(57)【要約】【課題】ホーンの自由な振動を阻害しにくい電子部品の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。【解決手段】ボンディングツールをボンディングヘッドに取付ける取付部を、ホーン１５から突出する屈曲自在な連結部５１と弾性材から成るリブ１５ｃから構成した。またリブ１５ｃにスリット５２を形成した。リブ１５ｃの貫通孔２０に止具１８を挿入してボンディングヘッドに取付ける。ホーン１５の長手方向ａの振動は同方向に屈曲自在な連結部５１で許容され、直交方向ｂの振動はスリット５２が変形することにより許容される。【選択図】　図４
2004040014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディングツールにより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接合する電子部品のボンディング装置であって、前記ボンディングツールが横長のホーンと、このホーンに振動を付与する振動子と、ホーンを取付部に両持状態で取付けるための取付部と、左右の取付部の間におけるホーンの下部にあって電子部品を圧着する圧着子とから成り、前記取付部がホーンの長手方向及び長手方向に直交する方向に振動するのを許容する振動許容部を有することを特徴とする電子部品のボンディング装置。
【請求項２】
前記取付部が、前記ホーンから側方へ突出する屈曲自在な連結部に連結されており、この連結部を前記長手方向の振動許容部としたことを特徴とする請求項１記載の電子部品のボンディング装置。
【請求項３】
前記取付部にスリットが形成されており、このスリットを前記直交する方向の振動許容部としたことを特徴とする請求項１記載の電子部品のボンディング装置。
【請求項４】
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接合する電子部品の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、ホーンを取付部に両持状態で取付けるための取付部と左右の取付部の間におけるホーンの下部にあって電子部品を圧着する圧着子とから成り、前記取付部がホーンの長手方向及び長手方向に直交する方向に振動するのを許容する振動許容部を有することを特徴とする電子部品のボンディングツール。
【請求項５】
前記取付部が、前記ホーンから側方へ突出する屈曲自在な連結部に連結されており、この連結部を前記長手方向の振動許容部としたことを特徴とする請求項４記載の電子部品のボンディングツール。
【請求項６】
前記取付部にスリットが形成されており、このスリットを前記直交する方向の振動許容部としたことを特徴とする請求項４記載の電子部品のボンディングツール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バンプ付き電子部品などの電子部品を基板の電極などの被接合面にボンディングする電子部品の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。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品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、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ディングツールは、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、このホーンに備えられた圧着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ボンディングするようになっている。ホーンの保持形態には片持式と両持式がある。前者は、一般に、ホーンの先端の自由端部に圧着子を設け、基端部に超音波振動子を設ける構造となっている。また後者は、ホーンの両持部の中間部に圧着子を設け、一端部に超音波振動子を設ける構造になっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
両持式のものは、片持式のものよりもホーンの保持状態がしっかりしており、振動の安定性がよいという長所を有している。しかしながら両持式のものは、一般にホーンの両側部両面の４ヶ所が取付部にしっかり取り付けられる構造となっているため、これらの取付部がホーンの長手方向や長手方向に直交する方向への振動を阻害しやすく、その結果、電子部品に十分な振動力を付与しにくい場合があった。
【０００４】
そこで本発明は、ホーンの自由な振動を阻害しにくい電子部品の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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ボンディングツールにより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接合する電子部品のボンディング装置であって、前記ボンディングツールが横長のホーンとこのホーンに振動を付与する振動子と、ホーンを取付部に両接状態で取付けるための取付部と、左右の取付部の間におけるホーンの下部にあって電子部品を圧着する圧着子とから成り、前記取付部がホーンの長手方向及び長手方向に直交する方向に振動するのを許容する振動許容部を有する。
【０００６】
また本発明は、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接合する電子部品の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、ホーンを取付部に両持状態で取付けるための取付部と左右の取付部の間におけるホーンの下部にあって電子部品を圧着する圧着子とから成り、前記取付部がホーンの長手方向及び長手方向に直交する方向に振動するのを許容する振動許容部を有する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における電子部品のボンディング装置の正面図、図２は本発明の実施の形態１における電子部品のボンディングツールの斜視図、図３は本発明の実施の形態１における電子部品のボンディングツールの平面図、図４は本発明の実施の形態１における電子部品のボンディングツールの取付部の部分拡大平面図である。
【０００８】
まず、図１を参照して電子部品のボンディング装置の全体構造を説明する。１は支持フレームであって、その前面には第１昇降板２と第２昇降板３が昇降自在に設けられている。第１昇降板２にはシリンダ４が装着されており、そのロッド５は第２昇降板３に結合されている。第２昇降板３にはボンディングヘッド１０が装着されている。支持フレーム１の上面には上下動手段としてのＺ軸モータ６が設けられている。Ｚ軸モータ６は垂直な送りねじ７を回転させる。送りねじ７は第１昇降板２の背面に設けられたナット８に螺合している。したがってＺ軸モータ６が駆動して送りねじ７が回転すると、ナット８は送りねじ７に沿って上下動し、第１昇降板２と第２昇降板３は上下動する。
【０００９】
図１において、基板４６は基板ホルダ４７上に載せられており、基板ホルダ４７はテーブル４８上に載せられている。基板４６の上面の回路パターン面が、電子部品の被接合面となる。テーブル４８は可動テーブルであって、基板４６をＸ方向、Ｙ方向、θ方向へ水平移動させ、基板４６を所定の位置に位置決めする。テーブル４８は電子部品４０に対して基板４６を相対的に移動させる基板４６の位置決め手段となっている。
【００１０】
４２はカメラであって、テーブル４３に装着されている。４４はカメラ４２から前方へ延出する鏡筒である。カメラ４２を可動テーブル４３に沿って前進させ、鎖線で示すように鏡筒４４の先端部をボンディングツール１４の下面に吸着して保持された接合物としてのバンプ付きの電子部品４０と基板４６の間に位置させ、その状態で電子部品４０と基板４６の位置をカメラ４２で観察する。
【００１１】
７３は認識部であり、カメラ４２で撮像された電子部品４０や基板４６の画像を認識してこれらの位置を検出する。７０は主制御部であり、モータ駆動部７１を介してＺ軸モータ６すなわちボンディングヘッド１０の昇降動作を制御し、テーブル制御部７２を介してテーブル４８すなわち基板４６の位置決めを行う。また主制御部７０は、認識部７３によって検出された電子部品４０と基板４６の位置より、水平面内における両者の位置ずれを演算し、この位置ずれを補正するようにテーブル４８を駆動する。さらに主制御部７０には、荷重制御部７４と吸引装置７６が接続されている。
【００１２】
押圧手段としてのシリンダ４は荷重制御部７４を介して主制御部７０に接続されており、シリンダ４のロッド５の突出力すなわちボンディングツール１４で電子部品４０のバンプを基板４６に押し付ける押圧荷重が制御される。吸引装置７６は主制御部７０からの指令によってボンディングツール１４による電子部品４０の吸引・吸引解除を行う。振動子１７は、超音波振動子駆動部７５を介して主制御部７０に接続されており、主制御部７０からの指令に従って超音波振動を行う。
【００１３】
ボンディングヘッド１０の本体１１の下端部にはホルダ１２が結合されている。ホルダ１２にはブロック１３が装着され、ブロック１３はボンディングツール１４の取付体となるものである。ブロック１３の側部の連結子１３ａは吸引装置７６に接続されている。以下、図２、図３を参照してボンディングツール１４について説明する。
【００１４】
図２に示すように、ボンディングツール１４はブロック１３の下部に取付けられる横長のホーン１５を主体としている。ホーン１５は細長の棒状体であり、平面視してその両端部からセンター（中心位置）へ向って次第に幅狭となる側面であるテーパ面１５ａを有している。またホーン１５の上下両面もセンターへ向かって細くなるテーパ面１５ｂになっている。ホーン１５の中心位置の下面には圧着子３０が着脱自在に装着されている。図１において、ブロック１３の側面に設けられた連結子１３ａには吸着パッド１９が連結されている。
【００１５】
ホーン１５には圧着子３０のノズル３１に連通する吸引孔１６ａが形成されており（図２参照）、吸着パッド１９はホーン１５の上面に開孔する吸引孔１６ａに接続している。したがって吸着パッド１９に接続された吸引装置７６（図１）を駆動してエアを吸引することにより、ノズル３１の下端部にバンプ付きの電子部品４０を真空吸着して保持することができる。
【００１６】
図２において、圧着子３０から等距離隔てられた４ヶ所には、ボンディングツール１４の角形のリブ１５ｃが設けられている。ブロック１３への取り付けバランスを良くするために、４個のリブ１５ｃはホーン１５の中心位置の圧着子３０を中心として平面視して対称に複数個（本例では４個）突設されている。ボンディングツール１４は、リブ１５ｃに形成された貫通孔２０にネジやボルトなどの止具１８を挿着することにより、ブロック１３の下部に着脱自在に装着されている。すなわち、ボンディングツール１４は、圧着子３０の両側部に位置するリブ１５ｃを介して、ブロック１３の下部にその左右を両持状態で取付けられている。
【００１７】
図３において、リブ１５ｃは弾性を有する屈曲自在な細片状の連結部５１を介してホーン１５の側面に取付けられており、またリブ１５ｃにはホーン１５の長手方向に横長のスリット状の貫通孔５２が開孔されている。リブ１５ｃを弾性を有する樹脂などにより形成すると、より屈曲性を増すので望ましい。リブ１５ｃと連結部５１は、ボンディングツール１４をブロック１３に取付ける取付部となっている。
【００１８】
図３において、振動子１７が駆動すると、ホーン１５はその長手方向ａへ振動するが、その直交方向ｂへも若干振動する。一方、ホーン１５は固着手段としての止具１８により、複数箇所（本例では４ヶ所）をブロック１３に固着されている。ホーン１５が上方長手方向ａや直交方向ｂへ振動しても、固着手段（止具１８）の位置は一定であって動かない。そして長手方向ａの振動は連結部５１がホーン１５の長手方向へ首振り（矢印ａ’）することにより許容される（図４も参照）。すなわちホーン１５から側方へ突出する屈曲自在な連結部５１は、ホーン１５の長手方向の振動許容部となっている。
【００１９】
図４において、ホーン１５の直交方向ｂへの振動は、スリット５２を開孔したことにより、リブ１５ｃが点線で示すように直交方向ｂ’へ弾性変形することにより許容される。リブ１５ｃを弾性変形しやすい樹脂などの素材で形成し、且つこれに加えてリブ１５ｃが弾性変形しやすいようにスリット状の貫通孔であるスリット５２を形成することにより、直交方向ｂ’へ弾性変形しやすくしている。すなわち弾性体から成るリブ１５ｃやスリット５２は、ホーン１５がその長手方向と直交する方向へ振動するのを許容する振動許容部となっている。
【００２０】
図２において、ホーン１５の側端部には振動付与手段である振動子１７が装着されている。振動子１７を駆動することにより、ホーン１５には縦振動（ホーン１５の長手方向の振動）が付与され、吸着子３０は水平方向ａ（ホーン１５の長手方向）に振動する。ホーン１５の形状は両端部から中央部に向かって側面のテーパ面１５ａおよび上下面のテーパ面１５ｂを経て順次幅および高さが絞られた絞り形状となっている。これにより、振動子１７より圧着子３０に伝達される経路において超音波振動の振幅は増幅され、圧着子３０には振動子１７が発振する振幅以上の振動が伝達され、この振動は圧着子３０の下方へ突出する接合作用部であるノズル３１を介して電子部品４０に伝達される。
【００２１】
この電子部品４０への振動伝達においては、振動子１７によってホーン１５を介して伝達される縦振動のみならず、ホーン１５の縦振動によって突出形状の圧着子３０に誘起される曲げ振動が重畳して伝達される。ホーン１５の取付部（リブ１５ｃの位置）とホーンの中心部（圧着子３０の位置）は、それぞれホーン１５の定在波振動Ｗ（図２）の節と腹になる。
【００２２】
図２、図３において、ホーン１５の表面、望ましくは中央部両側面などの圧着子３０の近傍にはシート状のヒータ３８が接着剤３９にて貼着されている。ヒータ３８の熱はホーン１５を通して圧着子３０へ伝達され、圧着子３０やそのノズル３１を加熱する。圧着子３０やノズル３１を介して、ノズル３１の下端部に真空吸着された電子部品４０を加熱することにより、電子部品４０の被接合面へのボンディング効果を高める。
【００２３】
接着剤３９としては、耐熱性と弾性を有する樹脂（例えばエポキシ系樹脂やシリコン系樹脂）が望ましい。このように弾性を有する接着剤３９によりヒータ３８をホーン１５の表面に装着すれば、ヒータ３８がホーン１５の振動特性を阻害しにくい。ヒータとしては、本実施の形態のようなシート状のヒータ３８が望ましいが、カートリッヂ型のヒータを接着剤３９によりホーン１５に装着してもよい。またヒータの装着場所は圧着子３０に近い場所が望ましく、圧着子３０の表面に接着剤３９により装着してもよい。なお従来のヒータは、ホーンの内部に内蔵されていたものであり、このためホーンの振動特性を阻害しやすいものであった。
【００２４】
（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２における電子部品のボンディングツールの取付部付近の部分拡大平面図であり、ホーン１５の側面から側方へ突出する第１連結部６１と、この第１連結部６１から横方向へ延出する第２連結部６２から成るＴ字形の連結部６０の先端部にリブ６３が設けられている。すなわち屈曲自在な連結部６０と望ましくは弾性を有するリブ６３がボンディングツール１４の取付部となっている。連結部６０は弾性を有している。したがって実施の形態１と同様に、ホーン１５の長手方向ａへの振動は長手方向ａの振動許容部としての第１連結部６１が同方向ａ’へ屈曲することにより許容し、直交方向ｂへの振動は直交方向ｂへの振動許容部としての第２連結部６２が点線で示すように直交方向ｂ’へ屈曲することにより許容する。
【００２５】
（実施の形態３）
図６は本発明の実施の形態３における電子部品のボンディングツールの取付部付近の部分拡大平面図であり、ホーン１５の側面から側方へ突出する長手方向ａの振動許容部としての第１連結部８１とホーン１５と平行な直交方向ｂへの振動許容部としての第２連結部７２から成るカギ型の連結部８０の先端部にリブ８３が設けられている。連結部８０は屈曲自在な弾性材から成り、ホーン１５の長手方向ａ’およびその直交方向ｂ’に屈曲自在となっている。したがって実施の形態１と同様に、ホーン１５の長手方向ａへの振動は第１連結部８１が同方向ａ’へ屈曲することにより許容し、直交方向ｂへの振動は第２連結部８２が点線で示すように直交方向ｂ’へ屈曲することにより許容する。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、ホーンの長手方向および長手方向に直交する方向への振動が阻害されることはなく、ホーンは十分に振動し、その振動エネルギーを電子部品に十分に位置して電子部品を被接合面に効率よく接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における電子部品のボンディング装置の正面図
【図２】本発明の実施の形態１における電子部品のボンディングツールの斜視図
【図３】本発明の実施の形態１における電子部品のボンディングツールの平面図
【図４】本発明の実施の形態１における電子部品のボンディングツールの取付部の部分拡大平面図
【図５】本発明の実施の形態２における電子部品のボンディングツールの取付部付近の部分拡大平面図
【図６】本発明の実施の形態３における電子部品のボンディングツールの取付部付近の部分拡大平面図
【符号の説明】
１４　ボンディングツール
１５　ホーン
１５ｃ　リブ（取付部）
１７　振動子
１８　止具
３０　圧着子
５１，６０，８０　連結部
５２　スリット
【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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