(57)【要約】【課題】余分なはんだ付け面積を使わなくても高い接合強度が得られるリジッド基板とフレキシブル基板とのはんだ付け接合方法および接合体を提供する。【解決手段】接合すべき部分においてリジッド基板とフレキシブル基板とが非平行に角度付けされた状態となるようにリジッド基板およびフレキシブル基板を配置し、接合部分においてフレキシブル基板にヒータを当てることによりはんだを溶融し、その後はんだを凝固させる。【選択図】　　　図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合されるリジッド基板とフレキシブル基板のいずれかまたは双方の接合用導体パターンにあらかじめはんだが付着されたリジッド基板およびフレキシブル基板を用い、
リジッド基板上の接合用導体パターンおよびフレキシブル基板上の接合用導体パターンが互いに相手方とはんだ付け接合可能な位置関係であり、かつ、接合部分においてリジッド基板とフレキシブル基板とが非平行に角度付けされた状態となるように、リジッド基板およびフレキシブル基板を配置する工程と、
接合すべき部分においてフレキシブル基板にヒータを当てることによりはんだを溶融し、その後はんだを凝固させる工程と、
を備えるリジッド基板およびフレキシブル基板のはんだ付け接合方法。
【請求項２】
リジッド基板上の導体パターンとフレキシブル基板上の導体パターンとが互いに相手方とはんだ付けされており、はんだ付け接合されている部分においてリジッド基板とフレキシブル基板とが非平行であり、互いにはんだ付け接合されている両導体パターンの間のはんだが断面くさび状となっている、リジッド基板とフレキシブル基板の接合体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リジッド基板とフレキシブル基板とのはんだ付け接合方法に関し、特に熱圧着方法による場合の接合強度を高めたはんだ付け方法、並びに、はんだ付けによるリジッド基板とフレキシブル基板の接合体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リジッド基板の導体パターンとフレキシブル基板の導体パターンとをはんだ付けする際の生産性に優れた方法として熱圧着方法が知られている。熱圧着方法では、まず、接合すべきリジッド基板側の導体パターン部分およびフレキシブル基板側の導体パターン部分のいずれかまたは両方にあらかじめはんだを付着させておく。例えば、リジッド基板とフレキシブル基板との接合に先立って行われる、リジッド基板に表面実装電子部品を実装する工程の中で、フレキシブル基板を接合する部分の導体パターンにもはんだペーストを塗布し、これを電子部品はんだ付けのためのリフローによりいったん溶融してから凝固させることにより、リジッド基板の導体パターンにはんだが付着しているようにする。次に、接合部分同士を対向させてリジッド基板とフレキシブル基板とを重ね合わせ、フレキシブル基板の接合面の裏側からヒーターチップを押し当てて接合部分に付着したはんだを溶融することによりはんだ付けを行う。
【０００３】
熱圧着方法は、はんだ付け箇所が一列に並んでいる場合などに、同時に多くの箇所のはんだ付けができるという利点を有するが、一方、ヒーターチップを押し当てるために接合部分のはんだ層の厚みが薄くなり、はんだ付け後に接合部分に強い力が加えられると接合箇所がはがれてしまうという接合強度不足の問題がある。この問題に対する解決手段として以下のような技術が知られている。
【０００４】
特開平８−２３１４８号に記載の技術は、回路基板の接続ランドに幅広部分を設けるものであり、その分接続ランドの間隔が大きくされている。また、特開平１０−７０３４７号に記載の技術は、電路接続のための電極以外に、はんだ付けの強度補強用の模擬電極を設けるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のいずれの従来技術においてもはんだ付け面積を増やすことによって接合強度を向上しようとするものであるため、電気的観点からは不要な余分の面積が基板上に必要になる。ところが、小型化が進んだ回路基板においてはこのような余分の面積を許容しがたい場合がある。
【０００６】
そこで本発明は、熱圧着方法の生産性の高さを継承しながら、余分なはんだ付け面積を使わなくても高い接合強度が得られるリジッド基板とフレキシブル基板とのはんだ付け接合方法および接合体を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によるリジッド基板およびフレキシブル基板のはんだ付け接合方法は、接合されるリジッド基板とフレキシブル基板のいずれかまたは双方の接合用導体パターンにあらかじめはんだが付着されたリジッド基板およびフレキシブル基板を用い、リジッド基板上の接合用導体パターンおよびフレキシブル基板上の接合用導体パターンが互いに相手方とはんだ付け接合可能な位置関係であり、かつ、接合すべき部分においてリジッド基板とフレキシブル基板とが非平行に角度付けされた状態となるように、リジッド基板およびフレキシブル基板を配置する工程と、接合部分においてフレキシブル基板にヒータを当てることによりはんだを溶融し、その後はんだを凝固させる工程とを備えるものである。
【０００８】
この発明によれば、互いにはんだ付け接合されている両導体パターン間のはんだが断面くさび状となるので、少なくとも部分的に厚みの大きなはんだ層が得られるため、リジッド基板とフレキシブル基板との間に高い接合強度が得られ、これらの基板を応力のかかる状況で使用しても接合部のはがれを生じにくくすることができる。しかも、電気的観点からは意味のない補強用の導体パターンを設ける必要がないので、そのための基板面積の増加を避けることができる。ただし、この発明は接合強度をさらに高めるために補強用の導体パターンを併用することを排除するものではない。なお、従来の熱圧着方法による場合よりもはんだ層の厚みを大きくすると接合強度が増すことは経験により得られる知見である。
【０００９】
この発明の他の利点は、両基板の接合に用いられるはんだの体積が比較的大きいため、あらかじめ付着させるはんだ量のばらつきの許容範囲が大きいことである。従来の熱圧着方法でははんだ層の厚みが薄く、しかもその厚みはヒータの押圧力に依存するので、あらかじめ付着させたはんだ量が少し多いだけではんだ付け時にはんだが導体パターンからはみ出し、他の導体パターンとの間でブリッジを起こしやすかった。また、はんだ量が少ないと実効はんだ付け面積が縮小してしまうことがあった。このような問題がこの発明により改善される。
【００１０】
この発明の好ましい実施態様においては、各基板の端から両基板が重ねられる所定の幅の部分をはんだ付け部とし、ヒータがフレキシブル基板を押さえてはんだを溶融する際に、リジッド基板の端部またはフレキシブル基板の端部において、フレキシブル基板とリジッド基板との間隔がほぼゼロとなるようにする。そうすると、その部分では薄いはんだ層（そこにはんだがなければ空気層）を介するかまたは直接両基板が接触する状態となり、そこからはんだ付け部の他端に向かって所定の角度をもってはんだ層の厚みが増加していくようなはんだ層の断面形状となるから、はんだ層の最大厚みが安定して得られる。
【００１１】
この発明のほかにも、適当な厚みのはんだ層が接合用導体パターン上にわたって均一に得られるように、リジッド基板とフレキシブル基板とを平行にしたまま、接合用導体パターン同士の間隔を適当な大きさに保ってはんだ付けすることも考えられるが、そうするとはんだ層の厚みのばらつきをなくすためのスペーサ構造または基板間隔管理手法を工夫する必要が生じ、従来の熱圧着方法の簡便さが失われてしまう。その点上述の実施態様によれば、はんだ付けのときに両基板を角度付けするほかは従来の熱圧着方法と同様に実施することができ、得られるはんだ層の最大厚みも安定している。
【００１２】
この発明において、各基板の端から両基板が重ねられる所定の幅の部分をはんだ付け部とする場合に、フレキシブル基板の端部がはんだ層の最小厚み、リジッド基板の端部がはんだ層の最大厚みとなるように両基板を角度付けするのが好ましい。リジッド基板が硬く、フレキシブル基板が柔らかいことから、両基板を引きはがそうとする力はフレキシブル基板の端部ではなくリジッド基板の端部に集中するが、このようにすればリジッド基板の端部のはんだ層の厚みが大きいから、はがれに対する高い耐久性が得られる。これとは反対に、フレキシブル基板の端部がはんだ層の最大厚み、リジッド基板の端部がはんだ層の最小厚みとなるように両基板を角度付けしてこの発明を実施することもできる。このときは先の場合にくらべればはがれに対する耐久性が劣るが、それでも従来の熱圧着方法よりは優れた耐久性が得られる。
【００１３】
本発明を別の観点から規定したリジッド基板とフレキシブル基板の接合体は、リジッド基板上の導体パターンとフレキシブル基板上の導体パターンとが互いに相手方とはんだ付けされており、はんだ付け接合されている部分においてリジッド基板とフレキシブル基板とが非平行であり、互いにはんだ付け接合されている両導体パターンの間のはんだが断面くさび状となっているものである。このような構造により高い接合強度が得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は円柱型近接センサ１０の断面図である。その中のリジッド基板（検知回路基板１、出力回路基板３）とフレキシブル基板２とが本発明の方法によりはんだ付けされている。検知回路基板１および出力回路基板３はガラスエポキシを基材としている。フレキシブル基板２はポリイミドを基材としている。近接センサ１０は、そのほかに検知コイル４、フェライトコア５、コイルケース６、本体ケース７、コネクタ８などからなる。検知回路基板１には、検知コイル４を共振回路要素とする発振回路と、発振回路の発振振幅をしきい値と比較して２値化する弁別回路とが設けられている。物体が検知コイルに接近すると発振回路の発振振幅が減少または発振が停止することを利用して、近接センサ１０は物体の接近を検出することができる。出力回路基板３には、弁別回路の出力を所定の仕様の電圧出力または電流出力の形態に変換する出力回路が設けられており、その出力はコネクタ８を介して外部に送出される。出力回路基板３にはまた、コネクタ８を介して外部から供給された電力を所定の電源仕様に変換して検知回路基板１に供給する電源回路も設けられている。フレキシブル基板２は、検知回路基板１と出力回路基板３とを電気的に接続している。本体ケース７、コイルケース６およびコネクタ８に囲まれた空間には樹脂が充填されている。この充填樹脂は、外部からの水や油の浸入を防止するとともに、振動環境の下でも内部の回路基板その他の部材が破損しないようにこれらの部材を支持している。
【００１５】
本体ケース７に注入された充填樹脂が硬化するときや硬化した充填樹脂が温度変化により膨張収縮するとき、検知回路基板１とフレキシブル基板２とのはんだ付け接合部および出力回路基板３とフレキシブル基板２とのはんだ付け接合部には応力がかかる。これらのリジッド回路基板１、３とフレキシブル基板２とを従来の熱圧着方法ではんだ付けした場合には、はんだ層の厚みが薄いため、充填樹脂の硬化時や温度変化時の応力に耐えられずはんだ付け接合がはがれてしまうことがあった。この問題を解決するために、本発明のはんだ付け接合方法が採用されている。
【００１６】
なお、フレキシブル基板２の中央部は山型にフォーミングされており、このことがはんだ付け接合部分にかかる応力の緩和に寄与している。もっとも、従来の熱圧着方法ではこのようなフォーミングをしていてもなお、接合部分のはがれが生じた。
【００１７】
以下、検知回路基板１をリジッド基板の代表として、検知回路基板１とフレキシブル基板２との接合について述べるが、出力回路基板３とフレキシブル基板２との接合についても同様である。
【００１８】
図２は、検知回路基板１およびフレキシブル基板２の接合部付近を図１の下側から見たものである。ただし、両基板を接合する前の状態を示している。検知回路基板１の表面（図１における下側の面）には基板の端にまで至る４つの接合用導体パターン（銅箔パターン）１１が設けられており、その表面ははんだに覆われている。このはんだは次のようにして接合用導体パターン１１に付着しているものである。すなわち、検知回路基板１に電子部品を実装するため、基板１上のランドにはんだペーストが塗布されるが、そのときに接合用導体パターン１１にもはんだペーストが塗布される。その後、電子部品をマウントしてリフローが行われるが、このリフローにより接合用導体パターン１１上のはんだも溶融および凝固するのである。フレキシブル基板２の表面（図１における上側の面であって図２における裏側の面）には４本の平行配線パターン（銅箔パターン）がフレキシブル基板２の全長にわたって設けられており、そのうち検知回路基板１との接合に寄与する部分が接合用導体パターン２１である。検知回路基板１とフレキシブル基板２とを接合する際には、図２において検知回路基板１の上にＡ−Ａで示す位置までフレキシブル基板２を重ね合わせる。これにより、接合用導体パターン１１および２１が互いに相手方とはんだ付け接合可能な位置関係となる。
【００１９】
図３は検知回路基板１とフレキシブル基板２とをはんだ付けのための治具３１に載置した状態を示す断面図、図４は図３のＩＶ矢視部の拡大図であり、図５はこれらの基板が載置される治具３１の部分を示す拡大斜視図である。治具３１は水平に置かれた板状であり、その上面には検知回路基板１を載置するための斜面３３とフレキシブル基板２を載置するための溝３２とが設けられている。溝３２の底面は水平（治具３１の上面と平行）である。はんだを溶融するためのヒータチップ３４の先端部分（フレキシブル基板２に当てられる部分）は電気抵抗体であり、ここに通電することにより発熱させる。ヒータチップ３４の先端面（フレキシブル基板２に当てられる面）は、その幅（図３の左右方向の長さ）は検知回路基板１とフレキシブル基板２とが重なっている部分の長さにほぼ等しく、その長さ（図３の紙面に垂直方向の長さ）は検知回路基板１の幅（図２の上下方向の長さ）よりも長くされているので、ヒータチップ３４は接合部分の全体を一度に加熱することができる。
【００２０】
はんだ付けを行う際には、まず検知回路基板１を斜面３３に載置し、フレキシブル基板２を検知回路基板１に接合部分同士が重なるようにして溝３２に載置する。これにより、接合部分において検知回路基板１とフレキシブル基板２とが非平行に角度付けされた状態となる。次に、フレキシブル基板２の上にヒータチップ３４を降ろして当てた後、ヒータチップ３４に通電して発熱させることにより、検知回路基板１の接合用導体パターン１１上のはんだを溶融する。はんだが溶融したらヒータチップ３４を当てたままでヒータチップ３４への通電をやめて温度を下げ、はんだを凝固させる。はんだが凝固したらヒータチップ３４をフレキシブル基板２から離す。ヒータチップ３４を当てたままはんだを凝固させるので、はんだ層の厚みにばらつきが生じにくい。
【００２１】
治具３１は、はんだが溶融したときにフレキシブル基板２の先端がちょうど検知回路基板１の表面に接するように両基板を位置決めできるように作られている。したがって、検知回路基板１が反りによって治具３１からやや浮いていたりその厚みが標準値より大きいほうにばらついていたりしても、ヒータチップ３４がフレキシブル基板２の先端を検知回路基板１に押し付けることにより、検知回路基板１の浮きが矯正されるかフレキシブル基板２の高さが検知回路基板１の厚みに合わせられるかするので、はんだ層の厚みが全体として薄くなることはない。また、検知回路基板１の厚みが標準値より小さいほうにばらついているときにはフレキシブル基板２の先端と検知回路基板１の表面との間に間隙が生じ、はんだ層の厚みが全体としてわずかに厚くなることがあるが、それが問題となることはない。
【００２２】
図６は、このようなはんだ付けにより検知回路基板１とフレキシブル基板２とが接合された状態を示す。両基板は非平行に角度付けされた状態を維持しており、両基板の接合用導体パターンの間には断面がくさび状の凝固したはんだ層５１が介在している。はんだ層５１の最大厚みは検知回路基板１の端部において現れ、この厚みをｘとする。また、両基板の接合部分の長さをｙとする。はんだ付けの前に検知回路基板１にあらかじめ付着されているはんだが、検知回路基板１への電子部品実装と同じ工程におけるはんだペースト塗布およびリフローを経たものであること（それにより付着されるはんだ量であること）を前提とすると、最大厚みｘは、０．１ｍｍ程度（０．０５〜０．２ｍｍ）が好適である。最大厚みｘがこれよりも小さくなると、はんだ付け強度が小さくなり、応力によるはがれが生じやすくなる。また、はんだのはみ出しによるブリッジが生じるおそれがある。最大厚みｘがこれよりも大きくなると、はんだ不足により検知回路基板１の端部付近で両基板間にはんだが充填しなくなる現象が生じ、実効的なはんだ層最大厚みとはんだ付け面積とが減少して、かえって接合強度が小さくなる。
【００２３】
最大厚みｘ、接合長さｙおよび両基板のなす角度θの間には、
ｔａｎθ＝ｘ／ｙ
の関係があるから、与えられた接合長さｙのときに最大厚みｘを０．１ｍｍにするためには、上式を満たす角度θが選択される。例えば、接合長さｙ＝１ｍｍであればθ＝５．７°、接合長さｙ＝１．５ｍｍであればθ＝３．８°となる。治具３１は、斜面３３がなす角度がこのようにして求められた角度θとなるように作られる。
【００２４】
図６では、フレキシブル基板２の端がちょうど検知回路基板１に接するようにされているが、この部分に最大厚みｘよりも小さなはんだ厚みがあっても差し支えない。また、フレキシブル基板２の端部付近で若干の長さ部分、薄いはんだ層を介して（または介さずに）両基板がほとんど密着する状態となっていてもかまわない。接合強度への寄与は検知回路基板１の端部付近が大きく、ここではんだ層５１の最大厚みが確保されていれば、フレキシブル基板２の端部付近におけるはんだ層５１の厚みは接合強度にあまり影響しないからである。
【００２５】
図６とは逆に、検知回路１の端部におけるはんだ層１の厚みが最小で、フレキシブル基板２の端部におけるはんだ層５１の厚みが最大となるように両基板を角度付けしてもよい。しかしその場合は、両基板を引きはがそうとする力が加わったときに接合強度の弱い検知回路基板１の端部付近でまず部分的なはがれが生じ、そこで生じたはんだ層の亀裂がはんだ層の厚い部分にまで拡大していくおそれがある。しかしそれでも、応力に対するはがれ耐久性は従来の熱圧着方法の場合よりも優れている。
【００２６】
【発明の効果】
この発明によれば、互いにはんだ付け接合されている両導体パターン間のはんだが断面くさび状となるので、少なくとも部分的に厚みの大きなはんだ層が得られるため、リジッド基板とフレキシブル基板との間に高い接合強度が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が実施された近接センサの断面図を示す図である。
【図２】検知回路基板（リジッド基板）とフレキシブル基板の接合部付近を示す図である。
【図３】検知回路基板とフレキシブル基板とを、はんだ付けのための治具に載置した状態を示す断面図である。
【図４】図３のＩＶ矢視部の拡大図である。
【図５】基板が載置される治具の部分を示す拡大斜視図である。
【図６】検知回路基板とフレキシブル基板とが接合された状態を示す図である。
【符号の説明】
１　検知回路基板（リジッド基板）
２　フレキシブル基板
３　出力回路基板（リジッド基板）
４　検知コイル
５　コア
６　コイルケース
７　本体ケース
８　コネクタ
１０　近接センサ
１１　接合用導体パターン
２１　接合用導体パターン
３１　治具
３２　溝
３３　斜面
３４　ヒータチップ
５１　はんだ層
【図１】
2004031870.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004031870.tif 000005
【図４】
2004031870.tif 000006
【図５】
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【図６】
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