JP4665339B2 - 超音波ボンディング装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、チップ部品などの電子部品を基板やパッケージなどの装着対象物に超音波振動を付与して圧着する超音波ボンディング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図8および図9に、従来の超音波ボンディング装置に利用される超音波ボンディングヘッドが示されている。
【0003】
超音波振動子11と振動伝達用のホーン12とを接続してトランスデューサ13が構成されている。
【0004】
このトランスデューサ13は、ヘッド本体20に連結された保持部材14に水平姿勢で連結されている。
【0005】
ボンディングツール15は、ホーン12の先端側において鉛直に支持されていて、その上端は、真空装置18に対して柔軟なチューブ17を介して連通接続されている。
【0006】
ボンディングツール15の下端における部品吸着面に電子部品が吸着保持される。
【0007】
そして、上記の場合、トランスデューサ13は、割締め型の保持部材14に備えられるすり割り孔14bに挿通されたうえでボルト22で締め込み固定されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来構造の場合、トランスデューサ13が、保持部材14のすり割り孔14bに挿通されて締め込まれる構造であるから、割締めの締め加減によってその振動特性が変化する。そのため、トランスデューサ13に対して一定の安定化した振動特性として優れたボンディング品質を得るには、その締付け力を厳しく管理することが要求される。
【0009】
この要求に沿うべく、例えば、トルクレンチ等を用いて定トルクでの締付けを行う形態の場合、締付け力はボルトの摩擦係数等に影響されるために厳密な締付け力管理が難しいものとなり、特に、メンテナンス等のためにトランスデューサ13を脱着するたびに締付け状態が変化して、トランスデューサ13の振動特性が変化しやすい。
【0010】
したがって、本発明は、トランスデューサの保持部材に対する取付け具合にかかわらず安定した振動特性が得られるものとして、ボンディング品質を向上可能とすることを解決すべき課題としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、超音波振動子と振動伝達用のホーンとを備えるトランスデューサがヘッド本体に連結された保持部材に連結されているとともに、ホーンの先端側にボンディングツールが支持されている超音波ボンディング装置であって、前記トランスデューサの振動の節に相当する部位に平板状のフランジが設けられており、前記保持部材は一方が開放されたU字状の凹部を有し、前記凹部に前記トランスデューサが係入されており、前記フランジは前記凹部への前記トランスデューサの係入状態で前記保持部材の前記凹部を形成する左右両側面それぞれに左右一対のボルトにより取付けられていることで、面方向拡がり振動モードで振動可能でありかつ前記保持部材は前記フランジの取付け面方向に弾性変形可能とされていることを特徴としている。
【0012】
本発明によると、トランスデューサにおけるフランジはフランジ面に沿った平面の拡がり振動モードとなっている。他方、このフランジが連結される保持部材のトランスデューサ取付け部位は、振動方向に弾性変形可能となっているので、フランジの面方向への拡がり振動によって保持部材のトランスデューサ取付け部位がフランジ部と一体となって振動することになり、トランスデューサの保持部材への連結状態がトランスデューサの振動特性に影響を及ぼすことが少なくなる。
【0013】
その結果、本発明によれば、品質において一定の安定したボンディング作業が可能な超音波ボンディング装置を提供することができる。
【0014】
なお、本発明の好ましい実施態様として、ヘッド本体と保持部材との間に、固有音響インピーダンスの異なるスペーサを介在させたり、また、このスペーサを樹脂材で構成してもよい。
【0015】
この実施態様では、ヘッド本体と保持部材との間に設けられた固有音響インピーダンスが異なる材質のスペーサによってトランスデューサの振動が反射され、保持部材のヘッド本体への取り付け部で生じる微小な振動によるトランスデューサの振動特性への影響が少なくなり、よりトランスデューサの保持部材への連結状態がトランスデューサの振動特性に影響を及ぼすことが少なくでき、品質において一定の安定したボンディング作業が可能な超音波ボンディング装置を提供できる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【0017】
図1に、本発明の実施形態に係る超音波ボンディング装置の概略構成が示されている。
【0018】
装置フレーム1の上面には、装着対象物の一例である基板2を搭載支持する装着ステージ3と、バンプ付きチップ部品などの電子部品4が整列されて収容されている部品供給部5とが装備されている。
【0019】
装置フレーム1の上方には、部品搬送ステージ6と、部品供給部5から取出した電子部品4を部品搬送ステージ6に供給する部品供給ユニット7と、部品搬送ステージ6に供給された電子部品4を受取って装着ステージ3上の基板2に圧着するボンディングヘッド8と、ボンディングヘッド8を支持して昇降する昇降ブロック9とが配備されている。
【0020】
装着ステージ3は、ボンディングヘッド8に保持された電子部品4に対する位置合わせのために、前後および左右に水平移動可能に構成されている。
【0021】
部品搬送ステージ6は、部品供給ユニット7によって供給されてきた電子部品4をボンディングヘッド8の上下移動経路内に搬入して、ボンディングヘッド8に受け渡すよう上下および水平移動可能に構成されている。
【0022】
図2および図3に、ボンディングヘッド8の詳細構造が示される。
【0023】
このボンディングヘッド8において、超音波振動子11と振動伝達用のホーン12とを連結してトランスデューサ13が構成されている。
【0024】
このトランスデューサ13は、ステンレス鋼やアルミなどの金属材からなる保持部材14の下部に水平に連結支持されている。
【0025】
トランスデューサ12の先端部に、丸パイプ状のボンディングツール15が、鉛直に取付けられている。
【0026】
ボンディングツール15は、ホーン12の先端部のすり割り溝12aに挿通されてボルト16で締め込み固定され、例えば柔軟なチューブ17を介して真空装置18に連通接続されている。
【0027】
トランスデューサ13における振動の節(振動しない点)に相当する部位には平板状のフランジ13aが設けられている。
【0028】
図4および図5に示すように、保持部材14の下部には下向き開放された逆U字状の凹部14aが形成されている。この凹部14aにトランスデューサ13が下方から係入された状態で、フランジ13aが保持部材14における下端部の側面に左右一対のボルト19で締付け固定される。これによって、トランスデューサ13は、保持部材14に対して水平に固定される。
【0029】
保持部材14そのものは、固有音響インピーダンスが異なる材質、例えばアクリル板等の樹脂材からなるスペーサ20を介してヘッド本体21に連結されている。
【0030】
上記構成を備えた超音波ボンディング装置における部品装着行程を詳細に説明する。
【0031】
一つの基板2への電子部品4の装着が完了したことが確認されると、ボンディングヘッド8が上昇を開始する。これとともに、部品搬送ステージ6がボンディングヘッド8の上下移動経路に向けて進出する。
【0032】
ボンディングヘッド8が上昇すると、装着ステージ3は水平方向にピッチ移動して、次に装着する基板2をボンディングヘッド8の直下位置にセットする。
【0033】
ボンディングヘッド8が上昇すると、電子部品4を保持して水平移動してボンディングヘッド8の上下移動経路中に進出してきた部品搬送ステージ6が上昇作動し、電子部品4はボンディングヘッド8におけるボンディングツール15の下端に当て付けられ、吸着保持される。
【0034】
ボンディングツール15への電子部品4の受け渡しが完了すると、部品搬送ステージ6はボンディングヘッド8の上下移動経路から退避して、次の部品供給を受ける待機位置まで復帰移動する。
【0035】
これとともに、電子部品4を保持したボンディングヘッド8は下降作動して、ボンディングツール15の下端に保持した電子部品4を基板2に適度な荷重で押圧するとともにトランスデューサ13が駆動されてボンディングツール15に超音波振動が印加(加振)されて、部品下面のバンプ4aが基板2の回路パターン上に確実に接合(圧着)される。
【0036】
この加振圧着行程において、トランスデューサ13におけるフランジ13aはフランジ面に沿った平面の拡がり振動モードとなっているのに対して、このフランジ13aが連結される保持部材11のトランスデューサ取付け部位も、フランジ13aの取付け面方向に弾性変形可能となっているので、フランジ13aの面方向への拡がり振動によって保持部材14のトランスデューサ取付け部位もフランジ13aと一体となって振動することになる。
【0037】
これによって、トランスデューサ13の保持部材14への保持状態がトランスデューサ13の振動特性に影響を及ぼすことが少なくなる。
【0038】
図6(a)(b)に、保持部材14へのトランスデューサ保持構造が振動特性へ及ぼす影響を測定した結果を示す。この結果は、保持部材をヘッド本体に取り付けていない状態での測定結果である。
【0039】
図6(a)は、トランスデューサ13を、フランジ13aを介して保持部材14の側面に取付けた本実施形態構造における測定結果を示し、図6(b)は、従来構造における測定結果を示している。
【0040】
ここで、トランスデューサ13の振動特性は、振動駆動した際のインピーダンスで評価しており、トランスデューサ13を保持部材14に取付けて測定した後、一旦取外して再び取付けて測定し、これを10回繰り返して測定している。なお、トランスデューサ13を単体で駆動させた時のインピーダンスは7.6Ωである。
【0041】
この測定結果から判るように、本実施形態構造の方が、振動特性の平均値がトランスデューサ単体の振動特性に近く、かつ、最大値と最小値との偏差Rも小さく、ばらつきが少ないものとなっている。
【0042】
また、トランスデューサ13とは固有音響インピーダンスの異なるスペーサ20によってトランスデューサ13の振動は反射され、保持部材14とヘッド本体21との間での微小な振動によるトランスデューサ13の振動特性への影響が少なくなる。
【0043】
図7(a)(b)に、スペーサ20の介在がトランスデューサ13の振動特性へ及ぼす影響を測定した結果を示す。図7(a)は、スペーサ20を介在させて本実施形態構造の保持部材14をヘッド本体21に取り付けた場合の測定結果を示し、図7(b)は、スペーサ20を介在させないで本発明構造の保持部材14をヘッド本体21に取り付けた場合の測定結果を示してる。
【0044】
なお、測定方法は上記の場合と同様であり、スペーサ20として厚さ5mmのアクリル板が利用されている。
【0045】
この測定結果から判るように、スペーサ20を介在させた方が、振動特性の平均値がトランスデューサ単体の振動特性に近く、かつ、最大値と最小値との偏差Rも小さく、ばらつきが少ないものとなっている。
【0046】
スペーサ20の材質としては、アクリル板に限られるものではなく、アクリル以外の樹脂板、ゴム材、あるいは、布材、などをトランスデューサ12の出力容量などに応じて適宜選択して使用すればよい。
【0047】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、保持部材に対するトランスデューサの取付け具合や脱着にかかわらず安定した振動特性を確保することができ結果、超音波振動子からの振動は効率よくボンディングツールに伝達され、確実かつ品質に優れたボンディング作業が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る超音波ボンディング装置の斜視図
【図2】図1の超音波ボンディングヘッドの正面図
【図3】図1の超音波ボンディングヘッドの要部斜視図
【図4】図1の超音波ボンディングヘッドの要部正面図
【図5】図1の超音波ボンディングヘッドの要部分解斜視図
【図6】トランスデューサ保持構造が振動特性に及ぼす影響を測定した結果を示す図
【図7】ヘッド本体への保持部材の取付け構造が振動特性に及ぼす影響を測定した結果を示す図
【図8】従来における超音波ボンディングヘッドの正面図
【図9】従来における超音波ボンディングヘッドの斜視図
【符号の説明】
11 超音波振動子
12 ホーン
13 トランスデューサ
13a フランジ
14 保持部材
15 ボンディングツール
20 スペーサ
21 ヘッド本体
Claims (3)
- 超音波振動子と振動伝達用のホーンとを備えるトランスデューサがヘッド本体に連結された保持部材に連結されているとともに、ホーンの先端側にボンディングツールが支持されている超音波ボンディング装置であって、
前記トランスデューサの振動の節に相当する部位に平板状のフランジが設けられており、
前記保持部材は一方が開放されたU字状の凹部を有し、
前記凹部に前記トランスデューサが係入されており、
前記フランジは前記凹部への前記トランスデューサの係入状態で前記保持部材の前記凹部を形成する左右両側面それぞれに左右一対のボルトにより取付けられていることで、面方向拡がり振動モードで振動可能でありかつ前記保持部材は前記フランジの取付け面方向に弾性変形可能とされていることを特徴とする超音波ボンディング装置。 - 請求項1の超音波ボンディング装置において、
ヘッド本体と保持部材との間に固有音響インピーダンスの異なるスペーサが介在されていることを特徴とする超音波ボンディング装置。 - 請求項2の超音波ボンディング装置において、
スペーサが、樹脂材で構成されていることを特徴とする超音波ボンディング装置。
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