JP6738077B1 - Electronic device - Google Patents
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Abstract
【課題】変形可能な基材上に形成された金属配線パターンに電子素子を導電接合する接合手段の熱と圧力による溶け出しを抑制し電子素子を金属配線パターン上に位置精度よく保持し電気的接合を維持することができる電子装置を提供する。【解決手段】変形可能な基材と、基材上に配置された金属配線パターンと、金属配線パターンに熱溶融性の導電成分を含む接合手段で接合された電子素子と、基材の金属配線パターンが配置された一面を覆う樹脂層と、樹脂層よりも軟化点が高く接合手段の一部又は全部を樹脂層と離隔するように覆う樹脂被覆層と、を備えた。【選択図】図2PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress elution due to heat and pressure of a joining means for conductively joining an electronic element to a metal wiring pattern formed on a deformable base material, to hold the electronic element on the metal wiring pattern with high positional accuracy, and to electrically perform it. An electronic device that can maintain bonding is provided. A deformable base material, a metal wiring pattern arranged on the base material, an electronic element bonded to the metal wiring pattern by a bonding means containing a heat-meltable conductive component, and a metal wiring of the base material A resin layer covering one surface on which the pattern is arranged, and a resin coating layer having a higher softening point than the resin layer and covering part or all of the joining means so as to be separated from the resin layer are provided. [Selection diagram] Figure 2
Description
本発明は、電子装置に関する。 The present invention relates to electronic devices.
予め定められた処理を行う電子回路と、電子回路が配置された基体と、一方端部が折り曲げられて基体に設けられたパッドと接合されると共にパッドを介して電子回路と電気的に接続され、また他方端部がコネクタ端子となって二次モールドの際の位置決めに使用されるピンヘッダと、コネクタ端子が露出するように、電子回路、基体及びピンヘッダの一方端部を樹脂封止して得られた一次モールド体と、を備えたモジュールが知られている(特許文献1)。 An electronic circuit for performing a predetermined process, a base on which the electronic circuit is arranged, one end of which is bent and bonded to a pad provided on the base and electrically connected to the electronic circuit via the pad , The other end becomes a connector terminal and is used for positioning during secondary molding, and the electronic circuit, substrate and one end of the pin header are resin-sealed so that the connector terminal is exposed. A module including the above-mentioned primary mold body is known (Patent Document 1).
電気機械的構造体を製造するための方法であって、実質的に平坦なフィルム上に、複数の導体および/または複数のグラフィック体を作る工程と、フィルムの所望の3次元形状に関連して、フィルム上に複数の電子素子を取り付ける工程と、電子素子を収容するフィルムを実質的な3次元形状に形成する工程と、フィルム上で実質的な成形による射出成形プロセスにおける挿入体として、実質的な3次元フィルムを使用する工程とを備え、フィルムの表面に材料の好ましい層が取り付けられて、電気機械的構造体を作り出す、方法も知られている(特許文献2)。 A method for manufacturing an electromechanical structure, the method comprising: forming a plurality of conductors and/or a plurality of graphic bodies on a substantially flat film, the method comprising: A step of mounting a plurality of electronic elements on the film, a step of forming a film accommodating the electronic elements into a substantially three-dimensional shape, and a step of substantially forming an insert in an injection molding process by substantially molding on the film. Using a different three-dimensional film, a preferred layer of material is attached to the surface of the film to create an electromechanical structure (US Pat.
本発明は、変形可能な基材上に形成された金属配線パターンに電子素子を導電接合する接合手段の熱と圧力による溶け出しを抑制し電子素子を金属配線パターン上に位置精度よく保持し電気的接合を維持することができる電子装置を提供する。 The present invention suppresses melt-out due to heat and pressure of a joining means for conductively joining an electronic element to a metal wiring pattern formed on a deformable substrate, holds the electronic element on the metal wiring pattern with high positional accuracy, and Provided is an electronic device capable of maintaining a mechanical bond.
前記課題を解決するために、請求項1に記載の電子装置は、
熱成形可能な基材と、
前記基材上に配置された金属配線パターンと、
外部素子と電気的に接続するための外部接続端子を含み前記金属配線パターンに熱溶融性の導電成分を含む接合手段で接合された電子素子と、
少なくとも前記外部接続端子の表面である端子表面が露出するように前記基材の前記金属配線パターンが配置された一面を覆う樹脂層と、
前記樹脂層よりも軟化点が高く前記接合手段の一部又は全部を前記樹脂層と離隔するように覆う樹脂被覆層と、を備えた、
ことを特徴とする。
In order to solve the problem, the electronic device according to
A thermoformable substrate,
A metal wiring pattern arranged on the substrate,
An electronic element joined by a joining means containing a heat-meltable conductive component to the metal wiring pattern including an external connection terminal for electrically connecting to an external element,
A resin layer that covers at least one surface of the base material on which the metal wiring pattern is arranged so that the terminal surface, which is the surface of the external connection terminal, is exposed .
A resin coating layer having a higher softening point than the resin layer and covering part or all of the joining means so as to be separated from the resin layer;
It is characterized by
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の電子装置において、
前記金属配線パターンは、金属ナノ粒子からなる導電層上に形成されたCuよりなる金属めっき層である、
ことを特徴とする。
The invention described in
The metal wiring pattern is a metal plating layer made of Cu formed on a conductive layer made of metal nanoparticles.
It is characterized by
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の電子装置において、
前記接合手段は、前記基材の軟化点より低温の溶融温度を有する低温はんだである、
ことを特徴とする。
The invention described in
The joining means is a low temperature solder having a melting temperature lower than the softening point of the base material,
It is characterized by
請求項4に記載の発明は、請求項1ないし3のいずれか1項に記載の電子装置において、
前記樹脂層は熱可塑性材料からなり、前記樹脂被覆層は熱硬化性樹脂材料、二液性硬化性樹脂材料、光硬化性樹脂材料、又は湿気硬化性樹脂材料からなる、
ことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the electronic device according to any one of the first to third aspects,
The resin layer is made of a thermoplastic material, and the resin coating layer is made of a thermosetting resin material, a two-component curable resin material, a photocurable resin material, or a moisture curable resin material,
It is characterized by
請求項5に記載の発明は、請求項1ないし4のいずれか1項に記載の電子装置において、
前記基材の前記金属配線パターンが配置された面と反対側の面が熱可塑性樹脂層で覆われている、
ことを特徴とする。
The invention described in
The surface of the base material opposite to the surface on which the metal wiring pattern is arranged is covered with a thermoplastic resin layer,
It is characterized by
請求項1に記載の発明によれば、接合手段の一部又は全部を覆う樹脂被覆層を備えていない構成に比べて、変形可能な基材上に形成された金属配線パターンに電子素子を導電接合する接合手段の熱と圧力による溶け出しを抑制するとともに、電子素子に作用する応力を低減し、外部接続端子の破損を抑制することができる。 According to the first aspect of the present invention, the electronic element is electrically connected to the metal wiring pattern formed on the deformable base material as compared with the configuration in which the resin coating layer that covers a part or the whole of the joining means is not provided. It is possible to suppress melting of the joining means to be joined due to heat and pressure , reduce stress acting on the electronic element, and suppress damage to the external connection terminal .
請求項2に記載の発明によれば、金属配線パターンを変形された基材の3次元形状に沿って配置することができる。 According to the second aspect of the invention, the metal wiring pattern can be arranged along the three-dimensional shape of the deformed base material.
請求項3に記載の発明によれば、熱成形可能な基材上に配置された金属配線パターンに電子素子を導電接合することができる。
According to the invention described in
請求項4に記載の発明によれば、樹脂層が樹脂被覆層に接触した際に樹脂被覆層の軟化を抑制することができる。 According to the fourth aspect of the invention, it is possible to suppress the softening of the resin coating layer when the resin layer contacts the resin coating layer.
請求項5に記載の発明によれば、電子装置の強度を向上させることができる。
According to the invention described in
次に図面を参照しながら、本発明の実施形態の具体例を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
尚、以下の図面を使用した説明において、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
Next, specific examples of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments.
In the following description using the drawings, it should be noted that the drawings are schematic and the ratios of the respective dimensions and the like are different from the actual ones. Illustrations other than the members are appropriately omitted.
(1)電子装置の全体構成
図1は本実施形態に係る電子装置の一例を樹脂層を不図示にして示す平面模式図、図2は本実施形態に係る電子装置の一例を示す部分断面模式図、図3は本実施形態に係る電子装置の他の態様の一例を示す部分断面模式図である。
以下、図面を参照しながら、本実施形態に係る電子装置の構成について説明する。
(1) Overall Configuration of Electronic Device FIG. 1 is a schematic plan view showing an example of the electronic device according to the present embodiment without showing a resin layer, and FIG. 2 is a partial sectional schematic diagram showing the example of the electronic device according to the present embodiment. FIG. 3 is a partial cross-sectional schematic view showing an example of another aspect of the electronic device according to the present embodiment.
Hereinafter, the configuration of the electronic device according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.
電子装置1は、図1、図2に示すように、熱可塑性樹脂により構成された絶縁性の基材2と、この基材2上に金属ナノ粒子を含む導電性インクの塗布により配線パターンとして形成された導電層3aの上にめっき処理により形成された金属配線パターン3と、金属配線パターン3上に接合手段の一例としての低温はんだ4で接合された電子素子の一例としてのピンヘッダ5と、低温はんだ4の一部又は全部を覆う樹脂被覆層6と、基材2の金属配線パターン3が配置された一面2aを覆う樹脂層7と、を備えて構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
(基材)
本実施形態において使用する絶縁性の基材2は特にフィルム状の基材に限らないが、以下、フィルム状の基材として説明する。
基材2の素材は、絶縁性の変形可能な熱可塑性樹脂であって、融点Tmが存在する場合は150℃以上であることが好ましく、200℃以上であることがより好ましい。
また、基材2のガラス転移点Tgの範囲は20℃〜250℃が好ましく、50℃〜200℃がより好ましく、70℃〜150℃が最も好ましい。ガラス転移点Tgが低すぎる場合、金属ナノ粒子の焼結時に基材2の歪みが大きくなる虞がある。
(Base material)
The insulating
The material of the
The range of the glass transition point Tg of the
基材2の材質は、上記のような融点Tmおよびガラス転移点Tgの条件に該当すれば特に限定されないが、具体的には、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)などのポリエステル(PE)、ナイロン6−10、ナイロン46などのポリアミド(PA)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ABS、PMMA、ポリ塩化ビニルなどの熱可塑性樹脂が挙げられる。
特にポリエステル(PE)がより好ましく、さらにその中でもポリエチレンテレフタレート(PET)が経済性、電気絶縁性、耐薬品性等のバランスが良く最も好ましい。
The material of the
In particular, polyester (PE) is more preferable, and among them, polyethylene terephthalate (PET) is the most preferable because it has a good balance of economical efficiency, electric insulation, chemical resistance and the like.
基材2の厚みは、5μm〜3mmが好ましく、12μm〜1mmがより好ましく、50μm〜200μmが最も好ましい。基材2の厚みが薄すぎる場合、強度が不十分になるとともに、金属配線パターン3のめっき工程時に基材2の歪みが大きくなる虞がある。なお、この厚みは基材2がフィルム状の基材である場合の条件であり、本発明が適用される絶縁性の基材2はフィルム状の基材に限定されない。
The thickness of the
基材2の表面には、金属ナノ粒子を含む導電性インクを均一に塗るために、表面処理を施すことが好ましい。表面処理としては、例えば、コロナ処理、プラズマ処理、溶剤処理、プライマー処理を用いることができる。
The surface of the
このような変形可能な熱可塑性樹脂からなるフィルム状の基材2は、電子装置1の要求される使用態様によって、熱成形、真空成形または圧空成形によって実質的に平坦な二次元形状から実質的に3次元形状に形成される。
The film-shaped
(金属配線パターン)
基材2の表面に金属配線パターン3を配置する場合、さきに、金属ナノ粒子により構成される導電層3aを塗布する。
導電層3aの厚みは、100nm〜20μmが好ましく、200nm〜5μmがさらに好ましく、500nm〜2μmが最も好ましい。導電層3aが薄すぎると、導電層3aの強度が低下するおそれがある。また、導電層3aが厚すぎると、金属ナノ粒子は通常の金属よりも高価であるため、製造コストが増大する虞がある
(Metal wiring pattern)
When disposing the
The thickness of the
金属ナノ粒子の材料としては、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)などが用いられ、導電性の観点から金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)が好ましく、銅(Cu)に比べて酸化されにくく、かつ金(Au)に比べて安価な銀が最も好ましい。 As the material of the metal nanoparticles, gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), palladium (Pd), nickel (Ni) and the like are used, and gold (Au), silver (Ag) are used from the viewpoint of conductivity. ) And copper (Cu) are preferable, and silver that is less likely to be oxidized than copper (Cu) and cheaper than gold (Au) is most preferable.
金属ナノ粒子の粒子径は1nm〜500nmが好ましく、10nm〜100nmがより好ましい。粒子径が小さすぎる場合、基材2の樹脂を加熱・加圧により導入するための空隙が発生しづらくなると共に、粒子の反応性が高くなりインクの保存性・安定性に悪影響を与える虞がある。粒子径が大きすぎる場合、薄膜の均一形成が困難になるとともに、インクの粒子の沈殿が起こりやすくなる虞がある。
The particle size of the metal nanoparticles is preferably 1 nm to 500 nm, more preferably 10 nm to 100 nm. If the particle size is too small, voids for introducing the resin of the
金属配線パターン3は、導電層3aの上に電解めっきまたは無電解めっきにより形成される。めっき金属としては、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、銀(Ag)、金(Au)などを用いることができるが、伸長性、導電性および価格の観点から銅(Cu)を用いることが最も好ましい。
The
めっき層の厚さは、0.03μm〜100μmが好ましく、1μm〜35μmがより好ましく、3μm〜18μmが最も好ましい。めっき層が薄すぎると、機械的強度が不足するとともに、導電性が実用上十分に得られない虞がある。めっき層が厚すぎると、めっきに必要な時間が長くなり、製造コストが増大する虞がある。 The thickness of the plating layer is preferably 0.03 μm to 100 μm, more preferably 1 μm to 35 μm, most preferably 3 μm to 18 μm. If the plating layer is too thin, the mechanical strength may be insufficient and the conductivity may not be sufficiently obtained in practical use. If the plating layer is too thick, the time required for plating may be long and the manufacturing cost may increase.
金属配線パターン3には、複数の電子部品が取り付けられる。電子部品としては、制御回路、歪み、抵抗、静電容量、TIRなどの接触感知、及び光検出部品、圧電アクチュエータまたは振動モータなどの触知部品または振動部品、LEDなどの発光部品、マイクおよびスピーカーなどの発音または受音、メモリチップ、プログラマブルロジックチップおよびCPUなどのデバイス操作部品、デジタル信号プロセッサ(DSP)、ALSデバイス、PSデバイス、処理デバイス、MEMS等が挙げられる。図1には、これらの電子部品の一例として、抵抗であるヒータ3A、発光部品であるLED3B、及びタッチセンサ3Cを示している。
A plurality of electronic components are attached to the
(電子素子)
金属配線パターン3上には、電子素子の一例としてのピンヘッダ5が接合されている。ピンヘッダ5は、金属配線パターン3と電気的に接続された電子装置1に実装された複数の電子部品と電子装置1の外部に設けられた外部素子とを電気的に接続するための外部接続端子51と、複数の外部接続端子51が互いに所定の距離が離れるように保持するピン保持部52とを有する。
(Electronic element)
A
外部接続端子51は、例えば、銅の合金などを用いて四角柱形状に形成されている。なお外部接続端子51は、一例として、表面にニッケルメッキを施し、そのニッケルメッキの上に、金(AU)、錫(Sn)などの金属やそれら金属を含む合金などのメッキが施されても良い。外部接続端子51のピッチは、接続先のコネクタの規格に応じている。外部接続端子51は、例えば、コネクタ端子となる端子部51aと、金属配線パターン3と接合されるアンカー部51bとからなり、アンカー部51bが金属配線パターン3に接合される。
The
(低温はんだ)
ピンヘッダ5の外部接続端子51のアンカー部51bは金属配線パターン3と熱溶融性の導電成分を含む接合手段の一例としての低温はんだ4で接合されている。低温はんだ4は、基材2の軟化点より低温の溶融温度を有するはんだであり、例えば、錫(Sn)とビスマス(Bi)との合金(SnBi)、錫(Sn)とビスマス(Bi)とニッケル(Ni)と銅(Cu)との合金(SnBiNiCu)、錫(Sn)とビスマス(Bi)と銅(Cu)とアンチモン(Sb)との合金(SnBiCuSb)、錫(Sn)と銀(Ag)とビスマス(Bi)との合金(SnAgBi)、錫(Sn)とインジウム(In)との合金(SnIn)、錫(Sn)とインジウム(In)とビスマス(Bi)との合金(SnInBi)、又は、基材2の軟化点と比較して相対的に低い融点を持つその他の合金とビスマス(Bi)及び/又はインジウム(In)とのその他の組み合わせとすることができ、例えば基材2としてのポリエチレンテレフタレート(PET)の軟化点より低い120〜140℃の融点を有することが望ましい。
(Low temperature solder)
The
具体的には、低温はんだ4のはんだペーストとして、Sn−40Bi−(0〜1.1)Cu−0.03Niと表されるものが挙げられる。そのような低温はんだ4として、商品名「ECO SOLDER PASTE LT142」(千住金属工業社製)などが挙げられる。
Specifically, as the solder paste of the
基材2の軟化点よりも低い融点を持つはんだペーストを用いることにより、リフロー温度がはんだペーストの融点よりも高いが、基材2の軟化点よりも低いようにリフロープロセスを制御することができる。具体的には、例えば、基材2がポリエチレンテレフタレート(PET)である場合、140℃でリフロープロセスを実行することで、基材2は溶融又はその他の変形をしない一方で、はんだペーストは溶融して金属配線パターン3と化学的かつ物理的に接合し得る状態になる。そして、低温はんだ4が固化して、低温はんだ4を介して金属配線パターン3に電子素子の一例としてのピンヘッダ5が接合される。
By using a solder paste having a melting point lower than the softening point of the
(樹脂層)
樹脂層7は、金属配線パターン3とピンヘッダ5が配置された基材2の一面2aに対して二次モールド成形を行って形成され、金属配線パターン3が配置された一面2aを覆う本体部71と、筒形状を有し、筒の内部にピンヘッダ5の外部接続端子51が露出するコネクタ部72と、を備えて構成されている。
(Resin layer)
The
樹脂層7は、二次モールド成形可能な熱可塑性樹脂材料からなる熱可塑性樹脂である。具体的には、ポリカーボネート(PC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリアミド(PA)、アクリルブタジエンスチレン(ABS)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、変性ポリフェニレンエーテル(m−PPE)、変性ポリフェニレンオキサイト(m−PPO)、シクロオレフィンコポリマー(COC)、シクロオレフィンポリマー(COP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリ塩化ビニル(PVC)、またはこれらの混合物を含む熱可塑性樹脂を用いることができる。
The
樹脂層7は、図3(b)に示すように、基材2の金属配線パターン3が配置された一面2aと反対側の面2bにも形成してもよい。基材2の一面2aと反対側の面2bにも樹脂層7を形成することで電子装置1の強度を向上させることができる。
As shown in FIG. 3B, the
(樹脂被覆層)
樹脂被覆層6は、電子素子の一例としてのピンヘッダ5を金属配線パターン3上に接合する低温はんだ4の一部または全部を覆って、樹脂層7が射出成形等によって基材2の一面にモールドされる際に、高温の溶融樹脂と接触して低温はんだ4の溶融樹脂の熱と圧力による溶け出しを抑制するものである。
そのために、樹脂被覆層6は、樹脂層7の材料よりも軟化点が高い材料で、熱硬化性樹脂材料、二液性硬化性樹脂材料、光硬化性樹脂材料、又は湿気硬化性樹脂材料からなる硬化性樹脂である。具体的には、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、オキセタン樹脂など、様々な樹脂等を用いることができる。これらは単独もしくは2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中では、特にエポキシ樹脂が好適である。
(Resin coating layer)
The
Therefore, the
これらの硬化性樹脂材料は、接着剤や塗料としても用いられ、種々の材料に対して高い密着性を有するとともに、硬化前のモノマーの状態では粘度が低いため、成形性に優れ、ピンヘッダ5のアンカー部51bを金属配線パターン3上に接合する低温はんだ4の全体を覆うのに好適である。
These curable resin materials are also used as adhesives and paints, have high adhesion to various materials, and have a low viscosity in the state of a monomer before curing, so that they are excellent in moldability and have excellent pinability. This is suitable for covering the entire
これらの硬化性樹脂は、硬化後の耐熱性、耐薬品性及び寸法安定性に優れ、樹脂層7を、射出成形によって二次成形する際に、溶融樹脂の温度を、例えば、280℃〜320℃とした場合に、樹脂層7を形成する溶融樹脂と接触する樹脂被覆層6の軟化を抑制して、低温はんだ4の溶融樹脂の熱と圧力による溶け出しを抑制することができる。これにより、ピンヘッダ5を金属配線パターン3上に位置精度よく保持し電気的接合を維持することができる。
なお、これらの硬化性樹脂は、ガラスフィラーやミネラルフィラー等の無機フィラーを含有してもよく、また、これらの硬化性樹脂は、単独で用いてもよく、2種類以上を混合して用いてもよい。
These curable resins have excellent heat resistance, chemical resistance, and dimensional stability after curing, and when the
In addition, these curable resins may contain an inorganic filler such as a glass filler or a mineral filler, and these curable resins may be used alone or in combination of two or more kinds. Good.
樹脂被覆層6は、図3(a)に模式的に示すように、接合手段である低温はんだ4と電子素子の一例としてのピンヘッダ5の一部または全部を覆って射出成形により充填されて形成される樹脂層7と熱的に離隔するとともに圧力の影響を受けないように配置されてもよい。
As shown schematically in FIG. 3A, the
(2)電子装置の製造方法
図4は本実施形態に係る電子装置1の製造方法の概略の手順の一例を示すフローチャート図である。
電子装置1は、熱可塑性樹脂により構成された変形可能な基材2上に、金属ナノ粒子を含む導電性インク(金属ナノ粒子インク)をインクジェット法またはフレキソ印刷で塗布する導電性インク塗布工程S1と、めっき処理により導電性インク層の上に金属配線パターンを形成するめっき工程S2と、金属配線パターン3上に電子素子の一例としてのピンヘッダ5を接合するためのはんだペーストを塗布するはんだペースト塗布工程S3と、ピンヘッダ5を金属配線パターン3上に載置してリフロープロセスで接合する接合工程S4と、リフロープロセスで固化した低温はんだ4の一部又は全部を熱硬化性樹脂で覆う被覆工程S5と、金属配線パターン3上にピンヘッダ5が接合された基材2の一面を覆うように射出成形により熱可塑性樹脂を二次モールドする樹脂充填工程S6とを備える。
(2) Method of Manufacturing Electronic Device FIG. 4 is a flowchart showing an example of a schematic procedure of a method of manufacturing the
The
(導電性インク塗布工程)
金属ナノ粒子インクをベースフィルムに塗布する方法として、インクジェット法、フレキソ印刷が挙げられるが、本実施形態においてはインクジェット法を用いている。具体的には、1000cps以下、例えば、2cpsから30cpsの低粘度の金属ナノ粒子インクをインクジェット法で塗布した後、溶媒を揮発させ金属ナノ粒子のみを残す。その後、溶媒を除去し(乾燥)、銀ナノ粒子を焼結させる(焼成)。
(Conductive ink application process)
As a method of applying the metal nanoparticle ink to the base film, an inkjet method and flexographic printing can be mentioned. In this embodiment, the inkjet method is used. Specifically, a low viscosity metal nanoparticle ink of 1000 cps or less, for example, 2 cps to 30 cps is applied by an inkjet method, and then the solvent is volatilized to leave only the metal nanoparticles. Then, the solvent is removed (drying) and the silver nanoparticles are sintered (baking).
インク中の金属ナノ粒子の含有割合については、質量比で5%から60%が好ましく、10%から30%がさらに好ましい。含有割合が低すぎる場合、金属ナノ粒子による導電層を形成するのに必要なナノ粒子が足らずピンホールが発生するおそれがあり、含有割合が高過ぎるとインクの中で粒子同士が凝集しやすくなるなど安定性が損なわれる虞がある。 The content ratio of the metal nanoparticles in the ink is preferably 5% to 60% by mass, and more preferably 10% to 30%. If the content ratio is too low, there is a possibility that pinholes may occur due to insufficient nanoparticles required to form the conductive layer of metal nanoparticles, and if the content ratio is too high, particles tend to aggregate in the ink. For example, stability may be impaired.
(めっき工程)
金属ナノ粒子インク塗布工程を経て基材2上に形成された金属ナノ粒子層に対し、電解めっきまたは無電解めっきを行うことにより、金属ナノ粒子層の表面および内部にめっき金属を析出させる。めっき方法は公知のめっき液及びめっき処理と同様であり、具体的に無電解銅めっき、電解銅めっきが挙げられる。
(Plating process)
The metal nanoparticle layer formed on the
(はんだペースト塗布工程)
基材2上に形成された金属配線パターン3上にピンヘッダ5を接合するために、低温はんだ4のはんだペーストを塗布し、低温はんだ4を形成する。はんだペーストの印刷は、ステンシル印刷装置、スクリーン印刷装置、ディスペンサ装置等の公知の装置を用いて行うことができる。本実施形態においては、ディスペンサ装置を用いてはんだペーストを塗布する。
(Solder paste application process)
In order to bond the
(接合工程)
ディスペンサ装置によって金属配線パターン3上にはんだペーストを塗布後、例えばデバイス搭載装置等を用いてピンヘッダ5を搭載して、はんだを溶融、固化させて、金属配線パターン3上に低温はんだ4を介してピンヘッダ5のアンカー部51bを接合する。例えば、熱成形等で変形可能な熱可塑性樹脂からなる基材2は、その軟化点が低いが、低温はんだ4を用いて140℃でリフロープロセスを実行することで、基材2は接合工程の熱によって溶融又はその他の変形をすることはない。
(Joining process)
After the solder paste is applied on the
(被覆工程)
被覆工程S5は、硬化性樹脂を塗布することによって、低温はんだ4及びピンヘッダ5の一部または全部を覆う樹脂被覆層6を形成する工程である。この被覆工程S5で形成された樹脂被覆層6は、低温はんだ4を二次モールド成形される樹脂層7の溶融樹脂による熱および圧力から離隔している。
(Coating process)
The coating step S5 is a step of forming a
(樹脂充填工程)
樹脂充填工程S6では、被覆工程S5までで形成された基材2、金属配線パターン3、ピンヘッダ5、低温はんだ4及び樹脂被覆層6の積層体を、二次モールド成形用金型に載置した後金型を閉じて熱可塑性樹脂を基材2の一面を覆うように射出成形する。
金属配線パターン3とピンヘッダ5を接合する低温はんだ4は、例えば140℃でリフロープロセスが実行されるが、樹脂層7よりも軟化点が高い硬化性樹脂からなる樹脂被覆層6で熱的及び圧力的に離隔されているために、樹脂充填工程S6においては、樹脂温度を280℃〜320℃として通常の熱可塑性樹脂の射出成形が可能となっている。
この樹脂導入工程S6においては、金型とピンヘッダ5の位置決めを行った状態で熱可塑性樹脂が射出成形によって射出され樹脂層7が形成される。
(Resin filling process)
In the resin filling step S6, the laminated body of the
The
In the resin introducing step S6, the thermoplastic resin is injected by injection molding while the mold and the
「実施例」
図5は実施例に係る電子装置1を樹脂層7を不図示にして示す平面模式図、図6(a)は実施例における金属配線パターン3とピンヘッダ5の接合を示す部分平面模式図、(b)は金属配線パターン3とピンヘッダ5の接合を示す部分断面模式図、(c)は樹脂層7が充填された金属配線パターン3とピンヘッダ5の接合状態を示す部分断面模式図、図7は実施例に係る電子装置1におけるLED3Bの点灯確認結果を示す図である。
以下、本発明を実施例及び比較例により説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
本実施例においては、以下のようにして電子装置1を作成しLED3Bの点灯確認を行なった。
"Example"
FIG. 5 is a schematic plan view showing the
Hereinafter, the present invention will be described with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.
In this example, the
(基材)
厚さ125μmのPETフィルムを所定の大きさに切り抜き、基材2とした。
(Base material)
A PET film having a thickness of 125 μm was cut into a predetermined size to obtain a
(回路形成)
PETフィルム上に、インクジェット装置で金属ナノ粒子インクの導電層3aを形成し、無電解めっきにより銅(Cu)を用いて金属配線パターン3を形成した。
また、図5に示すように、金属配線パターン3の一部は、ヒータ3A、タッチセンサ3Cとして形成した。さらに、金属配線パターン3には、発光部品の一例としてLED3Bを複数実装した。
(Circuit formation)
The
Further, as shown in FIG. 5, part of the
(電子素子)
金属配線パターン3上に、電子装置1の外部に設けられた外部素子と電気的に接続するためのピンヘッダ5をはんだにて接合した。はんだは、低温はんだである商品名「ECO SOLDER PASTE LT142」(千住金属工業社製)、高温はんだである商品名「ECO SOLDER PASTE M705−GRN360−K2−V」(千住金属工業社製)、低温はんだとエポキシ樹脂からなる商品名「ECO SOLDER PASTE L20−JPP」(千住金属工業社製)をそれぞれ用いて140℃に制御されたリフロープロセスで接合した。
(Electronic element)
On the
(樹脂被覆層)
図6(a)、(b)に示すように、樹脂被覆層6として、湿気硬化性樹脂からなる接着剤である商品名「スーパーX」(セメダイン社)、湿気硬化性シリコンゴム接着剤である商品名「KE348」(信越化学工業社製)をそれぞれ用いてはんだ及びピンヘッダ5の一部を被覆した。
(Resin coating layer)
As shown in FIGS. 6( a) and 6 (b ), the
(樹脂層)
図6(c)に示すように、基材2、金属配線パターン3、ピンヘッダ5、低温はんだ4及び樹脂被覆層6の積層体を、二次モールド成形用金型に載置して樹脂層7として、ポリカーボネート(PC) 商品名「ユーピロン S−2000」(三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社製)を用いて射出成形を行った。この射出成形によって、ピンヘッダ5を囲うようにコネクタ形状を形成した。
(Resin layer)
As shown in FIG. 6C, the laminated body of the
(実施例1)
はんだ:「ECO SOLDER PASTE LT142」
樹脂被覆層:「スーパーX」
実施例1に係る電子装置1において、ピンヘッダ5を介して外部から給電した結果、図7に示すように、10回全てにおいてLED3Bの点灯が確認された。
(Example 1)
Solder: "ECO SOLDER PASTE LT142"
Resin coating layer: "Super X"
In the
(実施例2)
はんだ:「ECO SOLDER PASTE LT142」
樹脂被覆層:「KE348」
実施例2に係る電子装置1においては、図7に示すように、5回全てにおいてLED3Bの点灯が確認された。
(Example 2)
Solder: "ECO SOLDER PASTE LT142"
Resin coating layer: "KE348"
In the
(比較例1)
はんだ:「ECO SOLDER PASTE LT142」
樹脂被覆層:なし
比較例1に係る電子装置1においては、10回中、1回のみLED3Bの点灯が確認され、9回はLED3Bの点灯は確認されなかった。
(Comparative Example 1)
Solder: "ECO SOLDER PASTE LT142"
Resin coating layer: None In the
(比較例2)
はんだ:「ECO SOLDER PASTE M705−GRN360−K2−V」
樹脂被覆層:なし
比較例2に係る電子装置1においては、10回中、2回のみLED3Bの点灯が確認されたが不安定であった。また、8回はLED3Bの点灯は確認されなかった。
(Comparative example 2)
Solder: "ECO SOLDER PASTE M705-GRN360-K2-V"
Resin coating layer: None In the
(比較例3)
はんだ: 「ECO SOLDER PASTE L20−JPP」
樹脂被覆層:なし
比較例3に係る電子装置1においては、10回中、3回でLED3Bの点灯が確認され、1回は不安定であった。また、6回はLED3Bの点灯は確認されなかった。
(Comparative example 3)
Solder: "ECO SOLDER PASTE L20-JPP"
Resin coating layer: None In the
このように、金属配線パターン3とピンヘッダ5の一部が樹脂被覆層6で覆われた状態で樹脂層7を二次モールド成形した実施例1、実施例2においては、低温はんだ4(「ECO SOLDER PASTE LT142」)が樹脂層7よりも高い軟化点を有する樹脂被覆層6で覆われていることにより、低温はんだ4の溶融樹脂の熱及び圧力による溶け出しが抑制されていることが推察される。その結果、ピンヘッダ5が金属配線パターン3上に位置精度よく保持され電気的接合が維持されている。
As described above, in Examples 1 and 2 in which the
本実施形態に係る電子装置1によれば、金属配線パターン3上に電子素子の一例としてのピンヘッダ5を接合する低温はんだ4を、熱可塑性樹脂を用いて樹脂層7を射出成形する前に、予め硬化性樹脂で被覆しておいた状態で二次モールド成形することにより、接合手段の一例としての低温はんだ4を覆う樹脂被覆層6を備えていない構成に比べて、変形可能な基材2上に形成された金属配線パターン3に電子素子を導電接合する低温はんだ4の熱及び圧力による溶け出しを抑制することができる。
また、変形可能な基材2上に形成された金属配線パターン3に電子素子を導電接合する低温はんだ4の熱及び圧力による溶け出しを抑制し電子素子を金属配線パターン3上に位置精度よく保持し電気的接合を維持することができる。
According to the
Further, the
1・・・電子装置
2・・・基材
3・・・金属配線パターン
4・・・低温はんだ
5・・・ピンヘッダ
6・・・樹脂被覆層
7・・・樹脂層
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記基材上に配置された金属配線パターンと、
外部素子と電気的に接続するための外部接続端子を含み前記金属配線パターンに熱溶融性の導電成分を含む接合手段で接合された電子素子と、
少なくとも前記外部接続端子の表面である端子表面が露出するように前記基材の前記金属配線パターンが配置された一面を覆う樹脂層と、
前記樹脂層よりも軟化点が高く前記接合手段の一部又は全部を前記樹脂層と離隔するように覆う樹脂被覆層と、を備えた、
ことを特徴とする電子装置。 A thermoformable substrate,
A metal wiring pattern arranged on the substrate,
An electronic element joined by a joining means containing a heat-meltable conductive component to the metal wiring pattern including an external connection terminal for electrically connecting to an external element,
A resin layer that covers at least one surface of the base material on which the metal wiring pattern is arranged so that the terminal surface, which is the surface of the external connection terminal, is exposed.
A resin coating layer having a higher softening point than the resin layer and covering part or all of the joining means so as to be separated from the resin layer,
An electronic device characterized by the above.
ことを特徴とする請求項1に記載の電子装置。 The metal wiring pattern is a metal plating layer made of Cu formed on a conductive layer made of metal nanoparticles.
The electronic device according to claim 1, wherein:
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の電子装置。 The joining means is a low temperature solder having a melting temperature lower than the softening point of the base material,
Electronic device according to claim 1 or 2, characterized in that.
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の電子装置。 The resin layer is made of a thermoplastic material, and the resin coating layer is made of a thermosetting resin material, a two-component curable resin material, a photocurable resin material, or a moisture curable resin material,
The electronic device according to any one of claims 1 to 3 , wherein:
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の電子装置。 The surface of the base material opposite to the surface on which the metal wiring pattern is arranged is covered with a thermoplastic resin layer,
The electronic device according to any one of claims 1 to 4 , wherein:
Priority Applications (2)
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