JP6681372B2 - 抵抗はんだ付け装置、および、それを使用する方法 - Google Patents

Description

[0001]本願は、２０１６年１０月７日に出願された米国仮特許出願第６２／４０５，５２７号の利益を主張する。当該仮特許出願の開示の全体が参照によって本明細書に組み入れられる。

[0002]本発明は、概して、抵抗はんだ付けに関し、より詳細には、金属製部品（例えば、電気端子）を、ガラス面上に印刷された導電性パッドに取り付けるのに特に適した端子および電極を有する抵抗はんだ付け装置および方法に関する。

[0003]抵抗はんだは、抵抗電極に電流を流すことによってはんだを加熱するプロセスである。このプロセスは、電気端子を、ガラス面上に印刷された導電性パッドにはんだ付けするのに使用されてきた。電極と電気端子との間の隙間または点接触は、電極と端子との間の接続の電気・熱特性を変化させることがあり、それは、はんだ付けプロセスに悪影響を与え得る。したがって、より着実なはんだ付けプロセスを提供するために、これらの隙間および点接触を除去する抵抗はんだ付け装置が望まれる。

[0004]背景技術の欄に記載された主題は、背景技術の欄において記載されていることのみから先行技術であると推定されるべきではない。同様に、背景技術の欄で述べられる問題、または、背景技術の欄の主題に関連する問題は、先行技術において従前から認識されていたものとして推定されるべきではない。背景技術の欄の主題は、様々なアプローチを表しているに過ぎず、それら自体も発明になり得る。

[0005]本発明の一実施形態によれば、抵抗はんだ付け装置が提供される。この抵抗はんだ付け装置は、先端を有する電極と、電気端子と、を備えている。電気端子は、凹部が形成された第１の主要面と、第１の主要面と反対側の第２の主要面と、を有している。第２の主要面には、はんだ組成物の層が配置される。凹部は、電極の先端を受け入れるように構成される。

[0006]先端は、凸形状を有するものとして特徴付けられてもよく、凹部は、対応する凹形状を有するものとして特徴付けられてもよい。電極は、略シリンダ形状を有していてもよく、先端は、凸球形キャップ形状を有するものとして特徴付けられてもよい。凹部は、凹球形キャップ形状を有するものとして特徴付けられてもよい。先端は、凸半球形状を有するものとして特徴付けられてもよい。この場合、凹部は、凹半球形状を有するものとして特徴付けられる。

[0007]凸球形キャップ形状の半径は、凹球形キャップ形状の半径と実質的に等しくてもよい。凸球形キャップ形状の直径は、凹球形キャップ形状の直径よりも大きくてもよい。

[0008]電極は、炭素系材料から形成されてもよく、電気端子は、銅系材料から形成されてもよい。はんだ組成物は、実質的に鉛フリーであってもよい。

[0009]装置は、電気端子を、ガラス面上に配置された導電性パッドに取り付けるように構成されてもよい。

[0010]本発明の他の実施形態によれば、抵抗はんだ付け方法が提供される。この方法は、先端を有する電極を用意する工程と、凹部が形成された第１の主要面と、第１の主要面と反対側の第２の主要面と、を有する電気端子を用意する工程と、を備えている。第２の主要面には、はんだ組成物の層が配置される。この方法は、さらに、電極の先端を凹部内に配置する工程と、電極および電気端子に電流を流す工程と、を備えている。この電流は、電極を加熱し、第２の主要面上ではんだ組成物を溶融するのに十分なものである。

[0011]先端は、凸形状を有するものとして特徴付けられてもよく、凹部は、対応する凹形状を有するものとして特徴付けられてもよい。電極は、略シリンダ形状を有していてもよく、先端は、凸球形キャップ形状を有するものとして特徴付けられてもよい。凹部は、凹球形キャップ形状を有するものとして特徴付けられてもよい。先端は、凸半球形状を有するものとして特徴付けられてもよい。この場合、凹部は、凹半球形状を有するものとして特徴付けられる。

[0012]凸球形キャップ形状の半径は、凹球形キャップ形状の半径と実質的に等しくてもよい。凸球形キャップ形状の直径は、凹球形キャップ形状の直径よりも大きくてもよい。

[0013]電極は、炭素系材料から形成されてもよく、電気端子は、銅系材料から形成されてもよい。はんだ組成物は、実質的に鉛フリーであってもよい。

[0014]この方法は、さらに、電気端子を、ガラス面上に配置された導電性パッドに取り付ける工程を備えていてもよい。ガラス面は、合わせガラスから形成されていてもよい。

[0015]本発明のさらなる特徴および利点は、本発明の好ましい実施形態の次の詳細な説明を読めば、いっそう明らかになるであろう。好ましい実施形態は、単なる非限定的な例として、添付図面を参照して与えられる。

[0016]添付図面を参照して例示目的で本発明について説明する。

[0017]一実施形態にしたがった抵抗はんだ付け装置の分解斜視図である。 [0018]一実施形態にしたがった図１の抵抗はんだ付け装置の側面図である。 [0019]一実施形態にしたがった、電極が電気端子の凹部内に受け入れられた状態の図１の抵抗はんだ付け装置の代替的な側面図である。 [0020]他の実施形態にしたがった図１の抵抗はんだ付け装置を使用するプロセスを示すフローチャートである。

[0021]抵抗はんだ付け装置が本明細書で説明される。この装置は、電気端子を、ガラス上に印刷された導電性パッド（例えば、自動車におけるガラス上アンテナおよびリアウィンドウデフロスターに使用するもの）にはんだ付けするのに適している。この抵抗はんだ付け装置は、合わせガラスワークピースに対して使用するのに特に好適である。

[0022]抵抗はんだ付けは、電流が流れてはんだ付けのための熱源を提供する抵抗電極を使用する。本発明者は、電極と電気端子との間にアーク接触または間欠的な接触を生じさせることがある電極と端子との間の隙間、または、分離された点接触が存在する場合には、電極と電気端子との間のはんだ付けされる電気接点が、結果として得られるはんだ付けされた接合部の品質に悪影響を与え得ることを見出した。したがって、本発明者は、電極と電気端子との間のより均一で完全な面接触を提供する解決策を見出した。

[0023]図１〜３は、電気端子１２を導電性パッド１４にはんだ付けするのに使用することができる抵抗はんだ付け装置１０の非限定的な例を示している。抵抗はんだ付け装置１０は、電気抵抗性材料（例えば、グラファイト）から形成された抵抗電極１６を備えている。電極１６は、先端１８を有する略シリンダ形状である。先端１８は、凸球形キャップ形状を有するものとして特徴付けられてもよい。この具体例では、先端１８は、略半球形状である。電気端子１２は、金属材料（例えば、銅系合金）から形成されている。電気端子１２は、第１の主要面２０を有している。第１の主要面２０には、この具体例では、電極１６の先端１８の形状に対応する凹球形キャップ形状の凹部２２が形成されている。凹部２２は、略半球形状を有している。図２および図３に示されるように、電気端子１２は、さらに、第１の主要面２０と反対側の第２の主要面２４を有している。第２の主要面２４には、はんだ層２６（例えば、鉛フリーインジウム系はんだ）が配置される。図２および図３に示されるように、第１の主要面２０の凹部２２は、電極１６の先端１８を受け入れるように構成される。先端１８の凸球形キャップ形状の半径は、電気端子１２の凹部２２の凹球形キャップ形状の半径と実質的に等しい。それによって、電極１６と電気端子１２との間の隙間、または、分離された点接触が低減または除去される。本明細書で使用される場合、「実質的に等しい」とは、半径の測定値の違いが０．５ミリメートル未満であることを意味する。凹部２２の直径は、好ましくは、電極１６の直径よりも僅かに大きく、それによって、電極１６を凹部２２に挿入しやすく、また、凹部２２から取り外しやすくすることができる。

[0024]図２および図３に示されるように、電気端子１２は、合わせガラスワークピース２８の表面上に印刷された導電性パッド１４（例えば、銀系インク）上に配置される。電極１６および／またはガラスワークピース２８の位置は、図３に示されるように先端１８が凹部２２内に受け入れられるとともに先端１８の表面が凹部２２の表面と接触するまで調節される。

[0025]電極１６と電気端子１２とが接触した後、電流が電極１６を流れ、それによって、電気端子１２の第２の主要面２４上のはんだ層２６を溶融して、電気端子１２と導電性パッド１４との間のはんだ接合部を形成するのに十分な程度に電極１６が加熱される。

[0026]図示される実施形態は、凸球形キャップ形状の先端１８を有するシリンダ状電極１６と、対応する凹球形キャップ形状の凹部２２を有する電気端子１２と、を備えているが、電極と端子との間の隙間、または、分離された点接触を低減または除去する、他の凸形状の先端を有する電極と、他の対応する凹形状の凹部を有する端子と、を備える本発明の他の実施形態も想定され得る。電極が、凹形状の先端を有し、端子が、凹形状の先端内に受け入れられる対応する凸状突出部を形成するさらに別の実施形態も想定され得る。

[0027]さらに、図示される実施形態は、炭素系材料から形成された電極１６と、銅系材料から形成された電気端子１２と、を備えているが、電極を形成するために他の抵抗性材料が使用され、端子を形成するために他の導電性材料が使用される他の実施形態も想定され得る。

[0028]さらに、図示される実施形態は、電気端子１２をガラスワークピース２８に取り付けるために使用されるが、他の多くの抵抗はんだ付け用途のための他の実施形態も想定され得る。

[0029]抵抗はんだ付け方法１００の非限定的な例が図４に提示される。この方法１００の工程は、以下に説明される。

[0030]ステップ１０２、すなわち、電極を用意する工程は、図１〜３に示されるような先端１８を有する電極１６を用意する工程を備えている。電極１６は、好ましくは、略シリンダ形状を有しており、先端１８は、凸形状、好ましくは凸球形キャップ形状、さらに好ましくは凸半球形状を有している。凸球形キャップ形状の半径は、凹球形キャップ形状の半径と実質的に等しい。凸球形キャップ形状の直径は、凹球形キャップ形状の直径よりも大きい。電極１６は、好ましくは、炭素系材料から形成される。

[0031]ステップ１０４、すなわち、電気端子を用意する工程は、凹部２２が形成される第１の主要面２０と、第１の主要面２０と反対側の第２の主要面２４と、を有する電気端子１２を用意する工程を備えている。第２の主要面２４には、図２および図３に示されるように、はんだ層２６が配置される。凹部２２は、凹球形キャップ形状、好ましくは凹半球形状を有している。電気端子１２は、好ましくは、銅系材料から形成される。はんだ層は、好ましくは、実質的に鉛フリーである。

[0032]ステップ１０６、すなわち、電極の先端を凹部内に配置する工程は、図３に示されるように、電極１６の先端１８を凹部２２内に配置する工程を備えている。

[0033]ステップ１０８、すなわち、電極に電流を流す工程は、電極１６および電気端子１２に電流を流す工程を備えている。この電流は、第２の主要面２４上のはんだ層２６を溶融する温度まで電極１６を加熱するのに十分なものである。

[0034]ステップ１１０、すなわち、電気端子を、ガラス面上に配置された導電性パッドに取り付ける工程は、電気端子１２を、ガラスワークピース２８上に配置された導電性パッド１４に取り付ける工程を備えている。ガラスワークピース２８は、合わせガラスから形成されていてもよい。

[0035]したがって、抵抗はんだ付け装置１０および抵抗はんだ付け方法１００が提供される。抵抗はんだ付け装置１０および方法１００は、電極１６と電気端子１２との間の隙間または点接触を除去する利益を提供する。隙間または点接触は、電極１６と電気端子１２との間の導電性および熱伝導性に悪影響を与えることがあり、これは、はんだ付け温度を変えることがあり、また、電気端子１２と導電性パッド１４との間のはんだ接合の強度に悪影響を与えることがあり、あるいは、ガラスワークピース２８にクラックを生じさせ得る電気端子１２の不均一な加熱をもたらすことがある。

[0036]本発明の好ましい実施形態について本発明が説明されたが、本発明は、そのように限定されることを意図しておらず、次の特許請求の範囲に記載された範囲にのみ限定されることを意図している。例えば、上述の実施形態（および／またはその態様）は、互いに組み合わせて使用されてもよい。さらに、本発明の範囲から逸脱することなく、特定の状態または材料を本発明の教示に適用するために、多くの変形形態がなされ得る。本明細書に記載された寸法、材料の種類、様々な部品の向き、および、様々な部品の数および位置は、特定の実施形態のパラメータを定義することを意図しており、決して限定ではなく、単なる典型的な実施形態である。

[0037]上記の説明を読めば、特許請求の範囲の趣旨および範囲内の他の多くの実施形態および変形形態が当業者にとって明らかであろう。したがって、本発明の範囲は、そのような特許請求の範囲に権利が与えられる均等物の完全な範囲とともに、次の特許請求の範囲を参照して決定されるべきである。

[0038]次の特許請求の範囲において、「備えている（including）」、「において（in which）」は、それぞれの用語「備えている（comprising）」、「において（wherein）」の分かりやすい英語の同等表現として使用される。さらに、さらに、第１、第２などの用語の使用は、重要性の順序を示すものではなく、１つの要素を他の要素と区別するために使用される。さらに、ａ、ａｎなどの用語の使用は、量の限定を示すものではなく、言及される物の少なくとも１つの存在を示している。さらに、例えば上部、下部などの方向的な用語は、特定の方向を示すものではなく、１つの要素を他の要素と区別し、様々な要素間での位置関係を規定するために使用される。

１０…はんだ付け装置
１２…電気端子
１４…導電性パッド
１６…電極
１８…先端
２０…第１の主要面
２２…凹部
２４…第２の主要面
２６…はんだ組成物の層
２８…ガラスワークピース

Claims (12)

1. 抵抗はんだ付け装置（１０）であって、
   先端（１８）を有する電極（１６）と、
   凹部（２２）が形成された第１の主要面（２０）と、前記第１の主要面（２０）と反対側の第２の主要面（２４）と、を有する電気端子（１２）と
   を備え、
   前記第２の主要面（２４）には、はんだ組成物の層（２６）が配置され、
   前記凹部（２２）は、前記電極（１６）の前記先端（１８）を受け入れるように構成され、
   前記電極（１６）は、略シリンダ形状を有しており、
   前記先端（１８）は、凸球形キャップ形状を有するものとして特徴付けられ、
   前記凹部（２２）は、凹球形キャップ形状を有するものとして特徴付けられ、
   前記凸球形キャップ形状の半径は、前記凹球形キャップ形状の半径と実質的に等しい
   抵抗はんだ付け装置。
2. 請求項１に記載の抵抗はんだ付け装置（１０）であって、
   前記先端（１８）は、凸半球形状を有するものとして特徴付けられ、
   前記凹部（２２）は、凹半球形状を有するものとして特徴付けられる
   抵抗はんだ付け装置。
3. 請求項１に記載の抵抗はんだ付け装置（１０）であって、
   前記電極（１６）は、炭素系材料から形成されている
   抵抗はんだ付け装置。
4. 請求項１に記載の抵抗はんだ付け装置（１０）であって、
   前記電気端子（１２）は、銅系材料から形成されている
   抵抗はんだ付け装置。
5. 請求項１に記載の抵抗はんだ付け装置（１０）であって、
   前記はんだ組成物の前記層（２６）は、実質的に鉛フリーである
   抵抗はんだ付け装置。
6. 請求項１に記載の抵抗はんだ付け装置（１０）であって、
   前記抵抗はんだ付け装置（１０）は、前記電気端子（１２）を、ガラス面（２８）上に配置された導電性パッド（１４）に取り付けるように構成された
   抵抗はんだ付け装置。
7. 抵抗はんだ付け方法（１００）であって、
   先端（１８）を有する電極（１６）を用意する工程（１０２）と、
   凹部（２２）が形成された第１の主要面（２０）と、前記第１の主要面（２０）と反対側の第２の主要面（２４）と、を有する電気端子（１２）を用意する工程（１０４）と
   を備え、
   前記第２の主要面（２４）には、はんだ組成物の層（２６）が配置され、
   前記方法は、さらに、
   前記電極（１６）の前記先端（１８）を前記凹部（２２）内に配置する工程（１０６）と、
   前記電極（１６）および前記電気端子（１２）に電流を流す工程（１０８）と
   を備え、
   前記電流は、前記電極（１６）を加熱し、前記第２の主要面（２４）上で前記はんだ組成物を溶融するのに十分なものであり、
   前記電極（１６）は、略シリンダ形状を有しており、
   前記先端（１８）は、凸球形キャップ形状を有するものとして特徴付けられ、
   前記凹部（２２）は、凹球形キャップ形状を有するものとして特徴付けられ、
   前記凸球形キャップ形状の半径は、前記凹球形キャップ形状の半径と実質的に等しい
   抵抗はんだ付け方法。
8. 請求項７に記載の方法（１００）であって、
   前記先端（１８）は、凸半球形状を有するものとして特徴付けられ、
   前記凹部（２２）は、凹半球形状を有するものとして特徴付けられる
   方法。
9. 請求項７に記載の方法（１００）であって、
   前記電極（１６）は、炭素系材料から形成されている
   方法。
10. 請求項７に記載の方法（１００）であって、
    前記電気端子（１２）は、銅系材料から形成されている
    方法。
11. 請求項７に記載の方法（１００）であって、
    前記はんだ組成物は、実質的に鉛フリーである
    方法。
12. 請求項７に記載の方法（１００）であって、
    前記方法（１００）は、さらに、前記電気端子（１２）を、ガラス面（２８）上に配置された導電性パッド（１４）に取り付ける工程を備え、
    前記ガラス面（２８）は、合わせガラスから形成されている
    方法。