JP4529608B2 - 超音波接合装置 - Google Patents
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Description
一般に、超音波接合装置は、一方主面にバンプが形成された部品の他方主面をボンディングツールで吸着保持し、部品に押圧力と超音波振動とを印加してバンプを被接合面に接合するものである。
しかしながら、上記の場合には、ツールの固定を割締めで行っているため、固定力が不十分であり、ホーンからツールへの振動伝達が不安定になる。そのため、ツールの振動が不安定になり、接合性にバラツキが生じるという問題がある。また、締結ボルトを強く締めつけ過ぎると、ホーンの割溝が歪み、そのため超音波の出力特性が変わり、良好な接合が得られなくなる可能性がある。
しかし、この固定構造では、ツールの固定部が大きくなってしまい、ホーンもそれに応じて大きくする必要がある。また、ツール取り付けボルトを下側から取り付けなければならないため、ボルトの頭を逃がすだけのツールの突出長さが必要になる。突出長さが長くなると、ツールに曲げ振動が励起され、接合面に垂直な振動成分が発生してしまい、接合性に悪影響を与える。
また、本発明の固定構造では、従来のような割締めに比べて固定力が大きく、ホーンからツールへの振動伝達が安定する。また、ネジ部材を強く締めつけても、ホーンの取付穴が歪むことがなく、超音波の出力特性が変わることがない。
ネジ穴の方向を超音波振動方向とほぼ同一方向とすることで、ホーンとボンディングツールおよびネジ部材とが一体に振動し、ネジ部材に緩みが発生せず、経時的にあるいは交換を繰り返しても、安定した振動特性を得ることができる。
ネジ部材でボンディングツールを押圧固定する際、超音波振動方向と振動方向に垂直な方向(上向き)の両方に押圧力が発生するので、吸着面に垂直な方向の振動が抑制され、接合品質を向上させることができる。
このようにしてボンディングツールを固定すれば、超音波振動方向だけでなく振動方向の垂直な方向にも安定に固定される。さらに、部品接触部の背面の周辺部をホーンの取付穴の周囲の支持面に密着させることで、取付穴を介して真空吸引される空気の漏れをなくすことができる。
この場合も、請求項2と同様に、ボンディングツールを超音波振動方向だけでなく振動方向に対して垂直な方向にも安定に固定できるとともに、軸部の他端部を取付穴の停止面に密着させることで、取付穴を介して真空吸引される空気の漏れを解消できる。
さらに、従来のような割締めに比べて固定力が大きく、ホーンからツールへの振動伝達が安定するとともに、ネジ部材を強く締めつけても、ホーンの取付穴が歪まず、超音波の出力特性が変動しないという特徴を有する。
超音波接合装置1は、バンプ付きの部品Pを基板Bに対して押圧荷重と超音波振動とを加えて接合するものであり、超音波ホーン10を備えている。この実施例の超音波ホーン10は、金属材料で逆二等辺三角形状に一体形成されている。超音波ホーン10の下頂部11と左右の頂部12,13にはそれぞれカット面が設けられている。下頂部11のカット面は上辺14に対して平行であり、左右の頂部12,13のカット面はそれぞれ斜辺15,16に対してほぼ垂直である。
なお、この実施例の止めネジ25の基端部には六角穴25bが形成され、この六角穴25bに工具を係合させて回すことにより、止めネジ25を締め付けることができる。
この実施例では、ボンディングツール30の下端部に、軸部32より幅広な部品接触部31を形成してある。すなわち、軸部32の直径をDとし、部品接触部31の幅寸法をWとすると、
W>D
に設定されている。
部品接触部31の大きさは、吸着すべき部品Pの大きさに応じて決定される。
部品Pを基板Bにボンディングする際、基板Bを加熱ステージS上に載置し、予め加熱しておく。ボンディングツール30の吸着面35に吸着された部品Pを基板Bに対して接触させ、荷重印加装置21によって下方への押圧荷重を印加した状態で、圧電振動子20から超音波ホーン10の右頂部13に対して斜辺16とほぼ平行な超音波振動Uinを印加すると、下頂部11には水平方向でかつ印加された超音波振動Uinより振幅が大きい超音波振動Uout が出力される。超音波振動Uout はホーン10に固定されたボンディングツール30にも伝達されるが、上記のようにボンディングツール30はホーン10に対して振動方向とともにその垂直方向にもしっかりと固定されているので、基板Bと部品PのバンプP1との接合面に垂直な振動を発生させることなく、接合面に対して平行に振動する。ボンディングツール30と部品Pとの間に働く摩擦力によって、振動が部品Pに伝達され、部品Pに形成されたバンプP1と基板Bとが確実に接合される。
この実施例は、ホーン10に取付穴23に対して直交する水平方向の3本のネジ穴24を120°間隔で形成し、これらネジ穴24にそれぞれ止めネジ25を螺合し、3本の止めネジ25によってボンディングツール30を固定したものである。ボンディングツール30の構造および止めネジ25は第1実施例と同様である。
3本の止めネジ25のうちの1本は超音波振動方向Uと平行に配置され、他の2本の止めネジ25は超音波振動方向Uに対して約60°の角度をもって配置されている。この場合は、3本の止めネジ25で3方から均等に押圧されるので、ボンディングツール30を安定して固定できる。
この実施例では、ボンディングツール40の下端部に、軸部42よりも幅狭な部品接触部41を形成してある。すなわち、軸部42の直径をDとし、部品接触部41の幅寸法をWとすると、
D>W
に設定されている。
この実施例では、ボンディングツール50の軸部52にくびれ部やテーパ面は形成されておらず、それに代えて平面カット面53が形成されている。ホーン10の側方から取付穴32に向かって形成されたネジ穴24に止めネジ25が螺合され、その止めネジ25の先端面を平面カット面53に圧着させることにより、ボンディングツール50はホーン10に固定されている。
この場合は、ボンディングツール50の軸部52の周面に平面カット面53を形成するだけであるため、加工が容易である。
この実施例では、ネジ穴24が超音波振動方向の1箇所のみに形成されているが、平面カット面53を軸部52の対向位置の2箇所に形成した場合には、ネジ穴24もこれに応じて2箇所に設けてもよい。
また、ボンディングツール50の下端部に設けられた部品接触部51は軸部52より幅広なフランジ状に形成されているが、図6と同様に軸部52より幅狭な形状としてもよい。
上記実施例では、バンプを予め部品に固定しておき、このバンプを被接合面(例えば基板の電極)に接合する例について説明してが、バンプを予め被接合面(例えば基板の電極)に固定しておき、バンプを部品の電極に接合する場合でも本発明を同様に適用できる。
上記実施例では、ボンディングツールの軸部にくびれ部33やテーパ面34を設けた例や平面カット面53を設けた例を示したが、これらを設けることなく、軸部が円筒面を持ち、この円筒面に止めネジの先端を圧着させて固定してもよい。
止めネジとしては、ボンディングツールの軸部を取付穴に対して直交方向に押圧固定できるものであればよく、例えば頭付きネジでもよい。
上記実施例では、逆三角形状の超音波ホーンの下頂部にボンディングツールを着脱可能に取り付けたが、超音波ホーンの形状は任意であり、その取付位置も任意である。
P 部品
P1 バンプ
10 超音波ホーン
20 振動子
21 荷重印加装置
23 取付穴
24 ネジ穴
25 止めネジ
25a テーパ面
30 ボンディングツール
31 部品接触部
32 軸部
33 くびれ部
34 テーパ面
35 吸着面
36 吸着穴
Claims (3)
- 一方主面と他方主面とを持つ部品の他方主面をボンディングツールの吸着面で吸着し、ホーンからボンディングツールを介して部品に押圧力と超音波振動とを印加して、部品の一方主面をバンプを介して被接合面に接合する超音波接合装置において、
上記ボンディングツールの吸着面の背面側に軸部を設け、
上記ホーンに、上記被接合面に対して直交し、ボンディングツールの軸部を嵌合保持する取付穴と、この取付穴に対して直交方向に設けられ、ホーン側面から取付穴まで貫通する少なくとも1つのネジ穴とを設け、
上記ネジ穴に、ボンディングツールの軸部を取付穴に対して押圧固定するネジ部材を螺合させてなり、
上記軸部の中間部にくびれ部が形成され、
上記くびれ部に軸端方向に向かって漸次大径となるテーパ面が設けられ、
上記ネジ部材の先端部に上記テーパ面に接触する先細状のテーパ面が設けられ、
上記ネジ部材をネジ穴にネジ込むことにより、上記テーパ面同士の接触によりボンディングツールは取付穴の奥方へ引き込まれることを特徴とする超音波接合装置。 - 上記ボンディングツールの一端部に軸部より幅広な部品接触部が形成され、
上記部品接触部の表面に上記吸着面が形成され、
上記部品接触部の背面の中央部に上記軸部が突設され、
上記ネジ部材をネジ穴にネジ込むことにより、上記テーパ面同士の接触によりボンディングツールは取付穴の奥方へ引き込まれ、上記部品接触部の背面の周辺部が上記ホーンの取付穴の周囲の支持面に密着して固定されることを特徴とする請求項1に記載の超音波接合装置。 - 上記ボンディングツールの一端部に軸部より幅狭な部品接触部が形成され、
上記部品接触部の表面に上記吸着面が形成され、
上記取付穴の内部に上記軸部の他端部が当接する停止面が形成され、
上記ネジ部材をネジ穴にネジ込むことにより、上記テーパ面同士の接触によりボンディングツールは取付穴の奥方へ引き込まれ、上記軸部の他端部が取付穴の停止面に密着して固定されることを特徴とする請求項1に記載の超音波接合装置。
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