JP2018018925A - 接合構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】可撓性絶縁基板の一表面に設けられた電極層に接続用金属部材が接合され、全体としての強度がより高められた接合構造体の製造方法を提供する。【解決手段】一表面に電極層１４が設けられた可撓性絶縁基板１２と接続用金属部材１６とが、前記電極層１４を介して配置された積層体１１に対し、ビーム径０．３ｍｍ以下に集光可能なレーザー光Ｌ０を前記可撓性絶縁基板側から照射して前記電極層１４と前記接続用金属部材１６とを溶接することを含み、前記電極層１４は、前記可撓性絶縁基板１２の表面に設けられた金属薄膜１３と、前記金属薄膜１３に積層され前記接続用金属部材に接合される金属厚膜１５とを備え、前記可撓性絶縁基板１２は、前記レーザー光Ｌ０に対する透過率が６０％以上の樹脂からなることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、接合構造体の製造方法に関する。

アルミナ等のセラミックス材料からなる基板上に、薄膜サーミスタを形成した温度センサが知られている。係る温度センサは、超小型で応答性が高いものの、基板を０．１ｍｍ程度に薄くすると非常に脆くなって壊れやすい。これに対し、基板として樹脂フィルムを用いたフィルム型サーミスタセンサは、非常に薄いうえにフレキシブルである。

フィルム型サーミスタセンサでは、樹脂フィルム上のサーミスタ材料層とリードフレームとが接続される。従来は、樹脂フィルム上にサーミスタ材料層と接続されたパターン電極を形成し、このパターン電極とリードフレームとがはんだ接合されていた。

従来のフィルム型サーミスタセンサは、はんだの融点（２００℃程度）を超える高温環境下では接合部が溶融してしまい、パターン電極とリードフレームとの接合を維持するのが困難となる。高温用途の電子部品を製造するために、抵抗溶接やレーザー溶接が普及している。抵抗溶接では、リードフレームに電極を押しつけ、加圧しつつ電極間に通電して発熱させてパターン電極とリードフレームとを接合する。レーザー溶接では、レーザー光のエネルギーを利用してパターン電極とリードフレームとを接合する。

パターン電極とリードフレームとを接合するために、種々の手法が提案されている（特許文献１〜４参照）。

特許文献１には、パターン電極の反対側に配された絶縁性フィルムにビアホールを形成し、このビアホールに埋め込まれた金属材料とリードフレームとを溶接することが開示されている。

特許文献２には、絶縁性フィルムの表面に形成されたパターン電極の基端部に端子部を設け、この端子部に導電性樹脂接着剤等によりリードフレームを接続することが開示されている。

特許文献３には、品質に悪影響を与えることなく、フレキシブルプリントサーキット（ＦＰＣ）を介して構成部品とは反対側からレーザー光を照射して、構成部品をＦＰＣに実装するために、発振波長が５３２ｎｍのレーザー光を照射する方法が開示されている。

特許文献４には、絶縁層または絶縁基板上にパターン形成された電極に溝部を設け、この溝部内にリードを埋め込んだ状態で側面と溝部との接触部分でレーザー溶接する方法が開示されている。

特開２０１４−１１６５５０号公報（請求項１） 特開２０１４−５２２２８号公報（段落００２５） 特開２００９−９４３４９号公報（請求項１） 特許第５５６０４６８号公報（請求項１）

しかしながら、上記特許文献に係る方法は、可撓性絶縁基板の表面に設けられたパターン電極等の電極層に、リードフレーム等の接続用金属部材を接合する方法としては、満足のいくものではなかった。

すなわち、特許文献１に記載されている方法では、パターン電極への悪影響を避けるためにはビアホールに所定の大きさが必要とされる。このため、構造が複雑となるのに加え製造コストが高い。特許文献２に記載されている導電性接着剤等の接着剤を用いる方法では、リードフレームとパターン電極との接合強度を十分に高めることができない。

ＦＰＣを介して構成部品とは反対側から発振波長が１０６４ｎｍのレーザー光が照射されると導体とフィルムとの接着層に悪影響が及ぶことから、特許文献３では発振波長が５３２ｎｍのレーザー光が用いられている。発振波長が５３２ｎｍのレーザー光の吸収率が高いのは銅や金などである。このため、構成部品とＦＰＣとの接合部には、銅や金を用いる必要がある。

電極に形成された溝部内にリードを埋め込む特許文献４の方法では、リードを埋め込むための溝部を有する電極が形成される。そのような電極を形成するには、溝部となる部分にめっき用レジストを施して保護して、めっき層を形成した後、めっき用レジストを除去する必要がある。このため、製造プロセスが煩雑になる。

パターン電極が非常に薄い場合には、レーザー溶接時の熱でパターン電極が蒸発してしまう。蒸発するのがパターン電極の一部であっても、パターン電極が非常に薄い場合には、リードフレームが深く溶け込めずに十分な接合強度が得られない。

樹脂フィルム上のパターン電極とリードフレームを抵抗溶接する場合、溶接用の電極が当接するのはリードフレーム側のみの片側スポット溶接になる。最低でも電極２本分のスペースが必要とされるため、小型化が困難である。さらに、パターン電極中を流れる電流による発熱で、溶接スポット間の電極と樹脂フィルムがダメージを受ける。

そこで本発明は、可撓性絶縁基板の一表面に設けられた電極層に接続用金属部材が接合され、全体としての強度がより高められた接合構造体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の観点は、一表面に電極層が設けられた可撓性絶縁基板と接続用金属部材とが、前記電極層を介して配置された積層体に対し、ビーム径０．３ｍｍ以下に集光可能なレーザー光を前記可撓性絶縁基板側から照射して前記電極層と前記接続用金属部材とを溶接することを含み、前記電極層は、前記可撓性絶縁基板の表面に設けられた金属薄膜と、前記金属薄膜に積層され前記接続用金属部材に接合される金属厚膜とを備え、前記可撓性絶縁基板は、前記レーザー光に対する透過率が６０％以上の樹脂からなることを特徴とする。

本発明の第２の観点は、第１の観点に基づく発明であって、前記レーザー光は、発振波長が１０６４ｎｍであることを特徴とする。

本発明の第３の観点は、第１または第２の観点に基づく発明であって、前記樹脂は、５重量％の重量が減少する熱分解温度（Ｔｄ５）が２３０℃以上であることを特徴とする。

本発明の第４の観点は、第３の観点に基づく発明であって、前記樹脂は、ポリイミド樹脂であることを特徴とする。

本発明の第５の観点は、第１〜第４の観点のいずれかに基づく発明であって、前記金属厚膜を、３〜２０μｍの厚さで形成することを特徴とする。

本発明の第６の観点は、第１〜第５の観点のいずれかに基づく発明であって、前記金属厚膜を、無電解Ｎｉめっきにより形成することを特徴とする。

本発明の第７の観点は、第６の観点に基づく発明であって、前記金属厚膜は、不純物の濃度が１ｗｔ％以下であることを特徴とする。

本発明の第８の観点は、第１〜第７の観点のいずれかに基づく発明であって、前記金属薄膜は、温度センサの薄膜サーミスタに接して設けられたパターン電極であることを特徴とする。

本発明の第９の観点は、第１〜第８の観点のいずれかに基づく発明であって、前記金属厚膜を前記金属薄膜の表面に部分的に設けることを特徴とする。

本発明の第１〜第９の観点の接合構造体の製造方法では、可撓性絶縁基板上に設けられた電極層に接続用金属部材を接合するにあたって、金属薄膜に金属厚膜を積層して電極層を構成し、ビーム径が０．３ｍｍ以下に集光可能なレーザー光を可撓性絶縁基板側から照射するのに加えて、該レーザー光に対する透過率が６０％以上の樹脂により可撓性絶縁基板を構成することにより、電極層と接続用金属部材とを強固に接合することができる。

本発明の第２の観点の接合構造体の製造方法では、発振波長が１０６４ｎｍのレーザー光を用いることにより、レーザー光のビーム径を小さくすることができ、微細溶接が可能である。

本発明の第３の観点の接合構造体の製造方法では、可撓性絶縁基板を構成する樹脂の５重量％の重量が減少する熱分解温度（Ｔｄ５）が２３０℃以上であることにより、接合構造体を高温用途に適用することが可能となる。

本発明の第４の観点の接合構造体の製造方法では、可撓性絶縁基板を構成する樹脂がポリイミド樹脂であることにより、耐熱性を高めるとともに、可撓性絶縁基板をシート状として接合構造体全体の厚さを小さくすることができる。

本発明の第５の観点の接合構造体の製造方法では、電極層に含まれる金属厚膜を、３〜２０μｍの厚さで形成することにより、電極層と接続用金属部材とをより確実に接合することができる。

本発明の第６の観点の接合構造体の製造方法では、電極層に含まれる金属厚膜を無電解Ｎｉめっきで形成することにより、大面積や複雑な形状の被めっき物に対しても、均一な金属厚膜を低コストで設けることができる。

本発明の第７の観点の接合構造体の製造方法では、電極層に含まれる金属厚膜中の不純物の濃度が１ｗｔ％以下であることにより、金属厚膜の融点の低下を抑制して、接続用金属部材と確実に接合することができる。

本発明の第８の観点の接合構造体の製造方法では、金属薄膜が温度センサの薄膜サーミスタに接して設けられたパターン電極であることにより、温度センサにおける接合部を強化することができる。

本発明の第９の観点の接合構造体の製造方法では、金属薄膜の表面に部分的に金属厚膜を設けるので、接続用金属部材が溶接された後に、パターン電極に相当する領域全体の厚さが増大するのを回避することができる。

実施形態に係る接合構造体の製造方法を説明する縦断面図である。 実施形態の方法により製造された接合構造体の縦断面図である。 レーザー光の照射痕部分の断面の顕微鏡写真である。 実施形態の方法を適用して製造した温度センサを説明する図であり、図４Ａは平面図、図４Ｂは側面図である。 温度センサの製造工程を説明する図であり、図５Ａは平面図、図５Ｂは図５ＡにおけるＡ−Ａ断面図である。 図５に続く状態を示す図であり、図６Ａは平面図、図６Ｂは図６ＡにおけるＡ−Ａ断面図である。 図６に続く状態を示す図であり、図７Ａは平面図、図７Ｂは図７ＡにおけるＡ−Ａ断面図である。 図７ＡにおけるＢ−Ｂ断面の部分拡大図であり、図８Ａは端子部の表面に金属厚膜を設けた状態の断面図、図８Ｂはリードフレームをレーザー溶接する状態を説明する断面図である。 図７に続く状態を示す図であり、図９Ａは平面図、図９Ｂは側面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。

１．全体構成
図１に示すように、本実施形態においては、一表面に電極層１４が設けられた可撓性絶縁基板１２と接続用金属部材１６とが、電極層１４を介して配置された積層体１１に対し、可撓性絶縁基板側１２から所定のレーザー光Ｌ０を照射する。照射されるレーザー光Ｌ０は、ビーム径を０．３ｍｍ以下に集光可能なレーザー光である。

レーザー光Ｌ０のビーム径が大きすぎる場合には、可撓性絶縁基板１２が広い範囲で融解するため、電極層１４においてもダメージを受ける領域が増大する。またビーム径が大きすぎる場合には、レーザー光Ｌ０が分散してしまう。レーザー光Ｌ０のビーム径が０．３ｍｍ以下であれば、レーザー光Ｌ０のエネルギーが集中する。このようなレーザー光Ｌ０を照射することによって、可撓性絶縁基板１２の制限された領域の直下における電極層１４および接続用金属部材１６が溶融するので、微細溶接が可能となる。

レーザー光Ｌ０のビーム径が０．３ｍｍ以下であれば、溶接に必要な出力を抑えることができる。その結果、製造における、生産工程の均等なタイミングを図るための工程作業時間、いわゆるタクトタイムの短縮も可能となる。

可撓性絶縁基板１２側から照射されるレーザー光Ｌ０のビーム径は、０．２ｍｍ以下に集光可能であることが好ましく、０．１ｍｍ以下に集光可能であることがより好ましい。レーザー光Ｌ０のビーム径が０．１ｍｍ以下に集光可能な場合、レーザー出力は、１００〜２００Ｗ程度とすることができる。

レーザー溶接では、レーザー発振器で増幅されたレーザーをフォーカスレンズで収束させることにより、大きなエネルギーを得ることができる。一般的には、集光地点のビーム径ｄは、レンズに入射するビーム径Ｄとレンズの焦点距離ｆを用いて、下記数式（１）で表される。

ｄ＝Ａ・λｆ／Ｄ 数式（１）
上記数式（１）中、Ａは定数であり、λはレーザーの波長である。本実施形態で要求されるエネルギーのレーザー光を発生する装置の場合、一般的なレーザー光の最小ビーム径は０．０８ｍｍとされている。したがって、本実施形態において照射されるレーザー光Ｌ０のビーム径の下限は、０．０８ｍｍ程度である。

ＹＡＧレーザー（波長１０６４ｎｍ）や半導体レーザー（波長８００〜９８０ｎｍ）を光源として用いて、ビーム径が０．１ｍｍ以下のレーザー光を照射することができる。ＹＡＧレーザーは、低コストであるのに加え、パルス発振で任意の波形を自由に設定することができる。しかも、ＹＡＧレーザーは、ファイバーの伝達損失が少ないことから、本実施形態で用いられるレーザー光源として好ましい。

レーザー光Ｌ０が照射される可撓性絶縁基板１２は、このレーザー光Ｌ０に対する透過率が６０％以上の樹脂で構成される。可撓性絶縁基板１２を透過するレーザー光Ｌ１が、可撓性絶縁基板１２に照射されたレーザー光Ｌ０の６０％以上であれば、レーザー光Ｌ１のエネルギーを、電極層１４と接続用金属部材１６との接合に有効に用いることができる。可撓性絶縁基板１２は、照射されるレーザー光Ｌ０の７０％以上を透過できることが好ましく、８０％以上を透過できることがより好ましい。

可撓性絶縁基板１２を構成する樹脂は、５重量％の重量が減少する熱分解温度（Ｔｄ５）が２３０℃以上であることが好ましい。熱分解温度は、例えば示唆熱分析（Differential Thermal Analysis: DTA）により求めることができる。可撓性絶縁基板１２として、熱分解温度（Ｔｄ５）が２３０℃以上の樹脂を用いることにより、使用温度が２００℃以上の温度センサの製造にも適用することが可能となる。樹脂のＴｄ５は、２５０℃以上であることがより好ましく、２６０℃以上であることが最も好ましい。

本実施形態においては、可撓性絶縁基板１２として、７．５〜１２５μｍ程度の厚さのポリイミド樹脂シートを用いる。可撓性絶縁基板１２は、７．５〜１２５μｍ程度の厚さを有していれば、接合構造体１０に要求される強度と可撓性を両立することができる。ポリイミド樹脂シートは、可撓性に加えて、高い耐熱性を備えている。しかも、ポリイミド樹脂は、発振波長１０６４ｎｍのレーザー光Ｌ０に対する透過率が８０％以上であることから、可撓性絶縁基板１２の材質として特に好ましい。

レーザー光Ｌ０が照射されることによって、図１に示すように、可撓性絶縁基板１２に変質した領域２８が生じる。変質した領域２８は、レーザー照射痕２０の一部である。上述したとおり本実施形態においては、照射されたレーザー光Ｌ０の８０％以上が、透過レーザー光Ｌ１として可撓性絶縁基板１２を透過する。透過レーザー光Ｌ１は、電極層１４を経て接続用金属部材１６に達する。

電極層１４は、可撓性絶縁基板１２の表面に形成された金属薄膜１３と、金属薄膜１３に積層され接続用金属部材１６に接合される金属厚膜１５とを含む。金属薄膜とは、厚さが１０００ｎｍ以下の金属膜をさし、金属厚膜とは、厚さが３μｍ以上の金属膜をさす。金属薄膜１３および金属厚膜１５は、いずれも透過レーザー光Ｌ１を吸収することが望まれる。Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒなどは、発振波長１０６４ｎｍのレーザー光の吸収率が高い金属として知られている。

金属薄膜１３は、例えば、温度センサの薄膜サーミスタのような所定の対象と導通を確保する目的で設けられる。このため、金属薄膜１３の厚さは１０００ｎｍ以下程度で十分である。本実施形態においては、５０〜１０００ｎｍ程度の厚さのＡｕ層をスパッタリング法により成膜して金属薄膜１３とする。

金属厚膜１５は、接続用金属部材１６との接合を確保するために、金属薄膜１３に積層される。金属厚膜１５が薄すぎる場合には、接続用金属部材１６との強固な接合を確保するのが困難になる。一方、金属厚膜１５が厚すぎる場合には、金属厚膜１５が剥離しやすくなる。金属厚膜１５の厚さが３〜２０μｍ程度であれば、こうした不都合を回避することができる。金属厚膜１５の厚さは、５〜１５μｍ程度がより好ましい。本実施形態においては、金属厚膜１５は、５〜１５μｍ程度の厚さのＮｉめっき層とする。

Ｎｉめっき層からなる金属厚膜１５と接合される接続用金属部材１６としては、例えばステンレススチール（以下、ＳＵＳと称する）製のリードフレームを用いることができる。ＳＵＳ製リードフレームの厚さは、一般的には、５０〜１５０μｍ程度である。

金属厚膜１５としてのＮｉめっき層は、無電解Ｎｉめっきにより形成することが好ましい。無電解Ｎｉめっきは、大面積や複雑な形状の被めっき物に対しても均一なめっき層を形成することができる。しかも、無電解Ｎｉめっきは、電解Ｎｉめっきに比べ低コストである。Ｎｉめっき層中の不純物の濃度は、１ｗｔ％以下であることが好ましい。不純物の濃度は、例えば電子線マイクロアナライザ（Electron Probe Micro Analyzer： EPMA）分析により求めることができる。不純物としては、例えばリンおよびボロンが挙げられる。一般的に、めっき層は、含有される不純物の濃度が高くなると融点が低下する傾向にある。不純物の濃度が１％以下のＮｉめっき層１５は、純Ｎｉと同等の１４５０℃程度の融点を維持できるので、接続用金属部材１６と確実に接合することができる。

可撓性絶縁基板１２を透過したレーザー光Ｌ１の作用によって、図２に示すように、電極層１４には変質した領域２４が生じる。接続用金属部材１６にも、電極層１４に接する側に変質した領域２２が生じる。これらの変質した領域２２，２４と、可撓性絶縁基板１２における変質した領域２８とを含む領域２０は、レーザー照射痕に相当する。

電極層１４の変質した領域２４と接続用金属部材１６の変質した領域２２との界面では、金属厚膜１５と接続用金属部材１６とが溶融して一体化層２６が形成される。本実施形態においては、一体化層２６はＳＵＳとＮｉとを含む合金からなる。一体化層２６には、Ａｕが含まれる場合もある。図２中に参照符号２６ａとして示されるように、一体化層２６は、レーザー照射痕２０の周囲の電極層１４と接続用金属部材１６との界面にも形成されることもあるが、レーザー照射痕２０の周囲の領域２６ａは必ずしも必須ではない。金属薄膜１５と接続用金属部材１６との界面に一体化層２６が形成されていれば、接続用金属部材１６と電極層１４との接合は達成される。

レーザー照射痕２０は、接続用金属部材１６の厚さ方向の全体にわたって存在する必要はない。電極層１４との接合が確保できる一体化層２６が形成されていれば、図２に示すように接続用金属部材１６の厚さ方向に未変質の領域が存在しても構わない。

２．作用および効果
本実施形態の方法では、可撓性絶縁基板１２を介してレーザー光Ｌ０を照射して、電極層１４と接続用金属部材１６とを溶接し、これらを接合して接合構造体１０を製造する。電極層１４と接続用金属部材１６とは、可撓性絶縁基板１２を透過したレーザー光Ｌ１の作用により接合されるので、接合構造体１０は、絶縁フィルムに金属材料を埋め込む場合よりも容易に製造することができる。

レーザー光Ｌ０は、ビーム径が０．３ｍｍ以下に集光可能であるので、微細溶接が達成できる。照射されたレーザー光Ｌ０の６０％以上が可撓性絶縁基板１２を透過できるので、電極層１４と接続用金属部材１６との溶接に効率よく用いられる。

しかも、電極層１４は、金属薄膜１３に積層された金属厚膜１５を備えている。透過レーザー光Ｌ１の作用によって、金属厚膜１５と接続用金属部材１６とが溶融して一体化することから、接続用金属部材１６と電極層１４とは強固に接合される。金属厚膜１５より融点の高い金属からなる接続用金属部材１６を用いる場合には、透過レーザー光Ｌ１の作用により金属厚膜１５が十分に溶融するので、接続用金属部材１６と電極層１４との接合はよりいっそう確実になる。

レーザー光Ｌ０を可撓性絶縁基板１２側に照射して、電極層１４と接続用金属部材１６とを接合するので、抵抗溶接によりこれらを接合する場合とは異なって、接合に必要な面積を小さくすることができる。このようにして製造された接合構造体１０は、はんだが用いられていないので、高温環境下で使用しても電極層１４と接続用金属部材１６との接合は確実に保たれる。本実施形態の方法を適用して製造された温度センサは、高温環境下でも温度測定が可能となる。

本実施形態の方法によって、接続用金属部材１６と電極層１４とを強固に接合できることから、全体としての強度が向上した接合構造体１０を製造することが可能となった。

３．変形例
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することが可能である。

上記実施形態では、可撓性絶縁基板１２としてポリイミド樹脂シートを用いたが、ポリイミド樹脂シートの他、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂等を用いることもできる。

電極層１４を構成する金属薄膜１３の厚さ、用いる金属は、適宜変更することができる。Ａｕ層の厚さは、５０〜１０００ｎｍの範囲で適宜選択することができる。Ａｕ層の下層に５〜１００ｎｍのＣｒ層またはＮｉＣｒ層を設けてもよい。所定の厚さの金属薄膜１３が得られれば、スパッタリング法以外の方法により、可撓性絶縁基板１２の表面に金属薄膜１３を成膜することもできる。

金属薄膜１３に積層される金属厚膜１５は、Ｎｉの他、Ｃｒ，Ａｕ，またはＰｔ等を用いてもよい。金属厚膜１５は、金属薄膜１３に積層されていれば、接続用金属部材１６との接合を確保することができる。金属厚膜１５の厚さは、接続用金属部材１６の厚さ等に応じて適宜選択することができる。所定の厚さの金属厚膜１５が得られれば、めっき以外の方法により金属厚膜１５を成膜してもよい。

上述の実施形態では、接続用金属部材１６としてリードフレームを用いたが、リードフレームの他、導線などの接続用金属部材１６を用いることもできる。また、接続用金属部材１６を形成するための金属としてＳＵＳを用いたが、可撓性絶縁基板１２を透過したレーザー光Ｌ１を吸収して溶融し、金属厚膜１５と一体化層２６を形成できる任意の金属を用いることができる。ＳＵＳ以外で使用可能な接続用金属部材１６の材質としては、例えば、ＣｕおよびＮｉが挙げられる。

接続用金属部材１６と金属厚膜１５とは、接続用金属部材１６の融点が、金属厚膜１５の融点よりも高くなるように、金属の組み合わせを選択することが望まれる。

レーザー照射痕２０においては、可撓性絶縁基板１２、電極層１４、および接続用金属部材１６が完全に埋められていることが、必ずしも必須ではない。レーザー光Ｌ０の作用により、可撓性絶縁基板１２の一部が蒸発したり、透過レーザー光Ｌ１の作用により、電極層１４や接続用金属部材１６の一部が蒸発して、レーザー照射痕２０の一部に空隙が生じていてもよい。

接続用金属部材１６と電極層１４との界面では、レーザー照射痕２０の周囲に一体化層の一部２６ａが存在する（図２参照）。レーザー照射痕２０の一部に空隙が生じている場合であっても、レーザー照射痕２０の周囲の接続用金属部材１６と電極層１４との界面に、一体化層の一部２６ａが存在することによって、接続用金属部材１６と電極層１４とが接合される。

４．実施例
レーザー溶接により、可撓性絶縁基板上の電極層に接合用金属部材を溶接して接合構造体を作製し、接合部分（レーザー照射痕）を観察した。

可撓性絶縁基板としては、厚さ５０μｍのポリイミド樹脂シートを用いた。このポリイミド樹脂シートの上に、スパッタリング法によりＡｕ層を２００ｎｍの厚さで成膜して金属薄膜を形成した。金属薄膜上には、Ｎｉめっき層を１０μｍの厚さで成膜して金属厚膜を形成した。Ｎｉめっき層中のリン濃度は、１ｗｔ％以下であることがＥＰＭＡ分析により確認された。金属薄膜と金属厚膜とによって、電極層が構成される。

電極層の上には、接続用金属部材としてのＳＵＳ製リードフレーム（厚さ８０μｍ）を配置し、図１に示したように可撓性絶縁基板側からレーザー光を照射した。レーザー光の照射条件は、ビーム径０．１ｍｍ、出力３００Ｗ、照射時間１ｍｓとした。これにより、接続用金属部材と金属厚膜とを接合して接合構造体を作製した。

図３には、得られた接合構造体における接合部分（レーザー照射痕）の断面顕微鏡写真を示す。図３に示すように、接続用金属部材１６が、可撓性絶縁基板１２の表面に設けられた電極層１４に、レーザー照射痕２０の領域で接合されている。すでに説明したとおり、電極層１４は、金属薄膜１３と、この上に積層された金属厚膜１５とを含む。レーザー照射痕２０においては、可撓性絶縁基板１２に変質した領域２８が生じている。このレーザー照射痕２０においては、電極層１４と接続用金属部材１６との界面で共に溶融して、一体化層２６が形成されている。こうして形成された一体化層２６が、電極層１４と接続用金属部材１６との接合に寄与する。

明確には示されていないが、レーザー照射痕２０においては、電極層１４が変質した領域２４、および接続用金属部材１６が変質した領域２２が存在する。

５．温度センサへの応用
本実施形態の方法を用いて、図４Ａ，図４Ｂに示すような温度センサにおけるパターン電極とリードフレームとを接合することができる。

図示する温度センサ３０は、一対のリードフレーム１６Ａと、一対のリードフレーム１６Ａに接続されたセンサ部３３と、一対のリードフレーム１６Ａに固定されて一対のリードフレーム１６Ａを保持する絶縁性の保持部３４とを備えている。保持部３４は、取り付け用の開孔３４ａを有している。一対のリードフレーム１６Ａは、図２に示した接合構造体１０における接続用金属部材１６に相当する。

一対のリードフレーム１６Ａは、銅系合金、鉄系合金またはステンレス等の合金で形成され、樹脂製の保持部３４によって一定間隔を保持した状態で支持されている。一対のリードフレーム１６Ａは、保持部３４内で一対のリード線３５に接続されている。

センサ部３３は、絶縁性フィルム１２Ａを備えたフィルム型サーミスタセンサである。絶縁性フィルム１２Ａとしては、厚さ７．５〜１２５μｍのポリイミド樹脂シートが用いられる。絶縁性フィルム１２Ａは、接合構造体１０における可撓性絶縁基板１２に相当する。

絶縁性フィルム１２Ａの表面には、サーミスタ材料でパターン形成された薄膜サーミスタ部３７が設けられている。薄膜サーミスタ部３７の上には、パターン化された一対の櫛型電極３８が形成されている。一対の櫛型電極３８に接続するように、一対のパターン電極１３Ａが絶縁性フィルム１２Ａの表面に形成されている。薄膜サーミスタ部３７および櫛型電極３８は、絶縁性の保護膜４０で覆われている。

薄膜サーミスタ部３７を形成するサーミスタ材料は、一般式：ＴｉｘＡｌｙＮｚ（０．７０≦ｙ／（ｘ＋ｙ）≦０．９５、０．４≦ｚ≦０．５、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で示される金属窒化物である。この金属窒化物は、六方晶系のウルツ鉱型の単相の結晶構造を有する。薄膜サーミスタ部３７の厚さは、一般的には１０〜１０００ｎｍ程度である。

一対の櫛型電極３８は、薄膜サーミスタ部３７上で互いに対向状態に配されて交互に櫛部（図示せず）が並んだ櫛型パターンに形成されている。櫛型電極３８は、膜厚５〜１００ｎｍのＣｒまたはＮｉＣｒからなる下地層と、膜厚５０〜１０００ｎｍのＡｕ層との積層構造である。

一対のパターン電極１３Ａは、先端が櫛型電極３８に接続される。一対のパターン電極１３Ａの基端は、リードフレーム１６Ａに接合される端子部となる。パターン電極１３Ａは、櫛型電極５８と同様に、膜厚５〜１００ｎｍのＣｒまたはＮｉＣｒからなる下地層と、膜厚５０〜１０００ｎｍのＡｕ層との積層構造である。パターン電極１３Ａは、接合構造体１０における金属薄膜１３に相当する。

一対のパターン電極１３Ａのそれぞれの端子部には、５〜１５μｍの厚さのＮｉめっき層（図示せず）を介してリードフレーム１６Ａが接合されている。パターン電極１３Ａの端子部とリードフレーム１６Ａとの間に介在するＮｉめっき層は、接合構造体１０における金属厚膜１５に相当する。

パターン電極１３Ａの端子部に接合された一対のリードフレーム１６Ａは、薄膜サーミスタ部３７を間に挟んで絶縁性フィルム１２Ａの表面上に延び、絶縁性フィルム１２Ａに接着されている。薄膜サーミスタ部３７、パターン電極１３Ａおよびリードフレーム１６Ａが設けられた絶縁性フィルム１２Ａの表面は、全体が絶縁性の保護シート４１で覆われている。

温度センサ３０は、絶縁性フィルム１２Ａ上にパターン電極１３Ａ等を形成してセンサ部３３を得、パターン電極１３Ａの端子部に、金属厚膜（図示せず）を介してリードフレーム１６Ａを接合することにより製造することができる。以下に、温度センサ３０の製造方法を具体的に説明する。センサ部３３における絶縁性フィルム１２Ａとしては、厚さ５０μｍのポリイミド樹脂シートを用いる。

センサ部３３の作製にあたっては、まず、絶縁性フィルム１２Ａの上に、図５Ａ、図５Ｂに示すような薄膜サーミスタ部３７を形成する。薄膜サーミスタ部３７は、絶縁性フィルム１２Ａの全面にＴｉｘＡｌｙＮｚ（ｘ＝０．０９、ｙ＝０．４３、ｚ＝０．４８）合金膜を成膜し、成膜されたＴｉｘＡｌｙＮｚ合金膜をパターニングすることによって得られる。

ＴｉｘＡｌｙＮｚ合金膜は、Ｔｉ−Ａｌ合金スパッタリングターゲットを用いた反応性スパッタリングにより成膜することができる。到達真空度５×１０^−６Ｐａ、スパッタガス圧０．４Ｐａ、ターゲット投入電力（出力）２００Ｗで、Ａｒガス＋窒素ガスの混合ガス雰囲気下、窒素ガス分率を２０％の条件でスパッタリングを行なうことで、２００ｎｍの厚さのＴｉｘＡｌｙＮｚ合金膜が成膜される。

成膜されたＴｉｘＡｌｙＮｚ合金膜の上にレジスト液をバーコーターで塗布し、１１０℃で９０秒間のプリベークを行なってレジスト膜を形成する。レジスト膜の所定の領域に露光を施し、レジスト膜の不要部分を現像液で除去する。さらに、１５０℃で５分間のポストベークを行なってレジストパターンを得る。

レジストパターンをマスクとして用い、市販のＴｉエッチャントでウェットエッチングを行なって、ＴｉｘＡｌｙＮｚ合金膜の不要部分を除去する。レジストパターンを剥離して、絶縁性フィルム１２Ａの所定の位置に、所定の形状の薄膜サーミスタ部３７が得られる（図５Ａ，図５Ｂ）。

サーミスタ部３７が設けられた絶縁性フィルム１２Ａの上には、図６Ａに示すように、一対の櫛形電極３８およびパターン電極１３Ａといった導電性膜を形成する。図６Ｂに示すように、一対の櫛型電極３８は、薄膜サーミスタ部３７に接続して薄膜サーミスタ部３７を覆うように設けられる。導電性膜を形成するには、まず、Ｃｒ層（厚さ２０ｎｍ）およびＡｕ層（厚さ２００ｎｍ）をスパッタリング法により順次成膜して、金属積層膜を得る。

金属積層膜の上にレジスト液をバーコーターで塗布し、１１０℃で９０秒間のプリベークを行なってレジスト膜を形成する。レジスト膜の所定の領域に露光を施し、レジスト膜の不要部分を現像液で除去する。さらに、１５０℃で５分間のポストベークを行なって、レジストパターンを得る。

レジストパターンをマスクとして用い、市販のＡｕエッチャントおよびＣｒエッチャントにより順次ウェットエッチングを行なって、金属積層膜の不要部分を除去する。レジストパターンを剥離して、複数の櫛部３８ａを有する一対の櫛型電極３８、およびそれぞれの櫛形電極３８に接続したパターン電極１３Ａが得られる。一対の櫛形電極３８は、櫛部３８ａ同士が互い違いになるように対向して形成されている。パターン電極１３Ａの基端は、リードフレーム（図示せず）に接続される端子部１３Ｂとなる。

一対の櫛形電極３８およびパターン電極１３Ａは、絶縁性フィルム１２Ａと薄膜サーミスタ部３７との間に設けることもできる。この場合には、薄膜サーミスタ部３７を形成する前の絶縁性フィルム１２Ａ上に、上述したような金属積層膜を形成してウェットエッチングを行なえばよい。

薄膜サーミスタ３７に接続された櫛形電極３８を覆って、図７Ａ，図７Ｂに示すように絶縁性の保護膜４０を形成する。絶縁性の保護膜４０としては、例えば２０μｍの厚さのポリイミド膜を用いることができる。ポリイミド膜は、ポリイミドワニスを印刷法により塗布し、２５０℃で３０分間キュアして得られる。こうして、絶縁性フィルム１２Ａ上に薄膜サーミスタ部３７、櫛形電極３８およびパターン電極１３Ａが設けられたセンサ部３３が作製される。

センサ部３３上のパターン電極１３Ａの端子部１３Ｂには、図８Ａに示すようにＮｉめっき層１５Ａからなる金属厚膜を、１０μｍの厚さで形成する。Ｎｉめっき層１５Ａ中のリン濃度は、１ｗｔ％以下であることが好ましい。Ｎｉめっき層１５Ａ中のリン濃度は、ＥＰＭＡ分析により求めることができる。図８Ａに示すように、絶縁性フィルム１２Ａの表面に設けられたパターン電極１３Ａ（金属薄膜）の端子部１３Ｂと、Ｎｉめっき層１５Ａ（金属厚膜）との積層構造によって電極層１４Ａが構成される。

Ｎｉめっき層１５Ａの上には、図８Ｂに示すようにリードフレーム１６Ａ（厚さ８０μｍ）を配置し、絶縁性フィルム１２Ａ側からレーザー光ＬＯを照射する。レーザー照射にあたっては、例えばビーム径０．１ｍｍ、出力３００ＷのＹＡＧレーザー光（発振波長１０６４ｎｍ）を、絶縁性フィルム１２Ａ側から照射する。レーザー光の照射時間は、１ｍｓとすることができる。

レーザー光の照射によって、図９Ａ，図９Ｂに示すように、保持部３４に保持された一対のリードフレーム１６Ａが絶縁性フィルム１２Ａ上に設けられて、センサ部３３に接続される。リードフレーム１６Ａは、溶接によりセンサ部３３における電極層（図示せず）に接合される。

図２を参照して説明したように、レーザー光が照射された部分では、絶縁性フィルム１２Ａの表面からリードフレーム１６Ａに向けてレーザー照射痕（図示せず）が形成される。レーザー照射痕においては、絶縁性フィルム１２Ａおよび電極層１４Ａとともに、リードフレーム１６Ａの電極層１４Ａ側が変質する。Ｎｉめっき層１５Ａとリードフレーム１６Ａとの界面には、一体化層（図示せず）が形成される。

センサ部３３においては、一対のリードフレーム１６Ａが設けられた絶縁性フィルム１２Ａの表面に保護シート４１を貼り付ける。保護シート４１としては、接着剤付きのポリイミドフィルムを用いることができる。こうして、図４Ａ，図４Ｂに示した温度センサ３０が得られる。

上述したとおり、温度センサ３０は、一対のパターン電極１３Ａ（金属薄膜）のそれぞれの端子部１３Ｂに、Ｎｉめっき層１５Ａ（金属厚膜）を介したレーザー溶接によってリードフレーム１６Ａが接合されている。Ｎｉめっき層１５Ａが介在することで接合部の強度をより高めることができ、高温環境下でも良好に使用することが可能である。

金属厚膜としてのＮｉめっき層１５Ａは、パターン電極１３Ａの全表面ではなく、端子部１３Ｂに５〜１５μｍの厚さで部分的に設けられているので、パターン電極１３Ａ全体の厚さが増大して熱容量が増加することはない。したがって、センサ部３３の応答性が低下するといった問題は避けることができる。しかも、平坦な測定面が得られることから、温度測定の精度も向上する。また、抵抗溶接の場合よりも溶接に必要な面積が小さくなるので、電池形状の選択の自由度が広がる。

なお、温度センサの他にも、サーミスタを用いた湿度センサ等においても、金属厚膜を介して接続用金属部材としてのリードフレームと、金属薄膜としてのパターン電極とをレーザー溶接により接合することによって、同様の効果が得られる。

１０ 接合構造体
１２ 可撓性絶縁基板
１３ 金属薄膜
１４ 電極層
１５ 金属厚膜
１６ 接続用金属部材
Ｌ０ レーザー光
２０ 溶融スポット
２２ 接続用金属部材が変質した領域
２４ 電極層が変質した領域
２６ 一体化層
２８ 可撓性絶縁基板が変質した領域
３０ 温度センサ
３３ センサ部
３４ 保持部
３５ リード線
３７ 薄膜サーミスタ部
３８ 櫛形電極
４０ 保護膜
４１ 保護フィルム

Claims (9)

1. 一表面に電極層が設けられた可撓性絶縁基板と接続用金属部材とが、前記電極層を介して配置された積層体に対し、ビーム径０．３ｍｍ以下に集光可能なレーザー光を前記可撓性絶縁基板側から照射して前記電極層と前記接続用金属部材とを溶接することを含み、
   前記電極層は、前記可撓性絶縁基板の表面に設けられた金属薄膜と、前記金属薄膜に積層され前記接続用金属部材に接合される金属厚膜とを備え、
   前記可撓性絶縁基板は、前記レーザー光に対する透過率が６０％以上の樹脂からなる
   ことを特徴とする接合構造体の製造方法。
2. 前記レーザー光は、発振波長が１０６４ｎｍであることを特徴とする請求項１記載の接合構造体の製造方法。
3. 前記樹脂は、５重量％の重量が減少する熱分解温度（Ｔｄ５）が２３０℃以上であることを特徴とする請求項１または２記載の接合構造体の製造方法。
4. 前記樹脂は、ポリイミド樹脂であることを特徴とする請求項３記載の接合構造体の製造方法。
5. 前記金属厚膜を、３〜２０μｍの厚さで形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の接合構造体の製造方法。
6. 前記金属厚膜を、無電解Ｎｉめっきにより形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の接合構造体の製造方法。
7. 前記金属厚膜は、不純物の濃度が１ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項６記載の接合構造体の製造方法。
8. 前記金属薄膜は、温度センサの薄膜サーミスタに接して設けられたパターン電極であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の接合構造体の製造方法。
9. 前記金属厚膜を、前記金属薄膜の表面に部分的に設けることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の接合構造体の製造方法。
   

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