WO2020059061A1 - 超音波振動接合装置 - Google Patents

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ultrasonic
bonding
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ultrasonic vibration
ultrasonic bonding
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義人 山田
明大 一瀬
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東芝三菱電機産業システム株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a pressure-type ultrasonic vibration bonding apparatus, for example, an ultrasonic vibration bonding apparatus applied when ultrasonically bonding a conductive electrode on a thin substrate.
  • FIG. 9 is an explanatory view schematically showing the structure of a conventional pressurized ultrasonic vibration bonding apparatus.
  • FIG. 9 shows an XYZ orthogonal coordinate system.
  • a lifting / lowering / pressing servomotor 82 is fixed to a side surface having an XZ plane.
  • the upper end (+ Z direction) of the screw shaft 21 is attached to a lifting / lowering / pressing servomotor 82, and the lower end of the screw shaft 21 is connected to a lifting / lowering / pressing slider 83 via a nut (not shown). It is attached to the slider 83.
  • the ultrasonic bonding head 86 is attached to the lower part of the lifting / lowering slider 83.
  • the ultrasonic bonding head portion 86 is formed to extend in the head forming direction (Y direction), and has an ultrasonic bonding portion 16a at a distal end portion.
  • the ultrasonic bonding head unit 86 performs an ultrasonic vibration operation of applying ultrasonic vibration from the ultrasonic bonding unit 16a.
  • the lifting / lowering / pressing slider 83 has a pressure sensor 87 at the top.
  • a pressure sensor 87 for example, a strain gauge can be considered.
  • the pressure sensor 87 can detect, as a measured pressure value, a pressing force with which the ultrasonic bonding head unit 86 presses a bonding target such as an electrode wire arranged on the substrate.
  • the lifting / lowering / pressing servo motor 82 operates with the ultrasonic bonding head unit 86 as a moving object (elevating operation + (Lowering operation) and pressurizing operation.
  • the lifting / lowering / pressing servo motor 82 performs the raising / lowering operation with respect to the ultrasonic bonding head portion 86, and the ultrasonic bonding portion 16a During the contact period of the joining portion in contact with the joining object, the lifting / lowering / pressing servomotor 82 performs a pressing operation on the ultrasonic joining head 86.
  • the lowering operation and the raising operation of the lifting / lowering servomotor 82 and the ultrasonic vibration operation of the ultrasonic bonding head unit 86 are executed under the control of a control unit (not shown).
  • Step 1 The ultrasonic bonding section 16a of the ultrasonic bonding head section 86 is disposed so as to be located above the application section of the bonding target.
  • Step 2 The screw shaft 21 is rotated in the first rotation direction by the driving of the servo motor 82 for lifting / lowering, and the lowering operation for moving the slider 83 for lifting / lowering / pressing and the head unit 86 for ultrasonic bonding downward is executed. .
  • Step 3 When the pressure sensor 87 detects a bonding part contact state where the lower end of the ultrasonic bonding part 16a of the ultrasonic bonding head part 86 contacts the application part of the bonding target, the ultrasonic bonding head part The driving contents of the lifting / lowering servomotor 82 are controlled so that the pressing pressure by 86 becomes a desired pressure value.
  • Step 4 When the pressure sensor 87 recognizes that the pressing pressure has a desired pressure value, the ultrasonic bonding head 86 is caused to execute an ultrasonic vibration operation.
  • step 3 when the measured pressure value detected by the pressure sensor 87 rises from “0”, the above-mentioned joint contact state can be detected.
  • step 4 when the measured pressure value detected by the pressure sensor 87 indicates a desired pressure value, it can be recognized that the pressing pressure has reached the desired pressure value.
  • the ultrasonic bonding portion 16a of the head portion 86 for ultrasonic bonding presses the object to be bonded with a pressing pressure.
  • the conventional ultrasonic vibration bonding apparatus includes a lifting operation (elevating operation and a descending operation) of the ultrasonic bonding head 86 and a pressing operation of applying a pressing force to the ultrasonic bonding head 86.
  • a lifting operation Elevating operation and a descending operation
  • a pressing operation of applying a pressing force to the ultrasonic bonding head 86.
  • the drive control of the lifting / lowering / pressing servomotor 82 became relatively difficult. More specifically, the process of detecting the presence or absence of the above-mentioned joint contact state using the pressure sensor 87 (step 3), and the process of detecting that the pressing pressure has reached a desired pressure value (step 4) )Is required. As described above, the conventional ultrasonic vibration bonding apparatus has a problem that the drive control of the lifting / lowering / pressing servo motor 82 is difficult because the two types of detection processing using the pressure sensor 87 are performed.
  • An object of the present invention is to provide a structure of an ultrasonic vibration bonding apparatus capable of solving the above problems and relatively easily controlling a descending operation and a pressing operation in an ultrasonic bonding head. With the goal.
  • An ultrasonic vibration bonding apparatus includes a table on which an object to be bonded is placed, an ultrasonic bonding head for performing an ultrasonic vibration operation of applying ultrasonic vibration from an ultrasonic bonding section, and the ultrasonic bonding.
  • a pressurizing mechanism connected to the head unit for performing a pressing operation of pressing the ultrasonic bonding head unit toward the table side, and the ultrasonic bonding head unit and the pressing mechanism collectively.
  • a lowering mechanism for performing a lowering operation of lowering and lowering, an ultrasonic vibration operation by the ultrasonic bonding head unit, a pressing operation by the pressing mechanism, and a control operation of controlling the lowering operation by the lowering mechanism.
  • the apparatus further includes a control unit that executes the control.
  • the ultrasonic vibration bonding apparatus includes a pressing mechanism that performs a pressing operation of applying a pressing force to the ultrasonic bonding head, and lowers the ultrasonic bonding head. Since the apparatus has the lowering mechanism for performing the lowering operation to perform the lowering operation, the lowering operation and the pressurizing operation for the ultrasonic bonding head can be individually performed.
  • the ultrasonic vibration bonding apparatus of the present invention can perform the ultrasonic bonding process on the bonding target object by relatively easily performing the lowering operation and the pressing operation under the control of the control unit.
  • the pressurizing mechanism can set the pressurizing pressure with high accuracy without providing a pressure sensor for measuring the pressurizing pressure.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing a structure of an ultrasonic vibration bonding device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram schematically illustrating a part of the structure of the ultrasonic vibration bonding apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram schematically illustrating a control system of the ultrasonic vibration bonding apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is an explanatory view (No. 1) schematically showing an internal state of the air cylinder shown in FIG. 1. It is explanatory drawing (the 2) which shows the internal state of the air cylinder shown in FIG. 1 typically.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing a structure of an ultrasonic vibration bonding apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing a structure of an ultrasonic vibration bonding apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a block diagram schematically illustrating a control system of the ultrasonic vibration bonding apparatus according to the second embodiment. It is explanatory drawing which shows the specific structure of a joining object. It is explanatory drawing which shows typically the structure of the conventional pressure type ultrasonic vibration joining apparatus. It is explanatory drawing which shows typically the structure of the conventional pressure type ultrasonic vibration joining apparatus which has three ultrasonic joining head parts.
  • FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a structure of an ultrasonic vibration bonding apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram schematically illustrating a part of the structure of the ultrasonic vibration bonding apparatus according to the first embodiment. 1 and 2 each show an XYZ orthogonal coordinate system.
  • FIG. 1 corresponds to a front view as viewed from the XZ plane
  • FIG. 2 corresponds to a side view as viewed from the YZ plane.
  • an elevation servomotor 2 is fixed to a side surface having an XZ plane.
  • the upper end (+ Z direction) of the screw shaft 21 is attached to the lifting servomotor 2, and the lower end of the screw shaft 21 is connected to the lifting slider 3 via a nut (not shown).
  • the lifting servomotor 2 functions as a lifting mechanism that combines the lowering mechanism that performs the above-described lowering operation and the raising mechanism that performs the above-described raising operation.
  • the air cylinder 4 is directly attached to the side of the lifting slider 3 having the XZ plane.
  • the pressurizing slider 5 is connected to the tip of the piston rod 23 of the air cylinder 4. Further, the air cylinder 4 has a position detecting unit 7 described later in detail.
  • the ultrasonic bonding head 6 is attached to a region below the pressing slider 5.
  • the ultrasonic bonding head 6 includes an ultrasonic horn 16 and an ultrasonic vibrator 17 as main components, and the tip of the ultrasonic horn 16 is an ultrasonic bonding portion 16a.
  • the ultrasonic bonding head 6 is formed so as to extend in the head forming direction (Y direction) in the order of the ultrasonic vibrator 17 and the ultrasonic horn 16, and has an ultrasonic bonding portion 16 a at the tip of the ultrasonic horn 16. doing.
  • the ultrasonic bonding head 6 generates the ultrasonic vibration UV on the ultrasonic vibrator 17 and transmits the ultrasonic vibration UV to the ultrasonic bonding section 16 a via the ultrasonic horn 16, thereby forming the ultrasonic bonding section. From 16a, an ultrasonic vibration operation of applying ultrasonic vibration to the application section of the object to be joined is performed.
  • a glass substrate 31 placed on a table 30 and a linear electrode 33 arranged on the upper surface of the glass substrate 31 can be considered.
  • a predetermined portion on the upper surface of the electrode 33 serves as an application portion, and the ultrasonic bonding operation of the head 33 for ultrasonic bonding allows the application portion of the electrode 33 to perform ultrasonic bonding between the electrode 33 and the glass substrate 31.
  • the glass substrate 31 is used as a substrate for a solar cell panel or the like.
  • FIG. 3 is a block diagram schematically illustrating a control system of the ultrasonic vibration bonding apparatus according to the first embodiment.
  • the ultrasonic vibration bonding apparatus according to the first embodiment further includes a control unit 15.
  • the control unit 15 performs a control operation for controlling the driving of the elevation servomotor 2, the air cylinder 4, the ultrasonic vibrator 17 in the ultrasonic bonding head unit 6, and the drive unit 19.
  • the driving unit 19 performs a moving process of moving the one-head traveling frame 1 in the horizontal direction, and the ultrasonic vibrator 17 applies ultrasonic vibration UV to the ultrasonic bonding unit 16 a via the ultrasonic horn 16. Perform a vibration action.
  • the control unit 15 can control the pressing force F1 in the ⁇ Z direction by the lifting servomotor 2 by controlling the driving of the lifting servomotor 2, and control the air cylinder 4 to control the ⁇ Z pressure.
  • the pressing force F2 in the direction can be controlled. At this time, the pressing forces F1 and F2 satisfy the relationship of “F1> F2”.
  • the ultrasonic bonding head 6 is connected to the lifting slider 3 via the pressing slider 5, the piston rod 23, and the air cylinder 4. For this reason, the pressing force F1 in the ⁇ Z direction generated at the time of the descending operation performed by driving the elevation servomotor 2 becomes the descending pressing force in the descending operation for the ultrasonic bonding head unit 6 as an operation target.
  • the ultrasonic bonding head 6 is connected to the air cylinder 4 via the pressing slider 5 and the piston rod 23. Therefore, the pressing force F2 in the ⁇ Z direction transmitted to the piston rod 23 of the air cylinder 4 is the pressing force applied to the ultrasonic bonding head 6 toward the table 30. As described above, the pressing force is applied from the piston rod 23 of the air cylinder 4 to the ultrasonic bonding head 6.
  • the control unit 15 can control the moving process of the one-head traveling frame 1 in the horizontal direction by controlling the driving unit 19.
  • control unit 15 can control the ultrasonic vibrator 17 to control the ultrasonic vibration operation of the ultrasonic bonding head unit 6.
  • the ultrasonic vibration bonding apparatus can execute an ultrasonic bonding process including the following steps S1 to S4 under the control of the control unit 15. That is, the control unit 15 performs a control operation including steps S1 to S4.
  • Step S1 The ultrasonic bonding section 16a of the ultrasonic bonding head section 6 is disposed so as to be located above the application section of the bonding target.
  • Step S2 The air cylinder 4 is caused to execute the pressurizing operation with the pressing force F2.
  • Step S3 The screw shaft 21 is rotated in the first rotation direction by the driving of the servomotor 2 for lifting and lowering, and the slider 3 for lifting and lowering, the air cylinder 4, the slider 5 for pressing, and the head unit 6 for ultrasonic bonding are moved downward. Execute the descending operation. The descending operation is executed with the pressing force F1.
  • the pressing force F1 and the pressing force F2 are set in advance, and during the execution of the ultrasonic bonding process, the pressing force F1 and the pressing force F2 satisfy “F1> F2”, and each has a constant pressure value. Is controlled so that
  • Step S4 When the position detecting section 7 detects a joint contact state in which the lower end of the ultrasonic joining section 16a of the ultrasonic joining head section 6 comes into contact with the application section of the joining object, the ultrasonic joining is performed.
  • the head unit 6 performs an ultrasonic vibration operation.
  • step S4 the control unit 15 causes the ultrasonic bonding head unit 6 to execute the ultrasonic vibration process with the recognition of the above-described bonding part contact state as a trigger.
  • FIGS. 4 and 5 are explanatory views schematically showing the internal state of the air cylinder 4.
  • FIG. FIG. 4 shows the situation during the non-contact period of the joint
  • FIG. 5 shows the situation after the contact state of the joint. 4 and 5 each show an XYZ orthogonal coordinate system.
  • the air cylinder 4 is in a state where the pressing operation of the pressing force F2 by the air cylinder 4 itself is possible while being lowered by the pressing force F1 by the lifting servomotor 2. ing. At this time, the position of the piston 25 is fixed at a predetermined position below the air cylinder 4 because the ultrasonic bonding portion 16a is not in contact with the object to be connected.
  • the period during which the position detector 7 provided on the side surface of the air cylinder 4 detects that the piston 25 is at the predetermined position is the non-contact period of the joint.
  • step S4 the ultrasonic vibration bonding apparatus according to the first embodiment executes the ultrasonic vibration operation with the recognition of the above-described bonding part contact state as a trigger, thereby performing the ultrasonic bonding process in the application part of the bonding target. Can be completed, and the operation time required for the ultrasonic bonding process can be shortened.
  • the ultrasonic vibration bonding apparatus can accurately detect the presence or absence of the above-described bonding part contact state with a relatively simple configuration in which the position detection unit 7 is provided in the air cylinder 4.
  • the ultrasonic vibration bonding apparatus does not need to detect the presence or absence of the above-described joint contact state using a pressure sensor.
  • the position detecting section 7 is generally provided in the air cylinder 4 and can be realized at a relatively low cost as compared with a pressure sensor or the like.
  • the ultrasonic vibration bonding apparatus is a pressing mechanism that performs a pressing operation of applying the pressing force F2, which is a pressing force, to the ultrasonic bonding head unit 6.
  • An air cylinder 4 and a servomotor 2 for raising and lowering functioning as a lowering mechanism for performing a lowering operation for lowering the head unit 6 for ultrasonic bonding are provided as parts separated from each other.
  • the ultrasonic vibration bonding apparatus can individually control execution of the lowering operation and the pressurizing operation for the ultrasonic bonding head 6 as an operation target.
  • the ultrasonic vibration bonding apparatus can individually control execution of the descending operation and the pressurizing operation, so that the ultrasonic bonding head unit 6 is controlled by the control unit 15.
  • the control unit 15 By performing the lowering operation and the pressing operation as the operation targets relatively easily, it is possible to perform the ultrasonic bonding process on the bonding object.
  • the glass substrate 31 and the electrode 33 disposed on the glass substrate 31 are assumed as the bonding target.
  • the pressurizing operation can always be performed with a constant pressing force F2 from the beginning of the ultrasonic bonding process. Therefore, the pressing force F2 can be set in advance so as to have a desired pressure value. Therefore, the air cylinder 4 can accurately set the pressure value of the pressing force F2 to a desired pressure value without separately providing a pressure sensor.
  • the ultrasonic vibration bonding apparatus employs the air cylinder 4 as the pressurizing mechanism, so that the pressurizing mechanism can be configured at relatively low cost.
  • FIG. 6 is an explanatory view schematically showing a structure of an ultrasonic vibration bonding apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 6 shows an XYZ orthogonal coordinate system.
  • the elevation servomotor 2X is fixed to the side surface having the XZ plane.
  • the upper end (+ Z direction) of the screw shaft 21 is attached to the lifting servomotor 2X, and the lower end of the screw shaft 21 is connected to the common lifting slider 13 via a nut (not shown).
  • the lifting servomotor 2X functions as a lifting mechanism that combines the lowering mechanism that performs the above-described lowering operation and the raising mechanism that performs the above-described raising operation.
  • Three air cylinders 41 to 43 are mounted on the side of the common lifting slider 13 having the XZ plane.
  • the part 6i is attached.
  • the ultrasonic bonding heads 61 to 63 each include an ultrasonic horn 16 (ultrasonic bonding part 16a) and an ultrasonic vibrator 17 as main components, similarly to the ultrasonic bonding head 6 of the first embodiment. Contains.
  • Each of the ultrasonic bonding heads 61 to 63 is formed so as to extend in the head forming direction (Y direction) in the order of the ultrasonic vibrator 17 and the ultrasonic horn 16, and has an ultrasonic bonding part 16a at a tip end. I have.
  • the ultrasonic bonding part 16a of the ultrasonic bonding head part 61, the ultrasonic bonding part 16a of the ultrasonic bonding head part 62, and the ultrasonic bonding part 16a of the ultrasonic bonding head part 63 are spaced along the X direction. They are arranged evenly every d6.
  • the ultrasonic bonding heads 61 to 63 respectively generate ultrasonic vibration UV on the ultrasonic vibrator 17 and transmit the ultrasonic vibration UV to the ultrasonic bonding part 16 a via the ultrasonic horn 16, whereby An ultrasonic vibration operation of applying ultrasonic vibration to the application section of the object to be welded from the ultrasonic bonding section 16a is performed.
  • FIG. 7 is a block diagram schematically illustrating a control system of the ultrasonic vibration bonding apparatus according to the second embodiment.
  • the control unit 15X includes the lifting / lowering servomotor 2X, the air cylinders 41 to 43, the ultrasonic transducers 17 in the ultrasonic bonding heads 61 to 63, and the driving unit.
  • the control operation for controlling the drive of 19X is executed.
  • the driving unit 19X performs a moving process for moving the three-head traveling frame 11 in the horizontal direction.
  • the control unit 15X can control the pressing force F1 in the ⁇ Z direction by the lifting servomotor 2X by controlling the driving of the lifting servomotor 2X, and by controlling the air cylinders 41 to 43, respectively.
  • the pressing force F2 (F21 to F23) of each of the air cylinders 41 to 43 in the ⁇ Z direction can be controlled.
  • the pressing forces F1 and F2 satisfy the relationship of “F1> F2”.
  • the ultrasonic bonding heads 61 to 63 are connected to the common lifting slider 13 via the pressure sliders 51 to 53, the piston rods 23 of the air cylinders 41 to 43, and the air cylinders 41 to 43. For this reason, the pressing force F1 in the ⁇ Z direction generated at the time of the descending operation performed by driving the elevation servomotor 2X becomes the descending pressing force in the descending operation common to the ultrasonic bonding heads 61 to 63.
  • the pressing force is applied to the ultrasonic bonding head 6i by the cylinder 4i.
  • the control unit 15X can control the moving process of the three-head traveling frame 11 along the horizontal direction by controlling the driving unit 19X.
  • the ultrasonic vibration bonding apparatus can execute the ultrasonic bonding processing including the following steps S11 to S14 under the control of the control unit 15X. That is, the control unit 15X executes a control operation including steps S11 to S14.
  • Step S11 The ultrasonic bonding sections 16a of the ultrasonic bonding heads 61 to 63 are arranged so as to be located above the application sections of the three objects to be bonded.
  • Step S12 The air cylinders 41 to 43 are caused to execute the pressurizing operation with the pressing forces F21 to F23.
  • Step S13 The screw shaft 21 is rotated in the first rotation direction by the driving of the servomotor 2X for raising and lowering, and the slider 13 for common raising and lowering, the air cylinders 41 to 43, the sliders 51 to 53 for pressing, and the head unit 61 for ultrasonic bonding are provided. A plurality of collective lowering operations of collectively moving downward through 63 are executed. At this time, the lifting servomotor 2X is controlled so that the pressure value in the ⁇ Z direction becomes the pressing force F1.
  • the control unit 15X can recognize the entire joint contact state.
  • the ultrasonic vibration bonding apparatus provides the position detection unit 7 in each of the air cylinders 41 to 43, so that the entire bonding part contact state can be quickly and accurately determined after the execution of step S13. Can be recognized.
  • step S14 the ultrasonic vibration bonding apparatus according to the second embodiment executes the ultrasonic vibration processing using the recognition of the contact state of the entire bonding portion as a trigger. This brings about an effect that the ultrasonic bonding can be performed quickly and the operation time can be shortened.
  • the ultrasonic vibration bonding apparatus can accurately recognize the contact state of the entire bonding portion with a relatively simple configuration in which the position detection section 7 is provided in the air cylinders 41 to 43.
  • the ultrasonic vibration bonding apparatus performs the pressing operation of performing the pressing operation of applying the pressing forces F21 to F23, which are the pressing pressures, to the ultrasonic bonding heads 61 to 63.
  • the air cylinders 41 to 43 as a mechanism and the lifting servomotor 2X functioning as a lowering mechanism for executing a plurality of collective lowering operations for integrally lowering the ultrasonic bonding heads 61 to 63 are provided as parts separated from each other. doing.
  • the ultrasonic vibration bonding apparatus can individually control execution of the lowering operation and the pressing operation for the ultrasonic bonding heads 61 to 63 as operation targets.
  • the ultrasonic vibration bonding apparatus can individually execute the lowering operation and the pressing operation similarly to the first embodiment, the ultrasonic bonding apparatus can control the ultrasonic bonding under the control of the control unit 15X.
  • the lowering operation and the pressing operation for the operation heads 61 to 63 can be performed relatively easily, and the ultrasonic bonding process can be performed on the object to be bonded.
  • the pressurizing operation can be always performed with constant pressing forces F21 to F23. Therefore, the pressing forces F21 to F23 can be set in advance so as to have a desired pressure value. Therefore, each of the air cylinders 41 to 43 can accurately set the pressing force F21 to F23 to a desired pressure value without separately providing a pressure sensor.
  • the ultrasonic vibration bonding apparatus can configure the pressurizing mechanism relatively inexpensively by employing the air cylinders 41 to 43 as the pressurizing mechanism.
  • the ultrasonic vibration bonding apparatus has the following features.
  • three air cylinders 41 to 43 are provided as a plurality of pressure mechanisms while the number of the elevation servomotors 2X as the elevation mechanism is reduced to one.
  • the air cylinders 41 to 43 are provided corresponding to the ultrasonic bonding heads 61 to 63 which are a plurality of ultrasonic bonding heads.
  • the ultrasonic vibration bonding apparatus performs a lowering operation performed by one unit of the servomotor 2X for lifting and lowering the three ultrasonic bonding heads 61 to 63 and the three air cylinders 41 to 43.
  • a plurality of collective lowering operations can be performed collectively.
  • the ultrasonic vibration bonding apparatus realizes a configuration having three ultrasonic bonding heads 61 to 63 in a relatively small-scale configuration that does not increase the number of lifting servomotors 2X. Can be.
  • FIG. 10 is an explanatory view schematically showing a structure of a conventional pressure type ultrasonic vibration bonding apparatus having three ultrasonic bonding heads.
  • FIG. 10 shows an XYZ orthogonal coordinate system.
  • three lifting / pressing / pressing servomotors 821 to 823 are fixed to the side surface having the XZ plane. Further, lifting / lowering / pressing sliders 831 to 833 are provided corresponding to the lifting / lowering / pressing servo motors 821 to 823.
  • the ultrasonic bonding head portion 86i is formed to extend in the head forming direction (Y direction), and has an ultrasonic bonding portion 16a at a distal end portion.
  • the ultrasonic bonding heads 861 to 863 each perform an ultrasonic vibration operation of applying ultrasonic vibration from the ultrasonic bonding section 16a.
  • the lifting / lowering / pressing sliders 831 to 833 have pressure sensors 871 to 873 in the upper part.
  • the pressure sensors 871 to 873 for example, strain gauges can be considered.
  • Step 11 The ultrasonic bonding sections 16a of the ultrasonic bonding heads 861 to 863 are arranged so as to be located above the application sections of the three objects to be bonded.
  • Step 14 After confirming that all the pressing pressures of the lifting / lowering / pressing servo motors 821 to 823 have reached the desired pressure values, the ultrasonic heads 861 to 863 perform the ultrasonic vibration operation respectively. .
  • the three lifting / pressing / pressing servomotors 821 correspond to the ultrasonic bonding heads 861 to 863.
  • To 823 had to be provided.
  • the pressurizing mechanism air cylinders 41 to 43
  • the elevating mechanism elevating servomotor 2X
  • the ultrasonic vibration bonding apparatus suppresses the use of one unit of the servomotor 2X for raising and lowering as the raising and lowering mechanism and the air as the pressing mechanism even if the three ultrasonic bonding heads 61 to 63 are provided.
  • the configuration can be such that only the number of cylinders is increased.
  • the ultrasonic vibration bonding apparatus of the second embodiment has three ultrasonic bonding heads 61 to 63 as a plurality of ultrasonic bonding heads, a single ultrasonic bonding head is used.
  • the ultrasonic vibration bonding apparatus according to the first embodiment having a plurality of application portions, when there are a plurality of application portions of the object to be bonded, the ultrasonic bonding process for all of the plurality of application portions can be completed earlier.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing a specific configuration of the joining object.
  • two linear electrodes 33 are arranged on the upper surface of the glass substrate 31 along the X direction.
  • a plurality of ultrasonic application regions 35 which are a plurality of application units, are set.
  • the plurality of ultrasonic wave application areas 35 are uniformly provided at intervals d35 along the X direction.
  • step S11 the ultrasonic bonding section 16a of the ultrasonic bonding head section 61 is positioned above the application position P1, and the ultrasonic bonding section 16a of the ultrasonic bonding head section 62 is The ultrasonic bonding unit 16a of the ultrasonic bonding head unit 63 is disposed above the application position P3 above the application position P2.
  • the application positions P1, P2, and P3 are application positions arranged at intervals for each of the three ultrasonic application regions 35, so that the application positions P1 to P2 and P2 to P3 are formed at intervals d6.
  • one ultrasonic bonding process including steps S11 to S14 is performed to connect the glass substrate 31 to the three ultrasonic application areas 35 (application positions P1 to P3). Ultrasonic bonding with the electrode 33 can be performed.
  • step S11 to be newly executed the driving unit 19X is controlled to move the three-head traveling frame 11 along the + X direction by the distance d35.
  • the ultrasonic bonding portion 16a of the ultrasonic bonding head 61 is located above the application position P11
  • the ultrasonic bonding portion 16a of the ultrasonic bonding head 62 is located above the application position P12
  • the ultrasonic bonding section 16a of the head section 63 for ultrasonic bonding is arranged so as to be located above the application position P13.
  • the second ultrasonic bonding process consisting of steps S11 to S14 causes the three ultrasonic application areas 35 (application positions P11 to P13) to be in contact with the glass substrate 31. Ultrasonic bonding with the electrode 33 can be performed.
  • step S11 to be newly executed the three-head traveling frame 11 is moved along the + X direction by the interval d35.
  • the ultrasonic bonding part 16a of the ultrasonic bonding head 61 is located above the application position P21
  • the ultrasonic bonding part 16a of the ultrasonic bonding head 62 is located above the application position P22
  • the ultrasonic bonding section 16a of the ultrasonic bonding head section 63 is arranged so as to be located above the application position P23.
  • the third ultrasonic bonding process including steps S11 to S14 causes the three ultrasonic application areas 35 (application positions P21 to P23) to be in contact with the glass substrate 31. Ultrasonic bonding with the electrode 33 can be performed.
  • the ultrasonic bonding between the glass substrate 31 and the electrode 33 can be performed on nine ultrasonic application areas 35 continuously provided at the interval d35 by three ultrasonic bonding processes.
  • the ultrasonic vibration bonding apparatus has a relatively simple and inexpensive configuration in which the lifting servomotor 2X as the lifting mechanism is suppressed to one unit. As a result, the ultrasonic bonding process can be executed at substantially three times the speed.
  • the ultrasonic vibration bonding apparatus can shorten the tact time in which all the ultrasonic bonding processes are completed on the bonding target.

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Abstract

本発明は、超音波接合用ヘッド部における下降動作及び加圧動作の制御を比較的簡単に行うことができる、超音波振動接合装置の構造を提供することを目的とする。そして、本発明の超音波振動接合装置は、超音波接合用ヘッド部（６）に連結され、超音波接合用ヘッド部（６）に対し加圧する加圧動作を実行するエアシリンダ（４）と、超音波接合用ヘッド部（６）及びエアシリンダ（４）を一括して下降させる下降動作を含む昇降動作を実行する昇降用サーボモータ２とを互いに分離した部品として有している。

Description

超音波振動接合装置
　この発明は、加圧式の超音波振動接合装置に関し、例えば、薄厚の基板上に導電性を有する電極を超音波接合する場合に適用される、超音波振動接合装置に関する。
　従来、薄膜系太陽電池用の基板上面に集電用の電極線を配置した後、基板に電極線を接合する工程において、基板上に配置された電極線に圧力を加えながら超音波を印加する超音波接合処理を実行する超音波振動接合装置を用いていた。このような超音波振動接合装置として例えば特許文献１に開示された加圧式の超音波振動接合装置がある。
　図９は従来の加圧式の超音波振動接合装置の構造を模式的に示す説明図である。図９にＸＹＺ直交座標系を記している。
　同図に示すように、水平方向（Ｘ方向）に移動可能な１ヘッド走行フレーム８１において、ＸＺ平面を有する側面に昇降・加圧用サーボモータ８２が固定される。
　ネジ軸２１の上端（＋Ｚ方向）は昇降・加圧用サーボモータ８２に取り付けられ、ネジ軸２１の下端は、図示しないナットを介して昇降・加圧用スライダ８３に接続する態様で、昇降・加圧用スライダ８３に取り付けられる。
　このような構成において、昇降・加圧用サーボモータ８２の駆動によってネジ軸２１を第１の回転方向で回転させると、昇降・加圧用スライダ８３を下方（－Ｚ方向）に移動させる下降動作を行うことができる。
　一方、昇降・加圧用サーボモータ８２によってネジ軸２１を第２の回転方向（第１の回転方向と反対の回転方向）で回転させると、昇降・加圧用スライダ８３を上方（＋Ｚ方向）に移動させる上昇動作を行うことができる。
　昇降・加圧用スライダ８３の下部に超音波接合用ヘッド部８６が取り付けられる。超音波接合用ヘッド部８６はヘッド形成方向（Ｙ方向）に延びて形成され、先端部に超音波接合部１６ａを有している。
　超音波接合用ヘッド部８６は、超音波接合部１６ａから超音波振動を印加する超音波振動動作を実行する。
　また、昇降・加圧用スライダ８３はその上部に圧力センサ８７を有している。圧力センサ８７としては例えば歪みゲージが考えられる。圧力センサ８７は、超音波接合用ヘッド部８６が、基板上に配置される電極線等の接合対象物を押圧する加圧用押圧力を測定圧力値として検出することができる。
　このように、超音波接合用ヘッド部８６は昇降・加圧用スライダ８３に固定されているため、昇降・加圧用サーボモータ８２は超音波接合用ヘッド部８６を動作対象として昇降動作（上昇動作＋下降動作）と加圧動作とを行うことができる。
　すなわち、超音波接合部１６ａが接合対象物と接触していない接合部無接触期間において、昇降・加圧用サーボモータ８２は超音波接合用ヘッド部８６に対する昇降動作を行い、超音波接合部１６ａが接合対象物と接触している接合部接触期間において、昇降・加圧用サーボモータ８２は超音波接合用ヘッド部８６に対する加圧動作を行う。
　上述した昇降・加圧用サーボモータ８２の下降動作及び上昇動作、並びに超音波接合用ヘッド部８６の超音波振動動作は、図示しない制御部の制御下で実行される。
　このような構成の従来の超音波振動接合装置は、制御部の制御下で以下のステップ１～ステップ４が実行される。
　ステップ１：超音波接合用ヘッド部８６の超音波接合部１６ａが上記接合対象物の印加部の上方に位置するように配置する。
　ステップ２：昇降・加圧用サーボモータ８２の駆動によってネジ軸２１を第１の回転方向で回転させ、昇降・加圧用スライダ８３及び超音波接合用ヘッド部８６を下方に移動させる下降動作を実行させる。
　ステップ３：圧力センサ８７によって接合対象物の印加部に超音波接合用ヘッド部８６の超音波接合部１６ａの下方先端部が接触する接合部接触状態が検出されると、超音波接合用ヘッド部８６による加圧用押圧力が所望の圧力値になるように昇降・加圧用サーボモータ８２の駆動内容を制御する。
　ステップ４：圧力センサ８７によって加圧用押圧力が所望の圧力値となったことが認識されると、超音波接合用ヘッド部８６に超音波振動動作を実行させる。
　なお、ステップ３において、圧力センサ８７によって検出された測定圧力値が“０”から上昇することにより、上記接合部接触状態を検出することができる。
　また、ステップ４において、圧力センサ８７によって検出された測定圧力値が所望の圧力値を示すとき、加圧用押圧力が所望の圧力値となったことを認識することができる。
　上記接合部接触状態なった後は、超音波接合用ヘッド部８６の超音波接合部１６ａによって、接合対象物は加圧用押圧力で加圧されることになる。
特開２０１１－９２６１号公報
　このように、従来の超音波振動接合装置は、超音波接合用ヘッド部８６の昇降動作（上昇動作及び下降動作）と、超音波接合用ヘッド部８６に加圧用押圧力を付与する加圧動作とを、同一の昇降・加圧用サーボモータ８２を駆動させることにより行っていた。
　このため、昇降・加圧用サーボモータ８２の駆動制御が比較的困難になる問題点があった。具体的には、圧力センサ８７を用いて、上記接合部接触状態の有無を検出する処理（ステップ３）、及び、加圧用押圧力が所望の圧力値となったことを検出する処理（ステップ４）が必要となる。このように、従来の超音波振動接合装置は、圧力センサ８７を用いた２種類の検出処理を行う分、昇降・加圧用サーボモータ８２の駆動制御が困難となる問題点があった。
　本発明では、上記のような問題点を解決し、超音波接合用ヘッド部における下降動作及び加圧動作の制御を比較的簡単に行うことができる、超音波振動接合装置の構造を提供することを目的とする。
　この発明における超音波振動接合装置は、接合対象物を載置するテーブルと、超音波接合部から超音波振動を印加する超音波振動動作を実行する超音波接合用ヘッド部と、前記超音波接合用ヘッド部に連結され、前記超音波接合用ヘッド部に対し前記テーブル側に向けて加圧する加圧動作を実行する加圧機構と、前記超音波接合用ヘッド部及び前記加圧機構を一括して下降させる下降動作を実行する下降機構と、前記超音波接合用ヘッド部による前記超音波振動動作、前記加圧機構による前記加圧動作、及び前記下降機構による前記下降動作を制御する制御動作を実行する制御部をさらに備える。
　請求項１記載の本願発明である超音波振動接合装置は、超音波接合用ヘッド部に対し加圧用押圧力を付与する加圧動作を実行する加圧機構と、超音波接合用ヘッド部を下降させる下降動作を実行する下降機構とを有しているため、超音波接合用ヘッド部を動作対象とした下降動作及び加圧動作をそれぞれ個別に実行することができる。
　その結果、本願発明の超音波振動接合装置は、制御部の制御下で下降動作及び加圧動作を比較的簡単に実行して、接合対象物に対する超音波接合処理を行うことができる。
　さらに、加圧機構は超音波接合用ヘッド部を下降させる機能を必要としないため、常に一定の加圧用押圧力で加圧動作を実行することができる。このため、加圧機構は、加圧用押圧力を測定する圧力センサを設けることなく、精度の高い加圧用押圧力に設定することができる。
　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。
この発明の実施の形態１である超音波振動接合装置の構造を模式的に示す説明図である。 実施の形態１の超音波振動接合装置の構造の一部を模式的に示す説明図である。 実施の形態１の超音波振動接合装置の制御系を模式的に示すブロック図である。 図１で示したエアシリンダの内部状態を模式的に示す説明図（その１）である。 図１で示したエアシリンダの内部状態を模式的に示す説明図（その２）である。 この発明の実施の形態２である超音波振動接合装置の構造を模式的に示す説明図である。 実施の形態２の超音波振動接合装置の制御系を模式的に示すブロック図である。 接合対象物の具体的構成を示す説明図である。 従来の加圧式の超音波振動接合装置の構造を模式的に示す説明図である。 ３つの超音波接合用ヘッド部を有する、従来の加圧式の超音波振動接合装置の構造を模式的に示す説明図である。
　＜実施の形態１＞
　（基本構成）
　図１はこの発明の実施の形態１である超音波振動接合装置の構造を模式的に示す説明図である。図２は実施の形態１の超音波振動接合装置の構造の一部を模式的に示す説明図である。図１及び図２それぞれにＸＹＺ直交座標系を記している。図１はＸＺ平面から視た正面図に相当し、図２はＹＺ平面から視た側面図に相当する。
　図１に示すように、水平方向（Ｘ方向）に移動可能な１ヘッド走行フレーム１において、ＸＺ平面を有する側面に昇降用サーボモータ２が固定される。
　ネジ軸２１の上端（＋Ｚ方向）は昇降用サーボモータ２に取り付けられ、ネジ軸２１の下端は、図示しないナットを介して昇降用スライダ３に接続する態様で、昇降用スライダ３に取り付けられる。
　このような構成において、昇降用サーボモータ２の駆動によってネジ軸２１を第１の回転方向で回転させると、昇降用スライダ３を下方（－Ｚ方向）に移動させる下降動作を行うことができる。
　一方、昇降用サーボモータ２によってネジ軸２１を第２の回転方向（第１の回転方向と反対の回転方向）で回転させると、昇降用スライダ３を上方（＋Ｚ方向）に移動させる上昇動作を行うことができる。
　このように、昇降用サーボモータ２は、上述した下降動作を行う下降機構と、上述した上昇動作を行う上昇機構とを兼ねた昇降機構として機能する。
　図２に示すように、昇降用スライダ３のＸＺ平面を有する側面にエアシリンダ４が直接取り付けられる。
　エアシリンダ４のピストンロッド２３の先端部に加圧用スライダ５が連結される。また、エアシリンダ４は内部に後に詳述する位置検出部７を有している。
　そして、加圧用スライダ５の下方領域に超音波接合用ヘッド部６が取り付けられる。超音波接合用ヘッド部６は、超音波ホーン１６及び超音波振動子１７を主要構成部として含んでおり、超音波ホーン１６の先端部分が超音波接合部１６ａとなっている。
　超音波接合用ヘッド部６は、超音波振動子１７及び超音波ホーン１６の順でヘッド形成方向（Ｙ方向）に延びて形成され、超音波ホーン１６の先端部に超音波接合部１６ａを有している。
　超音波接合用ヘッド部６は、超音波振動子１７に超音波振動ＵＶを発生させ、超音波ホーン１６を介して超音波接合部１６ａに超音波振動ＵＶを伝達することにより、超音波接合部１６ａから超音波振動を接合対象物の印加部に印加する超音波振動動作を実行する。
　なお、接合対象物としては、例えば、図２に示すように、テーブル３０上に載置されたガラス基板３１と、ガラス基板３１の上面上に配置された線状の電極３３とが考えられる。電極３３の上面の所定箇所が印加部となり、超音波接合用ヘッド部６による超音波振動動作により、電極３３の印加部にて、電極３３とガラス基板３１との超音波接合を図ることができる。なお、ガラス基板３１は太陽電池パネル等の基板として用いられる。
　（制御部）
　図３は実施の形態１の超音波振動接合装置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、実施の形態１の超音波振動接合装置は制御部１５をさらに有している。制御部１５は、昇降用サーボモータ２、エアシリンダ４、超音波接合用ヘッド部６内の超音波振動子１７及び駆動部１９の駆動を制御する制御動作を実行する。
　なお、駆動部１９は１ヘッド走行フレーム１を水平方向に移動させる移動処理を実行し、超音波振動子１７は超音波ホーン１６を介して超音波接合部１６ａに超音波振動ＵＶを与える超音波振動動作を実行する。
　制御部１５は、昇降用サーボモータ２の駆動を制御することにより、昇降用サーボモータ２よる－Ｚ方向への押圧力Ｆ１を制御することができ、エアシリンダ４を制御することにより、－Ｚ方向への押圧力Ｆ２を制御することができる。このとき、押圧力Ｆ１及びＦ２は「Ｆ１＞Ｆ２」の関係を満足する。
　超音波接合用ヘッド部６は、加圧用スライダ５、ピストンロッド２３、及びエアシリンダ４を介して昇降用スライダ３と連結されている。このため、昇降用サーボモータ２の駆動により実行される下降動作時に生じる－Ｚ方向の押圧力Ｆ１は、超音波接合用ヘッド部６を動作対象とした下降動作における下降用押圧力となる。
　超音波接合用ヘッド部６は、加圧用スライダ５及びピストンロッド２３を介してエアシリンダ４と連結されている。このため、エアシリンダ４のピストンロッド２３に伝達される－Ｚ方向の押圧力Ｆ２は、テーブル３０側に向けて超音波接合用ヘッド部６に付与される加圧用押圧力となる。このように、加圧用押圧力はエアシリンダ４のピストンロッド２３から超音波接合用ヘッド部６に付与される。
　制御部１５は、駆動部１９を制御することにより１ヘッド走行フレーム１の水平方向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、超音波振動子１７を制御して超音波接合用ヘッド部６の超音波振動動作を制御することができる。
　このような構成の実施の形態１の超音波振動接合装置は、制御部１５の制御下で以下のステップＳ１～Ｓ４からなる超音波接合処理を実行することができる。すなわち、制御部１５はステップＳ１～Ｓ４からなる制御動作を実行している。
　ステップＳ１：超音波接合用ヘッド部６の超音波接合部１６ａが、上記接合対象物の印加部の上方に位置するように配置する。
　ステップＳ２：エアシリンダ４に押圧力Ｆ２で加圧動作を実行させる。
　ステップＳ３：昇降用サーボモータ２の駆動によってネジ軸２１を第１の回転方向で回転させ、昇降用スライダ３、エアシリンダ４、加圧用スライダ５及び超音波接合用ヘッド部６を下方に移動させる下降動作を実行させる。下降動作は押圧力Ｆ１で実行される。
　なお、押圧力Ｆ１及び押圧力Ｆ２は予め設定されおり、超音波接合処理の実行中において、押圧力Ｆ１及び押圧力Ｆ２は、「Ｆ１＞Ｆ２」を満足し、かつ、それぞれ一定の圧力値となるように制御される。
　ステップＳ４：位置検出部７によって、接合対象物の印加部に超音波接合用ヘッド部６の超音波接合部１６ａの下方先端部が接触する接合部接触状態が検出されると、超音波接合用ヘッド部６に超音波振動動作を実行させる。
　このように、制御部１５は、ステップＳ４において、上記接合部接触状態の認識をトリガとして、超音波接合用ヘッド部６に超音波振動処理を実行させている。
　図４及び図５はエアシリンダ４の内部状態を模式的に示す説明図である。図４は接合部無接触期間の状況、図５は接合部接触状態後の状況を示している。図４及び図５それぞれにＸＹＺ直交座標系を記している。
　図４に示すように、接合部無接触期間では、エアシリンダ４は昇降用サーボモータ２より押圧力Ｆ１で下降されながら、エアシリンダ４自身による押圧力Ｆ２の加圧動作が可能な状態となっている。このとき、超音波接合部１６ａは接続対象物と接触していないため、エアシリンダ４の下方の所定位置でピストン２５の位置が固定される。
　したがって、エアシリンダ４の側面に設けられた位置検出部７によって、ピストン２５が上記所定位置に存在することが検出されている期間が接合部無接触期間となる。
　図５に示すように、接合部接触状態となった後は、超音波接合部１６ａの下方先端部が接合対象物と当接するため、エアシリンダ４は下降することなく停止する。
　この時、押圧力Ｆ１＞押圧力Ｆ２であるため、この圧力差（Ｆ１－Ｆ２）によってピストン２５が所定位置から上昇する。
　したがって、エアシリンダ４の側面に設けられた位置検出部７によって、ピストン２５が上記所定位置から上昇したことを検出されると、接合部接触状態になったことを認識することができる。
　（効果）
　このように、実施の形態１の超音波振動接合装置は、エアシリンダ４内におけるピストン２５の高さ方向（Ｚ方向）における高さ位置が、所定位置であるか所定位置より高い位置にあるかを検出可能な位置検出部７を設けることにより、ステップＳ３の実行後において上記接合部接触状態の有無を迅速、かつ正確に認識することができる。
　その結果、実施の形態１の超音波振動接合装置は、ステップＳ４において、上記接合部接触状態の認識をトリガとして超音波振動動作を実行することにより、接合対象物の印加部における超音波接合処理を完了することができるため、超音波接合処理に要する動作時間の短縮化を図ることができる効果を奏する。
　さらに、実施の形態１の超音波振動接合装置は、エアシリンダ４内に位置検出部７を設けるという比較的簡単な構成で上記接合部接触状態の有無を正確に検出することができる。
　したがって、実施の形態１の超音波振動接合装置は、従来の超音波振動接合装置のように圧力センサを用いて上記接合部接触状態の有無を検出する必要はない。
　なお、位置検出部７は、エアシリンダ４内に一般的に備わっており、圧力センサ等に比べて比較的安価に実現することができる。
　上述したように、実施の形態１の超音波振動接合装置は、超音波接合用ヘッド部６に対し、加圧用押圧力である押圧力Ｆ２を付与する加圧動作を実行する加圧機構であるエアシリンダ４と、超音波接合用ヘッド部６を下降させる下降動作を実行する下降機構として機能する昇降用サーボモータ２とを互いに分離した部品として有している。
　このため、実施の形態１の超音波振動接合装置は、超音波接合用ヘッド部６を動作対象とした下降動作及び加圧動作それぞれの実行を個別に制御することができる。
　このように、実施の形態１の超音波振動接合装置は、下降動作及び加圧動作それぞれの実行を個別に制御することができるため、制御部１５の制御下で超音波接合用ヘッド部６を動作対象とした下降動作及び加圧動作を比較的簡単に実行して、接合対象物に対する超音波接合処理を行うことができる。
　なお、接合対象物としては、前述したように、ガラス基板３１と、ガラス基板３１上に配置される電極３３とが想定される。
　さらに、エアシリンダ４は超音波接合用ヘッド部６を下降させる機能を必要としないため、超音波接合処理の開始当初から常に一定の押圧力Ｆ２で加圧動作を実行することができる。このため、所望の圧力値となるように、押圧力Ｆ２を予め設定しておくことができる。したがって、エアシリンダ４は、圧力センサを別途設けることなく、押圧力Ｆ２の圧力値を精度良く所望の圧力値に設定することができる。
　さらに、実施の形態１の超音波振動接合装置は、加圧機構としてエアシリンダ４を採用することにより、比較的安価に加圧機構を構成することができる。
　＜実施の形態２＞
　（基本構成）
　図６はこの発明の実施の形態２である超音波振動接合装置の構造を模式的に示す説明図である。図６にＸＹＺ直交座標系を記している。
　図６に示すように、水平方向（Ｘ方向）に移動可能な３ヘッド走行フレーム１１において、ＸＺ平面を有する側面に昇降用サーボモータ２Ｘが固定される。
　ネジ軸２１の上端（＋Ｚ方向）は昇降用サーボモータ２Ｘに取り付けられ、ネジ軸２１の下端は、図示しないナットを介して共通昇降用スライダ１３に接続する態様で、共通昇降用スライダ１３に取り付けられる。
　このような構成において、昇降用サーボモータ２Ｘの駆動によってネジ軸２１を第１の回転方向で回転させると、共通昇降用スライダ１３を下方（－Ｚ方向）に移動させる下降動作を行うことができる。
　一方、昇降用サーボモータ２Ｘによってネジ軸２１を第２の回転方向（第１の回転方向と反対の回転方向）で回転させると、共通昇降用スライダ１３を上方（＋Ｚ方向）に移動させる上昇動作を行うことができる。
　このように、昇降用サーボモータ２Ｘは、上述した下降動作を行う下降機構と、上述した上昇動作を行う上昇機構とを兼ねた昇降機構として機能する。
　共通昇降用スライダ１３のＸＺ平面を有する側面に３つのエアシリンダ４１～４３が取り付けられる。
　３つのエアシリンダ４１～４３に対応して３つの加圧用スライダ５１～５３が設けられ、エアシリンダ４ｉ（ｉ＝１～３のいずれか）のピストンロッド２３の先端部に加圧用スライダ５ｉに連結される。また、エアシリンダ４１～４３はそれぞれ内部に位置検出部７を有している。なお、（ｉ＝１～３のいずれか）は、正確には、（ｉ＝１～３のうち、任意のいずれか）を意味する。
　３つの加圧用スライダ５１～５３に対応して３つの超音波接合用ヘッド部６１～６３が設けられ、加圧用スライダ５ｉ（ｉ＝１～３のいずれか）の下方領域に超音波接合用ヘッド部６ｉが取り付けられる。超音波接合用ヘッド部６１～６３は、それぞれ、実施の形態１の超音波接合用ヘッド部６と同様、超音波ホーン１６（超音波接合部１６ａ）及び超音波振動子１７を主要構成部として含んでいる。
　超音波接合用ヘッド部６１～６３はそれぞれ、超音波振動子１７及び超音波ホーン１６の順でヘッド形成方向（Ｙ方向）に延びて形成され、先端部に超音波接合部１６ａを有している。
　超音波接合用ヘッド部６１の超音波接合部１６ａ、超音波接合用ヘッド部６２の超音波接合部１６ａ、及び超音波接合用ヘッド部６３の超音波接合部１６ａは、Ｘ方向に沿って間隔ｄ６毎に均等に配置される。
　超音波接合用ヘッド部６１～６３は、それぞれ超音波振動子１７に超音波振動ＵＶを発生させ、超音波ホーン１６を介して超音波接合部１６ａに超音波振動ＵＶを伝達することにより、超音波接合部１６ａから超音波振動を接合対象物の印加部に印加する超音波振動動作を実行する。
　（制御部）
　図７は実施の形態２の超音波振動接合装置の制御系を模式的に示すブロック図である。図７に示すように、実施の形態２において、制御部１５Ｘは、昇降用サーボモータ２Ｘ、エアシリンダ４１～４３、超音波接合用ヘッド部６１～６３それぞれ内の超音波振動子１７及び駆動部１９Ｘの駆動を制御する制御動作を実行している。
　なお、駆動部１９Ｘは３ヘッド走行フレーム１１を水平方向に移動させる移動処理を実行する。また、超音波接合用ヘッド部６ｉ（ｉ＝１～３のいずれか）の超音波振動子１７は超音波ホーン１６を介して超音波接合部１６ａに超音波振動ＵＶを与える超音波振動動作を実行する。
　制御部１５Ｘは、昇降用サーボモータ２Ｘの駆動を制御することにより、昇降用サーボモータ２Ｘによる－Ｚ方向への押圧力Ｆ１を制御することができ、エアシリンダ４１～４３それぞれを制御することにより、エアシリンダ４１～４３それぞれの－Ｚ方向への押圧力Ｆ２（Ｆ２１～Ｆ２３）を制御することができる。押圧力Ｆ１及びＦ２は「Ｆ１＞Ｆ２」の関係を満足する。
　超音波接合用ヘッド部６１～６３は、加圧用スライダ５１～５３、エアシリンダ４１～４３のピストンロッド２３、及びエアシリンダ４１～４３を介して共通昇降用スライダ１３と連結されている。このため、昇降用サーボモータ２Ｘの駆動により実行される下降動作時に生じる－Ｚ方向の押圧力Ｆ１は、超音波接合用ヘッド部６１～６３に共通の下降動作における下降用押圧力となる。
　超音波接合用ヘッド部６ｉ（ｉ＝１～３のいずれか）は、加圧用スライダ５ｉ及びエアシリンダ４ｉのピストンロッド２３を介してエアシリンダ４ｉと連結されているため、押圧力Ｆ２ｉは、エアシリンダ４ｉによって超音波接合用ヘッド部６ｉに付与される加圧用押圧力となる。なお、押圧力Ｆ２１～Ｆ２３は「Ｆ２１＝Ｆ２２＝Ｆ２３（＝Ｆ２）」を満足するように設定される。
　制御部１５Ｘは、駆動部１９Ｘを制御することにより３ヘッド走行フレーム１１の水平方向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１５Ｘは、超音波接合用ヘッド部６ｉ（ｉ＝１～３のいずれか）の超音波振動子１７を制御して超音波接合用ヘッド部６ｉの超音波振動動作を制御することができる。
　このような構成の実施の形態２の超音波振動接合装置は、制御部１５Ｘの制御下で以下のステップＳ１１～Ｓ１４からなる超音波接合処理を実行することができる。すなわち、制御部１５ＸはステップＳ１１～Ｓ１４からなる制御動作を実行している。
　ステップＳ１１：超音波接合用ヘッド部６１～６３の超音波接合部１６ａが、３つの上記接合対象物の印加部の上方に位置するように配置する。
　ステップＳ１２：エアシリンダ４１～４３に押圧力Ｆ２１～Ｆ２３で加圧動作を実行させる。
　ステップＳ１３：昇降用サーボモータ２Ｘの駆動によってネジ軸２１を第１の回転方向で回転させ、共通昇降用スライダ１３、エアシリンダ４１～４３、加圧用スライダ５１～５３及び超音波接合用ヘッド部６１～６３を一括して下方に移動させる複数一括下降動作を実行させる。この際、昇降用サーボモータ２Ｘは－Ｚ方向の圧力値が押圧力Ｆ１になるように制御される。
　ステップＳ１４：エアシリンダ４ｉ（ｉ＝１～３のいずれか）の位置検出部７によって、接合対象物の印加部に超音波接合用ヘッド部６ｉの超音波接合部１６ａの下方先端部が接触する接合部接触状態の有無が検出される。そして、全ての超音波接合用ヘッド部６１～６３において接合部接触状態が検出される全体接合部接触状態が認識されると、超音波接合用ヘッド部６１～６３それぞれに超音波振動動作を実行させる。
　エアシリンダ４ｉ（ｉ＝１～３のいずれか）の側面に設けられた位置検出部７によって、実施の形態１と同様、エアシリンダ４ｉ内のピストン２５が上記所定位置から上昇したことが検出されると、超音波接合用ヘッド部６ｉに関する接合部接触状態を認識することができる。
　したがって、エアシリンダ４１～４３全ての位置検出部７が接合部接触状態を検出すると、制御部１５Ｘは全体接合部接触状態を認識することができる。
　（効果）
　このように、実施の形態２の超音波振動接合装置は、エアシリンダ４１～４３それぞれに位置検出部７を設けることにより、ステップＳ１３の実行後において上記全体接合部接触状態を迅速、かつ正確に認識することができる。
　その結果、実施の形態２の超音波振動接合装置は、ステップＳ１４において、上記全体接合部接触状態の認識をトリガとして超音波振動処理を実行することにより、３箇所の接合対象物の印加部における超音波接合を速やかに行い、動作時間の短縮を図ることができる効果を奏する。
　さらに、実施の形態２の超音波振動接合装置は、エアシリンダ４１～４３内に位置検出部７を設けるという比較的簡単な構成で上記全体接合部接触状態の認識を正確に行うことができる。
　上述したように、実施の形態２の超音波振動接合装置は、超音波接合用ヘッド部６１～６３に対し加圧用押圧力である押圧力Ｆ２１～Ｆ２３を付与する加圧動作を実行する加圧機構であるエアシリンダ４１～４３と、超音波接合用ヘッド部６１～６３を一体的に下降させる複数一括下降動作を実行する下降機構として機能する昇降用サーボモータ２Ｘとを互いに分離した部品として有している。
　このため、実施の形態２の超音波振動接合装置は、超音波接合用ヘッド部６１～６３を動作対象とした下降動作及び加圧動作それぞれの実行を個別に制御することができる。
　このように、実施の形態２の超音波振動接合装置は、実施の形態１と同様、下降動作及び加圧動作をそれぞれ個別に実行することができるため、制御部１５Ｘの制御下で超音波接合用ヘッド部６１～６３を動作対象とした下降動作及び加圧動作を比較的簡単に実行して、接合対象物に対する超音波接合処理を行うことができる。
　さらに、エアシリンダ４１～４３は超音波接合用ヘッド部６１～６３を下降させる機能を必要としないため、常に一定の押圧力Ｆ２１～Ｆ２３で加圧動作を実行することができる。このため、所望の圧力値となるように、押圧力Ｆ２１～Ｆ２３を予め設定しておくことができる。したがって、エアシリンダ４１～４３はそれぞれ、圧力センサを別途設けることなく、押圧力Ｆ２１～Ｆ２３それぞれを所望の圧力値に正確に設定することができる。
　さらに、実施の形態２の超音波振動接合装置は、加圧機構としてエアシリンダ４１～４３を採用することにより、比較的安価に加圧機構を構成することができる。
　加えて、実施の形態２の超音波振動接合装置は以下の特徴を有している。実施の形態２は、昇降機構である昇降用サーボモータ２Ｘを１つに抑えながら、複数の加圧機構として、３つのエアシリンダ４１～４３を有している。エアシリンダ４１～４３は、複数の超音波接合用ヘッド部である超音波接合用ヘッド部６１～６３に対応して設けられる。
　したがって、実施の形態２の超音波振動接合装置は、１単位の昇降用サーボモータ２Ｘが実行する下降動作により、３つの超音波接合用ヘッド部６１～６３及び３つのエアシリンダ４１～４３に対し一括して複数一括下降動作を実行することができる。
　このため、実施の形態２の超音波振動接合装置は、昇降用サーボモータ２Ｘの数を増加させない比較的小規模な構成で３つの超音波接合用ヘッド部６１～６３を有する構成を実現することができる。
　以下、上記効果について詳述する。図１０は、３つの超音波接合用ヘッド部を有する、従来の加圧式の超音波振動接合装置の構造を模式的に示す説明図である。図１０にＸＹＺ直交座標系を記している。
　同図に示すように、水平方向（Ｘ方向）に移動可能な３ヘッド走行フレーム９１において、ＸＺ平面を有する側面に３つの昇降・加圧用サーボモータ８２１～８２３が固定される。そして、昇降・加圧用サーボモータ８２１～８２３に対応して昇降・加圧用スライダ８３１～８３３が設けられる。
　ネジ軸２１の上端（＋Ｚ方向）は昇降・加圧用サーボモータ８２ｉ（ｉ＝１～３のいずれか）に取り付けられ、ネジ軸２１の下端は、図示しないナットを介して昇降・加圧用スライダ８３ｉに接続する態様で、昇降・加圧用スライダ８３ｉに取り付けられる。
　このような構成において、昇降・加圧用サーボモータ８２ｉ（ｉ＝１～３のいずれか）の駆動によってネジ軸２１を第１の回転方向で回転させると、昇降・加圧用スライダ８３ｉを下方（－Ｚ方向）に移動させる下降動作を行うことができる。
　一方、昇降・加圧用サーボモータ８２ｉによってネジ軸２１を第２の回転方向（第１の回転方向と反対の回転方向）で回転させると、昇降・加圧用スライダ８３ｉ（ｉ＝１～３のいずれか）を上方（＋Ｚ方向）に移動させる上昇動作を行うことができる。昇降・加圧用スライダ８３１～８３３に対応して超音波接合用ヘッド部８６１～８６３が設けられる。
　昇降・加圧用スライダ８３ｉ（ｉ＝１～３のいずれか）の下部に超音波接合用ヘッド部８６ｉが取り付けられる。超音波接合用ヘッド部８６ｉはヘッド形成方向（Ｙ方向）に延びて形成され、先端部に超音波接合部１６ａを有している。
　超音波接合用ヘッド部８６１～８６３はそれぞれ、超音波接合部１６ａから超音波振動を印加する超音波振動動作を実行する。
　また、昇降・加圧用スライダ８３１～８３３は上部に圧力センサ８７１～８７３を有している。圧力センサ８７１～８７３としては例えば歪みゲージが考えられる。圧力センサ８７ｉ（ｉ＝１～３のいずれか）は、超音波接合用ヘッド部８６ｉが接合対象物を押圧する加圧用押圧力を測定圧力値として検出することができる。
　上述した昇降・加圧用サーボモータ８２１～８２３それぞれの下降動作及び上昇動作、並びに超音波接合用ヘッド部８６１～８６３それぞれの超音波振動動作は、図示しない制御部の制御下で実行される。
　このような構成の従来の超音波振動接合装置は、制御部の制御下で以下のステップ１１～ステップ１４が実行される。
　ステップ１１：超音波接合用ヘッド部８６１～８６３の超音波接合部１６ａが３つの上記接合対象物の印加部の上方に位置するように配置する。
　ステップ１２：昇降・加圧用サーボモータ８２ｉ（ｉ＝１～３のいずれか）の駆動によってネジ軸２１を第１の回転方向で回転させ、昇降・加圧用スライダ８３ｉ及び超音波接合用ヘッド部８６ｉを下方に移動させる下降動作を実行させる。
　ステップ１３：圧力センサ８７ｉ（ｉ＝１～３のいずれか）によって、接合対象物の印加部に超音波接合用ヘッド部８６ｉの超音波接合部１６ａが接触する接合部接触状態の有無が検出されると、超音波接合用ヘッド部８６ｉによる加圧用押圧力が所望の圧力値になるように昇降・加圧用サーボモータ８２ｉの駆動内容を制御する。
　ステップ１４：昇降・加圧用サーボモータ８２１～８２３の加圧用押圧力が全て所望の圧力値となったことを確認した後、超音波接合用ヘッド部８６１～８６３それぞれに超音波振動動作を実行させる。
　このように、従来の超音波振動接合装置では、３つの超音波接合用ヘッド部８６１～８６３を設ける場合、超音波接合用ヘッド部８６１～８６３に対応して３つの昇降・加圧用サーボモータ８２１～８２３を設ける必要があった。
　一方、実施の形態２の超音波振動接合装置では、加圧機構（エアシリンダ４１～４３）と昇降機構（昇降用サーボモータ２Ｘ）とを分離して設けている。
　このため、実施の形態２の超音波振動接合装置は、３つの超音波接合用ヘッド部６１～６３を設けても、昇降機構として１単位の昇降用サーボモータ２Ｘに抑え、加圧機構としてエアシリンダの数のみ増加させる態様で構成することができる。
　さらに、実施の形態２の超音波振動接合装置は、複数の超音波接合用ヘッド部として３つの超音波接合用ヘッド部６１～６３を有しているため、単一の超音波接合用ヘッド部を有する実施の形態１の超音波振動接合装置に比べ、接合対象物の印加部が複数存在する場合、複数の印加部全てに対する超音波接合処理を早期に完了することができる。
　以下、この点を詳述する。図８は接合対象物の具体的構成を示す説明図である。同図に示すように、ガラス基板３１の上面上にＸ方向に沿って２つの線状の電極３３が配置される。２つの電極３３において複数の印加部である複数の超音波印加領域３５が設定される。複数の超音波印加領域３５はＸ方向に沿って間隔ｄ３５で均等に設けられる。
　ここで、超音波接合用ヘッド部６１～６３間の形成間隔ｄ６と複数の超音波印加領域３５間の間隔ｄ３５との間に「ｄ６＝３・ｄ３５」の関係が成立すると仮定する。
　この場合、上述したステップＳ１１において、図８に示すように、超音波接合用ヘッド部６１の超音波接合部１６ａが印加位置Ｐ１の上方、超音波接合用ヘッド部６２の超音波接合部１６ａが印加位置Ｐ２の上方、超音波接合用ヘッド部６３の超音波接合部１６ａが印加位置Ｐ３の上方に位置するように配置する。
　印加位置Ｐ１，Ｐ２及びＰ３は、３つの超音波印加領域３５毎の間隔で配置される印加位置であるため、印加位置Ｐ１～Ｐ２，Ｐ２～Ｐ３間はそれぞれ形成間隔ｄ６となる。
　その後、上述したステップＳ１２～Ｓ１４を実行することにより、ステップＳ１１～Ｓ１４からなる１回の超音波接合処理によって、３箇所の超音波印加領域３５（印加位置Ｐ１～Ｐ３）に対しガラス基板３１と電極３３との超音波接合を行うことができる。
　次の超音波接合処理の際、昇降用サーボモータ２Ｘを駆動して上昇動作を行い、超音波接合用ヘッド部６１～６３を上昇させて全体接合部接触状態から開放する。その後、新たに実行されるステップＳ１１において、駆動部１９Ｘを制御して３ヘッド走行フレーム１１を＋Ｘ方向に沿って間隔ｄ３５分、移動させる。
　すると、図８に示すように、超音波接合用ヘッド部６１の超音波接合部１６ａが印加位置Ｐ１１の上方、超音波接合用ヘッド部６２の超音波接合部１６ａが印加位置Ｐ１２の上方、超音波接合用ヘッド部６３の超音波接合部１６ａが印加位置Ｐ１３の上方に位置するように配置される。
　その後、上述したステップＳ１２～Ｓ１４を実行することにより、ステップＳ１１～Ｓ１４からなる２回目の超音波接合処理によって、３箇所の超音波印加領域３５（印加位置Ｐ１１～Ｐ１３）に対しガラス基板３１と電極３３との超音波接合を行うことができる。
　さらに、次の超音波接合処理の際、昇降用サーボモータ２Ｘを駆動して上昇動作を行い、超音波接合用ヘッド部６１～６３を上昇させて全体接合部接触状態から開放する。その後、新たに実行されるステップＳ１１において、３ヘッド走行フレーム１１を＋Ｘ方向に沿って間隔ｄ３５分、移動させる。
　すると、図８に示すように、超音波接合用ヘッド部６１の超音波接合部１６ａが印加位置Ｐ２１の上方、超音波接合用ヘッド部６２の超音波接合部１６ａが印加位置Ｐ２２の上方、超音波接合用ヘッド部６３の超音波接合部１６ａが印加位置Ｐ２３の上方に位置するように配置される。
　その後、上述したステップＳ１２～Ｓ１４を実行することにより、ステップＳ１１～Ｓ１４からなる３回目の超音波接合処理によって、３箇所の超音波印加領域３５（印加位置Ｐ２１～Ｐ２３）に対しガラス基板３１と電極３３との超音波接合を行うことができる。
　その結果、３回の超音波接合処理によって、間隔ｄ３５で連続して設けられた９箇所の超音波印加領域３５に対しガラス基板３１と電極３３との超音波接合を行うことができる。
　このように、実施の形態２の超音波振動接合装置は、昇降機構である昇降用サーボモータ２Ｘを１単位に抑制した比較的簡単で安価な構成で、実施の形態１の超音波振動接合装置に比べ、実質的に３倍の速度で超音波接合処理を実行することができる効果を奏する。
　その結果、実施の形態２の超音波振動接合装置は、接合対象物に対し全ての超音波接合処理が完了するタクトタイムの短縮化を図ることができる。
　＜その他＞
　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。
　１　１ヘッド走行フレーム
　２，２Ｘ　昇降用サーボモータ
　３　昇降用スライダ
　４，４１～４３　エアシリンダ
　５，５１～５３　加圧用スライダ　
　６，６１～６３　超音波接合用ヘッド部
　７　位置検出部
　１１　３ヘッド走行フレーム
　１３　共通昇降用スライダ
　１６　超音波ホーン
　１６ａ　超音波接合部
　１７　超音波振動子
　３０　テーブル
　３１　ガラス基板
　３３　電極

Claims (6)

  1. 　接合対象物（３１，３３）を載置するテーブル（３０）と、
    　超音波接合部（１６ａ）から超音波振動を印加する超音波振動動作を実行する超音波接合用ヘッド部（６，６１～６３）と、
    　前記超音波接合用ヘッド部に連結され、前記超音波接合用ヘッド部に対し前記テーブル側に向けて加圧する加圧動作を実行する加圧機構（４，４１～４３）と、
    　前記超音波接合用ヘッド部及び前記加圧機構を一括して下降させる下降動作を実行する下降機構（２，２Ｘ）と、
    　前記超音波接合用ヘッド部による前記超音波振動動作、前記加圧機構による前記加圧動作、及び前記下降機構による前記下降動作を制御する制御動作を実行する制御部（１５）とを備える、
    超音波振動接合装置。
  2. 　請求項１記載の超音波振動接合装置であって、
    　前記加圧機構はエアシリンダを含み、前記エアシリンダはピストンロッドを介して前記超音波接合用ヘッド部に連結され、
    　前記エアシリンダのピストンロッドから前記超音波接合用ヘッド部に加圧用押圧力が付与される、
    超音波振動接合装置。
  3. 　請求項２記載の超音波振動接合装置であって、
    　前記制御部は、
    　前記下降機構は下降用押圧力（Ｆ１）で前記下降動作を実行し、
    　前記加圧機構は前記加圧用押圧力（Ｆ２，Ｆ２１～Ｆ２３）で前記加圧動作を実行し、
    　前記下降用押圧力は前記加圧用押圧力よりも大きくなるように設定され、
    　前記制御部が実行する前記制御動作は、
    　(a) 前記超音波接合用ヘッド部の前記超音波接合部が前記接合対象物の印加部の上方に位置するように配置するステップと、
    　(b) 前記加圧機構に前記加圧動作を実行させるステップと、
    　(c) 前記下降機構に前記下降動作を実行させるステップと、
    　(d) 前記接合対象物の印加部に前記超音波接合部が接触する接合部接触状態の認識をトリガとして、前記超音波接合用ヘッド部に前記超音波振動動作を実行させるステップとを含む、
    超音波振動接合装置。
  4. 　請求項３記載の超音波振動接合装置であって、
    　前記エアシリンダは、内部のピストンの位置を検知する位置検出部（７）をさらに有する、
    超音波振動接合装置。
  5. 　請求項１から請求項４のうち、いずれか１項に記載の超音波振動接合装置であって、
    　前記超音波接合用ヘッド部は複数の超音波接合用ヘッド部（６１～６３）を含み、
    　前記加圧機構は、前記複数の超音波接合用ヘッド部に対応して設けられる、複数の加圧機構（４１～４３）を含み、
    　前記下降機構（２Ｘ）が実行する前記下降動作は、前記複数の超音波接合用ヘッド部及び前記複数の加圧機構を一括して下降させる複数一括下降動作を含む、
    超音波振動接合装置。
  6. 　請求項１から請求項５のうち、いずれか１項に記載の超音波振動接合装置であって、
    　前記接合対象物は、
    　ガラス基板（３１）と、
    　前記ガラス基板上に配置される電極（３３）とを含む、
    超音波振動接合装置。
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