(57)【要約】【課題】ホーンに備えられる圧着子を交換でき、且つ圧着子をホーンの所定位置にしっかり位置決めでき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を提供すること。【解決手段】ホーン１５の下面に垂直面５１ａと傾斜面５１ｂを有する凹部５１を形成する。圧着子３０は垂直面３１ａと傾斜面３１ｂを有する。圧着子３０のブロック３１を凹部５１に嵌め込み、ねじ棒５２をホーン１５の天井部１５ｄから挿入し、ブロック３１のねじ孔３４に螺入する。すると傾斜面３１ｂ，５１ｂのすべり作用により垂直面３１ａは圧着子３０の装着位置基準面である垂直面５１ａに押しつけられ、圧着子３０は所定の位置に装着される。【選択図】　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子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に圧着する電子部品のボンディング装置であって、電子部品を接合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電子部品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、前記ホーンの定在波振動の腹に相当する位置の下面に形成された凹部に着脱自在にはめ込まれる圧着子とを有し、この圧着子はその下部に電子部品に当接する接合作用部を有し、前記凹部と前記圧着子の両側面をそれぞれ互いに接合する垂直面と傾斜面とし、かつ前記凹部の前記垂直面を前記圧着子の装着位置基準面とし、且つ前記凹部の天井部と前記圧着子を締結する締結手段を設け、この締結手段の締結により前記凹部と前記圧着子の前記傾斜面同士のすべり作用により前記圧着子の前記垂直面を前記凹部の前記装着位置基準面に押しつけて前記圧着子を前記凹部に装着するようにした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】
前記天井部の上側に第２の凹部を設けるとともに、この第２の凹部にはめ込まれるブロックを設け、このブロックと前記圧着子を前記天井部をはさんで前記締結手段により締結するように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】
前記ブロックを前記圧着子の重量バランサーとしたことを特徴とする請求項２記載の電子部品のボンディング装置。
【請求項４】
前記締結手段が棒ねじであり、この棒ねじを前記天井部に上方から挿入し、その下端部を前記圧着子に形成されたねじ孔に螺着するようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電子部品のボンディング装置。
【請求項５】
電子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、前記ホーンの定在波振動の腹に相当する位置の下面に形成された凹部に着脱自在にはめ込まれる圧着子とを有し、この圧着子はその下部に電子部品に当接する接合作用部を有し、前記凹部と前記圧着子の両側面をそれぞれ互いに接合する垂直面と傾斜面とし、かつ前記凹部の前記垂直面を前記圧着子の装着位置基準面とし、且つ前記凹部の天井部と前記圧着子を締結する締結手段を設け、この締結手段の締結により前記凹部と前記圧着子の前記傾斜面同士のすべり作用により前記圧着子の前記垂直面を前記凹部の前記装着位置基準面に押しつけて前記圧着子を前記凹部に装着するようにした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６】
前記天井部の上側に第２の凹部を設けるとともに、この第２の凹部にはめ込まれるブロックを設け、このブロックと前記圧着子を前記天井部をはさんで前記締結手段により締結するようにしたことを特徴とする請求項５記載の電子部品のボンディングツール。
【請求項７】
前記圧着子と前記ブロックの質量を等しくしたことを特徴とする請求項６記載の電子部品のボンディングツール。
【請求項８】
前記締結手段が棒ねじであり、この棒ねじを前記天井部に上方から挿入し、その下端部を前記圧着子に形成されたねじ孔に螺着するようにしたことを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに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、フリップチップのような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。圧着子にはボンディング時の負荷（荷重と振動）が作用するため、繰り返し使用によってその下面（電子部品の吸着面）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、圧着子は交換される。このため、超音波接合用のボンディングツールでは、ホーン全体を交換することの無駄を避け、圧着子をホーン本体に対して着脱可能な別部品としてこの別部品のみを交換する方法が一般に用いられている。
【０００３】
このような従来例として、特開平１０−５２７６８号公報に記載のものが知られている。このものは、特にその図８に示されるように、超音波ホーンに形成された嵌合溝に接合作用部を嵌め込んでねじ部材により組立てることにより着脱自在に装着するものであり、これにより接合作用部の交換を可能としている。このものは、嵌合溝の両側面は共に傾斜面となっており、これに当接する接合作用部の両側面も共に傾斜面となっている。つまり、嵌合溝の左右の傾斜面に接合作用部の左右の傾斜面を当接させて、接合作用部をホーンに組み付けるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来のものは、左右の両側面が共に傾斜面になっているため、組付け具合によって接合作用部の横方向（ホーンの長手方向）の装着位置に微妙な違いが生じやすく、組付け精度の再現性の信頼性が低い。そしてこのように接合作用部の横方向の装着位置に微妙な違いが生じると、接合作用部を交換する毎に振動特性に微妙な相違を生じ、その結果ボンディング状態にばらつきを生じやすいという問題点があった。
【０００５】
そこで本発明は、接合作用部を簡単に交換でき、且つ交換しても振動特性が変化せず、安定した信頼性の高い超音波ボンディングを実現でき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を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子部品のボンディング装置は、電子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に圧着する電子部品のボンディング装置であって、電子部品を接合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電子部品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、前記ホーンの定在波振動の腹に相当する位置の下面に形成された凹部に着脱自在にはめ込まれる圧着子とを有し、この圧着子はその下部に電子部品に当接する接合作用部を有し、前記凹部と前記圧着子の両側面をそれぞれ互いに接合する垂直面と傾斜面とし、かつ前記凹部の前記垂直面を前記圧着子の装着位置基準面とし、且つ前記凹部の天井部と前記圧着子を締結する締結手段を設け、この締結手段の締結により前記凹部と前記圧着子の前記傾斜面同士のすべり作用により前記圧着子の前記垂直面を前記凹部の前記装着位置基準面に押しつけて前記圧着子を前記凹部に装着するようにした。
【０００７】
本発明の電子部品のボンディングツールは、電子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、前記ホーンの定在波振動の腹に相当する位置の下面に形成された凹部に着脱自在にはめ込まれる圧着子とを有し、この圧着子はその下部に電子部品に当接する接合作用部を有し、前記凹部と前記圧着子の両側面をそれぞれ互いに接合する垂直面と傾斜面とし、かつ前記凹部の前記垂直面を前記圧着子の装着位置基準面とし、且つ前記凹部の天井部と前記圧着子を締結する締結手段を設け、この締結手段の締結により前記凹部と前記圧着子の前記傾斜面同士のすべり作用により前記圧着子の前記垂直面を前記凹部の前記装着位置基準面に押しつけて前記圧着子を前記凹部に装着するようにした。
【０００８】
本発明によれば、接合作用部を簡単に交換できる。しかも圧着子は、傾斜面のすべり作用によりその垂直面は装着位置基準面である凹部の垂直面に押し付けられて位置決めされるので、圧着子を交換してもその装着位置に狂いは生じず、したがって振動特性は変化せず、安定した信頼性の高い超音波ボンディングを実現できる。
【０００９】
【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取付部の断面図、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部分分解斜視図、図５（ａ）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組付中の部分断面図、図５（ｂ）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組付後の部分断面図である。
【００１０】
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。
【００１１】
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は可動テーブル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。可動テーブル４８は電子部品４０に対して基板４６を相対的に移動させる位置決め手段となっている。
【００１２】
４２はカメラであって、可動テーブル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。
【００１３】
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を介して可動テーブル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可動テーブル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。
【００１４】
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。
【００１５】
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の取付部となるものである。ブロック１３の側部の突部１３ａは吸引装置７６に接続されている。以下、ボンディングツール１４について説明する。
【００１６】
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。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突部１３ａには吸着パッド１９が装着されている。
【００１７】
ホーン１５には圧着子３０の吸着孔３３に連通する吸引孔１６ａが形成されており（図５（ｂ）も参照）、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（図１、図２）。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、吸着孔３３（図５（ｂ））から真空吸引し、この圧着子３０の下面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。
【００１８】
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、被取付部としての角形のリブ１５ｃがホーン１５と一体的に設けられている。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（図３）。すなわち、本実施の形態のボンディングツール１４は、図１に示すように圧着子３０の両側部に位置するリブ１５ｃにより、ブロック１３の下部にその左右を両持ちされて取付けられている。
【００１９】
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、圧着子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３２を介して電子部品４０に伝達される。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の被取付部（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の節と腹になる（図３）。
【００２０】
次に図４、図５を参照して圧着子３０のホーン１５への装着について説明する。図４に示すように、ホーン１５の定在波振動Ｗの腹に相当する位置（ホーン１５の中心位置）の下面には凹部５１が形成されている。したがってホーン１５の中心部は天井部（肉薄部）１５ｄとなっている。図５（ａ）において、凹部５１の左右両側面のうち、一方の面は垂直面５１ａとなっており、これに対向する他方の面はホーン１５の中心へ向って下り勾配で傾斜した傾斜面５１ｂになっている。
【００２１】
図５において、圧着子３０は、ブロック３１と、ブロック３１から下方へ突出するパイプ形の接合作用部３２から成っている。ブロック３１の一方の面は垂直面３１ａになっており、他方の面は前記凹部５１の傾斜面５１ｂにしっかり密接して接合する傾斜面３１ｂになっている。図４において、ブロック３１の上面にはねじ孔３４が開孔されている。また凹部５１の天井部（肉薄部）１５ｄには孔部１６ｄが開孔されている。５２は締結手段としての棒ねじであり、孔部１６ｄに挿入され、その下端部はねじ孔３４に螺着される。５４は弾性を有するクッション部材兼気密部材としてのリングであり、例えばラバーシートから成り、ブロック３１と凹部５１の間に介装される。棒ねじ５２には孔部５３が形成されている。
【００２２】
図５（ａ），（ｂ）は、圧着子３０を凹部５１に装着する様子を示している。図５（ａ）に示すように、ブロック３１を凹部５１にはめ込み、棒ねじ５２を孔部１６ｄに挿入し、その下端部をねじ孔３４に螺入する。するとブロック３１は図５（ｂ）に示すように完全に凹部５１にはまり込む。その際、ブロック３１の傾斜面３１ｂは凹部５１の傾斜面５１ｂにしっかり密接して当接し、両傾斜面３１ｂ，５１ｂのすべり作用により圧着子３０はその装着位置基準面である凹部５１の垂直面５１ａへ向ってわずかに押され（図５（ｂ）の矢印Ｆ）、垂直面３１ａは垂直面５１ａに強く押し付けられて位置決めされる。図５（ｂ）に示す組付け状態において、吸着孔３３は棒ねじ５２の孔部５３を通じて吸引孔１６ａに連通する。またリング５４により気密性は保持される。
【００２３】
以上のように、吸着子３０を棒ねじ５２により締結して凹部５１の天井部１５ｄに装着することにより、ブロック３１の垂直面３１ａは装着位置基準面である凹部５１の垂直面５１ａにしっかり押し付けられるので、吸着子３０の損耗等のために吸着子３０を交換しても、吸着子３０は常に所定の位置に確実に装着される。
【００２４】
（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２におけるボンディングツールの部分分解斜視図、図７（ａ）は本発明の実施の形態２におけるボンディングツールの組付前の部分断面図、図７（ｂ）は本発明の実施の形態２におけるボンディングツールの組付後の部分断面図である。
【００２５】
本実施の形態２では、凹部５１の上側にこれと対称な形状を有する第２の凹部６０が形成されており、その間が凹部５１の天井部（肉薄部）１５ｄ’となっている。第２の凹部６０の形状は凹部５１の形状と同じであって、垂直面６０ａと傾斜面６０ｂを有している。
【００２６】
第２の凹部６０にはブロック６１がはめ込まれる。ブロック６１の両側面も垂直面６１ａと傾斜面６１ｂとなっており、それぞれ垂直面６０ａと傾斜面６０ｂにしっかり密接して接合する。ブロック６１には棒ねじ５２を挿入する孔部６２が開孔されており、天井部１５ｄ’にも孔部１６ｄ’が開孔されている。またブロック６１と第２の凹部６０の間にもラバーシート等から成る弾性を有するリング６４が介装される。
【００２７】
したがってブロック３１を凹部５１にはめ込むとともに、ブロック６１を第２の凹部６０にはめ込み、棒ねじ５２を孔部６２，１６ｄ’に挿入し、その下端部をねじ孔３４に螺入すれば、図７に示すように組み付けられる。この場合、上述したすべり作用により、実施の形態１と同様に圧着子３０は所定の位置にしっかり装着される。図６、図７に示す構成以外の構成は、実施の形態１と同じである。
【００２８】
本実施の形態２では、圧着子３０とブロック６１は略対称形であり、且つ両者の質量もほぼ等しくしている。したがってブロック６１は圧着子３０の重量バランサーとなり、ホーン１５を超音波振動させれば、接合作用部３２も安定した超音波振動をする。
【００２９】
本発明は様々な設計変更が可能であって、例えば上記実施の形態ではボンディングツール１４はブロック１３に左右を両持ちされているが、先端自由端部に圧着子を設けた片持式のボンディングツール等にも適用できるものであり、要はホーンの定在波振動の腹に相当する位置の下面に凹部を形成し、この凹部に圧着子をはめ込むようにすればよい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、圧着子を簡単に交換できる。しかも圧着子は、傾斜面のすべり作用によりその垂直面は装着位置基準面である凹部の垂直面に押し付けられて位置決めされるので、圧着子を交換してもその装着位置に狂いは生じず、したがって振動特性は変化せず、安定した信頼性の高い超音波ボンディングを実現できる。
【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取付部の断面図
【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部分分解斜視図
【図５】（ａ）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組付中の部分断面図（ｂ）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組付後の部分断面図
【図６】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部分分解斜視図
【図７】（ａ）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組付前の部分断面図（ｂ）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組付後の部分断面図
【符号の説明】
４　シリンダ
１４　ボンディングツール
１５　ホーン
１５ｄ，１５ｄ’　天井部
１７　振動子
３０　圧着子
３１　ブロック
３１ａ　垂直面
３１ｂ　傾斜面
３２　接合作用部
３４　ねじ孔
４０　電子部品
５１　凹部
５１ａ　垂直面（装着位置基準面）
５１ｂ　傾斜面
５２　棒ねじ
６０　第２の凹部
６１　ブロック
【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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