(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品に荷重と振動を作用させながらこの電子部品を被接合面に接合する電子部品のボンディング装置であって、前記電子部品に当接するボンディングツールと、このボンディングツールを前記電子部品に押圧する押圧手段とを備え、前記ボンディングツールは、横長のホーンと、このホーンに振動を付与する振動子と、ホーンの振動の腹に設けられて電子部品を圧着する圧着部とを有し、前記ホーンの振動の腹に相当する部位に前記ホーン及び前記圧着部を加熱するためのヒータを設けた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】
横長のホーンと、このホーンに振動を付与する振動子と、ホーンの振動の腹に設けられて電子部品を圧着する圧着部とを有し、前記腹に相当する部位に前記ホーン及び前記圧着部を加熱するためのヒータを設けたことを特徴とする電子部品のボンディングツール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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およびボンディングツール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、超音波接合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圧着部により押圧しながら超音波振動を与え、接合面を微小に振動させて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ホーンを有しており、このホーンに設けられた圧着部により電子部品に荷重と振動を加えながら、電子部品を被接合面にボンディングするようになっている。
【０００３】
圧着部は、一般にホーンの中で最も振幅の大きい振動の腹に相当する部位に設けられる。そしてこの圧着部にホーンを介して伝達される振動によって電子部品が接合されるようになっている。また接合効果を上げるためにボンディングツールにはヒータが設けられ、これにより圧着部を加熱するようになっていたが、従来、ヒータは振動の節に相当する部位に設けられていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ホーンの振動の節に相当する部位は、超音波振動にともなう応力やひずみが大きく、したがってヒータにも大きな応力が発生し、ヒータを破損しやすく、ヒータの寿命も短くなるという問題点があった。
【０００５】
そこで本発明は、ボンディングツールの圧着部を加熱するヒータなどの加熱部に生じる応力を極力小さくできる電子部品のボンディング装置およびボンディングツール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】
請求項１記載の電子部品のボンディング装置は、電子部品に荷重と振動を作用させながらこの電子部品を被接合面に接合する電子部品のボンディング装置であって、前記電子部品に当接するボンディングツールと、このボンディングツールを前記電子部品に押圧する押圧手段とを備え、前記ボンディングツールは、横長のホーンと、このホーンに対して振動を付与する振動子と、ホーンの振動の腹に設けられて電子部品を圧着する圧着部とを有し、前記ホーンの振動の腹に相当する部位に前記ホーン及び前記圧着部を加熱するためのヒータを設けた。
【０００７】
請求項２記載の電子部品のボンディングツールは、横長のホーンと、このホーンに振動を付与する振動子と、ホーンの振動の腹に設けられて電子部品を圧着する圧着部とを有し、前記腹に相当する部位に前記ホーン及び前記圧着部を加熱するためのヒータを設けた。
【０００８】
本発明によれば、ホーン及び圧着部を加熱するヒータは、ホーンの振動の腹に相当する部位に設けているので、ボンディングツールを加熱するヒータに生じる応力を極力小さくでき、ヒータの寿命も長くなる。また圧着部とヒータは振動の腹に設けられているので、ヒータにより圧着子を熱効率よく加熱できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における電子部品のボンディング装置の正面図、図２は本発明の実施の形態１における電子部品のボンディングツールの正面図、図３は本発明の実施の形態１における電子部品のボンディングツールの平面図、図４は本発明の実施の形態１における電子部品のボンディングツールの上下反転部分斜視図、図５は本発明の実施の形態１における電子部品のボンディングツールの部分断面図、図６は本発明の実施の形態１における電子部品のボンディングツールの部分平面図である。
【００１０】
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にはボンディングツールの押圧手段としてのシリンダ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。
【００１１】
図１において、電子部品のボンディング対象物としての基板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。基板４６の上面が電子部品の被接合面となる。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。テーブル４８は電子部品４０に対して基板４６を相対的に移動させる位置決め手段となっている。
【００１２】
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。
【００１３】
５３は認識部であり、カメラ４２で撮像された電子部品４０や基板４６の画像を認識してこれらの位置を検出する。４９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すなわちボンディングヘッド１０の昇降動作を制御し、テーブル制御部５２を介してテーブル４８の制御すなわち基板４６の位置決めを行う。また主制御部４９は、認識部５３によって検出された電子部品４０と基板４６の位置より、水平面内における両者の位置ずれを演算し、この位置ずれを補正するようにテーブル４８を駆動する。さらに主制御部４９には、荷重制御部５４や吸引装置５６ａ、５６ｂ等が接続されている。
【００１４】
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４９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で電子部品４０のバンプを基板４６に押し付ける押圧荷重が制御される。吸引装置５６ａは主制御部４９からの指令によってボンディングツール１４による電子部品４０の吸引・吸引解除を行う。振動子１７は、超音波振動子駆動部５５を介して主制御部４９に接続されており、主制御部４９からの指令に従って振動子１７が超音波振動子駆動部５５によって駆動されることにより、ボンディングツール１４には超音波振動が付与される。このとき、ボンディングツール１４の振動は共振状態となっており、振動子１７に印加される電圧と電流の位相差はほぼゼロとなっている。
【００１５】
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にはボンディングツール１４の取付体としてのブロック１３が装着され、ブロック１３の下部にはボンディングツール１４が固定されている。パッド１９ａはホーン１５に穿孔された第１の吸引孔１６ａの開孔端に当接しており（図２も参照）、第１の吸引装置５６ａに接続されている。
【００１６】
以下、図２〜図４を参照してボンディングツール１４について説明する。図２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は金属材料（例えばステンレス、アルミニウム、チタン等）等から成る棒状体であり、ホーン１５の１方の側端部には超音波振動器から成る振動子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の長手方向に沿った方向に縦振動が付与される。
【００１７】
ホーン１５の両側面には細片状の連結部２０が突設されており、連結部２０の先端部にはブロック形の取付部２１が形成されている。連結部２０は弾性的な屈曲自在部となっている。また取付部２１にはねじなどの止具２４を挿入する挿入孔２２と、スリット２３が上下に貫通して形成されている。止具２４を挿入孔２２に挿入し、ブロック１３の脚部１３ａに螺着することにより、ホーン１５はブロック１３に両持ち支持状態で保持・固定される。また止具２４と挿脱することにより、ボンディングツール１４はブロック１３に着脱自在に装着される。ホーン１５の中央部下面には、圧着部３０が着脱自在に装着されている。取付部２１は、圧着部３０を中心に対称に、ホーン１５の左右両側面に合計４個設けられている。
【００１８】
図３、図４において、圧着部３０は、板状の台部３１に箱形の突出部３２を突設して成っている。突出部３２の下面には凹部３３が形成されており、その中央に電子部品４０の吸着孔３４が形成されている。吸着孔３４を包囲するように、枠形の閉ループ状の周壁となる突部３５が突出部３２の縁部に突設されており、また凹部３３のバンプ（後述）に相当する位置にはリブ３６がスポット的に複数個突設されている。
【００１９】
ホーン１５の中央部下面には台部３１を嵌め込む凹部３７が浅く形成されており、且つ凹部３７の表面には溝状の通気部３８が枠形の閉ループ状に形成されている。また凹部３７の中央には吸着孔３４に連接する第１の吸引孔１６ａが形成されている。
【００２０】
図２において、第１の吸引装置５６ａを駆動することにより、電子部品４０は圧着部３０の下面に真空吸着される。パッド１９ａ、第１の吸引孔１６ａ、吸着孔３４はその真空吸引路となっている。図４に示すように、その状態で、電子部品４０のバンプ４１に対応する位置には、突出部３２の周囲に壁状に突設された突部３５とリブ３６が位置しており、したがってバンプ４１を突部３５とリブ３６により背後からバックアップして、バンプ４１をしっかり基板４６に押し付けることができる。
【００２１】
振動子１７が駆動すると、ホーン１５はブロック１３への取付位置（止具２４による取付部２１の固着位置）を節とし、その中央部（圧着部３０の取付位置）を腹とする定在波振動をする。図２において、Ｗはこの振動波を示している。ホーン１５の振動波Ｗの腹に相当する部位に加熱部としての円筒状のヒータ５０が設けられている。
【００２２】
図４おいて、ホーン１５に穿孔された第２の吸引孔１６ｂは通気部３８に連通している。図２に示すように、第２の吸引孔１６ｂの開孔端にはパッド１９ｂが接続されており、パッド１９ｂは第２の吸引装置５６ｂ（図１）に接続されている。したがって第２の吸引装置５６ｂが駆動することにより、その真空吸引圧により台部３１は通気部３８に真空吸着され（図５も参照）、これにより圧着部３０はホーン１５の下面に保持される。また第２の吸引装置５６ｂによる真空吸引状態を解除すれば、圧着部３０はホーン１５から取りはずされる。すなわち第２の吸引装置５６ｂは、圧着部３０をホーン１５に着脱自在に保持する保持手段となっている。勿論、電子部品４０や圧着部３０を吸引する吸引手段は任意に設計できるものであって、吸引装置を１つとし、吸引路にバルブを設けるなどして電子部品４０の吸引路と圧着部３０の吸引路の開閉を切替えることにより、電子部品４０や圧着部３０を選択的あるいは同時に真空吸着して保持するようにしてもよい。
【００２３】
この電子部品のボンディング装置は、圧着部３０の下面に電子部品４０を真空吸着して保持し、バンプ４１を基板４６の電極に接地させてホーン１５を超音波振動させることにより、電子部品４０に荷重と振動を与えてバンプ４１を電極にボンディング（接合）する。このとき、ボンディング効果を高めるために、ヒータ５０によりホーン１５を加熱するが、ヒータ５０は振動波Ｗの腹に相当する部位に設けられているので、ヒータ５０には大きな応力を生じない。また圧着部３０とヒータ５０は振動の腹に互いに近接して設けられているので、ヒータ５０により圧着部３０を熱効率よく加熱できる。また電子部品４０のバンプ４１の直上には突部３５やリブ３６が形成されているので、バンプ４１は突部３５やリブ３６により基板４６にしっかり押し付けられる。
【００２４】
また図６において、振動子１７の駆動によりホーン１５はその長手方向ａに振動し、またこれと直交方向ｂにも若干振動する。ここで長手方向ａの振動は、突片２０が同方向ａ’へ屈曲することにより許容し、直交方向ｂの振動は取付部２１が破線に示すように矢印ｂ’方向へ弾性変形することにより許容される。この取付部２１の矢印ｂ’方向への弾性変形は、スリット２３を形成したこと及び取付部２１自体の弾性により許容される。このように、連結部２０や取付部２１が矢印ａ’方向や矢印ｂ’方向へ弾性変形することにより、ホーン１５の矢印ａ方向や矢印ｂ方向への振動は許容され、ホーン１５は十分に振動することができる。したがって、連結部２０はホーン１５の長手方向ａへの振動許容部となっており、またスリット２３は直交方向ｂへの振動許容部となっている。
【００２５】
また圧着部３０を長期間使用すると、その下面は次第に摩耗する。この場合、圧着部３０をホーン１５から取りはずし、その下面を研磨することにより下面の平面出しを行うが、圧着部３０の下面はその全面が面一な平面ではなく、突部３５やリブ３６がスポット的に突設された構造であるので、突部３５やリブ３６が面一となるようにこれらの下面を研磨すればよく、この平面出しのための研磨は容易に行うことができる。
【００２６】
（実施の形態２）
図７は本発明の実施の形態２における電子部品のボンディングツールの部分斜視図、図８は本発明の実施の形態２における電子部品のボンディングツールの平面図である。
【００２７】
本実施の形態２では、実施の形態１のヒータ５０に替えて、シート状のヒータ６０が弾性と耐熱性を有する接着剤６１によりホーン１５の表面に貼着されている。本実施の形態では、ヒータ６０はホーン１５の前面と背面に貼着されている。なお、背面のヒータ６０は図示されていない。
【００２８】
ホーン１５の側面から突出する細片状の第１の連結部７０の先端部に細片状の第２の連結部７１が突設されている。第１の連結部７０と第２の連結部７１は平面視してＴ字形であり、第２の連結部７１の先端部に取付部７３が形成されている。第１の連結部７０と第２の連結部７１は弾性を有する屈曲自在部である。取付部７３には止具２４の挿入孔７４が形成されている。ヒータ６０と取付部７３の取付構造以外の構成は実施の形態１と同じである。
【００２９】
ヒータ６０は弾性を有する接着剤６１によりホーン１５に貼着されているので、ホーン１５の振動を阻害せず、したがってホーン１５は十分に振動される。またホーン１５の長手方向ａへの振動は第１の連結部７０が同方向ａ’へ屈曲することにより吸収し、ホーン１５の直交方向ｂへの振動は第２の連結部７１が図８において破線で示すように屈曲することにより吸収する。すなわち、第１の連結部７０はホーン１５の長手方向ａへの振動許容部となっており、第２の連結部７１は直交方向への振動許容部となっている。上記各実施の形態から明らかなように、ホーン１５の振動許容部は様々な形態が可能である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は、ホーン及び圧着部を加熱するヒータは、ホーンの振動の腹に相当する部位に設けているので、ヒータに生じる応力は小さく、したがって振動によってヒータが受けるダメージも小さく、ヒータの寿命は長くなる。また圧着部とヒータは振動の腹に設けられているので、ヒータにより圧着部を熱効率よく加熱できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における電子部品のボンディング装置の正面図
【図２】本発明の実施の形態１における電子部品のボンディングツールの正面図
【図３】本発明の実施の形態１における電子部品のボンディングツールの平面図
【図４】本発明の実施の形態１における電子部品のボンディングツールの上下反転部分斜視図
【図５】本発明の実施の形態１における電子部品のボンディングツールの部分断面図
【図６】本発明の実施の形態１における電子部品のボンディングツールの部分平面図
【図７】本発明の実施の形態２における電子部品のボンディングツールの部分斜視図
【図８】本発明の実施の形態２における電子部品のボンディングツールの平面図
【符号の説明】
１４  ボンディングツール
１５  ホーン
１６ａ  第１の吸引孔
１６ｂ  第２の吸引孔
１７  振動子
３０  圧着部
３４  吸着孔
３５  突部
３６  リブ
３８  通気部
４０  電子部品
４１  バンプ
４６  基板
５０  ヒータ（加熱部）
５６ａ  第１の吸引装置
５６ｂ  第２の吸引装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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