JP4252700B2 - ボンディングまたは半導体素子実装用の超音波ホーン - 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または半導体素子実装用の超音波ホーンに関するものであり、ボンディングツールに通したワイヤをボンディング材として、これをボンディング対象物に押し付けながら、ボンディングツールを通じて超音波振動を与えたときの、双方の相対移動により摩擦接合させてワイヤ端部のボンディングを行い、必要に応じて摩擦接合部からの後続ワイヤを引きちぎって金属バンプを形成するような場合、および実装ツールをそれに保持した半導体素子とともに実装対象物に押し当てたときの、振動子からの実装ツールを介した超音波振動による半導体素子と実装ステージ上の実装対象物との相対移動で半導体素子の金属バンプおよび実装対象物の金属パターン双方を摩擦接合させ、半導体素子を実装対象物に実装する場合に利用される。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人が先に提案した金属バンプを形成するバンプボンディングに用いる超音波ホーンｐは、図１１に示すようなホーン本体ｍの先端に超音波振動によりボンディングを行うボンディングツールｂを持ち、尾端に振動子ｏが連結され、図１１、図１２に示すようにその尾端側の外周に設けられた被支持部ｚがボンディングヘッドｑにおける支点軸ｖのまわりに弧回動されるボンディング動作部ｗの抱き締め部ｔに嵌め合わせて、抱き締め部ｔをねじｕで締結したときの締結力により抱き締め固定される。
【０００３】
超音波ホーンｐが持つボンディングツールｂはボンディング材としてのワイヤａを通すキャピラリであり、ボンディングヘッドｑは上記のように支持した超音波ホーンｐに加え、前記ワイヤａをボンディングツールｂの後方にて適時にクランプし、超音波ホーンｐとともに移動するクランパｃを併せ持っている。
【０００４】
これによってボンディングヘッドｑは上動した原点位置にあるキャピラリｂに上方から通されその下方に突出するワイヤａの先端にトーチｋからの放電による金属ボールａ１を形成し、この金属ボールａ１をキャピラリｂの下降により半導体素子ｄの電極ｄ１上に押し付けてキャピラリｂを通じた超音波振動と半導体素子ｄの側からの加熱などにより電極ｄ１に摩擦接合させた後、キャピラリｂを上昇させて摩擦接合後の金属ボールａ１から後退させてそれとの間で次の金属ボールａ１形成のためのワイヤａの長さを引き出した後、摩擦接合後の金属ボールａ１からの後続ワイヤａをキャピラリｂの後方にあるクランパｃによりクランプしてキャピラリｂとともに上昇して引っ張ることにより、このワイヤａを摩擦接合後の金属ボールａ１との間で引きちぎり、半導体素子ｄの電極ｄ１上に金属ボールａ１による金属バンプを形成してボンディングを終える。
【０００５】
振動子ｏの振動はホーン本体ｍの軸線方向の往復振動であり、ホーン本体ｍのボンディングツールｂに効率よく伝達されるようにする。このような振動伝達におけるホーン本体ｍの軸線上各部での変位量を示すと、図１１のような曲線ｘをなす。この曲線ｘで分かるようにホーン本体ｍがボンディングヘッドｑの側に支持されることにより、上記振動が抑制される位置に振動の節ｙが位置し、ボンディングツールｂが位置するところで振動が共振により最大となるように設計されている。これにより、効率よく金属バンプを形成することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、筒状の被支持部ｚがホーン本体ｍとの間に形成している間隙ｓは一例として１ｍｍ程度と小さく、ホーン本体ｍの材料がステンレス鋼やチタンなどの硬く加工しにくい金属材料であるため、前記間隙ｓを形成しながら進入できる適当な工具はなく、現時点では放電加工により間隙ｓを形成している。このような加工には時間と費用が掛かり装置および製品のコスト上昇の原因になっている。
【０００７】
近時では、半導体素子ｄを回路基板に仮装着や実装して電子回路基板を製造するのに、半導体素子ｄの微小化や電子回路基板の配線パターンや電子部品実装の高密度化の一途をたどっている。また、半導体素子ｄなどを実装する電子部品も微小化している。半導体素子ｄの微小化に併せ、高機能化、高集積化も進み、１ｍｍ角や０．５ｍｍ角の微小な半導体素子ｃでも２桁の数の金属バンプｅが必要なものもあり、金属バンプｅも半導体素子ｃの種類によっては勢い微小化し、高精度に形成することが要求されている。一例を示すと用いるワイヤａの線径は細いもので１８μｍ程度、それによって形成する金属ボールａ１の直径は４０μｍ程度である。
【０００８】
以上のような新しいニーズに応えながら各種のバンプボンディングを上記のように行うのに、バンプボンディングの作業が不良になることがときとしてある。
【０００９】
ボンディングが不良になりやすい超音波ホーンの振動特性について測定したところ、ボンディングツールｂの位置での、振動子ｏを駆動する際のインピーダンスに対する周波数が、図７（ａ）に示すように乱れのないピークを示すべきであるのに、図７（ｂ）に示すように、ピークが乱れ周波数が不安定でかつ低下している。このような超音波ホーンの製作は微妙で図７（ａ）に示すような正常な振動特性を得ようとしても、失敗することが多く品質および歩留まりが低下し、これもコスト高の原因になる。
【００１０】
これにつき本発明者等が種々に実験をし検討を重ねたところ、前記放電加工して形成する間隙ｓの部分での面粗度が上がらずこれのバラツキがホーン本体の振動特性のを不安定さに影響していることが判明した。また、ホーン本体ｍの振動の節ｙの位置では確かに軸線方向の振動はほとんどないといえる。しかし、この節ｙではホーン本体ｍの軸線上両側の部分の振動エネルギーが逆向きになって同時に働き伸縮力を受けていることが分かった。このホーン本体ｍの振動の節ｙでの伸縮は、振動の節ｙにてホーン本体ｍに径方向の拡縮をもたらす。ところが、前記従来の支持構造では、ホーン本体ｍの径方向の拡縮が生じる振動の節ｙ部に、前記抱き締め固定される筒状の被支持部ｚのホーン本体ｍとの繋がり部ｒが対応して、ホーン本体ｍの径方向の拡縮の動きを被支持部ｚが繋がり部ｒを介し殺すので、これがホーン本体ｍの共振を利用した効率的な振動の伝達を阻害し、また乱していることを知見した。
【００１１】
本発明の主たる目的は、上記のような新たな知見に基づき、製作が容易でしかも必要な振動特性が安定して得られる、低コストな、ボンディングまたは半導体素子実装用の超音波ホーンを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の超音波ホーンは、ホーン本体の先端に超音波振動によりボンディングを行うボンディングツールを持ち、尾端に振動子が連結されたものであって、ホーン本体の支持部に対応して設定される振動の節の位置に対応した外周面に径方向に張り出すフランジが一体に形成され、このフランジの外周部を被支持部とし、フランジのこの被支持部とフランジのホーン本体に続く基部との間に径方向の拡縮を許容する拡縮許容部を、フランジの被支持部と、フランジのホーン本体と連続する基部と、をホーン本体の軸線方向に位置ずれさせるように設け、かつ、この拡縮許容部は、フランジの基部と被支持部との間の屈曲部であると共に、その屈曲形状は、フランジの基部から立ち上がる基部側立ち上がり部、この立ち上がり部からホーン本体の軸線方向へ偏位する偏位部、この偏位部の偏位側端部から被支持部へ立ち上がる外周側立ち上がり部がなして、かつ、ホーン本体の先端側に向く面に鉤形段差面を形成し、ホーン本体の尾端側に向く面にテーパ形段差面を形成したことを特徴としている。
【００１３】
このような構成では、ホーン本体が振動の節に対応して設けられたフランジ部の外周部を被支持部として支持されるのに、例えその支持構造部がホーン本体の振動の節に対応する部分の径方向の拡縮を阻止するように働くものであっても、その被支持部の内側にある拡縮許容部がホーン本体の径方向の拡縮に対する許容部として働いて、ホーン本体の尾端にある振動子から先端のボンディングツールへのホーン本体の共振を利用した効率のよい振動伝達を阻害しないので、ボンディングツールに設定通りの振動特性を安定して発揮させることができ、品質のよい超音波ホーンを歩留まりよく製作することができ、歩留まりが向上する分コストが低減する。
【００１４】
しかも、ホーン本体のフランジ部のこの拡縮許容部は、フランジの被支持部とフランジのホーン本体と連続する基部とをホーン本体の軸線方向に位置ずれさせるフランジ形状だけで、フランジの基部と被支持部との間の径方向の突っ張り剛性を低減して、ホーン本体の被支持部に対しする径方向の拡縮を許容する拡縮許容部とすることができ、ホーン本体との間に工具が入り込めないような部分なしに拡縮許容部が得られるので、加工が容易で生産性もよく寸法精度、面粗度ともに高い高品質な超音波ホーンが安価に製作できるし、振動特性もさらに向上することができる。
【００１５】
また、このような、フランジの被支持部と基部とをホーン本体の軸線方向に位置ずれさせる拡縮許容部は、フランジの基部と被支持部との間で、フランジの基部からの基部側立ち上がり部、この立ち上がり部からホーン本体の軸線方向への偏位部、およびこの偏位部の偏位側端部から被支持部への外周側立ち上がり部が屈曲部をなす具体的な態様で形成するので、フランジの基部と被支持部とが位置ずれする相互間の形状の選択によって、ホーン本体の径方向の突っ張り剛性を種々に設定することができる。
【００１６】
しかも、前記屈曲形状において、ホーン本体の先端側に向く面に鉤形段差面を形成し、ホーン本体の尾端側に向く面にテーパ形段差面を形成している形態としてある。
【００１７】
また、本発明の超音波ホーンは、ホーン本体の先端に、超音波振動によりボンディングを行うボンディングツールを持ち、尾端に振動子が連結されるボンディングまたは半導体素子実装用の超音波ホーンであって、ホーン本体の支持位置に対応して設定される振動の節の位置に対応した外周面に径方向に張り出すフランジが一体に形成され、このフランジの外周部を被支持部とし、フランジのこの被支持部とフランジのホーン本体に続く基部との間に径方向の拡縮を許容する拡縮許容部を設け、この拡縮許容部は、フランジの基部と被支持部との間に設けられた孔であることを別の特徴とし、上記の目的を達成することができる。
【００２４】
本発明のそれ以上の特徴は、以下に示す詳細な説明および図面の記載によって明らかになる。本発明の各特徴はそれ単独で、あるいは可能な限り種々な組み合わせで複合して用いることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るボンディングまたは半導体素子実装用の超音波ホーンとその支持装置、およびそれらによるボンディング装置または実装装置につき、図１〜図１０を参照してその実施例とともに詳細に説明し、本発明の理解に供する。
【００２６】
図１〜図７に示す実施の形態１は、図１に示すように、ボンディング対象物として取り扱うワークである半導体素子１５を受載してバンプボンディングに供するボンディングステージ１４と、先端にボンディングツールとしてのキャピラリ１２ａを持ち、尾端に振動子１０１を連結したホーン本体１２ｂの尾端寄りの部分を支持したボンディングヘッド３４とを備え、ボンディングヘッド３４が、キャピラリ１２ａをそれの後方から先方に通したボンデイング材としての金や白金、それらの合金などよりなるワイヤ４とともに半導体素子１５の電極１５ａ上に押し当て、振動子１０１からの超音波振動によるワイヤ４と電極１５ａとの相対移動で双方を摩擦接合させボンディングを行い金属バンプを形成するバンプボンディング装置Ｃに適用した場合の一例である。しかし、本発明はこれに限定されることはなく、各種のボンディング対象物に金属ワイヤや金属バンプをボンディングするボンディング装置一般に適用して有効であり、いずれの場合も本発明に属する。
【００２７】
このバンプボンディング装置Ｃの全体の概略構成は図５に示してある。これにつき説明すると、半導体素子１５をトレイ３５の多数並んだ凹部に収納して取り扱い、半導体素子１５の一面にある電極１５ａ上に従来のバンプボンディング法により図６に示すような金属バンプ２２を形成する前作業に供した後、形成した金属バンプ２２の高さを矯正するレベリング処理を行い、それを、再度トレイ３５に収納して取り扱い、回路基板への仮装着や金属バンプ２２と回路基板の電極や導体ランドなどとの摩擦による金属接合を図る実装といった後作業に供せるようにする。
【００２８】
このため、上記金属バンプ２２のレベリングを行うレベリング機構Ｂを機台３１の上に設置し、その横に半導体素子１５を位置決めおよび吸着して金属バンプ２２を形成するボンディングステージ３２を設け、これに、受載した半導体素子１５をバンプボンディングのために加熱するヒータを内蔵しており、かつ前記位置決めのための位置規正機構３３が付帯している。レベリング機構ＢはレベリングヘッドＡとこれに対向するレベリング位置とこのレベリング位置から外れたワーク交換位置との間で移動されるレベリングステージ７とを有し、レベリングヘッドＡはレベリングステージ７が半導体素子１５を受載してレベリング位置に達する都度上方から半導体素子１５の金属バンプ２２を押圧して所定高さに矯正する。しかし、バンプボンディングにおいてレベリング処理は必須でない。
【００２９】
ボンディングステージ３２の上方にはそこに位置決めし吸着された半導体素子１５の電極１５ａの上に、その位置の画像認識のもとに金属バンプ２２を形成するボンディングヘッド３４が設けられている。ボンディングヘッド３４は図４に示すように、超音波ホーン１２およびクランパ８よりなるボンディング作業機構５を、支点軸１３４を中心に往復回動させて先端部を上下動させる上下動電磁駆動部１３２と、クランパ８を開閉する開閉電磁駆動部１３３とが設けられ、超音波ホーン１２に与える超音波振動とでボンディング作業を行う。
【００３０】
具体的には、図６（ａ）に示すようにワイヤ４の先端にトーチ１３からのスパークにより金属ボール４ａを形成し、それをキャピラリ１２ａに図６（ｂ）に示すように半導体素子１５の電極１５ａ上に押し付けながら加熱と超音波振動などによりそれら金属どうしを摩擦接合させて後、接合された金属ボール４ａからキャピラリ１２ａを後退させて次の金属ボール４ａを形成するためのワイヤ４の引き出しを行うのに続き、キャピラリ１２ａの後方にあるクランパ８でワイヤ４をクランプしてキャピラリ１２ａとともに後退してワイヤ４を引っ張り、図６（ｃ）に示すように摩擦接合後の金属ボール４ａから引きちぎるなどして切断してバンプボンディンクを行い金属バンプ２２を形成する。
【００３１】
ボンディングステージ３２の一方の横には、金属バンプ２２が形成されていない半導体素子１５を収容したトレイ３５を多段に収納してバンプボンディングのために供給する第１のトレイ供給部３６および半導体素子１５の供給を終えた空のトレイ３５を多段に収納する第１のトレイ収納部３７が設けられている。これら第１のトレイ供給部、収納部３６、３７の部分からボンディングステージ３２の近傍までの範囲に、トレイステージ３８が直交するＸＹ２方向に移動させるＸＹ移動手段および上下動手段よりなる移動機構３９によってＸＹ方向移動および上下動ができるように設けられている。
【００３２】
トレイステージ３８は、移動機構３９により第１のトレイ供給部３６から１枚ずつトレイ３５を下方に取り出し、それをボンディングステージ３２の近くに移送して半導体素子１５を供給し、供給し終わると空になったトレイ３５を第１のトレイ収納部３７の下に移送してそこに収納した後、第１のトレイ供給部３６に戻って次のトレイ３５を取り出し、半導体素子１５を供給することを繰り返す。
【００３３】
トレイステージ３８による半導体素子１５の部品供給位置とボンディングステージ３２との間の上方には、ワーク取り扱いヘッド４１がＸＹ移動手段４２により直交するＸＹ２方向に移動されるように設けられている。ワーク取り扱いヘッド４１は供給される半導体素子１５を吸着や掴持して保持し上動することでピックアップし、ワーク取り扱いヘッド４１の移動によりボンディングステージ３２上の所定位置に持ち運んだとき下動して保持を解き移載することを繰り返し、多数の半導体素子１５を順次に自動的に能率よく取り扱いボンディングステージ３２上でのバンプボンディングに確実に供する。
【００３４】
ボンディングステージ３２とレベリング機構Ｂのワーク交換位置との間にはワーク取り扱いヘッド４３がＸＹ移動手段４４によって直交するＸＹ２方向に移動されるように設けられ、ボンディングステージ３２上の金属バンプ２２が形成された半導体素子１５を吸着や掴持して保持し上動することでピックアップし、ワーク取り扱いヘッド４３の移動によりレベリング機構Ｂのワーク交換位置にあるレベリングステージ７の上に持ち運んだとき下動して保持を解き移載することを繰り返し、金属バンプ２２が形成される多数の半導体素子１５を順次に自動的に能率よく取り扱いレベリングステージ７上でのバンプ高さの矯正に連続して確実に供する。
【００３５】
レベリングステージ７のワーク交換位置の横には、空のトレイ３５を多段に収納してバンプ高さを矯正された半導体素子１５の収納に供する第２のトレイ供給部５１と、バンプ高さ矯正後の半導体素子１５を収納し終えたトレイ３５を多段に収納していく第２のトレイ収納部５２とが設けられ、第２のトレイ供給、収納部５１、５２の下にも図示しないトレイステージ６１がトレイステージ３８の場合と同様なＸＹ移動手段および上下動手段よりなる移動機構６２が設けられている。
【００３６】
前記ワーク取り扱いヘッド４３はＸＹ移動手段４４により移動されて、ワーク交換位置にあるレベリングステージ７上のバンプ高さ矯正後の半導体素子１５をピックアップし、それを部品収納位置にあるトレイステージ６１上に持ち運んで移載することにより収納することをも繰り返す。
【００３７】
トレイステージ６１は移動機構６２により、第２のトレイ供給部５１に収納されている空のトレイ３５を下方から引き出して、ワーク取り扱いヘッド４３によって持ち運ばれてくるバンプ高さ矯正後の半導体素子１５の収納に供し、半導体素子１５が満杯になったときそのトレイ３５を第２のトレイ収納部５２に移送してそこに下方から収納した後、第２のトレイ供給部５１に戻って空のトレイ３５を引き出し、バンプ高さ矯正後の半導体素子１５の収納に供することを繰り返す。
【００３８】
特に、本実施の形態に係る超音波ホーンは、図１、図２に示すようにホーン本体１２ｂの支持位置Ｐに対応して設定される振動の節Ｏの位置に対応した外周面に径方向に張り出すフランジ１１１が一体に形成され、このフランジ１１１の外周部を被支持部１１１ａとし、フランジ１１１のこの被支持部１１１ａとフランジ１１１のホーン本体１２ｂに続く基部１１１ｂとの間に径方向の拡縮を許容する拡縮許容部１１２が設けられている。このようにホーン本体１２ｂが振動の節Ｏに対応して設けられたフランジ１１１の外周部である被支持部１１１ａを、種々に支持して超音波ホーン１２をバンプボンディングなどのボンディングに用いるのに、例えこの支持構造部が図１（ａ）（ｂ）に示すようにボンディングヘッド３４側の支持部１２１によって径方向に支持されるなどしてホーン本体１２ｂの振動の節Ｏに対応する部分の径方向の拡縮を阻止するように働くものであっても、その被支持部１１１ａの内側にある拡縮許容部１１２がホーン本体１２ｂの径方向の拡縮を許容するように働いて、ホーン本体１２ｂの尾端にある振動子１０１から先端のキャピラリ１２ａへのホーン本体１２ｂの共振を利用した効率のよい振動伝達を阻害しない。
【００３９】
従って、フランジ１１１の被支持部１１１ａによる超音波ホーン１２の支持構造の選択の自由度を確保しながら、キャピラリ１２ａなどのボンディングツールに設定通りの振動特性を安定して発揮させることができ、同時に、品質のよい超音波ホーン１２を歩留まりよく製作することができ、歩留まりが向上する分コストが低減する。
【００４０】
しかも、ホーン本体１２ｂのフランジ１１１の前記拡縮許容部１１２は、例えば図１（ａ）（ｂ）に示すようなフランジ１１１の被支持部１１１ａとフランジ１１１の基部１１１ｂとをホーン本体１２ｂの軸線Ｚの方向に各種の形態で位置ずれさせるフランジ形状だけでも、その位置ずれの形態にかかわらずフランジ１１１の被支持部１１１ａが基部１１１ｂに対して軸線Ｚ方向に逃げる分だけ、フランジ１１１の基部１１１ｂと被支持部１１１ａとの間の径方向の突っ張り剛性を低減して、ホーン本体１２ｂの被支持部１１１ａに対する径方向の拡縮を許容することができ、ホーン本体１２ｂとの間に工具が入り込めないような部分なしに拡縮許容部１１２が得られるので、加工が容易で生産性もよく寸法精度、面粗度ともに高い高品質な超音波ホーン１２が安価に製作できるし、振動特性もさらに向上することができる。
【００４１】
このようなフランジ１１１の基部１１１ｂと被支持部１１１ａとの間の突っ張り剛性の低下は、図１（ａ）（ｂ）に示すフランジ１１１の基部１１１ｂと被支持部１１１ａとの間に設けた孔１１３によっても得られ、このような孔１１３も拡縮許容部１１２として機能する。この場合、孔１１３は総開口面積が大きいほどよいし、透孔の形態をなすほど拡縮の許容度が増大する。図に示す場合は被支持部１１１ａをねじ１１４によりボンディングヘッド３４側にねじ止めして支持するときの逃げ孔を共用しており、８つの透孔よりなる。
【００４２】
図１（ａ）（ｂ）のフランジ１１１は、その被支持部１１１ａと基部１１１ｂとをホーン本体１２ｂの軸線Ｚ方向に位置ずれさせるのに、被支持部１１１ａを基部１１１ｂに対しホーン本体１２ｂの尾端側に位置ずれさせる態様を採り、基部１１１ｂと被支持部１１１ａとの間で、基部１１１ｂから立ち上がる基部側立ち上がり部１１１ｃ、この立ち上がり部１１１ｃからホーン本体１２ｂの軸線Ｚ方向への偏位部１１１ｄ、およびこの偏位部１１１ｄの偏位側端部から被支持部１１１ａへ立ち上がる外周側立ち上がり部１１１ｅによって屈曲部をなす態様で形成している。
【００４３】
この偏位部１１１ｄはそれ自体被支持部１１１ａおよび外周側立ち上がり部１１１ｅに対する径方向の突っ張り剛性を持たないかほとんどない状態で、フランジ１１１の基部側立ち上がり部１１１ｃを被支持部１１１ａおよび外周側立ち上がり部１１１ｅに対してホーン本体１２ｂの軸線Ｚ方向に位置ずれさせる作用を営み、位置ずれさせた分だけ基部側立ち上がり部１１１ｃの被支持部１１１ａおよび外周側立ち上がり部１１１ｅに対する径方向の突っ張り剛性を低下させることができ、フランジ１１１の基部１１１ｂと被支持部１１１ａとの間において良好な拡縮許容部１１２として機能する。
【００４４】
また、基部側立ち上がり部１１１ｃのホーン本体１２ｂの尾端側に向く面１１１ｃ１と、外周側立ち上がり部１１１ｅのホーン本体１２ｂの先端側に向く面１１１ｅ１とが、ホーン本体の軸線に直角な同一面上にほぼ位置している形態にもなっている。このようにすると、フランジ１１１の基部側立ち上がり部１１１ｃと外周側立ち上がり部１１１ｅとがホーン本体１２ｂの軸線Ｚ方向においての重なりがなくなり相互間での径方向の突っ張りを大きく低減して拡縮許容部１１２によるホーン本体１２ｂの径方向の拡縮の許容度を高めることができる。
【００４５】
さらに、外周側立ち上がり部１１１ｅは、基部側立ち上がり部１１１ｃよりも厚みが小さいように設定してある。このようにすると、外周側立ち上がり部１１１ｅの外周部に位置する被支持部１１１ａが支持され固定されたときに、外周側立ち上がり部１１１ｅ自体が被支持部１１１ａと基部側立ち上がり部１１１ｃとの間の径方向の突っ張り剛性を軽減する作用を営み、これによっても、拡縮許容部１１２によるホーン本体１２ｂの径方向の拡縮の許容度を高めることができる。
【００４６】
また、フランジ１１１はホーン本体１２ｂの先端側に向く面に鉤形段差面１１１ｆを形成し、ホーン本体１２ｂの尾端側に向く面にテーパ形段差面１１１ｇを形成している形態も有している。これにより、偏位部１１１ｄと外周側立ち上がり部１１１ｅとの間に、偏位部１１１ｄの側から外周側立ち上がり部１１１ｅの側に向け厚みが漸減する部分をなして、厚みが急激に変化することによる支持剛性が徒に低下したりダメージが生じたりするのを防止することができる。
【００４７】
このように、被支持部１１１ａを基部１１１ｂに対してホーン本体１２ｂの軸線Ｚ方向に位置ずれさせるのに種々な態様があり、必要な支持剛性と径方向の突っ張り剛性の低減度とのバランス上種々に設計されてよく、フランジ１１１の基部１１１ｂと被支持部１１１ａとの間をテーパ壁部や球面壁部、楕円面壁部で繋いだり、屈曲部を複数段持った屈曲壁で繋いだりすることもできる。
【００４８】
本発明の超音波ホーンの支持方法としては、超音波ホーン１２をボンディングヘッド３４などで支持して上記のようなボンディングを行うのに、ホーン本体１２ｂの支持位置Ｐに対応して設定される振動の節Ｏの位置に対応した外周面に径方向に一体に張り出して設けられたフランジ１１１の基部１１１ｂと外周の被支持部１１１ａとの間に上記したような各種の拡縮許容部１１２を設けるか、あるいはこの被支持部１１１ａとこれをボンディングヘッド３４に支持する支持部１２１との間に径方向の拡縮を許容する拡縮許容部１２２を設けて支持してもよい。
【００４９】
このようにすると、フランジ１１１での拡縮許容部１１２によって上記のような拡縮許容機能が得られのに加えて、あるいは代わって、被支持部１１１ａとボンディングヘッド３４の支持部１２１との間の拡縮許容部１２２が、ホーン本体１２ｂの被支持部１１１ａに対するボンディングヘッド３４側の支持構造において、ホーン本体１２ｂのフランジ１１１の径方向の拡縮を許容する機能を発揮することができ、これも容易に実現することができる。図１（ａ）では支持部１２１はフランジ１１１の外周にある被支持部１１１ａの外径面にその幅方向の２分の１程度の嵌り合いに設定することで、被支持部１１１ａを径方向に拘束しきらないことによって、拡縮許容部１２２として機能するようにしている。ここでのホーン本体１２ｂおよびフランジ部１１１での径方向の拡縮を許容する機能は、被支持部１１１ａの幅が外周側立ち上がり部１１１ｅによって小さく設定されていて動きやすい形態であることでも高められる。もっとも、被支持部１１１ａに対する支持部１２１による径方向の支持を省略することによって、拡縮許容部１２２でのホーン本体１２ｂおよびフランジ１１１での径方向の拡縮を許容する機能をさらに高めることができる。
【００５０】
図５に示すバンプボンディング装置Ｃでは、上記のような超音波ホーン１２およびその支持構造を採用して、上記各特長を活かしたボンディング作業が自動的に容易かつ確実に、高速で安定して達成することができる。特に、以下に説明する支持構造を採用している。ボンディングヘッド３４側の支持部１２１は、ボンディングヘッド３４の前記ボンディング作業機構５を支点軸１３４まわりに回動できるように支持し、上下動電磁駆動部１３２によって弧回動されるようにするボンディング動作部１０２の抱き締め部１０３に抱き締め固定される環状部材としてあり、中央の穴１２１ａをホーン本体１２ｂが間隙ｓを持って貫通するようにしてある。
【００５１】
間隙ｓはホーン本体１２ｂの自然な振動をさまたげなければ、小スペース、小型化の面から最小限に小さくしてよく、また小さくしてもそれぞれ個別の部材であるので互いの加工が困難になったり、必要な加工精度が得られないような問題は生じない。もっとも、支持部１２１はボンディングヘッド３４側の超音波ホーン取り付け部、つまり図示の場合はボンディング動作部１０２と一体に形成されたものでよいのは勿論である。
【００５２】
抱き締め部１０３は図２（ａ）（ｂ）に示すように片側からの１つのスリット１０３ａによって２つ割りにされ、そのスリット１０３ａの開放側でねじ１０４により抱き締め部１０３を締結するときの締結力で支持部１２１を抱き締め固定し、またねじ１０４による締結を緩めて抱き締めを解除することができ、支持部１２１が超音波ホーン１２と一体物として着脱され取り扱われることを可能にする。従って、超音波ホーン１２の振動特性を決定する上記支持条件はボンディングヘッド３４側と独立な支持部１２１との間で満足することができ、各種特性の確認や調整をボンディングヘッド３４側から独立した小さな１つのアッセンブリ上で行えるので作業が容易である。
【００５３】
このような支持部１２１により、ホーン本体１２ｂのフランジ１１１の外周部を被支持部１１１ａとして支持するのに、本実施の形態の基本支持構造としては、ホーン本体１２ｂの前記フランジ１１１の被支持部１１１ａをボンディングヘッド３４とそれに取り付けられる取り付け部材１４１との間でホーン本体１２ｂの軸線Ｚ方向に挟持して支持する。このように被支持部１１１ａを前記の方向に挟持することで、フランジ１１１を径方向に拘束せずにボンディングヘッド３４に支持することができ、これにより支持構造上の前記拡縮許容部１２２として機能させることができるし、そのためには単純な形状のフランジ１１１でよいのでホーン本体１２ｂとの間に加工が困難になる部分ができず、寸法精度および面粗度の高い高品質な超音波ホーン１２を容易かつ安価に製作することができ、振動特定も設定通りに安定させることができる。しかし、図示する場合は上記したように支持部１２１が被支持部１１１ａにおける外径面のほぼ半分の幅範囲に嵌りあって、適度な径方向の支持力を発揮できる拡縮許容部１２２を構成している。しかし、このような拡縮許容部１２２が問題となる場合は、支持部１２１が被支持部１１１ａの外径面の全幅に嵌り合って径方向に支持剛性を十分に高めればよい。
【００５４】
取り付け部材１４１は図１（ａ）（ｂ）、図２（ａ）に示す実施の形態および図２（ｂ）に示す変形例では、支持部１２１との間でフランジ１１１を挟み付ける方向で支持部１２１に前記した透孔１１３の数に合う８本のねじ１１４で取り付けられている。これらの数は一致しても一致しなくてもよいが、フランジ１１１の挟持方向とねじ止め方向とが一致するので作業しやすい。また、ねじ１１４がフランジ１１１の基部１１１ｂと外周部である被支持部１１１ａとの間に設けた透孔１１３をまわりに空隙Ｓ２を持って貫通し支持部１２１にねじ合わされている。これにより、取り付け部材１４１のねじ止めがフランジ１１１の透孔１１３の利用でフランジ１１１の位置を避けないででき、全体が大型化するのを防止することができる。同時に、そのための透孔１１３は前記したようにホーン本体１２ｂの径方向の拡縮を許容する拡縮許容部１１２を共用することができる。
【００５５】
図１（ａ）（ｂ）に示す取り付け部材１４１は、環状で中央の穴１４１ａにホーン本体がまわりに空隙Ｓ３を持って貫通する環状部材としてあり、ねじ１１４を通す取り付け孔１４１ｂはねじ１１４との間に隙間Ｓ４が形成されるようにしている。これにより取り付け部材１４１が支持部１２１に取り付けられることによって、ホーン本体１２ｂの振動特性を損なうことはない。
【００５６】
上記のような本実施の形態における超音波ホーン１２、およびその支持構造およびそれらによるバンプボンディング装置において、発明者等の実験によれば、超音波ホーン１２のボンディングツールであるキャピラリ１２ａの振動特性は図７の（ａ）に示す適正なものとなり、これがどの超音波ホーン１２においても安定して得られた。
【００５７】
図２（ｂ）に示す変形例では、取り付け部材１４１はホーン本体１２ｂのまわりにそれと空隙Ｓ３を持って複数分割配置され、支持部１２１にねじ１１４よりねじ止めして取り付けられた複数の分割部材１４１ａで構成してあり、取り付け部材１４１によるホーン本体１２ｂの支持部１２１への支持、およびその支持の解除が、取り付け部材１４１とホーン本体１２ｂとの嵌め合わせなしに行える利点がある。各分割部材１４１ａは図示するようにそれぞれ複数のねじ１１４により取り付けられているとそれだけで位置ずれが防止でき好都合である。
【００５８】
図８〜図１０に示す今１つの実施の形態は、前記のようなバンプボンディング装置Ｃなどにより図６に示すような金属バンプ２２が形成されたフリップチップタイプの半導体素子１５をと磁気ディスク読取り用のサスペンションヘッド基材や銅などの導体による配線パターン２０１ａや電極などを持った回路基板などを実装対象物２０１として、双方にある金属バンプ２２と配線パターン２０１ａとの金属接合部どうしを相対移動させて互いに摩擦接合することにより、半導体素子１５を実装対象物２０１に実装してサスペンションヘッドや電子回路基板を製造する実装装置Ｄの一例である。
【００５９】
しかし、本発明はこれに限られることはなく、種々な実装対象物および半導体素子１５どうしの金属接合部間を摩擦接合して種種な部品、二次製品、製品を製造する場合一般に適用して本発明は有効である。
【００６０】
本実施の形態の実装装置Ｄは、半導体素子１５および実装対象物２０１どうしを加圧しながら超音波振動により相対移動させて、互いの金属接合部である金属バンプ２２および配線パターン２０１ａどうしを摩擦させることにより、これら金属バンプ２２および配線パターン２０１ａどうしを摩擦接合するが、この摩擦接合の動作を途中で一時軽減または休止する。
【００６１】
摩擦接合動作の軽減は、例えば、前記摩擦のために金属バンプ２２および配線パターン２０１ａ間を加圧しながら相対移動させるときの、半導体素子１５および実装対象物２０１間の相対移動だけを休止しても、あるいは、加圧だけを休止しても行うことができる。加圧の休止は、加圧を解除しても、あるいは加圧の進行を止めるだけでも行える。また別に、摩擦接合動作の軽減は、半導体素子１５および実装対象物２０１どうしの相対移動、および金属バンプ２２および配線パターン２０１ａ間の加圧、の一方または双方の度合を軽減しても行える。摩擦接合動作の休止は、半導体素子１５および実装対象物２０１どうしの相対移動を休止し、相対移動に加圧を伴う場合はその加圧をも休止することで行える。
【００６２】
このように、半導体素子１５および実装対象物２０１どうしを加圧および相対移動させて、互いの金属バンプ２２および配線パターン２０１ａどうしを摩擦させると、金属バンプ２２および配線パターン２０１ａどうしは摩擦によって昇温し、軟化、溶融、拡散接合を伴い摩擦接合する。この摩擦接合の動作を途中で一時軽減または休止すると、金属バンプ２２および配線パターン２０１ａどうし、半導体素子１５および実装対象物２０１どうしは、一気に金属接合されてしまう場合のような機械的、熱的影響が低減してダメージを受けにくくなり、半導体素子１５を金属接合して実装する相手である接合対象物２０１が薄い板ばねよりなる磁気ディスク読取り用のサスペンションヘッドなどであっても変形しにくく歩留まりが高くなる。しかも、摩擦接合の動作が途中軽減されたり、休止されたりすることによりかえって金属バンプ２２および配線パターン２０１ａの金属接合部におけるシェア強度が増し、摩擦接合が問題なく確実に達成される。
【００６３】
この場合、半導体素子１５を図９、図１０に示すような吸着ツール２１１により吸着保持すると持ち運びやすいし、種々に取り扱いやすいので、この保持した半導体素子１５を実装対象物２０１に対し、互いの金属接合部である金属バンプ２２および配線パターン２０１ａどうしを対向させて、加圧および超音波振動により相対移動させることができ、実装対象物２０１は所定位置に位置決め保持するだけでよくなる。
【００６４】
上記の相対移動のための超音波振動は、前記吸着ツール２１１を通じそれが保持している半導体素子１５に与えれば足り、簡単かつ容易に実現する。特に超音波振動によると相対移動が微小で高速な振動状態で得られ、半導体素子１５の金属バンプ２２と実装対象物２０１上にある配線パターン２０１ａとのように微小な金属接合部どうしでも過剰な潰れなしに短時間で十分に摩擦接合することができる。
【００６５】
本実施の形態の摩擦接合装置Ｄは上記のような摩擦接合を達成するのに、実装対象物２０１を受載して半導体素子１５の実装に供する実装ステージ２０２と、先端に前記吸着ツール２１１を実装ツールとして持ち、尾端に振動子１０１を連結したホーン本体１２ｂの尾端寄りの部分を支持した超音波ホーン１２を採用して、吸着ツール２１１をそれに吸着保持した半導体素子１５とともに実装対象物２０１に押し当て、振動子１０１からの超音波振動による半導体素子１５と実装ステージ２０２上の実装対象物２０１との相対移動で半導体素子１５の金属バンプ２２および実装対象物２０１の配線パターン２０１ａ双方を摩擦接合させ、半導体素子１５を実装対象物２０１に実装する実装ヘッドＥとを備えている。
【００６６】
特に、本実施の形態の実装装置Ｄは、上記したバンプボンディング装置Ｃの 場合どうように、ホーン本体１２ｂの支持位置に対応して設定される振動の節の位置に対応した外周面に径方向に一体に張り出して形成されたフランジの外周部を実装ヘッドＥにホーン本体１２ｂの軸線方向に挟持して支持している。その支持方法および支持構造は上記バンプボンディング装置Ｃにおいて説明した各場合と全く変わらず、ホーン本体１２ｂの尾端にある振動子１０１から先端の吸着ノズル２１１へのホーン本体１２ｂの共振を利用した効率のよい振動伝達を阻害せず、吸着ノズル２１１に設定通りの振動特性を安定して発揮させた金属接合による実装を自動的に高速で確実に達成することができる。
【００６７】
実装ステージ２０２は図８に示すローダ部２０３およびアンローダ部２０４の間に位置した搬入、搬出位置にて、ローダ部２０３を通じ実装前の実装対象物２０１を受け入れる。実装前の実装対象物２０１を受け入れた実装ステージ２０２は実装ヘッドＥと対向する実装位置に移動して必要なだけの半導体素子１５の実装に供し、実装が完了したとき受け入れ位置に戻る。受け入れ位置に戻った実装ステージ２０２は、実装後の実装対象物２０１をアンローダ部２０４を通じて搬出し、実装前の次の半導体素子１５の受け入れを行ない、以下同様の動作を繰り返す。
【００６８】
実装ヘッドＥは、部品供給部２０５から供給される半導体素子１５を前記の吸着ツール２１１により吸着保持してピックアップして持ち運び、実装ステージ２０２に図９に示すように保持し位置決めしている実装対象物２０１と、金属バンプ２２および配線パターン２０１ａなど互いの金属接合部を対向させる水平方向移動手段２０６に装備されている。吸着ノズル２１１は実装ヘッドＥ上で垂直方向移動手段２０７によって上下動されるように支持され、部品供給部２５で供給される半導体素子１５をピックアップして持ち運ぶために上下動され、実装ステージ２０２上で下動されて持ち運んできた半導体素子１４を実装対象物２０１上に前記摩擦接合により実装し、実装後に上動されて次の半導体素子１５のピックアっプに向かうことを繰り返す。実装ヘッドＥは２つ設けられ、これを交互に使い分けるなどして実装作業を効率よく行なうのに、一方の実装ヘッドＥに専用の水平移動機構２０６ａおよび垂直移動機構２０７ａと、他方の実装ヘッドＥに専用の水平移動機構２０６ｂおよび垂直移動機構２０７ｂを有しているしかし、これに限られることはなく１つのアームがそれらを複合した動きをする多関節ロボットなど他の各種の移動機構を用いることができる。
【００６９】
半導体素子１５供給する部品供給部２０５では、半導体素子１５をダイシング処理して個々に切り離して担持するダイシングシート２０８を多段に収納した収納カセット２０９を用い、この収納カセット２０９から必要な半導体素子１５を担持したダイシングシート２０８を図８に示す部品供給位置２１５に引き出し、その都度必要な半導体素子１５を吸着ツール２１１によるピックアップに供するようにしてある。このピックアップのために部品供給位置２１５にはピックアップに供される半導体素子１５の位置や姿勢、品質ランクなど必要なデータを画像認識する認識カメラ２１６が設けられ、吸着ツール２１１が精度よく半導体素子１５をピックアップできるようにするとともに、不良な半導体素子１５の廃棄など認識したデータに基づく必要な措置が行われるようにする。
【００７０】
部品供給位置２１５で供給されるフリップチップタイプの半導体素子１５をより能率よく取り扱って吸着保持し、摩擦接合に供せるように、接合物反転機構２１７を部品供給部２１５に備えたものとしてある。接合物反転機構２１７は横軸まわりに回転される回転部材に反転用の吸着ツール２１８を持ち、この吸着ツール２１８により部品供給位置２１５にあるダイシングシート２０８上の半導体素子１５を下向きの状態で吸着してピックアップし、それを運びながら、あるいは持ち運んで後、回転部材を回転させることにより吸着ツール２１８が上向きとなるようにする。これにより吸着ツール２１８がダイシングシート２０８上からピックアップした半導体素子１５の上下が反転され、この状態で吸着ツール２１１によるピックアップに供される。
【００７１】
多くの場合、半導体素子１５はダイシングシート２０８の上で電極および金属バンプ２２が上向きになるように製造され、取り扱われるが、上記のように接合物反転機構２１７により上下を反転した後の半導体素子１５を吸着ツール２１１によるピックアップに供すると、吸着ツール２１１によりピックアプした半導体素子１５の電極および金属バンプ２２は下向きとなって、位置決め部２１５により保持し位置決めされる実装対象物２０１の配線パターン２０１ａと対面するので、そのまま金属バンプ２２および配線パターン２０１ａを対向させれば摩擦接合作業が行える。
【００７２】
もっとも、このような部品の供給方式や供給機構は取り扱う部品の荷姿などその種類に応じて他の種々なものを採用することができる。
【００７３】
実装位置に半導体素子１５が吸着ツール２１１により部品供給位置２１５から持ち運ばれてくる経路の下にも、図示しない認識カメラが設けられ、持ち運ばれてくる半導体素子１５の吸着ツール２１１による吸着姿勢や回転角、位置を画像認識し、吸着ツール２１１の回転による角度補正や、補正できないときのピックアップのやり直しなどが行えるようにしている。さらに、実装対象物２０１に半導体素子１５を摩擦接合して実装する実装位置には、図示しない吸着ツール２１１の側から見た実装対象物２０１の位置や状態を画像認識する認識カメラが設けられ、吸着ツール２１１が吸着保持した半導体素子１５を摩擦接合するための位置決めが高精度に行われ、また不良な実装対象物２０１に半導体素子１５を無駄に実装しない処理が行えるようにする。また、実装ヘッドＥには図９に示すように吸着ツール１１による実装作業をモニタするための認識カメラ２３１が設けられ、実装作業状態がモニタできるようにしている。図８に示すように機体の上面には制御手段２３２による各種制御モードや制御状態、それらに基づく各種の支持や案内を表示するモニタ２３３と、上記の実装状態を映像などで表示するモニタ２３４とが設けられ、実装作業に便宜を図っている。
【００７４】
各実装ヘッドＥの使い分けは、一方の実装ヘッドＥにより供給される半導体素子１５をピックアップして実装対象物２０１上に持ち運んで初期摩擦接合を行うことを繰り返し、他方の実装ヘッドＥにより一方の実装ヘッドＥが初期摩擦接合を終えて次の半導体素子１５のピックアップに向かい戻ってくる間に、初期摩擦接合を終えて一方の実装ヘッドＥが持ち去っていった状態にて実装対称物２０１上の半導体素子１５を吸着保持し、最終摩擦接合を行うことを繰り返すようにしてある。
【００７５】
もっとも、２つの実装ヘッドＥの一方だけで半導体素子１５のピックアップ、初期摩擦接合、および最終摩擦接合のそれぞれを行うようにすることができ、この 場合、一方の実装ヘッドＥの故障や損傷、耐用限度、あるいはそれに保持している半導体素子１５などの接合対象物に問題があるような場合に、それらの対応をしながら他方の実装ヘッドＥによって摩擦接合動作を通常通り継続することができるので、稼働率が低下するのを回避することができる。
【００７６】
なお、摩擦接合動作の軽減は制御手段２３２の動作制御で行うことができ、金属バンプ２２および配線パターン２０１ａなどの金属接合部間の相対移動を休止しても、あるいは、金属接合部間の加圧を休止しても行うことができ、加圧の休止は、吸着ツール２１１をそれが吸着保持した半導体素子１５から離して行うと加圧の影響を皆無にすることができる。しかし、場合によっては加圧の進行を止めるだけでも休止状態は得られる。また別に、摩擦接合動作の軽減は、半導体素子１および基材２などの接合対象物どうしの相対移動、および金属接合部間の加圧、の双方を軽減しても行える。摩擦接合動作の休止は、半導体素子１および基材２などの接合対象物どうしの相対移動、および金属バンプ３および配線４などの金属接合部間の加圧、の双方を休止して行える。
【００７７】
なお、半導体素子１５の背面が吸着ノズル２１１の吸着面との擦れ合いにより傷が付き、また、半導体素子１５背面に傷が付くときに出るシリコン粉や欠けらなどの異物が吸着面に付着堆積してこれが吸着保持する半導体素子１５の背面に傷を付け、また、削れや欠け、電極を含む割れが生じる原因になることがある。これに対処するため、図１０に示すように、実装シテージ２０１の受け入れ位置と実装位置とにＹ方向に移動されるようにＹ方向移動機構２３５に支持したクリーニングステージ２３６が設けられ、このクリーニングステージ２３６の上面に設けられたクリーニングシート２３７に対し、吸着ノズル２１１の吸着面を加圧して水平方向に移動して摺擦させることにより吸着面をクリーニングできるようにしている。この摺擦において超音波ホーン１２を働かせてもよいし、これを省略することもできる。
【００７８】
クリーニング動作に関して、操作画面上で吸着ツール２１１のクリーニング頻度を何ショット目に１回実行するかなどと設定することができ、設定されたショット数の実装が達成される都度、制御装置２３２はクリーニングシート２３７上で吸着ノズル２１１を加圧してクリーニング開始位置に位置決めを行なって後、吸着ノズル２１１の吸着面を摺擦させるクリーニング動作を行なわせ、所定のクリーニング動作後吸着ノズル２１１を上動させる。この際、前記加圧の荷重、および超音波振動の有無が選択できる。２回目以降のクリーニング動作については、クリーニングシート上でのクリーニング位置を更新していく必要があり、操作画面上で予めＸＹ方向の移動ピッチとして予め設定しておくことができる。この更新は吸着ノズル２１１およびクリーニングシート２３７のどちらを移動させてもよい。
【００７９】
【発明の効果】
上記の説明で明らかなように、本発明によれば、ホーン本体の被支持部に対応して設定されている振動の節に対応する部分の径方向の拡縮を許容して、ホーン本体の尾端にある振動子から先端のボンディングツールへのホーン本体の共振を利用した効率のよい振動伝達を阻害せず、ボンディングツールに設定通りの振動特性を安定して発揮されるので、品質のよい超音波ホーンを歩留まりよく製作することができ、歩留まりが向上する分コストが低減する。
【００８０】
しかも、拡縮許容部はホーン本体の外周の径方向に一体に張り出したフランジの孔、あるいは被支持部とフランジのホーン本体と連続する基部とがホーン本体の軸線方向に位置ずれによって、あるいは、前記被支持部をボンディングヘッドまたは実装ヘッド側の支持部への支持構造上で簡単に満足することができ、ホーン本体との間に工具が入り込めないような部分なしに拡縮許容部が得られるので、加工が容易で生産性もよく寸法精度、面粗度ともに高い高品質な超音波ホーンが安価に製作できるし、振動特性もさらに向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るボンディング用の超音波ホーンとその支持構造を示し、その（ａ）は全体の断面図、その（ｂ）は締結ねじを取り外して見た部分の断面図である。
【図２】図１の支持構造における取り付け部の正面図を（ａ）に示し、（ｂ）はその変形例を示す正面図である。
【図３】図１の支持構造部を分解して示したボンディングヘッドの要部を示す斜視図である。
【図４】図１の支持構造部を持ったボンディングヘッドの全体構成を示す斜視図である。
【図５】図１〜図４のボンディングヘッドを持ったバンプボンディング装置を示す斜視図である。
【図６】図１〜図４のボンディングヘッドにより金属バンプを形成する主要なボンディング工程を（ａ）〜（ｃ）の３段階で示す説明図である。
【図７】超音波ホーンのボンディングツール部での周波数特性を示すグラフであり、その（ａ）は図１に示す超音波ホーンの場合、その（ｂ）は従来の超音波ホーンの場合である。
【図８】本発明の別の実施の形態に係る実装装置の全体構成を示す斜視図である。
【図９】図８の装置の実装状態を示す斜視図である。
【図１０】図８の装置の吸着ノズルのクリーニング動作を説明する斜視図である。
【図１１】図７の周波数特性を持った従来の超音波ホーンおよびその支持構造を示す断面図である。
【図１２】図１１の支持構造部の正面図である。
【符号の説明】
４ ワイヤ
４ａ 金属ボール
５ ボンディング作業機構
８ クランパ
１２ 超音波ホーン
１２ａ キャピラリ
１２ｂ ホーン本体
１３ トーチ
１４ ボンディングステージ
１５ 半導体素子
２２ 金属バンプ
３４ ボンディングヘッド
１０１ 振動子
１０２ ボンディング動作部
１０３ 抱き締め部
１０４ ねじ
１１１ フランジ
１１１ａ 被支持部
１１１ｂ 基部
１１１ｃ 基部側立ち上がり部
１１１ｄ 偏位部
１１１ｅ 外周側立ち上がり部
１１１ｆ 鉤形段差面
１１１ｇ テーパ形段差面
１１１ｃ１、１１１ｅ１ 面
１１２、１２２ 拡縮許容部
１１３ 透孔
１１４ ねじ
１２１ 支持部
１２１ａ、１４１ａ 穴
１３２ 上下動電磁駆動部
１３４ 支点軸
１４１取り付け部材
２０１ 実装対象物
２０１ａ 配線パターン
２１１ 吸着ノズル
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ 間隙
Ｃ ボンディング装置
Ｄ 実装装置
Ｅ 実装ヘッド
【発明の属する技術分野】
本発明はボンディングまたは半導体素子実装用の超音波ホーンに関するものであり、ボンディングツールに通したワイヤをボンディング材として、これをボンディング対象物に押し付けながら、ボンディングツールを通じて超音波振動を与えたときの、双方の相対移動により摩擦接合させてワイヤ端部のボンディングを行い、必要に応じて摩擦接合部からの後続ワイヤを引きちぎって金属バンプを形成するような場合、および実装ツールをそれに保持した半導体素子とともに実装対象物に押し当てたときの、振動子からの実装ツールを介した超音波振動による半導体素子と実装ステージ上の実装対象物との相対移動で半導体素子の金属バンプおよび実装対象物の金属パターン双方を摩擦接合させ、半導体素子を実装対象物に実装する場合に利用される。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人が先に提案した金属バンプを形成するバンプボンディングに用いる超音波ホーンｐは、図１１に示すようなホーン本体ｍの先端に超音波振動によりボンディングを行うボンディングツールｂを持ち、尾端に振動子ｏが連結され、図１１、図１２に示すようにその尾端側の外周に設けられた被支持部ｚがボンディングヘッドｑにおける支点軸ｖのまわりに弧回動されるボンディング動作部ｗの抱き締め部ｔに嵌め合わせて、抱き締め部ｔをねじｕで締結したときの締結力により抱き締め固定される。
【０００３】
超音波ホーンｐが持つボンディングツールｂはボンディング材としてのワイヤａを通すキャピラリであり、ボンディングヘッドｑは上記のように支持した超音波ホーンｐに加え、前記ワイヤａをボンディングツールｂの後方にて適時にクランプし、超音波ホーンｐとともに移動するクランパｃを併せ持っている。
【０００４】
これによってボンディングヘッドｑは上動した原点位置にあるキャピラリｂに上方から通されその下方に突出するワイヤａの先端にトーチｋからの放電による金属ボールａ１を形成し、この金属ボールａ１をキャピラリｂの下降により半導体素子ｄの電極ｄ１上に押し付けてキャピラリｂを通じた超音波振動と半導体素子ｄの側からの加熱などにより電極ｄ１に摩擦接合させた後、キャピラリｂを上昇させて摩擦接合後の金属ボールａ１から後退させてそれとの間で次の金属ボールａ１形成のためのワイヤａの長さを引き出した後、摩擦接合後の金属ボールａ１からの後続ワイヤａをキャピラリｂの後方にあるクランパｃによりクランプしてキャピラリｂとともに上昇して引っ張ることにより、このワイヤａを摩擦接合後の金属ボールａ１との間で引きちぎり、半導体素子ｄの電極ｄ１上に金属ボールａ１による金属バンプを形成してボンディングを終える。
【０００５】
振動子ｏの振動はホーン本体ｍの軸線方向の往復振動であり、ホーン本体ｍのボンディングツールｂに効率よく伝達されるようにする。このような振動伝達におけるホーン本体ｍの軸線上各部での変位量を示すと、図１１のような曲線ｘをなす。この曲線ｘで分かるようにホーン本体ｍがボンディングヘッドｑの側に支持されることにより、上記振動が抑制される位置に振動の節ｙが位置し、ボンディングツールｂが位置するところで振動が共振により最大となるように設計されている。これにより、効率よく金属バンプを形成することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、筒状の被支持部ｚがホーン本体ｍとの間に形成している間隙ｓは一例として１ｍｍ程度と小さく、ホーン本体ｍの材料がステンレス鋼やチタンなどの硬く加工しにくい金属材料であるため、前記間隙ｓを形成しながら進入できる適当な工具はなく、現時点では放電加工により間隙ｓを形成している。このような加工には時間と費用が掛かり装置および製品のコスト上昇の原因になっている。
【０００７】
近時では、半導体素子ｄを回路基板に仮装着や実装して電子回路基板を製造するのに、半導体素子ｄの微小化や電子回路基板の配線パターンや電子部品実装の高密度化の一途をたどっている。また、半導体素子ｄなどを実装する電子部品も微小化している。半導体素子ｄの微小化に併せ、高機能化、高集積化も進み、１ｍｍ角や０．５ｍｍ角の微小な半導体素子ｃでも２桁の数の金属バンプｅが必要なものもあり、金属バンプｅも半導体素子ｃの種類によっては勢い微小化し、高精度に形成することが要求されている。一例を示すと用いるワイヤａの線径は細いもので１８μｍ程度、それによって形成する金属ボールａ１の直径は４０μｍ程度である。
【０００８】
以上のような新しいニーズに応えながら各種のバンプボンディングを上記のように行うのに、バンプボンディングの作業が不良になることがときとしてある。
【０００９】
ボンディングが不良になりやすい超音波ホーンの振動特性について測定したところ、ボンディングツールｂの位置での、振動子ｏを駆動する際のインピーダンスに対する周波数が、図７（ａ）に示すように乱れのないピークを示すべきであるのに、図７（ｂ）に示すように、ピークが乱れ周波数が不安定でかつ低下している。このような超音波ホーンの製作は微妙で図７（ａ）に示すような正常な振動特性を得ようとしても、失敗することが多く品質および歩留まりが低下し、これもコスト高の原因になる。
【００１０】
これにつき本発明者等が種々に実験をし検討を重ねたところ、前記放電加工して形成する間隙ｓの部分での面粗度が上がらずこれのバラツキがホーン本体の振動特性のを不安定さに影響していることが判明した。また、ホーン本体ｍの振動の節ｙの位置では確かに軸線方向の振動はほとんどないといえる。しかし、この節ｙではホーン本体ｍの軸線上両側の部分の振動エネルギーが逆向きになって同時に働き伸縮力を受けていることが分かった。このホーン本体ｍの振動の節ｙでの伸縮は、振動の節ｙにてホーン本体ｍに径方向の拡縮をもたらす。ところが、前記従来の支持構造では、ホーン本体ｍの径方向の拡縮が生じる振動の節ｙ部に、前記抱き締め固定される筒状の被支持部ｚのホーン本体ｍとの繋がり部ｒが対応して、ホーン本体ｍの径方向の拡縮の動きを被支持部ｚが繋がり部ｒを介し殺すので、これがホーン本体ｍの共振を利用した効率的な振動の伝達を阻害し、また乱していることを知見した。
【００１１】
本発明の主たる目的は、上記のような新たな知見に基づき、製作が容易でしかも必要な振動特性が安定して得られる、低コストな、ボンディングまたは半導体素子実装用の超音波ホーンを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の超音波ホーンは、ホーン本体の先端に超音波振動によりボンディングを行うボンディングツールを持ち、尾端に振動子が連結されたものであって、ホーン本体の支持部に対応して設定される振動の節の位置に対応した外周面に径方向に張り出すフランジが一体に形成され、このフランジの外周部を被支持部とし、フランジのこの被支持部とフランジのホーン本体に続く基部との間に径方向の拡縮を許容する拡縮許容部を、フランジの被支持部と、フランジのホーン本体と連続する基部と、をホーン本体の軸線方向に位置ずれさせるように設け、かつ、この拡縮許容部は、フランジの基部と被支持部との間の屈曲部であると共に、その屈曲形状は、フランジの基部から立ち上がる基部側立ち上がり部、この立ち上がり部からホーン本体の軸線方向へ偏位する偏位部、この偏位部の偏位側端部から被支持部へ立ち上がる外周側立ち上がり部がなして、かつ、ホーン本体の先端側に向く面に鉤形段差面を形成し、ホーン本体の尾端側に向く面にテーパ形段差面を形成したことを特徴としている。
【００１３】
このような構成では、ホーン本体が振動の節に対応して設けられたフランジ部の外周部を被支持部として支持されるのに、例えその支持構造部がホーン本体の振動の節に対応する部分の径方向の拡縮を阻止するように働くものであっても、その被支持部の内側にある拡縮許容部がホーン本体の径方向の拡縮に対する許容部として働いて、ホーン本体の尾端にある振動子から先端のボンディングツールへのホーン本体の共振を利用した効率のよい振動伝達を阻害しないので、ボンディングツールに設定通りの振動特性を安定して発揮させることができ、品質のよい超音波ホーンを歩留まりよく製作することができ、歩留まりが向上する分コストが低減する。
【００１４】
しかも、ホーン本体のフランジ部のこの拡縮許容部は、フランジの被支持部とフランジのホーン本体と連続する基部とをホーン本体の軸線方向に位置ずれさせるフランジ形状だけで、フランジの基部と被支持部との間の径方向の突っ張り剛性を低減して、ホーン本体の被支持部に対しする径方向の拡縮を許容する拡縮許容部とすることができ、ホーン本体との間に工具が入り込めないような部分なしに拡縮許容部が得られるので、加工が容易で生産性もよく寸法精度、面粗度ともに高い高品質な超音波ホーンが安価に製作できるし、振動特性もさらに向上することができる。
【００１５】
また、このような、フランジの被支持部と基部とをホーン本体の軸線方向に位置ずれさせる拡縮許容部は、フランジの基部と被支持部との間で、フランジの基部からの基部側立ち上がり部、この立ち上がり部からホーン本体の軸線方向への偏位部、およびこの偏位部の偏位側端部から被支持部への外周側立ち上がり部が屈曲部をなす具体的な態様で形成するので、フランジの基部と被支持部とが位置ずれする相互間の形状の選択によって、ホーン本体の径方向の突っ張り剛性を種々に設定することができる。
【００１６】
しかも、前記屈曲形状において、ホーン本体の先端側に向く面に鉤形段差面を形成し、ホーン本体の尾端側に向く面にテーパ形段差面を形成している形態としてある。
【００１７】
また、本発明の超音波ホーンは、ホーン本体の先端に、超音波振動によりボンディングを行うボンディングツールを持ち、尾端に振動子が連結されるボンディングまたは半導体素子実装用の超音波ホーンであって、ホーン本体の支持位置に対応して設定される振動の節の位置に対応した外周面に径方向に張り出すフランジが一体に形成され、このフランジの外周部を被支持部とし、フランジのこの被支持部とフランジのホーン本体に続く基部との間に径方向の拡縮を許容する拡縮許容部を設け、この拡縮許容部は、フランジの基部と被支持部との間に設けられた孔であることを別の特徴とし、上記の目的を達成することができる。
【００２４】
本発明のそれ以上の特徴は、以下に示す詳細な説明および図面の記載によって明らかになる。本発明の各特徴はそれ単独で、あるいは可能な限り種々な組み合わせで複合して用いることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るボンディングまたは半導体素子実装用の超音波ホーンとその支持装置、およびそれらによるボンディング装置または実装装置につき、図１〜図１０を参照してその実施例とともに詳細に説明し、本発明の理解に供する。
【００２６】
図１〜図７に示す実施の形態１は、図１に示すように、ボンディング対象物として取り扱うワークである半導体素子１５を受載してバンプボンディングに供するボンディングステージ１４と、先端にボンディングツールとしてのキャピラリ１２ａを持ち、尾端に振動子１０１を連結したホーン本体１２ｂの尾端寄りの部分を支持したボンディングヘッド３４とを備え、ボンディングヘッド３４が、キャピラリ１２ａをそれの後方から先方に通したボンデイング材としての金や白金、それらの合金などよりなるワイヤ４とともに半導体素子１５の電極１５ａ上に押し当て、振動子１０１からの超音波振動によるワイヤ４と電極１５ａとの相対移動で双方を摩擦接合させボンディングを行い金属バンプを形成するバンプボンディング装置Ｃに適用した場合の一例である。しかし、本発明はこれに限定されることはなく、各種のボンディング対象物に金属ワイヤや金属バンプをボンディングするボンディング装置一般に適用して有効であり、いずれの場合も本発明に属する。
【００２７】
このバンプボンディング装置Ｃの全体の概略構成は図５に示してある。これにつき説明すると、半導体素子１５をトレイ３５の多数並んだ凹部に収納して取り扱い、半導体素子１５の一面にある電極１５ａ上に従来のバンプボンディング法により図６に示すような金属バンプ２２を形成する前作業に供した後、形成した金属バンプ２２の高さを矯正するレベリング処理を行い、それを、再度トレイ３５に収納して取り扱い、回路基板への仮装着や金属バンプ２２と回路基板の電極や導体ランドなどとの摩擦による金属接合を図る実装といった後作業に供せるようにする。
【００２８】
このため、上記金属バンプ２２のレベリングを行うレベリング機構Ｂを機台３１の上に設置し、その横に半導体素子１５を位置決めおよび吸着して金属バンプ２２を形成するボンディングステージ３２を設け、これに、受載した半導体素子１５をバンプボンディングのために加熱するヒータを内蔵しており、かつ前記位置決めのための位置規正機構３３が付帯している。レベリング機構ＢはレベリングヘッドＡとこれに対向するレベリング位置とこのレベリング位置から外れたワーク交換位置との間で移動されるレベリングステージ７とを有し、レベリングヘッドＡはレベリングステージ７が半導体素子１５を受載してレベリング位置に達する都度上方から半導体素子１５の金属バンプ２２を押圧して所定高さに矯正する。しかし、バンプボンディングにおいてレベリング処理は必須でない。
【００２９】
ボンディングステージ３２の上方にはそこに位置決めし吸着された半導体素子１５の電極１５ａの上に、その位置の画像認識のもとに金属バンプ２２を形成するボンディングヘッド３４が設けられている。ボンディングヘッド３４は図４に示すように、超音波ホーン１２およびクランパ８よりなるボンディング作業機構５を、支点軸１３４を中心に往復回動させて先端部を上下動させる上下動電磁駆動部１３２と、クランパ８を開閉する開閉電磁駆動部１３３とが設けられ、超音波ホーン１２に与える超音波振動とでボンディング作業を行う。
【００３０】
具体的には、図６（ａ）に示すようにワイヤ４の先端にトーチ１３からのスパークにより金属ボール４ａを形成し、それをキャピラリ１２ａに図６（ｂ）に示すように半導体素子１５の電極１５ａ上に押し付けながら加熱と超音波振動などによりそれら金属どうしを摩擦接合させて後、接合された金属ボール４ａからキャピラリ１２ａを後退させて次の金属ボール４ａを形成するためのワイヤ４の引き出しを行うのに続き、キャピラリ１２ａの後方にあるクランパ８でワイヤ４をクランプしてキャピラリ１２ａとともに後退してワイヤ４を引っ張り、図６（ｃ）に示すように摩擦接合後の金属ボール４ａから引きちぎるなどして切断してバンプボンディンクを行い金属バンプ２２を形成する。
【００３１】
ボンディングステージ３２の一方の横には、金属バンプ２２が形成されていない半導体素子１５を収容したトレイ３５を多段に収納してバンプボンディングのために供給する第１のトレイ供給部３６および半導体素子１５の供給を終えた空のトレイ３５を多段に収納する第１のトレイ収納部３７が設けられている。これら第１のトレイ供給部、収納部３６、３７の部分からボンディングステージ３２の近傍までの範囲に、トレイステージ３８が直交するＸＹ２方向に移動させるＸＹ移動手段および上下動手段よりなる移動機構３９によってＸＹ方向移動および上下動ができるように設けられている。
【００３２】
トレイステージ３８は、移動機構３９により第１のトレイ供給部３６から１枚ずつトレイ３５を下方に取り出し、それをボンディングステージ３２の近くに移送して半導体素子１５を供給し、供給し終わると空になったトレイ３５を第１のトレイ収納部３７の下に移送してそこに収納した後、第１のトレイ供給部３６に戻って次のトレイ３５を取り出し、半導体素子１５を供給することを繰り返す。
【００３３】
トレイステージ３８による半導体素子１５の部品供給位置とボンディングステージ３２との間の上方には、ワーク取り扱いヘッド４１がＸＹ移動手段４２により直交するＸＹ２方向に移動されるように設けられている。ワーク取り扱いヘッド４１は供給される半導体素子１５を吸着や掴持して保持し上動することでピックアップし、ワーク取り扱いヘッド４１の移動によりボンディングステージ３２上の所定位置に持ち運んだとき下動して保持を解き移載することを繰り返し、多数の半導体素子１５を順次に自動的に能率よく取り扱いボンディングステージ３２上でのバンプボンディングに確実に供する。
【００３４】
ボンディングステージ３２とレベリング機構Ｂのワーク交換位置との間にはワーク取り扱いヘッド４３がＸＹ移動手段４４によって直交するＸＹ２方向に移動されるように設けられ、ボンディングステージ３２上の金属バンプ２２が形成された半導体素子１５を吸着や掴持して保持し上動することでピックアップし、ワーク取り扱いヘッド４３の移動によりレベリング機構Ｂのワーク交換位置にあるレベリングステージ７の上に持ち運んだとき下動して保持を解き移載することを繰り返し、金属バンプ２２が形成される多数の半導体素子１５を順次に自動的に能率よく取り扱いレベリングステージ７上でのバンプ高さの矯正に連続して確実に供する。
【００３５】
レベリングステージ７のワーク交換位置の横には、空のトレイ３５を多段に収納してバンプ高さを矯正された半導体素子１５の収納に供する第２のトレイ供給部５１と、バンプ高さ矯正後の半導体素子１５を収納し終えたトレイ３５を多段に収納していく第２のトレイ収納部５２とが設けられ、第２のトレイ供給、収納部５１、５２の下にも図示しないトレイステージ６１がトレイステージ３８の場合と同様なＸＹ移動手段および上下動手段よりなる移動機構６２が設けられている。
【００３６】
前記ワーク取り扱いヘッド４３はＸＹ移動手段４４により移動されて、ワーク交換位置にあるレベリングステージ７上のバンプ高さ矯正後の半導体素子１５をピックアップし、それを部品収納位置にあるトレイステージ６１上に持ち運んで移載することにより収納することをも繰り返す。
【００３７】
トレイステージ６１は移動機構６２により、第２のトレイ供給部５１に収納されている空のトレイ３５を下方から引き出して、ワーク取り扱いヘッド４３によって持ち運ばれてくるバンプ高さ矯正後の半導体素子１５の収納に供し、半導体素子１５が満杯になったときそのトレイ３５を第２のトレイ収納部５２に移送してそこに下方から収納した後、第２のトレイ供給部５１に戻って空のトレイ３５を引き出し、バンプ高さ矯正後の半導体素子１５の収納に供することを繰り返す。
【００３８】
特に、本実施の形態に係る超音波ホーンは、図１、図２に示すようにホーン本体１２ｂの支持位置Ｐに対応して設定される振動の節Ｏの位置に対応した外周面に径方向に張り出すフランジ１１１が一体に形成され、このフランジ１１１の外周部を被支持部１１１ａとし、フランジ１１１のこの被支持部１１１ａとフランジ１１１のホーン本体１２ｂに続く基部１１１ｂとの間に径方向の拡縮を許容する拡縮許容部１１２が設けられている。このようにホーン本体１２ｂが振動の節Ｏに対応して設けられたフランジ１１１の外周部である被支持部１１１ａを、種々に支持して超音波ホーン１２をバンプボンディングなどのボンディングに用いるのに、例えこの支持構造部が図１（ａ）（ｂ）に示すようにボンディングヘッド３４側の支持部１２１によって径方向に支持されるなどしてホーン本体１２ｂの振動の節Ｏに対応する部分の径方向の拡縮を阻止するように働くものであっても、その被支持部１１１ａの内側にある拡縮許容部１１２がホーン本体１２ｂの径方向の拡縮を許容するように働いて、ホーン本体１２ｂの尾端にある振動子１０１から先端のキャピラリ１２ａへのホーン本体１２ｂの共振を利用した効率のよい振動伝達を阻害しない。
【００３９】
従って、フランジ１１１の被支持部１１１ａによる超音波ホーン１２の支持構造の選択の自由度を確保しながら、キャピラリ１２ａなどのボンディングツールに設定通りの振動特性を安定して発揮させることができ、同時に、品質のよい超音波ホーン１２を歩留まりよく製作することができ、歩留まりが向上する分コストが低減する。
【００４０】
しかも、ホーン本体１２ｂのフランジ１１１の前記拡縮許容部１１２は、例えば図１（ａ）（ｂ）に示すようなフランジ１１１の被支持部１１１ａとフランジ１１１の基部１１１ｂとをホーン本体１２ｂの軸線Ｚの方向に各種の形態で位置ずれさせるフランジ形状だけでも、その位置ずれの形態にかかわらずフランジ１１１の被支持部１１１ａが基部１１１ｂに対して軸線Ｚ方向に逃げる分だけ、フランジ１１１の基部１１１ｂと被支持部１１１ａとの間の径方向の突っ張り剛性を低減して、ホーン本体１２ｂの被支持部１１１ａに対する径方向の拡縮を許容することができ、ホーン本体１２ｂとの間に工具が入り込めないような部分なしに拡縮許容部１１２が得られるので、加工が容易で生産性もよく寸法精度、面粗度ともに高い高品質な超音波ホーン１２が安価に製作できるし、振動特性もさらに向上することができる。
【００４１】
このようなフランジ１１１の基部１１１ｂと被支持部１１１ａとの間の突っ張り剛性の低下は、図１（ａ）（ｂ）に示すフランジ１１１の基部１１１ｂと被支持部１１１ａとの間に設けた孔１１３によっても得られ、このような孔１１３も拡縮許容部１１２として機能する。この場合、孔１１３は総開口面積が大きいほどよいし、透孔の形態をなすほど拡縮の許容度が増大する。図に示す場合は被支持部１１１ａをねじ１１４によりボンディングヘッド３４側にねじ止めして支持するときの逃げ孔を共用しており、８つの透孔よりなる。
【００４２】
図１（ａ）（ｂ）のフランジ１１１は、その被支持部１１１ａと基部１１１ｂとをホーン本体１２ｂの軸線Ｚ方向に位置ずれさせるのに、被支持部１１１ａを基部１１１ｂに対しホーン本体１２ｂの尾端側に位置ずれさせる態様を採り、基部１１１ｂと被支持部１１１ａとの間で、基部１１１ｂから立ち上がる基部側立ち上がり部１１１ｃ、この立ち上がり部１１１ｃからホーン本体１２ｂの軸線Ｚ方向への偏位部１１１ｄ、およびこの偏位部１１１ｄの偏位側端部から被支持部１１１ａへ立ち上がる外周側立ち上がり部１１１ｅによって屈曲部をなす態様で形成している。
【００４３】
この偏位部１１１ｄはそれ自体被支持部１１１ａおよび外周側立ち上がり部１１１ｅに対する径方向の突っ張り剛性を持たないかほとんどない状態で、フランジ１１１の基部側立ち上がり部１１１ｃを被支持部１１１ａおよび外周側立ち上がり部１１１ｅに対してホーン本体１２ｂの軸線Ｚ方向に位置ずれさせる作用を営み、位置ずれさせた分だけ基部側立ち上がり部１１１ｃの被支持部１１１ａおよび外周側立ち上がり部１１１ｅに対する径方向の突っ張り剛性を低下させることができ、フランジ１１１の基部１１１ｂと被支持部１１１ａとの間において良好な拡縮許容部１１２として機能する。
【００４４】
また、基部側立ち上がり部１１１ｃのホーン本体１２ｂの尾端側に向く面１１１ｃ１と、外周側立ち上がり部１１１ｅのホーン本体１２ｂの先端側に向く面１１１ｅ１とが、ホーン本体の軸線に直角な同一面上にほぼ位置している形態にもなっている。このようにすると、フランジ１１１の基部側立ち上がり部１１１ｃと外周側立ち上がり部１１１ｅとがホーン本体１２ｂの軸線Ｚ方向においての重なりがなくなり相互間での径方向の突っ張りを大きく低減して拡縮許容部１１２によるホーン本体１２ｂの径方向の拡縮の許容度を高めることができる。
【００４５】
さらに、外周側立ち上がり部１１１ｅは、基部側立ち上がり部１１１ｃよりも厚みが小さいように設定してある。このようにすると、外周側立ち上がり部１１１ｅの外周部に位置する被支持部１１１ａが支持され固定されたときに、外周側立ち上がり部１１１ｅ自体が被支持部１１１ａと基部側立ち上がり部１１１ｃとの間の径方向の突っ張り剛性を軽減する作用を営み、これによっても、拡縮許容部１１２によるホーン本体１２ｂの径方向の拡縮の許容度を高めることができる。
【００４６】
また、フランジ１１１はホーン本体１２ｂの先端側に向く面に鉤形段差面１１１ｆを形成し、ホーン本体１２ｂの尾端側に向く面にテーパ形段差面１１１ｇを形成している形態も有している。これにより、偏位部１１１ｄと外周側立ち上がり部１１１ｅとの間に、偏位部１１１ｄの側から外周側立ち上がり部１１１ｅの側に向け厚みが漸減する部分をなして、厚みが急激に変化することによる支持剛性が徒に低下したりダメージが生じたりするのを防止することができる。
【００４７】
このように、被支持部１１１ａを基部１１１ｂに対してホーン本体１２ｂの軸線Ｚ方向に位置ずれさせるのに種々な態様があり、必要な支持剛性と径方向の突っ張り剛性の低減度とのバランス上種々に設計されてよく、フランジ１１１の基部１１１ｂと被支持部１１１ａとの間をテーパ壁部や球面壁部、楕円面壁部で繋いだり、屈曲部を複数段持った屈曲壁で繋いだりすることもできる。
【００４８】
本発明の超音波ホーンの支持方法としては、超音波ホーン１２をボンディングヘッド３４などで支持して上記のようなボンディングを行うのに、ホーン本体１２ｂの支持位置Ｐに対応して設定される振動の節Ｏの位置に対応した外周面に径方向に一体に張り出して設けられたフランジ１１１の基部１１１ｂと外周の被支持部１１１ａとの間に上記したような各種の拡縮許容部１１２を設けるか、あるいはこの被支持部１１１ａとこれをボンディングヘッド３４に支持する支持部１２１との間に径方向の拡縮を許容する拡縮許容部１２２を設けて支持してもよい。
【００４９】
このようにすると、フランジ１１１での拡縮許容部１１２によって上記のような拡縮許容機能が得られのに加えて、あるいは代わって、被支持部１１１ａとボンディングヘッド３４の支持部１２１との間の拡縮許容部１２２が、ホーン本体１２ｂの被支持部１１１ａに対するボンディングヘッド３４側の支持構造において、ホーン本体１２ｂのフランジ１１１の径方向の拡縮を許容する機能を発揮することができ、これも容易に実現することができる。図１（ａ）では支持部１２１はフランジ１１１の外周にある被支持部１１１ａの外径面にその幅方向の２分の１程度の嵌り合いに設定することで、被支持部１１１ａを径方向に拘束しきらないことによって、拡縮許容部１２２として機能するようにしている。ここでのホーン本体１２ｂおよびフランジ部１１１での径方向の拡縮を許容する機能は、被支持部１１１ａの幅が外周側立ち上がり部１１１ｅによって小さく設定されていて動きやすい形態であることでも高められる。もっとも、被支持部１１１ａに対する支持部１２１による径方向の支持を省略することによって、拡縮許容部１２２でのホーン本体１２ｂおよびフランジ１１１での径方向の拡縮を許容する機能をさらに高めることができる。
【００５０】
図５に示すバンプボンディング装置Ｃでは、上記のような超音波ホーン１２およびその支持構造を採用して、上記各特長を活かしたボンディング作業が自動的に容易かつ確実に、高速で安定して達成することができる。特に、以下に説明する支持構造を採用している。ボンディングヘッド３４側の支持部１２１は、ボンディングヘッド３４の前記ボンディング作業機構５を支点軸１３４まわりに回動できるように支持し、上下動電磁駆動部１３２によって弧回動されるようにするボンディング動作部１０２の抱き締め部１０３に抱き締め固定される環状部材としてあり、中央の穴１２１ａをホーン本体１２ｂが間隙ｓを持って貫通するようにしてある。
【００５１】
間隙ｓはホーン本体１２ｂの自然な振動をさまたげなければ、小スペース、小型化の面から最小限に小さくしてよく、また小さくしてもそれぞれ個別の部材であるので互いの加工が困難になったり、必要な加工精度が得られないような問題は生じない。もっとも、支持部１２１はボンディングヘッド３４側の超音波ホーン取り付け部、つまり図示の場合はボンディング動作部１０２と一体に形成されたものでよいのは勿論である。
【００５２】
抱き締め部１０３は図２（ａ）（ｂ）に示すように片側からの１つのスリット１０３ａによって２つ割りにされ、そのスリット１０３ａの開放側でねじ１０４により抱き締め部１０３を締結するときの締結力で支持部１２１を抱き締め固定し、またねじ１０４による締結を緩めて抱き締めを解除することができ、支持部１２１が超音波ホーン１２と一体物として着脱され取り扱われることを可能にする。従って、超音波ホーン１２の振動特性を決定する上記支持条件はボンディングヘッド３４側と独立な支持部１２１との間で満足することができ、各種特性の確認や調整をボンディングヘッド３４側から独立した小さな１つのアッセンブリ上で行えるので作業が容易である。
【００５３】
このような支持部１２１により、ホーン本体１２ｂのフランジ１１１の外周部を被支持部１１１ａとして支持するのに、本実施の形態の基本支持構造としては、ホーン本体１２ｂの前記フランジ１１１の被支持部１１１ａをボンディングヘッド３４とそれに取り付けられる取り付け部材１４１との間でホーン本体１２ｂの軸線Ｚ方向に挟持して支持する。このように被支持部１１１ａを前記の方向に挟持することで、フランジ１１１を径方向に拘束せずにボンディングヘッド３４に支持することができ、これにより支持構造上の前記拡縮許容部１２２として機能させることができるし、そのためには単純な形状のフランジ１１１でよいのでホーン本体１２ｂとの間に加工が困難になる部分ができず、寸法精度および面粗度の高い高品質な超音波ホーン１２を容易かつ安価に製作することができ、振動特定も設定通りに安定させることができる。しかし、図示する場合は上記したように支持部１２１が被支持部１１１ａにおける外径面のほぼ半分の幅範囲に嵌りあって、適度な径方向の支持力を発揮できる拡縮許容部１２２を構成している。しかし、このような拡縮許容部１２２が問題となる場合は、支持部１２１が被支持部１１１ａの外径面の全幅に嵌り合って径方向に支持剛性を十分に高めればよい。
【００５４】
取り付け部材１４１は図１（ａ）（ｂ）、図２（ａ）に示す実施の形態および図２（ｂ）に示す変形例では、支持部１２１との間でフランジ１１１を挟み付ける方向で支持部１２１に前記した透孔１１３の数に合う８本のねじ１１４で取り付けられている。これらの数は一致しても一致しなくてもよいが、フランジ１１１の挟持方向とねじ止め方向とが一致するので作業しやすい。また、ねじ１１４がフランジ１１１の基部１１１ｂと外周部である被支持部１１１ａとの間に設けた透孔１１３をまわりに空隙Ｓ２を持って貫通し支持部１２１にねじ合わされている。これにより、取り付け部材１４１のねじ止めがフランジ１１１の透孔１１３の利用でフランジ１１１の位置を避けないででき、全体が大型化するのを防止することができる。同時に、そのための透孔１１３は前記したようにホーン本体１２ｂの径方向の拡縮を許容する拡縮許容部１１２を共用することができる。
【００５５】
図１（ａ）（ｂ）に示す取り付け部材１４１は、環状で中央の穴１４１ａにホーン本体がまわりに空隙Ｓ３を持って貫通する環状部材としてあり、ねじ１１４を通す取り付け孔１４１ｂはねじ１１４との間に隙間Ｓ４が形成されるようにしている。これにより取り付け部材１４１が支持部１２１に取り付けられることによって、ホーン本体１２ｂの振動特性を損なうことはない。
【００５６】
上記のような本実施の形態における超音波ホーン１２、およびその支持構造およびそれらによるバンプボンディング装置において、発明者等の実験によれば、超音波ホーン１２のボンディングツールであるキャピラリ１２ａの振動特性は図７の（ａ）に示す適正なものとなり、これがどの超音波ホーン１２においても安定して得られた。
【００５７】
図２（ｂ）に示す変形例では、取り付け部材１４１はホーン本体１２ｂのまわりにそれと空隙Ｓ３を持って複数分割配置され、支持部１２１にねじ１１４よりねじ止めして取り付けられた複数の分割部材１４１ａで構成してあり、取り付け部材１４１によるホーン本体１２ｂの支持部１２１への支持、およびその支持の解除が、取り付け部材１４１とホーン本体１２ｂとの嵌め合わせなしに行える利点がある。各分割部材１４１ａは図示するようにそれぞれ複数のねじ１１４により取り付けられているとそれだけで位置ずれが防止でき好都合である。
【００５８】
図８〜図１０に示す今１つの実施の形態は、前記のようなバンプボンディング装置Ｃなどにより図６に示すような金属バンプ２２が形成されたフリップチップタイプの半導体素子１５をと磁気ディスク読取り用のサスペンションヘッド基材や銅などの導体による配線パターン２０１ａや電極などを持った回路基板などを実装対象物２０１として、双方にある金属バンプ２２と配線パターン２０１ａとの金属接合部どうしを相対移動させて互いに摩擦接合することにより、半導体素子１５を実装対象物２０１に実装してサスペンションヘッドや電子回路基板を製造する実装装置Ｄの一例である。
【００５９】
しかし、本発明はこれに限られることはなく、種々な実装対象物および半導体素子１５どうしの金属接合部間を摩擦接合して種種な部品、二次製品、製品を製造する場合一般に適用して本発明は有効である。
【００６０】
本実施の形態の実装装置Ｄは、半導体素子１５および実装対象物２０１どうしを加圧しながら超音波振動により相対移動させて、互いの金属接合部である金属バンプ２２および配線パターン２０１ａどうしを摩擦させることにより、これら金属バンプ２２および配線パターン２０１ａどうしを摩擦接合するが、この摩擦接合の動作を途中で一時軽減または休止する。
【００６１】
摩擦接合動作の軽減は、例えば、前記摩擦のために金属バンプ２２および配線パターン２０１ａ間を加圧しながら相対移動させるときの、半導体素子１５および実装対象物２０１間の相対移動だけを休止しても、あるいは、加圧だけを休止しても行うことができる。加圧の休止は、加圧を解除しても、あるいは加圧の進行を止めるだけでも行える。また別に、摩擦接合動作の軽減は、半導体素子１５および実装対象物２０１どうしの相対移動、および金属バンプ２２および配線パターン２０１ａ間の加圧、の一方または双方の度合を軽減しても行える。摩擦接合動作の休止は、半導体素子１５および実装対象物２０１どうしの相対移動を休止し、相対移動に加圧を伴う場合はその加圧をも休止することで行える。
【００６２】
このように、半導体素子１５および実装対象物２０１どうしを加圧および相対移動させて、互いの金属バンプ２２および配線パターン２０１ａどうしを摩擦させると、金属バンプ２２および配線パターン２０１ａどうしは摩擦によって昇温し、軟化、溶融、拡散接合を伴い摩擦接合する。この摩擦接合の動作を途中で一時軽減または休止すると、金属バンプ２２および配線パターン２０１ａどうし、半導体素子１５および実装対象物２０１どうしは、一気に金属接合されてしまう場合のような機械的、熱的影響が低減してダメージを受けにくくなり、半導体素子１５を金属接合して実装する相手である接合対象物２０１が薄い板ばねよりなる磁気ディスク読取り用のサスペンションヘッドなどであっても変形しにくく歩留まりが高くなる。しかも、摩擦接合の動作が途中軽減されたり、休止されたりすることによりかえって金属バンプ２２および配線パターン２０１ａの金属接合部におけるシェア強度が増し、摩擦接合が問題なく確実に達成される。
【００６３】
この場合、半導体素子１５を図９、図１０に示すような吸着ツール２１１により吸着保持すると持ち運びやすいし、種々に取り扱いやすいので、この保持した半導体素子１５を実装対象物２０１に対し、互いの金属接合部である金属バンプ２２および配線パターン２０１ａどうしを対向させて、加圧および超音波振動により相対移動させることができ、実装対象物２０１は所定位置に位置決め保持するだけでよくなる。
【００６４】
上記の相対移動のための超音波振動は、前記吸着ツール２１１を通じそれが保持している半導体素子１５に与えれば足り、簡単かつ容易に実現する。特に超音波振動によると相対移動が微小で高速な振動状態で得られ、半導体素子１５の金属バンプ２２と実装対象物２０１上にある配線パターン２０１ａとのように微小な金属接合部どうしでも過剰な潰れなしに短時間で十分に摩擦接合することができる。
【００６５】
本実施の形態の摩擦接合装置Ｄは上記のような摩擦接合を達成するのに、実装対象物２０１を受載して半導体素子１５の実装に供する実装ステージ２０２と、先端に前記吸着ツール２１１を実装ツールとして持ち、尾端に振動子１０１を連結したホーン本体１２ｂの尾端寄りの部分を支持した超音波ホーン１２を採用して、吸着ツール２１１をそれに吸着保持した半導体素子１５とともに実装対象物２０１に押し当て、振動子１０１からの超音波振動による半導体素子１５と実装ステージ２０２上の実装対象物２０１との相対移動で半導体素子１５の金属バンプ２２および実装対象物２０１の配線パターン２０１ａ双方を摩擦接合させ、半導体素子１５を実装対象物２０１に実装する実装ヘッドＥとを備えている。
【００６６】
特に、本実施の形態の実装装置Ｄは、上記したバンプボンディング装置Ｃの 場合どうように、ホーン本体１２ｂの支持位置に対応して設定される振動の節の位置に対応した外周面に径方向に一体に張り出して形成されたフランジの外周部を実装ヘッドＥにホーン本体１２ｂの軸線方向に挟持して支持している。その支持方法および支持構造は上記バンプボンディング装置Ｃにおいて説明した各場合と全く変わらず、ホーン本体１２ｂの尾端にある振動子１０１から先端の吸着ノズル２１１へのホーン本体１２ｂの共振を利用した効率のよい振動伝達を阻害せず、吸着ノズル２１１に設定通りの振動特性を安定して発揮させた金属接合による実装を自動的に高速で確実に達成することができる。
【００６７】
実装ステージ２０２は図８に示すローダ部２０３およびアンローダ部２０４の間に位置した搬入、搬出位置にて、ローダ部２０３を通じ実装前の実装対象物２０１を受け入れる。実装前の実装対象物２０１を受け入れた実装ステージ２０２は実装ヘッドＥと対向する実装位置に移動して必要なだけの半導体素子１５の実装に供し、実装が完了したとき受け入れ位置に戻る。受け入れ位置に戻った実装ステージ２０２は、実装後の実装対象物２０１をアンローダ部２０４を通じて搬出し、実装前の次の半導体素子１５の受け入れを行ない、以下同様の動作を繰り返す。
【００６８】
実装ヘッドＥは、部品供給部２０５から供給される半導体素子１５を前記の吸着ツール２１１により吸着保持してピックアップして持ち運び、実装ステージ２０２に図９に示すように保持し位置決めしている実装対象物２０１と、金属バンプ２２および配線パターン２０１ａなど互いの金属接合部を対向させる水平方向移動手段２０６に装備されている。吸着ノズル２１１は実装ヘッドＥ上で垂直方向移動手段２０７によって上下動されるように支持され、部品供給部２５で供給される半導体素子１５をピックアップして持ち運ぶために上下動され、実装ステージ２０２上で下動されて持ち運んできた半導体素子１４を実装対象物２０１上に前記摩擦接合により実装し、実装後に上動されて次の半導体素子１５のピックアっプに向かうことを繰り返す。実装ヘッドＥは２つ設けられ、これを交互に使い分けるなどして実装作業を効率よく行なうのに、一方の実装ヘッドＥに専用の水平移動機構２０６ａおよび垂直移動機構２０７ａと、他方の実装ヘッドＥに専用の水平移動機構２０６ｂおよび垂直移動機構２０７ｂを有しているしかし、これに限られることはなく１つのアームがそれらを複合した動きをする多関節ロボットなど他の各種の移動機構を用いることができる。
【００６９】
半導体素子１５供給する部品供給部２０５では、半導体素子１５をダイシング処理して個々に切り離して担持するダイシングシート２０８を多段に収納した収納カセット２０９を用い、この収納カセット２０９から必要な半導体素子１５を担持したダイシングシート２０８を図８に示す部品供給位置２１５に引き出し、その都度必要な半導体素子１５を吸着ツール２１１によるピックアップに供するようにしてある。このピックアップのために部品供給位置２１５にはピックアップに供される半導体素子１５の位置や姿勢、品質ランクなど必要なデータを画像認識する認識カメラ２１６が設けられ、吸着ツール２１１が精度よく半導体素子１５をピックアップできるようにするとともに、不良な半導体素子１５の廃棄など認識したデータに基づく必要な措置が行われるようにする。
【００７０】
部品供給位置２１５で供給されるフリップチップタイプの半導体素子１５をより能率よく取り扱って吸着保持し、摩擦接合に供せるように、接合物反転機構２１７を部品供給部２１５に備えたものとしてある。接合物反転機構２１７は横軸まわりに回転される回転部材に反転用の吸着ツール２１８を持ち、この吸着ツール２１８により部品供給位置２１５にあるダイシングシート２０８上の半導体素子１５を下向きの状態で吸着してピックアップし、それを運びながら、あるいは持ち運んで後、回転部材を回転させることにより吸着ツール２１８が上向きとなるようにする。これにより吸着ツール２１８がダイシングシート２０８上からピックアップした半導体素子１５の上下が反転され、この状態で吸着ツール２１１によるピックアップに供される。
【００７１】
多くの場合、半導体素子１５はダイシングシート２０８の上で電極および金属バンプ２２が上向きになるように製造され、取り扱われるが、上記のように接合物反転機構２１７により上下を反転した後の半導体素子１５を吸着ツール２１１によるピックアップに供すると、吸着ツール２１１によりピックアプした半導体素子１５の電極および金属バンプ２２は下向きとなって、位置決め部２１５により保持し位置決めされる実装対象物２０１の配線パターン２０１ａと対面するので、そのまま金属バンプ２２および配線パターン２０１ａを対向させれば摩擦接合作業が行える。
【００７２】
もっとも、このような部品の供給方式や供給機構は取り扱う部品の荷姿などその種類に応じて他の種々なものを採用することができる。
【００７３】
実装位置に半導体素子１５が吸着ツール２１１により部品供給位置２１５から持ち運ばれてくる経路の下にも、図示しない認識カメラが設けられ、持ち運ばれてくる半導体素子１５の吸着ツール２１１による吸着姿勢や回転角、位置を画像認識し、吸着ツール２１１の回転による角度補正や、補正できないときのピックアップのやり直しなどが行えるようにしている。さらに、実装対象物２０１に半導体素子１５を摩擦接合して実装する実装位置には、図示しない吸着ツール２１１の側から見た実装対象物２０１の位置や状態を画像認識する認識カメラが設けられ、吸着ツール２１１が吸着保持した半導体素子１５を摩擦接合するための位置決めが高精度に行われ、また不良な実装対象物２０１に半導体素子１５を無駄に実装しない処理が行えるようにする。また、実装ヘッドＥには図９に示すように吸着ツール１１による実装作業をモニタするための認識カメラ２３１が設けられ、実装作業状態がモニタできるようにしている。図８に示すように機体の上面には制御手段２３２による各種制御モードや制御状態、それらに基づく各種の支持や案内を表示するモニタ２３３と、上記の実装状態を映像などで表示するモニタ２３４とが設けられ、実装作業に便宜を図っている。
【００７４】
各実装ヘッドＥの使い分けは、一方の実装ヘッドＥにより供給される半導体素子１５をピックアップして実装対象物２０１上に持ち運んで初期摩擦接合を行うことを繰り返し、他方の実装ヘッドＥにより一方の実装ヘッドＥが初期摩擦接合を終えて次の半導体素子１５のピックアップに向かい戻ってくる間に、初期摩擦接合を終えて一方の実装ヘッドＥが持ち去っていった状態にて実装対称物２０１上の半導体素子１５を吸着保持し、最終摩擦接合を行うことを繰り返すようにしてある。
【００７５】
もっとも、２つの実装ヘッドＥの一方だけで半導体素子１５のピックアップ、初期摩擦接合、および最終摩擦接合のそれぞれを行うようにすることができ、この 場合、一方の実装ヘッドＥの故障や損傷、耐用限度、あるいはそれに保持している半導体素子１５などの接合対象物に問題があるような場合に、それらの対応をしながら他方の実装ヘッドＥによって摩擦接合動作を通常通り継続することができるので、稼働率が低下するのを回避することができる。
【００７６】
なお、摩擦接合動作の軽減は制御手段２３２の動作制御で行うことができ、金属バンプ２２および配線パターン２０１ａなどの金属接合部間の相対移動を休止しても、あるいは、金属接合部間の加圧を休止しても行うことができ、加圧の休止は、吸着ツール２１１をそれが吸着保持した半導体素子１５から離して行うと加圧の影響を皆無にすることができる。しかし、場合によっては加圧の進行を止めるだけでも休止状態は得られる。また別に、摩擦接合動作の軽減は、半導体素子１および基材２などの接合対象物どうしの相対移動、および金属接合部間の加圧、の双方を軽減しても行える。摩擦接合動作の休止は、半導体素子１および基材２などの接合対象物どうしの相対移動、および金属バンプ３および配線４などの金属接合部間の加圧、の双方を休止して行える。
【００７７】
なお、半導体素子１５の背面が吸着ノズル２１１の吸着面との擦れ合いにより傷が付き、また、半導体素子１５背面に傷が付くときに出るシリコン粉や欠けらなどの異物が吸着面に付着堆積してこれが吸着保持する半導体素子１５の背面に傷を付け、また、削れや欠け、電極を含む割れが生じる原因になることがある。これに対処するため、図１０に示すように、実装シテージ２０１の受け入れ位置と実装位置とにＹ方向に移動されるようにＹ方向移動機構２３５に支持したクリーニングステージ２３６が設けられ、このクリーニングステージ２３６の上面に設けられたクリーニングシート２３７に対し、吸着ノズル２１１の吸着面を加圧して水平方向に移動して摺擦させることにより吸着面をクリーニングできるようにしている。この摺擦において超音波ホーン１２を働かせてもよいし、これを省略することもできる。
【００７８】
クリーニング動作に関して、操作画面上で吸着ツール２１１のクリーニング頻度を何ショット目に１回実行するかなどと設定することができ、設定されたショット数の実装が達成される都度、制御装置２３２はクリーニングシート２３７上で吸着ノズル２１１を加圧してクリーニング開始位置に位置決めを行なって後、吸着ノズル２１１の吸着面を摺擦させるクリーニング動作を行なわせ、所定のクリーニング動作後吸着ノズル２１１を上動させる。この際、前記加圧の荷重、および超音波振動の有無が選択できる。２回目以降のクリーニング動作については、クリーニングシート上でのクリーニング位置を更新していく必要があり、操作画面上で予めＸＹ方向の移動ピッチとして予め設定しておくことができる。この更新は吸着ノズル２１１およびクリーニングシート２３７のどちらを移動させてもよい。
【００７９】
【発明の効果】
上記の説明で明らかなように、本発明によれば、ホーン本体の被支持部に対応して設定されている振動の節に対応する部分の径方向の拡縮を許容して、ホーン本体の尾端にある振動子から先端のボンディングツールへのホーン本体の共振を利用した効率のよい振動伝達を阻害せず、ボンディングツールに設定通りの振動特性を安定して発揮されるので、品質のよい超音波ホーンを歩留まりよく製作することができ、歩留まりが向上する分コストが低減する。
【００８０】
しかも、拡縮許容部はホーン本体の外周の径方向に一体に張り出したフランジの孔、あるいは被支持部とフランジのホーン本体と連続する基部とがホーン本体の軸線方向に位置ずれによって、あるいは、前記被支持部をボンディングヘッドまたは実装ヘッド側の支持部への支持構造上で簡単に満足することができ、ホーン本体との間に工具が入り込めないような部分なしに拡縮許容部が得られるので、加工が容易で生産性もよく寸法精度、面粗度ともに高い高品質な超音波ホーンが安価に製作できるし、振動特性もさらに向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るボンディング用の超音波ホーンとその支持構造を示し、その（ａ）は全体の断面図、その（ｂ）は締結ねじを取り外して見た部分の断面図である。
【図２】図１の支持構造における取り付け部の正面図を（ａ）に示し、（ｂ）はその変形例を示す正面図である。
【図３】図１の支持構造部を分解して示したボンディングヘッドの要部を示す斜視図である。
【図４】図１の支持構造部を持ったボンディングヘッドの全体構成を示す斜視図である。
【図５】図１〜図４のボンディングヘッドを持ったバンプボンディング装置を示す斜視図である。
【図６】図１〜図４のボンディングヘッドにより金属バンプを形成する主要なボンディング工程を（ａ）〜（ｃ）の３段階で示す説明図である。
【図７】超音波ホーンのボンディングツール部での周波数特性を示すグラフであり、その（ａ）は図１に示す超音波ホーンの場合、その（ｂ）は従来の超音波ホーンの場合である。
【図８】本発明の別の実施の形態に係る実装装置の全体構成を示す斜視図である。
【図９】図８の装置の実装状態を示す斜視図である。
【図１０】図８の装置の吸着ノズルのクリーニング動作を説明する斜視図である。
【図１１】図７の周波数特性を持った従来の超音波ホーンおよびその支持構造を示す断面図である。
【図１２】図１１の支持構造部の正面図である。
【符号の説明】
４ ワイヤ
４ａ 金属ボール
５ ボンディング作業機構
８ クランパ
１２ 超音波ホーン
１２ａ キャピラリ
１２ｂ ホーン本体
１３ トーチ
１４ ボンディングステージ
１５ 半導体素子
２２ 金属バンプ
３４ ボンディングヘッド
１０１ 振動子
１０２ ボンディング動作部
１０３ 抱き締め部
１０４ ねじ
１１１ フランジ
１１１ａ 被支持部
１１１ｂ 基部
１１１ｃ 基部側立ち上がり部
１１１ｄ 偏位部
１１１ｅ 外周側立ち上がり部
１１１ｆ 鉤形段差面
１１１ｇ テーパ形段差面
１１１ｃ１、１１１ｅ１ 面
１１２、１２２ 拡縮許容部
１１３ 透孔
１１４ ねじ
１２１ 支持部
１２１ａ、１４１ａ 穴
１３２ 上下動電磁駆動部
１３４ 支点軸
１４１取り付け部材
２０１ 実装対象物
２０１ａ 配線パターン
２１１ 吸着ノズル
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ 間隙
Ｃ ボンディング装置
Ｄ 実装装置
Ｅ 実装ヘッド
Claims (2)
- ホーン本体の先端に、超音波振動によりボンディングを行うボンディングツールを持ち、尾端に振動子が連結されるボンディングまたは半導体素子実装用の超音波ホーンであって、ホーン本体の支持位置に対応して設定される振動の節の位置に対応した外周面に径方向に張り出すフランジが一体に形成され、このフランジの外周部を被支持部とし、フランジのこの被支持部とフランジのホーン本体に続く基部との間に径方向の拡縮を許容する拡縮許容部を、フランジの被支持部と、フランジのホーン本体と連続する基部と、をホーン本体の軸線方向に位置ずれさせるように設け、かつ、この拡縮許容部は、フランジの基部と被支持部との間の屈曲部であると共に、その屈曲形状は、フランジの基部から立ち上がる基部側立ち上がり部、この立ち上がり部からホーン本体の軸線方向へ偏位する偏位部、この偏位部の偏位側端部から被支持部へ立ち上がる外周側立ち上がり部がなして、かつ、ホーン本体の先端側に向く面に鉤形段差面を形成し、ホーン本体の尾端側に向く面にテーパ形段差面を形成したことを特徴とするボンディングまたは半導体素子実装用の超音波ホーン。
- ホーン本体の先端に、超音波振動によりボンディングを行うボンディングツールを持ち、尾端に振動子が連結されるボンディングまたは半導体素子実装用の超音波ホーンであって、ホーン本体の支持位置に対応して設定される振動の節の位置に対応した外周面に径方向に張り出すフランジが一体に形成され、このフランジの外周部を被支持部とし、フランジのこの被支持部とフランジのホーン本体に続く基部との間に径方向の拡縮を許容する拡縮許容部を設け、この拡縮許容部は、フランジの基部と被支持部との間に設けられた孔であることを特徴とするボンディングまたは半導体素子実装用の超音波ホーン。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP36745299A JP4252700B2 (ja) | 1999-12-24 | 1999-12-24 | ボンディングまたは半導体素子実装用の超音波ホーン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36745299A JP4252700B2 (ja) | 1999-12-24 | 1999-12-24 | ボンディングまたは半導体素子実装用の超音波ホーン |
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|---|---|
| JP2001185575A JP2001185575A (ja) | 2001-07-06 |
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-
1999
- 1999-12-24 JP JP36745299A patent/JP4252700B2/ja not_active Expired - Fee Related
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