[发明专利]超声焊接系统及其使用方法

说明书

提供了一种超声焊接系统。所述超声焊接系统包括用于支撑工件的支撑结构。超声焊接系统还包括焊头组件，所述焊头组件包括承载超声焊极的超声转换器。超声焊接系统还包括承载焊头组件的z轴运动系统。所述z轴运动系统包括(i)用于使焊头组件沿着超声焊接系统的z轴移动的z轴驱迫器，以及(ii)设置在z轴驱迫器和焊头组件之间的z轴超程机构。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年11月28日提交的美国临时申请No.62/772,113的优先权，该申请的内容通过引用以其整体纳入本文。

技术领域

本发明涉及超声焊接系统，且更特别地，涉及用于进行超声焊接操作的改进系统和方法。

背景技术

超声能量被广泛用于在两种或更多种材料之间形成互连。例如，线材键合机/焊线机(如球键合机、楔键合机、带键合机等)被用来将线材或带结合至结合位置。然而，线材键合采用相对较低的能量水平(例如，结合力、超声能量等)。示例性的线材键合机由宾夕法尼亚州华盛顿堡的库利克和索夫工业公司(Kulicke and Soffa Industries,Inc.)销售。

特定应用涉及线材以外的材料的连接。焊接已经被考虑用于此类应用。超声焊接也是一种广泛使用的技术。超声焊接可以使用超声转换器(例如，承载超声焊极(sonotrode))，用于将电能转换为机械运动/擦拭(例如，直线运动/擦拭、扭转运动/擦拭等)。然而，现有的超声焊接技术和设备在其提供能够满足就成本、操作效率、灵活性、便携性和相关因素而言的市场需求的解决方案的能力方面是有限的。

因此，期望能改进超声焊接技术，以克服潜在市场的现有障碍。

发明内容

根据本发明的示例性实施例，提供了一种超声焊接系统。该超声焊接系统包括用于支撑工件的支撑结构。该超声焊接系统还包括焊头组件，该焊头组件包括承载超声焊极的超声转换器。超声焊接系统还包括承载焊头组件的z轴运动系统。z轴运动系统包括(i)用于使焊头组件沿着超声焊接系统的z轴移动的z轴驱迫器/驱动器(z-axis forcer)，以及(ii)设置在z轴驱迫器和焊头组件之间的z轴超程机构。

根据本发明的另一个示例性实施例，提供了一种超声焊接系统。该超声焊接系统包括用于支撑工件的支撑结构。该超声焊接系统还包括焊头组件，该焊头组件包括承载超声焊极的超声转换器。超声焊接系统还包括承载焊头组件的z轴运动系统。z轴运动系统包括：(i)用于使焊头组件沿着超声焊接系统的z轴移动的z轴驱迫器，z轴驱迫器包括用于使焊头组件沿着超声焊接系统的z轴移动的滚珠螺杆系统，以及(ii)设置在z轴驱迫器和焊头组件之间的z轴超程机构，z轴超程机构包括内联弹簧。该超声焊接系统还包括(a)z轴编码器，用于感测(i)z轴驱迫器的可移动部分相对于(ii)z轴驱迫器的固定部分沿着超声焊接系统z轴的运动；以及(b)超程编码器，用于感测(i)z轴驱迫器的可移动部分相对于(ii)焊头组件沿着超声焊接系统z轴的运动。

根据本发明的另一个示例性实施例，提供了一种将导电端子超声焊接至工件的方法。该方法包括以下步骤：(a)将工件支撑在超声焊接系统的支撑结构上，导电端子与工件的导电区域对准；(b)提供焊头组件，包括承载超声焊极的超声转换器，焊头组件被配置为使用超声焊接系统的z轴运动系统的z轴驱迫器而沿着超声焊接系统的z轴运动；(c)提供在z轴驱迫器和焊头组件之间设置的z轴超程机构，该z轴驱迫器承载焊头组件和z轴超程机构；(d)使z轴驱迫器的可移动部分沿着超声焊接系统的z轴向下移动，直到超声焊极的焊接末梢与导电端子接触；(e)在步骤(d)之后，使z轴驱迫器的可移动部分沿着超声焊接系统的z轴进一步向下移动，以激活z轴超程机构；以及(f)向超声焊极的焊接末梢施加超声能量，以将导电端子焊接至工件的导电区域。

附图说明

当结合附图阅读时，从下面的详细描述中可以最好地理解本发明。需要强调的是，根据通常的实践，附图中的各种特征不是按比例绘制的。相反，为了清楚起见，各种特征的尺寸被任意扩大或缩小。附图中包括以下视图：