(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圧着するボンディング装置であって、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が、第１ホーン部材と、この第１ホーン部材に振動を付与する振動子と、第１ホーン部材と略対称形状で長手方向の貫通孔を有する第２ホーン部材と、第１ホーン部材と第２ホーン部材との間に着脱自在に挟まれ前記貫通孔と連通する貫通孔を有し先端部が電子部品に当接する圧着子と、前記第２ホーンの貫通孔および圧着子の貫通孔に挿通して第１ホーン部材に端部が連結される締結手段とを有し、この締結手段により前記圧着子が第１のホーン部材と第２のホーン部材との間に固定され、かつ、装着部が前記第１のホーン及び第２のホーンのそれぞれの側面から突設され、前記圧着子を中心として平面視して対称に一体的に設けられてい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】
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圧着するボンディングツールであって、第１ホーン部材と、この第１ホーン部材に振動を付与する振動子と、第１ホーン部材と略対称形状で長手方向の貫通孔を有する第２ホーン部材と、第１ホーン部材と第２ホーン部材との間に着脱自在に挟まれ前記貫通孔と連通する貫通孔を有し先端部が電子部品に当接してこの電子部品を押圧する圧着子と、前記第２ホーンの貫通孔および圧着子の貫通孔に挿通して第１ホーン部材に端部が連結される締結手段とを有し、この締結手段により前記圧着子が第１のホーン部材と第２のホーン部材との間に固定され、かつ、装着部が前記第１のホーン及び第２のホーンのそれぞれの側面から突設され、前記圧着子を中心として平面視して対称に一体的に設けられている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、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子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。圧着子にはボンディング時の負荷（荷重と振動）が作用するため、繰り返し使用によってその下面（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正常なボンディングを行うことが出来なくなるため、定期的に圧着子を交換せねばならない。従来はこの圧着子の交換は、ホーン全体を交換するか、あるいは圧着子が別部品でホーン本体に対して着脱可能である場合には、この別部品のみを交換することにより行われていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ホーン全体を交換する場合には、高価な部品であるホーンを消耗部品として廃脚することになり、ランニングコストが上昇する。また、圧着子のみを着脱して交換する場合においても、従来のボンディングツールでは圧着子のホーン本体への締結方法に起因して取り付け状態が不安定で安定した固着状態の再現が困難であり、したがって振動特性が変動しやすく安定したボンディングが行えないという問題点があった。
【０００４】
そこで本発明は、低コストで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】
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圧着するボンディング装置であって、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が、第１ホーン部材と、この第１ホーン部材に振動を付与する振動子と、第１ホーン部材と略対称形状で長手方向の貫通孔を有する第２ホーン部材と、第１ホーン部材と第２ホーン部材との間に着脱自在に挟まれ前記貫通孔と連通する貫通孔を有し先端部が電子部品に当接する圧着子と、前記第２ホーンの貫通孔および圧着子の貫通孔に挿通して第１ホーン部材に端部が連結される締結手段とを有し、この締結手段により前記圧着子が第１のホーン部材と第２のホーン部材との間に固定され、かつ、装着部が前記第１のホーン及び第２のホーンのそれぞれの側面から突設され、前記圧着子を中心として平面視して対称に一体的に設けられている。
【０００６】
請求項２記載の電子部品のボンディングツールは、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圧着するボンディングツールであって、第１ホーン部材と、この第１ホーン部材に振動を付与する振動子と、第１ホーン部材と略対称形状で長手方向の貫通孔を有する第２ホーン部材と、第１ホーン部材と第２ホーン部材との間に着脱自在に挟まれ前記貫通孔と連通する貫通孔を有し先端部が電子部品に当接してこの電子部品を押圧する圧着子と、前記第２ホーンの貫通孔および圧着子の貫通孔に挿通して第１ホーン部材に端部が連結される締結手段とを有し、この締結手段により前記圧着子が第１のホーン部材と第２のホーン部材との間に固定され、かつ、装着部が前記第１のホーン及び第２のホーンのそれぞれの側面から突設され、前記圧着子を中心として平面視して対称に一体的に設けられている。
【０００７】
本発明によれば、電子部品に当接して押圧する圧着子を第１のホーン部材および第２のホーン部材で両側から挟み込んで圧縮した状態で締結することにより、簡単な構造で安定した振動伝達特性を得ることができる。
【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は同電子部品のボンディングツールの正面図、図４は同電子部品のボンディングツールの部分断面図、図５は同電子部品のボンディング装置の部分正面図である。
【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、上面が電子部品の被接合面である基板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。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。
【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。
【００１２】
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。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すなわち基板４６の位置決めを行う。また主制御部５０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５０には、荷重制御部５４と吸引装置５６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。吸引装置５６は主制御部５０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。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。
【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および図４を参照してボンディングツール１４について説明する。
【００１５】
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は全体として細長形状の棒状体であり、３つの部材、すなわち第１ホーン部材１５Ａ、第１ホーン部材１５Ａと略対称形状の第２ホーン部材１５Ｂおよび第１ホーン部材１５Ａと第２ホーン部材１５Ｂとの間に着脱自在に挟まれる吸着部（圧着子）３０より構成される。第１ホーン部材１５Ａ、第２ホーン部材１５Ｂおよび吸着部（圧着子）３０は、ボルト１８によって締結される。第１ホーン部材１５Ａと第２ホーン部材１５Ｂは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。
【００１６】
図２に示すように、第１ホーン部材１５Ａと第２ホーン部材１５Ｂのそれぞれの側面であるテーパ面１５ａの吸着部３０から等距離隔てられた４ヶ所には、リブ１５ｂが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にボルト２１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。なお、図３ではリブ１５ｂの図示を省略している。
【００１７】
吸着部３０はテーパ部３１によって幅が絞られた断面形状となっており、下方（図２においては上向き方向）へ突出した先端部には吸着孔３２が設けられている。吸着孔３２は吸着部３０の内部に形成された真空吸引孔３０ｃと連通しており、吸着部３０が第１ホーン部材１５Ａと第２ホーン部材１５Ｂとの間に挟まれた状態では、第１ホーン部材１５Ａの内部の形成された真空吸引孔１６ａと連通する。真空吸引孔１６ａはさらに内部の真空吸引孔１６ｂを介して第１ホーン部材１５Ａの上面に開口された真空吸引孔１６ｂと連通している。
【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が装着されており、吸着パッド１９は第１ホーン部材１５Ａの上面の真空吸引孔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、第１ホーン部材１５Ａおよび吸着部３０の内部の各真空吸引孔を介して吸着部３０に開口した吸着孔３２（図３）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。吸着部３０は電子部品４０を吸着して保持するとともに、ボンディング時には先端部が電子部品４０の上面に当接して電子部品４０を基板４６に対して押圧する。
【００１９】
図４に示すように、第２ホーン部材１５Ｂおよび吸着部３０にはそれぞれ長手方向の貫通孔１５Ｂａ，３０ａが設けられており、第２ホーン部材１５Ｂおよび吸着部３０を組み付けた状態では貫通孔１５Ｂａ，３０ａは連通する。ボルト１８の軸部１８ａを貫通孔１５Ｂａ，３０ａを挿通させて第１ホーン部材１５Ａに設けられたねじ孔１５Ａａに螺入させて締結するることにより、吸着部３０は第１ホーン部材１５Ａと第２ホーン部材１５Ｂとの間に挟まれて固定される。したがってボルト１８は吸着部３０の締結手段となっている。なお、第１ホーン部材１５Ａにねじ孔１５Ａａを設ける替わりに、第１ホーン部材１５Ａにボルトを植え込み、このボルトを吸着部３０の貫通孔３０ａ、第２ホーン部材１５Ｂの貫通孔１５Ｂａを挿通させてボルトの先端部にナットを螺合させて締結することにより、吸着部３０を第１ホーン部材１５Ａと第２ホーン部材１５Ｂとの間に挟み込むようにしてもよい。
【００２０】
図２において、第１ホーン部材１５Ａ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、第１ホーン部材１５Ａには縦振動（ホーン１５の長手方向の振動）が付与され、第１ホーン部材１５Ａに締結された吸着部３０は水平方向ａ（ホーン１５の長手方向）に振動する。第１ホーン部材１５Ａの形状は端部から中央部に向かって側面のテーパ面１５ａを経て順次幅が絞られた形状となっている。
【００２１】
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、この振動は電子部品４０に伝達される。この伝達経路にある第１ホーン部材１５Ａと吸着部３０の接触面はボルト１８によって長手方向に十分な面圧で圧縮された状態にあることから、この接触面での振動伝達はロスを生じることなく良好に行われる。また、吸着部３０の下方に突出するテーパ部３１は、第１ホーン部材１５Ａを介して伝達される縦振動によって曲げ振動を誘起する曲げ振動部としての機能を有しているが、本実施の形態に示す構成ではこの曲げ振動部に部品相互の締結面を設ける必要がない。したがって、曲げ振動部での振動伝達のロスを防止して伝達効率を向上させることができる。
【００２２】
図３において、吸着部３０の上側には、突起部３３が設けられている。この突起部３３形状・寸法を適切に設定することにより、吸着部３０の上下方向の質量分布を振動伝達上望ましい質量分布に調整することが可能となる。すなわち、この突起部３３を質量バランス部として用いることができるが、本実施の形態では吸着部３０を質量バランス部としての突起部３３をも一体的に含んだ形態としているので、吸着部３０の設計時において質量分布のバランスをも併せて考慮に入れることができ、振動特性に優れたボンディングツールを実現できる。
【００２３】
また消耗部品としての吸着部３０を交換する際に、ボンディングツール１４全体を取り外す必要がなく、作業を簡単に行うことができる。すなわち図６に示すように、吸着部３０の脱着は第１ホーン部材１５Ａをホルダ１２にリブ１５ｂを介して固定した状態で行うことができ、交換作業は第２ホーン部材１５Ｂを固定するボルト２１、吸着部３０を挟み込むボルト１８を抜き挿しすることのみで行われる。
【００２４】
上記説明したように、本実施の形態のボンディングツールは、電子部品に当接して振動と荷重を伝達する圧着子としての吸着部をホーン本体に対して着脱自在とし、しかも吸着部のホーンへの締結形態として、吸着部とホーン本体との接触面、すなわち振動伝達面が十分な面圧で圧縮された状態でホーン本体からの縦振動が伝達されるような形態を採用している。これにより、吸着部の電子部品との当接面が損耗した場合には、この吸着部のみを交換すればよくランニングコストを低減することができる。しかも上記締結方法によれば吸着部への振動伝達の安定性が確保されることから、安定した固着状態・振動特性を備えたボンディングツールを実現できる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、電子部品に当接して押圧する圧着子を第１のホーン部材および第２のホーン部材で両側から挟み込んで圧縮した状態で締結するようにしたので、使用により圧着子が損耗した場合には、圧着子のみを交換すればよくランニングコストを低減できるとともに、安定した固着状態および振動特性を保持することができる。
【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】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
【図４】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
【図５】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部分正面図
【符号の説明】
１４  ボンディングツール
１５  ホーン
１５Ａ  第１ホーン部材
１５Ｂ  第２ホーン部材
１７  振動子
１８  ボルト
３０  吸着部
３０ａ  貫通孔
３２  吸着孔
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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