JP3914097B2 - ボンディングツール、および電子部品の接合装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バンプ付き電子部品の基板に形成された電極への接合に用いられるボンディングツール、および電子部品の接合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フリップチップなどのバンプ付き電子部品を実装する装置として、超音波圧接を用いる装置が知られている。この装置は、下部に固定したボンディングツールを用いて、バンプ付き電子部品のバンプを基板に形成された電極に超音波振動を付与しながら押圧し接合するものである。以下、図面を参照しながら説明する。
【０００３】
図１６は、従来のバンプ付き電子部品の接合装置５１を示す図である。同図の従来のバンプ付き電子部品の接合装置においては、ボンディングツール５３の一端に設けたキャピラリー部５５に、バンプ付き電子部品５７を吸着させ、その下方に表面に電極が形成された基板５９がステージ６１上に固定して配置されている。バンプ付き電子部品５７は、バンプが形成されている面とが基板５９上の電極とが対向するように配置されている。この状態で、ボンディングツール５３からバンプ付き電子部品５７に超音波振動を付与しながら、バンプ付き電子部品５７のバンプを基板５９に形成された電極に押圧して接合する。
【０００４】
次に、図１７および図１８を参照して従来のボンディングツール５３からバンプ付き電子部品５７に付与される振動について説明する。図１７は、図１０のボンディングツール５３を拡大した図である。図１８（ａ）は、ホーン（超音波ホーン）６５およびキャピラリー部５５における振動の方向および変位量を示す図である。この図において、矢印の示す方向が振動方向であり、矢印の大きさは振動の変位量の大小を示している。図１８（ｂ）はホーンの各位置（横軸）におけるホーンの軸心に平行な振動の変位量（縦軸）の変化を示す図である。図１７または図１８に示すボンディングツール５３は、振動子６３で作られた振動を、ホーン６５を通してキャピラリー部５５へ伝える。キャピラリー部５５は、ホーンの先端部６５ａにおいて、その軸心５５ｃがホーンの軸心６５ｃと垂直となるように固定してある。このため、キャピラリー部５５に伝えられた振動は、キャピラリー部５５の軸心５５ｃに垂直な方向の振動としてキャピラリー部５５の先端部５５ｂに吸着されたバンプ付き電子部品５７に伝えられる。この状態でバンプ付き電子部品５７を基板５９に押圧することにより、バンプ付き電子部品５７は基板５９に形成された電極に接合される。
【０００５】
ホーン６５を伝搬する振動は、図１８（ａ）および図１８（ｂ）に示すように、ホーン６５を伝搬するにつれてその変位量が変化する。図１８（ｂ）の例ではホーン６５の長さ方向において、２つの節（変位量がゼロとなるところ）と３つの腹（変位量が最大となるところ）が存在し、腹となる位置にキャピラリー部５５を固定しているため、大きな振動をキャピラリー部５５に伝えることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
（１）図１６または図１７に示すように従来のボンディングツールにおいては、振動子６３の軸心６３ｃとホーン６５の軸心６５ｃを同一直線上に設けている。基板５９は生産性向上のため複数個取りとなる場合が多く（図示せず）、従って基板５９およびステージ６１は大面積化する傾向にある。このため、ボンディングツール５３と大面積化した基板５９および既に基板上に配置された電子部品（図示せず）との干渉を避けるためには、▲１▼ボンディングツール５３を図面上方向（Ｚ方向）に配置する、▲２▼ボンディングツール５３の保持部６６や振動子６３を水平方向（Ｘ方向）に延伸した位置に配置する、などといった方法が考えられる。
【０００７】
前記▲１▼の方法を採った場合は、キャピラリー部５５の長さに影響し、その強度および振動特性に影響を与えるため、ボンディングツール５３を上方向（Ｚ方向）に移動配置するには限度がある。同様に前記▲２▼の方法を採った場合は、ホーン６５の長さに影響し、その強度および振動特性に影響を与えるため、ボンディングツール５３を水平方向（Ｘ方向）に延伸するには限度がある。
【０００８】
さらに、前記▲２▼の方法を採り、大面積化した基板５９に可能な限り対応できるようにボンディングツール５３を延伸した場合、バンプ付き電子部品の接合装置５１の持つ回転機能によりボンディングツール５３を回転させる際に、ステージ６１の周辺に存在する各種機構（図示せず）との干渉を考慮する必要があり、それらを水平方向（Ｘ方向）に待避させた位置に配置をすると、必然的にバンプ付き電子部品の接合装置全体の大型化を招く要因となっていた。
【０００９】
そこで、本発明の目的は水平方向における小型化を実現することができるバンプ付き電子部品の接合装置を提供することにある。
【００１０】
（２）従来の接合装置においては、図１７に示すように振動子６３およびホーン６５は、水平に配置されている。このためこれら振動子６３およびホーン６５が実装時に基板側と干渉しないように、キャピラリー部５５の長さを延長させなければならなかった。しかしキャピラリー部５５を延長させたことで、当該キャピラリー部５５の剛性が低下し、振動子からの超音波振動によって、キャピラリー部５５に共振が生じ、それにともないキャピラリー部に特有（キャピラリー部の長さ、材質、形状に応じた）の振動を発生する。
【００１１】
この振動の変位量の変化の様子を示したものが図１９および図２０である。図１９は、変位量がゼロとなる点（節）が二つ存在する場合（２次の共振モード）の変位量の変化を示す図である。図２０は、変位量がゼロとなる点（節）が一つだけ存在する場合（１次の共振モード）の変位量の変化を示す図である。
【００１２】
このように構成された半径ｒのキャピラリー部５５の振動は、先端部５５ｂにおいて弧に類似した曲線を描くように振動するため、図２１に示す通りＺ方向成分を含んだ振動となる。ここで、図２１はキャピラリー部先端（電子部品の吸着部）の振動の方向と、そのＺ方向成分を示す図である。
【００１３】
このような振動を用いて、バンプと電極とを接合する場合には、バンプ付電子部品に伝えられる振動のＺ方向成分は、キャピラリー部の径方向の中央部５５ｅでもっとも弱くなり、かつキャピラリー部の径方向の端部５５ｆおよび５５ｒでそれぞれＺ２、Ｚ１となり、Ｚ２または／およびＺ１がもっとも強くなる傾向にある。このため、バンプに対して均一に振動を加えることができず、キャピラリー部の径方向の中央部５５ｅに対向する部分では接合が弱く、キャピラリー部の径方向の端部５５ｆおよび５５ｒに対向する部分では接合が強くなりやすく、全体として不均一となりやすい。さらに、与えられる振動が不均一であることに起因して、キャピラリー部の径方向の中央部５５ｅに対向する部分の接合強度を十分に得ようとすると、キャピラリー部の径方向の端部５５ｆおよび５５ｒに対向する部分では、バンプ、電極または基板等にクラックが入る場合がある。
【００１４】
そこで、本発明のさらなる目的は、バンプ付き電子部品のバンプの基板に形成された電極への接合において、均一な接合を実現できるバンプ付き電子部品の接合装置を提供することにある。また、本発明のさらなる目的は、電子部品へのダメージを少なくできるとともに、接合強度を向上でき、かつ、信頼性の高い接合が可能なバンプ付き電子部品の接合装置を提供することにある。
【００１５】
ところで従来のホーン６５においては、その先端部６５ａにてキャピラリー部５５を保持するような片持ちの形態となっている。このような形態では、キャピラリー部５５に軸心５５ｃ方向の力（すなわち実装時における電子部品からの反力）が加わると、この力に比例してホーン６５側には変形が生じるのでキャピラリー部５５の姿勢が安定せず、電子部品のバンプに対して均一に振動を加えることができなくなるおそれがあった。
【００１６】
さらに既存の片持ち式の超音波ホーンでは、当該超音波ホーン内を伝搬する超音波振動の節となる部分に薄肉のフランジを形成し、このフランジを把持することで、超音波振動の伝搬効率を低下させずに固定を行うようにしているが、薄肉のフランジは外力に対し変形し易かった。このため電子部品への押圧によってフランジに変形が生じ、これに伴い振動付与部の姿勢が変動し、電子部品に均一な超音波振動を加えることができなくなるおそれがあった。
【００１７】
また従来のホーン６５では、円断面のテーパ形状に薄肉フランジが形成された形状であるので、一体加工を行う際、前記薄肉フランジ部が加工途中に変形するおそれがあった。
【００１８】
また振動源から発せられる超音波振動は、電子部品への接合効率向上の目的から、接合装置５１側に伝搬されることなく、その殆どがキャピラリー部５５に伝搬されることが望ましい。このため高剛性でホーンの軸心に平行な振動（縦波の振動）以外の振動の発生を防止できるとともに、超音波振動の伝搬効率の優れたホーン形状が望まれていた。
【００１９】
さらに従来のホーンにおいては、保持部を介して接合装置に結合されるので、当該接合装置とホーンとの経路が長くなりがちで、前記接合装置に対するホーンの取付精度が低下するおそれがあった。このため接合装置に対し精度良く取り付けることができるホーン形状が望まれていた。
【００２０】
本発明では、これら従来のホーンに生じる問題点に着目し、ホーンの変形を抑えるとともに、振動効率の向上と、接合装置に対する取付精度を向上させたホーンを有するボンディングツール、および電子部品の接合装置を提供することを目的とする。
【００２１】
本発明の上記以外の目的及び本発明の特徴とするところは、添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読むことにより、一層明確になるであろう。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、超音波ホーン形状をアーチ型に形成し面対称位置に振動付与部を設けるとともに、アーチ背面側にツール取付部を設けるようにすれば、このツール取付部を直に接合装置側に取り付けることが可能になり、ホーン形状の剛性を確保することができるとともに、振動源から発せられた超音波振動が左右対称の超音波ホーンに伝搬されるので、ホーンの軸心に平行な振動（縦波の振動）以外の振動の発生を抑えることができるという知見に基づいてなされたものである。
【００２３】
すなわち本発明に係るボンディングツールは、超音波振動を発生させる振動源と、一端において前記振動源が結合され当該振動源で発生した超音波振動を伝搬可能な超音波ホーンと、この超音波ホーンに結合され当該超音波ホーンを介して伝搬された振動を電子部品に付与可能な振動付与部とを有したボンディングツールであって、前記超音波ホーンを円弧部を有したアーチ型に形成し、この円弧部の面対称位置に前記振動付与部を結合するとともに、前記円弧部の背面側に前記振動付与部に対向するツール取付部を設けるよう構成した。
【００２４】
そして前記円弧部と前記ツール取付部との間に空隙を形成したり、あるいは前記超音波ホーン内を伝搬する超音波振動の節位置間を結ぶよう前記ツール取付部を形成することが望ましく、さらに詳細には、前記空隙は、穴形状であったり、スリット形状であったり、スリットと穴の複合形状であればよい。また前記ツール取付部における前記振動付与部から垂下した位置に前記超音波ホーンの位置決め手段を設けたり、さらに該振動付与部の長さは、該超音波ホーンから与えられた振動が該振動付与部を電子部品へ伝搬する時に、該超音波ホーンと該電子部品との間に振動の節が発生しない長さに設定することが好ましい。
【００２５】
また本発明に係る電子部品の接合装置は、超音波振動を発生させる振動源と一端において前記振動源が結合され当該振動源で発生した超音波振動を伝搬可能な超音波ホーンとこの超音波ホーンに結合され当該超音波ホーンを介して伝搬された振動を電子部品に付与可能な振動付与部とを有したボンディングツールの固定をなす装着部と、この装着部に結合される昇降手段とを有し、前記ボンディングツールを介して前記電子部品を押圧することで基板への接合をなす電子部品の接合装置であって、前記ボンディングツールを前記超音波ホーンを円弧部を有したアーチ型に形成し、この円弧部の面対称位置に前記振動付与部を結合するとともに、前記円弧部の背面側に前記振動付与部に対向し前記装着部との結合をなすツール取付部を設けるよう構成した。
【００２６】
そして前記円弧部と前記ツール取付部との間に空隙を形成したり、あるいは前記超音波ホーン内を伝搬する超音波振動の節位置間を結ぶよう前記ツール取付部を形成することが望ましく、さらに詳細には、前記空隙は、穴形状であったり、スリット形状であったり、スリットと穴の複合形状であればよい。また前記ツール取付部における前記振動付与部から垂下した位置に前記装着部に対する前記超音波ホーンの位置決め手段を設けることが望ましく、さらに前記振動付与部と前記位置決め手段と前記昇降手段とは、同一軸心上に配置されることが好ましい。また該振動付与部の長さは、該超音波ホーンから与えられた振動が該振動付与部を電子部品へ伝搬する時に、該超音波ホーンと該電子部品との間に振動の節が発生しない長さであることが望ましい。
【００２７】
上記構成によれば、超音波ホーンの取り付けはツール取付部によってなされる。ここで前記ツール取付部は振動付与部に対向配置されているので、ツール取付部を介した接合装置からの押圧力は、片持ち梁に代表されるように迂回することなく垂直方向に伝達される。このため超音波ホーンの剛性を向上させることが可能となり、前記押圧力が加わった場合、超音波ホーンの姿勢が変動し、この変動に伴い振動付与部に傾きが生じ、電子部品のバンプに加える振動が不均一になることを防止することができる。また既存の超音波ホーンのように薄肉のフランジを使用せず、剛性の高いツール取付部にて超音波ホーンを装置側に固定するので、結合部の剛性を確保することができ、外力が及ぶことによって振動付与部に姿勢変化が生じるのを防止することができる。さらに従来型のホーンでは薄肉フランジが存在するので、当該薄肉フランジが加工途中で変形するおそれがあったが、本発明に係るアーチ型ホーンでは、その基本形状をワイヤーカットなどによって行うため、変形が発生することなく安定した加工精度を得ることが可能になる。
【００２８】
また前記押圧力は、ツール取付部から振動付与部に向かって垂直方向に加わるので、たとえ前記押圧力によって超音波ホーンに変形が生じても、振動付与部の姿勢が乱れることがない。このため本ボンディングツールを用いれば、電子部品のバンプに振動を均一に加えることが可能になる。さらに振動付与部は円弧部の面対称位置に結合されるので、超音波ホーンは、振動付与部を境界として左右対称の形状となる。このため超音波ホーンにホーンの軸心に平行な振動（縦波の振動）以外の振動が生じるのを防止することが可能になり、十分な振動を電子部品側に伝達することができる。またアーチ型形状からなる超音波ホーンに振動源が取り付けられているので、当該振動源は基板に対して角度を持って結合される。このため基板周辺に配置された他部品あるいは各種機構に振動源が干渉することを防止することが可能になり、ボンディングツールの小型化を達成することができる。
【００２９】
そして円弧部とツール取付部との間に空隙を形成すれば、振動源で発生した振動の大半を円弧部側に伝搬させることができ、ツール取付部側に不要振動が伝搬するのを防止することが可能になり、振動付与部への振動の伝搬効率を向上させることができる。さらにツール取付部の両端を円弧部内を伝搬する超音波振動の節の位置と一致させれば、超音波振動の節の位置からは理論上、振動が伝搬しないのでツール取付部側に不要振動が伝搬するのを一層防止することができる。
【００３０】
なおツール取付部において、振動付与部から垂下した位置に超音波ホーンの位置決め手段を設けるようにすれば、振動付与部と位置決め手段とを結ぶ軸上で前記振動付与部が昇降するので、ボンディングツールが装着される接合装置、さらに詳細には昇降手段に接合される装着部に対する位置決め精度を向上させることができる。さらに振動付与部と位置決め手段に加えて、昇降手段も同一軸心上に配置すれば、軸心上に位置決め手段を設けたので、位置決め精度を向上させることが可能になることに加え、昇降手段からの押圧力を迂回することなく直接、振動付与部に伝えることができるので、前記押圧力の伝達経路途中に変形等が生じるのを防止することができる。また装着部に対する超音波ホーンの結合は、ツール取付部によって行われるが、これら装着部とツール取付部との接合は、単一の平面どうしを密着させるようにすることが望ましい。このように単一の面どうしを密着させるようにすれば、密着の際、双方の間に傾きやねじれ等が発生することを防止することができ、取付精度を向上させることができる。また上述したように、振動付与部と装着部との間にツール取付部を介在させるようにしたので（振動付与部に対向するようツール取付部を設けるようにしたので）、超音波ホーンの剛性が向上し、たとえ装着部側への結合の際に、超音波ホーンを変形させる力が加わっても、この超音波ホーンの剛性が、前記力を受け止めるので当該力が超音波ホーンに及ぶことがなく、もって振動付与部に姿勢変化等の障害が発生するのを防止することができる。
【００３１】
また超音波ホーンの先端は、円弧部によって凸型に形成されている。このため振動源や超音波ホーンの端部が、振動付与部から離れ、基板上の実装部品など、周囲の部材と干渉することがない。このため干渉を避けるために必要であった振動付与部の長さを、短くすることができる。そして振動付与部の長さを超音波振動によって振動付与部に振動の節が発生しないだけの寸法まで短くすれば、振動付与部の長さ方向に生じる振動の発生を抑えることができ、電子部品に均一な振動を加えることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に、ボンディングツール、および電子部品の接合装置に好適な具体的実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００３３】
図１は、本実施の形態に係る電子部品の接合装置を示す断面説明図であり、図２は、図１における要部拡大図である。
【００３４】
これらの図を用いて、まず本実施の形態の概略構成について説明する。本実施の形態に係る電子部品の接合装置１は、本体部２、ボンディングツール３およびステージ４等から構成される。
【００３５】
本体部２は、固定ブロック５と、垂直方向駆動機構６と、昇降手段となる加圧機構７とから構成される。垂直方向駆動機構６は、固定ブロック５に固定された軸受け６ａとその軸受けを貫くボールネジ軸６ｂとからなる。加圧機構７は、複数の軸受け７ａ、７ｃ、７ｅと軸７ｂ、７ｄ、７ｆを鉛直方向（Ｚ方向）に直列にならべたものであって、垂直方向駆動機構のボールネジ軸６ｂに固定されている。また加圧機構７の最下端には装着部８が設けられ、当該装着部８の下面に形成された装着面９にボンディングツール３を固定可能としている。このように構成した接合装置１においては、垂直方向駆動機構６と加圧機構７の作用により、接合にかかる電子部品に合わせて、ボンディングツール３を上下方向に移動させることができる。また、加圧機構７により、接合時に電子部品に加わる圧力を調整することができる。
【００３６】
ボンディングツールについては後に詳述するため、ここではその概略を説明する。ボンディングツール３の最下端には、振動付与部となるキャピラリー部１０が固定されている。当該キャピラリー部１０の下端には、吸着器（不図示）によりバンプ付き電子部品１１を吸着することができる。キャピラリー部１０の下方には電極が形成された基板１２を固定して配置するためのステージ４が設けられている。ステージ４は、水平方向（Ｘ−Ｙ方向）に移動しても、常にボンディングツール３先端のキャピラリー部１０の下方に位置するようになっている。バンプ付き電子部品１１は、バンプが形成されている面が基板１２の電極側に対向するように配置している。また、加圧機構７により、バンプ付き電子部品１１を基板１２に押圧することができる。この状態で、ボンディングツール３のキャピラリー部１０からバンプ付き電子部品１１に振動子１５によって発生する超音波振動を付与しながら、バンプ付き電子部品１１のバンプを基板１２に形成された電極に押圧して接合することができる。
【００３７】
本実施の形態においては、ボンディングツールの構成およびキャピラリー部の形状に主な特徴があるため、これらについて以下で順次説明する。
【００３８】
（１）ボンディングツール
図３は、超音波ホーンの形状を示す上側面図であり、図４は、図３に示す超音波ホーンの正面図である。
【００３９】
図２、図３、図４に示すように、本実施の形態に係るボンディングツール３は、電子部品の接合装置１における本体部２に固定されており、振動源となる振動子１５と、超音波ホーン１７と、キャピラリー部１０とから構成されている。
【００４０】
超音波ホーン１７は、図３に示すように一定の厚みからなり、その厚みは少なくともキャピラリー部１０が結合可能であるとともに、本体部２側による昇降に対して十分な強度を確保できるだけの寸法に設定されている。また図４に示すように、超音波ホーン１７の正面形状は、左右が対称であるアーチ型となっている。すなわち超音波ホーン１７では、下向きに凸状となる円弧部２５と、当該円弧部２５の両端からはこの円弧部２５の接線方向に延長される直線部２７が形成されている。ここで円弧部２５と前記ツール取付部２９との間には、空隙となる抜き穴２８が形成され、円弧部２５とツール取付部２９とを分離するようにしている。
【００４１】
また円弧部２５と直線部２７との背面側には、本体部２側への接合をなすためのツール取付部２９が形成されている。さらにこのツール取付部２９と直線部２７とを結ぶ端面３１の片側には、メネジ部３３が形成されており、このメネジ部３３に振動子１５の先端を螺合させることで、超音波ホーン１７に振動子１５を固定可能にする。
【００４２】
なおメネジ部３３によって固定される振動子１５の軸心は、円弧部２５の厚みの中央位置を通り、その後、直線部２７にて接線方向に延長される規定面３５内に含まれており、振動子１５で発生した超音波振動の大半が規定面３５上（すなわち円弧部２５内）を伝搬するようにしている。すなわち振動子１５と超音波ホーン１７の軸心とは幾何学的に連続した形態となっている。また円弧部２５における最下端、すなわち超音波ホーン１７を左右対称に分ける境界面３７上には、キャピラリー取付穴３９が設けられており、キャピラリー部１０をこのキャピラリー取付穴３９に差し込み挿入させることで、超音波ホーン１７にキャピラリー部１０を結合可能にしている。
【００４３】
さらにツール取付部２９における位置合わせ面４３において、前記キャピラリー取付穴３９の軸心と交差する部分には、位置決め手段となる位置決め穴４１が形成されている。そして本体部２側の装着面９にあらかじめ形成された位置決め用の凸部（図示せず）を前記位置決め穴４１に凹凸嵌合させることで、本体部２に対するボンディングツール３の位置合わせを行うようにしている。
【００４４】
なおツール取付部２９における位置合わせ面４３において、前記キャピラリー取付穴３９の左右には、貫通穴４５が形成されている。このため当該貫通穴４５に抜き穴２８側から結合用ボルトを挿入し、装着面９側に設けられた図示しないメネジ部に、この結合用ボルトを螺合させることで、ボンディングツール３と本体部２に強固に結合できるようにしている。
【００４５】
また超音波ホーン１７に形成された抜き穴２８の形状は、以下によって設定される。
【００４６】
図５は、超音波ホーンの定常振動モードを示す説明図であり、図６は、横軸に距離、縦軸に振幅の度合いを設定し、図５における定常振動の節と腹の状態を示した説明図である。なお図５における矢印は、超音波振動の振幅の大小を示している。
【００４７】
これらの図に示すように、超音波ホーン１７に結合された振動子１５を稼働させると、当該振動子１５から超音波振動が発生し、この超音波振動が円弧部２５へと伝搬する。ここで円弧部２５と、その両側に位置する直線部２７の長さの合計は、図６に示すように、超音波振動の１波長（λ）に相当するよう設定されているので、超音波振動の振幅が最大になるのは、超音波ホーン１７における両側の端面３１と、円弧部２５の中央であるキャピラリー取付穴３９である。そして図６におけるＡ位置では、超音波振動の節になっているので、理論上ではこの位置に振動が発生することがない。このため超音波ホーン１７に形成された抜き穴２８の縁辺をＡ位置に一致させれば、直線部２７から円弧部２５へと伝搬する超音波振動が、ツール取付部２９側に伝搬するのを防止することができ、振動子１５から発生した殆どの超音波振動を円弧部２５側に伝搬させることができる。
【００４８】
このように構成されたボンディングツール３では、キャピラリー部１０と位置決め穴４１が同一軸心上に配置されるので、本体部２からの押圧力が余分な経路を介さずに直に加わる。このため押圧によって超音波ホーン１７に変形が生じても、キャピラリー部１０に姿勢変動が生じず、実装対称となる電子部品に均一な振動を加えることができるのである。さらに位置合わせ面４３は分割された複数の面から構成されるのではなく、位置決め穴４１の軸心まわりに形成された単一面であることから、この位置合わせ面４３を装着面９に押しつけるだけで、容易に装着面９に対するボンディングツール３の姿勢を設定することが可能になる。また超音波ホーン１７をアーチ型に形成し、左右対称形状にしたことから、前記超音波ホーン１７における剛性の向上が図れるとともに、ホーンの軸心に平行な振動（縦波の振動）以外の振動の発生が抑えられることはいうまでもない。
【００４９】
図７は、超音波ホーンの応用例の形状を示す上側面図であり、図８は、図７に示す超音波ホーンの正面図であり、図９は、同超音波ホーンの定常振動モードを示す説明図である。
【００５０】
なお本応用例では、超音波ホーンの形状が一部異なるだけで、その他の構成については同様であることから、共通の箇所に関しては同一の番号を付与して説明を行うこととする。
【００５１】
これらの図に示すように、応用例となる超音波ホーン４７では、円弧部２５側とツール取付部２９側とを狭幅の脚部４９で接続した形態となっている。このように脚部４９の幅を狭くし、この脚部４９の先端を超音波振動の節の部分に接続すれば、ツール取付部２９に伝搬する不要振動５０（図５および図９を参照）をより一層低減させることができる。
【００５２】
また本発明においては、抜き穴２８を空隙として説明を行ったがこの形態に限定されることもなく種々の変形が可能である。
【００５３】
図１０は、超音波ホーンの第１変形例の形状を示す上側面図であり、図１１は、図１０に示す超音波ホーンの正面図であり、図１２は、同超音波ホーンの定常振動モードを示す説明図である。なお第１変形例および後述する第２変形例では、超音波ホーンの形状が一部異なるだけで、その他の構成については同様であることから、共通の箇所に関しては同一の番号を付与して説明を行うこととする。
【００５４】
これらの図に示すように第１変形例となる超音波ホーン５２では、円弧部２５側とツール取付部２９側との間の空隙を、抜き穴５４とこの抜き穴５４の周囲に形成されたスリット５６とで構成した。このように前記空隙を、抜き穴５４とスリット５６との複合形態としても、前記スリット５６によって形成される左右一対の脚部５８によって円弧部２５側とツール取付部２９側との分離がなされるため、図１２に示すようにツール取付部２９に伝搬する不要振動５０をより一層低減させることができる。なお上記スリット５６の幅は、円弧部２５が振動子１５からの超音波振動によって振動した際、前記円弧部２５がツール取付部２９側に接触しないだけの（干渉しないだけの）寸法以上に設定されればよく、具体的な寸法は加工機等の精度や、超音波ホーンの取り付け操作性などによって設定すればよい。
【００５５】
図１３は、超音波ホーンの第２変形例の形状を示す上側面図であり、図１４は、図１３に示す超音波ホーンの正面図であり、図１５は、同超音波ホーンの定常振動モードを示す説明図である。
【００５６】
これらの図に示すように第２変形例となる超音波ホーン６０では、第１変形例となる超音波ホーン５２に対して抜き穴５４が無く、スリット６２のみで空隙を形成するようにしている。このような形態であっても前記スリット６２によって形成される左右一対の脚部６４によって円弧部２５側とツール取付部２９側との分離がなされるため、上述した種々の超音波ホーンと同様、図１５に示すようにツール取付部２９に伝搬する不要振動５０をより一層低減させることが可能になる。
【００５７】
（２）キャピラリー部
次に、本実施の形態で用いられるキャピラリー部１０について述べる。
キャピラリー部１０では、超音波ホーン１７から伝搬された振動の振幅が最大（腹）になっている。ところで超音波ホーン１７（超音波ホーン４７も同様）では、円弧部２５が下向きの凸型形状を形成しているので、超音波ホーン１７の端部や、振動子１５はキャピラリー部１０に対して上方に配置される。ゆえに超音波ホーン１７の端部や、振動子１５が基板側と干渉することが防止されるので、従来、干渉を避けるために、延長させていたキャピラリー部１０を短くすることができる。そして当該キャピラリー部１０の長さは、振動がキャピラリー部１０の先端部１０ｂまで伝搬しても、キャピラリー部に振動の変位量がゼロとなる点（節）が存在しないような長さに設定すればよく、本実施の形態においては、その長さは１ｍｍ以下であることが望ましい。
【００５８】
上記の思想に基づいてキャピラリー部１０の長さを設定すれば、当該キャピラリー部１０の先端は、従来のように弧に類似した曲線を描いて振動することはほとんどなく、水平方向（Ｘ方向）に振動することとなる。このため、バンプと電極とを接合するときにバンプ付き電子部品１１に伝える振動は、すべてのバンプに対して均一とすることが可能である。よって、バンプと電極との接合は、全体として均一とすることができるため、バンプ、電極または基板等にクラックが入るような不具合が生じるのを防止することができる。
【００５９】
以上のように構成したことにより、バンプ付き電子部品のバンプの基板に形成された電極への接合において、均一な接合を実現できるバンプ付き電子部品の接合装置を提供することができる。さらに、電子部品へのダメージを少なくできるとともに、接合強度を向上でき、かつ、信頼性の高い接合が可能なバンプ付き電子部品の接合装置を提供することができる。
【００６０】
以下に、本実施の形態の変形例について述べる。
本実施の形態においては、超音波ホーン１７における直線部２７は、基板の平面方向に対して一定の傾斜角度（図４における角度θを参照）に設定するようにしたが、この設定された傾斜角度に限定されることもなく設計および振動の伝搬において許容される角度、すなわちキャピラリー部１０に前記基板の平面方向と平行な振動が伝搬される角度であれば、設計の許容する範囲内でどのような角度であってもよい。さらに、ホーン１７および振動子１５は、図面の奥行き方向、手前方向等任意の方向に配置することも可能である。
【００６１】
ホーン１７における円弧部２５の曲率半径は、任意の値を取ることが可能である。また、円弧部２５の外縁形状は、円以外の非直線的形状(楕円、サイクロイド等)の一部を構成するものであってもよい。さらに、ホーンの外縁形状に円弧部がなく複数の直線部を組み合わせたアーチ型としてもよい。
【００６２】
本実施の形態においては、ホーン１７は、２つの直線部２７と、これら直線部２７に挟まれる円弧部２５とを有していたが、前記円弧部２５だけを残し、直線部２７を削除するように形成してもよい。
【００６３】
本実施例においては、キャピラリー部１０のキャピラリー取付穴３９において、振動の振幅が最大（腹）となるようにしていたが、バンプと電極の接合条件によっては、キャピラリー部１０のキャピラリー取付穴３９が振動の振幅が最大(腹)となる箇所から外れていてもよい。
【００６４】
本発明について上記実施の形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明における思想の範囲内において改良または変更が可能である。
【００６５】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、ボンディングツールにおける超音波ホーンの先端は、円弧部によって凸型に形成されているので振動源等を基板側より離すことが可能になり、ボンディングツールおよび接合装置の小型化を図ることができる。そして振動付与部を基準としてボンディングツールは左右対称になっていることから、ホーンの軸心に平行な振動（縦波の振動）以外の振動の発生を防止することができ、さらに前記振動付与部の直上にツール取付部を形成したことから、ツール自体の剛性の向上を図るとともに位置決め精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る電子部品の接合装置を示す断面説明図である。
【図２】図１における要部拡大図である。
【図３】超音波ホーンの形状を示す上側面図である。
【図４】図３に示す超音波ホーンの正面図である。
【図５】超音波ホーンの振動モードを示す説明図である。
【図６】横軸に距離、縦軸に振幅の度合いを設定し、図５における定常振動の節と腹の状態を示した説明図である。
【図７】超音波ホーンの応用例の形状を示す上側面図である。
【図８】図７に示す超音波ホーンの正面図である。
【図９】同超音波ホーンの定常振動モードを示す説明図である。
【図１０】超音波ホーンの第１変形例の形状を示す上側面図である。
【図１１】図１０に示す超音波ホーンの正面図である。
【図１２】同超音波ホーンの定常振動モードを示す説明図である。
【図１３】超音波ホーンの第２変形例の形状を示す上側面図である。
【図１４】図１３に示す超音波ホーンの正面図である。
【図１５】同超音波ホーンの定常振動モードを示す説明図である。
【図１６】従来のバンプ付き電子部品の接合装置５１を示す図である。
【図１７】図１０の超音波振動を与えるためのボンディングツールを拡大した図である。
【図１８】（ａ）は、超音波ホーン（ホーン）およびキャピラリー部における振動の方向および変位量を示す図である。（ｂ）はホーンの各部位における振動(ホーンの軸心に平行な方向の振動)の変位量の変化を示す図である。
【図１９】変位量がゼロとなる点（節）が二つ存在する場合（２次の共振モード）の変位量の変化を示す図である。
【図２０】変位量がゼロとなる点（節）が一つだけ存在する場合（１次の共振モード）の変位量の変化を示す図である。
【図２１】キャピラリー部先端（電子部品の吸着部）の振動の方向と、そのＺ方向成分を示す図である。
【符号の説明】
１………電子部品の接合装置
２………本体部
３………ボンディングツール
４………ステージ
５………固定ブロック
６………垂直方向駆動機構
６ａ………軸受け
６ｂ………ボールネジ軸
７………加圧機構
７ａ………軸受け
７ｂ………軸
７ｃ………軸受け
７ｄ………軸
７ｅ………軸受け
７ｆ………軸
８………装着部
９………装着面
１０………キャピラリー部
１１………電子部品
１２………基板
１５………振動子
１７………超音波ホーン
２５………円弧部
２７………直線部
２８………抜き穴
２９………ツール取付部
３１………端面
３３………メネジ部
３５………規定面
３７………境界面
３９………キャピラリー取付穴
４１………位置決め穴
４３………位置合わせ面
４５………貫通穴
４７………超音波ホーン
４９………脚部
５０………不要振動
５２………超音波ホーン
５４………抜き穴
５６………スリット
５８………脚部
６０………超音波ホーン
６２………スリット
６４………脚部

Claims (15)

1. 超音波振動を発生させる振動源と、一端において前記振動源が結合され当該振動源で発生した超音波振動を伝搬可能な超音波ホーンと、この超音波ホーンに結合され当該超音波ホーンを介して伝搬された振動を電子部品に付与可能な振動付与部とを有したボンディングツールであって、前記超音波ホーンを円弧部を有したアーチ型に形成し、この円弧部の凸面側に前記振動付与部を結合するとともに、前記円弧部の背面側にツール取付部を設け、前記振動付与部の長さは、前記超音波振動によって前記振動付与部に振動の節が発生しないだけの寸法に設定されていることを特徴とするボンディングツール。
2. 前記円弧部と前記ツール取付部との間に空隙を形成したことを特徴とする請求項１に記載のボンディングツール。
3. 前記空隙は、穴形状であることを特徴とする請求項２に記載のボンディングツール。
4. 前記空隙は、スリット形状であることを特徴とする請求項２に記載のボンディングツール。
5. 前記空隙は、スリットと穴の複合形状であることを特徴とする請求項２に記載のボンディングツール。
6. 前記超音波ホーン内を伝搬する超音波振動の節位置間を結ぶよう前記ツール取付部を形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１に記載のボンディングツール。
7. 前記ツール取付部における前記振動付与部から垂下した位置に前記超音波ホーンの位置決め手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１に記載のボンディングツール。
8. 超音波振動を発生させる振動源と一端において前記振動源が結合され当該振動源で発生した超音波振動を伝搬可能な超音波ホーンとこの超音波ホーンに結合され当該超音波ホーンを介して伝搬された振動を電子部品に付与可能な振動付与部とを有したボンディングツールの固定をなす装着部と、この装着部に結合される昇降手段とを有し、前記ボンディングツールを介して前記電子部品を押圧することで基板への接合をなす電子部品の接合装置であって、前記ボンディングツールを前記超音波ホーンを円弧部を有したアーチ型に形成し、この円弧部の凸面側に前記振動付与部を結合するとともに、前記円弧部の背面側に前記装着部との結合をなすツール取付部を設け、前記振動付与部の長さは、前記超音波振動によって前記振動付与部に振動の節が発生しないだけの寸法に設定されていることを特徴とする電子部品の接合装置。
9. 前記円弧部と前記ツール取付部との間に空隙を形成したことを特徴とする請求項８に記載の電子部品の接合装置。
10. 前記空隙は、穴形状であることを特徴とする請求項９に記載の電子部品の接合装置。
11. 前記空隙は、スリット形状であることを特徴とする請求項９に記載の電子部品の接合装置。
12. 前記空隙は、スリットと穴の複合形状であることを特徴とする請求項９に記載の電子部品の接合装置。
13. 前記超音波ホーン内を伝搬する超音波振動の節位置間を結ぶよう前記ツール取付部を形成したことを特徴とする請求項８乃至請求項１２のいずれか１に記載の電子部品の接合装置。
14. 前記ツール取付部における前記振動付与部から垂下した位置に前記装着部に対する前記超音波ホーンの位置決め手段を設けたことを特徴とする請求項８乃至請求項１３のいずれか１に記載の電子部品の接合装置。
15. 前記振動付与部と前記位置決め手段と前記昇降手段とは、同一軸心上に配置されることを特徴とする請求項１４に記載の電子部品の接合装置。

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