JP4213711B2 - Horn, horn unit, and bonding apparatus using the same - Google Patents
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Description
本発明は、ホーン、ホーンユニット及びそれを用いたボンディング装置に関するものである。 The present invention relates to a horn, a horn unit, and a bonding apparatus using the horn.
従来、この技術の分野におけるホーンは、例えば、下記特許文献１に開示されている。この公報に記載されているホーンは、フリップチップなどのバンプ付き電子部品を保持した状態でこの電子部品に振動を付与して、電子部品を基板上に超音波圧接するためのものである。
ホーンを電子部品の超音波圧接に利用する際は、ホーンが保持する電子部品を水平一方向に振動させるのが好適である。しかしながら、上述した従来のホーンでは、水平一方向以外の振動成分を十分に抑えた振動を励起させることができていなかった。 When the horn is used for ultrasonic pressure welding of an electronic component, it is preferable to vibrate the electronic component held by the horn in one horizontal direction. However, the conventional horn described above cannot excite vibration in which vibration components other than one horizontal direction are sufficiently suppressed.
そこで、本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、水平一方向以外の振動成分を抑えることができるホーン、ホーンユニット及びそれを用いたボンディング装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a horn, a horn unit, and a bonding apparatus using the horn that can suppress vibration components other than one horizontal direction. .
本発明に係るホーンは、振動子によって振動が付与されるホーンであって、ホーンの長手方向に垂直な断面は、一方向に延びる第１の領域と、第１の領域を一方向に直交する方向から挟む一対の第２の領域とを有し、ホーンに励起される振動の定在波の腹に相当する位置において、第１の領域の面積が最大となり、且つ、第２の領域の面積が最小となり、定在波の腹に相当する位置から節に相当する位置に向かうに従って、第１の領域の面積が減少し、第２の領域の面積が増加する部分を含むことを特徴とする。 The horn according to the present invention is a horn to which vibration is imparted by a vibrator, and a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the horn has a first region extending in one direction and the first region orthogonal to one direction. The first region has the maximum area at the position corresponding to the antinode of the standing wave of vibration excited by the horn, and the area of the second region. Including a portion in which the area of the first region decreases and the area of the second region increases from the position corresponding to the antinode of the standing wave toward the position corresponding to the node. .
発明者らは、ホーンに励起される振動の定在波の腹に相当する位置において、ホーンの長手方向に垂直な断面における第１の領域の面積が最大となり、且つ、第２の領域の面積が最小となり、定在波の腹に相当する位置から節に相当する位置に向かうに従って、上記第１の領域の面積が減少し、上記第２の領域の面積が増加する部分を含むホーンでは、水平一方向以外の振動成分を抑えることができることを新たに見出した。 The inventors have maximized the area of the first region in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the horn at the position corresponding to the antinode of the standing wave of vibration excited by the horn, and the area of the second region. In a horn including a portion in which the area of the first region decreases and the area of the second region increases as it goes from the position corresponding to the antinode of the standing wave to the position corresponding to the node, It was newly found that vibration components other than one horizontal direction can be suppressed.
また、第１の領域は一方向に短縮することでその面積が減少し、第２の領域は一方向に伸長することでその面積が増加するようにしてもよい。 Further, the area of the first region may be reduced by shortening in one direction, and the area of the second region may be increased by extending in one direction.
本発明に係るホーンユニットは、振動子によって振動が付与されるホーンであって、ホーンの長手方向に垂直な断面は、一方向に延びる第１の領域と、第１の領域を一方向に直交する方向から挟む一対の第２の領域とを有し、ホーンに励起される振動の定在波の腹に相当する位置において、第１の領域の面積が最大となり、且つ、第２の領域の面積が最小となり、定在波の腹に相当する位置から節に相当する位置に向かうに従って、第１の領域の面積が減少し、第２の領域の面積が増加する部分を含むホーンと、ホーンの定在波の節に相当する位置においてホーンに結合されたホーンホルダとを備えることを特徴とする。このホーンホルダは、上記ホーンを含むため、水平一方向以外の振動成分が抑えられる。 The horn unit according to the present invention is a horn to which vibration is applied by a vibrator, and a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the horn has a first region extending in one direction and a first region orthogonal to the one direction. At a position corresponding to the antinode of the standing wave of vibration excited by the horn, and the area of the first region is maximized. A horn including a portion in which the area of the first region decreases and the area of the second region increases as the area is minimized, and the position of the first region decreases from the position corresponding to the antinode of the standing wave toward the position corresponding to the node; And a horn holder coupled to the horn at a position corresponding to the standing wave node. Since the horn holder includes the horn, vibration components other than one horizontal direction are suppressed.
本発明に係るボンディング装置は、ホーンに振動を付与する振動子と、振動子によって振動が付与されるホーンであって、ホーンの長手方向に垂直な断面は、一方向に延びる第１の領域と、第１の領域を一方向に直交する方向から挟む一対の第２の領域とを有し、ホーンに励起される振動の定在波の腹に相当する位置において、第１の領域の面積が最大となり、且つ、第２の領域の面積が最小となり、定在波の腹に相当する位置から節に相当する位置に向かうに従って、第１の領域の面積が減少し、第２の領域の面積が増加する部分を含むホーンと、ホーンの定在波の節に相当する位置においてホーンに結合されたホーンホルダとを有するホーンユニットと、ホーンの一方向への加圧制御をおこなう加圧手段とを備えることを特徴とする。このボンディング装置は、上記ホーンを含むため、水平一方向以外の振動成分が抑えられる。 The bonding apparatus according to the present invention is a vibrator that applies vibration to the horn, and a horn that is provided with vibration by the vibrator, and a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the horn has a first region extending in one direction. And a pair of second regions sandwiching the first region from a direction orthogonal to one direction, and the area of the first region is at a position corresponding to an antinode of a standing wave of vibration excited by the horn The area of the first region decreases and the area of the second region decreases from the position corresponding to the antinode of the standing wave to the position corresponding to the node. A horn unit including a horn including an increasing portion, a horn holder coupled to the horn at a position corresponding to a node of a standing wave of the horn, and a pressurizing unit that performs pressurization control in one direction of the horn. It is characterized by providing. Since this bonding apparatus includes the horn, vibration components other than one horizontal direction can be suppressed.
本発明によれば、水平一方向以外の振動成分を抑えることができるホーン、ホーンユニット及びそれを用いたボンディング装置が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the horn which can suppress vibration components other than one horizontal direction, a horn unit, and a bonding apparatus using the same are provided.
以下、添付図面を参照して本発明を実施するにあたり最良と思われる形態について詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。
（ボンディング装置）
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments that are considered to be the best in carrying out the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same or equivalent element, and the description is abbreviate | omitted when description overlaps.
(Bonding equipment)
図１に、本発明の実施形態に係るボンディング装置１を示す。このボンディング装置１は、超音波圧接によって電子部品を実装基板上に実装するための装置であり、架台フレーム２上に搭載されたＹテーブル４と、Ｙテーブル４によって水平方向に駆動されるＺ軸サーボモータ６（上下駆動部２０Ａ）と、Ｚ軸サーボモータ６によって上下動されるボンディングユニット８とを有している。 FIG. 1 shows a bonding apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. The bonding apparatus 1 is an apparatus for mounting electronic components on a mounting substrate by ultrasonic pressure welding, and a Y table 4 mounted on a gantry frame 2 and a Z axis driven in the horizontal direction by the Y table 4. The servomotor 6 (vertical drive unit 20A) and the bonding unit 8 that is vertically moved by the Z-axis servomotor 6 are provided.
そして、ボンディングユニット８は、上下動ブロック１０と、上下動ブロック１０に上下動自在に保持されたボンディングヘッド１２と、ボンディングヘッド１２が電子部品２２を実装基板２４の被圧着面２４ａに圧着させる荷重を制御するボイスコイルモータ１４（ＶＣＭ駆動部２０Ｂ）と、上下動ブロック１０に対するボンディングヘッド１２の上下動を規制するロック用ソレノイド１６（ソレノイド駆動部２０Ｃ）と、ボンディングヘッド１２のＺ軸方向の位置を検出するリニアスケール１８（位置検出部２０Ｄ）とを有している。なお、ボンディングヘッド１２は、電子部品２２を保持すると共に電子部品２２を実装基板２４の被圧着面２４ａに圧着させた状態で振動させるものであり、後述する振動子４２（超音波振動駆動部２０Ｅ）を含んでいる。 The bonding unit 8 includes a vertical movement block 10, a bonding head 12 held by the vertical movement block 10 so as to freely move up and down, and a load by which the bonding head 12 presses the electronic component 22 onto the pressure-bonded surface 24 a of the mounting substrate 24. Voice coil motor 14 (VCM drive unit 20B) for controlling the movement, locking solenoid 16 (solenoid drive unit 20C) for regulating the vertical movement of the bonding head 12 relative to the vertical movement block 10, and the position of the bonding head 12 in the Z-axis direction And a linear scale 18 (position detector 20D). The bonding head 12 holds the electronic component 22 and vibrates the electronic component 22 in a state in which the electronic component 22 is pressed against the surface to be bonded 24a of the mounting substrate 24, and a vibrator 42 (ultrasonic vibration driving unit 20E) to be described later. ) Is included.
そして、上下駆動部２０Ａ、ＶＣＭ駆動部２０Ｂ、ソレノイド駆動部２０Ｃ、位置検出部２０Ｄ及び超音波振動駆動部２０Ｅは、制御部２０によって制御されている。この制御部２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器、各種Ｉ／Ｆ等を含んで構成されており、位置検出部２０Ｄなどからの入力信号、及び、例えば他の入力信号や記憶値などの各種の情報に基づいて所定のプログラムに基づいて各種演算処理をおこない、上下駆動部２０Ａ、ＶＣＭ駆動部２０Ｂ及びソレノイド駆動部２０Ｃ等に対して駆動信号を送りその駆動を制御すると共に、超音波振動駆動部２０Ｅに対して駆動信号を送り振動子４２の駆動を制御する。 The vertical drive unit 20A, the VCM drive unit 20B, the solenoid drive unit 20C, the position detection unit 20D, and the ultrasonic vibration drive unit 20E are controlled by the control unit 20. The control unit 20 includes a CPU, a ROM, a RAM, an A / D converter, various I / Fs, and the like. An input signal from the position detection unit 20D and the like, for example, other input signals and storage Based on various information such as values, perform various arithmetic processes based on a predetermined program, send drive signals to the vertical drive unit 20A, VCM drive unit 20B, solenoid drive unit 20C, etc., and control their drive, A drive signal is sent to the ultrasonic vibration drive unit 20E to control the drive of the vibrator 42.
なお、ボンディング装置１には、図示は省略しているが、各構成要素の位置検出をおこなうカメラが随所に設けられている。 Although not shown in the drawing, the bonding apparatus 1 is provided with a camera for detecting the position of each component.
このボンディング装置１を用いて超音波圧接をおこなう際は、以下に示す手順によっておこなわれる。
（１）まず、上下動ブロック１０に一体的に取り付けられているロック用ソレノイド１６を駆動してボンディングヘッド１２の上下動を規制した状態で、Ｙテーブル４でＺ軸サーボモータ６及びボンディングユニット８を一体的に移動させて、基板ステージ２６上の基板２４に対する電子部品２２の水平方向の位置合わせをおこなう。
（２）次に、Ｚ軸サーボモータ６を駆動してボンディングユニット８を下降させて、ボンディングヘッド１２が保持する電子部品２２を接触検出開始位置まで下降させる。そして、電子部品２２が基板２４に接触したときの荷重が設定値となるように、ボイスコイルモータ１４へ供給する電流を設定し、ロック用ソレノイド１６を開放する。
より詳細には、ボンディングヘッド１２が保持する電子部品２２に作用する荷重が、基板２４との接触時において設定値（例えば、１０〜１００ｇ程度）となるように、ボイスコイルモータ１４へ供給する電流値（すなわち、ボイスコイルモータ１４の発生トルク）を設定する。つまり、
「設定値」＝「ボンディングヘッド重量」＋「ボイスコイルモータトルク」
なお、ボンディングヘッド１２が設定値以上の場合には、ボイスコイルモータ１４は、図１において上方に向かうトルク（引き上げ方向のトルク）を発生させることになる。つまり、例えば、以下のように設定されることになる。
「設定値（すなわち、電子部品と基板との接触時に許容される荷重）」＝５０ｇ
「ボンディングヘッド重量」＝１０００ｇ
とすると、
「ボイスコイルモータトルク」＝−９５０ｇ（図１において上方へ作用する引き上げ方向トルク）
に設定されることになる。すなわち、ボイスコイルモータ（加圧手段）１４によって、後述するホーン５０の圧着方向（Ｚ方向）への加圧制御がおこなわれる。
（３）さらにＺ軸サーボモータ６を駆動して、ボンディングヘッド１２によって保持される電子部品２２が基板２４に接触するまで上下動ブロック１０を下降させる。そして、電子部品２２が基板２４の被圧着面２４ａに接触すると、上下動ブロック１０の下降動作に連動していたボンディングヘッド１２はその位置で停止して、上下動ブロック１０のみが下降を続ける。それにより、ボンディングヘッド１２が、それまで連動していた上下動ブロック１０から離れてフローティングすることとなり、リニアスケール１８がその変化（すなわち、電子部品と基板との接触開始）を検出する。
このように、リニアスケール１８を用いてボンディングヘッド１２が保持する電子部品２２と基板ステージ２６上の基板２４との接触の開始を検出することで、モータの駆動電流の検出値やロードセルの検出値に基づいて電子部品２２と基板２４との接触開始を検出する場合に比べて、高い検出安定性を保持しつつ接触開始を高精度に検出することができる。
（４）電子部品２２と基板２４とが接触した後に上下動ブロック１０を下降させると、上下動ブロック１０のみが下降動作を継続するが、上下動ブロック１０の下降動作を、所定押し込み量（例えば、３００μｍ程度）分だけ継続する。
（５）振動子４２を駆動させることにより電子部品２２を振動させて、電子部品２２を基板２４に超音波圧接する。なお、超音波圧接をおこなっている間、リニアスケール１８の出力値をモニタしつつ、ボイスコイルモータ１４の駆動力を調整することで、電子部品２２と基板２４との間の接触圧を所定の目標値に制御することなどができる。
（６）超音波圧接が完了した後は、Ｚ軸サーボモータ６を駆動して、ボンディングヘッド１２を接触検出開始位置まで上昇させる。
（７）ロック用ソレノイドを駆動して、ボンディングヘッド１２の遊動を規制する。
（８）さらにＺ軸サーボモータ６を駆動して、上下動ブロック１０を所定の待機位置まで上昇させて、実装処理を終了する。
（ボンディングヘッド）
When performing ultrasonic pressure welding using this bonding apparatus 1, it is performed by the procedure shown below.
(1) First, the Z-axis servo motor 6 and the bonding unit 8 are driven by the Y table 4 in a state where the locking solenoid 16 integrally attached to the vertical movement block 10 is driven to restrict the vertical movement of the bonding head 12. Are integrally moved to align the electronic component 22 with the substrate 24 on the substrate stage 26 in the horizontal direction.
(2) Next, the Z-axis servomotor 6 is driven to lower the bonding unit 8 and lower the electronic component 22 held by the bonding head 12 to the contact detection start position. Then, the current supplied to the voice coil motor 14 is set so that the load when the electronic component 22 contacts the substrate 24 becomes a set value, and the locking solenoid 16 is opened.
More specifically, the current supplied to the voice coil motor 14 so that the load acting on the electronic component 22 held by the bonding head 12 becomes a set value (for example, about 10 to 100 g) when in contact with the substrate 24. A value (that is, a torque generated by the voice coil motor 14) is set. That means
“Set value” = “Bonding head weight” + “Voice coil motor torque”
When the bonding head 12 is equal to or larger than the set value, the voice coil motor 14 generates a torque upward (torque in the pulling direction) in FIG. That is, for example, it is set as follows.
“Set value (ie, allowable load at the time of contact between electronic component and substrate)” = 50 g
“Bonding head weight” = 1000 g
Then,
“Voice coil motor torque” = − 950 g (pull-up direction torque acting upward in FIG. 1)
Will be set to. That is, the voice coil motor (pressurizing means) 14 performs pressurization control in the pressing direction (Z direction) of the horn 50 described later.
(3) The Z-axis servo motor 6 is further driven to lower the vertical movement block 10 until the electronic component 22 held by the bonding head 12 contacts the substrate 24. When the electronic component 22 comes into contact with the pressure-bonded surface 24a of the substrate 24, the bonding head 12 interlocked with the downward movement of the vertical movement block 10 stops at that position, and only the vertical movement block 10 continues to lower. As a result, the bonding head 12 floats away from the vertically moving block 10 that has been interlocked so far, and the linear scale 18 detects the change (that is, the start of contact between the electronic component and the substrate).
Thus, by detecting the start of contact between the electronic component 22 held by the bonding head 12 using the linear scale 18 and the substrate 24 on the substrate stage 26, the detected value of the motor drive current or the detected value of the load cell is detected. As compared with the case where the start of contact between the electronic component 22 and the substrate 24 is detected based on the above, the start of contact can be detected with high accuracy while maintaining high detection stability.
(4) When the vertical movement block 10 is lowered after the electronic component 22 and the substrate 24 come into contact with each other, only the vertical movement block 10 continues to move downward. , About 300 μm).
(5) The electronic component 22 is vibrated by driving the vibrator 42 to ultrasonically press the electronic component 22 to the substrate 24. While the ultrasonic pressure welding is performed, the output value of the linear scale 18 is monitored and the driving force of the voice coil motor 14 is adjusted so that the contact pressure between the electronic component 22 and the substrate 24 is set to a predetermined value. It can be controlled to the target value.
(6) After the ultrasonic pressure welding is completed, the Z-axis servo motor 6 is driven to raise the bonding head 12 to the contact detection start position.
(7) The locking solenoid is driven to restrict the movement of the bonding head 12.
(8) Further, the Z-axis servo motor 6 is driven to raise the vertical movement block 10 to a predetermined standby position, and the mounting process is completed.
(Bonding head)
続いて、上述したボンディングヘッド１２について、より詳しく説明する。 Next, the above-described bonding head 12 will be described in more detail.
ボンディングヘッド１２は、その下部に、ホーンユニット４０と、ホーンユニット４０に取り付けられた振動子４２とを有している。そして、このホーンユニット４０によって電子部品２２が保持されると共に、振動子４２によってホーンユニット４０を介して電子部品２２に振動が付与される。このホーンユニット４０は、図２及び図３に示すように、長尺状のＳＵＳ製ホーン５０と、このホーン５０を保持するＳＵＳ製ホーンホルダ６０とが一体的に形成されたものである。
（ホーン）
The bonding head 12 has a horn unit 40 and a vibrator 42 attached to the horn unit 40 at a lower portion thereof. The electronic component 22 is held by the horn unit 40, and vibration is applied to the electronic component 22 through the horn unit 40 by the vibrator 42. As shown in FIGS. 2 and 3, the horn unit 40 is formed by integrally forming a long SUS horn 50 and a SUS horn holder 60 that holds the horn 50.
(Horn)
ホーン５０に励起される定在波は、その波長（λ）が、ホーン５０の長手方向の全長（例えば、８０ｍｍ）と一致している。そして、ホーン５０の先端面５０ａ及び後端面５０ｂの位置が、その定在波の腹の位置に相当している。そのため、先端面５０ａの位置をＰ１とし、Ｐ１から長手方向に沿ってλ／４ずつ離間した位置を順にＰ２、Ｐ３、Ｐ４及びＰ５とすると、Ｐ１、Ｐ３及びＰ５が定在波の腹に相当する位置となり、Ｐ２及びＰ４が定在波の節に相当する位置となる。つまり、理論上、Ｐ１、Ｐ３及びＰ５の位置では定在波の振幅が最大となり、Ｐ２及びＰ４の位置では定在波の振幅がゼロとなる。上述したホーン５０の全長（Ｌ）は
Ｌ＝λ
となっているが、適宜
Ｌ＝λ＋ｍλ／２（ｍ：自然数）
の一般式で与えられるＬに変更してもよい。
The standing wave excited by the horn 50 has a wavelength (λ) that matches the entire length of the horn 50 in the longitudinal direction (for example, 80 mm). The positions of the front end surface 50a and the rear end surface 50b of the horn 50 correspond to the antinode positions of the standing wave. Therefore, if the position of the tip surface 50a is P1, and the positions spaced apart from P1 by λ / 4 along the longitudinal direction are P2, P3, P4 and P5 in order, P1, P3 and P5 correspond to antinodes of standing waves. P2 and P4 are positions corresponding to nodes of standing waves. That is, theoretically, the amplitude of the standing wave is maximum at the positions P1, P3, and P5, and the amplitude of the standing wave is zero at the positions P2 and P4. The total length (L) of the horn 50 described above is
L = λ
As appropriate,
L = λ + mλ / 2 (m: natural number)
You may change to L given by the general formula.
なお、本明細書中では、説明の便宜上、ホーン５０の長手方向をＸ方向、ホーン５０の圧接方向をＺ方向、Ｘ方向及びＺ方向に直交する方向をＹ方向と定義する。 In the present specification, for convenience of explanation, the longitudinal direction of the horn 50 is defined as the X direction, the pressure contact direction of the horn 50 is defined as the Z direction, and the direction orthogonal to the X direction and the Z direction is defined as the Y direction.
ホーン５０は、図４及び図５に示すように、Ｐ１−Ｐ２間の部分であり断面形状の変化がない断面形状不変部５２Ａと、Ｐ２−Ｐ４間の部分であり断面形状の変化がある断面形状変化部５４と、Ｐ４−Ｐ５間の部分であり断面形状の変化がない断面形状不変部５２Ｂとからなっている。また、ホーン５０は、Ｐ３の位置に関して実質的に対称形状となっている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the horn 50 is a portion between P1 and P2 and has a cross-sectional shape invariable portion 52A that has no change in cross-sectional shape, and a portion between P2 and P4 that has a change in cross-sectional shape. It consists of a shape changing portion 54 and a cross-sectional shape invariable portion 52B that is a portion between P4 and P5 and has no change in cross-sectional shape . The horn 50 has a substantially symmetrical shape with respect to the position of P3.
断面形状不変部５２Ａ，５２Ｂは、その長さがいずれもλ／４であり、その断面はホーン５０の長手方向（Ｘ方向）に関する位置がどの位置でも変わらない。具体的には、断面形状不変部５２Ａ，５２Ｂの断面形状は、Ｙ方向に関する長さ（幅）とＺ方向に関する長さ（高さ）とが同じである正方形となっている。
The cross-sectional shape invariant portions 52A and 52B both have a length of λ / 4, and the cross-section does not change at any position in the longitudinal direction (X direction) of the horn 50. Specifically, the cross-sectional shapes of the cross-sectional shape invariant portions 52A and 52B are squares having the same length (width) in the Y direction and the same length (height) in the Z direction.
断面形状変化部５４は、その長さがλ／２であり、その断面はＸ方向の位置によって図６に示すように変化している。この図６において、（Ａ）は図４及び図５のＡ−Ａ線断面図であり、（Ｂ）は図４及び図５のＢ−Ｂ線断面図であり、（Ｃ）は図４及び図５のＣ−Ｃ線断面図である。つまり、図６の（Ａ）はＰ２における断面図であり、図６の（Ｃ）はＰ３における断面図であり、図６の（Ｂ）はＰ２とＰ３との間の位置における断面図である。
The cross-sectional shape changing portion 54 has a length of λ / 2, and its cross section changes as shown in FIG. 6 depending on the position in the X direction. 6A is a cross-sectional view taken along the line AA of FIGS. 4 and 5, FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line BB of FIGS. 4 and 5, and FIG. It is CC sectional view taken on the line of FIG. 6A is a cross-sectional view at P2, FIG. 6C is a cross-sectional view at P3, and FIG. 6B is a cross-sectional view at a position between P2 and P3. .
ここで、断面形状変化部５４の断面形状を説明するにあたり、断面形状変化部５４の外形断面形状を、第１の領域Ａ１と第２の領域Ａ２とに分ける。第１の領域Ａ１はＺ方向に延びる方形領域である。第２の領域Ａ２は、第１の領域Ａ１をＸ方向に直交する方向（Ｙ方向）から挟む一対の方形領域である。なお、第１の領域Ａ１及び第２の領域Ａ２の高さをそれぞれｈ１、ｈ２とし、第１の領域Ａ１及び第２の領域Ａ２の幅をそれぞれｗ１、ｗ２とし、第１の領域Ａ１及び第２の領域Ａ２の面積をそれぞれＳ１（＝ｈ１・ｗ１）、Ｓ２（＝ｈ２・ｗ２）とする。
Here, in describing the cross-sectional shape of the cross-sectional shape changing portion 54, the outer cross-sectional shape of the cross-sectional shape changing portion 54, divided into a first region A1 and second region A2. The first area A1 is a rectangular area extending in the Z direction. The second region A2 is a pair of rectangular regions that sandwich the first region A1 from a direction (Y direction) orthogonal to the X direction. The heights of the first region A1 and the second region A2 are h 1 and h 2 , respectively, the widths of the first region A1 and the second region A2 are w 1 and w 2 , respectively, The areas of the region A1 and the second region A2 are S 1 (= h 1 · w 1 ) and S 2 (= h 2 · w 2 ), respectively.
図６（Ａ）に示すとおり、Ｐ２における断面形状変化部５４の断面は、断面形状不変部５２Ａ，５２Ｂの断面形状と同様に正方形となっている。すなわち、第１の領域Ａ１の高さｈ１と第２の領域Ａ２の高さｈ２とが同一となっている。
As shown in FIG. 6A, the cross-section of the cross-sectional shape changing portion 54 at P2 is a square, similar to the cross-sectional shapes of the cross-sectional shape invariant portions 52A and 52B. That is, the height of the first region A1 h 1 and the height h 2 of the second area A2 are the same.
Ｐ２とＰ３との間における断面形状変化部５４の断面では、図６（Ｂ）に示すとおり、第１の領域Ａ１は、Ｐ２における第１の領域Ａ１に比べてその幅ｗ１は変わらずその高さｈ１が高くなっているため、Ｐ２における第１の領域Ａ１に比べてその面積Ｓ１が増加している。一方、Ｐ２とＰ３との間における断面形状変化部５４の断面では、第２の領域Ａ２は、Ｐ２における第２の領域Ａ２に比べてその幅ｗ２は変わらずその高さｈ２が低くなっているため、Ｐ２における第２の領域Ａ２に比べてその面積Ｓ２が減少している。
The cross-section of the sectional shape changing portion 54 between the P2 and P3, as shown in FIG. 6 (B), the first region A1, the width w 1 in comparison with the first region A1 in P2 is unchanged that the height h 1 is higher, the area S 1 is being increased compared to the first region A1 in P2. On the other hand, the cross sectional shape changing portion 54 between the P2 and P3, the second region A2, the width w 2 is lowered its height h 2 unchanged compared to the second area A2 in P2 and for that, the area S 2 than the second region A2 of P2 is decreased.
Ｐ３における断面形状変化部５４の断面では、図６（Ｃ）に示すとおり、第１の領域Ａ１は、Ｐ２とＰ３との間における第１の領域Ａ１に比べてさらにその高さｈ１が高くなり、面積Ｓ１が最大となっている。一方、Ｐ３における断面形状変化部５４の断面では、第２の領域Ａ２は、Ｐ２とＰ３との間における第２の領域Ａ２に比べてさらにその高さｈ２が低くなり、面積Ｓ２が最小となっている。
The cross-section of the sectional shape changing portion 54 in the P3, as shown in FIG. 6 (C), the first area A1, P2 and the first even higher its height h 1 as compared to the region A1 between the P3 now, the area S 1 is the largest. On the other hand, the cross sectional shape changing portion 54 in the P3, the second area A2, P2 and further a height h 2 is lower than the second area A2 between the P3, the area S 2 is minimum It has become.
つまり、Ｐ２−Ｐ３間の断面形状変化部５４の断面は、定在波の腹に相当するＰ３の位置から定在波の節に相当するＰ２の位置に向かうに従って、第１の領域Ａ１の高さｈ１が漸次減少して第１の領域Ａ１の面積Ｓ１が漸次減少し、第２の領域Ａ２の高さｈ２が漸次増加して第２の領域Ａ２の面積Ｓ２が漸次増加する。
That is, the cross section of the cross-sectional shape changing portion 54 between P2 and P3 increases from the position of P3 corresponding to the antinode of the standing wave toward the position of P2 corresponding to the node of the standing wave. first gradually decreasing area S 1 is the area A1 and reduced h 1 is gradually, the area S 2 of the second region A2 by the height h 2 of the second region A2 is increased gradually is increased gradually .
断面形状変化部５４はＰ３の位置に関して実質的に対称形状となっているため、Ｐ３−Ｐ４間の断面形状変化部５４の断面も、定在波の腹に相当するＰ３の位置から定在波の節に相当するＰ４の位置に向かうに従って、第１の領域Ａ１の面積Ｓ１が漸次減少し、第２の領域Ａ２の面積Ｓ２が漸次増加する。
Since the cross-sectional shape changing portion 54 has a substantially symmetrical shape with respect to the position P3, the cross-section of the cross-sectional shape changing portion 54 between P3 and P4 is also the standing wave from the position P3 corresponding to the antinode of the standing wave. The area S1 of the first region A1 gradually decreases and the area S2 of the second region A2 gradually increases toward the position of P4 corresponding to this node.
すなわち、断面形状変化部５４の断面は、定在波の腹に相当するＰ３の位置において、第１の領域Ａ１の面積Ｓ１が最大となっており、第２の領域Ａ２の面積Ｓ２が最小となっている。さらに、定在波の腹に相当するＰ３の位置から定在波の節に相当するＰ２、Ｐ４の位置に向かうに従って、第１の領域Ａ１の面積Ｓ１が減少しており、第２の領域Ａ２の面積Ｓ２が増加している。
That is, in the cross section of the cross-sectional shape changing portion 54, the area S1 of the first region A1 is the maximum and the area S2 of the second region A2 is the position P3 corresponding to the antinode of the standing wave. It is the minimum. Furthermore, the area S1 of the first area A1 decreases from the position P3 corresponding to the antinode of the standing wave toward the positions P2 and P4 corresponding to the nodes of the standing wave, and the second area area S 2 of A2 is increasing.
また、ホーン５０は、その幅の点から見てみると、幅が（ｗ１＋２・ｗ２）の本体部５３と、幅がｗ１の突出部５５とで構成されている。ここで、本体部５３は、上述した断面形状不変部５２Ａ，５２Ｂと、幅方向に第１の領域Ａ１及び第２の領域Ａ２を含む部分の断面形状変化部５４とで構成されており、突出部５５は、幅方向に第１の領域Ａ１のみを含む部分の断面形状変化部５４で構成されている。すなわち、突出部５５は、本体部５３よりも肉薄であると共に、本体部５３の厚さ方向に本体部５３から突出している。
（ホーンホルダ）
The horn 50 includes a main body 53 having a width (w 1 + 2 · w 2 ) and a protruding portion 55 having a width w 1 when viewed from the viewpoint of the width. Here, the main body 53 includes the above-described cross-sectional shape invariable portions 52A and 52B, and the cross-sectional shape changing portion 54 of the portion including the first region A1 and the second region A2 in the width direction, and protrudes. The portion 55 includes a cross-sectional shape changing portion 54 that includes only the first region A1 in the width direction. That is, the protrusion 55 is thinner than the main body 53 and protrudes from the main body 53 in the thickness direction of the main body 53.
(Horn holder)
ホーンホルダ６０は、ホーン５０のＹ方向に直交する両側面５０ｃ，５０ｄにおけるＰ２及びＰ４の４箇所の位置において、ホーン５０に固定されている。このように、定在波の振幅が理論上ゼロとなる位置Ｐ２及びＰ４においてホーンホルダ６０がホーン５０を保持するため、ホーン５０に励起された定在波がホーンホルダ６０に伝搬する事態が効果的に抑えられる。その結果、ホーン５０がホーンホルダ６０によって確実に保持されると共に、ホーン５０からホーンホルダ６０へ伝搬した振動がホーン５０の振動モードに影響を及ぼす事態が抑えられる。
（振動子）
The horn holder 60 is fixed to the horn 50 at four positions P2 and P4 on both side surfaces 50c, 50d orthogonal to the Y direction of the horn 50. Thus, since the horn holder 60 holds the horn 50 at the positions P2 and P4 where the amplitude of the standing wave is theoretically zero, the situation where the standing wave excited by the horn 50 propagates to the horn holder 60 is effective. Can be suppressed. As a result, the horn 50 is securely held by the horn holder 60, and the situation where the vibration propagated from the horn 50 to the horn holder 60 affects the vibration mode of the horn 50 is suppressed.
(Vibrator)
振動子４２は、図示しない電源により電圧が印加されることにより６０ｋＨｚで振動する圧電振動子であり、ホーン５０の後端面５０ｂに取り付けられている。この振動子４２は、ホーン５０の後端面５０ｂ側からホーン５０にＸ方向の振動を付与して、ホーン５０に上記定在波を励起させる。なお、振動子４２のホーン５０への取り付けは、例えば、振動子４２に雄ネジ部を設けると共に、ホーン５０の後端面５０ｂ側に雌ネジ部を設けて、これら雄ネジ部及び雌ネジ部を螺合させることによりおこなわれる。
（ノズル）
The vibrator 42 is a piezoelectric vibrator that vibrates at 60 kHz when a voltage is applied from a power source (not shown), and is attached to the rear end surface 50 b of the horn 50. The vibrator 42 applies vibration in the X direction to the horn 50 from the rear end face 50 b side of the horn 50, thereby exciting the standing wave in the horn 50. The vibrator 42 is attached to the horn 50 by, for example, providing a male screw portion on the vibrator 42 and providing a female screw portion on the rear end face 50b side of the horn 50, and connecting the male screw portion and the female screw portion. This is done by screwing.
(nozzle)
図５に示すように、ホーン５０の突出部５５（つまり、断面形状変化部５４の中央部付近）にはＸ方向に沿うスリット５４ａが設けられており、このスリット５４ａはＺ方向にホーン５０を貫通している。そして、スリット５４ａが設けられた位置であって、断面形状変化部５４の中央の位置（すなわち、Ｐ３の位置）から微小長さΔＬ（オフセット長さ）だけＰ２の位置側にズレた位置には、ノズル装着用の貫通孔（ノズル収容穴）５４ｂがＺ方向に沿って貫設されている。そのため、この貫通孔５４ｂは、スリット５４ａと交差している。
As shown in FIG. 5, the protrusion 55 of the horn 50 (that is, the vicinity of the central portion of the cross-sectional shape changing portion 54) is provided with a slit 54a along the X direction. The slit 54a moves the horn 50 in the Z direction. It penetrates. And at the position where the slit 54a is provided, which is shifted to the position of P2 by a minute length ΔL (offset length) from the center position of the cross-sectional shape changing portion 54 (that is, the position of P3). A through hole (nozzle accommodation hole) 54b for mounting a nozzle is provided along the Z direction. Therefore, the through hole 54b intersects with the slit 54a.
そして、貫通孔５４ｂには、超合金製（例えば、ＷＣ−Ｃｏ合金製）又はＳＵＳ製であるノズル５６が挿通されて収容されている。貫通孔５４ｂに沿って延在するこのノズル（圧着ノズル）５６には、その長手方向（すなわち、Ｚ方向）に沿って真空吸引孔５６ａが貫設されている。この真空吸引孔５６ａはボンディング装置１の図示しない真空装置に連通されており、ノズル５６は、真空吸引孔５６ａが露出するノズル５６の下端面５６ｂにおいて、電子部品２２を真空保持することが可能となっている。このノズル５６の下端面５６ｂが、実際に電子部品２２を基板２４に圧着する面（圧着面）となっている。そして、この圧着面５６ｂの中心位置は、貫通孔５４ｂがオフセット長さΔＬだけＰ３の位置からズレていることに伴い、やはりＰ３の位置からオフセット長さΔＬ（例えば、１ｍｍ）だけズレている。
（調整ネジ）
And the nozzle 56 made from a superalloy (for example, WC-Co alloy) or SUS is inserted and accommodated in the through-hole 54b. The nozzle (crimp nozzle) 56 extending along the through hole 54b is provided with a vacuum suction hole 56a along the longitudinal direction (that is, the Z direction). The vacuum suction hole 56a communicates with a vacuum device (not shown) of the bonding apparatus 1, and the nozzle 56 can hold the electronic component 22 in vacuum at the lower end surface 56b of the nozzle 56 where the vacuum suction hole 56a is exposed. It has become. The lower end surface 56 b of the nozzle 56 is a surface (crimp surface) for actually crimping the electronic component 22 to the substrate 24. The center position of the crimping surface 56b is also shifted from the position P3 by the offset length ΔL (for example, 1 mm) as the through hole 54b is shifted from the position P3 by the offset length ΔL.
(Adjustment screw)
図３に示すように、ホーン５０の突出部５５におけるスリット５４ａの形成領域には、突出部５５をＹ方向に貫く解放用ネジ穴５７Ａ及び締結用ネジ穴５７Ｂからなるネジ穴対（締結孔）が上下に２対設けられている。そして、各解放用ネジ穴５７Ａには解放用ネジ５８Ａが螺合されており、各締結用ネジ穴５７Ｂには締結用ネジ（固定手段）５８Ｂが螺合されている。これらネジ穴５７Ａ，５７Ｂ及びネジ５８Ａ，５８Ｂは、スリット５４ａを広げたり狭めたりするものであり、ネジ５８Ａ，５８Ｂを調整することで断面形状変化部５４のスリット５４ａの幅が調整可能となっている。
As shown in FIG. 3, in the formation region of the slit 54 a in the protrusion 55 of the horn 50, a screw hole pair (fastening hole) including a release screw hole 57 </ b> A and a fastening screw hole 57 </ b> B that penetrates the protrusion 55 in the Y direction. Are provided in two pairs vertically. A release screw 58A is screwed into each release screw hole 57A, and a fastening screw (fixing means) 58B is screwed into each fastening screw hole 57B. The screw holes 57A and 57B and the screws 58A and 58B are used to widen or narrow the slit 54a. By adjusting the screws 58A and 58B, the width of the slit 54a of the cross-sectional shape changing portion 54 can be adjusted. Yes.
また、スリット５４ａの位置に設けられた貫通孔５４ｂの径は、ノズル５６の径よりもわずかだけ大きくなるように設計されている。そのため、ネジ５８Ａ，５８Ｂにより、ネジ穴対５７Ａ，５７Ｂを介してスリット５４ａの幅を狭めることで、貫通孔５４ｂに挿通されたノズル５６をホーン５０に締め付け固定（いわゆる、割り締め）することができる。つまり、ノズル５６は、貫通孔５４ｂの全長に亘ってホーン５０にその側周面５６ｃ側から堅固に挟まれる。一方、ネジ５８Ａ，５８Ｂにより、ネジ穴対５７Ａ，５７Ｂを介してスリット５４ａの幅を広げることで、ノズル５６をホーン５０から取り外すこともできる。 The diameter of the through hole 54b provided at the position of the slit 54a is designed to be slightly larger than the diameter of the nozzle 56. Therefore, by narrowing the width of the slit 54a through the screw hole pair 57A, 57B with the screws 58A, 58B, the nozzle 56 inserted through the through hole 54b can be fastened and fixed to the horn 50 (so-called split tightening). it can. That is, the nozzle 56 is firmly sandwiched by the horn 50 from the side peripheral surface 56c side over the entire length of the through hole 54b. On the other hand, the nozzle 56 can be removed from the horn 50 by widening the slit 54a through the screw hole pairs 57A and 57B with the screws 58A and 58B.
つまり、ネジ５８Ａ，５８Ｂにより、ネジ穴対５７Ａ，５７Ｂを介してスリット５４ａの幅を調整して、ノズル５６の締結力を変えることで、ホーン５０に対するノズル５６の脱着やノズル５６の飛び出し長さの調整を容易におこなうことができる。なお、ノズル５６の飛び出し長さが上述した定常波の半波長に達した場合には、ノズル５６が大きく振動してしまってホーン５０と一体的に振動しなくなるため、ノズル５６の飛び出し長さは定常波の半波長よりも短い長さ（例えば、１ｍｍ）に設定する。
（ホーンの振動モード）
That is, by adjusting the width of the slit 54a through the screw hole pairs 57A and 57B by the screws 58A and 58B and changing the fastening force of the nozzle 56, the length of the nozzle 56 attached to and detached from the horn 50 and the protruding length of the nozzle 56 are shown. Can be easily adjusted. When the protruding length of the nozzle 56 reaches the above-mentioned half-wave of the standing wave, the nozzle 56 vibrates greatly and does not vibrate integrally with the horn 50. Therefore, the protruding length of the nozzle 56 is the standing wave. The length is shorter than the half wavelength (for example, 1 mm).
(Horn vibration mode)
次に、振動子４２によってホーン５０に定在波を励起させた場合におけるホーン５０の振動モード（定常振動モード）について、図７を参照しつつ説明する。図７は、ホーン５０の各位置Ｐ１〜Ｐ５における定在波のＹ方向成分及びＺ方向成分の振幅を示したグラフである。 Next, the vibration mode (steady vibration mode) of the horn 50 when a standing wave is excited in the horn 50 by the vibrator 42 will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a graph showing the amplitudes of the Y-direction component and the Z-direction component of the standing wave at the respective positions P1 to P5 of the horn 50.
この図７のグラフから明らかなように、Ｙ方向の振幅及びＺ方向の振幅はほぼＰ３の位置において極小となっている。つまり、Ｐ３の位置では、実質的に定在波のＹ方向成分及びＺ方向成分の振動はなく、定在波のＸ方向成分のみの振動が生じている。 As is apparent from the graph of FIG. 7, the amplitude in the Y direction and the amplitude in the Z direction are minimal at the position of P3. That is, at the position P3, there is substantially no vibration in the Y-direction component and Z-direction component of the standing wave, and only the vibration in the X-direction component of the standing wave occurs.
なお、本実施形態では、ホーン５０の後端面５０ｂにはホーン５０と異なるものである振動子４２が密着して固定されているために、振動方向（Ｘ方向）と異なる方向（Ｙ方向及びＺ方向）の振動成分が、定在波の腹に相当する位置Ｐ３を中心とする対称的な分布にはなっていない。そこで、ノズル５６の圧着面５６ｂの中心位置をオフセット長さΔＬだけＰ２側にズラすことで、圧着面５６ｂの中心位置を定在波のＹ方向成分及びＺ方向成分が極小となる位置Ｑに一致させている。ここで、電子部品２２を基板２４に圧接する際、Ｙ方向成分の振動は電子部品２２を基板２４に対して回すように作用し、Ｚ方向成分の振動は電子部品２２を基板２４に叩きつけるように作用してしまう。その結果、電子部品２２が、例えば半導体チップ部品の場合、そのチップ自体や、基板に既に形成されている電極膜に対して損傷を与えてしまうこととなる。 In the present embodiment, the vibrator 42 that is different from the horn 50 is fixed in close contact with the rear end surface 50b of the horn 50, so that the direction (Y direction and Z direction) is different from the vibration direction (X direction). The vibration component of (direction) does not have a symmetric distribution around the position P3 corresponding to the antinode of the standing wave. Therefore, by shifting the center position of the crimping surface 56b of the nozzle 56 toward the P2 side by the offset length ΔL, the center position of the crimping surface 56b is set to a position Q where the Y direction component and the Z direction component of the standing wave are minimized. Match. Here, when the electronic component 22 is pressed against the substrate 24, the vibration in the Y direction component acts to rotate the electronic component 22 relative to the substrate 24, and the vibration in the Z direction component strikes the electronic component 22 against the substrate 24. Will act on. As a result, when the electronic component 22 is, for example, a semiconductor chip component, the chip itself or the electrode film already formed on the substrate is damaged.
このような定在波の振動モードはホーン５０の形状に大きく依存するものであり、発明者らは、鋭意研究の末に、定在波のＹ方向成分の振幅及びＺ方向成分の振幅がほぼＰ３の位置において極小となるホーン形状を見出した。すなわち、ホーン５０が断面形状変化部５４を有し、その断面形状変化部５４が以下の２つの特徴を有する場合には、定在波のＹ方向成分の振幅及びＺ方向成分の振幅がＰ３の位置においてゼロ（若しくは極めてゼロに近い振幅）となる。
（１）ホーン５０に励起される振動の定在波の腹に相当する位置Ｐ３において、第１の領域Ａ１の面積Ｓ１が最大となり、且つ、第２の領域Ａ２の面積Ｓ２が最小となる。
（２）ホーン５０に励起される振動の定在波の腹に相当する位置Ｐ３から節に相当する位置Ｐ２、Ｐ４に向かうに従って、第１の領域Ａ１の面積Ｓ１が減少し、第２の領域Ａ２の面積Ｓ２が増加する。
Such a vibration mode of the standing wave largely depends on the shape of the horn 50, and the inventors have studied the amplitude of the Y direction component and the amplitude of the Z direction component of the standing wave substantially after extensive research. A horn shape that is minimal at the position of P3 was found. That is, when the horn 50 has the cross-sectional shape changing portion 54 and the cross-sectional shape changing portion 54 has the following two features, the amplitude of the Y-direction component and the amplitude of the Z-direction component of the standing wave is P3. It becomes zero (or an amplitude very close to zero) at the position.
(1) At the position P3 corresponding to the antinode of the standing wave of vibration excited by the horn 50, the area S1 of the first region A1 is maximized, and the area S2 of the second region A2 is minimized. Become.
(2) The area S1 of the first region A1 decreases from the position P3 corresponding to the antinode of the standing wave of vibration excited by the horn 50 toward the positions P2 and P4 corresponding to the nodes, and the second area S 2 of the region A2 is increased.
そして、電子部品２２を保持するノズル５６は、ホーン５０のほぼＰ３の位置に取り付けられるため、電子部品２２には水平一方向（すなわち、Ｘ方向）の振動成分以外の振動成分が付与されないこととなる。一方、従来形状のホーンでは、定在波の振動モードは、Ｐ３の位置における定在波のＹ方向成分及びＺ方向成分が十分に抑えられていなかったため、Ｐ３の位置では、Ｘ方向のみならずＹ方向及びＺ方向に大きな振動が生じていた。すなわち、ホーン５０によれば、電子部品２２には実質的に水平一方向の振動成分のみの振動を付与することができ、電子部品２２の良好な超音波圧接を実現することができる。 And since the nozzle 56 holding the electronic component 22 is attached to the position of P3 of the horn 50, no vibration component other than the vibration component in one horizontal direction (that is, the X direction) is applied to the electronic component 22. Become. On the other hand, in the conventional horn, the standing wave vibration mode is not sufficiently suppressed in the Y direction component and the Z direction component of the standing wave at the position P3. Large vibrations occurred in the Y and Z directions. That is, according to the horn 50, the electronic component 22 can be given substantially only vibration in one horizontal direction, and good ultrasonic pressure welding of the electronic component 22 can be realized.
加えて、ホーン５０においては、Ｐ３の位置における第２の領域Ａ２の面積Ｓ２よりＰ２側やＰ４側の位置の面積Ｓ２のほうが広くなっていることで、振動子４２からの超音波振動の振幅が増幅されて、Ｐ３の位置には振動子４２が発振する振幅以上の振動が伝わることとなり、振動の利用効率の向上が実現されている。さらに、Ｐ３の位置における第１の領域Ａ１の高さｈ１のほうがＰ２側やＰ４側の位置の高さｈ１よりも大きくなっているため、Ｐ３の位置におけるホーン５０の曲げ剛性が効果的に向上されており、超音波圧接時におけるホーン５０の撓みが有意に抑えられている。 In addition, in the horn 50, by more of the area S 2 position than the area S 2 P2 side and P4 side of the second region A2 are wider at the position of P3, ultrasonic vibration from the vibrator 42 Is amplified, and a vibration having an amplitude larger than that of the vibration of the vibrator 42 is transmitted to the position P3, thereby improving the use efficiency of the vibration. Furthermore, since the more the height h 1 of the first area A1 in the position of P3 is larger than the height h 1 of the position of the P2 side and P4 side, effective bending stiffness of the horn 50 is at the position of P3 Thus, the bending of the horn 50 at the time of ultrasonic pressure welding is significantly suppressed.
以上で詳細に説明したように、上述したボンディング装置１及びホーンユニット４０においては、ノズル５６の貫通孔５４ｂに収容された部分は、貫通孔５４ｂとスリット５４ａと締結用ネジ５８Ｂとの協働によって、ノズル５６の圧接方向に直交する方向（Ｙ方向）に側周面５６ｃ側から割り締めされている。そのため、ノズル５６はホーン５０によって堅固に挟まれ、安定的に固定されている。それにより、ノズル５６とホーン５０とが一体的に振動し、良好な圧着状態を実現することができる。加えて、圧着時にノズル５６に荷重が負荷された際、その圧着方向（Ｚ方向）とノズル５６の締結方向（Ｙ方向）とが同一方向でないため、圧着時の荷重に締結力がほとんど影響されないようになっている。 As described in detail above, in the bonding apparatus 1 and the horn unit 40 described above, the portion accommodated in the through hole 54b of the nozzle 56 is formed by the cooperation of the through hole 54b, the slit 54a, and the fastening screw 58B. Further, it is cleaved from the side peripheral surface 56c side in a direction (Y direction) orthogonal to the pressure contact direction of the nozzle 56. Therefore, the nozzle 56 is firmly sandwiched by the horn 50 and is stably fixed. Thereby, the nozzle 56 and the horn 50 vibrate integrally, and a good crimping state can be realized. In addition, when a load is applied to the nozzle 56 during crimping, the crimping direction (Z direction) and the fastening direction (Y direction) of the nozzle 56 are not the same direction, so the fastening force is hardly affected by the load during crimping. It is like that.
加えて、ノズル５６がホーン５０に対して割り締めにより脱着可能となっているため、別途部材を準備することなくノズル５６をホーン５０に固定することができると共に、圧着面５６ｂが摩耗した際にノズル５６を簡単に交換することができる。また、ノズル５６がホーン５０と一体でないため、ノズル５６とホーン５０とを異なる材料で形成したり、用途に応じて長さや形状、圧着面の形状／寸法の異なるノズルに変更したりすることができる。 In addition, since the nozzle 56 can be attached to and detached from the horn 50 by split fastening, the nozzle 56 can be fixed to the horn 50 without preparing a separate member, and when the crimping surface 56b is worn. The nozzle 56 can be easily replaced. Further, since the nozzle 56 is not integrated with the horn 50, the nozzle 56 and the horn 50 may be formed of different materials, or may be changed to nozzles having different lengths and shapes, and different shapes / dimensions of the crimping surface according to applications. it can.
また、ホーンユニット４０においては、ノズル５６の圧着面５６ｂの中心位置が、ホーン５０に励起される振動の定在波の腹に相当する位置Ｐ３からΔＬだけオフセットした位置Ｑとなるように、圧着面５６ｂが配置されている。そのため、ホーンユニット４０は、腹に相当する位置（Ｐ３）に圧着面が配置された従来のホーンユニットに比べて、その圧着面５６ｂにおけるＹ方向及びＺ方向（以下、第１の方向と称す。）の振動成分が抑えられており、良好な圧着状態を実現することができる。ここで、上記第１の方向は、振動子４２によるホーン５０の振動方向であるＸ方向と交差する方向であり、その振動成分はＸ方向以外の振動成分となっている。なお、上記第１の方向が、Ｙ方向及びＺ方向のいずれか一方である場合には、ノズル５６の圧着面５６ｂの中心位置を、定常波のＹ方向の振動成分及びＺ方向の振動成分のいずれか一方の振動成分のみが最小となる位置にオフセットさせる。 Further, in the horn unit 40, the center position of the crimping surface 56b of the nozzle 56 is crimped so as to be a position Q offset by ΔL from the position P3 corresponding to the antinode of the standing wave of vibration excited by the horn 50. A surface 56b is disposed. Therefore, the horn unit 40 is referred to as a Y direction and a Z direction (hereinafter referred to as a first direction) on the crimping surface 56b, as compared with the conventional horn unit in which the crimping surface is arranged at the position (P3) corresponding to the belly. ) Is suppressed, and a good crimped state can be realized. Here, the first direction is a direction that intersects the X direction that is the vibration direction of the horn 50 by the vibrator 42, and the vibration component is a vibration component other than the X direction. When the first direction is one of the Y direction and the Z direction, the center position of the pressure-bonding surface 56b of the nozzle 56 is set to either the vibration component in the Y direction or the vibration component in the Z direction of the standing wave. Only one of the vibration components is offset to a minimum position.
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、ホーンユニットのホーンとホーンホルダを適宜別体としてもよい。また、圧着面を有するノズルを採用せずに、断面形状変化部５４の下端面を圧着面とした態様にすることもできる。さらに、第１の領域や第２の領域の形状は、長方形以外に、Ｚ方向を長軸方向とする楕円形状、Ｚ方向に細長く延びる多角形などであってもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. For example, the horn of the horn unit and the horn holder may be appropriately separated. Moreover, it is also possible to adopt a mode in which the lower end surface of the cross-sectional shape changing portion 54 is a pressure bonding surface without employing a nozzle having a pressure bonding surface. Furthermore, the shape of the first region or the second region may be an elliptical shape having the Z direction as the major axis direction, a polygon extending in the Z direction, or the like in addition to the rectangle.
また、図８に示すように、ノズル５６を挿通させる貫通孔５４ｂをＰ３の位置に設けて、ノズル５６の圧着面５６ｂの中心位置がＰ３の位置に一致する（すなわち、オフセット長さΔＬがゼロである）態様であってもよい。ノズル収容穴は、ホーンを貫通していなくてもよい。 Further, as shown in FIG. 8, a through hole 54b through which the nozzle 56 is inserted is provided at the position P3, and the center position of the crimping surface 56b of the nozzle 56 coincides with the position P3 (that is, the offset length ΔL is zero). It may be an embodiment. The nozzle accommodation hole may not penetrate the horn.
１…ボンディング装置、４０…ホーンユニット、４２…振動子、５０…ホーン、５３…本体部、５４…断面形状変化部、５４ａ…スリット、５４ｂ…貫通孔、５５…突出部、５６…ノズル、５６Ａ…突起部、５６ｂ…圧着面、５７Ｂ…ネジ穴、５８Ｂ…締結用ネジ、６０…ホーンホルダ、Ａ１…第１の領域、Ａ２…第２の領域、Ｓ１，Ｓ２…面積。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Bonding apparatus, 40 ... Horn unit, 42 ... Vibrator, 50 ... Horn, 53 ... Main-body part, 54 ... Cross-sectional shape change part, 54a ... Slit, 54b ... Through-hole, 55 ... Projection part, 56 ... Nozzle, 56A ... Projection part, 56b ... Press-fit surface, 57B ... Screw hole, 58B ... Screw screw, 60 ... Horn holder, A1 ... First region, A2 ... Second region, S1, S2 ... Area.
Claims (7)
断面形状変化部と、前記断面形状変化部の前記長手方向における両端に配置された一対の断面形状不変部とを備え、
前記断面形状不変部は、前記長手方向に垂直な面での断面形状が前記長手方向において変化がなく、且つ、前記長手方向に垂直な面での断面積が前記長手方向において同一であり、
前記断面形状変化部は、前記長手方向に垂直な断面が、前記長手方向に直交する第１の方向に沿って延びる第１の領域と、前記長手方向に直交すると共に前記第１の方向に直交する第２の方向から前記第１の領域を挟む一対の第２の領域とを有し、
前記一対の第２の領域は、前記長手方向に垂直な断面が、前記第１の領域に関して対称であり、
前記定在波の腹に相当する位置において、前記第１の領域の面積が最大となり、且つ、前記第２の領域の面積が最小となり、
前記第１の領域及び前記第２の領域が、前記第２の方向において変化せず且つ前記第１の方向において変化することで、前記定在波の腹に相当する位置から節に相当する位置に向かうに従って、前記第１の領域の面積が減少し、前記第２の領域の面積が増加する部分を含み、
前記断面形状変化部の下端面で且つ前記定在波の腹に相当する位置の近傍に圧着面が配置されている、ホーン。 A horn for use in ultrasonic pressure welding of an electronic component, wherein a vibration is mainly applied in a longitudinal direction by a vibrator, whereby a standing wave having a predetermined wavelength is generated in the longitudinal direction,
A cross-sectional shape changing portion, and a pair of cross-sectional shape invariant portions disposed at both ends in the longitudinal direction of the cross-sectional shape changing portion,
The cross-sectional shape invariant portion has a cross-sectional shape in a plane perpendicular to the longitudinal direction has no change in the longitudinal direction, and a cross-sectional area in a plane perpendicular to the longitudinal direction is the same in the longitudinal direction,
The cross-sectional shape changing portion includes a first region in which a cross section perpendicular to the longitudinal direction extends along a first direction orthogonal to the longitudinal direction, and is orthogonal to the longitudinal direction and orthogonal to the first direction. And a pair of second regions sandwiching the first region from the second direction,
The pair of second regions has a cross section perpendicular to the longitudinal direction symmetrical with respect to the first region;
In the position corresponding to the antinode of the standing wave, the area of the first region is maximized, and the area of the second region is minimized,
The position corresponding to the node from the position corresponding to the antinode of the standing wave by the first area and the second area not changing in the second direction and changing in the first direction. towards the said area of the first region is reduced, seen including a portion where the area of the second region is increased,
A horn , wherein a pressure-bonding surface is disposed in a vicinity of a lower end surface of the cross-sectional shape changing portion and a position corresponding to an antinode of the standing wave .
断面形状変化部と、前記断面形状変化部の前記長手方向における両端に配置された一対の断面形状不変部とを備え、
前記断面形状不変部は、前記長手方向に垂直な面での断面形状が前記長手方向において変化がなく、且つ、前記長手方向に垂直な面での断面積が前記長手方向において同一であり、
前記断面形状変化部は、前記長手方向に垂直な断面が、前記長手方向に直交する第１の方向に沿って延びる第１の領域と、前記長手方向に直交すると共に前記第１の方向に直交する第２の方向から前記第１の領域を挟む一対の第２の領域とを有し、
前記一対の第２の領域は、前記長手方向に垂直な断面が、前記第１の領域に関して対称であり、
前記定在波の腹に相当する位置において、前記第１の領域の面積が最大となり、且つ、前記第２の領域の面積が最小となり、
前記第１の領域及び前記第２の領域が、前記第２の方向において変化せず且つ前記第１の方向において変化することで、前記定在波の腹に相当する位置から節に相当する位置に向かうに従って、前記第１の領域の面積が減少し、前記第２の領域の面積が増加する部分を含み、
圧着面を有する圧着ノズルを収容するためのノズル収容穴が、前記断面形状変化部のうち前記第１の領域に、前記第１の方向に沿って延びるように形成され、
前記圧着ノズルが前記ノズル収容穴に収容されたときに、前記圧着ノズルの前記圧着面が前記定在波の腹に相当する位置の近傍に配置される、ホーン。 A horn for use in ultrasonic pressure welding of an electronic component, wherein a vibration is mainly applied in a longitudinal direction by a vibrator, whereby a standing wave having a predetermined wavelength is generated in the longitudinal direction,
A cross-sectional shape changing portion, and a pair of cross-sectional shape invariant portions disposed at both ends in the longitudinal direction of the cross-sectional shape changing portion,
The cross-sectional shape invariant portion has a cross-sectional shape in a plane perpendicular to the longitudinal direction has no change in the longitudinal direction, and a cross-sectional area in a plane perpendicular to the longitudinal direction is the same in the longitudinal direction,
The cross-sectional shape changing portion includes a first region in which a cross section perpendicular to the longitudinal direction extends along a first direction orthogonal to the longitudinal direction, and is orthogonal to the longitudinal direction and orthogonal to the first direction. And a pair of second regions sandwiching the first region from the second direction,
The pair of second regions has a cross section perpendicular to the longitudinal direction symmetrical with respect to the first region;
In the position corresponding to the antinode of the standing wave, the area of the first region is maximized, and the area of the second region is minimized,
The position corresponding to the node from the position corresponding to the antinode of the standing wave by the first area and the second area not changing in the second direction and changing in the first direction. The area of the first region decreases and the area of the second region increases,
A nozzle housing hole for housing a pressure-bonding nozzle having a pressure-bonding surface is formed in the first region of the cross-sectional shape changing portion so as to extend along the first direction ,
Wherein when the crimping nozzle is accommodated in the nozzle accommodation hole, said crimping surfaces of the crimping nozzle Ru is disposed near a position corresponding to the antinode of the standing wave, horn.
前記ホーンの定在波の節に相当する位置において前記ホーンに結合されたホーンホルダと
を備えるホーンユニット。 A horn for use in ultrasonic pressure welding of an electronic component, in which a vibration is mainly applied in a longitudinal direction by a vibrator and thereby a standing wave having a predetermined wavelength is generated in the longitudinal direction, the cross-sectional shape changing portion and A pair of cross-sectional shape invariant portions disposed at both ends of the cross-sectional shape changing portion in the longitudinal direction, and the cross-sectional shape invariable portion has a cross-sectional shape in a plane perpendicular to the longitudinal direction in the longitudinal direction. There is no change, and a cross-sectional area in a plane perpendicular to the longitudinal direction is the same in the longitudinal direction, and the cross-sectional shape changing portion includes a first section in which a cross section perpendicular to the longitudinal direction is orthogonal to the longitudinal direction. And a pair of second regions sandwiching the first region from a second direction perpendicular to the longitudinal direction and perpendicular to the first direction, The pair of In the region 2, the cross section perpendicular to the longitudinal direction is symmetric with respect to the first region, the area of the first region is maximized at a position corresponding to the antinode of the standing wave, and the region The area of the second region is minimized, and the first region and the second region do not change in the second direction and change in the first direction, so that the antinodes of the standing wave Including a portion in which the area of the first region decreases and the area of the second region increases, from the position corresponding to the node to the position corresponding to the node, at the lower end surface of the cross-sectional shape changing portion, and A horn having a crimping surface disposed in the vicinity of the position corresponding to the antinode of the standing wave;
A horn unit comprising: a horn holder coupled to the horn at a position corresponding to a standing wave node of the horn.
圧着面を有する圧着ノズルと、
前記ホーンの定在波の節に相当する位置において前記ホーンに結合されたホーンホルダとを備え、
前記第１の方向に沿って延びるノズル収容穴が、前記ホーンの前記断面形状変化部のうち前記第１の領域に形成され、
前記圧着ノズルが前記ノズル収容穴に収容されて前記ホーンに取り付けられた状態で、前記圧着ノズルの前記圧着面が前記定在波の腹に相当する位置の近傍に配置されるホーンユニット。 A horn for use in ultrasonic pressure welding of an electronic component, in which a vibration is mainly applied in a longitudinal direction by a vibrator and thereby a standing wave having a predetermined wavelength is generated in the longitudinal direction, the cross-sectional shape changing portion and A pair of cross-sectional shape invariant portions disposed at both ends of the cross-sectional shape changing portion in the longitudinal direction, and the cross-sectional shape invariable portion has a cross-sectional shape in a plane perpendicular to the longitudinal direction in the longitudinal direction. There is no change, and a cross-sectional area in a plane perpendicular to the longitudinal direction is the same in the longitudinal direction, and the cross-sectional shape changing portion includes a first section in which a cross section perpendicular to the longitudinal direction is orthogonal to the longitudinal direction. And a pair of second regions sandwiching the first region from a second direction perpendicular to the longitudinal direction and perpendicular to the first direction, The pair of In the region 2, the cross section perpendicular to the longitudinal direction is symmetric with respect to the first region, the area of the first region is maximized at a position corresponding to the antinode of the standing wave, and the region The area of the second region is minimized, and the first region and the second region do not change in the second direction and change in the first direction, so that the antinodes of the standing wave A horn including a portion in which the area of the first region decreases and the area of the second region increases as it goes from the position corresponding to the position corresponding to the node;
And crimping nozzle have a crimping surface,
And a horn holder coupled to said horn at a position corresponding to a node of the standing wave of said horn,
A nozzle receiving hole extending along the first direction is formed in the first region of the cross-sectional shape changing portion of the horn,
Wherein in a state where the crimping nozzle is attached to the horn is accommodated in the nozzle accommodation holes, the horn unit, wherein the crimping surfaces of the crimping nozzle Ru is disposed near a position corresponding to the antinode of the standing wave.
振動子と、
前記振動子によって振動が主として長手方向に付与され、これにより所定の波長を有する定常波が前記長手方向において発生される、電子部品の超音波圧接に利用するためのホーンであって、断面形状変化部と、前記断面形状変化部の前記長手方向における両端に配置された一対の断面形状不変部とを有し、前記断面形状不変部は、前記長手方向に垂直な面での断面形状が前記長手方向において変化がなく、且つ、前記長手方向に垂直な面での断面積が前記長手方向において同一であり、前記断面形状変化部は、前記長手方向に垂直な断面が、前記長手方向に直交する第１の方向に沿って延びる第１の領域と、前記長手方向に直交すると共に前記第１の方向に直交する第２の方向から前記第１の領域を挟む一対の第２の領域とを有し、前記一対の第２の領域は、前記長手方向に垂直な断面が、前記第１の領域に関して対称であり、前記定在波の腹に相当する位置において、前記第１の領域の面積が最大となり、且つ、前記第２の領域の面積が最小となり、前記第１の領域及び前記第２の領域が、前記第２の方向において変化せず且つ前記第１の方向において変化することで、前記定在波の腹に相当する位置から節に相当する位置に向かうに従って、前記第１の領域の面積が減少し、前記第２の領域の面積が増加する部分を含み、前記断面形状変化部の下端面で且つ前記定在波の腹に相当する位置の近傍に圧着面が配置されているホーンと、前記ホーンの定在波の節に相当する位置において前記ホーンに結合されたホーンホルダとを有するホーンユニットと、
前記ホーンの前記一方向への加圧制御をおこなう加圧手段と
を備える、ボンディング装置。 A bonding apparatus for bonding an electronic component to a bonded surface by bonding,
A vibrator,
A horn for use in ultrasonic pressure welding of an electronic component, wherein a vibration is mainly applied in the longitudinal direction by the vibrator and thereby a standing wave having a predetermined wavelength is generated in the longitudinal direction. And a pair of cross-sectional shape invariant portions disposed at both ends in the longitudinal direction of the cross-sectional shape changing portion, the cross-sectional shape invariable portion has a cross-sectional shape in a plane perpendicular to the longitudinal direction in the longitudinal direction The cross-sectional area in the plane perpendicular to the longitudinal direction is the same in the longitudinal direction, and the cross-sectional shape changing portion has a cross section perpendicular to the longitudinal direction perpendicular to the longitudinal direction. A first region extending along one direction, and a pair of second regions sandwiching the first region from a second direction orthogonal to the longitudinal direction and orthogonal to the first direction. The one In the second region, the cross section perpendicular to the longitudinal direction is symmetric with respect to the first region, the area of the first region is maximized at a position corresponding to the antinode of the standing wave, and The area of the second region is minimized, and the first region and the second region do not change in the second direction and change in the first direction, whereby the standing wave Including a portion in which the area of the first region decreases and the area of the second region increases as it moves from the position corresponding to the antinode of the cross section to the position corresponding to the node. horn unit and having said a horn bonding surface in the vicinity of the position corresponding to the antinode of the standing wave are arranged, and a horn holder coupled to said horn at a position corresponding to a node of the standing wave of the horn When,
And a pressurizing unit that performs pressurization control of the horn in the one direction.
振動子と、
前記振動子によって振動が主として長手方向に付与され、これにより所定の波長を有する定常波が前記長手方向において発生される、電子部品の超音波圧接に利用するためのホーンであって、断面形状変化部と、前記断面形状変化部の前記長手方向における両端に配置された一対の断面形状不変部とを有し、前記断面形状不変部は、前記長手方向に垂直な面での断面形状が前記長手方向において変化がなく、且つ、前記長手方向に垂直な面での断面積が前記長手方向において同一であり、前記断面形状変化部は、前記長手方向に垂直な断面が、前記長手方向に直交する第１の方向に沿って延びる第１の領域と、前記長手方向に直交すると共に前記第１の方向に直交する第２の方向から前記第１の領域を挟む一対の第２の領域とを有し、前記一対の第２の領域は、前記長手方向に垂直な断面が、前記第１の領域に関して対称であり、前記定在波の腹に相当する位置において、前記第１の領域の面積が最大となり、且つ、前記第２の領域の面積が最小となり、前記第１の領域及び前記第２の領域が、前記第２の方向において変化せず且つ前記第１の方向において変化することで、前記定在波の腹に相当する位置から節に相当する位置に向かうに従って、前記第１の領域の面積が減少し、前記第２の領域の面積が増加する部分を含むホーンと、圧着面を有する圧着ノズルと、前記ホーンの定在波の節に相当する位置において前記ホーンに結合されたホーンホルダとを有するホーンユニットと、
前記ホーンの前記一方向への加圧制御をおこなう加圧手段とを備え、
前記第１の方向に沿って延びるノズル収容穴が、前記ホーンの前記断面形状変化部のうち前記第１の領域に形成され、
前記圧着ノズルが前記ノズル収容穴に収容されて前記ホーンに取り付けられた状態で、前記圧着ノズルの前記圧着面が前記定在波の腹に相当する位置の近傍に配置される、ボンディング装置。
A bonding apparatus for bonding an electronic component to a bonded surface by bonding,
A vibrator,
A horn for use in ultrasonic pressure welding of an electronic component, wherein a vibration is mainly applied in the longitudinal direction by the vibrator and thereby a standing wave having a predetermined wavelength is generated in the longitudinal direction. And a pair of cross-sectional shape invariant portions disposed at both ends in the longitudinal direction of the cross-sectional shape changing portion, the cross-sectional shape invariable portion has a cross-sectional shape in a plane perpendicular to the longitudinal direction in the longitudinal direction The cross-sectional area in the plane perpendicular to the longitudinal direction is the same in the longitudinal direction, and the cross-sectional shape changing portion has a cross section perpendicular to the longitudinal direction perpendicular to the longitudinal direction. A first region extending along one direction, and a pair of second regions sandwiching the first region from a second direction orthogonal to the longitudinal direction and orthogonal to the first direction. The one In the second region, the cross section perpendicular to the longitudinal direction is symmetric with respect to the first region, the area of the first region is maximized at a position corresponding to the antinode of the standing wave, and The area of the second region is minimized, and the first region and the second region do not change in the second direction and change in the first direction, whereby the standing wave toward the position corresponding to the belly position corresponding to a node crimping, the area of the first region is reduced, and the horn including a portion area of the second region increases, you have a crimping surface A horn unit having a nozzle and a horn holder coupled to the horn at a position corresponding to a node of a standing wave of the horn;
Pressurizing means for performing pressurization control in the one direction of the horn ,
A nozzle receiving hole extending along the first direction is formed in the first region of the cross-sectional shape changing portion of the horn,
Wherein in a state where the crimping nozzle is attached to the horn is accommodated in the nozzle accommodation hole, said crimping surfaces of the crimping nozzle Ru is disposed near a position corresponding to the antinode of the standing wave, the bonding apparatus.
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