CN203437805U - 用于电阻焊方法的电极焊头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电阻焊方法所用的电极焊头，其由两根同向并列设置的左电极、右电极和夹在左电极与右电极之间的加压片构成，左电极和右电极为长条杆件，两电极的截面形状为圆形、半圆形、矩形或梯形；所述加压片由高阻耐高温材料所制，并可在两电极间上下移动。将本实用新型电极焊头用于电阻焊中可以对任何处于搭接状态的金属丝线、线线、线片或片片进行焊接，尤其是对IC卡芯片与其感应线圈的焊接和电池组中电池电极与外接引线的焊接，可以获得很好的效果，即所获得的IC卡平整无变形且线线直接焊接；所获得的电池组由铜片或铜线取代原来的镍片直接与电池电极连接，由此，可大大提高电池组的输出电流。

Description

用于电阻焊方法的电极焊头

技术领域

本实用新型涉及一种适用于电阻焊方法的焊头，特别涉及一种两电极同向平行设置的电阻焊方法的电极焊头。 

背景技术

电阻焊就是将工件组合后，通过两电极分别对不同的待焊焊件施加压力，利用电流流经待焊焊件之间的接触面及邻近区域产生的电阻热效应将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的一种方法。 

常用的电阻焊方法主要有二种，即点焊和缝焊。 

点焊 

如图1所示，点焊是将焊件装配成搭接接头，并压紧在两柱状电极1之间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点51的电阻焊方法。点焊主要用于薄板焊接。 

缝焊 

如图2所示，缝焊的过程与点焊相似，只是以旋转的圆盘状滚轮电极1代替柱状电极1，将焊件装配成搭接或对接接头，并置于两滚轮电极1之间，滚轮加压焊件并转动，连续或断续送电，形成一条连续焊缝的电阻焊方法。 

缝焊主要用于焊接焊缝较为规则、要求密封的结构，板厚一般在3mm以下。 

平衡间隙电阻焊 

如图3所示，近些年出现了一种平衡间隙电阻焊，其为一种点焊方式，其是由两根平行分隔设置的电极1，对待焊焊件中以上下重叠方式设置的顶层焊件 3和电阻值远低于顶层焊件3的底层焊件4进行焊接。焊接时，两电极1同向施压在顶层焊件3的表面，接通焊机电源后，焊接电流即由高电位电极1——顶层焊件3——底层焊件4——顶层焊件3——低电位电极1形成电流回路，从而在电阻热的作用下，在两电极1施压位置的顶层焊件3与底层焊件4相接处形成焊点51。 

上述平衡间隙电阻焊在应用方面仍存在如下不足： 

1）对顶层焊件3和底层焊件4的电阻值有一定的要求，即底层焊件4的电阻值要远小于顶层焊件3的电阻值，如此，其适用范围受到了一定限制。 

2）当顶层焊件3的电阻值远小于底层焊件4的电阻值时，焊接电流将由顶层焊件3短路，电流不通过底层焊件4，因此，无法将顶层焊件3与底层焊件4焊接在一起。而且，焊接电流经顶层焊件3，在电阻热的作用下，极易将位于两电极1之间的顶层焊件3熔断。 

3）对于顶层焊件3与底层焊件4交叉设置状态下，平衡间隙电阻焊就无法派上用场。因为，当两电极1施压于顶层焊件3上时，位于顶层焊件3之下介于两电极1之间的底层焊件4，无法使焊接电流形成电流回路，因此，顶层焊件3与底层焊件4之间不能形成焊点51。另外，该状态下，由于两电极1同向对顶层焊件3施压，也极易造成两电极1之间的顶层焊件3部分上拱而与底层焊件4无法紧密相触。 

4）其无法应用于无接触或双界面式IC卡6的制作焊接工艺中，也无法应用于电池7管理***中电池7电极1与外接引线的焊接工艺。 

现有技术中无接触或双界面式IC卡6的制作焊接和电池7电极1与外接引线的焊接方法如下： 

A、无接触或双界面式IC卡6，在对其芯片与感应线圈引线62进行焊接时，通常是采用其它焊接方法，诸如热焊、超声焊或激光焊先将感应线圈引线62，焊接在过渡金属薄片上，再通过连接导线63将该过渡金属薄片与IC芯片铜箔61焊接在一起。这些焊接方法均会程度不同的带来如下不足，第一，焊接时温度过高易使IC卡6塑胶片局部变形，影响其外观质量，或者造成IC芯片损坏；第二，焊接不是直接对连线进行焊接，而是还需使用过渡金属薄片作为连接介质，从而，大大提高了材料成本；第三，需要焊接操作员技艺娴熟，否则易产生较多的质量问题；第四，所用焊机昂贵、焊接成本高。 

B、电池管理***的电池组中的电池7与外接引线的焊接，通常是采用其它焊接方法，先将电阻值高于铜材的镍片或其它金属片与所述电池7电极焊在一起，再将外接引线焊在该镍片上。其存在的缺点为，第一，增加了中间过渡焊接片——镍片或其它金属片，因此，提高了材料成本；第二，由于镍的导电性差于铜，由此，该焊接结构大大降低电池组对外输出的电流。 

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种电阻焊方法所用的电极焊头，该方法中焊机两电极同向对处于交叉或重叠状态的顶层焊件施压通电，并使两电极之间的顶层焊件处于熔化或塑性状态，经该电极焊头中的加压片施压便将顶层焊件和底层焊件焊接在一起。 

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为： 

本实用新型的用于电阻焊方法的电极焊头，其由两根同向并列设置的左电极、右电极和夹在左电极与右电极之间的加压片构成，左电极和右电极为长条杆件，两电极的截面形状为圆形、半圆形、矩形或梯形；所述加压片由高阻耐 高温材料所制，并可在两电极间上下移动。 

所述左电极与右电极平行设置，两电极上部截面形状均为半圆形，其相对面为平面，在两平面上均设有相同的向内凹入的矩形槽，该矩形槽由上至下延伸至电极的下部，两电极的下部截面面积逐渐缩小，其下端面为矩形，两电极上临近下端面部分的纵截面形状为倒梯形；所述加压片是形状为长方体的陶瓷片，其置于两电极的矩形槽中将左电极与右电极加以分隔并且可在其中上下移动，其下部临近下端面部分的纵截面形状为倒梯形，其下端面为矩形。 

所述左电极和右电极长度相同。 

与现有技术相比，本实用新型采用同向并列设置的焊机电极和设置于两电极之间的加压片的结构，利用电阻热在对相搭接或重叠设置的待焊焊件进行焊接时，只需将两电极对其中设置于顶层的焊件施以同向压力并在加压片的协助下，就可将所述待焊焊件焊接在一起。将本实用新型电极焊头用于电阻焊中可以对任何处于搭接状态的金属丝线、线线、线片或片片进行焊接，尤其是对IC卡芯片与其感应线圈的焊接和电池组中电池电极与外接引线的焊接，可以获得很好的效果，即用所述电阻焊方法焊接后获得的IC卡平整无变形且线线直接焊接，还节省了现有技术中焊接所用的过渡金属片；所获得的电池组由铜片或铜线取代原来的镍片直接与电池电极连接，由此，可大大提高电池组的输出电流。 

本实用新型的电极焊头采用同向并列设置的电极以及置于两电极间可上下移动并对焊件施压的加压片的结构，使得所述的电阻焊方法可以单向对同一焊件施压通电并进行电阻焊得以实现。 

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。 

图1为现有技术中电阻焊中点焊的示意图。 

图2为现有技术中电阻焊中缝焊的示意图。 

图3为现有技术中平衡间隙电阻焊的示意图。 

图4为本申请人电阻焊方法中电极与焊件位置状态示意图。 

图5为本申请人的用于IC卡芯片与导线焊接状态示意图。 

图6为本申请人的用于电池组中电池电极与外接引线焊接状态示意图。 

图7为本实用新型的用于电阻焊方法的电极焊头结构示意图。 

附图标记： 

电极1、左电极11、右电极12、矩形槽13、加压片2、顶层焊件3、底层焊件4、焊接位置5、焊点51、IC卡6、芯片铜箔61、感应线圈引线62、连接导线63、电池7、铜片或铜线71。 

具体实施方式

如图4所示，本实用新型的用于电阻焊方法的电极焊头，适用于本申请人提出的一种电阻焊方法以及该方法在IC卡芯片与其感应线圈焊接工艺和电池组中电池电极与外接引线焊接工艺中的应用。 

所述电阻焊方法尤其适用于微电子领域中的金属丝线间、线线间、线片间或片片间的焊接，其是先将待焊焊件（待焊焊件可以为金属丝、线、杆、片或板）以上下交叉叠置或重叠的方式搭接在一起（即待焊焊件之间交叉角度可为锐角、直角或上下重叠，位于搭接相触点上方的待焊焊件称顶层焊件3，下方的待焊焊件称底层焊件4，顶层焊件3和底层焊件4均可为单件或多件），再将两电极1预压在待焊焊件上构成电流回路，所述两电极1为同向并列设置于由顶层焊件3与底层焊件4相触构成的焊接位置5两侧（通常两电极1为同向平行 设置，也可根据待焊焊件搭接后的情况进行调整，即两电极1之间可相向或反向倾斜，倾斜角在±3°），并且两电极1预压在待焊焊件的接触点位于顶层焊件3的同一焊件上，电极1与顶层焊件3之间为良性导电相接状态，在电极1同侧并介于两电极1之间，设有与两电极1平行且可上下移动的由高电阻（所述“高电阻”是指该加压片2的电阻值要高于顶层焊件3电阻值，即焊接时，焊接电流是从高位电极1经顶层焊件3再由低位电极1回流，而不能经加压片2短路回流）耐温材料制作的加压片2，焊接时，该加压片2下移触及所述焊接位置5并对顶层焊件3施以恒定压力，即在加压片2的压力下，焊接位置5的顶层焊件3与底层焊件4紧密相触。该加压片2可以由陶瓷制作，也可由石英材料或其它耐高温的胶木材料制作。 

焊接时，采用如下步骤： 

1）接通焊机电源，根据顶层焊件3材料特性，将导通电流调节为相对应的预定值，令导通电流由一个电极1经顶层焊件3再通过另一个电极1形成回路； 

2）流经两电极1间的电流，在该区间的顶层焊件3中产生电阻热，当电流导通时间达到预设时间后，该区间的顶层焊件3被加热至熔化或塑性状态，即被加热至熔化或塑性状态的顶层焊件3内部原子具有一定的扩散能力，由于两电极1仅与顶层焊件3接触，导通电流未流经底层焊件4，原子间空位移动只有单向性，也就是，在底层焊件4中未产生电阻热，其也就不可能处于熔化或塑性状态，如此，既节省电能，又能确保底层焊件4所依托的部件（当该部件为受热易变形材料时）在高温焊接后的完好性； 

3）当顶层焊件3为熔化或塑性状态时，令加压片2由上向下移动并触及焊接位置5的顶层焊件3（加压片2也可以在两电极1对顶层焊件3施以压力的同 时，对焊接位置5的顶层焊件3施以恒压）； 

4）令加压片2对处于熔化或塑性状态的顶层焊件3施以恒压（压力大小根据待焊焊件材料特性而定），致使所述焊接位置5处的顶层焊件3与底层焊件4紧密相接，同时，断开两电极1间的电流回路，与此同时，处于熔化或塑性状态的顶层焊件3在加压片2压力的作用下，向底层焊件4的金属晶粒内部扩散，从而在顶层焊件3与底层焊件4的交界处临近底层焊件4的金属中形成了固溶体，即使熔化或塑性状态的顶层焊件3在加压片2的压力下冷却直到结晶；最终形成由至少两种金属原子混合在一起的由错位墙构成的立晶界，从而使相同或不同待焊焊件金属材料焊接在一起； 

5）待顶层焊件3与底层焊件4焊接在一起后，释放加压片2和两电极1对顶层焊件3的压力，将其上移归位，取出焊件即可。 

如图5所示，用于IC卡6芯片与其连接导线63的焊接方法，适用于无接触和双界面式IC卡6的芯片与其连接导线63的焊接。 

利用本申请人的电阻焊方法，先将连接导线63的一端头焊接在IC芯片铜箔61上，再将另一端头焊接在IC感应线圈引线62上，所述焊接方法如下： 

1）将所述连接导线63的一端头搭接在芯片铜箔61； 

2）采用本申请人的电阻焊方法进行焊接，即将其中的两电极1的下端压在所述的连接导线63上； 

3）接通焊机电源，使两电极1间的连接导线63在电阻热的作用下，升温逐渐由固态转为熔化或塑性状态； 

4）此时，再将两电极1间的加压片2（也可事先将加压片2压在连接导线63上）由上至下对处于熔化或塑性状态的连接导线63施以恒压，致使该处的连 接导线63与芯片铜箔61紧密相接，断开两电极1间的电流回路，与此同时，处于熔化或塑性状态的所述连接导线63在压力的作用下，其中的原子向芯片铜箔61的金属晶粒内部扩散，从而在连接导线63与芯片铜箔61的交界处芯片铜箔61表层中形成了固溶体，即使熔化或塑性状态的连接导线63在加压片2的压力下冷却直到结晶，由此，使两者焊接在一起； 

5）释放加压片2和两电极1对连接导线63的压力，将其上移归位； 

6）按照上述方法，再将连接导线63的另一端头与IC感应线圈引线62以线线交叉的方式搭接并焊接在一起，省却了现有技术中在对IC卡6芯片与连接导线63焊接时，引入过渡金属片的环节。 

该方法的特点是把传统IC卡6上连线方法彻底更新，特别为双界面卡（combi-card）生产工序提供一个简易、有效及成本低廉的焊接方案（现有技术中的焊接方法是把感应线圈引线62用热焊方法焊在金属薄片上，再用超声焊、激光焊或热焊通过连接导线63将所述金属薄片与IC芯片连接起来，该方法烦琐、环节多、可靠性低且焊接时产生的热量会造成IC卡6塑胶片变形，影响其外观质量）。 

为了使所述方法焊接更快捷、方便，在绕制感应线圈时，可在其首尾预留一至两线尾“一”字型或“Z”字型的待焊线段，通过连接导线63利用所述焊接方法直接将感应线圈与IC芯片连接在一起。 

所述的焊接方法还可与现有技术相结合，对IC卡6芯片与其感应线圈进行如下焊接： 

制备金属薄片，将感应线圈引线62预先用热压焊，焊在该金属薄片上，再采用本申请人的电阻焊方法，使用连接导线63将IC芯片铜箔61与金属薄片焊 接相连。如此，可以大大简化生产工序，改善连接质量及可靠性，同时焊接热量高度集中，不会影响底部及附近塑料主体，也不会造成IC芯片正面的金属层变色氧化，从而，获得高外观质量的IC卡6。 

本申请人的用于IC卡6芯片与其连接导线63的焊接方法，使IC卡6芯片与其感应线圈间微导线交叉跨越焊接得以实现，其能将铺设在普通塑料底板上的两根互相交叉跨越过的微细导线进行电阻扩散焊接，而且焊接时产生的热量不会使所述塑料底板受到任何损伤或变形，该方法是本行业中的首创。 

如图6所示，本申请人的用于电池组中电池7电极与外接导线连接的焊接方法，适用于电池管理***电池组中电池7电极与外接引线之间的焊接，其焊接方法如下： 

1）先将铜片或铜线71搭接在所焊电池7的电极上（即正极和负极）； 

2）采用本申请人的电阻焊方法进行焊接，即将其中的两电极1的下端压在所述铜片或铜线71上，铜片或铜线71与电池7电极的焊接位置5位于两电极1之间； 

3）接通焊机电源，使所述焊接位置5处的铜片或铜线71在电阻热的作用下，升温逐渐由固态转为熔化或塑性状态； 

4）此时，再将两电极1间的加压片2由上至下对所述焊接位置5处的铜片或铜线71施以恒压，致使该处的铜片或铜线71与电池7电极紧密相接，同时，断开两电极1间的电流回路，使熔化或塑性状态的铜片或铜线71在加压片2的压力下冷却直到结晶并将铜片或铜线71焊接在电池7电极上； 

5）释放加压片2和两电极1对铜片或铜线71的压力，将其上移归位； 

6）按照上述方法，对电池组中的其它电池7电极进行焊接。 

所述的方法应用于电池组电池7与其外引线的焊接时，可大大提高电池组的输出电流。 

现有技术中是先将导电性能较铜材差的镍片作为过渡件焊接在电池7电极上，再将铜片或铜线71与镍片进行焊接，该连接方式使电池组输出电流受到限制。 

所述的方法可将各种金属材料特别是导电性能好的铜片或铜线71直接焊接在电池7电极上，并且不会使电池7受损，也不会影响电池7的性能，同样是本行业中的首创。特别在大功率动力电池7应用上，将会是一个突破。 

如图7所示，本实用新型的用于上述各种方法中的电极焊头，是由两根同向并列设置的左电极11、右电极12和夹在左电极11与右电极12之间的加压片2构成，左电极11和右电极12为长条杆件，两电极1的上部截面形状为圆形、半圆形、矩形或梯形，其下部截面面积逐渐缩小，其下端面为矩形；所述加压片2由高阻耐高温材料所制，并可在两电极1间上下移动，其下端面为矩形。 

两电极1的长度可根据待焊焊件的搭接情况而定，可以相同，也可以不同。 

左电极11和右电极12对称，也可根据待焊焊件的搭接情况制作成不对称，左电极11和右电极12一般因导电及耐磨损要求，以特殊电阻焊铜合金制成，也可使用其它金属或合金制成，外形通常为圆柱体，但也可根据待焊焊件的搭接情况以及焊件的形状做适当变动。加压片2的厚度及端面形状，也可根据待焊焊件的搭接情况以及焊件的形状做相应的变动。 

本实用新型的所述电极焊头优选如下结构： 

所述左电极11与右电极12平行设置，电极1的上端可***并固定在焊机上相应的插孔中，在两电极1之间夹置有导电陶瓷材料制作的加压片2，加压片 2将两电极1分隔绝缘，当三者合拢后，形状似楔子形，为上大下小，左电极11与右电极12结构和长短相同，其上半部截面形状均为半圆形，圆弧向外，其与加压片2相触的表面为平面，称为平面段，在两平面段的上半部，均设有相同结构的向内凹入的矩形槽13，该矩形槽13由上至下延伸至电极1的中下部，在所述平面段的下半部，临近下端面的部分，两电极1的外圆弧面渐渐收窄并形成纵截面是倒梯形的形状（即上大下小），其下端面为长方形；所述加压片2形状为长方体，其置于两电极1的凹槽中且可上下移动，加压片2的截面形状与两电极1上的矩形槽13合拢后形成的矩形通孔截面形状适配，其下部临近下端面部分的纵截面形状为倒梯形，其下端面为长方形。 

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。 

Claims (3)

1.一种用于电阻焊方法的电极焊头，其特征在于：其由两根同向并列设置的左电极（11）、右电极（12）和夹在左电极（11）与右电极（12）之间的加压片（2）构成，左电极（11）和右电极（12）为长条杆件，两电极（1）的截面形状为圆形、半圆形、矩形或梯形；所述加压片（2）由高阻耐高温材料所制，并可在两电极（1）间上下移动。 

2.根据权利要求1所述的用于电阻焊方法的电极焊头，其特征在于：所述左电极（11）与右电极（12）平行设置，两电极（1）上部截面形状均为半圆形，其相对面为平面，在两平面上均设有相同的向内凹入的矩形槽（13），该矩形槽（13）由上至下延伸至电极（1）的下部，两电极（1）的下部截面面积逐渐缩小，其下端面为矩形，两电极（1）上临近下端面部分的纵截面形状为倒梯形；所述加压片（2）是形状为长方体的陶瓷片，其置于两电极（1）的矩形槽（13）中将左电极（11）与右电极（12）加以分隔并且可在其中上下移动，其下部临近下端面部分的纵截面形状为倒梯形，其下端面为矩形。 

3.根据权利要求1或2所述的用于电阻焊方法的电极焊头，其特征在于：所述左电极（11）和右电极（12）长度相同。 

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