专利名称：谐振器、超声头和利用超声头的超声波焊接机的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于通过利用超声波振动来焊接两个物体的超声头和利用超声头(head)的超声波焊接机(bonder)。
背景技术：
近年来，随着许多管脚的LSI芯片被焊接于衬底上，开始使用超声波焊接机。超声波焊接机的基本结构如图1所示。在该超声波焊接机中，倒装芯片焊接方法被用来将LSI芯片焊接到衬底上。
在图1中，在LSI芯片20的每个电极端子21上形成的凸起(bump)22与衬底30上形成的焊垫31相接触的状态下，下部填充物(under-fill)35填充LSI芯片20和衬底30之间的空间。在超声波焊接机中，这样进行调节，使得超声头10被按压到LSI芯片20的表面上，该表面与其上形成有电极端子21的表面相反。在该状态下，当超声头10在与它相对于LSI芯片20的接触表面相平行的方向(参见图1中的箭头)上以超声波频率(例如40kHz)振动时，该超声波振动造成凸起22和衬底30的焊垫31相互摩擦，它们的接触表面变得平滑和一体化(固相接合)。因此，LSI芯片20的每个凸起22被焊接于衬底30上的焊垫31，可靠地实现LSI芯片20和衬底30之间的电连接。
超声波焊接机中所用的超声头10例如被构造为如图2所示。也就是，超声头10具有超声波振动器11和与之连接的谐振器15。谐振器15被构造为具有主轴12，在从超声波振动器11产生的超声波的前进方向上延伸；以及突出部(protrusion)13a和13b，从主轴12的纵向方向中央突出到与主轴纵向方向垂直的方向。以一个突出部13a接触将作为焊接对象的物体(例如LSI芯片20)，将超声头10朝着该物体按压。然后，从超声波振动器11产生的超声波振动(纵向波)在谐振器15中共振，共振状态下主轴12的超声波振动从突出部13a提供给将作为焊接对象的物体。
如上所述用于焊接两个物体(LSI芯片20的每个凸起22和衬底30的每个焊垫31)的具体超声波焊接机至今已有各种提议(例如，专利文献1和专利文献2)。第一常规装置(参照专利文献1)被构造为，由振动器提供的纵向振动所造成的角状物(horn)(对应于图2中的主轴)垂直方向上的扩张收缩变化相位，与凸起部分(对应于图2中的突出部13a)中引起的弯曲振动相位是相同的相位。因此，弯曲振动所造成的偏转位移抵偿了焊接动作部分侧端处的扩张收缩振动相对于位于凸出部分前端(lead)处的物体的位移，从而能够最小化与物体相接触的焊接动作部分的垂直向下方向上的位移。
JP2003-218164A[专利文献2]JP2004-165523A发明内容请注意，在如上所述的超声波焊接机中，提供给将作为焊接对象的物体(例如，LSI芯片20)的焊接能量E可表示为基于如下定义的积分值。
∫μPvdt(θv＝2πfξ)μ摩擦系数P按压力v振动速度(凸起22和接线焊垫31之间的相对速度)f振荡频率ξ振幅在近年来的LSI芯片20中，与更高集成度相关联，各电极端子21之间的间隔变得更窄(变成更细微的节距)，可发现每个电极端子21处形成的凸起22的尺寸更小。在这样的情形下，与各电极端子21之间的更窄间隔相关联，超声头10的振幅ξ日趋减小。同时，与凸起22的更小尺寸相关联，按压力P日趋减小。由于该原因，为了保留焊接所必需的焊接能量E(参照等式1)，需要增大焊接所用的超声波频率。
在该方式下，当超声头10处的振荡频率变得更高时，谐振器15的突出部13a相对于其波长变得相对更大，超声波振动增大了突出部13a的弯曲振动量。图3示出了谐振器15中预定振荡频率下的振动波形，其中整个长度基本是超声波的一个波长(从中央线到两侧约为半个波长)。在这种情况下产生了驻波，在该驻波中，振动(最大幅度)的波腹位于谐振器15(主轴12)的中央(Disp＝0)和两端(Disp＝λ/2，Disp＝-λ/2)处。如图4所示，随着主轴12中央所形成的突出部13a(工具部分)的主轴12(谐振器15)纵向方向上的长度Ltool变大，突出部13a纵向方向的两侧之间的幅度差变大。而且，如图4所示，由于突出部13a从主轴12纵向方向侧表面突出，所以突出部13a的弯曲振动(参见双向箭头)变大。请注意，不与物体相接触的突出部13b具有与突出部13a相同的形状和被相似地操作。
在该方式下，随着将开始与作为焊接对象的物体相接触的突出部13a的弯曲振动量越来越大，物体和突出部13a之间的接触变得越来越不稳定，造成超声波振动无法有效传送到物体。鉴于上述问题，按照振荡频率，来改变突出部13a(工具部分)的恰当长度Ltool(其中例如幅度差在10％之内)，例如如图5所示。在图5中，实线示出了对应于振荡频率的幅度差是10％的突出部13a的长度Ltool。在这种情况下，当振荡频率是50kHz时，突出部13a的长度Ltool约为14mm；当振荡频率是200kHz时，突出部13a的长度Ltool约为3mm(其对应于图3中双向箭头所示的长度)。同时，点划线表示对应于振荡频率的幅度差是5％的突出部13a的长度Ltool。在这种情况下，当振荡频率是50kHz时，突出部13a的长度Ltool约为10mm；当振荡频率是200kHz时，突出部13a的长度Ltool约为2mm。
在该方式下，为了增大超声头10处的振荡频率，必须减少将开始与物体相接触的突出部(突起)13a的长度(面积)。然而，当这样减少突出部13a的长度Ltool时，与将作为焊接对象的物体的接触面积有所减少，这对于焊接到大型物体(LSI芯片)来说变得不适宜。
本发明正是考虑到这样的背景而提出的。因此，本发明的目的是提供一种超声头和一种利用该超声头的超声波焊接机，该超声头能够抑制突出部的弯曲振动，而不减少与作为焊接对象的物体相接触的突出部的长度(面积)。
按照本发明的谐振器包括主轴，其连接于超声波振动器，在从该超声波振动器产生的超声波的前进方向上延伸；以及突出部，其从该主轴的纵向方向中央的附近，在与该主轴的纵向方向交叉的方向上突出，其中在该主轴中，多个孔在纵向方向中央附近(突出部从该附近突出)，被形成于与突出部的突出方向基本正交的截面内。
在这种结构的超声头中，从超声波振动器产生的超声波经过主轴前进并在谐振器中共振，并产生这样的驻波，波腹位于谐振器内的主轴的中央和纵向方向的两端之间。另一方面，该驻波的节点通常产生于主轴纵向方向上的中央和两端之间的中部。如果该振动在特定时刻变成在来自振动器的波的前进方向上振动的纵波，则例如，其中央在前进方向上转移，纵向方向上的两端相对于前进方向作反向转移。结果，主轴从振动器侧端到中央之间的部分在纵向方向上较长、在截面上较薄。另一方面，主轴从中央到与振动器侧相反的一端之间的部分在长度上较短、在截面上较厚。此时，突出部通过强制振动而下垂(弯曲)和变形。
然而，在本发明中，在主轴中，由于在纵向方向中央附近(突出部从其突出)、与突出部的突出方向基本正交的截面内所形成的每个孔，主轴上突出部附近的刚度有所减少。由此，在主轴的附近，与不存在孔的情况相比，变厚之处的程度进一步增大，变薄之处的程度进一步加重和变薄。为此，主轴的附近加强的力被作用于突出部所倒向的侧部，因此突出部的下垂有所抑制。同时，与不存在孔的情况相比试图进一步变弱的拉力被作用于与突出部所倒向的侧部相反的部分，突出部的下垂有所抑制。
在按照本发明的谐振器中，在多个形成的孔之中，至少面向该突出部的一位置中形成的孔具有这样的形状，面向该突出部的该位置的内平面(innerplane)从该主轴纵向方向的两端侧，朝着在该纵向方向上基本二等分该主轴的中央平面，逐渐靠近该突出部。
由于这样的结构，主轴中的突出部附近形成的每个孔被定形为，面向该突出部的内表面逐渐靠近主轴的中央表面。结果，每个孔使得超声波的前进路径成角形并且到达突出部。为此，超声波振动在突出部处的振幅可被放大。也就是，在这样的结构中，随着振动从主轴前进到突出部，前进路径的截面面积逐渐变小。因此，与主轴相比，突出部的位移量(也就是幅度)变大。
而且，按照本发明的谐振器还包括从该主轴朝着该突出部竖立(stand up)的斜面(slant)。
在这样的结构中，在主轴中的突出部附近，突出部不从主轴急剧地竖立，并且突出部从斜面连续地竖立。由此，经过主轴前进的超声波振动被平稳地引导到突出部。
同时，按照本发明的谐振器被构造为，主轴纵向上排列的多个孔被形成于突出部中。
在这样的结构中，通过所形成的各孔，可使得与将作为焊接对象的物体相接触的突出部的端表面波动更为细微。因此，能够使得突出部的端表面在振动时更为平坦。
同时，按照本发明的超声头可构造为将超声波振动器连接于这些谐振器的任一个。而且，按照本发明的超声波焊接器被构造为具有超声头，包括用于将超声头的突出部的端表面按压于待焊接的两个物体的至少一个的按压机构，将超声波振动提供给该物体。
在这样的结构中，保持了物体和超声头中谐振器的突出部之间的稳定接触，超声波振动可被有效传送到物体。
按照本发明，主轴附近变强的力被作用于谐振器中突出部倒向的侧部，突出部的下垂有所抑制。同时，主轴附近变弱的力被作用于与突出部倒向的侧部相反的侧部。
而且，按照本发明，通过突出部中形成的主轴纵向方向上排列的多个孔，与将作为焊接对象的物体相接触的突出部的端表面波动被划分成细微波动的组合。结果，能够使突出部的端表面更为平坦。
图1是示出超声波焊接机原理的图；图2是示出超声头基本结构的图；图3是示出超声头的谐振器振度状态的图；图4是示出超声头中谐振器的突出部弯曲振动的图；图5是适当突出部(工具截面)的振荡频率和长度之间关系的图；图6是示出按照本发明实施例的超声波焊接机的图；图7是示出按照本发明第一实施例的超声头结构的图；图8是示出按照本发明第二实施例的超声头结构的图；图9是示出按照本发明第三实施例的超声头结构的图；图10是示出按照本发明第四实施例的超声头结构的图；
图11是示出按照本发明第五实施例的超声头结构的图；图12是示出按照本发明第六实施例的超声头结构的图；图13是示出按照本发明第七实施例的超声头结构的图；图14是示出按照本发明第八实施例的超声头结构的图；图15是示出按照本发明第九实施例的超声头结构的图；图16是示出按照本发明第十实施例的超声头结构的图；图17是示出谐振器中主轴和突出部的运动模拟结果(No.1)的透视图；图18是示出谐振器中主轴和突出部的运动模拟结果(No.1)的正视图；图19是示出谐振器中主轴和突出部的运动模拟结果(No.2)的透视图；图20是示出谐振器中主轴和突出部的运动模拟结果(No.2)的正视图；图21是示出谐振器中主轴和突出部的运动模拟结果(No.3)的透视图；图22是示出谐振器中主轴和突出部的运动模拟结果(No.3)的正视图；图23是示出谐振器中主轴和突出部的运动模拟结果(No.4)的透视图；以及图24是示出谐振器中主轴和突出部的运动模拟结果(No.4)的正视图。
具体实施例方式
下面将参照附图，描述本发明的实施例。
按照第一实施例的超声波焊接机如图6所示。
在图6中，该超声焊接例如如图1所示进行。该超声波焊接机具有按压机构110、对准机构120、台架121、摄像单元移动机构130和摄像单元131。超声头10被安装于按压机构110的尖端处，按压机构110(对应于本发明的按压机构)在垂直方向上(在Z轴方向上)升降超声头10。台架121被固定于对准机构120的上端，对准机构120在水平面(X-Y平面)内移动台架121，并且相对于Z轴无倾斜移动。摄像单元131被固定于摄像单元移动机构130，从而台架121之上的预定区域变成摄像范围。摄像单元移动机构130在水平面(X-Y平面)内移动摄像单元131。
该超声波焊接机还具有按压控制器210、超声波振荡器220、摄像单元移动机构控制器240、图像处理器250和主控制器200。在主控制器200的控制之下，超声波振荡器220将预定频率的超声波驱动信号输出到超声头10。待焊接的一个物体(例如衬底)被设置于台架121上。另一方面，待焊接的另一物体(例如LSI芯片)被吸引到按压机构110尖端处安装的超声头10并被该超声头保持。摄像单元131能够在两个方向(台架121方向和超声头10方向)上摄像。摄像单元131对台架121上设置的物体和超声头10所保持的物体进行摄像，输出适当的摄像信号。图像处理器250对于从摄像单元131输出的摄像信号进行预定的图像处理和输出预定的图像信号。
在主控制器200的控制之下，摄像单元移动机构控制器240进行摄像单元移动机构130的驱动控制，从而摄像单元131相对于台架121上设置的物体具有预定位置。在主控制器200的控制之下，按压控制器210对其上安装有超声头10的按压机构110进行驱动控制。在主控制器200的控制之下，基于来自图像处理器250的图像信号，对准机构控制器230进行对准机构120的驱动控制(定位)，从而安装于超声头10尖端处和变成焊接对象的另一物体，无倾斜地以预定的位置关系，与设置于台架121上和变成焊接对象的一个物体相接触。然后，按压控制器210驱动控制的按压机构110以预定压力将安装于超声头10处的物体朝着设置在台架121上的物体按压。在该情形下，超声波振荡器220将超声波信号提供给超声头10，超声头10被超声振动，两个物体通过超声头10的超声振动而焊接。
与图2所示相似，安装于按压机构110尖端处的超声头10基本包括超声波振动器11和与之相连的谐振器15。谐振器15被构造为具有主轴12，在从超声波振动器11产生的超声波的前进方向上延伸；以及突出部13a和13b，从主轴12的纵向方向中央突出到与纵向方向垂直的方向。
除图2所示基本结构之外，按照本发明第一实施例的超声头10还具有图7所示结构。在该超声头10中，相对于在纵向方向上将主轴12基本平分的中央平面Lc，近似对称地形成两个矩形孔41a、41b。
在主轴12纵向方向中央附近(突出部13a、13b从其突出)、与突出部13a和13b的突出方向近似正交的截面中，形成这两个孔41a、41b。一个突出部13a(工具部分)的端表面与将作为焊接对象的一个物体(例如LSI芯片)相接触。请注意，未示出的吸引机构(例如，吸入空气和产生负压的开口)被设置于突出部13a中，能够吸引LSI芯片等。
在这种结构的超声头10中，从超声波振动器11产生的超声波振动经过主轴12前进并在谐振器15中共振，产生这样的驻波，波腹位于谐振器15内的主轴12的中央及其两端处。
另一方面，该驻波的节点通常产生于主轴12纵向方向上的中央平面Lc和两端之间的中部。例如，如果该振动在特定时刻变成在来自振动器11的波的前进方向上振动的纵波，则主轴12的中央在前进方向(图7的A箭头方向)上转移，主轴12纵向方向上的两端相对于前进方向作反向转移(图7的B箭头和C箭头)。结果，主轴12从振动器11侧的一端到中央之间的部分12a在长度变长、在截面上变薄。另一方面，主轴从中央到振动器11侧的相反一端之间的部分12b在长度上变短、在截面上变厚。
同时，从主轴纵向方向中央附近突出的突出部13a、13b在该时刻比主轴12具有更大位移，因而突出部13a、13b的尖端在前进方向上比主轴中央移动得更远，突出部13a、13b变为倒向前进方向的状态(参照图17和图18的模拟结果)。
在这样的情形下，其上形成主轴12的孔31a、41b的这些部分的刚度有所减少。因此，在主轴12的突出部13a附近，变厚之处的程度进一步增大，变薄之处的程度进一步加重和变薄。为此，主轴12附近相对较大的变强力量被作用于突出部13a所倒向的侧部13ab，因此突出部分13a的一个侧部13ab的下垂有所抑制。同时，主轴12附近较大的变弱力量作为拉力被作用于与突出部13a所倒向的侧部13ab相反的侧部13aa，突出部13a的另一侧部13aa的延伸有所抑制。结果，减少了突出部13a的下垂。这样的操作即使在突出部13b中也是相似的(参照图19和图20的模拟结果)。
由于谐振器15中主轴12和突出部13a(13b)的运动，抑制了突出部分13a的弯曲振动，使得突出部13a的端表面与将作为焊接对象的物体发生稳定接触。谐振器15中主轴12和突出部13a(13b)的运动模拟结果在图17至图20中示出。图17(透视图)和图18(正视图)示出了在主轴12中未形成孔的谐振器15，图19(透视图)和图20(正视图)示出了在主轴12中形成孔41a、41b的谐振器15。如果如图17和图18所示，在主轴12中未形成孔，则突出部13a、13b进行弯曲振动。相反地，如果如图19和图20所示，在主轴12中形成孔41a、41b，则突出部13a、13b的弯曲振动有所抑制。
除图2所示基本结构之外，按照本发明第二实施例的超声头10还具有图8所示结构。在该超声头10中，相对于主轴12纵向方向上的中央平面Lc，对称地形成四个矩形孔42a、42b、42c和42d。这四个孔42a、42b、42c和42d被形成为一部分位于主轴12的突出对应部分14处。
即使在这种结构的超声头10中，主轴12和突出部13a、13b与第一实施例的情况(参照图7)相似地来操作，突出部13a、13b的弯曲振动被四个孔42a、42b、42c和42d抑制。
除图2所示基本结构之外，按照本发明第三实施例的超声头10还具有图9所示结构。在该超声头10中，相对于在主轴纵向方向上基本二等分主轴12的中央平面Lc，基本对称地形成孔43a、43b，这些孔具有这样的形状近似椭圆的形状被二等分。近似椭圆的形状被二等分的孔43a、43b具有这样的形状，其中面向突出部13a、13b的这些位置处的内平面，从主轴12纵向方向上的两端侧朝着在纵向方向上基本二等分主轴12的中央平面Lc，逐渐靠近突出部13a、13b。在主轴12纵向方向中央附近(突出部13a、13b从其突出)、与突出部13a和13b的突出方向基本正交的截面内，形成这两个孔43a、43b。
即使在这种结构的超声头10中，主轴12和突出部13a、13b与第一实施例的情况(参照图7)相似地动作，两个孔43a、43b抑制了突出部13a、13b的弯曲变化。而且，每个孔43a、43b具有这样的形状，其中向着中央平面Lc扩张的椭圆被二等分。由此，在主轴12中的突出部分13a、13b附近，由于超声波的前进路径(例如，参照图9中的箭头(1)、(2))是角形(horned)并且到达突出部13a、13b，所以超声波振动在突出部13a处的振幅被放大。也就是，在这样的结构中，随着振动从主轴12前进到突出部13a、13b，前进路径的横截面积逐渐变小。因此，与主轴12相比，突出部13a、13b的位移量(也就是幅度)变大。因而超声波振动可有效提供给与突出部13a(工具部分)相接触的将作为焊接对象的物体。
除如图2所示基本结构之外，按照本发明第四实施例的超声头10还具有图10所示结构。在该超声头10中，相对于在主轴纵向方向上基本二等分主轴12的中央平面Lc，基本对称地形成具有椭圆被四等分得到的形状的孔44a、44b、44c和44d。这四个孔44a、44b、44c和44d被形成为一部分位于主轴12的突出部对应部分14处。因此，这四个孔44a、44b、44c和44d具有这样的形状，其中面向突出部13a、13b的这些位置处的内平面，从主轴12纵向方向上的两端侧朝着在纵向方向上基本二等分主轴12的中央平面Lc，逐渐靠近突出部13a、13b。
即使在这种结构的超声头10中，主轴12和突出部13a、13b与第一实施例的情况(参照图7)相似地动作，四个孔44a、44b、44c和44d抑制了突出部13a、13b的弯曲振动。而且，与第三实施例的情况(参照图9)也相似，在主轴12中的突出部13a、13b附近，由于超声波的前进路径是角形，所以超声波振动在突出部13a处的振幅被放大。请注意，即使与图10的情况相比，形成更多数量的孔，但是如果内平面具有这样的形状，这些形状从主轴12纵向方向上的两端侧，朝着在纵向方向上基本二等分主轴12的中央平面Lc，逐渐靠近突出部13a、13b，那么至少在面向突出部13a、13b的位置处所形成的孔中，获得相同效果。
除如图2所示基本结构之外，按照本发明第五实施例的超声头10还具有图11所示结构。在该超声头10中，相对于在主轴纵向方向上基本二等分主轴12的中央平面Lc，基本对称地形成五边形的两个孔45a、45b。这两个孔45a、45b具有朝着中央平面Lc扩张的部分，也被形成于主轴12纵向方向中央附近(突出部13a、13b从其突出)、与突出部13a和13b的突出方向基本正交的截面内。也就是，面向突出部13a、13b的这些位置处所形成的孔45a、45b的截面形状是五边形状，这些形状具有在主轴12纵向方向上倾斜和逐渐靠近突出部的斜边。
即使在这种结构的超声头10中，与第三实施例(参照图9)相似，获得了突出部13a、13b弯曲振动的抑制效果和突出部13a(工具部分)振幅的放大效果。
除图2所示基本结构之外，按照本发明第六实施例的超声头10具有图12所示结构。在该超声头10中，相对于在主轴纵向方向上基本二等分主轴12的中央平面Lc，基本对称地形成三角形的两个孔46a、46b。这两个孔46a、46b具有朝着中央平面Lc扩张的形状，被形成于主轴12纵向方向中央附近(突出部13a、13b从其突出)、与突出部13a和13b的突出方向基本正交的截面内。也就是，孔46a、46b的截面形状是三角形状，这些形状具有在主轴12纵向方向上倾斜和逐渐靠近突出部13a、13b的斜边。
即使在这种结构的超声头10中，与第三实施例(参照图9)相似，获得了突出部13a、13b弯曲振动的抑制效果和突出部13a(工具部分)振幅的放大效果。
除如图2所示基本结构之外，按照本发明第七实施例的超声头10还具有图13所示结构。在该超声头10中，相对于在主轴纵向方向上基本二等分主轴12的中央平面Lc，基本对称地形成四边形的四个孔47a、47b、47c和47d。这四个孔47a、47b、47c和47d具有朝着中央平面Lc扩张的部分，并被形成于主轴12纵向方向中央附近(突出部13a、13b从其突出)、与突出部13a和13b的突出方向基本正交的截面内。同时，这四个孔47a、47b、47c和47d对应于在至少面向突出部13a、13b的位置处所形成的孔。这些孔47a、47b、47c和47d具有这样的形状，其中面向突出部13a、13b的位置的内表面，从主轴12纵向方向的两端侧朝着在纵向方向上基本二等分主轴12的中央平面Lc，逐渐靠近突出部13a、13b。请注意，形成五个或更多孔的情况(例如，在孔47a、47b之间形成更多其他孔的情况)也是相似的。
即使在这种结构的超声头10中，与第四实施例(参照图10)相似，获得了突出部13a、13b弯曲振动的抑制效果和突出部13a(工具部分)振幅的放大效果。
除图2所示基本结构之外，按照本发明第八实施例的超声头10具有图14所示结构。在该超声头10中，相对于在主轴纵向方向上基本二等分主轴12的中央平面Lc，基本对称地形成三角形的四个孔48a、48b、48c和48d。这四个孔48a、48b、48c和48d具有朝着中央平面Lc扩张的形状，并被形成于主轴12纵向方向中央附近(突出部13a、13b从其突出)、与突出部13a和13b的突出方向基本正交的截面内。
即使在这种结构的超声头10中，与第四实施例(参照图10)和第七实施例(参照图13)相似，获得了突出部13a、13b弯曲振动的抑制效果和突出部13a(工具部分)振幅的放大效果。
除图2所示基本结构之外，按照本发明第九实施例的超声头10具有图15所示结构。在该超声头10中，与图11所示第五实施例相似，相对于中央平面Lc，基本对称地在主轴12中形成五角形的两个孔49a、49b，从而其一部分位于突出对应部分14。而且形成斜面16a、16b，它们分别在突出部13a的纵向方向上从主轴12朝着两侧竖立。同时，形成斜面16c、16d，它们分别在突出部13b的纵向方向上从主轴12朝着两侧竖立。
在这种结构的超声头10中，由于五边形的孔49a、49b(具有朝着中央平面Lc扩张的部分，与第五实施例(参照图11)相似)，获得了突出部13a、13b弯曲振动的抑制效果和突出部13a(工具部分)振幅的放大效果。而且，超声波经过前进路径(参照图15中的箭头(1)、(2))被平滑引入到突出部13a、13b，该前进路径是由朝着五边形各孔49a、49b中央线Lc扩张的部分和为突出部13a、13b而形成的斜面16a、16b和16c、16d组成的。因此，突出部13a(工具部分)更有效的振动变得可能。
除图2所示基本结构之外，按照本发明第十实施例的超声头10具有图16所示结构。在该超声头10中，相对于中央平面Lc，基本对称地在各突出部13a、13b中形成矩形孔50a、50b和50c、50d(切口形状是允许的)。请注意，与各实施例相似，这多个孔被这样形成，其一部分相对于中央平面Lc对称地位于突出部对应部分14处。
在这种结构的超声头10中，尽管在超声波振动时在各突出部13a、13b的端表面上引入了波动，但是各孔50a、50b和50c、50d使得各突出部13a、13b中的刚度变得不规则，因而使各突出部13a、13b的端表面上的波动更为细微。也就是，各孔50a、50b和50c、50d具有将引入波动之处的区域进行划分的效果。各孔50a、50b和50c、50d所划分的单独区域造成各细微波动的引入。由此，可达到与将作为焊接对象的物体相接触的突出部13a(工具部分)端表面的振动时间的平整，保持突出部13a的端表面和将作为焊接对象的物体之间良好的粘着。结果，超声波振动能够从突出部13a更有效地提供给物体。
谐振器15中主轴12和突出部13a(13b)的运动的模拟结果在图21至图24中示出。图21(透视图)和图22(正视图)示出了在突出部13a、13b中未形成孔的谐振器15。图23(透视图)和图24(正视图)示出了在突出部13a、13b中形成孔50a、50b和50c、50d的谐振器15。请注意，在图21至图24所示谐振器15中，即使在主轴12中仍然相对于中央平面Lc对称地形成孔41a、41b(参照图7)。
如果如图21和图22所示，在各突出部13a、13b中未形成孔，则各突出部13a、13b端表面上形成的波动变得相对大。然而如图23和图24所示，如果在各突出部13a、13b中形成孔50a、50b和50c、50d，则各突出部13a、13b端表面上的波动更为细微。
<工业应用性>
如上所述，本发明产生了能够抑制突出部的弯曲振动而不减小与成为焊接对象的主体相接触的突出部的长度(面积)的效果，作为用于通过利用超声波振动来焊接两个物体的超声头和利该用超声头的超声波焊接机是很有用的。
权利要求
1.一种谐振器，包括主轴，其连接于超声波振动器，并在从该超声波振动器产生的超声波的前进方向上延伸；以及突出部，其从该主轴的纵向方向中央附近，在与该主轴的纵向方向交叉的方向上突出，其中，在该主轴中，在所述突出部从其突出的纵向方向中央附近、在与该突出部的突出方向基本正交的截面内形成多个孔。
2.如权利要求1所述的谐振器，其中，在多个所形成的孔之中，至少面向该突出部的一位置中形成的孔具有这样的形状面向该突出部的该位置的内平面从该主轴纵向方向的两端侧、朝着在该纵向方向上基本二等分该主轴的中央平面，逐渐靠近该突出部。
3.如权利要求2所述的谐振器，还包括从该主轴朝着该突出部竖立的一斜面。
4.一种谐振器，包括主轴，其连接于该超声波振动器，在从该超声波振动器产生的超声波的前进方向上延伸；以及突出部，其从该主轴的纵向方向中央附近、在与该主轴的纵向方向交叉的方向上突出，其中，在该主轴的纵向方向上排列的多个孔被形成于该突出部中。
5.一种超声头，包括超声波振动器；以及谐振器，包括主轴，其连接于该超声波振动器，并在从该超声波振动器产生的超声波的前进方向上延伸；以及突出部，其从该主轴的纵向方向中央附近、在与该主轴的纵向方向交叉的方向上突出，其中，在该主轴中，在所述突出部从其突出的纵向方向中央附近、在与该突出部的突出方向基本正交的截面内形成多个孔。
6.如权利要求5所述的超声头，其中，在多个所形成的孔之中，至少面向该突出部的一位置中形成的孔具有这样的形状面向该突出部的该位置的内平面从该主轴纵向方向的两端侧、朝着在该纵向方向上基本二等分该主轴的中央平面，逐渐靠近该突出部。
7.如权利要求6所述的超生头，还包括从该主轴朝着该突出部竖立的一斜面。
8.一种超声头，包括超声波振动器；以及谐振器，包括主轴，其连接于该超声波振动器，并在从该超声波振动器产生的超声波的前进方向上延伸；以及突出部，其从该主轴的纵向方向中央附近、在与该主轴的纵向方向交叉的方向上突出；其中，在该主轴的纵向方向上排列的多个孔被形成于该突出部中。
9.一种超声波焊接机，包括超声波振动器；谐振器，包括主轴，其连接于该超声波振动器，并在从该超声波振动器产生的超声波的前进方向上延伸；以及突出部，其从该主轴的纵向方向中央附近、在与该主轴的纵向方向交叉的方向上突出；以及按压机构，用于将该谐振器的突出部的端表面，朝着待焊接的两个物体的至少一个按压，其中，在该主轴中，在所述突出部从其突出的纵向方向中央附近、在与该突出部的突出方向基本正交的截面内，形成多个孔。
10.如权利要求9所述的超声波焊接机，其中，在多个所形成的孔之中，至少面向该突出部的一位置中形成的孔具有这样的形状面向该突出部的该位置的内平面从该主轴纵向方向的两端侧、朝着在该纵向方向上基本二等分该主轴的中央平面，逐渐靠近该突出部。
11.如权利要求10所述的超声波焊接机，还包括从该主轴朝着该突出部竖立的一斜面。
12.一种超声波焊接机，包括超声波振动器；谐振器，包括主轴，其连接于该超声波振动器，并在从该超声波振动器产生的超声波的前进方向上延伸；和突出部，其从该主轴的纵向方向中央附近、在与该主轴的纵向方向交叉的方向上突出；以及按压机构，用于将该谐振器的突出部的端表面，朝着待焊接的两个物体的至少一个按压，其中，在该主轴的纵向方向上排列的多个孔被形成于该突出部中。
全文摘要
本发明提供谐振器、超声头和利用超声头的超声波焊接机。谐振器(15)包括主轴(12)，其连接于超声波振动器(11)，在从超声波振动器(11)产生的超声波的前进方向上延伸；以及突出部(13a、13b)，其从主轴(11)纵向方向的中央平面Lc，在与纵向方向交叉的方向上突出，其中在突出部(13a、13b)从其突出的主轴(12)的纵向方向中央附近，在与突出部(13a、13b)的突出方向基本正交的截面内，相对于主轴(12)纵向方向上的中央平面(Lc)，对称地形成多个孔(41a、41b)。
文档编号B23K20/10GK1783448SQ20051005905
公开日2006年6月7日 申请日期2005年3月21日 优先权日2004年11月30日
发明者尾崎行雄, 春日俊则 申请人:富士通株式会社