JP2002016105A - 電子部品のボンディング装置およびボンディングツール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コストで安定した振動を行わせ安定したボ
ンディングが行える電子部品のボンディング装置および
ボンディングツールを提供すること。 【解決手段】 電子部品に荷重と振動を作用させながら
被接合面に圧着するボンディングツールにおいて、ホー
ン１５の圧着側の面及び反対側の面に、それぞれ１組の
凸状テーパ面１５ｅ，１５ｇを有する第１の溝１５ｄと
第２の溝１５ｆとを設け、接合作用部３０ａを有する吸
着部３０の凸状テーパ面３０ｃ、嵌合部材３４の凸状テ
ーパ面３４ａをそれぞれ第１の溝１５ｄ、第２の溝１５
ｆの凸状テーパ面１５ｅ，１５ｇに当接させて、ねじ部
材３３により締め付けて密着させる。これにより、ホー
ン１５へ作用する締結力を上下対称とすることができ、
締結力によってホーン１５に生じる変形を防止すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フリップチップの
ようなバンプ付き電子部品などの電子部品を基板の電極
などの被接合面にボンディングする電子部品のボンディ
ング装置およびボンディングツールに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】電子部品を基板の電極などの被接合面に
ボンディングする方法として、超音波圧接を用いる方法
が知られている。この方法は、電子部品を被接合面に対
して押圧しながら電子部品に超音波振動を与え、接合面
を微小に振動させて摩擦を生じさせることにより接合面
を密着させるものである。この方法に用いられるボンデ
ィングツールは、振動発生源である超音波振動子の振動
を電子部品に伝達させる細長形状の棒体であるホーンを
有しており、このホーンに備えられた圧着子によって電
子部品に荷重と振動を作用させながら、電子部品を被接
合面に圧着してボンディングするようになっている。

【０００３】圧着子にはボンディング時の負荷（荷重と
振動）が作用するため、繰り返し使用によってその下面
（電子部品の吸着面）が摩耗しやすい。この摩耗が甚し
くなると正常なボンディングを行うことが出来なくなる
ことから、定期的に圧着子を交換せねばならない。この
ため、超音波接合用のボンディングツールでは、ホーン
全体を交換することの無駄を避け、圧着子をホーン本体
に対して着脱可能な別部品としこの別部品のみを交換す
る方法が一般に用いられている。

【０００４】このような圧着子を別部品とする構成の例
として、ホーンに凹状のテーパ面を設け、このテーパ面
に嵌合する突状のテーパ面を有する圧着子をねじによっ
てホーン本体に締結する方法が知られている（特開平１
０−５２７６８号公報の図８に示す第８実施形態参
照）。この方法は、圧着子を本体に対してねじ締結して
テーパ面に押圧力を作用させることにより当接面を密着
させるものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記テ
ーパ面を介して圧着子をねじ締結する方法には、以下に
述べるような問題点があった。圧着子を別部品とするボ
ンディングツールでは、良好な振動伝達特性を確保する
ためには圧着子をホーン本体に対し強固に押圧し良好な
密着状態を保つ必要がある。

【０００６】しかしながら近年電子部品は小型化してお
り、これに伴って電子部品のボンディングに用いられる
ボンディングツールも小型化してホーンの剛性は低下し
ている。このような剛性が小さいホーンに対して強固な
密着状態を実現するために大きな締結力を作用させる
と、ホーンの変形が生じやすい。電子部品の圧着には高
い精度の姿勢保持が必要であるため、ホーンのわずかな
変形もボンディング時の姿勢精度やホーンの振動特性に
悪影響を及ぼし、結果としてボンディング品質が確保さ
れないこととなっていた。

【０００７】このように、従来のボンディングツールに
は、コスト低減を目的として消耗部品としての圧着子を
別部品とした場合に、良好な接合品質を確保することが
困難であるという問題点があった。

【０００８】そこで本発明は、低コストで安定した振動
を行わせながら安定したボンディングを行うことができ
る電子部品のボンディング装置およびボンディングツー
ルを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の電子部品
のボンディング装置は、電子部品に荷重と振動を作用さ
せながらこの電子部品を被接合面に圧着する電子部品の
ボンディング装置であって、前記電子部品に当接するボ
ンディングツールと、このボンディングツールを前記電
子部品に押圧する押圧手段とを備え、前記ボンディング
ツールは、横長のホーンと、このホーンに振動を付与す
る振動子と、前記ホーンの圧着側の表面に設けられ１組
のテーパ面を有する第１の溝と、第１の溝の反対側の表
面に設けられ１組のテーパ面を有する第２の溝と、第１
の溝のテーパ面に当接する凸状テーパ面とこの凸状テー
パ面の反対側に突出した接合作用部を有する圧着子と、
第２の溝のテーパ面に当接する凸状テーパ面を有する嵌
合部材と、第１の溝および第２の溝を貫通して設けられ
た貫通孔と、この貫通孔を介して前記圧着子と嵌合部材
とを結合すると共に、第１の溝のテーパ面に対して圧着
子の凸状テーパ面を、第２の溝のテーパ面に対して嵌合
部材の凸状テーパ面をそれぞれ密着させる締結手段とを
備えた。

【００１０】請求項２記載の電子部品のボンディングツ
ールは、電子部品に荷重と振動を作用させながらこの電
子部品を被接合面に圧着するボンディングツールであっ
て、横長のホーンと、このホーンに振動を付与する振動
子と、前記ホーンの圧着側の表面に設けられ１組のテー
パ面を有する第１の溝と、第１の溝の反対側の表面に設
けられ１組のテーパ面を有する第２の溝と、第１の溝の
テーパ面に当接する凸状テーパ面とこの凸状テーパ面の
反対側に突出した接合作用部を有する圧着子と、第２の
溝のテーパ面に当接する凸状テーパ面を有する嵌合部材
と、第１の溝および第２の溝を貫通して設けられた貫通
孔と、この貫通孔を介して前記圧着子と嵌合部材とを結
合すると共に、第１の溝のテーパ面に対して圧着子の凸
状テーパ面を、第２の溝のテーパ面に対して嵌合部材の
凸状テーパ面をそれぞれ密着させる締結手段とを備え
た。

【００１１】本発明によれば、ホーンの圧着側の面およ
び反対面にそれぞれ１組のテーパ面を有する第１の溝と
第２の溝を設け、第１の溝のテーパ面、第２の溝のテー
パ面に、それぞれ凸状のテーパ面を有する圧着子、嵌合
部材を締結手段によって押圧して密着させることによ
り、圧着子をホーンへ固定するための締結力を上下対称
に作用させることができ、偏った締結力によってホーン
に生じる変形を防止することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の電子
部品のボンディング装置の正面図、図２は本発明の一実
施の形態の電子部品のボンディングツールの上下反転斜
視図、図３は本発明の一実施の形態の電子部品のボンデ
ィングツールの正面図、図４、図５は本発明の一実施の
形態の電子部品のボンディングツールの部分断面図であ
る。

【００１３】まず、図１を参照して電子部品のボンディ
ング装置の全体構造を説明する。１は支持フレームであ
って、その前面には第１昇降板２と第２昇降板３が昇降
自在に設けられている。第１昇降板２にはシリンダ４が
装着されており、そのロッド５は第２昇降板３に結合さ
れている。第２昇降板３にはボンディングヘッド１０が
装着されている。支持フレーム１の上面にはＺ軸モータ
６が設けられている。Ｚ軸モータ６は垂直な送りねじ７
を回転させる。送りねじ７は第１昇降板２の背面に設け
られたナット８に螺合している。したがってＺ軸モータ
６が駆動して送りねじ７が回転すると、ナット８は送り
ねじ７に沿って上下動し、第１昇降板２や第２昇降板３
も上下動する。

【００１４】図１において、上面が電子部品の被接合面
である基板４６は基板ホルダ４７上に載せられており、
基板ホルダ４７はテーブル４８上に載せられている。テ
ーブル４８は可動テーブルであって、基板４６をＸ方向
やＹ方向へ水平移動させ、基板４６を所定の位置に位置
決めする。テーブル４８は電子部品４０に対して基板４
６を相対的に移動させる位置決め手段となっている。

【００１５】４２はカメラであって、一軸テーブル４３
に装着されている。４４はカメラ４２から前方へ延出す
る鏡筒である。カメラ４２を一軸テーブル４３に沿って
前進させ、鎖線で示すように鏡筒４４の先端部をボンデ
ィングツール１４の下面に吸着して保持された接合物と
してのバンプ付きの電子部品４０と基板４６の間に位置
させ、その状態で電子部品４０と基板４６の位置をカメ
ラ４２で観察する。

【００１６】５３は認識部であり、カメラ４２で撮像さ
れた電子部品４０や基板４６の画像を認識してこれらの
位置を検出する。５０は主制御部であり、モータ駆動部
５１を介してＺ軸モータ６すなわちボンディングヘッド
１０の昇降動作を制御し、テーブル制御部５２を介して
テーブル４８すなわち基板４６の位置決めを行う。また
主制御部５０は、認識部５３によって検出された電子部
品４０と基板４６の位置より、水平面内における両者の
位置ずれを演算し、この位置ずれを補正するようにテー
ブル４８を駆動する。さらに主制御部５０には、荷重制
御部５４と吸引装置５６が接続されている。

【００１７】押圧手段としてのシリンダ４は、荷重制御
部５４を介して主制御部５０に接続されており、シリン
ダ４のロッド５の突出力すなわちボンディングツール１
４で電子部品４０のバンプを基板４６に押し付ける押圧
荷重が制御される。吸引装置５６は主制御部５０からの
指令によってボンディングツール１４による電子部品４
０の吸引・吸引解除を行う。超音波振動子から成る振動
子１７は、超音波振動子駆動部５５を介して主制御部５
０に接続されており、主制御部５０からの指令に従って
超音波振動を行う。

【００１８】ボンディングヘッド１０の本体１１の下端
部には、ホルダ１２が結合されている。ホルダ１２には
ブロック１３が装着され、ブロック１３にはボンディン
グツール１４が固定されている。ブロック１３の側部の
突部１３ａは吸引装置５６に接続されている。以下、図
２、図３を参照してボンディングツール１４について説
明する。

【００１９】図２および図３に示すように、ボンディン
グツール１４は横長のホーン１５を主体としている。ホ
ーン１５は細長形状の棒状体であり、平面視してその両
側部からセンターへ向って次第に幅狭となるテーパ面１
５ａを有している。ホーン１５のセンターには吸着部３
０（圧着子）が下方へ突出して着脱自在に装着されてい
る。

【００２０】図１において、ブロック１３の側面に設け
られた突部１３ａには吸着パッド１９が装着されてい
る。ホーン１５には吸着部３０の吸着孔３２に連通する
真空吸引孔１６ａ，１６ｂが形成されており、吸着パッ
ド１９はホーン１５の上面の真空吸引孔１６ｂに当接し
ている。したがって吸着パッド１９に接続された吸引装
置５６（図１）を駆動してエアを吸引することにより、
吸着部３０に開口した吸着孔３２（図３（ｂ））から真
空吸引し、この吸着部３０の下面にバンプ付きの電子部
品４０を真空吸着して保持することができる。

【００２１】吸着部３０の下部は下方に突出した接合作
用部３０ａとなっており、吸着部３０の曲げ振動と押圧
手段（シリンダ４）の押圧荷重を電子部品４０に作用さ
せる。吸着部３０は電子部品４０を吸着して保持すると
ともに、ボンディング時には接合作用部３０ａが電子部
品４０の上面に当接して電子部品４０を基板４６に対し
て押圧する。

【００２２】吸着部３０から等距離隔てられた４ヶ所に
は、リブ１５ｃがホーン１５と一体的に設けられてい
る。ブロック１３への取り付けバランスを良くするため
に、４個のリブ１５ｃはホーン１５のセンターの吸着部
３０を中心として平面視して対称に突設されている。ボ
ンディングツール１４は、リブ１５ｃに形成された貫通
孔２０にボルトを螺入することにより、ブロック１３の
下面に着脱自在に装着されている。

【００２３】図２において、ホーン１５の側端部には振
動付与手段である振動子１７が装着されている。振動子
１７を駆動することにより、ホーン１５には縦振動（ホ
ーン１５の長手方向の振動）が付与され、吸着部３０は
水平方向ａ（ホーン１５の長手方向）に振動する。図３
（ａ），（ｂ）に示すように、ホーン１５の形状は両端
部から中央部に向かって側面のテーパ面１５ａおよび上
下面のテーパ面１５ｂを経て順次幅および高さが絞られ
た形状となっている。

【００２４】これにより、振動子１７より吸着部３０に
伝達される経路において超音波振動の振幅は増幅され、
吸着部３０には振動子１７が発振する振幅以上の振動が
伝達され、この振動は接合作用部３０ａを介して電子部
品４０に伝達される。この電子部品４０への振動伝達に
おいては、振動子１７によってホーン１５を介して伝達
される縦振動のみならず、ホーン１５の縦振動によって
突出形状の吸着部３０に誘起される曲げ振動が重畳して
伝達される。

【００２５】次に図４、図５を参照して吸着部３０のホ
ーン１５への装着について説明する。図４に示すよう
に、ホーン１５の中央部の下側の面、すなわち圧着側の
面には、左右１組の凸状テーパ面１５ｅを有する第１の
溝１５ｄが設けられている。また、第１の溝１５ｄの反
対側の面には、第１の溝１５ｄとほぼ同様形状の左右１
組の凸状テーパ面１５ｇを有する第２の溝１５ｆが設け
られている。第１の溝１５ｄの凸状テーパ面１５ｅに
は、吸着部３０の上部（接合作用部３０ａの反対側）に
設けられた凸状テーパ面３０ｃが当接する。また、第２
の溝１５ｆの凸状テーパ面１５ｇには、上下方向の締結
孔３４ｂを有する嵌合部材３４の凸状テーパ面３４ａが
当接する。

【００２６】ホーン１５の中心位置、すなわちホーン１
５に振動子１７により誘起される定在波振動の腹に相当
する位置には、第１の溝１５ｄと第２の溝１５ｆを貫通
して貫通孔１５ｈが設けられている。吸着部３０および
嵌合部材３４のホーン１５への固定締結は、ねじ部材３
３を嵌合部材３４の締結孔３４ｂおよびホーン１５の貫
通孔１５ｈを挿通させて、ねじ部材３３の外ねじ部３３
ａを吸着部３０に加工された内ねじ部３０ｂに螺合させ
て締め付けることにより行われる。

【００２７】すなわち、ねじ部材３３は、貫通孔１５ｈ
を介して吸着部３０と嵌合部材３４とを結合すると共
に、第１の溝１５ｄの凸状テーパ面１５ｅに対して吸着
部３０の凸状テーパ面３０ｃを、第２の溝１５ｆの凸状
テーパ面１５ｇに対して嵌合部材３４の凸状テーパ面３
４ａをそれぞれ密着させる締結手段となっている。

【００２８】ホーン１５の内部に設けられた真空吸引孔
１６ａは、貫通孔１５ｈの中間部に開口しており、ねじ
部材３３の内部には中間部の側面に開口し下端部まで連
通する吸引孔３３ｂが形成されている。吸着部３０の締
結時には、図５に示すように真空吸引孔１６ａは、ねじ
部材３３に設けられた吸引孔３３ｂを介して吸着部３０
の吸着孔３２と連通する。

【００２９】このねじ部材３３による締結において、吸
着部３０は第１の溝１５ｄの凸状テーパ面１５ｅに対し
て押しつけられた状態で、また嵌合部材３４は第２の溝
１５ｆの凸状テーパ面１５ｇに押しつけられた状態で締
結される。第１の溝１５ｄと第２の溝１５ｆの形状はほ
ぼ同様になっていることから、ねじ部材３３によって吸
着部３０と嵌合部材３４とをホーン１５に対して上下方
向から締結した状態では、ホーン１５に対してほぼ上下
対称の締結外力が作用する。

【００３０】したがって、小型部品を対象とし剛性に乏
しいホーンを用いるボンディングツールにおいて、大き
な締結力でねじ部材３３を締め付けた場合にあっても、
ホーン１５が締結外力により上下方向に変形することが
ない。すなわち、着脱式の吸着部３０を用いるボンディ
ングツールにおいて、吸着部３０のホーン１５への強固
な締結と、吸着部３０の装着状態での高い形状精度とを
両立させることができる。

【００３１】さらには、嵌合部材３４とねじ部材３３の
ホーン１５の上側に突出する部分の形状・寸法を、吸着
部３０の形状・寸法に対して適切に設定することによ
り、ホーン１５の上下方向の質量分布を振動伝達特性上
望ましい質量分布に調整することが可能となる。すなわ
ち、嵌合部材３４やねじ部材３３を質量バランス部とし
て用いることができ、これにより良好な振動特性を得る
ことができる。

【００３２】なお、本実施の形態では、ホーン１５の形
状として高さ・幅寸法をテーパ状に中心に向かって漸減
させる中細形状のものを用いているが、これ以外の平行
形状や円筒状のホーンに対しても本発明を適用すること
ができる。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、ホーンの圧着側の面お
よび反対面にそれぞれ１組のテーパ面を有する第１の溝
と第２の溝を設け、第１の溝のテーパ面、第２の溝のテ
ーパ面に、それぞれ凸状のテーパ面を有する圧着子、嵌
合部材を締結手段によって押圧して密着させるようにし
たので、圧着子をホーンへ固定するための締結力を上下
対称に作用させることができ、偏った締結力によってホ
ーンに生じる変形を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディン
グ装置の正面図

【図２】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディン
グツールの上下反転斜視図

【図３】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディン
グツールの正面図

【図４】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディン
グツールの部分断面図

【図５】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディン
グツールの部分断面図

【符号の説明】

１４ ボンディングツール １５ ホーン １５ｄ 第１の溝 １５ｅ 凸状テーパ面 １５ｆ 第２の溝 １５ｇ 凸状テーパ面 １５ｈ 貫通孔 １６ａ、１６ｂ 真空吸引孔 １７ 振動子 ３０ 吸着部 ３０ａ 接合作用部 ３２ 吸着孔 ３３ ねじ部材 ３４ 嵌合部材 ４０ 電子部品

フロントページの続き (72)発明者 岡崎 誠 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 石川 隆稔 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5F044 PP16

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子部品に荷重と振動を作用させながらこ
   の電子部品を被接合面に圧着する電子部品のボンディン
   グ装置であって、前記電子部品に当接するボンディング
   ツールと、このボンディングツールを前記電子部品に押
   圧する押圧手段とを備え、前記ボンディングツールは、
   横長のホーンと、このホーンに振動を付与する振動子
   と、前記ホーンの圧着側の表面に設けられ１組のテーパ
   面を有する第１の溝と、第１の溝の反対側の表面に設け
   られ１組のテーパ面を有する第２の溝と、第１の溝のテ
   ーパ面に当接する凸状テーパ面とこの凸状テーパ面の反
   対側に突出した接合作用部を有する圧着子と、第２の溝
   のテーパ面に当接する凸状テーパ面を有する嵌合部材
   と、第１の溝および第２の溝を貫通して設けられた貫通
   孔と、この貫通孔を介して前記圧着子と嵌合部材とを結
   合すると共に、第１の溝のテーパ面に対して圧着子の凸
   状テーパ面を、第２の溝のテーパ面に対して嵌合部材の
   凸状テーパ面をそれぞれ密着させる締結手段とを備えた
   ことを特徴とする電子部品のボンディング装置。
2. 【請求項２】電子部品に荷重と振動を作用させながらこ
   の電子部品を被接合面に圧着するボンディングツールで
   あって、横長のホーンと、このホーンに振動を付与する
   振動子と、前記ホーンの圧着側の表面に設けられ１組の
   テーパ面を有する第１の溝と、第１の溝の反対側の表面
   に設けられ１組のテーパ面を有する第２の溝と、第１の
   溝のテーパ面に当接する凸状テーパ面とこの凸状テーパ
   面の反対側に突出した接合作用部を有する圧着子と、第
   ２の溝のテーパ面に当接する凸状テーパ面を有する嵌合
   部材と、第１の溝および第２の溝を貫通して設けられた
   貫通孔と、この貫通孔を介して前記圧着子と嵌合部材と
   を結合すると共に、第１の溝のテーパ面に対して圧着子
   の凸状テーパ面を、第２の溝のテーパ面に対して嵌合部
   材の凸状テーパ面をそれぞれ密着させる締結手段とを備
   えたことを特徴とする電子部品のボンディングツール。