CN101754591B - 焊接工具、电子元器件安装装置、及电子元器件安装方法 - Google Patents

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Abstract

现有的焊接工具有时难以进行高品质的超声波接合。本发明的焊接工具(5)包括：喇叭(51)，所述喇叭(51)传播超声波振荡；超声波振荡器(52)，所述超声波振荡器(52)设置于喇叭(51)的一端，产生超声波振荡；加热器配置部(570)，所述加热器配置部(570)设置于喇叭(51)的一端与喇叭(51)的另一端之间，用于配置加热器(57)；接合作用部(53)，所述接合作用部(53)设置于喇叭(51)的一端与喇叭(51)的另一端之间，保持电子元器件(8)，由加热器(57)加热；第一冷却部(515)，所述第一冷却部(515)设置于加热器配置部与喇叭(51)的一端之间，流体经其流通；以及第二冷却部(516)，所述第二冷却部(516)设置于加热器配置部与喇叭(51)的另一端之间，流体经其流通。

Description

焊接工具、电子元器件安装装置、及电子元器件安装方法
技术领域
本发明涉及将电子元器件安装到电路基板等的焊接工具、电子元器件安装装置、及电子元器件安装方法。
背景技术
已知有多种用于将电子元器件的凸点电极与印刷基板的电极接合的接合方法。
例如，超声波接合方法就是上述接合方法之一，该方法能够在短时间内将电子元器件与电路基板接合。
此处，所谓超声波接合方法，是指这样一种接合方法：即，将接合作用部所保持的电子元器件按压到电路基板，同时通过超声波振荡使该电子元器件振荡，利用基于接合面上的局部滑动所产生的表面皮膜的破坏及飞散的焊接，在原子级上将电子元器件的电极与电路基板的电极电接合。
那么，参照图16说明利用上述超声波接合方法的现有的焊接工具的结构及动作。
此外，图16是现有的焊接工具1000的简要的局部剖视图。
现有的焊接工具1000是一种用于通过超声波振荡器1400使电子元器件1910振荡、从而对电路基板1920进行电子元器件1910的焊接的装置(例如，参照专利文献1)。
此外，通过原封不动地引用(参照)上述文献所有揭示的内容，将其结合于此。
即，喇叭1200的形状为以X方向为长度方向的方柱体，设置于喇叭1200(-X)侧的一端的超声波振荡器1400所产生的超声波振荡通过喇叭1200沿X方向传播，该超声波振荡通过接合作用部1500施加到电子元器件1910。
其次，利用加热器1600提高对电路基板1920焊接电子元器件1910的接合可靠性，该加热器1600从(+X)侧插入到沿超声波振荡传播的X方向贯穿喇叭1200的加热器安装空洞部1610的内部。
即，加热器1600所产生的热量通过喇叭1200传递，热量通过接合作用部1500施加到电子元器件1910。
此外，引线1810及1820为用于分别将加热器1600及热电偶1700与外部电源(省略图示)连接的布线，与固定于升降块1100的支架1110结合。
然而，加热器1600所产生的热量也通过喇叭1200传递到超声波振荡器1400。
因此，对热敏感的超声波振荡器1400中可能会发生寿命的缩短、电气特性的变化、以及振荡特性的变动等。
因此，在加热器1600与超声波振荡器1400之间设置冷却部1300，该冷却部1300是沿与超声波振荡传播的X方向正交的Y方向贯穿喇叭1200、通过吸附衬垫1310提供的空气经其流通的四个通气孔。
由此，超声波振荡器1400应传递的热量通过经通气孔流通的空气扩散，从而减少加热器1600所产生的热量对超声波振荡器1400造成的不良影响。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本国专利特开2005-347505号公报
发明内容
然而，已清楚用上述现有的焊接工具进行更高质量的超声波接合不理想。
即，本发明人分析了该不理想的原因：即，喇叭1200由加热器1600加热而膨胀，而该加热时的膨胀方式关于作为喇叭1200长度方向的X方向不对称。
更具体而言，在加热器1600与喇叭1200(-X)侧的一端之间设置有冷却部1300，热量通过经通气孔流通的空气扩散，因此加热时的膨胀程度较小。
然而，在加热器1600与喇叭1200(+X)侧的另一端之间未设置冷却部，热量难以扩散，因此加热时的膨胀程度较大。
其结果，喇叭1200加热时的膨胀方式关于作为喇叭1200长度方向的X方向不对称，于是电子元器件1910相对于电路基板1920倾斜，从而会导致所保持的电子元器件1910振荡的方向和振幅偏离原来的设计值，或导致振荡模式发生变化。
本发明考虑到上述现有的问题，其目的在于提供能进行更高质量的超声波接合的焊接工具、电子元器件安装装置、及电子元器件安装方法。
为了实现上述目的，本发明的第一方面是一种焊接工具，包括：
喇叭，该喇叭传播超声波；
超声波振荡器，该超声波振荡器设置于所述喇叭的一端，产生所述超声波振荡；
加热器配置部，该加热器配置部设置于所述喇叭的所述一端与所述喇叭的另一端之间，用于配置加热器；
接合作用部，该接合作用部设置于所述喇叭的所述一端与所述喇叭的所述另一端之间，保持电子元器件，由所述加热器加热；
第一冷却部，该第一冷却部设置于所述加热器配置部与所述喇叭的所述一端之间，流体经其流通；以及
第二冷却部，该第二冷却部设置于所述加热器配置部与所述喇叭的所述另一端之间，流体经其流通。
另外，本发明的第二方面在于，在本发明的第一方面的焊接工具中，
所述加热器配置部是沿与所述超声波振荡传播的方向正交的方向贯穿所述喇叭的加热器插入孔。
另外，本发明的第三方面在于，在本发明的第二方面的焊接工具中，
所述加热器与所述加热器插入孔的壁部相隔预定的间隔，并与设置于外部的按压单元连结，固定于在所述喇叭外侧配置的加热器保持块。
另外，本发明的第四方面在于，在本发明的第一方面的焊接工具中，
所述接合作用部设置于所述喇叭的下表面，
所述加热器配置部设置于所述接合作用部的正上方。
另外，本发明的第五方面在于，在本发明的第一方面的焊接工具中，
所述加热器配置部与所述第一冷却部之间的距离、以及所述加热器配置部与所述第二冷却部之间的距离相等。
另外，本发明的第六方面在于，在本发明的第一方面的焊接工具中，
所述第一冷却部及所述第二冷却部是沿与所述超声波振荡传播的方向正交的方向贯穿所述喇叭、气体经其流通的通气孔。
另外，本发明的第七方面在于，在本发明的第六方面的焊接工具中，
所述通气孔的开口部的形状是以所述超声波振荡传播的方向为长度方向的细长矩形。
另外，本发明的第八方面在于，在本发明的第一方面的焊接工具中，
所述喇叭的形状为方柱体，
所述接合作用部设置于所述喇叭的下表面，
在所述喇叭的两个侧面分别设置用于保持所述喇叭的喇叭保持块。
另外，本发明的第九方面在于，在本发明的第八方面的焊接工具中，
所述喇叭保持块包括设置于所述喇叭侧面的肋状物、以及与所述肋状物接合的本体，
所述肋状物的长度方向是与所述超声波振荡传播的方向正交的方向，是与所述喇叭的所述下表面正交的方向。
另外，本发明的第十方面在于，在本发明的第九方面的焊接工具中，
所述本体包括与所述肋状物相邻且沿所述肋状物的所述长度方向形成的槽。
另外，本发明的第十一方面在于，在本发明的第八方面的焊接工具中，
在所述喇叭的所述两个侧面分别各设置两个所述喇叭保持块，
所述第一冷却部设置于两个所述喇叭保持块中的靠近所述喇叭的所述一端的所述喇叭保持块与所述喇叭的所述一端之间，
所述第二冷却部设置于两个所述喇叭保持块中的靠近所述喇叭的所述另一端的所述喇叭保持块与所述喇叭的所述另一端之间。
另外，本发明的第十二方面在于，在本发明的第一方面的焊接工具中，
所述超声波振荡具有两个节点，
所述第一冷却部设置于所述两个节点中的靠近所述喇叭的所述一端的所述节点与所述喇叭的所述一端之间，
所述第二冷却部设置于所述两个节点中的靠近所述喇叭的所述另一端的所述节点与所述喇叭的所述另一端之间。
另外，本发明的第十三方面在于，在本发明的第一方面的焊接工具中，
在外部设置流体流通单元，该流体流通单元使所述流体在所述第一冷却部及所述第二冷却部中的至少一方中流通。
另外，本发明的第十四方面在于，在本发明的第一方面的焊接工具中，
用于通过抽吸来保持所述电子元器件的抽吸通道的抽吸口形成于所述接合部，
所述抽吸通道的排气口形成于所述喇叭上表面的相对于所述喇叭的所述另一端更靠近所述喇叭的所述一端的部分，
所述抽吸通道的形状为T形，
所述抽吸通道的一部分是从所述喇叭的所述一端的与所述超声波振荡器抵接的部分钻穿的孔。
另外，本发明的第十五方面是一种电子元器件安装装置，包括：
保持部，该保持部保持对象物；
供给部，该供给部提供电子元器件；以及
安装单元，该安装单元将所述提供的电子元器件安装到所述保持的对象物，
所述安装单元包括元器件安装部，
所述元器件安装部包括按压单元和本发明的第一方面的焊接工具，
所述按压单元通过所述焊接工具的所述接合作用部，对所述对象物按压所述电子元器件。
另外，本发明的第十六方面是一种电子元器件安装方法，
该方法用于使用本发明的第十五方面的电子元器件安装装置来对所述对象物安装所述电子元器件，包括：
电子元器件保持步骤，该电子元器件保持步骤利用所述接合作用部保持所述电子元器件；
按压步骤，该按压步骤利用所述按压单元对所述对象物按压所述电子元器件；
超声波振荡产生步骤，该超声波振荡产生步骤利用所述超声波振荡器产生超声波振荡；
加热步骤，该加热步骤利用所述加热器对所述接合作用部进行加热；以及
流体流通步骤，该流体流通步骤利用第一冷却部和第二冷却部使所述流体流通。
根据本发明的结构，能够提供可进行更高质量的超声波接合的焊接工具、电子元器件安装装置、及电子元器件安装方法。
附图说明
图1是本发明实施方式中的电子元器件安装装置的简要主视图。
图2是本发明实施方式中的电子元器件安装装置的简要俯视图。
图3是本发明实施方式中的焊接工具的简要主视图。
图4是本发明实施方式中的焊接工具的简要俯视图。
图5是本发明实施方式中的焊接工具的加热器配置部附近的简要立体图。
图6是本发明实施方式中的焊接工具的抽吸通道等的简要主视图。
图7是本发明实施方式中的焊接工具的抽吸通道等的简要主视图。
图8是本发明实施方式中的焊接工具的抽吸通道等的简要主视图。
图9是本发明实施方式中的焊接工具的喇叭保持块附近的简要立体图。
图10是本发明实施方式中的焊接工具的喇叭保持块附近的简要剖视图。
图11是本发明实施方式中的焊接工具的喇叭保持块附近的简要剖视图。
图12是本发明实施方式中的焊接工具的喇叭保持块附近的简要剖视图。
图13是本发明实施方式中的焊接工具的第一冷却部的简要剖视图。
图14(A)是用于说明本发明实施方式中的电子元器件安装装置的动作原理的说明图(其一)，图14(B)是用于说明本发明实施方式中的利用电子元器件安装装置施加了超声波振荡的电子元器件振荡轨迹的说明图(其一)。
图15(A)是用于说明本发明实施方式中的电子元器件安装装置的动作原理的说明图(其二)，图15(B)是用于说明本发明实施方式中的利用电子元器件安装装置施加了超声波振荡的电子元器件振荡轨迹的说明图(其二)。
图16是现有的焊接工具的简要主视图。
标号说明
8   电子元器件
9   电路基板
33  按压单元
34  工具支承部
35  轴
5   焊接工具
51  喇叭
511、512、513、514  喇叭保持块
5111 喇叭固定螺钉
515  第一冷却部
516  第二冷却部
52   超声波振荡器
53   接合作用部
531  前端部
54   托架
541、542  托架块
543、544  托架块通气孔
55  热电偶固定板
57  加热器
570 加热器配置部
571、572  加热器保持块
58  加热器固定螺钉
59  热电偶
61、62、63  吸附衬垫
64、65、66  管道
600   抽吸通道
1000  焊接工具
1100  升降块
1110  支架
1200  喇叭
1300  冷却器
1310  吸附衬垫
1400  超声波振荡器
1500  接合作用部
1600  加热器
1610  加热器安装空洞部
1700  热电偶
1810、1820  引线
1910  电子元器件
1920  电路基板
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明的实施方式。
首先，主要参照图1及图2来说明本实施方式中的电子元器件安装装置1的整体结构。
图1是本发明实施方式中的电子元器件安装装置1的简要主视图。图2是本发明实施方式中的电子元器件安装装置1的简要俯视图。
电子元器件安装装置1为所谓的倒装芯片安装装置，该倒装芯片安装装置将用于系统LSI(Large Scale Integration：大规模集成电路)等的微小的电子元器件8(参照图3，下同)反转，对作为对象物的印刷基板等电路基板9安装并同时接合该反转后的电子元器件8。
电子元器件安装装置1包括基板保持部2、元器件安装单元3、元器件供给部4、以及摄像部11。
在基板保持部2的(+Z)侧，即上方侧设置有元器件安装单元3，该元器件安装单元3用于将电子元器件8安装到基板保持部2所保持的电路基板9。
在基板保持部2的(-X)侧设置有元器件供给部4，该元器件供给部4将电子元器件8提供给向元器件安装单元3。
在基板保持部2与元器件供给部4之间设置有摄像部11，该摄像部11拍摄由元器件供给部4提供给元器件安装单元3的电子元器件8。
这些机构由控制部10控制，以对电路基板9安装电子元器件8。
此处，按照顺序详细说明基板保持部2、元器件安装单元3、元器件供给部4、以及摄像部11的结构。
首先，基板保持部2包括：平台21，该平台21保持电路基板9；以及平台移动机构22，该平台移动机构22沿Y方向移动平台21。
接着，元器件安装单元3包括：元器件安装部31，该元器件安装部31具有按压单元33及焊接工具5；以及安装部移动机构32，该安装部移动机构32使元器件安装部31在X方向移动。
按压单元33是通过接合作用部53(参照图3，下同)对作为对象物的电路基板9按压电子元器件8的单元。此按压单元33包括轴35，利用具有电动机(图示省略)的升降机构可使该轴35沿Z方向移动。
焊接工具5如下文所述那样，装配于按压单元33，可相对于电路基板9升降。
此外，下文详细说明焊接工具5的结构。
接着，元器件供给部4包括：元器件配置部41，该元器件配置部41将电子元器件8配置于预定的位置；供给头42，该供给头42从元器件配置部41取出电子元器件8并将其保持；供给头移动机构43，该头移动机构43沿X方向移动供给头42；以及转动机构44，该转动机构44转动及略微升降供给头42。
元器件配置部41包括：元器件托盘411，该元器件托盘411放置多个电子元器件8；平台412，该平台412保持元器件托盘411；以及托盘移动机构413，该托盘移动机构413沿X方向及Y方向将元器件托盘411与平台412一起移动。
元器件托盘411中放置有安装到电路基板9的预定的多个电子元器件8，使该多个电子元器件8安装后的状态的下表面即形成有与电路基板9接合的电极部的接合面朝上侧，方向与安装到电路基板9的方向相反。
供给头42包括供给夹头421，该供给夹头421将通过利用形成于前端部的抽吸口的抽吸而保持的电子元器件提供给焊接工具5。
此外，电子元器件8可以是除以下电子元器件之外的任何电子元器件，所述除外电子元器件是：LED(Light Emitting Diode：发光二极管)芯片、半导体激光等半导体发光元件、封装后的IC(Integrated Circuit：集成电路)、电阻、电容器、微小的半导体裸片等半导体、SAW(Surface AcousticWave：表面声波)滤波器、以及摄像模块等半导体。
另外，电路基板9可以是除以下电路基板之外的任何电路基板，所述除外电路基板是：由树脂形成的电路基板、以及由玻璃及半导体等树脂以外的材料形成的电路基板。
另外，电子元器件8的电极部也可以是由金(Au)形成于电子元器件8的电极图案的凸起凸点，根据电子元器件8也可以是镀金凸点等，还可以是电极图案自身。
另外，也可以在电路基板9的电极设置凸起凸点，代替形成于电子元器件8的电极图案的凸起凸点。
其次，摄像部11是设置于通过安装部移动机构32移动的元器件安装部31、特别是焊接工具5的移动路径正下方，从(-Z)侧拍摄焊接工具5所保持的电子元器件8的单元。
摄像部11设置于不干扰被移动的元器件安装部31的位置。
此外，电路基板9的(+X)侧设置有研磨部7，该研磨部7研磨用于保持电子元器件8的焊接工具5的前端部531(参照图3，下同)。
此外，研磨部7装配于平台21的(+X)侧，通过平台移动机构22与平台21一体地沿Y方向移动。
另外，研磨部7包括：片状的研磨构件71，该研磨构件71具有平坦的水平研磨面711；以及研磨构件保持部72，该研磨构件保持部72保持研磨构件。
此处，主要参照图3及图4来详细说明焊接工具5的结构。
此外，图3是本发明实施方式中的焊接工具5的简要主视图。此外，图4是本发明实施方式中的焊接工具5的简要俯视图。
焊接工具5包括：喇叭51、超声波振荡器52、接合作用部53、加热器配置部570、第一冷却部515、以及第二冷却部516。
焊接工具5还包括：配置于上表面的板状的托架54、固定于托架54的托架块541及542、以及加热器保持块571及572。
板状的托架54与位于按压单元33最下端的工具支承部34连结。该工具支承部34固定于按压单元33的轴35的下端。
喇叭51为传播超声波振荡的单元。喇叭51具有在超声波振荡的预定频率上处于谐振状态的构造。喇叭51的形状为方柱体，该方柱体以X方向为长度方向，长度为L，具有平行于YZ平面的对称面(即，将长度为L的方柱体二等分的平面，下同)S1及平行于XY平面的对称面S2。
此外，喇叭51的形状如上所述为方柱体。然而，喇叭51的形状也可以为圆柱体等。
超声波振荡器52是设置于喇叭51(-X)侧的一端、利用压电元件(图示省略)产生超声波振荡的单元。
超声波振荡器52所产生的超声波振荡以X方向为行进方向，介质的振荡为平行于该行进方向的纵向振荡，传播至位于方柱体底面中央的接合作用部53。
点P1是表示与超声波振荡的振幅在谐振状态中最大的波腹对应的X方向的位置的点。本实施方式中的超声波振荡具有两个节点，靠近喇叭51(-X)侧的一端的点P2及靠近喇叭51(+X)侧的另一端的点P3为表示与超声波振荡的振幅在谐振状态中几乎为零的波节对应的X方向的位置的点。点P1存在于对称面S1上，点P2及P3关于对称面S1大致面对称而存在。
超声波振荡器52所产生的超声波振荡通过喇叭51沿X方向传播，超声波振荡通过接合作用部53施加到电子元器件8。
此处，主要参照图3、4及图5来详细说明加热器配置部570的结构。
此外，图5是本发明实施方式中的焊接工具5的加热器配置部570附近的简要立体图。
加热器配置部570为设置于喇叭51(-X)侧的一端与喇叭51(+X)侧的另一端之间、插入配置加热器57的部分。
加热器配置部570关于对称面S1及对称面S2都大致面对称而设置。更具体而言，加热器配置部570为设置于应由加热器57加热的接合作用部53的正上方即(+Z)侧、沿与超声波振荡传播的X方向正交的Y方向贯穿喇叭51的加热器插入孔。
加热器57所产生的250℃左右的热量通过喇叭51传递，热量通过接合作用部53施加到电子元器件8。
而且，加热器57与所述加热器插入孔的壁部相隔预定间隔δ而配置。
加热器57的两端通过加热器固定螺钉固定于加热器保持块571及572。此加热器保持块571及572固定于与外部的按压单元33连结的托架54的下表面。此时，加热器保持块571及572相对于喇叭51分别隔开预定的间隔G1及G2，固定于喇叭51的下表面。
根据此构造，加热器57不接触喇叭51，因而，即使加热器57不配置在超声波振荡的传播方向上而配置在与该传播方向正交的方向上，也无需担忧对超声波振荡的特性产生不良影响。
更具体而言，所述现有的焊接工具中，喇叭1200的形状为以超声波振荡传播的X方向为长度方向的方柱体，加热器1600从(+X)侧插入到沿X方向贯穿喇叭1200的加热器安装空洞部1610的内部。
这样的现有焊接工具的结构中，尽管加热器1600与喇叭1200直接接触，但加热器1600的插入本身并不会使振荡特性发生变动。其理由是：由于加热器安装空洞部1610的内径与加热器1600的外径几乎相等，超声波振荡所带动的加热器1600的移位几乎被束缚在加热器安装空洞部1610贯穿喇叭1200的X方向上，因此沿X方向传播的超声波振荡并不受加热器1600移位的影响。当然，上述现有的焊接工具的结构存在不易更换加热器1600等缺点。然而，为了避免加热器1600的插入本身使振荡特性发生变动，必须采用加热器1600插入到沿超声波振荡传播的X方向贯穿喇叭1200的加热器安装空洞部1610内部的结构，这是本领域技术人员的常识。
此外，采用了这样的现有结构时，由于存在加热器安装空洞部1610，因此在加热器1600与喇叭1200(+X)侧的另一端之间自然没有设置冷却部的空间。
此处，具体说明间隔δ的大小。
即，进行加热后，由于喇叭51及加热器57膨胀，因此间隔δ减小。
因此，预见到喇叭51及加热器57加热时会膨胀，设定间隔δ，使其在非加热时为0.05mm左右。
更具体而言，加热时的膨胀所引起的间隔δ的减小，在喇叭51及加热器57侧至多各0.01mm左右，即，共计至多不过0.02mm左右。而且，超声波振荡的振幅至多为0.0003mm左右。因而，若将间隔δ设定成非加热时0.05mm左右，则在利用超声波振荡及加热对电路基板9安装电子元器件8时，也不会导致加热器7与喇叭51触碰。
当然，即使存在间隔δ，通过热辐射、热对流也可顺利进行加热，但若间隔δ过大，则往往加热效率低下。
因此，在将廉价的筒式加热器用作加热器57时，考虑到当前的筒式加热器的制造精度，最好设置间隔δ使其在0.02～0.2mm左右。
当然，在间隔δ中也可以填充不会发生过湿或振动模式变化的凝胶状的物质等。或者也可以填充弹性大的橡胶等材料。
在本实施方式中，采用喇叭51的形状是以X方向为长度方向的方柱体、加热器插入孔沿与X方向正交的Y方向贯穿喇叭51的结构，从而在发生故障等时容易更换加热器57。
另外，采用加热器配置部570关于对称面S1大致面对称而设置的结构，从而能够使加热时的温度分布关于X方向更加对称。
此外，热电偶固定板55所固定的热电偶59是为了进行高精度的温度控制而测量接合作用部53的温度的单元。
接合作用部53为设置于喇叭51(-X)侧的一端与喇叭51(+X)侧的另一端之间、保持电子元器件、由加热器57加热的单元。接合作用部53关于喇叭51的对称面S1大致面对称而设置。更具体而言，设置接合作用部53，使其关于X方向为点P1的位置且在喇叭51的平行于XY平面的两表面中(-Z)侧的下表面。
接合作用部53由具有适当的振荡特性及振荡传播特性的不锈钢形成，包括前端部531，该前端部531用于利用抽吸通道600靠抽吸来保持电子元器件8。前端部531的形状为柱体，设计该柱体的大小使其不发生伸缩振荡，从而Z方向的高度为hZ，且具有最适合电子元器件8的尺寸及种类的截面形状。
此处，主要参照图6来详细说明抽吸通道600的结构。
此外，图6是本发明实施方式中的焊接工具5除去托架54和托架块541、542、加热器保持块571、572的简要主视图。
抽吸通道600包括：设置于喇叭51上表面的排气口602、设置于前端部531的抽吸口601、作为抽吸通道600的一部分的横孔600a、将抽吸口601与横孔600a连结的纵孔600b、以及将排气口602与横孔600a连结的纵孔600c。若忽略较短的纵孔600b，则抽吸通道600的形状实质上为T形。
作为抽吸通道600的一部分的横孔600a为从喇叭51(-X)侧的一端的与超声波振荡器52抵接的部分钻穿的孔。此外，在本实施方式中，由于超声波振荡器52与上述横孔的开口部分600d抵接，因此不需要用于确保真空性的塞盖等构件。
用于靠抽吸来保持电子元器件8的抽吸通道600的抽吸口601，形成于接合作用部53的下表面的大致中央，所述下表面平行于用于靠抽吸来保持电子元器件8的前端部531的XY平面。
抽吸通道600的排气口602形成于，喇叭51的平行于XY平面的两表面中(+Z)侧的上表面的、相对于喇叭51(+X)侧的另一端更靠近喇叭51(-X)侧的一端的部分。
排气口602通过与高耐热性的管道64连结了的硅树脂等吸附衬垫61，穿过托架54及工具支承部34，与真空泵(图示省略)连结。
第一冷却部515设置于靠近喇叭51(-X)侧的一端的部分，由于纵孔600c通过了第一冷却部515的附近，因此降低了吸附衬垫61及管道64由于加热器57所发出的热量而变质的可能性。
另外，抽吸通道600的排气口602如上所述形成于，喇叭51的平行于XY平面的两表面中(+Z)侧的上表面的、相对于喇叭51(+X)侧的另一端更靠近喇叭51(-X)侧的一端的部分。
然而，如图7所示，抽吸通道600′的排气口602′也可以形成于，本发明实施方式中的焊接工具5的喇叭51′的平行于XY平面的两表面中(+Z)侧的上表面的、相对于喇叭51′(-X)侧的一端更靠近喇叭51′(+X)侧的另一端的部分。第二冷却部516设置于靠近喇叭51′(+X)侧的另一端的部分，由于纵孔600c′通过了第二冷却部516的附近，因此同样降低了吸附衬垫61及管道64由于加热器57所发出的热量而变质的可能性。但是，由于横孔600a′当然长度越短越容易钻穿，因此采用上述结构时需要注意防止横孔600a′的长度过大。
此外，作为抽吸通道600′的一部分的横孔600a′如上所述为从喇叭51′(-X)侧的一端的与超声波振荡器52′抵接的部分钻穿的孔。然而，如图8所示，作为抽吸通道600″的一部分的横孔600a″也可以为从本发明实施方式中的焊接工具5的喇叭51″(+X)侧的另一端钻穿的孔。其中，采用上述结构时需要用于确保真空性的塞盖603等构件。
接着，说明按压单元33保持并同时按压喇叭51所需的构造。
喇叭保持块511、512、513及514为按压单元33用于保持并按压喇叭51的单元，分别在喇叭51的平行于XZ平面的左右侧面各设置有两个。更具体而言，喇叭保持块511及512设置于喇叭51的平行于XZ平面的两表面中(-Y)侧的侧面，喇叭保持块513及514设置于喇叭51的平行于XZ平面的两表面中(+Y)侧的侧面。
其次，喇叭保持块511及513关于X方向以点P2的位置为基准而设置，喇叭保持块512及514关于X方向以P3的位置为基准而设置。
喇叭保持块511及513固定于托架块541，喇叭保持块512及514固定于托架块542。托架块541、542如上所述固定于托架54的下表面。
此外，托架块541及542分别具有沿与超声波振荡传播的X方向正交的Y方向贯穿托架块541、542的空气经其流通的狭缝形状的托架块通气孔543及544。托架块通气孔543及544是用于使加热器57所发出的热量扩散、并且吸收按压时的负荷及温度变化等所引起的节点位置变动的构造。
此处，由于喇叭保持块511、512、513及514具有同样的结构，因此主要参考图9及图10详细说明喇叭保持块511的结构。
此外，图9是本发明实施方式中的焊接工具5的喇叭保持块511附近的简要立体图。另外，图10是本发明实施方式中的焊接工具5的喇叭保持块511附近的简要剖面图。
喇叭保持块511具有：在喇叭51的平行于XZ平面的两表面中(-Y)侧的侧面以点P2的位置为基准而设置的肋状物5112，以及与肋状物5112接合的本体5113。本体5113具有与肋状物5112相邻且在肋状物的长度方向上形成的槽5114。喇叭保持块511通过插入到纵向贯穿本体5113的孔的喇叭固定螺钉5111，固定于托架块541。
肋状物5112的长度方向为与超声波振荡传播的X方向正交的Z方向，也是与喇叭51的平行于XY平面的两表面中(-Z)侧的下表面正交的方向。肋状物5112设置于与喇叭51相对的、本体5113的表面F1(-X)侧的端部。
其次，肋状物5112的形状实质上为细方柱体，该细方柱体以Z方向为所述长度方向、具有高度h，以X方向为宽度方向、具有宽度w。
此处，分别具体说明高度h及宽度w的大小。
首先，对于高度h也考虑喇叭51的物性，最好将其设定得足够大。其理由是：需要确保关于按压单元33按压电子元器件8的Z方向、承受按压时的负荷同时传递按压力所需的足够的刚性。在本实施方式中，在喇叭51的平行于XZ平面的两侧面的每侧分别设置两个喇叭保持块511、512、513及514，并且设置与肋状物5112具有同样结构的足够数量的肋状物，因此能够确保足以承受与电子元器件8的尺寸、数量增加对应的按压时的负荷的刚性。
接着，对于宽度w也考虑喇叭51的物性，最好将其设定得足够小。其理由是：需要确保关于超声波振荡传播的X方向、电子元器件8因超声波振荡而振荡所需的足够的自由度。显然，槽5114是用于进一步加确保这样的自由度的构造。
此外，肋状物5112如上所述设置于表面F1(-X)侧的端部。然而，如图11所示，肋状物5112′也可以设置于本体5113的表面F1的中央部分。其中，由于肋状物5112′当然最好也以点P2的位置为基准而设置，因此采用这样的结构时需要注意防止导致喇叭保持块511′大幅度覆盖第一冷却部515的通气口的开口部分，并且确保该开口部分的面积足够。
当然，由于为了避免加热器57所发出的热量传递至远处，将第一冷却部515设置于点P2与加热器57之间的结构也有效，因此在设计上采用这样的结构时，也可以将与肋状物5112′具有同样结构的肋状物设置于表面F1(+X)侧的端部。
另外，槽5114如上所述设置于与表面F1相邻的、本体5113的表面F2的端部。然而，如图12所示，槽5114′也可以设置于本体5113的表面F1的端部。同样可确保电子元器件8关于X方向因超声波振荡而振荡所需的足够的自由度。
接着，说明第一、第二冷却部515、516。如图3、图4所示，第一冷却部515为设置于加热器配置部570与喇叭51(-X)侧的一端之间、空气经其流通的单元。更具体而言，第一冷却部515为沿与超声波振荡传播的X方向正交的Y方向贯穿喇叭51、空气经其流通的四个狭缝形状的通气孔，关于对称面S2大致面对称而设置。
第二冷却部516为设置于加热器配置部570与喇叭51(+X)侧的一端之间、空气经其流通的单元。更具体而言，第二冷却部516也为沿与超声波振荡传播的X方向正交的Y方向贯穿喇叭51、空气经其流通的四个狭缝形状的通气孔，关于对称面S2大致面对称而设置。
其次，第一冷却部515及第二冷却部516关于喇叭516的对称面S1大致面对称而设置。更具体而言，加热器配置部570与第一冷却部515之间的距离D1、以及加热器配置部570与第二冷却部516之间的距离D2相等。
此外，第一冷却部515设置于靠近喇叭51(-X)侧的一端的喇叭保持块511及513与喇叭51(-X)侧的一端之间，第二冷却部516设置于靠近喇叭51(+X)侧的另一端的喇叭保持块512及514与喇叭51(+X)侧的另一端之间。
另外，第一冷却部515设置于靠近喇叭51(-X)侧的一端的点P2与喇叭51(-X)侧的一端之间，第二冷却部516设置于靠近喇叭51(+X)侧的另一端的点P3与喇叭51(+X)侧的另一端之间。
概括而言，第一冷却部515及第二冷却部516分开独立地配置于加热配置部570与喇叭51(-X)侧的一端之间、以及加热配置部570与喇叭51(+X)侧的一端之间，且关于对称面S2大致面对称。
因此，由于喇叭51加热时的膨胀方式关于作为喇叭51长度方向的X方向的非对称得以大幅抑制，因此导致所保持的电子元器件8振荡的方向和振幅偏离原来的设计值、或导致振荡模式发生变化的可能性得以降低。
因而，电子元器件安装装置1能够稳定地进行电子元器件的接合。
此处，由于第一冷却部515及第二冷却部516的内部构造具有同样的结构，因此主要参考图13详细说明第一冷却部515的结构。
此外，图13是本发明实施方式中的焊接工具5的第一冷却部515的简要剖面图。
空气经其流通的四个狭缝形状的通气孔分别通过剪线钳加工而形成，该剪线钳加工将金属丝插入沿与左右侧面正交的方向贯穿设置的贯穿孔并利用该金属丝在超声波振荡的传播方向上贯穿设置狭缝。
其次，纵孔515a将空气经其流通的四个狭缝形状的通气孔与设置于外部的流体流通单元517用于使空气流通的通气口525连结。
通气孔的开口部分的形状实质上为细长矩形，该细长矩形以超声波振荡传播的X方向为长度方向。
上述矩形四个都是以Z方向为宽度方向、具有宽度W，(1)接近喇叭51的平行于XY平面的两表面的两个矩形以X方向为长度方向、具有长度L1，(2)这些矩形中剩下的两个矩形以X方向为该长度方向、具有长度L2(＜L1)。
当然，为了使加热器57所发出的热量高效地扩散，最好将矩形的面积W×L1及W×L2设定得略大。
此外，如前文所述，本实施例中，由于采用肋状物5112设置于表面F1(-X)侧的端部的结构，因此可以将长度L1及L2设定得足够大而无需担忧喇叭保持块511可能覆盖第一冷却部515的通气孔的开口部分。
然而，最好不将矩形的面积W×L1及W×L2设定得过大，以防导致振荡特性变动或导致喇叭刚性降低。
因此，分别具体说明宽度W和长度L1及L2的大小。
首先，对于宽度W也考虑喇叭51的物性，最好不将其设定得过大。其理由是：为了使加热器57所发出的热量高效地扩散，而需要某种程度上确保经通气孔流通的空气的流速。即，若宽度过大则空气的流动过慢，若空气的流动过慢则向外部散热的效率降低。
接着，对于长度L1及L2也考虑喇叭51的物性，最好不将其设定得过大。具体而言，最好将长度L1及L2设定为相当于喇叭51全长的长度L的20％以下。其理由是：若长度L1及L2过大则超声波振荡的谐振点增加，在那些谐振点附近的位置发生副谐振，因此导致难以控制振荡特性。此外，取长度L2使其小于长度L1，是因为在离开喇叭51的平行于XY平面的两表面的位置(靠中央)发生上述副谐振的现象显著。
此外，使空气在第一冷却部515及第二冷却部516中流通的流体流通单元517设置于外部。
如图3所示，液体流通单元517分别通过与耐热性高的管道65连结的硅树脂等吸附衬垫62、及与耐热性高的管道66连结的硅树脂等吸附衬垫63，与第一冷却部515及第二冷却部516连结。
因此，加热器57所发出的热量更高效地扩散，喇叭51加热时的膨胀方式关于作为喇叭51长度方向的X方向非对称进一步减少，因此导致所保持的电子元器件8振荡的方向和振幅从原来的设计值变化、或导致振荡模式发生变化的可能性得以进一步降低。
因而，电子元器件安装装置1能够更稳定地进行电子元器件的接合。
此外，如上所述，使空气在第一冷却部515及第二冷却部516中流通。然而，也可以利用连结了散热器的循环路径使水等液体的冷却剂在第一冷却部515及第二冷却部516中流通。
另外，液体流通单元517，如上所述，作为使空气在第一冷却部515及第二冷却部516中流通的公共单元设置于外部。然而，也可以另外独立设置与流体流通单元517具有同样结构的流体流通单元，使第一冷却部515及第二冷却部516各自独立，并使液体在其中流通。
接着，主要参照图1～图3来说明本实施方式中的电子元器件安装装置的动作。此外，说明本实施方式中的电子元器件安装装置的动作，同时说明本发明的电子元器件安装方法的一实施方式。
托盘移动机构413使放置有接合面朝(+Z)侧的多个电子元器件8的元器件托盘411，向位于(-X)侧的供给头42的下方移动，供给夹头421通过抽吸来吸附电子元器件8的接合面。
然后，供给头移动机构413使供给头42反转并使其向(+X)方向移动，供给夹头421与元器件安装部31的焊接工具5在用于交接电子元器件8的位置上相对。
接着，按压单元33使轴35略微下降，接合作用部53靠前端部531通过抽吸来吸附电子元器件8的上表面后，供给夹头421停止抽吸，接合作用部53从供给夹头421接取电子元器件8。
这样，接合作用部53保持电子元器件8(电子元器件保持步骤)。
接取电子元器件8后，按压单元33使轴35略微上升，供给头42撤回到原来的位置。
然后，与供给头42的撤回同时进行，元器件安装部31向摄像部11的正上方移动，摄像部11拍摄前端部531所保持的电子元器件8。
摄像部11输出的图像数据传送至控制部10，控制部10基于传送来的图像数据控制元器件安装部31并修正电子元器件8的摆放方式。
此外，当控制部10判断为电子元器件8的摆放方式由于吸附出错等处于不可修正的状态时，中止电子元器件8的安装动作，将元器件安装部31向元器件回收机构(图示省略)的上方移动，回收电子元器件8。
安装部移动机构32使元器件安装部31向基板保持部2所保持的电路基板9的、安装电子元器件8的预定位置的上方移动。
然后，焊接工具5朝电路基板9下降，从而形成于电子元器件8的接合面的凸点与电路基板9中的电极接触。
接着，按压单元33使轴35下降。
这样，按压单元33按压电子元器件8(按压步骤)。
然后，超声波振荡器52产生超声波振荡(超声波振荡产生步骤)，加热器57对接合作用部53进行加热(加热步骤)，第一冷却部515及第二冷却部516使空气流通(流通步骤)。
这样，形成于电子元器件8的接合面的凸点与电路基板9中的电极电接合，电子元器件8的接合与其安装同时进行。
电子元器件8的安装结束后，接合作用部53停止对电子元器件8的抽吸，按压单元33使接合作用部53离开电子元器件8而上升。
接着，确认是否需要研磨前端部531的与电子元器件8抵接的表面。
当判断为需要研磨时，元器件安装部31向研磨部7的上方移动，将前端部531按压于研磨构件71，通过超声波振荡器52提供用于研磨的振荡。
对前端部531的研磨结束后，或当判断为不需要研磨时，确认是否继续电子元器件8的安装。
然后，当继续电子元器件8的安装时，元器件安装部31再次向用于与供给夹头421交接电子元器件的位置移动，重复用于将电子元器件8安装到电路基板9的上述安装动作。
然后，所需的所有电子元器件8安装到电路基板9后，安装动作结束。
另外，如接着详细说明的那样，在本实施方式中，导致保持的电子元器件8振荡的方向和振幅从原来的设计值变化、或导致振动模式发生变化的可能性得以减少。
即，第一冷却部515及第二冷却部516关于对称面S2大致面对称而设置，因此喇叭51加热时的膨胀所引起的长度、粗细的增大方式关于X方向大致对称。这样一来，如图14(A)，即用于说明本发明实施方式中的电子元器件安装装置1的动作原理的说明图(其一)所示，在按压时，从喇叭保持块512侧按压时的负荷f12与从喇叭保持块511侧按压时的负荷f11几乎相等。因此，如图14(B)，即用于说明利用本发明实施方式中的电子元器件安装装置1施加了超声波振荡的电子元器件8的振荡轨迹的说明图(其一)所示，电子元器件8的振荡虽不是理想的X方向的直线的往返运动，但为长轴方向与X方向一致的XY平面内的离心率接近1的椭圆运动。即，电子元器件8的振荡轨迹不由于加热器57的加热而大幅变化。
然而，若假设仅设置第一冷却部515，则喇叭51加热时的膨胀所引起的长度、粗细的增大方式关于X方向不对称。即，喇叭51加热时的膨胀所引起的长度、粗细的增大程度在加热器配置部570与喇叭51(+X)侧的另一端之间比加热器配置部570与喇叭51(-X)侧的一端之间大。这样一来，如图15(A)，即用于说明本发明实施方式中的电子元器件安装装置1的动作原理的说明图(其二)所示，在按压时，从喇叭保持块512侧按压时的负荷f22由于随喇叭51的粗细增大而产生的反作用，大于从喇叭保持块511侧按压时的负荷f21。因此，如图15(B)，即用于说明利用本发明实施方式中的电子元器件安装装置1施加了超声波振荡的电子元器件8的振荡轨迹的说明图(其二)所示，电子元器件8的振荡为长轴方向已经与X方向不一致的XY平面内的椭圆运动。
此外，电子元器件安装装置1在需要进行用于维持基于加热器57的非常高的加热温度的高精度温度控制、且带有金与金的接合的半导体倒装芯片安装等中非常有效。
另外，电子元器件安装装置1对于：(1)电子元器件8为关于作为喇叭51长度方向的X方向等尺寸大的芯片或在Z方向较薄的芯片，以及/或者(2)电路基板9为电布线呈片状的带状材料或电布线位于树脂之上的机械材料的半导体倒装芯片安装等也十分有效。
原因是：在这样的高精密的半导体倒装芯片安装中，更加需要降低导致保持的电子元器件8振荡的方向和振幅从原来的设计值变化、或导致振荡模式发生变化的可能性，而对于本发明的电子元器件安装装置1如上文所说明的那样，该可能性较低。因而，本发明的电子元器件安装装置1可以对应以下现象，即：电子元器件8相对于电路9倾斜，从而发生电子元器件8或电路基板9的电极等的损坏或接合不良等，而几乎不需要进行装置的平行调整。
这样，由于能对应的电子元器件8的器件尺寸及品种多于以往，因此本发明的电子元器件安装装置1在多种领域都是有效的。
此外，本发明中，正交、平行等数学用语除包括严格正交、平行的情况以外，还包括能顺利实现那些功能前提下的大致正交、大致平行等情况。
当然，本发明不限于上述实施方式，可进行多种变形。
工业上的实用性
本发明的焊接工具、电子元器件安装装置、及电子元器件安装方法能够进行更高品质的超声波接合，可适用于半导体倒装芯片安装等。

Claims (15)

1.一种焊接工具，包括：
喇叭，所述喇叭传播超声波；
超声波振荡器，所述超声波振荡器设置于所述喇叭的一端，产生所述超声波振荡；
加热器配置部，所述加热器配置部设置于所述喇叭的所述一端与所述喇叭的另一端之间，用于配置加热器；
接合作用部，所述接合作用部设置于所述喇叭的所述一端与所述喇叭的所述另一端之间，保持电子元器件，由所述加热器加热；
第一冷却部，所述第一冷却部设置于所述加热器配置部与所述喇叭的所述一端之间，流体经其流通；以及
第二冷却部，所述第二冷却部设置于所述加热器配置部与所述喇叭的所述另一端之间，流体经其流通，
所述加热器配置部是沿与所述超声波振荡传播的方向正交的方向贯穿所述喇叭的加热器插入孔，
所述加热器与所述加热器插入孔的壁部相隔预定的间隔，并与设置于外部的按压单元连结，固定于在所述喇叭外侧配置的加热器保持块。
2.如权利要求1所述的焊接工具，其特征在于，
所述接合作用部设置在所述第一冷却部与所述第二冷却部之间。
3.如权利要求1所述的焊接工具，其特征在于，
所述接合作用部设置于所述喇叭的下表面，
所述加热器配置部设置于所述接合作用部的正上方。
4.如权利要求1所述的焊接工具，其特征在于，
所述加热器配置部与所述第一冷却部之间的距离、以及所述加热器配置部与所述第二冷却部之间的距离相等。
5.如权利要求1所述的焊接工具，其特征在于，
所述第一冷却部及所述第二冷却部是沿与所述超声波振荡传播的方向正交的方向贯穿所述喇叭，且气体经其流通的通气孔。
6.如权利要求5所述的焊接工具，其特征在于，
所述通气孔的开口部的形状是以所述超声波振荡传播的方向为长度方向的细长矩形。
7.如权利要求1所述的焊接工具，其特征在于，
所述喇叭的形状为方柱体，
所述接合作用部设置于所述喇叭的下表面，
在所述喇叭的两个侧面分别设置用于保持所述喇叭的喇叭保持块。
8.如权利要求7所述的焊接工具，其特征在于，
所述喇叭保持块包括设置于所述喇叭侧面的肋状物、以及与所述肋状物接合的本体，
所述肋状物的长度方向是与所述超声波振荡传播的方向正交的方向，是与所述喇叭的所述下表面正交的方向。
9.如权利要求8所述的焊接工具，其特征在于，
所述本体包括与所述肋状物相邻且沿所述肋状物的所述长度方向形成的槽。
10.如权利要求7所述的焊接工具，其特征在于，
在所述喇叭的所述两个侧面分别各设置两个所述喇叭保持块，
所述第一冷却部设置于两个所述喇叭保持块中的靠近所述喇叭的所述一端的所述喇叭保持块与所述喇叭的所述一端之间，
所述第二冷却部设置于两个所述喇叭保持块中的靠近所述喇叭的所述另一端的所述喇叭保持块与所述喇叭的所述另一端之间。
11.如权利要求1所述的焊接工具，其特征在于，
所述超声波振荡具有两个节点，
所述第一冷却部设置于所述两个节点中的靠近所述喇叭的所述一端的所述节点与所述喇叭的所述一端之间，
所述第二冷却部设置于所述两个节点中的靠近所述喇叭的所述另一端的所述节点与所述喇叭的所述另一端之间。
12.如权利要求1所述的焊接工具，其特征在于，
在外部设置流体流通单元，所述流体流通单元使所述流体在所述第一冷却部及所述第二冷却部中的至少一方中流通。
13.如权利要求1所述的焊接工具，其特征在于，
用于通过抽吸来保持所述电子元器件的抽吸通道的抽吸口形成于所述接合作用部，
所述抽吸通道的排气口形成于所述喇叭上表面的相对于所述喇叭的所述另一端更靠近所述喇叭的所述一端的部分，
所述抽吸通道的形状为T形，
所述抽吸通道的一部分是从所述喇叭的所述一端的与所述超声波振荡器抵接的部分钻穿的孔。
14.一种电子元器件安装装置，包括：
保持部，所述保持部保持对象物；
供给部，所述供给部提供电子元器件；以及
安装单元，所述安装单元将所述提供的电子元器件安装到所述保持的对象物，
所述安装单元包括元器件安装部，
所述元器件安装部包括按压单元和如权利要求1所述的焊接工具，
所述按压单元通过所述焊接工具的所述接合作用部，对所述对象物按压所述电子元器件。
15.一种电子元器件安装方法，使用如权利要求14所述的电子元器件安装装置，对所述对象物安装所述电子元器件，包括：
电子元器件保持步骤，所述电子元器件保持步骤利用所述接合作用部保持所述电子元器件；
按压步骤，所述按压步骤利用所述按压单元对所述对象物按压所述电子元器件；
超声波振荡产生步骤，所述超声波振荡产生步骤利用所述超声波振荡器产生超声波振荡；
加热步骤，所述加热步骤利用所述加热器对所述接合作用部进行加热；以及
流体流通步骤，所述流体流通步骤利用第一冷却部和第二冷却部使所述流体流通。
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