(57)【要約】【課題】構成が簡単で汎用性に優れ且つ強固な締結状態を安定して確保することが可能な部品接合装置および部品接合ツールを提供することを目的とする。【解決手段】荷重と振動により部品を被接合面に接合する部品接合ツールにおいて、部品に当接して押圧する棒状の接合子９をホーン８に締結する構成において、ねじ部材１４によって接合子９を貫通孔８ｃの内側面に対して押圧してホーン８に固定締結する押圧子１０の形状を、接合子９の側面の上部および下部にそれぞれ当接して押圧する上部当接部１０ｂおよび下部当接部１０ｃと、接合子９の側面との押圧子１０の当接を防止する空隙部１０ｄと、空隙部１０ｄの背面に設けられねじ部材１４が当接する背面当接部１０ｅとを備えた構成とする。これにより、接合子９を上下２位置において挟み込んで強固に締結することができ、構成が簡単で汎用性に優れ且つ強固な締結状態を安定して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】
部品に荷重と振動を作用させながらこの部品を被接合面に接合する部品接合装置であって、部品を接合する部品接合ツールと、この部品接合ツールを前記部品に押圧する押圧手段とを備え、
前記部品接合ツールは、横長のホーンと、このホーンに振動を付与する振動子と、前記ホーンの定在波振動の腹に相当する位置に前記ホーンの長さ方向に直交して設けられた貫通孔と、前記貫通孔に着脱自在に装着され先端部が前記部品に当接する棒状の接合子と、ねじ部材によって前記長さ方向に押圧されることにより前記接合子を前記貫通孔の内側面に対して押圧して前記ホーンに固定締結する押圧子とを備え、
前記押圧子は、前記接合子の側面の上部および下部にそれぞれ当接して押圧することにより前記内側面の上部および下部との間に前記接合子をそれぞれ挟み込む上部当接部および下部当接部と、前記上部当接部と下部当接部との間に形成されこの形成範囲における前記接合子の側面と押圧子の当接を防止する空隙部と、前記空隙部の背面に設けられ前記ねじ部材がこの押圧子に当接する背面当接部とを備えたことを特徴とする部品接合装置。
【請求項２】
部品に荷重と振動を作用させながらこの部品を被接合面に接合する部品接合ツールであって、
横長のホーンと、このホーンに振動を付与する振動子と、前記ホーンの定在波振動の腹に相当する位置に前記ホーンの長さ方向に直交して設けられた貫通孔と、この貫通孔に着脱自在に装着され先端部が前記部品に当接する棒状の接合子と、ねじ部材によって前記長さ方向に押圧されることにより前記接合子を前記貫通孔の内側面に対して押圧して前記ホーンに固定締結する押圧子とを備え、
前記押圧子は、前記接合子の側面の上部および下部にそれぞれ当接して押圧することにより前記内側面の上部および下部との間に前記接合子をそれぞれ挟み込む上部当接部および下部当接部と、前記上部当接部と下部当接部との間に形成されこの形成範囲における前記接合子の側面と押圧子の当接を防止する空隙部と、前記空隙部の背面に設けられ前記ねじ部材がこの押圧子に当接する背面当接部とを備えたことを特徴とする部品接合ツール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品などの部品を基板の電極などの被接合面に接合する部品接合装置および部品接合ツールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子部品を基板の電極などの被接合面に接合方法として、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、荷重と振動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部品接合ツールは、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、このホーンに装着された接合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接合するようになっている。この接合作用部には接合時の負荷が作用するため、繰り返し使用によって電子部品との当接面が摩耗しやすい。このため、接合作用部をホーンに対して着脱自在な接合子として別部品で構成し、摩耗によって部品が損耗した場合には接合子のみを交換することが行われる（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３６８７６４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述の特許文献例に示す部品接合ツールにおいては、接合子をホーンに締結する方式に起因して、接合子のホーンへの固定状態が不安定になる場合があった。すなわち上述例では、接合子はホーンの長さ方向に直交して設けられた貫通孔に挿入され、ねじ締結によってホーンに固定されるが、この接合子の固定において、１つのねじによって接合子を締結する一点締め方式を採用した場合（特許文献１において図４〜図６に示す実施例参照）には、締結位置が貫通孔内における接合子の中間位置であることから、強固な締結状態を安定して確保することが難しい場合が生じる。
【０００４】
これに対し、複数の装着部材を用いて接合子を締結する方式を採用した場合（特許文献１において図７〜図９に示す実施例参照）には、接合子は上下２位置によって締結されることから締結状態は安定するものの、接合子やホーンの形状が複雑になり製作コストが上昇するとともに、汎用性にやや劣る場合があり、改善の余地があった。このように、従来の部品接合装置および部品接合ツールにおいては、構成が簡単で汎用性に優れ且つ強固な締結状態を安定して確保することが望まれていた。
【０００５】
そこで本発明は、構成が簡単で汎用性に優れ且つ強固な締結状態を安定して確保することが可能な部品接合装置および部品接合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】
本発明の部品接合装置は、部品に荷重と振動を作用させながらこの部品を被接合面に接合する部品接合装置であって、部品を接合する部品接合ツールと、この部品接合ツールを前記部品に押圧する押圧手段とを備え、前記部品接合ツールは、横長のホーンと、このホーンに振動を付与する振動子と、前記ホーンの定在波振動の腹に相当する位置に前記ホーンの長さ方向に直交して設けられた貫通孔と、前記貫通孔に着脱自在に装着され先端部が前記部品に当接する棒状の接合子と、ねじ部材によって前記長さ方向に押圧されることにより前記接合子を前記貫通孔の内側面に対して押圧して前記ホーンに固定締結する押圧子とを備え、前記押圧子は、前記接合子の側面の上部および下部にそれぞれ当接して押圧することにより前記内側面の上部および下部との間に前記接合子をそれぞれ挟み込む上部当
接部および下部当接部と、前記上部当接部と下部当接部との間に形成されこの形成範囲における前記接合子の側面と押圧子の当接を防止する空隙部と、前記空隙部の背面に設けられ前記ねじ部材がこの押圧子に当接する背面当接部とを備えた。
【０００７】
本発明の部品接合ツールは、部品に荷重と振動を作用させながらこの部品を被接合面に接合する部品接合ツールであって、横長のホーンと、このホーンに振動を付与する振動子と、前記ホーンの定在波振動の腹に相当する位置に前記ホーンの長さ方向に直交して設けられた貫通孔と、この貫通孔に着脱自在に装着され先端部が前記部品に当接する棒状の接合子と、ねじ部材によって前記長さ方向に押圧されることにより前記接合子を前記貫通孔の内側面に対して押圧して前記ホーンに固定締結する押圧子とを備え、前記押圧子は、前記接合子の側面の上部および下部にそれぞれ当接して押圧することにより前記内側面の上部および下部との間に前記接合子をそれぞれ挟み込む上部当接部および下部当接部と、前記上部当接部と下部当接部との間に形成されこの形成範囲における前記接合子の側面と押圧子の当接を防止する空隙部と、前記空隙部の背面に設けられ前記ねじ部材がこの押圧子に当接する背面当接部とを備えた。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ねじ部材によって接合子を貫通孔の内側面に対して押圧してホーンに固定締結する押圧子の形状を、接合子の側面の上部および下部にそれぞれ当接して押圧する上部当接部および下部当接部と、上部当接部と下部当接部との間に形成され接合子の側面との押圧子の当接を防止する空隙部と、空隙部の背面に設けられねじ部材が当接する背面当接部とを備えた構成とすることにより、接合子を上下２位置において貫通孔の内側面に押圧して強固に締結することができ、構成が簡単で汎用性に優れ且つ強固な締結状態を安定して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部品接合装置の正面図、図２は本発明の一実施の形態の部品接合ツールの斜視図、図３は本発明の一実施の形態の部品接合ツールの正面図、図４は本発明の一実施の形態の部品接合ツールにおける接合子の締結構造を示す説明図、図５は本発明の一実施の形態の部品接合ツールにおける接合子の締結状態の説明図である。
【００１０】
まず図１を参照して、部品接合装置の構造を説明する。この部品接合装置は、接合対象物である電子部品（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である基板に圧着して接合する機能を有するものである。図１において、位置決めテーブル１の上面に設けられた基板保持部２には、基板３が保持されている。基板３には下面に複数のバンプ４ａが設けられた電子部品４が、超音波接合により圧着される。位置決めテーブル１の上方には部品接合機構が配設されている。部品接合機構は、昇降押圧機構５によって昇降動作を行う昇降ブロック６の下面に、電子部品４を接合するための部品接合ツール７を装着して構成されている。
【００１１】
部品接合ツール７は横長の棒状部材であるホーン８を主体としており、ホーン８の１方側の端部には振動子１１が装着されている。ホーン８の中央部には、ホーン８を上下に貫通して、円筒棒状の接合子９（図２参照）が着脱自在に装着されている。接合子９は、ホーン８を上下に貫通して設けられた貫通孔８ｃ（図２参照）に装着されている。接合子９の下部には接合対象の電子部品４に当接する接合作用部９ａが設けられており、さらに接合子９を上下に貫通して設けられた吸引孔９ｄ（図２参照）は接合子９の上面９ｃおよび接合作用部９ａの下面の当接面９ｂに開孔している。この実施例において当接面９ｂは、電子部品４を吸着する吸着面としても機能する。
【００１２】
吸引孔９ｄは接合子９の上面９ｃに当接したパッド１２を介して真空吸引源１３に接続されており、真空吸引源１３を駆動することにより当接面９ｂに開孔した吸引孔９ｄから真空吸引し、これにより当接面９ｂに当接した電子部品４を真空吸着により保持する。すなわち接合子９は、貫通孔８ｃに着脱自在に装着され、先端部が電子部品４に当接する構成となっている。
【００１３】
接合子９の当接面９ｂに電子部品４を保持させた状態で、昇降押圧機構５によって部品接合ツール７を下降させることにより、電子部品４は基板３に対して押圧される。この状態で振動子１１を駆動することにより電子部品４にはホーン８および接合子９を介して荷重と振動が作用し、これにより電子部品４は基板３に接合される。したがって、昇降押圧機構５は部品接合ツール７を電子部品４に押圧する押圧手段となっている。
【００１４】
以下、図２、図３を参照して部品接合ツール７の構造について説明する。接合ツール７のホーン８は金属材料（例えばステンレス、アルミニウム、チタン等）等から成り、矩形断面を有する棒状体となっており、図２に示すように、ホーン８の一方側の側端部には振動子１１が締結されている。振動子１１を駆動することにより、ホーン８に対しホーン８の長手方向（矢印ａ方向）に縦振動が付与される。ホーン８の中心部には上下方向に貫通する貫通孔８ｃ（図４も参照）が、ホーン８の長さ方向に直交して設けられている。後述するように、ホーン８の中心部は、振動子１１を駆動することによりホーン８に励起される定在波振動の腹に相当する位置となっている。
【００１５】
貫通孔８ｃに装着された接合子９は、押圧子１０によって固定締結される。ホーン８には、一端部に開孔したねじ締結用開孔８ｄが長手方向に設けられており、ねじ締結用開孔８ｄから工具を挿入して押圧子１０を接合子９に対してねじ締結によって長さ方向から押圧することにより、接合子９は貫通孔８ｃ内で固定締結される。すなわち、押圧子１０はねじ部材１４（図４，図５参照）によってホーン８の長さ方向に押圧されることにより、接合子９を貫通孔８ｃの内側面に対して押圧して、ホーン８に固定締結する機能を有している。接合子９をホーン８に固定締結した状態では、棒状の接合子９の下部が下面８ａから下方に突出し、さらに接合子９の下部からは、下面に当接面９ｂが設けられた角柱形状の接合作用部９ａが突出する（図４参照）。
【００１６】
図２に示すように、ホーン８の両側の側面８ｂには、それぞれホーン取り付け用のリブ８ｃがホーン８から外側に突出して、ホーン８と一体的に２カ所づつ中心振り分け配置で設けられている。２つのリブ８ｅの間の寸法は、振動成分を固定することによる振動の減衰を極小にするために、振動子１１によって付与される縦振動の半波長（Ｌ／２）に等しくなるように設定される（図３参照）。なお、当該寸法は振動の減衰が許容できる範囲であればよく、必ずしもＬ／２に等しくなくてもよい。リブ８ｅに設けられた取付穴８ｆにボルト（図示省略）を挿入して昇降ブロック６に締結することにより、ホーン８は昇降ブロック６に両持ち支持状態で固定される。
【００１７】
次に、ホーン８の振動特性について説明する。振動子１１をホーン８に応じた適切な周波数（ホーン８を共振状態にする周波数であれば足りるが、望ましくは４０ｋＨｚ以上７０ｋＨｚ以下であって、さらに６０ｋＨｚ程度であると電子部品のボンディング上望ましい。）で駆動してホーン８に第１方向の縦振動を付与して共振状態を作り出すことにより、ホーン８には図３のグラフに示すような定在波振動が発生する。すなわちホーン８の定在波振動において、リブ８ｅの位置は水平方向の変位がほとんどない節となり、リブ８ｅの中心に位置する接合子９の位置は水平方向の振幅が最大となる腹に相当する。そして接合子９の振動は当接面９ｂを介して電子部品４に伝達される。なお、接合子９の位置はこの定在波振動の腹の位置に一致していることが望ましいが、ホーン８を固定するリブ８ｅの略中央に位置している限りにおいては、定在波振動の腹の位置から多少ずれていても良
い。
【００１８】
次に図４、図５を参照して接合子９のホーン８への締結方法について説明する。まず図４を参照して、接合子９の固定締結に用いられる押圧子１０、ねじ部材１４および貫通孔８ｃについて説明する。押圧子１０は、ホーン８と同様に金属等で製作され、側面形状が台形の本体部１０ａを基本とした構成となっている。本体部１０ａにおける台形の下底の寸法Ｌ１は、ホーン８の高さ寸法Ｈに略等しく設定される。この台形の下底の両端には、上部当接部１０ｂ、下部当接部１０ｃが側方に突出して設けられており、上部当接部１０ｂ、下部当接部１０ｃの側面１０ｆは、接合子９の外周面９ｅに倣って密着する形状に設定されている。そして上部当接部１０ｂ、下部当接部１０ｃの中間は、部分的に切除された空隙部１０ｄとなっており、空隙部１０ｄと対向する台形の上底部分は、押圧子１０の背面側からねじ部材１４が当接して押圧可能な形状の背面当接部１０ｅとなっている。
【００１９】
ねじ部材１４としては、セットボルトなど外周に雄ねじ部１４ａが設けられ一方の側端面にねじ締結用の６角穴１４ｂが設けられた形態のものが用いられる。ホーン８に設けられたねじ締結用開孔８ｄの奥部には、雄ねじ部１４ａが螺合する雌ねじ孔１５が、貫通孔８ｃに開孔して設けられている。貫通孔８ｃの内側面において接合子９が当接して保持される接合子保持面１７は、接合子９の外周面９ｅが倣う内円周形状となっており、接合子保持面１７において雌ねじ孔１５と対向する位置には、内面を一部切り込んで除去した除去部１６が設けられている。
【００２０】
接合子９をホーン８に締結する際には、図５に示すように、接合子９を押圧子１０とともに貫通孔８ｃ内に挿入し、外周面９ｅを貫通孔８ｃの接合子保持面１７に沿わせた姿勢で上下方向位置を合わせて装着し、上部当接部１０ｂ、下部当接部１０ｃを接合子９の外周面９ｅに当接させる。次いでこの状態で、ねじ部材１４を締結方向に回転させて貫通孔８ｃ内に突出させることにより、背面当接部１０ｅにねじ部材１４を当接させる。そしてねじ部材１４を規定の締結トルクで締め付けることにより、接合子９は押圧子１０を介して貫通孔８ｃの接合子保持面１７に押し付けられ、接合子９のホーン８への固定締結が完了する。
【００２１】
この締結状態においては、上部当接部１０ｂ、下部当接部１０ｃはそれぞれ貫通孔８ｃ内において接合子９の上部、下部に横方向の押圧力Ｆ１，Ｆ２を作用させる。そしてこれらの押圧力Ｆ１，Ｆ２の反力Ｆ３，Ｆ４が、接合子保持面１７と接合子９との間に作用する。このとき、空隙部１０ｄ、除去部１６が形成された範囲では、押圧子１０および接合子保持面１７と接合子９との当接が防止されて、接合子９に押圧力が作用しないことから、接合子９は上下２位置において押圧子１０と接合子保持面１７によって挟み込まれた状態となっている。
【００２２】
すなわち、本実施の形態における押圧子１０は、接合子９の側面の上部および下部にそれぞれ当接して押圧することにより、貫通孔８ｃの内側面の上部および下部との間に接合子９をそれぞれ挟み込む上部当接部１０ｂおよび下部当接部１０ｃと、上部当接部１０ｂおよび下部当接部１０ｃとの間に形成されこの形成範囲における接合子９の側面と押圧子１０の当接を防止する空隙部１０ｄと、空隙部１０ｄの背面に設けられねじ部材１４がこの押圧子１０に当接する背面当接部１０ｅとを備えた形態となっている。
【００２３】
接合子９を固定締結するための押圧子１０をこのような形状とすることにより、以下に述べるような効果を有する。すなわち、図５に示すように、接合子９はホーン８の上下方向の高さに相当するＬ１の範囲で両側から挟み込まれて保持される。したがって、接合子９と同様の棒状の接合子を高さ方向の中央部の１箇所のみでねじ締結により押さえ込むいわゆる一点締め方式と比較して、強固な締結状態を安定して確保することができる。これ
により、接合子９においてホーン８の下面から突出する片持ち部分のレバー寸法Ｌ２を極力大きく設定することができ、ホーン８の設計自由度を拡大することが可能となっている。そして本実施の形態に示す締結方法によれば、このような作用効果を、上述構成の押圧子１０を介して接合子９をねじ締結するという低コストの簡便な構成で実現しており、汎用性に優れたものとなっている。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の部品接合装置および部品接合ツールは、構成が簡単で汎用性に優れ且つ強固な締結状態を安定して確保することが可能という効果を有し、電子部品などの部品を基板の電極などの被接合面に接合する部品接合の用途に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施の形態の部品接合装置の正面図
【図２】本発明の一実施の形態の部品接合ツールの斜視図
【図３】本発明の一実施の形態の部品接合ツールの正面図
【図４】本発明の一実施の形態の部品接合ツールにおける接合子の締結構造を示す説明図
【図５】本発明の一実施の形態の部品接合ツールにおける接合子の締結状態の説明図
【符号の説明】
【００２６】
３  基板
４  電子部品
７  部品接合ツール
８  ホーン
８ｃ  貫通孔
９  接合子
１０  押圧子
１０ｂ  上部当接部
１０ｃ  下部当接部
１０ｄ  空隙部
１０ｅ  背面当接部
１１  振動子
１４  ねじ部材
【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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