JP5353614B2 - 基板挿入用コネクタ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、システムと電気的接続をする基板、カード、チップなどをカードエッジ方式で挿入して使用する基板挿入用コネクタ及びその製造方法に関する。

半導体素子の高集積化や高速化のみならず、低消費電力化により、携帯電話をはじめとする、電子辞書、ディジタルビデオ・カメラ、等の小型高性能の情報通信機器は、ますます開発が加速されている。これらのモバイル機器には、情報を記憶するメモリデバイスを内蔵した各種メモリカードが、カードエッジ方式の挿抜可能な状態で利用されている。このようなカードを挿入接続する凹型コネクタだけでなく、パーソナルコンピュータを中心にみられるＵＳＢ（Universal Serial Bus）規格の凹型コネクタが、プリンタ、マウス、測定器などの周辺機器を相互に制御するため利用されている。近年、開発が進むＬＥＤを搭載した部品の接続においても国際標準化で凹型コネクタも注目されている。また、多層プリント板を相互に接続するために、多層基板に凹型の接続部を設ける構造が示されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００４−３３５５４７号公報

プリント配線板等の基板をコネクタに抜き挿しする場合には、パーソナルコンピュータのコネクタ抜き挿し以上に応力の緩和に配慮する必要がある。

特許文献１に記載の基板においては、挿入される基板の露出導体部において複数の突起を形成し、多層プリント配線板の挿入口に前記突起をかん合するためのスルーホール端子を形成することで基板と多層プリント配線板との接続を可能としている。
しかし、繰り返し抜き挿しをする際には、導体の強度や曲げ耐性が要求されるため、繰り返しの抜き挿し耐性を向上させるのが難しかった。また、突起とスルーホールをかん合させるため、挿入基板に特殊な加工をする必要があり、汎用性に乏しかった。
そのため、使用される挿入基板への構造の制限が少なく、比較的単純な構造で生産性が良く、繰り返しの抜き挿し耐性等の接続信頼性の高い基板用コネクタが望まれていた。

本発明は上記従来の問題点に鑑みなされたもので、使用される挿入基板への構造の制限が少なく、繰り返しの抜き挿し耐性等の接続信頼性の高い比較的単純な構造の基板挿入用コネクタを提供することを目的とする。また、本発明は前記特徴を有するコネクタを簡便に、高生産性を実現できる基板挿入用コネクタの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、以下に関する。
（１）第１の基体、第２の基体及び第１の基体と第２の基体の間に位置するスペーサ層を備えてなり、前記スペーサ層の所定の位置に基板挿入用の開口部を有する基板挿入用コネクタであって、
前記第１の基体がスペーサ層側から配線（７）、変形可能な層（８）、及び剛性層（１５）をこの順で備えてなり、前記剛性層は前記コネクタの厚み方向から見て前記開口部に対応する領域に窓部（１０）を有し、
前記配線が前記コネクタの厚み方向から見て前記窓部に対応する領域まで少なくとも延伸されてなり、前記窓部において前記配線が開口部領域に向けて突出していることを特徴とする基板挿入用コネクタ。

（２）第２の基体が第１の基体と同様な構成である前記（１）に記載の基板挿入用コネクタ。

（３）さらに、前記剛性層（１５）上に樹脂層（１３）を有し、前記変形可能な層（８）及び前記樹脂層（１３）が光透過性を有する前記（１）又は（２）に記載の基板挿入用コネクタ。

（４）以下の工程を含む基板挿入用コネクタの製造方法。
後に開口部を形成すべく除去可能となるように切り込み部が設けられたスペーサ用基板を準備する工程、
スペーサ用基板の前記開口部を形成すべく除去する部分を除き接着し得る接着層を準備する工程、
配線（７）、変形可能な層（８）、剛性層（１５）及び樹脂層（１３）をこの順で備え、前記剛性層がコネクタの厚み方向から見て前記開口部に対応する領域に窓部（１０）を有する第１の基体を準備する工程、
第２の基体を準備する工程、
前記スペーサ用基板に設けられた切り込み部の端部が前記スペーサ用基板の厚み方向から観察できるように、前記スペーサ用基板の一方の面に前記接着層を介して前記第1の基体を配置し、他方の面に前記接着層を介して前記第２の基体を配置し、積層する工程、
スペーサ用基板と前記第１の基体と第２の基体とを、減圧下で加熱加圧し固着する工程、
スペーサ用基板の切り込み部を利用して開口部を形成すべく除去する部分をスペーサ用基板から取り除き、開口部を形成する工程。

（５）第２の基体が第１の基体と同様な構成である前記（４）に記載の基板挿入用コネクタの製造方法。

（６）前記開口部を形成すべく除去する部分にダミー配線を形成する前記（４）又は（５）に記載の基板挿入用コネクタの製造方法。

（７）接着層が接着フィルムにより又はスペーサ用基板に接着剤を塗布して形成される前記（４）〜（６）のいずれかに記載の基板挿入用コネクタの製造方法。

本発明によれば、使用される挿入基板への構造の制限が少なく、繰り返しの抜き挿し耐性等の接続信頼性の高い比較的単純な構造の基板挿入用コネクタを提供することができる。また、本発明によれば、前記特徴を有するコネクタを簡便に、高生産性を実現できる基板挿入用コネクタの製造方法を提供することができる。

本発明の基板挿入用コネクタの製造方法を説明するための図であり、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。 樹脂層の窓部への圧入により変形した変形可能な層に追従して配線が変形した後の状態を示す断面図である。 本発明の基板挿入用コネクタの製造方法を説明するための上面図であり、（ａ）は切り取り線においてスペーサ用基板を切断する前の状態を示し、（ｂ）はスペーサ用基板を切断した後、切片を抜き去る前の状態を示し、（ｃ）は切片を抜き去った後の状態を示し、（ｄ）は（ｃ）のＡ−Ａ’断面図である。ここで切片とはスペーサ用基板に開口部を形成すべく設けられた切り込みに囲まれた部分（１A、１B）を言う。 本発明の基板挿入用コネクタを含む配線基板を折り曲げた状態を示す斜視図である。 本発明の基板挿入用コネクタの挿抜信頼性をグラフで示す図である。

本発明の基板挿入用コネクタは、第１の基体、第２の基体及び第１の基体と第２の基体の間に位置するスペーサ層を備えてなり、前記スペーサ層の所定の位置に基板挿入用の開口部を有する基板挿入用コネクタであって、前記第１の基体がスペーサ層側から配線（７）、変形可能な層（８）、及び剛性層（１５）をこの順で備えてなり、前記剛性層は前記コネクタの厚み方向から見て前記開口部に対応する領域に窓部（１０）を有し、前記配線が前記コネクタの厚み方向から見て前記窓部に対応する領域まで少なくとも延伸されてなり、前記窓部において前記配線が開口部領域に向けて突出していることを特徴としている。
また、本発明の基板挿入用コネクタの製造方法は、以下の工程を含むことを特徴としている。
後に開口部を形成すべく除去可能となるように切り込み部が設けられたスペーサ用基板を準備する工程、
スペーサ用基板の前記開口部を形成すべく除去する部分を除き接着し得る接着層を準備する工程、
配線（７）、変形可能な層（８）、剛性層（１５）及び樹脂層（１３）をこの順で備え、前記剛性層がコネクタの厚み方向から見て前記開口部に対応する領域に窓部（１０）を有する第１の基体を準備する工程、
第２の基体を準備する工程、
前記スペーサ用基板に設けられた切り込み部の端部が前記スペーサ用基板の厚み方向から観察できるように、前記スペーサ用基板の一方の面に前記接着層を介して前記第1の基体を配置し、他方の面に前記接着層を介して前記第２の基体を配置し、積層する工程、
スペーサ用基板と前記第１の基体と第２の基体とを、減圧下で加熱加圧し固着する工程、
スペーサ用基板の切り込み部を利用して開口部を形成すべく除去する部分をスペーサ用基板から取り除き、開口部を形成する工程。
以下、本発明の基板挿入用コネクタ及びその製造方法について双方交えて説明する。

＜第１の基体＞（図１参照）
本発明に係る第１の基体は、スペーサ層３００側から配線７、変形可能な層８、剛性層１５、及び必要に応じて樹脂層１３をこの順で備え、剛性層１５がコネクタの厚み方向から見て開口部に対応する領域に窓部１０を有してなる。

［配線］
配線としては、導電性を有するものであれば特に制限なく適用可能であるが、導電性や加工のし易さから銅などの金属層が好適に用いられる。

［変形可能な層］
変形可能な層としては、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂などの基材が用いられる。

前記熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、シアノアクリレート樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、ポリイソシアネート樹脂、フラン樹脂、レゾルシノール樹脂、キシレン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、シリコーン変性ポリアミドイミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂などのうちから選択された１種以上と、必要な場合に、その硬化剤、硬化促進剤などを混合したものを加熱し半硬化状にしたもの、あるいは、硬化したものが使用できる。

前記光硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂、ポリエステルアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、シリコーンアクリレート樹脂、エポキシアクリレート樹脂などのうちから選択された１種以上と、必要な場合に、その光開始剤、硬化剤、硬化促進剤などを混合したものを露光又は加熱し半硬化又は硬化したものが使用できる。

前記熱可塑性樹脂としては、ポリカーボネート樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、四フッ化ポリエチレン樹脂、六フッ化ポリプロピレン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリオキシベンゾエート樹脂、液晶ポリマなどのうちから選択された１種以上と、必要な場合に、その硬化剤、硬化促進剤などを混合したものを加熱し半硬化又は硬化したものが使用できる。これらの絶縁樹脂は、異種の樹脂の混合体からなる絶縁樹脂組成物であってもよく、さらに、絶縁樹脂組成物は充填剤としてシリカや金属酸化物などの無機フィラーを含むものでもよい。無機フィラーはニッケル、金、銀などの導電粒子又はこれらの金属をめっきした樹脂粒子であってもよい。
なお、熱可塑性液晶ポリマとしては、ジャパンゴアテックス社製、ＢＩＡＣ−Ｃが好適に用いることができる。
変形可能な層の厚さは、５０〜２００μｍが好ましく、１００〜１５０μｍがより好ましい。

［剛性層］
剛性層としては、減圧下での加熱加圧（例えば真空ラミネータにより行える）の際に変形しにくい材質のものであれば特に制限はないが、窓部の形成しやすさを考慮すると、エッチング加工のしやすい銅などの金属層が好適に用いられる。
剛性層の厚さは、１０〜６０μｍが好ましく、１８〜５０μｍがより好ましい。

剛性層１５に形成される窓部１０は、後述するように、剛性層１５の上層に位置する樹脂層１４がスペーサ用基板１に向けて押圧されたとき、その押圧力が変形可能な層８に伝達されるよう形成されるものである。つまり、窓部１０を介して押圧された変形可能な層８はスペーサ用基板１に向いて突出し、突出部分に位置する配線７も追従して突出する。従って、配線７の突出部は窓部１０内に位置するため、窓部１０の位置及び大きさは、配線７の突出部を設けるべき位置を勘案して設定することができる。

［樹脂層］
前記樹脂層の素材としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどを単独で又は組み合わせて使用することができる。これらのものでシートとして商業的に入手可能なものとしては、積水化学工業社製ポリエチレンシート（厚み１００μｍ）、東レ社製ポリプロピレンシート（厚み６０μｍ）などが挙げられ、単独で又は組み合わせて使用することができる。
なお、樹脂層の厚さとしては、変形可能な層よりも厚いことが突出の程度を調整する上で好ましい。樹脂層の厚さは、変形可能な層の厚さの１〜３倍程度が好ましい。
例えば、変形可能な層８がＢＩＡＣ−Ｃで基材厚さが１２５μｍのときには、１２５〜３７５μｍとすることが好ましく、１６０〜３２０μｍとすることがより好ましい。
また、樹脂層は製造途中で形成する層であり、製造後においては除去してもよい。

＜第２の基体＞（図１参照）
第２の基体は、第１の基体と同様な構成、すなわち、スペーサ層（３００）側から配線（７）、変形可能な層（８）、剛性層（１５）及び必要に応じて樹脂層（１３）をこの順で備えてなる構成とすることが好ましいが、これに限られない。

＜スペーサ層＞（図１、図２参照）
本発明に係るスペーサ層３００は、第１の基体１００と第２の基体２００の間に位置し、スペーサ用基板１とその両面の接着層１２を備えてなり、その所定の位置に基板挿入用の開口部を有する。
スペーサ層が有する基板挿入用の開口部には、フレキシブル配線板などの板状基板を嵌合させて接続することができる。
スペーサ層の厚さは、８０〜２００μｍが好ましく、１００〜１５０μｍがより好ましい。

スペーサ用基板１には、図１に示すように、後に開口部を形成すべく除去可能となるように切り込み部２Ａ、２Ｂが設けられている。

接着層は、スペーサ用基板の開口部を形成すべく除去する部分を除き形成される。すなわち、接着層１２が形成される領域は図３におけるハッチング領域である。図３のハッチング領域は、接着層が形成される最小限の領域であり、接着層はハッチング領域外に設けてもよい。ただし、後の工程で切片１Ａ、１Ｂを抜き取る必要があるため、スペーサ用基板の切り込み部２Ａ、２Ｂの内側に位置する切片１Ａ、１Ｂには接着層を形成しない。接着層の厚さは、５〜５０μｍが好ましく、１０〜３０μｍがより好ましい。
接着層としては接着フィルムを用いることができ、例えば、日立化成工業製ＫＳ７００３（厚さ２５μｍ）が使用できる。あるいは、スペーサ用基板に接着剤を塗布して接着層を形成してもよい。この場合、接着剤としては、前記ＫＳ７００３を使用して調製したワニスを用いることができる。

＜第１の基体、スペーサ用基板、及び第２の基体の積層＞
以上の第１の基体、スペーサ用基板、及び第２の基体は、スペーサ用基板に設けられた切り込み部の端部がスペーサ用基板の厚み方向から観察できるように、スペーサ用基板の一方の面に接着層を介して第１の基体を配置し、他方の面に接着層を介して第２の基体を配置し、積層する。
スペーサ用基板１、接着層１２、第１の基体１００及び第２の基体２００の位置合わせは、ガイドピン３（φ２．０ｍｍ）を利用し行うことが好ましい。

＜固着〜開口部領域に向けた配線突出部形成＞（図１、図２、図３参照）
次いで、第１の基体、スペーサ用基板、及び第２の基体の積層をした後、それらを減圧下で加熱加圧して固着する。すなわち、図１（ｂ）の断面図においてスペーサ用基板１の両面に第１の基体１００及び第２の基体２００を接着層１２を介して積層したものを一対のＳＵＳ板で挟持して内側に向けて加熱・押圧する。加熱・押圧により、樹脂層１３が流動化し窓部１０内に埋入し、変形可能な層８を押圧する。押圧された変形可能な層８は、スペーサ用基板１に向いて突出し、突出部分に位置する配線７も追従して突出する（図２参照）。このときの押圧条件としては、加熱温度１５０〜３３０℃程度、圧力１〜４ＭＰａ程度である。また、押圧は、真空ラミネータ、真空プレスを用いてもよい。その際の真空度は、１．３３×１０^２Ｐａ（１．０ｔｏｒｒ）以下であり、２６．７Ｐａ（０．２ｔｏｒｒ）以下が望ましい。

スペーサ用基板の切片１Ａ、１Ｂの両面には、図１及び図２に示すように、挿抜して使用する基板に設けられる接続端子部に対応するダミー配線４が形成されている。このダミー配線は、実際の使用態様に適合させる観点からは、板状コネクタの接続端子部を形成する材料と同等のものとすることが好ましい。
切片１Ａ、１Ｂは、開口部を形成するために除去されるが、図３（ｄ）は、それらの切片を除去した状態を示す。

＜開口部の形成＞（図３参照）
スペーサ用基板は、図１、図２に示すように、第１の基体、第２の基体に比べて一回り大きいため、第１の基体又は第２の基体の略外縁部を切断等により除去するための所定の外形加工を経た後、スペーサ用基板の一部を切り込み部を利用して除去し、開口部を形成する。図３はその工程を示す図である。図３（ａ）はスペーサ用基板の一部を除去する前の状態を示し、図３（ｂ）はスペーサ用基板の切片１Ａ、１Ｂを抜き取る前の状態を示し、図３（ｃ）はスペーサ用基板の切片１Ａ、１Ｂを抜き取った後の状態を示す。図３（ｄ）は、図３（ｃ）の破線Ａ−Ａ’における断面図である。

本発明に係る基板挿入用コネクタを有する基板は、材料の選択により、例えば図４に示すように、折り曲げ可能にすることができる。図４は、基板挿入用コネクタを有するフレキシブルプリント基板の折り曲げた状態を示す斜視図である。図４に示すフレキシブルプリント基板２０は、一方の側（図４の左側）に基板挿入用コネクタを有し、他方の側（図４の右側）に９本のピン３４を有するスルーホール接続領域３０を有する。これら基板挿入用コネクタに配された配線と、スルーホール接続領域３０のピン３４とは基板内部に設けられた配線により導通しており、基板挿入用コネクタに挿入された基板と、スルーホール接続部のピンを介して接続された別の機器等とを電気的に接続することができる。

本発明において、変形可能な層及び樹脂層に光透過性の樹脂を用いることにより、開口部を形成すべく除去可能となる部分に形成されたダミー配線と第１の基体及び第２の基体に形成された配線の配置を、窓部を通して見て当該配線が適切に形成されているか容易に検査できる。ここで、「光透過性の樹脂」とは、変形可能な層及び樹脂層を積層した場合において、ダミー配線と第１の基体及び第２の基体に形成された配線の配置が視認できる程度の光透過性を有する樹脂をいう。

スペーサ用基板の厚みを変えることにより、基板挿入用コネクタの開口部の高さを任意に変更することができ、また、基板挿入用コネクタに挿抜する基板の嵌合度合いを調整することができる。

本発明により得られる基板挿入用コネクタの挿抜力を確認したところ、図５に示すとおり、最低でも３．０Ｎは確保され、１００回以上挿抜を繰り返した後でも高い信頼性があることが確認できた。
分厚い基板を基板挿入用コネクタに挿入するなどして、配線の突出部が変形し、嵌合度が弱まった場合、窓部の樹脂層を押圧することによって変形可能層を突出させ、突出部分に位置する配線部分を突出させることで嵌合力を高めることができる。

１００ 第１の基体
２００ 第２の基体
３００ スペーサ層
１ スペーサ用基板
１Ａ、１Ｂ 切片
２Ａ、２Ｂ 切り込み部
３ ガイドピン
４ ダミー電極端子パターン
７ 配線
８ 変形可能な層
１０ 窓部
１１ 切り取り線
１２ 接着層
１３ 樹脂層
１４ ＳＵＳ板
１５ 剛性層
１６ 開口部
２０ 本発明の基板挿入用コネクタを有するフレキシブルプリント配線板
３０ スルーホール接続領域
３４ ピン

Claims (7)

1. 第１の基体、第２の基体及び第１の基体と第２の基体の間に位置するスペーサ層を備えてなり、前記スペーサ層の所定の位置に基板挿入用の開口部を有する基板挿入用コネクタであって、
   前記第１の基体がスペーサ層側から配線（７）、変形可能な層（８）、及び剛性層（１５）をこの順で備えてなり、前記剛性層は前記コネクタの厚み方向から見て前記開口部に対応する領域に窓部（１０）を有し、
   前記配線が前記コネクタの厚み方向から見て前記窓部に対応する領域まで少なくとも延伸されてなり、前記窓部において前記配線が開口部領域に向けて突出していることを特徴とする基板挿入用コネクタ。
2. 第２の基体が第１の基体と同様な構成である請求項１に記載の基板挿入用コネクタ。
3. さらに、前記剛性層（１５）上に樹脂層（１３）を有し、前記変形可能な層（８）及び前記樹脂層（１３）が光透過性を有する請求項１又は２に記載の基板挿入用コネクタ。
4. 以下の工程を含む基板挿入用コネクタの製造方法。
   後に開口部を形成すべく除去可能となるように切り込み部が設けられたスペーサ用基板を準備する工程、
   スペーサ用基板の前記開口部を形成すべく除去する部分を除き接着し得る接着層を準備する工程、
   配線（７）、変形可能な層（８）、剛性層（１５）及び樹脂層（１３）をこの順で備え、前記剛性層がコネクタの厚み方向から見て前記開口部に対応する領域に窓部（１０）を有する第１の基体を準備する工程、
   第２の基体を準備する工程、
   前記スペーサ用基板に設けられた切り込み部の端部が前記スペーサ用基板の厚み方向から観察できるように、前記スペーサ用基板の一方の面に前記接着層を介して前記第１の基体を配置し、他方の面に前記接着層を介して前記第２の基体を配置し、積層する工程、
   スペーサ用基板と前記第１の基体と第２の基体とを、減圧下で加熱加圧し固着する工程、
   スペーサ用基板の切り込み部を利用して開口部を形成すべく除去する部分をスペーサ用基板から取り除き、開口部を形成する工程。
5. 第２の基体が第１の基体と同様な構成である請求項４に記載の基板挿入用コネクタの製造方法。
6. 前記開口部を形成すべく除去する部分にダミー配線を形成する請求項４又は５に記載の基板挿入用コネクタの製造方法。
7. 接着層が接着フィルムにより又はスペーサ用基板に接着剤を塗布して形成される請求項４〜６のいずれか１項に記載の基板挿入用コネクタの製造方法。

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