JP2008117994A - Component joining device, and ultrasonic horn - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波ホーンの接合作用部で部品を被接合面に押し付けながら超音波ホーンに超音波振動を与えて部品を被接合面に接合する部品接合装置及び超音波ホーンに関するものである。 The present invention relates to a component bonding apparatus and an ultrasonic horn that apply ultrasonic vibration to an ultrasonic horn while pressing the component against a surface to be bonded by a bonding operation portion of the ultrasonic horn and bond the component to the surface to be bonded.
半導体チップのような部品(電子部品)を基板の被接合面に接合する部品接合装置として、超音波振動を用いるものが知られている。この部品接合装置は、昇降自在な昇降部材に横長の棒状部材である超音波ホーンを長手方向及び幅方向が水平になるように固定し、超音波ホーンの下面から下方に突出した接合作用部で部品を被接合面に押し付けながら超音波ホーンに超音波振動を与え、部品を微小に振動させて被接合面に密着させるものである。 2. Description of the Related Art As a component bonding apparatus for bonding a component (electronic component) such as a semiconductor chip to a bonded surface of a substrate, an apparatus using ultrasonic vibration is known. This component joining apparatus fixes a ultrasonic horn, which is a horizontally long rod-like member, to a vertically movable elevating member so that the longitudinal direction and the width direction are horizontal, and is a joining action portion protruding downward from the lower surface of the ultrasonic horn. Ultrasonic vibration is applied to the ultrasonic horn while pressing the part against the surface to be joined, and the part is vibrated minutely to adhere to the surface to be joined.
この超音波ホーンは、幅方向の両側面に設けられた複数の固定部が昇降部材に固定されるが、これらの固定部は接合作用部を超音波ホーンの長手方向に挟み、かつ超音波ホーン内に生じる定在波(超音波ホーン内を長手方向に進行する縦振動の進行波と反射波の合成波)の節の位置に設けられるので、定在波の腹に位置する接合作用部は大きな振幅で長手方向に振動(揺動)することになり、部品は効率良く接合される(特許文献1)。 In this ultrasonic horn, a plurality of fixing portions provided on both side surfaces in the width direction are fixed to the elevating member. These fixing portions sandwich the joining action portion in the longitudinal direction of the ultrasonic horn, and the ultrasonic horn. Because it is provided at the position of the node of the standing wave that is generated inside (the combined wave of the longitudinal vibration and the reflected wave that travels in the longitudinal direction in the ultrasonic horn), the joint action part located at the antinode of the standing wave is It vibrates (oscillates) in the longitudinal direction with a large amplitude, and the parts are joined efficiently (Patent Document 1).
超音波ホーンの接合作用部は接合しようとする部品に応じた大きさとする必要があるため、液晶ディスプレイ駆動用の半導体チップなど、アスペクト比の大きい部品に対しては長手方向寸法に対する幅方向寸法が比較的大きい超音波ホーンが用いられる。超音波ホーンの幅方向寸法が大きいと、幅方向寸法が小さい場合には殆ど問題とならない幅方向の振動成分(振幅)が大きくなり、この幅方向の振動が固定部から昇降部材に伝わって超音波ホーンの振動安定性が低下し、部品の接合不良が生じてしまう。このような不都合を解消するには、超音波ホーンの固定部にスリットを形成し、固定部の弾性変形を許容して超音波ホーンから昇降部材に伝達される振動を遮断するようにすることが有効である(特許文献2)。
しかしながら、上記のように微小部位である固定部にスリットを形成する作業は困難であること、また固定部にスリットを形成すると固定部の剛性が低下するためにその補強が必要になることから超音波ホーン、ひいては部品接合装置の製造コストが高くなるという問題点があった。 However, as described above, it is difficult to form a slit in the fixed part which is a minute part, and if the slit is formed in the fixed part, the rigidity of the fixed part is reduced, so that the reinforcement is necessary. There has been a problem that the manufacturing cost of the sonic horn and, in turn, the component joining apparatus is increased.
そこで本発明は、長手方向寸法に対する幅方向寸法が比較的大きい超音波ホーンの振動安定性を良好に保ことができ、併せてコストの低減も図ることができる部品接合装置及び超音波ホーンを提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a component joining apparatus and an ultrasonic horn that can maintain the vibration stability of an ultrasonic horn having a relatively large width-direction dimension relative to the longitudinal dimension, and can also reduce the cost. The purpose is to do.
請求項1に記載の部品接合装置は、昇降自在な昇降部材と、昇降部材に固定された超音波ホーンとを有し、超音波ホーンの下面に設けられた接合作用部で部品を被接合面に押し付けながら超音波ホーンに振動を与えて部品を被接合面に接合する部品接合装置であって、超音波ホーンの幅方向の両側面に設けられて昇降部材に固定される複数の固定部が、前
記幅方向に対向し、かつ接合作用部を超音波ホーンの長手方向に挟む位置に配設されており、前記幅方向に対向する固定部同士の間に前記長手方向に延びた溝状部が設けられている。
The component joining apparatus according to
請求項2に記載の部品接合装置は、請求項1に記載の部品接合装置において前記溝状部は、超音波ホーンを上下方向に貫通する溝状の貫通穴若しくは超音波ホーンの上面及び下面の少なくとも一方に開口する溝状の凹部である。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the component joining apparatus according to the first aspect, wherein the groove-shaped portion is a groove-shaped through-hole penetrating the ultrasonic horn in the vertical direction or the upper and lower surfaces of the ultrasonic horn. It is a groove-shaped recessed part opened to at least one side.
請求項3に記載の部品接合装置は、請求項1又は2に記載の部品接合装置において、超音波ホーンは、前記溝状部を挟んで幅方向に並設された2つのヒータを備えている。
The component bonding apparatus according to
請求項4に記載の超音波ホーンは、部品接合装置において昇降自在な昇降部材に固定され、下面に設けられた接合作用部で部品を被接合面に押し付けながら部品接合装置から与えられる指令を受けて振動することにより部品を被接合面に接合する超音波ホーンであって、超音波ホーンの幅方向の両側面に設けられて昇降部材に固定される複数の固定部が、前記幅方向に対向し、かつ接合作用部を超音波ホーンの長手方向に挟む位置に配設されており、前記幅方向に対向する固定部同士の間に前記長手方向に延びた溝状部が設けられている。
The ultrasonic horn according to
本発明では、超音波ホーンの幅方向に対向する固定部同士の間に溝状部が設けられており、固定部同士の間には弾性変形を許容する空間が形成されるので、超音波ホーンの長手方向寸法に対する幅方向寸法が比較的大きい場合であっても、超音波ホーンの幅方向に発生する振動の振幅は極めて小さなものとなり、超音波ホーンの振動安定性は良好に保たれる。しかも、超音波ホーンの固定部同士の間に溝状部を設ける作業は微小部位である固定部にスリットを形成する作業よりも格段に容易であるうえ、固定部の剛性低下がなく補強が不要であるので、超音波ホーン、ひいては部品接合装置の製造コストの低減も図ることができる。 In the present invention, the groove portion is provided between the fixed portions facing in the width direction of the ultrasonic horn, and a space allowing elastic deformation is formed between the fixed portions. Even when the width dimension relative to the longitudinal dimension is relatively large, the amplitude of vibration generated in the width direction of the ultrasonic horn is extremely small, and the vibration stability of the ultrasonic horn is kept good. Moreover, the work of providing a groove-like part between the fixed parts of the ultrasonic horn is much easier than the work of forming a slit in the fixed part, which is a minute part, and the rigidity of the fixed part is not reduced and no reinforcement is required. Therefore, it is possible to reduce the manufacturing cost of the ultrasonic horn and thus the component joining apparatus.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明の一実施の形態における部品接合装置の正面図、図2は本発明の一実施の形態における部品接合装置の部分正面図、図3は本発明の一実施の形態における超音波ホーンの下面図、図4は本発明の一実施の形態における超音波ホーンの部分断面正面図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is a front view of a component bonding apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a partial front view of the component bonding apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an ultrasonic wave according to an embodiment of the present invention. The bottom view of a horn and FIG. 4 are the fragmentary sectional front views of the ultrasonic horn in one embodiment of this invention.
図1において、部品接合装置1は上面に基板保持部2を有した位置決めテーブル3と、位置決めテーブル3の上方に備えられた接合機構4を有しており、接合機構4は昇降押圧機構5によって昇降自在な昇降部材6と、昇降部材6の下部に取り付けられた超音波ホーン7を備えている。超音波ホーン7は横長の棒状の部材であり、長手方向(図1の紙面と平行な左右方向)及び幅方向(図1の紙面に垂直な方向)が水平になるように昇降部材6に固定されている。
In FIG. 1, a
図1において、超音波ホーン7の下面7aの長手方向の中央部には下方に突出した凸状部7bが形成されており、凸状部7bの下端には下面に接合作用面8aを有した接合作用部材(接合作用部)8が設けられている。超音波ホーン7の長手方向の一端側(図1の紙面左側)には、超音波ホーン7の外部に設けられた振動子駆動部10(図2)から指令を受けて駆動し、超音波ホーン7の長手方向に超音波振動を与える振動子9が取り付けられている。
In FIG. 1, a convex portion 7b protruding downward is formed at the longitudinal center of the lower surface 7a of the
図2において、超音波ホーン7の内部には吸引管路7cが設けられている。この吸引管
路7cの一端側は超音波ホーン7の上面7dの開口部(上面開口部7e)に繋がっており、他端側は超音波ホーン7の凸状部7b内を上下方向に延びて接合作用部材8の接合作用面8aに開口した吸着口8bに繋がっている。更に、超音波ホーン7の上面開口部7eは超音波ホーン7の外部を延びた外部管路13を介して真空吸引源14に繋がっているので、真空吸引源14を作動させて吸着口8bから空気を吸引することにより、接合作用面8aに当接させた半導体チップ12を接合作用面8aに吸着保持することができる。
In FIG. 2, a suction conduit 7 c is provided inside the
図3において、超音波ホーン7の幅方向の両側面7fには、昇降部材6に取り付けられる4つの固定部7gが外方に延びて設けられている。これら4つの固定部7gは超音波ホーン7の幅方向に対向し、かつ接合作用部材8を長手方向に挟む位置に配設されている。各固定部7gには超音波ホーン7の高さ方向(部品接合装置1の上下方向)に貫通したボルト穴7hが設けられており、このボルト穴7hを貫通して設けられるボルト(図示せず)によって超音波ホーン7は昇降部材6に固定される。
In FIG. 3, on both side surfaces 7f in the width direction of the
ここで、超音波ホーン7の長手方向に対向する2つの固定部7gは、超音波ホーン7を昇降部材6に固定(拘束)することによる振動の減衰を最小にするため、超音波ホーン7内に生じる定在波の半波長(L/2)分の距離をおいた隣接する節の位置に設けられている(図2)。従って、超音波ホーン7の長手方向に縦振動の共振状態を作り出すことができる適切な周波数の超音波振動を超音波ホーン7に与えることにより、その超音波振動の定在波の腹に位置する接合作用部材8を、超音波ホーン7の長手方向に大きな振幅で振動(揺動)させることができる。
Here, the two
図3において、超音波ホーン7の幅方向に対向する固定部7g同士の間には、超音波ホーン7の長手方向に延びた溝状部7kが設けられている。この溝状部7kは、超音波ホーン7を上下方向に貫通する溝状の貫通穴である。
In FIG. 3, a groove-
図3及び図4において、超音波ホーン7の内部には2つのヒータ挿入孔7mが超音波ホーン7の幅方向に並んで設けられている。これら2つのヒータ挿入孔7mは超音波ホーン7の長手方向に延びており、2つのヒータ挿入孔7mの間には上記の溝状部7kが配置されている。また、各ヒータ挿入孔7mの下方には熱電対挿入孔7nが超音波ホーン7の長手方向に延びて設けられている。
3 and 4, two
図4において、各ヒータ挿入孔7mにはヒータ15が挿着されており、各熱電対挿入孔7nには熱電対16が挿着されている。各ヒータ15から延びたヒータ用リード線17はヒータ挿入孔7mから超音波ホーン7の外部に延びており、各熱電対16から延びた熱電対用リード線18は熱電対挿入孔7nに挿着されたリード線固定部材19を介して超音波ホーン7の外部に延びている。超音波ホーン7の外部に延びたヒータ用リード線17と熱電対用リード線18は、昇降部材6の側面にボルト20で取り付けられたブラケット21にクッション部材22を介して保持され、加熱電源部23に接続されている。
In FIG. 4, a
半導体チップ12を基板11の上面の被接合面11aに接合するには、基板11を基板保持部2の上面に保持したうえで、超音波ホーン7の接合作用面8aに半導体チップ12を吸着保持させる。そして、昇降押圧機構5によって昇降部材6を(すなわち超音波ホーン7を)下降させ、半導体チップ12の下面に形成された半田バンプ12aを基板11の被接合面11aに押し付ける。この状態で加熱電源部23からヒータ15を作動させて超音波ホーン7を加熱し、超音波ホーン7に吸着保持した半導体チップ12と基板11の温度を上昇させて半田バンプ12aを溶融させつつ、振動子9を駆動して超音波ホーン7に超音波振動を与えると、超音波ホーン7の接合作用部材8は半導体チップ12を吸着したまま超音波ホーン7の長手方向に振動(揺動)するので、半導体チップ12には荷重と振動が同時に作用し、溶融した半田バンプ12aによって半導体チップ12が基板11の被
接合面11aに接合される。すなわち本部品接合装置1では、超音波ホーン7が部品接合装置1から与えられる指令を受けて振動することにより、部品である半導体チップ12を被接合面11aに接合する。
In order to bond the semiconductor chip 12 to the bonded surface 11 a on the upper surface of the
ここで、本実施の形態における部品接合装置1では、超音波ホーン7の幅方向に対向する固定部7g同士の間に溝状部7kが設けられており、固定部7g同士の間には弾性変形を許容する空間が形成されるので、超音波ホーン7の長手方向寸法に対する幅方向寸法が比較的大きい場合であっても、超音波ホーン7の幅方向に発生する振動の振幅は極めて小さなものとなり、超音波ホーン7の振動安定性は良好に保たれる。しかも、超音波ホーン7の固定部7g同士の間に溝状部7kを設ける作業は微小部位である固定部7gにスリットを形成する作業よりも格段に容易であるうえ、固定部7gの剛性低下がなく補強が不要であるので、超音波ホーン7、ひいては部品接合装置1の製造コストの低減も図ることができる。
Here, in the
また、本実施の形態における部品接合装置1では、2つのヒータ15は溝状部7kを挟んで超音波ホーン7の幅方向に並設されており、2つのヒータ15の間には溝状部7kによる空間が形成されているので、両ヒータ15が超音波ホーン7に与える加熱の影響は互いに干渉しにくく、互いに独立した温度制御を行うことができる。
Moreover, in the
これまで本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上述の実施の形態に示したものに限定されない。例えば、上述の実施の形態では、超音波ホーン7に設けられる溝状部7kは超音波ホーン7を上下方向に貫通する溝状の貫通穴であったが、この溝状部7kは、超音波ホーン7の幅方向に対向する固定部7g同士の間に設けられて超音波ホーン7の長手方向に延びるのであれば、超音波ホーン7の上面7d及び下面7aの少なくとも一方に開口する溝状の凹部等であってよい。このような構成であっても、溝状部7kが超音波ホーン7を上下方向に貫通する溝状の貫通穴である場合と同様に、固定部7g同士の間に弾性変形を許容する空間が形成されて、超音波ホーン7の幅方向に発生する振動の振幅を極めて小さなものとし得るからである。
Although the embodiments of the present invention have been described so far, the present invention is not limited to those shown in the above-described embodiments. For example, in the above-described embodiment, the groove-
また、上述の実施の形態では、接合作用部材(接合作用部)8は超音波ホーン7に対して着脱自在な構成であったが、接合作用部材8は超音波ホーン7の下面7aから下方に突出して半導体チップ12(部品)を被接合面11aに押し付ける機能を有していればよく、必ずしも超音波ホーン7に着脱自在である必要はない。
In the above-described embodiment, the bonding member (bonding member) 8 is detachable from the
長手方向寸法に対する幅方向寸法が比較的大きい超音波ホーンの振動安定性を良好に保つことができ、併せてコストの低減も図ることができる。 The vibration stability of the ultrasonic horn having a relatively large width dimension relative to the longitudinal dimension can be kept good, and the cost can be reduced.
1 部品接合装置
6 昇降部材
7 超音波ホーン
7a 下面
7d 上面
7f 側面
7g 固定部
7k 溝状部
8 接合作用部材(接合作用部)
11a 被接合面
12 半導体チップ(部品)
15 ヒータ
DESCRIPTION OF
11a Surface to be joined 12 Semiconductor chip (component)
15 Heater
Claims (4)
超音波ホーンの幅方向の両側面に設けられて昇降部材に固定される複数の固定部が、前記幅方向に対向し、かつ接合作用部を超音波ホーンの長手方向に挟む位置に配設されており、前記幅方向に対向する固定部同士の間に前記長手方向に延びた溝状部が設けられていることを特徴とする部品接合装置。 It has a lifting member that can be moved up and down and an ultrasonic horn fixed to the lifting member, and a vibration is applied to the ultrasonic horn while pressing the parts against the surface to be bonded by the bonding action part provided on the lower surface of the ultrasonic horn. A component bonding apparatus for bonding a component to a surface to be bonded,
A plurality of fixing portions provided on both side surfaces of the ultrasonic horn in the width direction and fixed to the elevating member are disposed at positions facing the width direction and sandwiching the bonding operation portion in the longitudinal direction of the ultrasonic horn. And a groove-like portion extending in the longitudinal direction is provided between the fixing portions facing in the width direction.
超音波ホーンの幅方向の両側面に設けられて昇降部材に固定される複数の固定部が、前記幅方向に対向し、かつ接合作用部を超音波ホーンの長手方向に挟む位置に配設されており、前記幅方向に対向する固定部同士の間に前記長手方向に延びた溝状部が設けられていることを特徴とする超音波ホーン。 In the component joining device, the component is fixed to the elevating member that can be raised and lowered, and the component is moved to the surface to be joined by oscillating in response to a command given from the component joining device while pressing the component against the surface to be joined by the joining action portion provided on the lower surface. An ultrasonic horn for joining,
A plurality of fixing portions provided on both side surfaces of the ultrasonic horn in the width direction and fixed to the elevating member are disposed at positions facing the width direction and sandwiching the bonding operation portion in the longitudinal direction of the ultrasonic horn. An ultrasonic horn characterized in that a groove-like portion extending in the longitudinal direction is provided between the fixing portions facing in the width direction.
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