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CN1319474A - 热压接合用加热头及其制造方法 - Google Patents

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CN1319474A
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resistance heating
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Taiyo Yuden Co Ltd
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Abstract

热压接合用加热头(30)具有热电耦(11),并在电阻发热部(2)的压接前端部(3)附近具有贯穿孔(17),热电耦(11)的2根芯线(11a、11b)一起穿通上述贯穿孔(17),接合点(12)的位置一定,无安装位置的个体差而可同样进行极精确的温度控制,并且芯线(11a、11b)保持在贯穿孔(17)内,因此即使受到扭转应力或弯曲应力也不容易造成断线,可提供一种稳定的可靠度高的温度控制的热压接合用加热头。

Description

热压接合用加热头及其制造方法
本发明涉及将引线热压接合于电子元器件的电极时所使用的热压接合用加热头的构造及其制造方法。
热压接合法是一种将作为被压接物的包覆引线连接于电子元器件的电极的方法。这种方法通过热及压力的物理力对电极及与此抵接的包覆引线的结合部份一面使包覆熔融一面使引线软化而可直接与电极接合。将热量与压力施加于包覆引线的构件称为热压接合用加热头，例如利用图11的立体图表示的大致呈V字形的热压接合用加热头10。该热压接合用加热头10本身为电阻发热体，由安装于未图示的热压接合装置本体形成外加电流用的导电电极的安装部1、1以及包含压接前端部3的电阻发热部2构成，压接前端部3的宽度w为0.5～1.0mm，V字形的纵横尺寸为10mm左右的小型物。
前述热压接合用加热头10一般采用在高温下具有足够机械强度及抗氧化的材料的钨系合金或钼系合金。另外，在如图11所示那样进行热压接合时，由于无需预先除去包覆引线6即可将接合部份7与薄膜电极5瞬间接合，因此加热头10的压接前端部3(与电阻发热部2的其它部份相比为最高温度)可经常发热至500～700℃的高温。
为了利用前述热压接合法获得电子元器件的电极5与包覆引线6的接合部份7的稳定接合强度，稳定的接合温度是不可缺少的，且必须进行热压接合用加热头10的电阻发热部2的温度控制。尤其是从温度控制的观点来看，最好是进行可实时检测实际直接外加压力和热量的压接前端部3或其附近的温度变化(压接时热量扩散于电极侧使压接前端部3的温度下降。另外，经常性的放热量也因环境而有变化)而经常维持一定温度等的反馈控制。
从该点来看，以往是从试验性地得出的热压接合时的温度变化周期性改变外加电流使发热量变化而控制在预定温度范围内，或者以利用红外线的非接触温度传感器等测得压接前端部3的温度并加以控制等的温度控制方法，但都不能实现精密的温度控制。
为了进行精密的温度控制，最好可直接实时测定热压接合用加热头10的压接前端部3或其附近的位置，并且其测定位置以在同种热压接合用加热头的一定位置为佳。
但是，仍不能实现满足前述所要求的热压接合用加热头及其制造方法。
鉴于前述问题，本发明的目的是提供一种将热压接合用加热头的压接前端部或其附近的发热温度实时地控制在适当的温度范围、且可提高其可靠性并稳定压接前端部的温度控制的热压接合用加热头及其制造方法。
为解决前述问题，本发明提供：
(1)一种将被压接物热压接合于电子元器件的电极时所使用的热压接合用加热头，其特征在于，具有将芯线的接合点焊接在前述热压接合用加热头的电阻发热部的压接前端部其附近的热电耦。
(2)前述(1)记载的热压接合用加热头，其特征在于，热电耦直接焊接于前述热压接合用加热头的电阻发热部。
(3)前述(1)记载的热压接合用加热头，其特征在于，热电耦经接合辅助构件焊接于前述热压接合用加热头的电阻发热部。
(4)前述(1)至(3)中任一项所记载的热压接合用加热头，其特征在于，在电阻发热部中具有热电耦的芯线的卡止装置。
(5)前述(1)至(4)中任一项所记载的热压接合用加热头，其特征在于，在电阻发热部的压接前端部或其附近配设贯穿孔，同时具有使芯线穿过前述贯穿孔并与贯穿孔开口部接合的热电耦。
(6)前述(1)至(4)中任一项所记载的热压接合用加热头，其特征在于，在电阻发热部的压接前端部附近配设凹部，同时具有使芯线穿过前述凹部内并与凹部的角隅部接合的热电耦。
(7)前述(1)至(4)中任一项所记载的热压接合用加热头，其特征在于，在电阻发热部的压接前端部附近配设多个凸部，同时具有使芯线穿过前述凸部之间并接合的热电耦。
(8)如前述(1)至(7)中所记载的热压接合用加热头的制造方法，其特征在于，包括：第1，加热头成型时或成型后在热压接合用加热头的电阻发热部上设置热电耦的卡止装置；第2，经前述卡止装置引出热电耦的芯线；第3，一面焊接接合前述热电耦的2根芯线前端部一面与电阻发热部的前述卡止装置的部位焊接。
附图简单说明
图1为具有本发明热电耦的热压接合用加热头的立体图。
图2为表示将本发明热电耦的热压接合用加热头的热电耦直接焊接在加热头上的接合部份的剖面图。
图3为表示将本发明热电耦的热压接合用加热头的热电耦经接合辅助构件焊接在加热头上时产生剥离状态的剖面图。
图4为表示将本发明热电耦的热压接合用加热头的热电耦经接合辅助构件焊接在加热头上时进入松弛状态的剖面图。
图5为表示具有本发明热电耦的其它热压接合用加热头的例子的立体图。
图6为表示穿过设置在加热头上的贯穿孔焊接热电耦的状态的图。
图7为表示经设置在加热头上的凹部焊接热电耦的状态的立体图。
图8为表示经设置在加热头上的多个凸部焊接热电耦的状态的立体图。
图9为表示具有经贯穿孔焊接热电耦的大致呈四边形的热压接合用加热头的形状例的立体图。
图10为表示压接前端部呈富士山形的热压接合用加热头的形状例的立体图。
图11为表示现有热压接合用加热头的构造与电极包覆导线的热压接合状态的立体图。
以下根据附图说明本发明的热压接合用加热头的实施形态。此外，与现有技术说明的图11的构件相同的构件均以同一标号表示。
图1是具有本发明的热电耦的热压接合用加热头的立体图。
如图1所示，本发明的热压接合用加热头20的结构虽与现有热压接合用加热头10的本体相同，但作为温度传感器将热电耦11的2根芯线11a、11b(+脚与一脚)熔融并合金化状态的接合点12在加热头10的电阻发热部2的压接前端部3附近焊接的同时接合安装。如上所述，由于热电耦11的接合点(=测定点)12是在加热头20的压接前端部3或其附近利用电弧焊接等的方法焊接，因此可以实时且高精度实现加热头10的压接前端部3的温度控制，例如可以将压接前端部3的发热温度反馈控制在适当温度(例如550℃)±10℃等的温度范围内。
前述热电耦11适用于测定温度范围在未热压接合用加热头20的使用温度范围(大约500～700℃)，其它并没有特别的限制，但是最好是在例如+脚上使用Ni-Cr合金，一脚上使用Ni合金的K种热电耦(以旧记号CA称呼的铬镍一铝镍热电耦)。
又，前述热电耦11的接合点12可以如图2的剖面图所示那样，直接焊接在加热头10的电阻发热部2上，也可如图3及图4的剖面图所示为了容易焊接而利用接合辅助构件13(Ni、Cr、Be等的接合金属)焊接在电阻发热部2上。
根据本发明前述2种的焊接方法的试验结果，利用前述接合辅助构件13焊接时，(a)如图3表示，加热头的电阻发热部2由于发热至500～700℃(的高温，与接合金属13的接合部15受热时容易剥离，而一旦剥离则不能由热电耦11进行温度控制，而有加热头温度失控之虞。又，(b)利用接合辅助构件13的电弧焊接的控制困难，如图4表示，多个小孔的松孔16容易进入接合辅助构件13中，其结果是使温度控制不稳定等问题更为明显。
另一方面，如图2所示，不用前述Ni等的接合辅助构件13直接电弧焊接热电耦11与加热头10时，可形成稳定的接合点12，并在与电阻发热部2的接合界面形成扩散层14(例如钨与K种热电耦)且接合牢固，不会有剥离之虞，且可知在熔融的接合点12中不产生「松孔」。
根据以上的试验结果，以直接将热电耦11焊接在加热头10上为佳。
其次，在本发明的热压接合用加热头20中，由于加热头20以高速上下往返动作，因此焊接在加热头本身的热电耦11也随着上下振摆而重复扭转应力、弯曲应力，如图2所示，导致热电耦11的2根芯线11a、11b可能从接合点12的根部断线。其对策最好是设置可保持热电耦11的2根芯线11a、11b的接合点12根部的保持装置。
又，热压接合时电阻发热部2的发热温度会因位置而有不同，因此在电阻发热部2的任一位置配置热电耦11的接合点12会产生与压接前端部3不同的温度差。其结果，一旦各个加热头的安装位置时与热电耦11不同时，会使各个重复温度精度产生变化。因此热电耦11的接合点12的配置最好是在一定的位置用相同的加热头进行相同的温度控制。
从以上的2个观点来看，如图5所示，本发明的热压接合用加热头30的结构为：具有在作为电阻发热部2的压接前端部3或其附近决定热电耦11的2根芯线11a、11b位置的卡止装置的贯穿孔17(其大小为可插入芯线的程度)，热电耦11的芯线11a、11b一起穿通上述贯穿孔17并在其前面的贯穿孔开口部17a处形成接合点12并进行焊接。此外，可利用上述贯穿孔17决定热电耦11的接合点12的位置，不会造成各个加热头安装位置的个体差，可一样地进行极精确的温度控制。
又，图6是表示穿通设于上述热压接合用加热头30的上述贯穿孔17并焊接热电耦11状态的放大图，从本图可知，芯线11a、11b即使为因扭转应力或弯曲应力而弯曲成如双点划线状时，仍可在贯穿孔17的中保护热电耦11的接合点12(熔融体)与芯线11a、11b的边界部，换言之，卡止装置的贯穿孔17同样可形成热电耦11的保护装置而可以将芯线11a、11b保持在贯穿孔17内，具有不易发生芯线11a、11b从根部的断线等效果。还可进一步使接合点12不因焊接而封闭贯穿孔开口部17a的键形接合形态而在热电耦与加热头的直接接合形成扩散层14的同时剥落。
其次，上述卡止装置不仅限于上述贯穿孔17而可通过各种方式获得。例如，作为卡止装置的其它实施形态，如图7的立体图所示，在设于本发明热压接合用加热头40的船底形状凹部18内穿通2根芯线11a、11b、并在凹部18的拐角处与接合点12接合并焊接的构造中，决定接合点12的位置，且将芯线11a、11b的根部保持在凹部18的壁面上。
其它的卡止装置有图8所示的热压接合用加热头50，其结构为：在压接前端部3的附近配设多个凸部19a、19b、19c、19d的同时，上述凸部19a、19b之间穿通2根芯线11a、11b，并在凸部19c、19d的谷间形成接合且焊接接合点12。利用前述卡止装置将热电耦11的芯线11a、11b夹在凸部19a、19b之间并保持其根部部份，并且接合点12的位置是定位在凸部19c、19d的谷间。
如上所述，本发明的前述热压接合用加热头20具有热电耦11的构造，可以在热压接合时进行高精度实时的温度控制，尤其是在本发明的前述热压接合用加热头30、40、50中并不限于仅将热电耦11焊接在加热头上，而是通过决定其位置并具有保持热电耦的接合点12的根部芯线11a、11b的构造，可以实现稳定的可靠性高的温度控制。
在前述数例的实施形态中，加热头的形状虽呈大致V字形，但本发明对象的热压接合用加热头的形状并无限制，例如也可以设置在图9的立体图所示具有缝隙31的大致呈四边形的电阻发热部32前端的凸状压接前端部33上、具有以卡止装置(例如贯穿孔17)而焊接的热电耦11所成的加热头形状，此外，图10的立体图所示的压接前端部35也可为从大致四边形的电阻发热部34延伸设置的富士山形的热压接合用加热头70的形状。
下面以图5、图6表示的前述热压接合用加热头30为例说明本发明的热压接合用加热头的制造方法。
第1，是在大致呈V字形加热头本体10的电阻发热部2的压接前端部3附近(V字的谷底延长线上)设置作为热电耦11的卡止装置的直径0.5mm左右的贯穿孔17(也可在加热头成型时同时形成)；第2，从一侧将热电耦11的2根芯线11a、11b穿过前述贯穿孔17并使其前端从贯穿孔开口部17a突出4～5mm；第3，是将前述热电耦11的2根芯线11a、11b的突出前端部电弧焊接形成接合点12。此时，前述芯线的突出部份为熔融体并形成封闭在贯穿孔17内与贯穿孔开口部17a的接合点12。
对于具有其它卡止装置的本发明的上述热加接合用加热头40、50与前述相同，主要是使热电耦11的2根芯线11a、11b经卡止装置的凹部18或凸部19c、19d并由此使4～5mm前端部突出、并通过电弧焊接而将熔融体焊接在卡止装置18或凸部19c、19d的谷间。
本发明的热压接合用加热头及其制造方法由于上述的构成，故具有以下效果：
(1)由于热电耦是以焊接将其接合点安装在加热头的电阻发热部的压接前端部或其附近，因此可实时地高精度进行热压接合温度的温度控制。
(2)由于将热电耦直接焊接在加热头上，热电耦与加热头的接合形成扩散层，温度控制即使在高温发热状态(500～700℃)也不会使加热头与热电耦剥离，直至加热头本身消耗，故能进行高可靠性的温度控制。
(3)由于不使用镍等媒介的金属，可将热电耦直接接合在加热头上，不会进入「松孔」，可实现正确的温度控制。
(4)由于具有热电耦的卡止装置，因此可正确地(在根本上)决定接合热电耦的位置，实现稳定的、高可靠性的温度控制。
(5)具有作为卡止装置的贯穿孔或凹部或多个凸部，因此可保持芯线不容易造成断线。

Claims (8)

1．一种将被压接物热压接合于电子元器件的电极时所使用的热压接合用加热头，其特征在于：具有将芯线的接合点焊接在前述热压接合用加热头的电阻发热部的压接前端部或其附近的热电耦。
2．如权利要求1所述的热压接合用加热头，其特征在于，所述热电耦是直接焊接于所述热压接合用加热头的电阻发热部。
3．如权利要求1所述的热压接合用加热头，其特征在于，所述热电耦经接合辅助构件焊接在所述热压接合用加热头的电阻发热部。
4．如权利要求1至3中任一项所述的热压接合用加热头，其特征在于，在所述电阻发热部中具有热电耦的芯线的卡止装置。
5．如权利要求1至3中任一所述的热压接合用加热头，其特征在于，在所述电阻发热部的压接前端部或其附近配设贯穿孔，同时具有使芯线穿过所述贯穿孔并与贯穿孔开口部接合的热电耦。
6．如权利要求1至3中任一项所述的热压接合用加热头，其特征在于，在所述电阻发热部的压接前端部附近配设凹部，同时具有使2根芯线穿过前述凹部内并与所述凹部的角隅部接合的热电耦。
7．如权利要求1至3中任一所述的热压接合用加热头，其特征在于，在所述电阻发热部的压接前端部附近配设多个凸部，同时具有使2根芯线穿过所述凸部之间并接合的热电耦。
8.如权利要求1至7所述的热压接合用加热头的制造方法，其特征在于，包括：第1，加热头成形时或成形后在热压接合用加热头的电阻发热部上设置热电耦的卡止装置；第2，经所述卡止装置引出热电耦的芯线；第3，一面焊接接合所述热电耦的2根芯线前端部一面与所述电阻发热部的前述卡止装置的部位焊接。
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