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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
【公報種別】再公表特許(A1)
(11)【国際公開番号】WO/0
(43)【国際公開日】2017年9月14日
【発行日】2018年12月20日
(54)【発明の名称】電子回路基板および超音波接合方法
(51)【国際特許分類】
   H05K 1/02 20060101AFI20181122BHJP
   B23K 20/10 20060101ALI20181122BHJP
   H05K 1/14 20060101ALI20181122BHJP
   H05K 3/36 20060101ALI20181122BHJP
   H05K 3/32 20060101ALI20181122BHJP
【FI】
   H05K1/02 D
   B23K20/10
   H05K1/14 C
   H05K3/36 A
   H05K3/32 C
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
【全頁数】13
【出願番号】特願2018-504381(P2018-504381)
(21)【国際出願番号】PCT/0/0
(22)【国際出願日】2017年2月27日
(31)【優先権主張番号】特願2016-47921(P2016-47921)
(32)【優先日】2016年3月11日
(33)【優先権主張国】JP
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ
(71)【出願人】
【識別番号】000005326
【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000800
【氏名又は名称】特許業務法人創成国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】増田 次男
(72)【発明者】
【氏名】国頭 正樹
(72)【発明者】
【氏名】笛木 信宏
【テーマコード(参考)】
4E167
5E319
5E338
5E344
【Fターム(参考)】
4E167BE00
4E167BE08
4E167DA04
5E319AA01
5E319AA07
5E319AB10
5E319AC02
5E319CC12
5E319GG20
5E338AA01
5E338AA16
5E338CD24
5E338EE26
5E344AA02
5E344BB02
5E344BB04
5E344BB10
5E344CC25
5E344DD05
5E344EE16
(57)【要約】
本発明は、合成樹脂を含む基板の上面に接合されている一方の導体に対する他方の導体の接合の質向上を図りうる、当該基板および当該一方の導体を備えている電子回路基板および超音波接合方法を提供する。
PCB1(電子回路基板)は、第1合成樹脂を含む基板10と、その上面に接合または接着されている複数の第1導体11と、を備えている。第1導体11は、その上面周縁部が少なくとも部分的に第2合成樹脂からなる部分被覆12(またはオーバーレイ)により覆われている。部分被覆12を構成する第2合成樹脂は、その外縁部において基板10を構成する第1合成樹脂と一体的に接合または密着している。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
合成樹脂を含む基板と、前記基板の上面に接合されている導体と、を備えている電子回路基板であって、
前記導体が、その上面周縁部が少なくとも部分的に前記基板を構成する合成樹脂または当該合成樹脂に密着している他の合成樹脂により覆われていることを特徴とする電子回路基板。
【請求項2】
請求項1記載の電子回路基板において、
前記導体の上面のうち露出部分のうち少なくとも一部が、前記導体を構成する金属の濡れ性を向上させる別の金属により覆われていることを特徴とする電子回路基板。
【請求項3】
請求項1または2記載の電子回路基板の上面に接合されている一の導体に対して、他の導体を超音波接合する方法であって、
圧電素子により振動されるホーンと、前記ホーンに対向配置されているアンビルと、によって、前記電子回路基板の上に配置されている一の導体の上面の露出箇所および他の導体が上下に重なるように、前記電子回路基板および前記他の導体を挟む工程と、
前記ホーンを横方向に超音波振動させながら下方向に変位させることで、前記電子回路基板の上に配置されている一の導体および前記他の導体を接合する工程と、を含むことを特徴とする超音波接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、超音波振動エネルギーにより導体同士を接合する技術に関する。
【背景技術】
【0002】
合成樹脂を含む基板の上面に接合されている導体に対して、合成樹脂により被覆されている導体を超音波振動エネルギーにより接合する方法が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。当該方法によれば、ホーンとアンビルとの間に接合対象物が挟まれた状態でホーンの超音波振動エネルギーによってまず一方の導体を被覆する合成樹脂が溶かされて両導体間から除去され、これに続いて当該両導体が相互に接合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2005−223054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、超音波振動エネルギーによって基板を構成する合成樹脂または接着剤が局所的に温度上昇して軟化した場合、超音波振動エネルギーが当該基板の上に配置されている導体の軟化合成樹脂の上での振動に一部の超音波振動エネルギーが吸収されてしまう。このため、超音波振動エネルギーが両導体の当接箇所における接合に寄与する効率が低下し、ひいては両導体の接合強度が不十分になる可能性がある。
【0005】
そこで、本発明は、合成樹脂を含む基板の上面に接合されている一方の導体に対する他方の導体の接合の質向上を図りうる、当該基板および当該一方の導体を備えている電子回路基板および超音波接合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】
本発明は、合成樹脂を含む基板と、前記基板の上面に接合されている導体と、を備えている電子回路基板であって、前記導体が、その上面周縁部が少なくとも部分的に前記基板を構成する合成樹脂または当該合成樹脂に密着している他の合成樹脂により覆われていることを特徴とする。当該電子回路基板において、前記導体の上面のうち露出部分のうち少なくとも一部が、前記導体を構成する金属の濡れ性を向上させる別の金属により覆われていることが好ましい。
【0007】
本発明の超音波接合方法は、本発明の電子回路基板の上面に接合されている一の導体に対して、他の導体を超音波接合する方法であって、圧電素子により振動されるホーンと、前記ホーンに対向配置されているアンビルと、によって、前記電子回路基板の上に配置されている一の導体の上面の露出箇所および他の導体が上下に重なるように、前記電子回路基板および前記他の導体を挟む工程と、前記ホーンを横方向に超音波振動させながら下方向に変位させることで、前記電子回路基板の上に配置されている一の導体および前記他の導体を接合する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
本発明の電子回路基板によれば、その上面に接合されている導体の上面周縁部が少なくとも部分的に当該基板を構成する合成樹脂またはこれに密着している他の合成樹脂により覆われている。このため、ホーンの超音波振動エネルギーによって基板が局所的に温度上昇して軟化しても、基板の上面に接合されている一の導体の振動が抑制され、この超音波振動エネルギーが当該一の導体(正確にはその上面における露出部分)および他の導体の当接箇所の接合に効率よく寄与する。これにより、電子回路基板の上面に接合されている一の導体および他の導体の接合強度が向上し高品質化が図られる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】本発明の一実施形態としての電子回路基板の上面図。
図2図1のII−II線断面図。
図3】本発明の一実施形態としての超音波接合方法に関する説明図。
図4】本発明の一実施形態としての電子回路基板と他の導体との接合説明図。
図5A】実施例の電子回路基板の接合出力の評価結果に関する説明図。
図5B】比較例の電子回路基板の接合出力の評価結果に関する説明図。
図6】電子回路基板および導体の引張強度の評価結果に関する説明図。
図7】本発明の他の実施形態としての電子回路基板の上面図。
【発明を実施するための形態】
【0010】
(構成)
図1および図2に示されている本発明の一実施形態としての電子回路基板は、PCB1(プリント回路基板またはプリント配線基板)であり、第1合成樹脂を含む基板10と、その上面に接合または接着されている略平板状の一または複数の第1導体11と、第1導体11のそれぞれの上面周縁部を全周にわたり覆う第2合成樹脂からなる部分被覆12(またはオーバーレイ)と、を備えている。第1導体11は基板10に直接的に接合されていてもよく、接着剤を介して間接的に接合されていてもよい。
【0011】
基板10は、例えばエポキシガラス基板であり、第1合成樹脂としてエポキシ樹脂が用いられている。第1導体11を構成する金属は例えばCu、Alまたはこれらの合金である。部分被覆12は、例えば、第1合成樹脂と同種の合成樹脂であってもよく、第1合成樹脂とは異種の合成樹脂であってもよい。部分被覆12を構成する第2合成樹脂は、その外縁部において基板10を構成する第1合成樹脂と一体的に接合または密着している。第1導体11の上面は、部分被覆12により覆われている周縁部の内側の部分が露出しており、この露出部分の少なくとも一部に他の導体が接合または溶着される。
【0012】
(超音波接合方法)
PCB1に対してFFC2(フレキシブルフラットケーブル)を、図3に示されている超音波装置を用いて超音波接合する方法について説明する。FFC2は、複数の第2導体21と、当該複数の導体21を電気的に相互に独立させるように覆う合成樹脂からなる絶縁性被覆20と、を備えている。
【0013】
超音波接合装置4は、ホーン41(またはチップ)と、ホーン41に対向してその下方に配置されているアンビル42と、ホーン41を上下方向に駆動する昇降駆動装置411と、ホーン41を超音波振動させる圧電素子412(超音波振動子)と、制御装置40と、を備えている。ホーン41の下端部は上底面を下方に向けた略円錐台状に形成されているが、接合対象である導体の配置態様に応じてその先端部が帯状または点状の先端部を有する複数の突起を有する形状など、適当に変更されうる。アンビル42の上端部は略平面であるが、ホーン41の形状に合わせて適当に凹凸が形成されていてもよい。
【0014】
制御装置40は、コンピュータ(CPU(演算処理装置)、ROMまたはRAMなどのメモリ(記憶装置)およびI/O回路等により構成されている。)により構成されている。演算処理装置は、記憶装置から必要なプログラムおよびデータを読み出し、当該プログラムおよびデータにしたがって昇降駆動装置411および圧電素子412の動作制御などの演算処理を実行する。
【0015】
PCB1に対するFFC2の超音波接合のため、図3に示されているように、ホーン41とアンビル42との間にPCB1およびFFC2が上下に重ねられた状態で挟まれる。この際、PCB1の第1導体11のそれぞれとFFC2の第2導体21のそれぞれとが、FFC2を構成する絶縁性被覆C0を介して上下に重ねられた状態となる(図4参照)。この状態から、昇降駆動装置411によりホーン41をアンビル42に対して接近させるように変位させ、これによりPCB1およびFFC2に上下方向の荷重を印加し、かつ、圧電素子412に高周波の交流電圧が印可されることによりホーン41を(横方向または図中左右方向に)超音波振動させる。
【0016】
ホーン41の超音波振動エネルギーにより、ホーン41およびアンビル42に挟まれている箇所のPCB1およびFFC2が局所的に温度上昇し、FFC2の絶縁性被覆20が局所的に溶融する。ホーン41およびアンビル42による上下方向の荷重により、絶縁性被覆20由来の溶融合成樹脂がホーン41とアンビル42との間から徐々に除去される。この際、第1導体11および第2導体21に間に存在する絶縁性被覆20も溶融し、第1導体11および第2導体21の間から徐々に除去される。
【0017】
第1導体11および第2導体21の間から絶縁性被覆20由来の溶融合成樹脂が除去されていく過程で、第2導体21が塑性変形しつつ第1導体11と当接する。ホーン41の超音波振動エネルギーにより当該当接箇所の摩擦熱が発生し、第1導体11および第2導体21のそれぞれの金属表面に生成されている酸化被膜が除去され活性面(清浄面ともいう。) が露出し反応する。そして、第1導体11および第2導体21の接合反応(固相接合ともいう。)完了後、ホーン41の上昇駆動または超音波振動も停止する。これにより、図4に示されている第1導体11および第2導体21の接合領域Xにおいて、PCB1およびFFC2が接合される。
【0018】
(効果)
本発明の電子回路基板の一実施形態としてのPCB1によれば、その上面に接合または接着されている第1導体11の上面周縁部が少なくとも部分的に当該基板を構成する第1合成樹脂またはこれに密着している他の第2合成樹脂からなる部分被覆12により覆われている。このため、ホーン41の超音波振動エネルギーによって基板10が局所的に温度上昇して軟化しても、第1導体11の振動が抑制され、この超音波振動エネルギーが第1導体11および第2導体21の当接箇所の接合に効率よく寄与する。これにより、PCB1の上面に接合されている第1導体11およびFFC2を構成する第2導体21の接合強度が向上し高品質化が図られる。
【0019】
(実施例)
エポキシガラス樹脂からなる基板10の上にCuからなる正方板状(3.0[mm]×3.0[mm]、厚み70[μm])の第1導体11が接合され、その上面周縁部を全周にわたり覆うように幅0.5[mm]の略正方環状の部分被覆12が形成されることにより、実施例の電子回路基板が作製された。
【0020】
(比較例)
部分被覆12が省略されたほかは実施例と同様に比較例の電子回路基板が作製された。
【0021】
(評価)
ホーン41または圧電素子412の超音波振動時の振幅が3つの異なる値(当該振幅の最大定格値を100%とした場合に65%、75%、85%)に制御され、実施例および比較例のそれぞれの電子回路基板に対してFFC2が接合された。制御装置40は、ホーン41の超音波振動エネルギー(振幅)が、その設定値となるように制御する。
【0022】
図5Aおよび図5Bのそれぞれには、ホーン41の超音波振動パワーの時間変化態様が示されている。圧電素子412からホーン41を振動させるために印加する電力( 電圧および電流の積から求められる。)を超音波振動のパワーとして計測された値を示す。超音波振動パワーが設定値に伴い印加され、時間が経過される過程でFFC2の絶縁性被覆20の溶融および除去が進行する。続いて第1導体11および第2導体21が当接することでさらに超音波振動のパワーが上昇しホーン41が第2導体21との当接箇所から受ける摩擦によって金属表面の活性化および接合反応が進行する。振幅は制御装置40によって当該振幅となるように圧電素子412への印可交流電圧が制御される。その後、接合反応が完了したのち、超音波振動のパワー印加も終了し装置が停止する。
【0023】
図5Aおよび図5Bから、実施例は比較例よりもホーン41の超音波振動パワーのピーク値が大きいことがわかる(31.3[W]>25.4[W]、37.5[W]>34.3[W]、45.0[W]>44.6[W])。さらに、実施例は比較例よりもホーン41の超音波振動パワーの高い状態で印加される時間も長いことがわかる(215[ms]>180[ms]、115[ms]>75[ms]、80[ms]>25[ms])。これらの超音波振動パワー維持時間は、立ち上がりからピーク値をむかえる初めの変曲点を開始点とし、終点は、終了直前の変曲点までとして計測した。これは、第1導体11および第2導体21が当接することでホーン41が第2導体21との当接箇所から受ける摩擦力が、実施例が比較例よりも大きくかつ長期間にわたり作用すること、ひいては第1導体11の振動が部分被覆12によって抑制されていることを表わしている。
【0024】
図6には、前記のように接合された第1導体11および第2導体22の接合強度の評価結果が示されている。接合強度は、初めに、PCB1の上面に接合されている第1導体11およびFFC2を構成する第2導体21が超音波振動エネルギーにより固相接合された状態のままFFC2が引張り試験装置と垂直になるよう引張り試験装置の下部に構成されているPCB2固定部へ装着する。次に、引張り試験装置の駆動部に構成されているリード線固定部へFFC2に引張り応力が発生しないようFFC2を挟み込む。この状態から20[mm/min]の速度にて垂直方向へ引き上げる。このような方法にしたがって測定される第1導体11に対する第2導体22の引張強度が、当該接合強度として測定された。図6から、実施例は比較例よりも当該接合強度が高く、かつ、当該接合強度とホーン41の超音波振動振幅との相関度が高いことがわかる。
【0025】
(本発明の他の実施形態)
前記実施形態では、部分被覆12が第1導体11の上面の周縁部を全周にわたって覆っていたが、他の実施形態として部分被覆12が第1導体11の上面の周縁部の複数箇所を断続的に覆っていてもよい。例えば、図7に示されているように第1導体11の上面周縁部の4つの相互に離間した箇所を覆うように部分被覆12が設けられてもよい。
【0026】
第1導体11の上面の露出部分(部分被覆12によっておおわれていない箇所)の少なくとも一部が、第1導体11を構成する金属(例えばCu、Al)の濡れ性を増加させる別の金属(例えばNi)により被覆されていてもよい。これにより、第1導体11および第2導体21のそれぞれが局所的に溶融した際に、第1導体11由来の溶融金属を、第2導体21を構成する金属に広い面積にわたって接触させることができ、第1導体11および第2導体21の接合強度の向上が図られる。また、当該被覆によって第1導体11の上面露出部分の酸化が防止される。
【符号の説明】
【0027】
1‥PCB(電子回路基板)、2‥FFC、10‥基板、11‥第1導体(一の導体)、12‥部分被覆、20‥絶縁性被覆、21‥第2導体(他の導体)、4‥超音波接合装置、40‥制御装置、41‥ホーン、42‥アンビル、411‥昇降駆動装置、412‥圧電素子(超音波振動子)。
図1
図2
図3
図4
図5A
図5B
図6
図7
【国際調査報告】