JP7140747B2 - 複数の直径を有する電線の接続 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１６年８月１１日に出願された米国仮特許出願第６２／３７３，５８８号明細書からの優先権を主張するものであり、この米国仮特許出願は参照によりその内容全体が本明細書に組み込まれる。

本発明は一般的に電気の分野に関し、特に、第１の直径の断面を有する電線を、第１の直径よりも大きな第２の直径の断面を有する電線に接続する方法に関する。

電子機器、特に医療用センサは、超微細な電線を用いて製造された機器を含むことが多い。例えば、体内に挿入されることになる医療用センサを製造するためには、センサとして働くコイルが必要になることが多く、要求されるサイズ要件を満たすために、これらのコイルは、本明細書では２５ミクロンよりも小さな最大断面を有する電線として定義する超微細な電線から製造される。超微細電線機器への接続を形成するために、従来技術ではプリント回路基板（ＰＣＢ）又は端子接続が設けられてきた。あいにく、一層小型の機器が要求されることにより、そのようなＰＣＢ又は端子接続の使用が困難になっている。

そのような超微細な電線は、非常に壊れやすく熱に敏感なので、扱うのが大変困難である。過度の熱は、電線の侵食又は電線の焼損をもたらすことがある。超微細な電線の脆弱性が高いせいで、超微細な電線を機器から追加の機器又は接続点まで延ばすことは困難である。その代わり、超微細な電線を、例えばその機器内の又はその機器に隣接する微細な電線などのより丈夫な電線に接続して、他の機器／接続点への接続を可能にすることが望ましい。上記で示したように、同じことをＰＣＢ又は端子接続を使用することなく達成することが望ましいことが多い。

従来技術によってはもたらされず、望まれているのは、ＰＣＢ又は別個の端子を使用することなく超微細な電線を微細な電線に接続する方法である。

従って、従来技術の欠点のうちの少なくとも幾つかを克服することが、本発明の主な目的である。特定の実施形態では、これは、超微細な電線を微細な電線に接続するある方法によってもたらされ、微細な電線は第１の断面を有し、超微細な電線は第２の断面を有し、最大の第２の断面は第１の最大の断面よりも小さく、この方法は、微細な電線に平らな表面を有する絶縁されていない部分を設ける工程と、微細な電線に設けられた絶縁されていない部分の平らな表面上に導電性の物質を置く工程と、超微細な電線に絶縁されていない部分を設ける工程と、超微細な電線に設けられた絶縁されていない部分を、微細な電線に設けられた絶縁されていない部分の平らな表面上に置かれた導電性の物質に接合する工程と、を含む。

一実施形態では、接合する工程は、所定の時間に渡る所定の温度及び圧力プロファイルを用いた熱圧縮によって達成される。別の実施形態では、微細な電線に絶縁されていない部分を設ける工程は、微細な電線から絶縁物の一部を取り除いて平らな表面を露出させる工程を含む。

一実施形態では、微細な電線に絶縁されていない部分を設ける工程は、微細な電線の絶縁されていない部分の一部分を取り除いて平らな表面を形成する工程を含む。別の実施形態では、導電性の物質を置く工程は、平らな表面を金でめっきする工程を含む。更に別の実施形態では、熱圧縮接合は、安定した表面上で行われる。

一実施形態では、この方法は、接合された導電性の物質と超微細な電線の上に絶縁物質を置く工程を更に含む。更なる一実施形態では、絶縁物質は接着性を有する。更なる一実施形態では、絶縁物質はシアノアクリレートを含む。別の実施形態では、絶縁されていない部分が設けられた超微細な電線はコイルとして巻かれている。

これとは無関係に、第１の電線を第２の電線に接続する方法が可能であり、第１の電線は第１の断面を有し、第２の電線は第２の断面を有し、最大の第２の断面は最大の第１の断面よりも大きく、この方法は、所定の時間に渡る所定の温度及び圧力プロファイルを用いた熱圧縮により、第１の電線の所定の部分を第２の電線の所定の部分に置かれた導電性の物質に接合する工程を含む。

一実施形態では、第２の電線の所定の部分は絶縁されておらず、平らな表面を有しており、接合する工程に先立って、この方法は、この平らな表面を金でめっきすることにより、第２の電線の所定の部分のこの平らな表面上に導電性の物質を置く工程を更に含む。更なる一実施形態では、この方法は、第２の電線の所定の部分から絶縁物の部分を取り除いて平らな表面を露出させる工程を更に含む。更なる別の実施形態では、この方法は、第２の電線の所定の部分の一部分を取り除いて平らな表面を形成する工程を更に含む。

一実施形態では、導電性の物質は金を含む。別の実施形態では、熱圧縮接合は、安定した表面上で行われる。別の実施形態では、最大の第１の断面は２５ミクロン未満であり、最大の第２の断面は２５～１００ミクロンである。一実施形態では、第１の電線はコイルとして巻かれている。

一実施形態では、この方法は、接合された導電性の物質と超微細な電線の上に絶縁物質を置く工程を更に含む。更なる一実施形態では、絶縁物質は接着性を有する。更なる一実施形態では、絶縁物質はシアノアクリレートを含む。

これとは無関係に、実施形態は、第１の断面を有する微細な電線と第２の断面を有する超微細な電線との接合構造を可能にし、最大の第２の断面は第１の最大の断面よりも小さく、この接合構造は、微細な電線の平らな表面を有する絶縁されていない部分と、微細な電線の絶縁されていない部分の平らな表面上に置かれた導電性の物質と、超微細な電線の絶縁されていない部分と、超微細な電線の絶縁されていない部分と置かれた導電性の物質との熱圧縮接合部と、を含む。

一実施形態では、置かれた導電性の物質は金を含む。一実施形態では、接合構造は、超微細な電線の絶縁されていない部分と置かれた導電性の物質との熱圧縮接合部を覆う絶縁物質を更に含む。更なる一実施形態では、絶縁物質は接着性を有する。更なる一実施形態では、絶縁物質はシアノアクリレートを含む。

本発明の更なる特徴及び利点が、以下の図面及び説明文から明らかになるであろう。

本発明の様々な実施形態をより良く理解するために、またそれらの実施形態がどのように実施され得るかを示すために、純粋に例として、ここで添付の図面を参照する。図面では、同様の番号は、全体を通じて対応する要素又は箇所を示す。

ここで図面を詳細に具体的に参照すると、図示される細目は、例であり、本発明の好ましい実施形態を例証的に考察する目的のためのものに過ぎず、本発明の原理及び概念的見地の最も有用でかつ容易に理解される説明であると考えられる事柄を提供するために提示されていることが、強調される。この点に関して、本発明の基本的な理解のために、必要とされる以上に詳細に本発明の構造的な詳細を示すような試みはしておらず、図面と共に提供される説明文により、本発明の幾つかの形態をどのように実際に具現化することができるのかが当業者には明らかになる。

特定の実施形態による、超微細な電線、及び上に導電性の物質が置かれた微細な電線のハイレベルの切欠図を示す。 図１Ａの微細な電線及び導電性の物質のハイレベルの側面図を示す。 図１Ａの微細な電線上に平らな表面を生成するステップの切欠図を示す。 特定の実施形態による、熱圧縮接合機によって微細な電線に接合されている超微細な電線を示す。 特定の実施形態による、微細な電線に接合された超微細な電線から形成される安定した構造を示す。 特定の実施形態による、超微細な電線を微細な電線に接続する方法のハイレベルのフローチャートを示す。 特定の実施形態による、第１の電線を第２の電線に接続する方法のハイレベルのフローチャートを示す。

少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、以降の説明文に記載するか又は図面に図示する構成の詳細及び構成要素の配置に、その適用が限定されるものではないことを理解されたい。本発明は、様々な態様で実現又は実施される他の実施形態に適用可能である。また、本明細書で採用する語句及び用語は、説明目的のためのものであり、限定するものとしてみなされるべきではないことは、言うまでもない。

図１Ａは超微細な電線１０、及び導電性の物質３０が上に配置された微細な電線２０のハイレベルの切欠図を示しており、図１Ｂは超微細な電線１０、微細な電線２０、及び導電性の物質３０のハイレベルの側面図を示しており、図１Ｃは、微細な電線２０上に平らな表面を生成するステップの切欠図を示しており、図１Ａ～図１Ｃについてはまとめて説明する。超微細な電線１０は、微細な電線２０の最大の断面２５よりも小さな最大の断面１５を有する。具体的には、超微細な電線１０の最大の断面１５は２５ミクロン未満であり、微細な電線２０の最大の断面２５は２５～１００ミクロンである。微細な電線２０と超微細な電線１０の両方が、ラッカーなどの絶縁物の被覆で覆われた銅線であることが好ましい。

微細な電線２０及び超微細な電線１０は扱うのが特に困難である、というのも、それらは裸眼でははっきり見えず、例えば気流に反応して容易に位置が移動するからである。典型的な実施形態では、端子又は他の接点を使用するためのスペースが不足しており、従って本明細書の実施形態は、支持構造用の別個のスペースが設けられていない電線間の接触と共に使用するのに有利である。

図１ＣのステップＡで示すように、非限定的な一実施形態では、微細な電線２０は、微細な電線２０の端２２までずっと延びる絶縁物３５を備えている。別の実施形態（図示せず）では、微細な電線２０は、絶縁物３５の一部が既に取り除かれている。

図１ＣのステップＢで示すように、微細な電線２０の所定の部分５０の所定の箇所４０の周りの絶縁物３５が取り除かれる。特に、所定の部分５０は、微細な電線２０の端２２から始まり所定の長さ、任意選択的に０．１～１ミリメートルの間に渡る、微細な電線２０の部分である。所定の箇所４０は、平らな表面６０を有する微細な電線２０の所定の部分５０の一部分である。一実施形態では、微細な電線２０は平らな電線であり、絶縁物３５を取り除いて平らな微細な電線２０の平らな表面６０を露出させる。別の実施形態では、図示するように、微細な電線２０は円形の電線であり、ステップＣで所定の箇所４０を取り除いて平らな表面６０を形成する。

図１Ａ～図１Ｂで図示するように、導電性の物質３０が平らな表面６０に置かれる。一実施形態では、導電性の物質３０は金である。一実施形態では、導電性の物質３０は、金めっき処理によって形成される。有利にも金めっきは露出した平らな表面６０上でのみ行われる、というのも電線の残りの部分は絶縁物３５によって覆われたままであるからである。超微細な電線１０の少なくとも所定の部分８０は、絶縁されていない。所定の部分５０の絶縁物３５の箇所４０のみが取り除かれる微細な電線２０とは対照的に、図１Ａに示すように、超微細な電線１０の絶縁物は所定の部分８０の全周に渡って取り除かれることが好ましい。

図１Ｄに示すように、熱と圧力の両方を施す熱圧縮によって、超微細な電線１０の所定の部分８０を導電性の物質３０に接合するように、かつ、導電性の物質３０を平らな表面６０に更に接合するように、熱圧縮接合機１００が適用される。熱圧縮接合は、所定の圧力及び温度で行われる接合であり、所定の時間に渡って行われることが好ましい。従って、熱圧縮接合は、接合エネルギー源として、超音波エネルギー又は接合部を通る電気の流れを使用しない。熱圧縮接合は、超微細な電線１０と微細な電線２０との間に永続的な電気的接続を形成する。有利にも、平らな表面６０は熱圧縮接合の改善を可能にする。一実施形態では、熱圧縮は、超微細な電線１０の焼損／侵食を防止するのに必要な最小限の温度で行われる。導電性の物質３０が金であり超微細な電線１０及び微細な電線２０が銅から構成される実施形態では、熱圧縮接合の温度は、４５０～６００℃の間、好ましくは５００～６００℃の間で行われ、０．３～１５グラムの間の圧力を伴い、この温度及び圧力は２～３０ミリ秒間の間印加される。用いられる正確な温度、圧力、及び時間は、用いられる実際の超微細な電線１０及び微細な電線２０、特に超微細な電線１０及び微細な電線２０の直径の関数である。通常は、電線が細くなるほど時間も短くなる。特定の実施形態では、正確な圧力は超微細な電線１０の直径の関数である。一実施形態では、熱圧縮接合は、熱圧縮接合結果を改善するためにテーブル１１０上で行われる。テーブル１１０は、熱圧縮接合に関連した高温及び高圧で使用するのに適した安定した表面であることが好ましい。従って、この処理は、超微細な電線１０と微細な電線２０との間に適切な拡散及び分子付着をもたらす。

図１Ｅに示すように、図１３の接合処理の後で、絶縁物１５０が接合構造に付加され、その結果、超微細な電線１０と微細な電線２０との接続部が絶縁されて安定した構造２００を形成する。一実施形態では、絶縁物は接着性を有する。任意選択的に、絶縁物はシアノアクリレート接着剤から構成される。この接着性により、複数の微細な電線２０に接続された複数の超微細な電線１０を互いに接続し、それによって、任意選択的に外被によって覆われる安定した構造２００を形成することが可能になる。一実施形態では、各超微細な電線１０はコイルとして巻かれ、それによって、上述したように、超微細な電線１０の各々がそれぞれの微細な電線２０に接続されるアセンブリを形成する。従って、安定した構造２００は、遠隔の機器又は接続点へ接続するための、微細な電線２０の引き回しのためのアンカーとして働くことができる。非限定的な一実施形態では、接着剤から形成された絶縁物１５０は、超微細な電線を含む機器の壁に取り付けられ、それゆえ安定した構造２００を形成する。従って、安定した構造２００は、超微細な電線１０に機械的応力を加えることなく、遠隔の機器又は接続点まで微細な電線２０を引き回すためのアンカーとして働く。

図２は、特定の実施形態による、超微細な電線を微細な電線に接続する方法のハイレベルのフローチャートを示す。ステップ１０００では、微細な電線に絶縁されていない部分を設け、この絶縁されていない部分は平らな表面を有する。一実施形態では、絶縁物の一部を取り除いて平らな表面を露出させる。別の実施形態では、微細な電線の所定の部分の一部分を取り除いて平らな表面を形成する。

ステップ１０１０では、ステップ１０００の微細な電線の絶縁されていない部分の平らな表面上に導電性の物質を置く。任意選択的に、導電性の物質は金を含む。ステップ１０２０では、超微細な電線に絶縁されていない部分を設け、ステップ１０００の微細な電線の最大の断面は超微細な電線の最大の断面よりも大きい。任意選択的に、超微細な電線の最大の断面は２５ミクロン未満であり、微細な電線の最大の断面は２５～１００ミクロンである。

ステップ１０３０では、ステップ１０２０の超微細な電線の絶縁されていない部分を、所定の圧力及び温度プロファイルを用いた熱圧縮により、微細な電線の絶縁されていない部分の平らな表面に置かれたステップ１０１０の導電性の物質に接合する。任意選択的に、熱圧縮は安定した表面上で行う。任意選択的に、熱圧縮は４５０～６００℃の間、好ましくは５００～６００℃の間の温度で、０．３～１５グラムの間の圧力を伴って、行う。この熱及び圧力は、２～３０ミリ秒間の間印加する。用いられる正確な温度、圧力、及び時間は、用いられる実際の超微細な電線及び微細な電線、特にステップ１０２０の超微細な電線及びステップ１０００の微細な電線の直径の関数である。通常は、電線が細くなるほど時間も短くなる。正確な圧力は、ステップ１０２０の超微細な電線の直径の関数である。

任意選択のステップ１０４０では、ステップ１０３０の接合した導電性の物質、超微細な電線、及び微細な電線の上に絶縁物質を置く。任意選択的に、絶縁物質は接着性を有する。更に任意選択的に、絶縁物質はシアノアクリレートを含む。非限定的な一実施形態では、接着剤絶縁物質は、超微細な電線を含む機器の壁に更に取り付けられ、それゆえ安定した構造を形成する。そのような安定した構造は、超微細な電線に機械的応力を加えることなく、遠隔の機器又は接続点まで微細な電線を引き回すためのアンカーとして働く。

図３は、特定の実施形態による、第１の電線を第２の電線に接続する方法のハイレベルのフローチャートを示す。ステップ２０００では、所定の時間に渡る所定の温度／圧力プロファイルを伴う熱圧縮によって、第１の電線の所定の部分を、第２の電線の所定の部分上の導電性の物質に接合する。第１の電線は第１の最大の断面を有し、第２の電線は第１の最大の断面よりも大きな第２の最大の断面を有する。一実施形態では、第１の最大の断面は２５ミクロン未満であり、第２の最大の断面は２５～１００ミクロンである。別の実施形態では、導電性の物質は金を含む。一実施形態では、熱圧縮接合は、安定した表面上で行う。別の実施形態では、第２の電線の所定の部分は、平らな表面を有し絶縁されていない。一実施形態では、第１の電線はコイルとして巻かれている。

任意選択のステップ２０１０では、ステップ２０００の接合に先立って、第２の電線の所定の部分の平らな表面上に導電性の物質を置く。任意選択のステップ２０２０では、ステップ２０００の第２の電線の所定の部分から絶縁物部分を取り除いて、任意選択のステップ２０１０の平らな表面を露出させる。任意選択のステップ２０３０では、ステップ２０００の第２の電線の所定の部分の一部分を取り除いて、任意選択のステップ２０１０の平らな表面を形成する。任意選択のステップ２０４０では、ステップ２０００の接合した導電性の物質、第１の電線、及び第２の電線の上に絶縁物質を置く。任意選択的に、絶縁物質は接着性を有する。更に任意選択的に、絶縁物質はシアノアクリレートを含む。

任意選択のステップ２０５０では、ステップ２０００の熱圧縮接合を、４５０～６００℃の間、好ましくは５００～６００℃の間の温度で、０．３～１５グラムの間の圧力を伴って、行う。この熱及び圧力は、２～３０ミリ秒間の間印加する。用いられる正確な温度、圧力、及び時間は、用いられる実際の超微細な電線及び微細な電線、特にステップ２０００の超微細な電線及び微細な電線の直径の関数である。通常は、電線が細くなるほど時間も短くなる。正確な圧力は、用いられる超微細な電線の直径の関数である。

明確にするために別々の実施形態の文脈で説明されている本発明の特定の特徴は、単一の実施形態において組み合わせて提供することもできることは、言うまでもない。逆に、簡潔にするために単一の実施形態の文脈で説明されている本発明の様々な特徴は、別々に、又は任意の適切な下位の組み合わせで提供することもできる。

特段の断りのない限り、本明細書で使用する全ての技術的用語及び科学的用語は、本発明が属する分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書で説明する方法と類似の又は等価な方法を、実際に又は本発明の試験で使用することもできるが、適切な方法を本明細書で説明する。

本明細書で言及される全ての刊行物、特許出願、特許、及び他の文献は、その全体が参照により組み込まれる。矛盾が生じる場合は、定義を含む、本特許明細書が優先される。更に、物質、方法、及び例は例示的なものに過ぎず、限定することを意図してはいない。

当業者であれば、本発明は、上記で特に図示し説明した内容に限定されないことを、理解するであろう。むしろ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義され、また、上記で説明した様々な特徴の組み合わせ及び下位組み合わせの両方、並びに、前述の説明を読むことで当業者が思いつくであろう、それらの変形例及び修正例を含む。

Claims (9)

1. 超微細な電線を微細な電線に接続する方法であって、前記微細な電線は２５～１００ミクロンの最大の断面を有し、前記超微細な電線は２５ミクロン未満の最大の断面を有し、前記方法は、
   前記微細な電線に平らな表面を有する絶縁されていない部分を設ける工程と、
   前記微細な電線に設けられた前記絶縁されていない部分の前記平らな表面上に金を置く工程と、
   前記超微細な電線に絶縁されていない部分を設ける工程と、
   前記超微細な電線に設けられた前記絶縁されていない部分を、前記微細な電線に設けられた前記絶縁されていない部分の前記平らな表面上に置かれた前記金に接合する工程と、を含み、
   前記接合する工程は、所定の時間に渡る所定の温度及び圧力プロファイルを用いた熱圧縮によって達成される、方法。
2. 前記微細な電線に前記絶縁されていない部分を設ける前記工程は、前記微細な電線から絶縁物の一部を取り除いて前記平らな表面を露出させる工程を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記微細な電線に前記絶縁されていない部分を設ける前記工程は、前記微細な電線の前記絶縁されていない部分の一部分を取り除いて前記平らな表面を形成する工程を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記置く工程は、前記平らな表面を前記金でめっきする工程を含む、請求項１に記載の方法。
5. 熱圧縮接合は安定した表面上で行われる、請求項１に記載の方法。
6. 前記接合された金と超微細な電線の上に絶縁物質を置く工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記絶縁物質は接着性を有する、請求項６に記載の方法。
8. 前記絶縁物質はシアノアクリレートを含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記絶縁されていない部分が設けられた前記超微細な電線はコイルとして巻かれる、請求項１に記載の方法。

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