JP2008147457A - 超音波実装ツール及び電子部品の実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明はホーンに設けられたヒータを確実に、しかも塵埃が生じることなく保持できるようにした超音波実装ツールを提供することにある。
【解決手段】中途部に長手方向と交差する幅方向に沿って保持孔３１が穿設されたホーン２２と、ホーンを超音波振動させる振動子と、ホーンの下面の振動が最大となる部分に設けられた半導体チップを保持するツール部２５と、ホーンの上面のツール部に対応する位置に設けられた荷重受け部２６と、下面を荷重受け部に当接させるとともに両端部がホーンの振動が最小となる部分に連結固定されていて、上下駆動される可動部に取り付けられて可動部に加わる荷重をツール部に伝達するブラケット２７と、ホーンの保持孔に挿通されたヒータ３２と、一端がブラケットに固定され他端をヒータの一方の端面と他方の端面にそれぞれ対向させて設けられた一対の取り付け部材３３と、取り付け部材の他端に設けられヒータの端面を弾性的に保持する弾性保持部材３５を具備する。
【選択図】 図４

Description

この発明はたとえば被実装部材となるポリイミド製のテープ状部材などの基板に電子部品としての半導体チップを超音波振動を利用して圧着するための超音波実装ツール及び電子部品の実装装置に関する。

たとえば、電子部品であるバンプ付きの半導体チップを被実装部材である基板に実装する場合、この半導体チップに押圧荷重と超音波振動を与えて上記基板に実装する方法が知られている。つまり、半導体チップを基板の被接合面に所定の圧力で加圧しながら加熱し、超音波振動を与えることで、上記基板に半導体チップを接合させるというものである。

このような実装は超音波実装ツールを用いて行われる。超音波実装ツールはホーンを有する。このホーンの長手方向の一端には振動子が接続固定されている。この振動子には超音波発振器が接続される。この超音波発振器は上記振動子にたとえば４０ｋＨｚの高周波電圧を印加する。それによって、振動子が超音波振動するから、その振動波によって上記ホーンも超音波振動する。つまり、ホーンはその長手方向に超音波振動する。

上記ホーンの中途部の振動の振幅が最大となる部分の下面には上記半導体チップを吸着保持するツール部が突出形成されている。このツール部に対応する上記ホーンの上面には荷重受け部が突出形成されている。この荷重受け部にはステンレスなどの金属材料によって形成されたブラケットが長手方向の中途部の下面を接触させて設けられる。このブラケットの両端部は、上記ホーンの振動の振幅が最小となる部分にねじ止め固定される。

上記ホーンは上記ブラケットによって実装装置の上下方向に駆動される可動部に取り付けられる。それによって、上記可動部に加わる荷重は、上記ブラケットによって上記荷重受け部を介して上記ツール部に確実に伝達されることになる。

すなわち、上記荷重受け部によって上記ブラケットの長手方向中途部だけを上記ホーンの上面に部分的に接触させることで、上記ホーンを上記可動部に上記ブラケットによって確実に連結するとともに、上記ブラケットと上記荷重受け部とを摺動可能とし、上記振動子によって上記ホーンの上記ツール部の部分を確実に超音波振動させることができるようにしている。このような構造の超音波実装ツールは特許文献１に示されている。

ところで、最近では上記ホーンの上記ツール部が設けられた長手方向の中途部に円柱状のカートリッジ式のヒータを設け、上記半導体チップを上記基板に実装するとき、半導体チップに超音波振動とともに熱を付与するということが行なわれている。それによって、上記半導体チップの実装を確実かつ能率よく行なうことができるようにしている。

上記ヒータをホーンに設ける場合、ホーンの長手方向中途部に、長手方向と交差する幅方向に沿って保持孔を穿設し、この保持孔に上記ヒータを着脱可能に挿入することになる。それによって、上記ヒータを点検、交換できるようにする。
特開２００６−１５６８１３号公報

ホーンに穿設された保持孔にヒータを挿入しただけでは、ヒータが保持孔から脱落する虞がある。そこで、上記保持孔に挿入された上記ヒータの一方の端面と他方の端面を、取り付け部材によって保持するということが考えられる。

その場合、上記取り付け部材は上記ホーンとともに振動することのない上記ブラケットに一端をねじ止め固定し、他端の内面を上記ヒータの端面に当接させる。それによって、上記取り付け部材は上記ホーンの振動特性を損なうことなく、上記ヒータを保持することが可能となる。

上記取り付け部材はブラケットに固定されているから、ホーンとともに振動することはないが、上記ヒータはホーンとともに振動する。そのため、ヒータの端面が上記取り付け部材の他端内面に摺接することになるから、実装時にその摺接部分から塵埃が発生し、その塵埃が基板と半導体チップとの接合部分に入り込み、実装不良を招くということがある。

しかも、円柱状のカートリッジ式のヒータは長さ寸法にばらつきがある。そのため、ヒータがホーンの幅寸法よりも長い場合には取り付け部材の内面とヒータの端面の圧接力が大きくなるから、その圧接力によってホーンの振動が影響を受けるということがあったり、ヒータと取り付け部材との摺接面からの塵埃の発生が多くなるということもある。

上記ヒータが短い場合には取り付け部材によってヒータが確実に保持されないため、ヒータが保持孔内でホーンの幅方向にずれ動くことがある。その場合、ホーンの熱分布が一定せず、半導体チップの実装が不均一になるということがある。

この発明は、保持孔に挿入されたヒータを弾性的に保持することで、塵埃の発生を低減させるとともに、ヒータの長さにばらつきがあっても、そのヒータを確実に保持することができるようにした超音波実装ツール及びその超音波実装ツールを用いた電子部品の実装装置を提供することにある。

この発明は、上下駆動される可動部に取り付けられ電子部品を被実装部材に押圧して振動と熱によって圧着する超音波実装ツールであって、
長手方向の中途部にこの長手方向と交差する幅方向に沿って保持孔が穿設されたホーンと、
このホーンの長手方向の一端に接続されホーンを超音波振動させる振動子と、
上記ホーンの下面の振動が最大となる上記長手方向の中途部に設けられた上記電子部品を保持するためのツール部と、
上記ホーンの上面の上記ツール部に対応する位置に設けられた荷重受け部と、
下面の長手方向中途部を上記荷重受け部に当接させるとともに長手方向の両端部が上記ホーンの振動が最小となる部分に連結固定されていて、上記可動部に取り付けられてこの可動部に加わる荷重を上記荷重受け部を介して上記ツール部に伝達するブラケットと、
上記ホーンの上記保持孔に挿通されたヒータと、
一端が上記ブラケットに固定され他端を上記ヒータの一方の端面と他方の端面にそれぞれ対向させて設けられた一対の取り付け部材と、
この取り付け部材の他端に設けられ上記ヒータの一方の端面と他方の端面を弾性的に保持する弾性保持部材と
を具備したことを特徴とする超音波実装ツールにある。

上記弾性保持部材は低発塵性の材料によって形成されていることが好ましい。

上記弾性保持部材はばねであって、このばねと上記ヒータの端面との間には低発塵性の材料によって形成された緩衝部材が設けられていることが好ましい。

上記ヒータは、低発塵性の材料によって表面の全体若しくは少なくとも一対の端面がコーティングされていることが好ましい。

上記弾性保持部材は山形状であって、その頂部によって上記ヒータの一方の端面と他方の端面が弾性的に保持されることが好ましい。

この発明は、電子部品を被実装部材に押圧して振動と熱によって圧着する電子部品の実装装置であって、
上下方向に駆動される可動部と、
この可動部に対向して設けられ上面に上記被実装部材が保持されるステージと、
上記可動部に取り付けられこの可動部を下降させて上記電子部品を上記被実装部材に押圧して振動と熱によって圧着する超音波実装ツールとを具備し、
上記超音波実装ツールは請求項１に記載された構成であることを特徴とする電子部品の実装装置にある。

この発明によれば、一端がブラケットに固定された取り付け部材の他端に弾性保持部材を設け、ホーンの保持孔に挿通されたヒータの端面を上記弾性保持部材によって保持するようにした。そのため、ホーンとともにヒータが振動すると、その振動によって弾性保持部材が弾性変形するから、弾性保持部材とヒータの端面が摺接し難くなって塵埃の発生を抑制することができるばかりか、ヒータの長さに多少のばらつきがあっても、弾性保持部材の弾力性によってヒータを確実に保持することが可能となる。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図４はこの発明の第１の実施の形態を示し、図１はこの発明の実装装置の側面図で、図２は正面図である。図１に示すように、この実装装置は装置本体１を備えている。この装置本体１にはＹガイド体２が同図に矢印で示すＹ方向に沿って設けられ、このＹガイド体２にはＹ可動体３がＹ方向に駆動可能に設けられている。

上記Ｙ可動体３の前端面には上下方向に所定間隔で離間した一対のＸガイド体４がＸ方向に沿って設けられている。このＸガイド体４にはＸ可動体５が駆動可能に設けられている。このＸ可動体５は側面形状が逆Ｌ字状に形成されていて、垂直壁の外面に上記Ｘガイド体４に移動可能に係合する受け部６が設けられている。

Ｘ可動体５の垂直壁５ａの内面には上下方向に沿って一対のＺガイド体７がＸ方向に所定間隔で離間して設けられている。このＺガイド体７には可動体としてのＺ可動体８が矢印で示す上下方向であるＺ方向に駆動可能に設けられている。このＺ可動体８の上面と、上記Ｘ可動体５の水平壁５ｂの下面との間には複数、たとえば４つのばね１１が張設されていて、上記Ｚ可動体８を上昇方向に付勢している。

上記Ｘ可動体５の水平壁の上面にはＺ駆動源であるシリンダ１２が軸線を垂直にして設けられている。このシリンダ１２のロッド１３の先端には押圧部材１４が設けられている。この押圧部材１４は上記Ｚ可動体８の上面に回転軸線を水平にして設けられたローラ１５に当接している。したがって、上記シリンダ１２のロッド１３が突出方向に付勢されると、上記Ｚ可動体８をばね１１の復元力に抗して下降方向に駆動させることができるようになっている。

上記Ｚ可動体８の下面にはθ駆動源１６が設けられている。このθ駆動源１６によって回転駆動されるθ可動体１７には超音波実装ツール２１が取り付けられている。この超音波実装ツール２１は図３に示すように角柱状のホーン２２を有する。このホーン２２の長手方向一端には振動子２３が連結固定されている。この振動子２３には図示しない発振器が接続されていて、この発振器からたとえば４０ｋＨｚの高周波電圧が印加される。それによって、上記振動子２３とともに上記ホーン２２が超音波振動する。

上記ホーン２２の長手方向中央部の下面、つまり上記ホーン２２に伝播する振動波による振動が最大となる部分、つまり図３にＳ１で示す振動の腹の部分には矩形状のベース部２４及びベース部２４の下面から突出するツール部２５がホーン２２の幅方向全長にわたって形成されている。このツール部２５には図示しない吸引孔が下端面に開口形成されていて、この下端面に電子部品としての半導体チップＣ（図１と図２に示す）が吸着保持される。

上記ホーン２２の上面の上記ツール部２５と対応する長手方向の中央部である、振動波の腹の部分Ｓ１には上記ベース２４とほぼ同じ平面形状の荷重受け部２６が突出形成されている。なお、上記ツール部２５と荷重受け部２６は、上記ホーン２２と一体形成されている。

上記荷重受け部２６の上面には、上記ホーン２２と同じ幅寸法で、長さ寸法がホーン２２よりも短い帯板状のブラケット２７が長手方向中央部の下面を摺動可能に接触させて設けられている。このブラケット２７の両端部はそれぞれねじ２８によって上記ホーン２２の振動の振幅が最小となる、図３にＳ２で示す上記振動波の節の部分に連結固定されている。

それによって、上記ホーン２２が上記振動子２３によって超音波振動させられても、上記ブラケット２７が上記ホーン２２とともに超音波振動することがないようになっている。

上記ブラケット２７は、上記荷重受け部２６に接触した部分の上面が上記θ可動体１７の下面に取り付け固定される。したがって、上記超音波実装ツール２１はＸ、Ｙ、Ｚ及びθ方向に駆動可能となっている。

図３や図４に示すように、上記ホーン２２の長手方向の中途部である、振動の腹Ｓ１の部分の近くには、上記ツール部２５を挟んで対称に断面円形状の一対の保持孔３１が幅方向に貫通して穿設されている。一対の保持孔３１には円柱状のカートリッジ式のヒータ３２が着脱可能に挿入されている。

上記ブラケット２７の上記保持孔３１に対応する部分の幅方向の両側面にはそれぞれ矩形板状の板ばねからなる取り付け部材３３の一端部がねじ３４によって取り付け固定されている。

一対の取り付け部材３３の他端部は上記保持孔３１に挿入された一対のヒータ３２の一方の端面と他方の端面に対向している。各取り付け部材３３の他端部の内面には低発塵性であって、しかも耐熱性を有する弾性材料、例えばフッ素系のゴムや樹脂などによって山形状に成形された弾性保持部材３５が取着されていて、この弾性保持部材３５の頂部３５ａが上記ヒータ３２の端面に弾性的に当接している。

すなわち、上記保持孔３１に挿入された一対のヒータ３２は、上記弾性保持部材３５によって保持孔３１から抜出することがないよう、弾性的に保持されている。それによって、板ばねからなる上記取り付け部材３３は弾性変形する。

図１に示すように、上記超音波実装ツール２１の下方にはステージ３６が配設されている。このステージ３６は、詳細は図示しないがＸ、Ｙ、及びＺ方向に駆動可能となっている。ステージ３６の上面にはポリイミド製のテープ状部材などの基板３７が供給載置される。この基板３７に対して上記超音波実装ツール２１のツール部２５が位置決めされて下降する。それによって、ツール部２５に保持された半導体チップＣがＺ可動体８による加圧力、ホーン２２の超音波振動及びヒータ３２の熱によって上記基板３７に圧着される。

このように構成された超音波実装ツール２１によって基板３７に半導体チップＣを実装する際、振動子２３によってホーン２２が長手方向に超音波振動させられると、ブラケット２７はホーン２２とともに超音波振動せずに、ホーン２２に設けられた荷重受け部２６に対して摺動する。

上記ホーン２２には保持孔３１が形成され、この保持孔３１には半導体チップＣを基板３７に実装するときに、ホーン２２を介して上記半導体チップＣを加熱するためのヒータ３２が挿入されている。このヒータ３２は、上記ブラケット２７に一端部が固定された取り付け部材３３の他端部の内面に設けられた弾性保持部材３５によって弾性的に保持されている。

そのため、ホーン２２が超音波振動し、弾性保持部材３５が設けられた取り付け部材３３が超音波振動しないことによって弾性保持部材３５と、この弾性保持部材３５が当接したヒータ３２の端面との間に抵抗が生じるが、その抵抗によって弾性保持部材３５が弾性変形する。そのため、弾性保持部材３５とヒータ３２との端面とが摺接して塵埃が発生するということがほとんどないから、基板３７と半導体チップＣとの接合部分に塵埃が入り込んで実装不良を招くのを防止することができる。

とくに、弾性保持部材３５を山形状とし、その頂部３５ａでヒータ３２の端面を保持するようにしたから、平面接触している場合に比べて弾性保持部材３５はヒータの超音波振動に対して弾性変形し易いため、ヒータ３２の端面と摺接することもほとんどないから、そのことによっても塵埃の発生が抑制される。

しかも、上記弾性保持部材３５は低発塵性の弾性材料によって形成されている。そのため、ホーン２２の超音波振動によって上記弾性保持部材３５とヒータ３２の端面が摺接するようなことがあっても、上記弾性保持部材３５から塵埃が発生するのを防止することができる。さらに、弾性保持部材３５は耐熱性を有するから、ヒータ３２の熱によって損傷するということもない。

上記弾性保持部材３５は山形状であって、その頂部３５ａによってヒータ３２の端面を保持している。そのため、一対の弾性保持部材３５の頂部３５ａ間の寸法をヒータ３２の長さ寸法よりも小さく設定しておけば、ヒータ３２の長さ寸法に多少のばらつきがあっても、弾性保持部材３５が弾性変形してヒータ３２を確実に保持することができる。

しかも、弾性保持部材３５が設けられた取り付け部材３３は板ばねによって形成されているから、この取り付け部材３３も弾性変形する。そのため、取り付け部材３３の弾性変形によっても、ヒータ３２の長さ寸法がばらついても、そのヒータを確実に弾性的に保持することができる。

このように、ヒータ３２が確実に保持されていれば、保持孔３１内でずれ動くことがないから、ヒータ３２によって加熱されるホーン２２の幅方向の熱分布が一定に維持される。それによって、基板３７に対する半導体チップＣの実装を、ホーン２２の幅方向に沿って均一な温度で確実に行なうことが可能となる。

図５乃至図７はそれぞれヒータ３２の保持構造の変形例を示すこの発明の第２乃至第４の実施の形態である。なお、第１の実施の系態度同一部分には同一記号を付して説明を省略する。

図５に示す第２の実施の形態は、取り付け部材３３Ａが剛性を有する材料によって形成されていて、ヒータ３２の端面に対向する他端部には段部４１が形成されている。この段部には弾性部材としてのコイル状のばね４２の一端が取り付けられている。

上記ばね４２の他端には低発塵性で耐熱性を有するフッ素系のゴムや樹脂などの弾性材料からなる合成樹脂によって形成された緩衝部材４３が保持されていて、この緩衝部材４３が上記ヒータ３２の端面に当接する。この緩衝部材４３の上記ヒータ３２の端面に当接する面は凸状の曲面に形成されている。

このような構成によれば、ヒータ３２はばね４２によって弾性的に保持され、しかもばね４２とヒータ３２の端面に低発塵性の緩衝部材４３を設けたから、緩衝部材４３はばね４２によって弾性的に支持されているため、緩衝部材４３とヒータ３２の端面が摺接し難いばかりか、仮に摺接しても、塵埃が発生するのを防止することができる。

図６に示すこの発明の第３の実施の形態は、第１の実施の形態と同様、剛性を有する取り付け部材３３Ａの他端部の段部４１に、低発塵性で耐熱性を有するフッ素系のゴムや樹脂などの合成樹脂によって形成された山形状の弾性保持部材３５が設けられていて、その弾性保持部材３５の頂部３５ａによってヒータ３２の端面が保持される。

このような構成によれば、第１の実施の形態と同様、ヒータ３２を一対の弾性保持部材３５によって弾性的に確実に保持することができるから、ヒータ３２の端面と弾性保持部材３５とが摺接して塵埃が発生するのを抑制することができる。

図７に示すこの発明の第４の実施の形態は、剛性を有する材料によって形成された取り付け部材３３Ａの他端部の段部４１に、第２の実施の形態と同様、ヒータ３２の端面を保持するコイル状のばね４２及び低発塵性で耐熱性を有するフッ素系のゴムや樹脂などの合成樹脂によって形成された平板状の緩衝部材４３ａを設けるようにした。

上記ヒータ３２の表面には、フッ素系の樹脂などの低発塵性の材料をコーティングして被膜４４が設けられている。被膜４４はヒータ３２の表面全体に設けられているが、緩衝部材４３ａが接触する端面だけに設けるようにしてもよい。

このような構成によれば、第２の実施の形態と同様、ヒータ３２がばね４２によって弾性的に保持され、しかもヒータ３２の端面とばね４２との間には緩衝部材４３ａが設けられている。そのため、緩衝部材４３ａはばね４２によって弾性的に保持されているため、変位し易いから、ヒータ３２の多面と摺接し難いばかりか、仮に摺接しても、ヒータ３２の表面全体が低発塵性の被膜４４で被覆されているから、その摺接部分から塵埃が発生するのを確実に防止することができる。

上記被膜４４は、上記ヒータ３２の緩衝部材４３ａと接触する端面だけでなく、端面以外の外周面にも設けられているから、ヒータ３２の外周面が保持孔３１と摺接することがあっても、塵埃の発生を抑制することができる。

この発明の第１の実施の形態を示す実装装置の概略的構成を示す側面図。 図１に示す実装装置の正面図。 超音波実装ツールの一部断面した正面図。 超音波実装ツールの一部断面した拡大側面図。 この発明の第２の実施の形態を示す超音波実装ツールの一部断面した拡大側面図。 この発明の第３の実施の形態を示す超音波実装ツールの一部断面した拡大側面図。 この発明の第４の実施の形態を示す超音波実装ツールの一部断面した拡大側面図。

符号の説明

２１…超音波実装ツール、２２…ホーン、２３…振動子、２５…ツール部、２６…荷重受け部、２７…ブラケット、３２…ヒータ、３３…取り付け部材、３５…弾性保持部材、３５ａ…頂部、３７…基板、Ｃ…半導体チップ（電子部品）、４３…緩衝部材、４４…被膜。

Claims (6)

1. 上下駆動される可動部に取り付けられ電子部品を被実装部材に押圧して振動と熱によって圧着する超音波実装ツールであって、
   長手方向の中途部にこの長手方向と交差する幅方向に沿って保持孔が穿設されたホーンと、
   このホーンの長手方向の一端に接続されホーンを超音波振動させる振動子と、
   上記ホーンの下面の振動が最大となる上記長手方向の中途部に設けられた上記電子部品を保持するためのツール部と、
   上記ホーンの上面の上記ツール部に対応する位置に設けられた荷重受け部と、
   下面の長手方向中途部を上記荷重受け部に当接させるとともに長手方向の両端部が上記ホーンの振動が最小となる部分に連結固定されていて、上記可動部に取り付けられてこの可動部に加わる荷重を上記荷重受け部を介して上記ツール部に伝達するブラケットと、
   上記ホーンの上記保持孔に挿通されたヒータと、
   一端が上記ブラケットに固定され他端を上記ヒータの一方の端面と他方の端面にそれぞれ対向させて設けられた一対の取り付け部材と、
   この取り付け部材の他端に設けられ上記ヒータの一方の端面と他方の端面を弾性的に保持する弾性保持部材と
   を具備したことを特徴とする超音波実装ツール。
2. 上記弾性保持部材は低発塵性の材料によって形成されていることを特徴とする請求項１記載の超音波実装ツール。
3. 上記弾性保持部材はばねであって、このばねと上記ヒータの端面との間には低発塵性の材料によって形成された緩衝部材が設けられていることを特徴とする請求項１記載の超音波実装ツール。
4. 上記ヒータは、低発塵性の材料によって表面の全体若しくは少なくとも一対の端面がコーティングされていることを特徴とする請求項１記載の超音波実装ツール。
5. 上記弾性保持部材は山形状であって、その頂部によって上記ヒータの一方の端面と他方の端面が弾性的に保持されることを特徴とする請求項１記載の超音波実装ツール。
6. 電子部品を被実装部材に押圧して振動と熱によって圧着する電子部品の実装装置であって、
   上下方向に駆動される可動部と、
   この可動部に対向して設けられ上面に上記被実装部材が保持されるステージと、
   上記可動部に取り付けられこの可動部を下降させて上記電子部品を上記被実装部材に押圧して振動と熱によって圧着する超音波実装ツールとを具備し、
   上記超音波実装ツールは請求項１に記載された構成であることを特徴とする電子部品の実装装置。

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