JP2019188405A - Ultrasonic jointing device - Google Patents

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Abstract

To provide an ultrasonic jointing device configured to be able to surely monitor ultrasonic horn and a vibration state of an ultrasonic vibrator with a simple and inexpensive structure.SOLUTION: An ultrasonic jointing device 100, which places a work-piece 30 including a site 31 to be jointed on an anvil 20, applies weight to a site 33 to be jointed of the work-piece 30 and applies ultrasonic vibrations to a horn 40 so as to joint the site 33 to be jointed, attaches a heat-flow sensor 80 constituted of two heat-flow sensors 80a and 80b serially connected and superimposed with each other with reverse polarity to an ultrasonic vibration part that applies ultrasonic vibrations to the horn 40 through an elastic body 82, and monitors an abnormality of a vibrator 60 or the horn 40 from a detected output by the heat-flow sensor 80.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、超音波接合装置に関し、詳しくは、熱流センサを用いて超音波ホーン、超音波振動子の劣化等による異常を監視するようにした超音波接合装置に関する。   The present invention relates to an ultrasonic bonding apparatus, and more particularly, to an ultrasonic bonding apparatus that monitors abnormality due to deterioration of an ultrasonic horn, an ultrasonic vibrator, and the like using a heat flow sensor.

超音波接合装置は、接合対象部位に超音波振動と加重を与えることにより接合対象部位の接合を行うものである。   The ultrasonic bonding apparatus performs bonding of bonding target portions by applying ultrasonic vibration and weight to the bonding target portions.

従来、超音波接合装置においては、接合対象部位の振動状態をモニタする超音波接合装置として特許文献１に開示された「ワイヤボンディング装置およびワイヤボンディング方法」が知られている。   Conventionally, in an ultrasonic bonding apparatus, a “wire bonding apparatus and a wire bonding method” disclosed in Patent Document 1 is known as an ultrasonic bonding apparatus that monitors a vibration state of a bonding target portion.

特許文献１に開示された「ワイヤボンディング装置およびワイヤボンディング方法」においては、互いに異なる３つの方向から接合対象物にレーザ光を照射し、レーザドップラ振動計を用いて接合対象物の振動状態を検出している。   In the “wire bonding apparatus and wire bonding method” disclosed in Patent Document 1, the object to be welded is irradiated with laser light from three different directions, and the vibration state of the object to be welded is detected using a laser Doppler vibrometer. is doing.

このようにレーザドップラ振動計を用いれば、超音波接合装置の超音波振動子や超音波ホーンの振動状態を直接検出することが可能になるが、設備が極めて高価になり、レーザセンサヘッド寸法が大きくインラインに組み込みにくい。   If the laser Doppler vibrometer is used in this way, it is possible to directly detect the vibration state of the ultrasonic vibrator and ultrasonic horn of the ultrasonic bonding apparatus, but the equipment becomes very expensive and the laser sensor head dimensions are reduced. Large and difficult to incorporate inline.

また、超音波振動子に直接熱流センサを貼り付けて超音波振動子の振動をモニタする方法も考えられるが、このような方法によると、熱流センサの貼り付け部で異常発熱したり、異常モードでの発振となるので採用できない。   In addition, a method of directly attaching a heat flow sensor to the ultrasonic transducer and monitoring the vibration of the ultrasonic transducer is conceivable. However, according to such a method, abnormal heat is generated at the attachment portion of the heat flow sensor or an abnormal mode is detected. It can not be adopted because of oscillation.

通常、超音波振動子はケースに入れて冷却ブローするが、超音波振動子に直接熱流センサを貼り付けると、対流により熱流センサの検出値が極めて不安定になる。   Usually, the ultrasonic vibrator is put in a case and cooled and blown. However, if the heat flow sensor is directly attached to the ultrasonic vibrator, the detection value of the heat flow sensor becomes extremely unstable due to convection.

特開２０１６−１１９３７４号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-119374

そこで、本発明は、簡単かつ安価な構成により超音波ホーン、超音波振動子の振動状態を確実に監視できるようにした超音波接合装置を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide an ultrasonic bonding apparatus that can reliably monitor the vibration state of an ultrasonic horn and an ultrasonic vibrator with a simple and inexpensive configuration.

上記の目的を達成するため、請求項１の発明は、接合対象部位を含むワークをアンビル上に載置し、前記接合対象部位に加重を与えるとともに超音波ホーンから超音波振動を印加し、前記接合対象部位を接合する超音波接合装置であって、前記超音波ホーンに超音波振動を与える超音波振動部に弾性体を介して取り付けられ、直列接続され互いに逆極性に重ね合わされた２枚の熱流センサと、前記熱流センサの検知出力から前記超音波振動子の振幅を監視する監視手段と、を具備することを特徴とする。   In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is a method of placing a workpiece including a joining target part on an anvil, applying a weight to the joining target part and applying ultrasonic vibration from an ultrasonic horn, An ultrasonic bonding apparatus for bonding portions to be bonded, which are attached to an ultrasonic vibration unit that applies ultrasonic vibration to the ultrasonic horn via an elastic body, and are connected in series and overlapped with opposite polarities. A heat flow sensor; and monitoring means for monitoring the amplitude of the ultrasonic transducer from a detection output of the heat flow sensor.

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記熱流センサは、超音波振動子の超音波振動を前記超音波ホーンに伝えるコーン上であって、前記超音波振動子による振動の振幅が最小となる部位を保持する振動子ホルダに取り付けられることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the heat flow sensor is on a cone that transmits the ultrasonic vibration of the ultrasonic vibrator to the ultrasonic horn, and the amplitude of the vibration by the ultrasonic vibrator is It is characterized by being attached to a vibrator holder that holds a minimum part.

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記監視手段により監視した前記超音波振動子の振幅が予め設定した振動範囲から外れた場合は、前記超音波振動子または前記超音波ホーンの異常として報知する報知手段、を更に具備することを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, when the amplitude of the ultrasonic transducer monitored by the monitoring means is out of a preset vibration range, the ultrasonic transducer or the ultrasonic It is further characterized by further comprising an informing means for informing that the horn is abnormal.

請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項の発明において、前記熱流センサは、所定の圧縮率で圧縮された前記弾性体に接した状態で金属ブロック間に挟み込まれ、該金属ブロックが前記超音波振動子ホルダの側面に取り付けられることを特徴とする。   The invention of claim 4 is the invention of any one of claims 1 to 3, wherein the heat flow sensor is sandwiched between metal blocks in contact with the elastic body compressed at a predetermined compression rate. A metal block is attached to a side surface of the ultrasonic transducer holder.

請求項５の発明は、請求項３又は４の発明において、前記監視手段は、
前記熱流センサにより検出した熱流を監視し、前記報知手段は、前記超音波ホーンの振幅のピーク値が予め設定した振動範囲から外れた場合は、前記超音波振動子または前記超音波ホーンの異常として報知することを特徴とする。 The invention of claim 5 is the invention of claim 3 or 4, wherein the monitoring means is
The heat flow detected by the heat flow sensor is monitored, and when the peak value of the amplitude of the ultrasonic horn deviates from a preset vibration range, the notification means determines that the ultrasonic vibrator or the ultrasonic horn is abnormal. It is characterized by notifying.

本発明によれば、接合対象部位を含むワークをアンビル上に載置し、前記接合対象部位に加重を与えるとともに超音波ホーンから超音波振動を印加し、前記接合対象部位を接合する超音波接合装置であって、前記超音波ホーンに超音波振動を与える超音波振動部に弾性体を介して取り付けられ、直列接続され互いに逆極性に重ね合わされた２枚の熱流センサと、前記熱流センサの検知出力から前記超音波振動子の振幅を監視する監視手段と、を具備して構成したので、超音波振動部の微小振動による発熱情報を熱流センサで検知することができ、これにより簡単かつ安価な構成により超音波ホーン、超音波振動子の振動状態を確実に監視できるという効果を奏する。   According to the present invention, a workpiece including a bonding target portion is placed on an anvil, weight is applied to the bonding target portion, and ultrasonic vibration is applied from an ultrasonic horn to bond the bonding target portion. Two heat flow sensors that are attached to an ultrasonic vibration unit that applies ultrasonic vibration to the ultrasonic horn via an elastic body, are connected in series and overlapped with opposite polarities, and detection of the heat flow sensor And a monitoring means for monitoring the amplitude of the ultrasonic vibrator from the output, so that heat generation information due to minute vibrations of the ultrasonic vibration section can be detected by the heat flow sensor, thereby making it simple and inexpensive. According to the configuration, the vibration state of the ultrasonic horn and the ultrasonic vibrator can be reliably monitored.

図１は、本発明に係る超音波接合装置の実施例１の概略を示す側面図である。FIG. 1 is a side view schematically showing an embodiment 1 of an ultrasonic bonding apparatus according to the present invention. 図２は、図１に示した超音波接合装置の正面図である。FIG. 2 is a front view of the ultrasonic bonding apparatus shown in FIG. 図３は、図１に示した超音波接合装置で用いる熱流センサの一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a heat flow sensor used in the ultrasonic bonding apparatus illustrated in FIG. 1. 図４は、図１に示した超音波接合装置で用いる熱流センサ取付構造の一例を説明する図である。FIG. 4 is a view for explaining an example of a heat flow sensor mounting structure used in the ultrasonic bonding apparatus shown in FIG. 図５は、図１に示した超音波接合装置で用いる熱流センサ取付構造の一例を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a heat flow sensor mounting structure used in the ultrasonic bonding apparatus shown in FIG. 図６は、超音波振動子ホルダに取り付けた熱流センサの検出値と超音波ホーンの先端の振幅との相関を説明するためのグラフである。FIG. 6 is a graph for explaining the correlation between the detection value of the heat flow sensor attached to the ultrasonic transducer holder and the amplitude of the tip of the ultrasonic horn. 図７は、図１に示した超音波接合装置の異常報知動作を説明するフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart for explaining an abnormality notification operation of the ultrasonic bonding apparatus shown in FIG. 図８は、本発明に係る超音波接合装置の実施例２の概略を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an outline of Example 2 of the ultrasonic bonding apparatus according to the present invention.

以下、本発明を実施するための実施例について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図１は、本発明に係る超音波接合装置の実施例１の概略を示す図であり、図２は、図１に示した超音波接合装置の正面図である。   FIG. 1 is a diagram illustrating an outline of an ultrasonic bonding apparatus according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a front view of the ultrasonic bonding apparatus illustrated in FIG.

図１及び図２において、本発明に係る実施例１の超音波接合装置１００は、台座１０に固定されたアンビル２０上に接合対象部位を含むワーク３０を載置し、このワーク３０の接合対象部位に加圧装置７０から加重を与えるとともに、超音波ホーン（以下、単にホーンという）４０の先端４１から超音波振動を印加することにより、ワーク３０の接合対象部位、すなわち、ワーク３１とワーク３２とが接する面でワーク３１とワーク３２とを接合するものである。   1 and 2, the ultrasonic bonding apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention places a workpiece 30 including a bonding target portion on an anvil 20 fixed to a pedestal 10, and a bonding target of the workpiece 30. While applying a load to the part from the pressurizing device 70 and applying ultrasonic vibration from the tip 41 of an ultrasonic horn (hereinafter simply referred to as horn) 40, the parts to be joined of the work 30, that is, the work 31 and the work 32 are applied. The work 31 and the work 32 are joined to each other at the surface where they contact each other.

ホーン４０は、コーン５０を介して超音波振動子（以下、単に振動子という）６０に接続され、振動子６０は、図示しない超音波発振機によりその超音波振動が制御される。ここで、ワーク３０の接合対象部位３３に対してホーン４０の先端から印加される超音波振動は、接合対象部位３３に対して平行な横方向Ｘの振動である。この横方向Ｘの超音波振動を用いた超音波接合は、例えば、金属同士の接合、プラスチック溶着接合、特に、薄いプラスチックシートやフィルムの溶着接合等に適している。   The horn 40 is connected to an ultrasonic vibrator (hereinafter simply referred to as a vibrator) 60 via a cone 50, and the ultrasonic vibration of the vibrator 60 is controlled by an ultrasonic oscillator (not shown). Here, the ultrasonic vibration applied from the tip of the horn 40 to the bonding target portion 33 of the workpiece 30 is a vibration in the lateral direction X parallel to the bonding target portion 33. The ultrasonic bonding using the ultrasonic vibration in the lateral direction X is suitable for, for example, metal-to-metal bonding, plastic welding bonding, particularly thin plastic sheet or film welding bonding.

この実施例１の超音波接合装置１００においては、ホーン４０の先端のローレット劣化によるホーン交換を容易にするために、ホーン４０の先端の周囲４箇所に先端４１が設けられており、ホーン４０を９０度ずつ回転させることにより、４回のホーン交換に対応できるように構成されている。   In the ultrasonic bonding apparatus 100 according to the first embodiment, the tip 41 is provided at four locations around the tip of the horn 40 in order to facilitate the replacement of the horn due to the knurling deterioration at the tip of the horn 40. By rotating 90 degrees at a time, the horn can be exchanged four times.

ホーン４０、コーン５０、振動子６０を含む部分は、コーン５０に取り付けられた超音波振動子ホルダ（以下、単に振動子ホルダという）６１により保持され、加重装置７０からワーク３０への加重は、この振動子ホルダ６１を介して行われる。   A portion including the horn 40, the cone 50, and the vibrator 60 is held by an ultrasonic vibrator holder (hereinafter simply referred to as a vibrator holder) 61 attached to the cone 50. This is performed via the vibrator holder 61.

ここで、振動子ホルダ６１は、コーン５０上であって、振動子６０の固有振動による振幅が最小となる部分に取り付けられる。   Here, the vibrator holder 61 is attached to a portion on the cone 50 where the amplitude due to the natural vibration of the vibrator 60 is minimized.

ところで、この実施例１の超音波接合装置１００においては、振動子ホルダ６１の側面に取り付けられた熱流センサ８０により振動子ホルダ６１に伝搬される微小振動による発熱情報を検出し、この検出値に基づきホーン４０の先端の振幅値の異常、すなわち振動子６０の異常振動を監視する。   By the way, in the ultrasonic bonding apparatus 100 according to the first embodiment, heat generation information due to minute vibrations propagated to the transducer holder 61 is detected by the heat flow sensor 80 attached to the side surface of the transducer holder 61, and the detected value is used as the detected value. Based on this, the abnormality of the amplitude value at the tip of the horn 40, that is, the abnormal vibration of the vibrator 60 is monitored.

これは、振動子６０の振幅、具体的にはホーン４０の先端の振幅量が大きくなるとこれに伴い振動子ホルダ６１の側面に取り付けられた熱流センサ８０による検出熱流量も変化する現象にもとづいている。   This is based on the phenomenon that when the amplitude of the vibrator 60, specifically, the amplitude of the tip of the horn 40 is increased, the heat flow detected by the heat flow sensor 80 attached to the side surface of the vibrator holder 61 also changes. Yes.

この実施例1の超音波接合装置１００において、熱流センサ８０として、図３（Ａ）に示すように、直列接続され互いに逆極性に重ね合わされた２枚の熱流センサ８０ａ及び８０ｂを用いている。そして、熱流センサ８０ａと熱流センサ８０ｂとは、互いに逆極性、すなわち、熱流センサ８０ａの裏面８０ａ−２と熱流センサ８０ｂの裏面８０ｂ−２とが接するようにして重ね合わされている。   In the ultrasonic bonding apparatus 100 according to the first embodiment, as the heat flow sensor 80, as shown in FIG. 3A, two heat flow sensors 80a and 80b that are connected in series and overlapped with opposite polarities are used. The heat flow sensor 80a and the heat flow sensor 80b are superposed so that their polarities are opposite to each other, that is, the back surface 80a-2 of the heat flow sensor 80a and the back surface 80b-2 of the heat flow sensor 80b are in contact with each other.

ここで、図３（Ａ）に示す熱流センサ８０の構成に代えて、熱流センサ８０ａの表面８０ａ−１と熱流センサ８０ｂの表面８０ｂ−１とが接するようにして重ね合わせたものを用いてもよい。   Here, instead of the structure of the heat flow sensor 80 shown in FIG. 3A, a structure in which the surface 80a-1 of the heat flow sensor 80a and the surface 80b-1 of the heat flow sensor 80b are in contact with each other may be used. Good.

熱流センサ８０ａ及び８０ｂは、熱流により熱エネルギの流量と方向を検知するもので、従来の製品開発や評価に広く使用されている熱電対に比較して温度変化に対する感度が格段に高精度であり、放熱、吸熱の方向である熱の流れを検知することが可能なものである。   The heat flow sensors 80a and 80b detect the flow and direction of heat energy by heat flow, and are much more sensitive to temperature changes than conventional thermocouples widely used in product development and evaluation. It is possible to detect the flow of heat that is the direction of heat dissipation and heat absorption.

この熱流センサ８０ａ及び８０ｂとしては、単位時間当たり、単位面積を通過する熱エネルギに対応する電圧信号を出力し、その電圧信号の極性が熱エネルギの通過する方向に対応する周知の半導体式熱流センサ、例えば、ビスマス−テルル系熱流センサを用いることができる。   As the heat flow sensors 80a and 80b, a known semiconductor heat flow sensor that outputs a voltage signal corresponding to heat energy passing through a unit area per unit time, and the polarity of the voltage signal corresponds to the direction in which the heat energy passes. For example, a bismuth-tellurium heat flow sensor can be used.

さて、２枚の熱流センサ８０ａ及び８０ｂを直列接続して互いに逆極性に重ね合わせると、上記２枚の熱流センサ８０ａ及び８０ｂの出力リード線８１ａと８１ｂの間に生じる電圧は、熱流センサ８０ａと熱流センサ８０ｂとを通過する熱流により打ち消し合うことになり、非定常熱流時のみ差動電圧Ｖを出力する。   When the two heat flow sensors 80a and 80b are connected in series and overlapped with each other in opposite polarities, the voltage generated between the output leads 81a and 81b of the two heat flow sensors 80a and 80b is the same as that of the heat flow sensor 80a. The heat flow passing through the heat flow sensor 80b cancels each other out, and the differential voltage V is output only during the unsteady heat flow.

このように構成された熱流センサ８０の表面８０ａ−１には、図３（Ｂ）に示すように、弾性体８２が張り合わされ、この弾性体８２が張り合わされた熱流センサ８０は、図４に示すように、この熱流センサ固定治具である第１の金属ブロック８１０と第２の金属ブロック８２０との間に挟まれ、図５に示すように、第１の金属ブロック８１０の凹部８１１内に収容され、螺子８２０ａと螺子８２０ｂで締め付けて固定される。そして、第１の金属ブロック８１０は、螺子８１０ａと螺子８１０ｂにより振動子ホルダ６１の側面に取り付けられる。   As shown in FIG. 3B, an elastic body 82 is bonded to the surface 80a-1 of the heat flow sensor 80 configured as described above, and the heat flow sensor 80 bonded to the elastic body 82 is shown in FIG. As shown in FIG. 5, the heat flow sensor fixing jig is sandwiched between a first metal block 810 and a second metal block 820, and as shown in FIG. 5, in the recess 811 of the first metal block 810. It is housed and fastened and fixed with screws 820a and 820b. The first metal block 810 is attached to the side surface of the vibrator holder 61 by screws 810a and screws 810b.

ここで、弾性体８２は、第１の金属ブロック８１０と第２の金属ブロック８２０との間に挟まれ、螺子８２０ａと螺子８２０ｂにより締め付けられることにより、所定の圧縮率で圧縮される。   Here, the elastic body 82 is sandwiched between the first metal block 810 and the second metal block 820, and is compressed by a predetermined compression rate by being fastened by the screw 820a and the screw 820b.

なお、第１の金属ブロック８１０および第２の金属ブロック８２０の材質としては、鉄系材料、アルミニウム等を用いて構成することができる。また、弾性体８２の厚さは、例えば、１〜３ｍｍとし、弾性体８２の外形は、熱流センサ８０ａ及び８０ｂの面積とほぼ同じ寸法とする。また、弾性体８２の材質は、フッ素系のゴム材料を用いて構成されるが、耐熱性、耐候性に優れるものであれは、他のゴム材料を用いても同様に構成することができる。   In addition, as a material of the 1st metal block 810 and the 2nd metal block 820, it can comprise using an iron-type material, aluminum, etc. The thickness of the elastic body 82 is, for example, 1 to 3 mm, and the outer shape of the elastic body 82 is approximately the same as the area of the heat flow sensors 80a and 80b. The material of the elastic body 82 is configured using a fluorine-based rubber material. However, any material having excellent heat resistance and weather resistance can be similarly configured using other rubber materials.

また、第１の金属ブロック８１０の凹部８１１の深さは、弾性体８２の圧縮率が概ね１０〜５０％程度になるように設定されている。   Further, the depth of the recess 811 of the first metal block 810 is set so that the compression rate of the elastic body 82 is about 10 to 50%.

このような構成によると、振動子ホルダ６１の振動が弾性体８２に加わり、これにより弾性体８２が弾性変形し、この弾性体８２の弾性変形により、その時の弾性エネルギが熱エネルギに変換され、この熱エネルギにより発生する熱流が熱流センサ８０を通過する。この熱流の通過により、熱流センサ８０の出力リード線８１、すなわち出力リード線８１ａと８１ｂとの間に検出電圧が発生する。   According to such a configuration, the vibration of the vibrator holder 61 is applied to the elastic body 82, whereby the elastic body 82 is elastically deformed, and the elastic energy of the elastic body 82 is converted into thermal energy at that time, The heat flow generated by the heat energy passes through the heat flow sensor 80. Due to the passage of the heat flow, a detection voltage is generated between the output lead wire 81 of the heat flow sensor 80, that is, between the output lead wires 81a and 81b.

ここで、弾性体８２は、熱流センサ８０ａの表面８０ａ−１に直接接触しているため熱流の検出感度は向上し、熱流センサ８０ａ及び８０ｂの出力リード線８１から振動子ホルダ６１の振幅量μｍに比例した熱流ピーク値Ｖを検出することができる。   Here, since the elastic body 82 is in direct contact with the surface 80a-1 of the heat flow sensor 80a, the heat flow detection sensitivity is improved, and the amplitude μm of the vibrator holder 61 from the output lead wires 81 of the heat flow sensors 80a and 80b. Can be detected.

また、この実施例１においては、熱流センサ８０として２枚の熱流センサ８０ａ及び８０ｂを用い、この２枚の熱流センサ８０ａ及び８０ｂを直列接続して互いに逆極性に重ね合わされているので、出力リード線８１に生じる電圧は、熱流センサ８０ａと熱流センサ８０ｂとを通過する熱流により打ち消し合うことになり、非定常熱流時のみ差動電圧Ｖを出力し、これにより弾性体８２内の残留熱の影響を受けにくくなり、出力電圧ドリフトを大幅に低減できる。   In the first embodiment, the two heat flow sensors 80a and 80b are used as the heat flow sensor 80, and the two heat flow sensors 80a and 80b are connected in series and overlapped with each other in the opposite polarity. The voltage generated on the line 81 cancels out due to the heat flow passing through the heat flow sensor 80a and the heat flow sensor 80b, and the differential voltage V is output only at the time of unsteady heat flow, thereby affecting the influence of the residual heat in the elastic body 82. The output voltage drift can be greatly reduced.

そして、この実施例１で用いる熱流センサ８０ａ及び８０ｂは、極めて高感度のため、振動子ホルダ６１に伝搬する微小振動により生じる発熱情報を熱流値として検出することができ、振動子６０に直接センサを貼り付けなくても、振動子６０の振幅量を検出することができる。   Since the heat flow sensors 80a and 80b used in the first embodiment have extremely high sensitivity, it is possible to detect heat generation information generated by minute vibration propagating to the vibrator holder 61 as a heat flow value. The amount of amplitude of the vibrator 60 can be detected without attaching the symbol.

また、振動子ホルダ６１の振動を弾性体８２で熱に変換して、この熱から生じる熱流を熱流センサ８０で検出するように構成しており、この熱流センサ８０により検出されるピーク熱流値は振動子６０の振幅量と概ね比例関係にあるので、熱流センサ８０により検出されるピーク熱流値をモニタリングすることで振動子６０またはホーン４０の劣化等による異常を検知することが可能になる。   The vibration of the vibrator holder 61 is converted into heat by the elastic body 82, and the heat flow generated from this heat is detected by the heat flow sensor 80. The peak heat flow value detected by the heat flow sensor 80 is Since the amplitude is approximately proportional to the amplitude of the vibrator 60, it is possible to detect an abnormality due to deterioration of the vibrator 60 or the horn 40 by monitoring the peak heat flow value detected by the heat flow sensor 80.

図６は、振動子ホルダ６１へ取り付けた熱流センサ８０の検出値とホーン４０の先端の振幅との相関を説明するためのグラフである。   FIG. 6 is a graph for explaining the correlation between the detected value of the heat flow sensor 80 attached to the vibrator holder 61 and the amplitude of the tip of the horn 40.

図６（Ａ）は、条件を変えて振動子６０を０．８ｓｅｃ発振させて停止した場合の熱流センサ８０の出力の変化の測定結果を示したグラフで、縦軸の熱流（Ｖ）は、熱流センサ８０の出力を１０００倍に増幅した値を示している。なお、図６（Ａ）に示すホーン４０の先端の振幅（μｍ）は、レーザドップラ振動計で測定した値である。また、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のグラフに基づきピーク熱流（Ｖ）とホーン先端振幅（μｍ）の関係をプロットしたものである。   FIG. 6 (A) is a graph showing the measurement result of the change in the output of the heat flow sensor 80 when the vibrator 60 is oscillated for 0.8 sec and stopped under different conditions. The heat flow (V) on the vertical axis is A value obtained by amplifying the output of the heat flow sensor 80 by 1000 times is shown. Note that the amplitude (μm) of the tip of the horn 40 shown in FIG. 6A is a value measured with a laser Doppler vibrometer. FIG. 6B is a plot of the relationship between peak heat flow (V) and horn tip amplitude (μm) based on the graph of FIG.

ここで、注目すべき点は、熱流センサ８０として、２枚の熱流センサ８０ａ及び８０ｂを直列接続して互いに逆極性に重ね合わせたものを用いているので、振動子６０の発振が開始され、非定常状態になると、熱流センサ８０の出力、すなわち検出熱流（Ｖ）は急激に立ち上がりピーク値となり、その後定常状態になると、急激に立下ることである。そして、熱流センサ８０のピーク熱流（Ｖ）とホーン先端振幅（μｍ）は相関しており、概ね比例関係にあることである。   Here, the point to be noted is that since the heat flow sensor 80 uses two heat flow sensors 80a and 80b connected in series and superimposed with opposite polarities, the oscillation of the vibrator 60 is started. The output of the heat flow sensor 80, that is, the detected heat flow (V) suddenly rises and reaches a peak value when the unsteady state is reached, and then falls abruptly when the steady state is reached. The peak heat flow (V) of the heat flow sensor 80 and the horn tip amplitude (μm) are correlated and are approximately proportional.

したがって、熱流センサ８０の出力のピーク熱流（Ｖ）を監視することで、ホーン４０の先端の振幅、すなわち振動子６０の振動を検知することができ、これにより振動子６０またはホーン４０の劣化等による異常を報知することができる。   Therefore, by monitoring the peak heat flow (V) of the output of the heat flow sensor 80, it is possible to detect the amplitude of the tip of the horn 40, that is, the vibration of the vibrator 60, and thereby the deterioration of the vibrator 60 or the horn 40, etc. It is possible to report an abnormality caused by.

図７は、図１に示した超音波接合装置の異常報知動作を説明するフローチャートである。なお、この処理は、超音波接合装置１００の図示しない制御部で行われる。   FIG. 7 is a flowchart for explaining an abnormality notification operation of the ultrasonic bonding apparatus shown in FIG. This process is performed by a control unit (not shown) of the ultrasonic bonding apparatus 100.

この処理が開始されると、まず、超音波接合の１ショット毎に振動子ホルダ６１に取り付けられた熱流センサ８０の出力電圧値を取り込み（ステップ７０１）、この取り込んだ熱流センサ８０の出力電圧値を監視する（ステップ７０２）。   When this process is started, first, the output voltage value of the heat flow sensor 80 attached to the transducer holder 61 is captured for each shot of ultrasonic bonding (step 701), and the output voltage value of the captured heat flow sensor 80 is captured. Is monitored (step 702).

そして、熱流センサ８０の検出熱流ピーク値からホーン先端振幅が予め設定した振幅範囲から外れたかを調べる（ステップ７０３）。ここで、ホーン先端振幅が予め設定した振幅範囲から外れた場合は（ステップ７０３でＹＥＳ）、振動子６０またはホーン４０の先端４１の劣化等による異常として報知し（ステップ７０４）、この処理を終了する。   Then, it is checked whether the horn tip amplitude is out of the preset amplitude range from the detected heat flow peak value of the heat flow sensor 80 (step 703). Here, if the horn tip amplitude is out of the preset amplitude range (YES in step 703), it is notified as an abnormality due to deterioration of the vibrator 60 or the tip 41 of the horn 40 (step 704), and this processing is terminated. To do.

また、ステップ７０４で、ホーン先端振幅が予め設定した振幅範囲から外れていない、すなわち、ホーン先端振幅が予め設定した振幅範囲内にあると判断された場合は（ステップ７０３でＮＯ）、ステップ７０１に戻り、上記動作を続ける。   If it is determined in step 704 that the horn tip amplitude is not out of the preset amplitude range, that is, the horn tip amplitude is within the preset amplitude range (NO in step 703), step 701 is entered. Return and continue the above operation.

なお、実施例１では、ホーン４０の先端からワーク３０の接合対象部位に対して水平な横方向Ｘの振動を印加する超音波接合装置１００に本発明を適用した場合を示したが、本発明は、ホーン４０の先端からワーク３０の接合対象部位に対して垂直な縦方向Ｙの振動を印加する超音波接合装置にも同様に適用することができる。   In the first embodiment, the case where the present invention is applied to the ultrasonic bonding apparatus 100 that applies the horizontal transverse X vibration to the bonding target portion of the work 30 from the tip of the horn 40 is shown. Can be similarly applied to an ultrasonic bonding apparatus that applies vibration in the vertical direction Y perpendicular to the bonding target portion of the workpiece 30 from the tip of the horn 40.

図８は、本発明に係る超音波接合装置の実施例２の概略を示す図である。なお、図８に示す超音波接合装置２００おいて、図１に示した超音波接合装置１００と同一の機能を有する部分には説明の便宜上同一の符号付してその詳細説明は省略する。   FIG. 8 is a diagram showing an outline of Example 2 of the ultrasonic bonding apparatus according to the present invention. In the ultrasonic bonding apparatus 200 shown in FIG. 8, parts having the same functions as those of the ultrasonic bonding apparatus 100 shown in FIG.

図８に示す超音波接合装置２００は、図８に示すように、台座１０に固定されたアンビル２０上に接合対象部位３３を含むワーク３０を載置し、このワーク３０の接合対象部位に図示しない加圧装置から加重を与えるとともに、ホーン４０の先端から超音波振動を印加することにより、ワーク３０の接合対象部位３３、すなわち、ワーク３１とワーク３２とが接する面でワーク３１とワーク３２とを接合する。   As shown in FIG. 8, the ultrasonic bonding apparatus 200 shown in FIG. 8 places the workpiece 30 including the bonding target portion 33 on the anvil 20 fixed to the pedestal 10, and illustrates the workpiece 30 on the bonding target portion. In addition to applying a load from the pressurizing apparatus that does not, and applying ultrasonic vibration from the tip of the horn 40, the work 31 and the work 32 are joined to the joining target portion 33 of the work 30, that is, the surface where the work 31 and the work 32 are in contact with each other. Join.

ホーン４０、コーン５０、振動子６０を含む部分は、コーン５０に取り付けられた振動子ホルダ６１により保持される。   A portion including the horn 40, the cone 50, and the vibrator 60 is held by a vibrator holder 61 attached to the cone 50.

ここで、振動子ホルダ６１は、コーン５０上であって、ホーン４０、コーン５０、振動子６０を含む部分の固有振動の振幅が最小となる部位に取り付けられ、この振動子ホルダ６１の側面に熱流センサ８０が取り付けられる。   Here, the vibrator holder 61 is attached to a portion on the cone 50 where the amplitude of the natural vibration of the portion including the horn 40, the cone 50, and the vibrator 60 is minimized. A heat flow sensor 80 is attached.

なお、この実施例２の超音波接合装置２００は、ホーン４０の先端４１からワーク３０の接合対象部位に対して垂直な縦方向Ｙの振動を印加し、この縦方向Ｙの超音波振動を用いた超音波接合は、例えば、樹脂に対する溶融接合に適している。   The ultrasonic bonding apparatus 200 according to the second embodiment applies vertical vibration in the vertical direction Y to the bonding target portion of the work 30 from the tip 41 of the horn 40, and uses the ultrasonic vibration in the vertical direction Y. The ultrasonic bonding that has been used is suitable, for example, for fusion bonding to a resin.

その他の構成は、図１に示した超音波接合装置１００と同様である。   Other configurations are the same as those of the ultrasonic bonding apparatus 100 shown in FIG.

なお、上記実施例では、第１の金属ブロック８１０と第２の金属ブロック８２０とからなる熱流センサ固定治具を用いて熱流センサ８０を振動子ホルダ６１の側面に取り付けるように構成したが、他の構造の熱流センサ固定治具を用いてもよい。また、取付位置も振動子６０の振動が伝達される箇所であれば振動子ホルダ６１の側面以外の場所でもよい。また、弾性体８２が張り合わされる熱流センサ８０として２枚の熱流センサ８０ａ及び８０ｂを直列接続して互いに逆極性に重ね合わせたものを用いたが、１枚の熱流センサを用いても同様に振動子６０の振幅量を検出、監視することができる。   In the above-described embodiment, the heat flow sensor 80 is attached to the side surface of the vibrator holder 61 using the heat flow sensor fixing jig including the first metal block 810 and the second metal block 820. A heat flow sensor fixing jig having the structure may be used. Further, the attachment position may be a place other than the side surface of the vibrator holder 61 as long as the vibration of the vibrator 60 is transmitted. Further, as the heat flow sensor 80 to which the elastic body 82 is bonded, two heat flow sensors 80a and 80b are connected in series and overlapped with each other in opposite polarities, but even if one heat flow sensor is used, it is the same. The amplitude amount of the vibrator 60 can be detected and monitored.

本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内であれば、当業者の通常の創作能力によって多くの変形が可能である。例えば、超音波接合装置だけでなく、溶断や切断などの超音波加工機にも同様に適用できる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and many modifications can be made by the ordinary creation ability of those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. For example, it can be similarly applied not only to an ultrasonic bonding apparatus but also to an ultrasonic processing machine such as fusing and cutting.

１０…台座
２０…アンビル
３０…ワーク
４０…ホーン
５０…コーン
６０…振動子
６１…振動子ホルダ
７０…加圧装置
８０、８０ａ、８０ｂ…熱流センサ
８１ａ、８１ｂ、８１…出力リード線
８２…弾性体
１００…超音波接合装置
２００…超音波接合装置
８１０…第１の金属ブロック
８２０…第２の金属ブロック
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Base 20 ... Anvil 30 ... Work 40 ... Horn 50 ... Cone 60 ... Vibrator 61 ... Vibrator holder 70 ... Pressurizer 80, 80a, 80b ... Heat flow sensor 81a, 81b, 81 ... Output lead 82 ... Elastic body DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Ultrasonic bonding apparatus 200 ... Ultrasonic bonding apparatus 810 ... 1st metal block 820 ... 2nd metal block

Claims (5)

接合対象部位を含むワークをアンビル上に載置し、前記接合対象部位に加重を与えるとともに超音波ホーンから超音波振動を印加し、前記接合対象部位を接合する超音波接合装置であって、
前記超音波ホーンに超音波振動を与える超音波振動部に弾性体を介して取り付けられ、直列接続され互いに逆極性に重ね合わされた２枚の熱流センサと、
前記熱流センサの検知出力から前記超音波振動子の振幅を監視する監視手段と、
を具備することを特徴とする超音波接合装置。 A workpiece including a part to be joined is placed on the anvil, and an ultrasonic vibration is applied from an ultrasonic horn while applying a weight to the part to be joined, and an ultrasonic joining apparatus for joining the parts to be joined,
Two heat flow sensors that are attached to an ultrasonic vibration unit that applies ultrasonic vibration to the ultrasonic horn via an elastic body, are connected in series and overlapped with each other with opposite polarities,
Monitoring means for monitoring the amplitude of the ultrasonic transducer from the detection output of the heat flow sensor;
An ultrasonic bonding apparatus comprising: 前記熱流センサは、
超音波振動子の超音波振動を前記超音波ホーンに伝えるコーン上であって、前記超音波振動子による振動の振幅が最小となる部位を保持する振動子ホルダに取り付けられる
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波接合装置。 The heat flow sensor is
The ultrasonic transducer of the ultrasonic transducer is mounted on a transducer holder that holds a portion on the cone that transmits ultrasonic vibration of the ultrasonic transducer to the ultrasonic horn and has a minimum amplitude of vibration by the ultrasonic transducer. Item 2. The ultrasonic bonding apparatus according to Item 1. 前記監視手段により監視した前記超音波振動子の振幅が予め設定した振動範囲から外れた場合は、前記超音波振動子または前記超音波ホーンの異常として報知する報知手段、
を更に具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波接合装置。 Informing means for notifying the abnormality of the ultrasonic vibrator or the ultrasonic horn when the amplitude of the ultrasonic vibrator monitored by the monitoring means is out of a preset vibration range;
The ultrasonic bonding apparatus according to claim 1, further comprising: 前記熱流センサは、
所定の圧縮率で圧縮された前記弾性体に接した状態で金属ブロック間に挟み込まれ、該金属ブロックが前記超音波振動子ホルダの側面に取り付けられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超音波接合装置。 The heat flow sensor is
4. The structure according to claim 1, wherein the metal block is sandwiched between metal blocks in contact with the elastic body compressed at a predetermined compression rate, and the metal block is attached to a side surface of the ultrasonic transducer holder. The ultrasonic bonding apparatus according to claim 1. 前記監視手段は、
前記熱流センサにより検出した熱流を監視し、
前記報知手段は、
前記超音波ホーンの振幅のピーク値が予め設定した振動範囲から外れた場合は、前記超音波振動子または前記超音波ホーンの異常として報知する
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の超音波接合装置。
The monitoring means includes
Monitoring the heat flow detected by the heat flow sensor;
The notification means includes
The supersonic wave according to claim 3 or 4, wherein when the peak value of the amplitude of the ultrasonic horn deviates from a preset vibration range, it is notified as an abnormality of the ultrasonic transducer or the ultrasonic horn. Sonic bonding device.
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