JP5082882B2 - フレキシブル基板用の接続装置 - Google Patents

Description

本発明は、フレキシブル基板上に形成された高周波信号用パターンとの電気的接続を行う装置及び方法に関し、特に検査装置からフレキシブル基板に高周波電気信号を安定に通すことができるフレキシブル基板用の接続装置及び接続方法に関するものである。

高周波デバイスが形成されたフレキシブル基板について検査が行われる。この際に、フレキシブル基板と検査装置を接続するための接続装置が用いられる。このような接続装置として、従来は横方向に２本以上の探針を並べたコプレーナ型の高周波プローブや、ばねを内蔵して非平坦面をプローブできるスプリング型のプローブが用いられていた。また、ゴムの上にフレキシブル基板を載せた状態で、フレキシブル基板にデバイスを押し付けることで、両者を接続させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ＷＯ００／０４３９４号公報

しかし、フレキシブル基板のベースフィルムの面とその上に形成した導体パターンの面との間で凹凸が生じることや、フレキシブル基板自体が僅かな外力で反りを生じることにより、フレキシブル基板は平坦性が悪いため、コプレーナ型の高周波プローブでは安定した接触を取ることが難しかった。そして、特許文献１の方法では、フレキシブル基板の大きな反りやデバイスの凹凸は吸収できるが、フレキシブル基板の導体パターンの細かい凹凸を吸収することはできず、安定した接触をとることが難しかった。

また、スプリング型のプローブではインピーダンス整合が例えば約５００ＭＨｚ以上の高周波領域では確保できなかった。さらに、検査装置に接続された誘電体基板の上に形成した電極パターンに、フレキシブル基板の高周波信号用パターンを直接接触させた場合、上述の平坦性の悪さにより面接触がうまく取れず、高周波信号を安定に通すことが困難であった。従って、半田付けやワイヤボンディングなどの手段を用いなければフレキシブル基板に高周波電気信号を安定に通すことが難しく、フレキシブル基板に高周波デバイスを搭載した製品の検査を高精度かつ効率良く行うことができないという問題があった。

本発明は、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、検査装置からフレキシブル基板に高周波電気信号を安定に通すことができるフレキシブル基板用の接続装置及び接続方法を得るものである。

本発明に係るフレキシブル基板用の接続装置は、フレキシブル基板上に形成された高周波信号用パターンとの電気的接続を行う装置であって、電極パターンが形成された誘電体基板と、電極パターンを覆うように設けられ、導電性及び柔軟性を有するコンタクタと、凹部を有し電気的に接地された金属ステージとを備え、フレキシブル基板上には高周波信号用パターンを挟むように２本の接地用パターンが形成され、凹部内に誘電体基板及びコンタクタが配置され、凹部の幅は２本の接地用パターンの間隔よりも狭いことを特徴とする。

本発明に係るフレキシブル基板用の接続方法は、フレキシブル基板上に形成された高周波信号用パターンとの電気的接続を行う方法であって、誘電体基板上に形成された電極パターンを覆うように、導電性及び柔軟性を有するコンタクタを設け、フレキシブル基板の高周波信号用パターンをコンタクタに着脱可能に押し当てて、フレキシブル基板の高周波信号用パターンと誘電体基板の電極パターンとをコンタクタを介して電気的に接続させる。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。

本発明により、検査装置からフレキシブル基板に高周波電気信号を安定に通すことができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るフレキシブル基板用の接続装置を示す斜視図であり、図２は、図１の接続装置にフレキシブル基板を接続した状態を示す斜視図である。接続装置１４の同軸コネクタ１０は検査装置（不図示）に接続されている。そして、高周波ディスクリート素子９を有するフレキシブル基板１１を接続装置１４に接続することで、フレキシブル基板１１の検査を行う。以下、各部の構成について詳細に説明する。

図３は、本発明の実施の形態１に係るフレキシブル基板を表面側から見た斜視図である。フレキシブル基板１１上には、高周波信号用パターン１２が形成され、この高周波信号用パターン１２を挟むように２本の接地用パターン１３ａ，１３ｂが形成されている。即ち、電極パターンとしてＧＳＧ(Ground Signal Ground)構造が形成されている。このＧＳＧ構造は、例えばレーザモジュールに高周波信号を送るのに用いられる。

図４は、図１の点線で囲った部分を拡大した斜視図であり、図５は図４の接続装置の誘電体基板を示す斜視図である。このフレキシブル基板用の接続装置１４は、フレキシブル基板１１上に形成された高周波信号用パターン１２及び接地用パターン１３ａ，１３ｂとの電気的接続を行う装置である。

誘電体基板１５上には、フレキシブル基板１１の高周波信号用パターン１２に対応する位置に電極パターン１６が形成されている。この電極パターン１６は、同軸コネクタ１０の芯線側端子（不図示）に接続されている。そして、電極パターン１６を覆うようにコンタクタ１７が設けられている。このコンタクタ１７は導電性及び柔軟性を有する。

金属ステージ１８は接地され、同軸コネクタ１０の接地側端子（不図示）に接続されている。また、金属ステージ１８の上面に凹部１９が形成されている。この凹部１９の幅Ｗは、２本の接地用パターン１３ａ，１３ｂのそれぞれの内側の間隔Ｓよりも狭い。これにより、接地用パターン１３ａ，１３ｂと金属ステージ１８との電気的接触を確実にすることができる。そして、この凹部１９内に誘電体基板１５及びコンタクタ１７が配置されている。ただし、凹部１９の深さは誘電体基板１５及びコンタクタ１７を重ねた厚みよりもやや浅いため、コンタクタ１７の一部が凹部１９の上端から出ている。

２本の接地用パターン１３ａ，１３ｂの間隔Ｓとは、接地用パターン１３ａ，１３ｂの対向するそれぞれの内側面の間隔をいい、典型的には０．５ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。凹部１９の幅Ｗは、典型的には０．３ｍｍ〜９ｍｍ程度である。コンタクタ１７の厚みは、典型的には０．２ｍｍ〜３ｍｍ程度である。また、コンタクタ１７の一部が凹部１９から出ている高さは、少なくともフレキシブル基板の接地パターンの厚みより高いことが望ましく、典型的には０．００５ｍｍ〜１ｍｍ程度である。フレキシブル基板の厚みは、典型的には０．０１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度であり、フレキシブル基板上の導体パターンの厚みは、典型的には０．００５ｍｍ〜０．１ｍｍ程度である。フレキシブル基板の幅は例えば３ｍｍ〜１０ｍｍ程度であるが、実装形態や他の配線の有無にも依存するため、これにとらわれない。

次に、上記の接続装置１４を用いて、フレキシブル基板１１上に形成された高周波信号用パターン１２との電気的接続を行う方法について説明する。

図６に示すように、高周波信号用パターン１２が形成された面を接続装置１４側に向けて、フレキシブル基板１１を接続装置１４上に載せる。そして、上方からフレキシブル基板１１に荷重を加えて、フレキシブル基板１１の高周波信号用パターン１２をコンタクタ１７に着脱可能に押し当てて、フレキシブル基板１１の高周波信号用パターン１２と誘電体基板１５の電極パターン１６とをコンタクタ１７を介して電気的に接続させる。この際に、荷重によってコンタクタ１７を収縮させ、フレキシブル基板１１の２本の接地用パターン１３ａ，１３ｂを、凹部１９の周囲において金属ステージ１８に接触させる。ここで、誘電体基板１５の裏面は接地された金属ステージ１８の凹部１９に接しているため、誘電体基板１５の表面の電極パターン１６による伝送線路は一定のインピーダンスを有する。

図７は、図６の一部を拡大した断面図である。図７に示すコンタクタ１７は、コンタクタ１７の略厚み方向に柱状に配列して導電性粒子２１が埋設された樹脂（異方導電性シート）であり、コンタクタ１７の略厚み方向にのみ高周波信号が流れる。フレキシブル基板１１の高周波信号用パターン１２と誘電体基板１５の電極パターン１６でコンタクタ１７を挟んで収縮させると、コンタクタ１７に含有された導電性粒子２１を介して高周波信号用パターン１２と電極パターン１６が電気的に接続される。コンタクタ１７の厚みに対して垂直方向では、導電性粒子２１同士が樹脂により電気的に絶縁されているため、高周波信号用パターン１２と電極パターン１６に挟まれていないコンタクタ１７の部分は、高周波信号用パターン１２及び電極パターン１６に対して電気的な絶縁がとれている。そのため、高周波信号は高周波信号用パターン１２と電極パターン１６の間を流れ、高周波信号は設置された金属ステージ１８に漏れ出ず、インピーダンスを整合させた状態で高周波信号用パターン１２と電極パターン１６を電気的に接続することができる。

図８は、本発明の実施の形態１に係るフレキシブル基板用の接続装置の他の例を示す拡大断面図である。コンタクタ１７は、コンタクタ１７の略厚み方向に沿って金属細線２１´が埋設された樹脂（異方導電性シート）であり、コンタクタ１７の略厚み方向にのみ高周波信号が流れる。従って、高周波信号は高周波信号用パターン１２と電極パターン１６の間のみを流れる。よって、金属ステージへ漏れ出る高周波信号を抑えることができ、インピーダンスを整合させた状態で高周波信号用パターン１２と電極パターンを金属的に接続することができる。

上記のように、本発明では、フレキシブル基板１１の高周波信号用パターン１２と誘電体基板１５の電極パターン１６との間に柔軟性の有るコンタクタ１７を、金属ステージ１８の凹部に嵌め込むように設けている。このコンタクタ１７によりフレキシブル基板１１における高周波信号ラインと接地パターンとベースフィルムの凹凸や、高周波信号ライン１２のパターン内の凹凸や、フレキシブル基板１１の反りを吸収して、フレキシブル基板１１の高周波信号用パターン１２と誘電体基板１５の電極パターン１６の密着性を改善し、良好な電気的接続を確保することができる。これにより、半田付けやワイヤボンディングを行わなくても、検査装置からフレキシブル基板に高周波電気信号を安定に通すことができる。

実施の形態２．
図９は、本発明の実施の形態２に係るフレキシブル基板を表面側から見た斜視図である。フレキシブル基板１１上には、２本の高周波信号用パターン１２ａ，１２ｂが形成され、この２本の高周波信号用パターン１２ａ，１２ｂを挟むように２本の接地用パターン１３ａ，１３ｂが形成されている。即ち、電極パターンとしてＧＳＳＧ(Ground Signal Signal Ground)構造が形成されている。

図１０は、本発明の実施の形態２に係るフレキシブル基板用の接続装置を示す斜視図であり、図１１は図１０の接続装置の誘電体基板を示す斜視図である。誘電体基板１５上には２本の電極パターン１６ａ，１６ｂが形成されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。

次に、上記の接続装置１４を用いて、フレキシブル基板１１上に形成された２本の高周波信号用パターン１２ａ，１２ｂとの電気的接続を行う方法について説明する。図１２に示すように、フレキシブル基板１１の２本の高周波信号用パターン１２ａ，１２ｂと誘電体基板１５の２本の電極パターン１６ａ，１６ｂとをコンタクタ１７を介してそれぞれ電気的に接続させる。その他の工程は実施の形態１と同様である。

このようにフレキシブル基板の電極パターンとしてＧＳＳＧ構造を採用した場合にも、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
図１３は、本発明の実施の形態３に係るフレキシブル基板を表面側から見た斜視図である。実施の形態１と同様に電極パターンとしてＧＳＧ構造が形成されている。図１４は、本発明の実施の形態３に係るフレキシブル基板を裏面側から見た斜視図である。フレキシブル基板１１の高周波信号用パターン１２が形成された面（表面）とは反対側の面（裏面）には直流バイアス用パターン２３ａ，２３ｂが形成されている。直流バイアス用パターン２３ａ，２３ｂは、フレキシブル基板１１に直流バイアス（直流電流又は直流電圧）を印加するための電極パターンである。ここで、直流バイアス用パターン２３ａ，２３ｂは、ＧＳＧ構造を伝送する高周波信号の電磁界を遮らないために、ＧＳＧ構造の外側に配置されている。接続装置の構成は実施の形態１と同様である。

次に、フレキシブル基板１１上に形成された高周波信号用パターン１２との電気的接続を行う方法について説明する。図１５に示すように、高周波信号用パターン１２が形成された面を接続装置１４側に向けて、フレキシブル基板１１を接続装置１４上に載せる。そして、電極プローブ２４ａ，２４ｂを直流バイアス用パターン２３ａ，２３ｂにそれぞれ接触させて直流バイアスを印加する。これと同時に、電極プローブ２４ａ，２４ｂにより上方からフレキシブル基板１１に荷重を加えて、フレキシブル基板１１の高周波信号用パターン１２をコンタクタ１７に着脱可能に押し当てる。ここで、電極プローブ２４ａ，２４ｂは、高周波信号を流すものではないため、フレキシブル基板１１に荷重を加えるのに適した太さに設定することができる。

本実施の形態によれば、直流バイアスを印加するための直流バイアス用パターン２３ａ，２３ｂによりフレキシブル基板１１に荷重を加えることができる。その他、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態４．
図１６は、本発明の実施の形態４に係るフレキシブル基板を表面側から見た斜視図である。フレキシブル基板１１上には、高周波信号用パターン１２が形成されている。図１７は、本発明の実施の形態４に係るフレキシブル基板を裏面側から見た斜視図である。フレキシブル基板１１の高周波信号用パターン１２が形成された面（表面）とは反対側の面（裏面）には接地用パターン２２が一部に形成されている。

図１８は、本発明の実施の形態４に係るフレキシブル基板用の接続装置を示す斜視図であり、図１９は図１８の接続装置の誘電体基板を示す斜視図である。このフレキシブル基板用の接続装置１４は、フレキシブル基板１１上に形成された高周波信号用パターン１２との電気的接続を行う装置である。

誘電体基板１５上には、フレキシブル基板１１の高周波信号用パターン１２に対応する位置に電極パターン１６が形成されている。この電極パターン１６は、フレキシブル基板１１を検査するための検査装置（不図示）に接続されている。そして、電極パターン１６を覆うようにコンタクタ１７が一面に設けられている。このコンタクタ１７は導電性を有する。
誘電体基板１５とコンタクタ１７は、図４に示した実施の形態１と同様に、上面に凹部１９を有する接地された金属ステージ１８に設けることができる。この場合、金属ステージ１８は同軸コネクタ１０の接地側端子に接続され、誘電体基板１５の電極パターン１６は同軸コネクタ１０の芯線側端子に接続される。なお、フレキシブル基板１１の幅は、金属ステージ１８の凹部１９の幅Ｗより狭くても広くてもよい。
また、誘電体基板１５とコンタクタ１７は、上面に凹部を有しない接地された金属ステージ（不図示）の平坦な面の上に設けることができる。この場合、金属ステージは同軸コネクタ１０の接地側端子に接続され、誘電体基板１５の電極パターン１６は同軸コネクタ１０の芯線側端子に接続される。
また、誘電体基板１５の裏面に接地パターン（不図示）を形成した場合、誘電体基板１５の表面の電極パターンに対してインピーダンス整合を取ることができるため、金属ステージを使わずに、誘電体基板１５の裏面に接地パターンを同軸コネクタ１０の接地側端子に接続し、誘電体基板１５の電極パターン１６を同軸コネクタ１０の芯線側端子に接続し、電極パターン１６を覆うようにコンタクタ１７を一面に設けることで、フレキシブル基板１１上に形成された高周波信号用パターン１２との電気的接続を行う装置とすることができる。

次に、上記の接続装置１４を用いて、フレキシブル基板１１上に形成された高周波信号用パターン１２との電気的接続を行う方法について説明する。図２０に示すように、高周波信号用パターン１２が形成された面を接続装置１４側に向けて、フレキシブル基板１１を接続装置１４上に載せる。そして、電気的に接地された金属部品２５を接地用パターン２２に接触させる。そして、金属部品２５の自重又は外部からの加圧により上方からフレキシブル基板１１に荷重を加えて、フレキシブル基板１１の高周波信号用パターン１２をコンタクタ１７に着脱可能に押し当てる。

本実施の形態によれば、電気的接地を確保するための金属部品２５を重りとして用いて、フレキシブル基板１１に荷重を加えることができる。その他、コンタクタ１７によりフレキシブル基板１１における高周波信号ラインとベースフィルムの間の凹凸や、高周波信号ライン１２のパターン内の凹凸や、フレキシブル基板１１の反りを吸収して、フレキシブル基板１１の高周波信号用パターン１２と誘電体基板１５の電極パターン１６の密着性を改善し、良好な電気的接続を確保することができる。これにより、半田付けやワイヤボンディングを行わなくても、検査装置からフレキシブル基板に高周波電気信号を安定に通すことができる。

実施の形態５．
図２１は、本発明の実施の形態５に係るフレキシブル基板を表面側から見た斜視図である。フレキシブル基板１１上には、高周波信号用パターン１２が形成されている。図２２は、本発明の実施の形態５に係るフレキシブル基板を裏面側から見た斜視図である。フレキシブル基板１１の高周波信号用パターン１２が形成された面（表面）とは反対側の面（裏面）には接地用パターン２２及び直流バイアス用パターン２３ａ，２３ｂが形成されている。そして、直流バイアス用パターン２３ａ，２３ｂは、フレキシブル基板１１に直流バイアス（直流電流又は直流電圧）を印加するための電極パターンである。接続装置の構成は実施の形態４と同様である。

次に、フレキシブル基板１１上に形成された高周波信号用パターン１２との電気的接続を行う方法について説明する。図２３に示すように、高周波信号用パターン１２が形成された面を接続装置１４側に向けて、フレキシブル基板１１を接続装置１４上に載せる。そして、電極プローブ２４ａ，２４ｂを直流バイアス用パターン２３ａ，２３ｂにそれぞれ接触させて直流バイアスを印加する。これと同時に、電極プローブ２４ａ，２４ｂにより上方からフレキシブル基板１１に荷重を加えて、フレキシブル基板１１の高周波信号用パターン１２をコンタクタ１７に着脱可能に押し当てる。

本実施の形態によれば、直流バイアスを印加するための直流バイアス用パターン２３ａ，２３ｂによりフレキシブル基板１１に荷重を加えることができる。その他、実施の形態４と同様の効果を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係るフレキシブル基板用の接続装置を示す斜視図である。 図１の接続装置にフレキシブル基板を接続した状態を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係るフレキシブル基板を表面側から見た斜視図である。 図１の点線で囲った部分を拡大した斜視図である。 図４の接続装置の誘電体基板を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係るフレキシブル基板用の接続方法を説明するための斜視図である。 図６の一部を拡大した断面図である。 本発明の実施の形態１に係るフレキシブル基板用の接続装置の他の例を示す拡大断面図である。 本発明の実施の形態２に係るフレキシブル基板を表面側から見た斜視図である。 本発明の実施の形態２に係るフレキシブル基板用の接続装置を示す斜視図である。 図１０の接続装置の誘電体基板を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２に係るフレキシブル基板用の接続方法を説明するための斜視図である。 本発明の実施の形態３に係るフレキシブル基板を表面側から見た斜視図である。 本発明の実施の形態３に係るフレキシブル基板を裏面側から見た斜視図である。 本発明の実施の形態３に係るフレキシブル基板用の接続方法を説明するための斜視図である。 本発明の実施の形態４に係るフレキシブル基板を表面側から見た斜視図である。 本発明の実施の形態４に係るフレキシブル基板を裏面側から見た斜視図である。 本発明の実施の形態４に係るフレキシブル基板用の接続装置を示す斜視図である。 図１８の接続装置の誘電体基板を示す斜視図である。 本発明の実施の形態４に係るフレキシブル基板用の接続方法を説明するための斜視図である。 本発明の実施の形態５に係るフレキシブル基板を表面側から見た斜視図である。 本発明の実施の形態５に係るフレキシブル基板を裏面側から見た斜視図である。 本発明の実施の形態５に係るフレキシブル基板用の接続方法を説明するための斜視図である。

符号の説明

１１ フレキシブル基板；１２，１２ａ，１２ｂ 高周波信号用パターン；１３ａ，１３ｂ，２２ 接地用パターン；１４ フレキシブル基板用の接続装置；１５ 誘電体基板；１６，１６ａ，１６ｂ 電極パターン；１７ コンタクタ；１８ 金属ステージ；１９ 凹部；２１ 導電性粒子；２１´ 金属細線；２３ａ，２３ｂ 直流バイアス用パターン；２４ａ，２４ｂ 電極プローブ；２５ 金属部品

Claims (3)

1. フレキシブル基板上に形成された高周波信号用パターンとの電気的接続を行う装置であって、
   電極パターンが形成された誘電体基板と、
   前記電極パターンを覆うように設けられ、導電性及び柔軟性を有するコンタクタと、
   凹部を有し、電気的に接地された金属ステージとを備え、
   前記フレキシブル基板上には前記高周波信号用パターンを挟むように２本の接地用パターンが形成され、
   前記凹部内に前記誘電体基板及び前記コンタクタが配置され、
   前記凹部の幅は前記２本の接地用パターンの間隔よりも狭いことを特徴とするフレキシブル基板用の接続装置。
2. 前記コンタクタは、導電性粒子が埋設された樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の接続装置。
3. 前記コンタクタは、前記コンタクタの略厚み方向に金属細線が埋設された樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の接続装置。

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