WO2020110343A1 - ケーブル接続構造の製造方法およびケーブル接続構造 - Google Patents

ケーブル接続構造の製造方法およびケーブル接続構造 Download PDF

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中村　幹夫
渋谷　広明
孝典 関戸
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オリンパス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a cable connection structure in which an electric cable is joined to an electrode terminal of a board, and a cable connection structure in which an electric cable is joined to an electrode terminal of the 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 layers, 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 embodiments of the present invention are intended to provide a method for manufacturing a cable connection structure that is inexpensive and has high joint reliability, and an inexpensive cable connection structure that has high joint reliability.
  • the end surface of the electric cable in which the end surface of the core wire is exposed is covered with the first electrode, and the terminal of the substrate in which the terminal is exposed on the main surface is the second terminal.
  • the electrode disposing step of covering with the electrode and the first electrode and the second electrode having substantially the same Vickers hardness are plastically deformed together by rubbing at the first pressure and the first amplitude.
  • the first scrubbing step, and the first electrode and the second electrode rub against each other at a second pressure smaller than the first pressure and a second amplitude smaller than the first amplitude.
  • the second scrubbing step and the joining step in which the first electrode and the second electrode are joined at a third pressure higher than the first pressure.
  • a cable connection structure 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 terminals are exposed in a main surface, the first electrode and other members.
  • a second electrode covering the terminal, which is joined without being sandwiched between the second electrode and the Vickers hardness of the first electrode and the Vickers hardness of the second electrode are substantially the same, and The second electrode is formed with a ring-shaped convex portion that surrounds the bonding region with the first electrode.
  • 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 part 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 each of the plurality of electric cables 10 in a predetermined arrangement state.
  • the end surface 10SA is exposed to 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, for example, an electrode terminal connected to each of the plurality of through wirings 32.
  • Each of the plurality of second electrodes 40 arranged on the main surface 30SA covers each of the plurality of terminals 31.
  • the terminal that is a part of the surface wiring of the main surface 30SA of the substrate 30 may be covered with the second electrode 40.
  • the wiring forming the terminal extends, for example, 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 layer in the atmosphere at room temperature and pressure. Therefore, the surfaces of the first electrode 20 and the second electrode 40 before bonding are covered with the oxide layer.
  • the inventor should perform a sliding process of moving the relative positions of two electrodes made of a metal having an oxide layer formed thereon by pressure bonding the bonding surfaces of the two as long as the combination of the bonding surfaces is special. It was found that they were joined together without interposing other members.
  • the sliding process is a scrubbing process in which the joint surfaces of both are rubbed against each other.
  • the manufacturing method of the present embodiment includes a two-stage scrubbing process (first scrubbing process and second scrubbing process) under different conditions.
  • first scrubbing process and second scrubbing process the first electrode 20 smaller than the second electrode 40 moves in the second electrode 40 so as to draw a circle, for example.
  • the pressure of the scrubbing process causes the first electrode 20 and the second electrode 40 to plastically deform.
  • the bonding surface 40SA of the second electrode 40 has a ring-shaped projection that surrounds the bonding region with the first electrode 20.
  • the part 41 is formed by plastic deformation.
  • the cable connection structure 1 is inexpensive because it does not use expensive gold. Further, since the metallic copper on the joint surface of the first electrode 20 and the metallic copper on the joint surface of the second electrode 40 are joined without sandwiching another member, the cable connection structure 1 is joined. Highly reliable.
  • ⁇ Cable connection structure manufacturing method> A method of manufacturing the cable connection structure will be described with reference to the flowchart shown in FIG. FIG. 5 shows the change over time in the processing conditions of the method for manufacturing the cable connection structure.
  • 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 held by a jig and one terminal 31 may be repeated without using the cable fixing portion 50.
  • the terminal 31 of the substrate 30 having the terminal 31 exposed on the main surface 30SA is covered with the second electrode 40.
  • the same copper sulfate electroplating bath was used as the first electrode 20 and the second electrode 40, and film formation was performed under the same conditions on the same day.
  • the plating film grows isotropically. Therefore, for example, when the first electrode 20 having a thickness of 30 ⁇ m is formed on the end surface 10SA of the core wire 11 having a diameter of 40 ⁇ m, the first electrode 20 has a substantially hemispherical convex shape having an outer diameter of 100 ⁇ m. Since the area of the terminal 31 is larger than the area of the core wire 11, the second electrode 40 has a planar shape even if it isotropically grows (see FIG. 6 ).
  • the bonding surface of the first electrode 20 may be a flat surface and the second electrode 40 may have a convex shape.
  • the second electrode 40 has a square bonding surface, but may have a circular shape or the like as long as the first electrode 20 has a slidable area.
  • 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 first scrubbing process includes a first leveling process 21 and a second leveling process 22.
  • 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 is arranged inside the second electrode 40 which is an electrode having a large area.
  • the first electrode 20 and the second electrode 40 come into contact with each other at room temperature (25° C.) and humidity of 60%, and pressure is applied to the joint surface. P1 is applied.
  • the first electrode 20 and the second electrode 40 having substantially the same Vickers hardness Hv both plastically deform when the pressure P1 is applied.
  • the first electrode 20 comes into contact with the second electrode 40, the first electrode 20 sinks into the second electrode 40 and the height becomes low.
  • the outer periphery of the contact surface of the second electrode 40 with the first electrode 20 rises.
  • the first electrode 20 and the second electrode 40 are rubbed with each other while the first pressure P1 is maintained and the first electrode 20 is The relative position changes so as to draw a circle with respect to the electrode 40 of.
  • the bonding surface 20SA of the first electrode 20 may be the bonding surface 40SA of the second electrode 40, and the center C40 of the second electrode 40 may be the center of the first electrode.
  • the center C20 of 20 moves so as to draw a circle. That is, the first electrode 20 rotates at the frequency F1 while contacting the second electrode 40.
  • the amplitude decreases from W1A to W1B.
  • a ring-shaped convex portion 41 is formed on the second electrode 40 by the portion raised by the plastic deformation.
  • the second leveling step S22 is performed in a range in which the first electrode 20 does not contact.
  • the pressure of the first electrode 20 and the second electrode 40 is kept at P1 and the amplitude thereof is kept at W1B smaller than W1A.
  • the surfaces of the first electrode 20 and the second electrode 40 which are plating films, have minute irregularities that deteriorate the smoothness.
  • the first scrubbing step S20 in which the both are plastically deformed, the fine unevenness disappears, the bonding surface of the first electrode 20 becomes a flat surface, and the second electrode 40 has a flat surface.
  • a flat surface is also formed inside the ring-shaped convex portion 41.
  • the oxide layer on the surface of the electrode is peeled off, and the metallic copper inside the electrode is exposed on the surface.
  • the first electrode 20 and the second electrode 40 have a second pressure P2 smaller than the first pressure P1 and a second amplitude W2 smaller than the first amplitude W1B. Rub against each other.
  • the pressure decreases from the second pressure P2 to a smaller pressure.
  • the amplitude also decreases to an amplitude W2 smaller than W1B.
  • the frequency also decreases to the second frequency F2 which is smaller than the first frequency F1.
  • the second scrubbing step is a polishing step in which the surface of the first electrode 20 and the surface of the second electrode 40 are rubbed against each other at a relatively small pressure without being plastically deformed to further reduce the unevenness. ..
  • a thin oxide layer is formed on the metallic copper exposed on the surface in the first scrubbing process even in a short time.
  • the thin oxide layer on the surfaces of the first electrode 20 and the second electrode 40 is removed.
  • Step S40> Joining Process As shown in FIG. 12, finally, the third pressure P3 higher than the first pressure P1 is applied to join the first electrode 20 and the second electrode 40. To be done.
  • the center C20 of the first electrode 20 is preferably located at the center C40 of the second electrode 40.
  • the bonding area between the first electrode 20 and the second electrode 40 increases in the first scrubbing step, and the oxide layer on the surface is efficiently removed in the second scrubbing step.
  • joining step joining of metals is obtained.
  • the first electrode 20 and the second electrode 40 draw a spiral when the relative position is circular, and strictly speaking, when the amplitude changes.
  • the first electrode 20 and the second electrode 40 may move so as to draw a Lissajous figure as shown in FIG. 13, for example.
  • the Lissajous figure is a figure of a locus of points obtained by two simple vibrations orthogonal to each other.
  • the second scrubbing step and the bonding step be performed in an inert atmosphere, for example, a nitrogen atmosphere.
  • the Vickers hardness Hv20 of the first electrode 20 was 180 and the Vickers hardness Hv40 of the second electrode 40 was 90. ..
  • the hardness difference Hv- ⁇ was generated in the Vickers hardness Hv because the number of days elapsed after the film formation 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 was 180 immediately after the film formation and after the lapse of 3 days.
  • 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 sliding treatment makes the joint surface flat and the oxide layer is removed.
  • 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 layer on the soft joint surface is removed, but the oxide layer on the hard joint surface is not removed, and thus the joint is not formed.
  • the joint surfaces of the first electrode 20 and the second electrode 40 are both plastically deformed by sliding, whereby the joint area is increased due to the disappearance of surface irregularities, and The removal of the oxide layer is promoted.
  • 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. If the Vickers hardness Hv is more than the above range, the deformation is insufficient, so that leveling and removal of the oxide layer are not easy.
  • the joining conditions are appropriately selected depending on the size, number of electrodes, materials, etc.
  • P1 10 kPa
  • F1 15 Hz
  • W1A 50 ⁇ m
  • the processing time is about 1.5 seconds.
  • the joint surface between the first electrode 20 and the second electrode 40 is a circle having a diameter of 40 ⁇ m, and the second electrode 40 is formed with a ring-shaped convex portion 41 of 70 ⁇ m.
  • 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 20, it can be bonded to the first electrode. In this case, the terminal 31 is regarded as a part of 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 have a Vickers hardness of more than 50 and less than 200, the terminal 31 and the core wire 11 sandwich another member. Without being joined.
  • the end surface 10SA of the core wire 11 is regarded as a part of the first electrode, and the terminal 31 is regarded as a part of the second electrode.
  • the Vickers hardness Hv of the terminal 31 and the core wire 11 may also change with time. With 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 layer in the atmosphere, such as 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１の製造方法は、電気ケーブル１０の端面１０ＳＡが第１の電極２０によって覆われるともに、基板３０の端子３１が第２の電極４０によって覆われる電極配設工程Ｓ１０と、ビッカース硬度Ｈｖが略同じ前記第１の電極２０と前記第２の電極４０とが、第１の圧力Ｐ１、第１の振幅Ｗ１において、こすれあうことによって、ともに塑性変形する第１のスクラビング工程Ｓ２０と、前記第１の電極２０と前記第２の電極４０とが、前記第１の圧力Ｐ１よりも小さい第２の圧力Ｐ２、前記第１の振幅Ｗ１よりも小さい第２の振幅Ｗ２において、こすれあう第２のスクラビング工程Ｓ３０と、前記第１の圧力Ｐ１よりも高い第３の圧力Ｐ３において前記第１の電極２０と前記第２の電極４０とが接合される接合工程Ｓ４０と、を具備する。

Description

ケーブル接続構造の製造方法およびケーブル接続構造
　本発明は、基板の電極端子に電気ケーブルを接合するケーブル接続構造の製造方法、および、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、酸化層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、金等の自然酸化層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、自然酸化層は、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、隙間無く密着することのでき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。
　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の製造方法、および、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の製造方法、および、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の製造方法は、芯線の端面が露出した電気ケーブルの前記端面が第１の電極によって覆われるともに、端子が主面に露出した基板の前記端子が第２の電極によって覆われる電極配設工程と、ビッカース硬度が略同じ前記第１の電極と前記第２の電極とが、第１の圧力、第１の振幅において、こすれあうことによって、ともに塑性変形する第１のスクラビング工程と、前記第１の電極と前記第２の電極とが、前記第１の圧力よりも小さい第２の圧力、前記第１の振幅よりも小さい第２の振幅において、こすれあう第２のスクラビング工程と、前記第１の圧力よりも高い第３の圧力において、前記第１の電極と前記第２の電極とが接合される接合工程と、を具備する。
　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、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、前記第１の電極と他部材を間にはさむことなく接合されている、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２の電極には、前記第１の電極との接合領域を囲むリング状の凸部が形成されている。
　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の製造方法、および、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。 図１の部分拡大図である。 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製造方法のフローチャートである。 実施形態のケーブル接続構造の製造方法を説明する図である。 実施形態のケーブル接続構造の製造方法を説明する断面図である。 実施形態のケーブル接続構造の製造方法を説明する断面図である。 実施形態のケーブル接続構造の製造方法を説明する断面図である。 実施形態のケーブル接続構造の製造方法を説明する断面図である。 実施形態のケーブル接続構造の製造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製造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製造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製造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製造方法を説明する断面図である。 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。 実施形態の変形例のケーブル接続構造の製造方法を説明する平面模式図である。 銅めっき膜の硬度変化を示す図である。
＜第１実施形態＞
　図１～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。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のそれぞれを所定の配置状態に固定している。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電極端子である。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。
　図示しないが、基板３０の主面３０ＳＡの表面配線の一部である端子が第２の電極４０に覆われていてもよい。端子を構成している配線は、例えば、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層が形成される特性を有する金属である。このため、接合前の第１の電極２０および第２の電極４０の表面は酸化層に覆われている。
　発明者は、特別な接合面の組み合わせであれば、酸化層が形成された金属からなる２つの電極であっても、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。摺動処理は、両者の接合面が、こすれあうスクラビング処理である。
　後述するように、本実施形態の製造方法は、条件の異なる２段階のスクラビング処理（第１のスクラビング工程と第２のスクラビング工程）を含む。スクラビング処理では、第２の電極４０よりも小さい第１の電極２０が、第２の電極４０の中を、例えば、円を描くように移動する。スクラビング処理の圧力によって第１の電極２０および第２の電極４０は塑性変形する。そして、スクラビング処理の振幅、すなわち、摺動円の大きさは小さくなっていくために、第２の電極４０の接合面４０ＳＡには、第１の電極２０との接合領域を囲むリング状の凸部４１が塑性変形によって形成されている。
　ケーブル接続構造１は、高価な金を用いることがないため、安価である。また、第１の電極２０の接合面の金属銅と、第２の電極４０の接合面の金属銅とは、他部材を間にはさむことなく接合されているため、ケーブル接続構造１は、接合信頼性が高い。
＜ケーブル接続構造の製造方法＞
　図４に示すフローチャートにそってケーブル接続構造の製造方法を説明する。図５は、ケーブル接続構造の製造方法の処理条件の時間変化を示している。
＜ステップＳ１０＞電極配設工程
　図６に示すように、芯線１１の端面である電気ケーブル１０の端面１０ＳＡが第１の電極２０によって覆われる。なお、複数の芯線１１の端面１０ＳＡは、ケーブル固定部５０によって、所定配置位置に固定されている。
　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、冶具で把持した１本の電気ケーブル１０と１つの端子３１とを接合する工程を繰り返してもよい。
　一方、端子３１が主面３０ＳＡに露出した基板３０の端子３１が、第２の電極４０によって覆われる。
　第１の電極２０および第２の電極４０とは同じ硫酸銅電気めっき浴を用い、同じ日に同一条件で成膜を行った。めっき膜は等方成長する。このために、例えば、直径が４０μｍの芯線１１の端面１０ＳＡに厚さ３０μｍの第１の電極２０を成膜すると、第１の電極２０は、外径１００μｍの略半球状の凸形状となる。なお、第２の電極４０は、端子３１の面積が、芯線１１の面積と比べると大きいため、等方成長しても平面状になる（図６参照）。
　なお、ケーブル接続構造１とは逆に、第１の電極２０の接合面が平面であり、第２の電極４０が凸形状でもよい。また、第２の電極４０は接合面が正方形であるが、第１の電極２０が摺動可能な広さがあれば、円形等であってもよい。
　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。
＜ステップＳ２０＞第１のスクラビング工程
　第１のスクラビング工程は、第１のレベリング工程２１および第２のレベリング工程２２とからなる。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。
　図５および図７に示すように、第１のレベリング工程２１では、常温（２５℃）、湿度６０％にて、第１の電極２０と第２の電極４０とが当接し、接合面に圧力Ｐ１が印加される。
　略半球状の第１の電極２０が、第２の電極４０の平面に当接しても、両者が塑性変形しないと、第１の電極２０の頂点付近の狭い領域しか、第２の電極４０と当接しない。
　これに対して、ビッカース硬度Ｈｖが略同じ第１の電極２０および第２の電極４０は、圧力Ｐ１が印加されると、ともに塑性変形する。第１の電極２０が第２の電極４０に当接すると、第１の電極２０は、第２の電極４０にめり込み、高さが低くなる。第２の電極４０は第１の電極２０との当接面の外周が盛り上がる。
　そして、図８および図９に示すように、第１の電極２０と第２の電極４０とが、第１の圧力Ｐ１が維持された状態で、こすれあいながら、第１の電極２０が第２の電極４０に対して円を描くように相対位置が変化する。
　例えば、図１０Ａ～図１０Ｄ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、第２の電極４０の中心Ｃ４０を中心に、第１の電極２０の中心Ｃ２０が円を描くように、移動する。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Ｆ１で回転する。図５に示すように、第１のレベリング工程２１では、振幅は、Ｗ１ＡからＷ１Ｂへと減少する。
　このため、図１１に示すように、塑性変形によって盛り上がった部分によって、第２の電極４０には、リング状の凸部４１が形成される。第１のレベリング工程Ｓ２１において、振幅を、Ｗ１ＡからＷ１Ｂへと減少することによって、第１のレベリング工程Ｓ２１で生じた第２の電極４０の変形部外縁であるリング状の凸部４１と、第１の電極２０とが接触しない範囲において、第２のレベリング工程Ｓ２２が行われる。
　第２のレベリング工程２２では、第１の電極２０および第２の電極４０は、圧力はＰ１、振幅はＷ１Ａよりも小さいＷ１Ｂに保持される。
　めっき膜である第１の電極２０および第２の電極４０の表面には、平滑度を劣化する微少な凹凸がある。図８および図９に示すように、両者が塑性変形しながら、こすれあう第１のスクラビング工程Ｓ２０において微少凹凸が消失し、第１の電極２０の接合面は平面となり、第２の電極４０のリング状の凸部４１の内部にも平面が形成される。同時に、電極の表面の酸化層が剥離され、電極内部の金属銅が表面に露出する。
＜ステップＳ３０＞第２のスクラビング工程
　第１の電極２０と第２の電極４０とが、第１の圧力Ｐ１よりも小さい第２の圧力Ｐ２、第１の振幅Ｗ１Ｂよりも小さい第２の振幅Ｗ２において、こすれあう。第２のスクラビング工程では、圧力は、第２の圧力Ｐ２から更に小さい圧力に減少していく。振幅も、Ｗ１Ｂよりも小さい振幅Ｗ２に減少していく。周波数も第１の周波数Ｆ１によも小さい第２の周波数Ｆ２に減少していく。
　第２のスクラビング工程は、第１の電極２０の表面および第２の電極４０の表面が、比較的小さな圧力において、塑性変形することなく、こすれあうことによって、さらに凹凸が小さくなるポリッシング工程である。
　第１のスクラビング工程において表面に露出した金属銅には短時間であっても薄い酸化層が形成される。第２のスクラビング工程においては第１の電極２０および第２の電極４０の表面の薄い酸化層が除去される。
＜ステップＳ４０＞接合工程
　図１２に示すように、最後に、第１の圧力Ｐ１よりも高い第３の圧力Ｐ３が印加されることによって、第１の電極２０と第２の電極４０とが接合される。なお、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に位置していていることが好ましい。
　本実施形態の製造方法では、第１のスクラビング工程において、第１の電極２０と第２の電極４０との接合面積が増加し、第２のスクラビング工程において効率的に表面の酸化層が除去され、接合工程において、金属と金属との接合が得られる。
　本実施形態の製造方法によれば、安価であり接合信頼性の高いケーブル接続構造を製造できる。
　上記説明では、図１０Ａ～図１１に示したように、第１の電極２０と第２の電極４０とは、相対位置が円形、厳密には振幅が変化している場合には、渦巻きを描くように移動した。しかし、第１の電極２０と第２の電極４０とは、例えば、図１３に示すような、リサージュ図形を描くように移動してもよい。リサージュ図形とは、お互いに直交する２つの単振動で得られる点の軌跡の図形をいう。
　なお、接合界面に酸化層が残存する可能性を、より排除するためには、第２のスクラビング工程および接合工程は、不活性雰囲気中、例えば、窒素雰囲気中で行われることが好ましい。
　ここで、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。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１４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、接合面が平面となり、かつ、酸化層が除去されるために、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る。
　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層は除去されるが、硬い接合面の酸化層は除去されないため、接合されない。
　本実施形態のケーブル接続構造の製造方法では、摺動によって第１の電極２０および第２の電極４０の接合面が共に塑性変形することによって、表面の凹凸の消失による接合面積の増加、および、酸化層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、変形が不十分であるため、レベリングおよび酸化層の除去が容易ではない。
　なお、接合条件（圧力、周波数、振幅、時間）は、電極のサイズ、数、および材料等により適宜選択される。例えば、高さ３０μｍの略半球状の銅めっき膜からなる第１の電極２０を、１００μｍ角の第２の電極４０に接合する場合、Ｐ１＝１０ｋＰａ、Ｆ１＝１５Ｈｚ、Ｗ１Ａ＝５０μｍであり、合計処理時間は１．５秒程度である。第１の電極２０と第２の電極４０との接合面は直径４０μｍの円形であり、第２の電極４０には７０μｍのリング状の凸部４１が形成される。
　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２０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は第２の電極の一部と見なす。
　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５０超２００未満の場合では、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１０ＳＡを第１の電極の一部と見なし、端子３１を第２の電極の一部と見なす。
　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、大気中で自然酸化層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。
　本出願は、２０１８年１１月２７日に出願された国際特許出願ＰＣＴ／ＪＰ２０１８／０４３５７７号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。
１・・・ケーブル接続構造
１０・・・電気ケーブル
１０ＳＡ・・・端面
１１・・・芯線
１１ＳＡ・・・端面
１２・・・被覆層
２０・・・第１の電極
３０・・・基板
３１・・・端子
３２・・・貫通配線
４０・・・第２の電極
４０ＳＡ・・・接合面
４１・・・凸部
５０・・・ケーブル固定部

Claims (9)

  1. 　芯線の端面が露出した電気ケーブルの前記端面が第１の電極によって覆われるともに、端子が主面に露出した基板の前記端子が第２の電極によって覆われる電極配設工程と、
    　ビッカース硬度が略同じ前記第１の電極と前記第２の電極とが、第１の圧力、第１の振幅において、こすれあうことによって、ともに塑性変形する第１のスクラビング工程と、
    　前記第１の電極と前記第２の電極とが、前記第１の圧力よりも小さい第２の圧力、前記第１の振幅よりも小さい第２の振幅において、こすれあう第２のスクラビング工程と、
    　前記第１の圧力よりも高い第３の圧力において、前記第１の電極と前記第２の電極とが接合される接合工程と、を具備することを特徴とするケーブル接続構造の製造方法。
  2. 　前記第１のスクラビング工程および前記第２のスクラビング工程において、前記第１の電極と前記第２の電極とは、相対位置が、円形、または、リサージュ図形を描くように移動す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の製造方法。
  3. 　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または請求項２に記載のケーブル接続構造の製造方法。
  4. 前記第２のスクラビング工程および前記接合工程が、不活性雰囲気中で行われ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の製造方法。
  5. 　前記電極配設工程において、複数の電気ケーブルのそれぞれの前記端面が、それぞれの前記第１の電極によって覆われ、前記基板の複数の端子のそれぞれが、それぞれの前記第２の電極によって覆われ、
    　前記接合工程において、複数の第１の電極のそれぞれと、複数の第２の電極のそれぞれとが接合され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の製造方法。
  6. 　前記電極配設工程において、前記複数の電気ケーブルのそれぞれの前記芯線は、ケーブル固定部によってそれぞれの前記端面が、所定配置位置に固定されていることを特徴とする請求項５に記載のケーブル接続構造の製造方法。
  7. 　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、
    　前記第１の電極と他部材を間にはさむことなく接合されている、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２の電極には、前記第１の電極との接合領域を囲むリング状の凸部が形成されていることを特徴とするケーブル接続構造。
  8. 　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７に記載のケーブル接続構造。
  9. 　複数の電気ケーブルと、複数の第１の電極と、複数の端子が露出した基板と、複数の第２の電極と、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７または請求項８に記載のケーブル接続構造。
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