JP2011005500A - Substrate fixing table and ultrasonic welding apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、超音波接合装置に用いられる基板固定テーブルに関する。 The present invention relates to a substrate fixing table used in an ultrasonic bonding apparatus.
端子ボックスの電線接続部と電線のリード引出線の電線端末を接続する装置、あるいは電子デバイス等の接合対象部上に外部引出用のリード線等の被接合材を接合する装置として超音波接合装置がある。超音波接合装置は、例えば、電線接続部(接合対象部)上に電線端末(被接合材)を載置し超音波振動を印加して接合を行う。超音波接合装置による超音波振動を利用した超音波接合では、接合界面に対して垂直方向の加圧による応力と、平行方向の高い振動加速度による繰返し応力とを与えて接合界面に摩擦発熱を生じさせる。これにより被接合材の原子を拡散させて接合することができる。このような超音波接合装置はアンビルと呼ばれるテーブル上に接合対象部を載置して超音波接合動作を行うのが一般的である。上記テーブルを有する超音波接合装置は例えば特許文献1に開示されている。
Ultrasonic bonding device as a device for connecting the wire connection part of the terminal box and the wire terminal of the lead lead wire of the electric wire, or as a device for joining a material to be joined such as a lead wire for external lead on the joining target part of an electronic device or the like There is. For example, the ultrasonic bonding apparatus mounts an electric wire terminal (material to be bonded) on an electric wire connecting portion (bonding target portion) and applies ultrasonic vibration to perform bonding. In ultrasonic bonding using ultrasonic vibration by an ultrasonic bonding device, frictional heat is generated at the bonding interface by applying stress in the vertical direction to the bonding interface and repeated stress due to high vibration acceleration in the parallel direction. Let Thereby, the atoms of the materials to be joined can be diffused and joined. Such an ultrasonic bonding apparatus generally performs an ultrasonic bonding operation by placing a bonding target portion on a table called an anvil. An ultrasonic bonding apparatus having the above table is disclosed in, for example,
しかしながら、超音波接合装置における上記テーブルは、接合対象部より生じる反射波に起因して超音波振動が減衰する結果、接合対象部と被接合材との接合強度を劣化させてしまうという問題点があった。 However, the table in the ultrasonic bonding apparatus has a problem that the bonding strength between the bonding target portion and the material to be bonded is deteriorated as a result of attenuation of ultrasonic vibration due to the reflected wave generated from the bonding target portion. there were.
この発明は上記問題点を解決するためになされたもので、接合対象部と被接合材との接合強度を劣化させない構造の接合対象部搭載用の基板固定テーブルを得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a substrate fixing table for mounting a bonding target portion having a structure that does not deteriorate the bonding strength between the bonding target portion and the material to be bonded.
この発明に係る請求項1記載の基板固定テーブルは、第1の材質からなる薄膜基体の表面上に配置された被接合材に対し、超音波接合用ツールを用いて上方から加圧するとともに超音波振動を印加して、前記薄膜基体の表面上に前記被接合材を接合する超音波接合装置に用いられ、前記薄膜基体を上部に搭載する第2の材質からなる基板固定テーブルであって、前記基板固定テーブルは、その表面上に前記薄膜基体を固定搭載可能な固定搭載手段を有し、前記第2の材質は前記薄膜基体を前記固定搭載手段によって固定搭載した時に前記薄膜基体内の振動が透過波として伝搬可能な音響インピーダンスを有する材質を含み、前記薄膜基体の固定搭載時における前記薄膜基体の外周端部から前記基板固定テーブルの端部までの最短距離が、前記薄膜基体内部を伝わる平面波長の1/4以上の長さに設定されたことを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, the substrate fixing table pressurizes the material to be bonded disposed on the surface of the thin film substrate made of the first material from above using an ultrasonic bonding tool and ultrasonic waves. A substrate fixing table made of a second material that is used in an ultrasonic bonding apparatus that applies vibration to bond the material to be bonded onto the surface of the thin film substrate, and has the thin film substrate mounted thereon, The substrate fixing table has a fixed mounting means capable of fixing and mounting the thin film substrate on a surface thereof, and the second material is a vibration in the thin film substrate when the thin film substrate is fixedly mounted by the fixed mounting means. Including a material having an acoustic impedance capable of propagating as a transmitted wave, and the shortest distance from the outer peripheral end of the thin film substrate to the end of the substrate fixing table when the thin film substrate is fixedly mounted is Characterized in that it is set to 1/4 or more the length of the plane wave traveling through the inside of the membrane substrate.
この発明における超音波接合用ツールにおいて、そのチップ部分における被接合材に接する表面部分は、互いに分離形成された複数の平面部と、複数の平面部間に形成される複数の凹部とを有し、複数の平面部10は2μm以下の平面度を有している。 In the ultrasonic bonding tool according to the present invention, the surface portion in contact with the material to be bonded in the tip portion has a plurality of flat portions formed separately from each other and a plurality of concave portions formed between the plurality of flat portions. The plurality of flat portions 10 have a flatness of 2 μm or less.
このため、本発明の超音波接合用ツールを有する超音波接合装置を用いた超音波接合方法によって、例えば板厚が2mm以下のガラス基板のような薄膜基体の表面上においても支障なく被接合材を接合することができる効果を奏する。 For this reason, by the ultrasonic bonding method using the ultrasonic bonding apparatus having the ultrasonic bonding tool of the present invention, for example, the material to be bonded without any trouble on the surface of a thin film substrate such as a glass substrate having a plate thickness of 2 mm or less. The effect which can be joined is produced.
<実施の形態1>
図1はこの発明の実施の形態1である基板固定テーブルの上面構造を模式的に示す平面図である。同図に示すように、基板固定テーブル5はガラス基板搭載予定領域R3より十分大きな上面領域を有している。
<
1 is a plan view schematically showing an upper surface structure of a substrate fixing table according to
ガラス基板搭載予定領域R3は基板固定テーブル5の上部に搭載する、板厚が0.7〜2.0mm程度の薄膜基体であるガラス基板3を搭載する仮想的な平面領域を意味している。また、リード線接合予定領域R2は、ガラス基板搭載予定領域R3上に搭載したガラス基板3上において実際に接合部材であるリード線2を接合する仮想的な平面領域を意味している。
The glass substrate mounting scheduled region R3 means a virtual plane region on which the
基板固定テーブル5はガラス基板搭載予定領域R3の中心領域(第1の吸着領域)に図中横方向に2列に分散してそれぞれ複数個(図1では5個)の吸着パッド31を選択的に設けている。さらに、基板固定テーブル5はリード線接合予定領域R2の近傍の領域(第2の吸着領域)にリード線接合予定領域R2に沿って複数の微細な吸着溝32(吸着孔でも可)が設けられている。
The substrate fixing table 5 selectively distributes a plurality of (five in FIG. 1)
図2は基板固定テーブル5のガラス基板搭載予定領域R3上にガラス基板3を実際に搭載し、ガラス基板3のリード線接合予定領域R2上にリード線2を配置した状態における、先端にチップ部分1cを有する超音波接合用ツール1による超音波接合状況を模式的に示す断面図である。なお、図2は図1のA−A断面に相当する。
FIG. 2 shows a chip portion at the tip in a state where the
同図に示すように、5mm以上の板厚の基板固定テーブル5上にガラス基板3を搭載し、このガラス基板3の表面上のリード線接合予定領域R2に板厚が0.1〜0.2mm程度のアルミからなる外部引出用のリード線2(被接合材)を配置する。そして、超音波接合用ツール1のチップ部分1cを介してリード線2との接合面に垂直の加圧力を印加し、かつ超音波接合用ツール1を水平方向に超音波振動させて、接合面を大きく変形させる超音波接合動作を実行することにより、リード線2とガラス基板3との接合界面にて、リード線2とガラス基板3とが固相接合される。
As shown in the figure, a
図1及び図2に示すように、ガラス基板3は選択的に形成した複数の開口部30内に設けた複数の吸着パッド31(第1の固定手段)からの吸着機能により、基板固定テーブル5上で固定される。例えば、ガラス基板3が600×1200mmの平面領域を有し、その表面上にCr(クロム)やMo(モリブデン)を成膜した複合構造である場合、熱処理履歴や熱膨張係数の違いにより5mm程度のソリが生じる可能性がある。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
しかしながら、複数の吸着パッド31からの吸着機能によりこのソリは精度良く矯正する(基板固定テーブル5に倣わせる)ことができる。 However, this warp can be corrected with high accuracy by the suction function from the plurality of suction pads 31 (following the substrate fixing table 5).
加えて、図1及び図2に示すように、リード線接合予定領域R2の近傍に形成される複数の吸着溝32(第2の固定手段)によりガラス基板3の裏面から強固に吸着することにより、チップ部分1cに超音波振動を加えた時のガラス基板3振動を抑制することができる。このため、リード線2の接合面の超音波振動を効率よく接合エネルギーに変えることができ、リード線2をガラス基板3に強固に接合することができる。
In addition, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, by firmly adsorbing from the back surface of the
さらに、複数の吸着パッド31及び複数の吸着溝32による吸着機能により、ガラス基板3と基板固定テーブル5とが一体となった振動特性(共振)を発揮することができるため、ガラス基板3単体が共振することによる、ガラス基板3の破損を効果的に抑制することができる。
Furthermore, since the vibration function (resonance) in which the
なお、吸着パッド31に代えて静電吸着手段を用いても良く、吸着溝32に代えて、前述した吸着孔あるいは発泡金属板を用いても良い。
Instead of the
図3は基板固定テーブル5のガラス基板搭載予定領域R3上にガラス基板3を搭載した時の状態を模式的に示した平面図である。なお、図3では図示していないが、図1及び図2で示した複数の吸着パッド31及び複数の吸着溝32による第1及び第2の固定手段が基板固定テーブル5に設けられている。
FIG. 3 is a plan view schematically showing a state when the
ガラス基板3はガラス材料(石英:音響インピーダンス=13.1×106Pa・s/m3)で構成されている。基板固定テーブル5はガラス基板3内の振動が透過波として伝搬可能な音響インピーダンスを有する材質として、ガラス材料と同等の音響インピーダンスを有する材料で構成される。例えば、アルミ(音響インピーダンス=17.3×106Pa・s/m3)や鉄(同49.9×106Pa・s/m3)が基板固定テーブル5の構成材料として用いられる材質特徴を有している。
The
図3に示すように、ガラス基板3の上面領域の大きさはガラス基板3を含み、ガラス基板3のガラス基板搭載予定領域R3上への搭載時におけるガラス基板3の周辺端部から基板固定テーブル5の端部までの最短距離となる余白幅Dtが、ガラス材からなるガラス基板3内部を伝わる平面波長(例えば、超音波振動が20kHzの場合、ガラス内を伝播する平面波長は約500mmとなる)の1/4(125mm)以上の長さに設定されるという上面領域特徴を有している。
As shown in FIG. 3, the size of the upper surface region of the
以下、基板固定テーブル5の上記材質特徴及び上記上面領域特徴に基づく効果について説明する。超音波接合装置による超音波接合用ツール1を用いた超音波接合動作実行時において、超音波振動による入力波はガラス基板3内部に伝わる。この際、従来は、ガラス基板3の端部からの反射波と上記入力波との合成波により、リード線接合予定領域R2上における超音波振動が減衰してしまい、リード線2とガラス基板3との接合強度を弱めてしまう危険性があった。
Hereinafter, effects based on the material feature and the upper surface region feature of the substrate fixing table 5 will be described. When performing an ultrasonic bonding operation using the
一方、実施の形態1の基板固定テーブル5は上述したように材質特徴を有することにより、上記第1及び第2の固定手段からなる固定搭載手段によってガラス基板3が基板固定テーブル5に固定搭載されている場合、ガラス基板3内の振動が透過波として基板固定テーブル5内に伝搬させることができる。
On the other hand, since the substrate fixing table 5 of the first embodiment has the material characteristics as described above, the
その結果、ガラス基板3の周辺端部での反射波を小さくすることができるという反射波低減効果を発揮させることができる。この反射波低減効果は上述した上面領域特徴によってより顕著に発揮させることができる。
As a result, the reflected wave reduction effect that the reflected wave at the peripheral edge of the
図4は実施の形態1の基板固定テーブル5を用いることによる効果を示すグラフである。同図において、位置はガラス基板3の長手方向D1(全長1200mm)の位置(1単位=30mm)とガラス基板3と基板固定テーブル5との間の剥離力(単位gf)との関係を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the effect of using the substrate fixing table 5 of the first embodiment. In the figure, the position is a graph showing the relationship between the position (1 unit = 30 mm) in the longitudinal direction D1 (total length 1200 mm) of the
図4に示すように、ガラス基板3単体で反射波が発生する従来の配置による剥離力L2に比べ、基板固定テーブル5上にガラス基板3を固定搭載した実施の形態1による剥離力L1が優っており、その差は特にガラス基板3の長手方向D1の端部において顕著に表れていることがわかる。
As shown in FIG. 4, the peeling force L1 according to the first embodiment in which the
このように、実施の形態1の基板固定テーブル5による上述した材質特徴、上面領域特徴、及び第1及び第2の固定手段による固定搭載手段を有することにより、基板固定テーブル5上に安定性良く固定してガラス基板3を搭載することができる。
As described above, the substrate fixing table 5 according to the first embodiment has the above-described material characteristics, upper surface region characteristics, and fixed mounting means using the first and second fixing means. The
その結果、実施の形態1の基板固定テーブル5を有する超音波接合装置は、リード線2のガラス基板3への超音波接合時において、リード線2の端部の生じる反射波による影響を取り除くことにより、接合強度を弱めることなく、リード線2をガラス基板3の表面上に接合することができる効果を奏する。
As a result, the ultrasonic bonding apparatus having the substrate fixing table 5 according to the first embodiment removes the influence of the reflected wave generated at the end of the lead wire 2 when the lead wire 2 is ultrasonically bonded to the
<実施の形態2>
図5はこの発明の実施の形態2である基板固定テーブル6上にガラス基板3を搭載した状況を示す説明図である。同図の(a) が上面図であり、同図(b) が同図(a) のB−B断面図である。
<Embodiment 2>
FIG. 5 is an explanatory view showing a situation in which the
同図に示すように、基板固定テーブル6はテーブル本体6aと、ガラス基板搭載予定領域R3上に搭載されるガラス基板3を上部から固定するための弾性部18、押え板19及びネジ20からなる第3の固定手段とから構成されている。弾性部18はゴム等の弾性体より構成される。なお、図5では図示していないが、図1及び図2で示した複数の吸着パッド31及び複数の吸着溝32による実施の形態1の第1及び第2の固定手段と同等の手段がテーブル本体6aに設けられている。
As shown in the figure, the substrate fixing table 6 includes a table
押え板19はガラス基板搭載予定領域R3の長手方向D1の両端部近傍においてガラス基板搭載予定領域R3の短手方向に延びて形成され、外側端部19bがネジ20によってテーブル本体6aに固定されている。押え板19の主要部19aの下面及び内側側面に弾性部18が設けられている。図4の(b) に示すように、ガラス基板3は両端部を弾性部18とテーブル本体6aとによる凹み部分に挿入することにより、弾性部18の端部側面と端部上面に密着させながら押え板19内で安定性良く固定される。
The holding
このように、実施の形態2の基板固定テーブル6は、固定搭載手段として、実施の形態1の第1及び第2の固定手段に加え、第3の固定手段(弾性部18、押え板19及びネジ20)によってガラス基板3をテーブル本体6a上にさらに強固に固定することにより、リード線2をガラス基板3の表面上への接合強度のより一層の安定化を図ることができる効果を奏する。
As described above, the substrate fixing table 6 according to the second embodiment is not limited to the first and second fixing means according to the first embodiment, but the third fixing means (the
加えて、弾性部18を構成する弾性体によってガラス基板3端部の振動エネルギーが減衰される結果、反射波の発生を抑制することができる効果を奏する。
In addition, as a result of the vibration energy at the end of the
<その他>
なお、上述した実施の形態では、薄膜基体としてガラス基板3の単体構造を示したが、ガラス基板3の表面上にCr(クロム)やMo(モリブデン)等の導電性金属成膜層やITO、ZnO、SnO等の導電性酸化物層等が積層されたガラス基板3を含む複合構造においても、ガラス基板3単体の場合と同様、本発明を適用することができるのは勿論である。
<Others>
In the embodiment described above, the single-piece structure of the
さらに、シリコン基板、セラミック基板等の他の構成材料からなる基板あっても板厚が2mm以下の薄膜であれば、ガラス基板3に代えて、上述した単体構造、複合構造の薄膜基体として本発明を適用することができる。
Furthermore, even if the substrate is made of another constituent material such as a silicon substrate or a ceramic substrate, the present invention can be used as a thin film substrate of the above-described unit structure or composite structure in place of the
5,6 基板固定テーブル、6a テーブル本体、18 弾性部、19 押え板、20 ネジ、31 吸着パッド、32 吸着溝。 5,6 Substrate fixing table, 6a Table body, 18 elastic part, 19 presser plate, 20 screws, 31 suction pad, 32 suction groove.
Claims (4)
前記基板固定テーブルは、その表面上に前記薄膜基体を固定搭載可能な固定搭載手段を有し、
前記第2の材質は前記薄膜基体を前記固定搭載手段によって固定搭載した時に前記薄膜基体内の振動が透過波として伝搬可能な音響インピーダンスを有する材質を含み、
前記薄膜基体の固定搭載時における前記薄膜基体の外周端部から前記基板固定テーブルの端部までの最短距離が、前記薄膜基体内部を伝わる平面波長の1/4以上の長さに設定されたことを特徴とする、
基板固定テーブル。 The material to be bonded disposed on the surface of the thin film substrate made of the first material is pressurized from above using an ultrasonic bonding tool and ultrasonic vibration is applied to the material on the surface of the thin film substrate. A substrate fixing table used in an ultrasonic bonding apparatus for bonding materials to be bonded, and made of a second material on which the thin film substrate is mounted,
The substrate fixing table has fixed mounting means capable of fixing and mounting the thin film substrate on the surface thereof,
The second material includes a material having an acoustic impedance that allows vibration in the thin film substrate to propagate as a transmitted wave when the thin film substrate is fixedly mounted by the fixed mounting means.
The shortest distance from the outer peripheral end of the thin film substrate to the end of the substrate fixing table when the thin film substrate is fixedly mounted is set to a length of 1/4 or more of the plane wavelength transmitted through the thin film substrate. Characterized by
Board fixing table.
前記固定搭載手段は、
前記薄膜基体の搭載予定領域内の第1の吸着領域に設けられ、複数の吸着部による吸着作用によって、前記薄膜基体を固定する第1の固定手段と、
前記搭載予定領域において前記第1の吸着領域より外側の前記被接合材を接合する接合予定領域の近傍の第2の吸着領域に設けられた複数の凹部による吸着作用によって、前記薄膜基体を固定する第2の固定手段とを備える、
基板固定テーブル。 The substrate fixing table according to claim 1,
The fixed mounting means is
A first fixing means which is provided in a first adsorption region in a region where the thin film substrate is to be mounted, and which fixes the thin film substrate by an adsorption action by a plurality of adsorption units;
The thin film substrate is fixed by an adsorption action by a plurality of concave portions provided in a second adsorption region in the vicinity of the planned bonding region where the material to be bonded outside the first adsorption region is bonded in the planned mounting region. Second fixing means,
Board fixing table.
前記固定搭載手段は、
前記搭載予定領域上に前記薄膜基体を搭載した後、前記薄膜基体を弾性体を介して上部から固定可能な第3の固定手段をさらに備える、
基板固定テーブル。 The substrate fixing table according to claim 1 or 2,
The fixed mounting means is
Third mounting means capable of fixing the thin film substrate from above via an elastic body after mounting the thin film substrate on the planned mounting region,
Board fixing table.
前記薄膜基体を上部に搭載する第2の材質からなる基板固定テーブルを備え、
前記基板固定テーブルは請求項1ないし請求項3のうちいずれか1項に記載の基板固定テーブルを含む、
超音波接合装置。 The material to be bonded disposed on the surface of the thin film substrate made of the first material is pressurized from above using an ultrasonic bonding tool and ultrasonic vibration is applied to the material on the surface of the thin film substrate. An ultrasonic bonding apparatus for bonding workpieces,
A substrate fixing table made of a second material on which the thin film substrate is mounted;
The substrate fixing table includes the substrate fixing table according to any one of claims 1 to 3.
Ultrasonic bonding device.
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