JP2018153817A - Joint structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、接合構造体に関する。 The present invention relates to a bonded structure.
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。 A temperature sensor in which a thin film thermistor is formed on a substrate made of a ceramic material such as alumina is known. Such a temperature sensor is very small and highly responsive, but when the substrate is thinned to about 0.1 mm, it becomes very brittle and easily broken. On the other hand, a film type thermistor sensor using a resin film as a substrate is very thin and flexible.
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。 In the film type thermistor sensor, the thermistor material layer on the resin film and the lead frame are connected. Conventionally, a patterned electrode connected to a thermistor material layer is formed on a resin film, and the patterned electrode and the lead frame are soldered together.
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。 In the conventional film type thermistor sensor, the joint portion melts in a high temperature environment exceeding the melting point (about 200 ° C.) of the solder, and it becomes difficult to maintain the joint between the pattern electrode and the lead frame. Resistance welding and laser welding are widely used to produce electronic components for high temperature applications. In resistance welding, an electrode is pressed against a lead frame and energized between the electrodes while applying pressure to generate heat, thereby joining the pattern electrode and the lead frame. In laser welding, the pattern electrode and the lead frame are joined using the energy of laser light.
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)。 Various methods have been proposed for joining the pattern electrode and the lead frame (see Patent Documents 1 to 4).
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。 Patent Document 1 discloses that a via hole is formed in an insulating film disposed on the opposite side of the pattern electrode, and a metal material embedded in the via hole and a lead frame are welded.
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。 In Patent Document 3, an oscillation wavelength is set to irradiate a laser beam from a side opposite to a component through a flexible printed circuit (FPC) without mounting the component on the FPC without adversely affecting the quality. A method of irradiating 532 nm laser light is disclosed.
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。 Patent Document 4 discloses a method in which a groove is provided in an electrode patterned on an insulating layer or an insulating substrate, and laser welding is performed at a contact portion between the side surface and the groove with a lead embedded in the groove. .
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。 However, the method according to the above-mentioned patent document is not satisfactory as a method of joining a connecting metal member such as a lead frame to an electrode layer such as a pattern electrode provided on the surface of a flexible insulating substrate. It was.
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の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。
That is, in the method described in Patent Document 1, a predetermined size is required for the via hole in order to avoid an adverse effect on the pattern electrode. For this reason, the structure is complicated and the manufacturing cost is high. The method using an adhesive such as a conductive adhesive described in
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。 When laser light having an oscillation wavelength of 1064 nm is irradiated from the opposite side of the component through the FPC, the adhesive layer between the conductor and the film is adversely affected. In Patent Document 3, laser light having an oscillation wavelength of 532 nm is used. It has been. Copper, gold, and the like have a high absorption rate for laser light having an oscillation wavelength of 532 nm. For this reason, it is necessary to use copper or gold for the joint between the component and the FPC.
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。 In the method of Patent Document 4 in which a lead is embedded in a groove formed in the electrode, an electrode having a groove for embedding the lead is formed. In order to form such an electrode, it is necessary to remove the plating resist after forming a plating layer by applying a plating resist to the portion to be the groove to protect it. For this reason, the manufacturing process becomes complicated.
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。 When the pattern electrode is very thin, the pattern electrode evaporates due to heat during laser welding. Even if a part of the pattern electrode evaporates, if the pattern electrode is very thin, the lead frame does not melt deeply and sufficient bonding strength cannot be obtained.
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、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。 When the pattern electrode on the resin film and the lead frame are resistance-welded, the electrode contacts only one-side spot welding on the lead frame side. Since at least a space for two electrodes is required, miniaturization is difficult. Further, the electrode and the resin film between the welding spots are damaged by heat generated by the current flowing in the pattern electrode.
そこで本発明は、可撓性絶縁基板上に順次設けられた電極層および接続用金属部材を備え、接続用金属部材の表面から可撓性絶縁基板の表面に達する溶融スポットが設けられた接合構造体において、電極層と接続用金属部材の接合強度とは別に、可撓性絶縁基板と電極層との界面の強度を向上させることで、素子全体としての強度がより高められた接合構造体を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention includes a joining structure provided with an electrode layer and a connecting metal member sequentially provided on a flexible insulating substrate, and provided with a melting spot that reaches the surface of the flexible insulating substrate from the surface of the connecting metal member. In the body, apart from the bonding strength between the electrode layer and the connecting metal member, by improving the strength of the interface between the flexible insulating substrate and the electrode layer, a bonding structure having a further increased strength as a whole element is obtained. The purpose is to provide.
本発明の第1の観点は、可撓性絶縁基板と、前記可撓性絶縁基板上に形成された電極層と、前記電極層に溶接された接続用金属部材とを備え、前記接続用金属部材の表面から前記可撓性絶縁基板の表面に達する溶融スポットが設けられた接合構造体であって、前記可撓性絶縁基板と前記電極層との界面は、前記溶融スポットの周囲に、前記可撓性絶縁基板と前記電極層とがかみ合った接合強化部を有することを特徴とする。 A first aspect of the present invention includes a flexible insulating substrate, an electrode layer formed on the flexible insulating substrate, and a connecting metal member welded to the electrode layer, the connecting metal A bonding structure provided with a melting spot that reaches the surface of the flexible insulating substrate from the surface of a member, and an interface between the flexible insulating substrate and the electrode layer is around the melting spot, It has a junction strengthening part in which the flexible insulating substrate and the electrode layer are engaged with each other.
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、前記可撓性絶縁基板は、ポリイミド樹脂シートであることを特徴とする。 A second aspect of the present invention is an invention based on the first aspect, wherein the flexible insulating substrate is a polyimide resin sheet.
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、前記電極層は、前記可撓性絶縁基板の表面に形成された金属薄膜と、前記金属薄膜を保護する金属厚膜とを含むことを特徴とする。 A third aspect of the present invention is the invention based on the first or second aspect, wherein the electrode layer protects the metal thin film formed on the surface of the flexible insulating substrate and the metal thin film. And a thick metal film.
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、前記接続用金属部材は、前記金属厚膜より融点の高い金属からなることを特徴とする。 A fourth aspect of the present invention is the invention based on the third aspect, wherein the connecting metal member is made of a metal having a melting point higher than that of the metal thick film.
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、前記接合強化部は複数の凸部を含み、前記凸部の高さは0.1〜0.5μmであり、隣接する凸部間の距離は0.1〜1.5μmであることを特徴とする。 A fifth aspect of the present invention is the invention based on any one of the first to fourth aspects, wherein the joint strengthening portion includes a plurality of convex portions, and the height of the convex portions is 0.1 to 0. 0.5 μm, and the distance between adjacent convex portions is 0.1 to 1.5 μm.
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、前記接合強化部は、3〜30μmの幅で前記溶融スポットの周囲に存在することを特徴とする。 A sixth aspect of the present invention is the invention according to any one of the first to fifth aspects, wherein the joint strengthening portion has a width of 3 to 30 μm and exists around the melting spot. To do.
本発明の第7の観点は、第1〜第6の観点のいずれかに基づく発明であって、前記接合強化部は、前記溶融スポットの中心から50μm以上200μm以下の範囲内に設けられていることを特徴とする。 A seventh aspect of the present invention is an invention based on any one of the first to sixth aspects, wherein the joint strengthening portion is provided in a range of 50 μm or more and 200 μm or less from the center of the melting spot. It is characterized by that.
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、前記溶融スポットは複数設けられ、中心間の距離が500μm以上離れて隣接していることを特徴とする。 An eighth aspect of the present invention is the invention based on any one of the first to seventh aspects, wherein a plurality of the melting spots are provided, and the distance between the centers is adjacent by 500 μm or more. And
本発明の第9の観点は、第8の観点に基づく発明であって、前記溶融スポットは、1mm2当たり1.25点以上の密度で設けられていることを特徴とする。 A ninth aspect of the present invention is the invention based on the eighth aspect, wherein the melting spots are provided at a density of 1.25 points or more per 1 mm 2 .
本発明の第10の観点は、第3〜第9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。 A tenth aspect of the present invention is the invention based on any one of the third to ninth aspects, wherein the metal thin film is a pattern electrode provided in contact with a thin film thermistor of a temperature sensor. To do.
本発明の第11の観点は、第3〜第10の観点のいずれかに基づく発明であって、前記金属厚膜は、前記金属薄膜の表面に部分的に設けられていることを特徴とする。 An eleventh aspect of the present invention is the invention according to any one of the third to tenth aspects, wherein the metal thick film is partially provided on a surface of the metal thin film. .
本発明の第1〜第11の観点の接合構造体では、可撓性絶縁基板と電極層との界面が、溶融スポットの周囲に、可撓性絶縁基板と電極層とがかみ合った接合強化部を有することにより、可撓性絶縁基板と電極層との接合強度が高くなり、接合構造体全体としての強度を高めることができる。 In the bonding structure according to the first to eleventh aspects of the present invention, the interface between the flexible insulating substrate and the electrode layer is joined to the flexible reinforcing substrate and the electrode layer around the melting spot. By having this, the bonding strength between the flexible insulating substrate and the electrode layer is increased, and the strength of the entire bonded structure can be increased.
本発明の第1〜第11の観点の接合構造体は、可撓性絶縁基板上に順次設けられた電極層および接続用金属部材を備えている。溶接スポット数を増やした場合には、電極層と接続用金属部材との間の強度が増加する。接合強化部を形成することによって、可撓性絶縁基板と電極層との間の強度が高められる。その結果、可撓性絶縁基板と電極層との間の強度が電極層と接続用金属部材間の強度を下回った場合でも、接合構造体全体としての強度を高めることができる。 The bonded structure according to the first to eleventh aspects of the present invention includes an electrode layer and a connecting metal member that are sequentially provided on a flexible insulating substrate. When the number of welding spots is increased, the strength between the electrode layer and the connecting metal member increases. By forming the joint strengthening portion, the strength between the flexible insulating substrate and the electrode layer is increased. As a result, even when the strength between the flexible insulating substrate and the electrode layer is lower than the strength between the electrode layer and the connecting metal member, the strength of the entire bonded structure can be increased.
本発明の第2の観点の接合構造体では、可撓性絶縁基板がポリイミド樹脂シートであることにより、接合構造体全体の厚さを小さくできるとともに、耐熱性を高めることができる。 In the joint structure according to the second aspect of the present invention, since the flexible insulating substrate is a polyimide resin sheet, the thickness of the entire joint structure can be reduced and the heat resistance can be increased.
本発明の第3の観点の接合構造体では、電極層が可撓性絶縁基板の表面に形成された金属薄膜と、金属薄膜を保護する金属厚膜とを含むことにより、金属薄膜を保護しつつ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。 In the bonded structure according to the third aspect of the present invention, the electrode layer includes a metal thin film formed on the surface of the flexible insulating substrate and a metal thick film for protecting the metal thin film, thereby protecting the metal thin film. In addition, the electrode layer and the connecting metal member can be firmly bonded.
本発明の第4の観点の接合構造体では、接続用金属部材が金属厚膜より融点の高い金属からなるので、金属厚膜を溶融させて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。 In the joint structure according to the fourth aspect of the present invention, since the connecting metal member is made of a metal having a melting point higher than that of the metal thick film, the metal thick film is melted to firmly bond the electrode layer and the connecting metal member. be able to.
本発明の第5の観点の接合構造体では、接合強化部が複数の凸部を含み、凸部の高さは0.1〜0.5μmであり、隣接する凸部間の距離は0.1〜1.5μmであるので、可撓性絶縁基板と電極層との接合強度をより高めることができる。 In the joint structure according to the fifth aspect of the present invention, the joint reinforcing portion includes a plurality of convex portions, the height of the convex portions is 0.1 to 0.5 μm, and the distance between adjacent convex portions is 0. 0. Since it is 1-1.5 micrometers, the joint strength of a flexible insulated substrate and an electrode layer can be raised more.
本発明の第6の観点の接合構造体では、接合強化部が1〜30μmの幅で溶融スポットの周囲に存在することにより、可撓性絶縁基板と電極層との接合強度をさらに高めることができる。 In the bonded structure according to the sixth aspect of the present invention, the bonding strength between the flexible insulating substrate and the electrode layer can be further increased by the presence of the bonding reinforcing portion having a width of 1 to 30 μm around the melting spot. it can.
本発明の第7の観点の接合構造体では、接合強化部が溶融スポットの中心から50μm以上200μm以下の範囲内に設けられていることにより、可撓性絶縁基板と電極層との接合強度をよりいっそう高めることができる。 In the bonded structure according to the seventh aspect of the present invention, the bonding strength portion is provided within the range of 50 μm or more and 200 μm or less from the center of the melting spot, thereby increasing the bonding strength between the flexible insulating substrate and the electrode layer. It can be further enhanced.
本発明の第8の観点の接合構造体では、溶融スポットが複数設けられ、中心間の距離が500μm以上離れて隣接していることにより、隣接する溶融スポットの接合強化部が干渉するのを避けることができる。 In the joined structure according to the eighth aspect of the present invention, a plurality of melting spots are provided, and the distance between the centers is adjacent by 500 μm or more, thereby avoiding interference between the joining strengthened portions of the adjacent melting spots. be able to.
本発明の第9の観点の接合構造体では、溶融スポットは、1mm2当たり1.25点以上の密度で設けられていることにより、可撓性絶縁基板と電極層との接合強度をより確実に高めることができる。 In the bonded structure according to the ninth aspect of the present invention, the melting spot is provided at a density of 1.25 points or more per 1 mm 2 , thereby further ensuring the bonding strength between the flexible insulating substrate and the electrode layer. Can be increased.
本発明の第10の観点の接合構造体では、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。 In the bonded structure according to the tenth aspect of the present invention, the metal thin film is a pattern electrode provided in contact with the thin film thermistor of the temperature sensor, whereby the bonded portion in the temperature sensor can be strengthened.
本発明の第11の観点の接合構造体では、金属厚膜が金属薄膜の表面に部分的に設けられているので、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。 In the junction structure according to the eleventh aspect of the present invention, the thick metal film is partially provided on the surface of the metal thin film, so that the thickness of the entire region corresponding to the pattern electrode after the connecting metal member is welded. It is possible to avoid an increase in the size.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1.全体構成
図1に示す接合構造体10は、可撓性絶縁基板12と、可撓性絶縁基板12上に設けられた電極層14と、電極層14に溶接された接続用金属部材16とを備えている。電極層14は、追って説明するように、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を保護する金属厚膜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。
1. Overall Configuration
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。金属薄膜13は、50〜1000nm程度の厚さのAu層とする。金属厚膜15は、5〜15μm程度の厚さのNiめっき層とする。接続用金属部材16としては、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。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。
In the present embodiment, a polyimide resin sheet having a thickness of about 7.5 to 125 μm is used as the flexible insulating
接続用金属部材16の表面から可撓性絶縁基板12の表面に達して、溶融スポット20が設けられている。追って説明するように、溶融スポット20は、レーザー光の照射痕である。本実施形態においては、接続用金属部材16が変質した領域22と、電極層14が変質した領域24と、これらの領域の間の一体化層26とによって溶融スポット20が構成される。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。
A
接続用金属部材16としてのSUS製リードフレームより体積の小さい電極層14が変質した領域24は、存在しない場合もある。接続用金属部材16が変質した領域22と一体化層26とが溶接スパッタとなって、蒸発する場合もある。この領域には、空隙が生じる。図1中に参照符号26aとして示されるように、一体化層26は、溶融スポット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。
The
可撓性絶縁基板12と電極層14との界面は、溶融スポット20の周囲に接合強化部18を有している。溶融スポット20の直下には、可撓性絶縁基板12が変質して一部溶融した領域28が存在する。
The interface between the flexible insulating
図2に示すように、溶融スポット20の周囲における可撓性絶縁基板12と電極層14との界面19では、可撓性絶縁基板12と電極層14とがかみ合って、接合強化部18が形成されている。接合強化部18は複数の凸部を含む。凸部の高さhは、0.1〜0.5μm程度であり、隣接する凸部間の距離dは、0.1〜1.5μm程度である。図2においては、可撓性絶縁基板12側を凸部として見ているが、これとは逆に、電極層14側を凸部として見た場合も、凸部の高さhおよび隣接する凸部間の距離dは同様である。
As shown in FIG. 2, at the
例えば可撓性絶縁基板12の表面で観察すると、接合強化部18は、図3に示すように溶融スポット20の周囲に環状に存在する。前述の複数の凹部は、環状の接合強化部18内に半径方向に含まれている。溶融スポット20はレーザー光の照射痕であるので、可撓性絶縁基板12の表面で観察される溶融スポット20の形状は、略円形となる。溶融スポット20の周囲に形成される接合強化部18の幅wは、3〜30μm程度である。接合強化部18の幅wは、金属薄膜13の表面で観察した場合も同様に、3〜30μm程度となる。
For example, when observed on the surface of the flexible insulating
上述したとおり、接合強化部18は、溶融スポット20の周囲に形成される。溶融スポット20はレーザー光の照射痕であるので、接合強化部18の形成される範囲は、レーザー光の照射条件によって決定される。接合強化部18を形成可能な領域を、図4に領域30として示す。本実施形態においては、溶融スポットの中心pからD1(50μm)以上D2(200μm)以下の領域が、接合強化部を形成可能な領域30となる。
As described above, the
2以上の溶融スポット20が存在する場合には、図5に示すように、隣接する溶融スポット20の中心p間の距離D3は、500μm以上とすることができる。溶融スポット20は、金属厚膜15について1mm2当たり1.25点以上の密度で設けることが好ましい。隣接する溶融スポット20の中心p間の距離D3は、溶融スポット20の密度を考慮して、金属厚膜15の接続用金属部材16に接する部分の面積に応じて適宜決定することができる。
When two or more melting spots 20 exist, as shown in FIG. 5, the distance D3 between the centers p of adjacent melting spots 20 can be 500 μm or more. The
2.製造方法
本実施形態の接合構造体10は、可撓性絶縁基板12表面に形成された電極層14の上に接続用金属部材16を配置し、接続用金属部材16側からレーザー光を照射して、電極層14と接続用金属部材16とを溶融させて接合することによって製造することができる。
2. Manufacturing Method In the
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に要求される適切な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ことから、可撓性絶縁基板12として特に好ましい。
If the flexible insulating
可撓性絶縁基板12上には、スパッタリング法によりAuを所定の厚さで成膜して金属薄膜13を得る。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。
On the flexible insulating
金属薄膜13上には、Niめっき層を所定の厚さで成膜して、金属厚膜15を形成する。金属厚膜15は、レーザー光照射の際に金属薄膜13を保護する。金属厚膜15が薄すぎる場合には、金属薄膜13を保護することが困難になる。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。
On the metal
接続用金属部材16としてのSUS製のリードフレームを金属厚膜15上に配置して、図6に示すような積層体11を得る。積層体11に対し、図6に示すように、接続用金属部材16側からレーザー光Lを照射する。レーザー光Lのビーム径は、0.08〜0.3mm程度とすることができる。
A lead frame made of SUS as the connecting
ビーム径が大きすぎる場合には、接続用金属部材16および金属厚膜15が広い範囲で融解するため、溶接の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Lが分散してしまう。
When the beam diameter is too large, the connecting
レーザー光Lのビーム径が0.3mm以下であれば、レーザー光のエネルギーが集中する。このようなレーザー光を照射することによって、接続用金属部材16および金属厚膜15の所望の領域のみを融解させて接合することができる。
If the beam diameter of the laser beam L is 0.3 mm or less, the energy of the laser beam is concentrated. By irradiating such laser light, only the desired regions of the connecting
レーザー光Lのビーム径が0.3mm以下の場合には、溶接に必要な出力も低下する。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。 When the beam diameter of the laser beam L is 0.3 mm or less, the output required for welding also decreases. As a result, it is possible to shorten a process work time for achieving an even timing of a production process in manufacturing, a so-called tact time.
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。 In laser welding, large energy can be obtained by converging a laser amplified by a laser oscillator with a focus lens. In general, the beam diameter d at the condensing point is expressed by the following formula (1) using the beam diameter D incident on the lens and the focal length f of the lens.
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。上記レーザー光のビーム径の下限(0.08mm)は、これに基づく。
d = A · λf / D Formula (1)
In the above formula (1), A is a constant, and λ is the wavelength of the laser. In the case of an apparatus that generates laser light having the energy required in this embodiment, the minimum beam diameter of a general laser light is 0.08 mm. The lower limit (0.08 mm) of the laser beam diameter is based on this.
ビーム径が0.08〜0.3mm程度のレーザー光Lを照射する場合、出力は0.2〜0.4kW程度、照射時間は0.5〜1.5ms程度とすることができる。1.5ms以内の照射時間であれば、熱の散逸は避けられる。 When irradiating the laser beam L with a beam diameter of about 0.08 to 0.3 mm, the output can be about 0.2 to 0.4 kW, and the irradiation time can be about 0.5 to 1.5 ms. If the irradiation time is within 1.5 ms, heat dissipation can be avoided.
上述の条件でレーザー光Lを照射することによって、レーザー光Lが照射された領域では、図1に示したように、接続用金属部材16および電極層14が変質し、これらの界面には一体化層26が生じる。一体化層26が生じることによって、接続用金属部材16が電極層14に溶接される。接続用金属部材16が変質した領域22、電極層14が変質した領域24、および一体化層26は、レーザー光Lの照射痕に相当する。領域22,24および一体化層26によって、溶融スポット20が構成される。
By irradiating the laser beam L under the above-described conditions, in the region irradiated with the laser beam L, the connecting
溶融スポット20の直下では、可撓性絶縁基板12が変質して一部溶融し、領域28となる。溶融スポット20の周囲では、レーザー光Lのエネルギーにより、可撓性絶縁基板12と電極層14との界面19に凹凸が生じて、可撓性絶縁基板12と電極層14とがかみ合う。
Immediately below the
以上のようにして、溶融スポット20の周囲のうち、可撓性絶縁基板12と電極層14との界面には、可撓性絶縁基板12と電極層14とがかみ合うことによって接合強化部18が形成される。
As described above, the
接合強化部18の幅w(図3参照)は、レーザー光Lの照射条件に応じて適宜設定することができる。接合強化部18が形成される領域30(図4参照)も同様に、レーザー光Lの照射条件に応じて適宜設定することができる。
The width w (see FIG. 3) of the
複数の溶融スポット20を形成する場合には、隣接する溶融スポット20の周囲の接合強化部18同士が干渉しないことが好ましい。図5を参照して説明したように、隣接する溶融スポット20の中心p間の距離D3が500μm以上となるように、レーザー光Lを照射することが望まれる。
In the case where a plurality of melting spots 20 are formed, it is preferable that the
また、複数の溶融スポット20を形成する場合には、金属厚膜15について、1mm2当たり1.25点以上の密度となるように、レーザー光Lを照射することが好ましい。例えば、金属厚膜15の面積が4.8mm2の場合には、溶融スポット20は6点以上となるようにレーザー光を照射する。1mm2当たり1.25点以上の密度で溶融スポット20が存在することによって、可撓性絶縁基板12と電極層14との接合強度をより高めることができる。
Moreover, when forming the several fusion | melting
3.作用および効果
本実施形態に係る接合構造体10においては、接続用金属部材16の表面から電極層14を貫通して、可撓性絶縁基板12の表面に達する溶融スポット20が形成されている。溶融スポット20は、レーザー光の照射痕である。レーザー光の照射により発生する熱で溶融スポット20周囲の可撓性絶縁基板12の一部が融解し、可撓性絶縁基板12と電極層14とがかみ合って接合強化部18が形成される。
3. Action and Effect In the bonded
可撓性絶縁基板12と電極層14との界面は、もともと化学的結合により接合されている。上記のような接合強化部18が存在することによって、可撓性絶縁基板12と電極層14との界面では、いわゆるアンカー構造が形成される。アンカー構造により機械的接合の効果が得られて、滑り方向の抵抗が増す。その結果、可撓性絶縁基板12と電極層14との接合強度が高められた。レーザー光の照射により接合されるので、接合構造体10は、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。
The interface between the flexible insulating
しかも、接合構造体10における電極層14は、金属薄膜13を保護する金属厚膜15を備えている。レーザー光の照射により金属厚膜15と接続用金属部材16とが一体化することで、接続用金属部材16と電極層14とはより強固に接合される。接続用金属部材16が金属厚膜15より融点の高い金属からなる場合には、レーザー光の照射によって金属厚膜15が十分に溶融するので、接続用金属部材16と電極層14との接合はより確実になる。
In addition, the
接合構造体10は、接続用金属部材16と電極層14とが強固に接合されているのに加えて、可撓性絶縁基板12と電極層14との接合強度が高いので、全体としての強度が向上した。
In addition to the fact that the connecting
接合構造体10は、レーザー光を照射することにより接合されているので、抵抗溶接により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。溶融スポット間の電極層14や可撓性絶縁基板12がダメージを受けることもない。さらに、接合構造体10は、高温環境下で使用しても、電極層14と接続用金属部材16との接合には、何ら問題が生じることはない。
Since the joining
4.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。
4). The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed within the scope of the gist of the present invention.
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。
In the above embodiment, a polyimide resin sheet is used as the flexible insulating
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。
The thickness of the metal
金属薄膜13を保護する金属厚膜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上に存在していれば、金属薄膜13を保護することができる。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。
The
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、照射されるレーザー光L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。
In the above-described embodiment, the lead frame is used as the connecting
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。
For the connecting
溶融スポット20は、接続用金属部材16や電極層14を完全に埋めて設けられることが、必ずしも必須ではない。レーザー光Lの照射により、接続用金属部材16および電極層14の一部が蒸発して、溶融スポット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、溶融スポット20の周囲に一体化層の一部26aが存在する(図1参照)。このように溶融スポット20の一部に空隙が生じている場合であっても、溶融スポット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。
It is not always essential that the
5.実施例
まず、可撓性絶縁基板上の電極層に接続用金属部材を溶接して、可撓性絶縁基板と電極層との間の接合強化部を観察した。
5. Example First, the connecting metal member was welded to the electrode layer on the flexible insulating substrate, and the joint strengthening portion between the flexible insulating substrate and the electrode layer was observed.
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。金属薄膜と金属厚膜とによって、電極層が構成される。 A polyimide resin sheet with a thickness of 50 μm was used as the flexible insulating substrate. On this polyimide resin sheet, an Au layer was formed to a thickness of 200 nm by sputtering to form a metal thin film. On the metal thin film, a Ni plating layer was formed to a thickness of 10 μm to form a metal thick film. An electrode layer is constituted by the metal thin film and the metal thick film.
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、ビーム径0.2mm、出力0.3kWのレーザー光を照射時間1msで照射した。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。 On the electrode layer, a lead frame made of SUS (thickness: 80 μm) as a metal member for connection was placed, and a laser beam with a beam diameter of 0.2 mm and an output of 0.3 kW was irradiated for an irradiation time of 1 ms. As a result, the connecting metal member and the metal thick film were joined to produce a joined structure.
図7Aには、得られた接合構造体の溶融スポット近傍の断面顕微鏡写真を示す。可撓性絶縁基板12上に電極層14が形成され、電極層14上には接続用金属部材16が設けられている。溶融スポット20においては、接続用金属部材16と電極層14とは共に溶融し、一部が蒸発して空隙が生じている。
FIG. 7A shows a cross-sectional photomicrograph in the vicinity of the melting spot of the obtained bonded structure. An
溶融スポット20の周囲の可撓性絶縁基板12と電極層14との界面(領域X)の拡大像を、図7Bに示す。電極層14は、金属薄膜13と、金属薄膜13上の金属厚膜15とを含んでいる。可撓性絶縁基板12と電極層14との界面19には、可撓性絶縁基板12と電極層14とがかみ合った接合強化部18が確認される。
FIG. 7B shows an enlarged image of the interface (region X) between the flexible insulating
図8には、ここで作製された接合構造体における溶融スポット20の中心と、ビーム径BDとを示す。ビーム径BDは0.2mmである。図8においては、溶融スポット20の中心からD1(50μm)の位置をAとし、D2(200μm)の位置をBとしている。図7Aと図8とを合わせて観察すると、接合強化部18は、D1以上D2以下の領域に存在していることがわかる。
FIG. 8 shows the center of the
次に、溶融スポットの数を変更して接合構造体のサンプルを作製し、可撓性絶縁基板と電極層との接合強度を調べた。 Next, a sample of a bonded structure was prepared by changing the number of melting spots, and the bonding strength between the flexible insulating substrate and the electrode layer was examined.
(実施例1)
実施例1においては、図9に示すようなサンプル40Aを作製した。
Example 1
In Example 1, a
サンプル40Aの作製にあたっては、まず、可撓性絶縁基板12としてのポリイミド樹脂シート(厚さ50μm)上の2か所に、金属薄膜13としてのAu層(厚さ200nm)をスパッタリング法により成膜した。それぞれの金属薄膜13の上には、金属厚膜15としてのNiめっき層(厚さ10μm)を、4.5mm2の面積で形成した。
In producing the
金属厚膜15と重なるように、接続用金属部材16としてのSUS製リードフレーム(厚さ80μm)を配置し、レーザー光を照射して金属厚膜15と接続用金属部材16とを接合してサンプル40Aが得られた。
An SUS lead frame (thickness: 80 μm) as a connecting
レーザー光の照射条件は、ビーム径0.2mm、出力0.3kW、照射時間1msとした。溶融スポット20の数は、それぞれの接続用金属部材16について12個とした。この場合、溶融スポット20の密度は、2.67点/mm2となる。
The laser light irradiation conditions were a beam diameter of 0.2 mm, an output of 0.3 kW, and an irradiation time of 1 ms. The number of
図9に示すように、実施例1のサンプル40Aには、合計で24個の溶融スポット20が設けられた。可撓性絶縁基板12と金属薄膜13との界面では、溶融スポット20の周囲に接合強化部(図示せず)が確認された。
As shown in FIG. 9, the
さらに、以下の点を変更する以外は実施例1と同様の手法により、実施例2および従来例の試料を作製した。 Furthermore, the sample of Example 2 and the prior art example was produced by the same method as Example 1 except having changed the following points.
(実施例2)
それぞれの接続用金属部材16上に形成する溶融スポット20の数を15個に変更する以外は、実施例1と同様にして実施例2のサンプルを作製した。実施例2のサンプルの平面図を図10に示す。図10に示すように、実施例2のサンプル40Bには、合計で30個の溶融スポット20が設けられた。この場合、溶融スポット20の密度は、3.33点/mm2となる。
(Example 2)
A sample of Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that the number of melting spots 20 formed on each connecting
実施例1のサンプル40Aの場合と同様、実施例2のサンプル40Bにおいても、可撓性絶縁基板12と金属薄膜13との界面では、溶融スポット20の周囲に接合強化部(図示せず)が確認された。
As in the case of the
(従来例)
抵抗溶接により接続用金属部材16と金属厚膜15とを接合する以外は、実施例1と同様にして従来例のサンプルを作製した。従来例のサンプルの平面図を図11Aに示し、側面図を図11Bに示す。図11A,11Bに示すように、従来例のサンプル140は、接続用金属部材16と金属厚膜15との界面に2つの溶融スポット120が形成されている。溶融スポット120の直径は、150μm程度であった。従来例のサンプル140は、可撓性絶縁基板12と金属薄膜13との界面に接合強化部が存在しない。
(Conventional example)
A sample of a conventional example was produced in the same manner as in Example 1 except that the connecting
<物性値の測定>
実施例1,2、従来例のサンプルについて、可撓性絶縁基板12を接続用金属部材16からピールさせる方向で引き剥がして破断強度を測定した。破断強度の測定には、株式会社イマダ製のデジタルフォースゲージZTA−5Nを用いた。実施例および比較例のサンプルは、いずれも可撓性絶縁基板12と金属薄膜13との界面で剥離するまでの最大強度を破断強度として、図12に示す。
<Measurement of physical properties>
The samples of Examples 1 and 2 and the conventional example were peeled in the direction in which the flexible insulating
なお、従来例の抵抗溶接は片側スポット溶接のため、溶接スポット数の変更が実質不可能である。溶接部の形態は、実施例1,2(レーザー溶接)が金属化合物形成であるのに対し、従来例(抵抗溶接)では固相拡散による接合となる。実施例1,2、従来例はいずれも可撓性絶縁基板12と電極層14間で破断するが、それ以外の部分で破断する可能性もある。こうした点から、実施例1,2、従来例のサンプルについては、破断強度で比較した。いずれも、電極面積は4.5mm2である。
Since resistance welding in the conventional example is one-side spot welding, the number of welding spots cannot be changed substantially. As for the form of the welded portion, Examples 1 and 2 (laser welding) are metal compound formation, whereas in the conventional example (resistance welding), joining by solid phase diffusion is used. In each of Examples 1 and 2 and the conventional example, the fracture occurs between the flexible insulating
実施例1のサンプルは、抵抗溶接により接続用金属部材16を金属厚膜15に接合した従来例を超える破断強度を有している。実施例2の結果に示されるように、溶融スポット数20が多くなると、さらに高い破断強度を得ることができる。
The sample of Example 1 has a breaking strength exceeding the conventional example in which the connecting
一般に、溶接による接合面の接合強度は、溶接スポット数に比例する。例えばスポットあたりの強度が300mNの場合、スポットを3つにすれば、接合面の接合強度は900mNとなる。実際には、電極層14と接続用金属部材16との間の強度を向上させると、可撓性絶縁基板12と電極層14との間の強度が、電極層14と接続用金属部材16との間の強度を下回る。このため、破断強度は、可撓性絶縁基板12と電極層14との間の界面強度と一致する。
Generally, the joint strength of the joint surface by welding is proportional to the number of welding spots. For example, when the intensity per spot is 300 mN, if the number of spots is three, the bonding strength of the bonding surface is 900 mN. Actually, when the strength between the
従来例のサンプルを強度測定のため破断させた場合、可撓性絶縁基板12と電極層14との間の界面で破断する。この場合、強度は600mNにとどまっている。従来実施している抵抗溶接で向上できるのは、溶接による接合面の強度、すなわち、電極層14と接続用金属部材16との間の強度である。抵抗溶接では、サンプルの破断強度を向上させることはできない。
When the sample of the conventional example is broken for strength measurement, it breaks at the interface between the flexible insulating
一方、実施例1,2のサンプルの破断強度はそれぞれ、850mNと1000mNである。実施例のサンプルでは、元々の可撓性絶縁基板12と電極層14間の界面の強度である600mNより高くなり、可撓性絶縁基板12と電極層14との間の界面強度が上昇したことが分かる。
On the other hand, the breaking strengths of the samples of Examples 1 and 2 are 850 mN and 1000 mN, respectively. In the sample of the example, the strength of the interface between the original flexible insulating
実施例のサンプルでは、溶接前後において、可撓性絶縁基板12と電極層14間の界面で変化する部分が、接合強化部のみである。破断強度は、溶接スポット数に比例して向上している。こうしたことから、接合強化部が可撓性絶縁基板12と電極層14との間の界面強度を向上させ、サンプル全体の破断強度を向上させたことが分かる。
In the sample of the example, the part that changes at the interface between the flexible insulating
6.温度センサへの応用
本実施形態の接合構造体は、図13A,図13B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の接合に応用することができる。
6). Application to Temperature Sensor The bonding structure according to the present embodiment can be applied to bonding of a pattern electrode and a lead frame in a temperature sensor as shown in FIGS. 13A and 13B.
図示する温度センサ50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53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54とを備えている。保持部54は、取り付け用の開孔54aを有している。一対のリードフレーム16Aは、図1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。
The illustrated
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54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54内で一対のリード線55に接続されている。
The pair of
センサ部53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。
The
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57が設けられている。薄膜サーミスタ部57の上には、パターン化された一対の櫛形電極58が形成されている。一対の櫛形電極58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57および櫛形電極58は、絶縁性の保護膜60で覆われている。
A thin
薄膜サーミスタ部57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57の厚さは、一般的には10〜1000nm程度である。
The thermistor material forming the thin
一対の櫛形電極58は、薄膜サーミスタ部57上で互いに対向状態に配されて交互に櫛部(図示せず)が並んだ櫛形パターンに形成されている。櫛形電極58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。
The pair of comb-shaped
一対のパターン電極13Aは、先端が櫛形電極58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、櫛形電極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。
The pair of
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。
A
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57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57、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61で覆われている。
The pair of
温度センサ50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53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50の製造方法を具体的に説明する。センサ部53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。
In the
センサ部53の作製にあたっては、まず、絶縁性フィルム12Aの上に、図14A、図14Bに示すような薄膜サーミスタ部57を形成する。薄膜サーミスタ部57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。
In producing the
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。 The TixAlyNz alloy film can be formed by reactive sputtering using a Ti—Al alloy sputtering target. Sputtering is performed at an ultimate vacuum of 5 × 10 −6 Pa, a sputtering gas pressure of 0.4 Pa, a target input power (output) of 200 W, and in a mixed gas atmosphere of Ar gas + nitrogen gas with a nitrogen gas fraction of 20%. Thus, a TixAlyNz alloy film having a thickness of 200 nm is formed.
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。 A resist solution is applied onto the formed TixAlyNz alloy film with a bar coater and pre-baked at 110 ° C. for 90 seconds to form a resist film. A predetermined region of the resist film is exposed, and unnecessary portions of the resist film are removed with a developer. Further, a resist pattern is obtained by post-baking at 150 ° C. for 5 minutes.
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57が得られる(図14A,図14B)。
Using the resist pattern as a mask, wet etching is performed with a commercially available Ti etchant to remove unnecessary portions of the TixAlyNz alloy film. By stripping the resist pattern, a thin
薄膜サーミスタ部57が設けられた絶縁性フィルム12Aの上には、図15Aに示すように、一対の櫛形電極58およびパターン電極13Aといった導電性膜を形成する。図15Bに示すように、一対の櫛形電極58は、薄膜サーミスタ部57に接続して薄膜サーミスタ部57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。
As shown in FIG. 15A, a conductive film such as a pair of comb-shaped
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。 A resist solution is applied onto the metal laminated film with a bar coater and pre-baked at 110 ° C. for 90 seconds to form a resist film. A predetermined region of the resist film is exposed, and unnecessary portions of the resist film are removed with a developer. Further, post-baking is performed at 150 ° C. for 5 minutes to obtain a resist pattern.
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58aを有する一対の櫛形電極58、およびそれぞれの櫛形電極58に接続したパターン電極13Aが得られる。一対の櫛形電極58は、櫛部58a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。
Using the resist pattern as a mask, wet etching is sequentially performed with a commercially available Au etchant and Cr etchant to remove unnecessary portions of the metal laminated film. The resist pattern is peeled off, and a pair of
一対の櫛形電極58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57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57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。
The pair of
薄膜サーミスタ部57に接続された櫛形電極58を覆って、図16A,図16Bに示すように絶縁性の保護膜60を形成する。絶縁性の保護膜60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57、櫛形電極58およびパターン電極13Aが設けられたセンサ部53が作製される。
An insulating
センサ部53上のパターン電極13Aの端子部13Bには、図17A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。図17A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。
On the
Niめっき層15Aの上には、図17Bに示すようにリードフレーム16A(厚さ80μm)を配置し、リードフレーム16A側からレーザー光Lを照射する。レーザー光の照射によって、図18A,図18Bに示すように、保持部54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53に接続される。リードフレーム16Aは、溶接によりセンサ部53における電極層(図示せず)に接合される。
A
リードフレーム16Aとパターン電極13Aとの接合部においては、リードフレーム16Aの表面から絶縁性フィルム12Aの表面に達して、図示しない溶融スポットが形成されている。図1を参照して説明したように、絶縁性フィルム12Aとパターン電極13Aとの界面は、溶融スポットの周囲に、絶縁性フィルム12Aとパターン電極13Aとがかみ合った接合強化部(図示せず)を有する。
At the joint between the
センサ部53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61を貼り付ける。保護シート61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13A,図13Bに示した温度センサ50が得られる。
In the
上述したとおり、温度センサ50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。
As described above, in the
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53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。
The
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。 In addition to the temperature sensor, in a humidity sensor using a thermistor, a lead frame as a connecting metal member and a pattern electrode as a metal thin film are joined by laser welding via a metal thick film. A similar effect can be obtained.
10 接合構造体
12 可撓性絶縁基板
14 電極層
16 接続用金属部材
18 接合強化部
20 溶融スポット
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記可撓性絶縁基板と前記電極層との界面は、前記溶融スポットの周囲に、前記可撓性絶縁基板と前記電極層とがかみ合った接合強化部を有することを特徴とする接合構造体。 A flexible insulating substrate, an electrode layer formed on the flexible insulating substrate, and a connection metal member welded to the electrode layer, the flexible insulation from the surface of the connection metal member A bonded structure provided with a melting spot reaching the surface of the substrate,
An interface between the flexible insulating substrate and the electrode layer has a bonding strengthening portion in which the flexible insulating substrate and the electrode layer are engaged with each other around the melting spot.
The junction structure according to claim 3, wherein the thick metal film is partially provided on a surface of the metal thin film.
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