KR20130044142A - 히터 칩 및 접합 장치 및 접합 방법 및 세선과 단자의 접속 구조 - Google Patents

히터 칩 및 접합 장치 및 접합 방법 및 세선과 단자의 접속 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도전성의 세선을 단자 부재에 납접하는 접합 가공에 있어서 피접합물의 물리적 강도를 비약적으로 향상시키는 것이다.
이를 위하여 본 발명의 히터 칩(10)은, 통상 사용 형태의 자세에 있어서 최하단의 돌출된 부위가 되는 대략 직방체 형상의 인두부(12)를 가지고, 칩 두께 방향에 있어서 인두부(12)의 하면 중심부에 인두 끝면(14)을 가지며, 그 양 옆에 한 쌍의 인두 끝 오목부(16, 18)를 가지고 있다. 기판(64) 위에서 행하는, 사전 스크린 인쇄에 의해, 예를 들면, 직사각형 형상의 단자(66) 위에 소정의 간격을 두고 평행하게 2개의 띠 형상 또는 침목형의 크림 땜납(70, 72)이 도포된다. 이들 침목형 크림 땜납(70, 72)은, 히터 칩(10)의 인두 끝 오목부(16, 18)에 각각 대응(대향)하는 위치 관계 및 사이즈를 가지고 있다.

Description

히터 칩 및 접합 장치 및 접합 방법 및 세선과 단자의 접속 구조{HEATER CHIP, BONDING APPARATUS, BONDING METHOD AND JUNCTION STRUCTURE OF THIN LINE AND TERMINAL}
본 발명은, 금속 부재의 납접에 사용되는 히터 칩, 접합 장치 및 접합 방법 및 납접을 사용하는 세선과 단자의 접속 구조에 관한 것이다.
종래부터, 예를 들면, 외장형 전기 부품의 리드선(피복선)(100)을 프린트 배선판(102) 위의 단자(접속 패드 또는 전극 등)(104)에 리플로우 솔더링으로 접합하기 위하여, 도 24에 나타내는 바와 같이, 인두부(106)를 가지는 히터 칩(108)이 사용되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
이 타입의 히터 칩(108)은, 고융점 금속, 예를 들면, 텅스텐 혹은 몰리브덴으로 이루어지는 대략 ㄷ자 형상의 판체로서 형성되며, 오목형의 방향(자세)으로 저변(底邊)보다 하방으로 돌출되는 작은 조각 형상의 인두부(106)를 수평으로 하고, 좌우 양단의 접속 단자부(110L, 110R)를 히터 헤드(112)에 장착하고 있다. 도시한 히터 헤드(112)는, 히터 전원(도시 생략)의 출력 단자에 통하는 한 쌍의 급전용 도체(114L, 114R)의 일측면에 볼트(116L, 116R)로 히터 칩(108)의 좌우 접속 단자(110L, 110R)를 물리적이며 또한 전기적으로 각각 접속하고 있고, 급전용 도체(114L, 114R)를 통해 히터 칩(108)을 상하로 이동시키는 승강 기구나 피접합물을 향하여 가압하는 가압 기구(도시 생략)를 가지고 있다. 급전용 도체(114L, 114R)의 사이에는 양자를 전기적으로 분리하기 위한 절연체(118)가 끼워져 있다.
도 24에 있어서, 프린트 배선판(102)은, 도시 생략한 작업대(예를 들면, XY 테이블) 위에 수평으로 재치(載置)되어 있고, 리드선(100)은 단자(104) 위에 얹어진다. 단자(104)의 표면에는, 미리 크림 형상의 땜납 또는 도금의 땜납(105)이 도포되어 있다.
히터 헤드(112)가 히터 칩(108)을 내리면, 도 25에 나타내는 바와 같이, 히터 칩(108)의 인두부(106)의 하면, 즉 인두 끝면(106a)이 피접합부, 즉 리드선(100) 및 프린트 배선판(102) 측의 단자(104)에 적당한 가압력으로 접촉한다. 이와 같이 히터 칩(108)의 인두부(106)를 피접합부(100, 104)에 닿게 한 상태 하에서, 히터 전원이 온이 되어 히터 칩(108)에 전류를 공급하면, 히터 칩(108)의 인두부(106)가 저항 발열하여, 피접합부(100, 104)를 가열한다. 이것에 의해, 리드선(100)의 절연 피막이 열에 녹아서 벗겨지고, 리드선(100) 주위의 땜납(105)도 녹는다. 녹은 땜납(105)은, 리드선(100)의 노출된 도체(100a)의 둘레면을 따라 기어오르듯이 약간 부풀어오른다. 통전 개시로부터 일정 시간(통전 시간) 경과 후에 히터 전원이 통전을 멈추고, 통전 종료로부터 일정 시간(유지 시간) 경과 후에 히터 헤드(112)가 히터 칩(108)을 상승시켜서 피접합부(100, 104)로부터 떼어놓는다. 그렇게 하면, 땜납(105)이 응고되고, 피접합부(100, 104)가 리플로우의 납땜에 의해 결합된다.
일본 특허공개 제2005-66636호 공보
오늘날, 휴대 전자기기 등에 탑재되는 초소형 전기 부품(진동 모터, 마이크, 스피커 등)의 리드선은, 매우 가늘고, 선 직경(굵기)이 통상 200㎛ 이하이며, 100㎛ 이하나 수십 ㎛ 이하도 적지 않다. 그러한 극세의 리드선(100)을 기판(102) 위의 단자(104)에 접합하는 납땜(또는 경납땜)에 상기와 같은 히터 칩(108)을 사용하면, 도 26에 나타내는 바와 같이 리드선(100)의 노출된 도체(100a)가 인두부(106)로부터의 가열과 가압에 의해 편평하게 찌부러져서 단자(104)에 접합된다. 이것에 의해, 전기적으로는, 리드선(100)과 단자(104) 사이에 양호한 도전 결합이 얻어진다.
그러나, 리드선(100)이 진동 기타의 외력을 받으면, 그 단차부(찌부러진 부분과 찌부러지지 않은 부분의 경계)(100b) 부근에서 끊어지기 쉽다. 특히, 리드선(100)이 알루미늄선인 경우에 끊어지기 쉽다. 이와 같이, 물리적 강도가 불충분하기 때문에, 도 27에 나타내는 바와 같이, 접착제(118)를 사용하여 리드선(100)을 기판(102)에 고정하는 것도 행하여지고 있지만, 그만큼 쓸데없는 공정을 필요로 하여, 수고가 든다.
또, 리드선(100)의 편평하게 찌부러진 부분(100a)의 상면은, 히터 칩(108)의 인두 끝면(106a)이 가압 접촉하기 때문에, 그곳에는 녹은 땜납(105)이 올라오지 않는다. 이 때문에, 리드선(100)과 기판(102) 사이의 물리적인 접합 강도는 그렇게 크지 않다. 따라서, 리드선(100)의 편평하게 찌부러진 부분(100a)이 진동 기타의 외력에 의해 단자(104)로부터 벗겨지는 경우가 있어, 이 점도 과제로 되어 있었다.
본 발명은, 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하는 것이며, 도전성의 세선을 단자 부재에 납접하는 접합 가공에 있어서 피접합물의 물리적 강도를 비약적으로 향상시키는 히터 칩, 접합 장치 및 접합 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 양산성, 전기적 특성 및 물리적 강도가 우수한 세선과 단자의 접속 구조를 제공한다.
본 발명의 히터 칩은, 통전에 의해 발열하는 인두부를 가지고, 상기 인두부의 인두 끝면을 단자 부재 위의 도전성 세선의 일단부에 가압 접촉시킴으로써 상기 세선을 상기 단자 부재에 접합하는 히터 칩으로서, 상기 인두부의 인두 끝면이 닿는 상기 세선 측에서 보아 상기 세선의 단(端)과 반대 측에서 상기 인두 끝면에 인접하여 설치되고, 상기 세선을 상기 단자 부재에 납접하기 위하여 상기 세선에 비접촉으로 덮이는 제1 인두 끝 오목부를 가진다.
상기 구성의 히터 칩에 있어서는, 인두부의 인두 끝면을 단자 부재 위의 세선의 일부에 닿게 하여, 소정의 가압력을 가함과 함께, 인두부를 통전하여 발열시키면, 인두부로부터의 가압과 가열에 의해 세선의 인두 끝면과 접촉하는 부분이 편평하게 찌부러져서 단자의 표면에 열압착으로 결합하여, 열압착부가 형성된다. 한편, 미리 단자 부재 위에 도포되거나, 혹은 히터 칩의 동작과 연동하여 공급되는 납재(材)도 인두부로부터의 가열에 의해 용융되고, 젖음에 의해 주위로 확산된다. 이 경우, 용융된 액상(液狀)의 납재는, 고온으로 발열하고 있는 제1 인두 끝 오목부와 세선 사이의 간극으로 흘러들어가서, 세선을 주회(周回) 방향으로 완전히 덮는다. 직후에, 인두부의 통전 정지, 통전 전류의 감소 또는 히터 칩의 떼어놓음 등에 의해, 용융 납재를 응고 온도보다 낮은 온도로 식히면, 제1 인두 끝 오목부 밑에서 용융 납재가 형상 또는 형체를 유지한 채 고체의 납재로 변화된다. 이렇게 하여, 열압착부에 인접하는 근원 측의 위치에서 세선을 덮어 유지하는 제1 납접부가 형성된다.
본 발명의 상기 히터 칩을 사용하여 얻어지는 리드선/단자의 접속 구조에 있어서, 상기 열압착부는, 세선과 단자 사이에서 원자 레벨에서의 직접적인 결합을 이루고, 밀착력·내구성이 우수하며, 고온에서도 벗겨지기 어렵고, 전기적인 특성(도전성)도 안정되어 있다. 또, 세선에 진동 기타의 외력이 가하여져도, 제1 납접부가 그것을 블록하여 세선을 확실하게 유지하기 때문에, 열압착부의 잘록한 부분 부근에서 세선이 끊어지는 일은 없다.
본 발명의 바람직한 일 양태에 있어서의 제1 인두 끝 오목부는, 세선과 직교하는 방향으로 인두부의 일단으로부터 타단까지 동일한 단면 형상으로 형성된다. 다른 바람직한 일 양태에 있어서의 제1 인두 끝 오목부는, 세선과 직교하는 방향으로 인두부의 양단부를 제외하는 중간부에 형성된다.
본 발명의 바람직한 일 양태에 의하면, 세선 측에서 보아 세선의 단 부근에서 인두 끝면에 인접하여 설치되고, 세선을 단자 부재에 납접하기 위하여 세선에 비접촉으로 덮이는 제2 인두 끝 오목부가 설치된다. 상기와 같이 인두부로부터의 가열에 의해 용융된 액상의 납재는, 고온으로 발열하고 있는 제2 인두 끝 오목부와 세선 사이의 간극으로도 흘러들어가서, 세선을 주회 방향으로 완전히 덮는다. 직후에, 용융 납재를 응고 온도보다 낮은 온도로 식히면, 제2 인두 끝 오목부 밑에서 용융 납재가 형상 또는 형체를 유지한 채 고체의 납재로 변화된다. 이렇게 하여, 열압착부에 인접하는 선단 측의 위치에서 세선을 덮어서 유지하는 제2 납접부가 형성된다. 이 제2 납접부는, 세선이 그 선단으로부터 벗겨지는 것을 충분히 방지한다.
본 발명의 바람직한 일 양태에 있어서의 제2 인두 끝 오목부도, 세선과 직교하는 방향으로 인두부의 일단으로부터 타단까지 동일한 단면 형상으로 형성된다. 다른 바람직한 일 양태에 있어서의 제2 인두 끝 오목부도, 세선과 직교하는 방향으로 인두부의 양단부를 제외하는 중간부에 형성된다.
본 발명의 접합 장치는, 본 발명의 히터 칩과, 상기 히터 칩을 지지하고, 도전성의 세선을 단자 부재에 접합할 때에, 상기 인두부의 인두 끝면을 상기 단자 부재 위의 상기 세선의 일단부에 가압 접촉시키는 히터 헤드와, 상기 히터 칩에 저항 발열용의 전류를 공급하는 히터 전원을 가진다.
본 발명의 접합 장치에 의하면, 본 발명의 히터 칩을 구비하고, 히터 헤드에 의해 당해 히터 칩의 가압 동작을 제어하며, 히터 전원에 의해 당해 히터 칩의 통전·가열 동작을 제어함으로써, 도전성의 세선을 단자 부재에 납접하는 접합 가공에 있어서, 1회의 히터 칩 가압·가열 동작에 의해, 피접합물에 상기와 같은 열압착부 및 제1 납접부, 나아가서는 제2 납접부를 형성할 수 있다. 또한, 1회의 히터칩 가압·가열 동작에서는, 가압력 및 가열 온도를 소정의 프로파일에 따라 가변시키는 동작을 행할 수 있다.
본 발명의 제1 관점에 있어서의 접합 방법은, 본 발명의 접합 장치를 사용하여 도전성의 세선을 단자 부재에 접합하는 접합 방법으로서, 단자 부재 위에 납재를 도포하는 제1 공정과, 상기 단자 부재 위에 상기 세선의 일단부를 배치하는 제2 공정과, 상기 히터 칩의 인두 끝면을 상기 세선의 일단부에 닿게 하여, 소정의 가압력을 가하는 제3 공정과, 상기 인두부를 통전에 의해 일정한 온도까지 발열시키는 제4 공정과, 상기 단자 부재 위에서 상기 인두부로부터의 가열에 의해 용융된 납재를 상기 인두 끝 오목부와 상기 세선 사이의 간극으로 유동시키는 제5 공정과, 상기 납재를 응고 온도보다 낮은 온도로 식혀서 고화시키는 제6 공정을 가진다.
본 발명의 제2 관점에 있어서의 접합 방법은, 본 발명의 접합 장치를 사용하여 도전성의 세선을 단자 부재에 접합하는 접합 방법으로서, 상기 단자 부재 위에 상기 세선의 일단부를 얹는 제1 공정과, 상기 히터 칩의 인두 끝면을 상기 단자 부재 위의 상기 세선의 일단부에 닿게 하여, 소정의 가압력을 가하는 제2 공정과, 상기 인두 끝 오목부 또는 그 부근에 납재를 공급하는 제3 공정과, 상기 인두부를 통전에 의해 일정한 온도까지 발열시키는 제4 공정과, 상기 단자 부재 위에서 상기 인두부로부터의 가열에 의해 용융된 납재를 상기 인두 끝 오목부와 상기 세선 사이의 간극으로 유동시키는 제5 공정과, 용융된 상기 납재를 응고 온도보다 낮은 온도로 식혀서 고화시키는 제6 공정을 가진다.
본 발명의 상기 제1 또는 제2 관점에 있어서의 접합 방법에 의하면, 도전성의 세선을 단자 부재에 납접하는 접합 가공에 있어서, 상기 일련(제1～제6)의 공정에 의해, 즉 1회의 히터 칩 가압·가열 동작에 의해, 피접합물에 상기와 같은 열압착부 및 제1 납접부, 나아가서는 제2 납접부를 형성할 수 있다. 또한, 1회의 히터칩 가압·가열 동작에서는, 가압력 및 가열 온도를 소정의 프로파일에 따라 가변시키는 동작을 행할 수도 있다.
본 발명의 세선과 단자의 접속 구조는, 도전성의 세선의 일단부가 편평하게 변형되어 단자 부재에 열압착으로 결합되어 있는 열압착부와, 상기 열압착부에 인접하는 위치에서 상기 세선이 납재로 덮여서 상기 단자 부재에 결합되어 있는 납접부를 가지고, 상기 열압착부와 상기 납접부가 동시에 형성된다.
본 발명의 상기 세선과 단자의 접속 구조는, 상기와 같이 열압착부와 납접부에 의해 전기적으로도 물리적으로도 우수한 접합을 얻을 수 있고, 게다가 열압착부와 납접부가 동시에 형성되기 때문에 양산성도 우수하다.
본 발명의 히터 칩, 접합 장치 또는 접합 방법에 의하면, 상기와 같은 구성 및 작용에 의해, 도전성의 세선을 단자 부재에 납접하는 접합 가공에 있어서 피접합물의 물리적 강도를 비약적으로 향상시킬 수 있다.
본 발명의 단자의 접속 구조에 의하면, 상기와 같은 구성 및 작용에 의해, 이 종류의 접속 구조의 양산성, 전기적 특성 및 물리적 강도를 동시에 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 히터 칩의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 상기 히터 칩의 인두부의 구조를 나타내는 종단면도이다.
도 3은 상기 실시 형태에 있어서의 접합 장치의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 상기 접합 장치를 사용하여 피복선을 프린트 배선판 위의 단자에 납땜으로 접합하는 제1 실시예의 가공예를 나타내는 도면이다.
도 5는 제1 실시예에 있어서의 단자 위의 크림 땜납 및 리드선의 배치 관계를 나타내는 사시도이다.
도 6은 제1 실시예에 있어서 히터 칩의 바로 아래에 피접합물(단자 및 리드선)이 위치 결정되는 모습을 나타내는 사시도이다.
도 7은 제1 실시예에 있어서 히터 칩이 강하하여 단자 위의 리드선에 접촉하기 직전의 상태를 나타내는 일부 단면 정면도이다.
도 8a는 제1 실시예에 있어서 히터 칩이 단자 위의 리드선에 접촉하였을 때의 상태를 나타내는 일부 단면 측면도이다.
도 8b는 제1 실시예에 있어서 히터 칩이 리드선을 가압하였을 때의 상태를 나타내는 일부 단면 측면도이다.
도 8c는 제1 실시예에 있어서 히터 칩이 리드선에 가압 접촉하면서 통전에 의해 발열하고 있을 때의 상태를 나타내는 일부 단면 측면도이다.
도 8d는 제1 실시예에 있어서 히터 칩을 리드선으로부터 떼어놓을 때의 모습 및 납땜된 후의 피접합물의 상태를 나타내는 일부 단면 측면도이다.
도 9는 제2 실시예에 있어서의 단자 위의 크림 땜납 및 리드선의 배치 관계를 나타내는 사시도이다.
도 10a는 제2 실시예에 있어서 히터 칩이 단자 위의 리드선에 접촉하였을 때의 상태를 나타내는 일부 단면 측면도이다.
도 10b는 제2 실시예에 있어서 히터 칩이 리드선에 가압 접촉하면서 통전에 의해 발열하고 있을 때의 상태를 나타내는 일부 단면 측면도이다.
도 10c는 제2 실시예에 있어서 히터 칩을 리드선으로부터 떼어놓을 때의 모습 및 납땜된 후의 피접합물의 상태를 나타내는 일부 단면 측면도이다.
도 11은 제3 실시예에 있어서의 단자 위의 크림 땜납 및 리드선의 배치 관계를 나타내는 사시도이다.
도 12a는 제1 실시예에 있어서 히터 칩이 리드선을 가압하였을 때의 상태를 나타내는 일부 단면 측면도이다.
도 12b는 제3 실시예에 있어서 히터 칩이 리드선에 가압 접촉하면서 통전에 의해 발열하고 있을 때의 상태를 나타내는 일부 단면 측면도이다.
도 12c는 제3 실시예에 있어서 히터 칩을 리드선으로부터 떼어놓을 때의 모습 및 납땜된 후의 피접합물의 상태를 나타내는 일부 단면 측면도이다.
도 13은 제1, 제2 및 제3 실시예에 있어서의 히터 칩의 구성의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 14는 제4 실시예에 있어서의 단자 위의 크림 땜납 및 리드선의 배치 관계를 나타내는 사시도이다.
도 15는 제4 실시예에 있어서의 히터 칩의 구성을 나타내는 도면(사시도 및 저면도)이다.
도 16a는 제4 실시예에 있어서 히터 칩의 인두 끝면이 리드선에 맞닿기 전에 인두 끝면 및 인두 끝 양단부가 제방형 크림 땜납에 접촉하는 상태를 나타내는 일부 단면 측면도이다.
도 16b는 제4 실시예에 있어서 히터 칩의 하강을 정지한 상태에서 제방형 크림 땜납의 상층부가 녹는 모습을 나타내는 일부 단면 측면도이다.
도 16c는 제4 실시예에 있어서 히터 칩이 리드선에 가압 접촉하면서 통전에 의해 발열하고 있을 때의 상태를 나타내는 일부 단면 측면도이다.
도 16d는 제4 실시예에 있어서 히터 칩을 리드선으로부터 떼어놓을 때의 모습 및 납땜된 후의 피접합물의 상태를 나타내는 일부 단면 측면도이다.
도 17은 제4 실시예의 일 변형예에 있어서의 단자 위의 크림 땜납 및 리드선의 배치 관계를 나타내는 평면도이다.
도 18은 제4 실시예의 상기 변형예에 있어서 히터 칩이 리드선에 가압 접촉하면서 통전에 의해 발열하고 있을 때의 상태를 나타내는 일부 단면 측면도이다.
도 19는 제5 실시예에 있어서의 히터 칩의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 20은 제5 실시예에 있어서의 단자 위의 크림 땜납 및 리드선의 배치 관계를 나타내는 사시도이다.
도 21a는 제5 실시예에 있어서 히터 칩이 단자 위의 리드선에 접촉하였을 때의 상태를 나타내는 일부 단면 측면도이다.
도 21b는 제5 실시예에 있어서 히터 칩이 리드선의 선단부에 가압 접촉하여 단자를 누르고 있는 모습을 나타내는 일부 단면 측면도이다.
도 21c는 제5 실시예에 있어서 히터 칩이 리드선에 가압 접촉하면서 통전에 의해 발열하고 있을 때의 상태를 나타내는 일부 단면 측면도이다.
도 21d는 제5 실시예에 있어서 단자 위의 녹은 땜납이 젖음과 표면 장력에 의해 인두 끝 오목부 가운데로 모여드는 모습을 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 21e는 제5 실시예에 있어서 히터 칩을 리드선으로부터 떼어놓을 때의 모습 및 납땜된 후의 피접합물의 상태를 나타내는 일부 단면 측면도이다.
도 22는 제5 실시예에 의한 접합 가공을 마친 후의 접합부를 바로 위에서 촬영한 사진이다.
도 23a는 납땜부의 단면 구조를 나타내는 도 22의 A선에 대한 금속현미경 촬영도이다.
도 23b는 열압착부의 단면 구조를 나타내는 도 22의 B선에 대한 금속현미경 촬영도이다.
도 24는 종래의 히터 칩과 그것을 사용하는 납땜의 예를 나타내는 사시도이다.
도 25는 도 24의 히터 칩을 통전시키고 있는 상태를 나타내는 정면도이다.
도 26은 상기 종래의 납땜에 있어서의 문제점을 나타내는 도면이다.
도 27는 상기 종래의 납땜에 있어서 접착제를 보강재에 사용하는 조치를 나타내는 도면이다.
이하, 도 1 내지 도 23b를 참조하여 본 발명의 적절한 실시 형태를 설명한다.
도 1 및 도 2에, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 히터 칩의 구성을 나타낸다. 여기서, 도 1은 이 히터 칩의 사시도, 도 2는 인두부의 구조를 나타내는 종단면도이다.
이 실시 형태에 있어서의 히터 칩(10)은, 예를 들면, 3～5㎜의 판 두께를 가지는 텅스텐판으로 형성되어 있다. 이 텅스텐판을 와이어 방전 가공에 의해 도려내어 일체 가공함으로써, 히터 칩(10)이 제조된다.
이 히터 칩(10)은, 통상 사용 형태의 자세에 있어서 최하단의 돌출된 부위가 되는 대략 직방체 형상의 인두부(12)를 가지고, 칩 두께 방향에 있어서 인두부(12)의 하면 중심부에 인두 끝면(14)을 가지며, 그 양 옆에 한 쌍의 인두 끝 오목부(16, 18)를 가지는 구성을 주된 특징으로 하고 있다.
인두 끝 오목부(16, 18)는, 예를 들면, 절삭 및 연마 가공에 의해 형성되고, 도 2에 나타내는 바와 같이 동일한 단면 형상, 예를 들면, 아치 형상으로 칩 두께 방향과 직교하는 방향(칩 폭 방향)으로 연장되어 있다. 여기서, 인두 끝 오목부(16, 18)의 내측단은 인두 끝면(14)에 인접하고, 인두 끝 오목부(16, 18)의 외측단은 인두 끝면(14)보다 후퇴한 위치(도면에서는 높은 위치)에서 칩 두께 방향의 인두 끝 에지(12a, 12b)에 각각 인접하고 있다.
인두부(12)의 상면의 좌우 양단부에는, 전류 밀도를 높이기 위하여 단면적을 가늘게 좁힌 두 갈래로 갈라진 형상의 전류 통과부(20L, 20R)를 개재하여 좌우의 접속 단자부(22L, 22R)가 각각 접속되어 있다. 이들 접속 단자부(22L, 22R)는, 상단부(上端部)에 1개 또는 복수(도시한 예는 2개)의 볼트 관통 구멍(24L, 24R)을 각각 형성하고 있다. 인두부(12)의 상면의 중심부에는, 후술하는 열전대(26)(도 3)를 장착하기 위한 돌기부(28)가 형성되어 있다.
이 히터 칩(10)도, 종래의 히터 칩(108)과 마찬가지로, 히터 헤드(112)(도 24)에 장착되고, 미리 설정된 순서 및 조건으로 주어진 피접합물에 대하여 소정의 가압 동작 및 통전 발열 동작을 행하도록 되어 있다.
도 3에, 이 실시 형태에 있어서의 접합 장치(30)의 전체 구성을 나타낸다. 이 접합 장치(30)는, 상기 서술한 구성을 가지는 히터 칩(10)과, 이 히터 칩(10)을 지지하고, 피접합물을 접합할 때에 인두부(12)의 인두 끝면(14)을 피접합물의 정상부 또는 상면에 가압 접촉시키는 히터 헤드(112)와, 히터 칩(10)에 저항 발열용의 전류를 공급하는 히터 전원(32)과, 장치 내의 각 부 및 전체의 동작을 제어하는 제어부(46)를 구비하고 있다.
히터 전원(32)은, 교류 파형 인버터식의 전원 회로를 사용하고 있다. 이 전원 회로에 있어서의 인버터(34)는, GTR(자이언트·트랜지스터) 또는 IGBT(절연 게이트·바이폴러·트랜지스터) 등으로 이루어지는 4개의 트랜지스터·스위칭 소자(36, 38, 40, 42)를 가지고 있다.
이들 4개의 스위칭 소자(36～42) 중, 제1 세트(정극 측)의 스위칭 소자(36, 40)는 드라이브 회로(44)를 거쳐서 제어부(46)로부터의 동일 상(相)의 구동 펄스(G1, G3)에 의해 소정의 인버터 주파수(예를 들면, 4kHz)로 동시에 스위칭(온·오프) 제어되고, 제2 세트(부극 측)의 스위칭 소자(38, 42)는 드라이브 회로(44)를 거쳐서 제어부(46)로부터의 동일 상의 구동 펄스(G2, G4)에 의해 상기 인버터 주파수로 동시에 스위칭 제어되도록 되어 있다.
인버터(34)의 입력 단자(L0, L1)는 삼상 정류 회로(48)의 출력 단자에 접속되어 있다. 삼상 정류 회로(48)는, 예를 들면, 6개의 다이오드를 삼상 브리지 결선(結線)하여 이루어지고, 삼상 교류 전원 단자(R, S, T)로부터 입력하는 상용(商用) 주파수의 삼상 교류 전압을 전파(全波) 정류하여 직류 전압으로 변환한다. 삼상 정류 회로(48)로부터 출력된 직류 전압은, 콘덴서(50)로 평활되고 나서 인버터(34)의 입력 단자 [L0, L1]에 주어진다.
인버터(34)의 출력 단자(M0, M1)는, 용접 트랜스(52)의 1차 측 코일의 양단에 각각 접속되어 있다. 용접 트랜스(52)의 2차 측 코일의 양단은, 정류 회로를 거치지 않고 2차 측 도체(114L, 114R)를 거쳐서 히터 칩(10)의 접속 단자부(22L, 22R)에 각각 접속되어 있다.
제어부(46)는, 마이크로 컴퓨터를 포함하고 있고, 히터 전원(32) 내의 일절의 제어, 예를 들면, 통전 제어(특히 인버터 제어)나 각종 히트 조건의 설정 내지 표시 처리 등을 행하는 것 외에, 히터 헤드(112)에 대해서도 필요한 제어를 행한다.
이 히터 전원(32)에서는, 칩 온도 피드백 제어를 행하기 위하여, 히터 칩(10)의 돌기부(28)에 장착되는 열전대(26)로부터 출력되는 인두 온도 측정 신호가 케이블(25)을 통하여 제어부(46)에 주어진다. 또, 전류 피드백 제어를 행하는 경우에는, 1차 측 회로의 도체에, 예를 들면, 커런트·트랜스로 이루어지는 전류 센서(54)가 장착된다. 이 전류 센서(54)의 출력 신호로부터 전류 측정 회로(56)에 있어서 1차 전류 또는 2차 전류의 측정값(예를 들면, 실효값, 평균값 또는 피크값)이 구해지고, 그 전류 측정 신호가 제어부(46)에 주어진다.
[실시예 1]
다음으로, 도 4 내지 도 8d에 대하여, 상기 구성의 접합 장치(30)를 사용하여 피복선을 단자 부재에 접합하는 일 실시예(제1 실시예)를 설명한다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 이 실시예는, 상기 서술한 종래예(도 24, 도 25)와 마찬가지로 리플로우 솔더링으로 외장형 전기 부품(예를 들면, 소형 모터)(60)의 리드선(62)을 프린트 배선판(64) 위의 단자(접속 패드 또는 전극 등)(66)에 접합한다. 리드선(62)은, 선 직경이 200㎛ 이하의 가는 피복선이며, 예를 들면, 알루미늄선 또는 구리 도금의 알루미늄선이다. 단자(66)는, 예를 들면, 1 변 또는 직경이 1㎜ 이하의 도체(예를 들면, 구리)로 이루어지는 박판 조각이다.
또한, 프린트 배선(64) 위에는, 도시 생략한 전자 부품이 실장되는 경우가 있다. 이 경우, 본 발명의 접합 방법보다 전에, 예를 들면, 리플로우 노(爐)에서 가열되는 경우가 있다. 이때, 후술하는 스크린 인쇄된 크림 땜납도 가열되게 된다. 그러나, 이와 같은 상태에 있어서도, 본 실시 형태의 접합 방법을 문제없이 실시할 수 있다.
도면 중, 좌측의 리드선(62')과 단자(66')는 이미 접합 가공이 완료되어 있고, 우측의 리드선(62)과 단자(66)는 아직이다. 단자(66, 66')는 프린트 배선판(64) 위의 프린트 배선(68, 68') 나아가서는 스루홀(도시 생략) 등을 통하여 이면에 장착되어 있는 표면 실장형 전기 부품(도시 생략)에 전기적으로 접속되어 있다. 단자(66)의 표면에는, 미리 크림 땜납이 도포되거나, 또는 쌓아져 있다. 이 실시예에서는, 스크린 인쇄에 의해, 도 5에 나타내는 바와 같이, 예를 들면, 직사각형 형상의 단자(66) 위에 소정의 간격을 두고 평행하게 2개의 띠 형상 또는 침목형(枕木形)의 크림 땜납(70, 72)이 도포된다. 후술하는 바와 같이, 이들 침목형 크림 땜납(70, 72)은, 히터 칩(10)의 인두 끝 오목부(16, 18)에 각각 대응(대향)하는 위치 관계 및 사이즈를 가지고 있다.
접합 장치(30)는, 히터 칩(10)의 통전 발열 기능에 의거하는 급속 가열/급속 냉각 특성과 인버터식 히터 전원(32)의 고속이면서 또한 세밀한 통전 제어 기능을 살려서, 히터 칩(10)의 인두부(12)의 온도를 고속이면서 또한 임의로 가변할 수 있도록 되어 있다.
먼저, 접합 장치(30)를 기동시키기 전에, 도 6에 나타내는 바와 같이, 작업대(도시 생략) 상에서 프린트 배선판(64)의 단자(66) 위에 소정의 방향으로 리드선(62)을 수평으로 배치하고, 히터 헤드(112)에 장착되어 있는 히터 칩(10)의 바로 아래에 피접합부(62, 64)를 위치 결정한다. 이 실시예에서는, 리드선(62)의 일단부가 2개의 침목형 크림 땜납(70, 72) 위에 그것들과 직교하는 방향으로 얹도록 한다.
접합 장치(30)를 기동시키면, 가장 먼저 히터 헤드(112)가 작동한다. 히터 헤드(112)는, 히터 칩(10)을 내려서, 도 7에 나타내는 바와 같이 인두부(12)의 인두 끝면(14)을 리드선(62)의 정상부에 대고, 미리 설정된 가압력을 가한다. 이렇게 하여 히터 칩(10)이 리드선(62)에 가압 접촉되고, 그와 동시 또는 직후에 히터 전원(32)이 작동하여 통전을 개시한다.
이 경우, 도 8a에 나타내는 바와 같이, 인두부(12)의 인두 끝 오목부(16, 18)가 침목형 크림 땜납(70, 72)의 바로 위에 위치하고, 인두 끝면(14)이 침목형 크림 땜납(70, 72) 사이의 땜납 비도포 영역, 즉 단자(66)의 표면과 마주한다. 이것에 의해, 히터 칩(10)이 리드선(62)에 가압 접촉하면, 도 8b에 나타내는 바와 같이, 리드선(62)의 인두 끝면(14)과 접촉하는 부분(62a)은 단자(66)의 표면에 눌린다.
그리고, 통전이 개시되면, 히터 칩(10)의 인두부(12)가 발열하고, 그 가압과 가열에 의해 리드선(62)의 인두 끝면(14)과 접촉하는 부분(62a)이 그 표면에서 절연 피막이 벗겨짐과 동시에 편평하게 찌부러져서 단자(66)의 표면에 열압착으로 결합하여, 열압착부(74)가 형성된다.
한편, 크림 땜납(70, 72)도 인두부(12)로부터의 가열에 의해 용융하고, 젖음에 의해 주위로 확산된다. 이 경우, 용융된 액상의 땜납(<70>, <72>)은, 도 8c에 나타내는 바와 같이, 고온으로 발열하고 있는 인두 끝 오목부(16, 18)와 리드선(62) 사이의 간극(76, 78)으로 흘러들어가서, 리드선(62)의 하면 및 측면뿐만 아니라 그 정상면까지 완전히 덮는다.
접합 장치(30)는, 인버터(34)를 통하여 인두부(12)의 온도를 임의의 시간 특성(파형)으로 제어할 수 있다. 통상은, 땜납의 융점(320℃)보다 높은 온도로 일정 시간 발열시키고나서, 한번에 또는 단계적으로 땜납의 응고점보다 낮은 일정한 베이스 온도까지 인두부(12)의 온도를 낮추거나, 또는 통전을 멈추고 상온으로 되돌린다. 이것에 의해, 인두부(12)가 그때까지의 가열 부재로부터 순시에 냉각 부재(히트 싱크)로 변하고, 인두 끝 오목부(16, 18) 밑에서 액상의 용융 땜납(<70>, <72>)이 형상을 유지한 채, 즉 리드선(62)을 위에서 아래까지 덮은 상태인 채로 고체 땜납([70], [72])으로 변한다.
접합 장치(30)는, 상기와 같이 인두부(12)의 온도를 땜납 응고점보다 낮은 온도로 낮추고나서 일정 시간 경과 후에, 도 8d에 나타내는 바와 같이, 히터 헤드(112)에 의해 히터 칩(10)을 상승시켜서, 피접합부(62, 66)로부터 떼어놓는다.
이와 같이, 이 실시예의 접합 장치(30) 및 접합 방법에 있어서는, 상기 구성의 히터 칩(10)을 사용하는 1회의 가압·통전 동작에 의해, 리드선(62)의 일부(62a)가 단자(66)의 표면에 열압착으로 결합되는 열압착부(74)가 형성됨과 동시에, 그 열압착부(74)에 인접하는 양측(선단 측 및 근원 측)의 위치에서 리드선(62)을 위에서 아래까지 덮어 단자(66)에 결합하는 납땜부([70], [72])가 형성된다.
이 리드선/단자의 접속 구조에 있어서, 열압착부(74)은, 리드선(62)과 단자(66) 사이에서 원자 레벨에서의 직접적인 결합을 이루고, 밀착력·내구성이 우수하여, 고온에서도 벗겨지기 어렵다. 물론, 전기적인 특성(도전성)도 안정되어 있다. 또, 리드선(62)에 진동 기타의 외력이 가하여져도, 근원 측의 납땜부([72])가 그것을 블록하기 때문에, 리드선(62)이 매우 가늘어도(선 직경이 수십 ㎛ 이하이어도), 나아가서는 알루미늄선이어도, 그 편평하게 찌부러진 부분(62a)의 근원 부근에서 끊어지는 일은 없다. 한편으로, 선단 측의 납땜부([70])는, 리드선(62)이 선단으로부터 벗겨지는 것을 충분히 방지할 수 있다.
[실시예 2]
상기 제1 실시예와 동일 구성의 히터 칩(10)을 사용하는 리드선(62)과 단자(66)의 접합 가공에 있어서, 도 9에 나타내는 바와 같이, 단자(66) 위의 중심부로부터 주변부에 걸쳐서 빈틈없이 칠한 크림 땜납(71)을 도포하는 것도 가능하다. 이 경우, 리드선(62)의 일단부가 빈틈없이 칠한 크림 땜납(71)을 횡단하여 그 위에 얹어진다. 접합 장치(30)가 기동하여, 히터 칩(10)을 내리면, 도 10a에 나타내는 바와 같이, 인두부(12)의 인두 끝면(14) 및 양쪽 인두 끝 오목부(16, 18) 모두 리드선(62)을 사이에 두고 단자(66) 위의 크림 땜납(71)과 마주한다.
그리고, 히터 칩(10)이 리드선(62)에 가압 접촉되고, 통전이 개시되면, 히터 칩(10)의 인두부(12)가 발열하고, 그 가압과 가열에 의해 리드선(62)의 인두 끝면(14)과 접촉하는 부분(62a)이 그 표면에서 절연 피막이 벗겨짐과 동시에 편평하게 찌부러져서 단자(66)의 표면에 열압착으로 결합하고, 열압착부(74)가 형성된다(도 10b). 이 경우, 리드선(62)의 노출된 도체(62a)와 단자(66) 표면의 접촉 계면에 있어서는, 그 부근에서 용융된 땜납부(<71M>)의 대부분이 접촉 계면의 외측(주위)으로 압출되어, 열압착부(74)가 주된 결합 형태가 된다. 다만, 용융 땜납부(<71M>)의 일부가 접촉 계면에 남아, 그대로 굳는 경우도 있다.
한편, 크림 땜납(71)은, 인두 끝 오목부(16, 18) 밑에서도 인두부(12)로부터의 가열에 의해 용융되고, 젖음에 의해 주위로 확산된다. 이 경우도, 도 10b에 나타내는 바와 같이, 고온으로 발열하고 있는 인두 끝 오목부(16, 18) 밑에서 용융 땜납부(<71A>, <71B>)가 리드선(62)과의 사이의 간극(76, 78)으로 흘러들어가서, 리드선(62)을 주회 방향으로(하면 및 측면뿐만 아니라 정상면까지) 완전히 덮는다.
이렇게 해서, 통전 개시로부터 소정 시간이 경과하여, 접합 장치(30)가 인두부(12)를 땜납 응고점보다 낮은 온도(베이스 온도 또는 상온)로 식히면, 단자(66) 위에서 모든 용융 땜납부가 각각의 위치에서 고화된다. 즉, 용융 땜납부(<71A>, <71B>)는 인두 끝 오목부(16, 18) 밑에서 리드선(62)을 위에서 아래까지 덮은 상태로 혹 형상의 고체 땜납부([71A], [71B])로 변하고, 중심부의 용융 땜납부(<71M>)는 열압착부(74)의 주위로 퍼지는 저층의 고체 땜납부([71M])로 변한다.
이와 같이, 이 제2 실시예에 있어서도, 제1 실시예와 동일한 구성의 히터 칩(10)을 사용하는 1회의 가압·통전 동작에 의해, 리드선(62)의 일부(62a)가 단자(66)의 표면에 열압착으로 결합되는 열압착부(74)가 형성됨과 동시에, 그 열압착부(74)에 인접하는 위치에서 리드선(62)을 위에서 아래까지 덮어서 단자(66)에 결합하는 납땜부([71A], [71B])가 형성된다. 다만, 상기 서술한 바와 같이, 열압착부(74)에 땜납이 혼재하는 경우도 있다.
[실시예 3]
상기와 같은 리드선(62)과 단자(66)의 접합 가공에 있어서, 도 11에 나타내는 바와 같이, 단자(66) 위에 근원 측의 침목형 크림 땜납(72)만을 도포하고, 선단 측의 침목형 크림 땜납(70)을 생략하는 것도 가능하다.
이 경우에도, 상기 제1 실시예와 동일 구성의 히터 칩(10)을 사용할 수 있다. 그러나, 인두부(12)의 하면에 있어서 근원 측의 인두 끝 오목부(18)만을 가지고, 선단 측의 인두 끝 오목부(16)를 생략한 구성의 히터 칩(10)을 더 적합하게 사용할 수 있다.
이 경우, 도 12a에 나타내는 바와 같이, 인두부(12)의 인두 끝 오목부(18)가 침목형 크림 땜납(72)의 바로 위에 위치하고, 인두 끝면(14)이 단자(66) 위의 땜납 비도포 영역, 즉 단자(66)의 표면과 마주한다. 이것에 의해, 히터 칩(10)이 리드선(62)에 가압 접촉하면, 리드선(62)의 인두 끝면(14)과 접촉하는 부분(62a)은 단자(66)의 표면에 눌린다. 그리고, 통전이 개시되면, 히터 칩(10)의 인두부(12)가 발열하고, 도 12b에 나타내는 바와 같이, 그 가압과 가열에 의해 리드선(62)의 인두 끝면(14)과 접촉하는 부분(62a)이 그 표면에서 절연 피막이 벗겨짐과 동시에 편평하게 찌부러져서 단자(66)의 표면에 열압착으로 결합하여, 열압착부(74)가 형성된다.
한편, 크림 땜납(72)도 인두부(12)로부터의 가열에 의해 용융되고, 젖음에 의해 주위로 확산된다. 이 경우도, 용융된 액상의 땜납(<72>)은, 도 12b에 나타내는 바와 같이, 고온으로 발열하고 있는 인두 끝 오목부(18)와 리드선(62) 사이의 간극(78)으로 흘러들어가서, 리드선(62)을 주회 방향으로(하면 및 측면뿐만 아니라 정상면도) 완전히 덮는다.
접합 장치(30)는, 통전 개시로부터 일정 시간 경과 후에 인두부(12)의 온도를 땜납 응고점보다 낮은 온도로 낮추고, 도 12c에 나타내는 바와 같이, 히터 칩(10)을 상승시켜서, 피접합부(62, 66)로부터 떼어놓는다.
이와 같이, 이 제3 실시예의 접합 장치(30) 및 접합 방법에 있어서는, 상기 구성의 히터 칩(10)(도 12a～12c)을 사용하는 1회의 가압·통전 동작에 의해, 리드선(62)과 단자(66) 사이에 열압착부(74)와 납땜부([72])가 동시에 형성된다. 납땜부([72])는, 상기 서술한 제1 및 제2 실시예의 것과 마찬가지로, 열압착부(74)에 인접하여 근원 측에서 리드선(62)을 땜납으로 덮어 유지하기 때문에, 리드선(62)에 진동 기타의 외력이 가하여져도, 그것을 블록한다. 따라서, 리드선(62)이 편평하게 찌부러진 부분(62a)의 근원 부근에서 끊어지는 일은 없다. 열압착부(74)도, 상기 서술한 제1 실시예의 것과 마찬가지로, 전기적 특성 및, 밀착력·내구성이 우수하여, 고온에서도 벗겨지기 어렵다.
다만, 물리적인 충격이나 외력을 받으면, 그 충격력의 크기나 방향에 따라서는, 열압착부(74)가 리드선 선단 측으로부터 벗겨지는 경우도 있을 수 있다. 그 점에서는, 상기 제1 실시예와 같이 선단 측의 납땜부([70])에 의해 단자(66) 위에서 리드선(62)의 선단을 땜납으로 덮어 유지하는 것이 더 바람직하다.
[실시예 1, 2, 3에 있어서의 히터 칩의 변형예]
도 13에, 상기 서술한 제1 및 제2 실시예에 있어서의 히터 칩(10)의 구성(특히 인두 끝 오목부의 단면 구조)에 관하여 몇 가지 변형예를 나타낸다.
도 13의 (a)는 인두 끝 오목부(16, 18)의 단면 형상을 사각형으로 하는 구성을 나타낸다. 이 경우도, 칩 두께 방향에 있어서의 히터 칩(10)의 인두 끝 에지(12a, 12b)는, 인두 끝면(14)보다 후퇴한 위치(도면에서는 높은 위치)에 있는 것이 바람직하다. 다만, 점선으로 나타내는 바와 같이, 인두 끝 에지(12a, 12b)를 인두 끝면(14)과 동일한 높이로 하는 것도 가능하다.
도 13의 (b)는, 인두 끝 오목부(16, 18)에 있어서 그것들의 외측단을 인두 끝면(14)으로부터 가장 멀리(높게) 두어 인두 끝 에지(12a, 12b)에 연속시키는 구성을 특징으로 한다. 인두 끝 오목부(16, 18)의 단면 형상이 사각형이어도, 동일한 구성을 채용할 수 있다.
도 13의 (c), (d)는, 상기 제2 실시예와 마찬가지로, 단자(66) 위의 리드선(62)에서 보아 근원 측의 인두 끝 오목부(18)만을 가지고, 선단 측의 인두 끝 오목부(16)를 생략한 것이다. 도 13의 (c)는, 인두 끝 오목부(18)의 단면 형상이 직사각형으로, 그 외측단이 인두 끝면(14)으로부터 가장 먼 위치에서 인두 끝 에지(12b)에 연속하고 있다. 도 13의 (d)는, 인두 끝 오목부(18)의 단면 형상이 직각 삼각형으로, 그 외측단이 인두 끝면(14)으로부터 가장 먼 위치에서 인두 끝 에지(12b)에 연속하고 있는 구성이다.
[실시예 4]
또 다른 실시예(제4 실시예)로서, 도 14에 나타내는 바와 같이, 리드선(62)을 단자(66) 위에서 띠 형상 또는 제방형 크림 땜납(80, 82)과 평행하게 정렬시켜서 배치하는 것도 가능하다. 이 경우도, 상기 제1, 제2 또는 제3 실시예에 있어서의 구성의 히터 칩(10)을 사용할 수 있다. 그러나, 도 15에 나타내는 바와 같이, 인두 끝 오목부(16', 18')가 리드선(62)과 직교하는 방향으로 인두 끝 양단부(84, 86)를 제외하는 중간부에 형성되어 있는 구성의 히터 칩(10)을 더 적합하게 사용할 수 있다.
이 경우, 히터 칩(10)을 피접합부(62, 66)를 향하여 내릴 때, 인두 끝 양단부(84, 86)가 제방형 크림 땜납(80, 82)과 각각 대향하고, 인두 끝 오목부(16', 18')는 리드선(62)과 대향한다. 인두 끝면(14)은, 리드선(62)과 직교하는 방향으로 제방형 크림 땜납(80, 82) 및 리드선(62)과 대향한다.
그리고, 도 16a에 나타내는 바와 같이, 인두 끝면(14)이 리드선(62)에 맞닿기 직전에, 인두 끝 양단부(84, 86) 및 인두 끝면(14)이 제방형 크림 땜납(80, 82)의 정상부에 접촉한다. 그 때문에, 리드선(62)이 제방형 크림 땜납(80, 82)에 정렬하여 단자(66) 위에 배치되었을 때에(도 14), 리드선(62)의 정상부보다 제방형 크림 땜납(80, 82)의 정상부가 다소 높아지도록, 스크린 인쇄로 도포하는 제방형 크림 땜납(80, 82)의 막 두께를 설정한다.
이 실시예에서는, 상기와 같이 인두 끝 양단부(84, 86) 및 인두 끝면(14)이 제방형 크림 땜납(80, 82)의 정상부에 접촉하는 높이 위치에서 히터 칩(10)의 하강을 일단 정지시키고, 그 정지 위치에서 히터 칩(10)의 통전을 개시한다. 이것에 의해, 인두 끝면(14)이 리드선(62)에 아직 닿지 않은 상태 하에서, 제방형 크림 땜납(80, 82)의 상층부가 인두부(12)로부터의 가열에 의해 인두 끝 양단부(84, 86) 및 인두 끝면(14) 부근에서 용융되기 시작한다. 그리고, 용융된 액상의 땜납(<80>, <82>)은, 젖음에 의해 확산되고, 도 16b에 나타내는 바와 같이, 인두 끝 오목부(16', 18')와 리드선(62) 사이의 간극(76', 78')으로 모인다.
그곳으로부터, 히터 칩(10)을 내리면, 인두 끝면(14)이 리드선(62)에 맞닿고, 리드선(62)에 가압력이 가하여진다. 그러면, 도 16c에 나타내는 바와 같이, 인두부(12)로부터의 가압과 가열에 의해 리드선(62)의 인두 끝면(14)과 접촉하는 부분(62a)이 그 표면에서 절연 피막이 벗겨짐과 동시에 편평하게 찌부러져서 단자(66)의 표면에 열압착으로 결합하여, 열압착부(74)가 형성된다. 이 경우, 리드선(62)은 단자(66) 표면의 제방형 크림 땜납(80, 82)이 도포되어 있지 않은 영역에서 열압착되기 때문에, 열압착부(74)에는 땜납이 거의 혼입되지 않는다. 또한, 상기 정지 위치에서 히터 칩(10)으로 흐르는 전류의 전류값(인두 끝 온도)과 리드선(62)에 가압력을 가하고 있을 때에 히터 칩(10)으로 흐르게 하는 전류의 전류값(인두 끝 온도)을 독립적으로 설정하는 것이 바람직하다.
한편, 인두 끝 오목부(16', 18')도 인두 끝면(14)과 함께 하강함으로써, 제방형 크림 땜납(80, 82)이 한층 가열되어 그들 전부가 용융되고, 인두 끝 오목부(16', 18')와 리드선(62) 사이의 간극(76', 78')으로 들어가는 용융 땜납(<80>, <82>)이 증가한다. 이렇게 하여, 인두 끝 오목부(16', 18') 하에서 용융 땜납(<80>, <82>)이 리드선(62)을 완전히 덮기에 이른다.
접합 장치(30)는, 통전 개시로부터 일정 시간 경과 후에 인두부(12)의 온도를 땜납 응고점보다 낮은 온도로 낮추고, 도 16d에 나타내는 바와 같이, 히터 칩(10)을 상승시켜서, 피접합부(62, 66)로부터 떼어놓는다.
이와 같이, 이 제4 실시예에 있어서는, 상기 구성의 히터 칩(10)(도 15 내지 도 16d)을 사용하는 1회의 가압·통전 동작에 의해, 결과적으로는 리드선(62)과 단자(66) 사이에 상기 제1 실시예와 동일한 열압착부(74)와 납땜부([70], [72])가 동시에 형성된다. 다만, 이 제4 실시예에서는, 도 14로부터 이해되는 바와 같이, 리드선(62)을 단자(66) 위에 얹을 때에, 제방형 크림 땜납(80, 82)이 리드선 재치 위치의 양측에서 안내부로서 기능하기 때문에, 위치 결정하기 쉽다는 이점이 있다. 또한, 리드선(62)과 단자(66) 사이에 제방형 크림 땜납(80, 82)이 개재되지 않기 때문에, 열압착부(74)에 땜납이 혼입되는 것을 방지한다는 이점도 있다.
또한, 이 제4 실시예에 있어서도, 제1 내지 제3 실시예와 마찬가지로, 리드선(62)이 인두 끝면(14)에 맞닿아서 편평하게 찌부러질 때까지 히터 칩(10)을 연속적으로(도중에 정지하지 않고) 하강시키고, 가압력의 인가에 연동하여 통전을 개시하는 방법도 가능하다.
상기 제4 실시예의 일 변형예로서, 도 17에 나타내는 바와 같이, 단자(66)의 리드선(62)이 재치되는 영역의 중간부의 양측에 컷아웃부(90, 90)를 형성하고, 이들 컷아웃부(90, 90)에 의해 제방형 크림 땜납(80, 82)을 각각 2개의 모서리 크림 땜납[(80A, 82A), (80B, 82B)]으로 분할하는 것도 가능하다.
이 경우, 도 18에 나타내는 바와 같이, 히터 칩(10)이 리드선(62)에 가압 접촉하면서 통전에 의해 발열할 때는, 리드선(62)의 선단 측에서 양측으로부터 용융된 액상의 모서리 크림 땜납(<80A>, <80B>)이 합류하도록 하여 인두 끝 오목부(16')의 간극(76')으로 유동함과 함께, 리드선(62)의 근원 측에서 양측으로부터 용융된 액상의 모서리 크림 땜납(<80A>, <80B>)이 합류하도록 하여 인두 끝 오목부(18')의 간극(78')으로 유동한다. 여기서, 각각의 용융 모서리 크림 땜납(<80A>, <80B>, <82A>, <82B>)은, 컷아웃부(90, 90)에 의해 단자 중앙부 측, 즉 열압착부(74) 측으로의 확산이 차단된다. 이것에 의해, 열압착부(74)에 땜납이 혼입되는 것을 한층 확실하게 방지할 수 있다.
[실시예 5]
다음으로, 도 19 내지 도 23에 대하여, 리드선(62)이 구리 도금 알루미늄선(또는 구리 클래드 알루미늄선)인 경우에 적합하게 적용할 수 있는 다른 실시예(제5 실시예)를 설명한다.
이 실시예에서는, 상기 서술한 제3 실시예와 마찬가지로, 인두부(12)의 하면에 있어서 근원 측의 인두 끝 오목부(18)만을 가지고, 선단 측의 인두 끝 오목부(16)를 생략한 구성의 히터 칩(10)을 사용한다. 다만, 도 19에 나타내는 바와 같이, 이 실시예에 있어서의 인두 끝 오목부(18)는, 리드선(62)과 평행이 되는 칩 두께 방향으로 리드선(62)의 선단 측에서 보아 인두부(12)의 반대 측의 일측면(12a)으로부터 내부 깊숙한 곳을 향하여 연장되는 동굴 또는 구덩이의 형태를 가지고 있다. 바람직하게는, 인두 끝 오목부(18)는, 인두부(12)의 일측면(12a)의 폭 방향 중심부에서, 밑을 향하여 역(逆)테이퍼 형상으로 가로로 넓어지면서, 또한 내부 깊숙한 곳으로 심도를 확대하면서 인두부(12)를 상단으로부터 바닥[인두 끝면(14)]까지 만곡으로 얇게 도려낸 것 같은 구조를 가지고 있다. 도시한 웅덩이 구조에 있어서는, 웅덩이의 천정은 측면(12a)으로부터 내부 깊숙한 곳을 향하여 점차 낮아지고, 입구로부터 내부 깊숙한 곳의 종단까지 바닥이 잘려 있다.
이 실시예에서는, 도 20에 나타내는 바와 같이, 단자(66)의 표면에 미리 크림 땜납(92)이 빈틈없이 칠해져서 도포되고, 단자(66)에 접합되어야 할 리드선(62)은 크림 땜납(92) 위에 얹어진다. 접합 장치(30)(도 3)가 기동하여, 히터 칩(10)을 내리면, 도 21a에 나타내는 바와 같이, 인두부(12)의 인두 끝면(14) 및 인두 끝 오목부(18) 모두 리드선(62)을 사이에 두고 단자(66) 위의 크림 땜납(92)과 마주한다.
그리고, 도 21b에 나타내는 바와 같이, 인두부(12)의 인두 끝면(14)이 리드선(62)의 선단부(62a)에 가압 접촉하여 단자(66)를 누르면, 리드선(62)이 조금 느슨해질 정도로 기단 측[전기 부품(60) 측]으로 늘어나서, 인두 끝 오목부(18)의 바로 밑에서는 리드선(62)이 단자(66)의 표면에 밀착하지 않는 상태가 되거나, 혹은 양자(62, 66)의 사이에 간극(94)이 형성되는 상태가 된다.
그리고, 통전이 개시되면, 히터 칩(10)의 인두부(12)가 발열하고, 그 가압과 가열에 의해 인두 끝면(14)과 접촉하는 리드선(62)의 선단 부분(62a)에서 표면의 절연 피막(예를 들면, 우레탄)이 벗겨지고, 리드선(62)의 선단 부분(62a)이 편평하게 찌부러져서 단자(66)의 표면에 열압착으로 결합하여, 열압착부(74)가 형성된다(도 21c). 그렇게 하면, 리드선(62)의 선단부(62a) 및 열압착부(74)를 통하여 단자(66)에 인두부(12)의 열이 전달되고, 나아가서는 리드선(62)의 인두 끝 오목부(18) 내에 연장되는 부분(이하, 「선단 근접부」라고 칭한다.)(62b)에도 인두부(12)의 열이 전달되어, 이 리드선(62)의 선단 근접부(62b)에서도 절연 피복이 녹아 벗겨진다.
이렇게 하여 인두 끝 오목부(18) 내에서는, 리드선(62)의 선단 근접부(62b)의 절연 피복이 벗겨지면, 내측의 구리 도금층(또는 구리 클래드층)이 순수한 상태로 노출되고, 플럭스가 사용되지 않아도, 이 노출된 구리 도금층을 용융 상태의 땜납(<92>)이 젖음에 의해 감싼다. 이 경우, 인두부(12)와 단자(66) 사이의 스페이스(간극)에 있어서는, 도 21d에 나타내는 바와 같이, 단자(66) 위의 녹은 땜납(<92>)의 대부분이 젖음과 표면 장력에 의해 인두 끝 오목부(18) 가운데로 모여들고, 리드선(62)의 선단 근접부(62b)의 구리 도금층(또는 구리 클래드층)을 덮은 상태가 된다.
그리고, 통전 개시로부터 소정 시간이 경과하여, 접합 장치(30)가 인두부(12)를 땜납 응고점보다 낮은 온도(베이스 온도 또는 상온)로 식히면, 단자(66) 위에서 모든 용융 땜납(<92>)이 각각의 위치에서 고화된다. 즉, 인두 끝 오목부(18) 내의 용융 땜납부(<92J>)는 리드선(62)의 선단 근접부(62b)의 구리 도금층(또는 구리 클래드층)을 덮는 고체 땜납부([92J])로 변하고, 인두 끝면(14) 밑에 남아있는 용융 땜납부(<92K>)는 열압착부(74)의 주위로 확산되는 저층의 고체 땜납부([92K])로 변한다.
이와 같이, 이 실시예에 있어서도, 본 발명의 히터 칩(10)을 사용하는 1회의 가압·통전 동작에 의해, 리드선(62)의 선단부(62a)가 단자(66)의 표면에 열압착으로 결합되는 제1 접합부, 즉 열압착부(74)가 형성됨과 동시에, 그 열압착부(74)에 인접하는 위치에서 리드선(62)의 선단 근접부(62b)가 단자(66)의 표면에 납땜으로 결합되는 제2 접합부, 즉 납땜부([92J])가 형성된다.
도 22 및 도 23a, 도 23b에, 이 실시예에 있어서의 실험 결과의 일례를 나타낸다. 도 22는, 이 실시예에 의한 접합 가공이 끝난 후의 접합부를 바로 위에서 촬영한 사진이다. 도 23a는, 납땜부([92J])의 단면 구조를 나타내는 도 22의 A선에 대한 금속현미경 촬영도이다. 도 23b는, 열압착부(72)의 단면 구조를 나타내는 도 22의 B선에 대한 금속현미경 촬영도이다.
도 23a에 나타내는 바와 같이, 납땜부([92J])에서는, 단자(66) 위에서 산형(山形)으로 융기하여 굳은 땜납이, 찌부러지지 않은 리드선(62)의 구리 도금층의 주위를 아래에서부터 위까지 덮고 있고, 리드선(62)의 정상부를 제외하는 주회 방향의 대부분에서 땜납 접합이 형성되어 있는 것이 관찰된다. 이와 같이, 찌부러지지 않은(단면이 원형인) 리드선(62)의 구리 도금층의 주위를 아래에서부터 위까지 땜납이 덮음으로써, 접합 강도가 크고 안정적인 접합부가 얻어진다. 또한, 주회 방향에서 구리 도금층이 결여되어 있는 부분은, 구리와 알루미늄이 합금화된 부분(듀랄루민)이며, 이 부근도 매우 강고한 접합부로 되어 있다.
한편, 도 23b에 나타내는 바와 같이, 열압착부(74)에서는, 리드선(62)이 편평 또는 단면 직사각형으로 찌부러져 있고, 이 편평한 부분의 하면에 노출되어 있는 구리 도금층이 단자(66)의 표면에 압착되어 있는 접합 상태가 관찰됨과 함께, 리드선(62)의 편평 부분의 깎아지른 듯한 양측면에 노출되어 있는 구리 도금층이 땜납과 접합하고 있는 접합 상태도 관찰된다. 다만, 이와 같은 깎아지른 듯한 양측면에 있어서의 땜납 접합의 강도는 높지는 않다.
이와 같이, 이 실시예에서는, 인두부(12)로부터의 열을 리드선(62), 단자(66) 및 땜납(92)에 효율적으로 전달하는 기능을 주로 열압착부(74)가 담당하고, 리드선(62)과 단자(64)를 강고하게 결합하는 기능을 주로 납땜부([92J])가 담당한다. 납땜부([92J])의 접합 면적 및 접합 강도가 크기 때문에, 가령 열압착부(74)가 느슨해지거나 벗겨져도, 리드선(62)과 단자(64) 사이에는 납땜부([92J])의 안정적이고 또한 강고한 결합이 유지된다.
따라서, 리드 프레임과 같이 얇고 열용량이 큰 단자(66)에 리드선(62)을 접합하는 경우에는, 열압착부(74)에는 큰 접합 강도를 예상할 수 없지만, 납땜부([92J])는 상기와 마찬가지로 안정적이고 또한 충분히 강고한 접합 강도가 얻어지기 때문에, 이 실시예의 유용성이 특히 현저하게 나온다.
또, 상기와 같이 접합 가공 시에 인두부(12)의 인두 끝면(14)이 리드선(62)의 선단부(62a)를 단자(66)에 누름으로써, 리드선(62)이 조금 느슨해질 정도로 기단 측[전기 부품(60) 측]으로 늘어나기 때문에, 전기 부품(60)이 리드선(62)에 진동을 주는 것(예를 들면, 보이스 코일)이어도, 리드선(62)은 그 진동에 추종 할 수 있다. 이것에 의해, 리드선(62)의 안전성과 전기 부품(60)의 성능을 동시에 향상시킬 수 있다. 또한, 리드선(62)은, 구리 도금 알루미늄선(또는 구리 클래드 알루미늄선)에 한정되지 않고, 예를 들면, 구리의 나선(裸線)이어도 된다.
[다른 실시예 또는 변형예]
이상, 본 발명의 적절한 실시 형태에 대하여 설명하였는데, 상기 서술한 실시 형태는 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 당업자에게 있어서는, 구체적인 실시 양태에 있어서 본 발명의 기술 사상 및 기술 범위로부터 일탈하지 않고 다양한 변형·변경을 가하는 것이 가능하다.
예를 들면, 단자(66)의 형상은, 상기 실시예에 있어서와 같은 사각형으로 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 원형이나 타원형 등도 가능하다. 상기 실시예에서는 리드선(62)의 일단부를 절연 피복이 있는 채로 단자(66)에 납땜으로 접합하였으나, 미리 절연 피복을 기계적으로 벗기고나서 단자(66)에 납땜으로 접합하는 것도 가능하다. 본 발명은, 상기 실시예에 있어서와 같은 선 직경 200㎛ 이하의 극세 리드선(62)과 단자(66)의 납땜에 적절하게 사용할 수 있지만, 가공 대상의 세선으로서 그것보다 굵은 리드선(피복선)이나 나선도 가능하다.
또, 상기 서술한 실시예는, 리플로우 솔더링에 관한 것으로, 접합 장치(30)가 기동하기 전에 미리 단자(66) 위에 크림 땜납을 도포하였다. 그러나, 접합 장치(30)가 기동하여 히터 칩(10)을 피가공물(62, 66)에 닿게 할 때에 그것과 연계하여, 예를 들면, 고형의 땜납을 인두 끝 오목부(16, 18)(16'，18'）부근에 공급하는 납땜 방법도 가능하다.
또, 상기 실시예는 납땜과 관련되는 것이었지만, 본 발명은 알루미늄납, 은납, 구리납 등의 경납땜에도 적용 가능하고, 넓게는 임의의 납접에 적용 가능하다.
10 : 히터 칩 12 : 인두부
14 : 인두 끝면 16, 18 : 인두 끝 오목부
30 : 접합 장치 60 : 전기 부품
62 : 리드선 62a : 리드선의 편평하게 찌부러진 부분
66 : 단자 70, 72 : 침목형 크림 땜납
71 : 빈틈없이 칠한 크림 땜납
<71> : 용융된 액상의 땜납
[71] : 식어서 굳은 고체의 땜납
74 : 열압착부
80, 82 : 제방형 크림 땜납
<80>, <82> : 용융된 액상의 땜납
[80], [82] : 식어서 굳은 고체의 땜납
84, 86 : 인두 끝 양단부
92 : 빈틈없이 칠한 액상의 납땜
<92> 용융된 액상의 납땜
[92] 식어서 굳은 고체의 납땜

Claims (19)

  1. 통전에 의해 발열하는 인두부를 가지고, 상기 인두부의 인두 끝면을 단자 부재 위의 도전성 세선의 일단부에 가압 접촉시킴으로써 상기 세선을 상기 단자 부재에 접합하는 히터 칩으로서,
    상기 인두부의 인두 끝면이 닿는 상기 세선 측에서 보아 상기 세선의 단(端)과 반대 측에서 상기 인두 끝면에 인접하여 설치되고, 상기 세선을 상기 단자 부재에 납접하기 위하여 상기 세선에 비접촉으로 덮이는 제1 인두 끝 오목부를 가지는 히터 칩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 인두 끝 오목부는, 상기 세선과 직교하는 칩 폭 방향으로 상기 인두부의 일단으로부터 타단까지 동일한 단면 형상으로 형성되어 있는, 히터 칩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 인두 끝 오목부는, 상기 세선과 직교하는 칩 폭 방향으로 상기 인두부의 양단부를 제외하는 중간부에 형성되어 있는, 히터 칩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 인두 끝 오목부는, 상기 세선과 평행이 되는 칩 두께 방향으로 상기 세선의 선단 측에서 보아 상기 인두부의 반대 측의 일측면으로부터 내부 깊숙한 곳을 향하여 연장되는 동굴 또는 웅덩이의 형태를 가지고 있는, 히터 칩.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세선 측에서 보아 상기 세선의 단 부근에서 상기 인두 끝면에 인접하여 설치되고, 상기 세선을 상기 단자 부재에 납접하기 위하여 상기 세선에 비접촉으로 덮이는 제2 인두 끝 오목부를 가지는, 히터 칩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 인두 끝 오목부는, 상기 세선과 직교하는 방향으로 상기 인두부의 일단으로부터 타단까지 동일한 단면 형상으로 형성되어 있는, 히터 칩.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2 인두 끝 오목부는, 상기 세선과 직교하는 방향으로 상기 인두부의 양단부를 제외하는 중간부에 형성되어 있는, 히터 칩.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 히터 칩과,
    상기 히터 칩을 지지하고, 도전성의 세선을 단자 부재에 접합할 때에, 상기 인두부의 인두 끝면을 상기 단자 부재 위의 상기 세선의 일단부에 가압 접촉시키는 히터 헤드와,
    상기 히터 칩에 저항 발열용의 전류를 공급하는 히터 전원을 가지는 접합 장치.
  9. 제8항에 기재된 접합 장치를 사용하여 도전성의 세선을 단자 부재에 접합하는 접합 방법으로서,
    단자 부재 위에 납재를 도포하는 제1 공정과,
    상기 단자 부재 위에 상기 세선의 일단부를 배치하는 제2 공정과,
    상기 히터 칩의 인두 끝면을 상기 단자 부재 위의 상기 세선의 일부에 닿게 하여, 소정의 가압력을 가하는 제3 공정과,
    상기 인두부를 통전에 의해 제1 온도까지 발열시키는 제4 공정과,
    상기 단자 부재 위에서 상기 인두부로부터의 가열에 의해 용융된 납재를 상기 인두 끝 오목부와 상기 세선 사이의 간극으로 유동시키는 제5 공정과,
    용융된 상기 납재를 응고 온도보다 낮은 온도로 식혀서 고화시키는 제6 공정을 가지는 접합 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 공정에서는, 상기 단자 부재 위에 상기 납재가 국소적으로 도포되고,
    상기 제2 공정에서는, 상기 납재 위에 상기 세선의 일부가 얹어지며,
    상기 제3 공정에서는, 상기 인두 끝 오목부가 상기 세선을 사이에 두고 상기 납재와 대향하며, 상기 인두 끝면이 상기 세선을 사이에 두고 상기 단자 부재의 표면과 대향하는, 접합 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 공정에서는, 상기 단자 부재 위에 상기 납재가 국소적으로 도포되고,
    상기 제2 공정에서는, 상기 단자 부재 위에서 상기 납재와 나란히 그 옆에 상기 세선이 얹어지며,
    상기 제3 공정에서는, 상기 인두 끝면이 상기 세선 및 상기 납재와 대향하고, 상기 인두 끝 오목부가 적어도 상기 세선과 대향하는, 접합 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 공정에 있어서, 상기 납재는, 상기 제2 공정에 있어서 그 옆에 정렬되는 상기 세선보다 상기 단자 부재 위에서 높아지는 두께로 도포되는, 접합 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 공정과 상기 제3 공정 사이에서, 상기 히터 칩의 인두 끝면을 상기 단자 부재 위의 상기 세선의 일부에 닿기 직전의 위치에서 정지시키고, 상기 인두부를 통전에 의해 제2 온도까지 발열시켜서 상기 납재의 일부를 용융시키는 제7 공정을 가지는, 접합 방법.
  14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 공정에 있어서, 상기 납재는, 스크린 인쇄에 의해 상기 단자 부재 위에 도포되는, 접합 방법.
  15. 제8항에 기재된 접합 장치를 사용하여 도전성의 세선을 단자 부재에 접합하는 접합 방법으로서,
    상기 단자 부재 위에 상기 세선의 일단부를 얹는 제1 공정과,
    상기 히터 칩의 인두 끝면을 상기 단자 부재 위의 상기 세선의 일단부에 닿게 하여, 소정의 가압력을 가하는 제2 공정과,
    상기 인두 끝 오목부 또는 그 부근에 납재를 공급하는 제3 공정과,
    상기 인두부를 통전에 의해 일정한 온도까지 발열시키는 제4 공정과,
    상기 단자 부재 위에서 상기 인두부로부터의 가열에 의해 용융된 납재를 상기 인두 끝 오목부와 상기 세선 사이의 간극으로 유동시키는 제5 공정과,
    용융된 상기 납재를 응고 온도보다 낮은 온도로 식혀서 고화시키는 제6 공정을 가지는 접합 방법.
  16. 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세선의 선 직경은 200㎛ 이하인, 히터 칩.
  17. 도전성의 세선의 일단부가 편평하게 변형되어 단자 부재에 열압착으로 결합되어 있는 열압착부와,
    상기 열압착부에 인접하는 위치에서 상기 세선이 납재로 덮여 상기 단자 부재에 결합되어 있는 납접부를 가지고,
    상기 열압착부와 상기 납접부가 동시에 형성되는, 세선과 단자의 접속 구조.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 납접부는, 상기 열압착부에서 보아 상기 세선의 단과 반대 측의 옆에 형성되는, 세선과 단자의 접속 구조.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 납접부는, 상기 열압착부에서 보아 상기 세선의 단 부근과 그 반대 측의 양 옆에 형성되는, 세선과 단자의 접속 구조.
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