DE112011105814T5

DE112011105814T5 - Stromdiffusionsbondingvorrichtung und Stromdiffusionsbondingverfahren

Info

Publication number: DE112011105814T5
Application number: DE112011105814.4T
Authority: DE
Inventors: c/o ECO-A CO. LTD. Mizuno Yoshinobu; c/o ECO-A CO. LTD. Ito Makoto; c/o ECO-A CO. LTD. Ohama Kozo; c/o NIHON TECHNO CO. LTD. Kabasawa Hitoshi
Original assignee: ECO A CO; ECO-A Co Ltd
Current assignee: ECO A CO; ECO-A Co Ltd
Priority date: 2011-11-04
Filing date: 2011-11-04
Publication date: 2014-08-14
Also published as: WO2013065175A1; US9669488B2; US20140299582A1

Abstract

Beschrieben wird eine Stromdiffusionsbondingvorrichtung (1), die obere und untere Elektroden (11, 12), die zu bondende Elemente (M, M) dazwischenliegend anordnen und die mit den zu bondenden Elementen (M, M) elektrisch leitfähig sind; eine Leistungsversorgungseinheit (20), die einen Strom an die Elektroden (11, 12) liefert; und eine druckbeaufschlagende Einheit (30), die einen Druck an die Bondingoberflächen S anlegt, umfasst. Falls eine durch einen Temperatursensor (45) erfasste Temperatur T eine erste eingestellte Temperatur T1 oder niedriger ist, dann legt die druckbeaufschlagende Einheit (30) einen Druck an die Bondingoberflächen S an, während die Verschiebung der zu bondenden Elemente (M, M) eingeschränkt wird, und falls die Temperatur T die erste eingestellte Temperatur T1 überschreitet, dann legt die druckbeaufschlagende Einheit (30) einen Druck basierend auf der elastischen Kraft einer Feder (35d), die sich elastisch gemäß der Verschiebung der zu bondenden Elemente (M, M) verformt, an die Bondingoberflächen S an.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromdiffusionsbondingvorrichtung und ein Stromdiffusionsbondingverfahren.
Hintergrund der Technik
Bis jetzt war ein Stromdiffusionsbonding bekannt, um dadurch ein Bonding durch Erhitzen von Metallelementen innerhalb eines Festphasentemperaturbereiches auszuführen, um das Diffusionsphänomen von Atomen auszunutzen. Das Stromdiffusionsbonding ist zum Bonding der gleichen Art von Materialien oder von unterschiedlichen Typen von Materialien, die aus schwierig zu schweißenden Metallmaterialien bestehen, ideal geeignet.
Bei dem Stromdiffusionsbonding werden zu bondende Elemente, die zwischen Elektroden gehalten werden, und deren Bondingoberflächen, die unter einem Druck stehen, der durch einen druckbeaufschlagenden Mechanismus durch die Elektroden angelegt wird, durch Leiten eines Impulsstroms zwischen den Elektroden erhitzt. Dann wird innerhalb eines Festphasentemperaturbereichs der Schmelztemperatur oder weniger der zu bondenden Elemente das Bonding durch den engen Kontakt der Bondingoberflächen implementiert, was von der Erweichung und Verformung des Materials und des Festphasendiffusionphänomens berührt.
Falls irgendein geringer Spalt zwischen den Bondingoberflächen auftritt, dann entsteht ein fehlerhaftes Bonding. Um ein derartiges fehlerhaftes Bonding zu verhindern, werden die zu bondenden Elemente erhitzt, während sie einem hohen Druck unterworfen werden, der durch einen druckbeaufschlagenden Mechanismus angelegt wird. Wenn die Temperatur eines Basismaterials jedoch eine Erweichungs-Starttemperatur desselben überschreitet, entwickeln die zu bondenden Elemente eine Verformung, wie beispielsweise eine Verzerrung, eine Biegung oder eine Kompression aufgrund des angelegten Drucks.
Als eine Lösung offenbart das Patentdokument 1 eine Impulsstrombondingvorrichtung, die mit einem Drucksensor ausgestattet ist, der einen an zu bondende Elemente angelegten Druck erfasst und welcher eine Rückkopplungssteuerung einer Druckkraft, die durch die Materialien und Dimensionen der zu bondenden Elemente bestimmt wird, auf der Grundlage eines Erfassungswerts des Drucksensors durchführt. Genauer gesagt wird, um zu verhindern, dass der an die zu bondenden Elemente angelegte Druck aufgrund der thermischen Ausdehnung der zu bondenden Elemente zunimmt, die Druckkraft Rückkopplungs-gesteuert, so dass der Erfassungswert des Drucksensors konstant bleibt, nachdem der Durchgang eines Stroms gestartet wird (siehe insbesondere Absatz 0017 des Patentdokuments 1). Die Druckkraft wird durch Steuern eines elektrischen Motors gesteuert, der eine Kugelschraubeneinheit einer Druckvorrichtung antreibt.
Des Weiteren offenbart das Patentdokument 2 eine Strombondingvorrichtung, die ausgestattet ist mit einer Temperaturerfassungseinrichtung, die die Temperatur eines Bondteils erfasst, und einer Elementverschiebungsüberwachungseinheit, die zu bondende Elemente auf Verschiebung überwacht. In einem Zustand, in dem eine zeitliche Änderung der Temperatur des Bondteils positiv ist, falls erfasst wird, dass die Verschiebung der zu bondenden Elemente negativ ist, dann wird die druckbeaufschlagende Kraft verringert, die an die zu bondenden Elemente angelegt wird. Die Druckbeaufschlagung wird durch einen allgemein verwendeten Mechanismus durchgeführt, der von einer hydraulischen Art, pneumatischen Art, mechanischen Art oder dergleichen ist (siehe Absatz 0021 des Patentdokuments 2).
Referenzliste
Patentliteratur

Patentdokument 1: japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 2007-253240
Patentdokument 2: japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 2007-175740

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Die in dem oben erwähnten Patentdokument 1 offenbarte Impulsstrombondingvorrichtung stellte jedoch ein Problem dahingehend dar, dass die Druckkraft durch einen elektrischen Motor gesteuert wird, so dass es eine zeitliche Verzögerung geben wird, bis die Druckkraft als Reaktion auf einen Erfassungswert des Drucksensors geändert wird, was bewirkt, dass die zu bondenden Elemente während der zeitlichen Verzögerung verformt werden. Des Weiteren stellt die in dem oben erwähnten Patentdokument 2 offenbarte Impulsstrombondingvorrichtung ein Problem dahingehend dar, dass bei den zu bondenden Elementen zwangsläufig eine Druckverformung entsteht, da die druckbeaufschlagende Kraft verringert wird, nachdem die Elementverschiebungs-Überwachungseinheit erfasst, dass die Verschiebung der zu bondenden Elemente negativ geworden ist, d. h. nachdem die Elementverschiebungs-Überwachungseinheit erfasst, dass die Druckverformung stattgefunden hat.
Insbesondere in dem Fall, in dem zu bondenden Elemente dünnwandige Elemente sind, wie beispielsweise dünnwandige Rohre, werden die Elemente sofort in einem bedeutenden Ausmaß verformt. Mit der zunehmenden Umweltfreundlichkeit, die typischerweise durch die Popularität von elektrischen Fahrzeugen angegeben wird, hat es in den letzten Jahren eine zunehmende Nachfrage nach einem Bonding von dünnwandigen Elementen mit hoher Genauigkeit gegeben. Es wurden jedoch keine Maßnahmen zum Steuern der Verformung auf einige Dutzend Mikrometer oder weniger erzielt.
In Anbetracht der oben erwähnten Aspekte besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Stromdiffusionsbondingvorrichtung und ein Stromdiffusionsbondingverfahren bereitzustellen, die es möglich machen, mit hoher Genauigkeit zu bondende Elemente zu bonden, die aus dünnwandigen Rohrmaterialien oder dergleichen bestehen.
Lösung des Problems
Eine Stromdiffusionsbondingvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Stromdiffusionsbondingvorrichtung, die eine Mehrzahl von zu bondenden Elemente, deren Bondingoberflächen aneinander angrenzen, durch den Durchgang eines Stroms durch die zu bondenden Elemente bondet, umfassend: eine Mehrzahl von Elektroden, die die Mehrzahl der zu bondenden Elemente dazwischenliegend anordnen und die mit der Mehrzahl der zu bondenden Elemente elektrisch leitfähig sind; eine Leistungsversorgungseinheit, die einen Strom an die Mehrzahl der Elektroden liefert; eine erste druckbeaufschlagende Einheit, die einen Druck an die Bondingoberflächen anlegt, während eine Verschiebung in einer Richtung der Ausdehnung relativ zu einer Richtung der dazwischenliegenden Anordnung der Mehrzahl der zu bondenden Elemente eingeschränkt wird, die durch die Mehrzahl der Elektroden dazwischenliegend angeordnet sind; eine zweite druckbeaufschlagende Einheit, die einen Druck basierend auf einer elastischen Kraft eines elastischen Elements, das sich elastisch verformt gemäß einer Verschiebung in der Richtung der Ausdehnung relativ zu einer Richtung der dazwischenliegenden Anordnung der Mehrzahl der zu bondenden Elemente, die durch die Mehrzahl der Elektroden dazwischenliegend angeordnet sind, an die Bondingoberflächen durch die Mehrzahl der Elektroden anlegt; und eine Druckbeaufschlagungsauswahleinheit, die entweder die erste oder die zweite druckbeaufschlagende Einheit auswählt, um einen Druck an die Bondingoberflächen anzulegen.
Die Stromdiffusionsbondingvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die ersten und zweiten druckbeaufschlagenden Einheiten und die Druckbeaufschlagungsauswahleinheit, die eine der druckbeaufschlagenden Einheiten auswählt, um einen Druck an die Bondingoberflächen anzulegen, auf. Die erste druckbeaufschlagende Einheit legt einen Druck an, während die Verschiebung der zu bondenden Elemente eingeschränkt wird, so dass ein hoher Druck an die Bondingoberflächen angelegt wird. Folglich kann ein hoher Druck an die Bondingoberflächen durch die erste druckbeaufschlagende Einheit in dem Fall angelegt werden, in dem die Bondingoberflächen in engen Kontakt beispielsweise zu der Zeit gebracht wurden, wenn der Durchgang eines Stroms gestartet wird.
Andererseits ist die zweite druckbeaufschlagende Einheit angepasst, einen Druck basierend auf der elastischen Kraft des elastischen Elements anzulegen, das sich gemäß der Verschiebung der zu bondenden Elemente elastisch verformt, so dass der an die Bondingoberflächen angelegte Druck nicht signifikant geändert wird, sogar wenn die zu bondenden Elemente durch den Durchgang eines Stroms an die Elektroden von der Leistungsversorgungseinheit erhitzt und thermisch ausgedehnt werden. In dem Fall, in dem es nicht wünschenswert ist, einen unangemssenen Druck an die Bondingoberflächen anzulegen, wenn sich beispielsweise die Temperatur der zu bondenden Elemente einer Erweichungs-Starttemperatur nähert, kann folglich ein relativ niedriger Druck an die Bondingoberflächen durch die zweite druckbeaufschlagende Einheit angelegt werden.
Obwohl sich das elastische Element elastisch verformt, wenn sich die zu bondenden Elemente thermisch ausdehnen, ist eine Änderung der elastischen Kraft aufgrund der Verformung extrem klein. Demgemäß bleibt der durch die zweite druckbeaufschlagende Einheit an die Bondingoberflächen angelegte Druck im Wesentlichen konstant unabhängig von der thermischen Ausdehnung der zu bondenden Elemente. Im Gegensatz zu den in den Patentdokumenten 1 und 2 offenbarten Vorrichtungen wird es daher keine Gefahr geben, dass ein unangemessener Druck angelegt wird. Dies macht es möglich, mit hoher Genauigkeit zu bondende Elemente zu bonden, die beispielsweise aus dünnwandigen Rohrmaterialien bestehen.
Des Weiteren wählt die Druckbeaufschlagungsauswahleinheit entweder die erste oder die zweite druckbeaufschlagende Einheit aus, um einen Druck durch Berücksichtigen der Charakteristiken des Drucks anzulegen, der durch jede der ersten und zweiten druckbeaufschlagenden Einheiten angelegt wird, womit es möglich gemacht wird, einen Druck anzulegen, der für die Bedingungen der Elemente geeignet ist, die an den Bondingoberflächen gebondet werden sollen.
Des Weiteren wird die Stromdiffusionsbondingvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise mit einem Temperatursensor ausgestattet, der die Temperatur der nahen Umgebung der Bondingoberflächen der Mehrzahl der zu bondenden Elemente erfasst, und die Druckbeaufschlagungsauswahleinheit legt einen Druck an die Bondingoberflächen entweder durch die erste oder die zweite druckbeaufschlagende Einheit gemäß der durch den Temperatursensor erfassten Temperatur an.
In diesem Fall ist die Druckbeaufschlagungsauswahleinheit imstande, von der ersten druckbeaufschlagenden Einheit auf die zweite druckbeaufschlagende Einheit umzuschalten, um einen Druck an die Bondingoberflächen anzulegen, wenn die durch den Temperatursensor erfasste Temperatur eine voreingestellte Temperatur überschreitet, z. B. eine Temperatur, die um eine vorbestimmte Temperatur niedriger als die Erweichungs-Starttemperatur der zu bondenden Elemente ist. Dies ermöglicht ein erfolgreiches Bonding, ohne dass die Verformung der zu bondenden Elemente verursacht wird.
Die Druckbeaufschlagungsauswahleinheit kann angepasst sein, um von der ersten druckbeaufschlagenden Einheit auf die zweite druckbeaufschlagende Einheit gemäß einer von der Temperatur unterschiedlichen Bedingung umzuschalten, wie beispielsweise einer Bedingung, bei der die erste druckbeaufschlagenden Einheit auf die zweite druckbeaufschlagende Einheit umgeschaltet wird, wenn eine voreingestellte Zeit von dem Start des Durchganges eines Stroms an die Elektroden abgelaufen ist, oder einer Bedingung, die von der Temperatur verschieden ist. Des Weiteren kann die Druckbeaufschlagungsauswahleinheit angepasst sein, um von der zweiten druckbeaufschlagenden Einheit auf die erste druckbeaufschlagende Einheit umzuschalten, wenn beispielsweise der Betrag der Verschiebung der zu bondenden Elemente einen voreingestellten Betrag überschreitet.
Des Weiteren legt in der Stromdiffusionsbondingvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise die erste druckbeaufschlagende Einheit einen Druck an die Bondingoberflächen an, während die Positionen der Elemente eingeschränkt werden, an denen die Elektroden befestigt sind, und die zweite druckbeaufschlagende Einheit legt einen Druck an die Bondingoberflächen an, während die elastische Kraft des elastischen Elements an die Elemente angelegt wird.
In diesem Fall können die ersten und zweiten druckbeaufschlagenden Einheiten ohne weiteres so aufgebaut sein, dass sie kompakt sind.
Das Stromdiffusionsbondingverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Stromdiffusionsbondingverfahren für ein Bonding einer Mehrzahl von zu bondenden Elementen, deren Bondingoberflächen aneinander angrenzen, durch den Durchgang eines Stroms durch die zu bondenden Elemente, das die folgenden Schritte umfasst: Einschränken einer Verschiebung in einer ausdehnenden Richtung relativ zu einer Richtung, in der die Mehrzahl der zu bondenden Elemente dazwischenliegend angeordnet sind, Anlegen eines Drucks an die Bondingoberflächen, um die zu bondenden Elemente zwischen der Mehrzahl von Elektroden liegend anzuordnen, die mit der Mehrzahl der zu bondenden Elemente elektrisch leitfähig sind; Liefern eines Stroms an die Mehrzahl der Elektroden; und danach Löschen der Einschränkung auf die Verschiebung der Mehrzahl der zu bondenden Elemente und Anlegen eines Drucks, der auf einer elastischen Kraft eines elastischen Elements basiert, das sich elastisch verformt gemäß einer Verschiebung in der Richtung der Ausdehnung relativ zu einer Richtung, in der die Mehrzahl der zu bondenden Elemente durch die Mehrzahl der Elektroden dazwischenliegend angeordnet sind, an die Bondingoberflächen durch die Mehrzahl der Elektroden.
Gemäß dem Stromdiffusionsbondingverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird zuerst ein Druck an die Bondingoberflächen angelegt, während die Verschiebung der zu bondenden Elemente eingeschränkt wird. Somit können die Bondingoberflächen durch Anlegen eines hohen Drucks an die Bondingoberflächen in engen Kontakt gebracht werden.
Dann wird danach ein Druck basierend auf der elastischen Kraft des elastischen Elements, das sich gemäß der Verschiebung der zu bondenden Elemente elastisch verformt, an die Bondingoberflächen angelegt. Das elastische Element verformt sich elastisch gemäß der thermischen Ausdehnung der zu bondenden Elemente. Eine durch die Verformung verursachte Änderung der elastischen Kraft ist jedoch extrem klein, so dass der an die Bondingoberflächen angelegte Druck unabhängig von der thermischen Ausdehnung der zu bondenden Elemente im Wesentlichen konstant bleibt. Somit wird im Gegensatz zu den in den oben erwähnten Patendokumenten 1 und 2 offenbarten Verfahren die Möglichkeit beseitigt, dass ein unangemessener Druck angelegt wird. Folglich kann, selbst wenn die zu bondenden Elemente aus dünnwandigen Rohrmaterialien oder dergleichen bestehen, ein hochgenaues Bonding erreicht werden.
Des Weiteren wird vorzugsweise in dem Stromdiffusionsbondingverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, falls die Temperatur der nahen Umgebung der Bondingoberflächen der Mehrzahl der zu bondenden Elemente eine voreingestellte Temperatur überschreitet, die Einschränkung auf die Verschiebung der Mehrzahl der zu bondenden Elemente gelöscht, und der Druck basierend auf der elastischen Kraft des elastischen Elements wird an die Bondingoberflächen durch die Mehrzahl der Elektroden angelegt..
In diesem Fall wird die Einschränkung auf die Verschiebung der zu bondenden Elemente gelöscht, falls die voreingestellte Temperatur, wie beispielsweise eine Temperatur, die um eine vorbestimmte Temperatur niedriger als die Erweichungs-Starttemperatur der zu bondenden Elemente ist, überschritten wird, wodurch verhindert wird, dass ein unangemessener Druck an die zu bondenden Elemente angelegt wird. Dies ermöglicht ein erfolgreiches Bonding, ohne dass die Verformung der zu bondenden Elemente verursacht wird.
Die Umschaltbedingung des Drucks, der an die zu bondenden Elemente anzulegen ist, ist nicht auf die Temperaturbedingung begrenzt, wie beispielsweise, wenn die Temperatur der nahen Umgebung der Bondingoberflächen eine voreingestellte Temperatur überschreitet. Beispielsweise kann das Umschalten gemäß einer von der Temperaturbedingung verschiedenen Bedingung implementiert werden, wie beispielsweise, wenn die voreingestellte Zeit von dem Start des Durchgangs eines Stroms zu den Elektroden abläuft, oder gemäß einer Bedingung, die eine von der Temperaturbedingung verschiedene Bedingung umfasst. Ferner kann die Bedingung eine Bedingung umfassen, gemäß der das Umschalten durchgeführt wird, wenn beispielsweise der Betrag der Verschiebung der zu bondenden Elemente einen voreingestellten Betrag überschreitet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Vorderansicht einer Stromdiffusionsbondingvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine vergrößerte Ansicht, die die Umgebung einer druckbeaufschlagenden Einheit in 1 veranschaulicht.
3 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuersystem der Stromdiffusionsbondingvorrichtung veranschaulicht.
4 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Stromdiffusionsbondingverfahren gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
5 ist eine graphische Darstellung, die zeitliche Änderungen der Temperatur eines Bondteils und des Drucks in dem Stromdiffusionsbondingverfahren veranschaulicht.
6 ist eine Seitenansicht einer Stromdiffusionsbondingvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine vergrößerte Vorderansicht, die die Umgebung einer Elektrodeneinheit einer Stromdiffusionsbondingvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Stromdiffusionsbondingverfahren gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden wird eine Stromdiffusionsbondingvorrichtung 1 beschrieben, welche eine erste Ausführungsform der Erfindung ist.
In Bezug auf 1 bis 3 bondet die Stromdiffusionsbondingvorrichtung 1 die anliegenden Teile einer Mehrzahl von (in diesem Fall zwei) zu bondenden Elementen M und M, die in einem angrenzenden Zustand sind. Die Stromdiffusionsbondingvorrichtung 1 umfasst eine Elektrodeneinheit 10, eine Leistungsversorgungseinheit 20, eine druckbeaufschlagende Einheit 30, eine unterdruckerzeugende Einheit 40 und eine Steuereinheit 50. Die Einheiten 10 bis 50 sind auf einem Chassis 60 angebracht.
Es gibt keine besonderen Beschränkungen hinsichtlich des Materials, der Form und dergleichen der zu bondenden Elemente M und M, insoweit als diese elektrisch mit Energie versorgt werden können. Das Material der zu bondenden Elemente M kann ein Metallmaterial, z. B. ein Stahlmaterial, wie beispielsweise rostfreier Stahl, ein Einzelelement-Nichteisenmetall, wie beispielsweise Kupfer, Aluminium oder Zink, oder verschiedene Arten von Legierungen, die Aluminium, Nickel, Chrom, Titan oder Kupfer enthalten, oder ein Nichtmetallmaterial, wie beispielsweise Keramiken, Halbleiter oder Einkristallmaterialien, die elektrische Hochtemperatur-Leitfähigkeiten aufweisen, sein. Die zu bondenden Elemente M und M können das gleiche Material oder unterschiedliche Materialien verwenden.
Die zu bondenden Elemente M können beispielsweise wie Rohre, Massen, dicke Platten oder dünne Platten geformt sein, oder können mit einer hinzugefügten beliebigen Bearbeitung, wie beispielsweise Einstechen oder Bohren, bereitgestellt werden. Bondingoberflächen S sind vorzugsweise flach. Die Bondingoberflächen S können jedoch alternativ gekrümmte Oberflächen sein, wie beispielsweise gekrümmte Oberflächen, die die gleiche Krümmung aufweisen, solange wie kein Spalt dazwischen gebildet wird. Des Weiteren sind die Bondingoberflächen S vorzugsweise Spiegeloberflächen, sie können jedoch raue Oberflächen sein. Drei oder mehr zu bondende Elemente können in Reihe angeordnet sein, und die einzelnen zu bondenden Elemente können gebondet werden. Ferner kann ein Positionerungsstift oder dergleichen verwendet werden, um die zu bondenden Elementen zu positionieren.
Die Elektrodeneinheit 10 ist aus einem Paar von oberen und unteren Elektroden 11 und 12 gebildet. Die obere Elektrode 11 in der vorliegenden Ausführungsform besteht aus einer kolumnaren oberen Stromelektrode 11a, die aus Kupfer, Molybdän, Wolfram oder dergleichen hergestellt ist, und einem Widerstandselement 11b, das an dem Unterteil der oberen Stromelektrode 11a befestigt ist. Das Oberteil der oberen Stromelektrode 11a ist an einer Oberplatte 61 des Chassis 60 durch die Zwischenschaltung eines Isolators 13 befestigt.
Die untere Elektrode 12 in der vorliegenden Ausführungsform besteht aus einer kolumnaren unteren Stromelektrode 12a, die aus Kupfer, Molybdän, Wolfram oder dergleichen hergestellt ist, und einem Widerstandselement 12b, das an dem Oberteil der unteren Stromelektrode 12a befestigt ist. Das Unterteil der unteren Stromelektrode 12a ist durch die Zwischenschaltung eines Isolators 14 an einem bewegbaren Tisch 31 befestigt, der hier nachstehend erläutert wird.
Die Widerstandselemente 11b und 12b sind aus einem Material gebildet, wie beispielsweise einem Kohlenstoffverbundstoff, Siliziumcarbid oder rostfreien Stahl, welches Wärme erzeugt, wenn Energie zugeführt wird.
Die oberen und unteren Elektroden 11 und 12 sind derart angeordnet, dass die Achslinien derselben kollinear sind, wobei die zu bondenden Elemente M und M dazwischenliegend angeordnet werden. Des Weiteren sind die oberen und unteren Stromelektroden 11a und 12a jeweils mit der Leistungsversorgungseinheit 20 durch Kabel (nicht gezeigt) verbunden und so aufgebaut, dass sie elektrisch mit Energie versorgt werden können. Die Bondingoberflächen S können durch Leiten eines Stroms durch die oberen und die unteren Stromelektroden 11a und 12a direkt erhitzt werden, wobei die zu bondenden Elemente M und M zwischen den Widerstandselementen 11b und 12b gehalten werden, und die gesamten zu bondenden Elemente M und M können gleichmäßig erhitzt werden, wodurch ein kontinuierliches Bonding in dem gleichen Prozess erzielt werden kann.
Jede der oberen und der unteren Stromelektroden 11a und 12a ist aufgebaut, um durch ein Kühlfluidum kühlbar zu sein, wie beispielsweise reines Wasser oder Leitungswasser, welches durch einen Kühlmechanismus (nicht gezeigt) zirkuliert wird.
Die Leistungsversorgungseinheit 20 in der vorliegenden Ausführungsform ist eine Inverter-gesteuerte Impuls-Leistungsversorgung. Die Leistungsversorgungseinheit 20 ist mit einem Inverter ausgestattet, der Gleichrichterschaltungen, Dioden und Thyristoren aufweist und derart aufgebaut ist, dass Impulscharakteristik-Einstellfaktoren, einschließlich des Impulswellenverlaufs, der Impulsbreite, des Impulsintervalls, des Stroms, und der Spannung eines zu erzeugenden Impulses, durch die Steuereinheit 50 geändert werden können. Als die Leistungsversorgungseinheit 20 kann eine massengefertigte handelsüblich verfügbare Inverter-Leistungsversorgungseinheit verwendet werden.
Die druckbeaufschlagende Einheit 30 besteht aus einem bewegbaren Tisch 31, an dem die untere Stromelektrode 12a befestigt ist, einer druckbeaufschlagenden Platte 32 zum Übertragen eines Drucks an den bewegbaren Tisch 31, einer Antriebsquelle 33 zum Antreiben der druckbeaufschlagenden Platte 32, einem Kugelschraubenmechanismus 34, der die Antriebskraft der Antriebsquelle 33 überträgt, um die druckbeaufschlagende Platte 32 nach oben und nach unten zu bewegen, und einem Druckbeaufschlagungsregler 35, der den Druck einstellt, der von der druckbeaufschlagenden Platte 32 zu dem bewegbaren Tisch 31 übertragen wird.
Der bewegbare Tisch 31 weist Lager (Buchsen) 31a an den vier Ecken desselben auf und ist aufgebaut, um senkrecht relativ zu den vier Führungsstäben 64 verschiebbar zu sein, die eine obere Platte 62 und eine untere Platte 63 des Chassis 60 durch die Zwischenschaltung der Lager 31a senkrecht verbinden. Der bewegbare Tisch 31 entspricht einem Element in der vorliegenden Erfindung.
Die druckbeaufschlagende Platte 32 weist Lager (Buchsen) 31a an den vier Ecken derselben auf und ist aufgebaut, um relativ zu den vier Führungsstäben 64 durch die Zwischenschaltung der Lager 32a senkrecht verschiebbar zu sein. Die druckbeaufschlagende Platte 32 ist unter dem bewegbaren Tisch 31 durch die Zwischenschaltung des Druckbeaufschlagungsreglers 35 positioniert.
Die Antriebsquelle 33 in der vorliegenden Ausführungsform ist ein Servomotor, der mit einem Untersetzungsgetriebe ausgestattet ist. Der Servomotor 33 ist mit einem Encoder 33a ausgestattet und an einem unteren Teil des Chassis 60 durch ein öffentlich bekanntes Befestigungsmittel (nicht gezeigt) befestigt.
Der Kugelschraubenmechanismus 34 besteht aus einem Gewindeschaft 34a, der sich in der senkrechten Richtung erstreckt und eine Gewindenut in der äußeren peripheren Oberfläche desselben aufweist, einer Nut 34b, die an dem unteren Teil der druckbeaufschlagenden Platte 32 befestigt ist und eine Gewindenut aufweist, die in der inneren peripheren Oberfläche ausgebildet ist, und einer Mehrzahl von Kugeln 34c, die zwischen den oben erwähnten Gewindenuten platziert sind. Der Gewindeschaft 34a ist mit dem sich drehenden Schaft des Servomotors 33 durch das Untersetzungsgetriebe verbunden. Wenn der Servomotor 33 drehbar angetrieben wird, dreht sich der Gewindeschaft 34a, was die Nut 34b und folglich die druckbeaufschlagende Platte 32 veranlasst, sich relativ in Bezug auf den Gewindeschaft 34a nach oben oder nach unten zu bewegen.
Der Druckbeaufschlagungsregler 35 besteht aus einer Basis 35a, die einen passenden konkaven Abschnitt aufweist, der zu einem konvexen Abschnitt passt, der an der oberen Mitte der druckbeaufschlagenden Platte 32 ausgebildet ist, einer Federstange 35b, die an der Basis 35a durch den Gewindeabschnitt desselben befestigt ist, der in ein Gewindeloch geschraubt ist, das in der Basis 35a ausgebildet ist, einem Federblock 35c, der auf dem Schaft der Federstange 53b derart eingesetzt ist, dass der Federblock 35c für eine vorbestimmte Distanz zwischen der oberen Oberfläche der Basis 35a und der unteren Oberfläche der oberen Backe der Federstange 35b senkrecht verschiebbar ist, und einer Feder 35d, die angeordnet ist, indem sie komprimierbar zwischen der oberen Oberfläche der Basis 35a und der unteren Oberfläche der oberen Backe des Federblocks 35c angeordnet ist und welche auf den unteren Hauptkörper des Federblocks 35c extern eingesetzt ist.
Die Feder 35d entspricht einem elastischen Element in der vorliegenden Erfindung. Für die Feder 35d wird eine Spulenfeder in der vorliegenden Ausführungsform verwendet, wobei sie jedoch alternativ eine unterschiedliche Art von Feder sein kann. Die oberen und unteren Elektroden 11 und 12, der Kugelschraubenmechanismus 34 und der Druckbeaufschlagungsregler 35 sind derart angeordnet, dass die Achslinien derselben kollinear sind. Die Basis 35a, die Federstange 35b und der Federblock 35c sind aus einem harten Material, wie beispielsweise einem Metall, gebildet.
Ein dazwischengeschalteter Block 36, der aus einem harten Material, wie beispielsweise einem Metall, hergestellt ist, grenzt gegen die obere Oberfläche des Federblocks 35c an. Der dazwischengeschaltete Block 36 ist an der unteren Oberfläche des bewegbaren Tisches 31 durch die Zwischenschaltung eines Drucksensors 37 befestigt. Der Drucksensor 37 ist beispielsweise eine Einachsenlastzelle, die den Druck in der senkrechten Richtung misst. Der Drucksensor 37 kann alternativ einen Mehrachsendrucksensor verwenden. Der an die Bondingoberflächen S angelegte Druck kann durch den Drucksensor 37 indirekt erfasst werden.
Der Druckbeaufschlagungsregler 35 wird gemäß den zu bondenden Elementen M und M geändert. Ein Sensor (nicht gezeigt), der die Anwesenheit des Druckbeaufschlagungsreglers 35 erfasst, wird vorzugsweise bereitgestellt.
Die drehende Antriebskraft des Servomotors 33 wird in eine senkrechte Antriebskraft durch den Kugelschraubenmechanismus 34 umgewandelt, was die druckbeaufschlagende Platte 32 veranlasst, sich nach oben zu bewegen. Zu dieser Zeit wird in einem Zustand, in dem die druckbeaufschlagende Platte 32 in einem Maß angestiegen ist, in dem die volle Federlänge der Feder 35d auf eine volle Länge L des unteren Hauptkörpers des Federblocks 35c komprimiert ist, die druckbeaufschlagende Kraft der druckbeaufschlagenden Platte 32 durch die Zwischenschaltung der Basis 35a, des Federblocks 35c und des dazwischengeschalteten Blocks 36 an den bewegbaren Tisch 31, ohne verringert zu werden, übertragen.
Wenn der Antrieb des Servomotors 33 zum Stillstand gekommen ist, werden die Position der druckbeaufschlagenden Platte 32 und folglich die Position des bewegbaren Tisches 31 danach beibehalten. Zu dieser Zeit legt die druckbeaufschlagende Einheit 30 einen Druck an die Bondingoberflächen S an, während die Verschiebung der zu bondenden Elemente M und M eingeschränkt wird, wobei sie als eine erste druckbeaufschlagende Einheit in der vorliegenden Erfindung arbeitet. Der durch die druckbeaufschlagende Einheit 30, die als die erste druckbeaufschlagende Einheit arbeitet, angelegte Druck liegt beispielsweise in einem Bereich von 5.000 N bis 10.000 N abhängig von den zu bondenden Elementen M.
Derweil wird in einem Zustand, in dem die volle Federlänge der Feder 35d länger als die volle Länge L des unteren Hauptkörpers des Federblocks 35c ist, ein Druck, der der Gleiche wie eine Vorspannkraft (elastische Kraft) der Feder 35d ist, an den bewegbaren Tisch 31 durch die Zwischenschaltung des Federblocks 35c und des dazwischengeschalteten Blocks 36 angelegt. Zu dieser Zeit legt die druckbeaufschlagende Einheit 30 einen Druck basierend auf der Vorspannkraft der Feder 35d an die Bondingoberflächen S an, wobei sie als eine zweite druckbeaufschlagende Einheit in der vorliegenden Erfindung arbeitet. Der Druck, der durch die druckbeaufschlagende Einheit 30 angelegt wird, die als die zweite druckbeaufschlagende Einheit arbeitet, liegt beispielweise in einem Bereich von dutzenden von N bis einigen hundert N abhängig von den zu bondenden Elementen M.
Ein Positionssensor 38, der die Position des bewegbaren Tisches 31 erfasst, ist auf einem Träger 65 des Chassis 60 installiert. Der Positionssensor 38 ist beispielsweise ein magnetischer Linearmaßstab (linearer Encoder) und ist angepasst, um die senkrechte Position des bewegbaren Tisches 31 zu erfassen.
Jeder der Führungsstäbe 64 weist eine Haltevorrichtung 66 auf, die zwischen dem bewegbaren Tisch 31 und der druckbeaufschlagenden Platte 32 befestigt ist, um den bewegbaren Tisch 31 daran zu hindern, sich nach unten über eine vorbestimmte Position hinaus zu bewegen. In der vorliegenden Ausführungsform kommt ein Lager 31a in Kontakt mit der Haltevorrichtung 66, um dadurch den bewegbaren Tisch 31 daran zu hindern, sich weiter nach unten zu bewegen. Der Druckbeaufschlagungsregler 35 kann durch Einschränken des Abstiegs des bewegbaren Tisches 31 ersetzt werden, der sich zusammen mit der druckbeaufschlagenden Platte 32 nach unten bewegt.
Die unterdruckerzeugende Einheit 40 wandelt den Teil, der mindestens die Bondingoberflächen S der zu bondenden Elemente M und M umfasst, in eine Unterdruckatmosphäre um. Dies hemmt die Erzeugung eines Oxidfilms auf den Bondingoberflächen S, womit ein einfacheres und robustes Bonding erzielt wird. Die unterdruckerzeugende Einheit 40 in der vorliegenden Ausführungsform besteht aus einer Kammer 41, die sämtliche der zu bondenden Elemente M und M umgibt, einer unterdruckerzeugenden Einheit 42, die das Innere der Kammer 41 unter Unterdruck setzt, und einem Unterdruckschalter 43, der einen Unterdruckzustand in der Kammer 41 schaltet.
Die unterdruckerzeugende Vorrichtung 42 ist beispielsweise eine Unterdruckpumpe, die ein Gas aus der Kammer 41 durch eine Ansaug- und Absaugleitung (nicht gezeigt) absaugt. Der Unterdruckschalter 43 ist beispielsweise eine Gasversorgungpumpe, die ein Gas in die Kammer 41 durch die Ansaug- und Absaugleitung zuführt. Der Unterdruckschalter 43 kann alternativ ein Ventil oder dergleichen sein, das in der Ansaug- und Absaugleitung bereitgestellt wird, um Außenluft in die Kammer 41 einzuführen.
Ein Unterdrucksensor 44 vom Pirani-Typ oder dergleichen ist an der Kammer 41 installiert, um das Ausmaß des Unterdrucks (Druck) in der Kammer 41 zu erfassen. Des Weiteren ist ein Temperatursensor 45 zum Erfassen der Temperatur der nahen Umgebung der Bondingoberflächen S der zu bondenden Elemente M und M, die in der Kammer 41 platziert sind, außerhalb eines Guckfensters auf der Seitenoberfläche der Kammer 41 installiert. Der Temperatursensor 45 in der vorliegenden Ausführungsform ist von einer Nichtkontaktart, wie beispielsweise ein Infrarotthermometer. Der Temperatursensor 45 kann alternativ ein Sensor der Kontaktart sein, wie beispielsweise ein Thermoelement, welches eine Temperatur durch Kontakt mit der nahen Umgebung der Bondingoberflächen S der zu bondenden Elemente misst, oder kann eine Nichtkontaktart und eine Kontaktart kombinieren.
Obwohl nicht gezeigt, wird eine Tür, um die zu bondenden Elemente M und M hinein zu stellen oder heraus zu nehmen, auf der Vorderseite der Kammer 41 bereitgestellt. Anstatt der unterdruckerzeugenden Einheit 40 kann eine Einheit zum Erzeugen einer Inertgasatmosphäre aus Stickstoff, Argon oder dergleichen in der Kammer 41 verwendet werden.
Die Steuereinheit 50 besteht aus einer CPU, einem ROM, einem RAM, E/A und dergleichen, und ein Betriebsabschnitt 51 und ein Anzeigeabschnitt 52 sind mit der Steuereinheit 50 elektrisch verbunden. Der Betriebsabschnitt 51 in der vorliegenden Ausführungsform besteht hauptsächlich aus verschiedenartigen Betriebsschaltern einschließlich eines Aktivierungsschalters, eines Startschalters und eines Eingabefelds, das aus einem Berührungsfeld (touch panel) oder dergleichen gebildet ist. Die Information, die durch den Betriebsabschnitt 51 eingegeben wird, wird an die Steuereinheit 50 übertragen.
Die Steuereinheit 50 empfängt Erfassungssignale von dem Encoder 33a, dem Drucksensor 37, dem Positionssensor 38, dem Unterdrucksensor 44 und dem Temperatursensor 45. Basierend auf den Erfassungssignalen, der durch den Betriebsabschnitt 51 eingegebenen Information und Steuerinformation, wie beispielsweise einem eingestellten Druck P1, einer ersten eingestellten Temperatur T1 und einer zweiten eingestellten Temperatur T2, die in einem Speicher des Betriebsabschnitts 51 gespeichert sind, gibt die Steuereinheit 50 Steuersignale an die Leistungsversorgungseinheit 20, den Servomotor 33, die unterdruckerzeugende Vorrichtung 42 und den Unterdruckschalter 43 aus. Die Steuereinheit 50 entspricht einer Druckbeaufschlagungsauswahleinheit in der vorliegenden Erfindung.
Der Temperatursensor 45 gibt ein AUS-Signal, um die Leistung auszuschalten, direkt an die Leistungsversorgungseinheit 20 aus, wenn eine Erfassungstemperatur eine gewünschte Temperatur überschreitet. Der Temperatursensor 45 gibt ebenfalls ein AUS-Signal zum Abschalten des Stroms direkt an die Leistungsversorgungseinheit 20 aus, wenn eine Erfassungstemperatur unter die gewünschte Temperatur abfällt. Somit gibt der Temperatursensor 45 die Signale direkt an die Leistungsversorgungseinheit 20 ohne die Zwischenschaltung der Steuereinheit 50 aus, womit es möglich gemacht wird, die Temperatur der nahen Umgebung der Bondingoberflächen S der zu bondenden Elemente M und M prompt auf die gewünschte Temperatur zurückzustellen. Folglich wird die Temperatur der nahen Umgebung der Bondingoberflächen S der zu bondenden Elemente M und M immer auf der gewünschten Temperatur gehalten.
Des Weiteren ist der Anzeigeabschnitt 52 elektrisch mit der Steuereinheit 50 verbunden. Der Anzeigeabschnitt 52 in der vorliegenden Ausführungsform ist aus einem digitalen Anzeigefeld, einer Lampe und dergleichen zusammengesetzt. Der Anzeigeabschnitt 52 empfängt eine Eingabe an die Steuereinheit 50 oder empfängt von der Steuereinheit 50 Information basierend auf einem arithmetischen Ergebnis, das von der Steuereinheit 50 bereitgestellt wird, und zeigt die Eingabe und die Information an.
In Bezug nun auf 4 und 5 wird die Verarbeitung zum Durchführen des Stromdiffusionsbondingverfahrens gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch Verwenden der oben beschriebenen Stromdiffusionsbondingvorrichtung erläutert. Die nachstehend beschriebene Verarbeitung von S4 bis S12 wird von der Steuereinheit 50 durchgeführt.
Als erstes stellt ein Bediener den Druckbeaufschlagungsregler 35 ein, der für die zu bondenden Elemente M und M geeignet ist (S1). Dann stellt der Bediener die zu bondenden Elemente M und M zwischen den oberen und den unteren Elektroden 11 und 12 ein (S2). Zu dieser Zeit kann ein Positionierungsstift oder dergleichen verwendet werden, um dabei zu helfen, die zu bondenden Elemente M und M dazwischenliegend anzuordnen. Dann schließt der Bediener die Tür (nicht gezeigt) der Kammer 41.
Wenn der Bediener den Startschalter des Betriebsabschnitts 51 anschaltet (JA bei S3), wird der Servomotor 33 angetrieben, um die volle Federlänge der Feder 35d auf die volle Länge L des unteren Hauptkörpers des Federblocks 35c zu komprimieren und um die druckbeaufschlagende Platte 32 und infolgedessen den bewegbaren Tisch 31 anzuheben (S4), bis ein durch den Drucksensor 37 erfasster Druck P einen vorbestimmten voreingestellten Druck P1 überschreitet (JA bei S5). Dies bewirkt, dass ein vorbestimmter hoher Druck an die zu bondenden Elemente M und M durch den bewegbaren Tisch 31 angelegt wird, wodurch die Bondingoberflächen S in engen Kontakt gebracht werden. Der Servomotor 33 ist Rückkopplungsgesteuert durch Bezugnahme auf ein Erfassungssignal von dem Encoder 33a.
Anschließend wird die unterdruckerzeugende Vorrichtung 42 gestartet. Wenn das Ausmaß des Unterdrucks in der Kammer 41, der durch den Unterdrucksensor 44 erfasst wird, einen vorbestimmten Wert erreicht, wird die unterdruckerzeugende Vorrichtung 42 angehalten. Somit ist das Innere der Kammer 41 unter Unterdruck gesetzt (S6).
Während ein Zustand aufrechterhalten wird, in dem ein vorbestimmter Druck an die zu bondenden Elemente M und M angelegt wird, wird die Leistungsversorgungseinheit 20 gestartet, um die oberen und unteren Elektroden 11 und 12 mit Energie zu versorgen (S7). Somit werden die zu bondenden Elemente M und M erhitzt, und die Temperaturen derselben steigen an, was die zu bondenden Elemente M und M veranlasst, sich thermisch auszudehnen.
Danach wird, wenn die durch den Temperatursensor 45 erfasste Temperatur T die erste eingestellte Temperatur T1 überschreitet, die niedriger als eine Erweichungs-Starttemperatur Ts der zu bondenden Elemente M und M um eine vorbestimmte Temperatur ist (JA bei S8), der Servomotor 33 angetrieben, um die druckbeaufschlagende Platte 32 um einen vorbestimmten infinetisemalen Abstand nach unten zu bewegen, bis die volle Federlänge der Feder 35d zunimmt und die volle Länge L des unteren Hauptkörpers des Federblocks 35c überschreitet (S9). Der Zustand, in dem die obere Oberfläche des Federblocks 35c mit dem dazwischengeschalteten Block 36 in Kontakt ist, wird jedoch beibehalten.
Somit wird die Vorspannkraft der Feder 35d an den bewegbaren Tisch 31 angelegt, und die Vorspannkraft behält den Zustand aufrecht, in dem die Bondingoberflächen S in engem Kontakt sind. Die Vorspannkraft der Feder 35d ist jedoch klein, so dass das Basismaterial der zu bondenden Elemente M und M keine Verformung, wie beispielsweise eine Verzerrung, eine Biegung oder eine Komprimierung, entwickeln, selbst wenn sich die Temperatur der zu bondenden Elemente M und M weiter der Erweichungs-Starttemperatur Ts nähert.
Wenn die durch den Temperatursensor 45 erfasste Temperatur T die zweite eingestellte Temperatur T2 überschreitet, die höher als die erste eingestellte Temperatur T1 um eine vorbestimmte Temperatur ist (JA bei S10), dann wird ein Zustand, in dem die durch den Temperatursensor 45 erfasste Temperatur T bei der zweiten eingestellten Temperatur T2 gehalten wird, für eine vorbestimmte Zeit fortgesetzt (S11). Dies wird durch die direkte Ausgabe des AUS-Signals oder des AN-Signals an die Leistungsversorgungseinheit 20 von dem Temperatursensor 45 durchgeführt. Während dieser Zeitspanne dehnen sich die zu bondenden Elemente M und M aufgrund der thermischen Ausdehnung aus, und der Druck P nimmt allmählich ab. Dann werden die Bondingoberflächen S der zu bondenden Elemente M und M stoffschlüssig verbunden.
Der Erfassungswert von dem Positionssensor 38 wird überwacht, um zu erfassen, ob sich der bewegbare Tisch 31 senkrecht bewegt hat und ob ein voreingestellter Bereich überschritten wurde, seitdem der vorhergehende Zustand begonnen hatte. Falls erfasst wird, dass sich der bewegbare Tisch 31 über den eingestellten Bereich hinaus bewegt hat, dann wird das Auftreten der Anomalie auf dem Anzeigeabschnitt 52 angezeigt.
Des Weiteren wird ein Erfassungswert von dem Drucksensor 37 überwacht, um zu erfassen, ob der durch den Drucksensor 37 erfasste Druck P einen Bereich überschritten hat, der eine voreingestellte obere Grenze und eine voreingestellte untere Grenze aufweist. Falls ein durch den Drucksensor 37 erfasster Druck die obere Grenze überschreitet, dann wird der Servomotor 33 angetrieben, um die druckbeaufschlagende Platte 32 nach unten zu bewegen. Falls die untere Grenze derweil überschritten wird, dann wird der Servomotor 33 angetrieben, um die druckbeaufschlagende Platte 32 nach oben zu bewegen. Falls der Drucksensor 37 erfasst, dass der Druck P den eingestellten Bereich überschreitet, dann wird das Auftreten der Anomalie auf dem Anzeigeabschnitt 52 angezeigt.
Die oben genannte Verarbeitung ist jedoch eine Fluchtweg-Verarbeitung im Fall des Auftretens einer Anomalie. Der Betrag der Bewegung des bewegbaren Tisches 31, der durch den Positionssensor 38 erfasst wird, und der Druck P, der durch den Drucksensor 37 erfasst wird, bleiben innerhalb des eingestellten Bereichs im Fall der normalem Verarbeitung.
Danach wird die Leistungsversorgungseinheit 20 angehalten, der Unterdruckschalter 43 wird gestartet, um den Unterdruckzustand in der Kammer 41 zu löschen, und der Servomotor 33 wird angetrieben, um die druckbeaufschlagende Platte 32 und folglich den bewegbaren Tisch 31 nach unten zu bewegen (S12). Dann nimmt der Bediener die gebondeten Elemente aus der Kammer 41 heraus (S13).
Wie oben beschrieben, legt die druckbeaufschlagende Einheit 30 einen hohen Druck an die Bondingoberflächen S an, während die Verschiebung der zu bondenden Elemente M und M durch die druckbeaufschlagende Platte 32 eingeschränkt wird, bis die durch den Temperatursensor 45 erfasste Temperatur T die erste eingestellte Temperatur T1 überschreitet (NEIN bei S8), womit den Bondingoberflächen S ermöglicht wird, in engen Kontakt gebracht zu werden.
Dann wird, nachdem die durch den Temperatursensor 45 erfasste Temperatur T die erste eingestellte Temperatur T1 überschreitet (JA bei S8), ein Druck basierend auf der elastischen Kraft der Feder 35d, die sich elastisch gemäß der Verschiebung der zu bondenden Elemente M und M verformt, an die Bondingoberflächen S angelegt, so dass sich der an die Bondingoberflächen S anzulegende Druck nicht signifikant verändert, selbst wenn sich die zu bondenden Elemente M und M thermisch ausdehnen.
Obwohl sich die Feder 35d gemäß der thermischen Ausdehnung der zu bondenden Elemente M und M verformt, ist die Änderung der elastischen Kraft extrem klein, die durch die Verformung verursacht wird. Daher wird der an die Bondingoberflächen S angelegte Druck ohne Rücksicht auf die thermische Ausdehnung der zu bondenden Elemente M und M im Wesentlichen konstant bleiben. Somit kann im Gegensatz zu den in den Patentdokumenten 1 und 2 offenbarten Vorrichtungen die Möglichkeit, dass ein unangemessener Druck angelegt wird, vermieden werden. Folglich kann sogar in dem Fall, in dem die zu bondenden Elemente M und M aus dünnwandigem Rohrmaterial oder dergleichen gebildet sind, ein hochgenaues Bonding erzielt werden.
Bis jetzt wurden dünnwandige Elemente, die aus dünnwandigen Rohrmaterialien oder dergleichen gebildet wurden, durch Elektronenstrahlen oder durch Hartlöten gebondet, was einen hohen Fachkenntnisstand und Kosten erforderte. Die Verwendung der Stromdiffusionsbondingvorrichtung 1 macht es möglich, dünnwandige Elemente, die aus dünnwandigen Rohrmaterialien oder dergleichen gebildet sind, mit geringen Kosten automatisch zu bonden.
Im Folgenden wird eine Stromdiffusionsbondingvorrichtung 101 beschrieben, welche eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
In Bezug auf 6 wird die Stromdiffusionsbondingvorrichtung 101 angepasst, um ein längeres oder übermäßig langes Element durch Verbinden vieler zu bondender Elemente M in Reihe zu bilden. Die Stromdiffusionsbondingvorrichtung 101 ist der Stromdiffusionsbondingvorrichtung 1 ähnlich, so dass ähnlichen oder entsprechenden Elementen gleiche Bezugszeichen zugeordnet werden und lediglich unterschiedliche Aspekte beschrieben werden.
Die Stromdiffusionsbondingvorrichtung 101 umfasst eine Elektrodeneinheit 110, die zu bondende Elemente M dazwischenliegend anordnet und mit Energie versorgt. Die zu bondenden Elemente M in der vorliegenden Ausführungsform sind zylindrische Elemente.
Die Elektrodeneinheit 110 weist drei Elektroden 111, 112 und 113 auf. Die Elektroden 111 und 112, die senkrecht einander gegenüberliegen, in der vorliegenden Ausführungsform bestehen aus kolumnaren oberen Stromelektroden 111a bzw. 112a, die aus Kupfer, Molybdän, Wolfram oder dergleichen hergestellt sind, und Widerstandselementen 111b und 112b, die an gegenüberliegenden Teilen der Stromelektroden 111a und 111b befestigt sind.
Der obere Endabschnitt der oberen Stromelektrode 111a ist an einem Kolben eines Luftzylinders 115, der senkrecht verschiebbar ist, durch die Zwischenschaltung eines Isolators 114 befestigt. Der untere Endabschnitt der unteren Elektrode 112a ist an einem Podest 117 durch die Zwischenschaltung eines Isolators 116 befestigt.
Die Elektrode 113 in der vorliegenden Ausführungsform ist aus einer kolumnaren Stromelektrode 113a, die aus Kupfer, Molybdän, Wolfram oder dergleichen hergestellt ist, und einem Widerstandselement 113b, das an einem Ende der Stromelektrode 113a befestigt ist, gebildet. Das andere Ende der Stromelektrode 113a ist an einer bewegbaren Platte 131, die hier nachstehend erläutert wird, durch die Zwischenschaltung eines Isolators 118 befestigt.
Die Elektroden 111 und 112 sind derart angeordnet, dass die Achslinien derselben kollinear sind. Die Elektrode 111 wird durch den Luftzylinder 115 nach unten gedrückt, um die zu bondenden Elemente M zwischen den Elektroden 111 und 112 senkrecht liegend anzuordnen. Ferner ist die Elektrode 113 derart angeordnet, dass die Achslinie derselben mit den Achslinien der zu bondenden Elementen M kollinear ist und in Kontakt mit der Oberfläche des zu bondenden Elements M kommt, das auf der gegenüberliegenden Seite von den Bondingoberflächen S liegt.
Somit werden die zu bondenden Elemente M durch die Elektroden 111, 112 und 113 derart gehalten, dass die Achslinien der zu bondenden Elemente M horizontal sind. Eine Aufnahmevorrichtung 119, die die zu bondenden Elemente M trägt, wird ebenfalls bereitgestellt.
Ferner sind die Stromelektroden 111a, 112a und 113a jeweils mit der Leistungsversorgungseinheit 20 durch Kabel (nicht gezeigt) verbunden und aufgebaut, um mit Energie versorgt werden zu können. Wenn die zu bondenden Elemente M durch die Widerstandselemente 111b, 112b und 113b gehalten werden, wird ein Strom durch die Stromelektroden 111a, 112a und 113a geleitet, wodurch es möglich gemacht wird, die nahe Umgebung der Bondingoberflächen S zu erhitzen und die gesamten zu bondenden Elemente M gleichmäßig zu erhitzen. Dies erlaubt ein kontinuierliches Bonding in dem gleichen Prozess.
Die Stromdiffusionsbondingvorrichtung 101 umfasst eine Kühleinheit 120, die die zu bondenden Elemente M nach dem Bondingprozess kühlt. Die Kühleinheit 120 umfasst Kühlvorrichtungen 121 und 122, welche in Kontakt mit der Oberseite bzw. Unterseite der zu bondenden Elemente M sind und welche angepasst sind, um imstande zu sein, die zu bondenden Elemente M durch ein Kühlfluidum zu kühlen, wie beispielsweise reines Wasser bzw. Leitungswasser, das durch einen Kühlmechanismus (nicht gezeigt) zirkuliert wird.
Die Kühlvorrichtungen 121 und 122 sind kollinear angeordnet. Wenn die obere Kühlvorrichtung 121 durch den Luftzylinder 123 nach unten gedrückt wird, werden die zu bondenden Elemente M zwischen der oberen Kühlvorrichtung 121 und der unteren Kühlvorrichtung 122, die von einem Podest 124 getragen werden, senkrecht liegend angeordnet. Somit fungiert die Kühleinheit 120 ebenfalls dahingehend, die zu bondenden Elemente M zu tragen, nachdem die zu bondenden Elemente M gebondet sind.
Die Stromdiffusionsbondingvorrichtung 101 weist eine druckbeaufschlagende Einheit 130, die den Druck P an die Bondingoberflächen S der zu bondenden Elemente M anlegt, auf. Die druckbeaufschlagende Einheit 130 ist aus einer bewegbaren Platte 131, an der die Stromelektrode 113a befestigt ist, einer druckbeaufschlagenden Platte 132 zum Übertragen eines Drucks an die bewegbare Platte 130, einer Antriebsquelle 133 zum Antreiben der druckbeaufschlagenden Platte 132, einem Kugelschraubenmechanismus 134, der die Antriebskraft der Antriebsquelle 133 überträgt, um die druckbeaufschlagende Platte 132 in der lateralen Richtung in 6 zu betätigen, und einem Druckbeaufschlagungsregler 135, der den von der druckbeaufschlagende Platte 132 an die bewegbare Platte 131 übertragenen Druck einstellt, gebildet.
Die bewegbare Platte 131 ist so aufgebaut, um in der lateralen Richtung relativ zu einer linearen Bewegungsführung 136 verschiebbar zu sein, die an einer Basis 102 angebracht ist. Die bewegbare Platte 131 entspricht einem Element in der vorliegenden Ausführungsform.
Die druckbeaufschlagende Platte 132 ist so aufgebaut, um in der lateralen Richtung relativ zu der linearen Bewegungsführung 136 verschiebbar zu sein. Die druckbeaufschlagende Platte 132 ist auf der gegenüberliegenden Seite von der Elektrodeneinheit 110 der bewegbaren Platte 131 durch die Zwischenschaltung des Druckbeaufschlagungsreglers 135 positioniert.
Die Antriebsquelle 133 in der vorliegenden Ausführungsform ist ein Servomotor, der mit einem Untersetzungsgetriebe ausgestattet ist. Der Servomotor 133 ist mit einem Encoder ausgestattet und an der Basis 102 durch ein öffentlich bekanntes Befestigungsmittel (nicht gezeigt) befestigt.
Der Kugelschraubenmechanismus 134 ist der gleiche wie der oben beschriebene Kugelschraubenmechanismus 34 mit der Ausnahme, dass die druckbeaufschlagende Platte 132 angepasst ist, um in der lateralen Richtung bewegbar zu sein, so dass die Beschreibung des Kugelschraubenmechanismus 134 weggelassen wird. Der Druckbeaufschlagungsregler 135 ist ebenfalls derselbe wie der oben beschriebene Druckbeaufschlagungsregler 35, so dass die Beschreibung desselben weggelassen wird. Obwohl nicht gezeigt, wird ein Positionssensor bereitgestellt, der die Position des bewegbaren Tisches 131 erfasst.
Die Stromdiffusionsbondingvorrichtung 101 ist mit einer unterdruckerzeugenden Einheit 140 ausgestattet, die einen Teil, der mindestens die Bondingoberflächen S der zu bondenden Elemente M umfasst, in eine Unterdruckatmosphäre verwandelt. Die unterdruckerzeugende Einheit 140 ist mit einer Kammer 141 ausgestattet, die die gesamten beiden zu bondenden Elemente M umgibt, die die zu bondenden Bondingoberflächen S aufweisen. Obwohl nicht gezeigt, ist die unterdruckerzeugende Einheit 140 ausgestattet mit einer unterdruckerzeugenden Vorrichtung 42, einem Unterdruckschalter 43, einem Unterdrucksensor 44 und einem Temperatursensor 45, so wie bei der oben beschriebenen unterdruckerzeugenden Einheit 40.
Die Kammer 141 in der vorliegenden Ausführungsform umfasst Löcher, die in engem Kontakt mit den Elektroden 111 und 113 und der Kühlvorrichtung 121 sind, so dass die Elektroden 111 und 113 und die Kühlvorrichtung 121 verschiebbar sind. Die Kammer 141 umschließt die Elektrode 112, die Kühlvorrichtung 122, die Podeste 117 und 124 für die Elektrode 112 und die Kühlvorrichtung 122, und die Aufnahmevorrichtung 119.
Die unterdruckerzeugende Einheit 140 ist ferner mit einem Trageabschnitt 142 ausgestattet, um die zu bondenden Elemente M zu tragen, nachdem die Elemente gebondet sind. Der Trageabschnitt 142 ist ausgestattet mit einem zylindrischen Element 142a, das aus einem harten Material gebildet ist, und einem torusförmigen elastischen Element 142b, das zwischen der inneren peripheren Oberfläche des zylindrischen Elements 142a und der äußeren peripheren Oberfläche des zu bondenden Elements M positioniert ist.
Luft kann in das elastische Element 142b durch eine Luftpumpe (nicht gezeigt) injiziert werden, um das elastische Element 142b in engen Kontakt mit dem zylindrischen Element 142a und dem zu bondenden Element M zu bringen, um dadurch die Verhinderung einer Unterdruckleckage zu ermöglichen. Ferner wird ein weiterer Trageabschnitt 142 nach Bedarf auf einem Teil bereitgestellt, das entfernt von der Kammer 141 angeordnet ist.
Falls Unterdruck durch ein Ende des zu bondenden Elements M leckt, das gebondet wurde, wenn das Innere der Kammer 141 unter Unterdruck gesetzt wurde, dann kann ein zylindrisches elastisches Element (nicht gezeigt) an dem Ende platziert werden. Das elastische Element und die innere periphere Oberfläche des zu bondenden Elements M können in engen Kontakt gebracht werden, indem Luft in das elastische Element durch eine Luftpumpe (nicht gezeigt) injiziert wird.
Obwohl nicht gezeigt, ist die Stromdiffusionsbondingvorrichtung 101 ferner mit einer Steuereinheit 50, einem Betriebsabschnitt 51 und einem Anzeigeabschnitt 52 ausgestattet, wie bei der oben beschriebenen Stromdiffusionsbondingvorrichtung 1.
Die Verarbeitung zum Durchführen des Stromdiffusionsbondingverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch Verwenden der oben beschriebenen Stromdiffusionsbondingvorrichtung 101 ist die gleiche wie das mit Bezug auf 3 beschriebene Verfahren, so dass die Beschreibung desselben weggelassen wird.
Somit weist die Stromdiffusionsbondingvorrichtung 101 die gleichen Vorteile wie jene der oben beschriebenen Stromdiffusionsbondingvorrichtung 1 auf. Ferner ermöglicht die Verwendung der Stromdiffusionsbondingvorrichtung 101 ohne weiteres und kontinuierlich die Bildung eines längeren Elements, indem viele zu bondenden Elemente M in Reihe verbunden werden.
Im Folgenden wird eine Stromdiffusionsbondingvorrichtung 201 beschrieben, welche eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
In Bezug auf 7 ist die Stromdiffusionsbondingvorrichtung 201 imstande, gleichzeitig viele Sätze von zu bondenden Elementen M und M zeitgleich parallel zu bonden. Die Stromdiffusionsbondingvorrichtung 201 ist der oben beschriebenen Stromdiffusionsbondingvorrichtung 1 ähnlich, so dass die Veranschaulichung eines unteren Teils derselben weggelassen wird und den gleichen oder entsprechenden Elementen die gleichen Bezugszeichen zugewiesen werden und lediglich unterschiedliche Aspekte beschrieben werden.
Die Stromdiffusionsbondingvorrichtung 201 ist mit einer Elektrodeneinheit 210 ausgestattet, die eine Mehrzahl von Paaren von oberen und unteren Elektroden 11 und 12 aufweist. Die zu bondenden Elemente M und M sind zwischen den Elektroden 11 und 12 liegend angeordnet, und ein Strom wird dahindurch geleitet.
Das Oberteil der oberen Stromelektrode 11a, das jede der oberen Elektroden 11 bildet, ist an einem Druckbeaufschlagungsregler 231 durch einen Isolator 13 befestigt. Das Unterteil der unteren Stromelektrode 12a, das jede der unteren Elektroden 12 bildet, ist an einem Druckbeaufschlagungsregler 232 durch einen Isolator 14 befestigt.
Die oberen und unteren Elektroden 11 und 12 sind derart angeordnet, dass die Achslinien derselben kollinear sind. Die zu bondenden Elemente M und M sind zwischen den oberen und unteren Elektroden 11 und 12 liegend angeordnet. Wenn die zu bondenden Elemente M und M zwischen Widerstandselementen 11b und 12b liegend angeordnet sind, wird ein Strom durch die oberen und unteren Stromelektroden 11a und 12a geleitet, wodurch es möglich gemacht wird, die Bondingoberflächen S direkt zu erhitzen und die gesamten, zu bondenden Elemente M und M gleichmäßig zu erhitzen. Dies ermöglicht ein kontinuierliches Bonding in dem gleichen Prozess.
Die Stromdiffusionsbondingvorrichtung 201 ist mit einer druckbeaufschlagenden Einheit 230 ausgestattet, die einen Druck P an die Bondingoberflächen S der zu bondenden Elemente M und M anlegt. Die druckbeaufschlagende Einheit 230 besteht aus einer Mehrzahl von Druckbeaufschlagungsreglern 231, einer Mehrzahl von Druckbeaufschlagungsreglern 232, einer ersten druckbeaufschlagenden Platte 233, an der die Oberteile der Druckbeaufschlagungsregler 231 befestigt sind, einer zweiten druckbeaufschlagenden Platte 234, an der die Unterteile der Druckbeaufschlagungsregler 232 befestigt sind, einem Servomotor 33 (siehe 1) zum Antreiben der zweiten druckbeaufschlagenden Platte 234, und einem Kugelschraubenmechanismus 34, der die Antriebskraft des Servomotors 33 überträgt und der die zweite druckbeaufschlagende Platte 234 senkrecht bewegt.
Die Druckbeaufschlagungsregler 231 und 232 weisen beide den gleichen Aufbau wie der oben beschriebene Druckbeaufschlagungsregler 35 auf. Der Elastizitätskoeffizient einer Feder 231a des Druckbeaufschlagungsreglers 231 wird jedoch eingestellt, um kleiner als der Elastizitätskoeffizient einer Feder 232a des Druckbeaufschlagungsreglers 232 zu sein. Die Verwendung des Druckbeaufschlagungsreglers 231 macht es möglich, die zu bondenden Elemente M und M gleichmäßig mit Druck zu beaufschlagen.
Die erste druckbeaufschlagende Platte 233 ist an einem Chassis 60 befestigt und als eine Oberplatte des Chassis 60 in der vorliegenden Ausführungsform aufgebaut.
Die zweite druckbeaufschlagende Platte 234 weist Lager (Buchsen) 234a an die vier Ecken derselben auf und ist aufgebaut, um in der senkrechten Richtung relative zu vier Führungsstangen 64 durch die Lager 234a verschiebbar zu sein.
Der Servomotor 33 und ein Kugelschraubenmechanismus 34 sind dieselben wie der Servomotor 33 und der Kugelschraubenmechanismus 34, die oben beschrieben wurden, so dass die Beschreibung derselben weggelassen wird. Wenn der Servomotor 33 drehend angetrieben wird, dreht sich ein Gewindeschaft 34a, wobei die zweite druckbeaufschlagende Platte 234 veranlasst wird, in Bezug auf den Gewindeschaft 34a relativ nach oben oder unten zu fahren.
Die Stromdiffusionsbondingvorrichtung 201 ist mit einer unterdruckerzeugenden Einheit 240 ausgestattet, die einen Teil, der mindestens die Bondingoberflächen S aller zu bondenden Elemente M und M umfasst, in eine Unterdruckatmosphäre umwandelt. Die unterdruckerzeugende Einheit 240 ist mit einer Kammer 241 ausgestattet, die sämtliche der Mehrzahl von Sätzen der zu bondenden Elemente M und M umgibt, die die zu bondenden Oberflächen S aufweisen. Obwohl nicht gezeigt, ist die unterdruckerzeugende Einheit 240 mit einer unterdruckerzeugenden Vorrichtung 42, einem Unterdruckschalter 43, einem Unterdrucksensor 44 und einem Temperatursensor 45 ausgestattet, wie bei der oben beschriebenen unterdruckerzeugenden Einheit 40.
Die Kammer 241 umschließt sämtliche der Paare der oberen und der unteren Elektroden 11 und 12, die Druckbeaufschlagungsregler 231 und 232, die erste druckbeaufschlagende Platte 233 und die zweite druckbeaufschlagende Platte 234.
Obwohl nicht gezeigt, ist die Stromdiffusionsbondingvorrichtung 201 des Weiteren mit einer Steuereinheit 50, einem Betriebsabschnitt 51 und einem Anzeigeabschnitt 52 ausgestattet, wie bei der oben beschriebenen Stromdiffusionsbondingvorrichtung 1.
Die Verarbeitung zum Durchführen eines Stromdiffusionsbondingverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch Verwenden der oben erwähnten Stromdiffusionsbondingvorrichtung 201 wird in Bezug auf 8 erläutert.
Zuerst stellt ein Bediener die Druckbeaufschlagungsregler 231 und 232, die für die zu bondenden Elemente M und M geeignet sind (S1), ein. Dann setzt der Bediener die zu bondenden Elemente M und M zwischen die obere und untere Elektrode 11 und 12 (S2). Zu dieser Zeit kann ein Positionierungsstift oder dergleichen verwendet werden, um dabei zu helfen, die zu bondenden Elemente M und M dazwischenliegend anzuordnen. Dann schließt der Bediener die Tür (nicht gezeigt) der Kammer 241.
Wenn der Bediener den Startschalter des Betriebsabschnitts 51 anschaltet (JA bei S3), wird der Servomotor 33 angetrieben, um die Federn 231a und 232a der Druckbeaufschlagungsregler 231 und 232 zu komprimieren, bis die vollen Federlängen der Federn 231a und 232a die volle Länge L des unteren Hauptkörpers des Federblocks erreichen, und um die zweite druckbeaufschlagende Platte 234 anzuheben (S4), bis der durch einen Drucksensor 37 erfasste Druck P einen vorbestimmten eingestellten Druck P1 überschreitet (JA bei S5). Dies bewirkt, dass ein vorbestimmter hoher Druck an die zu bondenden Elemente M und M durch die erste druckbeaufschlagende Platte 233 und die zweite druckbeaufschlagende Platte 234 angelegt wird, wodurch die Bondingoberflächen S in engen Kontakt gebracht werden.
Nachfolgend wird die unterdruckerzeugende Vorrichtung 42 gestartet. Wenn das Ausmaß des Unterdrucks in der Kammer 41, der durch den Unterdrucksensor 44 erfasst wird, einen vorbestimmten Wert oder weniger erreicht, wird die unterdruckerzeugende Vorrichtung 42 angehalten. Somit wird das Innere der Kammer 41 unter Unterdruck gesetzt (S6).
Während ein Zustand beibehalten wird, in dem ein vorbestimmter Druck an die zu bondenden Elemente M und M angelegt wird, wird die Leistungsversorgungseinheit 20 gestartet, um die oberen und unteren Elektroden 11 und 12 mit Energie zu versorgen (S7). Somit werden die zu bondenden Elemente M und M erhitzt, und die Temperaturen derselben nehmen zu, was die zu bondenden Elemente M und M veranlasst, sich thermisch auszudehnen.
Danach wird, wenn die durch den Temperatursensor 45 erfasste Temperatur T eine erste eingestellte Temperatur T1 überschreitet, die niedriger als eine Erweichungs-Starttemperatur Ts der zu bondenden Elemente M und M um eine voreingestellte Temperatur ist (JA bei S8), der Servomotor 33 angetrieben, um die zweite druckbeaufschlagende Platte 234 um einen vorbestimmtem infinetisemalen Abstand nach unten zu bewegen, bis die volle Federlänge der Feder 231a des Druckbeaufschlagungsreglers 231 zunimmt und die volle Länge des unteren Hauptkörpers überschreitet (S9). Der Zustand, in dem die obere Oberfläche des Federblocks mit dem dazwischengeschalteten Block in Kontakt ist, wird jedoch beibehalten. Somit wird der Zustand beibehalten, in dem die Bondingoberflächen S in engem Kontakt durch die Vorspannkraft der Feder 231a sind. Die Vorspannkraft der Feder 231a ist jedoch klein, so dass das Basismaterial der zu bondenden Elemente M und M keine Verformung entwickelt, wie beispielsweise eine Verzerrung, eine Biegung oder eine Komprimierung, sogar wenn sich die Temperatur der zu bondenden Elemente M und M weiter der Erweichungs-Starttemperatur Ts nähert.
Falls das Erhöhen des Stroms, der durch die oberen und unteren Stromelektroden 11a und 12a geleitetet wird, welche die zu bondenden Elemente M und M dazwischenliegend anordnen, bewirkt, dass die Temperatur T der nahen Umgebung der Bondingoberflächen S der zu bondenden Elemente M und M, die durch den Temperatursensor 45 erfasst wird, eine zweite eingestellte Temperatur T2 überschreitet, die um eine vorbestimmte Temperatur höher als die erste eingestellte Temperatur T1 ist (JA bei S10), dann wird ein Zustand, in dem die durch den Temperatursensor 45 erfasste Temperatur T bei der zweiten eingestellten Temperatur T2 gehalten wird, für eine vorbestimmte Zeit fortgesetzt (S11). Dies wird durch die direkte Ausgabe des AUS-Signals oder des AN-Signals an die Leistungsversorgungseinheit 20 von dem Temperatursensor 45 durchgeführt. Während dieser Zeitspanne dehnen sich die zu bondenden Elemente M und M aufgrund der thermischen Ausdehnung aus, und der Druck P nimmt allmählich ab. Dann werden die Bondingoberflächen S der zu bondenden Elemente M und M stoffschlüssig gebondet.
Des Weiteren wird dies wiederholt, um die Bondingoberflächen S aller zu bondenden Elemente M und M der Reihe nach zu bonden. Falls der Positionssensor 38 oder der Drucksensor 37 einen abnormalen Wert erfasst, dann wird das Auftreten der Anomalie auf dem Anzeigeabschnitt 52 anzeigt.
Danach wird die Leistungsversorgungseinheit 20 angehalten, der Unterdruckschalter 43 wird gestartet, um den Unterdruckzustand in der Kammer 241 zu löschen, und der Servomotor 33 wird angetrieben, um die zweite druckbeaufschlagende Platte 234 nach unten zu bewegen (S12). Dann nimmt der Bediener die gebondeten Elemente aus der Kammer 241 heraus (S13).
Somit stellt die Stromdiffusionsbondingvorrichtung 201 die gleichen Vorteile wie diejenigen der oben beschriebenen Stromdiffusionsbondingvorrichtung 1 bereit. Ferner wird es durch die Verwendung der Stromdiffusionsbondingvorrichtung 201 einfach gemacht, viele Sätze der zu bondenden Elemente M und M zeitgleich parallel zu bonden.
Das Obenstehende hat die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben; jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise ist/sind die Menge oder die Anbringungsorte der Elektroden für die zu bondenden Elemente M nicht beschränkt.
Hinsichtlich der Stromdiffusionsbondingvorrichtung 201, die zeitgleich eine Mehrzahl von Sätzen von zu bondenden Elementen M und M bondet, wurde ferner die Beschreibung des Falls angegeben, in dem die Druckbeaufschlagungsregler 231 und 232 für die jeweiligen Sätze der zu bondenden Elemente M und M bereitgestellt werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Fall beschränkt. Alternativ kann die Stromdiffusionsbondingvorrichtung mit den Druckbeaufschlagungsreglern 231 und 232 bereitgestellt werden, die gewöhnlich für eine Mehrzahl von Sätzen von zu bondenden Elemente M und M verwendet werden.
Hinsichtlich der Stromdiffusionsbondingvorrichtung 1 wurde ferner die Beschreibung für einen Fall angegeben, bei dem die untere Elektrode 12 betätigt wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Fall beschränkt. Alternativ kann die obere Elektrode 11 betätigt werden, oder sowohl die obere als auch die untere Elektrode 11 und 12 können betätigt werden.
Hinsichtlich der Stromdiffusionsbondingvorrichtung 1 wurde ferner die Beschreibung für einen Fall angegeben, in dem die druckbeaufschlagende Einheit 30 einen Druck an die Bondingoberflächen S durch die oberen und unteren Elektroden 11 und 12 anlegt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Fall beschränkt. Alternativ kann der Druck an die Bondingoberflächen S angelegt werden, indem ein Element, das dem bewegbaren Tisch 31 entspricht, in direkten Kontakt mit den zu bondenden Elementen M und M ohne die Zwischenschaltung der oberen und unteren Elektroden 11 und 12 gebracht wird.
Hinsichtlich der Stromdiffusionsbondingvorrichtung 1 wurde ferner die Beschreibung für einen Fall angegeben, in dem der Druckbeaufschlagungsregler 35 zwischen dem bewegbaren Tisch 31 und der druckbeaufschlagenden Platte 32 positioniert ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Fall beschränkt. Beispielsweise kann der Druckbeaufschlagungsregler zwischen der oberen Elektrode 11 und der Oberplatte 61 positioniert sein, und der bewegbare Tisch 31 und die druckbeaufschlagende Platte 32 können zu einem Stück kombiniert werden.
Hinsichtlich der Stromdiffusionsbondingvorrichtungen 1, 101 und 201 wurden die Beschreibungen für Fälle angegeben, in denen die bewegbaren Tische 31 und 131 und die zweiten druckbeaufschlagenden Platten 234 durch die Kugelschraubenmechanismen 34 und 134 hin und her bewegt werden. Die Mechanismen zum Hin- und Herbewegen der bewegbaren Tische 31 und 131 und der zweiten druckbeaufschlagende Platte 234 sind jedoch nicht auf die Kugelschraubenmechanismen 34 und 134 beschränkt und können andere öffentlich bekannte Mechanismen, wie beispielsweise geradlinige Fahrt-Führungsmechanismen sein.
Ferner wurden die Beschreibungen für Fälle angegeben, in denen die Elemente, die den elastischen Elementen in der vorliegenden Erfindung entsprechen, Federn 35d, 231a und 232a sind; wobei jedoch die elastischen Elemente nicht darauf beschränkt sind. Die elastischen Elemente können alternativ Elemente sein, die aus einem elastischen Material bestehen, wie beispielsweise Gummi, oder Fluidkissen mit einem hydraulischen Zylinder, einem Luftzylinder oder dergleichen, und es gibt keine Beschränkung für die Arten desselben, die eine mechanische Art, eine hydraulische Art und eine pneumatische Art umfassen. Mechanische Federn werden jedoch vorteilhafterweise aufgrund ihrer hohen Wiederholbarkeit bei wiederholter Verwendung verwendet.

Claims

Stromdiffusionsbondingvorrichtung, die eine Mehrzahl von zu bondenden Elemente, deren Bondingoberflächen aneinander angrenzen, durch den Durchgang eines Stroms durch die zu bondenden Elemente bondet, umfassend: eine Mehrzahl von Elektroden, die die Mehrzahl der zu bondenden Elemente dazwischenliegend anordnen und die elektrisch mit der Mehrzahl der zu bondenden Elemente leitfähig sind; eine Leistungsversorgungseinheit, die einen Strom an die Mehrzahl der Elektroden liefert; eine erste druckbeaufschlagende Einheit, die einen Druck an die Bondingoberflächen anlegt, während eine Verschiebung in einer Richtung der Ausdehnung relativ zu einer Richtung der dazwischenliegenden Anordnung der Mehrzahl der zu bondenden Elemente eingeschränkt wird, die durch die Mehrzahl der Elektroden dazwischenliegend angeordnet sind; eine zweite druckbeaufschlagende Einheit, die einen Druck basierend auf einer elastischen Kraft eines elastischen Elements anlegt, das sich elastisch verformt gemäß einer Verschiebung in der Richtung der Ausdehnung relativ zu der Richtung der dazwischenliegenden Anordnung der Mehrzahl der zu bondenden Elemente, die durch die Mehrzahl der Elektroden dazwischenliegend angeordnet sind, zu den Bondingoberflächen durch die Mehrzahl der Elektroden; und eine Druckbeaufschlagungsauswahleinheit, die entweder die erste oder die zweite druckbeaufschlagende Einheit auswählt, um einen Druck an die Bondingoberflächen anzulegen.
Stromdiffusionsbondingvorrichtung gemäß Anspruch 1, umfassend: einen Temperatursensor, der eine Temperatur der nahen Umgebung der Bondingoberflächen der Mehrzahl der zu bondenden Elemente erfasst, wobei die Druckbeaufschlagungsauswahleinheit die erste oder die zweite druckbeaufschlagende Einheit auswählt, um einen Druck an die Bondingoberflächen auf der Grundlage einer durch den Temperatursensor erfassten Temperatur anzulegen.
Stromdiffusionsbondingvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die erste druckbeaufschlagende Einheit einen Druck an die Bondingoberflächen anlegt, während die Position eines Element eingeschränkt wird, an dem die Elektroden befestigt sind, und die zweite druckbeaufschlagende Einheit einen Druck an die Bondingoberflächen anlegt, während eine elastische Kraft des elastischen Elementes an das Element angelegt wird.
Stromdiffusionsbondingverfahren zum Bonding einer Mehrzahl von zu bondenden Elementen, deren Bondingoberflächen aneinander angrenzen, durch den Durchgang eines Stroms durch die zu bondenden Elemente, das die folgenden Schritte umfasst: Einschränken einer Verschiebung in einer Richtung der Ausdehnung relativ zu einer Richtung der dazwischenliegenden Anordnung der Mehrzahl der zu bondenden Elemente und Anlegen eines Drucks an die Mehrzahl der Bondingoberflächen, um die zu bondenden Elemente zwischen einer Mehrzahl von Elektroden liegend anzuordnen, die mit den zu bondenden Elementen elektrisch leitfähig sind; Liefern eines Stroms an die Mehrzahl der Elektroden; und danach Löschen der Einschränkung auf die Verschiebung der Mehrzahl der zu bondenden Elemente und Anlegen eines Drucks, der auf einer elastischen Kraft eines elastischen Elementes basiert, das sich elastisch verformt gemäß einer Verschiebung in der Richtung der Ausdehnung relativ zu der Richtung der dazwischenliegenden Anordnung der Mehrzahl der zu bondenden Elemente, die durch die Mehrzahl der Elektroden dazwischenliegend angeordnet sind, an die Bondingoberflächen durch die Mehrzahl der Elektroden.
Stromdiffusionsbondingverfahren gemäß Anspruch 4, wobei die Beschränkung der Verschiebung der Mehrzahl der zu bondenden Elemente in dem Fall gelöscht wird, in dem die Temperatur der nahen Umgebung der Bondingoberflächen der Mehrzahl der zu bondenden Elemente eine voreingestellte Temperatur überschreitet, und ein Druck basierend auf der elastischen Kraft des elastischen Elementes an die Bondingoberflächen durch die Mehrzahl der Elektroden angelegt wird.