
【0003】
第1の導体パターン504と第2の導体パターン510とを電気的および機械的に接続する方法は以下のように行う。すなわち、第2の回路基板506の第2の導体パターン510が形成された表面に接着樹脂512を塗布する。接着樹脂512は、例えばエポキシ樹脂またはエポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることが多い。接着樹脂512を塗布後、第2の回路基板506の第2の導体パターン510と第1の回路基板500の第1の導体パターン504とを対面させ、位置合せする。
【0004】
図8(b)に示すように、上側加熱加圧板514と下側加熱加圧板516とにより、第1の回路基板500と第2の回路基板506とを矢印Pで示す方向にそれぞれの回路基板を押圧していく。
【0005】
図8(c)に示すように、加圧に伴って第2の導体パターン510上の接着樹脂512は第1の導体パターン504と第2の導体パターン510とによる加圧力で側方へ押しのけられていき、第1の導体パターン504と第2の導体パターン510とが直接的に接触するようになり、電気的導通が確保される。この状態とした後、さらに加圧したまま加熱する。エポキシ樹脂やエポキシ系樹脂等の接着樹脂512を用いた場合は、加熱温度150℃〜200℃の範囲で、加熱時間30分〜60分の範囲で加熱して接着樹脂512を加熱硬化させた後、冷却して接続を完了する。
【0006】
上記の接続方法の場合には、第1の導体パターン504と第2の導体パターン510とは、それぞれが接触して導通しているのみで、両者の接着は接着樹脂512により行っている。しかしながら、この接続方法の場合には、第1の回路基板500と第2の回路基板506とを加圧していくときに、第1の導体パターン504と第2の導体パターン510との間で滑りが生じて、導体パターン同士のズレが起こりやすい。また、接着樹脂512を第1の導体パターン504と第2の導体パターン510との界面から確実にすべて除去することは困難であるため、実質的に接触面積が小さくなる。このため、接触部の接続抵抗を充分小さくすることが困難である。
【0007】
特に、第1の導体パターン504と第2の導体パターン510のパターンピッチが小さく、かつ接触面積を小さくする場合、このような位置ズレや接着樹脂512の残存が生じると隣接する導体パターン間での短絡や接触部の接続抵抗が大きくなる等の不良が生じやすくなる。
【0008】
このような課題に対して、熱可塑性フィルムを基板としたフレキシブルプリント配線板の電気的接続部を柔らかい電極で形成し、この電極を他のプリント配線板の電極部に直接接着剤によって電気的に接続する接続構造体において、接着剤に液状の電気絶縁性接着剤を用いて熱圧着する方式も示されている(例えば、特許文献1)。このような方法とすることで、加圧した場合に柔らかい電極は圧着により相手方の電極面上で押しつぶれて伸び、相手方の電極の微細な凹部に入り込むので接触面積が増加して接続抵抗を小さくできる。
【特許文献1】特開平7−74446号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかし、上記の効果を得るためには柔らかい電極を接続部の導体材料とすることが要求されるが、フレキシブルプリント配線板の電極として一般的に使用される導体材料は、銀(Ag)を主体とした導電性ペーストや銅箔あるいは銅メッキ等の材料が多い。このような材料の場合、加圧により押しつぶされて伸びるようにするためには大きな加圧力が必要になる。さらに、このような大きな加圧力を加えても、電極部に微細な凹凸があると、その凹部に存在する液状の電気絶縁性接着剤を電極面からすべて完全に排除することは難しい。このため、電極面の一部には、この電気絶縁性接着剤が残存することが多い。このため、接触部の接続抵抗を充分小さくすることが困難であり、接続ピッチが小さくなり接触面積を小さくするほど、この接続抵抗の影響が大きくなる。
【0010】
本発明の回路基板の接続構造体は、接続部の導体パターン間には接着樹脂等がまったく介在せず、ファインピッチにしても接触部の接続抵抗が小さく、かつ隣接導体パターン間の短絡が生じない接続構造体およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記課題を解決するため本発明の回路基板の接続構造体は、加熱により軟化し融着性を有する第1の樹脂基材面に一定のピッチを有する複数の第1の導体パターンが形成された第1の回路基板と、複数の第1の導体パターンのピッチと同じピッチで複数の第2の導体パターンが形成された第2の回路基板とを有し、第1の導体パターンと第2の導体パターンとが機械的に接触して電気的導通状態を形成し、第1の樹脂基材が第1の導体パターンと第2の導体パターンとを覆い、かつ第2の回路基板の第2の樹脂基材に対して接着して第1の回路基板と第2の回路基板とが接続された構成からなる。
【0012】
この構成により、第1の導体パターンと第2の導体パターンの接触部には接着剤等の絶縁性材料はまったく介在しないので、接触部の全面に渡って導体同士が直接接触する。したがって、接触部の接続抵抗を小さくできる。また、接続においてハンダや導電性接着剤等を使用しないので、接続時にこれらが隣接する導体パターン部分に流れて短絡する等の不良を防止できる。これらの結果、ファインピッチでも歩留まりよく、かつ接続抵抗の小さな回路基板の接続構造体を実現できる。
【0013】
また、上記回路基板の接続構造体において、第1の回路基板の第1の導体パターンの幅が第2の回路基板の第2の導体パターンの幅より大きい構成としてもよい。この構成により、第1の導体パターンと第2の導体パターンとの位置合せが容易になる。さらに、第1の樹脂基材を軟化させて第1の導体パターンと第2の導体パターンを覆うように流動させて硬化させると、第1の導体パターンと第2の導体パターンとが楔の作用をするので、第1の回路基板と第2の回路基板との接着力を大きくすることもできる。
【0014】
また、上記回路基板の接続構造体において、第1の樹脂基材が熱可塑性樹脂材料または熱硬化性材料からなる構成としてもよい。この構成により、従来のように接着剤を塗布することなく、第1の回路基板と第2の回路基板とを接着することができる。
【0015】
また、本発明の回路基板の接続構造体の製造方法は、加熱により軟化して融着性を有する第1の樹脂基材面に、第2の回路基板上に形成された複数の第2の導体パターンと同じピッチを有する複数の第1の導体パターンを形成して第1の回路基板を形成する工程と、第1の回路基板の第1の導体パターンと第2の回路基板の第2の導体パターンとを対向しながら第1の導体パターンと第2の導体パターンとを位置合せする工程と、第1の回路基板と第2の回路基板とを押圧して、第1の導体パターンと第2の導体パターンとが機械的に接触して電気的導通状態とする工程と、第1の回路基板と第2の回路基板とを加熱するとともに押圧し第1の樹脂基材を軟化させて、第1の導体パターンと第2の導体パターンとを覆い、かつ第2の回路基板の第2の樹脂基材まで流動させるとともに第2の樹脂基材に接着する工程と、第1の回路基板と第2の回路基板とを冷却する工程とを有する方法からなる。
【0016】
この方法により、第1の導体パターンと第2の導体パターンの接触部には接着剤等の絶縁性材料はまったく介在しない状態で、両者の導体同士を直接接触させることができるので、接触部の接続抵抗を小さくできる。また、接続においてハンダや導電性接着剤等を使用しないので、接続時にこれらが隣接する導体パターン部分に流れて短絡する等の不良を防止できる。これらの結果、ファインピッチでも歩留まりよく、かつ接続抵抗の小さな接続構造体を安価に、かつ量産性よく製造することができる。
【0017】
また、上記回路基板の接続構造体の製造方法において、第1の樹脂基材として熱可塑性樹脂材料を用いる方法としてもよい。熱可塑性樹脂材料を用いる製造方法とすることにより、最初に加圧して第1の導体パターンと第2の導体パターンとを機械的に接触させ、その後、加熱と加圧を加えて第1の樹脂基材を軟化させて流動性を大きくし、第1の導体パターンと第2の導体パターンを覆い、かつ第2の樹脂基材に接着するようにすれば、ファインピッチで、かつ接触部の接続抵抗が小さい回路基板の接続構造体を簡単な工程で製造することができる。
【0018】
また、上記回路基板の接続構造体の製造方法において、第1の樹脂基材として半硬化状態の熱硬化性樹脂材料を用い、第1の樹脂基材を第2の樹脂基材に接着する工程において、熱硬化性樹脂材料の軟化温度まで加熱し押圧することで、熱硬化性樹脂材料が第1の導体パターンと第2の導体パターンとを覆い、第2の回路基板の第2の樹脂基材と接着し、引き続いて、さらに高い温度に加熱して熱硬化性樹脂材料を硬化させる方法としてもよい。
【0019】
この方法により、熱硬化性樹脂材料を用いても接触部の接続抵抗の小さな回路基板の接続構造体を製造することができる。熱硬化性樹脂材料を用いることで、接続構造体としたときの耐熱性も大きくすることができる。
【0020】
また、上記回路基板の接続構造体の製造方法の第1の回路基板を形成する工程において、第1の導体パターンを第1の樹脂基材面に形成後、さらに第1の樹脂基材を加熱するとともに第1の導体パターンを押圧することで、第1の導体パターンを第1の樹脂基材中に埋設し、第1の導体パターンの表面と第1の樹脂基材の表面層とを同一平面とする工程を加えてもよい。
【0021】
この方法により、第1の回路基板の第1の導体パターンは第1の樹脂基材の表面層と同一面で、かつその平坦性を良好にできる。したがって、第1の導体パターンと第2の導体パターンとを位置合せし、押圧するときに位置ズレ等が生じることがなく、ファインピッチでも量産性よく製造することができる。
【0022】
また、上記回路基板の接続構造体の製造方法の第1の回路基板を形成する工程において、第2の導体パターンの幅より少なくとも大きな幅を有する第1の導体パターンを第1の樹脂基材面に形成後、さらに第1の樹脂基材を加熱するとともに第1の導体パターンを押圧することで、第1の導体パターンを第1の樹脂基材中に埋設するとともに、第1の導体パターンの表面上に第2の導体パターンの厚みより小さな厚みの空間部を設ける工程を有する方法としてもよい。
【0023】
あるいは、上記回路基板の接続構造体の製造方法の第1の回路基板を形成する工程において、第1の樹脂基材面に、第2の回路基板の第2の導体パターンの幅より少なくとも大きな幅を有し、かつ、第1の導体パターンの厚みよりも大きく、第1の導体パターンと第2の導体パターンの合計の厚みより小さい形状の凹部を形成し、この凹部に第1の導体パターンを形成して第1の導体パターンの表面上に第2の導体パターンの厚みより小さな厚みの空間部を設ける方法としてもよい。
【0024】
これらの方法により、第1の回路基板の第1の導体パターンの表面上に、第2の導体パターンの一部を収納する空間部ができるので、この空間部に第2の導体パターンを嵌合すれば容易に精度のよい位置決めができる。
【発明の効果】
【0025】
本発明の回路基板の接続構造体は、第1の回路基板の第1の導体パターンと第2の回路基板の第2の導体パターンとが機械的に接触して電気的導通状態を形成し、第1の回路基板の第1の樹脂基材が第1の導体パターンと第2の導体パターンとを覆い、かつ第2の回路基板の第2の樹脂基材に対して接着することで、第1の回路基板と第2の回路基板とが接続された構成からなる。
【0026】
この構成により、第1の導体パターンと第2の導体パターンの接触部には接着剤等の絶縁性材料はまったく介在しないので、接触部の全面に渡って導体同士が直接接触できる。したがって、接触部の接続抵抗を小さくできる。また、接続においてハンダや導電性接着剤等を使用しないので、接続時にこれらが隣接する導体パターン部分に流れて短絡する等の不良を防止できる。これらの結果、ファインピッチでも歩留まりよく、かつ接続抵抗の小さな接続構造体を実現できるという大きな効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0027】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同じ要素については同じ符号を付しているので説明を省略することがある。
【0028】
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態にかかる回路基板の接続構造体を示す接続部分の要部断面図である。本実施の形態の回路基板の接続構造体は、第1の回路基板10と第2の回路基板20とが、第1の導体パターン14と第2の導体パターン24とで電気的に接続され、かつ、第1の回路基板10の第1の樹脂基材12と第2の回路基板20の第2の樹脂基材22とが接着された構成からなる。なお、この接着は、第1の回路基板10の第1の樹脂基材12が熱可塑性で熱融着性を有する材料を用いることでなされる。
【0029】
図2は、図1に示す第1の回路基板10の接続部の断面図である。第1の回路基板10は、第1の樹脂基材12中に埋設するように接続部である第1の導体パターン14が形成されている。この第1の樹脂基材12としては、熱融着性を有する熱可塑性樹脂を用いる。第1の導体パターン14は、第1の樹脂基材12の表面に銅箔を貼り付けてエッチングして形成してもよいし、導電性樹脂ペーストを印刷形成してもよい。さらに、蒸着等の薄膜プロセスやメッキにより形成してもよい。
【0030】
このような方法により形成した第1の導体パターン14を第1の樹脂基材12中に埋設する方法は、以下のように行う。すなわち、第1の導体パターン14が形成された領域部の第1の樹脂基材12の両面から加熱と加圧を行うことで、第1の導体パターン14を第1の樹脂基材12中に埋設することができる。このための第1の樹脂基材12の材料としては、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂あるいはポリカーボネート樹脂等、加熱により可塑性を生じ、かつ融着性を有する材料であれば特に限定せず使用可能である。
【0031】
なお、第1の回路基板10には、第1の導体パターン14に接続する回路パターンが形成されているが、図示していない。さらに、この回路パターンに半導体素子等の機能部品や抵抗等の受動部品が実装されている場合もある。
【0032】
第2の回路基板20の第2の樹脂基材22は、第1の回路基板10と同じ樹脂材料を用いてもよいが、このような樹脂材料に限定されず種々の基材を用いることができる。すなわち、第2の回路基板20の第2の樹脂基材22に用いる樹脂材料としては、ガラスエポキシ樹脂、紙エポキシ樹脂あるいは紙フェノール樹脂等、被接着性が良好な材料であれば特に限定せず用いることができる。
【0033】
第2の導体パターン24は、この第2の回路基板20の第2の樹脂基材22の表面上に、例えば銅箔を貼り付けてエッチングして形成することができる。または、導電性樹脂ペーストを印刷して形成してもよいし、あるいは蒸着やメッキ等により形成してもよい。なお、この第2の回路基板20も第2の導体パターン24に接続する回路パターンが形成されており、さらにこの回路パターンには半導体素子等の機能部品や抵抗等の受動部品が実装されているが、図示していない。
【0034】
以下、本実施の形態にかかる回路基板の接続構造体の製造方法について、図3を参照しながら説明する。図3は、本実施の形態にかかる回路基板の接続構造体を製造するための主要工程の断面図である。
【0035】
図3(a)は、第1の回路基板10の第1の導体パターン14と第2の回路基板20の第2の導体パターン24とを対面させて、位置合せした状態を示す断面図である。このとき、本実施の形態では、第1の導体パターン14の幅を第2の導体パターン24の幅より広く形成している。このように形成しておくと、図3(e)に示すように第1の樹脂基材12は第1の導体パターン14と第2の導体パターン24とが楔の役割を果たすので接着強度をより大きくすることができる。
【0036】
図3(a)に示すように、第1の導体パターン14と第2の導体パターン24との位置合せを行った後、図3(b)に示すように上側加熱加圧板30と下側加熱加圧板32とにより第1の回路基板10と第2の回路基板20とを加圧していく。なお、図3(b)は、第1の導体パターン14と第2の導体パターン24とが直接接触した状態を示す。この状態では、まだ第1の樹脂基材12は、第2の樹脂基材22とは接触していない。また、本実施の形態では、従来の接合方法とは異なり、第2の導体パターン24の表面上には接着剤等はまったく塗布されておらず、しかも図3(b)に示すように第1の導体パターン14と第2の導体パターン24とが最初に直接接触する。したがって、導体同士の良好な接触が生じ、接触部34の接触抵抗を大幅に小さくできる。また、従来のように第2の導体パターン24の表面上の接着剤を側方へ排除する必要がないので、加圧力も小さくてすむ。
【0037】
なお、第1の導体パターン14および第2の導体パターン24の表面は、金メッキ等の表面処理を施しておけば、さらに接触部34の接続抵抗値を小さくできる。さらに、接触部34に超音波振動を加えて、金属同士の溶融着を行ってもよい。
【0038】
上記のように、第1の導体パターン14と第2の導体パターン24との電気的接触が生じた後、上側加熱加圧板30と下側加熱加圧板32とを加圧しながら加熱していく。第1の回路基板10の第1の樹脂基材12は、上側加熱加圧板30による加熱で軟化していく。例えば、第1の樹脂基材12として、熱可塑性ポリイミド樹脂を用いる場合は150℃〜200℃の範囲に加熱すれば、軟化して熱融着性が生じる。
【0039】
図3(c)は、加熱加圧をつづけることにより第1の樹脂基材12が軟化して、接触している第1の導体パターン14と第2の導体パターン24とは徐々に第1の樹脂基材12中に埋設するように押し込まれる。
【0040】
図3(d)は、さらに加熱加圧を行って第1の樹脂基材12中に第1の導体パターン14と第2の導体パターン24とが完全に埋設されるとともに、第1の樹脂基材12と第2の樹脂基材22とが接着部36で接着した状態を示す断面図である。
【0041】
図3(e)は、接着接合が終了して加熱を中止した後、冷却して第1の樹脂基材12を硬化させ、さらに上側加熱加圧板30と下側加熱加圧板32とを除去した状態を示す断面図である。この図3(e)に示す断面図は、したがって図1に示す本実施の形態の回路基板の接続構造体を示す図と同じである。
【0042】
以上のようにして本実施の形態の回路基板の接続構造体が実現される。本発明の回路基板の接続構造体では、最初に第1の導体パターン14と第2の導体パターン24とが接触するので、接触部34では非常に小さな接続抵抗を実現できる。
【0043】
また、第1の回路基板10の第1の導体パターン14は、第1の樹脂基材12中に加圧して埋設されるため、その表面は平坦である。また、第2の導体パターン24上には従来のように接着剤等が塗布されていないので、第1の導体パターン14と第2の導体パターン24とを接触させるために加圧していくときに滑って位置ズレが生じることがない。したがって、導体パターンのピッチを小さくしても、隣接間の導体パターン同士が短絡することが生じにくく、ファインピッチでも安定して接続が可能となる。
【0044】
さらに、第1の回路基板10と第2の回路基板20のどちらかが不良であることが接続後に判明した場合、再度接続部36を加熱すると容易に分離してリペアも可能である。すなわち、接続部36を再び第1の樹脂基材12の軟化温度以上に加熱すると、第1の導体パターン14と第2の導体パターン24とは単に接触しているのみであるので第1の回路基板10を第2の回路基板20から容易に分離できる。分離後の第2の回路基板20の第2の導体パターン24の表面は、第1の樹脂基材12等の異物が付着することもないため清浄な表面が保持される。
【0045】
第2の導体パターン24の間の第2の樹脂基材22の表面上に第1の樹脂基材12の一部が残存する場合があるが、加熱温度と時間とを適正にすればその量を非常に少なくすることができる。したがって、この第2の回路基板20の第2の導体パターン24に対して新しい第1の回路基板10の第1の導体パターン12を位置合せし、図3で説明した工程を行えば容易にリペアが可能となる。
【0046】
図4は、本実施の形態で説明した回路基板の接続構造体を製造するための回路基板接続装置の一例を示す概略構成図であり、図5はその動作フローチャートである。
【0047】
以下、これらの図面を用いて回路基板接続装置60の構成と動作について説明をする。この回路基板接続装置60は、第1の回路基板10の第1の導体パターン(図示せず)を第1の樹脂基材(図示せず)中に埋設して平坦化するための平坦化ユニット62、第1の回路基板10の第1の導体パターンと第2の回路基板20の第2の導体パターン(図示せず)とを加熱加圧して接続するための熱圧着ユニット72、第1の回路基板10と第2の回路基板20とが平坦化ユニット62および熱圧着ユニット72と直接接触しないようにするための2枚の緩衝フィルム68、70を含んで構成されている。なお、第1の回路基板10および第2の回路基板20を搬送する搬送機構、第1の導体パターンと第2の導体パターン同士をする位置合せするための位置合せ部、平坦化ユニット62と熱圧着ユニット72の加熱のための電源や加圧を行うための機構部およびこれらを制御するための制御部等も有するが、図示していない。
【0048】
図5に示すように、最初に平坦化ユニット62の上側加熱加圧板64と下側加熱加圧板66とを用いて、第1の回路基板10の第1の導体パターンを第1の樹脂基材中に埋め込む平坦化処理を行う(ステップS11)。図4に示すように、第1の回路基板10の第1の導体パターンが形成された導体パターン領域Hを2枚の緩衝フィルム68、70で挟み込む。この後、平坦化ユニット62の上側加熱加圧板64と下側加熱加圧板66とを押圧していき、導体パターン領域Hを加熱するとともに加圧する。この加熱により第1の回路基板10の第1の樹脂基材が軟化し、第1の導体パターンが第1の樹脂基材中に埋設されると同時に、その表面が平坦化される。
【0049】
つぎに、第2の回路基板20および第1の導体パターンが平坦化された第1の回路基板10をそれぞれ熱圧着ユニット72の位置まで搬送する(ステップS12)。第1の回路基板10は、緩衝フィルム68、70と一緒に図示しない搬送機構により熱圧着ユニット72まで搬送する。また、第2の回路基板20は基板搬送機構74により熱圧着ユニット72まで搬送する。なお、第1の回路基板10と第2の回路基板20とを熱圧着ユニット72まで搬送するときには、第1の回路基板10の第1の導体パターンと第2の回路基板20の第2の導体パターンとが対向するような配置となるようにする。
【0050】
熱圧着ユニット72では、図4に示すように第1の回路基板10の導体パターン領域Hの第2の導体パターンと第2の回路基板20の第2の導体パターンとを対向させ、かつ位置合せを行う(ステップS13)。位置合せは、例えば熱圧着ユニット72と第1の回路基板10との間にカメラを配置し、このカメラを用いて第1の導体パターンと第2の導体パターンとを自動認識させて制御部により第1の回路基板10または第2の回路基板20を移動させながら位置合せする。
【0051】
位置合せが完了すると、熱圧着ユニット72の上側加熱加圧板30と下側加熱加圧板32とにより第1の回路基板10と第2の回路基板20とを押圧していくと、図3(b)に示すように第1の導体パターンと第2の導体パターンとが直接接触するようになり電気的な接続が可能となる(ステップS14)。
【0052】
さらに加圧をしながら加熱を加え、第1の樹脂基材を軟化させると第1の樹脂基材が第1の導体パターンと第2の導体パターン間に流れ、かつ第2の回路基板20の第2の樹脂基材と接触して接着する(ステップS15)。
【0053】
この後、熱圧着ユニット72を第1の回路基板10と第2の回路基板20とからはずし、冷却すると第1の樹脂基材が硬化して接着が完了する(ステップS16)。なお、熱圧着ユニット72で加圧した状態で加熱を止めて冷却するようにしてもよい。
【0054】
上記の製造方法により具体的に回路基板の接続構造体を作製した実施例について、以下説明する。本実施例では、第1の回路基板10の第1の樹脂基材12として熱可塑性ポリイミドを用いた。厚みは0.1mmである。この第1の樹脂基材12の表面上に第1の導体パターン14を、導電性樹脂ペーストを用いて印刷により形成した。第1の導体パターン14の線幅は0.25mm、線間は0.25mm、配線ピッチは0.5mmで、膜厚は25μmとした。第1の導体パターン14の配線本数は50本である。このように形成した第1の導体パターン14に対して平坦化処理を行った。その条件は、第1の回路基板10を回路基板接続装置60の平坦化ユニット62にセットして、加圧力を1トン/100mm□、熱プレス時の加熱温度を180℃として、5分〜60分の時間印加した。この平坦化処理により、図2に示すような第1の導体パターン14が第1の樹脂基材12中に埋設された構造を有する第1の回路基板10を得た。
【0055】
第2の回路基板20としては、ガラスエポキシ樹脂からなる第2の樹脂基材22を用いて、この表面上にメッキにより第2の導体パターン24を形成した。第2の導体パターン24の線幅は0.15mm、線間は0.28mm、配線ピッチは0.5mmで、膜厚は25μmとした。
【0056】
つぎに、この第1の回路基板10と第2の回路基板20とを回路基板接続装置60の熱圧着ユニット72に移動させて加熱加圧して接続を行った。第1の回路基板10の第1の導体パターン14と第2の回路基板20の第2の導体パターン24とを位置合せし、図3に示す工程にしたがって加熱加圧して接続した。接続時の加熱温度は180℃、加圧力は1kgf/cm〜10kgf/cm、加熱および加圧時間は5分〜60分とした。
【0057】
このようにして第1の回路基板10と第2の回路基板20とを接続した結果、接触部34の接続抵抗値は従来の方式に比べて1/2以下で、かつ位置ズレは±30μm以下となり、しかも接着強度も充分であることが確認された。
【0058】
なお、本実施の形態では、第1の導体パターン14と第2の導体パターン24とは、第1の導体パターン14の方が幅広としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、第1の導体パターン14の方が幅狭に形成してもよいし、あるいは同じ幅に形成してもよい。さらに、第1の導体パターン14と第2の導体パターン24のそれぞれの厚みも特に限定されず、必要な配線抵抗値等から適宜設定することができる。
【0059】
(第2の実施の形態)
図6は、本発明の第2の実施の形態にかかる回路基板の接続構造体の製造方法を示す主要部の工程の断面図である。図6(a)は第1の回路基板40の断面形状を示す図であり、図6(b)は第1の回路基板40と第2の回路基板20とを、第1の導体パターン44と第2の導体パターン24とが接触するまで押圧した状態を示す断面図である。なお、押圧するための上側加熱加圧板と下側加熱加圧板とは図示していない。
【0060】
本実施の形態の回路基板の接続構造体は、第1の回路基板40の第1の導体パターン44の構造が第1の実施の形態とは異なる。すなわち、本実施の形態では、第1の回路基板40の第1の導体パターン44は、第1の樹脂基材42に埋設され、しかもその表面48は第1の樹脂基材42の表面層50より内部にある。したがって、第1の導体パターン44の表面48と第1の樹脂基材42の表面層50との段差Fに相当する空間部46が設けられている。なお、この空間部46の段差Fは図6(b)に示すように第2の導体パターン24の厚みGより小さくしておく。
【0061】
このような構造を作製するためには、例えば第1の導体パターン44と同じ形状で、かつ第1の導体パターン44と段差Fとを加えた高さを有する型を用いて第1の導体パターン44を第1の樹脂基材42中に加熱加圧して埋設すればよい。あるいは、第1の導体パターン44と段差Fとを加えた高さを有する型を用いて、あらかじめ第1の樹脂基材42に第1の導体パターン44と段差Fとを加えた深さの凹部を設けておき、この凹部中に第1の導体パターン44を形成する方法でもよい。
【0062】
このように、第1の回路基板40の第1の導体パターン44の表面に空間部46を設けておくことで、図6(b)に示すように第1の回路基板40の第1の導体パターン44と第2の回路基板20の第2の導体パターン24との位置合せが容易となる。すなわち、第2の導体パターン24は、第1の回路基板40の空間部46に嵌合し、それと同時に第1の導体パターン44と第2の導体パターン24とが直接接触する。これにより良好な電気的接触状態が実現される。
【0063】
その後、図3に示すと同様な工程を行うことで、第1の回路基板40の第1の樹脂基材42が加熱加圧により軟化し、第1の導体パターン44と第2の導体パターン24との周囲を完全に覆うとともに、第2の回路基板20の第2の樹脂基材22と接着する。接着後、冷却して図示しない上側加熱加圧板と下側加熱加圧板とをはずせば、本実施の形態の回路基板の接続構造体が得られる。
【0064】
具体的な構成の一例を、以下説明する。
【0065】
第1の回路基板40の第1の樹脂基材42として厚みが0.1mmの熱可塑性ポリイミドを用い、まず、第1の樹脂基材42の表面に第1の導体パターン44と段差Fとを加えた高さを有する型を用いて、あらかじめ第1の樹脂基材42に第1の導体パターン44と段差Fとを加えた深さの凹部を設けておき、この凹部中に第1の導体パターン44を形成した。このときの第1の導体パターン44は、導電性樹脂ペーストを用いて描画方式により形成した。第1の導体パターン44の線幅は0.3mm、線間は0.25mm、配線ピッチは0.55mmで、膜厚は25μmとした。第1の導体パターン44の配線本数は50本である。
【0066】
第2の回路基板20としては、ガラスエポキシ樹脂からなる第2の樹脂基材22を用いて、この表面上にメッキにより第2の導体パターン24を形成した。第2の導体パターン24の線幅は0.2mm、線間は0.35mm、配線ピッチは0.55mmで、膜厚は25μmとした。
【0067】
なお、上記したように、第2の導体パターン24の厚みを25μmとしたので、段差Fはこの厚みより小さい15μmとした。したがって、凹部の深さは、第1の導体パターン44の厚み25μmと段差Fを加えた厚み40μmとした。
【0068】
つぎに、この第1の回路基板40と第2の回路基板20とを、第1の実施の形態で説明した回路基板接続装置60を用いて加熱接続を行った。この場合には平坦化ユニット62での平坦化処理は不要であるので、直接熱圧着ユニット72に移動させて加熱加圧して接続を行った。第2の回路基板20の第2の導体パターン24を、第1の回路基板40の第1の導体パターン44上の空間部46に嵌合した後、第1の実施の形態と同様な工程にしたがって加熱加圧して接続した。接続時の加熱温度は180℃、加圧力は1kgf/cm〜10kgf/cm、加熱および加圧時間は5分〜60分とした。
【0069】
以上の工程を経ることで、第1の回路基板40の第1の導体パターン44と第2の回路基板20の第2の導体パターン24とが直接接触して良好な電気的導通状態が得られ、かつ第1の樹脂基材42の軟化により第2の樹脂基材22と接着した回路基板の接続構造体が得られた。
【0070】
本実施の形態の回路基板の接続構造体では、位置合せがより容易になるだけでなく、隣接する導体パターン間での短絡も防止できる。
【0071】
(第3の実施の形態)
図7は、本発明の第3の実施の形態にかかる回路基板の接続構造体の製造方法を示す主要部の工程の断面図である。
【0072】
図7(a)は第1の回路基板52の断面形状を示す図であり、図7(b)は第1の回路基板52と第2の回路基板20とを、第1の導体パターン56と第2の導体パターン24とが接触するまで押圧した状態を示す断面図である。なお、押圧するための上側加熱加圧板と下側加熱加圧板とは図示していない。
【0073】
本実施の形態の回路基板の接続構造体では、第1の回路基板52の第1の導体パターン56の構造が第1の実施の形態とは異なる。すなわち、本実施の形態では、図7(a)に示すように第1の回路基板52の第1の導体パターン56は、第1の樹脂基材54の表面に形成されており、埋設されていないことが特徴である。したがって、第1の導体パターン56を形成する場合には、第1の樹脂基材54の表面上に、例えば導電性樹脂ペーストを印刷等により容易に形成できる。
【0074】
また、第2の回路基板20は第1の実施の形態で説明したものと同じ構成である。本実施の形態では、図8に示した従来の接続方法のそれぞれの回路基板と同じ形状であるが、接続のための方法が以下のように異なる。すなわち、図7(b)に示すように、第1の回路基板52の第1の導体パターン56と第2の回路基板20の第2の導体パターン24とを位置合せして、図示しない上側加熱加圧板と下側加熱加圧板とにより加圧していくと、第1の導体パターン56と第2の導体パターン24とが最初に直接接触する。このとき、図8に示す従来の方式とは異なり、第2の導体パターン24の表面上には接着剤がまったく塗布されていないので、押圧しても滑って位置ズレすることが生じにくい。
【0075】
第1の導体パターン56と第2の導体パターン24とが直接接触して電気的に導通が得られると、さらに上側加熱加圧板と下側加熱加圧板とにより加熱しながら加圧していく。これにより、第1の樹脂基材54が軟化し、第1の導体パターン56と第2の導体パターン24とを完全に覆うとともに、第2の樹脂基材24と接着する。この後、冷却して上側加熱加圧板と下側加熱加圧板とを除去すると、図1に示す構造と同様な本実施の形態の回路基板の接続構造体が得られる。
【0076】
この実施の形態の回路基板の接続構造体においては、第1の回路基板52の第1の導体パターン56は第1の樹脂基材54の表面に形成すればよいので、工程が簡略化できる。また、押圧時に、最初に第1の導体パターンと第2の導体パターンとが直接接触するので、接触部の接続抵抗を従来の方式に比べて大幅に低減できる。さらに、加圧力も小さくてよいので、上側加熱加圧板および下側加熱加圧板の加圧機構も簡略化できる。
【産業上の利用可能性】
【0077】
本発明の回路基板の接続構造体とその製造方法は、第1の回路基板の第1の導体パターンと第2の回路基板の第2の導体パターンとが機械的に接触して電気的導通状態を形成し、第1の回路基板の第1の樹脂基材が第1の導体パターンと第2の導体パターンとを覆い、かつ第2の回路基板の第2の樹脂基材に対して接着することで、第1の回路基板と第2の回路基板とが接続された構成からなり、ファインピッチで、かつ接続抵抗の小さな接続構造体を実現できるので、携帯電子機器等の種々の電子機器に用いられる回路基板間を接続する分野に有用である。
【図面の簡単な説明】
【0078】
【図1】本発明の第1の実施の形態にかかる回路基板の接続構造体を示す接続部分の要部断面図
【図2】同実施の形態にかかる回路基板の接続構造体において、第1の回路基板の接続部の断面図
【図3】同実施の形態にかかる回路基板の接続構造体を製造するための主要工程の断面図
【図4】同実施の形態における回路基板の接続構造体を製造するための回路基板接続装置の一例を示す概略構成図
【図5】同実施の形態における回路基板の接続構造体を製造するための回路基板接続装置の動作フローチャート
【図6】本発明の第2の実施の形態にかかる回路基板の接続構造体の製造方法を示す主要部の工程の断面図
【図7】本発明の第3の実施の形態にかかる回路基板の接続構造体の製造方法を示す主要部の工程の断面図
【図8】従来の回路基板の導体パターン同士を接続する方法を示す主要工程の接続部の断面図
【符号の説明】
【0079】
10,40,52,500 第1の回路基板
12,42,54,502 第1の樹脂基材
14,44,56,504 第1の導体パターン
20,506 第2の回路基板
22,508 第2の樹脂基材
24,510 第2の導体パターン
30,64,514 上側加熱加圧板
32,66,516 下側加熱加圧板
34 接触部
36 接着部
46 空間部
48 表面
50 表面層
60 回路基板接続装置
62 平坦化ユニット
68,70 緩衝フィルム
72 熱圧着ユニット
74 基板搬送機構
512 接着樹脂

【特許請求の範囲】
【請求項1】
加熱により軟化し融着性を有する第1の樹脂基材面に一定のピッチを有する複数の第1の導体パターンが形成された第1の回路基板と、
複数の前記第1の導体パターンのピッチと同じピッチで複数の第2の導体パターンが形成された第2の回路基板とを有し、
前記第1の導体パターンと前記第2の導体パターンとが機械的に接触して電気的導通状態を形成し、前記第1の樹脂基材が前記第1の導体パターンと前記第2の導体パターンとを覆い、かつ前記第2の回路基板の第2の樹脂基材に対して接着して、前記第1の回路基板と前記第2の回路基板とが接続されたことを特徴とする回路基板の接続構造体。
【請求項2】
前記第1の回路基板の前記第1の導体パターンの幅は、前記第2の回路基板の前記第2の導体パターンの幅より大きいことを特徴とする請求項1に記載の回路基板の接続構造体。
【請求項3】
前記第1の樹脂基材が熱可塑性樹脂材料または熱硬化性材料からなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の回路基板の接続構造体。
【請求項4】
加熱により軟化して融着性を有する第1の樹脂基材面に、第2の回路基板上に形成された複数の第2の導体パターンと同じピッチを有する複数の第1の導体パターンを形成して第1の回路基板を形成する工程と、
前記第1の回路基板の前記第1の導体パターンと前記第2の回路基板の前記第2の導体パターンとを対向しながら前記第1の導体パターンと前記第2の導体パターンとを位置合せする工程と、
前記第1の回路基板と前記第2の回路基板とを押圧して、前記第1の導体パターンと前記第2の導体パターンとが機械的に接触して電気的導通状態とする工程と、前記第1の回路基板と前記第2の回路基板とを加熱するとともに押圧し前記第1の樹脂基材を軟化させて、前記第1の導体パターンと前記第2の導体パターンとを覆い、かつ前記第2の回路基板の第2の樹脂基材まで流動させるとともに前記第2の樹脂基材に接着する工程と、
前記第1の回路基板と前記第2の回路基板とを冷却する工程とを有することを特徴とする回路基板の接続構造体の製造方法。
【請求項5】
前記第1の樹脂基材として熱可塑性樹脂材料を用いることを特徴とする請求項4に記載の回路基板の接続構造体の製造方法。
【請求項6】
前記第1の樹脂基材として半硬化状態の熱硬化性樹脂材料を用い、
前記第1の樹脂基材を前記第2の樹脂基材に接着する工程において、前記熱硬化性樹脂材料の軟化温度まで加熱し押圧することで、前記熱硬化性樹脂材料が前記第1の導体パターンと前記第2の導体パターンを覆い、前記第2の回路基板の前記第2の樹脂基材と接着し、
引き続いて、さらに高い温度に加熱して前記熱硬化性樹脂材料を硬化させることを特徴とする請求項4に記載の回路基板の接続構造体の製造方法。
【請求項7】
前記第1の回路基板を形成する工程において、
前記第1の導体パターンを前記第1の樹脂基材面に形成後、
さらに、前記第1の樹脂基材を加熱するとともに前記第1の導体パターンを押圧することで、前記第1の導体パターンを前記第1の樹脂基材中に埋設し、前記第1の導体パターンの表面と前記第1の樹脂基材の表面層とを同一平面とする工程を有することを特徴とする請求項4または請求項5に記載の回路基板の接続構造体の製造方法。
【請求項8】
前記第1の回路基板を形成する工程において、
前記第2の導体パターンの幅より少なくとも大きな幅を有する前記第1の導体パターンを前記第1の樹脂基材面に形成後、
さらに、前記第1の樹脂基材を加熱するとともに前記第1の導体パターンを押圧することで、前記第1の導体パターンを前記第1の樹脂基材中に埋設するとともに、前記第1の導体パターンの表面上に前記第2の導体パターンの厚みより小さな厚みの空間部を設ける工程を有することを特徴とする請求項4または請求項5に記載の回路基板の接続構造体の製造方法。
【請求項9】
前記第1の回路基板を形成する工程において、
前記第1の樹脂基材面に、前記第2の回路基板の前記第2の導体パターンの幅より少なくとも大きな幅を有し、かつ、前記第1の導体パターンの厚みよりも大きく、前記第1の導体パターンと前記第2の導体パターンの合計の厚みより小さい形状の凹部を形成し、前記凹部に前記第1の導体パターンを形成して前記第1の導体パターンの表面上に前記第2の導体パターンの厚みより小さな厚みの空間部を設けることを特徴とする請求項4から請求項6までのいずれかに記載の回路基板の接続構造体の製造方法。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate

【図7】
image rotate

【図8】
image rotate