(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空の圧電素子と、圧電素子の背面に設けられた内側中央部にリブを持つ半波長の整数倍の長さを有するブロックと、圧電素子の前面に設けられた内側中央部にリブを持つ半波長の整数倍の長さを有するブロックとを有し、圧電素子の前後に設けた各ブロックのリブ間をボルトで締結したことを特徴とする超音波振動子。
【請求項２】
圧電素子の背面と前面に設けられたブロックが導電性ブロックから成り、圧電素子の背面の導電性ブロックより絶縁物を介してボルトを通したことを特徴とする請求項１記載の超音波振動子。
【請求項３】
圧電素子の背面に設けたブロックのリブ中央にボルト穴を設け、圧電素子の前面に設けたブロックのリブ中央にねじ穴を設け、圧電素子の背面のブロックよりボルトを通して前面のブロックのねじ穴にねじ込み、ブロック間を締結したことを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波振動子。
【請求項４】
中空の圧電素子と、圧電素子の背面に設けられた内側中央部にリブを持つ半波長の整数倍の長さを有する導電性ブロックと、圧電素子の前面に設けられた内側中央部にリブを持つ半波長の整数倍の長さを有する導電性ブロックとを有し、さらに前面に中空の圧電素子と、圧電素子の前面に設けられた内側中央部にリブを持つ半波長の整数倍の長さを有するブロックの組み合わせを整数倍有し、端部のブロックのリブ間を、絶縁物を介してボルトで締結したことを特徴とする超音波振動子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子などの接合に使用されるスタッドバンプの形成やワイヤリングの形成のための超音波ホーン用の超音波振動子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ＩＣ関連のワイヤボンディング技術を応用して、金バンプをフリップチップＩＣの電極パッド部に超音波接合するスタッドバンプボンディング技術が知られている。
【０００３】
通常、ワイヤボンディングやバンプ形成には、図５に示すような、６０ＫＨｚから１２０ＫＨｚ程度の振動周波数の超音波ホーン装置が用いられている。超音波ホーン装置は、超音波振動子２１と、超音波ホーン２２と、ワイヤを挿通しＩＣチップに接合するキャピラリー２３とから構成されている。その超音波振動子２１には、図６に示すような、中空の圧電素子３１と、その前後に設けたブロック３２、３３とをボルト３４で締め上げて構成されたランジュバン型ボルト締め振動子に代表されるものが用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６に示す従来の技術における超音波振動子２１は、中空の圧電素子３１と、その前後に設けたブロック３２、３３から成る半波長の長さを有する共振状態と、前後に設けたブロック間を締め上げるボルト３４の半波長の長さを有する共振状態とが合成された半波長の長さを有する共振状態を形成させなければならない。ところが、ＩＣ接合温度の低温化やファインピッチ化に対応するために、超音波振動子の高周波化が求められてくると、圧電素子３１とブロック３２、３３とボルト３４間の共振状態の形成が困難になってくるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、周波数の高い高周波で安定した超音波振動を実現でき、良好なボンディングが可能な超音波振動子を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波振動子は、中空の圧電素子と、圧電素子の背面に設けられた内側中央部にリブを持つ半波長の整数倍の長さを有するブロックと、圧電素子の前面に設けられた内側中央部にリブを持つ半波長の整数倍の長さを有するブロックとを有し、圧電素子の前後に設けた各ブロックのリブ間をボルトで締結したものであり、圧電素子とその前後のブロックとが、それぞれ半波長の整数倍の長さから構成され、各ブロックのリブは超音波振動の節にあたり、その節（リブ）間を締結するボルトは共振する必要がない。したがって、圧電素子とその前後のブロックの長さを管理することで安定した振動特性を実現することができる。
【０００７】
また、圧電素子の背面と前面に設けられたブロックは導電性ブロックにて構成することができ、その場合圧電素子の背面の導電性ブロックより絶縁物を介してボルトを通すのが好ましい。
【０００８】
また、圧電素子の背面に設けたブロックのリブ中央にボルト穴を設け、圧電素子の前面に設けたブロックのリブ中央にねじ穴を設け、圧電素子の背面のブロックよりボルトを通して前面のブロックのねじ穴にねじ込み、ブロック間を締結すると、ボルトを締結するナットを不要にできる。
【０００９】
また、本発明の超音波振動子は、中空の圧電素子と、圧電素子の背面に設けられた内側中央部にリブを持つ半波長の整数倍の長さを有する導電性ブロックと、圧電素子の前面に設けられた内側中央部にリブを持つ半波長の整数倍の長さを有する導電性ブロックとを有し、さらに前面に中空の圧電素子と、圧電素子の前面に設けられた内側中央部にリブを持つ半波長の整数倍の長さを有するブロックの組み合わせを整数倍有し、端部のブロックのリブ間を、絶縁物を介してボルトで締結したものであり、圧電素子とその前後のブロックとが複数個それぞれ半波長の整数倍の長さから構成され、各ブロックのリブは超音波縦振動の節にあたり、その節（リブ）間を締結するボルトは共振する必要がない。したがって、複数個の圧電素子とその前後の複数個のブロックとの、それぞれの長さを管理することで、安定した高パワー（高振幅）の振動特性を実現することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の超音波振動子の各実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）
本実施形態の超音波振動子の構成を示す図１において、超音波振動子１は、中空で、両端に電極１７、１８を有する圧電素子１１と、圧電素子１１の背面に設けられた内側中央部にリブ１２ａを持つ半波長の整数倍の長さを有する導電性のブロック１２と、圧電素子１１の前面に設けられた内側中央部にリブ１３ａを持つ半波長の整数倍の長さを有する導電性のブロック１３とを有し、圧電素子１１の前後に設けたブロック１２、１３のリブ１２ａと１３ａ間を、圧電素子１１の背面側の導電性ブロック１２より絶縁カラー１５を介してボルト１４を通し、前面側のブロック１３のリブ１３ａに当接配置したナット１６をボルト１４の先端部の雄ねじ部１４ａに螺合し、締結して構成されている。１２ｂ、１３ｂは、リブ１２ａ、１３ａの中心に形成されたボルト穴である。
【００１２】
この超音波振動子１は、図４に示すように、超音波ホーン２に取付けられ、圧電素子１１の両端電極１７、１８に超音波発振器４により超音波信号が与えられる。
【００１３】
次に、動作を説明する。中空の圧電素子１１の電極１７、１８に超音波発振器４より超音波信号が与えられると、圧電素子１１が振動を発生し、その前後に設けられた各ブロック１２、１３が共振され、超音波振動子１全体が共振状態となる。これと同時に、超音波ホーン２、キャピラリ３を含む全体が共振状態となる。
【００１４】
その際にも圧電素子１１と、その前後のブロック１２、１３がそれぞれ半波長（λ／２）の整数倍の長さに構成され、各ブロック１２、１３のリブ１２ａ、１３ａは超音波振動の節に当たり、その節間を締結するボルト１４は共振する必要がないので、圧電素子１１とその前後のブロック１２、１３の長さを管理することで安定した振動特性を実現することができる。
【００１５】
（第２の実施形態）
本実施形態の超音波振動子の構成を示す図２において、超音波振動子１は、中空で、両端に電極１７、１８を有する圧電素子１１と、圧電素子１１の背面に設けられた内側中央部にリブ１２ａを持つ半波長の整数倍の長さを有する導電性のブロック１２と、圧電素子１１の前面に設けられた内側中央部にリブ１３ａを持つ半波長の整数倍の長さを有する導電性のブロック１３とを有し、圧電素子１１の背面に設けた導電性のブロック１２のリブ１２ａの中央にボルト穴１２ｂを設け、圧電素子１１の前面に導電性のブロック１３のリブ１３ａの中央にねじ穴１３ｃを設け、圧電素子１１の背面側の導電性のブロック１２より絶縁カラー１５を介してボルト１４を通し、圧電素子１１の前面側の導電性のブロック１３のねじ穴１３ｃにねじ込み、ブロック１２、１３間を締結して構成されている。この実施形態ではブロック１３のリブ１３ａにねじ穴１３ｃを形成しているので、ナット１６が不要となる。
【００１６】
この超音波振動子１は、図４に示すように、超音波ホーン２に取付けられ、圧電素子１１の両端電極１７、１８に超音波発振器４により超音波信号が与えられる。
【００１７】
次に、動作を説明する。中空の圧電素子１１の電極１７、１８に、超音波発振器４より超音波信号が与えられると、圧電素子１１が振動を発生し、その前後に設けられた各導電性のブロック１２、１３が共振され、超音波振動子１全体が共振状態となる。これと同時に、超音波ホーン２、キャピラリ３を含む全体が共振状態となる。
【００１８】
その際にも圧電素子１１と、その前後の導電性のブロック１２、１３がそれぞれ半波長（λ／２）の整数倍の長さに構成され、各ブロック１２、１３のリブ１２ａ、１３ａは超音波振動の節に当たり、その節間を締結するボルト１４は共振する必要がないので、圧電素子１１とその前後のブロック１２、１３の長さを管理することで安定した振動特性を実現することができる。
【００１９】
（第３の実施形態）
本実施形態の超音波振動子の構成を示す図３において、超音波振動子１は、中空で、両端に電極１７、１８を有する圧電素子１１ａと、圧電素子１１ａの背面に設けられた内側中央部にリブ１２ａを持つ半波長の整数倍の長さを有する導電性のブロック１２と、圧電素子１１ａの前面に設けられた内側中央部にリブ２０ａを持つ半波長の整数倍の長さを有する導電性のブロック２０を有し、さらにその前面に中空の前端に電極１９を持つ圧電素子１１ｂと、この圧電素子１１ｂの前面に設けられた内側中央部にリブ１３ａを持つ半波長の整数倍の長さを有する導電性のブロック１３の組み合わせを整数倍有し、端部の導電性のブロック１２、１３のリブ１２ａ、１３ａ間を、絶縁カラー１５を介してボルト１４とナット１６で締結して構成されている。
【００２０】
この超音波振動子１は、図４に示すように、超音波ホーン２に取付けられ、圧電素子１１ａの電極１８と、圧電素子１１ａの電極１７及び圧電素子１１ｂの電極１９との間に超音波発振器４により超音波信号が与えられる。
【００２１】
次に、動作を説明する。中空の圧電素子１１ａ、１１ｂの電極１７、１９（同電位）と電極１８に、超音波発振器４より超音波信号が与えられると、圧電素子１１ａ、１１ｂが振動を発生し、その前後に設けられた各導電性のブロック１２、１３、２０が共振され、超音波振動子１全体が共振状態となる。これと同時に、超音波ホーン２、キャピラリ３を含む全体が共振状態となる。
【００２２】
その際にも圧電素子１１ａ、１１ｂと、その前後の導電性のブロック１２、１３、２０がそれぞれ半波長（λ／２）の整数倍の長さに構成され、各ブロック１２、１３のリブ１２ａ、１３ａは超音波振動の節に当たり、その節間を締結するボルト１４は共振する必要がないので、圧電素子１１ａ、１１ｂとその前後のブロック１２、１３、２０の長さを管理することで安定した振動特性を実現することができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の超音波振動子によれば、以上のように中空の圧電素子と、圧電素子の背面と前面にそれぞれ設けられた内側中央部にリブを持つ半波長の整数倍の長さを有するブロックを有し、両ブロックのリブ間をボルトで締結して構成しているので、ブロックのリブは超音波振動の節にあたり、その節であるリブ間を締結するボルトは共振する必要がないので、圧電素子とブロックの長さを管理することで、高い周波数の高周波領域で安定した振動特性を実現でき、この超音波振動子を用いることで良好なボンディング性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波振動子の第１の実施形態を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は縦断正面図、（ｃ）は超音波振動波形図である。
【図２】本発明の超音波振動子の第２の実施形態を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は縦断正面図、（ｃ）は超音波振動波形図である。
【図３】本発明の超音波振動子の第３の実施形態を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は縦断正面図、（ｃ）は超音波振動波形図である。
【図４】本発明の超音波振動子を適用した超音波ホーン装置を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は超音波振動波形図である。
【図５】従来例の超音波振動子を適用した超音波ホーン装置を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は超音波振動波形図である。
【図６】従来例の超音波振動子を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は縦断正面図、（ｃ）は超音波振動波形図である。
【符号の説明】
１  超音波振動子
１１、１１ａ、１１ｂ  圧電素子
１２  ブロック
１２ａ  リブ
１２ｂ  ボルト穴
１３  ブロック
１３ａ  リブ
１３ｃ  ねじ穴
１４  ボルト
１５  絶縁カラー
２０  ブロック
２０ａ  リブ
【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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