(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象を吸着するための吸着口を有する吸着ノズルと、配管取付部と、超音波振動が伝達される方向に直交する方向に前記吸着ノズルと前記配管取付部の中央を貫いて連通する通路と、を含む超音波ホーンを備え、前記通路を通じた吸引により前記処理対象を吸着するボンディング装置であって、
前記吸着口の中心と、前記通路とが、前記超音波ホーンにおける超音波振動の定在波の振幅が最大となる腹の部分に設けられ、
前記配管取付部には、発泡樹脂材からなる接続部材を介して、前記吸引のための空圧配管を固定したことを特徴とするボンディング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のボンディング装置であって、
前記発泡樹脂材が独立発泡体であることを特徴とするボンディング装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のボンディング装置であって、
前記発泡樹脂材がスチロール樹脂からなることを特徴とするボンディング装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１に記載のボンディング装置であって、
前記接続部材は、その前記通路に臨む内周面に気密層が形成されていることを特徴とするボンディング装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１に記載のボンディング装置であって、
前記通路が、前記超音波ホーンの最大振幅点から前記超音波ホーンの長手方向における所定範囲内に形成されていることを特徴とするボンディング装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１に記載のボンディング装置であって、
前記超音波ホーンの長手方向の一端に振動子を、また他端に前記振動子と略同等の質量のウエイトを、それぞれ備えたことを特徴とするボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トランスデューサを含んで構成されるボンディング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バンプ付き電子部品などの電子部品を、リードフレームや基板などに接合する方法として、超音波圧接を利用す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。
【０００３】
ボンディングに先立って、処理対象となる電子部品を被圧着面の所定位置に搭載する動作と、前述のボンディング動作とを連続して行うために、超音波振動子を固定してなるトランスデューサには、電子部品を吸着するための吸着口と配管取付部とを連通する通路が設けられている。この吸着口は、超音波振動を電子部品に効率よく作用させるために、トランスデューサにおける超音波振動の腹、すなわち定在波の振幅が最大となる部分に設けられる。他方、この通路を通じて電子部品を吸引するための空圧配管は、超音波振動への影響を避けるため、超音波振動の節部に設けられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような構成では、吸着口から空圧配管までの距離が長くなるため、空圧配管を介した負圧のオン・オフが吸着口に作用するまでに所定時間の遅れが生じてしまい、動作の応答性が悪い。また特開平１１−３０７５８８号公報のように、空圧配管とトランスデューサとの間を接離自在とする構成も提案されているが、可動部分が増えて構成が複雑化する欠点がある。
【０００５】
そこで本発明の目的は、空圧配管がトランスデューサに与える振動特性上の悪影響を抑制することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の本発明は、処理対象を吸着するための吸着口を有する吸着ノズルと、配管取付部と、超音波振動が伝達される方向に直交する方向に前記吸着ノズルと前記配管取付部の中央を貫いて連通する通路と、を含む超音波ホーンを備え、前記通路を通じた吸引により前記処理対象を吸着するボンディング装置であって、前記吸着口の中心と、前記通路とが、前記超音波ホーンにおける超音波振動の定在波の振幅が最大となる腹の部分に設けられ、前記配管取付部には、発泡樹脂材からなる接続部材を介して、前記吸引のための空圧配管を固定したことを特徴とするボンディング装置である。
【０００７】
第１の発明では、配管取付部に、発泡樹脂材からなる接続部材を介して、吸引のための空圧配管を固定した結果、超音波ホーンの超音波振動に対する空圧配管からの反力の影響をよく抑制できる。その理由は明らかでないが、反力ＦがＦ＝ｍａ＋ｃｖ＋ｋｘ（ｍは質量、ａは加速度、ｃは粘性係数、ｖは速度、ｋはバネ定数、ｘは変位）で定義されるところ、発泡樹脂材からなる接続部材の質量ｍおよび粘性係数ｃが、金属や非発泡性の樹脂材に比して各段に小さく、これが加速度ａおよび速度ｖの大きい超音波振動に対する反力の影響を抑制していることによるものと考えられる。第１の発明はこのことを述べたものである。
【０００８】
第２の本発明は、第１の本発明のボンディング装置であって、前記発泡樹脂材が独立発泡体であることを特徴とするボンディング装置である。
【０００９】
第２の本発明では、発泡樹脂材を独立発泡体としたので、吸引に対する気密性を確保できる。
【００１０】
第３の本発明は、第１または第２の本発明のボンディング装置であって、前記発泡樹脂材がスチロール樹脂からなることを特徴とするボンディング装置である。
【００１１】
第３の本発明では、発泡樹脂材をスチロール樹脂としたので、接続部材を特に軽量かつ安価に製造できると共に、ウレタン樹脂などの軟質の材料に比して真空ポンプなどの空圧機器の吸引に対する収縮量が小さいので、吸着動作の応答性を損なうことはない。
【００１２】
第４の本発明は、第１ないし第３のいずれか１の本発明のボンディング装置であって、前記接続部材は、その前記通路に臨む内周面に気密層が形成されていることを特徴とするボンディング装置である。
【００１３】
第４の本発明では、接続部材の内周面に気密層を形成したので、接続部材の気密性を更に高めることができる。
【００１４】
第５の本発明は、第１ないし第４のいずれか１の本発明のボンディング装置であって、前記通路が、前記超音波ホーンの最大振幅点から前記超音波ホーンの長手方向における所定範囲内に形成されていることを特徴とするボンディング装置である。
【００１５】
第５の本発明では、通路を超音波ホーンの最大振幅点から超音波ホーンの長手方向における所定範囲内に形成したので、最大振幅点に設けられた吸着口から配管取付部までの距離を短くでき、吸引動作の応答性を向上できる。
【００１７】
本発明では、通路を超音波ホーンの長手方向に対する直交方向に設けたので、通路の長さを最小限とでき、吸引動作の応答性を向上できる。
【００１８】
第６の本発明は、第１ないし第５のいずれか１の本発明のボンディング装置であって、前記超音波ホーンの長手方向の一端に振動子を、また他端に前記振動子と略同等の質量のウエイトを、それぞれ備えたことを特徴とするボンディング装置である。
【００１９】
第６の本発明では、超音波ホーンの長手方向の一端に振動子を、また他端に振動子と略同等の質量のウエイトを設けたので、超音波ホーンにおける質量のアンバランスを抑制して振動伝達効率を向上できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態につき、以下に図面に従って説明する。図１に示される実施形態は、本発明をフリップチップボンディング装置に適用したものである。本発明におけるトランスデューサである超音波ホーン１は、吸着ノズル８・配管取付部９および連結部６Ａ，６Ｂ（以下適宜に連結部６という）を、いずれも丸棒材からの削り出しにより、ホーン本体４と同一部材により一体的に形成したものである。
【００２１】
連結部６Ａ，６Ｂには、これら連結部６Ａ，６Ｂをホルダ３０に固定するためのネジ孔７Ａ１，７Ａ２，７Ｂ１，７Ｂ２（以下適宜にネジ孔７という）が設けられている。連結部６Ａ，６Ｂにおける後方部分および前方部分には、それぞれ平板上の薄肉部１４が形成されている。各薄肉部１４の厚さは約０．５ｍｍである。
【００２２】
各保持部５の長さ（図１における上下方向の長さ）は互いに等しい。また、連結部６Ａおよび連結部６Ｂの長さ（図１における左右方向の長さ）も互いに等しい。そしてネジ孔７Ａ１とネジ孔７Ａ２、およびネジ孔７Ｂ１とネジ孔７Ｂ２は互いに対称に（すなわち、連結部６の前端または後端からの距離において等しい位置に）設けられている。また連結部６は、超音波ホーン１の軸心４ｂを含む水平面（図２におけるＢ−Ｂ線）に沿って設けられている。
【００２３】
４つの保持部５Ａ１，５Ａ２，５Ｂ１，５Ｂ２（以下適宜に保持部５という）のうち、ホーン本体４の後方側の保持部５Ａ１，５Ｂ１は、ホーン本体４の基端から１番目の節ｐ１の位置に設けられ、ホーン本体４の前方側の保持部５Ａ２，５Ｂ２は、ホーン本体４の基端から２番目の節ｐ２の位置に設けられている。各保持部５の厚さは約０．５ｍｍである。
【００２４】
他方、チップ吸着口８ｂは、図示のとおり２つの保持部５の設置点の中間点に設けられており、かつ、その中心が振動の腹ｓ１（速度の絶対値が最大となる部分）と一致するようにされている。
【００２５】
吸着ノズル８は角錐状、配管取付部９（図３参照）は円柱状であり、両者の中央を貫いて鉛直方向の通孔８ａが穿設されており、通孔８ａの下端部がチップ吸着口８ｂとなっている。
【００２６】
図２ないし図４に示すように、超音波ホーン１はホルダ３０に対し、ボルト３５によってネジ留めして使用される。ホルダ３０は、配管取付部９を跨いで左右の連結部６を一体的に連結する構造であり、その上面の装着孔３０ａにより、図示しないワイヤボンダ本体のボンディングヘッド駆動機構に装着される。装着孔３０ａの中心は、ホーン本体４の軸心４ｂの直上に位置している。ホルダ３０には、４つの通孔７に対応して設けられボルト３５と螺合する鉛直方向のネジ孔３０ｂが、それぞれ設けられている。またホーン本体４の基端部のネジ孔１７には、電歪素子を軸方向に積層してなる公知の超音波振動子４０が固定される。
【００２７】
配管取付部９には、発泡スチロール製の接続部材５０が固定され、接続部材５０の上端には、シリコンゴム製フレキシブルチューブからなる空圧配管３１（図３参照。なお、図４では接続部材５０と空圧配管３１は省略している）が接続される。空圧配管３１の他端は、図示しない真空ポンプやソレノイド弁などから構成される周知の空圧回路（図示せず）に接続されており、この空圧回路により空圧配管３１の内部の吸引が選択的にオン・オフされる。
【００２８】
接続部材５０は、発泡性かつ独立発泡性の樹脂材料である発泡スチロール材を略円筒形に形成してなり、その中央には通孔８ａに通じる通孔５１が形成されている。
【００２９】
以上のように構成された本実施形態では、超音波ホーン１は、空圧配管３１および通孔８ａを通じた吸引により吸着口８ｂに半導体デバイス（図示せず）を吸着してボンディング位置に搬送し、その状態で、ボンディングヘッド駆動機構により下向きに駆動される。そして、超音波振動子４０が発生する超音波振動が、疎密波（縦波）として超音波ホーン１の長手方向、すなわち軸心４ｂに沿う方向に、基端側から先端側に向けて伝達され、この超音波振動とボンディングヘッド駆動機構による荷重とによって、ボンディングが行われる。
【００３０】
ここで本実施形態では、配管取付部９に、発泡樹脂材からなる接続部材５０を介して、吸引のための空圧配管３１を固定した結果、超音波ホーン１の超音波振動に対する空圧配管３１からの反力の影響をよく抑制できる。この理由は明らかでないが、反力ＦがＦ＝ｍａ＋ｃｖ＋ｋｘ（ｍは質量、ａは加速度、ｃは粘性係数、ｖは速度、ｋはバネ定数、ｘは変位）で定義されるところ、接続部材５０を構成する発泡樹脂材の質量ｍおよび粘性係数ｃが、金属や非発泡樹脂材のこれらの値に比して各段に小さく、これが加速度ａおよび速度ｖの大きい超音波振動に対する反力の影響を抑制していることによるものと考えられる。
【００３１】
また本実施形態では、接続部材５０を独立発泡材料としたので、吸引に対する気密性を確保できる。
【００３２】
また本実施形態では、接続部材５０をスチロール樹脂としたので、接続部材を特に軽量かつ安価に製造できると共に、ウレタン樹脂などの軟質の材料に比して真空ポンプなどの空圧機器の吸引に対する収縮量が小さいので、吸着動作の応答性を損なうことはない。
【００３３】
また本実施形態では、通路となる通孔８ａを超音波ホーン１の最大振幅点（振動の腹ｓ１）に一致させ、かつ、通孔８ａを超音波ホーン１の長手方向に対する直交方向に設けたので、吸着孔８ｂから配管取付部９までの経路をきわめて短くでき、吸引動作の応答性を向上できる。
【００３４】
図５ないし図７は、本実施形態による効果を示すグラフであり、横軸は周波数、縦軸は超音波振動子４０のインピーダンスを示す。図５は配管取付部９に何も取り付けない場合であり、特定の周波数において急峻なピークがあることから、明瞭な定在波が生じていることが判る。図６は対照実験として、接続部材５０を用いずに、通常この種の空圧配管に用いられる硬質ナイロン製のフレキシブルチューブを配管取付部９に直接取り付けた場合であり、定在波がきわめて不明瞭になっていることから、硬質ナイロン製のフレキシブルチューブによる反力が振動特性に悪影響を与えていることが判る。これに対し、図７は同じく硬質ナイロン製のフレキシブルチューブを、上記実施形態のとおり接続部材５０を介して配管取付部９に取り付けた場合であり、図５の場合とほとんど変わらない振動特性が得られていることが確認できた。
【００３５】
なお、上記実施形態の構成に加えて、接続部材５０の内周面である通孔５１の表面に、非発泡性の樹脂による気密層を形成してもよい。この場合には、接続部材５０の気密性を更に高めることができ、吸引動作の応答性を更に向上できる。
【００３６】
また、上記実施形態では、超音波ホーン１の長手方向の一端に超音波振動子４０を取り付ける一方、他端には別段の部材を取り付けない構成としたが、超音波ホーン１の他端に超音波振動子４０と略同等の質量を有するウエイトを設けてもよく、これにより、超音波ホーン１における質量のアンバランスを抑制して振動伝達効率を向上できる。
【００３７】
また、上記実施形態では、本発明をフリップチップボンディング装置に適用した例について説明したが、本発明はこれらのボンディング装置に限らず、トランスデューサの振動により処理作用を行う各種の処理装置に適用でき、いずれも本発明の範疇に属するものである。またトランスデューサの形状も、上記各実施形態の形状に限らず、その用途や目的に応じた各種の形状を選択することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態におけるホーン本体を振動の節の位置を示すグラフと共に示す底面図である。
【図２】  ホルダに装着された状態のホーン本体を示すＡ−Ａ線断面図である。
【図３】  ホーン本体の正面図である。
【図４】  ホルダに装着された状態のホーン本体を示す斜視図である。
【図５】  配管取付部に何も取り付けない場合の周波数−インピーダンス特性を示すグラフである。
【図６】  配管取付部に硬質ナイロン製のフレキシブルチューブを直接取り付けた場合の周波数−インピーダンス特性を示すグラフである。
【図７】  配管取付部に接続部材を介して硬質ナイロン製のフレキシブルチューブを直接取り付けた場合の周波数−インピーダンス特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１  超音波ホーン
４  ホーン本体
４ｂ   軸心
５Ａ１，５Ａ２，５Ｂ１，５Ｂ２  保持部
６Ａ，６Ｂ  連結部
７Ａ１，７Ａ２，７Ｂ１，７Ｂ２  ネジ孔
１７  ネジ孔
２０  通孔
３０  ホルダ
３１  空圧配管
３５  ボルト
４０  超音波振動子
５０  接続部材
ｐ１，ｐ２  節
ｓ１  腹
【図１】
0003768432.tif 000002
【図２】
0003768432.tif 000003
【図３】
0003768432.tif 000004
【図４】
0003768432.tif 000005
【図５】
0003768432.tif 000006
【図６】
0003768432.tif 000007
【図７】
0003768432.tif 000008