(57)【要約】【課題】実装時に実装部品に対して加える荷重を増加させた場合であっても、実装部品の電極全てで好適な接合が得られる超音波実装装置を提供する。【解決手段】ボイスコイルモータからの駆動力を超音波ホーンに伝えるホーン支持部材に対し、荷重付加時に超音波ホーン及び振動子に生じるホーン支持部材の支持点周りの回転モーメントを相殺するように振動子後端部において該振動子に付勢力を作用させる振動子後端付勢部材を付加する。また、振動子後端付勢部材が付勢力を振動子に与える位置を、該超音波ホーン及び振動子に発生する定在波の節と一致させ、ボンディングツールが実装部品に荷重を付与する荷重付加軸をこれら節の間の定在波の腹と一致させた。【選択図】図１
2009267277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の付加軸に沿って荷重を付加した状態で実装部品の電極を基板上の配線電極に対して押圧すると共に前記付加軸とは異なる方向の成分を有する超音波振動を前記電極に加えることによって、前記電極と前記配線電極との接合を為す超音波実装装置であって、
前記付加軸に沿って配置されて前記付加軸に沿った下端部にて前記電子部品を保持するボンディングツールと、
前記超音波振動を発生する振動子と、
前記付加軸とは異なる方向に延在して一方の端部にて前記超音波振動を伝達可能に前記ボンディングツールを保持し、他方の端部において前記振動子と接続される超音波ホーンと、
前記超音波ホーンの前記他方の端部近傍にて前記超音波ホーンを支持するホーン支持部材と、
前記所定の付加軸と平行な駆動力を発生する駆動手段と、
前記駆動手段及び前記ホーン支持部材と連結されて前記ホーン支持部材に前記駆動力を伝達する駆動力伝達部材と、
前記振動子上の所定位置において、前記超音波ホーン及び前記振動子が前記ホーン支持部材による支持位置を中心とした回転モーメントが生じた際に前記回転モーメントを相殺する付勢力を前記振動子に与える付勢部材と、を有し、
前記振動子上の前記所定位置は、前記超音波ホーンに伝達された超音波振動から生じる定在波の節に位置することを特徴とする超音波実装装置。
【請求項２】
前記ボンディングツールが保持される前記超音波ホーン上の位置は、前記超音波ホーンに伝達された前記超音波振動から生じる前記定在波の腹の位置であることを特徴とする請求項１に記載の超音波実装装置。
【請求項３】
前記振動子は、前記超音波ホーンと接続された側と反対の側に配置されて前記振動子の長さを延長する振動子端突出部を有し、前記振動子上の前記所定位置は前記振動子端突出部上に配置されることを特徴とする請求項１或いは２何れかに記載の超音波実装装置。
【請求項４】
前記振動子端突出部は前記超音波ホーンと同じ軸を有する円筒形状からなることを特徴とする請求項３に記載の超音波実装装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所謂ICチップ等の電子部品を基板に実装する際に用いられる実装装置に関する。より詳細には、該チップに設けられた電極を基板上の配線に対して接合する際等に用いられ、チップに対して基板方向に向かう荷重を付加しつつ該チップに対して当該荷重の付加方向とは異なる方向に沿った超音波振動を更に加える、所謂フリップチップボンディングを行う超音波実装装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波実装装置は、例えば特許文献１において従来の技術として示されるように、荷重の付加軸と連結され且つ該付加軸とは平行であって当該付加軸から離れた軸線上にて超音波ホーンを保持するブラケットを有する。より詳細には、チップに対する荷重は、ボイスコイルモータにより該付加軸と一致した軸線に沿った駆動力として発生される。当該ボイスコイルモータの駆動軸は、当該軸線に沿って駆動力即ち荷重を伝える。前述したブラケットはＬ字形状を有し、当該駆動軸と直交する方向に延在するＬ字の一方の直線部の一端で連結され、該軸線と平行な他方の直線部にて超音波ホーンを保持する。即ち、ボイスコイルモータ駆動軸の発する駆動力は、該軸線とは離れた位置に存在するＬ字ブラケットの直線部を介して、超音波ホーンに対して該軸線と平行な方向に荷重を伝える。超音波ホーンは、該ブラケットから受けた荷重を荷重の付加方向とは直交する方向に伝達し、再度荷重を付加軸に沿ったものとしてボンディングツールに伝える。該ボンディングツールは、超音波ホーンを介して伝えられた付加荷重を受け、該荷重の付加方向を前述した荷重の付加軸上に戻した上で、これをチップに伝える。従来構成では、前述した経路を経た荷重をチップに付加した状態で超音波ホーンから該ボンディングツールに対して荷重付加軸と異なる方向に超音波振動を加えることによって、チップの電極と基板の電極との接合を得ている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−０９７４９３号公報
【特許文献２】特開２０００−０７７４８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
昨今、実装されるチップが複合部品となりチップ形状が複雑になること、或いはチップの要接合電極の数が増加すること、に伴って電極接合の難易度が増し、接合の安定性の向上、接合強度自体の向上等が求められている。当該要求に対応するためには、接合時の付加荷重の増加が最も適当且つ適切な対応となる。しかし、特許文献１に開示する構成の場合のように、所謂Ｌ字ブラケットを使用した従来の所謂片持ちの超音波ホーンを用いた構成で付加荷重を大きくした場合、該ホーンやこれを支持するブラケットが撓んでしまう、或いは撓む方向への応力が発生してしまうといった現象が生じる恐れがある。このような現象が生じることによって、実装時にチップが傾いて実装位置がずれてしまう、実装状態が不安定な接合電極が生じる、等、更に極端な場合にはチップ等の損傷が生じる恐れもあった。また、このようなブラケットの撓み、或いは付加荷重に対して抗力となり得るモーメントの発生は、ボイスコイルモータから発せられる駆動力と実際にチップに対して加えるべき荷重との間に誤差を生じさせ、適正な荷重の制御が困難となるという問題も発生させる恐れがあった。
【０００５】
引用文献２においては、このような課題に対処するために、ボイスコイルモータから発せられる駆動力を荷重ベースで一旦受けることとし、該荷重ベースから直接的にボンディングツールに荷重を付加する構成が用いられている。当該構成によれば、荷重ベースを介してブラケットとボンディングツールに等しく駆動力の付加が為されることから前述したモーメント自体の発生は、かなり抑制されると考えられる。しかしながら、当該構成においても、荷重ベースからの荷重の付加が、荷重ベースの端部に配置されたボンディングツールを介して行われることとなり、実装部品に加えられるべき荷重がある程度以上増加した場合には、やはり、上述したＬ字ブラケット或いは超音波ホーンの撓み或いは当該荷重に起因した前述したモーメントの発生を考慮する必要があると思われる。また、荷重ベースから荷重が付与されるボンディングツール端部、即ちボンディングツールにおける荷重ベースとの接触部分は球面として形成されているため、接触点を中心としたホーン側の撓み、傾き等の生じる可能性も大きくなる恐れがある。更に、ホーンに伝えられた超音波振動は押圧部材から荷重ベースにも伝わり、本来ボンディングツールに全て伝えたい振動のエネルギーが荷重ベースに拡散して減じてしまうという問題もあった。
【０００６】
本発明は、以上の状況に鑑みて為されたものであり、実装部品に対して加えるべき荷重が高荷重となった場合であっても、Ｌ字ブラケット及び超音波ホーンの撓み、及び所謂ボンディングツールに加えられ得るモーメントの発生を抑制し、実装部品に対して加える荷重の調整を正確に行うことを可能とし、且つ振動子から発せられる超音波振動についてそのエネルギーを減少させること無くボンディングツールに伝播させることを可能とする所謂超音波実装装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る超音波実装装置は、所定の付加軸に沿って荷重を付加した状態で実装部品の電極を基板上の配線電極に対して押圧すると共に該付加軸とは異なる方向の成分を有する超音波振動を電極に加えることによって、該電極と配線電極との接合を為す超音波実装装置であって、該付加軸に沿って配置されて該付加軸に沿った下端部にて電子部品を保持するボンディングツールと、超音波振動を発生する振動子と、付加軸とは異なる方向に延在して一方の端部にて超音波振動を伝達可能にボンディングツールを保持し、他方の端部において振動子と接続される超音波ホーンと、該超音波ホーンの他方の端部近傍にて超音波ホーンを支持するホーン支持部材と、所定の付加軸と平行な駆動力を発生する駆動手段と、該駆動手段及びホーン支持部材と連結されてホーン支持部材に駆動力を伝達する駆動力伝達部材と、振動子上の所定位置において、超音波ホーン及び振動子がホーン支持部材による支持位置を中心とした回転モーメントが生じた際に当該回転モーメントを相殺する付勢力を振動子に与える付勢部材と、を有し、振動子上の所定位置は、超音波ホーンに伝達された超音波振動から生じる定在波の節に位置することを特徴とする。
【０００８】
なお、上述した超音波実装装置では、該ボンディングツールが保持される超音波ホーン上の位置は、該超音波ホーンに伝達された超音波振動から生じる定在波の腹の位置であることが好ましい。また、該振動子は、超音波ホーンと接続された側と反対の側に配置されて該振動子の長さを延長する振動子端突出部を有し、該振動子上の所定位置は該振動子端突出部上に配置されることが好ましい。更に、振動子端突出部は超音波ホーンと同じ軸を有する円筒形状からなることがより好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、チップに加えられる荷重が増加した場合であっても、超音波ホーン或いはブラケット等のたわみを抑制し、且つ前述したモーメントも抑制した状態にて、ボンディングツールの軸線に沿って直接チップへの荷重付加を行うことが可能となる。また、本発明によれば、前述したモーメント等の影響を排除することが可能となる効果により、チップに加えるべき荷重を細かく且つ正確に調整することが可能となる。また、本発明によれば、振動子からホーンに伝えられる超音波振動は、そのエネルギーを他部材に拡散させること無くボンディングツールに伝えられるため、効果的な実装操作を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施形態について、以下に図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る超音波実装装置の部分断面を含んだ主要部の側面概略図である。本実施形態に係る超音波実装装置１００は、実装ヘッド本体１０、Ｚ軸本体駆動手段５０、及びＸ軸駆動手段６０を有する。Ｚ軸本体駆動手段５０は、本体駆動用モータ５１、ボールネジ５３、Ｚ軸ガイドレール５５、及びＺ軸スライダ５７を有する。実装ヘッド本体１０はＺ軸スライダ５７に固定され、該Ｚ軸スライダ５７はＺ軸ガイドレール５５によりＺ軸方向に摺動自在に支持されると共に、ボールネジ５３と係合している。本体駆動用モータ５１はボールネジ５３を軸中心に回転させ、Ｚ軸スライダ５７はボールネジ５３の回転に伴ってＺ軸ガイドレール５５上を摺動する。Ｚ軸ガイドレール５５はＸ軸駆動手段６０におけるＸ軸スライダ６１によって支持される。Ｘ軸スライダ６１（Ｘ軸駆動手段６０）は公知のボールネジ等からなる一軸の駆動機構によって構成される。
【００１１】
実装ヘッド本体１０は、ボンディングツール１１、超音波ホーン１３、振動子１５、前述したＬ字ブラケットでホーン支持部材１７、回動・摺動部材３９、一対の回転軸受２１、ボイスコイルモータに例示される駆動手段２５、ロック手段２７、振動子１５に付勢力を加える振動子後端付勢部材４３、スライドブロック３１、及び直動軸受３３を有する。スライドブロック３１は、前述したＺ軸スライダ５７により直接支持される部材となり、上下方向（駆動手段の駆動方向であるＺ軸方向）に貫通孔を有する筐体或いは枠状の構造を有する。スライドブロック３１の上部には駆動手段２５が配置され、該駆動手段２５と上方端部が連結された略円筒形状の回動・摺動部材３９は、前述したスライドブロック３１の上下の貫通孔を介してスライドブロック３１の内部から外部下方に向けてＺ軸方向に延在する。
【００１２】
ボンディングツール１１は略パイプ構造を有する部材であって、回動・摺動部材３９と同軸となるようにＺ軸方向に延在するように配置される。ボンディングツール１１は上端部において不図示の真空排気系と連通する排気ポート１１ａを有し、下端部の開口においてICチップ等の実装部品１を吸着保持する。また、当該ボンディングツール１１は所定の付加軸に沿って実装部品１に対して押圧荷重を付加する。超音波ホーン１３は、Ｚ軸に直交するＹ軸方向に軸心が延在するように配置される略円錐状を有する。
【００１３】
該超音波ホーン１３は、後端において超音波振動を発する振動子１５と連結される。該振動子１５の発した超音波振動は超音波ホーン１３に与えられ、先端に伝わってゆくにつれて形状効果によって増幅されてボンディングツール１１まで伝達される。伝達される超音波振動はＺ軸に対して直交するＹ軸方向の振動であり、当該振動がボンディングツール１１を介して実装部品１の下部電極１ａに伝達される。実装対象である基板３上の電極３ａに対して下部電極１ａが所定の付加荷重を伴って押圧された状態で当該超音波振動が与えられることによって、これら電極の接合が為される。振動子１５の後端部（超音波ホーン１３と接続される端部とは反対側の端部）には、超音波ホーン１３と同軸となる円筒状の部材からなる振動子端突出部１５ａが固定される。
【００１４】
ホーン支持部材１７は、前述したようにＹＺ平面（図の紙面に平行な面）に延在するように配置されるＬ字形状を有する。ホーン支持部材１７は、Ｚ軸方向に延在するように配置された該Ｌ字の一方の直線部の端部（Ｚ軸下方端部）において超音波ホーン１３の後端近傍を支持する。ホーン支持部材１７のＹ軸方向に延在する他方の直線部の端部は回動・摺動部材３９のＺ軸下方端部と連結される。該回動・摺動部材３９はＺ軸方向に延在し、且つボンディングツール１１と同軸となるように配置される円筒状の部材である。該回動・摺動部材３９は、同じく同軸にてＺ軸方向に延在する直動軸受３３によって、Ｚ軸方向に摺動可能に支持される。また、直動軸受３３はＺ軸に延在した状態での上端部及び下端部において、回転軸受２１を介して、スライドブロック３１によりＺ軸（回動・摺動部３９の軸心を中心として）周りに回転可能に支持される。
【００１５】
また、ホーン支持部材１７は、前述した回動・摺動部材３９と連結されたＬ字形状の他方の直線部について、該回動・摺動部材３９と連結された側とは他方の端部において、該直線部を延在するように配置された振動子後端付勢部材４３とも連結される。該振動子後端付勢部材４３は、ホーン支持部材１７の直線部を延在してなる直線領域４３ａと、Ｚ軸方向に延在して該直線領域４３ａに一方の端部が固定される付勢バー４３ｂと、を有する。該付勢バー４３ｂは、前述したＺ軸方向に延在するＺ方向直線部と、該Ｚ方向直線部の端部から連続してＵ字状に延在方向を反転する反転部と反転後所定長さを経た後に設けられる端部である付勢端部とを有する。当該付勢端部は、当該反転部を経ることにより、Ｚ軸方向の下方側から前述した振動子端突出部１５ａに対して当接する。なお、付勢バー４３ｂは直線領域４３ａの延在方向に対してその固定位置を変化させることが可能となっている。実装時において、高荷重を実装部品に付加した場合に、超音波ホーン１３及び振動子１５には振動子１５の後端側がＺ軸における下方に移動するようなモーメントが発生する。付勢バー４３ｂの付勢端部はこのようなモーメントに対して抗力を発生する方向から振動子端突出部１５ａに当接し、該モーメントによる超音波ホーン１３及び振動子１５の撓みを防止する。即ち、振動子後端付勢部材４３は、超音波ホーン及び振動子がホーン支持部材による支持位置を中心とした回転モーメントが生じた際に当該回転モーメントを相殺する付勢力を振動子に与える付勢部材として作用する。
【００１６】
実装ヘッド本体１０は、Ｘ軸駆動手段及びＺ軸駆動手段により実装部品１を吸着保持した状態にてＸ軸及びＺ軸各々の方向に駆動される。ここで、上述したように回動・摺動部材３９からボンディングツール１１に至る構成が重力に対して凡そフリーといえる状態に維持された場合、当該駆動操作時において個々の構成の慣性により実装ヘッド１０に対して該構成が不足の動作を行う可能性がある。このような不測の動作の発生を防止する観点から、本実施形態においてはロック手段２７を配することとしている。該ロック手段２７は、エアシリンダ２７ａと、該エアシリンダ２７ａと連結して伸縮可能なシリンダピン２７ｂとから構成される。シリンダピン２７ａは、回動・摺動部材３９の軸方向中央部に配された外方に拡径してなるフランジ部３９ａに当接可能であり、上方側の回転軸受２１と協働して該フランジ部３９ａを挟持することで、スライダブロック３１に対する回動・摺動部材３９の固定を為している。尚、エアシリンダ２７ａにはエアの供給及び排出を為す構成が付随するが、図面の簡略化のために図示を省略する。
【００１７】
なお、超音波ホーン１３を介してボンディングツール１１にＹ軸方向の縦の超音波振動を伝達した場合、該ボンディングツール１１には該超音波ホーンとの接合部分を中心とした所謂定在波（超音波振動の伝達方向から見た場合の横振動）が発生する。超音波振動を効率的に用いて電極間の接合を行おうとした場合、ボンディングツール１１に保持された実装部品１の電極１ａは、当該定在波において最も振幅の大きな所謂振動の腹の位置に配置されることが好ましい。従って、超音波ホーン１３との接合位置からボンディングツール１１が保持する実装部品１の電極１ａまでの距離は、当該定在波の周期上当該条件を満たす長さとなるように設計される。
【００１８】
また、振動子１５から超音波ホーン１３に加えられる振動は、ホーン円錐部１３ａにおいて振幅の変化等を生じるが基本的には該超音波ホーン１３を振動させる定在波として伝えられる。この場合、該超音波ホーン１３中に定在波を最も効果的に存在させようとした場合、当該超音波ホーン１３の支持は該定在波の振動の所謂節の部分で為されることが好ましい。このため、ホーン支持部材１７は、超音波ホーン１３の一方の端部（円錐部１３ａの拡径側の端部）近傍に存在する該定在波の節において、これ支持する。また、振動子１５が発する超音波振動は、超音波ホーン１３のみならず振動子端突出部１５ａにも伝達される。即ち、超音波ホーン１３、振動子１５及び振動子端突出部１５ａは、一体の振動体としてその内部に定在波を生じさせる。ここで、振動子後端付勢部材４３の付勢端部が振動子端突出部１５ａに当接する位置が該低在波の節に一致しない場合には、前述したモーメントに対する抗力を該付勢端部より振動子端突出部１５ａに加えると、振動モードの変化、振動エネルギーの振動子後端付勢部材４３への漏洩が生じる。以上の観点から、振動子後端付勢部材４３の付勢端部は、振動子端突出部１５ａにおける定在波の節と一致するように設定される。なお、当該振動子端突出部１５ａは、振動子後端付勢部材４３の付勢位置を、超音波ホーン１３と振動子１５とを合わせた構成物中の定在波の節と一致させるために、振動子１５の長さを延長することを目的とする構成であり、該節が適当な位置に存在する場合にはこれを無くすこととしても良い。
【００１９】
以上述べたように、本形態では、ホーン支持部材１７を介してボンディングツール１１にＺ軸下方向の荷重を付加しようとした場合、振動子１５（厳密には振動子端突出部１５ａ）に存在する定在波の節の位置において、荷重付加時に当該超音波ホーン１３に生じるホーン支持部材１７との結合部を中心とする回転モーメントを抑止する方向から振動子１５に対して振動子後端付勢手段４３が付勢力することとなる。このため、超音波ホーン１３に対する回転モーメントの付加が抑制され、実装部品１に対してＺ軸に沿った荷重の付加を行うことが可能となる。また、ホーン支持部材１７が超音波ホーン１３を支持する位置は、振動子１５との接合の兼ね合いから適当な位置を求めることは比較的容易である。しかし、通常振動が超音波ホーン１３の円錐部１３ａを伝播する際に超音波の振幅の変化等が生じることから、該超音波ホーン１３及び振動子１５を含めた構造体での定在波の節を正確に求めることは困難な場合が多い。本形態では振動子端突出部１５ａを外径の変化が無い円筒形状としたことから当接維持が容易であると共に、節の位置を確保することも容易である。また、本形態における超音波ホーンでは、この円筒形状の軸とは垂直な断面での形状と振動子１５の軸とは垂直な断面での形状とは相似とされている。従って、定在波における振動の成分も当該振動子端突出部１５ａにおいて変化する可能性が極めて小さく、定在波における振動の所謂縦成分及び横成分の振動方向、比率等は一定に保たれる。また、本形態では、超音波ホーン１３におけるボンディングツール１１を保持する側に当接する部材が存在しないことから、引用文献１に開示する構成のようにボンディングツール及びその近傍において超音波振動のエネルギーが他の構成物に漏洩することが無く、効率的な実装操作を行うことが可能となる。
【００２０】
なお、上記実施形態において、ホーン支持部材１７が超音波ホーン１３を支持する位置は、該超音波ホーン１３の拡径部端部であることが好ましいが、実際には該超音波ホーン１３と振動子１５との接合部分との兼ね合いから完全な端部とはならないことから、当該支持位置は該超音波ホーン１３の一方の端部近傍と表現されることが好ましい。また、同軸・摺動部材３９については、本実施形態では直動軸受３３等によりスライドブロック３９に対して摺動可能に支持され且つ回転軸受２１により回動可能にも支持されることから当該名称としている。しかし、駆動手段２５の駆動力を伝達するために駆動手段２５とホーン支持部材１７とに連結されており、駆動力の伝達部材としても作用する。当該構成は回動及び摺動が他の構成によって担われることが可能であれば、駆動力伝達部材としてのみ構築することも可能である。また、本実施形態では、超音波ホーン１３における軸とは垂直な面での断面の形状は円形としているが、当該超音波ホーンの形態はこれに限定されない。即ち、超音波ホーンが延在する方向の軸を中心軸として有して振動子との連結部分での軸と垂直な平面での断面積が最大であり該連結部分から離れるにつれてこの断面積が連続的に小さくなる縮径部を有する超音波ホーンであれば、本発明に含まれる。また、超音波ホーン１３がボンディングツール１１を保持する所定位置は、縮径部での断面積最小位置がより好ましい。
【００２１】
次に、上述した実施形態からなる超音波実装装置１００が実際に基板３に対して実装部品１を実装する際の各構成の動作について述べる。実装工程に際し、実装ヘッド本体１０は、Ｚ軸本体駆動手段５０及びＸ軸駆動手段６０によって実装部品１の供給位置まで搬送される。その際、ロック手段２７は、回転軸受２１と共にフランジ部３９ａを挟持することによって、回動・摺動部材３９、ホーン支持部材１７、振動子１５、振動子後端付勢部材４３、超音波ホーン１３及びボンディングツール１１の実装ヘッド１０に対する不測の移動を規制する。実装ヘッド本体１０がボンディングヘッド１１の先端部にて実装部品１を吸着保持すると、該実装ヘッド本体１０は、Ｙ軸方向についての基板搬送を行う不図示の基板搬送系によって所定位置まで駆動された基板３の上方所定位置まで、Ｚ軸本体駆動手段５０及びＸ軸駆動手段６０によって搬送される。なお、基板３の上方に実装部品１が搬送される間に、不図示の画像処理系等により、基板の配置、所定のＸＹ軸に対するズレの程度、実装部品１の保持姿勢等が求められ、ボンディング時に実装部品１がとるべき姿勢に対するズレの総量が求められる。実装ヘッド本体１０がＺ軸本体駆動手段によって下降する際に、個々の軸方向の駆動手段によるＸＹ平面内での位置補正、及び不図示のθ駆動系により回動・摺動部材３９を回動させてなる、所謂θ補正と称呼された保持姿勢の補正操作が為される。
【００２２】
下降が進行して実装部品１の電極１ａが基板３上の電極３ａと当接する直前位置である所定高さまで下降したことが不図示のセンサにより検知されると、ロック手段２７による回動・摺動部材３９の固定が解除される。実装部品の下降は更に継続され、実装部品１が基板３に当接すると、該下降操作が停止される。なお、当接時においては駆動手段２５として所謂ボイスコイルモータを用いることによって実装部品１と基板３との当接による衝撃は抑制されている。また、これにより実装部品１の電極１ａは、無負荷に近い状態で基板上電極３ａと当接するとなる。ここで、あらためて駆動手段２５が回動・摺動部材３９を駆動させ、ホーン支持部材１７が超音波ホーン１３に対して付加荷重を加え、更にボンディングツール１１を介して所定の荷重を実装部品１に加えることとなる。なお、その際、超音波ホーン１３に生じる回転モーメントは振動子後端付勢部材４３によって相殺される。所定の荷重が実装部品１に加えられた状態で、超音波ホーン１３を介して振動子１５が超音波振動をボンディングツール１１に与えることにより、実装部品電極１ａと基板電極３ａとの接合が為される。
【００２３】
以上述べたように、本発明においては、従来は超音波ホーン１３等定在波の生じる部材を一部で支持していわゆる片持ち梁的な構造体を介して荷重付加を為していたものを、当該支持部から見てボンディングツールが配置される側とは反対側に振動子端部付勢手段４３を配することによって、超音波ホーン１３に生じる回転モーメントを相殺することとしている。従って、従来技術で問題となる荷重の増加に伴うＬ字状ブラケットの撓みや超音波ホーン１３に作用する回転モーメントを抑制することが可能となる。更に、当該回転モーメントを相殺する構成として、振動子１５の後端部に同一径且つ該振動子１５と同軸で延在する振動子端突出部１５ａを配し、当該振動子端突出部１５ａに対して該回転モーメントを相殺するための付勢力の付加位置を、超音波ホーン１３等の構造体における定在波の節となるように設定している。従って、回転モーメントを相殺しつつ、振動子１５から超音波ホーン１３への超音波振動の伝達が安定的且つ正確に実行されることとなる。
【００２４】
なお、振動子後端付勢部材４３における振動子端突出部１５ａの円筒表面に当接する、付勢バー４３ｂの先端部と、該振動子端突出部１５ａの被当接部とは、荷重の伝播、振動に対する当接状態の維持の観点から種々の形態が考えられる。当該形態について、次に述べる。図２Ａは図１における付勢バー４３ｂの付勢端部と振動子端突出部１５ａの円筒表面との当接部分近傍のみを拡大して示す図である。また、図２Ｂは図２Ａに示す断面２Ｂ−２Ｂを矢印方向から見た状態を示す図である。本形態においては、付勢バー４３ｂの先端部は、超音波ホーン１３の軸心に垂直であって且つＹＺ平面に垂直な軸を有する円筒の側面を構成している。即ち、付勢バー４３ｂの先端部は、円筒外周面上において軸方向に引かれる直線上の一点において振動子端突出部１５ａと接触する。また、振動子端突出部１５ａ側の当接点も、当該円筒部の外周面上の軸方向に引かれる直線上の一点において付勢バー４３ｂの先端部と接触する。従って、両部材は常に点接触をするが当接状態において振動子端突出部１５ａの軸及び付勢バー４３ｂ先端部の円筒部の軸を含む面内での接触点のズレの影響を受けることが無く、常に好適には当接状態を維持することが可能となる。従って、付勢バー４３ｂから振動子端突出部１５ａに付勢力を付加する際（超音波ホーン１３に回転モーメントが生じた場合）に、当該実施形態が最も安定的にこれを行うことが可能であると考えられる。
【００２５】
しかしながら、上記形態の場合、荷重の付加が一点において為されることから所謂応力集中による付勢バー４３ｂ或いは振動子端突出部１５ａの摩耗、破損等の劣化による短寿命化が懸念される。このような応力の集中を防止するためには、付勢バー４３ｂの先端部を例えば図３Ａ及び３Ｂに示す形態としても良い。なお、図３Ａ及び図３Ｂは図２Ａ及び図２Ｂと同様の様式にて当該形態を示している。本形態では、付勢バー４３ｂの先端部を単なる平面としている。当該形態の場合、当接部が振動子端突出部１５ａの長手方向に延在する線状となることから、所謂縦振動の影響を受ける可能性がある。しかし、応力は当該線上に分散されることから、これら部材の長寿命化を図ることが可能となる。また、図４Ａ及び５４に示すように、付勢バー４３ｂの先端部を曲率半径の大きな（振動子端突出部１５ａの外径と比較して）ものとしても良い。点接触の維持が図れると共に、付勢バー４３ｂ先端部の形状効果によって集中する応力の緩和を図ることが可能となる。しかしながら、当接部分が振動子端突出部１５ａの円周面に沿ったずれを生じた場合、荷重の付加伝達が困難になる可能性を考慮する必要がある。
【００２６】
なお、接触部分が振動子端突出部１５ａの円周面に沿ってずれた場合には、本発明の効果が殆ど得られなくなる恐れがある。従って、このようなずれは特に抑制する必要がある。当該観点に立った場合、図５Ａ及び５Ｂ或いは図６Ａ及び６Ｂに示すような、付勢バー４３ｂの端部形状、更には対応する振動子端突出部１５ａの形状とする形態も考えられる。尚、これら図面は上述した図２Ａ及び２Ｂと同様の様式にて当該形態を示すものである。図５Ａ及び５Ｂに示す実施形態では、付勢バー４３ｂの先端部を、振動子端突出部１５ａの外周面に密着可能となるように、当該振動子端突出部１５ａに対応する円筒の内周面となるように加工を施している。当該形状とすることによって、付勢バー４３ｂ先端部の円筒部の円周面に沿ったずれは防止できる。また、接触が面によるものとなることから、前述した応力集中を効果的に抑制できる。しかしながら、接触が面によるものであることから、所謂縦振動の影響を考慮することが必要となると考えられる。更に図６Ａ及び６Ｂに示す実施形態では、付勢バー４３ｂの先端部分を球面からなることとし、更に振動子端突出部１５ａにおける当接領域及びその周辺に対してこれら領域を平面とする加工を施している。振動子１５側の当接部分が平面となることから、前述した周面に沿ったずれの発生は防止され、接触部分のずれの抑制という観点に立った場合好適に実施形態と言える。しかし、振動子端突出部１５ａに余計な加工を施すこととなり、ホーンの振動特性の変化に留意する必要がある。
【００２７】
ここで、上述した付勢バー４３ｂの振動子端突出部１５ａ表面に対するずれを防止する、或いは回転モーメントに対してこれを抑制するために生じる付勢力をよりロス少なく作用させるために、該付勢バー４３ｂを更に振動子端突出部１５ａのＺ軸方向上側にも配置することとし、上下から振動子端突出部１５ａを挟み込む構造も効果的である。当該形態の実施例を図７Ａ及び７Ｂ、及び図８Ａ及び８Ｂに示す。なお、当該図は図２Ａ及び２Ｂと同様の様式にて付勢バー４３ｂの先端部と振動子端突出部１５ａとを示すものである。図７Ａ及び７Ｂに示す形態は、図２Ａ及び２Ｂに示した付勢バー４３ｂと同様の形態からなる付勢バーを用い、且つ同様の形態からなる付勢バー４３ｂ’を更に付勢バー４３ｂと同軸であって振動子端突出部１５ａを中心に向かい合うように配置している。当該形態とすることによって、付勢力が発生した際の個々の部材の位置ずれを抑制しつつ的確な付勢力の作用を期待できる。また、図８Ａ及び８Ｂに示す形態は、図５Ａ及び５Ｂに示した付勢バー４３ｂと同様の形態からなる付勢バーを用い、且つ同様の形態からなる付勢バー４３ｂ’を更に付勢バー４３ｂと同軸であって振動子端突出部１５ａを中心に向かい合うように配置している。当該形態とすることによって、付勢力発生時の応力の分布を最も均等に分散させることが可能となる。
【００２８】
なお、以上述べた付勢バー４３ｂの先端部及び振動子端突出部１５ａの形状に関し、図２Ａ〜８Ａにおいて符号Ｓとして示される付勢バー４３ｂの軸心は、振動子端突出部１５ａにおける超音波振動に基づく定在波上の節の位置に対応している。本形態においては、上述したように、付勢バー４３ｂと振動子端突出部１５ａとを連結させず各々単に当接しただけの状態で荷重の伝達を行うこととしている。従って、超音波ホーン１３を含む構造体上全体で生じている超音波振動に対して、付勢バー４３ｂから受ける影響を抑制することが可能となる。即ち、本発明によれば、ボンディングツール１１から実装部品に加えられる荷重に対して傾きの応力となるモーメントの抑制のための構成について、当該構成からの超音波振動への影響を排除しつつ該モーメントの抑制を図ることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
以上述べたように、本発明はICチップ等の電子部品を基板に実装する際、即ち所謂フリップチップボンディングの工程に用いられる実装装置に対して好適に用いられる。しかしながら、本発明の適用対象は当該フリップチップボンディングの工程のみに限定されず、チップに設けられた電極を基板上の配線に対して接合する際等に用いられ、チップに対して基板方向に向かう荷重を付加しつつ該チップに対して当該荷重の付加方向とは異なる方向に沿った超音波振動を更に加えることによって所謂実装が為される種々の構成の接合工程にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態に係る実装装置の主要部に関するものであって、当該装置を側面から見た状態の概略構成を示す図である。
【図２Ａ】図１に示す実施形態における付勢バー４３ｂと振動子端突出部１５ａとの当接部分近傍を拡大して示す図であって、付勢バー４３ｂの先端部の一態様を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ａにおける付勢バー４３ｂ及び振動子端突出部１５ａを図中切断面２Ｂ−２Ｂを矢印方向から見た状態を示す図である。
【図３Ａ】図１に示す実施形態における付勢バー４３ｂと振動子端突出部１５ａとの当接部分近傍を拡大して示す図であって、付勢バー４３ｂの先端部の一態様を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ａにおける付勢バー４３ｂ及び振動子端突出部１５ａを図中切断面３Ｂ−３Ｂを矢印方向から見た状態を示す図である。
【図４Ａ】図１に示す実施形態における付勢バー４３ｂと振動子端突出部１５ａとの当接部分近傍を拡大して示す図であって、付勢バー４３ｂの先端部の一態様を示す図である。
【図４Ｂ】図２Ａにおける付勢バー４３ｂ及び振動子端突出部１５ａを図中切断面４Ｂ−４Ｂを矢印方向から見た状態を示す図である。
【図５Ａ】図１に示す実施形態における付勢バー４３ｂと振動子端突出部１５ａとの当接部分近傍を拡大して示す図であって、付勢バー４３ｂの先端部の一態様を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ａにおける付勢バー４３ｂ及び振動子端突出部１５ａを図中切断面５Ｂ−５Ｂを矢印方向から見た状態を示す図である。
【図６Ａ】図１に示す実施形態における付勢バー４３ｂと振動子端突出部１５ａとの当接部分近傍を拡大して示す図であって、付勢バー４３ｂの先端部の一態様を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ａにおける付勢バー４３ｂ及び振動子端突出部１５ａを図中切断面６Ｂ−６Ｂを矢印方向から見た状態を示す図である。
【図７Ａ】本発明の更なる実施形態における付勢バー４３ｂと振動子端突出部１５ａとの当接部分近傍を拡大して示す図であって、付勢バー４３ｂの先端部の一態様を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ａにおける付勢バー４３ｂ及び振動子端突出部１５ａを図中切断面７Ｂ−７Ｂを矢印方向から見た状態を示す図である。
【図８Ａ】本発明の更なる実施形態における付勢バー４３ｂと振動子端突出部１５ａとの当接部分近傍を拡大して示す図であって、付勢バー４３ｂの先端部の一態様を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ａにおける付勢バー４３ｂ及び振動子端突出部１５ａを図中切断面８Ｂ−８Ｂを矢印方向から見た状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１：実装部品、  ３：基板、  １０：実装ヘッド本体、  １１：ボンディングツール、１３：超音波ホーン、  １５：振動子、  １７：ホーン支持部材、  ２１：回転軸受、  ２５：駆動手段、  ２７：ロック手段、  ２９：付勢手段、  ３１：スライドブロック、  ３３：直動軸受、  ３５：回転モータ、  ３７：タイミングベルト、  ３９：回動・摺動部材、  ４３：振動子後端付勢部材、  ５０：Ｚ軸本体駆動手段、  ５１：本体駆動用モータ、  ５３：ボールネジ、  ５５：Ｚ軸ガイドレール、  ５７：Ｚ軸スライダ、  ６０：Ｘ軸駆動系、  ６１：Ｘ軸スライダ、  １０１：超音波実装装置
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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