特開 2024-168565 半田接合構造、ステアリングホイール用タッチセンサ及び半田接合構造の形成方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024168565

(43)【公開日】2024-12-05

(54)【発明の名称】半田接合構造、ステアリングホイール用タッチセンサ及び半田接合構造の形成方法

(51)【国際特許分類】

   H01R 4/02 20060101AFI20241128BHJP

   B62D 1/06 20060101ALI20241128BHJP

   H01H 36/00 20060101ALI20241128BHJP

【ＦＩ】

H01R4/02 Z

B62D1/06

H01H36/00 J

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023085358

(22)【出願日】2023-05-24

(71)【出願人】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100102141

【弁理士】

【氏名又は名称】的場 基憲

(74)【代理人】

【識別番号】100137316

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 宏

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 大輔

【テーマコード（参考）】

3D030

5E085

5G046

【Ｆターム（参考）】

3D030DB13

5E085BB01

5E085CC03

5E085DD01

5E085HH01

5E085JJ06

5E085JJ25

5G046AA07

5G046AB02

5G046AC25

5G046AE05

(57)【要約】

【課題】網状導電材の損傷を抑制ないし防止しつつ、優れた接合品質を有する半田接合構造、ステアリングホイール用タッチセンサ及び半田接合構造の形成方法を提供する。
【解決手段】半田接合構造は、板状電極と網状導電材とが半田を介して積層接合された半田接合構造である。半田接合構造が、網状導電材の開口のうちの一部の開口に対応する電極位置に、板状電極と半田とが接合して成る半田接合層を有する半田部位を有し、残余の開口に対応する電極位置に、板状電極が露出した電極露出部位を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

板状電極と網状導電材とが半田を介して積層接合された半田接合構造であって、
前記網状導電材の開口のうちの一部の開口に対応する電極位置に、前記板状電極と前記半田とが接合して成る半田接合層を有する半田部位を有し、残余の開口に対応する電極位置に、前記板状電極が露出した電極露出部位を有する
ことを特徴とする半田接合構造。

【請求項2】

前記電極露出部位における前記板状電極の表面粗さが、前記半田部位における前記板状電極の表面粗さよりも粗いことを特徴とする請求項１に記載の半田接合構造。

【請求項3】

前記電極露出部位における前記板状電極の表面高さが、前記半田部位における前記板状電極の表面高さよりも高いことを特徴とする請求項２に記載の半田接合構造。

【請求項4】

前記網状導電材側からの平面視において、中央部に前記電極露出部位を有し、外周縁部に前記半田部位を有することを特徴とする請求項１～３のいずれか１つの項に記載の半田接合構造。

【請求項5】

ステアリングホイールに設けられるステアリングホイール用タッチセンサであって、
絶縁シートと、前記絶縁シートの両面に設けられた網状導電材を備え、
前記タッチセンサの一部に、板状電極と前記網状導電材とが半田を介して積層接合され、前記板状電極が前記絶縁シート側に位置した半田接合構造を有し、
前記半田接合構造が、前記網状導電材の開口のうちの一部の開口に対応する電極位置に、前記板状電極と前記半田とが接合して成る半田接合層を有する半田部位を有し、残余の開口に対応する電極位置に、前記板状電極が露出した電極露出部位を有する
ことを特徴とするステアリングホイール用タッチセンサ。

【請求項6】

板状電極と網状導電材とが半田を介して積層接合され、かつ、前記網状導電材の開口のうちの一部の開口に対応する電極位置に、前記板状電極と前記半田とが接合して成る半田接合層を有する半田部位を有し、残余の開口に対応する電極位置に、前記板状電極が露出した電極露出部位を有する半田接合構造を形成するに際し、
表面に半田メッキが形成された板状電極上に網状導電材を配置し、
前記網状導電材の開口を挿通させた超音波振動子の複数の凸部で前記半田メッキを加圧しながら前記凸部を超音波振動させ前記半田メッキを溶融して溶融半田にし、
前記複数の凸部のうちの一部で前記板状電極を加圧しながら前記凸部を超音波振動させると共に前記凸部のうちの他部を前記溶融半田中で超音波振動させる
ことを特徴とする半田接合構造の形成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半田接合構造、ステアリングホイール用タッチセンサ及び半田接合構造の形成方法に係り、さらに詳細には、板状電極と網状導電材とが半田を介して積層接合された半田接合構造、これを有するステアリングホイール用タッチセンサ及び半田接合構造の形成方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、肉厚の薄い導電体にリード端子を直接超音波振動接合する方法の確立によって提供される、安価な回路装置とその製造方法を開示している。この回路装置の製造方法においては、セラミック基板上にスクリーン印刷によって形成された銅又は銀を主成分とする導電体の上に電子部品のリード端子を載せ、その上から超音波振動ホーンによって荷重を加える。荷重を加えつつ超音波振動ホーンをリード端子の面方向に超音波振動させると、導電体とリード端子との間には、接合界面において摩擦が発生する。摩擦によって導電体とリード端子の接合界面にそれぞれ形成された酸化膜が除去されると、導電体とリード端子の接合界面には、発生した塑性流動によって金属結合が発生する。その結果、リード端子は導電体に対して直接、超音波振動接合される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１－８６７１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載のような超音波振動接合においては、例えば、上述の荷重や超音波振動による摩擦に対してリード端子の強度や耐熱性が十分ではない場合、リード端子が損傷し、導電体にリード端子を接続することができないおそれがある。

【0005】

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであって、網状導電材の損傷を抑制ないし防止しつつ、優れた接合品質を有する半田接合構造、ステアリングホイール用タッチセンサ及び半田接合構造の形成方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明者は、前記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、網状導電材の開口のうちの一部の開口に対応する電極位置に、板状電極と半田とが接合して成る半田接合層を有する半田部位を有し、残余の開口に対応する電極位置に、板状電極が露出した電極露出部位を有する構成とすることにより、前記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

【0007】

すなわち、本発明の半田接合構造は、板状電極と網状導電材とが半田を介して積層接合された半田接合構造である。
半田接合構造が、網状導電材の開口のうちの一部の開口に対応する電極位置に、板状電極と半田とが接合して成る半田接合層を有する半田部位を有し、残余の開口に対応する電極位置に、板状電極が露出した電極露出部位を有する。

【0008】

また、本発明のステアリングホイール用タッチセンサは、ステアリングホイールに設けられるステアリングホイール用タッチセンサである。
ステアリングホイール用タッチセンサが、絶縁シートと、絶縁シートの両面に設けられた網状導電材を備え、ステアリングホイール用タッチセンサの一部に、板状電極と網状導電材とが半田を介して積層接合され、板状電極が絶縁シート側に位置した半田接合構造を有する。
半田接合構造が、網状導電材の開口のうちの一部の開口に対応する電極位置に、板状電極と半田とが接合して成る半田接合層を有する半田部位を有し、残余の開口に対応する電極位置に、板状電極が露出した電極露出部位を有する。

【0009】

さらに、本発明の半田接合構造の形成方法は、板状電極と網状導電材とが半田を介して積層接合され、かつ、網状導電材の開口のうちの一部の開口に対応する電極位置に、板状電極と半田とが接合して成る半田接合層を有する半田部位を有し、残余の開口に対応する電極位置に、板状電極が露出した電極露出部位を有する半田接合構造を形成する方法である。
半田接合構造の形成方法においては、半田接合構造を形成するに際し、表面に半田メッキが形成された板状電極上に網状導電材を配置し、網状導電材の開口を挿通させた超音波振動子の複数の凸部で半田メッキを加圧しながら凸部を超音波振動させ半田メッキを溶融して溶融半田にし、複数の凸部のうちの一部で板状電極を加圧しながら凸部を超音波振動させると共に凸部のうちの他部を溶融半田中で超音波振動させる。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、網状導電材の開口のうちの一部の開口に対応する電極位置に、板状電極と半田とが接合して成る半田接合層を有する半田部位を有し、残余の開口に対応する電極位置に、板状電極が露出した電極露出部位を有する構成としたため、網状導電材の損傷を抑制ないし防止しつつ、優れた接合品質を有する半田接合構造、ステアリングホイール用タッチセンサ及び半田接合構造の形成方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明のステアリングホイール用タッチセンサの一実施形態を模式的に示す説明図である。

【図2】図１に示した半田接合構造を模式的に示す説明図である。

【図3】半田接合構造の他の実施形態を網状導電材側から見た状態を模式的に示す平面図である。

【図4】本発明の半田接合構造の形成方法の一実施形態を模式的に示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の半田接合構造、ステアリングホイール用タッチセンサ及び半田接合構造の形成方法について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下「ステアリングホイール用タッチセンサ」を単に「タッチセンサ」ということがある。また、以下で引用する図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

【0013】

［タッチセンサ、半田接合構造］
図１の上側図は、ステアリングホイール１における本実施形態のタッチセンサ１０の適用位置の一例を模式的に示す平面図である。また、図１の下側図は、図１の上側図に示したタッチセンサ１０の半田接合構造１０ＡをＡ－Ａ線に沿って切断して展開した状態を模式的に示す部分断面図である。さらに、図２の上側図は、半田接合構造１０Ａを網状導電材１３側から見た状態を模式的に示す平面図である。さらに、図２の下側図は、図２の上側図に示したＢ－Ｂ線に沿って切断した状態を模式的に示す断面図である。

【0014】

図１に示すように、本実施形態のタッチセンサ１０は、環状のステアリングホイール１の斜線で示した領域に設けられている。なお、タッチセンサ１０は、詳しくは後述する網状導電布の静電容量の変化から車両の運転手の手がステアリングホイールに触れているか否かを検知するものである。より具体的には、タッチセンサ１０は、ステアリングホイール１の周方向に対して直交する筒状のステアリングホール１の断面においてステアリングホイール本体２の外径側に設けられている。なお、通常、ステアリングホイール１においては、ステアリングホイールカバー３が、タッチセンサ１０の外径側に設けられている。

【0015】

また、タッチセンサ１０は、絶縁シート１５と、絶縁シート１５の両面に設けられた導電布などの網状導電材１３を備えている。ここで、絶縁シートとしては、例えば、ポリイミド（ＰＩ）やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）で形成されたフィルムを好適に用いることができる。また、導電布としては、例えば、ＰＥＴなどのポリマー繊維に銅などの金属をメッキした被覆繊維で形成された織物や、ＰＥＴなどのポリマー繊維で形成された織物に銅などの金属をメッキしたものを好適に用いることができる。

【0016】

タッチセンサ１０は、その一部に、銅などの金属からなる板状電極１１と網状導電材１３とが半田１４（図２参照）を介して積層接合され、板状電極１１が絶縁シート１５側に位置した半田接合構造１０Ａを有している。ここで、板状電極１１のサイズ（縦×横）は１０ｍｍ×１０ｍｍ程度である。また、板状電極１１の厚さは０．１ｍｍ～１ｍｍ程度である。なお、導線１２は、例えば、その表面が絶縁被覆されており、板状電極１１とタッチセンサ１０の図示しない電子制御装置を接続している。また、タッチセンサ１０は、例えば、半田接合構造１０Ａを支持する金属基材１６を備えていることが好ましい。

【0017】

また、図２に示すように、本実施形態の半田接合構造１０Ａが、網状導電材１３側からの平面視において、網状導電材１３の開口１３ａのうちの一部の開口１３ａに対応する電極位置に、板状電極１１と半田１４とが接合して成る半田接合層１４Ａを有する半田部位１０ａ_１を有しており、残余の開口１３ａに対応する電極位置に、板状電極１１が露出した電極露出部位１０ａ_２を有している。ここで、半田接合層１４Ａは、板状電極が銅からなる場合、通常、銅とスズの金属間化合物を含む。なお、電極露出部位１０ａ_２においては、少しでも板状電極１１が露出していればよく、半田接合層１４Ａや半田１４がその一部に存在していてもよい。ここで、網状導電材１３の厚さは０．０５ｍｍ～０．２ｍｍ程度である。また、網状導電材の開口サイズ（縦×横）は０．２ｍｍ×０．２ｍｍ程度である。

【0018】

さらに、図２に示すように、板状電極１１は、電極露出部位１０ａ_２に粗面部１１Ａを有しており、電極露出部位１０ａ_２における板状電極１１の表面１１ａの表面粗さが半田部位１０ａ_１における板状電極１１の表面１１ａの表面粗さよりも粗いことが好ましい。例えば、電極露出部位１０ａ_２における板状電極１１の表面１１ａの表面粗さＲａ_２が半田部位１０ａ_１における板状電極１１の表面１１ａの表面粗さＲａ_１の２～３倍であることが好ましい。また、半田部位１０ａ_１における板状電極１１の表面１１ａの表面粗さＲａ_１は、例えば、０．０５～０．１μｍＲａであることが好ましい。

【0019】

さらに、図２に示すように、板状電極１１は、凹凸構造を有しており、電極露出部位１０ａ_２における板状電極１１の表面高さが、半田部位１０ａ_１における板状電極１１の表面高さよりも高いことが好ましい。網状導電材１３が配置されている側と反対側の板状電極１１の表面が平坦である場合には、電極露出部位１０ａ_２における板状電極１１の表面高さと半田部位１０ａ_１における板状電極１１の表面高さとの差が０．０１ｍｍ～０．１ｍｍであることが好ましい。

【0020】

さらに、図２に示すように、半田接合構造１０Ａが、網状導電材１３側からの平面視において、網状導電材１３に対応する電極位置に、板状電極１１と半田１４とが接合して成る半田接合層１４Ａを有していることが好ましい。また、図示しないが、半田接合構造１０Ａが、網状導電材１３と半田１４との界面に網状導電材１３と半田１４とが接合して成る半田接合層を有していることが好ましい。

【0021】

さらに、図２に示すように、網状導電材１３が半田１４に埋没していることが好ましい。

【0022】

次に、本実施形態の利点について説明する。本実施形態によれば、網状導電材１３の開口１３ａのうちの一部の開口１３ａに対応する電極位置に、板状電極１１と半田１４とが接合して成る半田接合層１４Ａを有する半田部位１０ａ_１を有し、残余の開口１３ａに対応する電極位置に、板状電極１１が露出した電極露出部位１０ａ_２を有するので、網状導電材の損傷を抑制ないし防止しつつ、優れた接合品質を実現できる。

【0023】

また、本実施形態によれば、電極露出部位１０ａ_２における板状電極１１の表面１１ａの表面粗さが、半田部位１０ａ_１における板状電極１１の表面１１ａの表面粗さよりも粗いので、より半田接合層を確保しやすいという利点がある。

【0024】

さらに、本実施形態によれば、電極露出部位１０ａ_２における板状電極１１の表面１１ａの表面高さが、半田部位１０ａ_１における板状電極１１の表面１１ａの表面高さよりも高いので、更に半田接合層を確保しやすいという利点がある。

【0025】

さらに、本実施形態によれば、半田接合構造１０Ａが網状導電材１３側からの平面視において、網状導電材１３に対応する電極位置に、板状電極１１と半田１４とが接合して成る半田接合層１４Ａを有しているので、より優れた接合品質を実現できる。

【0026】

さらに、本実施形態によれば、半田接合構造１０Ａが網状導電材１３と半田１４との界面に網状導電材１３と半田１４とが接合して成る半田接合層を有しているので、より優れた接合品質を実現できる。

【0027】

さらに、本実施形態によれば、網状導電材１３が半田１４に埋没しているので、より優れた接合品質を実現できる。

【0028】

図３は半田接合構造の他の実施形態、図４は半田接合構造の形成方法の一実施形態を説明する図である。以下の説明では、上述した構成部位と同じ構成部位に同一符号を付して詳細な発明を省略する。

【0029】

図３に示すように、本実施形態の半田接合構造１０Ｂは、網状導電材１３側からの平面視において、中央部１０ｃに電極露出部位１０ａ_２を有し、外周縁部１０ｅに半田部位１０ａ_１を有していること以外は、上述した半田接合構造１０Ａと同様の構成を有している。

【0030】

次に、本実施形態の利点について説明する。本実施形態によれば、網状導電材１３側からの平面視において、中央部１０ｃに電極露出部位１０ａ_２を有し、外周縁部１０ｅに半田部位１０ａ_１を有しているので、上述した半田接合構造１０Ａによる利点に加えて、半田接合構造を使用する際に中央部に流れる電流量を低減し、半田接合構造に熱がこもることを抑制することができ、接合信頼性を向上させることができる。

【0031】

［半田接合構造の形成方法］
図４（Ａ）に示すように、表面に半田メッキ２０が形成された板状電極１１上に網状導電材１３を配置する。ここで、板状電極１１は、半田接合構造１０Ａ，１０Ｂにおいて電極露出部位１０ａ_２となる部位に粗面部１１Ａを有している。なお、粗面部は、例えば、従来公知のエッチングなどにより形成することができる。また、粗面部１１Ａが形成された部位における板状電極１１の表面１１ａの高さは、その他の部位の高さよりも相対的に高くなっている。

【0032】

次いで、図４（Ｂ）に示すように、網状導電材１３の開口１３ａを挿通させた超音波振動子３０の複数の凸部３０Ａで半田メッキ２０（図４（Ａ）参照）を１ｋｇｆ程度で加圧しながら凸部３０Ａを２０ｋＨｚ～１００ｋＨｚ程度で超音波振動させ半田メッキ２０を溶融して溶融半田２１にする。

【0033】

さらに、図４（Ｃ）に示すように、複数の凸部３０Ａのうちの一部で板状電極１１を引き続き加圧しながら凸部３０Ａを引き続き超音波振動させると共に凸部３０のうちの他部を溶融半田２１中で引き続き超音波振動させる。

【0034】

しかる後、溶融半田を固化して、上述した半田接合構造を形成する。

【0035】

次に、本実施形態の利点について説明する。本実施形態によれば、上述の所定の工程を経ることとしたので、粗面部１１Ａが形成された表面高さが相対的に高い部位によって溶融半田を確保しつつ、その他の部位においてキャビテーション効果による酸化膜や汚れの除去を実現できる。これにより、網状導電材の損傷を抑制ないし防止しつつ、優れた接合品質を有する半田接合構造を歩留まり良く形成することができる。また、溶融半田に細かい微振動が加わるため、通常の半田接合の際に発生するボイドを除去することができる。

【0036】

以上、本発明を若干の実施形態によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

【0037】

本発明においては、網状導電材の損傷を抑制ないし防止しつつ、優れた接合品質を有する半田接合構造、ステアリングホイール用タッチセンサ及び半田接合構造の形成方法を提供すべく、網状導電材の開口のうちの一部の開口に対応する電極位置に、板状電極と半田とが接合して成る半田接合層を有する半田部位を有し、残余の開口に対応する電極位置に、板状電極が露出した電極露出部位を有することを骨子とする。

【0038】

従って、上述の実施形態においては、網状導電材として一般的な導電布を例示して説明したが、本発明においては、これに限定されない。例えば、網状導電材として金属布を利用することも可能である。

【0039】

また、上述の実施形態においては、板状電極や網状導電材における金属として、銅を例示して説明したが、本発明においては、これに限定されない。例えば、半田の種類によって接合可能な金属を利用することができる。また、半田の種類としても、特に限定されず、鉛フリー半田を適用することが好ましいが、鉛入り半田を適用することも可能である。

【0040】

また、上述の実施形態においては、網状導電材がセルフアライメントや超音波振動子によって完全に埋没した状態を例示して説明したが、本発明においては、これに限定されない。例えば、網状導電材の一部が埋没した状態であってもよい。

【0041】

さらに、例えば、上述した構成要素は、各実施形態に示した構成に限定されるものではなく、板状電極、網状導電材、半田、絶縁シート、金属基材の仕様や材質の細部を変更することや、一の実施形態の構成要素を他の実施形態の構成要素と組み合わせて適用することも可能である。

【符号の説明】

【0042】

１ ステアリングホイール
２ ステアリングホイール本体
３ ステアリングホイールカバー
１０ タッチセンサ
１０Ａ，１０Ｂ 半田接合構造
１０ａ_１ 半田部位
１０ａ_２ 電極露出部位
１０ｃ 中央部
１０ｅ 外周縁部
１１ 板状電極
１１Ａ 粗面部
１１ａ 表面
１２ 導線
１３ 網状導電材（導電布）
１３ａ 開口
１４ 半田
１４Ａ 半田接合層
１５ 絶縁シート
１６ 金属基材
２０ 半田メッキ
２１ 溶融半田
３０ 超音波振動子
３０Ａ 凸部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】