JP2003158155A - 電子部品のボンディングツールおよびボンディング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 必要な曲げ剛性を確保しつつ、振動利用効率
に優れたコンパクトな電子部品のボンディングツールお
よびボンディング装置を提供すること。 【解決手段】 ボンディングツール１４により電子部品
３０を基板３２に押圧しながら振動を付与して圧着する
電子部品のボンディング装置において、ボンディングツ
ール１４のホーン１５の断面形状を、振動の定在波の腹
に相当する位置に形成され電子部品３０を圧着する圧着
面１５ｆ側の断面積が、振動子１７側の断面積よりも小
さく、かつ少なくとも圧着面１５ｆ側の断面形状が、圧
着面１５ｆを基板３２へ押し当てる方向の曲げ剛性が最
大となる形状であるようにした。これにより、ボンディ
ング時に振動子１７の振幅を増幅することができるとと
もに、ボンディング荷重によるホーン１５の撓みを抑え
て良好なボンディングを行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品を基板な
どの被圧着面にボンディングする電子部品のボンディン
グツールおよびボンディング装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】フリップチップなどの電子部品を基板な
どの被圧着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、電子部品の
バンプを基板に押圧しながら超音波振動を付与し、接合
面を相互に摩擦させてボンディングするものである。こ
の方法で用いられる電子部品押圧用のボンディングツー
ルとして、円柱形状のホーンの中央部に電子部品を押圧
して圧着する圧着面を形成し、このホーンの端部に超音
波振動子を装着したものが知られている。ボンディング
時には、電子部品を適正なボンディング荷重で被圧着面
に押圧する必要があるため、ホーンにはこの押圧荷重が
作用する。このとき、良好なボンディングを行うために
は電子部品を適正な姿勢で保持しなければならないた
め、ホーンにはこの荷重に対して適正な剛性を有してい
ることが求められる。

【０００３】また、超音波振動子が発生する超音波振動
は、ホーンの長手方向に沿って伝達されるが、ホーンの
断面積が長手方向に変化している場合には、伝達される
振幅は断面積に依存するという特性がある。したがっ
て、振動を効率よく利用するためにはホーンの形状を適
切に設定する必要がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の電子
部品圧着用のボンディングツールは、旋削加工によって
製作されることからホーンは円柱形状を基本としたもの
とならざるを得なかった。このような円柱形状に基づい
て、上述の適正な剛性を確保するようにホーンの寸法設
定を行うと、必然的にホーンの断面積が大きくなり、電
子部品に伝達される振動の振幅が小さくなって振動の利
用効率を低下させる結果となっていた。また、このよう
に設定されたホーンの断面積に基づいて振動の利用効率
を向上させようとすれば、ホーンの超音波振動子側の断
面積をさらに大きなものとしなければならず、ホーンが
大型化するという問題点があった。このように、従来の
電子部品のボンディングツールは、振動利用効率の要請
を満たし、かつコンパクトで必要な曲げ剛性を確保でき
るボンディングツールを実現することが困難であるとい
う問題点があった。

【０００５】そこで本発明は、必要な曲げ剛性を確保し
つつ、振動利用効率に優れたコンパクトな電子部品のボ
ンディングツールおよび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】請求項１記載の電子部品
のボンディングツールは、電子部品に当接して電子部品
を被圧着面に押圧しながら振動を付与して被圧着面に圧
着する電子部品のボンディングツールであって、振動子
によって振動するホーンと、このホーンに形成され電子
部品を圧着する圧着面と、この圧着面に形成され電子部
品を真空吸着する吸着孔を有し、前記ホーンの長手方向
に垂直な方向の断面が、長方形である。

【０００７】請求項２記載のボンディングツールは、ボ
ンディングツールにより電子部品を被圧着面に押圧しな
がら振動を付与して被圧着面に圧着する電子部品のボン
ディング装置であって、被圧着面に対して上下に昇降す
る昇降部材と、この昇降部材に固定されたボンディング
ツールを有し、前記ボンディングツールが、振動子によ
って振動するホーンと、このホーンに形成され電子部品
を圧着する圧着面と、この圧着面に形成され電子部品を
真空吸着する吸着孔を有し、前記ホーンの長手方向に垂
直な方向の断面が、長方形である。

【０００８】各請求項記載の発明によれば、ボンディン
グツールのホーンの長手方向の垂直断面が、長方形であ
ることにより、ボンディング時に振動子の振幅を増幅す
ることができるとともに、ボンディング荷重によるホー
ンの撓みを抑えて良好なボンディングを行うことができ
る。

【０００９】

【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平面図、図４（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）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。

【００１０】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。

【００１１】図１において、被圧着面である基板３２は
基板ホルダ３４上に載せられており、基板ホルダ３４は
テーブル３５上に載せられている。テーブル３５は可動
テーブルであって、基板３２をＸ方向やＹ方向へ水平移
動させ、基板３２を所定の位置に位置決めする。

【００１２】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電子部品
３０と基板３２の間に位置させ、その状態で電子部品３
０と基板３２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３０と基板３２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３
５を駆動して基板３２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３０と基板３
２の位置合わせがなされる。

【００１３】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３５を制御し、また
認識部５３を介してカメラ４２に接続されている。また
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で電子部品３０を基板３２に押
し付ける押圧荷重が制御される。

【００１４】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には昇
降部材としてのブロック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。以下、
図２、図３を参照してブロック１３およびボンディング
ツール１４について説明する。

【００１５】図２に示すように、ボンディングツール１
４のホーン１５は細長形状の棒状体であり、ホーン１５
の側面には取付け座１５ａがホーン１５と一体的に設け
られている。取り付け座１５ａは、ホーン１５の中央か
ら等距離隔てられた４ヶ所にホーンの長手方向に対して
対称に配置されている。ボンディングツール１４は、取
付け座１５ａの上平面をブロック１３の下面の取付け平
面に当接させて固定され、取付け座１５ａはホーン１５
を固定する固定部となっている。

【００１６】ボンディングツール１４の中央部の下面に
は、下方に突出し電子部品３０を真空吸着して保持する
保持部１５ｅが設けられ、この保持部１５ｅの下面は電
子部品押圧用の圧着面１５ｆとなっている。また圧着面
１５ｆにはホーン１５に設けられた真空吸引用の内孔１
６の一端が開口して吸着孔１６ａを形成している。内孔
１６の他端はホーン１５の上面の取付け座１５ａの位置
に開口して吸引孔１６ｂを形成している。ブロック１３
の側面に設けられた突部１３ａには管部１８が下方に突
出して設けられており、図４に示すように管部１８の下
端部に装着された吸着パッド１９は、ホーン１５の上面
の吸引孔１６ｂの位置に当接している。したがって突部
１３ａに接続され突部１３ａの内孔１３ｂによって管部
１８と連通したチューブ２０から、吸引装置２１を駆動
してエアを吸引することにより、内孔１６を介して圧着
面１５ｆに開口した吸着孔１６ａ（図３（ａ）、
（ｂ））から真空吸引し、この圧着面１５ｆに電子部品
３０を真空吸着して保持することができる。

【００１７】ホーン１５の側端面には振動子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には縦振動が付与され、保持部１５ｅは水平方向に
振動する。図３（ｂ）に示すように、ホーン１５の形状
は両端部１５ｂからテーパ部１５ｃを経て中央部１５ｄ
の方向に順次幅が絞られた形状となっている。すなわ
ち、ホーン１の長手方向の垂直断面が、圧着面１５ｆ側
よりも振動子１７側の方が広い断面積を有する形状とな
っている。これにより、振動子１７より保持部１５ｅ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、
保持部１５ｅには振動子１７が発振する振幅以上の振動
が伝達され、振動利用効率を向上させることができる。

【００１８】また、ホーン１５の長手方向に垂直な方向
の断面形状は、図４（ａ）に示すように、テーパ部１５
ｃ（断面イ参照）および圧着面１５ｆ側である中央部１
５ｃ（断面ロ参照）のいずれにおいても、高さ寸法Ｈが
幅寸法Ｂ１，Ｂ２より大きい長方形となっており、すな
わち曲げ剛性が、圧着面１５ｆを基板３２に押し当てる
方向で最大となるような断面形状となっている。ホーン
１５の断面をこのような形状とすることにより、ボンデ
ィングツール１４のサイズをできるだけコンパクトに保
ちながら、ホーン１５の曲げ剛性をボンディング荷重方
向で最大にすることができ、したがってボンディング時
のホーン１５の撓みを最小に抑えて、良好なボンディン
グを行うことができる。なお、このような効果を得るこ
とができる形状として、長方形以外にも図４（ｂ）に示
すような上下方向を長軸方向とする楕円や、図４（ｃ）
に示すような上下方向に細長い多角形などを用いること
もできる。

【００１９】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は、
振動子１７の装着面およびホーン１５の中央に位置する
保持部１５ｅの圧着面１５ｆ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取
付け座１５ａ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。

【００２０】従って、固定部である取付け座１５ａは、
ホーン１５の振動の定在波の腹に相当する位置である圧
着面１５ｆ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ホーン１５と一体的
に設けられている。これによりボンディングツール１４
が固定される取付け座１５ａの位置ではホーン１５の縦
振動による変位は極小となり、電子部品３０を保持する
保持部１５ｅ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３０のボンディングに最も有効に
利用することができる。

【００２１】この電子部品のボンディング装置は上記の
ように構成されており、次に動作を説明する。図１にお
いてボンディングツール１４の圧着面１５ｅに電子部品
３０を真空吸着させて保持し、基板３２の上方に位置さ
せる。そこで鏡筒４４を前進させてカメラ４２で電子部
品３０と基板３２の画像を入手し、認識部５３へ画像デ
ータが送られる。主制御部５０はこの画像データから電
子部品３０と基板３２の相対的な位置ずれを検出し、こ
の検出結果にしたがってテーブル３５を駆動し、基板３
２を水平移動させて位置補正を行う。

【００２２】次にＺ軸モータ６が駆動してボンディング
ヘッド１０が下降し、電子部品３０のバンプを基板３２
に押圧する。このとき基板３２は加熱手段（図外）によ
って加熱されている。そして押圧した状態で振動子１７
を駆動して電子部品３０に振動を付与する。これにより
バンプ３１と基板３２の電極との押圧面が振動により摩
擦され、バンプ３１は基板３２の電極にボンディングさ
れる。

【００２３】このとき、前述のようにホーン１５の断面
形状は、振動子１７から伝達される超音波振動の振幅が
増幅されるような形状となっており、振動利用効率に優
れた効率的なボンディングを行うことができるととも
に、圧着方向の曲げ剛性が最大となるような形状となっ
ているため、ボンディングツール１４をコンパクト化す
ることができるとともに、ボンディング時のホーン１５
の撓みを最小に抑えて、良好なボンディングを行うこと
ができる。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、ボンディングツールの
ホーンの長手方向の垂直断面が、長方形であるようにし
たので、ボンディング時に振動子の振幅を増幅して振動
利用効率に優れたボンディングを行うことができ、ボン
ディングツール１４をコンパクト化することができると
ともに、ボンディング荷重によるホーンの撓みを抑えて
良好なボンディングを行うことができる。

【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
ツールの平面図

【図４】（ａ）本発明の一実施の形態の電子部品のボン
ディングツールの部分断面図 （ｂ）本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング
ツールの部分断面図 （ｃ）本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング
ツールの部分断面図

【符号の説明】

１０ ボンディングヘッド １３ ブロック １４ ボンディングツール １５ ホーン １５ａ 取付け座 １５ｅ 保持部 １５ｆ 圧着面 １６ 内孔 １６ａ 吸着孔 １６ｂ 吸引孔 １７ 振動子 １９ 吸着パッド ２１ 吸引装置 ３０ 電子部品 ３２ 基板 ５０ 主制御部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子部品に当接して電子部品を被圧着面に
   押圧しながら振動を付与して被圧着面に圧着する電子部
   品のボンディングツールであって、振動子によって振動
   するホーンと、このホーンに形成され電子部品を圧着す
   る圧着面と、この圧着面に形成され電子部品を真空吸着
   する吸着孔を有し、前記ホーンの長手方向に垂直な方向
   の断面が、長方形であることを特徴とする電子部品のボ
   ンディングツール。
2. 【請求項２】ボンディングツールにより電子部品を被圧
   着面に押圧しながら振動を付与して被圧着面に圧着する
   電子部品のボンディング装置であって、被圧着面に対し
   て上下に昇降する昇降部材と、この昇降部材に固定され
   たボンディングツールを有し、前記ボンディングツール
   が、振動子によって振動するホーンと、このホーンに形
   成され電子部品を圧着する圧着面と、この圧着面に形成
   され電子部品を真空吸着する吸着孔を有し、前記ホーン
   の長手方向に垂直な方向の断面が、長方形であることを
   特徴とする電子部品のボンディング装置。