專利名稱:通過焊接將線圈組裝到集成電路或小尺寸電子單元上的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及將線圈兩端部焊接到一個集成電路或小尺寸電子單元的兩個電接觸墊或塊上的方法。線圈兩端部在電接觸墊或塊上的電連接通常是借助為此目的設(shè)置的熱極來實現(xiàn)的。
將線圈與電子電路相組裝的方法是公知的,具體由美國專5,572,410可知,根據(jù)該方法,設(shè)置了一個電子電路,尤其是一個半導(dǎo)體集成電路及一個放置在附近的線圈芯體。然后使一絕緣電線自動地繞在芯體上,線圈的兩個端部被布置成迭放在電子電路的電接觸塊上(見
圖1及3)。接著將直接位于金屬塊上的線圈兩端部借助自動焊接裝置焊到金屬塊上,該自動焊接裝置并從線圈導(dǎo)線上除去絕緣,即與焊接同時地除去保持電線的絕緣皮(欄3,行26至30)。
上述組裝方法產(chǎn)生了一個主要缺點。實際上已觀察到,上述方法對集成電路的使用已引起集成電路本身相當(dāng)嚴(yán)重的損壞,尤其是上層,特別是鈍化層的損壞。
事實上,通過熱壓將線圈的絕緣導(dǎo)線端焊到集成電路的金屬墊或塊上需要一定的壓力及高溫,例如為500℃量級。
在本發(fā)明的情況下,已觀察到,需要除去絕緣皮并同時半導(dǎo)線焊到集成電路金屬墊或塊上的高溫將產(chǎn)生大的機械及熱應(yīng)力,尤其是由于集成電路金屬墊或塊的膨脹。因此上述方法所必須的壓力和熱產(chǎn)生了集成電路的微破裂,這會使集成電路損壞并使其不能使用。因而工業(yè)上使用此方法的產(chǎn)量相對低。
本發(fā)明的目的是通過提供一種有效的焊接方法來克服上述缺點,該方法可保護(hù)電路或電子單元,以免機械或熱應(yīng)力損壞電路或電子單元。
因此,本發(fā)明涉及將線圈的兩端部焊接到集成電路或小尺寸電子單元的兩個電接觸墊或塊上的方法,該方法的特征在于在將兩端部焊接到兩個電接觸墊或塊上的步驟以前,設(shè)置了一個預(yù)備步驟,它在于,至少部分地從形成線圈的電導(dǎo)線上除去用于焊接的兩端部區(qū)域中的絕緣皮。最好,部分地除去絕緣皮是通過在使線圈焊到集成電路或電子單元上的兩端部位置上提供用于熔化或揮發(fā)絕緣皮的熱量來實現(xiàn)的。
作為根據(jù)本發(fā)明的焊接方法的結(jié)果,可以用相對低的溫度,尤其是低于200℃的溫度使形成線圈的電導(dǎo)線的兩端部焊接到集成電路或電子單元上。實際上,去除絕緣皮可在500℃量級的高溫上進(jìn)行,而用于將電導(dǎo)線本身焊接到電路或電子單元的金屬墊或塊上所需的溫度則需要低得多的溫度。此外,在此狀態(tài)下所需的焊接壓力相對低。在本發(fā)明的一個具體實施例中,線圈電導(dǎo)線端的焊接是使用超聲波頭,這可使金屬墊或塊處于接近室溫的溫度。
以下將通過參照以非限制性例子的概要方式給出的附圖的說明來描述本發(fā)明,其中-圖1是布置成線圈導(dǎo)線端部能被焊接到集成電路的金屬塊上時的線圈及集成電路的頂視圖;-圖2a,2b及2c概要地表示根據(jù)本發(fā)明的方法的第一實施例;-圖3是圖2c中一部分的放大圖;-圖4表示圖2中所示的用于除去絕緣皮的單元的一個改進(jìn)實施例;-圖5表示焊接單元的一個替換實施例,它允許除去絕緣皮并允許電導(dǎo)線端部焊到金屬塊上;及-圖6a,6b及6c概要地表示根據(jù)本發(fā)明的方法的第二實施例。
圖1表示一個集成電路2及具有兩個端部6及8的線圈4,其布置方式類似于US專利No.5,572,410,從該專利中本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將會找到關(guān)于根據(jù)本發(fā)明組裝方法的其它詳細(xì)信息,尤其是關(guān)于將線圈導(dǎo)線10繞到支持線圈的芯件12上的信息。電子電路被保持在第一支架14上,其包括一個用于牢固地保持電路2的彈性件16。類似地,線圈被第二支架18保持在電路2的延伸位置上,支架18包括抓住芯件12一端的夾持裝置。形成線圈的導(dǎo)線10的兩端部6及8具有兩個相應(yīng)區(qū)域20及22,它們分別迭放在電路2兩個電接觸墊24及26上。尤其是,電接觸墊24及26由金屬塊形成。這些金屬塊的尺寸可變化并適用于根據(jù)本發(fā)明的焊接方法。通常,這些塊設(shè)有相對長的長度,以允許導(dǎo)線在一定長度上焊接,由此保證端部6及8可靠地固定在塊24及26上。
圖2a至2c包括圖1中的部分橫截面。以上已描述過的部分在下面不再詳細(xì)描述。
一旦集成電路2及線圈4被放置在相應(yīng)的支架14及18中后,導(dǎo)線10的端部6及8被保持在距塊24及26的一定距離上,以便執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的初步焊前步驟。如圖2a及2b所示,第一加熱單元30具有加熱元件32,其寬度L基本上等于或大于塊24及26的長度,它被置放到端部6及8的上方,并在朝這些端部的方向上向下移動以局部地加熱導(dǎo)線10并至少部分地熔化或揮發(fā)圍繞電導(dǎo)線的絕緣皮。應(yīng)該指出,加熱元件32最好具有一個斜度,該斜度對應(yīng)于端部6及8的斜度,由此限制端部6及8上的應(yīng)力,尤其是伸張應(yīng)力。當(dāng)兩端部6及8開始不處于同一平面時,該特征尤其重要。在后種情況下,可以使加熱單元32在沿垂直于圖2a的平面的方向上具有兩個不同面,以便不一定要使兩端部6及8處于相同平面中,如圖26中的情況所示。
如已描述的,用于熔化或揮發(fā)作為小尺寸線圈的電導(dǎo)線的絕緣皮的通常溫度高達(dá)約500℃。因此單元30被設(shè)計成在加熱元件32的附近提供該溫度。應(yīng)該指出,在圖2a及2b中,即在集成電路2的塊24及26上方執(zhí)行初步焊前步驟時,線圈導(dǎo)線的端部6及8就已被放置成具有迭放在塊24及26上方的相應(yīng)區(qū)域20及22。但是,在該實施例的一個變型中,該初步焊前步驟可在使線圈及集成電路對齊以前進(jìn)行,將該對齊放在初始步驟后乃是用于尤其是防止組成絕緣皮的材料免于傳播到塊24及26上。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一變型實施例中,初步焊前步驟是在真正焊接位置上方的位置上執(zhí)行的。在此情況下,線圈4經(jīng)受沿垂直于圖2a平面的方向上的移動。在第一位置上,第一加熱單元30在用于焊到塊24及26上的端部6及8的地點上除去絕緣皮。然后,使線圈4及其芯件12和支架18在朝第二工作位置的方向上移動。以執(zhí)行焊接步驟,這時線圈4及電路2的相對位置相應(yīng)于圖1的頂視圖中的位置。
一旦執(zhí)行了初步焊前步驟,第一加熱單元30被收回,或在變型方案中設(shè)置兩個不同的工作站分別用于初步步驟及焊接步驟,線圈4將被移到焊接站上。端部6及8被移到接近塊24及26,尤其是通過電路2的垂直移動來移動。接著,使用包括加熱元件36的第二加熱單元34來進(jìn)行焊接。該第二加熱單元體現(xiàn)為傳統(tǒng)的熱極(thermode)。如已描述的,裸線端部對塊24及26的焊接需要比除去絕緣皮的溫度低得多的溫度。作為例子,加熱元件36的溫度在100℃及150℃之間,以便進(jìn)行焊接。
圖3是圖2c中一部分的放大圖,其中可看到兩個裸部分20及22,即它們沒有絕緣皮,及可看到加熱元件36,它具有適于焊接與線圈4相反方向上的端部并切除剩余端部的輪廓。
根據(jù)一個變型方案,使用超聲波頭取代電烙鐵來進(jìn)行焊接,并使金屬塊的溫度保持接近室溫的溫度。這可消除與加熱金屬塊相關(guān)的危險并由此消除它的膨脹。
圖4表示用于初步焊前步驟的第一加熱單元的一種改進(jìn)變型。
為了保證絕緣皮的有效加熱以局部熔化它或揮發(fā)它,加熱單元30A包括具有兩個波狀的槽或溝40及41的加熱元件32A,在槽中分別插有線圈導(dǎo)線10的端部6及8。因此,加熱元件32A的輪廓能使兩端部6及8可靠地定位,以便有效地在形成線圈導(dǎo)線10的金屬導(dǎo)線44的整個外圍上加熱絕緣皮42。槽40及41的輪廓可根據(jù)各種方案作成。
圖5表示類似于圖2c中所表示的用于真正焊接步驟的第一加熱元件32B。高溫加熱元件32B與電動機裝置50相連接,能使元件32B繞軸52轉(zhuǎn)動。加熱元件32B與兩個橫向臂相連接,其中一個臂55可從圖5中看到。這些橫向臂及加熱元件32B形成一個U形,它的兩端連接到電動機裝置50。通過轉(zhuǎn)動,加熱元件32B被帶到垂直位置,如圖中虛線所示,以進(jìn)行初步焊前步驟,其中線圈導(dǎo)線的絕緣皮被局部熔化或揮發(fā),正如前面所述,一旦該初步焊前步驟完成,加熱元件32B被轉(zhuǎn)回其位置,在該位置上用于焊接的加熱元件36完全露出,加熱元件32B的該位置尤其為圖5中所示的水平位置。如前所述,加熱元件36可有利地工作在與加熱元件32B的工作溫度相比相當(dāng)?shù)偷臏囟壬稀?br>
圖6a至6c表示根據(jù)本發(fā)明的方法的第二實施例。一旦電子電路2被置于其支架14上及線圈被繞成并準(zhǔn)備對分別具有迭放在線路2的塊24及26上兩區(qū)域的兩端部6和8進(jìn)行焊接時,在初步焊前步驟中將端部6及8保持在距集成電路2的一定距離上,然后借助熱壓裝置58局部地除去絕緣皮。該熱壓裝置58安裝成可在一底座60上移動,并包括兩個臂和板62及64,它們布置成可彼此移動,以便能改變它們之間的距離。
為了執(zhí)行初步焊前步驟,電熱極34及集成電路2被放置在距離形成線圈(在圖6a至6c中未示出)的導(dǎo)線10的端部6及8的一定距離處。然后使熱壓裝置58在其臂或板62及64張開狀態(tài)下進(jìn)行水平移動,直到至少導(dǎo)線10的區(qū)域20及22(見圖1)位于臂或板62及64之間為止。接著,通過垂直地移動臂64使臂62及64彼此靠近,直到導(dǎo)線10與兩個臂62及64相接觸時為止。至少其中一個臂被加熱,最好兩個臂被加熱,以使圍繞線圈導(dǎo)線10的金屬導(dǎo)線的絕緣皮被熔化或揮發(fā)。接著,使各具有裸區(qū)域的端部6及8靠近金屬塊24及26,以便焊接到其上。為了作到這點,可以或是相對集成電路2移動端部24及26,尤其是改變這些端部的斜度,或是相對集成電路2改變線圈的相對位置。但是,在圖6c所示的優(yōu)選變型方案中,使集成電路2向端部6及8的方向上移動。為作到這點,支架14可沿垂直方向相對安裝它的基座68移動。最后,使電熱極向下朝端部6及8的方向移動,以將這兩端部焊到集成電路2的電接觸塊24及26上。
權(quán)利要求
1.將線圖(10)的兩端部(6,8)焊接到集成電路(2)或小尺寸電子單元的兩個電接觸墊或塊(24,26)上的方法,其特征在于在將所述兩端部焊到所述兩個電接觸墊或塊上的步驟以前,設(shè)置了一個預(yù)備步驟,它在于,至少部分地從形成所述線圈(4)的電導(dǎo)線(10)上除去兩端部位置處的絕緣皮(42),用于將所述兩端部焊到所述電接觸墊或塊上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的焊接方法,其特征在于所述兩端部(6,8)的區(qū)域中的絕緣皮(42)至少通過施加熱量局部地被除去,由此局部地熔化或揮發(fā)所述絕緣皮。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的焊接方法,其特征在于在所述預(yù)備步驟后,所述兩個端部(6,8)被放置在所述集成電路(2)或所述電子單元的兩個墊或塊(24,26)的上方。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的焊接方法,其特征在于在所述預(yù)備步驟以前,所述兩個端部(6,8)被放置在所述集成電路(2)或所述電子單元的兩個墊或塊(24,26)上方的一定距離處。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的焊接方法,其特征在于在所述預(yù)備步驟及所述焊接步驟之間設(shè)置使集成電路(2)或電子單元相對線圈(4)的一次移動。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5的焊接方法,其特征在于在所述預(yù)備步驟及所述焊接步驟之間設(shè)置使兩端部(6,8)朝所述集成電路(2)的所述墊或塊(24,26)的方向的一次移動。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項的焊接方法,其特征在于在所述預(yù)備步驟期間除去所述絕緣皮(42)是借助第一加熱單元實現(xiàn)的,該第一加熱單元不同于用于所述焊接步驟的焊接單元,后一單元是借助工作在相對低的溫度上的熱極或超聲波頭構(gòu)成的,該超聲波頭使墊或塊(24,26)在焊接步驟期間處于接近室溫的溫度上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項的焊接方法,其中用于所述預(yù)備步驟的加熱單元及用于所述焊接步驟的焊接單元一起構(gòu)成同一裝置(48),該裝置具有相對焊接元件(36)移動的加熱條帶形式的加熱元件(32B)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8的焊接方法,其特征在于用于所述預(yù)備步驟的加熱元件具有兩個槽,用于容納所述兩個端部(6,8),以使得能保證將熱量施加到所述絕緣皮(42)的整個外圍上,以熔化或揮發(fā)至少在所述用于焊接的兩端部位置上的整個或幾乎整個絕緣皮。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項的焊接方法,其特征在于所述預(yù)備步驟借助熱壓裝置(58)來實現(xiàn),該裝置能相對線圈導(dǎo)線(10)的所述兩端部(6,8)移動,該熱壓裝置是由兩個臂或板(62,64)構(gòu)成的,它們能彼此相對移動,以便改變它們之間的距離,及所述集成電路(2)與焊接單元(34)在所述中間步驟上被保持在距端部(6,8)的一定距離上,以便能使熱壓裝置(58)的兩臂或板(62,64)能被插在它們之間,以局部地除去所述絕緣皮(42)。
11.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項的焊接方法,其特征在于焊接溫度小于200℃。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的焊接方法,其特征在于使用能使所述集成電路(2)或所述電子單元的所述墊或塊(24,26)保持在接近室溫的溫度上的超聲波頭進(jìn)行所述焊接步驟。
全文摘要
將線圈(未示出)的兩端部(6,8)焊接到集成電路(2)或小尺寸電子單元的兩個電接觸墊或塊(24,26)上的方法,其特征在于:在真正焊接以前,設(shè)置了一個步驟,它在于,至少部分地從至少兩端部(6,8)的位置上除去電導(dǎo)線(10)的絕緣皮,用于使這些端部焊接到所述電接觸墊或塊(24,26)上。該絕緣皮借助于施加熱量被除去,尤其是使用工作在足夠熔化或揮發(fā)絕緣皮的高溫上的熱壓裝置(58)被除去。焊接步驟是在比預(yù)備步驟溫度低得多的溫度上實現(xiàn)的,這能使在將端部焊到所述塊上的期間減小集成電路(2)及墊(24,26)上的熱和機械應(yīng)力。
文檔編號B23K20/10GK1275047SQ00118808
公開日2000年11月29日 申請日期2000年3月30日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月31日
發(fā)明者E·多林, P·卡丁, U·蒂曼 申請人:Em微電子馬林有限公司