DE102020204956A1 - Ultrasonic joining method - Google Patents
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Abstract
Ein Ultraschallverbindungsverfahren aufweisend: Halten eines Werkstücks (eines Leiters 21), das Aluminium oder eine Aluminiumlegierung enthält, durch eine Haltefläche (P) von jeweils einem Horn (61) und einem Amboss (62); und Anlegen einer Ultraschallwelle vom Horn (61), um eine Ultraschallverbindungsverarbeitung an dem Werkstück (dem Leiter 21) durchzuführen, bei der ein Kupfer oder eine Kupferkomponente enthaltendes Freigabeelement (H) zumindest zwischen einem Teil des Werkstücks (der Leiter 21), das aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet ist, und der Haltefläche (P), wenn das Werkstück (der Leiter 21) von der Haltefläche (P) gehalten wird, angeordnet ist.An ultrasonic joining method comprising: holding a workpiece (a conductor 21) containing aluminum or an aluminum alloy by a holding surface (P) of each of a horn (61) and an anvil (62); and applying an ultrasonic wave from the horn (61) to perform ultrasonic bonding processing on the workpiece (the conductor 21) in which a releasing member (H) containing copper or a copper component is sandwiched between at least a part of the workpiece (the conductor 21) made of aluminum or an aluminum alloy, and the holding surface (P) when the workpiece (the conductor 21) is held by the holding surface (P) is arranged.
Description
[Technisches Gebiet][Technical area]
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ultraschallverbindungsverfahren.The present invention relates to an ultrasonic joining method.
[Beschreibung des Standes der Technik][Description of the Prior Art]
Es ist ein Ultraschall-Schweißverfahren bekannt, bei dem, wenn ein Verbindungsbasismaterial, das durch Stapeln eines Aluminiumblechs und eines Stahlblechs erhalten wird, mit einer Ultraschallwelle verschweißt wird, ein kohlenstoffhaltiges Blech an dem Verbindungsbasismaterial gestapelt wird und zwischen einem Chip und dem Verbindungsbasismaterial und/oder zwischen einem Amboss und dem Verbindungsbasismaterial (siehe z.B. Patentliteratur 1) angeordnet wird. Gemäß diesem Verfahren können eine starke Verformung und Haftung (Verkleben) eines Oberflächenschichtabschnitts eines Verbindungsabschnitts nach dem Ultraschallschweißen verhindert werden.There is known an ultrasonic welding method in which, when a connection base material obtained by stacking an aluminum sheet and a steel sheet is welded with an ultrasonic wave, a carbonaceous sheet is stacked on the connection base material and between a chip and the connection base material and / or is placed between an anvil and the connection base material (see, for example, Patent Literature 1). According to this method, severe deformation and adhesion (sticking) of a surface layer portion of a joint portion after ultrasonic welding can be prevented.
Es wurde eine Technik beschrieben, mit der ein Anhaften zwischen einem elastischen Körper, der aus einem Schwermetall hergestellt ist, und einem Gleitmaterial (im Englischen „slider material“) durch Stapel des elastischen Körpers auf einem piezoelektrischen Körper, der eine sich ausbreitende Welle (im Englischen „traveling wave“) erzeugt, um einen Schwingungskörper zu bilden, durch Vorbereiten bzw. Vorsehen des Gleitmaterials, das aus einer hitzebeständigen Harzzusammensetzung geformt ist, das durch Hinzufügen eines Metalldeaktivators zu einem hitzebeständigen Harz gemacht wurde, und durch in Druckkontaktbringen eines sich bewegenden Körpers mit dem Schwingungskörper mittels des Gleitmaterials (siehe beispielsweise Patentliteratur 2) verhindert werden kann.A technique has been described that allows an elastic body made of a heavy metal to adhere to a slider material by stacking the elastic body on a piezoelectric body that generates a propagating wave (im English "traveling wave") generated to form a vibrating body by preparing the sliding material formed of a heat-resistant resin composition made by adding a metal deactivator to a heat-resistant resin, and bringing a moving body into pressure contact with the vibrating body can be prevented by means of the sliding material (see, for example, Patent Literature 2).
[Dokumente des Standes der Technik][Prior art documents]
[Patentdokumente][Patent documents]
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Patentliteratur 1:
Japanisches Patent Nr. 4180405 Japanese Patent No. 4180405 -
Patentliteratur 2:
Japanisches Patent Nr. 3229379 Japanese Patent No. 3229379
[Zusammenfassung der Erfindung][Summary of the invention]
[Durch die Erfindung zu lösende Aufgabe][Problem to be solved by the invention]
Allerdings sind sowohl das vorstehend beschriebene Blech als auch das oben beschriebene Gleitmaterial teuer, so dass sich die Herstellungskosten erhöhen. In einem Fall, in dem ein zu verarbeitender Abschnitt ein leitender Abschnitt ist, kann das Blech oder das Gleitmaterial an dem zu verarbeitenden Abschnitt anhaften, welcher der leitende Abschnitt ist, was die Leitfähigkeit oder dergleichen beeinträchtigen und zu einer Verschlechterung der Qualität führen kann.However, both the sheet metal described above and the sliding material described above are expensive, so that the manufacturing costs increase. In a case where a portion to be processed is a conductive portion, the sheet metal or the sliding material may adhere to the portion to be processed which is the conductive portion, which may deteriorate conductivity or the like and lead to deterioration in quality.
Es wurde auch untersucht, ein Pulver aus Bornitrid oder dergleichen an einem Horn oder einem Amboss (im Englischen „horn or anvil“) anzubringen, oder ein Horn oder einen Amboss mit diamantähnlichem Kohlenstoff oder dergleichen zu beschichten. Wenn jedoch eine Ultraschallwelle angelegt wird, wird ein Pulver aus Bornitrid oder dergleichen gestreut und eine Beschichtung mit diamantartigem Kohlenstoff oder dergleichen bekommt Risse. In jedem Fall werden die Kosten erhöht.It has also been investigated to attach a powder of boron nitride or the like to a horn or an anvil, or to coat a horn or an anvil with diamond-like carbon or the like. However, when an ultrasonic wave is applied, powder of boron nitride or the like is scattered, and a coating of diamond-like carbon or the like is cracked. In either case, the cost is increased.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der oben beschriebenen Umstände gemacht. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Ultraschallbindungsverfahren bereit, das die Produktivität verbessern kann, indem das Anhaften eines Werkstücks an einem Horn oder einem Amboss bei geringen Kosten verhindert werden kann und eine stabile Verarbeitung mit hoher Qualität durchgeführt werden kann.The present invention has been made in view of the above-described circumstances. One aspect of the present invention provides an ultrasonic bonding method that can improve productivity by preventing a workpiece from sticking to a horn or an anvil at a low cost and by performing stable, high-quality processing.
[Mittel zur Lösung der Aufgabe][Means of solving the problem]
Um den oben beschriebenen Aspekt zu erreichen, wird ein Ultraschallverbindungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt, welches durch die folgenden Punkte (1) bis (3) gekennzeichnet ist.
- (1) Ultraschallbindungsverfahren, umfassend:
- Halten eines Werkstücks, das Aluminium oder eine Aluminiumlegierung enthält, durch eine Haltefläche von jeweils einem Horn und einem Amboss; und Anlegen einer Ultraschallwelle vom Horn, um eine Ultraschallverbindungsverarbeitung an dem Werkstück durchzuführen, wobei ein Freigabeelement, das Kupfer oder eine Kupferkomponente enthält, zumindest zwischen einem Teil des Werkstücks, das aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht, und der Haltefläche angeordnet ist, wenn das Werkstück von der Haltefläche gehalten wird.
- (2) Ultraschallverbindungsverfahren nach obiger (1), wobei das Freigabeelement eine Kupferfolie oder eine Metallfolie, die eine Kupferkomponente enthält, ist.
- (3) Ultraschallverbindungsverfahren nach obiger (1), wobei das Freigabeelement ein Kupferpulver oder ein Metallpulver, das eine Kupferkomponente enthält, ist.
- (1) Ultrasonic bonding process, including:
- Holding a workpiece containing aluminum or an aluminum alloy by a holding surface each of a horn and an anvil; and applying an ultrasonic wave from the horn to perform ultrasonic bonding processing on the workpiece, wherein a releasing member containing copper or a copper component is disposed at least between a part of the workpiece made of aluminum or an aluminum alloy and the holding surface when the workpiece is held by the holding surface.
- (2) The ultrasonic joining method according to (1) above, wherein the releasing member is a copper foil or a metal foil containing a copper component.
- (3) The ultrasonic joining method according to (1) above, wherein the releasing member is a copper powder or a metal powder containing a copper component.
Gemäß dem Ultraschallverbindungsverfahren oder Ultraschallbondingverfahren (im Englischen „ultrasonic bonding method“) mit einer Konfiguration gemäß Punkt (1), ist das Freigabeelement, das Kupfer oder eine Kupferkomponente enthält, zumindest zwischen dem Teil des Werkstückes, das aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung geformt ist, und der Haltefläche angeordnet, wenn das Werkstück von der Haltefläche gehalten wird. Dementsprechend ist es möglich, ein Anhaften/Haften (im Englischen „adhesion“) zwischen dem Werkstück und der Haltefläche nach der Ultraschallverbindungsverarbeitung zu verhindern, wodurch ein Freigabevorgang (Ablösevorgang) nach der Ultraschallverbindungsverarbeitung eliminiert werden kann und somit die Produktivität verbessert werden kann. Insbesondere eignet sich das Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks aus hochfestem Aluminium, das eine hohe Ultraschallenergie benötigt.According to the ultrasonic bonding method or ultrasonic bonding method with one configuration According to item (1), the releasing member containing copper or a copper component is disposed at least between the part of the workpiece formed of aluminum or an aluminum alloy and the holding surface when the workpiece is held by the holding surface. Accordingly, it is possible to prevent adhesion between the workpiece and the holding surface after the ultrasonic bonding processing, whereby a releasing operation (peeling process) after the ultrasonic bonding processing can be eliminated and thus productivity can be improved. The method is particularly suitable for machining a workpiece made of high-strength aluminum that requires high ultrasonic energy.
Das Freigabeelement oder Trennelement (im Englischen „release member“), das Kupfer oder eine Kupferkomponente enthält, wird verwendet, um das Anhaften an der Haltefläche zu verhindern, so dass es möglich ist, eine qualitativ hochwertige und stabile Verarbeitung bei geringen Kosten durchzuführen. Der Freigabevorgang (Ablösevorgang) entfällt, so dass es möglich ist, die Ultraschallbindungsverarbeitung kontinuierlich durchzuführen und die Produktionseffizienz zu verbessern. Darüber hinaus ist es während der Ultraschallverbindungsverarbeitung möglich, eine große Ultraschallenergie oder Last aufzubringen und das Werkstück mit hoher Festigkeit mit Ultraschall zu verbinden.The release member or release member containing copper or a copper component is used to prevent adhesion to the holding surface, so that it is possible to perform high quality and stable processing at low cost. The releasing process (peeling process) is omitted, so it is possible to continuously perform the ultrasonic bonding processing and improve the production efficiency. In addition, during the ultrasonic joining processing, it is possible to apply a large ultrasonic energy or load and ultrasonic joining the workpiece with high strength.
Gemäß dem Ultraschallverbindungsverfahren mit einer Konfiguration gemäß Punkt (2), wird eine Kupferfolie oder eine Metallfolie, die eine Kupferkomponente enthält, als das Freigabeelement verwendet, weshalb es möglich ist, das Freigabeelement leicht zwischen dem Werkstück und der Haltefläche anzuordnen und die Verarbeitbarkeit weiter zu verbessern. Wenn das Freigabeelement aus einer Kupferfolie oder einer Metallfolie, die eine Kupferkomponente enthält, geformt ist, steht das Freigabeelement in einem weiten Bereich in Flächenkontakt mit dem Werkstück und der Haltefläche, so dass es möglich ist, Ultraschallenergie gut von dem Horn zu übertragen. Selbst wenn das Werkstück ein Leiter ist, der durch Bündeln von Litzen wie der elektrischen Drähte erhalten wird, bei denen es schwierig ist die Ultraschallenergie vom Horn zu übertragen, ist es daher möglich, die Ultraschallenergie über das Freigabeelement gut auf das Werkstück zu übertragen, um die Verbindungsverarbeitung durchzuführen.According to the ultrasonic bonding method having a configuration of item (2), a copper foil or a metal foil containing a copper component is used as the releasing member, and therefore it is possible to easily arrange the releasing member between the workpiece and the holding surface and further improve the workability . When the releasing member is formed from a copper foil or a metal foil containing a copper component, the releasing member is in face contact with the workpiece and the holding surface in a wide area, so that it is possible to transmit ultrasonic energy well from the horn. Therefore, even if the workpiece is a conductor obtained by bundling strands such as the electric wires which are difficult to transmit the ultrasonic energy from the horn, it is possible to transmit the ultrasonic energy to the workpiece well through the releasing member to perform connection processing.
Gemäß dem Ultraschallverbindungsverfahren mit einer Konfiguration gemäß Punkt (3), wird ein Kupferpulver oder ein Metallpulver, das eine Kupferkomponente enthält, als das Freigabeelement verwendet, daher ist es möglich, das Freigabeelement einfach an dem Werkstück oder der Haltefläche anzubringen oder dazwischen anzuordnen.According to the ultrasonic joining method having a configuration of item (3), a copper powder or a metal powder containing a copper component is used as the releasing member, therefore it is possible to easily attach or interpose the releasing member to the workpiece or the holding surface.
[Vorteile der Erfindung][Advantages of the invention]
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Ultraschallverbindungsverfahren zu schaffen, das die Produktivität verbessern kann, indem das Anhaften eines Werkstücks an einem Horn oder einen Ambosses bei niedrigen Kosten verhindert werden kann und die Verarbeitung stabil und mit hoher Qualität durchgeführt werden kann.According to the present invention, it is possible to provide an ultrasonic joining method which can improve productivity by preventing a workpiece from sticking to a horn or an anvil at a low cost and processing can be performed stably and with high quality.
Die vorliegende Erfindung wurde oben kurz beschrieben. Details der vorliegenden Erfindung werden weiter erläutert, indem ein Modus (im Folgenden als „Ausführungsform“ bezeichnet) zum Ausführen der nachstehend beschriebenen vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben wird.The present invention has been briefly described above. Details of the present invention will be further explained by describing a mode (hereinafter referred to as “embodiment”) for carrying out the present invention described below with reference to the accompanying figures.
FigurenlisteFigure list
-
1 ist eine perspektivische Ansicht eines an eine Anschlussklemme angeschlossenen elektrischen Drahtes, der einer Ultraschallverbindungsverarbeitung durch ein Ultraschallverbindungsverfahren gemäß einer Ausführungsform unterzogen wurde.1 13 is a perspective view of an electric wire connected to a terminal that has been subjected to ultrasonic connection processing by an ultrasonic connection method according to an embodiment. -
2 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Ultraschallverbindungsvorrichtung, die konfiguriert ist, um die Ultraschallverbindungsverarbeitung durch das Ultraschallverbindungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform durchzuführen.2 Fig. 13 is a schematic perspective view of an ultrasonic joining device configured to perform ultrasonic joining processing by the ultrasonic joining method according to the present embodiment. -
3 ist eine schematische Draufsicht auf die Ultraschallverbindungsvorrichtung, die konfiguriert ist, um die Ultraschallverbindungsverarbeitung durch das Ultraschallverbindungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform durchzuführen.3 Fig. 13 is a schematic plan view of the ultrasonic joining device configured to perform the ultrasonic joining processing by the ultrasonic joining method according to the present embodiment. -
4A bis4C sind schematische Seitenansichten, die Schritte des Ultraschallverbindungsverfahrens gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulichen.4A to4C are schematic side views illustrating steps of the ultrasonic joining method according to the present embodiment. -
5A und5B zeigen die Zugfestigkeit und die Freigabefestigkeit von Leitern, die durch unterschiedliche Ultraschallenergie verbunden wurden.5A ist ein Diagramm, das ein Messergebnis zeigt, wenn ein Freigabeelement verwendet wird, und 5B ist ein Diagramm, das ein Messergebnis zeigt, wenn kein Freigabeelement verwendet wird.5A and5B show the tensile strength and the release strength of conductors connected by different ultrasonic energy.5A FIG. 5 is a diagram showing a measurement result when a release element is used, and FIG. 5B is a diagram showing a measurement result when no release element is used.
[Methoden für die Durchführung der vorliegenden Erfindung][Methods for Carrying Out the Present Invention]
Eine spezielle Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.A specific embodiment according to the present invention will be described with reference to the figures.
Zunächst wird ein mit einer Anschlussklemme versehener elektrischer Draht, der einer Ultraschallverbindungsverarbeitung durch ein Ultraschallverbindungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterzogen wurde, beschrieben.First, an electric wire provided with a terminal that has been subjected to ultrasonic connection processing by an ultrasonic connection method according to the present embodiment will be described.
Wie in
Der Leiter
Die Anschlussklemme
Der elektrische Kabelverbindungsabschnitt
Wenn der Leiter
Bei dem Ultraschallverbindungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Produktivität und die Qualität durch Eliminieren einer Notwendigkeit für den Freigabevorgang (bzw. Lösevorgang) verbessert. Nachfolgend wird das Ultraschallverbindungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.In the ultrasonic joining method according to the present embodiment, productivity and quality are improved by eliminating a need for the releasing operation. The ultrasonic joining method according to the present embodiment will be described below.
Wie in den
Die Ultraschallverbindungsvorrichtung
Um die Ultraschallverbindungsverarbeitung durch die Ultraschallverbindungsvorrichtung
Als nächstes werden wie in
Nachdem das Freigabeelement
Danach wird der Amboss
Wie oben beschrieben, in dem Ultraschallverbindungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Leiter
Das Freigabeelement
Insbesondere wenn eine Kupferfolie oder eine Metallfolie, die eine Kupferkomponente enthält, als das Freigabeelement
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird eine Kupferfolie oder eine Metallfolie, die eine Kupferkomponente enthält, als das Freigabeelement
Hier wurden die Zugfestigkeit in einer axialen Richtung und die Freigabefestigkeit oder Ablösefestigkeit in einer Verbindungsrichtung für den Leiter
Wie in
Andererseits, wie in
Dementsprechend ist es bei Verwendung des Freigabeelements
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, und kann in geeigneter Weise modifiziert, verbessert, oder dergleichen werden. Zusätzlich sind das Material, die Form, die Größe, die Anzahl, die Anordnungsposition oder dergleichen jeder Komponente in der oben beschriebenen Ausführungsform optional und nicht beschränkend, solange die vorliegende Erfindung erreicht werden kann.The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified, improved, or the like as appropriate. In addition, the material, shape, size, number, arrangement position, or the like of each component in the above-described embodiment are optional and not restrictive as long as the present invention can be achieved.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist ein Fall beschrieben, in dem beide elektrischen Kabel
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird beispielhaft ein Fall beschrieben, in dem die Leiter
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird beispielhaft ein Fall beschrieben, in dem das aus einer Metallfolie gebildete Freigabeelement
Nachfolgend werden Eigenschaften des oben beschriebenen Ultraschallverbindungsverfahren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kurz unter den Punkte [1] bis [3] jeweils zusammengefasst:Properties of the above-described ultrasonic joining method according to the embodiment of the present invention are briefly summarized under items [1] to [3], respectively:
[1] Ultraschallverbindungsverfahren, aufweisend:
- Halten eines Werkstücks (eines Leiters
21 ), das Aluminium oder eine Aluminiumlegierung enthält, durch eine Haltefläche (P ) von jeweils einem Horn (61 ) und einem Amboss (62 ); und - Anlegen einer Ultraschallwelle vom Horn (
61 ), um eine Ultraschallverbindungsverarbeitung an dem Werkstück (dem Leiter21 ) durchzuführen, in dem - ein Freigabeelement (
H ), das Kupfer oder eine Kupferkomponente enthält, zumindest zwischen einem Teil des Werkstücks (dem Leiter21 ), das aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht, und der Haltefläche (P ) angeordnet ist, wenn das Werkstück (der Leiter21 )) von der Haltefläche (P ) gehalten wird.
- Holding a workpiece (a conductor
21st ), which contains aluminum or an aluminum alloy, through a holding surface (P ) of one horn each (61 ) and an anvil (62 ); and - Applying an ultrasonic wave from the horn (
61 ) to perform ultrasonic joint processing on the workpiece (the conductor21st ) in which - a release element (
H ) containing copper or a copper component, at least between part of the workpiece (the conductor21st ), which is made of aluminum or an aluminum alloy, and the holding surface (P ) is arranged when the workpiece (the conductor21st )) from the holding surface (P ) is held.
[2] Ultraschallverbindungsverfahren nach [1], in dem das Freigabeelement (
[3] Ultraschallverbindungsverfahren nach [1], in dem das Freigabeelement (
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11, 1311, 13
- Elektrische KabelElectric cables
- 1212
- AnschlussklemmeTerminal
- 2121st
- Leiter (Werkstück)Head (workpiece)
- 2222nd
- HülleShell
- 6060
- UltraschallverbindungsvorrichtungUltrasonic joining device
- 6161
- Hornhorn
- 6262
- Ambossanvil
- HH
- FreigabeelementRelease element
- PP
- HalteflächeHolding surface
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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