JP2013000792A - 超音波金属接合方法、超音波金属接合装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の超音波金属接合方法では、アンビルの上に載置する複数の金属板、あるいは金属板と金属線がそれぞれ接する表面の少なくとも一方に凹凸を設けておき、アンビルの上に載置した上記凹凸のある表面で互いに接している複数の金属板あるいは金属板と金属線の上方から超音波振動している工具ホーンを押し付けて接合する。
【選択図】図1
Description
本発明は、アンビルの上に載置する接合対象(ワーク)である複数の金属板、あるいは金属板と金属線がそれぞれ接する表面の少なくとも一方に凹凸を設けておき、アンビルの上に載置した上記凹凸のある表面で互いに接している複数の金属板あるいは金属板と金属線の上方から超音波振動している工具ホーンを押し付けて金属接合するようにしている。なお、予め複数の金属板あるいは金属板と金属線同士がそれぞれ互いに接する面に凹凸を設ける方法としては、例えば金属板あるいは金属線を、凹部と凸部を設けたプレス金型で挟むことにより凹凸をつける。また、凹凸をつけるのは、金属板をプレスした後にメッキや皮膜をしてもよいし、メッキや皮膜した後にプレスするようにしてもよい。
図3に、本発明の実施の形態1にかかる表面に凹凸を設けた他の錫メッキ銅板の平面図を示す。図3では、ローレット状の凸部9cの先端の平面の面積を図2よりも広くしている。この他、凸部9cの形状や平面上の分布状況については、よりよい金属接合を実現するために必要に応じて種々選択してもよい。
以下、詳細に説明する。図5、6では、錫メッキ銅板9上にマグネットワイヤ8を軽く載置しただけで、工具ホーン200の突起状押圧部30はこれらを強く押し付けていないため、錫メッキ銅板9とマグネットワイヤ8の間に空隙11がある。しかし図7、8のように、工具ホーン200の突起状押圧部30に超音波の捩り振動を加え、アンビル3上の錫メッキ銅板9とマグネットワイヤ8を押下すると空隙11は無くなり、下方の絶縁皮膜8bと錫メッキ層9bが密着する。そして、工具ホーン200の突起状押圧部30は線材8aの上面の絶縁皮膜を超音波振動エネルギにより溶融・除去して、突起状押圧部30で線材8aの上面を直接押さえる。線材8aの下面は絶縁皮膜が付いたまま錫メッキ銅板9の錫メッキ層9bの凸部9cで支えられる。
それが、本発明では、マグネットワイヤ8と錫メッキ銅板9aの間に凹凸を設けたことにより、凹凸の凸部の振動で絶縁皮膜と錫メッキ層を溶融しやすくしており、更に溶融した絶縁皮膜と錫メッキ層が凹凸の凹部を通して接合領域外に出やすくしている。そして、迅速に工具ホーン200の突起状押圧部30と線材8aの上面、そして線材8aの下面と銅板9aを直接接触させて、工具ホーン200の突起状押圧部30の超音波振動で線材8aの下面と銅板9aが金属接合するようにしている。このことにより、金属接合のトータル時間を短縮している。実際に、同じ接合強度を得るまでの金属接合の所要時間を測定したところ、マグネットワイヤ8と錫メッキ銅板9の間に凹凸を設けた場合は、凹凸を設けていない場合の約半分であった。接合時間をかければより強固な接合力が得られることも確認した。
図13に、凸部9cの形を図3のような形として実際に金属接合したときの平面図に相当する写真を、図14にその側面図に相当する写真を示した。図13の写真と図14の写真では、線材8aを覆っていた絶縁皮膜8bが溶融し長方形に押しつぶされた線材8aの周囲に押し出されて固まっている状態がはっきりと確認できる。
本発明では、工具ホーン200の先端面を凹凸のない平面とした場合でも金属線や金属板を強固に金属接合することができる。そのため、工具ホーンの先端面に凹凸の目詰まり防止のために凹凸を再加工しなくてすむ。あるいは、工具ホーンの凹凸のある先端部を着脱可能な別部品にしなくてすむ。金属接合作業を繰り返し、工具ホーンの凹凸のない平面である先端面に絶縁皮膜や錫メッキ層が付着した場合でも、工具ホーンの先端面に付着した絶縁皮膜や錫メッキ層を容易に除去できるという効果がある。
本発明の実施の形態2では、本発明のポリイミドなどの絶縁皮膜付き金属線であるマグネットワイヤの表面に凹凸を設けた場合を説明する。図17(a)に、表面に凹凸を設けたマグネットワイヤ81の平面図を示す。マグネットワイヤ81の表面に凹凸を設ける方法としては、マグネットワイヤ81の所定長さの先端部分を一方に多数の凹部を設けたプレス型に挟むことにより凸部81cを形成する。
実施の形態2と実施の形態1との主たる違いは、凹凸を設ける側をマグネットワイヤ81の表面にしたことであり、マグネットワイヤ81と錫メッキ銅板91の間が凹凸面で対向していることは同じである。そのため、図18、19のように、超音波捩り振動している工具ホーン200の突起状押圧部30で押圧すると、超音波振動エネルギによりマグネットワイヤ81の凸部81cの絶縁皮膜が溶融しマグネットワイヤ81の凹部81dを通して接合対象領域(接合領域)の外に出る。そして、線材81aの凸部が錫メッキ銅板91の錫メッキ層91bと当接し、錫メッキ層91bが溶融して、線材81aの凸部と銅板91aが金属接合する。そして、最終的には、線材81aの下側の凸部がなくなった下面と銅板91aが金属接合する。
また本発明は、40KHz以下の周波数のひねり振動を利用した太線ワイヤボンディング工法で、500μmを超える線径を接合でき、ホーン(ウェッジ)をフラットにできるという効果もある。
また本発明は、40KHz以下の周波数のひねり振動を利用した太線ワイヤボンディング工法にも適用できる。更に、耐熱絶縁体で被覆した金属線をプラスチック材に布線する布線装置にも適用することができる。
8 マグネットワイヤ
8a 線材
8b 絶縁皮膜
9 錫メッキ銅板
9a 銅板
9b 錫メッキ層
9c、9c’ 凸部
30 突起状押圧部
200 工具ホーン
Claims (10)
- アンビルの上に載置する複数の金属板、あるいは金属板と金属線がそれぞれ接する表面の少なくとも一方に凹凸を設けておき、
前記アンビルの上に載置した前記凹凸のある表面で互いに接している複数の金属板あるいは金属板と金属線の上方から超音波振動している工具ホーンを押し付けて接合するようにしたことを特徴とする超音波金属接合方法。 - 前記工具ホーンを捩れ振動する工具ホーンとして、工具ホーンの押圧部を工具ホーンの軸心から偏心した位置に設けて、アンビルの上に載置した凹凸のある表面で互いに接している複数の金属板あるいは金属板と金属線の上方から超音波振動を与えるようにしたことを特徴とする請求項1に記載の超音波金属接合方法。
- 前記工具ホーンの押圧面を、平面または断面が円弧状または放物線状をした曲面として、前記複数の金属板あるいは金属板と金属線の上方から超音波振動を与えるようにしたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の超音波金属接合方法。
- アンビルと、
前記アンビルの上に載置され、少なくともいずれか一方に凹凸が設けられた複数の金属板あるいは金属板および金属線と、
前記アンビルの上に載置された凹凸のある表面で互いに接している前記複数の金属板あるいは前記金属板および金属線の上方から、超音波振動しつつ前記複数の金属板あるいは前記金属板および金属線を押圧して接合する工具ホーンと、
を備えることを特徴とする超音波金属接合装置。 - 前記工具ホーンを捩れ振動する工具ホーンとして、工具ホーンの押圧部を工具ホーンの軸心から偏心した位置に設けて、前記アンビルの上に載置した凹凸のある表面で互いに接している複数の金属板あるいは金属板および金属線の上方から超音波振動を与えるようにしたことを特徴とする請求項4に記載の超音波金属接合装置。
- 前記工具ホーンの押圧面を、平面または断面が円弧状または放物線状をした曲面として、前記複数の金属板あるいは金属板と金属線の上方から超音波振動を与えるようにしたことを特徴とする請求項4または請求項5に記載の超音波金属接合装置。
- 前記金属線を、表面を絶縁被覆したマグネットワイヤとしたことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載した超音波金属接合方法。
- 前記金属線を、表面を絶縁被覆したマグネットワイヤとしたことを特徴とする請求項4から請求項6のいずれかに記載した超音波金属接合装置。
- 前記金属板を、表面を予めメッキ処理した金属板としたことを特徴とする請求項1、請求項2、請求項3、請求項7のいずれかに記載した超音波金属接合方法。
- 前記金属板を、表面を予めメッキ処理した金属板としたことを特徴とする請求項4、請求項5、請求項6、請求項8のいずれかに記載した超音波金属接合装置。
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