DE69919822T2 - Ultraschallschwingungsschweissverfahren - Google Patents

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Description

  • 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.
  • [Beschreibung des Standes der Technik]
  • 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.
  • 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.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • 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.
  • 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.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Ultraschallschweißverfahren gemäß den Ansprüchen 1, 2, 4, 5 und 6 bereitgestellt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Ultraschallschweißverfahren bereitgestellt, bei denen der Resonator von einem Halter einer Drückeinheit an beiden Enden gehalten wird.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die obengenannten und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlicher werden.
  • Kurzbeschreibung der beigefügten Zeichnungen
  • 1 ist eine Längsschnittansicht einer Ultraschallschweißvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung:
  • 2 ist ein Ablaufdiagramm, das das Bindeverfahren von Ausführungsform 1 zeigt;
  • 3 ist ein Ablaufdiagramm, das das Bindeverfahren von Ausführungsform 2 zeigt;
  • 4 ist ein Ablaufdiagramm, das das Bindeverfahren von Ausführungsform 3 zeigt;
  • 5 ist ein Ablaufdiagramm, das das Bindeverfahren von Ausführungsform 4 zeigt; und
  • 6 ist ein Ablaufdiagramm, das das Bindeverfahren von Ausführungsform 5 zeigt.
  • Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Ausführungsform 1
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Ausführungsform 2
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Da das Pufferelement 21 am Bindearbeitsabschnitt 1a vorgesehen ist, ist die Bindearbeitseffizienz hoch.
  • 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.
  • Ausführungsform 3
  • 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.
  • Ausführungsform 4
  • 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.
  • 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.
  • Ausführungsform 5
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (7)

  1. Ultraschallschweißverfahren, umfassend: Plazieren von zu verbindenden Metallabschnitten (3b), die auf einem Basisabschnitt (3a) eines ersten Elements (3) ausgebildet sind, auf zu verbindenden Metallabschnitten (4b), die auf einem Basisabschnitt (4a) eines zweiten Elements (4) ausgebildet sind, mit einem dazwischen angeordneten elastischen Klebstoff (5), Einführen des ersten Elements (3) und des zweiten Elements (4), die mit dem dazwischen angeordneten elastischen Klebstoff übereinander plaziert sind, zwischen einem Montagetisch (2) und einem Bindearbeitsabschnitt (1a) eines Resonators (1), der über dem Montagetisch (2) positioniert ist und an beiden Seiten eines Halters (14) einer Drückeinheit (13) gehalten wird, Anordnen des Basisabschnitts (4a) des zweiten Elements (4) auf dem Montagetisch (2) derart, dass das erste Element (3) auf dem zweiten Element (4) mit dem dazwischen angeordneten elastischen Klebstoff (5) plaziert wird, Absenken der Drückeinheit (13), wodurch der Bindearbeitsabschnitt (1a) des Resonators (1) zum Drücken des Basisabschnitts (3a) eines ersten Elements (3) gebracht wird derart, dass das erste Element (3) und das zweite Element (4) mit dem dazwischen angeordneten elastischen Klebstoff übereinander plaziert werden, wodurch bewirkt wird, dass die Elastizität des Klebstoffes (5) das erste Element (3) und das zweite Element (4) mittels des Montagetisches (2) und des Bindearbeitsabschnittes (1a) elastisch drückt, Miteinanderverbinden der Metallabschnitte (3b) des ersten Elements (3) und der Metallabschnitte (4b) des zweiten Elements (4), die übereinander plaziert sind, durch Anwenden von Ultraschallschwingungen, die von einem Wandler durch den Bindearbeitsabschnitt (1a) übertragen werden.
  2. Ultraschallschweißverfahren, umfassend: Plazieren von zu verbindenden Metallabschnitten (3b), die auf einem Basisabschnitt (3a) eines ersten Elements (3) ausgebildet sind, auf zu verbindenden Metallabschnitten (4b), die auf einem Basisabschnitt (4a) eines zweiten Elements (4) ausgebildet sind, Legen eines elastischen Pufferelements (21) über einen Bindearbeitsabschnitt (1a) eines Resonators (1), der über einem Montagetisch (2) positioniert ist und an beiden Seiten eines Halters (14) einer Drückeinheit (13) gehalten wird, Einführen des ersten Elements (3) und des zweiten Elements (4), die übereinander plaziert sind, zwischen dem Montagetisch (2) und dem Bindearbeitsabschnitt (1a), wobei das elastische Pufferelement (21) über den Bindearbeitsabschnitt des Resonators (1) gelegt ist, Anordnen des Basisabschnittes (4a) des zweiten Elements (4) auf dem Montagetisch (2) derart, dass das erste Element (3) auf dem zweiten Element (4) auf dem Montagetisch (2) plaziert wird, Absenken der Drückeinheit (13), wodurch bewirkt wird, dass das Pufferelement (21), das über den Bindearbeitsabschnitt (1a) des Resonators (1) gelegt ist, den Basisabschnitt (3a) des auf dem Montagetisch (2) plazierten ersten Elements (3) so drückt, dass das erste Element (3) und das zweite Element (4) übereinander plaziert werden, wodurch bewirkt wird, dass die Elastizität des Pufferelements (21) das erste Element (3) und das zweite Element (4) mittels des Montagetisches (2) und des Bindearbeitsabschnittes (1) elastisch drückt, Miteinanderverbinden der Metallabschnitte (3b) des ersten Elements (3) und der Metallabschnitte (4b) des zweiten Elements (4), die übereinander plaziert sind, durch Anwenden von Ultraschallschwingungen, die von einem Wandler durch den auf den Basisabschnitt (3a) drückenden Bindearbeitsabschnitt (1a) übertragen werden.
  3. Ultraschallschweißverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Pufferelement (21, 22) eine Schicht ist, die mindestens die gesamte Fläche des Bindearbeitsabschnittes (1a) des Resonators (1) und die gesamte Fläche des Basisabschnitts (3a) des ersten Elements (3) berühren kann.
  4. Ultraschallschweißverfahren, umfassend: Plazieren von zu verbindenden Metallabschnitten (3b), die auf einem Basisabschnitt (3a) eines ersten Elements (3) ausgebildet sind, auf zu verbindenden Metallabschnitten (4b), die auf einem Basisabschnitt (4a) eines zweiten Elements (4) ausgebildet sind, und Legen eines elastischen Pufferelements (22) über den Basisabschnitt (3a) des ersten Elements (3), Einführen des ersten Elements (3) mit dem aufgelegten Pufferelement (22) und des zweiten Elements (4), die übereinander plaziert sind, zwischen einem Montagetisch (2) und einem Bindearbeitsabschnitt (1a) eines Resonators (1), der über dem Montagetisch (2) positioniert ist und an beiden Seiten eines Halters (14) einer Drückeinheit (13) gehalten wird, Anordnen des Basisabschnitts (4a) des zweiten Elements (4) auf dem Montagetisch (2) derart, dass das erste Element (3) auf dem zweiten Element (4) auf dem Montagetisch (2) plaziert wird, Absenken der Drückeinheit (13), wodurch bewirkt wird, dass der Bindearbeitsabschnitt (1a) des Resonators (1) das Pufferelement (22) derart drückt, dass das erste Element (3) und das zweite Element (4) übereinander plaziert werden und der Pufferabschnitt (22) über den Basisabschnitt (3a) gelegt wird, wodurch bewirkt wird, dass die Elastizität des Pufferelements (22) das erste Element (3) und das zweite Element (4) mittels des Montagetisches (2) und des Bindearbeitsabschnittes (1a) elastisch drückt, Miteinanderverbinden der Metallabschnitte (3b) des ersten Elements (3) und der Metallabschnitte (4b) des zweiten Elements (4), die übereinander plaziert sind, durch Anwenden von Ultraschallschwingungen, die vom Wandler durch den auf das Pufferelement (22) drückenden Bindearbeitsabschnitts (1a) übertragen werden.
  5. Ultraschallschweißverfahren, umfassend: Plazieren von zu verbindenden Metallabschnitten (3b), die auf einem Basisabschnitt (3a) eines ersten Elements (3) ausgebildet sind, auf zu verbindenden Metallabschnitten (4b), die auf einem Basisabschnitt (4a) eines zweiten Elements (4) ausgebildet sind, Einführen des ersten Elements (3) und des zweiten Elements (4), die übereinander plaziert sind, zwischen einem Montagetisch (2) und einem Bindearbeitsabschnitt (1a) eines Resonators (1), der über dem Montagetisch (2) positioniert ist und an beiden Seiten eines Halters (14) einer Drückeinheit (13) gehalten wird und Einführen eines elastischen Pufferelements (23) zwischen dem Basisabschnitt (3a) des ersten Elements (3) und dem Bindearbeitsabschnitt (1a), Legen des Pufferelements (23) über den Basisabschnitt (3a) des ersten Elements (3) und Anordnen des Basisabschnitts (4a) des zweiten Elements (4) auf dem Montagetisch (2) derart, dass das erste Element (3) auf dem zweiten Element (4) auf dem Montagetisch (2) plaziert wird, Absenken der Drückeinheit (13), wodurch verursacht wird, dass der Bindearbeitsabschnitt (1a) des Resonators (1) das Pufferelement (23) derart drückt, dass das erste Element (3) und das zweite Element (4) übereinander mit dem über den Basisabschnitt (3a) gelegten Pufferelement (23) plaziert werden, wodurch verursacht wird, dass die Elastizität des Pufferelements (23) das erste Element (3) und das zweite Element (4) mittels des Montagetisches (2) und des Bindearbeitsabschnittes (1a) elastisch drückt, Miteinanderverbinden der Metallabschnitte (3b) des ersten Elements (3) und der Metallabschnitte (4b) des zweiten Elements (4), die übereinander plaziert sind, durch Anwenden von Ultraschallschwingungen, die von einem Wandler durch den auf das Pufferelement (23) drückenden Bindearbeitsabschnitt (1a) übertragen werden.
  6. Ultraschallschweißverfahren, umfassend: Plazieren von zu verbindenden Metallabschnitten (3b), die auf einem Basisabschnitt (3a) eines ersten Elements (3) ausgebildet sind, auf zu verbindenden Metallabschnitten (4b), die auf einem Basisabschnitt (4a) eines zweiten Elements (4) ausgebildet sind, wobei mindestens einer des Basisabschnitts (3a) des ersten Elements (3) und des Basisabschnitts (4a) des zweiten Elements (4) aus einem flexiblen Kunstharz hergestellt ist, Einführen des ersten Elements (3) und des zweiten Elements (4), die übereinander plaziert sind, zwischen einem Montagetisch (2) und einem Bindearbeitsabschnitt (1a) eines Resonators (1), der über dem Montagetisch (2) positioniert ist und an beiden Seiten eines Halters (14) einer Drückeinheit (13) gehalten wird, Anordnen des Basisabschnitts (4a) des zweiten Elements (4) auf dem Montagetisch (2) derart, dass das erste Element (3) auf dem zweiten Element (4) auf dem Montagetisch (2) plaziert wird, Absenken der Drückeinheit (13), wodurch verursacht wird, dass der Bindearbeitsabschnitt (1a) des Resonators (1) den Basisabschnitt (3a) des ersten Elements (3) derart drückt, dass das erste Element (3) und das zweite Element (4) übereinander plaziert werden, wodurch die Elastizität des flexiblen Kunstharzes, der mindestens einen von dem Basisabschnitt (3a) des ersten Elements (3) und von dem zweiten Basisabschnitt (4a) des zweiten Elements (4) bildet, bewirkt, dass das erste Element (3) und das zweite Element (4) mittels des Montagetisches (2) und des Bindearbeitsabschnitts (1a) elastisch gedrückt werden, Miteinanderverbinden der Metallabschnitte (3b) des ersten Elements (3) und der Metallabschnitte (4b) des zweiten Elements (4), die übereinander plaziert sind, durch Anwenden von Ultraschallschwingungen, die von einem Wandler durch den auf den Basisabschnitt (3a) drückenden Bindearbeitsabschnitt (1a) übertragen werden.
  7. Ultraschallschweißverfahren nach einem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Element (4) einen Basisabschnitt (4a) aufweist, auf dem die zu verbindenden Abschnitte (4b) ausgebildet sind, und der Basisabschnitt (4a) des zweiten Elements (4) auf der Seite des Montagetisches (2) angeordnet ist.
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