JP7033285B2 - Fine wiring joint and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、生体内で使用される超小型のASIC一体型の磁気センサと超小型のASIC一体型の磁気センサへの電源・通信のための微細なフレキシブル配線との微細配線接合体およびその製造方法に関するものである。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention relates to a fine wiring joint between an ultra-small ASIC-integrated magnetic sensor used in a living body and a fine flexible wiring for power supply / communication to an ultra-small ASIC-integrated magnetic sensor, and a manufacture thereof. It's about the method.
カテーテルなどの生体内モーションデバイスに磁気センサを搭載して位置や方位を測定し、その測定値を活用したリモートコントロール治療を実現するための研究が進んでいる(特許文献1、2、3)。また、生体内モーションデバイス内に搭載するためには、小型かつ高感度のGSRセンサの開発が行われている(特許文献4)。
Research is underway to mount a magnetic sensor on an in-vivo motion device such as a catheter to measure the position and orientation, and to realize remote control treatment using the measured value (
磁気センサを小型化するために、磁気センサ素子と特定用途向け集積回路(以下、ASICと記す。)との一体化したtMRセンサ、GSRセンサなどの磁気センサの開発が進んでいる。(特許文献5、非特許文献1)。 In order to reduce the size of magnetic sensors, the development of magnetic sensors such as tMR sensors and GSR sensors that integrate magnetic sensor elements and integrated circuits for specific applications (hereinafter referred to as ASICs) is in progress. (Patent Document 5, Non-Patent Document 1).
磁気センサを駆動させるためには、磁気センサへの電源供給機能と磁気センサからの通信機能を有する微細なフレキシブル配線との電気的接合が必須である。小型化のために、ASICの電極端子と磁気センサからの通信機能を有する微細なフレキシブル配線の接続端子の直接接合技術の開発が取り組まれている。
しかし、ASICの電極端子とフレキシブル配線の接続端子との直接接合は機械的な強度が不足するので、特別な工夫が求められる。一般に、ASIC基板とフレキシブルプリント回路との間にPCB基板を設けて、ASIC基板上の電極端子とフレキシブルプリント回路基板上の接続端子とを接合し、その上で、フレキシブルプリント回路基板上の接続端子とPCB基板上の接続端子とを接合して機械的強度を保持する。(特許文献6)。
In order to drive the magnetic sensor, it is essential to electrically connect the power supply function to the magnetic sensor and the fine flexible wiring having the communication function from the magnetic sensor. In order to reduce the size, the development of a direct bonding technology between the electrode terminal of the ASIC and the connection terminal of the fine flexible wiring having a communication function from the magnetic sensor is being worked on.
However, the direct connection between the electrode terminal of the ASIC and the connection terminal of the flexible wiring lacks mechanical strength, so that special measures are required. Generally, a PCB board is provided between an ASIC board and a flexible printed circuit board, an electrode terminal on the ASIC board and a connection terminal on the flexible printed circuit board are joined, and then a connection terminal on the flexible printed circuit board is joined. And the connection terminal on the PCB board are joined to maintain the mechanical strength. (Patent Document 6).
また、プリント配線板上の回路パターンの幅(接続端子部の幅)は、0.2~1.0mm(200~1000μm)と大きく、対応する接続させる可撓性プリント配線板の回路パターンも0.2~1.0mm(200~1000μm)と大きく、容易に両者のハンダ接合ができてその強度は十分確保できる。フレキシブル配線のサイズ(図1:複数の回路パターンの幅、回路パターンの間隔の幅および両端の幅)は、1.5mm以上であってカテーテルなどには応用できない。(特許文献7)。
しかし、小型化するためには、PCB基板は省略することが必要であり、かつ大きなプリント配線も小さくする必要がある。接続端子(電極端子)の幅を小さくし、プリント配線を小さくした微細フレキシブル配線と小型ASICとを直接接合すると、その強度が低下し、端子間の短絡が発生しやすくなる。特に、生体内モーションデバイスに搭載される磁気センサは、微細なフレキシブル配線により外部電子装置と連結する必要があるが、引っ張った際の破断問題を解決することが求められている。
Further, the width of the circuit pattern on the printed wiring board (width of the connection terminal portion) is as large as 0.2 to 1.0 mm (200 to 1000 μm), and the circuit pattern of the corresponding flexible printed wiring board to be connected is also 0. It is as large as 2 to 1.0 mm (200 to 1000 μm), and both can be easily soldered together, and its strength can be sufficiently secured. The size of the flexible wiring (FIG. 1: width of a plurality of circuit patterns, width of intervals between circuit patterns and width of both ends) is 1.5 mm or more and cannot be applied to a catheter or the like. (Patent Document 7).
However, in order to reduce the size, it is necessary to omit the PCB board, and it is also necessary to reduce the size of the large printed wiring. If the width of the connection terminal (electrode terminal) is reduced and the printed wiring is made smaller and the fine flexible wiring is directly bonded to the small ASIC, the strength thereof is reduced and a short circuit between the terminals is likely to occur. In particular, a magnetic sensor mounted on an in-vivo motion device needs to be connected to an external electronic device by fine flexible wiring, but it is required to solve the problem of breakage when pulled.
磁気センサの一層の小型化を進めると、磁気センサとフレキシブル配線との接合部も小型化されてその接合強度も必然的に低下することになる。
そのため、背反特性である小型化と接合強度の向上という両方を満足する微細配線接合体を提供することを目的とする。
As the size of the magnetic sensor is further reduced, the joint portion between the magnetic sensor and the flexible wiring is also reduced in size, and the joint strength is inevitably reduced.
Therefore, it is an object of the present invention to provide a fine wiring joint body that satisfies both the miniaturization and the improvement of the joint strength, which are the contradictory characteristics.
ASIC一体型磁気センサをカテーテルに内蔵するため、ASICの長さは0.5~2.5mm、幅0.3~0.8mmとなり、そのASIC上面に形成される幅80μm以下の電極端子の4個とフレキシブル配線の幅80μm以下の接続端子の4個との微細接合する方法について、鋭意検討した。
その結果、単に電極端子と接続端子とをハンダで接合するというのでは平坦な界面部分のみの接着強度しか得られないが、電極端子に窪み(穴形状)を設け、そこにハンダを窪みの容積の1.1~1.3倍程度の過充填をして、ハンダ接合することによりフレキシブル配線の引張方向に直交する窪みのハンダによる抵抗力などが加わって接合強度が大幅に向上することを見出した。1.1より小さいと結合強度が低下し、1.3倍を超えるとハンダがあふれ出して、隣の電極と短絡する危険が生じる。
Since the ASIC integrated magnetic sensor is built in the catheter, the length of the ASIC is 0.5 to 2.5 mm and the width is 0.3 to 0.8 mm, and the electrode terminals having a width of 80 μm or less formed on the upper surface of the ASIC are 4 We have diligently studied a method of finely joining the pieces and four connection terminals having a width of 80 μm or less for the flexible wiring.
As a result, if the electrode terminal and the connection terminal are simply joined by soldering, only the adhesive strength of the flat interface portion can be obtained. It was found that by overfilling 1.1 to 1.3 times as much as the above and soldering, the resistance due to the soldering of the dents perpendicular to the tensile direction of the flexible wiring is added and the joining strength is greatly improved. rice field. If it is less than 1.1, the bond strength decreases, and if it exceeds 1.3 times, the solder overflows and there is a risk of short-circuiting with the adjacent electrode.
第1の発明は、磁気センサの電極端子と、フレキシブル配線の接続端子と、電極端子および接続端子の両端子を接合しているハンダ接合部とからなる微細配線接合体に関する。ここで、電極端子の個数は4個以上で、対応する接続端子の個数も4個以上である。
磁気センサは、磁気センサ素子をASIC面上の一方の端部から中央部にかけて直接形成したASIC一体型の磁気センサからなり、
電極端子は、ASIC面上の他方の端部に形成されているレジスト層に位置して、長さ40~80μm、幅40~80μmからなり、かつ電極端子の中央部には長さ30~60μm、幅30~60μm、深さ5~10μmの窪みが形成されており、
窪み付き電極端子は、窪みを含む電極端子の全面が導電性材料被膜で覆われており、
フレキシブル配線は、磁気センサと外部電子装置とを連結する幅0.3~0.8mmの配線であって電極端子に対応する接続端子と配線を有し、
ハンダ接合部は、窪みに形成されている四角柱のハンダと四角柱のハンダの上面から拡がっている円板状のハンダとからなる。
The first invention relates to a fine wiring joint including an electrode terminal of a magnetic sensor, a connection terminal of flexible wiring, and a solder joint portion connecting both the electrode terminal and the connection terminal. Here, the number of electrode terminals is 4 or more, and the number of corresponding connection terminals is also 4 or more.
The magnetic sensor consists of an ASIC-integrated magnetic sensor in which a magnetic sensor element is directly formed from one end to the center of the ASIC surface.
The electrode terminal is located on the resist layer formed at the other end on the ASIC surface, has a length of 40 to 80 μm and a width of 40 to 80 μm, and has a length of 30 to 60 μm at the center of the electrode terminal. A depression with a width of 30 to 60 μm and a depth of 5 to 10 μm is formed.
In the electrode terminal with a dent, the entire surface of the electrode terminal including the dent is covered with a conductive material coating.
The flexible wiring is wiring having a width of 0.3 to 0.8 mm for connecting the magnetic sensor and the external electronic device, and has connection terminals and wiring corresponding to the electrode terminals.
The solder joint is composed of a square pillar solder formed in a recess and a disk-shaped solder extending from the upper surface of the square pillar solder.
第2の発明は、微細配線接合体のハンダ接合部の製造方法に関する。
予め、ASIC面上のレジスト層に4個の電極端子のそれぞれの中央部には窪みが形成され、窪みを含む電極端子の全面が導電性材料被膜で覆われている。
(1)電極端子のサイズは幅40~80μm、長さ40~80μmにて、接続端子のサイズは幅40~80μm、長さ40~80μmからなり、
電極端子の窪みのサイズは幅30~60μm、長さ30~60μm、深さ5~10μmからなり、
(2)窪みに、ハンダペースト注入装置を使用して、窪みの容積の1.1~1.3倍に相当するハンダ微粒子を含むハンダペーストを注入し、
(3)マイクロスコープと位置決め装置を使用して、磁気センサの電極端子とフレキシブル配線の接続端子の位置を合わせ、
(4)ハンダ接合装置を使用して、電極端子と接続端子とハンダペーストを加熱・圧着して、
二つの端子と、窪みに注入されて形成される四角柱のハンダおよび記窪みから溢れ出た窪みの0.1~0.3倍の容積のハンダ微粒子により形成される円板状のハンダからなるハンダ接合部を形成する。
The second invention relates to a method for manufacturing a solder joint portion of a fine wiring joint.
In advance, a recess is formed in the central portion of each of the four electrode terminals on the resist layer on the ASIC surface, and the entire surface of the electrode terminal including the recess is covered with a conductive material coating.
(1) The size of the electrode terminal is 40 to 80 μm in width and 40 to 80 μm in length, and the size of the connection terminal is 40 to 80 μm in width and 40 to 80 μm in length.
The size of the recess of the electrode terminal consists of a width of 30 to 60 μm, a length of 30 to 60 μm, and a depth of 5 to 10 μm.
(2) Using a solder paste injection device, a solder paste containing solder fine particles corresponding to 1.1 to 1.3 times the volume of the depression is injected into the depression.
(3) Using a microscope and a positioning device, align the electrode terminals of the magnetic sensor with the connection terminals of the flexible wiring.
(4) Using a solder joining device, heat and crimp the electrode terminal, connection terminal, and solder paste.
It consists of two terminals, a square pillar solder formed by injecting into the depression, and a disk-shaped solder formed by solder fine particles having a volume of 0.1 to 0.3 times the volume of the depression overflowing from the depression. Form a solder joint.
本発明によれば、磁気センサの小型化および電極端子と接続端子との接合強度が改善され、破断などの故障を防止できるため、生体内で使用される超小型ASIC一体型磁気センサと超小型ASIC一体型磁気センサへの電源・通信のための微細なフレキシブル配線基板との微細配線接合体が可能となる。 According to the present invention, the size of the magnetic sensor is reduced, the bonding strength between the electrode terminal and the connection terminal is improved, and a failure such as breakage can be prevented. It enables a fine wiring joint with a fine flexible wiring board for power supply and communication to the ASIC integrated magnetic sensor.
本発明の実施形態および実施例について、図1~図9を用いて説明する。
微細配線接合体3は、図3に示すように、磁気センサ1のレジスト層13に形成されている電極端子14とフレキシブル配線2の接続端子21および電極端子14と接続端子21を接合しているハンダ接合部142から構成される。
Embodiments and examples of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 9.
As shown in FIG. 3, the
磁気センサ1は、磁気センサ素子11をASIC12の表面上に直接形成されている超小型のASIC一体型の磁気センサである。磁気センサはtMRセンサ、MIセンサ、GSRセンサなどである。従来の上記磁気センサは小型化されてはいるものの、内径0.5~1.5mmのカテーテルに内挿可能なサイズではなかった。本発明は、カテーテル内に内蔵できる小型サイズ、すなわち超小型の磁気センサとしてASIC一体型磁気センサと0.3~0.8mm以下の微細なフレキシブル配線との微細接合を可能とするものである。
The
磁気センサ1の電極端子14は、ASIC12の上面の端部に形成されている厚さ7~15μmのレジスト層13に4個が設けられており、ASIC12との接続はASIC電極端子121からASIC電極配線122を介して接続されている。よって、電極端子14はASIC12の上面に設けられている(図1および図3)。
電極端子および接続端子は、磁気センサと外部電子回路を接続するための電源供給機能と通信機能のために必要な端子であり、少なくともそれぞれ4個は必要であり、磁気センサからの通信内容が増加することによりさらに両端子の個数は必要となることから4個以上とする。
Four
The electrode terminals and connection terminals are terminals required for the power supply function and communication function for connecting the magnetic sensor and the external electronic circuit, and at least four are required for each, and the communication content from the magnetic sensor increases. By doing so, the number of both terminals will be required, so the number will be 4 or more.
ASIC12の電極端子14は、電極端子14の中央部に窪み141が形成されているフランジ付き角パイプの有底形状である(図1および図5)。フレキシブル配線2の接続端子21と、従来の平坦な電極端子との平面同士の接合(界面部分の接合)となる円板状のハンダ142bに加えて、窪み141の内部に四角柱のハンダ142a(窪み部分)を形成して、円板状のハンダ142bと四角柱のハンダ142aとからなるハンダ接合部142の立体形状化(図4)によりASIC12とフレキシブル配線2との引っ張り破断に対する接合強度が改善される。
The
電極端子14は、長さは40~80μm、幅は40~80μmからなり、4個が幅方向に20~50μmの等間隔に配置されている(図2)。電極端子14の大きさは、接合強度の向上のために長さおよび幅を40μm以上とし、一方で小型化を図るために80μm以下とする。
次に、電極端子14の間隔についての試験結果を表1に示す。
その結果、10μmの間隔では溶融したハンダによる短絡が発生したので判定は×であった。他方、電極端子14の60μmの間隔(窪み141の間隔は70μmに相当)ではa部を10μmから70μmと大きくすることとなり磁気センサ1の小型化に反したので▲であった。
そこで、電極端子14の間隙は溶融したハンダによる短絡防止のために20μm以上とし、小型化のために50μm以下とする。
The
Next, Table 1 shows the test results for the distance between the
As a result, a short circuit occurred due to the molten solder at an interval of 10 μm, so the judgment was x. On the other hand, at a distance of 60 μm between the electrode terminals 14 (the distance between the
Therefore, the gap between the
電極端子14は窪み141を有し、その形状は有底状の四角パイプ141pとフランジ141fとからなる(図4)。
電極端子14と窪み141の大きさの関係は、窪み141の大きさは電極端子14の大きさよりも長さ、幅ともにそれぞれ小さくしてある。窪み141からあふれ出るハンダが電極端子14のフランジ141fに留まって隣の電極端子との短絡防止のためである。
The
Regarding the relationship between the size of the
窪みの大きさと接合強度との関係について調査した結果を表2に示す。
判定基準は、引張試験により微細配線接合体が破断したものは接合強度を×と判定し、破断はしていないが磁気センサの小型化に反するものは△と判定し、平均サイズ10μmのハンダ粒が分散しているハンダペースト421を窪み141に充填が困難な場合はハンダ接合部142の形成ができないので▲と判定する。
その結果、先ず、窪み141の深さが15μmの場合は、窪み141の幅に関係なくハンダ粒のサイズより大きいことによる充填が難しかったので▲であった。次に、窪みの深さ2μmの場合は、窪みの幅15~60μmでは引張荷重150gで破断した。
また、窪みの幅を75μmの場合は、窪みの深さに関係なく引張荷重150gでは破断しなかったが、電極端子のサイズ(長さおよび幅)80μmに対して窪みのサイズ(長さおよび幅)75μmとの差が僅少(電極端子14間の間隔は20μmとする)のために溶融したハンダがフランジ141fから流れ出して電極端子14間で短絡が発生していた。その解決のためには、電極端子14のサイズを80μmから、90~98μm程度まで大きくする必要があるために磁気センサの小型化に反することとなるので△であった。
窪みの深さ5μm、10μmにて窪みの幅30~50μmの場合、引張荷重150gでは微細配線接合体は破断しなかったので〇であった。
したがって、接合強度の確保のために窪みの幅は30μm以上、深さは5μm以上とする。小型化のために窪みの幅は60μm以下とし、製造可能な深さは10μm以下とする。
Table 2 shows the results of investigating the relationship between the size of the depression and the joint strength.
As for the judgment criteria, if the fine wiring joint is broken by the tensile test, the joint strength is judged to be x, and if it is not broken but is contrary to the miniaturization of the magnetic sensor, it is judged to be △, and the solder grains having an average size of 10 μm are judged. If it is difficult to fill the
As a result, first, when the depth of the
When the width of the dent was 75 μm, the dent did not break under a tensile load of 150 g regardless of the depth of the dent, but the size (length and width) of the dent was 80 μm with respect to the size (length and width) of the electrode terminal. ) Because the difference from 75 μm is small (the distance between the
When the depth of the dent was 5 μm and 10 μm and the width of the dent was 30 to 50 μm, the fine wiring joint was not broken under a tensile load of 150 g, so the value was 0.
Therefore, in order to secure the joint strength, the width of the recess is 30 μm or more and the depth is 5 μm or more. For miniaturization, the width of the recess is 60 μm or less, and the manufacturable depth is 10 μm or less.
四角パイプ141pとフランジ141fは、金、銅などの導電性材料で形成されており、厚さは1~3μmである。
The
フレキシブル配線2は、磁気センサ1と外部電子装置(図示せず)とを連結する幅0.8mm以下で任意の長さからなる配線であって、電極端子14に対応する複数個の接続端子21と配線22からなる(図2)。
フレキシブル配線の幅は、磁気センサ1の幅に対応するとともに複数個の電極端子14からなるために、電極端子14の間隔は短絡防止のために20μmが必要となる。他方、ASIC一体型の磁気センサの超小型化のためには、連結するフレキシブル配線の幅は微細な0.3~0.8mmが好ましい。少なくとも4個の接続端子を配列するために0.3mm以上とし、小型化のために0.8mm以下とする。
The
Since the width of the flexible wiring corresponds to the width of the
接続端子21のサイズは、幅80μm以下、長さ80μm以下からなり、好ましくは幅40~80μm、長さ40~80μmである(図2)。幅および長さを40μm以上とするのは、ハンダ接合部142の平坦な界面部分である円板状のハンダ142bとの接着強度を確保するためである。小型化のために幅および長さは80μm以下とする。
なお、接続端子21の大きさと電極端子14の大きさとの関係は、溶融したハンダを両端子間で加圧されて円板状のハンダを形成することから同一の大きさが好ましい。また、両端子の形状も溶融したハンダを両端子間で加圧されて円板状のハンダを形成することから正方形状が好ましい。
The size of the
The relationship between the size of the
電極端子14と接続端子21を接合しているハンダ接合部142は、四角柱のハンダ142aの窪み部分(深さは、四角柱のパイプ141pの高さにフランジ141fの厚さを加えた。)と円板状のハンダ142bからなる(図4)。
なお、円板状のハンダ142bは、四角柱パイプ141pからあふれ出た溶融ハンダが加圧により形成されることから、必ずしも真円状でなく円形から楕円形の厚みのあるハンダの形状である。
The solder
The disc-shaped
電極端子14の接合強度は、フランジ141fの上面(円板のハンダ142bの下面との界面に相当する部分のみ)と四角柱のハンダ142aの上面からなる平坦な界面部分との密着力に加えて、四角柱のハンダ142aにおいてフレキシブル配線2の引張に対する四角柱141pの一面(図4の四角柱141pの右側の面)の抵抗力と、四角柱のハンダ142aと四角柱141pの他の3面(図4の四角柱141pの左側の面および前後)および四角柱141pの下面との界面部分の密着力により接合強度は一層大きくなる。なお、四角柱のハンダ142aと円板のハンダ142bからなるハンダ接合部142は溶融ハンダにより一体成形されている(図4)。
The bonding strength of the
なお、電極端子14および接続端子21の形状は四角の矩形状に限定されるものではない。円や楕円など円形状の場合にも、電極端子14が窪みを有することによりハンダ接合部が立体的になって平坦面の界面部分の密着力に加えて抵抗力の作用効果が得る限りは含まれるものである。
The shapes of the
この実施形態により、超小型の磁気センサのASIC上の電極端子14と微細なフレキシブル配線の接極端子21との微細な接合は、両端子を接合している四角柱のハンダ142aと円板のハンダ142bとが一体成形されているハンダ接合部を介して行われ、1/2~1/5の小型化かつ接合強度を確保した微細配線接合体が得られる。
すなわち、PCB基板を省略し、かつ微細な電極端子および微細な接続端子からなる微細配線接合体にしても、ASICと微細なフレキシブル配線との接合強度が向上し、確保できる。
According to this embodiment, the fine bonding between the
That is, even if the PCB substrate is omitted and the fine wiring joint is composed of fine electrode terminals and fine connection terminals, the joint strength between the ASIC and the fine flexible wiring can be improved and secured.
次に、第2の発明は微細配線接合体3の製造方法である。
微細配線接合体3は、磁気センサ1の電極端子14とフレキシブル配線2の接続端子21および電極端子14と接続端子21を接合しているハンダ接合部142から構成されている。その特徴は、ハンダ接合部142が四角柱のハンダ142aと円板のハンダ142bの一体成形されている。
ハンダ接合部の形成方法は、次のとおりである。
Next, the second invention is a method for manufacturing a fine wiring joint 3.
The fine wiring joint 3 is composed of an
The method for forming the solder joint is as follows.
はじめに、電極端子14の窪み141の形成は、ASIC12の上面のレジスト層13に窪みを作り、金や銅などを蒸着等により窪みを含む電極端子14を形成する(図6)。
(1)電極端子14のサイズは幅40~80μm、長さ40~80μm、接続端子のサイズは幅40~80μm、長さ40~80μmからなり、
電極端子の前記窪みのサイズは幅30~60μm、長さ30~60μm、深さ5~10μmからなる。
First, in order to form the
(1) The size of the
The size of the recess of the electrode terminal has a width of 30 to 60 μm, a length of 30 to 60 μm, and a depth of 5 to 10 μm.
(2)窪み141に、ハンダペースト注入装置42を使用して、窪みの容積の1.1~1.3倍に相当するハンダ微粒子を含むハンダペースト421を注入する(図8)。窪みの隅々まで溶融したハンダが行き渡るように1.1倍以上とし、円板状のハンダが形成できてかつ隣の電極端子、あるいは円板状のハンダとの短絡防止のために1.3倍以下とする。
(2) Using the solder
窪み141からなる電極端子14を有する磁気センサ1を、微細配線接合装置(図示せず)の治具41に固定し、その固定された電極端子14の窪み141の位置と窪み141にハンダ微粒子を含むハンダペーストを注入するハンダペースト注入装置42との位置合わせを、位置決め装置43により行う(図7および図8)。
A
磁気センサ1を固定する治具41は、大きさは幅20~40mm、長さ40~80mmからなり、磁気センサ1を装入する幅1mm以下の溝(図示せず)を有し、溝に装入して固定する。
The
位置決め装置43は、所定の位置に設置したハンダペースト注入装置42の位置に対して電極端子14を固定した治具41を位置決め装置43までスライド移動して位置決めする固定方式の位置決め装置である。なお位置決め装置の設定には±1μmの精度で行なう。
The
両者の位置合わせ後に、窪み141に、ハンダペースト注入装置42を使用して窪み141の容積の1.1~1.3倍に相当するハンダ微粒子を含むハンダペースト421を注入する。
After the alignment of the two, the solder
ハンダペースト装置42は、ディスペンサー方式の装置で直径50μmのノズルから塗布できる。ハンダペースト421は、ハンダ粒が大きさ7~15μmでペーストに分散している。
The
(3)マイクロスコープ44と位置決め装置43を使用して、磁気センサの電極端子14とフレキシブル配線の接続端子21の位置を合わせる。
(3) Using the
マイクロスコープ44は、電極端子14からなる磁気センサ1を基準に±2μmの精度で観察することができる。位置決め装置43は、固定されている磁気センサの電極端子14をフレキシブル配線の接続端子21の位置に合わせるために±1μmの精度でX軸、Y軸調整できる。
電極端子14と接続端子21との接合位置を確実にするためである(図9)。
The
This is to ensure the joint position between the
(4)ハンダ接合装置を使用して、電極端子14と接続端子21とハンダペースト421を加熱・圧着して、二つの端子と、窪みに注入されて形成される四角柱のハンダ142aおよび窪みから溢れ出た窪みの0.1~0.3倍の容積のハンダ微粒子により形成される円板状のハンダ142bからなるハンダ接合部142を形成する。
(4) Using a solder joining device, the
窪み141の容積の1.1倍以上により、ハンダ微粒子が窪み141内で加熱により溶融し、電極端子14と接続端子21が圧着されるときに窪み内には溶融したハンダが充填されて四角柱のハンダ142aが形成されるとともに電極端子14のフランジ部分の界面部分となる円板状のハンダ142bを形成することができ、四角柱のハンダ142aと円板状のハンダ142bとから一体成形されるハンダ接合部142が形成される。
一方、窪み141の容積の1.3倍以下により、溶融したハンダが両端子の圧着の際に二つの端子(14および21)のサイズより拡がらないようにするためである。接合強度の改善に寄与しないばかりか隣の電極端子や接続端子と短絡するからである(図9および図3)。
When the volume of the
On the other hand, the volume of the
ハンダ接合装置45は、100~280℃に加熱する機能と押えることできる加圧機能を有する。
ハンダ接合装置45は、所定の温度に加熱してフレキシブル配線2の上面に接触し、下部方向に加圧する。この加熱と加圧により、窪み141内のハンダ接合剤に含まれるハンダ粒が溶融して液状化し、同時にペーストは気化して窪み141から飛散する。窪み141内は溶融したハンダが充填されて四角柱のハンダ142aを形成し、一部は電極端子14のフランジ部に拡がって円板のハンダ142bが形成される。溶融したハンダ(円板のハンダ142a)の上面は接続端子21に圧着される。こうして電極端子14と接続端子21の二つの端子表面を接合する界面部分と窪み部分からなるハンダ接合部142が形成される(図9および図3)。
The
The
界面部分(円板状のハンダ142b)の密着力と窪み部分(四角柱のハンダ142a)の引張抵抗力および密着力との両者(ハンダ接合部142)による大きな接合強度が得られる。
A large bonding strength can be obtained by both the adhesion force of the interface portion (disk-shaped
微細配線接合体の実施例を説明する。
<磁気センサ1>
磁気センサ1は、特許第5839527号にて開示されているGSRセンサの素子を直接ASIC12の上部に搭載した磁気センサのGSRセンサ素子11と、ASIC12の上部に形成されたレジスト層13の端部に窪み141を有する電極端子14およびASIC12のASIC電極端子121から延びるASIC電極配線部122からなる。
磁気センサ1の大きさは、幅0.4mm、長さ1.6mmである。
An embodiment of the fine wiring joint will be described.
<
The
The size of the
磁気センサ1の電極端子14は、ASIC12の上面に形成された絶縁性レジスト層13の上部に幅60μmで長さ60μmのサイズであって、電極端子14間の距離100μm、電極端子14間の間隔30μmでもって4個の電極端子14が幅方向に直列して並置されている。電極端子14は、金メッキからなる厚さ1μmの導電性材料から被覆されている。
電極端子14は、4個すべてに幅40μm、幅40μm、深さ7μmの窪み141を有する。
The
All four
<フレキシブル配線2>
フレキシブル配線2は、接続端子21と配線22とからなり、フレキシブル配線2の幅は0.4mm、長さは200mmである。
<
The
<ハンダ接合部142>
ハンダ接合部142は、電極端子14のフランジ141fおよび四角柱のハンダ142aの上面からなる平坦面と接続端子21との間に形成されている円板状のハンダ142b(界面部分)と、有低四角パイプに形成されている四角柱のハンダ142a(窪み部分)とから形成されている。
<Solder joint 142>
The solder
<微細配線接合体>
よって、微細配線接合体3は、電極端子14と接続端子21とハンダ接合部142からなる。
<Fine wiring joint>
Therefore, the fine wiring joint 3 is composed of an
<微細配線接合体の接合強度>
電極端子14と接続端子21とハンダ接合部142からなる微細配線接合体の引張強度試験を行なった。
電極端子14を含む磁気センサ1をチャックで固定し、接続端子21を含むフレキシブル配線2を小型引張試験装置で引っ張った結果、フレキシブル配線2の箇所が250gで破断した。このとき、接合体の箇所は破断していないことから250gを超える接合強度であったといえる。
他方、比較として磁気センサの窪みを有しない平坦な電極端子の上にハンダペーストを塗布し、その上にフレキシブル配線の接続端子を載せて加熱・圧着して作製した微細配線接合体について同じ装置で引っ張った結果、電極端子と接続端子の間にて80gで破断した。
以上の引張試験の結果から、本発明の微細配線接合体は従来の接合方法による接合体に比べて3.1倍以上の接合強度が得られる。
この結果は、電極端子14に窪み141を設けると窪み部分のハンダ142aによる抵抗力と密着力は従来の平坦面のみによる密着力の2.1倍の接合強度が向上していると言える。
<Joining strength of fine wiring joint>
A tensile strength test of a fine wiring joint including an
As a result of fixing the
On the other hand, for comparison, the same device was used for a fine wiring joint made by applying solder paste on a flat electrode terminal that does not have a dent in the magnetic sensor, placing the connection terminal of the flexible wiring on it, and heating and crimping it. As a result of pulling, it broke at 80 g between the electrode terminal and the connection terminal.
From the results of the above tensile test, the fine wiring joint of the present invention can obtain a joint strength of 3.1 times or more as compared with the joint by the conventional joining method.
From this result, it can be said that when the
次に微細配線接合体の製造方法について説明する。
微細配線接合体3は、磁気センサ1の電極端子14とフレキシブル配線2の接続端子21および電極端子14と接続端子21を接合しているハンダ接合部142から構成されている。その特徴は、ハンダ接合部142が円板のハンダ142bと四角柱のハンダ142aとからなり、その製造方法は電極端子14と接続端子21を接合しているハンダ接合部142の形成方法となる。
ハンダ接合部142の形成方法は次のとおりである。
Next, a method for manufacturing a fine wiring joint will be described.
The fine wiring joint 3 is composed of an
The method for forming the
(1)磁気センサ1の電極端子14(絶縁性レジスト13の上部に形成)のサイズは幅60μm、長さ60μmで、フレキシブル配線2の接続端子21のサイズは幅60μm、長さ60μmである。電極端子14の窪み141のサイズは幅40μm、長さ40μm、深さ7μmである。
(1) The size of the electrode terminal 14 (formed on the upper portion of the insulating resist 13) of the
(2)窪み141に、ハンダペースト注入装置42を使用して窪みの容積の1.2倍に相当するはんた微粒子を含むハンダペースト421を注入する(図8)。
(2) The solder
窪み141からなる電極端子14を有する磁気センサ1を治具41に固定し、その固定された電極端子14の窪み141の位置とハンダペースト注入装置42との位置合わせを位置決め装置43により行う。
The
磁気センサ1を固定する治具41は、大きさは幅25mm、長さ40mmからなり、磁気センサ1を装入する幅0.45mmの溝に装入して固定する。
The
位置決め装置43は、所定の位置に設置したペースト注入装置42の位置に対して電極端子14を固定した治具41を位置決め装置43までスライド移動して位置決めする固定方式の位置決め装置である。なお位置決め装置の設定には±1μmの精度で行なう。
The
両者の位置合わせ後に、窪み141に、ハンダペースト注入装置43を使用して窪み141の容積の1.2倍に相当するはんた微粒子を含むハンダペースト21を注入する。
After aligning the two, the solder
ハンダペースト装置42は、ディスペンサー方式の装置で直径50μmのノズルから塗布できる。ハンダペーストは、ハンダ粒の平均サイズは10μmでペーストに分散している。
The
(3)マイクロスコープ43と位置決め装置44を使用して磁気センサ1の電極端子14とフレキシブル配線2の接続端子21の位置を合わせる(図9)。
(3) Using the
マイクロスコープ43は、電極端子14からなるGSRセンサ素子を基準に±2μmの精度で観察することができる。位置決め装置44は、固定されている磁気センサの電極端子14をフレキシブル配線の接続端子21の位置に合わせるために±1μmの精度でX軸、Y軸調整できる。
The
(4)ハンダ接合装置45を使用して電極端子14と接続端子21とハンダ接合剤を250℃に加熱して押える。二つの端子表面を接合する界面部分(円板状のハンダ142b)と窪み部分(四角柱のハンダ142a)からなるハンダ接合部142を形成する(図9および図4)。
この加熱と加圧により、窪み141内のハンダ接合剤に含まれるハンダ粒が溶融して液状化し、同時にペーストは気化して窪み141から飛散する。窪み141内(141p)は溶融したハンダで充填され、一部は電極端子14のフランジ部141fに拡がる。溶融したハンダの上面は接続端子21に圧着される。こうして電極端子14と接続端子21の二つの端子表面を接合する界面部分(円板状のハンダ142b)と窪み部分(四角柱のハンダ142a)からなるハンダ接合部142が形成される。
(4) Using the
By this heating and pressurization, the solder particles contained in the solder bonding agent in the
界面部分(円板状のハンダ142b)の密着力と窪み部分(四角柱のハンダ142a)の引張抵抗力および密着力との両者(ハンダ接合部142)による大きな接合強度を有する微細配線接合体を容易に製造できる。
A fine wiring joint having a large joint strength due to both the adhesion of the interface portion (disk-shaped
本発明は、微細配線接合体の接合強度の高くすることができるので超小型のASIC一体型の磁気センサを生体内での使用が期待される。 Since the present invention can increase the joint strength of the fine wiring joint, it is expected that an ultra-compact ASIC-integrated magnetic sensor will be used in a living body.
1:磁気センサ(超小型のASIC一体型の磁気センサ)
11:磁気センサ素子、12:ASIC、121:ASIC電極端子、122:ASIC電極配線部、13:絶縁性レジスト層、14:電極端子、141:窪み(電極端子14に形成されている)、141f:フランジ(有底状の四角柱パイプの上部周辺部)、141p:有底状の四角柱パイプ、142:ハンダ接合部、142a:四角柱のハンダ、142b:円板状のハンダ
2:フレキシブル配線
21:接続端子、22:配線
3:微細配線接合体
41:治具、42:ハンダペースト注入装置、421:ハンダペースト、43:位置決め装置、44:マイクロスコープ、45:ハンダ接合装置
1: Magnetic sensor (ultra-compact ASIC integrated magnetic sensor)
11: Magnetic sensor element, 12: ASIC, 121: ASIC electrode terminal, 122: ASIC electrode wiring part, 13: Insulating resist layer, 14: Electrode terminal, 141: Recess (formed in electrode terminal 14), 141f : Flange (upper peripheral part of bottomed square pillar pipe), 141p: Bottomed square pillar pipe, 142: Solder joint, 142a: Square pillar solder, 142b: Disc-shaped solder 2: Flexible wiring 21: Connection terminal, 22: Wiring 3: Fine wiring joint 41: Jig, 42: Solder paste injection device, 421: Solder paste, 43: Positioning device, 44: Microscope, 45: Solder joining device
Claims (2)
前記磁気センサは、磁気センサ素子を前記ASIC面上に直接形成したASIC一体型の磁気センサからなり、
前記電極端子は、前記ASIC面上の端部レジスト層に位置して、長さ40~80μm、幅40~80μmからなり、かつ中央部には長さ30~60μm、幅30~60μm、深さ5~10μmの窪みが形成されている窪み付き電極端子からなり、
前記窪み付き電極端子は、前記窪みを含む前記電極端子の全面が導電性材料被膜で覆われており、
前記フレキシブル配線は、前記磁気センサと外部電子装置とを連結する幅0.3~0.8mmの配線であって前記電極端子に対応する前記接続端子と配線を有し、
前記ハンダ接合部は、前記窪みに形成されている四角柱のハンダと前記四角柱のハンダの上面から拡がっている円板状のハンダとからなることを特徴とする微細配線接合体。 From the solder joints that join the four or more electrode terminals on the ASIC surface of the magnetic sensor, the number of connection terminals corresponding to the number of the electrode terminals of the flexible wiring, and both terminals of the electrode terminals and the connection terminals. In the fine wiring joint
The magnetic sensor comprises an ASIC-integrated magnetic sensor in which a magnetic sensor element is directly formed on the ASIC surface.
The electrode terminal is located on the edge resist layer on the ASIC surface and has a length of 40 to 80 μm and a width of 40 to 80 μm, and has a length of 30 to 60 μm, a width of 30 to 60 μm, and a depth in the central portion. It consists of an electrode terminal with a recess in which a recess of 5 to 10 μm is formed.
In the electrode terminal with a recess, the entire surface of the electrode terminal including the recess is covered with a conductive material coating.
The flexible wiring is wiring having a width of 0.3 to 0.8 mm for connecting the magnetic sensor and an external electronic device, and has the connection terminal and wiring corresponding to the electrode terminal.
The solder joint is a fine wiring joint comprising a square pillar solder formed in the recess and a disk-shaped solder extending from the upper surface of the square pillar solder.
前記ハンダ接合部は、
(1)前記電極端子のサイズは幅40~80μm、長さ40~80μm、前記接続端子のサイズは幅40~80μm、長さ40~80μmからなり、
前記電極端子の前記窪みのサイズは幅30~60μm、長さ30~60μm、深さ5~10μmからなり、
(2)前記窪みに、ハンダペースト注入装置を使用して、前記窪みの容積の1.1~1.3倍に相当するハンダ微粒子を含むハンダペーストを注入し、
(3)マイクロスコープと位置決め装置を使用して、前記磁気センサの前記電極端子と前記フレキシブル配線の前記接続端子との位置を合わせ、
(4)ハンダ接合装置を使用して、前記電極端子と前記接続端子と前記ハンダペーストを加熱・圧着して、
前記二つの端子と、前記窪みに注入されて形成される四角柱のハンダおよび前記窪みから溢れ出た前記窪みの0.1~0.3倍の容積のハンダ微粒子により形成される円板状のハンダからなるハンダ接合部を形成することを特徴とする微細配線接合体の製造方法。
In the method for manufacturing a fine wiring joint according to claim 1,
The solder joint is
(1) The size of the electrode terminal is 40 to 80 μm in width and 40 to 80 μm in length, and the size of the connection terminal is 40 to 80 μm in width and 40 to 80 μm in length.
The size of the recess of the electrode terminal is 30 to 60 μm in width, 30 to 60 μm in length, and 5 to 10 μm in depth.
(2) Using a solder paste injection device, a solder paste containing solder fine particles corresponding to 1.1 to 1.3 times the volume of the recess is injected into the recess.
(3) Using a microscope and a positioning device, align the electrode terminal of the magnetic sensor with the connection terminal of the flexible wiring.
(4) Using the solder joining device, the electrode terminal, the connection terminal, and the solder paste are heated and crimped to each other.
A disk-shaped solder formed by the two terminals, a square pillar solder formed by being injected into the recess, and solder fine particles having a volume 0.1 to 0.3 times the volume of the recess overflowing from the recess. A method for manufacturing a fine wiring joint, which comprises forming a solder joint made of solder.
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