JP4227130B2 - 一対の樹脂基板に形成された導電性薄膜の接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、一対の樹脂基板に形成された導電性薄膜の接合に関するものである。更に、詳しくは、その接合は超音波溶接により、それぞれの樹脂と導電性薄膜を接合するものである。

従来、接合対象となる２枚の金属箔を接合予定部位同士が整合するようにして重ね合わせ、これをその接合部位の両側に樹脂製フィルムを介在させ且つ少なくともいずれか一方の表面に複数の突起が整列配列された一対の超音波溶接具で挟み付け、しかるのち、超音波溶接具に超音波振動を与えて金属箔同士を融着させ。更に、超音波を継続して金属の塑性流動により前記突起部に対応する部分の金属箔を除去して窓を明け、該窓から臨む樹脂フィルム同士を融着させるものである。
（特開２０００−３０１３５６号公報参照。）
特開２０００−３０１３５６号公報公報（特許請求の範囲の請求項１）

しかしながら、上記の従来技術は、少なくとも一方の金属箔の厚みが厚くなると、金属箔が付きぬける為には、超音波のエネルギーの強度を上げるか、若しくは超音波接続時間を長くする必要が生じ、いずれの場合も、超音波による熱で、過度な樹脂製フィルムの溶解が進み、フィルム自身に穴があいたり、変形をきたしてしまい、外観上の問題・強度上の問題が生じてしまうという問題点を有する。

そこで、本発明は上述した点に鑑み、少なくとも一方の金属箔が厚くなっても、超音波による熱で、フイルムに穴が開いたり、変形をきたしてしまうことなく樹脂層に形成された導電性薄膜の接合が可能な方法を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するため、本発明の一対の樹脂基板に形成された導電性薄膜の接合方法は、一方の樹脂基板に形成された複数の開口部を有する導電性薄膜と他方の樹脂基板に形成された導電性薄膜とを接合予定部位同士が整合するように重ね合わせ、該一方の樹脂基板と該他方の樹脂基板側から複数の突起部を有するホーンと複数の突起部を有するアンビルからなる超音波溶接具で挟み付け、該ホーンと該アンビルの該複数の突起部はそれぞれ位置が合うように配置され、かつ、該一方の樹脂基板の形成されている導電性薄膜が形成されていない複数の開口部のそれぞれには該ホーンと該アンビルの突起部が少なくとも１個以上あるように配置され、しかるのち、超音波溶接具に超音波振動を与えて、該他方の樹脂基板の全面に形成されている導電性薄膜を塑性流動により該突起部に対する部分の導電性薄膜を除去して窓を開け、該窓から臨む樹脂基板同士を融着させ、さらに、超音波振動を継続して与えて該ホーンと該アンビルの突起部の形成されていない平坦部により、該一方の樹脂基板に形成されている導電性薄膜と該他方の樹脂基板に形成されている導電性薄膜同士を融着して接合させる、ことを特徴とする。

上記の本発明の一対の樹脂基板に形成された導電性薄膜の接合方法は、一方の樹脂基板と他方の樹脂基板同士の融着は一方の樹脂基板に形成された複数の開口部で融着するので、超音波振動による熱で樹脂基板に穴が開いたり、変形することがなくなり、また、上記の開口部にホーンとアンビルの突起部が複数配置されているので、開口部とホーンとアンビルの突起部がずれたとしても少なくとも融着する箇所は一箇所は確保できるので、開口部とホーンとアンビルの突起物との合わせにカメラ認識装置のような大掛かりな装置が必要ない。

更に、本発明の一対の樹脂基板に形成された導電性薄膜の接合方法は、上記の請求項１において、上記複数の開口部は、上記他方の樹脂基板と対向する一方の樹脂基板の対向面に対して、偏らないように配置されていることを特徴とする。

上記の本発明の一対の樹脂基板に形成された導電性薄膜の接合方法は、上記複数の開口部は上記他方の樹脂基板と対向する一方の樹脂基板の対向面に対して、偏らないように配置されているので、一方の樹脂基板と他方の樹脂基板のいずれかの端部に力が加わった場合、両基板は剥がれ難くなる。

更に、本発明の一対の樹脂基板に形成された導電性薄膜の接合方法は、上記の請求項２において、上記の複数の突起部の断面形状は円形、若しくは多角形であり、先端にいくほど細くなり、最先端部は平坦部を有するものであることを特徴とする。

上記の本発明の一対の樹脂基板に形成された導電性薄膜の接合方法は、複数の突起物は先端から離れるほど上記の複数の突起物の断面積は大きくなるので、突起部が樹脂基板に食い込むことにより樹脂基板同士の融着面積が大きくなり、融着面積が増え、両基板の接着強度が増す。

更に、本発明の一対の樹脂基板に形成された導電性薄膜の接合方法は、前記請求項１、２、及び３において、上記の他方の樹脂基板に形成されている導電性薄膜は樹脂基板の全面に形成されていることを特徴とする。

上記の本発明の一対の樹脂基板に形成された導電性薄膜の接合方法は、一方の樹脂基板に形成された開口部とホーン及びアンビルの突起部と位置合わせをするだけでよいので、位置合わせが容易となる。

更に、本発明の一対の樹脂基板に形成された導電性薄膜の接合方法は、前記請求項１、２、３、及び４において、上記の一方の樹脂基板に形成されている導電性薄膜は上記の他方の樹脂基板に形成されている導電性薄膜よりも厚いものであることを特徴とする。

上記の本発明の一対の樹脂基板に形成された導電性薄膜の接合方法は、上記の一方の樹脂基板に形成されている導電性薄膜は、他方の樹脂基板に形成されている導電性薄膜よりも厚くすることができるので、一方の樹脂基板に形成されている導電性薄膜に電気的、機械的に良好な配線パターンが形成することができる。

更に、本発明の一対の樹脂基板に形成された導電性薄膜の接合方法は、前記請求項１、２、３、４、及び５において、上記の一方の樹脂基板に形成されている導電性薄膜は銅金属薄膜であり、上記の他方の樹脂基板に形成されている導電性薄膜はカーボン薄膜であることを特徴とする。

上記の本発明の一対の樹脂基板に形成された導電性薄膜の接合方法は、他方の樹脂基板に形成されたカーボン薄膜は超音波振動による塑性流動が容易に起こり易いのでカーボン薄膜の穴あけが安定して可能となり、両樹脂基板の溶融接合が確実に行われ、また、一方の樹脂基板に形成された導電性薄膜は銅薄膜であるので、一般的な回路配線技術が採用でき、銅薄膜とカーボン薄膜の超音波振動による接合も電気的、機械的にも良好な接続が得られ、特別な基板形成技術も必要なく信頼性のある接合部が得られる。

以下、本発明の実施例について、図を用いて、以下に説明する。

（実施例１）
図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一対の樹脂基板に形成された導電性薄膜の接合方法を示す工程断面図である。
まず、一方の樹脂基板１に複数の開口部７を有する導電性薄膜２と他方の基板樹脂基板４に形成された導電性薄膜３とを接合予定部位同士が整合するように重ね合わせ配置する。更に、該両樹脂基板１、４側を超音波溶接具である複数の突起部８を有するホーン５と複数の突起部８を有するアンビル６で鋏み込む。この場合、該ホーン５と該アンビル６の突起部８はそれぞれ位置が合うように配置され、かつ該樹脂基板１に形成された導電性薄膜の開口部７に２つ以上の該突起部８が入るように位置合わせされる（図１（ａ））。
次に、図１（ｂ）に示すように、該ホーン５とアンビル６を図１（ａ）の矢印方向に移動させ、それぞれの樹脂基板１、４に接触後、更に圧力負荷をかけると該ホーンとアンビルの突起部により、該樹脂基板１と樹脂基板４のそれぞれに凹み９が生じる。
更に、図１（ｃ）に示すように、該ホーンと該アンビルのより両樹脂基板１、４に圧力負荷を加えながら、超音波振動を与えると他方の樹脂基板に形成された導電性薄膜３が塑性流動を起こし、該ホーンの突起部８周囲に拡散し導電性薄膜３が除去され窓が形成され、更に、継続して超音波振動を加えると該窓部で他方の樹脂基板４と一方の樹脂基板１が融着される、同時に、一方の樹脂基板１に形成された導電性薄膜２と他方の樹脂基板４に形成された導電性薄膜３とが対峙して接触した部分は該ホーンと該アンビルの突起部以外の平坦部で圧力負荷と超音波振動により両導電性薄膜同士が融着され接合される。

上記において、超音波振動の条件は、209N（N：ニュトン）、300msで行った。

なお、図１（ｂ）、（ｃ）において、９はホーンまたはアンビルの突起部の圧力負荷により生じる樹脂基板１、４の窪みを示すものである。

上記の如く、本発明の一対の樹脂基板に形成された導電性薄膜の接合方法は、一方の樹脂基板１と他方の樹脂基板４同士の融着は一方の樹脂基板１に形成された複数の開口部７で融着するので、超音波振動による熱で樹脂基板1、４に穴が開いたり、変形することがなくなり、また、上記の開口部７にホーン５とアンビル６の突起部８が複数配置されているので、開口部７とホーン５とアンビル６の突起部８がずれたとしても少なくとも融着する箇所は一箇所は確保できるので、開口部７とホーン５とアンビル６の突起物８との合わせにカメラ認識装置のような大掛かりな装置が必要としないで接合が可能となる。

上記の図１（ａ）〜（ｃ）において、両樹脂基板１.４の接着力を高めるために、該開口部７は複数以上あることが望ましい。また、該複数の開口部７は、偏らないように配置されることが望ましい。
複数の開口部７を有する導電性薄膜２を偏らないで配置した場合の具体例を図４に示す。図４に示すように、樹脂基板１は２つの接続箇所を有しており、該２つの接続箇所のそれぞれには複数の開口部７を有し、一方の樹脂基板１と他方の樹脂基板４（点線で示されており、他方の樹脂基板４上の全面に導電性薄膜４が形成されたもの）に対して、該複数の開口部７は偏らないように配置されている。このように偏らないように配置されているので両樹脂基板１、４が剥がされる力が強くなる。そして、両樹脂基板１、４の接着強度は複数の開口部７の面積で決まるので、一方の樹脂基板１他方の樹脂基板４とが対向する面に対して１／３程度が望ましい。それ以上になると両樹脂基板１、４の導電性薄膜の接合面積が小さくなり、電気抵抗が増えて良好な接続ができなくなる。
なお、偏らないで配置されるということは、本実施例の配置に限らず、略均一幅、略等間隔に配置されている開口穴を有していればよく、また、そのような構成なっていなくても、全体として四方に分散するように形成されていればよい。

図１において、一方の樹脂基板１に形成された導電性薄膜２の開口部７には、２つ以上の突起部８が配置されることが望ましい。その理由は、一方の樹脂基板１に形成された導電性薄膜２の開口部７が該突起部とがずれた場合でも、少なくとも突起部８の１つは該開口部７内に配置されるからである。図２（ａ）〜（ｃ）に基づき、説明する。
図２（ａ）〜（ｃ）は突起部８が開口部７に対してずれた場合の一対の樹脂基板１、４に形成された導電性薄膜２、３の接合状態を示すものである。ずれた場合でも、２つのうち１つの突起部８は開口部７にあるので、両樹脂基板１、４の樹脂同士の融着が行われる。

図３に、一方の樹脂基板１に形成された導電性薄膜２の開口部７に対して、２つの突起部８が配列される場合の配置関係を示す。開口部７のピッチＸ0と突起部８に２個分のピッチＸ1、Ｘ2を等しくするとずれた場合でも少なくとも開口部７に対して少なくとも１つは入るので接着力が得られる。開口部７に対する突起部８の数は２から３個が望ましい。

上記の図１〜４において説明した一方及び他方の樹脂基板としては、エポキシ樹脂（充填材含有も可）などの熱硬化性樹脂、ＰＥＴ、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリフェニンサルファイト（ＰＰＳ）等の熱可塑性樹脂を用いることができる。

また、一方の樹脂基板４に形成された導電性薄膜３としては、銅、ニッケル、アルミニウム、スズ、金などの金属の単層及び積層が用いることができる。他方の樹脂基板４に形成された導電性薄膜としてはカーボン、ＩＴＯ、モリブデン、タングステンなどの金属薄膜が用いることができる。また、樹脂に導電性粉末を分散させた混合体でもよく、導電性薄膜であれば用いることができ、上記の例に限られるものではない。

本発明の一対の樹脂基板に形成された導電性薄膜の接合方法は、超音波振動により、一対の樹脂基板に形成された導電性薄膜を接合して電気的な接続を得ると共に樹脂基板同士を融着させるのに、大掛かりな装置を必要としないで可能にしたものであり、信頼性の高い一対の樹脂基板の形成された導電性薄膜の接合に寄与するところ大である。

（ａ）〜（ｃ）は本発明の一対の樹脂基板に形成された導電性薄膜の接合方法を示す工程断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、ホーン及びアンビルの突起部が一方の樹脂基板に形成された導電性薄膜の開口部に対してずれた場合の、一対の樹脂基板に形成された導電性薄膜の接合方法を示す工程断面図である。 は、ホーンの突起部と、一方の樹脂基板に形成された導電性薄膜の開口部と、アンビルの突起部の配置関係を示す平面図である。 は、一方の樹脂基板に形成された開口部を有するパターン化された銅薄膜と他方の樹脂基板の全面に形成されたカーボン薄膜が接合された具体例を示す平面図である。

符号の説明

１ 一方の樹脂基板
２ 一方の樹脂基板に形成された導電性薄膜
３ 他方の樹脂基板に形成された導電性薄膜
４ 他方の樹脂基板
５ ホーン
６ アンビル
７ 一方の樹脂基板に形成された導電性薄膜の開口部
８ ホーンまたはアンビルの突起部
９ ホーンまたはアンビルの突起部の圧力負荷による窪み
Ｘ0 一方の樹脂基板の形成された導電性薄膜の開口部のピッチ
Ｘ1 ホーンの突起部２個分のピッチ
Ｘ2 アンビルの突起部２個分のピッチ

Claims (6)

1. 一方の樹脂基板に形成された複数の開口部を有する導電性薄膜と他方の樹脂基板に形成された導電性薄膜とを接合予定部位同士が整合するように重ね合わせ、該一方の樹脂基板と該他方の樹脂基板側から複数の突起部を有するホーンと複数の突起部を有するアンビルからなる超音波溶接具で挟み付け、該ホーンと該アンビルの該複数の突起部はそれぞれ位置が合うように配置され、かつ、該一方の樹脂基板の形成されている導電性薄膜が形成されていない複数の開口部のそれぞれには該ホーンと該アンビルの突起部が少なくとも１個以上あるように配置され、しかるのち、超音波溶接具に超音波振動を与えて、該他方の樹脂基板の全面に形成されている導電性薄膜を塑性流動により該突起部に対する部分の導電性薄膜を除去して窓を開け、該窓から臨む樹脂基板同士を融着させ、さらに、超音波振動を継続して与えて該ホーンと該アンビルの突起部の形成されていない平坦部により、該一方の樹脂基板に形成されている導電性薄膜と該他方の樹脂基板に形成されている導電性薄膜同士を融着して接合させる、ことを特徴とする一対の樹脂基板に形成された導電性薄膜の接合方法。
2. 上記複数の開口部は、上記他方の樹脂基板と対向する一方の樹脂基板の対向面に対して、偏らないように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の一対の樹脂基板に形成された導電性薄膜の接合方法。
3. 上記の複数の突起部の断面形状は円形、若しくは多角形であり、先端にいくほど細くなり、最先端部は平坦部を有するものであることを特徴とする請求項１、若しくは２に記載の一対の樹脂基板に形成された導電性薄膜の接合方法。
4. 上記の他方の樹脂基板に形成されている導電性薄膜は樹脂基板の全面に形成されていることを特徴とする請求項１、２、若しくは３に記載の一対の樹脂基板に形成された導電性薄膜の接合方法。
5. 上記の一方の樹脂基板に形成されている導電性薄膜は、上記の他方の樹脂基板に形成されている導電性薄膜よりも厚いものであることを特徴とする請求項１、２、３若しくは４に記載の一対の樹脂基板に規制された導電性薄膜の接合方法。
6. 上記の一方の樹脂基板に形成されている導電性薄膜は銅金属薄膜であり、上記の他方の樹脂基板に形成されている導電性薄膜はカーボン薄膜であることを特徴とする請求項１、２、３、４若しくは５に記載の一対の樹脂基板に規制された導電性薄膜の接合方法。
   
   

Images