超声焊接系统及其使用方法技术方案

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。所述超声焊接系统还包括焊头组件，该焊头组件包括携带超声发生器的超声转换器。所述焊头组件沿多个基本水平的轴线可移动。所述超声发生器配置成，在焊接操作期间，以5‑500kg之间的键合力操作，并且超声发生器尖端运动幅度在5‑150微米之间。

Ultrasonic welding system and its application

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超声焊接系统及其使用方法相关申请的交叉引用该申请要求享受2017年4月4日提交的美国临时申请No.62/481,408的权益，其全部内容在此通过引用并入本文。
本专利技术涉及超声焊接，并且更具体地，涉及用于执行超声焊接操作的改进的系统和方法。
技术介绍
超声能量被广泛用于形成两种或更多种材料之间的互连。例如，导线键合机(例如，球形键合机、楔形键合机、带式键合机等)用于将导线或带键合到键合位置。然而，导线键合利用相对低水平的能量(例如，键合力、超声能量等)。示例性导线键合机由宾夕法尼亚州华盛顿堡的“KulickeandSoffaIndustries,Inc.”销售。某些应用包含导线之外的材料的连结。对于这样的应用已经考虑了焊接。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，携带超声发生器)用于将电能转换成机械运动/擦拭(例如，线性运动/擦拭、扭转运动/擦拭等)。然而，现有的超声焊接技术和设备在成本、操作效率、灵活性、便携性和相关因素方面提供能够满足市场需求的解决方案的能力中受限。因此，需要改进超声焊接技术以克服对潜在市场的现有障碍。
技术实现思路
根据本专利技术的另一示例性实施方式，提供了超声焊接系统。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，所述焊头组件包括携带超声发生器的超声转换器。焊头组件沿多个基本水平的轴线可移动。超声发生器配置成在焊接操作期间，以5-500kg之间的键合力操作，并且超声发生器尖端运动幅度在5-150微米之间。根据本专利技术的又一示例性实施方式，提供了超声焊接系统。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，所述焊头组件包括携带超声发生器的超声转换器。焊头组件沿多个基本水平的轴线可移动。提供到超声焊接系统的工件包括接触元件和基极结构，其中，超声发生器配置成将接触元件的至少一个导电触头超声焊接到基极结构的相应导电区域。根据本专利技术的又一示例性实施方式，提供了操作超声焊接系统的方法。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；以及(b)使用焊头组件(包括携带超声发生器的超声转换器)，将工件的第一部分焊接到工件的第二部分，该焊头组件沿多个基本水平的轴线可移动，超声发生器配置成，在焊接操作期间，以5-500kg之间的键合力将工件的第一部分焊接到工件的第二部分，并且超声发生器尖端运动幅度在5-150微米之间。根据本专利技术的又一示例性实施方式，提供了操作超声焊接系统的另一种方法。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；以及(b)使用焊头组件(其包括携带超声发生器的超声转换器)将(i)工件的接触元件的导电触头焊接到(ii)工件的基极结构的相应导电区域，该焊头组件沿多个基本水平的轴线可移动。附图说明当结合附图阅读时，根据以下详细描述可以最好地理解本专利技术。要强调的是，根据惯例，附图的各个特征未按比例。相反，为了清楚起见，各种特征的尺寸被任意地扩大或缩小。附图中包括以下图：图1是根据本专利技术的示例性实施方式的超声焊接系统的框图侧视图；图2是图1的超声焊接系统的框图顶视图；图3A是根据本专利技术的各种示例性实施方式的配置成用于使用超声焊接系统焊接的工件的框图顶视图；图3B是根据本专利技术的各种示例性实施方式的图3A的工件的框图顶视图，所述工件包括示例性焊接连接；以及图4是根据本专利技术的另一示例性实施方式的另一超声焊接系统的框图顶视图。具体实施方式根据本专利技术，在焊接系统(和相应的方法)中提供超声焊接能力，其可以实现有效的批量生产。本专利技术的各方面涉及照相机(例如，用于图案识别)、过程诊断、物料搬运和固定/夹持系统、清洁(碎屑清除)系统、(光学)检查系统等等。图1示出了超声焊接系统100。超声焊接系统100包括用于提供工件102a1的输入工件供应件102，其中输入工件供应件102配置成携带多个工件102a1(例如，供应件102可以是用于携带多个工件102a1的载体，诸如匣盒处理器，或合适于专用工件的其他供应结构等)。由输入工件供应件102携带的示例性工件102a1包括电源模块、电源模块的部件、引线框、电池模块等。工件102a1(通过可以包括在物料搬运系统104中的任何期望的运输组件，诸如抓取器组件)从输入工件供应件102提供到物料搬运系统104。物料搬运系统104(例如，使用传送器组件、使用抓取器组件等)将工件102a1从输入工件供应件102移动到支撑结构106。支撑结构106在焊接操作期间支撑工件(当使用工件夹具108抵靠支撑结构106夹持时，现在标记为夹持工件102a2)。在焊接操作(下面参照焊头组件112描述)之后，将现在的焊接工件102a3从支撑结构106下游的物料搬运104的一部分移动(例如，使用传送器组件、使用抓取器组件等)到输出工件供应件110。输出工件供应件110配置成在焊头组件112(其中焊头组件112包括携带超声发生器112a的超声转换器112b)处理之后接收工件102a3。输出工件供应件110可以是载体，诸如用于携带多个焊接工件102a3的匣盒处理器，或者是合适于专用工件的其他供应结构。超声焊接系统100包括焊头组件112。焊头组件包括携带超声发生器112a的超声转换器112b，并且该焊头组件沿多个基本水平的轴线可移动。在图1所示的示例中，焊头组件112配置成沿超声焊接系统100的x轴和y轴(参见图2上的示例x轴和y轴)移动。在图1所示的示例中，焊头组件112还配置成沿超声焊接系统100的z轴移动，并且绕超声焊接系统100的θ轴(轴)移动。使用焊头组件112的运动轴线，超声发生器112a能够相对于夹持工件102a2移动进入恰当的焊接位置。还提供照相机114(其中照相机可以可选地由焊头组件112携带，或者可以由超声焊接系统100的另一部分携带)，用于与超声发生器112a和夹持工件102a2之间的对齐、夹持工件102a2自身部件的对齐、焊接操作之后焊接的光学检查等相关的成像操作。根据本专利技术的某些示例性实施方式，在焊接操作期间，示例性技术规范包括：(i)超声发生器配置成以5-500kg之间的键合力操作，或该超声发生器配置成以5-300kg之间的键合力操作，或该超声发生器配置成以5-100kg之间的键合力操作；(ii)超声发生器尖端运动幅度在5-150微米之间，或该超声发生器尖端运动幅度在5-120微米之间，或该超声发生器尖端的运动幅度在5-100微米之间；(iii)超声发生器配置成在工件的第一部分和工件的第二部分之间形成超声焊接，其面积在1.5-30mm2之间的范围；或超声发生器配置成在工件的第一部分和工件的第二部分之间形成超声焊接，其面积在1.5-20mm2之间的范围；或超声发生器配置成在工件的第一部分和工件的第二部分之间形成超声焊接，期面积在1.5-16mm2之间的范围；并且(iv)超声发生器配置成以15-40kHz之间的范围的频率操作，或超声发生器配置成以20-3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声焊接系统，包括：/n支撑结构，其用于支撑工件；和/n焊头组件，其包括携带超声发生器的超声转换器，所述焊头组件沿多个基本水平的轴线可移动，所述超声发生器配置成在焊接操作期间以5-500kg之间的键合力操作，并且超声发生器尖端运动幅度在5-150微米之间。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170404 US 62/481,4081.一种超声焊接系统，包括：
支撑结构，其用于支撑工件；和
焊头组件，其包括携带超声发生器的超声转换器，所述焊头组件沿多个基本水平的轴线可移动，所述超声发生器配置成在焊接操作期间以5-500kg之间的键合力操作，并且超声发生器尖端运动幅度在5-150微米之间。


2.根据权利要求1所述的超声焊接系统，其中，所述超声发生器配置成使用线性超声运动和扭转超声运动中的至少一种，将所述工件的第一部分焊接到所述工件的第二部分。


3.根据权利要求1所述的超声焊接系统，还包括：用于提供所述工件的输入工件供应件，所述输入工件供应件配置成携带多个工件。


4.根据权利要求3所述的超声焊接系统，还包括：用于将工件从输入工件供应件移动到支撑结构的物料搬运系统。


5.根据权利要求1所述的超声焊接系统，还包括：用于在通过超声发生器处理之后接收所述工件的输出工件供应件。


6.根据权利要求1所述的超声焊接系统，其中，所述工件从由电源模块、引线框和电池模块组成的组中选择。


7.根据权利要求1所述的超声焊接系统，其中，所述工件包括接触元件和基极结构，其中，所述超声发生器配置成将接触元件的至少一个导电触头超声焊接到基极结构的相应导电区域。


8.根据权利要求1所述的超声焊接系统，其中，所述多个基本水平的轴线包括所述超声焊接系统的x轴和y轴。


9.根据权利要求1所述的超声焊接系统，还包括：工件夹持系统，所述工件夹持系统用于在超声焊接期间，通过所述超声发生器将所述工件夹持到所述支撑结构。


10.根据权利要求1所述的超声焊接系统，还包括：工件组装台，所述工件组装台配置成，在通过所述超声发生器对所述工件进行超声焊接之前组装所述工件，所述工件组装台配置成将所述工件的接触元件对齐到所述工件的基极结构。


11.根据权利要求10所述的超声焊接系统，其中，所述超声发生器配置成，在所述工件组装台处组装所述工件之后，所述超声发生器将所述接触元件的至少一个导电触头超声焊接到所述基极结构的相应导电区域。


12.根据权利要求1所述的超声焊接系统，其中，所述超声发生器配置成在所述工件的所述第一部分与所述工件的所述第二部分之间形成超声焊接，所述超声焊接的面积在1.5-30mm2之间的范围中。


13.根据权利要求1所述的超声焊接系统，其中，所述超声发生器配置成以15-40kHz之间的范围中的频率操作。


14.一种超声焊接系统，包括：
支撑结构，其用于支撑工件；和
焊头组件，其包括携带超声发生器的超声转换器，所述焊头组件沿多个基本水平的轴线可移动，所述工件被提供到包括接触元件和基极结构的超声焊接系统，其中，所述超声发生器配置成将所述接触元件的至少一个导电触头超声焊接到所述基极结构的相应导电区域。


15.根据权利要求14所述的超声焊接系统，其中，所述超声发生器配置成使用线性超声运动和扭转超声运动中的至少一种将所述工件的第一部分焊接到所述工件的第二部分。


16.根据权利要求14所述的超声焊接系统，还包括：用于提供所述工件的输入工件供应件，所述输入工件供应件配置成携带多个工件。


17.根据权利要求16所述的超声焊接系统，还包括：用于将所述工件从所述输入工件供应件移动到所述支撑结构的物料搬运系统。


18.根据权利要求14所述的超声焊接系统，还包括：输出工件供应件，所述输出工件供应件用于在通过所述超声发生器处理之后接收所述工件。


19.根据权利要求14所述的超声焊接系统，其中，所述工件从由电源模块、引线框和电池模块组成的组中选择。


20.根据权利要求14所述的超声焊接系统，其中，所述多个基本水平的轴线包括超声焊接系统的x轴和y轴。


21.根据权利要求14所述的超声焊接系统，还包括：工件夹持系统，所述工件夹持系统用于在通过所述超声发生器进行超声焊接期间将所述工件夹持到所述支撑结构。


22.根据权利要求14所述的超声焊接系统，还包括：工件组装台，所述工件组装台配置成在通过所述超声发生器对所述工件超声焊接之前组装所述工件，所述工件组装台配置成将所述工件的所述接触元件对齐到所述工件的所述基极结构。


23.根据权利要求22所述的超声焊接系统，其中，所述超声发生器配置成，在所述工件组装台处将所述工件组装之后，将所述接触元件的至少一个导电触头超声焊接到所述基极结构的相应导电区域。


24.根据权利要求14所述的超声焊接系统，其中，所述超声发生器配置成在焊接操作期间，以5-500kg之间的键合力操作，并且超声发生器尖端运动幅度在5-150微米之间。


25.根据权利要求14所述的超声焊接系统，其中，所述超声发生器配置成在所述工件的所述第一部分与所述工件的所述第二部分之间形成超声焊接，所述超声焊接的面积在1.5-30mm2之间的范围中。


26.根据权利要求14所述的超声焊接系统，其中，所述超声发生器配置成以15-40kHz之间的范围中...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·卢钦格，O·瓦伦丁，
申请(专利权)人：库利克和索夫工业公司，
类型：发明
国别省市：美国;US