(57)【要約】【課題】  ボンディング装置において、短時間で簡単に交換でき、しかも振動伝達特性や取付け位置の変化がないボンディングツールを備えたボンディングヘッドを提供する。【解決手段】  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装置のボンディングツールにおいて、振動伝達部２とボンディングツール３との嵌合締結面２３及び３３をテーパ形状とすると共に、テーパの頂点方向に向かって複数の締結手段３９により締結・固定動作を行うことにより、容易に交換が可能で、締結の均一性と調心性とから安定した振動伝達特性と位置の繰返し精度を維持することができる。【選択図】    図５
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【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装置において、振動子により発生した超音波振動の最大振幅位置に内テーパ面を備えた振動伝達部に対し、前記内テーパ面に嵌挿可能な外テーパ面と、前記外テーパ面が有するテーパの頂点方向に締結可能な締結手段とを備えてなることを特徴とするボンディングヘッド。
【請求項２】
前記締結手段は前記外テーパ面の内側に等配に形成された貫通穴を挿通して振動伝達部に等配に設けられたねじ部に螺合するねじ部材であり、振動伝達部に形成された内テーパ部の穴深さをボンディングツールに形成された外テーパ部の高さに対し大きくすることにより、前記締結手段による締結力がテーパ面に集中する構成と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】
前記締結手段はボンディングツールのテーパ形状の外側フランジ部に等配に形成された貫通穴を挿通して振動伝達部に等配に設けられたねじ部に螺合するねじ部材であり、振動伝達部に形成された内テーパ部の穴深さをボンディングツールに形成された外テーパ部の高さに対し大きくすると共に、フランジ部と振動伝達部取付面との間に隙間を持たせることにより、前記締結手段による締結力がテーパ面に集中する構成と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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボンディング装置において、交換が容易で安定した超音波振動伝達特性を保持することが可能なボンディングツールを備えたボンディングヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップ（例えばフリップチップ）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において、半導体チップをその先端の吸着面に真空吸着するボンディングツールには、ボンディング時の荷重と振動とが印加される為、その吸着面に磨耗が発生する。
【０００３】
この磨耗が進むと正常なボンディングができなくなる為、定期的にボンディングツールを交換する必要がある。図７乃至図１０は、従来のボンディング装置に用いられるボンディングツールを示す図である。
【０００４】
図７は、特許文献１で提案されている従来例であり、超音波による振動伝達部１０２とボンディングツール１０３とは平面である当接面６０で接触しており、ボンディングツール１０３の上部２方向に突出した斜面６５に対してツール保持部材６７がその両外側から、振動伝達部１０２に挿入固定された２本の位置決めピン６８により位置決めされつつ、ボンディングツール１０３の斜面６５に対応した傾斜面により斜面６５に当接して、２本の取付ねじ６９の締め付け力によりボンディングツール１０３を振動伝達部１０２へ押圧して固定する。また、半導体チップ４を真空吸引によりボンディングツール１０３の先端に保持する為、振動伝達部１０２に設けられた吸着穴２２と、ボンディングツール１０３中心部に設けられた吸着穴６２は当接面６０を介して連通して形成されている。
【０００５】
図８に示すように、ボンディングヘッドの振動伝達部１０２にはめ合い方式でボンディングツール１０３が取付けられており、ボンディングツール１０３の外周面と振動伝達部１０２に設けられた内径面との間のはめ合い面３０でボンディングツール１０３を保持する力を振動伝達部１０２に内蔵された図示しない機構により発生させ、図示しない上下方向のストッパにより位置決めを行っている。ボンディングツール１０３の中央部には吸着穴６２が設けられている。
【０００６】
また、図９に示すように、振動伝達部１０２に設けられた内テーパ面２６に嵌合する形の外テーパ面６３と取付ねじ用タップ６４とを上部に備えたボンディングツール１０３が、振動伝達部１０２に設けられた取付ねじ用穴２７を挿通して取付ねじ２９により固定されている。
【０００７】
ボンディングツール１０３先端の吸着面６１から上方に向かって設けられた吸着穴６２ａは、上面の取付ねじ用タップ６４に干渉しないように途中から外テーパ面６３中央部へ方向を変えて６２ｂまで設けられている。振動伝達部１０２の内テーパ面２６中央部分にも、ボンディングツール１０３側吸着穴６２ｂに対応した位置に吸着穴２２ａが設けられている。
【０００８】
また、図１０は、特許文献１で提案されている従来例であり、振動伝達部１０２とボンディングツール１０３とは平面である当接面６０で接触しており、ボンディングツール１０３の上部２方向に突出したフランジ部６６を２つの取付ねじ６９により締め付けることにより固定している。吸着穴の構造に関しては、図７に示す従来例と同一であるので、詳細な説明は省略する。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−２６０８２４公報
【特許文献２】特開２００１−２８４４１０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかして、図７に示す従来例は、ツール交換作業はすべて下方から行なえるので、作業性は良いが、ボンディングツール１０３のツール保持部材６７による固定の為の受圧面である斜面６５が２方向の傾斜平面であり、斜面６５の背面と振動伝達部１０２との間が若干の隙間ｄとなっているため、２個所の取付ねじ６９の締め付け力の差や締め付けの順番により、不均等な締め付けとなった場合には当接面６０での接触が不安定となる場合が生ずる。また、２ヶ所の傾斜面で押圧固定している為、ボンディングツール１０３が回転乃至位置ずれを起こしてしまった場合には、ツール保持部材６７の取付位置が正規位置に対し上下方向にずれた状態で固定されてしまうので、異常状態を修正する方向への力は発生せず、ボンディングツール１０３の位置ずれや斜面６５の接触状態に不安定な状態が発生してしまう恐れがある。
【００１１】
また、図８に示す従来例は、直接ボンディングツール１０３を取外すことはできず、振動伝達部１０２をボンディング装置より取外した状態でボンディングツール１０３の交換を行なう必要があり、はめ合い面３０に寸法精度が必要であることと、交換作業の繰り返しによりはめ合い面３０に損傷が与えられると、超音波振動の伝播状態が変化し、効率低下により不安定な接合となるおそれがある。
【００１２】
図９に示す従来例は、振動伝達部の吸着穴２２ａとボンディングツールの吸着穴６２ｂとの位相を合わせる必要があると共に、内テーパ面２６及び外テーパ面６３との嵌合の密着性を良くし、吸着の真空度を保つ必要があるため、各々の部品の加工精度を上げておく必要があり、コスト的に高価なものとなってしまう。又、ボンディングツール１０３を振動伝達部１０２の上部から取付ねじ２９で引き上げて固定する為、ねじの長さが長くなると共に振動伝達部１０２の上側に取付ねじ締め付け用の空間が必要となり、振動伝達部保持部材の構造にも大きな制約となると共にツール交換の作業性も悪くなっている。
【００１３】
図１０に示す従来例は、ツール交換作業はすべて下方から行なえるので作業性は良いが、当接面６０での接触を確実にする為両フランジ部６６は振動伝達部１０２に対して若干の隙間ｄとなるように製作されている。それ故、２本の取付ねじ６９各々の取付力の差や取付の順番により、不均等な取付となった場合には、当接面６０での接触が不安定となる場合が生ずる。また、ボンディングツール１０３には位置を規制する構造がないので、２本の取付ねじ６９の締め付け具合により、ボンディングツール１０３の位置が一定とならない。
【００１４】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであって、簡易な構造で且つ振動伝達部とボンディングツールとの間の接触面積が大きく取れ、接触面積が大きいことから超音波振動の伝達効率が高くなり、ツール交換の作業性も良く、交換による位置の繰り返し性の高いボンディングツールを備えたボンディングヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
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装置において、振動子により発生した超音波振動の最大振幅位置に内テーパ面を備えた振動伝達部に対し、前記内テーパ面に嵌挿可能な外テーパ面と、前記外テーパ面が有するテーパの頂点方向に締結可能な締結手段とを備えてなるようにしたものである。
【００１６】
また、本発明によるボンディングヘッドの前記締結手段は、前記外テーパ面の内側に等配に形成された貫通穴を挿通して振動伝達部に等配に設けられたねじ部に螺合するねじ部材であり、振動伝達部に形成された内テーパ部の穴深さをボンディングツールに形成された外テーパ部の高さに対し大きくすることにより、前記締結手段による締結力がテーパ面に集中する構成としたものである。
【００１７】
また、本発明によるボンディングヘッドの前記締結手段は、ボンディングツールのテーパ形状の外側フランジ部に等配に形成された貫通穴を挿通して振動伝達部に等配に設けられたねじ部に螺合するねじ部材であり、振動伝達部に形成された内テーパ部の穴深さをボンディングツールに形成された外テーパ部の高さに対し大きくすると共に、フランジ部と振動伝達部取付面との間に隙間を持たせることにより、前記締結手段による締結力がテーパ面に集中する構成としたものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、構造が単純で且つ接触面積を大きく取れ、超音波振動の伝達効率が高く、ツール交換の作業性も良く、交換による位置の繰り返し性も高いボンディングツールを備えたボンディングヘッドを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明によるボンディングツールを備えたボンディングヘッドについて図１乃至図６を参照して説明する。図１は、本発明によるボンディング装置のボンディングヘッド部分の外観を表す正面図、図２（ａ）は、本発明によるボンディングツールの拡大断面図、図２（ｂ）は、本発明によるボンディングツールの下面図、図３（ａ）は、本発明による振動伝達部のボンディングツール取付部の拡大断面図、図３（ｂ）は、本発明によるボンディングツールが取付られる振動伝達部の下面図、図４は、本発明によるボンディングツールの振動伝達部への取付動作を示す図、図５は、本発明によるボンディングツールが振動伝達部に取付けられた状態を示す外観図、図６（ａ）は、本発明によるボンディングツールの第二の実施例の取付状態を表す断面図、図６（ｂ）は、本発明によるボンディングツールの第二の実施例を表す下面図である。
【００２０】
図１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５と、振動子５と結合して振動子５からの超音波振動を接合対象物である被ボンディング部品である半導体チップ４に伝播する振動伝達部２と、振動伝達部２を支持固定する保持部材７と、半導体チップ４を吸着し、超音波振動を半導体チップ４に印加するボンディングツール３を有する。また、ボンディングツール３は振動伝達部２における超音波振動の振幅が最大になる位置に取付けられている。
【００２１】
図２（ａ）は、ボンディングツール３の拡大断面図で、振動伝達部２と接する外周面３３が外テーパとなっており、その内側に振動伝達部２への取付ねじ用穴３５が４箇所等配に形成されている。取付ねじが２箇所の場合は、テーパ接触面の面圧が不均等になる恐れがあるので取付ねじは３箇所以上の均等配置が望ましい。また、本実施例では４箇所としている。中央部に先端の吸着面３１の中央部にまで連通する吸着穴３２が設けられている。
【００２２】
図２（ｂ）は、ボンディングツール３の下面図で、取付ねじ用穴３５の４等配を含め、形状がすべて吸着面３１を中心に対称な形状をしており、取付の方向性が無い為、安定した振動伝達特性を保持できる形状となっている。
【００２３】
図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、ボンディングツール３の外周テーパ面３３と同一角度の内テーパ面２３が形成され、内側にボンディングツール３に対応した取付ねじ用タップ２５が４箇所等配に形成されている。取付ねじの締結により、両テーパ面の嵌合による全周にわたる接触面を弾性的に押圧固定する構造となっている。中央部にボンディングツール３の吸着穴３２に連通する吸着穴２２が設けられている。吸着穴３２及び２２は図示しない真空吸引装置に連通し、真空吸引装置を駆動することにより、吸着面３１に半導体チップ４を真空吸着して保持することができる。
【００２４】
また、図４は、振動伝達部２に対するボンディングツール３の取付動作及び方向を示しており、４本の取付ねじを挿入した状態で、ボンディングツール３を保持しながら下方から上昇・挿入してテーパ面同士を接触させ、その状態を維持しながら取付ねじの締め付けを行い、締め付け完了後ボンディングツール保持具を下降させるという単純な動作であるので作業性も良く、自動化にも容易に対応可能な構造である。また、テーパ面同士の接触であるので、挿入時に調心力が発生し取付位置の繰返し性も確保される。
【００２５】
図５に示すように、振動伝達部２の内テーパ部の穴深さをボンディングツール３の厚さより若干量ｘだけ大きくしておくことにより、取付ねじによる締結力がテーパ面２３及び３３に集中的に作用し、内テーパ面２３は外テーパ面３３により十分な面圧により弾性的に押圧・固定される。このため、両テーパの加工精度に関しても、図９の構造に要求されるほどの精度は必要なく、コスト面でも有利である。また、円周全面で接触することと、４等配の取付ねじにより均等に締結されることにより調心性も期待でき、ツール交換前後の取付位置の繰り返し性も十分高くなることから、安定した接合結果を得ることができる。
【００２６】
さらに、ツール先端吸着面３１の中央に連通する真空吸引用の吸着穴の位置関係について、振動伝達部２の吸着穴２２とボンディングツール３の吸着穴３２との間に隙間ｘによる空間２０が存在するので、吸着穴相互の位置精度は必要無いと言える。真空度の保持についても、内テーパ２３面と外テーパ面３３との間の面圧による弾性的な押圧により十分確保できる。より真空度を高める必要があれば、Ｏリング用溝４０にＯリングを装着することにより真空度が確保できる。
【００２７】
図６は、本発明によるボンディングツールの第２の実施例を示しており、（ａ）に断面図を、（ｂ）に下面図を示している。図５と同様、振動伝達部２に内テーパ面２３を、ボンディングツール３に外テーパ面３３を形成しているが、取付ねじの位置がテーパ部分の外側に移動し、外周に張り出したフランジ部３６上に４等配で設けられている。本構造では取付ねじがテーパ内部にない為、テーパ部分の寸法を小さくでき、ボンディングツール３自体の大きさも小さくすることができる。４箇所の取付ねじによる締結力がテーパ面２３及び３３に集中的に作用するように、外周フランジ部３６は振動伝達部２の取付面に対して若干の隙間ｄが確保できるよう製作されている。ボンディングツール３は図５同様中心に対して対象な形状であるので、円周全面で接触することと、４等配の取付ねじにより均等に締結されることにより調心性も期待でき、ツール交換前後の取付位置の繰り返し性も十分高くなることから、安定した接合結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明のボンディングヘッド部分の外観図である。
【図２】本発明のボンディングツールの拡大図である。
【図３】振動伝達部のボンディングツール取付部の拡大図である。
【図４】ボンディングツールの取付動作を示す図である。
【図５】ボンディングツール取付け状態を示す外観図である。
【図６】本発明によるボンディングツールの第２の実施例を示す図である。
【図７】従来の実施例１を示す図である。
【図８】従来の実施例２を示す図である。
【図９】従来の実施例３を示す図である。
【図１０】従来の実施例４を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１            ボンディングヘッド
２            振動伝達部
３            ボンディングツール
４            半導体チップ
５            振動子
７            振動伝達部保持部材
２０          空間
２２          吸着穴
２２ａ        吸着穴
２２ｂ        吸着穴
２３          内テーパ面
２５          取付ねじ用タップ
２６          内テーパ面
２７          取付ねじ用穴
２９          取付ねじ
３０          はめ合い面
３１          ツール先端吸着面
３２          吸着穴
３３          外テーパ面
３５          取付ねじ用穴
３６          フランジ部
３９          取付ねじ
４０          Ｏリング用溝
６０          当接面
６１          ツール先端吸着面
６２ａ        吸着穴
６２ｂ        吸着穴
６３          外テーパ面
６４          取付ねじ用タップ
６５          斜面
６６          フランジ部
６７          ツール保持部材
６８          位置決めピン
６９          取付ねじ
【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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【図１０】
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