TWI628023B - 超音波接合用工具及超音波接合裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係以提供一種良好地可保有超音波振動處理後之被接合材的接合性之構造的超音波接合用工具為目的。而且，屬於本發明之超音波接合用工具的接合工具(4)係在抵接前端部(4t)的突出區域(8)具有複數個突起部(80)。複數個突起部(80)係沿著屬於突出區域(8)之長邊方向的X方向而依各個長邊方向間隔(DX)均等地形成，在X方向中位於最外側的最外側突起部(80xe)，係從X方向中之突出區域(8)的端邊起隔開長邊方向端邊距離(EX)而配置。而且，複數個突起部(80)係配置成滿足第1配置條件{0.349≦EX/DX≦0.510}。

Description

超音波接合用工具及超音波接合裝置
本發明係關於一種超音波接合用工具，尤其關於太陽能電池等之製造中，使用於運用超音波振動來接合電極線的超音波接合裝置之超音波接合用工具。
作為對屬於被接合材之工件加壓(依需求加溫)並傳達超音波振動的前端金屬具，有一種超音波接合用工具，也稱為超音波接合用觸頭、超音波接合用焊頭(horn)。
超音波接合用工具的材料、構造及使用超音波接合用工具的超音波接合裝置的相關技術，例如揭露於專利文獻1至專利文獻4。在該等先前技術文獻中，關於超音波接合用工具，揭示有謀求提升對於被接合材之接合性和提升接合強度、以及低成本化的技術。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本特開2006-231402號公報
專利文獻2：日本特開2005-297055號公報
專利文獻3：日本特開2005-254323號公報
專利文獻4：日本特開2005-177812號公報
一般而言，上述的超音波接合用工具的前端部係具有在施加超音波振動時與被接合材相接的突出區域，且在該突出區域形成有複數個突出部。
另一方面，為了謀求對於被接合材的接合性、接合強度及實現低成本化，也有希望能藉由一次超音波接合動作對於被接合材處理廣範圍的接合區域之要求。為了實現此要求，必須將突出區域寬廣地形成，伴隨著使突出區域寬廣化，複數個突起部的形成數(以下，稱為「突起部形成數」)會增加。
然而，當使複數個突起部的突起部形成數增加過多時，則必然會在超音波接合後之被接合材的剝離強度產生變異，而有被接合材未保有良好的接合性之問題點。
本發明之目的係在於提供一種超音波接合用工具，其構造可解決如上述般的問題點，並且，即便使突起部形成數增多，也能良好地保有超音波振動處理後之被接合材的接合性。
本發明之超音波接合用工具係使用於超音波振動接合裝置者，該超音波振動接合裝置係對於配置在 基板之表面上的被接合材從上方進行加壓並施加超音波振動，而將前述被接合材接合於前述基板的表面上；在前述超音波接合用工具的前端部設有在施加超音波振動時與前述被接合材相接的突出區域；前述突出區域係具有彼此分離形成的複數個凸部，前述複數個凸部係沿著第1方向依各個第1間隔均等地形成，前述第1方向係前述突出區域的長邊方向；前述複數個凸部中之在前述第1方向中位於最外側的第1方向最外側凸部，係從前述第1方向中之前述突出區域的端部起隔開第1方向端部距離而配置；前述複數個凸部係配置成：在將前述第1間隔設為DX、將前述第1方向端部距離設為EX時，滿足第1配置條件{0.349≦EX/DX≦0.510}。
本發明之超音波接合用工具的突出區域，係具有沿著第1方向依各個第1間隔均等地形成之複數個凸部，複數個凸部係滿足上述之第1配置條件而配置。
因此，在使用本發明之超音波接合用工具所進行之超音波振動處理時，可將對被接合材所賦予的荷重分布設定為變異少之良好的分布，因此，具有本實施形態之接合工具4的超音波接合裝置100，即便使屬於複數個突起的形成數的突起部形成數增多，亦可達成下述效果：可抑制被接合材之剝離強度的變異，並保有被接合材對於基板之良好的接合性。
本發明之目的、特徵、態樣、及優點，可 藉由以下的詳細說明與所附圖式而更為明瞭。
1‧‧‧缸
4‧‧‧接合工具
4h‧‧‧前端握持部
4t‧‧‧抵接前端部
4tb‧‧‧底部
6‧‧‧振動焊頭部
8‧‧‧突出區域
8Lx‧‧‧端邊(端部)
8Ly‧‧‧端邊(端部)
10‧‧‧基板平台
11‧‧‧玻璃基板
11g‧‧‧太陽能電池薄膜
12‧‧‧引線
12p‧‧‧超音波接合點(施加部)
15‧‧‧控制部
16‧‧‧驅動部
17‧‧‧超音波振動子
20‧‧‧推壓機構(第1推壓機構)
21‧‧‧缸
22‧‧‧推壓構件
22j‧‧‧旋轉軸
23‧‧‧推壓輥(第1推壓輥)
25‧‧‧接合板
30‧‧‧推壓機構(第2推壓機構)
31‧‧‧缸
32‧‧‧推壓構件
32j‧‧‧旋轉軸
33‧‧‧推壓輥(第2推壓輥)
35‧‧‧接合板
80‧‧‧突起部(凸部)
80c‧‧‧中心位置
80xe‧‧‧X方向最外側突起部(第1方向最外側凸部)
80ye‧‧‧Y方向最外側突起部(第2方向最外側凸部)
100‧‧‧超音波接合裝置
d1‧‧‧前端面尺寸
d2‧‧‧裝設面尺寸
DR100‧‧‧裝置操作方向
DX‧‧‧長邊方向間隔(第1間隔)
DY‧‧‧短邊方向間隔(第2間隔)
EX‧‧‧長邊方向端邊距離(第1方向端部距離)
EY‧‧‧短邊端邊方向距離(第2方向端部距離)
F1‧‧‧驅動力(推壓力)
F22‧‧‧驅動力(推壓力)
F32‧‧‧驅動力(推壓力)
h1‧‧‧形成高度
k1‧‧‧前端部曲率
k2‧‧‧側面部曲率
P1‧‧‧關注區域
UV‧‧‧超音波振動
第1圖係顯示具有導電性之引線(lead wire)被接合在太陽能電池堆疊膜上之狀態的立體圖。
第2圖係顯示使用實施形態之接合工具(bonding tool)之加壓式的超音波接合裝置的整體構成的說明圖。
第3圖係顯示實施形態之接合工具的前端握持部及抵接前端部的詳細內容的說明圖。
第4圖係顯示實施形態之接合工具之突出區域的詳細內容的說明圖。
第5圖係顯示第4圖中所示的突起部的構成例之詳細內容的說明圖。
第6圖係示意顯示超音波接合裝置之控制系統的方塊(block)圖。
第7圖係顯示外突率HR滿足第1配置條件時之第1實驗結果的圖表(graph)(其1)。
第8圖係顯示外突率HR滿足第1配置條件時之第1實驗結果的圖表(其2)。
第9圖係顯示外突率HR滿足第1配置條件時之第1實驗結果的圖表(其3)。
第10圖係顯示外突率HR滿足第1配置條件時之第2實驗結果的圖表(其1)。
第11圖係顯示外突率HR滿足第1配置條件時之第2 實驗結果的圖表(其2)。
第12圖係顯示外突率HR滿足第1配置條件時之第2實驗結果的圖表(其3)。
第13圖係顯示外突率HR未滿足第1配置條件時之第3實驗結果的圖表(其1)。
第14圖係顯示外突率HR未滿足第1配置條件時之第3實驗結果的圖表(其2)。
第15圖係顯示外突率HR未滿足第1配置條件時之第3實驗結果的圖表(其3)。
第16圖係顯示外突率HR滿足第1配置條件時之第4實驗結果的圖表(其1)。
第17圖係顯示外突率HR滿足第1配置條件時之第4實驗結果的圖表(其2)。
第18圖係顯示外突率HR滿足第1配置條件時之第4實驗結果的圖表(其3)。
第19圖係顯示外突率HR滿足第1配置條件時之第4實驗結果的圖表(其4)。
第20圖係以表格形式顯示第1至第4實驗結果中所使用之突出區域之N的值、及長邊方向間隔DX和長邊方向端邊距離EX之實際尺寸的說明圖。
<實施形態>
(整體構成)
第1圖係顯示在基板平台(table)10上配置玻璃基板 11，且將具有導電性之引線12接合在玻璃基板11之最上層的太陽能電池薄膜11g上之狀態的立體圖。第2圖係顯示使用本發明實施形態之接合工具4之加壓式的超音波接合裝置100的整體構成的說明圖，且為從斜上方觀看超音波接合裝置100的立體圖。再者，於第1圖、第2圖及以後所示的第3圖至第5圖適當地顯示XYZ正交座標系統。
如第1圖及第2圖所示，超音波接合裝置100係具有：(電動)缸(cylinder)1、接合工具4、振動焊頭部6、推壓機構20、30及基板平台10(參照第1圖)。而且，屬於本實施形態之超音波接合用工具的接合工具4係具有前端握持部4h及抵接前端部4t。
缸1係被連結於接合工具4，缸1的驅動力(推壓力)F1係傳達至接合工具4，而可控制接合工具4的驅動。具體而言，缸1係可使接合工具4沿著Z軸方向移動。再者，缸1係可透過接合工具4的抵接前端部4t對引線12施加預定的壓力。另外，以引線12的構成材料而言，例如可為鋁(aluminum)。
此外，接合工具4係藉由未圖示之保持具(holder)所支撐，接合工具4係於該保持具內部朝上下方向被導引(guide)。在接合工具4之基板平台10側的前端部，係配設有抵接前端部4t。此外，在接合工具4連接有振動焊頭部6，第1圖及第2圖中藉由未圖示之超音波振動子17(參照第6圖)所產生的超音波振動UV，係透過振動焊頭部6傳達至接合工具4。亦即，超音波振動子17及振動焊 頭部6係以從抵接前端部4t施加超音波振動的方式，作為驅動接合工具4之超音波傳達部而發揮功能。
再者，抵接前端部4t係形成於接合工具4的前端，且在最前端區域具有突出區域8，該突出區域8係在超音波振動接合處理之際抵接於屬於被接合材的引線12。
(抵接前端部4t的突出區域8)
第3圖係顯示實施形態之接合工具4的前端握持部4h及抵接前端部4t的詳細內容的說明圖。在第3圖中，(a)係顯示前視圖，(b)係顯示側視圖，(c)係顯示仰視圖。
如第3圖所示，抵接前端部4t係結合於前端握持部4h，作為抵接前端部4t的底部4tb之表面區域而形成的突出區域8，係如第3圖(c)所示，在XY平面中形成為以X方向作為長邊方向的矩形形狀。
第4圖係顯示實施形態之接合工具4之突出區域8的詳細內容的說明圖。在第4圖中，(a)係顯示仰視圖，(b)係顯示沿著X方向的側視圖，(c)係顯示沿著Y方向的側視圖。另外，第4圖(a)係顯示第3圖(b)之突出區域8的關注區域P1的詳細內容。
如第4圖及第3圖(c)所示，在突出區域8上具有複數個突起部80(凸部)，該複數個突起部80係彼此分離而形成為沿著X方向(第1方向)有N(≧2)個且沿著與X方向正交之Y方向(第2方向)有M(≧2)個之N×M的矩陣(matrix)狀。在第4圖所示之例中，顯示M=3、N>3的情 況。
而且，如第4圖(b)所示，複數個突起部80中之沿著X方向形成的3組N個突起部80，係分別沿著X方向依各個長邊方向間隔DX(第1間隔)均等地形成。而且，3組N個突起部80中，於X方向中位於最外側的X方向最外側突起部80xe(第1方向最外側凸部)係分別從突出區域8的X方向中之端邊8Lx(端部)起隔開長邊方向端邊距離EX(第1方向端部距離)而配置。
再者，如第4圖(c)所示，複數個突起部80中之沿著Y方向形成的3組N個突起部80，係分別沿著Y方向依各個短邊方向間隔DY(第2間隔)均等地形成。而且，N組3個突起部80中，於Y方向位於最外側的Y方向最外側突起部80ye(第2方向最外側凸部)係分別從突出區域8的Y方向中之端邊8Ly(端部)起隔開短邊端邊方向距離EY(第2方向端部距離)而配置。
另外，如第4圖所示，長邊方向間隔DX、長邊方向端邊距離EX、短邊方向間隔DY及短邊方向端邊距離EY係以突起部80之中心位置80c為基準來設定。
再者，複數個突起部80係一併滿足以下的(1)中所示的第1配置條件、及以下的(2)中所示的第2配置條件。
(1)第1配置條件{0.349≦EX/DX≦0.510}
(2)第2配置條件{0.349≦EY/DY≦0.510}
另外，上述的第1及第2配置條件係將理想基準ST設為「0.425」。而且，「0.349」係表示相對於理想基準ST「0.425」之下限(0.425-0.425×0.18)，「0.510」係表示相對於理想基準ST「0.425」之上限(0.425+0.425×0.2)。
亦即，外突率HR(EX/DX或EY/DY)係以理想基準ST為中心將下限設為「-18%」、且將上限設為「+20%」而設定外突率HR的容許範圍。
第5圖係顯示突起部80的構成例之詳細內容的說明圖。第5圖(a)係顯示平面圖，第5圖(b)係顯示側視圖。
如第5圖所示，從平面觀看，突起部80的底部係呈一邊為裝設面尺寸d2的正方形形狀，中段部亦為從平面觀看呈一邊為前端面尺寸d1(<d2)的正方形形狀。而且，突起部80係朝向-Z方向具有形成高度h1，且從底部到中段部具有側面部曲率k2，且從中段部到頂部具有前端部曲率k1。
以具體的尺寸而言，例如，可以是前端面尺寸d1為0.22mm、裝設面尺寸d2為0.47mm、形成高度h1為0.2mm、前端部曲率k1為0.075(1/mm)、側面部曲率k2(1/mm)為0.125的尺寸設定。
此外，本實施形態之超音波接合裝置100係藉由使連結於接合工具4之缸1的兩側面(X方向側的面)透過接合板25及35與推壓機構20及30(的缸21及31)連 結，藉此使接合工具4與推壓機構20及30構成為一體。
推壓機構20(第1推壓機構)係由(電動)缸21、推壓構件22及推壓輥(roller)23所構成，推壓輥23(第1推壓輥)係可進行以推壓構件22之旋轉軸22j作為中心的旋轉動作。同樣地，推壓機構30(第2推壓機構)係由(電動)缸31、推壓構件32及推壓輥33所構成，推壓輥33(第2推壓輥)係可進行以推壓構件32之旋轉軸32j作為中心的旋轉動作。
推壓構件22及32係連結於缸21及31。因此，來自缸21的驅動力(推壓力)F22係可透過推壓構件22傳達至推壓輥23，使推壓輥23朝Z軸方向(-Z方向)移動。再者，缸21係可透過推壓輥23對引線12施加預定的壓力。同樣地，來自缸31的驅動力(推壓力)F32係可透過推壓構件32傳達至推壓輥33，使推壓輥33朝Z軸方向(-Z方向)移動，而且，缸31係可透過推壓輥33對引線12施加預定的壓力。
另外，推壓輥23及33係例如以橡膠等彈性體所構成，藉由利用推壓輥23及33進行之引線12的推壓，以防止對引線12造成損傷(damage)。
再者，在由接合工具4與推壓機構20及30等一體化而成之超音波接合裝置100連結有未圖示的驅動部，可執行使超音波接合裝置100沿著裝置操作方向DR100移動的移動處理。
(玻璃基板)
如第1圖所示，在基板平台10上設置有於表面形成太陽能電池薄膜11g之玻璃基板11，引線12係沿著X方向設置在玻璃基板11的太陽能電池薄膜11g上。亦即，引線12的形成長方向成為X方向(第1方向)，形成寬度方向成為Y方向(第2方向)。
此外，雖省略圖示，但在基板平台10上表面至少穿設有一個以上的孔，藉由透過該孔進行的真空吸附，玻璃基板11係固定於基板平台10。
在執行超音波振動處理時，會成為具有導電性的引線12沿著X方向配置在(玻璃基板11的)太陽能電池薄膜11g上的狀態。在此狀態下，藉由來自缸1的驅動力F1，接合工具4會一面將朝向基板平台10側之預定壓力施加於引線12，一面使利用超音波振動子產生且透過振動焊頭部6獲得的超音波振動UV從接合工具4中之抵接前段部4t的突出區域8施加至引線12的超音波接合點12p上，藉此執行將引線12接合至玻璃基板11的太陽能電池薄膜11g的超音波振動處理。
(超音波振動處理)
以下，參照第1圖及第2圖，針對使用本實施形態的超音波接合裝置100之加壓式的超音波振動處理的動作內容進行說明。
首先，在基板平台10上設置有於表面形成太陽能電池薄膜11g之厚度薄的玻璃基板11。然後，藉由透過設在基板平台10的孔(未圖示)進行的真空吸附，將玻 璃基板11固定於基板平台10。
接著，在省略圖示的捲軸(reel)捲繞有具有導電性之薄膜的引線12。從該捲軸拉出引線12，將該拉出的引線12沿著X方向配置在太陽能電池薄膜11g上之預定部位。
接著，藉由缸21及31的推壓力F22及F32，由推壓機構20及30的推壓輥23及33執行對引線12推壓(朝基板平台10側推壓)的推壓處理。
然後，在藉由推壓輥23及33推壓引線12的狀態下，藉由缸1的驅動力F，使接合工具4朝向引線12下降。再者，當接合工具4之抵接前端部4t的突出區域8(亦即複數個突起部80)抵接於引線12時，利用缸1的驅動力F1，對該引線12朝基板平台10側施加預定壓力。
如上所述，在藉由推壓機構20及30的推壓處理而利用推壓輥23及33推壓引線12，且成為接合工具4對引線12施加預定壓力之狀態後，使超音波振動子17產生超音波振動UV。該產生的超音波振動UV係透過振動焊頭部6被傳達至接合工具4。然後，接合工具4之抵接前端部4t的突出區域8會進行預定頻率(例如20至40kHZ)/振幅(在10μm以下，例如從防止對玻璃基板11造成損傷之觀點來看，為4.5μm左右)的超音波振動UV。
如此，在將引線12配置於玻璃基板11的太陽能電池薄膜11g上之狀態下，一面朝基板平台10側施加預定的壓力，一面驅動屬於超音波接合用工具之接合工具 4，以便藉由具有振動焊頭部6及超音波振動子的超音波傳達部，從具有複數個突起部80的突出區域8對引線12上的超音波接合點(point)12p(施加部)施加超音波振動。
在此，超音波振動UV的振動方向可為例如與X軸方向平行的方向(亦即，引線12的延伸設置方向)，或與Y軸平行的方向(亦即，引線12的寬度方向)，但較佳為與Y軸平行的方向。如此，藉由使用接合工具4進行的超音波振動處理，超音波振動UV會透過抵接前端部4t的突出區域8而被施加於引線12的超音波接合點12p。
如上所述，一面藉由推壓輥23及33推壓引線12，一面對引線12執行使用接合工具4之加壓式的超音波振動處理，藉此使引線12接合於玻璃基板11。
推壓機構20及30的推壓處理，係以由推壓輥23及33所產生之對於引線12之壓力不會對厚度薄的玻璃基板11造成損傷之程度的大小來執行，雖也會因玻璃基板11(特別是太陽能電池薄膜11g)的材質或厚度而不同，但係例如設定在10kg左右的壓力。再者，推壓機構20及30的推壓輥23及33僅抵接於引線12，不會在推壓之際與玻璃基板11(太陽能電池薄膜11g)相接。
超音波接合裝置100係一面利用推壓機構20及30之推壓輥23及33的推壓處理來推壓引線12之超音波接合點12p的兩側邊，一面藉由接合工具4執行上述之超音波振動處理。
此外，藉由利用推壓輥23及33推壓引線 12，也會將玻璃基板11推壓於基板平台10。因此，會成為對於基板平台10進行之玻璃基板11的固定更穩固者，在施行對於引線12之加壓式的超音波振動處理之際，可防止玻璃基板11相對於基板平台10移動。
如此，當玻璃基板11的固定變得穩固時，則在利用接合工具4執行超音波振動處理時，可僅使引線12進行超音波振動。亦即，可將由接合工具4產生之超音波振動能量(energy)效率良好地變換為玻璃基板11與引線12之接觸部的摩擦能量。因此，可對於利用超音波振動進行之引線12與玻璃基板11的接合，以更短時間效率良好地進行。
另一方面，在超音波振動處理時，由於在推壓輥23和33與超音波接合點12p之間一定會存在間隙，因此，在引線12中，在該間隙的形成區域(以下，稱為「引線間隙形成區域」)內，會有於引線12發生引線浮起(撓曲)的可能性。此外，將超音波接合點12p的間隔設定為比較寬廣時，在屬於形成於鄰接之超音波接合點12p、12p間之引線12上之區域的接合點間形成區域內，會有於引線12發生引線浮起的可能性。
接著，超音波接合裝置100係執行在超音波振動處理的非實行時所進行之推壓機構20及30的移動處理。
藉由來自缸1的驅動力F1，使接合工具4朝Z軸方向(+Z方向)移動，成為從基板平台10側浮起的 狀態。亦即，超音波接合裝置100係在執行將引線12接合於玻璃基板11的超音波振動處理後，藉由缸1的驅動力F1使接合工具4朝上方向移動，以解放與引線12的接觸狀態。
另一方面，由推壓機構20及30的推壓輥23及33產生之對於引線12的壓力，係設定為不會對厚度薄的玻璃基板11造成損傷的程度，且設定為下述狀態：可在引線12上執行由以旋轉軸22j及32j為中心之推壓輥23及33所進行之旋轉動作，並可一邊推壓引線12一邊使推壓機構20及30與接合工具4一起移動於引線12上。
在上述狀態下，藉由連結於超音波接合裝置100之未圖示的驅動部，執行使超音波接合裝置100沿著裝置操作方向DR100移動的移動處理。再者，亦可不設置驅動部，而是藉由使真空吸附固定有玻璃基板11的基板平台10沿著裝置操作方向DR100移動，使其執行在與基板平台10的關係下相對地藉由超音波接合裝置100進行之沿著裝置操作方向DR100的移動處理。
亦即，係執行使推壓輥23及33藉由推壓輥23及33進行之旋轉動作而沿著裝置操作方向DR100移動於引線12上之超音波接合裝置100的移動處理。而且，在接合工具4的抵接前端部4t位於施加超音波振動的下一個超音波接合點12p的上方之狀態下停止移動處理。
結果，在移動處理中，推壓輥23及33中之一方的推壓輥一定會一面推壓於上述之引線12的上述引 線間隙形成區域上一面移動於該區域上。因此，即使假如執行上述之超音波振動處理時在引線12的上述引線間隙形成區域發生引線浮起時，亦可藉由利用上述一方的推壓輥所進行之推壓而確實地消除上述引線浮起。同樣地，即使在上述接合點間形成區域發生引線浮起時，亦可確實地消除該引線浮起。
如此，本實施形態之超音波接合裝置100的推壓機構20及30(第1及第2推壓機構)，係在執行由接合工具4所進行之超音波振動處理後，執行一邊推壓引線12一邊使推壓輥23及33移動於引線12(包含最近執行之超音波振動處理時的引線間隙形成區域)上的移動處理。
因此，在超音波接合裝置100的移動處理時，可藉由推壓輥23及33(第1及第2推壓輥)中之至少一方的推壓輥而推壓於上述引線間隙形成區域及上述接合點間形成區域上。結果，可達成下述效果：可在超音波接合裝置100的移動處理時確實地消除在引線12發生的引線浮起，且精確度良好地將引線12接合於玻璃基板11上。
(控制部)
第6圖係示意顯示超音波接合裝置100之控制系統的方塊圖。如第6圖所示，超音波接合裝置100更具有控制部15，於控制部15中控制缸1、21及31、驅動部16以及超音波振動子17的驅動。另外，驅動部16係執行使超音波接合裝置100整體朝裝置操作方向DR100方向移動的移動處理，且超音波振動子17係透過振動焊頭部6而執行對 接合工具4賦予超音波振動UV的超音波振動處理。
控制部15係可藉由控制缸21及31的驅動而將推壓輥23及33的推壓力F22及F32以可變的方式控制，並且可藉由控制驅動部16而控制超音波接合裝置100之沿著裝置操作方向DR100的移動處理。
再者，控制部15係可驅動控制缸1而控制沿著往接合工具4之Z軸方向的驅動力F1，並且控制超音波振動子17而控制接合工具4的超音波振動處理。因此，控制部15係可按照例如來自使用者的指示，而以可變的方式控制由接合工具4所進行之超音波振動接合處理的條件(頻率、振幅、加壓力)。
另一方面，必須按照玻璃基板11的材質及厚度、太陽能電池薄膜11g的材質及厚度、以及超音波振動接合處理的條件，來改變推壓機構20及30所產生之對於玻璃基板11的推壓力。因此，控制部15會按照來自使用者的指示，以可變的方式控制透過缸21及31而由推壓機構20及30產生的推壓力F22及F32。具體而言，在控制部15中輸入有各資訊(玻璃基板11本身及構成太陽能電池薄膜11g之各膜的材質及厚度、以及超音波振動接合處理的條件等)時，可藉由預先設定之資訊表與上述各資訊所決定之推壓力而控制推壓機構20及30的推壓力F22及F32。在此，於該資訊表中，對於上述各資訊係單義地界定推壓力。
如上所述，藉由利用控制部15的控制來驅 動推壓機構20及30的缸21及31，可分別在超音波振動處理的執行時及執行後，按照超音波振動接合處理的條件而適當地控制推壓輥23及33的推壓力F22及F32。
如此，利用控制部15進行的控制，藉此以可變的方式控制由推壓機構20及30產生的推壓力F22及F32和由接合工具4所進行之超音波振動接合處理的條件等。因此，可按照玻璃基板11及太陽能電池薄膜11g的厚度/素材等，適當變更推壓機構20及30產生之推壓力F22及F32、驅動部16的驅動內容、以及接合工具4(缸1、超音波振動子17)所進行之超音波振動接合處理的條件。
結果，本實施形態的超音波接合裝置100不會對玻璃基板11(包含太陽能電池薄膜11g)造成影響，而可一邊確實地消除引線12之上述引線浮起的發生可能性，一邊適當地變更推壓力F22及F32、驅動部16的驅動內容和超音波振動接合處理的條件，以便將引線12接合於玻璃基板11上。
另外，上述效果係可藉由利用控制部15至少控制由推壓機構20及30產生之推壓力F22及F32而得。
(本實施形態的效果)
(第1實驗結果)
第7圖至第9圖係顯示外突率HR滿足第1配置條件時之第1實驗結果(模擬(simulation)結果)的圖表，具體而言，係將EX/DX作為外突率HR，而顯示N=17時之17個突起部80的荷重分布的圖表(其1至其3)。第7圖係顯 示外突率HR為理想基準ST的「0.425」之情況，第8圖係顯示外突率HR為屬於理想基準ST之上限值的「0.510」之情況，第9圖係顯示外突率HR為屬於理想基準ST之下限值的「0.349」之情況。
第7圖至第9圖各者中，橫軸係顯示17個突起部80之X方向中之形成位置R0至R16，形成位置R0及R16分別顯示X方向最外側突起部80xe的位置。縱軸係顯示荷重程度，在縱軸中將基準荷重設為“1”，顯示相對於基準荷重的相對比。
本發明人等判斷，只要滿足基準荷重之±10%，亦即只要滿足形成位置R0至R16之17個突起部80的超音波振動處理時對於引線12的荷重分布為{0.90~1.10}，則可將引線12之剝離強度的變異控制在容許範圍內，且在超音波振動處理後的超音波接合點12p中，可良好地保有屬於被接合材的引線12對於太陽能電池薄膜11g的接合性。
如第7圖的荷重分布線L1所示，外突率HR為理想基準ST時，由於距基準荷重最遠的形成位置R1、形成位置R15的荷重也會落在「0.950」，因此在超音波振動處理後的超音波接合點12p中，可保有引線12對於太陽能電池薄膜11g之良好的接合性。
如第8圖的荷重分布線L2所示，外突率HR為理想基準ST的上限時，由於距基準荷重最遠的形成位置R0、形成位置R16的荷重也會略低於「1.100」，因此可 保有引線12對於太陽能電池薄膜11g之良好的接合性。此外，由於形成位置R0及R16的荷重為接近於「1.100」的值，所以當外突率HR超過上限值「0.510」時，也可推測到會有無法保有引線12對於太陽能電池薄膜11g之良好的接合性之虞。
如第9圖的荷重分布線L3所示，外突率HR為理想基準ST的下限時，由於距基準荷重最遠離的形成位置R0、形成位置R16的荷重也會成為「0.9」，因此可保有引線12對於太陽能電池薄膜11g之良好的接合性。此外，由於形成位置R0及R16的荷重為大致「0.9」的值，因此當外突率HR低於下限值「0.349」時，也可推測到會有無法保有引線12對於太陽能電池薄膜11g之良好的接合性之虞。
如此，沿著屬於本實施形態之接合工具4的突出區域8之長邊方向的X方向(第1方向)而依各個長邊方向間隔DX(第1間隔)均等地形成之N個突起部80，係分別被配置成滿足由長邊方向間隔DX及長邊方向端邊距離EX(第1方向端部距離)所界定之上述第1配置條件。
因此，如第7圖至第9圖中顯示的第1實驗結果所示，在利用使用了本實施形態之接合工具4的超音波接合裝置100所進行之超音波振動處理時，可將對引線12之超音波接合點12p所造成的荷重分布抑制為變異少之良好的分布。結果，具有本實施形態之接合工具4的超音波接合裝置100，即便使屬於形成在接合工具4之突出區 域8之複數個突起部80之形成數的突起部形成數增多，亦可達成下述效果：可抑制引線12之剝離強度的變異，並保有引線12對於太陽能電池薄膜11g之良好的接合性。
另外，第1實驗結果中，係顯示EX/DX的情況作為外突率HR。對引線12與太陽能電池薄膜11g的接合性造成影響者，係突起部80的形成數多(N>M)，且在屬於突出區域8之長邊方向(引線12的形成方向)之X方向的引線12的剝離強度之變異。因此，只要X方向之外突率HR(EX/DX)滿足上述第1配置條件，則基本上可將引線12之剝離強度的變異抑制在容許範圍。
另外，本實施形態之接合工具4的突出區域8，係不但滿足上述第1配置條件，而且滿足外突率HR為EY/DY時之上述第2配置條件。因此，根據第1實驗結果，不但在X方向、而且在屬於突出區域8之短邊方向的Y方向，也可藉由將引線12之剝離強度的變異確實地抑制在容許範圍，而達成確實地保有引線12對於太陽能電池薄膜11g之良好的接合性之效果。
(第2實驗結果)
第10圖至第12圖顯示外突率HR滿足第1配置條件時之第2實驗結果(模擬結果)的圖表，具體而言，係將EX/DX作為外突率HR，而顯示外突率HR為理想基準ST的「0.425」時之突起部80的荷重分布的圖表(其1至其3)。但是，在第2實驗結果中，使屬於沿著X方向而配置之個數的N變化，第10圖顯示N=17時、第11圖顯示N=7 時，第12圖顯示N=75時。
第10圖中，橫軸係顯示17個突起部80的形成位置R0至R16，形成位置R0及R16係分別顯示X方向最外側突起部80xe的位置。
第11圖中，橫軸係顯示7個突起部80的形成位置R0至R6，形成位置R0及R6係分別顯示X方向最外側突起部80xe的位置。
第12圖中，橫軸係顯示75個突起部80的形成位置R0至R74，形成位置R0及R74係分別顯示X方向最外側突起部80xe的位置。另外，縱軸係與第7圖至第9圖中所示之第1實驗結果相同。
如第10圖的荷重分布線L4所示，在N=17之情況下外突率HR為理想基準ST時，由於即使在距基準荷重最遠離的形成位置R1、形成位置R15也會略高於「0.950」，因此在超音波振動處理後的超音波接合點12p中，可保有引線12對於太陽能電池薄膜11g之良好的接合性。
如第11圖的荷重分布線L5所示，在N=7中外突率HR為理想基準ST時，由於即使在距基準荷重最遠的形成位置R1、形成位置R5的荷重也會略高於「0.950」，因此可保有引線12對於太陽能電池薄膜11g之良好的接合性。
如第12圖的荷重分布線L6所示，在N=75之情況下外突率HR為理想基準ST時，由於即使在距基準 荷重最遠離的形成位置R1、形成位置R73的荷重也會稍高於「0.950」之荷重，因此可保有引線12對於太陽能電池薄膜11g之良好的接合性。
如此，沿著屬於本實施形態的接合工具4之突出區域8的長邊方向的X方向形成的N個突起部80係藉由滿足上述的第1配置條件而達成下述效果：無論X方向的形成個數N為何，都可將引線12之剝離強度的變異抑制在容許範圍，並保有引線12對於太陽能電池薄膜11g之良好的接合性。
此外，本實施形態的接合工具4之突出區域8即使在外突率HR為EY/DY時也滿足上述第2配置條件。因此，可從第2實驗結果期待下述效果：即使在Y方向，無論Y方向的形成個數M為何，亦可藉由將引線12之剝離強度的變異確實地抑制在容許範圍，而確實地保有引線12對於太陽能電池薄膜11g之良好的接合性。
(第3實驗結果)
第13圖至第15圖係顯示外突率HR未滿足第1配置條件時之第3實驗結果(模擬結果)的圖表，具體而言，係將EX/DX作為外突率HR，而顯示突起部80之荷重分布的圖表(其1至其3)。第13圖係顯示N=7之情況、第14圖係顯示N=17之情況、第15圖係顯示N=50之情況。
第13圖中，橫軸係顯示7個突起部80的形成位置R0至R6，形成位置R0及R6係分別顯示X方向最外側突起部80xe的位置。
第14圖中，橫軸係顯示17個突起部80的形成位置R0至R16，形成位置R0及R16係分別顯示X方向最外側突起部80xe的位置。
第15圖中，橫軸係顯示50個突起部80的形成位置R0至R49，形成位置R0及R49係分別顯示X方向最外側突起部80xe的位置。另外，縱軸係與第7圖至第9圖及第10圖至第12圖中所示之第1及第2實驗結果相同。
如第13圖的荷重分布線L7所示，在N=7中外突率HR為「0.688」而高於上限值「0.510」，而未滿足上述第1配置條件時，由於距基準荷重最遠的形成位置R0、形成位置R6的荷重會超過「1.300」，因此無法保有引線12對於太陽能電池薄膜11g之良好的接合性。
如第14圖的荷重分布線L8所示，在N=17之情況下外突率HR為「0.625」而高於上限值「0.510」，而未滿足上述第1配置條件時，由於距基準荷重最遠的形成位置R0、形成位置R16的荷重係到達「1.25」附近，因此無法保有引線12對於太陽能電池薄膜11g之良好的接合性。
如第15圖的荷重分布線L9所示，在N=50中外突率HR為「0.600」而高於上限值「0.510」，而未滿足上述第1配置條件時，由於距基準荷重最遠的形成位置R0、形成位置R49的荷重會到達「1.20」，因此無法保有引線12對於太陽能電池薄膜11g之良好的接合性。
如此，從第3實驗結果可得知，在沿著屬於本實施形態的突起部80之長邊方向的X方向形成的N個突起部80未滿足上述的第1配置條件時，無論其形成個數N為何，都無法將引線12之剝離強度的變異抑制在容許範圍內。
(第4實驗結果)
第16圖至第19圖係顯示外突率HR滿足第1配置條件時的第4實驗結果(模擬結果)的圖表，具體而言，是將EX/DX作為外突率HR，而顯示外突率HR滿足第1配置條件時的突起部80的荷重分布的圖表(其1至其4)。第16圖及第18圖係顯示N=7之情況、第17圖及第19圖係顯示N=75之情況。
第16圖及第18圖中，橫軸係顯示7個突起部80的形成位置R0至R6，形成位置R0及R6係分別顯示X方向最外側突起部80xe的位置。
第17圖及第19圖中，橫軸係顯示75個突起部80的形成位置R0至R74，形成位置R0及R74係分別顯示X方向最外側突起部80xe的位置。
第20圖係以表格形式顯示第1至第4實驗結果中所使用之突出區域之N的值、及長邊方向間隔DX和長邊方向端邊距離EX之實際尺寸的說明圖。
如第20圖所示，N=7時，將長邊方向間隔DX設為0.85mm，將長邊方向端邊距離EX設為0.361mm，而實現屬於理想基準ST的「0.425」。N=17時，將長邊方 向間隔DX設為0.450mm，將長邊方向端邊距離EX設為0.191mm，而實現屬於理想基準ST的「0.425」。N=75時，將長邊方向間隔DX設為1.00mm，將長邊方向端邊距離EX設為0.425mm，而實現屬於理想基準ST的「0.425」。
因此，第16圖及第18圖係成為假設將長邊方向間隔DX設定為0.85mm、將長邊方向端邊距離EX設定為0.361的實際尺寸值時之理想基準ST=0.425時的上限值及下限值。亦即，第16圖及第18圖係顯示：長邊方向間隔DX及長邊方向端邊距離EX中之至少一個值從第20圖中所示之N=7時的實際尺寸值偏離而成為上限值及下限值的情況。
第17圖及第19圖係成為假設將長邊方向間隔DX設定為1.00mm、將長邊方向端邊距離EX設定為0.425的實際尺寸值時之理想基準ST=0.425時的上限值及下限值。亦即，第17圖及第19圖係顯示：長邊方向間隔DX及長邊方向端邊距離EX中之至少一個值從第20圖中所示之N=75時的實際尺寸值偏離而成為上限值及下限值的情況。
另外，縱軸係與第7圖至第9圖、第10圖至第12圖及第13圖至第15圖中所示的第1、第2及第3實驗結果相同。
如第16圖的荷重分布線L10所示，在N=7中外突率HR為「0.510」而屬於上述第1配置條件的上限值時，距基準荷重最遠的形成位置R0、形成位置R6的荷 重為「1.100」，且在超音波振動處理後的超音波接合點12p中，可保有引線12對於太陽能電池薄膜11g之良好的接合性。
如第17圖的荷重分布線L11所示，在N=75之情況下外突率HR為「0.510」而屬於上述第1配置條件的上限值時，距基準荷重最遠的形成位置R0、形成位置R74的荷重為「1.100」，可保有引線12對於太陽能電池薄膜11g之良好的接合性。
如第18圖的荷重分布線L12所示，在N=7之情況下外突率HR為「0.349」而屬於上述第1配置條件的下限值時，距基準荷重最遠的形成位置R0、形成位置R6的荷重為「0.900」，可保有引線12對於太陽能電池薄膜11g之良好的接合性。
如第19圖的荷重分布線L13所示，在N=75之情況下外突率HR為「0.349」而屬於上述第1配置條件的下限值時，距基準荷重最遠的形成位置R0、形成位置R74的荷重為「0.900」，可保有引線12對於太陽能電池薄膜11g之良好的接合性。
如此，沿著屬於本實施形態的接合工具4中之突出區域8之長邊方向的X方向形成的N個突起部80，係藉由滿足上述第1配置條件而達成下述效果：無論長邊方向間隔DX及長邊方向端邊距離EX的尺寸絕對值的大小為何，都會將引線12之剝離強度的變異抑制在容許範圍，並保有引線12對於太陽能電池薄膜11g之良好的接合 性。
此外，本實施形態之接合工具4之突出區域8即使在外突率HR為EY/DY時，也滿足上述第2配置條件。因此，可從第4實驗結果期待下述效果：即使在Y方向，無論短邊方向間隔DY及短邊方向端邊距離EY之尺寸絕對值的大小為何，都會將引線12之剝離強度的變異確實地抑制在容許範圍，藉此確實地保有引線12對於太陽能電池薄膜11g之良好的接合性。
(其他)
在上述之實施形態中，雖顯示玻璃基板11作為供引線12形成的基板，但亦可取代玻璃基板11，而以陶瓷(ceramic)、矽(silicon)，環氧樹脂(epoxy)等厚度薄的構件來構成基板。此外，雖顯示鋁作為具有導電性之引線12的構成材料，但亦可採用其他具有導電性的材料作為構成材料。
此外，雖顯示超音波接合裝置100由接合工具4與推壓機構20及30形成為一體之構成，但亦可使接合工具4與推壓機構20及30彼此分離來構成超音波振動接合裝置。此時，接合工具4與推壓機構20及30係彼此獨立進行移動處理。此外，雖顯示電動缸作為缸1、21及31，但並不限定於此。
雖已詳細說明過本發明，但上述說明在所有的態樣中均為例示，本發明並非受其所限定。可在不脫離本發明之範圍的情況下可推知未例示之無數個變形例。

Claims (4)

  1. 一種超音波接合用工具，該超音波接合用工具(4)係使用於超音波振動接合裝置，該超音波振動接合裝置係對於配置在基板(11)之表面上的被接合材(12)從上方進行加壓並施加超音波振動，而將前述被接合材接合於前述基板的表面上；在前述超音波接合用工具的前端部(4t)設有在施加超音波振動時與前述被接合材相接的突出區域(8)；前述突出區域係具有彼此分離形成的複數個凸部(80)，前述複數個凸部係沿著第1方向依各個第1間隔均等地形成，前述第1方向係前述突出區域的長邊方向；前述複數個凸部中之在前述第1方向中位於最外側的第1方向最外側凸部，係從前述第1方向中之前述突出區域的端部起隔開第1方向端部距離而配置；前述複數個凸部係配置成：在將前述第1間隔設為DX、將前述第1方向端部距離設為EX時，滿足第1配置條件{0.349≦EX/DX<0.5}。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之超音波接合用工具，其中，前述複數個凸部係在前述突出區域上形成為沿著第1方向為N(≧2)個且沿著與第1方向正交之第2方向為M(≧2)個之N×M的矩陣狀；前述複數個凸部係沿著前述第2方向依各個第2 間隔均等地形成，前述複數個凸部中之在前述第2方向中位於最外側的第2方向最外側凸部，係從前述第2方向中之前述突出區域的端部起隔開第2方向端部距離而配置；前述複數個凸部係配置成：在將前述第2間隔設為DY、將前述第2方向端部距離設為EY時，滿足第2配置條件{0.349≦EY/DY<0.5}。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之超音波接合用工具，其中，前述被接合材係包含沿著前述第1方向配置在前述基板上且具有導電性的引線，前述引線的形成長度方向係成為前述第1方向，形成寬度方向成為第2方向；前述複數個凸部之N×M的矩陣係滿足{N>M}。
  4. 一種超音波接合裝置，係具有：申請專利範圍第3項所述之超音波接合用工具；基板平台(10)，係載置前述基板；超音波傳達部(6、17)，係在將前述引線配置於前述基板上之狀態下，驅動前述超音波接合用工具，以便從前述突出區域對前述引線上的施加部(12p)施加超音波振動。
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