JP2003086623A - トランスデューサおよびボンディング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トランスデューサの支持部材に強度を付与し
つつ、支持部材をトランスデューサの軸心方向にできる
だけ薄く形成する。 【解決手段】 各保持部５におけるホーン本体４側との
接続箇所と異なる箇所である保持部５の側端を、連結部
６により互いに連結する。一方の保持部５Ａ１に加えら
れる外力が、連結部６によって結合された双方の保持部
５Ａ１，５Ａ２に分散され、これにより保持部５の変形
を抑制でき、保持部５をホーン本体４の軸心４ｂの方向
について極めて薄く形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ボンディング装置
において使用されるトランスデューサ、および該トラン
スデューサを含んで構成されるボンディング装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ワイヤボンディング装置などのボンディ
ング装置では、超音波ホーンなどのトランスデューサが
使用されており、振動子の動作によってトランスデュー
サをその長手方向（軸心方向）に振動させながら、その
先端に装着されたツールを処理対象に向けて下降させ荷
重を掛けることにより、ボンディング部に荷重と超音波
振動を与えてボンディングを行っている。

【０００３】このようなトランスデューサの従来の支持
構造は、例えばワイヤボンディング装置では図１０に示
すような構造となっている。トランスデューサとしての
超音波ホーン１５１の先端部には、ワイヤ（図示せず）
が挿通されるツールとしてのキャピラリ１６６が取付け
られ、また基端部には超音波振動子１９０が固定されて
いる。超音波ホーン１５１には、その長手方向である軸
心方向の疎密波（縦波）として与えられる超音波振動の
節（歪みが最大となる部分）に、円筒形であってその前
端において超音波ホーン１５１と接続するフランジ部１
５４が設けられている。フランジ部１５４は円筒状のホ
ーン支持部１５５に接続され、ホーン支持部１５５はホ
ルダ１５６に固定され、ホルダ１５６は支軸１５７に固
定されている。支軸１５７は図示しないボンディングヘ
ッドに直接又はリフタアームを介して回転自在に支承さ
れている。なお、この種のワイヤボンディング装置とし
て、例えば特開平５−３４７３３４号公報、特開平６−
１９６５３２号公報、特開平１０−３０３２４０号公報
等が挙げられる。

【０００４】この種の従来技術では、フランジ部１５４
が超音波ホーン１５１における超音波振動の節に設けら
れているため、このフランジ部１５４を経由したエネル
ギー損失（所謂リーク）が少なく、その結果、ボンディ
ング完了後に不必要な超音波エネルギーが加わり続ける
ことに起因したボールの潰れ形状不良、ボールの剥が
れ、下地損傷等を防止できる。

【０００５】しかし、ボンディング装置の動作が高速に
なるに従って、トランスデューサの上下動時における揺
動が問題となる。この点、上記従来技術においては、ト
ランスデューサとしての超音波ホーン１５１は１か所だ
けで支持されているので、ボンディングヘッドの動作に
伴うトランスデューサの揺動を効果的に抑制することは
難しい。この揺動が発生すると、ボンディング中にボー
ルに余計な力が掛り、ボールのつぶれ形状の不良が発生
する。この問題は、半導体装置のファインピッチ化によ
り小さくなった圧着ボール径について特に顕著である。

【０００６】この上下動時のトランスデューサの揺動に
対処するため、出願人は、図１１に示すように、トラン
スデューサとしての超音波ホーン２０１とは別部材より
なる２個のホーン支持部材２０５を介して、超音波ホー
ン２０１をホルダ２０６に取付けるようにし、かつ超音
波ホーン２０１の軸心方向におけるホーン支持部材２０
５の取り付け位置を調整可能とした構成を提案している
（特開２００１−２４０２５号公報）。この構成によれ
ば、支持点が２箇所になるため上下動の際の揺動を効果
的に防止でき、また、超音波ホーン２０１に対するホー
ン支持部材２０５の取り付け位置を、超音波ホーン２０
１における振動の節と一致させることにより、軸心方向
の超音波振動（疎密波）の損失も防止できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ホーン支持
部材（図１１の例では、ホーン支持部材２０５）が超音
波ホーンと接続している領域が、超音波ホーンの長手方
向に大きく（厚く）なるほど、当該領域のうち振動の節
から外れる部分が増大するから、それだけエネルギー損
失が増加することになる。すなわち、ホーン支持部材を
経由したエネルギー損失を少なくするには、ホーン支持
部材を、超音波ホーンの軸心方向にできるだけ薄く形成
することが望ましい。しかし、ホーン支持部材が薄けれ
ばそれだけ、ホーン支持部材の強度が低下してしまう。

【０００８】また、図１０の従来例のように超音波ホー
ン１５１を１か所で支持する構成では、円筒形のフラン
ジ部１５４を一方開口の円筒形に形成する切削加工が煩
雑で超音波ホーン１５１の小型化も困難であり、また図
１１の従来例のように超音波ホーン２０１と別部材より
なる２個のホーン支持部材２０５を用いる構成では、部
品数が増え組立が煩雑という欠点がある。

【０００９】そこで本発明の目的は、トランスデューサ
の支持部材に強度を付与しつつ、支持部材をトランスデ
ューサの軸心方向にできるだけ薄く形成できる構造を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１の本発明は、振動子
の動作により振動するトランスデューサであって、その
トランスデューサ本体における振動の節を含む少なくと
も２箇所に設けられた保持部と、前記保持部のそれぞれ
における前記トランスデューサ本体側との接続箇所と異
なる箇所を互いに連結する連結部と、を備え、前記トラ
ンスデューサ本体、前記保持部および前記連結部が同部
材により一体的に形成されていることを特徴とするトラ
ンスデューサである。

【００１１】第１の本発明では、保持部がトランスデュ
ーサ本体における振動の節を含む少なくとも２箇所に設
けられているので、軸心方向の振動のエネルギー損失を
招くことなくトランスデューサの揺動を防止できる。そ
して、各保持部におけるトランスデューサ本体側との接
続箇所と異なる箇所を互いに連結する連結部を備えたの
で、一方の保持部に加えられる外力が、連結部によって
結合された各保持部のそれぞれに分散され、これにより
保持部の変形を抑制でき、もって各保持部をトランスデ
ューサ本体の軸心方向に極めて薄く形成することが可能
となる。

【００１２】また、トランスデューサ本体、保持部およ
び連結部が同部材により一体的に形成されることとした
ので、保持部とトランスデューサ本体との結合を強固と
することができ、これによって保持部の一層の薄型化が
可能となる。

【００１３】第２の本発明は、第１の本発明のトランス
デューサであって、前記保持部が、板状であり、かつ前
記トランスデューサ本体の処理作用方向に沿って配置さ
れていることを特徴とするトランスデューサである。

【００１４】第２の本発明では、板状の保持部を、トラ
ンスデューサ本体の処理作用方向に沿って設置したの
で、トランスデューサ本体と保持部との接続断面が、処
理作用方向を長手とする形状になる。したがって、大き
な荷重の掛かるボンディングの際にも、トランスデュー
サ本体と保持部との接続断面を大きくとれるので、せん
断に対する耐久力を高めることができる。

【００１５】第３の本発明は、第１または第２の本発明
のトランスデューサであって、前記保持部のうち、１の
保持部が前記トランスデューサ本体の基端からｎ番目
（ｎは自然数）の節に設けられ、他の保持部がｎ＋ｍ番
目（ｍは奇数）の節に設けられており、前記連結部に
は、当該連結部をホルダに固定するための固定手段が設
けられていることを特徴とするトランスデューサであ
る。

【００１６】トランスデューサの振動特性、特に固有振
動周波数やその逆数である振動周期は、個々のトランス
デューサの間で必ずしも一定ではなく、加工精度等に応
じて若干のばらつきが生じることが考えられる。この
点、第３の本発明では、１の保持部が前記トランスデュ
ーサ本体の基端からｎ番目（ｎは自然数）の節に設けら
れ、他の保持部がｎ＋ｍ番目（ｍは奇数）の節に設けら
れることとしたので、振動特性のばらつきにより実際の
振動の節の位置が設計上の位置からずれた場合にも、各
保持部に作用する力が互いに逆位相となり、連結部にお
いてこれらの力が相殺される。したがって第３の本発明
では、トランスデューサ本体から各保持部を経て漏出し
たエネルギーが、固定手段により固定されたホルダやこ
のホルダが固定されるボンディングヘッド駆動機構に対
し、振動として伝達される事態を回避できる。

【００１７】第４の本発明は、第３の本発明のトランス
デューサであって、前記固定手段が、前記連結部の長手
方向に位置を異にした少なくとも２点に設けられている
ことを特徴とするトランスデューサである。

【００１８】第４の本発明では、固定手段を、連結部の
長手方向に位置を異にした少なくとも２点に設けたの
で、トランスデューサの処理作用方向への揺動を効果的
に防止できる。

【００１９】第５の本発明は、第４の本発明のトランス
デューサであって、前記固定手段のそれぞれが、前記保
持部および前記連結部からなる振動伝達経路の経路長に
おいて互いに等しい位置に配置されていることを特徴と
するトランスデューサである。

【００２０】第５の本発明では、固定手段のそれぞれ
を、保持部および連結部からなる振動伝達経路の経路長
において互いに等しい位置に配置したので、トランスデ
ューサ本体から各保持部に作用する力を、固定手段の位
置において、互いに逆位相とすることができる。

【００２１】第６の本発明は、第１ないし第５のいずれ
かの本発明のトランスデューサであって、前記保持部お
よび前記連結部が、前記トランスデューサ本体の軸心を
挟む両側に、前記軸心に関し対称に設けられていること
を特徴とするトランスデューサである。

【００２２】第６の本発明では、保持部および連結部
が、トランスデューサ本体の軸心を挟む両側に、軸心に
関し対称に設けられているので、ある節を挟んで対称に
配置された２つの保持部については、振動子の振動の漏
出に起因した力の方向が互いに逆方向となる。したがっ
て、これらの保持部の両者を一体的にホルダに固定した
場合に、漏出したエネルギーが相殺され、ホルダやこれ
を固定するボンディングヘッド駆動機構への振動の伝達
を防止できる。

【００２３】第７の本発明は、第１ないし第６のいずれ
かの本発明のトランスデューサであって、前記保持部お
よび前記連結部が、前記トランスデューサの処理作用方
向に対する交差方向に設けられていることを特徴とする
トランスデューサである。

【００２４】第７の本発明では、保持部および連結部
を、トランスデューサの処理作用方向に対する交差方向
に設けたので、連結部を利用してトランスデューサ本体
をホルダやボンディングヘッド駆動機構に固定すること
により、トランスデューサ本体の処理作用方向の寸法を
小さくでき、これにより、例えば処理作用方向を下向き
にした場合にはトランスデューサ本体の下側のクリアラ
ンスを大きくすることができる。

【００２５】第８の本発明は、第１ないし第７のいずれ
かの本発明のトランスデューサであって、前記保持部と
前記連結部との間に、前記振動を吸収するための薄肉部
を更に備えたことを特徴とするトランスデューサであ
る。

【００２６】第８の本発明では、トランスデューサ本体
から振動エネルギーが漏出する場合にも、薄肉部の弾性
変形により、保持部から連結部への伝達を緩衝すること
ができる。

【００２７】第９の本発明は、第１ないし第８のいずれ
かの本発明のトランスデューサであって、前記トランス
デューサ本体と同部材である母材に通孔を設け、当該通
孔の周囲に前記保持部および前記連結部を形成してなる
トランスデューサである。

【００２８】第９の本発明では、トランスデューサ本体
と同部材である母材に通孔を設けることにより、保持部
および連結部を形成してトランスデューサを製造できる
ので、切削加工・鋳造・鍛造その他のいずれの加工方法
による場合にも、加工を容易化できる。

【００２９】本発明に係るトランスデューサにおける処
理作用部材は、振動の腹となる位置に設けるのが好適で
あるが、その位置は第１０の本発明のように少なくとも
２つの保持部に挟まれた領域の外側としても、また第１
１の本発明のように少なくとも２つの保持部に挟まれた
領域内としてもよい。また後者の場合には、第１２の本
発明のように保持部を２箇所とし、両保持部の設置点の
中間点にチップ吸着口を備えることとすれば、チップ吸
着口への荷重分布を平均化でき好適である。

【００３０】第１３の本発明は、第１ないし第１２のい
ずれかの本発明のトランスデューサを含んで構成される
ボンディング装置である。第１３の本発明では、第１な
いし第１２の本発明と同様の効果を得ることができる。

【発明の実施の形態】本発明の実施形態につき、以下に
図面に従って説明する。図１は第１実施形態のトランス
デューサとしての超音波ホーン１を示す。超音波ホーン
１は、先端側に垂形部４ａを形成した略円柱形のホーン
本体４、ホーン本体４の左右に２箇所ずつ計４箇所に設
けられた保持部５Ａ１，５Ａ２，５Ｂ１，５Ｂ２（以下
適宜に保持部５という）、および前後２つの保持部５の
側端を互いに連結する連結部６Ａ，６Ｂ（以下適宜に連
結部６という）を、同部材により一体的に形成してな
る。超音波ホーン１の基端部には、超音波振動を発生す
る超音波振動子４０（図５参照）を固定するためのネジ
孔１７が設けられている。

【００３１】垂形部４ａの形状は、公知のコニカル型に
されている。垂形部４ａの先端部には、キャピラリ１６
（図５参照）を装着するための装着孔８が穿設されてい
る。

【００３２】保持部５は、いずれも平板状である。４つ
の保持部５は、２個ずつを一組として互いにホーン本体
４の長手方向（超音波振動の伝達方向）に位置を異にし
て設けられており、ホーン本体４の後方側の保持部５Ａ
１，５Ｂ１は、ホーン本体４の基端から１番目の節ｐ１
の位置に設けられ、ホーン本体４の前方側の保持部５Ａ
２，５Ｂ２は、ホーン本体４の基端から２番目の節ｐ２
の位置に設けられている。他方、装着孔８は、図示のと
おり２つの保持部５に挟まれた領域の外側に設けられて
おり、かつ、これに装着されるキャピラリ１６の軸心が
振動の腹（速度の絶対値が最大となる部分）と一致する
ようにされている。

【００３３】保持部５は、その厚さ方向の中間点が、超
音波ホーン１の設計上の振動の節ｐ１，ｐ２と正確に一
致するように設計されているが、超音波ホーン１の実際
の振動の節の位置には、超音波ホーン１の工作精度に応
じた一定のばらつきがあるため、実際の振動の節の位置
が設計上の位置からずれる場合もあるものとする。な
お、各保持部５の厚さは約０．５ｍｍである。

【００３４】連結部６Ａ，６Ｂには、これら連結部６
Ａ，６Ｂをホルダ３０（図３・図５参照）に固定するた
めの固定手段であるネジ孔７Ａ１，７Ａ２，７Ｂ１，７
Ｂ２（以下適宜にネジ孔７という）が設けられている。

【００３５】ネジ孔７は、連結部６Ａ，６Ｂの長手方向
に位置を異にした２点にそれぞれ設けられている。

【００３６】連結部６Ａ，６Ｂにおける後方部分および
前方部分には、それぞれ平板上の薄肉部１４が形成され
ている。各薄肉部１４の厚さは約０．５ｍｍである。

【００３７】各保持部５の長さ（図１における上下方向
の長さ）は互いに等しい。また、連結部６Ａおよび連結
部６Ｂの長さ（図１における左右方向の長さ）も互いに
等しい。そしてネジ孔７Ａ１とネジ孔７Ａ２、およびネ
ジ孔７Ｂ１とネジ孔７Ｂ２は互いに対称に（すなわち、
連結部６の前端または後端からの距離において等しい位
置に）設けられている。したがって、ネジ孔７Ａ１とネ
ジ孔７Ａ２、およびネジ孔７Ｂ１とネジ孔７Ｂ２は、保
持部５および連結部６からなる振動伝達経路の経路長に
おいて、互いに等しい位置に配置されていることにな
る。

【００３８】図１および図３に示すように、保持部５Ａ
１，５Ａ２および連結部６Ａと、保持部５Ｂ１，５Ｂ２
および連結部６Ｂとは、ホーン本体４の軸心４ｂを挟む
両側に、軸心４ｂに関し対称に設けられている。

【００３９】また、保持部５Ａ１，５Ａ２および連結部
６Ａと、保持部５Ｂ１，５Ｂ２および連結部６Ｂとは、
それぞれ、超音波ホーン１の処理作用方向である鉛直下
方（図３におけるＤ方向）に対する交差方向である水平
方向（図３におけるＥ−Ｅ方向）に突設されている。

【００４０】この超音波ホーン１の製造工程は、以下の
とおりである。まず母材である丸棒材の先端部に、装着
孔８をブローチ盤により穿設する。また、丸棒材の基端
部にはネジ孔１７を穿設する。次に、丸棒材の先端側お
よび後端側を、旋盤により軸心４ｂに向けて削り込み、
前端部９および後端部１０を形成する。次に、フライス
盤により上部平面１１、下部平面１２、側部平面１３を
それぞれ平坦に形成し、また薄肉部１４の外面を形成す
る。また、エンドミルおよびタップにより、ネジ孔７を
形成する。

【００４１】そして、軸心４ｂを挟む両側に、通孔２０
をエンドミルにより鉛直方向に穿設する。従って通孔２
０の平面形状は、鉛直方向に関して不変である。この通
孔２０の穿設により、通孔２０の周囲に、ホーン本体
４、保持部５および連結部６が一体的に形成される。

【００４２】このようにして製造された超音波ホーン１
は、下方に開口した断面コ字状のホルダ３０（図３・図
５参照）に対して、ボルト３５をネジ孔７Ａ１〜７Ｂ２
のそれぞれに螺入することによって固定する。これによ
り超音波ホーン１は、図３中Ｅ−Ｅ線で示される水平面
上の４箇所で、ホルダ３０に固定される。ホルダ３０は
その基部側の端面の適宜箇所において、図示しないワイ
ヤボンダ本体のボンディングヘッド駆動機構に固定され
る。ボンディングヘッド駆動機構は、超音波ホーン１を
水平面上の任意の位置に移送し、また超音波ホーン１に
鉛直下向きの任意の荷重を与えるものである。他方、ホ
ーン本体４の基端部のネジ孔１７には、電歪素子を軸方
向に積層してなる公知の超音波振動子４０を固定する。
また装着孔８にはキャピラリ１６を装着する。

【００４３】以上のように構成された本実施形態では、
超音波振動子４０が発生する超音波振動は、疎密波（縦
波）として超音波ホーン１の長手方向、すなわち軸心４
ｂに沿う方向に、基端側から先端側に向けて伝達され
る。

【００４４】ここで本実施形態では、保持部５がホーン
本体４における振動の節ｐ１，ｐ２を含む２箇所に設け
られているので、節が振動しない点であることにより、
軸心４ｂに沿う方向の疎密波（縦波）の振動のエネルギ
ー損失を招くことなく、超音波ホーン１の揺動を防止で
きる。そして、各保持部５におけるホーン本体４側との
接続箇所と異なる箇所である保持部５の側端を互いに連
結する連結部６を備えたので、一方の保持部５（例えば
保持部５Ａ１）に加えられる外力が、連結部６によって
結合された各保持部５（例えば保持部５Ａ１，５Ａ２）
のそれぞれに分散され、これにより保持部５の変形を抑
制でき、もって各保持部５をホーン本体４の軸心４ｂの
方向について極めて薄く形成することが可能となる。

【００４５】また、ホーン本体４、保持部５および連結
部６が、同部材である丸棒材から削り出すことにより一
体的に形成されることとしたので、保持部５とホーン本
体４との結合を金属結合による強固なものとすることが
でき、これによって保持部５の一層の薄型化が可能とな
る。

【００４６】また本実施形態では、平板状の保持部５、
および平板状の薄肉部１４を、いずれも超音波ホーン１
の処理作用方向（上下方向）に沿う上下方向に設置した
ので、ホーン本体４と保持部５との接続断面、および保
持部５と薄肉部１４との接続断面がいずれも上下に長い
形状となる。したがって、大きな荷重の掛かるボンディ
ングの際にも、超音波ホーン１の上下動による保持部５
および薄肉部１４の塑性変形が生じにくく、また各接続
断面を大きくとれるので、せん断に対する耐久力を高め
ることができる。なお、保持部５の形状は平板状のほ
か、例えば超音波振動子４０の中心点を中心とする円弧
状または球面状の板状体であってもよい。

【００４７】また、超音波ホーン１の振動特性、特に固
有振動周波数やその逆数である振動周期は、個々の超音
波ホーン１の間で必ずしも一定ではなく、加工精度等に
より若干のばらつきが生じることが考えられる。この
点、本実施形態では、保持部５Ａ１，５Ｂ１をホーン本
体４の基端から１番目の節である点ｐ１に、また保持部
５Ａ２，５Ｂ２を２番目の節である点ｐ２に設けたの
で、仮にある超音波ホーン１における実際の振動の節
が、設計上の位置からずれた点である点ｐ１ａ，ｐ２ａ
（図１参照）であった場合には、基部側の保持部５Ａ
１，５Ｂ１に加わる振幅が正、先端側の保持部５Ａ２，
５Ｂ２に加わる振幅が負というように、基部側と先端側
とで各保持部５に作用する力が互いに逆位相となる。そ
して、これら基部側と先端側の保持部５は連結部６によ
って互いに連結されているので、連結部６においてこれ
らの力が相殺される。したがって本実施形態では、ホー
ン本体４から各保持部５を経て漏出したエネルギーが、
連結部６およびボルト３５を介して固定されたホルダ３
０やボンディングヘッド駆動機構に振動として伝達され
る事態を回避できる。

【００４８】なお、２つの保持部の位置を互いに隣接す
る節とする場合の他、例えば１番目の節ｐ１と４番目の
節ｐ４、３番目の節ｐ３と４番目の節ｐ４というよう
に、一方の保持部５をホーン本体４の基端からｎ番目
（ｎは自然数）の節に設け、他方の保持部５をホーン本
体４の基端からｎ＋ｍ番目（ｍは奇数）の節に設けさえ
すれば、本実施形態と同様の作用による振動エネルギー
の相殺を期待できる。また、ホーン本体４の基部側から
１番目の保持部５は第１の節でなく、他の任意の節に設
けることもできるが、上述の振動特性のばらつきに伴う
保持部５への振動エネルギーの漏出を小さくするには、
ホーン本体４の基部側から１番目の保持部５は、超音波
振動子４０から最も近い節である第１の節ｐ１に設ける
こととするのが最も好適である。

【００４９】また本実施形態では、固定手段であるネジ
孔７を、連結部６の長手方向に位置を異にした２点に設
けたので、超音波ホーン１の処理作用方向（上下方向）
への揺動を効果的に防止できる。なお、ネジ孔７による
固定箇所は、３点以上であってもよく、同様の効果を期
待できる。また、ネジ孔以外の他の固定手段を用いても
よいが、本実施形態においてはネジ孔７およびボルト３
５を用い、かつボルト３５を軸心４ｂに向かう方向に螺
入することとしたので、他の方向への螺入に比べ振動に
対して高い寸法精度を維持できる。

【００５０】また本実施形態では、固定手段であるネジ
孔７のそれぞれを、保持部５および連結部６からなる振
動伝達経路の経路長（具体的には、保持部５とホーン本
体４との接続点から、保持部５および連結部６に沿った
経路におけるネジ孔７の軸心位置までの距離）において
互いに等しい位置に配置したので、ホーン本体４から各
保持部５に作用する力を、固定手段であるネジ孔７の位
置において、互いに逆位相とすることができる。

【００５１】また本実施形態では、保持部５および連結
部６が、ホーン本体４の軸心４ｂを挟む両側に、軸心４
ｂに関し対称に設けられているので（図１・図３）、あ
る節を挟んで対称に配置された２つの保持部５（例えば
保持部５Ａ１，５Ｂ１）については、振動の漏出に起因
した力の方向が、同位相かつ互いに逆方向となる。した
がって、これらの保持部５の両者をホルダ３０により一
体的にボンディングヘッド駆動機構に固定した場合に、
漏出したエネルギーがホルダ３０において相殺され、ボ
ンディングヘッド駆動機構への振動の伝達を防止でき
る。

【００５２】また本実施形態では、保持部５および連結
部６を、超音波ホーン１の処理作用方向（上下方向）に
対する交差方向（水平方向）に設けたので、連結部６を
利用して超音波ホーン１をホルダ３０やボンディングヘ
ッド駆動機構に固定することにより、超音波ホーン１の
処理作用方向の寸法を小さくでき、これにより、例えば
本実施形態のように処理作用方向を下向きにした場合に
は超音波ホーン１の下側のクリアランスを大きくでき、
処理対象である半導体デバイスやデバイス搬送レール等
との干渉を避けることができる。

【００５３】また本実施形態では、連結部６の後端側お
よび前端側に薄肉部１４を形成したので、この薄肉部１
４の弾性変形により、保持部５から漏出する振動エネル
ギーの連結部６への伝達を緩衝できる。また、薄肉部１
４を平板状としたので、その断面２次モーメントがきわ
めて小さく、弾性変形しやすいものとなり、したがって
振動エネルギーの緩衝に好適である。

【００５４】また本実施形態では、ホーン本体４と同部
材である母材としての丸棒材に通孔２０を設けることに
より、保持部５および連結部６を形成して超音波ホーン
１を製造できるので、切削加工・鋳造・鍛造その他のい
ずれの加工方法による場合にも、加工を容易化できる。
とくに本実施形態では、２つの通孔２０が互いに同方向
（上下方向）に設けられることとしたので、これら２つ
の通孔２０を同一方向に穿設すればよく、切削加工によ
る穿孔や鋳造・鍛造による型抜きを能率的に実行でき
る。また、通孔２０の加工は上記従来例におけるフラン
ジ部１５４の加工の場合に比べて小さい工具で実行でき
るから、超音波ホーン１全体の一層の小型化も可能であ
る。

【００５５】なお、本実施形態では、連結部６により接
続される各保持部５の部分を各保持部５の側端とした
が、本発明において連結部によって接続される各保持部
の部分は側端に限らず、各保持部におけるホーン本体側
との接続箇所と異なる箇所であれば、同様の効果を期待
できる。また本実施形態では保持部５を片側につき２箇
所設ける構成としたが、本発明に係る保持部は片側に３
箇所以上設けてもよい。また保持部５および連結部６の
配置は、ホーン本体４に関し左右非対称でもよい。

【００５６】次に、第２実施形態について説明する。第
２実施形態は、本発明をフリップチップボンディング装
置に適用したものである。図６および図７において、第
２実施形態のトランスデューサである超音波ホーン１０
１は、上記第１実施形態における錐形部４ａ、装着孔８
および連結部６に代えて、吸着ノズル１０８・チューブ
接続部１０９および連結部１０６Ａ，１０６Ｂ（以下適
宜に連結部１０６という）を、いずれもホーン本体１０
４と同一部材により一体的に形成（例えば、第１実施形
態と同様の丸棒材からの削り出しにより）したものであ
る。

【００５７】吸着ノズル１０８は角錐状、チューブ接続
部１０９（図７参照）は円柱状であり、両者の中央を貫
いて鉛直方向の通孔１０８ａが穿設されており、通孔１
０８ａの下端部がチップ吸着口１０８ｂとなっている。

【００５８】４つの保持部１０５Ａ１，１０５Ａ２，１
０５Ｂ１，１０５Ｂ２（以下適宜に保持部１０５とい
う）のうち、ホーン本体１０４の後方側の保持部１０５
Ａ１，１０５Ｂ１は、ホーン本体１０４の基端から１番
目の節ｐ１１の位置に設けられ、ホーン本体１０４の前
方側の保持部１０５Ａ２，１０５Ｂ２は、ホーン本体１
０４の基端から２番目の節ｐ１２の位置に設けられてい
る。他方、チップ吸着口１０８ｂは、図示のとおり２つ
の保持部１０５の設置点の中間点に設けられており、か
つ、その中心が振動の腹（速度の絶対値が最大となる部
分）と一致するようにされている。

【００５９】これら保持部１０５は、その厚さ方向の中
間点が、超音波ホーン１０１の設計上の振動の節ｐ１
１，ｐ１２と正確に一致するように設計されているが、
超音波ホーン１０１の実際の振動の節の位置には、超音
波ホーン１０１の工作精度に応じた一定のばらつきがあ
るため、実際の振動の節の位置が設計上の位置からずれ
る場合もあるものとする。なお、各保持部１０５の厚さ
は約０．５ｍｍである。

【００６０】連結部１０６には、ボルト１３５によって
ネジ留めするための鉛直方向の通孔１０７Ａ１，１０７
Ａ２，１０７Ｂ１，１０７Ｂ２（以下適宜に通孔１０７
という）が設けられている。

【００６１】図７ないし図９に示すように、超音波ホー
ン１０１はホルダ１３０に固定して使用される。ホルダ
１３０は、チューブ接続部１０９を跨いで左右の連結部
１０６を一体的に連結する構造であり、その上面には、
ホルダ１３０を図示しないワイヤボンダ本体のボンディ
ングヘッド駆動機構に装着するための装着孔１３０ａが
設けられている。装着孔１３０ａの中心は、ホーン本体
１０４の軸心１０４ｂの直上に位置している。ホルダ１
３０には、４つの通孔１０７に対応して設けられボルト
１３５と螺合する鉛直方向のネジ孔１３０ｂが、それぞ
れ設けられている。

【００６２】ホーン本体１０４の基端部のネジ孔１１７
（図６参照）には、電歪素子を軸方向に積層してなる公
知の超音波振動子１４０（図８・図９参照）が固定され
る。またチューブ接続部１０９にはゴム製のフレキシブ
ルチューブ１３１（図８参照）が接続される。なお、第
２実施形態における残余の構成は、上記第１実施形態に
おけるものと同様であるので、同一符号を付してその説
明は省略する。

【００６３】以上のように構成された第２実施形態で
は、超音波ホーン１０１は、フレキシブルチューブ１３
１および通孔１０８ａを通じた吸引によりチップ吸着口
１０８ｂに半導体デバイス（図示せず）を吸着してボン
ディング位置に搬送し、その状態でボンディングヘッド
駆動機構により下向きに駆動される。そして、超音波振
動子１４０が発生する超音波振動が、疎密波（縦波）と
して超音波ホーン１０１の長手方向、すなわち軸心１０
４ｂに沿う方向に、基端側から先端側に向けて伝達さ
れ、この超音波振動とボンディングヘッド駆動機構によ
る荷重とによって、ボンディングが行われる。

【００６４】しかして、第２実施形態では、上記第１実
施形態と同様の上述の各種の効果が得られるほか、チッ
プ吸着口１０８ｂを、保持部１０５Ａ１，１０５Ｂ１と
保持部１０５Ａ２，１０５Ｂ２の設置点の中間点に配置
したので、チップ吸着口１０８ｂへの荷重分布、ひいて
は半導体デバイスへの荷重分布を、超音波ホーン１０１
の長手方向について平均化することができる。

【００６５】なお、第２実施形態では、ホーン本体１０
４の基端部に超音波振動子１１７を設ける一方、ホーン
本体１０４の先端部には何も設けていないが、超音波振
動子１１７と等しい質量のカウンタウェイトをホーン１
０４の先端部に固定する構造とすれば、超音波ホーン１
０１全体の重量バランスをとることができ、荷重分布の
一層の均等化を図ることができる。

【００６６】また、上記各実施形態では、本発明をワイ
ヤボンディング装置およびフリップチップボンディング
装置に適用した例について説明したが、本発明はこれら
のボンディング装置に限らず、ダイボンディング装置な
ど、トランスデューサの振動により処理作用を行う各種
の処理装置に適用でき、いずれも本発明の範疇に属する
ものである。またトランスデューサの形状も、上記各実
施形態の形状に限らず、その用途や目的に応じた各種の
形状を選択することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態におけるホーン本体を
振動の節の位置を示すグラフと共に示す底面図である。

【図２】 第１実施形態におけるホーン本体を示す側面
図である。

【図３】 ホルダに装着された状態の第１実施形態にお
けるホーン本体のＣ−Ｃ線断面図である。

【図４】 第１実施形態におけるホーン本体を概略的に
示す斜視図である。

【図５】 ホルダに装着された状態の第１実施形態にお
けるホーン本体の下面側を概略的に示す斜視図である。

【図６】 第２実施形態におけるホーン本体を振動の節
の位置を示すグラフと共に示す底面図である。

【図７】 ホルダに装着された状態の第２実施形態にお
けるホーン本体のＦ−Ｆ線断面図である。

【図８】 ホルダに装着された状態の第２実施形態にお
けるホーン本体を示す側面図である。

【図９】 ホルダに装着された状態の第２実施形態にお
けるホーン本体を示す斜視図である。

【図１０】 従来の超音波ホーンの取り付け構造を示す
側面図である。

【図１１】 従来の他の超音波ホーンの取り付け構造を
示す側面図である。

【符号の説明】

１，１０１，１５１，２０１ 超音波ホーン ４，１０４ ホーン本体 ４ｂ，１０４ｂ 軸心 ５Ａ１，５Ａ２，５Ｂ１，５Ｂ２，１０５Ａ１，１０５
Ａ２，１０５Ｂ１，１０５Ｂ２ 保持部 ６Ａ，６Ｂ，１０６Ａ，１０６Ｂ 連結部 ７Ａ１，７Ａ２，７Ｂ１，７Ｂ２ ネジ孔 ８ 装着孔 １１ 上部平面 １２ 下部平面 １３ 側部平面 １４ 薄肉部 １６，６６ キャピラリ １７ ネジ孔 ２０ 通孔 ３０，１３０，１５６，２０６ ホルダ ３５,１３５ ボルト ４０，１４０，１９０ 超音波振動子 １０８ 吸着ノズル １０８ａ 通孔 １０８ｂ 吸着口 ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ１ａ，ｐ２ａ，ｐ１１，ｐ
１２ 節

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清野 嘉彦 東京都武蔵村山市伊奈平２丁目51番地の１ 株式会社新川内 Ｆターム(参考） 5F044 BB03

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動子の動作により振動するトランスデ
   ューサであって、 そのトランスデューサ本体における振動の節を含む少な
   くとも２箇所に設けられた保持部と、 前記保持部のそれぞれにおける前記トランスデューサ本
   体側との接続箇所と異なる箇所を互いに連結する連結部
   と、を備え、 前記トランスデューサ本体、前記保持部および前記連結
   部が同部材により一体的に形成されていることを特徴と
   するトランスデューサ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のトランスデューサであ
   って、 前記保持部が、板状であり、かつ前記トランスデューサ
   本体の処理作用方向に沿って配置されていることを特徴
   とするトランスデューサ。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載のトランスデュ
   ーサであって、 前記保持部のうち、１の保持部が前記トランスデューサ
   本体の基端からｎ番目（ｎは自然数）の節に設けられ、
   他の保持部がｎ＋ｍ番目（ｍは奇数）の節に設けられて
   おり、 前記連結部には、当該連結部をホルダに固定するための
   固定手段が設けられていることを特徴とするトランスデ
   ューサ。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のトランスデューサであ
   って、 前記固定手段が、前記連結部の長手方向に位置を異にし
   た少なくとも２点に設けられていることを特徴とするト
   ランスデューサ。
5. 【請求項５】 請求項４に記載のトランスデューサであ
   って、 前記固定手段のそれぞれが、前記保持部および前記連結
   部からなる振動伝達経路の経路長において互いに等しい
   位置に配置されていることを特徴とするトランスデュー
   サ。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれかに記載のト
   ランスデューサであって、 前記保持部および前記連結部が、前記トランスデューサ
   本体の軸心を挟む両側に、前記軸心に関し対称に設けら
   れていることを特徴とするトランスデューサ。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれかに記載のト
   ランスデューサであって、 前記保持部および前記連結部が、前記トランスデューサ
   の処理作用方向に対する交差方向に設けられていること
   を特徴とするトランスデューサ。
8. 【請求項８】 請求項１ないし７のいずれかに記載のト
   ランスデューサであって、 前記保持部と前記連結部との間に、前記振動を吸収する
   ための薄肉部を更に備えたことを特徴とするトランスデ
   ューサ。
9. 【請求項９】 請求項１ないし８のいずれかに記載のト
   ランスデューサであって、 前記トランスデューサ本体と同部材である母材に通孔を
   設け、当該通孔の周囲に前記保持部および前記連結部を
   形成してなるトランスデューサ。
10. 【請求項１０】 請求項１ないし９のいずれかに記載の
    トランスデューサであって、 前記少なくとも２つの保持部に挟まれた領域の外側であ
    って振動の腹となる位置に、処理作用を行うツールを備
    えたことを特徴とするトランスデューサ。
11. 【請求項１１】 請求項１ないし９のいずれかに記載の
    トランスデューサであって、 前記少なくとも２つの保持部に挟まれた領域内であって
    振動の腹となる位置に、チップ吸着口を備えたことを特
    徴とするトランスデューサ。
12. 【請求項１２】 請求項１１に記載のトランスデューサ
    であって、 前記保持部を２箇所に備え、これら両保持部の設置点の
    中間点に前記チップ吸着口を備えたことを特徴とするト
    ランスデューサ。
13. 【請求項１３】 請求項１ないし１２のいずれかに記載
    のトランスデューサを含んで構成されるボンディング装
    置。