特許 7180816 基板接合構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-21

(45)【発行日】2022-11-30

(54)【発明の名称】基板接合構造

(51)【国際特許分類】

   H05K 1/14 20060101AFI20221122BHJP

   H05K 3/36 20060101ALI20221122BHJP

【ＦＩ】

H05K1/14 C

H05K3/36 B

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2022523323

(86)(22)【出願日】2021-12-20

(86)【国際出願番号】 JP2021047007

【審査請求日】2022-04-19

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003199

【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】板本 裕光

【審査官】鹿野 博司

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５９－０４１８９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－００３６５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／２０３７７４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－１０５１０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／０４３９３３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｋ １／１４

Ｈ０５Ｋ ３／３６

Ｈ０５Ｋ １／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

フレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板の上面に並べて設けられた第１の導電パターン及び第１のＧＮＤパターンと、
前記フレキシブル基板の下面に並べて設けられた第２の導電パターン及び第２のＧＮＤパターンと、
プリント基板と、
前記プリント基板の上面に並べて設けられた第３の導電パターン及び第３のＧＮＤパターンと、
前記第２の導電パターンと前記第３の導電パターンを接合し、前記第２のＧＮＤパターンと前記第３のＧＮＤパターンを接合するはんだとを備え、
前記フレキシブル基板を貫通して前記第１及び第２のＧＮＤパターンをつなぐスルーホールが設けられ、
前記第２の導電パターンが延在する延在方向において、はんだ接合された前記第２の導電パターンと前記第３の導電パターンの端部が、前記スルーホールに対応する位置にあり、かつ前記スルーホールの端部からずれていることを特徴とする基板接合構造。

【請求項2】

前記スルーホールに前記はんだが充填されていることを特徴とする請求項１に記載の基板接合構造。

【請求項3】

前記スルーホールに金属が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の基板接合構造。

【請求項4】

前記スルーホールは、前記延在方向に沿った長辺を有する長方形であり、
前記延在方向において、前記はんだ接合された前記第２の導電パターンと前記第３の導電パターンの端部は前記スルーホールの前記長辺の中心に位置することを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の基板接合構造。

【請求項5】

前記フレキシブル基板に塗布されたソルダーレジストを更に備えることを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の基板接合構造。

【請求項6】

前記第３のＧＮＤパターンの先端部において前記プリント基板の側面にキャスタレーションが設けられていることを特徴とする請求項１～５の何れか１項に記載の基板接合構造。

【請求項7】

前記はんだ接合された前記第２の導電パターンと前記第３の導電パターンから前記第２の導電パターンが延びる方向とは反対側に前記フレキシブル基板が折り曲げられていることを特徴とする請求項１～６の何れか１項に記載の基板接合構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、基板接合構造に関する。

【背景技術】

【0002】

光モジュールなどにおいて、フレキシブル基板のパターンとプリント基板のパターンがはんだ接合される。フレキシブル基板のパターンの断線は、パターンのはんだ接合部の端部で発生しやすい。そこで、断線を防ぐために、パターンを覆うカバーレイフィルムに凸部を設けてフレキシブル基板が曲がる箇所からはんだ接合部の端部をずらすことが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】日本特開２０１７－３６５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、カバーレイフィルムの製造公差は大きいため、製造時にカバーレイフィルムがずれやすい。このため、フレキシブル基板が曲がる箇所からはんだ接合部の端部が十分にずれず、パターンが断線するという問題があった。

【0005】

本開示は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的はパターンの断線を防止することができる基板接合構造を得るものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に係る基板接合構造は、フレキシブル基板と、前記フレキシブル基板の上面に並べて設けられた第１の導電パターン及び第１のＧＮＤパターンと、前記フレキシブル基板の下面に並べて設けられた第２の導電パターン及び第２のＧＮＤパターンと、プリント基板と、前記プリント基板の上面に並べて設けられた第３の導電パターン及び第３のＧＮＤパターンと、前記第２の導電パターンと前記第３の導電パターンを接合し、前記第２のＧＮＤパターンと前記第３のＧＮＤパターンを接合するはんだとを備え、前記フレキシブル基板を貫通して前記第１及び第２のＧＮＤパターンをつなぐスルーホールが設けられ、前記第２の導電パターンが延在する延在方向において、はんだ接合された前記第２の導電パターンと前記第３の導電パターンの端部が、前記スルーホールに対応する位置にあり、かつ前記スルーホールの端部からずれていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本実施の形態では、フレキシブル基板を貫通して第１及び第２のＧＮＤパターンをつなぐスルーホールを設けている。スルーホールの製造公差は小さい。第２の導電パターンが延在する延在方向において、第２の導電パターンと第３の導電パターンのはんだ接合部の端部が、スルーホールに対応する位置にあり、かつスルーホールの端部からずれている。フレキシブル基板が曲がった際の応力集中点はスルーホールの端部となり、はんだ接合部の端部に応力がかからなくなるため、断線を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態１に係るフレキシブル基板の上下面とプリント基板の上面を示す図である。

【図2】実施の形態１に係る基板接合構造を示す上面図である。

【図3】図２のＩ－ＩＩに沿った断面図である。

【図4】実施の形態１に係る光半導体装置を示す回路図である。

【図5】フレキシブル基板を用いた光半導体装置のパッケージと駆動回路の接続構造を示す断面図である。

【図6】実施の形態１に係る基板接合構造を含む光半導体装置の変形例を示す回路図である。

【図7】実施の形態１に係る基板接合構造を含む光半導体装置の変形例を示す回路図である。

【図8】実施の形態１に係る基板接合構造を含む光半導体装置の変形例を示す回路図である。

【図9】比較例に係るフレキシブル基板の上下面とプリント基板の上面を示す図である。

【図10】実施の形態２に係るフレキシブル基板の上下面を示す図である。

【図11】ソルダーレジストを設けずはんだ接合したフレキシブル基板の下面を示す図である。

【図12】ソルダーレジストを設けてはんだ接合したフレキシブル基板の下面を示す図である。

【図13】実施の形態３に係るフレキシブル基板の上下面とプリント基板の上面を示す図である。

【図14】実施の形態３に係る基板接合構造を示す上面図である。

【図15】図１４のＩ－ＩＩに沿った断面図である。

【図16】実施の形態３に係るフレキシブル基板の上面とプリント基板の変形例１，２の上面を示す図である。

【図17】実施の形態４に係るフレキシブル基板の上下面とプリント基板の上面を示す図である。

【図18】実施の形態４に係る基板接合構造を示す上面図である。

【図19】図１８のＩ－ＩＩに沿った断面図である。

【図20】実施の形態５に係るフレキシブル基板の上下面を示す図である。

【図21】実施の形態５に係るフレキシブル基板の製造工程を示す断面図である。

【図22】実施の形態５に係るフレキシブル基板の製造工程を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

実施の形態に係る基板接合構造について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

【0010】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るフレキシブル基板の上下面とプリント基板の上面を示す図である。フレキシブル基板１の上面に導電パターン２及びＧＮＤパターン３が互いに平行に並べて設けられている。フレキシブル基板１の下面に導電パターン４及びＧＮＤパターン５が互いに平行に並べて設けられている。プリント基板６の上面に導電パターン７及びＧＮＤパターン８が互いに平行に並べて設けられている。

【0011】

導電パターン２，４，７とＧＮＤパターン３，５，８は銅箔であり、表面に金めっきが施されている。

【0012】

フレキシブル基板１を貫通して導電パターン２，４をつなぐスルーホール９が設けられている。フレキシブル基板１を貫通してＧＮＤパターン３，５をつなぐスルーホール１０及び長方形のスルーホール１１が設けられている。なお、スルーホール１１は楕円形又はひし形でもよい。

【0013】

図２は、実施の形態１に係る基板接合構造を示す上面図である。図３は、図２のＩ－ＩＩに沿った断面図である。基板接合構造はフレキシブル基板１とプリント基板６をはんだ接合したものである。はんだ１２が、位置合わせしたフレキシブル基板１の導電パターン４とプリント基板６の導電パターン７を接合し、ＧＮＤパターン５とＧＮＤパターン８を接合する。接合時に、フレキシブル基板１の先端部をプリント基板６の図１の点線Ａの位置に揃え、フレキシブル基板１の導電パターン４とプリント基板６の導電パターン７の端部を点線Ｂの位置に揃える。

【0014】

スルーホール９にはんだ１２が充填されて上面側の導電パターン２と下面側の導電パターン４が電気的に接続されている。同様にスルーホール１０，１１にはんだ１２が充填されてフレキシブル基板１の上面側のＧＮＤパターン３と下面側のＧＮＤパターン５が電気的に接続されている。なお、はんだ１２の濡れ広がり性を向上させるためにスルーホール９，１０，１１の側面にメタライズを行っているが、メタライズは無くてもよい。

【0015】

導電パターン４が延在する延在方向において、導電パターン４と導電パターン７のはんだ接合部の端部が、スルーホール１１に対応する位置にあり、かつスルーホール１１の端部からずれている（図１の点線Ｂを参照）。はんだ接合部の端部がスルーホール１１の長辺の中心に位置することが好ましい。なお、スルーホール１１の長辺の中心位置を例えばプリント基板６の基板端又は導電パターン７の端部にしてもよい。

【0016】

図４は、実施の形態１に係る光半導体装置を示す回路図である。光半導体装置１３のパッケージ１４と駆動回路１５はフレキシブル基板１を介して接続されている。光半導体装置１３はＴＯＳＡ（Transmitter Optical Sub-Assembly）である。光半導体装置１３において、発光素子ＬＤ、終端抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１及び抵抗Ｒ２がパッケージ１４内部に配置されている。発光素子ＬＤは、例えばＥＭＬ－ＬＤ（Electro-absorption Modulator Laser Diode）である。発光素子ＬＤが抵抗Ｒ２に並列接続されている。コンデンサＣ１及び終端抵抗Ｒ１が、互いに直列に接続され、発光素子ＬＤ及び抵抗Ｒ２に並列接続されている。発光素子ＬＤのアノードは駆動回路１５に接続され、カソードはＧＮＤに接続されている。駆動回路１５から供給された高周波の変調電気信号に応じて発光素子ＬＤが発光する。なお、駆動回路１５側から終端抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１の順に配置してもよい。

【0017】

図５は、フレキシブル基板を用いた光半導体装置のパッケージと駆動回路の接続構造を示す断面図である。フレキシブル基板１の一端と駆動回路１５との接続に本実施の形態の基板接合構造が適用されている。ただし、フレキシブル基板１の他端とパッケージ１４のパターン１６との接続に本実施の形態の基板接合構造を適用してもよい。

【0018】

図６から図８は、実施の形態１に係る基板接合構造を含む光半導体装置の変形例を示す回路図である。図６は抵抗Ｒ２が無く、図７は抵抗Ｒ２及びコンデンサＣ１が無い場合である。

【0019】

図８の光半導体装置１３はＲＯＳＡ（Receiver Optical Sub-Assembly）である。光半導体装置１３のパッケージ１４と信号回路１７との間はフレキシブル基板１で接続されている。光半導体装置１３において、受光素子１８、コンデンサＣ２、抵抗Ｒ３、トランスインピーダンスアンプ１９がパッケージ１４内部に配置されている。受光素子１８は、例えばＡＰＤ（Avalanche Photo Diode）である。受光素子１８のアノードは抵抗Ｒ３を介して給電回路２０に接続され、カソードはトランスインピーダンスアンプ１９の入力に接続されている。トランスインピーダンスアンプ１９の出力はフレキシブル基板１を介して信号回路１７に接続されている。コンデンサＣは受光素子１８と並列に接続されている。また、コンデンサＣ２、抵抗Ｒ３、トランスインピーダンスアンプ１９の何れか又は全てを省略してもよい。

【0020】

続いて、本実施の形態の効果を比較例と比較して説明する。図９は、比較例に係るフレキシブル基板の上下面とプリント基板の上面を示す図である。パターンの断線を防ぐために、フレキシブル基板１の上面において導電パターン２を覆うカバーレイフィルム２１に凸部を設けて、フレキシブル基板１が曲がる箇所からはんだ接合部の端部をずらしている。しかし、カバーレイフィルム２１の製造公差には、貼り合わせ公差に加え、接着剤のはみだしも含まれる。従って、カバーレイフィルム２１の製造公差は±４００ｕｍ程度と大きい。このため、フレキシブル基板１が曲がる箇所からはんだ接合部の端部が十分にずれず、表面の導電パターン２又は裏面のＧＮＤパターン５が断線する場合がある。

【0021】

これに対して、本実施の形態では、フレキシブル基板１を貫通してＧＮＤパターン３，５をつなぐスルーホール１１を設けている。スルーホール１１はドリル加工又はレーザー加工により形成されるため、スルーホール１１の製造公差は±５０～１００ｕｍと小さい。フレキシブル基板１とプリント基板６とをはんだ１２により接合した際にスルーホール１１にはんだ１２が充填される。導電パターン４が延在する延在方向において、導電パターン４と導電パターン７のはんだ接合部の端部が、スルーホール１１に対応する位置にあり、スルーホール１１の端部からずれている。フレキシブル基板１が曲がった際の応力集中点はスルーホール１１の端部（図３の点線Ｃを参照）となり、はんだ接合部の端部に応力がかからなくなるため、断線を防止することができる。

【0022】

実施の形態２．
図１０は、実施の形態２に係るフレキシブル基板の上下面を示す図である。フレキシブル基板１の上面と下面において、はんだ１２を塗布したくない部分にソルダーレジスト２２を設ける。ソルダーレジスト２２は、例えば太陽インキ製造株式会社社製ＰＳＲ－４０００ Ｇ２４Ｋ／ＣＡ－４０ Ｇ２４である。

【0023】

図１１は、ソルダーレジストを設けずはんだ接合したフレキシブル基板の下面を示す図である。ＧＮＤパターン５にはんだ１２が大きく濡れ広がっている。この場合、フレキシブル基板１に応力がかかった時にはんだ境界部に断線部２３が生じて、ＧＮＤパターン５が断線する可能性がある。

【0024】

図１２は、ソルダーレジストを設けてはんだ接合したフレキシブル基板の下面を示す図である。ソルダーレジスト２２を設けることでフレキシブル基板１とプリント基板６をはんだで接合した際に、はんだ１２の濡れ広がる場所を制御できる。ＧＮＤパターン５にはんだ１２が濡れ広がったとしても、ソルダーレジスト２２で濡れ広がりが防止される。フレキシブル基板１に応力がかかった時にはんだ接合部の端部に断線部２３が生じる可能性があるが、ＧＮＤパターン５は断線しない。このため、特性に影響することなく使用できる。なお、ソルダーレジスト２２はカバーレイフィルムでもよい。その他の構成及び効果は実施の形態１と同様である。

【0025】

実施の形態３．
図１３は、実施の形態３に係るフレキシブル基板の上下面とプリント基板の上面を示す図である。ＧＮＤパターン８の先端部においてプリント基板６の側面にキャスタレーション２４が設けられている。キャスタレーション２４は基板側面の一部を切り欠いてメタライズしたものである。キャスタレーション２４の凹部は図１３の点線Ｂに示すようにスルーホール１１の長辺の中心に位置合わせされている。なお、ソルダーレジスト２２は無くてもよい。

【0026】

図１４は、実施の形態３に係る基板接合構造を示す上面図である。図１５は、図１４のＩ－ＩＩに沿った断面図である。フレキシブル基板１とプリント基板６をはんだ１２にて接合した際に、キャスタレーション２４にはんだ１２が濡れ広がり、はんだブリッジ２５が形成される。フレキシブル基板１のスルーホール１１内に充填されたはんだ１２とはんだブリッジ２５により、フレキシブル基板１のはんだ接合部が曲がりにくくなる。これにより、はんだ接合部への応力を低減することができ、断線を防止することができる。また、断線防止のために樹脂を用いた補強を行う必要が無くなるため、製造が容易になる。

【0027】

図１６は、実施の形態３に係るフレキシブル基板の上面とプリント基板の変形例１，２の上面を示す図である。キャスタレーション２４の凹部がスルーホール１１の長辺の中心からずれている。この場合でも同様の効果が得られる。

【0028】

実施の形態４．
図１７は、実施の形態４に係るフレキシブル基板の上下面とプリント基板の上面を示す図である。図１８は、実施の形態４に係る基板接合構造を示す上面図である。図１９は図１８のＩ－ＩＩに沿った断面図である。はんだ接合部から延びたフレキシブル基板１が１８０°反対側に折り曲げられている。

【0029】

フレキシブル基板１を最初から曲げてフォーミングをしておくことで、はんだ１２で接合した後にかかる応力を分散することができる。これにより、はんだ接合部への応力を低減して断線を防止することができる。また、フレキシブル基板１とプリント基板６の接合強度が弱いと応力がかかった時にはんだ１２が剥離して断線が発生するため、スルーホール１１にはんだ１２を充填して接合強度を上げることで断線をさらに防止することができる。

【0030】

実施の形態５．
図２０は、実施の形態５に係るフレキシブル基板の上下面を示す図である。スルーホール１１に金属２６が充填されている。金属２６は例えば銅などのはんだ１２よりも固い金属である。フレキシブル基板１に応力がかかった際に、スルーホール１１にはんだ１２が充填された場合よりもフレキシブル基板１が曲がりにくくなるため、断線を更に防止することができる。

【0031】

図２１及び図２２は、実施の形態５に係るフレキシブル基板の製造工程を示す断面図である。図２１及び図２２は図２０のＩ－ＩＩに沿った断面に対応する。まず、図２１に示すように、フレキシブル基板１と表面側のＧＮＤパターン３の一部を除去してスルーホール１１を形成する。この時、裏面側のＧＮＤパターン５は取り除かない（ブラインドビア構造）。次に、図２２に示すように、銅めっきを施してスルーホール１１に金属２６を充填する。その他の構成及び効果は実施の形態１と同様である。

【符号の説明】

【0032】

１ フレキシブル基板、２，４，７ 導電パターン、３，５，８ ＧＮＤパターン、６ プリント基板、１１ スルーホール、１２ はんだ、２２ ソルダーレジスト、２４ キャスタレーション、２６ 金属

【要約】

はんだ（１２）がフレキシブル基板（１）の第２の導電パターン（４）とプリント基板（６）の第３の導電パターン（７）を接合し、フレキシブル基板（１）の第２のＧＮＤパターン（５）とプリント基板（６）の第３のＧＮＤパターン（８）を接合する。フレキシブル基板（１）を貫通して第１及び第２のＧＮＤパターン（３，５）をつなぐスルーホール（１１）が設けられている。第２の導電パターン（４）が延在する延在方向において、第２の導電パターン（４）と第３の導電パターン（７）のはんだ接合部の端部が、スルーホール（１１）に対応する位置にあり、かつスルーホール（１１）の端部からずれている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】