JP4372259B2 - ワイヤ接続方法とワイヤ接続構造とコイル部品 - Google Patents
ワイヤ接続方法とワイヤ接続構造とコイル部品 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品等のワイヤ接続に係り、特にインダクタやノイズフィルタあるいは高周波フィルタ等のコイル部品の巻線の接続を行う接続方法並びにその方法により得られるワイヤ接続構造とコイル部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コイル部品の鍔部に巻線の端末を溶接する場合、従来は、図７（Ａ）に示すように、鍔部５０の表面に銅層の下地層５１を、その上に錫または錫系（錫−銀、錫−銅、錫−鉛等）からなる層５２をそれぞれメッキにより形成して電極部とし、該電極部上にワイヤ５３を載せ、熱溶着用の加熱されたコテ５５によりワイヤ５３を電極部に対して押圧しながら錫または錫系層５２に熱圧着し、図７（Ｂ）に示すようなワイヤ５３の溶着部を得ていた。
【０００３】
また、特開平１０−１６３０４０号公報には、ワイヤの表面を荒らして凹凸面を形成し、コア鍔部に形成された電極部に前記ワイヤを熱圧着や溶接等に接続する方法が開示されている。
【０００４】
また、従来のワイヤ接続方法として、図７（Ｃ）に示すように、コアの鍔部５０にニッケルや銅でなる電極部５６を無電解メッキにより形成し、その上に巻線端末等のワイヤ５７を超音波溶接棒５８の加圧、超音波振動により溶接する方法がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、加熱されたコテ５５により熱圧着を行う方法においては、溶接個所から電子部品の他の部分に熱が伝達され、電子部品を損傷させたり、特性を劣化させることがあるという問題点があった。特に、ワイヤ被覆を剥離しないで溶融接続する場合は、耐熱性が比較的低いウレタン樹脂被覆ワイヤでも、４００℃以上の高温となるため、さらにコイル部品においては、隣接する巻線が短絡するレアショートを起こしてしまい、歩留りを低下させるという問題点があった。また、被覆の耐熱性が高いポリイミド樹脂等の樹脂の場合、被覆を付けたままでは溶接ができず、被覆の剥離工程が必須になるという問題点があった。また、錫あるいは錫系で電極部を形成したものでは、比較的低温（例えば２２０℃）で溶融してしまうため、基板にリフローにより実装する場合に電極部が溶融するという問題点があった。
【０００６】
また、ワイヤの導体の表面を荒らして凹凸を形成して接続する方法は、特にワイヤ径が０．０４μｍ程度の細線になると、凹凸形成時に断線してしまう等の問題点があった。また、被覆剥離や荒らす作業を必要とするので、工程数が増加し、これによりコストの上昇を招く等の問題点があった。
【０００７】
一方、超音波溶接法は、実質的に発熱を伴わないので、コイル部品等の電子部品に熱的悪影響を与えないという利点はあるものの、超音波溶接がある程度以上の硬度を必要とする関係上、半田や錫系金属のような柔らかいメッキ電極には超音波溶接によってワイヤを溶接することはできない。また、無電解メッキにより形成されたニッケルや銅の上に超音波溶接を行う場合、接続強度が弱く、接続信頼性に問題があった。一方、金メッキ電極の場合、ワイヤの種類によってはある程度の溶接強度がえられるものの、コスト高になってしまうという問題点がある。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、ワイヤ接続箇所に高温の熱をかけることなく接続が可能で、もってワイヤおよび部品の劣化、破損等の不良の発生をなくして歩留りの向上を図ると共に、接続強度の向上が達成できるワイヤ接続方法、ワイヤ接続構造およびコイル部品を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１のワイヤ接続方法は、絶縁基材上に、無電解メッキ、スパッタリングまたは導電性塗布材料の加熱によりニッケル、銅、銀のいずれかでなる下地層を形成し、
該下地層の上にニッケル、銅、銀のいずれかでなる層を電解メッキにより形成し、
該電解メッキ層に、超音波溶接により、耐熱性の高いポリイミド樹脂でなる被覆を付けたままワイヤを接続して前記被覆をワイヤの導体部の脇に残留させる
ことを特徴とする。
【００１０】
このように、絶縁基材上に、下地層として低温で溶融しない材質のもの（ニッケル、銅または銀）を用い、しかも単に下地層のみではなく、その上に電解によるニッケル、銅または銀でなる層を設けることにより、超音波溶接を行う場合に必要な硬度が得られ、ワイヤとの強固な結合が得られることが判明した。また、超音波溶接を用いるので、電子部品にワイヤを溶接する場合に、熱による劣化や損傷等の悪影響を与えることがない。また、電子部品を基板にリフローにより実装する際にもワイヤ接続部が溶融するおそれもない。
【００１１】
また、本発明のように超音波溶接を行えば、超音波振動により被覆をワイヤ導体の脇に寄せながら溶接を行うことができ、被覆の除去作用が省ける。
【００１２】
請求項２のワイヤ接続構造は、絶縁基材上に、無電解メッキ、スパッタリングまたは導電性塗布材料の加熱により形成されたニッケル、銅、銀のいずれかでなる下地層を設け、
該下地層の上に電解メッキにより形成されたニッケル、銅、銀のいずれかでなる電解メッキ層を設け、
該電解メッキ層に、超音波溶接により、耐熱性の高いポリイミド樹脂でなる被覆をワイヤの導体部の脇に残留させてワイヤを接続した
ことを特徴とする。
【００１３】
請求項３のコイル部品は、鍔部を有しかつ巻線が施されたフェライトまたはセラミック製のコアを備え、
前記鍔部に、無電解メッキ、スパッタリングまたは導電性塗布材料の加熱により形成されたニッケル、銅、銀のいずれかでなる下地層を設け、
該下地層の上に電解メッキにより形成されたニッケル、銅、銀のいずれかでなる電解メッキ層を設け、
該電解メッキ層に、超音波溶接により、耐熱性の高いポリイミド樹脂でなる被覆を巻線端末の導体部の脇に残留させて巻線端末を接続した
ことを特徴とする。
【００１５】
請求項２、３においては、請求項１に関して述べた理由により、巻線端末等のワイヤの接続強度が大きく、実装時にも接続部の溶融のおそれのない接続構造あるいはそのような接続部を有するコイル部品が得られる。また、本発明においては、耐熱性の高いポリイミド樹脂でなる被覆を有するワイヤを用いたので、より耐熱性の高いコイル部品が得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）、（Ｂ）は本発明によるワイヤ接続方法の一実施の形態を示す工程図である。図１（Ａ）に示すように、フェライトやセラミック等の絶縁基材１上に、無電解メッキ、スパッタリングまたは導電性塗布材料（導電性ペーストや導電性樹脂）の塗着後の加熱によりニッケル、銅、銀のいずれかでなる下地層２を形成し、該下地層２の上にニッケル、銅、銀のいずれかでなる上層３を電解メッキにより形成し、図１（Ｂ）に示すように、該電解メッキ層３に溶接棒４を加圧しながら当てて振動させる超音波溶接によりワイヤ５を接続するものである。
【００１７】
下地層２として形成する導体ペーストは、ニッケル、銅、銀のいずれかからなる金属粉をバインダおよび溶剤内に混入してなるもので、絶縁基材１に塗布後に乾燥して溶剤を除去した後、さらに加熱することにより、バインダを分解除去して金属粉のみを残すものである。また、導電性樹脂は、加熱により硬化して絶縁基材１に金属粉と共に樹脂を固着するもので、加熱等による硬化の前は流動状態の熱硬化性樹脂内にニッケル、銅、銀のいずれかからなる金属粉を混入してなるものである。
【００１８】
図２はフェライトでなる絶縁基材１に種々の態様により金属膜を形成して超音波溶接装置により被覆無しの銅線でなる直径０．０８ｍｍのワイヤを溶接した場合（△印で示す）と、直径が０．０６ｍｍの導体部を有するウレタン樹脂被覆の銅線でなるワイヤを溶接した場合（○印で示す）とについて、ワイヤ剥離に要した力（ｇ）をワイヤ接続強度として比較して示すものである。
【００１９】
図２において、左側に示す無電解ＮｉメッキないしＡｕメッキは比較例であり、右側の無電解Ｃｕメッキ＋電気ＮｉメッないしＡｇペースト＋電気Ｎｉメッキは本発明による実施例である。
【００２０】
（比較例）図２中左側に示す比較例中、無電解Ｎｉメッキ、無電解Ｃｕメッキは、前記絶縁基板１に５〜７μｍの厚みでニッケル層、銅層を形成したものである。これらの無電解メッキによる場合、ワイヤ接続強度は約８〜１０ｇ程度である。Ｃｕスパッタは、スパッタリングにより１μｍの厚みに形成したものであり、約２ｇ程度のワイヤ接続強度しか得られない。
【００２１】
比較例であるＡｇペーストは、平均粒径が１〜５μｍの銀粉をバインダとしてのガラスと溶剤としてのアルコールに混入してなる銀ペーストを絶縁基材１に塗布後、２００度で加熱して溶剤を除去し、さらに５００度で加熱してバインダを分解し除去して銀粉のみを固化して１０〜２０μｍの厚みに銀層を形成したものである。また、Ｃｕペースト、平均粒径が１〜５μｍの銅粉を同様のバインダと溶剤に混入し、同様の処理で銅粉のみを残して１０〜２０μｍの厚みに銅層を形成したものである。このようなペーストによる場合、約５〜７ｇ程度のワイヤ剥離接続強度しか得られない。
【００２２】
また、比較例であるＳｎメッキや半田メッキは、絶縁基材１上にＣｕスパッタリングを施した後、無電解メッキによりＳｎあるいは半田メッキ５〜７μｍの厚みに施したものであり、この場合には、Ｓｎや半田にワイヤを超音波溶接により接続しようとしても、これらの金属の硬度が低いため、接続できない。また、比較例であるＡｕメッキは、無電解メッキにより２〜３μｍの厚みに金層を形成したものであり、この場合には約７〜９ｇ程度の強度が得られる。
【００２３】
（実施例）図２の右側に示す実施例中、無電解Ｎｉメッキや無電解Ｃｕメッキは、前記比較例で示した無電解Ｎｉメッキまたは無電解Ｃｕメッキであり、下地層２としては、これら以外に、比較例で示したＣｕスパッタや、ＣｕやＡｇペーストを用い、これらの厚みは下地のため、１μｍとしている。実施例においては、これらの下地層の上に、さらに電解により、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇのいずれかを５〜７μｍの厚みに形成したものである。
【００２４】
各実施例によれば、ウンレタン樹脂の被覆を有するままで溶接した場合、約１７ｇ〜２０ｇという従来よりはるかに高い強度が得られる。また、被覆の無い場合、約２２ｇ〜７０ｇの高い強度が得られる。このように、本発明の各実施例によれば、いずれも接続強度の高いワイヤ接続が得られる。特に電解メッキによってニッケルを下地層上に形成する場合、高い接続強度が得られる。
【００２５】
（無電解メッキと電解メッキとの比較）
−強度について−
ニッケルを無電解メッキにより形成した場合のダイナミック硬さ値（ＤＨ）は１９０であり、電解メッキによる場合は３００であった。また、銅の場合、無電解メッキによる場合のＤＨは１００、電解メッキによる場合は１３０であった。一方、無電解メッキにより形成された錫のＤＨは７であり超音波溶接は不可能である。銅とニッケルを比較すると、ニッケルの方が硬度が大であり、溶接性がよい。
−表面状態について−
図３（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ銅の無電解メッキ層と電解メッキ層の表面状態を示す電子顕微鏡写真図（１０００倍）である。また、図４（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれニッケルの無電解メッキ層と電解メッキ層の表面状態を示す電子顕微鏡写真図（１０００倍）である。
【００２６】
図３（Ａ）、図４（Ａ）のように、銅またはニッケル層を無電解メッキにより形成した場合、小さい粒子が集まった状態である。一方、図３（Ｂ）、図４（Ｂ）に示すように、電解メッキにより銅またはニッケル層を形成した場合、比較的粒子が大きくなるかあるいは粒子の部分が少なく、粒子は電解メッキ層に溶け込んでいる状態である。超音波溶接はワイヤとメッキ層との超音波振動摩擦により溶接が行われるものであり、無電解メッキのよる場合の小さい粒子の集まりではこの摩擦面積が狭くなる一方、電解メッキによる場合には、粒子が大きいかあるいは平坦面を形成するため、摩擦面が広くなり、超音波溶接によるワイヤへの密着性が良くなるものと考えられる。電解メッキにおいて、銅よりもニッケルによる場合には特に粒子がメッキ層内に埋没して平坦な面が形成され、密着性がより良好になる。
（具体例）
図５（Ａ）〜（Ｅ）は本発明のワイヤ接続方法をコイル部品に適用した実施例である。まず図５（Ａ）に示すように、フェライトでなるドラムコア６の両端の鍔部６bにのみ無電解メッキによりＣｕからなる下地層７を約１μm程度の厚みに形成する。この場合、巻胴部６ａや鍔部６bの内面へのメッキによる付着を防止するため、巻胴部６ａや鍔部６bの内面を治具（図示せず）により覆っておく。
【００２７】
続いて図５（Ｂ）に斜線で示すように、鍔部６bの前記下地層７の上に電解メッキによりニッケルでなる上層８を５〜１０μm程度の厚みに形成する。次に図５（Ｃ）に示すように、巻線９を巻胴部６ａに巻き、その両端の端末９ａを矩形の鍔部６bにおける外周の同じ側の面に当てて曲げ、巻線９の先端を鍔部６bの端面に合わせて切断する。
【００２８】
そして図５（Ｄ）に示すように、作業台１０上にこのコイル部品を、前記巻線９の両端の端末９ａを上にして載せ、超音波溶接用の溶接棒１１をコイル部品の上面から当て、超音波溶接を行う。なお、この溶接は、鍔部６bの縦横のサイズが１mm×１mm、鍔部６b、６bの対向方向の外法寸法が１．６mmのコイル部品において、溶接棒１１への荷圧を１．０kg〜１．５kg程度とし、振動周波数を５０kHzとして溶接を行った。なお、この時、溶接棒１１をコイル部品に当ててから溶接棒１１への荷圧が０．８kgに達してから０．１秒〜０．３秒の間、振動を電子部品に与えることにより溶接を行った。これにより、図５（Ｅ）に示すように、端末が拡げられた接続部９bが得られる。
【００２９】
図６（Ａ）、（Ｂ）は前記接続部９bを示す平面図および断面図であり、巻線（ワイヤ）９の導体部９cの周囲に被覆９dを付けたままで巻線端末を超音波溶接により溶接した場合、超音波振動と圧力により、端末９ａが導体部９ｃ’の両側の被覆９ｄ’が脇に押されて残留すると共に導体部９ｃ’を露出させて、電極部の上層８と導体部９ｃ’とが原子レベルで結合することにより、実質的に周囲に影響を与える程度の発熱を伴うことなく溶接が行われる。超音波溶接による場合、被覆９ｄがウレタン樹脂である場合のみならず、従来熱溶着や熱圧着が困難であったポリイミド樹脂である場合にも溶接が可能となる。
【００３０】
図５（Ｆ）は接続部９eの別の例であり、鍔部６bの端面に巻線の端末を溶接したものである。図５（Ｅ）、（Ｆ）の鍔部６bには巻線端末を溶接した後、さらに基板などに実装するための半田や錫を付けることもある。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１のワイヤ接続方法によれば、絶縁基材上に、無電解メッキ、スパッタリングまたは導電性塗布材料の加熱によりニッケル、銅、銀のいずれかでなる下地層を形成し、該下地層の上にニッケル、銅、銀のいずれかでなる層を電解メッキにより形成し、該電解メッキ層に超音波溶接によりワイヤを接続するため、下記の効果を奏することができる。第一に、絶縁基材上に、下地層として低温で溶融しない材質のもの（ニッケル、銅または銀）を用い、しかも単に下地層のみではなく、その上に電解によるニッケル、銅または銀でなる上層を設けることにより、超音波溶接を行う場合に必要な硬度および表面状態が得られ、従来より格段に強いワイヤとの強固な結合が得られる。第二に、超音波溶接を用いるので、電子部品にワイヤを溶接する場合に、熱による劣化やストレスを与えることがなく、また損傷させることがない。そして第三に、これにより、機械的接続上の信頼性および電気的接続上の信頼性が向上する。第四に、コイル部品等におけるレアショートなどが起こらないため、歩留りが向上しコスト低減が達成できる。第五に、電子部品を基板にリフローにより実装する際にもワイヤ接続部が溶融するおそれもない。第六に、熱圧着による場合に比較し、比較的耐熱性の高いポリイミド樹脂被覆のワイヤの溶接を被覆を剥ぐことなく行うことができる。
【００３２】
また、該電解メッキ層に超音波溶接によりワイヤを接続する際に、ワイヤの被覆を付けたままで接続を行い、ワイヤ導体の脇に残留させるため、被覆の除去作用が省け、工程が簡略化できる上、被覆剥離によるワイヤ切断のおそれもなく、コスト低減にさらに寄与する。
【００３３】
請求項２のワイヤ接続構造は、請求項１により形成される構造であるから、ワイヤ接続強度が高く、従って機械的、電気的接続の信頼性が高く、製品としてのコストが廉価で実装上も接続部の溶融のおそれのないワイヤ接続構造が得られる。
【００３４】
請求項３のコイル部品は、コイル部品の鍔部に請求項２の接続構造を施したものであるから、請求項２の効果が得られるコイル部品を提供することができる。
【００３５】
また、本発明によれば、耐熱性の高いポリイミド樹脂またはポリエステル樹脂でなる被覆を有するワイヤを用いたので、より耐熱性の高いコイル部品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）は本発明によるワイヤ接続方法の一実施の形態を示す工程図である。
【図２】本発明による実施例と比較例のワイヤ接続強度を比較して示す図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ銅の無電解メッキと電解メッキによる場合の銅の表面状態を示す写真図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれニッケルの無電解メッキと電解メッキによる表面状態を示す写真図である。
【図５】（Ａ）ないし（Ｅ）は本発明をあるコイル部品に適用した場合の工程を示す工程図、（Ｆ）は本発明を適用するコイル部品の接続構造の他の例を示す図である。
【図６】（Ａ）は図５のコイル部品の接続部の一例を示す平面図、（Ｂ）はその断面図である。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）は従来の熱圧着を示す断面図、（Ｃ）は従来の超音波溶接による溶接方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１：絶縁機材、２：下地層、３：上層、４：溶接棒、５：ワイヤ、６：ドラムコア、６ａ：巻胴部、６b：鍔部、７：下地層、８：上層、９：巻線、９ａ：端末、９ｂ：接続部、９ｃ，９ｃ’：ワイヤの導体部、９ｄ，９ｄ’：被覆、１０：作業台、１１：溶接棒
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品等のワイヤ接続に係り、特にインダクタやノイズフィルタあるいは高周波フィルタ等のコイル部品の巻線の接続を行う接続方法並びにその方法により得られるワイヤ接続構造とコイル部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コイル部品の鍔部に巻線の端末を溶接する場合、従来は、図７（Ａ）に示すように、鍔部５０の表面に銅層の下地層５１を、その上に錫または錫系（錫−銀、錫−銅、錫−鉛等）からなる層５２をそれぞれメッキにより形成して電極部とし、該電極部上にワイヤ５３を載せ、熱溶着用の加熱されたコテ５５によりワイヤ５３を電極部に対して押圧しながら錫または錫系層５２に熱圧着し、図７（Ｂ）に示すようなワイヤ５３の溶着部を得ていた。
【０００３】
また、特開平１０−１６３０４０号公報には、ワイヤの表面を荒らして凹凸面を形成し、コア鍔部に形成された電極部に前記ワイヤを熱圧着や溶接等に接続する方法が開示されている。
【０００４】
また、従来のワイヤ接続方法として、図７（Ｃ）に示すように、コアの鍔部５０にニッケルや銅でなる電極部５６を無電解メッキにより形成し、その上に巻線端末等のワイヤ５７を超音波溶接棒５８の加圧、超音波振動により溶接する方法がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、加熱されたコテ５５により熱圧着を行う方法においては、溶接個所から電子部品の他の部分に熱が伝達され、電子部品を損傷させたり、特性を劣化させることがあるという問題点があった。特に、ワイヤ被覆を剥離しないで溶融接続する場合は、耐熱性が比較的低いウレタン樹脂被覆ワイヤでも、４００℃以上の高温となるため、さらにコイル部品においては、隣接する巻線が短絡するレアショートを起こしてしまい、歩留りを低下させるという問題点があった。また、被覆の耐熱性が高いポリイミド樹脂等の樹脂の場合、被覆を付けたままでは溶接ができず、被覆の剥離工程が必須になるという問題点があった。また、錫あるいは錫系で電極部を形成したものでは、比較的低温（例えば２２０℃）で溶融してしまうため、基板にリフローにより実装する場合に電極部が溶融するという問題点があった。
【０００６】
また、ワイヤの導体の表面を荒らして凹凸を形成して接続する方法は、特にワイヤ径が０．０４μｍ程度の細線になると、凹凸形成時に断線してしまう等の問題点があった。また、被覆剥離や荒らす作業を必要とするので、工程数が増加し、これによりコストの上昇を招く等の問題点があった。
【０００７】
一方、超音波溶接法は、実質的に発熱を伴わないので、コイル部品等の電子部品に熱的悪影響を与えないという利点はあるものの、超音波溶接がある程度以上の硬度を必要とする関係上、半田や錫系金属のような柔らかいメッキ電極には超音波溶接によってワイヤを溶接することはできない。また、無電解メッキにより形成されたニッケルや銅の上に超音波溶接を行う場合、接続強度が弱く、接続信頼性に問題があった。一方、金メッキ電極の場合、ワイヤの種類によってはある程度の溶接強度がえられるものの、コスト高になってしまうという問題点がある。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、ワイヤ接続箇所に高温の熱をかけることなく接続が可能で、もってワイヤおよび部品の劣化、破損等の不良の発生をなくして歩留りの向上を図ると共に、接続強度の向上が達成できるワイヤ接続方法、ワイヤ接続構造およびコイル部品を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１のワイヤ接続方法は、絶縁基材上に、無電解メッキ、スパッタリングまたは導電性塗布材料の加熱によりニッケル、銅、銀のいずれかでなる下地層を形成し、
該下地層の上にニッケル、銅、銀のいずれかでなる層を電解メッキにより形成し、
該電解メッキ層に、超音波溶接により、耐熱性の高いポリイミド樹脂でなる被覆を付けたままワイヤを接続して前記被覆をワイヤの導体部の脇に残留させる
ことを特徴とする。
【００１０】
このように、絶縁基材上に、下地層として低温で溶融しない材質のもの（ニッケル、銅または銀）を用い、しかも単に下地層のみではなく、その上に電解によるニッケル、銅または銀でなる層を設けることにより、超音波溶接を行う場合に必要な硬度が得られ、ワイヤとの強固な結合が得られることが判明した。また、超音波溶接を用いるので、電子部品にワイヤを溶接する場合に、熱による劣化や損傷等の悪影響を与えることがない。また、電子部品を基板にリフローにより実装する際にもワイヤ接続部が溶融するおそれもない。
【００１１】
また、本発明のように超音波溶接を行えば、超音波振動により被覆をワイヤ導体の脇に寄せながら溶接を行うことができ、被覆の除去作用が省ける。
【００１２】
請求項２のワイヤ接続構造は、絶縁基材上に、無電解メッキ、スパッタリングまたは導電性塗布材料の加熱により形成されたニッケル、銅、銀のいずれかでなる下地層を設け、
該下地層の上に電解メッキにより形成されたニッケル、銅、銀のいずれかでなる電解メッキ層を設け、
該電解メッキ層に、超音波溶接により、耐熱性の高いポリイミド樹脂でなる被覆をワイヤの導体部の脇に残留させてワイヤを接続した
ことを特徴とする。
【００１３】
請求項３のコイル部品は、鍔部を有しかつ巻線が施されたフェライトまたはセラミック製のコアを備え、
前記鍔部に、無電解メッキ、スパッタリングまたは導電性塗布材料の加熱により形成されたニッケル、銅、銀のいずれかでなる下地層を設け、
該下地層の上に電解メッキにより形成されたニッケル、銅、銀のいずれかでなる電解メッキ層を設け、
該電解メッキ層に、超音波溶接により、耐熱性の高いポリイミド樹脂でなる被覆を巻線端末の導体部の脇に残留させて巻線端末を接続した
ことを特徴とする。
【００１５】
請求項２、３においては、請求項１に関して述べた理由により、巻線端末等のワイヤの接続強度が大きく、実装時にも接続部の溶融のおそれのない接続構造あるいはそのような接続部を有するコイル部品が得られる。また、本発明においては、耐熱性の高いポリイミド樹脂でなる被覆を有するワイヤを用いたので、より耐熱性の高いコイル部品が得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）、（Ｂ）は本発明によるワイヤ接続方法の一実施の形態を示す工程図である。図１（Ａ）に示すように、フェライトやセラミック等の絶縁基材１上に、無電解メッキ、スパッタリングまたは導電性塗布材料（導電性ペーストや導電性樹脂）の塗着後の加熱によりニッケル、銅、銀のいずれかでなる下地層２を形成し、該下地層２の上にニッケル、銅、銀のいずれかでなる上層３を電解メッキにより形成し、図１（Ｂ）に示すように、該電解メッキ層３に溶接棒４を加圧しながら当てて振動させる超音波溶接によりワイヤ５を接続するものである。
【００１７】
下地層２として形成する導体ペーストは、ニッケル、銅、銀のいずれかからなる金属粉をバインダおよび溶剤内に混入してなるもので、絶縁基材１に塗布後に乾燥して溶剤を除去した後、さらに加熱することにより、バインダを分解除去して金属粉のみを残すものである。また、導電性樹脂は、加熱により硬化して絶縁基材１に金属粉と共に樹脂を固着するもので、加熱等による硬化の前は流動状態の熱硬化性樹脂内にニッケル、銅、銀のいずれかからなる金属粉を混入してなるものである。
【００１８】
図２はフェライトでなる絶縁基材１に種々の態様により金属膜を形成して超音波溶接装置により被覆無しの銅線でなる直径０．０８ｍｍのワイヤを溶接した場合（△印で示す）と、直径が０．０６ｍｍの導体部を有するウレタン樹脂被覆の銅線でなるワイヤを溶接した場合（○印で示す）とについて、ワイヤ剥離に要した力（ｇ）をワイヤ接続強度として比較して示すものである。
【００１９】
図２において、左側に示す無電解ＮｉメッキないしＡｕメッキは比較例であり、右側の無電解Ｃｕメッキ＋電気ＮｉメッないしＡｇペースト＋電気Ｎｉメッキは本発明による実施例である。
【００２０】
（比較例）図２中左側に示す比較例中、無電解Ｎｉメッキ、無電解Ｃｕメッキは、前記絶縁基板１に５〜７μｍの厚みでニッケル層、銅層を形成したものである。これらの無電解メッキによる場合、ワイヤ接続強度は約８〜１０ｇ程度である。Ｃｕスパッタは、スパッタリングにより１μｍの厚みに形成したものであり、約２ｇ程度のワイヤ接続強度しか得られない。
【００２１】
比較例であるＡｇペーストは、平均粒径が１〜５μｍの銀粉をバインダとしてのガラスと溶剤としてのアルコールに混入してなる銀ペーストを絶縁基材１に塗布後、２００度で加熱して溶剤を除去し、さらに５００度で加熱してバインダを分解し除去して銀粉のみを固化して１０〜２０μｍの厚みに銀層を形成したものである。また、Ｃｕペースト、平均粒径が１〜５μｍの銅粉を同様のバインダと溶剤に混入し、同様の処理で銅粉のみを残して１０〜２０μｍの厚みに銅層を形成したものである。このようなペーストによる場合、約５〜７ｇ程度のワイヤ剥離接続強度しか得られない。
【００２２】
また、比較例であるＳｎメッキや半田メッキは、絶縁基材１上にＣｕスパッタリングを施した後、無電解メッキによりＳｎあるいは半田メッキ５〜７μｍの厚みに施したものであり、この場合には、Ｓｎや半田にワイヤを超音波溶接により接続しようとしても、これらの金属の硬度が低いため、接続できない。また、比較例であるＡｕメッキは、無電解メッキにより２〜３μｍの厚みに金層を形成したものであり、この場合には約７〜９ｇ程度の強度が得られる。
【００２３】
（実施例）図２の右側に示す実施例中、無電解Ｎｉメッキや無電解Ｃｕメッキは、前記比較例で示した無電解Ｎｉメッキまたは無電解Ｃｕメッキであり、下地層２としては、これら以外に、比較例で示したＣｕスパッタや、ＣｕやＡｇペーストを用い、これらの厚みは下地のため、１μｍとしている。実施例においては、これらの下地層の上に、さらに電解により、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇのいずれかを５〜７μｍの厚みに形成したものである。
【００２４】
各実施例によれば、ウンレタン樹脂の被覆を有するままで溶接した場合、約１７ｇ〜２０ｇという従来よりはるかに高い強度が得られる。また、被覆の無い場合、約２２ｇ〜７０ｇの高い強度が得られる。このように、本発明の各実施例によれば、いずれも接続強度の高いワイヤ接続が得られる。特に電解メッキによってニッケルを下地層上に形成する場合、高い接続強度が得られる。
【００２５】
（無電解メッキと電解メッキとの比較）
−強度について−
ニッケルを無電解メッキにより形成した場合のダイナミック硬さ値（ＤＨ）は１９０であり、電解メッキによる場合は３００であった。また、銅の場合、無電解メッキによる場合のＤＨは１００、電解メッキによる場合は１３０であった。一方、無電解メッキにより形成された錫のＤＨは７であり超音波溶接は不可能である。銅とニッケルを比較すると、ニッケルの方が硬度が大であり、溶接性がよい。
−表面状態について−
図３（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ銅の無電解メッキ層と電解メッキ層の表面状態を示す電子顕微鏡写真図（１０００倍）である。また、図４（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれニッケルの無電解メッキ層と電解メッキ層の表面状態を示す電子顕微鏡写真図（１０００倍）である。
【００２６】
図３（Ａ）、図４（Ａ）のように、銅またはニッケル層を無電解メッキにより形成した場合、小さい粒子が集まった状態である。一方、図３（Ｂ）、図４（Ｂ）に示すように、電解メッキにより銅またはニッケル層を形成した場合、比較的粒子が大きくなるかあるいは粒子の部分が少なく、粒子は電解メッキ層に溶け込んでいる状態である。超音波溶接はワイヤとメッキ層との超音波振動摩擦により溶接が行われるものであり、無電解メッキのよる場合の小さい粒子の集まりではこの摩擦面積が狭くなる一方、電解メッキによる場合には、粒子が大きいかあるいは平坦面を形成するため、摩擦面が広くなり、超音波溶接によるワイヤへの密着性が良くなるものと考えられる。電解メッキにおいて、銅よりもニッケルによる場合には特に粒子がメッキ層内に埋没して平坦な面が形成され、密着性がより良好になる。
（具体例）
図５（Ａ）〜（Ｅ）は本発明のワイヤ接続方法をコイル部品に適用した実施例である。まず図５（Ａ）に示すように、フェライトでなるドラムコア６の両端の鍔部６bにのみ無電解メッキによりＣｕからなる下地層７を約１μm程度の厚みに形成する。この場合、巻胴部６ａや鍔部６bの内面へのメッキによる付着を防止するため、巻胴部６ａや鍔部６bの内面を治具（図示せず）により覆っておく。
【００２７】
続いて図５（Ｂ）に斜線で示すように、鍔部６bの前記下地層７の上に電解メッキによりニッケルでなる上層８を５〜１０μm程度の厚みに形成する。次に図５（Ｃ）に示すように、巻線９を巻胴部６ａに巻き、その両端の端末９ａを矩形の鍔部６bにおける外周の同じ側の面に当てて曲げ、巻線９の先端を鍔部６bの端面に合わせて切断する。
【００２８】
そして図５（Ｄ）に示すように、作業台１０上にこのコイル部品を、前記巻線９の両端の端末９ａを上にして載せ、超音波溶接用の溶接棒１１をコイル部品の上面から当て、超音波溶接を行う。なお、この溶接は、鍔部６bの縦横のサイズが１mm×１mm、鍔部６b、６bの対向方向の外法寸法が１．６mmのコイル部品において、溶接棒１１への荷圧を１．０kg〜１．５kg程度とし、振動周波数を５０kHzとして溶接を行った。なお、この時、溶接棒１１をコイル部品に当ててから溶接棒１１への荷圧が０．８kgに達してから０．１秒〜０．３秒の間、振動を電子部品に与えることにより溶接を行った。これにより、図５（Ｅ）に示すように、端末が拡げられた接続部９bが得られる。
【００２９】
図６（Ａ）、（Ｂ）は前記接続部９bを示す平面図および断面図であり、巻線（ワイヤ）９の導体部９cの周囲に被覆９dを付けたままで巻線端末を超音波溶接により溶接した場合、超音波振動と圧力により、端末９ａが導体部９ｃ’の両側の被覆９ｄ’が脇に押されて残留すると共に導体部９ｃ’を露出させて、電極部の上層８と導体部９ｃ’とが原子レベルで結合することにより、実質的に周囲に影響を与える程度の発熱を伴うことなく溶接が行われる。超音波溶接による場合、被覆９ｄがウレタン樹脂である場合のみならず、従来熱溶着や熱圧着が困難であったポリイミド樹脂である場合にも溶接が可能となる。
【００３０】
図５（Ｆ）は接続部９eの別の例であり、鍔部６bの端面に巻線の端末を溶接したものである。図５（Ｅ）、（Ｆ）の鍔部６bには巻線端末を溶接した後、さらに基板などに実装するための半田や錫を付けることもある。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１のワイヤ接続方法によれば、絶縁基材上に、無電解メッキ、スパッタリングまたは導電性塗布材料の加熱によりニッケル、銅、銀のいずれかでなる下地層を形成し、該下地層の上にニッケル、銅、銀のいずれかでなる層を電解メッキにより形成し、該電解メッキ層に超音波溶接によりワイヤを接続するため、下記の効果を奏することができる。第一に、絶縁基材上に、下地層として低温で溶融しない材質のもの（ニッケル、銅または銀）を用い、しかも単に下地層のみではなく、その上に電解によるニッケル、銅または銀でなる上層を設けることにより、超音波溶接を行う場合に必要な硬度および表面状態が得られ、従来より格段に強いワイヤとの強固な結合が得られる。第二に、超音波溶接を用いるので、電子部品にワイヤを溶接する場合に、熱による劣化やストレスを与えることがなく、また損傷させることがない。そして第三に、これにより、機械的接続上の信頼性および電気的接続上の信頼性が向上する。第四に、コイル部品等におけるレアショートなどが起こらないため、歩留りが向上しコスト低減が達成できる。第五に、電子部品を基板にリフローにより実装する際にもワイヤ接続部が溶融するおそれもない。第六に、熱圧着による場合に比較し、比較的耐熱性の高いポリイミド樹脂被覆のワイヤの溶接を被覆を剥ぐことなく行うことができる。
【００３２】
また、該電解メッキ層に超音波溶接によりワイヤを接続する際に、ワイヤの被覆を付けたままで接続を行い、ワイヤ導体の脇に残留させるため、被覆の除去作用が省け、工程が簡略化できる上、被覆剥離によるワイヤ切断のおそれもなく、コスト低減にさらに寄与する。
【００３３】
請求項２のワイヤ接続構造は、請求項１により形成される構造であるから、ワイヤ接続強度が高く、従って機械的、電気的接続の信頼性が高く、製品としてのコストが廉価で実装上も接続部の溶融のおそれのないワイヤ接続構造が得られる。
【００３４】
請求項３のコイル部品は、コイル部品の鍔部に請求項２の接続構造を施したものであるから、請求項２の効果が得られるコイル部品を提供することができる。
【００３５】
また、本発明によれば、耐熱性の高いポリイミド樹脂またはポリエステル樹脂でなる被覆を有するワイヤを用いたので、より耐熱性の高いコイル部品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）は本発明によるワイヤ接続方法の一実施の形態を示す工程図である。
【図２】本発明による実施例と比較例のワイヤ接続強度を比較して示す図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ銅の無電解メッキと電解メッキによる場合の銅の表面状態を示す写真図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれニッケルの無電解メッキと電解メッキによる表面状態を示す写真図である。
【図５】（Ａ）ないし（Ｅ）は本発明をあるコイル部品に適用した場合の工程を示す工程図、（Ｆ）は本発明を適用するコイル部品の接続構造の他の例を示す図である。
【図６】（Ａ）は図５のコイル部品の接続部の一例を示す平面図、（Ｂ）はその断面図である。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）は従来の熱圧着を示す断面図、（Ｃ）は従来の超音波溶接による溶接方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１：絶縁機材、２：下地層、３：上層、４：溶接棒、５：ワイヤ、６：ドラムコア、６ａ：巻胴部、６b：鍔部、７：下地層、８：上層、９：巻線、９ａ：端末、９ｂ：接続部、９ｃ，９ｃ’：ワイヤの導体部、９ｄ，９ｄ’：被覆、１０：作業台、１１：溶接棒
Claims (3)
- 絶縁基材上に、無電解メッキ、スパッタリングまたは導電性塗布材料の加熱によりニッケル、銅、銀のいずれかでなる下地層を形成し、
該下地層の上にニッケル、銅、銀のいずれかでなる層を電解メッキにより形成し、
該電解メッキ層に、超音波溶接により、耐熱性の高いポリイミド樹脂でなる被覆を付けたままワイヤを接続して前記被覆をワイヤの導体部の脇に残留させる
ことを特徴とするワイヤ接続方法。 - 絶縁基材上に、無電解メッキ、スパッタリングまたは導電性塗布材料の加熱により形成されたニッケル、銅、銀のいずれかでなる下地層を設け、
該下地層の上に電解メッキにより形成されたニッケル、銅、銀のいずれかでなる電解メッキ層を設け、
該電解メッキ層に、超音波溶接により、耐熱性の高いポリイミド樹脂でなる被覆をワイヤの導体部の脇に残留させてワイヤを接続した
ことを特徴とするワイヤ接続構造。 - 鍔部を有しかつ巻線が施されたフェライトまたはセラミック製のコアを備え、
前記鍔部に、無電解メッキ、スパッタリングまたは導電性塗布材料の加熱により形成されたニッケル、銅、銀のいずれかでなる下地層を設け、
該下地層の上に電解メッキにより形成されたニッケル、銅、銀のいずれかでなる電解メッキ層を設け、
該電解メッキ層に、超音波溶接により、耐熱性の高いポリイミド樹脂でなる被覆を巻線端末の導体部の脇に残留させて巻線端末を接続した
ことを特徴とするコイル部品。
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