热压头及面状脉冲热压装置

技术领域

本发明涉及热压装置的技术领域，特别是涉及一种热压头及面状脉冲热压装置。

背景技术

随着技术的发展，目前市面上出现的热压机包括恒温热压机与脉冲热压机。

其中，恒温热压机为发热管恒温发热的热压机，即通过多段发热管供给热压头热量。同时，通过热电偶反馈温度与PLC温控压头温度实现恒温发热。但是该种热压机的使用范围比较局限，无法实现压头快速升降温的功能，对于热压工艺要求比较低的产品能够基本满足生产，但是新型材料特殊工艺对热压要求作出新的需求。

脉冲热压机则是通过PLC进行温度控制，采用脉冲加热方式，实现加热头的快速升温与快速冷却。脉冲热压机具有可设置四段加热温度工作，且拥有温度准确控制的优点。

但是，随着半导体技术引入异方性导电材质优化工艺，目前在热压时需要更大的热压面积，而目前市面上的脉冲热压机，无法满足中尺寸与大尺寸的热压工艺的需求。

发明内容

基于此，有必要针对目前的脉冲热压机无法满足中尺寸与大尺寸的热压制成需求的问题，提供一种热压头及面状脉冲热压装置。

一种热压头，包括热压部，所述热压部用于通电后发热，所述热压部用于抵触待加工产品；

所述热压部的中间厚度大于所述热压部两侧边缘的厚度。

在其中一个实施例中，所述热压部包括相对设置的热压面与散热面，所述热压面用于抵触待加工产品，所述散热面的面积较所述热压面的面积大。

在其中一个实施例中，所述散热面为曲面，且所述散热面的中间较所述散热面的边缘处更远离所述热压面；

和/或，所述热压面的平面度小于2um。

在其中一个实施例中，所述热压部包括热压段与散热段，所述散热段设置在热压段的中部，所述热压段与所述散热段一体成型；所述热压段用于抵触待加工产品。

在其中一个实施例中，还包括2个连接部，2个所述连接部分别设置在所述热压部的两侧，所述连接部用于导电，以对所述热压部通电。

在其中一个实施例中，所述连接部沿远离所述热压部的方向，其厚度增大；

和/或，所述热压部的电阻值大于所述连接部的电阻值；

和/或，所述连接部与所述热压部一体成型。

在其中一个实施例中，所述热压部的材质为TC11钛合金材质；

和/或，所述热压部的形状为正方形，且所述热压部的长度与宽度均为50mm。

在其中一个实施例中，所述热压部设置有感温件，所述感温件用于测量所述热压部的温度值；所述感温件包括中心感温件与边缘感温件，所述中心感温件用于检测所述热压部的中部的温度值，所述边缘感应件用于检测所述热压部的边缘处的温度值，所述边缘感应件间隔设置。

一种面状脉冲热压装置，包括上述的热压头、导电组件与散热装置；所述导电组件用于对所述热压头的所述热压部通电；所述散热装置用于对所述热压头散热。

在其中一个实施例中，所述导电组件包括第一导电块与第二导电块，所述热压头的2个连接部与所述热压部连接成匚形，所述第一导电块与所述热压部的其中一端的所述连接部连接，所述第二导电块与所述热压部的另一端的所述连接部连接，所述第一导电块与所述第二导电块绝缘设置，并位于2个所述连接部之间；

和/或，所述散热装置包括散热件与隔热件，所述散热件与导电组件固定连接，所述散热件具有多个间隔设置的镂空部，所述隔热件设置在散热件远离导电组件的一侧，所述隔热件用于与热压机主体连接。

上述面状脉冲热压装置在对待加工产品进行热压时，通过对热压部进行通电，使得其通电加热，以升温至工作温度。而由于热压部的横截面的中部的厚度较横截面的边缘部的厚度大，因此，热压部的散热表面积较大。此外，由于热压部中间厚度较大，因此热压部的中间部分所产生的热量少于两侧边缘，且热压部的中间部分的散热面积较热压部两侧的散热面积大。因此在散热过程中，热压部的中部散热效果较好。在热压过程中，可以最大程度上避免由于中间不易散热导致的热压部局部过热，从而影响热压质量的情况发生。即面状脉冲热压装置可以满足中尺寸、大尺寸热压接触面的同时，保持热压部与待加工产品抵触的表面上的温度较为均匀，保证热压质量。

附图说明

图1为本发明的一实施例所提供的一种面状脉冲热压装置的结构示意图；

图2为本发明的一实施例所提供的一种热压头的结构示意图；

图3为图2的另一视角的结构示意图；

图4为本发明的另一实施例所提供的一种热压头的结构示意图；

图5为图1的仰视图；

图6为对比例的结构示意图；

图7为本申请的一实施例所提供的热压头的温度曲线图；

图8为本申请的一对比例所提供的热压头的温度曲线图。

附图标记：

100、热压头；110、热压部；111、中部；112、边缘部；113、热压面；114、散热面；115、热压段；116、散热段；120、连接部；121、第一连接段；122、第二连接段；130、感温件；131、中心感温件；132、边缘感温件；140、加强件；200、导电组件；210、第一导电块；220、第二导电块；300、散热装置；310、散热件；311、镂空部；320、隔热件；400、热压机主体。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

参阅图1，本发明一实施例提供的一种面状脉冲热压装置，其包括热压头100、导电组件200与散热装置300。其中，热压头100包括热压部110，热压部110可以在通电后发热，热压部110可以抵触待加工产品，以对待加工产品进行热压成型。导电组件200可以对热压头100的热压部110通电，以使热压部110可以通电发热。散热装置300可以对热压头100散热，且散热装置300可以将热压机主体400(图中仅显示热压机主体的部分零件)与面状脉冲热压装置进行隔热，以使热压头100在进行热压过程中，不会将热压机主体400的温度升高过多，以保证面状脉冲热压装置的稳定性。

在一些实施例中，如图1-图5，热压头100包括热压部110。热压部110用于发热并抵触待加工产品。

为了便于描述，将热压部110沿其长度方向分为三段，两侧的部分为第一边缘部，位于中间的部分为第一中间部。将热压部110沿其宽度方向分为三段，两侧的部分为第二边缘部，位于中间的部分为第二中间部。其中，第一中间部与第二中间部重合的部分为热压头100的中部111，其余部分为热压部110的边缘部112。

如图1-图5，在一些实施例中，沿热压部110的长度方向，中部111的长度与任意一侧边缘部112的长度的比例可以为(1.06-1.16)：1。沿热压部110的宽度方向，中部111的宽度与任意一侧边缘部112的宽度的比例可以为(1.06-1.16)：1。热压部110中部111的厚度较边缘部112的厚度大，也就是说，热压部110的横截面的中部111的厚度较横截面的边缘部112的厚度大，以增加热压部110中部111的散热面114积。在一些实施例中，热压部110的中部111的厚度与热压部110的边缘部112的厚度的比值为(1.05-1.15):1。

在一些实施例中，热压部110的长度与宽度均可以达到50mm。因此热压部110的中部111不易散热，在热压过程中易导致中部111局部过热，影响热压质量。通过上述设置，即热压部110中部111的厚度较边缘部112的厚度大，可以有效降低中部111的电阻值，以使中部111通电发热时升温速率略慢于边缘部112升温速率，边缘部112升温后通过热传导可以使得整个热压部110的温度一致。而由于热压部110的横截面的中部111的厚度较横截面的边缘部112的厚度大，因此在热压头100工作过程中，中部111可以较好地得到散热，减少了热量在中部111聚集无法及时散热，从而导致中部111温度较高的情况。热压头100在工作过程中，热压部110的温度较为均匀，热压效果较好。

在一些实施例中，热压部110包括相对设置的热压面113与散热面114。热压面113可以抵触待加工产品，散热面114的面积较热压面113的面积大。位于中部的散热面114的面积，较位于边缘部112的热压面113的面积大。

其中，热压面113为平面。在一些实施例中，热压面113的平面度小于2um。热压面113的精度可以达到0.002mm。热压面113的温度均匀性小于±10℃。温度均匀性指的是，热压面113温度稳定后，在规定时间内，热压面113内各测试点温度实测平均值中最大值与最小值之差。

上述热压面113的设置可以使得热压面113在抵触待热压产品时，热压效果较好，且不会局部过热，有效提高热压质量。

散热面114可以为曲面，也可以为多个平面的结合，也可以为曲面与平面的结合。

比如，在其中一些实施方式中，如图1-图3所示，散热面114为曲面，位于中部111的散热面114较位于边缘部112的散热面114更远离热压面113。也就是说，曲面为相对于热压面113凸起的曲面，且中部凸起程度较高。

又比如，在其中一些实施方式中，如图4所示，散热面114可以为多个平面的结合，位于中部111的散热面114的平面相比于位于边缘部112的散热面114的平面更远离热压面113，位于中部111的散热面114的平面与位于边缘部112的散热面114的平面可以通过台阶状平面过渡。

再比如，在其中一些实施方式中，散热面114可以为曲面与平面的结合，位于中部111的散热面114为凸起的曲面，位于边缘部112的散热面114为平面，位于中部111的散热面114的平面与位于边缘部112的散热面114的平面可以通过曲面过渡。

在一些实施例中，位于中部111的散热面114的面积与热压面113面积的比值为0.36-0.5。

在一些实施例中，热压部110包括热压段115与散热段116。其中，热压段115用于抵触待加工产品。散热段116用于增加热压部110的中部111的散热。

具体的，散热段116设置在热压段115的中部。热压段115远离散热段116的表面为前述热压面113。散热段116远离热压段115的表面，为前述位于热压部110的中部111的散热面114。散热段116的横截面积可以为长方形、扇形、抛物线形等形状，以增加散热面114的面积。

热压段115与散热段116可以一体成型，热压段115与散热段116均可以为钛合金制得，比如可以选用TC11钛合金材质，也可以是其他的具有熔点高，加工工艺性好的其他材质。在图示实施例中，热压段115与散热段116均采用TC11钛合金材质，其长期工作温度可达到500℃，具有较好的耐高温性能。

在一些实施例中，如图1-图4，热压头100还包括连接部120。连接部120用于连接热压部110与导电组件200。

在图示实施例中，连接部120的数量为两个，且分别设置在热压部110的两侧。连接部120为导电材质制成，比如可以选用钛合金材质。其中一个连接部120用于与脉冲电流的一个电极连通，另一个连接部120用于与脉冲电流的另一个电极连通，以使电流方向为一个连接部120、热压部110至另一个连接部120的方向或其反方向。

连接部120与热压部110可以一体成型设置，以便于通入电流的过程中，减少电流损耗。在一些实施方式中，连接部120与热压部110连接的端面的宽度可以大于等于热压部110端面的宽度。由此使得热压部110端面可同时接收到电流，便于提高热压部110通电发热的均匀性。

此外，热压部110的电阻值大于连接部120的电阻值。上述设置可以减少连接部120的发热，且在施加相同电压的情况下，增大热压头100内部的电流值，增大热压部110的发热速率。

在一些实施例中，连接部120沿远离热压部110的方向，其厚度增大。上述设置一方面可以减少连接部120的电阻值，另一方面可以增大连接部120的强度。

为了便于描述，将电流在连接部120中的所在方向定义为连接部120的长度方向，将热压部110端面的长度方向定义为连接部120的宽度方向，将同时垂直于连接部120的长度方向与宽度方向的方向，定位为连接部120的厚度方向。

在一些实施例中，连接部120可以包括相连接的第一连接段121与第二连接段122。第一连接段121与热压部110连接，第二连接段122与导电组件200连接。第一连接段121的厚度小于第二连接段122的厚度。第二连接段122靠近第一连接段121是部分，其厚度可以逐渐减小。

在一些实施方式中，如图3与图4，第一连接段121的厚度可以等于或近似等于热压部110的边缘部112的厚度。由此，第一连接段121可进行过渡，以确保热压面113的发热量是均匀一致的。在一些实施方式中，第一连接段121的长度可以为5mm±1mm。

此外，在一些实施例中，第二连接段122的中部111设置有加强件140。加强件140为绝缘材质制得。加强件140的一端与一个连接件的第二连接段122连接，加强件140的另一端与另一个连接部120的第二连接段122连接。加强件140与第二连接段122的连接方式可以选用螺丝连接或螺栓连接等方式，且螺丝或螺栓采用耐高温材质制得。

在一些实施例中，如图3-图5所示，热压头100还包括感温件130。感温件130可以测量热压部110的温度值。其中，感温件130可以选用热电偶。在安装感温件130时，可以通过焊接等方式，将感温件130连接于热压面113。此外，感温件130可以与PLC(ProgrammableLogic Controller，可编程逻辑控制器)进行实时温度的反馈，以便于PLC对电流进行调节。

感温件130的数量可以为两个以上，感温件130可以分布在热压面113的任意位置。在一些实施例中，感温件130可以包括中心感温件131与边缘感温件132。中心感温件131位于热压面113的中部111，用于检测所述热压部110的中部111的温度值。边缘感温件132位于热压部110的边缘部112，用于检测热压部110的边缘处的温度值。边缘感温件132的数量为多个，且边缘感温件132间隔设置。

比如，在一些实施例中，如图5所示，感温件130可以包括一个中心感温件131与四个边缘感温件132。四个边缘感温件132可以分别设置在边缘部112的四个顶角处，也可以设置在靠近顶角处，也可以设置在侧边中点等位置。又比如，在一些实施例中，感温件130可以设置有8个，其中包括四个中心感温件131与四个边缘感温件132。四个中心感温件131可以沿中心至边缘处设置两层，中心设置一个，第二层间隔设置三个。边缘感温件132与前述情况可以相同或类似。

此外，这里需要说明的是，感温件130可并联，也可串联。在图示实施例中，感温件130并联设置。

感温件130不但可以对热压面113进行实时温度检测，以便于通过PID算法算出所需输出电流来控制热压部110的升温温度。也可以对热压部110各处的电阻值进行检测，以使热压部110发热时热压面113各处的升温曲线速率达到基本一致(即升温状态结束后，各点位温度温差MAX为3℃)，以确保保温阶段起始温差较小。

比如，在对新制得的热压面113进行检测时，若某一感温件130所检测的温度较其他感温件130测试的温度低较多，则可以通过减少该处热压面113的厚度以增大电阻，进而提高其温度上升的速率。具体的，可以在一些实施例中，通过抛光的方式将电阻值较低的热压面113处打磨，以使热压面113的温度趋于一致。例如，在一实施例中，可以对电阻值较低的热压面113打磨0.02mm进行微修。

上述热压头100在对待热压产品进行热压时，热压效果好。此外，本申请所示的热压头100，其热压面113较大，可以实现50mm*50mm的大尺寸，且在大尺寸热压面113中，热压面113各处的温度较为均匀，无局部过热的情况。此外，热压面113的平整度较高，热压效果较好。

在一些实施例中，如图1所示，导电组件200可以包括第一导电块210与第二导电块220。

其中，第一导电块210与热压部110的一端连接，即与一个连接部120连接。第二导电块220与所述热压部110的另一端连接，即与热压部110的另一个连接部120连接。第一导电块210与第二导电块220为绝缘设置。

第一导电块210与第二导电块220均可以采用导电铜块。第一导电块210与第二导电块220可以位于两个连接部120之间，以使得面状脉冲热压装置的结构较为紧凑。第一导电块210与第二导电块220分别连接脉冲电流的不同的两极，以使电流可以沿第一导电块210、一个连接部120、热压部110、另一个连接部120至第二导电块220的方向或其反方向流动，以使得热压部110可以通电发热。

在一些实施例中，第一导电块210和第二导电块220与相应的连接部120连接时，可以采用螺丝或螺栓的连接方式。在连接时，第一导电块210和第二导电块220的表面，均与对应的连接部120的表面抵触，以便于电流的导通。

对于具有加强件140的实施例来说，第一导电块210与第二导电块220的底部均可以与加强件140抵触。上述设置可以使得加强件140对导电组件200具有一定的支持力，减少导电组件200与连接部120连接处的螺丝或螺栓所受到的力。

在一些实施例中，散热装置300包括散热件310与隔热件320。散热件310可以增强对热压头100的散热，传导至热压机主体400的热量。隔热件320可以减少热量与热压机主体400之间的热传导。

具体的，在一些实施例中，散热件310与导电组件200固定连接。连接方式可以为螺丝或螺栓连接，且螺丝或螺栓可以选用耐高温材质制得。散热件310具有多个间隔设置的镂空部311，以增大与空气的热交换面积，便于加速散热。散热件310可以选用铝合金材质。

隔热件320设置在散热件310远离导电组件200的一侧，隔热件320可以与主机连接。隔热件320的设置可以确保热压头100的上方机构，即热压机主体400不会受到高温，保证热压机的稳定性。

在上述面状脉冲热压装置中，通过导电组件200对热压头100的两端通电，使得热压头100的热压部110通电后发热。而散热段116的设置可以增加热压部110的中部111的散热，有效减少热压部110的中部111由于无法及时散热而导致的热压面113局部温度过大的情况发生。热压面113的平面度小于2um，可以使得在热压过程中，对待热压产品的热压效果较好，待热压产品的压合面满足热压要求。此外，散热装置300的设置可以减少热压头100的热量传导至热压机主体400，增加热压机主体400的稳定性。

数据检测：

在一个具体实施例中，热压面113为正方形，且50mm*50mm。热压头100整体采用TC11钛合金一体成型，热压部110的中部111的厚度与热压部110的边缘部112的厚度的比值为1.1：1。即散热段116的厚度与热压段115的厚度的比值为1：10。热压段115的厚度为5mm。散热段116为长方体，且散热段116中心与热压段115中心重合，散热段116的面积为热压段115的面积的0.36倍。热压面113设置有五个感温件130，对上述五个感温件130处进行检测。温度曲线如图7所示，部分数据如表1所示。

在一个具体的对比例中，如图6所示，与上述实施例的区别在于，无散热段116。即热压部110的厚度为均一的5mm。同样地，设置相同位置的感温件130，对温度进行检测。温度曲线如图8所示，部分数据如表2所示。

感温件130设置如图5所示，图中左上角的边缘感温件132处记为第1点，图中右上角的边缘感温件132处记为第2点，图中右下角的边缘感温件132记为第3点，图中左下角的边缘感温件132处记为第4点，图中的中心感温件131处记为第5点。

在图7与图8中，X轴表示为时间，Y轴表示为温度。CHn表示第n点处的温度。N可以取1、2、3、4和5。

这里需要说明的是，图7与图8中的保温温度设置不同，图7中的保温温度(285℃)高于图8中的保温温度(250℃)。

表1：

表2：

由图7与表1可知，在上述实施例中，刚通入电流时，中部111的温度(CH5)上升曲线较边缘部112的温度(CH1-CH4)慢。提供脉冲电流的系统在工作时先飙升到比额定工作温度较高的温度，后通过短时间(约5s)的热压部110的内热传导，在这个过程热压部110的温度趋向均匀，直至热压部110温度到达保温温度，也就是工作温度。随后开始进行保温。

当保温阶段启动时，提供脉冲电流的系统通过输出脉冲电流，并可以通过PID算法算出所需输出电流来控制热压部110的升温温度。因此，热压部110的温度曲线在保温过程中呈现类正弦曲线变化过程。保温过程完成后(约33s时)，停止通入电流，热压部110各部分温度下降。

由图8与表2可知，在对比例中，通入电流后，热压面113各处的温度可以在较快的时间内达到保温温度，且在保温阶段开始前，其温度差异较小。但是，在后续过程中，中部111的温度(CH5)在保温过程中不断上升，即热压面113的中部111的温度持续上升，直至温度比边缘部112的温度(CH1-CH4)高约15℃后保持稳定。而其余感温件130所检测的温度(CH1-CH4)可以保持在5.5℃以内波动。

由上述实施例与对比例的温度曲线可知，本实施例所采用的技术方案，通过将热压部110的中部111的厚度较热压部110的边缘部112的厚度大，实现了在热压部110的保温过程中，避免由于中部111散热过慢而导致的局部温度过高现象。尤其是对于大面积的热压面113来说，本申请的技术方案所提供的热压头的热压面113在保温阶段的温度均匀性较好，使得热压头在工作时热压效果较好。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。