專利名稱：諧振器、超聲波芯片焊接頭和超聲波芯片焊接裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將電子元件焊接到基板(substrate)上的諧振器、超聲波芯片焊接頭(ultrasonic die bonding head)和超聲波芯片焊接裝置。
背景技術(shù)：
例如，存在一種將倒裝芯片型(flip chip type)電子元件安裝到基板上的超聲波焊接裝置。利用該超聲波焊接裝置，在該電子元件壓向基板的狀態(tài)中電子元件被超聲波振動(dòng)，由此電子元件的凸點(diǎn)(bump)通過(guò)固相反應(yīng)(solidphase reaction)焊接到基板的對(duì)應(yīng)端子。
該超聲波焊接裝置一般包括諧振器，適合于在夾持電子元件的狀態(tài)下振動(dòng)；超聲波發(fā)生裝置，用于促使諧振器振動(dòng)；以及加壓機(jī)構(gòu)，用于將上述諧振器下壓到基板一側(cè)。
圖13和圖14分別表示傳統(tǒng)的超聲波焊接裝置50和60。其中，這些超聲波焊接裝置50和60的圖13示出的超聲波焊接裝置50具有諧振器53，用于夾持待連接(join)至基板51的電子元件52，并對(duì)該電子元件52施加振動(dòng)；凸緣狀(flange-like)的支承構(gòu)件54，分別配置在諧振器53的兩側(cè)；以及加壓機(jī)構(gòu)部分55，分別與凸緣狀的支承構(gòu)件54的兩側(cè)相連接(connect)。
注意圖13中的附圖標(biāo)記56表示吸附工具部分(凸出部分)，其用于吸附并夾持電子元件52。另外，超聲波振蕩器(圖中未示出)與諧振器53相連接。
凹槽57形成為貫穿每個(gè)上述凸緣狀的支承構(gòu)件54的整個(gè)外圍。形成凹槽57的原因是為了降低每個(gè)凸緣狀的支承構(gòu)件54的硬度，并防止凸緣狀的支承構(gòu)件54阻礙諧振器53的振動(dòng)。
另外，圖14中示出的超聲波焊接裝置60具有諧振器61，以及加壓機(jī)構(gòu)部分62。諧振器61具有振動(dòng)構(gòu)件63，用于夾持電子元件52并對(duì)該電子元件52施加振動(dòng)；以及下壓構(gòu)件64，通過(guò)加壓機(jī)構(gòu)62被壓低到基板11側(cè)，以此對(duì)振動(dòng)構(gòu)件63施加向基板51側(cè)的壓力。
上述下壓構(gòu)件64和振動(dòng)構(gòu)件63通過(guò)支腿部分66、66和釘狀的支承部分67互相連接，其中，支腿部分66、66從下壓構(gòu)件64的兩個(gè)端部分別向下突出，釘狀的支承部分67分別設(shè)置在這些支腿部分66、66的下端。
如圖15所示，上述支腿部分66、66設(shè)置為在該支腿部分66、66和振動(dòng)構(gòu)件63的側(cè)面63a之間留有間隔。
而且，迄今為止，除了上述超聲波焊接裝置50和60外，還提出過(guò)一種通過(guò)螺釘將下壓構(gòu)件的支腿部分固定在振動(dòng)構(gòu)件上的諧振器(例如，參考專利文獻(xiàn)1)。
JP 2003-218164A發(fā)明內(nèi)容但是，在圖13中示出的傳統(tǒng)超聲波焊接裝置50中，每個(gè)凸緣狀的支承構(gòu)件54的橫截面具有環(huán)形輪廓并具有相對(duì)大的直徑。因此，有以下可能，每個(gè)凸緣狀的支承構(gòu)件54的外側(cè)邊緣部分相對(duì)于吸附工具部分56大大向外突出，以至干擾對(duì)基板51的工作。
因此，可以想象需要切去每個(gè)凸緣狀的支承構(gòu)件54的可能干擾基板51的部分。但是，這種方法并不是優(yōu)選的，因?yàn)榭赡軙?huì)出現(xiàn)由于每個(gè)凸緣狀的支承構(gòu)件54相對(duì)于它的中央軸變得不對(duì)稱而導(dǎo)致不能為諧振器53激發(fā)縱向波(圖13中沿方向A的波)的問(wèn)題。
另外，在圖14中示出的超聲波焊接裝置60中，為了使釘狀的支承部分67能承受住加壓機(jī)構(gòu)62施加的壓力，每個(gè)支承部分67的直徑需要做得大到一定程度。
但是，如果每個(gè)支承部分67的直徑做得大，有以下可能，從振動(dòng)構(gòu)件63分離因此不能振動(dòng)的部分必須設(shè)置在振動(dòng)構(gòu)件63的產(chǎn)生振動(dòng)波的節(jié)點(diǎn)的部分上，即由于支承部分67的橫截面面積增加，阻礙了振動(dòng)構(gòu)件63的激發(fā)。
另外，在傳統(tǒng)的超聲波焊接裝置中，其中，下壓部分的支腿部分通過(guò)螺旋夾(screw cramp)固定在振動(dòng)部分上，有以下可能，下壓構(gòu)件的支腿部分和振動(dòng)構(gòu)件間的螺旋夾部分會(huì)阻礙振動(dòng)部分的激發(fā)。
當(dāng)振動(dòng)構(gòu)件中產(chǎn)生的振動(dòng)被阻礙時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電子元件52和基板51之間的焊接質(zhì)量降低的問(wèn)題。
本發(fā)明針對(duì)以上問(wèn)題制作出，因此本發(fā)明的目的是提供一種諧振器、超聲波焊接頭和超聲波焊接裝置。該諧振器能夠抑制支承部分(通過(guò)該支承部分，下壓構(gòu)件的支腿部分和振動(dòng)構(gòu)件互相連接(coup1e))阻礙振動(dòng)構(gòu)件的振動(dòng)，從而提高焊接質(zhì)量。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用以下措施。
(1)也就是說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的諧振器包括振動(dòng)構(gòu)件，其夾持待連接的第二構(gòu)件并對(duì)該待連接的第二構(gòu)件施加振動(dòng)，以將待連接的第二構(gòu)件連接至待連接的第一構(gòu)件；以及下壓構(gòu)件，其通過(guò)振動(dòng)構(gòu)件對(duì)待連接的第二構(gòu)件施加壓力，待連接的第二構(gòu)件轉(zhuǎn)而將該壓力施加到待連接的第一構(gòu)件側(cè)，其中下壓構(gòu)件具有支腿部分，其設(shè)置為在支腿部分和振動(dòng)構(gòu)件的平行于振動(dòng)方向的兩個(gè)側(cè)面之間留有間隔；以及支承部分，通過(guò)該支承部分，支腿部分和振動(dòng)構(gòu)件的該兩個(gè)側(cè)面互相連接；振動(dòng)構(gòu)件的每個(gè)側(cè)面配有兩個(gè)或兩個(gè)以上支腿部分和支承部分；以及每個(gè)支承部分的與振動(dòng)構(gòu)件的側(cè)面平行的截面的尺寸為，沿著振動(dòng)構(gòu)件的振動(dòng)方向的長(zhǎng)度比沿著下壓構(gòu)件的下壓方向的長(zhǎng)度短。
在本發(fā)明的諧振器中，每個(gè)支承部分(通過(guò)該支承部分，下壓構(gòu)件的支腿部分和振動(dòng)構(gòu)件互相連接)的橫截面的尺寸為，沿下壓方向的長(zhǎng)度做得長(zhǎng)，因此可以確保抵制壓力的強(qiáng)度，而沿振動(dòng)方向的長(zhǎng)度做得短，因此可以抑制支承部分阻礙振動(dòng)構(gòu)件的振動(dòng)。
結(jié)果，即使當(dāng)待施加到諧振器的超聲波的頻率很高時(shí)，也可以得到諧振器的均衡的振動(dòng)狀態(tài)。
(2)進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明的諧振器包括振動(dòng)構(gòu)件，其夾持待連接的第二構(gòu)件并對(duì)該待連接的第二構(gòu)件施加振動(dòng)，以將待連接的第二構(gòu)件連接至待連接的第一構(gòu)件；以及下壓構(gòu)件，其通過(guò)振動(dòng)構(gòu)件對(duì)待連接的第二構(gòu)件施加壓力，待連接的第二構(gòu)件轉(zhuǎn)而將該壓力施加到待連接的第一構(gòu)件側(cè)，其中下壓構(gòu)件包括支腿部分，其設(shè)置為在支腿部分和振動(dòng)構(gòu)件的平行于振動(dòng)方向的兩個(gè)側(cè)面之間留有間隔；以及支承部分，通過(guò)該支承部分，支腿部分和振動(dòng)構(gòu)件的該兩個(gè)側(cè)面互相連接；在振動(dòng)構(gòu)件的每個(gè)側(cè)面，大約在振動(dòng)構(gòu)件在振動(dòng)方向上的長(zhǎng)度的中央處，配有一個(gè)支腿部分和一個(gè)支承部分；開口，其具有包括頂部和基部的截面，頂部由向上傾斜的邊和向下傾斜的邊組成，頂部指向振動(dòng)構(gòu)件的端部側(cè)而從相反方向彼此相對(duì)，該開口分別形成在振動(dòng)構(gòu)件的連接部分(coupling portion)的兩側(cè)，該連接部分在振動(dòng)構(gòu)件和支承部分之間；以及每個(gè)支承部分的與振動(dòng)構(gòu)件的側(cè)面平行的截面的尺寸為，沿著諧振器的振動(dòng)方向的長(zhǎng)度比沿著下壓構(gòu)件的下壓方向的長(zhǎng)度短。
當(dāng)諧振器的振動(dòng)構(gòu)件被超聲波振蕩器激發(fā)時(shí)，振動(dòng)波經(jīng)由振動(dòng)構(gòu)件傳播，且傳播方向與超聲波的傳播方向相同。此時(shí)，該波的波峰部分，即具有最大振幅的部分會(huì)在振動(dòng)構(gòu)件的中央部分產(chǎn)生。
在本發(fā)明中，支承部分(通過(guò)該支承部分，振動(dòng)構(gòu)件的在振動(dòng)方向上的中央部分和設(shè)置在下壓構(gòu)件上的支腿部分互相連接)的兩側(cè)設(shè)置有開口，該開口具有包括頂部和基部的截面，頂部由向上傾斜的邊和向下傾斜的邊組成，且該頂部指向振動(dòng)構(gòu)件的端部側(cè)。這里，振動(dòng)波在一個(gè)開口的頂部分支，從而沿此開口的兩條邊的傾斜邊垂直傳播；其中，該振動(dòng)波從連接于振動(dòng)構(gòu)件的一個(gè)端部的超聲波振蕩裝置側(cè)，向振動(dòng)構(gòu)件的另一個(gè)端部傳播。
然后，當(dāng)已經(jīng)沿著該開口的向上傾斜的邊傳播的振動(dòng)波到達(dá)開口之間的部分即振動(dòng)構(gòu)件的中央部分時(shí)，部分振動(dòng)波會(huì)沿著該開口的基部向下傳播。另外，已經(jīng)沿著該開口的向下傾斜的邊傳播的部分振動(dòng)波從振動(dòng)構(gòu)件的中央部分沿著該開口的基部向上傳播。
結(jié)果，在振動(dòng)構(gòu)件的中央部分向下傳播的振動(dòng)波和從振動(dòng)構(gòu)件的中央部分向上傳播的振動(dòng)波互相抵消，從而減小振動(dòng)波的幅度。因而，由于支撐振動(dòng)構(gòu)件的中央部分所需要的力變小，振動(dòng)構(gòu)件的中央部分能可靠地被一個(gè)支承部分支承。另外，支承部分的橫截面區(qū)域能夠減小。
(3)優(yōu)選上述支承部分形成為截面具有矩形輪廓或橢圓形輪廓。在這種情況下，很容易形成支承部分。
(4)一種超聲波焊接頭，至少包括諧振器，其包括振動(dòng)構(gòu)件，夾持待連接的第二構(gòu)件并對(duì)該待連接的第二構(gòu)件施加振動(dòng)，以將待連接的第二構(gòu)件連接至待連接的第一構(gòu)件；以及下壓構(gòu)件，其通過(guò)振動(dòng)構(gòu)件對(duì)待連接的第二構(gòu)件施加壓力，待連接的第二構(gòu)件轉(zhuǎn)而將該壓力施加到待連接的第一構(gòu)件側(cè)，其中，下壓構(gòu)件包括支腿部分，其設(shè)置為在支腿部分和振動(dòng)構(gòu)件的平行于振動(dòng)方向的兩個(gè)側(cè)面之間留有間隔；以及支承部分，通過(guò)該支承部分，支腿部分和振動(dòng)構(gòu)件的該兩個(gè)側(cè)面互相連接；振動(dòng)構(gòu)件的每個(gè)側(cè)面處配有兩個(gè)或兩個(gè)以上支腿部分和支承部分；每個(gè)支承部分的與振動(dòng)構(gòu)件的側(cè)面平行的截面的尺寸為，沿著振動(dòng)構(gòu)件的振動(dòng)方向的長(zhǎng)度比沿著下壓構(gòu)件的下壓方向的長(zhǎng)度短，超聲波焊接頭的特征在于還包括超聲波發(fā)生裝置，其對(duì)振動(dòng)構(gòu)件施加超聲波以使振動(dòng)構(gòu)件振動(dòng)。
超聲波焊接頭的特征在于還包括超聲波發(fā)生裝置，其對(duì)振動(dòng)構(gòu)件施加超聲波以促使振動(dòng)構(gòu)件振動(dòng)。
(5)根據(jù)本發(fā)明的超聲波焊接裝置包括至少諧振器，其包括振動(dòng)構(gòu)件，夾持待連接的第二構(gòu)件并對(duì)該待連接的第二構(gòu)件施加振動(dòng)，以將待連接的第二構(gòu)件連接至待連接的第一構(gòu)件；以及下壓構(gòu)件，其通過(guò)振動(dòng)構(gòu)件對(duì)待連接的第二構(gòu)件施加壓力，待連接的第二構(gòu)件轉(zhuǎn)而將該壓力施加到待連接的第一構(gòu)件側(cè)，其中，下壓構(gòu)件包括支腿部分，其設(shè)置為在支腿部分和振動(dòng)構(gòu)件的平行于振動(dòng)方向的兩個(gè)側(cè)面之間留有間隔；以及支承部分，通過(guò)該支承部分，支腿部分和振動(dòng)構(gòu)件的該兩個(gè)側(cè)面互相連接；振動(dòng)構(gòu)件的每個(gè)側(cè)面處配有兩個(gè)或兩個(gè)以上支腿部分和支承部分；每個(gè)支承部分的與振動(dòng)構(gòu)件的側(cè)面平行的截面的尺寸，沿著振動(dòng)構(gòu)件的振動(dòng)方向的長(zhǎng)度比沿著下壓構(gòu)件的下壓方向的長(zhǎng)度短，超聲波焊接裝置還包括超聲波焊接頭，其包括用于對(duì)振動(dòng)構(gòu)件施加超聲波以使該振動(dòng)構(gòu)件振動(dòng)的超聲波發(fā)生裝置；加壓裝置，用于將超聲波焊接頭中的下壓構(gòu)件壓向振動(dòng)構(gòu)件側(cè)；平臺(tái)，用于支撐待連接的第一構(gòu)件；平臺(tái)移動(dòng)部分，用于在兩個(gè)互相垂直相交的方向上水平移動(dòng)平臺(tái)并旋轉(zhuǎn)該平臺(tái)；以及位移檢測(cè)設(shè)備，用于檢測(cè)放置在平臺(tái)上的待連接的第一構(gòu)件和由超聲波焊接頭支承的待連接的第二構(gòu)件之間的位移。
使用此超聲波焊接裝置，例如，當(dāng)電子元件被連接到基板時(shí)，可以提高焊接質(zhì)量。
如上文所述，按照本發(fā)明的諧振器和超聲波焊接頭，由于每個(gè)支承部分(振動(dòng)部分和下壓構(gòu)件的支腿部分通過(guò)該支承部分互相連接)形成為在橫截面上具有預(yù)先設(shè)定的尺寸和形狀，因此可以抑制支承部分阻礙振動(dòng)構(gòu)件的振動(dòng)。另外，按照本發(fā)明的超聲波焊接裝置，由于使用了上述諧振器和超聲波焊接頭，因此可以提高焊接質(zhì)量。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的超聲波焊接裝置的透視圖，圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的諧振器和超聲波焊接頭的透視圖，圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的振動(dòng)構(gòu)件的剖視圖，圖4是沿圖3的X-X線的剖視圖，表示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的支承部分的形狀，圖5是表示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的運(yùn)作的示意圖，圖6是表示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的運(yùn)作和振動(dòng)波的方式的示意圖，圖7是表示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的支承部分的變化的示意圖，圖8是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的諧振器和超聲波焊接頭的透視圖，圖9是表示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的支承部分和開口的示意圖，圖10是表示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的由諧振器產(chǎn)生的振動(dòng)波的傳播方向的示意圖，圖11是表示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的支承部分的變化的示意圖，
圖12是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的諧振器的變化的透視圖，圖13是根據(jù)相關(guān)技術(shù)的超聲波焊接裝置的透視圖，圖14是根據(jù)相關(guān)技術(shù)的另一個(gè)超聲波焊接裝置的透視圖，圖15是圖14中的超聲波焊接裝置中的振動(dòng)構(gòu)件和下壓構(gòu)件的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
(第一實(shí)施例)圖1表示第一實(shí)施方式中的超聲波焊接裝置4。該超聲波焊接裝置4具有平臺(tái)41，其上放置并保持有基板11；超聲波焊接頭10，用于利用超聲波將電子元件12焊接至放置于平臺(tái)41上的基板11；超聲波發(fā)生裝置14，與超聲波焊接頭10相連接；加壓機(jī)構(gòu)部分20，用于向基板11側(cè)壓下超聲波焊接頭10；攝像單元42，作為位移檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)基板11和放置在該基板11正上方的電子元件12之間的位移；攝像單元移動(dòng)部分44，用于在X和Y方向移動(dòng)攝像單元42；以及平臺(tái)移動(dòng)部分45，用于在X和Y方向水平地移動(dòng)平臺(tái)41，并基于來(lái)自攝像單元42的位移檢測(cè)結(jié)果，在 方向旋轉(zhuǎn)平臺(tái)41。
攝像單元42中配置有攝像機(jī)42a，用于捕獲電子元件12和基板11的圖像。另外，圖像處理部分46與攝像單元42相連接。
控制部分47、48和49分別與攝像單元移動(dòng)部分44、平臺(tái)移動(dòng)部分45和超聲波焊接頭10相連接。此外，圖像處理部分46和控制部分47、48以及49由主控制器(未示出)控制。
接著，描述上述超聲波焊接頭10。如圖2所示，超聲波焊接頭10包括諧振器1，以及使該諧振器1產(chǎn)生振動(dòng)的振動(dòng)器18。上述超聲波發(fā)生裝置14與振動(dòng)器18相連接。
諧振器1用于將電子元件12(其作為待連接的第二構(gòu)件)與基板11(其作為待連接的第一構(gòu)件)相連接，其包括振動(dòng)構(gòu)件13，用于夾持電子元件12并對(duì)該電子元件12施加振動(dòng)；以及下壓構(gòu)件15，其通過(guò)振動(dòng)構(gòu)件13對(duì)上述電子元件12施加向基板11側(cè)的壓力。
上述振動(dòng)構(gòu)件13形成為長(zhǎng)方體形狀，其一端到另一端很長(zhǎng)。用于吸附并夾持電子元件12的吸附工具構(gòu)件17、17配置在接近振動(dòng)構(gòu)件13的上表面和下表面的中央部分，以便從此處凸出。
上述下壓構(gòu)件15由相對(duì)厚的長(zhǎng)方體狀的主體15a和四個(gè)長(zhǎng)的部分15b形成門形形狀，這四個(gè)長(zhǎng)的部分15b從主體15a的兩個(gè)端部的各角部向振動(dòng)構(gòu)件13側(cè)延伸。
下壓構(gòu)件15的支腿部分15a，如圖3所示，設(shè)置為在支腿部分15a和振動(dòng)構(gòu)件13的與振動(dòng)方向A平行的兩個(gè)側(cè)面13a、13a之間留有間隔。另外，這些支腿部分15b通過(guò)各自的支承部分15c與振動(dòng)構(gòu)件13的各側(cè)面13a呈一體連接。
如圖2所示，振動(dòng)構(gòu)件13的每個(gè)側(cè)面13a配有兩個(gè)或兩個(gè)以上支腿部分15b和支承部分15c，在本實(shí)施方式中設(shè)置為兩個(gè)支腿和兩個(gè)支承部分。注意，當(dāng)電子元件12通過(guò)超聲波與基板11結(jié)合時(shí)，通過(guò)作為加壓裝置的加壓機(jī)構(gòu)部分20，下壓構(gòu)件15被壓向基板11側(cè)。
如圖4所示，支承部分15c形成為其平行于振動(dòng)構(gòu)件13的側(cè)面13a的橫截面具有縱向的矩形輪廓。即，支承部分15c形成為使其橫向長(zhǎng)度(沿振動(dòng)構(gòu)件13的振動(dòng)方向A延伸的長(zhǎng)度)L2比其縱向長(zhǎng)度(沿下壓構(gòu)件15的下壓方向B延伸的長(zhǎng)度)L1短。
另外，支承部分15c設(shè)置為，以振動(dòng)構(gòu)件13的水平中央線13b作為中央，支承部分15c的縱向長(zhǎng)度L1在兩端之間被近似等分。
然后，描述諧振器1的運(yùn)作。當(dāng)作為待連接的第二構(gòu)件的電子元件12與作為待連接的第一構(gòu)件的基板11通過(guò)諧振器1利用超聲波連接時(shí)，如圖5所示，電子元件12被振動(dòng)構(gòu)件13的吸附工具部分17吸附并夾持。在這種情況下，下壓構(gòu)件15被加壓機(jī)構(gòu)部分20壓向基板11側(cè)(以方向B)。
結(jié)果，如圖5中的雙點(diǎn)點(diǎn)劃線所示，下壓構(gòu)件15、振動(dòng)構(gòu)件13、吸附工具部分17、以及電子元件12下降到基板11側(cè)，這樣電子元件12開始與基板11接觸。而且，下壓構(gòu)件15通過(guò)加壓機(jī)構(gòu)部分20壓向基板11側(cè)，這樣電子元件12通過(guò)預(yù)先設(shè)定的力壓向基板11側(cè)。
接著，來(lái)自超聲波發(fā)生裝置14的超聲波施加到振動(dòng)器18上。結(jié)果，振動(dòng)器18振動(dòng)，振動(dòng)構(gòu)件13在與上述下壓方向B幾乎垂直相交的方向A上振動(dòng)。這樣，電子元件12也在方向A上振動(dòng)，使電子元件12的凸點(diǎn)(未示出)與基板11的端子(未示出)間產(chǎn)生摩擦力。結(jié)果，電子元件12的凸點(diǎn)(未示出)和基板11的端子(未示出)間的焊接表面的氧化膜被去掉。在此狀態(tài)下，金屬擴(kuò)散產(chǎn)生，由此電子元件12的凸點(diǎn)通過(guò)固相反應(yīng)焊接到基板11的端子上。
在這種情況下，在諧振器1中，每個(gè)支承部分15c(通過(guò)該支承部分下壓構(gòu)件15的支腿部分15b和振動(dòng)構(gòu)件13的側(cè)面13a互相連接)在橫截面的大小上縱向地形成。這樣，如下所述，可以抑制支承部分15c阻礙振動(dòng)構(gòu)件13的振動(dòng)。
在諧振器1中，如圖6所示，作為與振動(dòng)構(gòu)件13中的振動(dòng)波21的節(jié)點(diǎn)21c對(duì)應(yīng)的部分，支承部分15c分別與振動(dòng)構(gòu)件13中的振動(dòng)波21的節(jié)點(diǎn)21c相連接。另外，為了防止振動(dòng)受到阻礙，在振動(dòng)方向上的連接長(zhǎng)度最好設(shè)置得盡量短些。特別是，當(dāng)頻率變高時(shí)，只有縮短每個(gè)支承部分15c在振動(dòng)方向上的連接長(zhǎng)度(connection length)才能不使衰減增加。
另外，關(guān)于每個(gè)支承部分15c的橫截面的尺寸，沿著振動(dòng)方向A的長(zhǎng)度L2設(shè)置地大大短于沿著下壓構(gòu)件15的下壓方向(加壓方向)B的長(zhǎng)度L1。因此，可以抑制支承部分15c阻礙振動(dòng)構(gòu)件13在振動(dòng)方向A上的振動(dòng)。
注意，關(guān)于每個(gè)支承部分15c沿振動(dòng)構(gòu)件13的振動(dòng)方向A的長(zhǎng)度L2，其縱向長(zhǎng)度和在振動(dòng)方向的長(zhǎng)度被確定為支承部分15c當(dāng)然能夠承受所施加的負(fù)載或力矩，考慮在振動(dòng)方向的長(zhǎng)度設(shè)置得盡可能小(短)。
另外，在本實(shí)施方式中，支承部分15c分別放置在與振動(dòng)波21(由振動(dòng)構(gòu)件13產(chǎn)生)的節(jié)點(diǎn)21c相對(duì)應(yīng)的部分。但是，支撐部分15c可以放置在與振動(dòng)構(gòu)件13的節(jié)點(diǎn)21c相對(duì)應(yīng)的部分稍微偏離的位置。
同樣，在諧振器1中，每個(gè)支承部分15c沿下壓構(gòu)件15的下壓方向(加壓方向)B延伸的長(zhǎng)度L1設(shè)置得比每個(gè)支承部分15c沿振動(dòng)方向A延伸的長(zhǎng)度L2更長(zhǎng)。換句話說(shuō)，振動(dòng)構(gòu)件13和支承部分15c之間的每個(gè)焊接部分在下壓構(gòu)件15的下壓方向上的長(zhǎng)度較長(zhǎng)。結(jié)果，在每個(gè)支承部分15c的下壓方向B的壓力抵抗力(load resistance)變大。
每個(gè)上述支承部分15c的縱向長(zhǎng)度L1設(shè)置為這樣的長(zhǎng)度，借助此長(zhǎng)度，每個(gè)支承部分15c能夠承受來(lái)自加壓機(jī)構(gòu)部分20的壓力。
而且，在上述實(shí)施方式中，已經(jīng)說(shuō)明了關(guān)于振動(dòng)構(gòu)件13、下壓構(gòu)件15、支腿部分15b以及支承部分15c互相形成為一體的情況。但是，振動(dòng)構(gòu)件13和下壓構(gòu)件15可以互相分離形成，支腿部分15b的支承部分15c能夠分別通過(guò)連接裝置(coupling device)與振動(dòng)構(gòu)件13的側(cè)面13a連接。
另外，在振動(dòng)構(gòu)件13的側(cè)面13a上，為每個(gè)支承部分15c形成形狀相似的孔，設(shè)置在下壓構(gòu)件15的支腿部分15b中的支承部分15c分別插入到這些孔中，從而振動(dòng)構(gòu)件13和下壓構(gòu)件15可以互相連接。
根據(jù)使用諧振器1和超聲波焊接頭10的超聲波焊接裝置4，使得利用高頻超聲波振動(dòng)使電子元件12和基板11間的焊接變?yōu)榭赡?，并可以提高焊接質(zhì)量，縮短焊接周期。另外，超聲波焊接頭10的小型化使加壓機(jī)構(gòu)部分20的小型化和輕型化成為可能。這樣，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的小型化、高速運(yùn)作、低成本。
在上述實(shí)施方式中，每個(gè)支承部分15c在橫截面上具有矩形輪廓。如圖7所示，每個(gè)支承部分15c可以形成為在橫截面上具有橢圓形輪廓，此外還可以形成為在橫截面上形成具有各種縱向輪廓。
(第二實(shí)施例)圖8和圖9表示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的諧振器3。該諧振器3能被用來(lái)代替用于超聲波焊接頭10和超聲波焊接裝置4中的諧振器1。注意，與第一實(shí)施方式中的諧振器1相同的組成元件用相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示，并省略其詳細(xì)說(shuō)明。
在諧振器3中，在下壓構(gòu)件15的接近中央的兩個(gè)側(cè)面?zhèn)仍O(shè)置有一對(duì)支腿部分15b、15b(圖中僅示出支腿部分15b、15b中的一個(gè))。這對(duì)支腿部分15b、15b設(shè)置為，振動(dòng)構(gòu)件13被夾持在支腿部分15b、15b之間，且在支腿部分15b、15b和振動(dòng)構(gòu)件13的側(cè)面13a之間留出間隔。
此外，支腿部分15b、15b的下端部分分別通過(guò)支承部分15c、15c與振動(dòng)構(gòu)件13的側(cè)面13a相連接。
本實(shí)施方式中的開口31、31設(shè)置在振動(dòng)構(gòu)件13中，每個(gè)開口31、31具有角狀(angle-like)形狀或者變形的五角形(pentagon-like)形狀，并且設(shè)置在上述支承部分15c的兩側(cè)。開口31、31的具有角狀形狀的頂部31a、31a置于振動(dòng)構(gòu)件13的水平中央線13b上，且朝向振動(dòng)構(gòu)件13的側(cè)端13c、13c。另外，開口31、31的基部31b、31b沿支承部分15c設(shè)置。也就是說(shuō)，兩側(cè)的開口31、31設(shè)置為從相反的方向面對(duì)。
在諧振器3中，如圖10所示，當(dāng)來(lái)自振動(dòng)器18的超聲波施加到振動(dòng)構(gòu)件13時(shí)，振動(dòng)波向著與振動(dòng)器18相反的側(cè)(方向D)傳播。
振動(dòng)波21在振動(dòng)器18一側(cè)的開口31的頂部31a垂直分支，通過(guò)分支得到的振動(dòng)波21a、21b沿著該開口31的斜邊31c、31c垂直傳播。
然后，當(dāng)通過(guò)分支得到的振動(dòng)波21a、21b到達(dá)這一部分(其在兩側(cè)的開口31、31之間)時(shí)，向上傳播的那部分振動(dòng)波21a在開口31、31之間向下傳播，而向下傳播的那部分振動(dòng)波21b在開口31、31之間向上傳播。
接著，在開口31、31之間向下傳播的那部分振動(dòng)波21a與向上傳播的那部分振動(dòng)波21b互相抵消。
這樣，只有接近振動(dòng)構(gòu)件13的中央的那部分通過(guò)支承部分15c和支腿部分15b與下壓構(gòu)件15連接，因此可以可靠地支承振動(dòng)構(gòu)件13。另外，由于甚至在該部分13d被支承部分15c支承時(shí)，振動(dòng)波在開口31、31之間的該部分13d中的振幅本來(lái)就很小，所以作用在振動(dòng)構(gòu)件13的振動(dòng)上的干擾很小，因此不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。
通過(guò)下壓構(gòu)件15經(jīng)由支承部分15c和支腿部分15b夾持振動(dòng)構(gòu)件13的中央部分的方式，當(dāng)超聲波焊接開始時(shí)，設(shè)置在振動(dòng)構(gòu)件13的中央部分上的吸附工具部分17被從正上方壓下。因此，可以防止振動(dòng)構(gòu)件13變形。
結(jié)果，當(dāng)加在振動(dòng)構(gòu)件13上的超聲波的頻率升高到大于或等于例如150kHz時(shí)，與超聲波波長(zhǎng)的縮短相反的是，仍能夠得到振動(dòng)構(gòu)件13的均衡的振動(dòng)狀態(tài)。另外，吸附工具部分17的工具表面17c的尺寸能被加大。
在上述實(shí)施方式中，支承部分15c形成為具有縱向的矩形輪廓。如圖11所示，支承部分15c能夠形成為具有縱向的橢圓形輪廓。另外，支承部分15c能夠形成為具有縱向的任意輪廓。
另外，在上述實(shí)施方式中，在接近振動(dòng)構(gòu)件13的兩個(gè)側(cè)面的每個(gè)側(cè)面13a的中央部分處，都設(shè)置一個(gè)支腿部分15b和一個(gè)支承部分15c。但是，如圖12所示，支腿部分15b和支承部分15c可以設(shè)置在振動(dòng)構(gòu)件13的兩個(gè)側(cè)面的每個(gè)側(cè)面13a的端部和中央部分處。在這種情況下，振動(dòng)構(gòu)件13能被更可靠地支承。
權(quán)利要求
1.一種諧振器，包括振動(dòng)構(gòu)件，其夾持待連接的第二構(gòu)件并對(duì)該待連接的第二構(gòu)件施加振動(dòng)，以將待連接的第二構(gòu)件連接至待連接的第一構(gòu)件；以及下壓構(gòu)件，其通過(guò)振動(dòng)構(gòu)件對(duì)待連接的第二構(gòu)件施加壓力，待連接的第二構(gòu)件轉(zhuǎn)而將該壓力施加到待連接的第一構(gòu)件側(cè)，其中下壓構(gòu)件具有支腿部分，其設(shè)置為在支腿部分和振動(dòng)構(gòu)件的平行于振動(dòng)方向的兩個(gè)側(cè)面之間留有間隔；以及支承部分，通過(guò)該支承部分，支腿部分和振動(dòng)構(gòu)件的該兩個(gè)側(cè)面互相連接；振動(dòng)構(gòu)件的每個(gè)側(cè)面配有兩個(gè)或兩個(gè)以上支腿部分和支承部分；以及每個(gè)支承部分的與振動(dòng)構(gòu)件的側(cè)面平行的截面的尺寸為，沿著振動(dòng)構(gòu)件的振動(dòng)方向的長(zhǎng)度比沿著下壓構(gòu)件的下壓方向的長(zhǎng)度短。
2.一種諧振器，包括振動(dòng)構(gòu)件，其夾持待連接的第二構(gòu)件并對(duì)該待連接的第二構(gòu)件施加振動(dòng)，以將待連接的第二構(gòu)件連接至待連接的第一構(gòu)件；以及下壓構(gòu)件，其通過(guò)振動(dòng)構(gòu)件對(duì)待連接的第二構(gòu)件施加壓力，待連接的第二構(gòu)件轉(zhuǎn)而將該壓力施加到待連接的第一構(gòu)件側(cè)，其中下壓構(gòu)件包括支腿部分，其設(shè)置為在支腿部分和振動(dòng)構(gòu)件的平行于振動(dòng)方向的兩個(gè)側(cè)面之間留有間隔；以及支承部分，通過(guò)該支承部分，支腿部分和振動(dòng)構(gòu)件的該兩個(gè)側(cè)面互相連接；在振動(dòng)構(gòu)件的每個(gè)側(cè)面，大約在振動(dòng)構(gòu)件在振動(dòng)方向上的長(zhǎng)度的中央處，配有一個(gè)支腿部分和一個(gè)支承部分；開口，其具有包括頂部和基部的截面，頂部由向上傾斜的邊和向下傾斜的邊組成，頂部指向振動(dòng)構(gòu)件的端部側(cè)而從相反方向彼此相對(duì)，該開口分別形成在一連接部分的兩側(cè)，其中，該連接部分在振動(dòng)構(gòu)件和支承部分之間的振動(dòng)構(gòu)件中；以及每個(gè)支承部分的與振動(dòng)構(gòu)件的側(cè)面平行的截面的尺寸為，沿著諧振器的振動(dòng)方向的長(zhǎng)度比沿著下壓構(gòu)件的下壓方向的長(zhǎng)度短。
3.如權(quán)利要求1所述的諧振器，其中，每個(gè)支承部分形成為截面具有矩形輪廓或橢圓形輪廓。
4.一種超聲波焊接頭，至少包括諧振器，其包括振動(dòng)構(gòu)件，夾持待連接的第二構(gòu)件并對(duì)該待連接的第二構(gòu)件施加振動(dòng)，以將待連接的第二構(gòu)件連接至待連接的第一構(gòu)件；以及下壓構(gòu)件，其通過(guò)振動(dòng)構(gòu)件對(duì)待連接的第二構(gòu)件施加壓力，待連接的第二構(gòu)件轉(zhuǎn)而將該壓力施加到待連接的第一構(gòu)件側(cè)，其中，下壓構(gòu)件包括支腿部分，其設(shè)置為在支腿部分和振動(dòng)構(gòu)件的平行于振動(dòng)方向的兩個(gè)側(cè)面之間留有間隔；以及支承部分，通過(guò)該支承部分，支腿部分和振動(dòng)構(gòu)件的該兩個(gè)側(cè)面互相連接；振動(dòng)構(gòu)件的每個(gè)側(cè)面處配有兩個(gè)或兩個(gè)以上支腿部分和支承部分；每個(gè)支承部分的與振動(dòng)構(gòu)件的側(cè)面平行的截面的尺寸為，沿著振動(dòng)構(gòu)件的振動(dòng)方向的長(zhǎng)度比沿著下壓構(gòu)件的下壓方向的長(zhǎng)度短，超聲波焊接頭還包括超聲波發(fā)生裝置，其對(duì)振動(dòng)構(gòu)件施加超聲波以使振動(dòng)構(gòu)件振動(dòng)。
5.一種超聲波焊接裝置，至少包括諧振器，其包括振動(dòng)構(gòu)件，夾持待連接的第二構(gòu)件并對(duì)該待連接的第二構(gòu)件施加振動(dòng)，以將待連接的第二構(gòu)件連接至待連接的第一構(gòu)件；以及下壓構(gòu)件，其通過(guò)振動(dòng)構(gòu)件對(duì)待連接的第二構(gòu)件施加壓力，待連接的第二構(gòu)件轉(zhuǎn)而將該壓力施加到待連接的第一構(gòu)件側(cè)，其中，下壓構(gòu)件包括支腿部分，其設(shè)置為在支腿部分和振動(dòng)構(gòu)件的平行于振動(dòng)方向的兩個(gè)側(cè)面之間留有間隔；以及支承部分，通過(guò)該支承部分，支腿部分和振動(dòng)構(gòu)件的該兩個(gè)側(cè)面互相連接；振動(dòng)構(gòu)件的每個(gè)側(cè)面處配有兩個(gè)或兩個(gè)以上支腿部分和支承部分；每個(gè)支承部分的與振動(dòng)構(gòu)件的側(cè)面平行的截面的尺寸，沿著振動(dòng)構(gòu)件的振動(dòng)方向的長(zhǎng)度比沿著下壓構(gòu)件的下壓方向的長(zhǎng)度短，超聲波焊接裝置還包括超聲波焊接頭，其包括用于對(duì)振動(dòng)構(gòu)件施加超聲波以使該振動(dòng)構(gòu)件振動(dòng)的超聲波發(fā)生裝置；加壓裝置，用于將超聲波焊接頭中的下壓構(gòu)件壓向振動(dòng)構(gòu)件側(cè)；平臺(tái)，用于支撐待連接的第一構(gòu)件；平臺(tái)移動(dòng)部分，用于在兩個(gè)互相垂直相交的方向上水平移動(dòng)平臺(tái)，并在水平移動(dòng)平面旋轉(zhuǎn)該平臺(tái)；以及位移檢測(cè)設(shè)備，用于檢測(cè)放置在平臺(tái)上的待連接的第一構(gòu)件和由超聲波焊接頭支承的待連接的第二構(gòu)件之間的位移。
6.一種超聲波焊接頭，至少包括諧振器，其包括振動(dòng)構(gòu)件，夾持待連接的第二構(gòu)件并對(duì)該待連接的第二構(gòu)件施加振動(dòng)，以將待連接的第二構(gòu)件連接至待連接的第一構(gòu)件；以及下壓構(gòu)件，其通過(guò)振動(dòng)構(gòu)件對(duì)待連接的第二構(gòu)件施加壓力，待連接的第二構(gòu)件轉(zhuǎn)而將該壓力施加到待連接的第一構(gòu)件，其中，下壓構(gòu)件包括支腿部分，其設(shè)置為在支腿部分和振動(dòng)構(gòu)件的平行于振動(dòng)方向的兩個(gè)側(cè)面之間留有間隔；以及支承部分，通過(guò)該支承部分，支腿部分和振動(dòng)構(gòu)件的該兩個(gè)側(cè)面互相連接；在振動(dòng)構(gòu)件的每個(gè)側(cè)面，大約在振動(dòng)構(gòu)件在振動(dòng)方向上的長(zhǎng)度的中央處，配有一個(gè)支腿部分和一個(gè)支承部分；開口，其具有包括頂部和基部的截面，頂部由向上傾斜的邊和向下傾斜的邊組成，頂部指向振動(dòng)構(gòu)件的端部側(cè)而從相反方向彼此相對(duì)，該開口分別形成在一連接部分的兩側(cè)，其中，該連接部分在振動(dòng)構(gòu)件和支承部分之間的振動(dòng)構(gòu)件中；以及每個(gè)支承部分的與振動(dòng)構(gòu)件的側(cè)面平行的截面的尺寸為，沿著諧振器的振動(dòng)方向的長(zhǎng)度比沿著下壓構(gòu)件的下壓方向的長(zhǎng)度短，以及超聲波焊接頭還包括超聲波發(fā)生裝置，其對(duì)振動(dòng)構(gòu)件施加超聲波以使該振動(dòng)構(gòu)件振動(dòng)。
7.一種超聲波焊接裝置，至少包括諧振器，其包括振動(dòng)構(gòu)件，夾持待連接的第二構(gòu)件并對(duì)該待連接的第二構(gòu)件施加振動(dòng)，以將待連接的第二構(gòu)件連接至待連接的第一構(gòu)件；以及下壓構(gòu)件，其通過(guò)振動(dòng)構(gòu)件對(duì)待連接的第二構(gòu)件施加壓力，待連接的第二構(gòu)件轉(zhuǎn)而將該壓力施加到待連接的第一構(gòu)件，其中，下壓構(gòu)件包括支腿部分，其設(shè)置為在支腿部分和振動(dòng)構(gòu)件的平行于振動(dòng)方向的兩個(gè)側(cè)面之間留有間隔；以及支承部分，通過(guò)該支承部分，支腿部分和振動(dòng)構(gòu)件的該兩個(gè)側(cè)面互相連接；在振動(dòng)構(gòu)件的每個(gè)側(cè)面，大約在振動(dòng)構(gòu)件在振動(dòng)方向上的長(zhǎng)度的中央處，配有一個(gè)支腿部分和一個(gè)支承部分；開口，其包括具有頂部和基部的截面，頂部由向上傾斜的邊和向下傾斜的邊形成，頂部指向振動(dòng)構(gòu)件的端部側(cè)而從相反方向彼此相對(duì)，該開口分別形成一連接部分的兩側(cè)，其中，該連接部分在振動(dòng)構(gòu)件和支承部分之間的振動(dòng)構(gòu)件中；以及每個(gè)支承部分的與振動(dòng)構(gòu)件的側(cè)面平行的橫截面尺寸為，沿著諧振器的振動(dòng)方向的長(zhǎng)度比沿著下壓構(gòu)件的下壓方向的長(zhǎng)度短，超聲波焊接裝置還包括超聲波焊接頭，其包括用于對(duì)振動(dòng)構(gòu)件施加超聲波以使該振動(dòng)構(gòu)件振動(dòng)的超聲波發(fā)生裝置；加壓裝置，用于將超聲波焊接頭中的下壓構(gòu)件壓向振動(dòng)構(gòu)件側(cè)；平臺(tái)，用于支撐待連接的第一構(gòu)件；平臺(tái)移動(dòng)部分，用于在兩個(gè)互相垂直相交的方向上水平移動(dòng)平臺(tái)，并在水平移動(dòng)平面旋轉(zhuǎn)該平臺(tái)；以及位移檢測(cè)設(shè)備，用于檢測(cè)放置在平臺(tái)上的待連接的第一構(gòu)件和由超聲波焊接頭支撐的待連接的第二構(gòu)件之間的位移。
全文摘要
本發(fā)明的諧振器1包括振動(dòng)構(gòu)件13，其夾持電子元件12并對(duì)該電子元件12施加振動(dòng)；以及下壓構(gòu)件15，其通過(guò)振動(dòng)構(gòu)件13對(duì)電子元件12施加向基板11側(cè)的壓力。下壓構(gòu)件15包括支腿部分15b，其設(shè)置為在該支腿部分和振動(dòng)構(gòu)件13的平行于振動(dòng)方向A的兩個(gè)側(cè)面13a之間留有間隔；以及支承部分15c，通過(guò)該支承部分，支腿部分15b和振動(dòng)構(gòu)件13的兩個(gè)側(cè)面13a互相連接。每個(gè)支承部分15c的平行于振動(dòng)構(gòu)件13的側(cè)面13a的橫截面的尺寸為，沿著振動(dòng)構(gòu)件13的振動(dòng)方向A的長(zhǎng)度L2比沿著下壓構(gòu)件15的下壓方向B的長(zhǎng)度L1短。
文檔編號(hào)B23K20/10GK1812065SQ20051007950
公開日2006年8月2日 申請(qǐng)日期2005年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月28日
發(fā)明者尾崎行雄, 春日俊則 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社