(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平な下辺とその両端から立上がる左右一対の腕部とを備え、両腕部の上端を加圧装置の加圧ヘッドに固定する給電端子とする一方、両給電端子間に加熱電流を供給することによって発熱させ、複数の熱圧着部を一度に接合する熱圧着用ヒータチップにおいて、
前記下辺には、この下辺を複数の押圧部に切り離す間隙を挟んで両端が前記押圧部に接続され前記加熱電流を迂回させる迂回路が、前記下辺と左右の腕部とで略枠状に囲まれる空間に形成され、
前記迂回路の電気抵抗をその長手方向に変化させて前記迂回路の両端付近の温度が異なるようにすることによって、前記異なる押圧部に前記迂回路から伝わる熱量が異なるようにしたことを特徴とする熱圧着用ヒータチップ。
【請求項２】
迂回路の断面積をその長手方向に変化させ、迂回路の両端付近の温度が異なるようにした請求項１の熱圧着用ヒータチップ。
【請求項３】
迂回路で仕切られた下辺の各押圧部の断面積が異なる請求項１または２の熱圧着用ヒータチップ。
【請求項４】
左右一対の腕部の下部と下辺の両端との接続部付近の断面積が異なる請求項１または２又は３の熱圧着用ヒータチップ。
【請求項５】
押圧部の断面積は迂回路の両端付近の断面積より大きくした請求項１〜４のいずれかの熱圧着用ヒータチップ。
【請求項６】
一部の押圧部では押圧面の高さが他の押圧部とは異なる請求項１〜５のいずれかの熱圧着用ヒータチップ。
【請求項７】
１つの迂回路により２つの押圧部が形成されている請求項１〜６のいずれかの熱圧着用ヒータチップ。
【請求項８】
複数の迂回路により３以上の押圧部が形成されている請求項１〜６のいずれかの熱圧着用ヒータチップ。
【請求項９】
迂回路には放熱手段が形成されている請求項１〜６のいずれかの熱圧着用ヒータチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、フレキシブルプリント配線板の導体層を硬基板の回路パターンに重ねたうえで熱圧着する場合などに用いる熱圧着用ヒータチップに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、プリント配線基板にＩＣ（集積回路）などの端子（リード）を熱圧着したり、フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）の導体層をコネクタや他の硬質の基板（硬基板）に熱圧着することが行われている。
【０００３】
図７は従来より広く用いられているヒータチップ１の一例を示す。図８はそのVII−VII線断面図である。これらの図７、８で符号２は水平な下辺であり、この下辺２の両端から起立する左右一対の腕部３、３の上部が給電端子４、４となっている。ヒータチップ１は図８から明らかなように、一定厚さの材料をワイヤーカット法などで加工したものである。ここに用いる材料は、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、ニクロム合金（Ｎｉ−Ｃｒ）、Ｔｉ（チタン）などの電気抵抗が大きい金属である。
【０００４】
給電端子４、４にはボルト孔５が設けられ、これらは、それぞれ接合装置（図示せず）の加圧ヘッド（図示せず）にボルト結合される。両給電端子４、４間に電流（例えばパルス電流）を流すことによってヒータチップ１を発熱させることができる。回路パターンの接合部（パッド、ランドなど）には予めはんだめっき（プリコート）やはんだペーストが供給され、ここに重ねたリードに前記ヒータチップ１の下辺２を押圧した状態でヒータチップ１を発熱させ、はんだを溶融させることによってはんだ付けを行うものである。
【０００５】
なお下辺２には図７に符号６で示す位置に熱電対が固着（溶接）され、ヒータチップ１の加熱温度が検出される。この熱電対の検出温度は制御回路（図示せず）にフィードバックされヒータチップ１の加熱電流が制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１６４４００
【０００７】
特許文献１には、一定間隔を空けて平行にのびる縦断面略Ｕ字状の一対のコテ部を有し、両コテ部の互いに向き合う内側辺を略逆Ｕ字状のブリッジ部で架橋し、それぞれの外側辺を上方に立上げて給電端子としたヒータチップが示されている。このヒータチップは、パッケージの周囲にガルウィング型端子を持つＳＯＰ（Small Outline Package）、ＱＦＰ（Quad Flatpack Package）の平行な２辺に並ぶ多数の端子（リード）を基板の回路パターンに熱圧着するものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年デジタル家電向けのインターフェースとして、ＰＣ（パーソナル・コンピュータ）とディスプレイの接続標準規格であるＨＤＭＩ（High-Definition Multimedia Interface）が広く用いられている。このＨＤＭＩでは映像・音声・制御信号を一体化したシングルケーブルを用い、ＡＶ機器の配線を簡略化すると共に、接続機器同士が互いに認識することにより各ＡＶ機器間の連携も容易にするものである。
【０００９】
この種のケーブルでは信号ラインと共に電源ラインを有するものがあり、この場合には電源ラインを信号ラインより太く（あるいは断面積を大きく）して許容電流容量を大きくしている。このようなケーブルを基板に接続する場合には、ＨＤＭＩケーブルの接続端子（コネクタ）が接続されるＡＶ機器側ソケット（コネクタ）をフレキシブル基板でマザーボードなどの他の基板に熱圧着により接続することがある。
【００１０】
この場合には電源ラインと信号ライン（以下制御ラインともいう。）の太さ（または断面積）が異なるため、各ラインの接続に適する加熱温度や熱量が異なる。すなわち太い（断面積が大きい）電源ラインは熱容量が大きく導体層の伝熱量も大きいので、その加熱温度を信号ラインよりも大きくするのが望ましい。
【００１１】
前記特許文献１に示したヒータチップは同一寸法の多数のガルウィング型端子を一度にはんだ付け（熱圧着）することを前提とするから、一部の端子形状や厚さなどが異なっていて熱容量が異なる場合に熱圧着温度を変えることができない。このため全ての端子をそれぞれに最適な条件で熱圧着することはできない。
【００１２】
また電力制御回路を内蔵するハイブリッドＩＣなどにおいて、電力ライン用端子（電力用リード）と信号制御ライン用端子（制御用リード）とを有するものが考えられるが、この場合も前記したものと同じ問題が生じ得る。そこで従来は熱容量が異なるリードを有する場合には、各リードに対して異なる温度のヒータチップを付け替えて複数回に分けて熱圧着していた。このためヒータチップの交換や複数のヒータチップ（または接合装置）を用意しなければならず、各熱圧着の信頼性の低下を招いたり、作業能率が悪くなるという問題があった。
【００１３】
この発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、熱容量などが異なるリードを熱圧着する場合に、温度が異なるヒータチップを用いて複数回熱圧着作業を行う必要が無く、一度に全てのリードを適切な条件で熱圧着することができる熱圧着用ヒータチップを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明によればこの目的は、水平な下辺とその両端から立上がる左右一対の腕部とを備え、両腕部の上端を加圧装置の加圧ヘッドに固定する給電端子とする一方、両給電端子間に加熱電流を供給することによって発熱させ、前記下辺を複数の熱圧着部に押圧して一度に接合する熱圧着用ヒータチップにおいて、前記下辺には、この下辺を複数の押圧部に切り離す間隙を挟んで両端が前記押圧部に接続され前記加熱電流を迂回させる迂回路が、前記下辺と左右の腕部とで略枠状に囲まれる空間に形成され、前記迂回路の電気抵抗をその長手方向に変化させて前記迂回路の両端付近の温度が異なるようにすることによって、前記異なる押圧部に前記迂回路から伝わる熱量が異なるようにしたことを特徴とする熱圧着用ヒータチップ、により達成される。
【発明の効果】
【００１５】
水平な下辺の押圧面を仕切って加熱電流を迂回させる迂回路を形成し、この迂回路で仕切った異なる押圧部に、この迂回路から伝わる熱量が異なるようにしたものであるから、各押圧部に温度差を生じさせることができる。このため温度が高い押圧部で電力ラインなどの熱容量が大きい熱圧着部を押圧し、温度が低い押圧部で信号ライン（制御ライン）などの熱容量が小さい熱圧着部を押圧することにより、各熱圧着部をそれぞれ適切な温度で熱圧着することができる。従って各熱圧着部の接合の信頼性を高めることができる。またこれらの接合条件が異なる熱圧着部を一度に接合できるから作業能率が良い。すなわち温度が異なるヒータチップで複数回熱圧着作業を行う必要が無くなるからである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例１を示す正面図
【図２】同じく左側面図
【図３】この実施例の寸法例を示す図
【図４】同じく押圧部の温度分布の時間変化を示す図
【図５】ヒータチップの使用例を示す斜視図
【図６】ヒータチップの他の使用例を示す斜視図
【図７】従来例を示す正面図
【図８】図７におけるIV−IV線断面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
迂回路の両端から下辺に伝わる熱量に差を設けるためには、例えば迂回路の断面積（長手方向に直交する平面の面積）を長手方向に連続的、不連続的、階段状に変化させることによって、迂回路の両端付近の温度が異なるようにすればよい（請求項２）。この断面積が小さければその部分の電気抵抗が大きくなり、電流が一定なら発熱量が増えるからである。
【００１８】
迂回路で仕切られた下辺の各押圧部の断面積が異なるようにすれば、各押圧部の電気抵抗に差が生じるから、電流が一定なら各押圧部の発熱量にも差が生じる（請求項３）。従って迂回路両端付近の断面積に差を設ける（請求項２）と共に、この各押圧部断面積の差による発熱量の差とを組合せることにより、各押圧部の温度を一層適切に制御することができる。
【００１９】
また左右一対の腕部の下部と下辺の両端との接続部付近の断面積に左右で差を設けてもよい（請求項４）。この場合には接続部付近の熱流通（熱伝導）量に差が生じるから、同様に各押圧部の温度制御を一層細かく制御できる。
【００２０】
押圧部の断面積を迂回路の両端付近の断面積より大きくすれば、押圧部の発熱量を相対的に減らして迂回路の発熱による影響（押圧部の温度に及ぼす影響）を大きくすることができる（請求項５）。またこの場合は各押圧部の熱容量が大きくなるので、接合部（リード）に押圧した時の温度低下を少なくできる。
【００２１】
電源ラインなどのリードの断面積が大きい時に、リードの太さや厚さが制御ラインのリードより大きいことがあるが、このようなリードに対しては各押圧面の高さに差を設けておくのがよい（請求項６）。すなわちリードの高さの差に対応して押圧面の高さに差を設けておくものである。
【００２２】
下辺は１つの迂回路で２つの押圧部に分けてもよいが（請求項７）、２以上の迂回路で３以上の押圧部に分けてもよく（請求項８）、この場合には熱容量が３段階以上に変化している接合部に用いるのに都合がよい。
【００２３】
このヒータチップでは、迂回路に蓄積される熱量が増えるため、迂回路と押圧部の温度分布が時間経過に伴って均一化する。すると次の熱圧着の前に迂回路が十分冷えるまで待つ時間が長くなり、待機時間が長くなり、作業能率が低下する。これを防ぐためには迂回路に放熱手段を設けるのがよい（請求項９）。例えば迂回路に放熱用フィンや通気孔を設けたり、表面に凹凸加工を施して、空冷効果を上げることができる。また接合装置にこれらの放熱手段に冷却風を供給する送風手段を設けるのがよい。
【実施例１】
【００２４】
図１、２、５において符号１０は本発明の一実施例であるヒータチップである。このヒータチップ１０は前記図７、８に示した従来のヒータチップ１と同様に、Ｗ（タングステン）などの高抵抗かつ一定厚さの金属材料をワイヤーカット加工したものである。このヒータチップ１０の下辺は迂回路１２によって左右の押圧部１４、１６に分割されている。すなわち下辺の下面は、この迂回路１２で２つの押圧面１４Ａ、１６Ａに分割される。
【００２５】
迂回路１２は下辺と左右の腕部１８、２０とで略枠状に囲まれる空間をほぼ占めるように、略Ω型に形成されている。腕部１８、２０の上部は給電端子２２、２４となっている。２２Ａ、２４Ａは給電端子２２、２４を押圧ヘッド（図示せず）に固定するボルトを通すボルト孔である。
【００２６】
このヒータチップ１０の詳細な寸法は図３に示す通りである。この図中の数字は寸法をmm単位で示す。なおこのヒータチップ１０は図２から明らかなように一定の厚さであるから、図３に示す寸法は各部分の断面積（従って電気抵抗）に比例している。
【００２７】
迂回路１２は、押圧部１４と１６の間を０．４mmの間隙Ａをもって切り離し、その一端は押圧部１４に１．６mm幅の狭隘部Ｂを介して接続される。この狭隘部Ｂに連続する部分は、２．５mm幅の直線状の幅狭部Ｃとなっている。迂回路１２の他端は、押圧部１６に２．０mm幅の狭隘部Ｄを介して接続される。この狭隘部Ｄに連続する部分は、２．０mm幅のコ字型の幅広部Ｅとなっている。
【００２８】
給電端子２２、２４に加熱電流が供給されると、この電流は腕部１８、２０、押圧部１４、１６、迂回路１２に流れ、ヒータチップ１０の各部が発熱する。この時迂回路１２の発熱量は幅が狭い幅狭部Ｃ（２．５mm）が幅が広い幅広部Ｅ（３．０mm）より多くなる。従って迂回路１２から押圧部１４に伝わる熱量が押圧部１６に伝わる熱量よりも多くなる。
【００２９】
なお押圧部１４側の狭隘部Ｂ（幅１．６mm）が押圧部１６側の狭隘部Ｄ（幅２．０mm）より狭いので、前者Ｂ（幅１．６mmの部分）の発熱量が後者Ｄ（幅２．０mmの部分）より大きくなる。このため狭隘部Ｂ、Ｄは押圧部１４の温度を押圧部１６より高くするのに寄与する。
【００３０】
また腕部１８の下部で押圧部１４につながる連結部分Ｆ（幅０．８mm）は、腕部２０の下部で押圧部１６につながる連結部分Ｇ（幅１．０mm）よりも幅が狭い。このため押圧部１４側の連結部分Ｆの発熱量が押圧部１６側の連結部分Ｇの発熱量が多くなり、押圧部１４を押圧部１６より高温にするのに寄与する。
【００３１】
さらに押圧部１４（幅２．８mm）は押圧部１６（幅３．０mm）よりも狭いから、押圧部１４の発熱量が押圧部１６の発熱量より多くなる。このように押圧部１４の両端に狭隘部Ｂおよび連結部分Ｆを介して伝わる熱量は、押圧部１６の両端に狭隘部Ｄおよび連結部分Ｇを介して伝わる熱量に差が生じると共に、押圧部１４、１６自身の発熱量にも差が生じ、その結果押圧部１４が押圧部１６より一層速やかに高温になる。
【００３２】
図４は加熱電流の供給に伴う押圧部１４、１６の温度変化の測定結果を示している。測定部位は図１に符号ａ、ｂ、〜ｅで示し、各部位ａ〜ｅに溶接した熱電対の温度測定結果が図４の曲線ａ〜ｅに対応している。この図４から明らかなように、押圧部１４の温度が押圧部１６よりも急速に上昇し、２〜４秒後にそれぞれ４００〜４５０℃、２５０〜２８０℃に保持される。すなわち所定時間範囲では高温と低温の２段階の温度が得られる。
【００３３】
なおヒータチップ１０を図５に示すように接合対象に押圧した状態で発熱させ、各押圧部１４、１６が２段階の温度に分かれた後（約４秒経過後）加熱電流を遮断すれば、各部の温度は伝熱により均一化し略一定温度に集束する。この測定は温度測定器としてＧＲ−３５００（キーエンス製）を用い、サンプリング周期は１００ｍｓで行った。
【００３４】
なお押圧部１６の下面である押圧面１６Ａは、押圧部１４の押圧面１４Ａよりも０．２mm下がっている。このように高さに差を設けたのは、後記する接合対象であるリードの厚さが電力用と制御用とで異なるからである。
【００３５】
次にこの実施例の使用例を図５に基づいて説明する。この図において符号３０はフレキシブル基板（ＦＰＣ）であり、その一端は絶縁層が全く無い裸の導体（フライイングリード構造）となっている。これらの導体は、一部（４本）が太径の電力用リード３２であり、他（９本）が細径の制御用リード３４となっている。これらリード３２、３４はヒータチップ１０の高温側の押圧部１４と低温側の押圧部１６の長さ範囲に対応する範囲に平行に並んでいる。３６は硬基板（硬質プリント基板）であり、例えばコネクタ（図示せず）を固定するための補強板であったり、マザーボードなどである。硬基板３６にはＦＰＣ３０の各リード３２、３４に対応する電力用回路パターン３８と制御用回路パターン４０が形成されている。これらの回路パターン３８、４０の接合部（パッド）には、予めはんだめっきによりはんだが供給されている。
【００３６】
ＦＰＣ３０の電力用リード３２を回路パターン３８に位置合わせし、制御用リード３４を回路パターン４０に位置合わせして重ね、上方からヒータチップ１０の押圧部１４、１６をそれぞれ押圧することにより熱圧着する。すなわちヒータチップ１０を押圧した状態で加熱電流を供給すると、図４に示す２段階の温度に加熱され、この状態ではんだが溶融開始すると（約２秒後）この溶融中は略一定温になる（２〜４秒間）。そしてはんだの溶融がほぼ終わると温度測定点ｃの温度が他の測定点ｄ、ｅよりも僅かに上昇する（図４のＰ点、約４秒後）。この温度上昇ははんだの融解が終わって融解熱が不用になる一方迂回路１２の全体の温度が均一化して迂回路１２から低温側の押圧部１６に伝達する熱量が増えるためであると考えられる。
【００３７】
太径の電力用リード３２の熱容量は制御用リード３４の熱容量よりも大きいが、高温側押圧部１４をここに押圧し加熱した時には電力用リード３２および回路パターン３８のはんだめっきなどが適切な熱量で十分に加熱され、良好に熱圧着される。細径の制御用リード３４の熱容量はリード３２よりも小さいが、ここには低温側押圧部１６が押圧されるので、このリード３４に適した熱量で十分に加熱され、良好に熱圧着される。
【００３８】
約４秒後（図４のＰ点）に加熱電流を遮断すれば押圧部１４、１６の冷却が進み、ヒータチップ１０は均一な温度に漸近しながら冷え、ヒータチップの凝固温度以下になった後に熱圧着を完了する。熱圧着が終わるとヒータチップ１０を上昇させて次の圧着に備える。
【００３９】
なお電力用リード３２は太いので押圧部１４に接触開始する高さが、押圧部１６に制御用リード３４に接触開始する高さよりも高い。このためこの実施例１では、前記したように、押圧部１４の押圧面１４Ａを押圧部１６の押圧面１６Ａよりも高く（０．２mm、図３参照）している。なお電力用リード３２は太さを大きくするのに代えて、厚さを制御用リード３４と同じとしつつ幅を拡大して大電流に対応させることもできる。この場合は押圧面１６Ａを１４Ａと同じ高さにすればよい。
【実施例２】
【００４０】
図６で符号５０はハイブリッドＩＣであり、電力制御用半導体素子とその制御回路とを内蔵する。このＩＣはそのパッケージの対向二辺にガルウィング型の電力用リード５２と、制御用リード５４とを持つ。４本の電力用リード５２はパッケージの一端寄りに隣接し、９本の制御用リード５２が他端寄りに隣接している。５６は硬基板（ＰＣＢ）であり、その上面には各リード５２、５４に対応する図示しない回路パターン（ランド、パッド、スルーホール等）が形成されている。この回路パターンには予めはんだめっきなどによりはんだが供給されている。
【００４１】
ヒータチップ１０は前記したものと同じであり、その高温側押圧部１４を電力用リード５２に、低温側押圧部１６を制御用リード５４に位置合わせして押下する。前記実施例１と同様に加熱電流を制御することにより、熱容量が異なる電力用リード５２と制御用リード５４を適切な熱量で加熱し、良好な状態にはんだ付けすることができる。
【００４２】
なおヒータチップ１０の迂回路１２には冷却手段となる冷却フィン５８を形成しておいてもよい。このヒータチップ１０は迂回路１２の熱容量を利用して押圧部１４、１６を異なる温度に加熱するから、この迂回路１２の熱容量が大きいと逆に押圧部１４、１６の冷却が遅くなる。このため溶融したはんだが凝固するまでの時間が長くなり、処理能率が悪くなることが考えられる。冷却フィン５８はこの冷却速度を増大して１回のはんだ圧着処理に要する時間を短縮する作用を持つ。
【００４３】
また圧着装置に、この冷却フィン５８に適時に冷却空気を供給する送風手段を設けてもよい。この場合冷却フィン５８を省いてヒータチップ１０全体を空冷するものであってもよい。冷却フィン５８に代えて、迂回路１６に通気孔を設けてここを冷却空気が通るようにしたり、表面に凹凸加工を施して表面積を増やしてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１０  ヒータチップ
１２  迂回路
１４  高温側押圧部
１６  低温側押圧部
１４Ａ、１６Ａ  押圧面
１８、２０  腕部
２２、２４  給電端子
３０  フレキシブル基板
３２、５２  大電力用リード
３４、５４  制御用リード
３６  硬基板
５０  ハイブリッドＩＣ
５６  硬基板
５８  冷却フィン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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