(57)【要約】  【課題】ホーンに伝播する振動に悪影響を与えないようにしながら、ヒータから振動子に伝導する熱の量を減らす冷却手段を備える超音波振動接合装置を提供すること。  【解決手段】超音波振動接合装置１において、超音波実装ツール６０のヒータ１３Ａ，１３Ｂと振動子９との間に冷却手段となる冷却管３を備える。【選択図】  図１
2008130793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動を発生する振動素子およびこの振動素子の振動に共振するホーンを有する超音波実装ツールと、
上記ホーンに備えられ接合対象物を保持する保持部と、
上記接合対象物とこの接合対象物を接合する被接合対象物との間の接合部分を加熱するように上記ホーンに備えられるヒータとを備え、
上記接合対象物を上記被接合対象物に対して押圧しながら超音波振動を作用させることにより、上記接合対象物を上記被接合対象物に接合する超音波振動接合装置において、
上記超音波実装ツールの上記ヒータと上記振動素子との間の周面に冷却部を接触させる冷却手段を備えることを特徴とする超音波振動接合装置。
【請求項２】
前記超音波実装ツールの前記冷却手段が備えられる部分は円柱部に形成され、
前記冷却手段は、内周側が全周に亘って開口部となる中空部が形成される環状体を備え、
上記環状体の上記開口部の周縁部を、上記円柱部の周囲に密着させた状態で上記環状体の中空部に冷媒を流すことを特徴とする請求項１に記載の超音波振動接合装置。
【請求項３】
前記円柱部は、前記振動素子を備える振動子に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波振動接合装置。
【請求項４】
前記環状体は、弾性材から形成されることを特徴とする請求項２または３に記載の超音波振動接合装置。
【請求項５】
前記開口部の前記周縁部に、Ｏリングを備えることを特徴とする請求項２から４に記載の超音波振動接合装置。
【請求項６】
前記冷媒は、気体であることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の超音波振動接合装置。
【請求項７】
前記円柱部の長さを、前記環状体の幅よりも長く形成することを特徴とする請求項２から６のいずれか１項に記載の超音波振動接合装置。
【請求項８】
前記超音波実装ツールは、前記円柱部において分離可能に構成することを特徴とする請求項２から７のいずれか１項に記載の超音波振動接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波振動接合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣチップ等の電子部品を電気配線基板に接合する手段の一つとして、超音波振動接合装置を用いる手段が知られている。この超音波振動接合装置は、電子部品を電気配線基板に押圧しながら超音波振動により電気配線基板に対して並行振動させる。そして、この並行振動により電子部品と電気配線基板との間に発生する摩擦により、電子部品を電気配線基板に接合するものである。
【０００３】
超音波振動接合装置は、超音波振動の発生源である振動素子の振動を電子部品に伝達するホーンを有し、このホーンに電子部品を保持し、電気配線基板に対して押圧しながら振動させる構成になっている。
【０００４】
ホーンは、超音波振動に対して共振し振動が増幅されるように、振動の半波長の整数倍の長さに形成されている。ホーンの振動を効率よく電子部品に伝達するように、ホーンの中で振動が一番大きくなる振動の腹部に対応する位置に、電子部品を保持する保持部が設けられている。また、ホーンは、ホーンの中で振動が一番小さくなる振動の節部に対応する位置において、超音波振動接合装置の本体部に対して支持されている。節部は振動の振幅が小さいため、本体部に対する相対移動量が小さく、この節部でホーンを支持することにより、ホーンの支持を確実に行うことができる。
【０００５】
ところで、電子部品と電気配線基板との間に熱を加えることにより、電子部品と電気配線基板との接合時間の短縮と接合強度の強化が図られることが一般に知られている。そのため、電子部品と電気配線基板との間を加熱する目的でホーンにヒータが備えられることがある。
【０００６】
しかしながら、振動素子は、振動素子の温度が上昇すると振動特性が変動する傾向がある。したがって、ホーンに備られたヒータの熱がホーンを伝導し振動素子におよぶことで、振動素子の振動特性が変動する問題がある。
【０００７】
かかる問題を解決するために、ホーンの超音波振動子とヒータとの間の部分に、スリットを形成し、このスリットに送風を行い、ホーンに備られたヒータの熱が振動素子におよぶ量を減らす構成が、特許文献１に開示されている。また、特許文献２には、冷却水を循環させる冷却機構により振動素子を覆ったり、あるいは、振動素子にエアーを吹き付けたりすることで、振動素子を冷却する構成が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−３４７５０７号公報（図２等参照）
【特許文献１】特開２００２−１１８１５２号公報（図４等参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ホーンにスリットを形成することとすると、ホーンを伝播する超音波振動子から出力される振動がスリットの部分で減衰したり、あるいはスリットの部分で共鳴してしまう等の問題がある。また、特許文献２に開示されるように、振動素子を冷却機構に覆うこととすると、超音波振動接合装置の大型化を招くという問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は、ホーンに伝播する振動に悪影響を与えないようにするとともに、超音波振動接合装置の大型化を抑えながら、ヒータから振動素子に伝導する熱の量を減らす冷却手段を備える超音波振動接合装置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】
【００１１】
上述の課題を解決するため、本発明の超音波振動接合装置は、超音波振動を発生する振動素子およびこの振動素子の振動に共振するホーンを有する超音波実装ツールと、ホーンに備えられ接合対象物を保持する保持部と、接合対象物とこの接合対象物を接合する被接合対象物との間の接合部分を加熱するようにホーンに備えられるヒータとを備え、接合対象物を被接合対象物に対して押圧しながら超音波振動を作用させることにより、接合対象物を被接合対象物に接合する超音波振動接合装置において、超音波実装ツールのヒータと振動素子との間の周面に冷却部を接触させる冷却手段を備えることとする。
【００１２】
超音波振動接合装置をこのような構成にすることにより、超音波実装ツールを伝播する振動の伝播を妨げることなく、超音波実装ツールを冷却することができる。
【００１３】
また、他の発明は、上述の発明に加え、超音波実装ツールの冷却手段が備えられる部分は円柱部に形成され、冷却手段は、内周側が全周に亘って開口部となる中空部が形成される環状体を備え、環状体の開口部の周縁部を、円柱部の周囲に密着させた状態で環状体の中空部に冷媒を流すこととする。超音波振動接合装置をこのような構成にすることにより、冷媒が直接に超音波実装ツールに接触するため冷却効率を高くすることができる。
【００１４】
また、他の発明は、上述の発明に加え、円柱部は、振動素子を備える振動子に形成されていることとする。超音波振動接合装置をこのような構成にすることにより、ホーンに円柱部を形成するのに比べて、ホーンの形状を全体として均一にすることができる。そのため、ホーンを伝達する振動の減衰や乱れを抑えることができる。
【００１５】
また、他の発明は、上述の発明に加え、環状体は、弾性材から形成されることとする。超音波振動接合装置をこのような構成にすることにより、環状体は、超音波実装ツールの振動を吸収する。そのため、環状体が超音波実装ツールの振動により移動してしまうことがない。
【００１６】
また、他の発明は、上述の発明に加え、開口部の周縁部に、Ｏリングを備えることとする。超音波振動接合装置をこのような構成にすることにより、環状体と円柱部の密着性が向上し、中空部を通過する冷媒の漏れを防止することができる。
【００１７】
また、他の発明は、上述の発明に加え、冷媒は、気体であることとする。超音波振動接合装置をこのような構成にすることにより、冷媒が漏れ出しても、超音波振動接合装置等に与える損傷等の虞を少なくすることができる。
【００１８】
また、他の発明は、上述の発明に加え、円柱部の長さを、環状体の幅よりも長く形成することとする。超音波振動接合装置をこのような構成にすることにより、環状体の超音波実装ツールへの取付位置を調整することができる。
【００１９】
また、他の発明は、上述の発明に加え、超音波実装ツールは、円柱部において分離可能に構成することとする。超音波振動接合装置をこのような構成にすることにより、環状体の超音波実装ツールへの取付を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ホーンに伝播する振動に悪影響を与えないようにするとともに、超音波振動接合装置の大型化を抑えながら、ヒータから振動素子に伝導する熱の量を減らすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（第１の実施の形態）
図１から図３を参照しながら本発明の第１の実施の形態に係る超音波振動接合装置１について説明する。
【００２２】
図１は、超音波振動接合装置１の全体の構成およびこの超音波振動接合装置１を用いて、接合対象物であるＩＣチップ１００を被接合対象物であるフレキシブル基板１０１に接合する工程の概略を説明するための図である。図２は、超音波振動接合装置１に備えられる後述する振動装置２の構成を示す図である。また、図３は、振動装置２に備えられる冷却手段としての冷却管３の構成を示す図面である。
【００２３】
超音波振動接合装置１は、供給装置２００からＩＣチップ１００の供給を受け、供給されたＩＣチップ１００をフレキシブル基板１０１に接合する。
【００２４】
先ず、図１を参照しながら、超音波振動接合装置１が、供給装置２００からＩＣチップ１００の供給を受ける供給工程の概略を説明する。また、これに併せて、供給装置２００の構成を説明する。
【００２５】
超音波振動接合装置１にＩＣチップ１００の供給を行う供給装置２００の構成は、概略以下のようになっている。この供給装置２００は、複数のＩＣチップ１００を載置するＩＣチップ載置台２０１と、このＩＣチップ載置台２０１の上に載置されるＩＣチップ１００を超音波振動接合装置１に供給する供給機構２０２とを備えている。
【００２６】
なお、以下の説明において、ＩＣチップ１００が置かれている面に平行な面を水平面とし、これに直交する方向を上下方向として説明を行う。また、図１の紙面の表面側を前側（前方）、裏面側を後側（後方）とし、前方側から後方側に向かって右手側を右側（右方）、左手側を左側（左方）として説明を行なう。すなわち、図１において、Ｘ方向が上下方向、Ｙ方向が左右方向になっている。
【００２７】
ＩＣチップ１００は、容器Ｐに収容された状態で、ＩＣチップ載置台２０１の上に載置される。容器Ｐ内には、複数のＩＣチップ１００が収容され、供給装置２０２は、容器ＰからＩＣチップ１００を一つずつ超音波振動接合装置１に供給する。また、ＩＣチップ１００は、ダイシングされたウエハとして複数形成され、ウエハの状態で、ＩＣチップ載置台２００の上に載置されている場合もある。あるいは、ＩＣチップ１００を、ＩＣチップ載置台２０１の上を、図示を省略するベルトコンベア等の搬送機構により前方から後方に向かって移動と停止を繰り返しながら間欠的に搬送し、この搬送されるＩＣチップ１００を、供給機構２０２により１つずつ超音波振動接合装置１に供給するようにしても良い。
【００２８】
供給機構２０２は、アーム２０３と、アーム２０３の回転動作を行う回転機構２０３Ａと、アーム２０３の上下移動を行う上下駆動部２０４を有している。アーム２０３は、回転機構２０３Ａを介して、上下駆動部２０４から下方に伸びるアーム支持ロッド２０５に取り付けられている。アーム駆動部２０４内には、アーム支持ロッド２０５を上下方向に駆動する図示を省略するモータ（あるいはエアシリンダまたは油圧シリンダ等）が備えられている。そして、このモータ（図示省略）により、アーム支持ロッド２０５が、上下方向に変位することにより、アーム２０３が上下方向に移動する。
【００２９】
回転機構２０３Ａは、内部に、アーム支持ロッド２０５に対して固定される不図示のモータと、回転軸が互いに直交する不図示の一対のかさ歯車とを備えている。一対のかさ歯車（不図示）のうち、一方のかさ歯車（不図示）はモータ（不図示）の出力軸に軸支され、他方のかさ歯車（不図示）はアーム２０３を軸支している。この回転機構２０３Ａのモータ（不図示）が駆動されると、一対のかさ歯車（不図示）により、アーム２０３は、アーム支持ロッド２０５の周りに水平面内で回転すると共に、アーム２０３自身が、水平方向に沿う方向の軸を中心に自転する。
【００３０】
アーム２０３の先端部には、ＩＣチップ載置台２０１上に置かれるＩＣチップ１００を、空気の吸引により取り上げるピックアップ２０６が備えられている。ピックアップ２０６のＩＣチップ載置台２０１に対向する下面部２０６Ａには、図示を省略する空気吸引装置により空気の吸い込みが行われる図示を省略する吸引孔が形成されている。そして、この吸引孔（図示省略）による空気の吸い込み力によりＩＣチップ１００をＩＣチップ載置台２０１から取り上げる構成になっている。
【００３１】
以上のように構成される供給装置２００は、次のようにして、ＩＣチップ１００を超音波振動接合装置１に供給する。
【００３２】
先ず、ＩＣチップ載置台２０１にあるＩＣチップ１００を、ピックアップ２０６の下面部２０６Ａに吸引する。つまり、アーム駆動部２０４によりアーム支持ロッド２０５を下方に変位させ、ＩＣチップ１００に、ピックアップ２０６の下面部２０６Ａを近接して対向させる。そして、ピックアップ２０６の下面部２０６Ａに形成される吸引孔（図示省略）の空気の吸い込み力によりＩＣチップ１００を吸着する。
【００３３】
続いて、ピックアップ２０６にＩＣチップ１００を吸着した状態で、アーム駆動部２０４によりアーム支持ロッド２０５を上方に変位させる。これに併せて、回転機構２０３Ａにより、アーム２０３を、アーム支持ロッド２０５の周りに水平方向に回転し、ピックアップ２０６を超音波振動接合装置１側に移動する。また、同時に、アーム２０３を、水平方向に沿う方向の軸を中心に自転し、ＩＣチップ１００を吸着したピックアップ２０６を上下反転させ、ＩＣチップ１００を吸着する下面部２０６Ａを上方に向ける。
【００３４】
本実施の形態においては、供給装置２００は、超音波振動接合装置１に対して、左前方に位置するように配設されている。したがって、ピックアップ２０６がＩＣチップ１００を吸着した位置から、アーム２０３を、アーム支持ロッド２０５の周りに水平方向に略９０度、超音波振動接合装置１側に回転すると共に、アーム２０３を、水平方向に沿う方向の軸を中心に１８０度自転させピックアップ２０６を上下反転することで、ＩＣチップ１００が、後述する保持部としての接合工具部４に対向する。
【００３５】
ＩＣチップ載置台２０１は、容器Ｐ内に収容されているＩＣチップ１００が、一つずつ順に、ピックアップ２０６に吸引されるように、図示を省略する駆動機構により前後左右に移動するように構成されている。
【００３６】
接合工具部４には、後述するように、ピックアップ２０６と同様に、空気の吸い込み孔である吸引孔４Ａ（図２参照）が形成されている。そして、この吸引孔４Ａにおいては、図示を省略する空気吸引装置により空気の吸い込みが行われ、この空気の吸引によりＩＣチップ１００を吸着する構成になっている。なお、接合工具部４は、空気の吸引によりＩＣチップ１００を吸着する構成の他、ＩＣチップ１００をチャック機構により把持する構成としたり、磁気力により着磁する構成とするものでもよい。
【００３７】
ピックアップ２０６に吸着されたＩＣチップ１００を、接合工具部４に近接または接触させて対向させた状態で、ピックアップ２０６のＩＣチップ１００を吸着する吸引力を弱める。そうすると、接合工具部４の吸引力により、ＩＣチップ１００は、ピックアップ２０６から接合工具部４側に吸着させられる。
【００３８】
ところで、ＩＣチップ１００は、フレキシブル回路基板１０１に接合する側が上方に向けられた状態で、ＩＣチップ載置台２０１に置かれている。したがって、回転機構２０３Ａによりピックアップ２０６を上下反転させることで、ピックアップ２０６に吸着されているＩＣチップ１００は、フレキシブル回路基板１０１に接合する側が下方に向くことになる。そして、この向きで、ＩＣチップ１００を接合工具部４に吸着すると、フレキシブル回路基板１０１に接合する側が、フレキシブル回路基板１０１側に向いていることになる。
【００３９】
以上のようにして、供給装置２００から超音波振動接合装置１に、ＩＣチップ１００が供給される。
【００４０】
次に、超音波振動接合装置１の構成について簡単に説明する。
【００４１】
超音波振動接合装置１は、図１に示されるように、フレキシブル回路基板１０１が載置されるフレキシブル回路基板載置台（以下、「ＦＰＣ載置台」と記載する。）５、およびＩＣチップ１００をフレキシブル回路基板１０１に対して押圧するとともに振動させる押圧振動装置６を備えている。ＦＰＣ載置台５と押圧振動装置６は、共に架台７に対して取り付けられている。押圧振動装置６については、図示を省略する支持柱により架台７に対して取り付けられている。
【００４２】
ＦＰＣ載置台５には、供給装置２００の後側を通って、ＦＰＣ載置台５の上面に供給される帯状を呈するフレキシブル回路基板１０１を、左方から右方に向かって移動と停止を繰り返しながら、間欠的に搬送する図示を省略する搬送装置が備えられている。
【００４３】
ＦＰＣ載置台５に載置されるフレキシブル回路基板１０１は、例えば、ポリミド等のフレキシブルな薄い樹脂フィルムを基材とするいわゆるＣＯＦ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｆｉｌｍ  ｏｒ  Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｏａｒｄ）用テープ上に、銅箔等により配線や電極端子等が形成されている。具体的には、図４に示すように、複数の同一の単位基板１０２が連続して形成されている帯状を呈している。そして各単位基板１０２には、表面に、予め所定の配線パターン１０２ａと電極端子１０２ｂが形成されている。なお、フレキシブル回路基板１０１の両側には、搬送装置（図示省略）に備えつけられる送りギアに係合するパーフォレーション１０１ａが形成されている。
【００４４】
ＩＣチップ１００を単位基板１０２に重ねたときに、単位基板１０２の電極端子１０２ｂと、ＩＣチップ１００側の図示を省略する電極端子とが互いに接触して重なるように、電極端子１０２ｂとＩＣチップ１００側の電極端子（図示省略）は配設されている。そして、単位基板１０２の電極端子１０２ｂにＩＣチップ１００の電極端子（図示省略）が重なるようにした状態で、後述するように、ＩＣチップ１００を単位基板１０２に対して押圧しながら振動させることで、単位基板１０２の電極端子１０２ｂとＩＣチップ１００の電極端子（図示省略）とが互いに接合される。すなわち、ＩＣチップ１００がフレキシブル回路基板１０１に接合され、ＣＯＦを構成する。
【００４５】
押圧振動装置６は、振動装置２と昇降装置８を有している。
【００４６】
振動装置２は、超音波実装ツール６０等を備えている。この超音波実装ツール６０は、超音波振動を発振する振動素子９を備える振動子１０Ａとホーン１０Ｂを有する。振動素子９は、例えば、圧電セラミックス等の圧電素子に直流電圧を加えたときのピエゾ効果により超音波振動を発振する構成となっている。なお、振動素子９は、磁気歪効果により超音波振動を発振する構成のものでもよい。
【００４７】
超音波実装ツール６０は、全体として左右方向に長い四角柱体を呈し、鉄合金、銀合金、銅合金、チタン合金、アルミ合金等の材料から多孔質でなく緻密質に形成される。ホーン１０Ｂの長手方向の長さは、振動素子９から入力された振動が、ホーン１０Ｂを伝播する際の波長の１．０倍の長さに設定されている。振動子１０Ａも、鉄合金、銀合金、銅合金、チタン合金、アルミ合金等の材料から緻密質に形成される。振動子１０Ａの長手方向の長さは、振動素子９から発振される振動の０．５倍の長さに設定されている。すなわち、超音波実装ツール６０は、全体として、振動素子９から発振される振動の１．５倍の長さに構成されている。
【００４８】
振動子１０Ａとホーン１０Ｂを多孔質でなく緻密質に形成することにより、振動の減衰を抑え、ホーン１０Ｂに振動を伝達することができる。また、ホーン１０Ｂの長さを、この超音波実装ツール６０を伝播する振動の波長の半波長の整数倍に設定することにより、ホーン１０Ｂに入力された振動がホーン１０Ｂ内で共振するため振動が増幅される。なお、ホーン１０Ｂは、四角柱に限らず円柱体、あるいは６角柱体を呈するようにしてもよい。
【００４９】
本実施の形態においては、ホーン１０Ｂは、上述したように、振動素子９の振動の波長の１．０倍の長さ設定しているが、これに限らず０．５倍、１．５倍、２．０倍等に設定することができる。
【００５０】
超音波実装ツール６０は、ホーン１０Ｂが、昇降装置６から下方に伸びる振動装置支持ロッド１１に対してホーン支持腕１２を介して取り付けられることにより、超音波振動接合装置１に対して支持されている。すなわち、ホーン支持腕１２は、超音波実装ツール６０を超音波振動接合装置１に対して支持する支持部材となる。ホーン支持腕１２は、振動装置支持ロッド１１の下端部において、振動装置支持ロッド１１に固定されている。
【００５１】
ホーン支持腕１２は、上下方向に伸びる２本の支持柱１２Ａと支持柱１２Ｂ、およびこの２本の支持柱１２Ａ，１２Ｂを繋ぐ取付杆１２Ｃを有する略コ字型を呈している。ホーン支持腕１２は、取付杆１２Ｃにより振動装置支持ロッド１１に取り付けられる。ホーン１０Ｂは、支持柱１２Ａ，１２Ｂに対して取り付けられる。
【００５２】
ホーン１０Ｂの下側面には、供給装置２００から供給されるＩＣチップ１００を保持する接合工具部４が備えられている。支持柱１２Ａ，１２Ｂは、接合工具部４の左右方向の両側において、ホーン１０Ｂに取り付けられている。
【００５３】
接合工具部４と支持柱１２Ａ，１２Ｂとの間には、２本のヒータ１３Ａ，１３Ｂが備えられている。このヒータ１３Ａ，１３Ｂは、前後方向に伸びる円柱体（図２（Ｂ）参照）を呈している。ヒータ１３Ａ，１３Ｂは、ホーン１０Ｂを前後方向に貫通するようにして配置されている。ホーン１０Ｂを前後方向に貫通するヒータ１３Ａ，１３Ｂは、ヒータ支持腕１４に支持されている。このヒータ支持腕１４は、ホーン支持腕１２の取付杆１２Ｃの下面に対して取り付けられている。
【００５４】
超音波実装ツール６０には冷却管３が備えられている。この冷却管３は、ホーン１０Ｂに備えられるヒータ１３Ａ，１３Ｂのうち、振動素子９の側にあるヒータ１３Ａと振動素子９との間に配設されている。
【００５５】
昇降装置８は、図示を省略するモータ（あるいはエアシリンダまたは油圧シリンダ等）により、振動装置支持ロッド１１を上下に移動することで、この振動装置支持ロッド１１にホーン支持腕１２を介して取り付けられる超音波実装ツール６０を上下方向に昇降するように構成されている。超音波実装ツール６０には、上述したように、振動子１０Ａ、ホーン１０Ｂ、ヒータ１３Ａ，１３Ｂ、ヒータ１３Ａ，１３Ｂを支持するヒータ支持腕１４等が取り付けられ、振動装置２が構成されている。したがって、振動装置支持ロッド１１を上下に移動することは、振動装置２を上下方向に昇降することになる。
【００５６】
次に、以上のように構成される超音波振動接合装置１により、ＩＣチップ１００をフレキシブル基板１０１に接合する工程について、その概略を説明する
【００５７】
先ず、昇降装置８により超音波実装ツール６０（振動装置２）を上方に移動させた状態で、供給装置２００から、接合工具部４にＩＣチップ１００の供給を受ける。そして、供給されたＩＣチップ１００を、吸引孔４Ａの空気の吸い込みにより吸引し、接合工具部４に保持する。続いて、昇降装置８の振動装置支持ロッド１１を下方に下げて超音波実装ツール６０（振動装置２）を下方に移動させ、ＦＰＣ載置台５上に載置されるフレキシブル回路基板１０１の単位基板１０２の電極１０２ｂに、ＩＣチップ１００の電極部（図示省略）を当接させる。なお、フレキシブル回路基板１０１は、超音波実装ツール６０（振動装置２）を下方に移動させたときに、ＩＣチップ１００の電極部（図示省略）に、単位基板１０２の電極端子１０２ｂが当接するように、その配設位置が設定されている。なお、昇降装置７により、ＩＣチップ１００を単位基板１０２に対して押圧するのに換えて、昇降装置７とは別に、ＩＣチップ１００を単位基板１０２に対して押圧する押圧機構を備えてもよい。押圧機構には、例えば、エアシリンダ等により構成する。
【００５８】
ＩＣチップ１００の電極部（図示省略）と単位基板１０２の電極端子１０２ｂとが当接した状態で、昇降装置８は、ＩＣチップ１００を単位基板１０２に対して軽く押圧し、ＩＣチップ１００から単位基板１０２に対して押圧力を作用させる。そして、振動素子９により超音波実装ツール６０を振動させ、ＩＣチップ１００を単位基板１０２に対して左右方向に往復振動させる。このように、ＩＣチップ１００の電極部（図示省略）と単位基板１０２の電極端子１０２ｂとの間に押圧力を作用させている状態で、ＩＣチップ１００を単位基板１０２に対して左右方向に往復振動させることにより、ＩＣチップ１００側の電極部（図示省略）と単位基板１０２側の電極端子１０２ｂの間に摩擦が発生する。この摩擦により、ＩＣチップ１００側の電極部（図示省略）と単位基板１０２側の電極端子１０２ｂとが固相接合する。
【００５９】
上述のＩＣチップ１００側の電極部（図示省略）と単位基板１０２側の電極端子１０２ｂとを摩擦することに併せて、ヒータ１３Ａ，１３Ｂにより、摩擦部分を加熱することにより、ＩＣチップ１００側の電極部（図示省略）と単位基板１０２側の電極端子１０２ｂとが接合する速さが増し、また、接合強度が向上する。
【００６０】
そして、ＩＣチップ１００の単位基板１０２への接合が完了した後、接合工具部４へのＩＣチップ１００の吸引を停止し大気をリークして、昇降装置８を駆動して超音波実装ツール６０（振動装置２）を上方に移動させる。ＩＣチップ１００は、単位基板１０２に接合されているため、単位基板１０２側に残る。すなわち、単位基板１０２へのＩＣチップ１００の接合が完了する。
【００６１】
次いで、フレキシブル回路基板１０１を単位基板１０２の長さ１０２Ｌ分だけ右側に搬送する。この搬送により、先ほどＩＣチップ１００が接合された単位基板１０２の左隣に在る単位基板１０２が、接合工具部４の真下の位置に配設されることになる。この後、上述した、ＩＣチップ１００をフレキシブル基板１０１に接合する工程を繰り返し、フレキシブル回路基板１０１の単位基板１０２上に順次ＩＣチップ１００を接合していく。このようにして、各単位基板１０２にＩＣチップ１００が接合されたフレキシブル回路基板１０１から単位基板１０２を切り出す。この切り出された単位基板１０２は、それぞれ、１つの電気製品等の回路部品として使用がされることになる。単位基板１０２の長さは、図４に示す他、パーフォレーション１０１ａ間の距離の整数倍で２〜８倍に設定される。
【００６２】
次に、図２および図３を参照しながら、振動装置２の構成と超音波実装ツール６０に備えられる冷却管３の構成についてさらに詳しく説明する。
【００６３】
図２（Ａ）は、振動装置２を前面から見た正面図であり、図２（Ｂ）は、振動装置２を下方から見た底面図である。また、図２（Ｃ）は、振動子１０Ａ及びホーン１０Ｂ、すなわち超音波実装ツール６０を伝播する振動について、超音波実装ツール６０の左右方向の位置と振幅との関係を示す図である。図２（Ｃ）の横軸は、超音波実装ツール６０の左右方向の位置に対応し、縦軸は、各位置における振幅を示す。また、図３は、超音波実装ツール６０に備えられている冷却管３の構成を示す図であり、冷却管３については、左右上下方向の平面で切断した断面図となっている。
【００６４】
振動素子９から発振された振動は、ホーン１０Ｂに入力され、ホーン１０Ｂの左右方向へ振動する縦波としてホーン１０Ｂを伝播する。図２（Ｃ）において振幅を横軸（位置）方向に対して直交する方向に示しているが、この振幅は、ホーン１０Ｂの各位置における左右方向の変位量（振幅）に相当する。したがって、振幅の大きな位置に対応するホーン１０Ｂの位置では左右方向の変位量が大きく、また振幅の小さな位置に対応するホーン１０Ｂの位置では左右方向の変位量が小さい。振幅が最大となる部分、すなわち、図２（Ｃ）の波形の山の頂部および谷部となる腹部Ｍに対応するホーン１０Ｂの位置は左右方向の変位量が最も大きい。逆に、振幅が０となる部分、すなわち、図２（Ｃ）の波形が横軸と交差する部分である節部Ｓに対応するホーン１０Ｂの位置は左右方向の変位量が最も小さい。
【００６５】
本実施の形態に示すホーン１０Ｂは、ホーン１０Ｂを伝播する振動の波長に対して１.０倍の長さに設定されている。例えば、振動素子９が４０ｋＨｚの超音波振動を発振し、ホーン１０Ｂが、鉄合金（音波の伝達速度約５０００ｍ／ｓ）から形成される場合には、ホーン１０Ｂの左右方向の長さは、概ね１２０ｍｍとなる。このように、ホーン１０Ｂの長さを、ホーン１０Ｂを伝播する振動の半波長の整数倍とすることで、ホーン１０Ｂを伝播する振動が共振し、振動が増幅される。なお、ホーン１０Ｂの太さは、１０〜５０ｍｍ四方の太さに設定することで、ホーン１０Ｂが太くなり過ぎないようにしながら、すなわち、振動装置２の大型化を抑えながら、振動の伝播の効率を良好なものとすることができる。本実施の形態では、１６ｍｍ四方に設定されている。
【００６６】
本実施の形態においては、振動素子９は、振動子１０Ａの左端から１／４波長の長さの範囲に配設されている。振動素子９から発振された振動は、振動子１０Ａを介してホーン１０Ｂに伝達され、ホーン１０Ｂ内で共振して図２（Ｃ）に示す振幅の振動として、ホーン１０Ｂを伝播する。
【００６７】
接合工具部４は、ホーン１０Ｂの左端から０．５波長の距離の位置に配設されている。接合工具部４は、下方に突出する台座部４Ｂと、この台座部４Ｂを通ってホーン１０Ｂを上下に貫通する吸引孔４Ａを備えている。台座部４Ｂの下面部は水平面に平行な平面部４Ｃに形成されている。
【００６８】
吸引孔４Ａは、図示を省略する空気吸引装置に繋がり、下方から上方に向かって空気が吸い込まれるように吸引が行われる。したがって、供給装置２００からＩＣチップ１００が接合工具部４に供給されると、吸引孔４Ａの空気の吸い込み力により、供給されたＩＣチップ１００を台座部４Ｂの平面部４Ｃに吸着して保持する。
【００６９】
ホーン１０Ｂは、左端から１／４波長と３／４波長の位置において、ホーン支持腕１２の支持柱１２Ａ，１２Ｂに対してねじ１５Ａ，１５Ｂにより取り付けられる。ねじ１５Ａ，１５Ｂは、ホーン１０Ｂを上下方向に貫通するねじ挿通孔１６Ａ，１６Ｂに通され、先端側の一部がホーン１０Ｂの上面から突出する。そして、ホーン１０Ｂの上面から突出したねじ１５Ａ，１５Ｂの先端側の一部に支持柱１２Ａ，１２Ｂがそれぞれねじ結合されることで、ホーン１０Ｂがホーン支持腕１２に取り付けられる。すなわち、超音波実装ツール６０が、ホーン支持腕１２に取り付けられる。
【００７０】
ホーン支持腕１２の支持柱１２Ａ，１２Ｂがホーン１０Ｂに取り付けられる位置であるホーン１０Ｂの左端から１／４波長と３／４波長の位置は、振動の節部Ｓに対応する位置である。この節部は上述したように左右方向の振幅が最小になる位置であり、この節部Ｓに対応するホーン１０Ｂの位置の変位量は他の節部Ｓに対応していない位置（腹部Ｍおよび腹部Ｍと節部Ｓの間）に比べて小さい。したがって、この節部Ｓに対応する位置において、ホーン支持腕１２がホーン１０Ｂを支持することで、ホーン１０Ｂの振動がホーン支持腕１２側へ伝わる量を小さくすることができる。
【００７１】
これに対して、例えば、腹部Ｍに対応する部位において、ホーン支持腕１２がホーン１０Ｂを支持した場合には、ホーン支持腕１２が腹部Ｍの左右方向への振動とともに振動する。そのため、ホーン１０Ｂの振動が超音波振動接合装置１側に伝わり、超音波振動接合装置１の全体が振動してしまう問題が生じる。したがって、節部Ｓに対応する位置において、ホーン１０Ｂをホーン支持腕１２で支持することにより、このような問題の発生を抑えることができる。
【００７２】
吸引孔４Ａとねじ挿通孔１６Ａとの間、および吸引孔４Ａとねじ挿通孔１６Ｂとの間には、それぞれ、ホーン１０Ｂを前後方向に貫通し、ヒータ１３Ａ，１３Ｂを挿通するヒータ挿通孔１７Ａ，１７Ｂが形成されている。ヒータ挿通孔１７Ａは、ねじ挿通孔１６Ａと吸引孔４Ａとの略中央に形成され、また、ヒータ挿通孔１７Ｂについても、ねじ挿通孔１６Ｂと吸引孔４Ａとの略中央に形成されている。
【００７３】
ヒータ１３Ａ，１３Ｂは、それぞれ、ヒータ挿通孔１７Ａ，１７Ｂに通され、ヒータ支持腕１４により支持されている。なお、ヒータ１３Ａ，１３Ｂは、例えば、図示を省略する電源部に接続される導電線１８Ａ，１８Ｂにより通電され発熱するニクロム線等の発熱体（図示省略）をセラミックスの内部に埋め込んだセラミックスヒータとする。なお、ヒータ１３Ａ，１３Ｂは、金属シース（パイプ）の中にニクロム線等の発熱体を配置しその周囲を絶縁物（酸化マグネシウム等）で固めたシーズヒータやカートリッジヒータ、あるいは発熱体（図示省略）の周囲をシリコンゴムで被覆した構造のシリコンヒータを用いてもよい。
【００７４】
ヒータ支持腕１４は、このヒータ支持腕１４をホーン支持腕１２に対して固定する取付杆１４Ａと、この取付杆１４Ａの左右に設けられるヒータ支持板１４Ｂ，１４Ｃから構成される。ヒータ支持板１４Ｂ，１４Ｃは、それぞれ、取付杆１４Ａの前後に２つずつ、前後一対として設けられている。そして、ヒータ支持板１４Ｂ，１４Ｃは、それぞれ、下方の先端部がホーン１０Ｂの前後に位置している。
【００７５】
ホーン１０Ｂの前後に配設されるヒータ支持柱１４Ｂには、ホーン１０Ｂに形成されたヒータ挿通孔１７Ａに対向する位置にヒータ支持孔１４Ｄが形成されている。また、同じくホーン１０Ｂの前後に配設されるヒータ支持柱１４Ｃにも、ホーン１０Ｂに形成されたヒータ挿通孔１７Ｂに対向する位置にヒータ支持孔１４Ｅが形成されている。
【００７６】
そして、ヒータ１３Ａは、前後部分をヒータ支持孔１４Ｄに挿通されヒータ支持柱１４Ｂに支持された状態で、ヒータ挿通孔１７Ａに挿通されている。また、ヒータ１３Ｂも、前後部分をヒータ支持孔１４Ｅに挿通されヒータ支持柱１４Ｃに支持された状態で、ヒータ挿通孔１７Ｂに挿通されている。なお、ヒータ１３Ａはヒータ支持孔１４Ｄに対して耐熱接着剤等により固定され、ヒータ１３Ａが、ヒータ支持孔１４Ｄから抜け落ちないように構成されている。また、ヒータ１３Ｂについても、ヒータ支持孔１４Ｅに対して耐熱接着剤等により固定され、ヒータ１３Ｂが、ヒータ支持孔１４Ｅから抜け落ちないように構成されている。なお、ヒータ１３Ａ，１３Ｂを支持するヒータ支持孔１４Ｄ，１４Ｅは、ヒータ１３Ａ，１３Ｂが抜け落ちない構造であれば、耐熱接着剤等で固定しなく且つ貫通孔としなくてもよい。
【００７７】
ホーン１０Ｂに形成されたヒータ挿通孔１７Ａ，１７Ｂは、ここに挿通されるヒータ１３Ａ，１３Ｂに対して隙間が形成される大きさに形成されている。隙間の大きさは、ヒータ挿通孔１７Ａ，１７Ｂが形成される位置におけるホーン１０Ｂの左右方向の振動の大きさ、すなわち変位量以上に形成されている。
【００７８】
ヒータ１３Ａ，１３Ｂを支持するヒータ支持腕１４は、超音波振動接合装置１に対して固定されるホーン支持腕１２に対して固定されている。したがって、ヒータ１３Ａ，１３Ｂは、超音波振動接合装置１に対して固定されていることになる。一方、ヒータ挿通孔１７Ａ，１７Ｂが形成される位置は、ホーン１０Ｂの節部Ｓではないため、超音波振動接合装置１に対して左右方向に振動する。
【００７９】
したがって、ヒータ１３Ａ，１３Ｂとヒータ挿通孔１７Ａ，１７Ｂとの間に隙間がない場合には、ヒータ１３Ａ，１３Ｂに、ホーン１０Ｂとヒータ支持腕１４との間で左右方向に押し曲げる力が作用してしまい、ヒータ１３Ａ，１３Ｂが折れてしまう等の損傷を受ける虞がある。
【００８０】
そこで、上述のように、ヒータ１３Ａ，１３Ｂとヒータ挿通孔１７Ａ，１７Ｂとの間に隙間を設けることにより、ホーン１０Ｂが左右方向に振動してもヒータ１３Ａ，１３Ｂに、ヒータ１３Ａ，１３Ｂを押し曲げる力が作用してしまうことを防ぐことができる。
【００８１】
ヒータ挿通孔１７Ａ，１７Ｂと、ここに挿通されるヒータ１３Ａ，１３Ｂとの隙間の大きさを、上記のように、ヒータ挿通孔１７Ａ，１７Ｂ部分におけるホーン１０の左右方向の変位量以上に形成することで、振動するホーン１０Ｂがヒータ１３Ａ，１３Ｂに衝突することがない。そのため、ホーン１０Ｂがヒータ１３Ａ，１３Ｂを押し曲げる応力を完全に無くすことができる。
【００８２】
これに対し、ホーン１０Ｂとヒータ支持腕１４との間に作用するヒータ１３Ａ，１３Ｂを押し曲げる応力が、ヒータ１３Ａ，１３Ｂが損傷しない程度であれば、ヒータ挿通孔１７Ａ，１７Ｂとヒータ１３Ａ，１３Ｂとの隙間は、ヒータ挿通孔１７Ａ，１７Ｂ部分におけるホーン１０Ｂの左右方向の変位量未満とし、ホーン１０Ｂがヒータ１３Ａ，１３Ｂに多少衝突してもよい。ヒータ１３Ａ，１３Ｂとヒータ挿通孔１７Ａ，１７Ｂとの間にまったく隙間を設けない場合には、ホーン１０Ｂの振動がそのままヒータ１３Ａ，１３Ｂに及ぶことになり、ヒータ１３Ａ，１３Ｂに大きな押し曲げる応力が作用することになるが、隙間を形成することで、この押し曲げ応力を軽減することができる。
【００８３】
振動子１０Ａの右側（ホーン１０Ｂの側）の部分は、冷却管３が取り付けられる冷却管取付部１０Ｃとして形成されている。冷却管３は、この冷却管取付部１０Ｃに取り付けられる。したがって、超音波実装ツール６０には、２つのヒータ１３Ａ，１３Ｂのうち振動素子９の側にあるヒータ１３Ａと振動素子９との間に、冷却管３が備えられていることになる。この冷却管３は、ドーナツ形状の環状体３Ａであり、その内周側である冷却管取付部１０Ｃの側に開口部１９を有する中空部２０が全周に亘って形成されている。すなわち、環状体３Ａは、全体としてタイヤの形状を呈し、内部が全周に亘る中空部２０となり、内周側は、全周に亘って中空部２０の開口部１９となっている。
【００８４】
環状体３Ａの開口部１９の左右の周縁部１９Ａには、冷却管取付部１０Ｃに接触するように、全周に亘ってＯリング２１が備えられている。このＯリング２１を含め環状体３Ａはゴム材から形成されている。そのため、冷却管３は、全体として弾性を有している。なお、ゴム材の他、ウレタン樹脂、シリコンゴム等の弾性を有する素材から形成してもよい。
【００８５】
冷却管３のＯリング２１の内周側は、左右方向に抜ける円形の孔部２２として形成され、この孔部２２に後述するように冷却管取付部１０Ｃが通され、冷却管３が超音波実装ツール６０に取り付けられる。
【００８６】
振動子１０Ａは、左右方向を長手方向とする円柱状を呈している。この振動子１０Ａは、左端から１／４波長の部分については略直方体を呈するカバー１０Ａ′内に収容され、左端から１／４波長と２／４波長（右端）の間のカバー１０Ａ′から露出した部分が冷却管取付部１０Ｃとして形成されている。なお、振動素子９は、円板の積層体となっている。
【００８７】
冷却管取付部１０Ｃの端部１０Ｃｔには、ねじ部１０Ｄが形成され、ホーン１０Ｂの左側の端部１０Ｂｔには、ねじ部１０Ｄがねじ結合するねじ孔１０Ｅが形成されている。したがって、超音波実装ツール６０は、ねじ部１０Ｄとねじ孔１０Ｅの部分で、振動子１０Ａとホーン１０Ｂとに分離できる。また、分離されている振動子１０Ａとホーン１０Ｂとは、ねじ部１０Ｄとねじ孔１０Ｅの部分でねじ結合することにより一体となる。
【００８８】
冷却管３は、孔部２２に冷却管取付部１０Ｃを通して超音波実装ツール６０に取り付けられる。したがって、冷却管３を振動子１０Ａに取り付ける際には、振動子１０Ａをホーン１０Ｂから取り外した状態で、冷却管３の孔部２２を冷却管取付部１０Ｃに通すようにする。そして、冷却管取付部１０Ｃに冷却管３を通した振動子１０Ａを、ホーン１０Ｂに対して、ねじ部１０Ｄとねじ孔１０Ｅによるねじ結合により一体化する。
【００８９】
冷却管取付部１０Ｃの外径と、孔部２２の内径は、後者（孔部２２の内径）が前者（冷却管取付部１０Ｃの外径）に比べて、若干小さく形成している。冷却管３は、Ｏリング２１を含めゴム材で形成されている。そのため、孔部２２の内径を冷却管取付部１０Ｃの外径に比べて若干小さく形成することで、Ｏリング２１の内周縁と冷却管取付部１０Ｃの外周面との密着性が確保されることになる。したがって、後述するように、冷却管３内に冷媒を流した際に、冷媒の漏出が防止される。
【００９０】
ところで、冷却管３は、冷却管取付部１０Ｃに取り付けられるまでは、内周側に開口部１９が形成されているため、管体とはなっていないが、冷却管取付部１０Ｃに取り付けられることにより、開口部１９が冷却管取付部１０Ｃの周面により閉塞されるため、管体として機能することになる。
【００９１】
冷却管３の左側面の冷却管取付部１０Ｃを挟んだ上下には、冷却管３の内部に冷媒としての空気を流入させる吸気流入管２３と冷却管３の内部の空気を排出する空気排出管２４が取り付けられている。
【００９２】
吸気流入管２３から冷却管３に送り込まれた空気は、中空部２０内を冷却管取付部１０Ｃの外周に沿って流れ、空気排出管２４から排出される。すなわち、冷却管３内、すなわち中空部２０内を、空気流入管２３側から空気排出管２４側に向かって空気が流れることになる。したがって、ヒータ１３Ａ，１３Ｂから、ホーン１０Ｂそして冷却管取付部１０Ｃを伝導する熱が、この冷却管３内を流れる空気により冷却されることになる。つまり、ヒータ１３Ａ，１３Ｂからホーン１０Ｂを伝導して振動素子９に及ぶ熱の温度を下げることができる。したがって、振動素子９の温度が安定しその特性を安定させることができる。
【００９３】
冷却管取付部１０Ｃに対して、空気が直接接触するため、高い冷却効率で冷却管取付部１０Ｃを冷却することができる。また、振動子１０Ａやホーン１０Ｂには、冷却のための孔部を形成していないので、振動素子９からの振動が、振動子１０Ａとホーン１０Ｂを伝播する際の妨げになることがない。また、冷却管３は、振動子１０Ａの一部である冷却管取付部１０Ｃを冷却するように構成しているため、超音波振動接合装置１の大型化を抑えることができる。
【００９４】
なお、冷却管３に流れる冷媒については、空気の他、水素やヘリウム等の空気より熱伝導率の高い気体を流すことにより、より効果的に冷却管取付部１０Ｃを冷却することができる。また、気体の他、水、液体窒素あるいは液体ヘリウムを流すことにより更に効率的に冷却管取付部１０Ｃを冷却することができる。冷却管取付部１０ＣとＯリング２１との間等から、冷媒が漏れる事故が発生した場合のことを考慮すると、冷媒は、液体よりも気体とする方が、超音波振動接合装置１等への影響が小さい。しかしながら、液体窒素や液体ヘリウムのように、気化し易いものについては、高い冷却効率を期待でき、また、漏れによる超音波振動接合装置１等への影響も小さい。
【００９５】
なお、冷却装置等により、吸気流入管２３から冷却管３に送り込まれる空気等の冷媒を、予め低温に冷却しておくことにより、冷却管取付部１０Ｃをより冷却することができる。
【００９６】
冷却管３は、Ｏリング２１を含めて全体をゴム材より形成している。そのため、冷却管３は、ゴム材による弾性を有するため、冷却管取付部１０Ｃの振動が吸収される。したがって、冷却管取付部１０Ｃの振動により、冷却管３が左右方向に移動してしまうことを防止することができる。
【００９７】
なお、冷却管３は、Ｏリング２１のみをゴム材とし、他の部分はポリカーボネイト材やポリエチレン樹脂材等のゴム材に比べて弾性の低い材料としてもよい。このような構成とした場合でも、ゴム材のＯリング２１において振動が吸収されるため、冷却管取付部１０Ｃの振動による冷却管３の左右方向の移動を抑えることができる。Ｏリング２１を含め冷却管３の全体をゴム材で形成することにより、Ｏリング２１だけをゴム材とするよりも効果的に振動を吸収できることができる。
【００９８】
冷却管３の左右方向幅Ｗは、冷却管取付部１０Ｃの左右方向の長さより短く設定されている。なお、冷却管取付部１０Ｃの左右方向の長さは本実施の形態では上述したように、１／４波長に設定されている。冷却管３の左右方向幅Ｗを、冷却管取付部１０Ｃの左右方向の長さより短く設定することにより、冷却管３を冷却管取付部１０Ｃの長さの範囲で、左右方向に移動することができる。このように、冷却管３の左右方向に移動できることにより、超音波実装ツール６０の振動のバランスを調整することができる。
【００９９】
（第２の実施の形態）
図５および図６に、本発明の第２の実施の形態に係る超音波振動接合装置３０を示す。
【０１００】
第１の実施の形態に係る超音波振動接合装置１のホーン１０Ｂは、ホーン１０Ｂを伝播する振動の波長の１.０倍の長さに設定しているのに対し、第２の実施の形態に係る超音波振動接合装置３０のホーン３１Ｂは、波長の０.５倍の長さに設定されている。
【０１０１】
図５および図６において、第１の実施の形態と同様の部材および構成については、同一の符号を付し、その説明を省略または簡略することとする。
【０１０２】
図５は、超音波振動接合装置３０を用いて、接合対象物であるＩＣチップ１００を被接合対象物であるフレキシブル基板１０１に接合する工程の概略を示す図である。図６は、超音波振動接合装置３０に備えられる振動装置３２の構成を示す図である。図６（Ａ）は、振動装置３２を前面から見た正面図であり、図６（Ｂ）は、振動装置３２を下方から見た底面図である。また、図６（Ｃ）は、振動子３１Ａ及びホーン３１Ｂすなわち超音波実装ツール６１を伝播する振動について、超音波実装ツール６１の左右方向の位置と振幅との関係を示す図である。図６（Ｃ）の横軸は、超音波実装ツール６１の左右方向の位置に対応し、縦軸は、各位置における振幅を示す。
【０１０３】
上述したように、超音波振動接合装置３０においては、ホーン３１Ｂの左右方向の長さが、ホーン３１Ｂを伝播する振動の波長の０.５倍の長さに設定されている。すなわち、ホーン３１Ｂが鉄合金から形成され、振動素子９が４０ｋＨｚの超音波振動を発振するので、ホーン３１Ｂの長さは、概ね６２ｍｍに設定されている。また、ホーン３１Ｂの太さは約１６ｍｍ四方に設定されている。超音波実装ツール６１は、振動素子９を備える振動子３１Ａとホーン３１Ｂを有する。
【０１０４】
第１の実施の形態の超音波振動接合装置１における超音波実装ツール６０は、ホーン１０Ｂが接合工具部４を挟んで左右の両側において、ホーン支持腕１２により超音波振動接合装置１に対して支持されていた。超音波実装ツール６１は、ホーン３１Ｂが、第１の実施の形態のホーン１０Ｂよりの左右方向の長さが短いので重量が軽い。そのため、超音波実装ツール６１は、ホーン３１Ｂの左端から１／４波長の位置にある節部Ｓの一個所だけで、振動装置支持ロッド１１に対して直接支持されている。なお、接合工具部４は、ホーン３１Ｂの左端の位置にある腹部Ｍの位置配設されている。
【０１０５】
ホーン３１Ｂには、振動装置支持ロッド１１に支持される位置において、ねじ３３により振動装置支持ロッド１１に対して取り付けられている。ねじ３３は、ホーン３１Ｂを上下方向に貫通するねじ挿通孔３４に通され、先端側の一部がホーン３１Ｂの上面から突出する。そして、超音波実装ツール６１は、ホーン３１Ｂの上面から突出したねじ３３の先端側の一部が、振動装置支持ロッド１１に対してねじ結合することで、振動装置支持ロッド１１に取り付けられる。なお、ホーン３１Ｂの節部Ｓに対応する部位において、超音波実装ツール６１を振動装置支持ロッド１１に対して支持することで、ホーン３１Ｂの振動が振動装置支持ロッド１側へ伝わる量が小さくなる。
【０１０６】
ヒータ１３Ａ，１３Ｂを支持するヒータ支持腕１４は、取付杆１４Ａの右側の側端面において、振動装置支持ロッド１１に対して直接取り付けられている。
【０１０７】
この第２の実施の形態に係る超音波振動接合装置３０においても、振動子３１Ａは、左右方向を長手方向とする円柱状を呈している。また、冷却管３は、振動子３１Ａの右側（ホーン３１Ｂの側）の部分に形成される冷却管取付部３１Ｃに取り付けられている。すなわち、振動子３１Ａは、左端から１／４波長よりやや短い範囲の部分はカバー３１Ａ′内に収容され、カバー３１Ａ′の右側に露出したヒータ挿通孔１７Ａまでの部分が冷却管取付部３１Ｃとして形成されている。冷却管取付部３１Ｃの長さ、すなわち、カバー３１Ａ′の右端に対応する部分からヒータ挿入孔１７Ａまでの長さは、冷却管３の左右方向の幅Ｗの３倍程度の長さに形成されている。また、この第２の実施の形態では、冷却管３は、節部Ｓにおいて冷却部取付部３１Ｃに取り付けられている。
【０１０８】
冷却管取付部３１Ｃの右側の端部３１Ｃｔには、ねじ穴３１Ｄが形成され、ホーン３１Ｂの端部３１Ｂｔには、ねじ穴３１Ｄにねじ結合するねじ部３１Ｅが形成されている。したがって、振動子３１Ａとホーン３１Ｂとは、ねじ孔３１Ｄとねじ３１Ｅの部分で分離でき、また、ねじ孔３１Ｄとねじ部３１Ｅの部分でねじ結合することにより一体に構成される。
【０１０９】
冷却管３のホーン３１への取り付けは、振動子３１Ａをホーン３１Ｂから取り外した状態で、冷却管３の孔部２２に冷却管取付部３１Ｃを通す。そして、振動子３１Ａを、ホーン３１Ｂに対して、ねじ孔３１Ｄとねじ部３１Ｅによるねじ結合により一体化する。
【０１１０】
冷却管３の構成および作用については、上述の第１の実施の形態において説明した内容と同様である。
【０１１１】
ところで、上述した超音波振動接合装置１および３０における冷却管３は、中空部２０が全周に亘って形成される環状体を呈し、内周側に開口部１９が形成されている。これに対し、ホース状のチューブ（管体）を、冷却管取付部１０Ｃ、あるいは冷却管取付部３１Ｃの周囲に沿って巻回し、このチューブ内に空気や液体窒素等の冷媒を流すことにより、ホーン１０あるいはホーン３１を冷却する構成としてもよい。
【０１１２】
（変形例）
図７に、本発明の第１の実施の形態に係る超音波振動接合装置１における振動装置２の変形例を振動装置４０として示す。図７において、第１の実施の形態と同様の部材および構成については、同一の符号を付し、その説明を省略または簡略することとする。
【０１１３】
振動装置４０は、第１の実施の形態に係る振動装置２が、ねじ１５Ａ，１５Ｂにより、ホーン支持腕１２の支持柱１２Ａ，１２Ｂに対して取り付けられているのに対し、弾性を有する支持管４１Ａ，４１Ｂを介して超音波接合ツール６２をホーン支持腕１２に取り付ける構造となっている。
【０１１４】
支持管４１Ａは、ヒータ１３Ａと振動素子９との間に配設され、その構造は、上述した冷却管３と同様の構成になっている。したがって、支持管４１Ａは、超音波接合ツール６２をホーン支持腕１２の支持柱１２Ａに対して支持する役目を果たすとともに、ヒータ１３Ａ，１３Ｂからホーン４２Ｂを介して振動素子９に伝導する熱を冷却する役目を果たしている。また、支持管４１Ｂは、空気流入管２３と空気排出管２４を有しない点を除いて支持管４１Ａと同一の構成なっている。支持管４１Ｂには、冷媒が流れないため、ホーン４２Ｂを冷却する役目を果たさない。なお、図７に支持管４１Ａと４１Ｂを振動の腹であるＭ点に配設した構造を例示しているが、構造的に配置できれば、腹以外でも良く、また振動の節であるＳ点に配設すると更に良い。また、超音波振動実装ツール６２を挿入する支持管４１Ａと４１Ｂの孔は、図３の冷却管３の孔部２２を含め、円形の他矩形形状でも良い。
【０１１５】
このように、弾性を有する支持管４１Ａ，４１Ｂにより超音波接合ツール６２を支持する構成にすることにより、超音波接合ツール６２を節部Ｓ以外の部分で支持しても、超音波接合ツール６２の振動が支持管４１Ａ，４１Ｂに吸収される。そのため、超音波接合ツール６２の振動がホーン支持腕１２の側へ伝達することを抑えることができる。これに加えて、支持管４１Ａについては、冷却管３と同様に、内部に空気が流れるため、ホーン４２を冷却することができる。
【０１１６】
この変形例においては、接合工具部４の左右側に位置する腹部Ｍにおいて、超音波接合ツール６２が支持管４１Ａ，４１Ｂにより支持されている。すなわち、接合工具部４の左右側の節部Ｓにおいて支持するよりも、支持位置の間隔を広くとっている。このようにホーン４２を支持１２に支持する間隔を広くすることにより、超音波接合ツール６２のホーン支持腕１２に対する支持を安定させることができる。
【０１１７】
なお、超音波実装ツール６２は、振動素子９を備える振動子４２Ａとホーン４２Ｂを有する。振動子４２Ａの左側の部分は、カバー４２Ｃに覆われている。
【０１１８】
振動子４２Ａの右側の端部４２Ａｔにねじ部４２Ｄが形成され、ホーン４２Ｂの左側の端部４２Ｂｔには、ねじ部４２Ｄがねじ結合するねじ孔４２Ｅが形成されている。したがって、超音波接合ツール６２は、ねじ部４２Ｄとねじ孔４２Ｅの部分で、振動子４２Ａとホーン４２Ｂとに分離でき、また、ねじ部４２Ｄとねじ孔４２Ｅの部分で結合することにより一体に構成される。ホーン４２Ｂの左右には、支持管４１Ａ，４１Ｂの内径に合わせて、円柱部４２Ｆ，４２Ｇが形成されている。支持管４１Ａ，４１Ｂは、円柱部４２Ｆ、４２Ｇにおいて、ホーン４２Ｂを支持している。
【０１１９】
（変形例）
図８に、本発明の第２の実施の形態に係る超音波振動接合装置３０における振動装置３２の変形例を振動装置５０として示す。図８において、第２の実施の形態と同様の部材および構成については、同一の符号を付し、その説明を省略または簡略することとする。
【０１２０】
振動装置５０は、振動装置３２と比べて、主に、超音波実装ツール６３を振動装置支持ロッド１１に支持する構造およびヒータ５１のホーン３１Ｂへの挿通位置が異なる。
【０１２１】
超音波実装ツール６３は、振動素子９を備える振動子３１Ａとホーン３１Ｂを有する。この超音波実装ツール６３は、支持部材としてのホーン支持腕５２と支持ねじ５３により、振動装置支持ロッド１１に対して支持されている。ホーン支持腕５２は、振動装置支持ロッド１１の下端部において固定され、振動装置支持ロッド１１の右側に延設されている。
【０１２２】
ホーン３１Ｂには、ホーン３１Ｂの左端から１／４波長の位置である節部Ｓの位置に、支持ねじ５３がねじ結合するねじ孔５４が形成されている。ホーン支持腕５２の略中央部には、ホーン３１Ｂのねじ孔５４に対向する位置に、支持ねじ５３が挿通されるねじ挿通孔５５が形成されている。したがって、このねじ孔５５に、支持ねじ５３をホーン支持腕５２の上側からホーン３１Ｂ側に通し、支持ねじ５３をねじ５４にねじ結合することにより、超音波実装ツール６３が、支持ねじ５３およびホーン支持腕５２を介して振動装置支持ロッド１１に対して支持される。
【０１２３】
ホーン３１Ｂの接合工具部４の反対側の上面には、接合工具部４と対向する位置に、突起部５６が形成されている。突起部５６の上面は矩形の平面に形成されている。突起部５６の上面の前後方向の幅は、ホーン３１Ｂの前後方向の幅と同一になっている。すなわち、突起部５６の上面の前後方向の幅は、ホーン３１Ｂの前後方向の幅一杯に形成されている。
【０１２４】
また、突起部５６とホーン支持腕５２との間には、軸受部材５７が配設されている。この軸受部材５７は、ホーン支持腕５２に対して固定され、突起部５６に対しては、非固定になっている。超音波実装ツール６３は、突起部５６とホーン支持腕５２との間に軸受部材５７を挟み込んだ状態で、ホーン支持腕５２に対して、支持ねじ５３により支持される。
【０１２５】
突起部５６と軸受部材５７とは、上述したように非固定であるので、振動素子９の発振する振動によりホーン３１Ｂが左右方向に振動するときには、ホーン３１Ｂは、突起部５６の部分において、軸受部材５７に対して摺動する。
【０１２６】
なお、振動装置５０においては、接合工具部４に、前後方向に長い矩形の平面部４Ｄを有する台座部４Ｅが設けられ、この台座部４Ｅの平面部４ＤにＩＣチップ１００が保持される。平面部４Ｄは前後方向に長いため、前後方向に長いＩＣチップ１００を保持するのに適する。
【０１２７】
吸引孔４Ａは、軸受部材５７およびホーン支持腕５２を上下に貫通し、振動装置支持ロッド１１の中を通り、振動装置支持ロッド１１の側面に貫けている。側面に抜けた吸引孔４Ａに、図示を省略する空気吸引装置が接続されている。
【０１２８】
ホーン３１Ｂには、ねじ孔５４を挟む吸引孔４Ａの反対側に、ヒータ挿通孔５８が形成される。ホーン支持腕５２には、ヒータ支持板５９が設けられる。ヒータ支持板５９は、ホーン３１Ｂの前後に位置するようにホーン支持腕５２に設けられる。ヒータ５１は、ヒータ挿通孔５８に挿通された状態で、ヒータ支持板５９に形成されるヒータ支持孔５９Ａに通され、ヒータ支持板５９に支持される。ヒータ５１とヒータ支持板５９とは、ヒータ５１とヒータ支持孔５９Ａとの間を耐熱接着剤等により固定している。
【０１２９】
振動子３１Ａの左端から１／４波長と２／４波長（振動子３１Ａの右端）との間の部分が冷却管取付部３１Ｃとして形成され、この冷却管取付部３１Ｃに冷却管３が取り付けられている。冷却管取付部３１Ｃの右側の端部３１Ｃｔには、ねじ穴３１Ｄが形成され、ホーン３１Ｂの端部３１Ｂｔには、ねじ穴３１Ｄにねじ結合するねじ部３１Ｅが形成されている。したがって、冷却管取付部３１Ｃを有する振動子３１Ａとホーン３１Ｂとは、ねじ孔３１Ｄとねじ３１Ｅの部分で分離でき、また、ねじ孔３１Ｄとねじ部３１Ｅの部分でねじ結合することにより一体に構成される。
【０１３０】
したがって、冷却管３を冷却管取付部３１Ｃに取り付ける際には、振動子３１Ａをホーン３１Ｂから取り外した状態で、冷却管３の孔部２２を冷却管取付部３１Ｃに通すようにする。そして、冷却管取付部３１Ｃに冷却管３を通した振動子３１Ａを、ホーン３１Ｂに対して、ねじ部３１Ｄとねじ孔３１Ｅによるねじ結合により一体化する。
【０１３１】
ところで、上述した各実施の形態においては、振動子１０Ａの冷却管取付部１０Ｃ、振動子３１Ａの冷却管取付部３１Ｃ，ホーン４１Ｂの円柱部４２Ｆ，４２Ｇについては、円柱の形状になっている。しかしながら、これら以外の部分を円柱の形状として、冷却管３（４１Ａ）を取り付けることとしてもよい。例えば、ホーン１０Ｂ、ホーン３１Ｂ、振動子４２Ａに円柱部分を形成し、この円柱部分に冷却管３を取り付けるようにしてもよい。
【０１３２】
また、振動子１０Ａの冷却管取付部１０Ｃ、振動子３１Ａの冷却管取付部３１Ｃおよびホーン４２Ｂの円柱部４２Ｆ，４２Ｇについては、冷却管３，４１Ａとの密着性を確保することができれば、楕円柱の他、３角柱、４角柱、あるいはそれ以上の多角柱としてもよい。
【０１３３】
また、冷却手段としては、冷媒を流す冷却管３の他、ぺルチェ素子等の電子冷却素子を用いてもよい。
【０１３４】
また、超音波実装ツール６０，６１，６２，６３は、それぞれの冷却管取付部１０Ｃ，３１Ｃ，４１Ｃの一端側（右側）において、分離可能に構成されているが、他方の側においても、互いにねじ結合するねじ部とねじ孔を形成し、冷却管取付部１０Ｃ，３１Ａ，４１Ａの両側において分離可能な構成としてもよい。この場合には、超音波実装ツール６１，６２，６３，６４は、冷却管取付部１０Ｃ，３１Ｃ，４１Ｃとその両側部分との３つの部分に分割されることになる。
【０１３５】
また、各実施の形態においては、接合対象物をＩＣチップ１００としたが、接合対象物は、ＩＣチップに限らず、ＩＣチップ以外の抵抗素子、発光等の電子部品でもよい。また、被接合対象物を、ＩＣチップ１００が接合されＣＯＦとなるフレキシブル基板１０１としたが、フレキシブル基板１０１はＣＯＦを構成するものに限られない。また、フレキシブル基板１０１の他に、エボキシ樹脂等により構成されるプリント基板を被接合対象物としてもよい。また、接合対象物と被接合対象物は、上記のように、電子部品とフレキシブル基板あるいはプリント配線板に限らず、例えば、金属部品同士であったり、あるいはプラスチック部品同士であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる超音波振動接合装置およびこの超音波振動接合装置にＩＣチップを供給する供給装置の全体を示し、超音波振動接合装置を用いて、接合対象物であるＩＣチップをフレキシブル基板に接合する工程の概略を説明するための図である。
【図２】図１に示す超音波振動接合装置に備えられる振動装置の構成を示す図であり、（Ａ）は、振動装置の正面図であり、（Ｂ）は振動装置の底面図である。（Ｃ）は、超音波実装ツールにおける位置と超音波実装ツールを伝播する振動の振幅との関係を示す図である。
【図３】図１に示す超音波振動接合装置の超音波実装ツールに備えられている冷却管の構成を示す図であり、冷却管については、左右上下方向の平面で切断した断面図となっている。
【図４】図１に示す超音波振動接合装置によって、ＩＣチップが接合されるフレキシブル回路基板の構成を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態にかかる超音波振動接合装置およびこの超音波振動接合装置にＩＣチップを供給する供給装置の全体を示し、超音波振動接合装置を用いて、接合対象物であるＩＣチップをフレキシブル基板に接合する工程の概略を説明するための図である。
【図６】図５に示す超音波振動接合装置に備えられる振動装置の構成を示す図であり、（Ａ）は、振動装置の正面図であり、（Ｂ）は振動装置の底面図である。（Ｃ）は、超音波実装ツールにおける位置と超音波実装ツールを伝播する振動の振幅との関係を示す図である。
【図７】図１に示す超音波振動接合装置に備えられる振動装置の変形例を示す図であり、（Ａ）は、振動装置の正面図であり、（Ｂ）は振動装置の底面図である。（Ｃ）は、超音波実装ツールにおける位置と超音波実装ツールを伝播する振動の振幅との関係を示す図である。
【図８】図５に示す超音波振動接合装置に備えられる振動装置の変形例を示す図であり、（Ａ）は、振動装置の正面図であり、（Ｂ）は振動装置の底面図である。（Ｃ）は、超音波実装ツールにおける位置と超音波実装ツールを伝播する振動の振幅との関係を示す図である。
【符号の説明】
【０１３７】
１  …  超音波振動接合装置
３  …  冷却管（冷却手段）
３Ａ  …  環状体
４  …  接合工具部（保持部）
４Ｂ  …  吸引孔
９  …  振動素子
１０Ａ，３１Ａ，４２Ａ  …  振動子
１０Ｂ，３１Ｂ，４２Ｂ  …  ホーン
１０Ｃ，３１Ｃ，４２Ｃ  …  冷却管取付部
１３Ａ，１３Ｂ  …  ヒータ
１４  …  ホーン支持腕（支持部材）
１５Ａ，１５Ｂ  …  ねじ（取付部材）
１６Ａ，１６Ｂ  …  ねじ挿通孔（取付部材挿通孔）
１７Ａ，１７Ｂ  …  ヒータ挿通孔
１９  …  開口部
１９Ａ，１９Ｂ  …  周縁部
２０  …  中空部
２１  …  Ｏリング
６０，６１，６２，６３  …  超音波実装ツール
１００  …  ＩＣチップ（接合対象物）
１０１  …  フレキシブル回路基板（被接合対象物）
【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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