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Die
vorliegende Erfindung betrifft Ultraschallschweißverfahren zum Verbinden von
zu verbindenden Metallabschnitten eines ersten Elements mit zu verbindenden
Metallabschnitten eines zweiten Elements mit Ultraschallschwingungen,
die von einem Wandler auf einen Resonator übertragen werden.
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[Beschreibung des Standes
der Technik]
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Es
ist bereits bekannt gewesen, daß ein
Ultraschallschweißverfahren
verwendet wird, wenn ein als "flip
chip" oder "bare chip" bezeichneter IC-Chip oder
ein als "BGA" bezeichneter LSI-Baustein
als ein Halbleiterbaustein auf der Oberfläche einer Leiterplatte montiert
werden soll. Das heißt,
daß auf
der Oberfläche
eines IC-Chips oder LSI-Bausteins ausgebildete Gold- oder Löt-Bumps
auf Gold- oder Löt-Bumps
plaziert werden, die auf der Oberfläche einer Leiterplatte ausgebildet
sind, der IC-Chip oder LSI-Baustein auf der Seite eines Bindearbeitsabschnitts
eines Resonators angeordnet wird, die Leiterplatte auf der Seite
eines Montagetisches einer Ultraschallschweißvorrichtung angeordnet wird
und der IC-Chip oder LSI-Baustein und die Leiterplatte durch Druck
zwischen dem Resonator und dem Montagetisch sandwichartig angeordnet
werden. In diesem Zustand werden die zu verbindenden Abschnitte
des ersten Elements und des zweiten Elements mit vom Wandler auf
einen Resonator übertragene
Ultraschallschwingungen verbunden.
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Die
US-A-5 603 444, die als der nächstkommende
Stand der Technik für
die vorliegende Anmeldung angesehen wird, beschreibt allgemein das
Verschweißen
von zwei Elementen, worin das Schweißwerkzeug an beiden Stirnseiten
in einem Halter einer Preßeinheit
gehalten wird. Die US-A-4 735 847 offenbart das Ultraschallschweißen von
zwei Elementen mit Hilfe eines elektrisch leitfähigen Klebstoffes, worin die
Metallabschnitte beider Elemente von den Lötpartikeln, die im elektrisch
leitfähigen
Klebstoff enthalten sind, ohne eine direkte Verbindung der Metallabschnitte
verbunden sind. Die US-A-3 670 394 beschreibt das Verbinden eines
flexiblen synthetischen Elements mit einem starren mittels anderer
Plazier/Legeschritte für
die Elemente zwischen den Schweißwerkzeugen vor dem Schweißen, worin
die Flexibilität
des flexiblen Elements durch Einkerbungen des Haltetisches blockiert
wird, die in dieses flexible Element eindringen. Die US-A-4 589
584 beschreibt das Ultraschallschweißen von flexiblen synthetischen
Elementen mit aus Polyesterbindematerial hergestellten Leitern und
darauf plazierten Silberpartikeln. Die US-A-3 650 454 beschreibt
das Ultraschallschweißen
von elektronischen Komponenten unter Verwendung eines dazwischen
liegenden nachgiebigen Mediums, ohne daß genau angegeben wird, daß dieses
nachgiebige Element während
des Drückens
elastisch verformt wird. Sie beschreibt auch die Verwendung eines
elastisch verformbaren Materials, aber für nichtelektronische Anwendungen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Jedoch
weisen der IC-Chip oder LSI-Baustein und die Leiterplatte, die die
ersten und zweiten Elemente sind, Dickenungleichmäßigkeiten
innerhalb eines tolerierbaren Bereiches auf. Durch diese Ungleichförmigkeit
können
während
des Verbindens Abschnitte mit niedriger Bindekraft in den zu verbindenden
Abschnitten der ersten und zweiten Elemente ausgebildet werden und
können
sich diese Abschnitte mit niedriger Bindekraft nach dem Verbinden voneinander
trennen.
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Es
ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ultraschallschweißverfahren
bereitzustellen, das verhindern kann, daß die verbundenen Abschnitte
der ersten und zweiten Elemente voneinander getrennt werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden Ultraschallschweißverfahren gemäß den Ansprüchen 1,
2, 4, 5 und 6 bereitgestellt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden Ultraschallschweißverfahren bereitgestellt,
bei denen der Resonator von einem Halter einer Drückeinheit an
beiden Enden gehalten wird.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung (Anspruch 6) wird ein Ultraschallschweißverfahren
bereitgestellt, bei dem der Basisabschnitt von mindestens einem
Element aus einem flexiblen Kunstharz hergestellt ist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden Ultraschallschweißverfahren bereitgestellt,
bei denen das zweite Element einen Basisabschnitt aufweist, auf
dem die zu verbindenden Abschnitte ausgebildet sind, und der Basisabschnitt
des zweiten Elements auf der Seite des Montagetisches angeordnet
wird.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung (Ansprüche 4, 5)
wird ein Ultraschallschweißverfahren
bereitgestellt, bei dem ein Pufferelement zwischen dem Bindearbeitsabschnitt des
Resonators und dem Basisabschnitt des ersten Elements eingeführt wird.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Ultraschallschweißverfahren
bereitgestellt, bei dem das Pufferelement eine Schicht ist, die
mindestens die gesamte Fläche
des Bindearbeitsabschnitts des Resonators und die gesamte Fläche des
Basisabschnitts des ersten Elements berühren kann.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung (Anspruch 1) wird ein
Ultraschallschweißverfahren
bereitgestellt, bei dem das zweite Element einen Basisabschnitt
aufweist, auf dem zu verbindende Abschnitte ausgebildet sind, der
Basisabschnitt des zweiten Elements auf der Seite des Montagetisches
angeordnet wird, das erste Element und das zweite Element mit einem
dazwischen angeordneten isolierenden Klebstoff aufeinander plaziert werden,
der Klebstoff in Räume
zwischen dem Basisabschnitt des ersten Elements und dem Basisabschnitt
des zweiten Elements aus zwischen den zu verbindenden Abschnitten
der ersten und zweiten Elemente mit Ultraschallschwingungen gedrückt wird,
wenn die zu verbindenden Abschnitte der ersten und zweiten Elemente
mit Ultraschallschwingungen vom Resonator verbunden werden, und
die Basisabschnitte der ersten und zweiten Elemente mit diesem Klebstoff
miteinander verbunden werden.
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Die
obengenannten und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung
werden anhand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
ersichtlicher werden.
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Kurzbeschreibung
der beigefügten
Zeichnungen
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1 ist
eine Längsschnittansicht
einer Ultraschallschweißvorrichtung
gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung:
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2 ist
ein Ablaufdiagramm, das das Bindeverfahren von Ausführungsform
1 zeigt;
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3 ist
ein Ablaufdiagramm, das das Bindeverfahren von Ausführungsform
2 zeigt;
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4 ist
ein Ablaufdiagramm, das das Bindeverfahren von Ausführungsform
3 zeigt;
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5 ist
ein Ablaufdiagramm, das das Bindeverfahren von Ausführungsform
4 zeigt; und
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6 ist
ein Ablaufdiagramm, das das Bindeverfahren von Ausführungsform
5 zeigt.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Ausführungsform 1
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1 zeigt
eine Längsschnittansicht
einer in diesem Bindeverfahren verwendeten Ultraschallschweißvorrichtung.
In 1 weist ein Vorrichtungsgehäuse 11 einen Arbeitsraum 12 auf,
der in einer vorderen Richtung und einer horizontalen Richtung in einem
vorderen unteren Abschnitt offen ausgebildet ist. Ein Druckluftzylinder 13 ist über dem
Arbeitsraum 12 des Vorrichtungsgehäuses 11 als eine Drückeinheit
installiert. Ein Halter 14 ist am unteren Ende einer Kolbenstange 13a,
die vom Druckluftzylinder 13 nach unten vorragt, durch
ein Verbindungselement 15 angebracht. Ein Paar Federbleche 16 ist
an beiden Seiten des Druckluftzylinders 13 im Vorrichtungsgehäuse 11 vorgesehen
und elastische Elemente 20, wie zum Beispiel Spiralfedern,
sind mit den Federblechen 16 und dem Halter 14 verbunden.
Die elastischen Elemente 20 verleihen dem Halter 14 nach
oben gerichtete Federkraft, um den Halter 14 am Herabfallen
durch sein eigenes Gewicht zu hindern und den Halter 14 an
seiner Grenzposition für die
Aufwärtsbewegung
zu halten, insbesondere wenn Druckluft für eine Aufwärtsbewegung von einer nicht
gezeigten Druckluftversorgungsstrecke nicht an den Druckluftzylinder 13 geliefert
wird.
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Der
Halter 14 hält
beide Enden eines stangenartigen Resonators 1, der aus
einem Material mit exzellenten Akustikeigenschaften, wie zum Beispiel Titan,
hergestellt ist, in einem oberen Abschnitt des Arbeitsraumes 12 in
der Weise, daß der
Resonator 1 horizontal gelegt wird. Ein Ende des Resonators 1 ist koaxial
mit einem Wandler 17, wie zum Beispiel einem akustischen
Wandler oder ein magnetorestriktiven Wandler, verbunden. In diesem
Zustand erzeugt der Wandler 17 Ultraschallschwingungen
mit elektrischer Energie, die von einem Ultraschallwellengenerator 18 über einen
elektrischen Draht 19 erhalten wird. Der Resonator 1 ist
derart ausgebildet, daß er mit
einer Resonanzfrequenz übereinstimmt,
die von einer Frequenz festgelegt wird, die vom Wandler 17 gesendet
wird. Der Resonator 1 weist den Punkt der maximalen Schwingungsamplitude
der Resonanzfrequenz zumindest an beiden Enden auf und weist einen
Bindearbeitsabschnitt 1a auf, der von seiner Umfangsfläche in der
Mitte vorragt. Der Bindearbeitsabschnitt 1a weist zumindest
im wesentlichen dieselbe flache Oberfläche wie diejenige des Basisabschnitts 3a eines
in Schritt 201 von 2 gezeigten
ersten Elements 3 auf.
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Der
Resonator 1 ist am Halter 14 in der Weise angebracht,
daß ringförmige Halteabschnitte 1b, die
von der Umfangsfläche
an zwei Punkten mit minimaler Schwingungsamplitude zwischen dem
Punkt der maximalen Schwingungsamplitude in der Mitte und den Punkten
mit maximaler Schwingungsampitude an beiden Enden vorragen, in Endabschnitte des
Halters 14 eingeführt
sind und damit zusammenpassen. Der Resonator 1 kann als
eine einzelne Einheit ausgebildet sein, aber als eine zusammengesetzte
Einheit ausgebildet sein, die aus einem Horn mit dem Bindearbeitsabschnitt 1a und
zwei Verstärkern
an beiden Seiten des Horns besteht, die die Halteabschnitte 1b aufweisen
und mit dem Horn durch Schaftschrauben koaxial verbunden sind. Wenn
der Halter 14 nach unten in Richtung auf einen Montagetisch 2 vom
Druckluftzylinder 13 bewegt wird, bewegt sich die untere
Fläche
des Resonators 1 hinab in Richtung auf den Montagetisch 2,
während
Parallelität
zwischen ihr und der flachen oberen Fläche des Montagetisches 2 beibehalten
wird. Der Montagetisch 2 ist auf einem unteren Abschnitt
des Vorrichtungsgehäuses 11 installiert,
der einen hinteren Abschnitt des Arbeitsraums 12 definiert.
Wenn die Ultraschallschweißvorrichtung
in einer Fertigungslinie für zum
Beispiel die Befestigung der Oberfläche eines Halbleiterbausteins
installiert ist, ist der untere Abschnitt der Vorrichtung auf einem
Batholith installiert, der die Basis der Fertigungslinie bildet.
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2 ist
ein Ablaufdiagramm, das das Bindeverfahren von Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung zeigt. In 2 weist
das erste Element 3 zu verbindende Metallabschnitte 3b auf,
die Gold- oder Löt-Bumps
auf der Oberfläche
eines Keramikbasisabschnitts 3a sind, der stoßempfindlich
ist, wie zum Beispiel ein IC-Chip oder LSI-Baustein. Ein zweites
Element 4 weist zu verbindende Metallabschnitte 4b,
die Gold- oder Löt-Bumps
auf der Oberfläche
eines Basisabschnitts 4a sind, der eine Leiterplatte, wie
zum Beispiel eine Schaltungsplatine ist, zur Montage des ersten
Elements 3 auf der Oberfläche auf. Unter dem Gesichtspunkt
der Bindekraft ist es das beste, daß die miteinander zu verbindenden Abschnitte 3b und 4b aus
demselben Material hergestellt werden, zum Beispiel wenn die zu
verbindenden Abschnitte 3b aus Gold sind, die zu verbindenden
Abschnitte 4b auch aus Gold sind, und wenn die zu verbindenden
Abschnitte 3b aus Lötmittel
sind, die zu verbindenden Abschnitte 4b auch aus Lötmittel sind.
Die miteinander zu verbindenden Abschnitte 3b und 4b können aus
unterschiedlichen Materialien hergestellt werden, wenn sie mit Ultraschallschwingungen
miteinander verbunden werden können.
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Zur
Durchführung
des Bindeverfahrens von Ausführungsform
1 wird, wie in Schritt 201 von 2 gezeigt,
ein vorab festgelegter Raum als erstes zwischen der unteren Fläche des
Bindearbeitsabschnitts 1a und der oberen Fläche des
Montagetisches 2 ausgebildet. Dieser vorab festgelegte
Raum ist breit genug, um das erste Element 3 und das zweite
Element 4, die aufeinander mit einem Klebstoff 5 dazwischen plaziert
sind, hineinzutun und herauszunehmen. Das heißt, daß die Kolbenstange 13a des
in 1 gezeigten Druckluftzylinders 13 durch Änderung
des Luftzuführwegs
einer nicht gezeigten Druckluftzuführstrecke kontrahiert wird,
der Bindearbeitsabschnitt 1a eine vorab festgelegte Strecke
in einer Richtung, daß er
sich vom Montagetisch 2 trennt, senkrecht zur Übertragungsrichtung
von Ultraschallschwingungen auf den Resonator 1 vom Wandler 17 hinaufbewegt,
die Kolbenstrange 13a anhält und der Bindearbeitsabschnitt 1a an
seiner Grenzposition für die
Aufwärtsbewegung
anhält,
um den obengenannten vorab festgelegten Raum zu bilden. Während dieser
vorab festgelegte Raum gebildet wird, werden das erste Element 3 und
das zweite Element 4, die den Klebstoff 5 sandwichartig
umgeben, auf dem Montagetisch 2 montiert. In diesem Fall
werden die miteinander zu verbindenden Abschnitte 3b und 4b an
korrespondierenden Positionen mit dem dazwischen befindlichen Klebstoff 5 angeordnet,
wird der Basisabschnitt 3a auf der Seite des Bindearbeitsabschnitts 1a angeordnet
und wird der Basisabschnitt 4a auf der Seite des Montagetisches 2 angeordnet. Räume 6 und 7 sind
um die miteinander zu verbindenden Abschnitte 3b und 4b vorhanden.
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Wie
in Schritt 202 von 2 gezeigt,
geht der Bindearbeitsabschnitt a hinunter und drücken der Bindearbeitsabschnitt 1a und
der Montagetisch 2 das erste Element 3 und das
zweite Element 4 mit dem dazwischen befindlichen Klebstoff 5.
Das heißt,
daß, nachdem
die in 1 gezeigte Kolbenstange 13a trotz der
Federkraft der elastischen Elemente 20 durch Änderung
des Luftzuführwegs
der Druckluftzuführstrecke
ausgefahren wird, der Bindearbeitsabschnitt 1a hinuntergeht
und das erste Element 3 und das zweite Element 4 mit
dem dazwischen befindlichen Klebstoff 5 gemeinsam mit dem
Montagetisch 2 drückt.
Da der Klebstoff 5 etwas komprimiert wird und Elastizität aufweist,
werden das erste Element 3 und das zweite Elemente 4 vom
Bindearbeitsabschnitt 1a und Montagetisch 2 elastisch
gedrückt.
Das heißt, daß die Basisabschnitte 3a und 4a nicht
gebrochen werden, da ein Schlag auf die Basisabschnitte 3a und 4a vom
Bindearbeitsabschnitt 1a und Montagetisch 2 durch
elastisches Drücken
absorbiert wird.
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Nach
oder vor dem Drücken
wird Hochfrequenzenergie dem in 1 gezeigten
Wandler 17 vom in 1 gezeigten
Ultraschallwellengenerator 18 zugeführt, erzeugt der Wandler 17 Ultraschallschwingungen
und tritt der Resonator 1 mit dieser vom Wandler 17 übertragenen
Ultraschallschwingung in Resonanz. Dadurch schwingt der Bindearbeitsabschnitt 1a mit
der maximalen Schwingungsamplitude in einer durch einen Pfeil X
gezeigten Richtung senkrecht zur durch einen Pfeil Y gezeigten Drückrichtung
des Druckluftzylinders 13. Der Klebstoff 5 wird
zur Seite durch Druck in der Richtung Y und horizontale Schwingung
in der Richtung X gedrückt,
die von den zu verbindenden Abschnitten 3b und 4b erhalten
wird. Dadurch wird ein Teil des Klebstoffes 5 in die in
Schritt 201 gezeigten Räume 6 und 7 aus
zwischen den miteinander zu verbindenden Abschnitten 3b und 4b bewegt
und werden die miteinander zu verbindenden Abschnitte 3b und 4b miteinander
ohne den Klebstoff 5 in Kontakt gebracht und danach mit
Ultraschallschwingungen, die die Schwingungen in der Richtung X
sind, die vom Bindearbeitsabschnitt a übertragen werden, miteinander verbunden,
ohne geschmolzen zu werden. Einhergehend damit füllt der zur Seite gepresste
Klebstoff 5 die in Schritt 201 gezeigten Räume 6 und 7 um
die miteinander zu verbindenden Abschnitte 3b und 4b und
wird er ausgehärtet,
um die Basisabschnitte 3a und 4a miteinander zu
verbinden.
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Der
Klebstoff 5 kann ein wärmehärtendes Kunstharz,
ein doppelt beschichtetes Band aus einem wärmehärtenden Kunstharz, ein nichtwärmehärtendes
Kunstharz, das bei einer Temperatur aushärtet, die höher als die Temperatur von
Wärme ist, die
erzeugt wird, wenn die Abschnitte 3b und 4b mit Ultraschallschwingungen
miteinander verbunden werden, oder ein doppelt beschichtetes Band
aus einem nichtwärmehärtenden
Kunstharz sein. Wenn ein wärmehärtendes
Kunstharz oder ein doppelt beschichtetes Band aus einem wärmehärtenden
Kunstharz als der Klebstoff 5 in dieser Ausführungsform verwendet
wird, können
einer oder beide vom Resonator 1 und Montagetisch 2,
wenn das wärmehärtende Kunstharz
oder das Band zum Beispiel bei 130°C gehärtet wird, mit einer elektrischen
Heizeinrichtung oder heißer
Luft bei ungefähr
100°C erwärmt werden. Wenn
ein nichtwärmehärtendes
Kunstharz oder ein doppeltes Band aus einem nichthärtenden
Kunstharz als der Klebstoff 5 verwendet wird, muß der Resonator 1 oder
der Montagetisch 2 nicht erwärmt werden.
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Ausführungsform 2
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3 ist
ein Ablaufdiagramm, das das Bindeverfahren von Ausführungsform
2 gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt. Wie in Schritt 301 von 3 gezeigt,
bezeichnet Bezugszeichen 21 ein Pufferelement, das aus
einem einzigen Material, wie zum Beispiel Teflon oder Polypropylen,
hergestellt ist. Das Pufferelement 21 ist an der gesamten
unteren Fläche
des Bindearbeitsabschnitts 1a als eine flache Schicht ausgebildet.
Das erste Element 3 und das zweite Element 4 werden
zwischen der unteren Fläche
des Bindearbeitsabschnitts 1a mit diesem Pufferelement 21 und
der oberen Fläche
des Montagetisches 2 eingeführt, während sie aufeinander plaziert
sind. In diesem Zustand werden die zu verbindenden Abschnitte 3b und 4b miteinander
in Kontakt gebracht, wird der Basisabschnitt 3a auf der
Seite des Bindearbeitsabschnitts 1a angeordnet und wird der
Basisabschnitt 4a auf dem Montagetisch 2 montiert.
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Wie
in Schritt 302 von 3 gezeigt,
wird danach der Basisabschnitt 3a, nachdem die in 1 gezeigte
Kolbenstange 13a durch Änderung
des Luftzuführweges
der Druckluftzuführstrecke
ausgefahren wird, vom Pufferelement 21 gedrückt, werden die
miteinander zu verbindenden Abschnitte 3b und 4b miteinander
in engem Kontakt gebracht, wird der Basisabschnitt 4a mit
dem Montagetisch 2 eng kontaktiert und werden das erste
Element 3 und das zweite Element 4 vom Bindearbeitsabschnitt 1a und vom
Montagetisch 2 gedrückt.
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Da
das Pufferelement 21 etwas komprimiert wird und in diesem
Zustand Elastizität
aufweist, werden das erste Element 3 und das zweite Element 4 vom
Bindearbeitsabschnitt 1a und Montagetisch 2 elastisch
gedrückt.
Das heißt,
da ein Schlag auf die Basisabschnitte 3a und 4a vom
Bindearbeitsabschnitt 1a und vom Montagetisch 2 durch
elastisches Drücken
absorbiert wird, werden die Basisabschnitte 3a und 4b nicht
zerbrochen.
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Da
das Pufferelement 21 zwischen dem Basisabschnitt 3a und
dem Bindearbeitsabschnitt 1a komprimiert wird, absorbiert
das Pufferelement 21 tolerierbare Unterschiede in den Dicken
des ersten Elements 3 und des zweiten Elements 4 und
eine Abweichung von der Parallelität zwischen dem Bindearbeitsabschnitt 1a und
dem Montagetisch 2, und werden alle zu verbindenden Abschnitte 3b und
alle zu verbindenden Abschnitte 4b miteinander verbunden. Somit
kann ein Bindefehler zwischen den miteinander zu verbindenden Abschnitten 3b und 4b verhindert
werden.
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Da
das Pufferelement 21 am Bindearbeitsabschnitt 1a vorgesehen
ist, ist die Bindearbeitseffizienz hoch.
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Nach
oder vor dem Drücken
wird Hochfrequenzenergie zum in 1 gezeigten
Wandler 17 vom in 1 gezeigten
Ultraschallwellengenerator 18 zugeführt, erzeugt der Wandler 17 Ultraschallschwingungen,
tritt der Resonator 1 mit dieser vom Wandler 17 übertragenen
Ultraschallschwingung in Resonanz und schwingt der Bindearbeitsabschnitt 1a mit
der maximalen Schwingungsamplitude in der durch den Pfeil X gezeigten
Richtung senkrecht zur vom Pfeil Y gezeigten Drückrichtung des in 1 gezeigten
Druckluftzylinders 13, um die Abschnitte 3b und 4b mit
dem dazwischen befindlichen Pufferelement 21 miteinander
zu verbinden, ohne sie zu schmelzen.
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Ausführungsform 3
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4 ist
ein Ablaufdiagramm, das das Bindeverfahren von Ausführungsform
3 gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt. Wie in Schritt 401 von 4 gezeigt,
ist ein mit dem obigen Pufferelement 21 übereinstimmendes
Pufferelement 22 am Basisabschnitt 3a fixiert.
Das Pufferelement 22 ist auf der gesamten oberen Fläche des
Basisabschnitts 3a als eine flache Schicht ausgebildet.
Somit wird gemäß dieser
Ausführungsform
3 das Pufferelement 22 jedes Mal ausgetauscht, wenn Ultraschallschweißen durchgeführt wird,
wodurch unnötig
ist, die Abnutzung des Pufferelements zu berücksichtigen. Schritt 402 von 4 ist
derselbe wie Schritt 302 von 3.
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Ausführungsform 4
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5 ist
ein Ablaufdiagramm, das das Bindeverfahren von Ausführungsform
4 gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt. Ein mit dem obigen Pufferelement 22 übereinstimmendes
Pufferelement 23 wird vom Bindearbeitsabschnitt 1a und
vom Basisabschnitt 3a getrennt und in den Raum zwischen
dem Bindearbeitsabschnitt 1a und dem Basisabschnitt 3a eingeführt, bevor
das erste Element 3 und das zweite Element 4 gedrückt werden.
Das Pufferelement 23 wird zwischen dem Bindearbeitsabschnitt 1a und dem
Basisabschnitt 3a durch das Hinuntergehen des Resonators 1 sandwichartig
angeordnet. Somit kann das Pufferelement 23 jedes Mal ausgetauscht
werden, wenn Ultraschallschweißen
durchgeführt
wird, und können
der Resonator 1 und das erste Element 3 frei vom
Pufferelement 23 sein. Wenn das Pufferelement von einer
nicht gezeigten Halteeinheit gehalten wird, kann in diesem Fall
die Arbeitssicherheit sichergestellt werden.
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Wenn
die obigen Pufferelemente 21, 22 und 23 aus
einem Material hergestellt sind, das vom Resonator 1 und
vom ersten Element 3 kaum rutscht, wird die Arbeitseffizienz
verbessert.
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Ausführungsform 5
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6 ist
ein Ablaufdiagramm, das das Bindeverfahren von Ausführungsform
5 gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt. Das erste Element 3 und das zweite Element 4,
die in dieser Ausführungsform als
miteinander zu verbindende Elemente verwendet werden, sind flexible
Kabel, und eine Vielzahl von Metallabschnitten 3b und 4b ist
auf den Flächen
der Basisabschnitte 3a und 4a, die aus einem flexiblen Kunstharz
hergestellt sind, in vorab festgelegten Intervallen ausgebildet.
Die miteinander zu verbindenden Abschnitte 3b und 4b können als
eine einzige Schicht aus einer Kupferfolie, Doppelschichten, die aus
einer Kupferfolie und einer Nickelplattierschicht bestehen, oder
Mehrfachschichten, die aus einer Kupferfolie, Nickelplattierschicht
und Gold-Bumps, Löt-Bumps
oder Goldplattierschicht bestehen, gebildet sein.
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Nachfolgend
wird eine Beschreibung des Bindeverfahrens gemäß dieser Ausführungsform
gebracht. Zum Miteinanderverbinden des ersten Elements 3 und
des zweiten Elements 4 werden das erste Element 3 und
das zweite Element 4, wie in Schritt 601 von 6 gezeigt,
zwischen der unteren Fläche des
Bindarbeitsabschnitts 1a und der oberen Fläche des
Montagetisches 2 eingeführt,
während
sie aufeinander plaziert sind. In diesem Zustand werden die miteinander
zu verbindenden Abschnitte 3b und 4b miteinander
in Kontakt gebracht, wird der Basisabschnitt 3a auf der
Seite des Bindearbeitsabschnitts 1a angeordnet und wird
der Basisabschnitt 4a auf dem Montagetisch 2 montiert.
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Wie
in Schritt 602 von 6 gezeigt,
drückt danach
der Bindearbeitsabschnitt 1a, nachdem die in 1 gezeigte
Kolbenstange 13a durch den Änderung des Luftzufuhrwegs
der Druckluftzuführstrecke ausgefahren
ist, den Basisabschnitt 3a, werden die miteinander zu verbindenden
Abschnitte 3b und 4b miteinander eng in Kontakt
gebracht, wird der Basisabschnitt 4a mit dem Montagetisch 2 in
engem Kontakt gebracht und werden das erste Element 3 und das
zweite Element 4 vom Bindearbeitsabschnitt 1a und
Montagetisch 2 gedrückt.
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Da
der Basisabschnitt 3a aus einem flexiblen Kunstharz in
diesem Zustand hergestellt ist, wird der Basisabschnitt 3a etwas
komprimiert und weist er Elastizität auf. Somit werden das erste
Element 3 und das zweite Element 4 vom Bindarbeitsabschnitt 1a und
vom Montagetisch 2 elastisch gedrückt. Nach oder vor dem Drücken tritt
der Resonator 1 mit vom in 1 gezeigten
Wandler 17 übertragenen
Ultraschallschwingungen in Resonanz und schwingt der Bindearbeitsabschnitt 1a mit
der maximalen Schwingungsamplitude in der vom Pfeil X gezeigten
Richtung senkrecht zur vom Pfeil Y gezeigten Drückrichtung des in 1 gezeigten
Druckluftzylinders, um die Abschnitte 3b und 4b mit
dem dazwischen befindlichen Basisabschnitt 3a miteinander
zu verbinden, ohne sie zu schmelzen.
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In
Ausführungsform
5 werden flexible Kabel als das erste Element 3 und das
zweite Element 4 verwendet. Eine Kombination aus einem
flexiblen Kabel und einer Leiterplatte oder einem Anschlußteil, eine
Kombination aus flexiblen Leiterplatten oder eine Kombination aus
einem IC-Chip oder LSI-Baustein und einer Leiterplatte können als
eine Kombination des ersten Elements 3 und des zweiten
Elements 4 verwendet werden.
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Da
der Resonator 1 vom Halter 14, wie in 1 gezeigt,
an beiden Enden gehalten wird, wenn die Abschnitte 3b und 4b miteinander
verbunden werden, ist in den obigen Ausführungsformen der Resonator 1 nicht
geneigt, wird der Bindearbeitsabschnitt 1a mit dem Basisabschnitt 3a in
gleichförmigem
Kontakt gebracht und wird der Basisabschnitt 3a nicht durch
Druck zerkratzt.
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Die
Oberfläche
des Bindearbeitsabschnitts 1a ist flach. Wenn eine Vielzahl
von vertikalen und horizontalen Nuten, die einander kreuzen, in
der Oberfläche
ausgebildet ist (Karamelgitter), oder eine Vielzahl von schrägen Nuten,
die einander kreuzen, in der Oberfläche ausgebildet ist (Rautengitter),
hält der
Bindearbeitsabschnitt 1a das erste Element 3 und
das zweite Element 4 gemeinsam mit dem Montagetisch 2 an
mehreren Punkten zum Zeitpunkt des Bindens. Somit wird Ultraschallschwingung
auf das erste Element und das zweite Element 4 vom Bindearbeitsabschnitt 1a gut übertragen,
wodurch das Binden der Abschnitte 3b und 4b verbessert
wird. Wenn das Karamelgitter oder Rautengitter in der Oberfläche des
Bindarbeitsabschnitts 1a ausgebildet wird, ist die Oberfläche jedes
Quadrats des Bindearbeitsabschnitts 1a, der den Basisabschnitt 3a des
ersten Elements 3 an mehreren Punkten berührt, flach,
wodurch möglich
wird, den Bruch des Basisabschnitts 3a zu verhindern.
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Wenn
eine Heizeinrichtung, wie zum Beispiel eine elektrische Heizeinrichtung,
an mindestens einem vom Resonator 1 und vom Montagetisch 2 angebracht
ist, um die Grenzfläche
zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element 4,
die zwischen dem Bindarbeitsabschnitt 1a und dem Montagetisch 2 sandwichartig
angeordnet sind, um das erste Element 3 und das zweite
Element 4 mit Ultraschallschwingungen miteinander zu verbinden,
zu erwärmen,
wird die Heiztemperatur auf ein Niveau geführt, das keinen schlechten
Einfluß auf
den Basisabschnitt 3a des ersten Elements 3 und
dem Basisabschnitt 4a des zweiten Elements 4 ausübt.
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In
den obengenannten Ausführungsformen umgeben
der Resonator 1 und der Montagetisch 2 das erste
Element 3 und das zweite Element 4 durch das Hinuntergehen
des Resonators 1 sandwichartig, wenn das erste Element 3 und
das zweite Element 4 auf dem Montagetisch 2 plaziert
werden, während
sie aufeinander plaziert sind. Die vorliegende Erfindung kann derart
modifiziert werden, daß der
Halter 14, der Druckluftzylinder 13, das Verbindungselement 15, die
Federbleche 16 und die elastischen Elemente 20 in
ein bewegliches Element eingesetzt werden, das horizontal anstelle
des Vorrichtungsgehäuses 11 bewegt
werden kann, ein Ansaugkanal, der mit dem Bindearbeitsabschnitt 1a in
Verbindung steht, mit dem Resonator 1 verbunden ist, ein
Ansaugsystem mit einer Ansaugquelle, wie zum Beispiel einer Vakuumpumpe
und einem Ventil, mit dem Ansaugkanal verbunden ist, das erste Element 3 auf
dem zweiten Element 4 auf dem Montagetisch 2 durch
den Resonator 1 plaziert ist, und das erste Element 3 und
das zweite Element 4, die aufeinander plaziert sind, zwischen
dem Resonator 1 und dem Montagetisch 2 sandwichartig
angeordnet sind.
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Da
der zur Seite gedrückte
Klebstoff Räume um
die miteinander zu verbindenden Abschnitte füllt, wenn die zu verbindenden
Abschnitte des ersten Elements und des zweiten Elements mit Ultraschallschwingungen
miteinander verbunden werden sollen, hält gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung
der Klebstoff das erste Element und das zweite Element, selbst wenn
Abschnitte mit geringer Bindekraft in den zu verbindenden Abschnitten
des ersten Elements und des zweiten Elements ausgebildet werden,
wodurch ermöglicht
wird, eine derartige Schwierigkeit zu beseitigen, daß die Abschnitte
mit geringer Bindekraft nach dem Binden voneinander getrennt werden.
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Da
der Klebstoff durch Wärme
ausgehärtet wird,
die von den miteinander zu verbindenden Abschnitten zum Zeitpunkt
des Bindens von Metallen mit Ultraschallschwingungen erzeugt wird,
werden gemäß dem zweiten
Aspekt der vorliegenden Erfindung das erste Element und das zweite
Element fest miteinander verbunden.
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Da
der Klebstoff nicht durch Wärme
ausgehärtet
wird, die von den zu verbindenden Abschnitten zum Zeitpunkt des
Bindens von Metallen mit Ultraschallschwingungen erzeugt wird, kann
er gemäß dem dritten
Aspekt der vorliegenden Erfindung als ein Puffermaterial zwischen
den ersten und zweiten Elementen fungieren.
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Gemäß dem vierten
Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die zu verbindenden Metallabschnitte
des Basisabschnitts, der gegenüber
Stoß vom
ersten Element empfindlich ist, und die zu verbindenden Metallabschnitte
des zweiten Elements aufeinander plaziert werden, wird der Basisabschnitt des
ersten Elements auf der Seite des Bindearbeitsabschnitts des Resonators
angeordnet, wird das zweite Elemente auf der Seite des Montagetisches angeordnet,
werden die ersten und zweiten Elemente zwischen dem Resonator und
dem Montagetisch durch Druck sandwichartig angeordnet und wird das Pufferelement
zwischen dem Bindarbeitsabschnitt des Resonators und dem Basisabschnitt
des ersten Elements sandwichartig angeordnet. Somit kann das Pufferelement
einen Stoß auf
den Basisabschnitt des ersten Elements vom Bindearbeitsabschnitt
aushalten und kann es den Bruch des Basisabschnitts verhindern,
der stoßempfindlich
ist. Wenn das Pufferelement zwischen dem Basisabschnitt des ersten
Elements und dem Bindearbeitsabschnitt des Resonators komprimiert
wird, absorbiert das Pufferelement tolerierbare Unterschiede in
den Dicken des ersten Elements und des zweiten Elements und eine
Abweichung von der Parallelität
zwischen dem Bindearbeitsabschnitt und dem Montagetisch und werden
die zu verbindenden Abschnitte des ersten Elements und des zweiten
Elements miteinander als Ganzes in engem Kontakt gebracht und mit
Ultraschallschwingungen miteinander verbunden, wodurch ermöglicht wird,
ein Versagen der Bindung zwischen den zu verbindenden Abschnitten
zu verhindern.
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Da
gemäß dem fünften Aspekt
der vorliegenden Erfindung das Pufferelement auf dem Bindearbeitsabschnitt
vorgesehen ist, muß das
Pufferelement nicht zwischen dem Resonator und dem ersten Element
eingeführt
werden, jedes Mal wenn das Ultraschallschweißen durchgeführt wird,
wodurch die Bindearbeitseffizienz verbessert wird.
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Da
gemäß dem sechsten
Aspekt der vorliegenden Erfindung das Pufferelement auf dem ersten Element
vorgesehen ist, wird das Pufferelement jedes Mal ausgewechselt,
wenn Ultraschallschweißen durchgeführt wird.
Somit kann Bindearbeit durchgeführt
werden, ohne daß die
Abnutzung des Pufferelements berücksichtigt
werden muß.
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Gemäß dem siebten
Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die zu verbindenden Metallabschnitte
des ersten Elements und die zu verbindenden Metallabschnitte des
zweiten Elements aufeinander plaziert, wird der Kunstharzbasisabschnitt
des ersten Elements auf der Seite des Bindarbeitsabschnitts des
Resonators angeordnet, wird der Kunstharzbasisabschnitt des zweiten
Elements auf der Seite des Montagetisches angeordnet, werden das erste
Element und das zweite Element zwischen dem Resonator und dem Montagetisch
durch Druck sandwichartig angeordnet und werden die zu verbindenden
Abschnitte des ersten Elements und des zweiten Elements mit vom
Wandler auf den Resonator übertragenen
Ultraschallschwingungen miteinander verbunden. Wenn die Basisabschnitte
des ersten Elements und des zweiten Elements zwischen dem Resonator
und dem Montagetisch komprimiert werden, werden somit tolerierbare
Unterschiede in den Dicken des ersten Elements und des zweiten Elements und
eine Abweichung von der Parallelität zwischen dem Bindearbeitsabschnitt
und dem Montagetisch absorbiert und werden die zu verbindenden Abschnitte
des ersten Elements und des zweiten Elements miteinander in engem
Kontakt gebracht und mit Ultraschallschwingungen geeignet direkt
miteinander verbunden, wodurch ermöglicht wird, ein Versagen der
Bindung zwischen den zu verbindenden Abschnitten des ersten Elements
und des zweiten Elements zu verhindern. Zeit und Arbeit zum Aufbringen
von Klebstoff oder Lötmittel
oder zum Erwärmen wie
im Stand der Technik kann beseitigt werden und die Bindearbeitseffizienz
und die elektrischen Eigenschaften der verbundenen Abschnitte können verbessert
werden.