JP6329027B2 - フレキシブルプリント基板 - Google Patents

Description

本発明は、相手側電極との確実な電気的導通を図るフレキシブルプリント基板に関する。

例えば構造物のひずみを計測するひずみゲージは、厚さの非常に薄いフレキシブルプリント基板に形成されると共に、ひずみゲージからの出力を取り出すために、この基板の電極に電気的に導通する信号伝達用のフレキシブルプリント基板がハンダ接合されている。

そして、このような前者のフレキシブルプリント基板の電極と後者のフレキシブルプリント基板に備わった相手側電極とのハンダ接合を行う技術が一般的に知られている（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。

特開２００６−３０３３５４号公報 実開平５−２９１７８号公報

上述の特許文献１及び特許文献２に記載のフレキシブルプリント基板のハンダ接合部のランド部は熱圧着時に空気を外部に逃がす特別な構造を有していないため、熱圧着した際に接合部に空気が残ってしまいハンダ接合部の剥離を生じるおそれがある。具体的には、スルーホール内に予備ハンダを溶融させて充填する際、このスルーホール内の空気の逃げ場がなくなり、銅箔とハンダとの間に空気層が形成され、上述したハンダ接合部の剥離の原因となる。

本発明の目的は、相手側電極とのハンダ接続部のハンダ接合強度に優れかつ長期間にわたって導通性を充分確保する電極を有したフレキシブルプリント基板を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の請求項１に記載のフレキシブルプリント基板は、
可撓性を有する絶縁層の上下面に導体が形成されたフレキシブルプリント基板において、前記フレキシブルプリント基板の一方の面に形成されたランド部には凹み部が形成され、
前記フレキシブルプリント基板にはスルーホールが形成され、当該スルーホールは、前記フレキシブルプリント基板の一方の面に形成された開口部において前記ランド部と接続しており、当該スルーホールと前記凹み部は連通すると共に前記凹み部と前記ランド部の外周は連通しており、
前記凹み部は、溝部からなるフレキシブルプリント基板であって、
前記スルーホールから前記溝部が両側に延在して当該溝部の前記スルーホールと対向する側の端部が双方とも開口していることを特徴としている。
また、本発明の請求項２に記載のフレキシブルプリント基板は、請求項１に記載のフレキシブルプリント基板において、
前記一方の面に形成されたランド部は、加熱側ランド部をなすと共に、前記他方の面に形成されたランド部は、溶着側ランド部をなし、
前記加熱側ランド部は、互いに僅かな間隔を隔てて対向した平面視略半円板の２枚の圧延銅箔と、当該２枚の圧延銅箔によってはさまれた前記溝部とが合わさって平面視円板形状をなしており、
前記加熱側ランド部は、前記フレキシブルプリント基板の平面視で前記溶着側ランド部と同心となるように前記絶縁層の上面に形成されていることを特徴としている。
また、本発明の請求項３に記載のフレキシブルプリント基板は、請求項１に記載のフレキシブルプリント基板において、
前記一方の面に形成されたランド部は、加熱側ランド部をなし、かつ当該加熱側ランド部は、中心部に前記スルーホールと連通する孔を有した円環状をなし、
当該加熱側ランド部に形成された溝部が、前記加熱側ランド部の一部を残すような深さまで形成されていることを特徴としている。

また、本発明の請求項４に記載のフレキシブルプリント基板は、請求項１乃至請求項３の何れかに記載のフレキシブルプリント基板において、
前記フレキシブルプリント基板の他方の面に形成されたランド部につながる配線上にハンダ逃げ部を設けていることを特徴としている。

また、本発明の請求項５に記載のフレキシブルプリント基板は、請求項１乃至請求項４の何れかに記載のフレキシブルプリント基板において、
前記凹み部を有する複数のランド部が千鳥状に配置されていることを特徴としている。

また、請求項６に記載のフレキシブルプリント基板は、請求項５に記載のフレキシブルプリント基板において、
前記凹み部は溝部からなり、隣り合うランド部の前記溝部の長手方向に沿った延長線が互いに一致していないことを特徴としている。

本発明によると、相手側電極とのハンダ接続部のハンダ接合強度に優れかつ長期間にわたって導通性を充分確保する電極を有したフレキシブルプリント基板を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るフレキシブルプリント基板をその電極の一方のランド部側から見た斜視図である。 図１に示したフレキシブルプリント基板にハンダ接続される相手側電極を示す斜視図である。 図１に示したフレキシブルプリント基板の電極を図２に示した相手側電極にハンダ接合する直前の段階を図１のIII-III断面に沿って示す溶着工程説明図である。 図３に続いてフレキシブルプリント基板を相手側電極にパルスヒータで完全に押し付けた状態を示す溶着工程説明図である。 図１に示したランド部を複数備えたフレキシブルプリント基板の一例を示す平面図である。 本発明の一実施形態の変形例に係るランド部の形状（図６（ｂ））を本発明の一実施形態に係るランド部の形状（図６（ａ））と比較して示す斜視図である。

以下、本発明の一実施形態に係るフレキシブルプリント基板１について図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るフレキシブルプリント基板１をその電極の一方のランド部側から見た斜視図である。また、図２は、図１に示したフレキシブルプリント基板１にハンダ接続される相手側電極を示す斜視図である。また、図３及び図４は、本実施形態に係るフレキシブルプリント基板１とこれを接続する相手側電極を有したフレキシブルプリント基板の一部を熱圧着工程順に示す説明図である。

なお、本実施形態及びその各変形例、並びに従来技術に関する図面における各構成要素の大きさや厚み、寸法に関しては、発明の理解の容易化のために実際よりも誇張して示している。

本実施形態に係るフレキシブルプリント基板１は、図３及び図４に示すように、ポリイミド（ＰＩ）でできた可撓性を有する絶縁層１１と、絶縁層１１の上面（一方の面）に形成された加熱側ランド部１３０と、絶縁層１１の下面（他方の面）に形成された導体パターン１２を有し、導体パターン１２と加熱側ランド部１３０とはスルーホール１４０を介して導通している。導体パターン１２は圧延銅箔からなり、円環形状を有した溶着側ランド部１２０と、溶着側ランド部１２０から絶縁層１１に沿って延在する導通用細線パターン（配線）１２５と、相手側電極との電気的導通を図るのに必要なこれらの部分を残してフレキシブルプリント基板全体を覆う絶縁被覆部１２９とからなる。

加熱側ランド部１３０は、図１及び図６（ａ）に示すように、互いに僅かな間隔を隔てて対向した平面視略半円板（以下、「半円板」とする）の２枚の圧延銅箔と、この２枚の圧延銅箔によってはさまれた溝部１３１とが合わさって平面視円板（以下「円板」とする）形状をなしている。すなわち、溝部１３１は、加熱側ランド部１３０の凹み部の一形態として形成されている。そして、加熱側ランド部１３０は、フレキシブルプリント基板１の平面視で溶着側ランド部１２０と同心となるように絶縁層１１の上面に形成されている。また、加熱側ランド部１３０と溶着側ランド部１２０は、スルーホール１４０の内周面を覆う圧延銅箔１４１を介して互いに導通している。すなわち、加熱側ランド部１３０とフレキシブルプリント基板１に形成されたスルーホール１４０と溶着側ランド部１２０とはスルーホール内の圧延銅箔１４１を介して電気的及び熱的に接続している。

続いて、上述したフレキシブルプリント基板１が接続される相手側電極２２０の構造について説明する。本実施形態においては、図２に示す相手側電極２２０は、ひずみゲージ（ここでは図示せず）を有するフレキシブルプリント基板２０の端部に備わった電極である。フレキシブルプリント基板２０の端部は、ベース部２１と、ベース部２１の上面に備わり圧延銅箔でできたゲージ側導体パターン２２と、ゲージ側導体パターン２２の端部の幅広面上にわずかに盛り上がるように備わった予備ハンダ２３０と、予備ハンダ２３０の盛り上がり部を除いてゲージ側導体パターン２２を保護するためにベース部上を覆うカバーガラス２５とを有している。

続いて、上述したフレキシブルプリント基板１の溶着側ランド部１２０にゲージ側導体パターン２２の予備ハンダ２３０を熱圧着させる手順について説明する。図３は、図１に示したフレキシブルプリント基板１の電極を図２に示した相手側電極にハンダ接合する直前の段階を図１のIII-III断面図によって示す溶着工程説明図である。また、図４は、図３に続いてフレキシブルプリント基板１を相手側電極にパルスヒータＨで完全に押し付けた状態を示す溶着工程図である。

フレキシブルプリント基板１の溶着側ランド部１２０を相手側電極２２０にハンダを介して溶着するにあたって、最初に図３に示すように、ゲージ側導体パターン２２の相手側電極２２０に備わった予備ハンダ２３０の上部にフレキシブルプリント基板１のスルーホール１４０の下面開口部を近づけて位置合わせする。次いで、パルスヒータＨをフレキシブルプリント基板１の加熱側ランド部１３０の上面に押し当てながら下降させる。パルスヒータＨをこのように加熱側ランド部１３０の上面に押し当てることで、パルスヒータＨの熱がスルーホール内の圧延銅箔１４１を介してフレキシブルプリント基板１の溶着側ランド部１２０に伝わる。続いて、パルスヒータＨをさらに下降させることによって、フレキシブルプリント基板１のスルーホール１４０の下側開口部とその周囲の溶着側ランド部１２０が予備ハンダ２３０に接触して押し付けられ、パルスヒータＨからの熱が予備ハンダ２３０に伝わり、予備ハンダ２３０が溶融する。

溶融したハンダ２３０Ａの一部は、図４に示すように、スルーホール内を伝わってこのスルーホール１４０を隙間なく満たすように全体的に上昇していく。この際、予備ハンダ２３０の上面とパルスヒータ下面とスルーホール１４０の内周面によって形成されていた空間内の空気は、溶融したハンダ２３０Ａの上昇に伴い加熱側ランド部１３０の溝部１３１を介して外側に放出される。また、溶融したハンダ２３０ＡはパルスヒータＨの上面に達した後、このうちの余分なハンダ２３０Ｂはスルーホール１４０の上面開口部から加熱側ランド部１３０の溝部１３１に流入する。

次いで、パルスヒータＨを加熱側ランド部１３０から離すことで溶融したハンダ２３０Ａが冷えてゲージ側導体パターン２２の相手側電極２２０とフレキシブルプリント基板１の溶着側ランド部１２０及びスルーホール内周面、加熱側ランド部１３０の溝部１３１の一部もしくは全部にしっかりと固着し、溶着側ランド部１２０とゲージ側導体パターン２２の相手側電極２２０とを電気的に確実に導通させる。

従来において予備ハンダ上面とパルスヒータ下面とスルーホールの内周面によって形成された空間内の空気がパルスヒータの加熱による予備ハンダの溶着時にこの空間内に残ってゲージ側導体パターンの相手側電極やスルーホール内周面とハンダとの間に空気層を形成させてしまい、ハンダの溶着不良ひいてはフレキシブルプリント基板の溶着側ランド部とフレキシブルプリント基板の相手側電極との導通不良を招いていたが、本実施形態に係るフレキシブルプリント基板１が以上のような構成を有することにより、上記空間内の空気がハンダ溶着部内に残ることがなくなり、上述した従来の問題が生じるのを回避することができる。

なお、上述の実施形態の構成に加えて、ここでは詳細には図示しないが、他方の面に形成された溶着側ランド部につながる導通用細線パターン（配線）１２５上の一部に溶着側ランド部１２０から一定の長さだけレジストで覆われていないハンダ逃げ部を形成しても良い。このようなハンダ逃げ部を有することで、パルスヒータＨによって予備ハンダ２３０が溶融する過程において、余分なハンダの一部は、上述した実施形態のようにフレキシブルプリント基板側のランド部の溝部に流入するとともに、これに加えて残りの余分なハンダの一部がこのハンダ逃げ部に流入することで、ハンダ溶着部における空気溜まりをより確実に防止することができる。

図５は、図１に示した溶着側ランド部１２０と加熱側ランド部１３０を複数備えたフレキシブルプリント基板２の一例を示す平面図である。このフレキシブルプリント基板２の上面においてこれに備わった溝付きの各加熱側ランド部３３１，３３２，・・・３３６（３３０）の形状は上述の実施形態と同様であるが、複数の加熱側ランド部３３０がフレキシブルプリント基板２の幅方向にそれぞれ千鳥状に配置されていることに特徴がある。また、フレキシブルプリント基板２の下面においては、上述の複数の加熱側ランド部３３０に対応する位置に導体パターンの平面視円形状の溶着側ランド部３２１，３２２，・・・３２６（３２０）が形成されている。すなわち、複数の溶着側ランド部３２０も加熱側ランド部３３０と同様にフレキシブルプリント基板２の幅方向において千鳥状に配置されている。

そして、図５から明らかなように、千鳥状に配置された複数の各加熱側ランド部３３１，３３２，・・・３３６（３３０）のそれぞれに形成された溝の長手方向の延長線とこれら加熱側ランド部３３０に対応する導体パターンの延在方向が一致するように形成されている。本発明においては、このように千鳥状に配置された複数の加熱側ランド部のうち、隣り合う加熱側ランド部の溝の長手方向に沿った延長線が互いに一致しないようにするのが好ましい。この理由は、千鳥状に配置された複数の加熱側ランド部のうち、隣り合う加熱側ランド部の溝の長手方向に沿った延長線が互いに一致したと仮定すると、隣り合う加熱側ランド部間においてハンダ溶融時に対向する溝の出口から流れ出たハンダが互いにくっ付いたまま固着し、この加熱側ランド部間が短絡（ショート）してしまう虞があるからである。

また、各溶着側ランド部３２０からはフレキシブルプリント基板２の延在方向に導通用細線パターン３２１ａ，３２２ａ，・・・３２６ａ（３２０ａ）が延在している。複数の溶着側ランド部３２０も千鳥状に配置されていることにより、フレキシブルプリント基板２の先端側に配置された溶着側ランド部３２１，３２２，３２３から延在する導通用細線パターン３２１ａ，３２２ａ，３２３ａは、基端側に配置された隣接する溶着側ランド部３２４の近傍又は溶着側ランド３２４，３２５，３２６の間を電気的に非接触状態で延在している。複数の加熱側ランド部３３０と溶着側ランド部３２０、導通用細線パターン３２０ａがこのように配置されていることで、フレキシブルプリント基板２の実装密度を高め、フレキシブルプリント基板自体の幅を狭めて小型化することを可能としている。

以上の利点は、以下の従来例との比較によってより明らかになる。この従来例に係るフレキシブルプリント基板の一例として、櫛歯状電極が形成されたひずみゲージの相手側電極にハンダ接合される構造を有したものがある。

このようなフレキシブルプリント基板の櫛歯状電極の各櫛歯は、厚さが薄く細長い突出体形状を有している。そのため、係る複数の櫛歯状電極のそれぞれにランド部が形成される構成となり、上述した複数のランド部をフレキシブルプリント基板に千鳥状に配置した本発明と比較して明らかなように、従来例に係るフレキシブルプリント基板では、隣接する電極のピッチを狭めることができない。その結果、従来例においてはフレキシブルプリント基板の集積度を向上させることができないという問題が依然として残る。しかしながら、本発明に係るフレキシブルプリント基板は、上述した構成を有することで、基板自体の集積度を高めることができ、同一の電極数を有していても小型化を図ることが可能となる。

これに加えて、櫛歯状電極は、上述したように厚さが薄く細長い突出体形状を有しているので、曲がり易く（変形し易く）、ハンダ接合時に余分な外力を櫛歯状電極に加えないように慎重にハンドリングする必要がある。しかしながら、本発明に係るフレキシブルプリント基板は、このような構成を有していないため、ハンダ接合時のハンドリングが従来例に比べてはるかに容易となる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、以下のような形態であってもその作用を発揮することができる。具体的には、例えば図６（ｂ）に示すように、加熱側ランド部４３０が、中心部にスルーホール１４０と連通する孔４３５を有した円環状（ドーナツ状）をなし、この加熱側ランド部４３０に形成された溝部（凹み部）４３１が、加熱側ランド部４３０の一部を残すような深さまで形成されていても良い。なお、溝部の深さが加熱側ランド部の高さの途中まで達する程度の場合は、溝部の底面にこの溝部とスルーホールを連通する貫通孔を設けるようにする。

また、２つの半円板とこの間の溝部からなる上述の実施形態の加熱側ランド部の代わりに半円板を１つのみ有し、余分なハンダがその溶融時に加熱側ランド部の半円板以外の領域に流出するようにしても良い。また、溝部は、上述した実施形態のように円板状をなす加熱側ランド部の直径分の長さにわたって形成されている必要はなく、加熱側ランド部がスルーホール１４０の上側開口部から加熱側ランド部の外周まで半径分の長さだけ形成されていても良い。この場合の溝部の深さは、上述した実施形態のように加熱側ランド部の底面まで達するようにしても良く、又は上述した変形例のように加熱側ランド部を一部残す程度の深さであっても構わない。

また、完全な円環状をなし周方向同一高さの従来型の加熱側ランド部の上面に１箇所だけ突出部を設けても良く、又は突出高さが互いに等しい突出部を上面の周方向に複数箇所設けても良い。

また、円環状の加熱側ランド部の高さを周方向にわたってｓｉｎ曲線のように周期的に変えたり、同一高さの段部を周方向にわたって複数箇所周期的に形成するようにしたりしても良い。すなわち、加熱側ランド部が完全な円環状であってもパルスヒータが押し付けられる加熱側ランド部の上面が従来の加熱側ランド部のように一定の高さでなければ、本発明の範囲内に含まれるといえる。

以上のとおり、本発明における凹み部は、円板状の加熱側ランド部を互いにわずかに隔てるように２つの半円板に分けるようにランド部底面の高さまで達するまで形成された溝部や、スルーホールの上面開口部の周囲に例えば３箇所同一高さの円柱状の突起を設けた場合、その突起間のすき間を含む広い意味合いを有している。

より具体的には、本願発明は、上述した明細書中の一実施形態からも明らかなように、可撓性を有する絶縁層の上下面に導体が形成されたフレキシブルプリント基板において、フレキシブルプリント基板の一方の面に形成されたランド部には凹み部（溝部）が形成されたフレキシブルプリント基板において、フレキシブルプリント基板にはスルーホールが形成され、このスルーホールは、フレキシブルプリント基板の一方の面に形成された開口部においてランド部と接続しており、スルーホールと凹み部は連通すると共に凹み部とランド部の外周に連通しているフレキシブルプリント基板に関するものであるが、本願発明の範囲には、上述した明細書中の変形例に関する記載から分かるように、凹み部が、スルーホールの開口部の周囲の一部に設けられかつランド部の一部をなす突起部を除く部分である形態や、突起部が、ランド部の上面方向から見て略半円形状を有した形態、突起部が、スルーホールの開口部の周囲に周方向一定間隔隔てて形成された同一高さの複数の突起からなる形態も含まれることが明らかである。

また、上述の実施形態において、フレキシブルプリント基板を接続する相手側電極は、ひずみゲージの電極であったが、必ずしもこのような形態の電極に限定される必要はなく、本発明の目的を達成する範囲内の電気部品や電子部品の相手側電極であれば、本発明に係るフレキシブルプリント基板の電極をこの相手側電極に確実にハンダ溶着することができることは言うまでもない。

また、上述したように加熱側ランド部に凹み部（溝部）を設ける代わりに、従来のように加熱側ランド部を上面高さの一定した円環状の形態とし、本実施形態やその変形例の凹み部（溝部）に対応する形状の凹み部（溝部）をパルスヒータ側に設け、溶融したハンダが円環状の加熱側ランド部の中心部の孔を介してこのパルスヒータ側の凹み部（溝部）に流出するようにしても良い。

１，２ フレキシブルプリント基板
１１ 絶縁層
１２ 導体パターン
２１ ベース部
２２ ゲージ側導体パターン
２５ カバーガラス
１２０ 溶着側ランド部
１２５ 導通用細線パターン
１２９ 絶縁被覆部
１３０ 加熱側ランド部
１３１ 溝部（凹み部）
１４０ スルーホール
１４１ 圧延銅箔
２２０ 相手側電極
２３０ 予備ハンダ
２３０Ａ 溶融したハンダ
２３０Ｂ 余分なハンダ
３２１，３２２，・・・３２６（３２０） 溶着側ランド部
３２１ａ，３２２ａ，・・・３２６ａ（３２０ａ） 導通用細線パターン
３３１，３３３，・・・３３６（３３０） 加熱側ランド部
４３０ 加熱側ランド部
４３１ 溝部（凹み部）
４３５ 孔
Ｈ パルスヒータ

Claims (6)

1. 可撓性を有する絶縁層の上下面に導体が形成されたフレキシブルプリント基板において、前記フレキシブルプリント基板の一方の面に形成されたランド部には凹み部が形成され、
   前記フレキシブルプリント基板にはスルーホールが形成され、当該スルーホールは、前記フレキシブルプリント基板の一方の面に形成された開口部において前記ランド部と接続しており、当該スルーホールと前記凹み部は連通すると共に前記凹み部と前記ランド部の外周は連通しており、
   前記凹み部は、溝部からなるフレキシブルプリント基板であって、
   前記スルーホールから前記溝部が両側に延在して当該溝部の前記スルーホールと対向する側の端部が双方とも開口していることを特徴とするフレキシブルプリント基板。
2. 前記一方の面に形成されたランド部は、加熱側ランド部をなすと共に、前記他方の面に形成されたランド部は、溶着側ランド部をなし、
   前記加熱側ランド部は、互いに僅かな間隔を隔てて対向した平面視略半円板の２枚の圧延銅箔と、当該２枚の圧延銅箔によってはさまれた前記溝部とが合わさって平面視円板形状をなしており、
   前記加熱側ランド部は、前記フレキシブルプリント基板の平面視で前記溶着側ランド部と同心となるように前記絶縁層の上面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブルプリント基板。
3. 前記一方の面に形成されたランド部は、加熱側ランド部をなし、かつ当該加熱側ランド部は、中心部に前記スルーホールと連通する孔を有した円環状をなし、
   当該加熱側ランド部に形成された溝部が、前記加熱側ランド部の一部を残すような深さまで形成されていることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブルプリント基板。
4. 前記フレキシブルプリント基板の他方の面に形成されたランド部につながる配線上にハンダ逃げ部を設けていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載のフレキシブルプリント基板。
5. 前記凹み部を有する複数のランド部が千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載のフレキシブルプリント基板。
6. 前記凹み部は溝部からなり、隣り合うランド部の前記溝部の長手方向に沿った延長線が互いに一致していないことを特徴とする請求項５に記載のフレキシブルプリント基板。

Images