模具安裝用臂的製作方法

2023-05-29 14:13:51 2

專利名稱：模具安裝用臂的製作方法
技術領域：
本發明涉及焊接裝置的模具(horn)安裝用臂的結構。
技術背景在半導體的製造工序中，實行將半導體晶片安裝在電路板上的晶片焊接， 用金屬線連接通過晶片焊接安裝在電路板上的半導體晶片的電極和電路板 電極的金屬線焊接等工序。在所述晶片焊接，金屬線焊接中分別使用晶片焊 接裝置，金屬線焊接裝置，在各裝置中安裝筒夾器具(collet)及毛細管等焊 接工具，所述筒夾器具推壓半導體晶片使其與電路板壓接，所述毛細管使得 連接金屬線與各電極壓接。並且，焊接工具安裝在超聲波模具的前端,通過驅 動用電機，所述前端沿上下方向被驅動，在超聲波模具的後端，安裝超聲波振 子，當焊接時對焊接工具進行加振。例如，在專利文獻l中，提出以下金屬線焊接裝置結構在超聲波模具前 端安裝毛細管，支承該超聲波模具，使其與驅動用電機的磁軛一起繞迴轉軸 迴轉自如，通過使得驅動用電機的磁軛動作，使得超聲波模具繞迴轉軸正反 方向迴轉，能沿上下方向即Z方向驅動超聲波模具前端。在專利文獻2中，提出以下金屬線焊接裝置結構將驅動用電機安裝在繞 迴轉軸迴轉的支承框架一端，通過該驅動用電機使得支承框架迴轉，這樣， 能沿上下方向即Z方向驅動安裝在支承框架另 一端的超聲波模具前端。另外，根據電路板或半導體晶片等工件種類不同，有時焊接時需要加熱 工件，因此，用真空吸引固定電路板的焊接臺設有電加熱器等加熱手段。因此， 焊接時，加熱器加熱電路板，從該電路板發出的輻射熱會傳到超聲波模具， 超聲波模具溫度上升(例如參照專利文獻3， 4)。毛細管以懸臂狀態支承安裝 在超聲波模具前端部，因此，有時會因超聲波模具的溫度變化產生位置變化。為此，在專利文獻3中，提出為了防止來自焊接臺的加熱器的熱輻射，安裝遮蔽板及空氣冷卻噴嘴方案。在專利文獻4中，提出在超聲波模具內部設置 冷卻空氣用通道的冷卻超聲波模具的方法。[專利文獻l]特開平5-82577號公報 [專利文獻2]特開2003-258021號公報 [專利文獻3]特開2000-322050號公報 [專利文獻4]特開2000-164624號公報在專利文獻1或2記載的金屬線焊接裝置中，在安裝在超聲波模具前端的 毛細管與工件相接狀態下，毛細管前端必須相對工件垂直，因此，超聲波模 具或支承框架的迴轉中心必須與相接狀態的毛細管前端處於相同高度。因此， 能焊接的電路板大小受超聲波模具長度限制。但是，近年，由於電路板大型化，要求對更大的工件進行焊接。但是,超聲 波振子起著從迴轉中心的臂的功能,超聲波模具通過超聲波振子激振前端的 毛細管，起著使得金屬線壓接的功能，因此，由金屬形成，以便輸出所定的駐 波及激振力。因此,為了與焊接大工件相對應，若使得超聲波模具長,則重量 增加，同時，繞迴轉中心的超聲波模具的迴轉慣性矩變大，存在難以高速驅動 的問題。又，在專利文獻3或4記載那樣的通過空氣冷卻超聲波模具的方法中，因 冷卻空氣的接觸差異，超聲波模具會發生2 3。C的溫度差，因此，難以抑制因 超聲波模具位置偏移等引起的焊接質量的低下。再有，超聲波模具由熱膨脹大的金屬形成，因此，使得超聲波模具長以與 大的電路板對應場合,溫度變化引起的位置變化大，存在焊接精度低下問題。發明內容本發明就是為解決上述先有技術所存在的問題而提出來的，本發明的目 的在於，能對大工件實行高速、精度良好的焊接。為了達到上述目的，本發明提出以下技術方案。(1) 一種模具安裝用臂，系焊接裝置的模具安裝用臂， 一端固定在驅動 部，另一端安裝超聲波模具，其特徵在於,包括 固定用架，配置在一端側；超聲波模具安裝用架，配置在另一端側；臂部件，由纖維強化塑料構成，連接固定用架和超聲波模具安裝用架。(2) 在上述(l)所述的模具安裝用臂中，其特徵在於 臂部件由長度方向強度比寬度方向強度大的纖維強化塑料構成。(3) 在上述(l)所述的模具安裝用臂中，其特徵在於，所述臂部件設有 兩平板，夾持固定用架和超聲波模具安裝用架固定； 平板間隔保持部件，固定在各平板之間，保持各平板間隔。(4) 在上述(3)所述的模具安裝用臂中，其特徵在於 所述平板間隔保持部件是長結構部件，延伸在一端側的固定用架和另一端側的超聲波模具安裝用架之間，設有固定在各平板的凸緣以及連接各凸緣 之間的肋，保持各平板間隔。(5) 在上述(3)所述的模具安裝用臂中，其特徵在於 所述平板間隔保持部件是間隔件,其固定在一端側的固定用架和另一端側的超聲波模具安裝用架之間。(6) 在上述(5)所述的模具安裝用臂中，其特徵在於 所述間隔件為蜂窩結構材。(7) 在上述(1)-(6)任一個所述的模具安裝用臂中，其特徵在於 所述纖維強化塑料是碳纖維強化塑料或玻璃纖維強化塑料。(8) 在上述(1)-(7)任一個所述的模具安裝用臂中，其特徵在於 所述纖維強化塑料的長度方向的強化纖維數比寬度方向的強化纖維數多。下面說明本發明效果。按照本發明的模具安裝用臂,具有能對大工件實行高速、精度良好的焊 接的效果。


圖l是表示本發明實施形態的設有模具安裝用臂的金屬線焊接裝置結構 的說明圖。圖2A, 2B是本發明實施形態的模具安裝用臂的立體圖。 圖3是表示本發明實施形態的模具安裝用臂的長結構部件和平板的連接 結構的立體圖。圖4A， 4B是表示本發明的另一實施形態的模具安裝用臂的立體圖。 圖5是表示本發明另一實施形態的模具安裝用臂的間隔件和平板的連接 結構的立體圖。圖6是表示本發明另一實施形態的模具安裝用臂的蜂窩結構材和平板的 連接結構的立體圖。符號說明如下11-金屬線焊接裝置、12-驅動電機、12a-定子、12b-可動件、13-迴轉 軸、14-焊接頭、15-XY臺、21-模具安裝用臂、23、 24-固定用架、25-固定 用凸緣、26-固定用孔、27、 31-螺栓、29、 32-超聲波模具安裝用架、33-超聲波模具、34-超聲波模具安裝孔、35-毛細管、36-超聲波振子、37-安裝 法蘭、39、 41-平板、40、 42-螺釘、43-長結構部件、43a-凸緣、43b-腹板、 45-肋、46-間隔件、47-蜂窩結構材、51a、 51b-運送用導軌、53-焊接臺、 55-加熱器、61-電路板、63-半導體晶片。
具體實施方式
下面參照

將本發明適用金屬線焊接裝置的較佳實施形態。在以 下實施形態中，雖然對構成要素,種類，組合，形狀,相對配置等作了各種限定， 但是，這些僅僅是例舉,本發明並不局限於此。如圖1所示，在金屬線焊接裝置11中，焊接頭14安裝在XY臺15上，能沿X,Y 方向移動自如，在焊接頭14中，設有由定子12a和可動件12b構成的Z方向驅動 用電機12。定子12a固定在焊接頭14上，迴轉軸13安裝在焊接頭上,可動件12b 安裝成繞迴轉軸13迴轉自如。通過螺栓27將模具安裝用臂21固定在作為驅動 部的可動件12b的上面，通過螺栓31將超聲波模具33的安裝凸緣37固定在模 具安裝用臂21的前端。毛細管35安裝在超聲波模具33的前端。在金屬線焊接裝置ll的沒有圖示的框架上，安裝導軌51a， 51b以及加熱器55，所述導軌51a， 51b用於對安裝半導體晶片63的電路板61進行導向，所述 加熱器55用於加熱真空吸附電路板的焊接臺53。金屬線焊接裝置11驅動XY臺15,使得毛細管35的位置與半導體晶片63的 位置對齊後，使得Z方向驅動用電機12的可動件12b迴轉動作，使得安裝在超 聲波模具33前端的毛細管35沿Z方向動作，通過貫穿毛細管35的金屬線焊接 半導體晶片63的電極和電路板61的電極。焊接時，通過配置在焊接臺下部的 加熱器55加熱真空吸附在焊接臺53上的電路板61。在金屬線焊接裝置ll中，若一個半導體晶片63的電極和電路板61的電極 焊接結束，則通過XY臺15使得毛細管35移動到下一電極上，與上述相同，通過 金屬線連接各電極間。接著，若通過金屬線連接一個半導體晶片63的全部電 極和電路板61的各電極結束，則通過XY臺15使得焊接頭14移動，使得毛細管 35的位置與下一半導體晶片63的電極位置對齊，進行焊接。模具安裝用臂21從其固定的驅動電機的可動件12b朝著超聲波模具33的 某前端延伸，成為以下那樣的臂長即使是安裝有數列半導體晶片的寬度寬 的電路板61，毛細管35也能到達各電極，實行金屬線焊接。在本實施形態中，採用模具安裝用臂21直接固定在驅動電機12的可動件 12b上的結構,但本發明並不局限於此。例如，若釆用能上下驅動超聲波模具 33前端的結構，則沒有必要直接固定在驅動電機12的可動件12b上，可以固定 在通過驅動電機12驅動迴轉的支承框架上，也可以構成實行焊接動作的聯動 裝置的一部分。如圖1和圖2A， 2B所示，模具安裝用臂21在作為驅動部的驅動電機12的可 動件12b側設有固定用架23,在其兩側設有固定用凸緣25，在前端側設有超聲 波模具安裝用架29，其上開有安裝孔34，用於安裝超聲波模具33。形狀複雜的 固定用架23及超聲波模具安裝用架29採用加工性良好的鎂合金等輕合金,經 機械加工形成。各架23， 29由作為基體部的碳纖維強化塑料平板39， 41夾持固定。在各 平板39， 41之間安裝作為平板間隔保持部件的鎂合金等輕合金的長結構部 件43，其延伸在各架23， 29之間。在本實施形態中，長結構部件43如圖3所示， 在相對各平板的面上設有凸緣43a，在各凸緣43a之間，設有用於連接各凸緣43a的連接板43b。在長結構部件43的中央，為了確保結構強度，設有用於連接 各凸緣43a的肋45。各架23， 29以及長結構部件43的凸緣43a由螺釘40， 42及 粘結劑固定在各平板39， 41上。由鎂合金等輕合金構成的固定用架23，超聲 波模具安裝用架29,長結構部件43，平板39， 41的組裝可以預先通過夾具固 定架等位置，從兩面安裝平板39， 41。如圖2B所示，在模具安裝用臂21的下面側設有嵌入超聲波模具33的超聲 波振子36的空間。平板39， 41固定在模具安裝用臂21的兩面，構成平板39, 41的碳纖維強 化塑料是將混織碳纖維的強化纖維沿各方向加入樹脂中的材料，可以使得具 有因強化纖維方向各向異性的強度特性。在本實施形態中，構成各平板39， 41的碳纖維強化塑料構成為長度方向的強化纖維數比寬度方向的強化纖維 數多，因此，長度方向的強度具有鎂合金等輕合金的數倍強度。另外，比重與 鎂合金等輕合金大致相同，因此,通過使用碳纖維強化塑料，能得到輕量，高 剛性結構。鎂合金等輕合金等輕金屬具有2 3X10-5左右的熱膨脹率,與此相 反，碳纖維強化塑料的線膨脹係數大致為零，是受到熱膨脹影響小的材料。使用上述構成的模具安裝用臂21構成金屬線焊接裝置11，進行焊接場合， 通過加熱器55加熱焊接臺53上的電路板61，其輻射熱加熱處於模具安裝用臂 21的焊接臺側的平板41。但是，由於碳纖維強化塑料的線膨脹係數大致為零， 其熱膨脹量也大致為零。又，安裝在模具安裝用臂21上面側的平板39也同樣， 熱膨脹量大致為零。由鎂合金等輕合金構成的固定用架23,超聲波模具安裝 用架29，以及與各架23， 29連接的長結構部件43，因來自焊接臺53上的電路 板61的輻射熱被加熱，欲熱膨脹，但由於具有數倍剛性的碳纖維強化塑料平 板39, 41上下夾持固定，因此，由鎂合金等輕合金構成的各架23， 29以及長結 構部件43的熱膨脹被碳纖維強化塑料平板39, 41按壓，成為各部件的內部應 力。因此，具有以下效果:模具安裝用臂21的從超聲波模具安裝用架29到固定 用架23的長度方向距離的熱膨脹量大致為零，模具安裝用臂21的因來自焊接 臺53上的電路板61的輻射熱引起的熱膨脹導致的位置偏移幾乎不發生。安裝在模具安裝用臂21前端的超聲波模具33受到焊接臺的輻射熱影響， 但其長度比模具安裝用臂21短很多，因此,輻射熱產生的熱膨脹量少，能通過控制系統的位置補正等對其位置偏移量進行補正。因此，具有以下效果:超聲波模具33及模具安裝用臂21作為整體不易受到輻射熱影響，能抑制因位置偏 移引起的焊接精度低下。當焊接時，模具安裝用臂21和安裝在前端的超聲波模具33成為一體，由Z 驅動電機12驅動繞迴轉軸13往復迴轉，使得安裝在超聲波模具33前端的毛細 管相對工件沿接離方向往復移動。S卩，模具安裝用臂21和安裝在前端的超聲 波模具33成為一體，沿圖l所示上下方向往復動作，此時，因繞迴轉軸13的慣 性矩，受到上下方向的彎矩。本實施形態的模具安裝用臂21因彎矩產生長度 方向拉伸，壓縮應力成為最大，在該上下方向的外面，安裝由碳纖維強化塑料 構成的平板39, 41,通過安裝在各平板39， 41之間的長結構部件43保持該間 隔，各平板39， 41因拉伸，壓縮強度能對抗彎矩，因此，對彎矩的強度非常 強。尤其在本實施形態中，各平板39, 41的長度方向的強度與鎂合金等輕合 金等相比，成為數倍強度，因此，相同形狀場合，相對因焊接動作產生的彎矩， 具有數倍高強度。又,通過調整結構，可以構成為比由鎂合金等輕合金構成場 合輕量，且強度高。例如，若使得板厚成為以鎂合金等輕合金構成場合一半厚 度，則彎曲強度大約是鎂合金等輕合金構成場合的三倍，重量可以比以鎂合 金等輕合金構成場合輕。本實施形態的模具安裝用臂21在保持高強度狀態下 能構成輕量的迴轉動作系統，因此,具有以下效果迴轉系統的慣性矩小，能 高速驅動。另外，使得安裝在模具安裝用臂21前端的超聲波模具33的長度短,通過 輕量且強度高的模具安裝用臂21，能使得從迴轉軸13到毛細管35前端的距離 長，因此，能對大型電路板61進行焊接，且使得超聲波模具33及模具安裝用臂 21整體輕量化，具有使得迴轉系統的慣性矩小，能高速驅動的效果。如上所述,焊接動作時，模具安裝用臂21上下往復動作，因此，因該動作 在模具安裝用臂21上發生振動。主要發生動作方向為上下方向的彎曲振動， 左右方向的橫向振動，扭轉振動。本實施形態由於使用碳纖維強化塑料平板 39， 41，提高了剛性，具有能減小上述振動的效果。另外，使用振動衰減率大 的碳纖維強化塑料作為強度部件的主材料，因此，模具安裝用臂21整體的振 動衰減率大,不易發生共振,能得到實行穩定動作的模具安裝用臂21。具有能防止因共振等引起的悍接精度低下。在本實施形態中，使用碳纖維強化塑料平板39, 41，構成模具安裝用臂21，因此，能通過切斷、安裝成形平板的簡便方法構成模具安裝用臂21，具有能高效生產的效果。另外，通過使用鎂合金等易加工的輕合金材料構成超聲波模具33的安裝部分，設置到驅動電機的安裝部分，編碼器的安裝部分等用 碳纖維強化塑料構成困難的部分，因此，具有以下效果能得到具有必要的加 工精度以及輕量、高剛性特性的的模具安裝用臂21。如上所述，本實施形態具有能通過簡便結構對大工件實行高速、精度良 好的焊接的效果。在本實施形態中，說明了通過碳纖維強化塑料構成平板39， 41，但是，只 要是纖維強化塑料，本發明並不局限於碳纖維強化塑料，也可以由例如玻璃 纖維等其他強化纖維構成。下面參照圖4A，4B，圖5及圖6說明另一實施形態。與圖1-圖3的實施形態 相同部分標以相同符號，說明省略。如圖4A所示，本實施形態設有固定用架24，超聲波模具安裝用架32,平板 39， 41，間隔件46。在固定用架24的側面，設有開有固定用孔26的固定用凸 緣25。固定用架24使用鎂合金等加工性好的輕金屬材料構成，精度良好。超 聲波模具安裝用架32在前端具有安裝超聲波模具的平面以及開在該平面的 超聲波模具安裝用孔34,如圖4B所示，在下面側設有用於嵌入超聲波振子36 的切口 。超聲波模具安裝用架32使用鎂合金等加工性好的輕合金構成,精度 良好。固定用架24及超聲波模具安裝用架32分別獨立成塊,各架24, 32的上 面及下面由碳纖維強化塑料平板39， 41夾持，通過螺釘40， 42及粘接劑固定， 成為一體，構成模具安裝用臂21。如圖5所示，間隔件46固定在平板39， 41之間，為鎂合金等輕合金,具有 與固定用架24，超聲波模具安裝用架32的截面形狀相同的截面形狀，在各架 24， 32之間，保持平板39， 41的間隔。間隔件46既可以是鎂合金等輕合金的 矩形塊，也可以如前面說明的長結構部件43那樣，通過中間的肋連接上下凸 緣的形狀。需要更輕量化場合，如圖6所示，使用蜂窩結構材47作為用於保持平板間隔的部件很合適。蜂窩結構材47可以是碳纖維強化塑料，鋁合金等。由碳纖維強化塑料構成蜂窩結構材47場合，可以不使用螺釘，僅僅使用粘結劑連 接平板39， 41，作為連接結構。本實施形態與前面所述實施形態相同，具有能通過簡便結構對大工件實 行高速、精度良好的焊接的效果。另外，本實施形態的模具安裝用臂21的固 定用架24,超聲波模具安裝用架32，間隔件46，蜂窩結構材47分別獨立固定在 作為臂部件的平板39， 41上，因此，即使因來自焊接臺53上的電路板61的輻 射熱加熱模具安裝用臂21場合，在各構成部件之間也幾乎不發生熱應力，具 有模具安裝用臂21的長度方向的熱膨脹量大致為零的效果。另外，本實施形 態比前面所述實施形態更輕量化，因此，具有能高速驅動的效果。上面參照

了本發明的實施例，但本發明並不局限於上述實施形 態。在本發明技術思想範圍內可以作種種變更，它們都屬於本發明的保護範 圍。例如，在上述實施形態中，說明了金屬線焊接裝置11的模具安裝用臂21， 但本發明的模具安裝用臂21並不局限於金屬線焊接裝置11,也可以適用於其 他焊接裝置。
權利要求
1.一種模具安裝用臂，系焊接裝置的模具安裝用臂，一端固定在驅動部，另一端安裝超聲波模具，其特徵在於，包括固定用架，配置在一端側；超聲波模具安裝用架，配置在另一端側；臂部件，由纖維強化塑料構成，連接固定用架和超聲波模具安裝用架。
2. 根據權利要求l中所述的模具安裝用臂,其特徵在於 臂部件由長度方向強度比寬度方向強度大的纖維強化塑料構成。
3. 根據權利要求l中所述的模具安裝用臂，其特徵在於，所述臂部件設有兩平板,夾持固定用架和超聲波模具安裝用架固定； 平板間隔保持部件，固定在各平板之間，保持各平板間隔。
4. 根據權利要求3中所述的模具安裝用臂，其特徵在於所述平板間隔保持部件是長結構部件，延伸在一端側的固定用架和另一 端側的超聲波模具安裝用架之間，設有固定在各平板的凸緣以及連接各凸緣 之間的肋，保持各平板間隔。
5. 根據權利要求3中所述的模具安裝用臂，其特徵在於 所述平板間隔保持部件是間隔件,其固定在一端側的固定用架和另一端側的超聲波模具安裝用架之間。
6. 根據權利要求5中所述的模具安裝用臂，其特徵在於'.所述間隔件為蜂窩結構材。
7. 根據權利要求1-6中任一個所述的模具安裝用臂,其特徵在於 所述纖維強化塑料是碳纖維強化塑料或玻璃纖維強化塑料。
8. 根據權利要求1-6中任一個所述的模具安裝用臂,其特徵在於 所述纖維強化塑料的長度方向的強化纖維數比寬度方向的強化纖維數多。
9. 根據權利要求7中所述的模具安裝用臂，其特徵在於所述纖維強化塑料的長度方向的強化纖維數比寬度方向的強化纖維數
全文摘要
本發明涉及焊接裝置的模具安裝用臂。本發明課題在於，在焊接裝置中，對大工件實行高速、精度良好的焊接。本發明解決手段如下固定用架(23)固定在驅動電機(12)的可動件(12b)上，超聲波模具安裝用架(29)將超聲波模具(33)安裝在前端側，由作為基體部的碳纖維強化塑料構成的平板(39，41)夾持固定所述架(23)及超聲波模具安裝用架(29)。在各平板(39，41)之間設有作為平板間隔保持部件的長結構部件(43)，其延伸安裝在各架(23，29)之間。各架(23，29)以及長結構部件(43)的凸緣(43a)通過螺釘及粘結劑固定在各平板(39，41)上。構成各平板(39，41)的碳纖維強化塑料的長度方向的強化纖維數比寬度方向的強化纖維數多，在長度方向具有高強度。
文檔編號B23K101/40GK101256974SQ20081000559
公開日2008年9月3日 申請日期2008年2月14日 優先權日2007年2月28日
發明者瀨山耕平 申請人:株式會社新川