金属端子
【課題】表面粗さを調整させるメッキ構造の改善を図り、ボンディングワイヤとの結合力を向上させると供に製造工程の簡素化を実現し得る金属端子の提供を目的とする。
【解決手段】配線基板の表面に配設されると供に露出面がボンディングワイヤに溶着される金属端子１１５であって、銅元素を基として組成された銅母材Ｂｍｂと、銅元素を基として組成され前記銅母材に積層された銅メッキ層Ｌｃとから成り、表面粗さが０．２μｍ以下とされるように表面状態が調整されている。
【解決手段】配線基板の表面に配設されると供に露出面がボンディングワイヤに溶着される金属端子１１５であって、銅元素を基として組成された銅母材Ｂｍｂと、銅元素を基として組成され前記銅母材に積層された銅メッキ層Ｌｃとから成り、表面粗さが０．２μｍ以下とされるように表面状態が調整されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線基板の表面に配設される金属端子に関し、特に、ボンディングワイヤとの結合力を向上させる際に用いて好適のものである。
【背景技術】
【０００２】
電気的作用によって駆動される多くの装置には、半導体等の電気的素子を集約的に実装させた配線基板が組み込まれる。かかる配線基板は、電位の供給に基づいて駆動されるため、外部との通信を実現させる何らかのインターフェイスが必要とされる。近時、製造工程の簡素化及び構成部品削減の要請の中、ボンディングワイヤによる溶接技術の実用化が進み、かかる技術に適応したインターフェイスの一形態として、ボンディングワイヤとの接合面を提供する金属端子を配設した配線基板が種々検討されている。
【０００３】
配線基板の適用例として、特開平５−１５７０３７号公報（特許文献１）には、内燃機関用の点火装置に金属端子を具備する配線基板を組み込ませた技術が紹介されている。かかる技術では、外部接続用の端子と、混成薄膜基板（特許請求の範囲における配線基板）と、当該混成薄膜基板に実装された電子回路とから構成される。そして、かかる混成薄膜基板には溶接パッド（特許請求の範囲における金属端子）が半田接合され、当該溶接パッドはリードフレーム（特許請求の範囲におけるボンディングワイヤ）によって適宜配線される。
【０００４】
図７には、特許文献１の技術で紹介された配線基板の構成が示されている。図７（ａ）に示す如く、配線基板１０は、絶縁基板１１とプリント配線１２とソルダレジスト１３と金属端子１５とから構成され、この他、図示されない種々の電気的素子が実装されている。尚、絶縁基板１１は、アルミナ等のセラミック基板が用いられる。プリント配線１２は、銀及び白金の合金から組成される。また、銅又はアルミ等の金属から組成されるものであっても良い。ソルダレジスト１２は、難燃性の感光性樹脂が用いられる。金属端子１５は、特許文献１において、鉄ニッケル製の材質が選択されている。但し、かかる金属端子１５は、これに限らず、銅合金等を用いても良い。図７（ｂ）には、図７（ａ）に示される矢線Ａの矢印方向に観察した配線基板１０の断面図が示されている。図示の如く、配線基板１０は、絶縁基板１１の表面にプリント配線１２がプリントされ、更に、プリント配線１２を被覆する状態で、ソルダレジスト１３が積層されている。また、プリント配線１２を一部露出させる開口部が設けられ、かかる開口部では、金属端子１５が半田層１４を介してプリント配線１２に接合される。尚、同図では、金属端子１５の表面に溶着されたボンディングワイヤ２０の状態が示されている。
【０００５】
図８を参照して、金属端子１５の製法について説明する。図８（ａ）〜（ｃ）ではプレス加工処理の工程が示されている。先ず、図８（ａ）に示す如く、プレス加工機のテーブル３１にメタルシートＭＳが適宜に搬送される。尚、かかるメタルシートＭＳは、銅合金であるとして以下説明する。図８（ｂ）に示す如く、メタル打抜用のバイト３２が矢印方向に駆動され、バイト３２の先端がメタルシートＭＳに接触する。更に、時間が経過すると、バイト３２の先端とテーブル３１との間にメタルシートＭＳを挟持する状態で、バイト３２がテーブル３１に設けられた開孔部３１ａに貫入され、メタルシートＭＳの変形が進行する。その後、図８（ｃ）に示す如く、バイト３２が更に送られると、開口部３１ａの近傍に円筒状の剪断面が現れ、銅材ＢｍａがメタルシートＭＳから分離される。このとき、かかる剪断面では、バイト３２の押圧によってバリｗが形成される。更に後、図８（ｄ）に示すバリ取り加工処理では、被削材とされる銅材Ｂｍａと研磨材と水とコンパウンドとをバレル研磨装置の研磨室へ投入し、かかる研磨室を所定時間について回転又は振動させ、これにより、銅材Ｂｍａに形成されたバリｗは除去される。但し、かかる状態では、バレル研磨加工の際に生じた研磨材による細傷が残っているため、金属端子１５の表面粗さが図９（ａ）の表面Ｓｆ１に示されるようなＲｚ＝１．０μｍ以上の表面状態とされる。かかる表面状態ではボンディングワイヤ２０との結合力が十分に得られないので、図８（ｅ）に示す如く、金属端子１５に対してバフ研磨加工技術を用いた表面研磨加工処理を施す。これにより、金属端子１５の表面が研磨され、金属端子１５の表面粗さＲｚが調整される。尚、バフ研磨加工処理によって調整される金属端子１５の表面粗さは、図９（ａ）の表面Ｓｆ２に示すＲｚ＝０．５μｍ程度の表面状態とされる。また、バレル研磨加工及びバフ研磨加工は加工時間等の加工条件に基づいて加工後の表面粗さＲｚを低減させることが可能であるが、ここで述べられた表面粗さＲｚの値は、加工時間又は加工コスト等を検討した上で妥当とされる値を指すものとする。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１５７０３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、金属端子１５にボンディングワイヤ２０を溶着させる際、金属端子１５の表面は、図９（ａ）のＳｆ３で示されるように表面粗さがＲｚ＝０．２μｍ以下とされる表面状態が好ましい。ここで、図９（ｂ）に示す如く、ボンディングワイヤ２０と金属端子１５とを摩擦溶接させる際、互いの金属表面に形成されていた酸化被膜が破壊され、かかる酸化被膜は、一方で接合面の外部に排除され、他方で接合面の内部に残存し酸化被膜の残塵Ｓｄを形成する。このとき、図８で説明した技術では、金属端子１５の表面粗さがＲｚ＝０．５μｍ程度とされるので、酸化被膜が効率的に接合面の外部へ排除されなくなり、酸化被膜の残塵Ｓｄの分布領域が一定の範囲で維持される。即ち、金属端子１５とボンディングワイヤ２０との接合面では、酸化被膜の残塵Ｓｄによって、活性層に形成された合金層Ｂｒの占有率が低下し、これにより、異種金属間の結合力を低下させるとの問題が生じる。
【０００８】
また、図１０（ａ）に示す如く、バレル研磨処理された表面Ｓｆ１の銅母材Ｂｍｂへニッケルメッキ層Ｌｎを積層させ、表面粗さを調整させる技術が考えられる。しかし、ニッケルメッキ層Ｌｎは、積層厚が偏った状態に積層される性質を有するため、銅母材Ｂｍｂの高頂部Ｘにおける積層厚が増加し、金属端子１５の表面粗さＲｚを所望の値に調整させることが困難とされる。従って、図１０（ｂ）に示す如く、酸化被膜の残塵Ｓｄに係る分布状態を低下させるに至らず、かかる技術を取り入れても、金属端子１５とボンディングワイヤ２０との結合力が改善されないとの問題が生じる。
【０００９】
更に、図１１（ａ）に示す如く、ニッケルメッキ層ＬｎをＬｎ１〜Ｌｎ４迄複数回積層させ、銅母材Ｂｍｂの高頂部における積層厚の低減を図り、表面粗さを調整させる技術が考えられる。従って、表面粗さがＲｚ＝０．２μｍ以下に抑えられるので、図１１（ｂ）に示す如く、合金層Ｂｒの接合面における占有面積が拡大する。しかしながら、図１１（ｂ）のＢ部を拡大図示させた図１２を参照すると、かかる技術にあっては、メッキ層毎に湯洗処理を施すため、水分中に含有される不純物が凝集しコンタミｅｄを形成させる危険度が高くなる。従って、ニッケルメッキ層Ｌｎ１〜Ｌｎ３及び銅母材Ｌｃの表面にコンタミｅｄが複数形成されると、コンタミｅｄの周辺において、熱応力に起因する応力集中が発生し、ニッケルメッキ層Ｌｎに亀裂ｃｒを生じさせる。そして、ニッケルメッキ層Ｌｎに亀裂ｃｒが複数発生すると、ニッケルメッキ層の層間結合力が低下し、これによっても、金属端子１５とボンディングワイヤ２０との結合力を低下させるとの問題が生じる。
【００１０】
本発明は上記課題に鑑み、表面粗さを調整させるメッキ構造の改善を図り、ボンディングワイヤとの結合力を向上させると供に製造工程の簡素化を実現し得る金属端子の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明では次のような金属端子の構成とする。即ち、配線基板の表面に配設されると供に露出面がボンディングワイヤに溶着される金属端子であって、銅元素を基として組成された銅母材と、銅元素を基として組成され前記銅母材に積層された銅メッキ層とから成る。また、配線基板の表面に配設されると供に露出面がボンディングワイヤに溶着される金属端子であって、銅元素を基として組成された銅母材と、銅元素を基として組成され前記銅母材に積層された銅メッキ層と、ニッケル元素を基として組成され前記銅メッキ層に積層されたニッケルメッキ層とから成ることとしても良い。このとき、前記銅母材は、バリ取加工処理されており、特に、バレル研磨加工又はショットブラスト加工である場合に好適である。更に、前記銅メッキ層又は前記ニッケルメッキ層の表面は、十点平均高さの測定値が０．２μｍ以下とされるのが好ましい。加えて、前記銅母材は、無酸素銅から成るのが好ましい。具体的には、前記銅母材は、ＪＩＳ規格で規定される金属材料において、合金番号がＣ１０２０とされ、且つ、質別がＨとされるのが好ましい。更に、かかる金属端子は、内燃機関用点火装置を制御させるイグナイタの構成部品として用いられる場合に好適である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る金属端子では、バリ取り加工後の銅母材に銅メッキ層を積層させる製法が採用されるので、表面粗さを調整するための表面研磨工程が不要とされ、これにより、製造工程の簡素化及び製造コストの低減が図られる。
【００１３】
また、金属端子は、銅メッキ層が表面の標高差を均等にさせる性質を備えるので、かかる性質に伴って、表面粗さが適宜に調整され、これにより、剥離された酸化膜が結合面の外部に効果的に排除され、酸化被膜の残塵の分布領域を低減させる。従って、金属端子は、ボンディングワイヤとの接合面積が拡大し、ボンディングワイヤとの結合力の向上が図られる。
【００１４】
更に、銅メッキ層の表面にニッケルメッキ層を積層させた金属端子では、ボンディングワイヤとの結合力の強化が図られる。
【００１５】
加えて、銅母材の質別を適宜に選定することのより、バリ取り加工処理における消費時間が削減され、これにより、製造コストの低減が図られる。
【００１６】
併せて、上述した金属端子は、ボンディングワイヤ２０との結合力が強化されているので、振動等が直接伝達される内燃機関用点火装置のイグナイタの構成部品として好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る実施の形態につき図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、実施例１に係る金属端子のメッキ構造及び製法が示されている。先ず、金属端子１１５の製法について説明する。図１（ａ）では、プレス加工処理された直後の銅材Ｂｍａが示されている。かかる銅材Ｂｍａは、ＪＩＳ Ｃ１０２０−１／２Ｈ又はＪＩＳ Ｃ１０２０−Ｈ等のシートメタルから製造され、薄型の円筒形または角柱形にプレス成形される。本実施例において、銅材Ｂｍａは、合金番号をＣ１０２０とし質別を１／２Ｈとした材料が選択される。また、銅母材Ｂｍａは、直径１．６ｍｍ且つ高さ０．３ｍｍ程度の円筒形に成形される。但し、図１（ａ）に示す如く、銅材Ｂｍａは、プレス加工処理が施されているため、円筒の外縁部にバリｗが発生している。かかるバリｗを除去すべく、図１（ｂ）では、銅材Ｂｍａに対してバレル研磨加工を施し、銅母材Ｂｍｂを形成させる。ここで、バレル研磨加工とは、被削物とされる銅材Ｂｍａと研磨材と水とコンパウンドとを研磨室内へ投入し、かかる研磨室を回転又は振動させ、これにより、バリｗの除去及び表面研磨作用を与える加工をいう。この後、図１（ｃ）に示す如く、銅母材Ｂｍｂの表面には、約１．０μｍの銅メッキ層Ｌｃが積層される。このときのメッキ法は、電解メッキ法を採用しても良い。また、溶融メッキ法若しくは真空メッキ法を採用しても良い。かかる如く、銅母材Ｂｍｂ及び銅メッキ層Ｌｃは、互いに近しい組成の材質とされるため、高い結合力を得ることが可能となる。併せて、銅メッキ層Ｌｃは、ニッケルメッキ層Ｌｂと比較して表面Ｓｆｘの標高差を均等にさせる性質を有するので、銅母材Ｂｍｂの高頂部Ｙにおける銅メッキの積層厚を抑制させ、これにより、表面粗さを低値に抑える効果が現れる。
【００１９】
図２（ａ）は、実施例１に係る金属端子の表面の状態が模式的に示されている。尚、本実施例で論じられる表面粗さとは、十点平均高さＲｚを指し、具体的には、材料断面の基準長さにおける測定結果のうち、上位５点の標高と下位５点の標高との差分の平均値を指す。また、平均線ＣＬとは、一定区間における測定結果のうち、上位５点の標高及び下位５点の標高の平均値を指す。図示の如く、図２（ａ）には、銅母材Ｂｍｂの断面形状を現す表面Ｓｆ１と、銅母材Ｂｍｂに積層されることによって形成された銅メッキ層Ｌｃの表面Ｓｆｘとが示されている。また、銅母材Ｂｍｂに係る表面Ｓｆ１の中心線ＣＬ１と、銅メッキ層Ｌｃに係る表面Ｓｆｘの中心線ＣＬｘとが併せて示されている。そして、同図では、左辺に標高軸が示され、かかる標高軸は、銅母材Ｂｍｂの平均線ＣＬ１が標高０μｍとされるようにレイアウトされている。前述の如く、銅母材Ｂｍｂは、バレル研磨加工されているので、表面Ｓｆ１に係る表面粗さがＲｚ＝０．５μｍ程度とされる。また、図２（ａ）を参照すると、銅メッキ層Ｓｆｘの中心線ＣＬｘは、標高の高い方向へオフセットされている状態が観測できる。そして、銅メッキ層Ｌｃの表面Ｓｆｘは標高０．５μｍ〜標高０．２５μｍの範囲を推移しており、表面粗さがＲｚ＝０．２０μｍ程度とされているのが観測できる。即ち、銅母材Ｂｍｂに銅メッキ層Ｌｃが積層されると、銅母材Ｂｍｂの表面Ｓｆ１の谷間部に銅メッキ層Ｌｃが補充され、これに応じて、金属端子１１５とされる銅メッキ層Ｌｃの中心線ＣＬｘは、銅母材Ｂｍｂの中心線ＣＬ１から上方にオフセットされる。従って、銅メッキ層Ｌｃにおける高頂部Ｙと低頂部Ｚとの差が減少されるので、銅メッキ層Ｌｃを表層部とする金属端子１１５の表面は、表面粗さがＲｚ＝０．２μｍ程度に抑えられる。
【００２０】
図２（ｂ）では、ボンディングワイヤ２０との溶着状態が図２（ａ）の断面構造に対応させて示されている。前述の如く、ボンディング装置は、ボンディングヘッドから高周波をボンディングワイヤ２０に伝達させ、これにより発生する摩擦作用によって互いの金属表面を塑性変形させると同時に合金層を形成させ、これにより、ボンディングワイヤ２０と被着材との結合力を提供する。具体的には、銅から成る銅メッキ層Ｌｃの表面Ｓｆｘでアルミ材から成るボンディングワイヤ２０を摩擦させると、互いの金属表面は、酸化被膜が剥離されて活性化された状態となる。かかる状態で更にボンディングワイヤ２０を摩擦させると、互いの金属表面の境界では、発熱に伴って抗張力が低下し、これにより、合金層Ｂｒが形成され異種金属間の結合力が発生する。また、図示の如く、銅メッキ層Ｌｃの表面粗さがＲｚ＝０．２μｍ程度に抑えられているので、剥離された酸化被膜が効率良く溶着面の外部に吐き出され、酸化被膜の残塵Ｓｄの分布量が低減し、これにより、ボンディングワイヤ２０と金属端子１１５との結合力が向上する。
【００２１】
以上の如く、本実施例に係る金属端子１１５では、バリ取り加工後の銅母材Ｂｍｂに銅メッキ層Ｌｃを積層させる製法が採用されるので、表面粗さを調整するための表面研磨工程が不要とされ、これにより、製造工程の簡素化及び製造コストの低減が図られる。
【００２２】
また、かかる金属端子１１５では、銅メッキ層Ｌｃによって表面粗さＲｚが調整されるので、銅母材ｂｍｂと銅メッキ層Ｌｃとの結合状態が良好とされ、これに伴って、ボンディングワイヤ２０との結合力の向上が図られる。
【００２３】
更に、金属端子１１５は、銅メッキ層Ｌｃが表面Ｓｆｘの標高差を均等にさせる性質を備えるので、かかる性質に伴って、剥離された酸化膜が結合面の外部に効果的に排除され、酸化被膜の残塵Ｓｄの分布量を抑制させる。従って、金属端子１１５は、当該金属端子１１５とボンディングワイヤ２０との結合面積が拡大し、ボンディングワイヤ２０との結合力の向上が図られる。
【実施例２】
【００２４】
本実施例では、実施例１に係る金属端子の変更例が実施例２として示されている。以下、実施例１において既に説明された同一の構成部品については、同一の符号を付し、同一部分に係る説明を省略する。図３は、本実施例に係る金属端子のメッキ構造及び製法が示されている。先ず、金属端子２１５の製法について説明する。前述の如く、図３（ａ）では、プレス加工処理された銅材Ｂｍａが示されている。本実施例にあっても、銅材Ｂｍａは、ＪＩＳ Ｃ１０２０−１／２Ｈを採用することとする。その後、図３（ｂ）では、銅材Ｂｍａに対し、バレル研磨加工によってバリ取り加工処理を施す。かかる後、図３（ｃ）に示す如く、銅母材Ｂｍｂの表面に銅メッキ層Ｌｃが積層される。これにより、金属端子２１５の表面粗さが所望の値に調整される。更に後、図３（ｄ）に示す如く、銅メッキ層Ｌｃの表面に所定厚のニッケルメッキ層Ｌｎが積層される。これにより、金属端子２１５は、表面層の硬度が向上し、ボンディングワイヤ２０との結合状態が向上する。尚、ニッケルメッキ層Ｌｎには、リン元素を所定量含有させるのが好ましい。
【００２５】
尚、本実施例では、銅メッキ層Ｌｃに対してバインダー層を介さずにニッケルメッキ層Ｌｎを積層させているが、これに限定することなく、金属端子は、銅メッキ層Ｌｃの表面にクロム元素から組成されるバインダー層を数μｍ程度積層させ、当該バインダー層の表面にニッケルメッキ層Ｌｎを積層させる構成としても良い。かかる構成により、銅メッキ層Ｌｃとニッケルメッキ層Ｌｎとの境界に生じる熱応力が緩和され、ニッケルメッキ層Ｌｎの保護が図られる。
【００２６】
図４（ａ）は、実施例２に係る金属端子の表面の状態が模式的に示されている。図示の如く、図４（ａ）には、銅母材Ｂｍｂの断面形状を現す表面Ｓｆ１と、銅メッキ層Ｌｃの表面Ｓｆｘと、銅メッキ層Ｌｃに積層されたニッケルメッキ層Ｌｎの表面Ｓｆｙとが示されている。そして、同図では、左辺に標高軸が示され、標高０μｍのレベルが銅母材Ｂｍｂの平均線ＣＬ１と一致する様にレイアウトされている。前述の如く、銅母材Ｂｍｂは、バレル研磨加工されているので、表面Ｓｆ１に係る表面粗さがＲｚ＝０．５μｍ程度とされる。また、図４（ａ）を参照すると、ニッケルメッキ層Ｌｎが銅メッキ層Ｌｃの表層面に積層されている状態が観察できる。前述の如く、ニッケルメッキ層Ｌｎが積層される際、積層厚が偏った状態とされる性質があり、銅母材等の高頂部における積層厚が幾分厚くなる傾向に有る。しかし、本実施例の金属端子２１５では、銅メッキ層Ｌｃによって表面粗さを予め調整させた上で、ニッケルメッキ層Ｌｎを最小限の積層厚にて積層させているので、これに伴い、高頂部Ｖにおけるニッケルメッキ層Ｌｎの積層厚が低く抑えられる。また、当然の如く、金属端子２１５は、表層面がニッケルメッキ層Ｌｎによってコーティングされた状態となるため、ボンディングワイヤ２０との結合力が強化される。尚、図４では、ニッケルメッキ層Ｌｎが極めて薄い状態にて図示されているが、これに限定することなく、ニッケルメッキ層Ｌｎの用語の意義は、数μｍ程度以上のメッキ厚を含む概念とされる。
【００２７】
図４（ｂ）では、ボンディングワイヤ２０との溶着状態が図４（ａ）の断面構造に対応させて示されている。図を参照すると、金属端子２１５とボンディングワイヤ２０との境界面では、ニッケルメッキ層Ｌｎとボンディングワイヤ２０の素材であるアルミ材との接触状態が観察できる。また、かかる境界面では、ニッケル−アルミ間で組成された合金層Ｂｒが形成されている。即ち、ニッケルは銅と比較して硬度が高いため、被着材とされる金属端子２１５の表面層はニッケルの機械的性質に準じて高硬度化され、これにより、ボンディングワイヤ２０との溶着性の向上が図られる。
【００２８】
以上の如く、本実施例に係る金属端子２１５では、表面層にニッケルメッキ層Ｌｎがコーティングされた状態とされるので、ボンディングワイヤとの結合力の強化が図られる。
【００２９】
また、かかる金属端子２１５では、ニッケルメッキ層Ｌｃの積層厚が低く抑えられるので、銅母材Ｂｍｂ若しくは銅メッキ層Ｌｃの高頂部におけるニッケルメッキ層Ｌｎの積層厚の増加を抑止させ、表面粗さの増大を回避し得る構成とされる。従って、金属端子２１５の表面層では、ボンディングワイヤ２０との結合面積が確保され、これにより、結合力の維持が図られる。
【実施例３】
【００３０】
本実施例では、銅母材Ｂｍｂの材質がＪＩＳ Ｃ１０２０−Ｈに変更された金属端子３１５について説明する。尚、合金番号の末尾に付されるＨとは、硬質であるか軟質であるかを現す質別を指し、加工率が３０％以上とされるものをいう。以下、実施例１又は実施例２において既に説明された同一の構成部品については、同一の符号を付し、説明を省略する。図５は、本実施例に係る銅母材Ｂｍｂの製法が示されている。図５（ａ）〜（ｃ）ではプレス加工処理の工程が示されている。先ず、図５（ａ）に示す如く、プレス加工機のテーブル３１にメタルシートＭＳが適宜に搬送される。その後、図５（ｂ）に示す如く、メタル打抜用のバイト３２が駆動され、バイト３２の先端がメタルシートＭＳに接触する。更に、時間が経過すると、バイト３２の先端とテーブル３１との間にメタルシートＭＳを挟持する状態で、バイト３２がテーブル３１に設けられた開孔部３１ａに貫入され、メタルシートＭＳの変形が進行する。かかる後、図５（ｃ）に示す如く、バイト３２が更に送られると、開口部３１ａの近傍に円筒状の剪断面が現れ、銅材ＢｍａがメタルシートＭＳから分離される。このとき、かかる剪断面では、バイト３２の押圧によってバリｗが形成される。図５（ｃ）の銅材Ｂｍａには、実線によってＪＩＳ Ｃ１０２０−Ｈを適用した場合のバリｗの状態が示され、点線によってＪＩＳ Ｃ１０２０−１／２Ｈを適用した場合のバリｗの状態が示されている。従って、本実施例に用いられる銅母材Ｂｍｂでは、ＪＩＳ Ｃ１０２０−１／２Ｈを適用した銅材Ｂｍａと比較して、バリｗの高さを低くできることが確認できる。即ち、銅材Ｂｍａの材質を選定するにあたり、同一組成の材質であっても、加工硬化等と密接に関連する質別の程度を適宜に選定することで、プレス加工によって発生するバリｗは、一定の範囲で高さ調整されることが可能である。然る後、図５（ｄ）に示すバリ取り加工処理では、被削物とされる銅材Ｂｍａと被削物の硬度に調整された研磨材と水とコンパウンドとをバレル研磨装置の研磨室へ投入し、かかる研磨室を所定時間について回転又は振動させ、これにより、銅材Ｂｍａに形成されたバリｗは除去される。このとき、本実施例では、銅材Ｂｍａのバリｗの高さが低く調整されているため、バレル研磨加工（バリ取り加工）に要する時間の削減が可能とされる。
【実施例４】
【００３１】
本実施例では、上述した電極端子の適用例が一例として示されている。図６を参照して、電極端子１１５乃至電極端子３１５が適用されたイグナイタについて説明する。図示の如く、イグナイタ２００は、筐体２１０とスイッチング素子２２０と放熱板２３０と配線基板２４０とから構成される。筐体２１０は、コネクタ部２１０ａ及び格納部２１０ｂを具備し、耐熱性樹脂から成型される。また、端子２１１ａ〜２１１ｄが適宜に設けられる。スイッチング素子２２０は、例えば、ＩＧＢＴが適用され、配線基板２４０から送られるゲート信号に応じて、コレクタ電流を断続制御させる。放熱板２３０は、配線基板２４０とスイッチング素子２２０とを搭載させ、筐体２１０の格納部２１０ｂへ格納される。配線基板２４０は、アルミナ等のセラミック基板上に半導体素子及び抵抗素子及びコンデンサ等が実装され、スイッチング素子２２０のドライブ回路及び保護回路を構成させる。このとき、配線基板２４０には電極端子１１５〜３１５が設けられている。そして、端子２１１ａ〜２１１ｃと電極端子１１５とが適宜にワイヤボンディングされ、これにより、配線基板１１５〜３１５は、図示されないＥＣＵとの通信が実現され、当該ＥＣＵから送信される駆動信号に基づいてスイッチング素子２２０を駆動させる。尚、筐体２１０の格納部２１０ｂは、配線基板２４０と供に絶縁性樹脂によって含浸される。
【００３２】
上述したイグナイタ２００は、自動車等に適用される内燃機関に用いられる場合、内燃機関のエンジンヘッド部に装着される。このとき、気筒毎に点火タイミングを制御させる点火システムの場合、イグナイタ２００は、コイルアセンブリから成る点火コイルと一体的に構成される。かかる構成は、一般に、内燃機関用点火装置と呼ばれ、内燃機関に設けられたプラグホールにそれぞれ配置される。かかるロケーションでは、内燃機関で発生する振動が直接的にイグナイタ２００へと伝達されるため、ワイヤボンディングといった結合力の弱い溶接技術では、振動に対する溶着部の強化が必要とされる。このとき、実施例１乃至実施例３の何れかに記す電極端子１１５〜３１５にあっては、前述の如く、ボンディングワイヤ２０との結合力が強化されるので、振動等による使用環境が劣悪な場所であっても、イグナイタ２００の機能は維持される。
【００３３】
尚、以上の如く記された実施例は、あくまでも本発明の一つの実施形態であって、本発明を限定させるものではない。本実施例では、バリ取加工処理としてバレル研磨加工を適用させて説明しているが、これに限らず、バリ取り加工処理としてショットブラスト加工を適用させても良い。かかるショットブラスト加工とは、被削材に対してショット球を高速噴射させ、バリ取り（スケール除去）又は表面研磨を行う加工を指す。また、請求項４に記されるバリ取加工処理とは、バレル研磨加工またはショットブラスト加工に限定することなく、現時点で公に使用されている研磨技術を包含し、表面粗さがＲｚ＝０．２μｍに至らない高粗度の状態とされた処理を指す。
【００３４】
また、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、前述した実施例に記載されたものに制限されるものではない。例えば、本実施例では、銅母材ＢｍｂとしてＪＩＳ Ｃ１０２０を採用しているが、これに限らず、銅母材ＢｍｂとしてＪＩＳ Ｃ１０２０以外の無酸素銅を採用することも可能である。また、本実施例では、ボンディングワイヤ２０としてアルミ材を採用しているが、これに限らず、銅元素もしくは金元素を主成分とする金属材料を採用しても良い。更に、請求項１及び請求項２に記されるボンディングワイヤは、上述した実施例において細径の線材が図示説明されているが、これに限らず、幅数ｍｍ程度の短冊状に整形されたリボンワイヤ、この他、超音波溶接又は熱圧着溶接によって溶着される導電性材料の全てを指す。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施例１に係る金属端子のメッキ構造を示す図
【図２】実施例１に係る金属端子の表面部の断面構造を示す図
【図３】実施例２に係る金属端子のメッキ構造を示す
【図４】実施例２に係る金属端子の表面部の断面構造を示す図
【図５】実施例３に係る金属端子の母材の製法を示す図
【図６】実施例４に係るイグナイタの構成を示す図
【図７】従来例に係る配線基板の構成を示す図
【図８】従来例に係る金属端子の母材の製法を示す図
【図９】従来例に係る金属端子の表面部の断面構造を示す図
【図１０】従来例に係る金属端子の表面部の断面構造を示す図
【図１１】従来例に係る金属端子の表面部の断面構造を示す図
【図１２】多層ニッケルメッキ層の一部拡大図
【符号の説明】
【００３６】
１０ 配線基板
１１ 絶縁基板
１２ プリント配線
１３ ソルダレジスト
１４ 半田層
１５ 金属端子
２０ ボンディングワイヤ
Ｂｍｂ 母材
Ｌｃ 銅メッキ層
Ｌｎ ニッケルメッキ層
１１５ 金属端子
２１５ 金属端子
３１５ 金属端子
２００ イグナイタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線基板の表面に配設される金属端子に関し、特に、ボンディングワイヤとの結合力を向上させる際に用いて好適のものである。
【背景技術】
【０００２】
電気的作用によって駆動される多くの装置には、半導体等の電気的素子を集約的に実装させた配線基板が組み込まれる。かかる配線基板は、電位の供給に基づいて駆動されるため、外部との通信を実現させる何らかのインターフェイスが必要とされる。近時、製造工程の簡素化及び構成部品削減の要請の中、ボンディングワイヤによる溶接技術の実用化が進み、かかる技術に適応したインターフェイスの一形態として、ボンディングワイヤとの接合面を提供する金属端子を配設した配線基板が種々検討されている。
【０００３】
配線基板の適用例として、特開平５−１５７０３７号公報（特許文献１）には、内燃機関用の点火装置に金属端子を具備する配線基板を組み込ませた技術が紹介されている。かかる技術では、外部接続用の端子と、混成薄膜基板（特許請求の範囲における配線基板）と、当該混成薄膜基板に実装された電子回路とから構成される。そして、かかる混成薄膜基板には溶接パッド（特許請求の範囲における金属端子）が半田接合され、当該溶接パッドはリードフレーム（特許請求の範囲におけるボンディングワイヤ）によって適宜配線される。
【０００４】
図７には、特許文献１の技術で紹介された配線基板の構成が示されている。図７（ａ）に示す如く、配線基板１０は、絶縁基板１１とプリント配線１２とソルダレジスト１３と金属端子１５とから構成され、この他、図示されない種々の電気的素子が実装されている。尚、絶縁基板１１は、アルミナ等のセラミック基板が用いられる。プリント配線１２は、銀及び白金の合金から組成される。また、銅又はアルミ等の金属から組成されるものであっても良い。ソルダレジスト１２は、難燃性の感光性樹脂が用いられる。金属端子１５は、特許文献１において、鉄ニッケル製の材質が選択されている。但し、かかる金属端子１５は、これに限らず、銅合金等を用いても良い。図７（ｂ）には、図７（ａ）に示される矢線Ａの矢印方向に観察した配線基板１０の断面図が示されている。図示の如く、配線基板１０は、絶縁基板１１の表面にプリント配線１２がプリントされ、更に、プリント配線１２を被覆する状態で、ソルダレジスト１３が積層されている。また、プリント配線１２を一部露出させる開口部が設けられ、かかる開口部では、金属端子１５が半田層１４を介してプリント配線１２に接合される。尚、同図では、金属端子１５の表面に溶着されたボンディングワイヤ２０の状態が示されている。
【０００５】
図８を参照して、金属端子１５の製法について説明する。図８（ａ）〜（ｃ）ではプレス加工処理の工程が示されている。先ず、図８（ａ）に示す如く、プレス加工機のテーブル３１にメタルシートＭＳが適宜に搬送される。尚、かかるメタルシートＭＳは、銅合金であるとして以下説明する。図８（ｂ）に示す如く、メタル打抜用のバイト３２が矢印方向に駆動され、バイト３２の先端がメタルシートＭＳに接触する。更に、時間が経過すると、バイト３２の先端とテーブル３１との間にメタルシートＭＳを挟持する状態で、バイト３２がテーブル３１に設けられた開孔部３１ａに貫入され、メタルシートＭＳの変形が進行する。その後、図８（ｃ）に示す如く、バイト３２が更に送られると、開口部３１ａの近傍に円筒状の剪断面が現れ、銅材ＢｍａがメタルシートＭＳから分離される。このとき、かかる剪断面では、バイト３２の押圧によってバリｗが形成される。更に後、図８（ｄ）に示すバリ取り加工処理では、被削材とされる銅材Ｂｍａと研磨材と水とコンパウンドとをバレル研磨装置の研磨室へ投入し、かかる研磨室を所定時間について回転又は振動させ、これにより、銅材Ｂｍａに形成されたバリｗは除去される。但し、かかる状態では、バレル研磨加工の際に生じた研磨材による細傷が残っているため、金属端子１５の表面粗さが図９（ａ）の表面Ｓｆ１に示されるようなＲｚ＝１．０μｍ以上の表面状態とされる。かかる表面状態ではボンディングワイヤ２０との結合力が十分に得られないので、図８（ｅ）に示す如く、金属端子１５に対してバフ研磨加工技術を用いた表面研磨加工処理を施す。これにより、金属端子１５の表面が研磨され、金属端子１５の表面粗さＲｚが調整される。尚、バフ研磨加工処理によって調整される金属端子１５の表面粗さは、図９（ａ）の表面Ｓｆ２に示すＲｚ＝０．５μｍ程度の表面状態とされる。また、バレル研磨加工及びバフ研磨加工は加工時間等の加工条件に基づいて加工後の表面粗さＲｚを低減させることが可能であるが、ここで述べられた表面粗さＲｚの値は、加工時間又は加工コスト等を検討した上で妥当とされる値を指すものとする。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１５７０３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、金属端子１５にボンディングワイヤ２０を溶着させる際、金属端子１５の表面は、図９（ａ）のＳｆ３で示されるように表面粗さがＲｚ＝０．２μｍ以下とされる表面状態が好ましい。ここで、図９（ｂ）に示す如く、ボンディングワイヤ２０と金属端子１５とを摩擦溶接させる際、互いの金属表面に形成されていた酸化被膜が破壊され、かかる酸化被膜は、一方で接合面の外部に排除され、他方で接合面の内部に残存し酸化被膜の残塵Ｓｄを形成する。このとき、図８で説明した技術では、金属端子１５の表面粗さがＲｚ＝０．５μｍ程度とされるので、酸化被膜が効率的に接合面の外部へ排除されなくなり、酸化被膜の残塵Ｓｄの分布領域が一定の範囲で維持される。即ち、金属端子１５とボンディングワイヤ２０との接合面では、酸化被膜の残塵Ｓｄによって、活性層に形成された合金層Ｂｒの占有率が低下し、これにより、異種金属間の結合力を低下させるとの問題が生じる。
【０００８】
また、図１０（ａ）に示す如く、バレル研磨処理された表面Ｓｆ１の銅母材Ｂｍｂへニッケルメッキ層Ｌｎを積層させ、表面粗さを調整させる技術が考えられる。しかし、ニッケルメッキ層Ｌｎは、積層厚が偏った状態に積層される性質を有するため、銅母材Ｂｍｂの高頂部Ｘにおける積層厚が増加し、金属端子１５の表面粗さＲｚを所望の値に調整させることが困難とされる。従って、図１０（ｂ）に示す如く、酸化被膜の残塵Ｓｄに係る分布状態を低下させるに至らず、かかる技術を取り入れても、金属端子１５とボンディングワイヤ２０との結合力が改善されないとの問題が生じる。
【０００９】
更に、図１１（ａ）に示す如く、ニッケルメッキ層ＬｎをＬｎ１〜Ｌｎ４迄複数回積層させ、銅母材Ｂｍｂの高頂部における積層厚の低減を図り、表面粗さを調整させる技術が考えられる。従って、表面粗さがＲｚ＝０．２μｍ以下に抑えられるので、図１１（ｂ）に示す如く、合金層Ｂｒの接合面における占有面積が拡大する。しかしながら、図１１（ｂ）のＢ部を拡大図示させた図１２を参照すると、かかる技術にあっては、メッキ層毎に湯洗処理を施すため、水分中に含有される不純物が凝集しコンタミｅｄを形成させる危険度が高くなる。従って、ニッケルメッキ層Ｌｎ１〜Ｌｎ３及び銅母材Ｌｃの表面にコンタミｅｄが複数形成されると、コンタミｅｄの周辺において、熱応力に起因する応力集中が発生し、ニッケルメッキ層Ｌｎに亀裂ｃｒを生じさせる。そして、ニッケルメッキ層Ｌｎに亀裂ｃｒが複数発生すると、ニッケルメッキ層の層間結合力が低下し、これによっても、金属端子１５とボンディングワイヤ２０との結合力を低下させるとの問題が生じる。
【００１０】
本発明は上記課題に鑑み、表面粗さを調整させるメッキ構造の改善を図り、ボンディングワイヤとの結合力を向上させると供に製造工程の簡素化を実現し得る金属端子の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明では次のような金属端子の構成とする。即ち、配線基板の表面に配設されると供に露出面がボンディングワイヤに溶着される金属端子であって、銅元素を基として組成された銅母材と、銅元素を基として組成され前記銅母材に積層された銅メッキ層とから成る。また、配線基板の表面に配設されると供に露出面がボンディングワイヤに溶着される金属端子であって、銅元素を基として組成された銅母材と、銅元素を基として組成され前記銅母材に積層された銅メッキ層と、ニッケル元素を基として組成され前記銅メッキ層に積層されたニッケルメッキ層とから成ることとしても良い。このとき、前記銅母材は、バリ取加工処理されており、特に、バレル研磨加工又はショットブラスト加工である場合に好適である。更に、前記銅メッキ層又は前記ニッケルメッキ層の表面は、十点平均高さの測定値が０．２μｍ以下とされるのが好ましい。加えて、前記銅母材は、無酸素銅から成るのが好ましい。具体的には、前記銅母材は、ＪＩＳ規格で規定される金属材料において、合金番号がＣ１０２０とされ、且つ、質別がＨとされるのが好ましい。更に、かかる金属端子は、内燃機関用点火装置を制御させるイグナイタの構成部品として用いられる場合に好適である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る金属端子では、バリ取り加工後の銅母材に銅メッキ層を積層させる製法が採用されるので、表面粗さを調整するための表面研磨工程が不要とされ、これにより、製造工程の簡素化及び製造コストの低減が図られる。
【００１３】
また、金属端子は、銅メッキ層が表面の標高差を均等にさせる性質を備えるので、かかる性質に伴って、表面粗さが適宜に調整され、これにより、剥離された酸化膜が結合面の外部に効果的に排除され、酸化被膜の残塵の分布領域を低減させる。従って、金属端子は、ボンディングワイヤとの接合面積が拡大し、ボンディングワイヤとの結合力の向上が図られる。
【００１４】
更に、銅メッキ層の表面にニッケルメッキ層を積層させた金属端子では、ボンディングワイヤとの結合力の強化が図られる。
【００１５】
加えて、銅母材の質別を適宜に選定することのより、バリ取り加工処理における消費時間が削減され、これにより、製造コストの低減が図られる。
【００１６】
併せて、上述した金属端子は、ボンディングワイヤ２０との結合力が強化されているので、振動等が直接伝達される内燃機関用点火装置のイグナイタの構成部品として好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る実施の形態につき図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、実施例１に係る金属端子のメッキ構造及び製法が示されている。先ず、金属端子１１５の製法について説明する。図１（ａ）では、プレス加工処理された直後の銅材Ｂｍａが示されている。かかる銅材Ｂｍａは、ＪＩＳ Ｃ１０２０−１／２Ｈ又はＪＩＳ Ｃ１０２０−Ｈ等のシートメタルから製造され、薄型の円筒形または角柱形にプレス成形される。本実施例において、銅材Ｂｍａは、合金番号をＣ１０２０とし質別を１／２Ｈとした材料が選択される。また、銅母材Ｂｍａは、直径１．６ｍｍ且つ高さ０．３ｍｍ程度の円筒形に成形される。但し、図１（ａ）に示す如く、銅材Ｂｍａは、プレス加工処理が施されているため、円筒の外縁部にバリｗが発生している。かかるバリｗを除去すべく、図１（ｂ）では、銅材Ｂｍａに対してバレル研磨加工を施し、銅母材Ｂｍｂを形成させる。ここで、バレル研磨加工とは、被削物とされる銅材Ｂｍａと研磨材と水とコンパウンドとを研磨室内へ投入し、かかる研磨室を回転又は振動させ、これにより、バリｗの除去及び表面研磨作用を与える加工をいう。この後、図１（ｃ）に示す如く、銅母材Ｂｍｂの表面には、約１．０μｍの銅メッキ層Ｌｃが積層される。このときのメッキ法は、電解メッキ法を採用しても良い。また、溶融メッキ法若しくは真空メッキ法を採用しても良い。かかる如く、銅母材Ｂｍｂ及び銅メッキ層Ｌｃは、互いに近しい組成の材質とされるため、高い結合力を得ることが可能となる。併せて、銅メッキ層Ｌｃは、ニッケルメッキ層Ｌｂと比較して表面Ｓｆｘの標高差を均等にさせる性質を有するので、銅母材Ｂｍｂの高頂部Ｙにおける銅メッキの積層厚を抑制させ、これにより、表面粗さを低値に抑える効果が現れる。
【００１９】
図２（ａ）は、実施例１に係る金属端子の表面の状態が模式的に示されている。尚、本実施例で論じられる表面粗さとは、十点平均高さＲｚを指し、具体的には、材料断面の基準長さにおける測定結果のうち、上位５点の標高と下位５点の標高との差分の平均値を指す。また、平均線ＣＬとは、一定区間における測定結果のうち、上位５点の標高及び下位５点の標高の平均値を指す。図示の如く、図２（ａ）には、銅母材Ｂｍｂの断面形状を現す表面Ｓｆ１と、銅母材Ｂｍｂに積層されることによって形成された銅メッキ層Ｌｃの表面Ｓｆｘとが示されている。また、銅母材Ｂｍｂに係る表面Ｓｆ１の中心線ＣＬ１と、銅メッキ層Ｌｃに係る表面Ｓｆｘの中心線ＣＬｘとが併せて示されている。そして、同図では、左辺に標高軸が示され、かかる標高軸は、銅母材Ｂｍｂの平均線ＣＬ１が標高０μｍとされるようにレイアウトされている。前述の如く、銅母材Ｂｍｂは、バレル研磨加工されているので、表面Ｓｆ１に係る表面粗さがＲｚ＝０．５μｍ程度とされる。また、図２（ａ）を参照すると、銅メッキ層Ｓｆｘの中心線ＣＬｘは、標高の高い方向へオフセットされている状態が観測できる。そして、銅メッキ層Ｌｃの表面Ｓｆｘは標高０．５μｍ〜標高０．２５μｍの範囲を推移しており、表面粗さがＲｚ＝０．２０μｍ程度とされているのが観測できる。即ち、銅母材Ｂｍｂに銅メッキ層Ｌｃが積層されると、銅母材Ｂｍｂの表面Ｓｆ１の谷間部に銅メッキ層Ｌｃが補充され、これに応じて、金属端子１１５とされる銅メッキ層Ｌｃの中心線ＣＬｘは、銅母材Ｂｍｂの中心線ＣＬ１から上方にオフセットされる。従って、銅メッキ層Ｌｃにおける高頂部Ｙと低頂部Ｚとの差が減少されるので、銅メッキ層Ｌｃを表層部とする金属端子１１５の表面は、表面粗さがＲｚ＝０．２μｍ程度に抑えられる。
【００２０】
図２（ｂ）では、ボンディングワイヤ２０との溶着状態が図２（ａ）の断面構造に対応させて示されている。前述の如く、ボンディング装置は、ボンディングヘッドから高周波をボンディングワイヤ２０に伝達させ、これにより発生する摩擦作用によって互いの金属表面を塑性変形させると同時に合金層を形成させ、これにより、ボンディングワイヤ２０と被着材との結合力を提供する。具体的には、銅から成る銅メッキ層Ｌｃの表面Ｓｆｘでアルミ材から成るボンディングワイヤ２０を摩擦させると、互いの金属表面は、酸化被膜が剥離されて活性化された状態となる。かかる状態で更にボンディングワイヤ２０を摩擦させると、互いの金属表面の境界では、発熱に伴って抗張力が低下し、これにより、合金層Ｂｒが形成され異種金属間の結合力が発生する。また、図示の如く、銅メッキ層Ｌｃの表面粗さがＲｚ＝０．２μｍ程度に抑えられているので、剥離された酸化被膜が効率良く溶着面の外部に吐き出され、酸化被膜の残塵Ｓｄの分布量が低減し、これにより、ボンディングワイヤ２０と金属端子１１５との結合力が向上する。
【００２１】
以上の如く、本実施例に係る金属端子１１５では、バリ取り加工後の銅母材Ｂｍｂに銅メッキ層Ｌｃを積層させる製法が採用されるので、表面粗さを調整するための表面研磨工程が不要とされ、これにより、製造工程の簡素化及び製造コストの低減が図られる。
【００２２】
また、かかる金属端子１１５では、銅メッキ層Ｌｃによって表面粗さＲｚが調整されるので、銅母材ｂｍｂと銅メッキ層Ｌｃとの結合状態が良好とされ、これに伴って、ボンディングワイヤ２０との結合力の向上が図られる。
【００２３】
更に、金属端子１１５は、銅メッキ層Ｌｃが表面Ｓｆｘの標高差を均等にさせる性質を備えるので、かかる性質に伴って、剥離された酸化膜が結合面の外部に効果的に排除され、酸化被膜の残塵Ｓｄの分布量を抑制させる。従って、金属端子１１５は、当該金属端子１１５とボンディングワイヤ２０との結合面積が拡大し、ボンディングワイヤ２０との結合力の向上が図られる。
【実施例２】
【００２４】
本実施例では、実施例１に係る金属端子の変更例が実施例２として示されている。以下、実施例１において既に説明された同一の構成部品については、同一の符号を付し、同一部分に係る説明を省略する。図３は、本実施例に係る金属端子のメッキ構造及び製法が示されている。先ず、金属端子２１５の製法について説明する。前述の如く、図３（ａ）では、プレス加工処理された銅材Ｂｍａが示されている。本実施例にあっても、銅材Ｂｍａは、ＪＩＳ Ｃ１０２０−１／２Ｈを採用することとする。その後、図３（ｂ）では、銅材Ｂｍａに対し、バレル研磨加工によってバリ取り加工処理を施す。かかる後、図３（ｃ）に示す如く、銅母材Ｂｍｂの表面に銅メッキ層Ｌｃが積層される。これにより、金属端子２１５の表面粗さが所望の値に調整される。更に後、図３（ｄ）に示す如く、銅メッキ層Ｌｃの表面に所定厚のニッケルメッキ層Ｌｎが積層される。これにより、金属端子２１５は、表面層の硬度が向上し、ボンディングワイヤ２０との結合状態が向上する。尚、ニッケルメッキ層Ｌｎには、リン元素を所定量含有させるのが好ましい。
【００２５】
尚、本実施例では、銅メッキ層Ｌｃに対してバインダー層を介さずにニッケルメッキ層Ｌｎを積層させているが、これに限定することなく、金属端子は、銅メッキ層Ｌｃの表面にクロム元素から組成されるバインダー層を数μｍ程度積層させ、当該バインダー層の表面にニッケルメッキ層Ｌｎを積層させる構成としても良い。かかる構成により、銅メッキ層Ｌｃとニッケルメッキ層Ｌｎとの境界に生じる熱応力が緩和され、ニッケルメッキ層Ｌｎの保護が図られる。
【００２６】
図４（ａ）は、実施例２に係る金属端子の表面の状態が模式的に示されている。図示の如く、図４（ａ）には、銅母材Ｂｍｂの断面形状を現す表面Ｓｆ１と、銅メッキ層Ｌｃの表面Ｓｆｘと、銅メッキ層Ｌｃに積層されたニッケルメッキ層Ｌｎの表面Ｓｆｙとが示されている。そして、同図では、左辺に標高軸が示され、標高０μｍのレベルが銅母材Ｂｍｂの平均線ＣＬ１と一致する様にレイアウトされている。前述の如く、銅母材Ｂｍｂは、バレル研磨加工されているので、表面Ｓｆ１に係る表面粗さがＲｚ＝０．５μｍ程度とされる。また、図４（ａ）を参照すると、ニッケルメッキ層Ｌｎが銅メッキ層Ｌｃの表層面に積層されている状態が観察できる。前述の如く、ニッケルメッキ層Ｌｎが積層される際、積層厚が偏った状態とされる性質があり、銅母材等の高頂部における積層厚が幾分厚くなる傾向に有る。しかし、本実施例の金属端子２１５では、銅メッキ層Ｌｃによって表面粗さを予め調整させた上で、ニッケルメッキ層Ｌｎを最小限の積層厚にて積層させているので、これに伴い、高頂部Ｖにおけるニッケルメッキ層Ｌｎの積層厚が低く抑えられる。また、当然の如く、金属端子２１５は、表層面がニッケルメッキ層Ｌｎによってコーティングされた状態となるため、ボンディングワイヤ２０との結合力が強化される。尚、図４では、ニッケルメッキ層Ｌｎが極めて薄い状態にて図示されているが、これに限定することなく、ニッケルメッキ層Ｌｎの用語の意義は、数μｍ程度以上のメッキ厚を含む概念とされる。
【００２７】
図４（ｂ）では、ボンディングワイヤ２０との溶着状態が図４（ａ）の断面構造に対応させて示されている。図を参照すると、金属端子２１５とボンディングワイヤ２０との境界面では、ニッケルメッキ層Ｌｎとボンディングワイヤ２０の素材であるアルミ材との接触状態が観察できる。また、かかる境界面では、ニッケル−アルミ間で組成された合金層Ｂｒが形成されている。即ち、ニッケルは銅と比較して硬度が高いため、被着材とされる金属端子２１５の表面層はニッケルの機械的性質に準じて高硬度化され、これにより、ボンディングワイヤ２０との溶着性の向上が図られる。
【００２８】
以上の如く、本実施例に係る金属端子２１５では、表面層にニッケルメッキ層Ｌｎがコーティングされた状態とされるので、ボンディングワイヤとの結合力の強化が図られる。
【００２９】
また、かかる金属端子２１５では、ニッケルメッキ層Ｌｃの積層厚が低く抑えられるので、銅母材Ｂｍｂ若しくは銅メッキ層Ｌｃの高頂部におけるニッケルメッキ層Ｌｎの積層厚の増加を抑止させ、表面粗さの増大を回避し得る構成とされる。従って、金属端子２１５の表面層では、ボンディングワイヤ２０との結合面積が確保され、これにより、結合力の維持が図られる。
【実施例３】
【００３０】
本実施例では、銅母材Ｂｍｂの材質がＪＩＳ Ｃ１０２０−Ｈに変更された金属端子３１５について説明する。尚、合金番号の末尾に付されるＨとは、硬質であるか軟質であるかを現す質別を指し、加工率が３０％以上とされるものをいう。以下、実施例１又は実施例２において既に説明された同一の構成部品については、同一の符号を付し、説明を省略する。図５は、本実施例に係る銅母材Ｂｍｂの製法が示されている。図５（ａ）〜（ｃ）ではプレス加工処理の工程が示されている。先ず、図５（ａ）に示す如く、プレス加工機のテーブル３１にメタルシートＭＳが適宜に搬送される。その後、図５（ｂ）に示す如く、メタル打抜用のバイト３２が駆動され、バイト３２の先端がメタルシートＭＳに接触する。更に、時間が経過すると、バイト３２の先端とテーブル３１との間にメタルシートＭＳを挟持する状態で、バイト３２がテーブル３１に設けられた開孔部３１ａに貫入され、メタルシートＭＳの変形が進行する。かかる後、図５（ｃ）に示す如く、バイト３２が更に送られると、開口部３１ａの近傍に円筒状の剪断面が現れ、銅材ＢｍａがメタルシートＭＳから分離される。このとき、かかる剪断面では、バイト３２の押圧によってバリｗが形成される。図５（ｃ）の銅材Ｂｍａには、実線によってＪＩＳ Ｃ１０２０−Ｈを適用した場合のバリｗの状態が示され、点線によってＪＩＳ Ｃ１０２０−１／２Ｈを適用した場合のバリｗの状態が示されている。従って、本実施例に用いられる銅母材Ｂｍｂでは、ＪＩＳ Ｃ１０２０−１／２Ｈを適用した銅材Ｂｍａと比較して、バリｗの高さを低くできることが確認できる。即ち、銅材Ｂｍａの材質を選定するにあたり、同一組成の材質であっても、加工硬化等と密接に関連する質別の程度を適宜に選定することで、プレス加工によって発生するバリｗは、一定の範囲で高さ調整されることが可能である。然る後、図５（ｄ）に示すバリ取り加工処理では、被削物とされる銅材Ｂｍａと被削物の硬度に調整された研磨材と水とコンパウンドとをバレル研磨装置の研磨室へ投入し、かかる研磨室を所定時間について回転又は振動させ、これにより、銅材Ｂｍａに形成されたバリｗは除去される。このとき、本実施例では、銅材Ｂｍａのバリｗの高さが低く調整されているため、バレル研磨加工（バリ取り加工）に要する時間の削減が可能とされる。
【実施例４】
【００３１】
本実施例では、上述した電極端子の適用例が一例として示されている。図６を参照して、電極端子１１５乃至電極端子３１５が適用されたイグナイタについて説明する。図示の如く、イグナイタ２００は、筐体２１０とスイッチング素子２２０と放熱板２３０と配線基板２４０とから構成される。筐体２１０は、コネクタ部２１０ａ及び格納部２１０ｂを具備し、耐熱性樹脂から成型される。また、端子２１１ａ〜２１１ｄが適宜に設けられる。スイッチング素子２２０は、例えば、ＩＧＢＴが適用され、配線基板２４０から送られるゲート信号に応じて、コレクタ電流を断続制御させる。放熱板２３０は、配線基板２４０とスイッチング素子２２０とを搭載させ、筐体２１０の格納部２１０ｂへ格納される。配線基板２４０は、アルミナ等のセラミック基板上に半導体素子及び抵抗素子及びコンデンサ等が実装され、スイッチング素子２２０のドライブ回路及び保護回路を構成させる。このとき、配線基板２４０には電極端子１１５〜３１５が設けられている。そして、端子２１１ａ〜２１１ｃと電極端子１１５とが適宜にワイヤボンディングされ、これにより、配線基板１１５〜３１５は、図示されないＥＣＵとの通信が実現され、当該ＥＣＵから送信される駆動信号に基づいてスイッチング素子２２０を駆動させる。尚、筐体２１０の格納部２１０ｂは、配線基板２４０と供に絶縁性樹脂によって含浸される。
【００３２】
上述したイグナイタ２００は、自動車等に適用される内燃機関に用いられる場合、内燃機関のエンジンヘッド部に装着される。このとき、気筒毎に点火タイミングを制御させる点火システムの場合、イグナイタ２００は、コイルアセンブリから成る点火コイルと一体的に構成される。かかる構成は、一般に、内燃機関用点火装置と呼ばれ、内燃機関に設けられたプラグホールにそれぞれ配置される。かかるロケーションでは、内燃機関で発生する振動が直接的にイグナイタ２００へと伝達されるため、ワイヤボンディングといった結合力の弱い溶接技術では、振動に対する溶着部の強化が必要とされる。このとき、実施例１乃至実施例３の何れかに記す電極端子１１５〜３１５にあっては、前述の如く、ボンディングワイヤ２０との結合力が強化されるので、振動等による使用環境が劣悪な場所であっても、イグナイタ２００の機能は維持される。
【００３３】
尚、以上の如く記された実施例は、あくまでも本発明の一つの実施形態であって、本発明を限定させるものではない。本実施例では、バリ取加工処理としてバレル研磨加工を適用させて説明しているが、これに限らず、バリ取り加工処理としてショットブラスト加工を適用させても良い。かかるショットブラスト加工とは、被削材に対してショット球を高速噴射させ、バリ取り（スケール除去）又は表面研磨を行う加工を指す。また、請求項４に記されるバリ取加工処理とは、バレル研磨加工またはショットブラスト加工に限定することなく、現時点で公に使用されている研磨技術を包含し、表面粗さがＲｚ＝０．２μｍに至らない高粗度の状態とされた処理を指す。
【００３４】
また、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、前述した実施例に記載されたものに制限されるものではない。例えば、本実施例では、銅母材ＢｍｂとしてＪＩＳ Ｃ１０２０を採用しているが、これに限らず、銅母材ＢｍｂとしてＪＩＳ Ｃ１０２０以外の無酸素銅を採用することも可能である。また、本実施例では、ボンディングワイヤ２０としてアルミ材を採用しているが、これに限らず、銅元素もしくは金元素を主成分とする金属材料を採用しても良い。更に、請求項１及び請求項２に記されるボンディングワイヤは、上述した実施例において細径の線材が図示説明されているが、これに限らず、幅数ｍｍ程度の短冊状に整形されたリボンワイヤ、この他、超音波溶接又は熱圧着溶接によって溶着される導電性材料の全てを指す。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施例１に係る金属端子のメッキ構造を示す図
【図２】実施例１に係る金属端子の表面部の断面構造を示す図
【図３】実施例２に係る金属端子のメッキ構造を示す
【図４】実施例２に係る金属端子の表面部の断面構造を示す図
【図５】実施例３に係る金属端子の母材の製法を示す図
【図６】実施例４に係るイグナイタの構成を示す図
【図７】従来例に係る配線基板の構成を示す図
【図８】従来例に係る金属端子の母材の製法を示す図
【図９】従来例に係る金属端子の表面部の断面構造を示す図
【図１０】従来例に係る金属端子の表面部の断面構造を示す図
【図１１】従来例に係る金属端子の表面部の断面構造を示す図
【図１２】多層ニッケルメッキ層の一部拡大図
【符号の説明】
【００３６】
１０ 配線基板
１１ 絶縁基板
１２ プリント配線
１３ ソルダレジスト
１４ 半田層
１５ 金属端子
２０ ボンディングワイヤ
Ｂｍｂ 母材
Ｌｃ 銅メッキ層
Ｌｎ ニッケルメッキ層
１１５ 金属端子
２１５ 金属端子
３１５ 金属端子
２００ イグナイタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板の表面に配設されると供に露出面がボンディングワイヤに溶着される金属端子であって、銅元素を基として組成された銅母材と、銅元素を基として組成され前記銅母材に積層された銅メッキ層とから成ることを特徴とする金属端子。
【請求項２】
配線基板の表面に配設されると供に露出面がボンディングワイヤに溶着される金属端子であって、銅元素を基として組成された銅母材と、銅元素を基として組成され前記銅母材に積層された銅メッキ層と、ニッケル元素を基として組成され前記銅メッキ層に積層されたニッケルメッキ層とから成ることを特徴とする金属端子。
【請求項３】
前記銅母材は、バリ取加工処理されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の金属端子。
【請求項４】
前記バリ取加工処理は、バレル研磨加工であることを特徴とする請求項３に記載の金属端子。
【請求項５】
前記バリ取加工処理は、ショットブラスト加工であることを特徴とする請求項３に記載の金属端子。
【請求項６】
前記銅メッキ層の表面は、十点平均高さの測定値が０．２μｍ以下とされることを特徴とする請求項１、又は、請求項３乃至請求項５に記載の金属端子。
【請求項７】
前記ニッケルメッキ層の表面は、十点平均高さの測定値が０．２μｍ以下とされることを特徴とする請求項２乃至請求項５に記載の金属端子。
【請求項８】
前記銅母材は、無酸素銅から成ることを特徴とする請求項１乃至７に記載の金属端子。
【請求項９】
前記銅母材は、ＪＩＳ規格で規定される金属材料において、合金番号がＣ１０２０とされ、且つ、質別がＨとされることを特徴とする請求項８に記載の金属端子。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の金属端子は、内燃機関用点火装置を制御させるイグナイタの構成部品として用いられることを特徴とする金属端子。
【請求項１】
配線基板の表面に配設されると供に露出面がボンディングワイヤに溶着される金属端子であって、銅元素を基として組成された銅母材と、銅元素を基として組成され前記銅母材に積層された銅メッキ層とから成ることを特徴とする金属端子。
【請求項２】
配線基板の表面に配設されると供に露出面がボンディングワイヤに溶着される金属端子であって、銅元素を基として組成された銅母材と、銅元素を基として組成され前記銅母材に積層された銅メッキ層と、ニッケル元素を基として組成され前記銅メッキ層に積層されたニッケルメッキ層とから成ることを特徴とする金属端子。
【請求項３】
前記銅母材は、バリ取加工処理されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の金属端子。
【請求項４】
前記バリ取加工処理は、バレル研磨加工であることを特徴とする請求項３に記載の金属端子。
【請求項５】
前記バリ取加工処理は、ショットブラスト加工であることを特徴とする請求項３に記載の金属端子。
【請求項６】
前記銅メッキ層の表面は、十点平均高さの測定値が０．２μｍ以下とされることを特徴とする請求項１、又は、請求項３乃至請求項５に記載の金属端子。
【請求項７】
前記ニッケルメッキ層の表面は、十点平均高さの測定値が０．２μｍ以下とされることを特徴とする請求項２乃至請求項５に記載の金属端子。
【請求項８】
前記銅母材は、無酸素銅から成ることを特徴とする請求項１乃至７に記載の金属端子。
【請求項９】
前記銅母材は、ＪＩＳ規格で規定される金属材料において、合金番号がＣ１０２０とされ、且つ、質別がＨとされることを特徴とする請求項８に記載の金属端子。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の金属端子は、内燃機関用点火装置を制御させるイグナイタの構成部品として用いられることを特徴とする金属端子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−２４８３１７（Ｐ２００８−２４８３１７Ａ）
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−９０６７０（Ｐ２００７−９０６７０）
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【出願人】（０００１０９０９３）ダイヤモンド電機株式会社 (387)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【出願人】（０００１０９０９３）ダイヤモンド電機株式会社 (387)
【Ｆターム（参考）】
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