(57)【要約】【課題】  ＦＰＣの端子部と他の配線基板の端子部とを、端子部の絶縁層を除去することなく超音波接合方法によって金属接合する場合に、超音波エネルギーの損失を少なくしかつ強固な金属結合が得られる超音波接合方法を提供することにある。【解決手段】  フレキシブル配線基板の端子部と他の配線基板の端子部とを重合わせた後、超音波ホーンによって前記端子部を金属接合させる超音波接合方法において、先端部に波型が形成された超音波ホーンを用いるフレキシブル配線基板の端子部の超音波接合方法とすることによって、解決される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレキシブル配線基板の端子部と他の配線基板の端子部とを重合わせた後、超音波ホーンによって前記端子部を金属接合させる超音波接合方法において、先端部に波型が形成された超音波ホーンを用いることを特徴とするフレキシブル配線基板の端子部の超音波接合方法。
【請求項２】
前記超音波ホーンの先端部の波型は、波部のピッチ幅が０．０５〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載されるフレキシブル配線基板の端子部の超音波接合方法。
【請求項３】
請求項１または２の超音波接合方法において、フレキシブル配線基板の端子部の樹脂絶縁層上に配置した、先端部に波型を形成した超音波ホーンとその反対側に位置させる、表面に０．０１〜１．０ｍｍの微細な凹凸が形成されたアンビルを配置したことを特徴とする請求項１または２に記載するフレキシブル配線基板の端子部の超音波接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフレキシブル配線基板の端子部と、他の配線基板の端子部との超音波接合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近の電子機器ではその小型化や軽量化に伴い、部品の実装性に優れたリジット配線基板（以下ＲＰＣ）と、屈曲性に優れたフレキシブル配線基板（以下ＦＰＣ）の長所を併せ持つリジット・フレックス複合配線基板（以下Ｒ・ＦＰＣ）が多用されるようになってきた。しかしながら、このＲ・ＦＰＣは製作工程が複雑であるためコストダウンが難しいと共に、ＲＰＣのリジット部の層数をそろえる必要があるなど、設計上の問題もあった。また従来ＲＰＣとＦＰＣの接続は、コネクタ接続や半田接合が行なわれている。しかしながら、前記コネクタ接続においてはコネクタスペースが確保し難くなったり、小型化のための狭ピッチ化が困難となってきた。また半田付け方法においては、接合部の耐熱性の問題やブリッジによる短絡の発生が問題となってきた。
【０００３】
このような問題点を解決する技術が、特許文献１に提案されている。すなわち、金属配線を有し、前記金属配線の少なくとも一部表面に金属被膜が露出されたフレキシブル基板素片と、表面に金属被膜が形成された金属突起を有するフレキシブル基板素片とを貼り合わせ、多層構造のフレキシブル配線板を製造するフレキシブル配線板の製造方法であって、前記金属配線上の金属被膜と前記金属突起表面の金属被膜のうち、いずれか一方又は両方の金属被膜の表面を、ビッカース硬度８０ｋｇｆ／ｍｍ２以下の軟質金属被膜（ニッケル被膜、金被膜、白金被膜、銀被膜、パラジウム被膜等）で構成させておき、前記接続部の金属被膜と前記金属突起表面の金属被膜とを接触させた状態で超音波を印加し、前記金属配線と前記金属突起とを接続させる方法である。しかしこのような超音波接続方法においては、端子部の樹脂絶縁層を除去する必要がある等作業工程が複雑であり、コストアップ要因となる。そこで超音波接合を行なう場合に、接続する端子部の絶縁層を除去することなく行なう方法も特許文献２に開示されているが、単に絶縁層上から超音波接合を行なう場合には、大きな荷重を掛けかつ超音波の振福を大きくしないと接合しないので、ホーンが当っているＦＰＣの絶縁層および銅箔が損傷を受け易くなり、超音波接合部が破壊される問題があった。
【特許文献１】特開２００１−１４４２０６号公報
【特許文献２】特開２００１−７５１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
よって本発明が解決しようとする課題は、ＦＰＣの端子部と他の配線基板の端子部とを、端子部の絶縁層を除去することなく超音波接合方法によって金属接合する場合に、超音波エネルギーの損失を少なくしかつ強固な金属結合が得られる超音波接合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記解決しようとする課題は、請求項１に記載されるように、フレキシブル配線基板の端子部と他の配線基板の端子部とを重合わせた後、超音波ホーンによって前記端子部を金属接合させる超音波接合方法において、先端部に波型が形成された超音波ホーンを用いるフレキシブル配線基板の端子部の超音波接合方法とすることによって、解決される。
【０００６】
また請求項２に記載されるように、前記超音波ホーンの先端部の波型は、波部のピッチ幅が０．０５〜０．５ｍｍである請求項１に記載されるフレキシブル配線基板の端子部の超音波接合方法とすることによって、解決される。
【０００７】
さらに請求項３に記載されるように、請求項１または２の超音波接合方法において、ＦＰＣ配線基板の端子部の樹脂絶縁層上に配置した、先端部に波型を形成した超音波ホーンとその反対側に位置させる、表面に０．０１〜１．０ｍｍの微細な凹凸が形成されたアンビルとからなる請求項１または２に記載するＦＰＣ配線基板の端子部の超音波接合方法とすることによって、解決される。
【発明の効果】
【０００８】
以上の本発明は、フレキシブル配線基板の端子部と他の配線基板の端子部とを重合わせた後、超音波ホーンによって前記端子部を金属接合させる超音波接合方法において、先端部に波型が形成された超音波ホーンを用いるフレキシブル配線基板の端子部の超音波接合方法としたので、ＦＰＣの端子部と他の配線基板の端子部との金属結合を、端子部の絶縁層を除去することなく製造コストを大幅に低減できる。また超音波エネルギーの損失が少なくかつ強固な金属結合を得ることができる。さらにＦＰＣの接続相手となるその他の配線基板は、リジット配線基板や単層、多層等の種々の配線基板にも適用でき有用な超音波接合方法である。また、前記超音波ホーンの先端部の波型は、波部のピッチ幅を０．０５〜０．５ｍｍとしたので、前述の効果に併せて、超音波エネルギーをより効率的に印加することができるようになり好ましい。
【０００９】
さらに、請求項１または２の超音波接合方法において、ＦＰＣ配線基板の端子部の樹脂絶縁層上に配置した、先端部に波型を形成した超音波ホーンとその反対側に位置させる、表面に０．０１〜１．０ｍｍの微細な凹凸が形成されたアンビルとからなる請求項１または２に記載するＦＰＣ配線基板の端子部の超音波接合方法とすることによって、前述した効果に併せて、超音波エネルギーをより効率的に印加することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に本発明を詳細に説明する。請求項１に記載される発明は、フレキシブル配線基板の端子部と他の配線基板の端子部とを重合わせた後、超音波ホーンによって前記端子部を金属接合させる超音波接合方法において、先端部に波型が形成された超音波ホーンを用いるフレキシブル配線基板の端子部の超音波接合方法であり、このように先端部に波型が形成されている前記超音波ホーンを用いることによって、超音波エネルギーの損失を少なくでき、効率よく超音波を伝達することができるので強固な金属結合の接合部が得られる。また端子部の絶縁層を除去することなく超音波接合を行なえるので、製造コストを大幅に低減でき実用的である。
【００１１】
まず図４によって、ＦＰＣの端子部と他の配線基板の端子部との超音波接合方法について簡単に説明する。１はＦＰＣの端子部であり、銅配線部１１とポリイミド樹脂層（以下ＰＩ絶縁層）１２から構成されている。また２はリジット配線基板（以下ＲＰＣ）の端子部を示すもので、銅配線部２１とポリイミド樹脂層（以下ＰＩ絶縁層）２２の場合を示している。そして、ＦＰＣの端子部１側のＰＩ絶縁層１２直上には、超音波を伝達する超音波ホーン３が荷重（圧力）を掛けて配置される。この荷重は、ＦＰＣを固定して振動を伝達させるためで、通常０．１〜１０ｋｇｆ／ｍｍ２（０．９８０〜９８．０６６ＭＰａ）程度の荷重が加えられる。またその反対側の位置には、すなわちＲＰＣの端子部２のＰＩ絶縁層２２に当接してアンビル４が配置される。なお、前記ホーンはＦＰＣ側のＰＩ絶縁層１２上に配置する場合のみではなく、その他の配線基板側にも配置する方法によっても同様の効果が得られる。その場合もアンビル４は、通常その他の配線基板側に配置される。そして、前記超音波ホーン３のＰＩ絶縁層１２に当接する先端部５は波型に形成する。このような形状とすることによって、超音波を効率よく接合する端子部に伝達することができる。そして、このような状態で超音波を印加することによって、端子部の銅配線部１１および２１が強固に金属結合される。なお超音波接合の条件としては、振幅１０〜３０μｍ、周波数４０ＫＨｚ程度であれば十分である。
【００１２】
以上のように超音波ホーン３の先端部５を波型としたのは、以下の実験結果によって確認されたことによる。すなわち、図２に示すような種々の形状の超音波ホーン先端部を用意し、超音波接合を行なった後、ＦＰＣ端子部の接合強度を測定して確認された。詳細に説明すると、図２の(1)、(2)、(3)および(4)として示した先端形状の超音波ホーンを用い、銅箔の厚さが１８μｍのＦＰＣおよびＲＰＣの端子部を重ね合せた後、前記ＦＰＣ端子部の絶縁層上に超音波ホーンを配置して超音波を印加した。なお、銅箔端子部の表面は、予めヒドラジン溶液等の還元剤を用いて還元処理を行った。超音波接合の条件は、振幅２０μｍ、接合時間１秒で、圧力を０から１２ｋｇｆ／ｍｍ２（０〜１１７．７ＭＰａ）まで変化させて行なった。なお、用いた超音波ホーンの大きさはいずれも１×１０ｍｍのもので、図２の(1)に示すものは先端が同様に幅が１ｍｍで長さが１０ｍｍのものである。また、図２の(2)に示す先端部断面が台形状の場合は、底部の幅が０．５ｍｍ、頂部の幅が０．２ｍｍで、高さが０．１５ｍｍである。さらに図２の(3)は、ホーン先端部が四角垂状（ピラミッド状）の場合で、底部長が０．５ｍｍ、突起部の先端の幅が０．０７×０．０７ｍｍで、突起部間の距離が０．５ｍｍ、高さ０．７ｍｍのものである。また図２の(4)に示すホーン先端部が波型の場合は、底部の長さが０．５ｍｍで、波型の波部のピッチ幅が０．２ｍｍで、波型の先端部分の幅が０．０７ｍｍ、高さ０．２５ｍｍのものである。そして、得られたＦＰＣ端子部の接合部について９０°ピール試験を行なって、接合強度を比較した。結果を図３のグラフで示した。
【００１３】
図３のグラフから明らかなように、圧力（荷重）が４ｋｇｆ／ｍｍ２（３６．３ＭＰａ）までは、ホーン先端部の形状の違いによるピール強度にほとんど変化は見られないが、それよりも大きな圧力（荷重）になってくると、ホーン先端部の形状によってピール強度に大きな違いが出てくることがわかる。すなわち、(4)で示したホーン先端部の形状が波型の場合が、最もピール強度が大きくなることが判明した。これはＦＰＣ端子部の接合強度を十分に大きくでき、(1)、(2)、(3)の形状のものより優れた超音波接合方法とすることができることになる。よって、超音波ホーン先端部の形状は、波型とすることが好ましいことが確認できた。
【００１４】
つぎに、前記波型の波部のピッチ幅について検討した結果、請求項２に記載されるように、前記超音波ホーンの先端部の波型は、波部のピッチ幅が０．０５〜０．５ｍｍであるＦＰＣ配線基板の端子部の超音波接合方法とすることによって、より効率よく超音波を伝達することができることがわかった。すなわち、先端部が波型の超音波ホーンにおける波型の波部のピッチ幅を、０．０１ｍｍから０．５ｍｍまでの各種のホーンを用意し、前述した各種形状の先端部を有する超音波ホーンの実験と同様の実験を行なって、好ましい波部のピッチ幅を調べたものである。結果は図１のグラフに示したとおりである。
【００１５】
図１のグラフから明らかなとおり、先端部の形状が波型である超音波ホーンにおいて、波型の波部のピッチ幅が０．２ｍｍ程度のところを頂点として、ピール強度が変化することがわかった。すなわち、ホーン先端部の波型における波部のピッチ幅が０．０５〜０．５ｍｍの範囲で、ピール強度が５Ｎ／ｃｍ程度あり十分に実用的な強度であることがわかる。またピッチ幅が０．０５ｍｍよりも小さくなると、端子部の接合界面での接触部分が広くなり、接合界面での摩擦力が大きくなって超音波の伝達がされ難くなるために、ピール強度が低下するものと考えられる。よって超音波ホーン先端部は、波型でありかつその波部のピッチ幅が０．０５〜０．５ｍｍとした超音波ホーンを用いて、ＦＰＣ端子部と他の配線基板の端子部との超音波接合を行なうのが最も好ましいことがわかる。
【００１６】
なお、ＦＰＣと接合される前記他の配線基板としては、ガラスエポキシ樹脂基板、セラミック基板等のＲＰＣやＦＰＣ、さらに多層のプリント配線基板やＦＰＣ等が対象にできる。このことによって、例えば多層ＦＰＣと片面ＦＰＣの長所を兼ね備えたＲ・ＦＰＣを得ることが可能である。また前記端子部の銅配線部には、金めっき層を施すことによってより超音波接合が行なわれ易くなる。金めっき厚さは、０．１〜１．０μｍ程度とされる。
【００１７】
さらに前述した超音波接合方法において、請求項３に記載するように、ＦＰＣの端子部の樹脂絶縁層上に配置した先端部が波型の超音波ホーンと、その反対側に配置する表面に０．０１〜１．０ｍｍの微細な凹凸が形成されたアンビルとからなるＦＰＣの端子部の超音波接合方法とすることによって、前述した効果に併せてさらに、超音波エネルギーをより効率的に印加することができるようになる。すなわち前記アンビルを、端子部のＰＩ絶縁層１２並びにＰＩ絶縁層２２と当接する部分に、例えばローレット加工により微細な凹凸を形成することにより、超音波エネルギーをより効率的に伝達することが可能となる。この理由は、凸部の下で圧力が高くなりＦＰＣを固定して振動が伝達され易くなるためと考えられる。通常凹凸は０．０１〜１．０ｍｍ程度のピッチで形成したものが好ましい。このようなアンビルを使用することにより、端子部の接合強度はより強固となり確実なものとなる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
以上説明した超音波接合方法によれば、ＦＰＣ端子部の樹脂絶縁層上から直接超音波接合を行なうことができ、また接合部には強固な接合強度を持たせることができるので、コストを大幅に低減した種々のＦＰＣ端子部の超音波接合方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の超音波ホーン先端部における波型の波部のピッチ幅とピール強度の関係を示すグラフである。
【図２】超音波ホーン先端部の各種形状を示す概略図である。
【図３】超音波ホーン先端部の形状とピール強度の関係を示すグラフである。
【図４】ＦＰＣ端子部と他の配線基板との超音波接合方法の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  ＦＰＣの端子部
１１  銅配線部
１２  ＰＩ絶縁層
２  ＲＰＣの端子部
２１  銅配線部
２２  ＰＩ絶縁層
３  超音波ホーン
４  アンビル
５  ホーン先端部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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