JP2003023041A - 電子部品のボンディング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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、また吸着部の交換を簡単・迅
速に行うことができ、更には吸着部を交換しても吸着部
の振動特性が変りにくい電子部品のボンディング装置を
提供することを目的とする。 【解決手段】 横長のホーン１５の側部に設けられた振
動子１７によりホーン１５に縦振動を付与する。ホーン
１５はセンターへ向って次第に幅狭となるテーパ面１５
ａを有しており、センターには先細状の吸着部３０がビ
ス３９などにより着脱自在に装着される。またホーン１
５は平面視して対称な４個のリブ１５ｂによりブロック
１３に固着される。振動子１７の振動はホーン１５を通
じて吸着部３０に伝達され、吸着部３０に吸着された電
子部品を基板にボンディングする。

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吸着部に電子部品
を吸着し、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】従来、電子部品を超音波圧接するためのホ
ーンとしては、ワイヤボンディング装置に用いられるホ
ーンと同様のホーンが用いられている。この種のホーン
は片持ち構造であって、その先端自由端部に吸着部を保
持しており、この吸着部に電子部品を吸着して超音波圧
接を行うようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来のホ
ーンは片持ち構造であるため振動状態が不安定であり、
安定したボンディングを行いにくいものであった。また
吸着部もホーンの先端自由端部に保持されているため振
動状態が不安定であった。また吸着部にはボンディング
時の負荷（荷重と振動）が作用するため、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
ると吸着部はホーンに着脱して交換せねばならないが、
この交換は簡単・迅速に行える必要があり、また吸着部
を交換しても吸着部の振動特性が変らないことが肝要で
ある。

【０００５】したがって本発明は、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を提供することを目的とする。
また吸着部の交換を簡単・迅速に行うことができ、更に
は吸着部を交換しても吸着部の振動特性が変りにくい電
子部品のボンディング装置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】本発明は、ボンディング
ツールにより荷重と振動を電子部品に作用させながらこ
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、前記ボンディングツールが、横長のホ
ーンと、このホーンに振動を付与する振動子と、吸着孔
に電子部品を真空吸着する吸着部とを備え、この吸着部
が前記ホーンに着脱自在に装着されることを特徴とする
電子部品のボンディング装置である。

【０００７】上記構成において、吸着部の下面が摩耗し
たならば、吸着部をホーンから取りはずしてその交換を
行う。また吸着部を下方へ向って先細状とすることによ
り、吸着部に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、また吸着部を交換しても吸
着部の振動特性は変りにくいものとなる。

【０００８】

【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は同電子部品の
ボンディングツールの上下反転斜視図、図３（ａ）は同
電子部品のボンディングツールの正面図、図３（ｂ）は
同電子部品のボンディングツールの下面図、図３（ｃ）
は同電子部品のボンディングツールの分解状態の正面
図、図３（ｄ）は同電子部品のボンディングツールの当
接子の断面図、図３（ｅ）は同電子部品のボンディング
ツールの部分断面図である。

【０００９】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。

【００１０】図１において、被接合面としての基板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。

【００１１】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
しての例えばフリップチップなど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。そして
この観察結果により電子部品４０と基板４６の相対的な
位置ずれを検出する。検出された位置ずれは、テーブル
４８を駆動して基板４６をＸ方向やＹ方向へ水平移動さ
せることにより補正し、これにより電子部品４０と基板
４６の位置合わせがなされる。

【００１２】図１において、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を制御し、またテ
ーブル制御部５２を介してテーブル４８を制御し、また
認識部５３を介してカメラ４２に接続され、また吸引装
置５６が接続されている。また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１４でバンプ付き電子部品４０を基板４６
に押し付ける押圧荷重が制御される。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５０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。

【００１３】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。

【００１４】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が下方へ突設されており、吸着部３０から等距離隔て
られた４ヶ所にリブ１５ｂ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１５ｂ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１５ｂに形成さ
れた貫通孔２０にねじ１８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。すなわ
ち、リブ１５ｂはホーン１５をブロック１３に装着する
装着部となっている。

【００１５】図３（ｃ）において、吸着部３０は下方へ
向って次第に幅狭となる先細状であり、その両側面はテ
ーパ面３１となっている。またそのセンターには吸着孔
３２が形成されている。吸着部３０の下面には、電子部
品４０を吸着する突部３０ａ（図２）が突設されてい
る。ホーン１５の吸着部３０と反対側の上面には突部３
３が突設されており、ホーン１５の下面にはこの突部３
３が嵌合する凹部３４が形成されている。図３（ｅ）は
突部３３を凹部３４に嵌合した状態を示している。この
状態で、突部３３は凹部３４にぴったり密接して嵌合し
ているが、吸着部３０の両側部上面とホーン１５の下面
の間にはわずかなすき間Ｃが確保されている。したがっ
て吸着部３０とホーン１５の当接長は、図中Ｌで示され
る突部３３を略一周する長さである。このように上記す
き間Ｃを確保し、かつ当接長Ｌを極力短くすることによ
り、吸着部３０を交換しても吸着部３０の振動特性はほ
とんど変らず、振動特性の再現性がきわめて良いものと
なる。

【００１６】図３（ｃ）において、凹部３４の両側部の
ホーン１５の下面にはねじ山が形成された第１孔３５と
第２孔３６が形成されている。３７は当接子であって、
図３（ｄ）に示すようにその内端面３７ａはテーパ面３
１に当接するテーパ面になっている。３８は当接子３７
の位置決め用ピンであり、第２孔３６に挿入固定され
る。ビス３９を当接子３７の貫通孔３７ｃに貫通させ、
当接子３７の外端面３７ｂをピン３８に当接させながら
第１孔３５に挿入することにより、吸着部３０はホーン
１５の下面に着脱自在に装着される。このように吸着部
３０のテーパ面３１に当接子３７を当接させ、かつピン
３８で吸着部３０の横方向の位置ずれを規制することに
より、吸着部３０をホーン１５にしっかり装着できる。

【００１７】またホーン１５の両側面を吸着部３０へ向
って次第に幅狭となるテーパ面１５ａとすることによ
り、振動子１７の振動を効率よく集中的に吸着部３０に
付与することができ、また吸着部３０を下方へ向って先
細状とすることにより、吸着部３０の振動を安定的なも
のとし、かつその下面に吸着された電子部品４０に振動
を集中的に強く付与できる。このように吸着部３０は下
方へ向って先細状とすることが電子部品４０への振動付
与上望ましい。吸着部３０を先細状とする形状として
は、テーパ面３１以外にも、例えば階段状に先細状とし
てもよい。

【００１８】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。図３（ｃ）において、ホーン１５には吸着部３０の
吸着孔３２に連通する吸引孔１６ａ，１６ｂが形成され
ており、吸着パッド１９はホーン１５の上面の吸引孔１
６ｂ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
（ａ），（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。

【００１９】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
（ｂ）に示すように、ホーン１５の形状は両端部からテ
ーパ面１５ａを経てセンターの方向に順次幅が絞られた
形状となっており、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
振動が伝達される。

【００２０】次に、振動子１７によってホーン１５に励
起される振動のモードについて説明する。図３（ａ）に
示すように、ホーン１５に励起される振動の定在波Ａ
は、振動子１７の装着面およびホーン１５の中央に位置
する吸着部３０の位置を定在波の腹とし、ホーン１５を
ブロック１３に固定する固定部としてのリブ１５ｂおよ
び吸引孔１６ｂの位置が定在波の節となるような形とな
っている。すなわちホーン１５各部の形状寸法、質量分
布を適切に設定することにより、このような定在波をホ
ーン１５に発生させることができる。

【００２１】従って、装着部であるリブ１５ｂは、ホー
ン１５の振動の定在波の腹に相当する位置である吸着部
３０からホーン１５の両端側の方向へ等距離隔てられた
定在波の節に相当する位置に設けられている。これによ
りボンディングツール１４をブロック１３に固定し、シ
リンダ４の押圧力を定在波の節に相当する位置を介して
ホーン１５に伝達するリブ１５ｂの位置ではホーン１５
の縦振動による変位は極小となり、また電子部品４０を
保持する吸着部３０の位置では極大の振幅を得ることと
なり、超音波振動を電子部品４０のボンディングに最も
有効に利用することができる。

【００２２】図３（ａ）において、ホーン１５の上面中
央には突部４１が突設されている。この突部４１は吸着
部３０とは反対側のホーン１５の上面にあり、ホーン１
５の水平な中立軸ＮＡに対する吸着部３０およびその装
着手段（当接子３７、ピン３８、ビス３９等）との質量
バランスをとっている。この突部４１の作用は次のとお
りである。すなわち、振動子１７の振動は、縦振動とし
てホーン１５の長手方向（図２の矢印ａ）に伝達され、
この縦振動により電子部品４０を接合面に対して水平方
向へ振動させて接合面との摩擦により電子部品４０のボ
ンディングを行うものである。

【００２３】ここで、仮に突部４１が無いとすると、ホ
ーン１５はそのセンター付近において、その下面に突設
された吸着部３０のために中立軸ＮＡに対するＺ方向
（上下方向）の質量バランスが崩れ、ホーン１５にはＺ
方向の振動が発生する。このＺ方向の振動は、電子部品
４０を被接合面である基板４６の上面に叩きつける力と
して作用するため、上記接合を阻害するだけでなく、場
合によっては電子部品４０を破壊する。そこで突部４１
を形成することにより、中立軸ＮＡに対する吸着部３０
との質量バランスを確保し、Ｚ方向の振動を防止するよ
うにしたものである。すなわち突部４１は質量バランス
手段となっている。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、吸着部の下面が摩耗し
たならば、吸着部をホーンから取りはずしてその交換を
簡単に行うことができる。また吸着部を下方へ向って先
細状とすることにより、吸着部に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、また吸
着部を交換しても吸着部の振動特性は変りにくいものと
なる。また質量バランス手段を設けることにより、ホー
ンのＺ方向の振動発生を防止し、電子部品を被接合面に
確実にボンディングできる。

【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】（ａ）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 （ｂ）本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング
ツールの下面図 （ｃ）本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング
ツールの分解状態の正面図 （ｄ）本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング
ツールの当接子の断面図 （ｅ）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 １５ａ テーパ面 １７ 振動子 １９ 吸着パッド ３０ 吸着部 ３１ テーパ面 ３７ 当接子 ４０ 電子部品 ４１ 突部（質量バランス手段）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ボンディングツールにより荷重と振動を電
   子部品に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、前記ボンデ
   ィングツールが、横長のホーンと、このホーンに振動を
   付与する振動子と、吸着孔に電子部品を真空吸着する吸
   着部と、前記ホーンに当接し前記吸着孔に連通する吸着
   パッドとを備え、前記吸着部が前記ホーンに着脱自在に
   装着される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】前記吸着部が下方へ向って先細状のテーパ
   状側面を有し、このテーパ状側面に当接子を当接させ、
   この当接子を前記ホーンに着脱自在に固着することによ
   り、前記吸着部を前記ホーンに着脱自在に装着すること
   を特徴とする請求項１記載の電子部品のボンディング装
   置。
3. 【請求項３】前記テーパ状側面が、前記ホーンの長手方
   向において左右に２面形成されていることを特徴とする
   請求項２記載の電子部品のボンディング装置。
4. 【請求項４】前記ホーンの前記吸着部とは反対側に質量
   バランス手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至３
   のいずれかに記載の電子部品のボンディング装置。