(57)【要約】【課題】接合対象物に安定した振動を伝達して、良好な接合品質を確保することができる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。【解決手段】ワイヤボンディングに使用されるボンディングツールにおいて、ホーン１２の先端部にキャピラリ１３（圧着子）が挿通する貫通孔１２ａおよび割り締め用のスリット１２ｂを設け、さらに貫通孔１２ａの先端部側にスリット１２ｂの形成範囲を含む外テーパ面３０ａおよび雄ねじ部１２ａを設ける。キャピラリ１３の締結に際しては、外テーパ面３０ａに倣う形状の内テーパ面３１ｂを有する締結部材３１を、雄ねじ部１２ｃに螺合する雌ねじ部材３２によってホーン１２の長手方向に押圧し、外テーパ面３０ａを内テーパ面３１ｂによって締め付ける。これにより、振動伝達方向に締結力を作用させることができ、接合対象物に安定した振動を伝達して良好な接合品質を確保することができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合対象物に荷重と振動を作用させながらこの接合対象物を被接合面に圧着により接合するボンディング装置であって、
前記接合対象物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接合対象物に押圧する押圧手段とを備え、前記ボンディングツールは、横長のホーンと、このホーンに振動を付与する振動子と、前記ホーンの長手方向に直交して設けられた貫通孔と、この貫通孔を挿通して装着され先端部が前記接合対象物に当接する圧着子と、前記貫通孔と連通し前記ホーンを貫通して形成された割締め用のスリットと、前記スリットの形成範囲を含んで設けられ前記ホーンの外周に形成された外テーパ面を有する締結力作用部と、この締結力作用部に隣接して前記ホーンの長手方向に設けられた雄ねじ部と、前記外テーパ面に倣う形状の内テーパ面を有する締結部材とを備え、
前記雄ねじ部に螺合する雌ねじ部材によって前記締結部材を前記長手方向に押圧して前記外テーパ面を前記内テーパ面によって締め付けることにより、前記圧着子を前記ホーンに締結することを特徴とするボンディング装置。
【請求項２】
前記外テーパ面において前記スリットが開口する２方向を面カットして、前記２方向において前記外テーパ面と内テーパ面との当接を防止することを特徴とする請求項１記載のボンディング装置。
【請求項３】
接合対象物に荷重と振動を作用させながらこの接合対象物を被接合面に圧着するボンディングツールであって、
横長のホーンと、このホーンに振動を付与する振動子と、前記ホーンの長手方向に直交して設けられた貫通孔と、この貫通孔を挿通して装着され先端部が前記接合対象物に当接する圧着子と、前記貫通孔と連通し前記ホーンを貫通して形成された割締め用のスリットと、前記スリットの形成範囲を含んで設けられ前記ホーンの外周に形成された外テーパ面を有する締結力作用部と、この締結力作用部に隣接して前記ホーンの長手方向に設けられた雄ねじ部と、前記外テーパ面に倣う形状の内テーパ面を有する締結部材とを備え、
前記雄ねじ部に螺合する雌ねじ部材によって前記締結部材を前記長手方向に押圧して前記外テーパ面を前記内テーパ面によって締め付けることにより、前記圧着子を前記ホーンに締結することを特徴とするボンディングツール。
【請求項４】
前記外テーパ面において前記スリットが開口する２方向を面カットして、前記２方向において前記外テーパ面と内テーパ面との当接を防止することを特徴とする請求項３記載のボンディングツール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合対象物を被接合面にボンディングする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。
【背景技術】
【０００２】
ボンディングワイヤや電子部品の端子などの接合対象物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、超音波接合を用いる方法が知られている。この方法は、接合対象物を被接合面に対して押圧しながら接合対象物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ングツールは、振動発生源である超音波振動子の振動を接合対象物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接合対象物に荷重と振動を作用させながら、接合対象物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。
【０００３】
圧着子にはボンディング時の負荷が作用するため、繰り返し使用によってその接合作用面が摩耗しやすい。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、圧着子を交換自在に構成したボンディングツールが知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献例に示す先行技術においては、ワイヤボンディングに用いられる圧着子をホーンの先端部に着脱自在に装着する構成において、ホーンの先端部に割り締め用のスリットと連通して設けられた貫通孔に圧着子を挿通させ、スリットをネジによって側方から締め付ける割り締めによって圧着子をホーンに固定締結するようにしている。
【特許文献１】特開平２−１９２１３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上述の先行技術例においては、圧着子の締結方向がホーンによる振動伝達方向と直交する関係にあるため、振動を伝達させながら使用を継続する過程において締結状態が不安定になりやすい。このため、接合対象物に安定した振動が伝達されず、良好な接合品質の確保が難しいという課題があった。
【０００５】
そこで本発明は、接合対象物に安定した振動を伝達して、良好な接合品質を確保することができる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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のボンディング装置は、接合対象物に荷重と振動を作用させながらこの接合対象物を被接合面に圧着により接合するボンディング装置であって、前記接合対象物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接合対象物に押圧する押圧手段とを備え、前記ボンディングツールは、横長のホーンと、このホーンに振動を付与する振動子と、前記ホーンの長手方向に直交して設けられた貫通孔と、この貫通孔を挿通して装着され先端部が前記接合対象物に当接する圧着子と、前記貫通孔と連通し前記ホーンを貫通して形成された割締め用のスリットと、前記スリットの形成範囲を含んで設けられ前記ホーンの外周に形成された外テーパ面を有する締結力作用部と、この締結力作用部に隣接して前記ホーンの長手方向に設けられた雄ねじ部と、前記外テーパ面に倣う形状の内テーパ面を有する締結部材とを備え、前記雄ねじ部に螺合する雌ねじ部材によって前記締結部材を前記長手方向に押圧して前記外テーパ面を前記内テーパ面によって締め付けることにより、前記圧着子を前記ホーンに締結する。
【０００７】
本発明のボンディングツールは、接合対象物に荷重と振動を作用させながらこの接合対象物を被接合面に圧着するボンディングツールであって、横長のホーンと、このホーンに振動を付与する振動子と、前記ホーンの長手方向に直交して設けられた貫通孔と、この貫通孔を挿通して装着され先端部が前記接合対象物に当接する圧着子と、前記貫通孔と連通し前記ホーンを貫通して形成された割締め用のスリットと、前記スリットの形成範囲を含んで設けられ前記ホーンの外周に形成された外テーパ面を有する締結力作用部と、この締結力作用部に隣接して前記ホーンの長手方向に設けられた雄ねじ部と、前記外テーパ面に倣う形状の内テーパ面を有する締結部材とを備え、前記雄ねじ部に螺合する雌ねじ部材によって前記締結部材を前記長手方向に押圧して前記外テーパ面を前記内テーパ面によって締め付けることにより、前記圧着子を前記ホーンに締結する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、圧着子が装着される貫通孔に連通して設けられた割締め用のスリットの形成範囲を含んでホーンの外周に外テーパ面を形成し、この外テーパ面に倣う形状の内テーパ面を有する締結部材をホーンの長手方向に押圧して外テーパ面を内テーパ面によって締め付ける構成を採用することにより、振動伝達方向に締結力を作用させることができ、接合対象物に安定した振動を伝達して良好な接合品質を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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ワイヤボンディング装置の斜視図、図２は本発明の一実施の形態のワイヤボンディング装置におけるツール駆動機構の構成説明図、図３は本発明の一実施の形態のワイヤボンディング装置によるボンディング動作の説明図、図４は本発明の一実施の形態のワイヤボンディング装置におけるホーンの先端形状の説明図、図５は本発明の一実施の形態のワイヤボンディング装置におけるキャピラリの装着構造の説明図である。
【００１０】
まず、図１を参照してワイヤボンディング装置の全体構造を説明する。このワイヤボンディング装置は、接合対象物であるワイヤに荷重と超音波振動を作用させながら、このワイヤを被接合面であるチップの外部接続用の電極や基板の回路電極に圧着により接合する機能を有するものである。図１において基台１の上面には、基板２が載置されている。基板２には、ワイヤボンディングの対象となるチップ３が搭載されている。チップ３の周辺にはワイヤボンディング点である回路電極４が多数形成されており、ワイヤボンディングにおいては、チップ３に形成された外部接続用の電極３ａ（図３参照）と回路電極４とをワイヤによって接続する。
【００１１】
基板２上には押さえ板５が配設されている。押さえ板５はシリンダ６のロッド６ａに連結されており、ロッド６ａが引き込むと基板２は押さえ板５で基台１の上面に対して押圧されて固定される。基台１の側方にはＸ方向モータ１０ＸとＹ方向モータ１０Ｙを備えた可動テーブル１０が設置されており、可動テーブル１０上には駆動ボックス１１が設けられている。駆動ボックス１１からは、ボンディング動作において接合対象物であるワイヤに当接するボンディングツール２０（図２参照）を構成するホーン１２が前方へ延出しており、ホーン１２の先端部にはキャピラリ１３（圧着子）が装着されている。Ｘ方向モータ１０ＸとＹ方向モータ１０Ｙが駆動して可動テーブル１０が作動すると、ホーン１２およびキャピラリ１３は駆動ボックス１１とともにＸ方向やＹ方向へ水平移動する。また、キャピラリ１３は駆動ボックス１１内に収納されたツール駆動機構（図２参照）によってホーン１２を介して駆動され、Ｚ方向の上下動を行う。
【００１２】
キャピラリ１３には、ワイヤボンディングに用いられるワイヤ１５が上下に挿通する。ワイヤ１５はスプール１４に卷回された状態で供給され、スプール１４から繰り出されたワイヤ１５はテンション付与部１７、カットクランパ１６を経てキャピラリ１３に挿通す
る。カットクランパ１６は、開閉動作を行うことによりワイヤ１５をクランプして固定する。キャピラリ１３の下端部に近接して、トーチ１８が配設されている。トーチ１８は、キャピラリ１３の下端部から突出したワイヤ１５との間でスパークを発生させることにより、ワイヤ１５の下端部に金属のボール（図３に示すボール１５ａ参照）を形成する。
【００１３】
次に図２を参照して、ボンディングツール２０について説明する。図２において、ボンディングツール２０は水平方向に延出した横長形状のホーン１２を備えている。ホーン１２の後端部には、ホーン１２に長手方向（矢印ａ方向）の超音波振動を付与する振動子２２が結合されており、振動子２２はＵＳドライバ２６によって駆動される。ホーン１２は駆動ブロック２１によって支持されており、駆動ブロック２１はＺ軸ドライバ２７に駆動されるモータ２４によって水平な回転軸２１ａ廻りに所定角度の回動が可能となっている。この回動はエンコーダ２３によってその回動量が検出され、検出信号はアンプ２５を介してＺ軸ドライバ２７に伝達される。ＵＳドライバ２６およびＺ軸ドライバ２７は、制御部２８によって制御される。
【００１４】
ＵＳドライバ２６によって振動子２２を駆動することにより、ホーン１２を介してキャピラリ１３には矢印ａ方向（ホーン１２の長手方向）の超音波振動が印加される。そしてモータ２４を駆動してホーン１２を回転軸２１ａ廻りに回動させることによりキャピラリ１３は昇降し、これによりワイヤ１５の下端部に形成されたボールはキャピラリ１３によって押圧される。モータ２４は、ボンディングツール２０のキャピラリ１３を接合対象物であるワイヤ１５やボール１５ａに押圧する押圧手段となっている。
【００１５】
ワイヤボンディング動作について図３を参照して説明する。まず図３（ａ）に示すように、キャピラリ１３を挿通したワイヤ１５とトーチ１８との間にスパークを発生させ、ワイヤ１５の下端部にボール１５ａを形成する。次いで、キャピラリ１３をチップ３の上方に移動させ、ボール１５ａを電極３ａに位置合わせして電極３ａに着地させる。そしてキャピラリ１３によってボール１５ａを電極３ａに対して所定の押圧荷重Ｆで押圧するとともに、ホーン１２を介してキャピラリ１３に超音波振動を付与することにより、ボール１５ａは電極３ａに超音波接合される。
【００１６】
この後、図３（ｃ）に示すように、キャピラリ１３を上方へ移動させることにより、電極３ａに接合されたボール１５ａと繋がったワイヤ１５はキャピラリ１３によって導かれる。そしてキャピラリ１３を所定の移動軌跡で移動させて、基板２に設けられた回路電極４にワイヤ１５の他端部をキャピラリ１３によって同様に超音波接合する。次いでキャピラリ１３を上昇させてカットクランパ１６によってクランプされたワイヤ１５を引き上げれば、ワイヤ１５は回路電極４のボンディング点でカットされる。これにより、１つのワイヤボンディング動作が完了し、次いで同様のワイヤボンディング動作が各ボンディング点について繰り返される。
【００１７】
次に図４を参照して、ホーン１２の先端部にキャピラリ１３を装着するための構造について説明する。図４において、ホーン１２の先端部の近傍には、貫通孔１２ａがホーン１２の長手方向に直交して設けられている。貫通孔１２ａにはキャピラリ１３が上下方向に挿通して装着される。すなわちキャピラリ１３は、貫通孔１２ａを挿通して装着され、先端部が接合対象物であるワイヤ１５やボー理１５ａに当接する圧着子となっている。
【００１８】
キャピラリ１３を貫通孔１２ａに固定するための構造として、ここでは割り締め構造が採用されており、貫通孔１２ａと連通した割り締めのためのスリット１２ｂが、ホーン１２を上下方向に貫通して設けられている。貫通孔１２ａの先端部側には、ホーン１２の外周に形成された先細り円周形状の外テーパ面３０ａを有する締結力作用部３０が設けられており、締結力作用部３０はホーン１２においてスリット１２ｂが形成された形成範囲Ｌ
の一部を含んでいる。締結力作用部３０においてスリット１２ｂが開口した上下２方向は平面カットされて面カット部３０ｂが形成されている。そしてホーン１２の先端部には、締結力作用部３０に隣接して雄ねじ部１２ｃがホーン１２の長手方向に延出して設けられている。
【００１９】
貫通孔１２ａ内に挿入されたキャピラリ１３を締結するには、締結部材３１および雌ねじ部材３２が用いられる。締結部材３１は締結力作用部３０の外テーパ面３０ａに倣う円周形状の内テーパ面３１ｂが設けられた締結孔３１ａを有しており、ホーン１２の先端部を締結孔３１ａ内に挿通させることにより、内テーパ面３１ｂを外テーパ面３０ａに摺接させることができるようになっている。雌ねじ部材３２には雄ねじ部１２ｃに螺合する雌ねじ部３２ａが設けられており、外周部にはねじ締結のための２面カット部３２ｂ（図４参照）が加工されている。
【００２０】
図５はキャピラリ１３のホーン１２への装着作業を示している。まず図５（ａ）に示すように、キャピラリ１３を貫通孔１２ａの上方から挿入して上下位置を合わせる。そして締結部材３１、雌ねじ部材３２をホーン１２の先端部から順次装着する。次いで、雌ねじ部材３２の雌ねじ部３２ａを雄ねじ部１２ｃに螺合させて締結方向に雌ねじ部材３２を回転させ、締結部材３１を雌ねじ部材３２によってホーン１２の長手方向に押圧する。これにより、外テーパ面３０ａは内テーパ面３１ｂによって締め付けられ、貫通孔１２ａ内を挿通するキャピラリ１３にはスリット１２ｂを狭める方向の締結力が作用する。
【００２１】
すなわち本実施の形態に示すボンディングツール２０においては、雄ねじ部１２ｃに螺合する雌ねじ部材３２によって締結部材３１をホーン１２の長手方向に押圧して、外テーパ面３０ａを内テーパ面３１ｂによって締め付けることにより、キャピラリ１３をホーン１２に締結するようにしている。この締結方式においては、締結力の伝達方向がホーン１２による振動伝達方向と一致していることから、振動を伝達させながら使用を継続する過程においてもねじ締結部の緩みの発生が生じにくく、安定した締結状態を保つことができる。したがって接合対象物に安定した振動を伝達して、良好な接合品質を確保することが可能となっている。
【００２２】
さらに本実施の形態においては、締結力作用部３０においてスリット１２ｂが開口した上下２方向は平面カットされて面カット部３０ｂが形成されていることから、図５（ｂ）のＡ−Ａ断面に示すように、締結部材３１と締結力作用部３０との当接面において上下２方向には、外テーパ面３０ａと内テーパ面３１ｂとの当接を防止する隙間Ｓが形成される。したがって、雌ねじ部材３２を締め付けた状態において，締結力作用部３０にはスリット１２ｂを狭めてキャピラリ１３を挟み込む方向の締結力ｆのみが作用し、キャピラリ１３を強固に締結することが可能となっている。
【００２３】
なお本実施の形態においては、ボンディングツール２０として、ワイヤボンディングのためのキャピラリ１３（圧着子）をホーン１２に装着した構成例を示したが、本発明はこの適用例に限定されるものではなく、例えばフリップチップなどの電子部品を超音波接合するためのボンディングツールにも本発明を適用することができる。この場合には、電子部品を吸着して保持するとともに電子部品に荷重と振動を作用させるボンディングノズル（圧着子）が、図４，図５に示す締結構造によってホーンに装着される。さらに、本実施の形態においてはホーン１２の先端部が自由端となった片持ち支持方式のホーン１２を用いた例を示しているが、ホーン１２の本体部の形状と同様の棒状部材を雄ねじ部１２ｃを利用して略左右対称形状で接続することにより、両持ち支持方式のホーンとして利用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明のボンディング装置およびボンディングツールは、接合対象物に安定した振動を伝達して、良好な接合品質を確保することができるという効果を有し、ワイヤボンディングやフリップチップボンディングの分野に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施の形態のワイヤボンディング装置の斜視図
【図２】本発明の一実施の形態のワイヤボンディング装置におけるツール駆動機構の構成説明図
【図３】本発明の一実施の形態のワイヤボンディング装置によるボンディング動作の説明図
【図４】本発明の一実施の形態のワイヤボンディング装置におけるホーンの先端形状の説明図
【図５】本発明の一実施の形態のワイヤボンディング装置におけるキャピラリの装着構造の説明図
【符号の説明】
【００２６】
２  基板
３  チップ
３ａ  電極
４  回路電極
１２  ホーン
１２ａ  貫通孔
１２ｂ  スリット
１２ｃ  雄ねじ部
１３  キャピラリ
１５  ワイヤ
１５ａ  ボール
２０  ボンディングツール
２２  振動子
２４  モータ
【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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