JP3430095B2 - 超音波振動接合用ツール - Google Patents
超音波振動接合用ツールInfo
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Description
材を超音波振動で接合するツールに関する。
された超音波振動接合用ツールは、共振器が最大振動振
幅点の位置に接合作用面を有すると共に最小振動振幅点
の位置に取付部を連結部を介して有する。
付部が共振器に共振器の振動方向を線対称軸として対称
に設けられた形状である。このため、ツールの質量が大
きくなり、接合時における低加重の制御がやりにくく、
小さいものを接合するときに接合のばらつきが発生する
可能性があった。又、前記従来のツールは連結部が共振
器より直線状に突出した形状である。しかし、接合時の
加重がツールに加わると、共振器の最小振動振幅点の位
置が理論上の位置よりずれ、共振器の振動が連結部を経
由して取付部に伝達され、共振器はもとよりツールを取
付けるホルダやホルダを昇降駆動する加圧機構ががたつ
き、接合のばらつきが発生する可能性があった。
波振動接合用ツールを提供するものである。
超音波振動接合装置における昇降可能な加圧機構の出力
端であるホルダに取付けるための取付部が共振器に共振
器の振動方向を線対称軸として非対称に設けられたこと
を特徴としている。この1つの発明によれば、ツールの
質量が小さくなり、接合時における低加重の制御がやり
やすく、小さな接合対象部材でも超音波振動で適切に接
合することができる。もう1つの発明にあっては、共振
器と超音波振動接合装置における昇降可能な加圧機構の
出力端であるホルダに取付けるための取付部との連結部
が、共振器の最小振動振幅点の位置より突出する共振器
側厚肉部と、取付部より突出する取付部側厚肉部と、双
方の厚肉部を繋ぐ薄肉部とからなるクランク形状に形成
されたことを特徴としている。このもう1つの発明によ
れば、共振器の最小振動振幅点の位置が理論上の位置よ
りずれても、中間の薄肉部が共振器側厚肉部から取付部
側厚肉部側への振動を吸収し、共振器はもとよりツール
を取付けるホルダやホルダを昇降駆動する加圧機構がが
たつくことはなく、小さな接合対象部材でも超音波振動
で適切に接合することができる。又、上記2つの発明の
何れにあっても、取付部が共振器の接合作用面と平行な
取付面を備えれば、共振器の取付作業が簡単となる。
又、上記2つの発明の何れにあっても、取付部が共振器
の接合作用面と交差する取付面を備えれば、取付部を手
前側でホルダにボルトで締結することができ、共振器の
取付作業がより簡単となる。
るツール1を示す。図1において、ツール1は、共振器
2、接合作用面3、取付部4、取付面5、取付孔6、連
結部7、共振器側厚肉部8、取付部側厚肉部9、薄肉部
10、ねじ孔11を備えた、アルミニウム又はチタンの
ような合金又は焼入れされた鉄等のような音響特性の良
い素材からなる単一ボディとして形成される。共振器2
は振動子12から伝達された超音波振動の共振周波数の
1波長の長さ(最大振動振幅点f1から最大振動振幅点
f5までの長さ)を有する棒状である。共振器2の上下
幅Hは前後幅Dよりも大きい。接合作用面3は共振器2
における中央の最大振動振幅点f3の位置で共振器2よ
り外側に突出しているが、共振器2の外側面と面一又は
共振器2の外側面より内側に窪んでいても良い。仮想線
L1は振動振幅の変位を示す波形である。
Xを線対称軸として非対称に設けられる。つまり、取付
部4は共振器2の同一側に配置された一対の形態であっ
て、取付部4の上面は接合作用面3と平行な平坦な取付
面5として形成される。取付孔6はツール1を図7に示
すホルダ71に取付けるための孔であって、取付面5よ
り共振器2側に向けて取付部4に形成されたねじ孔とし
て形成される。連結部7は共振器2と取付部4とを非接
触に連結するものであって、共振器側厚肉部8と取付部
側厚肉部9と薄肉部10とよりなるクランク形状であ
る。連結部7のクランク形状は左右対象形状であるが、
左右同じ向きでも良い。共振器側厚肉部8は接合作用面
3より左右両側に等距離の最小振動振幅点f2;f4の
位置で共振器2より外側に共振器2の振動方向Xと直交
するようにまっすぐ突出する板状である。取付部側厚肉
部9は取付部4の一端より共振器2の振動方向Xと直交
するようにまっすぐ突出する板状である。薄肉部10は
共振器側厚肉部8と取付部側厚肉部9とを繋ぐものであ
って、共振器2の振動方向Xと平行する方向の板状であ
る。ねじ孔11は共振器2に振動子12又は図外のブー
スタを無頭ねじ13により同軸状に取付けるための取付
孔であって、共振器2の左右端面の中央部に形成され
る。振動子12は図外の超音波発振器から受ける電気的
なエネルギーにより所定周波数を有する縦波の超音波振
動を発生して出力するものである。
1を示す。第2実施形態のツール1は取付部4と取付面
15及び取付孔16の位置が第1実施形態のツール1と
異なる。つまり、第2実施形態の取付部4は接合作用面
3に対し側方に配置されるが、第1実施形態の取付部4
は接合作用面3に対し反対側に配置されている。前記取
付面5に相当する取付面15は接合作用面3と直交する
方向に形成され、前記取付孔6に相当する取付孔16は
接合作用面3と平行する方向に形成される。
1を示す。第3実施形態のツール1は取付面17及び取
付孔18の位置が第1実施形態のツール1と異なる。つ
まり、前記取付面5に相当する取付面17は接合作用面
3と直交する方向に形成され、前記取付孔6に相当する
取付孔18は接合作用面3と平行する方向に形成され
る。取付孔18は第1実施形態のようにねじ孔であって
も、又は、貫通孔であっても実施可能である。
1を示す。第4実施形態のツール1は取付面19及び取
付孔20の位置が第2実施形態のツール1と異なる。つ
まり、前記取付面15に相当する取付面19は接合作用
面3と平行する方向に形成され、前記取付孔16に相当
する取付孔20は接合作用面3と直交する方向に形成さ
れる。取付孔20は第2実施形態のようにねじ孔であっ
ても、又は、貫通孔であっても実施可能である。
1を示す。第1〜第4実施形態のツール1が接合対象部
材が金属である場合に用いられるのに対し、第5実施形
態のツール1は接合対象部材が合成樹脂である場合に用
いられることから接合作用面21の位置が第1〜第4実
施形態のツール1と異なる。つまり、第5実施形態のツ
ール1は、接合作用面21が第1実施形態のツール1の
1つのねじ孔11を省略した一端面に設けられた形態で
ある。接合作用面21は接合作用面3と同様に共振器2
の一端面と面一又は共振器2の一端面より内側に窪んで
いても良い。
1を示す。第6実施形態のツール1は第5実施形態と同
様に接合対象部材が合成樹脂である場合に用いられるも
であるが、取付面22及び取付孔23の位置が第5実施
形態のツール1と異なる。つまり、第6実施形態のツー
ル1は、接合作用面21が第3実施形態のツール1の1
つのねじ孔11を省略した一端面に設けられた形態であ
る。
るホルダ71を示す。図7において、ホルダ71は棒状
の両端部に一対の取付孔72を備え、図9に示す超音波
振動接合装置81の加圧機構であるエアシリンダ84に
よる加圧動作方向A、加圧動作方向B、加圧動作方向C
の何れか1つを有する形態である。一対の取付孔72の
間隔は図1〜図6のツール1における一対の取付孔6;
16;18;20の間隔と同一である。図8にも示すよ
うに、ホルダ71の取付孔72周りの下面は平坦な取付
面73として形成され、取付面73の側部には位置決定
部74が設けられる。加圧動作方向Aは図9の加圧機構
の出力端であるピストンロッド85がホルダ71の上面
に連結されることでホルダ71に設けられ、加圧動作方
向Bは図9のピストンロッド85がホルダ71の側面に
連結されることでホルダ71に設けられ、加圧動作方向
Cは図9のピストンロッド85がホルダ71の端面に連
結されることでホルダ71に設けられる。
振動接合装置81を示す。図9において、装置本体82
はその前側下部に前方及び左右に開放された作業空間8
3を有し、作業空間83の上部を区画した装置本体82
の上部分の内部には加圧機構としてのエアシリンダ84
を有する。エアシリンダ84の下方に突出するピストン
ロッド85の下端は作業空間83に配置される。この作
業空間83に配置されたピストンロッド85の下端には
図7のホルダ71が取付けられ、ホルダ71に図1〜図
6のツール1が取付けられる。又、作業空間83の背部
を区画した装置本体82の下部分は超音波振動接合装置
81を製造ライン等に組付けるためのベースを構成する
定盤86の上に設置される。この作業空間83の下部分
を区画した定盤86の上面には受台87が設置される。
形態のホルダ71とを第8実施形態の超音波振動接合装
置81に用いた、超音波振動接合のやり方について説明
する。第1実施形態又は第4実施形態のツール1を用い
る場合は、図7のホルダ71の加圧動作方向Aである上
面と図9のピストンロッド85の下端とが結合される。
その場合、ピストンロッド85は図7の取付孔72の間
の中央に配置され、図7の取付孔72が図9のピストン
ロッド85の昇降方向と平行な上下方向に向けられ、図
7の取付面73が図9の受台87の平坦な上面と平行す
るように設定される。
4の取付面19が図7の取付面73に下方より重ね合さ
れ、図1又は図4の取付部4が図8の位置決定部74に
突き当てられ、図1の取付孔6又は図4の取付孔20と
図7の取付孔72との位置が合せられる。そして、図7
のボルト75が取付孔72と図1の取付孔6又は図4の
取付孔20とを介して図7のホルダ71と図1又は図4
の取付部4とを締結する。これによって、図1又は図4
のツール1の接合作用面3が図9の受台87の上面と平
行となり、接合作用面3の真下には受台87の上面が位
置される。又、図1又は図4のツール1と振動子12と
が無頭ねじ13により結合される。この結合は共振器2
の一端と振動子12の出力端とが接触した形態である。
を用いる場合は、図9のピストンロッド85の下端が図
7のホルダ71の加圧動作方向Bである前面又は後面に
取付孔72の間の中央に位置するように取付けられ、図
7の取付孔72が図9のピストンロッド85の昇降方向
と直交する前後方向に向けられ、図7の取付面73が図
9の受台87の上面と直交するように設定される。その
状態において、図2の取付面15又は図3の取付面17
と図7の取付面73とが前後で重ね合され、図7のボル
ト75が取付孔72と図2の取付孔16又は図3の取付
孔18と介して図7のホルダ71と図2又は図3の取付
部4とを締結する。これによって、図2又は図3のツー
ル1の接合作用面3が図9の受台87の上面と平行とな
り、接合作用面3の真下には受台87の上面が位置され
る。又、図2又は図3のツール1と振動子12とが無頭
ねじ13により結合されることは前記と同様である。
複数の接合対象部材91;92が互いに重ね合されて搭
載される。その状態において、ホルダ71がエアーシリ
ンダ84の動作により図9の矢印Y方向に下降し、接合
作用面3と受台87とが接合対象部材91;92を加圧
保持すると共に、振動子12から出力された超音波振動
が共振器2に伝達し、接合作用面3が矢印X方向に振動
し、この振動が接合作用面3から接合対象部材91;9
2に伝達し、接合対象部材91;92の合せ面が接合作
用面3と受台87とで加圧されたまま横方向に互い違い
に振動して活性化されつつ接合される。
を用いる場合は、図9のピストンロッド85の下端が図
7のホルダ71の加圧動作方向Cである端面に中央に位
置するように取付けられ、図7の取付孔72が図9のピ
ストンロッド85の昇降方向と直交する前後方向に向け
られ、図7の取付面73が図9の受台87の上面と直交
するように設定される。その状態において、図5の取付
面5又は図6の取付面17と図7の取付面73とが前後
で重ね合され、図7のボルト75が取付孔72と図5の
取付孔6又は図6の取付孔18とを介して図7のホルダ
71と図5又は図6の取付部4とを締結する。これによ
って、図5又は図6のツール1の接合作用面21が図9
の受台87の上面と平行となり、接合作用面3の真下に
は受台87の上面が位置される。又、図5又は図6のツ
ール1と振動子12とが無頭ねじ13により結合される
ことは前記と同様である。
なる複数の接合対象部材91;92が互いに重ね合され
て搭載される。その状態において、ホルダ71がエアー
シリンダ84の動作により図9の矢印Y方向に下降し、
接合作用面21と受台87とが接合対象部材91;92
を加圧保持すると共に、振動子12から出力された超音
波振動が共振器2に伝達し、接合作用面21が矢印X方
向に振動し、この振動が接合作用面21から接合対象部
材91;92に伝達し、接合対象部材91;92の合せ
面が接合作用面21と受台87とで加圧されたまま縦方
向に互いに振動して接合される。
態で取付けられた場合において、一方の共振器側厚肉部
8からもう一方の共振器側厚肉部8までの支持間距離が
共振周波数の1波長以内に設定でき、共振器2が小形で
軽量となる。例えば、第1〜第4実施形態のツール1を
用い、接合対象部材91;92が半導体チップと回路基
板であって、半導体チップを回路基板に超音波振動接合
により面実装したところ、半導体チップのバンプ数が少
ないことから、接合加重が低加重の場合でも、接合時に
おける接合加重の制御がやりやすかった。半導体チップ
のバンプ数が多く、接合加重が高加重の場合でも、支持
間距離が共振周波数の1波長以内に設定されたことによ
り、半導体チップの回路基板への面実装に悪影響を及ぼ
すような撓みが共振器2に発生せず、半導体チップの全
部のバンプと回路基板の全部のパッドとが適切に接合し
ていた。
側厚肉部9とが薄肉部10で連接された形態であるた
め、接合時にツール1に加重がかかることによって、共
振器側厚肉部8に対する共振器2の最小振動振幅点f
2;f4の位置が理論上の位置よりずれて、共振器側厚
肉部8が振動しても、中間の薄肉部10が共振器側厚肉
部8から取付部側厚肉部9側への振動を吸収する。よっ
て、振動子12で発生した超音波振動が共振器2から接
合作用面3;21に効率良く適切に伝達でき、共振器2
はもとよりホルダ71やシリンダピストン85ががたつ
くことはなくなった。
波長の長さとしたが、その整数倍でも良い。
2を直接的に結合したが、共振器2に共振周波数の1/
2波長又は1/2波長の整数倍の長さを有する図外のブ
ースタを介在させて振動子12を取付けても良い。この
場合、共振器2とブースタとがねじで同軸状に結合され
る。又、共振器2が接合作用面3又は接合作用面21を
有する超音波ホーンと取付部4を有するブースタとによ
り構成される構造でも同様に適用できる。この場合、超
音波ホーンとブースタとがねじにより同軸状に結合され
る。
トや穴又はスリットを形成して振動のバランスを調整す
ることも可能である。
21と取付部4及び連結部7等を単一ボディとしたが、
共振器2と接合作用面3;21と取付部4及び連結部7
等を別体に形成し、共振器2に接合作用面3と取付部4
及び連結部7をねじ固定しても良い。
87に搭載した後に接合作用面3と受台87とで加圧す
るようにしたが、図10のa図に示すように、接合作用
面3に吸引孔101を形成して、吸引手段による吸引動
作で接合作用面3に図9の一方の接合対象部材91を吸
着し、図9の他方の接合対象部材92を受台87の上に
載せておき、エアーシリンダ84の下降動作による共振
器2の下降により、接合対象部材91を接合対象部材9
2に重ね合せつつ加圧する構造も適用できる。この場
合、共振器2の外側面にはホース接続部102が設けら
れ、共振器2の内部には吸引孔101とホース接続部1
02とに連なる吸引通路103が形成される。又、接合
作用面3に吸着される接合対象部材91が半導体チップ
のように小形の場合には、接合作用面3に小径の吸引孔
105を有する接合チップ104をろう付け等により接
合しても良い。又、連結部7をスリット106で分離
し、共振器2の最小振動振幅点f2;f4(図1参照)
の位置にヒータ用孔107を設け、ヒータ用孔107に
挿入装着した電熱ヒータで共振器2を加熱することによ
り、超音波振動による接合エネルギーと電熱ヒータによ
る接合エネルギーとの双方で複数の接合対象部材を接合
することも可能である。この場合、スリット106が電
熱ヒータの配線を逃げる隙間として用いられる。又、共
振器2には振動のバランスを良くするための切欠部10
8が設けられることもある。図10のa図のツール1は
図10のb図に示すように取付けられる。
一対の共振器側厚肉部8の間に位置する共振器2の中間
部に形成して振動振幅を増幅しても良い。
3を形成し、共振器2の上下面に接合作用面3を設けて
も同様に適用できる。
は接合作用面3;21と直交したが、接合作用面3;2
1と平行以外で交差する角度を有すれば同様に適用でき
る。この場合、図7のホルダ71が図9のピストンロッ
ド85に取付けられることで、接合作用面3;21が受
台87の上面と平行となるように、図7の取付面73の
角度は設定される。
図、b図は側面図。
Claims (4)
- 【請求項1】 超音波振動接合装置における昇降可能な
加圧機構の出力端であるホルダに取付けるための取付部
が共振器に共振器の振動方向を線対称軸として非対称に
設けられたことを特徴とする超音波振動接合用ツール。 - 【請求項2】 共振器と超音波振動接合装置における昇
降可能な加圧機構の出力端であるホルダに取付けるため
の取付部との連結部が、共振器の最小振動振幅点の位置
より突出する共振器側厚肉部と、取付部より突出する取
付部側厚肉部と、双方の厚肉部を繋ぐ薄肉部とからなる
クランク形状に形成されたことを特徴とする超音波振動
接合用ツール。 - 【請求項3】 取付部が共振器の接合作用面と平行な取
付面を備えたことを特徴とする請求項1又は2記載の超
音波振動接合用ツール。 - 【請求項4】 取付部が共振器の接合作用面と交差する
取付面を備えたことを特徴とする請求項1又は2記載の
超音波振動接合用ツール。
Priority Applications (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34544899A JP3430095B2 (ja) | 1999-12-03 | 1999-12-03 | 超音波振動接合用ツール |
TW089115331A TW460345B (en) | 1999-08-02 | 2000-07-31 | Joining device by ultrasonic vibration |
CA002314733A CA2314733A1 (en) | 1999-08-02 | 2000-07-31 | Ultrasonic vibration bonding tool |
US09/630,410 US6247628B1 (en) | 1999-08-02 | 2000-08-01 | Ultrasonic vibration bonding tool |
DE60003761T DE60003761T2 (de) | 1999-08-02 | 2000-08-01 | Ultraschallverbindungswerkzeug |
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KR10-2000-0044744A KR100374077B1 (ko) | 1999-08-02 | 2000-08-02 | 초음파진동 접합용 공구 |
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Applications Claiming Priority (1)
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