(57)【要約】【課題】装置の小型化を図りつつ、良好な超音波接合が可能な超音波接合ヘッド、超音波接合装置および超音波接合方法を提供すること。【解決手段】接合すべき接合予定部分に押し当てられる押圧部５２ａが長手軸の先端側に形成してある振動子ユニット５０と、長手軸に沿って振動子ユニット５０の先端が自由端となるように、振動子ユニット５０の長手軸に沿って基端側を片持ち梁状に保持する保持部６０と、長手軸に略垂直な垂直軸に沿って振動子ユニット５０が移動するように、保持部６２に連結されて、押圧部５２ａを接合予定部に押し付ける力を伝える加圧シャフト８０と、を有する超音波接合ヘッド４０である。保持部６０が振動子ユニット５０を保持する主保持位置から、長手軸Ｘに沿って振動子ユニット５０の自由端に向けての途中にある反力分散位置で、振動子ユニット５０に当接する抑制部９０が保持部６０に具備してある。【選択図】図１Ｂ
2020001062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合すべき接合予定部分に押し当てられる押圧部が長手軸の先端側に形成してある振動子ユニットと、
前記長手軸に沿って前記振動子ユニットの先端が自由端となるように、前記振動子ユニットの前記長手軸に沿って基端側を片持ち梁状に保持する保持部と、
前記長手軸に略垂直な垂直軸に沿って前記振動子ユニットが移動するように、前記保持部に連結されて、前記押圧部を前記接合予定部に押し付ける力を伝える加圧シャフトと、を有する超音波接合ヘッドであって、
前記保持部が前記振動子ユニットを保持する主保持位置から、前記長手軸に沿って前記振動子ユニットの自由端に向けての途中にある反力分散位置で、前記振動子ユニットに当接する抑制部が、前記保持部に具備してある超音波接合ヘッド。
【請求項２】
前記振動子ユニットの自由端に最も近い振動ノードの位置で、前記抑制部が前記振動子ユニットに当接するように、前記抑制部が前記保持部に取り付けられている請求項１に記載の超音波接合ヘッド。
【請求項３】
前記抑制部が前記振動子ユニットに当接する位置と、前記押圧部が前記接合予定部分に当接する位置とは、前記長手軸に沿って異なり、しかも、前記長手軸の相互に反対側に位置する請求項１または２に記載の超音波接合ヘッド。
【請求項４】
前記加圧シャフトの軸芯は、前記垂直軸と略平行であり、前記主保持位置と前記反力分散位置との間に位置するように、前記加圧シャフトが前記保持部に連結してある請求項１〜３のいずれかに記載の超音波接合ヘッド。
【請求項５】
前記振動子ユニットは、前記押圧部が前記長手軸と平行な方向に超音波振動するように、前記振動子ユニットに振動源が装着してある請求項１〜４のいずれかに記載の超音波接合ヘッド。
【請求項６】
前記振動子ユニットに当接する前記抑制部の表面には、前記長手軸に沿っての相対移動を向上させる低摩擦処理が施されている請求項１〜５のいずれかに記載の超音波接合ヘッド。
【請求項７】
前記保持部は、前記主保持位置とは前記長手軸に沿って異なる副保持位置で前記振動子ユニットの振動源を覆うカバーを保持する補助保持部をさらに有する請求項１〜６のいずれかに記載の超音波接合ヘッド。
【請求項８】
接合すべき接合予定部分に押し当てられる押圧部が長手軸の先端側に形成してある振動子ユニットと、
前記長手軸に沿って前記振動子ユニットの先端が自由端となるように、前記振動子ユニットの前記長手軸に沿って基端側を片持ち梁状に保持する保持部と、
前記長手軸に略垂直な垂直軸に沿って前記振動子ユニットが移動するように、前記保持部に連結されて、前記押圧部を前記接合予定部に押し付ける力を伝える加圧シャフトと、を有する超音波接合ヘッドであって、
前記保持部が前記振動子ユニットを主として保持する位置を主保持位置とし、
前記保持部に具備してある抑制部が前記振動子ユニットに当接する位置を反力分散位置とした場合に、
前記振動子ユニットの長手軸に沿って、前記振動子ユニットの先端から基端に向けて、前記主保持位置と前記反力分散位置とが、この順で配置してある超音波接合ヘッド。
【請求項９】
請求項１〜８に記載の超音波接合ヘッドを有する超音波接合装置。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれかに記載の超音波接合ヘッドを用い、接合予定部分を超音波接合することを特徴とする超音波接合方法。
【請求項１１】
長手軸に沿って振動子ユニットの先端が自由端となるように、前記振動子ユニットの前記長手軸に沿って基端側を片持ち梁状に保持する工程と、
接合すべき接合予定部分に、振動子ユニットの先端に具備してある押圧部を押し当て、当該押圧部を、前記長手軸方向に超音波振動させる工程と、を有する超音波接合方法であって、
前記保持部が前記振動子ユニットを主として保持する位置を主保持位置とし、
前記保持部に具備してある抑制部が前記振動子ユニットに当接する位置を反力分散位置とした場合に、
前記振動子ユニットには、前記長手軸に沿って２つ以上の振動ノードが存在し、
前記主保持位置と前記反力分散位置とが、相互に異なる前記振動ノードの位置に位置合わせしてあることを特徴とする超音波接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波接合ヘッド、超音波接合装置および超音波接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば特許文献１に示す超音波接合装置が知られている。この超音波接合装置では、超音波ホーンの長手方向の両側を保持し、ホーンの中央部に具備してある押圧部が、接合予定部分に押し付けられて超音波接合を行うようになっている。
【０００３】
このような従来の超音波接合装置では、押圧部の超音波振動を大きくするためには、超音波ホーンの長さを大きくする必要があり、装置全体が大きくなるという課題を有している。また、超音波ホーンの保持部が両側にあるために、それらの保持部により超音波振動が阻害される可能性がある。
【０００４】
また、表示画面基板となるガラス基板の配線を、フレキシブル配線基板（ＦＰＣ）などに超音波接合することが検討されているが、従来の超音波接合装置では、超音波ホーンの両側を保持するために、装置が大きくなりすぎ、実用的ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２２２８３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、装置の小型化を図りつつ、良好な超音波接合が可能な超音波接合ヘッド、超音波接合装置および超音波接合方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る超音波接合ヘッドは、
接合すべき接合予定部分に押し当てられる押圧部が長手軸の先端側に形成してある振動子ユニットと、
前記長手軸に沿って前記振動子ユニットの先端が自由端となるように、前記振動子ユニットの前記長手軸に沿って基端側を片持ち梁状に保持する保持部と、
前記長手軸に略垂直な垂直軸に沿って前記振動子ユニットが移動するように、前記保持部に連結されて、前記押圧部を前記接合予定部に押し付ける力を伝える加圧シャフトと、を有する超音波接合ヘッドであって、
前記保持部が前記振動子ユニットを保持する主保持位置から、前記長手軸に沿って前記振動子ユニットの自由端に向けての途中にある反力分散位置で、前記振動子ユニットに当接する抑制部が、前記保持部に具備してある。
【０００８】
本発明に係る超音波接合ヘッドでは、超音波ホーンを含む振動子ユニットを、長手軸に沿って基端側を保持部が片持ち梁状に保持してあることから、押圧部での超音波振動を増大させることができ、しかも、振動子ユニットを両側から保持する場合に比べて、装置の小型化を図ることができる。
【０００９】
また、本発明の超音波接合ヘッドでは、長手軸に沿って振動子ユニットの自由端に向けての途中にある反力分散位置で、振動子ユニットに当接する抑制部が保持部に具備してある。このため、振動子ユニットの自由端に具備してある押圧部が接合予定部に押し付けられる加圧力の反力の一部を、抑制部で受けることが可能になり、振動子ユニットの撓み変形が抑制される。その結果、加圧シャフトによる加圧力を大きくすることができ、押圧部での接合予定部に対する圧力が高くなり、良好な超音波接合が可能になる。また、接合部の幅を広くすることも可能になり、平板状部材同士の超音波接合も容易になる。
【００１０】
好ましくは、振動子ユニットの自由端に最も近い振動ノードの位置で、抑制部が振動子ユニットに当接するように、抑制部が前記保持部に取り付けられている。このように構成することで、抑制部で受けることができる加圧力の反力が増大し、振動子ユニットの撓み変形が効果的に抑制される。その結果、加圧シャフトによる加圧力を大きくすることができ、押圧部での接合予定部に対する圧力が高くなり、超音波接合の信頼性が向上する。また、接合部の幅をより広くすることも可能になり、平板状部材同士の超音波接合もさらに容易になる。
【００１１】
また、振動ノードの位置（振動の振幅が最も小さくなる位置）で、抑制部が振動子ユニットに当接することで、振動子ユニットにおける超音波振動を抑制部が阻害することは少ない。
【００１２】
好ましくは、抑制部が振動子ユニットに当接する位置と、押圧部が接合予定部分に当接する位置とは、長手軸に沿って異なり、しかも、長手軸の相互に反対側に位置する。抑制部は、押圧部からの反力を受けて振動子ユニットの撓みを抑制するように、必要最小限の範囲で、振動子ユニットと接触することになり、振動子ユニットにおける超音波振動を抑制部が阻害することがさらに少なくなる。
【００１３】
保持部は、主保持位置では、振動子ユニットの全周を保持していることが好ましいが、抑制部は、振動子ユニットの全周の一部のみに少ない面積で接触していることが好ましい。
【００１４】
好ましくは、加圧シャフトの軸芯は、垂直軸と略平行であり、主保持位置と反力分散位置との間に位置するように、加圧シャフトが保持部に連結してある。このように構成することで、加圧シャフトからの加圧力を押圧部に効果的に伝達し、押圧部から接合予定部に加える圧力を高めることができ、超音波接合の信頼性が向上する。
【００１５】
好ましくは、振動子ユニットは、押圧部が長手軸と平行な方向に超音波振動するように、振動子ユニットに振動源が装着してある。押圧部が長手軸と平行な方向に超音波振動することで、その長手軸に平行な方向に沿って微細な金属パターン相互の超音波接合が容易になる。
【００１６】
好ましくは、振動子ユニットに当接する抑制部の表面には、長手軸に沿っての相対移動を向上させる低摩擦処理が施されている。このように構成することで、振動子ユニットにおける超音波振動を抑制部が阻害することがさらに少なくなる。
【００１７】
保持部は、主保持位置とは長手軸に沿って異なる副保持位置で振動子ユニットの振動源を覆うカバーを保持する補助保持部をさらに有していてもよい。
【００１８】
本発明の第２の観点に係る超音波接合ヘッドは、
接合すべき接合予定部分に押し当てられる押圧部が長手軸の先端側に形成してある振動子ユニットと、
前記長手軸に沿って前記振動子ユニットの先端が自由端となるように、前記振動子ユニットの前記長手軸に沿って基端側を片持ち梁状に保持する保持部と、
前記長手軸に略垂直な垂直軸に沿って前記振動子ユニットが移動するように、前記保持部に連結されて、前記押圧部を前記接合予定部に押し付ける力を伝える加圧シャフトと、を有する超音波接合ヘッドであって、
前記保持部が前記振動子ユニットを主として保持する位置を主保持位置とし、
前記保持部に具備してある抑制部が前記振動子ユニットに当接する位置を反力分散位置とした場合に、
前記振動子ユニットの長手軸に沿って、前記振動子ユニットの先端から基端に向けて、前記主保持位置と前記反力分散位置とが、この順で配置してある。
【００１９】
本発明の第２の観点に係る超音波接合ヘッドでも、超音波ホーンを含む振動子ユニットを、長手軸に沿って基端側を保持部が片持ち梁状に保持してあることから、押圧部での超音波振動を増大させることができ、しかも、振動子ユニットを両側から保持する場合に比べて、装置の小型化を図ることができる。
【００２０】
また、本発明の超音波接合ヘッドでは、主保持位置で保持部が振動子ユニットを主として保持し、反力分散位置で、振動子ユニットに当接する抑制部が保持部に具備してある。このため、振動子ユニットの自由端に具備してある押圧部が接合予定部に押し付けられる加圧力の反力の一部を、抑制部で受けることが可能になり、振動子ユニットの撓み変形が抑制される。その結果、加圧シャフトによる加圧力を大きくすることができ、押圧部での接合予定部に対する圧力が高くなり、良好な超音波接合が可能になる。また、接合部の幅を広くすることも可能になり、平板状部材同士の超音波接合も容易になる。
【００２１】
本発明に係る超音波接合装置は、上記のいずれかに記載の超音波ヘッドを有する。
【００２２】
本発明に係る超音波接合装置は、必ずしもステージを必要とはしないが、一般的なステージを有していてもよく、あるいは、接合すべき第１平面部材と第２平面部材とが設置される特殊なステージをさらに有していてもよい。
【００２３】
前記ステージは、
前記第１平面部材が設置される低位側表面と、
前記低位側表面に対して所定の段差高さで高い位置にあり、前記第２平面部材が設置される高位側表面と、
前記低位側表面と前記高位側表面との境界に位置する段差壁面と、を有していてもよい。
【００２４】
第１平面部材と第２平面部材との超音波接合を行うには、まず、第１平面部材を、当該第１平面部材の端部が前記段差壁面に位置合わせされるように、前記低位側表面に設置する。次に、第２平面部材の少なくとも一部が第１平面部材の上に積層される積層部分が形成されるように、高位側表面に、第２平面部材を設置する。その後に、超音波ホーンの押圧部を、段差壁面に対応する位置で前記積層部分に押し当てれば、超音波接合が完了する。
【００２５】
ステージの表面に段差壁面がある場合には、この段差壁面を利用して、第１平面部材と第２平面部材との位置合わせが容易になり、これらの配線パターン同士の超音波接合が可能になる。そのため、たとえば数十μｍ以下程度に配線ピッチ間隔が狭い場合でも、ショート不良などを発生させることなく、平面部材同士の電気的接続を図ることが容易になる。
【００２６】
また、最近では、スマートフォンなどの表示画面などのように、装置の外形サイズ近くまでに広い表示画面が要求されることから、配線パターン同士の接合長さも短くせざるを得ず、その接続信頼性が問題になってきている。本発明の装置によれば、超音波接合により金属同士の固相結合が可能になり、接続の信頼性も向上する。
【００２７】
さらに、ステージの表面に段差壁面がある場合には、第１平面部材と第２平面部材との積層部の幅が、たとえば６０ｍｍ以上に広い場合でも、確実に配線パターン同士を超音波接合することができる。
【００２８】
前記ステージは、
前記第１平面部材の端部が前記段差壁面に接触して位置決めされるように、前記第１平面部材を前記低位側表面に着脱自在に固定する第１固定手段と、
前記第２平面部材の少なくとも一部が前記第１平面部材の上に積層されるように、前記第２平面部材を前記高位側表面に着脱自在に固定する第２固定手段と、をさらに有してもよい。
【００２９】
第１固定手段としては、特に限定されないが、たとえばステージの低位側表面に形成してある複数の第１吸着孔が例示される。複数の第１吸着孔に負圧を導入することで、第１平面部材を低位側表面に着脱自在に固定することができる。また、同様に、第２固定手段としては、特に限定されないが、たとえばステージの高位側表面に形成してある複数の第２吸着孔が例示される。複数の第２吸着孔に負圧を導入することで、第２平面部材を高位側表面に着脱自在に固定することができる。
【００３０】
前記段差高さは、前記第１平面部材の厚みと同等以下でもよい。このように構成することで、ステージの製造誤差があったとしても、第１平面部材の上面が、高位側表面に対して低くなることはなくなり、第１平面部材の上面が、高位側表面と面一か僅かに上側に突出することになる。そのため、第２平面部材を高位側表面に設置する場合に、それらの積層部（重複部）では、必ず第１平面部材と第２平面部材とが接触することになる。そのため、確実に超音波接合を行うことが可能になり、接続部の信頼性がさらに向上する。
【００３１】
本発明の第１の観点に係る超音波接合方法は、上記のいずれかに記載の超音波接合ヘッドを用い、接合予定部分を超音波接合することを特徴とする。
【００３２】
本発明の第２の観点に係る超音波接合方法は、
長手軸に沿って振動子ユニットの先端が自由端となるように、前記振動子ユニットの前記長手軸に沿って基端側を片持ち梁状に保持する工程と、
接合すべき接合予定部分に、振動子ユニットの先端に具備してある押圧部を押し当て、当該押圧部を、前記長手軸方向に超音波振動させる工程と、を有する超音波接合方法であって、
前記保持部が前記振動子ユニットを主として保持する位置を主保持位置とし、
前記保持部に具備してある抑制部が前記振動子ユニットに当接する位置を反力分散位置とした場合に、
前記振動子ユニットには、前記長手軸に沿って２つ以上の振動ノードが存在し、
前記主保持位置と前記反力分散位置とが、相互に異なる前記振動ノードの位置に位置合わせしてあることを特徴とする。
【００３３】
本発明の第１および第２の観点に係る超音波接合方法では、超音波ホーンを含む振動子ユニットを、長手軸に沿って基端側を保持部が片持ち梁状に保持してあることから、押圧部での超音波振動を増大させることができ、しかも、振動子ユニットを両側から保持する場合に比べて、装置の小型化を図ることができる。
【００３４】
また、本発明の超音波接合方法では、反力分散位置で、振動子ユニットに当接する抑制部が保持部に具備してある。このため、振動子ユニットの自由端に具備してある押圧部が接合予定部に押し付けられる加圧力の反力の一部を、抑制部で受けることが可能になり、振動子ユニットの撓み変形が抑制される。その結果、加圧シャフトによる加圧力を大きくすることができ、押圧部での接合予定部に対する圧力が高くなり、良好な超音波接合が可能になる。また、接合部の幅を広くすることも可能になり、平板状部材同士の超音波接合も容易になる。
【００３５】
特に、主保持位置と反力分散位置とが、相互に異なる前記振動ノードの位置に位置合わせしてあることにより、振動子ユニットにおける超音波振動が、主保持位置での保持部の保持により阻害されるおそれが少なくなると共に、振動子ユニットにおける超音波振動を抑制部が阻害するおそれが少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１Ａ】図１Ａは本発明の一実施形態に係る超音波接合ヘッドの概略斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは図１Ａに示す超音波接合ヘッドの正面図と振動ノードとの関係を示す概略図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは図１Ｂに示す超音波接合ヘッドの背面図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは図１Ｂに示す超音波接合ヘッドの平面図である。
【図１Ｅ】図１Ｅは図１Ｂに示す超音波接合ヘッドの底面図である。
【図１Ｆ】図１Ｆは図１Ｂに示す超音波接合ヘッドの左側面図である。
【図１Ｇ】図１Ｇは図１Ｂに示す超音波接合ヘッドの右側面図である。
【図１Ｈ】図１Ｈは図１Ａに示す超音波振動子ユニットの正面図である。
【図１Ｉ】図１Ｉは図１Ｈに示す超音波振動子ユニットの背面図である。
【図１Ｊ】図１Ｊは図１Ｈに示す超音波振動子ユニットの平面図である。
【図１Ｋ】図１Ｋは図１Ｈに示す超音波振動子ユニットの底面図である。
【図１Ｌ】図１Ｌは図１Ｈに示す超音波振動子ユニットの左側面図である。
【図１Ｍ】図１Ｍは図１Ｈに示す超音波振動子ユニットの右側面図である。
【図２Ａ】図２Ａは図１Ａに示す超音波接合ヘッドを含む超音波接合装置の全体構成図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは図２Ａに示す超音波接合装置を用いた超音波接合方法の一工程を示す概略図である。
【図３】図３は図２の続きを示す概略図である。
【図４】図４は図３の続きを示す概略図である。
【図５Ａ】図５Ａは図４の続きを示す概略図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは図５Ａの続きを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
【００３８】
第１実施形態
図１Ａ〜図１Ｍに基づき、超音波接合ヘッド４０について説明する。本実施形態の超音波接合ヘッド４０は、超音波振動子ユニット５０と、超音波振動子ユニット５０を保持する保持部６０と、保持部６０に連結されて保持部６０および超音波振動子ユニット５０をＺ軸方向に移動させる加圧シャフト８０とを有する。
【００３９】
図１Ｈ〜図１Ｍに示すように、振動子ユニット５０は、超音波ホーン５２、ブースタ５４および振動源カバー５６を有し、これらが、Ｘ軸に沿って、この順で並んで連結してある。振動源カバー５６の内部には、図示省略してある振動源が収容してある。振動源としては、特に限定されないが、たとえば圧電素子が例示される。
【００４０】
振動源は、振動源カバー５６の内部で位置決めして固定されているが、後述する補助保持部７０（図１Ａ参照）には、直接的には固定されていない。振動源は、電力で振動するようになっており、振動源に電力を供給するために、振動カバー５６のＸ軸方向の後端からケーブル５８が飛び出している。
【００４１】
図１Ａに示すように、振動源カバー５６の内部に収容してある振動源のＸ軸方向の前方（超音波ホーン５２の先端方向）には、ブースタ５４が固定されて連結してある。ブースタ５４としては、超音波接合装置に用いられる一般的なブースタが用いられ、Ｘ軸方向に延びている。振動源とブースタ５４との連結は、例えばねじ結合により行われる。
【００４２】
ブースタ５４のＸ軸方向の先端には、超音波ホーン５２が固定して連結してある。ブースタ５４と超音波ホーン５２との連結は、振動源とブースタ５４との連結と同様な手段で行われる。本実施形態では、ブースタ５４は、外径が軸方向に沿って変化する円柱シャフト形状を有している。
【００４３】
超音波ホーン５２は、軸方向に長い特殊な角柱形状を有し、そのＸ軸方向の先端で、Ｚ軸方向の下端には、Ｚ軸方向に飛び出しておりＹ軸方向に線状に延びている押圧部５２ａが形成してある。押圧部５２ａのＹ軸方向の幅は、超音波接合すべき接合予定部のＹ軸方向の幅などに応じて決定される。また、図５Ａに示す押圧部５２ａのＸ軸方向の幅Ｘ２は、後述するように、接合予定部のＸ軸方向の幅などに応じて決定され、特に限定されないが、本実施形態では、０．２〜２．０ｍｍである。
【００４４】
図１Ｂに示すように、振動源カバー５６の内部に収容してある振動源は、Ｘ軸方向に振動するように構成してあり、その振動は、ブースタ５４により増幅され、超音波ホーン５２へと伝達し、押圧部５２ａにて振幅が大きくなるように構成してある。超音波ホーン５２、ブースタ５４および振動源から成る振動子ユニット５０は、それらの中心軸（長手軸）Ｘ０を持ち、長手軸Ｘ０（Ｘ軸に平行）に沿って振動し、その振動（定在波）の振幅Ｖが大きいところ（振動の腹）と、振幅Ｖが最小（０）になるところ（振動ノード）とを有する。本実施形態では、図示するように、振動ノードが長手軸Ｘ０に沿ってすくなくとも２つ有している。
【００４５】
振動子ユニット５０は、長手軸Ｘ０に沿って先端（押圧部５２ａ側）が自由端（自由な動きが可能な端）となるように、保持部６０により主保持位置Ｐ３で保持してある。主保持位置Ｐ３は、本実施形態では、ブースタ５４の途中位置にあり、超音波ホーン５２の先端よりは振動源に近い側の振動ノードの位置にある。
【００４６】
保持部６０の長手軸Ｘ０に沿って後端には、補助保持部７０がボルトなどにより連結してあり、補助保持部７０は、副保持位置Ｐ４で振動源カバー５６を保持している。副保持位置Ｐ４は、振動源に最も近い位置に位置する振動ノードの位置にあることが好ましいが、必ずしも振動ノードの位置にある必要は無い。副保持位置Ｐ４では、補助保持部７０が振動カバー５６を保持するが、振動源自体を保持しているわけではないからである。
【００４７】
本実施形態では、超音波ホーン５２の先端下部が押圧部５２ａとなる。押圧部５２ａは、Ｘ０に沿って平行な方向に超音波で振動する振動の振幅Ｖが最大限に大きくなる振動の腹の先端位置Ｐ１に位置するように、振動子ユニット５０に振動源が装着してある
【００４８】
本実施形態では、保持部６０が振動子ユニット５０のブースタ５４を保持する主保持位置（加圧力の荷重点）Ｐ３から、長手軸Ｘ０に沿って振動子ユニット５０の自由端（先端位置Ｐ１／作用点）に向けての途中にある反力分散位置（支点）Ｐ２で、振動子ユニット５０に当接（接触するのみで固定されていない）する抑制ピン（抑制部）９０が、保持部６０に具備してある。
【００４９】
加圧シャフト８０の軸芯Ｚ０は、垂直軸であるＺ軸と略平行であり、主保持位置Ｐ３と反力分散位置Ｐ２との間に位置するように、加圧シャフト８０が固定盤８２を介して保持部６０に連結してある。加圧シャフト８０は、長手軸Ｘ０に略垂直な垂直軸であるＺ軸に沿って振動子ユニット５０が移動するように、保持部６０に連結されて、押圧部５２ａを接合予定部（図１Ｂでは図示省略）に押し付ける力を伝えるようになっている。
【００５０】
本実施形態では、振動子ユニット５０の自由端に最も近い振動ノードの反力分散位置Ｐ２で、抑制ピン９０の当接部９２が振動子ユニット５０の超音波ホーン５２に当接するように、抑制ピン９０が保持部６０に取り付けられている。抑制ピン９０が振動子ユニット５０に当接する位置Ｐ２と、押圧部５２ａが接合予定部分に当接する位置Ｐ１とは、長手軸Ｘ０に沿って異なり、しかも、Ｚ軸に沿って長手軸Ｘ０の相互に反対側に位置する。
【００５１】
本実施形態では、振動子ユニットの超音波ホーン５２に当接する抑制ピン９０の当接部９２の表面には、長手軸Ｘ０に沿ってのホーン５２と当接部９２との相対移動を向上させる低摩擦処理が施されている。低摩擦処理としては、特に限定されないが、たとえば当接部９２をフッ素樹脂などの低摩擦部材で構成することが考えられる。また、当接部９２の表面に、パラフィンワックス、ろうなどの低摩擦部材を塗布または形成してもよく、フッ素樹脂テープを貼り付けるといった手法であってもよい。
【００５２】
抑制ピン９０の当接部９２のサイズは、特に限定されないが、反力分散位置Ｐ２に加わる先端位置Ｐ１からの反力を受けるために十分なサイズであり、しかも摩擦力を低減するために可能な限り小さいことが好ましい。当接部９２のＹ軸方向の幅は、超音波ホーン５２のＹ軸方向の幅と同等もしくは小さく、ホーンの振動を阻害しない観点からはより小さい方が好ましい。また、当接部９２のＸ軸方向の幅は、超音波ホーン５２のＸ軸方向の長さと同等もしくは小さく、ホーンの振動を阻害しない観点からは、より小さい方が好ましい。。抑制ピン９０の外径は、当接部９２の外径よりも小さくてもよいが、反力を受けることができる程度のサイズであることが好ましい。
【００５３】
図１Ａに示すように、保持部６０は、上保持部６２と下保持部６３とを有し、これらが、図１Ｂに示す主保持位置Ｐ３にて、相互にボルトなどで連結されることで、振動子ユニット５０のブースタ５４を、その全周で保持している。なお、保持部６０の上保持部６２と下保持部６４とは、Ｘ軸方向の所定幅でブースタ５４に接触してあるが、ブースタ５４の外周にはカバーが形成してあり、そのカバーの外周を保持部６０が保持することで、保持部６０は、実質的に主保持位置Ｐ３の位置で、ブースタ５４を保持していることになる。
【００５４】
上保持部６２には、超音波ホーン５２の先端方向にＸ軸に沿って延びて超音波ホーン５２のＺ軸上方を覆う圧力伝達ブロック６３が一体的に形成してある。圧力伝達ブロック６３は、抑制ピン９０以外では、超音波ホーン５２には、接触しないようになっている。圧力伝達ブロック６３の上面には、固定盤８２が固定してあり、加圧シャフト８０は、固定盤８２を介して、保持部６０に固定してある。
【００５５】
保持部６０の上保持部６２には、補助保持部７０の上保持部７２に一体に形成してある取付用フランジ７３がボルトなどで肯定してあり、上保持部７２は、下保持部７４と組み合わされて、振動源カバー５６の外周を、図１Ｂに示す副保持位置Ｐ４にて保持してある。
【００５６】
本実施形態に係る超音波接合ヘッド４０では、超音波ホーン５２を含む振動子ユニット５０を、長手軸Ｘ０に沿って基端側を保持部６０が片持ち梁状に保持してあることから、押圧部５２ａでの超音波振動を増大させることができ、しかも、振動子ユニット５０を両側から保持する場合に比べて、ヘッド４０を含む装置の小型化を図ることができる。
【００５７】
また、本実施形態の超音波接合ヘッド４０では、長手軸Ｘ０に沿って振動子ユニット５０の自由端に向けての途中にある反力分散位置Ｐ２で、振動子ユニット５０に当接する抑制ピン９０が保持部６０に具備してある。このため、振動子ユニット５０の自由端に具備してある押圧部５２ａが接合予定部に押し付けられる加圧力の反力の一部を、抑制ピン９０で受けることが可能になり、振動子ユニット５０の撓み変形が抑制される。その結果、加圧シャフト８０による加圧力を大きくすることができ、押圧部５２ａでの接合予定部に対する圧力が高くなり、良好な超音波接合が可能になる。また、接合部のＹ軸方向の幅を広くすることも可能になり、平板状部材同士の超音波接合も容易になる。
【００５８】
また、振動子ユニット５０の自由端に最も近い振動ノードの位置Ｐ２で、抑制ピン９０が振動子ユニット５０に当接するように、抑制ピン９０が保持部６０に取り付けられている。このように構成することで、抑制ピン９０で受けることができる加圧力の反力が増大し、振動子ユニット５０の撓み変形が効果的に抑制される。その結果、加圧シャフト８０による加圧力を大きくすることができ、押圧部５２ａでの接合予定部に対する圧力が高くなり、超音波接合の信頼性が向上する。また、接合部のＹ軸方向幅をより広くすることも可能になり、平板状部材同士の超音波接合もさらに容易になる。
【００５９】
また、振動ノードの位置（振動の振幅が最も小さくなる位置）Ｐ２で、抑制ピン９０が振動子ユニット５０に当接することで、振動子ユニット５０における超音波振動を抑制ピン９０が阻害することは少ない。
【００６０】
しかも、抑制ピン９０が振動子ユニット５０に当接する位置Ｐ２と、押圧部５２ａが接合予定部分に当接する位置Ｐ１とは、長手軸Ｘ０に沿って異なり、しかも、Ｚ軸に沿って長手軸Ｘ０の相互に反対側に位置する。抑制ピン９０は、押圧部５２ａからの反力を受けて振動子ユニット５０の撓みを抑制するように、必要最小限の範囲で、振動子ユニット５０と接触することになり、振動子ユニット５０における超音波振動を抑制ピン９０の当接部９２が阻害することがさらに少なくなる。
【００６１】
また加圧シャフト８０の軸芯Ｚ０は、Ｚ軸と略平行であり、主保持位置Ｐ３と反力分散位置Ｐ２との間に位置するように、加圧シャフト８０が保持部６０に連結してある。このように構成することで、加圧シャフト８０からの加圧力を押圧部５２ａに効果的に伝達し、押圧部５２ａから接合予定部に加える圧力を高めることができ、超音波接合の信頼性が向上する。
【００６２】
しかも、振動子ユニット５０は、押圧部５２ａが長手軸Ｘ０と平行な方向に超音波振動するように、振動子ユニット５０に振動源が装着してある。押圧部５２ａが長手軸Ｘ０と平行な方向に超音波振動することで、その長手軸Ｘ０に平行な方向に沿って微細な金属パターン相互の超音波接合が容易になる。
【００６３】
本実施形態に係る超音波接合ヘッド４０は、必ずしもステージを必要とはしないが、一般的なステージを有していてもよく、あるいは、後述する第３実施形態に示すように、接合すべき第１平面部材と第２平面部材とが設置される特殊なステージをさらに有していてもよい。
【００６４】
本実施形態に係る超音波接合方法は、上記の超音波接合ヘッド４０を用い、接合予定部分を超音波接合する。具体的には、本実施形態の超音波接合方法は、長手軸Ｘ０に沿って振動子ユニット５０の先端が自由端となるように、振動子ユニット５０の長手軸Ｘ０に沿って基端側を片持ち梁状に保持する工程を有する。次に、接合すべき接合予定部分に、振動子ユニット５０の先端に具備してある押圧部５２ａを押し当て、当該押圧部５２ａを、長手軸Ｘ０方向に超音波振動させる。
【００６５】
そして、保持部６０が振動子ユニット５０を主として保持する位置を主保持位置Ｐ３とし、保持部６０に具備してある抑制ピン９０が振動子ユニット５０に当接する位置を反力分散位置Ｐ２とした場合に、振動子ユニット５０には、長手軸Ｘ０に沿って２つ以上の振動ノードが存在し、主保持位置Ｐ３と反力分散位置Ｐ２とが、相互に異なる振動ノードの位置に位置合わせしてある。
【００６６】
本実施形態に係る超音波接合方法では、超音波ホーン５２を含む振動子ユニット５０を、長手軸Ｘ０に沿って基端側を保持部６０が片持ち梁状に保持してあることから、押圧部５２ａでの超音波振動を増大させることができ、しかも、振動子ユニット５０を両側から保持する場合に比べて、装置の小型化を図ることができる。
【００６７】
また、主保持位置Ｐ３と反力分散位置Ｐ２とが、相互に異なる振動ノードの位置に位置合わせしてあることにより、振動子ユニット５０における超音波振動が、主保持位置Ｐ３での保持部６０の保持により阻害されるおそれが少なくなると共に、振動子ユニット５０における超音波振動を抑制ピン９０が阻害するおそれが少なくなる。
【００６８】
第２実施形態
第２実施形態に係る超音波接合ヘッドは、第１実施形態に係る超音波接合ヘッド４０に対して、図１Ｂに示す主保持位置Ｐ３と反力分散位置Ｐ２とが、Ｘ軸に沿って相互に逆である以外は、第１実施形態と同様である。すなわち、振動子ユニット５０の長手軸Ｘ０に沿って、振動子ユニット５０の先端から基端に向けて、主保持位置Ｐ３と反力分散位置Ｐ２とが、この順で配置してある。
【００６９】
主保持位置Ｐ３では、保持部６０が振動子ユニット５０を保持し、反力分散位置Ｐ２では、抑制ピン９０が振動子ユニット５０の外周の一部に当接している。その抑制ピン９０が当接する位置は、超音波ホーン５２であってもよく、ブースタ５４であってもよい。また、保持部６０は、超音波ホーン５２を保持してもよく、ブースタ５４を保持してもよい。
【００７０】
第２実施形態に係る超音波接合ヘッド５０でも、超音波ホーン５２を含む振動子ユニット５０を、長手軸Ｘ０に沿って基端側を保持部６０が片持ち梁状に保持してあることから、押圧部５２ａでの超音波振動を増大させることができ、しかも、振動子ユニット５０を両側から保持する場合に比べて、装置の小型化を図ることができる。
【００７１】
第３実施形態
第３実施形態では、図１Ｈ〜図１Ｍに示す振動子ユニット５０が組み込まれた図１Ａ〜図１Ｇに示す本発明の一実施形態に係る超音波接合ヘッド４０を持つ図２Ａに示す超音波接合装置２を用いて、図２Ｂ〜図５Ｂに示す超音波接合方法を行い、図５Ｂに示す基板接合体８を製造する方法を説明する。
【００７２】
図５Ｂに示すように、基板接合体８は、第１平面部材としての電子制御基板４と、第２平面部材としてのフレキシブル基板６とを有する。電子制御基板４は、たとえば液晶表示パネル、有機ＥＬ表示パネル、あるいはその他の表示パネルであってもよく、たとえばガラス基板を含んでいてもよい。
【００７３】
フレキシブル基板６は、電子制御基板４に、何らかの信号と電力を供給するための基板であり、電子制御基板４の配線パターン４ａと、フレキシブル基板６の配線パターン６ａとが、パターン毎に電気的に接続されている。
【００７４】
なお、図５Ｂに示す基板接合体８では、配線パターン４ａと配線パターン６ａとが超音波接合された後には、フレキシブル基板６は、電子制御基板４の配線パターン４ａ側の端部から裏側に折り曲げられて、たとえばスマートフォンのケーシングの内部に収容される。このように構成することにより、ケーシングの外形サイズに近い全面を、電子制御基板４の表示画面として利用することができる。
【００７５】
このような観点からは、配線パターン４ａと配線パターン６ａとのＸ軸方向の重複幅ｘ１（図５Ａ参照）は、たとえば０．５ｍｍ以下、好ましくは０．２ｍｍ以下と、可能な限り小さくすることが要求されている。また、また、画面表示の高微細化と共に、配線パターン４ａおよび配線パターン６ａのＹ軸方向の配線ピッチ間隔は、たとえば数十μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下程度に小さくなってきている。なお、図では、基板６の厚みが基板４と同程度の厚みに描いてあるが、実際には、基板６の厚みは、基板４の厚みに比較して小さいが、同じでも逆でもよい。
【００７６】
本実施形態では、電子制御基板４の配線パターン４ａと、フレキシブル基板６の配線パターン６ａとを、パターン毎に電気的に接続するために、図２Ａに示す超音波接合装置２を用いている。
【００７７】
図２Ａに示すように、本実施形態の超音波接合装置２は、接合すべき電子制御基板４とフレキシブル基板６とが設置されるステージ１０と、電子制御基板４と前フレキシブル基板６との積層部分に押し当てられる押圧部５２ａを持つ超音波振動子ユニット５０を有する超音波接合ヘッド４０と、を有する。超音波接合ヘッド４０は、第１実施形態と同様なヘッド４０であるが、別の超音波接合ヘッドを用いてもよい。
【００７８】
ステージ１０のＺ軸方向の上部には、搬送ヘッド２０が、ステージ１０に対してＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向に相対移動自在に配置してある。さらに、ステージ１０のＺ軸方向の上部には、搬送ヘッド２０とはＺ軸方向の位置がずれるように、カメラ３０が、ステージ１０に対して、少なくともＸ軸およびＹ軸方向に相対移動自在に配置してある。なお、カメラ３０も、搬送ヘッド２０と同様に、ステージ１０に対してＺ軸方向に相対移動自在に配置してもよい。
【００７９】
また、超音波接合ヘッド４０は、搬送ヘッド２０およびカメラ３０とは衝突しない位置で、ステージ１０に対してＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向に相対移動自在に配置してある。相対移動自在とは、一方が他方に対して移動してもよく、他方が一方に対して移動してもよく、あるいは、一方と他方とが相互に移動してもよいという趣旨であり、一方と他方との相対位置が変化する。
【００８０】
ステージ１０、超音波接合ヘッド４０、吸着ヘッド２０およびカメラ３０の相対移動機構の制御は、図示省略してある制御手段により行われる。制御手段は、装置２の制御装置を兼ねていてもよく、カメラ３０により取得した画像の画像処理、後述する吸着孔１１，１２，１４の負圧制御も行っていてもよい。制御手段としては、専用の制御回路でもよく、制御プログラムを持つ汎用のコンピュータで構成されていてもよい。
【００８１】
なお、図面において、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、相互に略垂直であり、Ｚ軸は、装置２の高さ方向に一致し、Ｘ軸は、電子制御基板４またはフレキシブル基板６の長手方向に一致し、Ｙ軸は、電子制御基板４またはフレキシブル基板６の幅方向に一致する。また、Ｘ軸およびＹ軸は、電子制御基板４の表示面に略平行である。
【００８２】
ステージ１０のＺ軸上面には、少なくとも電子制御基板４が設置される低位側表面１０ａと、低位側表面１０ａに対して所定の段差高さｚ１で高い位置にある高位側表面１０ｂと、低位側表面１０ａと高位側表面１０ｂとの境界に位置する段差壁面１０ｃとが形成してある。低位側表面１０ａと高位側表面１０ｂとは、それぞれＸ−Ｙ軸平面に対して、略平行であり、段差壁面１０ｃは、Ｚ−Ｙ軸平面に対して、略平行である。
【００８３】
低位側表面１０ａには、電子制御基板４が設置される接合位置１０ａ１と、接合位置１０ａ１からＸ軸方向（またはＹ軸方向）に離れてフレキシブル基板６が仮設置される待機位置１０ａ２とが形成してある。接合位置１０ａ１に位置する低位側表面１０ａには、ステージ１０の内部に形成してある複数の第１吸着孔１２が開口してある。また、待機位置１０ａ２に位置する低位側表面１０ａには、ステージ１０の内部に形成してある複数の待機吸着孔１１が開口してある。
【００８４】
第１吸着孔１２に負圧が作用することで、接合位置１０ａ１に載置された電子制御基板４を、接合位置１０ａ１において低位側表面１０ａに着脱自在に吸着仮固定することができる。接合位置１０ａ１においては、電子制御基板４は、基板４に形成してある配線パターン４ａの接続予定部がＺ軸方向の上を向くように、しかも、基板４の配線パターン４ａの接続予定部側の端部が段差壁面１０ｃに突き当たる（接触する）ように配置される。電子制御基板４を、接合位置１０ａ１において低位側表面１０ａの上述した所定位置に配置するための手段としては、たとえば図２Ａに示す吸着ヘッド２０を用いてもよいし、あるいは、これとは別の吸着ヘッドを用いてもよい。
【００８５】
また、待機吸着孔１１に負圧が作用することで、待機位置１０ａ２に載置されたフレキシブル基板６を、待機位置１０ａ２において低位側表面１０ａに着脱自在に吸着仮固定することができる。待機位置１０ａ２においては、フレキシブル基板６は、基板６に形成してある配線パターン６ａの接続予定部がＺ軸方向の下を向くように、しかも、基板６の配線パターン６ａの接続予定部側の端部が電子制御基板４とはＸ軸方向の反対側を向くように配置される。フレキシブル基板６を、待機位置１０ａ２において低位側表面１０ａの上述した所定位置に配置するための手段としては、たとえば図２Ａに示す吸着ヘッド２０を用いる。
【００８６】
本実施形態では、段差壁面１０ｃの段差高さＺ１は、電子制御基板４の厚みｔ０と同等以下であり、これらの差異（ｔ０−ｚ１）は、好ましくは、０〜２０μｍ、さらに好ましくは１０〜２０μｍである。
【００８７】
ステージ１０の高位側表面１０ｂには、段差壁面１０ｃの近くで、ステージ１０の内部に形成してある複数の第２吸着孔１４が開口してある。第２吸着孔１４に負圧が作用することで、図４に示すように、高位側表面１０ｂに載置されたフレキシブル基板６を、段差壁面１０ｃの近くで高位側表面１０ｂに着脱自在に吸着仮固定することができる。フレキシブル基板６を、段差壁面１０ｃの近くで高位側表面１０ａに配置するための手段としては、たとえば吸着ヘッド２０を用いる。
【００８８】
次に、図２Ａに示す超音波接合装置２を用いた超音波接合方法について説明する。図２Ｂに示すように、まず、待機位置１０ａ２の低位側表面１０ａに開口している待機吸着孔１１の負圧を解除し、吸着ヘッド２０により、待機位置１０ａ２に位置しているフレキシブル基板６をＺ軸方向の上部に持ち上げる。吸着ヘッド２０は、たとえば吸引力によりヘッド下面に基板６を吸着保持する機構を有する。
【００８９】
その後に、図３に示すように、吸着ヘッド２０を基板６と共に、ステージ１０に対して、Ｘ軸方向に移動させる。なお、ステージ１０をＸ軸方向に移動させてもよい。吸着ヘッド２０に保持された基板６は、段差壁面１０ｃ近くの高位側表面１０ｂの上に位置するように、吸着ヘッド２０がステージ１０に対してＸ軸方向に相対移動する。その移動制御は、制御手段により行われる。
【００９０】
また、基板６の配線パターン６ａの接続予定部が、基板４の配線パターン４ａの接続予定部と正確に位置合わせされるように、配線パターン４ａと配線パターン６ａとの間には、カメラ３０が入り込み、これらの位置関係を撮像し、制御手段では、これらの画像処理を行う。その画像処理結果に基づき、制御手段は、基板６の配線パターン６ａの接続予定部が、基板４の配線パターン４ａの接続予定部と正確に位置合わせされるように、吸着ヘッド２０を、ステージ１０に対して、Ｘ軸およびＹ軸方向に相対的に移動させる。また、必要に応じて、制御手段は移動機構を制御して、吸着ヘッド２０を、ステージ１０に対して、吸着ヘッドの軸芯回りに回転移動も行わせてもよい。
【００９１】
次に、カメラ３０は、基板６とステージ１０との間からＸ軸方向に移動し、吸着ヘッド２０のＺ軸方向の移動を阻害しない位置に退避する。その後に、図４に示すように、吸着ヘッド２０はステージ１０の高位側表面１０ｂに近づき、基板６への吸着保持を解除し、基板６を高位側表面１０ｂの上に載置する。同時に、第２吸着孔１４に負圧が作用し、基板６を高位側表面１０ｂの上に吸着保持する。その状態で、基板６のＸ軸方向の端部下面と基板４のＸ軸方向の端部上面とが重なり、段差壁面１０ｃに対応する位置で積層部分が形成される。積層部分では、配線パターン４ａの接合予定部と配線パターン６ａの接合予定部とが向き合うことになる。
【００９２】
次に、図５Ａに示すように、ステージ１０を、吸着ヘッド２０およびカメラ３０に対してＸ軸方向に相対移動させて、超音波振動子ユニット５０の押圧部５２ａを、配線パターン６ａ，４ａ同士の積層部分のＺ軸方向の直上位置に位置させる。なお、ステージ１０の段差壁面１０ｃに対して、超音波振動子ユニット５０の押圧部５２ａがＸ軸方向の所定範囲ｘ３内で低位側表面１０ａの上に位置するように、予めステージ１０と超音波振動子ユニット５０とのＸ軸相対移動が制御されている。
【００９３】
すなわち、超音波振動子ユニット５０の押圧部５２ａは、段差壁面１０ｃから所定範囲ｘ３で低位側表面の上１０ａに位置する積層部を押圧するように、移動機構が制御手段で制御される。なお、所定範囲ｘ３とは、０より大で、積層部のＸ軸方向長さｘ１よりも小さいことが好ましい。つまり、押圧部５２ａが高位側表面１０ｂの上に位置する基板６の表面を押圧しないように制御される。
【００９４】
積層部のＸ軸方向長さｘ１は、配線パターン４ａ，６ａの接続予定部の重なり長さとも一致し、たとえば０．５ｍｍ以下、好ましくは０．２ｍｍ以下と、可能な限り小さくすることが要求されている。また、基板４および６の重なり部分（積層部分）を押圧する押圧部５２ａのＸ軸方向の長さｘ２は、積層部のＸ軸方向長さｘ１と同等以上であることが好ましく、長さの差（ｘ２−ｘ１）は、好ましくは、０以上で０．５ｍｍ、さらに好ましくは０．０１〜０．０８ｍｍである。
【００９５】
次に、図５Ａから図５Ｂに示すように、超音波振動子ユニット５０をステージ１０に対してＺ軸方向の下方に相対移動させ、超音波振動子ユニット５０の押圧部５２ａを、基板４と６との積層部分に押し付け、積層部分にＺ軸方向の押圧力とＸ軸方向の超音波振動を加える。その結果、Ｘ軸方向に長くＹ軸方向には所定ピッチ間隔で配置されている積層部分の配線パターン４ａ，６ａの金属同士が超音波により固相結合される。
【００９６】
配線パターン４ａ．６ａを構成する金属としては、超音波接合可能な金属（合金含む）であれば、特に限定されないが、銀、金、アルミニウム、あるいはこれらを主成分とする合金などが例示される。なお、これらの金属の表面（特にアルミニウムの表面）に、チタンなどを主成分とする酸化防止膜が形成してあってもよい。
【００９７】
本実施形態に係る基板接合体８の製造方法（超音波接合方法を含む）では、ステージ１０の表面に段差壁面１０ｃがあるために、この段差壁面１０ｃを利用して、電子制御基板４とフレキシブル基板６との位置合わせが容易になり、これらの配線パターン４ａ，６ａ同士の超音波接合が可能になる。そのため、たとえば数十μｍ以下程度にＹ軸方向の配線ピッチ間隔が狭い場合でも、ショート不良などを発生させることなく、電子制御基板４とフレキシブル基板６との電気的接続を図ることが容易になる。なお、超音波の振動の方向は、積層部の積層方向（Ｚ軸方向）ではなく、接合される配線パターン４ａ，６ａ同士の長手方向に沿う方向であることが好ましい。
【００９８】
また、最近では、スマートフォンなどの表示画面などのように、装置のケーシング外形サイズ近くまでに広い表示画面が要求されることから、配線パターン４ａ，６ａ同士の接合長さｘ１も短くせざるを得ず、その接続信頼性が問題になってきている。本実施形態の方法によれば、超音波接合により金属同士の固相結合が可能になり、接続の信頼性も向上する。
【００９９】
さらに、本実施形態の基板接合体の製造方法では、ステージ１０の表面に段差壁面１０ｃがあるために、電子制御基板４とフレキシブル基板６との積層部のＹ軸方向の幅が、たとえば６０ｍｍ以上に広い場合でも、確実に配線パターン同士を超音波接合することができる。
【０１００】
また、本実施形態では、超音波振動子ユニット５０の押圧部５２ａは、段差壁面１０ｃから所定範囲で低位側表面１０ａの上に位置する積層部を押圧するように、移動機構が制御手段で制御される。超音波振動子ユニット５０の押圧部５２ａは、高位側表面１０ｂの上に位置するフレキシブル基板６を押圧しないことが好ましく、積層部のみを押圧して超音波接合することが好ましい。このように構成することで、配線パターンの断線などを生じさせることなく、配線パターン４ａ，６ａ同士の超音波接合の信頼性がさらに向上する。
【０１０１】
その他の変形例
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
【０１０２】
たとえば、電子制御基板４としては、ガラス基板を含む剛性の基板のみでなく、柔軟性を有するフレキシブルな基板であってもよい。
【０１０３】
また、上述した実施形態では、第２平面部材として、フレキシブル基板６を用いているが、特に限定されない。
【０１０４】
さらに、本発明では、接合予定部分としては、基板同士の接合予定部分のみではなく、基板以外の接合予定部分の超音波接合にも適用することが可能である。基板以外の接合としては、ＣＯＭＳセンサー、ＣＣＤセンサー 、ＬＥＤなどの半導体素子の接合にも適用することができる。なお、本発明の超音波接合ヘッドおよび超音波接合装置は、特に、基板同士の接合に用いる場合に、特に効果的である。なぜなら、基板同士の接合に際しては、接合される領域幅を広くするなどの要請があり、従来では、装置が大型になりがちであるが、本発明によれば、装置の小型化を図りつつ、良好な超音波接合が可能になるからである。
【０１０５】
さらに、上述した実施形態では、ステージとして、段差壁面１０ｃを有するステージ１０を用いているが、段差壁面がない一般的なステージを用いてもよい。また、本発明の超音波接合ヘッドによれば、必ずしもステージが無くてもよい。
【０１０６】
また、上述した実施形態では、保持部６０は、ブースタ５４を保持しているが、超音波ホーン５２の振動ノード部分を保持してもよい。また、抑制ピン６０は、超音波ホーン５２ではなく、ブースタ５４に当接していてもよい。また、振動子ユニットとしては、超音波ホーン５２、ブースタ５４および振動源の組み合わせ以外であってもよく、たとえばブースタ５４が無い振動子ユニットでもよい。
【符号の説明】
【０１０７】
２…  超音波接合装置
４…  電子制御基板（第１平面部材）
４ａ…  配線パターン
６…  フレキシブル基板（第２平面部材）
６ａ…  配線パターン
８…  基板接合体
１０…  ステージ
１０ａ…  低位側表面
１０ａ１…  接合位置
１０ａ２…  待機位置
１０ｂ…  高位側表面
１０ｃ…  段差壁面
１１…  待機吸着孔
１２…  第１級着孔
１４…  第２吸着孔
２０…  搬送ヘッド
３０…  カメラ
４０…  超音波接合ヘッド
５０…  超音波振動子ユニット
５２…  超音波ホーン
５２ａ…  押圧部
５４…  ブースタ
５６…  振動源カバー
５８…  ケーブル
６０…  保持部
６２…  上保持部
６３…  圧力伝達ブロック
６４…  下保持部
７０…  補助保持部
７２…  上保持部
７３…  取付用フランジ
７４…  下保持部
８０…  加圧シャフト
８２…  固定盤
９０…  抑制ピン（抑制部）
９２…  当接部
【図１Ａ】
2020001062.tif 000003
【図１Ｂ】
2020001062.tif 000004
【図１Ｃ】
2020001062.tif 000005
【図１Ｄ】
2020001062.tif 000006
【図１Ｅ】
2020001062.tif 000007
【図１Ｆ】
2020001062.tif 000008
【図１Ｇ】
2020001062.tif 000009
【図１Ｈ】
2020001062.tif 000010
【図１Ｉ】
2020001062.tif 000011
【図１Ｊ】
2020001062.tif 000012
【図１Ｋ】
2020001062.tif 000013
【図１Ｌ】
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【図１Ｍ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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