(57)【要約】【課題】溶融されたハンダを超音波先端ツールの側面に沿って流れ落ちるようにする場合、流れ落ちるハンダを超音波先端ツールの超音波印加面から超音波振動を印加される位置に確実に導くことができる超音波先端ツールを提供する。【解決手段】超音波先端ツールにおいて、柱状に形成され、中心線Ａと交差する一面に超音波印加面１３を有するツール本体１１と、中心線に沿って位置するツール本体１１の側面に形成され、超音波印加面１３に連続する溝１２と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状に形成され、中心線と交差する一面に超音波印加面を有するツール本体と、
前記中心線に沿って位置する前記ツール本体の側面に形成され、前記超音波印加面に連続する溝と、
を備えることを特徴とする超音波先端ツール。
【請求項２】
前記溝と前記超音波印加面との連続する部分が面取りされていることを特徴とする請求項１記載の超音波先端ツール。
【請求項３】
前記ツール本体は角柱状に形成され、前記溝は前記ツール本体の隣り合って位置する２つの前記側面の間の角部の位置に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の超音波先端ツール。
【請求項４】
超音波振動を発生する超音波振動子と、
前記超音波振動子に連結され、前記超音波振動子で発生した超音波振動が伝播される超音波ホーンと、
前記超音波ホーンに設けられて前記超音波振動が伝播される請求項１ないし３のいずれか一の超音波先端ツールと、
溶融されたハンダを前記超音波先端ツールの前記溝内に供給するハンダ供給装置と、
を備えることを特徴とする超音波ハンダ付け装置。
【請求項５】
請求項４記載の超音波ハンダ付け装置を使ってガラス基板上にハンダをハンダ付けする工程を備えることを特徴とする物品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波先端ツール、超音波ハンダ付け装置及び物品の製造方法に関し、特に、超音波振動を印加してガラス基板上にハンダを結合させる超音波ハンダ付け装置、この超音波ハンダ付け装置を構成する超音波先端ツール及びこの超音波ハンダ付け装置を用いる物品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１に記載されているように、ガラス基板上にハンダをハンダ付けする超音波ハンダ付け装置の発明が知られている。
【０００３】
この超音波ハンダ付け装置の発明によれば、ガラス基板とハンダとの双方、又は、ガラス基板を加熱し、ガラス基板上に溶融状態又は半溶融状態のハンダを供給し、ガラス基板上に供給したハンダに対して超音波振動装置により超音波振動を印加し、ハンダをガラス基板上にハンダ付けしている。
【０００４】
ガラス基板上に供給したハンダに対して超音波振動を印加することにより、ハンダ内部にキャビテーションが発生し、このキャビテーションがガラス基板の表面に当たることによりガラス基板の表面の酸化膜が破壊される。ガラス基板の表面の酸化膜が破壊されることによってガラス基板とハンダとの濡れ性が良くなり、ガラス基板とハンダとが強固にハンダ付けされる。
【特許文献１】特許第３２０５４２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した超音波ハンダ付け装置においては、ガラス基板上にハンダを供給してからそのハンダに超音波振動を印加するまでの間に時間的なずれが生じる。そして、この時間的なずれの間にハンダの表面の酸化が進行し、ハンダの表面に酸化膜が発生する。超音波振動を印加する前のハンダの表面に酸化膜が発生すると、ハンダに対する超音波振動の伝わりが阻害され、ガラス基板上にハンダ付けされたハンダが剥がれ易くなる等の不具合が生じる。
【０００６】
このような不具合の発生を防止するためには、ガラス基板上にハンダを供給してからこのハンダに超音波振動を印加するまでの間の時間的なずれを短くすることが必要になる。このような時間的なずれを短くする方法としては、例えば、ハンダに接触して超音波振動を印加する超音波先端ツールの側面に溶融したハンダを供給し、供給したハンダを超音波先端ツールの側面に沿ってガラス基板上に流れ落ちるようにし、ガラス基板上に流れ落ちたハンダに対して超音波先端ツールから超音波振動を印加することが考えられる。
【０００７】
しかし、超音波先端ツールの側面に供給された溶融したハンダが超音波先端ツールの側面に沿って流れ落ちた場合、ハンダの流れ落ちる方向が一定に定まらず、流れ落ちたハンダが超音波先端ツールの超音波印加面とガラス基板との間に入り込まない場合がある。すると、ガラス基板上に流れ落ちたハンダに対する超音波振動の印加が不十分になり、ガラス基板上へのハンダの強固なハンダ付けが行われず、ガラス基板上にハンダ付けされたハンダが剥がれ易くなる。
【０００８】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的は、溶融されたハンダを超音波先端ツールの側面に沿って流れ落ちるようにする場合、流れ落ちるハンダを超音波先端ツールの超音波印加面から超音波振動を印加される位置に確実に導くことができる超音波先端ツール、超音波ハンダ付け装置及び物品の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、超音波先端ツールにおいて、柱状に形成され、中心線と交差する一面に超音波印加面を有するツール本体と、前記中心線に沿って位置する前記ツール本体の側面に形成され、前記超音波印加面に連続する溝と、を備えることである。
【００１０】
本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、超音波ハンダ付け装置において、超音波振動を発生する超音波振動子と、前記超音波振動子に連結され、前記超音波振動子で発生した超音波振動が伝播される超音波ホーンと、前記超音波ホーンに設けられて前記超音波振動が伝播される請求項１ないし３のいずれか一の超音波先端ツールと、溶融されたハンダを前記超音波先端ツールの前記溝内に供給するハンダ供給装置と、を備えることである。
【００１１】
本発明の実施の形態に係る第３の特徴は、物品の製造方法において、本発明の実施の形態に係る第２の特徴の超音波ハンダ付け装置を使ってガラス基板上にハンダをハンダ付けする工程を備えることである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、溶融されたハンダを超音波先端ツールの側面に沿って流れ落ちるようにする場合、流れ落ちるハンダを超音波先端ツールの超音波印加面から超音波振動を印加される位置に確実に導くことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１４】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る超音波ハンダ付け装置１は、図１に示すように、作業台２と、作業台２に立設された縦フレーム（図示せず）と、縦フレームの上端側に連結された横フレーム３とを有し、横フレーム３に超音波振動装置４とハンダ供給装置５とが取り付けられている。横フレーム３は、図示しない移動機構により水平方向に移動可能に設けられている。さらに、作業台２上には、水平方向に移動可能にステージ６が取り付けられている。ステージ６上には、ガラス基板７が吸着されている。
【００１５】
超音波振動装置４は、超音波振動を発生する超音波振動子８と、一端側が超音波振動子８に対して着脱可能に連結されて超音波振動子８で発生した超音波振動が伝播される柱状の超音波ホーン９と、超音波ホーン９の他端側に着脱可能に連結されて超音波振動が伝播される超音波先端ツール１０とを備えている。超音波振動子８で発生した超音波振動は、超音波ホーン９を介して超音波先端ツール１０に伝播される。
【００１６】
超音波先端ツール１０は、角柱状に形成されたツール本体１１と、ツール本体１１の中心線Ａに沿って位置するツール本体１１の側面に形成された溝１２とを備えている。
【００１７】
ツール本体１１は、中心線Ａと直交する向きの断面形状が正方形に形成され、中心線Ａと交差する方向の一面に超音波印加面１３が形成されている。超音波振動子８から超音波先端ツール１０に伝播された超音波振動は、超音波印加面１３から後述するハンダに対して印加される。また、ツール本体１１における中心線Ａと直交する向きの他端側には、超音波先端ツール１０を超音波ホーン９に連結するための挿入部１４が形成されている。
【００１８】
ツール本体１１は、中心線Ａと平行に位置する４面の側面を有し、これらの側面の角部に断面形状がＬ字形の溝ガイド１５が接着されている。隣り合って位置する溝ガイド１５の間に、中心線Ａと平行に延出する４つの溝１２が形成されている。溝１２は、ツール本体１１の側面における中心線Ａの方向に沿った略中央位置から、超音波印加面１３に連続する位置まで形成されている。
【００１９】
超音波ホーン９への超音波先端ツール１０の連結は、超音波先端ツール１０の挿入部１４を超音波ホーン９の他端側の端面に形成された取付凹部（図示せず）に差し込み、超音波ホーン９に形成されたネジ穴（図示せず）に止めネジ（図示せず）を螺合させて超音波先端ツール１０を締付固定することにより行われている。超音波ホーン９に連結された超音波先端ツール１０は、超音波印加面１３をガラス基板７に対して０．１ｍｍ程度の間隔をもって対向配置される。
【００２０】
ハンダ供給装置５は、横フレーム３に連結された支持フレーム１６を有している。この支持フレーム１６に、ハンダリール１７と、送り出し機構１８と、加熱機構１９と、送風機構２０とが支持されている。
【００２１】
ハンダリール１７には、ひも状に形成された固体の糸ハンダ２１が引き出し可能に巻き付けられている。糸ハンダ２１の先端側は、送り出し機構１８内に挿入されている。
【００２２】
送り出し機構１８は、ハンダリール１７に巻き付けられている糸ハンダ２１を加熱機構１９に向けて順次送り出す。送り出し機構１８内には、糸ハンダ２１を挟持する位置に配置された送りローラ（図示せず）と、送りローラを回転駆動させるモータ（図示せず）とが設けられている。糸ハンダ２１を挟持した送りローラをモータで回転駆動させることにより、糸ハンダ２１がハンダリール１７から引き出され、引き出された糸ハンダ２１が加熱機構１９に向けて送り出される。
【００２３】
加熱機構１９は、送り出し機構１８により送り出された糸ハンダ２１を加熱して溶融する。この加熱機構１９は、外囲器２２と、外囲器２２内に形成されて送り出し機構１８により送り出された糸ハンダ２１が挿入されるハンダ挿入穴２３と、外囲器２２内に配置されたヒータ（図示せず）とを備えている。ヒータは、ハンダ挿入穴２３に挿入されている糸ハンダ２１を加熱して溶融させる。なお、送り出し機構１８による糸ハンダ２１の送り出し速度は、ハンダ挿入穴２３を通過する糸ハンダ２１が、通過中にヒータにより加熱されて溶融される時間を確保できる速度に設定されている。
【００２４】
送風機構２０は、加熱機構１９により加熱溶融されてこの加熱機構１９のハンダ挿入穴２３を通過した溶融状態のハンダに対し、このハンダをツール本体１１の側面における溝１２の上方のハンダ供給位置２４に運ぶように気体を送風する。送風機構２０により送風される気体としては空気を用いてもよいが、他の物質と反応を起こしにくい化学的に安定した不活性ガス、例えば、窒素ガス等を用いることが好適である。この送風機構２０は、外囲器２２と、外囲器２２内に形成されて気体が送風される通気穴２５と、通気穴２５に気体を送風するポンプ２６とを備えている。ポンプ２６と通気穴２５とは通気パイプ２７により接続され、さらに、ポンプ２６は不活性ガスである窒素ガスを収容した気体タンク２８に接続されている。なお、窒素ガスに代えて他の不活性ガス、例えば、ヘリウムガスやアルゴンガス等を用いてもよい。
【００２５】
外囲器２２は、ハンダ挿入穴２３の一端側と通気穴１９の一端側とが超音波先端ツール１０の一つの溝１２に対向する向きに配置されている。溝１２に対向して位置するハンダ挿入穴２３の一端側と通気穴２５の一端側との開口位置は、図３に示すように、ハンダ挿入穴２３が下側で通気穴２５が上側とされている。また、ハンダ挿入穴２３と通気穴２５との水平方向の幅寸法は、ハンダ挿入穴２３より通気穴２５が大きく形成されている。
【００２６】
このような構成において、ガラス基板７上にハンダをハンダ付けする場合には、ハンダ供給装置５と超音波振動装置４とを駆動させ、及び、超音波先端ツール１０とガラス基板７とを相対的に移動させる。
【００２７】
ハンダ供給装置５の送り出し機構１８を駆動させることにより、ハンダリール１７に巻き付けられている糸ハンダ２１がハンダリール１７から引き出され、引き出された糸ハンダ２１が加熱機構１９に向けて順次送り出される。送り出された糸ハンダ２１は加熱機構１９のハンダ挿入穴２３内に挿入され、ハンダ挿入穴２３内に挿入された糸ハンダ２１はヒータにより加熱されて溶融され、溶融状態のハンダが超音波先端ツール１０に対向するハンダ挿入穴２３の一端側から流れ出る。
【００２８】
さらに、ハンダ供給装置５の送風機構２０を駆動させることにより、気体タンク２８内に収容されている窒素ガスが送風され、送風された窒素ガスが通気パイプ２７内と通気穴２５内とを通って超音波先端ツール１０に対向する通気穴２５の一端側から吹き出す。
【００２９】
ここで、図３に示すように、ハンダ挿入穴２３の上方位置で開口する通気穴２５から窒素ガスが吹き出すことにより、ハンダ挿入穴２３の上方側と通気穴２５との間の気圧がハンダ挿入穴２３の下方側の気圧より低くなる。このため、加熱機構１９により加熱溶融された溶融状態のハンダがハンダ挿入穴２３の一端側から流れ出た場合、溶融状態のハンダが通気穴２５から吹き出す窒素ガスにより上方側に吸い上げられ、溶融状態のハンダが通気穴２５から吹き出す窒素ガスにより運ばれる。通気穴２５から吹き出す窒素ガスにより運ばれる溶融状態のハンダは、超音波先端ツール１０のハンダ供給位置２４にぶつかる。これにより、加熱溶融されたハンダを、ハンダ挿入穴２３及び通気穴２５に対向して位置するハンダ供給位置２４に確実に供給することができる。
【００３０】
ハンダ供給位置２４に供給された溶融状態のハンダは、ハンダ供給位置２４の下側に位置する溝１２内を流れ落ち、さらに、溝１２内から溝１２の下方に位置するガラス基板７上に流れ落ちる。このため、超音波先端ツール１０の溝１２に沿って流れ落ちるハンダは、溝１２により流れる落ちる方向が規制され、超音波先端ツール１０の超音波印加面１３とガラス基板７との間に入り込む位置に確実に導かれる。したがって、ガラス基板７上に流れ落ちたハンダに対する超音波印加面１３からの超音波振動の印加を確実に行うことができ、ガラス基板７上にハンダを強固にハンダ付けした物品を得ることができる。
【００３１】
また、超音波先端ツール１０は、ツール本体１１の中心線Ａと直交する面の断面形状が正方形に形成され、このツール本体１１の側面の４つの角部にそれぞれ溝ガイド１５が接着され、ツール本体１１の４つの側面にそれぞれ溝１２が形成されている。このため、超音波先端ツール１０の水平方向の長手方向と短手方向との寸法差が小さくなり、しかも、超音波先端ツール１０の水平方向における重量の片寄りが抑制されている。このため、超音波先端ツール１０の超音波印加面１３からガラス基板７上のハンダに対して超音波振動を印加する場合に、超音波印加面１３の全域においてハンダに対して均等に超音波振動を印加することができる。
【００３２】
なお、本実施の形態では、ツール本体１１の中心線Ａと直交する面の断面形状を正方形とした場合を例に挙げて説明したが、ツール本体の中心線と直交する面の断面形状としては正方形に限られるものではなく、正五角形、正六角形等の正多角形としてもよく、或いは、円形としてもよい。
【００３３】
また、本実施の形態では、超音波先端ツール１０を超音波ホーン９に着脱可能に連結した場合を例に挙げて説明したが、この超音波先端ツール１０を超音波ホーン９と一体に形成してもよい。
【００３４】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る超音波先端ツールについて、図４及び図５に基づいて説明する。なお、この第２の実施の形態及び以下に説明する他の実施の形態において、第１の実施の形態において説明した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３５】
本発明の第２の実施の形態に係る超音波先端ツール１０Ａの基本的な構造は第１の実施の形態の超音波先端ツール１０と同じであり、中心線Ａに沿って延出する柱状のツール本体１１と、ツール本体１１の側面に形成された溝１２とを備えている。さらに、ツール本体１１の側面には、溝１２と超音波印加面１３Ａとの連続する部分に面取部３０が形成されている。
【００３６】
このような構成において、溶融状態のハンダがハンダ供給装置５によりツール本体１１の側面のハンダ供給位置２４に供給されると、供給されたハンダはハンダ供給位置２４の下側に位置する溝１２内を流れ落ち、さらに、溝１２内から溝１２の下方に位置するガラス基板７上に流れ落ちる。ハンダＢが流れ落ちたガラス基板７に対して超音波先端ツール１０Ａが相対的に矢印Ｃ方向に進行すると、ガラス基板７上のハンダＢは面取部３０の下側に入り込み、さらに、超音波印加面１３Ａとガラス基板７との間に導かれる。
【００３７】
したがって、面取部３０を形成することにより、ガラス基板７上に流れ落ちたハンダＢがツール本体１１によって掻き分けられることがなく、ガラス基板７上に流れ落ちたハンダＢを超音波印加面１３Ａとガラス基板７との間に確実に導くことができる。
【００３８】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る超音波先端ツールについて、図６に基づいて説明する。本発明の第３の実施の形態に係る超音波先端ツール１０Ｂの基本的な構造は第１の実施の形態の超音波先端ツール１０と同じであり、中心線Ａに沿って延出する柱状のツール本体１１と、ツール本体１１の側面に形成された溝１２Ａとを備えている。
【００３９】
ツール本体１１は、中心線Ａと平行に位置する４面の側面を有し、これらの側面に平板状の溝ガイド１５Ａが接着されている。隣り合って位置する溝ガイド１５Ａの間であってツール本体１１の側面の間の角部の位置に、中心線Ａと平行に延出する溝１２Ａが形成されている。溝１２Ａは、ツール本体１１の側面の間の角部における中心線Ａの方向に沿った略中央位置から、超音波印加面１３に連続する位置まで形成されている。ツール本体１１の側面の間の角部であって溝１２Ａの上方部が、溶融されたハンダが供給されるハンダ供給位置２４Ａとされている。
【００４０】
このような構成において、溶融状態のハンダがハンダ供給装置５からハンダ供給位置２４Ａに供給される。
【００４１】
ハンダ供給位置２４Ａに供給された溶融状態のハンダはハンダ供給位置２４Ａの下側に位置する溝１２Ａ内を流れ落ち、さらに、溝１２Ａ内から溝１２Ａの下方に位置するガラス基板７上に流れ落ちる。溝１２Ａ内を流れ落ちるハンダは、溝１２Ａにより流れる落ちる方向が規制され、超音波先端ツール１０の超音波印加面１３とガラス基板７との間に入り込む位置に確実に導かれる。したがって、ガラス基板７上に流れ落ちたハンダに対する超音波印加面１３からの超音波振動の印加を確実に行うことができ、ガラス基板７上にハンダを強固にハンダ付けすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る超音波ハンダ付け装置の全体構造を示す側面図である。
【図２】超音波先端ツールを示す斜視図である。
【図３】加熱機構と送風機構との外囲器を示す正面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る超音波先端ツールを示す正面図である。
【図５】超音波先端ツールを示す縦断側面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る超音波先端ツールを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４３】
４…超音波振動装置、５…ハンダ供給装置、８…超音波振動子、９…超音波ホーン、１０…超音波先端ツール、１０Ａ…超音波先端ツール、１０Ｂ…超音波先端ツール、１１…ツール本体、１２…溝、１２Ａ…溝、超音波振動装置、Ａ…中心線
【図１】
2009000715.tif 000003
【図２】
2009000715.tif 000004
【図３】
2009000715.tif 000005
【図４】
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【図５】
2009000715.tif 000007
【図６】
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