CN111822841B - 超声接合方法 - Google Patents

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Abstract

一种超声接合方法，包括：通过焊头(61)和砧座(62)中的每一个的保持面(P)保持包含铝或铝合金的工件(导体21)；和从焊头(61)施加超声波以对工件(导体21)进行超声接合处理，其中当由保持面(P)保持工件(导体21)时，包含铜或铜成分的释放构件(H)至少介于由铝或铝合金形成的工件(导体21)的一部分与保持面(P)之间。

Description

超声接合方法
技术领域
本发明涉及一种超声接合方法。
背景技术
已知一种超声焊接方法，其中，当利用超声波焊接通过堆叠铝板和钢板而成的接合基材时，碳质片材堆叠在接合基材上，并位于芯片和接合基材之间和/或砧座和接合基材之间(例如，参见专利文献1)。根据该方法，可以防止超声焊接后的接合部的表面层部的较大的变形和粘着(粘结)。
已经公开了一种技术，该技术通过将弹性体堆叠在产生行波的压电体处以形成振动体，通过制备由在耐热树脂中添加金属减活剂而获得的耐热树脂组合物形成的滑块材料，并通过经由滑块材料使移动体与振动体压力接触，来防止在重金属制成的弹性体和滑块材料之间发生粘结(例如，参照专利文献2)。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1：日本专利No.4180405
专利文献2：日本专利No.3229379
发明内容
[本发明要解决的问题]
然而，上述片材和上述滑块材料两者都是昂贵的，因此制造成本增加。在要被处理的部分是导电部分的情况下，片材或滑块材料可能粘附到作为导电部分的要被处理的部分，这可能会影响导电性等并且可能导致质量下降。
还研究了将氮化硼等的粉末附着到焊头或砧座，或使焊头或砧座涂覆有类金刚石碳等。然而，当施加超声波时，氮化硼等的粉末会散开，并且类金刚石碳等的涂层破裂。在任何情况下，成本都会增加。
鉴于上述情况做出了本发明。本发明的一个方面提供了一种超声接合方法，该方法能够通过以低成本防止工件粘附于焊头或砧座来提高生产率并且能够以高质量执行稳定的处理。
[解决问题的手段]
为了实现上述方面，根据本发明的超声接合方法的特征在于以下(1)至(3)。
(1)一种超声接合方法，包括：
通过焊头和砧座中的每一个的保持面保持包含铝或铝合金的工件；和
从焊头施加超声波以对工件进行超声接合处理，其中
当由保持面保持工件时，包含铜或铜成分的释放构件至少介于由铝或铝合金形成的工件的一部分与保持面之间。
(2)根据上述(1)所述的超声接合方法，其中，
释放构件是铜箔或包含铜成分的金属箔。
(3)根据上述(1)所述的超声接合方法，其中，
释放构件是铜粉或包含铜成分的金属粉。
根据具有配置(1)的超声接合方法，当由保持面保持工件时，包含铜或铜成分的释放构件至少介于由铝或铝合金形成的工件的一部分与保持面之间。因此，可以防止超声接合处理后工件与保持面之间的粘附，并且可以消除超声接合处理后的释放操作，从而提高生产率。尤其适合于加工需要高超声能量的由高强度铝制成的工件。
使用包含铜或铜成分的释放构件来防止粘附到保持面，从而可以以低成本进行高质量且稳定的加工。消除了释放操作，从而可以连续地进行超声接合处理，并提高生产效率。此外，在超声接合处理期间，可以施加较大的超声能量或载荷，并且可以以高强度对工件进行超声接合。
根据具有配置(2)的超声接合方法，使用铜箔或包含铜成分的金属箔作为释放构件，可以容易地将释放构件插入到工件和保持面之间，并且进一步提高可加工性。如果释放构件由铜箔或包含铜成分的金属箔形成，则释放构件在宽区域内与工件和保持面表面接触，从而可以从焊头良好地传递超声能量。因此，即使工件是通过捆扎难以从焊头传递超声能量的诸如电线等的股线而得到的导体，也可以经由释放部件将超声能量良好地传递至工件以执行接合处理。
根据具有配置(3)的超声接合方法，使用铜粉或包含铜成分的金属粉作为释放构件，可以容易地将释放构件施加和插入到工件或保持面。
[本发明的优点]
根据本发明，可以提供一种超声接合方法，该方法能够通过以低成本防止工件粘附到焊头或砧座来提高生产率并且能够以高质量执行稳定的处理。
以上已经简要描述了本发明。通过阅读下面参照附图描述的用于实施本发明的模式(以下称为“实施例”)，将进一步阐明本发明的细节。
附图说明
图1是根据实施例的已经通过超声接合方法进行了超声接合处理的附接端子的电线的透视图。
图2是配置为通过根据本实施例的超声接合方法进行超声接合处理的超声接合装置的示意性透视图。
图3是配置为通过根据本实施例的超声接合方法进行超声接合处理的超声接合装置的示意性俯视图。
图4A至图4C是示出根据本实施例的超声接合方法的步骤的示意性侧视图。
图5A和5B示出了通过不同的超声能量接合的导体的拉伸强度和释放强度，其中图5A是示出当使用释放构件时的测量结果的图，图5B是示出当不使用释放构件时的测量结果的图。
具体实施方式
将参照附图描述根据本发明的特定实施例。
首先，将描述已经通过根据本实施例的超声接合方法进行了超声接合处理的附接端子的电线。
图1是根据本实施例的已经通过超声接合方法进行了超声接合处理的附接端子的电线的透视图。
如图1所示，附接端子的电线10包括电线11，连接到电线11的一端的端子接头12，以及连接到电线11的另一端的另一电线13。电线11、13是绝缘线，其包括导体21和覆盖导体21的周边的护套22。导体21例如是通过绞合由铝或铝合金形成的股线而获得的绞合线。护套22由柔性且绝缘的树脂材料形成。在电线11、13的端部，护套22被去除并且导体21的一部分被露出。
另一电线13的在另一电线13的端部露出的导体21和电线11的在与端子接头12的连接侧相反的端部处露出的导体21通过超声接合处理彼此接合并一体化。
端子接头12例如通过加工由导电金属材料形成的板构件形成，该导电金属材料是铜、铜合金、铝、铝合金等。端子接头12包括电线连接部31和电连接部32。
电线连接部31压接并固定到电线11的导体21和护套22的一部分。因此，端子接头12与电线11连接，并且端子接头12与电线11的导体21电连接。电连接部32形成为矩形管状，并且形成在连接搭档件的阳型端子处的销形凸片(未示出)从电连接部32的远端侧插入。端子接头12通过从其前侧插入到电连接部32中的阳型端子的凸片而电连接至阳型端子。
当对由铝或铝合金形成的每个电线11、13的导体21进行超声接合处理时，导体21可以粘附到将导体21保持在其间的焊头和砧座。然后，在超声接合处理之后，需要将导体21从粘附有导体21的焊头或砧座释放的释放操作，这可能导致生产率降低。导体21从焊头或砧座释放，从而接合的导体21可能分离并变形，这可能导致质量下降。
在根据本实施例的超声接合方法中，通过消除对释放操作的需要来提高生产率和质量。在下文中，将描述根据本实施例的超声接合方法。
图2是配置为通过本实施例的超声接合方法进行超声接合处理的超声接合装置的示意性透视图。图3是配置为通过本实施例的超声接合方法进行超声接合处理的超声接合装置的示意性俯视图。图4A至图4C是示出根据本实施例的超声接合方法的步骤的示意性侧视图。
如图2和3所示，根据本实施例的超声接合装置60包括焊头61和砧座62。焊头61包括通过供给交流电而引起超声振动的振动器(未示出)，并由该振动器振动。焊头61和砧座62包括彼此面对的保持面P。在超声接合装置60中，作为工件的每个电线11、13的导体21布置在焊头61与砧座62的保持面P之间的超声接合位置处。然后，在通过来自砧座62的载荷将导体21保持在焊头61和砧座62的保持面P之间的状态下，通过振动器从焊头61传递超声振动，使得导体21彼此超声接合。
超声接合装置60包括释放构件供应单元65。释放构件供应单元65包括输送路径66，并且将释放构件H从输送路径66发送到超声接合位置。由释放材料供应部65送出的释放材料H为铜箔或包含铜成分的金属箔，并形成为具有与焊头61和砧座62的保持面P的宽度尺寸大致相同的宽度尺寸的带状。
为了通过超声接合装置60进行超声接合处理，首先，如图4A所示，在电线11、13要进行接合处理的端部处，护套22的一部分被去除，以露出导体21。
接下来，如图4B所示，在电线11、13的端部处露出的导体21布置成在超声接合装置60的焊头61和砧座62之间的超声接合位置处重叠。此时，释放构件H通过释放构件供应单元65被送至超声接合位置，并被布置在作为工件的导体21与焊头61的保持面P之间以及导体21与砧座62的保持面P之间。释放构件H被设置在释放构件供应单元65处的切割器(未示出)切割成一定尺寸，以覆盖焊头61和砧座62的大致整个表面。
在布置释放构件H之后，超声接合装置60在电线11、13的端部处对导体21进行超声接合处理。具体地，在砧座62降低并且彼此重叠的导体21通过超声接合装置60的焊头61和砧座62的保持面P经由释放构件H以预定的载荷保持的状态下，向振动器供应交流电。然后，焊头61被振动器超声振动，使得超声振动能量传播到重叠的导体21。然后，导体21的股线的表面上的氧化膜等被破坏、去除并彼此接合，并且电线11、13的导体21彼此超声接合。
此后，提起砧座62，并从焊头61和砧座62的保持面P之间的超声接合位置中取出已超声接合的电线11、13的导体21。这里，当进行超声接合处理时，释放构件H已经插入在焊头61和砧座62的保持面P与导体21之间，从而防止了由铝或铝合金形成的导体21粘附到焊头61和砧座62的保持面P。因此，可以从焊头61和砧座62的保持面P之间的超声接合位置顺畅且容易地取出导体21。
如上所述，在根据本实施例的超声接合方法中，当作为工件的导体21被保持面P保持时，包含铜或铜成分的释放构件H插入在导体21和保持面P之间。因此，可以防止超声接合处理后在导体21与保持面P之间的粘附，并且可以消除超声接合处理后的释放操作，从而可以提高生产率。尤其适合于加工需要高超声能量的由高强度铝制成的工件。
使用包含铜或铜成分的释放构件H来防止保持面P到的粘附，使得可以以低成本进行高质量且稳定的处理。消除了释放操作，使得可以连续地进行超声接合处理，并提高生产效率。此外，在超声接合处理期间，可以施加较大的超声能量或载荷，并且可以以高强度对作为导体21等的工件进行超声接合。
特别地，使用铜箔或包含铜成分的金属箔作为释放构件H，可以容易地将释放构件H插入作为导体21等的工件与保持面P之间，并且进一步提高可加工性。由铜箔或包含铜成分的金属箔形成的释放构件H在宽区域内与工件和保持面P表面接触，从而可以从焊头61良好地传递超声能量。因此，即使工件是通过捆扎难以从焊头61传递超声能量的诸如电线等的股线而得到的导体21，也可以经由释放部件H将超声能量良好地传递至工件以执行接合处理。
在上述实施例中，使用铜箔或包含铜成分的金属箔作为释放构件H。但是，也可以使用铜粉或包含铜成分的金属粉作为释放构件H。当使用铜粉或包含铜成分的金属粉作为释放构件H时，在进行超声接合处理时，释放构件H施加到焊头61和砧座62的保持面P。施加由铜粉或包含铜成分的金属粉形成的释放构件H，使得可以防止由于超声接合处理而导致焊头61和砧座62的保持面P与导体21之间的粘附，并消除了超声接合处理后的释放操作。为了将由铜粉或包含铜成分的金属粉形成的释放构件H施加到保持面P，可以将释放构件H直接喷射到焊头61和砧座62的保持面P上，或者可以使包含释放构件H的布袋压靠保持面P。通过固化由铜粉或包含铜成分的金属粉形成的释放构件H而获得的固体构件可以被摩擦并施加到保持面P。粉末状的碳酸盐(碳酸钙，碳酸钠，碳酸镁等)可以与释放构件H一起附接到保持面P。
在此，对于通过超声接合处理而接合的导体21，测量轴向的拉伸强度和接合方向的释放强度。释放构件H由铜粉形成。
图5A和5B示出了通过不同的超声能量接合的导体的拉伸强度和释放强度，其中图5A是示出当使用释放构件时的测量结果的图，图5B是示出当不使用释放构件时的测量结果的图。
如图5A所示，在其中当执行超声接合处理时将释放构件H施加到焊头61和砧座62的保持面P的超声接合方法中，即使增加超声振动能量，也可以将导体21彼此良好地接合，并且充分获得彼此接合的导体21的拉伸强度和释放强度。
另一方面，如图5B所示，当在不使用释放构件H的情况下执行超声接合处理时，在超声振动能量为80(A.U.)超过60(A.U.)之后，接合的导体21被粘附到焊头61或砧座62的保持面P，导致接合不良。
因此，当使用释放构件H时，可以以60(A.U.)至100(A.U.)的超声振动能量作为超声接合处理的条件，很好地执行接合。
本发明不限于上述实施例，并且可以适当地修改、改进等。另外，上述实施例中的各部件的材料、形状、大小、数量、布置位置等是可选的和不受限制的，只要能够实现本发明。
在上述实施例中，例示了电线11、13二者都包括由铝或铝合金形成的导体21的情况。然而，本发明可以应用于其中要彼此接合的电线11、13中的至少一个包括由铝或铝合金形成的导体21的情况。例如，当一个电线11的导体21由铝或铝合金形成，而另一个电线13的导体21由铜或铜合金形成时，释放构件H至少介于电线11中由铝或铝合金形成的导体21以及面对由铝或铝合金形成的导体21的保持面P之间。
在上述实施例中，例示了通过超声接合处理将电线11、13的导体21彼此接合的情况。但是，超声接合处理不限于用于接合电线11、13的导体21。例如，本发明还可以应用于通过超声接合处理将由铝或铝合金形成的电线11的导体21的股线彼此接合的情况。本发明还可以应用于这样的情况，其中，将由铜、铜合金、铝、铝合金等的导电金属材料形成的端子接头通过超声接合处理超声接合到由铝或铝合金形成的电线11的导体21。
在上述实施例中，例示了通过释放构件供应单元65将由金属箔形成的释放构件H送至超声接合位置的情况。然而，可以预先准备切割成适当尺寸的由金属箔形成的释放构件H，并且操作员可以将释放构件H插入并介于导体21和保持面P之间。
这里，根据本发明的实施例的上述超声接合方法的特性将分别在以下的[1]至[3]中简要概述。
[1]一种超声接合方法，包括：
通过焊头(61)和砧座(62)中的每一个的保持面(P)保持包含铝或铝合金的工件(导体21)；和
从焊头(61)施加超声波以对工件(导体21)进行超声接合处理，其中
当由保持面(P)保持工件(导体21)时，包含铜或铜成分的释放构件(H)至少介于由铝或铝合金形成的工件(导体21)的一部分与保持面(P)之间。
[2]根据[1]所述的超声接合方法，其中
释放构件(H)是铜箔或包含铜成分的金属箔。
[3]根据[1]所述的超声接合方法，其中
释放构件(H)是铜粉或包含铜成分的金属粉。
[附图标记列表]
11，13 电线
12 端子接头
21 导体(工件)
22 护套
60 超声接合装置
61 焊头
62 砧座
H 释放构件
P 保持面。

Claims (1)

1.一种超声接合方法，包括：
通过焊头和砧座中的每一个的保持面保持包含铝或铝合金的工件；和
从所述焊头施加超声波以对所述工件进行超声接合处理，其中
放置在输送路径上的形成为带状的包含铜或铜成分的金属箔的末端被发送到至少介于由铝或铝合金形成的所述工件的一部分与所述保持面之间的插置部分，并且当由所述保持面保持所述工件时，所述金属箔被切割器切割使得金属箔的末端留在插置部分处。
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