JP3374854B2 - 電子部品のボンディングツール - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品を基板な
どの被圧着面にボンディングする電子部品のボンディン
グツールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】バンプ付電子部品などの電子部品を基板
などのワークに実装する方法として超音波圧接を用いる
方法が知られている。この方法は、電子部品のバンプを
基板に押圧しながら超音波振動を付与し、接合面を相互
に摩擦させてボンディングするものである。この方法に
用いられるボンディングツールは、振動発生源である超
音波振動子の振動を接合物に伝達させる細長形状の棒体
であるホーンを有しており、ホーンに生じる振動の定在
波の節に相当する部分を固定し、最も振幅の大きい腹に
相当する部分を接合物に押し当てて振動を有効に利用す
るようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、振動の定在
波の節の位置はどの状態においても常に一定の位置にあ
るとは限らず、ボンディングツールの温度状態や、ボン
ディングツールに作用する負荷荷重の状態によって僅か
にずれを生じる。このため、実際のボンディング時にお
いては、本来振動が極小である節の位置として設計段階
で設定された位置にも振動が存在し、この振動はホーン
の両側に突出した固定部に伝達される。そして固定部に
はこの振動により新たな振動が励起されることとなる。
このとき固定部はその構造上、上部がボンディング装置
に固定され下部は自由端という力学的に非対称な構造と
なっているため、固定部に励起される振動は、下部の自
由端の部分の振幅が上部よりも大きく、すなわち固定部
に曲げ応力を発生させる曲げ振動となる。

【０００４】そしてこの固定部で励起された曲げ振動が
逆にホーンに伝達され、ホーン本体に曲げ振動を誘発す
る起振力として作用する。ホーンに曲げ振動が発生する
と、ホーンには部分的に上下方向、すなわち電子部品を
被圧着面に押し当てる方向の変位が発生する。この上下
方向の変位は電子部品の熱圧着には何ら寄与しないばか
りか、電子部品に対して損傷を与えて品質上の不良を招
く要因となるため、ホーンの曲げ振動は極力排除しなけ
ればならない。しかしながら従来のボンディングツール
では、ホーンに発生する曲げ振動に対する考慮がなされ
ておらず、この面への考慮がなされたボンディングツー
ルが望まれていた。

【０００５】そこで本発明は、上下方向の曲げ振動の発
生を抑制し、電子部品の品質を損ねることのない電子部
品のボンディングツールを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の電子部品
のボンディングツールは、電子部品に当接して電子部品
を被圧着面に押圧しながら振動を付与して被圧着面に圧
着する電子部品のボンディングツールであって、振動子
によって振動するホーンと、このホーンに形成され電子
部品を被圧着面に押圧する圧着面と、この圧着面から前
記ホーンの両端側へ等距離隔てられた前記ホーンの振動
の定在波の節に相当する位置において前記ホーンの側面
より水平方向へ突出した肉薄の連結部と、この連結部の
先端部に形成され前記ホーンをボンディング装置の昇降
部材に固定する固定部とを備え、更に前記ホーンに真空
吸引用の内孔を形成し、この内孔の一端を前記圧着面に
開口させて電子部品の吸着孔とするとともに、内孔の他
端を開口させて吸引孔とし、この吸引孔に当接して吸引
装置により吸引される吸着パッドを設けた。

【０００７】請求項２記載の電子部品のボンディングツ
ールは、前記固定部が前記ホーンと一体的に設けられて
いる。

【０００８】請求項３記載の電子部品のボンディングツ
ールは、前記連結部に切り欠き部が設けられている。

【０００９】各請求項記載の発明によれば、ボンディン
グツールのホーンの側面より水平方向へ突出した肉薄の
連結部と、この連結部の先端部に形成されホーンをボン
ディング装置の昇降部材に固定する固定部とを備えるこ
とにより、固定部に励起された曲げ振動のホーン本体へ
の伝達を抑制し、ホーンの曲げ振動による上下方向の変
位の発生を抑えることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態にお
ける電子部品のボンディング装置の正面図、図２は本発
明の一実施の形態における電子部品のボンディングツー
ルの斜視図、図３（ａ）は本発明の一実施の形態におけ
る電子部品のボンディングツールの正面図、図３（ｂ）
は本発明の一実施の形態における電子部品のボンディン
グツールの平面図、図４（ａ），（ｂ）は本発明の一実
施の形態における電子部品のボンディングツールの部分
斜視図である。

【００１１】まず、図１を参照して電子部品のボンディ
ング装置の全体構造を説明する。１は支持フレームであ
って、その前面には第１昇降板２と第２昇降板３が昇降
自在に設けられている。第１昇降板２にはシリンダ４が
装着されており、そのロッド５は第２昇降板３に結合さ
れている。第２昇降板３にはボンディングヘッド１０が
装着されている。支持フレーム１の上面にはＺ軸モータ
６が設けられている。Ｚ軸モータ６は垂直な送りねじ７
を回転させる。送りねじ７は第１昇降板２の背面に設け
られたナット８に螺合している。したがってＺ軸モータ
６が駆動して送りねじ７が回転すると、ナット８は送り
ねじ７に沿って上下動し、第１昇降板２や第２昇降板３
も上下動する。

【００１２】図１において、被圧着面である基板３２は
基板ホルダ３４上に載せられており、基板ホルダ３４は
テーブル３５上に載せられている。テーブル３５は可動
テーブルであって、基板３２をＸ方向やＹ方向へ水平移
動させ、基板３２を所定の位置に位置決めする。

【００１３】４２はカメラであって、一軸テーブル４３
に装着されている。４４はカメラ４２から前方へ延出す
る鏡筒である。カメラ４２を一軸テーブル４３に沿って
前進させ、鎖線で示すように鏡筒４４の先端部をボンデ
ィングツール１４の下面に吸着して保持されたバンプ付
電子部品３０と基板３２の間に位置させ、その状態でバ
ンプ付の電子部品３０と基板３２の位置をカメラ４２で
観察する。そしてこの観察結果により電子部品３０と基
板３２の相対的な位置ずれを検出する。検出された位置
ずれは、テーブル３５を駆動して基板３２をＸ方向やＹ
方向へ水平移動させることにより補正し、これによりバ
ンプ付電子部品３０と基板３２の位置合わせがなされ
る。

【００１４】図１において、５０は主制御部であり、モ
ータ駆動部５１を介してＺ軸モータ６を制御し、またテ
ーブル制御部５２を介してテーブル３５を制御し、また
認識部５３を介してカメラ４２に接続されている。また
シリンダ４は荷重制御部５４を介して主制御部５０に接
続されており、シリンダ４のロッド５の突出力すなわち
ボンディングツール１４で電子部品３０を基板３２に押
し付ける押圧荷重が制御される。

【００１５】ボンディングヘッド１０の本体１１の下端
部にはホルダ１２が結合されている。ホルダ１２にはブ
ロック１３（昇降部材）が装着され、ブロック１３には
ボンディングツール１４が固定されている。以下、図２
〜図４を参照してブロック１３およびボンディングツー
ル１４について説明する。

【００１６】図２に示すように、ボンディングツール１
４のホーン１５は細長形状の棒状体であり、側面にはホ
ーン１５の中央から等距離隔てられた４ヶ所に固定部で
ある取付け座１５ａが連結部（後述）を介してホーン１
５と一体的に設けられている。ボンディングツール１４
は、取付け座１５ａによってブロック１３の下面に固定
されている。すなわち、取付け座１５ａはホーン１５を
ボンディング装置の昇降部材に固定する固定部となって
いる。

【００１７】ボンディングツール１４の中央部の下面に
は、下方に突出し電子部品３０を真空吸着して保持する
保持部１５ｅが設けられ、この保持部１５ｅの下面は電
子部品３０圧着面１５ｆとなっている。圧着面１５ｆに
はホーン１５に設けられた真空吸引用の内孔１６の一端
が開口して吸着孔１６ａを形成している。内孔１６の他
端はホーン１５の上面の取付け座１５ａの位置に開口し
て吸引孔１６ｂを形成している。

【００１８】ブロック１３の側面に設けられた突部１３
ａには管部１８が下方に突出して設けられており、図４
に示すように管部１８の下端部に装着された吸着パッド
１９は、ホーン１５の上面の吸引孔１６ｂの位置に当接
している。したがって突部１３ａに接続され突部１３ａ
の内孔１３ｂによって管部１８と連通したチューブ２０
から、吸引装置２１を駆動してエアを吸引することによ
り、内孔１６を介して圧着面１５ｅに開口した吸着孔１
６ａ（図３（ａ），（ｂ））から真空吸引し、この圧着
面１５ｆにバンプ付電子部品３０を真空吸着して保持す
ることができる。

【００１９】ホーン１５の側端面には振動子１７が装着
されている。振動子１７を駆動することにより、ホーン
１５には縦振動が付与され、保持部１５ｅは水平方向に
振動する。図３（ｂ）に示すように、ホーン１５の形状
は両端部１５ｂからテーパ部１５ｃを経て中央部１５ｄ
の方向に順次幅が絞られた形状となっており、これによ
り、振動子１７より保持部１５ｅに伝達される経路にお
いて超音波振動の振幅は増幅され、保持部１５ｅには振
動子１７が発振する振幅以上の振動が伝達される。

【００２０】次に、振動子１７によってホーン１５に励
起される振動のモードについて説明する。図３（ａ）に
示すように、ホーン１５に励起される振動の定在波は、
振動子１７の装着面およびホーン１５の中央に位置する
保持部１５ｅの圧着面１５ｆの位置を定在波の腹とし、
ホーン１５をブロック１３に固定する取付け座１５ａの
連結部の位置および吸引孔１６ｂの位置が定在波の節と
なるような形となっている。すなわちホーン１５各部の
形状寸法、質量分布を適切に設定することにより、この
ような定在波をホーン１５に発生させることができる。

【００２１】従って、連結部である取付け座１５ａは、
ホーン１５の振動の定在波の腹に相当する位置である圧
着面１５ｆからホーン１５の両端側の方向へ等距離隔て
られた定在波の節に相当する位置に一体的に設けられて
いる。これによりボンディングツール１４が固定される
取付け座１５ａの位置ではホーン１５の縦振動による変
位は極小となり、バンプ付電子部品３０を圧着する圧着
面１５ｆの位置では極大の振幅を得ることとなり、超音
波振動をバンプ付電子部品３０のボンディングに最も有
効に利用することができる。さらに、取付け座１５ａを
ホーン１５と一体化することにより、ボンディングツー
ル１４のブロック１３（昇降部材）への取り付けを作業
性よく行うことができる。

【００２２】ここで、図４を参照して取付け座１５ａの
形状について説明する。図４（ａ）に示すように、取付
け座１５ａはホーン１５の本体部分の両側面から水平方
向に突出する肉薄の連結部Ａによってホーン１５と連結
されている。また、連結部Ａの上部と下部には、上下対
称な形状の切り欠き部Ｂが設けられている。連結部Ａの
断面形状（図中の斜線部参照）は、対象電子部品３０の
ボンディンググ荷重に対して十分な範囲で、可能な限り
断面の曲げ剛性が小さくなるような寸法形状に設定され
る。すなわち、ボンディング時の押圧荷重に対して十分
な強度を有する範囲内で、連結部Ａの肉厚ｔはできるだ
け薄く、また切り欠き部Ｂはできるだけ大きくする。こ
のように、連結部Ａの断面の曲げ剛性を小さくすること
は、以下に説明するようにボンディング時の超音波振動
の利用効率の向上と、ボンディング時の電子部品３０に
対する損傷防止上で大きな意義を有する。

【００２３】すなわち、前述のように連結部Ａは設計段
階において、ホーンに発生する定在波の節に相当する位
置に設定されるが、一般に実際のボンディング時には種
々の不確定要素により、連結部Ａの位置と定在波の節と
は完全に一致しない。したがって、連結部Ａの位置にも
振動は存在し、この振動は取付け座１５ａに伝達され
る。ここで、取付け座１５ａは上部がブロック１３に固
定され、下部が自由端となっているため図４（ｂ）に示
すように取付け座１５ａには曲げ振動が励起される。そ
してこの曲げ振動が連結部Ａを介してホーン１５の本体
部に伝達されると、ホーン１５には、破線で示すような
曲げ振動により上下方向の変位が発生する。この上下方
向の変位は電子部品のボンディングには全く寄与せず、
電子部品を基板に対して不要に押しつける力として作用
するため品質不良の要因となる。

【００２４】ここで、連結部Ａの断面の曲げ剛性を可能
な限り小さくすることにより、取付け座１５ａに励起さ
れた曲げ振動が、ホーン１５の本体部に伝達される度合
いを最小に抑えることができる。したがって、ホーン１
５に誘発される曲げ振動による上下方向の変位を軽減す
ることができ、超音波振動のエネルギーがボンディング
に寄与しない上下方向の振動変位として消費される割合
を減少させて振動の利用効率を向上させるとともに、電
子部品に対する損傷の発生を軽減することができる。

【００２５】この電子部品のボンディング装置は上記の
ように構成されており、次に動作を説明する。図１にお
いてボンディングツール１４の吸着面１５ｅにバンプ付
電子部品３０を真空吸着させて保持し、基板３２の上方
に位置させる。そこで鏡筒４４を前進させてカメラ４２
でバンプ付電子部品３０と基板３２の画像を入手し、認
識部５３へ画像データが送られる。主制御部５０はこの
画像データからバンプ付電子部品３０と基板３２の相対
的な位置ずれを検出し、この検出結果にしたがってテー
ブル３５を駆動し、基板３２を水平移動させて位置補正
を行う。

【００２６】次にＺ軸モータ６が駆動してボンディング
ヘッド１０が下降し、バンプ付電子部品３０のバンプを
基板３２に押圧する。このとき基板３２は加熱手段（図
外）によって加熱されている。そして押圧した状態で振
動子１７を駆動してバンプ付電子部品３０に振動を付与
する。これによりバンプ３１と基板３２の電極との押圧
面が振動により摩擦され、バンプ３１は基板３２の電極
にボンディングされる。このとき、ホーン１５をブロッ
ク１３に固定する取付け座１５ａには肉薄の連結部Ａが
設けられて、この連結部Ａの断面形状は曲げ剛性が小さ
くなるような形状に設定されているので、前述のように
超音波振動の利用効率を向上させることができるととも
に、電子部品に対する損傷を防止することができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、固定部に励起された曲
げ振動のホーンへの伝達を抑制することができる。した
がってホーンの曲げ振動に起因するホーンの上下方向の
変位が抑えられ、電子部品のボンディングに寄与しない
上下方向の変位を抑制して超音波振動の利用効率を向上
させることができるとともに、電子部品に対する損傷を
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態における電子部品のボン
ディング装置の正面図

【図２】本発明の一実施の形態における電子部品のボン
ディングツールの斜視図

【図３】（ａ）本発明の一実施の形態における電子部品
のボンディングツールの正面図 （ｂ）本発明の一実施の形態における電子部品のボンデ
ィングツールの平面図

【図４】（ａ）本発明の一実施の形態における電子部品
のボンディングツールの部分斜視図 （ｂ）本発明の一実施の形態における電子部品のボンデ
ィングツールの部分斜視図

【符号の説明】

１０ ボンディングヘッド １３ ブロック １４ ボンディングツール １５ ホーン １５ａ 取付け座 １５ｅ 保持部 １５ｆ 圧着面 １６ 内孔 １６ａ 吸着孔 １６ｂ 吸引孔 １７ 振動子 １９ 吸着パッド ２１ 吸引装置 ３０ 電子部品 ３２ 基板 ５０ 主制御部 Ａ 連結部 Ｂ 切り欠き部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/60 H01L 21/52 H01L 21/607 B23K 20/10

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子部品に当接して電子部品を被圧着面に
   押圧しながら振動を付与して被圧着面に圧着する電子部
   品のボンディングツールであって、振動子によって振動
   するホーンと、このホーンに形成され電子部品を被圧着
   面に押圧する圧着面と、この圧着面から前記ホーンの両
   端側へ等距離隔てられた前記ホーンの振動の定在波の節
   に相当する位置において前記ホーンの側面より水平方向
   へ突出した肉薄の連結部と、この連結部の先端部に形成
   され前記ホーンをボンディング装置の昇降部材に固定す
   る固定部とを備え、更に前記ホーンに真空吸引用の内孔
   を形成し、この内孔の一端を前記圧着面に開口させて電
   子部品の吸着孔とするとともに、内孔の他端を開口させ
   て吸引孔とし、この吸引孔に当接して吸引装置により吸
   引される吸着パッドを設けたことを特徴とする電子部品
   のボンディングツール。
2. 【請求項２】前記固定部が前記ホーンと一体的に設けら
   れていることを特徴とする請求項１記載の電子部品のボ
   ンディングツール。
3. 【請求項３】前記連結部に切り欠き部が設けられている
   ことを特徴とする請求項１または２記載の電子部品のボ
   ンディングツール。
4. 【請求項４】前記固定部の上部を前記昇降部材に固定し
   て、前記固定部の下端を自由端としたことを特徴とする
   請求項１乃至３のいずれか記載の電子部品のボンディン
   グツール。