(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動子と振動伝達用のホーンとを備えるトランスデューサがヘッド本体に連結された保持部材に連結されているとともに、ホーンの先端側にボンディングツールが支持されている超音波ボンディング装置であって、
前記トランスデューサの振動の節に相当する部位に平板状のフランジが設けられており、
前記保持部材は一方が開放されたＵ字状の凹部を有し、
前記凹部に前記トランスデューサが係入されており、
前記フランジは前記凹部への前記トランスデューサの係入状態で前記保持部材の前記凹部を形成する左右両側面それぞれに左右一対のボルトにより取付けられていることで、面方向拡がり振動モードで振動可能でありかつ前記保持部材は前記フランジの取付け面方向に弾性変形可能とされていることを特徴とする超音波ボンディング装置。
【請求項２】
請求項１の超音波ボンディング装置において、
ヘッド本体と保持部材との間に固有音響インピーダンスの異なるスペーサが介在されていることを特徴とする超音波ボンディング装置。
【請求項３】
請求項２の超音波ボンディング装置において、
スペーサが、樹脂材で構成されていることを特徴とする超音波ボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チップ部品などの電子部品を基板やパッケージなどの装着対象物に超音波振動を付与して圧着する超音波ボンディング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８および図９に、従来の超音波ボンディング装置に利用される超音波ボンディングヘッドが示されている。
【０００３】
超音波振動子１１と振動伝達用のホーン１２とを接続してトランスデューサ１３が構成されている。
【０００４】
このトランスデューサ１３は、ヘッド本体２０に連結された保持部材１４に水平姿勢で連結されている。
【０００５】
ボンディングツール１５は、ホーン１２の先端側において鉛直に支持されていて、その上端は、真空装置１８に対して柔軟なチューブ１７を介して連通接続されている。
【０００６】
ボンディングツール１５の下端における部品吸着面に電子部品が吸着保持される。
【０００７】
そして、上記の場合、トランスデューサ１３は、割締め型の保持部材１４に備えられるすり割り孔１４ｂに挿通されたうえでボルト２２で締め込み固定されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来構造の場合、トランスデューサ１３が、保持部材１４のすり割り孔１４ｂに挿通されて締め込まれる構造であるから、割締めの締め加減によってその振動特性が変化する。そのため、トランスデューサ１３に対して一定の安定化した振動特性として優れたボンディング品質を得るには、その締付け力を厳しく管理することが要求される。
【０００９】
この要求に沿うべく、例えば、トルクレンチ等を用いて定トルクでの締付けを行う形態の場合、締付け力はボルトの摩擦係数等に影響されるために厳密な締付け力管理が難しいものとなり、特に、メンテナンス等のためにトランスデューサ１３を脱着するたびに締付け状態が変化して、トランスデューサ１３の振動特性が変化しやすい。
【００１０】
したがって、本発明は、トランスデューサの保持部材に対する取付け具合にかかわらず安定した振動特性が得られるものとして、ボンディング品質を向上可能とすることを解決すべき課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、超音波振動子と振動伝達用のホーンとを備えるトランスデューサがヘッド本体に連結された保持部材に連結されているとともに、ホーンの先端側にボンディングツールが支持されている超音波ボンディング装置であって、前記トランスデューサの振動の節に相当する部位に平板状のフランジが設けられており、前記保持部材は一方が開放されたＵ字状の凹部を有し、前記凹部に前記トランスデューサが係入されており、前記フランジは前記凹部への前記トランスデューサの係入状態で前記保持部材の前記凹部を形成する左右両側面それぞれに左右一対のボルトにより取付けられていることで、面方向拡がり振動モードで振動可能でありかつ前記保持部材は前記フランジの取付け面方向に弾性変形可能とされていることを特徴としている。
【００１２】
本発明によると、トランスデューサにおけるフランジはフランジ面に沿った平面の拡がり振動モードとなっている。他方、このフランジが連結される保持部材のトランスデューサ取付け部位は、振動方向に弾性変形可能となっているので、フランジの面方向への拡がり振動によって保持部材のトランスデューサ取付け部位がフランジ部と一体となって振動することになり、トランスデューサの保持部材への連結状態がトランスデューサの振動特性に影響を及ぼすことが少なくなる。
【００１３】
その結果、本発明によれば、品質において一定の安定したボンディング作業が可能な超音波ボンディング装置を提供することができる。
【００１４】
なお、本発明の好ましい実施態様として、ヘッド本体と保持部材との間に、固有音響インピーダンスの異なるスペーサを介在させたり、また、このスペーサを樹脂材で構成してもよい。
【００１５】
この実施態様では、ヘッド本体と保持部材との間に設けられた固有音響インピーダンスが異なる材質のスペーサによってトランスデューサの振動が反射され、保持部材のヘッド本体への取り付け部で生じる微小な振動によるトランスデューサの振動特性への影響が少なくなり、よりトランスデューサの保持部材への連結状態がトランスデューサの振動特性に影響を及ぼすことが少なくでき、品質において一定の安定したボンディング作業が可能な超音波ボンディング装置を提供できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００１７】
図１に、本発明の実施形態に係る超音波ボンディング装置の概略構成が示されている。
【００１８】
装置フレーム１の上面には、装着対象物の一例である基板２を搭載支持する装着ステージ３と、バンプ付きチップ部品などの電子部品４が整列されて収容されている部品供給部５とが装備されている。
【００１９】
装置フレーム１の上方には、部品搬送ステージ６と、部品供給部５から取出した電子部品４を部品搬送ステージ６に供給する部品供給ユニット７と、部品搬送ステージ６に供給された電子部品４を受取って装着ステージ３上の基板２に圧着するボンディングヘッド８と、ボンディングヘッド８を支持して昇降する昇降ブロック９とが配備されている。
【００２０】
装着ステージ３は、ボンディングヘッド８に保持された電子部品４に対する位置合わせのために、前後および左右に水平移動可能に構成されている。
【００２１】
部品搬送ステージ６は、部品供給ユニット７によって供給されてきた電子部品４をボンディングヘッド８の上下移動経路内に搬入して、ボンディングヘッド８に受け渡すよう上下および水平移動可能に構成されている。
【００２２】
図２および図３に、ボンディングヘッド８の詳細構造が示される。
【００２３】
このボンディングヘッド８において、超音波振動子１１と振動伝達用のホーン１２とを連結してトランスデューサ１３が構成されている。
【００２４】
このトランスデューサ１３は、ステンレス鋼やアルミなどの金属材からなる保持部材１４の下部に水平に連結支持されている。
【００２５】
トランスデューサ１２の先端部に、丸パイプ状のボンディングツール１５が、鉛直に取付けられている。
【００２６】
ボンディングツール１５は、ホーン１２の先端部のすり割り溝１２ａに挿通されてボルト１６で締め込み固定され、例えば柔軟なチューブ１７を介して真空装置１８に連通接続されている。
【００２７】
トランスデューサ１３における振動の節（振動しない点）に相当する部位には平板状のフランジ１３ａが設けられている。
【００２８】
図４および図５に示すように、保持部材１４の下部には下向き開放された逆Ｕ字状の凹部１４ａが形成されている。この凹部１４ａにトランスデューサ１３が下方から係入された状態で、フランジ１３ａが保持部材１４における下端部の側面に左右一対のボルト１９で締付け固定される。これによって、トランスデューサ１３は、保持部材１４に対して水平に固定される。
【００２９】
保持部材１４そのものは、固有音響インピーダンスが異なる材質、例えばアクリル板等の樹脂材からなるスペーサ２０を介してヘッド本体２１に連結されている。
【００３０】
上記構成を備えた超音波ボンディング装置における部品装着行程を詳細に説明する。
【００３１】
一つの基板２への電子部品４の装着が完了したことが確認されると、ボンディングヘッド８が上昇を開始する。これとともに、部品搬送ステージ６がボンディングヘッド８の上下移動経路に向けて進出する。
【００３２】
ボンディングヘッド８が上昇すると、装着ステージ３は水平方向にピッチ移動して、次に装着する基板２をボンディングヘッド８の直下位置にセットする。
【００３３】
ボンディングヘッド８が上昇すると、電子部品４を保持して水平移動してボンディングヘッド８の上下移動経路中に進出してきた部品搬送ステージ６が上昇作動し、電子部品４はボンディングヘッド８におけるボンディングツール１５の下端に当て付けられ、吸着保持される。
【００３４】
ボンディングツール１５への電子部品４の受け渡しが完了すると、部品搬送ステージ６はボンディングヘッド８の上下移動経路から退避して、次の部品供給を受ける待機位置まで復帰移動する。
【００３５】
これとともに、電子部品４を保持したボンディングヘッド８は下降作動して、ボンディングツール１５の下端に保持した電子部品４を基板２に適度な荷重で押圧するとともにトランスデューサ１３が駆動されてボンディングツール１５に超音波振動が印加（加振）されて、部品下面のバンプ４ａが基板２の回路パターン上に確実に接合（圧着）される。
【００３６】
この加振圧着行程において、トランスデューサ１３におけるフランジ１３ａはフランジ面に沿った平面の拡がり振動モードとなっているのに対して、このフランジ１３ａが連結される保持部材１１のトランスデューサ取付け部位も、フランジ１３ａの取付け面方向に弾性変形可能となっているので、フランジ１３ａの面方向への拡がり振動によって保持部材１４のトランスデューサ取付け部位もフランジ１３ａと一体となって振動することになる。
【００３７】
これによって、トランスデューサ１３の保持部材１４への保持状態がトランスデューサ１３の振動特性に影響を及ぼすことが少なくなる。
【００３８】
図６（ａ）（ｂ）に、保持部材１４へのトランスデューサ保持構造が振動特性へ及ぼす影響を測定した結果を示す。この結果は、保持部材をヘッド本体に取り付けていない状態での測定結果である。
【００３９】
図６（ａ）は、トランスデューサ１３を、フランジ１３ａを介して保持部材１４の側面に取付けた本実施形態構造における測定結果を示し、図６（ｂ）は、従来構造における測定結果を示している。
【００４０】
ここで、トランスデューサ１３の振動特性は、振動駆動した際のインピーダンスで評価しており、トランスデューサ１３を保持部材１４に取付けて測定した後、一旦取外して再び取付けて測定し、これを１０回繰り返して測定している。なお、トランスデューサ１３を単体で駆動させた時のインピーダンスは７．６Ωである。
【００４１】
この測定結果から判るように、本実施形態構造の方が、振動特性の平均値がトランスデューサ単体の振動特性に近く、かつ、最大値と最小値との偏差Ｒも小さく、ばらつきが少ないものとなっている。
【００４２】
また、トランスデューサ１３とは固有音響インピーダンスの異なるスペーサ２０によってトランスデューサ１３の振動は反射され、保持部材１４とヘッド本体２１との間での微小な振動によるトランスデューサ１３の振動特性への影響が少なくなる。
【００４３】
図７（ａ）（ｂ）に、スペーサ２０の介在がトランスデューサ１３の振動特性へ及ぼす影響を測定した結果を示す。図７（ａ）は、スペーサ２０を介在させて本実施形態構造の保持部材１４をヘッド本体２１に取り付けた場合の測定結果を示し、図７（ｂ）は、スペーサ２０を介在させないで本発明構造の保持部材１４をヘッド本体２１に取り付けた場合の測定結果を示してる。
【００４４】
なお、測定方法は上記の場合と同様であり、スペーサ２０として厚さ５ｍｍのアクリル板が利用されている。
【００４５】
この測定結果から判るように、スペーサ２０を介在させた方が、振動特性の平均値がトランスデューサ単体の振動特性に近く、かつ、最大値と最小値との偏差Ｒも小さく、ばらつきが少ないものとなっている。
【００４６】
スペーサ２０の材質としては、アクリル板に限られるものではなく、アクリル以外の樹脂板、ゴム材、あるいは、布材、などをトランスデューサ１２の出力容量などに応じて適宜選択して使用すればよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、保持部材に対するトランスデューサの取付け具合や脱着にかかわらず安定した振動特性を確保することができ結果、超音波振動子からの振動は効率よくボンディングツールに伝達され、確実かつ品質に優れたボンディング作業が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る超音波ボンディング装置の斜視図
【図２】図１の超音波ボンディングヘッドの正面図
【図３】図１の超音波ボンディングヘッドの要部斜視図
【図４】図１の超音波ボンディングヘッドの要部正面図
【図５】図１の超音波ボンディングヘッドの要部分解斜視図
【図６】トランスデューサ保持構造が振動特性に及ぼす影響を測定した結果を示す図
【図７】ヘッド本体への保持部材の取付け構造が振動特性に及ぼす影響を測定した結果を示す図
【図８】従来における超音波ボンディングヘッドの正面図
【図９】従来における超音波ボンディングヘッドの斜視図
【符号の説明】
１１    超音波振動子
１２    ホーン
１３    トランスデューサ
１３ａ  フランジ
１４    保持部材
１５    ボンディングツール
２０    スペーサ
２１    ヘッド本体
【図１】
0004665339.tif 000002
【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】
0004665339.tif 000008
【図８】
0004665339.tif 000009
【図９】
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