(57)【要約】【課題】複数の回路基板を搭載した電子機器の薄型化、省スペース化を実現し、基板の取り外しを可能にする基板接続構造を提供する。【解決手段】表層に複数の電極端子１０をマトリクス状に配置した第一の基板１と、電極端子１０に対向するとともに、表層に複数の電極端子２０をマトリクス状に配置した第二の基板２と、これらの基板１，２間に且つ電極端子１０，２０に対応する位置に配置した異方性導電部材３とを備え、これらの基板１，２および異方性導電部材３を加圧部品４により加圧して、基板１，２を電気的に接続する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表層にマトリクス状に第一の電極端子群を配置した第一の基板と、表層に第二の電極端子群を前記第一の電極端子群に対応してマトリクス状に配置した第二の基板と、前記第一および第二の基板間に配置した異方性導電部材とを有し、前記第一および第二の基板と前記異方性導電部材とを加圧して前記第一および第二の電極端子群を電気的に接続することを特徴とする回路基板装置。
【請求項２】
前記第一および第二の電極端子群は、前記第一の基板の内層あるいは裏面から少なくとも一本以上の配線を引き出し、前記第一および第二の電極端子群に少なくとも１つ以上形成したビアによるくぼみを、前記異方性導電部材の弾性により吸収したことを特徴とする請求項１に記載の回路基板装置。
【請求項３】
前記第一および第二の電極端子群は、その各端子の端部に、前記第一および第二の基板の内層あるいは裏面に配線を少なくとも一本以上引き出すためのビアを形成し、前記ビア以外の端子の平面により、前記異方性導電部材に接触させたことを特徴とする請求項１に記載の回路基板装置。
【請求項４】
前記第一および第二の電極端子群は、前記第一および第二の基板の内層あるいは裏面に少なくとも一本以上の配線を引き出し、前記第一，第二の電極端子群に少なくとも１つ以上形成したビアによりくぼみを埋め、前記第一および第二の電極端子を平坦にしたことを特徴とする請求項１に記載の回路基板装置。
【請求項５】
前記異方性導電部材は、その導電材料に、金線，銅線，真ちゅう線，りん青銅線，ニッケル線，ステンレス線のいずれかの金属細線、あるいは金属粒子，金メッキ粒子，銀メッキ粒子，銅メッキ粒子のいずれかを使用したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の回路基板装置。
【請求項６】
前記第一および第二の基板は、多層フレキシブル回路基板，多層リジットプリント回路基板，両面フレキシブル回路基板，両面リジットプリント回路基板のうちの１つを使用したことを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の回路基板装置。
【請求項７】
表層にマトリクス状に第一の電極端子群を配置した第一の基板と、表層に第二の電極端子群を前記第一の電極端子群に対応してマトリクス状に配置した第二の基板と、前記第一および第二の基板間に配置した異方性導電部材と、前記第一および第二の基板と前記異方性導電部材とを加圧して前記第一および第二の電極端子群を電気的に接続する加圧部品とを有することを特徴とする回路基板装置。
【請求項８】
表層にマトリクス状に第一の電極端子群を配置した第一の基板と表層に第二の電極端子群を前記第一の電極端子群に対応してマトリクス状に配置した第二の基板との間に異方性導電部材を配置し、前記第一および第二の基板と前記異方性導電部材とを加圧部品により加圧して、前記第一および対応する前記第二の電極端子群の各々を電気的に接続することを特徴とする基板間の接続方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数の基板を備えた回路基板装置および基板間の接続方法に関し、特に多くの電子機器に搭載されているフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）基板やリジットプリント回路（ＲＰＣ）基板などのプリント回路基板を互いに接続する構造および互いに接続する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、携帯電話装置やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）端末、あるいはその他多くの電子機器では、限られたスペースの中に多くの電子部品を実装したプリント回路基板を複数搭載している。これらの回路基板を互いに接続する方法としては、一般にコネクタを用いる構造、もしくは半田などの接続媒体を用いる方法が取られている。
【０００３】
図５は従来の一例を示す回路基板装置の平面図である。図５に示すように、この例では、２枚の基板１ａ，２ａをコネクタ１０ａ，２０ａによって接続した構造である。すなわち、２枚のＲＰＣ基板１ａ，２ａを並行に重ねて接続した例であり、例えば一方の基板１ａに凸型のコネクタ１０ａ、他方の基板２ａに凹型のコネクタ２０ａを取り付け、両基板１ａ，２ａを接続したものである。この基板対基板コネクタ１０ａ，２０ａには、基板１ａ，２ａに実装するための端子をマトリクス状に配列したタイプもある。
【０００４】
図６は従来の他の例を示す回路基板装置の斜視図である。図６に示すように、この例は、１枚のＲＰＣ基板１ａにコネクタ３１を実装し、１枚のＦＰＣ基板３０をそのコネクタ３１に挿入することことにより、両基板を接続したものである。
【０００５】
上述した図５および図６のどちらの構造も基板相互を分離することが容易なため、部品の不良などによって基板を取替えることが可能である。
【０００６】
図７は従来のまた別の例を示す回路基板装置の斜視図である。図７に示すように、この例は、コネクタ部３２を備えたＦＰＣ基板３０をＲＰＣ基板１ａに直接接続した構造である。その接続媒体としては、一般に、半田、ＡＣＦ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ　Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ　Ｆｉｌｍ：異方性導電フィルム）、ＡＣＰ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ　Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ　Ｐａｓｔｅ：異方性導電ペースト）などが用いられている。この半田は、一般に電子部品を基板に実装する場合に使用されるものと同様なものを用いる。その接続方法は、基板の電極端子にあらかじめ半田ペーストを塗布し、両基板を仮固定した後、熱と圧力をその接続部にかけることで固定する。
【０００７】
上述したＡＣＦは、微細な導電粒子を接着性のある樹脂に混在させ、フィルム状にしたものであり、ＡＣＰはそれをペースト状にしたものである。したがって、両基板を接続する場合は、共に接続する電極の間にそのフィルムもしくはそのペーストを挟み込み、半田接続と同様に、熱と圧力を与えることで接続することができる。
【０００８】
さらに、半田は他の部品実装にも使用されているため、低コスト化できるという利点を有している。しかし、接続の際に液状化するため、隣り合う電極間を短絡し易く、狭ピッチの接続には不向きである。現状では、０．３ｍｍピッチ以下の接続には技術的な課題が多い。一方、ＡＣＦやＡＣＰは、はんだに比べコストは高いが、狭ピッチが可能であり、０．０５ｍｍピッチでも可能との報告もある。そのため、液晶ディスプレイのガラス基板と液晶ドライバとの接続には、このＡＣＦもしくはＡＣＰが広く用いられている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
先に述べた通り、携帯電話装置やＰＤＡ端末などの電子機器では、限られたスペースの中に多くの電子部品を実装したプリント回路基板を複数枚搭載する必要がある。特に、携帯電話装置やＰＤＡ端末では、ポケットやバックの中にそれらを入れて持ち運ぶことを考えると、接続部の薄型化、省スペース化が非常に重要なファクターとなる。これらの装置や端末の薄型化、省スペース化を実現することを考えると、上述した各種の従来技術の中では、半田やＡＣＦなどの接続媒体を使用した方が有利である。
【００１０】
これらの製品では、最新の技術が適用されたＬＳＩを搭載することが多いため、不良部品の出る確立が高い。このため、半田などを使用すると、不良製品、あるいは不良個所が発生した場合には、接続された基板すべてが使用できなくなり、不良による製造コストが高くなる。また、コネクタのような取り外し可能な接続手段を用いると、実装の高さは犠牲になるが、不良部品を実装した基板のみを取り外せばよいので、不良による製造コストを低く抑えることができる。
【００１１】
しかし、コネクタを用いても、電気的接続上の問題点が多々存在する。まず、コネクタは端子ピンと、プリント基板の電極端子を接触させることにより、電気的な接続を実現する方式であるため、コネクタ端子ピンと、端子ピンを固定する部分のスペースが必要となり、狭ピッチ化には限界がある。現在の段階では、ＦＰＣコネクタの場合のピッチは０．３ｍｍ、基板対基板のコネクタの場合のピッチは０．４ｍｍが限界である。
【００１２】
さらに、実装面積を減少させる方法として、ＣＳＰタイプの基板対基板コネクタがある。これは、コネクタを実装する基板の電極をマトリクス状に配置し、実装面積の減少を図るものである。かかる電極端子の配列をマトリクス状にした場合には、配線を内層に引き出す必要がある。また、電極端子にビアを配置すると、電極表面が１５〜４０μｍほど凹むため、剛性の高いＣＳＰタイプのコネクタを実装した場合には、ビア部分でボイドや接触不良、あるいは応力集中による信頼性低下の原因となる。
【００１３】
本発明の目的は、このような薄型化、省スペース化を実現するとともに、コネクタのように、取り外しが可能な基板間を互いに接続する回路基板装置および基板間の接続方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の回路基板装置および基板間の接続方法は、表層に接続のための第一の電極端子を設けた第一の基板と、それに対応する第二の電極端子を設けた第二の基板と、これら第一，第二の基板間を電気的に接続する異方性導電部材と、接続に必要な加圧力を発生する加圧部品とを有し、これら第一の電極端子および第二の電極端子をマトリクス状に配列して構成される。なお、ここで言うマトリクス状とは、直行している必要はないが、格子状に整然と整列した状態を意味している。
【００１５】
また、本発明は、異方性導電部材に弾性を有するものを使用することにより、第一，第二の電極端子平面の凹凸を吸収している。要するに、それぞれの基板の電極端子に凹凸があっても、異方性導電部材を介して、それぞれの電極端子の電気的な接続を取ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】
図１（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態を説明するための回路基板装置の外観を示す分解斜視図および平面図である。図１（ａ），（ｂ）に示すように、本実施の形態は、表層に接続のための第一の電極端子１０を設けた第一の基板１と、表層に接続のための第二の電極端子２０を設けた第二の基板２と、両基板１，２の電極端子１０，２０の間に配置した異方性導電部材３と、接続に必要な加圧力を発生する加圧部品４とで構成される。これら第一の電極端子１０と第二の電極端子２０は、互いに対応する位置に複数の金属端子（端子群）をマトリクス状に配置して形成される。しかも、基板１および基板２と、これらの間に配置された異方性導電部材３とは、加圧部品４によりプレスすることにより、異方性導電部材３と第一の電極端子１０と第二の電極端子２０とが接触するので、両基板の電極端子は電気的に接続される。
【００１８】
ここで用いられる異方性導電部材３の導電材料として、金属細線には、金，銅，真ちゅう，りん青銅，ニッケル，ステンレス等が使用できる。さらに、この金属細線の一部あるいは全周に金メッキ処理を施すと抵抗値を低下させることができる。また、金属細線以外の導電材料には、カーボン粒子や金属粒子，金属メッキ処理を施した樹脂粒子等が使用できる。
【００１９】
例えば、金属細線の太さは、φ５〜４０μｍがよい。その理由は、線径が太いと異方性導電部材の剛性が高くなり、より大きな加圧力を必要とするし、逆に線径が細いと、抵抗値が大きくなり、接続に不向きになるからである。
【００２０】
これら両基板１０，２０および異方性導電部材３を加圧部品４により加圧するが、そのときの加圧力は、電極端子１端子あたり０．０５〜１．２Ｎで加圧する。この加圧力は、異方性導電部材３の剛性、厚さ、種類及び電極端子１０，２０の平面度に左右される。また、電極端子１０，２０に接触する異方性導電部材３の端面に粘着材を塗布すると、組み立てが容易になるほか、振動による位置ずれを防止することもできる。
【００２１】
なお、上述した基板の種類としては、ＦＰＣ基板やＲＰＣ基板を限定していないが、基板１，２に対し、どちらの基板を使用しても実現することができるからである。
【００２２】
以下、本発明の具体的な基板構造および基板間の接続方法について、具体的な実施例を用いて説明する。
【００２３】
［実施例１］
図２（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明の第一の実施例を示す図１（ｂ）のＡ−Ａ線の断面図およびＢ−Ｂ線の断面図である。図２（ａ）に示すように、第一の基板１及び第二の基板２は、ＦＲ４を基材とした６つの層５（なお、図中は５つの板に対し、表面に形成する６つの配線層を表示）のＲＰＣである。また、図２（ａ），（ｂ）に示すように、第一の電極端子１０と第二の電極端子２０は互いに対応する位置に電極端子が１００個、ピッチＰ＝０．４ｍｍ、電極寸法０．３×０．３×０．０４で形成されており、４列２５行のマトリクス状に形成されている。第一の電極端子１０と第二の電極端子２０にはビア６を形成し、第一，第二の基板１，２の内層２〜６層に配線パターン７を引き出している。第一の電極端子１０と、それに対向する第二の電極端子２０にビア６を設けると、電極端子の平面に約４５μｍの凹みが発生するが、この凹みは第一の電極端子１０と第二の電極端子２０の間に配置した異方性導電部材３の弾性によって吸収されると同時に、両電極端子１０，２０と異方性導電部材３の端面が接触することで電気的な接続を実現する。
【００２４】
上述した異方性導電部材３は、基材がゴム硬度２０度のＳｉゴムを使用し、導電材料には、Ａｕメッキした直径φ１２μｍのＳＵＳ線を使用する。また、この異方性導電部材３の厚さは０．３ｍｍのものを使用し、加圧部品４により第一の基板１と第二の基板２及び異方性導電部材３を１端子あたり０．６Ｎの力で加圧する。
【００２５】
さらに、加圧部品４は平板ばね形状であり、板厚は０．３ｍｍである。この加圧部品４の材質はＳＵＳ３０４ＣＰＳを使用する。なお、各要素の位置決めは、第一の基板１と第二の基板２及び異方性導電部材３に設けたアライメントマーク８をＣＣＤカメラで観察し、第一の基板１に対する異方性導電部材３及び第二の基板２の位置を調整する。この位置決め精度は、±５０μｍで行い、１００端子全てに導通を確認する。ここで、第一の電極端子１０は、４×２５のマトリクスの例を採用しているが、この電極端子１０の数はこれに限定されることなく、任意のｎ行ｍ列のマトリクスでも同様の結果が得られる。
【００２６】
本実施例では、電極端子１０および２０をマトリクス状に配置したため、従来のコネクタを使用した場合に比べ、省スペース化される。また、基板１，２の電極端子１０，２０相互を半田などの接続媒体を使って接合していないため、基板１，２へのダメージがなく、しかも取り外しが容易であるので、コネクタのように、取り外しが可能な基板間を互いに接続することができる。
【００２７】
［実施例２］
図３（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明の第二の実施例を示す図１（ｂ）のＡ−Ａ線の断面図およびＢ−Ｂ線の断面図である。図３（ａ），（ｂ）に示すように、第一の基板１の表層にマトリクス状に配列された電極端子１１の少なくとも１個以上の端部に、配線パターン７の引き出し用のビア１２を形成している。この電極端子１１の端部に形成されたビア１２により電極端子１１の平面に凹部１３が生じる。しかも、この電極端子１１の面積をビア１２の面積より１．５〜３倍にすることにより、電極端子１１の平坦部分を拡大することができる。これにより、異方性導電部材３を撓ませて、電極端子１１に形成された凹部１３に接触させなくとも、平坦部にて接触しているため、低荷重で電極端子１１，２１間を接続することができる。
【００２８】
本実施例も第一の基板１及び第二の基板２とも、ＦＲ４を基材とした６つの層５（前述の例と同様）のＲＰＣであり、第一の電極端子１１と第二の電極端子２１は互いに対応する位置に１００個、Ｘ方向のピッチＰｘ＝０．４ｍｍ、Ｙ方向のピッチＰｙ＝０．６ｍｍ、電極寸法０．３×０．５×０．０４で形成され、前述した実施例１と同様、４列２５行のマトリクス状に形成されている。また、第一の電極端子１１と第二の電極端子２１にビア１２を設け、第一，第二の基板１，２の内層２〜６層に配線を引き出している。第一の電極端子１１と、それに対向する第二の電極端子２１にビア１２を設けると、電極端子の平面に約４５μｍのくぼみ１３が生ずる。
【００２９】
この実施例２では、第一の電極端子１１の寸法をビア径φ０．１ｍｍよりも大きく取っている為、くぼみ１３以外の部分で第一の電極端子１１が異方性導電部材３と接触する。従って、第一の電極端子１１と第二の電極端子２１の間に配置した異方性導電部材３の弾性がくぼみ１３を吸収しなくても、両電極端子１１，２１と異方性導電部材３の端面が接触することで電気的な接続を実現することができる。
【００３０】
この異方性導電部材３には、基材がゴム硬度２０度のＳｉゴムを使用し、導電材料にはＡＵメッキした直径φ１２μｍのＳＵＳ線を使用する。さらに、この異方性導電部材３の厚さは０．３ｍｍのものを使用し、加圧部品４により第一の基板１と第二の基板２及び異方性導電部材３を１端子あたり０．１Ｎの力で加圧する。しかも、加圧部品４は平板ばね形状、板厚０．３ｍｍであり、材質はＳＵＳ３０４ＣＰＳを使用する。また、各要素の位置決めは、第一の基板１と第二の基板２及び異方性導電部材３に設けたアライメントマーク８をＣＣＤカメラで観察し、第一の基板１に対する異方性導電部材３及び第二の基板２の位置を調整する。なお、位置決め精度は、±５０μｍで行い、１００端子全てに導通を確認する。また、前述の実施例１と同様、第一の電極端子１１は４×２５のマトリクスであるが、任意のｎ行ｍ列のマトリクスでも同様である。
【００３１】
本実施例でも、電極端子１１，２１をマトリクス状に配置したため、従来のコネクタを使用した場合に比べ、省スペース化でき、また基板１，２の電極端子１１，２１相互を半田などの接続媒体を使って接合していないため、基板１，２へのダメージがなく、取り外しが容易であるので、コネクタのように、取り外しが可能な基板間を互いに接続することができる。さらに、前述した実施例１に比べると、接続に要する加圧力を減少することができる。
【００３２】
［実施例３］
図４（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明の第三の実施例を示す図１（ｂ）のＡ−Ａ線の断面図およびＢ−Ｂ線の断面図である。図４（ａ），（ｂ）に示すように、本実施例は第一の基板１と第二の基板２に、基材がポリイミドでＣｕ配線層を張り合わせた両面ＦＰＣを使用し、第一の電極端子１４と第二の電極端子２２は互いに対応する位置にピッチＰ＝０．４ｍｍ、電極寸法０．２×０．２×０．０４で１００端子を４行２５列のマトリクス状に形成したものである。電極端子１４及び２２からの配線７を裏面に引き出すためのビア１５はＣｕペーストで埋め、その後１５μｍのＣｕ電解メッキを施すと、電極端子１４及び２２は高さ約１９μｍで、平面度が約５μｍの表面が得られる。
【００３３】
これら基板１，２の電極端子１４，２２間に配置される異方性導電部材３は、基材がゴム硬度４０度のＳｉゴムを使用し、導電材料にはＡｕメッキした直径φ１２μｍのＳＵＳ線を使用する。この異方性導電部材３の厚さは０．３ｍｍのものを使用し、加圧部品４により、第一の基板１と第二の基板２及び異方性導電部材３を１端子あたり０．１２Ｎの力で加圧する。しかも、加圧部品４は平板ばね形状で、材質はＳＵＳ３０４ＣＰＳを使用する。また、各要素の位置決めは、第一の基板１と第二の基板２及び異方性導電部材３に設けたアライメントマーク８をＣＣＤカメラで観察し、第一の基板１に対する異方性導電部材３及び第二の基板２の位置を調整する。なお、位置決め精度は、±５０μｍで行う。かかる構造においても、１００端子全てに導通を確認する。本実施例も、第一の電極端子１４は４×２５のマトリクスであるが、任意のｎ行ｍ列のマトリクスでも同様である。
【００３４】
上述したように、本実施例でも、電極端子１４，２２をマトリクス状に配置したため、従来のコネクタを使用した場合に比べ、省スペース化でき、また基板１，２の電極端子１４，２２相互を半田などの接続媒体を使って接合していないため、基板１，２へのダメージがなく、取り外しが容易であるので、コネクタのように、取り外しが可能な基板間を互いに接続することができる。
【００３５】
さらに、電極端子１４，２２のビア１５によるくぼみを埋めているため、前述したに実施例１に比べると、接続に要する加圧力を減少させることができる。
【００３６】
以上、各実施例について説明したが、本発明は上記各実施例の構造に限定されることはなく、本発明の技術思想の範囲内において、各実施例を適宜変更され得ることは明らかである。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の回路基板装置および基板間の接続方法によれば、電極端子をマトリクス状に配置したため、従来のコネクタを使用した場合に比べ、薄型化と省スペース化を実現できる上、基板の電極端子相互を半田などの接続媒体を使って接合していないため、基板へのダメージなく取り外しを容易に実現できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を説明するための回路基板装置の斜視状態および平面を表わす図である。
【図２】第一の実施例を示す図１のＡ−Ａ線，Ｂ−Ｂ線での断面を表わす図である。
【図３】第二の実施例を示す図１のＡ−Ａ線，Ｂ−Ｂ線での断面を表わす図である。
【図４】第三の実施例を示す図１のＡ−Ａ線，Ｂ−Ｂ線での断面を表わす図である。
【図５】従来の一例を示す回路基板装置の平面図である。
【図６】従来の他の例を示す回路基板装置の斜視図である。
【図７】従来のまた別の例を示す回路基板装置の斜視図である。
【符号の説明】
１，２　　基板
３　　異方性導電部材
４　　加圧部品
５　　層
６，１２，１５　　ビア
７　　配線パターン
８　　アライメントマーク
１０，１１，１４　　第１の電極端子
１３　　凹部
２０，２１，２２　　第２の電極端子
【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】
2004031555.tif 000007
【図６】
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【図７】
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