(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品に当接して電子部品を被圧着面に押圧しながら振動を付与して被圧着面に圧着する電子部品のボンディングツールを備えた電子部品のボンディング装置であって、前記ボンディングツールが、振動子によって振動するホーンと、このホーンの振動の定在波の腹に相当する位置に形成され電子部品を被圧着面に押圧する圧着面と、この圧着面から前記ホーンの両端側へ等距離隔てられた前記定在波の節の位置において前記ホーンより突出する連結部と、この連結部の先端部に形成され前記ホーンをボンディング装置の昇降部材に固定する固定部とを備え、前記固定部を前記ホーンと一体的に設け、かつ前記固定部の上部を前記昇降部材に固定したことを特徴とする電子部品のボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を基板などの被圧着面にボンディングする電子部品のボンディング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
バンプ付電子部品などの電子部品を基板などのワークに実装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、電子部品のバンプを基板に押圧しながら超音波振動を付与し、接合面を相互に摩擦させてボンディングするものである。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接合物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、ホーンに生じる振動の定在波の節に相当する部分を固定し、最も振幅の大きい腹に相当する部分を接合物に押し当てて振動を有効に利用するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、振動の定在波の節の位置はどの状態においても常に一定の位置にあるとは限らず、ボンディングツールの温度状態や、ボンディングツールに作用する負荷荷重の状態によって僅かにずれを生じる。このため、実際のボンディング時においては、本来振動が極小である節の位置として設計段階で設定された位置にも振動が存在し、この振動はホーンの両側に突出した固定部に伝達される。そして固定部にはこの振動により新たな振動が励起されることとなる。このとき固定部はその構造上、上部がボンディング装置に固定され下部は自由端という力学的に非対称な構造となっているため、固定部に励起される振動は、下部の自由端の部分の振幅が上部よりも大きく、すなわち固定部に曲げ応力を発生させる曲げ振動となる。
【０００４】
そしてこの固定部で励起された曲げ振動が逆にホーンに伝達され、ホーン本体に曲げ振動を誘発する起振力として作用する。ホーンに曲げ振動が発生すると、ホーンには部分的に上下方向、すなわち電子部品を被圧着面に押し当てる方向の変位が発生する。この上下方向の変位は電子部品の熱圧着には何ら寄与しないばかりか、電子部品に対して損傷を与えて品質上の不良を招く要因となるため、ホーンの曲げ振動は極力排除しなければならない。しかしながら従来のボンディングツールでは、ホーンに発生する曲げ振動に対する考慮がなされておらず、この面への考慮がなされたボンディングツールが望まれていた。
【０００５】
そこで本発明は、上下方向の曲げ振動の発生を抑制し、電子部品の品質を損ねることのない電子部品のボンディング装置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、電子部品に当接して電子部品を被圧着面に押圧しながら振動を付与して被圧着面に圧着する電子部品のボンディングツールを備えた電子部品のボンディング装置であって、前記ボンディングツールが、振動子によって振動するホーンと、このホーンの振動の定在波の腹に相当する位置に形成され電子部品を被圧着面に押圧する圧着面と、この圧着面から前記ホーンの両端側へ等距離隔てられた前記定在波の節の位置において前記ホーンより突出する連結部と、この連結部の先端部に形成され前記ホーンをボンディング装置の昇降部材に固定する固定部とを備え、前記固定部を前記ホーンと一体的に設け、かつ前記固定部の上部を前記昇降部材に固定した。
【０００９】
本発明によれば、ボンディングツールのホーンより突出する連結部と、この連結部の先端部に形成されホーンをボンディング装置の昇降部材に固定する固定部とを備え、前記固定部を前記ホーンと一体的に設け、かつ前記固定部の上部を前記昇降部材に固定したことにより、固定部に励起された曲げ振動のホーン本体への伝達を抑制し、ホーンの曲げ振動による上下方向の変位の発生を抑えることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
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電子部品のボンディング装置の正面図、図２は本発明の一実施の形態の電子部品のボンディングツールの斜視図、図３（ａ）は本発明の一実施の形態の電子部品のボンディングツールの正面図、図３（ｂ）は本発明の一実施の形態の電子部品のボンディングツールの平面図、図４（ａ），（ｂ）は本発明の一実施の形態の電子部品のボンディングツールの部分斜視図である。
【００１１】
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や第２昇降板３も上下動する。
【００１２】
図１において、被圧着面である基板３２は基板ホルダ３４上に載せられており、基板ホルダ３４はテーブル３５上に載せられている。テーブル３５は可動テーブルであって、基板３２をＸ方向やＹ方向へ水平移動させ、基板３２を所定の位置に位置決めする。
【００１３】
４２はカメラであって、一軸テーブル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を一軸テーブル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バンプ付電子部品３０と基板３２の間に位置させ、その状態でバンプ付の電子部品３０と基板３２の位置をカメラ４２で観察する。そしてこの観察結果により電子部品３０と基板３２の相対的な位置ずれを検出する。検出された位置ずれは、テーブル３５を駆動して基板３２をＸ方向やＹ方向へ水平移動させることにより補正し、これによりバンプ付電子部品３０と基板３２の位置合わせがなされる。
【００１４】
図１において、５０は主制御部であり、モータ駆動部５１を介してＺ軸モータ６を制御し、またテーブル制御部５２を介してテーブル３５を制御し、また認識部５３を介してカメラ４２に接続されている。またシリンダ４は荷重制御部５４を介して主制御部５０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３０を基板３２に押し付ける押圧荷重が制御される。
【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（昇降部材）が装着され、ブロック１３にはボンディングツール１４が固定されている。以下、図２〜図４を参照してブロック１３および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のホーン１５は細長形状の棒状体であり、側面にはホーン１５の中央から等距離隔てられた４ヶ所に固定部である取付け座１５ａが連結部（後述）を介してホーン１５と一体的に設けられている。ボンディングツール１４は、取付け座１５ａによってブロック１３の下面に固定されている。すなわち、取付け座１５ａはホーン１５をボンディング装置の昇降部材に固定する固定部となっている。
【００１７】
ボンディングツール１４の中央部の下面には、下方に突出し電子部品３０を真空吸着して保持する保持部１５ｅが設けられ、この保持部１５ｅの下面は電子部品３０圧着面１５ｆとなっている。圧着面１５ｆにはホーン１５に設けられた真空吸引用の内孔１６の一端が開口して吸着孔１６ａを形成している。内孔１６の他端はホーン１５の上面の取付け座１５ａの位置に開口して吸引孔１６ｂを形成している。
【００１８】
ブロック１３の側面に設けられた突部１３ａには管部１８が下方に突出して設けられており、図４に示すように管部１８の下端部に装着された吸着パッド１９は、ホーン１５の上面の吸引孔１６ｂの位置に当接している。したがって突部１３ａに接続され突部１３ａの内孔１３ｂによって管部１８と連通したチューブ２０から、吸引装置２１を駆動してエアを吸引することにより、内孔１６を介して圧着面１５ｅに開口した吸着孔１６ａ（図３（ａ），（ｂ））から真空吸引し、この圧着面１５ｆにバンプ付電子部品３０を真空吸着して保持することができる。
【００１９】
ホーン１５の側端面には振動子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には縦振動が付与され、保持部１５ｅは水平方向に振動する。図３（ｂ）に示すように、ホーン１５の形状は両端部１５ｂからテーパ部１５ｃを経て中央部１５ｄの方向に順次幅が絞られた形状となっており、これにより、振動子１７より保持部１５ｅ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、保持部１５ｅには振動子１７が発振する振幅以上の振動が伝達される。
【００２０】
次に、振動子１７によってホーン１５に励起される振動のモードについて説明する。図３（ａ）に示すように、ホーン１５に励起される振動の定在波は、振動子１７の装着面およびホーン１５の中央に位置する保持部１５ｅの圧着面１５ｆの位置を定在波の腹とし、ホーン１５をブロック１３に固定する取付け座１５ａの連結部の位置および吸引孔１６ｂの位置が定在波の節となるような形となっている。すなわちホーン１５各部の形状寸法、質量分布を適切に設定することにより、このような定在波をホーン１５に発生させることができる。
【００２１】
従って、連結部である取付け座１５ａは、ホーン１５の振動の定在波の腹に相当する位置である圧着面１５ｆからホーン１５の両端側の方向へ等距離隔てられた定在波の節に相当する位置に一体的に設けられている。これによりボンディングツール１４が固定される取付け座１５ａの位置ではホーン１５の縦振動による変位は極小となり、バンプ付電子部品３０を圧着する圧着面１５ｆの位置では極大の振幅を得ることとなり、超音波振動をバンプ付電子部品３０のボンディングに最も有効に利用することができる。さらに、取付け座１５ａをホーン１５と一体化することにより、ボンディングツール１４のブロック１３（昇降部材）への取り付けを作業性よく行うことができる。
【００２２】
ここで、図４を参照して取付け座１５ａの形状について説明する。図４（ａ）に示すように、取付け座１５ａはホーン１５の本体部分の両側面から水平方向に突出する肉薄の連結部Ａによってホーン１５と連結されている。また、連結部Ａの上部と下部には、上下対称な形状の切り欠き部Ｂが設けられている。連結部Ａの断面形状（図中の斜線部参照）は、対象電子部品３０のボンディンググ荷重に対して十分な範囲で、可能な限り断面の曲げ剛性が小さくなるような寸法形状に設定される。すなわち、ボンディング時の押圧荷重に対して十分な強度を有する範囲内で、連結部Ａの肉厚ｔはできるだけ薄く、また切り欠き部Ｂはできるだけ大きくする。このように、連結部Ａの断面の曲げ剛性を小さくすることは、以下に説明するようにボンディング時の超音波振動の利用効率の向上と、ボンディング時の電子部品３０に対する損傷防止上で大きな意義を有する。
【００２３】
すなわち、前述のように連結部Ａは設計段階において、ホーンに発生する定在波の節に相当する位置に設定されるが、一般に実際のボンディング時には種々の不確定要素により、連結部Ａの位置と定在波の節とは完全に一致しない。したがって、連結部Ａの位置にも振動は存在し、この振動は取付け座１５ａに伝達される。ここで、取付け座１５ａ波状部がブロック１３に固定され、下部が自由端となっているため図４（ｂ）に示すように取付け座１５ａには曲げ振動が励起される。そしてこの曲げ振動が連結部Ａを介してホーン１５の本体部に伝達されると、ホーン１５には、破線で示すような曲げ振動により上下方向の変位が発生する。この上下方向の変位は電子部品のボンディングには全く寄与せず、電子部品を基板に対して不要に押しつける力として作用するため品質不良の要因となる。
【００２４】
ここで、連結部Ａの断面の曲げ剛性を可能な限り小さくすることにより、取付け座１５ａに励起された曲げ振動が、ホーン１５の本体部に伝達される度合いを最小に抑えることができる。したがって、ホーン１５に誘発される曲げ振動による上下方向の変位を軽減することができ、超音波振動のエネルギーがボンディングに寄与しない上下方向の振動変位として消費される割合を減少させて振動の利用効率を向上させるとともに、電子部品に対する損傷の発生を軽減することができる。
【００２５】
この電子部品のボンディング装置は上記のように構成されており、次に動作を説明する。図１においてボンディングツール１４の吸着面１５ｅにバンプ付電子部品３０を真空吸着させて保持し、基板３２の上方に位置させる。そこで鏡筒４４を前進させてカメラ４２でバンプ付電子部品３０と基板３２の画像を入手し、認識部５３へ画像データが送られる。主制御部５０はこの画像データからバンプ付電子部品３０と基板３２の相対的な位置ずれを検出し、この検出結果にしたがってテーブル３５を駆動し、基板３２を水平移動させて位置補正を行う。
【００２６】
次にＺ軸モータ６が駆動してボンディングヘッド１０が下降し、バンプ付電子部品３０のバンプを基板３２に押圧する。このとき基板３２は加熱手段（図外）によって加熱されている。そして押圧した状態で振動子１７を駆動してバンプ付電子部品３０に振動を付与する。これによりバンプ３１と基板３２の電極との押圧面が振動により摩擦され、バンプ３１は基板３２の電極にボンディングされる。このとき、ホーン１５をブロック１３に固定する取付け座１５ａには肉薄の連結部Ａが設けられて、この連結部Ａの断面形状は曲げ剛性が小さくなるような形状に設定されているので、前述のように超音波振動の利用効率を向上させることができるとともに、電子部品に対する損傷を防止することができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、固定部に励起された曲げ振動のホーンへの伝達を抑制することができる。したがってホーンの曲げ振動に起因するホーンの上下方向の変位が抑えられ、熱圧着に寄与しない上下方向の変位を抑制して超音波振動の利用効率を向上させることができるとともに、電子部品に対する損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング装置の正面図
【図２】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディングツールの斜視図
【図３】（ａ）本発明の一実施の形態の電子部品のボンディングツールの正面図
（ｂ）本発明の一実施の形態の電子部品のボンディングツールの平面図
【図４】（ａ）本発明の一実施の形態の電子部品のボンディングツールの部分斜視図
（ｂ）本発明の一実施の形態の電子部品のボンディングツールの部分斜視図
【符号の説明】
１０  ボンディングヘッド
１３  ブロック
１４  ボンディングツール
１５  ホーン
１５ａ  取付け座
１５ｅ  保持部
１５ｆ  圧着面
１６  内孔
１６ａ  吸着孔
１６ｂ  吸引孔
１７  振動子
１９  吸着パッド
２１  吸引装置
３０  電子部品
３２  基板
５０  主制御部
Ａ  連結部
Ｂ  切り欠き部
【図１】
0003912172.tif 000002
【図２】
0003912172.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003912172.tif 000005