CN110660692B - 超声波接合头、超声波接合装置及超声波接合方法 - Google Patents

超声波接合头、超声波接合装置及超声波接合方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供实现装置的小型化并可进行良好的超声波接合的超声波接合头、超声波接合装置及超声波接合方法。超声波接合头(40)具有：振子单元(50)，在长边轴的前端侧形成有被推到应接合的接合预定部分的按压部(52a)；保持部(60)，以沿着长边轴振子单元的前端成为自由端的方式，沿着振子单元的长边轴以悬臂梁状保持基端侧；加压轴(80)，以振子单元沿着与长边轴大致垂直的垂直轴移动的方式与保持部(62)连结，传递将按压部(52a)压附到接合预定部的力。在保持部(60)具备在处于从保持部保持振子单元的主保持位置沿着长边轴(X)朝向振子单元的自由端的中途的反作用力分散位置上与振子单元抵接的抑制部(90)。

Description

超声波接合头、超声波接合装置及超声波接合方法
技术领域
本发明涉及超声波接合头、超声波接合装置及超声波接合方法。
背景技术
已知有例如专利文献1所示的超声波接合装置。在该超声波接合装置中，保持超声波变幅杆的长边方向的两侧，在变幅杆的中央部具备的按压部被压附到接合预定部分并进行超声波接合。
在这种现有的超声波接合装置中，为了增大按压部的超声波振动，需要增加超声波变幅杆的长度，具有装置整体变大这样的技术问题。另外，由于超声波变幅杆的保持部处于两侧，所以由于这些保持部，有可能阻碍超声波振动。
另外，研究将成为显示画面基板的玻璃基板的配线与柔性配线基板(FPC)等进行超声波接合，但在现有的超声波接合装置中，为了保持超声波变幅杆的两侧，装置变得过大，从而不实用。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-222834号公报
发明内容
本发明鉴于这种实际状况而完成，其目的在于，提供实现装置的小型化并可进行良好的超声波接合的超声波接合头、超声波接合装置及超声波接合方法。
为了实现上述目的，本发明的第一观点所涉及的超声波接合头，具有：
振子单元，在长边轴的前端侧形成有被推到应接合的接合预定部分的按压部；
保持部，其以所述振子单元的前端沿着所述长边轴成为自由端的方式沿着所述振子单元的所述长边轴以悬臂梁状保持基端侧；
加压轴，其以所述振子单元沿着与所述长边轴大致垂直的垂直轴移动的方式与所述保持部连结，传递将所述按压部压附到所述接合预定部的力，
在所述保持部具备在处于从所述保持部保持所述振子单元的主保持位置沿着所述长边轴朝向所述振子单元的自由端的中途的反作用力分散位置上与所述振子单元抵接的抑制部。
在本发明所涉及的超声波接合头中，因为对于包含超声波变幅杆(horn)的振子单元，保持部以悬臂梁状沿着长边轴保持基端侧，所以能够增大按压部中的超声波振动，而且，与从两侧保持振子单元的情况相比，可以实现装置的小型化。
另外，在本发明的超声波接合头中，在保持部具备在处于沿着长边轴朝向振子单元的自由端的中途的反作用力分散位置上与振子单元抵接的抑制部。因此，能够由抑制部接受在振子单元的自由端具备的按压部被压附到接合预定部的加压力的反作用力的一部分，抑制了振子单元的弯曲变形。其结果，能够增加加压轴的加压力，按压部中对接合预定部的压力变高，可进行良好的超声波接合。另外，也能够扩大接合部的宽度，平板状部件彼此的超声波接合也变得容易。
优选，抑制部被安装于所述保持部，使得在距振子单元的自由端最近的振动节点的位置上抑制部与振子单元抵接。通过这样构成，可以由抑制部接受的加压力的反作用力增大，有效地抑制了振子单元的弯曲变形。其结果，能够增大加压轴的加压力，按压部中的对接合预定部的压力变高，超声波接合的可靠性提高。另外，也能够扩大接合部的宽度，平板状部件彼此的超声波接合也变得更容易。
另外，在振动节点的位置(振动的振幅变得最小的位置)上，抑制部与振子单元抵接，由此，抑制部阻碍振子单元中的超声波振动的情况少。
优选，抑制部与振子单元抵接的位置、和按压部与接合预定部分抵接的位置沿着长边轴不同，而且，位于长边轴的相互相反侧。抑制部以接受来自按压部的反作用力而抑制振子单元的弯曲的方式在需要最小限度的范围内与振子单元接触，进一步减少抑制部阻碍振子单元中的超声波振动的情况。
优选，保持部在主保持位置上保持振子单元的全周，但优选抑制部以少的面积只与振子单元的全周的一部分接触。
优选，以加压轴的轴芯与垂直轴大致平行，且位于主保持位置和反作用力分散位置之间的方式加压轴与保持部连结。通过这样构成，能够有效地将来自加压轴的加压力传递到按压部，提高从按压部施加在接合预定部的压力，超声波接合的可靠性提高。
优选，振子单元以按压部在与长边轴平行的方向上进行超声波振动的方式在振子单元安装有振动源。通过按压部在与长边轴平行的方向上进行超声波振动，从而沿着与该长边轴平行的方向，微细的金属图案相互的超声波接合变得容易。
优选，对与振子单元抵接的抑制部的表面施以提高沿着长边轴的相对移动的低摩擦处理。通过这样构成，进一步减少抑制部阻碍振子单元中的超声波振动的情况。
保持部也可以还具有在沿着长边轴与主保持位置不同的副保持位置上保持覆盖振子单元的振动源的罩的辅助保持部。
本发明的第二观点所涉及的超声波接合头，具有：
振子单元，在长边轴的前端侧形成有被推到应接合的接合预定部分的按压部；
保持部，其以沿着所述长边轴所述振子单元的前端成为自由端的方式沿着振子单元的所述长边轴以悬臂梁状保持基端侧；加压轴，其以所述振子单元沿着与所述长边轴大致垂直的垂直轴移动的方式与所述保持部连结，传递将所述按压部压附到所述接合预定部的力，
在将所述保持部主要保持所述振子单元的位置设为主保持位置，
将在所述保持部具备的抑制部与所述振子单元抵接的位置设为反作用力分散位置的情况下，
沿着所述振子单元的长边轴，从所述振子单元的前端朝向基端，所述主保持位置和所述反作用力分散位置按该顺序配置。
在本发明的第二观点所涉及的超声波接合头中，由于对于包含超声波变幅杆的振子单元，保持部沿着长边轴以悬臂梁状保持基端侧，所以能够增大按压部中的超声波振动，而且，与从两侧保持振子单元的情况相比，可以实现装置的小型化。
另外，在本发明的超声波接合头中，在主保持位置上保持部主要保持振子单元，在反作用力分散位置上，在保持部具备与振子单元抵接的抑制部。因此，可由抑制部接受在振子单元的自由端具备的按压部被压附到接合预定部的加压力的反作用力的一部分，抑制了振子单元的弯曲变形。其结果，可以增加加压轴的加压力，按压部中的对接合预定部的压力变高，可进行良好的超声波接合。另外，也能够扩大接合部的宽度，平板状部件彼此的超声波接合也变得容易。
本发明所涉及的超声波接合装置具有上述的任一项所记载的超声波头。
本发明所涉及的超声波接合装置不一定需要平台，但也可以具有一般的平台，或者也可以还具有设置有应接合的第一平面部件和第二平面部件的特殊的平台。
所述平台也可以具有：
低位侧表面，其设置有所述第一平面部件；
高位侧表面，其相对于所述低位侧表面以规定的台阶高度处于高的位置，设置有所述第二平面部件；
台阶壁面，其位于所述低位侧表面和所述高位侧表面的边界。
为了进行第一平面部件和第二平面部件的超声波接合，首先，以该第一平面部件的端部被定位于所述台阶壁面的方式将第一平面部件设置于所述低位侧表面。接着，以形成第二平面部件的至少一部分被层叠于第一平面部件之上的层叠部分的方式在高位侧表面设置第二平面部件。之后，只要将超声波变幅杆的按压部在与台阶壁面对应的位置上推到所述层叠部分，则超声波接合完成。
在平台的表面具有台阶壁面的情况下，利用该台阶壁面，第一平面部件和第二平面部件的定位变得容易，可进行它们的配线图案彼此的超声波接合。因此，例如配线间距间隔窄到数十μm以下左右的情况下，也不会产生短路不良等，容易实现平面部件彼此的电连接。
另外，最近，如智能手机等的显示画面等那样，要求大至接近装置的外形尺寸的显示画面，所以配线图案彼此的接合长度也不得不缩短，其连接可靠性成为问题。根据本发明的装置，通过超声波接合可进行金属彼此的固态结合，连接的可靠性也提高。
另外，在平台的表面具有台阶壁面的情况下，第一平面部件和第二平面部件的层叠部的宽度即使大到例如60mm以上，也能够可靠地对配线图案彼此进行超声波接合。
所述平台也可以还具有：
第一固定单元，其以所述第一平面部件的端部与所述台阶壁面接触而被定位的方式将所述第一平面部件装卸自如地固定于所述低位侧表面；
第二固定单元，其以所述第二平面部件的至少一部分被层叠于所述第一平面部件之上的方式将所述第二平面部件装卸自如地固定于所述高位侧表面。
作为第一固定单元，没有特别限定，但例如例示有形成于平台的低位侧表面的多个第一吸附孔。通过向多个第一吸附孔导入负压，可以将第一平面部件装卸自如地固定在低位侧表面。另外，同样，作为第二固定单元，没有特别限定，例如例示有形成于平台的高位侧表面的多外第二吸附孔。通过在多个第二吸附孔导入负压，可以将第二平面部件装卸自如地固定在高位侧表面。
所述台阶高度也可以为与所述第一平面部件的厚度同等以下。通过这样构成，即使存在平台的制造误差，第一平面部件的上表面也不会相对于高位侧表面变低，第一平面部件的上表面与高位侧表面同一面或稍微向上侧突出。因此，在高位侧表面设置第二平面部件的情况下，在它们的层叠部(重复部)，第一平面部件和第二平面部件必定接触。因此，能够可靠地进行超声波接合，连接部的可靠性进一步提高。
本发明的第一观点所涉及的超声波接合方法，其特征在于，使用上述任一项所记载的超声波接合头，对接合预定部分进行超声波接合。
本发明的第二观点所涉及的超声波接合方法，其特征在于，包含：
以沿着长边轴振子单元的前端成为自由端的方式沿着所述振子单元的所述长边轴以悬臂梁状保持基端侧的工序；
将在振子单元的前端具备的按压部推到应接合的接合预定部分，使该按压部在所述长边轴方向上进行超声波振动的工序，
在将所述保持部主要保持所述振子单元的位置设为主保持位置，
将在所述保持部具备的抑制部与所述振子单元抵接的位置设为反作用力分散位置的情况下，
在所述振子单元沿着所述长边轴存在两个以上的振动节点，
所述主保持位置和所述反作用力分散位置定位于相互不同的所述振动节点的位置。
在本发明的第一及第二观点所涉及的超声波接合方法中，由于对于包含超声波变幅杆的振子单元，保持部沿着长边轴以悬臂梁状保持基端侧，所以能够增大按压部中的超声波振动，而且，与从两侧保持振子单元的情况相比，能够实现装置的小型化。
另外，在本发明的超声波接合方法中，在反作用力分散位置上，在保持部具备与振子单元抵接的抑制部。因此，能够由抑制部接受在振子单元的自由端具备的按压部被压附到接合预定部的加压力的反作用力的一部分，抑制振子单元的弯曲变形。其结果，能够增大加压轴的加压力，按压部中的对接合预定部的压力变高，可进行良好的超声波接合。另外，也能够扩大接合部的宽度，平板状部件彼此的超声波接合也变得容易。
特别是通过主保持位置和反作用力分散位置定位于相互不同的所述振动节点的位置，从而振子单元中的超声波振动被主保持位置上的保持部的保持阻碍的担忧减少，并且抑制部阻碍振子单元中的超声波振动的担忧减少。
附图说明
图1A是本发明的一个实施方式所涉及的超声波接合头的概略立体图。
图1B是表示图1A所示的超声波接合头的正面图和振动节点的关系的概略图。
图1C是图1B所示的超声波接合头的背面图。
图1D是图1B所示的超声波接合头的平面图。
图1E是图1B所示的超声波接合头的底面图。
图1F是图1B所示的超声波接合头的左侧面图。
图1G是图1B所示的超声波接合头的右侧面图。
图1H是图1A所示的超声波振子单元的正面图。
图1I是图1H所示的超声波振子单元的背面图。
图1J是图1H所示的超声波振子单元的平面图。
图1K是图1H所示的超声波振子单元的底面图。
图1L是图1H所示的超声波振子单元的左侧面图。
图1M是图1H所示的超声波振子单元的右侧面图。
图2A是包含图1A所示的超声波接合头的超声波接合装置的整体结构图。
图2B是表示使用了图2A所示的超声波接合装置的超声波接合方法的一个工序的概略图。
图3是表示图2的后续的概略图。
图4是表示图3的后续的概略图。
图5A是表示图4的后续的概略图。
图5B是表示图5A的后续的概略图。
图6是表示图1B所示的超声波接合头的变形例的概略图。
符号的说明
2…超声波接合装置
4…电子控制基板(第一平面部件)
4a…配线图案
6…柔性基板(第二平面部件)
6a…配线图案
8…基板接合体
10…平台
10a…低位侧表面
10a1…接合位置
10a2…待机位置
10b…高位侧表面
10c…台阶壁面
11…待机吸附孔
12…第一吸附孔
14…第二吸附孔
20…输送头
30…相机
40…超声波接合头
50…超声波振子单元
52…超声波变幅杆
52a…按压部
54…增强器
56…振动源罩
58…电缆
60…保持部
62…上保持部
63…压力传递块
64…下保持部
70…辅助保持部
72…上保持部
73…安装用凸缘
74…下保持部
80…加压轴
82…固定盘
90…抑制销(抑制部)
92…抵接部。
具体实施方式
以下，基于附图所示的实施方式说明本发明。
第一实施方式
基于图1A～图1M，对超声波接合头40进行说明。本实施方式的超声波接合头40具有超声波振子单元50、保持超声波振子单元50的保持部60、与保持部60连结且使保持部60及超声波振子单元50向Z轴方向移动的加压轴80。
如图1H～图1M所示，振子单元50具有超声波变幅杆52、增强器(booster)54及振动源罩56，它们沿着X轴按该顺序排列连结。图示省略的振动源收纳在振动源罩56的内部。作为振动源没有特别限定，但例如例示有压电元件。
振动源在振动源罩56的内部定位固定，但不直接固定在下述的辅助保持部70(参照图1A)。振动源通过电力振动，因为向振动源供给电力，所以电缆58从振动罩56的X轴方向的后端突出。
如图1A所示，在收纳于振动源罩56的内部的振动源的X轴方向的前方(超声波变幅杆52的前端方向)固定连结有增强器54。作为增强器54，使用超声波接合装置所用的一般的增强器，向X轴方向延伸。振动源和增强器54的连结例如通过螺钉结合进行。
在增强器54的X轴方向的前端固定连结有超声波变幅杆52。增强器54和超声波变幅杆52的连结通过与振动源和增强器54的连结同样的单元进行。在本实施方式中，增强器54具有外径沿着轴向变化的圆柱轴形状。
超声波变幅杆52具有在轴向上长的特殊的角柱形状，在其X轴方向的前端，在Z轴方向的下端形成有向Z轴方向突出且向Y轴方向线状地延伸的按压部52a。按压部52a的Y轴方向的宽度根据应超声波接合的接合预定部的Y轴方向的宽度等确定。另外，图5A所示的按压部52a的X轴方向的宽度X2如下所述，根据接合预定部的X轴方向的宽度等确定，没有特别限定，但在本实施方式中为0.2～2.0mm。
如图1B所示，收纳于振动源罩56的内部的振动源以在X轴方向振动的方式构成，该振动以由增强器54放大，传递到超声波变幅杆52，在按压部52a振幅增大的方式构成。由超声波变幅杆52、增强器54及振动源构成的振子单元50具有它们的中心轴(长边轴)X0，沿着长边轴X0(与X轴平行)振动，具有其振动(驻波)的振幅V大处(振动的波腹)和振幅V成为最小(0)处(振动节点)。在本实施方式中，如图示那样，振动节点沿着长边轴X0至少具有两个。
振子单元50以沿着长边轴X0前端(按压部52a侧)成为自由端(可自由的移动的一端)的方式通过保持部60保持在主保持位置P3。主保持位置P3在本实施方式中处于增强器54的中途位置，处于比超声波变幅杆52的前端更接近振动源的一侧的振动节点的位置。
沿着保持部60的长边轴X0，辅助保持部70通过螺栓等连结在后端，辅助保持部70在副保持位置P4上保持振动源罩56。副保持位置P4优选处于位于距振动源最近的位置的振动节点的位置，但不一定需要处于振动节点的位置。这是因为在副保持位置P4上，辅助保持部70保持振动罩56，但不会保持振动源自身。
在本实施方式中，超声波变幅杆52的前端下部成为按压部52a。按压部52a以位于在沿着X0平行的方向上通过超声波振动的振动的振幅V增大到最大限度的振动的波腹的前端位置P1的方式在振子单元50安装有振动源。
在本实施方式中，在保持部60具备在处于从保持部60保持振子单元50的增强器54的主保持位置(加压力的负荷点)P3沿着长边轴X0朝向振子单元50的自由端(前端位置P1/作用点)的中途的反作用力分散位置(支点)P2上与振子单元50抵接(只接触而不固定)的抑制销(抑制部)90。
加压轴80的轴芯Z0以与垂直轴即Z轴大致平行，位于主保持位置P3和反作用力分散位置P2之间的方式加压轴80经由固定盘82与保持部60连结。加压轴80以振子单元50沿着与长边轴X0大致垂直的垂直轴即Z轴移动的方式与保持部60连结，传递将按压部52a压附到合预定部(图1B中图示省略)的力。
在本实施方式中，以在距振子单元50的自由端最近的振动节点的反作用力分散位置P2上，抑制销90的抵接部92与振子单元50的超声波变幅杆52抵接的方式抑制销90安装在保持部60。抑制销90与振子单元50抵接的位置P2和按压部52a与接合预定部分抵接的位置P1沿着长边轴X0不同，而且，沿着Z轴位于长边轴X0的相互相反侧。
在本实施方式中，对与振子单元的超声波变幅杆52抵接的抑制销90的抵接部92的表面施以提高沿着长边轴X0的变幅杆52和抵接部92的相对移动的低摩擦处理。作为低摩擦处理没有特别限定，但考虑例如由氟树脂等低摩擦部件构成抵接部92。另外，在抵接部92的表面也可以涂布或形成石蜡、蜡等低摩擦部件，也可以是贴附氟树脂带这种方法。
抑制销90的抵接部92的尺寸没有特别限定，但优选是为了接受施加于反作用力分散位置P2的来自前端位置P1的反作用力而足够的尺寸，而且，为了降低摩擦力而尽可能小。抵接部92的Y轴方向的宽度与超声波变幅杆52的Y轴方向的宽度同等或比其小，从不阻碍变幅杆的振动的观点来看，优选更小。另外，抵接部92的X轴方向的宽度与超声波变幅杆52的X轴方向的长度同等或比其小，从不阻碍变幅杆的振动的观点来看，优选更小。抑制销90的外径也可以比抵接部92的外径小，但优选是能够接受反作用力的程度的尺寸。
如图1A所示，保持部60具有上保持部62和下保持部63，它们在图1B所示的主保持位置P3上通过螺栓等相互连结，由此，在其全周保持振子单元50的增强器54。此外，保持部60的上保持部62和下保持部64以X轴方向的规定宽度与增强器54接触，但在增强器54的外周形成有罩，通过保持部60保持该罩的外周，保持部60实质上在主保持位置P3的位置上保持增强器54。
在上保持部62一体形成有在超声波变幅杆52的前端方向沿着X轴延伸且覆盖超声波变幅杆52的Z轴上方的压力传递块63。压力传递块63在抑制销90以外，不与超声波变幅杆52接触。固定盘82固定在压力传递块63的上表面，加压轴80经由固定盘82固定于保持部60。
通过螺栓等将与辅助保持部70的上保持部72一体形成的安装用凸缘73固定在保持部60的上保持部62，上保持部72与下保持部74组合，在图1B所示的副保持位置P4上保持振动源罩56的外周。
在本实施方式所涉及的超声波接合头40中，由于对于包含超声波变幅杆52的振子单元50，保持部60沿着长边轴X0以悬臂梁状保持基端侧，所以能够增大按压部52a中的超声波振动，并且与从两侧保持振子单元50的情况相比，可以实现包含头40的装置的小型化。
另外，在本实施方式的超声波接合头40中，在保持部60具备在处于沿着长边轴X0朝向振子单元50的自由端的中途的反作用力分散位置P2上与振子单元50抵接的抑制销90。因此，可通过抑制销90接受在振子单元50的自由端具备的按压部52a被压附到接合预定部的加压力的反作用力的一部分，抑制振子单元50的弯曲变形。其结果，能够增大加压轴80的加压力，按压部52a中的对接合预定部的压力提高，可进行良好的超声波接合。另外，还可扩大接合部的Y轴方向的宽度，平板状部件彼此的超声波接合也变得容易。
另外，以在距振子单元50的自由端最近的振动节点的位置P2上，抑制销90与振子单元50抵接的方式抑制销90安装在保持部60。通过这样构成，能够由抑制销90接受的加压力的反作用力增大，有效抑制振子单元50的弯曲变形。其结果，能够增大加压轴80的加压力，按压部52a的对接合预定部的压力提高，超声波接合的可靠性提高。另外，还可扩大接合部的Y轴方向宽度，平板状部件彼此的超声波接合变得更容易。
另外，在振动节点的位置(振动的振幅最小的位置)P2上，抑制销90与振子单元50抵接，由此，抑制销90阻碍振子单元50中的超声波振动的情况少。
而且，抑制销90与振子单元50抵接的位置P2和按压部52a与接合预定部分抵接的位置P1沿着长边轴X0不同，而且，沿着Z轴位于长边轴X0的相互相反侧。抑制销90以接受来自按压部52a的反作用力并抑制振子单元50的弯曲的方式，在需要最小限度的范围内与振子单元50接触，进一步减少抑制销90的抵接部92阻碍振子单元50中的超声波振动。
另外，加压轴80的轴芯Z0以与Z轴大致平行，位于主保持位置P3和反作用力分散位置P2之间的方式加压轴80与保持部60连结。通过这样构成，有效地将来自加压轴80的加压力传递到按压部52a，能够提高从按压部52a施加于接合预定部的压力，超声波接合的可靠性提高。
而且，振子单元50以按压部52a在与长边轴X0平行的方向上进行超声波振动的方式在振子单元50安装有振动源。通过按压部52a在与长边轴X0平行的方向上进行超声波振动，沿着与其长边轴X0平行的方向，微细的金属图案相互的超声波接合变得容易。
本实施方式所涉及的超声波接合头40不一定需要平台，但也可以具有一般的平台，或者如下述的第三实施方式那样，也可以还具有设置有应接合的第一平面部件和第二平面部件的特殊的平台。
本实施方式所涉及的超声波接合方法使用上述的超声波接合头40对接合预定部分进行超声波接合。具体而言，本实施方式的超声波接合方法具有以沿着长边轴X0，振子单元50的前端成为自由端的方式沿着振子单元50的长边轴X0以悬臂梁状保持基端侧的工序。接着，将在振子单元50的前端具备的按压部52a推到应接合的接合预定部分，使该按压部52a在长边轴X0方向上进行超声波振动。
于是，在将保持部60主要保持振子单元50的位置设为主保持位置P3，将在保持部60具备的抑制销90与振子单元50抵接的位置设为反作用力分散位置P2的情况下，在振子单元50，沿着长边轴X0存在两个以上的振动节点，主保持位置P3和反作用力分散位置P2定位于相互不同的振动节点的位置。
在本实施方式所涉及的超声波接合方法中，由于对于包含超声波变幅杆52的振子单元50，保持部60沿着长边轴X0以悬臂梁状保持基端侧，所以能够增大按压部52a中的超声波振动，而且，与从两侧か保持振子单元50的情况相比，能够实现装置的小型化。
另外，主保持位置P3和反作用力分散位置P2定位于相互不同的振动节点的位置，由此，减少由于主保持位置P3上的保持部60的保持而阻碍振子单元50中的超声波振动的担忧，并且抑制销90阻碍振子单元50中的超声波振动的担忧减少。
第二实施方式
第二实施方式所涉及的超声波接合头相对于第一实施方式所涉及的超声波接合头40，除了图1B所示的主保持位置P3和反作用力分散位置P2如图6所示沿着X轴为相互相反以外，与第一实施方式相同。即，沿着振子单元50的长边轴X0，从振子单元50的前端朝向基端，主保持位置P3和反作用力分散位置P2按该顺序配置。
在主保持位置P3上，保持部60保持振子单元50，在反作用力分散位置P2上，抑制销90与振子单元50的外周的一部分抵接。该抑制销90抵接的位置也可以是超声波变幅杆52，也可以是增强器54。另外，保持部60也可以保持超声波变幅杆52，也可以保持增强器54。
在第二实施方式所涉及的超声波接合头50中，由于对于包含超声波变幅杆52的振子单元50，保持部60沿着长边轴X0以悬臂梁状保持基端侧，所以能够增大按压部52a中的超声波振动，而且，与从两侧保持振子单元50的情况相比，能够实现装置的小型化。
第三实施方式
在第三实施方式中，说明使用具有组入了图1H～图1M所示的振子单元50的图1A～图1G所示的本发明的一个实施方式所涉及的声波接合头40的图2A所示的超声波接合装置2，进行图2B～图5B所示的超声波接合方法，制造图5B所示的基板接合体8的方法。
如图5B所示，基板接合体8具有作为第一平面部件的电子控制基板4、作为第二平面部件的柔性基板6。电子控制基板4也可以是例如液晶显示面板、有机EL显示面板、或者其它的显示面板，例如也可以包含玻璃基板。
柔性基板6是用于向电子控制基板4供给某些信号和电力的基板，电子控制基板4的配线图案4a和柔性基板6的配线图案6a按每个图案电连接。
此外，在图5B所示的基板接合体8中，在配线图案4a和配线图案6a被超声波接合之后，柔性基板6从电子控制基板4的配线图案4a侧的端部向背侧折曲，例如收纳于智能手机的外壳的内部。通过这样构成，可以将接近外壳的外形尺寸的整个面用作电子控制基板4的显示画面。
从这样的观点来看，要求配线图案4a和配线图案6a的X轴方向的重复宽度x1(参照图5A)尽可能减小到例如为0.5mm以下，优选为0.2mm以下。另外，与画面显示的高微细化一起，配线图案4a及配线图案6a的Y轴方向的配线间距间隔例如为数十μm以下，优选小到20μm以下左右。此外，图中，基板6的厚度描绘为与基板4相同程度的厚度，但实际上，与基板4的厚度比较基板6的厚度小，但可以相同，也可以相反。
在本实施方式中，为了按每个图案电连接电子控制基板4的配线图案4a和柔性基板6的配线图案6a，使用图2A所示的超声波接合装置2。
如图2A所示，本实施方式的超声波接合装置2具有设置有应接合的电子控制基板4和柔性基板6的平台10、包括具有被推到电子控制基板4和上述柔性基板6的层叠部分的按压部52a的超声波振子单元50的超声波接合头40。超声波接合头40是与第一实施方式同样的头40，但也可以使用另外的超声波接合头。
在平台10的Z轴方向的上部，输送头20相对于平台10在X轴、Y轴及Z轴方向上相对移动自如地配置。另外，在平台10的Z轴方向的上部，相机30以Z轴方向的位置与输送头20偏移的方式相对于平台10至少在X轴及Y轴方向相对移动自如地配置。此外，相机30也与输送头20同样，相对于平台10也可以在Z轴方向上相对移动自如地配置。
另外，超声波接合头40在与输送头20及相机30不碰撞的位置上相对于平台10在X轴、Y轴及Z轴方向相对移动自如地配置。相对移动自如，是指可以是一方相对于另一方移动，可以是另一方相对于一方移动，或者，也可以是一方和另一方相互移动，一方和另一方的相对位置发生变化。
平台10、超声波接合头40、吸附头20及相机30的相对移动机构的控制通过图示省略的控制单元进行。控制单元也可以兼具装置2的控制装置，也可以进行通过相机30取得的图像的图像处理、下述的吸附孔11、12、14的负压控制。作为控制单元，也可以是专用的控制电路，也可以由具有控制程序的通用的计算机构成。
此外，在附图中，X轴、Y轴及Z轴相互大致垂直，Z轴与装置2的高度方向一致，X轴与电子控制基板4或柔性基板6的长边方向一致，Y轴与电子控制基板4或柔性基板6的宽度方向一致。另外，X轴及Y轴与电子控制基板4的显示面大致平行。
在平台10的Z轴上表面至少形成有设置有电子控制基板4的低位侧表面10a、相对于低位侧表面10a以规定的台阶高度z1处于高的位置的高位侧表面10b、位于低位侧表面10a和高位侧表面10b的边界的台阶壁面10c。低位侧表面10a和高位侧表面10b分别与X－Y轴平面大致平行，台阶壁面10c与Z－Y轴平面大致平行。
在低位侧表面10a形成有设置有电子控制基板4的接合位置10a1、从接合位置10a1沿X轴方向(或Y轴方向)分离且预设置有柔性基板6的待机位置10a2。形成于平台10的内部的多个第一吸附孔12开口于位于接合位置10a1的低位侧表面10a。另外，形成于平台10的内部的多个待机吸附孔11在位于待机位置10a2的低位侧表面10a开口。
通过负压作用于第一吸附孔12，可以将载置于接合位置10a1的电子控制基板4在接合位置10a1上装卸自如地吸附预固定在低位侧表面10a。在接合位置10a1上，电子控制基板4配置为形成于基板4的配线图案4a的连接预定部朝向Z轴方向之上，而且，基板4的配线图案4a的连接预定部侧的端部与台阶壁面10c碰上(接触)。作为用于将电子控制基板4在接合位置10a1上配置于低位侧表面10a的上述的规定位置的单元，例如也可以使用图2A所示的吸附头20，或者也可以使用与其不同的吸附头。
另外，通过负压作用于待机吸附孔11，可以将载置于待机位置10a2的柔性基板6在待机位置10a2上装卸自如地吸附预固定在低位侧表面10a。在待机位置10a2上，柔性基板6配置为形成于基板6的配线图案6a的连接预定部朝向Z轴方向之下，而且基板6的配线图案6a的连接预定部侧的端部朝向电子控制基板4的X轴方向的相反侧。作为用于将柔性基板6在待机位置10a2上配置于低位侧表面10a的上述的规定位置的单元，例如使用图2A所示的吸附头20。
在本实施方式中，台阶壁面10c的台阶高度Z1为与电子控制基板4的厚度t0同等以下，它们的差异(t0－z1)优选为0～20μm，进一步优选为10～20μm。
在台阶壁面10c的附近，形成于平台10的内部的多个第二吸附孔14在平台10的高位侧表面10b开口。通过负压作用于第二吸附孔14，如图4所示，可以将载置于高位侧表面10b的柔性基板6在台阶壁面10c的附近装卸自如地吸附预固定在高位侧表面10b。作为用于将柔性基板6在台阶壁面10c的附近配置于高位侧表面10a的单元，例如使用吸附头20。
接着，对使用了图2A所示的超声波接合装置2的超声波接合方法进行说明。如图2B所示，首先，解除在待机位置10a2的低位侧表面10a开口的待机吸附孔11的负压，通过吸附头20将位于待机位置10a2的柔性基板6向Z轴方向的上部抬起。吸附头20例如具有通过吸引力将基板6吸附保持在头下表面的机构。
之后，如图3所示，使吸附头20与基板6一起相对于平台10在X轴方向上移动。此外，也可以使平台10在X轴方向上移动。吸附头20以保持于吸附头20的基板6位于台阶壁面10c附近的高位侧表面10b之上的方式相对于平台10在X轴方向上相对移动。该移动控制由控制单元进行。
另外，以基板6的配线图案6a的连接预定部与基板4的配线图案4a的连接预定部被正确地定位的方式使相机30进入配线图案4a和配线图案6a之间，对它们的位置关系进行摄像，在控制单元中，进行它们的图像处理。基于该图像处理结果，控制单元使吸附头20相对于平台10在X轴及Y轴方向上相对移动，使得基板6的配线图案6a的连接预定部与基板4的配线图案4a的连接预定部被正确地定位。另外，根据需要，控制单元也可以控制移动机构，使吸附头20相对于平台10在吸附头的轴芯周围进行旋转移动。
接着，相机30从基板6和平台10之间向X轴方向移动，退避到不阻碍吸附头20的Z轴方向的移动的位置。之后，如图4所示，吸附头20趋近于平台10的高位侧表面10b，解除对基板6的吸附保持，将基板6载置于高位侧表面10b之上。同时，在第二吸附孔14作用负压，将基板6吸附保持在高位侧表面10b之上。在该状态下，基板6的X轴方向的端部下表面和基板4的X轴方向的端部上表面重叠，在与台阶壁面10c对应的位置形成层叠部分。在层叠部分上，配线图案4a的接合预定部和配线图案6a的接合预定部相对。
接着，如图5A所示，使平台10相对于吸附头20及相机30在X轴方向上相对移动，使超声波振子单元50的按压部52a位于配线图案6a、4a彼此的层叠部分的Z轴方向的正上位置。此外，事先控制平台10和超声波振子单元50的X轴相对移动，使得相对于平台10的台阶壁面10c，超声波振子单元50的按压部52a在X轴方向的规定范围x3内位于低位侧表面10a之上。
即，以超声波振子单元50的按压部52a按压在距台阶壁面10c规定范围x3内位于低位侧表面10a之上的层叠部的方式由控制单元控制移动机构。此外，所谓规定范围x3，优选比0大且比层叠部的X轴方向长度x1小。即，将按压部52a控制为不按压位于高位侧表面10b之上的基板6的表面。
层叠部的X轴方向长度x1与配线图案4a、6a的连接预定部的重叠长度一致，例如要求尽可能减小到0.5mm以下，优选为0.2mm以下。另外，按压基板4及6的重叠部分(层叠部分)的按压部52a的X轴方向的长度x2优选为与层叠部的X轴方向长度x1同等以上，长度的差(x2－x1)优选为0以上而为0.5mm，进一步优选为0.01～0.08mm。
接着，如图5A～图5B所示，使超声波振子单元50相对于平台10向Z轴方向的下方相对移动，将超声波振子单元50的按压部52a压附到基板4和6的层叠部分，在层叠部分施加Z轴方向的按压力和X轴方向的超声波振动。其结果，在X轴方向长且在Y轴方向以规定间距间隔配置的层叠部分的配线图案4a、6a的金属彼此通过超声波固态结合。
作为构成配线图案4a、6a的金属，只要是可进行超声波接合的金属(包括合金)，则没有特别限定，例示有银、金、铝、或者以这些为主成分的合金等。此外，也可以在这些金属的表面(特别是铝的表面)形成以钛等为主成分的氧化防止膜。
在本实施方式所涉及的基板接合体8的制造方法(包括超声波接合方法)中，由于在平台10的表面具有台阶壁面10c，所以利用该台阶壁面10c，电子控制基板4和柔性基板6的定位变得容易，可进行这些配线图案4a、6a彼此的超声波接合。因此，例如即使是Y轴方向的配线间距间隔窄到数十μm以下左右的情况，也不会产生短路不良等，容易实现电子控制基板4和柔性基板6的电连接。此外，优选超声波的振动的方向不是层叠部的层叠方向(Z轴方向)，而是沿着被接合的配线图案4a、6a彼此的长边方向的方向。
另外，最近，如智能手机等的显示画面等那样，要求大到接近装置的外壳外形尺寸的显示画面，所以配线图案4a、6a彼此的接合长度x1也不得不缩短，其连接可靠性成为问题。根据本实施方式的方法，通过超声波接合可进行金属彼此的固态结合，连接的可靠性也提高。
另外，在本实施方式的基板接合体的制造方法中，由于在平台10的表面具有台阶壁面10c，所以电子控制基板4和柔性基板6的层叠部的Y轴方向的宽度例如即使是宽到60mm以上的情况下，也能够可靠对配线图案彼此进行超声波接合。
另外，在本实施方式中，移动机构由控制单元控制，以使超声波振子单元50的按压部52a按压在距台阶壁面10c规定范围内位于低位侧表面10a之上的层叠部。优选超声波振子单元50的按压部52a不按压位于高位侧表面10b之上的柔性基板6，优选只按压层叠部而进行超声波接合。通过这样构成，不会产生配线图案的断线等，配线图案4a，6a彼此的超声波接合的可靠性进一步提高。
其它的变形例
此外，本发明不限定于上述的实施方式，在本发明的范围内可以进行各种改变。
例如，作为电子控制基板4，不只是包含玻璃基板的刚性的基板，也可以是具有柔软性的柔性的基板。
另外，在上述的实施方式中，作为第二平面部件，使用柔性基板6，但没有特别限定。
另外，在本发明中，作为接合预定部分，不只是基板彼此的接合预定部分，也可应用于基板以外的接合预定部分的超声波接合。作为基板以外的接合，也可以应用于COMS传感器、CCD传感器、LED等半导体元件的接合。此外，特别是用于基板彼此的接合的情况下，本发明的超声波接合头及超声波接合装置特别有效。这是因为，在基板彼此接合时，要求扩大被接合的区域宽度等，一直以来，装置容易变得大型，但根据本发明，实现装置的小型化并可进行良好的超声波接合。
另外，在上述的实施方式中，作为平台，使用具有台阶壁面10c的平台10，但也可以使用没有台阶壁面的一般的平台。另外，根据本发明的超声波接合头，也可不一定没有平台。
另外，在上述的实施方式中，保持部60保持增强器54，但也可以保持超声波变幅杆52的振动节点部分。另外，抑制销60也可以不是与超声波变幅杆52抵接，而是与增强器54抵接。另外，作为振子单元，也可以是超声波变幅杆52、增强器54及振动源的组合以外，例如也可以是没有增强器54的振子单元。

Claims (10)

1.一种超声波接合头，其特征在于，
具有：
振子单元，在长边轴的前端侧形成有被推到应接合的接合预定部分的按压部；
保持部，其以沿着所述长边轴，所述振子单元的前端成为自由端的方式沿着所述振子单元的所述长边轴以悬臂梁状保持基端侧；
加压轴，其以所述振子单元沿着与所述长边轴大致垂直的垂直轴移动的方式与所述保持部连结，传递将所述按压部压附到所述接合预定部分的力，
在所述保持部具备抑制部，所述抑制部在处于从所述保持部保持所述振子单元的主保持位置沿着所述长边轴朝向所述振子单元的自由端的中途的反作用力分散位置上与所述振子单元抵接，
所述保持部还具有在沿着所述长边轴与所述主保持位置不同的副保持位置上保持覆盖所述振子单元的振动源的罩的辅助保持部。
2.根据权利要求1所述的超声波接合头，其特征在于，
所述抑制部被安装于所述保持部，使得在距所述振子单元的自由端最近的振动节点的位置上所述抑制部与所述振子单元抵接。
3.根据权利要求1或2所述的超声波接合头，其特征在于，
所述抑制部与所述振子单元抵接的位置和所述按压部与所述接合预定部分抵接的位置沿着所述长边轴不同，而且位于所述长边轴的相互相反侧。
4.根据权利要求1或2所述的超声波接合头，其特征在于，
以所述加压轴的轴芯与所述垂直轴大致平行，且位于所述主保持位置和所述反作用力分散位置之间的方式，所述加压轴与所述保持部连结。
5.根据权利要求1或2所述的超声波接合头，其特征在于，
所述振子单元以所述按压部在平行于所述长边轴的方向上进行超声波振动的方式在所述振子单元安装有振动源。
6.根据权利要求1或2所述的超声波接合头，其特征在于，
对与所述振子单元抵接的所述抑制部的表面施以提高沿着所述长边轴的相对移动的低摩擦处理。
7.一种超声波接合头，其特征在于，
具有：
振子单元，在长边轴的前端侧形成有被推到应接合的接合预定部分的按压部；
保持部，其以沿着所述长边轴，所述振子单元的前端成为自由端的方式沿着所述振子单元的所述长边轴以悬臂梁状保持基端侧；
加压轴，其以所述振子单元沿着与所述长边轴大致垂直的垂直轴移动的方式与所述保持部连结，传递将所述按压部压附到所述接合预定部分的力，
在将所述保持部主要保持所述振子单元的位置设为主保持位置，将在所述保持部具备的抑制部与所述振子单元抵接的位置设为反作用力分散位置的情况下，
沿着所述振子单元的长边轴，从所述振子单元的前端朝向基端，所述主保持位置和所述反作用力分散位置按该顺序配置。
8.一种超声波接合装置，其特征在于，
具有权利要求1～7中任一项所述的超声波接合头。
9.一种超声波接合方法，其特征在于，
使用权利要求1～7中任一项所述的超声波接合头，对接合预定部分进行超声波接合。
10.一种超声波接合方法，其特征在于，
具有：
以沿着长边轴，振子单元的前端成为自由端的方式通过保持部沿着所述振子单元的所述长边轴以悬臂梁状保持基端侧的工序；
将在振子单元的前端具备的按压部推到应接合的接合预定部分，使该按压部在所述长边轴方向上进行超声波振动的工序，
在将所述保持部主要保持所述振子单元的位置设为主保持位置，将在所述保持部具备的抑制部与所述振子单元抵接的位置设为反作用力分散位置，将所述保持部保持覆盖所述振子单元的振动源的罩的辅助保持部的位置设为副保持位置的情况下，
在所述振子单元，沿着所述长边轴存在3个振动节点，
所述主保持位置、所述反作用力分散位置和所述副保持位置定位于相互不同的所述振动节点的位置。
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