JP2018083209A - Ultrasonic joining apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、重ね合わせた2つの被接合体を超音波振動により接合する超音波接合装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic bonding apparatus for bonding two overlapped objects to be bonded by ultrasonic vibration.
従来より、一般的な超音波接合装置は、接合用のチップが下側に取り付けられたホーンと、該ホーンの下方に設けられ、金属材からなる2つのパネル状被接合体を重ねた状態で載置可能なアンブルとを備え、上記ホーンを下降させて上記両被接合体をアンブルとチップとで挟み込むとともに、上記ホーンを水平方向に振動させて超音波接合を行うよう構成されている。 Conventionally, a general ultrasonic bonding apparatus includes a horn having a bonding chip attached to the lower side, and two panel-like objects to be joined that are provided below the horn and made of metal. The horn is lowered, the both objects to be bonded are sandwiched between the amble and the chip, and the horn is vibrated in the horizontal direction to perform ultrasonic bonding.
ところで、上述の如き超音波接合装置は、超音波接合を繰り返し行うとチップ表面に被接合体の一部が粉状になって付着する現象が起こる。そして、チップ表面に被接合体の一部が粉状になって付着した状態のままで超音波接合を行うと、最悪の場合、被接合体がチップに固着してしまい、接合後に上昇するチップとともに当該チップに固着した被接合体が引き上げられてしまうので、接合作業を継続できなくなってしまうという問題があった。 By the way, in the ultrasonic bonding apparatus as described above, when ultrasonic bonding is repeatedly performed, a phenomenon occurs in which a part of the object to be bonded is adhered to the chip surface in powder form. Then, when ultrasonic bonding is performed while a part of the bonded body is adhered to the chip surface in a powder state, the bonded body is fixed to the chip in the worst case, and the chip rises after bonding At the same time, the object to be joined fixed to the chip is pulled up, so that there is a problem that the joining operation cannot be continued.
これを回避するために、例えば、特許文献1では、ホーン及びチップの内側にエアを流通させることが可能なエア流通路を形成している。該エア流通路は、上記チップの下面に開口しており、もし仮に、被接合体がチップに固着したとしても、上記エア流通路の開口部分から吐出するエアの吐出力によって被接合体をチップから切り離すことができるようになっている。
In order to avoid this, for example, in
しかし、特許文献1に開示されている超音波接合装置では、超音波接合を繰り返し行うと、粉状になった被接合体の一部がチップの振動動作により次第に移動してエア流通路の開口部分に入り込むおそれがある。そうすると、エア流通路が狭くなったり、或いは、塞がってしまい、もし仮に、被接合体がチップに固着したとしても、被接合体をチップから切り離せなくなってしまう。
However, in the ultrasonic bonding apparatus disclosed in
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、接合作業を繰り返し行っても、接合後に被接合体をチップから確実に切り離すことができる超音波接合装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic bonding apparatus capable of reliably separating an object to be bonded from a chip after bonding even when the bonding operation is repeatedly performed. It is to provide.
上記の目的を達成するために、本発明は、上下にスライド可能なスライド部材をチップの内側又は外側に設けたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that a slide member that can slide up and down is provided inside or outside the chip.
具体的には、接合用のチップが下側に位置するホーンと、該ホーンを水平方向に振動させる振動手段と、上記ホーンを昇降させる昇降手段と、上記ホーンの下方に設けられ、2つの被接合体を重ねて載置可能なアンブルとを備え、上記昇降手段により上記ホーンを下降させて上記両被接合体を上記アンブルと上記チップとで挟み込むとともに、上記振動手段により上記ホーンを振動させて超音波接合を行うよう構成された超音波接合装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。 Specifically, a horn having a bonding tip positioned on the lower side, a vibrating means for vibrating the horn in a horizontal direction, an elevating means for moving the horn up and down, and two ridges provided below the horn. An amble on which a joined body can be stacked, and the horn is lowered by the lifting means to sandwich the joined bodies between the amble and the chip, and the horn is vibrated by the vibrating means. The following solution was taken for an ultrasonic bonding apparatus configured to perform ultrasonic bonding.
すなわち、第1の発明では、上記チップの内側又は外側に設けられ、上下方向にスライド可能なスライド部材と、該スライド部材を押圧することにより下方にスライドさせてその下端部分を上記チップの下端部分から飛び出させる押圧手段とを備えていることを特徴とする。 That is, in the first invention, a slide member that is provided inside or outside of the chip and is slidable in the vertical direction, and is slid downward by pressing the slide member, and its lower end portion is the lower end portion of the chip. And pressing means for jumping out from the head.
第2の発明では、第1の発明において、上記チップには、下面に開口し、且つ、上記スライド部材及び上記押圧手段を収容する収容凹部が形成され、上記スライド部材の下端部分は、当該スライド部材が下方にスライドした際、上記収容凹部の開口部分から飛び出すよう構成されていることを特徴とする。 According to a second invention, in the first invention, the chip is formed with an accommodation recess that opens on a lower surface and accommodates the slide member and the pressing means, and the lower end portion of the slide member is the slide. When the member slides downward, it is configured to jump out from the opening portion of the housing recess.
第3の発明では、第2の発明において、上記押圧手段は、上記スライド部材を常時下方に付勢するコイルバネであることを特徴とする。 According to a third aspect, in the second aspect, the pressing means is a coil spring that constantly urges the slide member downward.
第1の発明では、もし仮に、超音波接合作業が終了した後、ホーンを上昇させる際に、チップに被接合体が固着していたとしても、押圧手段に押圧されて下方にスライドするスライド部材の下端部分がチップの下端部分よりも飛び出す分だけ被接合体を下方に押圧するので、被接合体をチップから切り離すことができる。また、特許文献1の如きエア流通路をチップに設ける必要が無いので、超音波接合作業を繰り返し行っても、被接合体の一部がエア流通路に入り込むことでエア流通路が狭くなったり、或いは、塞がって被接合体を下方に押圧できなくなってしまうといったことを回避することができ、被接合体をチップから確実に切り離すことができる。
In the first invention, if the object to be joined is firmly fixed to the chip when the horn is raised after the ultrasonic joining operation is finished, the slide member that is pressed by the pressing means and slides downward. Since the lower end portion of the substrate is pressed downward by an amount that protrudes from the lower end portion of the chip, the object to be bonded can be separated from the chip. Further, since there is no need to provide an air flow path in the chip as in
第2の発明では、スライド部材及び押圧手段がチップに囲まれるので、スライド部材及び押圧手段にゴミや埃等が付着することによる装置の故障を少なくすることができる。 In the second aspect of the invention, since the slide member and the pressing means are surrounded by the chip, it is possible to reduce the failure of the apparatus due to dust or dirt adhering to the slide member and the pressing means.
第3の発明では、超音波接合を行う際、両被接合体は当該両被接合体のスライド部材に対応する部分がコイルバネの付勢力によってスライド部材に押圧された状態で超音波振動するようになる。したがって、チップの内側に当該チップから被接合体を切り離すための機構を設けたとしても、チップの被接合体に接触する全領域において両被接合体をアンブルとの間で偏り無く加圧することができ、被接合体の間に良好な接合部を形成することができる。 In the third invention, when ultrasonic bonding is performed, both the bonded bodies are ultrasonically vibrated in a state where the portions corresponding to the slide members of the both bonded bodies are pressed against the slide member by the biasing force of the coil spring. Become. Therefore, even if a mechanism for separating the object to be bonded from the chip is provided inside the chip, it is possible to press both objects to be bonded evenly with the amble in the entire region of the chip that contacts the object to be bonded. And a good joint can be formed between the objects to be joined.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following description of the preferred embodiment is merely exemplary in nature.
図1は、本発明の実施形態に係る超音波接合装置1を示す。該超音波接合装置1は、重ね合わせた2つのアルミニウム合金板W1(被接合体)を超音波接合で一体にするものであり、フロアに設置された装置本体2と、該装置本体2の側方に配置され、上記2つのアルミニウム合金板W1を重ねた状態で載置可能なアンブル3とを備え、該アンブル3の上面には、凹凸状をなす滑り止め部3aが形成されている(図2参照)。
FIG. 1 shows an
上記装置本体2は、上記アンブル3の上方の位置に向かって水平方向に延びる加工ユニット4と、該加工ユニット4を昇降させる昇降機5(昇降手段)とを備え、上記アンブル3は、上記加工ユニット4における延出端側の下方に位置している。
The apparatus
上記加工ユニット4は、内部に収容空間6aを有する細長い略直方体形状の収容ケース6を備え、上記収容空間6aには、略円筒状の振動ユニット7(振動手段)と、回転モータ8とが収容されている。
The processing unit 4 includes an elongated substantially rectangular
上記振動ユニット7は、その筒中心線C1が上記加工ユニット4の長手方向に沿う姿勢となっていて、上記振動ユニット7の一端側は、上記収容ケース6の外側に臨んでいる。
The vibration unit 7 has a posture in which the cylinder center line C <b> 1 is along the longitudinal direction of the processing unit 4, and one end side of the vibration unit 7 faces the outside of the
上記回転モータ8は、上記振動ユニット7の他端側に配置され、その回転軸8aは、上記振動ユニットの筒中心線C1上に位置するとともに上記振動ユニット7の内方に向かって突出している。
The rotary motor 8 is disposed on the other end side of the vibration unit 7, and the
上記振動ユニット7の一端側には、中心線C2が上記振動ユニット7の筒中心線C1に一致するホーン9が設けられている。
On one end side of the vibration unit 7, a
該ホーン9は、細長い丸棒状をなすホーン本体9aと、該ホーン本体9aの一端に取り付けられた厚みを有する正方形板状の加工ヘッド9bとを備え、上記ホーン本体9aの他端側は、上記振動ユニット7の内方に嵌挿されている。
The
上記ホーン本体9aの他端は、上記回転モータ8の回転軸8aに連結され、上記ホーン9は、上記回転モータ8における上記回転軸8aの回転動作により、上記中心線C2周りに回転可能となっている。
The other end of the
また、上記ホーン本体9aの他端側は、上記振動ユニット7の内方に設けられた振動機構(図示せず)に繋がっていて、上記ホーン9は、上記振動ユニット7によって上記中心線C2と直交する水平方向(図5の矢印X1方向)に振動可能となっている。
The other end side of the
上記加工ヘッド9bには、長方形板状をなす接合用チップ10が上記中心線C2周りに等間隔に4つ設けられ、上記回転モータ8によりホーン9を回転させると、上記ホーン9の下側に位置するチップ10が順番に切り替わるようになっている。
The
上記チップ10下面には、図2乃至図6に示すように、凹凸面部10aが振動方向両側に離間して一対形成されている。
As shown in FIGS. 2 to 6, a pair of concave and
上記チップ10の中央部分には、チップ10の下面に開口する収容凹部10bが形成され、該収容凹部10bの開口部分は、上記両凹凸面部10aの間に位置している。
An accommodation recess 10b that opens to the lower surface of the
上記収容凹部10bの開口側内周面には、当該収容凹部10bの奥端側内周面より小径となるように張り出した環状張出部10cが形成されていて、上記収容凹部10bは、側面視で略T字状をなしている。
An
上記収容凹部10bには、中心軸が上下方向に向くスライド部材11が上下方向にスライド可能に収容されている。
The
上記スライド部材11は、上記収容凹部10bの奥端側に位置する円板状の頭部11aと、該頭部11aに連続して形成され、上記収容凹部10bの上記環状張出部10cの内側に位置する軸部11bとからなっている。
The
上記スライド部材11は、下方にスライドすると、上記頭部11aが上記環状張出部10cに接触してそれ以上下方にスライドしないようになっていて、上記頭部11aが上記環状張出部10cに接触した状態で上記軸部11bの下端部分が上記チップ10の下端部分よりも下方に飛び出すよう構成されている。
When the
上記収容凹部10bの奥端側には、上記スライド部材11を常時下方に付勢するコイルバネ12(押圧手段)が収容され、該コイルバネ12は、上記スライド部材11を下方に押圧して当該スライド部材11の下端部分を上記チップ10の下端部分から飛び出させている。
A coil spring 12 (pressing means) that constantly urges the
そして、上記超音波接合装置1は、図2乃至図6に示すように、上記昇降機5により上記ホーン9を下降させて上記アンブル3に重ね合わされた2つのアルミニウム合金板W1をアンブル3とチップ10とで挟み込むとともに、上記振動ユニット7により上記ホーン9を振動させて超音波接合を行うよう構成され、上記両アルミニウム合金板W1の間には、固相接合部J1が形成されるようになっている。
As shown in FIGS. 2 to 6, the
次に、本発明の実施形態に係る超音波接合装置1を用いた超音波接合作業について詳述する。
Next, an ultrasonic bonding operation using the
まず、図示しない産業用ロボットが、図2に示すように、接合前の2つのアルミニウム合金板W1をアンブル3に重ねて載置する。
First, as shown in FIG. 2, an industrial robot (not shown) places the two aluminum alloy plates W <b> 1 before joining on the
産業用ロボットによる両アルミニウム合金板W1のアンブル3への載置作業が終了すると、超音波接合装置1が起動する。すると、昇降機5によってホーン9が下降し始める。
When the placement work of the aluminum alloy plates W1 on the
しかる後、チップ10の下端部分から下方に飛び出すスライド部材11の下端部分がアンブル3に載置された2つのアルミニウム合金板W1の上面に接触し、スライド部材11がコイルバネ12の付勢力に抗して上方にスライドし始める。すると、図4に示すように、チップ10の両凹凸面部10aがアンブル3に載置された2つのアルミニウム合金板W1の上面に接触するとともに、上記アンブル3との間で上記両アルミニウム合金板W1を挟み込んで加圧する。
Thereafter, the lower end portion of the
その後、振動ユニット7によってホーン9が振動し始める。すると、図5に示すように、両凹凸面部10aが上側のアルミニウム合金板W1に食い込むとともに滑り止め部3aが下側のアルミニウム合金板W1に食い込みながら両アルミニウム合金板W1が超音波振動し、両アルミニウム合金板W1の間に固相接合部J1が形成されて両アルミニウム合金板W1が一体になる。このとき、スライド部材11は、コイルバネ12の付勢力によって両アルミニウム合金板W1を下方に押圧することにより、両アルミニウム合金板W1をアンブル3との間で挟み込んで加圧するようになっている。
Thereafter, the
両アルミニウム合金板W1の超音波接合が終了すると、ホーン9は昇降機5によって上昇する。このとき、図6に示すように、コイルバネ12の付勢力によって下方にスライドするスライド部材11の下端部分がチップ10の下端部分から飛び出すことにより、スライド部材11が両アルミニウム合金板W1を下方に押圧してチップ10から切り離す。
When the ultrasonic bonding of both the aluminum alloy plates W1 is completed, the
その後、昇降機5によって上昇するホーン9は、所定の距離だけ上昇すると停止する。
Thereafter, the
しかる後、ホーン9は、回転モータ8における回転軸8aの回転動作によって中心線C2周りに回転してホーン9の下側に位置するチップ10を中心線C2周りに隣り合うチップ10に切り替える。
Thereafter, the
そして、アンブル3に載置された接合済みの両アルミニウム合金板W1が産業用ロボットによって取り出された後、接合前の2つのアルミニウム合金板W1が産業用ロボットによってアンブル3に載置されて再び超音波接合を行うことができる状態になる。
After the joined aluminum alloy plates W1 placed on the
以上より、本発明の実施形態によると、もし仮に、超音波接合作業が終了した後、ホーン9を上昇させる際に、チップ10に両アルミニウム合金板W1が固着していたとしても、コイルバネ12に押圧されて下方にスライドするスライド部材11の下端部分がチップ10の下端部分よりも飛び出す分だけ両アルミニウム合金板W1を下方に押圧するので、当該両アルミニウム合金板W1をチップ10から切り離すことができる。
As described above, according to the embodiment of the present invention, even if both aluminum alloy plates W1 are fixed to the
また、特許文献1の如きエア流通路をチップ10に設ける必要が無いので、超音波接合作業を繰り返し行っても、アルミニウム合金板W1から発生するアルミニウム粉末がエア流通路に入り込むことでエア流通路が狭くなったり、或いは、塞がってアルミニウム合金板W1を下方に押圧できなくなってしまうといったことを回避することができ、両アルミニウム合金板W1をチップ10から確実に切り離すことができる。
Further, since it is not necessary to provide the air flow passage in the
また、スライド部材11及びコイルバネ12は、チップ10の収容凹部10bに収容されており、チップ10に囲まれた状態であるので、スライド部材11及びコイルバネ12にゴミや埃等が付着することによる超音波接合装置1の故障を少なくすることができる。
Further, since the
さらに、超音波接合を行う際、両アルミニウム合金板W1は当該両アルミニウム合金板W1のスライド部材11に対応する部分がコイルバネ12の付勢力によってスライド部材11に押圧された状態で超音波振動するようになる。したがって、チップ10の内側に当該チップ10から両アルミニウム合金板W1を切り離すための機構を設けたとしても、チップ10の両アルミニウム合金板W1に接触する全領域において両アルミニウム合金板W1をアンブル3との間で偏り無く加圧することができ、両アルミニウム合金板W1の間に良好な固相接合部J1を形成することができる。
Further, when performing ultrasonic bonding, both the aluminum alloy plates W1 are ultrasonically vibrated in a state where the portions corresponding to the
尚、本発明の実施形態では、収容凹部10bがチップ10の中央に形成されているが、これに限らず、例えば、振動方向両側に設けられていてもよい。
In the embodiment of the present invention, the
また、本発明の実施形態では、スライド部材11がチップ10の内側に位置しているが、チップ10の外周面に沿って設けられていてもよい。
Further, in the embodiment of the present invention, the
また、本発明の実施形態では、スライド部材11をコイルバネ12で下方にスライドさせているが、例えば、シリンダ等で下方に押圧するようにしてもよい。
Further, in the embodiment of the present invention, the
また、本発明の実施形態では、各チップ10がホーン9における中心線C2周りに等間隔に4つ設けられているが、ホーン9における中心線C2周りに2つや3つのチップ10を等間隔に設けるようにしてもよく、5つ以上設けるようにしてもよい。
In the embodiment of the present invention, four
また、本発明の超音波接合装置1は、両アルミニウム合金板W1を超音波接合により接合しているが、その他の素材を超音波接合により接合することもできる。
In the
本発明は、重ね合わせた2つの被接合体を超音波振動により接合する超音波接合装置に適している。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitable for an ultrasonic bonding apparatus that bonds two superimposed objects to be bonded by ultrasonic vibration.
1 超音波接合装置
3 アンブル
5 昇降機(昇降手段)
7 振動ユニット(振動手段)
9 ホーン
10 チップ
10b 収容凹部
11 スライド部材
12 コイルバネ(押圧手段)
W1 アルミニウム合金板(被接合体)
DESCRIPTION OF
7 Vibration unit (vibration means)
9
W1 Aluminum alloy plate (to-be-joined)
Claims (3)
該ホーンを水平方向に振動させる振動手段と、
上記ホーンを昇降させる昇降手段と、
上記ホーンの下方に設けられ、2つの被接合体を重ねて載置可能なアンブルとを備え、
上記昇降手段により上記ホーンを下降させて上記両被接合体を上記アンブルと上記チップとで挟み込むとともに、上記振動手段により上記ホーンを振動させて超音波接合を行うよう構成された超音波接合装置であって、
上記チップの内側又は外側に設けられ、上下方向にスライド可能なスライド部材と、
該スライド部材を押圧することにより下方にスライドさせてその下端部分を上記チップの下端部分から飛び出させる押圧手段とを備えていることを特徴とする超音波接合装置。 A horn with a chip for bonding located on the lower side;
Vibration means for vibrating the horn in a horizontal direction;
Elevating means for elevating the horn;
An amble provided below the horn and capable of placing two objects to be joined together,
An ultrasonic bonding apparatus configured to lower the horn by the elevating means and sandwich the both objects to be bonded between the amble and the chip, and to perform ultrasonic bonding by vibrating the horn by the vibrating means. There,
A slide member provided inside or outside the chip and slidable in the vertical direction;
An ultrasonic bonding apparatus comprising: a pressing unit that slides downward by pressing the slide member and causes a lower end portion of the slide member to protrude from the lower end portion of the chip.
上記チップには、下面に開口し、且つ、上記スライド部材及び上記押圧手段を収容する収容凹部が形成され、
上記スライド部材の下端部分は、当該スライド部材が下方にスライドした際、上記収容凹部の開口部分から飛び出すよう構成されていることを特徴とする超音波接合装置。 The ultrasonic bonding apparatus according to claim 1,
The chip is formed with a housing recess that opens on the lower surface and houses the slide member and the pressing means.
The ultrasonic bonding apparatus according to claim 1, wherein the lower end portion of the slide member is configured to protrude from the opening portion of the receiving recess when the slide member slides downward.
上記押圧手段は、上記スライド部材を常時下方に付勢するコイルバネであることを特徴とする超音波接合装置。 The ultrasonic bonding apparatus according to claim 2,
The ultrasonic bonding apparatus according to claim 1, wherein the pressing means is a coil spring that constantly biases the slide member downward.
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