JP2004050236A - Heat-pressurizing method - Google Patents

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JP2004050236A JP2002211591A JP2002211591A JP2004050236A JP 2004050236 A JP2004050236 A JP 2004050236A JP 2002211591 A JP2002211591 A JP 2002211591A JP 2002211591 A JP2002211591 A JP 2002211591A JP 2004050236 A JP2004050236 A JP 2004050236A
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metal work
metal
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heating element
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JP2002211591A
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Inventor
Kiyoshi Koyama
甲山 喜代志
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Seiwa Manufacturing Co Ltd
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Seiwa Manufacturing Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat-pressurizing device by which the yield is improved while quality is secured in a weld zone between metallic workpieces and by which welding is efficiently performed. <P>SOLUTION: The heat-pressurizing device 10 is equipped with a first and second electrode exothermic bodies 12, 14 which are arranged in parallel and made of carbon material. An electrode reed section 5 in a lithium ion polymer secondary battery 4 laminated on the lead wire 3 in a protective circuit board 1, is pressurized by both electrode exothermic bodies 12, 14 and fused by their heat generation. With elements diffusing from this fused material to the lead wire 3, the electrode reed section 5 and the lead wire 3 are welded to each other. Incidentally, between the first and second electrode exothermic bodies 12, 14, an electric current is passed through the electrode reed section 5 or the lead wire 3. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、電流を通電するための金属リード線を、はんだ等を介在させることなくプリント基板上の金属製パターンに接合させることが可能な加熱圧接方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
携帯電話、ビデオカメラ、ノート型パソコン等の各種携帯用電子機器に装着される電池パック保護回路基板の一例を図6に示す。この保護回路基板1は、それぞれ銅からなる導線2、3を有する。
【0003】
このうち、導線3には、例えば、図7に示すように、電源であるリチウムイオンポリマー2次電池4の電極リード部5が接合される。この場合、電極リード部5は、アルミニウムからなる。
【0004】
現在、銅からなる導線3とアルミニウムからなる電極リード部5とを互いに接合する手法としては、超音波溶接が主に採用されている。しかしながら、超音波溶接には、超音波溶接装置自体が高価であるためにコスト高であるという不具合がある。また、再現性が乏しく、作業日が異なると、同一の条件下で溶接を行っても接合が容易に行える場合と著しく困難な場合とがあるので、品質を一定とすることが困難であるという欠点がある。
【0005】
導線3と電極リード部5とを互いに接合するその他の試みとしては、抵抗溶接やレーザ溶接等が挙げられる。しかしながら、抵抗溶接の場合は、加熱することに伴って銅パターンが基板から浮き上がる現象、すなわち、剥離が生じるという不具合がある。また、電極リード部5の構成金属材であるアルミニウムが電極発熱体に溶着等してしまうために、電極発熱体に対してメンテナンスを頻繁に行わなければならない。
【0006】
一方のレーザ溶接においても、抵抗溶接と同様に剥離が生じるという不具合が顕在化している。また、電極リード部5の厚みが小さい場合には、該電極リード部5に貫通孔が形成されることもあることから、電極リード部5と導線3とを接合することが著しく困難である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、異種の金属製ワーク同士を容易に接合することが可能であり、このため、例えば、電子回路基板上に形成された銅または銅合金からなる金属製パターンに対して、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属リード線を剥離させることなく確実に接合することが可能な加熱圧接方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、第1金属製ワーク上に該第1金属製ワークの構成金属材よりも低融点の金属材からなる第2金属製ワークを積層し、前記第2金属製ワークに第1電極および第2電極を圧接させ、前記第1電極と前記第2電極との間に通電することで前記第1金属製ワークと前記第2金属製ワークとを接合する加熱圧接方法であって、
前記第1電極および前記第2電極の温度を上昇させることによって前記第2金属製ワークを溶融させて溶融物とするとともに、前記溶融物を源として前記第1金属製ワークに元素を拡散させることで、前記第1金属製ワークと前記第2金属製ワークとを互いに接合することを特徴とする。
【0009】
また、本発明は、第1金属製ワーク上に該第1金属製ワークの構成金属材よりも低融点の金属材からなる第2金属製ワークを積層し、前記第1金属製ワークに第1電極を圧接するとともに前記第2金属製ワークに第2電極を圧接させ、前記第1電極と前記第2電極との間に通電することで前記第1金属製ワークと前記第2金属製ワークとを接合する加熱圧接方法であって、
少なくとも前記第1電極の温度を上昇させることによって前記第2金属製ワークを溶融させて溶融物とするとともに、前記溶融物を源として前記第1金属製ワークに元素を拡散させることで、前記第1金属製ワークと前記第2金属製ワークとを互いに接合することを特徴とする。
【0010】
すなわち、本発明においては、第1電極および第2電極は、第1金属製ワークと第2金属製ワークとを押圧する役割、第1金属製ワークおよび第2金属製ワークを介して一方の電極から他方の電極へと電流を通電する役割、自身が発熱して第2金属製ワークを溶融する役割という3つの役割を果たすものである。
【0011】
本発明によれば、融点の低い第2金属製ワークがまず溶融されることに伴って溶融物(液相)が生成する。この溶融物を源として元素が第1金属製ワークに拡散し、その結果、第1金属製ワークと第2金属製ワークとが互いに拡散接合される。このため、溶接抵抗やレーザ溶接では接合が困難であった金属材を容易かつ簡便に接合することができる。
【0012】
また、上記の拡散接合が営まれている最中に第2金属製ワークが溶融することはない。したがって、例えば、第1金属製ワークが電子回路基板上に形成された金属製パターンである場合、該金属製パターンが剥離する以前に第2金属製ワークを接合することができる。
【0013】
しかも、本発明においては、第1電極と第2電極との間に、第1金属製ワークおよび第2金属製ワークを介する電流が流れる。このため、両電極の直下の積層箇所では、上記の拡散接合に相まって抵抗溶接が行われることにもなるので、第1金属製ワークおよび第2金属製ワークを一層強固に接合させることができる。
【0014】
ここで、第1電極または第2電極の構成材料の好適な例としては、炭素材または炭素合金が挙げられる。この場合、第1電極または第2電極の温度が極めて急速に上昇する。したがって、融点の低い第2金属製ワークのみを確実かつ迅速に溶融させることができるからである。
【0015】
なお、第1電極および第2電極の双方が炭素材または炭素合金からなることが好ましい。これらは熱伝導度が高いので、比較的短時間で昇温させることができるからである。
【0016】
そして、第1金属製ワークの構成金属材の好適な例としては、銅または銅合金を挙げることができ、第2金属製ワークの構成金属材の好適な例としては、アルミニウムまたはアルミニウム合金を挙げることができる。
【0017】
銅または銅合金からなる第1金属製ワークの具体例としては、電子回路基板上に形成された金属製パターンを挙げることができ、一方、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる第2金属製ワークの具体例としては、金属製パターンに通電を行うための金属リード線を挙げることができる。
【0018】
電極が炭素材または炭素合金からなり、かつ第2金属製ワークがアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる場合、第2金属製ワークが電極に溶着することがない。このため、電極のメンテナンスを頻繁に行う必要がないので、特に好適である。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る加熱圧接方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【0020】
本実施の形態に係る加熱圧接方法を遂行するための加熱圧接装置の概略全体構成を図1に示す。この加熱圧接装置10は、互いに並列配置された第1電極発熱体12および第2電極発熱体14と、これら第1電極発熱体12および第2電極発熱体14をそれぞれ有する第1加圧機構16a、第2加圧機構16bと、両加圧機構16a、16bを台座17に接近または離間する方向に変位させる変位機構18と、該変位機構18の変位動作を制御するコントローラ20と、該コントローラ20の制御作用下に第1電極発熱体12から第2電極発熱体14に指向する電流を通電する電源22とを備える。なお、電源22と、第1電極発熱体12および第2電極発熱体14とは、それぞれ、リード線24、26を介して互いに電気的に接続されている。
【0021】
加熱圧接装置10は基台28を有し、前記台座17は、この基台28上に設置されている。
【0022】
また、基台28には、支柱32が立設されている。この支柱32における上方には前記変位機構18を構成するモータ34が設置されており、図1および図2に示すように、該モータ34は、その上方に配置されたクラッチブレーキ機構36に接続されている。また、モータ34は、リード線37を介してコントローラ20に電気的に接続されている。
【0023】
このクラッチブレーキ機構36を構成する出力軸38は、円筒溝カム40を構成する円柱部材42の挿入孔に嵌合されている。そして、円柱部材42の外周には溝部44が周回して形成されており、該溝部44には、従動節46を構成するころ48が転動自在に挿入されている。該ころ48は、支持部材50を介して変位板52に回転自在に設けられている。
【0024】
変位機構18を構成する前記変位板52は、後述するように、モータ34の作用下に図2における矢印(上下)方向に変位する。なお、この変位板52にはガイドブロック54が固着されており、該ガイドブロック54の鉛直方向に延在して設けられた孔部56には、ガイドロッド58が挿通されている。このため、変位板52は、ガイドロッド58に案内されて変位する。
【0025】
なお、ガイドロッド58は、支持部材60a、60bを介して前記支柱32に位置決め固定されている。また、孔部56の内周壁部とガイドロッド58との間には、ブシュ62a、62bが介装されている。
【0026】
変位板52には、前記第1加圧機構16aおよび前記第2加圧機構16bが連結されている。第1加圧機構16aは、ボデイ64と、加圧力伝達シャフト66と、加圧力調整用摘み70とを有し、第1電極発熱体12は、加圧力伝達シャフト66の下端部に装着された電極ホルダ68に取り付けられている。第2加圧機構16bは、第1加圧機構16bと同様に構成されており、したがって、同一の構成要素には同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。
【0027】
第1加圧機構16a、第2加圧機構16bの各電極ホルダ68、68に取り付けられた第1電極発熱体12、第2電極発熱体14は、ともに炭素材からなる。また、これら第1電極発熱体12および第2電極発熱体14は、先端部から上端部まで直径が略一定の略円柱体である。
【0028】
コントローラ20には、加熱圧接装置10の運転状況等を示すLCDディスプレイ122と、加熱圧接装置10の設定や運転等を行うための複数の設定スイッチ124が設けられている。このうち、設定スイッチ124は、各動作を実行するためのものである。また、LCDディスプレイ122は、現在如何なる作業が遂行されているのかをモニタするためのものである。
【0029】
本実施の形態に係る加熱圧接方法は、上記のように構成された加熱圧接装置10を使用して以下のように遂行される。
【0030】
まず、銅製ワークである保護回路基板1の導線3(図6参照)上にアルミニウム製ワークであるリチウムイオンポリマー2次電池4の電極リード部5を積層し、この状態で、図2に示すように、台座17上に載置して第1電極発熱体12および第2電極発熱体14と対向させる。
【0031】
そして、設定スイッチ124をONにし、リード線37を介して、コントローラ20の制御作用下にモータ34を付勢する。付勢されたモータ34の回転駆動力がクラッチブレーキ機構36を介して円筒溝カム40に伝達されると、該円筒溝カム40の溝部44に係合するころ48によって回転運動が直線運動に変換され、これにより変位板52がガイドロッド58に案内されながら下降することに追従して第1加圧機構16a、第2加圧機構16bが下降する。最終的に、図3に示すように、第1電極発熱体12および第2電極発熱体14がともに電極リード部5の上面に当接する。LCDディスプレイ122には、この様子がグラフィックとして映し出される。
【0032】
第1加圧機構16a、第2加圧機構16bがさらに下降することに伴って両電極発熱体12、14が電極リード部5を押圧すると、コントローラ20は、クラッチブレーキ機構36の作用を解除する制御信号を発し、これにより円筒溝カム40の回転を停止させる。これに伴い第1加圧機構16a、第2加圧機構16bの下降が停止し、保護回路基板1および電極リード部5は、台座17と第1電極発熱体12および第2電極発熱体14とで挟持される。
【0033】
次いで、コントローラ20は、第1電極発熱体12および第2電極発熱体14を発熱させるための電流を通電させる制御信号を発する。この制御信号を受けた電源22は、第1電極発熱体12から第2電極発熱体14に指向して流れる電流を通電する。これにより、第1電極発熱体12および第2電極発熱体14がともに発熱する。
【0034】
ここで、上記したように、両電極発熱体12、14は炭素材からなる。このため、両電極発熱体12、14の温度は、アルミニウムの融点以上1000℃未満まで急速に上昇する。これに伴い、両電極発熱体12、14の直下に位置する電極リード部5(アルミニウム)が溶融して、図4に示すように、液相Lが形成される。
【0035】
この際、両電極発熱体12、14が略円柱体であるため、該両電極発熱体12、14の先端部は、電極リード部5に広い範囲で圧接する。したがって、電極リード部5を広範囲に亘って溶融することができる。
【0036】
その後、この液相L中のアルミニウム元素は、該液相Lに接する導線3(銅)の内部に拡散する。これにより、電極リード部5と導線3とが拡散接合をもって互いに接合されるに至る。上記したように、電極リード部5が広範囲に亘って溶融されているので、拡散接合も広範囲に及ぶ。したがって、電極リード部5と導線3とが強固に接合される。
【0037】
以上の溶融および拡散は、導線3(銅)の融点である1083℃に到達する以前に終了する。すなわち、拡散接合の間に導線3が溶融することはない。
【0038】
このように、本実施の形態によれば、互いに積層されたワークのうち、融点が低いもののみを溶融させるので、第1電極発熱体12および第2電極発熱体14が所定の温度に到達した後は、昇温を続行する必要はない。このため、両電極発熱体12、14が通電開始から溶接可能な状態となるまでに要する時間が比較的短くなる。また、両電極発熱体12、14が熱伝導度の良好な炭素材からなるので、該両電極発熱体12、14を昇温させるために長時間を要することもない。
【0039】
換言すれば、本実施の形態においては、比較的短時間で加熱圧接作業を遂行することができるので、作業効率を向上させることができる。
【0040】
そしてこの際、第1電極発熱体12から第2電極発熱体14に指向して流れる電流は、図4に破線で示すように、電流i1、i2に分岐して電極リード部5または導線3を経由する。このうちの電流i2により、電極リード部5の一部が溶融されて図示しないナゲットが形成される。一方、導線3は溶融されない。
【0041】
すなわち、本実施の形態においては、拡散接合とともに抵抗溶接が営まれる。このため、導線3と電極リード部5とを一層強固に接合することができる。
【0042】
その後、コントローラ20は、モータ34を逆方向に回転させるとともに、クラッチブレーキ機構36を制御して円筒溝カム40を再回転させる。その結果、第1加圧機構16a、第2加圧機構16bがともに上昇し、第1電極発熱体12および第2電極発熱体14が電極リード部5から離間する。
【0043】
炭素に対するアルミニウムの濡れ性はさほど良好ではないため、第1電極発熱体12および第2電極発熱体14を電極リード部5から離間させる際、アルミニウムが両電極発熱体12、14に同伴して移動することはほとんどない。すなわち、いわゆるピックアップが起こることを回避することができる。このため、外観が良好でかつ溶接強度に優れた接合箇所を得ることができるので、歩留まりが向上する。しかも、両電極発熱体12、14にアルミニウムが付着することが抑制されるので、両電極発熱体12、14のメンテナンスを行う頻度が著しく減少する。したがって、作業効率を一層向上させることもできる。
【0044】
さらに、アルミニウムは電食し難いので、接合部の外観を一層良好なものとすることができる。
【0045】
なお、本実施の形態においては、導線3上に積層された電極リード部5に対して第1電極発熱体12および第2電極発熱体14の双方を圧接するようにしているが、図5に示すように、第1電極発熱体12で電極リード部5を圧接するとともに第2電極発熱体14で導線3を圧接するようにしてもよい。この場合、第2電極発熱体14は、タングステン製のものであってもよい。
【0046】
また、この実施の形態では、電極発熱体に当接するワークとして、銅製ワークである導線3と、アルミニウム製ワークである電極リード部5を例示して説明したが、特にこれに限定されるものではない。また、アルミニウム製ワークに代替してアルミニウム合金製ワークを採用してもよいし、銅製ワークに代替して銅合金製ワークからなるものを採用してもよい。
【0047】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る加熱圧接方法によれば、2本の電極を圧接させて2種の金属製ワークを接合する際、融点の低いワークを溶解させて液相とし、該液相を源とする元素をもう一方のワークに拡散させることによって拡散接合を行うようにしている。このため、溶接抵抗やレーザ溶接では接合が困難であった金属材を容易かつ簡便に接合することができる。
【0048】
しかも、この場合、電極を比較的短時間で昇温させることができるので、溶接に際しての作業効率を向上させることもできるという効果が達成される。
【0049】
さらに、本発明に係る加熱圧接方法では、第1金属製ワークおよび第2金属製ワークの双方を経由する電流を第1電極から第2電極に指向して流通させるようにしているので、上記した拡散接合の他、抵抗溶接も営まれる。このため、ワーク同士を一層強固に接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態に係る加熱圧接方法を遂行する加熱圧接装置の概略全体構成図である。
【図2】図1に示す加熱圧接装置の一部縦断面図である。
【図3】導線(銅)上に積層された電極リード部(アルミニウム)に第1電極発熱体および第2電極発熱体を当接させた状態を示す要部拡大縦断面図である。
【図4】金属製ワークを経由する電流が流通されている状態を示す要部拡大縦断面図である。
【図5】導線(銅)上の一部に積層された電極リード部(アルミニウム)に第1電極発熱体を当接させ、かつ前記導線に第2電極発熱体を当接させた状態を示す要部拡大縦断面図である。
【図6】携帯用電子機器に装着される保護回路基板の概略全体斜視図である。
【図7】図6に示す保護回路基板の導線にリチウムイオンポリマー2次電池の電極リード部が接合された状態を示す概略全体斜視図である。
【符号の説明】
1…保護回路基板             3…導線(銅製ワーク)
5…電極リード部(アルミニウム製ワーク) 10…加熱圧接装置
12、14…電極発熱体          16a、16b…加圧機構
18…変位機構              20…コントローラ
22…電源                34…モータ
36…クラッチブレーキ機構        52…変位板
54…ガイドブロック           56…孔部
58…ガイドロッド            66…加圧力伝達シャフト
122…LCDディスプレイ        124…設定スイッチ
L…液相
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to, for example, a heating and pressure welding method capable of joining a metal lead wire for supplying a current to a metal pattern on a printed circuit board without intervening solder or the like.
[0002]
[Prior art]
FIG. 6 shows an example of a battery pack protection circuit board mounted on various portable electronic devices such as a mobile phone, a video camera, and a notebook computer. The protection circuit board 1 has conductors 2 and 3 made of copper, respectively.
[0003]
The electrode lead 5 of the lithium ion polymer secondary battery 4 as a power source is joined to the conductor 3 as shown in FIG. 7, for example. In this case, the electrode lead portion 5 is made of aluminum.
[0004]
At present, ultrasonic welding is mainly employed as a method for joining the conductive wire 3 made of copper and the electrode lead portion 5 made of aluminum to each other. However, the ultrasonic welding has a disadvantage that the ultrasonic welding device itself is expensive and therefore expensive. In addition, if the reproducibility is poor and the work days are different, it is difficult to keep the quality constant because there are cases where joining can be easily performed and cases where it is extremely difficult even when welding is performed under the same conditions. There are drawbacks.
[0005]
Other attempts to join the conductor 3 and the electrode lead 5 to each other include resistance welding, laser welding, and the like. However, in the case of resistance welding, there is a problem that the copper pattern is lifted from the substrate with heating, that is, peeling occurs. In addition, since aluminum, which is a metal material of the electrode lead portion 5, is welded to the electrode heating element, maintenance must be frequently performed on the electrode heating element.
[0006]
On the other hand, in laser welding as well, the problem that peeling occurs similarly to resistance welding has become apparent. When the thickness of the electrode lead portion 5 is small, a through hole may be formed in the electrode lead portion 5, so that it is extremely difficult to join the electrode lead portion 5 and the conductive wire 3.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is possible to easily join different kinds of metal works to each other. For example, for example, copper or copper alloy formed on an electronic circuit board It is an object of the present invention to provide a heating and pressing method capable of securely joining a metal lead made of aluminum or an aluminum alloy to a metal pattern made of the same without peeling.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a method according to the present invention, wherein a second metal work made of a metal material having a lower melting point than a constituent metal material of the first metal work is laminated on the first metal work, The first metal and the second metal are brought into pressure contact with the two-metal work, and a current is applied between the first electrode and the second electrode to join the first metal work and the second metal work. A heating pressure welding method,
Raising the temperature of the first electrode and the second electrode to melt the second metal work to form a melt, and diffusing an element into the first metal work using the melt as a source. Then, the first metal work and the second metal work are joined to each other.
[0009]
Also, the present invention provides a method in which a second metal work made of a metal material having a lower melting point than the constituent metal material of the first metal work is laminated on the first metal work, and the first metal work is provided with a first metal work. The first metal workpiece and the second metal workpiece are brought into contact with each other by pressing the electrode and the second metal against the second metal workpiece, and applying a current between the first electrode and the second electrode. Heating and pressure welding method for joining
By raising the temperature of at least the first electrode to melt the second metal work to form a melt, and diffusing an element into the first metal work by using the melt as a source, the second metal work is melted. The first metal work and the second metal work are joined to each other.
[0010]
That is, in the present invention, the first electrode and the second electrode serve to press the first metal work and the second metal work, and one electrode is provided via the first metal work and the second metal work. From the first electrode to the other electrode, and a role to generate heat by itself to melt the second metal work.
[0011]
According to the present invention, a melt (liquid phase) is generated as the second metal work having a low melting point is first melted. The element diffuses into the first metal work using the melt as a source, and as a result, the first metal work and the second metal work are diffusion-bonded to each other. For this reason, it is possible to easily and easily join metal materials that have been difficult to join by welding resistance or laser welding.
[0012]
Further, the second metal work does not melt during the diffusion bonding. Therefore, for example, when the first metal work is a metal pattern formed on the electronic circuit board, the second metal work can be joined before the metal pattern peels off.
[0013]
Moreover, in the present invention, a current flows between the first electrode and the second electrode via the first metal work and the second metal work. For this reason, resistance welding is also performed at the layered portion immediately below both electrodes in conjunction with the above-described diffusion bonding, so that the first metal work and the second metal work can be more firmly bonded.
[0014]
Here, preferred examples of the constituent material of the first electrode or the second electrode include a carbon material or a carbon alloy. In this case, the temperature of the first electrode or the second electrode rises very quickly. Therefore, only the second metal work having a low melting point can be reliably and quickly melted.
[0015]
Preferably, both the first electrode and the second electrode are made of a carbon material or a carbon alloy. This is because these have high thermal conductivity and can be heated in a relatively short time.
[0016]
Preferred examples of the constituent metal material of the first metal work include copper or copper alloy, and preferred examples of the constituent metal material of the second metal work include aluminum or an aluminum alloy. be able to.
[0017]
Specific examples of the first metal work made of copper or copper alloy include a metal pattern formed on an electronic circuit board, and specific examples of the second metal work made of aluminum or an aluminum alloy For example, a metal lead wire for supplying electricity to a metal pattern can be given.
[0018]
When the electrode is made of a carbon material or a carbon alloy and the second metal work is made of aluminum or an aluminum alloy, the second metal work is not welded to the electrode. This is particularly preferable because it is not necessary to frequently perform electrode maintenance.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment of a heating and pressing method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0020]
FIG. 1 shows a schematic overall configuration of a heating pressure welding apparatus for performing the heating pressure welding method according to the present embodiment. The heating and pressing apparatus 10 includes a first electrode heating element 12 and a second electrode heating element 14 arranged in parallel with each other, and a first pressing mechanism 16a having the first electrode heating element 12 and the second electrode heating element 14, respectively. A second pressing mechanism 16b, a displacement mechanism 18 for displacing the two pressure mechanisms 16a, 16b in a direction to approach or separate from the pedestal 17, a controller 20 for controlling the displacement operation of the displacement mechanism 18, And a power supply 22 for supplying a current directed from the first electrode heating element 12 to the second electrode heating element 14 under the control of the above. The power supply 22 and the first electrode heating element 12 and the second electrode heating element 14 are electrically connected to each other via lead wires 24 and 26, respectively.
[0021]
The heating and pressing apparatus 10 has a base 28, and the pedestal 17 is installed on the base 28.
[0022]
In addition, a support 32 is erected on the base 28. A motor 34 constituting the displacement mechanism 18 is installed above the support column 32. As shown in FIGS. 1 and 2, the motor 34 is connected to a clutch brake mechanism 36 disposed above the motor 34. ing. Further, the motor 34 is electrically connected to the controller 20 via a lead wire 37.
[0023]
An output shaft 38 constituting the clutch brake mechanism 36 is fitted in an insertion hole of a cylindrical member 42 constituting a cylindrical groove cam 40. A groove 44 is formed around the outer periphery of the columnar member 42, and a roller 48 constituting a follower 46 is rotatably inserted into the groove 44. The rollers 48 are rotatably provided on a displacement plate 52 via a support member 50.
[0024]
The displacement plate 52 constituting the displacement mechanism 18 is displaced in the direction of the arrow (up and down) in FIG. A guide block 54 is fixed to the displacement plate 52, and a guide rod 58 is inserted into a hole 56 provided in the guide block 54 so as to extend in the vertical direction. Therefore, the displacement plate 52 is displaced by being guided by the guide rod 58.
[0025]
The guide rod 58 is positioned and fixed to the column 32 via support members 60a and 60b. Bushings 62a and 62b are interposed between the inner peripheral wall of the hole 56 and the guide rod 58.
[0026]
The first pressing mechanism 16a and the second pressing mechanism 16b are connected to the displacement plate 52. The first pressurizing mechanism 16a has a body 64, a pressing force transmission shaft 66, and a pressing force adjusting knob 70. The first electrode heating element 12 is mounted on a lower end portion of the pressing force transmission shaft 66. It is attached to the electrode holder 68. The second pressurizing mechanism 16b has the same configuration as the first pressurizing mechanism 16b. Therefore, the same components are denoted by the same reference symbols, and detailed description will be omitted.
[0027]
The first electrode heating element 12 and the second electrode heating element 14 attached to the electrode holders 68 of the first pressure mechanism 16a and the second pressure mechanism 16b are both made of a carbon material. The first electrode heating element 12 and the second electrode heating element 14 are substantially columnar bodies having a substantially constant diameter from the front end to the upper end.
[0028]
The controller 20 is provided with an LCD display 122 that indicates the operation status and the like of the heating and pressing device 10, and a plurality of setting switches 124 for setting and operating the heating and pressing device 10. Among them, the setting switch 124 is for executing each operation. The LCD display 122 is for monitoring what kind of work is currently being performed.
[0029]
The heating pressure welding method according to the present embodiment is performed as follows using the heating pressure welding apparatus 10 configured as described above.
[0030]
First, the electrode lead portion 5 of the lithium ion polymer secondary battery 4 made of an aluminum work is laminated on the conductive wire 3 (see FIG. 6) of the protection circuit board 1 made of a copper work. In this state, as shown in FIG. Then, it is placed on a pedestal 17 to face the first electrode heating element 12 and the second electrode heating element 14.
[0031]
Then, the setting switch 124 is turned ON, and the motor 34 is energized through the lead wire 37 under the control of the controller 20. When the rotational driving force of the energized motor 34 is transmitted to the cylindrical groove cam 40 via the clutch brake mechanism 36, the rotational motion is converted into linear motion by the rollers 48 engaging with the groove 44 of the cylindrical groove cam 40. As a result, the first pressing mechanism 16a and the second pressing mechanism 16b move downward following the downward movement of the displacement plate 52 while being guided by the guide rod 58. Finally, as shown in FIG. 3, the first electrode heating element 12 and the second electrode heating element 14 are both in contact with the upper surface of the electrode lead portion 5. This situation is displayed on the LCD display 122 as a graphic.
[0032]
When the two electrode heating elements 12 and 14 press the electrode leads 5 as the first pressure mechanism 16a and the second pressure mechanism 16b further descend, the controller 20 releases the operation of the clutch brake mechanism 36. A control signal is issued to stop the rotation of the cylindrical groove cam 40. Accordingly, the lowering of the first pressing mechanism 16a and the second pressing mechanism 16b is stopped, and the protection circuit board 1 and the electrode lead portion 5 are connected to the pedestal 17, the first electrode heating element 12, and the second electrode heating element 14, respectively. It is pinched by.
[0033]
Next, the controller 20 issues a control signal for applying a current for causing the first electrode heating element 12 and the second electrode heating element 14 to generate heat. Upon receiving the control signal, the power supply 22 supplies a current flowing from the first electrode heating element 12 to the second electrode heating element 14. Thereby, both the first electrode heating element 12 and the second electrode heating element 14 generate heat.
[0034]
Here, as described above, both electrode heating elements 12 and 14 are made of a carbon material. For this reason, the temperature of both electrode heating elements 12 and 14 rapidly rises to the melting point of aluminum or more and less than 1000 ° C. Along with this, the electrode lead portions 5 (aluminum) located immediately below the two electrode heating elements 12 and 14 are melted, and a liquid phase L is formed as shown in FIG.
[0035]
At this time, since both electrode heating elements 12 and 14 are substantially cylindrical bodies, the tips of both electrode heating elements 12 and 14 are pressed against electrode lead portion 5 in a wide range. Therefore, the electrode lead portion 5 can be melted over a wide range.
[0036]
Thereafter, the aluminum element in the liquid phase L diffuses into the conductive wire 3 (copper) in contact with the liquid phase L. Thereby, the electrode lead portion 5 and the conductive wire 3 are joined to each other by diffusion bonding. As described above, since the electrode lead portions 5 are melted over a wide range, diffusion bonding also extends over a wide range. Therefore, the electrode lead portion 5 and the conducting wire 3 are firmly joined.
[0037]
The above melting and diffusion are completed before reaching the melting point of the conductive wire 3 (copper) of 1083 ° C. That is, the conductive wire 3 does not melt during the diffusion bonding.
[0038]
As described above, according to the present embodiment, only the work having a low melting point is melted among the stacked works, so that the first electrode heating element 12 and the second electrode heating element 14 reach the predetermined temperature. Thereafter, there is no need to continue the heating. For this reason, the time required from the start of energization to the state where welding is possible for both electrode heating elements 12 and 14 becomes relatively short. In addition, since both electrode heating elements 12 and 14 are made of a carbon material having good thermal conductivity, it does not take a long time to heat both electrode heating elements 12 and 14.
[0039]
In other words, in the present embodiment, since the heating and pressing operation can be performed in a relatively short time, the operation efficiency can be improved.
[0040]
At this time, the current flowing from the first electrode heating element 12 to the second electrode heating element 14 is branched into currents i1 and i2 as shown by broken lines in FIG. Via Due to the current i2, a part of the electrode lead portion 5 is melted to form a nugget (not shown). On the other hand, the conductor 3 is not melted.
[0041]
That is, in the present embodiment, resistance welding is performed together with diffusion bonding. Therefore, the conductive wire 3 and the electrode lead portion 5 can be more firmly joined.
[0042]
Thereafter, the controller 20 rotates the motor 34 in the reverse direction and controls the clutch brake mechanism 36 to rotate the cylindrical groove cam 40 again. As a result, both the first pressurizing mechanism 16a and the second pressurizing mechanism 16b rise, and the first electrode heating element 12 and the second electrode heating element 14 are separated from the electrode lead portion 5.
[0043]
Since the wettability of aluminum to carbon is not so good, when the first electrode heating element 12 and the second electrode heating element 14 are separated from the electrode lead portion 5, aluminum moves along with the two electrode heating elements 12 and 14. There is very little to do. That is, occurrence of so-called pickup can be avoided. For this reason, a joint having good appearance and excellent welding strength can be obtained, so that the yield is improved. Moreover, since aluminum is suppressed from adhering to both electrode heating elements 12 and 14, the frequency of maintenance of both electrode heating elements 12 and 14 is significantly reduced. Therefore, work efficiency can be further improved.
[0044]
Furthermore, since aluminum is not easily eroded, the appearance of the joint can be further improved.
[0045]
In the present embodiment, both the first electrode heating element 12 and the second electrode heating element 14 are pressed against the electrode lead portion 5 laminated on the conductive wire 3, but FIG. As shown, the electrode lead portion 5 may be pressed against the first electrode heating element 12 and the conductive wire 3 may be pressed against the second electrode heating element 14. In this case, the second electrode heating element 14 may be made of tungsten.
[0046]
Further, in this embodiment, the conductor 3 made of a copper work and the electrode lead portion 5 made of an aluminum work have been described as examples of the work that comes into contact with the electrode heating element, but the work is not particularly limited to this. Absent. In addition, an aluminum alloy work may be used instead of the aluminum work, or a copper alloy work may be used instead of the copper work.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the heating and pressing method according to the present invention, when two electrodes are pressed into contact with each other to join two types of metal works, the work having a low melting point is dissolved to form a liquid phase. Diffusion bonding is performed by diffusing a phase source element into another work. For this reason, it is possible to easily and easily join metal materials that have been difficult to join by welding resistance or laser welding.
[0048]
In addition, in this case, since the temperature of the electrode can be raised in a relatively short time, the effect that the working efficiency at the time of welding can be improved can be achieved.
[0049]
Further, in the heating and pressure welding method according to the present invention, the current passing through both the first metal work and the second metal work is caused to flow from the first electrode to the second electrode in a directed manner. In addition to diffusion bonding, resistance welding is also performed. For this reason, works can be more firmly joined together.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram of a heating pressure welding apparatus that performs a heating pressure welding method according to the present embodiment.
FIG. 2 is a partial longitudinal sectional view of the heating and pressing apparatus shown in FIG.
FIG. 3 is an enlarged longitudinal sectional view of a main part showing a state where a first electrode heating element and a second electrode heating element are brought into contact with an electrode lead portion (aluminum) laminated on a conductive wire (copper).
FIG. 4 is an enlarged vertical sectional view of a main part showing a state in which a current is flowing through a metal work.
FIG. 5 shows a state in which a first electrode heating element is brought into contact with an electrode lead portion (aluminum) laminated on a part of a conductor (copper), and a second electrode heating element is brought into contact with the conductor. It is a principal part enlarged longitudinal sectional view.
FIG. 6 is a schematic overall perspective view of a protection circuit board mounted on a portable electronic device.
7 is a schematic overall perspective view showing a state where an electrode lead portion of a lithium ion polymer secondary battery is joined to a conductive wire of the protection circuit board shown in FIG. 6;
[Explanation of symbols]
1: Protection circuit board 3: Conductor wire (copper work)
5 ... Electrode lead part (aluminum work) 10 ... Heating and pressing device 12, 14 ... Electrode heating element 16a, 16b ... Pressure mechanism 18 ... Displacement mechanism 20 ... Controller 22 ... Power supply 34 ... Motor 36 ... Clutch brake mechanism 52 ... Displacement Plate 54 Guide block 56 Hole 58 Guide rod 66 Pressure transmission shaft 122 LCD display 124 Setting switch L Liquid phase

Claims (5)

第1金属製ワーク上に該第1金属製ワークの構成金属材よりも低融点の金属材からなる第2金属製ワークを積層し、前記第2金属製ワークに第1電極および第2電極を圧接させ、前記第1電極と前記第2電極との間に通電することで前記第1金属製ワークと前記第2金属製ワークとを接合する加熱圧接方法であって、
前記第1電極および前記第2電極の温度を上昇させることによって前記第2金属製ワークを溶融させて溶融物とするとともに、前記溶融物を源として前記第1金属製ワークに元素を拡散させることで、前記第1金属製ワークと前記第2金属製ワークとを互いに接合することを特徴とする加熱圧接方法。
A second metal work made of a metal material having a lower melting point than the constituent metal material of the first metal work is laminated on the first metal work, and a first electrode and a second electrode are formed on the second metal work. A heating and pressure bonding method of bonding the first metal work and the second metal work by applying pressure between the first electrode and the second electrode,
Raising the temperature of the first electrode and the second electrode to melt the second metal work to form a melt, and diffusing an element into the first metal work using the melt as a source. Wherein the first metal work and the second metal work are joined to each other.
第1金属製ワーク上に該第1金属製ワークの構成金属材よりも低融点の金属材からなる第2金属製ワークを積層し、前記第1金属製ワークに第1電極を圧接するとともに前記第2金属製ワークに第2電極を圧接させ、前記第1電極と前記第2電極との間に通電することで前記第1金属製ワークと前記第2金属製ワークとを接合する加熱圧接方法であって、
少なくとも前記第1電極の温度を上昇させることによって前記第2金属製ワークを溶融させて溶融物とするとともに、前記溶融物を源として前記第1金属製ワークに元素を拡散させることで、前記第1金属製ワークと前記第2金属製ワークとを互いに接合することを特徴とする加熱圧接方法。
A second metal work made of a metal material having a lower melting point than the constituent metal material of the first metal work is laminated on the first metal work, a first electrode is pressed against the first metal work, and the second metal work is pressed. A heating and pressure welding method in which a second electrode is pressed against a second metal work, and a current is applied between the first electrode and the second electrode to join the first metal work and the second metal work. And
By raising the temperature of at least the first electrode to melt the second metal work to form a melt, and diffusing an element into the first metal work by using the melt as a source, the second metal work is melted. (1) A method of heating and pressing, wherein the first metal work and the second metal work are joined to each other.
請求項1または2記載の加熱圧接方法において、前記第1電極または前記第2電極の少なくともいずれか一方が炭素材または炭素合金からなることを特徴とする加熱圧接方法。3. The method according to claim 1, wherein at least one of the first electrode and the second electrode is made of a carbon material or a carbon alloy. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の加熱圧接方法において、前記第1金属製ワークの構成金属材が銅または銅合金であり、かつ前記第2金属製ワークの構成金属材がアルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とする加熱圧接方法。The method according to any one of claims 1 to 3, wherein a constituent metal material of the first metal work is copper or a copper alloy, and a constituent metal material of the second metal work is aluminum or copper. A heat welding method characterized by being an aluminum alloy. 請求項4記載の加熱圧接方法において、前記第1金属製ワークが電子回路基板上に形成された金属製パターンであり、かつ第2金属製ワークが金属リード線であることを特徴とする加熱圧接方法。5. The method according to claim 4, wherein the first metal work is a metal pattern formed on an electronic circuit board, and the second metal work is a metal lead wire. Method.
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