CN107848063A - 加热芯片、结合装置和结合方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有烙铁部的加热芯片，所述烙铁部具有优异的导热性和发热特性，所述加热芯片能够高效、稳定且可靠地进行将导线与端子构件接合的加工。加热芯片(10)具有在加热芯片(10)处于正常使用方位时位于最低端的烙铁部(12)和与烙铁部(12)一体形成并从烙铁部(12)的左右端对称或不对称地向上延伸的一对连接端子(14L、14R)。烙铁部(12)的横截面积等于或小于在通电时在加热芯片内流动的电流的路径上的连接端子(14L、14R)的横截面积。在烙铁部(12)的一个侧表面(12b)上形成有凹入部(18)。在烙铁部(12)的背面(12c)上附接有热电偶(24)，在它们之间布置有突起(22)。

Description

加热芯片、结合装置和结合方法

技术领域

本发明涉及一种用于接合导线与端子构件的加热芯片、接合装置和接合方法。

背景技术

引线框架通常用作将电气部件(例如半导体器件、天线线圈等)与外部电路电连接的导电元件。一般来说，引线框架具有一组待连接至电气部件的所有外部端子或电极的引线，这些外部端子或电极沿一维方向以相同的布置模式重复地形成。引线框架适合于大批量处理电气部件的端子连接。

通常，为了将从电气部件或外部电路延伸的导线连接至引线框架，要执行一种端子连接处理方法，其中通过热压结合方式暂时固定待接合物体，然后通过激光焊接或电弧焊接稳定且牢固地固定待接合物体。在用于进行这种热压结合以实现临时固定的自动接合装置中，使用图19所示的加热芯片作为接合工具(例如参见专利文献1)。

这种加热芯片100具有由高熔点的钨或钼等基底金属材料构成的大致U形的板体。加热芯片100具有从主体的底部沿下凹方向(姿态)向下突出的烙铁部102、以及待附接至加热头110的左右连接端子部。在所示的加热头110中，加热芯片100的左右连接端子部104L和104R以物理和电气方式连接至通向加热电源(未示出)的一对供电导体104L和104R的侧面。加热头110包括用于通过供电导体112L和112R上下移动加热芯片100的升降机构(未示出)、以及用于将加热芯片100朝待接合物体按压的加压机构(未示出)。在供电导体112L和112R之间插入有绝缘体116。

图19示出了例如由铜合金制成的一种示例性引线框架120，该引线框架120包括杆状框架部120a和多个T形端子片部120b，这些T形端子片部120b从一个侧表面沿着框架部120a的长度方向按一定的间隔突出。在每个端子片部120b上布置有从电气部件(未示出)延伸出的导线122，导线122通过线夹(未示出)接合到端子片部120b上。

当加热头110将加热芯片100降下时，烙铁部102的烙铁头面(底面)102a在适当的压力下与布置在烙铁部102正下方的引线框架120的端子片部120b之一上的导线122接触，如图20所示。引线框架120由电绝缘支撑夹具124从下方支撑。

在加热芯片100的烙铁部102被压在待接合物体(122、120b)上的状态下，加热电源接通，以向加热芯片100供应电流。然后，加热芯片100的烙铁部102通过电阻加热产生热量，并加热待接合物体(122、120b)。因此，导线122的绝缘膜受热熔化发生剥落，并且导线122的暴露部分同时受到来自加热芯片100的热量和挤压力，从而发生塑性变形，通过热压结合与端子片部120b连接起来。

经过一定时间(通电时间)后，加热电源停止通电。在经过另一段时间(保持时间)之后，加热头110抬起加热芯片100，使其与待接合物体(122、120b)分离。上述热压结合操作对于引线框架120上的所有待接合物体(122、120b)重复执行。

如上所述的常规加热芯片100也常用于回流焊接。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本公开专利公告2005-66636

发明内容

本发明要解决的问题

如上所述，在将导线122接合到引线框架120的应用中，在用于临时固定的热压结合过程中使用常规的加热芯片100，而主要或正式的接合过程通过激光焊接或电弧焊接进行。此外，还经常使用浸焊，其中导线122缠绕在引线框架120的端子片部120b上，然后浸入焊料槽中。迄今为止，还不知道有任何既不需要激光焊接又不需要电弧焊接或浸焊的热压结合的正式接合过程。

原因在于，加热芯片100的烙铁部102的加热效率太低，不足以将从烙铁部102向待接合物体(122、120b)提供的热量以与加热头110施加在待接合物体(122、120b)上的挤压力相符的速度加热到高温。引线框架120具有提高散热性(导热性)的趋势。除非烙铁部102的加热温度升高得足够快，能够克服引线框架120吸收的热量，否则难以促进扩散结合并在待接合物体(122、120b)中获得稳定且牢固的接头。

为了解决这个问题，可考虑利用温度传感器(例如热电偶(未示出))测量加热芯片100的烙铁部102的温度、并且更强地控制提供给加热芯片100的电力以使得热电偶的输出(实测温度)变为期望值的方法。但是，由于热电偶通常附接至烙铁部102的远离烙铁头面102a的部分上，因此由热电偶测量的烙铁部102的该部分的温度与烙铁头面102a的实际温度之间存在一定程度的偏差。在待接合物体上的吸热量像引线框架一样多的情况下，即使从热电偶获得的监测结果是设定值，烙铁头面102a的实际温度也往往显著或无限地低于该设定值。当烙铁头温度监测的可靠性很低时，热电偶是无用的。

在作为加热芯片的另一种应用的回流焊接中，需要适当地控制预先施加在端子构件上的焊料的熔化和蠕变。但是，在使用对烙铁部周围的通电发热的响应性很差的常规加热芯片100时，存在的一个问题是，即使在加热电源侧高速且精细地控制电流，也难以实现成功且精确的接合。

本发明是为了解决上述现有技术问题而做出的。本发明的一个目的在于提供一种加热芯片，该加热芯片的烙铁部的通电发热特性优异，能够高效且稳定地进行将细导线接合至端子构件的接合过程；本发明的另一个目的在于提供一种使用该加热芯片的接合装置和接合方法。

解决问题的方案

本发明的加热芯片是用于将细导线接合至端子构件的加热芯片，其包括：与布置在端子构件上的导线的一个端部抵接或接触的烙铁部；以及一对连接端子部，其与所述烙铁部一体地形成，并且从所述烙铁部的左右两端对称或不对称地延伸，从而与从加热电源引出的供电导体形成物理和电气连接；其中所述烙铁部具有与所述导线和所述端子构件相对的烙铁头面、以及与所述烙铁头面相连且具有凹入部的侧面；并且其中所述烙铁部在其整个部分上的横截面积等于或小于在通电时流动的电流的路径上的所述连接端子部的横截面积。

根据上述构造，其中整个烙铁部的整个截面的横截面积被限制为等于或小于加热芯片通电时流动的电流的路径上的两个连接端子部的横截面积，并且其中在烙铁部的至少一个侧面上形成有凹入部时，能够显著改善烙铁部(特别是在烙铁头面附近)的通电发热特性或温度特性(上升特性和下降特性)，并能成功且可靠地完成将细导线接合至端子构件的接合过程。

在一种优选实施方式中，凹入部在烙铁头面的侧面是开敞的，并从烙铁头面延伸到与烙铁部相对的背面。在该构造中，由于烙铁部有效地变窄，因此电流或电阻加热在烙铁部上进一步集中，并且烙铁部的加热特性和冷却特性得到进一步改善。

在另一种优选实施方式中，温度传感器(通常为热电偶)附接至与烙铁部的烙铁头面相对的背面，优选附接至其左右方向上的中心位置，或者在背面布置有鳍状或块状的突出散热构件。利用在烙铁部的背面附接有热电偶或布置有散热构件的上述构造，在烙铁部的背面附近产生的焦耳热迅速释放到外部，并且由此促进热量在烙铁部的烙铁头面上的集中，从而进一步改善烙铁部相对于待接合物体的加热性能。在此情况中，由于烙铁头面的温度(加热温度)与热电偶的实测温度之间的对应关系非常好，能够进一步提高热电偶监测烙铁头温度的精确性和可靠性，因此凹入部从烙铁头面至相对侧的背面连续地形成的构造更合乎要求。

在另一种优选实施方式中，在烙铁部的熨斗端面上形成有凸面部，该凸面部作为与细导线接触并被抛光的区域。在清洁烙铁头面时，仅抛光凸面部的区域就足够了，这能最大限度地减少抛光操作。

在另一种优选实施方式中，使用烧结金属或烧结合金作为烙铁部和连接端子部的材料。根据这种构造，即使在烙铁头面因多次使用而发生磨损和劣化(氧化)时，也不易出现裂纹或剥落，因此能延长加热芯片的寿命。

本发明的接合装置包括：本发明的加热芯片；加热头，其用于支撑加热芯片，并在将细导线接合至端子构件时使加热芯片的烙铁部的烙铁头面与端子构件上的细导线接触；以及加热电源，其用于向加热芯片提供用于电阻发热的电流。

在具有上述构造的接合装置中，由于使用本发明的加热芯片作为接合工具，因此能够提高用于将细导线与端子构件接合的接合过程的效率和可靠性，从而提高热压结合或回流焊接的生产率。

本发明的第一方面的接合方法是一种使用本发明的接合装置将细导线接合至端子构件的接合方法，该方法包括：将细导线布置在端子构件上的第一步骤；控制加热头以使加热芯片的烙铁部与端子构件上的细导线接触并向细导线和端子构件施加预定的挤压力的第二步骤；控制加热电源向加热芯片通电并利用烙铁部的加热和挤压力使导线与端子构件紧密接触以促进扩散结合的第三步骤；以及控制加热电源在预定时刻停止加热芯片的通电并在经过预定时间之后控制加热头使烙铁部与导线分离的第四步骤。在端子构件包括提供很大吸热能力的构件(例如引线框架)的情况下，这种接合方法尤其具有显著优点。

本发明的第二方面的接合方法是一种使用本发明的接合装置将细导线接合至端子构件的接合方法，该方法包括：在端子构件上通过焊料布置细导线的第一步骤；控制加热头以使加热芯片的烙铁部与端子构件上的细导线接触并向导线和端子构件施加预定的挤压力的第二步骤；控制加热电源向加热芯片通电并通过烙铁部的加热来熔化焊料的第三步骤；以及控制加热电源在预定时刻停止加热芯片的通电并在经过预定时间之后控制加热头使加热芯片的烙铁部与导线分离的第四步骤。

发明效果

根据本发明的包括上述构造和操作的加热芯片，能够改善加热芯片的烙铁部(特别是在烙铁头面的附近)的通电发热特性，并能够有效且可靠地进行将导线接合至端子构件的接合过程。

此外，根据使用本发明的加热芯片的接合装置或接合方法，能够提高将导线接合至端子构件的接合过程的质量和生产率。

附图说明

图1是本发明的一种实施方式的加热芯片的构造的透视图；

图2是加热芯片的前视图；

图3是沿图2中的A-A线截取的横截面图；

图4是该实施方式的接合装置的整体构造的示意图；

图5是使用上述接合装置通过热压结合将导线接合至端子构件的一个实例的情况的透视图；

图6是示出热压结合过程的每个步骤的局部剖视图；

图7是示出上述实施方式的加热芯片的烙铁头温度特性与对比实例的加热芯片的烙铁头温度特性对比图；

图8是对比实例的加热芯片的透视图；

图9是该实施方式的加热芯片的主要部件的展开构造的示意图；

图10是对比实例的加热芯片的主要部件的展开构造的示意图；

图11是一种变化实例的加热芯片的构造的前视图；

图12是从底部观察时图11的加热芯片的烙铁部的构造的局部放大仰视图；

图13是另一种变化实例的加热芯片的构造的前视图；

图14是从底部观察时图13的加热芯片的烙铁部周围的构造的局部放大仰视图；

图15是另一种变化实例的加热芯片的构造的透视图；

图16是另一种变化实例的加热芯片的构造的透视图；

图17是另一种变化实例的加热芯片的构造的透视图；

图18是使用上述实施方式中的接合装置通过回流焊接将导线接合至端子构件的过程的每个步骤的视图；

图19是常规加热芯片的一个实例和使用加热芯片进行暂时固定的热压结合过程的一个实例的透视图；

图20是图19的热压结合过程中处于通电状态的加热芯片的前视图。

具体实施方式

在下文中将参照图1至18说明本发明的一些优选实施方式。

[实施方式中的加热芯片和接合装置的构造]

图1至图3示出了本发明的一种实施方式的加热芯片的构造。图1和图2分别是加热芯片的透视图和前视图，图3是沿着图2的A-A线截取的加热芯片的横截面图。

本实施方式中的加热芯片10例如由厚度约3mm的硬板状的耐火金属构成，通过电火花线切割加工成为大致U形的形状(从前面观察时)。

如后文中所述，加热芯片10包括具有特征结构的烙铁部，即使芯片材料具有低导热性，烙铁部也能够提供快速高温发热特性和冷却特性。因此，在耐久性(特别是耐磨损性)方面有利的烧结金属(例如烧结钨)或烧结合金(例如烧结钨合金)适合于作为加热芯片10的材料。

加热芯片10包括以正常使用模式的姿态位于最低位置的烙铁部12和与烙铁部12一体形成的一对连接端子部14L和14R。连接端子部14L和14R的横截面积随着这些连接端子部从烙铁部12的左端和右端向上对称地(或不对称地)延伸而增大。连接端子部14L和14R在各自的上端部具有螺栓通孔16L和16R。

在加热芯片10中，烙铁部12不从连接端子部14L和14R中的任何一个向下突出。烙铁部12的下端处的烙铁头面12a基本上与连接端子部14L和14R的下端齐平。沿着通电时在加热芯片10中流动的电流的路径，烙铁部12的整个长度或整个部分的横截面积等于或小于连接端子部14L和14R中的任何一个部分的横截面积。

在与烙铁部12的烙铁头面12a相连的一个侧面(图1和图2中所示为前面)12b上形成有凹入部18。凹入部18在烙铁部12的左右端部之间沿侧向弯曲，从而凹陷的深度在凹入部18的中心处最大。在纵向方向上，凹入部18至少在烙铁部的下端处的烙铁头面12a的一侧是敞开的，优选在与烙铁头面12相对的上表面或背面12c的一侧也是敞开的，如图所示。即，凹入部18从烙铁头面12a延伸至烙铁部12的背面12c(从前面12b的下端至上端)。另外，凹入部18优选倾斜地延伸(图3(a))，从而凹陷的深度从烙铁头面12a朝与烙铁头面12a相对的上面或背面12c逐渐减小(从另一个观点来说，烙铁部12a的横截面积随着烙铁部12a接近烙铁头面12a而减小)，或者从烙铁头面12a竖直延伸到背面12c(图3(b))。烙铁部12的另一个侧面(图1和图2中所示为背面)与连接端子部14L和14R齐平。

在烙铁部12的烙铁头面12a上，形成有平坦的突出部或凸面部20，该突出部或凸面部与烙铁部12的侧向的中心位置(凹入部18的凹陷在该位置最大)相邻。凸面部20需要抛光，因为在接合过程中它与金属导线直接接触并且容易磨损和劣化。在抛光时，凸面部20有规律地或不时地与磨石接触。凸面部20的突出量h(图2、图3)的初始值例如被设定为0.3毫米或更小，以尽可能不降低烙铁部12的加热功能。

在烙铁部12的背面12c上，在烙铁部12的侧向的中心位置处一体地形成有突起22，该突起例如朝高度方向突出1毫米以上。作为温度传感器的热电偶24附接至突起22。热电偶24的端部(温度测量端)例如通过电弧焊接合至突起22。

像常规的加热芯片100(图19和图20)一样，加热芯片10通过螺栓106L和106R安装在加热头110(图19)上。对于给定的待接合物体，加热头110上的加热芯片10用于在预定的处理程序和条件下执行预定的加压和通电发热操作。

图4示出了本实施方式的接合装置30的整体构造。接合装置30包括具有上述结构的加热芯片10、用于支撑加热芯片10并用于在接合时使加热芯片10的烙铁部12a与待接合物体的顶面或上表面压力接触的加热头110、用于向加热芯片10提供用于电阻发热的电流的加热电源32、以及用于控制接合装置的每个部件和整体操作的控制单元46。

加热电源32利用交流波形逆变器电源电路。该电源电路中的逆变器具有四个晶体管开关元件36、38、40和42，这些晶体管包括GTR(大功率晶体管)或IGBT(绝缘栅双极晶体管)等。

在四个开关元件36至42中，第一组(正极性侧)开关元件36和40由从控制单元46经由驱动电路44传来的同相驱动脉冲G1和G3以预定的逆变器(开/关)频率(例如4kHz)同时驱动，第二组(负极性侧)开关元件38和42由从控制单元46经由驱动电路44传来的同相驱动脉冲G2和G4以相同的逆变器频率同时驱动。

逆变器34的输入端子(L0、L1)连接至三相整流电路48的输出端子。三相整流电路48对从三相交流电源端子(R、S、T)输入的工频三相交流电压进行全波整流，将其转换为直流电压。从三相整流电路48输出的直流电压由电容50平波，然后施加到逆变器34的输入端子[L0、L1]。

逆变器34的输出端子(M0、M1)连接至焊接变压器52的初级线圈的两端。焊接变压器52的次级线圈的两端分别经由次级导体114L和114R连接至加热芯片10的连接端子部22L和22R，而不通过整流电路。

控制单元46包括微型计算机，并执行加热电源32中的所有控制，例如，通电控制(特别是逆变器控制)、各种加热条件的设定、显示处理等，并且还控制加热头110。

在加热电源32中，表示加热芯片10的烙铁部12的温度的电信号(烙铁温度测量信号)从附接至加热芯片10的烙铁部12的热电偶24经由电缆25提供至控制单元46。在进行电流反馈控制的情况下，例如由电流互感器构成的电流传感器54附接至初级电路侧的导体。根据电流传感器54的输出信号，在电流测量电路56中获得初级电流或次级电流的测量值(例如有效值、平均值或峰值)，并将电流测量信号提供至控制单元46。

接合装置30包括逆变器型加热电源32，该加热电源提供高速且精细的通电控制功能，并允许加热芯片10最大限度地发挥其快速高温发热功能和快速冷却功能。

[热压结合的实例]

下面将参照图5至图7说明使用上述构造的接合装置30通过热压结合将导线接合至端子构件的一种实施方式。

如图5所示，在该实施方式中，与上述的现有技术(图19和图20)类似，从电子部件(未示出)或外部电路(未示出)延伸的导线122接合至引线框架120的端子片部120b。但是，在该实施方式中进行的热压结合不是用于临时固定，而是用于最终接合过程，不需要激光焊接、电弧焊接等后续处理。

导线122例如是线径为300微米以下的铜线或铝线，可以是包覆线，也可是裸线。如上所述，引线框架120由铜合金(或铁镍合金)制成，并具有杆状框架部120a和多个T形端子片部120b，这些端子片部120b从一个侧面沿框架部120a的长度方向按一定的间隔突出。

在附图中，在引线框架120上，从加热芯片10的正下方偏置的左侧端子片部120b'已承受了热压结合的接合过程，其中，导线122的远端部分122e'被压平，并通过热压结合(扩散结合)的接合过程牢固地耦合至相应的端子片部120b'。在位于加热芯片10的正下方的右侧导线122上布置有以未处理的状态与之接合的导线122。

当接合装置30(图4)被激活时，加热头110首先操作。通过加热头110的作用，加热芯片10降低，烙铁部12的烙铁头面12a(更准确地说是凸面部20)与导线122的尖端部122e的顶面接触，如图6(a)所示。然后，加热电源32(图4)被激活，开始向加热芯片10通电，同时加热头110通过加热芯片10向待接合物体(122、120b)施加预定压力或载荷。

在开始通电时，电流I流过加热芯片10中的左侧连接端子部14L→烙铁部12→右侧连接端子部14R的路径，或流过相反方向的路径，并且在电流I所流过的加热芯片的每个部分产生与电流I的有效值的平方成正比的焦耳热。在此情况中，由于各个部分的材料是相同的，并且加热芯片10中的电阻率是均匀的，因此在上述电流路径中的具有较小横截面积(与电流路径正交的面积)的部分上集中较多电流并产生较多焦耳热。

在该实施方式的加热芯片10中，烙铁部12的横截面积等于或小于在通电时电流所流过的路径上的连接端子部14L，14R的横截面积。只有在这种构造的条件下(以及在图8所示的对比实例的构造的条件下)，烙铁部12才能以充分高于连接端子部14L和14R中的任何一个的温度产生热量。

此外，在该实施方式的加热芯片10中，在烙铁部12的一个侧面12b上形成有具有上述轮廓的凹入部18。凹入部18允许烙铁部12的横截面积(特别是左右方向上的中心部分)进一步变小，从而使烙铁部12上的电流或电阻加热量的集中进一步增加，由此显著改善烙铁部12的发热温度特性和冷却特性(特别是在烙铁头面12a附近)。

更具体地说，在烙铁部12的上部，在其中产生的一部分或更多焦耳热迅速通过热电偶24逸出到外部，从而抑制了其中的快速升温。另一方面，在烙铁部12的下部和中间部分，产生的焦耳热被保持在其中，然后通过烙铁头面12a传递至待接合物体(122、120b)。因此，即使引线框架上的吸热较多，烙铁部12的下部和中间部分也会克服吸热而使烙铁部12的温度升高。而且，随着温度的升高，电阻以恒定的温度系数而增大，从而焦耳热进一步增加。这种正反馈引起烙铁部12的温度快速升高，导致足够的热量供应，从而促进向待接合物体(122、120b)的扩散结合。

如上所述，在该实施方式的加热芯片10中，因通电而在加热芯片中流动的电流I产生电阻热，该电阻热集中在烙铁部12的烙铁头面12a附近。这允许使用具有较低导电性和导热性的烧结金属或烧结合金作为加热芯片10的材料，以使烙铁部12的烙铁头温度急剧升高，如图7中的实线图F所示。这样也很容易实现1000℃以上的企及温度。

在图7中，横轴(时间轴)上的t0～t1表示通电时间，竖轴上的Ts表示开始通电之前的初始温度，Tp表示设定的企及温度。如该曲线图所示，温升越陡峭，烙铁头温度在预定通电时间(T0～T1)内可以到达的企及点(峰值)Tp就越高。

应说明的是，使用具有很高温度检测速度的非接触型温度测量仪器(例如辐射温度计)能够获得烙铁头温度随时间变化的特性(温度波形)。热电偶24的输出(实测温度)相对于烙铁头温度按一定的时延变化。在该实施方式中，烙铁部10的烙铁头面12a附近的发热温度很高，附接至烙铁部12的背面12c上的热电偶24的实测温度与烙铁头面12a的实际温度之间的偏差足够小，使得由热电偶24监测的烙铁头温度的精确性和可靠性很高。

在该实施方式中，如上所述，由于从加热芯片10的烙铁部12供给至待接合物体(122、120b)的热量可根据加热头112的载荷迅速升高到很高温度，因此布置在引线框架120的接线片部120b上的导线122的远端部分122e同时从加热芯片10接收必要且充分的加热和挤压力，从而被瞬间击溃(塑性变形)，如图6(a)→(b)所示，因此能够很好地促进导线122与端子片部122b之间的扩散结合。

在图7中，横轴(时间轴)上的t1～t2表示通电停止后的保持时间。在经过该保持时间之后，如图6(c)所示，加热芯片10被加热头112向上抬起，此时热压结合的接合过程完成。通过热压结合过程，引线60充分扩散结合到端子构件64上，从而稳定且牢固地与端子构件64接合。

在该实施方式的加热芯片10中，在通电期间，产生的热量集中在烙铁部12上(特别是在烙铁头面12a附近)，并且在通电停止之后热量立即从烙铁部12瞬间传递至一直作为反作用物的连接端子部14L，14R，导致烙铁部12的烙铁头温度迅速下降。因此，能够缩短通电停止后的保持时间(t1～t2)，并大大缩短进行热压结合过程所需的时间，从而显著提高按恒定的节拍时间在引线框架120上重复进行端子连接处理的接合装置30的生产效率。

在图7中，以假想线(虚线)G绘出的曲线图示出了对比实例(图8)的加热芯片11的烙铁头温度特性。如图8所示，除了从本实施方式的加热芯片10上去除了凹入部18之外，加热芯片11具有与加热芯片10相同的构造。

加热芯片10和11的烙铁头温度特性之间有显著差异，这取决于在烙铁部12中是否设置有凹入部18。在图9和图10中，以沿横向展开的方式示出了加热芯片10和11的烙铁部周围的构造，以便可一目了然地了解上述差异。

如图10所示，在对比实例的加热芯片11中，烙铁部12仅在图中的延续至连接端子部14L、14R的X方向和Z方向上被压缩。因此，在加热芯片中流动的电流I的路径上，烙铁部12的横截面积与连接端子部14L和14R的最薄部分(邻近烙铁部12)的横截面积基本相同。烙铁部12上的电流集中(特别是在烙铁头面12a附近)受限。

与此相反，如图9所示，在上述实施方式的加热芯片10中，烙铁部12不仅在延续至连接端子部14L、14R的X方向和Z方向上被压缩，而且在附图的Y方向上也被压缩。因此，烙铁部(特别是其中心部分)的横截面积比连接端子部14L和14R的最薄部分(邻近烙铁部12)的横截面积更小，从而使得烙铁部12上的电流集中和由此引起的电阻热集中被进一步加强。

特别是，在上述实施方式中布置在加热芯片10的烙铁部12上的凹入部18构造为使得凹陷的深度从烙铁头面12a向背面12c逐渐减小的情况下(即烙铁部12的横截面积随着接近烙铁头面12a而减小)，能够更高效地实现烙铁部12的烙铁头面12a附近的电流集中和由此引起的电阻热集中。

在该对比实例的加热芯片11中，也可通过加强对烙铁部12周围的X方向和Z方向上的尺寸的限制使烙铁部12的横截面积尽可能小。但是，通过加强X方向和Z方向的这种尺寸限制，烙铁部12的烙铁头面12a和背面12c会变得过于接近，使得在烙铁头面12a附近产生的焦耳热被背面12c一侧的热电偶24(图8)不当吸收。结果，加热芯片11的加热能力被削弱，因此无法有效地改善烙铁头温度的上升特性。

在此方面，本实施方式的加热芯片10构造为可通过减小与X方向和Z方向正交的Y方向上的尺寸来减小烙铁部12的横截面积，同时保持烙铁头面12a与背面12c之间的适当距离，因而能够分别最佳地调节经由背面12c侧的热电偶24散热的散热功能和对烙铁头面12a侧的待接合物体加热的加热功能。

而且，在本实施方式中，由于形成在烙铁部12的一个侧面(前面)12b上的凹入部18从烙铁头面12a延伸至与其相对的背面12c，因此烙铁头面12a的温度(加热温度)与热电偶24的实测温度之间的对应关系良好，从而进一步提高烙铁头温度监测的精确性和可靠性。

另外，根据本实施方式，在如上所述那样使用烧结金属或烧结合金(例如烧结钨)作为加热芯片10的材料的情况下，即使在烙铁头面12a因多次使用而损耗和恶化时，也不会发生剥落或开裂，从而延长加热芯片10的寿命。

关于这一点，在现有技术中，广泛使用通过热轧工艺生产的高导热性钨板作为这种加热芯片的材料。但是，由于热轧型钨板具有层状结构，因此在反复进行通电发热操作时(即，通电期间发热膨胀和通电后冷却收缩的交替重复)，在与待接合物体接触的烙铁头面上容易发生因层状结构引起的层间剥离或开裂。另一方面，烧结钨具有多孔结构而不是层状结构，因此即使膨胀和收缩重复多次，也不会引起烙铁头面中的层间剥落或开裂。

另外，根据该实施方式，在清洁烙铁头面12a时，只需要抛光凸面部20的区域，这是最少的抛光操作。还可以从加热芯片10上省去凸面部20，即，将整个烙铁头面12a形成为平面。

在该实施方式中，如上所述，包括烙铁部12和从烙铁部12的左右两端对称或不对称地整体延伸的一对连接端子部14L和14R的加热芯片10构造为使得在通电时流过的电流的路径上，烙铁部12的横截面积被压缩到不超过连接端子部14L、14R的横截面积，并且凹入部18形成在烙铁部12的至少一个侧表面上。采用这种构造，能够显著改善烙铁部12的通电发热特性和温度特性(上升特性和下降特性)，并能够通过很短暂的热压结合过程将细导线稳定且可靠地接合至端子构件。因此，在大规模量产型接合装置中，能够大幅提高接合过程的质量和生产率。

[其它实施方式和变化形式]

请参考图11至18，下面将说明关于本发明的其他实施方式和变化形式。

图11和图12示出了一种变化实例的构造，其中烙铁部12在上述实施方式的加热芯片10的左右方向上被拉长。图11是加热芯片10的前视图，图12是从底部观察时烙铁头面12a周围的加热芯片10的局部放大仰视图。

在该变化实例中，形成在烙铁部12中的凹入部18构造为凹凸的复杂形状，从而最大限度地增加左右方向上的多个位置(在所示的实例中有两个位置，18(1)和18(2))处的凹陷深度。烙铁头面12a(特别是凸面部20)的排列方式使得烙铁头面12a的左右方向或纵向与导线122的延伸方向平行。

在通电时，从烙铁头面12a(凸面部20)向细导线60供给的热量沿烙铁头面12a(凸面部20)的纵向分散，从而热量在凹入部20的多个最深部分18(1)和18(2)处最大。因此，在细导线60与端子构件64之间广泛地获得了均匀的扩散结合。

图13和图14示出了一种变化实例的构造，其中烙铁部12的烙铁头部12a或凸面部20在左右方向上被分为多个部分。图13是加热芯片10的前视图，图14是从底部观察时烙铁头面12a周围的加热芯片10的局部放大仰视图。

在该实施方式中，凹入部18也形成为不均匀的形式，使得凹陷的深度在多个位置(所示实例中有两个位置，18(1)和18(2))处最大。另外，在烙铁头面12a上与最深部分18(1)、18(2)相邻的位置形成有独立(分开)的凸面部20(1)、20(2)。这些独立的凸面部20(1)和20(2)分别与各条导线122(1)和122(1)接触。通过向加热芯片10通电一次，可将多根导线122(1)和122(1)分别接合至相应的多个端子片部120b(1)和122b(1)。根据此变化实例，使用单个加热芯片10能够将多根导线122(1)和122(1)一起或同时接合至多个端子片部120b(1)和122b(1)。

图15和图16示出了关于按照上述实施方式形成在加热芯片10的烙铁部18中的凹入部18的轮廓的另一个变化实例。如图15所示，可以选择凹入部18在烙铁部12的侧向上呈V形凹陷的构造。如图16所示，也可采用使凹入部18的深度在烙铁部12的左右方向上保持恒定的构造。通过这种方式，可在凹入部18的轮廓上产生各种变形。虽然在附图中未示出，但是还可在烙铁部12的两个侧面(附图中的前面和相对的背面)上形成凹入部18。

为了确保使用热电偶24的温度测量功能的精确性和稳定性，不应在附接有热电偶24的烙铁部12的背面12c上设置凹槽或其它凹部。背面12c优选与烙铁头面12a或凸面部20同样平坦。

图17示出了在上述实施方式的加热芯片10中的烙铁部12的背面12c附接有散热构件60的一种示例性构造。散热构件60由与加热芯片10相同的材料制成，并且整体形成在烙铁部12的背面12c上。为了加强从该处向大气中的散热，散热构件60优选形成为如图所示的鳍状(或块状)形状，或者可以在其表面上镀金。当加热芯片10通电时，在烙铁部12的背面12c附近产生的焦耳热经由散热构件60迅速排放到大气中。换言之，实现了与在烙铁部12的背面12c上附接有热电偶的情况相同的散热效果。应说明的是，可选择散热部件60和热电偶24一起设置在烙铁部12的背面12c上的结构，并且可将热电偶(24)附接至连接端子部14L和14R中的任何一个，虽然这样会降低测量精度。

请参考图18，下面将说明使用上述实施方式的接合装置30和加热芯片10通过回流焊接将导线122接合至陶瓷基板62上的端子构件(接线导体)64的一种实施方式。一般说来，这种类型的端子构件64的材料是银或银合金。

在此情况中，预先在端子构件64的表面上涂敷乳脂状的焊料或电镀焊料70。导线122的尖端部分122a布置在端子构件64上。当加热芯片10被加热头110降下时(图4)，烙铁部12的烙铁头部12a(凸面部20)以适当的挤压力与端子构件64上的导线122接触，如图18(a)所示。在加热芯片10的烙铁部12被压在待接合物体(122、64)上的状态下，当接通加热电源32(图4)以向加热芯片10提供电流I时，加热芯片10的烙铁部12在烙铁头部12a附近集中地产生热量，以加热待接合物体(122、64)。但是，由于进行回流焊接，加热温度例如被控制在700℃以下。在此情况中，待接合物体(122、64)和陶瓷基底62上的吸热相当大。但是，在加热芯片10的烙铁部12中，在烙铁头面12a附近产生的热量克服了吸热，并在提高电阻值的同时使温度迅速升高。结果，导线122的绝缘涂层因受热而熔化并脱落，导线122周围的焊料70迅速熔化。如图18(b)所示，熔化的焊料70稍稍升高，沿着导线122的暴露表面往上爬。经过一定时间(通电时间)后，加热电源停止通电。在经过另一段时间(保持时间)之后，加热头110抬起加热芯片10，使其与待接合物体(122、64)分离，如图18(c)所示。然后，焊料70凝固，从而物体(122、64)通过焊接接合完成。

在该实施方式中，由于加热芯片10的通电发热的响应性非常优异，因此能高速且精细地控制向物体(122、64)提供的热量，从而提高回流焊接的加工质量。

标号说明

10 加热芯片

12 烙铁部

12a 烙铁头面

12b 一个侧面

14L、14R 连接端子部

18 凹入部

20 凸出部

24 热电偶

30 接合装置

32 加热电源

60 散热构件

62 陶瓷基板

64 端子构件(接线导体)

110 加热头

120 引线框架

120b 端子片部

122 导线

Claims (17)

1.一种用于将导线接合至端子构件的加热芯片，包括：

与布置在端子构件上的导线的一个端部抵接或接触的烙铁部；和

一对连接端子部，其与所述烙铁部一体地形成并且从所述烙铁部的左右两端对称或不对称地延伸，从而与加热电源的供电导体形成物理和电连接；

其中所述烙铁部具有与所述导线和所述端子构件相对的烙铁头面、以及与所述烙铁头面相连且具有凹入部的侧面；和

其中所述烙铁部在其整个部分上的横截面积等于或小于在通电时流动的电流路径上的所述连接端子部的横截面积。

2.如权利要求1所述的加热芯片，其中，所述凹入部在烙铁部的烙铁头面一侧是开敞的。

3.如权利要求2所述的加热芯片，其中，所述凹入部从烙铁头面延伸到烙铁部的相对的背面。

4.如权利要求3所述的加热芯片，其中，所述凹入部在烙铁部的烙铁头面处最深，并且在烙铁部的背面处最浅。

5.如权利要求2所述的加热芯片，其中，所述凹入部是凹陷的，使得凹陷的深度在烙铁部的左右方向上的中心部分处达到最大。

6.如权利要求2所述的加热芯片，其中，所述凹入部形成为不均匀的形式，使得凹陷的深度在烙铁部的左右方向上的多个位置处最大。

7.如权利要求2所述的加热芯片，其中，所述凹入部在烙铁部的左右方向上具有恒定的凹陷深度。

8.如权利要求3所述的加热芯片，其中，在烙铁部的背面的左右方向上的中心位置附接有温度传感器。

9.如权利要求8所述的加热芯片，其中，所述温度传感器包括热电偶。

10.如权利要求8所述的加热芯片，其中，所述凹入部相对于烙铁部的中心位置具有对称的形状。

11.如权利要求3所述的加热芯片，其中，在烙铁部的背面的左右方向上的中央位置设置有鳍片状或块状的突出散热构件。

12.如权利要求1所述的加热芯片，其中，在烙铁部的烙铁头面上形成有凸面部，该凸面部作为将与导线接触并被抛光的区域。

13.如权利要求1所述的加热芯片，其中，所述烙铁部和所述连接端子部由烧结金属或烧结合金制成。

14.一种用于将导线接合至端子构件的接合装置，包括：

加热芯片，其包括与布置在端子构件上的导线的一个端部邻接或接触的烙铁部、以及一对连接端子部，所述连接端子部与烙铁部一体形成，并从烙铁部的左右端部对称或不对称地延伸，从而与从加热电源引出的供电导体形成物理和电气连接，其中，所述烙铁部具有与所述导线和所述端子构件相对的烙铁头面，以及与所述烙铁头面相连并具有凹入部的侧面，并且其中所述烙铁部在其整个部分上的横截面积等于或小于在通电时流动的电流的路径上的连接端子部的横截面积；

加热头，其用于支撑加热芯片，并且在将导线接合至端子构件时使烙铁部的烙铁头面与端子构件上的导线接触；和

加热电源，其用于向加热芯片提供用于电阻发热的电流。

15.一种使用接合装置将导线接合至端子构件的接合方法，所述接合装置包括加热芯片，该加热芯片包括烙铁部和一对连接端子部，该连接端子部与烙铁部一体形成并从烙铁部的左右端部对称或不对称地延伸，从而与从加热电源引出的供电导体形成物理和电气连接，其中，所述烙铁部具有烙铁头面和与烙铁头面相连并具有凹入部的侧面，并且其中所述烙铁部在其整个部分上的横截面积等于或小于在通电时流动的电流的路径上的连接端子部的横截面积；加热头，其用于支撑加热芯片，并且在将导线接合至端子构件时使烙铁部的烙铁头面与端子构件上的导线接触；以及加热电源，其用于向加热芯片提供用于电阻发热的电流；所述方法包括：

将导线布置在端子构件上的第一步骤；

控制加热头以使加热芯片的烙铁部与端子构件上的导线接触并向导线和端子构件施加预定的挤压力的第二步骤；

控制加热电源向加热芯片通电并利用烙铁部的加热和挤压力使导线与端子构件紧密接触以促进扩散结合的第三步骤；和

控制加热电源在预定时刻停止加热芯片的通电并在经过预定时间之后控制加热头使烙铁部与导线分离的第四步骤。

16.如权利要求15所述的接合方法，其中，所述端子构件包括引线框架的一部分。

17.一种使用接合装置将导线接合至端子构件的接合方法，所述接合装置包括加热芯片，该加热芯片包括烙铁部和一对连接端子部，该连接端子部与烙铁部一体形成并从烙铁部的左右端部对称或不对称地延伸，从而与从加热电源引出的供电导体形成物理和电气连接，其中，所述烙铁部具有烙铁头面和与烙铁头面相连并具有凹入部的侧面，并且其中所述烙铁部在其整个部分上的横截面积等于或小于在通电时流动的电流的路径上的连接端子部的横截面积；加热头，其用于支撑加热芯片，并且在将导线接合至端子构件时使烙铁部的烙铁头面与端子构件上的导线接触；以及加热电源，其用于向加热芯片提供用于电阻发热的电流；所述方法包括：

通过焊料将导线布置在端子构件上的第一步骤；

控制加热头以使加热芯片的烙铁部与端子构件上的导线接触并向导线和端子构件施加预定的挤压力的第二步骤；

控制加热电源向加热芯片通电并通过烙铁部的加热来熔化焊料的第三步骤；和

控制加热电源在预定时刻停止加热芯片的通电并在经过预定时间之后控制加热头使加热芯片的烙铁部与导线分离的第四步骤。