JP2019110155A - 電子部品ボンディングツール - Google Patents

Abstract

【課題】超音波接合において電子部品に安定した振動を付与することで、電子部品を精度良く実装し、高い接合信頼性を実現すること。【解決手段】ボンディングツール５は、超音波振動を発生する超音波振動子５２と、超音波振動を伝達するホーン５１と、電子部品を保持する電子部品保持部５３と、ホーン５１に設けられた複数の節部５１２と、複数の節部５１２のそれぞれに対応して設けられた複数のブロック部５１４と、を備える。ブロック部５１４は、ホーン５１の長手方向の中心軸を基準として対称に設けられている。また、ブロック部５１４には、ホーン５１の長手方向に対して平行な溝部５１３が設けられている。【選択図】図２Ｂ

Description

本発明は、電子部品を回路基板に装着する技術に関する。

従来、プリント基板等の回路基板に電子部品を装着する装置では、部品保持部に保持された電子部品の電極と、回路基板の電極とを接合する様々な方法が利用されている。

例えば、電子部品と回路基板とを短時間で接合することができる方法の１つとして、超音波を利用する接合方法（以下、超音波接合という）が知られている。この超音波接合では、回路基板に押圧された電子部品に超音波振動を付与することにより振動させ、電子部品の電極（例えば、バンプ）と、回路基板の電極とを電気的に接合する。

電子部品装着装置は、電子部品を接合する際に、電子部品そのものを加圧しながら、電子部品に超音波振動を付与する。そのため、加圧動作中は、電子部品に与えられる荷重が電子部品において均一となるように超音波振動を付与し、振動方向を超音波振動方向と同一方向に水平に与えることが重要となる。加圧時に振動方向が傾いてしまうと、保持面が理想的な状態から変化してしまい、電子部品の実装精度を悪化させてしまったり、電子部品に所望の振動が伝わらず、十分な接合強度が得られなくなったりする。

特許文献１には、上述した電子部品への超音波振動を安定させるための構造が開示されている。以下、図９を用いて、特許文献１に開示された従来構造のボンディングユニット６の概略を説明する。図９の上図は、ボンディングユニット６の正面を示しており、図９の下図は、振幅の伝達を示す波形を示している。

まず、図９の上図を参照して、各部品名と役割について説明する。

振動子６４に与えられた電荷により、振動子６４がボンディングユニット６の共振周波数域で駆動し、その振動がホーン６１に伝達される。伝達された振動は、増減しながらツール部６３に伝わり、部材６２に所望の圧力と振幅を与える。これにより接合が実現される。

次に、図９の下図を参照して、ホーン６１に伝達する振動について詳しく説明する。

振動子６４から発生した振動を増幅させながらツール部６３に伝達する過程では、ホーン６１において振動が減衰するポイントが必要となる。これは、加圧時にホーン６１の振動に与える影響を極力少なくするためである。この例では、振動が最も減衰するポイントとして、２箇所のノーダルポイント６１１、６１２が存在している。これらノーダルポイント６１１、６１２でホーン６１を支持（固定）することで、加圧時にホーン６１の振動に与える影響を抑制できる。

特開平２０１５−１２３４８１号公報

上述したように、特許文献１では、ホーン６１を２箇所のノーダルポイントで支持している。しかしながら、ノーダルポイント６１１のホーン６１との接触部６１３には、集中的に圧力がかかる。そのため、完全に振動を抑制できていない場合、振動の影響を受けることにより、接触部６１３において摩耗が発生してしまう。

接触部６１３において摩耗が発生すると、ツール部６３の振動は不安定になるため、水平方向の長期的な振動安定性の確保が困難になってしまう。

また、接触部６１３の摩耗具合を検知することは難しいため、不良品を作り続けてしまうおそれもある。

本発明の目的は、超音波接合において電子部品に安定した振動を付与することで、電子部品を精度良く実装でき、高い接合信頼性を実現できる電子部品ボンディングツールを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る電子部品ボンディングツールは、超音波振動を発生する超音波振動子と、前記超音波振動子の超音波振動を伝達するホーンと、電子部品を保持する電子部品保持部と、前記ホーンに設けられた複数の節部と、前記複数の節部のそれぞれに対応して設けられた複数のブロック部と、を備え、前記ブロック部は、前記ホーンの長手方向の中心軸を基準として対称に設けられており、前記ブロック部には、前記ホーンの長手方向に対して平行な溝部が設けられている。

本発明によれば、超音波接合において電子部品に安定した振動を付与することで、電子部品を精度良く実装でき、高い接合信頼性を実現できる。

本発明の実施の形態に係る電子部品装着装置の概略構成を示す正面図 本発明の実施の形態に係るボンディングツールを示す図 本発明の実施の形態に係るボンディングツールの電子部品保持部の近傍の構成の概略を示す斜視図 従来構造のボンディングツールを示す正面図 従来構造のボンディングツールを示す斜視図 第１の検討例に係るボンディングツールを示す正面図 第１の検討例に係るボンディングツールを示す下面図 第２の検討例に係るボンディングツールを示す正面図 第２の検討例に係るボンディングツールを示す下面図 第３の検討例に係るボンディングツールを示す正面図 第３の検討例に係るボンディングツールを示す下面図 本発明の実施の形態に係るホーン保持部を示す上面図 本発明の実施の形態に係るホーン保持部を示す正面図 本発明の実施の形態に係るホーン保持部を示す下面図 本発明の実施の形態に係るブロック部の体積およびホーンの体積を示す下面図 本発明の実施の形態に係るブロック部の体積およびホーンの体積を示す正面図 特許文献１のボンディングツールの説明図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

＜電子部品装着装置１＞
まず、主に図１を参照しながら、本発明の実施の形態に係る電子部品装着装置１の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る電子部品装着装置１の概略的な構成を示す正面図である。

図１に示す電子部品装着装置１は、システムＬＳＩ（Large Scale Integration）などに利用される微細な電子部品の、プリント基板などの回路基板９に対する装着および接合を同時に行う、いわゆるフリップチップ実装装置である。

電子部品は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップ、半導体レーザなどの半導体発光素子、パッケージされたＩＣ（Integrated Circuit）、抵抗、コンデンサ、微細な半導体ベアチップなどの半導体、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）フィルタ、または、カメラモジュールなどの半導体以外の電子部品、のいずれであってもよい。

また、電子部品の電極部は、電子部品の電極パターンに金（Ａｕ）で形成された突起バンプであってもよいし、電子部品によってはメッキバンプなどであってもよいし、電極パターン自体であってもよい。

回路基板９は、樹脂により形成された回路基板、または、ガラスおよび半導体などの樹脂以外の材料により形成された回路基板、のいずれであってもよい。

また、回路基板９の電極には、電子部品の電極パターンに形成される突起バンプの代わりの突起バンプが設けられてもよい。

図１に示すように、電子部品装着装置１は、基板保持部２と、部品装着ユニット３と、部品供給部４と、撮像部１１と、を備えている。

基板保持部２の（＋Ｚ）側、すなわち図中の上方側には、基板保持部２に保持された回路基板９に電子部品を装着するための部品装着ユニット３が設けられている。

基板保持部２の（−Ｘ）側、すなわち図中の左側には、部品装着ユニット３に電子部品を供給する部品供給部４が設けられている。

基板保持部２と部品供給部４との間には、部品供給部４により部品装着ユニット３に供給された電子部品を撮像する撮像部１１が設けられている。

これら基板保持部２、部品装着ユニット３、部品供給部４、および撮像部１１が制御部１０により制御され、回路基板９に対する電子部品の装着が行われる。

ここで、基板保持部２、部品装着ユニット３、部品供給部４、および撮像部１１の構成について、詳細に説明する。

＜基板保持部２＞
基板保持部２は、回路基板９を保持するユニットである。基板保持部２は、回路基板９を保持するステージ２１と、ステージ２１をＹ方向に移動するステージ移動機構２２と、を備えている。

＜部品装着ユニット３＞
部品装着ユニット３は、基板保持部２に保持された回路基板９に、部品供給部４により供給された電子部品を装着するユニットである。部品装着ユニット３は、押圧ユニット３３およびボンディングツール（ボンディングヘッドともいう）５を有する部品装着部３１と、部品装着ユニット３をＸ方向に移動させる装着部移動機構３２と、を備えている。

押圧ユニット３３は、ボンディングツール５を介し、回路基板９に対して電子部品を押圧するユニットである。押圧ユニット３３は、モータ（図示略）を有する昇降機構を利用してＺ方向に移動させられる。また、押圧ユニット３３は、その下端にツール支持部３４が固定されたシャフト３５を有している。

ボンディングツール５の構成の詳細については、図２Ａ〜Ｂ、図７Ａ〜Ｃ、図８Ａ〜Ｂを用いて後述する。

＜部品供給部４＞
部品供給部４は、部品装着ユニット３に電子部品を供給するユニットである。部品供給部４は、所定の位置に電子部品を配置する電子部品配置部４１と、電子部品配置部４１から電子部品を取り出して保持する供給ヘッド４２と、供給ヘッド４２をＸ方向に移動させる供給ヘッド移動機構４３と、供給ヘッド４２を回動させる（および、僅かに昇降させる）回動機構４４と、を備えている。

電子部品配置部４１は、多数の電子部品が載置される電子部品トレイ４１１と、電子部品トレイ４１１を保持するステージ４１２と、電子部品トレイ４１１をステージ４１２とともにＸ方向およびＹ方向に移動させるトレイ移動機構４１３と、を備えている。

電子部品トレイ４１１には、回路基板９に装着される予定の多数の電子部品が、実装後の状態における下面、すなわち回路基板９に接合される電極部が形成された接合面を上側に向けて、回路基板９に装着される向きとは反対向きで載置されている。

供給ヘッド４２は、先端部に形成された吸引口を利用する吸着により保持した電子部品をボンディングツール５に供給する供給コレット４２１を備えている。

＜撮像部１１＞
撮像部１１は、装着部移動機構３２によって移動される部品装着部３１（例えば、ボンディングツール５）の移動経路の真下に設置され、ボンディングツール５に保持された電子部品を（−Ｚ）側から撮像するユニットである。撮像部１１は、移動される部品装着部３１と干渉しない位置に設けられている。

以上、基板保持部２、部品装着ユニット３、部品供給部４、および撮像部１１の構成について、詳細に説明した。

回路基板９の（＋Ｘ）側には、電子部品８を保持するための電子部品保持部５３（図２Ａ参照）を研磨する研磨部７が設けられている。電子部品保持部５３は、ボンディングツール５に備えられる。

研磨部７は、平らで水平な研磨面７１１を有するシート状の研磨部材７１と、研磨部材７１を保持する研磨部材保持部７２と、を備える。研磨部７は、ステージ２１の（＋Ｘ）側に取り付けられており、ステージ移動機構２２によりステージ２１と一体的にＹ方向に移動される。

＜ボンディングツール５＞
次に、本実施の形態の主要部分であるボンディングツール５（本発明の電子部品ボンディングツールの一例）の構成について、図２Ａ、図２Ｂを参照して、より詳細に説明する。

図２Ａは、ボンディングツール５の構成の概略を示す図である。図２Ａの上図は、ボンディングユニット６の正面を示しており、図２Ａの下図は、振幅の伝達を示す波形を示している。

図２Ａの上図に示すように、ボンディングツール５は、ホーン５１と、振動子（超音波振動子）５２と、電子部品保持部５３を備えている。

ホーン５１は、ボンディングツール５の上面側に配置されたブロックであるホルダ５４と例えばネジで固定されている。そして、ボンディングツール５は、ホルダ５４の上面側に配置された連結部５５によって、保持されている。連結部５５は、押圧ユニット３３（図１参照）とボンディングツール５とを連結する部分である。

ボンディングツール５では、ホーン５１が、振動子５２が発生する超音波振動を電子部品保持部５３に伝達する。これにより、電子部品保持部５３が振動し、電子部品保持部５３に吸引されている電子部品８に振動が与えられる。このようにして、超音波接合が行われる。

ホルダ５４にホーン５１を連結する際、ホーン５１の振動を安定させるために、振動が最も減衰するノーダルポイントＮｐ（図２Ａの下図参照）に支持部（例えば、後述する節部５１２）を設け、電子部品保持部５３において振動が最大になるように設定する。

電子部品保持部５３の先端部は、電子部品８を保持しながら実装する際にたわみ振動が生じないＺ方向の高さｈｗを有している。本実施の形態では、たわみ振動を生じないように、高さｈｗを設定することが非常に重要である。

図２Ｂは、ボンディングツール５の電子部品保持部５３の近傍の構成の概略を示す斜視図である。

ホーン５１には、上述したノーダルポイントＮｐに２つの節部５１２が設けられている。２つの節部５１２は、それぞれ、ホーン５１の振動方向（長手方向）に対して垂直な方向に設けられている。また、２つの節部５１２は、ホーン５１の長手方向の中心軸Ｈ１を基準として左右対称に配置されている。

節部５１２は、図２Ｂに示すように、ホーン５１の側面Ｓにおいてホーン５１の高さ方向ｈｘに沿って直線状に設けられている。これにより、節部５１２は、加圧時に高い剛性を維持できる。

ブロック部５１４は、それぞれ、節部５１２に対応して設けられている。よって、図２Ｂに示すように、ブロック部５１４も、節部５１２と同様に、ホーン５１の長手方向の中心軸Ｈ１を基準として左右対称に配置されている。

ブロック部５１４には、ホーン５１を伝達する振動が増幅しないようにするために、溝部５１３が形成されている。溝部５１３は、ホーン５１の長手方向（中心軸Ｈ）に対して平行に形成されている。溝部５１３の形成によって振動を常に安定させることができるが、その詳細については図７Ｃを用いて後述する。

また、ブロック部５１４には、ホルダ部（図示略）にホーン５１を固定するための連結ネジ５７が挿入される穴が形成されている。

なお、ブロック部５１４は、加圧時の剛性を維持するために、ホーン５１の高さ方向ｈｘと同じ高さを有するように構成されることが望ましい。

＜従来構造の問題点＞
ここで、従来構造のボンディングツールにおける問題点について、説明する。

図３Ａおよび図３Ｂは、従来構造のボンディングツールの一例を示す図である。図３Ａは、従来構造のボンディングツールの正面図である。また、図３Ｂは、従来構造のボンディングツールの斜視図である。また、図３Ｂは、ホーン保持部５６を立体的に示している。以下、図３Ａ、図３Ｂを参照しながら説明する。

従来構造のボンディングツールは、本実施の形態のボンディングツール５と同様に、ホーン５１と、振動子５２と、電子部品保持部５３を備えている。ホーン５１には、ホーン保持部５６が形成されている。

ホーン保持部５６には、フランジ構造が適用されている。すなわち、ホーン保持部５６は、円筒形のホーン５１の周囲の外側に存在するノーダルポイント５６１に対応して、ホーン５１の円周方向に沿ってリング状に設けられている。これにより、高い剛性が得ることができる。

フランジ構造が適用されたホーン保持部５６はホーン５１の外周方向に配置され、電子部品８を実装する際には、Ｚ方向の高さｈｗを長く確保することで、回路基板９に衝突しないように設定される。

このため、電子部品保持部５３においては、Ｚ方向の高さｈｗを設定する際に、電子部品を保持している先端部の最大振幅Ｄａが減衰しないように、ノーダルポイントＮｐを２箇所設ける必要がある。

しかしながら、この設計では加圧時のノーダルポイントＮｐがずれてしまうため、最大振幅Ｄａは大きく減衰してしまうことになる。その結果、所望のエネルギーが電子部品に伝わらず、実装時に電子部品８がずれてしまったり、接合不良を引き起こしてしまったりする。

また、先端部の最大振幅Ｄａを損失しないようにするため、ホーン５１の形状を、振幅が増幅されるように電子部品保持部５３に向かって細める構造にすることが考えられる。しかし、この場合では、加圧が大きくなるほど、先端部の振動モードの軌道が図３Ａに示すように斜めになってしまうため、電子部品８の実装の精度が悪化してしまうことがわかっている。

＜ボンディングツールの検討例＞
上述した従来構造のボンディングツールにおける問題点を解決するために検討したボンディングツールの各例について、以下に説明する。

まず、第１の検討例について説明する。図４Ａおよび図４Ｂは、第１の検討例に係るボンディングツールを示す図である。図４Ａは正面図であり、図４Ｂは下面図である。

本検討例のボンディングツールは、ホーン５１におけるホーン保持部５６を、連結ネジ５７の頭部に合わせ、極力小さくした構成である。

この構成では、図４Ｂに示す節部５１２の長さは、図４Ａに示すように連結ネジ５７の頭分だけ短く設定され、図４Ａに示す加圧方向の長さｈｚとなる。そのため、加圧時における剛性が弱くなってしまい、電子部品保持部５３にモーメントが発生する。これにより、電子部品８に与える振動モードが変化してしまうため、従来構造のボンディングツールと比較しても大きな改善が見られない。

また、この構成では、図４Ｂに示すように、ブロック部５１４を小さく構成することが可能となる。しかし、ブロック部５１４を、ホーン５１の中心軸Ｈ１に対して均等に配置しなければならないため、ブロック部５１４（連結ネジ５７）の中心と電子部品保持部５３の中心との間の距離ｈｌは長くなってしまう。よって、ホーン５１の剛性が圧倒的に弱くなる。

次に、第２の検討例について説明する。図５Ａおよび図５Ｂは、第２の検討例に係るボンディングツールを示す図である。図５Ａは正面図であり、図５Ｂは下面図である。

本検討例のボンディングツールは、図４Ｂに示した構成に比べてブロック部５１４を大きくし、ブロック部５１４の内部に連結ネジ５７を挿入可能とした構成である。

この構成では、図５Ｂに示す節部５１２の長さは、図５Ａに示す加圧方向の長さｈｚとなる。図５Ａに示す加圧方向の長さｈｚは、図４Ａに示す加圧方向の長さｈｚよりも長いため、加圧時における剛性が強くなる。これにより、電子部品保持部５３にかかるモーメントが改善され、電子部品８に与えられる振動の変化が少なくなるため、従来構造のボンディングツールに比べ、３０％ほど剛性が向上することがわかっている。

しかしながら、図５Ｂに示すように、ブロック部５１４を大きく構成し、ブロック部５１４をホーン５１の中心軸Ｈ１に対して均等に配置してしまうと、共振周波数に近い周波数になった場合、節部５１２を中心に大きな振動が発生してしまう。そのため、ブロック部５１４が常に振動してしまい、振動の制御がうまくいかず、結果的には、共振周波数帯での制御が困難となる。その結果、超音波振動が電子部品８に安定して伝わらず、電子部品８が回転したり、実装ズレが発生したりするため、高精度な実装を行うことができない。

次に、第３の検討例について説明する。図６Ａおよび図６Ｂは、第３の検討例に係るボンディングツールを示す図である。図６Ａは正面図であり、図６Ｂは下面図である。

本検討例のボンディングツールは、第２の検討例の構成と同様に、図４Ｂに示した構成に比べてブロック部５１４を大きくし、ブロック部５１４の内部に連結ネジ５７（図２Ｂ参照）を挿入可能とした構成である。ただし、本検討例のボンディングツールでは、第２の検討例の構成（図５Ｂ参照）と比べて、ブロック部５１４が電子部品保持部５３の近くに配置されている点が異なる。

この構成では、第２の検討例の構成と同様に、図６Ｂに示す節部５１２の長さは、図６Ａに示す加圧方向の長さｈｚとなる。さらに、この構成では、上述したとおり、第２の検討例の構成と比べて、ブロック部５１４を電子部品保持部５３の近くに配置しているため、ブロック部５１４（連結ネジ５７）の中心と電子部品保持部５３の中心との間の距離ｈｌが短くなる。よって、第１の検討例の構成および第２の検討例の構成と比べて、加圧時における剛性が最も強くなる。これにより、電子部品保持部５３にかかるモーメントが改善され、電子部品８に与えられる振動の変化が少なくなるため、従来構造のボンディングツールに比べ、５０％ほど剛性が向上することがわかっている。

しかしながら、図６Ｂに示すように、ブロック部５１４を電子部品保持部５３の近くに配置すると、共振周波数帯域でホーン５１が共振をしているときに、節部５１２を中心に振動してしまう。その結果、本検討例の構成も、電子部品８に与えられる振動が不安定となってしまう。

また、本検討例の構成では、節部５１２に応力が集中してしまうため、最悪の場合にはホーン５１の破損が発生してしまうおそれもある。

＜実施の形態のホーン保持部５６＞
上述した各検討例における問題点を解決可能な、本実施の形態のボンディングツール５（図２参照）のホーン保持部５６について、図７Ａ〜Ｃを参照して詳細に説明する。

図７Ａ〜Ｃは、本実施の形態に係るホーン保持部５６を示す図である。図７Ａは上面図であり、図７Ｂは正面図であり、図７Ｃは下面図である。

図７Ａでは、ホーン５１に連結された節部５１２の幅Ｎｄ、ホーン５１の側面から溝部５１３までの距離Ｎｍ、ホーン５１の側面からブロック部５１４までの距離Ｎｂ、ノーダルポイントの領域Ｎｐｌをそれぞれ示している。

図７Ａにおいて、節部５１２の幅Ｎｄは、ホーン５１の長手方向の長さの１／８０以上かつ１／２０以下であることが望ましい。その理由を以下に説明する。

節部５１２の幅Ｎｄをホーン５１の長手方向の１／８０より小さくした場合、ホーン５１に与えられる加圧が１００Ｎを超えると、歪応力がホーン５１の剛性に対し、許容がなくなってしまうため、加圧に耐えられない結果となってしまう。また、実際は、降伏荷重がかかるため、歪みが発生しはじめた場合、振動が安定しない結果になってしまう。

一方、節部５１２の幅Ｎｄをホーン５１の長手方向の１／２０以上とした場合、ホーン５１が共振すると、ノーダルポイント領域Ｎｐｌを超えてしまい、振動が伝達してしまうので、安定的な振動伝達が不可能となる。さらに、ブロック部５１４自体が異なる共振周波数を持ってしまうことが多く、副共振とよばれるホーン５１の共振周波数に近いところにもう一つの共振周波数ができてしまうため、制御が不可能となる場合がある。この場合では、超音波接合が不可能となってしまう。

図７Ａにおいて、距離Ｎｂは、０．３×Ｎｄ≦Ｎｂ≦１．８×Ｎｄであることが望ましい。

ホーン５１の最大発生振幅から、ホーン５１が発生する振動の膨らみは約１０μｍ程度であるため、それ以上の距離が必要である。実際は、加工時の限界が発生し、ワイヤーカット工法などでの加工においては、焼き付けなどが起こる。そのため、振動影響と加工限界を考慮し、距離Ｎｂは０．３×Ｎｄ以上にすることが望ましい。

また、距離Ｎｂを１．８×Ｎｄより大きくした場合、ブロック部５１４が振動してしまうため、距離Ｎｂは１．８×Ｎｄ以下にすることが望ましい。

図７Ａにおいて、距離Ｎｍは、ブロック部５１４への振動伝達抑制のため、Ｎｍ＝Ｎｂ＋Ｎｄとすることが望ましい。

図７Ｂに示すように、面取り部Ｎｃは、上述したブロック部５１４および節部５１２に設けられている。この面取り部Ｎｃを節部５１２の幅Ｎｄの１／２以下に形成することにより、ブロック部５１４で発生する振動をヘッド部に伝わらないようにすることができ、伝達される微小な振動を５０％以上削減することができる。

図７Ｃでは、溝部５１３の幅Ｎｗ、溝部５１３の長さＮｌをそれぞれ示している。以下、幅Ｎｗおよび長さＮｌについて、説明する。

図７Ｃにおいて、幅Ｎｗは０．５ｍｍ以上かつ２．０ｍｍ以下に設計されることが不可欠となる。これにより、節部５１２がバネ構造として機能し、振動発生時に非常に安定した振動を発生することが可能となる。

幅Ｎｗを０．５ｍｍ未満とした場合、節部５１２において微小振動を吸収することが不可能となる。また、幅Ｎｗを２．０ｍｍより大きくした場合、最大振幅発生時で加圧が１００Ｎ以上になり、溝部５１３と節部５１２の間に大きな応力が発生ししまうため、節部５１２が破損してしまうおそれがある。

図７Ｃにおいて、長さＮｌは１／１０×Ｂｌ≦Ｎｌ≦１／３×Ｂｌを満たすように設計されることが不可欠である。Ｂｌは、ブロック部５１４の振動方向（振動伝達方向）の長さである。

長さＮｌは、節部５１２の振動を吸収するように形成されることが必要となる。ブロック部５１４は、図示した矢印Ｍ１の方向に往復振動する。この時に、長さＮｌが往復振動を抑制することが重要となる。ここで、長さＮｌを１／１０×Ｂｌ未満とした場合、矢印Ｍ１の方向の振動が収まらず、ブロック部５１４の端部ＢＡに摩耗が発生し、連結ネジ５７の締結力が弱まってしまうなどの不具合が発生する。

一方、長さＮｌを１／３×Ｂｌより大きくした場合、共振周波数付近で、振動エネルギーが節部５１２に集中し、金属疲労限界になってしまうため、節部５１２が破損してしまう。

＜実施の形態のホーン５１およびブロック部５１４＞
次に、図８Ａおよび図８Ｂを用いて、本実施の形態のボンディングツール５（図２参照）におけるホーン５１とブロック部５１４の体積比率について説明する。図８Ａおよび図８Ｂは、本実施の形態のホーン５１とブロック部５１４との体積を示す図であり、図８Ａは下面図であり、図８Ｂは正面図である。

上記図７Ａ〜Ｃの説明において、ブロック部５１４に設けられた溝部５１３によってホーン５１に発生した振動を最大限吸収し、電子部品８の安定した接合を実現することを述べたが、ブロック部５１４とホーン５１の体積比率は非常に重要である。

そこで、図８Ａおよび図８Ｂに示すようにホーン５１の体積をＨｖとし、ブロック部５１４の体積をＮｖとした場合、Ｈｖ／５≦Ｎｖ≦Ｈｖ／２を満たすようにホーン５１およびブロック部５１４を設計することが望ましい。

ブロック部５１４の体積Ｎｖをホーン５１の体積Ｈｖの１／５より小さくした場合、連結ネジ５７（例えば、図７Ｃ参照）を極力小さく構成しなければならなくなるが、連結ネジ５７のネジ径が小さくなるため、連結ネジ５７の剛性が弱くなってしまう。よって、振動エネルギーに耐えられずに、振動が不安定になったり、長期的な安定振動を保持できなくなったりする。

一方、ブロック部５１４の体積Ｎｖをホーン５１の体積Ｈｖの１／２より大きくした場合、ブロック部５１４自体が共振をしてしまうため、制御が困難になる。具体的には、ブロック部５１４の振動がホーン５１と同等の振動を発生してしまう。そのため、加圧の大きさに対し、大きくなればなるほど、接合そのものができなくなってしまう。

＜本実施の形態の効果＞
以上説明したように、本実施の形態によれば、超音波接合において電子部品に安定した振動を付与することで、電子部品を精度良く実装でき、高い接合信頼性を実現できる。

また、本実施の形態によれば、研磨作業において研磨面を安定的に平坦化することができ、より長期的に安定した接合信頼性を確保することができる。

本実施の形態に係るボンディングツール、電子部品装着装置、ボンディング方法は、より質の高い超音波接合を行うことが可能であり、電子部品を回路基板に装着するために非常に有用である。

なお、本発明は、上記実施の形態の説明に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。

本発明は、半導体発光素子、他の半導体ベアチップ、さらには他の種類の電子部品を、超音波を利用して回路基板に装着する電子部品装着装置に利用可能である。

１ 電子部品装着装置
２ 基板保持部
２１ ステージ
２２ ステージ移動機構
３ 部品装着ユニット
３１ 部品装着部
３２ 装着部移動機構
３３ 押圧ユニット
３４ ツール支持部
３５ シャフト
４ 部品供給部
４１ 電子部品配置部
４１１ 部品トレイ
４１２ ステージ
４１３ トレイ移動機構
４２ 供給ヘッド
４２１ 供給コレット
４３ 供給ヘッド移動機構
４４ 回転機構
５ ボンディングツール
５１ ホーン
５１２ 節部
５１３ 溝部
５１４ ブロック部
５２ 振動子
５３ 電子部品保持部
５４ ホルダ
５５ 連結部
５６ ホーン保持部
５７ 連結ネジ
６ ボンディングユニット
６１ ホーン
６１１ ノーダルポイント
６１２ ノーダルポイント
６１３ 接触部
６２ 部材
６３ ツール部
６４ 振動子
６５ ホルダ部
７ 研磨部
７１ 研磨部材
７１１ 研磨面
７２ 研磨部材保持部
８ 電子部品
９ 回路基板
１１ 撮影部
ｈｗ 電子部品保持部５３の先端部の高さ
Ｈ１ ホーン５１の長手方向の中心軸
Ｓ ホーン５１の側面
ｈｘ ホーン５１の高さ
Ｎｐ ノーダルポイント
Ｄａ 最大振幅
ｈｌ ブロック部５１４の中心と電子部品保持部５３の中心との間の距離
Ｎｄ 節部５１２の幅
Ｎｍ ホーン５１の側面から溝部５１３までの距離
Ｎｂ ホーン５１の側面からブロック部５１４までの距離
Ｎｐｌ ノーダルポイントの領域
Ｎｃ 面取り部
Ｎｗ 溝部５１３の幅
Ｎｌ 溝部５１３の長さ
Ｂｌ ブロック部５１４の振動伝達方向の長さ
ＢＡ ブロック部５１４の端部
Ｍ１ ブロック部５１４の往復振動の方向
Ｎｖ ブロック部５１４の体積
Ｈｖ ホーン５１の体積

Claims (8)

1. 超音波振動を発生する超音波振動子と、
   前記超音波振動子の超音波振動を伝達するホーンと、
   電子部品を保持する電子部品保持部と、
   前記ホーンに設けられた複数の節部と、
   前記複数の節部のそれぞれに対応して設けられた複数のブロック部と、を備え、
   前記ブロック部は、前記ホーンの長手方向の中心軸を基準として対称に設けられており、
   前記ブロック部には、前記ホーンの長手方向に対して平行な溝部が設けられている、
   電子部品ボンディングツール。
2. 前記複数の節部は、前記ホーンの側面において前記ホーンの高さ方向に沿って直線状に設けられている、
   請求項１に記載の電子部品ボンディングツール。
3. 前記複数の節部は、前記ホーンにおいて振動が減衰する位置に設けられている、
   請求項１または２記載の電子部品ボンディングツール。
4. 前記ブロック部は、前記ホーンにおいて振動が最も減衰する位置を基準として、前記電子部品保持部の方に近付いて設けられている、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の電子部品ボンディングツール。
5. 前記節部の幅は、前記ホーンの長手方向の長さの１／８０以上かつ１／２０以下である、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の電子部品ボンディングツール。
6. 前記溝部の幅は、０．５ｍｍ以上かつ２．０ｍｍ以下である、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の電子部品ボンディングツール。
7. 前記溝部の長さは、前記ブロック部の振動方向の長さの１／１０以上かつ前記ブロック部の振動方向の長さの１／３以下である、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の電子部品ボンディングツール。
8. 前記ブロック部の体積は、前記ホーンの体積の１／５以上かつ１／２以下である、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の電子部品ボンディングツール。

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