特許 7577501 超音波接合装置、制御装置及び制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-25

(45)【発行日】2024-11-05

(54)【発明の名称】超音波接合装置、制御装置及び制御方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/10 20060101AFI20241028BHJP

【ＦＩ】

B23K20/10

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020169683

(22)【出願日】2020-10-07

(65)【公開番号】P2022061631

(43)【公開日】2022-04-19

【審査請求日】2023-09-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(72)【発明者】

【氏名】相澤 隆博

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 宜司

(72)【発明者】

【氏名】田辺 成俊

(72)【発明者】

【氏名】山本 悠

【審査官】杉田 隼一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１１９３７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１０５１５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１６１７６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１３７０２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１４２０４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－２０６２２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０２７１６６９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／０６７１９８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２０／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高さ方向の上側に被接合部材を配置可能なステージと、
前記被接合部材に対して前記高さ方向の上側に配置され、前記被接合部材を加圧力により前記高さ方向の下側に押圧し、かつ、前記高さ方向と交差する方向に振動する超音波振動を前記被接合部材に伝達する状態に駆動されることにより、前記被接合部材を接合する接合ツールと、
前記超音波振動により振動する前記被接合部材における前記高さ方向に沿う振動を検出するセンサと、
前記高さ方向に沿う振動の振幅を含む前記センサにより検出された前記高さ方向に沿う振動に関する情報に基づいて、前記接合ツールの駆動に関連する制御パラメータを調整するとともに、前記高さ方向に沿う振動の前記振幅が第１の規定値より大きい場合、前記高さ方向と交差する方向への前記被接合部材の振動状態に関係なく、前記制御パラメータのうち少なくとも１つを変更する制御装置と、
を備える、超音波接合装置。

【請求項2】

前記制御パラメータは、前記加圧力の目標値、前記超音波振動の振幅の目標値及び前記超音波振動を発振する時間の目標値を含む、請求項１に記載の超音波接合装置。

【請求項3】

前記制御装置は、前記高さ方向に沿う振動の前記振幅が第２の規定値より大きい場合、前記接合ツールの駆動を停止させる、
請求項２に記載の超音波接合装置。

【請求項4】

被接合部材を加圧力により高さ方向の下側に押圧し、かつ、前記高さ方向と交差する方向に振動する超音波振動を前記被接合部材に伝達する状態に駆動されることにより、前記被接合部材を接合する接合ツールとともに用いられる制御装置であって、
前記高さ方向に沿う振動の振幅を含む前記被接合部材における前記高さ方向に沿う振動に関する情報に基づいて、前記接合ツールの駆動に関連する制御パラメータを調整するとともに、前記高さ方向に沿う振動の前記振幅が規定値より大きい場合、前記高さ方向と交差する方向への前記被接合部材の振動状態に関係なく、前記制御パラメータのうち少なくとも１つを変更するプロセッサを備える、
制御装置。

【請求項5】

被接合部材を加圧力により高さ方向の下側に押圧し、かつ、前記高さ方向と交差する方向に振動する超音波振動を前記被接合部材に伝達する状態に接合ツールを駆動することにより、前記被接合部材を接合することと、
前記被接合部材を接合している状態において、前記被接合部材における前記高さ方向に沿う振動を検出することと、
前記高さ方向に沿う振動の振幅を含む前記被接合部材の前記高さ方向に沿う振動に関する情報に基づいて、前記接合ツールの駆動に関連する制御パラメータを調整するとともに、前記高さ方向に沿う振動の前記振幅が規定値より大きい場合、前記高さ方向と交差する方向への前記被接合部材の振動状態に関係なく、前記制御パラメータのうち少なくとも１つを変更することと、
を含む、制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、超音波接合装置、制御装置及び制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

超音波接合では、ステージと接合ツールとの間に被接合部材を配置し、接合ツールが被接合部材を押圧した状態で接合ツールから被接合部材に超音波振動を伝達することにより、被接合部材を接合する。超音波接合では、例えば使用する被接合部材に形状のばらつき等があっても、超音波接合による接合において被接合部材の接合強度が低下しないことが求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平２－２５０２６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明が解決しようとする課題は、超音波接合による接合において、被接合部材の接合強度の低下を抑制できる超音波接合装置、制御装置及び制御方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態によれば、超音波接合装置は、ステージ、接合ツール、センサ及び制御装置を備える。ステージは、高さ方向の上側に被接合部材を配置可能である。接合ツールは、被接合部材に対して高さ方向の上側に配置され、被接合部材を加圧力により高さ方向の下側に押圧し、かつ、高さ方向と交差する方向に振動する超音波振動を被接合部材に伝達する状態に駆動されることにより、被接合部材を接合する。センサは、超音波振動により振動する被接合部材における高さ方向に沿う振動を検出する。制御装置は、高さ方向に沿う振動の振幅を含むセンサにより検出された高さ方向に沿う振動に関する情報に基づいて、接合ツールの駆動に関連する制御パラメータを調整するとともに、高さ方向に沿う振動の振幅が第１の規定値より大きい場合、高さ方向と交差する方向への被接合部材の振動状態に関係なく、制御パラメータのうち少なくとも１つを変更する。

【0006】

実施形態によれば、制御装置は、被接合部材を加圧力により高さ方向の下側に押圧し、かつ、高さ方向と交差する方向に振動する超音波振動を被接合部材に伝達する状態に駆動されることにより、被接合部材を接合する接合ツールとともに用いられる。制御装置は、高さ方向に沿う振動の振幅を含む被接合部材における高さ方向に沿う振動に関する情報に基づいて、接合ツールの駆動に関連する制御パラメータを調整するとともに、高さ方向に沿う振動の振幅が規定値より大きい場合、高さ方向と交差する方向への被接合部材の振動状態に関係なく、制御パラメータのうち少なくとも１つを変更するプロセッサを備える。

【0007】

実施形態によれば、制御方法では、被接合部材を加圧力により高さ方向の下側に押圧し、かつ、高さ方向と交差する方向に振動する超音波振動を被接合部材に伝達する状態に接合ツールを駆動することにより、被接合部材を接合する。制御方法では、被接合部材を接合している状態において、被接合部材における高さ方向に沿う振動を検出する。制御方法では、高さ方向に沿う振動の振幅を含む被接合部材の高さ方向に沿う振動に関する情報に基づいて、接合ツールの駆動に関連する制御パラメータを調整するとともに、高さ方向に沿う振動の振幅が規定値より大きい場合、高さ方向と交差する方向への被接合部材の振動状態に関係なく、制御パラメータのうち少なくとも１つを変更する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、第１の実施形態に係る超音波接合装置の一例を示す概略図である。

【図2】図２は、第１の実施形態に係る超音波接合装置により超音波接合される被接合部材の一例を示す概略図である。

【図3】図３は、第１の実施形態に係る超音波接合装置の一例を概略的に示すブロック図である。

【図4】図４は、第１の実施形態に係る超音波接合装置を用いて被接合部材を超音波接合した場合において、好調品及び不調品の接合強度の一例を示す概略図である。

【図5】図５は、第１の実施形態に係る超音波接合装置を用いて被接合部材を超音波接合する場合において、好調品又は不調品の被接合部材の高さ方向に沿う振動の振幅の経時的な変化の一例を示す概略図である。

【図6】図６は、第１の実施形態に係る超音波接合装置において、制御装置により実行される処理を示すフローチャートの一例である。

【図7】図７は、第１の実施形態に係る超音波接合装置の変形例を示す概略図である。

【図8】図８は、第１の実施形態に係る超音波接合装置の図７とは別の変形例を示す概略図である。

【図9】図９は、第２の実施形態に係る超音波接合装置の一例を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施形態について図面を参照して説明する。

【0010】

（第１の実施形態）
図１は、実施形態に係る超音波接合装置の一例を示す。図１に示すように、超音波接合装置１では、高さ方向（矢印Ｚ１及び矢印Ｚ２で示す方向）、高さ方向に交差する（垂直又は略垂直な）第１の方向（矢印Ｘ１及び矢印Ｘ２で示す方向）、及び、高さ方向及び第１の方向の両方に交差する（垂直又は略垂直な）第２の方向が規定される。ある一例では、高さ方向は、鉛直方向と一致又は略一致する。この場合、第１の方向は、鉛直方向に交差する（垂直又は略垂直な）第１の水平方向と一致又は略一致し、第２の方向は、鉛直方向及び第１の水平方向の両方に交差する（垂直又は略垂直な）第２の水平方向と一致又は略一致する。

【0011】

超音波接合装置１において、被接合部材２，３は、高さ方向についてステージ４の上面に配置可能である。ステージ４は、高さ方向について下側から被接合部材２，３を支持する。超音波接合装置１を用いて被接合部材２，３が超音波接合される場合、被接合部材２，３は、ステージ４の上面に互いに対して重ねられた状態で配置される。

【0012】

超音波発振器５は、入力された電気信号を高周波数（例えば２０ｋＨｚ又は４０ｋＨｚ）かつ高電圧（例えば１０００Ｖ程度）の電気信号に変換し、変換された電気信号を振動子６に伝達する。振動子６は、超音波発振器５から伝達された電気信号を振動に変換し、超音波を発生させる。振動子６から発せられた振動は、超音波ホーン７に伝達される。超音波ホーン７は、振動子６から伝達された超音波振動を接合ツール８に伝達する。接合ツール８は、超音波ホーン７から伝達された超音波振動を被接合部材２，３に伝達する。本実施形態では、接合ツール８は、第１の方向に振動する。加圧機構９は、超音波ホーン７及び接合ツール８に対して加圧力を加えることにより、接合ツール８を被接合部材２，３に対して押圧する。これにより、被接合部材２，３が第１の方向に振動するとともに、被接合部材２，３が接合される。

【0013】

接合ツール８から被接合部材２，３への振動の伝達方向は、接合ツール８の振動方向に対して、垂直又は略垂直である。前述のような構成であるため、接合ツール８は、被接合部材２，３を加圧力により高さ方向の下側に押圧し、かつ、高さ方向と交差する第１の方向に振動する超音波振動を被接合部材２，３に伝達する状態に、駆動される。そして、接合ツール８が駆動されることにより、被接合部材２，３が接合される。なお、接合ツール８から被接合部材２，３には、第１の方向に振動する超音波振動が伝達されるが、被接合部材２，３の形状等によっては、高さ方向に沿う振動等の振動方向が第１の方向とは異なる振動が被接合部材２，３において発生し得る。高さ方向に沿う振動は、振動の伝達方向と振動方向とが一致又は略一致する振動である。

【0014】

制御装置３０は、超音波発振器５及び加圧機構９を制御する。また、制御装置３０には、荷重センサ１０及びセンサ１１が接続される。本実施形態では、荷重センサ１０は、加圧機構９から超音波ホーン７及び接合ツール８に加えられる加圧力を計測パラメータとして計測する。センサ１１は、被接合部材２，３の高さ方向に沿う振動に関する情報を検出する。本実施形態では、センサ１１は、高さ方向に沿う振動の振幅及び／又は変位を計測パラメータとして計測する。荷重センサ１０及びセンサ１１では、所定のタイミングで定期的に、前述の計測パラメータ等が検出される。本実施形態では、センサ１１は、高さ方向について被接合部材２，３の上側に配置される。

【0015】

ある一例では、センサ１１は、渦電流式変位センサである。渦電流式変位センサは、センサの測定対象物（本実施形態では被接合部材２，３）が導電体である場合に用いられる。導電体は、例えば金属である。渦電流式変位センサは、センサ内部のコイルにより高周波磁界を発生させる。この高周波磁界内に測定対象物が存在すると、電磁誘導作用により、測定対象物に渦電流が発生する。渦電流式変位センサは、この渦電流によるコイルのインピーダンスの変化を利用して、センサと対象物との距離を測定する。本実施形態の超音波接合装置１では、渦電流式変位センサが、高さ方向に沿って設置される。すなわち、渦電流式変位センサは、被接合部材２と被接合部材３とが高さ方向について接する面（接合面）に対して垂直又は略垂直に設置される。これにより、渦電流式変位センサと被接合部材２，３とが接近又は離間する方向の振動、言い換えれば、接合面に対して垂直又は略垂直な方向（高さ方向）に振動する振動を検出できる。

【0016】

別のある一例では、センサ１１は、レーザ変位センサである。レーザ変位センサは、センサヘッドから測定対象物にレーザ光を照射し、対象物から反射した光をセンサヘッドで受光する。レーザ変位センサは、反射光の状態の変化及び／又はレーザ光の照射から受光までの時間変化に基づいて、センサヘッドに対する測定対象物の距離を測定する。本実施形態の超音波接合装置１では、レーザ変位センサが、高さ方向に沿って設置される。すなわち、レーザ変位センサは、センサヘッドから照射されるレーザ光が、被接合部材２，３の接合面に対して垂直又は略垂直になる状態で設置される。これにより、レーザ変位センサと被接合部材２，３とが接近又は離間する方向の振動、言い換えれば、接合面に対して垂直又は略垂直な方向（高さ方向）に振動する振動を検出できる。

【0017】

なお、振動子６、超音波ホーン７及び接合ツール８は、すべてが別体であってもよく、振動子６及び超音波ホーン７が一体であってもよく、超音波ホーン７及び接合ツール８が一体であってもよい。また、振動子６、超音波ホーン７及び接合ツール８のすべてが一体であってもよい。

【0018】

超音波接合装置１を用いて被接合部材２，３が超音波接合される場合、接合ツール８が超音波振動を被接合部材２，３に伝達するとともに、加圧機構９の加圧力により接合ツール８が被接合部材３を被接合部材２に対して押圧することで、被接合部材２，３が超音波接合される。図２に示す一例では、超音波接合装置１は、電池２０のリード２１の接合に用いられる。電池２０では、集電タブ２２が、電極群２３から突出する。クリップ板２４は、複数の集電タブ２２をクリップ板２４の間に挟み込む。超音波接合装置１を用いてクリップ板２４、集電タブ２２及びリード２１が超音波接合される場合、接合ツール８が超音波振動をクリップ板２４、集電タブ２２及びリード２１に伝達するとともに、加圧機構９の加圧力によりクリップ板２４をリード２１に対して押圧する。これにより、クリップ板２４、集電タブ２２及びリード２１が超音波接合される。なお、図２では集電タブ２２が電極群２３から突出する方向が第１の方向と一致しているが、これに限るものではない。例えば、集電タブ２２が電極群２３から突出する方向が、第２の方向と一致していてもよい。

【0019】

本実施形態の超音波接合装置１では、ユーザーインターフェースが設けられてもよい。ユーザーインターフェースは、操作部材を備える。操作部材では、超音波接合装置１の作動に関連する指令が、作業者等によって入力される。操作部材としては、ボタン、ダイヤル、ディスプレイ及びタッチパネル等が挙げられる。また、ユーザーインターフェースは、作業者等に情報を告知する告知部を備えていてもよい。告知部は、画面表示、音の発信及びライトの点灯等によって、告知する。告知部では、例えば、作業者によって認識されることが必要な情報、及び、作業者への警告情報等が、告知される。

【0020】

図３は、制御装置３０のブロック図の一例を示す。制御装置３０は、例えば、コンピュータである。制御装置３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）又はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等を含むプロセッサ又は集積回路（制御回路）、及び、メモリ等の記憶媒体を備える。制御装置３０に設けられるプロセッサ又は集積回路は、１つであってもよく、複数であってもよい。制御装置３０は、記憶媒体等に記憶されるプログラム等を実行することにより、処理を実行する。

【0021】

制御装置３０は、中央処理部３１、圧力制御部３２、超音波発振制御部３３及び振幅算出部３４を備える。中央処理部３１は、制御装置３０を管理する。圧力制御部３２は、加圧機構９を制御することにより、加圧機構９から被接合部材２，３に加えられる加圧力の大きさを調整する。超音波発振制御部３３は、超音波発振器５の超音波発振を制御する。振幅算出部３４は、センサ１１の測定値に基づいて、被接合部材２，３の高さ方向に沿う振動の振幅を算出する。中央処理部３１は、荷重センサ１０から加圧機構９により加えられる荷重を取得する。中央処理部３１は、荷重センサ１０及び振幅算出部３４から取得した情報に基づいて、圧力制御部３２及び超音波発振制御部３３を介して、加圧機構９及び超音波発振器５を制御可能である。また、中央処理部３１は、外部の上位装置３５と通信可能である。上位装置３５から制御指令を受信可能である。中央処理部３１は、外部の上位装置３５からの要求に基づいて、超音波接合装置１に関する情報を上位装置３５に送信可能である。上位装置３５は、例えば、電池を製造する設備全体を制御する制御装置である。

【0022】

前述のような超音波接合装置１では、接合ツール８が第１の方向に振動する。被接合部材２，３は、接合ツール８により押圧されることで、第１の方向に振動するとともに互いに対して押し付けられるため、超音波接合される。この場合、被接合部材２，３は、第１の方向に振動するだけでなく、前述のように高さ方向に振動する可能性がある。超音波接合装置１を用いた超音波接合では、被接合部材２，３の高さ方向に沿う振動の振幅が大きくなるにつれて、被接合部材２，３の接合強度が小さくなる。このため、超音波接合装置１では、超音波接合時における被接合部材２，３の高さ方向に沿う振動の振幅が抑制されることが、重要となる。本実施形態では、制御装置３０が超音波発振器５及び加圧機構９を制御することにより、超音波接合時における被接合部材２，３の高さ方向に沿う振動の振幅が抑制される。

【0023】

制御装置３０が超音波発振器５及び加圧機構９を制御する際には、超音波接合装置１が被接合部材２，３を超音波接合し、荷重センサ１０及びセンサ１１が、前述した計測パラメータ（加圧力、及び、高さ方向に沿う振動の振幅及び／又は変位）を検出する。そして、制御装置３０は、計測パラメータの荷重センサ１０及びセンサ１１での計測値を取得する。このため、計測パラメータが、制御装置３０によって取得される。制御装置３０は、計測パラメータの計測値を、所定のタイミングで定期的に取得する。このため、制御装置３０は、計測パラメータの計測値に加えて、計測パラメータの時間変化（時間履歴）も、計測データとして取得する。したがって、制御装置３０が取得する計測データには、加圧機構９の加圧力の時間変化（時間履歴）、及び、被接合部材２，３の高さ方向に沿う振動の振幅及び／又は変位の時間変化（時間履歴）等が含まれる。

【0024】

ここで、被接合部材２，３の高さ方向に沿う振動の振幅の閾値について説明する。被接合部材２，３の高さ方向に沿う振動の閾値は、超音波接合が良好に実施された好調品における計測パラメータの計測結果に基づいて、設定される。図４は、好調品及び不調品の接合強度を示す概略図である。縦軸は、接合強度（Ｎ）を示す。また、接合強度の基準値を破線σで示す。接合強度の基準値は、例えば、超音波接合後の製品の使用において要求される耐振動性を満足するような接合部の強度として設定される。本実施形態では、超音波接合により前述の接合強度の基準値を超える接合強度が得られた場合を好調品と称し、超音波接合により前述の接合強度の基準値以下の接合強度が得られた場合を不調品と称す。

【0025】

図５は、好調品又は不調品における被接合部材の高さ方向に沿う振動の経時的な変化をセンサ１１で検出した際の概略図である。縦軸は振幅（μｍ）を示し、横軸は時間（ｍｓ）を示す。前述したように、好調品（線αで示す）は、不調品（破線βで示す）と比べて、高さ方向に沿う振動の振幅が小さい。被接合部材２，３の高さ方向に沿う振動の閾値は、好調品の高さ方向に沿う振動の振幅Ａ０に基づいて設定される。好調品の高さ方向に沿う振動の振幅Ａ０は、これに限るものではないが、例えば、被接合部材の高さ方向に沿う振動の経時的な変化において、好調品における高さ方向に沿う振動の振幅の複数の測定値を平均した値である。本実施形態では、被接合部材２，３の高さ方向に沿う振動の閾値として、第１の規定値Ａ１及び第２の規定値Ａ２が設定される。第１の規定値Ａ１は、超音波接合が好調であることを示す基準値である。第２の規定値Ａ２は、超音波接合が不調であることを示す基準値である。第２の規定値Ａ２は、第１の規定値Ａ１より大きい。ある一例では、第１の規定値Ａ１は、好調品の振幅Ａ０を１．５倍した値、すなわち１．５×Ａ０である。第２の規定値Ａ２は、好調品の振幅Ａ０を２．０倍した値、すなわち２．０×Ａ０である。なお、第１の規定値Ａ１及び第２の規定値Ａ２は、振幅Ａ０に基づいて設定された値であれば、これらに限定されるものではない。

【0026】

図６は、実施形態の超音波接合装置において被接合部材を超音波接合する場合に、制御装置によって実行される処理の一例を示す。図６の処理は、超音波接合装置１において被接合部材２，３の超音波接合作業がされるたびに、制御装置３０によって実行される。したがって、図６の処理は、制御装置３０の１回の超音波接合において実行される処理を示す。図３に示すように、本実施形態では、制御装置３０の中央処理部３１によって、図６の処理が実行される。なお、以下の説明では、時間の変数として時間ｔを規定する。そして、時間ｔにおける加圧力Ｆ（ｔ）、高さ方向に沿う振動の振幅Ａ（ｔ）、超音波振動の第１の方向についての振幅Ｂ（ｔ）を規定する。また、超音波接合装置１では、荷重センサ１０によって定期的に加圧力Ｆ（ｔ）が検出され、センサ１１によって定期的に高さ方向に沿う振動の振幅Ａ（ｔ）が検出される。中央処理部３１では、加圧力Ｆ（ｔ）及び高さ方向に沿う振動の振幅Ａ（ｔ）を定期的に取得する。加圧力Ｆ（ｔ）を検出する時間間隔は、１ｍｓ以下であることが好ましい。また、高さ方向に沿う振動の振幅Ａ（ｔ）を検出する時間間隔は、超音波振動の１周期の１０分の１以下であることが好ましい。例えば、超音波振動の周波数が２０ｋＨｚである場合、振幅Ａ（ｔ）を検出する時間間隔は、５μs以下であることが好ましい。以下では、中央処理部３１が超音波発振制御部３３と協働して超音波発振器５の発振を調整し、かつ、中央処理部３１が圧力制御部３２と協働して加圧機構９の加圧を調整する場合を説明する。例えば、超音波発振器５は、中央処理部３１から入力された制御指令に基づいて、超音波発振制御部３３によって制御される。そして、加圧機構９は、中央処理部３１から入力された制御指令に基づいて、圧力制御部３２によって制御される。

【0027】

超音波接合装置１では、被接合部材２，３が、高さ方向についてステージ４の上面に設置される。被接合部材２，３は、高さ方向について互いに対して重ねられる。また、接合ツール８は、高さ方向について被接合部材２、３よりも上側に位置する。図６に示すように、中央処理部３１では、好調品の振幅Ａ０、第１の規定値Ａ１、第２の規定値Ａ２が、例えば、図３に示す上位装置３５を介して入力された指令に基づいて設定される（Ｓ１０１）。ある一例では、上位装置３５に設けられるユーザーインターフェースを介して、中央処理部３１に指令が入力されてもよい。

【0028】

中央処理部３１は、加圧力の目標値（制御目標値）Ｆｓの初期値Ｆｓｉ、超音波振動の第１の方向についての振幅の目標値（制御目標値）Ｂｓの初期値Ｂｓｉ、超音波を発振する時間の目標値（制御目標値）Ｔｓの初期値Ｔｓｉを設定する（Ｓ１０２）。目標値Ｆｓが設定される加圧力、目標値Ｂｓが設定される超音波振動の第１の方向についての振幅、及び、目標値Ｔｓが設定される発振する時間は、接合ツール８の駆動に関連する制御パラメータとなる。中央処理部３１は、超音波振動の第１の方向についての振幅Ｂ（ｔ）が振幅の目標値Ｂｓと一致又は略一致するように、超音波発振制御部３３と協働して、超音波発振器５の発振を調整する。また、中央処理部３１は、加圧力Ｆ（ｔ）が加圧力の目標値Ｆｓと一致又は略一致するように、圧力制御部３２と協働して、加圧機構９の加圧を調整する。ある一例では、加圧力の目標値Ｆｓの初期値Ｆｓｉは５００Ｎであり、振幅の目標値Ｂｓの初期値Ｂｓｉは１０μｍであり、時間の目標値Ｔｓの初期値Ｔｓｉは０．５秒である。なお、Ｆｓの初期値Ｆｓｉ、Ｂｓの初期値Ｂｓｉ、及び、Ｔｓの初期値Ｔｓｉは、これに限定されるものではない。

【0029】

好調品の高さ方向に沿う振動の振幅Ａ０、第１の規定値Ａ１、第２の規定値Ａ２、制御パラメータの目標値Ｆｓ，Ｂｓ，Ｔｓの設定が完了した後、中央処理部３１は、圧力制御部３２を制御して、加圧機構９による被接合部材２，３の加圧を開始する（Ｓ１０３）。加圧機構９が被接合部材２，３を加圧すると、加圧力Ｆ（ｔ）が変動する。図６に示すように、中央処理部３１は、加圧力Ｆ（ｔ）と加圧力の目標値Ｆｓの初期値Ｆｓｉとを比較する（Ｓ１０４）。加圧力Ｆ（ｔ）が加圧力の目標値Ｆｓの初期値Ｆｓｉ以下の場合（Ｓ１０４－Ｎｏ）、処理はＳ１０４に戻り、Ｓ１０４以降の処理が順次行われる。加圧力Ｆ（ｔ）が目標値Ｆｓの初期値Ｆｓｉより大きい場合（Ｓ１０４－Ｙｅｓ）、中央処理部３１は、超音波発振制御部３３と協働して、超音波発振器５から被接合部材２，３に対して超音波の発振を開始させる（Ｓ１０５）。

【0030】

超音波発振器５が超音波を発振すると、高さ方向に沿う振動の振幅Ａ（ｔ）が変動する。図６に示すように、振幅算出部３４は、センサ１１が検出した高さ方向に沿う振動の振幅Ａ（ｔ）を算出する。中央処理部３１は、振幅算出部３４から高さ方向に沿う振動の振幅Ａ（ｔ）を取得する。中央処理部３１は、高さ方向に沿う振動の振幅Ａ（ｔ）と第２の規定値Ａ２とを比較する（Ｓ１０７）。高さ方向に沿う振動の振幅Ａ（ｔ）が第２の規定値Ａ２より大きい場合（Ｓ１０７－Ｎｏ）、中央処理部３１は、例えば、上位装置３５に設けられるユーザーインターフェースに、不良品の発生を告知させる（Ｓ１０８）。そして、中央処理部３１は、超音波発振制御部３３と協働して、超音波発振器５からの超音波発振を停止させる（Ｓ１１２）。中央処理部３１は、圧力制御部３２と協働して、加圧機構９による被接合部材２，３の加圧を停止させる（Ｓ１１３）。すなわち、処理がＳ１０７－Ｎｏに進んだ場合、超音波接合装置１が停止されるため、接合ツール８の駆動が停止される。そして、超音波接合装置１による被接合部材２，３の超音波接合が中止される。

【0031】

高さ方向に沿う振動の振幅Ａ（ｔ）が振幅の第２の規定値Ａ２以下の場合（Ｓ１０７－Ｙｅｓ）、中央処理部３１は、高さ方向に沿う振動の振幅Ａ（ｔ）と第１の規定値Ａ１とを比較する（Ｓ１０９）。高さ方向に沿う振動の振幅Ａ（ｔ）が第１の規定値Ａ１より大きい場合（Ｓ１０９－Ｎｏ）、中央処理部３１は、目標値Ｆｓ，Ｂｓ，Ｔｓの少なくとも１つの値を変更する（Ｓ１１０）。例えば、中央処理部３１は、目標値Ｆｓの値を変更する。前述のように、中央処理部３１は、加圧力Ｆ（ｔ）が目標値Ｆｓに一致又は略一致するように、超音波発振制御部３３と協働して超音波発振器５の発振を調整する。そのため、目標値Ｆｓが変更されることにより、加圧力Ｆ（ｔ）の値が変更される。Ｂｓ，Ｔｓが変更される場合についても、Ｆｓが変更される場合と同様である。目標値Ｆｓ，Ｂｓ，Ｔｓのそれぞれが変更される大きさは、被接合部材２，３の組み合わせ等によって適宜設定される。Ｓ１１０の処理後、処理はＳ１１１に進む。

【0032】

高さ方向に沿う振動の振幅Ａ（ｔ）が第１の規定値Ａ１以下の場合（Ｓ１０９－Ｙｅｓ）、Ｓ１１０の処理を行うことなく、処理はＳ１１１に進む。Ｓ１１１では、中央処理部３１は、時間ｔと時間の目標値Ｔｓとを比較する（Ｓ１１１）。時間ｔが時間の目標値Ｔｓ以下の場合（Ｓ１１１－Ｎｏ）、処理はＳ１０６に戻り、Ｓ１０６以降の処理が順次実行される。時間ｔが時間の目標値Ｔｓより長い場合（Ｓ１１１－Ｙｅｓ）、中央処理部３１は、超音波発振制御部３３と協働して、超音波発振器５からの超音波発振を停止させる（Ｓ１１２）。中央処理部３１は、圧力制御部３２と協働して、加圧機構９による被接合部材２，３の加圧を停止させる（Ｓ１１３）。すなわち、接合ツール８の駆動を停止させる。これにより、超音波接合装置１による被接合部材２，３の超音波接合が完了する。

【0033】

本実施形態の超音波接合装置１では、センサ１１が、超音波振動により振動する被接合部材２，３の高さ方向に沿う振動を検出する。制御装置３０は、センサ１１により検出された被接合部材２，３の高さ方向に沿う振動に関する情報に基づいて、制御パラメータ（Ｆｓ，Ｂｓ，Ｔｓ）を変更する。これにより、被接合部材２，３が高さ方向に沿って振動しても、超音波接合装置１において、制御装置３０が制御パラメータを適切に変更する。よって、超音波接合装置１では、超音波接合に被接合部材２，３の接合強度の低下が抑制される。すなわち、被接合部材２，３の接合強度が維持される。

【0034】

本実施形態の超音波接合装置１では、制御パラメータは、加圧力の目標値Ｆｓ、超音波振動の第１の方向についての振幅の目標値Ｂｓ、超音波振動を発振する時間の目標値Ｔｓを含む。制御装置３０は、被接合部材２，３の高さ方向に沿う振動の振幅Ａ（ｔ）が第１の規定値Ａ１より大きい場合、制御パラメータのうち少なくとも１つを変更する。これにより、被接合部材２，３が高さ方向に沿って振動しても、超音波接合装置１において、制御装置３０が制御パラメータをより適切に変更する。よって、超音波接合装置１では、超音波接合に被接合部材２，３の接合強度の低下がより抑制される。すなわち、被接合部材２，３の接合強度がさらに維持される。

【0035】

本実施形態の超音波接合装置１では、被接合部材２，３の高さ方向に沿う振動の振幅Ａ（ｔ）が第２の規定値Ａ２より大きい場合、超音波接合装置１を停止させる。これにより、被接合部材２，３が好調に接合されていない場合、超音波接合装置１による超音波接合が継続されない。よって、超音波接合装置１では、不要な超音波接合時間を短縮することができる。

【0036】

（変形例）
ある変形例では、図７に示すように、センサ１１は、高さ方向について被接合部材２，３の下側に設けられてもよい。また、図８に示すように、空洞Ｖがステージ４の内部に形成され、センサ１１が空洞Ｖに配置されてもよい。この場合、センサ１１は、空洞Ｖの内面において、高さ方向について被接合部材２，３に近い部位に配置されることが好ましい。本変形例においても、超音波接合装置１では前述と同様の制御が実行されるため、前述の実施形態等と同様の作用及び効果を奏することに加えて、以下の作用及び効果を奏する。すなわち、本変形例では、前述のような構成を備えるため、例えば、被接合部材２，３の形状の制約等によりセンサ１１の配置が制限される場合であっても、適切に被接合部材２，３を超音波接合できる。よって、超音波接合装置１では、被接合部材２，３の形状が、より自由に選択可能である。

【0037】

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、第１の実施形態のセンサ１１として、センサ１１Ａ，１１Ｂの二つが設けられること以外は、第１の実施形態と同様の構成である。センサ１１Ａは、高さ方向について被接合部材２，３の上側に設けられる。センサ１１Ｂは、高さ方向について被接合部材２，３の下側に設けられる。センサ１１Ａ，１１Ｂの位置は、第１の方向及び第２の方向について、ずれていない又はほとんどずれていないことが好ましい。

【0038】

センサ１１Ａ，１１Ｂのそれぞれでは、対応する閾値（第１の規定値及び第２の規定値）が規定される。センサ１１Ａ，１１Ｂのそれぞれに対応する閾値は、被接合部材２，３の組み合わせ等によって適宜設定される。したがって、センサ１１Ａの第１の規定値及びセンサ１１Ｂの第１の規定値は、同一であってもよく、異なっていてもよい。センサ１１Ａの第２の規定値及びセンサ１１Ｂの第２の規定値は、同一であってもよく、異なっていてもよい。なお、センサ１１Ａにおける第１の規定値及び第２の規定値、センサ１１Ｂにおける第１の規定値及び第２の規定値の設定方法は、第１の実施形態と同様である。すなわち、好調品の振幅Ａ０に基づいて設定される。

【0039】

制御装置３０は、センサ１１Ａ，１１Ｂのそれぞれに対応する閾値に基づいて、超音波接合装置１を制御する。本実施形態では、図６において、制御装置３０が、Ｓ１０６，Ｓ１０７，Ｓ１０９における処理を、センサ１１Ａ，１１Ｂのそれぞれの測定値に基づいて実行する。ある一例では、振幅算出部３４は、センサ１１Ａの測定値に基づいて高さ方向に沿う振動の振幅Ａａ（ｔ）を算出し、センサ１１Ｂの測定値に基づいて高さ方向に沿う振動の振幅Ａｂ（ｔ）を算出する。Ｓ１０７において、中央処理部３１は、高さ方向に沿う振動の振幅Ａａ（ｔ）及びセンサ１１Ａの第２の規定値Ａ２ａを比較するとともに、高さ方向に沿う振動の振幅Ａｂ（ｔ）及びセンサ１１Ｂの第２の規定値Ａ２ｂを比較する。Ａａ（ｔ）がＡ２ａより大きい、又は、Ａｂ（ｔ）がＡ２ｂより大きい場合、中央処理部３１は、第１の実施形態と同様にＳ１０８以降の処理を進め、超音波接合装置１による超音波接合が停止される。Ａａ（ｔ）がＡ２ａ以下であり、かつ、Ａｂ（ｔ）がＡ２ｂ以下である場合、処理はＳ１０９に進む。Ｓ１０９において、中央処理部３１は、高さ方向に沿う振動の振幅Ａａ（ｔ）及びセンサ１１Ａの第１の規定値Ａ１ａを比較するとともに、高さ方向に沿う振動の振幅Ａｂ（ｔ）及びセンサ１１Ｂの第１の規定値Ａ１ｂを比較する。Ａａ（ｔ）がＡ１ａより大きい、又は、Ａｂ（ｔ）がＡ１ｂより大きい場合、中央処理部３１はＳ１１０以降の処理を進める。Ａａ（ｔ）がＡ１ａ以下であり、かつ、Ａｂ（ｔ）がＡ１ｂ以下である場合、中央処理部３１はＳ１１１以降の処理を進める。なお、第２実施形態における中央処理部３１により処理は、上述の処理に限るものではない。すなわち、中央処理部３１による処理は、センサ１１Ａ，１１Ｂのそれぞれの測定値に基づいて実行されるものであればよい。

【0040】

本実施形態では、上述のようにセンサ１１Ａ，１１Ｂが高さ方向について被接合部材２，３の両側に設けられる。そのため、被接合部材２，３の高さ方向に沿う振動をより精緻に検出することができる。よって、超音波接合装置１では、超音波接合による被接合部材２，３の接合強度の低下が、より一層抑制される。なお、本実施形態においても、上述したこと以外については、前述の実施形態等と同様の構成及び処理であるため、前述の実施形態等と同様の作用及び効果を奏する。

【0041】

これらの少なくとも一つの実施形態では、超音波接合装置は、ステージ、接合ツール、センサ及び制御装置を備える。ステージは、高さ方向の上側に被接合部材を配置可能である。接合ツールは、被接合部材に対して高さ方向の上側に配置され、被接合部材を加圧力により高さ方向の下側に押圧し、かつ、高さ方向と交差する方向に振動する超音波振動を被接合部材に伝達する状態に駆動されることにより、被接合部材を接合する。センサは、超音波振動により振動する被接合部材における高さ方向に沿う振動を検出する。制御装置は、センサにより検出された高さ方向に沿う振動に関する情報に基づいて、接合ツールの駆動に関連する制御パラメータを変更する。これにより、超音波接合装置１では、超音波接合に被接合部材２，３の接合強度の低下が抑制される。

【0042】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下、付記を記載する。
［１］高さ方向の上側に被接合部材を配置可能なステージと、
前記被接合部材に対して前記高さ方向の上側に配置され、前記被接合部材を加圧力により前記高さ方向の下側に押圧し、かつ、前記高さ方向と交差する方向に振動する超音波振動を前記被接合部材に伝達する状態に駆動されることにより、前記被接合部材を接合する接合ツールと、
前記超音波振動により振動する前記被接合部材における前記高さ方向に沿う振動を検出するセンサと、
前記センサにより検出された前記高さ方向に沿う振動に関する情報に基づいて、前記接合ツールの駆動に関連する制御パラメータを変更する制御装置と、
を備える、超音波接合装置。
［２］前記高さ方向に沿う振動に関する情報は、前記高さ方向に沿う振動の振幅を含み、
前記制御パラメータは、前記加圧力の目標値、前記超音波振動の振幅の目標値及び前記超音波振動を発振する時間の目標値を含み、
前記制御装置は、前記高さ方向に沿う振動の前記振幅が第１の規定値より大きい場合、前記制御パラメータのうち少なくとも１つを変更する、
［１］に記載の超音波接合装置。
［３］前記制御装置は、前記振幅が第２の規定値より大きい場合、前記接合ツールの駆動を停止させる、
［２］に記載の超音波接合装置。
［４］被接合部材を加圧力により高さ方向の下側に押圧し、かつ、前記高さ方向と交差する方向に振動する超音波振動を前記被接合部材に伝達する状態に駆動されることにより、前記被接合部材を接合する接合ツールとともに用いられる制御装置であって、
前記被接合部材における前記高さ方向に沿う振動に関する情報に基づいて、前記接合ツールの駆動に関連する制御パラメータを変更するプロセッサを備える、
制御装置。
［５］被接合部材を加圧力により高さ方向の下側に押圧し、かつ、前記高さ方向と交差する方向に振動する超音波振動を前記被接合部材に伝達する状態に接合ツールを駆動することにより、前記被接合部材を接合することと、
前記被接合部材を接合している状態において、前記被接合部材における前記高さ方向に沿う振動を検出することと、
前記被接合部材の前記高さ方向に沿う振動に関する情報に基づいて、前記接合ツールの駆動に関連する制御パラメータを変更することと、
を含む、制御方法。

【符号の説明】

【0043】

１…超音波接合装置、４…ステージ、８…接合ツール、１１…センサ、３０…制御装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】