专利名称：热压焊头及接合装置及接合方法以及细线与端子的连接构造的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于金属部件的钎焊的热压焊头、接合装置及接合方法以及使用钎焊的细线与端子的连接构造。
背景技术：
目前，如图24所示，例如为了通过回流焊接使外置电器部件的导线(被覆线)100与配线板102上的端子(连接焊盘或电极等)104接合，使用了具有烙铁部106的热压焊头108 (例如，参照专利文献I)。该类型的热压焊头108形成为由高熔点金属例如钨或钥构成的大致-形的板体，使以凹形的朝向(姿态)从底边向下方突出的小片状的烙铁部106形成水平，将左右两端的连接端子部110L，IlOR安装在加热头112上。在图示的加热头112中，在与加热电源(未图示)的输出端子接通的一对供电用导体114L，114R的一侧面，分别用螺栓116L，116R物理连接且电连接热压焊头108的左右连接端子110L，110R，且具有经由供电用导体114L，114R使热压焊头108上下移动的升降机构及向被接合物按压的加压机构(未图示)。在供电用导体114L，114R之间夹有用于使这两者电隔离的绝缘体118。在图24中，印刷配线板102水平放置于未图示的作业台(例如，XY平台)上，导线100被放置在端子104上。在端子104的表面预先涂敷有膏状焊料或电镀焊料105。如图25所示，当加热头112使热压焊头108降下时，热压焊头108的烙铁部106的下表面即烙铁端面106a与被接合部即导线100及印刷配线板102侧的端子104以适度的加压力接触。在这样将热压焊头108的烙铁部106推压到被接合部(100，104)的状态下，加热电源接通并向热压焊头108供给电流时，热压焊头108的烙铁部106电阻发热，对被接合部(100，104)进行加热。由此，导线100的绝缘膜因热熔化从而脱落，导线100周围的焊料105也熔化。熔化的焊料105稍微凸起为沿导线100的露出的导体IOOa的周面攀升。从通电开始经过一定时间(通电时间)后加热电源停止通电，从通电完成经过一定时间(保持时间)后，加热头112使热压焊头108上升，自被接合部(100，104)离开。从而，焊料105凝固，被接合部(100，104)通过回流锡焊结合。专利文献1:(日本)特开2005-66636号公报目前，搭载于移动电子设备等的超小型电器部件(振动电动机、麦克风、扬声器等)的导线非常细，线径(粗细)通常在200 μ m以下，在100 μ m以下及数IOym以下的也很多。在使这样极细的导线100与基板102上的端子104接合的锡焊(或钎焊)中使用如上所述的热压焊头108时，如图26所示，导线100的露出的导体IOOa通过烙铁部106的加热和加压，被压成扁平而与端子104接合。由此，导线100与端子104之间在电气性方面能够得到良好的导电结合。然而，导线100受到振动或其它外力时，在其台阶部(压扁部分和未压扁部分的交界线)100b附近易断开。特别是导线100为铝线的情况易断开。这样，如图27所示，由于没有足够的物理强度，因此在利用焊接剂118将导线100固定在基板102上时，需要其它多余的工序，所以耗时。另外，在导线100的被压成扁平的部分IOOa的上表面加压接触于有热压焊头108烙铁头面106a，所以熔化的焊料105不会攀升至导线100的被压成扁平的部分IOOa的上表面。因此，导线100与基板102之间的物理接合强度不那么大。因而，存在导线100的被压成扁平的部分IOOa因振动或其它外力从端子104脱落的情况，这一点也成为问题。
发明内容
本发明是为了解决上述现有的技术问题提出的，提供一种在将导电性的细线钎焊在端子部件上的接合加工中显著提高被接合物的物理强度的热压焊头、接合装置及接合方法。本发明还提供量产性、电气特性及物理强度优异的细线与端子的连接构造。
本发明的热压焊头具有通过通电来发热的烙铁部，并通过使所述烙铁部的烙铁头面加压接触于端子部件上的导电性细线的一端部，使所述细线与所述端子部件接合，该热压焊头具有第一烙铁头凹部，从与所述烙铁部的烙铁头面接触的所述细线侧看，该第一烙铁头凹部在所述细线的端侧的相反侧邻接于所述烙铁头面设置，为了将所述细线钎焊在所述端子部件上，以非接触的状态覆盖在所述细线上。在上述的热压焊头中，使烙铁部的烙铁头面与端子部件上的细线的一部分接触，施加规定的压力，并且对烙铁部通电使其发热，此时通过烙铁部的加压和加热，将细线的与烙铁头面接触的部分压成扁平，利用热压接结合于端子的表面，从而形成热压接部。另一方面，预先涂敷于端子部件上或与热压焊头的动作连动地供给的钎料(^ )材)也因烙铁部的加热而熔化，因润湿性而向周围扩散。在该情况下，熔化的液态的钎料流入高温发热的第一烙铁头凹部与细线之间的间隙，在圆周方向上包覆细线。之后立即停止烙铁部的通电、减少通电电流或将热压焊头移开，由此将熔化的钎料冷却到比凝固温度低的温度，此时熔化的钎料在第一烙铁头凹部的下方保持原有形状或形态而变成固体的钎料。这样，在与热压接部邻接的根侧的位置形成覆盖且保持细线的第一钎焊部。在使用本发明的所述热压焊头得到的导线/端子的连接构造中，所述热压接部在细线与端子之间形成原子级的直接结合，紧密结合力、耐久性优异，即使在高温下也难以脱落，电气特性(导电性)也稳定。另外，即使对细线施加振动或其它外力，第一钎焊部也阻挡该振动而牢固地保持细线，因此细线不会在热压接部的最细的部分附近断开。本发明一优选方式的第一烙铁头凹部在与细线正交的方向上从烙铁部的一端至另一端以同样的剖面形状形成。另一优选方式的第一烙铁头凹部在与细线正交的方向上形成于除烙铁部的两端部以外的中间部。根据本发明的一优选方式，设置第二烙铁头凹部，从细线侧看，该第二烙铁头凹部在离细线的端侧近的位置与烙铁头面邻接地设置，为了将细线钎焊在端子部件上，以非接触的状态覆盖在细线上。如上所述，因烙铁部的加热而熔化的液态的钎料也流入高温发热的第二烙铁头凹部与细线之间的间隙，在圆周方向上包覆细线。之后立即将熔化的钎料冷却至比凝固温度低的温度，此时熔化的钎料在第二烙铁头凹部下依然保持原有形状或形态而变成固体的钎料。这样，在与热压接部邻接的前端侧的位置形成覆盖且保持细线的第二钎焊部。该第二钎焊部充分地防止细线从其前端脱落。本发明的一优选方式的第二烙铁头凹部也在与细线正交的方向上从烙铁部的一端至另一端以同样的剖面形状形成。另一优选方式的第二烙铁头凹部也在与细线正交的方向上形成于除烙铁部的两端部以外的中间部。本发明的接合装置具有:本发明的热压焊头、支撑所述热压焊头并在将导电性的细线接合在端子部件上时使所述烙铁部的烙铁头面加压与所述端子部件上的所述细线的一端部接触的加热头、向所述热压焊头供给用于电阻发热的电流的加热电源。根据本发明的接合装置，具备本发明的热压焊头，通过加热头控制该热压焊头的加压动作，利用加热电源控制对该热压焊头的通电和加热动作，由此进行将导电细线钎焊在端子部件上的接合加工，在该加工中，通过一次的热压焊头加压和加热动作，能够在被接合物上形成所述的热压接部及第一钎焊部、还有第二钎焊部。另外，在一次的热压焊头加压和加热动作中，也能够进行根据规定的曲线使加压力及加热温度变化的动作。本发明的第一方面的接合方法使用本发明的接合装置将导电性的细线接合在端子部件上，该接合方法包括:第一工序，其在端子部件之上涂敷钎料；第二工序，其在所述端子部件之上配置所述细线的一端部；第三工序，其使所述热压焊头的烙铁头面与所述细线的一端部接触并施加规定的压力；第四工序，其通过通电使所述烙铁部发热至一定的温度；第五工序，其使在所述端子部件之上因所述烙铁部的加热而熔化的钎料流动到所述烙铁头凹部与所述细线之间的间隙；第六工序，其将所述钎料冷却至比凝固温度低的温度而使该钎料固化。本发明的第二方面的接合方法使用本发明的接合装置使导电性的细线与端子部件接合，该结合方法包括:第一工序，其在所述端子部件之上放置所述细线的一端部，第二工序，其使所述热压焊头的烙铁头面与所述端子部件上的所述细线的一端部接触并施加规定的压力；第三工序，其向所述烙铁头凹部或其附近供给钎料；第四工序，其通过通电使所述烙铁部发热至一定的温度；第五工序，其使在所述端子部件上利用所述烙铁部的加热而熔化的钎料流动到所述烙铁头凹部与所述细线之间的间隙；第六工序，其将熔化的所述钎料冷却至比凝固温度低的温度而使该钎料固化。根据本发明的所述第一或第二方面的接合方法，在将导电性的细线钎焊在端子部件上的接合加工中，通过所述一系列(第一 第六)的工序，即通过一次的热压焊头加压和加热动作，能够在被接合物上形成所述的热压接部及第一钎焊部、还有第二钎焊部。另外，在一次的热压焊头加压和加热动作中，也能够进行根据规定的曲线使加压力及加热温度变化的动作。本发明的细线与端子的连接构造具有:热压接部，其形成为导电性的细线的一端部变形为扁平，并通过热压接与端子部件结合；钎焊部，其形成为在与所述热压接部邻接的位置，所述细线被钎料覆盖从而与所述端子部件结合。所述热压接部和所述钎焊部同时形成。如上所述，本发明的所述细线和端子的连接构造，通过热压接部和钎焊部得到电气性和物理性都优异的接合，并且热压接部和钎焊部同时形成，因此量产性也优异。发明效果根据本发明的热压焊头、接合装置或接合方法，通过上述的构成和作用，能够在将导电性的细线钎焊在端子部件上的接合加工中显著提高被接合物的物理强度。根据本发明的端子的连接构造，通过上述的构成及作用，能够同时改善这种连接构造的量产性、电气特性及物理强度。
图1是表示本发明一实施方式的热压焊头的结构的立体图。图2是表示上述热压焊头的烙铁部的构造的纵剖面图。图3是表示上述实施方式的接合装置的整体结构的图。图4是表示利用上述接合装置通过锡焊将被覆线与印刷配线板上的端子接合的第一实施例的加工例的图。图5是表示第一实施例的端子上的焊料膏和导线的配置关系的立体图。图6是表示在第一实施例中，在热压焊头的正下方对被接合物(端子及导线)进行定位的情况的立体图。图7是表示在第一实施例中热压焊头降下与端子上的导线接触前的状态的局部剖面主视图。图8A是表示在第一实施例中热压焊头与端子上的导线接触时的状态的局部剖面侧视图。图8B是表示在第一实施例中热压焊头对导线加压时的状态的局部剖面侧视图。图SC是表示在第一实施例中热压焊头加压接触于导线的同时通过通电来发热时的状态的局部剖面侧视图。图8D是表示在第一实施例中使热压焊头从导线离开时的情况以及进行锡焊后被接合物的状态的局部剖面侧视图。图9是表示第二实施例的端子上的焊料膏和导线的配置关系的立体图。图1OA是表示在第二实施例中热压焊头与端子上的导线接触时的状态的局部剖面侧视图。图1OB是表示在第二实施例中热压焊头加压接触于导线的同时通过通电来发热时的状态的局部剖面侧视图。图1OC是表示在第二实施例中使热压焊头从导线离开时的情况以及进行锡焊后的被接合物的状态的局部剖面侧视图。图11是表示第三实施例的端子上的焊料膏和导线的配置关系的立体图。图12A是表示在第一实施例中热压焊头对导线加压时的状态的局部剖面侧视图。图12B是表示在第三实施例中热压焊头加压接触于导线的同时通过通电来发热时的状态的局部剖面侧视图。图12C是表示在第三实施例中使热压焊头从导线离开时的情况以及进行锡焊后的被接合物的状态的局部剖面侧视图。图13 (a d)是表示第一、第二及第三实施例的热压焊头的结构的变形例的剖面图。图14是表示第四实施例的端子上的焊料膏和导线的配置关系的立体图。图15 (a，b)是表示第四实施例的热压焊头结构的图(立体图及仰视图)。
图16A是表示在第四实施例中热压焊头的烙铁头面与导线抵接前，烙铁头面以及烙铁头两端部与堤坝形焊料膏接触的状态的局部剖面侧视图。图16B是表示在第四实施例中，在停止热压焊头的下降的状态下堤坝形焊料膏的上层部熔化的情况的局部剖面侧视图。图16C是表示在第四实施例中，热压焊头加压接触于导线的同时通过通电来发热时的状态的局部剖面侧视图。图16D是表示在第四实施例中使热压焊头从导线离开时的情况以及进行锡焊后的被接合物的状态的局部剖面侧视图。图17是表示第四实施例的一变形例的端子上的焊料膏和导线的配置关系的俯视图。图18是表示在第四实施例的上述变形例中，热压焊头加压接触于导线的同时通过通电来发热时的状态的局部剖面侧视图。图19是表示第五实施例的热压焊头的结构的立体图。图20是表示第五实施例的端子上的焊料膏和导线的配置关系的立体图。图21A是表示在第五实施例中，热压焊头与端子上的导线接触时的状态的局部剖面侧视图。图21B是表示在第五实施例中，热压焊头加压接触于导线的前端部从而向端子推压的情况的局部剖面侧视图。图21C是表示在第五实施例中，热压焊头加压接触于导线的同时通过通电来发热时的状态的一部分剖面侧视图。图21D是示意地表示在第五实施例中端子上的熔化的焊料因润湿性和表面张力汇集于烙铁头凹部之中的情况的俯视图。图21E是表示在第五实施例中，使热压焊头从导线离开时的情况以及进行锡焊后的被接合物的状态的局部剖面侧视图。图22是从正上方对第五实施例的接合加工完成后的接合部拍摄的照片。图23A是表示锡焊部的剖面构造的图22的A线的金属显微镜拍摄图。图23B是表示热压焊部的剖面构造的图22的B线的金属显微镜拍摄图。图24是表示现有的热压焊头以及使用其进行锡焊的例子的立体图。图25是表示使图24的热压焊头通电的状态的主视图。图26是表不上述现有锡焊的问题点的图。图27是表示在现有的锡焊中在加强材料中使用焊接剂的措施的图。附图标记说明10热压焊头12烙铁部14烙铁头面16，18烙铁头凹部30接合装置60电器部件62 导线
62a导线的压成扁平的部分66 端子70，72枕木形焊料膏71涂匀的焊料膏〈71>熔化的液态焊料[71]冷却固化的固体焊料74热压接部80，82堤坝形焊料膏〈80>，<82>熔化的液态焊料[80], [82]冷却固化的固体焊料84，86烙铁头两端部92涂匀的焊料膏<92>熔化的液态焊料[92]冷却固化的固体焊料
具体实施例方式下面，参照图1 图23B说明本发明优选的实施方式。图1和图2表示本发明一实施方式的热压焊头的结构。在此，图1是该热压焊头的立体图，图2是表示烙铁部的构造的纵向剖面图。该实施方式的热压焊头10例如由板厚为3 5mm的钨板形成。通过电火花线切割对该钨板进行挖空以进行一体加工，由此制作热压焊头10。该热压焊头10的主要特征为，其具有大致正方体形状的烙铁部12，该烙铁部12是在通常使用的状态下最下端的突出部位，在焊头厚度方向上，在烙铁部12的下表面中心部具有烙铁头面14，该烙铁头面14的两侧具有一对烙铁头凹部16，18。烙铁头凹部16，18例如通过切削及研磨加工来形成，如图2所示，以一样的剖面形状例如拱形在与焊头厚度方向正交的方向(焊头宽度方向)上延伸。在此，烙铁头凹部16，18的内侧端与烙铁头面14邻接，烙铁头凹部16，18的外侧端在比烙铁头面14后退的位置(在图中比烙铁头面14高的位置)分别与头厚度方向上的烙铁头边缘12a，12b邻接。左右的连接端子部22L，22R分别经由为了提高电流密度而使截面积变狭小的两叉状的电流通过部20L，20R与烙铁部12的上表面的左右两端部连接。这些连接端子部22L，22R在上端部分别设有一个或多个(图示的例子为两个)螺栓通孔24L，24R。在烙铁部12的上表面的中心部形成有用于安装后述的热电偶26(图3)的突部28。该热压焊头10也与现有的热压焊头108—样，安装在加热头112 (图19)上，以预先设定的顺序及条件对特定的被接合物进行规定的加压动作和通电发热动作。图3表示该实施方式的接合装置30的整体结构。该接合装置30具备:热压焊头10，其具有上述的结构；加热头112，其支撑该热压焊头10，在接合被接合物时，使烙铁部12的烙铁头面14加压接触于被接合物的顶部或上表面；加热电源32，其向热压焊头10供给电阻发热用的电流；控制部46，其控制装置内的各部及整体的动作。加热电源32使用交流波形转换器式电源电路。该电源电路的转换器34具有由GTR(大功率晶体管)或IGBT (绝缘栅双极晶体管)等构成的四个晶体管开关元件36，38，40,42ο在这四个开关元件36，38，40，42中，第一组(正极侧)的开关元件36，40经由驱动电路44被来自控制部46的同相的驱动脉冲G1，G3以规定转换频率(例如，4kHz)同时进行开关(接通、断开)控制，第二组(负极侧)的开关元件38，42经由驱动电路44被来自控制部46的同相驱动脉冲G2, G4以上述转换频率同时进行开关控制。转换器34的输入端子(U，L1)与三相整流电路48的输出端子连接。三相整流电路48例如将六个二极管三相桥式连接，对从三相交流电源端子(R，S，T)输入的商用频率的三相交流电压进行全波整流从而转变为直流电压。从三相整流电路48输出的直流电压利用电容50变平滑后，提供给转换器34的输入端子[U，L1]。转换器34的输出端子(Mtl, M1)分别与焊接变压器52的一次线圈的两端连接。焊接变压器52的二次线圈的两端不经由整流电路而经由二次导体114L，114R分别与热压焊头10的连接端子部22L，22R连接。控制部46包含微型计算机，进行加热电源32内的一切控制，例如，除了进行通电控制(特别是转换器控制)及各种条件设定乃至显示处理等之外，还对加热头112进行所需的控制。在该加热电源32中，为了进行焊头温度反馈控制，从安装在热压焊头10的突部28上的热电偶26输出的烙铁温度测定信号经由电缆25向控制部46提供。另外，在进行电流反馈控制的情况下，在一次侧电路的导体上安装有例如由电流互感器构成的电流传感器54。根据该电流传感器54的输出信号，在电流测定电路56中求出一次电流或二次电流的测定值(例如，有效值、平均值或峰值)，该电流测定信号向控制部46提供。(实施例1)下面，参照图4 图8D说明使用上述的接合装置30将被覆线接合在端子部件上的一实施例(第一实施例)。如图4所示，该实施例与上述的现有例(图24，图25) —样，通过回流焊将外置电器部件(例如小型电动机)60的导线62接合在印刷配线板64上的端子(连接焊盘或电极等)66上。导线62为线径200μπι以下的细被覆线，例如为铝线或镀铜铝线。端子66为由例如一边或直径在1_以下的导体(例如铜)构成的薄板片。另外，有在印刷配线64上安装未图示的电子零件的情况。在该情况下，在使用本发明的接合方法之前，例如用回流焊炉加热。这时，后述的丝网印刷的焊料()、O )膏也被加热。但是，在这种状态下也能够实施本实施方式的接合方法。图中，左侧的导线62'和端子66'已经完成接合加工，右侧的导线62和端子66尚未完成。端子66，66'经由印刷配线板64上的印刷配线68，68'还有通孔(未图示)等与安装于背面的表面安装型电器部件(未图示)电连接。在端子66的表面预先涂敷或堆积焊料膏。在该实施例中，如图5所示，通过丝网印刷，例如在矩形形状的端子66上隔开规定的间隔平行地涂敷两条带状或枕木形的焊料膏70，72。在后面将会叙述，这些枕木形焊料膏70，72具有与热压焊头10的烙铁头凹部16，18分别对应(对置)的位置关系及尺寸。接合装置30有效地利用热压焊头10的通电发热功能的迅速加热/迅速冷却特性和转换器式加热电源32的高速且精细的通电控制功能，能够使热压焊头10的烙铁部12的温度高速且任意地变化。首先，在使接合装置30起动前，如图6所示，在作业台(未图示)上，在印刷配线板64的端子66上以规定方向水平配置导线62,将被接合部(62,64)定位在安装于加热头112的热压焊头10的正下方。在该实施例中，导线62的一端部以与两条枕木形焊料膏70，72正交的朝向放置于焊料膏70，72上。当使接合装置30起动时，加热头112先动作。加热头112使热压焊头10下降，如图7所示，使烙铁部12的烙铁头面14与导线62的顶部接触，施加预设定的加压力。这样，热压焊头10加压接触于导线62，加热电源32与此同时或之后立即工作，从而开始通电。在该情况下，如图8A所示，烙铁部12的烙铁头凹部16，18位于枕木形焊料膏70，72的正上方，烙铁头面14与枕木形焊料膏70，72之间的焊料未涂敷区域即端子66的表面相对。由此，在热压焊头10加压接触于导线62时，如图8B所示，导线62的与烙铁头面14接触的部分62a向端子66的表面按压。然后，当通电开始时，热压焊头10的烙铁部12发热，通过该加压和加热，导线62的与烙铁头面14接触的部分62a的表面的绝缘膜脱落的同时被压成扁平，利用热压接与端子66的表面结合，从而形成热压接部74。另一方面，焊料膏70，72同样通过烙铁部12的加热而熔化，因润湿性而向周围扩散。在该情况下，如图8C所示，熔化的液态焊料〈70>，〈72>流入发热为高温的烙铁头凹部16，18与导线62之间的间隙76，78，不仅包覆导线62的下表面及侧面，而且包覆至其顶面。接合装置30能够通过转换器34以任意时间特性(波形)控制烙铁部12的温度。通常，在以高于焊料的熔点(320°C )的温度发热一定时间之后，使烙铁部12的温度一下子或阶梯性降至比焊料的凝固点低的一定的基本温度或停止通电而回到常温。由此，烙铁部12从到现在为止的加热部件瞬间变为冷却部件(散热片)，在烙铁头凹部16，18的下方液态的熔化的焊料〈70>，<72>保持原来的形状，即以从上至下覆盖导线62的状态变成固体焊料[70]， [72]。接合装置30如上述将烙铁部12的温度降低到比焊料的凝固点低的温度之后经过一定时间后，如图8D所示，通过加热头112使热压焊头10上升以从被接合部(62，66)离开。这样，在该实施例的接合装置30及接合方法中，通过使用上述的热压焊头10进行的一次的加压和通电动作，在形成通过热压接使导线62的局部62a结合在端子66的表面上的热压接部74的同时，在与该热压接部74邻接的两侧(前端侧及根侧)的位置形成从上至下覆盖导线62并与端子66结合的锡焊部[70]，[72]。在该导线/端子的连接构造中，热压接部74在导线62和端子66之间形成原子级的直接结合，紧密结合力、耐久性优异，即使在高温下也难以脱落。当然，电气特性(导电性)也稳定。另外，在导线62上施加振动或其它外力的情况下，由于根侧的锡焊部[72]与之形成一体，因此即使导线62非常细(线径为数10 μ m以下)，甚至即使是铝线，在该压成扁平的部分62a的根附近也不会断开。另外，前端侧的锡焊部[70]能够完全防止导线62从前端脱落。(实施例2)在使用与上述第一实施例相同结构的热压焊头10进行的导线62与端子66的接合加工中，如图9所示，也可以涂敷从端子66上的中心部朝向周边部涂匀的焊料膏71。在该情况下，导线62的一端部横放在涂匀的焊料膏71上。当接合装置30起动而使热压焊头10下降时，如图1OA所示，烙铁部12的烙铁头面14及两烙铁头凹部16，18都隔着导线62与端子66上的焊料膏71相对。然后，当热压焊头10加压接触于导线62，开始通电时，热压焊头10的烙铁部12发热，通过该加压和加热，导线62的与烙铁头面14接触的部分62a的表面的绝缘膜脱落的同时被压成扁平，利用热压接与端子66的表面结合，从而形成热压接部74 (图10B)。在该情况下，在导线62的露出的导体62a与端子66表面的接触界面，在其附近熔化的焊料部<71M>的大部分被压出接触界面的外侧(周围)，热压接部74成为主要的结合方式。但是，也存在熔化的焊料部<71M>的一部分以残留在接触界面的状态凝固的情况。另一方面，焊料膏71在烙铁头凹部16，18下方也因自烙铁部12的加热而熔化，因润湿性而向周围扩散。在该情况下，如图1OB所示，在高温下在发热的烙铁头凹部16，18的下方，熔化的焊料部<71A>，<71B>流入烙铁头凹部16，18与导线62之间的间隙76，78，在圆周方向(不仅在下表面及侧面，还包括顶面)包覆导线62。这样，从通电开始经过规定时间，接合装置30使烙铁部12冷却至比焊料的凝固点低的温度(基本温度或常温)时，在端子66上所有熔化的焊料部在各自的位置固化。SP，熔化的焊料部<71A>，<71B>在烙铁头凹部16，18的下方以从上至下覆盖导线62的状态变成突起状的固体焊料部[71A]，[71B]，中心部的熔化的焊料部<71M>变成向热压接部74的周围扩散的层厚低的固体焊料部[71M]。这样，在该第二实施例中，也通过使用与第一实施例相同结构的热压焊头10进行的一次的加压和通电动作，在形成通过热压接将导线62的局部62a结合在端子66的表面的热压接部74的同时，在与该热压接部74邻接的位置形成从上至下覆盖导线62并与端子66结合的锡焊部[71A]，[71B]。但是，如上所述，存在热压接部74混有焊料的情况。(实施例3)在上述的导线62与端子66的接合加工中，如图11所示，也可以在端子66上仅涂敷根侧的枕木形焊料膏72，而省略前端侧的枕木形焊料膏70。在该情况下，也可以使用与上述第一实施例相同结构的热压焊头10。但是，更优选使用构成为在烙铁部12的下表面仅具有根侧的烙铁头凹部18而省略了前端侧的烙铁头凹部16的热压焊头10。在该情况下，如图12A所示，烙铁部12的烙铁头凹部18位于枕木形焊料膏72的正上方，烙铁头面14与端子66上的焊料未涂敷区域即端子66的表面相对。由此，热压焊头10加压接触于导线62时，导线62的与烙铁头面14接触的部分62a向端子66的表面按压。然后，当开始通电时，热压焊头10的烙铁部12发热，如图12B所示，通过该加压和加热，导线62的与烙铁头面14接触的部分62a的表面的绝缘膜脱落，同时被压成扁平，利用热压接与端子66表面结合，从而形成热压接部74。另一方面，焊料膏72也因烙铁部12的加热而熔化，因润湿性而向周围扩散。在该情况下，如图12B所示，熔化的液态的焊料〈72>也流入在高温发热的烙铁头凹部18与导线62之间的间隙78,在圆周方向(不仅在下表面及侧面,还包括顶面)上包覆导线62。接合装置30从通电开始经过一定时间后，将烙铁部12的温度降低到比焊料凝固点低的温度，如图12C所示，使热压焊头10上升，从被接合部(62、66)离开。
这样，在该第三实施例的接合装置30及接合方法中，通过使用上述的热压焊头10 (图12A 12C)进行的一次加压和通电动作，在导线62与端子66之间同时形成热压接部74和锡焊部[72]。与上述的第一和第二实施例一样，锡焊部[72]与热压接部74邻接地在根侧用焊料覆盖并保持导线62，因此即使在导线62上施加振动或其它外力，也阻挡该振动或其它外力。因此，导线62不会在被压成扁平的部分62a的根附近断开。热压接部74也与上述的第一实施例一样，电气特性及紧密结合力、耐久性优异，即使在高温下也难以脱落。但是，存在在受到物理性冲击及外力时，根据该冲击力的大小及方向，热压接部74从导线前端侧脱落的情况。在这一点上，优选像上述第一实施例一样，通过前端侧的锡焊部在端子66上用焊料覆盖并保持导线62的前端。(实施例1，2，3的热压焊头的变形例)图13表示上述的第一及第二实施例的热压焊头10的结构(特别是烙铁头凹部的剖面构造)的几个变形例。图13(a)表示烙铁头凹部16，18的剖面形状形成为四边形的结构。在该情况下，焊头厚度方向的热压焊头10的烙铁头边缘12a，12b也优选处于比烙铁头面14后退的位置(在图中比烙铁头面14高的位置)。但是，如虚线所示，也可以将烙铁头边缘12a，12b形在与烙铁头面14同样的高度。图13(b)的特征在于，烙铁头凹部16，18构成为其外侧端离烙铁头面14最远(高)，使该外端侧与烙铁头连接12a，12b连接。在烙铁头凹部16，18的剖面形状为四边形的情况下也可以采用同样的结构。图13(c)，图13(d)与上述第二实施例一样，从端子66上的导线62看只具有根侧的烙铁头凹部18，而省略了前端侧的烙铁头凹部16。如图13(c)所示，烙铁头凹部18的剖面形状为矩形，其外侧端在离烙铁头面14最远的位置与烙铁头边缘12b连接。图13(d)所示为烙铁头凹部18的剖面形状为直角三角形，其外侧端在离烙铁头面14最远的位置与烙铁头边缘12b连接的结构。(实施例4)另外，在另一实施例(第四实施例)中，如图14所示，也可以将导线62与带状或堤坝形焊料膏80，82平行地并列配置在端子66上。在该情况下，也可以使用上述第一、第二或第三实施例的热压焊头10。但是，如图15所示，可以更优选使用构成为烙铁头凹部16'，18'在与导线62正交的方向形成于除烙铁头两端部84，86以外的中间部的热压焊头10。在该情况下，使热压焊头10朝向被接合部(62，66)下降时，烙铁头两端部84，86分别与堤坝形焊料膏80，82对置，烙铁头凹部16'，18'与导线62对置。烙铁头面14在与导线62正交的方向上与堤坝形焊料膏80，82及导线62对置。并且，如图16A所示，在烙铁头面14即将与导线62抵接时，烙铁头两端部84，86和烙铁头面14接触堤坝形焊料膏80，82的顶部。因此，在导线62与堤坝形焊料膏80，82并列配置于端子66上时(图14)，将用丝网印刷涂敷的堤坝形焊料膏80，82的膜厚设定为堤坝形焊料膏80，82的顶部稍微高于导线62的顶部。在该实施例中，如上所述在烙铁头两端部84，86及烙铁头面14与堤坝形焊料膏80，82的顶部接触的高度位置暂时停止热压焊头10的下降，在该停止位置开始对热压焊头10通电。由此，在烙铁头面14还未接触到导线62的状态下，堤坝形焊料膏80，82的上层部因烙铁部12的加热而在烙铁头两端部84，86及烙铁头面14附近开始熔化。然后，如图16B所示，熔化的液态的焊料〈80>、<82>因润湿性而扩散，汇集在烙铁头凹部16'，18'与导线62之间的间隙76' ,78'。自该位置使热压焊头10下降时，烙铁头面14与导线62抵接，在导线62上施加加压力。于是，如图16C所示，通过烙铁部12的加压和加热，导线62的与烙铁头面14接触的部分62a的表面的绝缘膜被剥落，同时被压成扁平，利用热压接与端子66的表面结合，从而形成热压接部74。在该情况下，导线62在端子66表面的没有涂敷堤坝形焊料膏80，82的区域被热压接，因此焊料几乎不会混入热压接部74。另外，优选独立地设定在上述停止位置流通热压焊头10的电流的电流值(烙铁头温度)和在导线62上施加加压力时流通热压焊头10的电流的电流值(烙铁头温度)。另一方面，通过使烙铁头凹部16'，18'也与烙铁头面14 一起下降，使堤坝形焊料膏80，82进一步被加热以使堤坝形焊料膏80，82全部熔化，从而流入烙铁头凹部16'，18'与导线62之间的间隙76' ,78'中的熔化的焊料〈80>，〈82>增加。这样，在烙铁头凹部16'，18'的下方，熔化的焊料〈80>，〈82>包覆导线62。接合装置30从通电开始经过一定时间后将烙铁部12的温度降低到比焊料凝固点低的温度，如图16D所示，使热压焊头10上升，从被接合部(62，66)离开。这样，在该第四实施例中通过使用如上所述的热压焊头10(图15 图16D)进行的一次的加压和通电动作，结果在导线62与端子66之间同时形成与上述第一实施例一样的热压接部74和锡焊部[70]，[72]。但是，在该第四实施例中，从图14可知，在将导线62放置在端子66上时，堤坝形焊料膏80，82在导线放置位置的两侧发挥导向部的功能，因此，具有容易定位的优点。另外，在导线62和端子66之间没有介入堤坝形焊料膏80，82，因此，还具有防止焊料混入热压接部74的优点。另外，在该第四实施例中，也可以像第一 第三实施例一样，到导线62与烙铁头面14抵接而被压成扁平为止，使热压焊头10连续(途中不停止)下降，与施加加压力连动地开始通电。作为上述第四实施例的一变形例，如图17所示，也可以在端子66的放置有导线62的区域的中间部的两侧形成缺口部90，90，通过这些缺口部90，90将堤坝形焊料膏80，82分别分割成两个角焊料膏(80A，82A)，(80B、82B)。在该情况下，如图18所示，热压焊头10加压接触于导线62的同时通过通电来发热时，使在导线62的前端侧熔化的液态的角部的焊料膏80A，80B从两侧合流，从而流动到烙铁头凹部16'的间隙76'，并且，使在导线62的根侧熔化的液态的角部的焊料膏82A，82B从两侧合流，从而流动到烙铁头凹部18'的间隙78'。在此，通过缺口部90，90阻断各熔化的角部的焊料膏80A，80B，82A，82B向端子中央部侧即热压接部74侧扩散。由此，能够进一步可靠地防止焊料混入热压接部74。(实施例5)接着，参照图19 图23，说明在导线62为镀铜铝线(或铜包铝线)的情况下优选应用的另一实施例(第五实施例)。在该实施例中，与上述的第三实施例一样，使用构成为在烙铁部12的下表面仅设置有根侧的烙铁头凹部18而省略了前端侧的烙铁头凹部16的热压焊头10。但是，如图19所示，在与导线62平行的焊头厚度方向上从导线62的前端侧看，该实施例的烙铁头凹部18的形态是从烙铁部12的相反侧的一侧面12a朝向内部深处延伸的洞穴或凹陷。烙铁头凹部18优选构成为在烙铁部12的一侧面12a的宽度方向中心部向下呈倒锥形横向扩展的同时，一边向内部深处扩大深度一边从上端至底部(烙铁头面14)弯曲地切削烙铁部12。在图示的凹陷构造中，凹陷的顶从侧面12a朝向内部深处逐渐变低，底部从入口至内部深处末端被切下。在该实施例中，如图20所示，在端子66的表面预先以涂匀的状态涂敷焊料膏92，用于与端子66接合的导线62放置在焊料膏92之上。当接合装置30 (图3)起动而使热压焊头10下降时，如图21A所示，烙铁部12的烙铁头面14及烙铁头凹部18都隔着导线62与端子66上的焊料膏92相对。然后，如图21B所示，当烙铁部12的烙铁头面14加压接触于导线62的前端部62a并向端子66按压时，导线62向基端侧(电器部件60侧)延伸出稍微松弛的程度，从而在烙铁头凹部18的正下方，导线62处于不与端子66的表面紧贴的状态，或处于在两者(62，66)之间形成有间隙94的状态。之后，当通电开始时，热压焊头10的烙铁部12发热，通过该加压和加热，在与烙铁头面14接触的导线62的前端部62a，表面的绝缘膜(例如氨基甲酸乙酯)脱落，导线62的前端部62a被压成扁平，利用热压接与端子66的表面结合，从而形成热压接部74 (图21C)。于是，烙铁部12的热经由导线62的前端部62a及热压接部74传递到端子66，并且，烙铁部12的热量还传递到导线62的向烙铁头凹部18内延伸的部分(下面，称为“前端附近部”)62b，绝缘膜在该导线62的前端附近部62b也熔化而脱落。这样，在烙铁头凹部18内，导线62的前端附近部62b的绝缘膜脱落时，内侧的镀铜层(或铜包层)以裸露的状态露出，即使不使用助熔剂，熔化状态的焊料〈92>也会因润湿性而包住该露出的镀铜。在该情况下，如图21D所示，在烙铁部12和端子66之间的空间(间隙)，端子66上的熔化的焊料〈92>大多因润湿性和表面张力而汇集到烙铁头凹部18中，处于包覆导线62的前端附近部62b的镀铜层(或铜包层)的状态。然后，从通电开始经过规定时间，接合装置30将烙铁部12冷却至比焊料的凝固点低的温度(基座温度或常温)时，在端子66上所有熔化的焊料〈92>在各自的位置固化。SP，烙铁头凹部18内的熔化的焊料部<92J>变成包覆导线62的前端附近部62b的镀铜层(或铜包层)的固体焊料部[92J]，残留在烙铁头面14下方的熔化的焊料部<92K>变成向热压接部74的周围扩散的低层的固体焊料部[92Κ]。这样，在该实施例中也通过使用本发明的热压焊头10进行的一次的加压和通电动作，形成利用热压接使导线62的前端部62a结合于端子66的表面的第一接合部即热压接部74的同时，在与该热压接部74邻接的位置形成利用锡焊使导线62的前端附近部62b结合于端子66的表面的第二接合部即锡焊部[92J]。图22及图23A、图23B表示该实施例的实验结果的一个例子。图22为从正上方拍摄该实施例的接合加工完成后的接合部的照片。图23A为表示锡焊部[92J]的剖面构造的图22的A线的金属显微镜拍摄图。图23B为表示热压接部72的剖面构造的图22的B线的金属显微镜拍摄图。
如图23A所示，观察到在锡焊部[92J]，在端子66上呈山形隆起并固化的焊料从下至上包覆未被压扁的导线62的镀铜层的周围，在除导线62的顶部以外的圆周方向上的大部分部位形成焊料接合。这样，通过用焊料从下至上包覆未被压扁(剖面为圆形的)的导线62的镀铜层的周围，得到接合强度大且稳定的接合部。另外，在圆周方向上的缺少镀铜层的部分为铜和铝合金化的部分(硬铝)，其附近也成为非常牢固的接合部。另一方面，如图23B所示，观察到在热压接部74，导线62被压成扁平或剖面为矩形，在该扁平的部分的下表面露出的镀铜层压接于端子66的表面的接合状态，并且，还观察到在导线62的扁平部分立起的两侧面露出的镀铜层与焊料接合的接合状态。特别是直立的两侧面的焊料接合的强度不高。这样，在该实施例中，主要由热压接部74承担将来自烙铁部12的热量高效地传递到导线62、端子66及焊料92的功能，主要由锡焊部[92J]承担牢固地结合导线62与端子66的功能。锡焊部[92J]的接合面积及接合强度大，因此，即使热压接部74例如变软或脱落，也在导线62和端子66之间确保锡焊部[92J]的稳定且牢固的结合。因此，在像导线架这样薄且热容量大的端子66上接合导线62的情况下，不能期望热压接部74的大的接合强度，但锡焊部[92J]与上述一样，能够得到稳定且十分牢固的接合强度，因此，非常明显地显示出该实施例的有用性。另外，如上述进行接合加工时，通过烙铁部12的烙铁头面14向端子66按压导线62的前端62a，使得导线62向基端侧(电器部件60侧)延伸出稍微松弛的程度，因此，即使电器部件60是带给导线62振动的部件(例如音圈)，导线62也能够跟随该振动。由此，可以同时提高导线62的安全性和电器部件60的性能。另外，导线62不限定于镀铜铝线(或铜包铝线)，例如也可以是铜裸线。(其它实施例或变形例)以上，对本发明优选的实施方式进行了说明，但上述的实施方式不限定本发明。本领域技术人员能够在具体的实施方式的基础上不脱离本发明的技术思想及技术范围内增加各种变形和变更。例如，端子66的形状不限定于上述实施例的四边形，例如也可以是圆形或椭圆形。在上述实施例中通过锡焊将导线62的一端部以附带绝缘被覆的状态与端子66接合，但也可以预先机械地剥离绝缘被覆之后，通过锡焊与端子66接合。本发明能够优选采用上述实施例中的线径在200μπι以下的极细导线62与端子66的锡焊，但作为加工对象的细线，也可以是比所述极细导线62粗的导线(被覆线)和裸线。另外，上述的实施例涉及回流焊，在接合装置30起动前，预先在端子66上涂敷焊料膏。但是，也可以采用在接合装置30起动而使热压焊头10与被加工物(62，66)接触时与此联动地进行锡焊的锡焊方法，例如将固态的焊料向烙铁头凹部16，18(16'，18,)附近供给的锡焊方法。需要说明的是，上述实施例涉及锡焊，但本发明也能够应用于铝焊料、银焊料、铜焊料等钎焊，并且能够广泛地应用于任意的钎焊。
权利要求
1.一种热压焊头，具有通过通电来发热的烙铁部，通过使所述烙铁部的烙铁头面加压接触于端子部件上的导电细线的一端部，使所述细线与所述端子部件接合，其特征在于， 具有第一烙铁头凹部，从与所述烙铁部的烙铁头面接触的所述细线侧看，该第一烙铁头凹部在所述细线的端侧的相反侧与所述烙铁头面邻接设置，为了将所述细线钎焊在所述端子部件上，以非接触的状态覆盖在所述细线上。
2.按权利要求1所述的热压焊头，其特征在于， 所述第一烙铁头凹部在与所述细线正交的焊头宽度方向上从所述烙铁部的一端至另一端以同样的剖面形状形成。
3.按权利要求1所述的热压焊头，其特征在于， 所述第一烙铁头凹部在与所述细线正交的焊头宽度方向上形成于除所述烙铁部的两端部以外的中间部。
4.按权利要求1所述的热压焊头，其特征在于， 在与所述细线平行的焊头厚度方向上从所述细线的前端侧看，所述第一烙铁头凹部的形态是从所述烙铁部的相反侧的一侧面朝向内部深处延伸的洞穴或凹陷。
5.按权利要求1 4中任一项所述的热压焊头，其特征在于， 具有第二烙铁头凹部，从所述细线侧看，该第二烙铁头凹部在离所述细线的端侧近的位置与所述烙铁头面邻接地设置，为了将所述细线钎焊在所述端子部件上，以非接触的状态覆盖在所述细线上。
6.按权利要求5所述的热压焊头，其特征在于， 所述第二烙铁头凹部在与所述细线正交的方向上从所述烙铁部的一端至另一端以同样的剖面形状形成。
7.按权利要求5所述的热压焊头，其特征在于， 所述第二烙铁头凹部在与所述细线正交的方向上形成于除所述烙铁部的两端部以外的中间部。
8.一种接合装置，其特征在于，具有: 权利要求1 7中任一项所述的热压焊头； 加热头，其支撑所述热压焊头，在将导电性的细线接合在端子部件上时，使所述烙铁部的烙铁头面加压接触于所述端子部件上的所述细线的一端部； 加热电源，其向所述热压焊头供给用于电阻发热的电流。
9.一种接合方法，使用权利要求8所述的接合装置，将导电性的细线接合在端子部件上，该方法的特征在于，包括: 第一工序，在端子部件上涂敷钎料； 第二工序，在所述端子部件上配置所述细线的一端部； 第三工序，使所述热压焊头的烙铁头面与所述端子部件上的所述细线的一部分接触，施加规定的压力； 第四工序，通过通电使所述烙铁部发热至第一温度； 第五工序，使在所述端子部件上因所述烙铁部的加热而熔化的钎料流动到所述烙铁头凹部与所述细线间的间隙； 第六工序，将熔化的所述钎料冷却至比凝固温度更低的温度从而使该钎料固化。
10.按权利要求9所述的接合方法，其特征在于， 在所述第一工序中，在所述端子部件上局部涂敷所述钎料， 在所述第二工序中，在所述焊料上放置所述细线的一部分， 在所述第三工序中，所述烙铁头凹部隔着所述细线与所述钎料对置，所述烙铁头面隔着所述细线与所述端子部件的表面对置。
11.按权利要求9所述的接合方法，其特征在于， 在所述第一工序中，在所述端子部件上局部涂敷所述钎料； 在所述第二工序中，在所述端子部件上的所述钎料附近与所述钎料并列地放置所述细线， 在所述第三工序中，所述烙铁头面与所述细线及所述钎料对置，所述烙铁头凹部至少与所述细线对置。
12.按权利要求11所述的接合方法，其特征在于， 在所述第一工序中，所述钎料涂敷为在所述端子部件上比所述第二工序中在所述钎料附近并列的所述细线高的厚度。
13.按权利要求12所述的接合方法，其特征在于， 在所述第二工序与所述第三工序之间具有第七工序，使所述热压焊头的烙铁头面在与所述端子部件上的所述细线的一部分即将接触的位置停止，通过通电使所述烙铁部发热至第二温度，从而使所述钎料的 一部分熔化。
14.按权利要求9 13中任一项所述的接合方法，其特征在于， 在所述第一工序中，通过丝网印刷将所述钎料涂敷在所述端子部件上。
15.一种接合方法，使用权利要求8所述的接合装置，将导电细线接合在端子部件上，其特征在于，包括: 第一工序，在所述端子部件上放置所述细线的一端部； 第二工序，使所述热压焊头的烙铁头面与所述端子部件上的所述细线的一端部接触，施加规定的压力； 第三工序，向所述烙铁头凹部或其附近供给钎料； 第四工序，通过通电使所述烙铁部发热至一定的温度； 第五工序，使在所述端子部件上因所述烙铁部的加热而熔化的钎料流动到所述烙铁头凹部与所述细线之间的间隙； 第六工序，将熔化的所述钎料冷却至比凝固温度低的温度从而使该钎料固化。
16.按权利要求9 15中任一项所述的热压焊头，其特征在于， 所述细线的线径在200 μ m以下。
17.一种细线与端子的连接构造，其特征在于，具有: 热压接部，其形成为使导电性的细线的一端部变形为扁平，通过热压接与端子部件结合； 钎焊部，其形成为在与所述热压接部邻接的位置，所述细线被钎料覆盖，从而与所述端子部件结合， 所述热压接部和所述钎焊部同时形成。
18.按权利要求17所述的细线与端子的连接构造，其特征在于，从所述热压接部看，所述钎焊部形成在所述细线的端侧的相反侧附近。
19.按权利要求17所述的细线与端子的连接构造，其特征在于， 从所述热压接部看，所述钎焊部形成在离所述 细线的端侧近的一侧和与该端侧相反侧这两侧。
全文摘要
一种热压焊头及接合装置及接合方法以及细线与端子的连接构造，其在将导电性的细线钎焊在端子部材上的接合加工中显著提高被接合物的物理性强度。热压焊头(10)具有大致正方体形状的烙铁部(12)，该烙铁部(12)是在通常使用形式的姿态下最下端的突出的部位，在焊头厚度方向上，在烙铁部(12)的下表面中心部具有烙铁头面(14)，该烙铁头面(14)的两例具有一对烙铁头凹部(16，18)。在基板(64)上，预先通过丝网印刷例如在矩形的端子(66)上隔着规定的间隔平行地涂覆两条带状或枕木形的焊料膏(70，72)。这些枕木形焊料膏(70，72)具有与热压焊头(10)的烙铁头凹部(16，18)分别对应(对置)的位置关系和尺寸。
文档编号B23K3/03GK103084694SQ201210387290
公开日2013年5月8日 申请日期2012年9月10日 优先权日2011年10月21日
发明者原田慎一, 平松茂, 安达伸一 申请人:株式会社工房Pda