JP2012505083A - ボンディング装置、超音波トランスデューサおよびボンディング方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、特に垂直な幾何学上の回転軸（Ｄ）のまわりを回転可能なボンディングヘッド（２）を有し、ボンディングツール（５）およびこのボンディングツール（５）を超音波加振するための超音波トランスデューサ（３５）がボンディングヘッド（２）に設けられた、特にワイヤ材料またはリボン材料製の導電線と、特に電気回路などの基板の接触点との間の接合を形成するためのボンディング装置に関する。冒頭に挙げられた様式のボンディング装置を有利に発展させるために、超音波トランスデューサ（３５）の主伸張方向（３６）および／または最小質量慣性モーメントの軸方向のその伸張方向が、ボンディングヘッド（２）の幾何学上の回転軸（Ｄ）に平行に延びている。更なる観点にしたがって、本発明は、同じくボンディング装置または超音波トランスデューサに関する。

Description

本発明は、第１の観点にしたがって、好ましくはワイヤ材料またはリボン材料製の導電線と、特に電気回路などの基板の接触点との間の接合を形成するためのボンディング装置に関する。この場合、ボンディング装置は、好ましくは垂直な幾何学上の回転軸のまわりを回転可能なボンディングヘッドを有し、このボンディングヘッドには、ボンディングツールおよびこのボンディングツールを超音波加振する超音波トランスデューサが設けられている。

このようなボンディング装置は、汎用の実施形態ではいわゆるウェッジであるボンディングツールを用いて、アルミニウムワイヤまたは金のワイヤなどの導電線の被接合領域を、電気回路などの基板の所望の接触点に向け特定の圧力で押圧し、一方、ボンディングツールは、この押圧方向に対して横に超音波振動を行い、導電線と接触点との間に、一定の、いわゆる接合が形成されるまで振動を導電線へ伝達する、よく知られている方法で働く。ボンディングツールを超音波加振するために、いわゆる超音波トランスデューサ（則ち、超音波変換器）が用いられ、これは、板状の圧電素子から成る従来の積層体を発振器として有する。圧電素子が、優先的にその板の面に垂直に、またこれにより圧電素子積層体もその積層の長手方向に時間的に交互に長さを伸張および圧縮するように、通常交番電圧がこの圧電素子に印加される。この周期的な長さの変化は、通常ボンディングツールのツール収容部をも長さが変化する方向へ機械的に長手加振する。ツール収容部としては、これと同方向に細長く延び、円錐状に先細りしているいわゆるホーンがしばしば用いられていて、その先端にボンディングツールが挿入され、かつ締め付けねじなどを用いて固定され、このようにして、その際これは、そのツール長手軸を用いて、トランスデューサ長手軸に垂直に、則ち振動方向に垂直に延びている。このため、ツール先端もツール長手軸に対して横に振動運動を行い、この運動が接合を形成するために使用される。このような超音波トランスデューサを有するボンディング装置は、多くの適用可能性および長所を提供する。他方では、狭い空間に多くの接合を形成する必要があり、この場合、いわゆるボンディングヘッド、則ちボンディングツールおよび超音波トランスデューサ（ならびに通常いわゆるワイヤガイドおよびいわゆる太ワイヤボンディングでは場合によっては切断ツール）が装着されているボンディング装置の組立体は、垂直方向の幾何学上の回転軸のまわりの迅速な回転運動を行わなければならない。この場合、従来の超音波トランスデューサを装備したボンディングヘッドは、機能により、およびそのための構造方式により大きい質量慣性モーメントを有し、この慣性モーメントがボンディングヘッドの回転を困難にするか、もしくは大きな回転推進力を強いることが制約と見なされる。

この背景から、本発明はまず、冒頭に挙げられた方式のボンディング装置を有利に発展させ、特に前述の短所が可能な限り回避されるようにするという課題に基づいている。

この課題は、発明にしたがって、まず主に超音波トランスデューサの主伸張方向および／または最小質量慣性モーメントの幾何学上の軸方向のその伸張方向が、ボンディングヘッドの幾何学上の回転軸に（側部の間隔を含めて、または含めずに）平行に延びるという特徴に関連して解決される。前述の主伸張方向とは、その伸張方向と比べた場合に最大の大きさを有する超音波トランスデューサの伸張方向のことである。言及したボンディングヘッドの回転軸も、主に幾何学上の軸のことであり、則ち、必ずしも構造上の軸ではない。選択された解決法により、発明にしたがって、超音波トランスデューサの主伸張方向がボンディングヘッドの幾何学上の回転軸に対して垂直に延びている従来のボンディング装置に比べて、幾何学上のボンディングヘッド回転軸のまわりの質量慣性モーメントが減少することが実現する。このようにして、垂直な幾何学上の回転軸のまわりをボンディングヘッドがより速く回転できるようになるか、もしくは回転駆動に対して比較的小さな駆動装置のみ必要とされるようになる。

本発明は、第２の観点にしたがって、特にボンディング装置のボンディングツールを超音波加振するための超音波トランスデューサに関する。この場合、超音波トランスデューサは、少なくとも１つの発振器を有し、発振器は、少なくとも１つの圧電素子を有し、この場合、超音波エネルギー源、特にこの圧電素子に電気交番電圧を印加する電圧源が設けられる。

冒頭で説明された従来技術から出発して、本発明は、特に製造技術的および／または使用技術的な長所が実現されるように、特にこのような超音波トランスデューサを有利に発展させるという課題に基づいている。

この課題は、発明にしたがって、まず主に、超音波エネルギー源、特に電圧源、好ましくは特に電圧周波数などのその周波数が、動作中、特に交番電圧が印加される場合に、発振器の主変形方向および／または圧電素子の主変形方向が、この圧電素子の分極方向に対して横または垂直に延びるように整合されるか、または調整できるという特徴に関連して解決される。この場合、発振器（例えば圧電素子プレートの積層体）の主変形方向または圧電素子自身の主変形方向が、この圧電素子の分極方向に平行な従来のトランスデューサの形態から根本的に方向転換されたことが重要である。この場合、主変形方向とは、他の方向との比較で、電気交番電圧の印加により最大の変形（則ち圧縮および伸張）が結果として生じる空間方向のことである。分極方向とは、圧電素子に明確に帰属する、特定方向を示す配向のことであり、これは圧電素子を製造する際に双極子を方向付けることによって電界中に表れ、製造後に大部分がそのまま残る（いわゆる残留分極）。圧電素子に交番電圧を印加する場合、これは、一般に全空間方向で圧縮および伸張を交互に行い、この場合、異なる空間方向におけるそれぞれの大きさないし値は一般に様々である。本発明は、それぞれ個々に割り当てられた空間方向（または幾何学上の基体軸）では、それ以外の空間方向に比べて比較的大きな長さの変化を引き起こす特定の交番電圧周波数が存在するという知見から出発していて、この周波数は、圧電素子の形および大きさにも、また場合によっては隣接または共に振動する部材にも関係している。発明によると、提案された解決法によって、特にその分極方向が板面に垂直または横に延びている板状または薄い圧電素子を使用する場合に、所定の電圧では比較的高い電界強度およびそれによる形状変化によって伝達可能な大きい力を生成することができる。トランスデューサの敷設において、より多くの空間が得られ、圧電素子を容易に取り付けられるようになることが長所としてさらに加わる。本発明は、この点では、ワイヤ材料またはリボン材料製の導電線と、特に電気回路などの基板の接触点との間の接合を形成するためのボンディング装置をも含み、この装置は、先に記述された態様によるボンディングツールおよび超音波トランスデューサを有するボンディングヘッドを有する。

本発明は、第３の観点にしたがって、ボンディングツールを超音波加振するための超音波トランスデューサに関する。この場合、超音波トランスデューサは、互いに間隔をあけてツール収容部に係合する少なくとも２つの発振器を有し、この発振器に供給するための少なくとも１つの超音波エネルギー源、特に電気交番電圧を発振器に印加するための少なくとも１つの電圧源が設けられる。

このことから出発して、本発明は、そのようなボンディング装置の有利な発展形態を提供するという課題に基づいている。

この課題は、発明にしたがって、まず主に、１つまたは複数の超音波エネルギー源、特に１つまたは複数の電圧源、好ましくは周波数および／またはそこから生じる１つまたは複数の交番電圧の位相位置が、動作中、特に交番電圧が印加される場合に、２つの発振器の主変形方向が互いに平行またはほぼ平行に延びていて、この２つの発振器の時間毎に変化する変形が、互いを、好ましくは半周期だけ、則ち１８０°移相するように延びるか、移相するように発振器の構造に整合されるか、または整合できるという特徴に関連して解決される。周期という概念は、ここでは位相長という概念の代わりまたはこの概念と同価値に用いられていて、１８０°の移相（逆位相）は、半分の位相長の移相を表している。本発明は、第３の観点に関して、ワイヤ材料またはリボン材料製の導電線と、特に電気回路などの基板の接触点との間の接合を形成するためのボンディング装置をも含み、この場合、ボンディング装置は１つのボンディングヘッドを有し、このボンディングヘッドには、好ましくはウェッジである、ツール収容部に受け入れられるボンディングツールと、先に記述された発明による超音波トランスデューサとが設けられている。複数の、好ましくは２つの、互いに間隔をあけてツール収容部に係合している圧電素子が、種々の時間変形軌跡を有することによって、ツール収容部は振動回転運動を行い、これを、中に収容されている、好ましくは細長いボンディングツールの端部に伝達する。ツール収容部のねじれ角が周期的に変化することによって、またはそのことからボンディングツールに振動トルクが導入されることによって、ボンディングツールは、横振動、則ちその長手伸張または主伸張方向に垂直または横に加振される。しかしながら、曲げ振動または横振動とも呼ばれるこの振動は従来技術とは異なり、周波数に関係する振動形（振動モードとも呼ばれる）のいわゆる振動ループの位置ではなく、好ましくはいわゆる振動ノードの位置で加振される。この横振動は、全ボンディングツールを巻き込み、ボンディングツールの配置または構成が適切な場合には、そのツール先端もツール長手方向に対して横に振動し、この振動は、ボンディングツールを押圧することによって、接合を形成するための導電線に伝達され得る。

本発明の範囲において、先に説明された３つの発明観点のそれぞれ２つまたは全ての解決の特徴を組み合わせることも可能であることは自明のことである。圧電素子としては、基本的には、圧電アクチュエータに対してよく知られている全ての圧電素子の形式を使用することができ、この場合、圧電セラミックスまたは圧電性結晶の使用が好ましい。

特に本発明の第１観点に関連して、超音波トランスデューサの幾何学上の長手中心線が、ボンディングヘッドの幾何学上の回転軸および／またはボンディングツールの長手中心線に平行に延びていることが好ましい。このようにして、ボンディングヘッド回転軸の質量慣性モーメントを最小にすることができる。超音波トランスデューサが、少なくとも１つの発振器、好ましくは互いに平行に延びる２つの発振器を含み、この場合、各発振器が少なくとも１つの圧電素子、好ましくはそれぞれ２つの圧電素子を有し、この場合、各圧電素子がボンディングヘッドの幾何学上の回転軸に平行に延びる主伸張方向を有するという可能性も生じる。主伸張方向という概念は、この場合、この方向の圧電素子の大きさがそれ以外の方向より大きいことを表す。

特に本発明の第２に挙げられた観点に関連して、交番電圧が印加される場合に、発振器の主変形方向および／または圧電素子の主変形方向が、この圧電素子の主伸張方向に延びるように、超音波エネルギー源、特に電圧源、好ましくはその電圧周波数を整合または調整できることが好ましい。

特に本発明の第３観点に関連して、ツール収容部の旋回中心および特に瞬時極点が、ボンディングツールの振動ノードの位置にあるように、超音波トランスデューサを用いて加振可能なボンディングヘッドの構成要素の構成および交番電圧、特にその周波数が互いに整合されるか、または整合され得ることが好ましい。

前述の本発明の観点に関して、超音波エネルギー源における周波数、好ましくは電圧源における電圧周波数が、共振周波数、好ましくは最小または第１共振周波数、則ち超音波トランスデューサ、ツール収容部およびツールを含む、交番電圧が印加される場合に振動する組立体の第１固有モードに正確に対応するか、またはほぼ対応するように予備選択されるか、または調整され得るという可能性も生じる。好ましくは、この振動系は、その第１固有周波数およびそれにより、その割り当てられた第１固有形ではボンディングツールと共に加振されるが、例えば第２、第３などの固有周波数／固有形に対する加振も可能であろう。目的に適する形態は、１つまたは複数の圧電素子が、それぞれ周囲が長方形の板の形を有し、この長方形の辺の長さが板の厚みより大きく、各圧電素子の分極方向がその板の面に対して横または垂直に方向付けられていることで分かる。

ツール収容部またはボンディングツール内へ振動トルクを導入するためには、超音波トランスデューサが、少なくとも２つの互いに平行に配置された発振器を有することが好ましい。この場合、発振器は、それぞれ１つの圧電素子支持体および２つの同種の圧電素子を有し、これらの圧電素子は、圧電素子支持体の、２つの互いに背を向け、互いに平行に延びる表面に平らに固定され、好ましくはこの表面上に平らに貼り付けられている。そのことによって、および選択された交番電圧周波数に関連して、実際には、圧電素子の主伸張方向におけるその長さの変化のみがボンディングツールを加振するために使用されるようになる。好ましくは鋼またはチタンなどの金属から構成される圧電支持体素子も、圧電素子が平らに固定されることにより、それに応じて変形される。そのため、発振器はそれぞれ、２つの対向する圧電素子の間の中央に圧電素子支持体が存在するサンドウィッチ状の配置を有する。このことと、そのような２つの発振器の、挙げられた平行配置に関連して、同じ発振器の構成要素である圧電素子の分極方向が、互いに逆の方向に延び、則ち、ほぼ正反対の符号を有することが好ましい。このことに関連して、２つの圧電素子支持体の内の１つに装着されている２つの圧電素子の分極方向が、圧電素子支持体表面から直角に離れるように方向付けられ、２つの圧電素子支持体の内のもう１つに装着されている２つの圧電素子の分極方向が、圧電素子支持体表面に直角に向くように方向付けられることも好ましい。先に挙げられた特徴によって、両発振器の長さを、所望の異なる長さおよび特に逆方向に変化させることがスイッチング技術において非常に容易に実現可能となり、この場合、等しいか同一の、則ち同相の交番電圧が全圧電素子に印加され、圧電素子支持体は、例えば接地されている。特に、圧電素子の、圧電素子支持体とは反対側の空いている面を、ハンダ継手を用いて超音波エネルギー源、特に電圧源に接続するという可能性が生じる。このようにして、全圧電素子に印加される、例えば形式ｕ（ｔ）＝Ｕｃｏｓ（ωｔ）の唯一つの交番電圧を供給する超音波エネルギー源または電圧源を使用することができ、この場合、例えば全圧電素子の接続線は互いに並列接続されている。先に記述された作用方法に関して有利な、考えられる配置は、ボンディングツールの幾何学上の長手軸が、圧電素子の主伸張方向に平行に、および／またはボンディングヘッドの幾何学上の回転軸に沿って延びていることで分かる。好ましく空間が節約された安定な実施形態では、共通の一体トランスデューサ本体の構成要素である２つの圧電素子支持体が設けられている。好ましくはボンディングツールを保持するためのツール収容部もこのトランスデューサ本体に一体に形成されている。この意味においては、ホルダアームの長手端部がその長手中央領域でそれぞれ１つの圧電素子支持体に係合する二叉保持器を、トランスデューサ本体が統合または一体で含むことも好ましい。

本発明は、少なくとも１つのトランスデューサ本体および少なくとも１つの発振素子を有する超音波トランスデューサにも関していて、この発振素子は、生成した振動をトランスデューサ本体に伝達するのに適するようにトランスデューサ本体と接続していて、有利に発展させるために、好ましくは、ボンディングツールの取付点における振動形が、少なくとも１つの回転軸のまわりの回転振動運動をもたらす振動モードを、そのツール収容部にボンディングツールを取り付けた超音波トランスデューサが有することが提案される。代替で、前述のボンディングツールの取付点における振動形が、加振することで回転および並行が組み合わせられるという可能性が生じる。好ましい発展形態は、発振素子が、力および／または形状および／または物質に合致させてトランスデューサ本体に固定されることで分かる。ボンディングツールの長手軸に垂直または少なくともほぼ垂直な、少なくとも１つの想定されたか、または幾何学上の回転軸のまわりの振動回転運動が方向付けられることもまた好ましい。更なる詳細では、ボンディングツールの幾何学上の長手軸またはそれに平行な幾何学上の線によって、および前述の回転軸によって、想定されたかまたは幾何学上の基準面が張架され、少なくとも１つの発振素子が、基準面から横側に間隔をあけて配置され、この発振素子によりトランスデューサ本体に及ぼされた力が、ボンディングツールの（延長したと想定された）長手軸に平行またはほぼ平行な方向に作用する可能性が生じる。基準面から横側に間隔をあけ、基準面に関して互いに対向して配置された少なくとも２つの発振素子が存在することは、目的に合致していると考えられる。考えられる更なる形態では、互いに１８０°移相された振動を及ぼすように発振素子と接続している１つまたは複数の超音波エネルギー源、好ましくは１つまたは複数の電圧源または電流源が、発振素子にエネルギーを供給するために設けられている。

好ましい実施例では、基準面のそれぞれの面に少なくとも２つの発振素子が配置され、この場合、基準面の両面または異なる面に配置された発振素子は、互いに対になって対向していて、基準面の同じ面で隣り合う発振素子は、これらが互いに１８０°移相された振動を及ぼすようにエネルギー源と接続していて、基準面に関して互いに対になって対向している発振素子は、これらが互いに１８０°移相された振動を及ぼすように超音波エネルギー源と接続している。特にツール長手軸のまわりの、出来るだけ小さい質量慣性モーメントに関しても有利な小型の構成形は、それぞれ基準面の同じ面に配置された少なくとも２つの発振素子が、ボンディングツールの幾何学上の長手軸方向に順に配置されることによって実現される。ここで、トランスデューサ本体が、唯１つの発振素子支持体を含み、発振素子、好ましくは全発振素子が、唯１つの発振器を形成して、発振素子支持体の２つの互いに背を向けて延びる面に配置されるという可能性が生じ、この場合、発振素子支持体は、少なくとも略直方体または長方形の板の形を有する。このような超音波トランスデューサは、先に記述された２つの互いに平行に配置された発振器を有する超音波トランスデューサとは構造において原理的に区別されるが、そのツール収容部におけるボンディングツールへの振動トルクの導入を同じく可能にする。ある実施例では、発振素子としてそれぞれ少なくとも１つの圧電素子が設けられ、そのため、トランスデューサ本体は、全圧電素子を担持する唯１つの圧電素子支持体を有し、この支持体は、少なくとも略直方体または長方形の板の形を有する。

本発明によって提案されたボンディング装置およびその超音波トランスデューサが、これまでに公知の構成形とは大きく異なることは、先行する形態から明らかである。超音波溶接で通常使用される公知のトランスデューサは、発振器により縦に加振され、振動方向に垂直に配置されたツールにこの振動を伝達し、これを曲げ振動へ加振する。それに対して本発明は、トランスデューサに対するツールの直角の方向付けをもう必要としない新しい配置を目標としている。それにより、質量慣性モーメントおよび構成体積に関して改善された形態が実現される。単純な本体（単純な輪郭のプレート、ディスクなど）を使用することによっても、トランスデューサの製造コストを下げることができ、トランスデューサへのアクチュエータまたは発振素子の取付を容易にすることができる。それについてすでに記述された観点にしたがって、本発明は、主伸張方向、則ちトランスデューサの最小慣性モーメントの軸の方向とツールの方向とが等しいことを提案する。トランスデューサは、発振器または発振素子によって加振され、そのため、動作周波数に対して１つの振動形が形成され、この振動形は、ツールの固定位置で略回転運動を行い、このことから、ツールはその振動形のノードにおいて曲げ振動へ加振される。本発明は、トランスデューサまたはトランスデューサ本体が、主に、任意の輪郭および場合によっては可変の（特に伸張方向に段階付けられた）厚みの、好ましくは板状の本体の２つの結合領域から構成され、発振器または発振素子を用いて長手振動へ加振され、この場合、ツールは板状の本体の面内で振動することを１つの可能性として提案する。好ましくは、少なくとも２つのアクチュエータ（発振素子）が、主伸張方向に平行に延びるトランスデューサの対向する外面上の左または右領域に平らに取り付けられる。好ましい取付は、例えばアクチュエータの接着であるが、ここでは基本的に代替または組合せで力、形状および物質に合致させた結合が考慮される。対向するアクチュエータの動作は、好ましくは同相である。考えられる変形形態では、少なくとも４つのアクチュエータ（発振素子）が、主伸張方向に平行に延びる２つの結合領域のそれぞれ２つの対向する外面上に平らに取り付けられる。１つの領域内では、アクチュエータは、ここでも好ましくは同相に動作され、一方２つの領域は、逆相に動作される（位相は好ましくは１８０°である）。

主伸張方向の方向付けおよび記述された構成形を顧慮して、この解決法では、２つの結合領域を有する垂直トランスデューサという言葉が使われている。

すでに記述されたその他の解決法にしたがって、本発明は、トランスデューサが板状の本体から成り、この板状の本体は、２つの対向する外面上に、トランスデューサの長手軸に平行に取り付けられた発振器または発振素子によって振動するよう加振される。先に記述された、２つの結合部分体により形成されたトランスデューサとは対照的にこのツールは、板状の本体の面に垂直に振動する。本体の上半分の外面上に、２つのアクチュエータ（発振素子）を取り付け、これらを逆相動作させる可能性が生じる。代替で、４つのアクチュエータ（発振素子）がトランスデューサ上に取り付けられ、特に２つのアクチュエータは各面上に、およびこの場合、１つずつ上半分および下半分に取り付けられる。１つの面上にあるアクチュエータは、好ましくは逆相に動作される。そのことから、それぞれ対角線状に対向しているアクチュエータが互いに同相に動作されることになる。この変形形態に関しては、方向付けおよび構成形を顧慮して、一体垂直トランスデューサという言葉が使われている。

本発明は、最終的に、２つの結合領域を有する垂直トランスデューサと一体垂直トランスデューサとを組合せる可能性も提供している。取付面のボンディングツールは、直線上のみならず円軌道上でも振動することができ、かつ／または装着面に垂直な更なる運動成分を含む。

本発明は、好ましくは、則ち必然ではなく、ワイヤ材料またはリボン材料製の導電線と、特に電気回路などの基板の接触点との間の接合を形成する（例えばプラスチック部品もしくはそれ以外の超音波溶接可能な部材も接合させることができる）方法にも関し、この方法は、以下のプロセスステップ、則ち、ボンディングツールを準備するステップと、このボンディングツールを超音波加振するための超音波トランスデューサを準備するステップであって、この場合、超音波トランスデューサは少なくとも１つの発振器を含み、発振器は少なくとも１つの圧電素子を含む、超音波トランスデューサを準備するステップと、圧電素子に供給するための超音波エネルギー源、好ましくは圧電素子に電気交番電圧を印加するための電圧源を準備するステップと、ボンディングツールを用いて被接合導電線を接触点に押圧している間に、このボンディングツールを加振するステップとを含む。

冒頭の記述に関連して、本発明は、このようなボンディング方法を有利に発展させるという課題に基づいている。

この課題は、発明にしたがってまず主に、ボンディングツールを加振するために、動作中、好ましくは交番電圧が印加される場合に、発振器の主変形方向および／または圧電素子の主変形方向が、この圧電素子の分極方向に対して横に延びるように、超音波エネルギー源、好ましくは電圧源、好ましくはその超音波周波数が選択または調整されるという特徴に関連して解決される。これに関する作用および長所については、特に第２の発明観点に該当する先行形態が引き合いに出される。

本発明は、ワイヤ材料またはリボン材料製の導電線と、例えば電気回路などの基板の接触点との間の接合を形成するための方法にも関し、この方法は、以下のプロセスステップ、則ち、ボンディングツールおよびこのボンディングツールを超音波加振するための超音波トランスデューサを準備するステップと、ボンディングツールを用いて被接合導電線を接触点に押圧している間に、このボンディングツールを加振するステップとを含む。

このような方法を有利に発展させるために、本発明は、ツール収容部でボンディングツールを加振するために、このボンディングツールに振動トルクを導入することを提案している。この場合、トルクの幾何学上の回転軸はツール長手軸に対して横に延びている。代替で、発明にしたがって、前述の方法を有利に発展させるために、ツール収容部でボンディングツールを加振するために、このボンディングツールに振動トルクおよび並行振動を導入する可能性が生じる。ボンディングツールをボンディング装置またはボンディングヘッドに保持するために、ツール収容部は、好ましくはボンディングツールの上方端部に係合する。それにより可能となる作用および長所については、特に第３の発明観点に該当する先行形態が引き合いに出される。この方法は、好ましくは振動トルクが、ボンディングツールの振動ノードの位置でその中に導入されるように実施することができる。

発振器にエネルギー供給するために、好ましくは、しかしながら必然ではなく電圧源が選択されることが、すでに先行形態から分かっている。さらにその代わりに超音波振動を生成するためのエネルギー源として（則ち超音波エネルギー源として）、例えば１つまたは複数の電流源または別種のエネルギー源（例えば磁気エネルギー源）を使用することができる。本発明の幾つかの観点の範囲において、発振器という概念は、一般に、少なくとも１つの発振素子、則ち、少なくとも１つのアクチュエータが取り付けられた支持体を表していて、この場合、このアクチュエータは、一般に、（圧電素子としての適用における）圧電動作または磁気歪み動作を有することができる。

前述の本発明の方法は、好ましくは超音波トランスデューサまたはボンディング装置を使用して実施することができ、先行および／または以下に記述される特徴を個々に、または複数有する。

本発明の好ましい実施例を示す、以下に添付した図に関係させて、本発明を詳しく説明する。

好ましい実施例による本発明のボンディング装置のボンディングヘッドを側面図で示す。 図１の配置に含まれる超音波トランスデューサを、それに対して拡大して斜視図で示す。 図２の注視方向ＩＩＩでの超音波トランスデューサの側面図を示す。 図３の交線ＩＶ−ＩＶに沿った、超音波トランスデューサの拡大断面図を示す。 図２に示された超音波トランスデューサのトランスデューサ本体を斜視図で示す。 図５の注視方向ＶＩでのトランスデューサ本体の下方端部を領域に分けた側面図を示す。 例により簡略化された圧電素子の領域を、異なる強さの変形で表した、図３と比較可能な側面図を示す。 ボンディングヘッドを固定するための超音波トランスデューサの好ましいホルダの、図１に代わる実施例を示す。 更なる好ましい実施例による本発明の超音波トランスデューサを、中に挿入されたボンディングツールと共に斜視図で示す。 図９の切断面Ｘａに沿った断面図を、それに対していくらか縮小して示す。 瞬時に現れる振動形を、破線の波線を用いて簡略図で記入した、図１０ａによる断面図を示す。

図１〜６に関して、まず第１に、本発明のボンディング装置および結合を形成するための本発明の方法の好ましい実施例を記述する。この場合、図１はボンディング装置１を、そのボンディングヘッド２の領域のみ示し、図２〜６は、ボンディングヘッド２の構成要素の拡大図を表す。ボンディングヘッド２は、詳しく示されない方法で垂直に延びる回転軸Ｄのまわりを回転可能にボンディング装置１に保持されたリング３の下側に固定されている。ねじれを引き起こすために、この実施例では、リング３の外側噛合い内に係合する、部分的に示された歯付ベルト４が、ここでは示されていない、このベルトに巻き付かれて駆動するリングを用いて、それぞれの回転角に応じて所望される区間だけ移動することができる。さらに、ボンディングヘッド２全体を、回転軸Ｄに垂直な面の横へ異なる方向に進めるために、駆動装置を設けることができる。ボンディングヘッド２は、中央のツール長手軸Ｗに沿って延びる細長いボンディングツール５を有する。その上方の長手端部では、これがツール収容部６内でそのボルト軸部を用いて、直径に相当する同じく垂直な穿孔７（図６参照）内に挿入され、その中で締め付けねじ８を用いて固定される。ボンディングツール５の下方の長手端部にはツール先端９が形成されていて、これを用いて下方の正面が、公知の方法で、例えばワイヤ材料またはリボン材料製の被接合導電線を、基板、好ましくは回路の接触器の、結合のために設けられた接触点に向けて押圧することができる。接合位置にワイヤ状またはリボン状の導電線を引き込むために、ボンディング装置は、側部が開いたガイド溝１１が下方端部に設けられたワイヤ案内手段１０を有する。接合中ある時点で導電線を固く保持し、これに引張作用を及ぼすことができるようにするために、ボンディング装置は、図１の注視方向では隠れている２つの固定脚１３を備えた締め付け手段１２を有し、この固定脚の空いている端部は、ツール先端９とワイヤ案内手段１０の下方端部との間に存在する。ワイヤ案内手段および締め付け手段の公知の機能に関しては、ここでは詳しく立ち入ることはしない。２つの構成要素は、それらの位置で調整可能であり、リング３またはそれに固定された堅いホルダアーム１４に関する適切な手段を用いて、それぞれ所望の位置に固定することができる。ツール収容部６は、図５および６に単独で表されたトランスデューサ本体１５の下方端部に一体に形成されている。導電性材料（例えば鋼）から製造された、全体では板状のトランスデューサ本体１５は、その他には、それぞれ周囲が長方形の２つの圧電素子支持体１６を有し、この圧電素子支持体の主伸長方向１７は、幾何学上の回転軸Ｄおよびそれと一致するかまたはそれからわずかに間隔をあけたツール軸Ｗに平行に延びている。ほぼ中央の下方縁の領域には、それぞれ圧電素子支持体から接続ウェブ１８が出ていて、それぞれその下方端部によって両圧電素子支持体１６が互いに横に間隔をあけて（則ち回転方向Ｄに対して互いに横に間隔をあけて）ツール収容部６の上面に係合している。さらに、トランスデューサ本体１５は、圧電素子支持体１６をボンディングヘッド２に保持するための二叉保持器１９を有する。そのため、この二叉保持器１９のホルダアーム２０は、（主伸長方向１７での伸張または大きさに対する）その長手中央の領域で、それぞれ１つの圧電素子支持体１６の下方長手端部２１に一体に係合している。その主伸張方向１７に平行に延びる圧電素子支持体１６が、材料ブリッジ２２を用いて同じ高さに接続している。さらに、両圧電素子支持体１６は、示されているように、細いスリット２３，２４によって互いに間隔をあけ、また細いスリット２５，２６によって二叉保持器１９から間隔をあけている。その上方領域では二叉保持器１９が貫通穿孔２７を有し、これを用いてトランスデューサ本体１５がねじ２８で堅くプレート２９に取り付けられる。プレート２９の反対側は、ねじ３０でフレーム部３１に固定され、このフレーム部は、ホルダアーム２０のように、リング３の下側に固定された取付フレーム３２の構成要素である。図１にはこのフレームが、これが更なる部材により隠れている場合には破線で示されている。判別できる限りでは、装着フレーム３２は、フレーム断面が減少している４つの部分３３を有し、これらの部分は、比較的小さい剛性を有し、そのコンプライアンスのために固体継手として働く。図１の注視方向で取付フレーム３２の左縁は、ホルダアーム２０のようにリング３に堅く固定され、一方注視方向で右側の縁部３１は、固体継手のために、示されていないアクチュエータにより縁部３４に及ぼされ得る力Ｆによって、相対的にある区間だけ下方へ偏向され、例えばボンディングツール５を上方から下方の接合位置へ押し付けることができる。力Ｆが無くなると、縁部３１は弾性的にその休止位置へ戻る。

図２〜４は、図１のボンディングヘッドに存在する超音波トランスデューサ３５の構成要素としてのトランスデューサ本体１５を示していて、ここでもそのツール収容部６にボンディングツール５が挿入されている。超音波トランスデューサ３５の主伸張方向３６は、ボンディングヘッドの幾何学上の回転軸Ｄに平行に延びていて、この回転軸Ｄは、ボンディングツールのツール長手軸Ｗと一致するか、またはそれからわずかに間隔をあけて延びていることが、例えば図１および３から読み取ることができる。例で選択された、超音波トランスデューサ３５の略側方向が対称構造に基づいて、その長手対称線Ｓも、わずかに横へ逸れるまで（図３のΔＸ参照）幾何学上の軸ＤおよびＷと一致している。図２〜４に拡大して示された超音波トランスデューサ３５は、２つの隣り合い、互いに平行に方向付けられた発振器３７を有する。発振器３７は、それぞれ２つの圧電素子支持体１６の１つと、その主伸張面（図３参照）において周囲が長方形のそれぞれ２つの板状の圧電素子３８とを有し、それぞれ１つの発振器に属している２つの圧電素子は、２つの互いに背を向け、互いに平行に延びる該当する圧電素子支持体１６の表面３９、４０上に、全接触面を越えて平らに接着されている。図２および３は、圧電素子支持体１６とその上に接着された圧電素子３８の周囲または形は、この接触面内で（則ち図３の図面に平行に）一致していて、この場合、その点では正確に適合しているかまたは一直線に並んだ接着体が存在することを示す。このことから、圧電素子３８の主伸張方向４１も、ボンディングヘッド２の幾何学上の回転軸Ｄに平行に延びていることが分かる。図３の図面に平行な主伸張面におけるその大きさが、図４の図面に垂直および平行な平面における厚みより大きいために、選択された圧電素子３８に関して板状の形という言葉が使われている。図４ではさらに、関連記号Ｐで表した矢印で、４つの圧電素子３８の分極方向を表す。各圧電素子３８の分極方向Ｐは、板の面に垂直に延びていることが分かる。同じ発振器に属する、圧電素子３８の各対については、分極方向は互いに逆の方向に延びている。より詳しくは、図４に示された実施例では、注視方向で左の発振器３７の圧電素子３８の分極方向Ｐは、接触面３９、４０から垂直に離れるように、則ち外側に向いている。それとは異なって、注視方向で右の発振器３７の圧電素子３８の分極方向Ｐは、それぞれ該当する接触面３９、４０に垂直に、則ち内側に向いている。超音波トランスデューサ３５は、示された例では電圧源４２に接続していて、この場合、そこから出て互いに並列接続された２つの導電線４３の端部が、ハンダ継手４４を用いて、同じ（図４では右に位置する）圧電素子支持体１６上で対向する２つの圧電素子３８に固定されている。図４で用いられた記号は、電圧源４２が交番電圧源であることを表す。代替で、交番電流源などの、異なる超音波エネルギー源（則ち超音波を生成するためのエネルギー源）を使用することができる。更なる導電線４５およびそのハンダ継手４４を用いて、隣接する圧電素子支持体上の同じ平面内に接着された圧電素子３８対を導電接続することができる。さらに、ここで選択された例では、圧電素子３８と圧電素子支持体１６との間の接着結合もそれぞれ導電性にすることができるが、その代わりに非導電性の接着結合も可能であろう。関連記号４６で表されるように、圧電素子支持体１６はそれぞれ（または共に）接地されている。このようにして、電圧源４２が入れられた場合に、４つの圧電素子３８の板面に垂直に、それぞれ大きさおよび位相位置に関して等しい交番電圧が印加される。

図３が、電圧源４２が遮断された場合の超音波トランスデューサ３５およびその中に取り付けられたボンディングツール５を示しているのに対し、図７は、電圧源が入れられる場合、則ち例として計算のために選択された周波数および振幅で電気交番電圧が印加される場合の、圧電作用のために現れる発振器３７、ツール収容部６およびボンディングツール５の変形を、比較のために簡略図で例として表している。二叉保持器１９の領域にも現れる小さい変形は、簡略にするために示していない。いわゆる主モードの全変形が表され、この場合、圧電素子３８の表面は、計算のために格子によって縁取られたフィールド４７に分割される。方眼状の描写から、両ホルダアーム２０の長手端部２１をつなぐほぼ中央の帯域に沿った位置の相対のずれは最小であり、圧電素子の両長手端部では最大であることが分かる。図３との比較において、間に圧電素子支持体を有する、注視方向で左にある圧電素子１８、則ち注視方向で左の発振器３７は、観察された時点で印加されている交番電圧によって、無電圧の休止状態（図３参照）に比べて、帰属する主伸張方向１７または４１に圧縮または長手短縮が起こり、一方両圧電素子３８および圧電素子支持体１６を含む右に隣接する発振器３７は、この時点ではこの方向に長手膨張が起こることが明らかに認められる。各時点で全ての圧電素子に等しい電圧が印加されているにもかかわらず、２つの対は、描写されるように異なる分極方向のために、半位相長だけ互いにずれた振動性の変形振動を行う。様々な線影に割り当てられた数値は、図３の無電圧状態に対する領域の、位置の相対的ずれを比較値として挙げている。２つの平行な発振器３７が逆方向に長さを変えるために、ツール収容部６は、図３の無電圧の休止状態から出発して、その左の長手端部が持ち上がり、その右の長手端部が下がるために、旋回中心Ｐ_Ｍのまわりの、矢印４８の方向へのねじれが起こる。この旋回中心Ｐ_Ｍは、ツール収容部内へ張架された、ボンディングツール５の上方の長手端部にあり、この場合、中心Ｐ_Ｍを通るねじれの幾何学上の回転軸は、図７の図面に垂直に、およびこの場合にはボンディングツール５の長手軌跡にも垂直に延びている。圧電素子３８の分極方向Ｐが、両発振器３７の間で逆向きに方向付けられているために、４つの圧電素子３８全てに等しい電圧が印加されているにもかかわらず、両発振器３７では互いに逆方向の所望の長手変化が実現される。周波数が超音波領域にある交番電圧の大きさおよび符号、則ち瞬時値は絶えず変化するので、これは、対応する周波数で進行する発振器３７の長手変化も結果として伴う。この場合、例えば特定の時点では、両発振器３７は等しい長さを有し、例えばさらに別の時点では、図７とは逆の長さの比率が現れる。このことから、ツール収容部６が中心Ｐ_Ｍを通る回転軸のまわりを振動回転運動するように励起され、中心Ｐ_Ｍの位置でボンディングツール５内に振動トルクＭが導入されることになる。このようにして、図７に示されるように、ボンディングツール５は、曲げ振動へと加振される。図３に含まれている、則ち無電圧の休止状態に該当するツール長手軸Ｗも、比較のため図７に書き込まれている。回転運動の中心Ｐは、この基準線Ｗ上にあり、則ち、固有形のいわゆる振動ノードを表す。それとは異なり、ツール先端９は、この基準線に垂直に大きく横に偏向していて、則ち、いわゆる振動ループに存在する。進行する振動サイクルの経過において、ツール先端９は、ツール長手軸Ｗにほぼ垂直に移動する。ツール先端９を用いて被接合導電線を（それぞれ示していない）基板に押圧する場合に、それにより導電線も基板に相対して振動するようになり、このことから接合が生じる。

図３および７に示した実施例では、電圧源４２（図７では見やすくするために示していない）は、生じた交番電圧およびその電圧周波数に関して、交番電圧が印加される場合に、圧電素子３８の幾何学上の主変形線５０に対応する両発振器３７の幾何学上の変形線４９が、圧電素子３８の分極方向Ｐに対して横に延びるように全振動系に適合される。幾何学上の主変形線４９、５０は、意味においては符号に無関係の主変形方向に対応している。図７では、中心Ｐ_Ｍを通り図面に垂直に延びる回転軸をＡで、およびこの回転軸Ａのまわりでボンディングツール５内に導入されたトルクを関連記号Ｍで表す。

図８は、図１とは異なる形に作られた取付フレーム３２に関連して、説明された超音波トランスデューサ３５を、大部分が切断された側面図の形で示す。これは、大まかに示しただけのねじ連結器５１を用いて、好ましくは図１に示したリング３に取り付けることができる。則ち、図１に示したボンディングヘッドで、そこで表された取付フレーム３２の代わりに使用することができる。下方の腕木５３の、それぞれ割り当てられた端部５２では、取付フレーム３２がそれぞれ１つの圧電素子支持体１６に係合している。この接続は、統合ないし一体で、または（例えば接着、ねじ連結などによる）組み立てにより任意に行うことができる。５２で表された位置への接続が一体に行われる好ましい場合には、トランスデューサ本体１５とフレーム３２の組合せは唯１つの部材となる。図８の表示に由来して、圧電素子支持体１６領域の線影はフレーム３２の線影に対応して選択されることになる。それぞれ発振器３７の中央の長さ領域で、材料ブリッジ２２の高さで係合が行われるために、別個の二叉保持器１９（図１参照）は省略することもできる。下方の腕木５３内では、それぞれ超音波トランスデューサ３５および垂直支持体５４に隣接して、フレーム断面が減少している対の部分３３が設けられ、これらは固体継手として働く。このようにして、特別な一体構造のトランスデューサ平行四辺体さえも形成され、これは、下方へ向けられた押圧力Ｆを用いてボンディングツール５がある程度弾性的に下がるようにする。押圧力Ｆは、例えば図８に示されるように、材料ブリッジ２２またはトランスデューサの別の位置に係合することができる。

図９および１０ａ、１０ｂには、更なる好ましい実施例による、先行する図とは異なる本発明の超音波トランスデューサ３５が示されている。この場合、見やすくするために、対応する特徴に関して先行のものと同じ関連記号が使用されている。図９および１０では、超音波トランスデューサ３５内へボンディングツール５が挿入され、締め付けねじ８を用いてその中に固定される（図１０ａ、１０ｂも参照）。超音波トランスデューサ３５はトランスデューサ本体１５を有し、これは、ボンディングツール５を受け入れるための穿孔７および締め付けねじ８をねじ込むためのねじ立てから見て、直方体として全材料から作り上げられたものである。示された例では、超音波トランスデューサ３５は合わせて４つの発振素子５５を有し、それらは、それぞれ板状の圧電素子３８である。その内の、ツール長手軸Ｗの方向に関して順に配置された２つの圧電素子３８は、トランスデューサ本体１５の一方の側または等しい面３９上に平らに貼り付けられ、この場合、ボンディングツール５側の圧電素子３８は、締め付けねじ８のための貫通部を有する。表面３９に平行に対向して延びる表面４０上には、前述の両圧電素子に対する投影で２つの更なる圧電素子３８が一列に貼り付けられている。この点でトランスデューサ本体１５は、図９および１０の例では唯１つの圧電素子支持体１６を有する。図１０ｂは、超音波トランスデューサ３５が、これに取り付けられたボンディングツール５と共に１つの振動モードを有することを簡略図で示していて、その振動形は、締め付けが行われるボンディングツール５の取付点５６において、想定されるかまたは幾何学上の回転軸Ａのまわりの回転性振動運動を引き起こし、この回転軸は、取付点５６の高さにある振動ノードを通って図１０ｂの図面に垂直に延びる。それ故、ツール長手軸Ｗ（則ちボンディングツールの長手方向）および前述の回転軸Ａにより張架された、想定されるかまたは幾何学上の図１０ｂの基準面Ｅも、そこの図面に垂直に広がる。４つの発振素子５５全て（則ち圧電素子３８全て）が、基準面Ｅから横側へ、または圧電素子３８の伸張平面に垂直方向に間隔をあけて配設されることが明らかとなる。図１０ａは、これらの４つの圧電素子３８に対してそれぞれ分極方向Ｐを示している。注視方向で左側では、上方の圧電素子３８は表面３９から離れる分極方向Ｐを有し、一方下方の圧電素子３８は表面３９へ向かう分極方向Ｐを有する。対向する側では、上方の圧電素子は表面４０へ向かう分極方向Ｐを有し、下方の圧電素子３８は表面４０から離れる分極方向Ｐを有する。例では発振素子として圧電素子が使用されるために、圧電素子支持体１６である発振素子支持体５７は、例えば接地され、圧電素子３８の空いている表面には互いに同相の交番電圧が印加され、圧電素子３８の平面内およびそれにより、ツール長手軸の想定された延長線に主として平行にも、時間的に交互に伸張および圧縮が生じる。図１０ｂに書き込まれた矢印は、その分極方向Ｐがトランスデューサ本体１５へ向いている両圧電素子３８が、互いに同相に長さが変化し（表された時点では丁度伸張し）、その分極方向がそれぞれトランスデューサ本体１５から離れる向きの残りの両圧電素子３８が、同じく対で等しいが、先に述べた両圧電素子３８とは逆に長さが変化（表された時点では丁度圧縮）することを分かり易くしている。そのようにして、基準面Ｅに対して互いに一列に対向しているそれぞれ２つの圧電素子３８は、互いに逆に長さが変化する。同じ表面（３９または４０）上に貼り付けられたそれぞれ２つの圧電素子３８も、互いにそれぞれ逆に長さが変化する。図９および１０ａ、１０ｂには、圧電素子３８の電圧供給または電流供給が示されていない。しかしながら、すでに言及したように、例えばトランスデューサ本体が接地され（るかまたはこれに別の電位が印加され）、および全圧電素子３８の空いている平らな表面に、例えば導電接続を重ねて用いて、互いに同相の交番電圧が印加されることも可能である。

トランスデューサ本体１５は金属材料から成る直方形の基本体であり、その最長面は垂直に立っている。則ち、ツール長手軸Ｗの延長方向に延びている。圧電素子３８が、先に述べたように逆方向に長さが変化しているために、トランスデューサ本体１５は曲げ振動を行い、この場合、「曲げ方向」、則ち図１０ａ、１０ｂの注視方向に関して横方向または水平方向の断面は、伸張が最も小さい。好ましくは、示された例では、図１０ｂに示したようにトランスデューサ本体は、その第２曲げ固有モードで振動する。２つのリングが空いている場合には、この固有モードは、３つの振動ノードを有し、その内の最下の振動ノードは、ボンディングツール５の取付点５６の高さにある。例では、それより下の、ボンディングツール５の縦線上に分散してさらに３つの、同じく５８で表された更なる振動ノードが存在する。そのため、ボンディングツール５も曲げモードを実行する。ボンディングツール５およびトランスデューサ本体１５は、その幾何学上の大きさおよび材料特性から、それらがそれぞれ単独で（前述の固有モードに対する）ほぼ等しい固有周波数を有するように調整される。この２つの部分がまとめられると、全システムも対応する固有周波数を示す。この場合、ボンディングツール５の上方の振動ノード５８およびトランスデューサ本体１５の下方の振動ノード５８の位置が共通の点にあることが（示されるように）好ましい。締め付けねじ８（例では押しねじ）を用いたボンディングツール５の固定部も、この位置またはこの高さに存在する。この意味でボンディングツール５は、トランスデューサ本体１５の曲げ振動を連続で続行させる。ボンディングツール５を挟み込めるようにするために、ボンディングツール５に対する袋状の窪み７がトランスデューサ本体１５の曲げ面内の、厳密にではないが中央に存在するが、この場合、わずかなずれは振動の挙動にほとんど影響しない。しかしながら代替で、完全に曲げ面の中央にあるボンディングツールの位置付けも可能であろう。曲げ面に直交する面内には、例ではボンディングツール５が完全に中央に置かれている。

実施例（図９参照）では、超音波トランスデューサ３５の設置またはボンディングヘッドへのその取付は、２つの側部の接続手段５９を用いて行われ、この接続手段は、面３９、４０に直交して延びる、トランスデューサ本体１５の２つの側面に、互いに対向して取り付けられる。これらは、それぞれ１つの接続穿孔６０を有し、ボンディングヘッドへの取り付けのために、示されていない固定ねじがその中を通ることができる。各接続手段には、接続穿孔６０の上方および下方にそれぞれ１つの固体継手６１があり（則ち合わせて４つの固体継手６１が存在し）、この場合、曲げ振動を外すためには、比較的小さい断面を有する領域にすれば良い。好ましくは、この曲げ領域は、トランスデューサ本体１５の上方および中央の振動ノード５８の高さに正確に存在する（図１０ｂ参照）。ここでは、基本体はほぼ完全に回転し、このことから、曲げ継手は理想的に作用し、このようにして振動系はその周囲から外される。代替で、固体継手がトランスデューサ本体１５の上方および下方の振動ノード５８の高さか、またはトランスデューサ本体１５の中央および下方の振動ノード５８の高さに存在する変形形態も可能である。固体継手６１の上方および下方では、接続手段５９がトランスデューサ本体１５と接続している。好ましくは、接続手段５９はトランスデューサ本体１５と一体ないし統合の形に仕上げられる。則ち、軸受および基本体は一体型に作られるが、しかしながら、異なる形態も考えられるであろう。

図９および１０に示された実施形態の場合も、超音波振動は薄い圧電プレートから生成される。ここでも、分極方向Ｐおよび電界に直交している振動方向が使用される。すでに先に述べたように、基本体の振動モード（特に第２の曲げモード）を理想的に励起するために、合わせて４つの圧電素子３８が使用され、この場合、それぞれ対角線状に対向する素子が互いに同様に時間に同期して伸びるかまたは長くなる。例えば表面３９に貼り付けられた２つの圧電素子３８または表面４０に貼り付けられた２つの圧電素子３８を省略することによって変容が可能である。それによって生じる実施変態でも、トランスデューサ本体１５はその第２の曲げモードへ励起されるであろう。例えば図１０ａ、１０ｂに関連して、２つの上方の圧電素子３８または２つの下方の圧電素子３８を省略する場合には、別の変容が可能であろう。そのような配置では、トランスデューサ本体１５はその第１の曲げモードへ励起され、この場合、ここでも、適切に調整される場合にボンディングツール５への振動性トルクの導入が行われるはずである。類似で、図９および１０から出発して、さらに、ツール長手方向Ｗの延長に順に設置された１つまたは複数の追加の圧電素子３８が表面３９、４０のそれぞれに設けられる形態も可能であり、このことにより、トランスデューサ本体１５は比較的高い曲げモードへ励起される。

開示された全ての特徴は、（それ自身が）発明の本質をなすものである。当該出願の開示において、この資料の特徴を本出願の請求の範囲に取り入れるという目的でも、これをもって、付属／添付の優先権資料（予備出願の謄本）の開示内容もその内容全体を含めることとする。

Claims (33)

1. 特に垂直な幾何学上の回転軸（Ｄ）のまわりを回転可能なボンディングヘッド（２）を有し、ボンディングツール（５）および前記ボンディングツール（５）を超音波加振する超音波トランスデューサ（３５）が前記ボンディングヘッドに設けられた、特にワイヤ材料またはリボン材料製の導電線と、特に電気回路などの基板の接触点との間の接合を形成するためのボンディング装置において、前記超音波トランスデューサ（３５）の主伸張方向（３６）および／または最小質量慣性モーメントの軸方向のその伸張方向が、前記ボンディングヘッド（２）の幾何学上の回転軸（Ｄ）に平行に延びることを特徴とする、ボンディング装置。
2. 少なくとも１つの発振器を有し、前記発振器は、少なくとも１つの圧電素子を有し、この場合、超音波エネルギー源、特に前記圧電素子に電気交番電圧を印加するための電圧源が設けられる、特にボンディング装置のボンディングツールを超音波加振するボンディング装置のための超音波トランスデューサにおいて、
   動作中、特に交番電圧が印加される場合に、前記発振器（３７）の主変形方向および／または前記圧電素子（３８）の主変形方向が、前記圧電素子（３８）の分極方向（Ｐ）に対して横へ延びるように、超音波エネルギー源、特に電圧源（４２）、特にその周波数が整合されるか、または調整できることを特徴とする、超音波トランスデューサ。
3. 請求項１又は２に記載のボンディングツール（５）および超音波トランスデューサ（３５）を有するボンディングヘッド（２）を有する、特にワイヤ材料またはリボン材料製の導電線と、特に電気回路などの基板の接触点との間の接合を形成するためのボンディング装置。
4. 互いに間隔をあけてツール収容部に係合する少なくとも２つの発振器を有し、前記発振器に供給するための少なくとも１つの超音波エネルギー源、特に電気交番電圧を前記発振器に印加するための少なくとも１つの電圧源が設けられる、ボンディングツールを超音波加振するための超音波トランスデューサにおいて、
   動作中、前記両発振器（３７）の主変形方向が互いに平行またはほぼ平行に延びていて、前記主変形方向の、前記両発振器の時間毎に変化する変形が、互いに移相、特に半周期だけ移相する結果となるように、１つまたは複数の超音波エネルギー源、特に前記電圧源（４２）または前記複数の電圧源、特に周波数および／または位相位置が前記超音波トランスデューサ（３５）および前記ボンディングツール（５）に整合されるか、または整合され得ることを特徴とする、超音波トランスデューサ。
5. 特にウェッジである、ツール収容部内に受け入れられるボンディングツールが設けられたボンディングヘッドを有する、特にワイヤ材料またはリボン材料製の導電線と、特に電気回路などの基板の接触点との間の接合を形成するためのボンディング装置において、前記ボンディング装置のボンディングヘッドに、請求項４記載の超音波トランスデューサが設けられることを特徴とする、ボンディング装置。
6. 超音波トランスデューサ（３５）の幾何学上の長手対称軸（Ｓ）が、ボンディングヘッド（２）の幾何学上の回転軸（Ｄ）に平行に、特に前記回転軸（Ｄ）上またはこれからわずかに間隔をあけて延び、および／またはボンディングツール（５）の長手中心線（Ｗ）に平行に、特に前記長手中心線（Ｗ）上またはこれからわずかに間隔をあけて延びていることを特徴とする、請求項１〜５の一項に記載のボンディング装置。
7. 超音波トランスデューサ（３５）が少なくとも１つの発振器（３７）を有し、各発振器（３７）は少なくとも１つの圧電素子（３８）を有し、各圧電素子（３８）は、ボンディングヘッド（２）の幾何学上の回転軸（Ｄ）に平行に延びる主伸張方向（４１）を有することを特徴とする、請求項１〜６の一項に記載のボンディング装置。
8. 交番電圧が印加される場合に、発振器（３７）および／または圧電素子（３８）の主変形方向が、少なくともほぼ前記圧電素子（３８）の主伸張方向（４１）に延びるように、超音波エネルギー源、特に電圧源（４２）、特にその電圧周波数が整合されるか、または調整できることを特徴とする、請求項１〜７の一項に記載のボンディング装置。
9. ツール収容部（６）の旋回点（Ｐ）が、ボンディングツール（５）の振動ノードと位置が一致するように、超音波トランスデューサ（３５）を用いて加振されるボンディングヘッド（２）の部材の構成および交番電圧、特にその周波数が互いに整合されるか、または整合され得ることを特徴とする、請求項１〜８の一項に記載のボンディング装置。
10. 超音波エネルギー源の周波数、特に電圧源における電圧周波数が、交番電圧が印加される場合に振動する、超音波トランスデューサ（３５）、ツール収容部（６）およびツール（５）を含む組立体の共振周波数、特に最小共振周波数に少なくともほぼ対応するように予備選択されるか、または調整可能であることを特徴とする、請求項１〜９の一項に記載のボンディング装置。
11. １つまたは複数の圧電素子（３８）が、それぞれ周囲が長方形の板の形を有し、各圧電素子（３８）の分極方向（Ｐ）が、その板の面に対して横に方向付けられていることを特徴とする、請求項１〜１０の一項に記載のボンディング装置。
12. 超音波トランスデューサ（３５）が、互いに平行に配置された少なくとも２つの発振器（３７）を有し、各発振器（３７）は、１つの圧電素子支持体（１６）および２つの同様な圧電素子（３８）を有し、前記圧電素子は、前記圧電素子支持体（１６）の、２つの互いに背を向け、互いに平行に延びる表面（３９，４０）上に平らに固定され、特にこの表面上に平らに貼り付けられることを特徴とする、請求項１〜１１の一項に記載のボンディング装置。
13. 同じ発振器（３７）の構成要素である圧電素子（３８）の分極方向（Ｐ）が、互いに逆の方向に延びることを特徴とする、請求項１〜１２の一項に記載のボンディング装置。
14. ２つの圧電素子支持体（１６）の１つに取り付けられた２つの圧電素子（３８）の分極方向（Ｐ）が、圧電素子支持体（１６）から離れるように方向付けられ、２つの圧電素子支持体（１６）の内のもう１つに装着されている２つの圧電素子（３８）の分極方向（Ｐ）が、圧電素子支持体（１６）に向くように方向付けられることを特徴とする、請求項１〜１３の一項に記載のボンディング装置。
15. 圧電素子（３８）の、圧電素子支持体（１６）とは反対側の空いている面が、超音波エネルギー源、特に電圧源（４２）に接続され、前記圧電素子支持体（１６）は接地されていることを特徴とする、請求項１〜１４の一項に記載のボンディング装置。
16. 超音波エネルギー源、特に電圧源（４２）が、全圧電素子（３８）に互いに同相の電気交番電圧を供給するように適合され、特にこの場合、全圧電素子（３８）の接続線（４３，４５）が、互いに並列接続していることを特徴とする、請求項１〜１５の一項に記載のボンディング装置。
17. 圧電素子（３８）の主伸張方向（４１）に平行に延びる、および／またはボンディングヘッド（２）の幾何学上の回転軸（Ｄ）に沿って延びる幾何学上のツール長手軸（Ｗ）をボンディングツールが有することを特徴とする、請求項１〜１６の一項に記載のボンディング装置。
18. ２つの圧電素子支持体（１６）が、一体のトランスデューサ本体（１５）の構成要素であり、前記トランスデューサ本体に、特にツール収容部（６）も一体に装着されていることを特徴とする、請求項１〜１７の一項に記載のボンディング装置。
19. トランスデューサ本体（１５）が二叉保持器（１９）を有し、そのホルダアーム（２０）の長手端部（２１）が、その長手中央領域において、それぞれ１つの圧電素子支持体（１６）に係合することを特徴とする、請求項１〜１８の一項に記載のボンディング装置。
20. 少なくとも１つのトランスデューサ本体（１５）と、生成した振動を前記トランスデューサ本体（１５）に伝達するのに適するように前記トランスデューサ本体（１５）と接続する少なくとも１つの発振素子（５５）とを有する超音波トランスデューサにおいて、特にそのツール収容部（６）に取り付けられたボンディングツール（５）を有する超音波トランスデューサ（３５）が、前記ボンディングツール（５）の取付点（５６）における振動形が少なくとも１つの回転軸（Ａ）のまわりの回転性振動運動または回転および並行を組み合わせた加振を引き起こす振動モードを有することを特徴とする、超音波トランスデューサ。
21. 発振素子（５５）が、力および／または形状および／または物質に合致させてトランスデューサ本体（１５）に固定されることを特徴とする、請求項１〜２０の一項に記載の超音波トランスデューサ。
22. ボンディングツール（５）の長手軸（Ｗ）に垂直または少なくともほぼ垂直な少なくとも１つの幾何学上の回転軸（Ａ）のまわりの振動回転運動が方向付けられることを特徴とする、請求項１〜２１の一項に記載の超音波トランスデューサ。
23. ボンディングツール（５）の幾何学上の長手軸（Ｗ）またはそれに平行な幾何学上の線によって、および前記回転軸（Ａ）によって幾何学上の基準面（Ｅ）が張架され、少なくとも１つの発振素子（５５）が、前記基準面（Ｅ）から横側に間隔をあけて配置され、前記発振素子（５５）によりトランスデューサ本体（１５）に及ぼされた力が、前記ボンディングツール（５）の前記長手軸（Ｗ）方向またはほぼその方向に作用することを特徴とする、請求項１〜２２の一項に記載の超音波トランスデューサ。
24. 基準面（Ｅ）から横側に間隔をあけ、前記基準面（Ｅ）に関して互いに対向して配置された少なくとも２つの発振素子（５５）が存在することを特徴とする、請求項１〜２３の一項記載の超音波トランスデューサ。
25. １つまたは複数のエネルギー源、特に１つまたは複数の電圧源が、発振素子（５５）にエネルギーを供給するために設けられ、特に基準面（Ｅ）の同じ面または異なる面に相対して配置されたこの発振素子（５５）が、互いに１８０°移相された振動を及ぼすように、前記エネルギー源が前記発振素子（５５）と接続していることを特徴とする、請求項１〜２４の一項記載の超音波トランスデューサ。
26. 基準面（Ｅ）のそれぞれの面に少なくとも２つの発振素子（５５）が配置され、前記基準面（Ｅ）の両面に配置された発振素子（５５）は、互いに対になって対向していて、前記基準面（Ｅ）の同じ面上で隣り合う発振素子（５５）が、これらが互いに１８０°移相された振動を及ぼすように前記エネルギー源と接続していて、前記基準面（Ｅ）に関して互いに対になって対向している発振素子（５５）が、これらが互いに１８０°移相された振動を及ぼすように前記エネルギー源と接続していることを特徴とする、請求項１〜２５の一項に記載の超音波トランスデューサ。
27. 基準面（Ｅ）の同じ面に配置された、それぞれ少なくとも２つの発振素子（５５）が、ボンディングツール（５）の幾何学上の長手軸（Ｗ）の方向に順に配置されることを特徴とする、請求項１〜２６の一項に記載の超音波トランスデューサ。
28. トランスデューサ本体（１５）が、唯１つの発振素子支持体（５７）を含み、発振素子（５５）、特に全発振素子（５５）が、１つの発振器を形成して、前記発振素子支持体（５７）の２つの、互いに背を向けて延びる面（３９，４０）に配置され、前記発振素子支持体（５７）は、少なくとも略直方体または長方形の板の形を有することを特徴とする、請求項１〜２７の一項に記載の超音波トランスデューサ。
29. 発振素子（５５）としてそれぞれ少なくとも１つの圧電素子（３８）が設けられ、トランスデューサ本体（１５）は、全圧電素子を担持する唯１つの圧電素子支持体（１６）を有し、前記圧電素子支持体は、少なくとも略直方体または長方形の板の形を有することを特徴とする、請求項１〜２８の一項に記載の超音波トランスデューサ。
30. ボンディングツールを準備するステップと、
    前記ボンディングツールを超音波加振するための超音波トランスデューサを準備するステップであって、前記超音波トランスデューサは少なくとも１つの発振器を含み、前記発振器は少なくとも１つの圧電素子を含む、ステップと、
    前記圧電素子に供給するための超音波エネルギー源、特に前記圧電素子に電気交番電圧を印加するための電圧源を準備するステップと、
    前記ボンディングツールを用いて、被接合導電線を接触点に押圧している間に、前記ボンディングツールを加振するステップと、
    を含む、特にワイヤ材料またはリボン材料製の導電線と、特に電気回路などの基板の接触点との間の接合を形成する方法において、
    前記ボンディングツール（５）を加振するために、動作中、前記発振器（３７）の幾何学上の主変形線（４９）および／または前記圧電素子（３８）の主変形線（５０）が、前記圧電素子（３８）の分極方向（Ｐ）に対して横へ延びるように、前記超音波エネルギー源、特に前記電圧源（４２）、特にその超音波周波数が選択または調整されることを特徴とする、方法。
31. ボンディングツールおよび前記ボンディングツールを超音波加振するための超音波トランスデューサを準備するステップと、
    前記ボンディングツールを用いて、被接合導電線を接触点に押圧している間に、前記ボンディングツールを加振するステップと、
    を含む、特にワイヤ材料またはリボン材料製の導電線と、特に電気回路などの基板の接触点との間の接合を形成する方法において、
    ツール収容部（６）で前記ボンディングツールを加振するために、幾何学上の回転軸（Ａ）がツール長手軸（Ｗ）に対して横に延びる振動トルク（Ｍ）を前記ボンディングツール（５）に導入するかまたは、前記ツール収容部（６）で前記ボンディングツールを加振するために、振動トルク（Ｍ）および並行振動を前記ボンディングツール（５）に導入することを特徴とする、方法。
32. 振動トルク（Ｍ）が、ボンディングツール（５）の振動ノードの位置でその中に導入されることを特徴とする、請求項３１記載の方法。
33. 請求項１〜３２の一項に記載のボンディング装置（１）が使用されることを特徴とする、請求項３０〜３２の一項に記載の方法。

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