JP2004167435A - ボンディング用超音波ホーン及びこれを備えたボンディング装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ボンディング用超音波ホーンの支持具に発生する振動を拘束することなしにボンディングヘッドに取り付けが可能であり、超音波ホーンのインピーダンスのバラツキを抑制し、確実なボンディングが行えること。
【解決手段】超音波振動を発生する振動子４と、前記振動子４の振動をボンディング工具に伝達する振動伝達部材２と、前記振動伝達部材２のノード位置に設けた支持部材３とを有し、前記支持部材３は、前記振動伝達部材３の振動方向に対して垂直に設けた自由端部３ａと、前記自由端部３ａと一体を成して前記振動伝達部材２の振動方向と水平に設けた連結部３ｃと、前記連結部３ｃの先端に設けた固定端部３ｂと、前記固定端部３ｂと一体をなした固定部３ｄとから構成するようにする。
【選択図】 図１
【解決手段】超音波振動を発生する振動子４と、前記振動子４の振動をボンディング工具に伝達する振動伝達部材２と、前記振動伝達部材２のノード位置に設けた支持部材３とを有し、前記支持部材３は、前記振動伝達部材３の振動方向に対して垂直に設けた自由端部３ａと、前記自由端部３ａと一体を成して前記振動伝達部材２の振動方向と水平に設けた連結部３ｃと、前記連結部３ｃの先端に設けた固定端部３ｂと、前記固定端部３ｂと一体をなした固定部３ｄとから構成するようにする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップのパッド上に形成された表面電極と基板上に形成された配線用リードとを接合するボンディング用超音波ホーン及びこれを備えたボンディング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体チップ（例えばフリップチップ）のパッド（バンプ）上に形成された表面電極と基板上に形成された配線用リードとを超音波振動により接合するボンディング装置としては、図８に示すボンディング用超音波ホーン５１を使用したものが知られている。図８に示すように、従来のボンディング用超音波ホーン５１は、振動子４に結合した振動伝達部材（ホーン）５２と、ホーン５２の先端に取り付けられたボンディングツール１０と、超音波ホーン５１を支持する支持具５３で構成されている。支持具５３はホーン５２の縦振動の節（ノード）の位置に設けらている。図８に示すように、超音波ホーン５１は支持具５３に設けられた取付穴５３ａよりボルト６でホーン５２の縦振動方向と同じ方向よりボンディングヘッド５５に固定される。
【０００３】
ボンディング用超音波ホーン５１は、ボンディングツール１０により基板上に形成された配線用リードに半導体チップを押圧して接合する。この時、ボンディングツール１０により半導体チップに超音波振動が印加される。また、必要により熱等を加えて接合する場合もある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３４０５９８号公報
【０００５】
【特許文献２】
意匠登録第１１３５９０７号公報
【０００６】
【特許文献３】
意匠登録第１１３６０６６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
半導体チップと基板のリードとの接合時に超音波振動が超音波ホーン５１によりボンディングツール１０に印加され、このとき、図９に示すように、ボンディングツール１０には半導体チップ２２に接触した状態で荷重が加えられる。半導体チップ２２に接触した状態で荷重を加えると、支持具５３に挿入されているネジ６を支点としてホーン５２が撓んでしまい、ボンディングツール１０の半導体チップ２２のバンプへの荷重の印加及び超音波振動の伝達が不均一となり、接合の不完全な電極が発生して、接合状態がばらつくことがある。
【０００８】
なお、図９に示すように、荷重を印加したときには、ボンディングツール１０に半導体チップ２２からの反発力が作用している。
【０００９】
また、ホーン５２に超音波振動によって縦歪みの振動が発生し、超音波振動の進行方向に垂直な横歪みの振動が発生する。なお、超音波振動の進行方向に垂直に生ずる振動の振幅は、節（ノード）位置で最大となる。節（ノード）位置で発生している振動を拘束すると、ホーンの超音波振動に影響を与える。
【００１０】
従来の超音波ホーン５１は支持具５３によってボンディングヘッド５５に固定されているため、超音波ホーン５１の支持具５３に発生する振動（図８に矢印で示す）を拘束している。このため、支持具５３による超音波ホーン５１のボンディングヘッドの取り付け方によって、例えば、ネジの締め付け力、支持具５３とボンディングヘッド５５との密着状態等により、超音波ホーン５１のインピーダンスのばらつきが発生し、ホーン５２の振動が安定しないことがある。
【００１１】
そこで、本発明は、従来のボンディング用超音波ホーンの改良を試みてなされたものであって、半導体チップに荷重を加えてもコレット先端面を水平に保ち均一な超音波振動及び荷重の印加することが可能なボンディング用超音波ホーン及びこれを備えたボンディング装置を提供することを目的とする。
【００１２】
また、ボンディング用超音波ホーンの支持具に発生する振動を拘束することなしにボンディングヘッドに取り付けが可能であり、ボンディング用超音波ホーンのインピーダンスのバラツキを抑制することが可能なボンディング用超音波ホーン及びこれを備えたボンディング装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明によるボンディング用超音波ホーンは、超音波振動を印加してボンディング工具により接合対象物と被接合部材とを接合するボンディング用超音波ホーンであって、超音波振動を発生する振動子と、前記振動子の振動をボンディング工具に伝達する振動伝達部材と、前記振動伝達部材のノード位置に設けた支持部材とを有し、接合対象物と被接合部材との接合時に前記ボンディング工具に発生する反発力の方向と同一の方向より、前記ボンディング用超音波ホーンの前記支持部材を圧接機構に固定したものである。
【００１４】
また、本発明によるボンディング用超音波ホーンは、超音波振動を印加してボンディング工具により接合対象物と被接合部材とを接合するボンディング用超音波ホーンであって、超音波振動を発生する振動子と、前記振動子の振動をボンディング工具に伝達する振動伝達部材と、前記振動伝達部材のノード位置に設けた支持部材とを有し、前記支持部材は、前記振動伝達部材の振動方向に対して垂直に設けた自由端部と、前記自由端部と一体を成して前記振動伝達部材の振動方向に対して水平に設けた連結部と、前記連結部の先端に設けた固定端部と、前記固定端部と一体を成した固定部とから構成したものである。
【００１５】
また、本発明によるボンディング用超音波ホーンは、超音波振動を印加してボンディング工具により接合対象物と被接合部材とを接合するボンディング用超音波ホーンであって、超音波振動を発生する振動子と、前記振動子の振動をボンディング工具に伝達する振動伝達部材と、前記振動伝達部材のノード位置に設けた支持部材とを有し、前記支持部材は、前記振動伝達部材の振動方向に対して垂直に設けた自由端部と、前記自由端部と一体を成して前記振動伝達部材の振動方向と水平に設けた連結部と、前記連結部の先端に設けた固定端部と、前記固定端部と一体をなした固定部とからなり、前記固定部を接合対象物と被接合部材との接合時に前記ボンディング工具に発生する反発力の方向と同一の方向より圧接機構に固定したものである。
【００１６】
また、本発明によるボンディング用超音波ホーンの前記支持部材の自由端部は、前記振動伝達部材のノード位置に発生する振動をたわみ振動の周波数で振動するようにしたものである。
【００１７】
また、本発明によるボンディング用超音波ホーンの前記支持部材の自由端部の端面から連結部の固定端部までの長さ（Ｌ）は、前記振動伝達部材の振動時にノード位置に発生する振動と連結部の断面から理論的に求められるたわみ振動における長さをｓとし、前記自由端部の厚さをｄとしたとき
ｓ≦Ｌ≦ｓ＋ｄ
となるように設定したものである。
【００１８】
また、本発明によるボンディング用超音波ホーンは、前記振動伝達部材のノード位置からボンディング工具の装着側の振動伝達部材先端までの長さを、λ（波長）／４の奇数倍になるようにしたものである。
【００１９】
また、本発明によるボンディング装置は、超音波振動を印加してボンディング工具により接合対象物と被接合部材とを接合するボンディング装置であって、
超音波振動を発生する振動子と、前記振動子の振動をボンディング工具に伝達する振動伝達部材と、前記振動伝達部材のノード位置に設けた支持部材とを有し、
前記支持部材は、前記振動伝達部材の振動方向に対して垂直に設けた自由端部と、前記自由端部と一体を成して前記振動伝達部材の振動方向と水平に設けた連結部と、前記連結部の先端に設けた固定端部と、前記固定端部と一体をなした固定部とからなり、前記固定部を接合対象物と被接合部材との接合時に前記ボンディング工具に発生する反発力の方向と同一の方向より圧接機構に固定したボンディング用超音波ホーンを備え、前記ボンディング用超音波ホーンに押圧力を付与する圧接機構と、前記ボンディング用超音波ホーン及び前記圧接機構の制御を行う制御手段とを有するようにしたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明によるボンディング用超音波ホーン及びこれを備えたボンディング装置の実施の形態について、図１乃至図７を参照して説明する。
【００２１】
図１は、本発明によるボンディング用超音波ホーンの実施の形態を示す斜視図、図２は、図１に示すボンディング用超音波ホーンの平面図、図３（ａ）は、図１に示すボンディング用超音波ホーンの右側面図、図３（ｂ）は、図１に示すボンディング用超音波ホーンの振動モードを示す図、図４は、ボンディング用超音波ホーンの圧接機構への取付を示す展開図、図５は、ボンディング用超音波ホーンの支持部材のたわみ振動状態を示す図であり（ａ）は、伝達部材が縮んだときの支持部材のたわみ振動状態、（ｂ）は伝達部材が延びたときの支持部材のたわみ振動状態を示す図、図６は支持部材の自由端部の端面から固定端面までの長さ（Ｌ）と、自由端部の厚さを（ｄ）を示す図、図７は、本発明によるボンディング用超音波ホーンを備えたボンディング装置の構成を示す図である。なお、図８に示す従来のボンディング用超音波ホーンと同一の構成及び機能を有する部分については同じ符号を用いて説明する。
【００２２】
図１及び図２（ａ）に示すように、ボンディング用超音波ホーン（以下、超音波ホーンと記す）１は、所定の周波数の超音波振動を発生する振動子４と、振動子４と結合して振動子４からの超音波振動をボンディング工具に伝播する振動伝達部材２と、振動伝達部材２を支持固定する支持部材３とを有する。
【００２３】
図１乃至図７に示すように、振動子４は、例えばＰＺＴ（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ：圧電）等からなる電歪素子４ａと、電歪素子４ａに所定の周波数の電圧を供給する電極４ｂと、電歪素子４ａを振動伝達部材２と挟み込むための裏打板４ｃと、電歪素子４ａを振動伝達部材２及び裏打板４ｃとに密着させて固定するためのボルト４ｄで構成されている。
【００２４】
振動子４は、ケーブルを介して発振器１８（図７に示す）から所定の周波数の電圧が印加されて、超音波振動を発生する。発振器１８から印加される電圧の周波数は、３０ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚのものが使用可能である。しかして、本実施の形態は、３０ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚのうち、６０ｋＨｚの高周波を使用している。
【００２５】
振動子４を駆動する発振器１８は、所定の周波数を発振する発振回路と、発振回路から発振される周波数により駆動する駆動回路と、駆動回路の駆動周波数を電力増幅する増幅回路と、振動子４への駆動力を付与すると共に振動子４とのインピーダンスの整合を行うタンク回路と、タンク回路の出力を受けて発振回路に振幅帰還を行う振幅帰還回路とからなるものである。
【００２６】
図１及び図２に示すように、振動伝達部材２は、第１の振動伝達部２ａと第２の振動伝達部２ｂとで構成されている。なお、第１の振動伝達部２ａと第２の振動伝達部２ｂは、同一部材で一体に形成されている。第１の振動伝達部２ａは四角柱の形状を成し、超音波振動の進行方向ｕと垂直な面には振動子４が取り付けられている。また、超音波振動の進行方向ｕと垂直な他の面は第２の振動伝達部２ｂと接している。第２の振動伝達部２ｂの両側面は、緩やかなテーパーを有している。このため、超音波振動の進行に伴って、超音波振動の進行方向ｕと垂直な第２の振動伝達部２ｂの断面積は、減少するようになっている。また、第２の振動伝達部２ｂの先端部付近にはボンディング工具１０を保持するためのツール挿入部７が設けられている。ボンディング工具１０は、ツール挿入部７でツール止めネジ８により固定される。なお、振動伝達部材２は、ジュラルミン、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、アルミニウム、チタン合金、超硬等の金属から形成されている。
【００２７】
次に、図３を用いて超音波ホーン１の振動モードについて述べる。図３（ｂ）に示すように、振動伝達部材２の超音波振動の進行方向ｕに於ける縦振動の変位分布（振幅）は、節（ノード）の位置で縦振動の振幅の大きさがゼロであり、その後、超音波振動が拡大されて伝達し、第２の振動伝達部２ｂで増幅される。
【００２８】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、振動伝達部材２のノード位置からボンディング工具１０の装着側の先端までの長さは、超音波振動の波長（λ）の１／４（λ／４）の奇数倍に設定されている。本実施の形態では、振動子４が発生する超音波振動の進行方向ｕにおける振動伝達部材２のノード位置から先端までの長さは、λ／４となっている。なお、超音波駆動周波数が１２０ＫＨｚでは、振動伝達部材２のノード位置からホーン先端までの長さを、（λ／４）の奇数倍の（３λ／４）に設定するようにする。
【００２９】
次に、支持部材３の構成及び作用について述べる。図１及び図２に示すように支持部材３は、振動伝達部２の節（ノード）位置に超音波振動の進行方向に垂直に設けた自由端部３ａと、自由端部３ａと一体を成してホーンの振動方向と水平に設けた連結部３ｃと、連結部３ｃの先端に設けた固定端部３ｂと、固定端部３ｂと一体を成した固定部３ｄとから構成したものである。連結部３ｃは、振動伝達部２及び固定部３ｄに接触しないように空間が設けられており、棒状の形状となっている。固定部３ｄには、超音波ホーン１を圧接機構１５にネジで固定するための貫通穴３ｅが設けられている。また、固定部３ｄは、超音波ホーン１を圧接機構１５に固定する際に、振動伝達部材２の上面が圧接機構１５に接触しないように、段差が設けられている。
【００３０】
超音波ホーン１の圧接機構１５への取付は、図４に示すように、接合対象物と被接合部材との接合時にボンディング工具１０に発生する反発力（Ｆ）の方向と同一の方向より、ネジ６を固定部３ｄの貫通穴３ｅに挿入して圧接機構１５の超音波ホーン取付金具１５ｄに設けられたネジ穴で固定するようにする。これにより、ボンディングに荷重を印加してしても、超音波ホーン１の固定部３ｄが支点となって振動伝達部材２が撓むことがないため、ボンディング工具１０は、接合対象物に均等に荷重を加えることができる。
【００３１】
次に、振動伝達部材２の超音波振動によって、支持部材３に発生する振動について詳述する。金属体は、一般にポアソン比が０．３前後であり、振動方向に歪み（縦歪み）が生ずると、歪みの方向と垂直に歪み（横歪み）が生じる。すなわち、振動伝達部材２には超音波振動によって縦歪みの振動が発生し、超音波振動の進行方向ｕに垂直な横歪みの振動が発生する。また、超音波振動の進行方向ｕに垂直に生ずる振動の振幅は、節（ノード）位置で最大となる。
【００３２】
図５は、ボンディング用超音波ホーン１の支持部材３のたわみ振動状態を点線で示した図であり（ａ）は、振動伝達部材２が縮んだときの支持部材３のたわみ振動状態を示し、（ｂ）は振動伝達部材２が延びたときの支持部材３のたわみ振動状態を示す図である。図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、節（ノード）位置で発生する矢印で示す振動は、超音波振動の進行方向ｕと垂直に振動している。
【００３３】
支持部材３に発生する振動の周波数は、振動子４の駆動周波数と同じ周波数であり、振動子４の駆動周波数が６０ＫＨｚの場合には、６０ＫＨｚである。
【００３４】
支持部材３に発生するたわみ振動を強制的に拘束すると、振動伝達部材２の縦振動に影響を与えて、縦振動が不安定になることがある。このため、従来のように、振動伝達部材２の節（ノード）を支持具で直接ボンディングヘッドに固定すると、振動伝達部材２の節（ノード）位置で発生する振動を拘束してしまう。
【００３５】
以下に、振動伝達部材２の節（ノード）位置に発生する振動を拘束することなく、ボンディングヘッドに取り付けることができる支持部材３について述べる。
【００３６】
最初に、たわみ振動について数式を用いて説明する。断面が一様で真っ直ぐな棒の一端を固定して、他端を自由に振動できるように設定した場合に、たわみ振動数ｆで振動する棒の長さ（ｓ）は、式（１）で表される。
【００３７】
【数１】
【００３８】
ただし、ｍｉは規定定数でありｉは振動モードの次数を表す、Ｒは棒の断面形状により決定される回転半径、ｃは棒の材質中における音速、ｆは振動周波数である。なお、たわみ振動の振動モードは１次振動モードとする。
【００３９】
１次振動モードにおけるｍｉは１．８７５、棒の断面形状を高さＨ、幅Ｂの長方形とすると回転半径Ｒは、０．２８９Ｈとなる。なお、棒の固定した端を固定端と称し、自由に振動できる端を自由端と称する。
【００４０】
式（１）にｍ１，Ｒ、ｃ、ｆの値を代入して計算することにより、棒の固定端から自由端までの長さ（ｓ）が算出される。
【００４１】
以下に、支持部材３における振動について上記の棒のたわみ振動と比較して述べる。振動伝達部の節（ノード）に位置する自由端部３ａは、前述した棒の自由端に相当し、棒の固定端は、固定部３ｄと一体となった固定端部３ｂに相当する。また、棒の長さ（ｓ）の部分は、自由端部３ａと一体に形成した連結部３ｃに相当する。また、支持部材３に発生する振動は、前述したように、超音波振動子の駆動周波数と一致するため、式（１）より算出されるたわみ振動の長さ（ｓ）を有するように連結部３ｃを構成することにより、支持部材３で発生する振動を連結部３ｃのたわみ振動数で吸収することができる。これにより、振動伝達部の節（ノード）を拘束することがなくなり、振動伝達部材２の縦振動に影響を及ぼさない。
【００４２】
図６に示すように、支持部材３の自由端部３ａの端面から連結部３ｃの固定端部３ｂまでの長さ（Ｌ）は、振動伝達部材２の振動時にノード位置に発生する振動と連結部３ｃの断面積から理論的に求められるたわみ振動の１次モードにおける長さをｓとし、自由端部３ａの厚さをｄとしたとき
ｓ≦Ｌ≦ｓ＋ｄ
となるように設定するようにする。
【００４３】
上述した支持部材３を超音波ホーン取付金具１５ｄに固定しない状態と、超音波ホーン取付金具１５ｄに固定した状態での、インピーダンスの特性の測定を行い、支持部材３を超音波ホーン取付金具１５ｄに固定した状態でもインピーダンスの特性の劣化がなく良好な特性を示すことを確認した。
【００４４】
次に、本発明によるボンディング用超音波ホーン１を備えたボンディング装置について、図７を参照して説明する。
【００４５】
図７に示すように、ボンディング装置は、接合対象物２２及び接対象物２２が接合される被接合部材２３が載置される載置台１６と、接合対象物２２に超音波振動を印加して接合対象物２２としての半導体チップと被接合部材２３としての基板のリードとを接合する超音波ホーン１と、超音波ホーン１を保持し、この超音波ホーン１に押圧力を付与する圧接機構１５と、超音波ホーン１の振動子４に所定の周波数の電圧を印加する発振器１８と、制御部（ＣＰＵ）１７とを有する。
【００４６】
制御手段としての制御部（ＣＰＵ）１７は、マイクロコンピュータ等で構成されて装置全体の制御を行うものであり、外部の図示せぬ操作手段からの操作指令に基づいて作動する。
【００４７】
載置台１６は、図示せぬ搬送手段により搬送される被接合部材２３を所定の位置に位置決め可能である。しかして、載置台１６を制御部１７からの制御信号に基づいて矢印ｘ方向及びｙ方向（図７の紙面に垂直な方向）の二次元方向に移動可能としてもよい。
【００４８】
圧接機構１５は、モータ等を有し超音波ホーン１を矢印ｚ方向に昇降動作させて位置決めする駆動部１５ａと、モータ、エアシリンダ及び油圧シリンダ等で構成され、ロッド１５ｃの突出量を可変して先端部に取り付けられた超音波ホーン取付金具１５ｄを介して超音波ホーン１による接合対象物２２への押圧力を付与する荷重機構部１５ｂとで構成されている。また、駆動部１５ａの移動量及び荷重機構部１５ｂによるロッド１５ｃの突出量は、制御部（ＣＰＵ）１７により制御される。
【００４９】
次に、上記の構成からなるボンディング装置の動作について説明する。図７に示すように、載置台１６上に接合対象物２２及び被接合部材２３が載置位置決めされると、駆動部１５ａが作動して超音波ホーン１が矢印ｚ方向に下降して所定の高さに位置決めされる。続いて、荷重機構部１５ｂが作動して超音波ホーン１のボンディングツ工具１０が接合対象物２２に当接して一定の圧力で押圧して振動子４からの超音波振動が印加されて接合対象物２２と被接合部材２３との接合が行われる。次に、駆動部１５ａ及び荷重機構部１５ｂを作動させて超音波ホーン１を所定の高さまで上昇させて次のボンディング接続に備える。そして、前記動作を繰り返して接合対象物２２と被接合部材２３とのボンディング接続を繰り返す。
【００５０】
以上述べたように、本発明によるボンディング用超音波ホーン及びこれを備えたボンディング装置は、ボンディング工具１０が接合対象物２２としてのＩＣチップに対して平行な振動を行い、振動伝達部材２のたわみや変形が無く、また、支持具に発生する振動を拘束することがないため、安定したボンディングが可能となる。
【００５１】
本発明による超音波ホーン１は、接合対象物２２としてＩＣチップ等の電子部品、被接合部材２３として基板上に形成されたリードとのボンディング接続について述べたが、ワイヤを使用した接合対象物２２及び被接合部材２３のワイヤボンディングにおける超音波ホーンに対しても使用可能である。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のボンディング用超音波ホーンによれば、接合対象物と被接合部材との接合時に前記ボンディング工具に発生する反発力の方向と同一の方向より、前記ボンディング用超音波ホーンの前記支持部材を圧接機構に固定することにより、振動伝達部材に高荷重が付加された場合であっても、振動伝達部材の撓みや変形が抑止され、ボンディング工具の先端面を水平に保ち均一な超音波振動及び荷重の印加することが可能で超音波振動を高効率で印加することができる。
【００５３】
また、本発明によるボンディング用超音波ホーンは、ボンディング用超音波ホーンの支持具に発生する振動を拘束することなしにホーンの取り付けを行うことができるため、超音波ホーンのインピーダンスのバラツキが抑制されて、ボンディング工具は安定した振動を行うため、均一なボンディングが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるボンディング用ホーンの実施の形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示すボンディング用超音波ホーンの平面図である。
【図３】（ａ）は、図１に示すボンディング用超音波ホーンの右側面図、（ｂ）は、図１に示すボンディング用超音波ホーンの振動モードを示す図である。
【図４】ボンディング用超音波ホーンの圧接機構への取付を示す展開図である。
【図５】ボンディング用超音波ホーンの支持部材のたわみ振動状態を示す図であり（ａ）は、伝達部材が縮んだときの支持部材のたわみ振動状態、（ｂ）は伝達部材が延びたときの支持部材のたわみ振動状態を示す図である。
【図６】支持部材の自由端部の端面から固定端面までの長さ（Ｌ）と、自由端部の厚さを（ｄ）を示す図である。
【図７】本発明によるボンディング用超音波ホーンを備えたボンディング装置の構成を示す図である。
【図８】従来のボンディング用超音波ホーンの構成を示す斜視図である。
【図９】従来のボンディング用超音波ホーンの半導体チップと基板のリードとの接合時のボンディングツールに作用する荷重、反発力を示す図である。
【符号の説明】
１、５１ 超音波ホーン
２、５２ 振動伝達部材（ホーン）
２ａ 第１の振動伝達部
２ｂ 第２の振動伝達部
３ 支持部材
３ａ 自由端部
３ｂ 固定端部
３ｃ 連結部
３ｄ 固定部
３ｅ 貫通穴
４ 振動子
４ａ 電歪素子
４ｂ 電極
４ｃ 裏打板
４ｄ ボルト
７ ツール挿入部
８ ツール止めネジ
１０ ボンディング工具（ボンディングツール）
１５ 圧接機構
１５ａ 駆動部
１５ｂ 荷重機構部
１５ｃ ロッド
１５ｄ 超音波ホーン取付金具
１６ 載置台
１７ 制御部（ＣＰＵ）
１８ 発振器
２２ 接合対象物（半導体チップ）
２３ 被接合部材
５３ 支持具
５３ａ 取付穴
５５ ボンディングヘッド
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップのパッド上に形成された表面電極と基板上に形成された配線用リードとを接合するボンディング用超音波ホーン及びこれを備えたボンディング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体チップ（例えばフリップチップ）のパッド（バンプ）上に形成された表面電極と基板上に形成された配線用リードとを超音波振動により接合するボンディング装置としては、図８に示すボンディング用超音波ホーン５１を使用したものが知られている。図８に示すように、従来のボンディング用超音波ホーン５１は、振動子４に結合した振動伝達部材（ホーン）５２と、ホーン５２の先端に取り付けられたボンディングツール１０と、超音波ホーン５１を支持する支持具５３で構成されている。支持具５３はホーン５２の縦振動の節（ノード）の位置に設けらている。図８に示すように、超音波ホーン５１は支持具５３に設けられた取付穴５３ａよりボルト６でホーン５２の縦振動方向と同じ方向よりボンディングヘッド５５に固定される。
【０００３】
ボンディング用超音波ホーン５１は、ボンディングツール１０により基板上に形成された配線用リードに半導体チップを押圧して接合する。この時、ボンディングツール１０により半導体チップに超音波振動が印加される。また、必要により熱等を加えて接合する場合もある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３４０５９８号公報
【０００５】
【特許文献２】
意匠登録第１１３５９０７号公報
【０００６】
【特許文献３】
意匠登録第１１３６０６６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
半導体チップと基板のリードとの接合時に超音波振動が超音波ホーン５１によりボンディングツール１０に印加され、このとき、図９に示すように、ボンディングツール１０には半導体チップ２２に接触した状態で荷重が加えられる。半導体チップ２２に接触した状態で荷重を加えると、支持具５３に挿入されているネジ６を支点としてホーン５２が撓んでしまい、ボンディングツール１０の半導体チップ２２のバンプへの荷重の印加及び超音波振動の伝達が不均一となり、接合の不完全な電極が発生して、接合状態がばらつくことがある。
【０００８】
なお、図９に示すように、荷重を印加したときには、ボンディングツール１０に半導体チップ２２からの反発力が作用している。
【０００９】
また、ホーン５２に超音波振動によって縦歪みの振動が発生し、超音波振動の進行方向に垂直な横歪みの振動が発生する。なお、超音波振動の進行方向に垂直に生ずる振動の振幅は、節（ノード）位置で最大となる。節（ノード）位置で発生している振動を拘束すると、ホーンの超音波振動に影響を与える。
【００１０】
従来の超音波ホーン５１は支持具５３によってボンディングヘッド５５に固定されているため、超音波ホーン５１の支持具５３に発生する振動（図８に矢印で示す）を拘束している。このため、支持具５３による超音波ホーン５１のボンディングヘッドの取り付け方によって、例えば、ネジの締め付け力、支持具５３とボンディングヘッド５５との密着状態等により、超音波ホーン５１のインピーダンスのばらつきが発生し、ホーン５２の振動が安定しないことがある。
【００１１】
そこで、本発明は、従来のボンディング用超音波ホーンの改良を試みてなされたものであって、半導体チップに荷重を加えてもコレット先端面を水平に保ち均一な超音波振動及び荷重の印加することが可能なボンディング用超音波ホーン及びこれを備えたボンディング装置を提供することを目的とする。
【００１２】
また、ボンディング用超音波ホーンの支持具に発生する振動を拘束することなしにボンディングヘッドに取り付けが可能であり、ボンディング用超音波ホーンのインピーダンスのバラツキを抑制することが可能なボンディング用超音波ホーン及びこれを備えたボンディング装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明によるボンディング用超音波ホーンは、超音波振動を印加してボンディング工具により接合対象物と被接合部材とを接合するボンディング用超音波ホーンであって、超音波振動を発生する振動子と、前記振動子の振動をボンディング工具に伝達する振動伝達部材と、前記振動伝達部材のノード位置に設けた支持部材とを有し、接合対象物と被接合部材との接合時に前記ボンディング工具に発生する反発力の方向と同一の方向より、前記ボンディング用超音波ホーンの前記支持部材を圧接機構に固定したものである。
【００１４】
また、本発明によるボンディング用超音波ホーンは、超音波振動を印加してボンディング工具により接合対象物と被接合部材とを接合するボンディング用超音波ホーンであって、超音波振動を発生する振動子と、前記振動子の振動をボンディング工具に伝達する振動伝達部材と、前記振動伝達部材のノード位置に設けた支持部材とを有し、前記支持部材は、前記振動伝達部材の振動方向に対して垂直に設けた自由端部と、前記自由端部と一体を成して前記振動伝達部材の振動方向に対して水平に設けた連結部と、前記連結部の先端に設けた固定端部と、前記固定端部と一体を成した固定部とから構成したものである。
【００１５】
また、本発明によるボンディング用超音波ホーンは、超音波振動を印加してボンディング工具により接合対象物と被接合部材とを接合するボンディング用超音波ホーンであって、超音波振動を発生する振動子と、前記振動子の振動をボンディング工具に伝達する振動伝達部材と、前記振動伝達部材のノード位置に設けた支持部材とを有し、前記支持部材は、前記振動伝達部材の振動方向に対して垂直に設けた自由端部と、前記自由端部と一体を成して前記振動伝達部材の振動方向と水平に設けた連結部と、前記連結部の先端に設けた固定端部と、前記固定端部と一体をなした固定部とからなり、前記固定部を接合対象物と被接合部材との接合時に前記ボンディング工具に発生する反発力の方向と同一の方向より圧接機構に固定したものである。
【００１６】
また、本発明によるボンディング用超音波ホーンの前記支持部材の自由端部は、前記振動伝達部材のノード位置に発生する振動をたわみ振動の周波数で振動するようにしたものである。
【００１７】
また、本発明によるボンディング用超音波ホーンの前記支持部材の自由端部の端面から連結部の固定端部までの長さ（Ｌ）は、前記振動伝達部材の振動時にノード位置に発生する振動と連結部の断面から理論的に求められるたわみ振動における長さをｓとし、前記自由端部の厚さをｄとしたとき
ｓ≦Ｌ≦ｓ＋ｄ
となるように設定したものである。
【００１８】
また、本発明によるボンディング用超音波ホーンは、前記振動伝達部材のノード位置からボンディング工具の装着側の振動伝達部材先端までの長さを、λ（波長）／４の奇数倍になるようにしたものである。
【００１９】
また、本発明によるボンディング装置は、超音波振動を印加してボンディング工具により接合対象物と被接合部材とを接合するボンディング装置であって、
超音波振動を発生する振動子と、前記振動子の振動をボンディング工具に伝達する振動伝達部材と、前記振動伝達部材のノード位置に設けた支持部材とを有し、
前記支持部材は、前記振動伝達部材の振動方向に対して垂直に設けた自由端部と、前記自由端部と一体を成して前記振動伝達部材の振動方向と水平に設けた連結部と、前記連結部の先端に設けた固定端部と、前記固定端部と一体をなした固定部とからなり、前記固定部を接合対象物と被接合部材との接合時に前記ボンディング工具に発生する反発力の方向と同一の方向より圧接機構に固定したボンディング用超音波ホーンを備え、前記ボンディング用超音波ホーンに押圧力を付与する圧接機構と、前記ボンディング用超音波ホーン及び前記圧接機構の制御を行う制御手段とを有するようにしたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明によるボンディング用超音波ホーン及びこれを備えたボンディング装置の実施の形態について、図１乃至図７を参照して説明する。
【００２１】
図１は、本発明によるボンディング用超音波ホーンの実施の形態を示す斜視図、図２は、図１に示すボンディング用超音波ホーンの平面図、図３（ａ）は、図１に示すボンディング用超音波ホーンの右側面図、図３（ｂ）は、図１に示すボンディング用超音波ホーンの振動モードを示す図、図４は、ボンディング用超音波ホーンの圧接機構への取付を示す展開図、図５は、ボンディング用超音波ホーンの支持部材のたわみ振動状態を示す図であり（ａ）は、伝達部材が縮んだときの支持部材のたわみ振動状態、（ｂ）は伝達部材が延びたときの支持部材のたわみ振動状態を示す図、図６は支持部材の自由端部の端面から固定端面までの長さ（Ｌ）と、自由端部の厚さを（ｄ）を示す図、図７は、本発明によるボンディング用超音波ホーンを備えたボンディング装置の構成を示す図である。なお、図８に示す従来のボンディング用超音波ホーンと同一の構成及び機能を有する部分については同じ符号を用いて説明する。
【００２２】
図１及び図２（ａ）に示すように、ボンディング用超音波ホーン（以下、超音波ホーンと記す）１は、所定の周波数の超音波振動を発生する振動子４と、振動子４と結合して振動子４からの超音波振動をボンディング工具に伝播する振動伝達部材２と、振動伝達部材２を支持固定する支持部材３とを有する。
【００２３】
図１乃至図７に示すように、振動子４は、例えばＰＺＴ（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ：圧電）等からなる電歪素子４ａと、電歪素子４ａに所定の周波数の電圧を供給する電極４ｂと、電歪素子４ａを振動伝達部材２と挟み込むための裏打板４ｃと、電歪素子４ａを振動伝達部材２及び裏打板４ｃとに密着させて固定するためのボルト４ｄで構成されている。
【００２４】
振動子４は、ケーブルを介して発振器１８（図７に示す）から所定の周波数の電圧が印加されて、超音波振動を発生する。発振器１８から印加される電圧の周波数は、３０ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚのものが使用可能である。しかして、本実施の形態は、３０ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚのうち、６０ｋＨｚの高周波を使用している。
【００２５】
振動子４を駆動する発振器１８は、所定の周波数を発振する発振回路と、発振回路から発振される周波数により駆動する駆動回路と、駆動回路の駆動周波数を電力増幅する増幅回路と、振動子４への駆動力を付与すると共に振動子４とのインピーダンスの整合を行うタンク回路と、タンク回路の出力を受けて発振回路に振幅帰還を行う振幅帰還回路とからなるものである。
【００２６】
図１及び図２に示すように、振動伝達部材２は、第１の振動伝達部２ａと第２の振動伝達部２ｂとで構成されている。なお、第１の振動伝達部２ａと第２の振動伝達部２ｂは、同一部材で一体に形成されている。第１の振動伝達部２ａは四角柱の形状を成し、超音波振動の進行方向ｕと垂直な面には振動子４が取り付けられている。また、超音波振動の進行方向ｕと垂直な他の面は第２の振動伝達部２ｂと接している。第２の振動伝達部２ｂの両側面は、緩やかなテーパーを有している。このため、超音波振動の進行に伴って、超音波振動の進行方向ｕと垂直な第２の振動伝達部２ｂの断面積は、減少するようになっている。また、第２の振動伝達部２ｂの先端部付近にはボンディング工具１０を保持するためのツール挿入部７が設けられている。ボンディング工具１０は、ツール挿入部７でツール止めネジ８により固定される。なお、振動伝達部材２は、ジュラルミン、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、アルミニウム、チタン合金、超硬等の金属から形成されている。
【００２７】
次に、図３を用いて超音波ホーン１の振動モードについて述べる。図３（ｂ）に示すように、振動伝達部材２の超音波振動の進行方向ｕに於ける縦振動の変位分布（振幅）は、節（ノード）の位置で縦振動の振幅の大きさがゼロであり、その後、超音波振動が拡大されて伝達し、第２の振動伝達部２ｂで増幅される。
【００２８】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、振動伝達部材２のノード位置からボンディング工具１０の装着側の先端までの長さは、超音波振動の波長（λ）の１／４（λ／４）の奇数倍に設定されている。本実施の形態では、振動子４が発生する超音波振動の進行方向ｕにおける振動伝達部材２のノード位置から先端までの長さは、λ／４となっている。なお、超音波駆動周波数が１２０ＫＨｚでは、振動伝達部材２のノード位置からホーン先端までの長さを、（λ／４）の奇数倍の（３λ／４）に設定するようにする。
【００２９】
次に、支持部材３の構成及び作用について述べる。図１及び図２に示すように支持部材３は、振動伝達部２の節（ノード）位置に超音波振動の進行方向に垂直に設けた自由端部３ａと、自由端部３ａと一体を成してホーンの振動方向と水平に設けた連結部３ｃと、連結部３ｃの先端に設けた固定端部３ｂと、固定端部３ｂと一体を成した固定部３ｄとから構成したものである。連結部３ｃは、振動伝達部２及び固定部３ｄに接触しないように空間が設けられており、棒状の形状となっている。固定部３ｄには、超音波ホーン１を圧接機構１５にネジで固定するための貫通穴３ｅが設けられている。また、固定部３ｄは、超音波ホーン１を圧接機構１５に固定する際に、振動伝達部材２の上面が圧接機構１５に接触しないように、段差が設けられている。
【００３０】
超音波ホーン１の圧接機構１５への取付は、図４に示すように、接合対象物と被接合部材との接合時にボンディング工具１０に発生する反発力（Ｆ）の方向と同一の方向より、ネジ６を固定部３ｄの貫通穴３ｅに挿入して圧接機構１５の超音波ホーン取付金具１５ｄに設けられたネジ穴で固定するようにする。これにより、ボンディングに荷重を印加してしても、超音波ホーン１の固定部３ｄが支点となって振動伝達部材２が撓むことがないため、ボンディング工具１０は、接合対象物に均等に荷重を加えることができる。
【００３１】
次に、振動伝達部材２の超音波振動によって、支持部材３に発生する振動について詳述する。金属体は、一般にポアソン比が０．３前後であり、振動方向に歪み（縦歪み）が生ずると、歪みの方向と垂直に歪み（横歪み）が生じる。すなわち、振動伝達部材２には超音波振動によって縦歪みの振動が発生し、超音波振動の進行方向ｕに垂直な横歪みの振動が発生する。また、超音波振動の進行方向ｕに垂直に生ずる振動の振幅は、節（ノード）位置で最大となる。
【００３２】
図５は、ボンディング用超音波ホーン１の支持部材３のたわみ振動状態を点線で示した図であり（ａ）は、振動伝達部材２が縮んだときの支持部材３のたわみ振動状態を示し、（ｂ）は振動伝達部材２が延びたときの支持部材３のたわみ振動状態を示す図である。図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、節（ノード）位置で発生する矢印で示す振動は、超音波振動の進行方向ｕと垂直に振動している。
【００３３】
支持部材３に発生する振動の周波数は、振動子４の駆動周波数と同じ周波数であり、振動子４の駆動周波数が６０ＫＨｚの場合には、６０ＫＨｚである。
【００３４】
支持部材３に発生するたわみ振動を強制的に拘束すると、振動伝達部材２の縦振動に影響を与えて、縦振動が不安定になることがある。このため、従来のように、振動伝達部材２の節（ノード）を支持具で直接ボンディングヘッドに固定すると、振動伝達部材２の節（ノード）位置で発生する振動を拘束してしまう。
【００３５】
以下に、振動伝達部材２の節（ノード）位置に発生する振動を拘束することなく、ボンディングヘッドに取り付けることができる支持部材３について述べる。
【００３６】
最初に、たわみ振動について数式を用いて説明する。断面が一様で真っ直ぐな棒の一端を固定して、他端を自由に振動できるように設定した場合に、たわみ振動数ｆで振動する棒の長さ（ｓ）は、式（１）で表される。
【００３７】
【数１】
ただし、ｍｉは規定定数でありｉは振動モードの次数を表す、Ｒは棒の断面形状により決定される回転半径、ｃは棒の材質中における音速、ｆは振動周波数である。なお、たわみ振動の振動モードは１次振動モードとする。
【００３９】
１次振動モードにおけるｍｉは１．８７５、棒の断面形状を高さＨ、幅Ｂの長方形とすると回転半径Ｒは、０．２８９Ｈとなる。なお、棒の固定した端を固定端と称し、自由に振動できる端を自由端と称する。
【００４０】
式（１）にｍ１，Ｒ、ｃ、ｆの値を代入して計算することにより、棒の固定端から自由端までの長さ（ｓ）が算出される。
【００４１】
以下に、支持部材３における振動について上記の棒のたわみ振動と比較して述べる。振動伝達部の節（ノード）に位置する自由端部３ａは、前述した棒の自由端に相当し、棒の固定端は、固定部３ｄと一体となった固定端部３ｂに相当する。また、棒の長さ（ｓ）の部分は、自由端部３ａと一体に形成した連結部３ｃに相当する。また、支持部材３に発生する振動は、前述したように、超音波振動子の駆動周波数と一致するため、式（１）より算出されるたわみ振動の長さ（ｓ）を有するように連結部３ｃを構成することにより、支持部材３で発生する振動を連結部３ｃのたわみ振動数で吸収することができる。これにより、振動伝達部の節（ノード）を拘束することがなくなり、振動伝達部材２の縦振動に影響を及ぼさない。
【００４２】
図６に示すように、支持部材３の自由端部３ａの端面から連結部３ｃの固定端部３ｂまでの長さ（Ｌ）は、振動伝達部材２の振動時にノード位置に発生する振動と連結部３ｃの断面積から理論的に求められるたわみ振動の１次モードにおける長さをｓとし、自由端部３ａの厚さをｄとしたとき
ｓ≦Ｌ≦ｓ＋ｄ
となるように設定するようにする。
【００４３】
上述した支持部材３を超音波ホーン取付金具１５ｄに固定しない状態と、超音波ホーン取付金具１５ｄに固定した状態での、インピーダンスの特性の測定を行い、支持部材３を超音波ホーン取付金具１５ｄに固定した状態でもインピーダンスの特性の劣化がなく良好な特性を示すことを確認した。
【００４４】
次に、本発明によるボンディング用超音波ホーン１を備えたボンディング装置について、図７を参照して説明する。
【００４５】
図７に示すように、ボンディング装置は、接合対象物２２及び接対象物２２が接合される被接合部材２３が載置される載置台１６と、接合対象物２２に超音波振動を印加して接合対象物２２としての半導体チップと被接合部材２３としての基板のリードとを接合する超音波ホーン１と、超音波ホーン１を保持し、この超音波ホーン１に押圧力を付与する圧接機構１５と、超音波ホーン１の振動子４に所定の周波数の電圧を印加する発振器１８と、制御部（ＣＰＵ）１７とを有する。
【００４６】
制御手段としての制御部（ＣＰＵ）１７は、マイクロコンピュータ等で構成されて装置全体の制御を行うものであり、外部の図示せぬ操作手段からの操作指令に基づいて作動する。
【００４７】
載置台１６は、図示せぬ搬送手段により搬送される被接合部材２３を所定の位置に位置決め可能である。しかして、載置台１６を制御部１７からの制御信号に基づいて矢印ｘ方向及びｙ方向（図７の紙面に垂直な方向）の二次元方向に移動可能としてもよい。
【００４８】
圧接機構１５は、モータ等を有し超音波ホーン１を矢印ｚ方向に昇降動作させて位置決めする駆動部１５ａと、モータ、エアシリンダ及び油圧シリンダ等で構成され、ロッド１５ｃの突出量を可変して先端部に取り付けられた超音波ホーン取付金具１５ｄを介して超音波ホーン１による接合対象物２２への押圧力を付与する荷重機構部１５ｂとで構成されている。また、駆動部１５ａの移動量及び荷重機構部１５ｂによるロッド１５ｃの突出量は、制御部（ＣＰＵ）１７により制御される。
【００４９】
次に、上記の構成からなるボンディング装置の動作について説明する。図７に示すように、載置台１６上に接合対象物２２及び被接合部材２３が載置位置決めされると、駆動部１５ａが作動して超音波ホーン１が矢印ｚ方向に下降して所定の高さに位置決めされる。続いて、荷重機構部１５ｂが作動して超音波ホーン１のボンディングツ工具１０が接合対象物２２に当接して一定の圧力で押圧して振動子４からの超音波振動が印加されて接合対象物２２と被接合部材２３との接合が行われる。次に、駆動部１５ａ及び荷重機構部１５ｂを作動させて超音波ホーン１を所定の高さまで上昇させて次のボンディング接続に備える。そして、前記動作を繰り返して接合対象物２２と被接合部材２３とのボンディング接続を繰り返す。
【００５０】
以上述べたように、本発明によるボンディング用超音波ホーン及びこれを備えたボンディング装置は、ボンディング工具１０が接合対象物２２としてのＩＣチップに対して平行な振動を行い、振動伝達部材２のたわみや変形が無く、また、支持具に発生する振動を拘束することがないため、安定したボンディングが可能となる。
【００５１】
本発明による超音波ホーン１は、接合対象物２２としてＩＣチップ等の電子部品、被接合部材２３として基板上に形成されたリードとのボンディング接続について述べたが、ワイヤを使用した接合対象物２２及び被接合部材２３のワイヤボンディングにおける超音波ホーンに対しても使用可能である。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のボンディング用超音波ホーンによれば、接合対象物と被接合部材との接合時に前記ボンディング工具に発生する反発力の方向と同一の方向より、前記ボンディング用超音波ホーンの前記支持部材を圧接機構に固定することにより、振動伝達部材に高荷重が付加された場合であっても、振動伝達部材の撓みや変形が抑止され、ボンディング工具の先端面を水平に保ち均一な超音波振動及び荷重の印加することが可能で超音波振動を高効率で印加することができる。
【００５３】
また、本発明によるボンディング用超音波ホーンは、ボンディング用超音波ホーンの支持具に発生する振動を拘束することなしにホーンの取り付けを行うことができるため、超音波ホーンのインピーダンスのバラツキが抑制されて、ボンディング工具は安定した振動を行うため、均一なボンディングが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるボンディング用ホーンの実施の形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示すボンディング用超音波ホーンの平面図である。
【図３】（ａ）は、図１に示すボンディング用超音波ホーンの右側面図、（ｂ）は、図１に示すボンディング用超音波ホーンの振動モードを示す図である。
【図４】ボンディング用超音波ホーンの圧接機構への取付を示す展開図である。
【図５】ボンディング用超音波ホーンの支持部材のたわみ振動状態を示す図であり（ａ）は、伝達部材が縮んだときの支持部材のたわみ振動状態、（ｂ）は伝達部材が延びたときの支持部材のたわみ振動状態を示す図である。
【図６】支持部材の自由端部の端面から固定端面までの長さ（Ｌ）と、自由端部の厚さを（ｄ）を示す図である。
【図７】本発明によるボンディング用超音波ホーンを備えたボンディング装置の構成を示す図である。
【図８】従来のボンディング用超音波ホーンの構成を示す斜視図である。
【図９】従来のボンディング用超音波ホーンの半導体チップと基板のリードとの接合時のボンディングツールに作用する荷重、反発力を示す図である。
【符号の説明】
１、５１ 超音波ホーン
２、５２ 振動伝達部材（ホーン）
２ａ 第１の振動伝達部
２ｂ 第２の振動伝達部
３ 支持部材
３ａ 自由端部
３ｂ 固定端部
３ｃ 連結部
３ｄ 固定部
３ｅ 貫通穴
４ 振動子
４ａ 電歪素子
４ｂ 電極
４ｃ 裏打板
４ｄ ボルト
７ ツール挿入部
８ ツール止めネジ
１０ ボンディング工具（ボンディングツール）
１５ 圧接機構
１５ａ 駆動部
１５ｂ 荷重機構部
１５ｃ ロッド
１５ｄ 超音波ホーン取付金具
１６ 載置台
１７ 制御部（ＣＰＵ）
１８ 発振器
２２ 接合対象物（半導体チップ）
２３ 被接合部材
５３ 支持具
５３ａ 取付穴
５５ ボンディングヘッド
Claims (7)
- 超音波振動を印加してボンディング工具により接合対象物と被接合部材とを接合するボンディング用超音波ホーンであって、
超音波振動を発生する振動子と、前記振動子の振動をボンディング工具に伝達する振動伝達部材と、前記振動伝達部材のノード位置に設けた支持部材とを有し、接合対象物と被接合部材との接合時に前記ボンディング工具に発生する反発力の方向と同一の方向より、前記ボンディング用超音波ホーンの前記支持部材を圧接機構に固定したことを特徴とするボンディング用超音波ホーン。 - 超音波振動を印加してボンディング工具により接合対象物と被接合部材とを接合するボンディング用超音波ホーンであって、
超音波振動を発生する振動子と、前記振動子の振動をボンディング工具に伝達する振動伝達部材と、前記振動伝達部材のノード位置に設けた支持部材とを有し、
前記支持部材は、前記振動伝達部材の振動方向に対して垂直に設けた自由端部と、前記自由端部と一体を成して前記振動伝達部材の振動方向に対して水平に設けた連結部と、前記連結部の先端に設けた固定端部と、前記固定端部と一体を成した固定部とから構成したことを特徴とするボンディング用超音波ホーン。 - 超音波振動を印加してボンディング工具により接合対象物と被接合部材とを接合するボンディング用超音波ホーンであって、
超音波振動を発生する振動子と、前記振動子の振動をボンディング工具に伝達する振動伝達部材と、前記振動伝達部材のノード位置に設けた支持部材とを有し、
前記支持部材は、前記振動伝達部材の振動方向に対して垂直に設けた自由端部と、前記自由端部と一体を成して前記振動伝達部材の振動方向と水平に設けた連結部と、前記連結部の先端に設けた固定端部と、前記固定端部と一体をなした固定部とからなり、前記固定部を接合対象物と被接合部材との接合時に前記ボンディング工具に発生する反発力の方向と同一の方向より圧接機構に固定したことを特徴とするボンディング用超音波ホーン。 - 前記支持部材の自由端部は、前記振動伝達部材のノード位置に発生する振動をたわみ振動の周波数で振動するようにしたこと特徴とする請求項２又は請求項３記載のボンディング用超音波ホーン。
- 前記支持部材の自由端部の端面から連結部の固定端部までの長さ（Ｌ）は、前記振動伝達部材の振動時にノード位置に発生する振動と連結部の断面から理論的に求められるたわみ振動における長さをｓとし、前記自由端部の厚さをｄとしたとき
ｓ≦Ｌ≦ｓ＋ｄ
となるように設定したことを特徴とする請求項２又は請求項３記載のボンディング用超音波ホーン。 - 前記振動伝達部材のノード位置からボンディング工具の装着側の振動伝達部材先端までの長さを、λ（波長）／４の奇数倍になるようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３記載のボンディング用超音波ホーン。
- 超音波振動を印加してボンディング工具により接合対象物と被接合部材とを接合するボンディング装置であって、
超音波振動を発生する振動子と、前記振動子の振動をボンディング工具に伝達する振動伝達部材と、前記振動伝達部材のノード位置に設けた支持部材とを有し、
前記支持部材は、前記振動伝達部材の振動方向に対して垂直に設けた自由端部と、前記自由端部と一体を成して前記振動伝達部材の振動方向と水平に設けた連結部と、前記連結部の先端に設けた固定端部と、前記固定端部と一体をなした固定部とからなり、前記固定部を接合対象物と被接合部材との接合時に前記ボンディング工具に発生する反発力の方向と同一の方向より圧接機構に固定したボンディング用超音波ホーンを備え、
前記ボンディング用超音波ホーンに押圧力を付与する圧接機構と、
前記ボンディング用超音波ホーン及び前記圧接機構の制御を行う制御手段とを有すること
を特徴とするボンディング装置。
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| JP2008513217A (ja) * | 2004-09-17 | 2008-05-01 | ヘッセ・ウント・クナイプス・ゲーエムベーハー | 装着具に設置されたセンサを備えた超音波トランスジューサ |
| KR20180095779A (ko) * | 2017-02-18 | 2018-08-28 | 쿨리케 앤드 소파 인더스트리즈, 인코포레이티드 | 동조 공진기를 포함하는 초음파 트랜스듀서 시스템, 초음파 트랜스듀서 시스템을 포함하는 장비, 및 초음파 트랜스듀서 시스템을 제공하는 방법 |
| DE112016003596B4 (de) * | 2015-08-06 | 2021-03-25 | Branson Ultrasonics Corp. | Haltestruktur eines ultraschallschwingung-übertragungsmechanismus |
| CN112845004A (zh) * | 2021-01-06 | 2021-05-28 | 中南大学 | 一种用于冷摆碾压成型齿轮的超声变幅杆 |
-
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Cited By (7)
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|---|---|---|---|---|
| JP2006086346A (ja) * | 2004-09-16 | 2006-03-30 | Murata Mfg Co Ltd | 超音波接合装置 |
| JP4529608B2 (ja) * | 2004-09-16 | 2010-08-25 | 株式会社村田製作所 | 超音波接合装置 |
| JP2008513217A (ja) * | 2004-09-17 | 2008-05-01 | ヘッセ・ウント・クナイプス・ゲーエムベーハー | 装着具に設置されたセンサを備えた超音波トランスジューサ |
| DE112016003596B4 (de) * | 2015-08-06 | 2021-03-25 | Branson Ultrasonics Corp. | Haltestruktur eines ultraschallschwingung-übertragungsmechanismus |
| KR20180095779A (ko) * | 2017-02-18 | 2018-08-28 | 쿨리케 앤드 소파 인더스트리즈, 인코포레이티드 | 동조 공진기를 포함하는 초음파 트랜스듀서 시스템, 초음파 트랜스듀서 시스템을 포함하는 장비, 및 초음파 트랜스듀서 시스템을 제공하는 방법 |
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