(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品に当接して電子部品を被圧着面に押圧しながら振動を付与して被圧着面に圧着する電子部品のボンディングツールであって、振動子によって振動するホーンと、このホーンの振動の定在波の腹に相当する位置に形成され、電子部品を圧着する圧着面と、この圧着面に形成され電子部品を真空吸着する吸着孔とを有し、前記ホーンの長手方向に垂直な方向の断面が圧着面側よりも振動子側の方が広い断面積を有し、かつ高さ寸法が幅寸法より大きい長方形であることを特徴とする電子部品のボンディングツール。
【請求項２】
ボンディングツールにより電子部品を被圧着面に押圧しながら振動を付与して被圧着面に圧着する電子部品のボンディング装置であって、被圧着面に対して上下に昇降する昇降部材と、この昇降部材に固定されたボンディングツールを有し、前記ボンディングツールが、振動子によって振動するホーンと、このホーンの振動の定在波の腹に相当する位置に形成され、電子部品を圧着する圧着面と、この圧着面に形成され電子部品を真空吸着する吸着孔とを有し、前記ホーンの長手方向に垂直な方向の断面が圧着面側よりも振動子側の方が広い断面積を有し、かつ高さ寸法が幅寸法より大きい長方形であることを特徴とする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、電子部品を基板などの被圧着面にボンディングする電子部品のボンディングツールおよびボンディング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フリップチップなどの電子部品を基板などの被圧着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、電子部品のバンプを基板に押圧しながら超音波振動を付与し、接合面を相互に摩擦させてボンディングするものである。この方法で用いられる電子部品押圧用のボンディングツールとして、円柱形状のホーンの中央部に電子部品を押圧して圧着する圧着面を形成し、このホーンの端部に超音波振動子を装着したものが知られている。ボンディング時には、電子部品を適正なボンディング荷重で被圧着面に押圧する必要があるため、ホーンにはこの押圧荷重が作用する。このとき、良好なボンディングを行うためには電子部品を適正な姿勢で保持しなければならないため、ホーンにはこの荷重に対して適正な剛性を有していることが求められる。
【０００３】
また、超音波振動子が発生する超音波振動は、ホーンの長手方向に沿って伝達されるが、ホーンの断面積が長手方向に変化している場合には、伝達される振幅は断面積に依存するという特性がある。したがって、振動を効率よく利用するためにはホーンの形状を適切に設定する必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の電子部品圧着用のボンディングツールは、旋削加工によって製作されることからホーンは円柱形状を基本としたものとならざるを得なかった。このような円柱形状に基づいて、上述の適正な剛性を確保するようにホーンの寸法設定を行うと、必然的にホーンの断面積が大きくなり、電子部品に伝達される振動の振幅が小さくなって振動の利用効率を低下させる結果となっていた。また、このように設定されたホーンの断面積に基づいて振動の利用効率を向上させようとすれば、ホーンの超音波振動子側の断面積をさらに大きなものとしなければならず、ホーンが大型化するという問題点があった。このように、従来の電子部品のボンディングツールは、振動利用効率の要請を満たし、かつコンパクトで必要な曲げ剛性を確保できるボンディングツールを実現することが困難であるという問題点があった。
【０００５】
そこで本発明は、必要な曲げ剛性を確保しつつ、振動利用効率に優れたコンパクトな電子部品のボンディングツールおよび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】
請求項１記載の発明は、電子部品に当接して電子部品を被圧着面に押圧しながら振動を付与して被圧着面に圧着する電子部品のボンディングツールであって、振動子によって振動するホーンと、このホーンの振動の定在波の腹に相当する位置に形成され、電子部品を圧着する圧着面と、この圧着面に形成され電子部品を真空吸着する吸着孔とを有し、前記ホーンの長手方向に垂直な方向の断面が圧着面側よりも振動子側の方が広い断面積を有し、かつ高さ寸法が幅寸法より大きい長方形である。
【０００７】
請求項２記載の発明は、ボンディングツールにより電子部品を被圧着面に押圧しながら振動を付与して被圧着面に圧着する電子部品のボンディング装置であって、被圧着面に対して上下に昇降する昇降部材と、この昇降部材に固定されたボンディングツールを有し、前記ボンディングツールが、振動子によって振動するホーンと、このホーンの振動の定在波の腹に相当する位置に形成され、電子部品を圧着する圧着面と、この圧着面に形成され電子部品を真空吸着する吸着孔とを有し、前記ホーンの長手方向に垂直な方向の断面が圧着面側よりも振動子側の方が広い断面積を有し、かつ高さ寸法が幅寸法より大きい長方形である。
【０００８】
各請求項記載の発明によれば、ボンディング時に振動子の振幅を増幅することができるとともに、ボンディング荷重によるホーンの撓みを抑えて良好なボンディングを行うことができる。
【０００９】
【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は本発明の一実施における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平面図、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）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。
【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、被圧着面である基板３２は基板ホルダ３４上に載せられており、基板ホルダ３４はテーブル３５上に載せられている。テーブル３５は可動テーブルであって、基板３２をＸ方向やＹ方向へ水平移動させ、基板３２を所定の位置に位置決めする。
【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電子部品３０と基板３２の間に位置させ、その状態で電子部品３０と基板３２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３０と基板３２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３５を駆動して基板３２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３０と基板３２の位置合わせがなされる。
【００１３】
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３５を制御し、また認識部５３を介してカメラ４２に接続されている。またシリンダ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で電子部品３０を基板３２に押し付ける押圧荷重が制御される。
【００１４】
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には昇降部材としてのブロック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。以下、図２、図３を参照してブロック１３およびボンディングツール１４について説明する。
【００１５】
図２に示すように、ボンディングツール１４のホーン１５は細長形状の棒状体であり、ホーン１５の側面には取付け座１５ａがホーン１５と一体的に設けられている。取り付け座１５ａは、ホーン１５の中央から等距離隔てられた４ヶ所にホーンの長手方向に対して対称に配置されている。ボンディングツール１４は、取付け座１５ａの上平面をブロック１３の下面の取付け平面に当接させて固定され、取付け座１５ａはホーン１５を固定する固定部となっている。
【００１６】
ボンディングツール１４の中央部の下面には、下方に突出し電子部品３０を真空吸着して保持する保持部１５ｅが設けられ、この保持部１５ｅの下面は電子部品押圧用の圧着面１５ｆとなっている。また圧着面１５ｆにはホーン１５に設けられた真空吸引用の内孔１６の一端が開口して吸着孔１６ａを形成している。内孔１６の他端はホーン１５の上面の取付け座１５ａの位置に開口して吸引孔１６ｂを形成している。ブロック１３の側面に設けられた突部１３ａには管部１８が下方に突出して設けられており、図４に示すように管部１８の下端部に装着された吸着パッド１９は、ホーン１５の上面の吸引孔１６ｂの位置に当接している。したがって突部１３ａに接続され突部１３ａの内孔１３ｂによって管部１８と連通したチューブ２０から、吸引装置２１を駆動してエアを吸引することにより、内孔１６を介して圧着面１５ｆに開口した吸着孔１６ａ（図３（ａ）、（ｂ））から真空吸引し、この圧着面１５ｆに電子部品３０を真空吸着して保持することができる。
【００１７】
ホーン１５の側端面には振動子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には縦振動が付与され、保持部１５ｅは水平方向に振動する。図３（ｂ）に示すように、ホーン１５の形状は両端部１５ｂからテーパ部１５ｃを経て中央部１５ｄの方向に順次幅が絞られた形状となっている。すなわち、ホーン１の長手方向の垂直断面が、圧着面１５ｆ側よりも振動子１７側の方が広い断面積を有する形状となっている。これにより、振動子１７より保持部１５ｅ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、保持部１５ｅには振動子１７が発振する振幅以上の振動が伝達され、振動利用効率を向上させることができる。
【００１８】
また、ホーン１５の長手方向に垂直な方向の断面形状は、図４（ａ）に示すように、テーパ部１５ｃ（断面イ参照）および圧着面１５ｆ側である中央部１５ｃ（断面ロ参照）のいずれにおいても、高さ寸法Ｈが幅寸法Ｂ１，Ｂ２より大きい長方形となっており、すなわち曲げ剛性が、圧着面１５ｆを基板３２に押し当てる方向で最大となるような断面形状となっている。ホーン１５の断面をこのような形状とすることにより、ボンディングツール１４のサイズをできるだけコンパクトに保ちながら、ホーン１５の曲げ剛性をボンディング荷重方向で最大にすることができ、したがってボンディング時のホーン１５の撓みを最小に抑えて、良好なボンディングを行うことができる。なお、このような効果を得ることができる形状として、長方形以外にも図４（ｂ）に示すような上下方向を長軸方向とする楕円や、図４（ｃ）に示すような上下方向に細長い多角形などを用いることもできる。
【００１９】
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は、振動子１７の装着面およびホーン１５の中央に位置する保持部１５ｅの圧着面１５ｆ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取付け座１５ａ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。
【００２０】
従って、固定部である取付け座１５ａは、ホーン１５の振動の定在波の腹に相当する位置である圧着面１５ｆ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ホーン１５と一体的に設けられている。これによりボンディングツール１４が固定される取付け座１５ａの位置ではホーン１５の縦振動による変位は極小となり、電子部品３０を保持する保持部１５ｅ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３０のボンディングに最も有効に利用することができる。
【００２１】
この電子部品のボンディング装置は上記のように構成されており、次に動作を説明する。図１においてボンディングツール１４の圧着面１５ｅに電子部品３０を真空吸着させて保持し、基板３２の上方に位置させる。そこで鏡筒４４を前進させてカメラ４２で電子部品３０と基板３２の画像を入手し、認識部５３へ画像データが送られる。主制御部５０はこの画像データから電子部品３０と基板３２の相対的な位置ずれを検出し、この検出結果にしたがってテーブル３５を駆動し、基板３２を水平移動させて位置補正を行う。
【００２２】
次にＺ軸モータ６が駆動してボンディングヘッド１０が下降し、電子部品３０のバンプを基板３２に押圧する。このとき基板３２は加熱手段（図外）によって加熱されている。そして押圧した状態で振動子１７を駆動して電子部品３０に振動を付与する。これによりバンプ３１と基板３２の電極との押圧面が振動により摩擦され、バンプ３１は基板３２の電極にボンディングされる。
【００２３】
このとき、前述のようにホーン１５の断面形状は、振動子１７から伝達される超音波振動の振幅が増幅されるような形状となっており、振動利用効率に優れた効率的なボンディングを行うことができるとともに、圧着方向の曲げ剛性が最大となるような形状となっているため、ボンディングツール１４をコンパクト化することができるとともに、ボンディング時のホーン１５の撓みを最小に抑えて、良好なボンディングを行うことができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、ボンディング時に振動子の振幅を増幅して振動利用効率に優れたボンディングを行うことができ、ボンディングツール１４をコンパクト化することができるとともに、ボンディング荷重によるホーンの撓みを抑えて良好なボンディングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における電子部品のボンディング装置の正面図
【図２】本発明の一実施の形態における電子部品のボンディングツールの斜視図
【図３】（ａ）本発明の一実施の形態における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における電子部品のボンディングツールの平面図
【図４】（ａ）本発明の一実施の形態における電子部品のボンディングツールの部分断面図
（ｂ）本発明の一実施の形態における電子部品のボンディングツールの部分断面図
（ｃ）本発明の一実施の形態における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】
１０  ボンディングヘッド
１３  ブロック
１４  ボンディングツール
１５  ホーン
１５ａ  取付け座
１５ｅ  保持部
１５ｆ  圧着面
１６  内孔
１６ａ  吸着孔
１６ｂ  吸引孔
１７  振動子
１９  吸着パッド
２１  吸引装置
３０  電子部品
３２  基板
５０  主制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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