JPH10510091A - 電気的接続方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 メタル又はセラミック製の基板上の端子間を広範囲の温度に亘って安定した電気的接続を設ける方法であって、接続に圧力をかけ、端子同士を超音波溶接することを特徴とする方法。

Description

【発明の詳細な説明】 電気的接続方法 本発明は電気的接続を形成する方法に関し、特に、広範囲の温度において保全 性及び安定性が改善された電気的接続を形成する方法に関する。電気的接続を形 成する方法としては、ハンダ、溶接、導電性エポキシ接着剤の使用等、様々な方 法が知られている。 しかしながら、端子と端子パッドとの間の電気的接続に適する程度に高い保全 性を有するものを形成するには問題があった。ここでいう端子パッドはメタル、 スチール、又はセラミックのような基板上、若しくは１又は２以上のメタル、ス チール、又はセラミックのコンポーネント又はレイヤからなる基板上に設けられ ているものである。端子を接続するのに最も慣用されている方法及び材料は温度 的に上限を有しているが、この上限を越えると元の特性をもはや維持することが できない。その結果、従来の方法で形成された電気的接続では、広範な温度領域 で接続の保全性を維持することができない。 基板上にプリントされた端子パッドに端子を接続する従来の方法は全て電気接 続に保全性の限界をもたらし、特に、動作温度の上限に近づいたときにその傾向 がある。 このような従来の技術としては以下のようなものが挙げられる： ｉ) ハンダ（２００℃では有効であるが、どのような場合であっても時間がかか る。） ii) 銀を含有したエポキシ樹脂の使用（２５０℃まで有効であるが、高価であり 時間もかかる。） iii)ガラスを含有したエポキシ樹脂の使用（これによれば４００℃まで温度範囲 が広がるが、非常に高価であり、時間もかかる。） iv) スプリング荷重をかけた接触（最良で３００℃まで使用できるが非常に複雑 であり、時間もかかり、動作寿命に限界がある。さらに使用年数と共に保全性も 減少する。） ｖ) 溶接による従来の方法（そのようなものとしては電気アーク溶接またはフレ ームバーナー溶接等が挙げられるが、これらは、セラミック又はセラミックベー スの基板又はセラミックコーティングの基板上の端子パッドに対しては技術的に 不適切である。） 本発明はこれらの問題に鑑みてなされたものである。 本発明によれば、セラミック又は金属の基板上で第１の端子を第２の端子又は 端子パッドに取り付ける方法であって、前記第１の端子を前記第２の端子又は端 子パッ ド上に保持し、高周波の摩擦を該端子又は端子パッドに適用して前記端子及び端 子パッドを互いに結合する方法が提供される。 圧力と高周波による摩擦を同時にかけることによって、例えば、銅、銀又はこ れらの合金からなる端子を端子パッドに接続することは公知の技術である。しか し、この技術は今までのところ、高温で使用できることを目的として端子と、セ ラミック又はメタル基板上のパッドと間を接続する場合に対しては応用されてい ない。 従って、本発明にかかる方法を使用して電気的接続を形成すると、メタル及び ／又はセラミック基板上に厚膜技術を用いて設けられたヒートエレメントに、電 流を流すことができるようになる。 本発明にかかる方法は、例えば、ヒートエレメント用として、セラミック／メ タルベース上にプリントされたパッドに接続を設ける場合に使用することができ る。この用にして形成された電気的接続は、室温のような低温と７００℃以上の 高温との両方で十分な機能を示す。その上、同じ端子パッドにマルチコンタクト を同時に設けることにより、さらなる保全性と信頼性を得ることができる。統計 的にいって、接続端子が何らかの理由でなくなったり、外れたりするパーセンテ ージの点で、これら は機械的電気的安全性を与えるものである。 高周波の摩擦は、好ましくは超音波によって達成される。本発明にかかる方法 を使用して形成される電気的接続は、幅広い温度領域において機械的及び電気的 保全性がよい。 本発明は、様々な配置及び構造の電気的端子を、メタル、スチール及び／又は セラミックを含む基板上の異なる材料及び／又は構造の様々な端子又は端子パッ ドに接続するために使用することができる。 端子の１つは、メタル又はスチール基板上に設けられた電気的ヒートエレメン ト又はその他の付属の受動若しくは能動素子の端子とすることができる。本方法 は、低温及び高温の両方に耐え得る良好な機械的電気的接続を提供する。好まし くは、端子手段は必要な電流を運ぶのに十分な幾何学的寸法を有している。 第１の端子及び第２の端子又は端子パッドは実質的に同一の材質とすることが でき、また異なる材質のものとすることもできる。 本発明によって形成される電気的接続は好ましくは接続物質の融点まで、若し くはそれに近い程度までの温度に耐えることができる。 本方法で端子にかかる圧力は使用されているパッドの 厚さ及び材質、接続端子の材料的構造、及び／又は実際の接続の断面積を考慮し て選択される。典型的には、合金のような材料の場合、圧力は１平方メートル当 たり１７０kNから２４０kNの範囲とすることができる。 一般的に、接続端子の厚さは好ましくはパッドの厚さと実質的に等しくする。 摩擦の周波数は好ましくは２０kHzから４０kHzの範囲とする。接続の保全性を維 持できる温度の上限及び下限はそれぞれ７００℃及び−８０℃とすることができ る。本発明にかかる方法はこれらの上限及び下限を有する接続を作ることに制限 されないものと理解される。パッドの材質は、銀、銀パラジウム、ニッケル、プ ラチナ、銅その他これに類するエレメントのうちの単一のエレメント又は、これ らのエレメントの組み合わせとすることができる。接続物質は、銅、銀、アルミ ニウム、銅／ニッケル合金その他これに類する物質の単一のエレメント又はこれ らの組み合わせとすることができる。 本発明は、上述した本発明の方法によって形成される電気的接続をも与える。 所望の場合、端子及び基板よりも柔軟な金属又はセラミックの好適な挿入物が 該端子及び基板の間に配置される。 他の全ての先行技術の取付方法を用いても、終端パッドの周りの領域である接 続領域を保護する方法はない。本発明を用いれば、取付けの高耐熱性のため、終 端領域をガラス又はセラミックのような物質で被覆することが可能であり、電気 的絶縁及び機械的強度を与える。 本発明の特定の実施形態について添付図面を参照して例示として記載する。 図１は、トースタープレートを概略的に表す。 図２は、図１のトースタープレートの端子パッドの拡大した断面である。 一部のみが図１に示されているセラミックトラック３は鉄の基板２にプリント されている。ヒータートラック５はセラミックトラック３にプリントされている 。ヒータートラックは、図示のようにセラミックトラックよりも狭い。セラミッ クトラック３は、使用者及びヒータートラックの両方を保護するために、電気的 絶縁がヒータートラック及び外部環境の間に必要である場合にのみ必要である。 ヒータートラックは、圧力及び好適には２０ｋＨｚから４０ｋＨｚでの超音波溶 接の応用により端子４が接続しているパッド１で終端している。終端は所望の場 合セラミックカバー６により保護され得る。所望の場合、温度センサ（図示せず ）もまた基板上のヒーター に含まれる。前記センサは、該センサにより与えられるデータを得るため、本発 明の方法により接続がなされ得るパッドを備えている。 本発明の方法は、基板上の端子又はパッドにおよそ５秒、多くの場合それより もかなり短い時間で電気的接続を与え得る。これは、先行技術の電気的コネクタ の方法に対し非常に顕著な時間の節約を意味する。さらに、半田付けによる接続 は、本発明の方法よりも多くの電力を必要とし、消耗品の供給と共に行う際の高 投資を必要とした。 本発明は上記特定の実施形態の内容に限定されず、多くの変形及び改良がなさ れ得ることは明らかであろう。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ セラミック又は金属の基板上で第１の端子を第２の端子又は端子パッドに 取り付ける方法であって、前記第１の端子を前記第２の端子又は端子パッド上に 保持し、高周波の摩擦を該端子又は端子パッドに適用して前記端子及び端子パッ ドを互いに結合する方法。 ２ 前記第１の端子は、前記第２の端子又は端子パッドと同じ又は近似した物 質からなることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３ 前記第１の端子は、前記第２の端子又は端子パッドと異なる物質からなる ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 ４ 前記第１の端子及び前記第２の端子又は端子パッドの間の接続は、該第１ の端子及び該第２の端子又は端子パッドの物質の溶融点まで安定していることを 特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の方法。 ５ 前記高周波の摩擦は、２０ｋＨｚから４０ｋＨｚの範囲における超音波溶 接を備えることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の方法。 ６ 前記基板上で本質的に同時に複数の接続がなされることを特徴とする請求 項１から５までのいずれかに記載の方法。 ７ 請求項１から６までのいずれかに記載の方法により生成される電気的接続 。