(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディングツールにより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接合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、このホーンに装着されてこのホーンに振動を付与する振動子と、このホーンに設けられて電子部品を圧着する圧着部と、この圧着部を加熱するヒータとを備え、前記振動子と前記圧着部の間の前記ホーンに前記振動子への伝熱を防止するための通気部を形成し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】
前記通気部が前記ホーンの長手方向に横長のスリットであ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。
【請求項３】
前記通気部を冷却する冷却手段を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の電子部品のボンディング装置。
【請求項４】
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接合する電子部品のボンディングツールであって、横長のホーンと、このホーンに装着されてこのホーンに振動を付与する振動子と、ホーンに設けられて電子部品を圧着する圧着部と、この圧着部を加熱するヒータとを備え、前記振動子と前記圧着部の間の前記ホーンに前記振動子への伝熱を防止するための通気部を形成した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５】
前記通気部が前記ホーンの長手方向に横長のスリットであることを特徴とする請求項４記載の電子部品のボンディングツール。
【請求項６】
前記通気部を冷却する冷却手段を設けたことを特徴とする請求項４または５記載の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圧着部によって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。またボンディング効果をあげるために、ホーンにヒータを設け、このヒータにより圧着部を加熱するようになっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ヒータの熱は、ホーンを通じて超音波振動子にも伝達され、超音波振動子は加熱される。しかしながら超音波振動子は熱に弱いので、この加熱により寿命の低下や振動特性に変動を生じさせるおそれがあった。
【０００４】
そこで本発明は、圧着部を加熱するためのヒータによる振動子への悪影響を低減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。
【０００５】
【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接合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、このホーンに装着されてこのホーンに振動を付与する振動子と、ホーンに設けられて電子部品を圧着する圧着部と、この圧着部を加熱するヒータとを備え、前記振動子と前記圧着部の間の前記ホーンに前記振動子への伝熱を防止するための通気部を形成した。
【０００６】
また本発明は、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接合する電子部品のボンディングツールであって、横長のホーンと、このホーンに装着されてこのホーンに振動を付与する振動子と、ホーンに設けられて電子部品を圧着する圧着部と、この圧着部を加熱するヒータとを備え、前記振動子と前記圧着部の間の前記ホーンに前記振動子への伝熱を防止するための通気部を形成した。
【０００７】
本発明によれば、圧着部を加熱するためのヒータの伝熱により振動子が加熱されるのを通気部により抑制し、振動子の長寿命化を安定した振動特性を得ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は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は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は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は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取付部の部分拡大平面図である。
【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の上面には上下動手段としての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と第２昇降板３は上下動する。
【００１０】
図１において、ボンディング対象物である基板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の上面の回路パターン面が、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、Ｙ方向、θ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基板４６の位置決め手段となっている。
【００１１】
４２はカメラであって、可動テーブル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を可動テーブル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。
【００１２】
７３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。７０は主制御部であり、モータ駆動部７１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７２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７０は、認識部７３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７０には、荷重制御部７４と吸引装置７６が接続されている。
【００１３】
押圧手段としてのシリンダ４は荷重制御部７４を介して主制御部７０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７６は主制御部７０からの指令によってボンディングツール１４の圧着部による電子部品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７５を介して主制御部７０に接続されており、主制御部７０からの指令に従って超音波振動を行う。
【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にはボンディングツールの取付体としてのブロック１３が装着され、ブロック１３はボンディングツール１４の取付体となるものである。ブロック１３の側部の連結部１３ａは吸引装置７６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。
【００１５】
図２に示すように、ボンディングツール１４はブロック１３の下部に取付けられる横長のホーン１５を主体としている。ホーン１５は細長の棒状体であり、平面視してその両端部からセンター（中心位置）へ向って次第に幅狭となる側面であるテーパ面１５ａを有している。またホーン１５の上下両面もセンターへ向かって細くなるテーパ面１５ｂになっている。ホーン１５の中心位置の下面には圧着部３０が着脱自在に装着されている。図１において、ブロック１３の側面に設けられた連結部１３ａには吸着パッド１９が連結されている。
【００１６】
ホーン１５には圧着部３０のノズル３１に連通する吸引孔１６ａが形成されており（図２参照）、吸着パッド１９はホーン１５の上面に開孔する吸引孔１６ａに接続している。したがって吸着パッド１９に接続された吸引装置７６（図１）を駆動してエアを吸引することにより、ノズル３１の下端部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。
【００１７】
図２において、圧着部３０から等距離隔てられた４ヶ所には、ボンディングツール１４をブロック１３に取付けるための角形のリブ５０が設けられている。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５０はホーン１５の中心位置の圧着部３０を中心として平面視して対称に複数個（本例では４個）突設されている。ボンディングツール１４は、リブ５０に形成された貫通孔５１にネジやボルトなどの止具１８を挿着することにより、ブロック１３の下部に着脱自在に装着されている。すなわち、ボンディングツール１４は、圧着部３０の両側部に位置するリブ５０を介して、ブロック１３の下部にその左右を両持状態で取付けられている。
【００１８】
図３において、ホーン１５の側面には弾性を有する屈曲自在な細片状の連結部５２が突設されており、連結部５２の先端にリブ５０が一体的に形成されている。リブ５０にはホーン１５の長手方向に横長のスリット５３が開孔されている。リブ５０を弾性を有する樹脂などにより形成すると、より屈曲性を増すので望ましい。リブ５０と連結部５２は、ボンディングツール１４をブロック１３に取付ける取付部となっている。
【００１９】
図３において、振動子１７が駆動すると、ホーン１５はその長手方向ａへ振動するが、長手方向ａに直交する方向ｂへも若干振動する。一方、ホーン１５は固着手段としての止具１８により、複数箇所（本例では４ヶ所）をブロック１３に固着されている。ホーン１５が上記長手方向ａや直交する方向ｂへ振動しても、固着手段（止具１８）の位置は一定であって動かない。そして長手方向ａの振動は連結部５２がホーン１５の長手方向へ首振り（図４の矢印ａ’）することにより許容される。すなわちホーン１５から側方へ突出する屈曲自在な連結部５２は、ホーン１５の長手方向ａの振動許容部となっている。
【００２０】
図４において、ホーン１５の上記直交する方向ｂへの振動は、スリット５３を開孔したことにより、リブ５０が点線で示すように上記直交する方向ｂ’へ弾性変形することにより許容される。リブ５０を望ましくは弾性変形しやすい樹脂などの素材で形成し、且つこれに加えてリブ５０が弾性変形しやすいように貫通孔であるスリット５３を形成することにより、直交する方向ｂ’へ弾性変形しやすくしている。すなわち弾性体から成るリブ５０やスリット５３は、ホーン１５がその長手方向ａと直交する方向ｂへ振動するのを許容する振動許容部となっている。
【００２１】
ホーン１５の長手方向ａおよびこれと直交する方向ｂの振動を許容する振動許容部の構造は本実施の形態に限定されないのであって、要はホーン１５の取付部に屈曲自在な連結部やスリット等を設けることにより、ホーン１５が振動を阻害されずに十分に振動できるようにすればよい。
【００２２】
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ａの振動）が付与され、圧着部３０は同方向ａに振動する。ホーン１５の形状は両端部から中央部に向かって側面のテーパ面１５ａおよび上下面のテーパ面１５ｂを経て順次幅および高さが絞られた絞り形状となっている。これにより、振動子１７より圧着部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、圧着部３０には振動子１７が発振する振幅以上の振動が伝達され、この振動は圧着部３０の下方へ突出する接合作用部であるノズル３１を介して電子部品４０に伝達される。
【００２３】
この電子部品４０への振動伝達においては、振動子１７によってホーン１５を介して伝達される縦振動のみならず、ホーン１５の縦振動によって突出形状の圧着部３０に誘起される曲げ振動が重畳して伝達される。ホーン１５の取付部（リブ５０の位置）とホーンの中心部（圧着部３０の位置）は、それぞれホーン１５の定在波振動Ｗ（図２）の節と腹になる。
【００２４】
図２、図３において、ホーン１５の表面、望ましくは中央部両側面などの圧着部３０の近傍にはシート状のヒータ３８が接着剤である樹脂３９にて貼着されている。ヒータ３８の熱はホーン１５を通して圧着部３０へ伝達され、圧着部３０やそのノズル３１を加熱する。圧着部３０やノズル３１を介して、ノズル３１の下端部に真空吸着された電子部品４０を加熱することにより、電子部品４０の被接合面へのボンディング効果を高める。
【００２５】
樹脂３９としては、耐熱性と弾性を有する樹脂（例えばエポキシ系樹脂やシリコン系樹脂）が望ましい。このように弾性を有する樹脂３９によりヒータ３８をホーン１５の表面に装着すれば、ヒータ３８がホーン１５の振動特性を阻害しにくい。ヒータとしては、本実施の形態のようなシート状のヒータ３８が望ましいが、カートリッヂ型のヒータを樹脂３９によりホーン１５に貼着してもよい。またヒータの装着場所は圧着部３０に近い場所が望ましく、圧着部３０の表面に樹脂３９により貼着してもよい。なお従来のヒータは、ホーンの内部に内蔵されていたものであり、このためホーンの振動特性を阻害しやすいものであった。
【００２６】
図２、図３において、ホーン１５の振動子１７近くの端部には通気部としてのスリット２５が形成されている。本形態では、ホーン１５の長手方向に横長のスリット２５を上下方向に複数個形成している。このようにすると、ホーン１５の縦振動の伝播方向とスリット２５が平行となり、スリット形成による振動状態への影響を小さくできるので好ましい。スリット２５の形成位置は、圧着部３０と振動子１７の間であればどこでもよいが、圧着部３０に振動特性の悪影響を与えないように、圧着部３０からできるだけ離れた振動子１７の近くが望ましい。このようにスリット２５を形成することにより、ホーン１５の表面積（放熱面積）を大きくし、これによりホーン１５の放熱効果を高めて振動子１７が加熱されにくくしている。
【００２７】
スリット２５の側方には冷却手段としてのファン２６が設けられており、ファン２６が回転することにより、スリット２５に冷風を送ってスリット２５を冷却する、冷却手段としては、ホーン１５の内部に冷媒を流してもよい。
【００２８】
図５は本発明の他の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である。このボンディングツール１４’のホーン１５’は片持式であって、図２に示すボンディングツール１４の略左半部のみである。上記実施の形態と同一要素には同一符号を付している。したがってこのものも、上記実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、圧着部を加熱するためのヒータの伝熱により振動子が加熱されるのを通気部により抑制し、振動子の長寿命化を安定した振動特性を得ることができる。
【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】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】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取付部の部分拡大平面図
【図５】本発明の他の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
【符号の説明】
１４，１４’  ボンディングツール
１５，１５’  ホーン
１７  振動子
２５  スリット
２６  ファン
３０  圧着部
３８  ヒータ
３９  樹脂
４０  電子部品
【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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