JPWO2018025362A1 - 超音波接合用ツール及び超音波接合装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、超音波振動処理後における被接合材の接合性を良好に保つことができる構造の超音波接合用ツールを提供することを目的とする。そして、本発明に係る超音波接合用ツールであるボンディングツール（４）は、当接先端部（４ｔ）における突出領域（８）に複数の突起部（８０）を有している。複数の突起部（８０）は、突出領域（８）の長手方向であるＸ方向に沿って長手方向間隔（ＤＸ）毎に均等に形成され、Ｘ方向において最外に位置するＸ方向最外突起部（８０ｘｅ）は、Ｘ方向における突出領域（８）の端辺から長手方向端辺距離（ＥＸ）を隔てて配置される。そして、複数の突起部（８０）は、第１の配置条件｛０．３４９≦ＥＸ／ＤＸ≦０．５１０｝を満足するように配置される。

Description

この発明は超音波接合用ツールに関し、特に、太陽電池などの製造に於いて、超音波振動を活用して電極線を接合する超音波接合装置に用いられる超音波接合用ツールに関する。

被接合材であるワークへ加圧（必要により加温）し超音波振動を伝達する先端金具として超音波接合用ツールがあり、超音波接合用チップ、超音波接合用ホーンとも呼ばれている。

超音波接合用ツールの材料、構造や、超音波接合用ツールを用いた超音波接合装置に関する技術が、例えば、特許文献１〜特許文献４に開示されている。これらの先行技術文献において、超音波接合用ツールに関し、被接合材に対する接合性の向上及び接合強度の向上、並びに低コスト化が図れる技術が示されている。

特開２００６−２３１４０２号公報 特開２００５−２９７０５５号公報 特開２００５−２５４３２３号公報 特開２００５−１７７８１２号公報

上述した超音波接合用ツールの先端部は超音波振動の印加時に被接合材に接する突出領を有し、この突出領域に複数の突起部が形成されるのが一般的であった。

一方、被接合材に対する接合性、接合強度の向上、低コスト化の実現を図るべく、被接合材に対し広範囲の接合領域を一回の超音波接合動作にて処理できるようにしたい要望があった。この要望を実現するためには、突出領域を広く形成する必要があり、突出領域を広くするに伴い複数の突起部の形成数（以下、「突起部形成数」と呼ぶ）が増加することになる。

しかしながら、複数の突起部における突起部形成数を多くし過ぎると、必然的に超音波接合後における被接合材の剥離強度にバラツキが生じてしまい、被接合材は良好な接合性を保てないという問題点があった。

本発明では、上記のような問題点を解決し、突起部形成数を多くしても、超音波振動処理後における被接合材の接合性を良好に保つことができる構造の超音波接合用ツールを提供することを目的とする。

この発明にかかる超音波接合用ツールは、基板の表面上に配置された被接合材に対し、上方から加圧するとともに超音波振動を印加して、前記基板の表面上に前記被接合材を接合する超音波振動接合装置に用いられる超音波接合用ツールであって、前記超音波接合用ツールの先端部には超音波振動の印加時に前記被接合材に接する突出領域が設けられ、前記突出領域は互いに分離形成された複数の凸部を有し、前記複数の凸部は第１の方向に沿って第１の間隔毎に均等に形成され、前記第１の方向は前記突出領域の長手方向であり、前記複数の凸部のうち、前記第１の方向において最外に位置する第１方向最外凸部は、前記第１の方向における前記突出領域の端部から第１方向端部距離を隔てて配置され、前記複数の凸部は、前記第１の間隔をＤＸ、前記第１方向端部距離をＥＸとしたとき、第１の配置条件｛０．３４９≦ＥＸ／ＤＸ≦０．５１０｝を満足するように配置される。

この発明における超音波接合用ツールにおける突出領域は、第１の方向に沿って第１の間隔毎に均等に形成される複数の凸部を有し、複数の凸部は上述した第１の配置条件を満足して配置される。

このため、この発明における超音波接合用ツールを用いた超音波振動処理時において、被接合材に与える荷重分布をバラツキの少ない良好な分布に設定することができるため、複数の突起の形成数である突起部形成数を多くしても、被接合材の剥離強度のバラツキを抑制し、被接合材の基板への良好な接合性を保つことができる効果を奏する。

この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。

太陽電池積層膜上に導電性を有するリード線が接合された状態を示す斜視図である。 実施の形態であるボンディングツールが用いられる加圧式の超音波接合装置の全体構成を示す説明図である。 実施の形態であるボンディングツールにおける先端把持部及び当接先端部の詳細を示す説明図である。 実施の形態のボンディングツールにおける突出領域の詳細を示す説明図である。 図４で示した突起部の構成例の詳細を示す説明図である。 超音波接合装置の制御系を模式的に示すブロック図である。 張り出し率ＨＲが第１の配置条件を満足する場合の第１の実験結果を示すグラフ（その１）である。 張り出し率ＨＲが第１の配置条件を満足する場合の第１の実験結果を示すグラフ（その２）である。 張り出し率ＨＲが第１の配置条件を満足する場合の第１の実験結果を示すグラフ（その３）である。 張り出し率ＨＲが第１の配置条件を満足する場合の第２の実験結果を示すグラフ（その１）である。 張り出し率ＨＲが第１の配置条件を満足する場合の第２の実験結果を示すグラフ（その２）である。 張り出し率ＨＲが第１の配置条件を満足する場合の第２の実験結果を示すグラフ（その３）である。 張り出し率ＨＲが第１の配置条件を満足しない場合の第３の実験結果を示すグラフ（その１）である。 張り出し率ＨＲが第１の配置条件を満足しない場合の第３の実験結果を示すグラフ（その２）である。 張り出し率ＨＲが第１の配置条件を満足しない場合の第３の実験結果を示すグラフ（その３）である。 張り出し率ＨＲが第１の配置条件を満足する場合の第４実験結果を示すグラフ（その１）である。 張り出し率ＨＲが第１の配置条件を満足する場合の第４実験結果を示すグラフ（その２）である。 張り出し率ＨＲが第１の配置条件を満足する場合の第４実験結果を示すグラフ（その３）である。 張り出し率ＨＲが第１の配置条件を満足する場合の第４実験結果を示すグラフ（その４）である。 第１〜第４の実験結果で用いた突出領域のＮの値と、長手方向間隔ＤＸ及び長手方向端辺距離ＥＸの実寸法を表形式で示す説明図である。

＜実施の形態＞
（全体構成）
図１は基板テーブル１０上にガラス基板１１が配置され、ガラス基板１１の最上層である太陽電池薄膜１１ｇ上に導電性を有するリード線１２が接合された状態を示す斜視図である。図２はこの発明における実施の形態であるボンディングツール４が用いられる、加圧式の超音波接合装置１００の全体構成を示す説明図であり、超音波接合装置１００を斜め上方から視た斜視図である。なお、図１及び図２並びに以降に示す図３〜図５にＸＹＺ直交座標系を適宜示している。

図１及び図２に示すように、超音波接合装置１００は、（電動）シリンダ１、ボンディングツール４、振動ホーン部６、押さえ機構２０，３０及び基板テーブル１０（図１参照）を備えている。そして、本実施の形態の超音波接合用ツールであるボンディングツール４は先端把持部４ｈ及び当接先端部４ｔを有している。

シリンダ１はボンディングツール４に連結されており、シリンダ１の駆動力（押圧力）Ｆ１は、ボンディングツール４に伝達され、ボンディングツール４の駆動を制御することができる。具体的に、シリンダ１は、ボンディングツール４をＺ軸方向に沿って移動させることができる。さらに、シリンダ１は、ボンディングツール４の当接先端部４ｔを介してリード線１２に対して所定の圧力を印加することができる。なお、リード線１２の構成材料として例えばアルミニウムが考えられる。

また、ボンディングツール４は、図示しないホルダーにより支持されており、当該ホルダー内部においてボンディングツール４は上下方向にガイドされている。ボンディングツール４における基板テーブル１０側の先端部には当接先端部４ｔが配設されている。また、ボンディングツール４には、振動ホーン部６が接続されており、図１及び図２では図示しない超音波振動子１７（図６参照）で発生した超音波振動ＵＶは、振動ホーン部６を介してボンディングツール４に伝達される。すなわち、超音波振動子１７及び振動ホーン部６は当接先端部４ｔから超音波振動が印加されるようにボンディングツール４を駆動する超音波伝達部として機能する。

なお、当接先端部４ｔは、ボンディングツール４の先端に形成され、超音波振動接合処理の際に、被接合材であるリード線１２に当接される突出領域８を最先端領域に有している。

（当接先端部４ｔの突出領域８）
図３は本実施の形態であるボンディングツール４における先端把持部４ｈ及び当接先端部４ｔの詳細を示す説明図である。同図において、(a) は正面図、(b) は側面図、(c) は底面図を示している。

図３に示すように、先端把持部４ｈに当接先端部４ｔは結合され、当接先端部４ｔの底部４ｔｂの表面領域として形成される突出領域８は、図３(c) に示すように、ＸＹ平面においてＸ方向を長手方向とした矩形状に形成される。

図４は実施の形態であるボンディングツール４における突出領域８の詳細を示す説明図である。同図において、(a) は底面図、(b)Ｘ方向に沿った側面図、(c) はＹ方向に沿った側面図を示している。なお、図４(a) が図３(b) の突出領域８の着目領域Ｐ１の詳細を示している。

図４及び図３ (c) に示すように、突出領域８上にＸ方向（第１の方向）に沿ってＮ（≧２）個、Ｘ方向に直交するＹ方向（第２の方向）に沿ってＭ（≧２）個のＮ×Ｍのマトリクス状に、互いに分離形成された複数の突起部８０（凸部）を有している。図４で示す例では、Ｍ＝３、Ｎ＞３の場合を示している。

そして、図４(b) に示すように、複数の突起部８０のうちＸ方向に沿って形成される３組のＮ個の突起部８０はそれぞれ、Ｘ方向に沿って長手方向間隔ＤＸ（第１の間隔）毎に均等に形成される。そして、３組のＮ個の突起部８０はそれぞれ、Ｘ方向において最外に位置するＸ方向最外突起部８０ｘｅ（第１方向最外凸部）は、突出領域８のＸ方向における端辺８Ｌｘ（端部）から長手方向端辺距離ＥＸ（第１方向端部距離）を隔てて配置される。

さらに、図４(c) に示すように、複数の突起部８０のうちＹ方向に沿って形成されるＮ組の３個の突起部８０はそれぞれ、Ｙ方向に沿って短手方向間隔ＤＹ（第２の間隔）毎に均等に形成される。そして、Ｎ組の３個の突起部８０はそれぞれ、Ｙ方向において最外に位置するＹ方向最外突起部８０ｙｅ（第２方向最外凸部）は、突出領域８のＹ方向における端辺８Ｌｙ（端部）から短手方向端辺距離ＥＹ（第２方向端部距離）を隔てて配置される。

なお、長手方向間隔ＤＸ、長手方向端辺距離ＥＸ、短手方向間隔ＤＹ及び短手方向端辺距離ＥＹは、図４に示すように突起部８０の中心位置８０ｃを基準として設定される。

さらに、複数の突起部８０は、以下の(1)で示す第１の配置条件と、以下の(2)で示す第２の配置条件とを共に満足する。

(1) 第１の配置条件｛０．３４９≦ＥＸ／ＤＸ≦０．５１０｝
(2) 第２の配置条件｛０．３４９≦ＥＹ／ＤＹ≦０．５１０｝

なお、上述した第１及び第２の配置条件は理想基準ＳＴを「０．４２５」としている。そして、「０．３４９」は理想基準ＳＴ「０．４２５」に対する下限（０．４２５−０．４２５×０．１８）を意味し、「０．５１０」は理想基準ＳＴ「０．４２５」に対する上限（０．４２５−０．４２５×０．０２）を意味する。

すなわち、張り出し率ＨＲ（ＥＸ／ＤＸあるいはＥＹ／ＤＹ）は理想基準ＳＴを中心に下限を「−１８％」、上限を「＋２０％」として張り出し率ＨＲの許容範囲を設定している。

図５は突起部８０の構成例の詳細を示す説明図である。同図(a) は上面図、同図(b) は側面図を示している。

同図に示すように、突起部８０の底部は平面視して一辺が装着面寸法ｄ２の正方形状を呈しており、中段部も平面視して一辺が先端面寸法ｄ１（＜ｄ２）正方形状を呈している。そして、突起部８０は−Ｚ方向に向けて形成高さｈ１を有しており、底部から中段部にかけて側面部曲率ｋ２を有し、中段部から頂部にかけて先端部曲率ｋ１を有している。

具体的な寸法としては、例えば、先端面寸法ｄ１が０．２２ｍｍ、装着面寸法ｄ２が０．４７ｍｍ、形成高さｈ１が０．２ｍｍ、先端部曲率ｋ１が０．０７５（１／ｍｍ）、側面部曲率ｋ２（１／ｍｍ）が０．１２５の寸法設定が考えられる。

また、本実施の形態の超音波接合装置１００は、ボンディングツール４に連結されたシリンダ１の両側面（Ｘ方向側の面）が接合板２５及び３５を介して押さえ機構２０及び３０（のシリンダ２１及び３１）と連結されることにより、ボンディングツール４と押さえ機構２０及び３０とが一体的に構成される。

押さえ機構２０（第１の押さえ機構）は（電動）シリンダ２１、押さえ部材２２及び押さえローラ２３により構成され、押さえローラ２３（第１の押さえローラ）は押さえ部材２２の回転軸２２ｊを中心とした回転動作が可能である。同様にして、押さえ機構３０（第２の押さえ機構）は（電動）シリンダ３１、押さえ部材３２及び押さえローラ３３により構成され、押さえローラ３３（第２の押さえローラ）は押さえ部材３２の回転軸３２ｊを中心とした回転動作が可能である。

押さえ部材２２及び３２はシリンダ２１及び３１に連結されている。このため、シリンダ２１からの駆動力（押圧力）Ｆ２２は押さえ部材２２を介して押さえローラ２３に伝達され、押さえローラ２３をＺ軸方向（−Ｚ方向）に移動させることができる。さらに、シリンダ２１は、押さえローラ２３を介してリード線１２に対して所定の圧力を印加することができる。同様にして、シリンダ３１からの駆動力（押圧力）Ｆ３２は押さえ部材３２を介して押さえローラ３３に伝達され、押さえローラ３３をＺ軸方向（−Ｚ方向）に移動させることができ、さらに、シリンダ３１は、押さえローラ３３を介してリード線１２に対して所定の圧力を印加することができる。

なお、押さえローラ２３及び３３は、例えば、ゴムなどの弾性体で構成されており、押さえローラ２３及び３３によるリード線１２の押圧により、リード線１２にダメージを与えることを防止している。

さらに、ボンディングツール４と押さえ機構２０及び３０等が一体化してなる超音波接合装置１００には図示しない駆動部が連結されており、超音波接合装置１００を装置操作方向ＤＲ１００に沿って移動させる移動処理が実行可能である。

（ガラス基板）
図１に示すように、基板テーブル１０上には、表面に太陽電池薄膜１１ｇが形成されたガラス基板１１が設置され、ガラス基板１１の太陽電池薄膜１１ｇ上にＸ方向に沿ってリード線１２が設けられる。すなわち、リード線１２の形成長方向がＸ方向（第１の方向）となり、形成幅方向がＹ方向（第２の方向）となる。

また、図示は省略しているが、基板テーブル１０上面には、少なくとも一つ以上の穴が穿設されており、当該穴を介した真空吸着により、ガラス基板１１は基板テーブル１０に固定される。

超音波振動処理の実行時には、（ガラス基板１１の）太陽電池薄膜１１ｇ上に導電性を有するリード線１２がＸ方向に沿って配置された状態となる。この状態で、シリンダ１からの駆動力Ｆ１により、ボンディングツール４は基板テーブル１０側に向かう所定の圧力をリード線１２に加えながら、超音波振動子で発生し振動ホーン部６を介して得られる超音波振動ＵＶが、ボンディングツール４における当接先端部４ｔの突出領域８からリード線１２の超音波接合ポイント１２ｐ上に印加されることにより、リード線１２をガラス基板１１の太陽電池薄膜１１ｇに接合する超音波振動処理が実行される。

（超音波振動処理）
以下、図１及び図２を参照して、本実施の形態の超音波接合装置１００を用いた、加圧式の超音波振動処理の動作内容について説明する。

まず、基板テーブル１０上に、太陽電池薄膜１１ｇが表面に形成された薄厚のガラス基板１１を設置する。そして、基板テーブル１０に設けられた穴（図示せず）を介した真空吸着により、ガラス基板１１を基板テーブル１０に固定させる。

次に、図示を省略しているリールには、導電性を有する薄膜のリード線１２が旋回されている。当該リールからリード線１２を引き出し、当該引き出したリード線１２をＸ方向に沿って太陽電池薄膜１１ｇ上の所定の箇所に配置する。

次に、シリンダ２１及び３１の押圧力Ｆ２２及びＦ３２により、押さえ機構２０及び３０の押さえローラ２３及び３３がリード線１２に対して押圧（基板テーブル１０側に押圧）する押圧処理を実行する。

そして、押さえローラ２３及び３３によってリード線１２を押圧している状態で、シリンダ１の駆動力Ｆ１により、リード線１２に向けてボンディングツール４を下降させる。さらに、ボンディングツール４の当接先端部４ｔの突出領域８、すなわち、複数の突起部８０がリード線１２に当接すると、シリンダ１の駆動力Ｆ１により、当該リード線１２に対して基板テーブル１０側に所定の圧力を加える。

上述したように、押さえ機構２０及び３０の押圧処理によってリード線１２を押さえローラ２３及び３３により押圧し、ボンディングツール４がリード線１２に所定の圧力を印加している状態にした後、超音波振動子１７に超音波振動ＵＶを発生させる。当該発生した超音波振動ＵＶは、振動ホーン部６を介して、ボンディングツール４に伝達される。そして、ボンディングツール４の当接先端部４ｔの突出領域８は、所定の振動数（例えば２０〜４０ｋＨｚ）・振幅（１０μｍ以下で、例えばガラス基板１１に対する損傷防止の観点から４，５μｍ程度）の超音波振動ＵＶを行う。

このように、ガラス基板１１の太陽電池薄膜１１ｇ上にリード線１２を配置した状態で、基板テーブル１０側に所定の圧力を加えながら、振動ホーン部６及び超音波振動子を有する超音波伝達部によって、複数の突起部８０を有する突出領域８からリード線１２上の超音波接合ポイント１２ｐ（印加部）に超音波振動が印加されるように、超音波接合用ツールであるボンディングツール４を駆動する。

ここで、超音波振動ＵＶの振動方向は、例えばＸ軸方向に平行な方向（つまり、リード線１２の延設方向）、あるいはＹ軸に平行な方向（つまり、リード線１２の幅方向）が考えられるが、Ｙ軸に平行な方向が望ましい。このように、ボンディングツール４を用いた超音波振動処理を行うことにより、超音波振動ＵＶは当接先端部４ｔの突出領域８を介してリード線１２の超音波接合ポイント１２ｐに印加される。

上述したように、リード線１２を押さえローラ２３及び３３により押圧しながら、リード線１２に対しボンディングツール４を用いた加圧式の超音波振動処理を実行することにより、リード線１２がガラス基板１１に接合される。

押さえ機構２０及び３０の押圧処理は、押さえローラ２３及び３３によるリード線１２に対する圧力が薄厚のガラス基板１１に損傷を与えない程度の大きさで実行され、ガラス基板１１（特に太陽電池薄膜１１ｇ）の材質や厚さにもよるが、例えば１０ｋｇ程度の圧力に設定される。なお、押さえ機構２０及び３０の押さえローラ２３及び３３は、リード線１２にのみ当接され、押圧の際にガラス基板１１（太陽電池薄膜１１ｇ）には接することはない。

超音波接合装置１００は、押さえ機構２０及び３０の押さえローラ２３及び３３の押圧処理によりリード線１２の超音波接合ポイント１２ｐの両脇を押圧しながら、ボンディングツール４によって上述した超音波振動処理を実行している。

また、押さえローラ２３及び３３によりリード線１２を押圧することにより、ガラス基板１１を基板テーブル１０に対して押圧することにもなる。したがって、基板テーブル１０に対するガラス基板１１の固定がより強固なものとなり、リード線１２に対する加圧式の超音波振動処理を施す際に、ガラス基板１１が基板テーブル１０に対して移動することを防止できる。

このように、ガラス基板１１の固定が強固となると、ボンディングツール４による超音波振動処理の実行時に、リード線１２のみを超音波振動させることができる。つまり、ボンディングツール４による超音波振動エネルギーを、ガラス基板１１とリード線１２との接触部における摩擦エネルギーに効率良く変換できる。したがって、超音波振動によるリード線１２とガラス基板１１との接合を、より短時間でより効率良く行うことが可能となる。

一方、超音波振動処理時には、押さえローラ２３及び３３と超音波接合ポイント１２ｐとの間には必ず隙間が存在するため、リード線１２において、この隙間の形成領域（以下、「リード線隙間形成領域」と称す）内において、リード線１２にリード線浮き（撓み）が生じる可能性がある。また、超音波接合ポイント１２ｐの間隔を比較的広く設定した場合、隣接する超音波接合ポイント１２ｐ，１２ｐ間に形成されるリード線１２上の領域である接合ポイント間形成領域内においてリード線１２にリード線浮きが生じる可能性がある。

次に、超音波接合装置１００は、超音波振動処理の非実行時に行う押さえ機構２０及び３０の移動処理を実行する。

シリンダ１からの駆動力Ｆ１により、ボンディングツール４をＺ軸方向（＋Ｚ方向）に移動させ、基板テーブル１０側から浮いた状態にする。すなわち、超音波接合装置１００は、リード線１２をガラス基板１１に対して接合する超音波振動処理の実行後は、シリンダ１の駆動力Ｆ１によりボンディングツール４を上方向に移動させ、リード線１２との接触状態を解放する。

一方、押さえ機構２０及び３０の押さえローラ２３及び３３によるリード線１２に対する圧力は、薄厚のガラス基板１１に損傷を与えない程度でかつ、リード線１２上で回転軸２２ｊ及び３２ｊを中心とした押さえローラ２３及び３３による回転動作を実行させ、リード線１２を押圧しつつボンディングツール４と共にリード線１２上を押さえ機構２０及び３０の移動が可能な状態に設定される。

上記状態で、超音波接合装置１００に連結された図示しない駆動部により、超音波接合装置１００を装置操作方向ＤＲ１００に沿って移動させる移動処理を実行する。なお、駆動部を設けることなく、ガラス基板１１を真空吸着固定している基板テーブル１０を装置操作方向ＤＲ１００に沿って移動させることにより、基板テーブル１０との関係において相対的に超音波接合装置１００による装置操作方向ＤＲ１００に沿った移動処理を実行するようにしても良い。

すなわち、押さえローラ２３及び３３による回転動作によって装置操作方向ＤＲ１００に沿って、押さえローラ２３及び３３がリード線１２上を移動することによる、超音波接合装置１００の移動処理を実行する。そして、超音波振動を印加する次の超音波接合ポイント１２ｐの上方にボンディングツール４の当接先端部４ｔが位置する状態で移動処理を停止する。

その結果、移動処理中に、押さえローラ２３及び３３のうちの一方の押さえローラが必ず上述したリード線１２の上記リード線隙間形成領域上を押圧しながら移動することになる。このため、仮に、上述した超音波振動処理の実行時にリード線１２の上記リード線隙間形成領域にリード線浮きが生じた場合でも、上記一方の押さえローラによる押圧によって上記リード線浮きを確実に解消することができる。同様にして、上記接合ポイント間形成領域にリード浮きが生じた場合にも、当該リード浮きを確実に解消することができる。

このように、本実施の形態の超音波接合装置１００の押さえ機構２０及び３０（第１及び第２の押さえ機構）は、ボンディングツール４による超音波振動処理の実行後において、リード線１２を押圧しつつ押さえローラ２３及び３３がリード線１２（直近の超音波振動処理の実行時におけるリード線隙間形成領域を含む）上を移動する移動処理を実行している。

このため、超音波接合装置１００の移動処理時に、押さえローラ２３及び３３（第１及び第２の押さえローラ）のうち少なくとも一方の押さえローラにより上記リード線隙間形成領域及び上記接合ポイント間形成領域上を押圧することができる。その結果、超音波接合装置１００の移動処理時に、リード線１２に生じるリード線浮きを確実に解消し、リード線１２をガラス基板１１上に精度良く接合することができる効果を奏する。

（制御部）
図６は超音波接合装置１００の制御系を模式的に示すブロック図である。同図に示すように、超音波接合装置１００は制御部１５をさらに有しており、制御部１５において、シリンダ１、２１及び３１、駆動部１６並びに超音波振動子１７の駆動を制御している。なお、駆動部１６は超音波接合装置１００全体を装置操作方向ＤＲ１００方向に移動させる移動処理を実行し、超音波振動子１７は振動ホーン部６を介してボンディングツール４に超音波振動ＵＶを与える超音波振動処理を実行する。

制御部１５は、シリンダ２１及び３１の駆動を制御することにより、押さえローラ２３及び３３の押圧力Ｆ２２及びＦ３２を可変に制御することができると共に、駆動部１６を制御することにより超音波接合装置１００の装置操作方向ＤＲ１００に沿った移動処理を制御することができる。

さらに、制御部１５は、シリンダ１を駆動制御してボンディングツール４へのＺ軸方向に沿った駆動力Ｆ１を制御し、超音波振動子１７を制御してボンディングツール４の超音波振動処理を制御することができる。したがって、制御部１５は、例えば、ユーザからの指示に応じて、ボンディングツール４による超音波振動接合処理の条件（振動数、振幅、加圧力）を可変に制御することができる。

一方、ガラス基板１１の材質及び厚さ、太陽電池薄膜１１ｇの材質及び厚さ、並びに超音波振動接合処理の条件に応じて、押さえ機構２０及び３０によるガラス基板１１に対する押圧力を変える必要がある。そこで、制御部１５は、ユーザからの指示に応じて、シリンダ２１及び３１を介した押さえ機構２０及び３０による押圧力Ｆ２２及びＦ３２を可変に制御する。具体的には、制御部１５に、各情報（ガラス基板１１自体及び太陽電池薄膜１１ｇを構成する各膜の材質及び厚さ、並びに超音波振動接合処理の条件等）が入力された場合に、予め設定されている情報テーブルと上記各情報とから決定される押圧力により、押さえ機構２０及び３０の押圧力Ｆ２２及びＦ３２を制御することができる。ここで、当該情報テーブルには、上記各情報に対して一義的に押圧力が規定されている。

上述したように、制御部１５の制御により押さえ機構２０及び３０のシリンダ２１及び３１を駆動することにより、超音波振動処理の実行時及び実行後それぞれにおいて、超音波振動接合処理の条件に応じて、押さえローラ２３及び３３の押圧力Ｆ２２及びＦ３２を適宜制御することができる。

このように、制御部１５による制御によって、押さえ機構２０及び３０による押圧力Ｆ２２及びＦ３２並びにボンディングツール４による超音波振動接合処理の条件等を可変に制御する。したがって、ガラス基板１１及び太陽電池薄膜１１ｇの厚さ・素材等に応じて、押さえ機構２０及び３０による押圧力Ｆ２２及びＦ３２、駆動部１６の駆動内容、並びにボンディングツール４（シリンダ１，超音波振動子１７）による超音波振動接合処理の条件を、適宜変更することができる。

その結果、本実施の形態の超音波接合装置１００は、ガラス基板１１（太陽電池薄膜１１ｇを含む）に影響を与えることなく、リード線１２における上記リード線浮きの発生可能性を確実に解消しつつ、リード線１２をガラス基板１１上に接合するように、押圧力Ｆ２２及びＦ３２、駆動部１６の駆動内容並びに超音波振動接合処理の条件を、適切に変更することができる。

なお、上記効果は、制御部１５により少なくとも押さえ機構２０及び３０による押圧力Ｆ２２及びＦ３２を制御することにより得ることができる。

（本実施の形態の効果）
（第１の実験結果）
図７〜図９は張り出し率ＨＲが第１の配置条件を満足する場合の第１の実験結果（シミュレーション結果）を示すグラフであり、具体的には、ＥＸ／ＤＸを張り出し率ＨＲとして、Ｎ＝１７の場合の１７個の突起部８０の荷重分布を示すグラフ（その１〜その３）である。図７は張り出し率ＨＲが理想基準ＳＴの「０．４２５」の場合、図８は張り出し率ＨＲが理想基準ＳＴの上限値である「０．５１０」の場合、図９は張り出し率ＨＲが理想基準ＳＴの下限値である「０．３４９」の場合を示している。

図７〜図９それぞれにおいて、横軸は１７個の突起部８０のＸ方向における形成位置Ｒ０〜Ｒ１６を示しており、形成位置Ｒ０及びＲ１６がそれぞれＸ方向最外突起部８０ｘｅの位置を示している。縦軸は荷重度合を示しており、縦軸において基準荷重を“１”とし、基準荷重に対する相対比を示している。

発明者らは基準荷重から±１０％、すなわち、形成位置Ｒ０〜Ｒ１６における１７個の突起部８０の超音波振動処理時におけるリード線１２に対する荷重分布が｛０．９０〜１．１０｝を満足すれば、リード線１２の剥離強度のバラツキを許容範囲内に抑制でき、超音波振動処理後の超音波接合ポイント１２ｐにおいて、被接合材であるリード線１２の太陽電池薄膜１１ｇへの接合性を良好に保つことができていると判断している。

図７の荷重分布線Ｌ１に示すように、張り出し率ＨＲが理想基準ＳＴである場合、基準荷重から最も離れている形成位置Ｒ１、形成位置Ｒ１５の荷重においても、「０．９５０」に収まるため、超音波振動処理後の超音波接合ポイント１２ｐにおいて、リード線１２の太陽電池薄膜１１ｇへの良好な接合性を保つことができる。

図８の荷重分布線Ｌ２に示すように、張り出し率ＨＲが理想基準ＳＴの上限である場合、基準荷重から最も離れている形成位置Ｒ０、形成位置Ｒ１６の荷重においても、「１．１００」を少し下回るため、リード線１２の太陽電池薄膜１１ｇへの良好な接合性を保つことができる。また、形成位置Ｒ０及びＲ１６の荷重が「１．１００」に近い値であることから、張り出し率ＨＲが上限値「０．５１０」を超えると、リード線１２の太陽電池薄膜１１ｇへの良好な接合性が保てない恐れがあることも併せて推測することができる。

図９の荷重分布線Ｌ３に示すように、張り出し率ＨＲが理想基準ＳＴの下限である場合、基準荷重から最も離れている形成位置Ｒ０、形成位置Ｒ１６の荷重においても、「０．９」となるため、リード線１２の太陽電池薄膜１１ｇへの良好な接合性を保つことができる。また、形成位置Ｒ０及びＲ１６の荷重がほぼ「０．９」の値であることから、張り出し率ＨＲが下限値「０．３４９」を下回ると、リード線１２の太陽電池薄膜１１ｇへの良好な接合性が保てない恐れがあることも併せて推測することができる。

このように、本実施の形態のボンディングツール４における突出領域８の長手方向であるＸ方向（第１の方向）に沿って長手方向間隔ＤＸ（第１の間隔）毎に均等に形成されるＮ個の突起部８０はそれぞれ、長手方向間隔ＤＸ及び長手方向端辺距離ＥＸ（第１方向端部距離）により規定される上述した第１の配置条件を満足して配置される。

このため、図７〜図９で示した第１の実験結果に示すように、本実施の形態のボンディングツール４を用いた超音波接合装置１００による超音波振動処理時において、リード線１２の超音波接合ポイント１２ｐに与える荷重分布をバラツキの少ない良好な分布に抑えることができる。その結果、本実施の形態のボンディングツール４を有する超音波接合装置１００は、ボンディングツール４の突出領域８に形成される複数の突起部８０の形成数である突起部形成数を多くしても、リード線１２の剥離強度のバラツキを抑制し、リード線１２の太陽電池薄膜１１ｇへの良好な接合性を保つことができる効果を奏する。

なお、第１の実験結果では、張り出し率ＨＲとしてＥＸ／ＤＸの場合を示した。リード線１２の太陽電池薄膜１１ｇへの接合性に影響を与えるのは、突起部８０の形成数が多い（Ｎ＞Ｍ）、突出領域８の長手方向（リード線１２の形成方向）であるＸ方向におけるリード線１２の剥離強度のバラツキである。したがって、Ｘ方向における張り出し率ＨＲ（ＥＸ／ＤＸ）が上記第１の配置条件を満足すれば、基本的にリード線１２の剥離強度のバラツキを許容範囲に抑えることができる。

なお、本実施の形態のボンディングツール４における突出領域８は、上記第１の配置条件に加え、張り出し率ＨＲがＥＹ／ＤＹの場合における上記第２の配置条件を満足している。このため、第１の実験結果から、Ｘ方向に加え、突出領域８の短手方向であるＹ方向においても、リード線１２の剥離強度のバラツキを確実に許容範囲に抑えることにより、リード線１２の太陽電池薄膜１１ｇへの良好な接合性を確実に保つことができる効果を奏する。

（第２の実験結果）
図１０〜図１２は張り出し率ＨＲが第１の配置条件を満足する場合の第２の実験結果（シミュレーション結果）を示すグラフであり、具体的には、ＥＸ／ＤＸを張り出し率ＨＲとして、張り出し率ＨＲが理想基準ＳＴの「０．４２５」の場合の突起部８０の荷重分布を示すグラフ（その１〜その３）である。ただし、第２の実験結果では、Ｘ方向に沿って配置される個数であるＮを変化させ、図１０はＮ＝１７の場合、図１１はＮ＝７の場合、図１２はＮ＝７５の場合を示している。

図１０において、横軸は１７個の突起部８０の形成位置Ｒ０〜Ｒ１６を示しており、形成位置Ｒ０及びＲ１６がそれぞれＸ方向最外突起部８０ｘｅの位置を示している。

図１１において、横軸は７個の突起部８０の形成位置Ｒ０〜Ｒ６を示しており、形成位置Ｒ０及びＲ６がそれぞれＸ方向最外突起部８０ｘｅの位置を示している。

図１２において、横軸は７５個の突起部８０の形成位置Ｒ０〜Ｒ７４を示しており、形成位置Ｒ０及びＲ７４がそれぞれＸ方向最外突起部８０ｘｅの位置を示している。なお、縦軸は、図７〜図９で示した第１の実験結果と同様である。

図１０の荷重分布線Ｌ４に示すように、Ｎ＝１７で張り出し率ＨＲが理想基準ＳＴである場合、基準荷重から最も離れている形成位置Ｒ１、形成位置Ｒ１５においても、「０．９５０」を少し上回るため、超音波振動処理後の超音波接合ポイント１２ｐにおいて、リード線１２の太陽電池薄膜１１ｇへの良好な接合性を保つことができる。

図１１の荷重分布線Ｌ５に示すように、Ｎ＝７で張り出し率ＨＲが理想基準ＳＴある場合、基準荷重から最も離れている形成位置Ｒ１、形成位置Ｒ５の荷重においても、「０．９５０」を少し上回るため、リード線１２の太陽電池薄膜１１ｇへの良好な接合性を保つことができる。

図１２の荷重分布線Ｌ６に示すように、Ｎ＝７５で張り出し率ＨＲが理想基準ＳＴである場合、基準荷重から最も離れている形成位置Ｒ１、形成位置Ｒ７３の荷重においても「０．９５０」の荷重を少し上回るため、リード線１２の太陽電池薄膜１１ｇへの良好な接合性を保つことができる。

このように、本実施の形態のボンディングツール４における突出領域８の長手方向であるＸ方向に沿って形成されるＮ個の突起部８０は上述した第１の配置条件を満足することにより、Ｘ方向における形成個数Ｎに関係無く、リード線１２の剥離強度のバラツキを許容範囲に抑制し、リード線１２の太陽電池薄膜１１ｇへの良好な接合性を保つことができる効果を奏する。

また、本実施の形態のボンディングツール４における突出領域８は、張り出し率ＨＲがＥＹ／ＤＹの場合においても、上記第２の配置条件を満足している。このため、第２の実験結果から、Ｙ方向においても、Ｙ方向における形成個数Ｍに関係なく、リード線１２の剥離強度のバラツキを確実に許容範囲に抑えることにより、リード線１２の太陽電池薄膜１１ｇへの良好な接合性を確実に保つことができる効果が期待できる。

（第３の実験結果）
図１３〜図１５は張り出し率ＨＲが第１の配置条件を満足しない場合の第３の実験結果（シミュレーション結果）を示すグラフであり、具体的には、ＥＸ／ＤＸを張り出し率ＨＲとして突起部８０の荷重分布を示すグラフ（その１〜その３）である。図１３はＮ＝７の場合、図１４はＮ＝１７の場合、図１５はＮ＝５０の場合を示している。

図１３において、横軸は７個の突起部８０の形成位置Ｒ０〜Ｒ６を示しており、形成位置Ｒ０及びＲ６がそれぞれＸ方向最外突起部８０ｘｅの位置を示している。

図１４において、横軸は１７個の突起部８０の形成位置Ｒ０〜Ｒ１６を示しており、形成位置Ｒ０及びＲ１６がそれぞれＸ方向最外突起部８０ｘｅの位置を示している。

図１５において、横軸は５０個の突起部８０の形成位置Ｒ０〜Ｒ４９を示しており、形成位置Ｒ０及びＲ４９がそれぞれＸ方向最外突起部８０ｘｅの位置を示している。なお、縦軸は、図７〜図９及び図１０〜図１２で示した第１及び第２の実験結果と同様である。

図１３の荷重分布線Ｌ７に示すように、Ｎ＝７で張り出し率ＨＲが「０．６８８」と上限値「０．５１０」を上回り上記第１の配置条件を満足しない場合、基準荷重から最も離れている形成位置Ｒ０、形成位置Ｒ６における荷重が「１．３００」を超えるため、リード線１２の太陽電池薄膜１１ｇへの良好な接合性を保つことができない。

図１４の荷重分布線Ｌ８に示すように、Ｎ＝１７で張り出し率ＨＲが「０．６２５」と上限値「０．５１０」を上回り上記第１の配置条件を満足しない場合、基準荷重から最も離れている形成位置Ｒ０、形成位置Ｒ１６における荷重が「１．２５」付近に達するため、リード線１２の太陽電池薄膜１１ｇへの良好な接合性を保つことができない。

図１５の荷重分布線Ｌ９に示すように、Ｎ＝５０で張り出し率ＨＲが「０．６００」と上限値「０．５１０」を上回り上記第１の配置条件を満足しない場合、基準荷重から最も離れている形成位置Ｒ０、形成位置Ｒ４９における荷重が「１．２０」に達するため、リード線１２の太陽電池薄膜１１ｇへの良好な接合性を保つことができない。

このように、第３の実験結果から、本実施の形態の突起部８０の長手方向であるＸ方向に沿って形成されるＮ個の突起部８０は上述した第１の配置条件を満足しない場合、その形成個数Ｎに関係無く、リード線１２の剥離強度のバラツキを許容範囲内に抑制することができないことがわかる。

（第４の実験結果）
図１６〜図１９は張り出し率ＨＲが第１の配置条件を満足する場合の第４の実験結果（シミュレーション結果）を示すグラフであり、具体的には、ＥＸ／ＤＸを張り出し率ＨＲとして、張り出し率ＨＲが第１の配置条件を満足する場合の突起部８０の荷重分布を示すグラフ（その１〜その４）である。図１６及び図１８はＮ＝７の場合、図１７及び図１９はＮ＝７５の場合を示している。

図１６及び図１８において、横軸は７個の突起部８０の形成位置Ｒ０〜Ｒ６を示しており、形成位置Ｒ０及びＲ６がそれぞれＸ方向最外突起部８０ｘｅの位置を示している。

図１７及び図１９において、横軸は７５個の突起部８０の形成位置Ｒ０〜Ｒ７４を示しており、形成位置Ｒ０及びＲ７４がそれぞれＸ方向最外突起部８０ｘｅの位置を示している。

図２０は第１〜第４の実験結果で用いた突出領域８のＮの値と、長手方向間隔ＤＸ及び長手方向端辺距離ＥＸの実寸法を表形式で示す説明図である。

図２０に示すように、Ｎ＝７の場合、長手方向間隔ＤＸを０．８５ｍｍ、長手方向端辺距離ＥＸを０．３６１ｍｍとして、理想基準ＳＴである「０．４２５」を実現している。Ｎ＝１７の場合、長手方向間隔ＤＸを０．４５０ｍｍ、長手方向端辺距離ＥＸを０．１９１ｍｍとして、理想基準ＳＴである「０．４２５」を実現している。Ｎ＝７５の場合、長手方向間隔ＤＸを１．００ｍｍ、長手方向端辺距離ＥＸを０．４２５ｍｍとして、理想基準ＳＴである「０．４２５」を実現している。

したがって、図１６及び図１８は長手方向間隔ＤＸを０．８５ｍｍ、長手方向端辺距離ＥＸを０．３６１の実寸値設定の場合における理想基準ＳＴ＝０．４２５を想定した場合の上限値及び下限値となる。すなわち、図１６及び図１８は、長手方向間隔ＤＸ及び長手方向端辺距離ＥＸのうち少なくとも一つの値が、図２０で示したＮ＝７の場合の実寸値からずれて、上限値及び下限値になった場合を示している。

図１７及び図１９は長手方向間隔ＤＸを１．００ｍｍ、長手方向端辺距離ＥＸを０．４２５の実寸値設定の場合における理想基準ＳＴ＝０．４２５を想定した場合の上限値及び下限値となる。すなわち、図１７及び図１９は、長手方向間隔ＤＸ及び長手方向端辺距離ＥＸのうち少なくとも一つの値が、図２０で示したＮ＝７５の場合の実寸値からずれて、上限値及び下限値になった場合を示している。

なお、縦軸は、図７〜図９、図１０〜図１２及び図１３〜図１５で示した第１、第２及び第３の実験結果と同様である。

図１６の荷重分布線Ｌ１０に示すように、Ｎ＝７で張り出し率ＨＲが「０．５１０」と上記第１の配置条件の上限値である場合、基準荷重から最も離れている形成位置Ｒ０、形成位置Ｒ６における荷重が「１．１００」であり、超音波振動処理後の超音波接合ポイント１２ｐにおいて、リード線１２の太陽電池薄膜１１ｇへの良好な接合性を保つことができる。

図１７の荷重分布線Ｌ１１に示すように、Ｎ＝７５で張り出し率ＨＲが「０．５１０」と上記第１の配置条件の上限値である場合、基準荷重から最も離れている形成位置Ｒ０、形成位置Ｒ７４における荷重が「１．１００」であり、リード線１２の太陽電池薄膜１１ｇへの良好な接合性を保つことができる。

図１８の荷重分布線Ｌ１２に示すように、Ｎ＝７で張り出し率ＨＲが「０．３４９」と上記第１の配置条件の下限値である場合、基準荷重から最も離れている形成位置Ｒ０、形成位置Ｒ６における荷重が「０．９００」であり、リード線１２の太陽電池薄膜１１ｇへの良好な接合性を保つことができる。

図１９の荷重分布線Ｌ１３に示すように、Ｎ＝７５で張り出し率ＨＲが「０．３４９」と上記第１の配置条件の下限値である場合、基準荷重から最も離れている形成位置Ｒ０、形成位置Ｒ７４における荷重が「０．９００」であり、リード線１２の太陽電池薄膜１１ｇへの良好な接合性を保つことができる。

このように、本実施の形態のボンディングツール４における突出領域８の長手方向であるＸ方向に沿って形成されるＮ個の突起部８０は上述した第１の配置条件を満足することにより、長手方向間隔ＤＸ及び長手方向端辺距離ＥＸの寸法絶対値の大小に関係無く、リード線１２の剥離強度のバラツキを許容範囲に抑制し、リード線１２の太陽電池薄膜１１ｇへの良好な接合性を保つことができる効果を奏する。

また、本実施の形態のボンディングツール４における突出領域８は、張り出し率ＨＲがＥＹ／ＤＹの場合においても、上記第２の配置条件を満足している。このため、第４の実験結果から、Ｙ方向においても、短手方向間隔ＤＹ及び短手方向端辺距離ＥＹの寸法絶対値の大小に関係無く、リード線１２の剥離強度のバラツキを確実に許容範囲に抑えることにより、リード線１２の太陽電池薄膜１１ｇへの良好な接合性を確実に保つことができる効果が期待できる。

（その他）
上述した実施の形態では、リード線１２が形成される基板としてガラス基板１１を示したが、ガラス基板１１に代えて、セラミック、シリコン、エポキシなどの薄厚の部材で基板を構成しても良い。また、導電性を有するリード線１２の構成材料としてアルミニウムを示したが、他の導電性を有する材料を構成材料として採用しても良い。

また、超音波接合装置１００は、ボンディングツール４と押さえ機構２０及び３０とが一体的に形成された構成を示したが、ボンディングツール４と押さえ機構２０及び３０とを互いに分離して超音波振動接合装置を構成しても良い。この場合、ボンディングツール４と押さえ機構２０及び３０とは互いに独立して移動処理を行うことになる。また、シリンダ１、２１及び３１としては電動シリンダを示したがこれに限定されない。

この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

４ ボンディングツール
４ｔ 当接先端部
８ 突出領域
６ 振動ホーン部
１０ 基板テーブル
１１ ガラス基板
１１ｇ 太陽電池薄膜
１２ リード線
１５ 制御部
１６ 駆動部
１７ 超音波振動子
８０ 突起部
１００ 超音波接合装置

Claims (4)

1. 基板（１１）の表面上に配置された被接合材（１２）に対し、上方から加圧するとともに超音波振動を印加して、前記基板の表面上に前記被接合材を接合する超音波振動接合装置に用いられる超音波接合用ツール（４）であって、
   前記超音波接合用ツールの先端部（４ｔ）には超音波振動の印加時に前記被接合材に接する突出領域（８）が設けられ、
   前記突出領域は互いに分離形成された複数の凸部（８０）を有し、前記複数の凸部は第１の方向に沿って第１の間隔毎に均等に形成され、前記第１の方向は前記突出領域の長手方向であり、
   前記複数の凸部のうち、前記第１の方向において最外に位置する第１方向最外凸部は、前記第１の方向における前記突出領域の端部から第１方向端部距離を隔てて配置され、
   前記複数の凸部は、前記第１の間隔をＤＸ、前記第１方向端部距離をＥＸとしたとき、第１の配置条件｛０．３４９≦ＥＸ／ＤＸ≦０．５１０｝を満足するように配置される、
   超音波接合用ツール。
2. 請求項１記載の超音波接合用ツールであって、
   前記複数の凸部は、前記突出領域上に第１の方向に沿ってＮ（≧２）個、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿ってＭ（≧２）個のＮ×Ｍのマトリクス状に形成され、
   前記複数の凸部は前記第２の方向に沿って第２の間隔毎に均等に形成され、前記複数の凸部のうち、前記第２の方向において最外に位置する第２方向最外凸部は、前記第２の方向における前記突出領域の端部から第２方向端部距離を隔てて配置され、
   前記複数の凸部は、前記第２の間隔をＤＹ、前記第２方向端部距離をＥＹとしたとき、第２の配置条件｛０．３４９≦ＥＹ／ＤＹ≦０．５１０｝をさらに満足するように配置される、
   超音波接合用ツール。
3. 請求項２記載の超音波接合用ツールであって、
   前記被接合材は、前記第１の方向に沿って前記基板上に配置され導電性を有するリード線を含み、前記リード線の形成長方向が前記第１の方向となり、形成幅方向が前記第２の方向となり、
   前記複数の凸部におけるＮ×Ｍのマトリクスは｛Ｎ＞Ｍ｝を満足する、
   超音波接合用ツール。
4. 請求項３記載の超音波接合用ツールと、
   前記基板を載置する基板テーブル（１０）と、
   前記基板上に前記リード線を配置した状態で、前記突出領域から前記リード線上の印加部（１２ｐ）に超音波振動が印加されるように前記超音波接合用ツールを駆動する超音波伝達部（６，１７）とを備える、
   超音波接合装置。

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