JP2004140384A

JP2004140384A - プリント配線基板の接続方法

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Publication number: JP2004140384A
Application number: JP2003384594A
Authority: JP
Inventors: Akihide Sato; 佐藤　晶英
Original assignee: NEC Akita Ltd
Current assignee: NEC Akita Ltd
Priority date: 2003-11-14
Filing date: 2003-11-14
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2019-07-08
Also published as: JP4133756B2

Abstract

【課題】フレキシブル基板とリジッド基板の異方性導電接着剤による接続信頼性を向上する。
【解決手段】リジッド基板１の接続端子３間に設けられた凸状絶縁体４を対向するフレキシブル基板５の接続端子７間に設けられた貫通孔１０に挿入し、異方性導電接着剤８でフレキシブル基板５の接続端子７とリジッド基板１の接続端子３を加熱加圧して電気的に接続する。
【選択図】　　　図１

Description

　本発明は、プリント配線基板の接続方法に関し、特にフレキシブルプリント配線基板とリジッドプリント配線基板の接続方法に関する。

　近年ポリイミドフィルムのような可撓性を有するフレキシブルプリント配線基板（以下、フレキシブル基板）は、空間を有効利用できるために基板同士を接続する手段、特にフレキシブル基板とは呼べないようなリジッドなプリント配線基板（以下、リジッド基板）間の接続や、半導体装置を搭載してリジッド基板に接続するためのＴＡＢ式基板として各種電子装置に広く使用されている。

　従来、フレキシブル基板をリジッド基板に接続する方法としては、これらの二つの基板の端子間を半田や導電性ペーストで接続する方法があるが、これらの方法は最近の狭小化された端子を有する基板間の接続には端子間が半田や導電ペーストでショートを起こしやすいためにこれらの方法に代わって異方性導電接着剤を使用した接続方法が開発され使用されるようになった。

　図７は、特開平５―７４８５０号公報（第1の従来例）に開示されている異方性導電接着剤を使用して半導体装置を搭載したフレキシブル基板をガラス基板（リジッド基板）に接続する例である。図６に示すように、電極パターン１５を設けたガラス基板１４と、対向するフレキシブル基板１６にリード１７とリードよりも厚い凸部（絶縁層）１８を設け、フレキシブル基板１６の凹んだリード１７に電極パターン１５をかみ合わせ、異方性導電接着剤（表示していない）を用いて接続をはかる構成である。

　図８は特開平５―２２６８０１号公報（第２の従来例）で開示されているリジッド基板同士を接続する方法で、フレキシブル基板とリジッド基板の接続にも応用できる方法であり、液晶表示パネル１９のガラス基板２０（リジッド基板）の接続端子２１に、これにガラス基板２３製の回路基板２２（リジッド基板）の接続端子２５（絶縁膜２４上にめっき等で形成）を異方性導電接着剤２８（絶縁性接着剤２７に導電性微粒子２６を分散させたもの）で接続した例である。

　また、図９は特開平７―９２９２０号公報（第３の従来例）に開示されている液晶表示パネル２９のガラス基板３０（リジッド基板）の接続端子３１にＴＣＰ(テーブキャリアパッケージ)３２（フレキシブル基板）の接続端子３３を異方性導電接着剤で接続する例である。異方性導電接着剤としては合成樹脂膜３４中に導電粒子３５と導電粒子３５よりも粒径の小さい絶縁粒子３６を混入したものが使用されている。

　上記の第１の従来例では、フレキシブル基板１６のリード間に凸部（絶縁層）１８を設け、ガラス基板１４の電極パターン１５との位置合わせを容易化しているが、異方性導電接着剤を挟み込む時に混入した導電性異物により、電極パターン（リード）間に電気的なショートが発生する可能性がある。本技術においては、フレキシブル基板１６のリード１７とガラス基板１４の電極パターン１５間の距離は凸部（絶縁層）１８の高さで規制されることになり、異方性導電接着剤の塗布量のバラツキにより電極パターン１５とリード１７間の接続抵抗にバラツキが生じやすい問題があり、また両基板間の異方性導電性接着剤の量が少ないために両基板の機械的な接続強度が低下する問題があった。

　上記の第２の従来例では、異方性導電接着剤２８を挟み込む時に混入した導電性異物により接続端子間に電気的なショートが発生する問題や両基板間の合わせずれが大きくなる問題があった。

　また、上記の第３の従来例では、異方性導電接着剤の合成樹脂膜３４中に導電粒子３５よりも小さな絶縁粒子３６の添加により、導電粒子３５同士が隣接端子間で接触しあいリーク(短絡による電気的な漏れ)が発生することを防止しているが、ＴＣＰ３２と液晶パネル２９の合わせずれの問題や上記の二つの公報の技術と同様に、異方性導電接着剤を液晶表示パネルとＴＣＰの間に挟み込む時に混入する導電性異物により隣接した接続端子間の電気的なショートが発生する可能性があった。

　また、上記の技術にはその他次のような共通的な問題点があった。
（１）フレキシブル基板の基材により接続端子が見えないために、各々の接続端子を目合わせする時に個別にアライメントマークを設ける必要があった。また、目視による出来映え確認が難しかった。
（２）リジッド基板とフレキシブル基板の熱膨張率が大きく、熱圧着時に各々が熱伸縮し、接続端子の位置ずれが生じる。このときにずれを規制するものが無いためにずれた状態で異方性導電接着剤が熱硬化し、電気的なオープン・ショートの原因となっていた。

　本発明の目的は、上記のような異方性導電接着剤を使用する基板接続技術の問題点を解決したフレキシブル基板とリジット基板の接続方法を提供することである。

　本発明は、フレキシブル基板の接続端子とリジッド基板の接続端子を対向させて異方性導電接着剤で電気的に接続するプリント配線基板の接続方法において、前記リジッド基板の前記接続端子間に設けられた凸状絶縁体を対向する前記フレキシブル基板の前記接続端子間に設けられた貫通孔に挿入し、前記異方性導電接着剤で前記フレキシブル基板の前記接続端子とそれに対向する前記リジッド基板の前記接続端子が電気的に接続されていることを特徴として構成される。

　前記凸状絶縁体の厚さは、前記リジッド基板の前記接続端子の厚さと前記フレキシブル基板の前記接続端子の厚みよりも厚く、前記リジッド基板の前記接続端子の厚さと前記フレキシブル基板の厚みよりも薄くする構成とすることにより異方性導電接着剤と基板との接触面積を増加させて両基板間の機械的接続強度を向上し、また異方性導電接着剤表面等に付着した導電性異物を前記両基板の前記接続端子表面から隔離でき導電性異物による前記接続端子間のショートを防止することができる。

　前記凸状絶縁体を前記リジッド基板の前記接続端子間に設け、これを前記フレキシブル基板の前記接続端子間に設けた貫通孔に挿入して前記異方性導電接着剤で両基板を接続するようにすることにより両基板の対応する端子同士の合わせずれを低減できることができる。

　以上説明したように本発明では次のような効果を得ることができる。
（１）フレキシブル基板に貫通孔を設けたために、熱圧着前の目合わせによる位置決め及び熱圧着後の出来映え確認が容易となる。
（２）フレキシブル基板の貫通孔にプリント基板の凸状絶縁体を熱圧着時に挿入することで、熱圧着時の熱伸縮等による各々の基板の端子ずれが規制され、端子ずれによる電気的なオープン・ショートの発生を防止できる。
（３）フレキシブル基板の貫通孔にプリント基板の凸状絶縁体を熱圧着時に挿入することで、異方性導電接着剤を挟み込むときに混入した導電異物を隣接する端子間から押しのけることができ、電気的なショートの発生を防止できる。
（４）熱圧着時に異方性導電接着剤がフレキシブル基板の貫通孔の側面とプリント基板の凸状絶縁体の周囲に付着するために異方性導電接着剤の基板との接着する面積が増え、両基板と異方性導電接着剤機械的な接続強度を向上することができる。

　本発明の第１の実施の形態のフレキシブル基板とリジッド基板とを接続する接続方法について図面を参照して説明する。

　図１は本発明の第１の実施の形態によるフレキシブル基板とリジッド基板との基板接続構造を示す拡大断面図である。図中符号１はリジッド基板、２はリジッド基板の基材である。また、符号３はリジッド基板の表面に形成された接続端子であり、符号４はリジッド基板１の接続端子間に形成された凸状絶縁体である。

　図中符号５はフレキシブル基板、６はその基材、７はフレキシブル基板５をリジッド基板１に接続するための接続端子である。また、符号８は両基板の端子間を電気的に接続するための異方性導電接着剤であり、符号１０はフレキシブル基板５の貫通孔であり、フレキシブル基板５の接続端子７間に基材６を貫通して設けられる。

　図１のように本発明の第１の実施の形態では、リジッド基板１の接続端子３間に設けられた凸状絶縁体４がフレキシブル基板５の接続端子７側から貫通孔１０に挿入され、異方性導電接着剤８をフレキシブル基板５の接続端子７と反対面から貫通孔１０に熱溶融浸入させて両基板の接続端子３，７間に挟み込み熱圧着させて両基板の端子間を異方性導電接着剤８を介して電気的に接続した構造を特徴とするものである。

　図２は図１のリジッド基板１の構造を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ―Ａ‘線に沿った断面図である。リジット基板１の基材には、ガラス繊維で強化されたエポキシ樹脂やポリイミド樹脂や透明ガラス基板等を使用でき、接続端子３は、銅箔をエッチングでパターニングし、その表面にニッケルめっきと金めっき等を施したものが使用される。

　リジッド基板１の接続端子３間に設けた凸状絶縁体４は感光性レジストのフォトリソグラフィによるパターニングや熱硬化性レジストのレーザ光による微細加工により形成され、フレキシブル基板５の貫通孔１０に挿入できるサイズで矩形体または四角錘台の形状をしている。このときの凸状絶縁体４の厚さは、リジッド基板１の接続端子３の厚みにフレキシブル基板５（図３参照）の接続端子７の厚みを加えたものよりも厚く、リジッド基板１の接続端子３の厚みとフレキシブル基板５の厚み（端子＋基材）を加えたものよりも薄くする必要がある。凸状絶縁体４の厚さがリジッド基板の接続端子の厚みにフレキシブル基板の接続端子の厚みを加えたものよりも厚くリジッド基板の接続端子の厚みにフレキシブル基板の接続端子の厚みを加えたものよりも薄くなると凸状絶縁体表面に押しやられる導電性異物により端子間のショートは発生しやすくなる。また凸状絶縁体４の厚さが、リジッド基板の接続端子の厚みとフレキシブル基板の厚み（端子＋基材）を加えたものよりも厚くなると両基板間で異方性導電接着剤の導電粒子を潰す為に必要な加圧力が不足するので好ましくない。

　なお、凸状絶縁体４形成用の感光性レジストや熱硬化性レジストとしてはエポキシ樹脂系レジストを使用することができる。

　接続端子３の両側には接続端子３に接続する配線等を保護するためにレジスト９が被覆されるが、レジスト９には、凸状絶縁体４形成用の感光性レジストや熱硬化性レジストを使用することができる。

　図３は図１のフレキシブル基板５の構造を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ―Ａ‘線に沿った断面図である。フレキシブル基板５の基材には、可撓性のすぐれたポリイミド樹脂等が使用される。接続端子７は、銅箔をエッチングでパターニングし、その表面にニッケルめっきと金めっき等を施したものが使用される。貫通孔１０はパンチング加工等で接続端子７間に図２のリジッド基板１の凸状絶縁体４が挿入できるサイズに加工される。なお、フレキシブル基板５側を櫛歯状にすると、そのフレキシブル性のため接続部が変形する懸念があるので、基材に貫通孔を設けただけの構成としている。

　図４は、図１の本発明の第１の実施の形態の基板接続構造を形成する方法を説明するための概略断面図である。

　図４を参照して第１の実施の形態の基板接続構造形成方法について詳細に説明する。まず、図２に示した構造のリジッド基板１に厚さ３０〜５０μｍのフィルム状の異方性導電性接着剤８をセットする。

　次いで、異方性導電接着剤８上に図３の構造のフレキシブル基板とクッション材１２を順次セットした後、ヒートツール１１でクッション材１２表面から異方性導電性接着剤８が再溶融して硬化する温度で所定の時間加圧加熱し、異方性導電接着剤８で両基板の端子間を電気的に接続する。この方法により図１の基板接続構造を得ることができる。なお、異方性導電接着剤８のバインダ樹脂には熱硬化性のエポキシ樹脂やウレタン樹脂が使用でき、また異方性導電接着剤８の導電粒子には、ニッケル等の金属粒子またはアクリル系樹脂球にニッケルや金めっきを施したものやさらにこれらに絶縁コートした直径４〜８μｍの粒子が使用される。

　図５は従来の基板接続構造と本発明の基板接続構造を比較した基板要部の拡大断面図である。図５からわかるように、本発明（図５（ｂ）参照）では、従来の基板接続構造（図５（ａ）参照）と比較して次のような優れた効果を得ることができる。
（１）リジッド基板の凸状絶縁体とフレキシブル基板の貫通孔を位置ずれの規制に使用することが可能となり、ずれによる電気的なオープン・ショートが無くなる。
（２）隣接する接続端子間の導電性異物１３を凸状絶縁体４で端子間から押しのけることにより電気的なショートを防ぐことが可能となる。
（３）異方性導電接着剤８のフレキシブル基板５及びリジッド基板１と接触する面積が従来構成と比較すると大幅に増えることで機械的な接続強度を保たせることが可能となる。
（４）フレキシブル基板５の貫通孔１０によりフレキシブル基板とリジッド基板１の接続端子７間の目合わせによる位置決め及び出来映え確認が容易となる。

　次に本発明の第２の実施の形態の基板接続方法について図６を参照して説明する。本発明の実施の形態では、上記の第１の実施の形態においてリジッド基板１の接続端子３間に設けた凸状絶縁体４の形状をその断面形状が階段形状になるように形成した場合であり、接続構造は第１の実施の形態と同様な工程で形成される。

　リジッド基板１の接続端子３間に設けた凸状絶縁体４はエポキシ樹脂系の感光性レジストのフォトリソグラフィによるパターニングや熱硬化性エポキシ樹脂の硬化樹脂膜のレーザ加工による微細加工により形成され、フレキシブル基板５の貫通孔１０に挿入できるサイズで矩形体または四角錘台の形状をしている。このときの凸状絶縁体４の全体の厚さは、上記の第１の実施の形態と同様にリジッド基板１の接続端子３の厚みにフレキシブル基板５（図５参照）の接続端子７の厚みを加えたものよりも厚く、リジッド基板１の接続端子３の厚みとフレキシブル基板５の厚み(端子+基材)を加えたものよりも薄くする必要がある。凸状絶縁体４の厚さがリジッド基板の接続端子の厚みにフレキシブル基板の接続端子の厚みを加えたものよりも厚くリジッド基板の接続端子の厚みにフレキシブル基板の接続端子の厚みを加えたものよりも薄くなると凸状絶縁体表面に押しやられる導電性異物により端子間のショートは発生しやすくなる。また凸状絶縁体４の厚さが、リジッド基板の接続端子の厚みとフレキシブル基板の厚み（端子＋基材）を加えたものよりも厚くなると両基板間で異方性導電接着剤の導電粒子を潰すために必要な加圧力が不足するので好ましくない。

　本実施の形態では、凸状絶縁体４の形状をその断面形状が階段形状になるように形成することにより上記第１の実施の形態と比較して、異方性導電接着剤との接触面積をさらに増加させることができ、機械的接続強度を向上できる効果がある。

本発明の第１の実施の形態の基板接続構造を示す断面拡大図である。本発明の第１の実施の形態の基板接続構造に使用されるリジッド基板の構造断面図である。本発明の第１の実施の形態の基板接続構造に使用されるフレキシブル基板の構造断面図である。本発明の第１の実施の形態の基板接続構造の形成方法を説明するための概略断面図である。従来の基板接続構造と本発明の基板接続構造を比較した基板要部の拡大断面図である。本発明の第２の実施の形態の基板接続構造を示す断面拡大図である。従来の第1の基板接続構造例を示す断面拡大図である。従来の第２の基板接続構造例を示す断面拡大図である。従来の第３の基板接続構造例を示す断面拡大図である。

符号の説明

　１　　リジッド基板
　２，６　　基材
　３，７，２１，２５，３１，３３　　接続端子
　４　　凸状絶縁体
　５，１６　　フレキシブル基板
　８，２８　　異方性導電接着剤
　９　　レジスト
　１０　　貫通孔
　１１　　ヒートツール
　１２　　クッション
　１３　　導電性異物
　１４，２０，２３，３０　　ガラス基板
　１５　　電極パターン
　１７　　リード
　１８　　凸部（絶縁層）
　１９，２９　　液晶表示パネル
　２２　　回路基板
　２４　　絶縁膜
　２６　　導電性微粒子
　２７　　絶縁性接着剤
　３２　　ＴＣＰ
　３４　　合成樹脂膜
　３５　　導電粒子
　３６　　絶縁粒子

Claims

配列された第1接続端子を有し、前記第1接続端子間に配置された凸状絶縁体を有する平らなリジッド基板を提供することと、
　前記第１接続端子に対応する第２接続端子を有し、前記第２接続端子間に設けられた貫通孔を有するフレキシブル基板を提供することと、
　前記リジッド基板の上に異方性導電接着膜を載せ、前記第１接続端子と前記第２接続端子が対応するように、前記異方性導電接着膜の上に前記フレキシブル基板を載せることと、
　前記凸状絶縁体が前記貫通孔に挿入され、前記異方性導電接着膜が再溶融して前記フレキシブル基板の前記接続端子とそれに対向する前記リジッド基板の前記接続端子が前記異方性導電接着剤で電気的に接続されるように、前記フレキシブル基板と前記異方性導電接着膜とを前記リジッド基板に加圧加熱することと
を具備するプリント配線基板の接続方法。
前記凸状絶縁体の厚さは、前記リジッド基板の前記接続端子の厚さと前記フレキシブル基板の前記接続端子の厚さの和よりも厚く、前記リジッド基板の前記接続端子の厚さと、前記フレキシブル基板の前記接続端子の厚みと前記フレキシブル基板の厚みの和よりも薄い請求項１記載のプリント配線基板の接続方法。
前記凸状絶縁体の形状が矩形体，四角錘台形体またはそれらの階段状の形状であることを特徴とする請求項１記載のプリント配線基板の接続方法。
前記リジッド基板を提供することは、
　感光性レジストのフォトリソグラフィによるパターニングまたは熱硬化性レジストのレーザ加工により前記凸状絶縁体を形成することを具備する請求項１乃至３のいずれかに記載のプリント配線基板の接続方法。
前記感光性レジストはエポキシ樹脂系レジストである請求項４記載のプリント配線基板の接続方法。
前記熱硬化性レジストはエポキシ樹脂系レジストである請求項４記載のプリント配線基板の接続方法。
前記リジッド基板の前記第１接続端子および前記フレキシブル基板の前記第２接続端子が銅箔上にニッケルめっきと金めっきを順次被覆することにより形成されている請求項１乃至６のいずれかに記載のプリント配線基板の接続方法。
前記フレキシブル基板の前記貫通孔の長さは前記フレキシブル基板の前記接続端子の長さと同一であり、かつ前記貫通孔の幅は前記リジッド基板の前記凸状絶縁体の幅よりも大きい請求項１乃至7のいずれかに記載のプリント配線基板の接続方法。
前記異方性導電接着剤は前記凸状絶縁体の表面、前記フレキシブル基板の前記第２接続端子とそれに対向する前記リジッド基板の前記第１接続端子間、前記貫通孔壁、前記フレキシブル基板の前記第１接続端子側面および前記リジッド基板の前記第１接続端子側面を被覆する請求項１乃至８のいずれかに記載のプリント配線基板の接続方法。
前記異方性導電接着剤のバインダ樹脂は、熱硬化性のエポキシ樹脂またはウレタン樹脂である請求項１乃至９のいずれかに記載のプリント配線基板の接続方法。