(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品の接合装置に用いるボンディングツールであって、
超音波振動を発生可能な振動源と、一端において該振動源と結合され、該振動源で発生した振動を他端へ伝播可能な超音波ホーンと、該超音波ホーンの該他端に結合され、該超音波ホーンにより伝播された振動を電子部品に付与可能な振動付与部と、を備えるボンディングツールであって、
該超音波ホーンの軸心の一部が湾曲しており、
該超音波ホーンの他端近傍は水平方向と平行な軸心を有し、前記超音波ホーンの一端近傍は該水平方向に対して一定の傾斜を有する軸心を有することを特徴とする電子部品の接合装置に用いるボンディングツール。
【請求項２】
電子部品の接合装置であって、
超音波振動を発生可能な振動源と、一端において該振動源と結合され、該振動源で発生した振動を他端へ伝播可能な超音波ホーンと、該超音波ホーンの該他端に結合され、該超音波ホーンにより伝播された振動を電子部品に付与可能な振動付与部と、を有するボンディングツールを備え、
該電子部品を、基板に形成された電極に、ボンディングツールにより超音波を付与しつつ押圧することにより接合する電子部品の接合装置であって、
該超音波ホーンの軸心の一部が湾曲しており、
該超音波ホーンの他端近傍は水平方向と平行な軸心を有し、前記超音波ホーンの一端近傍は該水平方向に対して一定の傾斜を有する軸心を有することを特徴とする電子部品の接合装置。
【請求項３】
電子部品の接合装置に用いるボンディングツールであって、
超音波振動を発生可能な振動源と、一端において該振動源と結合され、該振動源で発生した振動を他端へ伝播可能な超音波ホーンと、該超音波ホーンの該他端に結合され、該超音波ホーンにより伝播された振動を電子部品に付与可能な振動付与部と、を備えるボンディングツールであって、
該超音波ホーンの軸心の一部が湾曲して、
該振動付与部の長さは、該超音波ホーンから与えられた振動が該振動付与部を電子部品へ伝播する時に、該超音波ホーンと該電子部品との間に振動の節が発生しない長さであることを特徴とする電子部品の接合装置に用いるボンディングツール。
【請求項４】
電子部品の接合装置であって、
超音波振動を発生可能な振動源と、一端において該振動源と結合され、該振動源で発生した振動を他端へ伝播可能な超音波ホーンと、該超音波ホーンの該他端に結合され、該超音波ホーンにより伝播された振動を電子部品に付与可能な振動付与部と、を有するボンディングツールを備え、
該電子部品を、基板に形成された電極に、ボンディングツールにより超音波を付与しつつ押圧することにより接合する電子部品の接合装置であって、
該超音波ホーンの軸心の一部が湾曲しており、
該振動付与部の長さは、該超音波ホーンから与えられた振動が該振動付与部を電子部品へ伝播する時に、該超音波ホーンと該電子部品との間に振動の節が発生しない長さであることを特徴とする電子部品の接合装置。
【請求項５】
超音波振動を発生可能な振動源と、該振動源に結合され、該振動源で発生した該振動を伝播可能な超音波伝達部材と、該超音波伝達部材に結合され、該超音波伝達部材により伝播された該振動を対象物に付与可能な振動付与部材と、を備え、
該対象物を、被接合対象物に、該振動を付与しつつ押圧することにより接合する接合装置であって、
該超音波伝達部材の軸心の一部が湾曲しており、
該超音波伝達部材において該振動源と結合される一端部近傍は水平方向に対して一定の傾斜を有する軸心を有し、前記超音波伝達部材の他端部近傍は該水平方向と平行な軸心を有することを特徴とする接合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バンプ付き電子部品の基板に形成された電極への接合に用いられるボンディングツール、そのようなボンディングツールを備える電子部品の接合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フリップチップなどのバンプ付き電子部品を実装する装置として、超音波圧接を用いる装置が知られている。この装置は、下部に固定したボンディングツールを用いて、バンプ付き電子部品のバンプを基板に形成された電極に超音波振動を付与しながら押圧し接合するものである。以下、図面を参照しながら説明する。
【０００３】
図４は、従来のバンプ付き電子部品の接合装置５１を示す図である。図４の従来のバンプ付き電子部品の接合装置においては、ボンディングツール５３の一端に設けたキャピラリー部５５に、バンプ付き電子部品５７を吸着させ、その下方に表面に電極が形成された基板５９がステージ６１上に固定して配置されている。バンプ付き電子部品５７は、バンプが形成されている面とが基板５９上の電極とが対向するように配置されている。この状態で、ボンディングツール５３からバンプ付き電子部品５７に超音波振動を付与しながら、バンプ付き電子部品５７のバンプを基板５９に形成された電極に押圧して接合する。
【０００４】
次に、図５および図６を参照して従来のボンディングツール５３からバンプ付き電子部品５７に付与される振動について説明する。図５は、図４のボンディングツール５３を拡大した図である。図６（ａ）は、ホーン（超音波ホーン）６５およびキャピラリー部５５における振動の方向および変位量を示す図である。この図において、矢印の示す方向が振動方向であり、矢印の大きさは振動の変位量の大小を示している。図６（ｂ）はホーンの各位置（横軸）におけるホーンの軸心に平行な振動の変位量（縦軸）の変化を示す図である。図５または図６に示すボンディングツール５３は、振動子６３で作られた振動を、ホーン６５を通してキャピラリー部５５へ伝える。キャピラリー部５５は、ホーンの先端部６５ａにおいて、その軸心５５ｃがホーンの軸心６５ｃと垂直となるように固定してある。このため、キャピラリー部５５に伝えられた振動は、キャピラリー部５５の軸心５５ｃに垂直な方向の振動としてキャピラリー部５５の先端部５５ｂに吸着されたバンプ付き電子部品５７に伝えられる。この状態でバンプ付き電子部品５７を基板５９に押圧することにより、バンプ付き電子部品５７は基板５９に形成された電極に接合される。
【０００５】
ホーン６５を伝播する振動は、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、ホーン６５を伝播するにつれてその変位量が変化する。図６（ｂ）の例では  ホーン６５の長さ方向において、２つの節（変位量がゼロとなるところ）と３つの腹（変位量が最大となるところ）が存在し、腹となる位置にキャピラリー部５５を固定しているため、大きな振動をキャピラリー部５５に伝えることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
（１）図4または図5に示すように従来のボンディングツールにおいては、振動子６３の軸心６３ｃとホーン６５の軸心６５ｃを同一直線上に設けている。基板５９は生産性向上のため複数個取りとなる場合が多く（図示せず）、従って基板５９およびステージ６１は大面積化する傾向にある。このため、ボンディングツール５３と大面積化した基板５９および既に基板上に配置された電子部品（図示せず）との干渉を避けるためには、▲１▼ボンディングツール５３を図面上方向（Ｚ方向）に配置する、▲２▼ボンディングツール５３の保持部６６や振動子６３を水平方向（Ｘ方向）に延伸した位置に配置する、などといった方法が考えられる。
【０００７】
前記▲１▼の方法を採った場合は、キャピラリー部５５の長さに影響し、その強度および振動特性に影響を与えるため、ボンディングツール５３を上方向（Ｚ方向）に移動配置するには限度がある。同様に前記▲２▼の方法を採った場合は、ホーン６５の長さに影響し、その強度および振動特性に影響を与えるため、ボンディングツール５３を水平方向（Ｘ方向）に延伸するには限度がある。
【０００８】
さらに、前記▲２▼の方法を採り、大面積化した基板５９に可能な限り対応できるようにボンディングツール５３を延伸した場合、バンプ付き電子部品の接合装置５１の持つ回転機能によりボンディングツール５３を回転させる際に、ステージ６１の周辺に存在する各種機構（図示せず）との干渉を考慮する必要があり、それらを水平方向（Ｘ方向）に待避させた位置に配置をすると、必然的にバンプ付き電子部品の接合装置全体の大型化を招く要因となっていた。
【０００９】
そこで、本発明の目的は水平方向における小型化を実現することができるバンプ付き電子部品の接合装置を提供することにある。
【００１０】
（２）従来の接合装置においては、キャピラリー部５５はその一部をホーン６５に固定されており、かつ弾性を有するものであるため、キャピラリー部５５を伝わる振動は、先端部５５ｂへ伝播するにしたがい変位量が変化する。この振動の変位量の変化の様子を示したものが図７および図８である。図７は、変位量がゼロとなる点（節）が二つ存在する場合（２次の共振モード）の変位量の変化を示す図である。図８は、変位量がゼロとなる点（節）が一つだけ存在する場合（１次の共振モード）の変位量の変化を示す図である。
【００１１】
このように構成された半径ｒのキャピラリー部５５の振動は、先端部５５ｂにおいて弧に類似した曲線を描くように振動するため、図９に示す通りＺ方向成分を含んだ振動となる。ここで、図９はキャピラリー部先端（電子部品の吸着部）の振動の方向と、そのＺ方向成分を示す図である。
このような振動を用いて、バンプと電極とを接合する場合には、バンプ付電子部品に伝えられる振動のＺ方向成分は、キャピラリー部の径方向の中央部５５ｅでもっとも弱くなり、かつキャピラリー部の径方向の端部５５ｆおよび５５ｒでそれぞれＺ２、Ｚ１となり、Ｚ２または／およびＺ１がもっとも強くなる傾向にある。このため、バンプに対して均一に振動を加えることができず、キャピラリー部の径方向の中央部５５ｅに対向する部分では接合が弱く、キャピラリー部の径方向の端部５５ｆおよび５５ｒに対向する部分では接合が強くなりやすく、全体として不均一となりやすい。さらに、与えられる振動が不均一であることに起因して、キャピラリー部の径方向の中央部５５ｅに対向する部分の接合強度を十分に得ようとすると、キャピラリー部の径方向の端部５５ｆおよび５５ｒに対向する部分では、バンプ、電極または基板等にクラックが入る場合がある。
【００１２】
そこで、本発明のさらなる目的は、バンプ付き電子部品のバンプの基板に形成された電極への接合において、均一な接合を実現できるバンプ付き電子部品の接合装置を提供することにある。また、本発明のさらなる目的は、電子部品へのダメージを少なくできるとともに、接合強度を向上でき、かつ、信頼性の高い接合が可能なバンプ付き電子部品の接合装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の上記以外の目的及び本発明の特徴とするところは、添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読むことにより、一層明確になるであろう。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のボンディングツールにおいては、超音波振動を発生可能な振動源と、一端において振動源と結合され、振動源で発生した振動を他端へ伝播可能な超音波ホーンと、超音波ホーンの他端に結合され、超音波ホーンにより伝播された振動を電子部品に付与可能な振動付与部と、を備え、超音波ホーンの軸心の一部が湾曲している。
【００１５】
また、本発明の電子部品の接合装置においては、超音波振動を発生可能な振動源と、一端において振動源と結合され、振動源で発生した振動を他端へ伝播可能な超音波ホーンと、超音波ホーンの他端に結合され、超音波ホーンにより伝播された振動を電子部品に付与可能な振動付与部と、を有するボンディングツールを備え、電子部品を、基板に形成された電極に、ボンディングツールにより超音波を付与しつつ押圧することにより接合し、超音波ホーンの軸心の一部が湾曲している。
【００１６】
また、振動付与部の長さは、超音波ホーンから与えられた振動が振動付与部を電子部品へ伝播するときに、該超音波ホーンと該電子部品との間に振動の節が発生しない長さである。
【００１７】
さらに、本発明の接合装置においては、超音波振動を発生可能な振動源と、振動源に結合され、振動源で発生した振動を伝播可能な超音波伝達部材と、超音波伝達部材に結合され、超音波伝達部材により伝播された振動を対象物に付与可能な振動付与部材と、を備え、対象物を、被接合対称物に、振動を付与しつつ押圧することにより接合し、超音波伝達部材の軸心の一部が湾曲している。
【００１８】
【実施例】
本発明にかかる実施例について説明する。ここで、図１は、本実施例のバンプ付き電子部品の接合装置１を示す図である。図２は、図１の超音波振動を与えるためのボンディングツール３を拡大した図である。
【００１９】
まず、本実施例の概略構成について説明する。本実施例のバンプ付き電子部品の接合装置１は、本体部２、ボンディングツール３およびステージ４などからなる。
【００２０】
本体部２は、固定ブロック５と、垂直方向駆動機構６と、加圧機構７とからなる。垂直方向駆動機構６は、固定ブロック５に固定された軸受け６ａとその軸受けを貫くボールネジ軸６ｂとからなる。加圧機構７は、複数の軸受け７ａ、７ｃ、７ｅと軸７ｂ、７ｄ、７ｆを鉛直方向（Ｚ方向）に直列にならべたものであって、垂直方向駆動機構のボールネジ軸６ｂに固定されている。加圧機構７の下端には、保持部８を介してボンディングツール３を固定可能である。このように、構成した本実施例の接合装置１においては、垂直方向駆動機構６と加圧機構７の作用により、接合にかかる電子部品に合わせて、ボンディングツール３を上下方向に移動させることができる。また、加圧機構７により、接合時に電子部品にかける圧力を調整することができる。
【００２１】
ボンディングツールについては後に詳述するため、ここではその概略を説明する。ボンディングツール３の先端部にはキャピラリー部（振動付与部）１０が固定されている。キャピラリー部１０の下端には、吸着器（不図示）によりバンプ付き電子部品１１を吸着することができる。キャピラリー部１０の下方には電極が形成された基板１２を固定して配置するためのステージ４が設けられている。ステージ４は、水平方向（Ｘ−Ｙ方向）に移動しても、常にボンディングツール３先端のキャピラリー部１０の下方に位置するようになっている。バンプ付き電子部品１１は、バンプが形成されている面が基板１２の電極側に対向するように配置している。また、加圧機構７により、バンプ付き電子部品１１を基板１２に押圧することができる。この状態で、ボンディングツール３のキャピラリー部１０からバンプ付き電子部品１１に振動子１５によって発生する超音波振動を付与しながら、バンプ付き電子部品１１のバンプを基板１２に形成された電極に押圧して接合することができる。
【００２２】
本実施例においては、ボンディングツールの構成およびキャピラリー部の形状に主な特徴があるため、これらについて以下で順次説明する。
【００２３】
（１）ボンディングツール
本実施例のボンディングツール３は、バンプ付き電子部品の接合装置の本体部２に保持部８を介して固定されており、振動源としての振動子１５およびホーン１７（超音波ホーン）から構成される。振動子１５およびホーン１７それぞれの軸心１５ｃおよび１７ｃは同一線上にある。ホーン１７は直線部１９、湾曲部２１および先端部２３からなる。直線部１９および先端部２３はそれらの軸心１９ｃおよび２３ｃは直線であるが、直線部１９および先端部２３の間に位置する湾曲部２１においては、その軸心２１ｃは、円の一部を構成するように湾曲している。また、振動子１５およびホーン１７の直線部１９の軸心は、水平方向（Ｘ方向）に対して一定の傾斜を有する直線である。先端部２３の軸心２３ｃは、水平方向と平行な直線である。湾曲部２１の軸心２１ｃは、直線部１９と先端部２３との境界（点線）２５および２７において、その接線が直線部１９および先端部２３のそれぞれの軸心１９ｃ、２３ｃと同一直線となるような曲線を構成している。
【００２４】
なお、キャピラリー部１０は、その保持部１０ａがホーンの先端部２３に固定されており、キャピラリー部の軸心１０ｃは鉛直方向（Ｚ方向）と平行であるため、ホーンの先端部２３の軸心２３ｃと直交する関係にある。本実施例のキャピラリー部１０の形状については後に詳細に述べる。
【００２５】
次に、本実施例のボンディングツールのホーンにおける振動の伝播について説明する。ここで、図３は、本実施例のホーン１７およびキャピラリー部１０における振動の方向および変位量を示す図である。この図において、矢印の示す方向が振動方向であり、矢印の大きさは振動の変位量の大小を示している。この図から分かるように、振動方向は、ホーン１７の直線部１９および先端部２３において軸心に平行である。また、ホーンにおける振動は、ホーンの湾曲部２１においては湾曲した軸心２１ｃの方向に伝播される。したがって、振動子１５の軸心１５ｃに平行な振動として発せられた振動は、図３に示すように、先端部２３の軸心に沿った振動としてキャピラリー部１０に伝播する。また、ホーン１７を伝播する振動は、従来と同様に振動の節と腹が存在するため、ホーン１７の先端部２３において振幅が最大（腹）となる位置にキャピラリー部１０を固定すれば、大きな振動をキャピラリー部１０に伝えることができる。このように伝播した振動は、ホーン１７の先端部２３に固定されたキャピラリー部１０に伝達され、キャピラリー部１０では、その軸心１０ｃに垂直なＸ方向の振動として、キャピラリー部先端部１０ｂへ伝達され、バンプ付き電子部品の電極への超音波接合１１に供される。したがって、本実施例においては、キャピラリー部に対してＸ方向の振動を与えることができるため、従来と同様の超音波接合の効果を有すると同時に、ホーンに湾曲部を設けることにより装置の水平方向の小型化を図ることができるという効果を得られる。
【００２６】
（２）キャピラリー部
次に、本実施例で用いられるキャピラリー部１０について述べる。
キャピラリー部１０は、その軸心１０ｃとホーン１７の先端部２３の軸心２３ｃとが直交するように、その保持部１０ａがホーンの先端部２３に固定されている。このように構成されたキャピラリー部１０では、ホーン１７から伝播された振動は、その軸心１０ｃの方向に垂直なＸ方向の振動として伝播される。この振動は、キャピラリー部１０の保持部１０ａで振幅が最大（腹）となっている。また、キャピラリー部１０は弾性を有する材料からなる。このため、キャピラリー部１０が軸心１０ｃの方向に長い場合には、振動の変位量がゼロとなる点(節)が存在することがありうる。しかし、本実施例のキャピラリー部１０の軸心１０ｃの方向の長さは、振動がキャピラリー部１０の先端部１０ｂまで伝播しても、キャピラリー部に振動の変位量がゼロとなる点（節）が存在しないような長さとなっている。さらに、キャピラリー部１０の軸心１０ｃの方向の長さは、バンプ付き電子部品と接触するキャピラリー部先端部１０ｂにおける振動のＺ方向成分の影響が無視でき、保持部１０ａと先端部１０ｂとで振動の変位量の差がほとんどないような長さが好ましい。
【００２７】
このように構成されたキャピラリー部１０の先端部１０ｂは、従来のように弧に類似した曲線を描いて振動することはほとんどなく、水平方向（Ｘ方向）に振動することとなる。このため、バンプと電極とを接合するときにバンプ付き電子部品１１に伝える振動は、すべてのバンプに対して均一とすることが可能である。よって、バンプと電極との接合は、全体として均一とすることができるため、バンプ、電極または基板等にクラックが入るような不具合は発生しない。
【００２８】
また、ホーン１７の一部に湾曲部２１を設けているため、キャピラリー部１０を短くしてボンディングツール３とバンプ付き電子部品１１との距離が短くなっても、保持部８、ホーン１７または振動子１５がバンプ付き電子部品１１に接触して、電子部品１１や基板１２を破損させることはない。
【００２９】
以上のように構成したことにより、バンプ付き電子部品のバンプの基板に形成された電極への接合において、均一な接合を実現できるバンプ付き電子部品の接合装置を提供することができる。さらに、電子部品へのダメージを少なくできるとともに、接合強度を向上でき、かつ、信頼性の高い接合が可能なバンプ付き電子部品の接合装置を提供することができる。
【００３０】
以下に、本実施例の変形例について述べる。
本実施例においては、ホーン１７の直線部１９および振動子１５の軸心は、水平方向に対して一定の傾斜角度を有することとしていたが、ホーン先端２３にその軸心２３ｃと平行な振動が伝播される角度であれば、いづれの角度であってもよい。さらに、ホーン１７および振動子１５は、図面の奥行き方向、手前方向等任意の方向に配置することも可能である。
【００３１】
ホーン１７の湾曲部２１の軸心２１ｃが構成する円の半径は任意の値を取ることが可能である。また、湾曲部２１の軸心２１ｃは、円以外の非直線的形状(例えば、楕円)の一部を構成するものであってもよい。さらに、ホーンの構成は湾曲部がなく複数の直線部のみからなる構成としてもよい。
【００３２】
本実施例においては、ホーン１７の軸心１７ｃは二つの直線部と一つの湾曲部とから構成されていたが、直線部１９の軸心１９ｃを持たずに構成しても良い。
【００３３】
本実施例においては、ホーン先端部２３の長さはゼロより大きな任意の値をとることができる。
【００３４】
本実施例においては、キャピラリー部１０の保持部１０ａにおいて、振動の振幅が最大（腹）となるようにしていたが、バンプと電極の接合条件によっては、キャピラリー部１０の保持部１０ａが振動の振幅が最大(腹)となる箇所から外れていてもよい。
【００３５】
本発明について上記実施例を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、水平方向の小型化を実現することのできるバンプ付き電子部品の接合装置を提供することができる。また、バンプ付き電子部品のバンプの基板に形成された電極への接合において、均一な接合を実現できるバンプ付き電子部品の接合装置を提供することができる。さらに、電子部品へのダメージを少なくできるとともに、接合強度を向上でき、かつ、信頼性の高い接合が可能なバンプ付き電子部品の接合装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施例のバンプ付き電子部品の接合装置を示す図である。
【図２】  図１の超音波振動を与えるためのボンディングツールを拡大した図である。
【図３】  本実施例のホーンおよびキャピラリー部における振動の方向および変位量を示す図である。
【図４】  従来のバンプ付き電子部品の接合装置を示す図である。
【図５】  図４の超音波振動を与えるためのボンディングツールを拡大した図である。
【図６】  （ａ）は、超音波ホーン（ホーン）およびキャピラリー部における振動の方向および変位量を示す図である。（ｂ）はホーンの各部位における振動(ホーンの軸心に平行な方向の振動)の変位量の変化を示す図である。
【図７】  変位量がゼロとなる点（節）が二つ存在する場合（２次の共振モード）の変位量の変化を示す図である。
【図８】  変位量がゼロとなる点（節）が一つだけ存在する場合（１次の共振モード）の変位量の変化を示す図である。
【図９】  キャピラリー部先端（電子部品の吸着部）の振動の方向と、そのＺ方向成分を示す図である。
【符号の説明】
１    電子部品の接合装置
３    ボンディングツール
１０  キャピラリー部
１５  振動子
１７  超音波ホーン
２１  湾曲部
【図１】
0003746714.tif 000002
【図２】
0003746714.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003746714.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0003746714.tif 000008
【図８】
0003746714.tif 000009
【図９】
0003746714.tif 000010