(57)【要約】【課題】大型部品を対象として接合品質を確保することができる部品接合装置および部品接合ツールを提供することを目的とする。【解決手段】部品に荷重と振動を作用させることによりこの部品を基板に接合する部品接合装置に用いられる部品接合ツールにおいて、ホーン８から下方に突出して設けられた接合作用部１０の当接面１０ａに、ホーン８の軸線方向と直交する方向にスリット１０ｃを設けて接合作用部１０の下面側を複数の分割当接部１０ｄに分割する。これにより、接合作用部１０に曲げ振動が誘起された場合において当接面１０ａは各分割当接部１０ｄ毎に曲げ振動による変位を生じ、当接面１０ａの上下方向の変位を減少させて、大型部品を対象として接合品質を確保することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品に荷重と振動を作用させることによりこの部品を基板に接合する部品接合装置であって、前記部品に当接する当接面が設けられた部品接合ツールと、この部品接合ツールを介して前記部品を押圧する押圧手段とを備え、
前記部品接合ツールは、前記当接面を有する接合作用部が突出して設けられたホーンと、前記ホーンに振動を付与する振動子とを有し、前記接合作用部は、前記ホーンの軸線方向に沿って複数に分割されていることを特徴とする部品接合装置。
【請求項２】
前記接合作用部は、前記当接面に前記軸線に略直交する方向に形成されたスリットによって複数に分割されていることを特徴とする請求項１記載の部品接合装置。
【請求項３】
部品に荷重と振動を作用させることによってこの部品を基板に接合する部品接合ツールであって、前記部品に当接する当接面と、前記当接面を有する接合作用部が突出して設けられた棒状のホーンと、前記ホーンに振動を付与する振動子とを有し、前記接合作用部は、前記ホーンの軸線方向に沿って複数に分割されていることを特徴とする部品接合ツール。
【請求項４】
前記接合作用部は、前記当接面に前記軸線に略直交する方向に形成されたスリットによって複数に分割されていることを特徴とする請求項３記載の部品接合ツール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品などの部品を基板に接合する部品接合装置および部品接合ツールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子部品を基板に実装する方法として、超音波接合による方法が知られている。この方法によって電子部品を実装する場合には、電子部品を基板に設けられた電極に押圧しながら電子部品に超音波振動を印加し、電子部品と電極との接触面を相互に摩擦させることにより接触面が接合される。基板に実装される電子部品の種類・形状には様々なバリエーションがあり、従来サイズの電子部品に加えて、一方向側の寸法が従来サイズよりも大きい長尺部品などの大型部品が超音波接合の対象とされるようになってきている。このため、対象とする電子部品に応じた形状・サイズの接合作用部を備えた部品接合ツールが用いられるようになっており、長尺部品を対象とする例では、部品の長手方向の寸法に応じた接合作用部を備えた部品接合ツールが提案されている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３−５９９７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
接合作用部は、一般にホーンの中で最も振幅の大きい腹に相当する部分にホーンから突出した形状で設けられ、この突出部分をホーンを介して伝達される振動（縦振動）と共振させることにより、電子部品との当接面における振幅を拡大して、振動をより有効に利用するようになっている。
【０００４】
しかしながら、大型部品に対して上記の部品接合ツールを適用する場合には、接合作用部の電子部品との当接面の幅寸法も必然的に大きくなる。このため、接合作用部をホーンの縦振動と共振させる際に、当接面と平行な方向（水平方向）のみならず、当接面に対して直交する方向（上下方向）の振動が発生する。この方向の振動は、ボンディング過程において電子部品にダメージを与える原因となるため、極力排除しなければならないが、従来の部品接合ツールにおいては、当接面が大きくなると上下方向の振動の変位が拡大し、接合時の部品ダメージなど接合品質の低下を招くおそれがあるという問題点があった。
【０００５】
そこで本発明は、大型部品を対象として接合品質を確保することができる部品接合装置および部品接合ツール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】
【０００６】
請求項１記載の部品接合装置は、部品に荷重と振動を作用させることによりこの部品を基板に接合する部品接合装置であって、前記部品に当接する当接面が設けられた部品接合ツールと、この部品接合ツールを介して前記部品を押圧する押圧手段とを備え、
前記部品接合ツールは、前記当接面を有する接合作用部が突出して設けられたホーンと、前記ホーンに振動を付与する振動子とを有し、前記接合作用部は、前記ホーンの軸線方向に沿って複数に分割されている。
【０００７】
請求項２記載の部品接合ツールは、部品に荷重と振動を作用させることによってこの部品を基板に接合する部品接合ツールであって、前記部品に当接する当接面と、前記当接面を有する接合作用部が突出して設けられた棒状のホーンと、前記ホーンに振動を付与する振動子とを有し、前記接合作用部は、前記ホーンの軸線方向に沿って複数に分割されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、部品に当接する当接面を有する接合作用部をホーンの軸線方向に沿って複数に分割する構造を採用することにより、接合作用部の上下方向の変位を減少させることができ、大型部品を対象とした場合であっても接合品質を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の部品接合装置の正面図、図２（ａ）は本発明の一実施の形態の部品接合ツールの正面図、図２（ｂ）は本発明の一実施の形態の部品接合ツールの接合作用部の拡大正面図、図３は本発明の一実施の形態の部品接合ツールの下面図、図４は本発明の一実施の形態の部品接合ツールの接合作用部の拡大斜視面、図５は本発明の一実施の形態の部品接合ツールの接合作用部の上下方向変位の説明図である。
【００１０】
まず図１を参照して、部品接合装置としての超音波ボンディング装置の構造を説明する。図１において、位置決めテーブル１の上面に設けられた基板保持部２には、基板３が保持されている。基板３には下面に複数のバンプ４ａが設けられた半導体チップ４が、超音波ボンディングにより接合される。半導体チップ４はカメラモジュール、ブルーツゥース、メモリー、ＢＧＡなどサイズが大きい矩形の大型部品である場合が多いがこれに限られるものではない。
【００１１】
位置決めテーブル１の上方にはボンディング機構が配設されている。ボンディング機構は、昇降押圧機構５によって昇降動作を行う昇降ブロック６の下面に、部品接合ツール７を装着して構成されている。部品接合ツール７は棒状部材であるホーン８を主体としており、ホーン８の１方側の端部には振動子１１が装着されている。振動子１１を駆動することにより、ホーン８には超音波振動が付与される。
【００１２】
ホーン８の下面８ａの中央部には突部９が設けられており、突部９の下面には接合作用部１０が固着されている。接合作用部１０の下面はボンディング対象の半導体チップ４に当接する当接面１０ａとなっており、当接面１０ａは、半導体チップ４の形状に対応した大きさとなっている。なお当接面１０ａは、ホーン８の定在波振動の腹に相当する位置に設けられている。
【００１３】
ホーン８の内部には吸引孔８ｂが設けられており、吸引孔８ｂは当接面１０ａに設けられた吸着孔１０ｂ（図３、図４参照）に連通している。なお、図１においては、吸着孔１０ｂの図示を省略している。吸引孔８ｂはホーン８の上面に当接した吸着パッド１２を介して真空吸引源１３に接続されている。真空吸引源１３を駆動することにより吸着孔１０ｂから真空吸引し、当接面１０ａに当接した半導体チップ４を真空吸着により保持する。
【００１４】
部品接合ツール７の当接面１０ａに半導体チップ４を保持させた状態で、昇降押圧機構５によって部品接合ツール７を下降させることにより、半導体チップ４は基板３に対して押圧される。この状態で振動子１１を駆動することにより半導体チップ４にはホーン８および接合作用部１０を介して荷重と振動が作用し、これにより半導体チップ４は基板３に接合される。したがって、昇降押圧機構５は部品接合ツール７を介して半導体チップ４を基板３に押圧する押圧手段となっている。
【００１５】
次に図２、図３、図４を参照して部品接合ツール７の構造について説明する。図３に示すように、ホーン８には固定用のリブ８ｃが両方の幅方向側面８ｄから外側に突出して設けられており、リブ８ｃに開孔された装着孔にボルト（図示省略）を挿通させて昇降ブロック６（図１参照）に締結することにより、部品接合ツール７は昇降ブロック６に両持支
持状態で着脱自在に装着される。
【００１６】
図２（ａ）に示すように、ホーン８の下面８ａに設けられた突部９の下面には、接合作用部１０がロウ付けやボルト締結などにより固着されている。すなわち棒状部材であるホーン８は、下面に当接面１０ａを有する接合作用部１０が下方に突出して設けられた形態となっている。なお、上記実施の形態では突部９の下面に接合作用部１０を固着しているが、接合作用部１０を突部９と一体に設けてもよい。
【００１７】
図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるａ部の詳細を拡大して示しており、図２（ｂ）および図４に示すように、接合作用部１０の下面の当接面１０ａには、ホーン８の軸線方向に直交する方向に、複数のスリット１０ｃが形成されている。そして接合作用部１０の下面側部分、すなわち半導体チップ４に当接して振動を伝達する部分は、スリット１０ｃによって軸線方向に沿って複数の分割当接部１０ｄに分割されている。
【００１８】
部品接合ツール７による半導体チップ４の吸着保持・接合動作においては、各分割当接部１０ｄが半導体チップ４に当接し、半導体チップ４は各分割当接部１０ｄごとに設けられた吸着孔１０ｂによって吸着保持される。そして部品接合動作においては、昇降押圧機構５による押圧荷重および振動子１１による超音波振動は、各分割当接部１０ｄから半導体チップ４に伝達される。
【００１９】
図５は、部品接合ツール７による部品接合動作時における接合作用部１０の上下方向の変位を模式的に示したものである。振動子１１を駆動することにより、ホーン８には軸線方向の縦振動が与えられ、この縦振動が接合作用部１０に伝達される。このとき、接合作用部１０は突部９の下面に固着された位置にあってホーン８の下面から下方に突出した形状となっていることから、接合作用部１０にはホーン８の縦振動による水平方向の振動のみならず、下面８ａから突出した部分が片持ち状態で軸線方向に振られることによる曲げ振動（図中矢印Ｍ参照）が誘起される。そしてこの曲げ振動による突部９および接合作用部１０の撓み変形により、当接面１０ａは上下方向に変位する。
【００２０】
この上下方向の変位は、超音波接合に寄与しないのみならず、半導体チップ４に対して垂直に作用してダメージ発生の要因となることから、部品接合ツールの設計においては、このような上下方向の変位を極力抑制するような構成を採用することが望ましい。本実施の形態に示す部品接合ツール７では、接合作用部１０に軸線方向に直交する方向にスリット１０ｃを形成することにより、以下に説明するように接合作用部１０の上下方向の振動変位を極力抑制するようにしている。
【００２１】
すなわち、図５（ａ）に示すように、接合作用部１０の下面側はスリット１０ｃを介して複数の分割当接部１０ｄに分割され、各分割当接部１０ｄは、隣接した分割当接部１０ｄとの間で相対滑りが許容された状態で振動する。そして分割当接部１０ｄの振動により、各分割当接部１０ｄの下面は曲げ振動による撓み角δと１つの分割当接部１０ｄの軸線方向の寸法ｂとによって規定される変位ｄ１だけ上下方向に変位する。換言すれば、接合作用部１０の曲げ振動による当接面１０ａの上下方向の変位は、接合作用部１０の軸線方向の寸法Ｂに関わらず、変位ｄ１によって規定される。
【００２２】
図５（ｂ）は、同様のホーン８の下面から下方に突出して設けられた接合作用部１０において、上述のように接合作用部１０を複数に分割せず軸線方向に一体に形成された形状の接合作用部１０に前述と同様の曲げ振動が誘起された場合の接合作用部１０の変形挙動を示している。この場合には、接合作用部１０はホーン８から伝達される縦振動と曲げ振動が合成されることによって、当接面１０ａが波打つような変形を生じる。そしてこの変形による当接面１０ａの上下方向の変位ｄ２は、接合作用部１０の軸線方向の寸法Ｂに依
存しており、大型部品を対象として寸法Ｂを大きく設定する場合には、変位ｄ２は不可避的に大きくなり、接合品質に影響を及ぼすようになる。
【００２３】
これに対し、図５（ａ）に示す例では、変位ｄ１は上述の変位ｄ２と比較して格段に小さく、接合作用部１０の寸法Ｂを大きく設定した場合にあっても、接合対象の部品に対する接合時のダメージを大幅に低減して、接合品質を確保することができる。なお、上記実施の形態においては、当接面１０ａのスリットを形成することにより接合作用部１０を複数に分割する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば突部９の下面に当接面を有する接合作用部を島状等の任意の形状で、ホーン８の軸線方向に沿って分割して複数設ける構成であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の部品接合装置および部品接合ツールは、接合作用部の上下方向の変位を減少させて、大型部品を対象として接合品質を確保することができるという効果を有し、大型部品をボンディングにより実装する分野に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施の形態の部品接合装置の正面図
【図２】（ａ）本発明の一実施の形態の部品接合ツールの正面図（ｂ）本発明の一実施の形態の部品接合ツールの接合作用部の拡大正面図
【図３】本発明の一実施の形態の部品接合ツールの下面図
【図４】本発明の一実施の形態の部品接合ツールの接合作用部の拡大斜視図
【図５】本発明の一実施の形態の部品接合ツールの接合作用部の上下方向変位の説明図
【符号の説明】
【００２６】
３  基板
４  半導体チップ
５  昇降押圧機構
７  部品接合ツール
８  ホーン
１０  接合作用部
１０ａ  当接面
１０ｂ  吸着孔
１０ｃ  スリット
１０ｄ  分割当接部
１１  振動子
【図１】
2005340421.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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