JP4201776B2 - Ultrasonic bonding head and apparatus using the same - Google Patents
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Description
本発明は、電子部品などのチップ部品の電極を基板などのワークの電極に押圧または押圧および加熱しながら、当該接合部位に超音波振動を付与して超音波接合するのに用いる超音波接合ヘッドおよびこれを用いた装置に関する。 The present invention provides an ultrasonic bonding head used for ultrasonic bonding by applying ultrasonic vibration to a bonding portion while pressing, pressing and heating an electrode of a chip component such as an electronic component to an electrode of a workpiece such as a substrate. And an apparatus using the same.
電子部品などのチップ部品の電極を基板の電極に接合する場合、チップ部品の電極を基板の電極に押圧しながら当該接合部位に超音波振動を付与している。この超音波接合に用いられる超音波接合ヘッドは、超音波振動を発生させる超音波発生器と、発生する超音波振動を伝達させるホーンと、先端にチップ部品を吸着保持する吸着部材である圧着子とから構成されている。この圧着子は、ホーンの定在波振動の振幅が最大となる位置にホーンの長さ方向に直行する貫通孔を挿通するネジによってホーンに着脱自在に締結されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、従来の超音波接合ヘッドは、次のような問題がある。 However, the conventional ultrasonic bonding head has the following problems.
すなわち、圧着子をネジにより直接にホーンに締結する場合、貫通孔にネジを螺入するときに加わるトルクの調節具合によって、ホーンを介して超音波振動が圧着子に適正に伝達されないといった問題ある。つまり、加えるトルクが弱いと、ホーンと圧着子とが密着しないので、超音波振動が適正に伝達されない。また、加えるトルクが強すぎても、圧着子の振動が阻害される。 That is, when the crimper is directly fastened to the horn with a screw, there is a problem that ultrasonic vibration is not properly transmitted to the crimper through the horn due to the adjustment of torque applied when the screw is screwed into the through hole. . That is, if the applied torque is weak, the horn and the crimper are not in close contact with each other, so that ultrasonic vibration is not properly transmitted. Moreover, even if the applied torque is too strong, the vibration of the crimper is hindered.
また、従来装置では、超音波振動が最大となる位置で圧着子をネジによりホーンに締結しているので、ネジの回転軸に超音波振動が加わり、ネジ締めが緩んだり、金属疲労により破損したりするといった問題がある。 In addition, in the conventional device, the crimper is fastened to the horn with a screw at the position where the ultrasonic vibration is maximized. There is a problem such as.
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ホーンに着脱可能な吸着部材を安価に構成するとともに、超音波振動を安定、かつ精度よく超音波振動をチップ部品に付与することのできる超音波接合ヘッドおよびこれを用いた装置を提供することを主たる目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to inexpensively configure a suction member that can be attached to and detached from a horn, and to apply ultrasonic vibration to a chip component stably and accurately. It is a main object of the present invention to provide an ultrasonic bonding head and an apparatus using the same.
この発明は、上記目的を達成するために次のような構成をとる。 The present invention has the following configuration in order to achieve the above object.
第1の発明は、チップ部品の電極をワークの電極に押圧しながら、両電極に超音波振動を付与して接合する超音波接合ヘッドであって、
超音波振動を発生させる超音波発生手段と、
前記超音波発生手段から発生された超音波振動を伝達させるとともに、伝達される超音波振動の振幅が最大となる位置の下面側に凹部が形成されたホーンと、
前記ホーンの凹部に収納されたとき、チップ部品の吸着部分を挟んで超音波振動の伝達方向の前後に延伸されるとともに、当該吸着部分の先端よりもホーン凹部の奥側の位置に形成された1対の側部を有する吸着部材と、
前記吸着部材の側部に作用して吸着部材を凹部の底面に密着する状態に保持する保持部材と、
前記保持部材を貫通して前記ホーン凹部の底面に到達することで、前記吸着部材をホーン凹部に締結する締結部材とを備え、
前記締結部材を前記保持部材に貫通させる位置は、超音波振動によって振動する前記ホーンの振動振幅がゼロになる位置であることを特徴とする。
The first invention is an ultrasonic bonding head for bonding by applying ultrasonic vibration to both electrodes while pressing the electrode of the chip component against the electrode of the workpiece,
Ultrasonic generation means for generating ultrasonic vibration;
A horn having a recess formed on the lower surface side at a position where the amplitude of the transmitted ultrasonic vibration is maximized, while transmitting the ultrasonic vibration generated from the ultrasonic generating means,
When housed in the concave portion of the horn, it is stretched forward and backward in the transmission direction of the ultrasonic vibration across the suction portion of the chip part, and is formed at a position on the deeper side of the horn recess than the tip of the suction portion. A suction member having a pair of side portions;
A holding member that acts on the side of the adsorption member and holds the adsorption member in close contact with the bottom surface of the recess;
A fastening member that passes through the holding member and reaches the bottom surface of the horn recess to fasten the adsorption member to the horn recess ;
Position to penetrate the fastening member to the holding member, characterized in that the vibration amplitude of the horn which vibrates by the ultrasonic vibration is the position becomes zero.
(作用・効果) 第1の発明によると、超音波発生手段は、超音波振動を発生させる。ホーンは、超音波発生手段から発生された超音波振動を伝達させるとともに、伝達される超音波振動の振幅が最大となる位置の下面側に凹部が形成されている。吸着部材は、ホーンの凹部に収納されたとき、チップ部品の吸着部分を挟んで超音波振動の伝達方向の前後に延伸されるとともに、当該吸着部分の先端よりもホーン凹部の奥側の位置に形成された1対の側部を有する。保持部材は、吸着部材の側部に作用して吸着部材を凹部の底面に密着する状態に保持する。締結部材は、保持部材を貫通してホーン凹部の底面に到達することで、吸着部材をホーン凹部に締結する。 (Operation and Effect) According to the first invention, the ultrasonic wave generating means generates ultrasonic vibration. The horn transmits the ultrasonic vibration generated from the ultrasonic wave generation means, and has a recess formed on the lower surface side at a position where the amplitude of the transmitted ultrasonic vibration becomes maximum. When the suction member is housed in the concave portion of the horn, the suction member is stretched forward and backward in the transmission direction of the ultrasonic vibration across the suction portion of the chip component, and at a position on the deeper side of the horn concave portion than the tip of the suction portion. It has a pair of formed sides. The holding member acts on the side portion of the adsorption member and holds the adsorption member in close contact with the bottom surface of the recess. The fastening member passes through the holding member and reaches the bottom surface of the horn recess, thereby fastening the adsorption member to the horn recess.
この構成によれば、吸着部材の側部が保持部材に挟み込まれた状態でホーンの凹部に収納され、保持部材をホーンの底面に締結することによって、吸着部材もホーンの凹部の底面に間接的に密着状態に締結される。すなわち、ホーンに直接に吸着部材が締結部材によって締結されていないので、微妙なトルク調節なしにホーンからの超音波振動を吸着部材に安定した状態で伝達させることができる。また、構成が簡素であるので、安価に実現することができる。 According to this configuration, the suction member is also indirectly attached to the bottom surface of the concave portion of the horn by being housed in the concave portion of the horn with the side portion of the suction member being sandwiched between the holding members and fastening the holding member to the bottom surface of the horn. It is fastened in close contact. That is, since the suction member is not directly fastened to the horn by the fastening member, the ultrasonic vibration from the horn can be stably transmitted to the suction member without fine torque adjustment. Further, since the configuration is simple, it can be realized at a low cost.
さらに、締結部材が、振動振幅が最大となる吸着部材に位置しないので、超音波振動の影響による締結部材の緩みや、金属疲労などが抑制される。すなわち、ホーンの振動振幅がゼロになる位置に保持部材を締結することにより、超音波振動による締結緩みや締結部材の金属疲労などを抑制することでき、長期間にわたって安定した状態で吸着部材をホーンに取り付け維持できる。 Furthermore, since the fastening member is not positioned on the adsorption member having the maximum vibration amplitude, loosening of the fastening member due to the influence of ultrasonic vibration, metal fatigue, and the like are suppressed. That is, by fastening the holding member at a position where the vibration amplitude of the horn becomes zero, it is possible to suppress fastening loosening due to ultrasonic vibration, metal fatigue of the fastening member, etc. Can be attached and maintained.
第2の発明は、第1の発明において、前記吸着部材は、チップ部品の吸着部がホーンから突き出た凸部を有し、当該凸部の基部から側部の下方端部に向けて広がるテーパー状に形成されていることが好ましい。 According to a second invention, in the first invention, the suction member has a convex portion in which the suction portion of the chip component protrudes from the horn, and tapers from the base portion of the convex portion toward the lower end portion of the side portion. It is preferable that it is formed in a shape.
(作用・効果) 第2の発明によると、ホーンの凹部底面に密着する吸着部材の面積、および吸着部材の側部と保持部材とが密着する面積が拡大される。すなわち、吸着部材をホーンの凹部に安定した状態で取り付けることができ、ひいてはホーンからの超音波振動を吸着部材に効率よく伝達させることができる。 (Operation / Effect) According to the second invention, the area of the adsorbing member in close contact with the bottom surface of the concave portion of the horn and the area in which the side portion of the adsorbing member and the holding member are in close contact with each other are enlarged. That is, the adsorption member can be stably attached to the concave portion of the horn, and as a result, ultrasonic vibration from the horn can be efficiently transmitted to the adsorption member.
第3の発明は、第1または第2の発明において、さらに、前記ホーンを加熱する加熱手段を備え、
前記加熱手段は、超音波振動によって振動する前記ホーンの振動振幅がゼロになる位置であることが好ましい。
A third invention is the first or second invention, further comprising heating means for heating the horn,
The heating means is preferably at a position where the vibration amplitude of the horn that vibrates by ultrasonic vibration becomes zero.
(作用・効果) 第3の発明によると、ホーン自体に加熱手段を備えることにより、超音波振動と同時に加熱手段の熱をホーンに効率よく伝達させることができる。また、ホーンの振動振幅がゼロになる位置に加熱手段を備えることにより、超音波振動が加熱手段に加わらず、加熱手段を損傷させることがない。その結果、超音波接合ヘッドを長期間にわたって安定維持できる。 (Operation / Effect) According to the third invention, by providing the horn itself with the heating means, the heat of the heating means can be efficiently transmitted to the horn simultaneously with the ultrasonic vibration. Further, by providing the heating means at a position where the vibration amplitude of the horn becomes zero, ultrasonic vibration is not applied to the heating means, and the heating means is not damaged. As a result, the ultrasonic bonding head can be stably maintained over a long period.
第4の発明は、チップ部品の電極をワークの電極に押圧しながら、両電極に超音波振動を付与して接合する超音波接合装置であって、
超音波振動を発生させる超音波発生手段と、
前記超音波発生手段から発生された超音波振動を伝達させるとともに、伝達される超音波振動の振幅が最大となる位置の下面側に凹部が形成されたホーンと、
前記ホーンの凹部に収納されたとき、チップ部品の吸着部分を挟んで超音波振動の伝達方向の前後に延伸されるとともに、当該吸着部分の先端よりもホーン凹部の奥側の位置に形成された1対の側部を有する吸着部材と、
前記吸着部材の側部に作用して吸着部材を凹部の底面に密着する状態に保持する保持部材と、
超音波振動によって振動する前記ホーンの振動振幅がゼロになる位置で前記保持部材を貫通して前記ホーン凹部の底面に到達することで、前記吸着部材をホーン凹部に締結する締結部材と、を含む超音波接合ヘッドと、
前記基板を保持する基板保持手段と、
前記超音波接合ヘッドに吸着保持されたチップ部品の電極と、前記基板保持手段に保持された基板の電極とを押圧する押圧手段と
を備えたことを特徴とする超音波接合装置。
A fourth invention is an ultrasonic bonding apparatus that applies ultrasonic vibration to both electrodes while pressing the electrode of the chip component against the electrode of the workpiece,
Ultrasonic generation means for generating ultrasonic vibration;
A horn having a recess formed on the lower surface side at a position where the amplitude of the transmitted ultrasonic vibration is maximized, while transmitting the ultrasonic vibration generated from the ultrasonic generating means,
When housed in the concave portion of the horn, it is stretched forward and backward in the transmission direction of the ultrasonic vibration across the suction portion of the chip part, and is formed at a position on the deeper side of the horn recess than the tip of the suction portion. A suction member having a pair of side portions;
A holding member that acts on the side of the adsorption member and holds the adsorption member in close contact with the bottom surface of the recess;
A fastening member for fastening the suction member to the horn recess by penetrating the holding member at a position where the vibration amplitude of the horn that vibrates by ultrasonic vibration becomes zero and reaching the bottom surface of the horn recess. An ultrasonic bonding head;
Substrate holding means for holding the substrate;
An ultrasonic bonding apparatus comprising: an electrode of a chip component that is adsorbed and held by the ultrasonic bonding head; and a pressing unit that presses the electrode of the substrate held by the substrate holding unit.
(作用・効果) 第4の発明によると、超音波接合ヘッドは、超音波発生手段、ホーン、吸着部材、保持部材、および締結部材を含む。超音波発生手段は、超音波振動を発生させる。ホーンは、超音波発生手段から発生された超音波振動を伝達させるとともに、伝達される超音波振動の振幅が最大となる位置の下面側に凹部が形成されている。吸着部材は、ホーンの凹部に収納されたとき、チップ部品の吸着部分を挟んで超音波振動の伝達方向の前後に延伸されるとともに、当該吸着部分の先端よりもホーン凹部の奥側の位置に形成された1対の側部を有する。保持部材は、吸着部材の側部に作用して吸着部材を凹部の底面に密着する状態に保持する。締結部材は、保持部材を貫通してホーン凹部の底面に到達することで、吸着部材をホーン凹部に締結する。基板保持手段は、基板を保持する。押圧手段は、超音波接合ヘッドに吸着保持されたチップ部品の電極と、前記基板保持手段に保持された基板の電極とを押圧する。 (Operation / Effect) According to the fourth invention, the ultrasonic bonding head includes an ultrasonic wave generating means, a horn, a suction member, a holding member, and a fastening member. The ultrasonic wave generating means generates ultrasonic vibration. The horn transmits the ultrasonic vibration generated from the ultrasonic wave generation means, and has a recess formed on the lower surface side at a position where the amplitude of the transmitted ultrasonic vibration becomes maximum. When the suction member is housed in the concave portion of the horn, the suction member is stretched forward and backward in the transmission direction of the ultrasonic vibration across the suction portion of the chip component, and at a position on the deeper side of the horn concave portion than the tip of the suction portion. It has a pair of formed sides. The holding member acts on the side portion of the adsorption member and holds the adsorption member in close contact with the bottom surface of the recess. The fastening member passes through the holding member and reaches the bottom surface of the horn recess, thereby fastening the adsorption member to the horn recess. The substrate holding means holds the substrate. The pressing means presses the electrode of the chip component held by suction with the ultrasonic bonding head and the electrode of the substrate held by the substrate holding means.
この構成によれば、ホーンから吸着部材に安定した状態で効率よく超音波振動を伝達可能であり、かつ、吸着部材の着脱を安価な構成である超音波接合ヘッドと、基板保持手段と、押圧手段とを備えることにより、超音波接合ヘッドのメンテナンスが容易で安価構成となる超音波接合装置を実現することができる。 According to this configuration, the ultrasonic bonding head, the substrate holding means, and the press which can transmit ultrasonic vibration efficiently in a stable state from the horn to the suction member and are inexpensive to attach and detach the suction member By providing the means, it is possible to realize an ultrasonic bonding apparatus that is easy to maintain the ultrasonic bonding head and has a low-cost configuration.
第5の発明は、第4の発明において、さらに、前記超音波接合ヘッドの吸着部材に吸着されたチップ部品の位置と、前記基板保持手段に保持された基板の位置を認識する認識手段と、
前記認識手段の認識結果に基づいて、チップ部品と基板の接合位置の位置ズレを求める演算手段と、
前記演算手段の結果に基づいて、前記チップ部品と前記基板の接合位置を合わせるように前記超音波接合ヘッドと前記基板保持手段の少なくともいずれかを移動させる接合位置制御手段と、
を備えたことを特徴とする。
According to a fifth invention, in the fourth invention, further, the position of the chip component sucked by the suction member of the ultrasonic bonding head, recognizing means for recognizing the position of a substrate held by the substrate holding means,
Based on the recognition result of the recognition means, a calculation means for obtaining a displacement of the bonding position of the chip component and the substrate;
A bonding position control means for moving at least one of the ultrasonic bonding head and the substrate holding means so as to match the bonding position of the chip component and the substrate based on the result of the calculation means;
It is provided with.
(作用・効果) 第5の発明によると、認識手段は、超音波接合ヘッドの吸着部材に吸着されたチップ部品の位置と、基板保持手段に保持された基板の位置を認識する。演算手段は、認識手段の認識結果に基づいて、チップ部品と基板の接合位置の位置補正を行なう。接合位置制御手段は、演算手段の結果に基づいて、チップ部品と基板の接合位置を合わせるように超音波接合ヘッドと基板保持手段の少なくともいずれかを移動させる。 (Operation / Effect) According to the fifth invention, the recognition means recognizes the position of the chip component adsorbed by the adsorption member of the ultrasonic bonding head and the position of the substrate held by the substrate holding means. The calculation means corrects the position where the chip component and the substrate are joined based on the recognition result of the recognition means. The bonding position control means moves at least one of the ultrasonic bonding head and the substrate holding means so as to match the bonding position of the chip component and the substrate based on the result of the calculation means.
この構成によれば、認識手段によって認識されたチップ部品と基板の位置情報を利用して演算により両部材の位置ズレ量が算出され、接合位置制御手段によって両部材の接合位置の位置が合わせられる。したがって、チップ部品と基板の両電極を精度よく超音波接合することができる。 According to this configuration, the positional displacement amount of both members is calculated by calculation using the positional information of the chip component and the substrate recognized by the recognition means, and the position of the joining position of both members is adjusted by the joining position control means. . Therefore, both the chip component and the substrate electrodes can be ultrasonically joined with high accuracy.
第6の発明は、第4または第5の発明において、さらに、前記超音接合ヘッドに含まれる前記ホーンを加熱する加熱手段を備える。
ことを特徴とする。
A sixth invention is, it was the fourth or
It is characterized by that.
(作用・効果) 第6の発明によると、加熱手段は、超音波接合ヘッドに含まれるホーンを加熱する。したがって、接合部位の電極の変形を促進させ、短時間で超音波接合を完了させることができる。 (Operation / Effect) According to the sixth invention, the heating means heats the horn included in the ultrasonic bonding head. Therefore, the deformation of the electrode at the bonding site can be promoted, and the ultrasonic bonding can be completed in a short time.
この発明に係る超音波接合ヘッドによれば、吸着部材の側部が保持部材に挟み込まれた状態でホーンの凹部に収納され、保持部材をホーンの底面に締結することによって、吸着部材もホーンの凹部の底面に間接的に密着状態に締結される。すなわち、ホーンに直接に吸着部材が締結部材によって締結されていないので、微妙なトルク調節なしにホーンからの超音波振動を吸着部材に安定した状態で伝達させることができる。また、構成が簡素であるので、安価に実現することができる。 According to the ultrasonic bonding head according to the present invention, the suction member is accommodated in the concave portion of the horn with the side portion of the suction member sandwiched between the holding members, and the suction member is also fastened to the bottom surface of the horn. It is fastened indirectly to the bottom surface of the recess. That is, since the suction member is not directly fastened to the horn by the fastening member, the ultrasonic vibration from the horn can be stably transmitted to the suction member without fine torque adjustment. Further, since the configuration is simple, it can be realized at a low cost.
また、締結部材が、振動振幅が最大となる吸着部材に位置しないので、超音波振動の影響による締結部材の緩みや、金属疲労などが抑制される。 In addition, since the fastening member is not located on the adsorption member having the maximum vibration amplitude, loosening of the fastening member due to the influence of ultrasonic vibration, metal fatigue, and the like are suppressed.
さらに、上述の超音波接合ヘッドと、基板保持手段と、押圧手段とを備えることにより、チップ部品を吸着する吸着部材のメンテナンスが容易で安価な構成の超音波接合装置を実現することができる。 Furthermore, by providing the above-described ultrasonic bonding head, the substrate holding means, and the pressing means, it is possible to realize an ultrasonic bonding apparatus having a structure that facilitates maintenance of the suction member that sucks the chip components and is inexpensive.
以下、図面を参照して本発明の超音波接合ヘッドを備えた超音波接合装置の実施例を説明する。なお、本実施例では、チップ部品としてバンプ付きの電子部品を基板に実装する場合を例にとって説明する。なお、チップ部品としては、その他に例えば、ICチップ、半導体チップ、光素子、表面実装部品、ウエハなどの種類や大きさに関係なく、基板と接合させる側の全ての形態を示す。 Embodiments of an ultrasonic bonding apparatus including the ultrasonic bonding head of the present invention will be described below with reference to the drawings. In this embodiment, a case where an electronic component with a bump is mounted on a substrate as a chip component will be described as an example. In addition, as the chip component, for example, all forms on the side to be bonded to the substrate are shown regardless of the type and size of an IC chip, a semiconductor chip, an optical element, a surface mount component, a wafer, and the like.
また、基板としては、例えば、樹脂基板、ガラス基板、フィルム基板などチップ部品と接合される側の全ての形態を示す。 Moreover, as a board | substrate, all the forms of the side joined to chip components, such as a resin substrate, a glass substrate, a film substrate, are shown, for example.
図1は、本実施例に係る超音波接合装置の正面図である。 FIG. 1 is a front view of the ultrasonic bonding apparatus according to the present embodiment.
本実施例の超音波接合装置は、図1に示すように、基板1を吸着保持する基板ホルダ2を備えた可動テーブル3と、基台4の後部に立設された縦壁5に支持フレーム6を介して取り付けられ、先端でチップ部品7を吸着保持して基板1に実装(接合)する超音波接合ヘッド8を備えた圧着機構9と、基板ホルダ2に保持された基板1と超音波接合ヘッド8によって吸着保持されるチップ部品7の位置を認識するカメラ10と、これら可動テーブル3、超音波接合ヘッド8、圧着機構9、およびカメラ10などの駆動を制御する主制御部11などが備えられている。なお、基板ホルダ2は、本発明の基板保持手段に、圧着機構9は圧手段に、カメラ10は認識手段に、主制御部11は演算手段および接合位置制御手段にそれぞれ相当する。
As shown in FIG. 1, the ultrasonic bonding apparatus according to the present embodiment includes a movable table 3 having a substrate holder 2 that holds the substrate 1 by suction, and a
可動テーブル3は、図中左右と前後の水平2軸(X、Y)方向に移動自在に構成されている。また、可動テーブル3に備わった基板ホルダ2は、基板が載置される表面部分に吸着孔(図示省略)が形成されており、当該吸着孔が図示しない真空ポンプと配管を介して連通接続されている。なお、本実施例では、基板ホルダ2における基板1の保持を吸着式にしているが、吸着式に限らず、可動ツメを使った機械式保持、静電気を使った静電吸着、磁石を使った磁気吸着など、任意の保持構造を用いることができる。 The movable table 3 is configured to be movable in two horizontal (X, Y) directions in the left and right and front and rear directions in the figure. Further, the substrate holder 2 provided in the movable table 3 has a suction hole (not shown) formed in the surface portion on which the substrate is placed, and the suction hole is connected in communication with a vacuum pump (not shown) via a pipe. ing. In this embodiment, the holding of the substrate 1 in the substrate holder 2 is an adsorption type. However, the holding type is not limited to the adsorption type, and mechanical holding using a movable claw, electrostatic adsorption using static electricity, and a magnet are used. Any holding structure such as magnetic adsorption can be used.
圧着機構9は、支持フレーム6に固定されたシリンダ12と、シリンダ12の垂直下方に向けられたロッド13に連結された本体14と、本体14の下方先端に設けられた超音波接合ヘッド8とから構成されている。つまり、シリンダ12の伸縮動作に連動して超音波接合ヘッド8が昇降するように構成されている。
The crimping mechanism 9 includes a
また、超音波接合ヘッド8は、図2に示すように、略U字形を上下反転させ、底面を本体の下部に連結されたフレーム15と、当該フレーム15の両側面に形成された貫通孔を両側から貫通する1組のブースター16と、フレーム15の内側で1組のブースター16によって挟み込まれた状態で着脱可能に保持されたホーン17とから構成されている。
In addition, as shown in FIG. 2, the
ブースター16は、中央部分が太い円柱状であって、その両端が先端に向かうにつれて先細になるテーパー状となっている。また、図中左側のブースター15には、当該ブースター16に超音波振動を伝達付与するための圧電素子を備えた超音発生器18を備えている。なお、超音波発生器18とブースター16、フレーム15によるブースター16の保持部分、およびブースター16とホーン17の各結節点は、超音波発生器18から付与された超音波振動によって共振するときに振動振幅がゼロとなるノーダルポイントに設定されている。なお、超音波発生器18は、本発明の超音波発生手段に相当する。
The
ホーン17は、肉厚の板状の物であり、正面視して前後に格子状となるように貫通孔が形成されている。また、正面視したときに、下部中央から超音波振動の伝達方向の前後(図中の長手方向)に伸びる凹部26が形成されており、当該凹部26の中央に吸着部材19が収納され、さらに吸着部材19と凹部26の空間に組み込み固定される保持部材28とから構成されている。
The
ホーン17の凹部中央の底面には、図2の鎖線で示すように、貫通孔20が形成されており、後述する吸着部材19に形成された貫通孔27と連結されるようになっている。なお、貫通孔20は、図示しない真空ポンプと連通接続されている。また、高さ方向中間にある格子部分に穴が形成されており、当該穴にヒータ22が挿入されるようになっている。当該ヒータ22の取り付け部分もノーダルポイントに設定されている。なお、ヒータ22は、本発明の加熱手段に相当する。
A through
吸着部材19は、図2のホーン17の部分を上下反転させた図3に示すように、中央にチップ部品7を吸着する凸部32と、当該凸部32の基部からホーン17の超音波振動の伝達方向(図中の長手方向)である下方端部に向けて延びる斜面を有するテーパー状の側部とを有する。テーパー状の側部は、ホーン17の凹部26に収まる高さである。つまり、吸着部材19の基部から下部は、凹部26に収納される本発明の側部を構成している。また、凸部32の中央には、表面から裏面にかけて貫通孔27が形成されている。すなわち、吸着部材19を凹部26に取り付けたときにホーン17の凹部26に形成された貫通孔20と当該貫通孔27同士が連通接続されるように構成されている。なお、吸着部材19の表面は、超音波振動が付与されて基板1にチップ部品7が接合されるときにチップ部品7の表面との摩擦を抑制するために、フッ素コーティングが施されている。なお、超音発生器18からブースター16を介して伝達された振動振幅が最大となる位置にある。
As shown in FIG. 3 in which the portion of the
保持部材28は、台形状であり、凹部26に収納された吸着部材19の側部の斜面と、凹部26の底面および側面とに密着する。また、その表面は、ホーン17の先端面と面一となるように構成されている。さらに、保持部材28の表面から当該保持部材28の裏面と密着するホーン17の凹部26の底面とにわたってネジ孔33およびネジ穴34が形成されている。当該貫通孔33からネジ穴34にかけて締結部材であるネジ35を羅入することで、保持部材28がホーン17に締結される。このとき、ネジ35による締結動作にともなって吸着部材19の左右1対の側部が保持部材28とホーン19の凹部26の底面とで挟み込まれ、間接的に締結固定されるようになる。
The holding
図1に戻り、カメラ10は、水平2軸(X,Y)方向および上下(Z)方向に移動可能である。また、超音波接合ヘッド側に向かって進退する鏡筒23を備えている。また、カメラ10をX軸方向に前進させ、ホーン17の吸着部材19に吸着保持されたチップ部品7と基板1の間に位置させる。その状態でチップ部品7と基板1の位置を認識および観察し、観察結果を主制御部11に送信するようになっている。なお、両部材の位置を認識および観察する手段としては、カメラ以外に、例えば、赤外線カメラ、センサなどの種類に関係なく基板1とチップ部品7の位置を認識できる全ての形態が適用できる。
Returning to FIG. 1, the
主制御部11は、操作部24から設定入力された接合対象の基板1およびチップ部品7の種類に応じた接合条件を図示しないパターンテーブルから選択し、選択したパターンを共振振幅制御部に送信する。また主制御部11は、可動テーブル3、シリンダ11、カメラ10などの駆動も操作部24から設定入力された情報に基づいて総括的に制御している。
The
次に、上記実施例装置を用いて基板1にチップ部品7を接合する動作を、図4示すフローチャートに基づいて説明する。
Next, the operation of bonding the
先ず、操作部24から接合対象の基板1およびチップ部品7の種類を選択入力し、接合時間など種々の初期条件が設定される(ステップS1)。
First, the types of the substrate 1 and the
初期設定が終了すると、基板ホルダ2に基板1が載置保持されるとともに、ホーン17の先端の吸着部材19によってチップ部品7が吸着保持されて接合処理が開始される(ステップS2)。
When the initial setting is completed, the substrate 1 is placed and held on the substrate holder 2, and the
接合処理が開始すると、主制御部11の制御によって、カメラ10が作動する。カメラ10は、鏡筒23を前進させて基板1とチップ部品7の画像データを取得し、主制御部11に当該データを送信する。主制御部11は、受信した画像データに基づいて、基板1とチップ部品7の相対的な位置ずれを演算により求め、当該求まる検出結果に基づいて可動テーブル3をX、Y方向に移動させて位置ずれを補正する(ステップS3)。
When the joining process starts, the
位置ズレ補正が完了すると、主制御部11の制御に基づいてシリンダ12が作動し、超音波接合ヘッド8を所定位置まで降下させてチップ部品7を基板1に押圧する。同時に、ヒータ22によってホーン16が所定温度に加温されるとともに、超音波発生器18を駆動させてブースター16を介してホーン17に超音波振動の付与を開始する(ステップS4)。ホーン17に伝達された超音波振動は、さらに中央に締結された吸着部材19に伝達され、ホーン17全体が図中左右に振動振幅してチップ部品7の電極31を基板1の電極30に擦りつける。
When the positional deviation correction is completed, the
また、主制御部11は、内部に備わったタイマにより接合時間をカウントしており、予め設定された所定時間になると(ステップS5)、超音波発生器18からホーン17への超音波振動の付与が停止され、超音波接合ヘッド8が上昇して基板1が取り出され、本接合処理が終了する。
Further, the
以上のように、ホーン17の先端に形成された凹部26の中央に吸着部材19を収納し、その側部および空間に保持部材28を組み込み、当該保持部材28とホーン17の凹部26の底面とで挟み込むことにより、吸着部材19を安定した状態でホーン17に締結固定することができる。つまり、吸着部材19の凸部32の基部から凹部26に向けて延びる斜面を有するようにテーパー状の側部を設けることにより、吸着部材19の底面の凹部26に対する接触面積が広くなり安定する。また、吸着部材19は、ホーン17と保持部材28により挟み込まれて間接的に締結固定されているので、ネジ締め時のトルクによる影響を受け辛い。すなわち、ホーン17からの超音波振動が効率よく、かつ適正に吸着部材19に伝達される。
As described above, the adsorbing
また、ネジ35により保持部材28をホーン17に締結する位置が、振動振幅がゼロとなるノーダルポイントに設定されているので、ネジ35への超音波振動の伝達を回避し、超音波振動により発生しがちなネジ緩みや金属疲労が回避される。すなわち、超音波接合ヘッド8を長期にわたって使用することができ、作業効率の向上を図ることができる。
Further, since the position where the holding
さらに、超音波接合ヘッド8の消耗部品である吸着部材19が簡素な構成により交換が可能であるので、メンテナンス効率の向上を図ることもできる。
Furthermore, since the
なお、本発明は以下のような形態で実施することも可能である。 The present invention can also be implemented in the following forms.
(1)上記実施例では、吸着部材19の吸着領域を有する凸部32が長方形であったが、この形状は、適宜に設計変更が可能である。すなわち、ホーン17の幅や長さなど影響を受けることなく、チップ部品7の形状や大きさに応じた吸着面積を有する凸部32を形成した吸着部材19を複数種類用意し、適時に交換して利用することができる。このように構成することにより、上記実施例と同様の効果を奏する。
(1) Although the
(2)上記実施例では、加熱手段であるヒータ22をホーン17に備えた構成であったが、基板ホルダ3側に設けてもよいし、エアーノズルにより、基板1とチップ部品7の両電極30,31の接続部位に温風を吹き付ける構成であってもよい。
(2) In the above embodiment, the
(3)上記実施例では、超音波接合ヘッド8を基板側に降下させる構成であったが、可動テーブル3を昇降させて基板1の電極30をチップ部品7の電極31に押圧する構成であってもよい。
(3) In the above embodiment, the
(4)上記実施例では、吸着部材19の側部が凹部26に向けて広がるテーパー状であったが、先細になるテーパー状にしてもよいし、側部が矩形であり吸着部材がアルファベットの「T」字状であってもよい。吸着部材19を前述の形状にした場合、保持部材28は、それぞれの側面に密着して凹部26に組み込まれる形状となる。
(4) In the above-described embodiment, the side portion of the
1 … 基板
2 … 基板ホルダ
7 … チップ部品
8 … 超音波接合ヘッド
11 … 主制御部
17 … ホーン
18 … 超音波発生器
19 … 吸着部材
28 … 保持部材
30 … 電極(基板)
31 … 電極(チップ部品)
32 … 凸部
35 … ネジ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate 2 ...
31 ... Electrode (chip component)
32 ...
Claims (6)
超音波振動を発生させる超音波発生手段と、
前記超音波発生手段から発生された超音波振動を伝達させるとともに、伝達される超音波振動の振幅が最大となる位置の下面側に凹部が形成されたホーンと、
前記ホーンの凹部に収納されたとき、チップ部品の吸着部分を挟んで超音波振動の伝達方向の前後に延伸されるとともに、当該吸着部分の先端よりもホーン凹部の奥側の位置に形成された1対の側部を有する吸着部材と、
前記吸着部材の側部に作用して吸着部材を凹部の底面に密着する状態に保持する保持部材と、
前記保持部材を貫通して前記ホーン凹部の底面に到達することで、前記吸着部材をホーン凹部に締結する締結部材とを備え、
前記締結部材を前記保持部材に貫通させる位置は、超音波振動によって振動する前記ホーンの振動振幅がゼロになる位置である
ことを特徴とする超音波接合ヘッド。 An ultrasonic bonding head that applies ultrasonic vibration to both electrodes while pressing the electrode of the chip component against the electrode of the workpiece,
Ultrasonic generation means for generating ultrasonic vibration;
A horn having a recess formed on the lower surface side at a position where the amplitude of the transmitted ultrasonic vibration is maximized, while transmitting the ultrasonic vibration generated from the ultrasonic generating means,
When housed in the concave portion of the horn, it is stretched forward and backward in the transmission direction of the ultrasonic vibration across the suction portion of the chip part, and is formed at a position on the deeper side of the horn recess than the tip of the suction portion. A suction member having a pair of side portions;
A holding member that acts on the side of the adsorption member and holds the adsorption member in close contact with the bottom surface of the recess;
A fastening member that passes through the holding member and reaches the bottom surface of the horn recess to fasten the adsorption member to the horn recess ;
The position where the fastening member penetrates the holding member is a position where the vibration amplitude of the horn that vibrates by ultrasonic vibration becomes zero .
前記吸着部材は、チップ部品の吸着部がホーンから突き出た凸部を有し、当該凸部の基部から側部の下方端部に向けて広がるテーパー状に形成されている
ことを特徴とする超音波接合ヘッド。 The ultrasonic bonding head according to claim 1,
The suction member has a convex part protruding from the horn of the suction part of the chip part, and is formed in a tapered shape that spreads from the base part of the convex part toward the lower end of the side part. Sonic bonding head.
さらに、前記ホーンを加熱する加熱手段を備え、
前記加熱手段は、超音波振動によって振動する前記ホーンの振動振幅がゼロになる位置である
ことを特徴とする超音波接合ヘッド。 In the ultrasonic bonding head according to claim 1 or 2 ,
Furthermore, a heating means for heating the horn is provided,
The ultrasonic joining head, wherein the heating means is a position where the vibration amplitude of the horn that vibrates by ultrasonic vibration becomes zero.
超音波振動を発生させる超音波発生手段と、
前記超音波発生手段から発生された超音波振動を伝達させるとともに、伝達される超音波振動の振幅が最大となる位置の下面側に凹部が形成されたホーンと、
前記ホーンの凹部に収納されたとき、チップ部品の吸着部分を挟んで超音波振動の伝達方向の前後に延伸されるとともに、当該吸着部分の先端よりもホーン凹部の奥側の位置に形成された1対の側部を有する吸着部材と、
前記吸着部材の側部に作用して吸着部材を凹部の底面に密着する状態に保持する保持部材と、
超音波振動によって振動する前記ホーンの振動振幅がゼロになる位置で前記保持部材を貫通して前記ホーン凹部の底面に到達することで、前記吸着部材をホーン凹部に締結する締結部材と、を含む超音波接合ヘッドと、
前記基板を保持する基板保持手段と、
前記超音波接合ヘッドに吸着保持されたチップ部品の電極と、前記基板保持手段に保持された基板の電極とを押圧する押圧手段と
を備えたことを特徴とする超音波接合装置。 An ultrasonic bonding apparatus that applies ultrasonic vibration to both electrodes while bonding the electrode of the chip component to the electrode of the workpiece,
Ultrasonic generation means for generating ultrasonic vibration;
A horn having a recess formed on the lower surface side at a position where the amplitude of the transmitted ultrasonic vibration is maximized, while transmitting the ultrasonic vibration generated from the ultrasonic generating means,
When housed in the concave portion of the horn, it is stretched forward and backward in the transmission direction of the ultrasonic vibration across the suction portion of the chip part, and is formed at a position on the deeper side of the horn recess than the tip of the suction portion. A suction member having a pair of side portions;
A holding member that acts on the side of the adsorption member and holds the adsorption member in close contact with the bottom surface of the recess;
A fastening member for fastening the suction member to the horn recess by penetrating the holding member at a position where the vibration amplitude of the horn that vibrates by ultrasonic vibration becomes zero and reaching the bottom surface of the horn recess. An ultrasonic bonding head;
Substrate holding means for holding the substrate;
An ultrasonic bonding apparatus comprising: an electrode of a chip component that is adsorbed and held by the ultrasonic bonding head; and a pressing unit that presses the electrode of the substrate held by the substrate holding unit.
さらに、前記超音波接合ヘッドの吸着部材に吸着されたチップ部品の位置と、前記基板保持手段に保持された基板の位置を認識する認識手段と、
前記認識手段の認識結果に基づいて、チップ部品と基板の接合位置の位置ズレを求める演算手段と、
前記演算手段の結果に基づいて、前記チップ部品と前記基板の接合位置を合わせるように前記超音波接合ヘッドと前記基板保持手段の少なくともいずれかを移動させる接合位置制御手段と、
を備えたことを特徴とする超音波接合装置。 The ultrasonic bonding apparatus according to claim 4 ,
Furthermore, a recognition means for recognizing the position of the chip component sucked by the suction member of the ultrasonic bonding head and the position of the substrate held by the substrate holding means;
Based on the recognition result of the recognition means, a calculation means for obtaining a displacement of the bonding position of the chip component and the substrate;
A bonding position control means for moving at least one of the ultrasonic bonding head and the substrate holding means so as to match the bonding position of the chip component and the substrate based on the result of the calculation means;
An ultrasonic bonding apparatus comprising:
さらに、前記超音接合ヘッドに含まれる前記ホーンを加熱する加熱手段を備える
ことを特徴とする超音波接合装置。 Or claim 4 in the ultrasonic bonding apparatus according to claim 5,
Furthermore, the ultrasonic joining apparatus characterized by including the heating means which heats the said horn contained in the said ultrasonic joining head.
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