CN108713351A - 电子电路基板及超声波接合方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电子电路基板及超声波接合方法。其能够实现提高另一方的导体相对于包含合成树脂的基板的上表面上被接合的一方的导体的接合的质量，该电子电路基板具备该基板和该一方的导体。PCB(1)具备加强部件(12)，加强部件(12)由熔点比构成基板(10)的合成树脂的熔点高的材料构成，构成加强构件(12)的第1加强构件(121)由与上表面布线(11)至少局部性地叠合而埋设于基板(10)内的大致平板状或条状的金属构成。构成加强部件(12)的第2加强部件(122)与导通部(111)同样地与上表面布线(11)的下表面连结且是由与第1加强部件(121)物理性、化学性或机械性地连结的上下延伸的大致圆柱状的金属构成。

Description

电子电路基板及超声波接合方法
技术领域
本发明涉及利用超声波振动能量将导体彼此接合的技术。
背景技术
被提出有以下一种接合方法：利用超声波振动能量将受合成树脂包覆的导体接合到接合于包含合成树脂的基板的上表面的导体的方法(例如，参照专利文献1)。根据该方法，在接合对象物被夹在焊头与底砧之间的状态下，包覆一方的导体的合成树脂因焊头的超声波振动能量而首先被熔化并从两导体间被除去，接着将该两导体相互接合。
[现有技术文献]
专利文献
专利文献1：日本特开2005-223054号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在构成基板的合成树脂或粘接剂因超声波振动能量而局部地温度上升并发生软化的情况下，超声波振动能量中的一部分能量会被配置在该基板上的导体的软化合成树脂上的振动吸收。因此，超声波振动能对两导体的抵接部位的接合起到有效作用的效率降低，进而导致两导体的接合强度有可能变得不充分。
因此，本发明的目的在于提供一种能够实现提高另一方的导体相对于包含合成树脂的基板的上表面上被接合的一方的导体的接合的质量的、具备该基板和该一方的导体的电子电路基板以及超声波接合方法。
用于解决课题的手段
本发明是一种电子电路基板，其具备：包含合成树脂的基板、和与所述基板的上表面接合的导体，所述电子电路基板的特征在于，由熔点比所述基板的熔点高的材料构成的加强部件以不影响所述导体与所述电子电路基板的布线的导通状态的方式与所述导体的下表面接合，且所述加强部件埋设在所述基板内，或与所述基板的下表面或上表面接合。在本发明的电子电路基板中，优选的是，所述加强部件具备相对于所述导体在下方分离配置的平板状的一个或多个第1加强部件以及上下连结所述基板以及所述第1加强部件的第2加强部件。
本发明的超声波接合方法是对与本发明的电子电路基板的上表面接合的一个导体超声波接合其他导体的方法，其特征在于包括以下步骤：
利用由压电元件而被振动的焊头和与所述焊头对置地配置的底砧，夹持所述电子电路基板和所述其他导体，以使所述一个导体的上表面的露出部位与所述其他导体上下叠合；以及
在从横向对所述焊头实施超声波振动的同时，使该焊头向下方位移，从而对配置在所述电子电路基板上的所述一个导体和所述其他导体进行接合。
[发明的效果]
根据本发明的电子电路基板，加强部件与接合于其上表面的一个导体的下表面接合，且埋设于基板内或者接合在基板的下表面或上表面上。因此，即使基板因焊头的超声波振动能量而局部地温度上升并软化，也能够由加强部件抑制接合于基板的上表面的一个导体的振动。该超声波振动能量能够高效地对该一个导体与其他导体的抵接部位的接合起到有效作用。由此，能够实现与电子电路基板的上表面接合的一个导体与其他导体的接合的质量提高。
附图说明
图1是表示作为本发明的一个实施方式的电子电路基板的构成说明图。
图2是图1的II-II线剖视图。
图3是作为本发明的一个实施方式的超声波接合方法相关的说明图。
图4是作为本发明的一个实施方式的电子电路基板与其他导体的接合说明图。
图5A是实施例的电子电路基板的接合输出的评价结果相关的说明图。
图5B是比较例的电子电路基板的接合输出的评价结果相关的说明图。
图6是电子电路基板及导体的拉伸强度的评价结果相关的说明图。
具体实施方式
(结构)
图1及图2所示的作为本发明的一个实施方式的电子电路基板是PCB1(印刷电路基板或印刷布线基板)，具备：基板10、一个或多个上表面布线11、一个或多个导通部(via)111、一个或多个内部布线112、以及一个或多个下表面布线114。
基板10包含合成树脂，该基板10例如是包含环氧树脂作为该合成树脂的环氧玻璃基板。上表面布线11和下表面布线114分别由各自接合在基板10的上表面和下表面上的大致平板状的金属构成。上表面布线11及下表面布线114可以分别与基板10直接接合，也可以经由粘接剂间接地接合或粘接到基板10上。内部布线112由至少局部地叠合于上表面布线11并埋设于基板10的大致平板状或条状的金属构成。导通部111由连接上表面布线11和内部布线112的上下延伸的大致圆柱状的金属构成。分别构成上表面布线11、导通部111、内部布线112以及下表面布线114的金属例如是Cu、Al或它们的合金。
PCB1还具备加强部件12，加强部件12由熔点比构成基板10的合成树脂高的材料(例如，金属)构成。加强部件12具备一个或多个第1加强部件121以及一个或多个第2加强部件122。第1加强部件121由至少局部地叠合于上表面布线11并埋设于基板10内的大致平板状或条状的金属构成。第2加强部件122与导通部111同样地由与上表面布线11的下表面连结且以物理性、化学性或机械性的方式连结于第1加强部件121上的上下延伸的大致圆柱状的金属构成。第2加强部件122以与印刷基板中的一般导通部相同的方法形成。在本实施方式中，第2加强部件122以连结上表面布线11、上下分离的两个第1加强部件121以及下表面布线114的方式配置。
上表面布线11与PCB1的内部布线112经由导通部111导通。同样，加强部件12被配置成：不会因加强部件12的存在而隔断上述导通(上述导通不会受其影响)。在本实施方式中，第2加强部件122由使上表面布线11和下表面布线114导通的导通部构成，上表面布线11与下表面布线114的导通也同样不会因作为构成要素而具有该第2加强部件122的加强部件12的存在而被隔断。
(超声波接合方法)
对使用图3所示的超声波装置将FFC2(柔性扁平电缆)接合到PCB1上的超声波接合的方法进行说明。FFC2具备多个外部布线(21)和绝缘性包覆部20，绝缘性包覆部20由使上述多个外部布线21电性上相互独立的方式覆盖的合成树脂构成。
超声波接合装置4具备：焊头41(或者芯片)；与焊头41对置地配置在其下方的底砧42；沿上下方向驱动焊头41的升降驱动装置411；对焊头41实施超声波振动的压电元件412(超声波振子)；控制装置40。焊头41的下端部形成为上底面朝向下方的大致圆锥台状。但是根据作为接合对象的导体的配置方式，能够适当地将上述下端部变更成顶端部成条状或者具有点状的顶端部的多个突起的形状等。底砧42的上端部成大致平面，也可以配合焊头41的形状而适当地形成凹凸。
控制装置40由计算机(CPU(运算处理装置)、ROM或RAM等存储器(存储装置)以及I/O电路等构成)构成。运算处理装置从存储装置读出所需的程序以及数据，并根据该程序以及数据执行升降驱动装置411以及压电元件412的动作控制等运算处理。
为了进行FFC2对PCB1的超声波接合，如图3所示，在焊头41与底砧42之间以上下叠合的状态夹持有PCB1以及FFC2。此时，PCB1的上表面布线11的各个布线与FFC2的外部布线21的各个布线分别成为介由构成FFC2的绝缘性包覆部20而上下叠合的状态(参照图4)。从该状态，通过升降驱动装置411使焊头41以相对于底砧42接近的方式位移，由此对PCB1和FFC2施加上下方向的荷载，并且通过对压电元件412施加高频的交流电压而对焊头41(在横向或者图中的左右方向)实施超声波振动。
被焊头41以及底砧42夹住的部位的PCB1以及FFC2因焊头41的超声波振动能量而局部地产生温度上升，FFC2的绝缘性覆盖部20局部地发生熔融。由于焊头41及底砧42的上下方向的荷载，来自绝缘性包覆部20的熔融合成树脂从焊头41与底砧42之间逐渐被除去。此时，存在于上表面布线11和外部布线21之间的绝缘性包覆部20也发生熔融，从上表面布线11和外部布线21之间逐渐被除去。
在从上表面布线及外部布线21之间除去来自绝缘性被覆部20的熔融合成树脂的过程中，外部布线21一边发生塑性变形一边与上表面布线11抵接。通过焊头41的超声波振动能量使该抵接部位产生摩擦热，除去在上表面布线11以及外部布线21的各自的金属表面上生成的氧化包覆膜从而形成活性面(也称为清洁面)而露出并发生反应。并且，上表面布线11及外部布线21的接合反应(也称为固相接合)完成后，焊头41的上升驱动或超声波振动也停止。由此，PCB1以及FFC2在图4所示的上表面布线1以及外部布线21的接合区域X处产生接合。
(效果)
根据作为本发明的电子电路基板的一个实施方式的PCB1，构成加强部件12的第2加强部件122与上表面布线11的下表面接合，并且，第2加强部件122与埋设于基板10内的第1加强部件121接合。因此，即使基板10因焊头41的超声波振动能量而局部地温度上升而软化，上表面布线11的振动也被加强部件12所抑制，该超声波振动能量能够高效地对上表面布线11以及外部布线21的抵接部位的接合起到有效作用。由此，能够实现与PCB1的上表面接合的上表面布线11以及构成FFC2的外部布线21的接合质量的提高。
(实施例)
根据图1及图2所示的实施方式，制作了实施例的电子电路基板(PCB1)。具体而言，在由环氧玻璃树脂构成的基板10上接合由铜构成的3[mm]×3[mm]×70[μm](厚度)的大致正方板状的上表面布线11。在上表面布线11的下表面的4个角落部分别接合有φ0.5[mm]的大致圆柱状的第2加强部件122。第2加强部件122如上所述以连结上表面布线11、上下分离的两个第1加强部件121以及下表面布线114的方式配置。
(比较例)
除了省略了加强部件12、也即作为其构成要素的所有的第1加强部件121及第2加强部件122之外，其余与实施例同样地制作了比较例1的电子电路基板。除了省略了作为加强部件12的构成要素的所有的第2加强部件122之外，其余与实施例同样地制作了比较例2的电子电路基板。
(评价)
将FFC2接合到实施例和比较例1及2的各自的电子电路基板上。图5A以及图5B分别示出了将实施例以及比较例2的各个电子电路基板作为接合对象时的焊头41的位移量(压入量)以及超声波振动功率的时间变化方式。将压电元件施加给焊头41的电力(电压与电流的乘积)作为超声波振动的功率。
在焊头41与FFC2抵接后，位移量缓慢增加且超声波振动功率维持大致恒定的过程中，FFC2的绝缘性包覆部20的温度逐渐上升。当绝缘性包覆部20的熔融以及从焊头41和底砧42之间被去除的过程行进时，焊头41的位移量相比之前急剧增加，且超声波振动能量上升。之后，上表面布线11与外部布线21抵接时，导体彼此的接合开始，超声波振动功率(振幅)上升。然后，除了构成上表面布线11以及外部布线21的各自的金属的局部性接合以外，还根据构成基板10的合成树脂的局部性软化，由控制装置40对施加给压电元件412的交流电压的振幅进行控制，以使该振幅达到恒定。然后，当接合完成时，停止供给超声波能量。
从图5A及图5B可知，实施例与比较例2相比，在焊头41的位移量根据上表面布线11与外部布线21抵接而被维持大致恒定前后，超声波振动功率的最高值更大。而且，实施例与比较例2相比可知，超声波振动功率在该最高值附近维持大致恒定的期间更长。这表示，通过上表面布线11与外部布线21抵接，实施例中的焊头41从与外部布线21抵接的部位受到的摩擦力相比比较例2中的该摩擦力更大且发挥作用的时间更长，进而上表面布线11的振动受到了加强部件12的抑制。
图6中示出了如上所述的方式实施了接合的上表面布线11与外部布线21的接合强度的评价结果。为了测定接合强度，首先以被接合在PCB1的上表面的上表面布线11以及构成FFC2的外部布线21通过超声波振动能量而被固相接合的状态下，使FFC2与拉伸试验装置垂直的方式安装到构成于拉伸试验装置的下部的PCB固定部上。接着，以在FFC2上不产生拉伸应力的方式将FFC2夹入构成于拉伸试验装置的驱动部的导线固定部。从该状态以20(mm/min)的速度向垂直方向拉起FFC2。将按照这种方法测定的外部布线22相对于上表面布线11的抗拉强度作为该接合强度进行了测定。由图6可知，实施例中的接合强度相比比较例1及2中的接合强度均要高。
(本发明的其他实施方式)
在上述实施方式中，作为加强部件12的构成要素的第1加强部件121埋设于基板10内，但作为其他实施方式，第1加强部件121也可以接合于基板10的上表面或者下表面上。在大致平板状的第1加强部件121与基板10的上表面接合的情况下，例如，具有下述弯折形状或弯曲形状的第2加强部件122的各端部分别与上表面布线11及第1加强部件121的下表面接合，其中，上述弯折是指：向下方延伸后向横向弯折并延伸，再向上方弯折延伸而成的形状。在大致平板状的第1加强部件121与基板10的下表面接合的情况下，例如，沿上下方向延伸的大致柱状的第2加强部件122的各端部也可以分别与上表面布线11的下表面以及第1加强部件121的上表面接合。
在上述实施方式中，第2加强部件122兼作上表面布线11及下表面布线114的导通部，但作为其他实施方式，也可以相对于上表面布线11及下表面布线114的导通部为独立的形式设置第2加强部件122。加强部件12除了接合在作为接合对象的上表面布线11上之外，还接合在其他的布线(在上述实施方式中为下表面布线114)上。但也可以仅接合在构成PCB1(电子电路基板)的多个布线中的作为接合对象的上表面布线11上。第1加强部件121也可以由内部布线的一部分布线构成。
[符号说明]
1：PCB(电子电路基板)；2：FFC；10：基板；11：上表面布线(一个导体)；12：加强构件；121：第1加强构件；122：第2加强构件；20：绝缘性包覆部；21：外部布线(其他导体)；4：超声波接合装置；40：控制装置；41：焊头；42：底砧；411：升降驱动装置；412：压电元件(超声波振子)。

Claims (3)

1.一种电子电路基板，其具备：包含合成树脂的基板；和与所述基板的上表面接合的导体，所述电子电路基板的特征在于，
由熔点比所述基板的熔点高的材料构成的加强部件以不影响所述导体与所述电子电路基板的布线的导通状态的方式与所述导体的下表面接合，且所述加强部件埋设在所述基板内，或与所述基板的下表面或上表面接合。
2.根据权利要求1所述的电子电路基板，其特征在于，
所述加强部件具备相对于所述导体在下方分离配置的平板状的一个或多个第1加强部件以及上下连结所述基板以及所述第1加强部件的第2加强部件。
3.一种超声波接合方法，是对权利要求1或2所述的电子电路基板的上表面接合的一个导体超声波接合其他导体的方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用由压电元件而被振动的焊头和与所述焊头对置地配置的底砧，夹持所述电子电路基板和所述其他导体，以使所述一个导体的上表面的露出部位与所述其他导体上下叠合；以及
在从横向对所述焊头实施超声波振动的同时，使该焊头向下方位移，从而对配置在所述电子电路基板上的所述一个导体和所述其他导体进行接合。
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