JP2005197295A - 接合体およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 高密度化への対応、製造コストの低減が可能であり、接合部分の電気的導通の信頼性が良好で、しかも被接合部材をより強固に接合することが可能な接合技術を提供する。
【解決手段】 本発明の接合体は、端子11a,21aを具備する一対の被接合部材1,2が、前記端子11a,21aの接合面13,23で互いに接合されてなる接合体であって、前記接合面13,23を貫通する孔30が設けられ、該孔30の開口周縁部の接合面13,23が、前記孔30の穿孔方向に向かって湾曲している構成とする。
【選択図】 図1
【解決手段】 本発明の接合体は、端子11a,21aを具備する一対の被接合部材1,2が、前記端子11a,21aの接合面13,23で互いに接合されてなる接合体であって、前記接合面13,23を貫通する孔30が設けられ、該孔30の開口周縁部の接合面13,23が、前記孔30の穿孔方向に向かって湾曲している構成とする。
【選択図】 図1
Description
本発明は、端子を具備するプリント配線板等の被接合部材が接合されてなる接合体、およびその製造方法に関する。
ノート型パーソナルコンピュータ等の携帯用情報機器や、折り畳み式の携帯用電話機あるいは携帯用情報端末等の電子機器においては、中央演算処理装置(CPU)や各種電子部品を搭載するリジッド配線板の接続端子と、液晶表示装置等に接続されるフレキシブルプリント配線板の接続端子とを電気的に接続する必要がある。配線板の接続端子同士の接合技術としては、同じ層数の配線板の接続端子同士を接合するリジッドフレックス構造(特許文献1等)、一方の配線板のコネクタ端子と他方の配線板のコネクタ部品とを嵌め合わせたコネクタ接続(特許文献2等)、配線板の接続端子同士を半田を介して接合する半田接合(特許文献3等)、配線板の接続端子同士を異方導電性のペーストやフィルムを介して接合する技術等が知られている。
しかしながら、リジッドフレックス構造(特許文献1)では、以下のような問題があった。
(1)接続端子のパターン配置において不要な部分の占める面積が大きくなってしまう。
(2)接合工程が複雑であるため製造コストが高くなってしまう。
(3)接合する配線板の層数が同じ層数に限定されてしまい設計上の自由度が制限される。
また、コネクタ接続では、配線板とは別部材であるコネクタ端子及びコネクタ部品を用いるために、部品コストが高くなり、更にコネクタを配置するスペースが必要になってしまい、高密度実装の観点からも好ましくなかった。
半田接合では、接合を容易にかつ安価に行うことができるものの、接合後のリフロー工程において、接合部分が酸化、剥離する等の恐れがあった。
異方導電性のペーストやフィルムを用いた接合では、ペーストの印刷やフィルムの貼付等の工程が必要であるため、接合工程が複雑であり製造コストが高くつく上、電気的導通は樹脂中に含まれる導電粒子の接触状態に依存するため、電気的導通の信頼性に問題があった。
(1)接続端子のパターン配置において不要な部分の占める面積が大きくなってしまう。
(2)接合工程が複雑であるため製造コストが高くなってしまう。
(3)接合する配線板の層数が同じ層数に限定されてしまい設計上の自由度が制限される。
また、コネクタ接続では、配線板とは別部材であるコネクタ端子及びコネクタ部品を用いるために、部品コストが高くなり、更にコネクタを配置するスペースが必要になってしまい、高密度実装の観点からも好ましくなかった。
半田接合では、接合を容易にかつ安価に行うことができるものの、接合後のリフロー工程において、接合部分が酸化、剥離する等の恐れがあった。
異方導電性のペーストやフィルムを用いた接合では、ペーストの印刷やフィルムの貼付等の工程が必要であるため、接合工程が複雑であり製造コストが高くつく上、電気的導通は樹脂中に含まれる導電粒子の接触状態に依存するため、電気的導通の信頼性に問題があった。
また、従来は、プリント配線板の端子ピッチが比較的広く、端子同士の接触面積をある程度確保できたため、上記先行接合技術にて接合するだけで、十分な接合強度を確保できた。しかしながら、近年、電子機器の小型化に伴って、プリント配線板の狭ピッチ化に対する要求は厳しくなっており、今後、狭ピッチ化に伴う端子同士の接触面積の低減が接合強度の低下を招き、外部応力等によって接合したプリント配線板の接合界面が剥離してしまう恐れがある。
このような問題を解決するものとして、基板表面に形成された回路と端子とを接続すると共に、この接続部の基板を貫通するようにスルーホールを形成し、このスルーホール内に金属を充填することによって、接続部の接続強度を向上させたプリント配線板への端子の接続構造(特許文献4)が挙げられる。しかしながら、この接続構造では、スルーホールに充填された金属を介して、基板表面に形成された回路と端子との導通が行われるものであるので、スルーホール内に金属を充填する工程が不可欠となり、製造工程数が増加するばかりでなく、充填部材としての金属が必要となり、コストアップに繋がるという問題もあった。
特開平5−013958号公報
特開平7−176341号公報
特開平5−267811号公報
特開平5−29743号公報
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、高密度化、狭ピッチ化、薄厚化、小型化への対応、製造コストの低減が可能であり、設計上の自由度が大きく、接合部分の酸化、剥離等への耐性が高く、接合部分の電気的導通の信頼性も良好で、しかも被接合部材をより強固に接合することが可能な接合技術を提供することを目的とする。
本発明の接合体は、端子を具備する一対の被接合部材が、前記端子の接合面で互いに接合されてなる接合体であって、前記接合面を貫通する孔が設けられ、該孔の開口周縁部の接合面が、前記孔の穿孔方向に向かって湾曲していることを特徴とする。
本発明の接合体は、接合面を貫通するように孔が設けられ、この孔の開口周縁部の接合面が穿孔方向に向かって湾曲しており、孔の開口周縁部では、同じ曲率の湾曲面が重ね合わされて接合された構造となるので、接合強度が大幅に向上されたものとなる。加えて、接合面を貫通するように孔が形成されたことにより、接合界面の金属原子が互いに移動、拡散するので、これによっても耐剥離強度が向上する。よって、従来のものに比べて接合面積が小さくとも、十分な耐剥離強度を有する接合体となる。また、接合面の強度を向上させる補強部材を必要としないという利点もある。
本発明の接合体は、接合面を貫通するように孔が設けられ、この孔の開口周縁部の接合面が穿孔方向に向かって湾曲しており、孔の開口周縁部では、同じ曲率の湾曲面が重ね合わされて接合された構造となるので、接合強度が大幅に向上されたものとなる。加えて、接合面を貫通するように孔が形成されたことにより、接合界面の金属原子が互いに移動、拡散するので、これによっても耐剥離強度が向上する。よって、従来のものに比べて接合面積が小さくとも、十分な耐剥離強度を有する接合体となる。また、接合面の強度を向上させる補強部材を必要としないという利点もある。
また、超音波接合によって接合された接合部は、端子同士が直接接合されたものであり、接合のための別部材を必要としないので、収容スペースと製造コストの低減を図ることができる。また、接合界面に半田等の異種材料が介在しないため、接合部での熱膨張率の差や、酸化等による材料の物性の差を原因とした剥離を防止することができる。
更に、超音波接合によって接合された接合面に孔が設けられたことによって、孔を設けない場合に比べて飛躍的にその耐剥離強度が向上し、本願発明の効果を顕著に発現することができ、好適である。
更に、超音波接合によって接合された接合面に孔が設けられたことによって、孔を設けない場合に比べて飛躍的にその耐剥離強度が向上し、本願発明の効果を顕著に発現することができ、好適である。
かかる接合体の構成において、前記孔は、前記接合体を貫通するように形成されていることを特徴とする。
本発明の接合体では、接合体の耐剥離強度を高くする目的で孔が設けられ、この孔は必ずしも端子全体を貫通する必要はないが、穿孔工程の行い易さの観点から、孔は接合体を貫通するように形成されていることが好ましい。このようにすると簡便に穿孔工程を行うことができ、安価で、耐剥離強度の高い接合体とすることができる。
本発明の接合体では、接合体の耐剥離強度を高くする目的で孔が設けられ、この孔は必ずしも端子全体を貫通する必要はないが、穿孔工程の行い易さの観点から、孔は接合体を貫通するように形成されていることが好ましい。このようにすると簡便に穿孔工程を行うことができ、安価で、耐剥離強度の高い接合体とすることができる。
かかる接合体の構成において、前記接合面における前記孔の占有総面積は、該接合面の面積の1/2以下であることを特徴とする。
接合面における孔の個数を増加させると、孔の開口周縁部の湾曲された部位の数も増加するので、端子の耐剥離強度を向上させることができて、好適であるが、接合面における孔の開口が過多になると、接合面積が小さくなりすぎて、かえって接合体の耐剥離強度が低下してしまう。よって、接合面における孔の占有総面積は、端子の接合面積の1/2以下であることが好ましい。これにより、小型で耐剥離強度の高い接合体とすることができる。
接合面における孔の個数を増加させると、孔の開口周縁部の湾曲された部位の数も増加するので、端子の耐剥離強度を向上させることができて、好適であるが、接合面における孔の開口が過多になると、接合面積が小さくなりすぎて、かえって接合体の耐剥離強度が低下してしまう。よって、接合面における孔の占有総面積は、端子の接合面積の1/2以下であることが好ましい。これにより、小型で耐剥離強度の高い接合体とすることができる。
かかる接合体の構成において、前記一対の被接合部材の少なくとも一方が可撓性部材からなることを特徴とする。
少なくとも一方の被接合部材を可撓性部材とすることにより、接合体を撓めることができるようになり、電子機器の高密度化および小型化に対応可能な接合体とすることができる。
少なくとも一方の被接合部材を可撓性部材とすることにより、接合体を撓めることができるようになり、電子機器の高密度化および小型化に対応可能な接合体とすることができる。
かかる接合体の構成において、前記端子の接合界面にはそれぞれ空隙が形成されていることを特徴とする。
これにより、接合部の耐久性の向上を図ることができる。
これにより、接合部の耐久性の向上を図ることができる。
本発明の接合体の製造方法は、端子を具備する一対の被接合部材が、前記端子の接合面で互いに接合されてなる接合体の製造方法であって、前記被接合部材の各端子を接触させ、これら端子同士を超音波接合する接合工程と、互いに接合された各端子の接合面を貫通する孔を形成する穿孔工程とを、順次有することを特徴とする。
超音波接合法では、端子同士を直接接合するので、接合界面における機械的強度が高く、かつ耐熱性に優れた接合体を安価に提供できる。また、接合界面に半田等の異種部材が介在しないので、後工程のリフロー時においても酸化、剥離等が生じることがない。
また、本発明の接合体の製造方法にあっては、接合面に穿孔工程を行うだけで、接合体の耐剥離強度を大幅に向上させることができ、特別なプロセスや製造機器を必要とせず、コストアップを招くことなく、機械的強度の高い接合体が提供可能となる。
超音波接合法では、端子同士を直接接合するので、接合界面における機械的強度が高く、かつ耐熱性に優れた接合体を安価に提供できる。また、接合界面に半田等の異種部材が介在しないので、後工程のリフロー時においても酸化、剥離等が生じることがない。
また、本発明の接合体の製造方法にあっては、接合面に穿孔工程を行うだけで、接合体の耐剥離強度を大幅に向上させることができ、特別なプロセスや製造機器を必要とせず、コストアップを招くことなく、機械的強度の高い接合体が提供可能となる。
かかる接合体の製造方法の構成において、前記穿孔工程では、機械加工又はレーザ加工によって前記孔を形成することを特徴とする。
機械的加工およびレーザ加工によって穿孔工程を行えば、先に接合された接合面が劣化されることなく孔を形成することができるばかりでなく、接合面の耐剥離強度を向上させるのに十分な湾曲を孔の開口周縁部に形成できる。また、これらの加工技術は、穿孔工程において広く適用されているものであり、既存の製造機器を用い、若干の製造プロセスの変更によって、本発明に係る機械的強度の高い接合体を安価でかつ高い歩留まりで提供可能である。
機械的加工およびレーザ加工によって穿孔工程を行えば、先に接合された接合面が劣化されることなく孔を形成することができるばかりでなく、接合面の耐剥離強度を向上させるのに十分な湾曲を孔の開口周縁部に形成できる。また、これらの加工技術は、穿孔工程において広く適用されているものであり、既存の製造機器を用い、若干の製造プロセスの変更によって、本発明に係る機械的強度の高い接合体を安価でかつ高い歩留まりで提供可能である。
本発明の接合体およびその製造方法によれば、高密度化、狭ピッチ化、薄型化、小型化への対応、製造コストの低減が可能であり、設計上の自由度が大きく、接合部分の酸化、剥離等への耐性が高く、接合部分の電気的導通の信頼性も良好で、しかも被接合部材をより強固に接合することが可能な接合体を提供することができる。
以下、図面に基づいて、本発明に係る接合体の一実施形態について説明する。図1(a)は本発明の接合体の一実施態様を示す平面図であり、図1(b)は同接合体の断面図である。さらに、図1(c)は図1(b)中の二点破線で示された要部Aの拡大断面図であり、図2は同接合体の接合界面およびその近傍を示す断面図である。また、これらの図は、本実施形態の接合体を模式的に示すもので、縮尺等を実際のものとは異ならせてある。
図1(a)、図1(b)に示すように、本実施形態の接合体は、フレキシブルプリント配線板(被接合部材、以下「FPC」と略す。)1と、リジッドプリント配線板(被接合部材、以下「RPC」と略す。)2とが接合部3にて接合されたものである。
FPC1は、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート等からなる樹脂基板10と、その表面に所定のパターンで形成された銅(Cu)等からなる複数の配線11とを具備してなり、各配線の一端部が外部と電気的に接続するための接続端子11aとされている。一方、RPC2は、エポキシ樹脂及びガラス繊維の複合材料等からなる樹脂基板20と、その表面に所定のパターンで形成された銅(Cu)等からなる複数の配線21とを具備してなり、各配線21の一端部が外部と電気的に接続するための接続端子21aとされている。これら配線板11、21の各配線の非端子部分表面は、ポリイミド,ポリエステル等からなるフィルム状の絶縁材、あるいはエポキシ系樹脂等からなる絶縁材(図示略)により被覆されている。
FPC1は、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート等からなる樹脂基板10と、その表面に所定のパターンで形成された銅(Cu)等からなる複数の配線11とを具備してなり、各配線の一端部が外部と電気的に接続するための接続端子11aとされている。一方、RPC2は、エポキシ樹脂及びガラス繊維の複合材料等からなる樹脂基板20と、その表面に所定のパターンで形成された銅(Cu)等からなる複数の配線21とを具備してなり、各配線21の一端部が外部と電気的に接続するための接続端子21aとされている。これら配線板11、21の各配線の非端子部分表面は、ポリイミド,ポリエステル等からなるフィルム状の絶縁材、あるいはエポキシ系樹脂等からなる絶縁材(図示略)により被覆されている。
FPC1の接続端子11aとRPC2の接続端子21aとは同一ピッチで形成され、各接続端子11aと各接続端子21aとは、互いの対向する接合面13、23で超音波接合され、接合部3とされている。すなわち、本実施形態の接合体は、FPC1とRPC2の端子同士が超音波接合された接合部3を具備するものとなっている。
接続端子11a、21aの接合界面には、図2に示すように、面積が0.3μm2程度で深さが0.5μm程度の空隙31が複数個点在している。この空隙31は、特定の超音波接合法にて両者を接合することで形成できる。なお、各接続端子11a、21aの表面には、あらかじめ接合に必要な処理等が施されている。
接続端子11a、21aの接合界面には、図2に示すように、面積が0.3μm2程度で深さが0.5μm程度の空隙31が複数個点在している。この空隙31は、特定の超音波接合法にて両者を接合することで形成できる。なお、各接続端子11a、21aの表面には、あらかじめ接合に必要な処理等が施されている。
接合部3には、互いに接合された接続端子11a、21aを貫通し、かつその接合面13、23を貫通するように、複数個の孔30‥が設けられている。図1(b)の二点破線で囲んだ要部Aを拡大して図1(c)に示したように、孔30‥の開口周縁部の接合面13、23は、孔30‥の穿孔方向に向かって湾曲している。このことにより、孔30‥の開口周縁部では、同じ曲率の湾曲面を有する接合面13、23が重ね合わされて接合された構造となり、接合面13、23が平板状で接合された場合に比べて、接合強度、特に耐剥離強度が大幅に向上する。加えて、これらの接合面13、23、を貫通するように孔を形成することにより、接合界面の金属原子が互いに移動、拡散するので、これによっても耐剥離強度が向上する。よって、従来のものに比べて接合面積が小さくとも、十分な耐剥離強度を有する接合体となる。
接合部3における孔30‥の占有総面積は、接合部3の面積の1/2以下が好ましい。
図3は、接合体のピール強度と、接合部3の面積に対する孔30の占有総面積の比率との関係を示す図である。孔30の大きさや孔の個数を調整して、接合部3における孔30の占有総面積を接合部3の面積の1/2以下とすることによって、孔30を形成していない接合体に比べて、ピール強度を向上させることができる。
図3は、接合体のピール強度と、接合部3の面積に対する孔30の占有総面積の比率との関係を示す図である。孔30の大きさや孔の個数を調整して、接合部3における孔30の占有総面積を接合部3の面積の1/2以下とすることによって、孔30を形成していない接合体に比べて、ピール強度を向上させることができる。
また、接合部3における孔30‥の個数は、特に限定されるものではないが、接合部3の耐剥離強度を向上させるためには、より多数の微細な孔30‥が設けられていることが好ましい。
接合部3における孔30‥の個数を増加させると、孔30‥の開口周縁部の湾曲された部位の数も増加するので、接合部3の耐剥離強度を向上させることができて、好適である。しかしながら、孔30‥の開口が過剰になると、接合部3の接合面積が小さくなりすぎて、かえって接合体の耐剥離強度が低下してしまう。よって、孔30の大きさや孔の個数を調整して、接合部3における孔30‥の占有総面積は、接合部3の面積の1/2以下とし、この範囲内でより多数の微細な孔30‥が設けられていることが好ましい。これにより、接合部3の面積が小さくとも、より高い耐剥離強度を有する接合体となる。
接合部3における孔30‥の個数を増加させると、孔30‥の開口周縁部の湾曲された部位の数も増加するので、接合部3の耐剥離強度を向上させることができて、好適である。しかしながら、孔30‥の開口が過剰になると、接合部3の接合面積が小さくなりすぎて、かえって接合体の耐剥離強度が低下してしまう。よって、孔30の大きさや孔の個数を調整して、接合部3における孔30‥の占有総面積は、接合部3の面積の1/2以下とし、この範囲内でより多数の微細な孔30‥が設けられていることが好ましい。これにより、接合部3の面積が小さくとも、より高い耐剥離強度を有する接合体となる。
孔30‥は、少なくとも接続端子11a、21aの接合面を貫通するように形成されていれば十分であるが、接合部3全体を貫通するように形成されていることが好ましい。接合部3で互いに接合されたFPC1とRPC2の接合面13、23だけに孔3‥を形成するのは、実際的ではないうえに、孔30‥が接合部3を貫通していても、接合体の機械的強度に対して本質的な悪影響を及ぼすものではないためである。さらに、孔30‥の穿孔深さを適宜変化させて、たとえば、接合面とFPC1を貫通するが、RPC2の外表面に達しないような深度の孔30‥としてもよい。
また、孔30‥は、接合面13、23と直交するように設けられていることが好ましいが、接合面を貫通すれば特に限定されるものではない。たとえば孔30‥は、接合面13、23に対して傾斜角度をもって設けられていてもよい。
また、孔30‥は、接合面13、23と直交するように設けられていることが好ましいが、接合面を貫通すれば特に限定されるものではない。たとえば孔30‥は、接合面13、23に対して傾斜角度をもって設けられていてもよい。
さらに、この孔30‥内には、防錆剤等の各種コーティングがなされていてもよい。コーティングを行うことにより、接続端子11a、21aをなす金属が孔30‥の内側面で表出しなくなるので、酸化による劣化を防止することができる。また、同様の目的で、孔30‥内には、絶縁性の樹脂が充填されていてもよい。樹脂充填物により、孔30‥の内側面の酸化を防止できるばかりでなく、接合部3がより一層、強固に接合されることになり、好適である。
[接合体の製造方法]
次に、上記接合体の製造方法の一実施形態について説明する。
はじめに、樹脂基板10の全面にCu箔を接着して、これをエッチングし、所定パターンの配線11を形成する。次いで、この樹脂基板10の全面にフィルム状の絶縁材(図示せず)を貼り付け、この絶縁材の接続端子11aに対応する部分に開口を形成することにより、各配線11の非端子部分を絶縁材で被覆する。
次いで、超音波接合を施す各接続端子11aの表面に、通常のメッキ処理にて、金(Au)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)等を含有するメッキ膜等の耐腐食性金属膜(図示略)を形成する。
以上のようにして、FPC1が製造される。RPC2についても、FPC1と同様に製造する。
次に、上記接合体の製造方法の一実施形態について説明する。
はじめに、樹脂基板10の全面にCu箔を接着して、これをエッチングし、所定パターンの配線11を形成する。次いで、この樹脂基板10の全面にフィルム状の絶縁材(図示せず)を貼り付け、この絶縁材の接続端子11aに対応する部分に開口を形成することにより、各配線11の非端子部分を絶縁材で被覆する。
次いで、超音波接合を施す各接続端子11aの表面に、通常のメッキ処理にて、金(Au)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)等を含有するメッキ膜等の耐腐食性金属膜(図示略)を形成する。
以上のようにして、FPC1が製造される。RPC2についても、FPC1と同様に製造する。
次いで、FPC1とRPC2の接続端子11a、21a同士を、接合界面に空隙31が形成されるように、超音波接合法により接合する。
かかる接合は、例えば、図4(a)に示したように、FPC1の耐腐食性金属膜を形成した接続端子11aとRPC2の耐腐食性金属膜を形成した接続端子21aとを重ね合わせ、この重ね合わせ部分B(図中、二点破線で示した。)に超音波接合機のホーンを近接し、このホーンに所定の加圧力を加えつつ、ホーンから発生する超音波振動を上記の重ね合わせ部分Bに印加することで実施できる。
ここでは、一方の樹脂基板の外面に超音波接合機のホーンを載置し、このホーンに所定の圧力を加えることにより、接続端子自体に直接ホーンが当たって傷が付くことがないため、圧力調整幅が広がる。また、接続端子自体に傷が付かないため、接合時及び接合後における断線を抑制することができる。
超音波接合の条件は、例えば、加圧力:0.1〜3kgf/mm2、接合時間:0.1〜1秒、振幅:5〜30μmとされる。
超音波接合法によれば、接続端子11a、21aを直接接合するので、接合界面における機械的強度を高めることができるうえに、接合工程の簡略化、低コスト化を図ることもできる。加えて、接合界面に半田や異方性導電材料等の異種物質を介在させないので、耐熱性にすぐれるばかりでなく、端子接合界面の酸化、剥離等への耐性が高く、接合部分の電気的導通の信頼性にも優れた接合体が得られる。
かかる接合は、例えば、図4(a)に示したように、FPC1の耐腐食性金属膜を形成した接続端子11aとRPC2の耐腐食性金属膜を形成した接続端子21aとを重ね合わせ、この重ね合わせ部分B(図中、二点破線で示した。)に超音波接合機のホーンを近接し、このホーンに所定の加圧力を加えつつ、ホーンから発生する超音波振動を上記の重ね合わせ部分Bに印加することで実施できる。
ここでは、一方の樹脂基板の外面に超音波接合機のホーンを載置し、このホーンに所定の圧力を加えることにより、接続端子自体に直接ホーンが当たって傷が付くことがないため、圧力調整幅が広がる。また、接続端子自体に傷が付かないため、接合時及び接合後における断線を抑制することができる。
超音波接合の条件は、例えば、加圧力:0.1〜3kgf/mm2、接合時間:0.1〜1秒、振幅:5〜30μmとされる。
超音波接合法によれば、接続端子11a、21aを直接接合するので、接合界面における機械的強度を高めることができるうえに、接合工程の簡略化、低コスト化を図ることもできる。加えて、接合界面に半田や異方性導電材料等の異種物質を介在させないので、耐熱性にすぐれるばかりでなく、端子接合界面の酸化、剥離等への耐性が高く、接合部分の電気的導通の信頼性にも優れた接合体が得られる。
さらに、接続端子11a、21aが接続された接合部3に、図4(b)に示したように、この接合部3を貫通する孔30‥を形成する。この孔30‥は、少なくとも接続端子11a、21aの接合面13、23、を貫通するように形成すれば良いが、穿孔のし易さに鑑みて、接合部3全体を貫通するように形成することが好適である。
接合面13、23を貫通するように孔30‥を形成することにより、孔30‥の開口周縁部では、同じ曲率の湾曲面を有する接合面13、23が重ね合わされて接合された構造となるので、平板のままの接合面13、23に比べて、接合強度が大幅に向上する。加えて、これらの接合面13、23を貫通するように孔を形成したことによって、接合界面の金属原子が互いに移動、拡散するので、更に耐剥離強度が向上する。
接合面13、23を貫通するように孔30‥を形成することにより、孔30‥の開口周縁部では、同じ曲率の湾曲面を有する接合面13、23が重ね合わされて接合された構造となるので、平板のままの接合面13、23に比べて、接合強度が大幅に向上する。加えて、これらの接合面13、23を貫通するように孔を形成したことによって、接合界面の金属原子が互いに移動、拡散するので、更に耐剥離強度が向上する。
孔30‥の穿孔には、NCドリル加工やパンチング加工等の機械的加工のほか、レーザ加工を利用することが好ましい。このような穿孔加工によれば、安価で正確に穿孔が行えると同時に、図4(c)に要部Cを拡大して示したように、孔30‥の開口周縁部の接合面13、23を、その穿孔方向に向かって湾曲させることができるためである。
孔30‥の個数は特に限定されないが、孔30‥の占有総面積が接合部3の面積の1/2以下であることが好ましい。孔30‥の個数が増加すれば、開口周縁部の湾曲した接合面の部位の個数も増加するので、剥離強度の向上に繋がるが、孔30‥の占有総面積が過度に大きくなると、接合面積が小さくなり、接合部3の機械的強度が小さくなるためである。
以上のようにして、本実施形態の接合体が完成する。
以上のようにして、本実施形態の接合体が完成する。
なお、超音波接合は上記以外の他の方法を用いても実施できる。
例えば、FPC1とRPC2の各端子11a、21aの表面に耐腐食性金属膜を形成し、この耐腐食性金属膜が表面に形成された状態の各端子11a、21aを超音波接合する代わりに、各端子11a、21aの表面に還元処理を施すことで表面にCu微粒子を析出させ、このCu微粒子が析出された状態の各端子11a、21aを超音波接合することによっても、接合界面に空隙31が形成されるように超音波接合できる。また、かかる方法にて超音波接合を行う場合、還元処理に先立ち、酸洗浄を施しておくことが好ましい。
酸洗浄は、接続端子11a、21aを、例えば硫酸と過酸化水素とを含有する洗浄液に浸漬することにより実施できる。還元処理は、接続端子11a、21aを、例えば、ヒドラジンとNaBH4とを含む処理溶液、あるいはホルムアルデヒド、アルキルアミン、ジメチルアミンボラン、ホウ化水素、ホスフィン酸、ホスフィン酸ナトリウム等を含む処理溶液に浸漬することにより実施できる。
例えば、FPC1とRPC2の各端子11a、21aの表面に耐腐食性金属膜を形成し、この耐腐食性金属膜が表面に形成された状態の各端子11a、21aを超音波接合する代わりに、各端子11a、21aの表面に還元処理を施すことで表面にCu微粒子を析出させ、このCu微粒子が析出された状態の各端子11a、21aを超音波接合することによっても、接合界面に空隙31が形成されるように超音波接合できる。また、かかる方法にて超音波接合を行う場合、還元処理に先立ち、酸洗浄を施しておくことが好ましい。
酸洗浄は、接続端子11a、21aを、例えば硫酸と過酸化水素とを含有する洗浄液に浸漬することにより実施できる。還元処理は、接続端子11a、21aを、例えば、ヒドラジンとNaBH4とを含む処理溶液、あるいはホルムアルデヒド、アルキルアミン、ジメチルアミンボラン、ホウ化水素、ホスフィン酸、ホスフィン酸ナトリウム等を含む処理溶液に浸漬することにより実施できる。
本実施形態の接合体の製造方法によれば、製造工程の若干の変更だけで、機械的強度、特に耐剥離強度の高い接合体を提供できる。また、本方法によれば、接合部の面積を小さくすることができるので、高密度化、狭ピッチ化、薄型化、小型化への対応が容易となり、設計上の自由度を大きくとることができる。
更に、本実施形態では、超音波接合時に接合界面に空隙31を設けることによって、耐久性を向上させている。
理由は必ずしも明らかではないが、従来の超音波接合では、接合界面が連続的に繋がっているため、接合界面に一箇所でも亀裂が生じた場合、そこから亀裂が容易に伝播するため、接合強度が低下しやすいのに対し、本実施形態では、接合界面に亀裂が生じても、接合界面に形成された空隙31が、その伝播を妨げると推察される。
更に、本実施形態では、超音波接合時に接合界面に空隙31を設けることによって、耐久性を向上させている。
理由は必ずしも明らかではないが、従来の超音波接合では、接合界面が連続的に繋がっているため、接合界面に一箇所でも亀裂が生じた場合、そこから亀裂が容易に伝播するため、接合強度が低下しやすいのに対し、本実施形態では、接合界面に亀裂が生じても、接合界面に形成された空隙31が、その伝播を妨げると推察される。
なお、本実施形態では、FPCとRPCとの接合に本発明を適用した例についてのみ説明したが、本発明の接合体およびその製造方法は、本実施形態に限定されるものではなく、端子を具備する一対の被接合部材が超音波接合されてなるものであれば、いかなる構造の接合体にも適用可能である。
例えばRPCとRPCとの接合体、FPCとFPC接合体にも適用可能であるばかりでなく、接合する各端子間に半田、導電ペースト、フィルム等を介在させた接合体、フライングリード端子や各種のコネクタ端子部品の接合部にも適用可能である。
また、被接合部材同士の接合工程も超音波接合に限定されるものではなく、いかなる接合工程であってもよい。
接合界面に空隙31が形成されていなくとも構わない。この場合も、前述した接合面13,23を貫通する孔30が設けられたことによる作用効果が得られることは言うまでもない。
例えばRPCとRPCとの接合体、FPCとFPC接合体にも適用可能であるばかりでなく、接合する各端子間に半田、導電ペースト、フィルム等を介在させた接合体、フライングリード端子や各種のコネクタ端子部品の接合部にも適用可能である。
また、被接合部材同士の接合工程も超音波接合に限定されるものではなく、いかなる接合工程であってもよい。
接合界面に空隙31が形成されていなくとも構わない。この場合も、前述した接合面13,23を貫通する孔30が設けられたことによる作用効果が得られることは言うまでもない。
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
[実施例1]
フライングリード端子を備えた一対のFPC基板を、そのフライングリード端子同士を接触させた状態で超音波接合法により接続した。前記フライングリード端子は、銅箔の厚さ20μm、回路幅75μm、回路ピッチ300μmで、端子接続部に厚さ1μmの金メッキが施されたものである。この接合部の長さは約750μmとなった。
次いで、この接合部に、エキシマレーザを用いたレーザドリリング法により、直径(D)が30μmの貫通孔を100μmの間隔で穿孔して、接合体とした。
この実施例の接合体のピール強度を測定したところ、50端子で約5.0Nであった。
貫通孔を設ける前の接合体のピール強度は、0.3Nであったので、接合部に貫通孔を設けたことにより、ピール強度が大きく向上したことが確認できた。
[実施例1]
フライングリード端子を備えた一対のFPC基板を、そのフライングリード端子同士を接触させた状態で超音波接合法により接続した。前記フライングリード端子は、銅箔の厚さ20μm、回路幅75μm、回路ピッチ300μmで、端子接続部に厚さ1μmの金メッキが施されたものである。この接合部の長さは約750μmとなった。
次いで、この接合部に、エキシマレーザを用いたレーザドリリング法により、直径(D)が30μmの貫通孔を100μmの間隔で穿孔して、接合体とした。
この実施例の接合体のピール強度を測定したところ、50端子で約5.0Nであった。
貫通孔を設ける前の接合体のピール強度は、0.3Nであったので、接合部に貫通孔を設けたことにより、ピール強度が大きく向上したことが確認できた。
[実施例2]
貫通孔の直径(D)を60,70,80μmとした以外は、実施例1と同様にして、接合体を製造し、この接合体のピール強度を測定した。
貫通孔の直径(D)が60μmの接合体のピール強度は3.4Nであり、貫通孔の直径(D)が60μmの接合体のピール強度は1.1Nであり、貫通孔の直径(D)が80μmの接合体のピール強度は0.2Nであった。
実施例1,2で製造された接合体のピール強度と、接合部の面積に対する孔の占有総面積の比率との関係を図3に示した。
接合部における孔の占有総面積が、接合部の面積の1/2以下の場合、孔を形成していない接合体に比べて、ピール強度を向上させることができた。
貫通孔の直径(D)を60,70,80μmとした以外は、実施例1と同様にして、接合体を製造し、この接合体のピール強度を測定した。
貫通孔の直径(D)が60μmの接合体のピール強度は3.4Nであり、貫通孔の直径(D)が60μmの接合体のピール強度は1.1Nであり、貫通孔の直径(D)が80μmの接合体のピール強度は0.2Nであった。
実施例1,2で製造された接合体のピール強度と、接合部の面積に対する孔の占有総面積の比率との関係を図3に示した。
接合部における孔の占有総面積が、接合部の面積の1/2以下の場合、孔を形成していない接合体に比べて、ピール強度を向上させることができた。
本発明は、携帯用情報機器、携帯用電話機等の電子機器に搭載される電子部品の接合体、具体的にはFPC/FPC接合体、RPC/FPC接合体、フレキシブルフラットケーブル/FPC接合体、メンブレン/FPC接合体、テープキャリアパッケージ/FPC接合体、テープキャリアパッケージ/RPC接合体等に好適に利用できる。
1…フレキシブルプリント配線板(被接合部材)、2…リジッドプリント配線板(被接合部材)、3…接合部、10,20…樹脂基板、11,21…配線、11a,21a…接続端子、13,23…接合面、30…孔、31…空隙部。
Claims (7)
- 端子を具備する一対の被接合部材が、前記端子の接合面で互いに接合されてなる接合体であって、
前記接合面を貫通する孔が設けられ、該孔の開口周縁部の接合面が、前記孔の穿孔方向に向かって湾曲していることを特徴とする接合体。 - 前記孔は、前記接合体を貫通するように形成されていることを特徴とする請求項1に記載の接合体。
- 前記接合面における前記孔の占有総面積は、該接合面の面積の1/2以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の接合体。
- 前記一対の被接合部材の少なくとも一方が可撓性部材からなることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の接合体。
- 前記端子の接合界面にはそれぞれ空隙が形成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の接合体。
- 端子を具備する一対の被接合部材が、前記端子の接合面で互いに接合されてなる接合体の製造方法であって、
前記被接合部材の各端子を接触させ、これら端子同士を超音波接合する接合工程と、互いに接合された各端子の接合面を貫通する孔を形成する穿孔工程とを、順次有することを特徴とする接合体の製造方法。 - 前記穿孔工程では、機械加工又はレーザ加工によって前記孔を形成することを特徴とする請求項6に記載の接合体の製造方法。
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-
2003
- 2003-12-26 JP JP2003435438A patent/JP2005197295A/ja not_active Withdrawn
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