JP4282214B2 - How to install an ultrasonic horn - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波接合により半導体集積回路チップの電極パッドに電気接続用のバンプを形成するバンプボンディング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ベアチップタイプの半導体集積回路チップ（ＩＣチップ）の基板への実装技術の一つとして、フリップチップ法が知られている。このフリップチップ法は、ＩＣチップの電極パッドに電気接続用のバンプを形成し、このバンプと基板上に形成された配線電極とをリード線を介さずに直接接合するものである。また、このフリップチップ法におけるバンプ形成技術としては、通常のワイヤボンディング技術を応用し、超音波接合によりＩＣチップの電極パッドにバンプを形成するスタッドバンプボンディング技術が知られている。
【０００３】
図２３は、従来のスタッドバンプボンディング技術によるバンプボンディング装置を示している。このバンプボンディング装置は、超音波振動を発生する振動発生源１、この振動発生源１に基端側が連結された超音波ホーン２、この超音波ホーン２の先端に保持されたキャピラリ３、クランパ４、及び超音波ホーン２とクランパ４とが固定されたボンディングアーム５を備えている。上記キャピラリ３には、クランパ４を介してボンディングワイヤ６が挿通されている。上記ボンディングアーム５は、図示しない駆動機構により、ＸＹ方向の移動と矢印Ａで示す方向の回転が可能である。このボンディングアーム５の移動及び回転により、キャピラリ３はＸＹ方向及び図において上下方向に移動可能である。一方、バンプを形成する対象であるＩＣチップ８は、ヒータ９ａを内蔵したヒートステージ９上に載置される。
【０００４】
このバンプボンディング装置の動作を説明すると、図２４（Ａ）に示すように、上記キャピラリ３から突出するボンディングワイヤ６の先端が放電用トーチ１０との間で発生するスパーク電流により溶融し、ボール１１が形成される。次に、このボール１１（キャピラリ３の先端）がＩＣチップ８の電極８ａに対して所定の加圧力で押圧される。上記振動発生源１の発生する超音波振動は、超音波ホーン２の基端側から先端側へ縦波として伝達され、キャピラリ３を経てボール１１に印加される。その結果、図２４（Ｂ）に示すように、ボール１１が電極８ａに接合される。その後、ボンディングワイヤ６を把持したクランパ４が上昇し、図２４（Ｃ）に示すように、ボンディングワイヤ６はボール１１との接合部分付近で断裂する。電極８ａに接合されたボール１１と、ボール１１側に残ったボンディングワイヤ６とによりバンプ１３が形成される。
【０００５】
次に、上記超音波ホーン２のボンディングアーム５への取付構造について説明する。図２５（Ａ），（Ｂ）に示すように、超音波ホーン２にはフランジ１５が一体形成されている。このフランジ１５は、超音波ホーン２の軸線Ｌの方向（長手方向）における上記縦波の節に対応する位置Ｐにおいて超音波ホーン２の全周から軸線Ｌに対して垂直に延びる円環状部１５ａと、この円環状部１５ａの外周縁から軸線Ｌに対して平行に基端側へ向けて延びる筒状部１５ｂとを備えている。そのため、図２６に示すように、超音波ホーン２の上記軸線Ｌに対して垂直な断面の形状は、超音波ホーン２の周囲をフランジ１５の円環状部１５ａが間隔をあけて取り囲んだ二重構造となっている。なお、上記円環状部１５ａが縦波の節の位置Ｐに形成されているのは、縦波の節の位置Ｐでは軸線Ｌ方向の超音波ホーンの伸縮が最も小さいため、フランジ１５が超音波振動の伝達効率に与える影響を低減できるからである。ボンディングアーム５は、周知の割締め機構を有しており、図示しないねじで上記フランジ１５の筒状部１５ｂの外周を締め付けることにより、超音波ホーン２がボンディングアーム５に対して固定されている。
【０００６】
次に、キャピラリ３の超音波ホーン２への保持構造について説明する。
図２７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、超音波ホーン２の先端側の端面から基端側に向けてスリット１７が形成され、このスリット１７により一対の保持部２ａ，２ｂが形成されている。また、超音波ホーン２の先端側には軸線Ｌに対して直交する方向に円形孔１８が形成され、この円形孔１８により各保持部２ａ，２ｂのスリット１７側の側壁２ｃ，２ｄに軸線Ｌと直交する方向に延びる断面円弧状の保持溝２ｅ，２ｆが形成されている。さらに、超音波ホーン２の先端側には、上記軸線Ｌに対して直交し、かつ、上記スリット１７と交差するねじ孔１９が設けられている。このねじ孔１９に螺合したねじ２０を締め付けることにより保持部２ａ，２ｂを互いに接近させ、保持溝２ｅ，２ｆの溝壁間にキャピラリ３を挟み込んで固定している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来、図２４（Ａ）に示すＩＣチップ８の電極パッド８ａ間のピッチαは１２０μｍ程度であり、電極パッド８ａの面積が１００００μｍ2（１００μｍ×１００μｍの正方形）程度、図２４（Ｃ）に示すバンプ径βが８０μｍ程度に設定されていた。この場合、ボール１１を電極パッド８ａに対して押圧する加圧力を４０ｇ程度、振動発生源１の発生する超音波振動の周波数を６４ｋＨＺ程度に設定すればよい。
【０００８】
しかし、近時、この種のＩＣチップ８では、単位面積当たりの電極数を増加させるために、電極パッド８ａ間のピッチαの一層の縮小が要求されている。ピッチαを縮小するには、電極パッド８ａの面積及びバンプ径βを縮小する必要がある。そのため、ピッチαを縮小した場合に十分な接合強度と良好なバンプ形状を得るには、ボール１１の電極パッド８ａに対する加圧力を低減すると共に、振動発生源１の発生する超音波振動の振幅を小さくし周波数を高くする必要がある。
例えば、電極パッド８ａ間のピッチαを８０μｍ程度まで縮小する場合、電極パッド８ａの面積が４９００μｍ2（７０μｍ×７０μｍの正方形）程度、バンプ径βが５０μｍ程度となり、ボール１１の電極パッド８ａに対する加圧力を１０ｇ程度、超音波振動の周波数を１２０ｋＨＺ以上に設定する必要がある。
【０００９】
しかし、超音波振動の周波数を高く設定した場合、図２５に示す従来の超音波ホーン２の取付構造では、以下の問題が生じる。まず、超音波振動の周波数が高くなり波長が短くなると、超音波振動がフランジ１５へ伝達されることによる損失が大きくなり、キャピラリ３への超音波振動の伝達効率が低下する。また、フランジ１５は円環状部１５ａと筒状部１５ｂを備えるため、フランジ１５の円環状部１５ａと超音波ホーン２との接続部分ａに曲げモーメントが作用している。超音波振動の波長が短くなると、この曲げモーメントに起因するキャピラリ３への振動伝達効率の低下が大きくなる。これらフランジ１５への超音波振動の伝達及びフランジ１５と超音波ホーン２の接続部分に作用する曲げモーメントに起因する振動伝達効率の低下は、いずれも超音波振動の周波数１２０ｋＨＺ以上に設定すると特に顕著となり、適切なキャピラリ３の振動振幅が得られず、ボール１１が電極パッド８ａに接合されない場合もある。
【００１０】
また、上記従来の超音波ホーン２の取付構造では、図２８において、二点鎖線Ｇ１で示すように、割締め用のねじのトルク（超音波ホーン２に作用する拘束力）の変化に起因するインピーダンスの変化が非常に大きい。特に、割締め用のねじのトルクが５kgf・cmを上回ると、インピーダンスが大幅に増加する。
【００１１】
さらにまた、上記従来の超音波ホーン２の取付構造では、縦波の節の位置Ｐに正確にフランジ１５を形成する必要があるため、高い加工精度が要求され、超音波ホーン２の製造コストが高い。
【００１２】
上記図２７に示す従来のキャピラリ３の保持構造では、キャピラリ３の側周部に対して断面円弧状である保持溝２ｅ，２ｆの溝壁が当接するようになっている。しかし、キャピラリ３の側周部と収容溝２ｅ，２ｆの溝壁を完全に密着させることは加工精度上極めて困難であり、実際にはキャピラリ３の周方向の一部にのみ収容溝２ｅ，２ｆの溝壁が接触する。また、このキャピラリ３の側周部と収容溝２ｅ，２ｆの溝壁の接触位置は、キャピラリ３を交換する度に変化し、その結果、キャピラリ３を交換するとキャピラリ３の振動振幅が変化する。すなわち、従来のキャピラリ３の保持構造では、キャピラリ３を交換した際の振動振幅の再現性が低い。この振動振幅の再現性の低下も、超音波振動の周波数１２０ｋＨＺ以上に設定した場合に特に顕著となる。
【００１３】
本発明は、超音波振動を高周波化した場合の従来のバンプボンディング装置における問題を解決することを課題としている。すなわち、本発明は、高周波数の超音波振動を高い伝達効率でキャピラリに伝達することを課題としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、超音波ホーンをボンディングアームに取付ける方法であって、上記超音波ホーンを挿通させる挿通孔と、上記ボンディングアームに固定するための固定部とを備える取付部品を準備すると共に、互いに平行な第１及び第２の面を有するホーン差込部を備え、第１の面から第２の面までの長さが上記超音波ホーンの軸線方向における縦波の節の位置に対応し、かつ、上記ホーン差込部に上記第１の面から第２の面まで貫通するホーン差込孔が形成された治具を準備し、上記超音波ホーンを上記取付部材の挿通孔に挿通させ、上記超音波ホーンの基端側を上記第１の面側から上記治具のホーン差込孔に差込み、上記超音波ホーンの基端側の端面と上記第２の面とを一致させ、上記取付部材の超音波ホーン基端側の端面を上記第１の面に密接させ、取付部材を超音波ホーンに固定し、
超音波ホーンを治具から取り外し、かつ、上記超音波ホーンに固定された取付部材の固定部を、上記ボンディングアームに固定する超音波ホーンの取付方法を提供するものである。
【００１５】
本発明の取付方法では、治具が備えるホーン差込部の第１の面から第２の面までの長さが縦波の節の位置に対応しており、ホーン差込孔に差込んだ超音波ホーンの基端側の端面を第２の端面と一致させる。よって、取付部材の超音波ホーン基端側の端面をホーン差込部の第１の端面と密接させるだけで、取付部材を縦波の節に対応する位置に配置することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、図面に示す実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１から図３に示すように、本発明の第１実施形態に係るバンプボンディング装置は、バンプボンディング前のＩＣチップ（電子部品）８が収納されるローダ２５、ローダ２５から供給されたＩＣチップ８に対してバンプボンディングが実行されるヒートステージ９、ヒートステージ９から搬送されたバンプボンディング済みのＩＣチップ８が収納されるアンローダ２６、及び、ＩＣチップ８をローダ２５からヒートステージ９を経てアンローダ２６に搬送するための搬送機構（図示せず。）を備えている。上記ヒートステージ９はヒータ９ａを内蔵しており、上面にＩＣチップ８が載置される。
【００１７】
上記ヒートステージ９と対向してボンディングヘッド２７が配設されている。このボンディングヘッド２７は、ボンディング作業機構２８、ワイヤ供給機構２９及びカメラユニット３０を備えている。
【００１８】
上記ボンディング作業機構２８は、ＸＹ駆動機構３２により駆動されるＸＹテーブル３３、このＸＹテーブル３３に固定されたベース３４、及びこのベース３４に対して軸３５回りに回転可能に支持されたボンディングアーム３７を備えている。このボンディングアーム３７の一端はリニアモータからなるヘッド駆動機構３８に連結されている。このヘッド駆動機構３８によりボンディングアーム３７の一端が上昇及び降下し、それによって図２において矢印Ａで示すように上記ボンディングアーム３７が上記軸３５回りに回動する。また、上記ボンディングアーム３７には、ホーンホルダ（取付部品）３９によりチタン製の超音波ホーン４０が着脱可能に取付けられている。さらに、ボンディングアーム３７には変位センサ４２が取付けられている。
【００１９】
上記超音波ホーン４０の基端側にはピエゾ素子からなる振動発生源４３が連結されている。この振動発生源４３は、高周波電圧発生器４４から高周波電圧が供給されると超音波振動を発生する。一方、この超音波ホーン４０の先端側には、キャピラリ４５が保持されている。このキャピラリ４５は軸方向に貫通する孔４５ａを備えている（図８参照）。この孔４５ａにはワイヤ供給機構２９から供給される金製のボンディングワイヤ６が挿通され、キャピラリ４５の先端からボンディングワイヤ６の先端が突出するようになっている。また、キャピラリ４５は半径一定の円筒部４５ｂと、先端に向けて半径が漸次減少するテーパ部４５ｃとを備えている。キャピラリ４５は、上記ＸＹテーブル３３が移動することにより、ＸＹ方向に移動し、かつ、上記ヘッド駆動機構３８に駆動されてボンディングアーム３７が回動することにより、図において上下方向に移動する。キャピラリ４５の先端近傍には放電用トーチ４７（図３にのみ図示する。）が配設されている。この放電用トーチ４７にはスパーク発生装置４８が電気的に接続されている。
【００２０】
上記ワイヤ供給機構２９は、ボンディングワイヤ６を巻回状態で蓄えたリール４９（図１に図示する。）、エアを吹き付けることによりボンディングワイヤ６に張力を付与するエアテンショナー５０及びボンディングワイヤ６を把持するためのクランパ５２を備えている。このクランパ５２は、上記ボンディングアーム３７に固定されており、上記超音波ホーン４０と共に移動する。
【００２１】
上記カメラユニット３０は、上記ボンディングアーム３７の上方に配設されている。カメラユニット３０は、認識カメラ３０ａ、鏡筒３０ｂ及びプリズム３０ｃを備え、上記ヒートステージ９のＩＣチップ８を認識カメラ３０ａが撮像できるようになっている。
【００２２】
図２に示す制御装置５３は、このバンプボンディング装置全体の動作を制御するものであり、上記変位センサ４２及び認識カメラ３０ａを含むセンサ類からの入力信号に基づいて、上記ＸＹ駆動機構３２、ヘッド駆動機構３８、ヒータ９ａ、高周波電圧発生器４４及びスパーク発生装置４８を含む装置を制御する。
【００２３】
次に、このバンプボンディング装置の動作を説明する。
まず、認識カメラ３０ａの撮影する画像に基づいてＩＣチップ８をヒートステージ９上で位置決めする。また、上記ＸＹ駆動機構３２及びヘッド駆動機構３８により、キャピラリ４５の先端を電極パッド８ａの上方に移動させる（図２４（Ａ）参照）。次に、スパーク発生装置４８から放電用トーチ４７に高圧電圧を印加し、キャピラリ４５の先端から突出したボンディングワイヤ６の先端と、放電用トーチ４７との間にスパーク電流を発生させる。このスパーク電流によりボンディングワイヤ６の先端が溶融し、ボール１１が形成される（図２４（Ａ）参照）。次に、このボール１１を電極パッド８ａに対して所定の加圧力で押圧した後、高周波電圧発生器４４から振動発生源４３に高周波数（本実施形態では１２０kHZ）の電圧を印加する。振動発生源４３の発生する超音波振動は、超音波ホーン２の基端側から先端側へ縦波として伝達され、キャピラリ４５を経てボール１１に印加され、その結果、ボール１１が電極パッド８ａに接合される（図２４（Ｂ）参照）。その後、ボンディングアーム３７が回動することにより、ボンディングワイヤ６を把持したクランパ５２が上昇する。その結果、ボンディングワイヤ６はボール１１との接合部分付近で断裂し、バンプ１３が形成される（図２４（Ｃ）参照。）。
【００２４】
次に、上記超音波ホーン４０のボンディングアーム３７への取付構造を、図４から図６を参照して説明する。
まず、超音波ホーン４０は、軸線Ｌに対して直交する断面の形状が半径一定の円形である円柱部４０ａを基端側に備えると共に、軸線Ｌに対して直交する断面の形状が先端側に向けて漸次半径が減少する円形であるテーパ部４０ｂとを備えている。従って、超音波ホーン４０は軸線Ｌ方向のほぼ全体について凹凸のない形状となっている。言い換えるならば、キャピラリ４５が保持されるテーパ部４０ｂの先端は、後述するようにスリット４０ｃを挟んで対向する一対の保持部４０ｄ，４０ｅが形成されているが、それ以外の部分では超音波ホーン４０の軸線Ｌに対して直交する断面の輪郭は一つの閉鎖した線のみにより構成されている。
【００２５】
本実施形態のホーンホルダ３９は、基部（固定部）３９ａと、割締め部３９ｂとを備えている。上記基部３９ａは細長い板状であり、その両端部にはホーンホルダ３９をボンディングアーム３７に固定するためのねじ５５Ａ，５５Ｂが螺合するねじ孔３９ｃ，３９ｄが設けられている。一方、割締め部３９ｂは、基部３９ａの中央部分において厚みを増大させることにより形成されている。この割締め部３９ｂの中央には、割締め部３９ｂ及び基部３９ａを貫通する挿通孔３９ｅが設けられている。この挿通孔３９ｅの半径は、超音波ホーン４０の円柱部４０ａの半径よりも大きく設定されている。また、割締め部３９ｂには上記挿通孔３９ｅから割締め部３９ｂの一方の側部まで延びる第１のスリット３９ｆが形成され、このスリット３９ｆを挟んで対向する一対の把持部３９ｇ，３９ｈが形成されている。さらに、図において下側の把持部３９ｈと基部３９ａを分離する第２のスリット３９ｉが形成されている。さらにまた、上記把持部３９ｇ，３９ｈには締付用のねじ５６が螺合するねじ孔３９ｊ，３９ｋがそれぞれ形成されている。
【００２６】
上記挿通孔３９ｅの周壁３９ｌには、断面形状が二等辺三角形状である３個のホーン支持突起（支持突部）３９ｍ，３９ｎ，３９ｐが形成されている。図５に示すように、これら３個の突起３９ｍ〜３９ｐは、挿通孔３９ｅの断面中心に対して１２０度間隔で配置されている。
【００２７】
超音波ホーン４０は円柱部４０ａが挿通孔３９ｅに挿通されており、上記ねじ５６を把持部３９ｇ，３９ｈのねじ孔３９ｊ，３９ｋに螺合することにより挿通孔３９ｅを縮径している。そのため、上記ホーン支持突起３９ｍ〜３９ｐが超音波ホーン４０の円柱部４０ａに接触し、各ホーン支持突起３９ｍ〜３９ｐから超音波ホーン４０に作用する半径方向の拘束力により、ホーンホルダ３９が超音波ホーン４０に対して固定されている。図４に示すように、各ホーン支持突起３９ｍ〜３９ｐは超音波ホーン４０の軸線Ｌ方向の縦波の節に対応する位置Ｐ１で超音波ホーン４０に接触している。また、二等辺三角形状である各ホーン支持突起３９ｍ〜３９ｐの頂点が超音波ホーン４０の円柱部４０ａの側周部に接触している。すなわち、各ホーン支持突起３９ｍ〜３９ｐは超音波ホーン４０に対して周方向の点状に接触している。
【００２８】
図６に示すように、上記ホーンホルダ３９の挿通孔３９ｅに対応して、ボンディングアーム３７に挿通孔３７ａが設けられている。また、ホーンホルダ３９のねじ孔３９ｃ，３９ｄに対応して挿通孔３９ｅの両側にねじ孔３７ｂ，３７ｃが形成されている。超音波ホーン４０に固定されたホーンホルダ３９は、ねじ５５Ａ，５５Ｂをホーンホルダ３９及びボンディングアーム３７のねじ孔３９ｃ，３９ｄ，３７ｂ，３７ｃに螺合することにより、ボンディングアーム３７に固定されている。超音波ホーン４０の基端側は挿通孔３７ａからボンディングアーム３７の内部に突出している。
【００２９】
本実施形態の超音波ホーン４０のボンディングアーム３７への取付構造では、超音波ホーン４０にフランジを設けていないため、フランジの部分に超音波振動が伝達されることに起因する振動伝達効率の低下を防止することができる。また、超音波ホーン４０の軸線Ｌ方向の一部に曲げモーメントが作用することに起因する振動伝達効率の低下を防止することができる。さらに、超音波ホーンの軸線Ｌ方向における超音波振動の縦波の節と対応する位置にフランジを形成する必要がないため、超音波ホーン４０の加工に際して高い加工性が要求されず、超音波ホーン４０の製造コストを低減することができる。
【００３０】
上記縦波の節の位置Ｐ１では超音波ホーン４０の半径方向の振動は最大となるが、ホーンホルダ３９のホーン支持突起３９ｍ〜３９ｐは超音波ホーン４０に対して周方向の３箇所で点状に接触しており、各ホーン支持突起３９ｍ〜３９ｐの間では超音波ホーン４０の半径方向の振動は拘束されない。従って、本実施形態の超音波ホーン４０の取付構造では、節の位置Ｐ１における超音波ホーン４０の半径方向の振動に対する拘束力を最小限に低減し、それによって超音波振動の伝達効率の損失を一層低減することができる。
【００３１】
また、図２８において、実線Ｇ２で示すように超音波振動の周波数が２３０kHZの場合、割締め用のねじ５６のトルク（超音波ホーン４０に作用する拘束力）が変化してもインピーダンスは２０±１０Ωの範囲にあり、上記二点鎖線Ｇ１で示す従来の取付構造（図２５）と比較して、トルクの変化に対するインピーダンスの変化が非常に小さい。このように本実施形態の超音波ホーン４０の取付構造により、超音波ホーン４０に作用する拘束力の変化に起因するインピーダンスの変化を抑制することができる。
【００３２】
本実施形態では、ホーンホルダ３９は３個のホーン支持突起３９ｍ〜３９ｐを備えているが、４個以上のホーン支持突起を設けてもよい。また、図７（Ａ）に示すように、ホーン支持突起３９ｍ〜３９ｐの先端を超音波ホーン４０の円柱部４０ａと同一曲率の円弧状とし、ホーン支持突起３９ｍ〜３９ｐが超音波ホーン４０に対して周方向の円弧状に接触するようにしてもよい。さらに、図７（Ｂ）に示すように、ホーンホルダ３９に１個の環状のホーン支持突起３９ｑを設け、このホーン支持突起３９ｑが上記第１のスリット３９ｆに対応する部分を除いた超音波ホーン４０の周方向のほぼ全体において超音波ホーン４０に接触するようにしてもよい。
【００３３】
次に、キャピラリ４５の超音波ホーン４０への保持構造について、図８及び図９を参照して説明する。図８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、超音波ホーン４０の先端側の端面から基端側に向けて軸線Ｌに沿ってスリット４０ｃが形成されている。このスリット４０ｃにより超音波ホーン４０の先端は二又に分割されている。すなわち、超音波ホーン４０の先端にはスリット４０ｃを挟んで対向する一対の保持部４０ｄ，４０ｅが形成されている。また、超音波ホーン４０の先端側には、軸線Ｌと直交する方向にキャピラリ４５を差込むための貫通孔４０ｆが形成され、この貫通孔４０ｆにより各保持部４０ｄ，４０ｅのスリット４０ｃ側の側壁に軸線Ｌと直交する方向に貫通する保持溝４０ｇ，４０ｈが形成されている。図８（Ｂ）に示すように、上記貫通孔４０ｆは横断面形状が正方形であり、かつ、この正方形の一つの対角線が平面視で軸線Ｌと一致するように形成されている。従って、上記各保持部４０ｄ，４０ｅに形成された保持溝４０ｇ，４０ｈは、それぞれ互いに直交する平面からなる溝壁４０ｉ，４０ｊを備えている。また、これらの保持溝４０ｇ，４０ｈの横断面形状は、スリット４０ｃに対して対称である。さらに、超音波ホーン４０の先端側には、軸線Ｌに対して直交し、かつ、上記スリット４０ｃと交差するねじ孔４０ｋが設けられている。
【００３４】
キャピラリ４５は上記貫通孔４０ｆに差込まれており、円筒部４５ｂの両側がそれぞれ保持溝４０ｇ，４０ｈ内に配置されている。また、上記ねじ孔４０ｋに螺合したねじ５７を締め付けることにより保持部４０ｄ，４０ｅを互いに接近させ、各保持部４０ｄ，４０ｅに形成された保持溝４０ｇ，４０ｈの溝壁４０ｉ，４０ｊ間に円筒部４５ｂの側周部を挟み込んでいる。すなわち、キャピラリ４５は、保持溝４０ｇ，４０ｈの溝壁４０ｉ，４０ｊから円筒部４５ｂに作用する半径方向の拘束力により超音波ホーン４０の先端に保持されている。
【００３５】
上記のように、各保持溝４０ｇ，４０ｈの溝壁４０ｉ，４０ｊは互いに直交する平面からなり、かつ、これらの保持溝４０ｇ，４０ｈの横断面形状はスリット４０ｃに対して対称である。そのため、図９に示すように、平面視では各保持溝４０ｇ，４０ｈの溝壁４０ｉ，４０ｊがそれぞれ２つの接触位置Ｑ１，Ｑ２で円筒部４５ｂの側周部に対して点状に接触し、これらの接触位置Ｑ１，Ｑ２はキャピラリ４５の断面中心に対して９０度間隔で配置されている。また、各接触位置Ｑ１，Ｑ２では、円筒部４５ｂと溝壁４０ｉ，４０ｊは保持溝４０ｇ，４０ｈの長さ方向全体で接触している。
【００３６】
上記したように図２７に示す横断面形状が円弧状の保持溝２ｅ，２ｆによりキャピラリ２を保持する従来の保持構造では、キャピラリ３を交換すると保持溝２ｅ，２ｆの溝壁がキャピラリ３の側周部に対して接触する位置が変化する。これに対して本実施形態では、保持溝４０ｇ，４０ｈの溝壁４０ｉ，４０ｊはキャピラリ４５の側周部に対して周方向の点状に接触するため、キャピラリ４５を交換しても接触位置Ｑ１，Ｑ２は変化しない。よって、キャピラリ４５を交換したことによるキャピラリ４５の振動振幅の変化を低減することができ、キャピラリ４５を交換した際に良好な振動振幅の再現性が得られる。
【００３７】
本実施形態では、横断面が正方形の貫通孔４０ｆにより各保持部４０ｄ，４０ｅに保持溝４０ｇ，４０ｈを形成しているが、保持溝４０ｇ，４０ｈは横断面形状がスリット４０ｃに対して対称であり、かつ、溝壁４０ｉ，４０ｊがキャピラリ４５の周方向に点状に接触するものであればよい。例えば、図１０（Ａ）に示すように貫通孔４０ｆの横断面形状を菱形としてもよく、図１０（Ｂ）に示すように貫通孔４０ｆの横断面形状を三角形としてもよい。また、図１０（Ｃ）に示す例では、貫通孔４０ｆをキャピラリ４５の円筒部４５ｂよりも半径の大きい円形とし、各保持溝４０ｇ，４０ｈに長手方向全体に延びる２個の突起４０ｍ，４０ｎを設けている。さらに、図１０（Ｄ）に示す例では、各保持溝４０ｇ，４０ｈの溝壁４０ｉ，４０ｊのうち一方の溝壁４０ｉを平面とし、他方の溝壁４０ｊをキャピラリ４５と同一半径の円弧状の曲面としている。そのほか、貫通孔４０ｆを正六角形、正八角形等としてもよい。
【００３８】
図１１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す例では、図８（Ａ）〜（Ｃ）に示すキャピラリ４５の保持構造において、超音波ホーン４０の先端側の端面から基板側に向けて上記スリット４０ｃよりも幅の大きい断面円形の肉抜き孔４０ｐを設けている。この肉抜き孔４０ｐにより各保持溝４０ｇ，４０ｈはそれぞれ図において上下二段に分割されている。そのため、各保持溝４０ｇ，４０ｈの溝壁とキャピラリ４５の円筒部４５ｂは、キャピラリ４５の基端側で４箇所、キャピラリ４５の長手方向中央付近で４箇所の合計８箇所で接触している。この場合、キャピラリ４５の長手方向の２箇所で保持溝４０ｇ，４０ｈの溝壁４０ｉ，４０ｊが接触するため、キャピラリ４５を交換した際の振動振幅の変化をより一層低減することができ、振動振幅の再現性がより向上する。
なお、上記保持溝４０ｇ，４０ｈを上記図１０（Ａ）〜（Ｂ）に示す形状とした場合にも、肉抜き孔４０ｐを設けて各保持溝４０ｇ，４０ｈを二段に分割することができる。また、肉抜き孔４０ｐの断面形状は円形に限定されず、多角形や楕円であってもよい。また、複数個の肉抜き孔を設けてもよい。
【００３９】
（第２実施形態）
図１２及び図１３は、本発明の第２実施形態を示している。
この第２実施形態では、ホーンホルダ３９の挿通孔３９ｅの周壁には、超音波ホーン４０の軸線Ｌ方向の互いに隣接する２箇所の縦波の節に対応する位置Ｐ１，Ｐ２にそれぞれ支持突起３９ｍ，３９ｎ，３９ｐ，３９ｒ，３９ｓ，３９ｔを設けている。支持突起３９ｍ〜３９ｐ，３９ｒ〜３９ｔは断面形状が二等辺三角形状であり、挿通孔３９ｅの断面中心に対して１２０度間隔で配置されている（図５参照）。
【００４０】
本実施形態では、超音波ホーン４０は軸線方向の２箇所（位置Ｐ１，Ｐ２）がそれぞれ支持突起３９ｍ〜３９ｐ，３９ｒ〜３９ｓにより支持されるため、ボンディング作業時の超音波振動により超音波ホーン４０がホーンホルダ３９に対して傾動するのを防止することができる。また、超音波ホーン４０の軸線Ｌが挿通孔３９ｅの軸線に対して確実に平行となるように、超音波ホーン４０をホーンホルダ３９に取付けることができる。
【００４１】
なお、本実施形態におけるホーン支持突起３９ｍ〜３９ｐ，３９ｒ〜３９ｓは、図７（Ａ）に示す先端が円弧状であってもよく、図７（Ｂ）に示す環状であってもよい。また、互いに隣接する３箇所以上の縦波の節に対応する位置にそれぞれホーン支持突起を設けてもよい。
キャピラリ４５の保持構造を含む第２実施形態のその他の構成及び作用は第１実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４２】
（第３実施形態）
図１４から図１６は、本発明の第３実施形態を示している。この第３実施形態のホーンホルダ５９は、基部（固定部）５９ａと、筒部５９ｂとを備えている。上記基部５９ａは細長い板状であり、その両端部にはホーンホルダ３９をボンディングアーム３７に固定するためのねじ５５Ａ，５５Ｂが螺合するねじ孔５９ｃ，５９ｄが設けられている。一方、筒部５９ｂは基部５９ａの中央部分から突出しており、超音波ホーン４０が挿通される挿通孔５９ｅが設けられている。この挿通孔５９ｅの半径は、超音波ホーン４０の円柱部４０ａの半径よりも大きく設定されている。
【００４３】
また、筒部５９ｂには、挿通孔５９ｅの断面中心に対して１２０度間隔で配置された３個のねじ孔５９ｆ，５９ｇ，５９ｈが設けられている。これらのねじ孔５９ｆ〜５９ｈには、それぞれセットビス（ピン状部材）６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃが螺合しており、筒部５９ｂから突出するセットビス６１Ａ〜６１Ｂの先端が超音波ホーン４０の円柱部４０ａに接触している。そして、各セットビス６１Ａ〜６１Ｂから超音波ホーン４０に対して作用する半径方向の拘束力により、ホーンホルダ５９に対して超音波ホーン４０が固定されている。
【００４４】
上記ねじ孔５９ｆ〜５９ｈの位置は、セットビス６１Ａ〜６１Ｂの先端が軸線Ｌ方向の縦波の節に対応する位置Ｐ１で超音波ホーン４０に接触するように設定されている。また、各セットビス６１Ａ〜６１Ｃの先端は超音波ホーン４０に対して周方向の点状に接触している。
【００４５】
本実施形態の超音波ホーン４０の取付構造では、超音波ホーン４０にフランジを設けていないため、フランジへの超音波振動の伝達やフランジの部分に作用する曲げモーメントに起因する振動伝達効率の低下を防止することができる。さらに、セットビス６１Ａ〜６１Ｃの先端は超音波ホーン４０に対して点状に接触するため、節の位置Ｐ１における超音波ホーン４０の半径方向の振動に対する拘束力を最小限に低減し、それによって超音波振動の伝達効率の損失を一層低減することができる。
【００４６】
なお、上記セットビス６１Ａ〜６１Ｂに代えて、ホーンホルダ５８の筒部５９ｂに対して着脱可能なピンを設け、このピンの先端が超音波ホーン４０の側周部に接触するようにしてもよい。
キャピラリ４５の保持構造を含む第３実施形態のその他の構成及び作用は第１実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４７】
（第４実施形態）
図１７及び図１８は、本発明の第４実施形態を示している。
ホーンホルダ５９の筒部５９には、超音波ホーン４０の軸線Ｌ方向の互いに隣接する２箇所の縦波の節に対応する位置Ｐ１，Ｐ２にそれぞれねじ孔５９ｆ，５９ｇ，５９ｈ，５９ｉ，５９ｊ，５９ｋを設けている。また、これらのねじ孔５９ｆ〜５９ｈ，５９ｉ〜５９ｋに螺合したセットビス６１Ａ〜６１Ｃ，６１Ｄ〜６１Ｆの先端が、それぞれ縦波の節の位置Ｐ１，Ｐ２で超音波ホーン４０に接触している。このように、本実施形態では、超音波ホーン４０は軸線方向の２箇所（位置Ｐ１，Ｐ２）がそれぞれセットビス６１Ａ〜６１Ｃ，６１Ｄ〜６１Ｆにより支持されるため、ボンディング作業時の超音波振動により超音波ホーン４０がホーンホルダ３９に対して傾動するのを防止することができる。また、超音波ホーン４０の軸線Ｌが挿通孔５９ｅの軸線に対して確実に平行となるように、超音波ホーン４０をホーンホルダ３９に取付ことができる。
キャピラリ４５の保持構造を含む第４実施形態のその他の構成及び作用は第３実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４８】
次に、上記超音波ホーン４０をボンディングアーム３７に対して取付ける方法を、第１実施形態のホーンホルダ３９を使用する場合を例に説明する。
まず、図１９及び図２０に示す治具６５を使用して超音波ホーン４０にキャピラリ４５及びホーンホルダ３９を固定する。この治具６５は、ホーン差込部６５ａ、キャピラリ差込部６５ｂ、及びホーン差込部６５ａとキャピラリ差込部６５ｂを連結する板状の連結部６５ｃを備えている。上記ホーン差込部６５ａは互いに平行な第１の面６５ｄと第２の面６５ｅを備えている。第１の面６５ｄから第２の面６５ｅまでの長さＤは、超音波ホーン４０の軸線Ｌ方向における縦波の節の位置に対応している。また、ホーン差込部６５ａには、第１の面６５ｄから第２の面６５ｅまで貫通するようにホーン差込孔６５ｆが形成されている。一方、上記キャピラリ差込部６５ｂには、上記ホーン差込孔６５ｆの軸線上にあり、かつ、上記連結部６５ｃの上面６５ｇに対して垂直に延びるキャピラリ差込スリット６５ｈが形成されている。
【００４９】
まず、超音波ホーン４０をホーンホルダ３９の挿通孔３９ｅに挿通させる。次に、超音波ホーン４０の基端側を第１の面６５ｄ側から治具６５のホーン差込孔６５ｆに差込む。さらに、キャピラリ４５を超音波ホーン４０の貫通孔４０ｆ及びキャピラリ差込部６５ｂのキャピラリ差込スリット６５ｈに差込んだ後、ねじ５７で固定する。
【００５０】
次に、図２０に示すように、超音波ホーン４０の基端側の端面をホーン差込部６５ａの第２の面６５ｅに一致させる。その後、ホーンホルダ３９を第１の面６５ｄに向けて移動させ、ホーンホルダ３９の基部３９ａ（ホーンホルダ３９の超音波ホーン４０の基端側の端面）を第１の面６５ｄに密接させる。この状態で、ホーンホルダ３９の支持突起３９ｍ〜３９ｐが、縦波の節に対応する位置Ｐ１にある。また、この状態では、ホーンホルダ３９の図において下側の面が連結部６５ｃに当接することにより、軸線Ｌに対するホーンホルダ３９の回転角度位置が位置決めされる。
【００５１】
次に、ねじ５６をホーンホルダ３９の割締め部３９ｂのねじ孔３９ｇ，３９ｈに螺合して挿通孔３９ｅを縮径させ、ホーンホルダ３９を超音波ホーン４０に固定する。上記のようにホーンホルダ３９は、支持突起３９ｍ〜３９ｐが超音波ホーン４０の軸線Ｌ方向の縦波の節に対応する位置Ｐ１に位置決めされているため、各支持突起３９ｍ〜３９ｐの先端は確実にこの位置Ｐ１で超音波ホーン４０に接触する。また、キャピラリ４５の先端が差込まれているキャピラリ差込スリット６５ｈは連結部６５ｃの上面６５ｇに対して垂直であり、かつ、連結部６５ｃの上面６５ｇによりホーンホルダ３９の軸線Ｌ回りの回転角度位置が位置決めされている。よって、ホーンホルダ３９の長手方向（ねじ孔３９ｃ，３９ｄを通る直線方向）に対してキャピラリ４５が直角に延びるように、ホーンホルダ３９とキャピラリ４５との軸線Ｌ回りの相対的な回転角度位置が位置決めされている。
その後、超音波ホーン４０を治具６５から外し、ねじ５５Ａ，５５Ｂにより超音波ホーン４０に固定されたホーンホルダ３９をボンディングアーム３７に取付ける。
【００５２】
なお、第２実施形態から第４実施形態のホーンホルダ３９を使用する場合も同様の工程で超音波ホーン４０をボンディングアーム３７に取付けることができる。
【００５３】
（第５実施形態）
図２１は、本発明の第５実施形態を示している。
この第５実施形態では、超音波ホーン４０の軸線Ｌ方向の縦波の節と対応する位置に断面形状がＶ字状である環状溝４０ｑを超音波ホーン４０の周方向全体に設けている。一方、ホーンホルダ６９は、第３実施形態のものと同一構造である。セットピン６１Ａ〜６１Ｃの先端は環状溝４０ｑ内で超音波ホーン４０に接触し、これらのセットピン６１Ａ〜６１Ｃの先端から作用する半径方向の拘束力により超音波ホーン４０がホーンホルダ３９に固定されている。このように縦波の節と対応する位置に環状溝４０ｑを設けておけば、セットピン６１Ａ〜６１Ｃの先端を確実に縦波の節の位置で超音波ホーン４０に接触させることができる。
キャピラリ４５の保持構造を含む第５実施形態のその他の構成及び作用は第１実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５４】
（第６実施形態）
図２２は、本発明の第５実施形態を示している。
この第６実施形態では、超音波ホーン４０の軸線Ｌ方向の縦波の節と対応する位置Ｐ１に半径方向にのみ延びるフランジ（円環状部）４０ｒを設けている。ホーンホルダ３９はホーン保持突起３９ｍ〜３９ｐ（図６参照）を備えていない点を除いて、第１実施形態のものと同一構造である。ホーンホルダ３９は、フランジ４０ｒの外周縁を割閉め部３９ｂで締め付けることにより、超音波ホーン４０に固定されている。
【００５５】
上記フランジ４０ｒは、図２５に示す従来のものと異なり半径方向にのみ延びており、筒状部１５ｂに相当する部分を備えていない。そのため、ホーンホルダ３９の割締め部３９ｂから超音波ホーン４０には半径方向の拘束力のみが作用し、フランジ４０ｒと超音波ホーン４０の接続部分に曲げモーメントが作用しない。よって、超音波ホーン４０に曲げモーメントが作用することに起因する振動伝達効率の低下を防止することができる。
第６実施形態のキャピラリ４５の保持構造を含むその他の構成及び作用は第１実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の取付方法では、治具が備えるホーン差込部の第１の面から第２の面までの長さが縦波の節の位置に対応しており、ホーン差込孔に差込んだ超音波ホーンの基端側の端面を第２の端面と一致させる。よって、取付部材の超音波ホーン基端側の端面をホーン差込部の第１の端面と密接させるだけで、取付部材を縦波の節に対応する位置に配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態に係るバンプボンディング装置を示す斜視図である。
【図２】 第１実施形態に係るバンプボンディング装置を示す要部側面図である。
【図３】 第１実施形態に係るバンプボンディング装置を示す要部正面図である。
【図４】 第１実施形態における超音波ホーンの取付構造を示す図３のIV−IV線での断面図である。
【図５】 図４のV−V線での断面図である。
【図６】 第１実施形態における超音波ホーンの取付構造を示す分解斜視図である。
【図７】 （Ａ）及び（Ｂ）は、ホルダの他の例を示す図５と同様の断面図である。
【図８】 第１実施形態におけるキャピラリの超音波アームへの保持構造を示し、（Ａ）は超音波ホーンの端面図、（Ｂ）は超音波ホーンの部分平面図、（Ｃ）は図８（Ｂ）のVIII−VIII線での断面図である。
【図９】 はキャピラリと保持溝の関係を説明するための部分拡大平面図である。
【図１０】 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）は保持溝の他の例を示す平面図である。
【図１１】 キャピラリの超音波ホーンへの保持構造の他の例を示し、（Ａ）は超音波ホーンの端面図、（Ｂ）は超音波ホーンの部分平面図、（Ｃ）は図１１（Ｂ）のXI−XI線での断面図である。
【図１２】 本発明の第２実施形態における超音波ホーンの取付構造を示す図４と同様の断面図である。
【図１３】 第２実施形態における超音波ホーンの取付構造を示す分解斜視図である。
【図１４】 本発明の第３実施形態における超音波ホーンの取付構造を示す図４と同様の断面図である。
【図１５】 図１４のXV−XV線での断面図である。
【図１６】 第３実施形態における超音波ホーンの取付構造を示す分解斜視図である。
【図１７】 本発明の第４実施形態における超音波ホーンの取付構造を示す図４と同様の断面図である。
【図１８】 第４実施形態における超音波ホーンの取付構造を示す分解斜視図である。
【図１９】 超音波ホーン、ホーンホルダ及び治具を示す分解斜視図である。
【図２０】 超音波ホーン及びホーンホルダが治具に組み付けられた状態での図１９のXX−XX線での断面図である。
【図２１】 本発明の第５実施形態における超音波ホーンの取付構造を示す図４と同様の断面図である。
【図２２】 本発明の第６実施形態における超音波ホーンの取付構造を示す図４と同様の断面図である。
【図２３】 従来のバンプボンディング装置を示す要部概略図である。
【図２４】 バンプボンディングの工程を示し、（Ａ）はボールの形成工程を示す断面図、（Ｂ）はボールの電極パッドへの接合工程を示す断面図、（Ｃ）はボンディングワイヤの切断工程を示す断面図である。
【図２５】 （Ａ）及び（Ｂ）は従来の超音波ホーンのボンディングアームへの取付構造を示す断面図である。
【図２６】 図２５（Ｂ）のXXV−XXV線での断面図である。
【図２７】 キャピラリの超音波アームへの保持構造を示し、（Ａ）は超音波ホーンの端面図、（Ｂ）は超音波ホーンの部分平面図、（Ｃ）は図２７（Ｂ）のXXVII− XXVII線での断面図である。
【図２８】 ねじの締付トルクとインピーダンスの関係を示す線図である。
【符号の説明】
６ ボンディングワイヤ
８ ＩＣチップ（電子部品）
８ａ 電極パッド
９ ヒートステージ
９ａ ヒータ
２５ ローダ
２６ アンローダ
２７ ボンディングヘッド
２８ ボンディング作業機構
２９ ワイヤ供給機構
３０ カメラユニット
３０ａ 認識カメラ
３０ｂ 鏡筒
３０ｃ プリズム
３２ ＸＹ駆動機構
３３ ＸＹテーブル
３４ ベース
３５ 軸
３７ ボンディングアーム
３７ａ 挿通孔
３７ｂ，３７ｃ ねじ孔
３８ ヘッド駆動機構
３９ ホーンホルダ
３９ａ 基部
３９ｂ 割締め部
３９ｃ，３９ｄ ねじ孔
３９ｅ 挿通孔
３９ｆ，３９ｉ スリット
３９ｇ，３９ｈ 把持部
３９ｊ，３９ｋ ねじ孔
３９ｌ 周壁
３９ｍ，３９ｎ，３９ｐ，３９ｑ，３９ｒ，３９ｓ，３９ｔ ホーン支持突起（支持突部）
４０ 超音波ホーン
４０ａ 円柱部
４０ｂ テーパ部
４０ｃ スリット
４０ｄ，４０ｅ 保持部
４０ｆ 貫通孔
４０ｇ，４０ｈ 保持溝
４０ｉ，４０ｊ 溝壁
４０ｋ ねじ孔
４０ｍ，４０ｎ 突起
４０ｐ 肉抜き孔
４０ｑ 環状溝
４０ｒ フランジ
４２ 変位センサ
４３ 振動発生源
４４ 高周波電圧発生器
４５ キャピラリ
４５ａ 孔
４５ｂ 円筒部
４５ｃ テーパ部
４７ 放電用トーチ
４８ スパーク発生装置
４９ リール
５０ エアテンショナー
５２ クランパ
５３ 制御装置
５５Ａ，５５Ｂ ねじ
５６ ねじ
５７ ねじ
５９ ホーンホルダ
５９ａ 基部（固定部）
５９ｂ 筒部
５９ｃ，５９ｄ ねじ孔
５９ｅ 挿通孔
５９ｆ，５９ｇ，５９ｈ，５９ｉ，５９ｊ，５９ｋ ねじ孔
６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃ，６１Ｄ，６１Ｅ，６１Ｆ セットビス
６５ 治具
６５ａ ホーン差込部
６５ｂ キャピラリ差込部
６５ｃ 連結部
６５ｄ，６５ｅ 面
６５ｆ ホーン差込孔
６５ｇ 上面
６５ｈ キャピラリ差込スリット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a bump bonding apparatus that forms bumps for electrical connection on electrode pads of a semiconductor integrated circuit chip by ultrasonic bonding.
[0002]
[Prior art]
  Conventionally, a flip chip method is known as one of techniques for mounting a bare chip type semiconductor integrated circuit chip (IC chip) on a substrate. In the flip chip method, bumps for electrical connection are formed on electrode pads of an IC chip, and the bumps and wiring electrodes formed on the substrate are directly joined without using lead wires. As a bump forming technique in the flip chip method, a stud bump bonding technique in which a normal wire bonding technique is applied and a bump is formed on an electrode pad of an IC chip by ultrasonic bonding is known.
[0003]
  FIG. 23 shows a bump bonding apparatus using a conventional stud bump bonding technique. This bump bonding apparatus includes a vibration generating source 1 that generates ultrasonic vibrations, an ultrasonic horn 2 that is connected to the vibration generating source 1 at the base end side, a capillary 3 that is held at the tip of the ultrasonic horn 2, and a clamper 4 And a bonding arm 5 to which the ultrasonic horn 2 and the clamper 4 are fixed. A bonding wire 6 is inserted through the capillary 3 via a clamper 4. The bonding arm 5 can be moved in the XY directions and rotated in the direction indicated by the arrow A by a driving mechanism (not shown). By moving and rotating the bonding arm 5, the capillary 3 can move in the XY direction and in the vertical direction in the figure. On the other hand, the IC chip 8 which is a target for forming bumps is placed on a heat stage 9 incorporating a heater 9a.
[0004]
  The operation of the bump bonding apparatus will be described. As shown in FIG. 24A, the tip of the bonding wire 6 protruding from the capillary 3 is melted by a spark current generated between the discharge torch 10 and the ball 11 Is formed. Next, the ball 11 (the tip of the capillary 3) is pressed against the electrode 8a of the IC chip 8 with a predetermined pressure. The ultrasonic vibration generated by the vibration source 1 is transmitted as a longitudinal wave from the proximal end side to the distal end side of the ultrasonic horn 2 and applied to the ball 11 through the capillary 3. As a result, as shown in FIG. 24B, the ball 11 is joined to the electrode 8a. Thereafter, the clamper 4 holding the bonding wire 6 is raised, and the bonding wire 6 is torn near the joint portion with the ball 11 as shown in FIG. A bump 13 is formed by the ball 11 bonded to the electrode 8a and the bonding wire 6 remaining on the ball 11 side.
[0005]
  Next, a structure for attaching the ultrasonic horn 2 to the bonding arm 5 will be described. As shown in FIGS. 25A and 25B, the ultrasonic horn 2 is integrally formed with a flange 15. The flange 15 is an annular portion 15a extending perpendicularly to the axis L from the entire circumference of the ultrasonic horn 2 at a position P corresponding to the longitudinal wave node in the direction (longitudinal direction) of the axis L of the ultrasonic horn 2. And a cylindrical portion 15b extending from the outer peripheral edge of the annular portion 15a toward the base end side in parallel to the axis L. Therefore, as shown in FIG. 26, the shape of the cross section perpendicular to the axis L of the ultrasonic horn 2 is a double shape in which the annular portion 15a of the flange 15 surrounds the ultrasonic horn 2 with a space therebetween. It has a structure. The annular portion 15a is formed at the longitudinal wave node position P because the expansion and contraction of the ultrasonic horn in the direction of the axis L is the smallest at the longitudinal wave node position P. This is because the influence on the transmission efficiency of vibration can be reduced. The bonding arm 5 has a known split tightening mechanism, and the ultrasonic horn 2 is fixed to the bonding arm 5 by tightening the outer periphery of the cylindrical portion 15b of the flange 15 with a screw (not shown). .
[0006]
  Next, a structure for holding the capillary 3 on the ultrasonic horn 2 will be described.
  As shown in FIGS. 27A, 27B, and 27C, a slit 17 is formed from the end surface on the distal end side of the ultrasonic horn 2 toward the proximal end side, and the slit 17 forms a pair of holding portions 2a, 2b is formed. Further, a circular hole 18 is formed on the tip side of the ultrasonic horn 2 in a direction orthogonal to the axis L, and the axis L is formed on the side walls 2c and 2d on the slit 17 side of the holding portions 2a and 2b by the circular hole 18. The holding grooves 2e and 2f having an arcuate cross section extending in a direction orthogonal to are formed. Furthermore, a screw hole 19 that is orthogonal to the axis L and intersects the slit 17 is provided on the tip side of the ultrasonic horn 2. By tightening the screw 20 screwed into the screw hole 19, the holding portions 2a and 2b are brought close to each other, and the capillary 3 is sandwiched and fixed between the groove walls of the holding grooves 2e and 2f.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
  Conventionally, the pitch α between the electrode pads 8a of the IC chip 8 shown in FIG. 24A is about 120 μm, and the area of the electrode pads 8a is 10,000 μm.2The bump diameter β shown in FIG. 24C was set to about 80 μm (about 100 μm × 100 μm square). In this case, the pressing force for pressing the ball 11 against the electrode pad 8a may be set to about 40 g, and the frequency of the ultrasonic vibration generated by the vibration generating source 1 may be set to about 64 kHz.
[0008]
  However, recently, in this type of IC chip 8, in order to increase the number of electrodes per unit area, it is required to further reduce the pitch α between the electrode pads 8a. In order to reduce the pitch α, it is necessary to reduce the area of the electrode pad 8a and the bump diameter β. Therefore, in order to obtain a sufficient bonding strength and a good bump shape when the pitch α is reduced, the pressure applied to the electrode pad 8a of the ball 11 is reduced and the amplitude of the ultrasonic vibration generated by the vibration source 1 is reduced. It is necessary to reduce the frequency and increase the frequency.
  For example, when the pitch α between the electrode pads 8a is reduced to about 80 μm, the area of the electrode pads 8a is 4900 μm.2It is necessary to set the bump diameter β to about 50 μm (70 μm × 70 μm square), the pressure applied to the electrode pad 8 a of the ball 11 to about 10 g, and the ultrasonic vibration frequency to 120 kHZ or more.
[0009]
  However, when the ultrasonic vibration frequency is set high, the conventional ultrasonic horn 2 mounting structure shown in FIG. 25 has the following problems. First, when the frequency of the ultrasonic vibration is increased and the wavelength is shortened, loss due to transmission of the ultrasonic vibration to the flange 15 is increased, and the transmission efficiency of the ultrasonic vibration to the capillary 3 is reduced. Further, since the flange 15 includes the annular portion 15a and the cylindrical portion 15b, a bending moment acts on the connection portion a between the annular portion 15a of the flange 15 and the ultrasonic horn 2. When the wavelength of the ultrasonic vibration is shortened, the reduction in vibration transmission efficiency to the capillary 3 due to this bending moment increases. The decrease in vibration transmission efficiency due to the transmission of ultrasonic vibration to the flange 15 and the bending moment acting on the connecting portion between the flange 15 and the ultrasonic horn 2 is particularly remarkable when the frequency of ultrasonic vibration is set to 120 kHZ or more. Accordingly, there is a case in which an appropriate vibration amplitude of the capillary 3 cannot be obtained and the ball 11 is not bonded to the electrode pad 8a.
[0010]
  In the conventional ultrasonic horn 2 mounting structure, as shown by a two-dot chain line G1 in FIG. 28, it is caused by a change in the torque of the screw for cleaving (binding force acting on the ultrasonic horn 2). The impedance change is very large. In particular, when the torque of the screw for tightening exceeds 5 kgf · cm, the impedance increases significantly.
[0011]
  Furthermore, in the above conventional ultrasonic horn 2 mounting structure, since it is necessary to form the flange 15 accurately at the position P of the longitudinal wave, high processing accuracy is required, and the manufacturing cost of the ultrasonic horn 2 is reduced. high.
[0012]
  In the conventional holding structure of the capillary 3 shown in FIG. 27, the groove walls of the holding grooves 2e and 2f having a circular arc cross section are in contact with the side peripheral portion of the capillary 3. However, it is extremely difficult to make the side circumferential portion of the capillary 3 and the groove walls of the receiving grooves 2e and 2f completely adhere to each other in terms of processing accuracy. In practice, the receiving grooves 2e and 2f are only formed in a part of the circumferential direction of the capillary 3. The groove walls touch. Further, the contact position between the side periphery of the capillary 3 and the groove walls of the receiving grooves 2e and 2f changes every time the capillary 3 is replaced. As a result, when the capillary 3 is replaced, the vibration amplitude of the capillary 3 changes. That is, in the conventional holding structure of the capillary 3, the reproducibility of the vibration amplitude when the capillary 3 is replaced is low. This decrease in the reproducibility of the vibration amplitude is particularly noticeable when the ultrasonic vibration frequency is set to 120 kHz or higher.
[0013]
  An object of the present invention is to solve the problems in the conventional bump bonding apparatus when the ultrasonic vibration is increased in frequency. That is, an object of the present invention is to transmit high-frequency ultrasonic vibration to the capillary with high transmission efficiency..
[0014]
[Means for Solving the Problems]
  BookThe present invention provides a method for attaching an ultrasonic horn to a bonding arm, comprising preparing an attachment component including an insertion hole for inserting the ultrasonic horn and a fixing portion for fixing the ultrasonic horn to the bonding arm, and parallel to each other. A horn insertion portion having first and second surfaces, the length from the first surface to the second surface corresponds to the position of a longitudinal wave node in the axial direction of the ultrasonic horn, and A jig in which a horn insertion hole penetrating from the first surface to the second surface is formed in the horn insertion portion, the ultrasonic horn is inserted through the insertion hole of the mounting member, and the super The base end side of the sonic horn is inserted into the horn insertion hole of the jig from the first surface side, the base end side end surface of the ultrasonic horn is matched with the second surface, and the mounting member Close the end face of the ultrasonic horn proximal end to the first face It is to secure the mounting member to the ultrasonic horn,
  An ultrasonic horn mounting method is provided in which the ultrasonic horn is removed from the jig and the fixing portion of the mounting member fixed to the ultrasonic horn is fixed to the bonding arm.
[0015]
  BookIn the mounting method of the invention, the length from the first surface to the second surface of the horn insertion portion provided in the jig corresponds to the position of the longitudinal wave node, and the length inserted from the horn insertion hole The end face on the base end side of the sonic horn is made to coincide with the second end face. Therefore, the attachment member can be disposed at a position corresponding to the node of the longitudinal wave only by bringing the end surface of the attachment member on the proximal end side of the ultrasonic horn into close contact with the first end surface of the horn insertion portion.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Next, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings.
  (First embodiment)
  As shown in FIGS. 1 to 3, the bump bonding apparatus according to the first embodiment of the present invention includes a loader 25 that houses an IC chip (electronic component) 8 before bump bonding, and an IC chip supplied from the loader 25. A heat stage 9 on which bump bonding is performed on the wafer 8, an unloader 26 for storing the bump-bonded IC chip 8 conveyed from the heat stage 9, and the IC chip 8 from the loader 25 through the heat stage 9 to the unloader. 26 is provided with a transport mechanism (not shown). The heat stage 9 incorporates a heater 9a, and the IC chip 8 is placed on the upper surface.
[0017]
  A bonding head 27 is disposed facing the heat stage 9. The bonding head 27 includes a bonding work mechanism 28, a wire supply mechanism 29, and a camera unit 30.
[0018]
  The bonding work mechanism 28 includes an XY table 33 driven by an XY drive mechanism 32, a base 34 fixed to the XY table 33, and a bonding arm 37 supported to be rotatable about an axis 35 with respect to the base 34. It has. One end of the bonding arm 37 is connected to a head driving mechanism 38 formed of a linear motor. One end of the bonding arm 37 is raised and lowered by the head driving mechanism 38, whereby the bonding arm 37 rotates about the shaft 35 as shown by an arrow A in FIG. A titanium ultrasonic horn 40 is detachably attached to the bonding arm 37 by a horn holder (attachment part) 39. Further, a displacement sensor 42 is attached to the bonding arm 37.
[0019]
  A vibration generating source 43 made of a piezo element is connected to the base end side of the ultrasonic horn 40. The vibration generation source 43 generates ultrasonic vibration when a high frequency voltage is supplied from the high frequency voltage generator 44. On the other hand, a capillary 45 is held on the tip side of the ultrasonic horn 40. The capillary 45 has a hole 45a penetrating in the axial direction (see FIG. 8). The gold bonding wire 6 supplied from the wire supply mechanism 29 is inserted into the hole 45 a so that the tip of the bonding wire 6 protrudes from the tip of the capillary 45. The capillary 45 includes a cylindrical portion 45b having a constant radius and a tapered portion 45c whose radius gradually decreases toward the tip. The capillary 45 moves in the XY direction by the movement of the XY table 33, and moves in the vertical direction in the figure by being driven by the head driving mechanism 38 and rotating the bonding arm 37. A discharge torch 47 (shown only in FIG. 3) is disposed near the tip of the capillary 45. A spark generator 48 is electrically connected to the discharge torch 47.
[0020]
  The wire supply mechanism 29 holds a reel 49 (shown in FIG. 1) that stores the bonding wire 6 in a wound state, an air tensioner 50 that applies tension to the bonding wire 6 by blowing air, and the bonding wire 6. A clamper 52 is provided. The clamper 52 is fixed to the bonding arm 37 and moves together with the ultrasonic horn 40.
[0021]
  The camera unit 30 is disposed above the bonding arm 37. The camera unit 30 includes a recognition camera 30a, a lens barrel 30b, and a prism 30c, and the recognition camera 30a can capture an image of the IC chip 8 of the heat stage 9.
[0022]
  A control device 53 shown in FIG. 2 controls the operation of the entire bump bonding apparatus. Based on input signals from sensors including the displacement sensor 42 and the recognition camera 30a, the XY drive mechanism 32, the head The apparatus including the drive mechanism 38, the heater 9a, the high-frequency voltage generator 44, and the spark generator 48 is controlled.
[0023]
  Next, the operation of this bump bonding apparatus will be described.
  First, the IC chip 8 is positioned on the heat stage 9 based on the image captured by the recognition camera 30a. Further, the tip of the capillary 45 is moved above the electrode pad 8a by the XY drive mechanism 32 and the head drive mechanism 38 (see FIG. 24A). Next, a high voltage is applied from the spark generator 48 to the discharge torch 47 to generate a spark current between the tip of the bonding wire 6 protruding from the tip of the capillary 45 and the discharge torch 47. This spark current melts the tip of the bonding wire 6 to form the ball 11 (see FIG. 24A). Next, after this ball 11 is pressed against the electrode pad 8a with a predetermined pressure, a high frequency voltage (120 kHz in this embodiment) is applied from the high frequency voltage generator 44 to the vibration generating source 43. The ultrasonic vibration generated by the vibration generating source 43 is transmitted as a longitudinal wave from the proximal end side to the distal end side of the ultrasonic horn 2 and applied to the ball 11 through the capillary 45. As a result, the ball 11 is applied to the electrode pad 8a. They are joined (see FIG. 24B). Thereafter, when the bonding arm 37 rotates, the clamper 52 that holds the bonding wire 6 rises. As a result, the bonding wire 6 is torn near the joint portion with the ball 11 to form a bump 13 (see FIG. 24C).
[0024]
  Next, a structure for attaching the ultrasonic horn 40 to the bonding arm 37 will be described with reference to FIGS.
  First, the ultrasonic horn 40 includes a cylindrical portion 40a having a circular shape with a constant radius in a cross section orthogonal to the axis L on the proximal end side, and a cross sectional shape orthogonal to the axis L on the distal end side. And a tapered portion 40b having a circular shape with a gradually decreasing radius. Accordingly, the ultrasonic horn 40 has a shape with no irregularities in almost the entire direction of the axis L. In other words, a pair of holding portions 40d and 40e facing each other with the slit 40c interposed therebetween are formed at the tip of the taper portion 40b where the capillary 45 is held, but in other portions, an ultrasonic horn is formed. The contour of the cross section perpendicular to the 40 axis L is constituted by only one closed line.
[0025]
  The horn holder 39 of the present embodiment includes a base (fixed part) 39a and a split fastening part 39b. The base portion 39a has an elongated plate shape, and screw holes 39c and 39d into which screws 55A and 55B for fixing the horn holder 39 to the bonding arm 37 are screwed are provided at both ends thereof. On the other hand, the cinch portion 39b is formed by increasing the thickness at the central portion of the base portion 39a. An insertion hole 39e that penetrates the cleaving portion 39b and the base portion 39a is provided in the center of the cleaving portion 39b. The radius of the insertion hole 39e is set larger than the radius of the cylindrical portion 40a of the ultrasonic horn 40. Further, a first slit 39f extending from the insertion hole 39e to one side portion of the split fastening portion 39b is formed in the split fastening portion 39b, and a pair of gripping portions 39g and 39h facing each other across the slit 39f is formed. Has been. Further, in the drawing, a second slit 39i is formed to separate the lower holding portion 39h and the base portion 39a. Furthermore, screw holes 39j and 39k into which the tightening screws 56 are screwed are formed in the grip portions 39g and 39h, respectively.
[0026]
  Three horn support protrusions (support protrusions) 39m, 39n, 39p having a cross-sectional shape of an isosceles triangle are formed on the peripheral wall 39l of the insertion hole 39e. As shown in FIG. 5, these three protrusions 39m to 39p are arranged at intervals of 120 degrees with respect to the cross-sectional center of the insertion hole 39e.
[0027]
  The ultrasonic horn 40 has a cylindrical portion 40a inserted through an insertion hole 39e, and the insertion hole 39e is reduced in diameter by screwing the screw 56 into the screw holes 39j and 39k of the gripping portions 39g and 39h. Therefore, the horn support protrusions 39m to 39p are in contact with the cylindrical portion 40a of the ultrasonic horn 40, and the horn holder 39 is ultrasonically driven by the radial restraining force acting on the ultrasonic horn 40 from the horn support protrusions 39m to 39p. It is fixed with respect to the horn 40. As shown in FIG. 4, the horn support protrusions 39 m to 39 p are in contact with the ultrasonic horn 40 at a position P <b> 1 corresponding to a longitudinal wave node in the axis L direction of the ultrasonic horn 40. Further, the vertices of the horn support protrusions 39m to 39p each having an isosceles triangle shape are in contact with the side peripheral portion of the cylindrical portion 40a of the ultrasonic horn 40. That is, each of the horn support protrusions 39m to 39p is in contact with the ultrasonic horn 40 in a circumferential point shape.
[0028]
  As shown in FIG. 6, an insertion hole 37 a is provided in the bonding arm 37 corresponding to the insertion hole 39 e of the horn holder 39. Further, screw holes 37b and 37c are formed on both sides of the insertion hole 39e corresponding to the screw holes 39c and 39d of the horn holder 39, respectively. The horn holder 39 fixed to the ultrasonic horn 40 is fixed to the bonding arm 37 by screwing screws 55A, 55B into the screw holes 39c, 39d, 37b, 37c of the horn holder 39 and the bonding arm 37. . The proximal end side of the ultrasonic horn 40 protrudes into the bonding arm 37 from the insertion hole 37a.
[0029]
  In the mounting structure of the ultrasonic horn 40 to the bonding arm 37 according to the present embodiment, since the ultrasonic horn 40 is not provided with a flange, the vibration transmission efficiency is reduced due to the ultrasonic vibration being transmitted to the flange portion. Can be prevented. Further, it is possible to prevent a decrease in vibration transmission efficiency due to the bending moment acting on a part of the ultrasonic horn 40 in the axis L direction. Furthermore, since it is not necessary to form a flange at a position corresponding to the longitudinal wave node of the ultrasonic vibration in the axis L direction of the ultrasonic horn, high workability is not required when processing the ultrasonic horn 40, and the ultrasonic horn. 40 manufacturing costs can be reduced.
[0030]
  The vibration in the radial direction of the ultrasonic horn 40 becomes maximum at the position P1 of the longitudinal wave node, but the horn support protrusions 39m to 39p of the horn holder 39 are dotted at three points in the circumferential direction with respect to the ultrasonic horn 40. The vibration in the radial direction of the ultrasonic horn 40 is not constrained between the horn support protrusions 39m to 39p. Therefore, in the mounting structure of the ultrasonic horn 40 of the present embodiment, the restraining force against the radial vibration of the ultrasonic horn 40 at the node position P1 is minimized, thereby reducing the transmission efficiency loss of the ultrasonic vibration. Further reduction can be achieved.
[0031]
  In FIG. 28, when the frequency of the ultrasonic vibration is 230 kHz as indicated by the solid line G2, the impedance is 20 ± even if the torque of the screw 56 for cleaving (binding force acting on the ultrasonic horn 40) changes. Compared with the conventional mounting structure (FIG. 25) indicated by the two-dot chain line G1 in the range of 10Ω, the change in impedance with respect to the change in torque is very small. As described above, the mounting structure of the ultrasonic horn 40 according to the present embodiment can suppress a change in impedance due to a change in the binding force acting on the ultrasonic horn 40.
[0032]
  In the present embodiment, the horn holder 39 includes three horn support protrusions 39m to 39p, but four or more horn support protrusions may be provided. 7A, the tips of the horn support protrusions 39m to 39p have an arc shape having the same curvature as that of the cylindrical portion 40a of the ultrasonic horn 40, and the horn support protrusions 39m to 39p are located with respect to the ultrasonic horn 40. Then, they may be contacted in a circular arc shape in the circumferential direction. Further, as shown in FIG. 7B, the horn holder 39 is provided with one annular horn support protrusion 39q, and the horn support protrusion 39q excludes the portion corresponding to the first slit 39f. You may make it contact the ultrasonic horn 40 in the substantially whole of the circumferential direction of 40.
[0033]
  Next, a structure for holding the capillary 45 to the ultrasonic horn 40 will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 8A, 8 </ b> B, and 8 </ b> C, a slit 40 c is formed along the axis L from the end surface on the distal end side of the ultrasonic horn 40 toward the proximal end side. The tip of the ultrasonic horn 40 is divided into two parts by the slit 40c. That is, a pair of holding portions 40d and 40e facing each other with the slit 40c interposed is formed at the tip of the ultrasonic horn 40. Further, a through hole 40f for inserting the capillary 45 in a direction orthogonal to the axis L is formed on the tip side of the ultrasonic horn 40, and the side wall on the slit 40c side of each holding portion 40d, 40e is formed by this through hole 40f. The holding grooves 40g and 40h are formed so as to penetrate in the direction perpendicular to the axis L. As shown in FIG. 8B, the through hole 40f has a square cross-sectional shape, and one diagonal line of the square is formed to coincide with the axis L in plan view. Accordingly, the holding grooves 40g and 40h formed in the holding portions 40d and 40e are provided with groove walls 40i and 40j, respectively, which are planes orthogonal to each other. Moreover, the cross-sectional shape of these holding grooves 40g and 40h is symmetrical with respect to the slit 40c. Furthermore, a screw hole 40k that is orthogonal to the axis L and intersects the slit 40c is provided on the tip side of the ultrasonic horn 40.
[0034]
  The capillary 45 is inserted into the through hole 40f, and both sides of the cylindrical portion 45b are disposed in the holding grooves 40g and 40h, respectively. Further, by tightening the screw 57 screwed into the screw hole 40k, the holding portions 40d and 40e are brought close to each other, and a cylinder is formed between the groove walls 40i and 40j of the holding grooves 40g and 40h formed in the holding portions 40d and 40e. The side periphery of the part 45b is sandwiched. That is, the capillary 45 is held at the tip of the ultrasonic horn 40 by a radial restraining force acting on the cylindrical portion 45b from the groove walls 40i, 40j of the holding grooves 40g, 40h.
[0035]
  As described above, the groove walls 40i and 40j of the holding grooves 40g and 40h are formed of planes orthogonal to each other, and the cross-sectional shapes of the holding grooves 40g and 40h are symmetric with respect to the slit 40c. Therefore, as shown in FIG. 9, the groove walls 40 i and 40 j of the holding grooves 40 g and 40 h are in contact with the side periphery of the cylindrical portion 45 b at two contact positions Q 1 and Q 2 in a plan view, These contact positions Q1 and Q2 are arranged at intervals of 90 degrees with respect to the cross-sectional center of the capillary 45. At each contact position Q1, Q2, the cylindrical portion 45b and the groove walls 40i, 40j are in contact with each other in the entire length direction of the holding grooves 40g, 40h.
[0036]
  As described above, in the conventional holding structure in which the capillary 2 is held by the holding grooves 2e and 2f having a circular cross section shown in FIG. 27, when the capillary 3 is replaced, the groove walls of the holding grooves 2e and 2f become the side of the capillary 3 The position in contact with the periphery changes. On the other hand, in the present embodiment, the groove walls 40i, 40j of the holding grooves 40g, 40h contact the side peripheral portion of the capillary 45 in a circumferential point shape, and therefore the contact position Q1 even if the capillary 45 is replaced. , Q2 does not change. Therefore, the change in the vibration amplitude of the capillary 45 due to the replacement of the capillary 45 can be reduced, and good vibration amplitude reproducibility can be obtained when the capillary 45 is replaced.
[0037]
  In the present embodiment, the holding grooves 40g and 40h are formed in the holding portions 40d and 40e by the through holes 40f having a square cross section, but the holding grooves 40g and 40h are symmetrical in cross section with the slit 40c. It is only necessary that the groove walls 40 i and 40 j are in a point-like contact with the circumferential direction of the capillary 45. For example, the cross-sectional shape of the through hole 40f may be a rhombus as shown in FIG. 10A, and the cross-sectional shape of the through hole 40f may be a triangle as shown in FIG. 10B. In the example shown in FIG. 10C, the through hole 40f has a circular shape with a larger radius than the cylindrical portion 45b of the capillary 45, and two protrusions 40m, 40n extending in the entire longitudinal direction are formed in the holding grooves 40g, 40h. Provided. Furthermore, in the example shown in FIG. 10D, one of the groove walls 40i and 40j of each holding groove 40g and 40h is a flat surface, and the other groove wall 40j is an arc shape having the same radius as the capillary 45. It is a curved surface. In addition, the through hole 40f may be a regular hexagon, a regular octagon, or the like.
[0038]
  In the example shown in FIGS. 11A, 11B, and 11C, in the holding structure of the capillary 45 shown in FIGS. 8A to 8C, the end face on the tip side of the ultrasonic horn 40 is directed to the substrate side. In addition, a hollow hole 40p having a circular cross section which is wider than the slit 40c is provided. Each retaining groove 40g, 40h is divided into two upper and lower stages in the figure by the hollow hole 40p. Therefore, the groove walls of the holding grooves 40g and 40h and the cylindrical portion 45b of the capillary 45 are in contact with each other at a total of eight locations, four locations on the proximal end side of the capillary 45 and four locations near the longitudinal center of the capillary 45. In this case, since the groove walls 40i and 40j of the holding grooves 40g and 40h are in contact with each other at two locations in the longitudinal direction of the capillary 45, the change in vibration amplitude when the capillary 45 is replaced can be further reduced, and the vibration amplitude The reproducibility is improved.
  Even when the holding grooves 40g and 40h have the shapes shown in FIGS. 10A to 10B, the holding grooves 40g and 40h can be divided into two stages by providing a lightening hole 40p. . Moreover, the cross-sectional shape of the lightening hole 40p is not limited to a circle, and may be a polygon or an ellipse. A plurality of lightening holes may be provided.
[0039]
  (Second Embodiment)
  12 and 13 show a second embodiment of the present invention.
  In this second embodiment, on the peripheral wall of the insertion hole 39e of the horn holder 39, support protrusions 39m are respectively provided at positions P1, P2 corresponding to two longitudinal wave nodes adjacent to each other in the axis L direction of the ultrasonic horn 40. , 39n, 39p, 39r, 39s, 39t. The support protrusions 39m to 39p and 39r to 39t have an isosceles triangular cross section, and are arranged at 120 degree intervals with respect to the cross sectional center of the insertion hole 39e (see FIG. 5).
[0040]
  In this embodiment, since the ultrasonic horn 40 is supported at two axial positions (positions P1 and P2) by the support protrusions 39m to 39p and 39r to 39s, the ultrasonic horn 40 is caused by ultrasonic vibration during the bonding operation. Can be prevented from tilting with respect to the horn holder 39. Further, the ultrasonic horn 40 can be attached to the horn holder 39 so that the axis L of the ultrasonic horn 40 is surely parallel to the axis of the insertion hole 39e.
[0041]
  Note that the horn support protrusions 39m to 39p and 39r to 39s in the present embodiment may have a circular arc shape at the tip end shown in FIG. 7A or an annular shape shown in FIG. Moreover, you may provide a horn support protrusion in the position corresponding to the node of three or more longitudinal waves adjacent to each other.
  Since other configurations and operations of the second embodiment including the holding structure of the capillary 45 are the same as those of the first embodiment, the same elements are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0042]
  (Third embodiment)
  14 to 16 show a third embodiment of the present invention. The horn holder 59 of the third embodiment includes a base (fixed part) 59a and a tube part 59b. The base portion 59a has an elongated plate shape, and screw holes 59c and 59d into which screws 55A and 55B for fixing the horn holder 39 to the bonding arm 37 are screwed are provided at both ends thereof. On the other hand, the cylinder part 59b protrudes from the center part of the base part 59a, and the insertion hole 59e in which the ultrasonic horn 40 is penetrated is provided. The radius of the insertion hole 59e is set to be larger than the radius of the cylindrical portion 40a of the ultrasonic horn 40.
[0043]
  The cylinder portion 59b is provided with three screw holes 59f, 59g, and 59h arranged at intervals of 120 degrees with respect to the cross-sectional center of the insertion hole 59e. Set screws (pin-like members) 61A, 61B, 61C are screwed into the screw holes 59f to 59h, respectively, and the tips of the set screws 61A to 61B protruding from the cylindrical portion 59b are the columns of the ultrasonic horn 40. It is in contact with the portion 40a. Further, the ultrasonic horn 40 is fixed to the horn holder 59 by a radial restraining force acting on the ultrasonic horn 40 from each of the set screws 61 </ b> A to 61 </ b> B.
[0044]
  The positions of the screw holes 59f to 59h are set so that the tips of the set screws 61A to 61B come into contact with the ultrasonic horn 40 at a position P1 corresponding to a longitudinal wave node in the axis L direction. Further, the tips of the set screws 61 </ b> A to 61 </ b> C are in contact with the ultrasonic horn 40 in a circumferential point shape.
[0045]
  In the mounting structure of the ultrasonic horn 40 of the present embodiment, since the flange is not provided in the ultrasonic horn 40, the vibration transmission efficiency is reduced due to the transmission of ultrasonic vibration to the flange and the bending moment acting on the flange portion. Can be prevented. Furthermore, since the tips of the set screws 61A to 61C come into point contact with the ultrasonic horn 40, the restraining force against the vibration in the radial direction of the ultrasonic horn 40 at the node position P1 is reduced to the minimum, thereby Loss of transmission efficiency of ultrasonic vibration can be further reduced.
[0046]
  Instead of the set screws 61A to 61B, a detachable pin may be provided to the tube portion 59b of the horn holder 58, and the tip of this pin may be in contact with the side peripheral portion of the ultrasonic horn 40. .
  Since other configurations and operations of the third embodiment including the holding structure of the capillary 45 are the same as those of the first embodiment, the same elements are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0047]
  (Fourth embodiment)
  17 and 18 show a fourth embodiment of the present invention.
  The cylindrical portion 59 of the horn holder 59 has screw holes 59f, 59g, 59h, 59i, 59j at positions P1 and P2 corresponding to two longitudinal wave nodes adjacent to each other in the axis L direction of the ultrasonic horn 40, respectively. 59k is provided. Further, the tips of set screws 61A to 61C and 61D to 61F screwed into these screw holes 59f to 59h and 59i to 59k are in contact with the ultrasonic horn 40 at longitudinal wave node positions P1 and P2, respectively. . As described above, in this embodiment, the ultrasonic horn 40 is supported by the set screws 61A to 61C and 61D to 61F at two locations in the axial direction (positions P1 and P2), respectively. The ultrasonic horn 40 can be prevented from tilting with respect to the horn holder 39. Further, the ultrasonic horn 40 can be attached to the horn holder 39 so that the axis L of the ultrasonic horn 40 is surely parallel to the axis of the insertion hole 59e.
  Since other configurations and operations of the fourth embodiment including the holding structure of the capillary 45 are the same as those of the third embodiment, the same elements are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0048]
  Next, a method of attaching the ultrasonic horn 40 to the bonding arm 37 will be described by taking the case of using the horn holder 39 of the first embodiment as an example.
  First, the capillary 45 and the horn holder 39 are fixed to the ultrasonic horn 40 using the jig 65 shown in FIGS. The jig 65 includes a horn insertion portion 65a, a capillary insertion portion 65b, and a plate-like connection portion 65c that connects the horn insertion portion 65a and the capillary insertion portion 65b. The horn insertion portion 65a includes a first surface 65d and a second surface 65e that are parallel to each other. The length D from the first surface 65d to the second surface 65e corresponds to the position of the longitudinal wave node in the axis L direction of the ultrasonic horn 40. Further, a horn insertion hole 65f is formed in the horn insertion portion 65a so as to penetrate from the first surface 65d to the second surface 65e. On the other hand, the capillary insertion portion 65b is formed with a capillary insertion slit 65h that is on the axis of the horn insertion hole 65f and extends perpendicularly to the upper surface 65g of the connection portion 65c.
[0049]
  First, the ultrasonic horn 40 is inserted into the insertion hole 39 e of the horn holder 39. Next, the base end side of the ultrasonic horn 40 is inserted into the horn insertion hole 65f of the jig 65 from the first surface 65d side. Further, the capillary 45 is inserted into the through hole 40f of the ultrasonic horn 40 and the capillary insertion slit 65h of the capillary insertion portion 65b, and then fixed with a screw 57.
[0050]
  Next, as shown in FIG. 20, the end surface on the proximal end side of the ultrasonic horn 40 is made to coincide with the second surface 65e of the horn insertion portion 65a. Thereafter, the horn holder 39 is moved toward the first surface 65d, and the base portion 39a of the horn holder 39 (the end surface on the proximal end side of the ultrasonic horn 40 of the horn holder 39) is brought into close contact with the first surface 65d. In this state, the support protrusions 39m to 39p of the horn holder 39 are at the position P1 corresponding to the longitudinal wave node. In this state, the rotational angle position of the horn holder 39 relative to the axis L is positioned by the lower surface of the horn holder 39 coming into contact with the connecting portion 65c.
[0051]
  Next, the screw 56 is screwed into the screw holes 39 g and 39 h of the cleaving portion 39 b of the horn holder 39 to reduce the diameter of the insertion hole 39 e, and the horn holder 39 is fixed to the ultrasonic horn 40. As described above, in the horn holder 39, the support protrusions 39m to 39p are positioned at the position P1 corresponding to the longitudinal wave node in the axis L direction of the ultrasonic horn 40. In this position P1, the ultrasonic horn 40 is contacted. The capillary insertion slit 65h into which the tip of the capillary 45 is inserted is perpendicular to the upper surface 65g of the connecting portion 65c, and the rotation angle around the axis L of the horn holder 39 by the upper surface 65g of the connecting portion 65c. The position is positioned. Therefore, the relative rotational angular position of the horn holder 39 and the capillary 45 around the axis L is such that the capillary 45 extends at right angles to the longitudinal direction of the horn holder 39 (the straight direction passing through the screw holes 39c and 39d). It is positioned.
  Thereafter, the ultrasonic horn 40 is removed from the jig 65, and the horn holder 39 fixed to the ultrasonic horn 40 with screws 55 </ b> A and 55 </ b> B is attached to the bonding arm 37.
[0052]
  In addition, also when using the horn holder 39 of 2nd Embodiment-4th Embodiment, the ultrasonic horn 40 can be attached to the bonding arm 37 with the same process.
[0053]
  (Fifth embodiment)
  FIG. 21 shows a fifth embodiment of the present invention.
  This first5In the embodiment, an annular groove 40q having a V-shaped cross section is provided in the entire circumferential direction of the ultrasonic horn 40 at a position corresponding to a longitudinal wave node in the axis L direction of the ultrasonic horn 40. On the other hand, the horn holder 69 has the same structure as that of the third embodiment. The tips of the set pins 61A to 61C come into contact with the ultrasonic horn 40 in the annular groove 40q, and the ultrasonic horn 40 is fixed to the horn holder 39 by a radial restraining force acting from the tips of the set pins 61A to 61C. ing. Thus, if the annular groove 40q is provided at a position corresponding to the longitudinal wave node, the tips of the set pins 61A to 61C can be reliably brought into contact with the ultrasonic horn 40 at the position of the longitudinal wave node.
  Since other configurations and operations of the fifth embodiment including the holding structure of the capillary 45 are the same as those of the first embodiment, the same elements are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0054]
  (Sixth embodiment)
  FIG. 22 shows a fifth embodiment of the present invention.
  In the sixth embodiment, a flange (annular portion) 40r extending only in the radial direction is provided at a position P1 corresponding to a longitudinal wave node in the axis L direction of the ultrasonic horn 40. The horn holder 39 has horn holding projections 39m to 39p (see FIG.6The structure is the same as that of the first embodiment except that it is not provided. The horn holder 39 is fixed to the ultrasonic horn 40 by tightening the outer peripheral edge of the flange 40r with a cleaving portion 39b.
[0055]
  Unlike the conventional one shown in FIG. 25, the flange 40r extends only in the radial direction and does not include a portion corresponding to the cylindrical portion 15b. Therefore, only the radial restraining force acts on the ultrasonic horn 40 from the split portion 39b of the horn holder 39, and no bending moment acts on the connecting portion between the flange 40r and the ultrasonic horn 40. Therefore, it is possible to prevent the vibration transmission efficiency from being lowered due to the bending moment acting on the ultrasonic horn 40.
  Since other configurations and operations including the holding structure of the capillary 45 of the sixth embodiment are the same as those of the first embodiment, the same elements are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0056]
【The invention's effect】
  As is clear from the above explanation,In the mounting method of the present invention, the length from the first surface to the second surface of the horn insertion portion provided in the jig corresponds to the position of the longitudinal wave node, and is inserted into the horn insertion hole. The end face on the base end side of the ultrasonic horn is matched with the second end face. Therefore, the attachment member can be disposed at a position corresponding to the node of the longitudinal wave only by bringing the end surface of the attachment member on the proximal end side of the ultrasonic horn into close contact with the first end surface of the horn insertion portion.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a bump bonding apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view of the main part showing the bump bonding apparatus according to the first embodiment.
FIG. 3 is a main part front view showing the bump bonding apparatus according to the first embodiment.
4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG. 3 showing the mounting structure of the ultrasonic horn in the first embodiment.
5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG.
FIG. 6 is an exploded perspective view showing the attachment structure of the ultrasonic horn in the first embodiment.
7A and 7B are cross-sectional views similar to FIG. 5 showing another example of the holder.
8A and 8B show a structure for holding a capillary on an ultrasonic arm in the first embodiment, in which FIG. 8A is an end view of the ultrasonic horn, FIG. 8B is a partial plan view of the ultrasonic horn, and FIG. It is sectional drawing in the VIII-VIII line of (B).
FIG. 9 is a partially enlarged plan view for explaining the relationship between the capillary and the holding groove.
10 (A), (B), (C) and (D) are plan views showing other examples of holding grooves. FIG.
11A and 11B show another example of the holding structure of the capillary to the ultrasonic horn, in which FIG. 11A is an end view of the ultrasonic horn, FIG. 11B is a partial plan view of the ultrasonic horn, and FIG. It is sectional drawing in the XI-XI line of B).
FIG. 12 is a cross-sectional view similar to FIG. 4 showing an ultrasonic horn mounting structure according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 13 is an exploded perspective view showing a mounting structure of an ultrasonic horn according to a second embodiment.
FIG. 14 is a cross-sectional view similar to FIG. 4 showing an ultrasonic horn mounting structure according to a third embodiment of the present invention.
15 is a cross-sectional view taken along line XV-XV in FIG.
FIG. 16 is an exploded perspective view showing a mounting structure of an ultrasonic horn according to a third embodiment.
FIG. 17 is a cross-sectional view similar to FIG. 4 showing an ultrasonic horn mounting structure according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 18 is an exploded perspective view showing a mounting structure of an ultrasonic horn according to a fourth embodiment.
FIG. 19 is an exploded perspective view showing an ultrasonic horn, a horn holder, and a jig.
20 is a cross-sectional view taken along line XX-XX in FIG. 19 in a state where the ultrasonic horn and the horn holder are assembled to the jig.
FIG. 21 is a cross-sectional view similar to FIG. 4 showing an ultrasonic horn mounting structure according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a cross-sectional view similar to FIG. 4 showing an ultrasonic horn mounting structure in a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a schematic view showing a main part of a conventional bump bonding apparatus.
24A and 24B show a bump bonding process, FIG. 24A is a sectional view showing a ball forming process, FIG. 24B is a sectional view showing a bonding process of a ball to an electrode pad, and FIG. 24C is a bonding wire cutting process; FIG.
FIGS. 25A and 25B are cross-sectional views showing a structure for attaching a conventional ultrasonic horn to a bonding arm. FIGS.
26 is a cross-sectional view taken along line XXV-XXV in FIG.
27A and 27B show a structure for holding a capillary on an ultrasonic arm, where FIG. 27A is an end view of the ultrasonic horn, FIG. 27B is a partial plan view of the ultrasonic horn, and FIG. 27C is XXVII in FIG. -It is sectional drawing in the XXVII line.
FIG. 28 is a diagram showing the relationship between screw tightening torque and impedance.
[Explanation of symbols]
  6 Bonding wire
  8 IC chip (electronic parts)
  8a Electrode pad
  9 Heat stage
  9a Heater
  25 Loader
  26 Unloader
  27 Bonding head
  28 Bonding mechanism
  29 Wire supply mechanism
  30 camera units
  30a recognition camera
  30b Lens tube
  30c prism
  32 XY drive mechanism
  33 XY table
  34 base
  35 axes
  37 Bonding Arm
  37a Insertion hole
  37b, 37c Screw hole
  38 Head drive mechanism
  39 Horn holder
  39a base
  39b Clamping part
  39c, 39d Screw hole
  39e insertion hole
  39f, 39i slit
  39g, 39h Holding part
  39j, 39k screw holes
  39l wall
  39m, 39n, 39p, 39q, 39r, 39s, 39t Horn support protrusion (support protrusion)
  40 ultrasonic horn
  40a cylinder
  40b Taper part
  40c slit
  40d, 40e holding part
  40f through hole
  40g, 40h Holding groove
  40i, 40j groove wall
  40k screw hole
  40m, 40n protrusion
  40p Meat hole
  40q annular groove
  40r flange
  42 Displacement sensor
  43 Vibration source
  44 high frequency voltage generator
  45 Capillary
  45a hole
  45b Cylindrical part
  45c taper part
  47 Discharge Torch
  48 Spark generator
  49 reel
  50 Air tensioner
  52 Clamper
  53 Controller
  55A, 55B screw
  56 screws
  57 screw
  59 Horn holder
  59a Base (fixed part)
  59b Tube
  59c, 59d Screw hole
  59e insertion hole
  59f, 59g, 59h, 59i, 59j, 59k Screw hole
  61A, 61B, 61C, 61D, 61E, 61F Set screw
  65 Jig
  65a Horn plug
  65b Capillary insertion part
  65c connecting part
  65d, 65e surface
  65f Horn insertion hole
  65g top surface
  65h Capillary insertion slit

Claims (1)

超音波ホーンをボンディングアームに取付ける方法であって、
上記超音波ホーンを挿通させる挿通孔と、上記ボンディングアームに固定するための固定部とを備える取付部品を準備すると共に、互いに平行な第１及び第２の面を有するホーン差込部を備え、第１の面から第２の面までの長さが上記超音波ホーンの軸線方向における縦波の節の位置に対応し、かつ、上記ホーン差込部に上記第１の面から第２の面まで貫通するホーン差込孔が形成された治具を準備し、
上記超音波ホーンを上記取付部材の挿通孔に挿通させ、
上記超音波ホーンの基端側を上記第１の面側から上記治具のホーン差込孔に差込み、上記超音波ホーンの基端側の端面と上記第２の面とを一致させ、
上記取付部材の超音波ホーン基端側の端面を上記第１の面に密接させ、
取付部材を超音波ホーンに固定し、
超音波ホーンを治具から取り外し、かつ、
上記超音波ホーンに固定された取付部材の固定部を、上記ボンディングアームに固定する
超音波ホーンの取付方法。A method of attaching an ultrasonic horn to a bonding arm,
While preparing an attachment part including an insertion hole for inserting the ultrasonic horn and a fixing part for fixing to the bonding arm, a horn insertion part having first and second surfaces parallel to each other, The length from the first surface to the second surface corresponds to the position of the longitudinal wave node in the axial direction of the ultrasonic horn, and the horn insertion portion has the second surface to the second surface. Prepare a jig with a horn insertion hole that penetrates to
The ultrasonic horn is inserted through the insertion hole of the mounting member,
Inserting the base end side of the ultrasonic horn from the first surface side into the horn insertion hole of the jig, matching the end surface of the base end side of the ultrasonic horn and the second surface,
The ultrasonic horn proximal end surface of the mounting member is brought into close contact with the first surface,
Fix the mounting member to the ultrasonic horn,
Remove the ultrasonic horn from the jig, and
A method for attaching an ultrasonic horn, wherein a fixing portion of an attachment member fixed to the ultrasonic horn is fixed to the bonding arm.
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