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，由此電子元件的凸點(bump)通過固相反應(yīng)(solidphase reaction)焊接到基板的對應(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；超聲波發(fā)生裝置，用于促使諧振器振動；以及加壓機構(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，并對該電子元件52施加振動；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形成為貫穿每個上述凸緣狀的支承構(gòu)件54的整個外圍。形成凹槽57的原因是為了降低每個凸緣狀的支承構(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。
另外，圖14中示出的超聲波焊接裝置60具有諧振器61，以及加壓機構(gòu)部分62。諧振器61具有振動構(gòu)件63，用于夾持電子元件52并對該電子元件52施加振動；以及下壓構(gòu)件64，通過加壓機構(gòu)62被壓低到基板11側(cè)，以此對振動構(gòu)件63施加向基板51側(cè)的壓力。
上述下壓構(gòu)件64和振動構(gòu)件63通過支腿部分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，還提出過一種通過螺釘將下壓構(gòu)件的支腿部分固定在振動構(gòu)件上的諧振器(例如，參考專利文獻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)形輪廓并具有相對大的直徑。因此，有以下可能，每個凸緣狀的支承構(gòu)件54的外側(cè)邊緣部分相對于吸附工具部分56大大向外突出，以至干擾對基板51的工作。
因此，可以想象需要切去每個凸緣狀的支承構(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，因為可能會出現(xiàn)由于每個凸緣狀的支承構(gòu)件54相對于它的中央軸變得不對稱而導(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能承受住加壓機構(gòu)62施加的壓力，每個支承部分67的直徑需要做得大到一定程度。
但是，如果每個支承部分67的直徑做得大，有以下可能，從振動構(gòu)件63分離因此不能振動的部分必須設(shè)置在振動構(gòu)件63的產(chǎn)生振動波的節(jié)點的部分上，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螺旋夾(screw cramp)固定在振動部分上，有以下可能，下壓構(gòu)件的支腿部分和振動構(gòu)件間的螺旋夾部分會阻礙振動部分的激發(fā)。
當(dāng)振動構(gòu)件中產(chǎn)生的振動被阻礙時，會產(chǎn)生電子元件52和基板51之間的焊接質(zhì)量降低的問題。
本發(fā)明針對以上問題制作出，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(通過該支承部分，下壓構(gòu)件的支腿部分和振動構(gòu)件互相連接(coup1e))阻礙振動構(gòu)件的振動，從而提高焊接質(zhì)量。
為了解決上述問題，本發(fā)明采用以下措施。
(1)也就是說，根據(jù)本發(fā)明的諧振器包括振動構(gòu)件，其夾持待連接的第二構(gòu)件并對該待連接的第二構(gòu)件施加振動，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，其通過振動構(gòu)件對待連接的第二構(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構(gòu)件的平行于振動方向的兩個側(cè)面之間留有間隔；以及支承部分，通過該支承部分，支腿部分和振動構(gòu)件的該兩個側(cè)面互相連接；振動構(gòu)件的每個側(cè)面配有兩個或兩個以上支腿部分和支承部分；以及每個支承部分的與振動構(gòu)件的側(cè)面平行的截面的尺寸為，沿著振動構(gòu)件的振動方向的長度比沿著下壓構(gòu)件的下壓方向的長度短。
在本發(fā)明的諧振器中，每個支承部分(通過該支承部分，下壓構(gòu)件的支腿部分和振動構(gòu)件互相連接)的橫截面的尺寸為，沿下壓方向的長度做得長，因此可以確保抵制壓力的強度，而沿振動方向的長度做得短，因此可以抑制支承部分阻礙振動構(gòu)件的振動。
結(jié)果，即使當(dāng)待施加到諧振器的超聲波的頻率很高時，也可以得到諧振器的均衡的振動狀態(tài)。
(2)進一步地，根據(jù)本發(fā)明的諧振器包括振動構(gòu)件，其夾持待連接的第二構(gòu)件并對該待連接的第二構(gòu)件施加振動，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，其通過振動構(gòu)件對待連接的第二構(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構(gòu)件的平行于振動方向的兩個側(cè)面之間留有間隔；以及支承部分，通過該支承部分，支腿部分和振動構(gòu)件的該兩個側(cè)面互相連接；在振動構(gòu)件的每個側(cè)面，大約在振動構(gòu)件在振動方向上的長度的中央處，配有一個支腿部分和一個支承部分；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，頂部指向振動構(gòu)件的端部側(cè)而從相反方向彼此相對，該開口分別形成在振動構(gòu)件的連接部分(coupling portion)的兩側(cè)，該連接部分在振動構(gòu)件和支承部分之間；以及每個支承部分的與振動構(gòu)件的側(cè)面平行的截面的尺寸為，沿著諧振器的振動方向的長度比沿著下壓構(gòu)件的下壓方向的長度短。
當(dāng)諧振器的振動構(gòu)件被超聲波振蕩器激發(fā)時，振動波經(jīng)由振動構(gòu)件傳播，且傳播方向與超聲波的傳播方向相同。此時，該波的波峰部分，即具有最大振幅的部分會在振動構(gòu)件的中央部分產(chǎn)生。
在本發(fā)明中，支承部分(通過該支承部分，振動構(gòu)件的在振動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，且該頂部指向振動構(gòu)件的端部側(cè)。這里，振動波在一個開口的頂部分支，從而沿此開口的兩條邊的傾斜邊垂直傳播；其中，該振動波從連接于振動構(gòu)件的一個端部的超聲波振蕩裝置側(cè)，向振動構(gòu)件的另一個端部傳播。
然后，當(dāng)已經(jīng)沿著該開口的向上傾斜的邊傳播的振動波到達開口之間的部分即振動構(gòu)件的中央部分時，部分振動波會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波從振動構(gòu)件的中央部分沿著該開口的基部向上傳播。
結(jié)果，在振動構(gòu)件的中央部分向下傳播的振動波和從振動構(gòu)件的中央部分向上傳播的振動波互相抵消，從而減小振動波的幅度。因而，由于支撐振動構(gòu)件的中央部分所需要的力變小，振動構(gòu)件的中央部分能可靠地被一個支承部分支承。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，其包括振動構(gòu)件，夾持待連接的第二構(gòu)件并對該待連接的第二構(gòu)件施加振動，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，其通過振動構(gòu)件對待連接的第二構(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構(gòu)件的平行于振動方向的兩個側(cè)面之間留有間隔；以及支承部分，通過該支承部分，支腿部分和振動構(gòu)件的該兩個側(cè)面互相連接；振動構(gòu)件的每個側(cè)面處配有兩個或兩個以上支腿部分和支承部分；每個支承部分的與振動構(gòu)件的側(cè)面平行的截面的尺寸為，沿著振動構(gòu)件的振動方向的長度比沿著下壓構(gòu)件的下壓方向的長度短，超聲波焊接頭的特征在于還包括超聲波發(fā)生裝置，其對振動構(gòu)件施加超聲波以使振動構(gòu)件振動。
超聲波焊接頭的特征在于還包括超聲波發(fā)生裝置，其對振動構(gòu)件施加超聲波以促使振動構(gòu)件振動。
(5)根據(jù)本發(fā)明的超聲波焊接裝置包括至少諧振器，其包括振動構(gòu)件，夾持待連接的第二構(gòu)件并對該待連接的第二構(gòu)件施加振動，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，其通過振動構(gòu)件對待連接的第二構(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構(gòu)件的平行于振動方向的兩個側(cè)面之間留有間隔；以及支承部分，通過該支承部分，支腿部分和振動構(gòu)件的該兩個側(cè)面互相連接；振動構(gòu)件的每個側(cè)面處配有兩個或兩個以上支腿部分和支承部分；每個支承部分的與振動構(gòu)件的側(cè)面平行的截面的尺寸，沿著振動構(gòu)件的振動方向的長度比沿著下壓構(gòu)件的下壓方向的長度短，超聲波焊接裝置還包括超聲波焊接頭，其包括用于對振動構(gòu)件施加超聲波以使該振動構(gòu)件振動的超聲波發(fā)生裝置；加壓裝置，用于將超聲波焊接頭中的下壓構(gòu)件壓向振動構(gòu)件側(cè)；平臺，用于支撐待連接的第一構(gòu)件；平臺移動部分，用于在兩個互相垂直相交的方向上水平移動平臺并旋轉(zhuǎn)該平臺；以及位移檢測設(shè)備，用于檢測放置在平臺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，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，由于每個支承部分(振動部分和下壓構(gòu)件的支腿部分通過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構(gòu)件的振動。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)明第一實施方式的振動構(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)明第一實施方式的運作的示意圖，圖6是表示根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的運作和振動波的方式的示意圖，圖7是表示根據(jù)本發(fā)明第一實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)明第二實施方式的由諧振器產(chǎn)生的振動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構(gòu)件和下壓構(gòu)件的剖視圖。
具體實施例方式
(第一實施例)圖1表示第一實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，作為位移檢測裝置，用于檢測基板11和放置在該基板11正上方的電子元件12之間的位移；攝像單元移動部分44，用于在X和Y方向移動攝像單元42；以及平臺移動部分45，用于在X和Y方向水平地移動平臺41，并基于來自攝像單元42的位移檢測結(jié)果，在 方向旋轉(zhuǎn)平臺41。
攝像單元42中配置有攝像機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部分44、平臺移動部分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)生振動的振動器18。上述超聲波發(fā)生裝置14與振動器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，其包括振動構(gòu)件13，用于夾持電子元件12并對該電子元件12施加振動；以及下壓構(gòu)件15，其通過振動構(gòu)件13對上述電子元件12施加向基板11側(cè)的壓力。
上述振動構(gòu)件13形成為長方體形狀，其一端到另一端很長。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由相對厚的長方體狀的主體15a和四個長的部分15b形成門形形狀，這四個長的部分15b從主體15a的兩個端部的各角部向振動構(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和振動構(gòu)件13的與振動方向A平行的兩個側(cè)面13a、13a之間留有間隔。另外，這些支腿部分15b通過各自的支承部分15c與振動構(gòu)件13的各側(cè)面13a呈一體連接。
如圖2所示，振動構(gòu)件13的每個側(cè)面13a配有兩個或兩個以上支腿部分15b和支承部分15c，在本實施方式中設(shè)置為兩個支腿和兩個支承部分。注意，當(dāng)電子元件12通過超聲波與基板11結(jié)合時，通過作為加壓裝置的加壓機構(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形成為使其橫向長度(沿振動構(gòu)件13的振動方向A延伸的長度)L2比其縱向長度(沿下壓構(gòu)件15的下壓方向B延伸的長度)L1短。
另外，支承部分15c設(shè)置為，以振動構(gòu)件13的水平中央線13b作為中央，支承部分15c的縱向長度L1在兩端之間被近似等分。
然后，描述諧振器1的運作。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通過諧振器1利用超聲波連接時，如圖5所示，電子元件12被振動構(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中的雙點點劃線所示，下壓構(gòu)件15、振動構(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通過加壓機構(gòu)部分20壓向基板11側(cè)，這樣電子元件12通過預(yù)先設(shè)定的力壓向基板11側(cè)。
接著，來自超聲波發(fā)生裝置14的超聲波施加到振動器18上。結(jié)果，振動器18振動，振動構(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。這樣，電子元件12也在方向A上振動，使電子元件12的凸點(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(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，金屬擴散產(chǎn)生，由此電子元件12的凸點通過固相反應(yīng)焊接到基板11的端子上。
在這種情況下，在諧振器1中，每個支承部分15c(通過該支承部分下壓構(gòu)件15的支腿部分15b和振動構(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阻礙振動構(gòu)件13的振動。
在諧振器1中，如圖6所示，作為與振動構(gòu)件13中的振動波21的節(jié)點21c對應(yīng)的部分，支承部分15c分別與振動構(gòu)件13中的振動波21的節(jié)點21c相連接。另外，為了防止振動受到阻礙，在振動方向上的連接長度最好設(shè)置得盡量短些。特別是，當(dāng)頻率變高時，只有縮短每個支承部分15c在振動方向上的連接長度(connection length)才能不使衰減增加。
另外，關(guān)于每個支承部分15c的橫截面的尺寸，沿著振動方向A的長度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的長度L1。因此，可以抑制支承部分15c阻礙振動構(gòu)件13在振動方向A上的振動。
注意，關(guān)于每個支承部分15c沿振動構(gòu)件13的振動方向A的長度L2，其縱向長度和在振動方向的長度被確定為支承部分15c當(dāng)然能夠承受所施加的負載或力矩，考慮在振動方向的長度設(shè)置得盡可能小(短)。
另外，在本實施方式中，支承部分15c分別放置在與振動波21(由振動構(gòu)件13產(chǎn)生)的節(jié)點21c相對應(yīng)的部分。但是，支撐部分15c可以放置在與振動構(gòu)件13的節(jié)點21c相對應(yīng)的部分稍微偏離的位置。
同樣，在諧振器1中，每個支承部分15c沿下壓構(gòu)件15的下壓方向(加壓方向)B延伸的長度L1設(shè)置得比每個支承部分15c沿振動方向A延伸的長度L2更長。換句話說，振動構(gòu)件13和支承部分15c之間的每個焊接部分在下壓構(gòu)件15的下壓方向上的長度較長。結(jié)果，在每個支承部分15c的下壓方向B的壓力抵抗力(load resistance)變大。
每個上述支承部分15c的縱向長度L1設(shè)置為這樣的長度，借助此長度，每個支承部分15c能夠承受來自加壓機構(gòu)部分20的壓力。
而且，在上述實施方式中，已經(jīng)說明了關(guān)于振動構(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能夠分別通過連接裝置(coupling device)與振動構(gòu)件13的側(cè)面13a連接。
另外，在振動構(gòu)件13的側(cè)面13a上，為每個支承部分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使電子元件12和基板11間的焊接變?yōu)榭赡埽⒖梢蕴岣吆附淤|(zhì)量，縮短焊接周期。另外，超聲波焊接頭10的小型化使加壓機構(gòu)部分20的小型化和輕型化成為可能。這樣，可以實現(xiàn)整個裝置的小型化、高速運作、低成本。
在上述實施方式中，每個支承部分15c在橫截面上具有矩形輪廓。如圖7所示，每個支承部分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。
(第二實施例)圖8和圖9表示根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的諧振器3。該諧振器3能被用來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，與第一實施方式中的諧振器1相同的組成元件用相同的附圖標記標示，并省略其詳細說明。
在諧振器3中，在下壓構(gòu)件15的接近中央的兩個側(cè)面?zhèn)仍O(shè)置有一對支腿部分15b、15b(圖中僅示出支腿部分15b、15b中的一個)。這對支腿部分15b、15b設(shè)置為，振動構(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支承部分15c、15c與振動構(gòu)件13的側(cè)面13a相連接。
本實施方式中的開口31、31設(shè)置在振動構(gòu)件13中，每個開口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置于振動構(gòu)件13的水平中央線13b上，且朝向振動構(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，兩側(cè)的開口31、31設(shè)置為從相反的方向面對。
在諧振器3中，如圖10所示，當(dāng)來自振動器18的超聲波施加到振動構(gòu)件13時，振動波向著與振動器18相反的側(cè)(方向D)傳播。
振動波21在振動器18一側(cè)的開口31的頂部31a垂直分支，通過分支得到的振動波21a、21b沿著該開口31的斜邊31c、31c垂直傳播。
然后，當(dāng)通過分支得到的振動波21a、21b到達這一部分(其在兩側(cè)的開口31、31之間)時，向上傳播的那部分振動波21a在開口31、31之間向下傳播，而向下傳播的那部分振動波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波21a與向上傳播的那部分振動波21b互相抵消。
這樣，只有接近振動構(gòu)件13的中央的那部分通過支承部分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構(gòu)件13。另外，由于甚至在該部分13d被支承部分15c支承時，振動波在開口31、31之間的該部分13d中的振幅本來就很小，所以作用在振動構(gòu)件13的振動上的干擾很小，因此不會出現(xiàn)問題。
通過下壓構(gòu)件15經(jīng)由支承部分15c和支腿部分15b夾持振動構(gòu)件13的中央部分的方式，當(dāng)超聲波焊接開始時，設(shè)置在振動構(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，可以防止振動構(gòu)件13變形。
結(jié)果，當(dāng)加在振動構(gòu)件13上的超聲波的頻率升高到大于或等于例如150kHz時，與超聲波波長的縮短相反的是，仍能夠得到振動構(gòu)件13的均衡的振動狀態(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，在上述實施方式中，在接近振動構(gòu)件13的兩個側(cè)面的每個側(cè)面13a的中央部分處，都設(shè)置一個支腿部分15b和一個支承部分15c。但是，如圖12所示，支腿部分15b和支承部分15c可以設(shè)置在振動構(gòu)件13的兩個側(cè)面的每個側(cè)面13a的端部和中央部分處。在這種情況下，振動構(gòu)件13能被更可靠地支承。
權(quán)利要求
1.一種諧振器，包括振動構(gòu)件，其夾持待連接的第二構(gòu)件并對該待連接的第二構(gòu)件施加振動，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，其通過振動構(gòu)件對待連接的第二構(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構(gòu)件的平行于振動方向的兩個側(cè)面之間留有間隔；以及支承部分，通過該支承部分，支腿部分和振動構(gòu)件的該兩個側(cè)面互相連接；振動構(gòu)件的每個側(cè)面配有兩個或兩個以上支腿部分和支承部分；以及每個支承部分的與振動構(gòu)件的側(cè)面平行的截面的尺寸為，沿著振動構(gòu)件的振動方向的長度比沿著下壓構(gòu)件的下壓方向的長度短。
2.一種諧振器，包括振動構(gòu)件，其夾持待連接的第二構(gòu)件并對該待連接的第二構(gòu)件施加振動，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，其通過振動構(gòu)件對待連接的第二構(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構(gòu)件的平行于振動方向的兩個側(cè)面之間留有間隔；以及支承部分，通過該支承部分，支腿部分和振動構(gòu)件的該兩個側(cè)面互相連接；在振動構(gòu)件的每個側(cè)面，大約在振動構(gòu)件在振動方向上的長度的中央處，配有一個支腿部分和一個支承部分；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，頂部指向振動構(gòu)件的端部側(cè)而從相反方向彼此相對，該開口分別形成在一連接部分的兩側(cè)，其中，該連接部分在振動構(gòu)件和支承部分之間的振動構(gòu)件中；以及每個支承部分的與振動構(gòu)件的側(cè)面平行的截面的尺寸為，沿著諧振器的振動方向的長度比沿著下壓構(gòu)件的下壓方向的長度短。
3.如權(quán)利要求1所述的諧振器，其中，每個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，其包括振動構(gòu)件，夾持待連接的第二構(gòu)件并對該待連接的第二構(gòu)件施加振動，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，其通過振動構(gòu)件對待連接的第二構(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構(gòu)件的平行于振動方向的兩個側(cè)面之間留有間隔；以及支承部分，通過該支承部分，支腿部分和振動構(gòu)件的該兩個側(cè)面互相連接；振動構(gòu)件的每個側(cè)面處配有兩個或兩個以上支腿部分和支承部分；每個支承部分的與振動構(gòu)件的側(cè)面平行的截面的尺寸為，沿著振動構(gòu)件的振動方向的長度比沿著下壓構(gòu)件的下壓方向的長度短，超聲波焊接頭還包括超聲波發(fā)生裝置，其對振動構(gòu)件施加超聲波以使振動構(gòu)件振動。
5.一種超聲波焊接裝置，至少包括諧振器，其包括振動構(gòu)件，夾持待連接的第二構(gòu)件并對該待連接的第二構(gòu)件施加振動，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，其通過振動構(gòu)件對待連接的第二構(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構(gòu)件的平行于振動方向的兩個側(cè)面之間留有間隔；以及支承部分，通過該支承部分，支腿部分和振動構(gòu)件的該兩個側(cè)面互相連接；振動構(gòu)件的每個側(cè)面處配有兩個或兩個以上支腿部分和支承部分；每個支承部分的與振動構(gòu)件的側(cè)面平行的截面的尺寸，沿著振動構(gòu)件的振動方向的長度比沿著下壓構(gòu)件的下壓方向的長度短，超聲波焊接裝置還包括超聲波焊接頭，其包括用于對振動構(gòu)件施加超聲波以使該振動構(gòu)件振動的超聲波發(fā)生裝置；加壓裝置，用于將超聲波焊接頭中的下壓構(gòu)件壓向振動構(gòu)件側(cè)；平臺，用于支撐待連接的第一構(gòu)件；平臺移動部分，用于在兩個互相垂直相交的方向上水平移動平臺，并在水平移動平面旋轉(zhuǎn)該平臺；以及位移檢測設(shè)備，用于檢測放置在平臺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，其包括振動構(gòu)件，夾持待連接的第二構(gòu)件并對該待連接的第二構(gòu)件施加振動，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，其通過振動構(gòu)件對待連接的第二構(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構(gòu)件的平行于振動方向的兩個側(cè)面之間留有間隔；以及支承部分，通過該支承部分，支腿部分和振動構(gòu)件的該兩個側(cè)面互相連接；在振動構(gòu)件的每個側(cè)面，大約在振動構(gòu)件在振動方向上的長度的中央處，配有一個支腿部分和一個支承部分；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，頂部指向振動構(gòu)件的端部側(cè)而從相反方向彼此相對，該開口分別形成在一連接部分的兩側(cè)，其中，該連接部分在振動構(gòu)件和支承部分之間的振動構(gòu)件中；以及每個支承部分的與振動構(gòu)件的側(cè)面平行的截面的尺寸為，沿著諧振器的振動方向的長度比沿著下壓構(gòu)件的下壓方向的長度短，以及超聲波焊接頭還包括超聲波發(fā)生裝置，其對振動構(gòu)件施加超聲波以使該振動構(gòu)件振動。
7.一種超聲波焊接裝置，至少包括諧振器，其包括振動構(gòu)件，夾持待連接的第二構(gòu)件并對該待連接的第二構(gòu)件施加振動，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，其通過振動構(gòu)件對待連接的第二構(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構(gòu)件的平行于振動方向的兩個側(cè)面之間留有間隔；以及支承部分，通過該支承部分，支腿部分和振動構(gòu)件的該兩個側(cè)面互相連接；在振動構(gòu)件的每個側(cè)面，大約在振動構(gòu)件在振動方向上的長度的中央處，配有一個支腿部分和一個支承部分；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，頂部指向振動構(gòu)件的端部側(cè)而從相反方向彼此相對，該開口分別形成一連接部分的兩側(cè)，其中，該連接部分在振動構(gòu)件和支承部分之間的振動構(gòu)件中；以及每個支承部分的與振動構(gòu)件的側(cè)面平行的橫截面尺寸為，沿著諧振器的振動方向的長度比沿著下壓構(gòu)件的下壓方向的長度短，超聲波焊接裝置還包括超聲波焊接頭，其包括用于對振動構(gòu)件施加超聲波以使該振動構(gòu)件振動的超聲波發(fā)生裝置；加壓裝置，用于將超聲波焊接頭中的下壓構(gòu)件壓向振動構(gòu)件側(cè)；平臺，用于支撐待連接的第一構(gòu)件；平臺移動部分，用于在兩個互相垂直相交的方向上水平移動平臺，并在水平移動平面旋轉(zhuǎn)該平臺；以及位移檢測設(shè)備，用于檢測放置在平臺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包括振動構(gòu)件13，其夾持電子元件12并對該電子元件12施加振動；以及下壓構(gòu)件15，其通過振動構(gòu)件13對電子元件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構(gòu)件13的平行于振動方向A的兩個側(cè)面13a之間留有間隔；以及支承部分15c，通過該支承部分，支腿部分15b和振動構(gòu)件13的兩個側(cè)面13a互相連接。每個支承部分15c的平行于振動構(gòu)件13的側(cè)面13a的橫截面的尺寸為，沿著振動構(gòu)件13的振動方向A的長度L2比沿著下壓構(gòu)件15的下壓方向B的長度L1短。
文檔編號B23K20/10GK1812065SQ20051007950
公開日2006年8月2日 申請日期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 申請人:富士通株式會社