(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディングツールにより荷重と振動を電子部品に作用させながらこの電子部品を被接合面に圧着する電子部品のボンディング装置であって、前記ボンディングツールが、横長のホーンと、このホーンに振動を付与する振動子と、吸着孔に電子部品を真空吸着する下方へ向って階段状に先細状の吸着部と、この吸着部を中心として平面視して対称に設けられた装着部とを備え、前記吸着部が前記ホーンに着脱自在に装着されることを特徴とする電子部品のボンディング装置。
【請求項２】
前記吸着部が下方へ向って先細状のテーパ状側面を有し、このテーパ状側面に当接子を当接させ、この当接子を前記ホーンに着脱自在に固着することにより、前記吸着部を前記ホーンに着脱自在に装着することを特徴とする請求項１記載の電子部品のボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フリップチップのようなバンプ付き電子部品などの電子部品を基板の電極などの被接合面にボンディングする電子部品のボンディング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品を基板の電極などの被接合面にボンディングする方法として、超音波圧接を用いる方法が知られている。この方法は、電子部品を被接合面に対して押圧しながら電子部品に超音波振動を与え、接合面を微小に振動させて摩擦を生じさせることにより接合面を密着させるものである。この方法に用いられるボンディングツールは、振動発生源である超音波振動子の振動を電子部品に伝達させる細長形状の棒体であるホーンを有しており、このホーンに備えられた吸着部に電子部品を吸着し、電子部品に荷重と振動を作用させながら、電子部品を被接合面に圧着してボンディングするようになっている。
【０００３】
従来、電子部品を超音波圧接するためのホーンとしては、ワイヤボンディング装置に用いられるホーンと同様のホーンが用いられている。この種のホーンは片持ち構造であって、その先端自由端部に吸着部を保持しており、この吸着部に電子部品を吸着して超音波圧接を行うようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来のホーンは片持ち構造であるため振動状態が不安定であり、安定したボンディングを行いにくいものであった。また吸着部もホーンの先端自由端部に保持されているため振動状態が不安定であった。また吸着部にはボンディング時の負荷（荷重と振動）が作用するため、その下面（電子部品の吸着面）が摩耗しやすい。この摩耗が甚しくなると吸着部はホーンに着脱して交換せねばならないが、この交換は簡単・迅速に行える必要があり、また吸着部を交換しても吸着部の振動特性が変らないことが肝要である。
【０００５】
したがって本発明は、安定した振動を行わせながら安定したボンディングを行うことができる電子部品のボンディング装置を提供することを目的とする。また吸着部の交換を簡単・迅速に行うことができ、更には吸着部を交換しても吸着部の振動特性が変りにくい電子部品のボンディング装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ボンディングツールにより荷重と振動を電子部品に作用させながらこの電子部品を被接合面に圧着する電子部品のボンディング装置であって、前記ボンディングツールが、横長のホーンと、このホーンに振動を付与する振動子と、吸着孔に電子部品を真空吸着する下方へ向って階段状に先細状の吸着部と、この吸着部を中心として平面視して対称に設けられた装着部とを備え、前記吸着部が前記ホーンに着脱自在に装着されることを特徴とする電子部品のボンディング装置である。
【０００７】
上記構成において、装着部をホーンの振動の定在波の節とし、吸着部を腹として、振動を電子部品の複合面へのボンディングに最も有効に利用することができる。また吸着部の下面が摩耗したならば、吸着部をホーンから取りはずしてその交換を行う。また吸着部を下方へ向って先細状とすることにより、吸着部に安定した振動を行わせながら安定したボンディングを行うことができ、また吸着部を交換しても吸着部の振動特性は変りにくいものとなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング装置の正面図、図２は同電子部品のボンディングツールの上下反転斜視図、図３（ａ）は同電子部品のボンディングツールの正面図、図３（ｂ）は同電子部品のボンディングツールの下面図、図３（ｃ）は同電子部品のボンディングツールの分解状態の正面図、図３（ｄ）は同電子部品のボンディングツールの当接子の断面図、図３（ｅ）は同電子部品のボンディングツールの部分断面図である。
【０００９】
まず、図１を参照して電子部品のボンディング装置の全体構造を説明する。１は支持フレームであって、その前面には第１昇降板２と第２昇降板３が昇降自在に設けられている。第１昇降板２にはシリンダ４が装着されており、そのロッド５は第２昇降板３に結合されている。第２昇降板３にはボンディングヘッド１０が装着されている。支持フレーム１の上面にはＺ軸モータ６が設けられている。Ｚ軸モータ６は垂直な送りねじ７を回転させる。送りねじ７は第１昇降板２の背面に設けられたナット８に螺合している。したがってＺ軸モータ６が駆動して送りねじ７が回転すると、ナット８は送りねじ７に沿って上下動し、第１昇降板２や第２昇降板３も上下動する。
【００１０】
図１において、被接合面としての基板４６は基板ホルダ４７上に載せられており、基板ホルダ４７はテーブル４８上に載せられている。テーブル４８は可動テーブルであって、基板４６をＸ方向やＹ方向へ水平移動させ、基板４６を所定の位置に位置決めする。
【００１１】
４２はカメラであって、一軸テーブル４３に装着されている。４４はカメラ４２から前方へ延出する鏡筒である。カメラ４２を一軸テーブル４３に沿って前進させ、鎖線で示すように鏡筒４４の先端部をボンディングツール１４の下面に吸着して保持された接合物としての例えばフリップチップなどのバンプ付きの電子部品４０と基板４６の間に位置させ、その状態で電子部品４０と基板４６の位置をカメラ４２で観察する。そしてこの観察結果により電子部品４０と基板４６の相対的な位置ずれを検出する。検出された位置ずれは、テーブル４８を駆動して基板４６をＸ方向やＹ方向へ水平移動させることにより補正し、これにより電子部品４０と基板４６の位置合わせがなされる。
【００１２】
図１において、５０は主制御部であり、モータ駆動部５１を介してＺ軸モータ６を制御し、またテーブル制御部５２を介してテーブル４８を制御し、また認識部５３を介してカメラ４２に接続され、また吸引装置５６が接続されている。また押圧手段としてのシリンダ４は荷重制御部５４を介して主制御部５０に接続されており、シリンダ４のロッド５の突出力すなわちボンディングツール１４でバンプ付き電子部品４０を基板４６に押し付ける押圧荷重が制御される。超音波振動子から成る振動子１７は、超音波振動子駆動部５５を介して主制御部５０に接続されており、主制御部５０からの指令に従って超音波振動を行う。
【００１３】
ボンディングヘッド１０の本体１１の下端部にはホルダ１２が結合されている。ホルダ１２にはブロック１３が装着され、ブロック１３にはボンディングツール１４が固定されている。ブロック１３の側部の突部１３ａは吸引装置５６に接続されている。以下、図２、図３を参照してボンディングツール１４について説明する。
【００１４】
図２および図３に示すように、ボンディングツール１４は横長のホーン１５を主体としている。ホーン１５は細長形状の棒状体であり、平面視してその両側部からセンターへ向って次第に幅狭となるテーパ面１５ａを有している。ホーン１５のセンターには吸着部３０が下方へ突設されており、吸着部３０から等距離隔てられた４ヶ所にリブ１５ｂがホーン１５と一体的に設けられている。ブロック１３への取り付けバランスを良くするために、４個のリブ１５ｂはホーン１５のセンターの吸着部３０を中心として平面視して対称に突設されている。ボンディングツール１４は、リブ１５ｂに形成された貫通孔２０にねじ１８を螺入することにより、ブロック１３の下面に着脱自在に装着されている。すなわち、リブ１５ｂはホーン１５をブロック１３に装着する装着部となっている。
【００１５】
図３（ｃ）において、吸着部３０は下方へ向って次第に幅狭となる先細状であり、その両側面はテーパ面３１となっている。またそのセンターには吸着孔３２が形成されている。吸着部３０の下面には、電子部品４０を吸着する突部３０ａ（図２）が突設されている。ホーン１５の吸着部３０と反対側の上面には突部３３が突設されており、ホーン１５の下面にはこの突部３３が嵌合する凹部３４が形成されている。図３（ｅ）は突部３３を凹部３４に嵌合した状態を示している。この状態で、突部３３は凹部３４にぴったり密接して嵌合しているが、吸着部３０の両側部上面とホーン１５の下面の間にはわずかなすき間Ｃが確保されている。したがって吸着部３０とホーン１５の当接長は、図中Ｌで示される突部３３を略一周する長さである。このように上記すき間Ｃを確保し、かつ当接長Ｌを極力短くすることにより、吸着部３０を交換しても吸着部３０の振動特性はほとんど変らず、振動特性の再現性がきわめて良いものとなる。
【００１６】
図３（ｃ）において、凹部３４の両側部のホーン１５の下面にはねじ山が形成された第１孔３５と第２孔３６が形成されている。３７は当接子であって、図３（ｄ）に示すようにその内端面３７ａはテーパ面３１に当接するテーパ面になっている。３８は当接子３７の位置決め用ピンであり、第２孔３６に挿入固定される。ビス３９を当接子３７の貫通孔３７ｃに貫通させ、当接子３７の外端面３７ｂをピン３８に当接させながら第１孔３５に挿入することにより、吸着部３０はホーン１５の下面に着脱自在に装着される。このように吸着部３０のテーパ面３１に当接子３７を当接させ、かつピン３８で吸着部３０の横方向の位置ずれを規制することにより、吸着部３０をホーン１５にしっかり装着できる。
【００１７】
またホーン１５の両側面を吸着部３０へ向って次第に幅狭となるテーパ面１５ａとすることにより、振動子１７の振動を効率よく集中的に吸着部３０に付与することができ、また吸着部３０を下方へ向って先細状とすることにより、吸着部３０の振動を安定的なものとし、かつその下面に吸着された電子部品４０に振動を集中的に強く付与できる。このように吸着部３０は下方へ向って先細状とすることが電子部品４０への振動付与上望ましい。吸着部３０を先細状とする形状としては、テーパ面３１以外にも、例えば階段状に先細状としてもよい。
【００１８】
図１において、ブロック１３の側面に設けられた突部１３ａには吸着パッド１９が装着されている。図３（ｃ）において、ホーン１５には吸着部３０の吸着孔３２に連通する吸引孔１６ａ，１６ｂが形成されており、吸着パッド１９はホーン１５の上面の吸引孔１６ｂに当接している。したがって吸着パッド１９に接続された吸引装置５６（図１）を駆動してエアを吸引することにより、吸着部３０に開口した吸着孔３２（図３（ａ），（ｂ））から真空吸引し、この吸着部３０の下面にバンプ付きの電子部品４０を真空吸着して保持することができる。
【００１９】
図２において、ホーン１５の側端部には振動付与手段である振動子１７が装着されている。振動子１７を駆動することにより、ホーン１５には縦振動（ホーン１５の長手方向の振動）が付与され、吸着部３０は水平方向ａ（ホーン１５の長手方向）に振動する。図３（ｂ）に示すように、ホーン１５の形状は両端部からテーパ面１５ａを経てセンターの方向に順次幅が絞られた形状となっており、これにより、振動子１７より吸着部３０に伝達される経路において超音波振動の振幅は増幅され、吸着部３０には振動子１７が発振する振幅以上の振動が伝達される。
【００２０】
次に、振動子１７によってホーン１５に励起される振動のモードについて説明する。図３（ａ）に示すように、ホーン１５に励起される振動の定在波Ａは、振動子１７の装着面およびホーン１５の中央に位置する吸着部３０の位置を定在波の腹とし、ホーン１５をブロック１３に固定する固定部としてのリブ１５ｂおよび吸引孔１６ｂの位置が定在波の節となるような形となっている。すなわちホーン１５各部の形状寸法、質量分布を適切に設定することにより、このような定在波をホーン１５に発生させることができる。
【００２１】
従って、装着部であるリブ１５ｂは、ホーン１５の振動の定在波の腹に相当する位置である吸着部３０からホーン１５の両端側の方向へ等距離隔てられた定在波の節に相当する位置に設けられている。これによりボンディングツール１４をブロック１３に固定し、シリンダ４の押圧力を定在波の節に相当する位置を介してホーン１５に伝達するリブ１５ｂの位置ではホーン１５の縦振動による変位は極小となり、また電子部品４０を保持する吸着部３０の位置では極大の振幅を得ることとなり、超音波振動を電子部品４０のボンディングに最も有効に利用することができる。
【００２２】
図３（ａ）において、ホーン１５の上面中央には突部４１が突設されている。この突部４１は吸着部３０とは反対側のホーン１５の上面にあり、ホーン１５の水平な中立軸ＮＡに対する吸着部３０およびその装着手段（当接子３７、ピン３８、ビス３９等）との質量バランスをとっている。この突部４１の作用は次のとおりである。すなわち、振動子１７の振動は、縦振動としてホーン１５の長手方向（図２の矢印ａ）に伝達され、この縦振動により電子部品４０を接合面に対して水平方向へ振動させて接合面との摩擦により電子部品４０のボンディングを行うものである。
【００２３】
ここで、仮に突部４１が無いとすると、ホーン１５はそのセンター付近において、その下面に突設された吸着部３０のために中立軸ＮＡに対するＺ方向（上下方向）の質量バランスが崩れ、ホーン１５にはＺ方向の振動が発生する。このＺ方向の振動は、電子部品４０を被接合面である基板４６の上面に叩きつける力として作用するため、上記接合を阻害するだけでなく、場合によっては電子部品４０を破壊する。そこで突部４１を形成することにより、中立軸ＮＡに対する吸着部３０との質量バランスを確保し、Ｚ方向の振動を防止するようにしたものである。すなわち突部４１は質量バランス手段となっている。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、装着部をホーンの振動の定在波の節とし、吸着部を腹として、振動を電子部品の複合面へのボンディングに最も有効に利用することができる。また吸着部の下面が摩耗したならば、吸着部をホーンから取りはずしてその交換を簡単に行うことができる。また吸着部を下方へ向って先細状とすることにより、吸着部に安定した振動を行わせながら安定したボンディングを行うことができ、また吸着部を交換しても吸着部の振動特性は変りにくいものとなる。また質量バランス手段を設けることにより、ホーンのＺ方向の振動発生を防止し、電子部品を被接合面に確実にボンディングできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング装置の正面図
【図２】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディングツールの上下反転斜視図
【図３】（ａ）本発明の一実施の形態の電子部品のボンディングツールの正面図
（ｂ）本発明の一実施の形態の電子部品のボンディングツールの下面図
（ｃ）本発明の一実施の形態の電子部品のボンディングツールの分解状態の正面図
（ｄ）本発明の一実施の形態の電子部品のボンディングツールの当接子の断面図
（ｅ）本発明の一実施の形態の電子部品のボンディングツールの部分断面図
【符号の説明】
１４  ボンディングツール
１５  ホーン
１５ａ  テーパ面
１７  振動子
３０  吸着部
３１  テーパ面
３７  当接子
４０  電子部品
４１  突部（質量バランス手段）
【図１】
0003714296.tif 000002
【図２】
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【図３】
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