JP4141125B2 - トランスデューサおよびボンディング装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボンディング装置において使用されるトランスデューサ、および該トランスデューサを含んで構成されるボンディング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ワイヤボンディング装置などのボンディング装置では、超音波ホーンなどのトランスデューサが使用されており、振動子の動作によってトランスデューサをその長手方向(軸心方向)に振動させながら、その先端に装着されたツールを処理対象に向けて下降させ荷重を掛けることにより、ボンディング部に荷重と超音波振動を与えてボンディングを行っている。
【0003】
このようなトランスデューサの従来の支持構造は、例えばワイヤボンディング装置では図10に示すような構造となっている。トランスデューサとしての超音波ホーン151の先端部には、ワイヤ(図示せず)が挿通されるツールとしてのキャピラリ166が取付けられ、また基端部には超音波振動子190が固定されている。超音波ホーン151には、その長手方向である軸心方向の疎密波(縦波)として与えられる超音波振動の節(歪みが最大となる部分)に、円筒形であってその前端において超音波ホーン151と接続するフランジ部154が設けられている。フランジ部154は円筒状のホーン支持部155に接続され、ホーン支持部155はホルダ156に固定され、ホルダ156は支軸157に固定されている。支軸157は図示しないボンディングヘッドに直接又はリフタアームを介して回転自在に支承されている。なお、この種のワイヤボンディング装置として、例えば特開平5−347334号公報、特開平6−196532号公報、特開平10−303240号公報等が挙げられる。
【0004】
この種の従来技術では、フランジ部154が超音波ホーン151における超音波振動の節に設けられているため、このフランジ部154を経由したエネルギー損失(所謂リーク)が少なく、その結果、ボンディング完了後に不必要な超音波エネルギーが加わり続けることに起因したボールの潰れ形状不良、ボールの剥がれ、下地損傷等を防止できる。
【0005】
しかし、ボンディング装置の動作が高速になるに従って、トランスデューサの上下動時における揺動が問題となる。この点、上記従来技術においては、トランスデューサとしての超音波ホーン151は1か所だけで支持されているので、ボンディングヘッドの動作に伴うトランスデューサの揺動を効果的に抑制することは難しい。この揺動が発生すると、ボンディング中にボールに余計な力が掛り、ボールのつぶれ形状の不良が発生する。この問題は、半導体装置のファインピッチ化により小さくなった圧着ボール径について特に顕著である。
【0006】
この上下動時のトランスデューサの揺動に対処するため、出願人は、図11に示すように、トランスデューサとしての超音波ホーン201とは別部材よりなる2個のホーン支持部材205を介して、超音波ホーン201をホルダ206に取付けるようにし、かつ超音波ホーン201の軸心方向におけるホーン支持部材205の取り付け位置を調整可能とした構成を提案している(特開2001−24025号公報)。この構成によれば、支持点が2箇所になるため上下動の際の揺動を効果的に防止でき、また、超音波ホーン201に対するホーン支持部材205の取り付け位置を、超音波ホーン201における振動の節と一致させることにより、軸心方向の超音波振動(疎密波)の損失も防止できる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ホーン支持部材(図11の例では、ホーン支持部材205)が超音波ホーンと接続している領域が、超音波ホーンの長手方向に大きく(厚く)なるほど、当該領域のうち振動の節から外れる部分が増大するから、それだけエネルギー損失が増加することになる。すなわち、ホーン支持部材を経由したエネルギー損失を少なくするには、ホーン支持部材を、超音波ホーンの軸心方向にできるだけ薄く形成することが望ましい。しかし、ホーン支持部材が薄ければそれだけ、ホーン支持部材の強度が低下してしまう。
【0008】
また、図10の従来例のように超音波ホーン151を1か所で支持する構成では、円筒形のフランジ部154を一方開口の円筒形に形成する切削加工が煩雑で超音波ホーン151の小型化も困難であり、また図11の従来例のように超音波ホーン201と別部材よりなる2個のホーン支持部材205を用いる構成では、部品数が増え組立が煩雑という欠点がある。
【0009】
そこで本発明の目的は、トランスデューサの支持部材に強度を付与しつつ、支持部材をトランスデューサの軸心方向にできるだけ薄く形成できる構造を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
第1の本発明は、ボンディング装置のボンディングヘッド駆動機構に固定されたホルダに取り付けられ、ホルダによって処理作用方向に向かう荷重が与えられるとともに、超音波振動子の動作により軸心方向に複数の節を持つよう振動するトランスデューサであって、少なくとも2箇所の振動の節から軸心を挟む両側に向かって対称に処理作用方向と略直角方向に延び、その面が前記トランスデューサの処理作用方向に沿って配置されている平板状の各保持部と、各保持部と同材質で一体に形成され、トランスデューサ表面と離間して、軸心方向に沿って軸心の同一側にある各保持部間を軸心方向に連結する各連結部と、各連結部をホルダに固定する各固定手段と、を有することを特徴とするトランスデューサである。
【0011】
第1の本発明では、保持部がトランスデューサ本体における振動の節を含む少なくとも2箇所に設けられているので、軸心方向の振動のエネルギー損失を招くことなくトランスデューサの揺動を防止できる。そして、各保持部におけるトランスデューサ本体側との接続箇所と異なる箇所を互いに連結する連結部を備えたので、一方の保持部に加えられる外力が、連結部によって結合された各保持部のそれぞれに分散され、これにより保持部の変形を抑制でき、もって各保持部をトランスデューサ本体の軸心方向に極めて薄く形成することが可能となる。
【0012】
また、トランスデューサ本体、保持部および連結部が同部材により一体的に形成されることとしたので、保持部とトランスデューサ本体との結合を強固とすることができ、これによって保持部の一層の薄型化が可能となる。
【0014】
また、板状の保持部を、トランスデューサ本体の処理作用方向に沿って設置したので、トランスデューサ本体と保持部との接続断面が、処理作用方向を長手とする形状になる。したがって、大きな荷重の掛かるボンディングの際にも、トランスデューサ本体と保持部との接続断面を大きくとれるので、せん断に対する耐久力を高めることができる。また、保持部および連結部が、トランスデューサ本体の軸心を挟む両側に、軸心に関し対称に設けられているので、ある節を挟んで対称に配置された2つの保持部については、振動子の振動の漏出に起因した力の方向が互いに逆方向となる。したがって、これらの保持部の両者を一体的にホルダに固定した場合に、漏出したエネルギーが相殺され、ホルダやこれを固定するボンディングヘッド駆動機構への振動の伝達を防止できる。また、保持部および連結部を、トランスデューサの処理作用方向と略直角に設けたので、連結部を利用してトランスデューサ本体をホルダやボンディングヘッド駆動機構に固定することにより、トランスデューサ本体の処理作用方向の寸法を小さくでき、これにより、例えば処理作用方向を下向きにした場合にはトランスデューサ本体の下側のクリアランスを大きくすることができる。
【0015】
第2の本発明は、第1の発明のトランスデューサであって、各連結部は、各連結部の各固定手段が設けられている部分と各保持部との間に設けられ、各連結部の各固定手段が設けられている部分よりも厚さの薄い平板状の薄肉部を有すること、を特徴とするトランスデューサである。第2の本発明では、トランスデューサ本体から振動エネルギーが漏出する場合にも、薄肉部の弾性変形により、保持部から連結部への伝達を緩衝することができる。第3の本発明は、第1または第2の本発明のトランスデューサであって、前記保持部のうち、1の保持部が前記トランスデューサ本体の基端からn番目(nは自然数)の節に設けられ、他の保持部がn+m番目(mは奇数)の節に設けられていることを特徴とするトランスデューサである。
【0016】
トランスデューサの振動特性、特に固有振動周波数やその逆数である振動周期は、個々のトランスデューサの間で必ずしも一定ではなく、加工精度等に応じて若干のばらつきが生じることが考えられる。この点、第3の本発明では、1の保持部が前記トランスデューサ本体の基端からn番目(nは自然数)の節に設けられ、他の保持部がn+m番目(mは奇数)の節に設けられることとしたので、振動特性のばらつきにより実際の振動の節の位置が設計上の位置からずれた場合にも、各保持部に作用する力が互いに逆位相となり、連結部においてこれらの力が相殺される。したがって第3の本発明では、トランスデューサ本体から各保持部を経て漏出したエネルギーが、固定手段により固定されたホルダやこのホルダが固定されるボンディングヘッド駆動機構に対し、振動として伝達される事態を回避できる。
【0017】
第4の本発明は、第3の本発明のトランスデューサであって、前記固定手段が、前記連結部の長手方向に位置を異にした少なくとも2点に設けられていることを特徴とするトランスデューサである。
【0018】
第4の本発明では、固定手段を、連結部の長手方向に位置を異にした少なくとも2点に設けたので、トランスデューサの処理作用方向への揺動を効果的に防止できる。
【0019】
第5の本発明は、第4の本発明のトランスデューサであって、前記固定手段のそれぞれが、前記保持部および前記連結部からなる振動伝達経路の経路長において互いに等しい位置に配置されていることを特徴とするトランスデューサである。
【0020】
第5の本発明では、固定手段のそれぞれを、保持部および連結部からなる振動伝達経路の経路長において互いに等しい位置に配置したので、トランスデューサ本体から各保持部に作用する力を、固定手段の位置において、互いに逆位相とすることができる。
【0027】
の本発明は、第1ないし第のいずれかの本発明のトランスデューサであって、前記トランスデューサ本体と同部材である母材に通孔を設け、当該通孔の周囲に前記保持部および前記連結部を形成してなるトランスデューサである。
【0028】
の本発明では、トランスデューサ本体と同部材である母材に通孔を設けることにより、保持部および連結部を形成してトランスデューサを製造できるので、切削加工・鋳造・鍛造その他のいずれの加工方法による場合にも、加工を容易化できる。
【0029】
本発明に係るトランスデューサにおける処理作用部材は、振動の腹となる位置に設けるのが好適であるが、その位置は第の本発明のように少なくとも2つの保持部に挟まれた領域の外側としても、また第の本発明のように少なくとも2つの保持部に挟まれた領域内としてもよい。また後者の場合には、第の本発明のように保持部を2箇所とし、両保持部の設置点の中間点にチップ吸着口を備えることとすれば、チップ吸着口への荷重分布を平均化でき好適である。
【0030】
第10の本発明は、ボンディングヘッド駆動機構に固定されたホルダに取り付けられ、ホルダによって処理作用方向に向かう荷重が与えられるとともに、超音波振動子の動作により軸心方向に複数の節を持つよう振動するトランスデューサを含むボンディング装置であって、トランスデューサは、少なくとも2箇所の振動の節から軸心を挟む両側に向かって対称に処理作用方向と略直角方向に延び、その面が前記トランスデューサの処理作用方向に沿って配置されている平板状の各保持部と、各保持部と同材質で一体に形成され、トランスデューサ表面と離間して、軸心方向に沿って軸心の同一側にある各保持部間を軸心方向に連結する各連結部と、各連結部をホルダに固定する各固定手段と、を有することを特徴とするボンディング装置である。本発明において、各連結部は、各連結部の各固定手段が設けられている部分と各保持部との間に設けられ、各連結部の各固定手段が設けられている部分よりも厚さの薄い平板状の薄肉部を有すること、としても好適であるし、前記保持部のうち、1の保持部が前記トランスデューサ本体の基端からn番目(nは自然数)の節に設けられ、他の保持部がn+m番目(mは奇数)の節に設けられていること、としても好適であるし、前記固定手段が、前記連結部の軸心方向に位置を異にした少なくとも2点に設けられていること、としても好適である。
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態につき、以下に図面に従って説明する。図1は第1実施形態のトランスデューサとしての超音波ホーン1を示す。超音波ホーン1は、先端側に垂形部4aを形成した略円柱形のホーン本体4、ホーン本体4の左右に2箇所ずつ計4箇所に設けられた保持部5A1,5A2,5B1,5B2(以下適宜に保持部5という)、および前後2つの保持部5の側端を互いに連結する連結部6A,6B(以下適宜に連結部6という)を、同部材により一体的に形成してなる。超音波ホーン1の基端部には、超音波振動を発生する超音波振動子40(図5参照)を固定するためのネジ孔17が設けられている。
【0031】
垂形部4aの形状は、公知のコニカル型にされている。垂形部4aの先端部には、キャピラリ16(図5参照)を装着するための装着孔8が穿設されている。
【0032】
保持部5は、いずれも平板状である。4つの保持部5は、2個ずつを一組として互いにホーン本体4の長手方向(超音波振動の伝達方向)に位置を異にして設けられており、ホーン本体4の後方側の保持部5A1,5B1は、ホーン本体4の基端から1番目の節p1の位置に設けられ、ホーン本体4の前方側の保持部5A2,5B2は、ホーン本体4の基端から2番目の節p2の位置に設けられている。他方、装着孔8は、図示のとおり2つの保持部5に挟まれた領域の外側に設けられており、かつ、これに装着されるキャピラリ16の軸心が振動の腹(速度の絶対値が最大となる部分)と一致するようにされている。
【0033】
保持部5は、その厚さ方向の中間点が、超音波ホーン1の設計上の振動の節p1,p2と正確に一致するように設計されているが、超音波ホーン1の実際の振動の節の位置には、超音波ホーン1の工作精度に応じた一定のばらつきがあるため、実際の振動の節の位置が設計上の位置からずれる場合もあるものとする。なお、各保持部5の厚さは約0.5mmである。
【0034】
連結部6A,6Bには、これら連結部6A,6Bをホルダ30(図3・図5参照)に固定するための固定手段であるネジ孔7A1,7A2,7B1,7B2(以下適宜にネジ孔7という)が設けられている。
【0035】
ネジ孔7は、連結部6A,6Bの長手方向に位置を異にした2点にそれぞれ設けられている。
【0036】
連結部6A,6Bにおける後方部分および前方部分には、それぞれ平板上の薄肉部14が形成されている。各薄肉部14の厚さは約0.5mmである。
【0037】
各保持部5の長さ(図1における上下方向の長さ)は互いに等しい。また、連結部6Aおよび連結部6Bの長さ(図1における左右方向の長さ)も互いに等しい。そしてネジ孔7A1とネジ孔7A2、およびネジ孔7B1とネジ孔7B2は互いに対称に(すなわち、連結部6の前端または後端からの距離において等しい位置に)設けられている。したがって、ネジ孔7A1とネジ孔7A2、およびネジ孔7B1とネジ孔7B2は、保持部5および連結部6からなる振動伝達経路の経路長において、互いに等しい位置に配置されていることになる。
【0038】
図1および図3に示すように、保持部5A1,5A2および連結部6Aと、保持部5B1,5B2および連結部6Bとは、ホーン本体4の軸心4bを挟む両側に、軸心4bに関し対称に設けられている。
【0039】
また、保持部5A1,5A2および連結部6Aと、保持部5B1,5B2および連結部6Bとは、それぞれ、超音波ホーン1の処理作用方向である鉛直下方(図3におけるD方向)に対する交差方向である水平方向(図3におけるE−E方向)に突設されている。
【0040】
この超音波ホーン1の製造工程は、以下のとおりである。まず母材である丸棒材の先端部に、装着孔8をブローチ盤により穿設する。また、丸棒材の基端部にはネジ孔17を穿設する。次に、丸棒材の先端側および後端側を、旋盤により軸心4bに向けて削り込み、前端部9および後端部10を形成する。次に、フライス盤により上部平面11、下部平面12、側部平面13をそれぞれ平坦に形成し、また薄肉部14の外面を形成する。また、エンドミルおよびタップにより、ネジ孔7を形成する。
【0041】
そして、軸心4bを挟む両側に、通孔20をエンドミルにより鉛直方向に穿設する。従って通孔20の平面形状は、鉛直方向に関して不変である。この通孔20の穿設により、通孔20の周囲に、ホーン本体4、保持部5および連結部6が一体的に形成される。
【0042】
このようにして製造された超音波ホーン1は、下方に開口した断面コ字状のホルダ30(図3・図5参照)に対して、ボルト35をネジ孔7A1〜7B2のそれぞれに螺入することによって固定する。これにより超音波ホーン1は、図3中E−E線で示される水平面上の4箇所で、ホルダ30に固定される。ホルダ30はその基部側の端面の適宜箇所において、図示しないワイヤボンダ本体のボンディングヘッド駆動機構に固定される。ボンディングヘッド駆動機構は、超音波ホーン1を水平面上の任意の位置に移送し、また超音波ホーン1に鉛直下向きの任意の荷重を与えるものである。他方、ホーン本体4の基端部のネジ孔17には、電歪素子を軸方向に積層してなる公知の超音波振動子40を固定する。また装着孔8にはキャピラリ16を装着する。
【0043】
以上のように構成された本実施形態では、超音波振動子40が発生する超音波振動は、疎密波(縦波)として超音波ホーン1の長手方向、すなわち軸心4bに沿う方向に、基端側から先端側に向けて伝達される。
【0044】
ここで本実施形態では、保持部5がホーン本体4における振動の節p1,p2を含む2箇所に設けられているので、節が振動しない点であることにより、軸心4bに沿う方向の疎密波(縦波)の振動のエネルギー損失を招くことなく、超音波ホーン1の揺動を防止できる。そして、各保持部5におけるホーン本体4側との接続箇所と異なる箇所である保持部5の側端を互いに連結する連結部6を備えたので、一方の保持部5(例えば保持部5A1)に加えられる外力が、連結部6によって結合された各保持部5(例えば保持部5A1,5A2)のそれぞれに分散され、これにより保持部5の変形を抑制でき、もって各保持部5をホーン本体4の軸心4bの方向について極めて薄く形成することが可能となる。
【0045】
また、ホーン本体4、保持部5および連結部6が、同部材である丸棒材から削り出すことにより一体的に形成されることとしたので、保持部5とホーン本体4との結合を金属結合による強固なものとすることができ、これによって保持部5の一層の薄型化が可能となる。
【0046】
また本実施形態では、平板状の保持部5、および平板状の薄肉部14を、いずれも超音波ホーン1の処理作用方向(上下方向)に沿う上下方向に設置したので、ホーン本体4と保持部5との接続断面、および保持部5と薄肉部14との接続断面がいずれも上下に長い形状となる。したがって、大きな荷重の掛かるボンディングの際にも、超音波ホーン1の上下動による保持部5および薄肉部14の塑性変形が生じにくく、また各接続断面を大きくとれるので、せん断に対する耐久力を高めることができる。なお、保持部5の形状は平板状のほか、例えば超音波振動子40の中心点を中心とする円弧状または球面状の板状体であってもよい。
【0047】
また、超音波ホーン1の振動特性、特に固有振動周波数やその逆数である振動周期は、個々の超音波ホーン1の間で必ずしも一定ではなく、加工精度等により若干のばらつきが生じることが考えられる。この点、本実施形態では、保持部5A1,5B1をホーン本体4の基端から1番目の節である点p1に、また保持部5A2,5B2を2番目の節である点p2に設けたので、仮にある超音波ホーン1における実際の振動の節が、設計上の位置からずれた点である点p1a,p2a(図1参照)であった場合には、基部側の保持部5A1,5B1に加わる振幅が正、先端側の保持部5A2,5B2に加わる振幅が負というように、基部側と先端側とで各保持部5に作用する力が互いに逆位相となる。そして、これら基部側と先端側の保持部5は連結部6によって互いに連結されているので、連結部6においてこれらの力が相殺される。したがって本実施形態では、ホーン本体4から各保持部5を経て漏出したエネルギーが、連結部6およびボルト35を介して固定されたホルダ30やボンディングヘッド駆動機構に振動として伝達される事態を回避できる。
【0048】
なお、2つの保持部の位置を互いに隣接する節とする場合の他、例えば1番目の節p1と4番目の節p4、3番目の節p3と4番目の節p4というように、一方の保持部5をホーン本体4の基端からn番目(nは自然数)の節に設け、他方の保持部5をホーン本体4の基端からn+m番目(mは奇数)の節に設けさえすれば、本実施形態と同様の作用による振動エネルギーの相殺を期待できる。また、ホーン本体4の基部側から1番目の保持部5は第1の節でなく、他の任意の節に設けることもできるが、上述の振動特性のばらつきに伴う保持部5への振動エネルギーの漏出を小さくするには、ホーン本体4の基部側から1番目の保持部5は、超音波振動子40から最も近い節である第1の節p1に設けることとするのが最も好適である。
【0049】
また本実施形態では、固定手段であるネジ孔7を、連結部6の長手方向に位置を異にした2点に設けたので、超音波ホーン1の処理作用方向(上下方向)への揺動を効果的に防止できる。なお、ネジ孔7による固定箇所は、3点以上であってもよく、同様の効果を期待できる。また、ネジ孔以外の他の固定手段を用いてもよいが、本実施形態においてはネジ孔7およびボルト35を用い、かつボルト35を軸心4bに向かう方向に螺入することとしたので、他の方向への螺入に比べ振動に対して高い寸法精度を維持できる。
【0050】
また本実施形態では、固定手段であるネジ孔7のそれぞれを、保持部5および連結部6からなる振動伝達経路の経路長(具体的には、保持部5とホーン本体4との接続点から、保持部5および連結部6に沿った経路におけるネジ孔7の軸心位置までの距離)において互いに等しい位置に配置したので、ホーン本体4から各保持部5に作用する力を、固定手段であるネジ孔7の位置において、互いに逆位相とすることができる。
【0051】
また本実施形態では、保持部5および連結部6が、ホーン本体4の軸心4bを挟む両側に、軸心4bに関し対称に設けられているので(図1・図3)、ある節を挟んで対称に配置された2つの保持部5(例えば保持部5A1,5B1)については、振動の漏出に起因した力の方向が、同位相かつ互いに逆方向となる。したがって、これらの保持部5の両者をホルダ30により一体的にボンディングヘッド駆動機構に固定した場合に、漏出したエネルギーがホルダ30において相殺され、ボンディングヘッド駆動機構への振動の伝達を防止できる。
【0052】
また本実施形態では、保持部5および連結部6を、超音波ホーン1の処理作用方向(上下方向)に対する交差方向(水平方向)に設けたので、連結部6を利用して超音波ホーン1をホルダ30やボンディングヘッド駆動機構に固定することにより、超音波ホーン1の処理作用方向の寸法を小さくでき、これにより、例えば本実施形態のように処理作用方向を下向きにした場合には超音波ホーン1の下側のクリアランスを大きくでき、処理対象である半導体デバイスやデバイス搬送レール等との干渉を避けることができる。
【0053】
また本実施形態では、連結部6の後端側および前端側に薄肉部14を形成したので、この薄肉部14の弾性変形により、保持部5から漏出する振動エネルギーの連結部6への伝達を緩衝できる。また、薄肉部14を平板状としたので、その断面2次モーメントがきわめて小さく、弾性変形しやすいものとなり、したがって振動エネルギーの緩衝に好適である。
【0054】
また本実施形態では、ホーン本体4と同部材である母材としての丸棒材に通孔20を設けることにより、保持部5および連結部6を形成して超音波ホーン1を製造できるので、切削加工・鋳造・鍛造その他のいずれの加工方法による場合にも、加工を容易化できる。とくに本実施形態では、2つの通孔20が互いに同方向(上下方向)に設けられることとしたので、これら2つの通孔20を同一方向に穿設すればよく、切削加工による穿孔や鋳造・鍛造による型抜きを能率的に実行できる。また、通孔20の加工は上記従来例におけるフランジ部154の加工の場合に比べて小さい工具で実行できるから、超音波ホーン1全体の一層の小型化も可能である。
【0055】
なお、本実施形態では、連結部6により接続される各保持部5の部分を各保持部5の側端としたが、本発明において連結部によって接続される各保持部の部分は側端に限らず、各保持部におけるホーン本体側との接続箇所と異なる箇所であれば、同様の効果を期待できる。また本実施形態では保持部5を片側につき2箇所設ける構成としたが、本発明に係る保持部は片側に3箇所以上設けてもよい。また保持部5および連結部6の配置は、ホーン本体4に関し左右非対称でもよい。
【0056】
次に、第2実施形態について説明する。第2実施形態は、本発明をフリップチップボンディング装置に適用したものである。図6および図7において、第2実施形態のトランスデューサである超音波ホーン101は、上記第1実施形態における錐形部4a、装着孔8および連結部6に代えて、吸着ノズル108・チューブ接続部109および連結部106A,106B(以下適宜に連結部106という)を、いずれもホーン本体104と同一部材により一体的に形成(例えば、第1実施形態と同様の丸棒材からの削り出しにより)したものである。
【0057】
吸着ノズル108は角錐状、チューブ接続部109(図7参照)は円柱状であり、両者の中央を貫いて鉛直方向の通孔108aが穿設されており、通孔108aの下端部がチップ吸着口108bとなっている。
【0058】
4つの保持部105A1,105A2,105B1,105B2(以下適宜に保持部105という)のうち、ホーン本体104の後方側の保持部105A1,105B1は、ホーン本体104の基端から1番目の節p11の位置に設けられ、ホーン本体104の前方側の保持部105A2,105B2は、ホーン本体104の基端から2番目の節p12の位置に設けられている。他方、チップ吸着口108bは、図示のとおり2つの保持部105の設置点の中間点に設けられており、かつ、その中心が振動の腹(速度の絶対値が最大となる部分)と一致するようにされている。
【0059】
これら保持部105は、その厚さ方向の中間点が、超音波ホーン101の設計上の振動の節p11,p12と正確に一致するように設計されているが、超音波ホーン101の実際の振動の節の位置には、超音波ホーン101の工作精度に応じた一定のばらつきがあるため、実際の振動の節の位置が設計上の位置からずれる場合もあるものとする。なお、各保持部105の厚さは約0.5mmである。
【0060】
連結部106には、ボルト135によってネジ留めするための鉛直方向の通孔107A1,107A2,107B1,107B2(以下適宜に通孔107という)が設けられている。
【0061】
図7ないし図9に示すように、超音波ホーン101はホルダ130に固定して使用される。ホルダ130は、チューブ接続部109を跨いで左右の連結部106を一体的に連結する構造であり、その上面には、ホルダ130を図示しないワイヤボンダ本体のボンディングヘッド駆動機構に装着するための装着孔130aが設けられている。装着孔130aの中心は、ホーン本体104の軸心104bの直上に位置している。ホルダ130には、4つの通孔107に対応して設けられボルト135と螺合する鉛直方向のネジ孔130bが、それぞれ設けられている。
【0062】
ホーン本体104の基端部のネジ孔117(図6参照)には、電歪素子を軸方向に積層してなる公知の超音波振動子140(図8・図9参照)が固定される。またチューブ接続部109にはゴム製のフレキシブルチューブ131(図8参照)が接続される。なお、第2実施形態における残余の構成は、上記第1実施形態におけるものと同様であるので、同一符号を付してその説明は省略する。
【0063】
以上のように構成された第2実施形態では、超音波ホーン101は、フレキシブルチューブ131および通孔108aを通じた吸引によりチップ吸着口108bに半導体デバイス(図示せず)を吸着してボンディング位置に搬送し、その状態でボンディングヘッド駆動機構により下向きに駆動される。そして、超音波振動子140が発生する超音波振動が、疎密波(縦波)として超音波ホーン101の長手方向、すなわち軸心104bに沿う方向に、基端側から先端側に向けて伝達され、この超音波振動とボンディングヘッド駆動機構による荷重とによって、ボンディングが行われる。
【0064】
しかして、第2実施形態では、上記第1実施形態と同様の上述の各種の効果が得られるほか、チップ吸着口108bを、保持部105A1,105B1と保持部105A2,105B2の設置点の中間点に配置したので、チップ吸着口108bへの荷重分布、ひいては半導体デバイスへの荷重分布を、超音波ホーン101の長手方向について平均化することができる。
【0065】
なお、第2実施形態では、ホーン本体104の基端部に超音波振動子117を設ける一方、ホーン本体104の先端部には何も設けていないが、超音波振動子117と等しい質量のカウンタウェイトをホーン104の先端部に固定する構造とすれば、超音波ホーン101全体の重量バランスをとることができ、荷重分布の一層の均等化を図ることができる。
【0066】
また、上記各実施形態では、本発明をワイヤボンディング装置およびフリップチップボンディング装置に適用した例について説明したが、本発明はこれらのボンディング装置に限らず、ダイボンディング装置など、トランスデューサの振動により処理作用を行う各種の処理装置に適用でき、いずれも本発明の範疇に属するものである。またトランスデューサの形状も、上記各実施形態の形状に限らず、その用途や目的に応じた各種の形状を選択することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態におけるホーン本体を振動の節の位置を示すグラフと共に示す底面図である。
【図2】 第1実施形態におけるホーン本体を示す側面図である。
【図3】 ホルダに装着された状態の第1実施形態におけるホーン本体のC−C線断面図である。
【図4】 第1実施形態におけるホーン本体を概略的に示す斜視図である。
【図5】 ホルダに装着された状態の第1実施形態におけるホーン本体の下面側を概略的に示す斜視図である。
【図6】 第2実施形態におけるホーン本体を振動の節の位置を示すグラフと共に示す底面図である。
【図7】 ホルダに装着された状態の第2実施形態におけるホーン本体のF−F線断面図である。
【図8】 ホルダに装着された状態の第2実施形態におけるホーン本体を示す側面図である。
【図9】 ホルダに装着された状態の第2実施形態におけるホーン本体を示す斜視図である。
【図10】 従来の超音波ホーンの取り付け構造を示す側面図である。
【図11】 従来の他の超音波ホーンの取り付け構造を示す側面図である。
【符号の説明】
1,101,151,201 超音波ホーン
4,104 ホーン本体
4b,104b 軸心
5A1,5A2,5B1,5B2,105A1,105A2,105B1,105B2 保持部
6A,6B,106A,106B 連結部
7A1,7A2,7B1,7B2 ネジ孔
8 装着孔
11 上部平面
12 下部平面
13 側部平面
14 薄肉部
16,66 キャピラリ
17 ネジ孔
20 通孔
30,130,156,206 ホルダ
35,135 ボルト
40,140,190 超音波振動子
108 吸着ノズル
108a 通孔
108b 吸着口
p1,p2,p3,p4,p1a,p2a,p11,p12 節

Claims (13)

  1. ボンディング装置のボンディングヘッド駆動機構に固定されたホルダに取り付けられ、ホルダによって処理作用方向に向かう荷重が与えられるとともに、超音波振動子の動作により軸心方向に複数の節を持つよう振動するトランスデューサであって、
    少なくとも2箇所の振動の節から軸心を挟む両側に向かって対称に処理作用方向と略直角方向に延び、その面が前記トランスデューサの処理作用方向に沿って配置されている平板状の各保持部と、
    各保持部と同材質で一体に形成され、トランスデューサ表面と離間して、軸心方向に沿って軸心の同一側にある各保持部間を軸心方向に連結する各連結部と、
    各連結部をホルダに固定する各固定手段と、
    を有することを特徴とするトランスデューサ。
  2. 請求項1に記載のトランスデューサであって、
    各連結部は、各連結部の各固定手段が設けられている部分と各保持部との間に設けられ、各連結部の各固定手段が設けられている部分よりも厚さの薄い平板状の薄肉部を有すること、
    を特徴とするトランスデューサ。
  3. 請求項1または2に記載のトランスデューサであって、
    前記保持部のうち、1の保持部が前記トランスデューサ本体の基端からn番目(nは自然数)の節に設けられ、他の保持部がn+m番目(mは奇数)の節に設けられていること、
    を特徴とするトランスデューサ。
  4. 請求項1ないし3のいずれか1項に記載のトランスデューサであって、
    前記固定手段が、前記連結部の軸心方向に位置を異にした少なくとも2点に設けられていること、
    を特徴とするトランスデューサ。
  5. 請求項4に記載のトランスデューサであって、
    前記固定手段のそれぞれが、前記保持部および前記連結部からなる振動伝達経路の経路長において互いに等しい位置に配置されていること、
    を特徴とするトランスデューサ。
  6. 請求項1ないし5のいずれか1項に記載のトランスデューサであって、
    前記トランスデューサ本体と同部材である母材に通孔を設け、当該通孔の周囲に前記保持部および前記連結部を形成してなること、
    を特徴とするトランスデューサ。
  7. 請求項1ないし6のいずれか1項に記載のトランスデューサであって、
    前記少なくとも2つの保持部に挟まれた領域の外側であって振動の腹となる位置に、処理作用を行うツールを備えたこと、
    を特徴とするトランスデューサ。
  8. 請求項1ないし6のいずれか1項に記載のトランスデューサであって、
    前記少なくとも2つの保持部に挟まれた領域内であって振動の腹となる位置に、チップ吸着口を備えたこと、
    を特徴とするトランスデューサ。
  9. 請求項8に記載のトランスデューサであって、
    前記保持部を2箇所に備え、これら両保持部の設置点の中間点に前記チップ吸着口を備えたこと、
    を特徴とするトランスデューサ。
  10. ボンディングヘッド駆動機構に固定されたホルダに取り付けられ、ホルダによって処理作用方向に向かう荷重が与えられるとともに、超音波振動子の動作により軸心方向に複数の節を持つよう振動するトランスデューサを含むボンディング装置であって、
    トランスデューサは、
    少なくとも2箇所の振動の節から軸心を挟む両側に向かって対称に処理作用方向と略直角方向に延び、その面が前記トランスデューサの処理作用方向に沿って配置されている平板状の各保持部と、
    各保持部と同材質で一体に形成され、トランスデューサ表面と離間して、軸心方向に沿って軸心の同一側にある各保持部間を軸心方向に連結する各連結部と、
    各連結部をホルダに固定する各固定手段と、
    を有することを特徴とするボンディング装置。
  11. 請求項10に記載のボンディング装置であって、
    各連結部は、
    各連結部の各固定手段が設けられている部分と各保持部との間に設けられ、各連結部の各固定手段が設けられている部分よりも厚さの薄い平板状の薄肉部を有すること、
    を特徴とするボンディング装置。
  12. 請求項10または11に記載のボンディング装置であって、
    前記保持部のうち、1の保持部が前記トランスデューサ本体の基端からn番目(nは自然数)の節に設けられ、他の保持部がn+m番目(mは奇数)の節に設けられていること、
    を特徴とするボンディング装置。
  13. 請求項10ないし12のいずれか1項に記載のボンディング装置であって、
    前記固定手段が、前記連結部の軸心方向に位置を異にした少なくとも2点に設けられていること、
    を特徴とするボンディング装置。
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