DE112016007117T5

DE112016007117T5 - Ultraschallschweißwerkzeug und Ultraschallschweißgerät

Info

Publication number: DE112016007117T5
Application number: DE112016007117.5T
Authority: DE
Inventors: Akihiro Ichinose; Yoshihito Yamada
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2016-08-04
Filing date: 2016-08-04
Publication date: 2019-04-25
Also published as: CN109526212B; KR102157008B1; JPWO2018025362A1; TW201805097A; WO2018025362A1; KR20190025652A; TWI628023B; CN109526212A; JP6752536B2; US20190160587A1; US10946475B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung beabsichtigt, ein Ultraschallschweißwerkzeug mit einer Struktur, mit welcher die Schweißeigenschaft eines Schweißzielmaterials nach einem Ultraschallvibrationsverfahren exzellent gehalten werden kann, bereitzustellen. Ein Schweißwerkzeug (4) als das Ultraschallschweißwerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Vielzahl von Vorsprungsabschnitten (80) in einem Vorsprungsbereich (8) an einem Kontaktspitzenabschnitt (4t). Die Vielzahl der Vorsprungsabschnitte (80) sind gleichmäßig mit einem Längsrichtungsintervall (DX) in einer X-Richtung als der Längsrichtung des Vorsprungsbereichs (8) beabstandet und ein X-Richtungs-Außen-Vorsprungsabschnitt (80xe), welcher in der X-Richtung ganz außen positioniert ist, ist von einer Seitenkante des Vorsprungsbereichs (8) in der X-Richtung um einen Längsrichtungs-Seitenkantenabstand (EX) getrennt angeordnet. Die Vielzahl der Vorsprungsabschnitte (80) ist so angeordnet, dass eine erste Anordnungsbedingung {0,349 ≤ EX/DX ≤ 0,510} erfüllt ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ultraschallschweißwerkzeug und betrifft insbesondere ein Ultraschallschweißwerkzeug, welches für eine Ultraschallschweißvorrichtung verwendet wird, die eingerichtet ist, einen Elektrodendraht unter Verwendung einer Ultraschallvibration bei der Herstellung einer Solarbatterie oder dergleichen zu verschweißen.
Stand der Technik
Ein Ultraschallschweißwerkzeug ist ein Metallspitzenelement, welches eingerichtet ist, ein Werkstück als ein Schweißzielmaterial mit Druck zu beaufschlagen (bei Bedarf zu erwärmen) und eine Ultraschallvibration auf das Werkstück zu übertragen, und wird auch als ein Ultraschallschweißchip oder ein Ultraschallschweißhorn bezeichnet.
Technologien mit Bezug zu dem Material und Struktur des Ultraschallschweißwerkzeugs und einer das Ultraschallschweißwerkzeug verwendenden Ultraschallschweißvorrichtung sind beispielsweise in JP 2006-231402 A , JP 2005-297055 A , JP 2005-254323 A oder JP 2005-177812 A offenbart. Jede Patentschrift offenbart eine Technologie, die sich auf das Ultraschallschweißwerkzeug bezieht und eine Verbesserung der Schweißeigenschaft und Schweißfestigkeit an einem Schweißzielmaterial und eine Kostenreduzierung erreicht.
Zusammenfassung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
Ein Spitzenabschnitt des vorstehend beschriebenen Ultraschallschweißwerkzeugs beinhaltet einen Vorsprungsbereich, der das Schweißzielmaterial bei Aufbringung einer Ultraschallvibration berührt, und üblicherweise ist eine Vielzahl von Vorsprungsabschnitten in dem Vorsprungsbereich ausgebildet.
Um eine Verbesserung der Schweißeigenschaft und Schweißfestigkeit an einem Schweißzielmaterial und eine Kostenreduzierung zu erreichen, war erforderlich, einen breiten Schweißbereich des Schweißzielmaterials durch einen einzelnen Ultraschallschweißbetrieb zu bearbeiten. Um die Anforderung zu erreichen, muss der Vorsprungsbereich größer ausgebildet werden und die Anzahl der Vielzahl an ausgebildeten Vorsprungsabschnitten (nachstehend als eine „Vorsprungsabschnittausbildungsanzahl“) steigt mit einem Anstieg des Vorsprungsbereichs.
Wenn jedoch die Vorsprungsabschnittausbildungsanzahl der Vielzahl an Vorsprungsabschnitten zu groß ist, tritt zwangsläufig eine Variation der Ablösefestigkeit des Schweißzielmaterials nach dem Ultraschallschweißen auf und die Schweißeigenschaft des Schweißzielmaterials kann nicht exzellent gehalten werden.
Die vorliegende Erfindung beabsichtigt, das vorstehend beschriebene Problem zu lösen und ein Ultraschallschweißwerkzeug mit einer Struktur vorzusehen, mit welcher die Schweißeigenschaft eines Schweißzielmaterials nach einer Ultraschallvibrationsbearbeitung bei einer größeren Vorsprungsabschnittausbildungsanzahl exzellent gehalten werden kann.
Mittel zum Lösen des Problems
Ein Ultraschallschweißwerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Ultraschallschweißwerkzeug, welches für eine Ultraschallschweißvorrichtung verwendet wird, welche eingerichtet ist, ein auf einer Oberfläche eines Substrats angeordnetes Schweißzielmaterial von oben mit Druck zu beaufschlagen und eine Ultraschallvibration aufzubringen, um das Schweißzielmaterial auf der Oberfläche des Substrats zu verschweißen. Ein Vorsprungsbereich, der das Schweißzielmaterial bei Aufbringung der Ultraschallvibration berührt, ist an einem Spitzenabschnitt des Ultraschallschweißwerkzeugs vorgesehen. Der Vorsprungsbereich beinhaltet eine Vielzahl von konvexen Abschnitten (Konvex-Abschnitten), welche getrennt voneinander ausgebildet sind. Die Vielzahl der Konvex-Abschnitte sind gleichmäßig mit einem ersten Intervall in einer ersten Richtung beabstandet. Die erste Richtung ist eine Längsrichtung des Vorsprungsbereichs. Ein Erstrichtungs-Außen-Konvex-Abschnitt, welcher unter der Vielzahl an Konvex-Abschnitten in der ersten Richtung ganz außen positioniert ist, ist von einem Endteil des Vorsprungsbereichs in der ersten Richtung mit einem Erstrichtungs-Endteilabstand getrennt angeordnet. Die Vielzahl der Konvex-Abschnitte ist so angeordnet, dass eine erste Anordnungsbedingung {0,349 ≤ EX/DX ≤ 0,510} erfüllt wird, wobei DX das erste Intervall darstellt und EX den Erstrichtungs-Endteilabstand darstellt.
Effekte der Erfindung
Der Vorsprungsbereich bei dem Ultraschallschweißwerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Vielzahl der gleichmäßig mit dem ersten Intervall in der ersten Richtung beabstandeten Konvex-Abschnitte und die Vielzahl der Konvex-Abschnitte ist so angeordnet, dass die vorstehend beschriebene erste Anordnungsbedingung erfüllt ist.
Mit dieser Konfiguration kann bei einem Ultraschallschweißverfahren, welches das Ultraschallschweißwerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, eine Lastverteilung auf das Schweißzielmaterial auf eine exzellente Verteilung mit weniger Variation eingestellt werden und demzufolge kann eine Variation der Ablösefestigkeit des Schweißzielmaterials mit einer größeren Vorsprungsabschnittausbildungsanzahl als die Anzahl einer Vielzahl von ausgebildeten Abschnitten unterdrückt werden, wodurch die Schweißeigenschaft des Schweißzielmaterials auf dem Substrat exzellent gehalten werden kann.
Dieses und andere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen.
Figurenliste

1 ist eine Perspektivansicht, welche einen Zustand abbildet, in welchem ein leitfähiger Leitungsdraht auf einem Solarbatterie-Mehrschichtfilm verschweißt ist.
2 ist ein erklärendes Diagramm, welches die Gesamtkonfiguration einer Druckbeaufschlagungs-Ultraschallschweißvorrichtung, für welche ein Schweißwerkzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel verwendet wird, zeigt.
3 ist ein erklärendes Diagramm, welches Details einer Spitzengreifeinheit und einen Kontaktspitzenabschnitt in dem Schweißwerkzeug gemäß dem Ausführungsbeispiel abbildet.
4 ist ein erklärendes Diagramm, welches Details eines Vorsprungsbereichs in dem Schweißwerkzeug gemäß dem Ausführungsbeispiel abbildet.
5 ist ein erklärendes Diagramm, welches Details einer Beispielkonfiguration eines in 4 abgebildeten Vorsprungsbereichs abbildet.
6 ist ein Blockdiagramm, welches schematisch ein Steuersystem der Ultraschallschweißvorrichtung abbildet.
7 ist ein Graph (1), welcher ein erstes Experimentergebnis abbildet, wenn ein Streckenverhältnis HR eine erste Anordnungsbedingung erfüllt.
8 ist ein Graph (2), welcher das erste Experimentergebnis abbildet, wenn das Streckenverhältnis HR die erste Anordnungsbedingung erfüllt.
9 ist ein Graph (3), welcher das erste Experimentergebnis abbildet, wenn das Streckenverhältnis HR die erste Anordnungsbedingung erfüllt.
10 ist ein Graph (1), welcher ein zweites Experimentergebnis abbildet, wenn das Streckenverhältnis HR die erste Anordnungsbedingung erfüllt.
11 ist ein Graph (2), welcher das zweite Experimentergebnis abbildet, wenn das Streckenverhältnis HR die erste Anordnungsbedingung erfüllt.
12 ist ein Graph (3), welcher das zweite Experimentergebnis abbildet, wenn das Streckenverhältnis HR die erste Anordnungsbedingung erfüllt.
13 ist ein Graph (1), welcher ein drittes Experimentergebnis abbildet, wenn das Streckenverhältnis HR die erste Anordnungsbedingung nicht erfüllt.
14 ist ein Graph (2), welcher das dritte Experimentergebnis abbildet, wenn das Streckenverhältnis HR die erste Anordnungsbedingung nicht erfüllt.
15 ist ein Graph (3), welcher das dritte Experimentergebnis abbildet, wenn das Streckenverhältnis HR die erste Anordnungsbedingung nicht erfüllt.
16 ist ein Graph (1), welcher ein viertes Experimentergebnis abbildet, wenn das Streckenverhältnis HR die erste Anordnungsbedingung erfüllt.
17 ist ein Graph (2), welcher das vierte Experimentergebnis abbildet, wenn das Streckenverhältnis HR die erste Anordnungsbedingung erfüllt.
18 ist ein Graph (3), welcher das vierte Experimentergebnis abbildet, wenn das Streckenverhältnis HR die erste Anordnungsbedingung erfüllt.
19 ist ein Graph (4), welcher das vierte Experimentergebnis abbildet, wenn das Streckenverhältnis HR die erste Anordnungsbedingung erfüllt.
20 ist ein erklärendes Diagramm, welches tabellarisch einen Wert N eines Vorsprungsbereichs und tatsächliche Abmessungen eines Längsrichtungsintervalls DX und eines Längsrichtungs-Seitenkantenabstands EX, die für jedes der vier Experimentergebnisse verwendet werden, abbildet.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Ausführungsbeispiel
Gesamtkonfiguration
1 ist eine Perspektivansicht, welche einen Zustand abbildet, in welchem ein Glassubstrat 11 auf einem Substrattisch 10 angeordnet ist und ein leitfähiger Leitungsdraht 12 auf einem Solarbatterie-Dünnfilm 11g als oberste Schicht des Glassubstrats 11 verschweißt wird. 2 ist ein erklärendes Diagramm, welches die Gesamtkonfiguration einer Druckbeaufschlagungs-Ultraschallschweißvorrichtung 100 abbildet, bei welcher ein Schweißwerkzeug 4 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und ist eine Perspektivansicht der Ultraschallschweißvorrichtung 100 bei schräger Sicht von oben. Ein orthogonales Koordinatensystem XYZ ist wie in 1 und 2 und 3 bis 5, welche später beschrieben werden, geeignet abgebildet.
Wie in 1 und 2 gezeigt, beinhaltet die Ultraschallschweißvorrichtung 100 einen (elektrischen) Zylinder 1, das Schweißwerkzeug 4, eine Sonotrodeneinheit 6, Druckmechaniken 20 und 30 und den Substrattisch 10 (siehe 1). Das Schweißwerkzeug 4 als ein Ultraschallschweißwerkzeug gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beinhaltet eine Spitzengreifeinheit 4h und einen Kontaktspitzenabschnitt 4t.
Der Zylinder 1 ist mit dem Schweißwerkzeug 4 gekoppelt und eine Antriebskraft (Druckkraft) F1 des Zylinders 1 wird auf das Schweißwerkzeug 4 übertragen, so dass ein Antrieb des Schweißwerkzeugs 4 gesteuert werden kann. Insbesondere kann der Zylinder 1 das Schweißwerkzeug 4 in der Z-Achsenrichtung bewegen. Der Zylinder 1 kann durch den Kontaktspitzenabschnitt 4t des Schweißwerkzeugs 4 auch einen vorbestimmten Druck auf den Leitungsdraht 12 aufbringen. Das Material des Leitungsdrahts 12 kann beispielsweise Aluminium sein.
Das Schweißwerkzeug 4 wird durch einen Halter (nicht abgebildet) gestützt und in der vertikalen Richtung innerhalb des Halters geführt. Der Kontaktspitzenabschnitt 4t ist an einem Spitzenabschnitt des Schweißwerkzeugs 4 näher zu dem Substrattisch 10 angeordnet. Das Schweißwerkzeug 4 ist mit der Sonotrodeneinheit 6 verbunden, so dass eine durch einen in 1 und 2 nicht abgebildeten Ultraschallvibrator 17 (siehe 6) erzeugte Ultraschallvibration UV durch die Sonotrodeneinheit 6 auf das Schweißwerkzeug 4 übertragen wird. Mit anderen Worten, arbeiten der Ultraschallvibrator 17 und die Sonotrodeneinheit 6 als eine Ultraschalltransfereinheit, welche eingerichtet ist, das Schweißwerkzeug 4 anzutreiben, so dass die Ultraschallvibration von dem Kontaktspitzenabschnitt 4t aufgebracht wird.
Der Kontaktspitzenabschnitt 4t ist an einer Spitze des Schweißwerkzeugs 4 ausgebildet und beinhaltet in einem Spitzenbereich einen Vorsprungsbereich 8, der den Leitungsdraht 12 als ein Schweißzielmaterial bei einem Ultraschallschweißverfahren berührt.
Vorsprungsbereich 8 des Kontaktspitzenabschnitts 4t
3 ist ein erklärendes Diagramm, welches Details der Spitzengreifeinheit 4h und des Kontaktspitzenabschnitts 4t in dem Schweißwerkzeug 4 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel abbildet. In 3, zeigt (a) eine Frontansicht, (b) eine Seitenansicht und (c) eine Ansicht von unten.
Wie in 3 gezeigt, ist der Kontaktspitzenabschnitt 4t mit der Spitzengreifeinheit 4h verbunden. Wie in 3(c) gezeigt, ist der als ein Oberflächenbereich an einem unteren Teil 4tb des Kontaktspitzenabschnitts 4t ausgebildete Vorsprungsbereich 8 in einer Rechtecksform mit einer Längsrichtung entlang einer X-Richtung in einer XY-Ebene ausgebildet.
4 ist ein erklärendes Diagramm, welches Details des Vorsprungsbereichs 8 in dem Schweißwerkzeug 4 gemäß dem Ausführungsbeispiel abbildet. In 4 zeigt (a) eine Ansicht von unten, (b) eine Seitenansicht in der X-Richtung und (c) eine Seitenansicht in der Y-Richtung. 4(a) zeigt Details eines Fokusbereichs P1 des Vorsprungsbereichs 8 in 3(b).
Wie in 4 und 3(c) gezeigt, ist eine Vielzahl getrennt voneinander ausgebildeter Vorsprungsabschnitte 80 (Konvex-Abschnitte) in einer NxM-Matrix mit N (≥ 2) Zeilen in der X-Richtung (erste Richtung) und M (≥ 2) Spalten in der Y-Richtung (zweite Richtung) orthogonal zu der X-Richtung auf dem Vorsprungsbereich 8 vorgesehen. 4 zeigt ein Beispiel mit M=3 und N>3.
Wie in 4(b) gezeigt, ist jedes der drei Sets der N in der X-Richtung ausgebildeten Vorsprungsabschnitte 80 unter der Vielzahl der Vorsprungsabschnitte 80 gleichmäßig mit einem Längsrichtungsintervall DX (erstes Intervall) in der X-Richtung beabstandet. In jedem der drei Sets der N Vorsprungsabschnitte 80 ist ein in der X-Richtung ganz außen positionierter X-Richtungs-Außen-Vorsprungsabschnitt 80xe (Erstrichtungs-Außen-Konvex-Abschnitt) durch einen Längsrichtungs-Seitenkantenabstand (Erstrichtungs-Endteilabstand) EX von einer Seitenkante 8Lx (Endteil) des Vorsprungsbereichs 8 in der X-Richtung getrennt angeordnet.
Wie in 4(c) gezeigt, ist jedes der N Sets der drei in der Y-Richtung ausgebildeten Vorsprungsabschnitte 80 unter der Vielzahl der Vorsprungsabschnitte 80 gleichmäßig mit einem Querrichtungsintervall DY (zweites Intervall) in der Y-Richtung beabstandet. In jedem der N Sets der drei Vorsprungsabschnitte 80 ist ein in der Y-Richtung ganz außen positionierter Y-Richtungs-Außen-Vorsprungsabschnitt 80ye (Zweitrichtungs-Außen-Konvex-Abschnitt) durch einen Querrichtungs-Seitenkantenabstand EY (Zweitrichtungs-Endteilabstand) in der Y-Richtung von einer Seitenkante 8Ly (Endteil) des Vorsprungsbereichs 8 getrennt angeordnet.
Das Längsrichtungsintervall DX, der Längsrichtungs-Seitenkantenabstand EX, das Querrichtungsintervall DY und der Querrichtungs-Seitenkantenabstand EY werden, wie in 4 gezeigt, bezüglich eines Mittelabschnitts 80c der Vorsprungsabschnitte 80 eingestellt.
Die Vielzahl der Vorsprungsabschnitte 80 erfüllt eine in (1) angedeutete erste Anordnungsbedingung und eine in (2) angedeutete zweite Anordnungsbedingung.

(1) Erste Anordnungsbedingung {0,349 ≤ EX/DX ≤ 0,510}
(2) Zweite Anordnungsbedingung {0,349 ≤ EY/DY ≤ 0,510}

Die vorstehend beschriebene erste und zweite Anordnungsbedingung haben eine Idealreferenz ST von „0,425“. Der untere Grenzwert (0,425 - 0,425 × 0,18) der Idealreferenz ST von „0,425“ ist „0,349“ und der obere Grenzwert (0,425 - 0,425 × 0,02) der Idealreferenz ST von „0,425“ ist „0,510“.
Mit anderen Worten wird ein Streckenverhältnis HR (EX/DX oder EY/DY) eingestellt, um einen bei der Idealreferenz ST zentrierten zulässigen Bereich zu haben und einen unteren Grenzwert von „-18%“ und einen oberen Grenzwert von „+20%“ zu haben.
5 ist ein erklärendes Diagramm, welches Details einer Beispielkonfiguration jedes Vorsprungsabschnitts 80 abbildet. In 5 zeigt (a) eine Draufsicht und (b) eine Seitenansicht.
Wie in 5 gezeigt, hat jeder Vorsprungsabschnitt 80 einen quadratischen unteren Teil mit Seiten, welche in der Draufsicht eine Befestigungsflächendimension d2 haben, und einen quadratischen Mittelteil mit Seiten, welche in der Draufsicht eine Spitzenflächendimension d1 (< d2) haben. Der Vorsprungsabschnitt 80 hat eine Ausbildungshöhe h1 in der negativen Z-Richtung, eine Seitenflächenteilkrümmung k2 von dem unteren Teil zu dem Mittelteil und eine Spitzenabschnittkrümmung k1 von dem Mittelteil zu dem oberen Teil.
Spezifische Dimensionen werden beispielsweise wie folgt eingestellt: die Spitzenflächendimension d1 ist 0,22 mm, die Befestigungsflächendimension d2 ist 0,47 mm, die Ausbildungshöhe h1 ist 0,2 mm, die Spitzenabschnittkrümmung k1 ist 0,075 (1/mm) und die Seitenflächenteilkrümmung k2 ist 0,125 (1/mm).
In der Ultraschallschweißvorrichtung 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind das Schweißwerkzeug 4 und die Druckmechaniken 20 und 30 integriert, so dass beide Seitenflächen (Flächen in der X-Richtung) des mit dem Schweißwerkzeug 4 gekoppelten Zylinders 1 mit den Druckmechaniken 20 und 30 (Zylinder 21 und 31 davon) durch Schweißplatten 25 und 35 gekoppelt.
Die Druckmechanik 20 (erste Druckmechanik) beinhaltet den (elektrischen) Zylinder 21, ein Druckelement 22 und eine Druckrolle 23 und die Druckrolle 23 (erste Druckrolle) kann einen bei einer Rotationsachse 22j des Druckelements 22 zentrierten Rotationsbetrieb durchführen. Ebenso beinhaltet die Druckmechanik 30 (zweite Druckmechanik) den (elektrischen) Zylinder 31, ein Druckelement 32 und eine Druckrolle 33 und die Druckrolle 33 (zweite Druckrolle) kann einen bei einer Rotationsachse 32j des Druckelements 32 zentrierten Rotationsbetrieb durchführen.
Die Druckelemente 22 und 32 sind mit den Zylindern 21 und 31 gekoppelt. Somit wird eine Antriebskraft (Druckkraft) F22 von dem Zylinder 21 durch das Druckelement 22 auf die Druckrolle 23 übertragen, so dass die Druckrolle 23 in der Z-Achsenrichtung (negative Z-Richtung) bewegt werden kann. Zusätzlich kann der Zylinder 21 durch die Druckrolle 23 einen vorbestimmten Druck auf den Leitungsdraht 12 aufbringen. Ebenso wird eine Antriebskraft (Druckkraft) F32 von dem Zylinder durch das Druckelement 32 auf die Druckrolle 33 übertragen, so dass die Druckrolle 33 in der Z-Achsenrichtung (negative Z-Richtung) bewegt werden kann. Zusätzlich kann der Zylinder 31 durch die Druckrolle 33 einen vorbestimmten Druck auf den Leitungsdraht 12 aufbringen.
Die Druckrollen 23 und 33 sind aus einem elastischen Material, wie z.B. Gummi, um den Leitungsdraht 12 durch Verwendung der Druckrollen 23 und 33 zu drücken und dabei eine Beschädigung des Leitungsdrahts 12 zu verhindern.
Eine Antriebseinheit (nicht abgebildet) ist mit dem Ultraschallschweißvorrichtung 100 zur Integration des Schweißwerkzeugs 4, der Druckmechaniken 20 und 30 und dergleichen gekoppelt und kann einen Bewegungsvorgang zur Bewegung der Ultraschallschweißvorrichtung 100 in einer Vorrichtungsbetriebsrichtung DR100 ausführen.
Glassubtrat
Wie in 1 gezeigt, ist das Glassubtrat 11 auf der Oberfläche, aus welcher der Solarbatterie-Dünnfilm 11g ausgebildet ist, auf dem Substrattisch 10 installiert und der Leitungsdraht 12 ist in der X-Richtung auf dem Solarbatterie-Dünnfilm 11g des Glassubstrats 11 vorgesehen. Demzufolge hat der Leitungsdraht 12 eine Ausbildungslängenrichtung in der X-Richtung (erste Richtung) und eine Ausbildungsbreitenrichtung in der Y-Richtung (zweite Richtung).
Obwohl nicht gezeigt, ist zumindest ein Loch durch eine obere Oberfläche des Substrattischs 10 gebohrt und das Glassubstrat 11 ist durch einen Vakuumkontakt durch das Loch auf dem Substrattisch 10 fixiert.
Bei der Ausführung des Ultraschallvibrationsverfahrens ist der leitfähige Leitungsdraht 12 in der X-Richtung auf dem Solarbatterie-Dünnfilm 11g (des Glassubstrats 11) angeordnet. In diesem Zustand führt das Schweißwerkzeug 4 das Ultraschallvibrationsverfahren aus, bei welchem die durch den Ultraschallvibrator erzeugte und durch die Sonotrodeneinheit 6 übertragene Ultraschallvibration UV auf einen Ultraschallschweißpunkt 12p des Leitungsdrahts 12 von dem Vorsprungsbereich 8 des Kontaktspitzenabschnitts 4t des Schweißwerkzeugs 4 aufgebracht wird, während ein vorbestimmter Druck gegen den Substrattisch 10 auf den Leitungsdraht 12 durch die Antriebskraft F1 von dem Zylinder 1 aufgebracht wird, wobei der Leitungsdraht 12 mit dem Solarbatterie-Dünnfilm 11g des Glassubstrats 11 verschweißt wird.
Ultraschallvibrationsverfahren
Nachfolgend werden Details des Betriebs eines Druckbeaufschlagungs-Ultraschallvibrationsverfahrens unter Verwendung der Ultraschallschweißvorrichtung 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit Bezug zu 1 und 2 beschrieben.
Zuerst wird das Glassubtrat 11 auf der Oberfläche, aus welcher der Solarbatterie-Dünnfilm 11g ausgebildet ist, auf dem Substrattisch 10 installiert. Dann wird das Glassubstrat 11 durch Vakuumkontakt durch das in dem Substrattisch 10 vorgesehene Loch (nicht abgebildet) auf dem Substrattisch 10 fixiert.
Anschließend wird der leitfähige dünne Leitungsdraht 12 auf eine Spule (nicht abgebildet) aufgewickelt. Der Leitungsdraht 12 wird von der Spule abgewickelt und an einer vorbestimmten Stelle auf dem Solarbatterie-Dünnfilm 11g in der X-Richtung angeordnet.
Anschließend wird ein Druckverfahren ausgeführt, bei welchem die Druckrollen 23 und 33 der Druckmechaniken 20 und 30 das Drücken (Drücken gegen den Substrattisch 10) des Leitungsdrahts 12 durch die Druckkräfte F22 und F32 der Zylinder 21 und 31 durchführen.
Dann wird das Schweißwerkzeug 4, während der Leitungsdraht 12 durch die Druckrollen 23 und 33 gedrückt wird, durch die Antriebskraft F1 des Zylinders 1 nach unten hin zu dem Leitungsdraht 12 bewegt. Wenn der Vorsprungsbereich 8 des Kontaktspitzenabschnitts 4t des Schweißwerkzeugs 4 oder, mit anderen Worten, die Vielzahl der Vorsprungsabschnitte 80 den Leitungsdraht 12 berührt, wird ein vorbestimmter Druck gegen den Substrattisch 10 auf den Leitungsdraht 12 durch die Antriebskraft F1 des Zylinders 1 aufgebracht.
Während der Leitungsdraht 12 durch die Druckrollen 23 und 33 in dem Druckverfahren durch die Druckmechaniken 20 und 30 gedrückt wird und das Schweißwerkzeug 4, wie vorstehend beschrieben, den vorbestimmten Druck auf den Leitungsdraht 12 aufbringt, erzeugt der Ultraschallvibrator 17 die Ultraschallvibration UV. Die erzeugte Ultraschallvibration UV wird durch die Sonotrodeneinheit 6 auf das Schweißwerkzeug 4 übertragen. Dann führt der Vorsprungsbereich 8 des Kontaktspitzenabschnitts 4t des Schweißwerkzeugs 4 die Ultraschallvibration UV bei einer vorbestimmten Frequenz (z.B. 20 bis 40 kHz) und einer vorbestimmten Amplitude (10 µm oder kleiner; z.B. 4 bis 5 µm, um näherungsweise eine Beschädigung des Glassubstrats 11 zu verhindern) durch.
Auf diese Weise wird das Schweißwerkzeug 4 als ein Ultraschallschweißwerkzeug, während der Leitungsdraht 12 auf dem Solarbatterie-Dünnfilm 11g des Glassubstrats 11 angeordnet ist, so angetrieben, dass die Ultraschallvibration, während der vorbestimmte Druck gegen den Substrattisch 10 aufgebracht wird, von dem Vorsprungsbereich 8 einschließlich der Vielzahl von Vorsprungsabschnitten 80 auf den Ultraschallschweißpunkt 12p (Aufbringungsteil) an dem Leitungsdraht 12 durch die Sonotrodeneinheit 6 und die den Ultraschallvibrator beinhaltenden Ultraschalltransfereinheit aufgebracht.
Die Vibrationsrichtung der Ultraschallvibration UV kann beispielsweise eine Richtung parallel zu der X-Achsenrichtung (welche die Längsrichtung des Leitungsdrahts 12 ist) oder eine Richtung parallel zu der Y-Achse (welche die Breitenrichtung des Leitungsdrahts 12 ist) sein, aber ist vorzugsweise die Richtung parallel zu der Y-Achse. Wenn das Ultraschallvibrationsverfahren unter Verwendung des Schweißwerkzeugs 4 durchgeführt wird, wird auf diese Weise die Ultraschallvibration UV durch den Vorsprungsbereich 8 des Kontaktspitzenabschnitts 4t auf den Ultraschallschweißpunkt 12p des Leitungsdrahts 12 aufgebracht.
Wie vorstehend beschrieben, wird der Leitungsdraht 12 auf dem Glassubstrat 11 durch Ausführung des Druckbeaufschlagungs-Ultraschallvibrationsverfahrens unter Verwendung des Schweißwerkzeugs 4 auf den Leitungsdraht 12 verschweißt, während der Leitungsdraht 12 durch die Druckrollen 23 und 33 gedrückt wird.
Das Druckverfahren wird durch die Druckmechaniken 20 und 30 ausgeführt, indem Druck durch die Druckrollen 23 und 33 auf den Leitungsdraht 12 in einer Höhe, bei welcher das dünne Glassubstrat 11 nicht beschädigt wird, aufgebracht wird, und der Druck wird in Abhängigkeit des Materials und der Dicke des Glassubstrats 11 (insbesondere des Solarbatterie-Dünnfilms 11g) beispielsweise auf einen Druck von ungefähr 10 kg eingestellt. Die Druckrollen 23 und 33 der Druckmechaniken 20 und 30 berühren lediglich den Leitungsdraht 12, aber berühren beim Drücken nicht das Glassubstrat 11 (Solarbatterie-Dünnfilm 11g).
In der Ultraschallschweißvorrichtung 100 wird das vorstehend beschriebene Ultraschallvibrationsverfahren durch das Schweißwerkzeug 4 ausgeführt, während beide Seiten des Ultraschallschweißpunkts 12p des Leitungsdrahts 12 durch das Druckverfahren durch die Druckrollen 23 und 33 der Druckmechaniken 20 und 30 gedrückt werden.
Wenn der Leitungsdraht 12 durch die Druckrollen 23 und 33 gedrückt wird, wird das Glassubtrat 11 gegen den Substrattisch 10 gedrückt. Das stärkt zusätzlich die Fixierung des Glassubstrats 11 auf dem Substrattisch 10 und verhindert dabei eine Bewegung des Glassubstrats 11 relativ zu dem Substrattisch 10, wenn das Druckbeaufschlagungs-Ultraschallvibrationsverfahren auf den Leitungsdraht 12 durchgeführt wird.
Wenn die Fixierung des Glassubstrats 11 auf diese Weise gestärkt wird, kann nur der Leitungsdraht 12 der Ultraschallvibration bei der Ausführung des Ultraschallschweißverfahrens durch das Schweißwerkzeug 4 ausgesetzt sein. Demzufolge kann die Energie der Ultraschallvibration durch das Schweißwerkzeug 4 effizient an einem Kontaktteil zwischen dem Glassubstrat 11 und dem Leitungsdraht 12 in Reibenergie umgewandelt werden. Somit kann das Verschweißen des Leitungsdrahts 12 und des Glassubstrats 11 durch Ultraschallvibration effizienter in einer kürzeren Zeit durchgeführt werden.
Bei dem Ultraschallschweißverfahren existiert immer ein Spalt zwischen jeder Druckrolle 23 und 33 und dem Ultraschallschweißpunkt 12p, wodurch möglicherweise ein Leitungsdrahtabheben (Verformung) in einem Bereich (nachstehend als ein „Leitungsdrahtspalt-Ausbildungsbereich“ bezeichnet) auftritt, in welchem der Spalt des Leitungsdrahts 12 ausgebildet ist. Wenn zusätzlich das Intervall zwischen den Ultraschallschweißpunkten 12p relativ groß eingestellt ist, tritt das Leitungsdrahtabheben möglicherweise an dem Leitungsdraht 12 in einem Zwischen-Schweißpunkt-Ausbildungsbereich auf, welcher zwischen den benachbarten Ultraschallschweißpunkten 12p auf dem Leitungsdraht 12 ausgebildet ist.
Anschließend führt die Ultraschallschweißvorrichtung 100 einen Bewegungsvorgang der Druckmechaniken 20 und 30 aus, welcher durchgeführt wird, wenn das Ultraschallvibrationsverfahren nicht ausgeführt wird.
Das Schweißwerkzeug 4 wird in der Z-Achsenrichtung (positive Z-Richtung) durch die Antriebskraft F1 von dem Zylinder 1 bewegt und von dem Substrattisch 10 angehoben. Mit anderen Worten, bewegt die Ultraschallschweißvorrichtung 100 das Schweißwerkzeug 4 durch die Antriebskraft F1 des Zylinders 1 nach oben, um den Kontaktzustand mit dem Leitungsdraht 12 zu beenden, nachdem das Ultraschallvibrationsverfahren zum Verschweißen des Leitungsdrahts 12 mit dem Glassubstrat 11 ausgeführt wird.
Der Druck auf den Leitungsdraht 12 durch die Druckrollen 23 und 33 der Druckmechanismen 20 und 30 wird so eingestellt, dass das dünne Glassubstrat 11 nicht beschädigt wird, der Rotationsbetrieb der bei den Rotationsachsen 22j und 32j zentrierten Druckrollen 23 und 33 kann auf den Leitungsdraht 12 ausgeführt werden und die Druckmechaniken 20 und 30 können sich zusammen mit dem Schweißwerkzeug 4 beim Drücken des Leitungsdrahts 12 auf dem Leitungsdraht 12 bewegen.
In dem vorstehend beschriebenen Zustand wird der Bewegungsvorgang zur Bewegung der Ultraschallschweißvorrichtung 100 in der Vorrichtungsbetriebsrichtung DR100 durch die mit der Ultraschallschweißvorrichtung 100 gekoppelte Antriebseinheit (nicht abgebildet) ausgeführt. Alternativ kann der Substrattisch 10, auf welchem das Glassubstrat 11 durch den Vakuumkontakt fixiert ist, in der Vorrichtungsbetriebsrichtung DR100 ohne die Antriebseinheit bewegt werden, wobei ein Bewegungsvorgang der Ultraschallschweißvorrichtung 100 relativ zu dem Substrattisch 10 in der Vorrichtungsbetriebsrichtung DR100 ausgeführt wird.
Demzufolge wird der Bewegungsvorgang der Ultraschallschweißvorrichtung 100 ausgeführt, bei welchem sich die Druckrollen 23 und 33 in der Vorrichtungsbetriebsrichtung DR100 durch den Rotationsbetrieb der Druckrollen 23 und 33 auf dem Leitungsdraht 12 bewegen. Dann wird der Bewegungsvorgang in einem Zustand gestoppt, in welchem der Kontaktspitzenabschnitt 4t des Schweißwerkzeugs 4 über dem nächsten Ultraschallschweißpunkt 12p, auf welchem die Ultraschallvibration aufgebracht werden soll, positioniert ist.
Infolgedessen bewegt sich während des Bewegungsvorgangs eine der Druckrollen 23 und 33 beim Drücken immer auf dem vorstehend beschriebenen Leitungsdrahtspalt-Ausbildungsbereich des Leitungsdraht 12. Wenn das Leitungsdrahtabheben in dem Leitungsdrahtspalt-Ausbildungsbereich des Leitungsdrahts 12 bei der Ausführung des vorstehend beschriebenen Ultraschallvibrationsverfahrens auftritt, kann somit das Leitungsdrahtabheben zuverlässig durch das Drücken der einen Druckrolle beseitigt werden. Wenn das Leitungsdrahtabheben in dem vorstehend beschriebenen Zwischen-Schweißpunkt-Ausbildungsbereich auftritt, kann das Leitungsdrahtabheben ebenso zuverlässig beseitigt werden.
Auf diese Weise führen die Druckmechaniken 20 und 30 (erste und zweite Druckmechanik) der Ultraschallschweißvorrichtung 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel den Bewegungsvorgang aus, bei welchem sich die Druckrollen 23 und 33 auf dem Leitungsdraht 12 (einschließlich dem Leitungsdrahtspalt-Ausbildungsbereich bei bisheriger Ausführung des Ultraschallvibrationsverfahrens) bewegen, während der Leitungsdraht 12 nach der Ausführung des Ultraschallvibrationsverfahrens durch das Schweißwerkzeug 4 gedrückt wird.
Demzufolge kann zumindest eine der Druckrollen 23 und 33 (erste und zweite Druckrolle) auf den vorstehend beschriebenen Leitungsdrahtspalt-Ausbildungsbereich und den vorstehend beschriebenen Zwischen-Schweißpunkt-Ausbildungsbereich bei dem Bewegungsvorgang der Ultraschallschweißvorrichtung 100 drücken. Infolgedessen kann ein Effekt, dass das Auftreten des Leitungsdrahtabhebens des Leitungsdrahts 12 zuverlässig beseitigt wird und der Leitungsdraht 12 genau auf dem Glassubstrat 11 verschweißt wird, in dem Bewegungsvorgang der Ultraschallschweißvorrichtung 100 erreicht werden.
Steuereinheit
6 ist ein Blockdiagramm, welches schematisch ein Steuersystem der Ultraschallschweißvorrichtung 100 zeigt. Wie in 6 gezeigt, beinhaltet die Ultraschallschweißvorrichtung 100 weiterhin eine Steuereinheit 15 und die Steuereinheit 15 steuert den Antrieb der Zylinder 1, 21 und 31, eine Antriebseinheit 16 und den Ultraschallvibrator 17. Die Antriebseinheit 16 führt den Bewegungsvorgang zur Bewegung der gesamten Ultraschallschweißvorrichtung 100 in der Vorrichtungsbetriebsrichtung DR100 aus und der Ultraschallvibrator 17 führt das Ultraschallvibrationsverfahren zur Bereitstellung der Ultraschallvibration UV für das Schweißwerkzeug 4 durch die Sonotrodeneinheit 6 aus.
Die Steuereinheit 15 kann die Druckkräfte F22 und F32 der Druckrollen 23 und 33 variabel durch Steuerung des Antriebs der Zylinder 21 und 31 steuern und kann den Bewegungsvorgang der Ultraschallschweißvorrichtung 100 in der Vorrichtungsbetriebsrichtung DR100 durch Steuerung der Antriebseinheit 16 steuern.
Zusätzlich kann die Steuereinheit 15 die auf das Schweißwerkzeug 4 in der Z-Achsenrichtung aufgebrachte Antriebskraft F1 durch Steuerung des Antriebs des Zylinder 1 steuern und kann das Ultraschallvibrationsverfahren des Schweißwerkzeugs 4 durch Steuerung des Ultraschallvibrators 17 steuern. Demzufolge kann die Steuereinheit 15 Bedingungen (Frequenz, Amplitude und Druckbeaufschlagungskraft) des Ultraschallvibrationsverfahrens durch das Schweißwerkzeug 4 variabel, z.B. in Übereinstimmung mit einer Anweisung eines Verwenders, steuern.
Die durch die Druckmechaniken 20 und 30 auf das Glassubstrat 11 aufgebrachte Druckkraft muss in Übereinstimmung mit dem Material und Dicke des Glassubstrats 11, dem Material und Dicke des Solarbatterie-Dünnfilms 11g und den Bedingungen des Ultraschallvibrationsschweißverfahrens geändert werden. Um das zu erreichen, steuert die Steuereinheit 15 die durch die Druckmechaniken 20 und 30 aufgebrachten Druckkräfte F22 und F32 variabel durch die Zylinder 21 und 31 in Übereinstimmung mit einer Anweisung des Verwenders. Insbesondere wenn jede Information (wie z.B. das Material und Dicke des Glassubstrats 11, das Material und Dicke des Solarbatterie-Dünnfilms 11g und die Bedingungen des Ultraschallvibrationsschweißverfahrens) an die Steuereinheit 15 eingegeben wird, können die Druckkräfte F22 und F32 der Druckmechaniken 20 und 30 zu Druckkräften gesteuert werden, welche aus einer im Voraus eingestellten Informationstabelle und der Information bestimmt werden. Die Informationstabelle definiert eindeutig eine Druckkraft für jede Information.
Wie vorstehend beschrieben, können bei und nach der Ausführung des Ultraschallvibrationsverfahrens die Druckkräfte F22 und F32 der Druckrollen 23 und 33 angemessen in Übereinstimmung mit den Bedingungen des Ultraschallvibrationsschweißverfahrens durch Antreiben der Zylinder 21 und 31 der Druckmechaniken 20 und 30 von der Steuereinheit 15 gesteuert werden.
Auf diese Weise werden beispielsweise die durch die Druckmechaniken 20 und 30 aufgebrachten Druckkräfte F22 und F32 und die Bedingungen des durch das Schweißwerkzeug 4 durchgeführten Ultraschallvibrationsschweißverfahrens variabel von der Steuereinheit 15 gesteuert. Somit können die durch die Druckmechaniken 20 und 30 aufgebrachten Druckkräfte F22 und F32, Antriebsinhalte der Antriebseinheit 16 und die Bedingungen des durch das Schweißwerkzeug 4 durchgeführten Ultraschallvibrationsschweißverfahrens (der Zylinder 1 und der Ultraschallvibrator 17) angemessen, z.B. in Übereinstimmung mit den Dicken und Materialien des Glassubstrats 11 und des Solarbatterie-Dünnfilms 11g, geändert werden.
Infolgedessen kann die Ultraschallschweißvorrichtung 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Auftrittswahrscheinlichkeit des Leitungsdrahtabhebens des Leitungsdrahts 12 ohne Beeinflussung des Glassubstrats 11 (einschließlich dem Solarbatterie-Dünnfilm 11g) zuverlässig reduzieren und kann die Druckkräfte F22 und F32, die Antriebsinhalte der Antriebseinheit 16 und die Bedingungen des Ultraschallvibrationsschweißverfahrens angemessen so ändern, dass der Leitungsdraht 12 auf dem Glassubstrat 11 verschweißt wird.
Der vorstehend beschriebene Effekt kann durch Steuerung zumindest einer durch die Druckmechaniken 20 und 30 aufgebrachten Druckkraft F22 und F32 durch die Steuereinheit 15 erhalten werden.
Effekte des vorliegenden Ausführungsbeispiels
Erstes Experimentergebnis
7 bis 9 sind Graphen, welche ein erstes Experimentergebnis (Simulationsergebnis) zeigen, wenn das Streckenverhältnis HR die erste Anordnungsbedingung erfüllt, und insbesondere Graphen (1 bis 3), welche eine Lastverteilung auf 17 Vorsprungsabschnitte 80 für N = 17 mit EX/DX als dem Streckenverhältnis HR zeigen. 7 zeigt einen Fall, bei welchem das Streckenverhältnis HR gleich „0,425“ der Idealreferenz ST ist, 8 zeigt einen Fall, bei welchem das Streckenverhältnis HR gleich „0,510“ als der obere Grenzwert der Idealreferenz ST ist, und 9 zeigt einen Fall, bei welchem das Streckenverhältnis HR gleich „0,349“ als der untere Grenzwert der Idealreferenz ST ist.
In jeder der 7 bis 9 stellt die horizontale Achse Ausbildungspositionen R0 bis R16 der 17 Vorsprungsabschnitte 80 in der X-Richtung dar und die Ausbildungspositionen R0 und R16 geben die Positionen der jeweiligen X-Richtungs-Außen-Vorsprungsabschnitte 80xe an. Die vertikale Achse stellt einen Lastwinkel dar, welcher ein Verhältnis relativ zu einer Referenzlast ist, wenn die Referenzlast zu „1“ gewählt wird.
Die Erfinder bestimmen innerhalb ±10% der Referenzlast oder mit anderen Worten, wenn die Lastverteilung auf den 17 Vorsprungsabschnitten 80 auf den Leitungsdraht 12 in dem Ultraschallvibrationsverfahren bei den Ausbildungspositionen R0 bis R16 zwischen {0,90 bis 1,10} liegt, dass eine Variation der Ablösefestigkeit des Leitungsdrahts 12 in einem zuverlässigen Bereich unterdrückt wird und die Schweißeigenschaft des Leitungsdrahts 12 als ein Schweißzielmaterial an den Solarbatterie-Dünnfilm 11g bei dem Ultraschallschweißpunkt 12p nach dem Ultraschallvibrationsverfahren exzellent gehalten wird.
Wie durch die Lastverteilungslinie L1 in 7 gezeigt, übersteigt die Last, wenn das Streckenverhältnis HR gleich der Idealreferenz ST ist, bei den Ausbildungspositionen R1 und R15, welche am meisten von der Referenzlast getrennt sind, nicht „0,950“ und somit kann die Schweißeigenschaft des Leitungsdrahts 12 an den Solarbatterie-Dünnfilm 11g bei dem Ultraschallschweißpunkt 12p nach dem Ultraschallvibrationsverfahren exzellent gehalten werden.
Wie durch die Lastverteilungslinie L2 in 8 gezeigt, ist die Last, wenn das Streckenverhältnis HR gleich dem oberen Grenzwert der Idealreferenz ST ist, leicht unter „1,100“ bei den Ausbildungspositionen R0 und R16, welche am meisten von der Referenzlast getrennt sind, und somit kann die Schweißeigenschaft des Leitungsdrahts 12 an den Solarbatterie-Dünnfilm 11g exzellent gehalten werden. Da die Last bei den Ausbildungspositionen R0 und R16 nahe bei „1,100“ ist, wird angenommen, dass die Schweißeigenschaft des Leitungsdrahts 12 an den Solarbatterie-Dünnfilm 11g möglicherweise nicht exzellent gehalten werden kann, wenn das Streckenverhältnis HR den oberen Grenzwert „0,510“ übersteigt.
Wie durch die Lastverteilungslinie L3 in 9 gezeigt, ist die Last, wenn das Streckenverhältnis HR gleich dem unteren Grenzwert der Idealreferenz ST ist, gleich „0,9“ bei den Ausbildungspositionen R0 und R16, welche am meisten von der Referenzlast getrennt sind, und somit kann die Schweißeigenschaft des Leitungsdrahts 12 an den Solarbatterie-Dünnfilm 11g exzellent gehalten werden. Da die Last bei den Ausbildungspositionen R0 und R16 im Wesentlichen „0,9“ ist, wird angenommen, dass die Schweißeigenschaft des Leitungsdrahts 12 an den Solarbatterie-Dünnfilm 11g möglicherweise nicht exzellent gehalten werden kann, wenn das Streckenverhältnis HR unter dem unteren Grenzwert „0,349“ liegt.
Auf diese Weise sind N gleichmäßig mit dem Längsrichtungsintervall DX (erstes Intervall) in der X-Richtung (erste Richtung) als der Längsrichtung des Vorsprungsbereichs 8 in dem Schweißwerkzeug 4 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beabstandete Vorsprungsabschnitte 80 jeweils so angeordnet, dass die vorstehend beschriebene durch das Längsrichtungsintervall DY und den Längsrichtungs-Seitenkantenabstand EX (Erstrichtungs-Endteilabstand) definierte erste Anordnungsbedingung erfüllt ist.
Somit kann, wie durch das in 7 bis 9 gezeigte erste Experimentergebnis angegeben, in dem Ultraschallvibrationsverfahren durch die Ultraschallschweißvorrichtung 100 unter Verwendung des Schweißwerkzeugs 4 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Lastverteilung auf dem Ultraschallschweißpunkt 12p des Leitungsdrahts 12 bei einer exzellenten Verteilung mit weniger Variation unterdrückt werden. Infolgedessen kann die das Schweißwerkzeug 4 beinhaltende Ultraschallschweißvorrichtung 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Variation der Ablösefestigkeit des Leitungsdrahts mit einer größeren Vorsprungsabschnittausbildungsanzahl als der Ausbildungsanzahl der Vielzahl der in dem Vorsprungsbereich 8 des Schweißwerkzeugs 4 ausgebildeten Vorsprungsabschnitte 80 unterdrücken und somit kann die Schweißeigenschaft des Leitungsdrahts 12 an den Solarbatterie-Dünnfilm 11g exzellent gehalten werden.
Das erste Experimentergebnis gibt den Fall mit EX/DX als dem Streckenverhältnis an. Die Schweißeigenschaft des Leitungsdrahts 12 an den Solarbatterie-Dünnfilm 11g wird durch die Variation der Ablösefestigkeit des Leitungsdrahts 12 in der X-Richtung als der Längsrichtung des Vorsprungsbereichs 8 (Ausbildungsrichtung des Leitungsdrahts 12), in welcher die Vorsprungsabschnitte 80 in einer größeren Anzahl (N > M) ausgebildet sind, beeinflusst. Somit kann die Variation der Ablösefestigkeit des Leitungsdrahts 12 grundsätzlich in einem zulässigen Bereich unterdrückt werden, wenn das Streckenverhältnis HR (EX/DX) in der X-Richtung die vorstehend beschriebene erste Anordnungsbedingung erfüllt.
Der Vorsprungsbereich 8 in dem Schweißwerkzeug 4 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erfüllt zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen ersten Anordnungsbedingung auch die vorstehend beschriebene zweite Anordnungsbedingung in einem Fall mit EY/DY als dem Streckenverhältnis HR. Somit gibt das erste Experimentergebnis an, dass die Schweißeigenschaft des Leitungsdrahts 12 an den Solarbatterie-Dünnfilm 11g zuverlässig durch zuverlässiges Unterdrücken der Variation der Ablösefestigkeit des Leitungsdrahts 12 in einem zulässigen Bereich in der Y-Richtung als der Querrichtung des Vorsprungsbereichs 8 zusätzlich zu der X-Richtung exzellent gehalten werden kann.
Zweites Experimentergebnis
10 bis 12 sind Graphen, welche ein zweites Experimentergebnis (Simulationsergebnis) zeigen, wenn das Streckenverhältnis HR die erste Anordnungsbedingung erfüllt, und insbesondere Graphen (1 bis 3), welche eine Lastverteilung auf die Vorsprungsabschnitte 80 zeigen, wenn das Streckenverhältnis HR gleich „0,425“ der Idealreferenz ST mit EX/DX als dem Streckenverhältnis ist. Das zweite Experimentergebnis wird jedoch für unterschiedliche Werte von N als der Anzahl der in der X-Richtung angeordneten Vorsprungsabschnitte erhalten, und 10 zeigt einen Fall mit N = 17, 11 einen Fall mit N = 7 und 12 einen Fall mit N = 75.
In 10 stellt die horizontale Achse Ausbildungspositionen R0 bis R16 der 17 Vorsprungsabschnitte 80 dar und die Ausbildungspositionen R0 und R16 geben die Positionen der jeweiligen X-Richtungs-Außen-Vorsprungsabschnitte 80xe an.
In 11 stellt die horizontale Achse Ausbildungspositionen R0 bis R6 der sieben Vorsprungsabschnitte 80 dar und die Ausbildungspositionen R0 und R6 geben die Positionen der jeweiligen X-Richtungs-Außen-Vorsprungsabschnitte 80xe an.
In 12 stellt die horizontale Achse Ausbildungspositionen R0 bis R74 der 75 Vorsprungsabschnitte 80 dar und die Ausbildungspositionen R0 und R74 geben die Positionen der jeweiligen X-Richtungs-Außen-Vorsprungsabschnitte 80xe an. Die vertikale Achse ist dieselbe als bei dem in 7 bis 9 gezeigten ersten Experimentergebnis.
Wie durch die Lastverteilungslinie L4 in 10 gezeigt, übersteigt die Last, wenn das Streckenverhältnis HR mit N = 17 gleich der Idealreferenz ST ist, bei den Ausbildungspositionen R1 und R15, welche am meisten von der Referenzlast getrennt sind, nicht „0,950“ und somit kann die Schweißeigenschaft des Leitungsdrahts 12 an den Solarbatterie-Dünnfilm 11g bei dem Ultraschallschweißpunkt 12p nach dem Ultraschallvibrationsverfahren exzellent gehalten werden.
Wie durch die Lastverteilungslinie L5 in 11 gezeigt, übersteigt die Last, wenn das Streckenverhältnis HR mit N = 7 gleich der Idealreferenz ST ist, leicht „0,950““ bei den Ausbildungspositionen R1 und R5, welche am meisten von der Referenzlast getrennt sind, und somit kann die Schweißeigenschaft des Leitungsdrahts 12 an den Solarbatterie-Dünnfilm 11g exzellent gehalten werden.
Wie durch die Lastverteilungslinie L6 in 12 gezeigt, übersteigt die Last, wenn das Streckenverhältnis HR mit N = 75 gleich der Idealreferenz ST ist, leicht „0,950“ bei den Ausbildungspositionen R1 und R73, welche am meisten von der Referenzlast getrennt sind, und somit kann die Schweißeigenschaft des Leitungsdrahts 12 an den Solarbatterie-Dünnfilm 11g exzellent gehalten werden.
Auf diese Weise kann, wenn N in der X-Richtung als der Längsrichtung des Vorsprungsbereichs 8 in dem Schweißwerkzeug 4 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ausgebildete Vorsprungsabschnitte 80 die vorstehend beschriebene erste Anordnungsbedingung erfüllen, die Variation der Ablösefestigkeit des Leitungsdrahts 12 unabhängig von der Ausbildungsanzahl N in der X-Richtung in einem zulässigen Bereich unterdrückt werden und somit kann die Schweißeigenschaft des Leitungsdrahts 12 an den Solarbatterie-Dünnfilm 11g exzellent gehalten werden.
Der Vorsprungsbereich 8 in dem Schweißwerkzeug 4 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erfüllt die vorstehend beschriebene zweite Anordnungsbedingung in dem Fall mit EY/DY als dem Streckenverhältnis HR. Somit gibt das zweite Experimentergebnis an, dass die Variation der Ablösefestigkeit des Leitungsdrahts 12 unabhängig von der Ausbildungsanzahl M in der Y-Richtung zuverlässig in einem zulässigen Bereich in der Y-Richtung unterdrückt werden kann und somit die Schweißeigenschaft des Leitungsdrahts 12 an den Solarbatterie-Dünnfilm 11g exzellent in einer zuverlässigen Weise gehalten werden kann.
Drittes Experimentergebnis
13 bis 15 sind Graphen, welche ein drittes Experimentergebnis (Simulationsergebnis) zeigen, wenn das Streckenverhältnis HR die erste Anordnungsbedingung nicht erfüllt, und insbesondere Graphen (1 bis 3), welche eine Lastverteilung auf die Vorsprungsabschnitte 80 mit EX/DX als dem Streckenverhältnis HR zeigen. 13 zeigt einen Fall mit N = 7, 14 einen Fall mit N = 17 und 15 einen Fall mit N = 50.
In 13 stellt die horizontale Achse Ausbildungspositionen R0 bis R6 der sieben Vorsprungsabschnitte 80 dar und die Ausbildungspositionen R0 und R6 geben die Positionen der jeweiligen X-Richtungs-Außen-Vorsprungsabschnitte 80xe an.
In 14 stellt die horizontale Achse Ausbildungspositionen R0 bis R16 der 17 Vorsprungsabschnitte 80 dar und die Ausbildungspositionen R0 und R16 geben die Positionen der jeweiligen X-Richtungs-Außen-Vorsprungsabschnitte 80xe an.
In 15 stellt die horizontale Achse Ausbildungspositionen R0 bis R49 der 50 Vorsprungsabschnitte 80 dar und die Ausbildungspositionen R0 und R49 geben die Positionen der jeweiligen X-Richtungs-Außen-Vorsprungsabschnitte 80xe an. Die vertikale Achse ist dieselbe als bei dem in 7 bis 9 gezeigten ersten Experimentergebnis und dem in 10 bis 12 gezeigten zweiten Experimentergebnis.
Wie durch die Lastverteilungslinie L7 in 13 gezeigt, übersteigt die Last, wenn das Streckenverhältnis HR „0,688“ und den oberen Grenzwert „0,510“ übersteigt und nicht die vorstehend beschriebene erste Anordnungsbedingung mit N = 7 erfüllt, bei den Ausbildungspositionen R0 und R6, welche am meisten von der Referenzlast getrennt sind, „1,300“ und somit kann die Schweißeigenschaft des Leitungsdrahts 12 an den Solarbatterie-Dünnfilm 11g bei dem Ultraschallschweißpunkt 12p nach dem Ultraschallvibrationsverfahren nicht exzellent gehalten werden.
Wie durch die Lastverteilungslinie L8 in 14 gezeigt, erreicht die Last, wenn das Streckenverhältnis HR „0,625“ und den oberen Grenzwert „0,510“ übersteigt und mit N = 17 nicht die vorstehend beschriebene erste Anordnungsbedingung erfüllt, bei den Ausbildungspositionen R0 und R16, welche am meisten von der Referenzlast getrennt sind, beinahe „1,25“ und somit kann die Schweißeigenschaft des Leitungsdrahts 12 an den Solarbatterie-Dünnfilm 11g nicht exzellent gehalten werden.
Wie durch die Lastverteilungslinie L9 in 15 gezeigt, erreicht die Last, wenn das Streckenverhältnis HR „0,600“ und den oberen Grenzwert „0,510“ übersteigt und mit N = 50 nicht die vorstehend beschriebene erste Anordnungsbedingung erfüllt, bei den Ausbildungspositionen R0 und R49, welche am meisten von der Referenzlast getrennt sind, „1,20“ und somit kann die Schweißeigenschaft des Leitungsdrahts 12 an den Solarbatterie-Dünnfilm 11g nicht exzellent gehalten werden.
Auf diese Weise gibt das dritte Experimentergebnis an, dass die Variation der Ablösefestigkeit des Leitungsdrahts 12 nicht unabhängig von der Ausbildungszahl N in einem zulässigen Bereich unterdrückt werden kann, wenn N in der X-Richtung als der Längsrichtung der Vorsprungsabschnitte 80 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ausgebildete Vorsprungsabschnitte 80 nicht die vorstehend beschriebene erste Anordnungsbedingung erfüllen.
Viertes Experimentergebnis
16 bis 19 sind Graphen, welche ein viertes Experimentergebnis (Simulationsergebnis) zeigen, wenn das Streckenverhältnis HR die erste Anordnungsbedingung erfüllt, und insbesondere Graphen (1 bis 4), welche eine Lastverteilung auf die Vorsprungsabschnitte 80, wenn das Streckenverhältnis HR mit EX/DX als dem Streckenverhältnis HR die erste Anordnungsbedingung erfüllt, zeigen. 16 und 18 zeigen einen Fall mit N = 7 und 17 und 19 einen Fall mit N = 75.
In 16 und 18 stellt die horizontale Achse Ausbildungspositionen R0 bis R6 der sieben Vorsprungsabschnitte 80 dar und die Ausbildungspositionen R0 und R6 geben die Positionen der jeweiligen X-Richtungs-Außen-Vorsprungsabschnitte 80xe an.
In 17 und 19 stellt die horizontale Achse Ausbildungspositionen R0 bis R74 der 75 Vorsprungsabschnitte 80 dar und die Ausbildungspositionen R0 und R74 geben die Positionen der jeweiligen X-Richtungs-Außen-Vorsprungsabschnitte 80xe an.
20 ist ein erklärendes Diagramm, welches tabellarisch den N Wert des Vorsprungsbereichs 8 und tatsächliche Dimensionen des Längsrichtungsintervalls DX und des Längsrichtungs-Seitenkantenabstands EX, die für jedes der vier Experimentergebnisse verwendet werden, zeigt.
Wie in 20 gezeigt, ist in einem Fall mit N = 7 das Längsrichtungsintervall DX gleich 0,85 mm und der Längsrichtungs-Seitenkantenabstand EX ist 0,361 mm, so dass die Idealreferenz ST „0,425“ erreicht wird. In einem Fall mit N = 17 ist das Längsrichtungsintervall DX gleich 0,450 mm und der Längsrichtungs-Seitenkantenabstand EX ist 0,191 mm, so dass die Idealreferenz ST „0,425“ erreicht wird. In einem Fall mit N = 75 ist das Längsrichtungsintervall DX gleich 1,00 mm und der Längsrichtungs-Seitenkantenabstand EX ist 0,425 mm, so dass die Idealreferenz ST „0,425“ erreicht wird.
Demzufolge zeigen 16 und 18 obere und untere Grenzwerte, wenn die Idealreferenz ST von 0,425 in Messwerteinstellungen mit dem Längsrichtungsintervall DX von 0,85 mm und dem Längsrichtungs-Seitenkantenabstand EX von 0,361 mm angenommen wird. Mit anderen Worten, zeigen 16 und 18 jeweils einen Fall, bei welchem zumindest ein Wert von dem Längsrichtungsintervall DX und dem Längsrichtungs-Seitenkantenabstand EX von dem in 20 gezeigten gemessenen Wert für N = 7 verschoben wird und gleich dem oberen Grenzwert oder dem unteren Grenzwert wird.
17 und 19 zeigen obere und untere Grenzwerte, wenn die Idealreferenz ST von 0,425 in Messwerteinstellungen mit dem Längsrichtungsintervall DX von 1,00 mm und dem Längsrichtungs-Seitenkantenabstand EX von 0,425 mm angenommen wird. Mit anderen Worten, zeigen 17 und 19 jeweils einen Fall, bei welchem zumindest ein Wert von dem Längsrichtungsintervall DX und dem Längsrichtungs-Seitenkantenabstand EX von dem in 20 gezeigten gemessenen Wert für N = 75 verschoben wird und gleich dem oberen Grenzwert oder dem unteren Grenzwert wird.
Die vertikale Achse ist dieselbe als bei dem in 7 bis 9 gezeigten ersten Experimentergebnis, dem in 10 bis 12 gezeigten zweiten Experimentergebnis und dem in 13 bis 15 gezeigten dritten Experimentergebnis.
Wie durch die Lastverteilungslinie L10 in 16 gezeigt, ist die Last, wenn das Streckenverhältnis HR „0,510“ als der obere Grenzwert der vorstehend beschriebenen ersten Anordnungsbedingung mit N = 7 ist, bei den Ausbildungspositionen R0 und R6, welche am meisten von der Referenzlast getrennt sind, gleich „1,100“ und somit kann die Schweißeigenschaft des Leitungsdrahts 12 an den Solarbatterie-Dünnfilm 11g bei dem Ultraschallschweißpunkt 12p nach dem Ultraschallvibrationsverfahren exzellent gehalten werden.
Wie durch die Lastverteilungslinie L11 in 17 gezeigt, ist die Last, wenn das Streckenverhältnis HR gleich „0,510“ als der obere Grenzwert der vorstehend beschriebenen ersten Anordnungsbedingung mit N = 75 ist, bei den Ausbildungspositionen R0 und R74, welche am meisten von der Referenzlast getrennt sind, gleich „1,100“ und somit kann die Schweißeigenschaft des Leitungsdrahts 12 an den Solarbatterie-Dünnfilm 11g bei dem Ultraschallschweißpunkt 12p nach dem Ultraschallvibrationsverfahren exzellent gehalten werden.
Wie durch die Lastverteilungslinie L12 in 18 gezeigt, ist die Last, wenn das Streckenverhältnis HR „0,349“ als der untere Grenzwert der vorstehend beschriebenen ersten Anordnungsbedingung mit N = 7 ist, bei den Ausbildungspositionen R0 und R6, welche am meisten von der Referenzlast getrennt sind, gleich „0,900“ und somit kann die Schweißeigenschaft des Leitungsdrahts 12 an den Solarbatterie-Dünnfilm 11g bei dem Ultraschallschweißpunkt 12p nach dem Ultraschallvibrationsverfahren exzellent gehalten werden.
Wie durch die Lastverteilungslinie L13 in 19 gezeigt, ist die Last, wenn das Streckenverhältnis HR gleich „0,349“ als der untere Grenzwert der vorstehend beschriebenen ersten Anordnungsbedingung mit N = 75 ist, bei den Ausbildungspositionen R0 und R74, welche am meisten von der Referenzlast getrennt sind, gleich „0,900“ und somit kann die Schweißeigenschaft des Leitungsdrahts 12 an den Solarbatterie-Dünnfilm 11g bei dem Ultraschallschweißpunkt 12p nach dem Ultraschallvibrationsverfahren exzellent gehalten werden.
Auf diese Weise kann, wenn N in der X-Richtung als der Längsrichtung des Vorsprungsbereichs 8 in dem Schweißwerkzeug 4 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ausgebildete Vorsprungsabschnitte 80 die vorstehend beschriebene erste Anordnungsbedingung erfüllen, die Variation der Ablösefestigkeit des Leitungsdrahts 12 unabhängig von den Magnituden der Dimensionsabsolutwerten des Längsrichtungsintervalls DX und des Längsrichtungs-Seitenkantenabstands EX in einem zulässigen Bereich unterdrückt werden und somit kann die Schweißeigenschaft des Leitungsdrahts 12 an den Solarbatterie-Dünnfilm 11g exzellent gehalten werden.
Der Vorsprungsbereich 8 in dem Schweißwerkzeug 4 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erfüllt die vorstehend beschriebene zweite Anordnungsbedingung in dem Fall mit EY/DY als dem Streckenverhältnis HR. Somit gibt das vierte Experimentergebnis an, dass die Variation der Ablösefestigkeit des Leitungsdrahts 12 unabhängig von den Magnituden der Dimensionsabsolutwerten des Querrichtungsintervalls DY und des Querrichtungs-Seitenkantenabstands EY zuverlässig in einem zulässigen Bereich in der Y-Richtung unterdrückt werden kann und somit die Schweißeigenschaft des Leitungsdrahts 12 an den Solarbatterie-Dünnfilm 11g exzellent in einer zuverlässigen Weise gehalten werden kann.
Andere
In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist ein Substrat, auf welchem der Leitungsdraht 12 ausgebildet ist, als das Glassubstrat 11 beschrieben, aber anstelle des Glassubstrats 11 kann es auch ein dünnes Element aus beispielsweise Keramik, Silikon oder Epoxid sein. Das Material des leitfähigen Leitungsdrahts 12 ist als Aluminium beschrieben, aber kann auch ein anderes leitfähiges Material sein.
Das Schweißwerkzeug 4 und die Druckmechaniken 20 und 30 sind als integral mit der Ultraschallschweißvorrichtung 100 ausgebildet beschrieben, aber können auch getrennt voneinander als eine Ultraschallvibrationsschweißvorrichtung sein. In diesem Fall führen das Schweißwerkzeug 4 und die Druckmechaniken 20 und 30 den Bewegungsvorgang unabhängig voneinander durch. Die Zylinder 1, 21 und 31 sind als elektrische Zylinder beschrieben, aber sind nicht darauf beschränkt.
Die vorliegende Erfindung ist vorstehend detailliert beschrieben, aber die vorstehende Beschreibung ist beispielhaft in jeglichen Aspekten und die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Es wird daher verstanden, dass zahlreiche Modifikationen und Variationen ausgearbeitet werden können, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste

4: Schweißwerkzeug
4t: Kontaktspitzenabschnitt
8: Vorsprungsbereich
6: Sonotrodeneinheit
10: Substrattisch
11: Glassubstrat
11g: Solarbatterie-Dünnfilm
12: Leitungsdraht
15: Steuereinheit
16: Antriebseinheit
17: Ultraschallvibrator
80: Vorsprungsabschnitt
100: Ultraschallschweißvorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2006231402 A [0003]
JP 2005297055 A [0003]
JP 2005254323 A [0003]
JP 2005177812 A [0003]

Claims

Ultraschallschweißwerkzeug (4), welches für eine Ultraschallvibrationsschweißvorrichtung verwendet wird, welche eingerichtet ist, ein auf einer Oberfläche eines Substrats (11) angeordnetes Schweißzielmaterial (12) von oben mit Druck zu beaufschlagen und eine Ultraschallvibration auf das Schweißzielmaterial aufzubringen, um das Schweißzielmaterial an die Oberfläche des Substrats zu verschweißen, wobei ein Vorsprungsbereich (8), der das Schweißzielmaterial bei Aufbringung der Ultraschallvibration berührt, an einem Spitzenbereich (4t) des Ultraschallwerkzeugs vorgesehen ist, der Vorsprungsbereich eine Vielzahl von konvexen Abschnitten (80) aufweist, welche getrennt voneinander ausgebildet sind, wobei die Vielzahl von konvexen Abschnitten gleichmäßig mit einem ersten Intervall in einer ersten Richtung, welche eine Längsrichtung des Vorsprungsbereichs ist, beabstandet sind, ein Erstrichtungs-Außen-Konvex-Abschnitt, welcher von der Vielzahl an konvexen Abschnitten in der ersten Richtung ganz außen positioniert ist, von einem Endteil des Vorsprungsbereichs in der ersten Richtung um einen Erstrichtungs-Endteilabstand getrennt angeordnet ist, und die Vielzahl der konvexen Abschnitte so angeordnet ist, dass eine erste Anordnungsbedingung {0,349 ≤ EX/DX ≤ 0,510} erfüllt wird, wobei DX das erste Intervall darstellt und EX den Erstrichtungs-Endteilabstand darstellt.
Ultraschallschweißwerkzeug gemäß Anspruch 1, wobei die Vielzahl der konvexen Abschnitte in einer NxM-Matrix mit N (≥ 2) Zeilen in einer ersten Richtung und M (≥ 2) Spalten in einer zweiten zu der ersten Richtung orthogonalen Richtung an dem Vorsprungsbereich ausgebildet ist, die Vielzahl der konvexen Abschnitte gleichmäßig mit einem zweiten Intervall in einer zweiten Richtung beabstandet ist, ein Zweitrichtungs-Außen-Konvex-Abschnitt, welcher von der Vielzahl an konvexen Abschnitte in der zweiten Richtung ganz außen positioniert ist, von einem Endteil des Vorsprungsbereichs in der zweiten Richtung um einen Zweitrichtungs-Endteilabstand getrennt angeordnet ist, und die Vielzahl der konvexen Abschnitte so angeordnet ist, dass zusätzlich eine zweite Anordnungsbedingung {0,349 ≤ EY/DY ≤ 0,510} erfüllt wird, wobei DY das zweite Intervall darstellt und EY den Zweitrichtungs-Endteilabstand darstellt.
Ultraschallschweißwerkzeug nach Anspruch 2, wobei das Schweißzielmaterial einen auf dem Substrat in der ersten Richtung angeordneten leitfähigen Leitungsdraht aufweist, eine Ausbildungslängenrichtung des Leitungsdrahts die erste Richtung ist und eine Ausbildungsbreitenrichtung die zweite Richtung ist, und die NxM-Matrix der Vielzahl der konvexen Abschnitte die Bedingung {N > M} erfüllt.
Ultraschallschweißvorrichtung mit: dem Ultraschallschweißwerkzeug gemäß Anspruch 3; einem Substrattisch (10), auf welchem das Substrat platziert ist; und einer Ultraschalltransfereinheit (6, 17), welche eingerichtet ist, das Ultraschallschweißwerkzeug, während der Leitungsdraht auf dem Substrat angeordnet ist, so anzutreiben, dass eine Ultraschallvibration von dem Vorsprungsbereich auf einen Aufbringungsteil (12p) des Leitungsdrahts aufgebracht wird.