CN103430398A

CN103430398A - 超声波接合方法

Info

Publication number: CN103430398A
Application number: CN2012800128555A
Authority: CN
Inventors: 高屋敷阳介
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2011-03-15
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2013-12-04
Also published as: DE112012001232T5; RO129409A2; JP2012192413A; WO2012124826A1; US20140014709A1; US9550252B2

Abstract

本发明提供了一种用于执行通过移除电线的涂层而被暴露的导体部相对于端子的超声波接合的超声波接合方法。该超声波接合方法包括：将电线的导体部和端子保持在砧座与形成有凹部的砧头之间；以及将超声波振动施加于被保持在砧座和砧头之间的电线的导体部和端子。该导体部被收纳在凹部中，该凹部具有是电线的导体部的横截面面积的0.89到1.46倍之大的空间面积。

Description

超声波接合方法

技术领域

本发明涉及一种超声波接合方法。

背景技术

已知一种用于接合电线与端子的超声波接合方法，其中电线的导体部和端子被保持在砧头与砧座之间，并且通过施加超声波振动而移除电线的导体部的表面上的氧化薄膜和锈迹。

已知的是，在上述超声波接合方法中，为了防止在导体部和端子的接合区域中由于导体部的横截面面积降低而引起接合强度降低，能够在预先在导体部上挤压之后在执行超声波接合（参考专利文献1）。此外，已知的是，在上述超声波接合方法中，为了防止当在执行超声波接合时砧头的中央部的挤压作用力变大而两个侧部的挤压作用力变小，能够通过在砧头的两个侧部处设置突起来均衡挤压作用力（参考专利文献2）。

引用列表

专利文献

专利文献1：JP-A-2006-172927

专利文献2：JP-A-2005-319497

发明内容

技术问题

在于专利文献1中描述的超声波接合方法中，为了防止接合强度降低，必须预先执行挤压。因此，设置挤压工艺是不可避免的，并且必须提供挤压装置。此外，在于专利文献1中描述的超声波接合方法中，可能在砧头与端子之间产生毛刺。另外，即使在于专利文献2中描述的超声波接合方法中也可能产生毛刺。

本发明被实现以解决上述问题，并且本发明的目的在于提供一种超声波接合方法从而能够防止接合强度降低且同时能够抑制毛刺的产生。

解决问题的方案

本发明的一个方面提供一种用于执行通过移除电线的涂层而暴露出的导体部相对于端子的超声波接合的超声波接合方法，所述超声波接合方法包括：将所述电线的所述导体部和所述端子保持在砧座与形成有凹部的砧头之间；以及将超声波振动施加于被保持在所述砧座与所述砧头之间的所述电线的所述导体部和所述端子，其中，所述导体部被收纳在所述凹部中，所述凹部具有是所述电线的所述导体部的横截面积的0.89到1.46倍之大的空间面积。

根据该超声波接合方法，包括将电线的导体部和端子保持在砧座与形成凹部的砧头之间的第一步骤。在第一步骤中，导体部被收纳在凹部中，该凹部具有是电线的导体部的横截面面积的0.89-1.46倍之大的空间面积。这里，发现：能够通过将导体部收纳在具有是电线的导体部的横截面面积的0.89-1.46倍之大的空间面积的凹部中，并且施加超声波振动而获得大于60MPa的接合强度。此外，发现：当导体部被收纳在具有上述范围的空间面积的凹部中并且施加超声波振动时，毛刺的量为0mm³。因此，在能够防止接合强度降低的同时能够抑制毛刺的产生。

此外，端子可以具有平板形状，所述平板形状不具有用于在面对电线的导体部的表面上限制导体部的运动的侧壁。

根据该超声波接合方法，电线的导体部和在面对该导体部的表面上不具有侧壁的平板形端子被保持。因为砧头将导体部收纳在凹部中，所以即便端子并不具有侧壁，也能够利用由砧头附加的负荷来防止导体部横向地移开，并且能够超声波地接合并不具有侧壁的所述端子。

此外，凹部可以在横截面中具有或者梯形形状或者半圆形形状。

而且，凹部可以在一个横截面中具有梯形形状而在另一个横截面中具有半圆形形状。

本发明的有利效果

根据本发明，能够提供一种超声波接合方法，从而能够防止接合强度降低并且同时能够抑制毛刺的产生。此外，能够对不具有侧壁的端子执行超声波接合以满足节约空间以及减小制造部件的损失的要求，而无需执行前处理。

附图简要说明

图1是示出根据本发明的一个实施例的用于执行超声波焊接方法的超声波接合装置的实例的示意图；

图2是示出图1所示超声波接合装置的超声波接合部的主要部分的放大透视图。

图3A、3B和3C是示出现有技术中砧头的超声波接合的状态的示意图，其中图3A示出在超声波接合时的状态、图3B示出在超声波接合之后的导体部和端子，并且图3C示出图3B的IIIC-IIIC截面；

图4A、4B和4C是示出根据本发明的实施例的砧头的超声波接合的状态的示意图，其中图4A示出在超声波接合时的状态、图4B示出在超声波接合之后的导体部和端子，并且图4C示出图4B的IVC-IVC截面。

图5是示出根据该实施例的、砧头的凹部与电线的导体部的关系的示意侧视图。

图6是示出导线填充因子（%）与接合强度（MPa）的关系的曲线图。

图7是示出导线填充因子（%）与毛刺的量（mm³）的关系的曲线图。

附图标记列表

1：超声波接合装置

10：电源

20：振动器

30：超声波接合部

31：砧头

31a：凹部

32：砧座

40：电线

41：导体部

50：端子

具体实施方式

接着，参考附图描述本发明的实施例。图1是示出根据本发明的实施例的用于执行超声波焊接方法的超声波接合装置1的实例的示意图。图1所示超声波接合装置1将通过移除电线40的涂层而暴露出的导体部41以超声波方式接合到端子50，并且如图所示包括电源10、振动器20和超声波接合部30。

电源10是在超声波接合部30中执行超声波接合的AC电源。振动器20利用来自电源10的交流电而振动。超声波接合部30具有砧头31和砧座32并且如下地接合导体部41和端子50。超声波接合部30将电线40的导体部41和端子50保持在砧头31与砧座32之间，并且通过振动器20使得砧头31振动以在超声波接合部中传播超声波振动能量。

图2是示出图1所示超声波接合装置1的超声波接合部30的主要部分的放大透视图。在与导体部41相接触的砧头31的表面处形成凹部31a。当施加超声波振动时，砧头31将电线40的导体部41收纳在凹部31a中。此外，在该实施例中，端子50由平板形成，并且不具有侧壁（即，管筒）。从图2清楚地看到，凹部31a从砧头31的侧面31b连续地形成至相对的侧面31c，以便在与导体部41相接触的该砧头31的表面中沿着纵向方向收纳电线40的该导体部41。

上述超声波焊接装置1的超声波接合方法包括：将电线40的导体部41和端子50保持在形成有凹部31a的砧头31与砧座32之间的第一步骤；和将超声波振动应用于在第一步骤中所保持的电线40的导体部41以执行超声波接合的第二步骤。

图3A-3C是示出现有技术中砧头的超声波接合的状态的示意图，其中图3A示出在超声波接合时的状态、图3B示出在超声波接合之后的导体部和端子，并且图3C示出图3B的IIIC-IIIC截面。

如在图3A中所示，将导体部141和端子150保持在砧头131与砧座132之间，并且施加超声波振动。然而，砧头131并不具有相当于所述凹部31a的部分。因此，导体部141并未被收纳在凹部中，并且为了防止导体部141在超声波接合时横向地移开，端子150的侧壁151是必需的。

当利用这种方法执行超声波接合时，如在图3B和3C中所示，在砧头131与端子150的侧壁151之间的间隙中产生毛刺142。当产生毛刺142时，可能损坏其它部分，并且当毛刺142落下并且接触其它导电部分时，可能引起短路。

图4A-4C示出根据该实施例的砧头31的超声波接合的状态的示意图，其中图4A示出在超声波接合时的状态、图4B示出在超声波接合之后的导体部和端子，并且图4C示出图4B的IVC-IVC截面。

如在图4A中所示，根据本实施例的砧头31具有凹部31a。因此，导体部41被收纳在凹部31a中。即便端子50并不具有侧壁，也能够利用由砧头31附加的负荷来防止导体部41横向地移开。不具有侧壁的端子50能够以超声波方式被接合。

此外，当利用根据本实施例的方法执行超声波接合时，如在图4B和4C中所示，抑制了毛刺的产生。此外，也抑制了接合强度的降低。这些是通过将凹部31a设定为预定尺寸而实现的。

图5是示出根据本实施例、砧头31的凹部31a与电线40的导体部41的关系的示意侧视图。如在图5中所示，凹部31a沿着电线40的纵向方向形成在砧头31中。当将在沿着纵向方向观察砧头31时由空间形成的面积假设为S并且导体部41的横截面积为A时，如下示出导线填充因子X（=A/S*100）（%）。

图6是示出导线填充因子（%）与接合强度（MPa）的关系的曲线图。图6所示实例示出了当将空间面积S固定为6mm²并且改变导体部41的横截面面积时所测量的接合强度的结果。如在图6中所示，当导线填充因子X为52%时，接合强度为大约58MPa。此外，当导线填充因子X为大致80%时，接合强度为63MPa，并且当导线填充因子X为112%时，接合强度为66MPa。此外，当导线填充因子X为大致132%时，接合强度为46MPa，并且当导线填充因子X为大致157%时，接合强度为27MPa。

发现的是，为了确保接合强度大于60MPa，导线填充因子X应该大于66.5%并且小于112%。因此，发现，如果将凹部31a设置为使得导线填充因子X大于66.5%并且小于112%，则能够确保接合强度大于60MPa。

图7是示出导线填充因子（%）与毛刺的量（mm³）的关系的曲线图。类似于图6的测量，图7所示实例示出了当将空间面积S固定为6mm²并且改变导体部41的横截面面积时所测量的毛刺的量的结果。如在图7中所示，当导线填充因子X为52%、大致80%、112%、大致132%、和157%时，毛刺的量为0mm³。

因此，发现：如果将凹部31a设置为使得导线填充因子X大于52%并且小于157%，则能够抑制毛刺的产生。

因此，为了防止接合强度降低并且抑制毛刺的产生，应该将凹部31a设置为使得导线填充因子X大于66.5%并且小于112%。即，在该实施例中，能够认为凹部31a应该具有是电线40的导体部41的横截面积的0.89（1/1.12）到1.46（1/0.665）倍之大的空间面积S。

因此，根据本实施例的超声波接合方法包括将电线40的导体部41和端子50保持在砧座32与形成有凹部31a的砧头31之间的第一步骤。在第一步骤中，将导体部41收纳在凹部31a中，该凹部31a具有是电线40的导体部41的横截面积的0.89到1.46倍之大的空间面积S。这里，发现：能够通过将导体部41收纳在具有是电线40的导体部41的横截面积的0.89到1.46倍之大的空间面积S的凹部31a中，并且施加超声波振动而获得大于60MPa的接合强度。此外，发现：当导体部41被收纳在具有上述范围的空间面积S的凹部31a中并且施加超声波振动时，毛刺的量为0mm³。因此，在能够防止接合强度降低时，也能够抑制毛刺的产生。

此外，电线40的导体部41和不具有侧壁的平板形端子50被保持。因为砧头31将导体部41收纳在凹部31a中，所以即便端子50并不具有侧壁，也能够利用由砧头31附加的负荷来防止导体部41横向地移开，并且不具有侧壁的端子50能够以超声波方式被接合。

虽然在JP-A-2000-202642中公开了在与电线的导体部相接触的砧头的表面处形成凹部的砧头，但是即便考虑本公开中描述的超声波接合方法，其并未述及凹部与导体部的关系可以导致接合强度的降低和毛刺的产生。

虽然已经基于实施例描述了本发明，但是本发明不限于上述实施例，并且可以在不偏离本发明的范围和精神的情况下做出修改。例如，在该实施例中，凹部31a的横截面是梯形的，但是不仅是特别地梯形形状，凹部31a还可以具有其它形状诸如半圆形形状。此外，横截面的形状并不需要沿着电线纵向方向是均匀的。例如，该形状可以在某个横截面中是梯形形状，但是在另一个横截面中是半圆形形状。

本申请基于2011年3月15日提交的日本专利申请No.2011-056166并且要求其优先权，其内容通过引用而并入。

Claims

1.一种用于执行导体部相对于端子的超声波接合的超声波接合方法，该导体部是通过移除电线的涂层而暴露出的，该超声波接合方法包括：

将所述电线的所述导体部和所述端子保持在砧座与形成有凹部的砧头之间；以及

将超声波振动施加于被保持在所述砧座与所述砧头之间的所述电线的所述导体部和所述端子，

其中，所述导体部被收纳在所述凹部中，所述凹部具有是所述电线的所述导体部的横截面积的0.89到1.46倍大的空间面积。

2.根据权利要求1所述的超声波接合方法，其中，

所述端子具有平板形状，该平板形状不具有用于限制所述导体部在面对所述电线的所述导体部的表面上的运动的侧壁。

3.根据权利要求1或者2所述的超声波接合方法，其中，

所述凹部在横截面中具有梯形形状或者半圆形形状。

4.根据权利要求1或者2所述的超声波接合方法，其中，

所述凹部在一个横截面中具有梯形形状，而在另一个横截面中具有半圆形形状。