(57)【要約】【課題】第２の構造体に末広がり形状でバンプを収容可能な大きさのくぼみを設けることにより、第１の構造体側のバンプを第２の構造体の末広がり形状のくぼみに接合させ、バンプの摺動運動を伴うバンプの位置決め機構を有する接合構造を提供することを目的にする。【解決手段】第１の構造体側にバンプを設け、このバンプを介して前記第１の構造体と前記第２の構造体とを接合する接合構造において、前記第２の構造体には、末広がり形状に形成され、前記バンプを収容可能な大きさであり、前記バンプと対向する位置にくぼみが設けられていることを特徴とする。【選択図】図１
2011159643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の構造体側にバンプを設け、このバンプを介して前記第１の構造体と前記第２の構造体とを接合する接合構造において、
前記第２の構造体には、末広がり形状に形成され、前記バンプを収容可能な大きさであり、前記バンプと対向する位置にくぼみが設けられていることを特徴とする接合構造。
【請求項２】
前記バンプは、先端が半球、円錐、平面のいずれかで形成されていることを特徴とする請求項１記載の接合構造。
【請求項３】
前記くぼみを前記第２の構造体の両面にそれぞれ設けたことを特徴とする請求項１または２記載の接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１の構造体側にバンプを設け、このバンプを介して第１の構造体と第２の構造体とを接合する接合構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４は従来の接合構造の構成例を示した図である。
【０００３】
図４において、接合構造１は、第１の構造体２と第２の構造体３を電気的および機械的に接続して構成されている。ここで第１の構造体２は、着脱機構２１上面にクッション材２２が形成され、このクッション材２２の上面にバンプ付きフレキシブル基板（以下ＦＰＣ２３という）が形成され、このＦＰＣ２３の表面導体の所定の場所にバンプ２４が形成されている。このクッション材２２は、バンプ２４の円柱高さの誤差を吸収するために、ゴム、あるいはウレタンなどのエラストマーで構成されている。エマストマーとは、ゴム状の弾力性を有する工業材料の総称である。
【０００４】
また、バンプ２４とは、金属柱を形成した後に表面処理としてニッケルや金などでメッキ処理を施した状態をいう。ここで、ＦＰＣ２３とは、ＦＰＣ表面導体の任意の部位にバンプ２４を形成し、このバンプ２４を接点として利用する基板のことをいう。また、ＦＰＣとは、柔軟性があり変形可能なプリント基板のことである。
【０００５】
ＦＰＣ２３の上面に形成されるバンプ２４の形成方法としては、エッチング法やメッキ法がある。また、ここでバンプ２４の先端形状は、半球状である。
【０００６】
一方、第２の構造体３は、液晶表示装置３１(liquid crystal display:以下ＬＣＤ３１という)上に、電極３２が形成され、この電極３２であるインジウムスズ酸化物(indium tin oxide:以下ITOという)がバンプ２４を通じて電気的および機械的に接続されている。また、ＦＰＣ２３からＬＣＤ３１に対して電気信号を送り、ＬＣＤ３１の任意の場所を点灯させて全てのＬＣＤ３１構成素子の検査を行っている。
【０００７】
着脱機構２１が上下することにより、ＦＰＣ２３とクッション材２２を移動させて、バンプ２４とＬＣＤ３１の電極３２との接続および切り離しを行っている。
【０００８】
ＦＰＣ２３に設けられたバンプ２４の円柱高さの誤差は、ＦＰＣ２３の厚みも含めて製造時に最大誤差が保証された既知の値であり、クッション材２２も製造時にクッション材２２の最大の厚みの誤差が保証された既知の値であることにより、それぞれの誤差を加算することでＦＰＣ２３とクッション材２２を合わせた最大の高さと最小の高さとその差分である押し込み量を得ることができる。
【０００９】
このＦＰＣ２３とクッション材２２を合わせた最大の高さから着脱機構２１をＬＣＤ３１の方向に移動させた場合、最初にバンプ２４が電極３２に接触する高さを得ることができる。最初にバンプ２４と電極３２が接触した高さから、さらに押し込み量だけ着脱機構２１をＬＣＤ３１側に移動させると、先に接触したバンプ２４下部にあるクッション材２２が圧縮され、バンプ２４による高さの誤差を吸収することにより、すべてのバンプ２４を電極３２に接触させることができる。
【００１０】
また、ＦＰＣ２３に形成されるバンプ２４のピッチは、最小で20umであり、半導体試験装置で使用されているポゴピンのピンピッチ2.54mmやZIF（Zero Insertion Force Connector)0.5mmに比べると非常に小さい。ＺＩＦとは、挿入時の荷重が極めてゼロに近いコネクタのことである。
【００１１】
特許文献１では、より一層の狭ピッチや低背位化をしても、容易にハード基板に取付けることができる構造の取付部材とその取付方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第４２９３８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、このような接合構造には、次のような課題があった。第２の構造体３の素材には、平滑性がよく、高い電極３２の位置精度がえられる液晶表示装置３１で利用されるガラス材などが必要である。これに対して、プリント基板の素材は、内層銅箔の有無で大きく平滑性が変化し、パターン転写時に変化した平滑性によりプリント基板上に形成された電極の位置精度が悪化してしまう。そのため、液晶表示装置３１をプリント基板で構成する場合、プリント基板表面の凹凸により、ＦＰＣのバンプがプリント基板上に形成された電極から外れてしまうという問題があった。
【００１４】
また、プリント基板上に形成される電極には、人間の皮脂などによる皮膜や表面金属の酸化による酸化膜が絶縁膜を形成してしまうことにより、ＦＰＣをプリント基板の電極に接触させた場合、これらの絶縁皮膜を強制的に除去するような摺動運動が必要になるという問題もあった。
【００１５】
本発明の目的は、第２の構造体に末広がり形状でバンプを収容可能な大きさのくぼみを設けることにより、第１の構造体側のバンプをこのバンプと対向する位置に設けられた第２の構造体の末広がり形状のくぼみに接合させ、バンプの摺動運動を伴うバンプの位置決め機構を有する接合構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
第１の構造体側にバンプを設け、このバンプを介して前記第１の構造体と前記第２の構造体とを接合する接合構造において、
前記第２の構造体には、末広がり形状に形成され、前記バンプを収容可能な大きさであり、前記バンプと対向する位置にくぼみが設けられていることを特徴とする。
【００１７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
前記バンプは、先端が半球、円錐、平面のいずれかで形成されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、
前記くぼみを前記第２の構造体の両面にそれぞれ設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、第２の構造体に末広がり形状でバンプを収容可能な大きさのくぼみを設け、このくぼみに第１の構造体に設けられたバンプを挿入することにより、外部からの振動や温度変化による膨張、あるいは縮小が第２の構造体で使用可能なプリント基板、あるいは第１の構造体内のＦＰＣに生じた場合でも、第２の構造体のくぼみに第１の構造体のバンプが接続された状態からバンプが離脱することを防止できる。
【００２０】
また、第２の構造体に末広がり形状でバンプを収容可能な大きさのくぼみを設けることにより、このくぼみに第１の構造体に設けられたバンプを挿入しやすくなったため、外部の環境に左右されない安定した電気的接点が構成できる。
【００２１】
さらに、第２の構造体に末広がり形状でバンプを収容可能な大きさのくぼみを設けることにより、第１の構造体に設けられたバンプを第１の構造体内部の着脱機構により第２の構造体側に昇降することにより、バンプの摺動運動およびバンプの位置決め運動を同時に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の接合構造の一実施例を示す図である。
【図２】本発明の接合構造の最大位置決め量を示す説明図である。
【図３】本発明の他の実施例を示す図である。
【図４】従来の接合構造の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の接合構造の実施例を示す断面図である。図において、図４と同様のものは同一符号で示す。
【００２４】
本発明の第１の構造体２のFPC２３はバンプ付きフレキシブル基板のことである。第２の構造体４はビルドアップ基板（Build-up Printed Circuit Board）のことであり、以下ビルドアップ基板４１という。また、くぼみはビルドアップビア（Build-up Via）４４のことである。ここで、ビルドアップ基板とは、一層毎に積層、穴あけ加工、配線形成などを繰り返すことによって多層構造のプリント基板を作製する方法を利用して、作製された基板のことである。
【００２５】
ビルドアップ基板４１は、ドリルやレーザーによりスルーホール４２が形成される。このスルーホール４２の内部に、熱硬化樹脂、あるいは熱硬化金属などの充填材４３が充填される。この充填された熱硬化樹脂、あるいは熱硬化金属は、熱が加えられることによって、充填された樹脂、あるいは金属が硬化される。ここで、充填材４３、すなわち充填される材料には、熱が加えられることによって、充填された樹脂、あるいは金属が硬化され、固体となる材料が使用されている。
【００２６】
なお、充填材４３は、最終的にスルーホール４２の内部が固体により充填されるような材料であればよい。
【００２７】
次に、ビルドアップビア４４は、第１の構造体２上に形成されたバンプ２４と対向する位置に合わせるように、レーザーにより形成され、メッキ処理される。このメッキ処理されることにより、導通穴、すなわち電極として機能する。また、ビルドアップビア４４を形成するために、レーザーがビルドアップ基板４１に最初に照射される樹脂表面の穴径は、レーザー照射を最後に受けるスルーホール４２表面に形成される穴径よりも大きくなり、ビルドアップビア４４の末広がり形状となる。すなわち、スルーホール４２に接触する側のビルドアップビア４４の穴径は、第１の構造体２の上面のバンプ２４に当接される側のビルドアップビア４４の穴径に比べて小さく形成され、第１の構造体２側のバンプ２４に当接される側の穴径は、末広がり形状に形成されたくぼみであり、バンプ２４が挿入できる程度の大きさである。また、バンプの先端形状は、半球、円錐、平面のいずれかで形成されている。
【００２８】
また、ここでのレーザーとは、炭酸ガスレーザー（Carbon Dioxide Laser）、エキシマレーザー（Excimer Laser）、紫外線レーザー（Ultraviolet Laser）などのことをいう。
【００２９】
また、ビルドアップビア４４の形成方法は、レーザー加工でなくてもよい。たとえば、ビルドアップ基板４１の樹脂をアルカリ性溶剤にてエッチングすることにより、レーザー加工と同様に末広がり形状に形成される。
【００３０】
また、スルーホール４２を加工した後に、レーザー加工によりビルドアップビア４４の形状を末広がり形状にすることができれば、スルーホール４２の加工工法がどのようなものであってもよい。
【００３１】
第１の構造体２において、ＦＰＣ２３の上面に形成されたバンプ２４をビルドアップ基板４１に形成された末広がり形状のビルドアップビア４４に接続させることにより、第１の構造体２の外部に設けられている試験装置（図示せず）から出力された電気信号をＦＰＣ２３を介して、ビルドアップ基板４１が受信することができる。すなわち、第１の構造体２の外部に設けられている試験装置から電気信号がＦＰＣ２３を介して、第１の構造体２上に形成されたバンプ２４の位置に合わせて第２の構造体４側に形成されているビルドアップビア４４と、ビルドアップ基板４１内部に形成されている内部が充填されたスルーホール４２とを流れ、ビルドアップ基板４１が受信することができる。同様に、ビルドアップ基板４１側から発生した電気信号をＦＰＣ２３を経由して外部に設けられている試験装置(図示せず)に送信することもできる。
【００３２】
第１の構造体２では、ビルドアップ基板４１に設けられたビルドアップビア４４に、ＦＰＣ２３の上面に形成されているバンプ２４を接触させ、バンプ２４の高さ誤差を吸収するために、ＦＰＣ２３の下面にゴム、あるいはウレタンなどのエラストマーで構成されたクッション材２２が設けられている。
【００３３】
クッション材２２は、ＦＰＣ側２３とは逆の面に、着脱機構２１が形成されている。着脱機構２１を上下に昇降させることにより、ＦＰＣ２３およびクッション材２２も着脱機構２１と同じように上下に昇降移動させ、ビルドアップ基板４１のビルドアップビア４４との接続および切り離しを行っている。すなわち、着脱機構２１を上昇移動させることにより、第１の構造体２の上面に形成されたバンプ２４が、ビルドアップ基板４１に形成されたビルドアップビア４４に接続（接合）される。また、接続（接合）された状態から、着脱機構２１を下降移動させることにより、ビルドアップビア４４からバンプ２４を切り離すことができる。すなわち、着脱機構２１を昇降させることにより、バンプ２４をビルドアップビア４４に接続（接合）させたり、引き離すことができる。
【００３４】
また、第１の構造体のＦＰＣ２３、ＦＰＣ２３上に形成されたバンプ２４およびクッション材は、任意に取り替えることができる。
【００３５】
ＦＰＣ２３の上面に形成されたバンプ２４高さの誤差は、ＦＰＣ２３の厚みの誤差も含めて、第１の構造体２を製造するときに、最大誤差が保証された既知の値である。また、クッション材２２も製造時に最大厚み誤差が保証された既知の値を有しているため、ＦＰＣ２３およびクッション材２２それぞれの誤差を加算することにより、ＦＰＣ２３とクッション材２２とを合わせた最大高さと最小高さとその差分である押し込み量を得ることできる。
【００３６】
また、図示していないが、図１のビルドアップ基板と同様にスルーホールの内部に充填材が充填されたプリント基板に、第１の構造体２側に形成されているバンプ２４を挿入するためのくぼみを末広がり形状に形成することにより、既存のプリント基板の構造を大きく変更することなく、第１の構造体２に形成されている着脱機構２１の昇降機能により摺動運動およびバンプ２４の位置決め運動を同時に行うことができる。
【００３７】
第２の構造体４に末広がり形状でバンプ２４を収容可能な大きさのくぼみ、すなわちビルドアップビア４４を設けることにより、このビルドアップビア４４に第１の構造体２に設けられたバンプ２４を挿入しやすくなったため、外部の環境に左右されない安定した電気的接点が構成できる。
【００３８】
第２の構造体４に末広がり形状でバンプ２４を収容可能な大きさのビルドアップビア４４を設け、このビルドアップビア４４に第１の構造体２に設けられたバンプ２４を挿入することにより、外部からの振動や温度変化による膨張、あるいは縮小が第２の構造体４で使用可能なプリント基板、あるいは第１の構造体２内のＦＰＣ２３に生じた場合でも、第２の構造体４のビルドアップビア４４に第１の構造体２のバンプ２４が内接された状態からバンプが離脱することを防止できる。
【００３９】
また、バンプ２４の先端形状は、ビルドアップ基板４１に形成されているビルドアップビア４４およびスルーホール４２の接触面に直接触れるような鋭利な針状でなければよい。たとえば、本実施例では、バンプの先端形状が半球を図示したが、円錐や、平面で形成されていてもよい。また、バンプ２４の先端形状が円錐もしくは平面の場合でも、バンプ２４の先端形状が半球の場合よりは位置決め運動の範囲が狭くなるが、第１の構造体２に形成されている着脱機構２１の昇降機能により摺動運動およびバンプ２４の位置決め運動を同時に行うことができる。
【００４０】
また、ＦＰＣ２３上にバンプ２４を形成するには、エッチング法やメッキ法があるが、バンプ形成方法や表面メッキ方法を特に制限するものではない。
【００４１】
図２は本発明の接合構造の最大位置決め量を示す説明図である。図において、図１と同様のものは同一符号で示す。
【００４２】
ビルドアップ基板４１に形成されたくぼみ、すなわちビルドアップビア４４は、末広がり形状に形成され、バンプ２４を収容可能な大きさに形成されている。また、図２では、ビルドアップビア４４の断面形状は台形であり、ＦＰＣ２３に形成されたバンプ２４は直径Ｄ１の半球の先端形状を有している。また、ビルドアップビア４４の台形断面形状を構成する最大および最小の穴径は、製造時に値が保証された既知の値であるため、直径Ｄ１の半球の先端形状をもっているバンプ２４とビルドアップビア４４の内壁が接触する挿入長さＬ１を求めることができる。
【００４３】
また、バンプ２４がビルドアップビア４４に挿入される際のバンプ２４の最大高さから着脱機構２１をビルドアップ基板４１側、すなわち上に移動させた時に、最初にバンプ２４がビルドアップ基板４１に接触する高さは、ビルドアップ基板４１の表面までの高さにバンプ２４をビルドアップビア４４に挿入する長さＬ１を加算した値となる。
【００４４】
まず、着脱機構２１を上に移動させることにより、第１の構造体２上に形成されたバンプ２４をビルドアップビア４４に挿入するときに、ビルドアップビア４４は、末広がり形状に形成され、バンプ２４を収容可能な大きさに形成されたくぼみであることにより、ビルドアップビア４４の中心の位置に対して、バンプ２４の挿入位置がバンプ２４の最大径半分の長さＲ／２分ずれている場合でも、ビルドアップビア４４の側面を擦るように、バンプ２４がビルドアップビア４４に挿入される。また、ビルドアップビア４４に挿入されるバンプ２４の長さがバンプ２４の挿入長さＬ１に達する。
【００４５】
ビルドアップビア４４に挿入されるバンプ２４の長さがバンプ２４の挿入長さＬ１に達するため、人間の皮脂などによる皮膜や表面金属の酸化による酸化膜が形成される絶縁膜を除去するような摺動運動および自己補正式の位置決めを行うことができる。
【００４６】
ここで、自己補正式の位置決めとは、バンプ２４がビルドアップビア４４に挿入されるときに、ビルドアップビア４４の中心位置に対してバンプ２４の中心値がＲ／２分ずれている場合でも、ビルドアップビア４４は、末広がり形状に形成され、バンプ２４を収容可能な大きさに形成されたくぼみであることにより、バンプ２４がビルドアップビア４４から外れることなく、ビルドアップビア４４に挿入する動作のことをいう。
【００４７】
また、第１の構造体２に形成された複数のバンプ２４のうち、一番高いバンプ２４が、ビルドアップビア４４に最初に挿入される。この最初にビルドアップビア４４に挿入されるバンプ２４が、ビルドアップビア４４の挿入深さＬ１に達した高さから、さらに押し込み量だけ着脱機構２１をビルドアップ基板４１側に移動させると、最初にビルドアップビア４４に接触したバンプ２４の下面に形成されたクッション材２２が圧縮されることにより、バンプ２４の高さ誤差が吸収される。このように、バンプ２４の高さに誤差がある場合でも、クッション材２２により誤差を吸収することができるため、第１の構造体２に形成された全てのバンプ２４をビルドアップ基板４１に接触させることが可能となる。
【００４８】
第１の構造体２上に形成されたバンプ２４の位置に対応して、ビルドアップ基板４１にビルドアップビア４４を末広がり形状に形成し、バンプ２４が収容可能な大きさに形成されたくぼみであることにより、着脱機構２１の昇降機能により摺動運動およびバンプ２４の位置決め運動を同時に行うことができる。
【００４９】
ビルドアップビア４４は、末広がり形状に形成され、バンプ２４を収容可能な大きさに形成されたくぼみであることにより、ビルドアップビア４４の中心位置に対してバンプ２４の中心値がＲ／２分ずれている場合であっても、バンプ２４がビルドアップビア４４から外れることなく、ビルドアップビア４４に挿入できる。
【００５０】
図３は、本発明の接合構造の他の実施例を示す断面図である。図において、図１と同様のものは同一符号で示す。
【００５１】
図１と異なる点は、図１の実施例ではビルドアップビア４４は第１の構造体２上に形成されたバンプ２４の位置に合わせるように第１の構造体２側に形成されているが、図３の実施例ではくぼみ、すなわちビルドアップビア６４ａ、６４ｂが第２の構造体６の両面にそれぞれ形成されている。つまり、スルーホール６２を挟んで上下に、すなわち第１の構造体２側にビルドアップビア６４ａ、反対側にビルドアップビア６４ｂがそれぞれ形成されている。
【００５２】
ビルドアップビア６４ｂは、試験装置などと接合構造７が電気的に接続する際に使用するために設けられている。ビルドアップビア６４ａ、６４ｂは、同じ形状であり、図３では末広がり形状に形成され、バンプ２４を収容可能な大きさに形成されている。また、ビルドアップビア６４ａ、６４ｂの断面形状は、台形でなくてもよく、バンプ２４が位置ずれしている場合でもビルドアップビア６４ａ、６４ｂに挿入できる形状であればよい。
【００５３】
なお、本発明では、断面形状が台形であるビルドアップビア４４、６４ａ、６４ｂの実施例を挙げているが、ビルドアップビア４４、６４ａ、６４ｂは、末広がり形状に形成され、バンプ２４を収容可能な大きさに形成されたものであれば、断面形状が台形でなくてもよい。
【００５４】
以上説明したように、本発明によれば、第２の構造体に末広がり形状でバンプを収容可能な大きさにくぼみが形成されることにより、くぼみの中心位置に対してバンプの中心位置がＲ／２分ずれていても、バンプがくぼみから外れることなく、くぼみに挿入できるため、外部からの振動、あるいは温度変化による膨張、あるいは縮小が第２の構造体で使用可能なプリント基板、あるいは第１の構造体内のＦＰＣに生じた場合でも、第２の構造体のくぼみに第１の構造体のバンプが接続された状態からバンプが離脱することを防止できる。
【００５５】
また、第２の構造体に末広がり形状でバンプを収容可能な大きさのくぼみを設けることにより、このくぼみに第１の構造体に設けられたバンプを挿入しやすくなったため、外部の環境に左右されない安定した電気的接点が構成できる。
【００５６】
さらに、第１の構造体に設けられたバンプの位置に対向した第２の構造体に末広がり形状でバンプを収容可能な大きさのくぼみを設けることにより、バンプを第１の構造体内部の着脱機構により第２の構造体側に昇降することにより、バンプの摺動運動およびバンプの位置決め運動を同時に行うことができる。
【符号の説明】
【００５７】
２  第１の構造体
２４  バンプ
４、６  第２の構造体
４４、６４ａ、６４ｂ  ビルドアップビア
５、７  接合構造
【図１】
2011159643.tif 000003
【図２】
2011159643.tif 000004
【図３】
2011159643.tif 000005
【図４】
2011159643.tif 000006