JP3487306B2 - 電子部品のボンディングツール - Google Patents

電子部品のボンディングツール

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JP3487306B2
JP3487306B2 JP2003171936A JP2003171936A JP3487306B2 JP 3487306 B2 JP3487306 B2 JP 3487306B2 JP 2003171936 A JP2003171936 A JP 2003171936A JP 2003171936 A JP2003171936 A JP 2003171936A JP 3487306 B2 JP3487306 B2 JP 3487306B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、フリップチップの
ようなバンプ付き電子部品などの電子部品を基板の電極
などの被接合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】電子部品を基板の電極などの被接合面に
ボンディングする方法として、超音波圧接を用いる方法
が知られている。この方法は、電子部品を被接合面に対
して押圧しながら電子部品に超音波振動を与え、接合面
を微小に振動させて摩擦を生じさせることにより接合面
を密着させるものである。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
を電子部品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、このホーンに備えられた圧着子によって電
子部品に荷重と振動を作用させながら、電子部品を被接
合面に圧着してボンディングするようになっている。圧
着子にはボンディング時の負荷(荷重と振動)が作用す
るため、繰り返し使用によってその下面(電子部品の吸
着面)が摩耗しやすい。この摩耗が甚しくなると正常な
ボンディングを行うことが出来なくなるため、定期的に
圧着子を交換せねばならない。このため、超音波接合用
のボンディングツールでは、ホーン全体を交換すること
の無駄を避け、圧着子をホーン本体に対して着脱可能な
別部品としてこの別部品のみを交換する方法が一般に用
いられている。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】ところで、電子部品の
ボンディングツールは、電子部品を移送して基板に実装
する移載用のツールとして用いられる場合が多い。この
ような移載機能を併せ持ったボンディングツールには、
電子部品に当接する接合作用部に真空吸着用の吸着孔が
設けられ、ホーン内部に設けられた真空吸引孔を介して
この吸着孔から真空吸引することにより、電子部品を保
持するようになっている。 【0004】しかしながら、前述のように圧着子を別部
品として構成されたボンディングツールでは、圧着部に
設けられた吸着孔とホーン内部の真空吸引孔とを連通さ
せることが構造上難しく、簡単な構造で真空吸着系を構
成する方法が望まれていた。 【0005】そこで本発明は、圧着子を別部品として交
換でき、しかも簡単な構造で真空吸着系を構成できる電
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、電子部品に荷重と振動を作用
させながらこの電子部品を被接合面に圧着するボンディ
ングツールであって、横長のホーンと、このホーンに振
動を付与する振動子と、前記ホーンに設けられた貫通孔
と、この貫通孔の下部を密封して装着され先端部に前記
電子部品に当接する接合作用部が設けられた圧着子と、
この貫通孔の上部を密封して装着され貫通孔を介して前
記圧着子と締結手段によって結合された結合部材と、前
記圧着子の前記接合作用部から開口して前記貫通孔の上
下を前記圧着子および結合部材によって密封されて形成
された内部空間に連通する吸着孔と、前記ホーンに設け
られ前記内部空間を真空吸引する吸引孔とを備え、前記
締結手段は前記圧着子に設けられた内ねじ部およびこの
内ねじ部に螺合する外ねじ部が形成された外ねじ部材を
含む。 【0007】本発明によれば、ホーンに設けられた貫通
孔内部の上下を圧着子および結合部材によって密封して
内部空間を形成し、圧着子の接合作用部に開口して設け
られた吸着孔とホーンに設けられた真空吸引孔とをこの
内部空間を介して連通させることにより、吸着部の着脱
自在な交換性を損なうことなく簡単な構造で真空吸引系
を構成することができる。 【0008】 【発明の実施の形態】(実施の形態1)図1は本発明の
実施の形態1の電子部品のボンディング装置の正面図、
図2は本発明の実施の形態1の電子部品のボンディング
ツールの上下反転斜視図、図3は本発明の実施の形態1
の電子部品のボンディングツールの正面図、図4、図5
は本発明の実施の形態1の電子部品のボンディングツー
ルの部分断面図である。 【0009】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。 【0010】図1において、上面が電子部品の被接合面
である基板46は基板ホルダ47上に載せられており、
基板ホルダ47はテーブル48上に載せられている。テ
ーブル48は可動テーブルであって、基板46をX方向
やY方向へ水平移動させ、基板46を所定の位置に位置
決めする。テーブル48は電子部品40に対して基板4
6を相対的に移動させる位置決め手段となっている。 【0011】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接合物と
してのバンプ付きの電子部品40と基板46の間に位置
させ、その状態で電子部品40と基板46の位置をカメ
ラ42で観察する。 【0012】53は認識部であり、カメラ42で撮像さ
れた電子部品40や基板46の画像を認識してこれらの
位置を検出する。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すなわちボンディングヘッド
10の昇降動作を制御し、テーブル制御部52を介して
テーブル48すなわち基板46の位置決めを行う。また
主制御部50は、認識部53によって検出された電子部
品40と基板46の位置より、水平面内における両者の
位置ずれを演算し、この位置ずれを補正するようにテー
ブル48を駆動する。さらに主制御部50には、荷重制
御部54と吸引装置56が接続されている。 【0013】押圧手段としてのシリンダ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40のバンプを基板46に押し付ける押圧荷
重が制御される。吸引装置56は主制御部50からの指
令によってボンディングツール14による電子部品40
の吸引・吸引解除を行う。振動子17は、超音波振動子
駆動部55を介して主制御部50に接続されており、主
制御部50からの指令に従って超音波振動を行う。 【0014】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。ブロック13の側部の突
部13aは吸引装置56に接続されている。以下、図
2、図3を参照してボンディングツール14について説
明する。 【0015】図2および図3に示すように、ボンディン
グツール14は横長のホーン15を主体としている。ホ
ーン15は細長形状の棒状体であり、平面視してその両
側部からセンターへ向って次第に幅狭となるテーパ面1
5aを有している。ホーン15のセンターには吸着部3
0(圧着子)が下方へ突出して着脱自在に装着されてい
る。図1において、ブロック13の側面に設けられた突
部13aには吸着パッド19が装着されている。 【0016】ホーン15には吸着部30の吸着孔32に
連通する吸引孔16a,16bが形成されており、吸着
パッド19はホーン15の上面の吸引孔16bに嵌合し
ている。したがって吸着パッド19に接続された吸引装
置56(図1)を駆動してエアを吸引することにより、
吸着部30に開口した吸着孔32(図3(a),
(b))から真空吸引し、この吸着部30の下面にバン
プ付きの電子部品40を真空吸着して保持することがで
きる。 【0017】吸着部30の下部は下方に突出した接合作
用部30aとなっており、吸着部30の曲げ振動と押圧
手段(シリンダ4)の押圧荷重を電子部品40に作用さ
せる。吸着部30は電子部品40を吸着して保持すると
ともに、ボンディング時には接合作用部30aが電子部
品40の上面に当接して電子部品40を基板46に対し
て押圧する。 【0018】吸着部30から等距離隔てられた4ヶ所に
は、リブ15cがホーン15と一体的に設けられてい
る。ブロック13への取り付けバランスを良くするため
に、4個のリブ15cはホーン15のセンターの吸着部
30を中心として平面視して対称に突設されている。ボ
ンディングツール14は、リブ15cに形成された貫通
孔20にボルトを螺入することにより、ブロック13の
下面に着脱自在に装着されている。 【0019】図2において、ホーン15の側端部には振
動付与手段である振動子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(ホ
ーン15の長手方向の振動)が付与され、吸着部30は
水平方向a(ホーン15の長手方向)に振動する。図3
(a),(b)に示すように、ホーン15の形状は両端
部から中央部に向かって側面のテーパ面15aおよび上
下面のテーパ面15bを経て順次幅および高さが絞られ
た形状となっている。 【0020】これにより、振動子17より吸着部30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、
吸着部30には振動子17が発振する振幅以上の振動が
伝達され、この振動は接合作用部30aを介して電子部
品40に伝達される。この電子部品40への振動伝達に
おいては、振動子17によってホーン15を介して伝達
される縦振動のみならず、ホーン15の縦振動によって
突出形状の吸着部30に誘起される曲げ振動が重畳して
伝達される。 【0021】次に図4、図5を参照して吸着部30のホ
ーン15への装着について説明する。図4に示すよう
に、ホーン15の中心部には上下方向に貫通する貫通孔
15hが設けられている。この貫通孔15hは、ホーン
15に振動子17により誘起される定在波振動の腹に相
当する位置にホーン15の長さ方向に直交して設けられ
ており、貫通孔15hの上部および下部にはそれぞれ内
テーパ部15g,15eが設けられている。 【0022】吸着部30の上面には内ねじ部30bが設
けられ、内ねじ部30bの外周面は内テーパ部15eに
対応した外テーパ部30cとなっている。嵌合部材34
は内テーパ部15gに嵌合する外テーパ部34aを有し
ており、嵌合部材34の内孔34bには外ねじ部材33
が挿通する。外ねじ部材33の下部には吸着部30の内
ねじ部30bと螺合する外ねじ部33aが設けられてお
り、外ねじ部材33の内部には中間部の側面に開口し下
端部まで連通する吸引孔33bが形成されている。 【0023】吸着部30の締結時には、図5に示すよう
に吸着部30の外テーパ部30cを内テーパ部15e
に、嵌合部材34の外テーパ部34aを内テーパ部15
gにそれぞれ嵌合させた状態で、外ねじ部材33を嵌合
部材34の内孔34bに挿通させ、外ねじ部33aを吸
着部30の内ねじ部30bと螺合させて締め付ける。こ
れにより吸着部30の外テーパ部30cは、外ねじ部材
33によってホーン15のテーパ部15eに押しつけら
れ固定締結される。 【0024】この外ねじ部材33による締結において、
嵌合部材34の外テーパ部34aは内テーパ部15gに
押しつけられた状態で締結される。したがって、嵌合部
材34および外ねじ部材33は、貫通孔15hを介して
吸着部30と結合される結合部材となっており、外ねじ
部33aおよび内ねじ部30bは吸着部30と嵌合部材
34とを結合する締結手段となっている。 【0025】吸着部30および嵌合部材34をホーン1
5に締結した状態では、貫通孔15hの下部は吸着部3
0によって、また上部は嵌合部材34および外ねじ部材
33によってそれぞれ密封され、貫通孔15hの内部に
は上下を密封された内部空間15iが形成される。内部
空間15iには吸引孔16aが開口しており、吸引孔1
6aから真空吸引することにより、内部空間15iが真
空吸引される。また外ねじ部材33が吸着部30の内ね
じ部30bに螺合した状態では、吸引孔33bが吸着部
30の接合作用部30aに開口した吸着孔32と連通
し、吸着孔32は吸引孔33bを介して内部空間15i
と連通する。 【0026】すなわちこの締結状態においてホーン15
に設けられた吸引孔16aは、内部空間15iを介して
吸着孔32と連通する。これにより、固定部品であるホ
ーン15とこのホーン15に着脱自在に装着される吸着
部30との間を連通させる真空吸引系の構成において、
別部品に形成される吸引孔相互の位置を精密に一致させ
る必要がなく、自由度の高い吸引孔配置が可能となって
いる。 【0027】上記のような締結方法を採用することによ
り、以下に説明するような優れた効果を得ることができ
る。まず、上記締結方法では、貫通孔15hを挿通する
外ねじ部材33によってホーン15の上側から吸着部3
0を引き上げることにより内テーパ部15gに押し当て
ている。このため、吸着部30の周囲にはホーン15へ
の締結用の部品を配置する必要がなく、吸着部30の形
状設定や、真空吸引孔の配置などにおける自由度が確保
される。 【0028】これにより、対象とする電子部品の形状や
必要とされる振動特性に適合した吸着部30を実現でき
るとともに、吸着部30を十分な面圧でホーン15に押
し付けて安定した固着状態を実現できる。そして吸着部
30の締結部にホーン15の長手方向の振動が作用する
際にも、これらの締結用の各部材相互の水平方向の変位
が拘束され、強固な締結が実現される。 【0029】さらには、嵌合部材34と外ねじ部材33
のホーン15の上側に突出する部分の形状・寸法を、吸
着部30の形状・寸法に対して適切に設定することによ
り、ホーン15の上下方向の質量分布を振動伝達特性上
望ましい質量分布に調整することが可能となる。すなわ
ち、嵌合部材34や外ねじ部材33を質量バランス部と
して用いることができ、これにより良好な振動特性を得
ることができる。 【0030】(実施の形態2)図6、図7は、本発明の
実施の形態2の電子部品のボンディングツールの部分断
面図である。 【0031】図6において、ホーン15には、実施の形
態1と同様の貫通孔15h、吸引孔16aが設けられて
いる。貫通孔15hの上部および下部にはそれぞれ内テ
ーパ部15g,15eが設けられている。 【0032】吸着部30’には内テーパ部15eに嵌合
する外テーパ部30cが設けられている。外テーパ部3
0cからは更に上方に柄部30dが延出しており、柄部
30dの上部には外ねじ部30eが設けられている。ま
た、吸着部30’の内部には、柄部30dの側面に開口
し吸着孔32と連通する吸引孔30fが形成されてい
る。嵌合部材34は内テーパ部15gと嵌合して密着す
る外テーパ部34aを有しており、嵌合部材34の内孔
34bには柄部30dが挿通する。 【0033】吸着部30’の締結時には、図7に示すよ
うに吸着部30’の外テーパ部30cを内テーパ部15
eに、嵌合部材34の外テーパ部34aを内テーパ部1
5gにそれぞれ嵌合させた状態で、柄部30dを嵌合部
材34の内孔34bに下方から挿通させ、外ねじ部30
eを内ねじ部材35の内ねじ部35aに螺合させて締め
付ける。これにより吸着部30’は、外テーパ部30c
が外テーパ部15eに嵌合して押しつけられることによ
り、ホーン15に固定締結される。 【0034】この締結において、嵌合部材34の外テー
パ部34aは内テーパ部15gに嵌合した状態で締結さ
れる。したがって、嵌合部材34および内ねじ部材35
は、貫通孔15hを介して吸着部30’と結合される結
合部材となっており、外ねじ部30eおよび内ねじ部3
5aは吸着部30’と嵌合部材34とを結合する締結手
段となっている。 【0035】吸着部30’および嵌合部材34の締結状
態では、貫通孔15hの下部は接合作用部30aによっ
て、また上部は嵌合部材34によってそれぞれ密封され
る。そしてこの状態では、貫通孔15hの内部には実施
の形態1と同様に上下をそれぞれ密封された内部空間1
5iが形成される。そして吸着部30’を締結した状態
では、柄部30dの吸引孔30fが接合作用部30aに
開口した吸着孔32と連通し、したがって吸着孔32
は、本実施の形態2においても内部空間15iと連通す
る。すなわちこの締結状態においてホーン15に設けら
れた吸引孔16aは、実施の形態1と同様に内部空間1
5iを介して吸着孔32と連通する。 【0036】(実施の形態3)図8、図9は、本発明の
実施の形態3の電子部品のボンディングツールの部分断
面図である。 【0037】図8において、ホーン15には、貫通孔1
5h、吸引孔16aが設けられている。貫通孔15hの
下部には内テーパ部15eが設けられている。内テーパ
部15eには、吸着部30(実施の形態1に示す吸着部
30と同様)の外テーパ部30cが嵌合する。貫通孔1
5hには、下部に吸着部30の内ねじ部30bと螺合す
る外ねじ部33aが設けられた外ねじ部材33’が挿通
する。外ねじ部材33’の内部には、中間部の側面に開
口し下端部まで連通する吸引孔33bが形成されてい
る。 【0038】吸着部30の締結時には、図9に示すよう
に吸着部30の外テーパ部30cを内テーパ部15eに
嵌合させた状態で、外ねじ部材33’をホーン15の上
方からシール部材36を介して貫通孔15hに挿通さ
せ、外ねじ部33aを吸着部30の内ねじ部30bと螺
合させて締め付ける。これにより吸着部30のテーパ部
30cは、外ねじ部材33’によってテーパ部15eに
嵌合して押しつけられ固定締結される。 【0039】したがって、この実施の形態3において
は、外ねじ部材33’の外ねじ部33aおよび吸着部3
0の内ねじ部30bが締結手段となっており、シール部
材36およびシール部材36を介して貫通孔15hの上
部に装着された外ねじ部材33’が、吸着部30と結合
される結合部材となっている。 【0040】吸着部30の締結状態では、貫通孔15h
の下部は吸着部30によって、また上部はシール部材3
6によってそれぞれ密封される。この状態では、貫通孔
15hの内部には上下を密封された内部空間15iが形
成される。そして内部空間15iは、吸引孔16aによ
って真空吸引される。すなわちこの締結状態において
も、実施の形態1と同様にホーン15に設けられた吸引
孔16aは、内部空間15iを介して吸着孔32と連通
する。なおシール部材36を省略し、外ねじ部材33’
の頭部で直接貫通孔15hの上部を密封するようにして
もよい。 【0041】(実施の形態4)図10、図11は、本発
明の実施の形態4の電子部品のボンディングツールの部
分断面図である。 【0042】図10において、ホーン15には、実施の
形態1と同様の貫通孔15h、吸引孔16aが設けられ
ている。貫通孔15hの下部には内テーパ部15eが設
けられている。吸着部30’は実施の形態2に示すもの
と同様であり、吸着部30’の締結時には、図9に示す
ように吸着部30’の柄部30dを貫通孔15hに下方
から挿通させて外テーパ部30cを内テーパ部15eに
嵌合させる。 【0043】そして外ねじ部30eをホーン15の上方
に突出させ、シール部材36を介して内ねじ部材35の
内ねじ部35aを外ねじ部30eに螺合させて締め付け
る。これにより吸着部30’は、外テーパ部30cが外
テーパ部15eに嵌合して押しつけられ、ホーン15に
固定締結される。したがって、外ねじ部30eおよび内
ねじ部35aが締結手段となっており、シール部材36
と内ねじ部材35は接合作用部30aと結合される結合
部材となっている。 【0044】吸着部30’の締結状態では、実施の形態
3と同様に貫通孔15hの内部には上下を密封された内
部空間15iが形成され、ホーン15に設けられた吸引
孔16aは同様に内部空間15iを介して吸着孔32と
連通する。なお、シール部材36を省略して内ねじ部材
35で貫通孔15hの上部を密封する構成でもよい。 【0045】上記説明したように、上記各実施の形態の
ボンディングツールは、電子部品40に嵌合して振動と
荷重を伝達する圧着子としての吸着部30,30’をホ
ーン15本体に対して着脱自在とし、しかも吸着部3
0,30’の吸着孔32をホーン15内部に形成された
内部空間15iを介して吸引孔16aと連通させるよう
にしたものである。これにより、吸着部30,30’の
接合作用部30aが損耗した場合の交換性を損なうこと
なく、吸着孔32を真空吸引源に連通させることができ
る。 【0046】なお、本実施の形態では、ホーン15の形
状として高さ・幅寸法をテーパ状に中心に向かって漸減
させる中細形状のものを用いているが、これ以外の平行
形状のホーンに対しても本発明を適用することができ
る。 【0047】また本実施の形態のような2点支持(両端
支持)構造のボンディングツールに限らず、片持ち支持
構造のボンディングツールにも適用することができる。 【0048】 【発明の効果】本発明によれば、ホーンに設けられた貫
通孔内部の上下を圧着子および結合部材によって密封し
て内部空間を形成し、圧着子の接合作用部に開口して設
けられた吸着孔とホーンに設けられた真空吸引孔とをこ
の内部空間を介して連通させるようにしたので、吸着部
の着脱自在な交換性を損なうことなく簡単な構造で真空
吸引系を構成することができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の実施の形態1の電子部品のボンディン
グ装置の正面図 【図2】本発明の実施の形態1の電子部品のボンディン
グツールの上下反転斜視図 【図3】本発明の実施の形態1の電子部品のボンディン
グツールの正面図 【図4】本発明の実施の形態1の電子部品のボンディン
グツールの部分断面図 【図5】本発明の実施の形態1の電子部品のボンディン
グツールの部分断面図 【図6】本発明の実施の形態2の電子部品のボンディン
グツールの部分断面図 【図7】本発明の実施の形態2の電子部品のボンディン
グツールの部分断面図 【図8】本発明の実施の形態3の電子部品のボンディン
グツールの部分断面図 【図9】本発明の実施の形態3の電子部品のボンディン
グツールの部分断面図 【図10】本発明の実施の形態4の電子部品のボンディ
ングツールの部分断面図 【図11】本発明の実施の形態4の電子部品のボンディ
ングツールの部分断面図 【符号の説明】 14 ボンディングツール 15 ホーン 15h 貫通孔 15i 内部空間 16a、16b 吸引孔 17 振動子 30、30’ 吸着部 32 吸着孔 33 外ねじ部材 34 嵌合部材 35 内ねじ部材 36 シール部材 40 電子部品 46 基板
フロントページの続き (72)発明者 岡崎 誠 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開2000−174069(JP,A) 特開 平11−314168(JP,A) 特開 平10−52768(JP,A) 特開2002−16105(JP,A) 特開2001−284410(JP,A) 特開2001−35888(JP,A) 特開2000−260824(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/60 311 H01L 21/607 B06B 1/02 B23K 20/10

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】電子部品に荷重と振動を作用させながらこ
    の電子部品を被接合面に圧着するボンディングツールで
    あって、横長のホーンと、このホーンに振動を付与する
    振動子と、前記ホーンに設けられた貫通孔と、この貫通
    孔の下部を密封して装着され先端部に前記電子部品に当
    接する接合作用部が設けられた圧着子と、この貫通孔の
    上部を密封して装着され貫通孔を介して前記圧着子と締
    結手段によって結合された結合部材と、前記圧着子の前
    記接合作用部から開口して前記貫通孔の上下を前記圧着
    子および結合部材によって密封されて形成された内部空
    間に連通する吸着孔と、前記ホーンに設けられ前記内部
    空間を真空吸引する吸引孔とを備え、前記締結手段は前
    記圧着子に設けられた内ねじ部およびこの内ねじ部に螺
    合する外ねじ部が形成された外ねじ部材を含むことを特
    徴とする電子部品のボンディングツール。
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