DE112015006985B4 - Ultraschallvibrationsverbindungsgerät - Google Patents

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Abstract

Ultraschallvibrationsverbindungsgerät, mit:einem Substrattisch (10), auf dem ein Substrat (11) angeordnet ist;einem Verbindungswerkzeug (4), das eine Ultraschallvibrationsbearbeitung mittels Anwendung einer Ultraschallvibration auf einen Anwendungsabschnitt (12p) eines Leitungsdrahts (12) mit Leitfähigkeit an einem direkten Kontaktspitzenabschnitt (4t) ausführt, während es einen vorbestimmten Druck auf eine Seite des Substrattisches (10) ausübt, in einem Zustand, bei dem der Leitungsdraht (12) auf dem Substrat (11) angeordnet ist; undeinen ersten und einen zweiten Pressmechanismus (20, 30), welche eine erste und eine zweite Presswalze (23, 33) umfassen, die eine Drehbewegung ausführen können, wobeider erste und der zweite Pressmechanismus (20, 30)einen Pressvorgang eines Pressens beider Seiten des Anwendungsabschnitts (12p) des Leitungsdrahts (12) durch die erste und die zweite Presswalze (23, 33) zu einer Zeit, in welcher die Ultraschallvibrationsbearbeitung durch das Verbindungswerkzeug (4) ausgeführt wird,einen Bewegungsvorgang einer Ausführung einer Drehbewegung, der von der ersten und der zweiten Presswalze (23, 33) ausgeführt wird, um die erste und die zweite Presswalze (23, 33) auf dem Leitungsdraht (12) zu bewegen und gleichzeitig den Leitungsdraht (12) zu pressen, zu einer Zeit, in welcher die Ultraschallvibrationsbearbeitung durch das Verbindungswerkzeug (4) nicht ausgeführt wird, ausführt,wobei das Verbindungswerkzeug (4) und der erste und zweite Pressmechanismus (20, 30) physisch miteinander verbunden sind, undwobei ein Kontakt-Zustand zwischen dem Verbindungswerkzeug (4) und dem Leitungsdraht (12) während der Ausführung des Bewegungsvorgangs aufgehoben wird.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein druckbelastetes Ultraschallvibrationsverbindungsgerät und betrifft beispielsweise ein Ultraschallvibrationsverbindungsgerät, das in einem Fall verwendet wird, in dem ein Leitungsdraht, der eine Leitfähigkeit aufweist, mittels einer Ultraschallvibrationsverbindung auf ein dünnes Substrat verbunden wird.
  • Stand der Technik
  • Eine druckbelastete Ultraschallvibrationsverbindungs-Technik wird üblicherweise als Methode einer Zwischennahtstellen-Verbindung in beispielsweise einem Kabelbaum angewendet. In der Ultraschallvibrationsverbindungs-Technik wird ein Werkstück auf einem vorbestimmten Bauteil angeordnet und eine Ultraschallvibration aufgebracht, während das Werkstück gepresst wird. Das Werkstück wird aufgrund der Energie des Drucks und der Ultraschallvibration fest mit dem vorbestimmten Bauteil verbunden.
  • Die Druckultraschallvibrationsverbindungs-Technik wird ebenso auf einem Gebiet von Halbleitern zu einem Zeitpunkt angewendet, bei dem eine elektronische Komponente eingebaut wird, und beispielsweise offenbart die JP 2011- 9 262 A ein druckbelastetes Ultraschallvibrationsverbindungsgerät und eine solche Technik.
  • Ferner offenbart die JP 2011 - 96 769 A ein Verfahren zum Verbinden in Form eines Lötens eines Leitungsdrahts mit einem Lot auf einer Oberfläche. Dabei wird ein Zuleitungsdraht durch eine Zuführeinrichtung zugeführt und in Kontakt mit einem Lot gebracht, das zuvor auf eine Oberfläche eines Substrats aufgeklebt wurde. Der Zuleitungsdraht wird durch eine Heizeinrichtung erwärmt und durch elektromagnetische Induktion mit dem Substrat verlötet. Dabei werden Pressmittel, bestehend aus (einem Paar) Andrückrollen, zum Andrücken der Leitung gegen die Lötschicht verwendet.
  • Die US 2003 / 0 084 563 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer integrierten Halbleiterschaltung mit den Schritten eines Zuführens eines Bandes mit Komponenten, einer optischen Inspektion, einem Korrigieren einer Position und schließlich eines Verbindens des Leiters mit der Kontaktstelle durch ein Verbindungswerkzeug.
  • Die US 6 299 050 B1 offenbart eine Reibrührschweißvorrichtung, bei der ein Abstand zu den Oberflächen der Werkstücke durch eine Vorrichtung festgestellt wird, um eine stoffschlüssige Rührreibschweißverbindung zu optimieren.
  • Zusammenfassung
  • Zu lösendes Problem der Erfindung
  • 6 und 7 sind beispielhafte Figuren, um ein Problem eines gewöhnlichen druckbelasteten Ultraschallvibrationsverbindungsgeräts 200 aufzuzeigen, das im Patentdokument 1 offenbart ist. 6 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Zustand zeigt, in welchem in einer Ultraschallvibrationsbearbeitung Pressbauteile 29 und 39 einen Leitungsdraht 12 pressen, und 7 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Zustand nach der Ultraschallvibrationsbearbeitung zeigt, wobei beide von einer X-Achsenrichtung in 1 aus gesehen sind. In 6 und 7 ist ein XYZ-rechtwinkliges Koordinatensystem gezeigt.
  • Wie in 6 gezeigt, wird die Ultraschallvibration (Vibration entlang der Richtung der X-Achse) auf einen Ultraschallverbindungspunkt 12p des Leitungsdrahts 12 von einem direkten Kontaktspitzenabschnitt 4t aus aufgebracht, während mit dem direkten Kontaktspitzenabschnitt 4t des Verbindungswerkzeugs 4 der Leitungsdraht 12 mit einer Presskraft P4 gepresst wird, um die Ultraschallvibrationsbearbeitung auszuführen.
  • Demgegenüber sind die Pressbauteile 29 und 39 mit einem Zylinder verbunden, der nicht in den Figuren dargestellt ist. Die Pressbauteile 29 und 39 bewegen sich durch eine Presskraft F29 und F39 des Zylinders in eine Z-Achsenrichtung in 6 (eine -Z Richtung) und üben hierdurch Druck auf eine Seite des Substrattisches 10 aus. In anderen Worten führen die Pressbauteile 29 und 39 durch die Presskraft F29 und F39 den Pressvorgang eines Pressens von Pressabschnitten W29 und W39 an beiden Seiten des Ultraschallverbindungspunktes 12p (Anwendungsabschnitt) des Leitungsdrahts 12 zu einer Zeitdurch, in welcher die Ultraschallvibrationsbearbeitung ausgeführt wird. Der Pressvorgang unterdrückt ein Phänomen eines Auftretens einer Abhebung (Durchbiegung) des Leitungsdrahtes 12.
  • In einer Draufsicht auf den Leitungsdraht 12, der eine lineare Form aufweist, zur Zeit der oben beschriebenen Ultraschallvibrationsbearbeitung, sind (wenn der Leitungsdraht 12 von einer oberen Richtung (+z-Seite) her gesehen wird) der durch das Pressbauteil 29 gepresste Pressabschnitt W29 (ungefähr 10mm Breite in eine Y-Richtung), ein Spalt Δ29 (ungefähr 1 mm), der Ultraschallverbindungspunkt 12p (eine Breite des direkten Kontaktspitzenabschnitts 4t in der Y-Richtung), ein Spalt Δ39 (ungefähr 1 mm), und der durch das Pressbauteil 39 gepresste Pressabschnitt W39 (ungefähr 10mm Breite in die Y-Richtung), in einer verlängerten Richtung des Leitungsdrahtes 12 angeordnet. In anderen Worten treten die Spalte Δ29 und Δ39 mit jeweils einer Spaltabmessung von ungefähr 1mm gewiss zwischen einem Endabschnitt des direkten Kontaktspitzenabschnitts 4t und den Pressbauteilen 29 und 39 auf, die sich an den beiden Seiten des direkten Kontaktspitzenabschnitts 4t auf dem Leitungsdraht 12 befinden. Wenn eine Abmessung des Ultraschallverbindungspunktes 12p relativ hoch gewählt ist, tritt ein Spalt (hiernach als „der Spalt zwischen den Verbindungspunkten“ bezeichnet) ebenso zwischen dem einen Pressabschnitt W29 (W39) und dem anderen Pressabschnitt W39 (W29) zwischen den zueinander benachbarten Ultraschallverbindungspunkten 12p auf.
  • Weder der Pressvorgang durch die Pressbauteile 29 und 39 noch der Verbindungsvorgang durch das Verbindungswerkzeug 4 wird auf die Regionen, in denen die Spalte Δ29 und Δ39 ausgebildet sind (die Leitungsdraht-Spaltformationsregion) und auf die Region, in der der Spalt zwischen den Verbindungspunkten (die Formationsregion zwischen den Verbindungspunkten) auf dem Leitungsdraht 12 ausgeformt ist, angewandt, sodass, wie in 7 dargestellt, ein Abheben des Leitungsdrahtes 12u (Durchbiegung) in der Leitungsdraht-Spaltformationsregion (Δ39 und Δ29) in dem Leitungsdraht 12 auftreten kann, und ebenso eine Durchbiegung in der Formationsregion zwischen den Verbindungspunkten auftreten kann.
  • Wie oben beschrieben, sind auch in dem gewöhnlichen Ultraschallvibrationsverbindungsgerät 200 mit einem Aspekt eines Pressens der beiden Seiten auf die Ultraschallverbindungspunkte 12p des Leitungsdrahtes 12 durch die Pressbauteile 29 und 39 zu der Zeit einer Ausführung der Ultraschallvibrationsbearbeitung auf dem Leitungsdraht 12 zwischen den Pressbauteilen 29 und 39 sowie dem direkten Kontaktspitzenabschnitt 4t des Verbindungswerkzeugs 4, die Leitungsdraht-Spaltformationsregionen gewiss vorhanden, sodass hier ein Problem auftritt, dass die Abhebung des Leitungsdrahtes 12u nicht verlässlich beseitigt werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung wurde daher im Hinblick auf die oben genannten Probleme gemacht, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Bereitstellung eines Ultraschallvibrationsverbindungsgerätes, das eine Abhebung eines Leitungsdrahtes verlässlich beheben und den Leitungsdrahte akkurat auf das Substrat verbinden kann.
  • Mittel zum Lösen des Problems
  • Ein Ultraschallvibrationsverbindungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: einen Substrattisch, auf dem ein Substrat angeordnet ist; ein Verbindungswerkzeug, das eine Ultraschallvibrationsbearbeitung mittels einer Ultraschallvibration auf einem Anwendungsabschnitt eines Leitungsdrahtes, der eine Leitfähigkeit aufweist, an einem direkten Kontaktspitzenabschnitt ausführt, während es einen vorbestimmten Druck auf eine Seite des Substrattisches ausführt, in einem Zustand, bei dem der Leitungsdraht auf dem Substrat angeordnet ist; und einen ersten und einen zweiten Pressmechanismus, welche eine erste und eine zweite Presswalze fassen, die eine Drehbewegung ausführen können, wobei der erste und der zweite Pressmechanismus einen Pressvorgang eines Pressens beider Seiten des Anwendungsabschnitts des Leitungsdrahts durch die erste und zweite Presswalze zu einer Zeit, in welcher die Ultraschallvibrationsbearbeitung durch das Verbindungswerkzeug ausgeführt wird, und ein Bewegungsvorgang einer Drehbewegung der von der ersten und der zweiten Presswalze ausgeführt wird, um die erste und zweite Presswalze auf dem Leitungsdraht zu bewegen, und gleichzeitig den Leitungsdraht zu pressen, zu einer Zeit, in welcher die Ultraschallvibrationsbearbeitung durch das Verbindungswerkzeug nicht ausgeführt wird, ausführt.
  • Das Verbindungswerkzeug und der erste und zweite Pressmechanismus sind dabei (physisch) miteinander verbunden, wobei ein Kontakt bzw. Kontakt-Zustand zwischen dem Verbindungswerkzeug und dem Leitungsdraht während (der Ausführung) des Bewegungsvorgangs aufgehoben oder freigegeben ist bzw. wird.
  • Wirkung der Erfindung
  • Gemäß dem Ultraschallvibrationsverbindungsgerät der vorliegenden Erfindung führen der erste und der zweite Pressmechanismus den Pressvorgang zu einer Zeit der Ultraschallvibrationsbearbeitung durch das Verbindungswerkzeug aus, wobei ein Abheben des Leitungsdrahtes, das eine Durchbiegung des Leitungsdrahtes in der Ultraschallvibrationsbearbeitung ist, unterdrückt werden kann. Jedoch entstehen Spalte zwischen dem Verbindungswerkzeug und den ersten und zweiten Presswalzen, sodass eine Möglichkeit verbleibt, dass eine Durchbiegung in einer Leitungsdraht-Spaltformationsregion unter den Spalten in dem Leitungsdraht auftreten und dadurch die Abhebung des Leitungsdrahts auftritt.
  • In dem Ultraschallvibrationsverbindungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung können der erste und der zweite Pressmechanismus die Leitungsdraht-spaltabschnitte durch zumindest die ersten oder die zweite Presswalze mittels Ausführen eines Bewegungsvorgangs einer Bewegung auf dem Leitungsdraht, während der Leitungsdraht gepresst wird, pressen, sodass die Abhebung des Leitungsdrahts verlässlich beseitigt werden kann, und der Leitungsdraht akkurat auf dem Substrat verbunden werden kann.
  • Diese und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich noch deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren.
  • Kurzbeschreibung der Figuren
    • 1 ist eine erläuternde Figur, welche eine Konfiguration eines Ultraschallvibrationsverbindungsgeräts zeigt, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
    • 2 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand darstellt, in dem ein Glassubstrat auf einem Substrattisch angeordnet ist, und ein Leitungsdraht auf dem Glassubstrat verbunden wird.
    • 3 ist eine Querschnittsansicht, welche schematisch einen Zustand einer Ausführung der Ultraschallvibrationsbearbeitung gemäß des Ultraschallvibrationsverbindungsgeräts der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
    • 4 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Zustand einer gestoppten Ultraschallvibrationsbearbeitung darstellt, gemäß dem Ultraschallvibrationsverbindungsgerät der vorliegenden Ausführungsform.
    • 5 ist ein Blockdiagramm, das schematisch ein Steuersystem des Ultraschallvibrationsverbindungsgeräts der vorliegenden Ausführungsform darstellt
    • 6 ist eine erklärende Figur, um ein Problem eines konventionellen Ultraschallvibrationsverbindungsgeräts hervorzuheben.
    • 7 ist eine erklärende Figur, um ein Problem des konventionellen Ultraschallvibrationsverbindungsgeräts hervorzuheben.
  • Beschreibung der Ausführungsform(en)
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein druckbelastetes bzw. pressendes Ultraschallvibrationsverbindungsgerät zum Verbinden eines Leitungsdrahts, der eine Leitfähigkeit aufweist, auf einem dünnen Substrat mittels einer Ultraschallvibrationsverbindung. Eine Dicke des Substrats beträgt beispielsweise ungefähr 2mm oder weniger. Die vorliegende Erfindung ist im Folgenden basierend auf den Figuren, welche eine Ausführungsform hiervon zeigen, im Detail beschrieben.
  • Ausführungsform
  • (Gesamte Konfiguration)
  • 1 ist eine erläuternde Figur, welche eine gesamte Konfiguration eines druckbelasteten Ultraschallvibrationsverbindungsgeräts 100 darstellt, welches die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. 1 ist eine perspektivische Ansicht, welche das Ultraschallvibrationsverbindungsgerät 100 schräg von oben zeigt. In 1 und folgend in 2 bis 4 ist ein XYZ-rechtwinkliges Koordinatensystem dargestellt.
  • Wie in 1 dargestellt, weist das Ultraschallvibrationsverbindungsgerät 100 einen (elektrischen) Zylinder 1, ein Verbindungswerkzeug 4, das einen direkten Kontaktspitzenabschnitt 4t hat, eine Vibrationshorneinheit 6, einen Pressmechanismus 20 und 30 und einen Substrattisch 10 (nicht in 1 gezeigt) auf, welche nachfolgend beschrieben werden.
  • Der Zylinder 1 ist mit dem Verbindungswerkzeug 4 verbunden, und eine Antriebskraft (Presskraft) F1 des Zylinders 1 wird auf das Verbindungswerkzeug 4 übertragen, sodass der Zylinder 1 den Antrieb des Verbindungswerkzeugs 4 steuern kann. Konkret kann der Zylinder 1 das Verbindungswerkzeug 4 entlang einer Z-Achsenrichtung bewegen. Der Zylinder 1 kann einen vorbestimmten Druck auf einen Leitungsdraht 12 über den direkten Kontaktspitzenabschnitt 4t des Verbindungswerkzeugs 4 aufbringen. Beispielsweise kann Aluminium als ein Bestandteil des Materials des Leitungsdrahts 12 übernommen werden.
  • Das Verbindungswerkzeug 4 wird durch einen Halter, der nicht gezeigt ist, gestützt, und das Verbindungswerkzeug ist in dem Halter in einer vertikalen Richtung geführt. Der direkte Kontaktspitzenabschnitt 4t ist an einem Abschnitt der Spitze des Verbindungswerkzeugs 4 auf der Seite des Substrattisches 10 angeordnet. Die Vibrationshorneinheit 6 ist mit dem Verbindungswerkzeug 4 verbunden, und eine Ultraschallvibration UV, die in einem nicht gezeigten Ultraschallvibrator erzeugt wird, wird auf das Verbindungswerkzeug 4 über die Vibrationshorneinheit 6 übertragen.
  • Der direkte Kontaktspitzenabschnitt 4t, der an einem Abschnitt der Spitze des Verbindungswerkzeugs 4 ausgeformt ist, ist ein Abschnitt, der in direktem Kontakt mit einem Werkstück (Leitungsdraht 12) in einer Ultraschallvibrationsverbindungsbearbeitung steht (Ultraschallvibrationsbearbeitung). Eine erste konkav-konvexe Form mit beispielsweise einem vorbestimmten Muster, ist auf einer Oberfläche des direkten Kontaktspitzenabschnitts 4t ausgeformt, das in direktem Kontakt mit dem Leitungsdraht 12 ist, und eine Vielzahl an zweiten konkav-konvexen Formen, die kleiner als die erste konkav-konvexe Form sind, sind an der ersten konkav-konvexen Form ausgeformt.
  • In dem Ultraschallvibrationsverbindungsgerät 100 der vorliegenden Ausführungsform sind beide Seitenflächen (Flächen auf beiden Seiten einer Y-Richtung) des Zylinders 1, der mit dem Verbindungswerkzeug 4 verbunden ist, mit (Zylindern 21 und 31) des Pressmechanismus 20 und 30 über Verbindungsplatten 25 und 35 verbunden, und das Verbindungswerkzeug 4 und der Pressmechanismus 20 und 30 sind hierdurch integral ausgebildet.
  • Der (elektrische) Zylinder 21, ein Pressbauteil 22 und eine Presswalze 23 bilden den Pressmechanismus 20 (einen ersten Pressmechanismus), und die Presswalze 23 (eine erste Presswalze) kann eine Drehbewegung zentrisch um eine Rotationsachse 22j des Pressbauteils 22 ausführen. In einer ähnlichen Weise bilden ein (elektrischer) Zylinder 31, ein Pressbauteil 32 und eine Presswalze 33 den Pressmechanismus 30 (ein zweiter Pressmechanismus), und die Presswalze 33 (eine zweite Presswalze) kann eine Drehbewegung zentrisch um das Pressbauteil 32 ausführen.
  • Die Pressbauteile 22 und 32 sind mit den Zylindern 21 und 31 verbunden. Dadurch wird eine Antriebskraft (Presskraft) F22 von dem Zylinder 21 über das Pressbauteil 22 auf die Presswalze 23 übertragen, und die Presswalze 23 kann sich in Richtung der Z-Achse (eine -Z Richtung) bewegen. Der Zylinder 21 kann einen vorbestimmten Druck auf den Leitungsdraht 12 über die Presswalze 23 auftragen. In ähnlicher Weise wird eine Antriebskraft (Presskraft) F32 von dem Zylinder 31 über das Pressbauteil 32 auf die Presswalze 33 übertragen, und die Presswalze 33 kann sich in die Z-Achsenrichtung (die -Z Richtung) bewegen, und darüber hinaus kann der Zylinder 31 eine vorbestimmte Kraft auf den Leitungsdraht 12 über die Presswalze 33 aufbringen.
  • Die Presswalzen 23 und 33 sind aus einem elastischen Körper wie beispielsweise Gummi gemacht und verhindern dadurch einen durch das Pressen des Leitungsdrahts 12 durch die Presswalzen 23 und 33 bedingten Schaden auf dem Leitungsdraht 12.
  • Eine Antriebseinheit, die nicht gezeigt ist, ist mit dem Ultraschallvibrationsverbindungsgerät 100 verbunden, bei dem das Verbindungswerkzeug 4 und der Pressmechanismus 20 und 30 beispielsweise integral ausgebildet sind, und dadurch die Ausführung eines Bewegungsvorgangs eines Weiterbewegens des Ultraschallvibrationsverbindungsgeräts 100 entlang einer Gerätebetriebsrichtung DR100 möglich ist.
  • (Glassubstrat)
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand darstellt, in dem ein Glassubstrat 11 auf dem Substrattisch 10 angeordnet ist und der Leitungsdraht 12 auf bzw. mit dem Glassubstrat verbunden wird.
  • Wie in 2 dargestellt, ist das Glassubstrat 11 mit einer Oberfläche, auf der eine Solarbatterie-Dünnschicht 11g ausgeformt ist, auf dem Substrattisch 10 angeordnet, und der Leitungsdraht 12 wird auf der Solarbatterie-Dünnschicht 11g auf dem Glassubstrat 11 bereitgestellt. Obwohl nicht in den Figuren gezeigt, ist zumindest ein Loch in einer oberen Fläche des Substrattisches 10 gebohrt, und das Glassubstrat 11 wird über das Loch durch ein Vakuumkontakt auf dem Substrattisch 10 fixiert.
  • Bei Durchführung der Ultraschallvibrationsbearbeitung weist der Leitungsdraht 12 eine Leitfähigkeit auf und ist auf (der Solarbatterie-Dünnschicht 11g) des Glassubstrats 11 angeordnet. In dem obigen Zustand bringt das Verbindungswerkzeug 4 einen vorbestimmten Druck, der zu der Seite des Substrattisches 10 hin gerichtet ist, auf den Leitungsdraht 12 durch die Antriebskraft F1 des Zylinders 1 auf, und es wird ebenso die Ultraschallvibration UV, die in dem Ultraschallvibrator erzeugt und dann über die Vibrationshorneinheit 6 erhalten wird, von dem direkten Kontaktspitzenabschnitt 4t des Verbindungswerkzeugs 4 auf den Ultraschallverbindungspunkt 12p des Leitungsdrahts 12 aufgebracht, wodurch die Ultraschallvibrationsbearbeitung zur Verbindung des Leitungsdrahts 12 auf dem Glassubstrat 11 ausgeführt wird.
  • (Ultraschallvibrationsverbindungsbearbeitung)
  • 3 und 4 sind Querschnittsansichten, die schematisch Zustände einer Ausführung und einer Nicht-Ausführung der Ultraschallvibrationsbearbeitung gemäß des Ultraschallvibrationsverbindungsgeräts der vorliegenden Erfindung zeigen. Im Speziellen zeigt 3 den Pressvorgang eines Pressens des Leitungsdrahts 12 durch den Pressmechanismus 20 und 30 und 4 zeigt einen Bewegungsvorgang einer Drehbewegung der Presswalzen 23 und 33 des Pressmechanismus 20 und 30. Beide, 3 und 4, sind vergrößerte Ansichten des Ultraschallvibrationsverbindungsgeräts 100, die von einer Seite her gesehen sind (eine Seite der X-Richtung). Die Darstellung der Solarbatterie-Dünnschicht 11g ist in 3 und 4 ausgelassen.
  • Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 1 bis 4 eine druckbelastete Ultraschallvibrationsbearbeitung beschrieben, welche das Ultraschallvibrationsverbindungsgerät 100 der vorliegenden Erfindung verwendet.
  • Zuerst wird ein dünnes Glassubstrat 11, das eine Oberfläche hat, auf der die Solarbatterie-Dünnschicht 11g geformt wird, auf dem Substrattisch 10 angeordnet. Dann wird das Glassubstrat 11 auf dem Substrattisch 10 durch den Vakuumkontakt über das Loch (nicht gezeigt), das in dem Substrattisch 10 bereitgestellt ist, fixiert.
  • Danach wird der Dünnschicht-Leitungsdraht 12, der eine Leitfähigkeit aufweist, um eine Spule, die in den Figuren nicht gezeigt ist, gewunden. Der Leitungsdraht 12 wird von der Spule genommen und der abgezogene Leitungsdraht 12 wird in einer vorbestimmten Position auf (der Solarbatterie-Dünnschicht 11g des) dem Glassubstrat 11 angeordnet.
  • Als Nächstes wird der Pressvorgang ausgeführt, der durch die Presswalzen 23 und 33 des Pressmechanismus 20 und 30 durchgeführt wird, die den Leitungsdraht 12 (zu der Seite des Substrattisches 10 hin) mit der Presskraft F22 und F33 der Zylinder 21 und 31 pressen. Hierbei pressen, wie in 3 dargestellt, die Presswalzen 23 und 33 den Leitungsdraht 12 mit dem Ultraschallverbindungspunkt 12p dazwischen, auf dem die druckbelastete Ultraschallvibrationsverbindung umgesetzt wird. Das heißt, die Presswalzen 23 und 33 pressen beide Seiten des Ultraschallverbindungspunktes 12p, der in dem Leitungsdraht 12 ein Anwendungsabschnitt zur Anwendung der Ultraschallvibration UV ist, zu der Seite des Substrattisches 10 hin.
  • Dann wird das Verbindungswerkzeug 4 in einem Zustand, in dem der Leitungsdraht 12 durch die Presswalzen 23 und 33 gepresst wird, durch die Antriebskraft F1 des Zylinders 1 nach unten zu dem Leitungsdraht 12 hin bewegt. Darüber hinaus wird, wenn der direkte Kontaktspitzenabschnitt 4t des Verbindungswerkzeugs 4 in direkten Kontakt mit dem Leitungsdraht 12 kommt, der vorbestimmte Druck auf den Leitungsdraht 12 zu der Seite des Substrattisches 10 hin mittels der Antriebskraft F1 des Zylinders 1 angewandt.
  • Wie oben beschrieben generiert der Ultraschallvibrator, nachdem der Leitungsdraht 12 durch die Presswalzen 23 und 33 in dem durch die Pressmechanismen 20 und 30 durchgeführten Pressvorgang gepresst wird und das Verbindungswerkzeug 4 den vordefinierten Druck auf den Leitungsdraht 12 aufbringt, die Ultraschallvibration UV. Die erzeugte Ultraschallvibration UV wird über die Vibrationshorneinheit 6 auf das Verbindungswerkzeug 4 übertragen. Dann führt der direkte Kontaktspitzenabschnitt 4t des Verbindungswerkzeugs 4 die Ultraschallvibration UV mit einer vorbestimmten Anzahl an Schwingungen (beispielsweise 20 bis 40 kHz) und einer vorbestimmten Vibrationsamplitude aus (10 µm oder kleiner, beispielsweise ungefähr 4 oder 5 µm in Hinsicht auf eine Schadensverhütung für das Glassubstrat 11).
  • Hierbei kann eine Vibrationsrichtung der Ultraschallvibration UV eine Richtung parallel zu der Y-Achsenrichtung (das heißt, eine Verlängerungsrichtung des Leitungsdrahts 12) oder eine Richtung parallel zu der X-Achse sein (das heißt, eine Breitenrichtung des Leitungsdrahts 12). Wie oben beschrieben, wird, wenn die Ultraschallvibrationsbearbeitung unter Zuhilfenahme des Verbindungswerkzeugs 4 durchgeführt wird, die Ultraschallvibration UV über den direkten Kontaktspitzenabschnitt 4t auf den Ultraschallverbindungspunkt 12p des Leitungsdrahts 12 angewandt.
  • Wie oben beschrieben, wird der Leitungsdraht 12 durch die Presswalzen 23 und 33 gepresst, und ebenso wird die druckbelastete Ultraschallvibrationsbearbeitung unter Verwendung des Verbindungswerkzeugs 4 (der direkte Kontaktspitzenabschnitt 4t) auf dem Leitungsdraht 12 ausgeführt, und hierdurch wird der Leitungsdraht 12 auf dem Glassubstrat 11 verbunden.
  • In einer Draufsicht auf den Leitungsdraht 12, der eine lineare Form in der Zeit der Ultraschallvibrationsverbindung hat (wenn der Leitungsdraht 12 von der oberen Richtung her gesehen wird), sind, wie in 3 gezeigt, die Presswalze 23 des Pressmechanismus 20, ein Spalt ΔS2 (ungefähr 1 mm) zwischen der Presswalze 23 und dem direkten Kontaktspitzenabschnitt 4t, ein Ultraschallvibrationsverbindungs-Ausführungsabschnitt (eine Breite des direkten Kontaktspitzenabschnitts 4t in der Y-Richtung), ein Spalt ΔS3 (ungefähr 1mm) zwischen dem direkten Kontaktspitzenabschnitt 4t und der Presswalze 33, und die Presswalze 33 des Pressmechanismus 30 in einer verlängerten Richtung des Leitungsdrahts 12 angeordnet (die Y-Richtung).
  • Der Pressvorgang, der durch die Pressmechanismen 20 und 30 durchgeführt wird, wird mit einem solchen Maß ausgeführt, dass der Druck, der auf den Leitungsdraht 12 durch die Presswalzen 23 und 33 aufgetragen wird, keinen Schaden an dem dünnen Glassubstrat 11 verursacht, und beispielsweise wird der Druck auf ungefähr 10kg eingestellt, obwohl er von einem Material und einer Dicke des Glassubstrats 11 abhängt. Die Presswalzen 23 und 33 des Pressmechanismus 20 und 30 kommen zu der Zeit des Pressvorgangs nur in direkten Kontakt mit dem Leitungsdraht 12, und kommen nicht in Kontakt mit dem Glassubstrat 11 (der Solarbatterie-Dünnschicht 11g).
  • Wie oben beschrieben wird das Glassubstrat 11 in dem Ultraschallverbindungspunkt 12p des Leitungsdrahts 12 durch das Verbindungswerkzeug 4 verbunden, während die beiden Seiten des Ultraschallverbindungspunktes 12p des Leitungsdrahts 12 in dem Pressvorgang durch die Presswalzen 23 und 33 des Pressmechanismus 20 und 30 gepresst werden.
  • Der Druck auf den Leitungsdraht 12 durch die Presswalzen 23 und 33 führt zu der Pressung des Glassubstrats 11 auf den Substrattisch 10. Entsprechend wird das Glassubstrat 11 auf dem Substrattisch 10 fester fixiert, sodass das Glassubstrat 11 an einer Verschiebung bezüglich des Substrattisches 10 zu der Zeit einer Durchführung der druckbelasteten Ultraschallvibrationsverbindung auf den Leitungsdraht 12 gehindert wird. Wie oben beschrieben, kann, wenn das Glassubstrat fest verbunden ist, nur der Leitungsdraht 12 mit Ultraschallvibration beaufschlagt werden. Das heißt, dass die Ultraschallvibrationsenergie durch das Verbindungswerkzeug 4 an einem Kontaktabschnitt zwischen dem Glassubstrat 11 und dem Leitungsdraht 12 effektiv in Reibenergie umgewandelt werden kann. Entsprechend kann die Verbindung zwischen dem Leitungsdraht 12 und dem Glassubstrat 11 durch die Ultraschallvibration in einer kürzeren Zeit effektiv durchgeführt werden.
  • Die Spalte ΔS2 und ΔS3 sind jedoch zwischen den Presswalzen 23 und 33 und dem Ultraschallverbindungspunkt 12p gelegen, ein Abheben des Leitungsdrahts (Durchbiegung) in Regionen auftreten kann, in denen die Spalte ΔS2 und ΔS3 in dem Leitungsdraht 12 geformt sind (hiernach bezeichnet als „die Leitungsdraht-Spaltformationsregion“) durch einen ähnlichen Grund wie der der Spalten ΔS29 und ΔS39, die in 7 dargestellt sind. Wenn eine Distanz des Ultraschallverbindungspunkts 12p relativ groß gesetzt ist, kann ein Abheben des Leitungsdrahts 12 in der Formationsregion zwischen den Verbindungspunkten auftreten.
  • Nachfolgend führt das Ultraschallvibrationsverbindungsgerät 100, wenn die Ultraschallvibrationsbearbeitung nicht ausgeführt wird, den Bewegungsvorgang einer Bewegung des Pressmechanismus 20 und 30 durch.
  • Wie in 4 dargestellt, wird das Verbindungswerkzeug 4 von dem Zylinder 1 durch die Antriebskraft F1 in der Z-Achsenrichtung bewegt (die +Z Richtung), sodass das Verbindungswerkzeug 4 über die Seite des Substrattisches 10 gehoben wird. Mit anderen Worten bewegt das Ultraschallvibrationsverbindungsgerät 100 das Verbindungswerkzeug 4 mittels der Antriebskraft F1 des Zylinders 1 nach oben, nachdem die Ultraschallvibrationsbearbeitung eine Verbindung des Leitungsdrahts 12 auf dem Glassubstrat 11 durchgeführt hat, und löst hierdurch einen Kontakt-Zustand zwischen dem Verbindungswerkzeug 4 und dem Leitungsdraht 12.
  • In der Zwischenzeit wird der Druck von den Presswalzen 23 und 33 des Pressmechanismus 20 und 30 auf den Leitungsdraht 12 so eingestellt, dass kein Schaden auf dem dünnen Glassubstrat 11 verursacht wird, aber die Drehbewegung (Drehrichtungen R23 und R33) durch die Presswalzen 23 und 33 zentrisch um die Rotationsachsen 22j und 23j auf dem Leitungsdraht 12 und die Bewegung des Pressmechanismus 20 und 30 auf dem Leitungsdraht 12 zusammen mit dem Verbindungswerkzeug 4 ermöglicht wird, während der Leitungsdraht 12 gepresst wird.
  • In dem oben beschriebenen Zustand wird der Bewegungsvorgang einer Bewegung des Ultraschallvibrationsverbindungsgeräts 100 entlang der Gerätebetriebsrichtung DR100 durch die Antriebseinheit, die nicht gezeigt ist, die mit dem Ultraschallvibrationsverbindungsgerät 100 verbunden ist, ausgeführt. Ebenso ist der Bewegungsvorgang einer relativen Bewegung des Ultraschallvibrationsverbindungsgeräts 100 entlang der Gerätebetriebsrichtung DR100 bezüglich des Substrattisches 10 durch Bewegung des Substrattisches 10, mit dem das Glassubstrat 11 durch den Vakuumkontakt fixiert ist, entlang der Gerätebetriebsrichtung DR100, ohne Bereitstellung der Antriebseinheit, anwendbar.
  • Das heißt, dass der Bewegungsvorgang des Ultraschallvibrationsverbindungsgeräts 100 durch die Drehbewegung der Presswalzen 23 und 33 ausgeführt wird, der den Leitungsdraht 12 entlang der Gerätebetriebsrichtung DR100 bewegt. Dann wird der Bewegungsvorgang in einem Zustand gestoppt, in dem der direkte Kontaktspitzenabschnitt 4t des Verbindungswerkzeugs 4 oberhalb des nächsten Ultraschallverbindungspunktes 12p gelegen ist, auf dem die Ultraschallvibration angewandt wird.
  • Als ein Ergebnis wird eine der Presswalzen 23 und 33 bewegt, während sie sicher die Leitungsdraht-Spaltformationsregion (die Region entsprechend zu ΔS2 und ΔS3) in dem Leitungsdraht 12 während des Bewegungsvorgangs presst, sodass, selbst wenn in der Leitungsdraht-Spaltformationsregion in dem Leitungsdraht 12 die Abhebung des Leitungsdrahts während der Ausführung der Ultraschallvibrationsbearbeitung, wie oben beschrieben, auftritt, die Abhebung des Leitungsdrahts durch den Druck durch eine der Presswalzen verlässlich beseitigt werden kann. Gleichermaßen kann, ebenso wie in dem Fall, in dem die Abhebung des Leitungsdrahts in der Formationsregion zwischen den Verbindungspunkten auftritt, die Abhebung des Leitungsdrahts verlässlich beseitigt werden.
  • Wie oben beschrieben führen die Pressmechanismen 20 und 30 (der erste und der zweite Pressmechanismus) des Ultraschallvibrationsverbindungsgeräts 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform den Bewegungsvorgang einer Bewegung der Presswalzen 23 und 33 auf den Leitungsdraht 12 aus (einschließlich der Leitungsdraht-Spaltformationsregion in der Ausführung der letzten Ultraschallvibrationsbearbeitung), während der Leitungsdraht 12 nach der Ausführung der durch das Verbindungswerkzeug 4 ausgeführten Ultraschallvibrationsbearbeitung, gepresst wird.
  • Daher kann die Leitungsdraht-Spaltformationsregion und die Formationsregion zwischen den Verbindungspunkten durch zumindest eine der Presswalzen 23 und 33 (die erste und die zweite Presswalze) in dem Bewegungsvorgang des Ultraschallvibrationsverbindungsgeräts 100 gepresst werden. Als Ergebnis hat die oben beschriebene Konfiguration eine Wirkung, dass die Abhebung des Leitungsdrahts, die in dem Leitungsdraht 12 auftritt, in dem Bewegungsvorgang des Ultraschallvibrationsverbindungsgeräts 100 verlässlich beseitigt wird, sodass der Leitungsdraht 12 akkurat bzw. fehlerfrei auf dem Glassubstrat 11 verbunden werden kann.
  • (Steuerung)
  • 5 ist ein Blockdiagramm, das schematisch ein Steuersystem des Ultraschallvibrationsverbindungsgeräts 100 darstellt. Wie in 5 gezeigt, weist das Ultraschallvibrationsverbindungsgerät 100 ferner eine Steuervorrichtung 15 auf, und führt in der Steuervorrichtung 15 eine Antriebssteuerung der Zylinder 1, 21 und 31, einer Antriebseinheit 16 und eines Ultraschallvibrators 17 aus. Die Antriebseinheit 16 führt den Bewegungsvorgang einer Bewegung des gesamten Ultraschallvibrationsverbindungsgerätes 100 in der Gerätebetriebsrichtung DR100 aus, und der Ultraschallvibrator 17 führt die Ultraschallvibrationsbearbeitung, unter Bereitstellung der Ultraschallvibration UV über die Vibrationshorneinheit 6 des Verbindungswerkzeugs 4, aus.
  • Die Steuervorrichtung 15 kann eine variable Steuerung der Presskraft F22 und F23 der Presswalzen 23 und 33 durch Ausführung der Antriebssteuerung der Zylinder 21 und 31 ausführen, und kann ebenso den Bewegungsvorgang einer Bewegung des Ultraschallvibrationsverbindungsgerätes 100 entlang der Gerätebetriebsrichtung DR100 über Steuerung der Antriebseinheit 16 steuern.
  • Darüber hinaus kann die Steuervorrichtung 15 die Antriebskraft F1, welche auf das Verbindungswerkzeug 4 entlang der Z-Achsenrichtung aufgetragen wird, steuern, indem die Antriebssteuerung des Zylinders 1 durchgeführt wird, und kann die Ultraschallvibrationsbearbeitung des Verbindungswerkzeugs 4 durch Steuerung des Ultraschallvibrators 17 steuern. Entsprechend kann die Steuervorrichtung 15 variabel Zustände der Ultraschallvibrationsverbindungsbearbeitung (eine Gesamtanzahl an Schwingungen, Vibrationsamplitude und Druckkraft), die durch das Verbindungswerkzeug 4 durchführt werden, entsprechend einer Anweisung eines Anwenders beispielsweise, steuern.
  • In der Zwischenzeit muss die Presskraft auf das Glassubstrat 11 durch den Pressmechanismus 20 und 30 entsprechend einem Material und einer Dicke des Glassubstrats 11, einem Material und einer Dicke der Solarbatterie-Dünnschicht 11g und Bedingungen des Ultraschallvibrationsverbindungsprozesses geändert werden. Die Steuervorrichtung 15 steuert daher variabel die Presskraft F23 und F33 durch den Pressmechanismus 20 und 30 über die Zylinder 21 und 31, in Übereinstimmung mit den Anweisungen des Anwenders. Konkret können, wenn jeweils Informationen (beispielsweise ein Material und eine Dicke des Glassubstrats 11 an sich und jeder Schicht, welche die Solarbatterie-Dünnschicht 11g bildet, und Bedingungen des Ultraschallvibrationsverbindungsprozesses) der Steuervorrichtung 15 eingegeben werden, kann die Presskraft F23 und F33 des Pressmechanismus 20 und 30 entsprechend der Presskraft, welche von einer vorliegenden Informationstabelle und jeder obigen beschriebenen Information bestimmt wird, gesteuert werden. Hierbei ist die Presskraft für jede oben beschriebe Information in der Informationstabelle eindeutig definiert.
  • Wie oben beschrieben, kann die Presskraft F22 und F23 der Presswalzen 23 und 33 in Übereinstimmung mit den Bedingungen der Ultraschallvibrationsverbindungbearbeitung während und nach der Ausführung des Ultraschallvibrationsbearbeitung angemessen durch Antrieb der Zylinder 21 und 31 der Pressmechanismen 20 und 30, unter Steuerung der Steuervorrichtung 15 gesteuert werden.
  • Wie oben beschrieben, können die Presskraft F23 und F33 durch den Pressmechanismus 20 und 30 und die Bedingungen des Ultraschallvibrationsverbindungsprozesses, der durch das Verbindungswerkzeug 4 durchgeführt wird, beispielsweise variabel unter der Steuerung der Steuervorrichtung 15 gesteuert werden. Entsprechend kann die Presskraft F23 und F33 durch den Pressmechanismus 20 und 30, ein Antriebsgehalt der Antriebseinheit 16, und die Bedingungen der Ultraschallvibrationsverbindungsbearbeitung, die durch das Verbindungswerkzeug 4 ausgeführt wird (der Zylinder 1 und der Ultraschallvibrator 17), in Übereinstimmung mit beispielsweise der Dicke und des Materials des Glassubstrats 11 und der Solarbatterie-Dünnschicht 11g, angemessen geändert werden.
  • Als ein Ergebnis kann das Ultraschallvibrationsverbindungsgerät 100 der vorliegenden Ausführungsform verlässlich die Möglichkeit eines Auftretens des Abhebens des Leitungsdrahts in dem Leitungsdraht 12 beseitigen, ohne das Glassubstrat 11 (inklusive der Solarbatterie-Dünnschicht 11g) zu beeinflussen, und kann ebenso angemessen die Presskraft F2 und F33, den Antriebsgehalt der Antriebseinheit 16, und die Bedingungen des Ultraschallvibrationsverbindungsprozesses ändern, um den Leitungsdraht 12 auf dem Glassubstrat 11 zu verbinden.
  • Der oben beschriebene Effekt kann erreicht werden, wenn die Steuervorrichtung 15 zumindest die Presskraft F23 und F33 durch den Pressmechanismus 20 und 30 steuert.
  • (Sonstiges)
  • In den oben beschriebenen Ausführungsformen wird das Glassubstrat 11 als das Substrat beschrieben, auf welchem der Leitungsdraht 12 geformt wird. Jedoch kann das Substrat anstelle des Glassubstrats 11 auch aus einem dünnen Element, wie Keramik, Silikon und Epoxid hergestellt sein. Aluminium wird als die Komponente des Materials des Leitungsdrahts 12 beschrieben, das eine Leitfähigkeit aufweist. Jedoch können auch andere Materialien mit einer Leitfähigkeit als Bestandteil des Materials übernommen werden.
  • Das Ultraschallvibrationsverbindungsgerät 100 hat die Konfiguration, dass das Verbindungswerkzeug 4 und der Pressmechanismus 20 und 30 wie beschrieben integral ausgeformt sind, jedoch können das Verbindungswerkzeug 4 und der Pressmechanismus 20 und 30 voneinander getrennt sein, um das Ultraschallvibrationsverbindungsgerät zu bilden. In dem obigen Fall führen das Verbindungswerkzeug 4 und der Pressmechanismus 20 und 30 den Bewegungsvorgang unabhängig voneinander aus. Der elektrische Zylinder ist als der Zylinder 1, 21 und 31 beschrieben, jedoch ist die Konfiguration des Ultraschallvibrationsverbindungsgeräts 100 der vorliegenden Ausführungsform nicht hierauf beschränkt.
  • Die vorliegende Erfindung wurde gezeigt und im Detail beschrieben, wobei die vorangegangene Beschreibung in allen Aspekten lediglich erläuternd, aber nicht einschränkend ist. Es wird daher verstanden, dass eine Vielzahl an Modifikationen und Variationen entwickelt werden kann, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 21, 31
    Zylinder
    4
    Verbindungswerkzeug
    4t
    Direkter Kontaktspitzenabschnitt
    6
    Vibrationshorneinheit
    10
    Substrattisch
    11
    Glassubstrat
    12
    Leitungsdraht
    15
    Steuervorrichtung
    16
    Antriebseinheit
    17
    Ultraschallvibrator
    20, 30
    Pressmechanismus
    23, 33
    Presswalzen

Claims (2)

  1. Ultraschallvibrationsverbindungsgerät, mit: einem Substrattisch (10), auf dem ein Substrat (11) angeordnet ist; einem Verbindungswerkzeug (4), das eine Ultraschallvibrationsbearbeitung mittels Anwendung einer Ultraschallvibration auf einen Anwendungsabschnitt (12p) eines Leitungsdrahts (12) mit Leitfähigkeit an einem direkten Kontaktspitzenabschnitt (4t) ausführt, während es einen vorbestimmten Druck auf eine Seite des Substrattisches (10) ausübt, in einem Zustand, bei dem der Leitungsdraht (12) auf dem Substrat (11) angeordnet ist; und einen ersten und einen zweiten Pressmechanismus (20, 30), welche eine erste und eine zweite Presswalze (23, 33) umfassen, die eine Drehbewegung ausführen können, wobei der erste und der zweite Pressmechanismus (20, 30) einen Pressvorgang eines Pressens beider Seiten des Anwendungsabschnitts (12p) des Leitungsdrahts (12) durch die erste und die zweite Presswalze (23, 33) zu einer Zeit, in welcher die Ultraschallvibrationsbearbeitung durch das Verbindungswerkzeug (4) ausgeführt wird, einen Bewegungsvorgang einer Ausführung einer Drehbewegung, der von der ersten und der zweiten Presswalze (23, 33) ausgeführt wird, um die erste und die zweite Presswalze (23, 33) auf dem Leitungsdraht (12) zu bewegen und gleichzeitig den Leitungsdraht (12) zu pressen, zu einer Zeit, in welcher die Ultraschallvibrationsbearbeitung durch das Verbindungswerkzeug (4) nicht ausgeführt wird, ausführt, wobei das Verbindungswerkzeug (4) und der erste und zweite Pressmechanismus (20, 30) physisch miteinander verbunden sind, und wobei ein Kontakt-Zustand zwischen dem Verbindungswerkzeug (4) und dem Leitungsdraht (12) während der Ausführung des Bewegungsvorgangs aufgehoben wird.
  2. Ultraschallvibrationsverbindungsgerät nach Anspruch 1, ferner mit einer Steuervorrichtung (15), die den ersten und den zweiten Pressmechanismus (20, 30) steuert, wobei die Steuervorrichtung (15) die Druckkraft der ersten und der zweiten Presswalze (23, 33) variabel steuert.
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