(57)【要約】【課題】本発明の目的は、フレキシブル基板等の可とう性基板とリジット基板等の硬質基板とを別体のコネクタを用いずに小さなスペースで接続できる接続構造を提供するものである。【解決手段】硬質基板１０と、この硬質基板に垂直な可とう性基板２０とを接続する接続構造において、可とう性基板１０を弾性力により保持する弾性電極１３を硬質基板１０に備えたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の配線と、前記第１の配線に電気的に接続された第１の導体接点が形成された第１の接続部とを有する、可とう性のフレキシブル基板と、
第２の配線と、前記第２の配線に電気的に接続された第２の導体接点が形成された第２の接続部とを有し、前記第２の接続部は前記第１の接続部を収容するリジッド基板とを備え、
前記第２の導体接点は、前記第２の接続部内に前記第１の接続部を収容する際にその形状が変形するような弾性体で構成され、その変形した形状の前記第２の導体接点と前記第１の導体接点とが電気的に接続されることを特徴とする基板間の接続構造。
【請求項２】
前記第１の接続部と前記第２の接続部とが接続されることにより、前記フレキシブル基板と前記リジッド基板とは垂直に配置されることを特徴とする請求項１記載の基板間の接続構造。
【請求項３】
前記第２の接続部内に前記第１の接続部を収容する際、前記フレキシブル基板と前記リジット基板との位置合わせを行うため、前記第２の接続部には対向して配置された２つのガイド溝が形成されていることを特徴とする請求項２記載の基板間の接続構造。
【請求項４】
前記第１の接続部は前記フレキシブル基板の端部に設けられ、複数の第１の配線にそれぞれ接続された複数の第１の導体接点を有し、
前記複数の第１の導体接点は、前記フレキシブル基板の表面および裏面に配置されると共に、前記端部に平行な第１の列と、前記第１の列よりも前記端部から離間し、前記端部と平行な第２の列とに配列されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の基板間の接続構造。
【請求項５】
前記第２の導体接点は、前記第１の列と前記第２の列との間の前記フレキシブル基板に接触する頂部を有することを特徴とする請求項４記載の基板間の接続構造。
【請求項６】
前記第２の導体接点は、テーパ形状を有する多角柱であることを特徴とする請求項５記載の基板間の接続構造。
【請求項７】
前記第２の接続部は、前記リジット基板に形成された開口部と、その開口部内の内表面に配置され、導電性粒子および絶縁性材料の混合剤からなる異方性の導電材料により形成された前記第２の導体接点とを備えたことを特徴とする請求項５記載の基板間の接続構造。
【請求項８】
その表面の長手方向が第１の方向に延在する可とう性基板と、
その表面の長手方向が前記第１の方向と垂直な第２の方向に延在し、前記可とう性基板を嵌合する開口部が形成された硬質基板と、
前記開口部内に形成され、前記可とう性基板の端部を弾性力により保持する弾性電極とを備えたことを特徴とする基板間の接続構造。
【請求項９】
前記可とう性基板の端部の表面および裏面に配置されると共に、前記端部に平行な第１の列と、前記第１の列よりも前記端部から離間し、前記端部と平行な第２の列とにそれぞれ配置された複数の電極と、
前記弾性電極の頂部は前記第１の列と前記第２の列との間の前記可とう性基板に接触することを特徴とする請求項８記載の基板間の接続構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレキシブル基板等の可とう性基板とリジット基板等の硬質基板とを電気的、機械的に接続する基板間の接続構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
フレキシブル基板とリジッド基板の接続構造として、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３には、フレキシブル基板とリジット基板との主表面を主表面方向に接触させ、両者を接続した構造が提案されている。
また、例えば、特許文献４には、別個に設けられたコネクタによりフレキシブル基板とリジット基板とを接続することが提案されている。
【特許文献１】特開２００６−１７３５３５号
【特許文献２】特開平１０−３３５８１１号
【特許文献３】特開平０８−１１６１４５号
【特許文献４】実開平０５−０３３４６２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の特許文献１乃至３に示された接続構造では、フレキシブル基板をリジッド基板の主表面から垂直方向に取り出す場合、フレキシブル基板を屈曲させる必要があり、接続部周辺が大きくなるという問題がある。また、上記特許文献４に示された接続構造では、別体のコネクタを設ける必要があるため、部品点数が増えると共に、勘合部が大きくなるという問題がある。このような問題は装置全体の小型化、低コスト化が進められている環境の中では看過できない。
本発明の目的は、このような問題点を解決した、フレキシブル基板等の可とう性基板とリジット基板等の硬質基板とを別体のコネクタを用いずに小さなスペースで接続できる接続構造を提供するものである。これにより部品点数の少ない、小型化された接続構造を実現でき、基板間接続の設計自由度が向上する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を解決するため、本願発明は以下の構成よりなる。
（１）第１の配線と、前記第１の配線に電気的に接続された第１の導体接点が形成された第１の接続部とを有する、可とう性のフレキシブル基板と、
第２の配線と、前記第２の配線に電気的に接続された第２の導体接点が形成された第２の接続部とを有し、前記第２の接続部は前記第１の接続部を収容するリジッド基板とを備え、
前記第２の導体接点は、前記第２の接続部内に前記第１の接続部を収容する際にその形状が変形するような弾性体で構成され、その変形した形状の前記第２の導体接点と前記第１の導体接点とが電気的に接続された基板間の接続構造である。
（２）上記（１）の構成に加え、前記第１の接続部と前記第２の接続部とが接続されることにより、前記フレキシブル基板と前記リジッド基板とは垂直に配置される。
（３）上記（２）の構成に加え、前記第２の接続部内に前記第１の接続部を収容する際、前記フレキシブル基板と前記リジット基板との位置合わせを行うため、前記第２の接続部には対向して配置された２つのガイド溝が形成される。
（４）上記（１）から（３）のいずれかの構成に加え、前記第１の接続部は前記フレキシブル基板の端部に設けられ、複数の第１の配線にそれぞれ接続された複数の第１の導体接点を有し、
前記複数の第１の導体接点は、前記フレキシブル基板の表面および裏面に配置されると共に、前記端部に平行な第１の列と、前記第１の列よりも前記端部から離間し、前記端部と平行な第２の列とに配列される。
（５）上記（４）の構成に加え、前記第２の導体接点は、前記第１の列と前記第２の列との間の前記フレキシブル基板に接触する頂部を有する。
（６）上記（５）の構成に加え、前記第２の導体接点は、テーパ形状を有する多角柱である。
（７）上記（５）の構成に加え、前記第２の接続部は、前記リジット基板に形成された開口部と、その開口部内の内表面に配置され、導電性粒子および絶縁性材料の混合剤からなる異方性の導電材料により形成された前記第２の導体接点とを備える。
（８）その表面の長手方向が第１の方向に延在する可とう性基板と、
その表面の長手方向が前記第１の方向と垂直な第２の方向に延在し、前記可とう性基板を嵌合する開口部が形成された硬質基板と、
前記開口部内に形成され、前記可とう性基板の端部を弾性力により保持する弾性電極とを備えた基板間の接続構造である。
（９）上記（８）の構成に加え、前記可とう性基板の端部の表面および裏面に配置されると共に、前記端部に平行な第１の列と、前記第１の列よりも前記端部から離間し、前記端部と平行な第２の列とにそれぞれ配置された複数の電極と、
前記弾性電極の頂部は前記第１の列と前記第２の列との間の前記可とう性基板に接触する。
【発明の効果】
【０００５】
上記（１）および（２）の構成によれば、フレキシブル基板とリジット基板とを別体のコネクタを用いずに小さなスペースで接続できる接続構造を実現できる。これにより部品点数の少ない、小型化された接続構造を実現でき、基板間接続の設計自由度が向上する。
上記（３）の構成によれば、上記の効果に加え、フレキシブル基板とリジット基板とを正確に位置合わせすることができるので、両者を接続する際の作業が容易になる。
上記（４）および（５）の構成によれば、上記の効果に加え、フレキシブル基板の端部において各配線上に少なくても２つの第１の導体接点が配置されるので、これら第１の導体接点と第２接続部の第２の導体接点との作用により、フレキシブル基板がリジット基板から予期せず抜けることを最大限防止でき、基板接続時の適度な勘合保持力を保つことが可能となる。
上記（６）の構成によれば、上記の効果に加え、フレキシブル基板とリジット基板を接続する際の作業性が向上すると共に、接続後においてはフレキシブル基板がリジット基板から抜けることを最大限防止でき、基板接続時の適度な勘合保持力を保つことが可能となる。
上記（７）の構成によれば、上記の効果に加え、適度な勘合力を備えた勘合コネクタ機能を実現することが可能となる。
上記（８）の構成によれば、可とう性基板と硬質基板とを別体のコネクタを用いずに小さなスペースで接続できる接続構造を実現できる。これにより部品点数の少ない、小型化された接続構造を実現でき、基板間接続の設計自由度が向上する。
上記（９）の構成によれば、上記（８）の効果に加え、可とう性基板の端部において複数の電極が端部に平行に２列に配置され、弾性電極の頂部がその列間に接触するので、フレキシブル基板がリジット基板から予期せず抜けることを最大限防止でき、基板接続時の適度な勘合保持力を保つことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施形態で参酌する図面では、発明の理解を容易にするため、各要素が模式的に示されている。本欄においては、前出の要素と同じ要素に同一符号を付すことにより、その説明が省略されることもある。
【０００７】
図１は本実施形態に係る構成要素を説明するための分解図である。この図においては、全体構造の理解を容易化するため、リジット基板１０とフレキシブル基板２０とが接続される前の状態が示されている。リジット基板１０は硬質基板とも称され、例えば、可とう性を有さないガラスエポキシ樹脂基板等の配線基板のことを言う。フレキシブル基板２０は可とう性基板とも称され、可とう性を有する配線基板のことを言う。リジット基板１０およびフレキシブル基板２０には後述する通り複数の配線および電極が設けられ、さらに、本実施形態では示されない電子部品等が搭載されている。
【０００８】
リジット基板１０には、信号を転送する配線１１、第２の接続部１２（メス側コネクタ機能部と称する場合もある）、配線１１に電気的に接続された第２の導体接点１３（弾性電極と称する場合もある）が形成されている。この第２の接続部１２はリジット基板１０に設けられた開口部であり、フレキシブル基板２０の第１の接続部２２（オス側コネクタ機能部と称する場合もある）を勘合し、電気的および機械的に両基板を接続するものである。
【０００９】
フレキシブル基板２０には、信号を転送する配線２１、第１の接続部２２、第１の導体接点２３、２４（非弾性電極或いは突起電極と称する場合もある）が形成されている。この第１の導体接点２３、２４は非弾性材料により形成されており、フレキシブル基板２０の端部から平行な二列に配列されている。図１では確認できないが、第１の導体接点２３、２４は、フレキシブル基板２０の裏面にも同様に形成されている。本実施形態では、第１の導体接点２３、２４は、円柱形状の半田により構成された突起電極が用いられている。
【００１０】
図２には、リジット基板１０の主要部の拡大図が示されている。図２（ａ）は斜視図であり、図２（ｂ）は上面図、図２（ｃ）は断面図である。第２の接続部１２には、対向する位置にガイド部１２ａが設けられている。このガイド部１２ａは、フレキシブル基板２０をリジット基板１０に挿入する際、両基板の関係を正確な位置に導くための機能を有している。配線１１は後述の導電性微粒子ブロック４０により構成され、リジット基板１０上に複数形成されている。各配線間は後述の絶縁性ブロック４１により絶縁されている。弾性体電極１３はテーパー辺１３ａ、１３ｃを有している。
【００１１】
図３には、フレキシブル基板２０の主要部の拡大図が示されている。図３（ａ）は斜視図であり、図３（ｂ）は上面図、基板の短辺方向の断面図および基板の長辺方向の断面図である。前述の通り、第１の導体接点２３、２４は、フレキシブル基板２０の端部の表裏面に設けられている。これら導体接点２３、２４はフレキシブル基板２０の端部から平行な二列に配列されている。
【００１２】
図４には、リジット基板１０とフレキシブル基板２０とが嵌合された状態が示されている。この嵌合とは、両基板が機械的、電気的に接続され、所望の機能を達成する状態を言う。図４（ａ）は側面図、図４（ｂ）は上面図、図４（ｃ）は第１の接続部と第２の接続部の部分拡大断面図である。図４に示されるようにフレキシブル基板２０とリジッド基板とは垂直に配置される。ここで言う垂直とは、フレキシブル基板２０の長手方向（第１の方向）とリジット基板１０の長手方向（第２の方向）とが基板の設計上、垂直な関係にあることを言うものであり、一切の誤差を排除した数学的な垂直（９０度）関係を言うものではない。
【００１３】
弾性電極１３は弾性体で形成され、両基板が嵌合する前（第２の接続部１２内に第１の接続部２２を収容する前）と嵌合した後（第２の接続部１２内に第１の接続部２２を収容した後）では、その形状が変化するので、図４（ｃ）では、変化する前の弾性電極１３の形状３０を点線で表し、変化後の形状３１を実線で表している。図４（ｃ）に示すように弾性電極１３はテーパ辺１３ａ、１３ｃおよび頂部１３ｂを有しており、両基板の嵌合前には形状は変形していない。頂部１３ｂは断面形状が直線上である。
【００１４】
フレキシブル基板２０がガイド部１２ａに沿うように挿入されると、フレキシブル基板２０の突起電極２４がリジット基板１０の弾性電極１３のテーパー辺１３ａに当たる。フレキシブル基板２０の挿入位置が深くなるにつれて、弾性電極１３は弾性変形を大きく続ける。フレキシブル基板２０の突起電極２４がテーパー辺１３ａを通過し、頂部１３ｂを通過し、テーパー辺１３ｃにさしかかると、リジット基板１０の弾性電極は実線３１に示すような形状で安定する。すなわち、変形を保持した状態で安定する。この時、第1の導体接点２３、２４と第２の導体接点１３とは電気的に接続される。
【００１５】
ここで、弾性電極１３の硬さと形状、および突起電極２３、２４の形状およびピッチを適宜設定することにより、嵌合力を所望の値に設定することができる。フレキシブル基板２０の突起電極２３、２４は、本実施形態のようにフレキシブル基板２０上の各配線２１について少なくとも２つ以上形成することが望ましい。
【００１６】
本実施形態における弾性電極１３は導電性微粒子と絶縁性材料の混合剤から形成された異方性の導電材料により構成されている。上述の通り、弾性体電極部１３は、２つのテーパー辺１３a、１３ｃと頂部１３ｂを有する多角柱の形状である。その多角柱は、図２に示されるように導電性微粒子ブロック４０と絶縁性材料ブロック４１が長さ方向に交互に配列され構造を有する。この導電性微粒子ブロック４０は、リジット基板１０からの配線１１にそれぞれ個別に電気的に接続されている。
【００１７】
ここで、リジット基板１０の開口部に弾性電極１３を形成する方法について図５および図６を参照して説明する。図５（ａ）は電極形成用金型の斜視図、図５（ｂ）は金型の上面図、長手方向の側面図および短手方向の側面図、図５（ｃ）は磁性体コア５２の上面図および側面図、図５（ｄ）は非磁性体コアの上面図および側面図である。
【００１８】
この金型５０は、高さ調整用の突起部５１、磁性体コア５２、非磁性体コア５３から構成される。磁性体コア５２には鉄などの強磁性体を用いる。非磁性体コア５３はプラスチック等の絶縁樹脂を用いる。磁性体コア５２と非磁性体コア５３は任意の寸法とピッチで交互に配列される。最終的には、磁性体コア５２の形状がリジット基板１０の弾性電極１３に転写されて、第２の接続部（メス側コネクタ機能部）１２の弾性電極１３を形成することになる。この金型５０は同様の形状を有する上金型５０ａと下金型５０ｂよりなる。
【００１９】
図６（ａ）および図６（ｂ）に示すようにリジット基板１０に形成された開口部内には、あらかじめ導電性微粒子と絶縁性材料の混合剤５５が塗布されている。本実施形態では、導電性微粒子として数十μｍ程度のニッケルもしくは銀の粒子、絶縁性材料としてシリコーンなどの高分子材料を用いる。この混合剤については、材料、混合割合、塗布量、粘度等の関係から予め条件を設定する。
【００２０】
次に、図６（ｃ）に示すようにリジット基板１０の開口部の上下から、上金型５０ａと下金型５０ｂを高さ調整用の突起部（上）５１ａと高さ調整用の突起部（下）５１ｂが突きあたるまで挟み込む。混合剤５５は、上金型５０ａと下金型５０ｂの形状に応じた形状５６に変形する。
【００２１】
続いて、図７に示すように上金型５０ａと下金型５０ｂの上下に磁力発生コイル６０ａ、６０ｂ、そのヨーク６１ａ、６１ｂを配置する。この状態で、磁力発生コイル６０ａ、６０ｂに同方向の磁力線６２が発生するように電力を加える。磁力の発生強度と印加時間はあらかじめ設定された値を用いる。
【００２２】
この磁力線６２を利用して、導電性微粒子と絶縁性材料の混合剤を導電性コア部と非導電性コア部に分離して、その状態で加熱することで所望のサイズとピッチの電極を持った弾性電極１３を形成することができる。この仕組みについて図８を参照して説明する。図８は弾性電極における状態遷移図である。
【００２３】
上金型５０ａと下金型５０ｂによって形成が定義された導電性微粒子と絶縁性材料の混合剤５６に、交流の磁力線６２を印加すると、図８（ａ）に示すように導電性微粒子５７と絶縁性材料５８の混合剤が磁力線に沿う形で移動を始める。
【００２４】
その後、適度な周波数と印加時間を確保した後、直流の磁力線に切り替える。これにより、リジット基板１０の開口部に所定のサイズとピッチで導電性微粒子５７と絶縁性材料５８の配列が完成する。これを適度な温度で加熱することにより、異方性の導電材料からなる弾性電極部１３が完成する。
【００２５】
弾性電極１３は、図９に示されるように導電性微粒子ブロック４０と絶縁性材料ブロック４１が交互に配列された構造になる。この導電性微粒子ブロック４１は、リジット基板１０の各配線１１に個別に電気的に接続されている。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、部品点数の削減および装置の小型化を可能とし、設計自由度の向上が期待できるので、電子機器およびそのシステム全般に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施形態に係る構成要素を説明するための分解図
【図２】本実施形態に係るリジット基板の主要部の拡大図
【図３】本実施形態に係るフレキシブル基板の主要部の拡大図
【図４】本実施形態に係るリジット基板とフレキシブル基板とが嵌合された状態を示す図
【図５】本実施形態に係る金型を示す図
【図６】本実施形態に係る弾性電極を形成する方法を説明する図
【図７】本実施形態に係る弾性電極を形成する方法を説明する図
【図８】本実施形態に係る弾性電極を形成する方法を説明する図
【図９】本実施形態に係る弾性電極を説明する図
【符号の説明】
【００２８】
１０        リジット基板
１１        配線 
１２        第２の接続部（メス側コネクタ機能部）
１２ａ      ガイド部
１３        弾性電極
２０        フレキシブル基板
２１        配線
２２        第１の接続部（オス側コネクタ機能部）
２３、２４  第１の導体接点（突起電極）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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