KR102295405B1

KR102295405B1 - 초음파 접합 헤드, 초음파 접합 장치 및 초음파 접합 방법

Info

Publication number: KR102295405B1
Application number: KR1020190076966A
Authority: KR
Inventors: 세이지로 스나가; 도시노부 미야고시; 다쓰노리 오토모
Original assignee: 티디케이가부시기가이샤
Priority date: 2018-06-28
Filing date: 2019-06-27
Publication date: 2021-08-30
Also published as: JP7214991B2; CN110660692B; KR20200001999A; JP2020001062A; US11267071B2; CN110660692A; US20200001391A1

Abstract

장치의 소형화를 도모하면서, 양호한 초음파 접합이 가능한 초음파 접합 헤드, 초음파 접합 장치 및 초음파 접합 방법을 제공하는 것이다.
접합해야 할 접합 예정 부분에 대고 눌러지는 압압부(52a)가 길이축의 선단측에 형성되어 있는 진동자 유닛(50)과, 길이축을 따라 진동자 유닛(50)의 선단이 자유단이 되도록, 진동자 유닛(50)의 길이축을 따라 기단측을 캔틸레버 빔형으로 유지하는 유지부(60)와, 길이축에 대략 수직인 수직축을 따라 진동자 유닛(50)이 이동하도록 유지부(62)에 연결되며, 압압부(52a)를 접합 예정부에 대고 누르는 힘을 전달하는 가압 샤프트(80)를 갖는 초음파 접합 헤드(40)이다. 유지부(60)가 진동자 유닛(50)을 유지하는 주유지 위치로부터, 길이축(X)을 따라 진동자 유닛(50)의 자유단을 향한 도중에 있는 반력 분산 위치에서, 진동자 유닛(50)에 맞닿는 억제부(90)가 유지부(60)에 구비되어 있다.

Description

초음파 접합 헤드, 초음파 접합 장치 및 초음파 접합 방법{ULTRASONIC BONDING HEAD, ULTRASONIC BONDING DEVICE, AND ULTRASONIC BONDING METHOD}

본 발명은, 초음파 접합 헤드, 초음파 접합 장치 및 초음파 접합 방법에 관한 것이다.

예를 들면, 특허문헌 1에 나타내는 초음파 접합 장치가 알려져 있다. 이 초음파 접합 장치에서는, 초음파혼의 길이방향의 양측을 유지하여, 혼의 중앙부에 구비되어 있는 압압부(押壓部)가, 접합 예정 부분에 대고 눌러져 초음파 접합을 행하도록 되어 있다.

이러한 종래의 초음파 접합 장치에서는, 압압부의 초음파 진동을 크게 하기 위해서는, 초음파혼의 길이를 크게 할 필요가 있으며, 장치 전체가 커진다는 과제를 갖고 있다. 또, 초음파혼의 유지부가 양측에 있기 때문에, 그들 유지부에 의해 초음파 진동이 저해될 가능성이 있다.

또, 표시 화면 기판이 되는 유리 기판의 배선을, 플렉시블 배선 기판(FPC) 등에 초음파 접합하는 것이 검토되고 있지만, 종래의 초음파 접합 장치에서는, 초음파혼의 양측을 유지하기 때문에, 장치가 너무 커져서 실용적이지 않다.

일본국 특허공개 2002-222834호 공보

본 발명은, 이러한 실상을 감안하여 이루어지며, 그 목적은, 장치의 소형화를 도모하면서, 양호한 초음파 접합이 가능한 초음파 접합 헤드, 초음파 접합 장치 및 초음파 접합 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1 관점에 따른 초음파 접합 헤드는, 접합해야 할 접합 예정 부분에 대고 눌러지는 압압부가 길이축의 선단측에 형성되어 있는 진동자 유닛과,

상기 길이축을 따라 상기 진동자 유닛의 선단이 자유단이 되도록, 상기 진동자 유닛의 상기 길이축을 따라 기단측을 캔틸레버 빔형으로 유지하는 유지부와,

상기 길이축에 대략 수직인 수직축을 따라 상기 진동자 유닛이 이동하도록 상기 유지부에 연결되며, 상기 압압부를 상기 접합 예정부에 대고 누르는 힘을 전달하는 가압 샤프트를 갖는 초음파 접합 헤드로서,

상기 유지부가 상기 진동자 유닛을 유지하는 주유지 위치로부터, 상기 길이축을 따라 상기 진동자 유닛의 자유단을 향한 도중에 있는 반력 분산 위치에서, 상기 진동자 유닛에 맞닿는 억제부가, 상기 유지부에 구비되어 있다.

본 발명에 따른 초음파 접합 헤드에서는, 초음파혼을 포함하는 진동자 유닛을, 길이축을 따라 기단측을 유지부가 캔틸레버 빔형으로 유지하고 있으므로, 압압부에서의 초음파 진동을 증대시킬 수 있으며, 또한, 진동자 유닛을 양측에서 유지하는 경우에 비해, 장치의 소형화를 도모할 수 있다.

또 본 발명의 초음파 접합 헤드에서는, 길이축을 따라 진동자 유닛의 자유단을 향한 도중에 있는 반력 분산 위치에서, 진동자 유닛에 맞닿는 억제부가 유지부에 구비되어 있다. 이 때문에, 진동자 유닛의 자유단에 구비되어 있는 압압부가 접합 예정부에 대고 눌러지는 가압력의 반력의 일부를 억제부에서 받는 것이 가능해지며, 진동자 유닛의 휨 변형이 억제된다. 그 결과, 가압 샤프트에 의한 가압력을 크게 할 수 있으며, 압압부에서의 접합 예정부에 대한 압력이 높아져, 양호한 초음파 접합이 가능해진다. 또, 접합부의 폭을 넓게 하는 것도 가능해지고, 평판형 부재끼리의 초음파 접합도 용이해진다.

바람직하게는, 진동자 유닛의 자유단에 가장 가까운 진동 노드의 위치에서, 억제부가 진동자 유닛에 맞닿도록, 억제부가 상기 유지부에 부착되어 있다. 이와 같이 구성함으로써, 억제부에서 받을 수 있는 가압력의 반력이 증대하여, 진동자 유닛의 휨 변형이 효과적으로 억제된다. 그 결과, 가압 샤프트에 의한 가압력을 크게 할 수 있으며, 압압부에서의 접합 예정부에 대한 압력이 높아져, 초음파 접합의 신뢰성이 향상된다. 또, 접합부의 폭을 보다 넓게 하는 것도 가능해지며, 평판형 부재끼리의 초음파 접합도 더욱 용이해진다.

또, 진동 노드의 위치(진동의 진폭이 가장 작아지는 위치)에서, 억제부가 진동자 유닛에 맞닿음으로써, 진동자 유닛에서의 초음파 진동을 억제부가 저해하는 경우는 적다.

바람직하게는, 억제부가 진동자 유닛에 맞닿는 위치와, 압압부가 접합 예정 부분에 맞닿는 위치는, 길이축을 따라 다르며, 또한, 길이축의 서로 반대측에 위치한다. 억제부는, 압압부로부터의 반력을 받아 진동자 유닛의 휨을 억제하도록, 필요 최소한의 범위에서 진동자 유닛과 접촉하게 되어, 진동자 유닛에서의 초음파 진동을 억제부가 저해하는 경우가 더욱 적어진다.

유지부는, 주유지 위치에서는, 진동자 유닛의 전체 둘레를 유지하고 있는 것이 바람직하지만, 억제부는, 진동자 유닛의 전체 둘레의 일부에만 적은 면적으로 접촉하고 있는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 가압 샤프트의 축심은 수직축과 대략 평행하며, 주유지 위치와 반력 분산 위치의 사이에 위치하도록, 가압 샤프트가 유지부에 연결되어 있다. 이와 같이 구성함으로써, 가압 샤프트로부터의 가압력을 압압부에 효과적으로 전달하여, 압압부로부터 접합 예정부에 가하는 압력을 높일 수 있으며, 초음파 접합의 신뢰성이 향상된다.

바람직하게는, 진동자 유닛은, 압압부가 길이축과 평행한 방향으로 초음파 진동하도록, 진동자 유닛에 진동원이 장착되어 있다. 압압부가 길이축과 평행한 방향으로 초음파 진동함으로써, 그 길이축에 평행한 방향을 따라 미세한 금속 패턴 상호의 초음파 접합이 용이해진다.

바람직하게는, 진동자 유닛에 맞닿는 억제부의 표면에는, 길이축을 따른 상대 이동을 향상시키는 저마찰 처리가 실시되어 있다. 이와 같이 구성함으로써, 진동자 유닛에서의 초음파 진동을 억제부가 저해하는 경우가 더욱 적어진다.

유지부는, 주유지 위치와는 길이축을 따라 다른 부유지 위치에서 진동자 유닛의 진동원을 덮는 커버를 유지하는 보조 유지부를 더 갖고 있어도 된다.

본 발명의 제2 관점에 따른 초음파 접합 헤드는,

접합해야 할 접합 예정 부분에 대고 눌러지는 압압부가 길이축의 선단측에 형성되어 있는 진동자 유닛과,

상기 유지부가 상기 진동자 유닛을 주로 유지하는 위치를 주유지 위치로 하고,

상기 유지부에 구비되어 있는 억제부가 상기 진동자 유닛에 맞닿는 위치를 반력 분산 위치로 한 경우에,

상기 진동자 유닛의 길이축을 따라, 상기 진동자 유닛의 선단으로부터 기단을 향해, 상기 주유지 위치와 상기 반력 분산 위치가 이 순서로 배치되어 있다.

본 발명의 제2 관점에 따른 초음파 접합 헤드에서도, 초음파혼을 포함하는 진동자 유닛을, 길이축을 따라 기단측을 유지부가 캔틸레버 빔형으로 유지하고 있으므로, 압압부에서의 초음파 진동을 증대시킬 수 있으며, 또한, 진동자 유닛을 양측에서 유지하는 경우에 비해, 장치의 소형화를 도모할 수 있다.

또 본 발명의 초음파 접합 헤드에서는, 주유지 위치에서 유지부가 진동자 유닛을 주로 유지하고, 반력 분산 위치에서, 진동자 유닛에 맞닿는 억제부가 유지부에 구비되어 있다. 이 때문에, 진동자 유닛의 자유단에 구비되어 있는 압압부가 접합 예정부에 대고 눌러지는 가압력의 반력의 일부를 억제부에서 받는 것이 가능해지며, 진동자 유닛의 휨 변형이 억제된다. 그 결과, 가압 샤프트에 의한 가압력을 크게 할 수 있으며, 압압부에서의 접합 예정부에 대한 압력이 높아지고, 양호한 초음파 접합이 가능해진다. 또, 접합부의 폭을 넓게 하는 것도 가능해지고, 평판형 부재끼리의 초음파 접합도 용이해진다.

본 발명에 따른 초음파 접합 장치는, 상기 중 어느 하나에 기재된 초음파 헤드를 갖는다.

본 발명에 따른 초음파 접합 장치는, 반드시 스테이지를 요한다고는 하지 않지만, 일반적인 스테이지를 갖고 있어도 되고, 혹은, 접합해야 할 제1 평면 부재와 제2 평면 부재가 설치되는 특수한 스테이지를 더 갖고 있어도 된다.

상기 스테이지는,

상기 제1 평면 부재가 설치되는 저위측 표면과,

상기 저위측 표면에 대해 소정의 단차 높이로 높은 위치에 있으며, 상기 제2 평면 부재가 설치되는 고위측 표면과,

상기 저위측 표면과 상기 고위측 표면의 경계에 위치하는 단차 벽면을 갖고 있어도 된다.

제1 평면 부재와 제2 평면 부재의 초음파 접합을 행하기 위해서는, 우선, 제1 평면 부재를, 당해 제1 평면 부재의 단부가 상기 단차 벽면에 위치 맞춤되도록, 상기 저위측 표면에 설치한다. 다음으로, 제2 평면 부재의 적어도 일부가 제1 평면 부재 상에 적층되는 적층 부분이 형성되도록, 고위측 표면에 제2 평면 부재를 설치한다. 그 후에, 초음파혼의 압압부를, 단차 벽면에 대응하는 위치에서 상기 적층 부분에 대고 누르면, 초음파 접합이 완료된다.

스테이지의 표면에 단차 벽면이 있는 경우에는, 이 단차 벽면을 이용하여, 제1 평면 부재와 제2 평면 부재의 위치 맞춤이 용이해지며, 이들 배선 패턴끼리의 초음파 접합이 가능해진다. 그 때문에, 예를 들면 수십 μm 이하 정도로 배선 피치 간격이 좁은 경우여도, 쇼트 불량 등을 발생시키지 않고, 평면 부재끼리의 전기적 접속을 도모하는 것이 용이해진다.

또 최근에는, 스마트폰 등의 표시 화면 등과 같이, 장치의 외형 사이즈 가까이까지 넓은 표시 화면이 요구되기 때문에, 배선 패턴끼리의 접합 길이도 짧게 하지 않을 수 없으며, 그 접속 신뢰성이 문제가 되어져 오고 있다. 본 발명의 장치에 의하면, 초음파 접합에 의해 금속끼리의 고상 결합이 가능해지며, 접속의 신뢰성도 향상된다.

또한, 스테이지의 표면에 단차 벽면이 있는 경우에는, 제1 평면 부재와 제2 평면 부재의 적층부의 폭이, 예를 들면 60mm 이상으로 넓은 경우여도, 확실하게 배선 패턴끼리를 초음파 접합할 수 있다.

상기 스테이지는,

상기 제1 평면 부재의 단부가 상기 단차 벽면에 접촉하여 위치 결정되도록, 상기 제1 평면 부재를 상기 저위측 표면에 착탈 가능하게 고정하는 제1 고정 수단과,

상기 제2 평면 부재의 적어도 일부가 상기 제1 평면 부재 상에 적층되도록, 상기 제2 평면 부재를 상기 고위측 표면에 착탈 가능하게 고정하는 제2 고정 수단을 더 가져도 된다.

제1 고정 수단으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 스테이지의 저위측 표면에 형성되어 있는 복수의 제1 흡착구멍이 예시된다. 복수의 제1 흡착구멍에 부압을 도입함으로써, 제1 평면 부재를 저위측 표면에 착탈 가능하게 고정할 수 있다. 또 동일하게, 제2 고정 수단으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 스테이지의 고위측 표면에 형성되어 있는 복수의 제2 흡착구멍이 예시된다. 복수의 제2 흡착구멍에 부압을 도입함으로써, 제2 평면 부재를 고위측 표면에 착탈 가능하게 고정할 수 있다.

상기 단차 높이는, 상기 제1 평면 부재의 두께와 동등 이하여도 된다. 이와 같이 구성함으로써, 스테이지의 제조 오차가 있었다고 해도, 제1 평면 부재의 상면이, 고위측 표면에 대해 낮아지는 경우는 없어지며, 제1 평면 부재의 상면이, 고위측 표면과 단차가 없거나 약간 상측으로 돌출하게 된다. 그 때문에, 제2 평면 부재를 고위측 표면에 설치하는 경우에, 그들 적층부(중복부)에서는, 반드시 제1 평면 부재와 제2 평면 부재가 접촉하게 된다. 그 때문에, 확실하게 초음파 접합을 행하는 것이 가능해지며, 접속부의 신뢰성이 더욱 향상된다.

본 발명의 제1 관점에 따른 초음파 접합 방법은, 상기 중 어느 하나에 기재된 초음파 접합 헤드를 이용하여, 접합 예정 부분을 초음파 접합하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2 관점에 따른 초음파 접합 방법은,

길이축을 따라 진동자 유닛의 선단이 자유단이 되도록, 상기 진동자 유닛의 상기 길이축을 따라 기단측을 캔틸레버 빔형으로 유지하는 공정과,

접합해야 할 접합 예정 부분에, 진동자 유닛의 선단에 구비되어 있는 압압부를 대고 눌러, 당해 압압부를, 상기 길이축 방향으로 초음파 진동시키는 공정을 갖는 초음파 접합 방법으로서,

상기 진동자 유닛에는, 상기 길이축을 따라 2개 이상의 진동 노드가 존재하며, 상기 주유지 위치와 상기 반력 분산 위치가, 서로 다른 상기 진동 노드의 위치에 위치 맞춤되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제1 및 제2 관점에 따른 초음파 접합 방법에서는, 초음파혼을 포함하는 진동자 유닛을, 길이축을 따라 기단측을 유지부가 캔틸레버 빔형으로 유지하고 있으므로, 압압부에서의 초음파 진동을 증대시킬 수 있으며, 또한, 진동자 유닛을 양측에서 유지하는 경우에 비해, 장치의 소형화를 도모할 수 있다.

또 본 발명의 초음파 접합 방법에서는, 반력 분산 위치에서, 진동자 유닛에 맞닿는 억제부가 유지부에 구비되어 있다. 이 때문에, 진동자 유닛의 자유단에 구비되어 있는 압압부가 접합 예정부에 대고 눌러지는 가압력의 반력의 일부를, 억제부에서 받는 것이 가능해져, 진동자 유닛의 휨 변형이 억제된다. 그 결과, 가압 샤프트에 의한 가압력을 크게 할 수 있으며, 압압부에서의 접합 예정부에 대한 압력이 높아지고, 양호한 초음파 접합이 가능해진다. 또, 접합부의 폭을 넓게 하는 것도 가능해지고, 평판형 부재끼리의 초음파 접합도 용이해진다.

특히, 주유지 위치와 반력 분산 위치가, 서로 다른 상기 진동 노드의 위치에 위치 맞춤되어 있음으로써, 진동자 유닛에서의 초음파 진동이, 주유지 위치에서의 유지부의 유지에 의해 저해될 우려가 적어짐과 더불어, 진동자 유닛에서의 초음파 진동을 억제부가 저해할 우려가 적어진다.

도 1a는 본 발명의 한 실시형태에 따른 초음파 접합 헤드의 개략 사시도이다.
도 1b는 도 1a에 나타내는 초음파 접합 헤드의 정면도와 진동 노드의 관계를 나타내는 개략도이다.
도 1c는 도 1b에 나타내는 초음파 접합 헤드의 배면도이다.
도 1d는 도 1b에 나타내는 초음파 접합 헤드의 평면도이다.
도 1e는 도 1b에 나타내는 초음파 접합 헤드의 저면도이다.
도 1f는 도 1b에 나타내는 초음파 접합 헤드의 좌측면도이다.
도 1g는 도 1b에 나타내는 초음파 접합 헤드의 우측면도이다.
도 1h는 도 1a에 나타내는 초음파 진동자 유닛의 정면도이다.
도 1i는 도 1h에 나타내는 초음파 진동자 유닛의 배면도이다.
도 1j는 도 1h에 나타내는 초음파 진동자 유닛의 평면도이다.
도 1k는 도 1h에 나타내는 초음파 진동자 유닛의 저면도이다.
도 1l은 도 1h에 나타내는 초음파 진동자 유닛의 좌측면도이다.
도 1m은 도 1h에 나타내는 초음파 진동자 유닛의 우측면도이다.
도 2a는 도 1a에 나타내는 초음파 접합 헤드를 포함하는 초음파 접합 장치의 전체 구성도이다.
도 2b는 도 2a에 나타내는 초음파 접합 장치를 이용한 초음파 접합 방법의 한 공정을 나타내는 개략도이다.
도 3은 도 2의 계속을 나타내는 개략도이다.
도 4는 도 3의 계속을 나타내는 개략도이다.
도 5a는 도 4의 계속을 나타내는 개략도이다.
도 5b는 도 5a의 계속을 나타내는 개략도이다.
도 6은 도 1b에 나타내는 초음파 접합 헤드의 변형예를 나타내는 개략도이다.

이하, 본 발명을, 도면에 나타내는 실시형태에 의거하여 설명한다.

제1 실시형태

도 1a~도 1m에 의거하여, 초음파 접합 헤드(40)에 대해 설명한다. 본 실시형태의 초음파 접합 헤드(40)는, 초음파 진동자 유닛(50)과, 초음파 진동자 유닛(50)을 유지하는 유지부(60)와, 유지부(60)에 연결되어 유지부(60) 및 초음파 진동자 유닛(50)을 Z축 방향으로 이동시키는 가압 샤프트(80)를 갖는다.

도 1h~도 1m에 나타내는 바와 같이, 진동자 유닛(50)은, 초음파혼(52), 부스터(54) 및 진동원 커버(56)를 가지며, 이들이 X축을 따라, 이 순서로 늘어서 연결되어 있다. 진동원 커버(56)의 내부에는, 도시 생략되어 있는 진동원이 수용되어 있다. 진동원으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 압전 소자가 예시된다.

진동원은, 진동원 커버(56)의 내부에서 위치 결정되어 고정되어 있지만, 후술하는 보조 유지부(70)(도 1a 참조)에는, 직접적으로는 고정되어 있지 않다. 진동원은, 전력으로 진동하도록 되어 있으며, 진동원에 전력을 공급하기 위해, 진동 커버(56)의 X축 방향의 후단으로부터 케이블(58)이 튀어나와 있다.

도 1a에 나타내는 바와 같이, 진동원 커버(56)의 내부에 수용되어 있는 진동원의 X축 방향의 전방(초음파혼(52)의 선단 방향)에는, 부스터(54)가 고정되어 연결되어 있다. 부스터(54)로서는, 초음파 접합 장치에 이용되는 일반적인 부스터가 이용되며, X축 방향으로 연장되어 있다. 진동원과 부스터(54)의 연결은, 예를 들면 나사 결합에 의해 행해진다.

부스터(54)의 X축 방향의 선단에는, 초음파혼(52)이 고정되어 연결되어 있다. 부스터(54)와 초음파혼(52)의 연결은, 진동원과 부스터(54)의 연결과 동일한 수단으로 행해진다. 본 실시형태에서는, 부스터(54)는, 외경이 축방향을 따라 변화하는 원기둥 샤프트 형상을 갖고 있다.

초음파혼(52)은, 축방향으로 긴 특수한 각기둥 형상을 가지며, 그 X축 방향의 선단에서, Z축 방향의 하단에는, Z축 방향으로 튀어 나와 있으며 Y축 방향으로 선형으로 연장되어 있는 압압부(52a)가 형성되어 있다. 압압부(52a)의 Y축 방향의 폭은, 초음파 접합해야 할 접합 예정부의 Y축 방향의 폭 등에 따라 결정된다. 또, 도 5a에 나타내는 압압부(52a)의 X축 방향의 폭(X2)은, 후술하는 바와 같이, 접합 예정부의 X축 방향의 폭 등에 따라 결정되며, 특별히 한정되지 않지만, 본 실시형태에서는 0.2~2.0mm이다.

도 1b에 나타내는 바와 같이, 진동원 커버(56)의 내부에 수용되어 있는 진동원은, X축 방향으로 진동하도록 구성되어 있으며, 그 진동은, 부스터(54)에 의해 증폭되어, 초음파혼(52)으로 전달되며, 압압부(52a)에서 진폭이 커지도록 구성되어 있다. 초음파혼(52), 부스터(54) 및 진동원으로 이루어지는 진동자 유닛(50)은, 그들의 중심축(길이축)(X0)을 가지며, 길이축(X0)(X축에 평행)을 따라 진동하고, 그 진동(정재파)의 진폭(V)이 큰 곳(진동의 배)과, 진폭(V)이 최소(0)가 되는 곳(진동 노드)을 갖는다. 본 실시형태에서는, 도시하는 바와 같이, 진동 노드가 길이축(X0)을 따라 적어도 2개 갖고 있다.

진동자 유닛(50)은, 길이축(X0)을 따라 선단(압압부(52a)측)이 자유단(자유로운 움직임이 가능한 단)이 되도록, 유지부(60)에 의해 주유지 위치(P3)에서 유지되어 있다. 주유지 위치(P3)는, 본 실시형태에서는, 부스터(54)의 도중 위치에 있으며, 초음파혼(52)의 선단보다는 진동원에 가까운 쪽의 진동 노드의 위치에 있다.

유지부(60)의 길이축(X0)을 따라 후단에는, 보조 유지부(70)가 볼트 등에 의해 연결되어 있으며, 보조 유지부(70)는, 부유지 위치(P4)에서 진동원 커버(56)를 유지하고 있다. 부유지 위치(P4)는, 진동원에 가장 가까운 위치에 위치하는 진동 노드의 위치에 있는 것이 바람직하지만, 반드시 진동 노드의 위치에 있을 필요는 없다. 부유지 위치(P4)에서는, 보조 유지부(70)가 진동 커버(56)를 유지하지만, 진동원 자체를 유지하고 있는 것은 아니기 때문이다.

본 실시형태에서는, 초음파혼(52)의 선단 하부가 압압부(52a)가 된다. 압압부(52a)는, X0을 따라 평행한 방향으로 초음파로 진동하는 진동의 진폭(V)이 최대한으로 커지는 진동의 배의 선단 위치(P1)에 위치하도록, 진동자 유닛(50)에 진동원이 장착되어 있다.

본 실시형태에서는, 유지부(60)가 진동자 유닛(50)의 부스터(54)를 유지하는 주유지 위치(가압력의 하중점)(P3)로부터, 길이축(X0)을 따라 진동자 유닛(50)의 자유단(선단 위치(P1)/작용점)을 향한 도중에 있는 반력 분산 위치(지지점)(P2)에서, 진동자 유닛(50)에 맞닿는(접촉할 뿐이며 고정되어 있지 않다) 억제 핀(억제부)(90)이 유지부(60)에 구비되어 있다.

가압 샤프트(80)의 축심(Z0)은, 수직축인 Z축과 대략 평행하며, 주유지 위치(P3)와 반력 분산 위치(P2)의 사이에 위치하도록, 가압 샤프트(80)가 고정반(82)을 통해 유지부(60)에 연결되어 있다. 가압 샤프트(80)는, 길이축(X0)에 대략 수직인 수직축인 Z축을 따라 진동자 유닛(50)이 이동하도록 유지부(60)에 연결되며, 압압부(52a)를 접합 예정부(도 1b에서는 도시 생략)에 대고 누르는 힘을 전달하도록 되어 있다.

본 실시형태에서는, 진동자 유닛(50)의 자유단에 가장 가까운 진동 노드의 반력 분산 위치(P2)에서, 억제 핀(90)의 맞닿음부(92)가 진동자 유닛(50)의 초음파혼(52)에 맞닿도록, 억제 핀(90)이 유지부(60)에 부착되어 있다. 억제 핀(90)이 진동자 유닛(50)에 맞닿는 위치(P2)와, 압압부(52a)가 접합 예정 부분에 맞닿는 위치(P1)는, 길이축(X0)을 따라 다르며, 또한, Z축을 따라 길이축(X0)의 서로 반대측에 위치한다.

본 실시형태에서는, 진동자 유닛의 초음파혼(52)에 맞닿는 억제 핀(90)의 맞닿음부(92)의 표면에는, 길이축(X0)을 따른 혼(52)과 맞닿음부(92)의 상대 이동을 향상시키는 저마찰 처리가 실시되어 있다. 저마찰 처리로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 맞닿음부(92)를 불소수지 등의 저마찰 부재로 구성하는 것이 생각된다. 또 맞닿음부(92)의 표면에, 파라핀 왁스, 납 등의 저마찰 부재를 도포 또는 형성해도 되고, 불소수지 테이프를 붙이는 것과 같은 수법이어도 된다.

억제 핀(90)의 맞닿음부(92)의 사이즈는, 특별히 한정되지 않지만, 반력 분산 위치(P2)에 가해지는 선단 위치(P1)로부터의 반력을 받기 위해 충분한 사이즈이며, 또한 마찰력을 저감하기 위해 가능한 한 작은 것이 바람직하다. 맞닿음부(92)의 Y축 방향의 폭은, 초음파혼(52)의 Y축 방향의 폭과 동등 혹은 작고, 혼의 진동을 저해하지 않는 관점에서는 보다 작은 편이 바람직하다. 또, 맞닿음부(92)의 X축 방향의 폭은, 초음파혼(52)의 X축 방향의 길이와 동등 혹은 작고, 혼의 진동을 저해하지 않는 관점에서는 보다 작은 편이 바람직하다. 억제 핀(90)의 외경은, 맞닿음부(92)의 외경보다 작아도 되지만, 반력을 받을 수 있는 정도의 사이즈인 것이 바람직하다.

도 1a에 나타내는 바와 같이, 유지부(60)는, 상측 유지부(62)과 하측 유지부(63)를 가지며, 이들이, 도 1b에 나타내는 주유지 위치(P3)에서 서로 볼트 등으로 연결됨으로써, 진동자 유닛(50)의 부스터(54)를 그 전체 둘레로 유지하고 있다. 또한, 유지부(60)의 상측 유지부(62)와 하측 유지부(64)는, X축 방향의 소정폭으로 부스터(54)에 접촉되어 있지만, 부스터(54)의 외주에는 커버가 형성되어 있으며, 그 커버의 외주를 유지부(60)가 유지함으로써, 유지부(60)는, 실질적으로 주유지 위치(P3)의 위치에서 부스터(54)를 유지하고 있게 된다.

상측 유지부(62)에는, 초음파혼(52)의 선단 방향으로 X축을 따라 연장되어 초음파혼(52)의 Z축 위쪽을 덮는 압력 전달 블록(63)이 일체적으로 형성되어 있다. 압력 전달 블록(63)은, 억제 핀(90) 이외에서는, 초음파혼(52)에는 접촉하지 않도록 되어 있다. 압력 전달 블록(63)의 상면에는 고정반(82)이 고정되어 있으며, 가압 샤프트(80)는, 고정반(82)을 통해 유지부(60)에 고정되어 있다.

유지부(60)의 상측 유지부(62)에는, 보조 유지부(70)의 상측 유지부(72)에 일체로 형성되어 있는 부착용 플랜지(73)가 볼트 등으로 고정되어 있으며, 상측 유지부(72)는, 하측 유지부(74)와 조합되어, 진동원 커버(56)의 외주를, 도 1b에 나타내는 부유지 위치(P4)에서 유지하고 있다.

본 실시형태에 따른 초음파 접합 헤드(40)에서는, 초음파혼(52)을 포함하는 진동자 유닛(50)을, 길이축(X0)을 따라 기단측을 유지부(60)가 캔틸레버 빔형으로 유지하고 있으므로, 압압부(52a)에서의 초음파 진동을 증대시킬 수 있으며, 또한, 진동자 유닛(50)을 양측에서 유지하는 경우에 비해, 헤드(40)를 포함하는 장치의 소형화를 도모할 수 있다.

또, 본 실시형태의 초음파 접합 헤드(40)에서는, 길이축(X0)을 따라 진동자 유닛(50)의 자유단을 향한 도중에 있는 반력 분산 위치(P2)에서, 진동자 유닛(50)에 맞닿는 억제 핀(90)이 유지부(60)에 구비되어 있다. 이 때문에, 진동자 유닛(50)의 자유단에 구비되어 있는 압압부(52a)가 접합 예정부에 대고 눌러지는 가압력의 반력의 일부를, 억제 핀(90)으로 받는 것이 가능해지며, 진동자 유닛(50)의 휨 변형이 억제된다. 그 결과, 가압 샤프트(80)에 의한 가압력을 크게 할 수 있으며, 압압부(52a)에서의 접합 예정부에 대한 압력이 높아지고, 양호한 초음파 접합이 가능해진다. 또, 접합부의 Y축 방향의 폭을 넓게 하는 것도 가능해지고, 평판형 부재끼리의 초음파 접합도 용이해진다.

또, 진동자 유닛(50)의 자유단에 가장 가까운 진동 노드의 위치(P2)에서, 억제 핀(90)이 진동자 유닛(50)에 맞닿도록, 억제 핀(90)이 유지부(60)에 부착되어 있다. 이와 같이 구성함으로써, 억제 핀(90)으로 받을 수 있는 가압력의 반력이 증대하며, 진동자 유닛(50)의 휨 변형이 효과적으로 억제된다. 그 결과, 가압 샤프트(80)에 의한 가압력을 크게 할 수 있으며, 압압부(52a)에서의 접합 예정부에 대한 압력이 높아지고, 초음파 접합의 신뢰성이 향상된다. 또, 접합부의 Y축 방향폭을 보다 넓게 하는 것도 가능해지고, 평판형 부재끼리의 초음파 접합도 더욱 용이해진다.

또, 진동 노드의 위치(진동의 진폭이 가장 작아지는 위치)(P2)에서, 억제 핀(90)이 진동자 유닛(50)에 맞닿음으로써, 진동자 유닛(50)에서의 초음파 진동을 억제 핀(90)이 저해하는 경우는 적다.

또한, 억제 핀(90)이 진동자 유닛(50)에 맞닿는 위치(P2)와, 압압부(52a)가 접합 예정 부분에 맞닿는 위치(P1)는, 길이축(X0)을 따라 다르며, 또한, Z축을 따라 길이축(X0)의 서로 반대측에 위치한다. 억제 핀(90)은, 압압부(52a)로부터의 반력을 받아 진동자 유닛(50)의 휨을 억제하도록, 필요 최소한의 범위에서, 진동자 유닛(50)과 접촉하게 되어, 진동자 유닛(50)에서의 초음파 진동을 억제 핀(90)의 맞닿음부(92)가 저해하는 경우가 더욱 적어진다.

또 가압 샤프트(80)의 축심(Z0)은, Z축과 대략 평행하며, 주유지 위치(P3)와 반력 분산 위치(P2)의 사이에 위치하도록, 가압 샤프트(80)가 유지부(60)에 연결되어 있다. 이와 같이 구성함으로써, 가압 샤프트(80)로부터의 가압력을 압압부(52a)에 효과적으로 전달하여, 압압부(52a)로부터 접합 예정부에 가하는 압력을 높일 수 있으며, 초음파 접합의 신뢰성이 향상된다.

또한, 진동자 유닛(50)은, 압압부(52a)가 길이축(X0)과 평행한 방향으로 초음파 진동하도록, 진동자 유닛(50)에 진동원이 장착되어 있다. 압압부(52a)가 길이축(X0)과 평행한 방향으로 초음파 진동함으로써, 그 길이축(X0)에 평행한 방향을 따라 미세한 금속 패턴 상호의 초음파 접합이 용이해진다.

본 실시형태에 따른 초음파 접합 헤드(40)는, 반드시 스테이지를 요한다고는 하지 않지만, 일반적인 스테이지를 갖고 있어도 되고, 혹은, 후술하는 제3 실시형태에 나타내는 바와 같이, 접합해야 할 제1 평면 부재와 제2 평면 부재가 설치되는 특수한 스테이지를 더 갖고 있어도 된다.

본 실시형태에 따른 초음파 접합 방법은, 상기의 초음파 접합 헤드(40)를 이용하여, 접합 예정 부분을 초음파 접합한다. 구체적으로는, 본 실시형태의 초음파 접합 방법은, 길이축(X0)을 따라 진동자 유닛(50)의 선단이 자유단이 되도록, 진동자 유닛(50)의 길이축(X0)을 따라 기단측을 캔틸레버 빔형으로 유지하는 공정을 갖는다. 다음으로, 접합해야 할 접합 예정 부분에, 진동자 유닛(50)의 선단에 구비되어 있는 압압부(52a)를 대고 눌러, 당해 압압부(52a)를 길이축(X0) 방향으로 초음파 진동시킨다.

그리고, 유지부(60)가 진동자 유닛(50)을 주로 유지하는 위치를 주유지 위치(P3)로 하고, 유지부(60)에 구비되어 있는 억제 핀(90)이 진동자 유닛(50)에 맞닿는 위치를 반력 분산 위치(P2)로 한 경우에, 진동자 유닛(50)에는, 길이축(X0)을 따라 2개 이상의 진동 노드가 존재하며, 주유지 위치(P3)와 반력 분산 위치(P2)가 서로 다른 진동 노드의 위치에 위치 맞춤되어 있다.

본 실시형태에 따른 초음파 접합 방법에서는, 초음파혼(52)을 포함하는 진동자 유닛(50)을, 길이축(X0)을 따라 기단측을 유지부(60)가 캔틸레버 빔형으로 유지하고 있으므로, 압압부(52a)에서의 초음파 진동을 증대시킬 수 있으며, 또한, 진동자 유닛(50)을 양측에서 유지하는 경우에 비해, 장치의 소형화를 도모할 수 있다.

또, 주유지 위치(P3)와 반력 분산 위치(P2)가, 서로 다른 진동 노드의 위치에 위치 맞춤되어 있음으로써, 진동자 유닛(50)에서의 초음파 진동이, 주유지 위치(P3)에서의 유지부(60)의 유지에 의해 저해될 우려가 적어짐과 더불어, 진동자 유닛(50)에서의 초음파 진동을 억제 핀(90)이 저해할 우려가 적어진다.

제2 실시형태

제2 실시형태에 따른 초음파 접합 헤드는, 제1 실시형태에 따른 초음파 접합 헤드(40)에 대해, 도 1b에 나타내는 주유지 위치(P3)와 반력 분산 위치(P2)가, 도 6에 나타낸 것과 같이, X축을 따라 서로 반대인 것 이외는, 제1 실시형태와 동일하다. 즉, 진동자 유닛(50)의 길이축(X0)을 따라, 진동자 유닛(50)의 선단으로부터 기단을 향해, 주유지 위치(P3)와 반력 분산 위치(P2)가, 이 순서로 배치되어 있다.

주유지 위치(P3)에서는, 유지부(60)가 진동자 유닛(50)을 유지하고, 반력 분산 위치(P2)에서는, 억제 핀(90)이 진동자 유닛(50)의 외주의 일부에 맞닿고 있다. 그 억제 핀(90)이 맞닿는 위치는, 초음파혼(52)이어도 되고, 부스터(54)여도 된다. 또 유지부(60)는, 초음파혼(52)을 유지해도 되고, 부스터(54)를 유지해도 된다.

제2 실시형태에 따른 초음파 접합 헤드(50)에서도, 초음파혼(52)을 포함하는 진동자 유닛(50)을, 길이축(X0)을 따라 기단측을 유지부(60)가 캔틸레버 빔형으로 유지하고 있으므로, 압압부(52a)에서의 초음파 진동을 증대시킬 수 있으며, 또한, 진동자 유닛(50)을 양측에서 유지하는 경우에 비해, 장치의 소형화를 도모할 수 있다.

제3 실시형태

제3 실시형태에서는, 도 1h~도 1m에 나타내는 진동자 유닛(50)이 장착된 도 1a~도 1g에 나타내는 본 발명의 한 실시형태에 따른 초음파 접합 헤드(40)를 갖는 도 2a에 나타내는 초음파 접합 장치(2)를 이용하여, 도 2b~도 5b에 나타내는 초음파 접합 방법을 행하여, 도 5b에 나타내는 기판 접합체(8)를 제조하는 방법을 설명한다.

도 5b에 나타내는 바와 같이, 기판 접합체(8)는, 제1 평면 부재로서의 전자 제어 기판(4)과, 제2 평면 부재로서의 플렉시블 기판(6)을 갖는다. 전자 제어 기판(4)은, 예를 들면 액정 표시 패널, 유기 EL 표시 패널, 혹은 그 외의 표시 패널이어도 되고, 예를 들면 유리 기판을 포함하고 있어도 된다.

플렉시블 기판(6)은, 전자 제어 기판(4)에, 어떠한 신호와 전력을 공급하기 위한 기판이며, 전자 제어 기판(4)의 배선 패턴(4a)과, 플렉시블 기판(6)의 배선 패턴(6a)이, 패턴마다 전기적으로 접속되어 있다.

또한 도 5b에 나타내는 기판 접합체(8)에서는, 배선 패턴(4a)과 배선 패턴(6a)이 초음파 접합된 후에는, 플렉시블 기판(6)은, 전자 제어 기판(4)의 배선 패턴(4a)측의 단부로부터 이면측으로 구부러져, 예를 들면 스마트폰의 케이싱의 내부에 수용된다. 이와 같이 구성함으로써, 케이싱의 외형 사이즈에 가까운 전면을, 전자 제어 기판(4)의 표시 화면으로서 이용할 수 있다.

이러한 관점에서는, 배선 패턴(4a)과 배선 패턴(6a)의 X축 방향의 중복폭(x1)(도 5a 참조)은, 예를 들면 0.5mm 이하, 바람직하게는 0.2mm 이하로, 가능한 한 작게 하는 것이 요구되고 있다. 또, 화면 표시의 고미세화와 함께, 배선 패턴(4a) 및 배선 패턴(6a)의 Y축 방향의 배선 피치 간격은, 예를 들면 수십 μm 이하, 바람직하게는 20μm 이하 정도로 작아져 오고 있다. 또한, 도면에서는, 기판(6)의 두께가 기판(4)과 동일한 정도의 두께로 그려져 있지만, 실제로는, 기판(6)의 두께는, 기판(4)의 두께와 비교하여 작지만, 동일해도 반대여도 된다.

본 실시형태에서는, 전자 제어 기판(4)의 배선 패턴(4a)과, 플렉시블 기판(6)의 배선 패턴(6a)을, 패턴마다 전기적으로 접속하기 위해, 도 2a에 나타내는 초음파 접합 장치(2)를 이용하고 있다.

도 2a에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 초음파 접합 장치(2)는, 접합해야 할 전자 제어 기판(4)과 플렉시블 기판(6)이 설치되는 스테이지(10)와, 전자 제어 기판(4)과 전 플렉시블 기판(6)의 적층 부분에 대고 눌러지는 압압부(52a)를 갖는 초음파 진동자 유닛(50)을 갖는 초음파 접합 헤드(40)를 갖는다. 초음파 접합 헤드(40)는, 제1 실시형태와 동일한 헤드(40)이지만, 다른 초음파 접합 헤드를 이용해도 된다.

스테이지(10)의 Z축 방향의 상부에는, 반송 헤드(20)가, 스테이지(10)에 대해 X축, Y축 및 Z축 방향으로 상대 이동 가능하게 배치되어 있다. 또한, 스테이지(10)의 Z축 방향의 상부에는, 반송 헤드(20)와는 Z축 방향의 위치가 어긋나도록, 카메라(30)가 스테이지(10)에 대해, 적어도 X축 및 Y축 방향으로 상대 이동 가능하게 배치되어 있다. 또한 카메라(30)도, 반송 헤드(20)와 동일하게, 스테이지(10)에 대해 Z축 방향으로 상대 이동 가능하게 배치해도 된다.

또 초음파 접합 헤드(40)는, 반송 헤드(20) 및 카메라(30)와는 충돌하지 않는 위치에서, 스테이지(10)에 대해 X축, Y축 및 Z축 방향으로 상대 이동 가능하게 배치되어 있다. 상대 이동 가능하다는 것은, 한쪽이 다른 쪽에 대해 이동해도 되고, 다른 쪽이 한쪽에 대해 이동해도 되고, 혹은, 한쪽과 다른 쪽이 서로 이동해도 된다고 하는 취지이며, 한쪽과 다른 쪽의 상대 위치가 변화한다.

스테이지(10), 초음파 접합 헤드(40), 흡착 헤드(20) 및 카메라(30)의 상대 이동 기구의 제어는, 도시 생략되어 있는 제어 수단에 의해 행해진다. 제어 수단은, 장치(2)의 제어 장치를 겸하고 있어도 되고, 카메라(30)에 의해 취득한 화상의 화상 처리, 후술하는 흡착구멍(11, 12, 14)의 부압 제어도 행하고 있어도 된다. 제어 수단으로서는, 전용의 제어 회로여도 되고, 제어 프로그램을 갖는 범용의 컴퓨터로 구성되어 있어도 된다.

또한 도면에 있어서, X축, Y축 및 Z축은 서로 대략 수직이며, Z축은, 장치(2)의 높이방향과 일치하고, X축은, 전자 제어 기판(4) 또는 플렉시블 기판(6)의 길이방향과 일치하며, Y축은, 전자 제어 기판(4) 또는 플렉시블 기판(6)의 폭방향과 일치한다. 또 X축 및 Y축은, 전자 제어 기판(4)의 표시면에 대략 평행하다.

스테이지(10)의 Z축 상면에는, 적어도 전자 제어 기판(4)이 설치되는 저위측 표면(10a)과, 저위측 표면(10a)에 대해 소정의 단차 높이(z1)로 높은 위치에 있는 고위측 표면(10b)과, 저위측 표면(10a)과 고위측 표면(10b)의 경계에 위치하는 단차 벽면(10c)이 형성되어 있다. 저위측 표면(10a)과 고위측 표면(10b)은, 각각 X-Y축 평면에 대해 대략 평행하며, 단차 벽면(10c)은, Z-Y축 평면에 대해 대략 평행하다.

저위측 표면(10a)에는, 전자 제어 기판(4)이 설치되는 접합 위치(10a1)와, 접합 위치(10a1)로부터 X축 방향(또는 Y축 방향)으로 떨어져 플렉시블 기판(6)이 가설치되는 대기 위치(10a2)가 형성되어 있다. 접합 위치(10a1)에 위치하는 저위측 표면(10a)에는, 스테이지(10)의 내부에 형성되어 있는 복수의 제1 흡착구멍(12)이 개구되어 있다. 또, 대기 위치(10a2)에 위치하는 저위측 표면(10a)에는, 스테이지(10)의 내부에 형성되어 있는 복수의 대기 흡착구멍(11)이 개구되어 있다.

제1 흡착구멍(12)에 부압이 작용함으로써, 접합 위치(10a1)에 재치(載置)된 전자 제어 기판(4)을, 접합 위치(10a1)에서 저위측 표면(10a)에 착탈 가능하게 흡착 가고정할 수 있다. 접합 위치(10a1)에서는, 전자 제어 기판(4)은, 기판(4)에 형성되어 있는 배선 패턴(4a)의 접속 예정부가 Z축 방향의 위를 향하도록, 또한, 기판(4)의 배선 패턴(4a)의 접속 예정부측의 단부가 단차 벽면(10c)에 부딪치도록(접촉하도록) 배치된다. 전자 제어 기판(4)을, 접합 위치(10a1)에서 저위측 표면(10a)의 상술한 소정 위치에 배치하기 위한 수단으로서는, 예를 들면 도 2a에 나타내는 흡착 헤드(20)를 이용해도 되고, 혹은, 이와는 다른 흡착 헤드를 이용해도 된다.

또, 대기 흡착구멍(11)에 부압이 작용함으로써, 대기 위치(10a2)에 재치된 플렉시블 기판(6)을, 대기 위치(10a2)에서 저위측 표면(10a)에 착탈 가능하게 흡착 가고정할 수 있다. 대기 위치(10a2)에서는, 플렉시블 기판(6)은, 기판(6)에 형성되어 있는 배선 패턴(6a)의 접속 예정부가 Z축 방향의 아래를 향하도록, 또한, 기판(6)의 배선 패턴(6a)의 접속 예정부측의 단부가 전자 제어 기판(4)과는 X축 방향의 반대측을 향하도록 배치된다. 플렉시블 기판(6)을, 대기 위치(10a2)에서 저위측 표면(10a)의 상술한 소정 위치에 배치하기 위한 수단으로서는, 예를 들면 도 2a에 나타내는 흡착 헤드(20)를 이용한다.

본 실시형태에서는, 단차 벽면(10c)의 단차 높이(Z1)는, 전자 제어 기판(4)의 두께(t0)와 동등 이하이며, 이들의 차이(t0-z1)는, 바람직하게는, 0~20μm, 더욱 바람직하게는 10~20μm이다.

스테이지(10)의 고위측 표면(10b)에는, 단차 벽면(10c)의 가까이에서, 스테이지(10)의 내부에 형성되어 있는 복수의 제2 흡착구멍(14)이 개구되어 있다. 제2 흡착구멍(14)에 부압이 작용함으로써, 도 4에 나타내는 바와 같이, 고위측 표면(10b)에 재치된 플렉시블 기판(6)을, 단차 벽면(10c)의 가까이에서 고위측 표면(10b)에 착탈 가능하게 흡착 가고정할 수 있다. 플렉시블 기판(6)을, 단차 벽면(10c)의 가까이에서 고위측 표면(10a)에 배치하기 위한 수단으로서는, 예를 들면 흡착 헤드(20)를 이용한다.

다음으로, 도 2a에 나타내는 초음파 접합 장치(2)를 이용한 초음파 접합 방법에 대해 설명한다. 도 2b에 나타내는 바와 같이, 우선, 대기 위치(10a2)의 저위측 표면(10a)에 개구되어 있는 대기 흡착구멍(11)의 부압을 해제하고, 흡착 헤드(20)에 의해, 대기 위치(10a2)에 위치하고 있는 플렉시블 기판(6)을 Z축 방향의 상부로 들어 올린다. 흡착 헤드(20)는, 예를 들면 흡인력에 의해 헤드 하면에 기판(6)을 흡착 유지하는 기구를 갖는다.

그 후에, 도 3에 나타내는 바와 같이, 흡착 헤드(20)를 기판(6)과 함께, 스테이지(10)에 대해 X축 방향으로 이동시킨다. 또한, 스테이지(10)를 X축 방향으로 이동시켜도 된다. 흡착 헤드(20)에 유지된 기판(6)은, 단차 벽면(10c) 가까이의 고위측 표면(10b) 상에 위치하도록, 흡착 헤드(20)가 스테이지(10)에 대해 X축 방향으로 상대 이동한다. 그 이동 제어는, 제어 수단에 의해 행해진다.

또, 기판(6)의 배선 패턴(6a)의 접속 예정부가, 기판(4)의 배선 패턴(4a)의 접속 예정부와 정확하게 위치 맞춤되도록, 배선 패턴(4a)과 배선 패턴(6a)의 사이에는 카메라(30)가 들어가, 이들의 위치 관계를 촬상하고, 제어 수단에서는, 이들의 화상 처리를 행한다. 그 화상 처리 결과에 의거하여, 제어 수단은, 기판(6)의 배선 패턴(6a)의 접속 예정부가, 기판(4)의 배선 패턴(4a)의 접속 예정부와 정확하게 위치 맞춤되도록, 흡착 헤드(20)를, 스테이지(10)에 대해 X축 및 Y축 방향으로 상대적으로 이동시킨다. 또 필요에 따라, 제어 수단은 이동 기구를 제어하고, 흡착 헤드(20)를, 스테이지(10)에 대해 흡착 헤드의 축심 둘레로 회전 이동도 행하게 해도 된다.

다음으로, 카메라(30)는, 기판(6)과 스테이지(10)의 사이로부터 X축 방향으로 이동하고, 흡착 헤드(20)의 Z축 방향의 이동을 저해하지 않는 위치로 퇴피한다. 그 후에, 도 4에 나타내는 바와 같이, 흡착 헤드(20)는 스테이지(10)의 고위측 표면(10b)에 가까워지고, 기판(6)으로의 흡착 유지를 해제하며, 기판(6)을 고위측 표면(10b) 상에 재치한다. 동시에, 제2 흡착구멍(14)에 부압이 작용하여, 기판(6)을 고위측 표면(10b) 상에 흡착 유지한다. 그 상태로, 기판(6)의 X축 방향의 단부 하면과 기판(4)의 X축 방향의 단부 상면이 겹쳐, 단차 벽면(10c)에 대응하는 위치에서 적층 부분이 형성된다. 적층 부분에서는, 배선 패턴(4a)의 접합 예정부와 배선 패턴(6a)의 접합 예정부가 마주보게 된다.

다음으로, 도 5a에 나타내는 바와 같이, 스테이지(10)를, 흡착 헤드(20) 및 카메라(30)에 대해 X축 방향으로 상대 이동시키고, 초음파 진동자 유닛(50)의 압압부(52a)를, 배선 패턴(6a, 4a)끼리의 적층 부분의 Z축 방향의 바로 위쪽 위치에 위치시킨다. 또한, 스테이지(10)의 단차 벽면(10c)에 대해, 초음파 진동자 유닛(50)의 압압부(52a)가 X축 방향의 소정 범위(x3) 내에서 저위측 표면(10a) 상에 위치하도록, 미리 스테이지(10)와 초음파 진동자 유닛(50)의 X축 상대 이동이 제어되어 있다.

즉, 초음파 진동자 유닛(50)의 압압부(52a)는, 단차 벽면(10c)으로부터 소정 범위(x3)에서 저위측 표면 상(10a)에 위치하는 적층부를 압압하도록, 이동 기구가 제어 수단으로 제어된다. 또한 소정 범위(x3)란, 0보다 크고, 적층부의 X축 방향 길이(x1)보다 작은 것이 바람직하다. 즉, 압압부(52a)가 고위측 표면(10b) 상에 위치하는 기판(6)의 표면을 압압하지 않도록 제어된다.

적층부의 X축 방향 길이(x1)는, 배선 패턴(4a, 6a)의 접속 예정부의 겹침 길이와도 일치하며, 예를 들면 0.5mm 이하, 바람직하게는 0.2mm 이하로, 가능한 한 작게 하는 것이 요구되고 있다. 또, 기판(4 및 6)의 겹침 부분(적층 부분)을 압압하는 압압부(52a)의 X축 방향의 길이(x2)는, 적층부의 X축 방향 길이(x1)와 동등 이상인 것이 바람직하고, 길이의 차(x2-x1)는, 바람직하게는, 0 이상이며 0.5mm, 더욱 바람직하게는 0.01~0.08mm이다.

다음으로, 도 5a 내지 도 5b에 나타내는 바와 같이, 초음파 진동자 유닛(50)을 스테이지(10)에 대해 Z축 방향의 아래쪽으로 상대 이동시키고, 초음파 진동자 유닛(50)의 압압부(52a)를, 기판(4와 6)의 적층 부분에 대고 눌러, 적층 부분에 Z축 방향의 압압력과 X축 방향의 초음파 진동을 가한다. 그 결과, X축 방향으로 길고 Y축 방향으로는 소정 피치 간격으로 배치되어 있는 적층 부분의 배선 패턴(4a, 6a)의 금속끼리가 초음파에 의해 고상 결합된다.

배선 패턴(4a, 6a)을 구성하는 금속으로서는, 초음파 접합 가능한 금속(합금을 포함한다)이면, 특별히 한정되지 않지만, 은, 금, 알루미늄, 혹은 이들을 주성분으로 하는 합금 등이 예시된다. 또한, 이들 금속의 표면(특히 알루미늄의 표면)에, 티탄 등을 주성분으로 하는 산화 방지막이 형성되어 있어도 된다.

본 실시형태에 따른 기판 접합체(8)의 제조 방법(초음파 접합 방법을 포함한다)에서는, 스테이지(10)의 표면에 단차 벽면(10c)이 있기 때문에, 이 단차 벽면(10c)을 이용하여, 전자 제어 기판(4)과 플렉시블 기판(6)의 위치 맞춤이 용이해지며, 이들 배선 패턴(4a, 6a)끼리의 초음파 접합이 가능해진다. 그 때문에, 예를 들면 수십 μm 이하 정도로 Y축 방향의 배선 피치 간격이 좁은 경우여도, 쇼트 불량 등을 발생시키지 않고, 전자 제어 기판(4)과 플렉시블 기판(6)의 전기적 접속을 도모하는 것이 용이해진다. 또한, 초음파의 진동의 방향은, 적층부의 적층 방향(Z축 방향)이 아니라, 접합되는 배선 패턴(4a, 6a)끼리의 길이방향을 따르는 방향인 것이 바람직하다.

또 최근에는, 스마트폰 등의 표시 화면 등과 같이, 장치의 케이싱 외형 사이즈 가까이까지 넓은 표시 화면이 요구되므로, 배선 패턴(4a, 6a)끼리의 접합 길이(x1)도 짧게 하지 않을 수 없으며, 그 접속 신뢰성이 문제가 되어져 오고 있다. 본 실시형태의 방법에 의하면, 초음파 접합에 의해 금속끼리의 고상 결합이 가능해지며, 접속의 신뢰성도 향상된다.

또한, 본 실시형태의 기판 접합체의 제조 방법에서는, 스테이지(10)의 표면에 단차 벽면(10c)이 있기 때문에, 전자 제어 기판(4)과 플렉시블 기판(6)의 적층부의 Y축 방향의 폭이, 예를 들면 60mm 이상으로 넓은 경우여도, 확실하게 배선 패턴끼리를 초음파 접합할 수 있다.

또 본 실시형태에서는, 초음파 진동자 유닛(50)의 압압부(52a)는, 단차 벽면(10c)으로부터 소정 범위에서 저위측 표면(10a) 상에 위치하는 적층부를 압압하도록, 이동 기구가 제어 수단으로 제어된다. 초음파 진동자 유닛(50)의 압압부(52a)는, 고위측 표면(10b) 상에 위치하는 플렉시블 기판(6)을 압압하지 않는 것이 바람직하고, 적층부만을 압압하여 초음파 접합하는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써, 배선 패턴의 단선 등을 발생시키지 않고, 배선 패턴(4a, 6a)끼리의 초음파 접합의 신뢰성이 더욱 향상된다.

그 외의 변형예

또한 본 발명은, 상술한 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 범위 내에서 다양하게 개변할 수 있다.

예를 들면, 전자 제어 기판(4)으로서는, 유리 기판을 포함하는 강성의 기판뿐만 아니라, 유연성을 갖는 플렉시블 기판이어도 된다.

또 상술한 실시형태에서는, 제2 평면 부재로서, 플렉시블 기판(6)을 이용하고 있지만, 특별히 한정되지 않는다.

또한 본 발명에서는, 접합 예정 부분으로서는, 기판끼리의 접합 예정 부분뿐만 아니라, 기판 이외의 접합 예정 부분의 초음파 접합에도 적용하는 것이 가능하다. 기판 이외의 접합으로서는, COMS 센서, CCD 센서, LED 등의 반도체 소자의 접합에도 적용할 수 있다. 또한, 본 발명의 초음파 접합 헤드 및 초음파 접합 장치는, 특히, 기판끼리의 접합에 이용하는 경우에 특히 효과적이다. 왜냐하면, 기판끼리의 접합 시에는, 접합되는 영역폭을 넓게 하는 등의 요청이 있으며, 종래에는, 장치가 대형이 되기 쉽지만, 본 발명에 의하면, 장치의 소형화를 도모하면서, 양호한 초음파 접합이 가능해지기 때문이다.

또한 상술한 실시형태에서는, 스테이지로서, 단차 벽면(10c)을 갖는 스테이지(10)를 이용하고 있지만, 단차 벽면이 없는 일반적인 스테이지를 이용해도 된다. 또 본 발명의 초음파 접합 헤드에 의하면, 반드시 스테이지가 없어도 된다.

또 상술한 실시형태에서는, 유지부(60)는, 부스터(54)를 유지하고 있지만, 초음파혼(52)의 진동 노드 부분을 유지해도 된다. 또 억제 핀(60)은, 초음파혼(52)이 아니라, 부스터(54)에 맞닿고 있어도 된다. 또 진동자 유닛으로서는, 초음파혼(52), 부스터(54) 및 진동원의 조합 이외여도 되고, 예를 들면 부스터(54)가 없는 진동자 유닛이어도 된다.

2 : 초음파 접합 장치
4 : 전자 제어 기판(제1 평면 부재)
4a : 배선 패턴
6 : 플렉시블 기판(제2 평면 부재)
6a : 배선 패턴
8 : 기판 접합체
10 : 스테이지
10a : 저위측 표면
10a1 : 접합 위치
10a2 : 대기 위치
10b : 고위측 표면
10c : 단차 벽면
11 : 대기 흡착구멍
12 : 제1 흡착구멍
14 : 제2 흡착구멍
20 : 반송 헤드
30 : 카메라
40 : 초음파 접합 헤드
50 : 초음파 진동자 유닛
52 : 초음파혼
52a : 압압부
54 : 부스터
56 : 진동원 커버
58 : 케이블
60 : 유지부
62 : 상측 유지부
63 : 압력 전달 블록
64 : 하측 유지부
70 : 보조 유지부
72 : 상측 유지부
73 : 부착용 플랜지
74 : 하측 유지부
80 : 가압 샤프트
82 : 고정반
90 : 억제 핀(억제부)
92 : 맞닿음부

Claims

접합해야 할 접합 예정 부분에 대고 눌러지는 압압부(押壓部)가 길이축의 선단측에 형성되어 있는 진동자 유닛과,
상기 길이축을 따라 상기 진동자 유닛의 선단이 자유단이 되도록, 상기 진동자 유닛의 상기 길이축을 따라 기단측을 캔틸레버형으로 유지하는 유지부와,
상기 길이축에 수직인 수직축을 따라 상기 진동자 유닛이 이동하도록 상기 유지부에 연결되어, 상기 압압부를 상기 접합 예정부에 대고 누르는 힘을 전달하는 가압 샤프트를 갖는 초음파 접합 헤드로서,
상기 길이축 상에 위치하는 반력 분산 위치에서, 상기 진동자 유닛에 맞닿는 억제부가, 상기 유지부에 구비되어 있으며, 상기 반력 분산 위치는, 상기 유지부가 상기 진동자 유닛을 유지하는 주유지 위치와 상기 진동자 유닛의 자유단 사이에 위치하며,
상기 유지부는, 상기 주유지 위치와는 상기 길이축을 따라 상이한 부유지 위치에서 상기 진동자 유닛의 진동원을 덮는 커버를 유지하는 보조 유지부를 더 가지며,
상기 반력 분산 위치는, 상기 진동자 유닛의 상기 자유단에 가장 가까운 진동 노드의 위치에 배치되며,
상기 부유지 위치는, 진동원에 가장 가까운 위치에 위치하는 진동 노드의 위치에 배치되며,
상기 주유지 위치는, 상기 반력 분산 위치와 상기 부유지 위치의 사이에 위치하는 진동 노드의 위치에 배치되는, 초음파 접합 헤드.
청구항 1에 있어서,
상기 진동자 유닛의 자유단에 가장 가까운 진동 노드의 위치에서, 상기 억제부가 상기 진동자 유닛에 맞닿도록, 상기 억제부가 상기 유지부에 부착되어 있는, 초음파 접합 헤드.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 억제부가 상기 진동자 유닛에 맞닿는 위치와, 상기 압압부가 상기 접합 예정 부분에 맞닿는 위치는, 상기 길이축을 따라 다르며, 또한, 상기 길이축의 서로 반대측에 위치하는, 초음파 접합 헤드.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 가압 샤프트의 축심은, 상기 수직축과 평행하며, 상기 주유지 위치와 상기 반력 분산 위치의 사이에 위치하도록, 상기 가압 샤프트가 상기 유지부에 연결되어 있는, 초음파 접합 헤드.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 진동자 유닛은, 상기 압압부가 상기 길이축과 평행한 방향으로 초음파 진동하도록, 상기 진동자 유닛에 진동원이 장착되어 있는, 초음파 접합 헤드.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 진동자 유닛에 맞닿는 상기 억제부의 표면에는, 상기 길이축을 따른 상대 이동을 향상시키는 저마찰 처리가 실시되어 있는, 초음파 접합 헤드.
삭제
접합해야 할 접합 예정 부분에 대고 눌러지는 압압부가 길이축의 선단측에 형성되어 있는 진동자 유닛과,
상기 길이축을 따라 상기 진동자 유닛의 선단이 자유단이 되도록, 상기 진동자 유닛의 상기 길이축을 따라 기단측을 캔틸레버형으로 유지하는 유지부와,
상기 길이축에 수직인 수직축을 따라 상기 진동자 유닛이 이동하도록 상기 유지부에 연결되어, 상기 압압부를 상기 접합 예정부에 대고 누르는 힘을 전달하는 가압 샤프트를 갖는 초음파 접합 헤드로서,
상기 유지부가 상기 진동자 유닛을 유지하는 위치를 주유지 위치로 하고,
상기 유지부에 구비되어 있는 억제부가 상기 진동자 유닛에 맞닿는 위치를 반력 분산 위치로 하고,
상기 유지부가 상기 진동자 유닛의 진동원을 덮는 커버를 유지하는 보조 유지부의 위치를 부유지 위치로 한 경우에,
상기 진동자 유닛에는, 상기 길이축을 따라 3개의 진동 노드가 존재하며,
상기 주유지 위치와 상기 반력 분산 위치와 상기 부유지 위치가, 서로 다른 상기 진동 노드의 위치에 위치 맞춤되어 있으며,
상기 진동자 유닛의 길이축을 따라, 상기 진동자 유닛의 선단으로부터 기단을 향해, 상기 주유지 위치와 상기 반력 분산 위치가 이 순서로 배치되어 있는, 초음파 접합 헤드.
초음파 접합 헤드를 이용하여 접합 예정 부분에 초음파 접합을 행하는 초음파 접합 장치로서,
상기 초음파 접합 헤드는 청구항 1 또는 청구항 8에 기재된 초음파 접합 헤드인 것을 특징으로 하는, 초음파 접합 장치.
청구항 1 또는 청구항 8에 기재된 초음파 접합 헤드를 이용하여, 접합 예정 부분을 초음파 접합하는 것을 특징으로 하는 초음파 접합 방법.
길이축을 따라 진동자 유닛의 선단이 자유단이 되도록, 상기 진동자 유닛의 상기 길이축을 따라 기단측을 캔틸레버형으로 유지하는 공정과,
접합해야 할 접합 예정 부분에, 진동자 유닛의 선단에 구비되어 있는 압압부를 대고 눌러, 당해 압압부를, 상기 길이축 방향으로 초음파 진동시키는 공정을 갖는 초음파 접합 방법으로서,
유지부가 상기 진동자 유닛을 유지하는 위치를 주유지 위치로 하고,
상기 유지부에 구비되어 있는 억제부가 상기 진동자 유닛에 맞닿는 위치를 반력 분산 위치로 하고,
상기 유지부가 상기 진동자 유닛의 진동원을 덮는 커버를 유지하는 보조 유지부의 위치를 부유지 위치로 한 경우에,
상기 진동자 유닛에는, 상기 길이축을 따라 3개의 진동 노드가 존재하며,
상기 주유지 위치와 상기 반력 분산 위치와 상기 부유지 위치가, 서로 다른 상기 진동 노드의 위치에 위치 맞춤되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 접합 방법.