JP2002035930A - 熱圧着用のヒータチップ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ヒータチップの圧着面が、酸化による脆弱化お
よび圧着時の機械的衝撃によって脱落し、圧着面の平坦
度を確保することが出来なくなり熱圧着が困難になるの
を解消し、ヒータチップの寿命を延ばすこと。 【解決手段】略Ｕ字状に形成されるとともにそのＵ字状
の底部が直線状の幅狭部とされた、Ｗ，Ｍｏの少なくと
も一種から成るヒータチップ本体１と、熱伝導率がヒー
タチップ本体１よりも大きく、電気抵抗が１０¹⁴Ω・ｃ
ｍ以上で熱膨張係数が４．６×１０^-6／℃〜５．７×１
０^-6／℃であり、かつ厚さが０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの
セラミックスから成る保護板３とから成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コイル部品におけ
るコイルワイヤ等の端部を電極等に接続するための熱圧
着用のヒータチップに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、コイル部品のコイルワイヤ等の端
部を電極等に接続させる熱圧着用のヒータチップは、発
熱抵抗体であるモリブデン（Ｍｏ），タングステン
（Ｗ）等からなり、略Ｕ字状の形状を有し、その底部の
直線状の幅狭部にて抵抗発熱を生じさせる。この直線状
の幅狭部の底面は熱圧着時の圧着面となる。そして、コ
イルワイヤの端部を電極表面に熱圧着する際、その電極
上に載せたコイルワイヤの端部の上方よりヒータチップ
が降下し、コイルワイヤの端部を上記の圧着面で加熱し
て、コイルワイヤ表面に施されているウレタン樹脂等の
絶縁皮膜を蒸散しつつ、加圧によりコイルワイヤを塑性
変形させることによって電極表面に熱圧着するものであ
る。

【０００３】このような熱圧着を行う際、ヒータチップ
の圧着面にて直接コイルワイヤを加圧するが、この圧着
面の均熱性を向上させるために圧着面に熱伝導率の良い
ＣＢＮ（立方晶窒化硼素）から成る熱圧着部材を接合し
たものが提案されている（特開平６−６９６１０号公報
参照）。

【０００４】また、他の従来例として、ＩＣチップ例え
ばフラットパッケージ型ＩＣチップのピンをプリント基
板上に半田実装する際に使用される加熱用ヒータチップ
において、被加熱材である半田が加熱面に付着するのを
防止するために、ＣＶＤ法等により加熱面をセラミック
スで被覆するというものも知られている（特開平１−１
０７９６３号公報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のヒータチップにおいては、Ｍｏ，Ｗといったヒータ
チップ材料が大気雰囲気中で高温に加熱された際に非常
に酸化し易いという特性を有していることから、特に大
気雰囲気中で４００℃以上に加熱して熱圧着する場合、
酸化に起因してヒータチップが脆弱化し、その結果寿命
がきわめて短くなるという問題点があった。

【０００６】そこで、このような問題を解消するため
に、従来ヒータチップの表面にクロム（Ｃｒ）等の酸化
が進行しにくい金属をコーティングし、ヒータチップ材
料の酸化を抑えていたが、熱圧着時の昇温および降温に
よる熱衝撃等の熱的ストレス、および熱圧着時の機械的
ストレスにより、Ｃｒ等の酸化防止被膜に亀裂が生じ、
その亀裂から進入した大気によりヒータチップが酸化し
ていた。このヒータチップの酸化部は脆弱となり、熱圧
着時の機械的ストレスによって、特に熱圧着部のヒータ
チップ材料が脱落して欠け等が発生していた。熱圧着を
長期にわたり安定して行うためには圧着面の平坦度の保
持が必要であるが、圧着面からのヒータチップ材料の脱
落によって平坦度が劣化することにより、圧着性が低下
するという問題が発生していた。

【０００７】また、上記の従来例のように、ヒータチッ
プ本体の圧着面にＣＢＮ等から成る他の熱圧着部材を接
合することもできるが、ＣＢＮは結晶構造がダイヤモン
ド構造であり、ダイヤモンドと同様にその表面に金属皮
膜を形成させて強固に接合することが困難であることに
加え、ＣＢＮは熱膨張係数がＷ，Ｍｏ等のヒータチップ
材料よりも小さいことも相まって、熱圧着時のヒータチ
ップの熱的ストレスにより、ＣＢＮとロウ材等の接合材
との間で剥離が生じ易いという問題点があった。

【０００８】さらに、加熱用ヒータチップの加熱面にＣ
ＶＤ法等によりセラミック被膜を被覆したものの場合、
セラミック被膜を厚くすると加熱用ヒータチップからセ
ラミック被膜が剥離し易くなることから、セラミック被
膜の厚みを０．０２ｍｍ以下にすることが望ましい。し
かしながら、この程度の厚さでは、加圧による過大な機
械的ストレスおよび昇降温による熱的ストレスが発生す
る熱圧着用のヒータチップにおいては、セラミック被膜
に亀裂が発生するのを抑えることが困難であるという問
題点があった。

【０００９】従って、本発明は上記問題点に鑑みて完成
されたものであり、その目的は、ヒータチップの熱圧着
部に酸化、亀裂、脱落等の不具合が発生するのを抑制
し、その平坦度を長期にわたり保持することで、きわめ
て長寿命化されたものとすることである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のヒータチップ
は、略Ｕ字状に形成されるとともにそのＵ字状の底部が
直線状の幅狭部とされた、タングステン，モリブデンの
少なくとも一種から成るヒータチップ本体と、前記幅狭
部の底面にろう付けされた、熱伝導率が前記ヒータチッ
プ本体よりも大きく、電気抵抗が１０¹⁴Ω・ｃｍ以上で
熱膨張係数が４．６×１０^-6／℃〜５．７×１０^-6／℃
であり、かつ厚さが０．３ｍｍ〜１．５ｍｍのセラミッ
クスから成る保護板とから成ることを特徴とする。

【００１１】本発明は、上記の構成により、コイルワイ
ヤ等を熱圧着する圧着面の平坦度が長期にわたり保持で
きるため、ヒータチップ本体の酸化腐食に起因して発生
するヒータチップ本体の脱落による圧着面の平坦度の劣
化を大幅に抑制することができる。また、保護板の熱伝
導率がヒータチップ本体よりも大きいことにより、ヒー
タチップ本体の幅狭部で発生した熱を効率良く被熱圧着
部材へ伝導させることができ、保護板の電気抵抗が１０
¹⁴Ω・ｃｍ以上と大きいことにより、幅狭部から保護板
側へ漏洩する電流を抑えて幅狭部での抵抗加熱を促進す
る。また、保護板の熱膨張係数が４．６×１０^-6／℃〜
５．７×１０^-6／℃（２０〜４００℃）であることによ
り、ヒータチップ本体の材料であるＷとＭｏの間の熱膨
張係数となり、これらの材料に対しても整合された熱膨
張係数となる。その結果、長期間使用しても、熱膨張係
数の差で保護板に剥離、亀裂等が発生するのを抑制し得
る。さらに、保護板の厚さを０．３ｍｍ〜１．５ｍｍと
することで、良好な熱圧着特性を得ることができる。

【００１２】従って、本発明のヒータチップは、長期に
わたり安定的に熱圧着することができ、きわめて長寿命
化されたものとなる。

【００１３】本発明において好ましくは、前記保護板が
窒化アルミニウムセラミックスから成ることを特徴とす
る。

【００１４】上記の構成により、保護板とヒータチップ
本体の幅狭部の底面との間に設けられたろう材によって
強固に接合され、その結果、ヒータチップ本体の熱的ス
トレスにより保護板がろう材から剥離するのを抑えるこ
とが出来る。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明のヒータチップについて以
下に詳細に説明する。本発明のヒータチップの基本構成
を図１に示す。同図に示すように、略Ｕ字状に形成され
たヒータチップ本体１の底部にある直線状の幅狭部の底
面１ａに、セラミックスからなる保護板３がろう材から
成る接合層２によってろう付け接合され、保護板３の下
面が圧着面３ａとなるものである。

【００１６】本発明において、ヒータチップ本体１は
Ｗ，Ｍｏの少なくとも一種から成るが、これらの金属
（合金の場合を含む）材料は、ジュール熱により抵抗発
熱する必要があるために金属としては電気抵抗が高く、
また瞬時に略均一な温度分布を得るために熱伝導率の高
いものである。またその形状は、熱圧着部での充分な抵
抗発熱を生じさせるために、略Ｕ字状のヒータチップ本
体１の底部を幅狭部として、その幅狭部を熱圧着部とす
る。さらに、保護板３の圧着面３ａの均熱性を良くする
ために接合層２の厚みは均一にすることが好ましく、ま
た、接合層２の厚みを均一にするためには幅狭部の底面
１ａが平坦であることが望ましい。

【００１７】保護板３を接合する接合層２を形成するろ
う材としては、圧着面である幅狭部の底面１ａと保護板
３との濡れ性等の反応性がよいものが好適であり、具体
的には銀もしくは金を主成分としたろう材がよい。セラ
ミックス材料から成る保護板３と金属材料から成る底面
１ａとは、直接ろう付けするよりも、保護板３の表面に
メタライズ層を形成した後にろう付けを行う方がより強
固な接合ができる。このメタライズ層は、例えばＴｉ，
Ｚｒ等の活性金属を含む、銀または金を主成分とする金
属ペーストを、保護板３の底面１ａとの接合面に塗布し
て乾燥し、真空雰囲気中または不活性ガス雰囲気中で８
００℃以上の高温加熱処理を行うことにより、強固なメ
タライズ層を保護板３の接合面に形成することが出来
る。

【００１８】保護板３の外形寸法については、底面１ａ
の外形寸法を超えないものとするのが好ましい。底面１
ａの外形寸法を超えると、被熱圧着部以外の部分、例え
ばコイル部品のワイヤリング（巻回）済みの部分を加熱
して、コイルワイヤの絶縁皮膜を蒸散してコイルワイヤ
間でショートを発生させるなどの問題が生じる傾向があ
る。また、保護板３の厚みは０．３ｍｍ〜１．５ｍｍで
あり、０．３ｍｍよりも薄いと熱圧着時の衝撃により保
護板３が割れ易くなり、１．５ｍｍよりも厚いと熱伝達
が不十分となり熱圧着が困難となる。好ましくは、０．
５ｍｍ〜１．０ｍｍがよい。

【００１９】なお、保護板３は、熱圧着時にその周縁部
がコイルワイヤに接触してコイルワイヤが切断されるの
を防止するために、圧着面３ａの周縁にC面加工、Ｒ面
（部分球面）加工といった面取り加工を施すことが好ま
しい。

【００２０】さらに、保護板３は、ヒータチップ本体１
の幅狭部の抵抗発熱によって生じたジュール熱を瞬時に
圧着面３ａに伝達させるために、ヒータチップ本体１の
熱伝導率より大きいことが必要である。また、ヒータチ
ップ本体１を効率良く抵抗発熱させるには、保護板３へ
の電流漏洩を効果的に抑えることが必要であり、従って
保護板３の電気抵抗は１０¹⁴Ω・ｃｍ以上とする。

【００２１】また、接合されるヒータチップ本体１と保
護板３との間の熱膨張係数差が大きいと、ろう付け時お
よびろう付け後の熱的ストレス、即ち大きな熱膨張差お
よび冷却収縮差により、また接合後の残留応力によっ
て、保護板３の接合部に割れが生じる。従って、ヒータ
チップ本体１の熱膨張係数は、ヒータチップ本体１がＷ
−Ｍｏ合金から成る場合を含めて、Ｗの熱膨張係数４．
６×１０^-6／℃とＭｏの熱膨張係数５．７×１０^-6／℃
の間にあるのがよく、この値に保護板３の熱膨張係数を
整合させることとする。即ち、保護板３の熱膨張係数を
４．６×１０^-6／℃〜５．７×１０^-6／℃とするもので
ある。好ましくは、ヒータチップ本体１と保護板３との
熱膨張係数差を１×１０^-6／℃以下にすることが良く、
この場合保護板３の接合部の割れを大幅に抑えることが
できる。

【００２２】上記のような特性を有する保護板３は、好
ましくは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）セラミックスから
成る。また、保護板３が窒化アルミニウムセラミックス
から成ることにより、その表面への金属皮膜形成が容易
であり、その結果十分な密着強度を確保できる。従っ
て、幅狭部の底面１ａに対して強固な接合が可能にな
る。

【００２３】なお、窒化アルミニウムセラミックスとい
ったとき、このセラミックス中には焼結助剤等の成分が
若干含まれていてもよく、従って換言すれば窒化アルミ
ニウム質焼結体といった表現もできる。

【００２４】かくして、本発明は、長期にわたり安定的
に熱圧着を行うことができ、ヒータチップの寿命を大幅
に延ばすことができるという作用効果を有する。

【００２５】

【実施例】本発明の熱圧着用のヒータチップについて具
体的実施例を以下に説明する。 （実施例）図１に本発明のヒータチップの基本構成を示
す。Ｗからなる略Ｕ字状のヒータチップ本体１の底部に
直線状の幅狭部が形成されており、その幅狭部の底面１
ａに、銀銅（Ａｇ−Ｃｕ）ろう材からなる接合層２を介
して、保護板３を接合した構成である。この保護板３の
平面視における外形形状は、幅狭部１ａの底面１ａとほ
ぼ同じ長方形状であり、そのサイズは縦１ｍｍ×横３ｍ
ｍ×厚さ０．６ｍｍであった。

【００２６】そして、下記表１に、ヒータチップ本体１
の材料であるＭｏ，Ｗと保護板３の材料である窒化アル
ミニウムセラミックスの電気抵抗，熱伝導率および熱膨
張係数を示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】本実施例では、保護板３の材料として熱伝
導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋの窒化アルミニウムセラミック
スを使用した。このヒータチップを使用して、銅から成
り断面の直径が５０μｍのコイルワイヤを、コイル部品
の電極に熱圧着する工程を連続的に行った。また、比較
例１として、図２に示すような保護板３を接合していな
いヒータチップ本体１により同様に熱圧着を行った。比
較例２として、ＣＢＮからなる保護板３を本実施例と同
様に接合したヒータチップを作成し、同様のテストを行
った。

【００２９】その結果、比較例１のヒータチップでは、
約１０００回熱圧着した段階で圧着面１ｂ（図２）の表
面に脱落（欠損）が発生してコイルワイヤが圧着できな
くなった。これに対して、本実施例のヒータチップで
は、約３０００回熱圧着を行った段階でも圧着が可能で
あり、従って３倍以上に寿命を延ばすことができた。ま
た、比較例２のヒータチップでは、約２０回熱圧着を行
った段階で保護板３が脱落して、コイルワイヤの熱圧着
を行うことが不可能になった。

【００３０】また、保護板３の厚みがそれぞれ異なる６
種のものを作成し、図３に示すように、（ａ）コイル部
品６の対になった電極（ターミナル電極）５の表面に順
次コイルワイヤ４を熱圧着し、（ｂ）２つの電極５にブ
リッジ状に接続されたコイルワイヤ４の中央部をカット
し、（ｃ）それぞれのコイルワイヤ４の上端を上方に引
っ張り、（ｄ）熱圧着部におけるコイルワイヤ４の破断
状況によって圧着状態を判断する、という評価を行っ
た。即ち、熱圧着部の電極５界面Ａで剥がれた場合熱圧
着が不十分であり不良である（×）と判断し、コイルワ
イヤ４の付け根部Ｂまたは付け根部Ｂと上端との中間の
コイルワイヤ部Ｃにてコイルワイヤ４が破断した場合は
熱圧着が良好に行われている（○）と判断した。その結
果を表２に示す。

【００３１】

【表２】

【００３２】表２の結果から、良好な熱圧着を行い得る
保護板３の厚みは０．３〜１．５ｍｍの範囲であること
がわかった。

【００３３】このように、ヒータチップ本体１の幅狭部
の底面１ａに、本発明の保護板３を接合することによ
り、きわめて長期にわたり安定的に熱圧着を行うことが
できるようになり、ヒータチップ１を大幅に長寿命化で
きることが確認された。

【００３４】なお、本発明は上記の実施の形態に限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で
種々の変更を行うことは何ら差し支えない。

【００３５】

【発明の効果】本発明は、略Ｕ字状に形成されるととも
にそのＵ字状の底部が直線状の幅狭部とされた、タング
ステン，モリブデンの少なくとも一種から成るヒータチ
ップ本体と、幅狭部の底面にろう付けされた、熱伝導率
がヒータチップ本体よりも大きく、電気抵抗が１０¹⁴Ω
・ｃｍ以上で熱膨張係数が４．６×１０^-6／℃〜５．７
×１０^-6／℃であり、かつ厚さが０．３ｍｍ〜１．５ｍ
ｍのセラミックスから成る保護板とから成ることによ
り、幅狭部の底面が、ヒータチップ本体材料の酸化腐食
による脆弱化および熱圧着時の機械的衝撃による脱落に
よって、平坦度が劣化することが大幅に抑制され、その
結果長期にわたり安定的に熱圧着を行うことができ、ヒ
ータチップの寿命を従来の3倍以上に伸ばすことができ
た。

【００３６】また、本発明の保護板は、ヒータチップ本
体の幅狭部の抵抗発熱によって生じたジュール熱を瞬時
に圧着面に伝達させ、さらにヒータチップ本体を効率良
く抵抗発熱させるものとなる。また、接合されるヒータ
チップ本体と保護板との間の熱膨張係数差が整合されて
いるため、ろう付け時およびろう付け後の熱的ストレ
ス、即ち大きな熱膨張差および冷却収縮差、および接合
後の残留応力の発生を抑制し、保護板３の接合部の割れ
を大幅に抑えることができる。

【００３７】また本発明は、保護板が好ましくは窒化ア
ルミニウムセラミックスから成ることにより、ヒータチ
ップ本体に強固に接合されるものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のヒータチップの実施の形態の一例を示
す側面図である。

【図２】従来のヒータチップの一例を示す側面図であ
る。

【図３】ヒータチップの熱圧着特性の評価方法を説明す
るものであり、（ａ）はヒータチップの熱圧着動作を示
す側面図、（ｂ）はブリッジ状に接続されたコイルワイ
ヤを中央でカットした状態を示すコイル部品の側面図、
（ｃ）はカットされたコイルワイヤの上端を上方に引っ
張る動作を示すコイル部品の側面図、（ｄ）はコイルワ
イヤの破断個所を示すコイル部品の部分側面図である。

【符号の説明】

１：ヒータチップ本体 １ａ：幅狭部の底面 １ｂ：ヒータチップ本体の圧着面 ２：接合層 ３：保護板 ３ａ：保護板の圧着面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】略Ｕ字状に形成されるとともにそのＵ字状
   の底部が直線状の幅狭部とされた、タングステン，モリ
   ブデンの少なくとも一種から成るヒータチップ本体と、
   前記幅狭部の底面にろう付けされた、熱伝導率が前記ヒ
   ータチップ本体よりも大きく、電気抵抗が１０¹⁴Ω・ｃ
   ｍ以上で熱膨張係数が４．６×１０^-6／℃〜５．７×１
   ０^-6／℃であり、かつ厚さが０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの
   セラミックスから成る保護板とから成ることを特徴とす
   る熱圧着用のヒータチップ。
2. 【請求項２】前記保護板が窒化アルミニウムセラミック
   スから成ることを特徴とする請求項１記載の熱圧着用の
   ヒータチップ。