TRIZ 技術開発事例 B-光−電気変換用フレキシブル基板の実装トラブル解決事例の実装トラブル解決事例

 背景 

富士ゼロックス株式会社
ニュービジネスセンター
馬場 智夫

光シートバスを適用した試作装置において、光信号を電気信号に変換するフレキシブル基板に ベアチップを実装する際、フレキシブル基板の軟化により、ワイヤボンディングができないトラブルが発生した。
 事例報告内容 
1. 光シートバスの技術紹介（光シートバスとは？その原理は？応用例は？）
2. 試作トラブルの状況
3. 解決策の検討とその方法

http://www.fujixerox.co.jp/nbc/esradd/osb/index.html
TRIZユーザーグループミーティング (2001.9.13-14)『ＴＲＩＺホームページ』 (2002. 3.18 掲載)

1-1. 光シートバスとは？
光拡散フィルム

入力光信号

平板導光路

出力光信号
光シートバスの基本構成

多層導光路

TRIZユーザーグループミーティング (2001.9.13-14)

基本構成は、平板導光路（シート状の伝送媒体）と、拡散光学系（光拡散フィルム）からなる。
入力光信号は光拡散フィルムにより拡散されシート内に導かれる。シートに入射された光は、シートの上下面と両側面で反射し、出力端面に到達する。
『ＴＲＩＺホームページ』 (2002. 3.18 掲載)2

1-2. 光シートバスの信号伝送モード
ブロードキャスト伝送
入力信号

出力信号
出力信号

双方向伝送
光シートバスの伝送モード
入力信号１

入力信号２

出力信号２

出力信号１

同方向多重伝送
入力信号

出力信号２

入力信号

出力信号１

TRIZユーザーグループミーティング (2001.9.13-14)

光シートバスでは、3種類の伝送モードがある。これらの伝送モードは一つのシートを使って同時に行うことが可能である。同方向多重伝送では、光の強度を変えて信号を多重化する。

『ＴＲＩＺホームページ』 (2002. 3.18 掲載)3

1-3. 光シートバスの応用例 Ⅰ
拡散反射板
8765432ノード1

ミキシング領域
8つの入出力ノードを持つ光バックプレーンバスでの1チャンネル分の光学系
前頁とは異なる通信形態を採用した。図中右側の階段状に並んだ各ノードの端面に、45°の反射面が形成されており、光はここから入出射される。各ノードから入射された光は、図中左側に配置される反射拡散板により各ノードに均一に戻される。

光バックプレーンバスの実装イメージ図
上図のシートを6枚並べて、その上に入出力部を分けた4枚の電気光変換部を搭載した回路基板を接続した実装例。各基板に搭載される受光部と発光部は、それぞれ基板の表面と裏面に搭載されシートの入出部であるノードに接続される。
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1-4. 光シートバスの応用例 Ⅱ

POF

Optical sheet bus

A star coupler using the optical sheet bus

プラスチック光ファイバと組み合わせた図
光シートバスとプラスチック光ファイバ（POF)を組み合わせて、多対多の光伝送も可能である。図中左から入力された光信号は、光シートバス内部で拡散され、右側の出力用POFから均等に出力される。従来、1対1の接続が必要であった光ファイバの接続が、光シートバスにより少ないファイバ数で容易に実現できる。

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2. 試作トラブル

光シートバスを使った、光信号伝送による装置を試作している。
この装置では、電気−光信号変換部、光−電気信号変換部にフレキシブル基板を用いている。このうち、フォトダイオードを搭載した光−電気変換用フレキシブル基板において、ICチップをワイヤボンディングする実装工程で、ワイヤボンディングができないトラブルが発生した。

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2-1. 光−電気変換、電気−光変換回路の実装図

回路基板（ガラエポ基板）

基板接続用コネクタ

光−電気変換基板（フレキシブル基板）

電気−光変換基板（フレキシブル基板）

受光素子（Photo Diode)
発光素子（面発光レーザーアレイ)
TRIZユーザーグループミーティング (2001.9.13-14)

電気−光変換基板で実装トラブルが発生『ＴＲＩＺホームページ』 (2002. 3.18 掲載)

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2-2. 光−電気変換用フレキシブル基板の概略構
成

約25mm

約40mm

フォトダイオード

基板接続用端子部

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ICチップ：
フォトダイオード出力
増幅用アンプ『ＴＲＩＺホームページ』 (2002. 3.18 掲載)

82-3. フレキシブル基板の試作方法

A社（実装メーカー）

B社（基板メーカー）
光−電気変換回路
フレキシブル基板納入

ベアチップ実装（ワイボン）
チップ部品実装
実装依頼
部品供給

基板レイアウト設計
基板作製

基板試作依頼
回路データ

実装後
部品納入

電気−光変換回路
フレキシブル基板納入

富士ゼロックス
回路設計
基板設計
TRIZユーザーグループミーティング (2001.9.13-14)

図面と基板の層構成等、三者確認 / 合意の後、基板作製と実装に着手した。
しかし ．．．

『ＴＲＩＺホームページ』 (2002. 3.18 掲載)

92-4. 一回めの試作 〜トラブル発生〜
一回めのフレキシブル基板試作後
・電気−光変換回路基板（面発光レーザーアレイ）は、B社より無事納入された。問題なし。
・光−電気変換回路基板（PD)は、B社での基板試作を終え、A社での実装を開始した。

A社にて、実装（チップのワイヤボンディング）ができないトラブルが発生
チップ側：1stボンディングができない
基板側：2ndボンディングは可能

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2-5. トラブルに対する両社の見解
A社（実装メーカー）
・ワイボン時に100℃近く加熱すると、基板が軟化してチップへのワイボンができなくなる。
・原因は、フレキシブル基板の接着剤が加熱で軟化しているからと思われる。
・このフレキシブル基板では、ワイボンができない。作り直して欲しい。

B社（基板作製メーカー）
・これまでにワイボン実装でトラブルが発生したことはない。
・実装に問題があるのではないか？
対応策

B社（基板作製メーカー）
・加熱で軟化することは事実と認める。
・接着層のないフレキシブル基板で作り直す。

Auメッキ
銅箔
接着剤
ベースフィルム
接着剤
銅箔
Auメッキ
接着剤
ベースフィルムA社（実装メーカー）
・接着層のないフレキシブル基板でワイボンが可能か、予め実験で確認する。
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2-6. 作り直し基板での問題点
A社（実装メーカー）
・実験で、接着層のないフレキシブル基板へのワイボンが可能と確認した。
・しかし、接着層がある基板だと、実装の保証ができない。
・接着剤を、熱で軟化しないものに変えて欲しい。

ワイボン可能B社（基板メーカー）
・ベースフィルム（最下面）を接着するのに接着層は必要。
・ベースフィルムがないと、下面の配線がむき出しとなり絶縁できない。
・ベースフィルムがないと、接続端子部の厚みが変わり、コネクタに接続できなくなる。
・実装後にベースフィルムを貼り付けるのは不可能。
・実装メーカーでなんとかして欲しい。
Auメッキ
銅箔
ベースフィルム
銅箔
Auメッキ
接着剤
ベースフィルム

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Auメッキ
銅箔
ベースフィルム
銅箔
Auメッキ

接着層をなくしてベースフィルムを貼り付ける方法を見出さなくてはならない。

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3. 解決策の検討とその方法

A社、B社の言い分は理解できる。
しかし、言われるままにすれば試作は再度失敗するかもしれない。
両社での工程・材料を変更するには、時間がない。
工程をそのままに、試作を成功させる方法を考えなくてはならない。

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3-1. 解決方法
＜3. 局所的性質＞と＜10.アクションの先取り＞を組み合わせ、解決方法を見出した。
＜3. 局所的性質＞
ワイボン実装部のみ接着剤とベースフィルムをなくし、下面に電極がむき出しのままとした。
→ 部分的にベースフィルムのない部分を設けた＜10. アクションの先取り＞
電極がむき出しとなったワイボン実装部の下面には、実装後FXにてカプトンテープを貼り付けて絶縁することとした。
→ 基板作製から実装、システムへの組み込みまでの全ての工程を見直して、基板メーカーでのベースフィルム貼り付け工程を、FXの工程に変更した。
Auメッキ
銅箔
ベースフィルム
銅箔
Auメッキ

TRIZユーザーグループミーティング (2001.9.13-14)

Auメッキ
銅箔
ベースフィルム
銅箔
Auメッキ
接着剤
ベースフィルム『ＴＲＩＺホームページ』 (2002. 3.18 掲載)

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3-2. まとめトラブル対策を振り返って・冷静に判断できる状況であれば、ちょっと考えれば思い付く解決方法。
・しかし、1ヶ月以上トラブルが続き、納期が迫った状況では、頭が混乱してしまう。
・TRIZの考え方を適用することで、基板作製 → ワイボン実装 → システムへの組み込みまでの全体の工程を見渡し、三社が実現可能な改善策を見出した。
・「さてTRIZで解決するぞ」と意気込んでPCに向かっていては、この解決方法は見出せない。
40の発明原理で考えれば、この解決方法はパッとひらめく。
そのためには、日頃から「TRIZではどう考えるか？」を練習していないといけな
い。

TRIZユーザーグループミーティング (2001.9.13-14)『ＴＲＩＺホームページ』 (2002. 3.18 掲載)

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