(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動を伝達するホーンと、
前記ホーンの一端に設けられ、前記超音波振動を発生する超音波振動子と、
電子部品を保持する電子部品保持部と、
を備え、
前記電子部品保持部は、先細りの形状の雄型嵌合部と、前記電子部品を前記雄型嵌合部とは反対側に保持する電子部品保持面と、を有し、
前記ホーンの所定面には、前記雄型嵌合部の形状に応じた形状の雌型嵌合部が形成され、
前記雄型嵌合部は、前記雌型嵌合部に接着層を介して嵌め合わされている、ボンディングツール。
【請求項２】
前記雄型嵌合部は、断面形状が台形である凸条であり、
前記雌型嵌合部は、断面形状が台形である溝であり、
前記凸条の頂面は、前記溝の底面と前記接着層を介して対面しており、
前記凸条の頂面の幅は、前記溝の底面の幅よりも大きい、請求項１記載のボンディングツール。
【請求項３】
前記ホーンは、長手方向が前記超音波振動が伝達される方向である実質的な角柱であり、
前記溝は、前記角柱の下側の面において、前記角柱の長手方向と直交する方向に形成されている、請求項２記載のボンディングツール。
【請求項４】
前記凸条の頂面と、前記溝の底面と、の間における前記接着層の厚みは、前記凸条の側面と、前記凸条の側面が前記接着層を介して対面している前記溝の側面と、の間における前記接着層の厚みよりも大きい、請求項３記載のボンディングツール。
【請求項５】
前記接着層の厚みは、２００μｍ以下である、請求項３記載のボンディングツール。
【請求項６】
前記電子部品保持部の、前記電子部品保持面に直交する方向の高さと、前記電子部品保持部の、前記超音波振動が伝達される方向の幅と、の比率（高さ／幅）は、１／１０以上である、請求項３記載のボンディングツール。
【請求項７】
前記ホーンを構成する材料のヤング率は、前記接着層を構成する材料のヤング率よりも大きく、
前記電子部品保持部を構成する材料のヤング率は、前記接着層を構成する材料のヤング率よりも大きい、請求項３記載のボンディングツール。
【請求項８】
前記接着層を構成する材料は、ロウ材である、請求項３記載のボンディングツール。
【請求項９】
回路基板を保持する回路基板保持部と、
前記電子部品を供給する電子部品供給部と、
前記保持された回路基板に、前記供給された電子部品を装着する電子部品装着ユニットと、
を備え、
前記電子部品装着ユニットは、電子部品装着部を有し、
前記電子部品装着部は、押圧ユニットと、請求項１記載のボンディングツールと、を有し、
前記押圧ユニットは、前記ボンディングツールの前記電子部品保持部を介し、前記回路基板に対して前記電子部品を押圧する、電子部品装着装置。
【請求項１０】
請求項１記載のボンディングツールの製造方法であって、
前記雄型嵌合部を形成する雄型嵌合部形成ステップと、
前記雌型嵌合部を形成する雌型嵌合部形成ステップと、
前記接着層を形成するためのロウ材を前記雄型嵌合部と前記雌型嵌合部との間に配置するロウ材配置ステップと、
前記雄型嵌合部と前記雌型嵌合部とを所定の治具を利用して加圧しながら恒温槽において加熱することによって、前記接着層を形成し、前記雄型嵌合部を前記雌型嵌合部に嵌め合わせる嵌め合わせステップと、
を備えた、ボンディングツールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば電子部品を回路基板に装着するための、ボンディングツール、電子部品装着装置、およびボンディングツールの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子部品のバンプ電極をプリント基板の電極と接合するための様々な接合方法が、知られている。【０００３】
たとえば、超音波接合方法はそのような接合方法の１つであって、電子部品を回路基板に短時間で接合することができる。【０００４】
ここに、超音波接合方法とは、電子部品を回路基板に押圧しながら、その電子部品を超音波振動により振動させて、接合面における局部的スリップにより発生する表面皮膜の破壊および飛散によるボンディングを利用して、原子レベルで電子部品の電極を回路基板の電極と電気的に接合する接合方法である。【０００５】
そこで、図１０を参照しながら、上述した超音波接合方法を利用する従来のボンディングツール９の構成および動作について説明する。【０００６】
なお、図１０は、従来のボンディングツール９の概略的な正面図である。【０００７】
従来のボンディングツール９は、電子部品８を超音波振動子５２により振動させて、回路基板８１に対して電子部品８のボンディングを行うための装置である（たとえば、特許文献１参照）。【０００８】
ボンディングツール９は、ホーン９１と、超音波振動子５２と、電子部品保持部９３と、を備えている。【０００９】
電子部品保持部９３は寸胴の形状の雄型嵌合部９３２を有しており、ホーン９１には雄型嵌合部９３２の形状に応じた形状の雌型嵌合部９１５１が形成されており、雄型嵌合部９３２は雌型嵌合部９１５１に接着層９１６を介して嵌め合わされている。【００１０】
以下の説明においては、三次元空間の直交座標系を定めるための、互いに直交する三本の数直線であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が利用される。【００１１】
ホーン９１は、長手方向が超音波振動が伝達されるＸ方向である実質的な角柱である。ホーン９１は、ＹＺ平面に平行な対称面Ｓ１、ＸＹ平面に平行な対称面Ｓ２、およびＺＸ平面に平行な対称面Ｓ３（図示省略）を有している。【００１２】
ホーン９１の、ＸＹ平面に平行な二面の内で（−Ｚ）側の下面に設けられているホーン突出部９１５には、雄型嵌合部９３２の形状に応じた形状の雌型嵌合部９１５１が形成されている。雌型嵌合部９１５１は、断面形状が長方形である溝である。【００１３】
電子部品保持部９３は、角柱形状の雄型嵌合部９３２と、先端部５３１に設けられている、電子部品８を雄型嵌合部９３２とは反対側に保持する電子部品保持面５３１１と、を備えている。雄型嵌合部９３２は、断面形状が長方形である凸条である。【００１４】
ここで、図１１および１２を主として参照しながら、電子部品保持部９３の雄型嵌合部９３２がホーン９１の雌型嵌合部９１５１に接着層９１６を介して嵌め合わされている構成についてより詳細に説明する。【００１５】
なお、図１１は、従来のボンディングツール９の、電子部品保持部９３の近傍の概略的な正面図である。また、図１２は、従来のボンディングツール９の、超音波振動が付与されている電子部品保持部９３の近傍の概略的な正面図である。【００１６】
雄型嵌合部９３２は、頂面Ｆ９３と、側面Ｆ９３′およびＦ９３″と、を有している。【００１７】
雌型嵌合部９１５１は、底面Ｆ９１と、側面Ｆ９１′およびＦ９１″と、を有している。【００１８】
ボンディングツール９の製造は、接着層９１６を形成するためのロウ材を雄型嵌合部９３２と雌型嵌合部９１５１との間に配置し、雄型嵌合部９３２と雌型嵌合部９１５１とを加圧しながら加熱することによって、接着層９１６を形成し、雄型嵌合部９３２を雌型嵌合部９１５１に嵌め合わせることによって行うことができる。たとえば、薄いシート状のロウ材を雄型嵌合部９３２または雌型嵌合部９１５１の接着面に貼り付け、電子部品保持部９３とホーン９１とを挟み込んで加圧しながら温度を上げてロウ材を溶融させ、その後に温度を下げていけばよい。【００１９】
ここに、上述したように薄いシート状のロウ材を接着面に貼り付けた状態で雄型嵌合部９３２を雌型嵌合部９１５１の奥に入れてゆくプロセスを容易に実行するためには、雄型嵌合部９３２と雌型嵌合部９１５１との間に十分なクリアランスを確保しておかなければならない。【００２０】
そのために、頂面Ｆ９３の幅Ｗ９３は、底面Ｆ９１の幅Ｗ９１よりも十分に小さい必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特許第３７８８３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかしながら、上述した従来のボンディングツール９では、より質の高い超音波接合を行うには不都合があり得ることが判明した。【００２３】
本発明者は、その原因をつぎのように分析している。【００２４】
すなわち、前述したように雄型嵌合部９３２と雌型嵌合部９１５１との間に十分なクリアランスを確保するために幅Ｗ９３を幅Ｗ９１よりも十分に小さくとると、電子部品保持部９３のＸ方向についての位置ずれが前述したようにロウ材を溶融させた状態で電子部品保持部９３とホーン９１とを挟み込んで加圧する際に発生しやすい。【００２５】
そのような位置ずれが発生すると、側面Ｆ９３′と側面Ｆ９１′との間における接着層９１６の厚みｔ′は側面Ｆ９３″と側面Ｆ９１″との間における接着層９１６の厚みｔ″と等しくならない（すなわちｔ′≠ｔ″である）こととなる。【００２６】
すると、電子部品保持部９３の対称面Ｓ１についての面対称性が雄型嵌合部９３２を雌型嵌合部９１５１に嵌め合わせる際に損なわれる恐れがある。【００２７】
結果的に、好適な振動特性および振動伝達特性を実現できなくなることがある。【００２８】
そして、図１１に示されているように、上述した従来のボンディングツール９では頂面Ｆ９３と底面Ｆ９１との間における接着層９１６の厚みｔは逆に小さくなりがちである。【００２９】
すると、図１２に示されているように、超音波振動が伝達されるＸ方向と直交するＺ方向の変位として発生してしまうホーン９１のうねりは接着層９１６によって吸収されずに電子部品保持部９３にそのまま伝搬し、電子部品８のサイズが比較的に大きい場合などには電子部品保持面５３１１の平坦性が損なわれる恐れがある。【００３０】
結果的に、電子部品８に付与される超音波振動の均一性が劣化することがある。【００３１】
なお、ホーン突出部９１５および先端部５３１の撓み振動に起因する電子部品保持面５３１１の全体的な傾きと、共振状態においてその幅が変化することによって生じるホーン９１の本体の撓みに起因するホーン突出部９１５の根元の傾きと、が相殺する寸法設計を行い、電子部品保持面５３１１が全体としては水平に近い状態に保たれるようにしても、電子部品保持面５３１１の平坦性が上述したうねりのために損なわれてしまうことは回避できない。【００３２】
本発明は、上述した従来の課題を考慮し、より質の高い超音波接合を行うことが可能な、ボンディングツール、電子部品装着装置、およびボンディングツールの製造方法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】
【００３３】
第１の本発明は、超音波振動を伝達するホーンと、
前記ホーンの一端に設けられ、前記超音波振動を発生する超音波振動子と、
電子部品を保持する電子部品保持部と、
を備え、
前記電子部品保持部は、先細りの形状の雄型嵌合部と、前記電子部品を前記雄型嵌合部とは反対側に保持する電子部品保持面と、を有し、
前記ホーンの所定面には、前記雄型嵌合部の形状に応じた形状の雌型嵌合部が形成され、
前記雄型嵌合部は、前記雌型嵌合部に接着層を介して嵌め合わされている、ボンディングツールである。【００３４】
第２の本発明は、前記雄型嵌合部は、断面形状が台形である凸条であり、
前記雌型嵌合部は、断面形状が台形である溝であり、
前記凸条の頂面は、前記溝の底面と前記接着層を介して対面しており、
前記凸条の頂面の幅は、前記溝の底面の幅よりも大きい、第１の本発明のボンディングツールである。【００３５】
第３の本発明は、前記ホーンは、長手方向が前記超音波振動が伝達される方向である実質的な角柱であり、
前記溝は、前記角柱の下側の面において、前記角柱の長手方向と直交する方向に形成されている、第２の本発明のボンディングツールである。【００３６】
第４の本発明は、前記凸条の頂面と、前記溝の底面と、の間における前記接着層の厚みは、前記凸条の側面と、前記凸条の側面が前記接着層を介して対面している前記溝の側面と、の間における前記接着層の厚みよりも大きい、第３の本発明のボンディングツールである。【００３７】
第５の本発明は、前記接着層の厚みは、２００μｍ以下である、第３の本発明のボンディングツールである。【００３８】
第６の本発明は、前記電子部品保持部の、前記電子部品保持面に直交する方向の高さと、前記電子部品保持部の、前記超音波振動が伝達される方向の幅と、の比率（高さ／幅）は、１／１０以上である、第３の本発明のボンディングツールである。【００３９】
第７の本発明は、前記ホーンを構成する材料のヤング率は、前記接着層を構成する材料のヤング率よりも大きく、
前記電子部品保持部を構成する材料のヤング率は、前記接着層を構成する材料のヤング率よりも大きい、第３の本発明のボンディングツールである。【００４０】
第８の本発明は、前記接着層を構成する材料は、ロウ材である、第３の本発明のボンディングツールである。【００４１】
第９の本発明は、回路基板を保持する回路基板保持部と、
前記電子部品を供給する電子部品供給部と、
前記保持された回路基板に、前記供給された電子部品を装着する電子部品装着ユニットと、
を備え、
前記電子部品装着ユニットは、電子部品装着部を有し、
前記電子部品装着部は、押圧ユニットと、第１の本発明のボンディングツールと、を有し、
前記押圧ユニットは、前記ボンディングツールの前記電子部品保持部を介し、前記回路基板に対して前記電子部品を押圧する、電子部品装着装置である。【００４２】
第１０の本発明は、第１の本発明のボンディングツールの製造方法であって、
前記雄型嵌合部を形成する雄型嵌合部形成ステップと、
前記雌型嵌合部を形成する雌型嵌合部形成ステップと、
前記接着層を形成するためのロウ材を前記雄型嵌合部と前記雌型嵌合部との間に配置するロウ材配置ステップと、
前記雄型嵌合部と前記雌型嵌合部とを所定の治具を利用して加圧しながら恒温槽において加熱することによって、前記接着層を形成し、前記雄型嵌合部を前記雌型嵌合部に嵌め合わせる嵌め合わせステップと、
を備えた、ボンディングツールの製造方法である。
【発明の効果】
【００４３】
本発明により、より質の高い超音波接合を行うことが可能な、ボンディングツール、電子部品装着装置、およびボンディングツールの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明にかかる実施の形態における電子部品装着装置の概略的な正面図
【図２】本発明にかかる実施の形態における電子部品装着装置の概略的な平面図
【図３】本発明にかかる実施の形態におけるボンディングツールの概略的な正面図
【図４】本発明にかかる実施の形態におけるボンディングツールの、ホーンの近傍の概略的な底面図
【図５】本発明にかかる実施の形態におけるボンディングツールの、電子部品保持部の近傍の概略的な正面図（その１）
【図６】本発明にかかる実施の形態におけるボンディングツールの、超音波振動が付与されている電子部品保持部の近傍の概略的な正面図
【図７】本発明にかかる実施の形態におけるボンディングツールの、電子部品保持部の近傍の概略的な正面図（その２）
【図８】本発明にかかる実施の形態におけるボンディングツールの、電子部品保持部の近傍の概略的な正面図（その３）
【図９】本発明にかかる実施の形態におけるボンディングツールの、電子部品保持部の近傍の概略的な正面図（その４）
【図１０】従来のボンディングツールの概略的な正面図
【図１１】従来のボンディングツールの、電子部品保持部の近傍の概略的な正面図
【図１２】従来のボンディングツールの、超音波振動が付与されている電子部品保持部の近傍の概略的な正面図
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、図面を参照しながら本発明にかかる実施の形態について詳細に説明する。
【００４６】
はじめに、図１および２を主として参照しながら、本実施の形態における電子部品装着装置１の構成について説明する。
【００４７】
なお、図１は、本発明にかかる実施の形態における電子部品装着装置１の概略的な正面図である。また、図２は、本発明にかかる実施の形態における電子部品装着装置１の概略的な平面図である。
【００４８】
電子部品装着装置１は、システムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）などに利用される微細な電子部品８（図３参照、以下同様）を反転し、対象物であるプリント基板などの回路基板８１に対するその反転された電子部品８の装着と接合とを同時に行う、いわゆるフリップチップ実装装置である。
【００４９】
電子部品装着装置１は、回路基板保持部２と、電子部品装着ユニット３と、電子部品供給部４と、撮像部１１と、を備えている。
【００５０】
回路基板保持部２の（＋Ｚ）側、すなわち上方側には、回路基板保持部２に保持された回路基板８１に電子部品８を装着するための電子部品装着ユニット３が設けられている。回路基板保持部２の（−Ｘ）側には、電子部品装着ユニット３に電子部品８を供給する電子部品供給部４が設けられている。回路基板保持部２と電子部品供給部４との間には、電子部品供給部４により電子部品装着ユニット３に供給された電子部品８を撮像する撮像部１１が設けられている。これらの機構が制御部１０により制御され、回路基板８１に対する電子部品８の装着が行われる。
【００５１】
ここで、回路基板保持部２、電子部品装着ユニット３、電子部品供給部４、および撮像部１１の構成についてこの順で詳細に説明する。
【００５２】
まず、回路基板保持部２は、回路基板８１を保持するユニットである。回路基板保持部２は、回路基板８１を保持するステージ２１と、ステージ２１をＹ方向に移動するステージ移動機構２２と、を備えている。
【００５３】
つぎに、電子部品装着ユニット３は、保持された回路基板８１に、供給された電子部品８を装着するユニットである。電子部品装着ユニット３は、押圧ユニット３３、およびボンディングツール５を有する電子部品装着部３１と、電子部品装着部３１をＸ方向に移動させる装着部移動機構３２と、を備えている。
【００５４】
押圧ユニット３３は、ボンディングツール５の電子部品保持部５３（図３参照、以下同様）を介し、回路基板８１に対して電子部品８を押圧するユニットである。押圧ユニット３３は、モータ（図示省略）を有する昇降機構を利用してＺ方向に移動させられ、その下端にツール支持部３４（図３参照、以下同様）が固定されたシャフト３５を有している。
【００５５】
ボンディングツール５は、ホーン５１（図３参照、以下同様）と、超音波振動子５２（図３参照、以下同様）と、電子部品保持部５３と、を備えている。
【００５６】
ボンディングツール５は、さらに、その上面に配置された板状のホルダ５４（図３参照、以下同様）と、ホルダ５４に固定されるホルダブロック５４１および５４２（図３参照、以下同様）と、を備えている。板状のホルダ５４は、押圧ユニット３３の最下端に位置しシャフト３５の下端に固定されたツール支持部３４に連結されている。ボンディングツール５は、このようにして押圧ユニット３３に取り付けられており、回路基板８１に対して相対的に昇降される。
【００５７】
なお、ボンディングツール５の構成については、後により詳細に説明する。
【００５８】
つぎに、電子部品供給部４は、電子部品８を供給するユニットである。電子部品供給部４は、所定の位置に電子部品８を配置する電子部品配置部４１と、電子部品配置部４１から電子部品８を取り出して保持する供給ヘッド４２と、供給ヘッド４２をＸ方向に移動する供給ヘッド移動機構４３と、供給ヘッド４２を回動および僅かに昇降する回動機構４４と、を備えている。
【００５９】
電子部品配置部４１は、多数の電子部品８が載置される電子部品トレイ４１１と、電子部品トレイ４１１を保持するステージ４１２と、電子部品トレイ４１１をステージ４１２とともにＸ方向およびＹ方向に移動するトレイ移動機構４１３と、を備えている。
【００６０】
電子部品トレイ４１１には、回路基板８１に装着される予定の多数の電子部品８が、実装後の状態における下面、すなわち回路基板８１に接合される電極部が形成された接合面を上側に向けて、回路基板８１に装着される向きとは反対向きで載置されている。
【００６１】
供給ヘッド４２は、先端部に形成された吸引口を利用する吸着により保持した電子部品８をボンディングツール５に供給する供給コレット４２１を、備えている。
【００６２】
なお、電子部品８は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）チップ、半導体レーザなどの半導体発光素子、パッケージされたＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、抵抗、コンデンサ、微細な半導体ベアチップなどの半導体、ＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ）フィルタ、およびカメラモジュールなどの半導体以外の電子部品、の何れであってもよい。また、電子部品８の電極部は、電子部品８の電極パターンに金（Ａｕ）で形成された突起バンプであってもよいし、電子部品８によってはメッキバンプなどであってもよいし、電極パターン自体であってもよい。また、電子部品８の電極パターンに形成される突起バンプの代わりの突起バンプが、回路基板８１の電極に設けられていてもよい。また、回路基板８１は、樹脂により形成された回路基板、およびガラスおよび半導体などの樹脂以外の材料により形成された回路基板、の何れであってもよい。
【００６３】
そして、撮像部１１は、装着部移動機構３２によって移動される電子部品装着部３１、特にボンディングツール５、の移動経路の真下に設置され、ボンディングツール５に保持された電子部品８を（−Ｚ）側から撮像するユニットである。撮像部１１は、移動される電子部品装着部３１と干渉しない位置に設けられている。
【００６４】
なお、回路基板８１の（＋Ｘ）側には、電子部品８を保持するための、ボンディングツール５の先端部５３１（図３参照、以下同様）を研磨する研磨部７が設けられている。研磨部７は、平らで水平な研磨面７１１を有するシート状の研磨部材７１と、研磨部材７１を保持する研磨部材保持部７２と、を備え、ステージ２１の（＋Ｘ）側に取り付けられており、ステージ移動機構２２によりステージ２１と一体的にＹ方向に移動される。
【００６５】
ここで、図３および４を主として参照しながら、ボンディングツール５の構成についてより詳細に説明する（ボンディングツール５の構成について説明しながら、ボンディングツール５の製造方法についても説明する）。
【００６６】
なお、図３は、本発明にかかる実施の形態におけるボンディングツール５の概略的な正面図である。また、図４は、本発明にかかる実施の形態におけるボンディングツール５の、ホーン５１の近傍の概略的な底面図である。
【００６７】
前述したように、ボンディングツール５は、ホーン５１と、超音波振動子５２と、電子部品保持部５３と、を備えている。
【００６８】
電子部品保持部５３は先細りの形状の雄型嵌合部５３２を有しており、ホーン５１には雄型嵌合部５３２の形状に応じた形状の雌型嵌合部５１５１が形成されており、雄型嵌合部５３２は雌型嵌合部５１５１に接着層５１６を介して嵌め合わされている。
【００６９】
電子部品保持部５３を構成する材料は、たとえば、回路基板８１に電子部品８を装着する際に電子部品８から受ける力に起因した磨耗が生じにくい超硬合金である。
【００７０】
ホーン５１を構成する材料は、たとえば、好適な振動特性および振動伝達特性が保証されるように超音波振動子５２を構成するステンレス鋼などの材料に合わせて選定されたステンレス鋼である。
【００７１】
接着層５１６を構成する材料は、たとえば、電子部品保持部５３を構成する超硬合金とホーン５１を構成するステンレス鋼とを超音波振動の伝達ロスがほとんど発生しないように強固に接着することができる銀ロウなどのロウ材である。
【００７２】
ボンディングツール５の製造は、接着層５１６を形成するためのロウ材を雄型嵌合部５３２と雌型嵌合部５１５１との間に配置し、雄型嵌合部５３２と雌型嵌合部５１５１とを所定の治具を利用して加圧しながら恒温槽において加熱することによって、接着層５１６を形成し、雄型嵌合部５３２を雌型嵌合部５１５１に嵌め合わせることによって行うことができる。たとえば、薄いシート状のロウ材を雄型嵌合部５３２または雌型嵌合部５１５１の接着面に貼り付け、電子部品保持部５３とホーン５１とを挟み込んで加圧しながら温度を上げてロウ材を溶融させ、その後に温度を下げていけばよい。
【００７３】
雄型嵌合部５３２は先細りの形状であり、雌型嵌合部５１５１は雄型嵌合部５３２の形状に応じた形状である。したがって、雄型嵌合部５３２と雌型嵌合部５１５１との間に前述したように好適な振動特性および振動伝達特性を実現できなくする恐れがあるクリアランスを特に確保しておかなくても、雄型嵌合部５３２を雌型嵌合部５１５１の奥に入れてゆくプロセスは容易に実行できる。
【００７４】
なお、電子部品保持部５３の雄型嵌合部５３２がホーン５１の雌型嵌合部５１５１に接着層５１６を介して嵌め合わされている構成については、後により詳細に説明する。
【００７５】
ここで、超音波振動子５２、ホーン５１、および電子部品保持部５３の構成についてこの順でより詳細に説明する。
【００７６】
まず、超音波振動子５２は、ホーン５１の（−Ｘ）側の一端に設けられ、圧電素子（図示省略）を利用して超音波振動を発生するユニットである。超音波振動子５２によって発生させられた超音波振動は、ホーン５１によって電子部品保持部５３まで縦振動として伝達され、電子部品保持部５３を介して電子部品８に印加される。
【００７７】
つぎに、ホーン５１は、超音波振動を伝達するユニットである。
【００７８】
ホーン５１は、長手方向が超音波振動が伝達されるＸ方向である実質的な角柱である。ホーン５１は、Ｘ方向を超音波振動が伝達される長手方向として長さＬをもち、ＹＺ平面に平行な対称面（すなわち、上述した長さＬを二等分する平面）Ｓ１、ＸＹ平面に平行な対称面Ｓ２、およびＺＸ平面に平行な対称面Ｓ３を有している。
【００７９】
ホーン５１は、超音波振動の所定の周波数で共振状態となり、増幅によって超音波振動を安定化する構造を有している。
【００８０】
アンチノーダルポイントＰ１は、超音波振動の振幅が共振状態において最大である腹に対応する、Ｘ方向の位置を示すポイントである。本実施の形態における超音波振動は二個の節を有しており、ホーン５１の（−Ｘ）側の一端により近いノーダルポイントＰ２、およびホーン５１の（＋Ｘ）側の他端により近いノーダルポイントＰ３は、超音波振動の振幅が共振状態においてほぼ零である節に対応する、Ｘ方向の位置を示すポイントである。アンチノーダルポイントＰ１は対称面Ｓ１の上に存在し、ノーダルポイントＰ２およびＰ３は対称面Ｓ１についてほぼ面対称に存在する。
【００８１】
ホーン５１の、ＸＹ平面に平行な二面の内で（−Ｚ）側の下面に、Ｘ方向に関してアンチノーダルポイントＰ１の位置を基準として設けられているホーン突出部５１５には、雄型嵌合部５３２の形状に応じた形状の雌型嵌合部５１５１が形成されている。雌型嵌合部５１５１は、断面形状が台形である溝である。そして、溝は、角柱の、ＸＹ平面に平行な二面の内で（−Ｚ）側の下側の面において、角柱の長手方向であるＸ方向と直交するＹ方向に形成されている。
【００８２】
ホーン保持ブロック５１１、５１２、５１３および５１４は、ホーン５１のＺＸ平面に平行な両側面にそれぞれ二個ずつ設けられている。より具体的には、ホーン保持ブロック５１１および５１２が、ホーン５１の、ＺＸ平面に平行な二面の内で（−Ｙ）側の側面に設けられており、ホーン保持ブロック５１３および５１４が、ホーン５１の、ＺＸ平面に平行な二面の内で（＋Ｙ）側の側面に設けられている。
【００８３】
そして、ホーン保持ブロック５１１および５１３はＸ方向に関してノーダルポイントＰ２の位置を基準として設けられており、ホーン保持ブロック５１２および５１４はＸ方向に関してノーダルポイントＰ３の位置を基準として設けられている。
【００８４】
ホーン保持ブロック５１１および５１３はホルダブロック５４１に固定されており、ホーン保持ブロック５１２および５１４はホルダブロック５４２に固定されている。
【００８５】
ここで、ホーン保持ブロック５１１、５１２、５１３および５１４は同様な構成を有しているので、ホーン保持ブロック５１１の構成について詳細に説明する。
【００８６】
ホーン保持ブロック５１１は、ホーン５１の、ＺＸ平面に平行な二面の内で（−Ｙ）側の側面に、ノーダルポイントＰ２の位置を基準として設けられたリブ５１１２と、リブ５１１２に接合された本体５１１３と、を有している。本体５１１３は、リブ５１１２に隣接して、リブ５１１２の長手方向に形成されたスリット５１１４を有する。ホーン保持ブロック５１１は、本体５１１３をＺ方向に貫通する孔に挿入されたホーン固定ネジ５１１１によって、ホルダブロック５４１に固定されている。
【００８７】
リブ５１１２は、長手方向である高さの方向が超音波振動が伝達されるＸ方向と直交するＺ方向であり、幅の方向がＸ方向である実質的な細角柱である。
【００８８】
なお、リブ５１１２の高さは、ホーン５１の物性等も考慮して十分に大きく設定することが望ましい。その理由は、押圧ユニット３３が電子部品８を押圧するＺ方向に関しては、押圧時の荷重に耐えながら、押圧力を伝達するに十分な剛性を確保する必要があるからである。本実施の形態においてはホーン保持ブロック５１１、５１２、５１３および５１４がホーン５１のＺＸ平面に平行な両側面にそれぞれ二個ずつ設けられており、リブ５１１２と同様な構成をもつ十分な個数のリブが設けられているため、電子部品８のサイズや個数の増加に応じた押圧時の荷重に十分に耐えられる剛性を確保することができる。
【００８９】
また、リブ５１１２の幅は、ホーン５１の物性等も考慮して十分に小さく設定することが望ましい。その理由は、超音波振動が伝達されるＸ方向に関しては、電子部品８が超音波振動により振動するための十分な自由度を確保する必要があるからである。もちろん、スリット５１１４はこのような自由度をさらにより大きく確保するための構造である。
【００９０】
そして、電子部品保持部５３は、電子部品８を保持するユニットである。
【００９１】
電子部品保持部５３は、先細りの形状の雄型嵌合部５３２と、先端部５３１に設けられている、電子部品８を雄型嵌合部５３２とは反対側に保持する電子部品保持面５３１１と、を備えている。雄型嵌合部５３２は、断面形状が台形である凸条である。
【００９２】
電子部品保持部５３は、対称面Ｓ１についても対称面Ｓ３についてもほぼ面対称である。
【００９３】
電子部品保持部５３は、対称面Ｓ１と対称面Ｓ３との交線の上の装着中心ポイントＰに吸引路６００を利用する真空吸着によって電子部品８を保持するための先端部５３１を有している。先端部５３１は、Ｚ方向の高さｈＺをもつ、電子部品８のサイズおよび種類に最適な断面形状をもつ柱体である。
【００９４】
なお、先端部５３１の高さｈＺは、ホーン突出部５１５のＺ方向の高さｈＺ′などを考慮して、回路基板８１に電子部品８を装着するときに、電子部品保持部５３が回路基板８１にすでに装着されているその他の電子部品と衝突してしまうことがなく、大きな撓み振動が発生しない程度の大きさに設計されている。
【００９５】
また、吸引路６００は、耐熱性の高いチューブ６４に連結されたシリコーン樹脂などの吸着パッド６１を介し、ホルダ５４およびツール支持部３４を通って真空ポンプ（図示省略）に連結されている。
【００９６】
ここで、図５を主として参照しながら、電子部品保持部５３の雄型嵌合部５３２がホーン５１の雌型嵌合部５１５１に接着層５１６を介して嵌め合わされている構成についてより詳細に説明する。
【００９７】
なお、図５は、本発明にかかる実施の形態におけるボンディングツール５の、電子部品保持部５３の近傍の概略的な正面図（その１）である。
【００９８】
前述したように、雄型嵌合部５３２は断面形状が台形である凸条であり、雌型嵌合部５１５１は断面形状が台形である溝である。
【００９９】
雄型嵌合部５３２は、凸条の頂面Ｆ５３と、凸条の側面Ｆ５３′およびＦ５３″と、を有している。凸条の頂面Ｆ５３は、超音波振動が伝達されるＸ方向に平行なＸＹ平面に平行である。（−Ｘ）側にある凸条の側面Ｆ５３′および（＋Ｘ）側にある凸条の側面Ｆ５３″は、Ｙ方向に平行であるが頂面Ｆ５３とは非平行であり、対称面Ｓ１についても対称面Ｓ３についてもほぼ面対称に存在する。そして、対称面Ｓ１についても対称面Ｓ３についてもほぼ面対称であって、（−Ｚ）側に向かって末広がりな、すなわち（＋Ｚ）側に向かって先すぼみなテーパ形状が、形成されている。
【０１００】
雌型嵌合部５１５１は、前述したように雄型嵌合部５３２の形状に応じた形状であり、溝の底面Ｆ５１と、溝の側面Ｆ５１′およびＦ５１″と、を有している。
【０１０１】
凸条の頂面Ｆ５３と、溝の底面Ｆ５１と、の間における接着層５１６の厚みＴは、（１）凸条の側面Ｆ５３′と、凸条の側面Ｆ５３′が接着層５１６を介して対面している溝の側面Ｆ５１′と、の間における接着層５１６の厚みＴ′よりも大きく、（２）凸条の側面Ｆ５３″と、凸条の側面Ｆ５３″が接着層５１６を介して対面している溝の側面Ｆ５１″と、の間における接着層５１６の厚みＴ″よりも大きい。
【０１０２】
そして、凸条の頂面Ｆ５３は溝の底面Ｆ５１と接着層５１６を介して対面しており、凸条の頂面Ｆ５３の幅Ｗ５３は底面Ｆ５１の幅Ｗ５１よりも大きい。幅Ｗ５３を幅Ｗ５１よりも大きくしておくと、雄型嵌合部５３２が雌型嵌合部５１５１の奥まで入りすぎてしまうことが抑制されるので、厚みＴを大きめにする構成を実現でき、前述したように厚みＴを厚みＴ′およびＴ″よりも大きくする構成を実現しやすい。
【０１０３】
前述した接着層５１６を形成するためのシート状のロウ材の厚みはほぼ一様であるが、雄型嵌合部５３２と雌型嵌合部５１５１とを加圧しながら加熱すると、側面Ｆ５３′と側面Ｆ５１′との間および側面Ｆ５３″と側面Ｆ５１″との間のスペースに配置されたシート状のロウ材が溶融して頂面Ｆ５３と底面Ｆ５１との間のスペースに流れ込んでゆき、上述した厚みＴが厚みＴ′およびＴ″よりも大きい構成が最終的に実現できる。もちろん、シート状のロウ材の分量は、接着層５１６が雄型嵌合部５３２と雌型嵌合部５１５１との間のスペースを充填するように調節されていることが望ましい。
【０１０４】
なお、厚みＴ′およびＴ″を小さめにする構成では、電子部品保持部５３のＸ方向についての位置ずれが前述したようにロウ材を溶融させた状態で電子部品保持部５３とホーン５１とを挟み込んで加圧する際により発生しにくい。したがって、電子部品保持部５３の対称面Ｓ１についての面対称性が雄型嵌合部５３２を雌型嵌合部５１５１に嵌め合わせる際に損なわれにくいので、より好適な振動特性および振動伝達特性を実現できる。
【０１０５】
なおまた、厚みＴ′およびＴ″を小さめにする構成では、ボンディングに必要な接合面における局部的スリップを生じるＸ方向の変位として発生するホーン５１の振動は接着層５１６によって吸収されることなく電子部品保持部５３にほぼそのまま効率よく伝搬する。したがって、そのようなボンディングに必要な振動が消散してしまう恐れが少なくなるので、電子部品８に付与される超音波振動の安定性が向上する。
【０１０６】
また、厚みＴを大きめにする構成では、本発明にかかる実施の形態におけるボンディングツール５の、超音波振動が付与されている電子部品保持部５３の近傍の概略的な正面図である図６に示されているように、Ｚ方向の変位として発生してしまうホーン５１のうねりは接着層５１６によって吸収されて電子部品保持部５３にほとんど伝搬しない。したがって、電子部品８のサイズが比較的に大きい場合などでも電子部品保持面５３１１の平坦性が損なわれる恐れが少なくなるので、電子部品８に付与される超音波振動の均一性が向上する。
【０１０７】
ただし、接着層５１６の厚みは、何れの箇所においても２００μｍ以下であることが望ましい。接着層５１６の厚みを何れの箇所においても２００μｍ以下にしておくと、超音波振動の伝達ロスが上記のボンディングに必要なホーン５１の振動までもが接着層５１６によって吸収されるために発生してしまう恐れはほとんどない。
【０１０８】
さらに、頂面Ｆ５３と側面Ｆ５３′との間のエッジにおける角度Φ′は鈍角であって頂面Ｆ５３と側面Ｆ５３″との間のエッジにおける角度Φ″に等しく（すなわちΦ′＝Φ″＞９０°である）、底面Ｆ５１と側面Ｆ５１′との間のエッジにおける角度Θ′は鈍角であって底面Ｆ５１と側面Ｆ５１″との間のエッジにおける角度Θ″に等しい（すなわちΘ′＝Θ″＞９０°である）。
【０１０９】
なお、角度Φ′を角度Θ′に等しくとるようにする（すなわちΦ′＝Θ′である）と、雄型嵌合部５３２と雌型嵌合部５１５１との間に隙間が生じにくいので、厚みＴ′およびＴ″を小さめにする構成を実現しやすい。
【０１１０】
また、本発明にかかる実施の形態におけるボンディングツール５の、電子部品保持部５３の近傍の概略的な正面図（その２）である図７に示されているように、角度Φ′を角度Θ′よりも大きくとるようにする（すなわちΦ′＞Θ′である）と、雄型嵌合部５３２を雌型嵌合部５１５１の奥に入れてゆくプロセスをより容易に実行できる。
【０１１１】
また、本発明にかかる実施の形態におけるボンディングツール５の、電子部品保持部５３の近傍の概略的な正面図（その３）である図８に示されているように、角度Φ′を角度Θ′よりも小さくとるようにする（すなわちΦ′＜Θ′である）と、雄型嵌合部５３２が雌型嵌合部５１５１の奥まで入りすぎてしまうことが抑制されるので、厚みＴを大きめにする構成を実現しやすい。
【０１１２】
もちろん、本発明にかかる実施の形態におけるボンディングツール５の、電子部品保持部５３の近傍の概略的な正面図（その４）である図９に示されているように、頂面Ｆ５３と側面Ｆ５３′との間のエッジ、および／または頂面Ｆ５３と側面Ｆ５３″との間のエッジには、角を削って丸みをもたせて
もよい。
【０１１３】
電子部品保持部５３の、電子部品保持面５３１１に直交するＺ方向の高さＨＺと、電子部品保持部５３の、超音波振動が伝達されるＸ方向の幅ＷＸと、の比率（高さＨＺ／幅ＷＸ）は、１／１０以上であることが望ましい。高さＨＺ／幅ＷＸをこのようにしておくと、電子部品保持部５３がそれほど扁平な形状となることはなく、前述したように雄型嵌合部５３２を雌型嵌合部５１５１に嵌め合わせる際にも電子部品保持部５３、ホーン５１および接着層５１６の熱膨張率の違いなどに起因する割れが電子部品保持部５３および／または接着層５１６に発生することが抑制されるので、より好適な振動特性および振動伝達特性を実現できる。
【０１１４】
ホーン５１を構成する材料のヤング率は接着層５１６を構成する材料のヤング率よりも大きく、電子部品保持部５３を構成する材料のヤング率は接着層５１６を構成する材料のヤング率よりも大きいことが望ましい。なお、弾性範囲で単位ひずみを生じさせるために必要な応力を示すヤング率は、電子部品保持部５３を構成する超硬合金、ホーン５１を構成するステンレス鋼、接着層５１６を構成するロウ材、の順に小さくなる。ヤング率の大小関係をこのようにしておくと、上述したホーン５１のうねりはホーン５１より低剛性な接着層５１６によって吸収されて接着層５１６より高剛性な電子部品保持部５３にほとんど伝搬せず、電子部品８のサイズが比較的に大きい場合などでも電子部品保持面５３１１の平坦性が損なわれる恐れが少なくなるので、電子部品８に付与される超音波振動の均一性がより向上する。
【０１１５】
つぎに、図１〜３を主として参照しながら、本実施の形態における電子部品装着装置１の動作について説明する。
【０１１６】
トレイ移動機構４１３は、多数の電子部品８が接合面を（＋Ｚ）側に向けて載置された電子部品トレイ４１１を（−Ｘ）側に位置している供給ヘッド４２の下方へ移動させ、供給コレット４２１は電子部品８の接合面を吸引によって吸着する。
【０１１７】
供給ヘッド移動機構４３は供給ヘッド４２を反転させながら（＋Ｘ）方向へ移動させ、供給コレット４２１は電子部品８の受渡しを行うための位置でボンディングツール５と対向する。
【０１１８】
押圧ユニット３３はシャフト３５を僅かに下降させ、ボンディングツール５が供給コレット４２１から電子部品８を吸引によって受け取ると、供給コレット４２１は吸引を停止する。
【０１１９】
押圧ユニット３３はシャフト３５を僅かに上昇させ、供給ヘッド４２は元の位置へと退避する。
【０１２０】
電子部品装着部３１は撮像部１１の真上へと移動し、撮像部１１はボンディングツール５の電子部品保持部５３に保持されている電子部品８を撮像する。
【０１２１】
撮像部１１は画像データを出力し、制御部１０は出力された画像データに基づいて電子部品装着部３１を制御して電子部品８の姿勢を補正する。
【０１２２】
なお、制御部１０が電子部品８の姿勢が吸着エラーなどのために補正不可能な状態であると判断した場合には、電子部品８の装着動作は中止され、電子部品装着部３１は部品回収機構（図示省略）の上方へ移動し、電子部品８は回収される。
【０１２３】
装着部移動機構３２は、電子部品８が装着される予定の回路基板保持部２に保持される回路基板８１の上方へ電子部品装着部３１を移動させる。
【０１２４】
ボンディングツール５は回路基板８１に向けて下降し、電子部品８の接合面に形成されたバンプと回路基板８１における電極とが接触する。
【０１２５】
押圧ユニット３３は、シャフト３５を下降させて電子部品８を押圧する。
【０１２６】
ボンディングツール５の超音波振動子５２は、超音波振動を発生する。
【０１２７】
電子部品８の接合面に形成されたバンプが回路基板８１における電極と電気的に接合され、電子部品８の接合がその装着と同時に行われる。
【０１２８】
電子部品８の装着が終了すると、ボンディングツール５は吸引を停止し、押圧ユニット３３はボンディングツール５を上昇させる。
【０１２９】
先端部５３１の電子部品８に当接する面の研磨が必要であるか否かが、確認される。
【０１３０】
研磨が必要であると判断された場合には、電子部品装着部３１は研磨部７の上方へ移動し、先端部５３１が研磨部材７１に押圧され、超音波振動子５２による研磨のための振動が付与される。
【０１３１】
先端部５３１の研磨が終了した場合、または研磨が不要であると判断された場合には、電子部品８の装着を継続するか否かが確認される。
【０１３２】
電子部品８の装着を継続する場合には、電子部品装着部３１は供給コレット４２１と電子部品８の受渡しを行うための位置へ再び移動し、回路基板８１に電子部品８を装着するための上記の装着動作が繰り返される。
【０１３３】
そして、必要な全ての電子部品８が回路基板８１に装着されると、装着動作は終了する。
【０１３４】
なお、上記の平行などの数学的用語は、厳密に平行な場合以外にそれらの機能を達成する上で支障のない限りでほぼ平行などの場合も含む。
【０１３５】
もちろん、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１３６】
本発明にかかるボンディングツール、電子部品装着装置、およびボンディングツールの製造方法は、より質の高い超音波接合を行うことが可能であり、たとえば電子部品を回路基板に装着するために有用である。
【符号の説明】
【０１３７】
８  電子部品
８１  回路基板
３３  押圧ユニット
３４  ツール支持部
３５  シャフト
５  ボンディングツール
５１  ホーン
５１１、５１２、５１３、５１４  ホーン保持ブロック
５１１１  ホーン固定ネジ
５１１２  リブ
５１１３  本体
５１１４  スリット
５１５  ホーン突出部
５１５１  雌型嵌合部
５１６  接着層
５２  超音波振動子
５３  電子部品保持部
５３１  先端部
５３１１  電子部品保持面
５３２  雄型嵌合部
５４  ホルダ
５４１、５４２  ホルダブロック
６１  吸着パッド
６４  チューブ
６００  吸引路
【図１】
0005426762.tif 000002
【図２】
0005426762.tif 000003
【図３】
0005426762.tif 000004
【図４】
0005426762.tif 000005
【図５】
0005426762.tif 000006
【図６】
0005426762.tif 000007
【図７】
0005426762.tif 000008
【図８】
0005426762.tif 000009
【図９】
0005426762.tif 000010
【図１０】
0005426762.tif 000011
【図１１】
0005426762.tif 000012
【図１２】
0005426762.tif 000013