JP3979319B2

JP3979319B2 - Electronic component bonding apparatus and bonding tool

Info

Publication number: JP3979319B2
Application number: JP2003075690A
Authority: JP
Inventors: 誠司 ▲高▼橋; 健一大竹
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-03-19
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2019-06-28
Also published as: JP2003243454A

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を電子部品に押し当て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。
【０００３】
電子部品に押し当てられる圧着子は、電子部品に伝達される水平方向の振動を出来るだけ大きくするため、ホーンに伝達される縦振動を曲げ振動に変換するようにホーンから下方に突出した形状となっている。そしてこの圧着子の形状・寸法は圧着子に誘起される曲げ振動の固有周波数がホーンの縦振動と共振するように設定されることが望ましい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、圧着子を含めたボンディングツール全体の形状・寸法の最適設定には種々の要素が関連している。例えば圧着子の寸法は対象とする電子部品に必要とされる圧着荷重に対して十分な剛性を有するものでなければならない。また、ボンディングツール全体の形状・レイアウトからみれば、ホーンの先端部に装着される振動子はボンディング動作時に被接合面である基板からある程度の間隔を保った位置に配置される必要がある。ボンディング時に加熱された基板から振動子に伝達される輻射熱の影響をできるだけ少なくするためである。これ以外にも、ホーンの長さや振動子の発生する振動の周波数など、多くの要素が相互に関連しており、所要条件を満たす最適設定を実現するためにはこれらの相互の関連を考慮に入れなければならない。
【０００５】
しかしながら、これらの要素には相反する内容の項目が含まれており、すべての要素について所要条件を満たすボンディングツールの最適設定を実現することは実際上極めて困難であった。このため、従来のボンディングツールでは安定した振動特性を実現することが困難でボンディング効率、ボンディング品質の向上が阻害されるという問題点があった。
【０００６】
そこで本発明は、安定した振動特性を実現してボンディング効率、ボンディング品質を向上させるボンディングツール及びボンディング装置を実現することを目的とする。
【０００７】
【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、電子部品に押圧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電子部品のボンディング装置であって、前記電子部品に当接して押圧するボンディングツールと、このボンディングツールを押圧する押圧手段とを備え、前記ボンディングツールは、振動子によって縦振動するホーンと、このホーンに結合されてホーンの縦振動を曲げ振動に変換しこの曲げ振動と押圧手段による押圧荷重を圧着面を介して前記電子部品に作用させる曲げ振動部と、前記ホーンと一体的に設けられこのホーンをボンディング装置に装着する装着部とを有し、前記ホーンの中心線は前記押圧手段の押圧方向において前記曲げ振動部側よりもこのホーンの端部側の方が後退している。
【０００８】
請求項２記載の電子部品のボンディング装置は、請求項１記載の電子部品のボンディング装置であって、前記曲げ振動部の中心線は前記押圧方向に平行であり、且つ前記ホーンの中心線と曲げ振動部の中心線とが前記押圧方向に平行な面内で９０度より大きく１３５度以下の範囲の角度で交叉している。
【０００９】
請求項３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、振動子によって縦振動するホーンと、このホーンに結合されてホーンの縦振動を曲げ振動に変換しこの曲げ振動と荷重を圧着面を介して前記電子部品に作用させる曲げ振動部と、前記ホーンと一体的に設けられこのホーンをボンディング装置に装着する装着部とを有し、前記ホーンの中心線は前記荷重の押圧方向において前記曲げ振動部側よりもこのホーンの端部側の方が後退している。
【００１０】
請求項４記載の電子部品のボンディングツールは、請求項３記載の電子部品のボンディングツールであって、前記曲げ振動部の中心線は前記荷重の押圧方向に平行であり、且つ前記ホーンの中心線と曲げ振動部の中心線とが前記押圧方向に平行な面内で９０度より大きく１３５度以下の範囲の角度で交叉している。
【００１１】
本発明によれば、ホーンの中心線は前記押圧手段の押圧方向において前記曲げ振動部側よりもこのホーンの端部側の方が後退しており、好ましくはホーンの中心線と曲げ振動部の中心線とが前記押圧手段による曲げ振動部の押圧方向に平行な面内で９０度より大きく１３５度以下の範囲の角度で交叉していることにより、曲げ振動部の形状・寸法を適正に設定しながら振動子を基板面から離した配置が可能となり、安定した振動特性を備えたボンディングツールが実現される。
【００１２】
【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斜視図、図３（ａ）は同電子部品のボンディングツールの平面図、図３（ｂ）は同電子部品のボンディングツールの正面図である。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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１５ａを有している。ホーン１５のセンターには吸着部３０（圧着子）が下方へ突設されている。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。
【００２０】
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、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。
【００２１】
吸着部３０の下面は圧着面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。図３（ｂ）において、下向きの矢印Ａは、押圧手段の押圧方向を示しており、吸着部３０の中心線ＣＬ２は押圧方向と平行になっている。また吸着面３０ａはこの押圧方向に対して垂直となっている。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の圧着面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。
【００２２】
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。すなわち、リブ１５ｃ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。
【００２３】
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。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、この振動は圧着面３０ａを介して電子部品４０に伝達される。
【００２４】
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。すなわち、吸着部３０は単に電子部品４０を吸着して保持する機能のみならず、曲げ振動による水平方向の振動を誘起する曲げ振動部としての機能を有している。したがって、電子部品４０への振動伝達効率を向上させるためには、吸着部３０にできるだけ大きな曲げ振動が誘起されるような条件設定を行う必要がある。以下、このような条件を満たすためのホーン形状について説明する。
【００２５】
図３に示すようにホーン１５の中心線ＣＬ１は直線状には設定されておらず、吸着部３０との結合点Ｂで折曲している。このホーン１５の中心線ＣＬ１は押圧方向（矢印Ａ）において吸着部３０側（結合点Ｂ）よりも端部側（点Ｃ）が後退、すなわち上方に位置している。ホーン１５の中心線ＣＬ１と曲げ振動部である吸着部３０の中心線ＣＬ２とが押圧手段による押圧方向（図３（ｂ）において矢印Ａで示す方向）に平行な面内で交叉する角度αは、９０度より大きく１３５度以下の範囲で、吸着部３０の突出代Ｄと振動子１７の高さ距離Ｈとの関係に基づいて設定される。
【００２６】
このとき、ホーン１５の下面が同一平面となるような形状にすることが望ましい。これにより、ホーン１５の製作時の加工を容易にすることができる。なお、角度αが９０度以下であれば距離Ｈが十分確保できない。逆に１３５度を越えると、圧着面３０ａにおける曲げ振動の成分よりも上下方向の縦振動の成分が多くなってしまい、電子部品４０にダメージを与える可能性がある。
【００２７】
ホーン１５を上述のような形状とすることにより、吸着部３０の突出代Ｄに対してホーン１５の側端部における基板４６の表面までの高さを大きく設定することが可能となる。このことは、ボンディングツールの各部形状・寸法の最適設定において以下のような意義を有している。前述のように、吸着部３０の先端部に水平方向の変位を与える曲げ振動を最大にするには、突出形状の吸着部３０の曲げ振動の固有振動数をホーン１５に振動を与える振動子１７の振動数にできるだけ近づけて共振を生じさせることが必要である。
【００２８】
ところが、一般にこの共振条件を満たす吸着部３０の突出代Ｄは小さく、共振条件から求められた突出代Ｄをそのままホーンが直線状の従来のボンディングツールに適用すると、ホーン１５の側端部が基板４６に接近した配置となる。その結果として振動子１７がボンディング動作中ヒータによって加熱された基板４からの輻射熱を受けて温度が上昇し、振動子１７の振動特性が不安定となっていた。
【００２９】
これに対し、本実施の形態に示すボンディングツール１４の形状設定では、突出代Ｄをホーン１５の縦振動と共振するような適正寸法に設定するとともに、ホーン１５の側端部に装着される振動子１７の基板４６からの高さ距離Ｈを、加熱された基板からの熱影響を排除するのに十分な距離に設定することを可能としている。これにより、吸着部３０の寸法・形状をホーン１５の縦振動との共振条件を満たすような設定として、電子部品４０に対する振動伝達効率を向上させることができるとともに、振動子１７への熱伝達を抑制して熱影響による振動特性の変動を防止し、ボンディング効率・ボンディング品質を向上させることが出来る。
【００３０】
また、ホーン１５の形状をこのような中央で屈曲した形状とすることにより、単純な直線形状の部材と比較してホーン１５の曲げ剛性を大きくすることができ、ボンディング時の押圧荷重に対するホーン１５の変形を小さく抑えてボンディング時の電子部品の姿勢を良好に保持できるという効果を有する。
【００３１】
なお、本実施の形態では、４点の装着部で固定される形状のホーン１５を例に説明したが、これに限定されずホーンの一端部に振動子が装着され他端部に曲げ振動部が設定された片持ち方式のボンディングツールであってもよい。この場合にあっても、曲げ振動部の突出代を最適に設定しながら、振動子の高さ位置を十分に確保したボンディングツールを実現することが出来る。さらに、押圧手段としてシリンダ４を用いた例を示したが、Ｚ軸モータ６を押圧手段として用いてもよく、要はボンディングツール１４を基板に対して押圧できる機構であればよい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、ホーンの中心線は前記押圧手段の押圧方向において前記曲げ振動部側よりもこのホーンの端部側の方が後退しており、好ましくはホーンの中心線と曲げ振動部の中心線とが前記押圧手段による曲げ振動部の押圧方向に平行な面内で９０度より大きく１３５度以下の範囲の角度で交叉させる配置を採用したので、曲げ振動部の形状・寸法を適正に設定しながら振動子を基板面から離した配置が可能となり、安定した振動特性を備えたボンディングツールが実現される。
【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平面図
（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正面図
【符号の説明】
１４ボンディングツール
１５ホーン
１７振動子
３０吸着部
３２吸着孔
３０ａ圧着面
４０電子部品
Ｄ突出代
Ｈ高さ距離[0001]
BACKGROUND 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 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. In this method, ultrasonic vibration is applied to the electronic component while pressing the electronic component against the surface to be joined, and the joining surface is brought into close contact by causing the joining surface to vibrate minutely to generate friction. The bonding tool used in this method has a horn that is an elongated rod body that transmits vibrations of an ultrasonic vibrator, which is a vibration generation source, to an electronic component. The electronic component is bonded to the surface to be bonded while being pressed against the component to apply a load and vibration to the electronic component.
[0003]
The crimper pressed against the electronic component has a shape protruding downward from the horn so as to convert the longitudinal vibration transmitted to the horn into bending vibration in order to maximize the horizontal vibration transmitted to the electronic component. It has become. The shape and dimensions of the crimper are desirably set so that the natural frequency of bending vibration induced in the crimper resonates with the longitudinal vibration of the horn.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, various elements are related to the optimum setting of the shape and dimensions of the entire bonding tool including the crimper. For example, the size of the crimping member must be sufficiently rigid with respect to the crimping load required for the target electronic component. Further, from the viewpoint of the shape and layout of the entire bonding tool, the vibrator mounted on the tip of the horn needs to be arranged at a certain distance from the substrate that is the bonded surface during the bonding operation. This is to minimize the influence of radiant heat transmitted from the substrate heated during bonding to the vibrator. In addition to this, many factors such as the length of the horn and the frequency of vibration generated by the vibrator are interrelated, and these interrelationships are taken into account in order to achieve the optimum setting that satisfies the required conditions. Must be put in.
[0005]
However, these elements include conflicting items, and it has been extremely difficult in practice to realize the optimum setting of the bonding tool that satisfies the requirements for all the elements. For this reason, it has been difficult to achieve stable vibration characteristics with conventional bonding tools, which hinders improvement in bonding efficiency and bonding quality.
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to realize a bonding tool and a bonding apparatus that realize stable vibration characteristics and improve bonding efficiency and bonding quality.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The electronic component bonding apparatus according to claim 1 is an electronic component bonding apparatus that presses the electronic component against a surface to be bonded while applying a pressing load and vibration to the electronic component, and presses the electronic component in contact with the electronic component. A bonding tool and a pressing means for pressing the bonding tool. The bonding tool is coupled to the horn to convert the longitudinal vibration of the horn into bending vibration. And a bending vibration part for applying a pressing load by the pressing means to the electronic component via a pressure-bonding surface, and a mounting part that is provided integrally with the horn and attaches the horn to a bonding apparatus. The line recedes on the end side of the horn in the pressing direction of the pressing means rather than on the bending vibration part side.
[0008]
The electronic component bonding apparatus according to claim 2 is the electronic component bonding apparatus according to claim 1, wherein a center line of the bending vibration portion is parallel to the pressing direction and is bent with respect to the center line of the horn. The center line of the vibration part intersects at an angle in the range of greater than 90 degrees and less than or equal to 135 degrees within a plane parallel to the pressing direction.
[0009]
The electronic component bonding tool according to claim 3 is an electronic component bonding tool that presses the electronic component against a surface to be bonded while abutting against the electronic component and applying a load and vibration, and longitudinally vibrates by the vibrator. A horn, a bending vibration unit coupled to the horn to convert the longitudinal vibration of the horn into bending vibration, and causing the bending vibration and load to act on the electronic component via the crimping surface; A mounting portion for mounting the horn on the bonding apparatus, and the center line of the horn is retracted toward the end portion side of the horn from the bending vibration portion side in the pressing direction of the load.
[0010]
The electronic component bonding tool according to claim 4 is the electronic component bonding tool according to claim 3, wherein a center line of the bending vibration portion is parallel to a pressing direction of the load, and a center line of the horn. And the center line of the bending vibration section intersect at an angle in the range of greater than 90 degrees and less than or equal to 135 degrees in a plane parallel to the pressing direction.
[0011]
According to the present invention, the center line of the horn is more receded on the end side of the horn than the side of the bending vibration part in the pressing direction of the pressing means, preferably the center line of the horn and the bending vibration part. The shape and dimensions of the bending vibration part are set appropriately by intersecting the center line with an angle in the range of greater than 90 degrees and less than or equal to 135 degrees in a plane parallel to the pressing direction of the bending vibration part by the pressing means. However, the vibrator can be arranged away from the substrate surface, and a bonding tool having stable vibration characteristics is realized.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a front view of an electronic component bonding apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of the electronic component bonding tool, and FIG. 3A is a plan view of the electronic component bonding tool. FIG. 3B is a front view of the bonding tool for the electronic component.
[0013]
First, the overall structure of an electronic component bonding apparatus will be described with reference to FIG. Reference numeral 1 denotes a support frame, and a first elevating plate 2 and a second elevating plate 3 are provided on the front surface thereof so as to be movable up and down. A cylinder 4 is mounted on the first lifting plate 2, and its rod 5 is coupled to the second lifting plate 3. A bonding head 10 is attached to the second lifting plate 3. A Z-axis motor 6 is provided on the upper surface of the support frame 1. The Z-axis motor 6 rotates a vertical feed screw 7. The feed screw 7 is screwed into a nut 8 provided on the back surface of the first lifting plate 2. Therefore, when the Z-axis motor 6 is driven and the feed screw 7 rotates, the nut 8 moves up and down along the feed screw 7, and the first lifting plate 2 and the second lifting plate 3 also move up and down.
[0014]
In FIG. 1, a substrate 46 whose upper surface is a surface to be joined of an electronic component is placed on a substrate holder 47, and the substrate holder 47 is placed on a table 48. The table 48 is a movable table, and horizontally moves the substrate 46 in the X direction or the Y direction to position the substrate 46 at a predetermined position. The table 48 serves as positioning means for moving the substrate 46 relative to the electronic component 40.
[0015]
Reference numeral 42 denotes a camera, which is mounted on the uniaxial table 43. Reference numeral 44 denotes a lens barrel extending forward from the camera 42. An electronic component with a bump such as a flip chip, for example, as a bonded article, as the camera 42 is advanced along the uniaxial table 43 and the tip of the lens barrel 44 is adsorbed and held on the lower surface of the bonding tool 14 as indicated by a chain line The position of the electronic component 40 and the substrate 46 is observed by the camera 42 in this state.
[0016]
A recognition unit 53 recognizes images of the electronic component 40 and the board 46 captured by the camera 42 and detects their positions. Reference numeral 50 denotes a main control unit which controls the raising / lowering operation of the Z-axis motor 6, that is, the bonding head 10 through the motor driving unit 51, and positions the table 48, that is, the substrate 46 through the table control unit 52. Further, the main control unit 50 calculates a positional shift between the electronic component 40 and the substrate 46 detected by the recognition unit 53 in the horizontal plane, and drives the table 48 so as to correct the positional shift. Further, a load control unit 54 and a suction device 56 are connected to the main control unit 50.
[0017]
The cylinder 4 as the pressing means is connected to the main control unit 50 via the load control unit 54, and a pressing load that presses the bumped electronic component 40 against the substrate 46 by the bonding output 14 of the rod 5 of the cylinder 4. Be controlled. The suction device 56 performs suction / release of suction of the electronic component 40 by the bonding tool 14 according to a command from the main control unit 50. The vibrator 17 including an ultrasonic vibrator is connected to the main control unit 50 via the ultrasonic vibrator driving unit 55 and performs ultrasonic vibration in accordance with a command from the main control unit 50.
[0018]
A holder 12 is coupled to the lower end of the main body 11 of the bonding head 10. A block 13 is attached to the holder 12, and a bonding tool 14 is fixed to the block 13. The protrusion 13 a on the side of the block 13 is connected to the suction device 56. Hereinafter, the bonding tool 14 will be described with reference to FIGS. 2 and 3.
[0019]
As shown in FIGS. 2 and 3, the bonding tool 14 mainly includes a horizontally long horn 15. The horn 15 is an elongated rod-like body, and has a tapered surface 15a that becomes gradually narrower from both side portions toward the center in a plan view. At the center of the horn 15, a suction part 30 (crimper) projects downward. In FIG. 1, a suction pad 19 is attached to a protrusion 13 a provided on the side surface of the block 13.
[0020]
The horn 15 has suction holes 16 a and 16 b communicating with the suction holes 32 of the suction portion 30, and the suction pad 19 is in contact with the suction holes 16 b on the upper surface of the horn 15. Therefore, by sucking air by driving the suction device 56 (FIG. 1) connected to the suction pad 19, vacuum suction is performed from the suction holes 32 (FIGS. 3A and 3B) opened in the suction portion 30. The electronic component 40 with bumps can be vacuum-sucked and held on the lower surface of the suction portion 30.
[0021]
The lower surface of the suction part 30 is a pressure-bonding surface 30a, and the bending vibration of the suction part 30 and the pressing load of the pressing means (cylinder 4) are applied to the electronic component 40. In FIG. 3B, the downward arrow A indicates the pressing direction of the pressing means, and the center line CL2 of the suction portion 30 is parallel to the pressing direction. The suction surface 30a is perpendicular to the pressing direction. The adsorbing part 30 adsorbs and holds the electronic component 40, and presses the electronic component 40 against the substrate 46 with the pressure-bonding surface 30 a at the tip contacting the upper surface of the electronic component 40 during bonding.
[0022]
Ribs 15 c are provided integrally with the horn 15 at four locations that are equidistant from the suction portion 30. In order to improve the mounting balance to the block 13, the four ribs 15 c are projected symmetrically in plan view with the suction portion 30 at the center of the horn 15 as the center. The bonding tool 14 is detachably mounted on the lower surface of the block 13 by screwing a bolt into the through hole 20 formed in the rib 15c. That is, the rib 15 c is a mounting portion for mounting the horn 15 to the block 13.
[0023]
In FIG. 2, a vibrator 17 that is a vibration applying unit is attached to a side end of the horn 15. By driving the vibrator 17, longitudinal vibration (vibration in the longitudinal direction of the horn 15) is applied to the horn 15, and the suction unit 30 vibrates in the horizontal direction a (longitudinal direction of the horn 15). As shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), the width and height of the horn 15 are successively reduced from both end portions toward the central portion through the side tapered surface 15a and the top and bottom tapered surfaces 15b. It has a shape. As a result, the amplitude of the ultrasonic vibration is amplified in the path transmitted from the vibrator 17 to the suction portion 30, and vibration larger than the amplitude oscillated by the vibrator 17 is transmitted to the suction portion 30. Is transmitted to the electronic component 40 via.
[0024]
In the vibration transmission to the electronic component 40, not only the longitudinal vibration transmitted through the horn 15 by the vibrator 17 but also the bending vibration induced in the protruding adsorbing portion 30 by the longitudinal vibration of the horn 15 is superimposed. Is transmitted. That is, the suction part 30 has not only a function of sucking and holding the electronic component 40 but also a function of a bending vibration part for inducing horizontal vibration due to bending vibration. Therefore, in order to improve the efficiency of vibration transmission to the electronic component 40, it is necessary to set conditions so that as much bending vibration as possible is induced in the suction portion 30. Hereinafter, a horn shape for satisfying such a condition will be described.
[0025]
As shown in FIG. 3, the center line CL <b> 1 of the horn 15 is not set linearly, and is bent at the connection point B with the suction portion 30. The center line CL1 of the horn 15 is located on the end side (point C) in the pressing direction (arrow A) with respect to the suction portion 30 side (joining point B), that is, on the upper side. The angle α at which the center line CL1 of the horn 15 and the center line CL2 of the suction part 30 as a bending vibration part intersect in a plane parallel to the pressing direction by the pressing means (the direction indicated by the arrow A in FIG. 3B) is Is set based on the relationship between the protrusion allowance D of the suction portion 30 and the height distance H of the vibrator 17 within a range of 90 degrees to 135 degrees.
[0026]
At this time, it is desirable to make the shape so that the lower surface of the horn 15 becomes the same plane. Thereby, the process at the time of manufacture of the horn 15 can be made easy. If the angle α is 90 degrees or less, the distance H cannot be secured sufficiently. On the other hand, if the angle exceeds 135 degrees, the vertical vibration component in the vertical direction is larger than the bending vibration component on the crimping surface 30a, and the electronic component 40 may be damaged.
[0027]
By making the horn 15 into the shape as described above, it is possible to set the height to the surface of the substrate 46 at the side end portion of the horn 15 larger than the protrusion margin D of the suction portion 30. This has the following significance in the optimum setting of the shape and dimensions of each part of the bonding tool. As described above, in order to maximize the bending vibration that gives a horizontal displacement to the tip of the suction part 30, the vibrator 17 that gives the horn 15 the natural frequency of the bending vibration of the protruding suction part 30. It is necessary to cause resonance as close as possible to the vibration frequency of.
[0028]
However, in general, the protrusion margin D of the adsorbing portion 30 that satisfies this resonance condition is small, and when the protrusion margin D obtained from the resonance condition is applied as it is to a conventional bonding tool having a linear horn, the side end portion of the horn 15 becomes a substrate. 46 is close to the arrangement. As a result, the temperature of the vibrator 17 is increased by receiving radiation heat from the substrate 4 heated by the heater during the bonding operation, and the vibration characteristics of the vibrator 17 are unstable.
[0029]
On the other hand, in the shape setting of the bonding tool 14 shown in the present embodiment, the protrusion allowance D is set to an appropriate dimension so as to resonate with the longitudinal vibration of the horn 15 and the vibration attached to the side end portion of the horn 15. The height distance H of the child 17 from the substrate 46 can be set to a distance sufficient to eliminate the thermal influence from the heated substrate. Thereby, the size and shape of the suction part 30 are set so as to satisfy the resonance condition with the longitudinal vibration of the horn 15, the vibration transmission efficiency to the electronic component 40 can be improved, and the heat transfer to the vibrator 17 can be performed. It is possible to suppress the fluctuation of vibration characteristics due to thermal effects and improve the bonding efficiency and bonding quality.
[0030]
Further, by making the shape of the horn 15 bent at such a center, the bending rigidity of the horn 15 can be increased as compared with a simple linear member, and the horn 15 with respect to the pressing load at the time of bonding can be increased. It is possible to keep the posture of the electronic component at the time of bonding while keeping the deformation of the sheet small.
[0031]
In this embodiment, the horn 15 having a shape fixed by the four mounting portions has been described as an example. However, the present invention is not limited thereto, and a vibrator is mounted on one end of the horn and the bending vibration portion is mounted on the other end. Can be a cantilever bonding tool. Even in this case, it is possible to realize a bonding tool that sufficiently secures the height position of the vibrator while optimally setting the protrusion margin of the bending vibration portion. Furthermore, although the example which used the cylinder 4 as a press means was shown, you may use the Z-axis motor 6 as a press means, and the point should just be a mechanism which can press the bonding tool 14 with respect to a board | substrate.
[0032]
【The invention's effect】
According to the present invention, the center line of the horn is more receded on the end side of the horn than the side of the bending vibration part in the pressing direction of the pressing means, preferably the center line of the horn and the bending vibration part. Since the center line intersects with the angle in the range of more than 90 degrees and less than 135 degrees in the plane parallel to the pressing direction of the bending vibration part by the pressing means, the shape and dimensions of the bending vibration part are properly set. While setting, the vibrator can be arranged away from the substrate surface, and a bonding tool having stable vibration characteristics is realized.
[Brief description of 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 a perspective view of an electronic component bonding tool according to an embodiment of the present invention. Plan view of bonding tool for electronic component according to one embodiment (b) Front view of bonding tool for electronic component according to one embodiment of the present invention
14 Bonding tool 15 Horn 17 Vibrator 30 Adsorption part 32 Adsorption hole 30a Crimp surface 40 Electronic component D Protrusion allowance H Height distance

Claims

An electronic component bonding apparatus for pressing an electronic component against a surface to be bonded while applying a pressing load and vibration to the electronic component, a bonding tool for contacting and pressing the electronic component, and a pressing for pressing the bonding tool The bonding tool includes a horn that is longitudinally vibrated by a vibrator, and is coupled to the horn to convert the longitudinal vibration of the horn into a bending vibration, and the bending vibration and a pressing load by the pressing means are passed through the crimping surface A bending vibration part that acts on the electronic component; and a mounting part that is provided integrally with the horn and that attaches the horn to a bonding apparatus. The center line of the horn is the bending vibration in the pressing direction of the pressing means. An electronic component bonding apparatus, wherein an end side of the horn is retracted from a part side.

The center line of the bending vibration part is parallel to the pressing direction, and the center line of the horn and the center line of the bending vibration part are in the range of more than 90 degrees and less than 135 degrees in a plane parallel to the pressing direction. The bonding apparatus according to claim 1, wherein crossing is performed at an angle.

A bonding tool for an electronic component that abuts against the electronic component and applies the load and vibration to the surface to be bonded to the bonded surface. There is a bending vibration part that converts vibration to bending vibration and applies the bending vibration and load to the electronic component via the crimping surface, and a mounting part that is provided integrally with the horn and attaches the horn to the bonding apparatus. A bonding tool for electronic parts, wherein the center line of the horn is receded on the end side of the horn rather than on the bending vibration part side in the pressing direction of the load.

The center line of the bending vibration part is parallel to the pressing direction of the load, and the center line of the horn and the center line of the bending vibration part are greater than 90 degrees and 135 degrees or less in a plane parallel to the pressing direction. 4. The electronic component bonding tool according to claim 3, wherein the crossing is performed at an angle within a range.