JP7074741B2

JP7074741B2 - 回路体と導電体との接続構造

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Publication number: JP7074741B2
Application number: JP2019200732A
Authority: JP
Inventors: 喜章市川; 達也雄鹿; 真理子中川; 知司安田
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2019-11-05
Filing date: 2019-11-05
Publication date: 2022-05-24
Anticipated expiration: 2039-11-05
Also published as: CN112770481B; CN112770481A; US11166382B2; US20210136925A1; EP3819935A1; EP3819935B1; JP2021077449A

Description

本発明は、フレキシブル基板から構成される回路体と、平板状の接続部を有する導電体と、の接続構造に関する。

従来から、配線パターンが設けられたフレキシブル基板（ＦｌｅｘｉｂｌｅＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔｓ：ＦＰＣ）が、各種の電子機器の間を繋ぐ配線などとして用いられている。フレキシブル基板は、一般に、所定形状の配線パターン（即ち、回路）を構成する薄膜状の導体層を絶縁性のフィルムによって挟んだ構造を有し、特に電気的特性を維持したまま柔軟に湾曲などの変形が可能である点に特徴がある。

フレキシブル基板を実際に用いるにあたり、従来のフレキシブル基板の一つは、フレキシブル基板の配線パターンと、ＩＧＢＴ等の電子素子と、をボンディングワイヤを用いて接続するようになっている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００２－０９３９９５号公報

上述した従来のフレキシブル基板とは異なり、導電性の接着剤を用いて、フレキシブル基板が有する配線パターンにバスバ等の平板状の導電体を接続する場合がある。この種の接着剤は、一般に、基材となる熱硬化性樹脂に導電性のフィラー（金属粒など）を分散させた構成を有する。そして、硬化前の接着剤を配線パターンとバスバとの間に挟んだ状態で配線パターンに向けてバスバを押し付けると、配線パターンとバスバとの間に一部のフィラーを挟み込みながら、基材と残りのフィラーとが配線パターンとバスバとの間から押し出される。この状態で外部から加熱を施せば、配線パターンとバスバとがフィラーを介して導通された状態で基材が硬化する。これにより、配線パターンとバスバとが接合されることになる。

上述した接合の原理上、導電性の接着剤を用いる場合、配線パターンとバスバとがフィラーを挟み込むことになる範囲（換言すると、配線パターンとバスバとの接触面積）の大きさが、両者の間の導電性（即ち、接触抵抗値の大小）に影響を及ぼすことになる。よって、例えばフレキシブル基板を用いて伝送される信号の品質向上などの観点から、配線パターンとバスバとの接触面積が出来る限り設計上の大きさに一致するように、配線パターンとバスバとを適正に接続することが望ましい。

本発明の目的の一つは、フレキシブル基板から構成される回路体と、平板状の接続部を有する導電体と、を適正に接続可能な回路体と導電体との接続構造、の提供である。

前述した目的を達成するために、本発明に係る回路体と導電体との接続構造は、下記［１］～［４］を特徴としている。
［１］
配線パターンが設けられたフレキシブル基板から構成される回路体と、
前記回路体の実装面に取り付けられる平板状の接続部を有する導電体と、
を備えた、回路体と導電体との接続構造であって、
前記配線パターンは、
前記接続部と交差する方向に延び且つ前記交差する方向における前記接続部の長さよりも長い複数の被接続部を有し、導電性の接着剤を用いて、前記接続部と前記被接続部との間を導通させた状態にて前記導電体に接続され、
前記接続部は、前記被接続部が有する前記交差する方向の長さが前記接続部より長い平面における前記交差する方向の両端を除いた部分に、前記接着剤によって接着されている、
回路体と導電体との接続構造であること。
［２］
上記［１］に記載の接続構造において、
前記接続部は、幅が均一な矩形の形状を有し、
前記被接続部は、幅が均一な矩形の形状を有する、
回路体と導電体との接続構造であること。
［３］
上記［１］又は上記［２］に記載の接続構造において、
前記導電体は、複数の前記接続部を有する、
回路体と導電体との接続構造であること。
［４］
上記［１］～上記［３］の何れか一つに記載の接続構造において、
前記回路体は、前記配線パターンを覆う絶縁層と、前記被接続部を露出するように前記絶縁層に設けられる開口部とを有し、
前記接続部は、前記開口部の内側に配置される、
回路体と導電体との接続構造であること。

上記［１］の構成の接続構造によれば、回路体の配線パターンが、導電体の接続部と交差する方向に延びる被接続部を有する。よって、接続部と被接続部とを導電性の接着剤を用いて接続する際、両者（即ち、接続部と被接続部と）が互いに平行である場合に比べ、両者の相対位置が設計された位置と相違しても（即ち、位置ズレが生じても）、両者の接触面積の変動が小さいことになる。

より詳細には、仮に両者が平行であると、接続部および被接続部の幅や長さ（太さ）及び位置ズレの方向によっては、位置ズレが生じたときに両者の接触面積が増減する可能性がある。一例として、両者が平行であり且つ両者の幅および長さが同程度である場合、両者が完全に重複していれば、接触面積は、両者の幅と長さの積（＝幅×長さ）に相当する。しかし、例えば、幅方向の位置ズレが生じると、両者が重複する範囲が小さくなるにつれて、接触面積が小さくなる。これに対し、本構成の接続構造のように、両者が交差し且つ交差方向における接続部の長さ（幅）よりも被接続部の長さが長ければ（図３等を参照）、幅方向の位置ズレが生じても、両者が重複する範囲の大きさ（即ち、接触面積）が実質的に維持される。幅方向とは異なる方向（例えば、斜め方向）の位置ズレが生じた場合も同様である。したがって、本構成の接続構造は、フレキシブル基板から構成される回路体と、平板状の接続部を有する導電体と、を適正に接続することができる。

上記［２］の構成の接続構造によれば、導電体の接続部は幅が均一な矩形の形状を有し、且つ、配線パターンの被接続部は幅が均一な矩形の形状を有する。よって、接続部および被接続部がそのような形状を有さない場合（例えば、接続部や被接続部の幅が場所によって大小するような不均一な形状を有する場合）に比べ、両者の間の位置ズレが生じた際の接触面積の変動が小さくなる。

なお、接続部や被接続部の幅が「均一」であるとは、導電体や配線パターンの製造時に不可避的に生じ得る公差（いわゆる製造ばらつき）の範囲内において、それらの幅が均一であることを表す。換言すると、接続部や被接続部の幅が設計上で（例えば、設計図面に示される幅の数値が）均一であることを表す。

上記［３］の構成の接続構造によれば、導電体と配線パターンとが、複数の接続部を介して複数の箇所で接続される。換言すると、複数の箇所において、導電体が配線パターンに支持されることになる。よって、導電体が配線パターンに１箇所で支持される場合に比べ、配線パターンに対する導電体の姿勢の乱れ（例えば、フレキシブル基板の実装面に対する導電体の接続部の傾きのバラツキ）が生じ難い。その結果、そのような導電体の姿勢の乱れに起因する接続不良などが生じることが抑制される。

上記［４］の構成の接続構造によれば、回路体の絶縁層に設けられた開口部の内側に収まるように、導電体の接続部が配置される。よって、開口部の周縁（即ち、絶縁層が存在する場所と存在しない場所との間の段差）に接続部が乗り上げることがなく、配線パターンに対する導電体の姿勢の乱れが生じ難い。その結果、導電体と配線パターンとの接続不良などが生じることが抑制される。

本発明によれば、フレキシブル基板から構成される回路体と、平板状の接続部を有する導電体と、を適正に接続可能な回路体と導電体との接続構造、を提供できる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

図１は、本発明の実施形態に係る回路体と導電体との接続構造を示す斜視図である。図２は、図１に示す接続構造の平面図である。図３は、図２のＢ部の拡大図である。図４は、図２のＡ－Ａ断面図である。図５は、図４のＣ－Ｃ断面におけるＤ部の拡大図である。図６（ａ）は、変形例に係る図３に対応する図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＥ部の拡大図である。図７は、他の変形例に係る図１に対応する図である。

＜実施形態＞
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る回路体２と導電体３との接続構造１について説明する。以下、説明の便宜上、図１等に示すように、「前後方向」、「幅方向」、「上下方向」、「前」、「後」、「上」、及び「下」を定義する。「前後方向」、「幅方向」及び「上下方向」は、互いに直交している。前後方向及び幅方向はそれぞれ、帯状に延びる回路体２の延在方向及び幅方向と一致する。

接続構造１は、図１及び図２に示すように、配線パターンが設けられたフレキシブル基板（ＦｌｅｘｉｂｌｅＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔｓ：ＦＰＣ）から構成される回路体２と、回路体２の絶縁層１３に設けられる開口部１８に取り付けられる平板状の接続部３３を有する導電体３と、を備える。接続構造１は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車などに搭載される駆動用電源としての電池集合体（複数の単電池が積層配置された電池モジュール）と、各種の制御機器（ＥＣＵ等）と、の間を接続する経路上において用いられる。以下、接続構造１を構成する各部品の構成について順に説明する。

まず、回路体２について説明する。回路体２は、帯状に延びるＦＰＣから構成されている。具体的には、回路体２は、図４に示すように、第１絶縁層１１と、第１絶縁層１１の上に位置する第２絶縁層１２と、第２絶縁層１２の上に位置する第３絶縁層１３と、からなる３層の薄膜状の絶縁層を備える。第１絶縁層１１と第２絶縁層１２との間には、薄膜状の下側導体層１４が介在し、第２絶縁層１２と第３絶縁層１３との間には、薄膜状の上側導体層１５が介在している。本例では、下側導体層１４と上側導体層１５が、本発明の「配線パターン」を構成している。典型的には、第１～第３絶縁層１１～１３は、ポリイミドで構成され、下側導体層１４及び上側導体層１５は、銅で構成されている。なお、第１～第３絶縁層１１～１３は、ポリイミドに代えて、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）から構成されてもよい。

第１絶縁層１１と第２絶縁層１２の間における下側導体層１４以外の領域、及び、第２絶縁層１２と第３絶縁層１３の間における上側導体層１５以外の領域には、樹脂製の接着層１６が介在している。下側導体層１４と上側導体層１５とは、両者間に位置する第２絶縁層１２によって大部分が互いに絶縁されている一方で、第２絶縁層１２を複数箇所にて上下方向にそれぞれ貫通する複数の導電性の接続部１７（図１も参照）を介して、電気的に接続されている。以上のように、回路体２は、３層の絶縁層１１～１３の内部に２層の導体層１４，１５が埋設された積層構造を有している。

図１及び図２に示すように、回路体２の前端部の上面には、第３絶縁層１３及びその下側に隣接する接着層１６が除去されて露出した第２絶縁層１２を底面とする矩形凹形状の開口部１８が形成されている。開口部１８の内部（の第２絶縁層１２の上面）には、上側導体層１５の一部として、矩形状の第１導体部１９が、開口部１８の中央部に設けられている。

更に、開口部１８の内部には、上側導体層１５の一部として、第１導体部１９から前方に所定距離だけ離れた位置から幅方向に延びる帯状（矩形状）の第２導体部２１と、第２導体部２１の幅方向両端部から後方に延びる一対の帯状（矩形状）の第３導体部２２と、が設けられている。一対の第３導体部２２は、第１導体部１９から所定距離だけ幅方向に離れている。即ち、第２導体部２１及び一対の第３導体部２２からなるＵ字状の導体部は、第１導体部１９を所定距離だけ離れて３方向から囲うように位置している。なお、第１導体部１９と第２導体部２１とは、後述するように、チップヒューズ４０を介して電気的に接続される。

更に、開口部１８の内部には、上側導体層１５の一部として、一対の第３導体部２２それぞれの後方側領域から、前後方向に間隔を空けて並ぶように幅方向外側に向けて延びる複数の被接続部２３が設けられている。各被接続部２３は、幅（前後方向の寸法）が均一な帯状（矩形状）の形状を有する。前後方向に隣接する被接続部２３の間隔Ａ１（図３参照）は、本例では２０μｍである。複数の被接続部２３には、後述するように、導電体３の接続部３３が導電性の接着剤５０を介して電気的に接続される。以上、回路体２について説明した。

次いで、導電体３について説明する。導電体３は、図１及び図２に示すように、本例では、断面が矩形状のバスバであって、幅方向に直線状に延びる本体部３１と、本体部３１の一端部から連続する矩形枠状の枠体部３２と、からなる。枠体部３２は、上下方向に延びる矩形筒状の形状を有するということもできる。

枠体部３２を構成する４辺のうち、幅方向に対向し且つ前後方向に延びる２辺に対応するそれぞれの部分を、特に、接続部３３と呼ぶ。各接続部３３は、上方からみて、幅（幅方向の寸法）が均一な帯状（矩形状）の形状を有する。各接続部３３は、前後方向及び上下方向に延びる平板状の形状を有するということもできる。各接続部３３の幅Ａ２（幅方向の寸法、図３参照）は、被接続部２３の幅方向の延在長さよりも短い。導電体３は、典型的は、アルミニウムで構成されている。以上、導電体３について説明した。

次いで、図１及び図２に示す接続構造１を得るための回路体２と導電体３との組み付けについて説明する。まず、導電体３の枠体部３２の下面（矩形枠状の平面）に、流動性を有する状態にある導電性の接着剤５０を塗布する。接着剤５０は、図５に示すように、熱硬化性樹脂からなる基材５１の中に導電性の多数のフィラー（金属粒など）５２を分散させた構成を有している。

次いで、導電体３の枠体部３２を、回路体２の開口部１８の底面に向けて、各接続部３３が対応する複数の被接続部２３の幅方向両端部を除いた箇所の上面に重なるように、押さえ用の圧子（図示省略）などを用いて、下方に押し付ける。本例では、このとき、図３に示すように、接続部３３の軸線Ｌ１と、被接続部２３の軸線Ｌ２とのなす角度θは、本例では、９０°となっている。なお、図３に示す領域Ｓの各々では、接続部３３と被接続部２３とが上下方向において重なっている。この領域Ｓでは、後述するように、接着剤５０内のフィラー５２を介して接続部３３と被接続部２３とが電気的に接続される。そのため、領域Ｓの大きさは、接続部３３と被接続部２３との接触抵抗値の大きさに影響を及ぼすことになる。このような観点から、以下、便宜上、領域Ｓの大きさを、接続部３３と被接続部２３との「接触面積」と称呼する。図６に示す領域Ｓについても、同様である。

これにより、図５に示すように、接続部３３と被接続部２３との間に接着剤５０内のフィラー５２を残しながら、接続部３３と被接続部２３との間から接着剤５０内の基材５１及び残りのフィラー５２が押し出される。次いで、例えば、圧子で導電体３を押さえた状態を維持しながら、その圧子に内蔵したヒータを昇温させることで、導電体３を介して接着剤５０を加熱する。これにより、熱硬化性の樹脂から構成されている基材５１が硬化する。この結果、接続部３３と複数の被接続部２３とが互いに接着されると共にフィラー５２を介して電気的に接続される。同様の原理により、導電体３の枠体部３２における複数の被接続部２３との接続箇所以外の箇所も、接着剤５０により開口部１８の底面（第２絶縁層１２の上面）に接着される。以上により、導電体３の回路体２への組み付けが完了する。

次いで、チップヒューズ４０を、第１導体部１９と第２導体部２１とを跨ぐように配置し、上記と同様の接着剤５０を用いて、第１導体部１９と第２導体部２１とにそれぞれ接着固定する。チップヒューズ４０の接着固定には、ハンダを用いてもよい。この結果、チップヒューズ４０の両端部の電極のうち一方が第１導体部１９に接着されると共にフィラー５２を介して電気的に接続され、チップヒューズ４０の両端部の電極のうち他方が第２導体部２１に接着されると共にフィラー５２を介して電気的に接続される。以上より、図１及び図２に示す接続構造１が完成する。この接続構造１では、回路体２における上側導体層１５の一部である第１導体部１９が、チップヒューズ４０、第２導体部２１、第３導体部２２、被接続部２３、接続部３３を介して、導電体３の本体部３１と電気的に接続されている。

＜作用・効果＞
以上、本実施形態に係る接続構造１によれば、回路体２の配線パターンが、導電体３の接続部３３と交差する方向に延びる被接続部２３を有する。よって、接続部３３と被接続部２３とを導電性の接着剤５０を用いて接続する際、接続部３３と被接続部２３とが互いに平行である場合に比べ、両者の間の位置ズレが生じても、両者の接触面積の変動が小さいことになる。一例として、図３に示すように接続部３３と被接続部２３とが配置されている場合、接続部３３に幅方向（図３に示すＬ２方向）の位置ズレが生じても、接続部３３と被接続部２３とが重複する範囲の大きさ（即ち、接触面積）が実質的に維持される。なお、本説明から理解されるように、幅方向とは異なる方向（例えば、図３にＬ１方向とＬ２方向との間の斜め方向）の位置ズレが生じた場合も、上記同様、接続部３３と被接続部２３との接触面積が実質的に維持されることになる。したがって、本実施形態に係る接続構造１は、フレキシブル基板から構成される回路体２と、平板状の接続部３３を有する導電体３と、を適正に接続することができる。

更に、接続構造１によれば、導電体３の接続部３３は幅（幅方向の寸法）が均一な矩形の形状を有し、且つ、配線パターンの被接続部２３は幅（前後方向の寸法）が均一な矩形の形状を有する（例えば、図３を参照）。よって、接続部３３および被接続部２３がそのような形状を有さない場合に比べ、両者の間の位置ズレが生じた際の接触面積の変動を小さくすることができる。

更に、接続構造１によれば、導電体３と配線パターンとが、複数の接続部３３を介して複数の箇所で接続される。よって、導電体３と配線パターンとの接続箇所が１箇所である場合に比べ、配線パターンに対する導電体３の姿勢の乱れ（傾き）が生じ難い。その結果、導電体３の傾きに起因する導電体３と配線パターンとの接続不良などが生じることを抑制できる。

更に、接続構造１によれば、配線パターンの被接続部２３と、導電体３の接続部３３と、が交差する角度θ（接続部３３の軸線Ｌ１と、被接続部２３の軸線Ｌ２とのなす角度θ、図３参照）が９０°である。これにより、接続部３３と被接続部２３との接触面積を適度な大きさにしながら、両者の間の位置ズレが生じた場合における両者の接触面積の変動を小さくすることができる。

更に、接続構造１によれば、回路体２に設けられた開口部１８の内側に収まるように、導電体３の接続部３３が配置される。よって、開口部１８の周縁などにおいて接続部３３が回路体２の絶縁層（具体的には、第３絶縁層１３）に乗り上げることがなく、配線パターンに対する導電体３の傾きが生じ難い。その結果、導電体３の傾きに起因する導電体３と配線パターンとの接続不良などが生じることを抑制できる。

更に、接続構造１によれば、配線パターンが有する複数の被接続部２３は、互いに２０μｍの間隔を開けて配置される。これにより、接続部３３と被接続部２３との接触面積を出来る限り大きくしながら、接着剤５０を用いた接合の際、被接続部２３同士の間の隙間から接着剤５０の基材５１や余分なフィラー５２を適正に押し出すように逃すことができる。よって、接続部３３と被接続部２３との接合が容易になる。

＜他の形態＞
なお、本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

上記実施形態では、接続部３３の軸線Ｌ１と被接続部２３の軸線Ｌ２とのなす角度θが９０°となっている（図３参照）。これに対し、図６に示すように、接続部３３の軸線Ｌ１と、被接続部２３の軸線Ｌ２と、が平行でない限り（即ち、角度θがゼロ以上であれば）、角度θは９０°と異なっていてもよい。これにより、角度θがゼロである場合と比べて、被接続部２３と接続部３３との接触面積を大きくすることができる。

更に、上記実施形態では、回路体２の複数の被接続部２３が延びる方向が、幅方向（回路体２の延在方向と直交する方向）と一致している（図１参照）。これに対し、図７に示すように、回路体２の複数の被接続部２３が延びる方向が、前後方向（回路体２の延在方向と一致する方向）と一致していてもよい。この場合、図７に示すように、導電体３の枠体部３２における前後方向に対向し且つ幅方向に延びる２辺に対応するそれぞれの部分を接続部３３として使用することで、接続部３３の軸線Ｌ１と被接続部２３の軸線Ｌ２とのなす角度θが９０°に維持され得る。

更に、上記実施形態では、導電体３における矩形枠状の枠体部３２の一部が、導電体３の接続部３３として使用されている。これに対し、導電体３における矩形枠状の形状以外の形状（例えば、Ｕ字状、Ｌ字状、Ｉ字状の形状）を有する部分の一部が、導電体３の接続部３３として使用されていてもよい。

ここで、上述した本発明に係る回路体と導電体の接続構造１の実施形態の特徴をそれぞれ以下［１］～［４］に簡潔に纏めて列記する。
［１］
配線パターンが設けられたフレキシブル基板から構成される回路体（２）と、
前記回路体（２）の実装面に取り付けられる平板状の接続部（３３）を有する導電体（３）と、
を備えた、回路体と導電体との接続構造（１）であって、
前記配線パターンは、
前記接続部（３３）と交差する方向に延び且つ前記交差する方向における前記接続部（３３）の長さよりも長い複数の被接続部（２３）を有し、導電性の接着剤（５０）を用いて、前記接続部（３３）と前記被接続部（２３）との間を導通させた状態にて前記導電体（３）に接続される、
回路体と導電体との接続構造（１）。
［２］
上記［１］に記載の接続構造（１）において、
前記接続部（３３）は、幅が均一な矩形の形状を有し、
前記被接続部（２３）は、幅が均一な矩形の形状を有する、
回路体と導電体との接続構造（１）。
［３］
上記［１］又は上記［２］に記載の接続構造（１）において、
前記導電体（３）は、複数の前記接続部（３３）を有する、
回路体と導電体との接続構造（１）。
［４］
上記［１］～上記［３］の何れか一つに記載の接続構造（１）において、
前記回路体（２）は、前記配線パターンを覆う絶縁層（１１，１２，１３）と、前記被接続部（２３）を露出するように前記絶縁層に設けられる開口部（１８）とを有し、
前記接続部（３３）は、前記開口部（１８）の内側に配置される、
回路体と導電体との接続構造（１）。

１接続構造
２回路体
３導電体
１１～１３第１～第３絶縁層（絶縁層）
１８開口部
２３被接続部
３３接続部
５０接着剤

Claims

配線パターンが設けられたフレキシブル基板から構成される回路体と、
前記回路体の実装面に取り付けられる平板状の接続部を有する導電体と、
を備えた、回路体と導電体との接続構造であって、
前記配線パターンは、
前記接続部と交差する方向に延び且つ前記交差する方向における前記接続部の長さよりも長い複数の被接続部を有し、導電性の接着剤を用いて、前記接続部と前記被接続部との間を導通させた状態にて前記導電体に接続され、
前記接続部は、前記被接続部が有する前記交差する方向の長さが前記接続部より長い平面における前記交差する方向の両端を除いた部分に、前記接着剤によって接着されている、
回路体と導電体との接続構造。
請求項１に記載の接続構造において、
前記接続部は、幅が均一な矩形の形状を有し、
前記被接続部は、幅が均一な矩形の形状を有する、
回路体と導電体との接続構造。
請求項１又は請求項２に記載の接続構造において、
前記導電体は、複数の前記接続部を有する、
回路体と導電体との接続構造。
請求項１～請求項３の何れか一項に記載の接続構造において、
前記回路体は、前記配線パターンを覆う絶縁層と、前記被接続部を露出するように前記絶縁層に設けられる開口部と、を有し、
前記接続部は、前記開口部の内側に配置される、
回路体と導電体との接続構造。