(57)【要約】【課題】  被接合部材に十分に超音波エネルギーを伝達することができ、もって接合部材と被接合部材とを確実に接合することができる超音波接合方法および装置、並びに超音波接合による被接合部材を提供する。【解決手段】  インテリジェントパワーモジュール１におけるハウジング１０には、バスバー２０が設けられており、バスバー２０におけるテープ接合部２０Ａにはテープ２３が超音波接合によってボンディングされている。テープ接合部２０Ａにテープ２３をボンディングする際、テープ接合部２０Ａにおける超音波振動の最大振幅点を、バスバー設置部１０に設けられた押圧部１２によって挟み込んで押圧している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動発生装置から発生される超音波による超音波接合によって接合部材と被接合部材とを接合する超音波接合方法であって、
前記超音波被接合部材における超音波振動の最大振幅点を押圧しながら、前記超音波振動発生装置が前記接合部材および前記被接合部材に超音波振動を与えることを特徴とする超音波接合装置。
【請求項２】
超音波振動発生装置を備え、前記超音波振動発生装置から発生される超音波による超音波接合によって接合部材と被接合部材とを接合する超音波接合装置であって、
前記超音波振動発生装置が前記接合部材および前記被接合部材に超音波振動を与えている際に、前記超音波被接合部材における超音波振動の最大振幅点を押圧する押圧手段を備えることを特徴とする超音波接合装置。
【請求項３】
超音波振動発生装置から発生される超音波による超音波接合によって接合部材と接合される超音波振動による被接合部材であって、
与えられる超音波の振動周波数と被接合部材から得られる超音波振動の最大共振点に制振用部材が設けられていることを特徴とする超音波振動による被接合部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波接合方法および装置、並びに超音波接合による被接合部材に係り、特に、電子部品のボンディングの際などに用いて好適な超音波接合方法および装置、並びに超音波接合による被接合部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子や圧電素子などの電子部品をハウジングなどに実装する際、超音波を用いた超音波接合が用いられている。超音波接合を行う装置として、特許文献１に開示された超音波接合装置が知られている。特許文献１に開示された超音波接合装置では、接合部材に超音波振動を加えて接合部材を被接合面に接合するに際して、超音波振動を印加する印加部材と挟持部材とを用いて接合部材における超音波振動方向の両側面を挟持する。
【０００３】
この状態で、挟持部材が接合部材を印加部材に対して押し付けた状態で接合部材を被接合面に対して接合する。このとき、挟持部材は、印加部材から接合部材を介して伝達される超音波振動によって、印加部材と同一方向でかつ略同一振幅で同期振動するように設定されている。このため、印加部材による超音波振動を効率よく接合部材に伝えることができ、良好な接合品質を得ることができるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１４６７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１に記載された超音波接合方法では、被接合面を形成する被接合部材がバスバーなどの長尺状の部材である場合、超音波振動を印加した際に、複数の最大振幅点が生じることとなる。このため、被接合部材を強固に押さえ込むことができないために、超音波エネルギーが十分に被接合部材に伝達することができず、十分な接合を行うことができないことがあるという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、被接合部材に十分に超音波エネルギーを伝達することができ、もって接合部材と被接合部材とを確実に接合することができる超音波接合方法および装置、並びに超音波接合による被接合部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決した本発明に係る超音波接合方法は、超音波振動発生装置から発生される超音波による超音波接合によって接合部材と被接合部材とを接合する超音波接合方法であって、超音波被接合部材における超音波振動の最大振幅点を押圧しながら、超音波振動発生装置が接合部材および被接合部材に超音波振動を与えることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る超音波接合方法では、超音波被接合部材における超音波振動の最大振幅点を押圧しながら、超音波振動発生装置が接合部材および被接合部材に超音波振動を与えている。このため、超音波振動を印加する際に、振動がもっとも大きくなる点を押圧することとなるので、接合部材と被接合部材との共振を防止することができる。この結果、被接合部材に十分に超音波エネルギーを伝達することができ、もって接合部材と被接合部材とを確実に接合することができる。
【０００９】
また、上記課題を解決した本発明に係る超音波接合装置は、超音波振動発生装置を備え、超音波振動発生装置から発生される超音波による超音波接合によって接合部材と被接合部材とを接合する超音波接合装置であって、超音波振動発生装置が接合部材および被接合部材に超音波振動を与えている際に、超音波被接合部材における超音波振動の最大振幅点を押圧する押圧手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
さらに、上記課題を解決した本発明に係る超音波接合による被接合部材は、超音波振動発生装置から発生される超音波による超音波接合によって接合部材と接合される超音波振動による被接合部材であって、与えられる超音波の振動周波数と被接合部材から得られる超音波振動の最大共振点に制振用部材が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る超音波接合方法および装置、並びに超音波接合による被接合部材によれば、被接合部材に十分に超音波エネルギーを伝達することができ、もって接合部材と被接合部材とを確実に接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】インテリジェントパワーモジュールの斜視図である。
【図２】インテリジェントパワーモジュールの部分斜視図である。
【図３】インテリジェントパワーモジュールに用いられるバスバーの斜視図である。
【図４】バスバー設置部の拡大平面図である。
【図５】（ａ）は、超音波接合によるボンディングを行っている状態の側面図、（ｂ）は、その正面図である。
【図６】両端が固定端である長尺部材における超音波振動の最大振幅点を説明するための模式図である。
【図７】一端が固定端、他端が自由端である長尺部材における超音波振動の最大振幅点を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図示の便宜上、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致しない。
【００１４】
図１は、インテリジェントパワーモジュールの斜視図、図２は、その部分斜視図、図３は、インテリジェントパワーモジュールに用いられるバスバーの斜視図である。図１に示すように、インテリジェントパワーモジュール１は、ハウジング１０を備えている。ハウジング１０には、バスバー設置部１１が形成されており、このバスバー設置部１１には、図２にも示すように、バスバー２０が設けられている。
【００１５】
バスバー２０は、図３に示すように、長尺状のテープ接合部２０Ａおよび屈曲部２０Ｂを備えて構成されている。ハウジング１０におけるバスバー設置部１１には、被接合部材であるバスバー２０におけるテープ接合部２０Ａが固定されている。また、バスバー設置部１１には、図４に示すように、バスバー２０のテープ接合部２０Ａをその短手方向に挟み込んで押圧する押圧部１２が形成されている。さらに、バスバー設置部１１には、バスバー２０のテープ接合部２０Ａの長手方向両端部を固定した状態で取り付けられている。
【００１６】
また、ハウジング１０には、バスバー設置部１１以外の位置においても、ハウジング１０の中央位置近傍などに複数のバスバー２１が設けられている。さらに、ハウジング１０には、複数のターミナル２２が設けられている。これらの複数のターミナル２２は、ハウジング１０における外周部に沿って配置されており、ハウジング１０の表面に直交する軸に沿った方向に延在して設けられている。
【００１７】
さらに、バスバー２０には、図１に示すように、接合部材である複数のテープ（「ワイヤ」「ボンディングワイヤ」ともいう）２３がボンディングされている。テープ２３は、たとえばアルミ製であり、バスバー２０に対して超音波接合によってボンディングされている。また、他のバスバー２１やターミナル２２に対してもテープ２３が適宜ボンディングされるが、図１では、テープ２３を省略している。また、図２および図４においても、テープ２３の描写を省略している。
【００１８】
次に、本実施形態に係るインテリジェントパワーモジュール１におけるバスバー２０に対するテープ２３のボンディングについて説明する。バスバー２０に対してテープ２３をボンディングする際には、超音波接合が用いられる。超音波接合を行う際には、図５（ａ）（ｂ）に示すように、バスバー２０と超音波振動発生装置における超音波印加素子３１との間にテープ２３を配置する。この状態で、超音波印加素子３１からテープ２３に対して超音波振動を印加する。超音波振動を与える際には、図５（ｂ）に示すように、テープ接合部２０Ａにおける短手方向Ｆに超音波振動を与える。
【００１９】
ここで、本実施形態に係るインテリジェントパワーモジュール１では、バスバー２０におけるテープ接合部２０Ａをバスバー設置部１１に固定している。このとき、バスバー２０のテープ接合部２０Ａは、長尺方向の両端部が固定されており、テープ接合部２０Ａの両端は固定端となっている。
【００２０】
また、テープ接合部２０Ａの短手方向については、バスバー設置部１１における押圧部１２によって押圧されている。ここで、押圧部１２におけるテープ接合部２０Ａの押圧位置は、テープ接合部２０Ａにおける超音波振動の最大振幅点に調整されている。このため、超音波印加素子３１から超音波を与える際に、テープ接合部２０Ａにおける超音波振動の最大振幅点を押圧した状態とされている。
【００２１】
いま、超音波印加素子３１によって超音波振動を与える際におけるバスバー２０のテープ接合部２０Ａの押圧位置について説明する。一般に長尺状の被接合部材に接合部材を超音波接合によって接合する際、超音波振動発生装置による振動周波数ａ（Ｈｚ）、長尺状中の音速ｂ（ｍ／ｓ）を用いると、長尺状中の音の波長αは、下記（１）式によって求めることができる。また、定常波の腹または節が現れる間隔βは、下記（２）式によって求めることができる。
【００２２】
α＝ｂ／ａ  ・・・（１）
β＝ｂ／４ａ  ・・・（２）
【００２３】
ここで、長尺材の長手方向長さｃ（ｍ）を用いて、下記（３）式を満たす場合には、特に強い共振が発生することとなる。ただし、ｎは、自然数である。
【００２４】
ａ＝ｎｂ／２ｃ  ・・・（３）
【００２５】
このため、図６に模式的に示すように、両側が固定端である長尺材Ｗの場合、長尺材Ｗの一端側から（２ｎ−１）ｂ／４ａ（ｎ＝自然数）の位置Ｐが定常波Ｈの腹の部分となる。なお、２ｎｂ／４ａ（ｎ＝自然数）の位置は、定常波Ｈの節の部分となる。このため、位置Ｐを押圧することにより、共振を効果的に防止することができる。
【００２６】
また、図７に模式的に示すように、一側が固定端ＷＳであり、他側が自由端ＷＦである長尺材Ｗの場合、固定端ＷＳから２ｎｂ／４ａ（ｎ＝自然数）、自由端ＷＦから２ｎｂ／４ａ（ｎ＝自然数）の位置Ｐが定常波Ｈの腹の部分となる。このため、位置Ｐを挟みこんで押圧することにより、共振を効果的に防止することができる。
【００２７】
かかる知見に基づいて、図４に示すバスバー２０のテープ接合部２０Ａを押圧するバスバー設置部１１における押圧部１２は、２（ｎ−１）／４ａ（ｎ＝自然数）の式を満たす位置に配置されている。このため、図５に示すように、超音波振動発生装置を用いてバスバー２０のテープ接合部２０Ａに対して超音波振動を与えるにあたり、超音波振動の最大振幅点を挟み込んで押圧することができる。したがって、テープ接合部２０Ａとテープ２３との共振を防止することができ、被接合部材に十分に超音波エネルギーを伝達することができ、もってテープ接合部２０Ａとテープ２３とを確実に接合することができる。
【００２８】
また、バスバー設置部１１に設けられるバスバー２０以外のバスバー２１や、ターミナル２２にテープ２３を超音波振動によってボンディングする場合にも、同様に行うことができる。この場合にも、バスバー２１やターミナル２２とテープ２３との共振を防止することができ、バスバー２１やターミナル２２とテープ２３とを確実に接合することができる。
【００２９】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、バスバー２０のテープ接合部２０Ａを押圧するにあたり、超音波振動方向にテープ接合部２０Ａを押圧しているが、超音波振動方向に直交する方向など、その他の方向からテープ接合部２０Ａを押圧する態様とすることもできる。この場合、押圧部材をテープ接合部２０Ａにおける超音波印加素子３１と対向する面に配置する必要があるが、押圧部材について、超音波印加素子３１と対向する位置からずれた位置に配置することができる。また、テープ接合部２０Ａを押圧する代わりに固定部材を設けて固定することもできる。
【００３０】
また、上記実施形態では、バスバー２０におけるテープ接合部２０Ａをバスバー設置部１１における押圧部材１２で挟み込んで押圧しているが、テープ接合部２０Ａをバスバー設置部とは別に設けられた押圧部材によって押圧する態様とすることもできる。さらに、上記実施形態では、テープ２３を介して超音波印加素子３１の振動をテープ接合部２０Ａに与えているが、超音波印加素子３１を直接テープ接合部２０Ａおよびテープ２３に接触させながら、振動を与える態様とすることもできる。
【００３１】
あるいは、上記実施形態では、最大振幅点のすべての位置を押圧するようにしているが、少なくとも１箇所の最大振幅点を押圧する態様とすることができる。他方、上記実施形態では、接合部材および被接合部材としてバスバーおよびテープを用いているが、その他の接合部材および被接合部材を用いることもできる。
【符号の説明】
【００３２】
１…インテリジェントパワーモジュール、１０…ハウジング、１１…バスバー設置部、１２…押圧部、２０…バスバー、２０Ａ…テープ接合部、２０Ｂ…屈曲部、２１…バスバー、２２…ターミナル、２３…テープ、３１…超音波印加素子、Ｗ…長尺材、ＷＦ…自由端、ＷＳ…固定端。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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