JP2007160337A - Ultrasonic welding device and control method therefor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ultrasonic welding device where sticking can be prevented only by itself without inserting an inclusion, and, even if sticking is not eliminated, the production line is swiftly stopped, and the occurrence of the failure in joining on and after the following production, can be prevented, and to provide a control method therefor. <P>SOLUTION: In the control method for the ultrasonic welding device where two planar works are held between a horn and an anvil applying ultrasonic vibration so as to be pressurized, ultrasonic vibration is applied in parallel to the contact face between the two planar works, so as to cause solid phase joining, and post-vibration is applied upon the release of the horn after the joining, whether sticking is caused or not is monitored during the post-vibration upon the release of the horn, and, when it is judged that sticking is caused, the post-vibration is continued, and the works are shaken off, thus the joining amplitude of the horn on and after the following time is reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、2枚の板状ワークの接合面を重ね合わせ、加圧しながら超音波振動を与えて超音波接合する超音波接合装置及びその制御方法に関する。   The present invention relates to an ultrasonic bonding apparatus that superimposes bonding surfaces of two plate-like workpieces and applies ultrasonic vibration while applying pressure, and performs ultrasonic bonding, and a control method thereof.

超音波接合装置は、超音波振動を与えるホーンとアンビルとの間に2枚の金属板を挟んで加圧し、2枚の金属板の接触面に平行に超音波振動を加えることにより、固相接合を行う装置である。硬さが低い金属板とホーン等との間に凝着が生じることが知られている。   An ultrasonic bonding apparatus pressurizes two metal plates sandwiched between a horn and an anvil that gives ultrasonic vibrations, and applies ultrasonic vibrations parallel to the contact surfaces of the two metal plates, thereby solid phase. It is an apparatus for performing bonding. It is known that adhesion occurs between a metal plate having low hardness and a horn or the like.

特許文献1には、凝着の抑制対策として、チップと接合母材および/またはアンビルと接合母材の間に炭素質のシートを介挿して超音波を与えることが開示されている。しかしながら、この対策によれば、炭素シートを介挿しなければならないので、介在物の挿入装置等の余分な設備を要することになる。   Patent Document 1 discloses that as an anti-adhesion measure, an ultrasonic wave is applied by inserting a carbonaceous sheet between a tip and a bonding base material and / or an anvil and a bonding base material. However, according to this measure, since a carbon sheet must be inserted, extra equipment such as an insertion device for inclusions is required.

したがって、介在物を挿入することなく、超音波接合装置単独で凝着を防止する対策が望まれている。例えば、自動車用のリチウムイオン二次電池の製造においても、扁平型の単電池の正極タブと負極タブとを超音波接合により多数直列に接続して組電池として大容量化することが行われている。この電極タブの超音波接合では、接合終了後のホーン上昇時にホーンを振動させてワークを振るい落とす操作である「後振動」を行うことにより、凝着を抑制している。
特開2004−268069号公報
Therefore, there is a demand for a measure for preventing adhesion by the ultrasonic bonding apparatus alone without inserting inclusions. For example, in the production of lithium-ion secondary batteries for automobiles, a large number of positive electrode tabs and negative electrode tabs of a flat unit cell are connected in series by ultrasonic bonding to increase the capacity as an assembled battery. Yes. In this ultrasonic bonding of electrode tabs, adhesion is suppressed by performing “post-vibration”, which is an operation of vibrating the horn when the horn is lifted after the end of bonding to shake off the workpiece.
JP 2004-268069 A

ところで、上述した電極タブの超音波接合では、1.ホーンに接触する側のワークがアルミニウム材であり、2.適切な接合条件と比較して振幅、時間、加圧力が大きく、3.板間の摩擦が大きいという条件が揃うと、後振動操作を行っても接合終了後にワーク(アルミニウム材)がホーンに凝着する。このような凝着が発生すると、次接合の実施が不可能になり、生産ラインが停止するという問題がある。   By the way, in the ultrasonic bonding of the electrode tab described above, 1. The work contacting the horn is an aluminum material, 2. The amplitude, time, and pressurizing force are large compared to appropriate bonding conditions. If the condition that the friction is large is satisfied, the workpiece (aluminum material) adheres to the horn after the joining is completed even if the post-vibration operation is performed. When such adhesion occurs, there is a problem that the next joining cannot be performed and the production line is stopped.

すなわち、凝着の発生を検出できなかった場合には、ホーンにワークが固着したままワークを搬出しようとするので、ワークが引き剥がされて亀裂が入り不良品となる。また、ホーン表面にアルミニウムが付着したまま次生産を行うと、接合状態が変化するので接合不良が発生する。   That is, when the occurrence of adhesion cannot be detected, the work is taken out while the work is fixed to the horn, so that the work is peeled off and cracked, resulting in a defective product. In addition, if the next production is performed with aluminum attached to the horn surface, the joining state changes, resulting in joining failure.

他方、凝着の発生を検出できた場合であっても、手動でワークをホーンから引き剥がす作業が必要であり、その作業の結果、ワークに亀裂が入り不良品となる可能性がある。また、ホーン表面にアルミニウムが付着するので、アルミニウムの除去作業が必要となる。   On the other hand, even if the occurrence of adhesion can be detected, an operation of manually peeling the workpiece from the horn is necessary, and as a result of the operation, the workpiece may crack and become a defective product. Moreover, since aluminum adheres to the horn surface, it is necessary to remove the aluminum.

本発明は、介在物を挿入することなく、超音波接合装置単独で凝着を防止することができ、仮に凝着を解消できない場合であっても、迅速に生産ラインを停止して次生産以降の接合不良の発生を防止することができる超音波接合装置及びその制御方法を提供することを目的とする。   The present invention can prevent adhesion with an ultrasonic bonding device alone without inserting inclusions, and even if the adhesion cannot be eliminated, the production line is quickly stopped and the subsequent production An object of the present invention is to provide an ultrasonic bonding apparatus capable of preventing the occurrence of bonding failure and a control method thereof.

上記目的を達成するための本発明に係る超音波接合装置の制御方法は、超音波振動を与えるホーンとアンビルとの間に2枚の板状ワークを挟んで加圧し、2枚の板状ワークの接触面に平行に超音波振動を加えることにより固相接合し、接合後のホーン開放時に後振動を加える超音波接合装置の制御方法において、ホーン開放時の後振動中に凝着の有無を監視し、凝着有と判断した場合には後振動を継続してワークを振るい落し、次回以降の接合振幅を減少させるようにしたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a method for controlling an ultrasonic bonding apparatus according to the present invention includes two plate-like workpieces pressed by sandwiching two plate-like workpieces between a horn that imparts ultrasonic vibration and an anvil. In the control method of an ultrasonic bonding device that applies solid vibration by applying ultrasonic vibration in parallel to the contact surface of the solder and applies post vibration when the horn is opened after bonding, whether or not adhesion occurs during post vibration when the horn is opened When monitoring and judging that there is adhesion, the workpiece is shaken off by continuing the post-vibration, and the joining amplitude after the next time is reduced.

また、上記目的を達成するための本発明に係る超音波接合装置は、超音波振動を与えるホーンとアンビルとの間に2枚の板状ワークを挟んで加圧し、2枚の板状ワークの接触面に平行に超音波振動を加えることにより固相接合する装置であって、接合後のホーン開放時に後振動を加える制御装置を備えた超音波接合装置において、ホーンの振動子に指令電力を与える制御回路と、指令電力をモニタする電力モニタと、後振動の初期振幅および電力スレッシュレベルを記憶する記憶回路と、電力モニタのモニタ値とスレッシュレベル記憶値とを比較して、凝着の有無を判断する凝着防止回路と、を備え、モニタ値がスレッシュレベル記憶値を超える場合には凝着有と判断して、後振動を継続してワークを振るい落し、凝着防止回路から制御回路に振幅指令を与えて次回以降のホーンの接合振幅を減少させるようにしたことを特徴とする。   In addition, an ultrasonic bonding apparatus according to the present invention for achieving the above object presses and sandwiches two plate-like workpieces between a horn and an anvil that apply ultrasonic vibration, and pressurizes the two plate-like workpieces. An apparatus for solid-phase bonding by applying ultrasonic vibration parallel to the contact surface, and comprising a control device that applies post-vibration when the horn is opened after bonding, the command power is supplied to the vibrator of the horn. Control circuit, power monitor for monitoring the command power, storage circuit for storing the initial amplitude and power threshold level of the post-vibration, and the presence or absence of adhesion by comparing the monitor value and threshold level storage value of the power monitor An anti-adhesion circuit that determines whether or not the monitor value exceeds the threshold level stored value. Characterized in that so as to reduce the junction amplitude of the next and subsequent horn gives amplitude command.

以上のような本発明に係る超音波接合装置の制御方法によれば、ホーン開放時の後振動中に凝着の有無を監視し、凝着有と判断した場合には後振動を継続してワークを振るい落し、次回以降の接合振幅を減少させるようにしたので、次回以降の接合振幅を凝着が生じない程度に適正化して、介在物を挿入することなく、超音波接合装置単独で凝着を防止することができる。さらに、仮にワークを振るい落せなかった場合であっても、ホーン開放時の後振動中に凝着の有無を監視しているので、迅速に生産ラインを停止して次生産以降の接合不良の発生を防止することができる。   According to the control method of the ultrasonic bonding apparatus according to the present invention as described above, the presence or absence of adhesion is monitored during the post-vibration when the horn is opened. Since the workpiece was shaken down and the welding amplitude from the next time on was reduced, the welding amplitude from the next time onward was optimized to the extent that adhesion did not occur, and the ultrasonic bonding device alone was used without any inclusions. Wearing can be prevented. In addition, even if the workpiece cannot be shaken off, the presence of adhesion is monitored during post-vibration when the horn is opened, so the production line is quickly stopped and joint failures occur after the next production. Can be prevented.

また、以上のような本発明に係る超音波接合装置によれば、ホーン開放時の後振動中に凝着の有無を監視し、凝着有と判断した場合には後振動を継続してワークを振るい落し、次回以降の接合振幅を減少させるようにしたので、次回以降の接合振幅を凝着が生じない程度に適正化して、介在物を挿入することなく、超音波接合装置単独で凝着を防止することができる。さらに、仮にワークを振るい落せなかった場合であっても、ホーン開放時の後振動中に凝着の有無を監視しているので、迅速に生産ラインを停止して次生産以降の接合不良の発生を防止することができる。   In addition, according to the ultrasonic bonding apparatus according to the present invention as described above, the presence or absence of adhesion is monitored during the post-vibration when the horn is opened. The joint amplitude after the next time is reduced, so that the joint amplitude after the next time is optimized to the extent that adhesion does not occur, and the ultrasonic bonding device alone is attached without inserting inclusions. Can be prevented. In addition, even if the workpiece cannot be shaken off, the presence of adhesion is monitored during post-vibration when the horn is opened, so the production line is quickly stopped and joint failures occur after the next production. Can be prevented.

以下に、本発明に係る超音波接合装置及びその制御方法を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、超音波接合装置の一例を示す模式図である。図2は、本実施形態の超音波接合装置の構成を示すブロック図である。   Hereinafter, an ultrasonic bonding apparatus and a control method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of an ultrasonic bonding apparatus. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the ultrasonic bonding apparatus according to the present embodiment.

図1に示すように、超音波接合装置1は2枚の板状部材(板状ワーク)を挟持するアンビル2とホーン3と呼ばれる接合工具を備えている。たとえば、リチウムイオン二次電池の電極タブを接合する場合、負極タブ11の材質はアルミニウム(Al)、正極タブ12の材質は銅(Cu)であり、本発明で問題としている異種金属の接合となる。   As shown in FIG. 1, the ultrasonic bonding apparatus 1 includes a bonding tool called an anvil 2 and a horn 3 that sandwich two plate-shaped members (plate-shaped workpieces). For example, when joining the electrode tab of a lithium ion secondary battery, the material of the negative electrode tab 11 is aluminum (Al), and the material of the positive electrode tab 12 is copper (Cu). Become.

アンビル2は、接合する2枚の板状部材(たとえば、正極タブ12と負極タブ11)を載置する台座であって、その挟持面には複数の突起4が形成されている。ホーン3は、アンビル2に対する相対的な位置を適宜調整可能であり、その挟持面にも複数の突起5が形成されている。また、ホーン3には、これを挟持方向の後方から押圧する加圧手段6が備えられている。超音波接合時には、ホーン3がアンビル2に載置された2枚の板状部材を一定の圧力で加圧しながら、超音波振動を発生する。   The anvil 2 is a pedestal on which two plate-like members to be joined (for example, the positive electrode tab 12 and the negative electrode tab 11) are placed, and a plurality of protrusions 4 are formed on the holding surface. The horn 3 can adjust the relative position with respect to the anvil 2 as appropriate, and a plurality of protrusions 5 are formed on the holding surface. The horn 3 is provided with a pressurizing means 6 that presses the horn 3 from the rear in the clamping direction. At the time of ultrasonic bonding, ultrasonic vibration is generated while the horn 3 pressurizes the two plate-like members placed on the anvil 2 with a constant pressure.

すなわち、超音波接合装置1は、ホーン3による超音波振動で2枚の板状部材に往復直線運動を生じさせ、板状部材の接触面が擦り合わされることにより、部材表面の酸化皮膜等の不純物を除去して綺麗な金属面を露出させて接触させるとともに、その際に発生する摩擦熱により2枚の板状部材を固相接合するものである。   That is, the ultrasonic bonding apparatus 1 causes the two plate-like members to reciprocate linearly by ultrasonic vibrations from the horn 3 and the contact surfaces of the plate-like members are rubbed together, so that an oxide film or the like on the surface of the member can be obtained. Impurities are removed to expose and contact a beautiful metal surface, and two plate-like members are solid-phase bonded by frictional heat generated at that time.

図2に示すように、本実施形態の超音波接合装置1は、超音波接合装置本体31と、この超音波接合装置本体31の振動子32を制御する超音波接合制御装置41と、から主に構成され、該超音波接合制御装置41には超音波接合装置本体31にワークを移送する生産ラインの制御装置61が電気的に接続されている。   As shown in FIG. 2, the ultrasonic bonding apparatus 1 of the present embodiment is mainly composed of an ultrasonic bonding apparatus main body 31 and an ultrasonic bonding control apparatus 41 that controls the vibrator 32 of the ultrasonic bonding apparatus main body 31. The ultrasonic bonding control device 41 is electrically connected to a production line control device 61 for transferring a workpiece to the ultrasonic bonding device main body 31.

超音波接合装置本体31は、上述したように、超音波振動を与えるホーン3とアンビル2とを主構成要素とするが、本実施形態では、上記超音波接合制御装置41によりホーン側を制御するので、ホーン側の要素のみを図示している。すなわち、超音波接合装置本体31のホーン側要素は、振動子32、ブースター33およびホーン3から構成される。振動子32は、たとえば圧電素子により形成され、後述するパワーモジュール43から出力される指令電力を物理的振動に変換する。ブースター33は、振動子32の振動を増幅してホーン3に伝達する。   As described above, the ultrasonic bonding apparatus main body 31 includes the horn 3 and the anvil 2 that apply ultrasonic vibration as main components, but in this embodiment, the ultrasonic bonding control apparatus 41 controls the horn side. Therefore, only the elements on the horn side are shown. That is, the horn side element of the ultrasonic bonding apparatus main body 31 includes the vibrator 32, the booster 33, and the horn 3. The vibrator 32 is formed of, for example, a piezoelectric element, and converts command power output from a power module 43 described later into physical vibration. The booster 33 amplifies the vibration of the vibrator 32 and transmits it to the horn 3.

超音波接合制御装置41には、制御回路42、凝着防止回路45、入出力回路46および記憶回路51が主に備えられている。制御回路42には、パワーモジュール43を介して振動子32と電気的に接続されている。パワーモジュール43の出力側は、電力モニタ44を介して、制御回路42および凝着防止回路45と電気的に接続されている。凝着防止回路45には、記憶回路51および入出力回路46が電気的に接続され、さらに、入出力回路46は生産ライン制御回路61と電気的に接続されている。   The ultrasonic bonding control device 41 mainly includes a control circuit 42, an adhesion prevention circuit 45, an input / output circuit 46, and a storage circuit 51. The control circuit 42 is electrically connected to the vibrator 32 via the power module 43. The output side of the power module 43 is electrically connected to the control circuit 42 and the anti-adhesion circuit 45 via the power monitor 44. A storage circuit 51 and an input / output circuit 46 are electrically connected to the anti-adhesion circuit 45, and the input / output circuit 46 is further electrically connected to a production line control circuit 61.

制御回路42はパワーモジュール43に電力指令値を送信し、その指令値に基づいてパワーモジュール43から振動子32に指令電力が出力される。この指令電力は電力モニタ44によってモニタされ、電力モニタ44はモニタ値を制御回路42にフィードバックしている。さらに、電力モニタ44は、モニタ値を凝着防止回路45にも入力している。   The control circuit 42 transmits a power command value to the power module 43, and the command power is output from the power module 43 to the vibrator 32 based on the command value. The command power is monitored by the power monitor 44, and the power monitor 44 feeds back the monitor value to the control circuit 42. Further, the power monitor 44 also inputs the monitor value to the anti-adhesion circuit 45.

記憶回路51は、後振動操作の初期振幅記憶52を行うと共に、電力スレッシュレベル記憶53を行って電力スレッシュレベルを凝着防止回路45に送信する。   The storage circuit 51 performs initial amplitude storage 52 of the post-vibration operation, and also performs power threshold level storage 53 to transmit the power threshold level to the anti-adhesion circuit 45.

凝着防止回路45は、電力モニタ44から指令電力のモニタ値を受信して凝着の有無を判断すると共に、振幅指令を制御回路42に送信する。すなわち、凝着防止回路45は、指令電力のモニタ値と電力スレッシュレベルとを比較して、モニタ値が電力スレッシュレベルよりも小さい場合には、凝着無と判断する。他方、モニタ値が電力スレッシュレベル以上である場合には凝着有と判断し、後振動を継続してワークを振るい落す。このワークの振るい落とし操作は、そのままの振幅で後振動を継続してもよく、凝着防止回路45から制御回路42に振幅指令を送信して振幅を最大値まで増加するようにしてもよい。   The anti-adhesion circuit 45 receives the monitor value of the command power from the power monitor 44 to determine the presence or absence of adhesion, and transmits an amplitude command to the control circuit 42. That is, the adhesion prevention circuit 45 compares the monitor value of the command power with the power threshold level, and determines that there is no adhesion when the monitor value is smaller than the power threshold level. On the other hand, if the monitor value is equal to or higher than the power threshold level, it is determined that there is adhesion, and the work is shaken off by continuing the post-vibration. In this operation of shaking the workpiece, the post-vibration may be continued with the same amplitude, or the amplitude command may be transmitted from the adhesion prevention circuit 45 to the control circuit 42 to increase the amplitude to the maximum value.

そして、ワークを振るい落し完了後、凝着防止回路45から制御回路42に振幅指令を送信して、次回以降の接合振幅を減少させる。すなわち、凝着が生じるということは、超音波振動エネルギが高過ぎるということであるから、次回以降の接合振幅を減少させて超音波振動エネルギを適正化しようとするものである。接合振幅の減少幅としては、たとえば、原振幅の5%の減少幅とすることが考えられるが、それでも凝着が生じる場合には更に5%減少させるように段階的に調整する。   Then, after the workpiece has been shaken off, an amplitude command is transmitted from the adhesion preventing circuit 45 to the control circuit 42 to reduce the joining amplitude from the next time. That is, the occurrence of adhesion means that the ultrasonic vibration energy is too high, and therefore, the ultrasonic vibration energy is to be optimized by reducing the bonding amplitude from the next time. As a reduction width of the junction amplitude, for example, a reduction width of 5% of the original amplitude can be considered. However, if adhesion still occurs, it is adjusted stepwise so as to further reduce it by 5%.

後振動を継続しても、ワークが振るい落とされない場合には、凝着防止回路45から入出力回路46に異常信号を送信し、入出力回路46は生産ライン制御装置61に生産ラインを停止させるための凝着異常信号を送信する。   If the workpiece is not shaken out even after the post-vibration is continued, an abnormal signal is transmitted from the adhesion preventing circuit 45 to the input / output circuit 46, and the input / output circuit 46 causes the production line control device 61 to stop the production line. Send an adhesion abnormality signal for.

さらに、図3に示すタイムチャートを用いて、上記凝着防止回路45による凝着防止操作を具体的に説明する。図3において、(A)はホーンの動作を表したタイムチャートであり、(B)は、ホーン開放時の後振動において凝着を検出した場合の振幅の変化を示すタイムチャートである。   Further, the anti-adhesion operation by the anti-adhesion circuit 45 will be specifically described with reference to the time chart shown in FIG. 3A is a time chart showing the operation of the horn, and FIG. 3B is a time chart showing the change in amplitude when adhesion is detected in the post-vibration when the horn is opened.

図3(A)に示すように、ホーンまたはアンビルの少なくともいずれか一方の工具交換を行った後、ホーンが原位置から降下して接合位置に到達すると、スクイズを開始し(図示を省略)、所定のスクイズ時間が経過するとホーン超音波振動を行い、1点目の接合を行う。接合終了後ワークを冷却するため、所定の時間ホールドした後(図示を省略)、ホーンを上昇(開放)させる。   As shown in FIG. 3 (A), after changing the tool of at least one of the horn and the anvil, when the horn descends from the original position and reaches the joining position, squeeze is started (not shown), When a predetermined squeeze time elapses, horn ultrasonic vibration is performed and the first point is joined. In order to cool the workpieces after the end of joining, the horn is raised (opened) after being held for a predetermined time (not shown).

このホールド開始から所定の遅延時間をおいて、ホーンの開放時に後振動に移行する。この後振動を行いながらホーンが接合位置から原位置へと上昇するが、凝着無の場合には、上記と同様の操作を経て2点目の接合工程に移行し、このような操作を繰り返す。この凝着無の場合には、振幅は後振動操作の初期振幅のまま変化せず、指令電力のモニタ値はスレッシュレベルよりも小さい値のまま略変化しない。   After a predetermined delay time from the start of the hold, when the horn is opened, it shifts to the rear vibration. Thereafter, the horn rises from the joining position to the original position while vibrating, but if there is no adhesion, the operation proceeds to the second joining process through the same operation as described above, and such an operation is repeated. . In the case of no adhesion, the amplitude does not change with the initial amplitude of the post-vibration operation, and the monitor value of the command power does not substantially change with a value smaller than the threshold level.

ホーンの開放時の後振動において、指令電力のモニタ値により凝着を検出すると、後振動を継続させてワークを振るい落とす。そして、図3(B)に示すように、凝着の検出により次回以降の振幅を減少させ、減少させた状態でそれ以降の接合工程を行う。この凝着有の場合には、指令電力はスレッシュレベルを超えている。ワークを振るい落とすために振幅を最大振幅に到達するまで次第に増加させる場合には、振幅が増加するにつれて指令電力も最大指令電力まで増大する。通常は、この最大振幅によってワークが振るい落とされるが、それでもワークが振るい落とされない場合には、最大振幅および最大指令電力が継続するので、上述したように凝着防止回路45から入出力回路46を介して生産ライン制御装置61に凝着異常信号を発信することになる。   In the post-vibration when the horn is opened, if adhesion is detected by the monitor value of the command power, the post-vibration is continued and the work is shaken off. Then, as shown in FIG. 3B, the amplitude after the next time is reduced by the detection of adhesion, and the subsequent joining process is performed in the reduced state. In the case of this adhesion, the command power exceeds the threshold level. When the amplitude is gradually increased until the maximum amplitude is reached in order to shake off the workpiece, the command power increases to the maximum command power as the amplitude increases. Normally, the workpiece is shaken off by this maximum amplitude. However, if the workpiece is still not shaken off, the maximum amplitude and the maximum command power continue. Therefore, an adhesion abnormality signal is transmitted to the production line control device 61.

その後、図3(A)(B)に示すように、ホーンまたは/およびアンビルの工具交換を行った場合には、減少させた振幅を初期化して設定した初期振幅へと戻す。   Thereafter, as shown in FIGS. 3A and 3B, when the tool change of the horn or / and the anvil is performed, the reduced amplitude is initialized and returned to the set initial amplitude.

次に、図2および図3に基づいて、本実施形態の超音波接合装置の制御方法を説明する。   Next, based on FIG. 2 and FIG. 3, the control method of the ultrasonic bonding apparatus of this embodiment will be described.

本実施形態の超音波接合装置の制御方法は、ホーンの振幅の制御に関するものである。すなわち、ホーン上昇時(開放時)の後振動中に凝着の有無を監視し、凝着有と判断した場合には後振動を継続してワークを振るい落す操作を行い、次回以降の接合振幅を減少させる。   The control method of the ultrasonic bonding apparatus according to this embodiment relates to the control of the horn amplitude. That is, the presence or absence of adhesion is monitored during post-vibration when the horn is raised (when opened). If it is determined that adhesion is present, the post-vibration operation is continued to shake off the workpiece, and the next and subsequent joint amplitudes Decrease.

具体的には、ホーン開放時の後振動において、制御回路42からパワーモジュール43を介して振動子32に出力される指令電力を電力モニタ44によりモニタし、そのモニタ値とスレッシュレベル記憶値とを比較して凝着の有無を判断する。指令電力のモニタ値がスレッシュレベル記憶値を超える場合には凝着有と判断して、凝着防止回路45から制御回路42に振幅指令を与え、たとえば、後振動の振幅を増大させてワークを振るい落とす操作を行う。   Specifically, in post-vibration when the horn is opened, the command power output from the control circuit 42 to the vibrator 32 via the power module 43 is monitored by the power monitor 44, and the monitor value and the threshold level storage value are obtained. The presence or absence of adhesion is judged by comparison. If the monitored value of the command power exceeds the threshold level storage value, it is determined that there is adhesion, and an amplitude command is given from the adhesion prevention circuit 45 to the control circuit 42. Shake off.

そして、ワークの振るい落しの完了後、凝着防止回路45から制御回路42に振幅指令を与え、次回以降の接合振幅を減少させる。   Then, after the shaking of the workpiece is completed, an amplitude command is given from the anti-adhesion circuit 45 to the control circuit 42, and the next and subsequent joining amplitudes are reduced.

このようなワーク振るい落とし操作にも関わらず、指令電力のモニタ値の監視によりワークを振り落とせなかったと判断した場合には、凝着防止回路45から入出力回路46を介して生産ライン制御装置61に凝着異常信号を出力する。   If it is determined that the workpiece cannot be shaken by monitoring the command power monitor value in spite of the workpiece shaking operation, the production line control device 61 from the adhesion prevention circuit 45 via the input / output circuit 46 is used. Outputs an adhesion abnormality signal.

図2および図4のフローチャートを用いて、自動生産ラインにおける本実施形態の超音波接合装置の制御方法をさらに具体的に説明する。   The control method of the ultrasonic bonding apparatus of the present embodiment in the automatic production line will be described more specifically with reference to the flowcharts of FIGS.

まず、ホーンまたはアンビルの少なくともいずれか一方の工具交換を終了した後に接合工程を開始するが、予め設定しておいた初期振幅を接合振幅とする(ステップ1;以下、「ST1」のように表記する。)。   First, after completing the tool change of at least one of the horn and the anvil, the joining process is started. The preset initial amplitude is defined as the joining amplitude (step 1; hereinafter referred to as “ST1”). To do.)

1打点について接合工程が実施され(ST2)、接合完了後のホーン開放時に後振動操作が開始される。その間、電力モニタ44の指令電力のモニタ値が制御回路42および凝着防止回路45に入力されており、凝着防止回路45はそのモニタ値がスレッシュレベルよりも大きいか否かにより凝着の有無を判断している(ST3)。   A joining step is performed for one spot (ST2), and a post-vibration operation is started when the horn is opened after the joining is completed. Meanwhile, the monitor value of the command power of the power monitor 44 is input to the control circuit 42 and the anti-adhesion circuit 45, and the anti-adhesion circuit 45 determines whether or not there is adhesion depending on whether or not the monitor value is larger than the threshold level. (ST3).

ST3において、電力モニタ44による指令電力のモニタ値がスレッシュレベル以下である場合には、凝着無と判断できるので、次の打点の接合工程へと移行する。他方、ST3において、電力モニタのモニタ値がスレッシュレベルよりも大きい場合には、凝着有と判断できるので、後振動を継続してワークを振るい落し操作を行う。   In ST3, when the monitored value of the command power by the power monitor 44 is equal to or lower than the threshold level, it can be determined that there is no adhesion, and the process proceeds to the next spot joining process. On the other hand, in ST3, when the monitor value of the power monitor is larger than the threshold level, it can be determined that there is adhesion, so the post-vibration operation is continued and the workpiece is shaken off.

そして、電力モニタ44による指令電力のモニタ値によりワークを振るい落せたか否かを判断する(ST4)。ST4において、指令電力のモニタ値が低下せず、ワークを振るい落せなかったと判断した場合には、人手による修正が必要なため、凝着防止回路45から入出力回路46を介して生産ライン制御装置61へ凝着異常信号を送信して(ST5)、接合工程を終了する。他方、ST4において、指令電力のモニタ値が低下し、ワークを振るい落せたと判断した場合には、次回以降の接合振幅を減少させて凝着が生じないように振幅の適正化を図る(ST6)。   Then, it is determined whether or not the workpiece has been shaken off based on the monitor value of the command power by the power monitor 44 (ST4). In ST4, if it is determined that the monitor value of the command power has not decreased and the workpiece has not been shaken, manual correction is necessary, so that the production line control device from the anti-adhesion circuit 45 via the input / output circuit 46 An adhesion abnormality signal is transmitted to 61 (ST5), and the joining process is terminated. On the other hand, in ST4, when it is determined that the monitor value of the command power has decreased and the workpiece has been shaken, the amplitude of the next and subsequent joints is decreased to optimize the amplitude so as not to cause adhesion (ST6). .

この接合振幅を減少させた状態で人手によりホーンまたは/およびアンビルの工具交換が行われるまでそれ以降の接合工程が行われ(ST7)、工具交換により一連の接合工程を終了する。   The following joining process is performed until the horn or / and anvil tool is changed manually with the welding amplitude reduced (ST7), and the series of joining processes is completed by the tool change.

なお、工具交換の後は、ST1において接合振幅が初期化され、予め設定した初期振幅で接合工程が実施されることになる。   After the tool change, the joining amplitude is initialized in ST1, and the joining process is performed with a preset initial amplitude.

以上説明したように本実施形態の超音波接合装置及びその制御方法によれば、ホーン開放時の後振動中にワークの凝着の有無を監視しており、凝着有と判断した場合には後振動を継続してワークを振るい落し、次回以降の接合振幅を減少させる。したがって、次回以降の接合振幅を凝着が生じない程度に適正化して、介在物を挿入することなく、超音波接合装置単独で凝着を防止することができる。このように凝着の発生を防止することができるので、手動によるワーク引き剥がし作業が不要となり、引き剥がし作業によってワークに亀裂が入り不良品になることを防止することができる。さらに、ホーン表面のアルミニウム除去作業が不要になる。   As described above, according to the ultrasonic bonding apparatus and its control method of the present embodiment, the presence or absence of adhesion of the workpiece is monitored during post-vibration when the horn is opened, and it is determined that adhesion is present. Continue the post-vibration to shake the workpiece and reduce the joining amplitude from the next time. Therefore, it is possible to prevent the adhesion by the ultrasonic bonding apparatus alone without optimizing the bonding amplitude after the next time to such an extent that adhesion does not occur, and without inserting inclusions. Since the occurrence of adhesion can be prevented in this way, manual work peeling work is unnecessary, and it is possible to prevent the work from cracking and becoming defective due to the peeling work. Furthermore, the work of removing aluminum on the horn surface becomes unnecessary.

仮にワークを振るい落せなかった場合であっても、ホーン開放時の後振動中に凝着の有無を監視しており、凝着防止回路から生産ライン制御装置に凝着異常信号を出力して生産ラインを迅速停止させ、手動により対処させることにより次生産以降の接合不良の発生を防止することができる。   Even if the workpiece cannot be shaken off, the presence of adhesion is monitored during post-vibration when the horn is opened, and production is performed by outputting an adhesion abnormality signal from the adhesion prevention circuit to the production line controller. It is possible to prevent the occurrence of joint failure after the next production by quickly stopping the line and manually handling it.

本発明は、金属間の接合において、介在物を挿入することなく、超音波接合装置単独で凝着を防止することができるので、たとえば、自動車用のリチウムイオン二次電池の製造における電極タブの接合など、種々の金属間の超音波接合に適用することができる。   Since the present invention can prevent adhesion with an ultrasonic bonding apparatus alone without inserting inclusions in the bonding between metals, for example, the electrode tab in the manufacture of a lithium ion secondary battery for automobiles. It can be applied to ultrasonic bonding between various metals such as bonding.

超音波接合装置の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of an ultrasonic bonding apparatus. 本実施形態の超音波接合装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the ultrasonic bonding apparatus of this embodiment. 本実施形態の超音波接合装置のタイムチャートである。It is a time chart of the ultrasonic bonding apparatus of this embodiment. 本実施形態の超音波接合装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the ultrasonic bonding apparatus of this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 超音波接合装置、
2 アンビル、
3 ホーン、
11 上側部材、
12 下側部材、
31 超音波接合装置本体、
32 振動子、
41 超音波接合制御装置、
42 制御回路、
44 電力モニタ、
45 凝着防止回路、
51 記憶回路、
52 初期振幅記憶、
53 電力スレッシュレベル記憶、
61 生産ライン制御装置。
1 ultrasonic bonding equipment,
2 Anvil,
3 Horn,
11 Upper member,
12 Lower member,
31 Ultrasonic bonding device body,
32 vibrators,
41 ultrasonic bonding control device,
42 control circuit,
44 power monitor,
45 Anti-adhesion circuit,
51 memory circuit,
52 initial amplitude memory,
53 Power threshold level storage,
61 Production line control device.

Claims (6)

超音波振動を与えるホーンとアンビルとの間に2枚の板状ワークを挟んで加圧し、2枚の板状ワークの接触面に平行に超音波振動を加えることにより固相接合し、接合後のホーン開放時に後振動を加える超音波接合装置の制御方法において、
ホーン開放時の後振動中にホーンとワークの凝着の有無を監視し、凝着有と判断した場合には後振動を継続してワークを振るい落し、次回以降のホーンの接合振幅を減少させるようにしたことを特徴とする超音波接合装置の制御方法。
Two plate-like workpieces are sandwiched between a horn and anvil that apply ultrasonic vibration, and pressure is applied. By applying ultrasonic vibration parallel to the contact surface of the two plate-like workpieces, solid phase bonding is performed. In the method of controlling an ultrasonic bonding apparatus that applies post vibration when the horn is opened,
Monitor the presence or absence of adhesion between the horn and the workpiece during the post-vibration when the horn is open. A method of controlling an ultrasonic bonding apparatus, characterized in that it is configured as described above.
ホーン開放時に後振動の指令電力をモニタし、モニタ値とスレッシュレベル記憶値とを比較して凝着の有無を判断し、モニタ値がスレッシュレベル記憶値を超える場合には凝着有と判断して、後振動を継続してワークを振るい落し、次回以降のホーンの接合振幅を減少させるようにしたことを特徴とする請求項1に記載の超音波接合装置の制御方法。   When the horn is opened, the post-vibration command power is monitored, and the monitor value is compared with the threshold level stored value to determine the presence or absence of adhesion. If the monitor value exceeds the threshold level stored value, it is determined that there is adhesion. 2. The method of controlling an ultrasonic bonding apparatus according to claim 1, wherein the post-vibration is continued and the workpiece is shaken off to reduce the bonding amplitude of the horn after the next time. 前記ワーク振るい落とし操作にも関わらず、指令電力のモニタ値からワークを振り落とせなかったと判断した場合には、生産ラインの制御装置に対して凝着異常信号を出力するようにしたことを特徴とする請求項2に記載の超音波接合装置の制御方法。   When it is determined that the workpiece cannot be shaken from the monitor value of the command power in spite of the workpiece shaking operation, an adhesion abnormality signal is output to the production line control device. The method for controlling an ultrasonic bonding apparatus according to claim 2. ホーンまたはアンビルの少なくともいずれか一方の交換時に接合振幅を初期化するようにしたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の超音波接合装置の制御方法。   4. The method for controlling an ultrasonic bonding apparatus according to claim 1, wherein the bonding amplitude is initialized when at least one of the horn and the anvil is replaced. 超音波振動を与えるホーンとアンビルとの間に2枚の板状ワークを挟んで加圧し、2枚の板状ワークの接触面に平行に超音波振動を加えることにより固相接合する装置であって、接合後のホーン開放時に後振動を加える制御装置を備えた超音波接合装置において、
ホーンの振動子に指令電力を与える制御回路と、
指令電力をモニタする電力モニタと、
後振動の初期振幅および電力スレッシュレベルを記憶する記憶回路と、
電力モニタのモニタ値とスレッシュレベル記憶値とを比較して、ホーンとワークの凝着の有無を判断する凝着防止回路と、を備え、
モニタ値がスレッシュレベル記憶値を超える場合には凝着有と判断して、後振動を継続してワークを振るい落し、凝着防止回路から制御回路に振幅指令を与えて次回以降のホーンの接合振幅を減少させるようにしたことを特徴とする超音波接合装置。
It is a device for solid-phase bonding by sandwiching two plate-like workpieces between a horn that gives ultrasonic vibration and an anvil and applying pressure and applying ultrasonic vibration parallel to the contact surface of the two plate-like workpieces. In the ultrasonic bonding apparatus provided with a control device that applies post-vibration when the horn is opened after bonding,
A control circuit that gives command power to the vibrator of the horn;
A power monitor that monitors the command power;
A storage circuit for storing the initial amplitude and power threshold level of the post-vibration;
An adhesion prevention circuit that compares the monitor value of the power monitor and the threshold level storage value to determine whether the horn and the workpiece are adhered,
If the monitor value exceeds the threshold level stored value, it is determined that there is adhesion, and the workpiece is shaken off by continuing the post-vibration, and the amplitude command is given to the control circuit from the adhesion prevention circuit, and the horn is joined next time. An ultrasonic bonding apparatus characterized in that the amplitude is reduced.
前記ワーク振るい落とし操作にも関わらず、凝着防止回路が指令電力のモニタ値からワークを振り落とせなかったと判断した場合には、凝着防止回路が生産ラインの制御装置に対して凝着異常信号を出力するようにしたことを特徴とする請求項5に記載の超音波接合装置。   If the anti-adhesion circuit determines that the work cannot be shaken off from the command power monitor value in spite of the workpiece shake-off operation, the anti-adhesion circuit sends an adhesion abnormality signal to the production line controller. The ultrasonic bonding apparatus according to claim 5, wherein:
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