JP2005149755A - 電子部品の端子とバスバーとの接合方法および装置 - Google Patents

電子部品の端子とバスバーとの接合方法および装置 Download PDF

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Abstract

【課題】LED本体から導出する複数の端子とバスバー間のそれぞれの重ね合わせ部を同時に接合できる接合方法および装置の提供。
【解決手段】LED本体15から導出する複数の接続端子16をバスバー12表面所定位置にそれぞれ重ね合わせ、振動伝達部材(ホーン)30を介して、重ね合わせ部を加圧しつつ超音波振動を与えて拡散接合するLED14の端子16とバスバー12との接合方法で、ホーン30の先端部に、LED本体15を収容できる凹部31を設け、該凹部31にLED本体15を収容するようにして、複数の重ね合わせ部を同時に加圧しつつ超音波振動を与えて拡散接合する。バスバー12へのLED搭載作業が効率化し、LED14の熱損傷の惧れもなく、LED14ユニット10の生産効率が上がる。
【選択図】 図6

Description

本発明は、電子部品の端子とバスバーとの接合方法に係り、特に端子とバスバーとの重ね合わせ部に振動伝達部材(ホーン)を介して超音波を作用させてその重ね合わせ部を拡散接合させる接合方法および装置に関する。
この種の従来技術としては種々の提案があり、下記特許文献1には、図11に示すように、プリント基板1の導体回路2の表面に端子3を密着させ、ホーン(振動伝達部材)4で加圧しつつ超音波振動を与えることで、導体回路2と端子3を拡散接合させる方法が開示されている。
また、下記特許文献2には、図12に示すように、Al電極6aを表面に設けたSiチップ6を加熱ブロック5の上に載置し、モリブデン円板7をそのAuめっき面7aがAl電極6aに密着するようにSiチップ6上に重ね合わせ、ホーン(振動伝達部材)8で超音波振動(回転往復振動)を与えた後、加熱および加圧することで、モリブデン円板7のAuめっき面7aとSiチップ6のAl電極6aを拡散接合させる方法が開示されている。
特開平6-36852号 特開平11-307596号
しかし、前記した第1,第2の従来技術(特許文献1,2)では、接合しようとする部位毎にそれぞれホーン(振動伝達部材)で加圧しつつ超音波振動を与える必要があり、端子の接合作業効率が非常に悪い。
また、第2の従来技術(特許文献2)では、超音波振動(回転往復振動)を与えた後に150〜400℃に加熱するため、この方法を電子部品の端子とバスバーとの接合に適用した場合には、電子部品が熱により損傷する惧れがあるし、加熱手段を必要とする分、装置構造が複雑となる。
本発明は、前記従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、電子部部品本体から導出する複数の端子とバスバー間のそれぞれの重ね合わせ部を同時に接合できる接合方法および装置を提供することにある。
前記目的を達成するために、請求項1に係る電子部品の端子とバスバーとの接合方法においては、電子部品本体から導出する複数の接続端子をバスバー表面所定位置にそれぞれ重ね合わせ、振動伝達部材であるホーンを介して、前記重ね合わせ部を加圧しつつ超音波振動を与えて拡散接合する電子部品の端子とバスバーとの接合方法であって、前記ホーンの先端部に、前記電子部品本体を収容できる凹部を設け、該凹部に前記電子部品本体を収容するようにして、前記複数の重ね合わせ部を同時に加圧しつつ超音波振動を与えて拡散接合するように構成した。
また、請求項4に係る電子部品の端子とバスバーとの接合装置においては、バスバー載置用のバスバー支持台と、前記バスバー支持台上のバスバー表面所定位置に配された電子部品をその先端部に設けた凹部内に収容することで電子部品本体から導出する複数の接続端子のバスバーとのそれぞれの重ね合わせ部に該凹部周りのその先端部端面が当接する振動伝達部材であるホーンと、前記ホーンを介して前記複数の接続端子とバスバーとの重ね合わせ部を加圧する加圧手段と、前記ホーンに超音波振動を作用させる超音波発生手段とを備え、前記ホーンにより、前記複数の重ね合わせ部を同時に加圧しつつ超音波振動を与えて、該重ね合わせ部を拡散接合するように構成した。
また、請求項7に係る電子部品モジュールにおいては、バスバー表面に電子部品を搭載した電子部品モジュールであって、前記電子部品本体から導出する複数の接続端子とバスバーとのそれぞれの重ね合わせ部を、先端部に前記電子部品本体を収容できる凹部を設けた振動伝達部材であるホーンにより、同時に加圧されつつ超音波振動が与えられることで拡散接合するように構成した。
(作用)バスバーにおける電子部品搭載予定位置に配した電子部品をその先端部の凹部内に収容する形態で振動伝達部材(ホーン)をバスバー側に押し付けると、電子部品本体から導出しバスバー表面に密着する複数の接続端子にホーン先端部端面が当たるので、ホーン(の先端部端面)を介して、複数の接続端子それぞれのバスバーとの重ね合わせ部を同時に加圧しつつ超音波振動を与えることで、複数の重ね合わせ部を同時に拡散接合することができる。なお、先端部に電子部品本体を収容できる凹部を設けた振動伝達部材(ホーン)としては、例えば、カップ型または門型ホーンが考えられる。また、ホーン先端部の凹部内に電子部品本体を収容してホーンの先端部端面が複数の接続端子のバスバーとの重ね合わせ部に当たる形態にする方法としては、例えば、ホーン先端部の凹部内に予め電子部品本体を収容保持させておき、この電子部品を収容保持したホーンをバスバーにおける電子部品搭載予定位置に上方から下降させる方法と、バスバーの所定位置に予め配した電子部品の上方からホーンを下降させて、ホーン先端部の凹部内に電子部品本体を収容した形態とする方法が考えられる。
また、請求項2,5,8では、請求項1,4,7において、前記超音波振動を超音波ねじれ振動(回転往復振動)で構成した。
(作用)ホーンを介して重ね合わせ部に与える超音波振動としては、直線往復振動であってもよいが、直線往復振動では、接続端子が振動方向にずれて、電子部品が搭載予定位置からずれる惧れがあるのに対し、ねじれ振動(回転往復振動)では、接続端子が振動方向にずれたとしても、電子部品本体の中心位置は搭載予定位置に一致して、電子部品は設計どおりの位置に保持される。特に、電子部品が発光ダイオード等の発光体で構成されている場合に、搭載作業によって発光体の中心位置がずれないので、車両用灯具の光源ユニットを構成する上で、有効である。
請求項3,6,9では、請求項2,5,8において、前記ホーンの先端部を円筒型に形成するように構成した。
(作用)ホーンに超音波ねじれ振動(回転往復振動)が作用すると、円環状のホーン先端部端面が円周方向に振動するが、ホーン先端部端と接触端子との接触面積が変化しないので、接続端子とバスバーとの重ね合わせ部に作用する加圧力および振動エネルギーが一定に保持されて、各重ね合わせ部における接合強度が均一となる。
請求項1、4,7によれば、電子部品から導出する複数の接続端子のバスバーとのそれぞれの重ね合わせ部を同時に拡散接合できるので、バスバーへの電子部品搭載作業の効率化が図られて、バスバーに電子部品を搭載した電子部品モジュールの生産効率が上がる。
また、接合する重ね合わせ部を加熱しないので、熱により電子部品が損傷する惧れもなく、それだけバスバーに電子部品を搭載した電子部品モジュールの不良品発生率も低下する。
また、請求項4によれば、加熱手段が不要な分、装置構造が簡潔となる。
請求項2,5,8によれば、バスバーにおける電子部品搭載予定位置に正確に電子部品を搭載できるので、バスバーに電子部品を搭載した電子部品モジュールの不良品発生率がさらに低下する。
請求項3,6,9によれば、複数の接続端子のバスバーとの重ね合わせ部それぞれが均一の接合強度をもつように拡散接合されて、バスバーに電子部品を搭載した電子部品モジュールの耐久性が保証される。
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
図1〜図7は本発明の一実施例を示し、図1は本発明の実施例である自動車用灯具(標識灯)用の電子部品モジュール(LEDユニット)の正面図、図2はLEDとバスバーの拡大斜視図、図3はLEDユニットを収容した灯具(標識灯)の水平断面図、図4は本発明の実施例である端子接合装置の全体概要図、図5(a)は振動伝達部材であるホーンの側面図、図5(b)はホーン先端部の斜視図、図6はLEDの接続端子とバスバーとの重ね合わせ部を加圧するホーン先端部周辺の拡大斜視図、図7はホーンと接続端子との接触面積を示す図である。
図1〜3において、符号10(図3参照)は、導電性金属板で構成されたバスバー12の所定位置に電子部品である赤色発光LED14を搭載した電子モジュールであるLEDユニットで、カシメやねじ止め等の適宜固定手段によって合成樹脂製の補強プレート11の表面に一体化されており、例えば標識灯であるテールアンアドストップランプ100のレンズカバー102に臨む灯室S内に配設され、LEDユニット10の前面側には、開口部105から各LED14が突出するようにリフレクター104が配設されるようになっている。
LED14は、矩形状の合成樹脂成形体であるLED本体15の裏側から一対の舌片状の金属製接続端子16,16がL字状に導出する構造で、接続端子16,16の屈曲された先端側がバスバー12に拡散接合されることで、LEDユニット10として一体化されている。
一方、バスバー12は、所定形状に形成された導電性金属板に多数のスリット13が設けられて、複数のプレート状の給電路12a,12b,12c,12d,12eで構成されているが、当初においては、隣接する給電路同士がスリット13を横切る所定幅の連結部(図1において斜線で示す。)13aでそれぞれ繋がった構造となっている。そして、隣接する給電路に跨るようにLED14を搭載し、補強プレート11に一体化した後に、連結部13aを切り落とすことで、分割された給電路12a,12b,12c,12d,12eにより複数のLED14が直列に接続された給電回路を構成することになる。
また、図4〜7には、LED14の接続端子16をバスバー12に接合する端子接合装置が図示されている。この端子接合装置は、金属板で構成されたアンビル22を備えたバスバー支持台20と、バスバー支持台20上方において上下方向昇降可能に配設された振動伝達部材であるホーン30と、ホーン30に連結一体化された振動子35に超音波振動を発生させる発振機34と、フレーム24に支持されてホーン30を昇降動作させるとともに、ホーン30を介してLED14の接続端子16のバスバー12との重ね合わせ部に加圧力を作用させるエアシリンダ26とを備えて構成されている。
バスバー支持台20は、水平方向に移動できるXYテーブルで構成されて、載置したバスバー12における所定位置(LED搭載予定位置)が順次ホーン30の真下に来るように制御される。
ホーン30は、図5,6に示すように、振動子35連結側となる断面矩形状基端部30aに先端側の丸棒部30bが同軸状に形成されている。丸棒部30bの先端部中央には、LED本体15を遊嵌状態に収容できる円柱型凹部31が設けられて、凹部31の外周には、LED本体15から導出する一対の接続端子16,16に当接する円環状の端面32が設けられている。ホーン30の内部には、凹部31の頂面と基端部30a外側面に開口する吸気通路33が穿設されるとともに、基端部30a側の開口33aには吸引ポンプ等の負圧発生器36から延びるホース37が接続されている。このため、負圧発生器36を作動させて凹部31内に負圧を発生させることで、端子16,16が先端部端面32に引っ掛かりLED本体15が凹部31内に収容された形態にLED14を吸着保持することができる。
振動子35およびホーン30は、下向きに配設されたエアシリンダ26のシリンダロッド26aに連結一体化されて、エアシリンダ26の作動によって昇降動作できるとともに、ホーン30の先端面32を介して接続端子16とバスバー12との重ね合わせ部を所定の加圧力で加圧できるようになっている。
また、発信機34の作動により振動子35およびホーン30がその軸心周りにねじれ振動(往復回転振動)し、この超音波ねじれ振動(往復回転振動)がホーン先端面32を介して、接続端子16のバスバー12との重ね合わせ部に伝達される。
接続端子16、16とバスバー12とのそれぞれの重ね合わせ部には、ホーン先端面32を介して所定の加圧力が作用しており、この両重ね合わせ部に超音波ねじれ振動(往復回転振動)が作用すると、接続端子16とバスバー12との接合界面が摩擦され、酸化皮膜や付着した不純物が機械的にクリーニングされるとともに、急激な塑性流動が生じて拡散接合(固相接合ともいう。)される。特に、重ね合わせ部を挟持するアンビル22の表面およびホーン30の先端面32は、それぞれローレット加工された凹凸面で構成されているので、重ね合わせ部に超音波ねじれ振動(往復回転振動)が作用する際に、アンビル22とバスバー12間および接続端子16とホーン先端面32間でそれぞれ滑りが発生せず、接続端子16とバスバー12との接合界面が効率よく摩擦されることとなって、機械的クリーニングおよび拡散接合が極短時間で終了し、LED本体15に熱的衝撃を与えることなく、LED14がバスバー12に接合固定される。このようにして、バスバー12のLED搭載予定位置にLED14を順次搭載することができる。
また、本実施例では、接続端子16とバスバー12との重ね合わせ部に作用する超音波振動はねじれ振動(回転往復振動)であり、接続端子16,16が振動方向である円周方向にずれるおそれがあるが、LED14がその周方向に多少ずれたとしてもLED14の発光中心位置はLED搭載予定位置に対してずれないので、配光上は何ら問題がない。
また、伝達される超音波ねじれ振動(回転往復振動)によりホーン先端部端面32が円周方向に振動するが、ホーン先端部端面32は真円環状であるため、図7に示すように、端面32と接触端子16との接触面積は全く変化せず、接続端子16、16とバスバー12とのそれぞれの重ね合わせ部に作用する加圧力および振動エネルギーが常に一定に保持されて、両重ね合わせ部における接合強度が均一となって、それだけ接合部が剥がれにくい耐久性に優れていたLEDユニット10を製造できる。
次に、本実施例の端子接合装置を用いて、LED14の接続端子16をバスバー12に接合する方法を説明する。
まず、ホーン30をバスバー支持台20の上方所定位置とし、負圧発生器36を作動させてホーン30の先端凹部31にLED14を吸着保持させる。一方、XYテーブルで構成した支持台20上にバスバー12を載置固定し、バスバー12のLED搭載予定位置がホーン30の軸芯の真下となるように、支持台(XYテーブル)20をセットする。なお、ホーン30の先端凹部31へのLED14の吸着保持と、バスバー12の支持台20上への載置固定とは、いずれを先に行ってもよい。次に、予め所定のシリンダ設定圧となるように設定されているエアシリンダ26を作動させることでホーン30が下降し、接続端子16、16のバスバー12とのそれぞれの重ね合わせ部にホーン30を介して所定の加圧力が作用する。同時に、発振機34が動作して振動子35が振動し、ホーン30を介して接続端子16、16のバスバー12とのそれぞれの重ね合わせ部に超音波ねじれ振動(往復回転振動)が作用する。これにより、接続端子16、16のバスバー12とのそれぞれの重ね合わせ部が拡散接合される。
第1の接合予定位置での接合が終了すると、支持台(XYテーブル)20が駆動して、バスバー12の第2の接合予定位置がホーン30の真下となる。この間にホーン30の凹部31には新たなLED14を保持させておき、ホーン30が下降し、端子16とバスバー12との重ね合わせ部を加圧しつつ超音波ねじり振動が作用することで、重ね合わせ部が拡散接合される。
このようにして、すべての接合予定位置へのLED14の搭載が完了すると、LEDユニット10を支持台20から取り外し、補強プレート11に一体化した後、連結部13aを切断除去することで、補強プレート11に一体化されたLEDユニット10が完成する。
なお、前記実施例では、所定のホーン30の先端凹部31が円柱型に形成されていたが、本実施例では図8に示すように、凹部31は矩形状LED本体15の外形に略整合する矩形状に形成されて、凹部31A内に発生するLED14の吸着保持力を高めた構造としてもよい。
図9は本発明の第2の実施例である端子接合装置の要部であるホーン先端部を示し、(a)はホーン先端部の側面図、(b)はホーン先端部の斜視図、(c)はホーン先端部の断面図である。
前記した第1の実施例では、ホーン30の先端部が円筒型に形成されていたが、この実施例では、ホーン30Aの先端部が二股状に形成されている。即ち、丸棒部30bの先端に丸棒部を横切る矩形状凹部31Aが形成されている。そして、矩形状凹部31Aには、一対の弾性把持部35a,35aを有する略コ字型板ばね部材35が収容固定されており、端子16,16がホーン端面32Aに引っ掛かりLED本体15がこの板ばね部材35で把持されて凹部31A内に収容された形態にLED14が弾性保持されるようになっている。
図10は本発明の第3の実施例である端子接合装置の要部であるホーン先端部を示している。
前記した第1,第2の実施例では、ホーン30Bの先端側が丸棒部30bで構成されているが、この第3の実施例では、ホーン30Bの先端側全体30cが矩形状の門型に構成されて、ホーン先端部にLED本体15を収容できる凹部31Bが設けられている。符号32Bは、ローレット加工の施されたホーン先端面で、接続端子16とバスバー12との重ね合わせ部に加圧力を作用させつつ超音波振動を作用させるように機能する。
その他は、前記した実施例と同一であり、同一の符号を付すことで、その説明は省略する。
また、前記した第1〜第3の実施例では、ホーン30(30A、30B)の先端凹部31(31A,31b)にLED本体15を収容してホーン30(30A,30B)先端部に予めLED14を保持させておき、LED14を保持するホーン30(30A,30B)を下降させることで、バスバー12の所定位置(LED搭載予定位置)にLED14の接続端子16,16を密着させ、かつホーン30(30A,30B)先端部端面32(32A,32B)が接続端子16,16のバスバー12との重ね合わせ部を加圧できるように構成されているが、LED搭載予定位置におけるLED周方向の位置決めには限界がある。
そこで、例えば、エアシリンダ26により昇降動作できるホーン30の近傍であって、バスバー支持台20のXYテーブルの駆動の邪魔にならない所定位置に設置した6軸ロボットのアームによって、矩形状のLED本体15を把持させて、LED本体15の直交外側面をXYテーブルのXY方向と一致するようにホーン30の真下に移載させるように構成することで、バスバー12におけるLED搭載予定位置にLED14をその周方向の向きも含めて正確に位置決めされた状態に載置でき、後は真上にある円筒型ホーン30を下降させれば、LED本体15は凹部31内に収容され、ホーン先端部端面が接続端子16,16のバスバー12との重ね合わせ部を加圧する形態となる。即ち、LED搭載予定位置に正確にLED14を搭載したLEDユニット10を製造できる。
また、前記した実施例では、昇降動作するホーン30の真下にバスバー12のLED搭載予定位置がくるようにバスバー支持台(XYテーブル)20を駆動する構成となっているが、ホーン30を6軸ロボットのアームに取付、6軸ロボットによってホーン30の移動および加圧を行うように構成してもよい。
また、前記した実施例では、LED14の接続端子16のバスバー12への接合方法および接合装置について説明したが、LED以外の電子部品の端子とバスバーとの接合方法および接合装置にも適用できる。
本発明の実施例である自動車用灯具(標識灯)用の電子部品モジュール(LEDユニット)の平面図である。 LEDとバスバーの拡大斜視図である。 LEDユニットを収容した灯具(標識灯)の水平断面図である。 本発明の実施例である端子接合装置の全体概要図である。 (a)振動伝達部材であるホーンの側面図である。 (b)ホーン先端部の斜視図である。 LEDの接続端子とバスバーとの重ね合わせ部を加圧するホーン先端部周辺の拡大斜視図である。 ホーンと接続端子との接触面積を示す図である。 ホーン先端部の凹部の変形例を示す斜視図である。 (a)本発明の第2の実施例である端子接合装置の要部であるホーン先端部の側面図である。 (b)同ホーン先端部の斜視図である。 (c)同ホーン先端部の縦断面図である。 本発明の第3の実施例である端子接合装置の要部であるホーン先端部の斜視図である。 従来技術(特許文献1)の概要図である。 従来技術(特許文献2)の概要図である。
符号の説明
10 電子部品モジュールであるLEDユニット
11 補強部材
12 バスバー
12a〜12e バスバーを構成するプレート状の給電路
14 電子部品であるLED
15 LED本体
16 接続端子
20 バスバー支持台
22 アンビル
26 加圧手段であるエアシリンダ
30 振動伝達部材であるカップ型ホーン
30A,30B 振動伝達部材である門型ホーン
31,31A,31B LED収容用の凹部
32,32A,32B ホーン先端部端面
33 LED吸着保持手段である吸気通路
34 超音波発生機である発信機
36 LED吸着保持手段である負圧発生器

Claims (9)

  1. 電子部品本体から導出する複数の接続端子をバスバー表面所定位置にそれぞれ重ね合わせ、振動伝達部材であるホーンを介して、前記重ね合わせ部を加圧しつつ超音波振動を与えて拡散接合する電子部品の端子とバスバーとの接合方法であって、前記ホーンの先端部には、前記電子部品本体を収容できる凹部が設けられており、該凹部に前記電子部品本体を収容するようにして、前記複数の重ね合わせ部を同時に加圧しつつ超音波振動を与えて拡散接合することを特徴とする電子部品の端子とバスバーとの接合方法。
  2. 前記超音波振動は、超音波ねじれ振動(回転往復振動)であることを特徴とする請求項1に記載の電子部品の端子とバスバーとの接合方法。
  3. 前記ホーンの先端部が円筒型に形成されたことを特徴とする請求項2に記載の電子部品の端子とバスバーとの接合方法。
  4. バスバー載置用のバスバー支持台と、前記バスバー支持台上のバスバー表面所定位置に配された電子部品をその先端部に設けた凹部内に収容することで電子部品本体から導出する複数の接続端子のバスバーとのそれぞれの重ね合わせ部に該凹部周りのその先端部端面が当接する振動伝達部材であるホーンと、前記ホーンを介して前記複数の接続端子とバスバーとの重ね合わせ部を加圧する加圧手段と、前記ホーンに超音波振動を作用させる超音波発生手段とを備え、前記ホーンにより、前記複数の重ね合わせ部を同時に加圧しつつ超音波振動を与えて、該重ね合わせ部を拡散接合するように構成されたことを特徴とする電子部品の端子とバスバーとの接合装置。
  5. 前記超音波振動が超音波ねじれ振動(回転往復振動)であることを特徴とする請求項4に記載の電子部品の端子とバスバーとの接合方法。
  6. 前記ホーンの先端部は、円筒型に形成されたことを特徴とする請求項5に記載の電子部品の端子とバスバーとの接合方法。
  7. バスバー表面に電子部品を搭載した電子部品モジュールであって、前記電子部品本体から導出する複数の接続端子とバスバーとのそれぞれの重ね合わせ部が、先端部に前記電子部品本体を収容できる凹部を設けた振動伝達部材であるホーンにより、同時に加圧されつつ超音波振動が与えられることで拡散接合されたことを特徴とする電子部品モジュール。
  8. 前記超音波振動は、超音波ねじれ振動(回転往復振動)であることを特徴とする請求項7に記載の電子部品モジュール。
  9. 前記ホーンの先端部が円筒型に形成されたことを特徴とする請求項8に記載の電子部品モジュール。
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