JP2001038291A - 超音波振動接合用超音波ホーン - Google Patents
超音波振動接合用超音波ホーンInfo
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- H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
- H01L2224/75—Apparatus for connecting with bump connectors or layer connectors
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- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 軽量化と両支持間距離短縮化とを図る。
【解決手段】 角棒状のホーン本体２と、ホーン本体２
における中央の最大振動振幅点ｆ３で上面及び下面より
突出した接合作用部３；４と、接合作用部３；４より両
側に同一寸法離れた２つの最小振動振幅点ｆ２；ｆ４で
ホーン本体２の前後面より突出した屈曲状の支持部５〜
８とを備えている。
における中央の最大振動振幅点ｆ３で上面及び下面より
突出した接合作用部３；４と、接合作用部３；４より両
側に同一寸法離れた２つの最小振動振幅点ｆ２；ｆ４で
ホーン本体２の前後面より突出した屈曲状の支持部５〜
８とを備えている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の金属からな
る接合対象部材の重ね合された部分を超音波振動で接合
する工具として用いられる超音波ホーンに関する。
る接合対象部材の重ね合された部分を超音波振動で接合
する工具として用いられる超音波ホーンに関する。
【０００２】
【従来の技術】図７は、特許第２９１１３９４号公報で
開示された超音波ホーンのホルダへの支持構造を示す。
この図７において、５１は共振周波数の１波長の長さ
（最大振動振幅点ｆ１３から最大振動振幅点ｆ１７まで
の長さ）を有する超音波ホーン、５２は超音波ホーン５
１における中央の最大振動振幅点ｆ１５で超音波ホーン
５１より外側に突出した接合作用部、５３は共振周波数
の１／２波長の長さ（最大振動振幅点ｆ１１から最大振
動振幅点ｆ１３までの長さ）を有する丸棒状のブース
タ、５４はブースタ５３における中央の最小振動振幅点
ｆ１２でブースタ５３より外側に突出した筒状の支持
部、５５はブースタ５３と対象形状で共振周波数の１／
２波長の長さ（最大振動振幅点ｆ１７から最大振動振幅
点ｆ１９までの長さ）を有する丸棒状のブースタ、５６
は支持部５４と対象形状でブースタ５５における中央の
最小振動振幅点ｆ１８でブースタ５５より外側に突出し
た筒状の支持部、５７は振動子、５８はホルダ、５９；
６０はホルダ５８の両端部より下側に突出した筒状で周
壁の一部にスリットを有するクランプ部、６１は接合作
用部５２の真下に置かれた受台、６２；６３は複数の金
属からなる接合対象部材である。そして、超音波ホーン
５１の両端にブースタ５３；５５それぞれが図外の無頭
ねじにより同軸状に結合され、一方のブースタ５３の端
部に振動子５７が図外の無頭ねじにより同軸状に結合さ
れる。支持部５４がクランプ部５９の内部に挿入され、
支持部５６がクランプ部６０の内部に挿入された状態に
おいて、クランプ部５９；６０がスリットの幅を狭める
ように図外のボルトで締結されて支持部５４；５６を外
周面より挟み付けるように保持する。ホルダ５８はエア
ーシリンダのような加圧機構の直線的に昇降駆動可能な
出力部であるピストンロッドに取付けられる。受台の上
には接合対象部材６２；６３が互いに重ね合されて搭載
される。その状態において、ホルダ５８がエアーシリン
ダで下降し、接合作用部５２と受台６１とが接合対象部
材６２；６３を加圧保持すると共に、超音波振動が振動
子５７からブースタ５３を経由して超音波ホーン５１に
伝達し、接合作用部５２が矢印Ｘ方向に振動し、この振
動が接合作用部５２から接合対象部材６２；６３に伝達
し、接合対象部材６２；６３の合せ面が接合作用部５２
と受台６１とで加圧されたまま横方向に互い違いに振動
し、それらの合せ面に摩擦熱が生じることにより、接合
対象部材６２；６３の合せ面が活性化されて結合する。
開示された超音波ホーンのホルダへの支持構造を示す。
この図７において、５１は共振周波数の１波長の長さ
（最大振動振幅点ｆ１３から最大振動振幅点ｆ１７まで
の長さ）を有する超音波ホーン、５２は超音波ホーン５
１における中央の最大振動振幅点ｆ１５で超音波ホーン
５１より外側に突出した接合作用部、５３は共振周波数
の１／２波長の長さ（最大振動振幅点ｆ１１から最大振
動振幅点ｆ１３までの長さ）を有する丸棒状のブース
タ、５４はブースタ５３における中央の最小振動振幅点
ｆ１２でブースタ５３より外側に突出した筒状の支持
部、５５はブースタ５３と対象形状で共振周波数の１／
２波長の長さ（最大振動振幅点ｆ１７から最大振動振幅
点ｆ１９までの長さ）を有する丸棒状のブースタ、５６
は支持部５４と対象形状でブースタ５５における中央の
最小振動振幅点ｆ１８でブースタ５５より外側に突出し
た筒状の支持部、５７は振動子、５８はホルダ、５９；
６０はホルダ５８の両端部より下側に突出した筒状で周
壁の一部にスリットを有するクランプ部、６１は接合作
用部５２の真下に置かれた受台、６２；６３は複数の金
属からなる接合対象部材である。そして、超音波ホーン
５１の両端にブースタ５３；５５それぞれが図外の無頭
ねじにより同軸状に結合され、一方のブースタ５３の端
部に振動子５７が図外の無頭ねじにより同軸状に結合さ
れる。支持部５４がクランプ部５９の内部に挿入され、
支持部５６がクランプ部６０の内部に挿入された状態に
おいて、クランプ部５９；６０がスリットの幅を狭める
ように図外のボルトで締結されて支持部５４；５６を外
周面より挟み付けるように保持する。ホルダ５８はエア
ーシリンダのような加圧機構の直線的に昇降駆動可能な
出力部であるピストンロッドに取付けられる。受台の上
には接合対象部材６２；６３が互いに重ね合されて搭載
される。その状態において、ホルダ５８がエアーシリン
ダで下降し、接合作用部５２と受台６１とが接合対象部
材６２；６３を加圧保持すると共に、超音波振動が振動
子５７からブースタ５３を経由して超音波ホーン５１に
伝達し、接合作用部５２が矢印Ｘ方向に振動し、この振
動が接合作用部５２から接合対象部材６２；６３に伝達
し、接合対象部材６２；６３の合せ面が接合作用部５２
と受台６１とで加圧されたまま横方向に互い違いに振動
し、それらの合せ面に摩擦熱が生じることにより、接合
対象部材６２；６３の合せ面が活性化されて結合する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来の超
音波ホーン支持構造は、共振周波数の１波長の長さを有
する超音波ホーン５１の両側に、共振周波数の１／２波
長の長さを有するブースタ５３；５５を結合し、これら
ブースタ５３；５５の筒状の支持部５４；５６をホルダ
５８における筒状のクランプ部５９；６０で保持した、
両支持形態である。つまり、筒状の支持部５４；５６が
筒状のクランプ部５９；６０で抱持されているので、接
合対象部材６２；６３に対する作業空間をできるだけ広
く確保する関係から、一方の支持部５４から他方の支持
部５６までの支持間距離が、最低でも共振周波数の１波
長と１／２波長とが合算された長さ必要であった。この
ため、接合作用部５２と受台６１とが接合対象部材６
２；６３を加圧保持した際に、超音波ホーン５１及びブ
ースタ５３；５５が支持部５４；５６を節として上側に
弧状に撓む可能性がある。そして、係る撓みが発生する
と、振動の状態、つまり共振状態がおかしくなり、接合
不良が発生する。これを解決するために、本出願人は図
８に示すような板状の超音波ホーン７１を開発し、この
超音波ホーンを前記超音波ホーン５１に代えて試用し
た。けれども、接合対象部材６２；６３が半導体チップ
と回路基板であって、半導体チップを回路基板に超音波
振動接合により面実装した場合、半導体チップの１バン
プ（電極）当りの基本加重が定められている。しかし、
バンプ数が少ないことから、半導体チップのバンプ数×
基本加重である接合加重（接合に要する加重）がブース
タ５３；５５と超音波ホーン７１との総重量以下である
低加重の場合には、接合時における接合加重の制御がや
りにくい。反面、バンプ数が多く、接合加重が高加重の
場合には、上記撓みが発生し、半導体チップのバンプが
回路基板のパッド（電極）に適切に接合した個所と接合
しない個所とが発生する、所謂、接合のばらつきが発生
する可能性があった。
音波ホーン支持構造は、共振周波数の１波長の長さを有
する超音波ホーン５１の両側に、共振周波数の１／２波
長の長さを有するブースタ５３；５５を結合し、これら
ブースタ５３；５５の筒状の支持部５４；５６をホルダ
５８における筒状のクランプ部５９；６０で保持した、
両支持形態である。つまり、筒状の支持部５４；５６が
筒状のクランプ部５９；６０で抱持されているので、接
合対象部材６２；６３に対する作業空間をできるだけ広
く確保する関係から、一方の支持部５４から他方の支持
部５６までの支持間距離が、最低でも共振周波数の１波
長と１／２波長とが合算された長さ必要であった。この
ため、接合作用部５２と受台６１とが接合対象部材６
２；６３を加圧保持した際に、超音波ホーン５１及びブ
ースタ５３；５５が支持部５４；５６を節として上側に
弧状に撓む可能性がある。そして、係る撓みが発生する
と、振動の状態、つまり共振状態がおかしくなり、接合
不良が発生する。これを解決するために、本出願人は図
８に示すような板状の超音波ホーン７１を開発し、この
超音波ホーンを前記超音波ホーン５１に代えて試用し
た。けれども、接合対象部材６２；６３が半導体チップ
と回路基板であって、半導体チップを回路基板に超音波
振動接合により面実装した場合、半導体チップの１バン
プ（電極）当りの基本加重が定められている。しかし、
バンプ数が少ないことから、半導体チップのバンプ数×
基本加重である接合加重（接合に要する加重）がブース
タ５３；５５と超音波ホーン７１との総重量以下である
低加重の場合には、接合時における接合加重の制御がや
りにくい。反面、バンプ数が多く、接合加重が高加重の
場合には、上記撓みが発生し、半導体チップのバンプが
回路基板のパッド（電極）に適切に接合した個所と接合
しない個所とが発生する、所謂、接合のばらつきが発生
する可能性があった。
【０００４】そこで、本発明は、軽量化と両支持間距離
短縮化とが図れる超音波ホーンを提供するものである。
短縮化とが図れる超音波ホーンを提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明にあっては、複数
の金属からなる接合対象部材の重ね合された部分を超音
波振動で接合するための超音波ホーンであって、角棒状
のホーン本体と、ホーン本体における中央の最大振動振
幅点で上面及び下面に設けられた接合作用部と、接合作
用部より両側に同一寸法離れた２つの最小振動振幅点で
ホーン本体の前後面より突出した屈曲状の支持部と、を
備えたことを特徴としている。本発明によれば、接合作
用部と支持部とが角棒状のホーン本体の互いに交差２面
に設けられたので、支持部が接合作用部より両側に同一
寸法離れた最も近い２つの最小振動振幅点で角棒状のホ
ーン本体に設けられても、支持部が接合対象部材に対す
る作業空間を狭くすることがなく、係る作業空間が広く
確保できる。又、超音波ホーンがホルダに両支持形態で
取付けられた場合において、支持間距離が共振周波数の
１波長以内と短く設定できる。超音波ホーンは長さが共
振周波数の１波長と短くできるので、超音波ホーンが小
形で軽量となる。又本発明にあっては、支持部が、ホー
ン本体に連接する厚肉な根元部と、根元部よりホーン本
体と非接触でホーン本体の端部側に延びる薄肉な中間部
と、中間部より外側に突出する厚肉な膨出部と、膨出部
より中間部と非接触でホーン本体の中央側に延びる先端
部とを備えれば、接合時において、薄肉な中間部が根元
部から先端部側に伝達しようとする振動を吸収し、振動
子で発生した超音波振動が超音波ホーンから接合作用部
に効率良く適正に伝達できる。又、本発明にあっては、
先端部がボルト挿入用の貫通孔を備えれば、先端部がボ
ルトでホルダに直接的に締結でき、超音波ホーンの取付
作業が簡単となる。又、本発明にあっては、先端部がボ
ルト挿入用の貫通孔より大きなボルト頭部収納用の凹部
を備えれば、ボルトの頭部が凹部に格納されるので、ボ
ルトが先端部より突出することがなく、ボルトが接合対
象部材に対する作業空間を狭くすることはない。
の金属からなる接合対象部材の重ね合された部分を超音
波振動で接合するための超音波ホーンであって、角棒状
のホーン本体と、ホーン本体における中央の最大振動振
幅点で上面及び下面に設けられた接合作用部と、接合作
用部より両側に同一寸法離れた２つの最小振動振幅点で
ホーン本体の前後面より突出した屈曲状の支持部と、を
備えたことを特徴としている。本発明によれば、接合作
用部と支持部とが角棒状のホーン本体の互いに交差２面
に設けられたので、支持部が接合作用部より両側に同一
寸法離れた最も近い２つの最小振動振幅点で角棒状のホ
ーン本体に設けられても、支持部が接合対象部材に対す
る作業空間を狭くすることがなく、係る作業空間が広く
確保できる。又、超音波ホーンがホルダに両支持形態で
取付けられた場合において、支持間距離が共振周波数の
１波長以内と短く設定できる。超音波ホーンは長さが共
振周波数の１波長と短くできるので、超音波ホーンが小
形で軽量となる。又本発明にあっては、支持部が、ホー
ン本体に連接する厚肉な根元部と、根元部よりホーン本
体と非接触でホーン本体の端部側に延びる薄肉な中間部
と、中間部より外側に突出する厚肉な膨出部と、膨出部
より中間部と非接触でホーン本体の中央側に延びる先端
部とを備えれば、接合時において、薄肉な中間部が根元
部から先端部側に伝達しようとする振動を吸収し、振動
子で発生した超音波振動が超音波ホーンから接合作用部
に効率良く適正に伝達できる。又、本発明にあっては、
先端部がボルト挿入用の貫通孔を備えれば、先端部がボ
ルトでホルダに直接的に締結でき、超音波ホーンの取付
作業が簡単となる。又、本発明にあっては、先端部がボ
ルト挿入用の貫通孔より大きなボルト頭部収納用の凹部
を備えれば、ボルトの頭部が凹部に格納されるので、ボ
ルトが先端部より突出することがなく、ボルトが接合対
象部材に対する作業空間を狭くすることはない。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１〜図４は本発明の第１実施形
態であって、図１は超音波ホーン１の外観を示し、図２
は超音波ホーン１と超音波振動との関係を示し、図３は
超音波ホーン１とクランパとを示し、図４は超音波ホー
ン１がホルダ２５に取付けられた状態を示す。図１にお
いて、１は超音波ホーン、２は超音波ホーン１の角棒状
のホーン本体、３；４はホーン本体２の上下面より外側
に突出した接合作用部、５；６；７；８は超音波ホーン
１の前後面より外側に略Ｓ字形に突出した屈曲状の支持
部、９；１０はホーン本体１の左右端面の中央部に形成
されたねじ孔である。超音波ホーン１は、ホーン本体２
と接合作用部３；４と支持部５〜８とねじ孔９；１０と
を備えた、チタン等の合金又は焼入れされた鉄等のよう
な音響特性の良い素材からなる単一ボディとして形成さ
れている。
態であって、図１は超音波ホーン１の外観を示し、図２
は超音波ホーン１と超音波振動との関係を示し、図３は
超音波ホーン１とクランパとを示し、図４は超音波ホー
ン１がホルダ２５に取付けられた状態を示す。図１にお
いて、１は超音波ホーン、２は超音波ホーン１の角棒状
のホーン本体、３；４はホーン本体２の上下面より外側
に突出した接合作用部、５；６；７；８は超音波ホーン
１の前後面より外側に略Ｓ字形に突出した屈曲状の支持
部、９；１０はホーン本体１の左右端面の中央部に形成
されたねじ孔である。超音波ホーン１は、ホーン本体２
と接合作用部３；４と支持部５〜８とねじ孔９；１０と
を備えた、チタン等の合金又は焼入れされた鉄等のよう
な音響特性の良い素材からなる単一ボディとして形成さ
れている。
【０００７】図２において、ホーン本体２は図４の振動
子２０から伝達された超音波振動の共振周波数の１波長
の長さ（最大振動振幅点ｆ１から最大振動振幅点ｆ５ま
での長さ）を有する。接合作用部３；４はホーン本体２
における中央の最大振動振幅点ｆ３でホーン本体２より
外側に突出した四角形を呈する。支持部５〜８は接合作
用部３；４より両側に同一寸法離れた２つの最小振動振
幅点ｆ２；ｆ４でホーン本体２より外側に突出した屈曲
形を呈する。支持部５は、ホーン本体２に連接しつつホ
ーン本体２より前側に直交するようにまっすぐ突出する
板状の厚肉な根元部５ａと、根元部５ａより略直角に曲
りホーン本体２と非接触でホーン本体２の右端部側に延
びる板状の薄肉な中間部５ｂと、中間部５ｂより略直角
に曲り前側に突出する板状の厚肉な膨出部５ｃと、膨出
部５ｃより略直角に曲り中間部５ｂと非接触でホーン本
体２の中央側に延びる板状の厚肉な先端部５ｄとを備え
る。支持部６は、ホーン本体２に連接しつつホーン本体
２より後側に直交するようにまっすぐ突出する板状の厚
肉な根元部６ａと、根元部６ａより略直角に曲りホーン
本体２と非接触でホーン本体２の右端部側に延びる板状
の薄肉な中間部６ｂと、中間部６ｂより略直角に曲り後
側に突出する板状の厚肉な膨出部６ｃと、膨出部６ｃよ
り略直角に曲り中間部６ｂと非接触でホーン本体２の中
央側に延びる板状の厚肉な先端部６ｄとを備える。支持
部７は、ホーン本体２に連接しつつホーン本体２より前
側に直交するようにまっすぐ突出する板状の厚肉な根元
部７ａと、根元部７ａより略直角に曲りホーン本体２と
非接触でホーン本体２の左端部側に延びる板状の薄肉な
中間部７ｂと、中間部７ｂより略直角に曲り前側に突出
する板状の厚肉な膨出部７ｃと、膨出部７ｃより略直角
に曲り中間部７ｂと非接触でホーン本体２の中央側に延
びる板状の厚肉な先端部７ｄとを備える。支持部８は、
ホーン本体２に連接しつつホーン本体２より後側に直交
するようにまっすぐ突出する板状の厚肉な根元部８ａ
と、根元部８ａより略直角に曲りホーン本体２と非接触
でホーン本体２の左端部側に延びる板状の薄肉な中間部
８ｂと、中間部８ｂより略直角に曲り後側に突出する板
状の厚肉な膨出部８ｃと、膨出部８ｃより略直角に曲り
中間部８ｂと非接触でホーン本体２の中央側に延びる板
状の厚肉な先端部８ｄとを備える。
子２０から伝達された超音波振動の共振周波数の１波長
の長さ（最大振動振幅点ｆ１から最大振動振幅点ｆ５ま
での長さ）を有する。接合作用部３；４はホーン本体２
における中央の最大振動振幅点ｆ３でホーン本体２より
外側に突出した四角形を呈する。支持部５〜８は接合作
用部３；４より両側に同一寸法離れた２つの最小振動振
幅点ｆ２；ｆ４でホーン本体２より外側に突出した屈曲
形を呈する。支持部５は、ホーン本体２に連接しつつホ
ーン本体２より前側に直交するようにまっすぐ突出する
板状の厚肉な根元部５ａと、根元部５ａより略直角に曲
りホーン本体２と非接触でホーン本体２の右端部側に延
びる板状の薄肉な中間部５ｂと、中間部５ｂより略直角
に曲り前側に突出する板状の厚肉な膨出部５ｃと、膨出
部５ｃより略直角に曲り中間部５ｂと非接触でホーン本
体２の中央側に延びる板状の厚肉な先端部５ｄとを備え
る。支持部６は、ホーン本体２に連接しつつホーン本体
２より後側に直交するようにまっすぐ突出する板状の厚
肉な根元部６ａと、根元部６ａより略直角に曲りホーン
本体２と非接触でホーン本体２の右端部側に延びる板状
の薄肉な中間部６ｂと、中間部６ｂより略直角に曲り後
側に突出する板状の厚肉な膨出部６ｃと、膨出部６ｃよ
り略直角に曲り中間部６ｂと非接触でホーン本体２の中
央側に延びる板状の厚肉な先端部６ｄとを備える。支持
部７は、ホーン本体２に連接しつつホーン本体２より前
側に直交するようにまっすぐ突出する板状の厚肉な根元
部７ａと、根元部７ａより略直角に曲りホーン本体２と
非接触でホーン本体２の左端部側に延びる板状の薄肉な
中間部７ｂと、中間部７ｂより略直角に曲り前側に突出
する板状の厚肉な膨出部７ｃと、膨出部７ｃより略直角
に曲り中間部７ｂと非接触でホーン本体２の中央側に延
びる板状の厚肉な先端部７ｄとを備える。支持部８は、
ホーン本体２に連接しつつホーン本体２より後側に直交
するようにまっすぐ突出する板状の厚肉な根元部８ａ
と、根元部８ａより略直角に曲りホーン本体２と非接触
でホーン本体２の左端部側に延びる板状の薄肉な中間部
８ｂと、中間部８ｂより略直角に曲り後側に突出する板
状の厚肉な膨出部８ｃと、膨出部８ｃより略直角に曲り
中間部８ｂと非接触でホーン本体２の中央側に延びる板
状の厚肉な先端部８ｄとを備える。
【０００８】図３において、１５は支持部５〜８のそれ
ぞれに装着されるクランパであって、各クランパ１５
は、支持部５〜８の上下幅よりも大きな高さを有する金
属棒により形成されており、上下面に貫通する貫通孔１
６と、貫通孔１６と同心状で貫通孔１６より大きな窪み
として上下面に形成された凹部１７；１８と、一側面に
形成された切欠部１９とを有する。貫通孔１６は図４の
ボルト２２のねじ部の外径よりも大きな孔径を有する。
切欠部１９は支持部５〜８の先端部５ｄ〜８ｄのそれぞ
れを上下にがたつくことがないように収容する部分であ
る。凹部１８は図４のボルト２２の頭部を格納する部分
である。そして、切欠部１９が先端部５ｄ〜８ｄに外側
より個別に嵌め込まれることにより、各クランパ１５は
先端部５ｄ〜８ｄに個別に装着されるが根元部５ａ〜８
ａや中間部５ｂ〜８ｂとは個別に非接触な状態である。
各クランパ１５と支持部５〜８との装着は、ホーン本体
２を手で持上げた場合、クランパ１５が自重で支持部５
〜８から脱落しないような嵌合であっても良いが、クラ
ンパ１５が自重で支持部５〜８から脱落するような嵌合
であれば、クランパ１５の支持部５ｃ〜８ｄへの装着作
業が最良である。
ぞれに装着されるクランパであって、各クランパ１５
は、支持部５〜８の上下幅よりも大きな高さを有する金
属棒により形成されており、上下面に貫通する貫通孔１
６と、貫通孔１６と同心状で貫通孔１６より大きな窪み
として上下面に形成された凹部１７；１８と、一側面に
形成された切欠部１９とを有する。貫通孔１６は図４の
ボルト２２のねじ部の外径よりも大きな孔径を有する。
切欠部１９は支持部５〜８の先端部５ｄ〜８ｄのそれぞ
れを上下にがたつくことがないように収容する部分であ
る。凹部１８は図４のボルト２２の頭部を格納する部分
である。そして、切欠部１９が先端部５ｄ〜８ｄに外側
より個別に嵌め込まれることにより、各クランパ１５は
先端部５ｄ〜８ｄに個別に装着されるが根元部５ａ〜８
ａや中間部５ｂ〜８ｂとは個別に非接触な状態である。
各クランパ１５と支持部５〜８との装着は、ホーン本体
２を手で持上げた場合、クランパ１５が自重で支持部５
〜８から脱落しないような嵌合であっても良いが、クラ
ンパ１５が自重で支持部５〜８から脱落するような嵌合
であれば、クランパ１５の支持部５ｃ〜８ｄへの装着作
業が最良である。
【０００９】図４を参照し、超音波振動接合のやり方に
ついて説明する。超音波ホーン１の一端に振動子２０の
出力端とが無頭ねじ２１により同軸状に結合される。こ
の結合は超音波ホーン１の一端と振動子２０の出力端と
が接触した形態である。振動子２０は図外の超音波発振
器から受ける電気的なエネルギーにより所定周波数を有
する縦波の超音波振動を発生して出力するものである。
又、各支持部５〜８にはクランパ１５が嵌め込まれ、ボ
ルト２２が各クランパ１５の凹部１８より貫通孔１６と
凹部１７とを経由して窪み２６の周囲でホルダ２５の下
面に形成されたねじ孔に締結される。この締結は各クラ
ンパ１５の上面とホルダ２５の下面とが接触した形態で
あるが、超音波ホーン１はホルダ２５から離れたフロー
ティング状態でホルダ２５に両支持形態に保持されてい
る。ホルダ２５はエアーシリンダのような加圧機構の直
線的に昇降駆動可能な出力部であるピストンロッドに取
付けられている。窪み２６は接合作用部３；４を逃げる
ためにホルダ２５の下面に形成されている。接合作用部
４の真下に位置する受台２７の上には複数の接合対象部
材２８；２９が互いに重ね合されて搭載される。その状
態において、ホルダ２５がエアーシリンダの動作により
矢印Ｙ方向に下降し、接合作用部４と受台２７とが接合
対象部材２８；２９を加圧保持すると共に、振動子２０
から出力された超音波振動が超音波ホーン１に伝達し、
接合作用部４が矢印Ｘ方向に振動し、この振動が接合作
用部４から接合対象部材２８；２９に伝達し、接合対象
部材２８；２９の合せ面が接合作用部４と受台２７とで
加圧されたまま横方向に互い違いに振動して活性化され
つつ接合される。
ついて説明する。超音波ホーン１の一端に振動子２０の
出力端とが無頭ねじ２１により同軸状に結合される。こ
の結合は超音波ホーン１の一端と振動子２０の出力端と
が接触した形態である。振動子２０は図外の超音波発振
器から受ける電気的なエネルギーにより所定周波数を有
する縦波の超音波振動を発生して出力するものである。
又、各支持部５〜８にはクランパ１５が嵌め込まれ、ボ
ルト２２が各クランパ１５の凹部１８より貫通孔１６と
凹部１７とを経由して窪み２６の周囲でホルダ２５の下
面に形成されたねじ孔に締結される。この締結は各クラ
ンパ１５の上面とホルダ２５の下面とが接触した形態で
あるが、超音波ホーン１はホルダ２５から離れたフロー
ティング状態でホルダ２５に両支持形態に保持されてい
る。ホルダ２５はエアーシリンダのような加圧機構の直
線的に昇降駆動可能な出力部であるピストンロッドに取
付けられている。窪み２６は接合作用部３；４を逃げる
ためにホルダ２５の下面に形成されている。接合作用部
４の真下に位置する受台２７の上には複数の接合対象部
材２８；２９が互いに重ね合されて搭載される。その状
態において、ホルダ２５がエアーシリンダの動作により
矢印Ｙ方向に下降し、接合作用部４と受台２７とが接合
対象部材２８；２９を加圧保持すると共に、振動子２０
から出力された超音波振動が超音波ホーン１に伝達し、
接合作用部４が矢印Ｘ方向に振動し、この振動が接合作
用部４から接合対象部材２８；２９に伝達し、接合対象
部材２８；２９の合せ面が接合作用部４と受台２７とで
加圧されたまま横方向に互い違いに振動して活性化され
つつ接合される。
【００１０】第１実施形態の構造によれば、接合作用部
３；４が角棒状のホーン本体２における中央の最大振動
振幅点ｆ３で上下面に設けられ、支持部５〜８が接合作
用部３；４より両側に同一寸法離れた最も近い２つの最
小振動振幅点ｆ２；ｆ４で角棒状のホーン本体２の前後
面に設けられている。つまり、接合作用部３；４と支持
部５〜８とが角棒状のホーン本体２の互いに交差２面方
向に設けられている。このため、支持部５〜８が接合作
用部３；４より両側に同一寸法離れた最も近い２つの最
小振動振幅点ｆ２；ｆ４で角棒状のホーン本体２に設け
られても、支持部５〜８が接合対象部材２８；２９に対
する作業空間を狭くすることがなく、係る作業空間が広
く確保できる。そして、超音波ホーン１がホルダ２５に
両支持形態で取付けられた場合において、一方の支持部
５からもう一方の支持部７までの支持間距離、つまり、
根元部５ａから根元部７ａまでの支持間距離が共振周波
数の１波長以内に設定できる。よって、超音波ホーン１
の長さは、両支持形態における最小寸法である、共振周
波数の１波長に定めることができた。この結果、接合作
用部４と受台２７とが接合対象部材２８；２９を加圧保
持した際に、ホルダ２５に対する超音波ホーン１の両支
持での支持間距離が図７や図８で示した従来の支持間距
離より短くなり、超音波ホーン１が撓みにくくなる。
３；４が角棒状のホーン本体２における中央の最大振動
振幅点ｆ３で上下面に設けられ、支持部５〜８が接合作
用部３；４より両側に同一寸法離れた最も近い２つの最
小振動振幅点ｆ２；ｆ４で角棒状のホーン本体２の前後
面に設けられている。つまり、接合作用部３；４と支持
部５〜８とが角棒状のホーン本体２の互いに交差２面方
向に設けられている。このため、支持部５〜８が接合作
用部３；４より両側に同一寸法離れた最も近い２つの最
小振動振幅点ｆ２；ｆ４で角棒状のホーン本体２に設け
られても、支持部５〜８が接合対象部材２８；２９に対
する作業空間を狭くすることがなく、係る作業空間が広
く確保できる。そして、超音波ホーン１がホルダ２５に
両支持形態で取付けられた場合において、一方の支持部
５からもう一方の支持部７までの支持間距離、つまり、
根元部５ａから根元部７ａまでの支持間距離が共振周波
数の１波長以内に設定できる。よって、超音波ホーン１
の長さは、両支持形態における最小寸法である、共振周
波数の１波長に定めることができた。この結果、接合作
用部４と受台２７とが接合対象部材２８；２９を加圧保
持した際に、ホルダ２５に対する超音波ホーン１の両支
持での支持間距離が図７や図８で示した従来の支持間距
離より短くなり、超音波ホーン１が撓みにくくなる。
【００１１】超音波ホーン１の長さが共振周波数の１波
長と短くできたので、超音波ホーン１が小形で軽量とな
る。例えば、接合対象部材２８；２９が半導体チップと
回路基板であって、半導体チップを回路基板に超音波振
動接合により面実装したところ、半導体チップのバンプ
数が少なくいことから、接合加重が低加重の場合でも、
接合時における接合加重の制御がやりやすかった。半導
体チップのバンプ数が多く、接合加重が高加重の場合で
も、支持間距離が共振周波数の１波長以内に設定された
ことにより、半導体チップの回路基板への面実装に悪影
響を及ぼすような撓みが超音波ホーン１に発生せず、半
導体チップの全部のバンプと回路基板の全部のパッドと
が適切に接合していた。
長と短くできたので、超音波ホーン１が小形で軽量とな
る。例えば、接合対象部材２８；２９が半導体チップと
回路基板であって、半導体チップを回路基板に超音波振
動接合により面実装したところ、半導体チップのバンプ
数が少なくいことから、接合加重が低加重の場合でも、
接合時における接合加重の制御がやりやすかった。半導
体チップのバンプ数が多く、接合加重が高加重の場合で
も、支持間距離が共振周波数の１波長以内に設定された
ことにより、半導体チップの回路基板への面実装に悪影
響を及ぼすような撓みが超音波ホーン１に発生せず、半
導体チップの全部のバンプと回路基板の全部のパッドと
が適切に接合していた。
【００１２】支持部５〜８はホーン本体２より略Ｓ字形
に突出し、根元部５ａ〜８ａや膨出部５ｃ〜８ｃ及び先
端部５ｄ〜８ｄが厚肉であるが、根元部５ａ〜８ａと膨
出部５ｃ〜８ｃとを繋ぐ中間部５ｂ〜８ｂが薄肉に形成
されている。つまり、支持部５〜８では、中間部５ｂ〜
８ｂが振動の伝達方向と平行しかつ根元部５ａ〜８ａや
膨出部５ｃ〜８ｃ及び先端部５ｄ〜８ｄよりも薄肉であ
る。このため、接合時に加重がかかることによって、根
元部５ａ〜８ａに対する最小振動振幅点ｆ２；ｆ４の位
置が少しずれて、根元部５ａ〜８ａが振動しても、中間
部５ｂ〜８ｂが根元部５ａ〜８ａから先端部５ｄ〜８ｄ
側への振動を吸収する。よって、振動子２０で発生した
超音波振動が超音波ホーン１から接合作用部３；４に効
率良く適正に伝達できる。
に突出し、根元部５ａ〜８ａや膨出部５ｃ〜８ｃ及び先
端部５ｄ〜８ｄが厚肉であるが、根元部５ａ〜８ａと膨
出部５ｃ〜８ｃとを繋ぐ中間部５ｂ〜８ｂが薄肉に形成
されている。つまり、支持部５〜８では、中間部５ｂ〜
８ｂが振動の伝達方向と平行しかつ根元部５ａ〜８ａや
膨出部５ｃ〜８ｃ及び先端部５ｄ〜８ｄよりも薄肉であ
る。このため、接合時に加重がかかることによって、根
元部５ａ〜８ａに対する最小振動振幅点ｆ２；ｆ４の位
置が少しずれて、根元部５ａ〜８ａが振動しても、中間
部５ｂ〜８ｂが根元部５ａ〜８ａから先端部５ｄ〜８ｄ
側への振動を吸収する。よって、振動子２０で発生した
超音波振動が超音波ホーン１から接合作用部３；４に効
率良く適正に伝達できる。
【００１３】ボルト２２の頭部がクランパ１５の凹部１
８に格納されるので、ボルト２２がクランパ１５より下
方に突出することがなく、ボルト２２が接合対象部材に
対する作業空間を狭くすることはない。
８に格納されるので、ボルト２２がクランパ１５より下
方に突出することがなく、ボルト２２が接合対象部材に
対する作業空間を狭くすることはない。
【００１４】図５と図６は本発明の第２実施形態であっ
て、図５は超音波ホーン３０の外観を示し、図６は超音
波ホーン３０がホルダ２５に取付けられた状態を示す。
この超音波ホーン３０は前記先端部５ｄ〜８ｄに相当す
る先端部５ｅ〜８ｅに特徴がある。先端部５ｅ〜８ｅは
先端部５ｄ〜８ｄよりも更に厚肉な板状に形成されてい
る。先端部５ｅ〜８ｅには、前記貫通孔１６に相当する
貫通孔５ｆ〜８ｆと、前記凹部１７；１８に相当する凹
部５ｇ〜８ｇ；５ｈ〜８ｈとが個別に形成されている。
又、ホルダ２５には前記窪み２６に相当する窪み３１が
形成されている。窪み３１はホーン本体２と接合作用部
３；４と根元部５ａ〜８ａと中間部５ｂ〜８ｂ及び膨出
部５ｃ〜８ｃを逃げる大きさである。そして、図６に示
すように、ボルト２２が凹部５ｈ〜８ｈより貫通孔５ｆ
〜８ｆを経由して窪み３１の周囲でホルダ２５の下面に
形成されたねじ孔に締結されることにより、先端部５ｅ
〜８ｅの上面とホルダ２５の下面とが接触し、ホーン本
体２と接合作用部３；４と根元部５ａ〜８ａと中間部５
ｂ〜８ｂ及び膨出部５ｃ〜８ｃがホルダ２５と非接触
で、超音波ホーン３０がホルダ２５にフローティング状
態で４つの支持部５〜８により両支持形態に保持され
る。この第２実施形態の構造によれば、先端部５ｅ〜８
ｅがボルト２２でホルダ２５に締結できるので、図３の
クランパ１５が省略でき、超音波ホーン１のホルダ２５
への取付作業が簡単となる。図５において、凹部５ｈ；
６ｈ；８ｈは図示を省略したが凹部７ｈと同様である。
ホーン本体２、接合作用部３；４、根元部５ａ〜８ａ、
中間部５ｂ〜８ｂ、膨出部５ｃ〜８ｃ、ねじ孔９；１０
は第１実施形態と同じである。
て、図５は超音波ホーン３０の外観を示し、図６は超音
波ホーン３０がホルダ２５に取付けられた状態を示す。
この超音波ホーン３０は前記先端部５ｄ〜８ｄに相当す
る先端部５ｅ〜８ｅに特徴がある。先端部５ｅ〜８ｅは
先端部５ｄ〜８ｄよりも更に厚肉な板状に形成されてい
る。先端部５ｅ〜８ｅには、前記貫通孔１６に相当する
貫通孔５ｆ〜８ｆと、前記凹部１７；１８に相当する凹
部５ｇ〜８ｇ；５ｈ〜８ｈとが個別に形成されている。
又、ホルダ２５には前記窪み２６に相当する窪み３１が
形成されている。窪み３１はホーン本体２と接合作用部
３；４と根元部５ａ〜８ａと中間部５ｂ〜８ｂ及び膨出
部５ｃ〜８ｃを逃げる大きさである。そして、図６に示
すように、ボルト２２が凹部５ｈ〜８ｈより貫通孔５ｆ
〜８ｆを経由して窪み３１の周囲でホルダ２５の下面に
形成されたねじ孔に締結されることにより、先端部５ｅ
〜８ｅの上面とホルダ２５の下面とが接触し、ホーン本
体２と接合作用部３；４と根元部５ａ〜８ａと中間部５
ｂ〜８ｂ及び膨出部５ｃ〜８ｃがホルダ２５と非接触
で、超音波ホーン３０がホルダ２５にフローティング状
態で４つの支持部５〜８により両支持形態に保持され
る。この第２実施形態の構造によれば、先端部５ｅ〜８
ｅがボルト２２でホルダ２５に締結できるので、図３の
クランパ１５が省略でき、超音波ホーン１のホルダ２５
への取付作業が簡単となる。図５において、凹部５ｈ；
６ｈ；８ｈは図示を省略したが凹部７ｈと同様である。
ホーン本体２、接合作用部３；４、根元部５ａ〜８ａ、
中間部５ｂ〜８ｂ、膨出部５ｃ〜８ｃ、ねじ孔９；１０
は第１実施形態と同じである。
【００１５】前記各実施形態では超音波ホーン１；３０
を共振周波数の１波長の長さとしたが、その整数倍でも
良い。
を共振周波数の１波長の長さとしたが、その整数倍でも
良い。
【００１６】図４では超音波ホーン１の一端に振動子２
０を直接的に結合したが、超音波ホーン１の両端に共振
周波数の１／２波長又は１／２波長の整数倍の長さを有
するブースタを取付け、それらのブースタのうちの一方
のブースタの一端に振動子２０を同軸状に結合しても良
い。つまり、超音波ホーン１の一端に振動子２０をブー
スタを介在させて結合しても同様に良い。
０を直接的に結合したが、超音波ホーン１の両端に共振
周波数の１／２波長又は１／２波長の整数倍の長さを有
するブースタを取付け、それらのブースタのうちの一方
のブースタの一端に振動子２０を同軸状に結合しても良
い。つまり、超音波ホーン１の一端に振動子２０をブー
スタを介在させて結合しても同様に良い。
【００１７】前記図４では窪み２６を形成し、接合作用
部３がホルダ２５と接触しないようにしたが、図３の切
欠部１９からのクランパ１５の厚さＬを接合作用部３の
高さＨより大きな寸法に設定すれば、窪み２６は省略で
きる。
部３がホルダ２５と接触しないようにしたが、図３の切
欠部１９からのクランパ１５の厚さＬを接合作用部３の
高さＨより大きな寸法に設定すれば、窪み２６は省略で
きる。
【００１８】各実施形態において、中間部５ｂ〜８ｂに
スロットや穴又はスリットを形成して振動のバランスを
調整することも可能である。
スロットや穴又はスリットを形成して振動のバランスを
調整することも可能である。
【００１９】各実施形態では接合作用部３；４がホーン
本体２の上下面より突出したが、接合作用部３；４はホ
ーン本体２の上下面と面一又はホーン本体２の上下面よ
り窪ませても良い。
本体２の上下面より突出したが、接合作用部３；４はホ
ーン本体２の上下面と面一又はホーン本体２の上下面よ
り窪ませても良い。
【００２０】各実施形態では接合作用部３；４と支持部
５〜８とをホーン本体２と単一ボディとしたが、接合作
用部３；４と支持部５〜８とホーン本体２とを別体に形
成し、ホーン本体２に接合作用部３；４と支持部５〜８
とをねじ固定しても良い。
５〜８とをホーン本体２と単一ボディとしたが、接合作
用部３；４と支持部５〜８とホーン本体２とを別体に形
成し、ホーン本体２に接合作用部３；４と支持部５〜８
とをねじ固定しても良い。
【００２１】各実施形態では接合作用部４を接合に使用
したが、超音波ホーン１；３０を上下逆とし、接合作用
部３を接合に使用することも可能である。
したが、超音波ホーン１；３０を上下逆とし、接合作用
部３を接合に使用することも可能である。
【図１】 本発明の第１実施形態に係る超音波ホーンを
示す斜視図。
示す斜視図。
【図２】 同第１実施形態の超音波ホーンと超音波振動
とを示す摸式図。
とを示す摸式図。
【図３】 同第１実施形態の超音波ホーンとクランパと
を示す斜視図。
を示す斜視図。
【図４】 同第１実施形態の超音波振動接合を説明する
摸式図。
摸式図。
【図５】 本発明の第２実施形態に係る超音波ホーンを
示す斜視図。
示す斜視図。
【図６】 同第２実施形態の超音波ホーンの取付状態を
示す断面図。
示す断面図。
【図７】 従来の超音波ホーンのホルダへの支持構造を
示す摸式図。
示す摸式図。
【図８】 別の従来の超音波ホーンのホルダへの支持構
造を示す摸式図。
造を示す摸式図。
１；３０ 超音波ホーン ２ ホーン本体 ３；４ 接合作用部 ５〜８ 支持部 １５ クランパ １６ 貫通孔 １７；１８ 凹部 ５ａ〜８ａ 根元部 ５ｂ〜８ｂ 中間部 ５ｃ〜８ｃ 膨出部 ５ｄ〜８ｄ；５ｅ〜８ｅ 先端部 ５ｆ〜８ｆ 貫通孔 ５ｇ〜８ｇ；５ｈ〜８ｈ 凹部 ２２ ボルト
Claims (4)
- 【請求項１】 複数の金属からなる接合対象部材の重ね
合された部分を超音波振動で接合するための超音波ホー
ンであって、角棒状のホーン本体と、ホーン本体におけ
る中央の最大振動振幅点で上面及び下面に設けられた接
合作用部と、接合作用部より両側に同一寸法離れた２つ
の最小振動振幅点でホーン本体の前後面より突出した屈
曲状の支持部と、を備えたことを特徴とする超音波振動
接合用超音波ホーン。 - 【請求項２】 支持部は、ホーン本体に連接する厚肉な
根元部と、根元部よりホーン本体と非接触でホーン本体
の端部側に延びる薄肉な中間部と、中間部より外側に突
出する厚肉な膨出部と、膨出部より中間部と非接触でホ
ーン本体の中央側に延びる先端部と、を備えたことを特
徴とする請求項１記載の超音波振動接合用超音波ホー
ン。 - 【請求項３】 先端部がボルト挿入用の貫通孔を備えた
ことを特徴とする請求項２記載の超音波振動接合用超音
波ホーン。 - 【請求項４】 先端部がボルト挿入用の貫通孔より大き
なボルト頭部収納用の凹部を備えたことを特徴とする請
求項３記載の超音波振動接合用超音波ホーン。
Priority Applications (8)
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|---|---|---|---|
| JP21885499A JP3373810B2 (ja) | 1999-08-02 | 1999-08-02 | 超音波振動接合用超音波ホーン |
| CA002314733A CA2314733A1 (en) | 1999-08-02 | 2000-07-31 | Ultrasonic vibration bonding tool |
| TW089115331A TW460345B (en) | 1999-08-02 | 2000-07-31 | Joining device by ultrasonic vibration |
| EP00116595A EP1074330B1 (en) | 1999-08-02 | 2000-08-01 | Ultrasonic vibration bonding tool |
| US09/630,410 US6247628B1 (en) | 1999-08-02 | 2000-08-01 | Ultrasonic vibration bonding tool |
| DE60003761T DE60003761T2 (de) | 1999-08-02 | 2000-08-01 | Ultraschallverbindungswerkzeug |
| KR10-2000-0044744A KR100374077B1 (ko) | 1999-08-02 | 2000-08-02 | 초음파진동 접합용 공구 |
| CNB00122624XA CN1173796C (zh) | 1999-08-02 | 2000-08-02 | 超声波振动接合用工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21885499A JP3373810B2 (ja) | 1999-08-02 | 1999-08-02 | 超音波振動接合用超音波ホーン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001038291A true JP2001038291A (ja) | 2001-02-13 |
| JP3373810B2 JP3373810B2 (ja) | 2003-02-04 |
Family
ID=16726375
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21885499A Expired - Fee Related JP3373810B2 (ja) | 1999-08-02 | 1999-08-02 | 超音波振動接合用超音波ホーン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3373810B2 (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002343831A (ja) * | 2001-05-16 | 2002-11-29 | Kaijo Corp | ボンディングヘッド及びこれを備えたボンディング装置 |
| JP2004330228A (ja) * | 2003-05-06 | 2004-11-25 | Esb Kk | 超音波接合装置 |
| US6877648B2 (en) | 2002-02-25 | 2005-04-12 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Ultrasonic horn, and ultrasonic bonding apparatus using the ultrasonic horn |
| JP2005238333A (ja) * | 2004-02-23 | 2005-09-08 | Schunk Ultraschalltechnik Gmbh | 超音波溶接装置及び超音波溶接装置のための工具 |
| JP2008117994A (ja) * | 2006-11-07 | 2008-05-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 部品接合装置及び超音波ホーン |
| CN100457295C (zh) * | 2003-06-03 | 2009-02-04 | 先进自动器材有限公司 | 用于接合装置的超声波发生器及其形成方法 |
| JP2009279657A (ja) * | 2004-10-25 | 2009-12-03 | Adwelds:Kk | 超音波接合装置 |
| KR100982062B1 (ko) * | 2007-01-15 | 2010-09-13 | 파나소닉 전공 주식회사 | 초음파 발생 장치 및 이것을 이용한 피부 케어 장치 |
| US7850056B2 (en) | 2007-04-27 | 2010-12-14 | Panasonic Corporation | Electronic component mounting apparatus and electronic component mounting method |
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