JP3567805B2 - Bonding device and bonding tool for electronic components - Google Patents
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Description
【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装置および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。従来はこの圧着子の交換は、ホーン全体を交換するか、あるいは圧着子が別部品でホーン本体に対して着脱可能である場合には、この別部品のみを交換することにより行われていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ホーン全体を交換する場合には、高価な部品であるホーンを消耗部品として廃脚することになり、ランニングコストが上昇する。また、圧着子のみを着脱して交換する場合においても、従来のボンディングツールでは圧着子のホーン本体への締結方法に起因して取り付け状態が不安定で安定した固着状態の再現が困難であり、したがって振動特性が変動しやすく安定したボンディングが行えないという問題点があった。
【0004】
そこで本発明は、低コストで安定した振動を行わせながら安定したボンディングを行うことができる電子部品のボンディング装置およびボンディングツールを提供することを目的とする。
【0005】
【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装置は、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装置であって、電子部品に当接するボンディングツールと、このボンディングツールを前記電子部品に押圧する押圧手段とを備え、前記ボンディングツールが、第1ホーン部材と、この第1ホーン部材に振動を付与する振動子と、第1ホーン部材と略対称形状で長手方向の貫通孔を有する第2ホーン部材と、第1ホーン部材と第2ホーン部材との間に着脱自在に挟まれ前記貫通孔と連通する貫通孔を有し先端部が電子部品に当接する圧着子と、前記第2ホーンの貫通孔および圧着子の貫通孔に挿通して第1ホーン部材に端部が連結される締結手段とを有し、この締結手段により前記圧着子が第1のホーン部材と第2のホーン部材との間に固定され、かつ、装着部が前記第1のホーン及び第2のホーンのそれぞれの側面から突設され、前記圧着子を中心として平面視して対称に一体的に設けられている。
【0006】
請求項2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、第1ホーン部材と、この第1ホーン部材に振動を付与する振動子と、第1ホーン部材と略対称形状で長手方向の貫通孔を有する第2ホーン部材と、第1ホーン部材と第2ホーン部材との間に着脱自在に挟まれ前記貫通孔と連通する貫通孔を有し先端部が電子部品に当接してこの電子部品を押圧する圧着子と、前記第2ホーンの貫通孔および圧着子の貫通孔に挿通して第1ホーン部材に端部が連結される締結手段とを有し、この締結手段により前記圧着子が第1のホーン部材と第2のホーン部材との間に固定され、かつ、装着部が前記第1のホーン及び第2のホーンのそれぞれの側面から突設され、前記圧着子を中心として平面視して対称に一体的に設けられている。
【0007】
本発明によれば、電子部品に当接して押圧する圧着子を第1のホーン部材および第2のホーン部材で両側から挟み込んで圧縮した状態で締結することにより、簡単な構造で安定した振動伝達特性を得ることができる。
【0008】
【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の電子部品のボンディング装置の正面図、図2は同電子部品のボンディングツールの上下反転斜視図、図3は同電子部品のボンディングツールの正面図、図4は同電子部品のボンディングツールの部分断面図、図5は同電子部品のボンディング装置の部分正面図である。
【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46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例えばフリップチップなど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でバンプ付き電子部品40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。超音波振動子から成る振動子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および図4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は全体として細長形状の棒状体であり、3つの部材、すなわち第1ホーン部材15A、第1ホーン部材15Aと略対称形状の第2ホーン部材15Bおよび第1ホーン部材15Aと第2ホーン部材15Bとの間に着脱自在に挟まれる吸着部(圧着子)30より構成される。第1ホーン部材15A、第2ホーン部材15Bおよび吸着部(圧着子)30は、ボルト18によって締結される。第1ホーン部材15Aと第2ホーン部材15Bは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15aを有している。
【0016】
図2に示すように、第1ホーン部材15Aと第2ホーン部材15Bのそれぞれの側面であるテーパ面15aの吸着部30から等距離隔てられた4ヶ所には、リブ15bが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15bは吸着部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15bに形成された貫通孔20にボルト21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。すなわち、リブ15bはホーン15をブロック13に装着する装着部となっている。なお、図3ではリブ15bの図示を省略している。
【0017】
吸着部30はテーパ部31によって幅が絞られた断面形状となっており、下方(図2においては上向き方向)へ突出した先端部には吸着孔32が設けられている。吸着孔32は吸着部30の内部に形成された真空吸引孔30cと連通しており、吸着部30が第1ホーン部材15Aと第2ホーン部材15Bとの間に挟まれた状態では、第1ホーン部材15Aの内部の形成された真空吸引孔16aと連通する。真空吸引孔16aはさらに内部の真空吸引孔16bを介して第1ホーン部材15Aの上面に開口された真空吸引孔16bと連通している。
【0018】
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が装着されており、吸着パッド19は第1ホーン部材15Aの上面の真空吸引孔16bに当接している。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、第1ホーン部材15Aおよび吸着部30の内部の各真空吸引孔を介して吸着部30に開口した吸着孔32(図3)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。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先端部が電子部品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。
【0019】
図4に示すように、第2ホーン部材15Bおよび吸着部30にはそれぞれ長手方向の貫通孔15Ba,30aが設けられており、第2ホーン部材15Bおよび吸着部30を組み付けた状態では貫通孔15Ba,30aは連通する。ボルト18の軸部18aを貫通孔15Ba,30aを挿通させて第1ホーン部材15Aに設けられたねじ孔15Aaに螺入させて締結するることにより、吸着部30は第1ホーン部材15Aと第2ホーン部材15Bとの間に挟まれて固定される。したがってボルト18は吸着部30の締結手段となっている。なお、第1ホーン部材15Aにねじ孔15Aaを設ける替わりに、第1ホーン部材15Aにボルトを植え込み、このボルトを吸着部30の貫通孔30a、第2ホーン部材15Bの貫通孔15Baを挿通させてボルトの先端部にナットを螺合させて締結することにより、吸着部30を第1ホーン部材15Aと第2ホーン部材15Bとの間に挟み込むようにしてもよい。
【0020】
図2において、第1ホーン部材15A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、第1ホーン部材15Aには縦振動(ホーン15の長手方向の振動)が付与され、第1ホーン部材15Aに締結された吸着部30は水平方向a(ホーン15の長手方向)に振動する。第1ホーン部材15Aの形状は端部から中央部に向かって側面のテーパ面15aを経て順次幅が絞られた形状となっている。
【0021】
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、この振動は電子部品40に伝達される。この伝達経路にある第1ホーン部材15Aと吸着部30の接触面はボルト18によって長手方向に十分な面圧で圧縮された状態にあることから、この接触面での振動伝達はロスを生じることなく良好に行われる。また、吸着部30の下方に突出するテーパ部31は、第1ホーン部材15Aを介して伝達される縦振動によって曲げ振動を誘起する曲げ振動部としての機能を有しているが、本実施の形態に示す構成ではこの曲げ振動部に部品相互の締結面を設ける必要がない。したがって、曲げ振動部での振動伝達のロスを防止して伝達効率を向上させることができる。
【0022】
図3において、吸着部30の上側には、突起部33が設けられている。この突起部33形状・寸法を適切に設定することにより、吸着部30の上下方向の質量分布を振動伝達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、この突起部33を質量バランス部として用いることができるが、本実施の形態では吸着部30を質量バランス部としての突起部33をも一体的に含んだ形態としているので、吸着部30の設計時において質量分布のバランスをも併せて考慮に入れることができ、振動特性に優れたボンディングツールを実現できる。
【0023】
また消耗部品としての吸着部30を交換する際に、ボンディングツール14全体を取り外す必要がなく、作業を簡単に行うことができる。すなわち図6に示すように、吸着部30の脱着は第1ホーン部材15Aをホルダ12にリブ15bを介して固定した状態で行うことができ、交換作業は第2ホーン部材15Bを固定するボルト21、吸着部30を挟み込むボルト18を抜き挿しすることのみで行われる。
【0024】
上記説明したように、本実施の形態のボンディングツールは、電子部品に当接して振動と荷重を伝達する圧着子としての吸着部をホーン本体に対して着脱自在とし、しかも吸着部のホーンへの締結形態として、吸着部とホーン本体との接触面、すなわち振動伝達面が十分な面圧で圧縮された状態でホーン本体からの縦振動が伝達されるような形態を採用している。これにより、吸着部の電子部品との当接面が損耗した場合には、この吸着部のみを交換すればよくランニングコストを低減することができる。しかも上記締結方法によれば吸着部への振動伝達の安定性が確保されることから、安定した固着状態・振動特性を備えたボンディングツールを実現できる。
【0025】
【発明の効果】
本発明によれば、電子部品に当接して押圧する圧着子を第1のホーン部材および第2のホーン部材で両側から挟み込んで圧縮した状態で締結するようにしたので、使用により圧着子が損耗した場合には、圧着子のみを交換すればよくランニングコストを低減できるとともに、安定した固着状態および振動特性を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の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】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディングツールの正面図
【図4】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディングツールの部分断面図
【図5】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング装置の部分正面図
【符号の説明】
14 ボンディングツール
15 ホーン
15A 第1ホーン部材
15B 第2ホーン部材
17 振動子
18 ボルト
30 吸着部
30a 貫通孔
32 吸着孔
40 電子部品[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electronic component bonding apparatus and a bonding tool for bonding an electronic component such as an electronic component with a bump such as a flip chip to a surface to be bonded such as an electrode of a substrate.
[0002]
[Prior art]
As a method for bonding an electronic component to a surface to be bonded such as an electrode of a substrate, a method using ultrasonic pressure welding is known. According to this method, ultrasonic vibration is applied to the electronic component while pressing the electronic component against the surface to be bonded, and the bonding surface is minutely vibrated to cause friction to bring the bonding surface into close contact. The bonding tool used in this method has a horn, which is an elongated rod that transmits the vibration of the ultrasonic vibrator, which is a vibration source, to an electronic component. While applying a load and vibration to the component, the electronic component is bonded to the surface to be joined by pressing. Since the load (load and vibration) at the time of bonding acts on the crimping element, the lower surface (the suction surface of the electronic component) is easily worn by repeated use. If the wear becomes excessive, normal bonding cannot be performed, and the crimping element must be periodically replaced. Conventionally, this crimping element has been replaced by replacing the entire horn or, when the crimping element is detachable from the horn body as a separate component, only exchanging the separate component.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, when replacing the entire horn, the horn, which is an expensive component, is discarded as a consumable component, and the running cost increases. In addition, even in the case where only the crimping element is attached and detached and replaced, it is difficult for the conventional bonding tool to reproduce a stable fixed state due to an unstable mounting state due to a method of fastening the crimping element to the horn body, Therefore, there has been a problem that the vibration characteristics are likely to fluctuate and stable bonding cannot be performed.
[0004]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an electronic component bonding apparatus and a bonding tool capable of performing stable bonding while performing stable vibration at low cost.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
2. A bonding device for an electronic component according to
[0006]
A bonding tool for an electronic component according to
[0007]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a vibration transmission is carried out stably by a simple structure by clamping the crimping | compression-contacting element which contacts and presses an electronic component from both sides by the 1st horn member and the 2nd horn member, and was compressed. Properties can be obtained.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a front view of an electronic component bonding apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an upside down perspective view of the electronic component bonding tool, FIG. 3 is a front view of the electronic component bonding tool, and FIG. Is a partial sectional view of a bonding tool for the electronic component, and FIG. 5 is a partial front view of a bonding apparatus for the electronic component.
[0009]
First, the overall structure of an electronic component bonding apparatus will be described with reference to FIG.
[0010]
In FIG. 1, a
[0011]
[0012]
A
[0013]
The
[0014]
A
[0015]
As shown in FIGS. 2 and 3, the
[0016]
As shown in FIG. 2,
[0017]
The
[0018]
In FIG. 1, a
[0019]
As shown in FIG. 4, the
[0020]
In FIG. 2, a
[0021]
As a result, the amplitude of the ultrasonic vibration is amplified in the path transmitted from the
[0022]
In FIG. 3, a
[0023]
Further, when replacing the
[0024]
As described above, the bonding tool according to the present embodiment makes the suction portion as a crimping device that contacts the electronic component and transmits vibration and load detachable to the horn body, and furthermore, the suction portion attaches to the horn. As the fastening mode, a mode is adopted in which the longitudinal vibration from the horn main body is transmitted in a state where the contact surface between the suction portion and the horn main body, that is, the vibration transmitting surface is compressed with a sufficient surface pressure. Thus, when the contact surface of the suction portion with the electronic component is worn, only the suction portion needs to be replaced, and the running cost can be reduced. Moreover, according to the above-described fastening method, the stability of vibration transmission to the suction portion is ensured, so that a bonding tool having stable fixed state and vibration characteristics can be realized.
[0025]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the crimping member that is pressed against the electronic component is clamped between the first horn member and the second horn member from both sides and compressed, the crimping member is worn by use. In this case, only the crimping element needs to be replaced, and the running cost can be reduced, and a stable fixing state and vibration characteristics can be maintained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of an electronic component bonding apparatus according to one embodiment of the present invention; FIG. 2 is an upside down perspective view of an electronic component bonding tool according to one embodiment of the present invention; FIG. 4 is a front view of an electronic component bonding tool according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a partial cross-sectional view of an electronic component bonding tool according to an embodiment of the present invention. Partial front view of [Description of symbols]
14
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