JP4798726B2 - 布線装置、超音波接合装置、超音波溶着装置 - Google Patents
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Description
上記従来のワイヤーボンディング装置では、金属箔や金属板等の平板状の部材にワイヤーを超音波振動で接合できるが、装置の構成上、水平に配置した振動子92が物理的に邪魔になり、実質的に接合作業ができない場合があった。すなわち図15(b)に示すように、接合する部材95bの接合予定位置Aの周囲に突起などの障害物Bがあると、水平に配置した振動子92が邪魔になり、ボンディングツール93の先端がアンビル上に載置した部材95bの接合予定位置Aに届かず、接合作業ができないという課題があった(例えば、特許文献1参照)。
そして、本発明では、工具ホーンの端部を工具ホーンの外径より小さい端面を持つ形状にして、中心軸から偏心した位置に設けた突起状押圧部の外側表面を端面の縁部の位置と一致させ、突起状押圧部の内側表面と端面の反対側の縁部を曲面で結んでいる。このことにより、突起状押圧部を折れにくくしている。
本発明は、工具ホーンの端面に設けた突起状押圧部に、接合用ワイヤー(線材)を押さえる凹溝を形成し、凹溝を水平溝と傾斜溝を持つ屈曲した溝として形成し、水平溝と傾斜溝を曲面でつないでいる。このことにより、第一の部材としてのワイヤーを第二の部材である金属板等に結合することができる。
また、本発明の捩り方向の超音波振動用の工具ホーンでは、複数の部材の表面間をこすり付ける突起状押圧部の軌跡が円弧を描くため、直線の軌跡よりも軌跡の長さが長く、複数の部材の表面間を短時間で強く結合できる利点がある。
実施の形態1として、本発明の布線装置について図面とともに説明する。図1は、本発明の実施の形態1に係る布線装置の概略側面図であり、本発明の特別な技術的特徴部分である工具ホーン1の先端部分付近の形状を示している。すなわち、本発明の実施の形態1に係る布線装置の工具ホーン1は、図1のように、上側(根元側)の直径の大きい大径部と、下側(先端側)の直径の小さい小径部を有する段付き円柱状をしており、小径部の端面で、工具ホーン1の中心軸(C軸)から所定の偏心量(e)だけ一側に偏心した位置に、接合用の突起状押圧部2を設けている。また、当該小径部の端面の他側は外側に切り欠かれている。本発明の工具ホーン1は、中心軸(C軸)に直交する水平面で捩り(ねじり)振動するが、突起状押圧部2を所定の偏心量(e)だけ偏心した位置に設けているため、突起状押圧部2は中心軸(C軸)を中心とした揺動運動を行う。この工具ホーン1の振動は、15kHzから60kHzの周波数で振動するため、突起状押圧部2は水平方向に数ミクロンメートルから数十ミクロンメートルの振幅で揺動運動する。
また、突起状押圧部2の振幅を大きくするには、突起状押圧部2の工具ホーン1の中心軸(C軸)からの距離(偏心量(e))を大きくすれば良く、振幅を小さくするには、同距離を小さくすれば良いので、必要により振幅を任意に設定できる利点がある。そして、突起状押圧部2の工具ホーン1についての円周方向の長さを長くすると、金属接合する接合部分の長さを長くすることができ、円周方向の長さを短くすると接合部分の長さを短くすることができるので、必要により接合部分の長さを任意に設定できる利点もある。
また、上記本発明の実施の形態1では、金属ワイヤーを金属板上に布線する布線装置を説明したが、金属ワイヤーの代わりに光ファイバーを用い、金属板の代わりにプラスチック板を用いる布線装置に適用しても良い。このことにより、光ファイバーをプラスチック板上に布線することができる。また、組み合わせを変えることにより金属ワイヤーをプラスチック板上に布線することもできる。
本発明の実施の形態2は、布線装置の工具ホーンの突起状押圧部20をワイヤー4の軸方向に対して平行に揺動振動させたものである。図6に、本発明の実施の形態2に係る布線装置の工具ホーン100の側面図を示し、ワイヤー4を接合対象物6に金属接合する作業を説明する。図6で、ワイヤー4が、アンビル3に対して所定角度で傾けたワイヤーガイド5から角度を規制された状態で接合対象物6に向けて送り出すことは、実施の形態1と同じである。
このように本発明の実施の形態2によれば、アンビル3に対して垂直に支持した工具ホーン100を用いて、工具ホーン100の下面に工具ホーン100の軸心(C軸)から所定の偏心量(e)だけ偏心させた位置に突起状押圧部20を設け、この突起状押圧部20でワイヤー4を接合対象物6の表面に押圧して、ワイヤー4の軸方向に沿って、超音波振動で揺動振動させることにより、金属接合を効率的に行うことができる。
特に、本発明の捩り方向の超音波振動で金属接合を行う布線装置では、金属材料の表面間をこすり付ける突起状押圧部20の軌跡が円弧を描いているため、単純に工具ホーン100を直線往復運動させた軌跡よりも軌跡の長さが長く、金属表面間を短時間で強く接合できるという利点があるのは実施の形態1と同じである。
実施の形態3は、捩り方向の超音波振動用の工具ホーンを用いて第一の金属板と第二の金属板を金属接合する本発明の超音波接合装置を示したものである。実施の形態3では、ワイヤーを送り出すための空間が不要であるため、工具ホーン200の下端面を斜めに切り欠く必要がなく、工具ホーン200の下端面部分を円錐台状に尖らせ、円錐台の端面に突起状押圧部30を突出させている。突起状押圧部30の形状としては、図8、図9に示したように、突起状押圧部30の径方向外側表面を、円錐台状の一側の端面の縁部の位置と一致させ、突起状押圧部30の内側表面と、円錐台状の端面の他側の縁部を曲面で結ぶようにしている。なお、図8、図9に示した突起状押圧部30の下端の押圧面の表面には溝7を設けていないが、溝7を設けたり、その他のローレット状の凹凸を設けたりしても良い。
本発明の実施の形態4は実施の形態3と同様に、捩り方向の超音波振動用の工具ホーンを用いて第一の金属板と第二の金属板を金属接合する本発明の超音波接合装置を示したものであるが、突起状押圧部40の形状としては、図10、図11に示したように、突起状押圧部40の径方向外側表面を、工具ホーン300の先端の円柱部分端面の外縁と一致させ、突起状押圧部40の内側表面と、円柱部分端面の他側の外縁を曲面で結ぶようにしている。
次に、本発明の実施の形態5にかかる超音波溶着装置について説明する。実施の形態5は、捩り方向の超音波振動用の工具ホーンを用いて第一のプラスチック部材80と第二のプラスチック部材90を超音波溶着する超音波溶着装置を示したものである。
本発明の実施の形態5にかかる超音波溶着装置では、工具ホーン200の突起状押圧部30を溶着対象物の溶着予定位置上にセットする際に、突起状押圧部30の向きを可変できるように、突起状押圧部30の中心位置を回転中心として工具ホーン200を回転させることができるようにした点に特徴がある。
上記実施の形態5では、突起状押圧部の向きを可変できるように工具ホーンを突起状押圧部の中心位置を回転中心として回転させる構造、すなわち、回転中心を工具ホーンの突起状押圧部の中心位置に一致させた偏心調整部材を設け、工具ホーンを突起状押圧部の中心位置を回転中心として回転させる構造を説明した。この構造は、実施の形態1、2の布線装置に用いても良いし、実施の形態3、4の超音波接合装置に用いても良いことはもちろんである。
2 突起状押圧部
3 アンビル
4 ワイヤー
5 ワイヤーガイド
6 接合対象物
7 溝
8 第一の金属材料
9 第二の金属材料
10 支柱
11 工具ホーン昇降手段
12 偏心調整部材
e 偏心量
Claims (6)
- 捩り方向の超音波振動を供給する超音波振動供給手段と、
超音波振動供給手段に接続する工具ホーンと、
前記工具ホーンを昇降させる工具ホーン昇降手段を有し、
前記工具ホーンの端面で中心軸から偏心した位置に押圧面を有する突起状押圧部を一つのみ設け、
前記突起状押圧部の形状については、前記押圧面近傍を略同一断面の柱状とし、
前記突起状押圧部の外側表面を前記工具ホーンの端面の縁部の位置と一致させ、
前記突起状押圧部の外側でない表面と前記工具ホーンの端面を曲面で結んで前記突起状押圧部の根元部分を太くして、前記突起状押圧部の根元部分が前記押圧面より広い面積で前記工具ホーンの端面と一体的に接続した形状とし、
前記突起状押圧部に、第一の部材である金属ワイヤーを押さえる凹溝を形成し、
前記凹溝を水平溝と傾斜溝を持つ屈曲した溝として形成し、
前記突起状押圧部で接合対象である第一の部材を、同じく接合対象である第二の部材に押圧するとともに、前記超音波振動供給手段で前記工具ホーンを捩り方向で超音波振動させることにより、
前記突起状押圧部で押圧している前記第一の部材と前記第二の部材を接合させるようにしたことを特徴とする布線装置。 - 捩り方向の超音波振動を供給する超音波振動供給手段と、
超音波振動供給手段に接続する工具ホーンと、
前記工具ホーンを昇降させる工具ホーン昇降手段を有し、
前記工具ホーンの端面で中心軸から偏心した位置に押圧面を有する突起状押圧部を一つのみ設け、
前記突起状押圧部の形状については、前記押圧面近傍を略同一断面の柱状とし、
前記突起状押圧部の外側表面を前記工具ホーンの端面の縁部の位置と一致させ、
前記突起状押圧部の外側でない表面と前記工具ホーンの端面を曲面で結んで前記突起状押圧部の根元部分を太くして、前記突起状押圧部の根元部分が前記押圧面より広い面積で前記工具ホーンの端面と一体的に接続した形状とし、
前記突起状押圧部で接合対象である第一の金属材料を、同じく接合対象である第二の金属材料に押圧するとともに、前記超音波振動供給手段で前記工具ホーンを捩り方向で超音波振動させることにより、
前記突起状押圧部で押圧している前記第一の金属材料と前記第二の金属材料を接合させるようにしたことを特徴とする超音波接合装置。 - 捩り方向の超音波振動を供給する超音波振動供給手段と、
超音波振動供給手段に接続する工具ホーンと、
前記工具ホーンを昇降させる工具ホーン昇降手段を有し、
前記工具ホーンの端面で中心軸から偏心した位置に押圧面を有する突起状押圧部を一つのみ設け、
前記突起状押圧部の形状については、前記押圧面近傍を略同一断面の柱状とし、
前記突起状押圧部の外側表面を前記工具ホーンの端面の縁部の位置と一致させ、
前記突起状押圧部の外側でない表面と前記工具ホーンの端面を曲面で結んで前記突起状押圧部の根元部分を太くして、前記突起状押圧部の根元部分が前記押圧面より広い面積で前記工具ホーンの端面と一体的に接続した形状とし、
前記突起状押圧部で接合対象である第一の部材を、同じく溶着対象である第二の部材に押圧するとともに、前記超音波振動供給手段で前記工具ホーンを捩り方向で超音波振動させることにより、
前記突起状押圧部で押圧している前記第一の部材と前記第二の部材を接合させるようにしたことを特徴とする超音波溶着装置。 - 回転中心を前記工具ホーンの突起状押圧部の位置に一致させた偏心調整部材を前記工具ホーン昇降手段に設け、
前記偏心調整部材で前記工具ホーンの付いた前記超音波振動供給手段を保持し、
前記工具ホーン昇降手段上で前記偏心調整部材を回転させることにより、前記工具ホーンを突起状押圧部の中心位置を回転中心として回転させ、前記突起状押圧部の向きを可変するように構成したことを特徴とする請求項1に記載の布線装置。 - 回転中心を前記工具ホーンの突起状押圧部の位置に一致させた偏心調整部材を前記工具ホーン昇降手段に設け、
前記偏心調整部材で前記工具ホーンの付いた前記超音波振動供給手段を保持し、
前記工具ホーン昇降手段上で前記偏心調整部材を回転させることにより、前記工具ホーンを突起状押圧部の中心位置を回転中心として回転させ、前記突起状押圧部の向きを可変するように構成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。 - 回転中心を前記工具ホーンの突起状押圧部の位置に一致させた偏心調整部材を前記工具ホーン昇降手段に設け、
前記偏心調整部材で前記工具ホーンの付いた前記超音波振動供給手段を保持し、
前記工具ホーン昇降手段上で前記偏心調整部材を回転させることにより、前記工具ホーンを突起状押圧部の中心位置を回転中心として回転させ、前記突起状押圧部の向きを可変するように構成したことを特徴とする請求項3に記載の超音波溶着装置。
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