JP2010232640A - ボンディングツール、電子部品装着装置、および電子部品装着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のボンディングツールでは、質の高い超音波接合を行うことが困難である場合があった。
【解決手段】ヒータ３３が所定のクリアランスを隔てて挿入されるヒータ被挿入孔３１１が形成されている、超音波振動を伝達するホーン３１と、ホーン３１に固定されている、超音波振動を発生する超音波振動子４と、ホーン３１に固定されている、電子部品１を保持し、ヒータ３３によって加熱される電子部品保持部９と、を有する部品装着ユニット３０と、
ホーン３１における超音波振動のノーダルポイントＰ２およびＰ３で、ホーン３１の両側からホーン３１を保持する脚部３１２と、
脚部３１２を支持する支持部５と、
ホーン３１の両側からヒータ３３を保持するヒータ保持部３２４と、
を備え、
脚部３１２と、ヒータ保持部３２４とは、一体的に形成されている、ボンディングツール。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子部品を回路基板などに装着する、ボンディングツール、電子部品装着装置、および電子部品装着方法に関するものである。

電子部品の電極を回路基板の電極と接合するための様々な接合方法が、知られている。

たとえば、超音波接合方法は、そのような接合方法の一つであって、電子部品を回路基板に短時間で接合することができる。

ここに、超音波接合方法とは、ヒータによって加熱される電子部品保持部に電子部品を保持し、その電子部品を回路基板に押圧しながら、その電子部品を超音波振動により振動させて、電子部品の電極を回路基板の電極と電気的に接合する接合方法である。

そこで、図１１を参照しながら、上述された超音波接合方法を利用する従来の電子部品装着装置の構成および動作について説明する。

ここに、図１１は、従来の電子部品装着装置の概略的な正面図である。

従来の電子部品装着装置は、電子部品１を保持するボンディングツール９００３と、回路基板２を保持する回路基板保持ユニット９００６と、ボンディングツール９００３に保持された電子部品１を、回路基板保持ユニット９００６に保持された回路基板２に対して押圧する押圧ユニット（図示省略）と、を備えている（たとえば、特許文献１参照）。

ボンディングツール９００３は部品装着ユニット９０３０と、脚部９３１２と、支持部９００５と、ヒータ保持部９３２４と、を備えており、脚部９３１２と、ヒータ保持部９３２４とはそれぞれ別個に形成され、互いに離れている。

部品装着ユニット９０３０は、ホーン９０３１と、超音波振動子９００４と、電子部品保持部９００９と、を有している。
ホーン９０３１は超音波振動を伝達する手段であり、ヒータ９０３３が所定のクリアランスを隔てて挿入されるヒータ被挿入孔９３１１が形成されている。超音波振動子９００４は、ホーン９０３１の（＋Ｘ）側の一端に固定され、超音波振動を発生する手段である。電子部品保持部９００９は、ホーン９０３１の他端に固定され、電子部品１を保持し、ヒータ９０３３によって加熱される手段である。

支持部９００５は、脚部９３１２およびヒータ保持部９３２４をそれぞれ支持している。

脚部９３１２は、ホーン９０３１における超音波振動のノーダルポイントＰ０で、ホーン９０３１の（＋Ｙ）側および（−Ｙ）側の両側からホーン９０３１を跨ぐように保持している。

ヒータ保持部９３２４は、ホーン９０３１の（＋Ｙ）側および（−Ｙ）側の両側からヒータ９０３３を跨ぐように保持している。

ボンディングツール９００３に保持された電子部品１は、押圧ユニット（図示省略）によって回路基板２に対して押圧され、熱と超音波振動とが同時に与えられる。そして、電子部品１の電極と回路基板２の電極とは、このような熱と超音波振動とを利用して接合される。

国際公開第０７／１２９７００号パンフレット（たとえば第１頁、図６）

しかしながら、上述された従来の電子部品装着装置では、より質の高い超音波接合を行うには不都合があることが判明した。

本発明者は、ヒータ９０３３がヒータ被挿入孔９３１１に接触してしまうことがその不都合の原因であると分析した。

より具体的には、ヒータ９０３３によって加熱が行われた場合、ヒータ保持部９３２４は熱膨張により矢印Ｂで示された方向つまり、（−Ｚ）側に伸張してしまう。その結果、ヒータ９０３３も矢印Ｂ方向へ変位する。

また、その加熱によって、ホーン９０３１も熱膨張により膨張し、矢印Ａで示された方向に伸張する。その結果、ヒータ被挿入孔９３１１も矢印Ａ方向に変位する。

他方、ホーン９０３１が固定されている脚部９３１２のノーダルポイントＰ０は変位しない。

そのため、ヒータ９０３３によって加熱が行われた場合、ヒータ９０３３がヒータ被挿入孔９３１１に接触してしまうことがある。

本発明は、上述された従来の課題を考慮し、より質の高い超音波接合を行うことが可能な、ボンディングツール、電子部品装着装置、および電子部品装着方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、第１の本発明は、
ヒータが所定のクリアランスを隔てて挿入されるヒータ被挿入孔が形成されている、超音波振動を伝達するホーンと、前記ホーンに固定されている、前記超音波振動を発生する超音波振動子と、前記ホーンに固定されている、電子部品を保持し、前記ヒータによって加熱される電子部品保持部と、を有する部品装着ユニットと、
前記ホーンにおける前記超音波振動のノーダルポイントで、前記ホーンの両側から前記ホーンを保持する脚部と、
前記脚部を支持する支持部と、
前記ホーンの両側から前記ヒータを保持するヒータ保持部と、
を備え、
前記脚部と、前記ヒータ保持部とは、一体的に形成されている、ボンディングツールである。

第２の本発明は、
前記脚部は、前記ホーンの両側に設けられており、それぞれの側で所定の間隔をおいて前記超音波振動が伝達される方向に関して二つの部分に分かれており、
前記ヒータ保持部は、前記ホーンの両側に設けられており、それぞれの側で前記所定の間隔の間に配置されている、第１の本発明のボンディングツールである。

第３の本発明は、
前記所定の間隔をおいて前記二つの部分に分かれている前記脚部と、前記所定の間隔の間に配置されている前記ヒータ保持部とは、一体的に形成されている、第２の本発明のボンディングツールである。

第４の本発明は、
前記支持部は、板の形状をもち、
前記脚部は、前記支持部の下面に固定されており、
前記ヒータ保持部は、前記脚部と並んで配置されており、
前記支持部と前記ヒータ保持部との間には、所定の空間が形成されている、第３の本発明のボンディングツールである。

第５の本発明は、
前記ホーンは、前記超音波振動が伝達される方向が長手方向である角柱の形状をもち、
前記ヒータ被挿入孔は、前記超音波振動が伝達される方向と直交する方向に前記ホーンを貫通し、
前記ヒータを保持するためのヒータ保持孔が、前記ホーンの両側に設けられている前記ヒータ保持部にそれぞれ形成されている、第４の本発明のボンディングツールである。

第６の本発明は、
前記ヒータは、円柱の形状をもち、
前記ヒータ保持孔の中心軸は、前記ヒータ被挿入孔の中心軸と一致する、第５の本発明のボンディングツールである。

第７の本発明は、
前記ヒータ被挿入孔は、前記ホーンの両側の側面と直交する方向に前記ホーンを貫通する、第６の本発明のボンディングツールである。

第８の本発明は、
前記ヒータは、二つのヒータであり、
前記ヒータ被挿入孔と、前記ヒータ保持孔と、は、前記二つのヒータのそれぞれに対応して形成されており、
前記ヒータ被挿入孔の開口部の形状は、前記超音波振動が伝達される方向を長手方向とする楕円形である、第７の本発明のボンディングツールである。

第９の本発明は、
前記ヒータ被挿入孔の中心軸は、前記ホーンの前記長手方向の中心軸と直交し、
前記ヒータ被挿入孔は、前記ヒータ被挿入孔の中心軸を含み前記ホーンの前記長手方向の中心軸と直交する平面について面対称である、第７の本発明のボンディングツールである。

第１０の本発明は、
前記ヒータ被挿入孔の中心軸は、前記ホーンの前記長手方向の中心軸と直交し、
前記ヒータ被挿入孔は、前記ホーンの前記長手方向の中心軸を含み前記ヒータ被挿入孔の中心軸と直交する平面について面対称である、第７の本発明のボンディングツールである。

第１１の本発明は、
前記ヒータ被挿入孔の中心軸は、前記ホーンの前記長手方向の中心軸と直交し、
前記ヒータ被挿入孔は、前記ヒータ被挿入孔の中心軸と前記ホーンの前記長手方向の中心軸とを含む平面について面対称である、第７の本発明のボンディングツールである。

第１２の本発明は、
前記脚部が前記支持部に固定される四つの箇所は、前記ヒータ被挿入孔の中心軸を含み前記ホーンの前記長手方向の中心軸と直交する平面と、前記ホーンの前記長手方向の中心軸を含み前記ヒータ被挿入孔の中心軸と直交する平面と、について面対称である、第７の本発明のボンディングツールである。

第１３の本発明は、
前記ホーンは、冷却部として通気孔を有する、第１の本発明のボンディングツールである。

第１４の本発明は、
通気孔が、前記脚部の、前記ヒータ保持部に隣接する箇所に形成されている、第１の本発明のボンディングツールである。

第１５の本発明は、
通気孔が、前記支持部の、前記脚部に隣接する箇所に形成されている、第１の本発明のボンディングツールである。

第１６の本発明は、
温度計が挿入される温度計挿入穴が、前記ホーンに形成されている、第１の本発明のボンディングツールである。

第１７の本発明は、
前記所定のクリアランスの大きさは、０．０７５ｍｍ以上であって０．１ｍｍ以下である、第１の本発明のボンディングツールである。

第１８の本発明は、
前記電子部品を保持する第１の本発明のボンディングツールと、
回路基板を保持する回路基板保持ユニットと、
前記ボンディングツールに保持された前記電子部品を前記回路基板保持ユニットに保持された前記回路基板に対して押圧する押圧ユニットと、
を備えた、電子部品装着装置である。

第１９の本発明は、
第１８の本発明の電子部品装着装置を使用して、前記電子部品を前記回路基板に装着するための電子部品装着方法であって、
前記ボンディングツールを利用して、前記電子部品を保持する電子部品保持ステップと、
前記回路基板保持ユニットを利用して、前記回路基板を保持する回路基板保持ステップと、
前記押圧ユニットを利用して、前記ボンディングツールに保持された前記電子部品を前記回路基板保持ユニットに保持された前記回路基板に対して押圧する押圧ステップと、
前記超音波振動子を利用して、前記超音波振動を発生する超音波振動発生ステップと、
前記ヒータを利用して、前記電子部品保持部を加熱する加熱ステップと、
を備えた、電子部品装着方法である。

本発明の構成により、より質の高い超音波接合を行うことが可能な、ボンディングツール、電子部品装着装置、および電子部品装着方法を提供することができる。

本発明にかかる実施の形態における電子部品装着装置の概略的な正面図 本発明にかかる実施の形態におけるボンディングツールの概略的な正面図 本発明にかかる実施の形態におけるボンディングツールの概略的な下面図 本発明にかかる実施の形態におけるボンディングツールの、ヒータ被挿入孔、ヒータ保持孔およびヒータの概略的な拡大断面図 本発明にかかる実施の形態におけるボンディングツールの、別の、ヒータ被挿入孔、ヒータ保持孔およびヒータの概略的な拡大断面図 本発明にかかる実施の形態におけるボンディングツールの、さらに別の、ヒータ被挿入孔、ヒータ保持孔およびヒータの概略的な拡大断面図 本発明にかかる実施の形態におけるボンディングツールの、さらに別の、ヒータ被挿入孔、ヒータ保持孔およびヒータの概略的な拡大断面図 本発明にかかる別の実施の形態におけるボンディングツールの概略的な正面図 図８の、本発明にかかる実施の形態におけるボンディングツールの概略的な下面図 図８の、本発明にかかる実施の形態におけるボンディングツールの、ヒータ被挿入孔の概略的な正面図 従来の電子部品装着装置の概略的な正面図

以下に、図面を参照しながら本発明にかかる実施の形態について詳細に説明する。

はじめに、図１を主として参照しながら、本実施の形態における電子部品装着装置の構成およびその動作、並びに電子部品装着方法について説明する。

ここに、図１は、本発明にかかる実施の形態における電子部品装着装置の概略的な正面図である。

本実施の形態における電子部品装着装置は、電子部品１を保持するボンディングツール３と、回路基板２を保持する回路基板保持ユニット６と、ボンディングツール３に保持された電子部品１を、回路基板保持ユニット６に保持された回路基板２に対して押圧する押圧ユニット８と、を備えている。

ここで、押圧ユニット８の構成と、ボンディングツール３の構成とについて順にそれぞれより詳しく説明する。

はじめに、押圧ユニット８の構成について説明する。

押圧ユニット８は、ＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ）サーボモータなどのアクチュエータ８５を備えている。

ボールねじなどの駆動機構８３がアクチュエータ８５に組み合わせられており、アクチュエータ８５の駆動力はブロック８２を介して連結部８１に伝達される。連結部８１は、アクチュエータ８５の駆動力を受ける点が、電子部品１が回路基板２に装着される装着中心ポイントＰを通るＺ方向の直線Ｌの上にあるように、配置されている。ボンディングツール３を保持する接合ヘッド７は、連結部８１の（−Ｚ）側に配置されており、アクチュエータ８５の駆動力を利用してガイド８４に沿ってＺ方向に移動される。

ボンディングツール３に保持された電子部品１は、押圧ユニット８によって回路基板２に対して押圧され、熱と超音波振動とが同時に与えられる。そして、電子部品１の電極と回路基板２の電極とは、このような熱と超音波振動とを利用して接合される。

なお、電子部品１および／または回路基板２が有する複数の電極には、バンプなどの導電性の突起が、接合が容易に行われるように配置されていてもよい。

つぎに、図２および３を主として参照しながら、ボンディングツール３の構成についてより詳しく説明する。

ここに、図２は本発明にかかる実施の形態におけるボンディングツール３の概略的な正面図であり、図３は本発明にかかる実施の形態におけるボンディングツール３の概略的な下面図である。

ボンディングツール３は、部品装着ユニット３０と、脚部３１２と、支持部５と、ヒータ保持部３２４と、を備えており、後に詳しく説明されるように、脚部３１２と、ヒータ保持部３２４とは一体的に形成されている。

部品装着ユニット３０は、ホーン３１と、超音波振動子４と、電子部品保持部９と、を有している。

ホーン３１は超音波振動を伝達する手段であって、カートリッジヒータなどのヒータ３３が所定のクリアランスを隔てて挿入されるヒータ被挿入孔３１１が形成されている。ホーン３１は、超音波振動の所定の周波数で共振状態となる構造を有している。ホーン３１は、実質的に角柱形状であり、Ｘ方向を超音波振動が伝達される長手方向として長さをもち、ＹＺ平面に平行な対称面（すなわち、上述された長さを二等分する平面）Ｓ１、ＺＸ平面に平行な対称面Ｓ２、およびＸＹ平面に平行な対称面Ｓ３を有する角柱である。ホーン３１の長手方向の中心軸は、対称面Ｓ２と対称面Ｓ３との交線である。

なお、ホーン３１の形状は、本実施の形態においては角柱であるが、円柱などであってもよいことは、いうまでもない。

ボンディングツール３は、以下において詳しく説明されるように、対称面Ｓ１、Ｓ２およびのＳ３についてさまざまな高い対称性をもつ。

したがって、ヒータ３３による加熱が行われた場合においても、ボンディングツール３における熱分布したがって熱歪みがあらゆる方向についてほぼ均一になる。よって、ボンディングツール３に保持された電子部品１の振動モードが本来の設計値からずれてしまう恐れなどは、大きく低減される。そのため、たとえば、電子部品１が回路基板２（図１参照）に対して傾いてしまい、電子部品１または回路基板２の電極における損傷または接合不良が発生する現象に対処して装置の平行調整などを行う必要は、ほとんどない。

超音波振動子４は、ホーン３１の（＋Ｘ）側の一端に固定されている、圧電素子（図示省略）を利用して超音波振動を発生する手段である。

超音波振動子４によって発生させられた超音波振動は、ホーン３１によって電子部品保持部９まで縦振動として伝達され、電子部品保持部９を介して電子部品１に印加される。

アンチノーダルポイントＰ１は、超音波振動の振幅が共振状態において最大である腹に対応する、Ｘ方向の位置を示すポイントである。本実施の形態における超音波振動は二個の節を有しており、ホーン３１の（＋Ｘ）側の一端により近いノーダルポイントＰ２、およびホーン３１の（−Ｘ）側の他端により近いノーダルポイントトＰ３は、超音波振動の振幅が共振状態においてほぼ零である節に対応する、Ｘ方向の位置を示すポイントである。アンチノーダルポイントＰ１は対称面Ｓ１の上に存在し、ノーダルポイントＰ２およびＰ３は対称面Ｓ１についてほぼ面対称に存在する。

電子部品保持部９は、ホーン３１に固定され、電子部品１を保持し、ヒータ３３によって加熱される手段である。電子部品保持部９はアンチノーダルポイントＰ１の位置を基準としてホーン３１の下面に設けられており、電子部品１は真空吸着により対称面Ｓ１と対称面Ｓ２との交線の上の装着中心ポイントＰに保持される。

つぎに、支持部５は、ＸＹ平面に平行な板の形状をもち、その下面の前後（Ｘ方向）２箇所に、Ｙ方向に伸びる凸条５ａ、５ｂを有し、各凸条５ａ、５ｂの下面の左右２箇所、合計４箇所で、後述する通りボルトで、脚部３１２を保持している。

このように、脚部３１２は、支持部５の凸条５ａ、５ｂに固定されている。脚部３１２が凸条５ａ、５ｂに固定される四つの箇所は、ヒータ被挿入孔３１１の中心軸を含みホーン３１の長手方向の中心軸と直交する対称面Ｓ１と、ホーン３１の長手方向の中心軸を含みヒータ被挿入孔３１１の中心軸と直交する対称面Ｓ２と、について面対称である。より具体的には、脚部３１２のそれら四つの箇所には、ボルト３２３１、３２３２、３２３３および３２３４がそれぞれ挿入されるボルト孔３２２１、３２２２、３２２３および３２２４が、対称面Ｓ１およびＳ２の何れについても面対称であるように、形成されている。

他方、支持部５の上面には、接合ヘッド７（図１参照）が取り付けられている。

つぎに、脚部３１２は、ホーン３１における超音波振動のノーダルポイントＰ２およびＰ３で、ホーン３１の（＋Ｙ）側および（−Ｙ）側からホーン３１を保持している。

より具体的には、脚部３１２は、Ｚ方向を長手方向として長さをもつリブ３１２１、３１２２、３１２３および３１２４によって四つの箇所でホーン３１を保持している。このため、押圧ユニット８が電子部品１を押圧するＺ方向に関しては、押圧力を伝達するのに十分な剛性を確保することができる。

さらに、リブ３１２１および３１２２はノーダルポイントＰ２の位置を基準として設けられており、リブ３１２３および３１２４はノーダルポイントＰ３の位置を基準として設けられている。このため、超音波振動子４によって発生させられた超音波振動が伝達されるＸ方向に関しては、電子部品１が超音波振動により振動するための十分な自由度を確保することができる。

つぎに、ヒータ保持部３２４は、ホーン３１の（＋Ｙ）側および（−Ｙ）側からヒータ３３を保持している。

上述した通り、脚部３１２は、ホーン３１の（＋Ｙ）側および（−Ｙ）側に設けられており、それぞれの側で、所定の間隔をおいて超音波振動が伝達されるＸ方向に関して二つの部分に分かれている。その結果、合計４つの部分に分かれている。そして、上述の通りヒータ保持部３２４は、ホーン３１の（＋Ｙ）側および（−Ｙ）側に設けられており、それぞれの側で上述された脚部３１２の所定の間隔の間に、脚部３１２と一体的に配置されている。つまり、所定の間隔をおいて二つの部分に分かれている脚部３１２と、Ｘ方向に関して脚部３１２と並んでその所定の間隔の間に配置されているヒータ保持部３２４とは、一体的に形成されている。

さらに、支持部５の下面とヒータ保持部３２４との間には、所定の空間Ｓが形成されている。

さらに、本実施の形態では、脚部３１２とヒータ保持部３２４とは上述された通り一体的に形成されているが、脚部３１２とヒータ保持部３２４とホーン３１とが一体的に形成されている。

より具体的には、脚部３１２とヒータ保持部３２４とは、リブ３１２１、３１２２、３１２３および３１２４によって四つの箇所でホーン３１と連続するように、単一の原材からワイヤカッタ加工によって一体的に形成されている。そして、ヒータ被挿入孔３１１とヒータ保持孔３２５とは、両者の中心軸が一致するように一回の穿孔加工によって形成されている。このため、このような加工精度のよいワイヤカッタ加工および穿孔加工が利用されるので、ボンディングツール３についての振動特性などに関する個体差がほとんどない。

さらに、前述されたように、リブ３１２１および３１２２がノーダルポイントＰ２の位置を基準として設けられており、リブ３１２３および３１２４がノーダルポイントＰ３の位置を基準として設けられているので、超音波振動子４によって発生させられた超音波振動は、脚部３１２の間に存在するヒータ保持部３２４にはほとんど伝達されない。このため、超音波振動が超音波振動子４によって発生させられた場合にも、脚部３１２と一体的に形成されているヒータ保持部３２４によって保持されるヒータ３３は、ほとんど変位しない。さらに、脚部３１２が固定された支持部５にも超音波振動はほとんど伝達されない。

一方、加熱がヒータ３３によって行われた場合には、支持部５はほとんど変位しないが、脚部３１２は熱膨張により伸張して支持部５から見て（−Ｚ）側に変位してしまう。

しかしながら、前述されたように、脚部３１２とヒータ保持部３２４とホーン３１とは一体的に形成されているので、ヒータ保持部３２４とホーン３１とは脚部３１２とともに（−Ｚ）側に変位し、ヒータ保持部３２４とホーン３１との相対的な位置関係そのものはほとんど変化しない。

したがって、加熱がヒータ３３によって行われた場合にも、ヒータ保持部３２４によって保持されたヒータ３３が、ホーン３１に形成されたヒータ被挿入孔３１１に接触してしまうことはほとんどない。

このため、本実施の形態においては、金と金との接合をともなう半導体フリップチップ実装などに利用可能な、従来は不可能であった高温領域での質の高い超音波接合を行うことが可能である。

ヒータ３３は、実質的に、超音波振動が伝達されるＸ方向と直交するＹ方向を長手方向として長さをもち、対称面Ｓ１、Ｓ２およびＳ３を有する円柱の形状をもつ。

なお、ヒータ３３の形状は、本実施の形態においては円柱であるが、角柱などであってもよく、ヒータ被挿入孔３１１およびヒータ保持孔３２５はヒータ３３の形状に対応して形成されていればよいことは、いうまでもない。

ヒータ３３を保持するためのヒータ保持孔３２５は、ホーン３１の（＋Ｙ）側および（−Ｙ）側に設けられている脚部３１２のヒータ保持部３２４にそれぞれ形成されている。ヒータ保持孔３２５の中心軸は、ヒータ被挿入孔３１１の中心軸と一致している。

ヒータ被挿入孔３１１は、超音波振動が伝達されるＸ方向と直交し、ホーン３１の（＋Ｙ）側および（−Ｙ）側の側面と直交する方向にホーン３１を貫通している。ホーン３１の長手方向の中心軸は前述された通り対称面Ｓ２と対称面Ｓ３との交線であり、ヒータ被挿入孔３１１の中心軸は対称面Ｓ１と対称面Ｓ３との交線である。したがって、ヒータ被挿入孔３１１の中心軸は、ホーン３１の長手方向の中心軸と直交している。

そして、ヒータ被挿入孔３１１は、（１）ヒータ被挿入孔３１１の中心軸を含みホーン３１の長手方向の中心軸と直交する対称面Ｓ１、（２）ホーン３１の長手方向の中心軸を含みヒータ被挿入孔３１１の中心軸と直交する対称面Ｓ２、および（３）ヒータ被挿入孔３１１の中心軸とホーン３１の長手方向の中心軸とを含む対称面Ｓ３の何れについても面対称である。

ホーン３１は、ヒータ被挿入孔３１１に隣接する箇所に形成されている通気孔を利用して設けられる第一冷却部３１３、および第二冷却部３１４を有している。

第一冷却部３１３は、超音波振動子４が固定されているホーン３１の（＋Ｘ）側の一端とヒータ被挿入孔３１１との間に、超音波振動が伝達されるＸ方向と直交するＹ方向にホーン３１を貫通する三つの通気孔を利用して対称面Ｓ２およびＳ３についてほぼ面対称に設けられている。

そして、上述された三つの通気孔は、縦穴３１３１によって、チューブ３１３３に連結されている吸着パッド３１３２を介しエアポンプ（図示省略）に連結されている。

このため、第一冷却部３１３は、たとえば、その耐熱温度が１００℃前後である超音波振動子４がホーン３１を介する熱伝導により故障する現象を抑制することができる。

第二冷却部３１４は、第一冷却部３１３と同様な構成を有しているが、ホーン３１の（−Ｘ）側の一端とヒータ被挿入孔３１１との間に、対称面Ｓ１について第一冷却部３１３とほぼ面対称に設けられている。

このため、第二冷却部３１４は、たとえば、ホーン３１が熱膨張により（−Ｘ）側と（＋Ｘ）側とで非対称的に肥大してしまい、電子部品１の回路基板２（図１参照）に対する傾きに由来する電子部品１の電極と回路基板２の電極との間の距離が不均一になる現象を抑制することができる。

脚部通気孔３２１１、３２１２、３２１３および３２１４は、脚部３１２の、ヒータ保持部３２４に隣接する箇所に、対称面Ｓ１およびＳ２の何れについても面対称であるように形成されている。

脚部通気孔３２１１は、対称面Ｓ１の（＋Ｘ）側および対称面Ｓ２の（−Ｙ）側に形成されており、Ｚ方向に脚部３１２を貫通している。脚部通気孔３２１２は、対称面Ｓ１の（−Ｘ）側および対称面Ｓ２の（−Ｙ）側に形成されており、Ｚ方向に脚部３１２を貫通している。脚部通気孔３２１３は、対称面Ｓ１の（＋Ｘ）側および対称面Ｓ２の（＋Ｙ）側に形成されており、Ｚ方向に脚部３１２を貫通している。脚部通気孔３２１４は、対称面Ｓ１の（−Ｘ）側および対称面Ｓ２の（＋Ｙ）側に形成されており、Ｚ方向に脚部３１２を貫通している。

このため、脚部通気孔３２１１、３２１２、３２１３および３２１４は、脚部３１２を介する熱放散を低減し、たとえば、脚部３１２より先にある支持部５が顕著に変形する現象を抑制することができる。

また、支持部通気孔５１１および５１２は、支持部５の凸条５ａ、５ｂの、脚部３１２に隣接する箇所に、対称面Ｓ１について面対称であるようにそれぞれ形成されている。

支持部通気孔５１１は、対称面Ｓ１の（＋Ｘ）側に形成されており、Ｙ方向に支持部５を貫通している。支持部通気孔５１２は、対称面Ｓ１の（−Ｘ）側に形成されており、Ｙ方向に支持部５を貫通している。

このため、支持部通気孔５１１および５１２は、支持部５を介する熱放散を低減し、たとえば、支持部５より先にある接合ヘッド７（図１参照）が変形する現象を抑制することができる。

温度計支持プレート（図示省略）によって支持される、熱電対または放射温度計などの温度計（図示省略）が所定のギャップを隔てて挿入される温度計挿入穴３４は、ホーン３１に形成されている。

温度計挿入穴３４は、ホーン３１の（−Ｘ）側の他端からヒータ３３によって加熱される電子部品保持部９の近傍まで、対称面Ｓ２について面対称であるように、超音波振動が伝達されるＸ方向に穿掘されている。

温度計は、超音波振動が超音波振動子４によって発生させられた場合および加熱がヒータ３３によって行われた場合にも、温度計挿入穴３４に接触してしまわない深さにまで挿入される。そして、上述された所定のギャップも、温度計がそのように温度計挿入穴３４に接触してしまわない程度には大きく設定される。

もちろん、温度計によって測定される温度と、電子部品保持部９によって保持される電子部品１の温度と、の相関関係を予め用意しておき、そのような相関関係を考慮するフィードバックによって温度制御を高精度に行うことが、望ましい。

ヒータ３３は前述された通り所定のクリアランスを隔ててヒータ被挿入孔３１１に挿入されるが、図４に示されているように、所定のクリアランスの大きさδはヒータ３３の加熱性能およびヒータ被挿入孔３１１の穿孔加工の精度などを考慮して０．０７５ｍｍ以上であって０．１ｍｍ以下であることが望ましい。

ここに、図４は、本発明にかかる実施の形態におけるボンディングツール３の、ヒータ被挿入孔３１１およびヒータ保持孔３２５の近傍の概略的な断面図である。

クリアランスが小さくなりすぎると、ヒータ３３が、超音波振動が超音波振動子４（図２参照）によって発生させられた場合および加熱がヒータ３３によって行われた場合に、ヒータ被挿入孔３１１に接触してしまうことがある。そこで、クリアランスの大きさδは、ヒータ３３がそのようにヒータ被挿入孔３１１に接触してしまわない程度には大きく設定される。

クリアランスが大きくなりすぎると、加熱が熱輻射や熱対流を考慮しても非効率的になってしまうことがある。そこで、クリアランスの大きさδは、加熱がそのように非効率的になってしまわない程度には小さく設定される。

なお、所定のクリアランスは、上述された本実施の形態においては、図４に示されているように、ヒータ電源供給線３３２が接続されるヒータフランジ３３１をもつヒータ３３のスティック部分について、頭部と尾部との間にある本体部の口径を切削加工によって小さくする方法で形成されている。

このような実施の形態には、たとえば、高い切削加工精度を保証することは頭部と尾部との間の本体部のみを切削加工しなければならないためにやや困難であるという短所があるが、頭部および尾部での切削加工に由来するヒータ３３とヒータ保持孔３２５との間でのがたつきはほとんど発生せず、ヒータ３３とヒータ被挿入孔３１１とヒータ保持孔３２５とは対称面Ｓ１、Ｓ２およびＳ３（図２および３参照）の何れについても面対称であるように形成されており、ヒータ被挿入孔３１１とヒータ保持孔３２５とは一回の穿孔加工によって容易に形成できるという長所がある。

しかしながら、所定のクリアランスは、図５〜７に示されているように、その他の方法で形成されていてもよい。

以上説明した本実施の形態における電子部品装着装置の動作および電子部品装着方法の一実施の形態をまとめると、次の通りとなる。

１．まず、ボンディングツール３は、電子部品１を保持する（電子部品保持ステップ）。

２．また、回路基板保持ユニット６は、回路基板２を保持する（回路基板保持ステップ）。

３．その後、押圧ユニット８は、ボンディングツール３に保持された電子部品１を回路基板保持ユニット６に保持された回路基板２に対して押圧する（押圧ステップ）。

より具体的には、押圧ユニット８は、ブロック８２を介してアクチュエータ８５の駆動力を連結部８１に伝達する。

そして、押圧ユニット８は、ボンディングツール３を保持する接合ヘッド７をガイド８４に沿ってＺ方向に移動する。

このようにして、ボンディングツール３に保持された電子部品１は、回路基板２に対して押圧される。

４．また、超音波振動子４は、超音波振動を発生する（超音波振動発生ステップ）。

５．また、ヒータ３３は、電子部品保持部９を加熱する（加熱ステップ）。

もちろん、押圧、超音波振動発生、加熱の各ステップは同時に行う。

このようにして、電子部品１の電極と回路基板２の電極とは、熱と超音波振動とを利用して接合される。

本実施の形態における電子部品装着装置および方法は、このようにして上述された構成をもつボンディングツール３を利用して質の高い超音波接合を行うことができる。

次に、各種別の実施の形態について説明する。

ここに、図５〜７は、本発明にかかる実施の形態におけるボンディングツール３の、ヒータ被挿入孔３１１およびヒータ保持孔３２５の近傍の概略的な拡大断面図である。

所定のクリアランスは、図５に示されている実施の形態においては、本体部および尾部の口径を切削加工によって小さくする方法で形成されている。このような実施の形態では、ヒータ３３の加工は図４の場合に比べて楽であるが、ヒータ保持孔３２５の大きさと、ヒータ被挿入口３１１の大きさが異なるので、双方の中心軸を精密に合わせることが難しくがたつきが発生してしまう傾向がある。

そして、所定のクリアランスは、図６に示されている実施の形態においては、頭部、本体部および尾部の口径を切削加工によって小さくする方法で形成されている。このような実施の形態では、高い切削加工精度を保証するうえで、頭頭部、本体部および尾部を全て切削加工すればよいために極めて容易である。他方、ヒータ３３とヒータ保持孔３２５との間のスペースの全部または一部に挿入されるスペーサ３３３および３３４（図６参照）の取り付けなどに難しさが存在する。

そして、所定のクリアランスは、図７に示されている実施の形態においては、図６の場合のスペーサ３３３、３３４の代わりにボルト３３５、３３６を用いる。すなわち、ボルト３３５、３３６を、ＸＺ平面内で、１２０度間隔で３方から直接ヒータを抑え、その３本のボルトのネジ具合を調節することで、クリアランスを確保する方法である。この場合は、ヒータ３３の加工方法は容易である。

なお、ヒータは、上述された本実施の形態においては、図２および３に示されているように、一つのヒータ３３であった。

しかしながら、ヒータは、図８および９に示されているように、二つのヒータであってもよい。

ここに、図８は本発明にかかる実施の形態におけるボンディングツール３の概略的な正面図であり、図９は本発明にかかる実施の形態におけるボンディングツール３の概略的な下面図である。

ヒータは、図８および９に示されている実施の形態においては、カートリッジヒータなどのヒータ３３ａおよび３３ｂである。

そして、ヒータ被挿入孔３１１ａおよび３１１ｂと、ヒータ保持孔３２５ａおよび３２５ｂと、は、二つのヒータ３３ａおよび３３ｂのそれぞれに対応して形成されている。

ヒータ被挿入孔３１１ａおよび３１１ｂは、対称面Ｓ１について面対称であるように形成されている。ヒータ被挿入孔３１１ａは、対称面Ｓ１の（＋Ｘ）側に形成されており、Ｙ方向にホーン３１を貫通している。ヒータ被挿入孔３１１ｂは、対称面Ｓ１の（−Ｘ）側に形成されており、Ｙ方向にホーン３１を貫通している。

ヒータ保持孔３２５ａおよび３２５ｂは、対称面Ｓ１について面対称であるように形成されている。ヒータ保持孔３２５ａは、対称面Ｓ１の（＋Ｘ）側に形成されており、Ｙ方向にヒータ保持部３２４を貫通している。ヒータ保持孔３２５ｂは、対称面Ｓ１の（−Ｘ）側に形成されており、Ｙ方向にヒータ保持部３２４を貫通している。

このような実施の形態には、電子部品１を保持する電子部品保持部９をより効率よく加熱できるという長所があるが、ヒータ３３ａおよび３３ｂが、その配列の方向からくる加熱の非対称性により、ヒータ３３ａおよび３３ｂがヒータ被挿入孔３１１ａおよび３１１ｂに接触してしまう可能性がある。

そこで、上述された短所を克服するために、ヒータ被挿入孔３１１ａおよび３１１ｂの開口部の形状は、図１０に示されているように、超音波振動が伝達されるＸ方向を長手方向とする楕円形であってもよい。

ここに、図１０は、本発明にかかる実施の形態におけるボンディングツール３の、ヒータ被挿入孔３１１ａおよび３１１ｂの近傍の概略的な正面図である。

すなわち、前述されたように、ヒータ被挿入孔３１１ａは対称面Ｓ１の（＋Ｘ）側に形成されており、ヒータ被挿入孔３１１ｂは対称面Ｓ１の（−Ｘ）側に形成されているので、ホーン３１は熱膨張により他の方向に比べてＸ方向により大きく伸張する。

より具体的には、加熱状態におけるヒータ３３ａおよび３３ｂの温度が約５００〜６００℃である場合には、加熱状態における電子部品１の温度は約３００℃である。

すると、常温すなわち約０℃の非加熱状態におけるヒータ３３ａとヒータ３３ｂとの間のＸ方向の距離Ｄが約２５ｍｍであり、ホーン３１の線膨張係数が約０．００００１３／Ｋである場合には、加熱状態におけるＸ方向の距離Ｄは非加熱状態における距離Ｄと比べて約０．０９７５（＝０．００００１３×２５×３００）ｍｍは増大し、ヒータ被挿入孔３１１ａおよび３１１ｂの開口部の形状が結果的にＸ方向に圧縮される現象が発生してしまう。

しかしながら、ヒータ被挿入孔３１１ａおよび３１１ｂの開口部の形状がそのような現象を見越したＸ方向を長手方向とする楕円形であれば、ヒータ３３ａおよび３３ｂが、加熱がヒータ３３ａおよび３３ｂによって行われた場合に、ヒータ被挿入孔３１１ａおよび３１１ｂに接触してしまう恐れは大きく低減される。

このように、図１０の実施の形態によれば、複数個のヒータを用いる場合でも、膨張による接触という不都合をより一層回避できる。

なお、上述された本実施の形態においては、脚部３１２と、ヒータ保持部３２４とは、単一の原材からワイヤカッタ加工によって一体的に形成されていた。しかしながら、たとえば、脚部３１２と、ヒータ保持部３２４とは、最初に別体として成形され、その後に、接合あるいは連結され、最終的に一体的に形成されていてもよい。

また、以上の説明において、「対称」と述べている場合、数学的な意味で厳密である必要はなく、本発明の目的に反しない限りで、ある程度「対称」から外れた場合も含む。

本発明にかかる、ボンディングツール、電子部品装着装置、および電子部品装着方法は、より質の高い超音波接合を行うことができ、半導体フリップチップ実装等として有用である。

１ 電子部品
２ 回路基板
３ ボンディングツール
３０ 部品装着ユニット
３１ ホーン
３１１、３１１ａ、３１１ｂ ヒータ被挿入孔
３１２ 脚部
３１２１、３１２２、３１２３、３１２４ リブ
３１３ 第一冷却部
３１３１ 縦穴
３１３２ 吸着パッド
３１３３ チューブ
３１４ 第二冷却部
３２１１、３２１２、３２１３、３２１４ 脚部通気孔
３２２１、３２２２、３２２３、３２２４ ボルト孔
３２３１、３２３２、３２３３、３２３４ ボルト
３２４ ヒータ保持部
３２５、３２５ａ、３２５ｂ ヒータ保持孔
３３、３３ａ、３３ｂ ヒータ
３３１ ヒータフランジ
３３２ ヒータ電源供給線
３３３、３３４ スペーサ
３３５、３３６ ボルト
３４ 温度計挿入穴
４ 超音波振動子
５ 支持部
５ａ、５ｂ 凸条
５１１、５１２ 支持部通気孔
６ 回路基板保持ユニット
７ 接合ヘッド
８ 押圧ユニット
８１ 連結部
８２ ブロック
８３ 駆動機構
８４ ガイド
８５ アクチュエータ
９ 電子部品保持部

Claims (19)

1. ヒータが所定のクリアランスを隔てて挿入されるヒータ被挿入孔が形成されている、超音波振動を伝達するホーンと、前記ホーンに固定されている、前記超音波振動を発生する超音波振動子と、前記ホーンに固定されている、電子部品を保持し、前記ヒータによって加熱される電子部品保持部と、を有する部品装着ユニットと、
   前記ホーンにおける前記超音波振動のノーダルポイントで、前記ホーンの両側から前記ホーンを保持する脚部と、
   前記脚部を支持する支持部と、
   前記ホーンの両側から前記ヒータを保持するヒータ保持部と、
   を備え、
   前記脚部と、前記ヒータ保持部とは、一体的に形成されている、ボンディングツール。
2. 前記脚部は、前記ホーンの両側に設けられており、それぞれの側で所定の間隔をおいて前記超音波振動が伝達される方向に関して二つの部分に分かれており、
   前記ヒータ保持部は、前記ホーンの両側に設けられており、それぞれの側で前記所定の間隔の間に配置されている、請求項１記載のボンディングツール。
3. 前記所定の間隔をおいて前記二つの部分に分かれている前記脚部と、前記所定の間隔の間に配置されている前記ヒータ保持部とは、一体的に形成されている、請求項２記載のボンディングツール。
4. 前記支持部は、板の形状をもち、
   前記脚部は、前記支持部の下面に固定されており、
   前記ヒータ保持部は、前記脚部と並んで配置されており、
   前記支持部と前記ヒータ保持部との間には、所定の空間が形成されている、請求項３記載のボンディングツール。
5. 前記ホーンは、前記超音波振動が伝達される方向が長手方向である角柱の形状をもち、
   前記ヒータ被挿入孔は、前記超音波振動が伝達される方向と直交する方向に前記ホーンを貫通し、
   前記ヒータを保持するためのヒータ保持孔が、前記ホーンの両側に設けられている前記ヒータ保持部にそれぞれ形成されている、請求項４記載のボンディングツール。
6. 前記ヒータは、円柱の形状をもち、
   前記ヒータ保持孔の中心軸は、前記ヒータ被挿入孔の中心軸と一致する、請求項５記載のボンディングツール。
7. 前記ヒータ被挿入孔は、前記ホーンの両側の側面と直交する方向に前記ホーンを貫通する、請求項６記載のボンディングツール。
8. 前記ヒータは、二つのヒータであり、
   前記ヒータ被挿入孔と、前記ヒータ保持孔と、は、前記二つのヒータのそれぞれに対応して形成されており、
   前記ヒータ被挿入孔の開口部の形状は、前記超音波振動が伝達される方向を長手方向とする楕円形である、請求項７記載のボンディングツール。
9. 前記ヒータ被挿入孔の中心軸は、前記ホーンの前記長手方向の中心軸と直交し、
   前記ヒータ被挿入孔は、前記ヒータ被挿入孔の中心軸を含み前記ホーンの前記長手方向の中心軸と直交する平面について面対称である、請求項７記載のボンディングツール。
10. 前記ヒータ被挿入孔の中心軸は、前記ホーンの前記長手方向の中心軸と直交し、
    前記ヒータ被挿入孔は、前記ホーンの前記長手方向の中心軸を含み前記ヒータ被挿入孔の中心軸と直交する平面について面対称である、請求項７記載のボンディングツール。
11. 前記ヒータ被挿入孔の中心軸は、前記ホーンの前記長手方向の中心軸と直交し、
    前記ヒータ被挿入孔は、前記ヒータ被挿入孔の中心軸と前記ホーンの前記長手方向の中心軸とを含む平面について面対称である、請求項７記載のボンディングツール。
12. 前記脚部が前記支持部に固定される四つの箇所は、前記ヒータ被挿入孔の中心軸を含み前記ホーンの前記長手方向の中心軸と直交する平面と、前記ホーンの前記長手方向の中心軸を含み前記ヒータ被挿入孔の中心軸と直交する平面と、について面対称である、請求項７記載のボンディングツール。
13. 前記ホーンは、冷却部として通気孔を有する、請求項１記載のボンディングツール。
14. 通気孔が、前記脚部の、前記ヒータ保持部に隣接する箇所に形成されている、請求項１記載のボンディングツール。
15. 通気孔が、前記支持部の、前記脚部に隣接する箇所に形成されている、請求項１記載のボンディングツール。
16. 温度計が挿入される温度計挿入穴が、前記ホーンに形成されている、請求項１記載のボンディングツール。
17. 前記所定のクリアランスの大きさは、０．０７５ｍｍ以上であって０．１ｍｍ以下である、請求項１記載のボンディングツール。
18. 前記電子部品を保持する請求項１記載のボンディングツールと、
    回路基板を保持する回路基板保持ユニットと、
    前記ボンディングツールに保持された前記電子部品を前記回路基板保持ユニットに保持された前記回路基板に対して押圧する押圧ユニットと、
    を備えた、電子部品装着装置。
19. 請求項１８記載の電子部品装着装置を使用して、前記電子部品を前記回路基板に装着するための電子部品装着方法であって、
    前記ボンディングツールを利用して、前記電子部品を保持する電子部品保持ステップと、
    前記回路基板保持ユニットを利用して、前記回路基板を保持する回路基板保持ステップと、
    前記押圧ユニットを利用して、前記ボンディングツールに保持された前記電子部品を前記回路基板保持ユニットに保持された前記回路基板に対して押圧する押圧ステップと、
    前記超音波振動子を利用して、前記超音波振動を発生する超音波振動発生ステップと、
    前記ヒータを利用して、前記電子部品保持部を加熱する加熱ステップと、
    を備えた、電子部品装着方法。