(57)【要約】  本発明は、合成樹脂を含む基板の上面に接合されている一方の導体に対する他方の導体の接合の質向上を図りうる、当該基板および当該一方の導体を備えている電子回路基板および超音波接合方法を提供する。  ＰＣＢ１（電子回路基板）は、第１合成樹脂を含む基板１０と、その上面に接合または接着されている複数の第１導体１１と、を備えている。第１導体１１は、その上面周縁部が少なくとも部分的に第２合成樹脂からなる部分被覆１２（またはオーバーレイ）により覆われている。部分被覆１２を構成する第２合成樹脂は、その外縁部において基板１０を構成する第１合成樹脂と一体的に接合または密着している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成樹脂を含む基板と、前記基板の上面に接合されている導体と、を備えている電子回路基板であって、
前記導体が、その上面周縁部が少なくとも部分的に前記基板を構成する合成樹脂または当該合成樹脂に密着している他の合成樹脂により覆われていることを特徴とする電子回路基板。
【請求項２】
請求項１記載の電子回路基板において、
前記導体の上面のうち露出部分のうち少なくとも一部が、前記導体を構成する金属の濡れ性を向上させる別の金属により覆われていることを特徴とする電子回路基板。
【請求項３】
請求項１または２記載の電子回路基板の上面に接合されている一の導体に対して、他の導体を超音波接合する方法であって、
圧電素子により振動されるホーンと、前記ホーンに対向配置されているアンビルと、によって、前記電子回路基板の上に配置されている一の導体の上面の露出箇所および他の導体が上下に重なるように、前記電子回路基板および前記他の導体を挟む工程と、
前記ホーンを横方向に超音波振動させながら下方向に変位させることで、前記電子回路基板の上に配置されている一の導体および前記他の導体を接合する工程と、を含むことを特徴とする超音波接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波振動エネルギーにより導体同士を接合する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
合成樹脂を含む基板の上面に接合されている導体に対して、合成樹脂により被覆されている導体を超音波振動エネルギーにより接合する方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。当該方法によれば、ホーンとアンビルとの間に接合対象物が挟まれた状態でホーンの超音波振動エネルギーによってまず一方の導体を被覆する合成樹脂が溶かされて両導体間から除去され、これに続いて当該両導体が相互に接合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２２３０５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、超音波振動エネルギーによって基板を構成する合成樹脂または接着剤が局所的に温度上昇して軟化した場合、超音波振動エネルギーが当該基板の上に配置されている導体の軟化合成樹脂の上での振動に一部の超音波振動エネルギーが吸収されてしまう。このため、超音波振動エネルギーが両導体の当接箇所における接合に寄与する効率が低下し、ひいては両導体の接合強度が不十分になる可能性がある。【０００５】
そこで、本発明は、合成樹脂を含む基板の上面に接合されている一方の導体に対する他方の導体の接合の質向上を図りうる、当該基板および当該一方の導体を備えている電子回路基板および超音波接合方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、合成樹脂を含む基板と、前記基板の上面に接合されている導体と、を備えている電子回路基板であって、前記導体が、その上面周縁部が少なくとも部分的に前記基板を構成する合成樹脂または当該合成樹脂に密着している他の合成樹脂により覆われていることを特徴とする。当該電子回路基板において、前記導体の上面のうち露出部分のうち少なくとも一部が、前記導体を構成する金属の濡れ性を向上させる別の金属により覆われていることが好ましい。【０００７】
本発明の超音波接合方法は、本発明の電子回路基板の上面に接合されている一の導体に対して、他の導体を超音波接合する方法であって、圧電素子により振動されるホーンと、前記ホーンに対向配置されているアンビルと、によって、前記電子回路基板の上に配置されている一の導体の上面の露出箇所および他の導体が上下に重なるように、前記電子回路基板および前記他の導体を挟む工程と、前記ホーンを横方向に超音波振動させながら下方向に変位させることで、前記電子回路基板の上に配置されている一の導体および前記他の導体を接合する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の電子回路基板によれば、その上面に接合されている導体の上面周縁部が少なくとも部分的に当該基板を構成する合成樹脂またはこれに密着している他の合成樹脂により覆われている。このため、ホーンの超音波振動エネルギーによって基板が局所的に温度上昇して軟化しても、基板の上面に接合されている一の導体の振動が抑制され、この超音波振動エネルギーが当該一の導体（正確にはその上面における露出部分）および他の導体の当接箇所の接合に効率よく寄与する。これにより、電子回路基板の上面に接合されている一の導体および他の導体の接合強度が向上し高品質化が図られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態としての電子回路基板の上面図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図。
【図３】本発明の一実施形態としての超音波接合方法に関する説明図。
【図４】本発明の一実施形態としての電子回路基板と他の導体との接合説明図。
【図５Ａ】実施例の電子回路基板の接合出力の評価結果に関する説明図。
【図５Ｂ】比較例の電子回路基板の接合出力の評価結果に関する説明図。
【図６】電子回路基板および導体の引張強度の評価結果に関する説明図。
【図７】本発明の他の実施形態としての電子回路基板の上面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（構成）
図１および図２に示されている本発明の一実施形態としての電子回路基板は、ＰＣＢ１（プリント回路基板またはプリント配線基板）であり、第１合成樹脂を含む基板１０と、その上面に接合または接着されている略平板状の一または複数の第１導体１１と、第１導体１１のそれぞれの上面周縁部を全周にわたり覆う第２合成樹脂からなる部分被覆１２（またはオーバーレイ）と、を備えている。第１導体１１は基板１０に直接的に接合されていてもよく、接着剤を介して間接的に接合されていてもよい。
【００１１】
基板１０は、例えばエポキシガラス基板であり、第１合成樹脂としてエポキシ樹脂が用いられている。第１導体１１を構成する金属は例えばＣｕ、Ａｌまたはこれらの合金である。部分被覆１２は、例えば、第１合成樹脂と同種の合成樹脂であってもよく、第１合成樹脂とは異種の合成樹脂であってもよい。部分被覆１２を構成する第２合成樹脂は、その外縁部において基板１０を構成する第１合成樹脂と一体的に接合または密着している。第１導体１１の上面は、部分被覆１２により覆われている周縁部の内側の部分が露出しており、この露出部分の少なくとも一部に他の導体が接合または溶着される。
【００１２】
（超音波接合方法）
ＰＣＢ１に対してＦＦＣ２（フレキシブルフラットケーブル）を、図３に示されている超音波装置を用いて超音波接合する方法について説明する。ＦＦＣ２は、複数の第２導体２１と、当該複数の導体２１を電気的に相互に独立させるように覆う合成樹脂からなる絶縁性被覆２０と、を備えている。
【００１３】
超音波接合装置４は、ホーン４１（またはチップ）と、ホーン４１に対向してその下方に配置されているアンビル４２と、ホーン４１を上下方向に駆動する昇降駆動装置４１１と、ホーン４１を超音波振動させる圧電素子４１２（超音波振動子）と、制御装置４０と、を備えている。ホーン４１の下端部は上底面を下方に向けた略円錐台状に形成されているが、接合対象である導体の配置態様に応じてその先端部が帯状または点状の先端部を有する複数の突起を有する形状など、適当に変更されうる。アンビル４２の上端部は略平面であるが、ホーン４１の形状に合わせて適当に凹凸が形成されていてもよい。
【００１４】
制御装置４０は、コンピュータ（ＣＰＵ（演算処理装置）、ＲＯＭまたはＲＡＭなどのメモリ（記憶装置）およびＩ／Ｏ回路等により構成されている。）により構成されている。演算処理装置は、記憶装置から必要なプログラムおよびデータを読み出し、当該プログラムおよびデータにしたがって昇降駆動装置４１１および圧電素子４１２の動作制御などの演算処理を実行する。
【００１５】
ＰＣＢ１に対するＦＦＣ２の超音波接合のため、図３に示されているように、ホーン４１とアンビル４２との間にＰＣＢ１およびＦＦＣ２が上下に重ねられた状態で挟まれる。この際、ＰＣＢ１の第１導体１１のそれぞれとＦＦＣ２の第２導体２１のそれぞれとが、ＦＦＣ２を構成する絶縁性被覆Ｃ０を介して上下に重ねられた状態となる（図４参照）。この状態から、昇降駆動装置４１１によりホーン４１をアンビル４２に対して接近させるように変位させ、これによりＰＣＢ１およびＦＦＣ２に上下方向の荷重を印加し、かつ、圧電素子４１２に高周波の交流電圧が印可されることによりホーン４１を（横方向または図中左右方向に）超音波振動させる。
【００１６】
ホーン４１の超音波振動エネルギーにより、ホーン４１およびアンビル４２に挟まれている箇所のＰＣＢ１およびＦＦＣ２が局所的に温度上昇し、ＦＦＣ２の絶縁性被覆２０が局所的に溶融する。ホーン４１およびアンビル４２による上下方向の荷重により、絶縁性被覆２０由来の溶融合成樹脂がホーン４１とアンビル４２との間から徐々に除去される。この際、第１導体１１および第２導体２１に間に存在する絶縁性被覆２０も溶融し、第１導体１１および第２導体２１の間から徐々に除去される。
【００１７】
第１導体１１および第２導体２１の間から絶縁性被覆２０由来の溶融合成樹脂が除去されていく過程で、第２導体２１が塑性変形しつつ第１導体１１と当接する。ホーン４１の超音波振動エネルギーにより当該当接箇所の摩擦熱が発生し、第１導体１１および第２導体２１のそれぞれの金属表面に生成されている酸化被膜が除去され活性面（清浄面ともいう。)  が露出し反応する。そして、第１導体１１および第２導体２１の接合反応（固相接合ともいう。）完了後、ホーン４１の上昇駆動または超音波振動も停止する。これにより、図４に示されている第１導体１１および第２導体２１の接合領域Ｘにおいて、ＰＣＢ１およびＦＦＣ２が接合される。
【００１８】
（効果）
本発明の電子回路基板の一実施形態としてのＰＣＢ１によれば、その上面に接合または接着されている第１導体１１の上面周縁部が少なくとも部分的に当該基板を構成する第１合成樹脂またはこれに密着している他の第２合成樹脂からなる部分被覆１２により覆われている。このため、ホーン４１の超音波振動エネルギーによって基板１０が局所的に温度上昇して軟化しても、第１導体１１の振動が抑制され、この超音波振動エネルギーが第１導体１１および第２導体２１の当接箇所の接合に効率よく寄与する。これにより、ＰＣＢ１の上面に接合されている第１導体１１およびＦＦＣ２を構成する第２導体２１の接合強度が向上し高品質化が図られる。
【００１９】
（実施例）
エポキシガラス樹脂からなる基板１０の上にＣｕからなる正方板状（３．０[ｍｍ]×３．０[ｍｍ]、厚み７０[μｍ]）の第１導体１１が接合され、その上面周縁部を全周にわたり覆うように幅０．５［ｍｍ］の略正方環状の部分被覆１２が形成されることにより、実施例の電子回路基板が作製された。
【００２０】
（比較例）
部分被覆１２が省略されたほかは実施例と同様に比較例の電子回路基板が作製された。
【００２１】
（評価）
ホーン４１または圧電素子４１２の超音波振動時の振幅が３つの異なる値（当該振幅の最大定格値を１００％とした場合に６５％、７５％、８５％）に制御され、実施例および比較例のそれぞれの電子回路基板に対してＦＦＣ２が接合された。制御装置４０は、ホーン４１の超音波振動エネルギー（振幅）が、その設定値となるように制御する。
【００２２】
図５Ａおよび図５Ｂのそれぞれには、ホーン４１の超音波振動パワーの時間変化態様が示されている。圧電素子４１２からホーン４１を振動させるために印加する電力（  電圧および電流の積から求められる。）を超音波振動のパワーとして計測された値を示す。超音波振動パワーが設定値に伴い印加され、時間が経過される過程でＦＦＣ２の絶縁性被覆２０の溶融および除去が進行する。続いて第１導体１１および第２導体２１が当接することでさらに超音波振動のパワーが上昇しホーン４１が第２導体２１との当接箇所から受ける摩擦によって金属表面の活性化および接合反応が進行する。振幅は制御装置４０によって当該振幅となるように圧電素子４１２への印可交流電圧が制御される。その後、接合反応が完了したのち、超音波振動のパワー印加も終了し装置が停止する。
【００２３】
図５Ａおよび図５Ｂから、実施例は比較例よりもホーン４１の超音波振動パワーのピーク値が大きいことがわかる（３１．３［Ｗ］＞２５．４［Ｗ］、３７．５［Ｗ］＞３４．３［Ｗ］、４５．０［Ｗ］＞４４．６［Ｗ］）。さらに、実施例は比較例よりもホーン４１の超音波振動パワーの高い状態で印加される時間も長いことがわかる（２１５［ｍｓ］＞１８０［ｍｓ］、１１５［ｍｓ］＞７５［ｍｓ］、８０［ｍｓ］＞２５［ｍｓ］）。これらの超音波振動パワー維持時間は、立ち上がりからピーク値をむかえる初めの変曲点を開始点とし、終点は、終了直前の変曲点までとして計測した。これは、第１導体１１および第２導体２１が当接することでホーン４１が第２導体２１との当接箇所から受ける摩擦力が、実施例が比較例よりも大きくかつ長期間にわたり作用すること、ひいては第１導体１１の振動が部分被覆１２によって抑制されていることを表わしている。
【００２４】
図６には、前記のように接合された第１導体１１および第２導体２２の接合強度の評価結果が示されている。接合強度は、初めに、ＰＣＢ１の上面に接合されている第１導体１１およびＦＦＣ２を構成する第２導体２１が超音波振動エネルギーにより固相接合された状態のままＦＦＣ２が引張り試験装置と垂直になるよう引張り試験装置の下部に構成されているＰＣＢ２固定部へ装着する。次に、引張り試験装置の駆動部に構成されているリード線固定部へＦＦＣ２に引張り応力が発生しないようＦＦＣ２を挟み込む。この状態から２０［ｍｍ／ｍｉｎ］の速度にて垂直方向へ引き上げる。このような方法にしたがって測定される第１導体１１に対する第２導体２２の引張強度が、当該接合強度として測定された。図６から、実施例は比較例よりも当該接合強度が高く、かつ、当該接合強度とホーン４１の超音波振動振幅との相関度が高いことがわかる。
【００２５】
（本発明の他の実施形態）
前記実施形態では、部分被覆１２が第１導体１１の上面の周縁部を全周にわたって覆っていたが、他の実施形態として部分被覆１２が第１導体１１の上面の周縁部の複数箇所を断続的に覆っていてもよい。例えば、図７に示されているように第１導体１１の上面周縁部の４つの相互に離間した箇所を覆うように部分被覆１２が設けられてもよい。
【００２６】
第１導体１１の上面の露出部分（部分被覆１２によっておおわれていない箇所）の少なくとも一部が、第１導体１１を構成する金属（例えばＣｕ、Ａｌ）の濡れ性を増加させる別の金属（例えばＮｉ）により被覆されていてもよい。これにより、第１導体１１および第２導体２１のそれぞれが局所的に溶融した際に、第１導体１１由来の溶融金属を、第２導体２１を構成する金属に広い面積にわたって接触させることができ、第１導体１１および第２導体２１の接合強度の向上が図られる。また、当該被覆によって第１導体１１の上面露出部分の酸化が防止される。
【符号の説明】
【００２７】
１‥ＰＣＢ（電子回路基板）、２‥ＦＦＣ、１０‥基板、１１‥第１導体（一の導体）、１２‥部分被覆、２０‥絶縁性被覆、２１‥第２導体（他の導体）、４‥超音波接合装置、４０‥制御装置、４１‥ホーン、４２‥アンビル、４１１‥昇降駆動装置、４１２‥圧電素子（超音波振動子）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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