特開 2023-105494 超音波接合装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023105494

(43)【公開日】2023-07-31

(54)【発明の名称】超音波接合装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/10 20060101AFI20230724BHJP

【ＦＩ】

B23K20/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022006356

(22)【出願日】2022-01-19

(71)【出願人】

【識別番号】518347587

【氏名又は名称】株式会社ＬＩＮＫ－ＵＳ

(74)【代理人】

【識別番号】110000800

【氏名又は名称】弁理士法人創成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】光行 潤

【テーマコード（参考）】

4E167

【Ｆターム（参考）】

4E167AA01

4E167AA29

4E167BE02

4E167BE03

4E167BE05

4E167BE07

4E167BE09

4E167BE10

4E167BE11

4E167DC02

(57)【要約】

【課題】ワークの種類によらず、確実に接合を行うことができる超音波接合装置を提供する。
【解決手段】超音波接合装置１は、ホーンチップ６とアンビル７との間に重ねられた複数のワークＷを超音波複合振動によって接合する。制御装置１３は、ホーンチップ６の移動速度に基づいてホーンチップ６を制御する。制御装置１３は沈み込みの目標値Ｍ₃を設定し、ワークＷを接合するため超音波振動を開始してから目標値Ｍ₃に到達するまでの間、当該移動速度を一定に保持することでホーンチップ６の高さを制御する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１部材と、当該第１部材と対向する位置に配置された第２部材との間に重ねられた複数のワークを接合する際、前記第１部材が押圧する方向に垂直な第１方向の振動成分と、当該第１方向に直交する第２方向の振動成分とを複合させた超音波振動によって当該第１部材を振動させる超音波接合装置であって、
前記第１部材の前記ワークに対する沈み込み量の目標値に到達するまで、当該第１部材の移動を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記ワークを接合するため前記超音波振動を開始した後、前記第１部材が前記目標値に到達するまで移動速度を一定に保持することを特徴とする超音波接合装置。

【請求項2】

請求項１に記載の超音波接合装置において、
前記目標値に応じた複数段階の設定を有し、
前記制御部は少なくとも、前記超音波振動の開始直後の第１設定の目標値に到達するまでの第１移動速度から、その後の第２設定の目標値に到達するまでの第２移動速度へ速度変化させることを特徴とする超音波接合装置。

【請求項3】

請求項２に記載の超音波接合装置において、
前記第１移動速度は、前記第２移動速度よりも高速であることを特徴とする超音波接合装置。

【請求項4】

請求項２又は３に記載の超音波接合装置において、
前記制御部は、前記設定毎に前記第１部材の振幅を変更可能であることを特徴とする超音波接合装置。

【請求項5】

請求項１～４の何れか１項に記載の超音波接合装置において、
前記第１部材は、ホーンチップであり、
前記第２部材はアンビルであり、前記ワークに接する側の面に先端部が所定の曲率を有する又は先端部が平坦形状の複数の凸部を備えていることを特徴とする超音波接合装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波振動により金属、プラスチック等のワークを接合する超音波接合装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、食品パック等に用いられるプラスチックや電池部品の電極当を接合するため、超音波接合（超音波溶接）が利用されている。一般的な超音波接合装置は、接合用チップの先端を超音波振動させ、接合対象物に繰り返し圧力を加えることにより接合する。

【0003】

例えば、下記の特許文献１の半導体装置（製造方法）では、上面に金属板が設けられた絶縁層をワーク搬送して台座に載せ、さらに金属板上に金属端子を載せ、超音波ツールをＺ軸方向に下降する座標を決めるための認識工程を実行する。

【0004】

次に、超音波ツールをＺ軸方向に下降させて金属端子に押し付けて圧力を加え、金属端子と金属板を平行状態に固定し、一度超音波ツールをＺ軸方向に上昇させて金属端子から離す。認識工程を再び実行した後、超音波ツールをＺ軸方向に下降させて金属端子に押し付けて圧力を加えつつ、超音波振動を与えて金属端子と金属板を接合する（特許文献１／段落００１１～００１３、図１、図２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１６－２２１５２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１の製造方法は、超音波接合の際、超音波ツールが金属端子（ワーク）に与える圧力をモニタして制御する。しかしながら、接合開始時に圧力が一瞬低下する現象（いわゆる、静圧抜け）が生じた場合、圧力制御で対応することは難しかった。静圧抜けにより超音波ツールとワークの密着度が低下するとそれぞれが一体で振動せず、超音波ツールがワーク表面を削り、パーティクルが発生するだけでなく、上部ワークと下部ワークとの相対運動（擦れ）が小さくなり、うまく接合できないという問題があった。

【0007】

また、一定の静圧及び振幅のもとで超音波ツールがワークに深く沈み込むと、超音波ツールとワークの接触面積が増加し、それに伴い超音波出力が上昇する。このとき、ワークにそのエネルギーが伝わるが、エネルギーの大きさによってはワークの温度上昇やワーク表面にかかる応力が大きくなり、ワークが破損してしまうことがあった。

【0008】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ワークの破損等を防止しつつ、確実に超音波接合を行うことができる超音波接合装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、第１部材と、当該第１部材と対向する位置に配置された第２部材との間に重ねられた複数のワークを接合する際、前記第１部材が押圧する方向に垂直な第１方向の振動成分と、当該第１方向に直交する第２方向の振動成分とを複合させた超音波振動によって当該第１部材を振動させる超音波接合装置であって、
前記第１部材の前記ワークに対する沈み込み量の目標値に到達するまで、当該第１部材の移動を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記ワークを接合するため前記超音波振動を開始した後、前記第１部材が前記目標値に到達するまで移動速度を一定に保持することを特徴とする。

【0010】

本発明の超音波接合装置は、第１部材により接合対象の複数のワークを押圧し、第１部材を超音波振動（複合振動）させて当該ワークを接合する。このとき、制御部が第１部材の移動を制御するので、第１部材の位置（高さ）が決定する。

【0011】

制御部は、ワークに対する沈み込み量の目標値に到達するまで、第１部材の移動速度を一定に保持する。そのため、接合時に第１部材が徐々にワークに押し込まれる。従来の圧力一定制御の場合、接合開始直後に圧力が一瞬低下する現象（静圧抜け）が生じることがある。本発明では、例えば接合開始時の移動速度を高速で保持することにより徐々に圧力が増加するため、静圧抜けを防止することができる。接合時に第１部材とワークとが常に接触した状態となるので、本装置はワーク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】本発明の実施形態に係る超音波接合装置の全体構成を説明する図。

【図2A】実施形態に係る超音波接合装置のアンビルの斜視図。

【図2B】（ａ）図２Ａのアンビルの凸部を説明する図。（ｂ）凸部の変更形態を説明する図。

【図3】（ａ）時間に対する静圧力の関係（従来方式）。（ｂ）時間に対する沈み込み量の関係（従来方式）。

【図4】（ａ）時間に対するホーンチップの沈み込み量の関係（本発明）。（ｂ）時間に対するホーンチップの振幅の関係（本発明）。

【図5】（ａ）時間に対する静圧力の関係。（ｂ）時間に対するホーンチップの沈み込み量の関係。

【図6】（ａ）時間に対する静圧力の関係（変更形態）。（ｂ）時間に対するホーンチップの沈み込み量の関係（変更形態）。

【図7】（ａ）変更形態１の第１期間におけるホーンチップの振動軌跡。（ｂ）変更形態１の第２期間におけるホーンチップの振動軌跡。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下では、本発明の超音波接合装置の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

【0014】

初めに、図１を参照して、本発明の実施形態に係る超音波接合装置１の全体構成を説明する。超音波接合装置１は、金属板等の接合対象物（ワーク）を後述する超音波複合振動を利用して溶接する装置である。超音波接合装置１は、主にリチウムイオン電池や半導体素子の電極、同種又は異種の金属の接合に用いられる。

【0015】

超音波接合装置１は、超音波振動子（Langevin Type）２と、超音波拡大ホーン３と、超音波ＬＴホーン４と、ホーンチップ６と、アンビル７とで構成されている。また、発振装置８、加圧装置１０、センサ１２、制御装置１３、表示装置１４も超音波接合装置１の一部である。

【0016】

電源（図示省略）から発振装置８に電源電圧を印加すると、超音波振動子２の＋電極及び－電極に電圧信号が伝達され、超音波振動子２が振動し、超音波振動（約２０ＫＨｚ）が発生する。超音波振動子２で発生した超音波振動は、超音波振動子２の一端部に取り付けられた円筒状の超音波拡大ホーン３に伝達され、振動振幅が拡大される。さらに、超音波振動は、超音波拡大ホーン３の一端部（超音波振動子２でない側の端部）に取り付けられた円筒状の超音波ＬＴホーン４に伝達される。

【0017】

超音波振動子２で発生した超音波振動は、超音波拡大ホーン３と超音波ＬＴホーン４の長軸方向に伝達されるが（超音波の縦振動）、超音波ＬＴホーン４の複数の斜めスリット４ａにより、縦振動から横振動に変換した振動成分が生じる。そして、超音波振動（複合振動）は、超音波ＬＴホーン４の一端部（超音波拡大ホーン３でない側の端部）にネジ止めされたホーンチップ６（本発明の「第１部材」）に伝達される。

【0018】

ホーンチップ６は、円錐台状の基体部６ａと、接合時にワークＷ（上部ワークＷａ及び下部ワークＷｂ）と接触する先端部６ｂとからなる。すなわち、発振装置８で超音波振動の位相を調整することにより、超音波ＬＴホーン４の一端部で複合振動（例えば、楕円振動）が生じ、ホーンチップ６の先端部６ｂがワークＷａの表面を楕円軌道を描いて振動する。

【0019】

この振動はワークＷの表面の不純物を排除し、さらにワークＷの表面の塑性変形を促進する。なお、ホーンチップ６はワークＷの種類に応じて交換可能であるが、今回、図示するような先端部６ｂが長い円柱状のホーンチップを用いる。

【0020】

複合振動について補足すると、ホーンチップ６の先端部６ｂがワークＷ（上部ワークＷａ）を押圧したとき、押圧の方向に垂直な第１方向の振動成分と、第１方向に直交する第２方向の振動成分とを複合させた振動である。第１方向の振動成分と第２方向の振動成分が１：１であれば円形振動、２：１ならば楕円振動となる。

【0021】

また、超音波拡大ホーン３のフランジ部３ａに剛性の高い加圧用ブロック（図示省略）が接触している。このため、制御装置１３（本発明の「制御部」）により加圧装置１０を制御し、昇降動作する加圧用ブロックを介して超音波接合装置１を垂直方向に移動させることができる。

【0022】

そして、台座であるアンビル７（本発明の「第２部材」）上にワークＷを載置することで、ホーンチップ６の先端部６ｂがワークＷ（上部ワークＷａ）に接触して、先端部６ｂがワークＷを押す静圧力（接合時は２００～８００［Ｎ］）が加わるようになっている。

【0023】

一般に、静圧力を高くすると接合強度が高まるが、静圧力を高くし過ぎるとワークＷが損傷し、破壊、ひび割れの原因となる。一方、接合開始時の静圧力が低いと、ホーンチップ６が上部ワークＷａを掴めず、上部ワークＷａが滑ってうまく接合することができない。静圧力を発生させる方法としては、エアーシリンダ、ばね等により下部ワークＷｂを下方から押し上げる方法と、サーボモータによりホーンチップ６を制御し、上部ワークＷａの上方から押し下げる方法とがあるが、本実施形態では後者を採用している。

【0024】

また、詳細は後述するが、アンビル７の下部ワークＷｂに接する側の面には、先端部が所定の曲率を有する凸部７ａが設けられている。凸部７ａは、接合時に、ホーンチップ６が最下部のワークＷに対して滑り難くなるという効果がある。

【0025】

なお、図１では、凸部７ａを実際より大きく示している。凸部７ａの先端部は、所定の曲率を有する形状、又は先端部が平坦形状になっており（図２Ｂ参照）、エッジがほとんどない。このため、接合時にワークＷが削られることがなく、パーティクルの発生を抑えることができる。

【0026】

さらに、加圧用ブロックの変位を検出するセンサ（ストロークセンサ）１２があり、ホーンチップ６のワークＷの押し込み量（沈み込み量）を取得している。センサ１２は、接合時のホーンチップ６の垂直方向の座標変化を制御装置１３にフィードバック（破線は帰還信号）することで、押し込み量が一定に保持される。このため、加圧装置１０には、応答速度が速いアクチュエータが用いられている。

【0027】

押し込み量は、超音波接合装置１の作業者が表示装置１４から予め設定することができる。このように、ワークの接合時には、押し込み量や静圧力を調整しながら複合振動を与えることで確実に接合（固相接合）が促進される。

【0028】

固相接合について補足すると、例えば、金属原子はその表面が油脂や酸化被膜で覆われ、原子同士の接近が妨げられた状態となっている。超音波接合では、金属に超音波振動を与えて、金属表面に強力な摩擦力を発生させる。これにより、金属表面の酸化被膜等が除去され、接合面に清浄かつ活性化した金属原子が現れる。

【0029】

この状態で、さらに金属表面に超音波振動を与えることにより、摩擦熱による温度上昇で原子の運動が活発となり、原子間の相互引力が発生し、固相接合の状態が生成される。

【0030】

次に、図２Ａ、図２Ｂを参照して、超音波接合装置１のアンビル７について説明する。

【0031】

図２Ａは、本実施形態のアンビル７の斜視図である。アンビル７には、円錐状かつ同じ高さの凸部７ａが複数設けられている。図２Ｂ（ａ）に示すように、凸部７ａは、上方（下部ワークＷｂに接する側）に所定の曲率を有している。アンビル７は接合時に下部ワークＷｂを支持するが、エッジがないためほとんど削られることがなく、パーティクルが発生しない。

【0032】

また、図２Ｂ（ｂ）に示す変更形態では、凸部７ｂの先端部が平坦形状となっている。凸部７ｂは、例えば、凸部７ａの円錐頂点を切り落として平面状にした円錐台状である。凸部７ｂの構造では、円形平面の周縁以外にエッジがないため、接合時に下部ワークＷｂがほとんど削られることがない。

【0033】

凸部７ａ，７ｂの高さは、せいぜい１ｍｍ程度である。凸部７ａ，７ｂをラバー状の材料で形成してもよい。これにより、接合時にワークＷｂの滑りが低減され、ラバーの弾力によりパーティクルの発生を抑えることができる。

【0034】

ここで、図３を参照して、時間Ｔに対する静圧力Ｐの関係、及び時間Ｔ［ｓ］に対する静圧力Ｐ［Ｎ／ｍ²］、また、時間Ｔ［ｓ］に対するホーンチップ６の沈み込み量Ｍ［ｍｍ］の関係（従来方式）について説明する。

【0035】

従来、ワークＷの接合時にホーンチップ６を下降させ、ホーンチップ６が上部ワークＷａに加える静圧力Ｐ［Ｎ／ｍ²］を設定値Ｐ₀に設定しておき、上部ワークＷａからの反発力が設定値Ｐ₀に到達したとき、沈み込みが止まる制御（静圧力優先制御）としていた。しかし、この制御では、設定値Ｐ₀を高くすると沈み込み量Ｍが増加するため、上部ワークＷａに傷が付いたり、破損したりすることがあった。

【0036】

図３（ａ）において、時間Ｔ＝ｔ₀～ｔ₁は、静圧力Ｐの接合開始前の状態である。制御装置１３は時間Ｔ＝ｔ₁からサーボモータを駆動し、ホーンチップ６を上部ワークＷａに当接する位置まで下降させる。このとき、図３（ｂ）に示すように、沈み込み量Ｍ［ｍｍ］は０からＭ₀に変化する。なお、沈み込み量Ｍ₀は、ホーンチップ６と上部ワークＷａとが当接したときのホーンチップ６の位置である。

【0037】

その後の時間Ｔ＝ｔ₂～ｔ₃は、与圧工程である。与圧工程では、ホーンチップ６の先端部が上部ワークＷａに対して僅かに沈み込み、沈み込み量ＭがＭ₀からＭ₁（＞Ｍ₀）に変化する。なお、これは制御によるものではなく、自然発生する沈み込みであるため、下降速度は極めて遅い。

【0038】

その後の時間Ｔ＝ｔ₃～ｔ₆は、本発振工程である。本発振工程においては、静圧力Ｐを設定値Ｐ₀に保持した状態で、ホーンチップ６を超音波振動させ、ワークＷの接合を行う。

【0039】

図３（ａ）において、静圧力Ｐの制御による設定値を実線で示す。また、実際の静圧力Ｐの値を一点鎖線で示しているが、設定値とは乖離していることが分かる。本発振工程の期間（Ａ）（時間Ｔ₃～Ｔ₄）は、ワークＷの接合開始直後の期間であるが、静圧力Ｐ（実際の値）が急激に低下している。ここでは、超音波振動により上部ワークＷａが削られ、ホーンチップ６が上部ワークＷａに潜り込み易くなるため、期待する静圧力Ｐがかからない。

【0040】

本発振工程の期間（Ｂ）（時間Ｔ₄～Ｔ₅）では、沈み込み量ＭがおおよそＭ₁からＭ₂（＞Ｍ₁）に変化する。そして、沈み込み量Ｍの増加と共に静圧力Ｐが上昇していく。その後の本発振工程の期間（Ｃ）（時間Ｔ₅～Ｔ₆）では、静圧力Ｐが設定値Ｐ₀に戻り、その時点から沈み込み量Ｍがほとんど変化しなくなる。なお、沈み込み量Ｍに上限を設定した場合はそれが優先され、そのときの静圧力Ｐは設定値Ｐ₀に到達しない。

【0041】

時間Ｔ＝ｔ₆～ｔ₇では、超音波振動の発振を停止するため、静圧力Ｐが徐々に低下していく。また、沈み込み量ＭがＭ₂から０に変化する。その後、時間Ｔ＝ｔ₇で接合を終了する。

【0042】

次に、図４を参照して、ホーンチップ６の速度優先制御（新規方式）について説明する。

【0043】

図４（ａ）は、本発振工程における、時間Ｔ［ｓ］に対するホーンチップ６の沈み込み量Ｍ［ｍｍ］の関係を示している。

【0044】

超音波接合装置１は、ホーンチップ６のワークに対する沈み込み量Ｍ［ｍｍ］についての５段階の設定を有している。設定１のとき、本発振工程において、ホーンチップ６を沈み込み量Ｍ₁（目標値）まで変化させる。このとき、制御装置１３がサーボモータを制御し、移動速度（下降速度）Ｖ₁が一定となるように制御する。ここで、時間（ｔ₁－ｔ₀）は、ホーンチップ６が初期位置から沈み込み量Ｍ₁に到達するまでにかかる時間である。なお、ホーンチップ６の沈み込み量Ｍは移動速度Ｖ₁と時間（ｔ₁－ｔ₀）の積となるが、サーボモータのエンコーダでも測定することができる。

【0045】

設定２では、沈み込み量Ｍ₁から沈み込み量Ｍ₂（目標値）までホーンチップ６を変化させる。このとき、制御装置１３がサーボモータを制御し、移動速度Ｖ₂を保持するように制御する。なお、時間（ｔ₂－ｔ₁）は、ホーンチップ６が沈み込み量Ｍ₁から沈み込み量Ｍ₂に到達するまでの時間である。

【0046】

設定３では沈み込み量Ｍ₃までホーンチップ６を変化させ（移動速度Ｖ₃）、設定４ではさらに沈み込み量Ｍ₄までホーンチップ６を変化させ（移動速度Ｖ₄）、設定５ではさらに沈み込み量Ｍ₅までホーンチップ６を変化させる（移動速度Ｖ₅）。これは、ワークＷの硬さによらず移動速度を保持する制御であるため、硬いワークは、柔らかいワークよりも大きな静圧力がかかる。

【0047】

図４（ａ）の各ステップにおける移動速度は一例に過ぎず、ワークの種類や接合条件によって適宜、移動速度を変更することができる。また、設定は５段階に限られるものではなく、本発振工程において複数段階の設定のうちの一部のみを使用してもよい。

【0048】

図４（ｂ）は、本発振工程における、時間Ｔに対する、ホーンチップ６の振幅Ａｍｐの関係を示している。

【0049】

ホーンチップ６の振幅Ａｍｐ［％］は、時間Ｔ＝ｔ₀において、設定１用の「Ａｍｐ１」にセットされ、時間（ｔ₁－ｔ₀）の間、保持される。また、時間Ｔ＝ｔ₁の次ステップにおいて、設定２用の「Ａｍｐ２」にセットされ、時間（ｔ₂－ｔ₁）の間、保持される。その後も、各ステップの設定に応じた振幅Ａｍｐにセットされる。

【0050】

超音波接合装置１は、ステップ毎に異なる振幅Ａｍｐに変更可能であるため、ワークＷの種類に応じて接合のやり方を変える等、接合の調整を行うことができる。以上のような速度優先制御により、上部ワークＷａの破損を防止しつつ、ホーンチップ６が上部ワークＷａを確実に捉えることができる。

【0051】

次に、図５を参照して、時間Ｔ［ｓ］に対する静圧力Ｐ［Ｎ／ｍ²］の関係、また、時間Ｔ［ｓ］に対する沈み込み量Ｍ［ｍｍ］の関係（設定２の場合）について説明する。ここで、制御対象はホーンチップ６の移動速度である。

【0052】

本発振工程の期間（Ａ）（時間ｔ₃～ｔ₄：第１期間）では、静圧抜け（静圧力Ｐが急激に低下する現象）を抑える必要がある。そのため、図５（ｂ）の実線（設定）に示すように制御装置１３がサーボモータを制御し、沈み込み量ＭをＭ₁からＭ₂（＞Ｍ₂）に素早く変化させる。

【0053】

図５（ｂ）中の一点鎖線は、実際の沈み込み量Ｍの変化を示す。第１期間では、ホーンチップ６のワークＷに対する接触面積が小さいため、ホーンチップ６の移動速度を高速で保持することで、静圧抜けを防止することができる。また、静圧力Ｐが高い状態で保たれているとき（第２期間）、複合振動の楕円率は増加するため（図７（ａ）参照）、接合時のコンタミネーション（パーティクルの発生等）を抑えることができる。なお、沈み込みの移動速度は等速変化に限らず、指数関数的な変化（加速度変化）に設定することもできる。

【0054】

図５（ａ）に示すように、実際の静圧力Ｐ（一点鎖線）は、Ｐ₀からＰ₀＋Ｐ₁（間隔ΔＰ）に上昇する。ここでホーンチップ６の下降を行わないと、実線で示すように静圧力Ｐが下がってしまうためである。

【0055】

その後の時間Ｔ＝ｔ₄～ｔ₆は、第１期間に続くワークＷを超音波接合するための期間（第２期間）である。ここでは、ホーンチップ６をさらに下降させ、沈み込み量ＭをＭ₂からＭ₃（＞Ｍ₂）に変化させる。

【0056】

第２期間においては、ホーンチップ６を第１期間よりも遅い速度で移動させる。第１期間でホーンチップ６の沈み込み量Ｍが大きくなると、チップ先端の突起とワークＷの接触面積が増加する。接触面積が増加した状態で初期の速度で沈み込みを続けると、超音波振動により大きなパワーが必要となる。そこで、第１期間に続く第２期間において、沈み込みを第１期間よりも遅い速度に設定することで、超音波振動に必要な電力を低減させることができる。

【0057】

また、遅い速度での移動は、接合時にワークＷの損傷を低減させることにもつながる。特にワークＷがセラミック等の場合、大きなパワーの超音波振動をワークＷに加えるとワークＷの表面応力が大きくなり、損傷を引き起こす。そのため、パワーを抑えてホーンチップ６が沈み込むように、沈み込み速度を複数段階に設定する。沈み込み速度が対数関数的に変化するように設定してもよい。これにより、静圧力Ｐは徐々に小さく変化することになる。

【0058】

図５（ｂ）に示すように、制御装置１３は、時間Ｔ＝ｔ₄からホーンチップ６を等速度で制御する。時間Ｔ＝ｔ₄～ｔ₆は、ワークＷの接合開始直後に続く期間であり、第１期間の移動速度（第１移動速度）よりも遅い所定の移動速度（第２移動速度）でホーンチップ６を下降させる。その結果、ホーンチップ６が沈み込み、実際の静圧力Ｐは徐々に増加していくので（一点鎖線参照）、静圧抜けを防止し、ワークＷの接合時の静圧力Ｐを設定値Ｐ₀以上に保持することができる（図５（ａ）参照）。

【0059】

最後に、図６、図７を参照して、時間Ｔ［ｓ］に対する静圧力Ｐ［Ｎ／ｍ²］の関係、及び時間Ｔ［ｓ］に対する沈み込み量Ｍ［ｍｍ］の関係（本発明の変更形態）について説明する。ここでも、実際の静圧力Ｐの値を一点鎖線で示すが、制御対象はホーンチップ６の移動速度である。

【0060】

図６において、本発振工程の期間（Ａ）（時間ｔ₃～ｔ₄：第１期間）では、静圧抜けを抑える必要がある。そのため、制御装置１３がサーボモータを制御し、沈み込み量ＭをＭ₁からＭ₂（＞Ｍ₂）に変化させる（図６（ｂ）参照）。このとき、実際の静圧力ＰはＰ₀からＰ₀＋ΔＰ’に上昇する（図６（ａ）参照）。

【0061】

与圧工程におけるホーンチップ６の下降速度と比較して第１期間の下降速度を高速に設定することにより複合振動の楕円率が高まるため、接合時のパーティクルの発生を低減することができる。

【0062】

なお、第１期間において、ホーンチップ６の振動軌跡は、図７（ａ）のようになる。第１期間では楕円率の高い（真円に近い）複合振動となるため、ホーンチップ６の先端部６ｂが上部ワークＷａに潜り込むように沈み、確実に上部ワークＷａを捉える。このため、接合時における上部ワークＷａからのパーティクルの発生を抑えることができる。

【0063】

時間Ｔ＝ｔ₄～ｔ₆は、ホーンチップ６によりワークＷを超音波接合するための期間（第２期間）である。このとき、ホーンチップ６の下降を中止（沈み込み量Ｍ₂で保持）することにより、実際の静圧力ＰはＰ₀に戻る（図６（ａ）参照）。これにより、複合振動の楕円率が低下するが、ホーンチップ６が上部ワークＷａに食い込み捉えているため、接合時のパーティクルの発生は小さい。

【0064】

第２期間（静圧力ＰがＰ₀に戻った後）において、ホーンチップ６の振動軌跡は、図７（ｂ）に示すようになる。第２期間では楕円率の低い（直線に近い）複合振動となるが、ホーンチップ６が上部ワークＷａを捉えているため、両者が一緒に振動する。従って、上部ワークＷａと下部ワークＷｂとの間に効率良く擦れが生じ、接合強度が向上する。

【0065】

このように、超音波接合装置１の制御装置１３は、ワークＷの種類、そして接合時の各種条件により、接合時のホーンチップ６の沈み込み速度（移動速度）を制御する。これにより、超音波接合装置１は、接合時のコンタミネーションを抑えつつ、ワークＷを確実に接合することができる。

【0066】

図４～図６では、ホーンチップ６の下降速度は等速（直線状）であったが、曲線で表されることもある。また、アンビル７の凸部７ａの構造も、コンタミネーションの抑制に寄与する。凸部７ａは、アンビル７上面の所定領域（例えば、中央部）にのみ設けられていてもよい。この場合、凸部７ａは、アンビル７の所定領域以外（平面）に対して僅かに突出する高さとなっていることが好ましい。

【符号の説明】

【0067】

１…超音波接合装置、２…超音波振動子、３…超音波拡大ホーン、３ａ…フランジ部、４…超音波ＬＴホーン、４ａ…斜めスリット、６…ホーンチップ、６ａ…基体部、６ｂ…先端部、７…アンビル、７ａ，７ｂ…凸部、８…発振装置、１０…加圧装置、１２…センサ、１３…制御装置、Ｗ…ワーク、Ｗａ…上部ワーク、Ｗｂ…下部ワーク。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】