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超音波複合振動

     
  縦-複合曲げ振動系を用いた超音波溶接装置の振動特性について  
 
 
   
     
     
   
   
  超音波複合振動の使用により、金属の超音波溶接では従来の直線振動軌跡の場合と比べて溶接面積が大となり、一様で大強度の溶接部を得ることが可能となる。また複合振動により方向性のない接合が可能となり、マイクロエレクトロニクスにおける半導体チップの多数のバンプの基板への直接接合、各種の電子デバイスのパッケージング等へ有効に適用可能であるが、比較的大面積の溶接チップが必要である。40kHz〜180kHzの直交した縦振動系で11mm角〜21mm角の溶接チップ部を有する複合曲げ振動棒を駆動する複合振動溶接装置を構成し、振動特性、振動分布、駆動奇跡等につき検討した。  
     
  本研究では、10mm角〜20mm角の半導体チップの直接接合を可能とするために、一端を溶接チップ(11〜21mm角)とする複合曲げ振動角棒を直交した2組の縦振動系で駆動する40〜180kHzの大面積溶接チップを有する複合振動超音波溶接装置を構成して振動分布、振動特性、溶接チップの振動軌跡について検討した。周波数100,180kHzの21mm角溶接チップ端部での振動分布は、振動速度に変化が生じてしまったが、40,60kHzでは、ほぼ一様な振動分布が得られた。チップ端部の振動軌跡は楕円形、円形軌跡が得られた。
 現在、半導体チップ等のはんだ、接着剤を用いない直接接合に超音波溶接が注目されているが従来の使用周波数および直線振動軌跡では一様な接合が困難である。従来の一次元の直線振動に替わり、二次元の楕円、円形または長方形、方形の複合振動を用い、さらにより高周波数を用いるチップのフェイスダウン、フリップチップによる基板へのはんだ無しの直接接合、水晶振動子、SAWデバイス等のパッケージの直接封止等の超音波マイクロ溶接が可能になる。現在、マイクロエレクトロニクスでの応用について更に検討中である。
 
         
  信学技報
IEICE Technical Report
US2008-98 より
 
 

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