WO2020110199A1 - ケーブル接続構造 - Google Patents

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渋谷　広明
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Definitions

  • the present invention relates to a cable connection structure in which an electric cable is joined to an electrode terminal of a board.
  • solder joining and ultrasonic joining are widely used as methods for joining the electric cable to the electrode terminals of the board.
  • a low melting point metal is arranged at the bonding interface and heat treatment is performed.
  • ultrasonic bonding for example, ultrasonic vibration is applied in a state in which the bonding surfaces made of gold are pressed together.
  • the surface activated bonding method is also used. In the surface activated bonding method, plasma treatment or the like is performed on both bonding surfaces, so that the oxide film, adsorbed substances, and the like are removed in a vacuum, and then the bonding surfaces are pressure-bonded immediately.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-151183 discloses a low frequency bonding device.
  • the metal bump orbits with respect to the electrode terminal under the condition of a frequency of 5 to 100 Hz.
  • the embodiment of the present invention aims to provide a cable connection structure that is inexpensive and has high joint reliability.
  • the cable connection structure of the embodiment of the present invention includes an electric cable in which an end surface of a core wire is exposed, a first electrode covering the end surface, a substrate in which a terminal is exposed in a main surface, and a second electrode covering the terminal. And the Vickers hardness of the first electrode and the Vickers hardness of the second electrode are substantially the same, and the first electrode and the second electrode are bonded together without sandwiching another member. There is.
  • the cable connection structure 1 of the present embodiment includes a plurality of electric cables 10, a plurality of first electrodes 20, a substrate 30, a plurality of second electrodes 40, and a cable. And a fixed portion 50.
  • the electric cable 10 has a core wire 11 made of a conductor and a coating layer 12 covering the core wire 11.
  • the end surface 10SA of the core wire 11 is not covered with the coating layer 12 and is exposed.
  • the cable fixing portion 50 fixes the plurality of electric cables 10 in a predetermined arrangement state.
  • the end surface 10SA of the electric cable 10 is exposed at the front surface 50SA of the cable fixing portion 50.
  • the front surface 50SA is a surface on which the plurality of end surfaces 10SA are exposed.
  • Each of the plurality of first electrodes 20 arranged on the front surface 50SA covers each of the plurality of end surfaces 10SA.
  • the cable fixing portion 50 is configured so that the end surface 10SA of the shielded wire is also exposed to the front surface 50SA (for example, Japanese Patent No. 6371414). (See the official gazette).
  • a plurality of terminals 31 are exposed on the main surface 30SA of the substrate 30.
  • Each of the plurality of terminals 31 made of a conductor is connected to each of the plurality of through wirings 32, for example.
  • Each of the plurality of second electrodes 40 arranged on the main surface 30SA covers each of the plurality of terminals 31.
  • the terminal 31A which is a part of the surface wiring of the main surface 30SA, may be covered with the second electrode 40A, as in the cable connection structure 1A of the modified example shown in FIG. Further, a part of the wiring forming the terminal 31A is extended to the back surface 30SB facing the main surface 30SA via the side surface wiring.
  • Both the first electrode 20 and the second electrode 40 are made of electrolytic copper plating film. Copper is a metal having the property of forming a natural oxide film in the atmosphere at room temperature and pressure. Therefore, when the bonding process is performed in the atmosphere, the bonding surface before bonding is covered with the natural oxide film.
  • the inventor has found that, even if two electrodes made of a metal having a natural oxide film are formed on the surface of the metal, a sliding surface which moves the relative positions of the two electrodes while they are pressure-bonded to each other in the atmosphere is provided that the combination of the bonding surfaces is special. It has been found that by performing the dynamic treatment, it is possible to join the other members without sandwiching them.
  • the sliding treatment of the joint surface was performed, for example, by rotating one of the joint surfaces while fixing one in the atmosphere at room temperature (25°C) and a humidity of 60%.
  • the first electrode 20 and the second electrode 40 have different areas, and the first electrode 20 which is an electrode having a small area has the area of the second electrode 40 which is an electrode having a large area. It is located inside.
  • the bonding surface 20SA of the first electrode 20 is a circle having a diameter of 40 ⁇ m.
  • the bonding surface 40SA of the second electrode 40 is a square having a side of 70 ⁇ m. That is, the area of the first electrode 20 is 1256 ⁇ m 2 and the area of the second electrode 40 is 4900 ⁇ m 2 .
  • the centers C20 and C40 of the first electrode 20 having a small area and the second electrode 40 having a large area coincide with each other.
  • the average distance d from the outer circumference of the first electrode 20 having a small area to the outer circumference of the second electrode 40 having a large area is preferably 5 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the sliding range is wide and downsizing of the cable connection structure is not easy. If the average distance d is less than 5 ⁇ m, the sliding range is small and efficient sliding processing is not easy.
  • the first electrode 20 is circular and the second electrode 40 is square, but both may be circular or rectangular. Further, contrary to the cable connection structure 1, the area of the first electrode 20 may be larger than the area of the second electrode 40.
  • the cable fixing part 50 is effective for efficiently joining a plurality of electric cables 10.
  • the plurality of electric cables 10 in which the core wire 11 projects from the coating layer 12 are embedded in a resin in a state where they are arranged in a predetermined manner.
  • the cable fixing portion 50 in which the end faces 10SA of the plurality of electric cables 10 are exposed on the polishing surface (front surface 50SA) can be manufactured by grinding or polishing one surface.
  • the process of joining one electric cable 10 to one terminal 31 may be repeated without using the cable fixing portion 50.
  • the first electrode 20 and the second electrode 40 were joined because the Vickers hardness Hv was substantially the same. That is, the first electrode 20 and the second electrode 40 are hardness adjusting layers for making the hardnesses of the two joint surfaces substantially the same.
  • the Vickers hardness Hv20 of the first electrode 20 was 100.
  • the Vickers hardness Hv40 of the second electrode 40 was 90, which was substantially the same as the Vickers hardness Hv20.
  • the Vickers hardness Hv was evaluated at room temperature (25° C.) under a load of 1 g using a method according to the Micro Vickers hardness test (JIS-Z2244).
  • the Vickers hardness Hv20 of the first electrode 20 was 180 and the Vickers hardness Hv40 of the second electrode 40 was 90. ..
  • the first electrode 20 and the second electrode 40 were formed under the same conditions using the same copper sulfate electroplating bath. It was because the number of days elapsed was different.
  • the electrolytic copper plating film undergoes self-annealing in which the crystal grain size and hardness change even after room temperature formation.
  • the Vickers hardness Hv of the copper plating film immediately after the film formation and after 3 days had elapsed was 180.
  • the Vickers hardness Hv of the copper plating film after 7 days was 90.
  • the first electrode 20 is within 3 days after the film formation, and the second electrode 40 is 7 days or more after the film formation. Was.
  • the hardness of the copper plating film changes greatly depending on the composition of the plating bath and the film forming conditions. That is, the copper plating film contains trace elements other than copper, such as carbon, sulfur, and hydrogen, and the hardness changes depending on the content of the trace elements.
  • the natural oxide film on the surface of the first electrode 20 and the second electrode 40 are peeled off by the sliding treatment, and are made of metallic copper and metallic copper. A joint interface with high joint reliability was obtained.
  • the Vickers hardness Hv being substantially the same means that the difference Vv between the Vickers hardness Hv20 of the first electrode 20 and the arithmetic mean Hv-ave of the Vickers hardness Hv40 of the second electrode 40 and the Vickers hardness Hv20 (Vickers hardness Hv40).
  • ⁇ is within 30% of the arithmetic mean Hv-ave, preferably within 10%.
  • the arithmetic mean Hv-ave is 95 and the hardness difference Hv- ⁇ is 5 (arithmetic mean). (5.2% of Hv-ave).
  • the arithmetic mean Hv-ave is 135 and the hardness difference Hv- ⁇ is 90. (67% of arithmetic average Hv-ave).
  • the oxide film on the soft bonding surface is removed, but the oxide film on the hard bonding surface is not removed, and thus the bonding is not performed.
  • the cable connection structure 1 is inexpensive because it does not use expensive gold and is joined in the atmosphere. Further, the cable connection structure 1 has a bonding interface made of metallic copper and metallic copper with high bonding reliability.
  • the removal of the oxide film is promoted by the deformation of the joint surfaces of the first electrode 20 and the second electrode 40 together due to the sliding.
  • both the first electrode 20 and the second electrode 40 have a Vickers hardness Hv of more than 50 and less than 200. If the Vickers hardness Hv is less than the above range, the joint surface is excessively deformed, and it is not easy to obtain good joint. When the Vickers hardness Hv is more than the above range, the deformation is insufficient and the oxide film cannot be easily removed.
  • the hardness Hv20 of the first electrode 20 is preferably lower than the hardness of the core wire 11, and the hardness Hv40 of the second electrode 40 is preferably lower than the hardness of the terminal 31. This is because it is preferable that only the first electrode 20 and the second electrode 40 are deformed.
  • FIG. 7 shows the result of elemental analysis (EDX) of the discolored region of the surface of the particles 60, which is considered not to have contributed to the bonding.
  • EDX elemental analysis
  • Oxygen which was not detected in the surrounding area, was detected in the particles 60. That is, the particles 60 were oxide particles generated by peeling off the surface oxide film.
  • the crystal grain is larger in the bonding surface of the first electrode 20 than in other regions of the first electrode 20.
  • the altered layers 21 and 41 have a thickness of 1 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the alteration layers 21 and 41 are considered to be the alteration layers produced by the sliding treatment.
  • the Vickers hardness Hv of both joining surfaces is more than 50 and less than 200, the unevenness of the joining surfaces is flattened by the sliding process.
  • the waviness value W at the joint interface was 1.1 ⁇ m.
  • the waviness value W of the bonded interface is the difference (measurement length 10 ⁇ m) between the maximum value and the minimum value with respect to the center line of the interface when the cross section is observed.
  • the bonding surface needs to be a flat surface, the bonding interface is flat, and the waviness value W is extremely small, for example, less than 0.1 ⁇ m.
  • the waviness value W of the joint surface is 0.1 ⁇ m or more, it is clear that the joint surface is not formed by the surface activation joining method.
  • the waviness value W of the joint interface is 0.1 ⁇ m or more, and in many cases it is 0.5 ⁇ m or more.
  • the upper limit of the waviness value W is not particularly limited, but when joining in a short time, it is preferably 5 ⁇ m or less.
  • FIG. 10 is a cross-sectional photograph taken using a transmission electron microscope (TEM).
  • TEM transmission electron microscope
  • an intermediate layer 65 made of microcrystals or amorphous having a crystal grain size of 10 nm or less was sometimes observed at the bonding interface between the first electrode 20 and the second electrode 40.
  • the intermediate layer 65 is a metal layer containing no oxygen.
  • the altered layers 21, 41 and the intermediate layer 65 have a configuration peculiar to the cable connection structure 1 that is joined by using a sliding process. In other words, if the cable connection structure includes the altered layers 21, 41 or the intermediate layer 65, it can be considered that they are joined by using the sliding process.
  • the cable connection structure 1 in which two electrodes made of electrolytic copper plating film were joined.
  • at least one of the two electrodes may be, for example, an electroless copper plating film, a copper vapor deposition film, a copper sputter film, or a rolled copper foil.
  • a cable connection structure having a first electrode made of a rolled copper foil and a second electrode made of an electroless copper plating film can be joined if the Vickers hardness is substantially the same.
  • At least one of the first electrode 20 and the second electrode 40 may be a metal containing copper in an amount of 50 wt% or more and having copper as a main component, for example, CuNi, CuSn, or CuBe.
  • a metal containing copper as a main component is inexpensive and easy to bond according to the present invention.
  • the terminal 31 of the main surface 30SA of the substrate 30 is made of copper and has a Vickers hardness that is substantially the same as that of the first electrode, it can be bonded to the first electrode. In this case, the terminal 31 is regarded as the second electrode.
  • the terminal 31 of the main surface 30SA of the substrate 30 and the core wire 11 of the electric cable 10 are both made of wire having substantially the same Vickers hardness and more than 50 and less than 200, the terminal 31 and the core wire are 11 is joined without sandwiching another member.
  • the end surface 11SA of the core wire 11 is regarded as the first electrode, and the terminal 31 is regarded as the second electrode.
  • the first electrode 20 and the second electrode 40 are not essential constituent elements of the cable connection structure of the present invention.
  • the Vickers hardness Hv of the terminal 31 and the core wire 11 may also change with time.
  • the cable connection structure including the first electrode 20 and the second electrode 40 that are hardness adjusting layers having substantially the same hardness the terminals 31 and the core wire 11 can be joined regardless of the Vickers hardness Hv.
  • the first electrode 20 and the second electrode 40 are not limited to the metal containing copper as a main component, but may be a metal having the property of forming a natural oxide film in the air, for example, Sn or Al. It is clear that even if the metal is the main component, if the Vickers hardness is approximately the same, it can be joined without sandwiching another member. Further, the first electrode 20 and the second electrode 40 preferably have a Vickers hardness of more than 50 and less than 200, as with the electrode containing copper as a main component.

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Abstract

ケーブル接続構造は、芯線１１の端面１０ＳＡが露出した電気ケーブル１０と、端面１０ＳＡを覆う第１の電極２０と、端子３１が主面３０ＳＡに露出した基板３０と、端子３１を覆う第２の電極４０と、第１の電極２０のビッカース硬度Ｈｖ２０と第２の電極４０のビッカース硬度Ｈｖ４０とが略同じであり、かつ、他部材を間にはさむことなく、接合されている。

Description

ケーブル接続構造
　本発明は、基板の電極端子に電気ケーブルが接合されたケーブル接続構造に関する。
　基板の電極端子に電気ケーブルを接合する方法として、半田接合および超音波接合が広く使用されている。半田接合では、接合界面に低融点金属が配設され加熱処理が行われる。超音波接合では、例えば、ともに金からなる接合面が圧着された状態において超音波振動が印加される。なお、半導体分野では、表面活性化接合法も使用されている。表面活性化接合法では、両方の接合面に対してプラズマ処理等が行われることによって、酸化膜および吸着物等が真空中において除去されてから直ちに接合面が圧着される。
　しかし、半田接合では基板にも熱が印加される。このため、すでに基板に配設されている電子部品の信頼性が低下するおそれがある。超音波接合では、金等の自然酸化膜が形成されない高価な貴金属を接合面に配設する必要がある。すなわち、自然酸化膜は、例えば、厚さが０．１μｍ以下の不動態膜であっても接合の妨げとなる。一方、表面活性化接合法では、２つの接合面は、隙間無く密着する平坦面である必要があり、かつ、真空中における処理であるために、電気ケーブルの接合には適していない。
　日本国特開２０１２－１５１１８３号公報には、低周波ボンディング装置が開示されている。上記装置では、電極端子に対して、金属バンプが周波数５～１００Ｈｚの条件において周回運動する。
　しかし、上記ボンディング方法でも、銅からなるバンプには金めっきが成膜されている。また良好な接合を得るためには、接合処理中に不活性ガスを供給することが記載されている。
　このため、安価であり接合信頼性の高いケーブル接続構造が希望されていた。
特開２０１２－１５１１８３号公報
　本発明の実施形態は、安価であり接合信頼性の高いケーブル接続構造を提供することを目的とする。
　本発明の実施形態のケーブル接続構造は、芯線の端面が露出した電気ケーブルと、端面を覆う第１の電極と、端子が主面に露出した基板と、端子を覆う第２の電極と、を具備し、第１の電極のビッカース硬度と第２の電極のビッカース硬度が略同じであり、かつ、第１の電極と第２の電極とが、他部材を間にはさむことなく、接合されている。
　本発明によれば、安価であり接合信頼性の高いケーブル接続構造を提供できる。
実施形態のケーブル接続構造を説明する断面図である。 実施形態の変形例のケーブル接続構造を説明する断面図である。 実施形態のケーブル接続構造を説明する分解図である。 実施形態のケーブル接続構造の接合方法を説明する平面模式図である。 実施形態のケーブル接続構造の接合方法を説明する平面模式図である。 実施形態のケーブル接続構造の接合方法を説明する平面模式図である。 実施形態のケーブル接続構造の接合方法を説明する平面模式図である。 実施形態のケーブル接続構造の接合方法を説明する平面模式図である。 実施形態のケーブル接続構造の電極膜の硬度変化を示す図である。 実施形態のケーブル接続構造の剥離面の粒子のＳＥＭ写真である。 図７に示す粒子の組成分析結果を示す図である。 実施形態のケーブル接続構造の接合断面のＳＥＭ写真である。 実施形態のケーブル接続構造の接合断面のＴＥＭ写真である。
＜第１実施形態＞
　図１および図３に示すように、本実施形態のケーブル接続構造１は、複数の電気ケーブル１０と、複数の第１の電極２０と、基板３０と、複数の第２の電極４０と、ケーブル固定部５０と、を具備する。
　なお、以下の説明において、各実施の形態に基づく図面は、模式的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、夫々の部分の厚さの比率および相対角度などは現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、一部の構成要素の図示および符号の付与を省略する場合がある。
　電気ケーブル１０は、導体からなる芯線１１と、芯線１１を覆う被覆層１２と、を有する。芯線１１の端面１０ＳＡは、被覆層１２に覆われておらず露出している。ケーブル固定部５０は複数の電気ケーブル１０を所定の配置状態に固定している。電気ケーブル１０の端面１０ＳＡは、ケーブル固定部５０の前面５０ＳＡに露出している。言い方を変えれば、前面５０ＳＡは複数の端面１０ＳＡが露出している面である。前面５０ＳＡに配設されている複数の第１の電極２０のそれぞれは、複数の端面１０ＳＡのそれぞれを覆っている。
　なお、電気ケーブル１０がシールド線を含むシールドケーブルの場合には、シールド線も端面１０ＳＡが前面５０ＳＡに露出する状態になるように、ケーブル固定部５０は構成されている（例えば、日本国特許６３７１４１４号公報参照）。
　一方、基板３０の主面３０ＳＡには、複数の端子３１が露出している。導体からなる複数の端子３１のそれぞれは、例えば、複数の貫通配線３２のそれぞれと接続されている。主面３０ＳＡに配設されている複数の第２の電極４０のそれぞれは、複数の端子３１のそれぞれを覆っている。
　なお、図２に示す変形例のケーブル接続構造１Ａのように、主面３０ＳＡの表面配線の一部である端子３１Ａが第２の電極４０Ａに覆われていてもよい。また、端子３１Ａを構成している配線の一部は側面配線を経由して主面３０ＳＡと対向する裏面３０ＳＢまで延設されている。
　第１の電極２０および第２の電極４０は共に電気銅めっき膜からなる。銅は常温常圧の大気中において自然酸化膜が形成される特性を有する金属である。このため、大気中において接合処理が行われる場合には、接合前の接合面は自然酸化膜に覆われている。
　発明者は、特別な接合面の組み合わせであれば、自然酸化膜が形成された金属からなる２つの電極であっても、大気中において、両者の接合面を圧着しながら相対位置を移動する摺動処理を行うことによって、他部材を間にはさむことなく接合されることを見出した。
　接合面の摺動処理は、例えば、常温（２５℃）、湿度６０％の大気中にて接合面の一方を固定した状態において、もう一方を回転することによって行われた。
　具体的には、図４Ａ～図４Ｄに示すように、第１の電極２０の接合面２０ＳＡを第２の電極４０の接合面４０ＳＡに、３０ＭＰａ以下の圧力を印加することによって圧着した状態において、第２の電極４０の中心Ｃ４０を中心に、第１の電極２０の中心Ｃ２０が円弧を描くように、周波数５Ｈｚ～１００Ｈｚ程度で接合面の摺動処理を行った。すなわち、第１の電極２０は第２の電極４０に当接しながら周波数５Ｈｚ～１００Ｈｚ程度で、回転している。摺動条件は適宜、設定される。例えば、周回開始および最後の周回では、第１の電極２０の中心Ｃ２０は第２の電極４０の中心Ｃ４０に位置していてもよい。
　摺動処理を行うために、第１の電極２０と第２の電極４０とは面積が異なり、面積が小さい電極である第１の電極２０は、面積が大きい電極である第２の電極４０の内に配置されている。例えば、第１の電極２０の接合面２０ＳＡは直径４０μｍの円形である。第２の電極４０の接合面４０ＳＡは一辺が７０μｍの正方形である。すなわち、第１の電極２０の面積は、１２５６μｍ２であり、第２の電極４０の面積は、４９００μｍ２である。
　なお、図５に示すように、接合に適した摺動処理を行うためには、面積が小さい第１の電極２０と面積が大きい第２の電極４０とを、それぞれの中心Ｃ２０、Ｃ４０が一致するように配置した場合に、面積が小さい第１の電極２０の外周から面積が大きい第２の電極４０の外周までの平均距離ｄが、５μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。
　面積が小さい第１の電極２０の外周から面積が大きい第２の電極４０の外周までの平均距離ｄが５０μｍより大きいと摺動範囲が広く、ケーブル接続構造の小型化が容易ではない。また、平均距離ｄが５μｍより小さいと、摺動範囲が小さく、効率的な摺動処理が容易ではない。
　なお、第１の電極２０は円形であり、第２の電極４０は正方形であるが、共に、円形または矩形であってもよい。さらに、ケーブル接続構造１とは逆に、第１の電極２０の面積が第２の電極４０の面積よりも大きくてもよい。
　ケーブル固定部５０は複数の電気ケーブル１０を効率的に接合するために有効である。例えば、芯線１１が被覆層１２から突出している複数の電気ケーブル１０が、所定配置された状態において、樹脂に埋め込まれる。そして、１面を研削加工または研磨加工することによって研磨面（前面５０ＳＡ）に複数の電気ケーブル１０の端面１０ＳＡが露出したケーブル固定部５０を作製できる。もちろん、ケーブル固定部５０を用いないで、１本の電気ケーブル１０を１つの端子３１と接合する工程を繰り返してもよい。
　そして、ケーブル接続構造１において、第１の電極２０と第２の電極４０とが接合されたのは、ビッカース硬度Ｈｖが略同じためであった。すなわち、第１の電極２０および第２の電極４０は、２つの接合面の硬度を略同じにするための硬度調整層である。
　第１の電極２０のビッカース硬度Ｈｖ２０は、１００であった。これに対して、第２の電極４０のビッカース硬度Ｈｖ４０は９０であり、ビッカース硬度Ｈｖ２０と略同じであった。ビッカース硬度Ｈｖは、マイクロビッカース硬度試験（ＪＩＳ－Ｚ２２４４）に準じた方法を用い、加重１ｇにて室温（２５℃）において評価した。
　なお、共に銅めっき膜からなる第１の電極２０と第２の電極４０とが接合できない場合があった。
　第１の電極２０と第２の電極４０とが接合できなかった場合には、第１の電極２０のビッカース硬度Ｈｖ２０が、１８０であり、第２の電極４０のビッカース硬度Ｈｖ４０が９０であった。
　第１の電極２０と、第２の電極４０とは同じ硫酸銅電気めっき浴を用い同一条件で成膜を行ったが、ビッカース硬度Ｈｖに硬度差Ｈｖ－Δが生じたのは、成膜後の経過日数が違うためであった。
　すなわち、電気銅めっき膜は、成膜後、室温においても、結晶粒径および硬度が変化するセルフアニールが発生する。図６に示すように、成膜直後および３日経過後の銅めっき膜のビッカース硬度Ｈｖは、１８０であった。これに対して、７日経過後の銅めっき膜のビッカース硬度Ｈｖは、９０であった。
　第１の電極２０と第２の電極４０とは接合できなかった場合には、第１の電極２０は成膜後、３日以内であり、第２の電極４０は成膜後７日以上経過していた。
　さらに、銅めっき膜は、めっき浴の組成、成膜条件によっても硬度が大きく変化する。すなわち、銅めっき膜は、銅以外の微量元素、例えば、炭素、硫黄、および水素を含み、微量元素の含有量によっても硬度が変化する。
　しかし、第１の電極２０と第２の電極４０とが、ビッカース硬度Ｈｖが略同じであれば、摺動処理によって、それぞれの表面の自然酸化膜が剥離し、金属銅と金属銅とからなる接合信頼性の高い接合界面が得られた。
　ビッカース硬度Ｈｖが略同じとは、第１の電極２０のビッカース硬度Ｈｖ２０と第２の電極４０のビッカース硬度Ｈｖ４０の算術平均Ｈｖ－aveと、ビッカース硬度Ｈｖ２０（ビッカース硬度Ｈｖ４０）との硬度差Ｈｖ－Δが、算術平均Ｈｖ－aveの３０％以内であり、好ましくは１０％以内である。
　例えば、接合されたケーブル接続構造１では、ビッカース硬度Ｈｖ２０が１００であり、ビッカース硬度Ｈｖ４０が９０であるため、算術平均Ｈｖ－aveは、９５であり、硬度差Ｈｖ－Δは、５　（算術平均Ｈｖ－aveの５．２％）である。これに対して、接合できなかったケーブル接続構造では、ビッカース硬度Ｈｖ２０が１８０であり、ビッカース硬度Ｈｖ４０が９０であるため、算術平均Ｈｖ－aveは、１３５であり、硬度差Ｈｖ－Δは、９０　（算術平均Ｈｖ－aveの６７％）である。
　第１の電極２０と第２の電極４０の硬度が異なると、軟らかい接合面の酸化膜は除去されるが、硬い接合面の酸化膜は除去されないため、接合されない。
　ケーブル接続構造１は、高価な金を用いることがなく、大気中において接合処理されるため、安価である。また、ケーブル接続構造１は、金属銅と金属銅とからなる接合信頼性の高い接合界面を有する。
　なお、ケーブル接続構造１では、摺動によって第１の電極２０および第２の電極４０の接合面が共に変形することによって酸化膜の除去が促進される。
　このため、第１の電極２０および第２の電極４０は、ともに、ビッカース硬度Ｈｖが５０超２００未満であることが好ましい。ビッカース硬度Ｈｖが前記範囲以下では、接合面が大きく変形しすぎるため、良好な接合を得ることが容易ではない。ビッカース硬度Ｈｖが前記範囲以上では、変形が不十分で酸化膜の除去が容易ではない。
　なお、第１の電極２０の硬度Ｈｖ２０は、芯線１１の硬度よりも小さく、第２の電極４０の硬度Ｈｖ４０は端子３１の硬度よりも小さいことが好ましい。第１の電極２０および第２の電極４０だけが変形することが好ましいためである。
　除去された酸化膜は接合界面の外に排出される。しかし、接合後に剥離し接合界面を観察したところ、界面の一部には粒子６０が介在していた（図７）。図８は、粒子６０の表面のうちの、接合に寄与していなかったとみられる変色領域の元素分析（ＥＤＸ）の結果である。図示しないが、粒子６０の周囲領域も同様に分析した。
　粒子６０には、周囲領域では検出されなかった酸素が検出された。すなわち、粒子６０は、表面酸化膜が剥離されることによって生じた酸化物粒子であった。
　なお、図９の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて撮影した断面写真に示されているように、第１の電極２０の接合面には第１の電極２０の他の領域よりも結晶粒径が小さい変質層２１があった。また、第２の電極４０の接合面には第の電極４０の他の領域よりも結晶粒径が小さい変質層４１があった。変質層２１、４１の厚さは、１μｍ～１０μｍである。
　変質層２１、４１は、摺動処理によって生じた加工変質層であると考えられる。
　図９に示すように、ケーブル接続構造１では、両方の接合面のビッカース硬度Ｈｖが５０超２００未満であれば、摺動処理によって、接合面の凹凸が平坦化されている。図９に示すようにケーブル接続構造１では、接合界面のうねり値Ｗは、１．１μｍであった。
　接合界面のうねり値Ｗは、断面観察したときの界面の中心線に対する最大値と最小値との差（測定長１０μｍ）である。
　すでに説明したように、表面活性化接合では、接合面は平坦面である必要があり、接合界面は平面となり、うねり値Ｗは、例えば、０．１μｍ未満と極めて小さい。逆に言えば、接合面のうねり値Ｗが、０．１μｍ以上であれば、表面活性化接合法による接合面ではないことが明らかである。これに対して、ケーブル接続構造１では、接合界面のうねり値Ｗは、０．１μｍ以上であり、多くの場合には、０．５μｍ以上である。
　なお、うねり値Ｗの上限に特に制限はないが、短時間で接合する場合には、５μｍ以下であることが好ましい。
　一方、図１０は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて撮影した断面写真である。図１０に示すように、第１の電極２０と第２の電極４０との接合界面には、結晶粒径が１０ｎｍ以下の微結晶またはアモルファスからなる中間層６５が観察されることがあった。中間層６５は酸素は含まれていない金属層である。
　変質層２１、４１、および、中間層６５は、摺動処理を用いて接合されているケーブル接続構造１に特有の構成である。言い替えれば、ケーブル接続構造に、変質層２１、４１、または、中間層６５があれば、摺動処理を用いて接合されていると見なすことができる。
　なお、以上の説明は、電気銅めっき膜からなる２つの電極が接合されたケーブル接続構造１であった。しかし、実施形態のケーブル接続構造は、２つの電極の少なくともいずれかが、例えば、無電解銅めっき膜、銅蒸着膜、銅スパッタ膜、または、圧延銅箔であってもよい。例えば、圧延銅箔からなる第１の電極と無電解銅めっき膜からなる第２の電極とを有するケーブル接続構造であっても、ビッカース硬度が略同じであれば、接合できる。
　また、第１の電極２０および第２の電極４０の少なくともいずれかは、銅を５０重量％以上含む、銅を主成分とする金属、例えば、ＣｕＮｉ、ＣｕＳｎ、またはＣｕＢｅであってもよい。例えば、セルフアニール後においても、ビッカース硬度Ｈｖが１９０のＣｕ－１５重量％Ｓｎ電気めっき膜を第１の電極２０として用いることによって、第１の電極２０を、めっき直後の電気銅めっき膜（ビッカース硬度Ｈｖ＝１８０）からなる第２の電極４０と接合することができる。銅を主成分とする金属は安価で、かつ、本発明による接合が容易である。
　なお、基板３０の主面３０ＳＡの端子３１が銅からなりビッカース硬度が、第１の電極と略同じであれば、第１の電極と接合できる。この場合には、端子３１を第２の電極と見なす。
　また、例えば、基板３０の主面３０ＳＡの端子３１、および、電気ケーブル１０の芯線１１が、ともに、ビッカース硬度が略同じで、かつ、５０超２００未満の線材からなる場合では、端子３１と芯線１１とは他部材を間にはさむことなく、接合される。この場合には、芯線１１の端面１１ＳＡを第１の電極と見なし、端子３１を第２の電極と見なす。
　すなわち、第１の電極２０および第２の電極４０は、本発明のケーブル接続構造の必須構成要素ではない。しかし、端子３１および芯線１１のビッカース硬度Ｈｖも、経時変化する可能性がある。略同じ硬度の硬度調整層である第１の電極２０および第２の電極４０を具備するケーブル接続構造であれば、端子３１および芯線１１のビッカース硬度Ｈｖに関係なく、接合することができる。
　なお、第１の電極２０および第２の電極４０は、銅を主成分とする金属に限られるものではなく、大気中で自然酸化膜が形成される特性を有する金属、例えば、ＳｎまたはＡｌを主成分とする金属であっても、ビッカース硬度が略同じであれば、他部材を間にはさむことなく、接合されることは、明らかである。さらに、第１の電極２０および第２の電極４０は、ビッカース硬度が５０超２００未満であることが好ましいのは、銅を主成分とする電極と同じである。
　本発明は、上述した実施形態および変形例等に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、組み合わせおよび応用が可能である。
１・・・ケーブル接続構造
１０・・・電気ケーブル
１０ＳＡ・・・端面
１１・・・芯線
１２・・・被覆層
２０・・・第１の電極
２０ＳＡ・・・接合面
２１・・・変質層
３０・・・基板
３０ＳＡ・・・主面
３１・・・端子
３２・・・貫通配線
４０・・・第２の電極
４０ＳＡ・・・接合面
４１・・・変質層
５０・・・ケーブル固定部
６５・・・中間層
Ｈｖ２０・・・第１の電極２０のビッカース硬度
Ｈｖ４０・・・第２の電極４０のビッカース硬度

Claims (9)

  1. 　芯線の端面が露出した電気ケーブルと、
    　前記端面を覆う第１の電極と、
    　端子が主面に露出した基板と、
    　前記端子を覆う第２の電極と、を具備し、
    　前記第１の電極のビッカース硬度と前記第２の電極のビッカース硬度が略同じであり、かつ、前記第１の電極と前記第２の電極とが、他部材を間にはさむことなく、接合されていることを特徴とするケーブル接続構造。
  2. 　前記第１の電極および前記第２の電極が、ともに自然酸化膜が形成される金属からなることを特徴とする請求項１に記載のケーブル接続構造。
  3. 　前記第１の電極および前記第２の電極が、ビッカース硬度が５０超２００未満であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のケーブル接続構造。
  4. 　前記第１の電極および前記第２の電極が、銅を主成分とすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のケーブル接続構造。
  5. 　前記第１の電極と前記第２の電極とは面積が異なり、面積が小さい電極は面積が大きい電極の内に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のケーブル接続構造。
  6. 　前記第１の電極および前記第２の電極の接合面には、それぞれ、結晶粒径が小さい変質層があることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のケーブル接続構造。
  7. 　前記第１の電極と前記第２の電極との接合界面に、結晶粒径が１０ｎｍ以下の微結晶またはアモルファスからなる中間層があることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のケーブル接続構造。
  8. 　前記第１の電極と前記第２の電極との接合界面の一部に、酸化物粒子が介在していることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のケーブル接続構造。
  9. 　複数の電気ケーブルを具備し、
    　複数の芯線の端面を所定配置位置に固定しているケーブル固定部を更に具備することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のケーブル接続構造。
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