(57)【要約】【課題】半導体チップの接合時の振動伝達部の上下振動を抑制し、また、ボンディング時の印加荷重による振動伝達部の振動振幅の減衰を減らして、圧着部の振動を安定化して、半導体チップのパッドと基板上のリードとの接合を確実に行うようにすること。【解決手段】超音波振動を発生する振動子と、前記振動子の振動を伝達するホーンと、前記ホーンの腹の位置に突出して形成した振動伝達部と、超音波振動の節の位置に配した支持部材とで構成し、振動伝達部は、ホーンの長手方向に対してテーパ角４５度の傾斜面を有し、超音波振動の進行方向と垂直な振動伝達部の中心軸に対して、左右の位置に該傾斜面と平行な貫通孔を設けるようにする。【選択図】      図１
2004349655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動を印加して接合対象物と被接合部材とを接合するボンディングヘッドであって、
超音波振動を発生する振動子と、前記振動子の振動を伝達するホーンと、前記ホーンの超音波振動の腹の位置に突出して形成した振動伝達部と、超音波振動の節の位置に配した支持部材とからなり、
前記振動伝達部は、ホーンの長手方向に対して傾斜面を有し、超音波振動の進行方向と垂直な振動伝達部の中心軸に対して、左右の位置に該傾斜面と平行な貫通孔を設けるようにしたことを特徴とするボンディングヘッド。
【請求項２】
前記振動伝達部の傾斜面は、ホーンの長手方向に対してテーパ角度を４０度以上５０度以下となるようにしたことを特徴とする請求項１記載のボンディングヘッド。
【請求項３】
前記振動伝達部は、前記傾斜面と前記貫通孔との間の部材で、前記振動伝達部に発生するたわみ振動を抑制するための保持部を形成したことを特徴とする請求項１記載のボンディングヘッド。
【請求項４】
前記振動伝達部は、ホーンの下部および上部に同一形状、同一寸法で形成したことを特徴とする請求項１記載のボンディングヘッド。
【請求項５】
前記ホーンは、両側面に前記振動伝達部の振動振幅を増幅するための振動拡大溝を設けたことを特徴とする請求項１記載のボンディングヘッド。
【請求項６】
前記振動伝達部の前記貫通孔に前記ホーンの弾性率と異なる部材を充填したことを特徴とする請求項１記載のボンディングヘッド。
【請求項７】
超音波振動を印加して接合対象物と被接合部材とを接合するボンディングヘッドを有するボンディング装置であって、
超音波振動を発生する振動子と、前記振動子の振動を伝達するホーンと、前記ホーンの超音波振動の腹の位置に突出して形成され、ホーンの長手方向に対して傾斜面を有し、超音波振動の進行方向と垂直な振動伝達部の中心軸に対して、左右の位置に該傾斜面と平行な貫通孔を有する振動伝達部と、超音波振動の節の位置に配した支持部材とからなるボンディングヘッドと、
前記ボンディングヘッドを駆動する圧接機構と、
前記ボンディングヘッドおよび前記圧接機構の制御を行う制御手段とを有すること
を特徴とするボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップのパッド上に形成された表面電極と基板上に形成された配線用リードとを接合するボンディングヘッドおよびこれを備えたボンディング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体チップのパッド上に形成された表面電極と基板上に形成された配線用リードとを超音波振動により接合するボンディング装置としては、図１２に示すボンディングヘッド５０を使用したものが知られている。図１２に示すように、従来のボンディングヘッド５０は、振動子５２に結合したホーン５１と、ホーン５１の超音波振動の腹の位置に突出してホーン５１と一体に形成した振動伝達部５３と、ホーン５１を支持する支持部材５５で構成されている。ボンディングヘッド５０は振動伝達部５３の先端に位置する圧着部５４で半導体チップを真空吸着し、基板上に形成された配線用リードに半導体チップを押圧して接合する。この時、振動伝達部５３の先端の圧着部５４により半導体チップに超音波振動が印加される。必要により熱などを加えて接合する場合もある。
【０００３】
また、振動伝達部（接合作用部）をラーメン構造にして、たわみ振動によるヒンジ廻りの弾性的な回転変位を利用したボンディングヘッドが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１４１３７４
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１２に示すように、従来のボンディングヘッド５０は、ホーン５１の超音波振動の腹の位置に振動伝達部５３が突出して形成されている。半導体チップと基板のリードとの接合時に超音波振動がホーン５１により振動伝達部５３に印加され、このとき、振動伝達部５３の圧着面５４ａは半導体チップに接触した状態で超音波振動を印加する。図１３に有限要素法の構造解析によるホーン５１に超音波を印加した場合の振動状態を示す。なお、図１３に示す点線はホーン５１に超音波振動を印加していない状態、実線はホーン５１に超音波振動を印加した状態を示す。図１３（ａ）に示すように、振動伝達部５３は、ホーン５１の縦振動（図１３に示すｂの矢印）をたわみ振動に変換し、ホーン５１の縦振動振幅Δ１を圧着面振幅Δ２に拡大して振動を伝える。このときに振動伝達部５３の圧着面５４ａにΔＺ振幅の上下振動が発生する。半導体チップに接触している圧着面５４ａが上下振動すると、接合中の半導体チップがダメージを受けて、半導体チップに傷、欠け、破損などが発生することがある。
【０００６】
また、超音波印加時に振動伝達部５３にたわみ振動によるねじれなどが発生すると、半導体チップへの超音波振動の伝達が不均一となり、接合の不完全な電極が発生して、接合状態がばらつくことがある。
【０００７】
また、図１３（ｂ）に示すように、振動伝達部をラーメン構造にして、たわみ振動による回転変位を利用する方法では、回転変位により圧着面５４ａのエッジが跳ね上がったり、振動伝達部５３が倒れ込むことにより、圧着面５４ａにΔＺ振幅の上下振動が発生する恐れがある。また、一般的にラーメン構造の振動伝達部は、外部負荷に弱く、高荷重印加時に圧着面が振動しない恐れもある。
【０００８】
そこで、本発明は、従来のボンディングヘッドの改良を試みてなされたものであって、半導体チップの接合時の振動伝達部の上下振動を抑制し、ボンディング時の印加荷重による振動伝達部の振動振幅の減衰を減らして、圧着部の振動を安定化させて、これにより、半導体チップのパッドと基板上のリードとの接合を確実に行うことが可能なボンディングヘッドおよびこれを備えたボンディング装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によるボンディングヘッドは、超音波振動を印加して接合対象物と被接合部材とを接合するボンディングヘッドであって、超音波振動を発生する振動子と、前記振動子の振動を伝達するホーンと、前記ホーンの超音波振動の腹の位置に突出して形成した振動伝達部と、超音波振動の節の位置に配した支持部材とからなり、前記振動伝達部は、ホーンの長手方向に対して傾斜面を有し、超音波振動の進行方向と垂直な振動伝達部の中心軸に対して、左右の位置に該傾斜面と平行な貫通孔を設けるようにしたものである。
【００１０】
また、本発明によるボンディングヘッドの前記振動伝達部の傾斜面は、ホーンの長手方向に対してテーパ角度を４０度以上５０度以下となるようにしたものである。
【００１１】
また、本発明によるボンディングヘッドの前記振動伝達部は、前記傾斜面と前記貫通孔との間の部材で、前記振動伝達部に発生するたわみ振動を抑制するための保持部を形成したものである。
【００１２】
また、本発明によるボンディングヘッドの前記振動伝達部は、ホーンの下部および上部に同一形状、同一寸法で形成したものである。
【００１３】
また、本発明によるボンディングヘッドのホーンは、両側面に前記振動伝達部の振動振幅を増幅するための振動拡大溝を設けたものである。
【００１４】
また、本発明によるボンディングヘッドは、前記振動伝達部の前記貫通孔に前記ホーンの弾性率と異なる部材を充填したものである。
【００１５】
また、本発明によるボンディング装置は、超音波振動を印加して接合対象物と被接合部材とを接合するボンディングヘッドを有するボンディング装置であって、超音波振動を発生する振動子と、前記振動子の振動を伝達するホーンと、前記ホーンの超音波振動の腹の位置に突出して形成され、ホーンの長手方向に対して傾斜面を有し、超音波振動の進行方向と垂直な振動伝達部の中心軸に対して、左右の位置に該傾斜面と平行な貫通孔を有する振動伝達部と、超音波振動の節の位置に配した支持部材とからなるボンディングヘッドと、前記ボンディングヘッドを駆動する圧接機構と、前記ボンディングヘッドおよび前記圧接機構の制御を行う制御手段とを有するようにしたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明によるボンディングヘッドおよびこれを備えたボンディング装置の実施の形態について、図１乃至図１１を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明によるボンディングヘッドの実施の形態を示す斜視図、図２（ａ）は、図１に示すボンディングヘッドの平面図、図２（ｂ）は、ボンディングヘッドの右側面図、図２（ｃ）は、図１に示すボンディングヘッドの振動モードを示す図、図３（ａ）は、図１に示すボンディングヘッドの右側面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａの断面図，（ｃ）は（ａ）に示すＢ−Ｂの断面図、（ｄ）は（ａ）に示すＣ−Ｃの断面図、図４は、ボンディングヘッドの固定について示した図、図５は、ボンディングヘッドの振動子を駆動する発振器の構成を示すブロック図である。
【００１８】
図１、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、ボンディングヘッド１は、所定の周波数の超音波振動を発生する１つの振動子３と、振動子３と結合して振動子３からの超音波振動を伝播するホーン２と、ホーン２の超音波振動の腹の位置に突出して形成した振動伝達部４と、ホーン２を支持固定する支持部材６とを有する。
【００１９】
以下に、図を用いてボンディングヘッド１の各部について詳述する。図１乃至図５に示すように、振動子３は、例えばＰＺＴ（Ｐｂ［Ｚｒ，Ｔｉ］Ｏ３：チタン酸ジリコン酸鉛）素子などで構成され、ケーブルを介して発振器１８（図５に示す）から所定の周波数の電圧が印加されて超音波振動を発生する。振動子３の超音波振動の進行方向ｕにおける全長は、超音波振動の１波長λに対してλ／２で設定されている。発振器１８から印加される電圧の周波数は、１５ｋＨｚ〜２００ｋＨｚのものが使用可能である。しかして、本実施の形態は、１５ｋＨｚ〜２００ｋＨｚのうち、６０ｋＨｚの高周波を使用している。
【００２０】
ホーン２は、ジュラルミン、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、アルミニウム、チタン合金、超硬などの金属から形成されている。図２（ｂ）および図２（ｃ）に示すように、ホーン２の全長は、振動子３が発生する超音波振動の進行方向ｕ（図２（ｂ）に示す）の共振長、すなわち超音波振動の半波長（λ／２）の整数倍に設定されており、本実施の形態では、振動子３が発生する超音波振動の進行方向ｕにおける全長がλ／２の２倍であるλである。ホーン２は、超音波振動の進行方向ｕにおけるλ／２（超音波振動の腹）の位置を中心としてｄの長さを有する第１のホーン伝達部２ａと、第１のホーン伝達部２ａと振動子３との間に結合されて超音波振動の進行方向ｕにおける長さが（λ−ｄ）／２である第２のホーン伝達部２ｂと、第１のホーン伝達部２ａの他端、すなわち振動子３と対向する側の端部に結合されて超音波振動の進行方向ｕにおける長さが（λ−ｄ）／２である第３のホーン伝達部２ｃとからなる。
【００２１】
図３（ａ）に示す第３のホーン伝達部２ｃの断面Ａ−Ａを図３（ｂ）に示す。図３（ｂ）に示すように、第３のホーン伝達部２ｃの断面は長方形であり、第３のホーン伝達部２ｃの上下の面および左右の面は平行を成している。なお、第２のホーン伝達部２ｂも第３のホーン伝達部２ｃと同一の形状を有している。
【００２２】
図１および図２（ｂ）に示すように、ホーン２の超音波振動の腹の位置に突出して振動伝達部４が形成されている。振動伝達部４は、ホーン２の長手方向、すなわち第２のホーン伝達部２ｂおよび第３のホーン伝達部２ｃに対して傾斜面４ｃを有している。図２（ｂ）に示すように、傾斜面４ｃのテーパ角度θは４０度以上５０度以下となるように形成されている。
【００２３】
更に、振動伝達部４は、超音波振動の進行方向ｕと垂直な振動伝達部４の中心軸（図２（ｂ）に示すｙ−ｙ’）に対して、左右の位置に傾斜面４ｃと平行に形成された貫通孔４ｂを設けている。図３（ａ）および図３（ｃ）の断面図に示すように、貫通孔４ｂは、三角柱をなしており、振動伝達部４の側面から見た貫通孔４ｂの形状は、直角三角形となっている。なお、振動伝達部４の傾斜面４ｃと貫通抗４ｂの間の部材を保持部４ａと称する。保持部４ａは、ホーン２の振動伝達部４と一体で形成されている。
【００２４】
また、振動伝達部４の先端には被ボンディング部品と接して振動、加重を印加する圧着部５が形成されている。圧着部５は、振動伝達部４の振動を半導体チップに直接伝えるものである。圧着部５は、ロウ付けなどにより振動伝達部４の先端に固着している。なお、圧着部５は振動伝達部４と一体に形成してもよい。
図１および図２（ｂ）に示すように、第１のホーン伝達部２ａの下部および上部に同一形状、同一寸法の振動伝達部４が形成されている。以後、第１のホーン伝達部２ａの下部の振動伝達部４を第１の振動伝達部、第１のホーン伝達部２ａの上部の振動伝達部４を第２の振動伝達部と称する。第１のホーン伝達部２ａの下部および上部に同一形状、同一寸法の振動伝達部４を形成することにより、ホーン２の超音波振動の腹の位置を中心とする縦振動のバランスを保つことができるため、振動が安定する。通常、第１の振動伝達部で接合対象物と被接合部材とのボンディングを行うが、圧着面の摩耗などにより交換が必要になったときには、第２の振動伝達部を使用するようにしてもよい。
【００２５】
また、図３（ｄ）の断面図に示すように、第１のホーン伝達部２ａは、ボンディング時に半導体チップを吸着するための吸着孔８が設けられており、吸着孔８に垂直を成す真空吸着孔９がホーン２の側面に設けられている。第１のホーン伝達部２ａ内部で吸着孔８と真空吸着孔９とが直交した箇所で繋がっている。
【００２６】
また、図１および図２（ｂ）に示すように、第２のホーン伝達部の両側面から第３のホーン伝達部の側面にかけて振動拡大溝７が設けられている。振動拡大溝７は図３（ｃ）、（ｄ）に示すようにホーン２の中心軸（図３（ａ）に示すｘ−ｘ’）に対して上下に設けられている。振動拡大溝７を設けることにより、第１のホーン伝達部の断面積が減少するため、超音波縦振動の振幅を拡大することができる。
【００２７】
ボンディングヘッド１は、図１乃至図２（ａ）に示すように、ホーン２を支持固定する支持部材６としての第１の支持部材６ａ、第２の支持部材６ｂ、第３の支持部材６ｃ、第４の支持部材６ｄが、ホーン２の全長（λ）の範囲内に配置されている。図２（ａ）および図２（ｃ）に示すように、第１の支持部材６ａおよび第２の支持部材６ｂは、第２のホーン伝達部２ｂの両側面に振動子３と結合している面より超音波振動の進捗方向のλ／４の位置（超音波振動の節）に、また、第３の支持部材６ｃおよび第４の支持部材６ｄは、第３のホーン伝達部２ｃの両側面に端面よりλ／４の位置（超音波振動の節）にそれぞれ設けられている。第１の支持部材６ａ、第２の支持部材６ｂ、第３の支持部材６ｃ、第４の支持部材６ｄは、円柱の形状をなしており、第２のホーン伝達部２ｂの両側面および第３のホーン伝達部２ｃの両側面に設けられた取り付け用の穴に嵌合して結合されている。
【００２８】
振動伝達部４は、互いにλ／２の距離を隔てて設けた第１の支持部材６ａと第３の支持部材６ｃおよび第２の支持部材６ｂと第４の支持部材６ｄとの間に位置しているため、接合対象物２２に付与する押圧力が均一化され、ホーン２に高荷重が付加された場合であってもホーン２のたわみや変形が抑止されて超音波振動を高効率で印加することができる。
【００２９】
本発明によるボンディングヘッド１は、圧着部５に圧接機構１５（図１０に示す）からの荷重を印加するための固定部材１２が設けられている。図４に示すように、固定部材１２は第１固定部材１２ａおよび第２固定部材１２ｂよりなり、振動子３およびホーン２の長手方向に於ける中心軸に向かって支持部材６を拘束して、ホーン２を前記固定部材１２に固定するようになっている。第１固定部材１２ａは、支持部材６と結合するための、円形の穴および長穴が設けられている。各穴の深さは、固定部材１２を結合したときにホーン２に接触しない寸法となっている。円形の穴は、支持部材６と嵌合するためのものであり、長穴は支持部材６とＺ方向に密着し、Ｘ方向に対してはフリーの状態である。また、第２固定部材１２ｂにも支持部材６と結合するための円形の穴又は長穴が設けられている。なお、支持部材６を固定部材１２に嵌合する個所は少なくとも１個所以上設けるようにしている。ホーン２が固定部材１２と結合した状態では、超音波振動の進行方向には、拘束されないため、ホーン２の電気的なインピーダンスの変化がなく、安定した振動が可能となる。
【００３０】
図５にボンディングヘッド１の振動子３を駆動する発振器１８の構成をブロック図で示す。図５に示すように、振動子３を駆動する発振器１８は、所定の周波数を発振する発振回路と、発振回路から発振される周波数により駆動する駆動回路と、駆動回路の駆動周波数を電力増幅する増幅回路と、振動子３への駆動力を付与すると共に振動子３とのインピーダンスの整合を行うタンク回路と、タンク回路の出力を受けて発振回路に振幅帰還を行う振幅帰還回路とからなる。
【００３１】
以上の構成からなるボンディングヘッド１の振動伝達部４の圧着部５付近を拡大して振動時の変位状態を視覚的に表したものを図６に示す。図６における１点鎖線は、振動していないときの位置を表す。図６に示す振動伝達部４先端の圧着部５の振動振幅をΔ２’とし、ホーン２の振動振幅をΔ１’とすると、Δ２’はΔ１’に対して、Δ１’以上であり、Δ１’の２倍以下の大きさ、すなわち、Δ１’≦Δ２’≦２×Δ１’となるようになっている。また、振動伝達部４先端の圧着部５の振動とホーン２の振動との位相は同相である。図６に示すように、振動時のホーン２の圧着部５は、Ｘ方向に変位しており、Ｚ方向の振動は見られない。
【００３２】
振動伝達部４のＺ方向の振動が押さえられるのは、図７に示すように、振動伝達部４に発生するたわみ振動（図７の点線で示す矢印）による振動伝達部４の変形を支持部４ａが支えていることによる。また、ホーン２に発生する縦振動の歪みにより発生する力（ホーン２内に示す太い矢印）が支持部４ａに作用して支持部４ａを押したり、引っ張ったりすることにより発生する力（図７に示す１点鎖線内の白抜きの矢印）と、振動伝達部４のたわみ振動による支持部４ａに作用する力（図７に示す１点鎖線内の塗りつぶした矢印）とが釣り合うようになるためである。
【００３３】
なお、貫通孔４ｂは、三角柱で形成した例を図１，図２（ｂ）に示すが、図８（ａ）に示すように貫通孔４ｂを円柱で形成してもよい。また、図８（ｂ）に示すように、ホーンの弾性率と異なる部材、例えば、ゴムなどを貫通孔４ｂに充填してもよい。
【００３４】
また、熱を加えてボンディングを行う場合には、貫通孔４ｂに加熱用のヒータを挿入して振動伝達部を加熱することにより、半導体チップの接合時の温度の低下がないため、安定したボンディングが行える。
【００３５】
図９に、各ボンディングヘッドにおける無負荷時の圧着部の振動振幅に対する荷重負荷印加時の振動振幅との比率（振幅相当比）の変化を測定した結果をグラフで示す。図９に示す■の印は図１２に示す圧着面が５ｍｍ角タイプの従来のボンディングヘッドの荷重負荷に対する振幅相当比の変化を示し、○印は、本発明による圧着面が１０ｍｍ角タイプのボンディングヘッドの荷重負荷に対する振幅相当比の変化を示し、●印は、本発明による圧着面が５ｍｍタイプのボンディングヘッドで貫通孔４ｂにホーンの弾性率の異なる部材を充填したときの荷重負荷に対する振幅相当比の変化を示す。図９のグラフより、従来のボンディングヘッドは、荷重負荷が増加すると振幅相当比が急激に低下している。○印で示すボンディングヘッドでは、荷重負荷の大きさに応じて、振幅相当比が徐々に低下していくが、従来のボンディングヘッドに見られるような振幅相当比の急激な変化はない。●印で示す貫通孔４ｂにホーンの弾性率の異なる部材を充填したボンディングヘッドでは、荷重負荷が増加しても振幅相当比はほぼ一定の値であり、無負荷時の振幅の大きさを保持している。貫通孔４ｂにホーンの弾性率の異なる部材を充填することにより、荷重負荷の影響を受けることなしに、安定したボンディングが行える。
【００３６】
本発明による第１の実施の形態としてのボンディングヘッド１は、以下のような効果を奏する。
【００３７】
ホーン２の超音波振動の進行方向ｕにおける全長がλに設定されており、全体が小型化されている。ホーン２を支持固定する支持部材６および圧着部５は、ホーン２の全長（λ）の範囲内に配置され、圧着部５は、互いにλ／２の距離を隔てて設けた第１の支持部材６ａと第２の支持部材６ｂとの間に位置しているため、接合対象物２２に付与する押圧力が均一化される。また、ホーン２に高荷重が付加された場合であっても、ホーン２のたわみや変形が抑止可能で超音波振動を高効率で印加することができる。第１の支持部材６ａおよび第２の支持部材６ｂは、超音波振動の伝播に影響を及ぼさないノーダル・ポイントに設けられ、それぞれホーン２の両端から均等な距離（λ／４）を隔てた位置に設けられ、ホーン２が片持支持とならないのでバランスよく保持され、接合対象物２２への押圧力を均一にすることができる。
【００３８】
また、ホーン２の超音波振動の腹の位置にホーン２の長手方向対して傾斜面４ｃを有する振動伝達部４を突出して形成して、傾斜面４ｃと平行な貫通孔４ｂを設けることにより、圧着部のＺ軸方向の振動が発生しないため安定したボンディングが可能となる。
【００３９】
また、ボンディング時に高荷重を印加した場合でも、圧着部５の振動振幅の減衰が少ないため安定したボンディングが行える。
【００４０】
次に、本発明によるボンディングヘッド１を備えたボンディング装置について、図１０を参照して説明する。
【００４１】
図１０に示すように、ボンディング装置２０は、接合対象物２２および接対象物２２が接合される被接合部材２３が載置される載置台１６と、接合対象物２２に超音波振動を印加して接合対象物２２としての半導体チップと被接合部材２３としての基板のリードとを接合するボンディングヘッド１と、ボンディングヘッド１を保持し、このボンディングヘッド１に押圧力を付与する荷重機構１５と、発振器１８、制御部（ＣＰＵ）１７とを有する。
【００４２】
ボンディングヘッド１は、図１１（ａ）に示すように、第１のホーン伝達部２ａの一方の側面の真空吸着孔９をシール１０などで密封し、また、第２の振動伝達部４の圧着面５ａの吸着孔８をシール１０などで密封して使用する。図１１（ｂ）に、図１１（ａ）に示す断面Ｄ−Ｄの断面図を示す。
【００４３】
制御手段としての制御部（ＣＰＵ）１７は、マイクロコンピュータなどで構成されて装置全体の制御を行うものであり、外部の図示せぬ操作手段からの操作指令に基づいて作動する。
【００４４】
載置台１６は、図示せぬ搬送手段により搬送される被接合部材２３を所定の位置に位置決め可能である。しかして、載置台１６を制御部１７からの制御信号に基づいて矢印ｘ方向およびｙ方向（図１０の紙面に垂直な方向）の二次元方向に移動可能としてもよい。
【００４５】
圧接機構１５は、モータなどを有しボンディングヘッド１を矢印ｚ方向に昇降動作させて位置決めする駆動部１５ａと、モータ、エアシリンダおよび油圧シリンダなどで構成され、ロッド１５ｃの突出量を可変して先端部に取り付けられた固定部材１２を介してボンディングヘッド１による接合対象物２２への押圧力を付与する荷重機構部１５ｂとで構成されている。また、駆動部１５ａの移動量および荷重機構部１５ｂによるロッド１５ｃの突出量は、制御部（ＣＰＵ）１７により制御される。
【００４６】
次に、上記の構成からなるボンディング装置２０の動作について説明する。図１０に示すように、載置台１６上に接合対象物２２および被接合部材２３が載置位置決めされると、駆動部１５ａが作動してボンディングヘッド１が矢印ｚ方向に下降して所定の高さに位置決めされる。続いて、荷重機構部１５ｂが作動してボンディングヘッド１の圧着部５が接合対象物２２に当接して一定の圧力で押圧して振動子３からの超音波振動が印加されて接合対象物２２と被接合部材２３との接合が行われる。次に、駆動部１５ａおよび荷重機構部１５ｂを作動させてボンディングヘッド１を所定の高さまで上昇させて次のボンディング接続に備える。そして、前記動作を繰り返して接合対象物２２と被接合部材２３とのボンディング接続を繰り返す。
【００４７】
以上述べたように、本発明によるボンディングヘッド１およびこれを備えたボンディング装置は、圧着部５が接合対象物２２としてのＩＣチップに対して平行な振動を行い、たわみ振動などの発生が無いため、安定したボンディングが可能である。接合対象物２２としてＩＣチップなどの電子部品、被接合部材２３として基板上に形成されたリードとのボンディング接続について述べたが、本発明によるボンディングヘッド１は、接合対象物２２および被接合部材２３として金属や合成樹脂製の板状部材などのボンディング接続も可能である。
【００４８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によるボンディングヘッドおよびこれを備えたボンディング装置によれば、ホーンの超音波振動の腹の位置にホーンの長手方向対して傾斜面を有する振動伝達部を突出して形成して、傾斜面と平行な貫通孔を設けることにより、圧着面のＺ軸方向の上下振動が発生しないため安定したボンディングが行える。
【００４９】
また、本発明によるボンディングヘッドおよびこれを備えたボンディング装置によれば、ボンディング時の印加荷重による振動伝達部の振動振幅の減衰を減らすことができるため、高荷重印加時にも安定したボンディングが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるボンディングヘッドの実施の形態を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は、図１に示すボンディングヘッドの平面図、（ｂ）は、ボンディングヘッドの右側面図、（ｃ）は、図１に示すボンディングヘッドの振動モードを示す図である。
【図３】（ａ）は、図１に示すボンディングヘッドの右側面図、（ｂ）は、（ａ）に示すＡ−Ａの断面図、（ｃ）は、（ａ）に示すＢ−Ｂの断面図、（ｄ）は、（ａ）に示すＣ−Ｃの断面図である。
【図４】本発明によるボンディングヘッドの固定について示した図である。
【図５】本発明によるボンディングヘッドの振動子を駆動する発振器の構成を示すブロック図である。
【図６】振動伝達部の圧着部付近を拡大して振動時の変位状態を視覚的に表した図である。
【図７】振動伝達部の振動の状態を説明するための図である。
【図８】（ａ）は、振動伝達部の貫通孔を円柱で形成した図、（ｂ）は、ホーンの弾性率と異なる部材を貫通孔に充填した例を示す図である。
【図９】各ボンディングヘッドにおける無負荷時の圧着部の振動振幅に対する荷重負荷印加時の振動振幅との比率（振幅相当比）の変化を示したグラフである。
【図１０】本発明によるボンディングヘッドを備えたボンディング装置の構成を示す図である。
【図１１】（ａ）は、第１のホーン伝達部の側面の真空吸着孔および第２の振動伝達部の圧着面の吸着孔をシールなどで密封した状態を示す図であり、（ｂ）は、図１１（ａ）に示す断面Ｄ−Ｄの断面図を示す。
【図１２】従来のボンディングヘッドの斜視図を示す。
【図１３】（ａ）は、従来のボンディングヘッドの振動状態を示す図であり、（ｂ）は、振動伝達部をラーメン構造した従来のボンディングヘッドの振動状態を示す図である。
【符号の説明】
１、５０                          ボンディングヘッド
２、５１              ホーン
２ａ                  第１のホーン伝達部
２ｂ                  第２のホーン伝達部
２ｃ                  第３のホーン伝達部
３、５２              振動子
４、５３                          振動伝達部
４ａ                                  保持部
４ｂ                                  貫通孔
４ｃ                                  傾斜面
５、５４              圧着部
５ａ、５４ａ                  圧着面
６、５５              支持部材
６ａ                                  第１の支持部材
６ｂ                                  第２の支持部材
６ｃ                                  第３の支持部材
６ｄ                                  第４の支持部材
７                                      振動拡大溝
８                    吸着孔
９                    真空吸着孔
１０                                      シール
１２                    固定部材
１２ａ                  第１固定部材
１２ｂ                  第２固定部材
１５                    圧接機構
１５ａ                  駆動部
１５ｂ                  荷重機構部
１５ｃ                  ロッド
１６                    載置台
１７                    制御部（ＣＰＵ）
１８                    発振器
２０                    ボンディング装置
２２                    接合対象物（半導体チップ）
２３                    被接合部材
【図１】
2004349655.tif 000003
【図２】
2004349655.tif 000004
【図３】
2004349655.tif 000005
【図４】
2004349655.tif 000006
【図５】
2004349655.tif 000007
【図６】
2004349655.tif 000008
【図７】
2004349655.tif 000009
【図８】
2004349655.tif 000010
【図９】
2004349655.tif 000011
【図１０】
2004349655.tif 000012
【図１１】
2004349655.tif 000013
【図１２】
2004349655.tif 000014
【図１３】
2004349655.tif 000015