JP2008235656A - 回路基板の実装体 - Google Patents

Abstract

【課題】耐熱性の低い薄型基板やプラスチック基板への回路基板の実装を低温で圧力をかけずに行うことができる回路基板の実装体を提供する。
【解決手段】本発明の回路基板の実装体は、回路基板１０の絶縁層を開口させ形成した露出させた導電パターン１２を電子回路４０の電極端子４２を位置合わせして配置し、導電パターン１２側から粘着シート３０で接着する。粘着シート３０の弾力性で導電パターン１２は電子回路４０の電極端子部４１に押さえつけられる向きに応力が働き、電気的接続を安定して保つことが可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器を構成するプリント基板などの回路基板同士の接続、また液晶パネルなどの表示機器のガラス基板やプラスチック基板等への回路基板の接続に用いられている実装に関する。

従来の回路基板の実装方法は、異方性導電接着剤を用いて加熱圧着する方式や半田を用いた溶融接続などがある。（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に開示されている実装方式を図９を用いて説明する。図９は、従来の実装方法の工程を示す工程断面図である。

まず図９（ａ）に示すように、従来の実装方法では、まず液晶パネルのガラス基板９０の透明電極膜９１と回路基板１０の導電パターン１２を位置合わせし、透明電極膜９１と対向する導体パターン１２間に導電粒子９２を含有した異方性導電接着膜９３を配置する。次に回路基板１０側から加熱ヘッド９４を用いて加熱加圧し、異方性導電接着膜９３を加熱硬化させる。

実装工程は、１２０℃から１８０℃の加熱を行い、導電粒子を押圧するために３０から６０ｋｇ／ｃｍ２の圧力を加え、さらにこの温度を１２から２０秒間保持して行う。

加熱加圧下後は図９（ｂ）に示すように、異方性導電接着膜９３の導電粒子９２が透明電極膜９１と導電パターン１２で押しつぶされた状態となり、上下方向の電気導通が行えるようになる。さらに横方向は導電粒子９２が接触していないため導通せず異方性の導電接続が可能になる。

従来例では、異方性導電接着膜９３に用いる接着剤樹脂にはエポキシ樹脂などの熱硬化型接着剤を用いており、加熱加圧を行い導電粒子９２の押圧と接着剤樹脂の硬化を行う実装方式を用いている。

特開平３−２８９６２７号（第４図）

前記従来例では液晶パネルを用いた場合の実装方式を示したが、一般的な電子回路基板であるガラスエポキシ基板やポリイミドを基材に用いたフレキシブルプリント基板などにおいても同様な方式で実装されている。

近年では、電子機器の小型薄型化によって回路基板の導体パターンの高密度化による配線パターンの微細化や回路基板の薄型化が進んでおり、さらに液晶パネルなどの表示体においてもガラス基板の薄型化やプラスチック基板などを用いて薄く軽い液晶パネルの開発が進められている。このような基板材料は実装工程時に加わる加熱や加圧の工程に弱く、加熱と加圧による基板の変形や膨張などで、基板の変形やそれに伴う配線パターンのズレや断線などが発生しやすくなり、実装時の基板へのダメージ低減が望まれている。

しかしながら、特許文献１に記載されている実装方法では、実装時に回路基板へ加えられる温度と圧力が非常に大きく、薄い基板やプラスチック基板へこの実装方法を行うと、
前述した基板の熱膨張による変形や変質によって配線パターンのズレや断線が発生するため、薄型基板やプラスチック基板、または微細な配線パターンを形成した回路基板への適応が難しいという課題がある。

さらに特許文献１に記載の実装方法では、電気的導通を取るために加圧により導電粒子を潰して回路基板の配線パターンと接触させ電気的導通をとる必要があるため、接続部全面に渡って高精度の平行度で加圧を行う必要がある。したがって基板材料そのものについても高精度の平坦度を要求される。

このような実装方法では、加熱加圧装置についても高精度な平行度を維持するためのメンテナンス作業を頻繁に行う必要がある。さらに２００℃弱の加熱を行う必要があり装置の消費電力も大きくなってしまう。したがって作業性がすぐれず、効率が悪いという課題があった。

以上のことから明らかなように特許文献１に記載の実装方法では、薄型の回路基板やプラスチック基板などの耐熱性の低い基板や微細配線パターンの基板への適応が困難であることや実装工程のコストが高いことから、低コストで薄型回路基板で微細配線パターンの電子回路を作製することは難しいとされていた。

そこで、本発明の目的は上記課題を解決し、薄型基板やプラスチック基板、微細な配線パターンの回路基板においても、精度良く低コストで基板への実装ができる方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の実装方法は、基本的に下記記載の構成要件を採用する。

本発明は、第１絶縁層の上に導電パターンが形成され、導電パターンのさらに上に第２絶縁層が形成されている回路基板と、電極端子が露出している電極端子部を有する電子回路とを電気的に接続した回路基板の実装体において、回路基板は、第１絶縁層と第２絶縁層との両方の一部を開口して導電パターンが露出されている回路基板端子部を備え、常温で粘着性を有する粘着シートと電子回路における電極端子部との間に、回路基板端子部を挟んで、回路基板と電子回路とが電気的に接続固定されていることを特徴とする。

粘着シートは少なくとも導体パターンの厚さと電子回路の電極端子の厚さとを合わせた総厚よりも厚いことを特徴とする。また、粘着シートは、弾力性のある支持体と、支持体の片面側に配置されている粘着材とを備えた構造であることを特徴とする。

回路基板端子部における導電パターン上、または電子回路の電極端子上の少なくとも一方に凸構造の導電性材料を設けていることを特徴とする。また、電子回路とは、プラスチック基板を用いた装置の構成部分であり、電子回路の電極端子とは、プラスチック基板上に配置されている外部回路との接続電極であることを特徴とする。

本発明の回路基板の実装体を採用することにより、薄型の回路基板やプラスチック基板などの耐熱性の低い基板材料や微細な配線パターンを形成した回路基板であっても、回路基板には変形などのダメージを与えることなく実装することができる。さらに回路基板の平坦性確保や実装を行う装置のメンテナンスが簡便になるため、低コストに実装を行うことができる。

本発明の回路基板の実装方法について、以下に図面を用いて説明する。まず、本実施例における回路基板の構造について説明する。図２（ａ）は回路基板の斜視図、図２（ｂ）は上面図である。

まず図２（ａ）に図示されるように、フレキシブル回路基板等の回路基板１０の構造は、第１絶縁層１１上に導電体を用いて導電パターン１２を形成してあり、さらにその上に第２絶縁層１３を形成した構造となっている。他の基板との接続に用いる端子部１４を形成するため第１絶縁層１１と第２絶縁層１３との両方を開口し、導電パターン１２を露出させた回路基板端子部１４を形成した構造になっている。

図２（ｂ）に回路基板を上から見た平面図を示す。第１絶縁層１１と第２絶縁層１３を開口しているため、端子部１４において導体パターン１２が露出している構造となる。

第１絶縁層１１と第２絶縁層１３の材質は、絶縁性材料でポリイミドフィルムやガラスエポキシ基板など一般的な基板材料を用いることができる。また導電パターン１２に用いる導電体は、銅箔を用いエッチング法により配線パターンを形成する。さらに端子部１４の導体パターン１２の露出部は銅表面の酸化を防ぐため金やニッケルでメッキをした構成となっている。導電パターン１２は、回路基板端子部１４で露出している導体パターン１２の形状が崩れない薄膜状の金属材料であればよく、金やアルミニウムなども用いることができる。

また、図２に示す構造では導体パターン１２が露出している回路基板端子部１４は回路基板１０の最端部ではないが、図３（ａ）に示す斜視図、図３（ｂ）に示す平面図のような、最端部の第１絶縁層１１と第２絶縁層１３とが取り除かれた構造でもよい。図３では、回路基板１０の最端部で第１絶縁層１１と第２絶縁層１３を開口し回路基板端子部１４を形成している。この場合は、図３（ａ）の斜視図に示すように、導体パターン１２が完全に露出しフライングリード状態となり、図３（ｂ）の平面図で示すように導体パターン１２の先端はどこにも固定されていない状態となる。図２または図３に示したいずれの回路基板においても導体パターン１２が露出した構造になっていればよい。ただし、導体パターン１２の幅がかなり細い場合には、図２に示すように最端部に絶縁層があるものの方が、操作しやすく好ましい。

次に図４に本発明で用いる粘着シート３０の構造について説明する。図４（ａ）は、本発明に用いる粘着シート３０の断面図で、紙やポリイミドフィルムやＰＥＴフィルムなどの支持体３１に、ゴム系やアクリル樹脂系やシリコーン樹脂系の粘着剤を粘着材３２として用いた２層構造になっている。さらに図３（ｂ）に示すように支持体３１として弾力性のあるゴム系フィルムやＰＥＴ等で作製したスポンジ状の弾性体を用い、粘着材３２は支持体３１の表面に薄く形成する構造でもよい。いずれにしても粘着シート３０が弾力性を持つ構造となればよい。

図１は本実施の形態である回路基板と電子回路との構成を示す分解斜視図である。電子回路としては、フレキシブル回路基板、あるいはプラスチック基板上に外部回路との接続を行うための接続配線を配置した回路、電極端子を備えたＩＣチップ等などを用いることができる。図１に図示すように、電子回路４０は、電子回路第１絶縁層４１の上に電極端子４２を形成し、その上に電子回路第２絶縁層４３を形成した構造となっている。また電子回路第２絶縁層４３を開口し、電極端子４２を露出した電極端子部４４を形成した構造となっている。さらに電子回路４０の上に回路基板１０を配置し、さらに回路基板端子部１４の上から回路基板端子部１４の導体パターン１２を覆うように粘着シート３０を配置する。

以下図５に図１で示したＡＡ´部の断面構造を用いて実装工程を説明する。図５（ａ）に示すように、まず相手材となる電子回路４０の電極端子部４４と回路基板１０の回路基板端子部１４で露出させた導体パターン１２とを位置合わせする。次に図５（ｂ）に示すように、回路基板１０の導体パターン１２の上から図４に示した粘着シート３０を重ね、図示しないが加圧冶具を用いて加圧を行い、粘着シート３０の粘着材３２を電子回路４０の表面に接着させ図５（ｃ）に示す断面構造になるようにする。

図５（ｂ）の加圧工程では粘着材３０を電子回路４０の表面に十分に密着させるだけの加圧力で行う必要があり、１平方ｃｍあたり数十ｇから１０ｋｇの加圧力を加える。加圧時間は粘着シート３０が電子回路４０へ密着する時間だけ保持すれば良く、数秒から１０秒程度の時間加圧を行う。

また加圧時に加熱は必要とせず室温で加圧工程を行うことができるが、粘着シート３０と電子回路４０の密着をあげるため加熱する場合もあり、加熱温度としては、室温〜８０℃で行う。

粘着シート３０の厚さは、図２と図３に示す回路基板１０の導体パターン１２と電子回路４０の電極端子４２の総厚より厚く設定する。このような厚さにすることで図５（ｂ）の工程で行う加圧により粘着シート３０の粘着材３２がプリント基板４０の表面に接触し、接着される。粘着材３０が導体パターン１２と電極端子４２の総厚より薄い場合は、加圧しても粘着材３２がプリント基板表面に届かないため接着できない。

図６に本発明の回路基板の実装方法で作製した実装体で電気的導通が安定的に維持される仕組みを示す。図６は、図５で示した実装工程後の断面構造を示している。粘着シート３０の粘着材３２が電子回路４０と接着していることで、粘着シート３０が持つ弾力性が図中の矢印で示す応力６０の方向に作用することで、導体パターン１２を下に押さえつけるように応力６０が発生し、導体パターン１２を電子回路４０の電極端子４２を常に接触させるような力を働かせることができる。そのため電気的接続が常に安定して取れるようにすることができる。

さらにこの構造にすることで回路基板１０もしくは電子回路４０の平坦性が極端に悪く、回路基板端子部１４と電極端子部４４が加圧しただけでは十分な接触面積が得られない場合にも、粘着シート３０の弾力性が平坦性のバラツキを吸収し変形して接着するため、部材の平坦性が高精度でない場合にも確実に電気的接続を行うことができる。また同様に加圧に用いる実装機についても加圧冶具の平行度を高精度に調整する必要がなく簡単な構造の実装機を用いて実装することが可能になる。

さらに図７（ａ），（ｂ）と図８（ａ），（ｂ）を用いて、電気的導通をさらに確実にするための構造を示す。回路基板１０の回路基板端子部１４もしくは電子回路４０の電極端子部４４の少なくともどちらか一方の表面にスタッドバンプやメッキ法によって凸構造７０を形成する。図７では回路基板１０と電子回路４０の両方に凸構造７０を設けている。

図７（ａ）は回路基板１０側の導体パターン１２に凸構造７０を形成した場合を示す斜視図である。図７（ｂ）は電子回路４０の電極端子４２上に凸構造７０を形成した場合を示す斜視図である。このように加工した基板を用いて図５（ｂ）に示す加圧工程を行うことで、接続部分の断面構造は、図８（ａ），（ｂ）に示すような断面構造になる。

図８（ａ）は回路基板１０の導体パターン１２に凸構造７０を形成した場合の断面図で
、図８（ｂ）は電子回路４０の電極端子４２に凸構造７０を形成した場合の断面構造である。どちらの場合も凸構造７０部分が相手材に突き刺ささり、電気的導通を確実に取る構造にすることができる。また回路基板端子部１４もしくは電極端子部４４の表面の汚れで電気的接続が取れにくい場合にも、凸構造７０が突き刺ささることで表面の汚れを突き破るので電気的導通を安定にすることが可能になる。

このように本発明の実装体では、粘着シートを密着させて電子回路に接着させるだけの簡単な工程で回路基板と電子回路の電気的導通を行うことができ、さらにほぼ室温の状態で数ｋｇの加圧を数秒間行うだけの簡単な工程で行うことができる。したがって耐熱性の低い薄型基板やプラスチック基板に対しても安定して実装を行うことができる。

従来例の方式では、接着剤を２００℃弱の温度で加熱硬化させ、さらに同時に１平方ｃｍ当たり数十ｋｇの加圧を行い、導電粒子を潰して電気的導通をとる方式のため、加圧により変形しやすい薄型基板や熱で変形しやすいプラスチック基板への実装が難しかった。

さらに従来例の方式では導電粒子を均一に潰さなくてはならないため、実装機の加熱加圧ヘッドの平坦度の調整を高精度にしなければならず、定期的なメンテナンスが必要であった。一般的には加熱加圧ヘッドの平坦度は数ミクロン以内に調整する必要がある。

しかしながら本発明の実装方法では、粘着材の弾力性が加圧時の平坦度のバラツキを均一にする作用があるため、加圧冶具の平坦度の調整を高精度に行う必要がなく、実装機の平坦度調整などのメンテナンスが非常に簡単になる。

また室温で実装を行う場合は、実装機そのものに加熱機構を備える必要がないため、実装機の電力消費がほとんどなく低コストで実装機を動かす事ができる。加熱する場合も８０℃程度までなので、従来例の方式と比べても電力の消費が大幅に少なくて済む。

以上の説明からも明白なように、本発明の回路基板の実装体では低温、かつ低加重で実装工程を行うことができる。

さらに変形しやすい薄型基板や耐熱性の低いプラスチック基板への回路基板の実装や微細な配線パターンをもつ回路基板への接続を精度良く、低コストで行うことができる実装方法を提供することが出来る。

本発明の回路基板の実装体を説明する斜視図である。 本発明で用いる回路基板の構造を示す図である。 本発明で用いる回路基板の構造を示す図である。 本発明で用いる粘着シートの構造を示す断面図である。 本発明の回路基板の実装方法を示す断面図である。 本発明における回路基板の実装後の状態を示す断面図である。 本発明で用いる導体パターン上に形成する凸構造を示す斜視図である。 本発明における回路基板の実装後の状態を示す断面図である。 従来の回路基板の実装方法を示す断面図である。

符号の説明

１０ 回路基板
１１ 第１絶縁層
１２ 導体パターン
１３ 第２絶縁層
１４ 回路基板端子部
３０ 粘着シート
３１ 支持体
３２ 粘着材
４０ 電子回路
４１ 電子回路第１絶縁層
４２ 電極端子
４３ 電子回路第２絶縁層
４４ 電極端子部
６０ 応力
７０ 凸構造
９０ ガラス基板
９１ 透明電極膜
９２ 導電粒子
９３ 異方性導電接着膜
９４ 加熱ヘッド

Claims (5)

1. 第１絶縁層の上に導電パターンが形成され、前記導電パターンのさらに上に第２絶縁層が形成されている回路基板と、電極端子が露出している電極端子部を有する電子回路とを電気的に接続した回路基板の実装体において、
   前記回路基板は、前記第１絶縁層と第２絶縁層との両方の一部を開口して前記導電パターンが露出されている回路基板端子部を備え、
   常温で粘着性を有する粘着シートと前記電子回路における前記電極端子部との間に、前記回路基板端子部を挟んで、前記回路基板と前記電子回路とが電気的に接続固定されていることを特徴とする回路基板の実装体。
2. 前記粘着シートは、少なくとも前記導体パターンの厚さと前記電子回路の電極端子の厚さとを合わせた総厚よりも厚いことを特徴とする請求項１に記載の回路基板の実装体。
3. 前記粘着シートは、弾力性のある支持体と、該支持体の片面側に配置されている粘着材とを備えた構造であることを特徴とする請求項１に記載の回路基板の実装体。
4. 前記回路基板端子部における前記導電パターン上、または前記電子回路の電極端子上の少なくとも一方に凸構造の導電性材料を設けていることを特徴とする請求項１に記載の回路基板の実装体。
5. 前記電子回路とは、プラスチック基板を用いた装置の構成部分であり、前記電子回路の電極端子とは、前記プラスチック基板上に配置されている外部回路との接続電極であることを特徴とする請求項１に記載の回路基板の実装体。

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