特表 2023-528285 コンタクトパッドを有する撚り線の温度安定性複合材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-07-04

(54)【発明の名称】コンタクトパッドを有する撚り線の温度安定性複合材

(51)【国際特許分類】

   H01R 4/02 20060101AFI20230627BHJP

   H01R 43/02 20060101ALI20230627BHJP

   H01L 21/60 20060101ALI20230627BHJP

【ＦＩ】

H01R4/02 Z

H01R43/02 Z

H01L21/60 321E

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022571113

(86)(22)【出願日】2021-06-14

(85)【翻訳文提出日】2022-11-21

(86)【国際出願番号】 EP2021065875

(87)【国際公開番号】W WO2021254922

(87)【国際公開日】2021-12-23

(31)【優先権主張番号】EP20181115

(32)【優先日】2020-06-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】516284998

【氏名又は名称】ヘレウス ネクセンソス ゲーエムベーハー

【氏名又は名称原語表記】Ｈｅｒａｅｕｓ Ｎｅｘｅｎｓｏｓ ＧｍｂＨ

【住所又は居所原語表記】Ｒｅｉｎｈａｒｄ－Ｈｅｒａｅｕｓ－Ｒｉｎｇ ２３， ６３８０１ Ｋｌｅｉｎｏｓｔｈｅｉｍ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】ムツィオル、マティアス

(72)【発明者】

【氏名】ブライフス、マーティン

【テーマコード（参考）】

5E085

【Ｆターム（参考）】

5E085BB03

5E085BB08

5E085CC01

5E085DD01

5E085JJ06

5E085JJ36

(57)【要約】

本発明は、少なくとも１つの機能領域とコンタクト面とを有する電気要素であって、接続要素が、コンタクト面上に配置されており、接続要素が、焼結材料で被覆された撚り線を含み、撚り線が、焼結材料によってコンタクト面に接続されており、特に焼結されている、電気要素に関する。更に本発明は、本発明による電気要素を製造する方法に関する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１つの機能領域とコンタクト面とを有する電気要素であって、接続要素が、前記コンタクト面上に配置されており、前記接続要素が、焼結材料で被覆された撚り線を含み、前記撚り線が、焼結材料によって前記コンタクト面に接続されている、特に焼結されている、電気要素において、前記接続要素の高さ（ｈ）対幅（ｂ）のアスペクト比が、０．５～３の範囲内であることを特徴とする、電気要素。

【請求項2】

前記電気要素が、電気部品又は電子部品、好ましくはセンサである、請求項１に記載の電気要素。

【請求項3】

前記焼結材料が、貴金属、特に銀を含む、又は貴金属、特に銀からなる、請求項１又は２のいずれかに記載の電気要素。

【請求項4】

前記接続要素の外側の前記撚り線が、絶縁層によって少なくとも部分的に取り囲まれている、請求項１から３のいずれか一項に記載の電気要素。

【請求項5】

前記撚り線が、いくつかの個別のワイヤを含み、前記個別のワイヤがそれぞれ少なくとも部分的に焼結材料で被覆されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の電気要素。

【請求項6】

前記撚り線が、銅、銀、金、ニッケル、若しくはアルミニウム、又はそれらの合金、あるいはそれらの組合せからなる群から選択される材料を含むいくつかの個別のワイヤを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の電気要素。

【請求項7】

前記コンタクト面が、少なくとも１つの寸法において、前記接続要素の高さよりも最大で２０％大きい、請求項１から６のいずれか一項に記載の電気要素。

【請求項8】

前記コンタクト面が、合金、特に銀合金、特に非常に好ましくは銀－白金合金を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の電気要素。

【請求項9】

特に請求項１から８のいずれか一項に記載の接続要素をコンタクト面上に製造する方法であって、
ａ．撚り線、コンタクト面、及び焼結剤を提供するステップと、
ｂ．前記撚り線の少なくとも一部を焼結剤で被覆して、被覆された撚り線を得るステップと、
ｃ．前記被覆された撚り線を前記コンタクト面上に配置するステップと、
ｄ．加熱パンチを使用する加圧焼結によって前記被覆された撚り線を前記コンタクト面に接続して、接続要素を製造するステップと、
を含む、方法において、
前記パンチは、開口部を有する凹部を備え、前記パンチの前記凹部は、前記接続プロセス中に、前記被覆された撚り線を部分的に受け入れ、前記凹部の前記開口部は、前記被覆された撚り線の直径よりも大きく、それにより、前記被覆された撚り線は、加圧焼結中に、前記コンタクト面上に押し付けられて前記パンチの前記凹部内に押し込まれること、
を特徴とする、方法。

【請求項10】

前記凹部の深さ（ｔ）対前記凹部の前記開口部の幅（ｗ）とのアスペクト比が０．５～３の範囲内である、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記撚り線が、絶縁層によって少なくとも部分的に取り囲まれている、請求項９又は１０に記載の方法。

【請求項12】

前記撚り線が、飽和によって、特に浸漬被覆によって、焼結剤で被覆される、請求項９から１１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項13】

前記撚り線が、アスペクト比が０．５～２の範囲内にある断面を有する、請求項９～１２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項14】

前記撚り線の前記個別のワイヤが撚られる、又は編組される、請求項９から１３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項15】

前記撚り線の前記個別のワイヤが焼結剤で実質的に完全に被覆されるように、前記撚り線が焼結剤で少なくとも部分的に飽和される、請求項９から１４のいずれか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、接続要素がその上に配置されたコンタクト面上の電気要素であって、接続要素が、焼結材料で被覆された撚り線を含む、電気要素に関する。更に、本発明は、接続要素を製造するための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電気接続技術及び電子接続技術では、ワイヤがボンドパッドに取り付けられる接続が一般的である。既知の利点は、実証された技術、大きなワイヤ断面、及び好ましい製造コストである。ワイヤは通常、はんだ付けによってボンドパッドに取り付けられる。この場合に使用されるはんだ合金は、通常、２５０℃未満の融点を有し、したがって、３００℃の温度を必要とする用途には適していない。

【0003】

はんだ付けによってワイヤをボンドパッドに接続することの欠点は、それらが通常硬すぎるので、振動に対する機械的安定性が無いことである。

【0004】

従来技術では、これは、ワイヤの代わりにリボンの形態の撚り線を使用することによって解決される。例えば編組リボンの形態の撚り線は、ワイヤよりも柔軟性があり、振動をより良く吸収することができる。独国特許出願公開第１０２００９０２０７３３Ａ１号は、焼結技術によってボンドパッドに取り付けられる１００μｍの厚さ及び３ｍｍの幅を有するリボンを説明している。より高い温度安定性は、焼結ペーストを使用することによって達成することができる。

【0005】

しかしながら、リボンの形態の撚り線の使用に関連する欠点がある。十分に大きなワイヤ断面を達成するために、コンタクトパッドに対して大きなコンタクト面を有するリボンが必要とされる。このことは、互いに非常に接近した非常に小さなコンタクトパッドが電気的及び機械的に接触する用途に対して不適切である。

【0006】

従来技術におけるリボンは、加圧焼結によってコンタクトパッドに接続される。平坦な加圧面を有する加熱パンチを加圧焼結に使用する（図１ｂ））。

【0007】

あるいは、縁部に隆起部を備え、接触するリボンよりも小さい加圧面を有する加熱パンチが使用される。結果として、加圧焼結中に、隆起した縁部領域によって、より高い圧力が、局所的に生成される。これは、例として図１ａ）に示されている。

【0008】

平坦な加圧面又は縁部領域に隆起部を有する加圧面を有するパンチの欠点は、加圧焼結によって撚り線が更に押し出されることである。押し出された結果として、撚り線は、コンタクト面上で更に広がり、コンタクト面の表面からはみ出して押圧されることさえあり得る。押し出された縁部領域４０、４０’は、図１に概略的に示されている。

【発明の概要】

【0009】

本発明の目的は、機械的及び熱的に安定した様式で可能な限り小さいコンタクト面に取り付けることができる、電気要素用の改善された接続要素を提供することであった。

【0010】

特に、接続要素に接続されるコンタクト面を可能な限り完全に覆う接続要素を提供することが目的であった。特に、接続要素によるコンタクト面の被覆率は、少なくとも８０％であるべきである。

【0011】

特に、本発明の目的は、少なくとも２５０℃、特に少なくとも３００℃の温度で機械的に安定である接続要素を提供することであった。

【0012】

本発明の更なる目的は、プロセスにおいて撚り線のワイヤ断面を減少させることなく、撚り線を可能な限り省スペースな様式でコンタクト面に接続することができる方法を提供することであった。

【0013】

少なくとも１つの目的は、カテゴリを形成する請求項の主題によって達成される。

【0014】

第１の態様では、本発明は、少なくとも１つの機能領域とコンタクト面とを有する電気要素であって、接続要素が、コンタクト面上に配置されており、接続要素が、焼結材料で被覆された撚り線を含み、撚り線が、焼結材料によってコンタクト面に接続されている、特に焼結されている、電気要素において、接続要素の高さ（ｈ）対幅（ｂ）のアスペクト比が、０．５～３の範囲内であることを特徴とする、電気要素に関する。

【0015】

本発明は、小さなコンタクト面上に、同時に大きなワイヤ断面を有する接続要素を提供することを初めて可能にする。

【0016】

撚り線は、振動に対する高い機械的安定性を有する柔軟な接続を可能にする。接続要素の焼結材料は、高い温度安定性を保証する。

【0017】

本発明による電気要素は、電気部品又は電子部品とであってもよい。電気部品は、電気の形態のエネルギーを輸送、制御、又は変更するように設計されるのが好ましい。電子部品は、電気の形態で情報を輸送、制御、又は変更するように設計されるのが好ましい。電子部品の例は、半導体チップである。

【0018】

本発明によれば、電気要素は、機能領域とコンタクト面とを備える。電気要素は、基板、特に絶縁基板の表面上に配置されるのが好ましい。絶縁基板は、板状であってもよい。絶縁基板の材料は、酸化アルミニウムセラミックなどのセラミックから選択することができる。

【0019】

本発明によれば、電気要素の機能領域は更には限定されない。機能領域は、半導体部品、電子部品、マルチセンサプラットフォーム、抵抗器、コンデンサ、センサ、ＬＥＤ、又はヒータから選択することができる。

【0020】

センサは、例えば抵抗構造体であってもよい。抵抗構造体は、好ましくは、蛇行している、巻かれている、鋸歯状である、又はインターロックフィンガー構造として設計され得る。

【0021】

抵抗構造体は、貴金属を含む、又は貴金属からなっていてもよい。貴金属は、金、銀、白金、パラジウム、及びイリジウムからなる群から選択することができる。

【0022】

抵抗構造体は、薄膜技術を用いて、例えばＰＶＤ（物理蒸着）によって基板に適用され得る。基板上の抵抗構造体の高さは、好ましくは０．１ｍｍ～１ｍｍの範囲内、特に０．２５ｍｍ～０．７５ｍｍの範囲内であり得る。

【0023】

更に、電気要素は、コンタクト面を備える。コンタクト面は、機能領域の一部分上に配置されていてもよいし、機能領域とは異なる電気要素のコンタクト領域上で機能領域と別個であってもよい。コンタクト領域は、コンタクトパッド、例えばボンドパッドであってもよい。

【0024】

コンタクト面は、好ましくは、焼結可能な材料を含有する、又は焼結可能な材料からなる。焼結可能な材料は、金属を含有する、又は金属からなっていてもよい。金属は、好ましくは、貴金属又は非貴金属からなる群から選択することができる。

【0025】

貴金属は、金、銀、白金、パラジウム、又はイリジウムからなる群から選択することができる。

【0026】

非貴金属は、銅又はニッケルからなる群から選択することができる。

【0027】

金属は、元素金属若しくは合金を含む、又はそれらからなっていてもよい。

【0028】

好ましい実施形態において、金属は合金である。合金は、金、銀、白金、パラジウム、又はイリジウムからなる群から選択される貴金属を含有することができる。合金は、２種以上の貴金属を含有することが好ましい。例えば、合金は、銀合金又は銀－白金合金であり得る。別の実施形態では、合金は、少なくとも１つの貴金属及び少なくとも１つの非貴金属を含有することができる。合金は、任意選択で、貴金属及び非貴金属の両方を含有し得る。更に、合金が非金属を含むことが可能である。

【0029】

本発明によれば、コンタクト面の表面は更には限定されない。好ましい実施形態では、コンタクト面は、第１の方向において、１０ｍｍ以下、特に２ｍｍ以下、特に非常に好ましくは０．５ｍｍ以下の寸法を有する。

【0030】

別の実施形態では、コンタクト面は、第１の方向に対して垂直な第２の方向において、３０ｍｍ以下又は１０ｍｍ以下、特に５ｍｍ以下、特に非常に好ましくは１．５ｍｍ以下の寸法を有する。

【0031】

コンタクト面の形状は、更には限定されない。例えば、コンタクト面は円形であっても、角張っていてもよく、特に長方形であってもよい。

【0032】

１つの可能な実施形態では、コンタクト面は、平坦又は湾曲している。湾曲したコンタクト面は、三次元構造を有する。

【0033】

本発明によれば、接続要素が、コンタクト面上に配置されている。接続要素は、好ましくはコンタクト面に焼結されている。

【0034】

焼結材料は、好ましくは、個別の粒子から製造され、これらの粒子は、それらの溶融温度未満の温度に加熱される。焼結プロセスの間、粒子の原子又は分子は、隣接する粒子の接触点に向かって拡散することが好ましい。したがって、焼結中に接触点において一体的な接続が生じる。金属が焼結される場合、粒子複合材の導電性は、個別の粒子間の金属接続の形成によって増大され得る。粒子は溶融温度未満の温度に加熱されるので、粒子形態、例えば形状又はサイズは、少なくとも部分的に維持される。

【0035】

好ましくは、接続要素、特にコンタクト面に焼結された接続要素は、コンタクト面の少なくとも５０％、又は少なくとも６０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも８０％を覆う。特に、接続要素は、コンタクト面の少なくとも９０％又は特に非常に好ましくは１００％を覆う。

【0036】

１つの可能な実施形態において、接続要素は、コンタクト面を完全に覆い、コンタクト面からはみ出して最大で１０％又は最大で３０％突出している。

【0037】

本発明によれば、接続要素は、焼結材料で被覆された撚り線を含む。撚り線は、いくつかの個別のワイヤを含む。特に、撚り線は、個別のワイヤの束を含む。撚り線は、少なくとも５本の個別のワイヤを含むことが好ましい。更に、撚り線は、好ましくは最大で５０本、特に最大で３０本、特に非常に好ましくは最大で２０本の個別のワイヤを含む。撚り線は、特に好ましくは、７～１９本の個別のワイヤを含み、特に、７本又は１９本の個別のワイヤからなる。

【0038】

束を形成するように組み合わされた個別のワイヤは、例えば、一緒に捩じられる、撚られる、又は編組され得る。撚られたワイヤ（撚り線）が特に好ましい。

【0039】

個別のワイヤの直径は、好ましくは０．１ｍｍ～０．３ｍｍの範囲内であり得る。

【0040】

本発明の一実施形態では、個別のワイヤは、金属を含有する。特に、個別のワイヤの金属は、元素金属又は金属合金であり得る。金属は、金、白金、銀、銅、アルミニウム、若しくはニッケル、又はこれらの元素の少なくとも２つの組み合わせからなる群の元素から選択することができる。特に、個別のワイヤは、非貴金属を含む、又は非貴金属からなる。個別のワイヤの金属は、特に好ましくは銅である。

【0041】

１つの可能な実施形態において、撚り線の個別のワイヤは、例えば銀で被覆される。個別のワイヤは、個別のワイヤから撚り線が製造される前に被覆される。撚り線は、ガルバニック法を使用して被覆することができる。個別のワイヤの被覆は、好ましくは、０．２～２μｍの範囲内、特に０．５～２μｍの範囲内の厚さを有する。

【0042】

焼結材料は好ましくは、一緒に焼結された複数の粉末粒子を含有し、各粉末粒子は、隣接する粒子に焼結されている。溶融又ははんだ付けされた材料とは対照的に、粒子は、好ましくは、焼結中に溶融されない、又は部分的にしか溶融されない。

【0043】

個別の粒子の粒子形態は、好ましくは焼結材料中に漬けられており、粉末冶金の当業者には既知の分析方法を使用して判定することができる。例えば、焼結粒子は、光学顕微鏡又は電子顕微鏡などの適切な顕微鏡法を使用して判定することができる。

【0044】

焼結材料は、撚り線を完全に取り囲むことができる。焼結材料は、撚り線、すなわち個別のワイヤの束の表面上だけでなく、撚り線の個別のワイヤを少なくとも部分的に取り囲むことが好ましい。焼結粒子を含有する焼結材料は、好ましくは、個別のワイヤの材料にも焼結される。

【0045】

更に、焼結材料は、好ましくは、コンタクト面への焼結接続も含む。

【0046】

本発明の特に好ましい実施形態では、接続要素の焼結材料は、ほぼ均質に焼結され、特に焼結が少ない領域又は特に強く焼結されている領域を含まない。これに関連して、従来技術を表す図１を参照する。図１ａ）では、縁部隆起部を有するパンチが、焼結剤によってリボンに押し付けられる。縁部隆起部の領域ではパンチの圧力が大きいので、焼結剤はそこで特に強く焼結され、高密度の焼結材料を形成する。対照的に、焼結材料は、リボンが縁部隆起部によって押圧されなかった領域において、より低い密度を有する。比較すると、本発明の焼結材料は、接続要素の領域にわたって実質的に均質であり、実質的に一定の密度を有する。

【0047】

特に好ましい実施形態では、撚り線の個別のワイヤは、焼結材料内に埋め込まれ、焼結材料を介してコンタクト面と接触している。

【0048】

コンタクト面上に配置された撚り線と焼結材料とを有する接続要素は、断面において、すなわち撚り線の主延在方向に対して垂直に、０．５～３のアスペクト比を示す。アスペクト比は、接続要素の高さ（ｈ）対接続要素の幅（ｂ）の比から算出される。高さ（ｈ）は、コンタクト面の表面から接続要素の最高点まで測定される。接続要素の幅（ｂ）は、コンタクト面と接続要素との間の境界面において高さ（ｈ）に対して垂直に測定される。これは、例として図３に示されている。接続要素の高さは、（ｈ）で示され、幅は、（ｂ）で示される。アスペクト比は、（ｈ）／（ｂ）により算出される。

【0049】

高いアスペクト比は、接続要素によるコンタクト面の接触がわずかな空間しか必要としないので有利である。これは、ワイヤ断面を著しく減少させることなく短絡が回避されるので、互いに非常に近接するコンタクト面の場合に有利である。

【0050】

好ましくは、接続要素は、少なくとも３００℃の温度まで機械的に安定した接続を作り出すことができる。

【0051】

更なる態様において、本発明は、接続要素をコンタクト面上に製造するための方法であって、
ａ）撚り線、電気要素上にコンタクト面、及び焼結剤を提供するステップと、
ｂ）撚り線の少なくとも一部を焼結剤で被覆して、被覆された撚り線を得るステップと、
ｃ）被覆された撚り線をコンタクト面上に配置するステップと、
ｄ）加熱パンチを使用する加圧焼結によって被覆された撚り線をコンタクト面に接続して、接続要素を製造するステップと、
を含む、方法において、加熱パンチは、開口部を有する凹部を備え、パンチの凹部は、接続プロセス中に、被覆された撚り線を部分的に受け入れ、凹部の開口部は、被覆された撚り線の直径よりも大きく、それにより、被覆された撚り線は、加圧焼結中にコンタクト面上に押し付けられてパンチの凹部内に押し込まれること、を特徴とする、方法に関する。

【0052】

ステップａ）において、本発明にしたがって、撚り線を提供する。撚り線は、好ましくは、いくつかの個別のワイヤの束として理解される。個別のワイヤは、一緒に捩じられる、撚られる、又は編組され得る。撚り線の個別のワイヤは、特に好ましくは一緒に撚られている。個別のワイヤの束は、好ましくはほぼ円形である。特に、撚り線の断面において、最短径対最長径の比は、０．５～１．５の範囲内、特に０．８～１の範囲内である。

【0053】

断面において、撚り線、特に束を形成するように組み合わされた個別のワイヤの全体は、好ましくは０．１ｍｍ～２ｍｍの範囲内、特に０．３ｍｍ～１．５ｍｍの範囲内、特に非常に好ましくは０．２５ｍｍ～０．６ｍｍの範囲内の直径を有する。

【0054】

好ましい実施形態では、撚り線は、コンタクト面の幅から２０％を超えて逸脱しない直径を有する。

【0055】

好ましくは、撚り線は、少なくともその外面上の領域に電気絶縁層を備えている。例えば、撚り線は、電気絶縁層によって少なくとも部分的に包まれている。１つの可能な実施形態において、撚り線は、一方の端部では電気絶縁層によって取り囲まれていない。この場合、撚り線の個別のワイヤは露出しており、電気的に接触することができる。これは、例えば、その後、電気絶縁層を有する撚り線を剥ぎ取ることによって達成することができる。例えば、撚り線の最後の０．５ｍｍ～５ｍｍには、絶縁層がなくてもよい。

【0056】

絶縁層の材料は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、エラストマーなどのプラスチック材料、又はガラス繊維材料（例えば、ガラスシルク）からなる群から選択することができる。絶縁層は、絶縁ラッカーであってもよい。本発明の１つの可能な実施形態では、絶縁層は、ポリイミド（Ｋａｐｔｏｎ（商標））を含有する、又はポリイミド（Ｋａｐｔｏｎ（商標））からなる。

【0057】

あるいは、撚り線が、実質的に連続した絶縁層内に中断部を含むことも考えられる。絶縁層の中断部は、撚り線の端部にないことが好ましい場合がある。撚り線の個別のワイヤは、絶縁層の中断の点においてアクセス可能であり、電気的にコンタクト可能である。

【0058】

更に、電気要素上にコンタクト面を提供する。電気要素は、本出願に記載されているような機能領域を含むことが好ましい。

【0059】

更に、電気要素は、コンタクト面を備える。コンタクト面は、機能領域の一部分上に配置されていてもよいし、機能領域とは異なる電気要素のコンタクト領域上で機能領域と別個であってもよい。コンタクト領域は、例えばコンタクトパッドであってもよい。

【0060】

更に、ステップａ）において、焼結剤を提供する。焼結剤は、好ましくは、焼結可能な金属、特に貴金属を含有する。特に好ましくは、焼結剤は、銀を含有する。

【0061】

焼結剤は、例えば焼結ペーストであってもよい。焼結ペーストは、金属粒子を含有する。金属粒子は、例えば、球状粒子又はフレークを含有することができる。特に好ましくは、焼結ペーストは、銀フレーク（Ａｇフレーク）を含有する。

【0062】

更に、焼結ペーストは、有機成分を含有する。有機成分は、有機溶媒、分散剤、レオロジー剤、湿潤剤、又は上記成分の任意の組み合わせからなる群から選択することができる。焼結ペーストは、好ましくは少なくとも１つの有機溶媒を含有する。

【0063】

好ましい有機成分は、テルピネオール及び２－エチルヘキサン－１，３－ジオールから選択される。

【0064】

任意選択で、焼結ペーストは、特に焼結可能な金属粒子が焼結され得る条件下ではない場合に、焼結され得る更なる粒子、又は焼結接続を形成することができない更なる粒子のいずれかを含有することができる。

【0065】

好ましい実施形態では、焼結ペーストは、１０重量％未満、特に５重量％未満又は１重量％未満の、金属系粒子ではない、特に金属粒子ではない粒子を含有する。

【0066】

ステップｂ）において、撚り線を焼結剤で被覆して、被覆された撚り線を得る。特に、撚り線は、焼結ペーストで被覆される。

【0067】

本発明の好ましい実施形態では、撚り線の個別のワイヤが焼結剤、特に焼結ペーストによって少なくとも部分的に又は完全に取り囲まれるように、撚り線が焼結ペーストで被覆される。換言すれば、撚り線は、焼結剤に浸漬される、又は焼結剤で飽和される。１つの可能な実施形態において、個別のワイヤの間の中間空間は、撚り線の被覆によって、焼結剤で充填される。

【0068】

撚り線は、飽和又は浸漬被覆によって焼結剤で被覆されることが好ましい。この目的のために、絶縁層を有さない撚り線の端部を、例えば焼結ペーストに浸漬することができる。

【0069】

任意選択で、特に焼結剤が焼結ペーストである場合、被覆された撚り線を乾燥させることができる。乾燥は、２０℃～２００℃の範囲内の温度で行うことができる。

【0070】

更に、ステップｃ）において、被覆された撚り線をコンタクト面上に配置する。撚り線は、コンタクト面のみに接触するように配置されることが好ましい。

【0071】

ステップｄ）において、被覆された撚り線は、加熱パンチを使用する加圧焼結によってコンタクト面に接続されて接続要素を製造する。

【0072】

加圧焼結の間、加熱パンチが、被覆された撚り線に高い圧力を加え、それにより焼結剤がそれ自体に焼結される。これは、焼結剤の粉末粒子が好ましくは互いに結合し、連続した構造体を生成することを意味する。焼結剤は、加圧焼結によって焼結材料へと変換される。温度の上昇により、焼結剤、特に焼結ペーストの既存の有機成分が少なくとも部分的に除去される。加圧焼結中に、有機成分は分解又は蒸発して揮発性のガス状物質を形成し得る。

【0073】

本発明によれば、加圧焼結の温度は、更には限定されず、使用される焼結剤に依存する。それぞれの焼結剤に対して設定される温度は、電気接続技術の当業者には既知である。例えば、銀含有焼結ペーストは、３００℃～５００℃の範囲内の温度で焼結することができる。

【0074】

加圧焼結の前に、コンタクト面が配置されている基板を、好ましくは焼結温度未満の温度に加熱することも有利である。

【0075】

本発明によれば、加圧焼結中に加熱パンチによって加えられる圧力は、限定されず、それぞれの場合に使用される焼結剤に依存する。加圧焼結の好ましい圧力は、例えば、２０Ｎ／ｍｍ^２～６０Ｎ／ｍｍ^２の範囲内である。

【0076】

加圧焼結の持続時間は、０．５秒～６０秒の範囲内、好ましくは５秒～２０秒の範囲内であり得る。

【0077】

焼結剤は、好ましくは、被覆された領域において、撚り線に、特に撚り線のいくつか又はすべての個別のワイヤに焼結される。

【0078】

更に好ましくは、焼結剤は、コンタクト面への焼結接続も形成し、それによって、本発明による接続要素が製造される。

【0079】

接続要素において、撚り線の個別のワイヤは、好ましくは、焼結材料のマトリックス内に埋め込まれ、コンタクト面上に機械的にしっかりと固定される。更に、焼結された接続要素は、高い導電性及び／又は熱伝導性を有することができる。

【0080】

本発明によれば、加熱パンチは、開口部を有する凹部を含む。パンチの凹部は、接続プロセス中に、被覆された撚り線を部分的に凹部に受け入れることができるように設計される。被覆された撚り線を加圧焼結中に凹部内に受け入れることができるので、製造される接続要素の位置を非常に正確に判定することができる。

【0081】

凹部の開口部は、被覆された撚り線の直径よりも大きく、それにより、被覆された撚り線は、加圧焼結中にパンチの凹部内に押し込まれ、コンタクト面上に押し付けられる。凹部の直径は被覆された撚り線の直径よりも大きいので、凹部の周りの縁部領域は、被覆された撚り線に圧力を加えない。

【0082】

凹部の開口部の直径が撚り線の直径よりも大きいので、被覆された撚り線がコンタクト面からはみ出して押圧されないように、被覆された撚り線のための凹部が境界を構成することが好ましい。

【0083】

本発明による凹部が上述の寸法を有するので、被覆された撚り線及び結果として得られる接続要素は、０．５～３の範囲内の幅（ｂ）対高さ（ｈ）のアスペクト比を有することができるように形成することができる。

【0084】

被覆された撚り線は、好ましくは、加熱パンチ内の凹部内に押し込まれ、かつ、撚り線及び焼結剤が凹部の形状をとるように、変形する。

【0085】

凹部は、好ましくは、深さ（ｔ）及び幅（ｗ）を有する。深さ（ｔ）は、開口部の縁部領域と凹部の最下点との間の直線的な接続線の最大距離によって判定される。幅（ｗ）は、開口部の対向する縁部間の距離を示す。

【0086】

本発明によれば、凹部の形状は、更には限定されない。凹部は、好ましくは、ノッチの形状であり、これが好ましくは被覆された撚り線を受け入れることができる。例えば、凹部の断面は、三角形、台形、長方形、又は円形の形状を有することができる。図には、例えば、パンチの凹部の台形断面が示されている。

【0087】

変数（ｔ）及び（ｗ）は、例として図４に示されている。図４において（ｖ）と記されたハッチング領域は、凹部の体積を示す。

【0088】

深さ（ｔ）対幅（ｗ）のアスペクト比（ｔ）／（ｗ）は、好ましくは０．５～３の範囲内、特に１～２の範囲内である。

【0089】

好ましくは、体積（ｖ）は、加圧焼結中に、加熱パンチが被覆された撚り線に圧力を加えることができるように、被覆された撚り線の体積よりも小さい。特に、凹部の体積ｖは、被覆された撚り線の体積よりも最大で１０％小さく、特に最大で５％小さい。

【0090】

加圧焼結中に焼結剤と接触するパンチ表面は、焼結剤がパンチの表面に焼結されないように、非粘着性被覆を含むことが好ましい。例えば、パンチ表面は、鉄層及び更にクロム／ニッケル層で被覆された銅合金からなっていてもよい。

【0091】

任意選択で、得られた接続要素には、電気絶縁材料が封入されてもよい。これは、酸素又は水分などの環境の影響から接続要素を保護し、したがって接続要素の耐用年数を延ばすために有利であり得る。

【0092】

本発明の好ましい開発において、加熱パンチは、いくつかの凹部を有してもよい。その結果、本発明による方法は、パンチを使用して加圧焼結によっていくつかの接続要素を同時に製造することができるので、並列化することができる。これは、接続される電気要素がいくつかのコンタクト面を備え、その各々が本発明による接続要素を介して接続される場合に特に有用であり得る。

【0093】

本発明の更なる特徴及び利点は、本発明の好ましい実施形態が概略図を参照して説明される以下の説明から明らかになる。

【図面の簡単な説明】

【0094】

【図1】リボンケーブルがコンタクトパッドに固定される、従来技術の方法の略図である。

【図2】加熱パンチを使用してコンタクトパッドに被覆された撚り線が固定される、本発明による方法の概略図である。

【図3】本発明による接続要素の実施形態の断面図である。

【図4】本発明にしたがって使用されるパンチの実施形態の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0095】

図１は、従来技術を示す。図１ａ）では、焼結剤６０で被覆されたリボンの形態の撚り線５０がコンタクトパッド２０上に配置されており、コンタクトパッドは基板１０上に配置されている。被覆された撚り線は、加熱パンチ３０によってコンタクトパッドに焼結される。加熱パンチ３０は、隆起した縁部を有する。丸で囲まれた領域４０は、押し出された焼結材料及び撚り線を表す。

【0096】

図１ｂ）では、焼結剤６０’で被覆されたリボンの形態の撚り線５０’がコンタクトパッド２０’上に配置されており、コンタクトパッドは基板１０’上に配置されている。被覆された撚り線は、加熱パンチ３０’によってコンタクトパッドに焼結される。加熱パンチ３０’は、平坦な加圧面を有する。丸で囲まれた領域４０’は、押し出された焼結材料及び撚り線を表す。

【0097】

図２は、本発明による方法の例示的なシーケンスを概略的に示す。まず、ほぼ円形の被覆された撚り線１８０をコンタクトパッド１２０のコンタクト面１２１上に配置する。コンタクトパッド１２０は、基板１１０に固定される。撚り線は、個別のワイヤからなる撚り線１８１を含む。撚り線は、焼結剤１８２で被覆されている。加熱パンチ１３０によって、被覆された撚り線に圧力を加える。これにより、被覆された撚り線１８０は、変形し、加熱パンチ１３０の凹部に適合する。加熱パンチ１３０の凹部の開口部は、被覆された撚り線１８０の直径よりも大きいので、被覆され変形した撚り線は、凹部によって画定される。加熱パンチ１３０は、焼結剤１７１が撚り線及びコンタクト面１２１に焼結されるまで、撚り線に圧力を加える。続いて、加熱パンチ１３０を持ち上げ、結果として得られる接続要素１７０が露出させる。接続要素１７０は、撚り線１７１及び焼結材料１７２を含む。

【0098】

図３は、コンタクトパッド１２０’のコンタクト面１２１’上の、本発明による接続要素１７０’の断面図を示す。接続要素は、コンタクト面１２１’とのコンタクト領域において幅（ｂ）を有する。更に、接続要素は、コンタクト面１２１’から接続要素の最高点まで測定される高さ（ｈ）を有する。

【0099】

図４は、例示的な加熱パンチ１３０’を概略的に示す。加熱パンチは、開口部の縁部領域１３３を通る仮想平面１３２を有する。加熱パンチ１３０’の開口部は、仮想平面１３２に沿って、１３３の縁部領域間に幅（ｗ）を有する。凹部１３１は、仮想平面１３２から凹部１３１の最低点まで延びている深さ（ｔ）を有する。凹部１３１の体積（ｖ）は、仮想平面１３２によって制限される。

【符号の説明】

【0100】

１０、１０’ 基板
２０、２０’ コンタクトパッド
３０、３０’ 加熱パンチ
４０、４０’ 加圧焼結後の縁部領域
５０、５０’ 個別のワイヤからなる撚り線
６０、６０’ 焼結剤
１１０、１１０’ 基板
１２０、１２０’ コンタクトパッド
１２１、１２１ コンタクト面
１３０、１３０’ 加熱パンチ
１３１ 凹部
１３２ 縁部領域１３３を通る凹部の開口部の仮想平面
１３３ 凹部の縁部領域
１７０、１７０’ 接続要素
１７１、１７１’ 個別のワイヤからなる撚り線
１７２、１７２’ 焼結材料
１８０ 被覆された撚り線
１８１ 個別のワイヤからなる撚り線
１８２ 焼結剤
ｂ 接続要素の幅
ｈ 接続要素の高さ
ｗ 加熱パンチの凹部の開口部の幅
ｔ 凹部の深さ

【実施例】

【0101】

例示的な実施形態１
Ｐｔサーミスタ、例えば、ＳＭＤ－ＦＣ０８０５（Ｈｅｒａｅｕｓ Ｎｅｘｅｎｓｏｓ，ＧｍｂＨ、独国）として指定されたＰＴ１０００を温度センサとして提供した。センサのサイズは、２．１ｍｍ×１．３５ｍｍ（Ｗ×Ｌ）であった。サーミスタを酸化アルミニウム基板に適用した。

【0102】

コンタクトパッドは、スクリーン印刷されたＡｇ－Ｐｔ合金からなり、その端部でＰｔ抵抗構造体に接触した。コンタクトパッドのコンタクト面は、０．５ｍｍ×１．３５ｍｍであった。

【0103】

０．４８ｍｍの直径を有する２本の撚り線を給電線として使用した。２本の撚り線のそれぞれは、それぞれ０．１ｍｍの直径を有する１９本の個別の銅線からなっていた。個別の銅線を薄い銀層で被覆した。

【0104】

撚り線は、ＰＴＦＥ製の絶縁体を有していた。各撚り線の一端において、約１．５ｍｍの長さのコンタクト領域を製造するために、切断及び引き剥がしによって絶縁体を除去した。

【0105】

撚り線の自由端を焼結ペースト（ＨＥＲＡＥＵＳ ＡＳＰ２９５－０９Ｐ９）中に浸漬し、次いでそれぞれを２つのコンタクトパッド上の中央に配置した。温度センサの温度は、約２５０℃であった。温度センサは、下から加熱されるホルダー上にあった。焼結ペーストを含浸させた撚り線端部をコンタクトパッドに加圧焼結するためのパンチは、温度センサの表面に適合された長方形のパンチ表面を有し、約２ｍｍ×３ｍｍ（Ｗ×Ｌ）のサイズであった。パンチ表面には２つの平行な長手方向ノッチがあった。長手方向ノッチは台形断面を有していた。長手方向ノッチの深さは０．３ｍｍであり、開口部の幅は０．５ｍｍであった。

【0106】

焼結ペーストが乾燥している間に、３５０℃に加熱されたパンチを下降させ、焼結ペーストを含浸させた２本の撚り線端部上に約４０Ｎ／ｍｍ^２の圧力で押圧した。撚り線端部は、長手方向ノッチによって予め定められた構造に従って変形された。撚り線とあわせて焼結ペーストに約１０秒間圧力を印加した。次に、製造された接続要素からパンチを持ち上げた。酸化銅合金からなるパンチ表面は、繰り返し使用した後でも、焼結ペーストからの残留物がなかった。

【0107】

温度センサを固定した引張試験では、引張試験機を使用して、撚り線の主軸、すなわちセンサ表面の面に平行に、増大する引張力を印加した。接続の引張強度を、接続が外れた瞬間に測定した。判定された引張強度は、３０Ｎであった。

【0108】

永久保存試験では、本発明による接続要素を有する温度センサを２５０℃の温度で１４０時間保存した。温度処理の完了後、接続は外れなかった。

【0109】

変化試験では、本発明による接続要素を有する温度センサを２５０℃から２２℃まで４０回冷却した。接続は外れなかった。

【0110】

比較例
例示的な実施形態１とは対照的に、接続要素を加圧焼結するために、平らな表面を有するパンチ、つまり平らなパンチ表面を使用した。

【0111】

撚り線端部を平らに押圧して広げ、それにより、個別のワイヤがコンタクトパッドからはるかにはみ出して突出にした。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【国際調査報告】