CN100566024C - 导电端子的焊接方法及导电端子结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及能够充分增大以铜为材料的两个导电端子彼此的焊接强度的利用电阻焊接的焊接方法及使用该方法焊接的导电端子结构。将以镀锡的平板状的铜为材料的第一导电端子按照如下方式成型，通过在离开其前端位置的位置上设置台阶，在从该前端位置到台阶的范围的前端部分形成突出部。此外，将以与所述相同的铜为材料的第二导电端子和所述第一导电端子按照如下方式成型，使所述第二导电端子的焊接面成为覆盖所述第一导电端子的突出部的焊接面整体的大小。同时，将各导电端子按照使所述第一导电端子的前端部分的截面积与所述第二导电端子的焊接部的截面积大致相同的方式进行成型。在这些导电端子上压接具有相同电气特性的电极而使电流流过，使所述突出部进入并熔敷到所述第二导电端子的焊接面内部。

Description

导电端子的焊接方法及导电端子结构

技术领域

本发明涉及将以铜为材料的导电端子彼此进行电阻焊接的焊接方法及其导电端子结构。

背景技术

要将电子设备内的导电端子彼此进行焊接，通常使用电阻焊接法。电弧焊接法及其它焊接法由于在焊接时流过的电流过大，而可能破坏电子部件，故几乎不使用。

电阻焊接利用如下原理，在使具有电阻的焊接对象物彼此抵接的状态下流过电流时，因电阻而发热，直至熔融。

电阻焊接法已知有使平板状的导电端子彼此对接，从左右压接前端形状为球形或凸状的电极，由此流过电流的点焊方法(专利文献1中图4、专利文献2中图2)。该点焊法中，在导电端子彼此的接触部形成点状熔核(溶融部分)。此外，作为其它电阻焊接法，已知有使作为形成有球形或凸状的突起部的突出部的一方的导电端子与另一方的导电端子对接，从左右压接平板状的电极，由此流过电流的凸焊法(专利文献1中图3、专利文献3中图1)。该凸焊法中，突出部自身形成熔核。

在前者的点焊法中，在导电端子材料为铁等的情况下，较容易焊接，此外，在后者的凸焊法中，为了使突出部其自身成为熔核，可以使焊接部分的熔融状态较稳定。

专利文献1：(日本国)特开2002-95134号公报

专利文献2：(日本国)特开2002-281644号公报

专利文献3：(日本国)特开平5-283139号公报

但是，在点焊法中，在导电端子材料为电阻率非常小的铜、特别是纯度高的无氧铜的情况下，几乎无法焊接。这是由于，因电阻引起的发热以及随之产生的熔融少，故焊接困难。即使在将表面镀锡来确保某种程度的电阻值的情况下，也难以得到稳定的熔核形状。此外，在现有的凸焊法中，如专利文献1中图3或专利文献3中图1所示，使导电端子前端部的中央部分等凸起而形成球形状或凸状的突出部。因此，该突出部在闯入相对的导电端子内部而形成熔核时，提高该闯入量(进入量)的精度是极其困难的。因此，熔核的形成状态不稳定，且熔核的强度(焊接强度)也不稳定。进而，如专利文献1中图3所示，由于突出部通过使导电端子前端部的中央部分凸起而形成，因此，难以增大其面积。因此，存在不能确保足够大的强度且熔核的电流容量也小的问题。此外，即使为凸焊法，由于以电阻率非常小的铜为材料的导电端子因电阻引起的发热以及随之引起的熔融小，故该导电端子彼此的焊接极其困难。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种能够充分增大以铜为材料的两个导电端子彼此的焊接强度的利用电阻焊接的焊接方法以及利用该焊接方法焊接的导电端子结构。

本发明提供一种导电端子的焊接方法，其是以镀锡的平板状的铜为材料将第一导电端子和第二导电端子凸焊的方法。

所述第一导电端子以镀锡的平板状的铜为材料形成，通过在离开其前端位置的位置上设置台阶，在从该前端位置到台阶的范围的前端部分形成突出部(プロジエクシヨン)。

所述第二导电端子以镀锡的平板状的铜为材料形成，其焊接面为覆盖所述第一导电端子的整个前端部分的大小，焊接部的截面积与所述第一导电端子的前端部分的截面积大致相同。

使所述第二导电端子与所述第一导电端子抵接。

进而，在这些导电端子上压接具有相同电气特性的电极并流过电流。由此，使所述突出部进入并熔敷到所述第二导电端子的焊接面内部。

在第一导电端子上，在离开前端位置的位置设置台阶，从该前端位置到台阶的范围的整个前端部分成为突出部。因此，该大的面积的突出部进入(闯入)到第二导电端子内而形成熔核。因此，熔核的面积变得非常大，从而可增大熔核的电流容量，同时也可以增大抗拉强度。

第二导电端子其焊接面是覆盖所述突出部的整个焊接面的大小。由此，焊接时会在突出部周围和所述焊接面相接的整个界面产生电流集中。这意味着容易通过突出部形成熔核。

各导电端子(第一导电端子和第二导电端子)按照使第一导电端子的前端部分的截面积与第二导电端子的焊接部的截面积大致相同的方式成型。这样会使焊接时流过各导电端子的电流分布均匀化，从而可使发热量的平衡即热平衡成为良好的状态。热平衡是用于使熔核的形成稳定化的重要的因素。

另外，要将第一导电端子和第二导电端子成型，可通过对镀锡的铜板反复进行切断和折曲工序来进行。

其次，将如上述那样成型的第一导电端子的突出部与第二导电端子的焊接部重叠，在两导电端子上压接电极，使焊接电流流过。此时，为确保所述热平衡，两个电极由具有相同电气特性构成，例如由钨电极构成。

通过流过焊接电流，使所述突出部进入并熔敷到所述第二导电端子的焊接面内部。即，在突出部的周围和所述第二导电端子的焊接面相接的整个界面产生电流集中，其结果，使突出部整体进入(入り込む)(闯入(飛び込む))第二导电端子的焊接面，形成相当于突出部整体面积的熔核。此时，突出部的进入量(闯入量)受台阶限制。即，突出部进入到第二导电端子的焊接部的只是相当于台阶的长度，因此，使熔核的大小稳定，其结果是焊接部的电流容量也稳定。

另外，按照使第一导电端子的宽度L1、厚度T1与第二导电端子的宽度L2、厚度T2的关系成L1＜L2、T1＞T2的方式成型各导电端子。这样，通过设定各导电端子的形状，能够由第二导电端子的焊接部整体覆盖第一导电端子的突出部整体，且可实现用于使各导电端子的电流分布均匀化的良好的热平衡。

在该发明的变形例中，如下成型第二导电端子，通过在离开其前端位置的位置设置台阶，在从该前端位置到台阶的范围的前端部分形成突出部。即，突出部形成于第二导电端子。第一导电端子被设定成平板状。该结构中，第一导电端子的焊接面进入并熔敷到所述突出部的内部。

即使在这种结构中，在所述第一导电端子的焊接面周围与突出部相接的整个界面也会产生电流集中，其结果，使第一导电端子整体进入(闯入)突出部的焊接面，形成相当于第一导电端子整体面积的熔核。此时，第一导电端子的进入量(闯入量)受台阶限制，即，第一导电端子进入到突出部的焊接部的只是相当于台阶的长度，因此，熔核的大小稳定，其结果是焊接部的电流容量也稳定。

根据本发明，能够可靠地焊接以铜为材料的两个导电端子彼此，且能够确保用于形成大面积的熔核的足够的焊接强度。

附图说明

图1是表示本发明实施方式的导电端子的图；

图2是将突出部12的大小和第二导电端子2的焊接面20的大小进行比较的图；

图3是表示在第一、第二导电端子1、2之间抵接并压接电极3的状态的图；

图4(A)、(B)、(C)是表示电极的安装状态的上面图、正面图、右侧面图；

图5(A)、(B)、(C)是表示到形成熔核为止的时间变化的图；

图6是表示本发明的焊接方法的实验例的导电端子1、2的形状和尺寸的图；

图7是表示实验结果的表；

图8是表示本发明其它实施方式的导电端子的图；

图9(A)、(B)、(C)是表示到形成熔核为止的时间变化的图；

图10是表示将本发明实施方式应用于电动动力转向装置时的结构的图。

标记说明

1  第一导电端子

2  第二导电端子

3  第一电极

4  第二电极

5  熔核

10 台阶

11 前端部分

12 突出部

20 第二导电端子的焊接面

具体实施方式

图1是表示本发明实施方式的导电端子的图。

第一导电端子1和第二导电端子2分别如下成型，即，通过对从厚度约为0.4mm～0.9mm左右范围选择的厚度不同的两种镀锡的平板状铜板反复进行切断工序和折曲工序而成型。例如，第一导电端子1由厚度0.64mm的铜板成型，第二导电端子2由厚度0.4mm的铜板成型。

首先，以上述铜板为初始基材，得到切断为4.5mm宽度和5mm宽度的板状的两片导电端子。5mm宽度的板状的铜板是厚度厚(0.64mm)的铜板，将从该铜板切掉的导电端子作为第一导电端子1。4.5mm宽度的板状的铜板是厚度薄(0.4mm)的铜板，将从该铜板切掉的导电端子作为第二导电端子2。将这两个导电端子1、2进一步以如下步骤进行切断或折曲。

(1)如下成型第一导电端子，通过在离开其前端位置的位置上设置台阶10，在从该前端位置到台阶10的范围的前端部分11形成突出部12。即，在图1中，通过设置台阶10而形成向第二导电端子2方向探出的突出部12。由此，突出部12的焊接面(图1中与第二导电端子2相对的面)13的面积成为前端部分11整体的大小。该成型在折曲工序中进行。

(2)如下成型各导电端子，使第二导电端子2的焊接面(图1中与第一导电端子1相对的面)20成为覆盖第一导电端子1的突出部12的焊接面13整体的大小。即，将第一导电端子1的上部两侧切掉，按照使第二导电端子的焊接面20成为覆盖第一导电端子1的突出部12的焊接面13整体大小的方式进行成型。另外，图示的例子中，第二导电端子2已被切断为板状，但可以在该阶段切断为板状，此外还可以根据需要切断适当量。

图2是将突出部12的大小与第二导电端子2的焊接面20的大小进行比较的图。如图所示，第二导电端子2的焊接面20的阴影线所示的区域设置在突出部12的周围。如后述，通过这样设置，在突出部12的周围与焊接面20相接的界面21整体在焊接时产生电流集中，由此，使突出部12整体和与之相对的焊接面20的部分熔融，形成熔核(熔融部分)。

(3)在上述(2)的成型时，按照使第一导电端子1的前端部分的截面积S1与上述第二导电端子的焊接部的截面积S2大致相同的方式成型各导电端子。

在上述(2)的工序中，虽然将第一导电端子1的上部两侧切掉，但该切掉量设定为使截面积S1和S2成为大致相同的大小。另外，图示的例子中，第二导电端子2已切断为板状，但可以在该阶段切断为板状，此外还可以根据需要切断适当量。

这样，通过使截面积S1和S2大致相同，使得焊接时流过各导电端子1、2的电流分布均匀化，从而使各导电端子1、2的发热量大致相同。即，热平衡良好。实现良好的热平衡可使熔核的形成稳定化。

使如上成型后的第一导电端子1的突出部面与第二导电端子2的焊接面20接触，进而在由电极压接在两端间的状态下流过电流，进行焊接。图3表示在电极3、4之间夹着第一导电端子1及第二导电端子2的状态。对电极3、4施加压力，将第一导电端子1与第二导电端子2彼此压接。图4(A)、(B)、(C)是表示电极安装状态的上面图、正面图、右侧面图。电极3、4由钨制的矩形状电极构成，分别为相同的大小。通过由相同材料的钨构成电极3、4且作成相同大小，可使热平衡更良好。

如图4(A)、(B)、(C)所示，电极3为覆盖第一导电端子1的上端部11整体的大小。压接力F(参照图3)根据导电端子1、2的厚度、大小、电流的大小等选择适宜的大小，但通常自15kg～25kg的范围选择。例如选择16kg。此外，电流的大小自10kA～20kA的范围选择，流过电流的时间自20mm/s～40mm/s的范围选择。例如设电流的大小为10kA，设流过时间为20mm/s。

当如上那样在两电极3、4之间以规定时间流过电流时，使位于第一导电端子1前端部分的矩形状的突出部12与第二导电端子2的焊接面20的内部彼此熔融结合，形成该突出部12大小的熔核。图5(A)、(B)、(C)表示形成熔核5时的时间变化。图5(A)表示焊接时(电流流入时)的初始状态，图5(B)表示中期状态，图5(C)表示最终状态。在开始流过电流的初始状态，因镀锡层的电阻而在突出部12的周围与第二导电端子2的焊接面20相接的整个界面开始产生电流集中，从而使突出部12及焊接面20开始熔融。其结果，熔核5生长(图5(A))。当进而流过电流而成为中期状态时，突出部12进一步进入到焊接面20，使熔核5不断增大(图5(B))。当进而流过电流而成为最终状态时，突出部12完全进入焊接面20内，使熔核5生长到最大(图5(C))。

最终状态为台阶10的高度t变为零时，即，在台阶10的下方，第一导电端子1和第二导电端子2成为抵接的状态，突出部12不会进一步进入到焊接面20内。因此，突出部12的进入量即熔核5最大限生长的大小大致由台阶10的高度t决定。

这样，在焊接面20内形成熔核5。熔核5由于具有位于台阶10上方的上端部11的面积，故其大小极大。因此，可充分地增大两个导电端子1、2的焊接强度。此外，由于突出部12的进入量由台阶10限制，故如图5(C)所示，在焊接结束时，第一导电端子1与第二导电端子2的间隔始终是大致一定。

另外，在图5(A)～(C)中，用长方体形状示意地表示熔核5的形状。但实际的熔核形状的界面不明显，会产生凹凸。

(实验例)

作为第一、第二导电端子1、2的材料使用具有如下电气特性的形成镀锡层的铜。

铜(电阻率：1.72μΩ·cm，导电率：100)

锡(电阻率：11.4μΩ·cm，导电率：15.1)

将第一、第二导电端子1、2按照其形状及尺寸成为图6所示那样的方式成型。图中，数值的单位为mm。即，第一导电端子1的宽度L1为3mm、厚度T1为0.64mm，第二导电端子2的宽度L2为4.5mm、厚度T2为0.4mm。它们关系为L1＜L2，T1＞T2。此外，台阶10的高度t为0.1mm。

此时，第一导电端子1的前端的截面积为1.92mm²。第二导电端子2的前端的截面积为1.8mm²。因此，两者的截面积大致相同。

使上述导电端子1、2对接，用钨电极压接其两外侧(参照图3)。此时的加压力为16kg。此外，将流过电极间的电流值设为10A，电压设为10V。

如图7所示，在上述条件下测定使电流的流入时间在20ms～40ms范围变化来进行焊接时的“突出部12的进入量”和“导电端子间的强度(焊接强度)”。另外，前者的进入量是将通过焊接而相互结合状态下的第一、第二导电端子1、2剥离而测定的。此外，后者的强度用进行该剥离时的拉伸力测定。

如该图所示，与电流的流入时间无关，突出部12的进入量与台阶10的高度t(＝0.1mm)大致相同。此外，导电端子间的强度根据电流的流入时间在13.70kg～15.94kg范围变化，但都是大幅超过10kg的值。

在导电端子间的强度超过10kg的状态下将导电端子彼此剥离时，在导电端子上产生母材破坏。因此，能够将导电端子彼此充分焊接。

图8是表示本发明其它实施方式的导电端子的图。

在该实施方式中，第一导电端子1和第二导电端子2的形状在台阶部分是不同的。在第一导电端子1没有形成台阶10，取而代之的是在第二导电端子2形成台阶21。即，各导电端子具有如下(4)～(7)的结构。

(4)第二导电端子2如下成型，通过在离开其前端位置的位置设置台阶21，在从该前端位置到台阶21的范围的前端部分形成突出部23。

(5)各导电端子1、2按照使第一导电端子1的焊接面13由第二导电端子2的突出部23整体覆盖的大小的方式成型。

(6)各导电端子1、2按照使第二导电端子2的前端部分22的截面积S2和第一导电端子1的焊接部的截面积S1大致相同的方式成型。

(7)第一导电端子1的焊接面13进入到突出部23的内部而进行焊接。

另外，与图1所示的实施方式相同，该实施方式中，第一导电端子1也由厚度0.64mm的铜板成型，第二导电端子2由厚度0.4mm的铜板成型。

上述导电端子1、2的焊接与上述实施方式同样进行。图9(A)、(B)、(C)表示形成熔核5时的时间变化。图9(A)表示焊接时(电流流入时)的初始状态，图9(B)表示中期状态，图9(C)表示最终状态。在开始流过电流的初始状态，因镀锡层的电阻而在突出部23与第一导电端子1的焊接面13相接的整个界面开始产生电流集中，从而使突出部23及焊接面13开始熔融。其结果，熔核5生长(图9(A))。当进而流过电流而成为中期状态时，焊接面13进一步进入到突出部23内，使熔核5不断增大(图9(B))。当进而流过电流而成为最终状态时，焊接面13完全进入到突出部23内，使熔核5生长到最大(图9(C))。

最终状态是台阶21的高度t为零时即在台阶21的下方第一导电端子1与第二导电端子2抵接的状态，焊接面13不会进一步进入突出部23内。因此，焊接面13进入突出部23内的进入量即熔核5最大限生长的大小由台阶21的高度t大致决定。

这样，在突出部23内形成熔核5。熔核5由于具有第一导电端子1的上方的面积，故其大小极大。因此，可充分地增大两个导电端子1、2的焊接强度。此外，由于第一导电端子1的焊接面13进入突出部23内的进入量由台阶21限制，故如图9(C)所示，在焊接结束时，第一导电端子1与第二导电端子2的间隔始终是大致一定。

在图1及图8所示的实施方式中，在第一导电端子1或第二导电端子2的任何一个上设置台阶，在任何一个导电端子上形成突出部，但也可以在这两个导电端子上分别设置台阶。即使采用这样的结构，也能够在两个导电端子抵接的部分形成与上述同样的熔核。

另外，通过改变加压力、电流值、电流的流入时间等参数，使强度改变，但在任一种情况下，都能够观察到“铜焊”现象。

本发明例如可以适用于电动动力转向系统(EPS)的控制装置等。该控制装置中，第一导电端子和第二导电端子分别安装于不同的基板及壳体上，在进行这些基板及壳体的组装后，焊接各导电端子。该发明特别适于具有这种性质的装置。

图10表示上述EPS控制装置的结构。在该EPS控制装置中，为使用大的电流，从得到高的散热性能的见解来看，使用铝壳体6作为壳体。而且，通过利用嵌合部60等相对于铝壳体6安装树脂制基板7而构成控制装置。进而，虽未图示，但在树脂制基板7与铝壳体之间安装有装载了开关元件等工作时形成高温的电子部件的铝基板。

在上述控制装置中，在标记A所示的部分，将以铜为材料的第一导电端子1与第二导电端子2焊接。第一导电端子1和第二导电端子2分别与图1～图3所示的端子相同。第二导电端子2的另一端被焊料焊接在铝基板上。此外，通过插入成型而将第一导电端子1的下端部以折曲的状态安装在树脂制基板7上。当将树脂制基板7安装到铝壳体6上时，在图中标记A所示的部分，使利用插入成型而安装于树脂制基板7的第一导电端子1、与被焊料焊接在设置于铝壳体6中的铝基板上的第二导电端子2相接。在该状态下进行两个导电端子间的电阻焊接。

另外，在该实施例中，由于第二导电端子2被焊料焊接在设置于铝壳体6中的铝基板上，第一导电端子1利用插入成型而安装在基板7上，因此，就安装强度而言，前者比后者弱(焊料焊接一方弱)。因此，将第二导电端子2的厚度设定得比第一导电端子1的厚度薄。由此，即使对第二导电端子2施加外力，端子整体也会塑性变形或弹性变形而将外力缓和。由此，可防止对焊料焊接部分施加外力。另一方面，由于第一导电端子1利用安装强度大的插入成型进行安装，故即使施加外力，也不会对其电连接部造成影响。

这样，本发明尤其是对于需要在组装基板及壳体后进行导电端子的焊接且该导电端子是铜制的电子设备的应用是有用的。

如上所述，根据本发明，通过电阻焊接能够将以铜为材料的两个导电端子彼此可靠地焊接，并且由于形成了大的面积的熔核，因此，能够确保足够的抗拉强度。

Claims (10)

1、一种导电端子的焊接方法，其将形成有突出部的第一导电端子和平板状的第二导电端子进行电阻焊接，其特征在于，

使所述第一导电端子与所述第二导电端子抵接，进而，通过在这些导电端子上压接相同电气特性的电极而使电流流过，使所述突出部进入并熔敷到所述第二导电端子的焊接面内部，其中，

所述第一导电端子以镀锡的平板状的铜为材料形成，并通过在离开其前端位置的位置上设置台阶，而在从该前端位置到台阶的范围的前端部分形成突出部，

所述第二导电端子以镀锡的平板状的铜为材料形成，其焊接面是覆盖所述第一导电端子的前端部分整体的大小，焊接部的截面积与所述第一导电端子的前端部分的截面积相同。

2、如权利要求1所述的导电端子的焊接方法，其特征在于，所述第一导电端子的宽度L1、厚度T1与所述第二导电端子的宽度L2、厚度T2的关系为L1＜L2、T1＞T2。

3、如权利要求1所述的导电端子的焊接方法，其特征在于，所述电极为钨电极。

4、一种导电端子结构，其通过将形成有突出部的第一导电端子与第二导电端子电阻焊接而形成，其特征在于，所述第一导电端子和所述第二导电端子以镀锡的平板状的铜为材料成型，并且具有如下(1)～(4)的结构，

(1)所述第一导电端子按如下方式成型，通过在离开其前端位置的位置上设置台阶，在从该前端位置到台阶的范围的前端部分形成突出部，

(2)各导电端子按照使所述第二导电端子的焊接面成为覆盖所述第一导电端子的前端部分整体的大小的方式成型，

(3)各导电端子按照使所述第一导电端子的前端部分的截面积与所述第二导电端子的焊接部的截面积相同的方式成型，

(4)所述突出部进入并熔敷到所述第二导电端子的焊接面内部。

5、如权利要求4所述的导电端子结构，其特征在于，在所述(2)及(3)中，按照使所述第一导电端子的宽度L1、厚度T1与所述第二导电端子的宽度L2、厚度T2的关系为L1＜L2、T1＞T2的方式成型各导电端子。

6、一种导电端子的焊接方法，其将平板状的第一导电端子和形成有突出部的第二导电端子进行电阻焊接，其特征在于，

使所述第二导电端子与所述第一导电端子抵接，进而，通过在这些导电端子上压接相同电气特性的电极而使电流流过，使所述第一导电端子的焊接面进入并熔敷到所述突出部内部，其中，

所述第二导电端子以镀锡的平板状的铜为材料形成，并通过在离开其前端位置的位置上设置台阶，而在从该前端位置到台阶的范围的前端部分形成突出部，

所述第一导电端子以镀锡的平板状的铜为材料形成，其焊接面是由所述第二导电端子的前端部分整体所覆盖的大小，焊接部的截面积与所述第二导电端子的前端部分的截面积相同。

7、如权利要求6所述的导电端子的焊接方法，其特征在于，所述第一导电端子的宽度L1、厚度T1与所述第二导电端子的宽度L2、厚度T2的关系为L1＜L2、T1＞T2。

8、如权利要求6所述的导电端子的焊接方法，其特征在于，所述电极为钨电极。

9、一种导电端子结构，其通过将第一导电端子与形成有突出部的第二导电端子电阻焊接而形成，其特征在于，所述第一导电端子和所述第二导电端子以镀锡的平板状的铜为材料成型，并且具有如下(1)～(4)的结构，

(1)所述第二导电端子按如下方式成型，通过在离开其前端位置的位置上设置台阶，在从该前端位置到台阶的范围的前端部分形成突出部，

(2)各导电端子按照使所述第一导电端子的焊接面成为由所述第二导电端子的突出部整体所覆盖的大小的方式成型，

(3)各导电端子按照使所述第二导电端子的前端部分的截面积与所述第一导电端子的焊接部的截面积相同的方式成型，

(4)所述第一导电端子的焊接面进入并熔敷到所述突出部内部。

10、如权利要求9所述的导电端子结构，其特征在于，在所述(2)及(3)中，按照使所述第一导电端子的宽度L1、厚度T1与所述第二导电端子的宽度L2、厚度T2的关系成为L1＜L2、T1＞T2的方式成型各导电端子。

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