(57)【要約】【課題】従来よりも大型の部品を効率良く接合することができる部品接合装置及び超音波ホーンを提供することを目的とする。【解決手段】超音波ホーン７の幅方向の両側面７ｈに設けられて昇降部材６に固定される複数の固定部７ｋが、幅方向に対向し、かつ接合作用部８ｂを長手方向に挟む位置に配設される。そのうえで、接合作用部８ｂを長手方向に挟んで接合作用部８ｂに直近する固定部７ｋ同士の間に、接合作用部８ｂの根元を長手方向に挟んで幅方向に延びる一対の溝７ｐを設ける。【選択図】図３
2008124101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
昇降自在な昇降部材と、昇降部材に固定された超音波ホーンとを有し、超音波ホーンの下面から下方に突出して設けられた接合作用部で部品を被接合面に押し付けながら超音波ホーンに振動を与えて部品を被接合面に接合する部品接合装置であって、
超音波ホーンの幅方向の両側面に設けられて昇降部材に固定される複数の固定部が、前記幅方向に対向し、かつ接合作用部を超音波ホーンの長手方向に挟む位置に配設されており、接合作用部を前記長手方向に挟んで接合作用部に直近する固定部同士の間に、接合作用部の根元を前記長手方向に挟んで前記幅方向に延びる一対の溝が設けられていることを特徴とする部品接合装置。
【請求項２】
部品接合装置において昇降自在な昇降部材に固定され、下面に下方に突出して設けられた接合作用部で部品を被接合面に押し付けながら部品接合装置から与えられる振動を受けて部品を被接合面に接合する超音波ホーンであって、
超音波ホーンの幅方向の両側面に設けられて昇降部材に固定される複数の固定部が、前記幅方向に対向し、かつ接合作用部を超音波ホーンの長手方向に挟む位置に配設されており、接合作用部を前記長手方向に挟んで接合作用部に直近する固定部同士の間に、接合作用部の根元を前記長手方向に挟んで前記幅方向に延びる一対の溝が設けられていることを特徴とする超音波ホーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波ホーンの接合作用部で部品を被接合面に押し付けながら超音波ホーンに超音波振動を与えて部品を被接合面に接合する部品接合装置及び超音波ホーンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップのような部品（電子部品）を基板の被接合面に接合する部品接合装置として、超音波振動を用いるものが知られている。この部品接合装置は、昇降自在な昇降部材に横長の棒状部材である超音波ホーンを長手方向及び幅方向が水平になるように固定し、超音波ホーンの下面から下方に突出した接合作用部で部品を被接合面に押し付けながら超音波ホーンに超音波振動を与え、部品を微小に振動させて被接合面に密着させるものである。
【０００３】
この超音波ホーンは、幅方向の両側面に設けられた複数の固定部が昇降部材に固定されるが、これらの固定部は接合作用部を超音波ホーンの長手方向に挟み、かつ超音波ホーン内に生じる定在波（超音波ホーン内を長手方向に進行する縦振動の進行波と反射波の合成波）の節の位置に設けられるので、定在波の腹に位置する接合作用部は大きな振幅で長手方向に振動（揺動）することになり、部品は効率良く接合される（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００５−３４７５０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、接合対象とする部品が大型化してきており、これに伴って部品に与える振動振幅を従来よりも大きくする必要がでてきている。部品に与える振動の振幅を従来よりも大きくするには、振動子へ供給する電力を増大させて超音波ホーン全体の振動振幅を大きくすればよいが、超音波ホーン全体の振動振幅を大きくするためには部品接合装置の各部の補強が必要であり、装置全体が大型化してしまうという問題点がある。
【０００５】
そこで本発明は、従来よりも大型の部品を効率良く接合することができる部品接合装置及び超音波ホーンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の部品接合装置は、昇降自在な昇降部材と、昇降部材に固定された超音波ホーンとを有し、超音波ホーンの下面から下方に突出して設けられた接合作用部で部品を被接合面に押し付けながら超音波ホーンに振動を与えて部品を被接合面に接合する部品接合装置であって、超音波ホーンの幅方向の両側面に設けられて昇降部材に固定される複数の固定部が、前記幅方向に対向し、かつ接合作用部を超音波ホーンの長手方向に挟む位置に配設されており、接合作用部を前記長手方向に挟んで接合作用部に直近する固定部同士の間に、接合作用部の根元を前記長手方向に挟んで前記幅方向に延びる一対の溝が設けられている。
【０００７】
請求項２に記載の超音波ホーンは、部品接合装置において昇降自在な昇降部材に固定され、下面に下方に突出して設けられた接合作用部で部品を被接合面に押し付けながら部品接合装置から与えられる振動を受けて部品を被接合面に接合する超音波ホーンであって、超音波ホーンの幅方向の両側面に設けられて昇降部材に固定される複数の固定部が、前記幅方向に対向し、かつ接合作用部を超音波ホーンの長手方向に挟む位置に配設されており、接合作用部を前記長手方向に挟んで接合作用部に直近する固定部同士の間に、接合作用
部の根元を前記長手方向に挟んで前記幅方向に延びる一対の溝が設けられている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、超音波ホーンの接合作用部の根元に溝が設けられており、これにより接合作用部の実質的な高さが増大されるので、接合作用部の振動（揺動）振幅を大きくすることができ、大型の部品の接合を効率良く行うことができる。また、部品接合装置の各部を補強する必要はなく、低コスト化が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の一実施の形態における部品接合装置の正面図、図２は本発明の一実施の形態における超音波ホーンの部分断面正面図、図３は本発明の一実施の形態における超音波ホーンの部分断面正面図、図４は本発明の一実施の形態における超音波ホーンの平面図である。
【００１０】
図１において、部品接合装置１は上面に基板保持部２を有した位置決めテーブル３と、位置決めテーブル３の上方に備えられた接合機構４を有しており、接合機構４は昇降押圧機構５によって昇降自在な昇降部材６と、昇降部材６の下部に取り付けられた超音波ホーン７を備えている。超音波ホーン７は横長の棒状の部材であり、長手方向（図１の紙面と平行な左右方向）及び幅方向（図１の紙面に垂直な方向）が水平になるように昇降部材６に固定されている。超音波ホーン７の下部には接合作用部材８が取り付けられている。
【００１１】
図２において、超音波ホーン７の長手方向の中央部には超音波ホーン７の厚さ方向（図２における紙面上下方向）に貫通して延びた貫通穴７ａが設けられており（図２（ａ））、接合作用部材８はこの貫通穴７ａに下方から挿入され、超音波ホーン７の上方から貫通穴７ａ内に取り付けられた螺子部材９によって貫通穴７ａ内に固定されている（図２（ｂ））。
【００１２】
貫通穴７ａは下方に広がって超音波ホーン７の下面７ｂ及び上面７ｃに開口しており、貫通穴７ａの内面は円錐状のテーパ面７ｄになっている。接合作用部材８は下面に接合作用面８ａを有した接合作用部８ｂと接合作用部８ｂから上方に延出した延出部８ｃから成り、接合作用部８ｂの上部と延出部８ｃの上部にはそれぞれテーパ面８ｄ，８ｅが形成されている。接合作用部材８はこれらテーパ面８ｄ，８ｅを貫通穴７ａのテーパ面７ｄに下方から当接させて貫通穴７ａに対する位置決めがなされている。螺子部材９は接合作用部材８の延出部８ｃの上部に設けられた螺子穴８ｆに螺入され、接合作用部材８が螺子部材９によって超音波ホーン７に取り付けられた状態では、接合作用部材８の接合作用部８ｂは超音波ホーン７の下面７ｂから下方に突出した状態となっている。
【００１３】
図３において、超音波ホーン７の内部には第１吸引管路７ｅが設けられている。この第１吸引管路７ｅの一端側は超音波ホーン７の上面７ｃの開口部（上面開口部７ｆ）に繋がっており、他端側は接合作用部材８の両テーパ面８ｄ，８ｅの中間部（延出部８ｃの根元部分）と超音波ホーン７のテーパ面７ｄに囲まれて形成される管路中継空間７ｇに繋がっている。また、この管路中継空間７ｇには、接合作用部材８内を延びて一端が接合作用面８ａに開口した第２吸引管路８ｇの他端が連通しており、第１吸引管路７ｅと第２吸引管路８ｇは管路中継空間７ｇを介して互いに繋がった状態となっている。更に、超音波ホーン７の上面開口部７ｆは、超音波ホーン７の外部を延びた外部管路１１を介して真空吸引源１２に繋がっているので（図１参照）、真空吸引源１２を作動させて空気を吸引すれば、接合作用面８ａに当接させた半導体チップ１４を接合作用面８ａに吸着保持することができる。
【００１４】
図１及び図３において、超音波ホーン７の長手方向の一端側（図１及び図３の紙面右側
）には超音波ホーン７に超音波振動を与えるための振動子１０が取り付けられている。この振動子１０は超音波ホーン７の外部に設けられた振動子駆動部（図示せず）から指令を受けて駆動され、超音波ホーン７の長手方向に縦振動を与える。
【００１５】
図４において、超音波ホーン７の幅方向の両側面７ｈには、昇降部材６に取り付けられる４つの固定部７ｋが外方に延びて設けられている。これら４つの固定部７ｋは超音波ホーン７の幅方向に対向し、かつ接合作用部材８（接合作用部８ｂ）を長手方向に挟む位置に配設されている。各固定部７ｋには超音波ホーン７の高さ方向（部品接合装置１の上下方向）に貫通したボルト穴７ｍが設けられており、このボルト穴７ｍを貫通して設けられるボルト（図示せず）によって超音波ホーン７は昇降部材６に固定される。
【００１６】
ここで、超音波ホーン７を昇降部材６に固定（拘束）することによる振動の減衰を最小にするため、超音波ホーン７の長手方向に対向する２つの固定部７ｋは、超音波ホーン７内に生じる定在波の半波長分の距離をおいた隣接する節の位置に設けられている。従って、超音波ホーン７の長手方向に縦振動の共振状態を作り出すことができる適切な周波数の超音波振動を超音波ホーン７に与えることにより、その超音波振動の定在波の腹に位置する接合作用部８ｂを超音波ホーン７の長手方向に大きな振幅で振動（揺動）させることができる。
【００１７】
図３及び図４において、接合作用部８ｂを超音波ホーン７の長手方向に挟んで接合作用部８ｂに直近する固定部７ｋ同士の間には、接合作用部８ｂの根元を超音波ホーン７の長手方向に挟んで超音波ホーン７の幅方向に延びる一対の溝７ｐが設けられている。この超音波ホーン７の幅方向に延びる一対の溝７ｐは、接合作用部８ｂの実質的な高さを増大させるためのものである。すなわち、この超音波ホーン７における、接合作用部８ｂの超音波ホーン７の下面７ｂからの高さはｈであるが、接合作用部８ｂの溝７ｐの底部からの高さ、すなわち実質的な高さはｈよりも大きいＨとなっている（図３）。
【００１８】
半導体チップ１４を基板１３の上面の被接合面１３ａに接合するには、基板１３を基板保持部２の上面に保持したうえで、超音波ホーン７の接合作用面８ａに半導体チップ１４を吸着保持させる。そして、昇降押圧機構５によって昇降部材６を（すなわち超音波ホーン７を）下降させ、半導体チップ１４の下面に形成された半田バンプ１４ａを基板１３の被接合面１３ａに押し付ける。この状態で図示しないヒータによって超音波ホーン７を加熱し、超音波ホーン７に吸着保持した半導体チップ１４と基板１３の温度を上昇させて半田バンプ１４ａを溶融させつつ、振動子１０を駆動して超音波ホーン７に超音波振動を与えると、超音波ホーン７の接合作用部８ｂは半導体チップ１４を吸着したまま超音波ホーン７の長手方向に振動（揺動）するので、半導体チップ１４には荷重と振動が同時に作用し、溶融した半田バンプ１４ａによって半導体チップ１４が基板１３の被接合面１３ａに接合される。
【００１９】
ここで、本実施の形態における部品接合装置１では、超音波ホーン７の接合作用部８ｂの根元に溝７ｐが設けられており、これにより接合作用部８ｂの実質的な高さが増大されるので、超音波ホーン７の同じ振動振幅に対し、溝７ｐを有しない従来のものよりも接合作用部８ｂの振動（揺動）振幅が大きくなる。すなわち、本実施の形態における部品接合装置１では、振動子１０へ供給する電力を大幅に増大させることなく接合作用部８ｂの振動（揺動）振幅を大きくすることができ、従って大型の半導体チップ１４（部品）の接合を効率良く行うことができる。また、本実施の形態における部品接合装置１では、振動子１０へ供給する電力を大幅に増大させずに大型の半導体チップ１４の接合を行うことができるので、部品接合装置１の各部を補強する必要はなく、低コスト化も実現できる。
【００２０】
本実施の形態における超音波ホーン７のように根元に溝７ｐを設けるのではなく、接合
作用部８ｂそのものの高さを増大させることによって振動振幅を大きくする方法も考えられるが、この場合は接合作用部８ｂが下方に延びるために超音波ホーン７の重量が増加してしまう。この点、本実施の形態における部品接合装置１では、接合作用部８ｂは延ばさないうえに溝７ｐを形成する分重量が軽減されるので、超音波ホーン７を従来よりも軽量化することができる。
【００２１】
これまで本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上述の実施の形態に示したものに限定されない。例えば、上述の実施の形態では、接合作用部８ｂは接合作用部材８の一部として超音波ホーン７に対して着脱自在な構成であったが、接合作用部８ｂは超音波ホーン７の下面７ｂから下方に突出して半導体チップ１４（部品）を被接合面１３ａに押し付ける機能を有していればよく、必ずしも超音波ホーン７に着脱自在である必要はない。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
従来よりも大型の部品を効率良く接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施の形態における部品接合装置の正面図
【図２】本発明の一実施の形態における超音波ホーンの部分断面正面図
【図３】本発明の一実施の形態における超音波ホーンの部分断面正面図
【図４】本発明の一実施の形態における超音波ホーンの平面図
【符号の説明】
【００２４】
１  部品接合装置
６  昇降部材
７  超音波ホーン
７ｂ  下面
７ｈ  側面
７ｋ  固定部
７ｐ  溝
８ｂ  接合作用部
１３ａ  被接合面
１４  半導体チップ（部品）
【図１】
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【図２】
2008124101.tif 000004
【図３】
2008124101.tif 000005
【図４】
2008124101.tif 000006