JP4004876B2 - 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 - Google Patents
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Description
【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。ホーンの保持形態には片持式と両持式がある。前者は、一般に、ホーンの先端の自由端部に圧着子を設け、基端部に超音波振動子を設ける構造となっている。また後者は、ホーンの両持部の中間部に圧着子を設け、一端部に超音波振動子を設ける構造になっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
両持式のものは、片持式のものよりもホーンの保持状態がしっかりしており、振動の安定性がよいという長所を有している。しかしながら両持式のものは、一般にホーンの両側部両面の4ヶ所が取付部にしっかり取り付けられる構造となっているため、これらの取付部がホーンの長手方向や長手方向に直交する方向への振動を阻害しやすく、その結果、電子部品に十分な振動力を付与しにくい場合があった。
【0004】
そこで本発明は、ホーンの自由な振動を阻害しにくい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】
本発明は、ボンディングツールにより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接合する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横長のホーンと、このホーンに振動を付与する振動子と、ホーンをボンディングヘッドの取付体に両持状態で取付けるための取付部と、左右の取付部の間におけるホーンの下部にあって電子部品を圧着する圧着子とから成り、前記取付部がホーンの長手方向及び長手方向に直交する方向に振動するのを許容する振動許容部を有し、前記取付部は、前記ホーンから側方へ突出して前記ホーンの長手方向に首振りする屈曲自在な連結部と、この連結部の先端に設けられて固着手段によりボンディングヘッドの取付体に着脱自在に装着される直方体のリブから成り、前記連結部を前記長手方向の振動許容部とし、また前記リブに前記ホーンの長手方向に横長のスリット状の貫通孔が上下方向に形成されており、このスリット状の貫通孔を前記直交する方向の振動許容部とした。
【0006】
また本発明は、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接合する電子部品のボンディング装置に用い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、ホーンをボンディングヘッドの取付体に両持状態で取付けるための取付部と左右の取付部の間におけるホーンの下部にあって電子部品を圧着する圧着子とから成り、前記取付部がホーンの長手方向及び長手方向に直交する方向に振動するのを許容する振動許容部を有し、前記取付部は、前記ホーンから側方へ突出して前記ホーンの長手方向に首振りする屈曲自在な連結部と、この連結部の先端に設けられて固着手段によりボンディングヘッドの取付体に着脱自在に装着される直方体のリブから成り、前記連結部を前記長手方向の振動許容部とし、また前記リブに前記ホーンの長手方向に横長のスリット状の貫通孔が上下方向に形成されており、このスリット状の貫通孔を前記直交する方向の振動許容部とした。
【0007】
【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における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における電子部品のボンディングツールの斜視図、図3は本発明の実施の形態1における電子部品のボンディングツールの平面図、図4は本発明の実施の形態1における電子部品のボンディングツールの取付部の部分拡大平面図である。
【0008】
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の上面には上下動手段としての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と第2昇降板3は上下動する。
【0009】
図1において、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。基板46の上面の回路パターン面が、電子部品の被接合面となる。テーブル48は可動テーブルであって、基板46をX方向、Y方向、θ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基板46の位置決め手段となっている。
【0010】
42はカメラであって、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を可動テーブル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。
【0011】
73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。70は主制御部であり、モータ駆動部71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72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70は、認識部73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70には、荷重制御部74と吸引装置76が接続されている。
【0012】
押圧手段としてのシリンダ4は荷重制御部74を介して主制御部70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76は主制御部70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75を介して主制御部70に接続されており、主制御部70からの指令に従って超音波振動を行う。
【0013】
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はボンディングツール14の取付体となるものである。ブロック13の側部の連結子13aは吸引装置76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。
【0014】
図2に示すように、ボンディングツール14はブロック13の下部に取付けられる横長のホーン15を主体としている。ホーン15は細長の棒状体であり、平面視してその両端部からセンター(中心位置)へ向って次第に幅狭となる側面であるテーパ面15aを有している。またホーン15の上下両面もセンターへ向かって細くなるテーパ面15bになっている。ホーン15の中心位置の下面には圧着子30が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連結子13aには吸着パッド19が連結されている。
【0015】
ホーン15には圧着子30のノズル31に連通する吸引孔16aが形成されており(図2参照)、吸着パッド19はホーン15の上面に開孔する吸引孔16aに接続している。したがって吸着パッド19に接続された吸引装置76(図1)を駆動してエアを吸引することにより、ノズル31の下端部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。
【0016】
図2において、圧着子30から等距離隔てられた4ヶ所には、ボンディングツール14の角形(直方体)のリブ15cが設けられている。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の中心位置の圧着子30を中心として平面視して対称に複数個(本例では4個)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にネジやボルトなどの止具18を挿着することにより、ブロック13の下部に着脱自在に装着されている。すなわち、ボンディングツール14は、圧着子30の両側部に位置するリブ15cを介して、ブロック13の下部にその左右を両持状態で取付けられている。
【0017】
図3において、リブ15cは弾性を有する屈曲自在な細片状の連結部51を介してホーン15の側面に取付けられている。リブ15cは連結部51の先端に設けられており、リブ15cにはホーン15の長手方向に横長のスリット状の貫通孔52が上下方向に開孔されている。リブ15cを弾性を有する樹脂などにより形成すると、より屈曲性を増すので望ましい。リブ15cと連結部51は、ボンディングツール14をブロック13に取付ける取付部となっている。
【0018】
図3において、振動子17が駆動すると、ホーン15はその長手方向aへ振動するが、その直交方向bへも若干振動する。一方、ホーン15は固着手段としての止具18により、複数箇所(本例では4ヶ所)をブロック13に固着されている。ホーン15が上方長手方向aや直交方向bへ振動しても、固着手段(止具18)の位置は一定であって動かない。そして長手方向aの振動は連結部51がホーン15の長手方向へ首振り(矢印a’)することにより許容される(図4も参照)。すなわちホーン15から側方へ突出する屈曲自在な連結部51は、ホーン15の長手方向の振動許容部となっている。
【0019】
図4において、ホーン15の直交方向bへの振動は、スリット52を開孔したことにより、リブ15cが点線で示すように直交方向b’へ弾性変形することにより許容される。リブ15cを弾性変形しやすい樹脂などの素材で形成し、且つこれに加えてリブ15cが弾性変形しやすいようにスリット状の貫通孔であるスリット52を形成することにより、直交方向b’へ弾性変形しやすくしている。すなわち弾性体から成るリブ15cやスリット52は、ホーン15がその長手方向と直交する方向へ振動するのを許容する振動許容部となっている。
【0020】
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、吸着子30は水平方向a(ホーン15の長手方向)に振動する。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絞り形状となっている。これにより、振動子17より圧着子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、圧着子30には振動子17が発振する振幅以上の振動が伝達され、この振動は圧着子30の下方へ突出する接合作用部であるノズル31を介して電子部品40に伝達される。
【0021】
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圧着子30に誘起される曲げ振動が重畳して伝達される。ホーン15の取付部(リブ15cの位置)とホーンの中心部(圧着子30の位置)は、それぞれホーン15の定在波振動W(図2)の節と腹になる。
【0022】
図2、図3において、ホーン15の表面、望ましくは中央部両側面などの圧着子30の近傍にはシート状のヒータ38が接着剤39にて貼着されている。ヒータ38の熱はホーン15を通して圧着子30へ伝達され、圧着子30やそのノズル31を加熱する。圧着子30やノズル31を介して、ノズル31の下端部に真空吸着された電子部品40を加熱することにより、電子部品40の被接合面へのボンディング効果を高める。
【0023】
接着剤39としては、耐熱性と弾性を有する樹脂(例えばエポキシ系樹脂やシリコン系樹脂)が望ましい。このように弾性を有する接着剤39によりヒータ38をホーン15の表面に装着すれば、ヒータ38がホーン15の振動特性を阻害しにくい。ヒータとしては、本実施の形態のようなシート状のヒータ38が望ましいが、カートリッヂ型のヒータを接着剤39によりホーン15に装着してもよい。またヒータの装着場所は圧着子30に近い場所が望ましく、圧着子30の表面に接着剤39により装着してもよい。なお従来のヒータは、ホーンの内部に内蔵されていたものであり、このためホーンの振動特性を阻害しやすいものであった。
【0024】
(実施の形態2)
図5は本発明の実施の形態2における電子部品のボンディングツールの取付部付近の部分拡大平面図であり、ホーン15の側面から側方へ突出する第1連結部61と、この第1連結部61から横方向へ延出する第2連結部62から成るT字形の連結部60の先端部にリブ63が設けられている。すなわち屈曲自在な連結部60と望ましくは弾性を有するリブ63がボンディングツール14の取付部となっている。連結部60は弾性を有している。したがって実施の形態1と同様に、ホーン15の長手方向aへの振動は長手方向aの振動許容部としての第1連結部61が同方向a’へ屈曲することにより許容し、直交方向bへの振動は直交方向bへの振動許容部としての第2連結部62が点線で示すように直交方向b’へ屈曲することにより許容する。
【0025】
(実施の形態3)
図6は本発明の実施の形態3における電子部品のボンディングツールの取付部付近の部分拡大平面図であり、ホーン15の側面から側方へ突出する長手方向aの振動許容部としての第1連結部81とホーン15と平行な直交方向bへの振動許容部としての第2連結部72から成るカギ型の連結部80の先端部にリブ83が設けられている。連結部80は屈曲自在な弾性材から成り、ホーン15の長手方向a’およびその直交方向b’に屈曲自在となっている。したがって実施の形態1と同様に、ホーン15の長手方向aへの振動は第1連結部81が同方向a’へ屈曲することにより許容し、直交方向bへの振動は第2連結部82が点線で示すように直交方向b’へ屈曲することにより許容する。
【0026】
【発明の効果】
本発明によれば、ホーンの長手方向および長手方向に直交する方向への振動が阻害されることはなく、ホーンは十分に振動し、その振動エネルギーを電子部品に十分に伝達して電子部品を被接合面に効率よく接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1における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における電子部品のボンディングツールの斜視図
【図3】本発明の実施の形態1における電子部品のボンディングツールの平面図
【図4】本発明の実施の形態1における電子部品のボンディングツールの取付部の部分拡大平面図
【図5】本発明の実施の形態2における電子部品のボンディングツールの取付部付近の部分拡大平面図
【図6】本発明の実施の形態3における電子部品のボンディングツールの取付部付近の部分拡大平面図
【符号の説明】
14 ボンディングツール
15 ホーン
15c リブ(取付部)
17 振動子
18 止具
30 圧着子
51,60,80 連結部
52 スリット
Claims (2)
- ボンディングツールにより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接合する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横長のホーンと、このホーンに振動を付与する振動子と、ホーンをボンディングヘッドの取付体に両持状態で取付けるための取付部と、左右の取付部の間におけるホーンの下部にあって電子部品を圧着する圧着子とから成り、前記取付部がホーンの長手方向及び長手方向に直交する方向に振動するのを許容する振動許容部を有し、前記取付部は、前記ホーンから側方へ突出して前記ホーンの長手方向に首振りする屈曲自在な連結部と、この連結部の先端に設けられて固着手段によりボンディングヘッドの取付体に着脱自在に装着される直方体のリブから成り、前記連結部を前記長手方向の振動許容部とし、また前記リブに前記ホーンの長手方向に横長のスリット状の貫通孔が上下方向に形成されており、このスリット状の貫通孔を前記直交する方向の振動許容部としたことを特徴とする電子部品のボンディング装置。
- 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接合する電子部品のボンディング装置に用い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、ホーンをボンディングヘッドの取付体に両持状態で取付けるための取付部と左右の取付部の間におけるホーンの下部にあって電子部品を圧着する圧着子とから成り、前記取付部がホーンの長手方向及び長手方向に直交する方向に振動するのを許容する振動許容部を有し、前記取付部は、前記ホーンから側方へ突出して前記ホーンの長手方向に首振りする屈曲自在な連結部と、この連結部の先端に設けられて固着手段によりボンディングヘッドの取付体に着脱自在に装着される直方体のリブから成り、前記連結部を前記長手方向の振動許容部とし、また前記リブに前記ホーンの長手方向に横長のスリット状の貫通孔が上下方向に形成されており、このスリット状の貫通孔を前記直交する方向の振動許容部としたことを特徴とするボンディングツール。
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