JP3912172B2 - 電子部品のボンディング装置 - Google Patents
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Description
【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装置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装置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】
本発明の電子部品のボンディング装置は、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を備えた電子部品のボンディング装置であって、前記ボンディングツールが、振動子によって振動するホーンと、このホーンの振動の定在波の腹に相当する位置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定在波の節の位置において前記ホーンより突出する連結部と、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、前記固定部を前記ホーンと一体的に設け、かつ前記固定部の上部を前記昇降部材に固定した。
【0009】
本発明によれば、ボンディングツールのホーンより突出する連結部と、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、前記固定部を前記ホーンと一体的に設け、かつ前記固定部の上部を前記昇降部材に固定したことにより、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は本発明の一実施の形態の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の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の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の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14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15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13a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16a(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波状部がブロック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15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、熱圧着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斜視図
【図3】(a)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
(b)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平面図
【図4】(a)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斜視図
(b)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
Claims (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を備えた電子部品のボンディング装置であって、前記ボンディングツールが、振動子によって振動するホーンと、このホーンの振動の定在波の腹に相当する位置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定在波の節の位置において前記ホーンより突出する連結部と、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、前記固定部を前記ホーンと一体的に設け、かつ前記固定部の上部を前記昇降部材に固定したことを特徴とする電子部品のボンディング装置。
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