加圧式超音波振動接合方法および加圧式超音波振動接合装置
【課題】本発明は、薄厚の基体に対してリード線を接合する際に加圧式超音波振動接合を利用したとしても、接合力バラツキを抑制し、接合力の低下を防止し、さらに結合までの時間を短時間とすることができる、加圧式超音波振動接合方法および加圧式超音波振動接合装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る加圧式超音波振動接合方法では、薄厚の基体１１を所定のテーブル１０に設置する。次に、基体１１上に、導電性のリード線１２を配置させる。次に、所定テーブル１０側に圧力を加えながらリード線１２上に超音波振動を印加することにより、基体１１にリード線１２を接合する（加圧式超音波振動接合）。ここで、本発明に係る当該加圧式超音波振動接合の際には、リード線１２に対する圧力を少なくとも２段階で増加させる。
【解決手段】本発明に係る加圧式超音波振動接合方法では、薄厚の基体１１を所定のテーブル１０に設置する。次に、基体１１上に、導電性のリード線１２を配置させる。次に、所定テーブル１０側に圧力を加えながらリード線１２上に超音波振動を印加することにより、基体１１にリード線１２を接合する（加圧式超音波振動接合）。ここで、本発明に係る当該加圧式超音波振動接合の際には、リード線１２に対する圧力を少なくとも２段階で増加させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、加圧式超音波振動接合方法および加圧式超音波振動接合装置に関する発明であり、たとえば、薄厚の基体上に導電性を有するリード線を超音波振動接合する場合に適用される。
【背景技術】
【０００２】
従来より、たとえばワイヤーハーネスにおける中間ジョイント接合の方法として、加圧式超音波振動接合が採用されている。当該加圧式超音波振動接合では、所定の部材にワークを配置し、当該ワークに対して押圧しながらの超音波振動を印加する。当該押圧と超音波振動とのエネルギーにより、ワークは所定の部材と強力に接合される。
【０００３】
また、半導体の分野においても、電子部品を実装する際に加圧式超音波振動接合技術が採用されることもある（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−６５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、たとえば２ｍｍ以下の薄厚のガラスのような基体に対して、そのガラス基体にクラックなどの損傷を与えずに、薄膜の導電性を有するリード線を接合する要請が高まってきている。当該接合の方法として、半田やペーストを利用した方法も考えられるが、簡易な接合方法、コスト低減、省エネルギーや常温での接合の観点から、加圧式超音波振動接合が採用されることが期待される。
【０００６】
しかしながら、たとえば、基体に対してリード線を配置し、当該リード線に圧力を加えながら超音波振動を印加すると、接合力バラツキが生じたり、接合力の低下が生じたり、接合までの時間に長時間を要するなどの弊害が生じる。
【０００７】
そこで、本発明は、薄厚の基体に対してリード線を接合する際に加圧式超音波振動接合を利用したとしても、接合力バラツキを抑制し、接合力の低下を防止し、さらに結合までの時間を短時間とすることができる、加圧式超音波振動接合方法および加圧式超音波振動接合装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載の加圧式超音波振動接合方法は、（Ａ）薄厚の基体を所定のテーブルに設置する工程と、（Ｂ）前記基体上に、導電性のリード線を配置させる工程と、（Ｃ）前記所定テーブル側に圧力を加えながら前記リード線上に超音波振動を印加することにより、前記基体に前記リード線を接合する工程とを、備えており、前記工程（Ｃ）は、前記リード線に対する前記圧力を少なくとも２段階で増加させる工程である。
【０００９】
また、本発明に係る請求項５に記載の加圧式超音波振動接合装置は、薄厚の基体を設置する所定のテーブルと、前記基体上に導電性を有するリード線を配置した状態で、前記所定テーブル側に所定の圧力を加えながら前記リード線上に超音波振動を印加するボンディングツールと、前記ボンディングツールの駆動を制御する駆動部とを、備えており、前記駆動部は、前記リード線に対する前記圧力を少なくとも２段階で増加させる圧力制御を、前記ボンディングツールに対して実施する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、加圧式超音波振動接合に際して、リード線に対する圧力を少なくとも２段階で増加させる。したがって、２段階目以降の圧力ステップではリード線に対するボンディングツールの見かけ上の圧力低下を抑制できるので、接合に必要な圧力をリード線に印加させることが可能となる。これにより、短時間でリード線を基体に接合されることができ、かつ、リード線に対する基体への接合力低下を防止でき、さらには、接合力のバラツキも抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る加圧式超音波振動接合装置の構成を示す図である。
【図２】本発明に係るボンディングツールの圧力制御方法を説明するための図である。
【図３】本発明に係るボンディングツールの速さ制御方法を説明するための図である。
【図４】本発明に係る加圧式超音波振動接合装置（特にボンディングツール）の動作を説明するための図である。
【図５】本発明に係る加圧式超音波振動接合装置（特にボンディングツール）の動作を説明するための図である。
【図６】本発明に係る加圧式超音波振動接合装置（特にボンディングツール）の動作を説明するための図である。
【図７】本発明に係る加圧式超音波振動接合装置（特にボンディングツール）の動作を説明するための図である。
【図８】本発明に係る加圧式超音波振動接合装置（特にボンディングツール）の動作を説明するための図である。
【図９】本発明に係る加圧式超音波振動接合装置（特にボンディングツール）の動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、薄厚の基体上に導電性を有するリード線を超音波振動接合することができる、加圧式超音波振動接合方法および加圧式超音波振動接合装置に関する発明である。本願発明では、基体は、基板または上面に所定の薄膜（クロムや透明性導電膜など）が形成された基板のことである。また、当該基体の厚さは、たとえば２ｍｍ以下程度である。以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
【００１３】
＜実施の形態＞
図１は、本発明に係る加圧式超音波振動接合装置１００の構成を示す図である。図１は、加圧式超音波振動接合装置１００を横方向から見た図である。
【００１４】
図１に示すように、加圧式超音波振動接合装置１００は、電動シリンダー１、支柱部（シャフト）２、カップリング３、ロッド４、当接先端部５、振動ホーン部６、ホルダー７、超音波振動子８、圧力計（歪ゲージ）９、および所定のテーブル（たとえばアンビル）１０を、各々備えている。
【００１５】
なお、ロッド４および当接先端部５から成る構造体を、ボンディングツール４．５と称する。また、図１における図面上下方向がｙ軸方向であり、図１における図面左右方向がｘ軸方向である。また、他の図面で使用するｘ軸、ｙ軸は、図１で示したｘ軸、ｙ軸と同じ方向である。また、他の図面において、ｘ軸とｙ軸とに共に直交するｚ軸を図示する場合もある。
【００１６】
電動シリンダー（駆動部と把握できる）１は、ボンディングツール４，５の駆動を制御することができる。具体的に、電動シリンダー１は、ボンディングツール４，５を、ｙ軸方向に移動させることができる。さらに、電動シリンダー１は、当接先端部５を介してリード線１２に対して所定の圧力を印加させることができる。なお、支柱部２は、電動シリンダー１に連接されている。したがって、当該電動シリンダー１の駆動力は、支柱部２に伝達される。
【００１７】
カップリング３は、支柱部２とロッド４とを接続する部分である。電動シリンダー１からの動力は、支柱部２を介してロッド４へと伝達される。
【００１８】
また、ロッド４は、ホルダー７により支持されており、当該ホルダー７内部においてロッド４は上下方向にガイドされている。当該ロッド４における所定のテーブル１０側の先端部には、当接先端部５が配設されている。また、ロッド４には、振動ホーン６が接続されており、超音波振動子８で発生した超音波振動は、振動ホーン６を介してロッド４に伝達される。
【００１９】
なお、当接先端部５は、超音波振動接合処理の際に、ワーク（リード線１２）に当接される部分である。当該当接先端部５におけるリード線１２との当接面には、所定のパターンの第一の凹凸形状が形成されており、当該第一の凹凸形状の面には、さらに第一の凹凸形状より小さな複数の第二の凹凸形状が形成されている。
【００２０】
所定のテーブル１０上には、薄厚の基体１１が設置される。また、図示は省略しているが、所定のテーブル１０上面には、少なくとも１以上穴が穿設されており、当該穴を介した真空吸着により、基体１１は所定のテーブル１０に固定される。
【００２１】
なお、基体１１は、セラミック、シリコン、ガラスやエポキシなどの薄厚（２ｍｍ以下）の部材である。または、基体１１は、これらの部材上（所定のテーブル１０への非載置側上）に所定の薄膜が形成された部材である。また、基体１１に加圧式超音波接合されるリード線１２は、たとえばアルミニウムや銅などの薄膜（１００μｍ程度）の部材であり、所定の線幅（図１のｘ方向の幅）を有する線状の形状を有する。
【００２２】
基体１１上に導電性を有する線状のリード線１２が配置された状態で、電動シリンダー１からの駆動力によりボンディングツール４，５は、所定のテーブル１０側に向かう所定の圧力をリード線１２に加えながら、当該ボンディングツール４，５は、当該リード線１２上に超音波振動子８で発生した超音波振動を印加する。
【００２３】
加圧式超音波振動接合装置１００では、カップリング２内において圧力計９が配設されている。より具体的には、圧力計９は、支柱部２とロッド４との接続部に配設されている。当該圧力９は、ボンディングツール４，５がリード線１２を押圧する圧力値を測定することができる。
【００２４】
＜電動シリンダー１によるボンディングツール４，５の制御＞
電動シリンダー１は、ボンディングツール４，５のｙ軸方向の変位、ボンディングツール４，５のｙ軸方向の速さ、およびボンディングツール４，５がリード線１２を押圧する圧力値の各々を、制御することができる。
【００２５】
＜圧力制御＞
まず、電動シリンダー１による、ボンディングツール４，５に対する圧力制御について説明する。
【００２６】
圧力計９から出力される測定結果である圧力値は、随時電動シリンダー１に入力される。これにより、電動シリンダー１は、ボンディングツール４，５がリード線１２に印加している圧力値を常にモニターすることができる。電動シリンダー１は、当該モニターしている圧力値を使用して、ボンディングツール４，５がリード線１２に印加する圧力の制御である圧力制御を、当該ボンディングツール４，５に対して実施する。
【００２７】
本実施の形態では、ボンディングツール４，５がリード線１２に対して超音波振動を印加させるとともに、電動シリンダー１は、下記の圧力制御をボンディングツール４，５に対して実施する。具体的に、電動シリンダー１は、当該リード線１２に対する圧力を少なくとも２段階で増加させる圧力制御を、当該ボンディングツール４，５に対して実施する。
【００２８】
たとえば、電動シリンダー１による２段階で圧力を増加させる圧力制御を、図２を用いて説明する。ここで、図２の縦軸は、ボンディングツール４，５がリード線１２を押圧する圧力値であり、図２の横軸は、時間である。
【００２９】
当該２段階で圧力を増加させる圧力制御では、まず、ボンディングツール４，５がリード線１２に向けて下降し、時間Ｔ０でボンディングツール４，５が当該リード線１２に当接する。
【００３０】
その後、ボンディングツール４，５によるリード線１２に対する圧力が、増加していく。圧力が増加することにより、時間Ｔ１にボンディングツール４，５によるリード線１２に対する圧力が、第一の圧力Ｐ１に到達したとする。
【００３１】
圧力計９が当該第一の圧力Ｐ１の到達を検知すると、当該検知を受けて超音波振動子８が、超音波を発生する。つまり、前記検知のタイミングにおいて、ボンディングツール４，５は、リード線１２に対する超音波振動の印加を開始する。これにより、ボンディングツール４，５は、リード線に１２に圧力と超音波振動とを印加する。当該記載から分かるように、圧力計９から送信される測定値は、制御部（または制御部を含む電動シリンダー１）だけでなく、超音波振動子８も受信する。
【００３２】
さて、圧力が当該第一の圧力値Ｐ１に達して、上記超音波振動を印加している状態において、第一の所定の期間（たとえば３０ｍｓ）、ボンディングツール４，５によるリード線１２への圧力増加を停止する（具体的には、電動シリンダー１がボンディングツール４，５の駆動を停止するので、圧力増加動作だけでなく圧力減少動作も行われない）。
【００３３】
ここで、当該第一の所定の期間内において、ボンディングツール４，５によるリード線１２への圧力増加を停止し、当該圧力を第一の圧力値Ｐ１で一定に維持しようとしても、超音波振動によるリード線１２の変形により、リード線１２に印加されるボンディングルーツ４，５からの圧力は、図２に示すように少し低下する。
【００３４】
さて、第一の所定の期間後に（時間Ｔ２から）、上記リード線１２に対する超音波振動印加状態を維持しながら、ボンディングツール４，５は、リード線１２に対する圧力を、第一の圧力値Ｐ１より大きい第二の圧力値Ｐ２まで上昇する。
【００３５】
そして、上記リード線１２への超音波振動印加状態を維持しながら、ボンディングツール４，５は、当該リード線１２に対する圧力を第二の圧力値Ｐ２で第二の所定期間（時間Ｔ３まで）保持する。
【００３６】
ここで、第一の所定期間内において既にリード線１２は、押圧するロッド４の先端に配設された当接先端部５の凹凸形状が転写されるほど大きく変形している。したがって、第二の所定期間内におけるリード線１２の変形量は、非常に小さい程度のものとなる。したがって、第二の所定期間内における当該非常に小さい変形量に起因した、リード線における見かけ上の圧力低下は、図２に示すように、非常に緩やかで非常に小さい圧力減少程度のものに留まる。
【００３７】
なお、第二の圧力値Ｐ２は、基体１１にリード線１２を加圧式超音波接合するのに必要とされる圧力値であり、第一の圧力値Ｐ１は、当該必要とされる圧力値より少し小さい。また、各圧力値Ｐ１，Ｐ２は、薄厚の基体１１の損傷防止の観点を考慮して決定されるべきであり、基体１１やリード線１２の材質や厚さにも依る。たとえば、２ｍｍ以下のガラス基体１１に１００μｍ程度のアルミニウムリード線１２を接合する場合には、第一の圧力値Ｐ１として０．１０〜０．１５ＭＰａ、第二の圧力値Ｐ２として０．１５〜０．２０ＭＰａを採用できる。
【００３８】
なお、上記図２と異なり、第二の圧力値Ｐ２での圧力をリード線１２にある期間印加した後に、当該第二の圧力値Ｐ２より大きな第三の圧力値（３段目の圧力増加ステップ）をリード線１２にある期間だけ印加するように、電動シリンダー１はボンディングツール４，５の圧力制御を行っても良い。このように、３段以上の圧力増加ステップ（順次段階的に圧力を増加させる）を適用する場合には、最終圧力ステップを、基体１１にリード線１２を加圧式超音波接合するのに必要とされる圧力値とすることが望ましい。
【００３９】
＜下降制御＞
さて、ボンディングツール４，５がリード線１２に当接するまでの間において、電動シリンダー１は、ボンディングツール４，５の下降動作を制御する。当該下降動作の制御を、図３を用いて説明する。ここで、図３の縦軸は、リード線１２の当接位置（リード線１２の上面）をゼロとしたボンディングツール４，５のｙ軸方向の変位であり、図２の横軸は、時間である。
【００４０】
当該下降動作では、まず、リード線１２上面からボンディングツール４，５の先端部までの高さが所定の高さＹ１となるまで、ボンディングツールを第一の速さＶ１で、等速で下降させる。ここで、所定の高さＹ１として、たとえば１ｍｍである。
【００４１】
次に（つまり、所定の高さＹ１に到達した後）、当該所定の高さＹ１からボンディングツール４，５がリード線１２上面に到達するまで（時間ｔＮまで）、ボンディングツール４，５を第二の速さＶ２で、等速で下降させる。ここで、第二の速さＶ２は、第一の速さＶ１より遅い。
【００４２】
上述した各ボンディングツール４，５の変位、速さおよびリード線１２に対する当接圧力の各制御シーケンスは、所定のプログラムがインストールされた制御部を用いて実現される。つまり、当該制御シーケンスを実現する上記各ステップ（ボンディングツール４，５の段階的圧力増加ステップおよび段階的速さ変更ステップ）を含むプログラムを作成し、当該プログラムを制御部（図示せず）にインストールし、当該制御部が当該プログラムに従って電動シリンダー１を制御することにより実現される。
【００４３】
なお、当該制御部は、電動シリンダー１に組み込まれていても良く、別構成であっても良い。ここで、前記別構成である場合には、圧力計９から随時送信される圧力値は、制御部が受信し、制御部は受信した圧力値をモニターし、上記シーケンスを実行する。そして、制御部からの制御信号を受信した電動シリンダー１が、当該制御信号に従って、上記圧力制御および速度制御をボンディングツール４，５に対して実施する。
【００４４】
＜動作説明＞
次に、加圧式超音波振動接合装置１００を用いた、加圧式超音波振動接合方法の動作について説明する。なお、以下の動作説明では、ボンディングツール４，５がリード線１２に対して印加する圧力を２段階（３段階以上で無く）で増加させる場合について言及する。また、プログラムがインストールされた制御部は、電動シリンダー１内に配設されている場合について言及する。
【００４５】
まず、所定のテーブル１０上に、薄厚の基体１１を設置する。そして、所定のテーブル１０に設けられた穴（図示せず）を介した真空吸着により、基体１１を所定のテーブル１０に固定させる。
【００４６】
図示を省略しているリールには、導電性を有する薄膜のリード線１２が巻き付けられている。所定のテーブル１０に基体１１を固定した後、当該リールからリード線１２を引き出し、当該引き出したリード線１２を基体１１上の所定の箇所に配置させる。
【００４７】
次に、電動シリンダー１は、制御部においてインストールされた所定のプログラムに従い、下記のようにボンディングツール４，５の動作を制御する。なお、以下のボンディングツール４，５の動作については、図１におけるボンディングツール４，５、基体１１およびリード線１２の周辺の構成を示す拡大図を用いて説明する。
【００４８】
まずはじめに、電動シリンダー１は、リード線１２上面から当接先端部５の端部までの高さが所定の高さＹ１（ここでは１ｍｍ）となるまで、ボンディングツール４，５を第一の速さＶ１（たとえば、Ｖ１＝２５０ｍｍ／ｓ）で、等速で下降させる（図３および図４参照）。
【００４９】
そして、当接先端部５の端部の変位位置が、リード線１２上面からの高さ１ｍｍに到達する。するとそれ以降、電動シリンダー１は、当接先端部５の端部がリード線１２上面に到達するまで、ボンディングツール４，５を第二の速さＶ２で、等速で下降させる（図３および図５参照）。ここで、図３を用いて説明したように、第二の速さＶ２は、第一の速さＶ１よりも遅い。たとえば、第二の速さＶ２は、５ｍｍ／ｓである。
【００５０】
さて、ボンディングツール４，５がリード線１２に当接される（図２のＴ０参照）と、次に、電動シリンダー１、上記所定のプログラムに従い、図２で示したボンディングツール４，５の圧力制御（２段階圧力増加制御）を開始する。なお、上記の通り、制御部を有する電動シリンダー１は、圧力計９から送信される圧力値（測定値）を随時モニターしており、当該モニター結果参照しながら、圧力制御を実行する。
【００５１】
まず、ボンディングツール４，５がリード線１２に対して及ぼす圧力が第一の圧力値Ｐ１に到達するまで線形的に当該圧力を増加させるように、電動シリンダー１はボンディングツール４，５に対して圧力制御を行う。ここで、図２を用いて説明したように、第一の圧力Ｐ１到達のタイミングにおいて（図２の時間Ｔ１において）、超音波振動子８は超音波振動の発生を開始する。これにより、振動ホーン６を介して超音波振動はボンディングツール４，５に伝達され、リード線１２に対する加圧式超音波振動（振動数：２０〜４０ＫＨｚ、振幅：（４〜１０μｍ）が開始される。
【００５２】
ここで、図６，７，８，９では、線状のリード線１２の延設方向に超音波振動が行われる場合を図示している。しかし、線状のリード線１２の線幅方向（図６，７，８，９の図面表裏方向）に超音波振動が行われても良い。
【００５３】
ボンディングツール４，５がリード線１２を押圧する圧力が第一の圧力値Ｐ１に達し、リード線１２に対する上記超音波振動の印加を開始したとする。すると、ボンディングツール４，５は、リード線１２に超音波振動を印加しながら、時間Ｔ１から第一の所定の期間（たとえば３０ｍｓ）、リード線１２に対する圧力の上昇を停止する（図２，７参照）。
【００５４】
なお、電動シリンダー１によるボンディングツール４，５の圧力制御を第一の所定期間停止（つまり、圧力上昇制御も圧力下降制御も行わず）したとしても、上記のように、加圧式超音波振動によりリード線１２に変形が生じ、見かけ上の圧力が低下する。
【００５５】
さて、第一の所定の期間後、リード線１２に超音波振動を印加しながら、ボンディングツール４，５によるリード線１２に対する圧力増加を再開する。ここで、ボンディングツール４，５は、リード線１２に対する圧力が、第一の圧力値Ｐ１より大きい第二の圧力値Ｐ２に達するまで、圧力上昇を行う（図２，８参照）。
【００５６】
圧力値が第二の圧力値Ｐ２に達した後、ボンディングツール４，５は、リード線１２に対する超音波振動印加を継続しつつ、当該リード線１２に対する圧力を当該第二の圧力Ｐ２に、時間Ｔ２から第二の所定期間（たとえば、５００ｍｓ程度）保つ（図２，９参照）。
【００５７】
このように、所定テーブル１０側に圧力を加えながらリード線１２上に超音波振動を印加することにより、基体１１にリード線１２が接合される。
【００５８】
なお、リード線１２を基体１１に対して接合した後は、電動シリンダー１の駆動力によりボンディングツール４，５を上方向に移動させる。また、リード線１２の他の場所と基体１１とを新たに超音波振動接合させる場合は、ボンディングツール４，５もしくは基体１１を移動させた後、上記動作を繰り返し行う。
【００５９】
次に、加圧式超音波振動接合装置１００および上記加圧式超音波振動接合方法の効果を、問題点を提示しつつ説明する。
【００６０】
まず、問題点を説明する。
【００６１】
ボンディングツール４，５がリード線１２に及ぼす圧力を、所定の圧力値まで上昇し、当該所定の圧力値到達後に、これ以降の圧力増加動作を完全に行わないとする。この場合、上記でも説明したように、リード線１２に変形が生じ、圧力制御は停止したとしても、ボンディングツール４，５がリード線１２に印加する見かけ上の圧力は低下する。当該見かけ上の圧力が低下した状態で加圧式超音波接合を実施した場合に、次のような問題が生じる。つまり、リード線１２が基体１１に接合されるまでに長時間の加圧式超音波振動処理が必要となり、また、リード線１２に対する基体１１への接合力が低下し、また、複数接続の場合に各接合点において接合力がばらつく。
【００６２】
そこで、本実施の形態では、基体１１にリード線１２を接合する際に、リード線１２に超音波振動を印加しながら、当該リード線１２に対する圧力を少なくとも２段階で増加させるように、ボンディングツール４，５の駆動を制御している。
【００６３】
したがって、２段階目以降の圧力ステップではリード線１２に対するボンディングツール４，５の見かけ上の圧力低下を抑制できるので、接合に必要な圧力をリード線１２に印加させることが可能となる。これにより、短時間でリード線１２を基体１１に接合されることができ、かつ、リード線１２に対する基体１１への接合力低下を防止でき、さらには、接合力のバラツキも抑制できる。
【００６４】
高速のみボンディングツール４，５を下降させ、リード線１２に当接させた場合には、ボンディングツール４，５の衝撃力により薄厚の基体１１が損傷することがある。
【００６５】
そこで、本実施の形態では、ボンディングツール４，５をリード線１２に当接させる際に、図３に示すように、はじめは高速でボンディングツール４，５を下降させ、その後低速に切り替え、当該低速でボンディングツール４，５をリード線１２当接させている。
【００６６】
したがって、低速状態でボンディングツール４，５がリード線１２に当接されるので、当該当接時に薄厚の基体１１に損傷が生じることを抑制できる。なお、所定の高さまでは高速でボンディングツール４，５を下降させている。よって、ボンディングツール４，５の下降開始からリード線１２当接までの時間が短時間とすることが可能となる。
【００６７】
なお、ボンディングツール４，５を駆動する駆動部をエアシリンダーとすることも可能である。しかしながら、エアシリンダーを採用した場合には、ボンディングツール４，５の圧力制御は低精度となる。また、エアシリンダーを採用し、当該圧力制御の低精度を抑制することも可能であるが、この場合には、当該圧力制御に要する時間がかなり長時間となる。つまり、リード線１２を基体１１に接合するまでに長時間要することとなり、効率的でない。また、エアシリンダーを採用した場合には、ボンディングツール４，５が激しくリード線１２と当接することとなり、当該当接の際に基体１１が損傷を受ける。さらに、エアシリンダーを採用した場合には、当該駆動部全体が大型化し、結果として加圧式超音波振動装置自身も大型化となる。
【００６８】
そこで、本実施の形態では、ボンディングツール４，５を駆動する駆動部として、電動シリンダー１を採用している。
【００６９】
したがって、電動によりボンディングツール４，５を駆動できるので、高精度にボンディングツール４，５の圧力制御を行うことができる。さらに、電動シリンダー１はエアシリンダーよりも小サイズである。しがたって、加圧式超音波振動装置の大型化も抑制することができる。
【００７０】
また、本実施の形態では、圧力計９を配設し、ボンディングツール４，５がリード線１２に付加する圧力を随時モニターし、当該モニター結果に基づいてボンディングツール４，５の圧力制御を行っている。
【００７１】
このように、リード線１２の印加されている実際の圧力をモニターしながらの圧力制御が可能となるので、ボンディングツール４，５の精密な圧力制御が可能となる。したがって、リード線１２と基体１１との接合力を安定化させることができる。
【符号の説明】
【００７２】
１ 電動シリンダー
２ 支柱部
３ カップリング
４ ロッド
５ 当接先端部
６ 振動ホーン部
７ ホルダー
８ 超音波振動子
９ 圧力計
１０ 所定のテーブル
１１ 基体
１２ リード線
１００ 加圧式超音波振動接合装置
【技術分野】
【０００１】
この発明は、加圧式超音波振動接合方法および加圧式超音波振動接合装置に関する発明であり、たとえば、薄厚の基体上に導電性を有するリード線を超音波振動接合する場合に適用される。
【背景技術】
【０００２】
従来より、たとえばワイヤーハーネスにおける中間ジョイント接合の方法として、加圧式超音波振動接合が採用されている。当該加圧式超音波振動接合では、所定の部材にワークを配置し、当該ワークに対して押圧しながらの超音波振動を印加する。当該押圧と超音波振動とのエネルギーにより、ワークは所定の部材と強力に接合される。
【０００３】
また、半導体の分野においても、電子部品を実装する際に加圧式超音波振動接合技術が採用されることもある（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−６５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、たとえば２ｍｍ以下の薄厚のガラスのような基体に対して、そのガラス基体にクラックなどの損傷を与えずに、薄膜の導電性を有するリード線を接合する要請が高まってきている。当該接合の方法として、半田やペーストを利用した方法も考えられるが、簡易な接合方法、コスト低減、省エネルギーや常温での接合の観点から、加圧式超音波振動接合が採用されることが期待される。
【０００６】
しかしながら、たとえば、基体に対してリード線を配置し、当該リード線に圧力を加えながら超音波振動を印加すると、接合力バラツキが生じたり、接合力の低下が生じたり、接合までの時間に長時間を要するなどの弊害が生じる。
【０００７】
そこで、本発明は、薄厚の基体に対してリード線を接合する際に加圧式超音波振動接合を利用したとしても、接合力バラツキを抑制し、接合力の低下を防止し、さらに結合までの時間を短時間とすることができる、加圧式超音波振動接合方法および加圧式超音波振動接合装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載の加圧式超音波振動接合方法は、（Ａ）薄厚の基体を所定のテーブルに設置する工程と、（Ｂ）前記基体上に、導電性のリード線を配置させる工程と、（Ｃ）前記所定テーブル側に圧力を加えながら前記リード線上に超音波振動を印加することにより、前記基体に前記リード線を接合する工程とを、備えており、前記工程（Ｃ）は、前記リード線に対する前記圧力を少なくとも２段階で増加させる工程である。
【０００９】
また、本発明に係る請求項５に記載の加圧式超音波振動接合装置は、薄厚の基体を設置する所定のテーブルと、前記基体上に導電性を有するリード線を配置した状態で、前記所定テーブル側に所定の圧力を加えながら前記リード線上に超音波振動を印加するボンディングツールと、前記ボンディングツールの駆動を制御する駆動部とを、備えており、前記駆動部は、前記リード線に対する前記圧力を少なくとも２段階で増加させる圧力制御を、前記ボンディングツールに対して実施する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、加圧式超音波振動接合に際して、リード線に対する圧力を少なくとも２段階で増加させる。したがって、２段階目以降の圧力ステップではリード線に対するボンディングツールの見かけ上の圧力低下を抑制できるので、接合に必要な圧力をリード線に印加させることが可能となる。これにより、短時間でリード線を基体に接合されることができ、かつ、リード線に対する基体への接合力低下を防止でき、さらには、接合力のバラツキも抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る加圧式超音波振動接合装置の構成を示す図である。
【図２】本発明に係るボンディングツールの圧力制御方法を説明するための図である。
【図３】本発明に係るボンディングツールの速さ制御方法を説明するための図である。
【図４】本発明に係る加圧式超音波振動接合装置（特にボンディングツール）の動作を説明するための図である。
【図５】本発明に係る加圧式超音波振動接合装置（特にボンディングツール）の動作を説明するための図である。
【図６】本発明に係る加圧式超音波振動接合装置（特にボンディングツール）の動作を説明するための図である。
【図７】本発明に係る加圧式超音波振動接合装置（特にボンディングツール）の動作を説明するための図である。
【図８】本発明に係る加圧式超音波振動接合装置（特にボンディングツール）の動作を説明するための図である。
【図９】本発明に係る加圧式超音波振動接合装置（特にボンディングツール）の動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、薄厚の基体上に導電性を有するリード線を超音波振動接合することができる、加圧式超音波振動接合方法および加圧式超音波振動接合装置に関する発明である。本願発明では、基体は、基板または上面に所定の薄膜（クロムや透明性導電膜など）が形成された基板のことである。また、当該基体の厚さは、たとえば２ｍｍ以下程度である。以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
【００１３】
＜実施の形態＞
図１は、本発明に係る加圧式超音波振動接合装置１００の構成を示す図である。図１は、加圧式超音波振動接合装置１００を横方向から見た図である。
【００１４】
図１に示すように、加圧式超音波振動接合装置１００は、電動シリンダー１、支柱部（シャフト）２、カップリング３、ロッド４、当接先端部５、振動ホーン部６、ホルダー７、超音波振動子８、圧力計（歪ゲージ）９、および所定のテーブル（たとえばアンビル）１０を、各々備えている。
【００１５】
なお、ロッド４および当接先端部５から成る構造体を、ボンディングツール４．５と称する。また、図１における図面上下方向がｙ軸方向であり、図１における図面左右方向がｘ軸方向である。また、他の図面で使用するｘ軸、ｙ軸は、図１で示したｘ軸、ｙ軸と同じ方向である。また、他の図面において、ｘ軸とｙ軸とに共に直交するｚ軸を図示する場合もある。
【００１６】
電動シリンダー（駆動部と把握できる）１は、ボンディングツール４，５の駆動を制御することができる。具体的に、電動シリンダー１は、ボンディングツール４，５を、ｙ軸方向に移動させることができる。さらに、電動シリンダー１は、当接先端部５を介してリード線１２に対して所定の圧力を印加させることができる。なお、支柱部２は、電動シリンダー１に連接されている。したがって、当該電動シリンダー１の駆動力は、支柱部２に伝達される。
【００１７】
カップリング３は、支柱部２とロッド４とを接続する部分である。電動シリンダー１からの動力は、支柱部２を介してロッド４へと伝達される。
【００１８】
また、ロッド４は、ホルダー７により支持されており、当該ホルダー７内部においてロッド４は上下方向にガイドされている。当該ロッド４における所定のテーブル１０側の先端部には、当接先端部５が配設されている。また、ロッド４には、振動ホーン６が接続されており、超音波振動子８で発生した超音波振動は、振動ホーン６を介してロッド４に伝達される。
【００１９】
なお、当接先端部５は、超音波振動接合処理の際に、ワーク（リード線１２）に当接される部分である。当該当接先端部５におけるリード線１２との当接面には、所定のパターンの第一の凹凸形状が形成されており、当該第一の凹凸形状の面には、さらに第一の凹凸形状より小さな複数の第二の凹凸形状が形成されている。
【００２０】
所定のテーブル１０上には、薄厚の基体１１が設置される。また、図示は省略しているが、所定のテーブル１０上面には、少なくとも１以上穴が穿設されており、当該穴を介した真空吸着により、基体１１は所定のテーブル１０に固定される。
【００２１】
なお、基体１１は、セラミック、シリコン、ガラスやエポキシなどの薄厚（２ｍｍ以下）の部材である。または、基体１１は、これらの部材上（所定のテーブル１０への非載置側上）に所定の薄膜が形成された部材である。また、基体１１に加圧式超音波接合されるリード線１２は、たとえばアルミニウムや銅などの薄膜（１００μｍ程度）の部材であり、所定の線幅（図１のｘ方向の幅）を有する線状の形状を有する。
【００２２】
基体１１上に導電性を有する線状のリード線１２が配置された状態で、電動シリンダー１からの駆動力によりボンディングツール４，５は、所定のテーブル１０側に向かう所定の圧力をリード線１２に加えながら、当該ボンディングツール４，５は、当該リード線１２上に超音波振動子８で発生した超音波振動を印加する。
【００２３】
加圧式超音波振動接合装置１００では、カップリング２内において圧力計９が配設されている。より具体的には、圧力計９は、支柱部２とロッド４との接続部に配設されている。当該圧力９は、ボンディングツール４，５がリード線１２を押圧する圧力値を測定することができる。
【００２４】
＜電動シリンダー１によるボンディングツール４，５の制御＞
電動シリンダー１は、ボンディングツール４，５のｙ軸方向の変位、ボンディングツール４，５のｙ軸方向の速さ、およびボンディングツール４，５がリード線１２を押圧する圧力値の各々を、制御することができる。
【００２５】
＜圧力制御＞
まず、電動シリンダー１による、ボンディングツール４，５に対する圧力制御について説明する。
【００２６】
圧力計９から出力される測定結果である圧力値は、随時電動シリンダー１に入力される。これにより、電動シリンダー１は、ボンディングツール４，５がリード線１２に印加している圧力値を常にモニターすることができる。電動シリンダー１は、当該モニターしている圧力値を使用して、ボンディングツール４，５がリード線１２に印加する圧力の制御である圧力制御を、当該ボンディングツール４，５に対して実施する。
【００２７】
本実施の形態では、ボンディングツール４，５がリード線１２に対して超音波振動を印加させるとともに、電動シリンダー１は、下記の圧力制御をボンディングツール４，５に対して実施する。具体的に、電動シリンダー１は、当該リード線１２に対する圧力を少なくとも２段階で増加させる圧力制御を、当該ボンディングツール４，５に対して実施する。
【００２８】
たとえば、電動シリンダー１による２段階で圧力を増加させる圧力制御を、図２を用いて説明する。ここで、図２の縦軸は、ボンディングツール４，５がリード線１２を押圧する圧力値であり、図２の横軸は、時間である。
【００２９】
当該２段階で圧力を増加させる圧力制御では、まず、ボンディングツール４，５がリード線１２に向けて下降し、時間Ｔ０でボンディングツール４，５が当該リード線１２に当接する。
【００３０】
その後、ボンディングツール４，５によるリード線１２に対する圧力が、増加していく。圧力が増加することにより、時間Ｔ１にボンディングツール４，５によるリード線１２に対する圧力が、第一の圧力Ｐ１に到達したとする。
【００３１】
圧力計９が当該第一の圧力Ｐ１の到達を検知すると、当該検知を受けて超音波振動子８が、超音波を発生する。つまり、前記検知のタイミングにおいて、ボンディングツール４，５は、リード線１２に対する超音波振動の印加を開始する。これにより、ボンディングツール４，５は、リード線に１２に圧力と超音波振動とを印加する。当該記載から分かるように、圧力計９から送信される測定値は、制御部（または制御部を含む電動シリンダー１）だけでなく、超音波振動子８も受信する。
【００３２】
さて、圧力が当該第一の圧力値Ｐ１に達して、上記超音波振動を印加している状態において、第一の所定の期間（たとえば３０ｍｓ）、ボンディングツール４，５によるリード線１２への圧力増加を停止する（具体的には、電動シリンダー１がボンディングツール４，５の駆動を停止するので、圧力増加動作だけでなく圧力減少動作も行われない）。
【００３３】
ここで、当該第一の所定の期間内において、ボンディングツール４，５によるリード線１２への圧力増加を停止し、当該圧力を第一の圧力値Ｐ１で一定に維持しようとしても、超音波振動によるリード線１２の変形により、リード線１２に印加されるボンディングルーツ４，５からの圧力は、図２に示すように少し低下する。
【００３４】
さて、第一の所定の期間後に（時間Ｔ２から）、上記リード線１２に対する超音波振動印加状態を維持しながら、ボンディングツール４，５は、リード線１２に対する圧力を、第一の圧力値Ｐ１より大きい第二の圧力値Ｐ２まで上昇する。
【００３５】
そして、上記リード線１２への超音波振動印加状態を維持しながら、ボンディングツール４，５は、当該リード線１２に対する圧力を第二の圧力値Ｐ２で第二の所定期間（時間Ｔ３まで）保持する。
【００３６】
ここで、第一の所定期間内において既にリード線１２は、押圧するロッド４の先端に配設された当接先端部５の凹凸形状が転写されるほど大きく変形している。したがって、第二の所定期間内におけるリード線１２の変形量は、非常に小さい程度のものとなる。したがって、第二の所定期間内における当該非常に小さい変形量に起因した、リード線における見かけ上の圧力低下は、図２に示すように、非常に緩やかで非常に小さい圧力減少程度のものに留まる。
【００３７】
なお、第二の圧力値Ｐ２は、基体１１にリード線１２を加圧式超音波接合するのに必要とされる圧力値であり、第一の圧力値Ｐ１は、当該必要とされる圧力値より少し小さい。また、各圧力値Ｐ１，Ｐ２は、薄厚の基体１１の損傷防止の観点を考慮して決定されるべきであり、基体１１やリード線１２の材質や厚さにも依る。たとえば、２ｍｍ以下のガラス基体１１に１００μｍ程度のアルミニウムリード線１２を接合する場合には、第一の圧力値Ｐ１として０．１０〜０．１５ＭＰａ、第二の圧力値Ｐ２として０．１５〜０．２０ＭＰａを採用できる。
【００３８】
なお、上記図２と異なり、第二の圧力値Ｐ２での圧力をリード線１２にある期間印加した後に、当該第二の圧力値Ｐ２より大きな第三の圧力値（３段目の圧力増加ステップ）をリード線１２にある期間だけ印加するように、電動シリンダー１はボンディングツール４，５の圧力制御を行っても良い。このように、３段以上の圧力増加ステップ（順次段階的に圧力を増加させる）を適用する場合には、最終圧力ステップを、基体１１にリード線１２を加圧式超音波接合するのに必要とされる圧力値とすることが望ましい。
【００３９】
＜下降制御＞
さて、ボンディングツール４，５がリード線１２に当接するまでの間において、電動シリンダー１は、ボンディングツール４，５の下降動作を制御する。当該下降動作の制御を、図３を用いて説明する。ここで、図３の縦軸は、リード線１２の当接位置（リード線１２の上面）をゼロとしたボンディングツール４，５のｙ軸方向の変位であり、図２の横軸は、時間である。
【００４０】
当該下降動作では、まず、リード線１２上面からボンディングツール４，５の先端部までの高さが所定の高さＹ１となるまで、ボンディングツールを第一の速さＶ１で、等速で下降させる。ここで、所定の高さＹ１として、たとえば１ｍｍである。
【００４１】
次に（つまり、所定の高さＹ１に到達した後）、当該所定の高さＹ１からボンディングツール４，５がリード線１２上面に到達するまで（時間ｔＮまで）、ボンディングツール４，５を第二の速さＶ２で、等速で下降させる。ここで、第二の速さＶ２は、第一の速さＶ１より遅い。
【００４２】
上述した各ボンディングツール４，５の変位、速さおよびリード線１２に対する当接圧力の各制御シーケンスは、所定のプログラムがインストールされた制御部を用いて実現される。つまり、当該制御シーケンスを実現する上記各ステップ（ボンディングツール４，５の段階的圧力増加ステップおよび段階的速さ変更ステップ）を含むプログラムを作成し、当該プログラムを制御部（図示せず）にインストールし、当該制御部が当該プログラムに従って電動シリンダー１を制御することにより実現される。
【００４３】
なお、当該制御部は、電動シリンダー１に組み込まれていても良く、別構成であっても良い。ここで、前記別構成である場合には、圧力計９から随時送信される圧力値は、制御部が受信し、制御部は受信した圧力値をモニターし、上記シーケンスを実行する。そして、制御部からの制御信号を受信した電動シリンダー１が、当該制御信号に従って、上記圧力制御および速度制御をボンディングツール４，５に対して実施する。
【００４４】
＜動作説明＞
次に、加圧式超音波振動接合装置１００を用いた、加圧式超音波振動接合方法の動作について説明する。なお、以下の動作説明では、ボンディングツール４，５がリード線１２に対して印加する圧力を２段階（３段階以上で無く）で増加させる場合について言及する。また、プログラムがインストールされた制御部は、電動シリンダー１内に配設されている場合について言及する。
【００４５】
まず、所定のテーブル１０上に、薄厚の基体１１を設置する。そして、所定のテーブル１０に設けられた穴（図示せず）を介した真空吸着により、基体１１を所定のテーブル１０に固定させる。
【００４６】
図示を省略しているリールには、導電性を有する薄膜のリード線１２が巻き付けられている。所定のテーブル１０に基体１１を固定した後、当該リールからリード線１２を引き出し、当該引き出したリード線１２を基体１１上の所定の箇所に配置させる。
【００４７】
次に、電動シリンダー１は、制御部においてインストールされた所定のプログラムに従い、下記のようにボンディングツール４，５の動作を制御する。なお、以下のボンディングツール４，５の動作については、図１におけるボンディングツール４，５、基体１１およびリード線１２の周辺の構成を示す拡大図を用いて説明する。
【００４８】
まずはじめに、電動シリンダー１は、リード線１２上面から当接先端部５の端部までの高さが所定の高さＹ１（ここでは１ｍｍ）となるまで、ボンディングツール４，５を第一の速さＶ１（たとえば、Ｖ１＝２５０ｍｍ／ｓ）で、等速で下降させる（図３および図４参照）。
【００４９】
そして、当接先端部５の端部の変位位置が、リード線１２上面からの高さ１ｍｍに到達する。するとそれ以降、電動シリンダー１は、当接先端部５の端部がリード線１２上面に到達するまで、ボンディングツール４，５を第二の速さＶ２で、等速で下降させる（図３および図５参照）。ここで、図３を用いて説明したように、第二の速さＶ２は、第一の速さＶ１よりも遅い。たとえば、第二の速さＶ２は、５ｍｍ／ｓである。
【００５０】
さて、ボンディングツール４，５がリード線１２に当接される（図２のＴ０参照）と、次に、電動シリンダー１、上記所定のプログラムに従い、図２で示したボンディングツール４，５の圧力制御（２段階圧力増加制御）を開始する。なお、上記の通り、制御部を有する電動シリンダー１は、圧力計９から送信される圧力値（測定値）を随時モニターしており、当該モニター結果参照しながら、圧力制御を実行する。
【００５１】
まず、ボンディングツール４，５がリード線１２に対して及ぼす圧力が第一の圧力値Ｐ１に到達するまで線形的に当該圧力を増加させるように、電動シリンダー１はボンディングツール４，５に対して圧力制御を行う。ここで、図２を用いて説明したように、第一の圧力Ｐ１到達のタイミングにおいて（図２の時間Ｔ１において）、超音波振動子８は超音波振動の発生を開始する。これにより、振動ホーン６を介して超音波振動はボンディングツール４，５に伝達され、リード線１２に対する加圧式超音波振動（振動数：２０〜４０ＫＨｚ、振幅：（４〜１０μｍ）が開始される。
【００５２】
ここで、図６，７，８，９では、線状のリード線１２の延設方向に超音波振動が行われる場合を図示している。しかし、線状のリード線１２の線幅方向（図６，７，８，９の図面表裏方向）に超音波振動が行われても良い。
【００５３】
ボンディングツール４，５がリード線１２を押圧する圧力が第一の圧力値Ｐ１に達し、リード線１２に対する上記超音波振動の印加を開始したとする。すると、ボンディングツール４，５は、リード線１２に超音波振動を印加しながら、時間Ｔ１から第一の所定の期間（たとえば３０ｍｓ）、リード線１２に対する圧力の上昇を停止する（図２，７参照）。
【００５４】
なお、電動シリンダー１によるボンディングツール４，５の圧力制御を第一の所定期間停止（つまり、圧力上昇制御も圧力下降制御も行わず）したとしても、上記のように、加圧式超音波振動によりリード線１２に変形が生じ、見かけ上の圧力が低下する。
【００５５】
さて、第一の所定の期間後、リード線１２に超音波振動を印加しながら、ボンディングツール４，５によるリード線１２に対する圧力増加を再開する。ここで、ボンディングツール４，５は、リード線１２に対する圧力が、第一の圧力値Ｐ１より大きい第二の圧力値Ｐ２に達するまで、圧力上昇を行う（図２，８参照）。
【００５６】
圧力値が第二の圧力値Ｐ２に達した後、ボンディングツール４，５は、リード線１２に対する超音波振動印加を継続しつつ、当該リード線１２に対する圧力を当該第二の圧力Ｐ２に、時間Ｔ２から第二の所定期間（たとえば、５００ｍｓ程度）保つ（図２，９参照）。
【００５７】
このように、所定テーブル１０側に圧力を加えながらリード線１２上に超音波振動を印加することにより、基体１１にリード線１２が接合される。
【００５８】
なお、リード線１２を基体１１に対して接合した後は、電動シリンダー１の駆動力によりボンディングツール４，５を上方向に移動させる。また、リード線１２の他の場所と基体１１とを新たに超音波振動接合させる場合は、ボンディングツール４，５もしくは基体１１を移動させた後、上記動作を繰り返し行う。
【００５９】
次に、加圧式超音波振動接合装置１００および上記加圧式超音波振動接合方法の効果を、問題点を提示しつつ説明する。
【００６０】
まず、問題点を説明する。
【００６１】
ボンディングツール４，５がリード線１２に及ぼす圧力を、所定の圧力値まで上昇し、当該所定の圧力値到達後に、これ以降の圧力増加動作を完全に行わないとする。この場合、上記でも説明したように、リード線１２に変形が生じ、圧力制御は停止したとしても、ボンディングツール４，５がリード線１２に印加する見かけ上の圧力は低下する。当該見かけ上の圧力が低下した状態で加圧式超音波接合を実施した場合に、次のような問題が生じる。つまり、リード線１２が基体１１に接合されるまでに長時間の加圧式超音波振動処理が必要となり、また、リード線１２に対する基体１１への接合力が低下し、また、複数接続の場合に各接合点において接合力がばらつく。
【００６２】
そこで、本実施の形態では、基体１１にリード線１２を接合する際に、リード線１２に超音波振動を印加しながら、当該リード線１２に対する圧力を少なくとも２段階で増加させるように、ボンディングツール４，５の駆動を制御している。
【００６３】
したがって、２段階目以降の圧力ステップではリード線１２に対するボンディングツール４，５の見かけ上の圧力低下を抑制できるので、接合に必要な圧力をリード線１２に印加させることが可能となる。これにより、短時間でリード線１２を基体１１に接合されることができ、かつ、リード線１２に対する基体１１への接合力低下を防止でき、さらには、接合力のバラツキも抑制できる。
【００６４】
高速のみボンディングツール４，５を下降させ、リード線１２に当接させた場合には、ボンディングツール４，５の衝撃力により薄厚の基体１１が損傷することがある。
【００６５】
そこで、本実施の形態では、ボンディングツール４，５をリード線１２に当接させる際に、図３に示すように、はじめは高速でボンディングツール４，５を下降させ、その後低速に切り替え、当該低速でボンディングツール４，５をリード線１２当接させている。
【００６６】
したがって、低速状態でボンディングツール４，５がリード線１２に当接されるので、当該当接時に薄厚の基体１１に損傷が生じることを抑制できる。なお、所定の高さまでは高速でボンディングツール４，５を下降させている。よって、ボンディングツール４，５の下降開始からリード線１２当接までの時間が短時間とすることが可能となる。
【００６７】
なお、ボンディングツール４，５を駆動する駆動部をエアシリンダーとすることも可能である。しかしながら、エアシリンダーを採用した場合には、ボンディングツール４，５の圧力制御は低精度となる。また、エアシリンダーを採用し、当該圧力制御の低精度を抑制することも可能であるが、この場合には、当該圧力制御に要する時間がかなり長時間となる。つまり、リード線１２を基体１１に接合するまでに長時間要することとなり、効率的でない。また、エアシリンダーを採用した場合には、ボンディングツール４，５が激しくリード線１２と当接することとなり、当該当接の際に基体１１が損傷を受ける。さらに、エアシリンダーを採用した場合には、当該駆動部全体が大型化し、結果として加圧式超音波振動装置自身も大型化となる。
【００６８】
そこで、本実施の形態では、ボンディングツール４，５を駆動する駆動部として、電動シリンダー１を採用している。
【００６９】
したがって、電動によりボンディングツール４，５を駆動できるので、高精度にボンディングツール４，５の圧力制御を行うことができる。さらに、電動シリンダー１はエアシリンダーよりも小サイズである。しがたって、加圧式超音波振動装置の大型化も抑制することができる。
【００７０】
また、本実施の形態では、圧力計９を配設し、ボンディングツール４，５がリード線１２に付加する圧力を随時モニターし、当該モニター結果に基づいてボンディングツール４，５の圧力制御を行っている。
【００７１】
このように、リード線１２の印加されている実際の圧力をモニターしながらの圧力制御が可能となるので、ボンディングツール４，５の精密な圧力制御が可能となる。したがって、リード線１２と基体１１との接合力を安定化させることができる。
【符号の説明】
【００７２】
１ 電動シリンダー
２ 支柱部
３ カップリング
４ ロッド
５ 当接先端部
６ 振動ホーン部
７ ホルダー
８ 超音波振動子
９ 圧力計
１０ 所定のテーブル
１１ 基体
１２ リード線
１００ 加圧式超音波振動接合装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）薄厚の基体を所定のテーブルに設置する工程と、
（Ｂ）前記基体上に、導電性のリード線を配置させる工程と、
（Ｃ）前記所定テーブル側に圧力を加えながら前記リード線上に超音波振動を印加することにより、前記基体に前記リード線を接合する工程とを、備えており、
前記工程（Ｃ）は、
前記リード線に対する前記圧力を少なくとも２段階で増加させる工程である、
ことを特徴とする加圧式超音波振動接合方法。
【請求項２】
前記工程（Ｃ）は、
（Ｃ−１）前記リード線に対する前記圧力を第一の圧力値まで増加させる工程と、
（Ｃ−２）前記工程（Ｃ−１）の後、前記リード線に前記超音波振動を印加し、第一の所定の期間、前記リード線に対する前記圧力の上昇を停止する工程と、
（Ｃ−３）前記第一の所定の期間後に、前記リード線に前記超音波振動を印加しながら、前記リード線に対する前記圧力を、前記第一の圧力値より大きい第二の圧力値まで上昇する工程とを、備えている、
ことを特徴とする請求項１に記載の加圧式超音波振動接合方法。
【請求項３】
前記工程（Ｃ）は、
（Ｃ−４）前記工程（Ｃ−３）の後、前記リード線に対する前記圧力を前記第二の圧力値に第二の所定期間保ちながら、前記リード線に前記超音波振動を印加する工程を、さらに備えている、
ことを特徴とする請求項２に記載の加圧式超音波振動接合方法。
【請求項４】
前記超音波振動を印加する部材は、
ボンディングツールであり、
（Ｄ）前記工程（Ｃ）の前に、前記ボンディングツールを前記リード線に向けて下降させる工程を、さらに備えており、
前記工程（Ｄ）は、
（Ｄ−１）前記リード線上面からの高さが所定の高さとなるまで、前記ボンディングツールを第一の速さで下降させる工程と、
（Ｄ−２）前記工程（Ｄ−１）の後、前記リード線上面に到達するまで、前記ボンディングツールを、第一の速さより遅い第二の速さで下降させる工程とを、備えている、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の加圧式超音波振動接合方法。
【請求項５】
薄厚の基体を設置する所定のテーブルと、
前記基体上に導電性を有するリード線を配置した状態で、前記所定テーブル側に所定の圧力を加えながら前記リード線上に超音波振動を印加するボンディングツールと、
前記ボンディングツールの駆動を制御する駆動部とを、備えており、
前記駆動部は、
前記リード線に対する前記圧力を少なくとも２段階で増加させる圧力制御を、前記ボンディングツールに対して実施する、
ことを特徴とする加圧式超音波振動接合装置。
【請求項６】
前記駆動部は、
前記リード線に対する前記圧力を第一の圧力値まで増加させ、前記第一の圧力値に到達した後、第一の所定の期間、前記リード線に対する前記圧力の上昇を停止し、前記第一の所定の期間後に、前記リード線に対する前記圧力を、前記第一の圧力値より大きい第二の圧力値まで上昇する前記圧力制御を、前記ボンディングツールに対して実施する、
ことを特徴とする請求項５に記載の加圧式超音波振動接合装置。
【請求項７】
前記ボンディングツールが前記リード線に対して前記超音波振動を印加している状態において、前記駆動部は、
前記リード線に対する前記圧力を、前記第二の圧力値で、第二の所定期間保持する前記圧力制御を、前記ボンディングツールに対して実施する、
ことを特徴とする請求項６に記載の加圧式超音波振動接合装置。
【請求項８】
前記駆動部は、
電動シリンダーである、
ことを特徴とする請求項５乃至請求項７の何れかに記載の加圧式超音波振動接合装置。
【請求項９】
前記リード線に対する前記ボンディングツールが印加する前記圧力を測定する圧力計を、さらに備えており、
前記駆動部は、
前記圧力計の測定結果をモニターしている、
ことを特徴とする請求項８に記載の加圧式超音波振動接合装置。
【請求項１０】
前記駆動部は、
前記リード線上面からの高さが所定の高さとなるまで、前記ボンディングツールを第一の速さで下降させ、前記所定の高さから前記リード線上面に到達するまで、前記ボンディングツールを、第一の速さより遅い第二の速さで下降させるように、前記ボンディングツールの下降動作も制御する、
ことを特徴とする請求項５乃至請求項９の何れかに記載の加圧式超音波振動接合装置。
【請求項１】
（Ａ）薄厚の基体を所定のテーブルに設置する工程と、
（Ｂ）前記基体上に、導電性のリード線を配置させる工程と、
（Ｃ）前記所定テーブル側に圧力を加えながら前記リード線上に超音波振動を印加することにより、前記基体に前記リード線を接合する工程とを、備えており、
前記工程（Ｃ）は、
前記リード線に対する前記圧力を少なくとも２段階で増加させる工程である、
ことを特徴とする加圧式超音波振動接合方法。
【請求項２】
前記工程（Ｃ）は、
（Ｃ−１）前記リード線に対する前記圧力を第一の圧力値まで増加させる工程と、
（Ｃ−２）前記工程（Ｃ−１）の後、前記リード線に前記超音波振動を印加し、第一の所定の期間、前記リード線に対する前記圧力の上昇を停止する工程と、
（Ｃ−３）前記第一の所定の期間後に、前記リード線に前記超音波振動を印加しながら、前記リード線に対する前記圧力を、前記第一の圧力値より大きい第二の圧力値まで上昇する工程とを、備えている、
ことを特徴とする請求項１に記載の加圧式超音波振動接合方法。
【請求項３】
前記工程（Ｃ）は、
（Ｃ−４）前記工程（Ｃ−３）の後、前記リード線に対する前記圧力を前記第二の圧力値に第二の所定期間保ちながら、前記リード線に前記超音波振動を印加する工程を、さらに備えている、
ことを特徴とする請求項２に記載の加圧式超音波振動接合方法。
【請求項４】
前記超音波振動を印加する部材は、
ボンディングツールであり、
（Ｄ）前記工程（Ｃ）の前に、前記ボンディングツールを前記リード線に向けて下降させる工程を、さらに備えており、
前記工程（Ｄ）は、
（Ｄ−１）前記リード線上面からの高さが所定の高さとなるまで、前記ボンディングツールを第一の速さで下降させる工程と、
（Ｄ−２）前記工程（Ｄ−１）の後、前記リード線上面に到達するまで、前記ボンディングツールを、第一の速さより遅い第二の速さで下降させる工程とを、備えている、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の加圧式超音波振動接合方法。
【請求項５】
薄厚の基体を設置する所定のテーブルと、
前記基体上に導電性を有するリード線を配置した状態で、前記所定テーブル側に所定の圧力を加えながら前記リード線上に超音波振動を印加するボンディングツールと、
前記ボンディングツールの駆動を制御する駆動部とを、備えており、
前記駆動部は、
前記リード線に対する前記圧力を少なくとも２段階で増加させる圧力制御を、前記ボンディングツールに対して実施する、
ことを特徴とする加圧式超音波振動接合装置。
【請求項６】
前記駆動部は、
前記リード線に対する前記圧力を第一の圧力値まで増加させ、前記第一の圧力値に到達した後、第一の所定の期間、前記リード線に対する前記圧力の上昇を停止し、前記第一の所定の期間後に、前記リード線に対する前記圧力を、前記第一の圧力値より大きい第二の圧力値まで上昇する前記圧力制御を、前記ボンディングツールに対して実施する、
ことを特徴とする請求項５に記載の加圧式超音波振動接合装置。
【請求項７】
前記ボンディングツールが前記リード線に対して前記超音波振動を印加している状態において、前記駆動部は、
前記リード線に対する前記圧力を、前記第二の圧力値で、第二の所定期間保持する前記圧力制御を、前記ボンディングツールに対して実施する、
ことを特徴とする請求項６に記載の加圧式超音波振動接合装置。
【請求項８】
前記駆動部は、
電動シリンダーである、
ことを特徴とする請求項５乃至請求項７の何れかに記載の加圧式超音波振動接合装置。
【請求項９】
前記リード線に対する前記ボンディングツールが印加する前記圧力を測定する圧力計を、さらに備えており、
前記駆動部は、
前記圧力計の測定結果をモニターしている、
ことを特徴とする請求項８に記載の加圧式超音波振動接合装置。
【請求項１０】
前記駆動部は、
前記リード線上面からの高さが所定の高さとなるまで、前記ボンディングツールを第一の速さで下降させ、前記所定の高さから前記リード線上面に到達するまで、前記ボンディングツールを、第一の速さより遅い第二の速さで下降させるように、前記ボンディングツールの下降動作も制御する、
ことを特徴とする請求項５乃至請求項９の何れかに記載の加圧式超音波振動接合装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−９２６１（Ｐ２０１１−９２６１Ａ）
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４８４１７（Ｐ２００９−１４８４１７）
【出願日】平成２１年６月２３日（２００９．６．２３）
【出願人】（５０１１３７６３６）東芝三菱電機産業システム株式会社 (904)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２３日（２００９．６．２３）
【出願人】（５０１１３７６３６）東芝三菱電機産業システム株式会社 (904)
【Ｆターム（参考）】
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