(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔を有し、該貫通孔の一端側が電子部品を吸着する吸着面に臨むとともに、他端側が負圧を発生する真空装置に接続される接続面に臨むボンディングツールと、該ボンディングツールの前記接続面と前記真空装置との間に介在される弾性シール体とを備えた超音波ボンディングヘッドであって、前記弾性シール体は、印加された負圧によって弾性変形することで、相手シール面に密着接触して外気と遮断された真空通路を形成し、負圧の解除による弾性復元によって相手シール面から離間するものである超音波ボンディングヘッド。
【請求項２】
電子部品を負圧によって吸着保持するボンディングツールと、このボンディングツールに負圧を印加する真空装置と、ボンディングツールに振動を付与するトランスデューサとを備える超音波ボンディングヘッドを昇降ブロックに装着し、この昇降ブロックを昇降させて、超音波ボンディングヘッドで吸着保持した部品を、装着対象物に振動を付与して圧着する超音波ボンディング装置において、ボンディングツール先端の吸着面に連通した貫通孔をボンディングツールに形成し、真空装置に連通接続された吸引通路の端部と前記貫通孔との対向部位に弾性シール体を介在し、この弾性シール体は、印加された負圧によって弾性変形することで、相手シール面に密着して外気と遮断された真空通路を形成し、負圧の解除による弾性復元によって相手シール面から離間す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のに振動を付与して圧着するのに好適な超音波ボンディングヘッド、および、これを備えた超音波ボンディング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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の一例が図７〜図９に示されている。
【０００３】
図７の従来例では、超音波振動子１４と振動伝達用のホーン１５とからなるトランスデューサ１２を保持部材１１に保持するとともに、ホーン１５の先端にボンディングツール１３を鉛直に支持し、このボンディングツール１３の下端に形成された吸着孔ｐと真空装置２３とを連通して、ボンディングツール１３下端の部品吸着面に部品を吸着保持するよう構成されている。
【０００４】
この従来例では、ボンディングツール１３の上端が、真空装置２３に接続された吸引ブロック３１の下端の接続孔３２に接触しないように数mm程度挿入することで、ボンディングツール１３が水平方向に抵抗なく振動することができるよう構成されている。
【０００５】
また、図８の従来例では、ボンディングツール１３の上端を、柔軟なチューブ３３を介して真空装置２３に接続することで、ボンディングツール１３の水平方向振動の大きい抵抗とならないように構成されている。
【０００６】
さらに、図９の従来例では、トランスジューサ１２の内部に、吸着孔ｐに連通する真空通路３４を形成し、この真空通路３４と真空装置２３とを吸着パッド３５を介して接続するとともに、吸着パッド３５を真空通路３４の開口端に対して駆動装置３６によって接離可能に構成し、部品吸着時には吸着パッド３５を真空通路３４に接合し、加振する際には吸着パッド３５を真空通路３４から離反させることで、振動を効率よく伝達するよう構成されている。なお、この図９では、トランスジューサ１２は、保持部材１１に、ホーン１５と一体のリブ１５ａを介して固定されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来構造にはそれぞれ以下のような問題点を含むものであり、ここに改良の余地がある。
【０００８】
図７の従来例では、ボンディングツール１３を水平方向に抵抗なく振動することができるのであるが、部品吸着時に吸引漏れが発生し、部品が確実に吸着されなくなるおそれがあった。
【０００９】
また、図８の従来例では、吸引漏れの発生は無く、部品吸着性能は高いものとなるが、ボンディングツール１３と一体に振動するチューブ３３の振動特性がボンディングツール１３への振動伝達に影響を及ぼすことになり、振動損失が発生するとともに、ボンディングツール１３に伝達される振動にバラツキが発生しやすくなるものであった。
【００１０】
また、図９の従来例では、部品吸着時には吸着漏れがなく、また、抵抗を及ぼすことなく加振することができるものであるが、トランスデューサ１２の内部に複雑な真空通路３４を加工する必要があるとともに、吸着パッド３５の駆動装置３６を別途装備する必要があり、全体として構造が複雑になるとともにコストが高くなる問題があった。
【００１１】
本発明は、このような点に着目してなされたものであって、構造簡単で安価に製作できるものでありながら、確実な部品吸着と効率のよい振動伝達を行うことのできる超音波ボンディングヘッドおよび超音波ボンディング装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記目的を達成するために、次のように構成している。
【００１４】
すなわち、請求項１に係る本発明の超音波ボンディングヘッドは、貫通孔を有し、該貫通孔の一端側が電子部品を吸着する吸着面に臨むとともに、他端側が負圧を発生する真空装置に接続される接続面に臨むボンディングツールと、該ボンディングツールの前記接続面と前記真空装置との間に介在される弾性シール体とを備えた超音波ボンディングヘッドであって、前記弾性シール体は、印加された負圧によって弾性変形することで、相手シール面に密着接触して外気と遮断された真空通路を形成し、負圧の解除による弾性復元によって相手シール面から離間するものである。
【００１５】
請求項２に係る本発明の超音波ボンディング装置は、電子部品を負圧によって吸着保持するボンディングツールと、このボンディングツールに負圧を印加する真空装置と、ボンディングツールに振動を付与するトランスデューサとを備える超音波ボンディングヘッドを昇降ブロックに装着し、この昇降ブロックを昇降させて、超音波ボンディングヘッドで吸着保持した部品を、装着対象物に振動を付与して圧着する超音波ボンディング装置において、ボンディングツール先端の吸着面に連通した貫通孔をボンディングツールに形成し、真空装置に連通接続された吸引通路の端部と前記貫通孔との対向部位に弾性シール体を介在し、この弾性シール体は、印加された負圧によって弾性変形することで、相手シール面に密着して外気と遮断された真空通路を形成し、負圧の解除による弾性復元によって相手シール面から離間するものである。
【００１７】
〔作用〕請求項１の発明の構成によると、部品吸着時には、弾性シール体が負圧によって弾性変形して相手シール面に密着して、外気と遮断された真空通路が形成され、この真空通路を介してボンディングツールが真空装置に連通接続されることになり、吸引漏れなく部品の吸着保持が行われる。また、ボンディングツールを介して部品に振動を与える際には、吸引を解除することで、弾性シール体が元の形状に弾性復元して相手シール面から離間し、ボンディングツールは真空吸着系から完全に独立した状態となる。
【００１８】
請求項２の発明の構成によると、部品吸着時には、弾性シール体によって外気と遮断された真空通路が形成されて、ボンディングツールの貫通孔が真空装置に連通接続されることになり、吸引漏れなく部品の吸着保持が行われる。また、昇降ブロックの下降によって、ボンディングヘッドに吸着保持された部品を装着対象物の表面に適度の圧力で押圧した後、トランスデューサを介してボンディングツールに水平方向の振動を与えて部品を加振する際、吸引を解除することで、弾性シール体が元の形状に弾性復元して相手シール面から離間し、ボンディングツールは真空吸着系から完全に独立して振動する状態となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の態様を図面に基づいて説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１に、本発明に係る超音波ボンディングヘッドを備えた超音波ボンディング装置の概略構成が示されている。この超音波ボンディング装置における装置フレーム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、および、バンプ付きのチップ部品などの部品４を整列収容した部品供給部５が装備されるとともに、装置フレーム１の上方には、部品搬送ステージ６、部品供給部５から取出した部品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、部品搬送ステージ６に供給された部品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、および、この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、などが配備された構造となっている。
【００２１】
ここで、装着ステージ３は、ボンディングヘッド８に保持された部品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。また、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】
ボンディングヘッド８の詳細な構造が図２に示されている。このボンディングヘッド８は、鉄材あるいはステンレス鋼などからなる保持部材１１に連結支持されたトランスデューサ１２の先端部に、丸パイプ状のボンディングツール１３を鉛直に取付けた構造となっており、トランスデューサ１２自体は超音波振動子１４と振動伝達用のホーン１５とを連結して構成され、貫通孔を有するボンディングツール１３はホーン１５の先端部のすり割り溝に挿通されて一対のボルト１６で締め込み固定され、吸着孔ｐを有する吸着面が下方に臨んでいる。
【００２３】
また、保持部材１１自体は、ヘッド本体１９に連結されており、この保持部材１１には、弾性シール体としての柔軟性を有するシリコンゴムからなる吸引パッド１８が、ボンディングツール１３の真空装置２３との接続面としての上端面に同心状に接触するように設けられており、この吸引パッド１８が、保持部材１１の通路および変形可能な吸引チューブ２２を介して真空装置２３に連通接続されている。
【００２４】
本発明に係る超音波ボンディング装置の構成は以上のようであり、次にその部品装着動作の概略を行程順に説明する。
【００２５】
一つの基板２への部品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。また、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。
【００２６】
ボンディングヘッド８が上昇すると、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、部品はボンディングヘッド８におけるボンディングツール１３の下端に当て付けられ、図３（ａ）に示されるように吸着保持される。
【００２７】
この際、ボンディングヘッド８の吸引パッド１８は真空装置２３によって吸引作用を受けており、ボンディングツール１３の下端の吸着面に部品４が当て付けられるまでは、ボンディングツール１３の下端の吸着孔ｐを通して空気が吸引されているが、ツール下端への部品４の当て付けによって吸着孔ｐが塞がれると、ツール内の真空通路および吸引パッド１８内が負圧になってボンディングツール１３の上端面に強く密着し、吸着孔ｐと真空装置２３との間に、外気と遮断された真空通路が形成され、十分な負圧によって部品４は確実にツール下端に吸着保持される。
【００２８】
ボンディングツール１３への部品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とともに、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、図３（ｂ）に示されるように、ボンディングツール１３の下端に保持した部品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１２が作動して超音波振動を発生させ、これによって、ボンディングツール１３がたわみ振動し、このたわみ振動が、部品４に伝達され、部品４を、基板２に対して略水平方向に振動させ、部品面のバンプ４ａが基板２の電極に接合して部品４が基板２にボンディングされる。
【００２９】
この加振行程においては吸引パッド１８は、ボンディングツール１３に接触しているけれども、柔軟性を有するシリコンゴムから構成されているので、ボンディングツール１３の振動に対する影響が非常に小さく、振動損失や振動のバラツキが非常に小さなものとなる。
【００３０】
（実施の形態２）
図４は、本発明の他の実施の形態の超音波ボンディングヘッドを示す図であり、上述の図２に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００３１】
上述の実施の形態では、吸引パッド１８が、ボンディングツール１３に接触していたのに対して、この実施の形態では、保持部材１１には、弾性シール体としてのシリコンゴムで形成された下広がりノズル状の吸引パッド２４が設けられており、吸引パッド２４に負圧が印加されない自由状態では、吸引パッド２４とボンディングツール１３の上端との間に僅かな間隙が形成され、吸引パッド２４内に設定以上の負圧が作用すると該吸引パッド２４が内側に弾性変形して、相手シール面となるボンディングツール１３の上端面に密着するようになっている。
【００３２】
この実施の形態の超音波ボンディング装置による部品装着作動は、基本的に上述の実施の形態と同様であるが、ボンディングヘッド８の吸引パッド２４が真空装置２３によって吸引作用を受けると、ボンディングツール１３の下端に部品４が当て付けられるまでは、ボンディングツール１３の下端の吸着孔ｐを通して空気が吸引されているが、ツール下端への部品４の当て付けによって吸着孔ｐが塞がれると、ツール内の真空通路および吸引パッド２４内が負圧になる。そして、負圧が設定以上になると、図５（ａ）に示されるように吸引パッド２４が内側に弾性変形してその先端部がボンディングツール１３の上端面に密着し、吸着孔ｐと真空装置２３との間に、外気と遮断された真空通路が形成され、十分な負圧によって部品４は確実にツール下端に吸着保持される。
【００３３】
また、ボンディングヘッド８は、ボンディングツール１３の下端に保持した部品４を基板２に適度な荷重で押圧してトランスデューサ１２を作動して超音波振動を発生させ、これによって、ボンディングツール１３がたわみ振動し、このたわみ振動が、部品４に伝達され、部品４を、基板２に対して略水平方向に振動させ、部品面のバンプ４ａが基板２の電極に接合して部品４が基板２にボンディングされる。
【００３４】
この加振行程においては吸引パッド２４への吸引は真空装置２３に装備されたバルブの制御によって遮断され、吸引パッド２４内は大気圧となる。その結果、図５（ｂ）に示されるように吸引パッド２４は元の形状に弾性復元し、ボンディングツール１３の上端と吸引パッド２４との間に間隙が再び形成される。従って、トランスデューサ１２の振動は効率よくボンディングツール１３に伝達される。
【００３５】
なお、本発明の他の実施の形態として、図６に示すように、前記弾性シール体２４をボンディングツール１３側に装備して、保持部材１１側に設けた吸引パイプ２１の端面に対向させるように構成して実施することもできる。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば以下に示すような効果が期待できる。
【００３７】
請求項１に係る発明の超音波ボンディングヘッドによれば、装着対象物に押圧した部品に振動を印加する加振行程において、ボンディングツールを真空吸着系と完全に絶縁できるので、特に効率のよい振動伝達を行うことができるものでありながら、ボンディングヘッド自体を構造簡単かつ安価に製作することができるようになった。
【００３９】
請求項２に係る発明の超音波ボンディング装置によれば、部品を確実に加振して装着対象物に接合することができ、信頼性の高い超音波ボンディングを行うことができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波ボンディング装置の概略構成を示す斜視図
【図２】本発明に係る超音波ボンディングヘッドの正面図
【図３】（ａ）部品吸着状態におけるボンディングツールの一部切欠き正面図
（ｂ）部品加振行程におけるボンディングツールの一部切欠き正面図
【図４】本発明の他の実施の形態に係るボンディングヘッドの正面図
【図５】（ａ）部品吸着状態におけるボンディングツールの一部切欠き正面図
（ｂ）部品加振行程におけるボンディングツールの一部切欠き正面図
【図６】別の実施形態を示す要部の一部切欠き正面図
【図７】超音波ボンディングヘッドの従来例を示す正面図
【図８】超音波ボンディングヘッドの別の従来例を示す正面図
【図９】超音波ボンディングヘッドの更に別の従来例を示す正面図
【符号の説明】
２            装着対象物
３            装着ステージ
４            部品
８            ボンディングヘッド
９            昇降ブロック
１２          トランスデューサ
１３          ボンディングツール
１４          超音波振動子
１５          ホーン
２３          真空装置
２４          弾性シール体
ｐ            吸着孔
【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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【図８】
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【図９】
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