JP2000138252A - 超音波振動子とその保持機構 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ボンディングやバンプ形成に使用される超音
波振動子において、高周波で安定で良好なボンディング
が可能な超音波振動子を実現することを目的とする。 【解決手段】 圧電素子２とその前後に設けた前方金属
ブロック３と後方金属ブロック４に、分割溝５や貫通穴
９あるいはざぐり穴１０を設けることにより、良好な縦
振動を妨害する不要な振動モードを抑制し、良好なボン
ディング性能を実現する。
波振動子において、高周波で安定で良好なボンディング
が可能な超音波振動子を実現することを目的とする。 【解決手段】 圧電素子２とその前後に設けた前方金属
ブロック３と後方金属ブロック４に、分割溝５や貫通穴
９あるいはざぐり穴１０を設けることにより、良好な縦
振動を妨害する不要な振動モードを抑制し、良好なボン
ディング性能を実現する。
Description
【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を形成するための超音
波振動子に関するものである。
接合に使用されるスタッドバンプを形成するための超音
波振動子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来からＩＣ（半導体集積回路）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。通常ワイヤボ
ンディングやバンプ形成には60kHz 程度の振動周波数が
用いられるが、プレヒートの低温度化やよりファインピ
ッチを目的として、より高周波の振動周波数を使用した
ボンディング用超音波振動子が望まれている。
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。通常ワイヤボ
ンディングやバンプ形成には60kHz 程度の振動周波数が
用いられるが、プレヒートの低温度化やよりファインピ
ッチを目的として、より高周波の振動周波数を使用した
ボンディング用超音波振動子が望まれている。
【０００３】高周波における超音波振動子としては、超
音波テクノ VOL.8，NO.11，pp1-6に記載された構成が知
られている。図５は従来の超音波振動子の側面図であ
る。図５において、２１は超音波振動子、２２は圧電素
子、２３はフランジ、２４は接合用チップであり、フラ
ンジによって固定治具に接地される。また、接合用チッ
プ２４は超音波振動子２１に半田づけなどの手法によっ
て接合されており、全長は31mm程度である。図５に示さ
れる構成において、超音波振動子２１は、圧電素子２２
に印加される電圧によって、全体で 1.5波長330kHzの縦
振動共振を発生し、先端の接合用チップに３次のたわみ
振動を励振する。接合は、接合用チップ２４の上端に静
圧力を印加し、ワークとワイヤを接合用チップ２４の下
端にセットして行われる。
音波テクノ VOL.8，NO.11，pp1-6に記載された構成が知
られている。図５は従来の超音波振動子の側面図であ
る。図５において、２１は超音波振動子、２２は圧電素
子、２３はフランジ、２４は接合用チップであり、フラ
ンジによって固定治具に接地される。また、接合用チッ
プ２４は超音波振動子２１に半田づけなどの手法によっ
て接合されており、全長は31mm程度である。図５に示さ
れる構成において、超音波振動子２１は、圧電素子２２
に印加される電圧によって、全体で 1.5波長330kHzの縦
振動共振を発生し、先端の接合用チップに３次のたわみ
振動を励振する。接合は、接合用チップ２４の上端に静
圧力を印加し、ワークとワイヤを接合用チップ２４の下
端にセットして行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示す従来の技術においては、接合用チップが振動子本体
に半田づけなどにより固定されており、従来使用されて
いるアルミナセラミック製のボンディング用キャピラリ
が使用できないためチップ部の交換などに対応できな
い。また、全体の寸法が従来使用されているボンディン
グ用超音波振動子と比較して短いため、ボンディング装
置として使用する場合には、作業領域やボンディング速
度が低下することが予想される。
示す従来の技術においては、接合用チップが振動子本体
に半田づけなどにより固定されており、従来使用されて
いるアルミナセラミック製のボンディング用キャピラリ
が使用できないためチップ部の交換などに対応できな
い。また、全体の寸法が従来使用されているボンディン
グ用超音波振動子と比較して短いため、ボンディング装
置として使用する場合には、作業領域やボンディング速
度が低下することが予想される。
【０００５】本発明は上記課題に鑑み、高周波で安定し
た超音波振動を実現し、全体として高剛性を有するとと
もに良好なボンディングが可能な超音波振動子を提供す
ることを目的とする。
た超音波振動を実現し、全体として高剛性を有するとと
もに良好なボンディングが可能な超音波振動子を提供す
ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、圧電素子と前記圧電素子の背面に設けられ
少なくとも１個所の段差を有しかつ前記圧電素子と接す
る端面が溝により複数に分割された導電性ブロックと、
前記圧電素子の前面に設けられ少なくとも１個所の段差
を有しかつ先端にワイヤボンディングやバンプ形成を行
うためのキャピラリを保持する機構を有し前記圧電素子
と接する端面が溝により複数に分割された導電性ブロッ
クにより構成され、前記圧電素子は半波長共振の周波数
で振動し、前記圧電素子の前後の導電性ブロックは前記
圧電素子の振動周波数における波長の半波長の整数倍の
長さを有する構成としたものである。
に本発明は、圧電素子と前記圧電素子の背面に設けられ
少なくとも１個所の段差を有しかつ前記圧電素子と接す
る端面が溝により複数に分割された導電性ブロックと、
前記圧電素子の前面に設けられ少なくとも１個所の段差
を有しかつ先端にワイヤボンディングやバンプ形成を行
うためのキャピラリを保持する機構を有し前記圧電素子
と接する端面が溝により複数に分割された導電性ブロッ
クにより構成され、前記圧電素子は半波長共振の周波数
で振動し、前記圧電素子の前後の導電性ブロックは前記
圧電素子の振動周波数における波長の半波長の整数倍の
長さを有する構成としたものである。
【０００７】これにより、高周波で安定した超音波振動
を実現し、全体として高剛性を有するとともに良好なボ
ンディングが可能な超音波振動子を実現することができ
る。
を実現し、全体として高剛性を有するとともに良好なボ
ンディングが可能な超音波振動子を実現することができ
る。
【０００８】また、さらに圧電素子とその前後に設けら
れた導電性ブロックに、その内部に超音波振動と同方向
に貫通穴かもしくはざぐり穴を設け、良好な縦振動を妨
害する他の振動モードを抑制する構成としたものであ
る。
れた導電性ブロックに、その内部に超音波振動と同方向
に貫通穴かもしくはざぐり穴を設け、良好な縦振動を妨
害する他の振動モードを抑制する構成としたものであ
る。
【０００９】これによっても、高周波でより安定した超
音波振動を実現し、全体として高剛性を有するとともに
より良好なボンディングが可能な超音波振動子を実現す
ることができる。
音波振動を実現し、全体として高剛性を有するとともに
より良好なボンディングが可能な超音波振動子を実現す
ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、圧電素子と、前記圧電素子の背面に設けられ少なく
とも１個所の段差を有しかつ前記圧電素子と接する端面
が溝により複数に分割された第１の導電性ブロックと、
前記圧電素子の前面に設けられ少なくとも１個所の段差
を有しかつ先端にワイヤボンディングやバンプ形成を行
うためのキャピラリを保持する機構を有し前記圧電素子
と接する端面が溝により複数に分割された第２の導電性
ブロックとを用いて構成され、前記圧電素子は半波長共
振の周波数で振動し、前記第１、第２の導電性ブロック
は前記圧電素子の振動周波数における波長の半波長の整
数倍の長さを有する超音波振動子であり、高周波におけ
る安定した振動特性を実現し良好なボンディング性能を
可能にするという作用を有する。
は、圧電素子と、前記圧電素子の背面に設けられ少なく
とも１個所の段差を有しかつ前記圧電素子と接する端面
が溝により複数に分割された第１の導電性ブロックと、
前記圧電素子の前面に設けられ少なくとも１個所の段差
を有しかつ先端にワイヤボンディングやバンプ形成を行
うためのキャピラリを保持する機構を有し前記圧電素子
と接する端面が溝により複数に分割された第２の導電性
ブロックとを用いて構成され、前記圧電素子は半波長共
振の周波数で振動し、前記第１、第２の導電性ブロック
は前記圧電素子の振動周波数における波長の半波長の整
数倍の長さを有する超音波振動子であり、高周波におけ
る安定した振動特性を実現し良好なボンディング性能を
可能にするという作用を有する。
【００１１】請求項２に記載の発明は、複数の圧電素子
と、前記圧電素子の間に設けられた少なくとも１個以上
の中間部導電性ブロックと、前記複数の圧電素子うち最
後部の圧電素子の背面に設けられ少なくとも１個所の段
差を有しかつ前記圧電素子と接する端面が溝により複数
に分割された第１の導電性ブロックと、前記複数の圧電
素子うち最前部の圧電素子の前面に設けられ少なくとも
１個所の段差を有しかつ先端にワイヤボンディングやバ
ンプ形成を行うためのキャピラリを保持する機構を有し
前記圧電素子と接する端面が溝により複数に分割された
第２の導電性ブロックとを用いて構成され、前記の複数
の圧電素子は半波長共振の周波数で振動し、前記中間部
導電性ブロック及び前記第１、第２の導電性ブロックは
前記圧電素子の振動周波数における波長の半波長の整数
倍の長さを有する超音波振動子であり、高周波における
安定した振動特性を実現し良好なボンディング性能を可
能にするという作用を有する。
と、前記圧電素子の間に設けられた少なくとも１個以上
の中間部導電性ブロックと、前記複数の圧電素子うち最
後部の圧電素子の背面に設けられ少なくとも１個所の段
差を有しかつ前記圧電素子と接する端面が溝により複数
に分割された第１の導電性ブロックと、前記複数の圧電
素子うち最前部の圧電素子の前面に設けられ少なくとも
１個所の段差を有しかつ先端にワイヤボンディングやバ
ンプ形成を行うためのキャピラリを保持する機構を有し
前記圧電素子と接する端面が溝により複数に分割された
第２の導電性ブロックとを用いて構成され、前記の複数
の圧電素子は半波長共振の周波数で振動し、前記中間部
導電性ブロック及び前記第１、第２の導電性ブロックは
前記圧電素子の振動周波数における波長の半波長の整数
倍の長さを有する超音波振動子であり、高周波における
安定した振動特性を実現し良好なボンディング性能を可
能にするという作用を有する。
【００１２】請求項３に記載の発明は、超音波振動子の
最前部と最後部におかれた導電性ブロックのそれぞれに
設けられた段差のうち少なくとも１個の段差は振動周波
数における振動の節の位置に設けられ、かつ前記導電性
ブロックの前記圧電素子側の端面に設けられ端面を分割
する溝の深さが少なくとも前記それぞれの導電性ブロッ
クにおける超音波振動の節に設けられた段差まで達して
いる請求項１または２記載の超音波振動子であり、さら
に他の振動モードを抑制して高周波における安定した振
動特性を実現し良好なボンディング性能を可能にすると
いう作用を有する。
最前部と最後部におかれた導電性ブロックのそれぞれに
設けられた段差のうち少なくとも１個の段差は振動周波
数における振動の節の位置に設けられ、かつ前記導電性
ブロックの前記圧電素子側の端面に設けられ端面を分割
する溝の深さが少なくとも前記それぞれの導電性ブロッ
クにおける超音波振動の節に設けられた段差まで達して
いる請求項１または２記載の超音波振動子であり、さら
に他の振動モードを抑制して高周波における安定した振
動特性を実現し良好なボンディング性能を可能にすると
いう作用を有する。
【００１３】請求項４に記載の発明は、圧電素子の中間
部導電性ブロックの少なくとも一方の端面が溝により複
数に分割されおり、かつその溝の深さが導電性ブロック
の全体の長さの50％以上である請求項２記載の超音波振
動子であり、さらに他の振動モードを抑制して高周波に
おける安定した振動特性を実現し良好なボンディング性
能を可能にするという作用を有する。
部導電性ブロックの少なくとも一方の端面が溝により複
数に分割されおり、かつその溝の深さが導電性ブロック
の全体の長さの50％以上である請求項２記載の超音波振
動子であり、さらに他の振動モードを抑制して高周波に
おける安定した振動特性を実現し良好なボンディング性
能を可能にするという作用を有する。
【００１４】請求項５に記載の発明は、圧電素子とその
中間部あるいはその前後に設けられた導電性ブロックの
幅が少なくとも１個所は、それぞれの超音波振動の波長
の 1/4以上である請求項１から４のいずれかに記載の超
音波振動子であり、高い剛性を実現し良好なボンディン
グ性能を可能にするという作用を有する。
中間部あるいはその前後に設けられた導電性ブロックの
幅が少なくとも１個所は、それぞれの超音波振動の波長
の 1/4以上である請求項１から４のいずれかに記載の超
音波振動子であり、高い剛性を実現し良好なボンディン
グ性能を可能にするという作用を有する。
【００１５】請求項６に記載の発明は、圧電素子とその
中間部あるいはその前後に設けられた導電性ブロックに
は、その内部に超音波振動と同方向に貫通穴もしくはざ
ぐり穴が設けられた構造である請求項１から５のいずれ
かに記載の超音波振動子であり、さらに他の振動モード
を抑制して高周波における安定した振動特性を実現し良
好なボンディング性能を可能にするという作用を有す
る。
中間部あるいはその前後に設けられた導電性ブロックに
は、その内部に超音波振動と同方向に貫通穴もしくはざ
ぐり穴が設けられた構造である請求項１から５のいずれ
かに記載の超音波振動子であり、さらに他の振動モード
を抑制して高周波における安定した振動特性を実現し良
好なボンディング性能を可能にするという作用を有す
る。
【００１６】請求項７に記載の発明は、圧電素子の前方
の導電性ブロックは、超音波振動周波数において少なく
とも１波長以上の長さをもち、かつ先端部に設けられた
キャピラリ保持機構は最先端部から半波長の距離に位置
する請求項１から６のいずれかに記載の超音波振動子で
あり、良好なボンディング性能を可能にするという作用
を有する。
の導電性ブロックは、超音波振動周波数において少なく
とも１波長以上の長さをもち、かつ先端部に設けられた
キャピラリ保持機構は最先端部から半波長の距離に位置
する請求項１から６のいずれかに記載の超音波振動子で
あり、良好なボンディング性能を可能にするという作用
を有する。
【００１７】請求項８に記載の発明は、圧電素子の両側
の導電性ブロックが金属ブロックであることを特徴とす
る請求項１から７のいずれかに記載の超音波振動子であ
り、高い剛性を実現し良好なボンディング性能を可能に
するという作用を有する。
の導電性ブロックが金属ブロックであることを特徴とす
る請求項１から７のいずれかに記載の超音波振動子であ
り、高い剛性を実現し良好なボンディング性能を可能に
するという作用を有する。
【００１８】請求項９に記載の発明は、導電性ブロック
の少なくとも１つは前記圧電素子を駆動するための駆動
電極の一部を兼ねることを特徴とする請求項１から８の
いずれかに記載の超音波振動子であり、配線数を減らし
簡単な構成で、良好なボンディング性能を可能にすると
いう作用を有する。
の少なくとも１つは前記圧電素子を駆動するための駆動
電極の一部を兼ねることを特徴とする請求項１から８の
いずれかに記載の超音波振動子であり、配線数を減らし
簡単な構成で、良好なボンディング性能を可能にすると
いう作用を有する。
【００１９】請求項１０に記載の発明は、超音波振動子
の最前面の導電性ブロックの超音波振動の節の部分に設
けられた段差に接触し前記超音波振動子を保持する前部
ホルダ部と、超音波振動子の最後部の導電性ブロックの
超音波振動の節の部分に設けられた段差に接触する緩衝
部材と、前記緩衝部材に接触して前記緩衝材および前記
超音波振動子を保持し、かつ超音波振動子を動揺させる
機構との結合部と超音波振動子からの正極側信号線を取
り出すための配線取り出し穴を有する後部ホルダ部とを
有し、前記前部ホルダ部と前記後部ホルダ部とを結合す
ることにより前記超音波振動子を保持する保持機構であ
り、緩衝材の効果により、安定した超音波振動子の保持
が可能になり良好な接合を実現できるという作用を有す
る。
の最前面の導電性ブロックの超音波振動の節の部分に設
けられた段差に接触し前記超音波振動子を保持する前部
ホルダ部と、超音波振動子の最後部の導電性ブロックの
超音波振動の節の部分に設けられた段差に接触する緩衝
部材と、前記緩衝部材に接触して前記緩衝材および前記
超音波振動子を保持し、かつ超音波振動子を動揺させる
機構との結合部と超音波振動子からの正極側信号線を取
り出すための配線取り出し穴を有する後部ホルダ部とを
有し、前記前部ホルダ部と前記後部ホルダ部とを結合す
ることにより前記超音波振動子を保持する保持機構であ
り、緩衝材の効果により、安定した超音波振動子の保持
が可能になり良好な接合を実現できるという作用を有す
る。
【００２０】請求項１１に記載の発明は、前部ホルダ部
の後部と後部ホルダ部の前部にネジ機構を設け、前記前
部ホルダと前記後部ホルダとをネジで結合することを特
徴とする請求項１０記載の保持機構であり、ネジ機構の
締め付けトルクを制御することで超音波振動子を均一に
保持し良好な接合を実現できるという作用を有する。
の後部と後部ホルダ部の前部にネジ機構を設け、前記前
部ホルダと前記後部ホルダとをネジで結合することを特
徴とする請求項１０記載の保持機構であり、ネジ機構の
締め付けトルクを制御することで超音波振動子を均一に
保持し良好な接合を実現できるという作用を有する。
【００２１】請求項１２に記載の発明は、請求項１から
９のいずれかに記載の超音波振動子を用いたことを特徴
とするボンディング装置であり、良好なボンディングを
行うことのできるボンディング装置を実現できるという
作用を有する。
９のいずれかに記載の超音波振動子を用いたことを特徴
とするボンディング装置であり、良好なボンディングを
行うことのできるボンディング装置を実現できるという
作用を有する。
【００２２】請求項１３に記載の発明は、請求項１０ま
たは１１記載の保持機構を用いて超音波振動子を保持し
た構造を有することを特徴とする請求項１２記載のボン
ディング装置であり、良好なボンディングを行うことの
できるボンディング装置を実現できるという作用を有す
る。
たは１１記載の保持機構を用いて超音波振動子を保持し
た構造を有することを特徴とする請求項１２記載のボン
ディング装置であり、良好なボンディングを行うことの
できるボンディング装置を実現できるという作用を有す
る。
【００２３】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図４を用いて説明する。 （実施の形態１）図１は、本発明の実施の形態１におけ
る超音波振動子の概観図である。また、図２は実施の形
態１における超音波振動子の断面図、図３は実施の形態
１における超音波振動子およびその保持機構の断面図で
ある。図１から図３において、１は超音波振動子、２は
圧電素子、３は前方金属ブロック、４は後方金属ブロッ
ク、５は分割溝、６は段差、７はキャピラリ保持機構、
８はキャピラリ、９は貫通穴、１０はざぐり穴、１１は
振動子ホルダ、１２は前部ホルダ部、１３は後部ホルダ
部、１４は緩衝材、１５は配線取り出し穴、１６は結合
部、１７はネジ結合部、１８は正極側信号線である。
から図４を用いて説明する。 （実施の形態１）図１は、本発明の実施の形態１におけ
る超音波振動子の概観図である。また、図２は実施の形
態１における超音波振動子の断面図、図３は実施の形態
１における超音波振動子およびその保持機構の断面図で
ある。図１から図３において、１は超音波振動子、２は
圧電素子、３は前方金属ブロック、４は後方金属ブロッ
ク、５は分割溝、６は段差、７はキャピラリ保持機構、
８はキャピラリ、９は貫通穴、１０はざぐり穴、１１は
振動子ホルダ、１２は前部ホルダ部、１３は後部ホルダ
部、１４は緩衝材、１５は配線取り出し穴、１６は結合
部、１７はネジ結合部、１８は正極側信号線である。
【００２４】次に、実施の形態１における超音波振動子
および保持機構の製造行程を説明する。圧電素子２は、
所定の周波数に対して厚みを決定し、研磨などにより所
定の厚みのものを作製する。その後、貫通穴９を超音波
加工機などを使用して形成し、両端面に銀焼き付けや金
めっきなどで図示していない電極を設け、抗電解以上の
電圧を電極に印加することによって分極処理を施す。圧
電素子としては、ＰＺＴやチタン酸鉛などの圧電セラミ
ックが加工特性もよく適している。例えば300kHzの超音
波振動子を作製する場合には、圧電素子の厚みは４mmか
ら５mm程度になる。駆動回路との電気的なマッチングを
考慮する場合には、数枚の圧電素子を積層構造にして電
極を端面に引き出し、全体の厚みを所定の周波数にした
圧電素子を使用してもよい。
および保持機構の製造行程を説明する。圧電素子２は、
所定の周波数に対して厚みを決定し、研磨などにより所
定の厚みのものを作製する。その後、貫通穴９を超音波
加工機などを使用して形成し、両端面に銀焼き付けや金
めっきなどで図示していない電極を設け、抗電解以上の
電圧を電極に印加することによって分極処理を施す。圧
電素子としては、ＰＺＴやチタン酸鉛などの圧電セラミ
ックが加工特性もよく適している。例えば300kHzの超音
波振動子を作製する場合には、圧電素子の厚みは４mmか
ら５mm程度になる。駆動回路との電気的なマッチングを
考慮する場合には、数枚の圧電素子を積層構造にして電
極を端面に引き出し、全体の厚みを所定の周波数にした
圧電素子を使用してもよい。
【００２５】前方金属ブロック３および後方金属ブロッ
ク４は、旋盤、フライスなどの一般的機械加工により全
体を形成し、貫通穴９あるいはざぐり穴１０などを設
け、割れじめなどのキャピラリ保持機構７を制作した
後、ワイヤ放電加工機などにより分割溝５を所定の深さ
まで形成する。前方金属ブロック３および後方金属ブロ
ック４の材料としては、ステンレス、アルミ、炭素鋼、
チタン合金などの材料が適している。例えば、300kHzの
振動系をステンレスで構成する場合、縦振動の 1/2波長
は８mm程度となるため、前方金属ブロック３および後方
金属ブロック４の長さを基準にして決定することができ
る。
ク４は、旋盤、フライスなどの一般的機械加工により全
体を形成し、貫通穴９あるいはざぐり穴１０などを設
け、割れじめなどのキャピラリ保持機構７を制作した
後、ワイヤ放電加工機などにより分割溝５を所定の深さ
まで形成する。前方金属ブロック３および後方金属ブロ
ック４の材料としては、ステンレス、アルミ、炭素鋼、
チタン合金などの材料が適している。例えば、300kHzの
振動系をステンレスで構成する場合、縦振動の 1/2波長
は８mm程度となるため、前方金属ブロック３および後方
金属ブロック４の長さを基準にして決定することができ
る。
【００２６】次に圧電素子２、前方金属ブロック３およ
び後方金属ブロック４をエポキシ樹脂などで強固に接着
する。前方金属ブロック３および後方金属ブロック４は
駆動用電気端子を兼ねるため、接着層はできるだけ薄く
形成する。
び後方金属ブロック４をエポキシ樹脂などで強固に接着
する。前方金属ブロック３および後方金属ブロック４は
駆動用電気端子を兼ねるため、接着層はできるだけ薄く
形成する。
【００２７】保持機構を構成する前部ホルダ部１２、後
部ホルダ部１３を、同様に機械加工によって形成する。
後部ホルダ部１３には、配線取り出し穴１５およびボン
ディングプロセス中に超音波振動子を上下させるための
図示していない動揺機構部と結合させるための結合部１
６を機械加工により設ける。さらに前部ホルダ部１２と
後部ホルダ部１３を結合させるために、ネジ結合部１７
を形成する。前部ホルダ部１２と後部ホルダ部１３の材
料としては、ステンレス、アルミ、炭素鋼、チタン合金
などが適している。緩衝材１４は、テフロンやポリイミ
ドなどの耐熱性高分子材料を使用し、機械加工により形
成する。
部ホルダ部１３を、同様に機械加工によって形成する。
後部ホルダ部１３には、配線取り出し穴１５およびボン
ディングプロセス中に超音波振動子を上下させるための
図示していない動揺機構部と結合させるための結合部１
６を機械加工により設ける。さらに前部ホルダ部１２と
後部ホルダ部１３を結合させるために、ネジ結合部１７
を形成する。前部ホルダ部１２と後部ホルダ部１３の材
料としては、ステンレス、アルミ、炭素鋼、チタン合金
などが適している。緩衝材１４は、テフロンやポリイミ
ドなどの耐熱性高分子材料を使用し、機械加工により形
成する。
【００２８】各部材の作製が終了した後、超音波振動子
１の後方金属ブロック４と正極側信号線１８を接続す
る。接続には接着剤などを使用してもよいし、銅などの
金属箔に正極側信号線１８を接合し、金属箔を緩衝材１
４と超音波振動子１の後方金属ブロック４の間に挟む構
造にしてもよい。正極側信号線１８を配線取り出し穴１
５から後部ホルダ１３の外に出し、緩衝材１４と超音波
振動子１の後方金属ブロック４の段差６の部分を接触さ
せ、超音波振動子１の前方から前部ホルダ部１２をかぶ
せ、後部ホルダ１３とネジ結合部１７で結合する。超音
波振動子１の前方金属ブロック３の段差６の部分と前部
ホルダ部１２が接触し、適当な保持力が加わるようにネ
ジ結合部１７の締め付けトルクを調節し振動子ホルダを
構成する。最後にキャピラリ保持機構７にキャピラリ８
を装着することにより、超音波振動子１を構成し、保持
機構により保持することができる。
１の後方金属ブロック４と正極側信号線１８を接続す
る。接続には接着剤などを使用してもよいし、銅などの
金属箔に正極側信号線１８を接合し、金属箔を緩衝材１
４と超音波振動子１の後方金属ブロック４の間に挟む構
造にしてもよい。正極側信号線１８を配線取り出し穴１
５から後部ホルダ１３の外に出し、緩衝材１４と超音波
振動子１の後方金属ブロック４の段差６の部分を接触さ
せ、超音波振動子１の前方から前部ホルダ部１２をかぶ
せ、後部ホルダ１３とネジ結合部１７で結合する。超音
波振動子１の前方金属ブロック３の段差６の部分と前部
ホルダ部１２が接触し、適当な保持力が加わるようにネ
ジ結合部１７の締め付けトルクを調節し振動子ホルダを
構成する。最後にキャピラリ保持機構７にキャピラリ８
を装着することにより、超音波振動子１を構成し、保持
機構により保持することができる。
【００２９】次に図を参照しながら、本実施の形態にお
ける超音波振動子１の動作を説明する。超音波振動子１
は振動子ホルダ１１を介して図示していない動揺機構に
接続されており、ボンディングのタイミングにあわせて
先端を上下させ、キャピラリ８が図示していないワーク
に接触し、適当な荷重が加わった時点で、正極側信号線
１８から駆動用信号が入力され超音波振動を発生し、ボ
ンディングを実行する。この際、振動子の接地側端子
は、振動子ホルダ１１の任意の場所からとることが可能
である。
ける超音波振動子１の動作を説明する。超音波振動子１
は振動子ホルダ１１を介して図示していない動揺機構に
接続されており、ボンディングのタイミングにあわせて
先端を上下させ、キャピラリ８が図示していないワーク
に接触し、適当な荷重が加わった時点で、正極側信号線
１８から駆動用信号が入力され超音波振動を発生し、ボ
ンディングを実行する。この際、振動子の接地側端子
は、振動子ホルダ１１の任意の場所からとることが可能
である。
【００３０】縦振動の伝達系を設計する場合、通常その
幅は 1/4波長以下に設計することが求められる。例えば
300kHzの振動系をステンレスを素材にして設計した場
合、前方金属ブロック３および後方金属ブロック４の幅
は４mm以下、圧電素子２の幅は２mm以下にする必要があ
る。さらに前方金属ブロック３にホーン機能を持たせて
超音波の振動振幅を増幅し接合特性を向上させようとし
た場合には、先端の幅はさらに細くなる。キャピラリ８
としてはアルミナセラミック製のものが一般的に使用さ
れており、その直径は 1.5mm程度である。ワイヤボンデ
ィングやバンプ形成を良好に行うためには、キャピラリ
８をぶれのないよう良好に保持する必要があり、上記の
ような幅を有するキャピラリ８を良好に保持するために
は、キャピラリ保持機構７にはある程度の寸法が必要で
あり、超音波振動子１の全体あるいは一部が、通常の縦
振動の限界とされる 1/4波長を超える必要がある。
幅は 1/4波長以下に設計することが求められる。例えば
300kHzの振動系をステンレスを素材にして設計した場
合、前方金属ブロック３および後方金属ブロック４の幅
は４mm以下、圧電素子２の幅は２mm以下にする必要があ
る。さらに前方金属ブロック３にホーン機能を持たせて
超音波の振動振幅を増幅し接合特性を向上させようとし
た場合には、先端の幅はさらに細くなる。キャピラリ８
としてはアルミナセラミック製のものが一般的に使用さ
れており、その直径は 1.5mm程度である。ワイヤボンデ
ィングやバンプ形成を良好に行うためには、キャピラリ
８をぶれのないよう良好に保持する必要があり、上記の
ような幅を有するキャピラリ８を良好に保持するために
は、キャピラリ保持機構７にはある程度の寸法が必要で
あり、超音波振動子１の全体あるいは一部が、通常の縦
振動の限界とされる 1/4波長を超える必要がある。
【００３１】本実施の形態では、圧電素子２、前方金属
ブロック３、後方金属ブロック４に貫通穴９やざぐり穴
１０を設けることによって、上記の各部材におけるポア
ソン比による横方向の結合を抑制し、 1/4波長を超える
幅であっても良好な振動特性を得ることのできる構成と
した。また、図１に示すような円筒系の超音波振動子１
の場合には、貫通穴９やざぐり穴１０を設けることによ
って円周方向の振動が励起され、本来の縦振動を抑制す
る場合が発生する。特に圧電素子よりも音速の速い前方
金属ブロック３、後方金属ブロック４においてこれらの
現象が発生しやすいが、本実施の形態では、端面に分割
溝５を設けて円周方向の振動の発生を防ぐ構成とし、よ
り高周波でも良好な縦振動特性が得られる構成とした。
ブロック３、後方金属ブロック４に貫通穴９やざぐり穴
１０を設けることによって、上記の各部材におけるポア
ソン比による横方向の結合を抑制し、 1/4波長を超える
幅であっても良好な振動特性を得ることのできる構成と
した。また、図１に示すような円筒系の超音波振動子１
の場合には、貫通穴９やざぐり穴１０を設けることによ
って円周方向の振動が励起され、本来の縦振動を抑制す
る場合が発生する。特に圧電素子よりも音速の速い前方
金属ブロック３、後方金属ブロック４においてこれらの
現象が発生しやすいが、本実施の形態では、端面に分割
溝５を設けて円周方向の振動の発生を防ぐ構成とし、よ
り高周波でも良好な縦振動特性が得られる構成とした。
【００３２】なお、前方金属ブロック３、後方金属ブロ
ック４にざぐり穴１０あるいは分割溝５を入れる場合に
は、ポアソン比を考慮して、少なくとも節位置に設計さ
れている段差６を超える深さまで上記構造を構成すると
よい。
ック４にざぐり穴１０あるいは分割溝５を入れる場合に
は、ポアソン比を考慮して、少なくとも節位置に設計さ
れている段差６を超える深さまで上記構造を構成すると
よい。
【００３３】さらに本実施の形態においては、前方金属
ブロック３にホーン特性を持たせて振動振幅の拡大を図
るとともに、頻繁なキャピラリの交換に対応するためキ
ャピラリ８の取り付け位置を最先端部から 1/2波長の位
置に設定しており、キャピラリ保持機構の設計に自由度
を与え、キャピラリ８保持の安定化を図っている。本実
施の形態においては、前方金属ブロック３の全体の長さ
は２波長、後方金属ブロック４の長さは 1/2波長、圧電
素子２の長さは 1/2波長に設定した。前方金属ブロック
３、後方金属ブロック４にそれぞれ設けられた段差６は
超音波振動の節の位置に設定し、振動子ホルダ１１によ
りそれぞれの段差６を保持できる構成とした。全体の長
さは３波長になり、300kHzの場合には40mm程度の長さに
なるため、振動子ホルダ１１により全体の長さを延長し
て、動揺機構とのマッチングを良好にするとともに、動
揺による振動子全体のたわみ変化などを抑制した構成と
したことにより、良好なボンディング性能が得られる。
ブロック３にホーン特性を持たせて振動振幅の拡大を図
るとともに、頻繁なキャピラリの交換に対応するためキ
ャピラリ８の取り付け位置を最先端部から 1/2波長の位
置に設定しており、キャピラリ保持機構の設計に自由度
を与え、キャピラリ８保持の安定化を図っている。本実
施の形態においては、前方金属ブロック３の全体の長さ
は２波長、後方金属ブロック４の長さは 1/2波長、圧電
素子２の長さは 1/2波長に設定した。前方金属ブロック
３、後方金属ブロック４にそれぞれ設けられた段差６は
超音波振動の節の位置に設定し、振動子ホルダ１１によ
りそれぞれの段差６を保持できる構成とした。全体の長
さは３波長になり、300kHzの場合には40mm程度の長さに
なるため、振動子ホルダ１１により全体の長さを延長し
て、動揺機構とのマッチングを良好にするとともに、動
揺による振動子全体のたわみ変化などを抑制した構成と
したことにより、良好なボンディング性能が得られる。
【００３４】以上のような図１から図３の構成におい
て、本実施の形態における超音波振動子は、高周波で良
好な振動特性を実現し、かつ保持機構を含めた全体を高
剛性で構成できるため良好なボンディング性能を得るこ
とができる。
て、本実施の形態における超音波振動子は、高周波で良
好な振動特性を実現し、かつ保持機構を含めた全体を高
剛性で構成できるため良好なボンディング性能を得るこ
とができる。
【００３５】そして、このような超音波振動子を用いた
ボンディング装置を構成することにより、良好なボンデ
ィングを行うことができる。
ボンディング装置を構成することにより、良好なボンデ
ィングを行うことができる。
【００３６】また、上記のような保持機構を用いて超音
波振動子を保持するボンディング装置を構成することに
より、より良好なボンディングを行うことができる。
波振動子を保持するボンディング装置を構成することに
より、より良好なボンディングを行うことができる。
【００３７】（実施の形態２）図４は、本発明の実施の
形態２における超音波振動子の側面図である。図４にお
いて、１９は中間金属ブロックである。それ以外の符号
については、図１から図３で用いたものと同様である。
図４の構成において、中間金属ブロック１９は超音波の
振動周波数における 1/2波長の整数倍の長さで構成され
る。中間金属ブロック１９には、全体の寸法や波長に依
存して、貫通穴９や分割溝５を設ける構造にすればよ
い。例えば溝の深さを導電性ブロックの全体の長さの50
％以上である構成とすればよい。また図示していない
が、超音波振動子１の保持機構である振動子ホルダは、
図３の寸法の変更で対応できる。
形態２における超音波振動子の側面図である。図４にお
いて、１９は中間金属ブロックである。それ以外の符号
については、図１から図３で用いたものと同様である。
図４の構成において、中間金属ブロック１９は超音波の
振動周波数における 1/2波長の整数倍の長さで構成され
る。中間金属ブロック１９には、全体の寸法や波長に依
存して、貫通穴９や分割溝５を設ける構造にすればよ
い。例えば溝の深さを導電性ブロックの全体の長さの50
％以上である構成とすればよい。また図示していない
が、超音波振動子１の保持機構である振動子ホルダは、
図３の寸法の変更で対応できる。
【００３８】以上のような本実施の形態における超音波
振動子により、実施の形態１と同様に良好なボンディン
グ性能が得られ、また圧電素子が複数になったことから
電気インピーダンスを低下させることができるため、駆
動回路とのマッチング特性を良好にした超音波振動子を
実現できる。
振動子により、実施の形態１と同様に良好なボンディン
グ性能が得られ、また圧電素子が複数になったことから
電気インピーダンスを低下させることができるため、駆
動回路とのマッチング特性を良好にした超音波振動子を
実現できる。
【００３９】そして、このような超音波振動子を用いた
ボンディング装置を構成することにより、良好なボンデ
ィングを行うことができる。
ボンディング装置を構成することにより、良好なボンデ
ィングを行うことができる。
【００４０】また、上記のような保持機構を用いて超音
波振動子を保持するボンディング装置を構成することに
より、より良好なボンディングを行うことができる。
波振動子を保持するボンディング装置を構成することに
より、より良好なボンディングを行うことができる。
【００４１】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、超音波振
動子を高周波で良好な振動特性を実現し、かつ保持機構
を含めた全体を高剛性で構成できるとともに、この構成
により良好なボンディング性能を得ることができる。
動子を高周波で良好な振動特性を実現し、かつ保持機構
を含めた全体を高剛性で構成できるとともに、この構成
により良好なボンディング性能を得ることができる。
【図１】本発明の実施の形態１による超音波振動子の概
観図
観図
【図２】本発明の実施の形態１による超音波振動子の断
面図
面図
【図３】本発明の実施の形態１による超音波振動子と振
動子ホルダの断面図
動子ホルダの断面図
【図４】本発明の実施の形態２による超音波振動子の側
面図
面図
【図５】従来の超音波振動子の側面図
１ 超音波振動子 ２ 圧電素子 ３ 前方金属ブロック ４ 後方金属ブロック ５ 分割溝 ６ 段差 ７ キャピラリ保持機構 ８ キャピラリ ９ 貫通穴 １０ ざぐり穴 １１ 振動子ホルダ １２ 前部ホルダ部 １３ 後部ホルダ部 １４ 緩衝材 １５ 配線取り出し穴 １６ 結合部 １７ ネジ結合部 １８ 正極側信号線 １９ 中間金属ブロック ２１ 超音波振動子 ２２ 圧電素子 ２３ フランジ ２４ 接合用チップ
Claims (13)
- 【請求項１】 圧電素子と、前記圧電素子の背面に設け
られ少なくとも１個所の段差を有しかつ前記圧電素子と
接する端面が溝により複数に分割された第１の導電性ブ
ロックと、前記圧電素子の前面に設けられ少なくとも１
個所の段差を有しかつ先端にワイヤボンディングやバン
プ形成を行うためのキャピラリを保持する機構を有し前
記圧電素子と接する端面が溝により複数に分割された第
２の導電性ブロックとを用いて構成され、前記圧電素子
は半波長共振の周波数で振動し、前記第１、第２の導電
性ブロックは前記圧電素子の振動周波数における波長の
半波長の整数倍の長さを有する超音波振動子。 - 【請求項２】 複数の圧電素子と、前記圧電素子の間に
設けられた少なくとも１個以上の中間部導電性ブロック
と、前記複数の圧電素子うち最後部の圧電素子の背面に
設けられ少なくとも１個所の段差を有しかつ前記圧電素
子と接する端面が溝により複数に分割された第１の導電
性ブロックと、前記複数の圧電素子うち最前部の圧電素
子の前面に設けられ少なくとも１個所の段差を有しかつ
先端にワイヤボンディングやバンプ形成を行うためのキ
ャピラリを保持する機構を有し前記圧電素子と接する端
面が溝により複数に分割された第２の導電性ブロックと
を用いて構成され、前記の複数の圧電素子は半波長共振
の周波数で振動し、前記中間部導電性ブロック及び前記
第１、第２の導電性ブロックは前記圧電素子の振動周波
数における波長の半波長の整数倍の長さを有する超音波
振動子。 - 【請求項３】 超音波振動子の最前部と最後部におかれ
た導電性ブロックのそれぞれに設けられた段差のうち少
なくとも１個の段差は振動周波数における振動の節の位
置に設けられ、かつ前記導電性ブロックの前記圧電素子
側の端面に設けられ端面を分割する溝の深さが少なくと
も前記それぞれの導電性ブロックにおける超音波振動の
節に設けられた段差まで達している請求項１または２記
載の超音波振動子。 - 【請求項４】 圧電素子の中間部導電性ブロックの少な
くとも一方の端面が溝により複数に分割されおり、かつ
その溝の深さが導電性ブロックの全体の長さの50％以上
である請求項２記載の超音波振動子。 - 【請求項５】 圧電素子とその中間部あるいはその前後
に設けられた導電性ブロックの幅が少なくとも１個所
は、それぞれの超音波振動の波長の 1/4以上である請求
項１から４のいずれかに記載の超音波振動子。 - 【請求項６】 圧電素子とその中間部あるいはその前後
に設けられた導電性ブロックには、その内部に超音波振
動と同方向に貫通穴もしくはざぐり穴が設けられた構造
である請求項１から５のいずれかに記載の超音波振動
子。 - 【請求項７】 圧電素子の前方の導電性ブロックは、超
音波振動周波数において少なくとも１波長以上の長さを
もち、かつ先端部に設けられたキャピラリ保持機構は最
先端部から半波長の距離に位置する請求項１から６のい
ずれかに記載の超音波振動子。 - 【請求項８】 圧電素子の両側の導電性ブロックが金属
ブロックであることを特徴とする請求項１から７のいず
れかに記載の超音波振動子。 - 【請求項９】 導電性ブロックの少なくとも１つは前記
圧電素子を駆動するための駆動電極の一部を兼ねること
を特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の超音波
振動子。 - 【請求項１０】 超音波振動子の最前面の導電性ブロッ
クの超音波振動の節の部分に設けられた段差に接触し前
記超音波振動子を保持する前部ホルダ部と、超音波振動
子の最後部の導電性ブロックの超音波振動の節の部分に
設けられた段差に接触する緩衝部材と、前記緩衝部材に
接触して前記緩衝材および前記超音波振動子を保持し、
かつ超音波振動子を動揺させる機構との結合部と超音波
振動子からの正極側信号線を取り出すための配線取り出
し穴を有する後部ホルダ部とを有し、前記前部ホルダ部
と前記後部ホルダ部とを結合することにより前記超音波
振動子を保持する保持機構。 - 【請求項１１】 前部ホルダ部の後部と後部ホルダ部の
前部にネジ機構を設け、前記前部ホルダと前記後部ホル
ダとをネジで結合することを特徴とする請求項１０記載
の保持機構。 - 【請求項１２】 請求項１から９のいずれかに記載の超
音波振動子を用いたことを特徴とするボンディング装
置。 - 【請求項１３】 請求項１０または１１記載の保持機構
を用いて超音波振動子を保持した構造を有することを特
徴とする請求項１２記載のボンディング装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10312922A JP2000138252A (ja) | 1998-11-04 | 1998-11-04 | 超音波振動子とその保持機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10312922A JP2000138252A (ja) | 1998-11-04 | 1998-11-04 | 超音波振動子とその保持機構 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000138252A true JP2000138252A (ja) | 2000-05-16 |
Family
ID=18035094
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|---|---|---|---|
| JP10312922A Pending JP2000138252A (ja) | 1998-11-04 | 1998-11-04 | 超音波振動子とその保持機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000138252A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2023063431A1 (ja) * | 2021-10-17 | 2023-04-20 |
-
1998
- 1998-11-04 JP JP10312922A patent/JP2000138252A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2023063431A1 (ja) * | 2021-10-17 | 2023-04-20 | ||
| WO2023063431A1 (ja) * | 2021-10-17 | 2023-04-20 | 株式会社新川 | 超音波ホーン及びボンディング装置 |
| JP7349765B2 (ja) | 2021-10-17 | 2023-09-25 | 株式会社新川 | 超音波ホーン及びボンディング装置 |
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