JP4849908B2 - リジッド基板の接続構造 - Google Patents

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Description

この発明は、プリント基板同士を接続する技術に関し、さらに詳しくは、リジッド基板とフレキシブル基板とを接続する場合において、リジッド基板の表面と裏面に両方フレキシブル基板を接続し、フレキシブル基板の部分を可撓性を有するケーブル部として用いる技術に関する。
従来のリジッド基板の接続構造としては、図７に示すようなものが知られている（例えば、特許文献１参照）。図７に示すように、この接続構造は、一対のリジッド基板１０１，１０２の接続部同士が、表面側同士および裏面側同士がそれぞれフレキシブル基板１０３，１０４で連結されている。ここで、２枚のフレキシブル基板１０３，１０４同士がリジッド基板１０１，１０２の厚さの分だけ離れる中空構造になっている。この接続構造では、リジッド基板１０１，１０２の表面と裏面とにフレキシブル基板１０３，１０４が接続されているため、小さな接続面積にて多くの信号線を接続することが可能である。
図８に示すように、リジッド基板１０１，１０２を相対移動させてフレキシブル基板１０３，１０４を屈曲させた場合、屈曲に内径と外径の差が生じ、屈曲内側に位置するフレキシブル基板１０４におけるリジッド基板１０１，１０２の接続部の近傍箇所１０４ａ，１０４ｂで過度の応力集中が生じるという問題があった。
このような問題に対する方策として、フレキシブル基板のリジッド基板の接続部近傍に、切り込み状の剛性抑制部を設けたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、この方法ではフレキシブル基板の屈曲応力の緩和に有効であるが、屈曲の内側と外側とでケーブル（フレキシブル基板）の長さが同じであり、内側のケーブルが外側のケーブルに規制されて複雑な屈曲をしてしまうという問題がある。このような複雑な屈曲が生じると、フレキシブル基板の耐屈曲寿命が短くなり、配線回路が断線し易くなるという問題がある。
特開平８−１１６１４７号公報 特開２００３−１０１１６５号公報
そこで、本発明の目的は、屈曲時にフレキシブル基板に応力集中が起こらず、屈曲寿命の長いリジッド基板の接続構造を提供することにある。
本発明の特徴は、一対のリジッド基板の対応した接続部同士の、表面側同士および裏面側同士がそれぞれフレキシブル基板で連結され、前記フレキシブル基板同士が対向するように設けられたリジッド基板の接続構造であって、フレキシブル基板同士がリジッド基板の接続部の近傍で、リジッド基板の厚さよりも狭い間隔となるように貼り合わされており、前記フレキシブル基板同士は、前記接続部の近傍で、両面に接着剤が設けられた補強板を介して貼り合わされていることを要旨とする。
本発明のリジッド基板の接続構造では、フレキシブル基板同士を貼り合わせた状態で、リジッド基板の接続部の近傍にあるフレキシブル基板同士の間の間隙に樹脂が充填されている構成であってもよい。
本発明のリジッド基板の接続構造では、フレキシブル基板が、絶縁性基材の片方の面のみに配線層が形成されたものであり、一対のフレキシブル基板が、互いに前記配線層が対向内側となるように配置されていることが好ましい。
本発明によれば、フレキシブル基板間の間隔をリジッド基板の厚さよりも狭くなるように貼り合わされたことにより、屈曲時の内径と外径の差を小さくでき、屈曲外側に位置するフレキシブル基板と、屈曲内側に位置するフレキシブル基板の撓み状態がほぼ等しくなるため、屈曲内側に位置するフレキシブル基板に局所的に応力集中が発生して配線回路が断線することを防止できる。
また、本発明によれば、リジッド基板とフレキシブル基板との接続部に応力が集中することを避けることができるため、接続部が破損することを防止できる。
以下、本発明の実施の形態に係るリジッド基板の接続構造の詳細を図面に基づいて説明する。但し、図面は模式的なものであり、各材料層の厚みやその比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
（第１の実施の形態）
図１〜図３は、本発明の第１の実施の形態に係るリジッド基板の接続構造を示している。なお、図１はリジッド基板の接続構造を示す平面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は屈曲した状態を示す断面図である。
本実施の形態に係るリジッド基板の接続構造は、図１〜図３に示すように、一対の第１および第２リジッド基板１０，２０と、一対の第１および第２フレキシブル基板３０，４０と、接着層５０と、から大略構成されている。本実施の形態では、第１および第２フレキシブル基板３０，４０同士が第１および第２リジッド基板１０，２０の接続部の近傍で、第１および第２フレキシブル基板３０，４０間の間隔が第１および第２リジッド基板１０，２０の厚さよりも狭くなるように接着層５０で貼り合わされている。
〈各部材の構成〉
以下、リジッド基板の接続構造の説明に先駆けて、各部材の構成について説明する。図２および図３に示すように、第１リジッド基板１０は、絶縁基板（基材）１１と、絶縁基板１１の一方の表面にパターン形成された複数の配線パターン１２と、絶縁基板１１の他方の表面にパターン形成された複数の配線パターン１３と、これらの配線パターン１２，１３が形成された絶縁基板１１のそれぞれの面に図示しない接着層を介して設けられたレジスト層（カバー層）１４，１５と、を備えて大略構成されている。
絶縁基板１１は、例えばガラスエポキシ、ＳＥＭ３、紙エポキシ等でなる。配線パターン１２，１３は、絶縁基板１１の上に貼り付けた銅箔を、例えばサブトラクティブ法によりパターン加工して形成されている。図示しない接着層としては、例えば、ポリイミド系、エポキシ系、オレフィン系などの各種樹脂系接着剤を用いることができる。
この第１リジッド基板１０は、絶縁基板１１の所定の端部の両面に、それぞれ複数の配線パターン１２の接続用端子部１２Ａが露出する接続領域と、配線パターン１３の接続用端子部１３Ａが露出する接続領域とを備えている。この接続領域は、レジスト層１４，１５が存在しない部分である。これら接続用端子部１２Ａ同士および接続用端子部１３Ａ同士は、互いに平行をなすように（横並びに）形成されている。
なお、第２リジッド基板２０の構成は、上記第１リジッド基板１０と同様であるため類似の符号を付してその説明を省略する。
第１フレキシブル基板３０は、絶縁基板３１の一方の面に、複数の配線パターン３２が形成されている。そして、第１フレキシブル基板３０の一方の端部には、上記第１リジッド基板１０の接続用端子部１２Ａと同数の接続用端子部３２Ａが露出するように設けられ、他方の端部には、上記第２リジッド基板２０の接続用端子２２Ａと同数の接続用端子部３２Ｂが設けられている。配線パターン２２が形成された絶縁基板３１の上には、接続用端子部３２Ａ，３２Ｂの領域のみが露出するようにカバー層３３が形成されている。絶縁基板３１の構成材料としては、例えばポリイミド、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等を用いることができる。
また、第２フレキシブル基板４０の構成は、上記第１フレキシブル基板３０の構成と同様であるため、類似の符号を付してその説明を省略する。
〈リジッド基板の接続構造〉
本実施の形態に係るリジッド基板の接続構造では、図２に示すように、第１リジッド基板１０と第２リジッド基板２０の対応する接続領域同士（表面と裏面）を、第１フレキシブル基板３０および第２フレキシブル基板４０で接続したものである。
第１フレキシブル基板３０の一方の端部の複数の接続用端子部３２Ａは、第１リジッド基板１０の複数の接続用端子部１２Ａにそれぞれ対応する接続用端子部同士が半田付けされている。また、第１フレキシブル基板３０の他方の端部の複数の接続用端子部３２Ｂは、第２リジッド基板２０の複数の接続用端子部２２Ａにそれぞれ対応する接続用端子部同士が半田付けされている。
第２フレキシブル基板４０の一方の端部の複数の接続用端子部４２Ａは、第１リジッド基板１０の複数の接続用端子部１３Ａにそれぞれ対応する接続用端子部同士が半田付けされている。また、第２フレキシブル基板４０の他方の端部の複数の接続用端子部４２Ｂは、第２リジッド基板２０の複数の接続用端子部２３Ａにそれぞれ対応する接続用端子部同士が半田付けされている。
そして、図２に示すように、本実施の形態では、第１および第２フレキシブル基板３０，４０同士が第１および第２リジッド基板１０，２０の接続部の近傍で、第１および第２フレキシブル基板３０，４０間の間隔が第１および第２リジッド基板１０，２０の厚さよりも狭くなるように接着層５０で貼り合わされている。
本実施の形態では、第１および第２フレキシブル基板３０，４０が、互いに配線パターン３２，４２が対向内側となるように、すなわち、絶縁基板３１，４１が外側に位置するように配置されている。
なお、接着層５０で貼り合わされた部分以外の第１および第２フレキシブル基板３０，４０の中間部分は、互いに接着されておらず中空構造となっている。図３は、本実施の形態のリジッド基板の接続構造において第１および第２リジッド基板１０，２０が互いに平行になるように屈曲させた状態を示す断面図である。
本実施の形態のリジッド基板の接続構造によれば、第１および第２フレキシブル基板３０，４０間の間隔を第１および第２リジッド基板１０，２０の厚さｔよりも狭くなるように接着層５０で貼り合わされたことにより、屈曲時の内径と外径の差を小さくすることができ、屈曲外側に位置するフレキシブル基板と、屈曲内側に位置するフレキシブル基板の撓み状態がほぼ等しくなるため、屈曲内側に位置するフレキシブル基板に局所的に応力集中が発生して配線パターンが断線したり、局所的に劣化が発生することを防止できる。
また、本実施の形態に係るリジッド基板の接続構造によれば、リジッド基板とフレキシブル基板との接続部に応力が集中することを避けることができるため、接続部が破損することを防止できる。
さらに、本実施の形態では、第１および第２フレキシブル基板３０，４０が、互いに配線パターン３２，４２が対向内側となるように、すなわち、絶縁基板３１，４１が外側に位置するように配置されているため、第１および第２フレキシブル基板３０，４０が屈曲したときに、配線パターン３２，４２が対向内側に位置するため、両方向に対する屈曲においても変形の度合いを低くすることができ、配線パターン３２，４２の耐久性を向上させることができる。
（実施例）
以下、リジッド基板の接続構造の実施例の具体的な材料および寸法例を以下に説明する。リジッド基板１０，２０の絶縁基板１１，２１の厚さは、例えば、０．４ｍｍ、０．６ｍｍ、０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍ、１．６ｍｍ、２．０ｍｍ、２．４ｍｍ等を採用することができる。これら絶縁基板１１，２１は、ガラスエポキシ、ＳＥＭ−３等の材料でなる。また、第１フレキシブル基板３０，４０における絶縁基板３１，４１の厚さは、２５μｍを基本にして、その１／２、１／３、１／４を用いることができる。そして、絶縁基板３１，４１上に形成された配線パターン３２，４２の厚さは、３５μｍを基本に、その１／２、１／３、１／４等を採用することができる。
また、配線パターン１２，１３，２２，２３，３２，４２は、圧延銅箔、電解銅箔を用いることができる。接続用端子部１２Ａ，１３Ａ，２２Ａ，２３Ａ，３２Ａ，３２Ｂ，４２Ａ，４２Ｂの幅は１０〜５００μｍであり、これら接続用端子部の間隔は１０〜５００μｍである。
そして、第１および第２リジッド基板１０，２０の接続部近傍における、第１および第２フレキシブル基板３０，４０同士の間隔は、第１および第２リジッド基板１０，２０同士を電子機器に搭載したときに行われる動作に応じてその間隔を適宜設定することができる。具体的には、第１および第２リジッド基板１０，２０の一方に対して他方が捻れた位置に移動するような所謂α巻き動作を行う場合には、フレキシブル基板３０，４０の屈曲部の長さを３０〜１００ｍｍ程度に設定することが好ましい。また、第１および第２リジッド基板１０，２０同士をクランク状に曲げるような場所に配置する場合には、フレキシブル基板３０，４０の屈曲部の長さを５〜３０ｍｍ程度に設定することが好ましい。
カバー層３３，４３の厚さは、２５μｍ又は１２μｍである。これらカバー層３３，４３を接着する接着層の厚さは、例えば１０〜３０μｍである。なお、本発明は上記した材料および寸法等に限定されるものではない。
なお、本実施の形態に係るリジッド基板の接続構造を作製するには、第１および第２リジッド基板１０，２０の接続領域で、接続用端子部同士を半田付けすると共に、予めリジッド基板の接続部近傍に塗布して形成した接着層５０に第２フレキシブル基板３０，４０を接着すればよい。半田付けに際しては、接続用端子部のうち少なくともどちらか一方の表面に、はんだめっき層を形成し、第１フレキシブル基板３０および第２フレキシブル基板４０の両端部を図示しないヒータチップ（加熱加圧ヘッド）で熱と圧力を加えればよい。本実施の形態では、半田めっきを用いて接合させたが、半田めっきの他に、鉛入り半田ペースト、鉛フリー半田ペースト、錫めっき等を用いて接合させたり、超音波を用いた金属接合を行ってもよい。
〈フレキシブル基板に応力集中が発生するメカニズム〉
ここで、図４を用いて、フレキシブル基板に応力集中が発生するメカニズムを説明し、加えて、第１および第２フレキシブル基板３０，４０同士の間隔を第１および第２リジッド基板１０，２０の厚さよりも狭く設定した場合に屈曲させたときに応力集中が起こりにくくなる理由を説明する。
図４（ａ）は、第１および第２リジッド基板１０，２０の対応する表面側同士、裏面側同士を、それぞれ第１フレキシブル基板３０と第２フレキシブル基板４０とで連結した状態を模式的に示す図である。図４（ａ）に示すように、第１および第２フレキシブル基板３０，４０の長さをＬ１，Ｌ２とする。第１および第２リジッド基板１０，２０同士を平行をなすように屈曲させた場合、仮に第１および第２フレキシブル基板３０，４０が重ならないとすれば、図４（ｂ）に示すように、第１および第２フレキシブル基板３０，４０は自然な曲線を描く。しかし、実際には、これら第１および第２フレキシブル基板３０，４０が重なっていると、図４（ｃ）に示すように、屈曲に伴ってある時点で第２フレキシブル基板４０の中央部が第１フレキシブル基板３０の中央部に当接して自然な移動が阻止される。したがって、第２フレキシブル基板４０は、第１および第２リジッド基板１０，２０の近傍で半径が小さい屈曲部を形成する。このように第１フレキシブル基板３０で第２フレキシブル基板４０の移動が阻止されて屈曲部を形成する度合いは、図４（ｃ）において一点鎖線で示す内径線ｘの長さＬ２ｘと、第１フレキシブル基板３０の長さＬ１との差が大きいほど強い。
ここで、第１フレキシブル基板３０が自然に曲がった状態で示す曲線を短径がａ１、長径がｂ１の楕円曲線であると考えると、Ｌ１の長さは、
Ｌ１＝２・π・√（（ａ１２＋ｂ１２）／２）
であり、
Ｌ２ｘ＝２・π・√（（ａ２２＋ｂ２２）／２）
仮に、フレキシブル基板３０，４０の厚さを無視すれば、
ｂ１＝ｂ２
リジッド基板１０，２０の厚さをｔとすれば、
ａ２＝ａ１−ｔ
であり、Ｌ１とＬ２ｘとの差であるΔは、
Δ＝２・π・√（（ａ１２＋ｂ１２）／２）
−２・π・√（（（ａ１−ｔ）２＋ｂ１２）／２）
但し、ａ１−ｔ＞０
となり、ａ１、ｂ１が決まった状態、すなわちＬ１が決まった状態では、ｔが大きいほどΔは大きくなることが分かる。したがって、第１および第２リジッド基板１０，２０の厚みｔが厚いほど、第２フレキシブル基板４０の自然な曲線を描いた移動が阻止される度合いが強くなると言える。
よって、本実施の形態のリジッド基板の接続構造のように、第１および第２リジッド基板１０，２０の接続部近傍の第１および第２フレキシブル基板３０，４０の間隔をこれらリジッド基板の厚みｔよりも狭くすることにより、第２フレキシブル基板４０の自然な曲線を描いた移動が可能となる。なお、逆の向きに屈曲させた場合にも、同様のことが言える。
（第２の実施の形態）
次に、図５を用いて本発明の第２の実施の形態に係るリジッド基板の接続構造を説明する。なお、図５は本実施の形態のリジッド基板の接続構造を示す部分断面斜視図である。
本実施の形態のリジッド基板の接続構造は、上記第１の実施の形態に係るリジッド基板の接続構造に対して、第１および第２フレキシブル基板３０，４０の接着部分が、接着層５０／補強板５１／接着層５０の構造となっている点が異なる。本実施の形態の他の構成は、上記第１の実施の形態のリジッド基板の接続構造と同様であるため、同一の符号を付して説明を省略する。補強板５１としては、例えばポリイミド等の樹脂製の板や、金属板等を用いることができる。
本実施の形態のリジッド基板の接続構造は、第１および第２リジッド基板１０，２０の接続部側の端面に補強板５１の両面に接着層５０を塗布したものを用意し、第１および第２フレキシブル基板３０，４０を接合する際に、第１および第２リジッド基板１０，２０の接続部側の端面に、第１および第２フレキシブル基板３０，４０の間に配置させて加熱圧着等の方法により接着を行うことにより形成されている。本実施の形態によれば、上記第１の実施の形態のように単に接着層５０のみで第１および第２フレキシブル基板３０，４０同士を接着するのに比較して、より強固な接着部を構成でき、屈曲時に接着部に応力が掛かることを防ぐことができる。
（第３の実施の形態）
次に、図６を用いて本発明の第３の実施の形態に係るリジッド基板の接続構造を説明する。なお、図６は本実施の形態のリジッド基板の接続構造を示す断面図である。
本実施の形態のリジッド基板の接続構造は、上記第１の実施の形態に係るリジッド基板の接続構造に対して、第１および第２フレキシブル基板３０，４０の接着部分が、接着層５０／補強板５１／接着層５０の構造となっており、且つ第１および第２リジッド基板１０，２０の接続部の端面側の間隙に充填した樹脂層５２が設けられている点が異なる。本実施の形態の他の構成は、上記第１の実施の形態のリジッド基板の接続構造と同様であるため、同一の符号を付して説明を省略する。補強板５１としては、例えばポリイミド等の樹脂製の板や、金属板等を用いることができる。
本実施の形態のリジッド基板の接続構造は、第１および第２リジッド基板１０，２０の接続部側の端面に補強板５１の両面に接着層５０を塗布したものを用意し、第１および第２フレキシブル基板３０，４０を接合する際に、第１および第２リジッド基板１０，２０の接続部側の端面に、第１および第２フレキシブル基板３０，４０の間に配置させて加熱圧着等の方法により接着を行い、第１および第２リジッド基板１０，２０の接続部の端面側に形成されている間隙に樹脂充填を行って樹脂層５２を形成している。本実施の形態によれば、上記第１の実施の形態のように単に接着層５０のみで第１および第２フレキシブル基板３０，４０同士を接着するのに比較して、より強固な接着部を構成でき、樹脂層５２により屈曲時に接着部に応力が掛かることを防ぐことができる。
本発明の第１の実施の形態に係るリジッド基板の接続構造を示す平面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係るリジッド基板の接続構造であり、屈曲状態を示す断面図である。 （ａ）は第１および第２フレキシブル基板の間隔をリジッド基板の厚みと同じにした場合の非屈曲状態を示す説明図、（ｂ）は第１および第２フレキシブル基板が自然に屈曲した場合を示す説明図、（ｃ）は第２フレキシブル基板に局所的に屈曲部が形成された状態を示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態に係るリジッド基板の接続構造を示す部分断面斜視図である。 本発明の第３１の実施の形態に係るリジッド基板の接続構造を示す断面図である。 従来のリジッド基板の接続構造（屈曲していない状態）を示す断面図である。 従来のリジッド基板の接続構造（屈曲している状態）を示す断面図である。
符号の説明
１０ 第１リジッド基板
１１ 絶縁基板
１２，１３，２２，２３，３２，４２ 配線パターン
１２Ａ，１３Ａ，２２Ａ，２３Ａ，３２Ａ，３２Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ 接続用端
１４，１５ レジスト層
２０ 第２リジッド基板
２１ 絶縁基板
３０ 第１フレキシブル基板
３１，４１ 絶縁基板
３３，４３ カバー層
４０ 第２フレキシブル基板
５０ 接着層
５１ 補強板
５２ 樹脂層

Claims (3)

  1. 一対のリジッド基板の対応した接続部同士の、表面側同士および裏面側同士がそれぞれフレキシブル基板で連結され、前記フレキシブル基板同士が対向するように設けられたリジッド基板の接続構造であって、
    前記フレキシブル基板同士が前記リジッド基板の前記接続部の近傍で、前記リジッド基板の厚さよりも狭い間隔となるように貼り合わされており、
    前記フレキシブル基板同士は、前記接続部の近傍で、両面に接着剤が設けられた補強板を介して貼り合わされていることを特徴とするリジッド基板の接続構造。
  2. 前記フレキシブル基板同士を貼り合わせた状態で、前記リジッド基板の前記接続部の近傍にある前記フレキシブル基板同士の間の間隙に樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１に記載されたリジッド基板の接続構造。
  3. 前記フレキシブル基板は、絶縁性基材の片方の面のみに配線パターンが形成されたものであり、
    前記一対のフレキシブル基板は、互いに前記配線パターンが対向内側となるように配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載されたリジッド基板の接続構造。
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