TW202228168A

TW202228168A - 加熱嘴及加熱嘴單元

Info

Publication number: TW202228168A
Application number: TW110140770A
Authority: TW
Inventors: 須賀伸一郎
Original assignee: 日商阿波羅技研股份有限公司
Priority date: 2020-11-05
Filing date: 2021-11-02
Publication date: 2022-07-16
Also published as: CN116076161B; CN116076161A; JP2022074764A; KR20230037625A; TWI860494B; JP7370075B2; WO2022097546A1

Abstract

本發明提供一種高冷卻效率之加熱嘴及加熱嘴單元。加熱嘴2係用以將端子用導線予以熱壓接於端子構件之板狀的加熱嘴，加熱嘴2係具備：烙鐵部4，係在烙鐵本體6具備有抵接於端子用導線的烙鐵前端部7；及一對連接臂部5，係以從烙鐵本體6的左右端部朝上方彼此離開的狀態延伸，且使來自電源的電流流通於烙鐵本體6而使烙鐵部4升溫；在烙鐵本體6和連接臂部5之至少一者的表面形成有凹陷部13，該凹陷部13係在兩側具有朝相對於前述表面之表面方向交叉之方向降下的壁面14。

Description

加熱嘴及加熱嘴單元

本發明係關於一種用以將端子用導線予以熱壓接於端子構件的加熱嘴，及在加熱嘴中具備有溫度感測器的加熱嘴單元者。

將端子用導線予以熱壓接於端子構件的作業，例如在製造晶片電感器(chip inductor)等電子零件時於將導線予以熱壓接於鐵心之端子部的作業中，係使用熱壓接用的加熱嘴單元。具體而言，係將熱電偶等作為溫度感測器安裝於烙鐵部會升溫的加熱嘴上而構成加熱嘴單元，且將此加熱嘴單元予以安裝至熱壓接裝置的工具保持器(tool holder)。再者，使熱壓接裝置作動，將載置於端子構件上的端子用導線藉由加熱嘴的烙鐵部予以加壓同時急速加熱，而將端子用導線予以熱壓接至端子構件(例如參照專利文獻1)。

再者，在熱壓接的步驟中，因為熱而氣化之導線之覆層的一部分會變為煙霧(fume)而附著於烙鐵前端面。此外，由於加熱嘴會反復升溫、冷卻，故烙鐵前端面會逐漸地氧化而形成微細的凹凸。因此，在熱壓接後，藉由將烙鐵前端面壓抵於磨石或研磨紙等同時使之平行於烙鐵前端面移動而將所附著的覆層予以剝除，並且將烙鐵前端面的氧化物研磨，以修整為潔淨的平面。

[先前技術文獻]

[專利文獻]

專利文獻1：日本特開2001-284781號公報

專利文獻2：日本特開2012-222316號公報

不過，在上述專利文獻所記載的加熱嘴(加熱嘴單元)中，係有為了提高電流密度以提升發熱效率而將電流通過之部分的剖面積縮小的傾向。具體而言，係以從導電性板材來形成烙鐵部和一對連接臂部，且將熱電偶安裝於烙鐵部的附近之方式構成，該烙鐵部係在烙鐵本體具備有抵接於端子用導線的烙鐵前端部，而該一對連接臂部係以從烙鐵本體之左右端部朝上方彼此離開的狀態延伸且使來自電源的電流流通於烙鐵本體而使烙鐵部升溫。再者，近年來，有為了提高發熱效率而減小發熱部之板厚的傾向，例如，將連接臂部朝向烙鐵前端部逐漸地減小板寬並且逐漸地減小板厚而將發熱部的剖面積製作為較小。然而，若將發熱部的板厚減小，則難以確保剛性。因此，在作業者取出加熱嘴或安裝於裝置的保持器予以緊固之際，甚至是在熱壓接後將烙鐵前端面的氧化物進行研磨之際，會有在發熱部附近發生龜裂或破損的情形。

此外，將發熱部的剖面積減小來提高熱效率，亦會使表面積因為減小了剖面積而減少，由於此緣故而會產生阻斷電流之後的冷卻時間變長，每單位時間的作業次數減少的缺陷。

本發明係有鑑於上述的情形而研創者，其目的為提供一種即使縮小電流通過而會發熱之部分的剖面積亦可確保充分之剛性的加熱嘴及加熱嘴單元。

本發明係為了達成上述目的而提出者，項1所述者係一種加熱嘴，該加熱嘴係用以將端子用導線予以熱壓接於端子構件之板狀的加熱嘴，

前述加熱嘴係具備：

烙鐵部，係在烙鐵本體具備有抵接於前述端子用導線的烙鐵前端部；及

一對連接臂部，係以從前述烙鐵本體的左右端部朝上方彼此離開的狀態延伸，且使來自電源的電流流通於前述烙鐵本體而使前述烙鐵部升溫；

在前述烙鐵本體和連接臂部之至少一者的表面形成有凹陷部，該凹陷部係在緣部具有朝相對於前述表面之表面方向交叉之方向降下的壁面。

項2所述者係如項1所述之加熱嘴，在從前述連接臂部涵蓋至前述烙鐵部的範圍內，形成有面積被設定為正交於電流流通之方向之方向的剖面比電流流通之其他部分的剖面更小的發熱部，在該發熱部中包含有前述凹陷部的一部分和前述壁面的一部分。

項3所述者係一種加熱嘴，該加熱嘴係用以將端子用導線予以熱壓接於端子構件之板狀的加熱嘴，

前述加熱嘴係具備：

在前述烙鐵本體和前述連接臂部之至少一者的表面上形成有溝部，該溝部係在兩側具有朝相對於前述表面之表面方向交叉之方向降下的壁面。

項4所述者係如項3所述之加熱嘴，在從前述連接臂部涵蓋至前述烙鐵部的範圍內，形成有發熱部，該發熱部係正交於電流流通之方向之方向的剖面的面積被設定為小於電流流通之其他部分的剖面的面積，在該發熱部中包含有前述溝部的一部分和前述壁面的一部分。

項5所述者係如項2或項4所述之加熱嘴，至少在前述發熱部的表面形成有耐氧化性覆膜層。

項6所述者係一種加熱嘴單元，該加熱嘴單元係在項1至項5中任一項所述之加熱嘴中具備有溫度感測器的加熱嘴單元，

在該溫度感測器的表面形成有耐氧化性覆膜層。

依據本發明，可達成下列優異的功效。

依據項1所述之發明，由於在烙鐵本體和連接臂部之至少一者的表面上形成有凹陷部，該凹陷部係在緣部具有朝相對於前述表面之表面方向交叉之方向降下的壁面，故凹陷部之壁面之外側的部分作為肋部發揮功能，藉此可確保剛性。此外，伴隨著形成凹陷部而於周圍產生壁面，可相應地使加熱嘴的表面積增加，藉此使接觸空氣的面積增加而可提高散熱功能。因此，可使冷卻時間縮短而謀求生產時間(takt time)的縮短化，且藉此可提高生產效率。

依據項2所述之發明，由於在從連接臂部涵蓋至烙鐵部的範圍內，形成有正交於電流流通之方向之方向的剖面的面積被設定為小於電流流通之其他部分的剖面的面積的發熱部，在該發熱部中包含有前述凹陷部的一部分和前述壁面的一部分，故可有助於發熱部之冷卻時間的縮短，且可提高生產效率。

依據項3所述之發明，由於在烙鐵本體和連接臂部之至少一者的表面上形成有溝部，該溝部係在兩側具有朝相對於前述表面之表面方向交叉之方向降下的壁面，故溝部之壁面之外側的部分作為肋部發揮功能，藉此可確保剛性。此外，伴隨著溝部的形成而於溝的兩側產生壁面，而可相應地使加熱嘴的表面積增加，藉此使接觸空氣的面積增加而提高散熱功能。因此，可使冷卻時間縮短而謀求生產時間的縮短化，且藉此可提高生產效率。

依據項4所述之發明，由於在從連接臂部涵蓋至烙鐵部的範圍內，形成有正交於電流流通之方向之方向的剖面的面積被設定為小於電流流通之其他部分的剖面的面積的發熱部，在該發熱部中包含有前述溝部的一部分和前述壁面的一部分，故有助於發熱部之冷卻時間的縮短，且可提高生產效率。

依據項5所述之發明，由於至少在前述發熱部的表面形成有耐氧化性覆膜層，故可抑制容易氧化性，且可提高耐久性。

依據項6所述之發明，由於在加熱嘴中具備有溫度感測器，在該溫度感測器的表面形成有耐氧化性覆膜層，故即使反復加熱和冷卻亦可抑制容易氧化性，且可提高加熱嘴單元的耐久性。

1:加熱嘴單元

2:加熱嘴

3:熱電偶

4:烙鐵部

5:連接臂部

6:烙鐵本體

7:烙鐵前端部

8:烙鐵前端面

9:烙鐵凹部

11:裝設孔

13:凹陷部

14:壁面

15:溝部

20:導線收納空部

21:擋止凹部

圖1係將直線狀之凹陷部形成於連接臂部之下半部之加熱嘴單元的立體圖。

圖2係從連接臂部的下半部分涵蓋至烙鐵本體而形成凹陷部之加熱嘴的立體圖。

圖3係在從烙鐵部至連接臂部的下端部分形成有凹陷部之加熱嘴的前視圖。

圖4係裝設有熱電偶之加熱嘴單元的前視圖。

圖5係溝部之其他實施型態之剖面圖。

圖6係在連接臂部的途中亦形成有凹部之加熱嘴的立體圖。

圖7係在連接臂部的途中形成有溝部之加熱嘴的立體圖。

以下根據圖式來說明用以實施本發明的型態。

加熱嘴單元1係構成為具備：板狀的加熱嘴2，係用以將端子用導線予以熱壓接於端子構件；及熱電偶3，係作為溫度感測器而安裝。

加熱嘴2係藉由線放電加工將導電性材料(鎢、鉬、超硬材等)的板材予以加工而成形的嘴，且如圖1所示構成為具備：烙鐵部4，係成為該加熱嘴2的下部(位於工件(端子用導線或端子構件)側的前端部)；及左右一對的連接臂部5，係成為上部(基部)。再者，採用在經由連接臂部5而對於烙鐵部4通電時電阻，尤其剖面積設定為小於其他部分之連接臂部5的下部至烙鐵部4之間作為發熱部而發揮功能，可效率良好地發熱而使烙鐵部4升溫的構成，並作成為可藉由熱電偶3來測量烙鐵部4的溫度。

烙鐵部4係具備將連接臂部5之下部彼此予以連接之橫長的烙鐵本體6，且在稍向下方突出之烙鐵本體6的底部，係朝向下方突設有盒狀的烙鐵前端部7，且使該烙鐵前端部7的底面(前端面)作為烙鐵前端面8而可抵接至端子用導線。再者，在位於與烙鐵本體6之烙鐵前端部7相反側的上部(連接臂部5側)形成有大致V字形或大致U字形的烙鐵凹部9，且將熱電偶3的測溫接點(測溫部)係以在烙鐵凹部9之面之二點接觸支撐的狀態下固著於該烙鐵凹部9內。

連接臂部5係從烙鐵本體6的左右端部朝上方延伸之縱長的構成部分，且在將連接臂部5彼此互相離開的狀態下設置。此外，構成為在連接臂部5的上部(延伸端部)，將用以裝設至熱壓接裝置之嘴保持器(未圖示)的裝設孔11朝加熱嘴2的板厚方向貫通，且藉由將穿過該裝設孔11的裝設螺栓(未圖示)螺合於嘴保持器，而在使烙鐵前端部7朝向下方(接合平台(stage)側)的姿勢下將加熱嘴單元1裝設至嘴保持器。

另外，在裝設至嘴保持器的加熱嘴單元1中，係一方的連接臂部5電性連接至熱壓接裝置之加熱器用電源(未圖示)的一端，而另一方的連接臂部5則電性連接至加熱器用電源的另一端。再者，構成為當使電流從電源(加熱器用電源)流通至加熱嘴2時，電流即通過連接臂部5、5而流通於烙鐵本體6內，使烙鐵本體6藉由從連接臂部5下端至烙鐵本體6內的電阻而發熱，而使烙鐵前端部7藉由此熱而升溫。此外，烙鐵本體6內的電流雖從一方的連接臂部5側朝向另一方的連接臂部5側流通，但由於電流流通的路徑中，位於烙鐵凹部9之兩側的縮徑部位的剖面積比起其他部位的剖面積更窄，故在該縮徑部位電流密度變得最高，且會易於以此部分為中心產生電阻所導致的焦耳熱。

再者，如圖1和圖2所示，構成為加熱嘴2係於在該加熱嘴2的表背面，具體而言在圖1中係在從連接臂部5之長邊的中央附近至到達烙鐵部4之前的下半部形成有細長的凹陷部13，在圖2中形成的凹陷部13則為從連接臂部5之長邊之中央附近的寬幅部分通過連接臂部5的下半部，朝左右方向貫通烙鐵本體6。凹陷部13無論在哪一圖中都是朝板厚方向凹陷的凹陷部，且在其緣部具有朝相對於前述表背面之表面方向交叉之方向降下的壁面14。圖式所示的凹陷部13，係在其緣部具有朝大致正交於加熱嘴2之表面方向之方向(板厚方向)降下的壁面14，且被此壁面14所圍繞。若以此方式形成凹陷部13，則壁面14之外側的部分即作為肋部而發揮功能，故即使將發熱部的剖面積設定為較小，亦可藉由成為肋部的部分而提高剛性，且可確保所需要的強度。此外，當通過形成凹陷部13而同時形成壁面14時，相較於無凹陷部13的習知型態，表面積將相應於壁面14之面積而增大，故可使阻斷通電之後的冷卻效率提升。此將使壓接步驟的所需時間縮短，且作業效率尤其是在自動化上能縮短生產時間，而有助於作業效率的提升。

再者，凹陷部13的形狀不限定於形成為直線狀，此外，關於所要形成的範圍，雖以配設在從連接臂部5涵蓋至烙鐵部4之發熱部中所含的部分之情形功效為佳，但不限定於此，此外，相對於表面降下的範圍亦不予限定。例如，若為習知態樣，如圖5(a)所示，在發熱部的剖面形狀為正方形的情形下將此部分的剖面積設定為較小的時候，習知雖如圖5(b)所示剖面朝寬度方向縮小，或如圖5(c)所示朝厚度方向縮小，但在本發明中，只要可在相對於縮小的方向交叉的方向上形成壁面14即可。

在如圖5(d)所示朝厚度方向縮小的情形下，可分別在各凹陷部13的兩側形成壁面14，如圖5(e)所示可在凹陷部13之表背相同之側之一方的緣部形成壁面14，如圖5(f)所示可在凹陷部13之表背不同之側之一方的緣部形成壁面14，如圖5(g)所示可在表背中央形成壁面14，如圖5(h)所示可在一方之表面的兩側形成壁面14，如圖5(i)所示可在一方之面的單側形成壁面14，如圖5(j)、(k)、(l)所示可設為使壁面14以圓弧面與底面相連接，其他如圖5(m)、(n)、(O)所示，只要是在凹陷部13的緣部形成有降下的壁面14，則可為任何形狀。此外，形成凹陷部13的區域，不限定於沿著長邊方向而形成於連接臂部5的下半部分者或形成於烙鐵部4的表背面者，亦可如圖6所示，在連接臂部5之上半部的寬幅部分呈複數段平行地形成橫長的凹陷部13。如此，當在寬幅部分排列複數個形成時，即可效率良好地增大凹陷部13的壁面14，且可藉此而合理地大幅地增加每單位面積的散熱效果。

此外，為了要增大加熱嘴2的冷卻面積，亦可在表背面的至少一方形成溝部15。例如，如圖7所示，亦可在連接臂部5之上半部的寬幅部分呈複數段平行地形成橫長的溝部15。溝部15係在烙鐵本體6和連接臂部5之至少一方的面上，於兩側具有朝相對於表背面之表面方向交叉之方向降下的壁面14。再者，長邊方向的端部係張開，此點與凹陷部13不同。

如此，若排列複數個形成於寬幅部分時，即可效率良好地增大溝部15的壁面14，藉此可合理地大幅地增加每單位面積的散熱效果。此外，藉由兩端張開，使空氣的排出變得良好。另外，形成該溝部15的部位，與凹陷部13同樣地不予限定，此外，寬度或深度亦不予限定。

接著，將說明安裝於加熱嘴2的熱電偶3，和用以安裝熱電偶3之加熱嘴2上的構成。

如圖4所示，熱電偶3係將二種芯線的前端彼此予以熔接而構成球體狀的測溫接點(測溫部)，且藉由具有電性絕緣性的芯線被覆材將各芯線予以分別覆蓋，更藉由外側被覆材的覆蓋而集束成一條而構成導線。

此外，在加熱嘴2中，係於連接臂部5彼此的間隙中具備有導線的收納部位，且於烙鐵部4中具備有測溫接點的固著部位。茲具體地說明，如圖4所示，在導線收納空部20內，以導線不會從加熱嘴2之表背各面向外側突出的狀態收納導線，且使導線從導線收納空部20之上端部分的開放口延伸，且擴開導線收納空部20的下端而連通至烙鐵凹部9。

再者，在各連接臂部5中，係以將面對導線收納空部20之側面的一部分作出缺口且以連通於導線收納空部20的狀態分別形成有擋止凹部21，且於各擋止凹部21和導線收納空部20的一部分(位於擋止凹部21之間的部分)，係在注入紫外線硬化樹脂或熱硬化樹脂等樹脂之後使其硬化而具備導線擋止部，且藉由此導線擋止部而阻止導線從導線收納空部20偏移開而從加熱嘴2突出。

另外，在上述實施型態中，雖例示了熱電偶3作為本發明的溫度感測器，但亦可採用任何構成的溫度感測器而安裝至加熱嘴2。

接著說明耐氧化性覆膜層。

在加熱嘴2中，每次熱壓接都會反復升溫、冷卻，故表面易於氧化，尤其在烙鐵部4(發熱部)附近和熔接有熱電偶3的部分氧化特別顯著。因此，發熱部附近的氧化部分會剝離而使強度降低，而會產生在加壓時破損的缺陷，此外，熱電偶3的熔接部分會腐蝕而使得強度降低，終至發生熱電偶3脫離而無法使用等的缺陷。

因此，在本實施型態中，係在加熱嘴2的表面形成耐氧化性覆膜層而提高了耐氧化性。以下包含製造步驟在內進行具體的說明。

首先。關於成為素材(基材)的金屬板，具體而言，較佳為使用過去一般所使用的鎢(硬度HV430左右)、耐研磨性比鎢合金(硬度HV200至400左右)更優異之所謂超硬材(硬度HV900至2400)(正式名稱：超硬質合金，將硬質之金屬碳化物之粉末燒結而成的合金)，且將此超硬材的板材藉由線切割而切出成預定形狀。再者，當形成前述之凹陷部13的情形下，係可藉由放電加工(模具使用)、端銑刀(end mill)加工等進行加工。此外，若為溝部15，即可不同於將成為素材的金屬板進行加工的情形，改變90度角度，亦即設定為金屬板的表面方向與線的方向平行而藉由線切割進行加工。

接著，對於前述的切出片施行鍍覆前處理，且於之後浸漬於溶解槽中進行通電，從而在前述切出片的表面形成由鎳所形成的耐氧化性覆膜層，亦即施行鎳鍍覆。之後，從溶解槽拉起而施行洗淨等的後處理。

再者，將熱電偶3的測溫接點予以雷射熔接於形成在烙鐵部4之上部之V字形或U字形的測溫固著部。在此熔接中，由於在測溫固著部的表面(固著接觸面)形成有鎳層的覆膜，故潤濕性提高，藉此提升熔接的確實性、熔接強度。此外，當熔接時的潤濕性被提高，即可比習知更抑制雷射的輸出，並且可抑制對於基材造成的損傷，且可謀求品質提升與能源消耗的節約。

若熱電偶3的熔接結束，即進一步施行鍍覆前處理，將裝設有熱電偶3的加熱嘴單元1浸漬於電解液中，且對於包含有熱電偶3之測溫接點之整體的表面施行鎳鍍覆。

當使用以此方式製作的加熱嘴單元1時，耐氧化性即會提升，故可抑制因為烙鐵部4或熱電偶3之安裝部分之氧化所引起的剝離或強度降低，且可藉此使耐久性提升。尤其是當基材使用超硬材且施行鎳鍍覆時，潤濕性即提升且亦可使熔接性提升，可使耐久性確實地提升。另外，由於熱電偶3主成分為鎳，故鎳鍍覆親和性良好。此外，耐氧化性覆膜不限定於鎳鍍覆，例如亦可為金鍍覆等。

前述之實施型態的所有觀點均為例示，不應認定為用以限制本發明。本發明不限定於上述的說明，應為申請專利範圍所示，其包含在與申請專利範圍均等的涵義和範圍內的所有變更。例如，如圖5(r)所示，亦可形成為在以壓製加工形成凹陷部13之際，使衝頭(punch)突入使凹陷部13的緣部隆起而使壁面14的高度超過板厚形成為變高變大(實施例15)。