JP3792658B2 - 導電性微細外径の細線の接合方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性微細外径の細線の接合方法に係り、特に、ミリメートル以下の微細外径を有する導電性細線の通電接合方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、導電性部材同士を接合するためには、基本的には両部材に外部から何らかの手段で圧力をかけながら接触させ通電することにより、接触部のジュール熱による溶融で接合する方法がとられている。かかる技術は下記の〔特許文献１〕〜〔特許文献４〕に提案されている。
【０００３】
すなわち、導電性部材間の通電接合及び電気接合としては、アルミニウム合金材を同種または異種部材と面接合する際に、通電により接合面を４００から５００℃に熱し、１０〜５０Ｍｐａの圧力を接合面に加えて接合する通電接合がある（下記特許文献２参照）。この通電接合には、部材にかかる圧力の調節（下記特許文献３参照）、および非晶質合金の接合（下記特許文献４参照）に関する先行技術がある。またセラミックスを含む被接合体においては、接合面における熱応力の緩和のために第二の加熱を併用する技術（下記特許文献１参照）がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−４８７７号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開２００２−３５９５５号公報
【０００６】
【特許文献３】
特開２００２−５９２７０号公報
【０００７】
【特許文献４】
特開２００２−２８３０６０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、微細外径を有する導電性細線に外部より圧力をかける場合は、細線の断面積自体が小さいこともあり、うまく両部材を当接させ、押し付けることが困難であった。
【０００９】
本発明は、上記状況に鑑みて、接合すべき導電性微細外径の細線を光学マニピュレータに保持し、接合すべき二つの細線を近づけ、次いで、直流電圧をかけ電界を発生させることにより生じる静電力を利用し、その静電力による引き合う力で接触させることにより、簡便に、しかも確実に接合を行うことができる導電性微細外径の細線の接合方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕導電性微細外径の細線の接合方法において、接合すべき導電性微細外径の細線をマニピュレータで保持し、前記細線の導電部分が露出した接合部を近づけ、次いで、その接合部に直流電圧をかけ電界を発生させることにより生じる吸引力で前記接合部を接触させてジュール熱で前記接合部の接合を行うことを特徴とする。
【００１１】
〔２〕上記〔１〕記載の導電性微細外径の細線の接合方法において、前記導電性微細外径の細線の接合部の雰囲気を空気からなる気体にすることを特徴とする。
【００１２】
〔３〕上記〔１〕記載の導電性微細外径の細線の接合方法において、前記導電性微細外径の細線の接合部の雰囲気をアセトン・エタノール・水混合溶液からなる液体にすることを特徴とする。
【００１３】
〔４〕上記〔２〕記載の導電性微細外径の細線の接合方法において、前記導電性微細外径の細線の接合時の雰囲気の気流を抑制することを特徴とする。
【００１４】
〔５〕上記〔１〕、〔２〕、〔３〕又は〔４〕記載の導電性微細外径の細線の接合方法において、前記接合すべき細線のそれぞれに同時に通電することにより、ジュール熱に基づいた通電溶融接合にて前記細線を接合することを特徴とする。
【００１５】
〔６〕上記〔２〕又は〔３〕記載の導電性微細外径の細線の接合方法において、前記細線の接触・接合時の雰囲気の温度管理を、通電時間や雰囲気の気体あるいは液体による温度調整により行うことを特徴とする。
【００１６】
〔７〕上記〔１〕記載の導電性微細外径の細線の接合方法において、前記細線が１００μｍ以下の外径を持つ細線であることを特徴とする。
【００１７】
〔８〕上記〔７〕記載の導電性微細外径の細線の接合方法において、前記細線が金線、銀線やカーボンファイバーであることを特徴とする。
【００１８】
〔９〕上記〔８〕記載の導電性微細外径の細線の接合方法において、前記細線が、金線、銀線やカーボンファイバーであって、チューブやコイル状の形態を有する細線であることを特徴とする。
【００１９】
〔１０〕上記〔１〕記載の導電性微細外径の細線の接合方法において、ユニット部分に保持される白金線の先端に金属ペーストにより金線をはんだ付けしたものを向かい合わせて接合した後に、前記金属ペーストをトルエン溶液にて溶解させ、ユニット部分より金線のみを取り出すことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２１】
図１は本発明の実施例を示す導電性微細外径の細線の接合方法の模式図である。
【００２２】
この図において、１は直流電源装置、２は第１の導電性微細外径の細線、２Ａは第１の導電性微細外径の細線の接合部、３は第２の導電性微細外径の細線、３Ａは第２の導電性微細外径の細線の接合部、４は第１の導電性微細外径の細線２を保持する第１のマニピュレータ、５は第２の導電性微細外径の細線３を保持する第２のマニピュレータである。
【００２３】
そこで、接合すべき導電性微細外径の細線２，３をマニピュレータ４，５で保持し、前記細線２，３の接合部２Ａ，３Ａを互いに近づけ、次いで、直流電源装置１から直流電圧（１５０Ｖ）をかけ電界を発生させることにより生じる吸引力で前記細線の接合部２Ａ，３Ａを接触させることにより、前記細線の接合部２Ａ，３Ａの接合を行う。
【００２４】
特に、細線２，３は、１００μｍ以下の外径を持つ細線であるので、マニピュレータ４，５で接近させるには限界があり、粗な操作しか期待できない。したがって、マニピュレータ４，５は粗な操作状態で止めておき、以降は、直流電圧（１５０Ｖ）をかけ電界を発生させることにより生じる吸引力で前記細線の接合部２Ａ，３Ａを接触させ、ジュール熱により接合する。
【００２５】
ここで、ジュール熱と細線の扱い方法には、以下の点に留意する必要がある。
【００２６】
（１）ジュール熱は、直流電場を印加した後、電荷を互いの細線にとどめ、細線の接触時の電子の流れ、すなわち電流によって生じる。そのため、ジュール熱の制御を行うには、電源装置および細線の取り扱いが重要である。電源装置からの電圧の印加は、例えば、１５０Ｖでは３０〜４０秒程度、１００Ｖでは４５〜６０秒程度に抑えるなど、電圧値と時間との関係を考慮して管理しなければならない。電圧値と時間の設定は細線の有する抵抗、融点などの物性値に依存して行う。
【００２７】
（２）細線の取り扱いについては、先端部分の形状によって接合後の形状が大きく影響する。このため可能な限り滑らかな接合表面を有することが望ましい。また、手で細線に直接触れるなど細線に外部からの接触および侵襲があると、接合表面が侵され接合がうまく行えなくなるので、細線の接合表面は可能なかぎり、滑らかにかつ他の要因による侵襲がないようにすることが重要である。
【００２８】
図２は本発明の実施例を示す導電性微細外径の細線の接合装置の概略構成図、図３はその導電性微細外径の細線の構成図、図４はその導電性微細外径の細線の接合部の模式図、図５はその導電性微細外径の細線の接合前と接合後の状態を示す図である。
【００２９】
図２において、１０１は直流電源装置、１０２は第１の導電性微細外径の細線、１０２Ａは第１の導電性微細外径の細線の接合部、１０３は第２の導電性微細外径の細線、１０３Ａは第２の導電性微細外径の細線の接合部、１０４は導電性微細外径の細線の接合部、１０５は第１の導電性微細外径の細線１０２を保持するＸＹＺ軸三次元可動ステージを有する第１のＸＹＺ軸三次元マニピュレータ、１０６は第２の導電性微細外径の細線１０３を保持するＸＹＺ軸三次元可動ステージを有する第２のＸＹＺ軸三次元マニピュレータである。
【００３０】
なお、図示しないが、ＣＣＤカメラを有するモニター（テレビデオ）を設置して導電性微細外径の細線の接合部１０４の接合状態をモニターした。その結果、図５（ａ）に示すように、第１の導電性微細外径の細線の接合部１０２Ａと第２の導電性微細外径の細線の接合部１０３Ａとは離れていたが、直流電源装置１０１により直流電圧を印加することによって、図５（ｂ）に示すように、第１の導電性微細外径の細線の接合部１０２Ａと第２の導電性微細外径の細線の接合部１０３Ａとを接合させることができた。
【００３１】
ここで、図３に示すように、導電性微細外径の細線としては、碍子２０１により覆われた直径４００μｍ銅線２０２を用意し、その銅線２０２の先端に直径１００μｍ白金線２０３を形成し、その先端に長さ約１ｃｍ，直径３０μｍ金線２０４（図２における第１の導電性微細外径の細線１０２に対応）を形成した。
【００３２】
そこで、図４に示すように、上記のように構成された導電性微細外径の細線２０４（図２における第１の導電性微細外径の細線１０２、第２の導電性微細外径の細線１０３に対応）の接合部２０４Ａに直流電圧を印加して、接合部２０４Ａを接触させて、接合するようにした。
【００３３】
すなわち、接合部２０４Ａを接触させ、同時に直流電源装置から電流を通電して、ジュール熱に基づいた通電溶融接合により接合を行う。
【００３４】
より具体的な接合の工程を説明すると、
（１）直径４００μｍ銅線２０２の外側を碍子（絶縁体）２０１で覆い、その銅線２０２の先端部を直径１００μｍの白金線２０３とはんだ付けにより接合する。白金線２０３のもう一方の先端に金属（銀）ペースト（図示なし）を塗布し、ここに長さ約１ｃｍに切断した直径３０μｍの金線２０４を固定させる（図３）。このような作業を繰り返し、この形態のユニットを２本作製する。
【００３５】
（２）次いで、作製したユニットをＸＹＺ軸三次元マニピュレータ１０５，１０６のバーに固定し、第１、第２の導電性微細外径の細線１０２，１０３の金線同士が向かい合うように設置する（図２）。
【００３６】
（３）このＸＹＺ三次元マニピュレータ１０５，１０６の操作により、導電性微細外径の細線１０２，１０３の金線同士の距離が約３０μｍ程度になるまで、モニター（図示なし）を見ながら、接近させる。
【００３７】
（４）ユニット及び直流電源装置１０１を電気回路を構成するように接続し、１５０Ｖの直流電圧を約３０〜６０秒印加する。
【００３８】
（５）電圧を印加した状態のままで、金線同士を接触させ、火花が飛び散るのを確認する。その後、電圧印加を停止する。
【００３９】
（６）マニピュレータ１０５，１０６を操作し、金線同士の接合が行われているかを確認する。
【００４０】
（７）接合後、金属（銀）ペーストをトルエン溶液にて溶解させ、ユニット部分より金線のみを取り出す。
【００４１】
前記細線の接触・接合時の温度管理は、通電時間や雰囲気の空気あるいは水溶液の調整により行う。
【００４２】
図６は本発明の実施例を示す細線の接触・接合部の雰囲気にアセトン・エタノール・水混合溶液を配置した例を示す模式図である。
【００４３】
図６に示したように、細線（カーボンファイバー：直径１０μｍ）３０１の接触・接合部３０２は、アセトン・エタノール・水混合溶液（０．１：５０：５０）の雰囲気３０３とする。３０４は細線（カーボンファイバー）３０１を覆う絶縁体である。
【００４４】
この雰囲気３０３中に直流電圧１００Ｖを印加してカーボンファイバー３０１の接合を行った。
【００４５】
雰囲気３０３の温度を一定とし、電流の限界を０．１Ａとして、温度上昇を抑制した。この実施例では、アセトンの添加により電圧印加時にカーボンファィバー３０１より発生する泡を抑制する効果があった。アセトン・エタノール・水混合溶液は、細線接合時における接合部を冷却する効果が顕著である。
【００４６】
直流電圧１００Ｖを印加した後、接合瞬間においてカーボンファイバー３０１が接続され、カーボンファイバー３０１に電流が流れるが、この際に大きな電流が流れ易く、また大きな電流が流れると、接合部が溶融して断線が生じる恐れがある。これを防ぐため、０．１Ａを限界値とし、これを超えると電圧印加を自動的に停止するようにした。
【００４７】
図７は本発明の実施例を示す細線の接触・接合部の雰囲気にアクリル製風防装置を配置した例を示す図である。
【００４８】
ここでは、細線（カーボンファィバー：直径１０μｍ）４０１の接触・接合部４０２にはアクリル製風防装置４０４を配置する。４０３は細線（カーボンファィバー）４０１を覆う絶縁体である。
【００４９】
このように、細線（カーボンファィバー）４０１間の接合を空気中で行う際に、アクリル製風防装置４０４を備え付け、細線（カーボンファィバー）４０１の揺れを防止することにより、マニピュレータによる、細線（カーボンファイバー）４０１相互の接近がスムーズに行えるようにした。また、静電的接合が再現よく実施できるよう、周りの空気の対流をアクリル製風防装置４０４により抑制し作業を行い易くした。
【００５０】
上記した実施例では直径３０μｍの細線を用いたが、本発明は１００μｍ以下の外径を持つ細線である場合に、接合が好適である。
【００５１】
また、これらの細線としては、金線のほかに、銀線やカーボンファイバーが挙げられ、微細なデバイスの構築に有利である。
【００５２】
更に、これらの金線、銀線やカーボンファイバーは直線状のものに限らず、それらをチューブやコイル状の形態にした細線であってもよい。
【００５３】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００５４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、簡便に、しかも確実に接合を行うことができる導電性微細外径の細線の接合方法を提供することができる。特に、１００μｍ以下の外径を持つ細線の接合が達成できる。金線、銀線、カーボンファイバーなどの導電性細線にも適用できる。
【００５５】
また、より具体的には、
（１）熟練を要することなく、誰にでも容易に作業することができる。
【００５６】
（２）簡便な装置であり、普段の服装で作業を行うことができる。
【００５７】
（３）低電圧（３００Ｖ以下）、小電流（約０．１Ａ程度）の印加であり、安全である。
【００５８】
（４）作業雰囲気が高温にならず、安全である。つまり、接合部のみが高温になるだけで、周りまで熱が伝達してこない。
【００５９】
（５）細線が細くなるほど、接合部の細線が互いに静電力により引き寄せられて接合が可能となる。
【００６０】
（６）作業時間が少なくて済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例を示す導電性微細外径の細線の接合方法の模式図である。
【図２】 本発明の実施例を示す導電性微細外径の細線の接合装置の概略構成図である。
【図３】 本発明の実施例を示す導電性微細外径の細線の構成図である。
【図４】 本発明の実施例を示す導電性微細外径の細線の接合部の模式図である。
【図５】 本発明の実施例を示す導電性微細外径の細線の接合前と接合後の状態を示す図である。
【図６】 本発明の実施例を示す細線の接触・接合部の雰囲気にアセトン・エタノール・水混合溶液を配置した例を示す模式図である。
【図７】 本発明の実施例を示す細線の接触・接合部の雰囲気にアクリル製風防装置を配置した例を示す図である。
【符号の説明】
１，１０１ 直流電源装置
２，１０２ 第１の導電性微細外径の細線
２Ａ，１０２Ａ，２０４Ａ 第１の導電性微細外径の細線の接合部
３，１０３ 第２の導電性微細外径の細線
３Ａ，１０３Ａ，３０４Ａ 第２の導電性微細外径の細線の接合部
４ 第１のマニピュレータ
５ 第２のマニピュレータ
１０４ 導電性微細外径の細線の接合部
１０５ 第１のＸＹＺ軸三次元マニピュレータ
１０６ 第２のＸＹＺ軸三次元マニピュレータ
２０１ 碍子
２０２ 直径４００μｍ銅線
２０３ 直径１００μｍ白金線
２０４ 直径３０μｍ金線（導電性微細外径の細線）
３０１，４０１ 細線（カーボンファイバー）
３０２，４０２ 接触・接合部
３０３ 雰囲気：アセトン・エタノール・水混合溶液
３０４，４０３ 絶縁体
４０４ アクリル製風防装置

Claims (10)

1. 接合すべき導電性微細外径の細線をマニピュレータで保持し、前記細線の導電部分が露出した接合部を近づけ、次いで、該接合部に直流電圧をかけ電界を発生させることにより生じる吸引力で前記接合部を接触させてジュール熱で前記接合部の接合を行うことを特徴とする導電性微細外径の細線の接合方法。
2. 請求項１記載の導電性微細外径の細線の接合方法において、前記導電性微細外径の細線の接合部の雰囲気を空気からなる気体にすることを特徴とする導電性微細外径の細線の接合方法。
3. 請求項１記載の導電性微細外径の細線の接合方法において、前記導電性微細外径の細線の接合部の雰囲気をアセトン・エタノール・水混合溶液からなる液体にすることを特徴とする導電性微細外径の細線の接合方法。
4. 請求項２記載の導電性微細外径の細線の接合方法において、前記導電性微細外径の細線の接合時の雰囲気の気流を抑制することを特徴とする導電性微細外径の細線の接合方法。
5. 請求項１、２、３又は４記載の導電性微細外径の細線の接合方法において、前記接合すべき細線のそれぞれに同時に通電することにより、ジュール熱に基づいた通電溶融接合にて前記細線を接合することを特徴とする導電性微細外径の細線の接合方法。
6. 請求項２又は３記載の導電性微細外径の細線の接合方法において、前記細線の接触・接合時の雰囲気の温度管理を、通電時間や雰囲気の気体あるいは液体による温度調整により行うことを特徴とする導電性微細外径の細線の接合方法。
7. 請求項１記載の導電性微細外径の細線の接合方法において、前記細線が１００μｍ以下の外径を持つ細線であることを特徴とする導電性微細外径の細線の接合方法。
8. 請求項７記載の導電性微細外径の細線の接合方法において、前記細線が金線、銀線やカーボンファイバーであることを特徴とする導電性微細外径の細線の接合方法。
9. 請求項８記載の導電性微細外径の細線の接合方法において、前記細線が、金線、銀線やカーボンファイバーであって、チューブやコイル状の形態を有する細線であることを特徴とする導電性微細外径の細線の接合方法。
10. 請求項１記載の導電性微細外径の細線の接合方法において、ユニット部分に保持される白金線の先端に金属ペーストにより金線をはんだ付けしたものを向かい合わせて接合した後に、前記ペーストをトルエン溶液にて溶解させ、ユニット部分より金線のみを取り出すことを特徴とする導電性微細外径の細線の接合方法。

Images