JP5663764B2 - 接合装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板の所定位置に被接合物を接合する技術に関する。

従来、超音波振動または熱から成る接合エネルギーにより基板の所定位置に被接合物を接合する技術が知られている。例えば、特許文献１に記載の実装装置では、電極パターン上に樹脂フィルムを介してＩＣチップが仮付けされた基板が、案内テーブルにより押圧支持用ステージに案内されて、基板が押圧支持用ステージに支持された状態で、ＩＣチップが基板に押圧具により押圧されて加熱されることで、ＩＣチップが基板の所定位置に実装される。

また、例えば、特許文献２に記載の接合装置では、ホーンに吸着保持されたフレキシブル基板と、可動テーブルに設けられた基板ホルダに載置されたガラス基板との相対的な位置ずれが可動テーブルにより補正された状態で、フレキシブル基板がガラス基板にホーンにより押圧されて超音波振動が付与されることで、フレキシブル基板がガラス基板の所定位置に接合される。

特開２００６−２８６６５９号公報（段落００３４〜００３７、図８など） 特開２００７−３１７９３２号公報（段落００２３〜００２７、図１〜３など）

ところで、近年、電子機器などの小型化に伴い、基板上に設けられる配線パターンなどの狭ピッチ化が進み、これにより、基板に接合される複数の被接合物どうしの間隔が狭くなっている。したがって、被接合物を基板に接合する際の超音波振動や熱から成る接合エネルギーが、接合対象である被接合物周辺の接合済みの被接合物に伝達されることにより、既に接合が完了した被接合物と基板との接合箇所にはがれなどが生じたりして、最悪の場合、接合済みの被接合物が基板から脱落するおそれがある。

また、電子部品などが実装されたフレキシブル基板などの被接合物を、ステージ上の基板の所定位置に接合するときには、被接合物を基板に接合するための超音波振動や熱から成る接合エネルギーが被接合物に実装された電子部品に印加されて当該電子部品が破損するおそれがあった。また、基板の所定位置に被接合物を接合するための接合エネルギーが基板の他の部分に逃げることにより、接合エネルギーが不足して基板と被接合物との間に接合不良が生じるおそれがあった。

この発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであり、基板の所定位置に被接合物を接合するときに、基板および被接合物の所定領域に集中的に接合エネルギーを与えることができる技術を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明にかかる接合装置は、基板の所定位置に形成された電極パターンに被接合物である他の基板の所定領域に形成された電極パターンを接合する接合装置において、前記基板を保持するステージと、前記基板および前記基板の所定位置に重ね合わされた前記他の基板の前記所定領域に少なくとも超音波振動または熱から成る接合エネルギーを与える作用部と、前記所定領域周辺への前記作用部からの前記接合エネルギーの伝達を阻止する伝達阻止部とが設けられたヘッドと、前記他の基板の電極パターンと前記基板の電極パターンとの位置合わせを行う位置調整手段とを備え、前記伝達阻止部は、前記作用部の周辺に配置され、前記他の基板の電極パターンに前記接合エネルギーが与えられるように前記所定領域と前記作用部とを位置合わせした状態で保持する挟持体を有し、該挟持体と前記ステージとの間に前記基板と一緒に前記他の基板を挟持する挟持機構を備え、前記挟持体に保持された前記他の基板の電極パターンを、前記位置調整手段により前記基板の電極パターンに位置合わせした後に、前記挟持機構により前記挟持体と前記ステージとの間に前記基板および前記他の基板を一緒に挟持して、前記他の基板の電極パターンと前記基板の電極パターンとを接合することを特徴としている（請求項１）。

また、前記挟持機構が挟持状態にあるときに、前記他の基板の少なくとも一部を切断する切断手段をさらに備えていてもよい（請求項２）。

また、前記ヘッドは、前記作用部が設けられた共振器を備え、前記作用部は、前記接合エネルギーとして、少なくとも、前記共振器が超音波振動することによる超音波振動を前記所定領域に与えるようにしてもよい（請求項３）。

請求項１の発明によれば、基板の所定位置に形成された電極パターンと被接合物である他の基板に形成された電極パターンとを接合するときに、ステージに保持された基板および基板の所定位置に重ね合わされた他の基板の所定領域に、少なくとも超音波振動または熱から成る接合エネルギーが作用部により与えられるが、作用部の周囲に配置された挟持体が基板と一緒に他の基板を挟持することにより、所定領域周辺への作用部からの接合エネルギーの伝達が阻止されるため、基板および被接合物の所定領域に集中的に接合エネルギーを与えることができる。

また、他の基板の電極パターンを基板の電極パターンに位置合わせして接合する際に、他の基板の電極パターンが形成された領域（所定領域）に接合エネルギーが与えられるように、他の基板の電極パターンと作用部とが位置合わせされた状態で他の基板が挟持体により保持される。そして、この状態で挟持体に保持された他の基板の電極パターンと、ステージに保持された基板の電極パターンとの位置合わせが位置調整手段により行われるため、作用部と他の基板の電極パターンと基板の電極パターンとの位置合わせが容易に行うことができ、これにより、接合の際に、他の基板および基板の電極パターンが形成された所定領域に集中的に接合エネルギーを与えることができる。また、他の基板および基板の電極パターンが形成された領域に接合エネルギーを与えるために、従来のように、接合エネルギーを与える前に両基板の電極パターンを位置合わせして他の基板を基板に導電性フィルムなどにより仮付けする工程が必要ないため、効率よく他の基板を基板の所定位置に接合することができる。

請求項２の発明によれば、挟持機構が挟持状態にあるときに、他の基板の少なくとも一部が切断手段により切断されるため、基板の所定位置への被接合物の接合に際して被接合物の不要な部分の切断を行うことができるので効率がよい。

請求項３の発明によれば、ヘッドは、作用部が設けられた共振器を備えており、作用部は、接合エネルギーとして、少なくとも、共振器が超音波振動することによる超音波振動を所定領域に与えることができるため実用的である。

この発明の接合装置の第１実施形態たる超音波振動接合装置を示す図である。 図１の超音波振動接合装置が備える共振器を示す図である。 共振器の右側断面図である。 共振器の右側断面図である。 超音波振動接合装置の第２実施形態における共振器の右側断面図である。 超音波振動接合装置の第３実施形態における要部拡大図である。 超音波振動接合装置の第４実施形態における共振器の右側断面図である。 超音波振動接合装置の第５実施形態における共振器に設けられた作用部の部分底面図である。

＜第１実施形態＞
この発明の接合装置の第１実施形態について図１ないし図４を参照して説明する。図１はこの発明の接合装置の第１実施形態たる超音波振動接合装置２００を示す図である。図２は図１の超音波振動接合装置２００が備える共振器７を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は共振器７が支持された状態を示す正面図、（ｃ）は共振器７が支持された状態を示す底面図、（ｄ）は（ａ）〜（ｃ）に示す共振器７の振動状態を示す図である。図３は共振器７の右側断面図であって、（ａ）は図２（ｃ）のＡ−Ａ線矢視断面図、（ｂ）は基板２３が保持された状態を示す模式図である。図４は共振器７の右側断面図であって、（ａ）は図２（ｃ）のＡ−Ａ線矢視断面図、（ｂ）は基板２３が保持された状態を示す模式図である。なお、図３および図４はそれぞれ異なる状態を示す図である。

１．装置構成
図１に示す超音波振動接合装置２００は、接合機構２７と、実装機構２８と、位置認識部２９と、搬送部３０と、制御装置３１とを備え、被接合物として接合機構２７のヘッド部２６に保持された他の基板２３に形成された電極パターン２３ａを、実装機構２８のステージ１０に保持された基板２４の所定位置に形成された電極パターン２４ａに位置合わせして、超音波振動を与えることにより他の基板２３を基板２４の所定位置に接合する。

接合機構２７は、上下駆動機構２５と、ヘッド部２６（本発明の「ヘッド」に相当）とを備えている。上下駆動機構２５は、上下駆動モータ１と、上下駆動モータ１の回転軸に連結されたボルトナット機構２と、ヘッド保持部６とを備え、ヘッド保持部６は、ヘッド逃がしガイド５により上下方向にガイドされて自重をキャンセルする自重カウンター４に上方に牽引された状態でボルトナット機構２に連結される。

したがって、上下駆動モータ１が駆動されると、ボルトナット機構２の移動体が上下ガイド３でガイドされながら上下動するのに伴い、ボルトナット機構２に連結されたヘッド保持部６が上下動する。また、ヘッド保持部６には共振器７を有するヘッド部２６が結合されており、ヘッド保持部６の上下動に伴ってヘッド部２６が上下動する。

また、ボルトナット機構２とヘッド保持部６との連結部分にロードセルなどにより形成される圧力センサ３２が設けられており、圧力センサ３２は、ヘッド部２６に保持された基板２３およびステージ１０に保持された基板２４に対する加圧力を検出する。また、ヘッド保持部６の側端にリニアエンコーダなどにより形成されるヘッド高さ検出手段３６が設けられており、ヘッド高さ検出手段３６は、ヘッド部２６の矢印Ｚ方向における位置、すなわち、ヘッド部２６のステージ１０に対する高さを検出する。なお、ヘッド部２６の構成および動作については後で詳細に説明する。

また、架台３５と、架台３５の上方に配置されるフレーム３４と、ヘッド部２６の加圧中心を囲むようにヘッド部２６の周辺に配設されて架台３５とフレーム３４とを連結する４本の支柱１３とが配設されており、接合機構２７は、フレーム３４に結合して設けられている。なお、支柱１３およびフレーム３４の一部は図示省略する。

実装機構２８は、内部にステージヒータ１１が設けられたステージ１０と、ステージ１０に結合されたステージテーブル１２とを備えている。ステージ１０は、載置面に基板２４を吸引により吸着保持する保持機構を備え、必要に応じてステージヒータ１１により載置面に吸着保持した基板２４を加熱する。ステージテーブル１２は、平行・回転移動自在な移動軸を有しており、ステージ１０を平行・回転移動することにより、ステージ１０に吸着保持された基板２４のヘッド部２６に保持された基板２３に対する位置を調整する。なお、ステージ１０の載置面に基板２４を保持する構成は、上記した吸引により吸着保持する構成に限られず、静電吸着により基板２４を保持する構成や機械式のチャック機構により基板２４を保持する構成など、基板２４を保持できる構成であればどのようなものであってもよく、また、ステージ１０の載置面に基板２４を載置するだけでもよい。

また、位置認識部２９は、上下マーク認識手段１４と、振幅検出器３３と、上下マーク認識手段１４および振幅検出器３３を水平・上下移動する認識手段移動テーブル１５とを備えている。上下マーク認識手段１４は、ヘッド部２６およびステージ１０にそれぞれ保持されて上下に対向配置された基板２３および基板２４の間に挿入されて、両基板２３，２４に設けられた位置認識用のアライメントマークを認識する。振幅検出器３３は、基板２３，２４および共振器７の振幅を検出する。

搬送部３０は、被接合物としての他の基板２３を搬送する基板搬送装置１６および基板搬送コンベア１７と、基板２４を搬送する基板搬送装置１８および基板搬送コンベア１９とを備えている。

制御装置３１は、超音波振動接合装置２００全体の制御を行うための操作パネル（図示省略）を備え、超音波振動接合装置２００全体の制御を行う。すなわち、制御装置３１は、ヘッド部２６の共振器７に連結された振動子８を駆動制御したり、ヘッド高さ検出手段３６によるヘッド部２６の高さ位置の検出信号に基づいて上下駆動機構２５を制御してヘッド部２６の矢印Ｚ方向における高さを調節したりする。また、制御装置３１は、圧力センサ３２により検出される基板２３および基板２４への加圧力に基づいて上下駆動機構２５を制御して基板２３および基板２４への加圧力を制御したり、上下マーク認識手段１４による両基板２３，２４のアライメントマークの認識結果に基づいてステージテーブル１２を制御して両基板２３，２４の相対位置を調整したり、振幅検出器３３により検出された共振器７などの振幅の大きさに基づいて振動子８を駆動制御したりする。

２．ヘッド部の構成
ヘッド部２６は、図２に示すように、共振器７と、共振器７の一端に連結されて制御装置３１により駆動制御される振動子８と、共振器７を支持する支持手段７０と、共振器７の最大振幅部である位置ｆ２に設けられて所定領域に接合エネルギーを与える作用部４０と、作用部４０からの接合エネルギーが所定領域周辺に伝達するのを阻止する伝達阻止部としての挟持機構５０とを備えている。

共振器７は、チタン合金（６Ａｌ−４Ｖ）や鉄、ステンレスなどの金属により形成され、制御装置３１に駆動制御される振動子８が発生する振動に共振して超音波振動する。また、共振器７は、ほぼ中央の位置ｆ２と、両端位置ｆ０，ｆ４とが最大振幅部となるように、共振周波数の一波長の長さでほぼ左右対称に形成されている。

また、共振器７は、断面形状がほぼ円形状の円柱状に形成されており、共振器７の最小振幅部（ノーダルポイント：ＮＰ）に相当する位置ｆ１，ｆ３には、他の位置よりも径が小さい小径部７ａが形成されている。なお、この実施形態では、小径部７ａは、断面形状が八角形状に形成されているが、小径部７ａの断面形状としては八角形状に限られず、円形状に形成したり、他の多角形状に形成してもよい。

支持手段７０は、ヘッド保持部６に支持される基部７１と、基部７１に設けられた第１部材７２ａと第２部材７２ｂとを有するクランプ部７２とを備え、共振器７に形成された小径部７ａを第１部材７２ａおよび第２部材７２ｂにより挟持してボルト７３で固定することで共振器７をクランプ部７２により支持する。なお、共振器７を支持固定する手段としてはボルト７３を用いたクランプ部７２に限られず、電気制御可能に構成された機械的なクランプ機構など、共振器７を確実に支持することができればどのようなものであってもよい。

作用部４０は、共振器７の最大振幅部である位置ｆ２に凸設されており、この実施形態では、図２（ｃ）および図３（ａ）に示すように、作用面４０ａとしての下面視形状と断面形状とがほぼ長方形状である直方体状に形成されている。そして、作用部４０は、ステージ１０に保持された基板２４の所定位置に重ね合わされた基板２３の所定領域に作用面４０ａが接触することにより、共振器７が振動子８の振動に共振することによる超音波振動から成る接合エネルギーを所定領域に与える。

なお、この実施形態では、作用部４０は共振器７に一体的に形成されているが、共振器７と同じ材質の金属や、超硬タングステンカーバイト、セラミックス、ダイヤモンドなどの金属以外の材質により形成された作用部４０を、ねじなどにより共振器７に固定して設けてもよい。このように構成すれば、作用部４０が磨耗などにより破損した場合に、ねじ留めされた作用部４０を交換することにより容易に作用部４０を復元することができる。

また、超硬タングステンカーバイト、セラミックス、ダイヤモンドなどの板状部材を作用部４０の下面に、樹脂接着剤や、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇなどの金属ろうにより貼着することにより作用面４０ａを形成してもよい。このように構成すれば、作用面４０ａを形成する板状部材が磨耗などにより破損した場合に、作用部４０の下面に貼着された部材を交換することで、容易に作用部４０を復元することができる。また、作用部４０の下面に板状のセラミックヒータを貼着して作用面４０ａを形成してもよく、このようにすれば、接合エネルギーとして、超音波振動と共に熱エネルギーを作用部４０から接合対象に与えることができる。

挟持機構５０は、挟持体５１を備え、ステージ１０に保持された基板２４の所定位置に重ね合わされた基板２３の所定領域を囲むように、挟持体５１とステージ１０との間に基板２３，２４を挟持する。挟持体５１は、図２（ｃ）および図３（ａ）に示すように、ステージ１０との間で基板２３，２４を挟持する挟持面５１ａを形成する板状の部材の略中央部分に作用面４０ａとほぼ同形状であって作用面４０ａよりも一回り大きな挿通窓５２が透設されて形成されている。

また、支持手段７０の基部７１に、支持手段７０に支持された共振器７の略中央部分を前後から挟むように一対の基台５３が設けられており、挟持体５１は、挿通窓５２に作用部４０が挿通されて作用面４０ａが下方に露出した状態で、一対の基台５３の下面と対向する挟持体５１両側のフランジ部分に透設された貫通孔にボルト５４が挿通されることにより基台５３に取り付けられている。このとき、図３（ａ）および図４（ａ）に示すように、挟持体５１は、両側のフランジ部分と基台５３の下面との間にギャップｄが設けられて基台５３に取り付けられており、挟持体５１は、ギャップｄの範囲で上下に遊動する。

すなわち、図３（ａ），（ｂ）に示すように、ヘッド部２６（共振器７）がステージ１０から離間した状態では、挟持体５１は自重により下動し、作用面４０ａは、挟持体５１の挟持面５１ａとほぼ同一面内または少し挟持体５１側に没入した状態となる。また、図４（ａ），（ｂ）に示すように、ヘッド部２６がステージ１０に近接して挟持面５１ａ（基板２３）がステージ１０（基板２４）に当接し、さらにヘッド部２６がステージ１０に近接すると挟持体５１はギャップｄの範囲で作用部４０に対して上動する。したがって、図４（ｂ）の点線Ａにより示される所定領域に作用部４０の作用面４０ａが接触した状態で、所定領域を囲むように挟持体５１の挟持面５１ａとステージ１０との間に両基板２３，２４が一緒に挟持される。

また、挟持体５１の挟持面５１ａには挿通窓５２を囲むように基板２３を吸着保持するための吸着溝５５が形成されている。また、挟持体５１には、吸着溝５５の所定箇所の底に一方の開口５６ａが形成され、挟持体５１の外側面に他方の開口５６ｂが形成された吸引孔５６が設けられている。そして、外部に配設された真空ポンプを有する吸着ユニット８０（一部図示省略）のバルブが、吸引孔５６の他方の開口５６ｂに接続されており、吸着ユニット８０により他方の開口５６ｂから吸引されることで基板２３が挟持体５１の挟持面５１ａに吸着保持される。

また、挟持体５１の挟持面５１ａの四隅には、アライメント用のアライメントマーク５７が設けられており、アライメントマーク５７と基板２３に設けられたアライメントマークを上下マーク認識手段１４で認識して位置調整することにより、基板２３は挟持面５１ａの所定位置に吸着保持される。

なお、この実施形態では、接合エネルギーが与えられる所定領域として基板２３に電極パターン２３ａが形成された領域に接合エネルギーが作用部４０の作用面４０ａから与えられるように、すなわち、電極パターン２３ａが形成された領域と作用面４０ａとが接触するように位置合わせされた状態で基板２３が挟持体５１に保持される。そして、挟持体５１に保持された基板２３の電極パターン２３ａと、ステージ１０に保持された基板２４の電極パターン２４ａとの位置合わせが、上下マーク認識手段１４により認識された両基板２３，２４の位置情報に基づく制御装置３１による実装機構２８のステージテーブル１２の制御により行われる。

以上のように、この実施形態では、挟持体５１が本発明の「保持部」として機能し、実装機構２８が本発明の「位置調整手段」として機能している。

３．接合動作
次に、超音波振動接合装置２００による接合動作の一例について説明する。

まず、基板搬送装置１６により搬送された基板２３が、基板２３の電極パターン２３ａが形成された領域に作用部４０の作用面４０ａから接合エネルギーが与えられるように位置合わせされた状態で挟持体５１の挟持面５１ａに吸着保持される。そして、接合面が対向するように保持された基板２３と基板２４との間に上下マーク認識手段１４が認識手段移動テーブル１５により挿入されて、対向保持された両基板２３，２４の位置合わせ用アライメントマークが上下マーク認識手段１４により認識される。

続いて、認識された両基板２３，２４の位置情報に基づいて、基板２３の位置を基準としてステージテーブル１２によりステージ１０を平行・回転移動して基板２４の位置を移動することにより、基板２３の電極パターン２３ａと基板２４の電極パターン２４ａとの位置合わせが行われ、両基板２３，２４の接合位置が整合された状態（電極パターン２３ａ，２４ａの位置が合わされた状態）で、上下マーク認識手段１４が認識手段移動テーブル１５により待避される。

そして、上下駆動機構２５により、待機位置からヘッド部２６の下降が開始され、ヘッド高さ検出手段３６による検出されるヘッド部２６のステージ１０からの位置が所定の高さに達して両基板２３，２４（電極パターン２３ａ，２４ａ）が接触する直前にヘッド部２６の下降速度が減速される。次に、図４（ｂ）に示すように、ヘッド部２６が所定の高さに達して両基板２３，２４が接触すると、圧力センサ３２からの検出信号に基いて、基板２４および基板２４の所定位置に重ね合わされた他の基板２３の点線Ａで示す所定領域が、作用部４０の作用面４０ａとステージ１０との間に挟持されたことが検出される。このとき、所定領域Ａを囲むように、挟持体５１の挟持面５１ａとステージ１０との間に両基板２３，２４が一緒に挟持される。

続いて、制御装置３１により、ヘッド部２６による両基板２３，２４の所定領域Ａへの加圧力が制御されると共に、両基板２３，２４の所定領域Ａに作用部４０の作用面４０ａから超音波振動から成る接合エネルギーが与えられる。なお、振幅検出器３３により両基板２３，２４の接触面間に「滑り」が生じていることが確認されながら超音波振動が両基板２３，２４に印加されてヘッド部２６がステージ１０に近接（下降）するように制御される。

次に、両基板２３，２４の接合が完了すれば、挟持体５１による基板２３の吸着保持が解除されて、ヘッド部２６の待機位置への復帰移動が開始され、ヘッド部２６が待機位置に達すればヘッド部２６の移動が停止される。そして、続いてステージ１０に保持される基板２４に接合される新たな基板２３がヘッド部２６に供給されて、供給された新たな基板２３の基板２４への接合が行われ、基板２４に設定された全ての接合位置に対する基板２３の接合が終了すれば、基板２３が接合された状態でステージ１０上に保持された基板２４が基板搬送装置１８の基板搬送コンベア１９により排出されて接合動作が終了する。

以上のように、上記した実施形態によれば、ステージ１０に保持された基板２４の所定位置に基板２３を接合するときに、基板２４および基板２４の所定位置に重ね合わされた他の基板２３の所定領域Ａに超音波振動から成る接合エネルギーが作用部４０の作用面４０ａから与えられるが、挟持機構５０からなる伝達阻止部により、所定領域Ａ周辺への作用部４０からの接合エネルギーの伝達が阻止されるため、両基板２３，２４の所定領域Ａに集中的に接合エネルギーを与えることができる。

また、挟持機構５０により、所定領域Ａを囲むように挟持体５１の挟持面５１ａとステージ１０との間に両基板２３，２４が挟持されるため、作用部４０の作用面４０ａから所定領域Ａに与えられた接合エネルギーが、挟持機構５０による挟持部分を越えて両基板２３，２４の所定領域Ａ周辺に伝達することを確実に阻止することができる。

このとき、挟持機構５０は、両基板２３，２４を一緒に挟持するため、接合エネルギーが挟持体５１に保持された基板２３の所定領域Ａ周辺に伝達することを阻止することができ、基板２４の所定領域Ａに集中的に接合エネルギーを与えることができる。

また、挟持体５１に保持される基板２３に形成された電極パターン２３ａをステージ１０に保持される基板２４の所定位置に形成された電極パターン２４ａに位置合わせして両基板２３，２４を接合する際に、基板２３の電極パターン２３ａが形成された領域を所定領域として接合エネルギーが作用部４０の作用面４０ａから与えられるように位置合わせされた状態で基板２３が挟持体５１に保持されて、挟持体５１に保持された基板２３の電極パターン２３ａと、ステージ１０に保持された基板２４の電極パターン２４ａとの位置合わせが実装機構２８により行われるため、接合の際の接合エネルギーを両基板２３，２４の電極パターン２３ａ，２４ａが形成された領域に集中して与えることができる。

また、作用部４０の作用面４０ａと基板２３の電極パターン２３ａとが位置合わせされた状態で基板２３が挟持体５１に保持されて、挟持体５１に保持された状態の基板２３の電極パターン２３ａとステージ１０に保持された基板２４の電極パターン２４ａとの位置合わせが実装機構２８により行われるため、作用部４０の作用面４０ａと基板２３の電極パターン２３ａと基板２４の電極パターン２４ａとの位置合わせを容易に行うことができ、両基板２３，２４の電極パターン２３ａ，２４ａが形成された領域に集中して作用面４０ａから接合エネルギーを与えることができる。したがって、両基板２３，２４の電極パターン２３ａ，２４ａが形成された領域に接合エネルギーを作用面４０ａから与えるために、従来のように、接合エネルギーを印加する工程の前に、基板２３の電極パターン２３ａと基板２４の電極パターン２４ａとを位置合わせした状態で基板２３を基板２４に導電性フィルムなどにより仮付けする工程が必要ないため、効率よく基板２３を基板２４の所定位置に接合することができる。

また、共振器７に作用部４０を設けることにより、接合エネルギーとして、少なくとも、共振器７が超音波振動することによる超音波振動を容易に所定領域Ａに作用部４０により与えることができるため実用的である。

＜第２実施形態＞
この発明の接合装置の第２実施形態について図５を参照して説明する。図５は超音波振動接合装置２００の第２実施形態における共振器７の右側断面図であって、（ａ）は図２（ｃ）のＡ−Ａ線矢視断面図、（ｂ），（ｃ）はそれぞれ基板２３が保持された状態での異なる状態を示す模式図である。

この実施形態が、上記した第１実施形態と異なる点は、挟持機構５０に、基台５３と挟持体５１とを離間する方向に付勢力を有するばねなどにより形成される付勢手段５８がさらに設けられている点である。その他の構成および動作は上記した第１実施形態と同様であるため、同一符号を付すことによりその構成および動作の説明を省略する。

図５（ａ）に示すように、支持手段７０に設けられた基台５３の下面に付勢手段５８を配設するための孔がさらに形成されており、例えばばねにより形成される付勢手段５８がこの孔に挿入されて設けられている。そして、孔から突出する付勢手段５８の先端が挟持体５１の上面に当接することにより、付勢手段５８は、挟持体５１を基台５３から離間する方向に付勢する。

このように構成すると、上記した第１実施形態と同様の効果を奏することができると共に、以下の効果を奏することができる。すなわち、図５（ｃ）に示すように、両基板２３，２４を挟持体５１により挟持して作用部４０により所定領域Ａに接合エネルギーを印加する際に、両基板２３，２４の所定領域Ａを囲むように挟持体５１の挟持面５１ａとステージ１０とにより挟持する力が付勢手段５８の付勢力により増大するため、より確実に、作用部４０からの接合エネルギーが両基板２３，２４の所定領域Ａ周辺に伝達することを防止することができる。

なお、この実施形態では、付勢手段５８をばねにより形成したが、付勢手段５８してはこの構成に限られず、基台５３および挟持体５１にそれぞれ反発するように磁石を設けることにより付勢手段５８を形成してもよいし、基台５３の下面に形成された孔にエアシリンダーを挟持体５１が基台５３から離間する方向に駆動力を有するように設けることにより付勢手段５８を形成してもよく、挟持体５１が基台５３から離間する方向に付勢することができれば、ゴムなどの弾性力を有する部材を用いるなど、どのように付勢手段５８を形成してもよい。

＜第３実施形態＞
この発明の接合装置の第３実施形態について図６を参照して説明する。図６は超音波振動接合装置２００の第３実施形態における要部拡大図であって、（ａ），（ｂ）はそれぞれ基板２３が保持された状態での異なる状態を示す模式図である。

この実施形態が、上記した第２実施形態と異なる点は、共振器７に設けられた作用部４０に吸着孔が形成されることによる吸着機構（図示省略）が設けられており、基板２３と比べると小型のチップ部品１２３などが作用部４０の作用面４０ａに吸着保持されて基板２４の所定位置に接合される点である。その他の構成および動作は上記した第２実施形態と同様であるため、同一符号を付すことによりその構成および動作の説明を省略する。

図６（ａ）に示すように、作用部４０の作用面４０ａにチップ部品１２３が吸着保持されて、チップ部品１２３に形成された電極１２３ａと、基板２４の所定位置に形成された電極パターン２４ａとの位置合わせが行われる。そして、図６（ｂ）に示すように、基板２４の所定位置にチップ部品１２３が重ね合わされた状態で作用部４０からチップ部品１２３および基板２４の所定領域Ａに接合エネルギーが与えられて、チップ部品１２３が基板２４の所定位置に接合される。

このように構成すると、図６（ｂ）に示すように、チップ部品１２３および基板２４の所定領域Ａに作用部４０から接合エネルギーを与える際に、所定領域Ａを囲むように挟持体５１の挟持面５１ａとステージ１０とにより基板２４が挟持されるため、作用部４０からの接合エネルギーが基板２４の所定領域Ａ周辺に伝達することが防止されると共に、基板２４の所定領域Ａ周辺を挟持する力が付勢手段５８の付勢力により増大するため、上記した第２実施形態と同様の効果を奏することができる。

なお、この実施形態では、上記した第２実施形態と同様に、挟持機構５０に付勢手段５８を備える構成としたが、上記した第１実施形態のように付勢手段５８を設けない構成としてももちろんよい。

＜第４実施形態＞
この発明の接合装置の第４実施形態について図７を参照して説明する。図７は超音波振動接合装置２００の第４実施形態における共振器７の右側断面図であって、（ａ）は図２（ｃ）のＡ−Ａ線矢視断面図、（ｂ），（ｃ）はそれぞれ基板２３が保持された状態での異なる状態を示す模式図である。

この実施形態が、上記した第１実施形態と異なる点は、挟持機構５０が両基板２３，２４の挟持状態にあるときに、基板２３の少なくとも一部を切断する切断手段９０をさらに備えている点である。その他の構成および動作は上記した第１実施形態と同様であるため、同一符号を付すことによりその構成および動作の説明を省略する。

図７（ａ）に示すように、この実施形態では、挟持体５１の挿通窓５２の内側面に沿って切断刃の刃先が下方を向くように切断手段９０が固定して設けられている。したがって、同図（ａ），（ｂ）に示すように、挟持体５１が下動状態であれば、切断手段９０の刃先が挟持体５１側に没入した状態となり、同図（ｃ）に示すように、挟持体５１が上動状態であれば、切断手段９０の刃先が挟持体５１の挟持面５１ａよりも突出した状態となる。

このように構成すると、図７（ｂ）に示すように、挟持体５１の挟持面５１ａに基板２３が吸着保持されて、基板２３に形成された電極パターン２３ａと、基板２４の所定位置に形成された電極パターン２４ａとの位置合わせが行われる。そして、同図（ｃ）に示すように、基板２４の所定位置に基板２３が重ね合わされた状態での作用部４０とステージ１０とによる両基板２３，２４の挟持が開始されると、支持手段７０（共振器７）の下動に伴い切断手段９０も下動することにより挟持面５１ａから切断刃の刃先が突出し、刃先が突出した切断刃により基板２３が切断される。

以上のように、この実施形態によれば、上記した第１実施形態と同様の効果を奏することができると共に、挟持機構５０が両基板２３，２４の挟持状態にあるときに、基板２３の少なくとも一部が切断手段９０により切断されるため、基板２４の所定位置への基板２３の接合に際して基板２３の不要な部分の切断を行うことができるので効率がよい。

なお、上記した第２実施形態と同様に、挟持機構５０に付勢手段５８を備える構成としてもよい。また、上記した第３実施形態にこの実施形態における切断手段９０を設ける構成としてもよく、この場合、作用部４０の作用面４０ａに保持される小型の部品に設けられたフレームなどを、基板２４の所定位置への部品の接合に際して切断することができる。また、基板２４がリードフレーム基板であるときなどに、基板２４のリード部分などを切断手段９０により基板２３と一緒に切断するようにしてもよい。

また、切断手段９０が備える切断刃は、切断刃高炭素鋼、炭素工具鋼、合金工具鋼、高速度鋼、焼結高速度鋼、超硬合金、セラミックス、サーメット、工業用ダイヤモンドなどの種々の材質により形成することができ、切断対象の種類や、要求される切断片の大きさに応じて材質を適宜選択すればよい。また、切断刃の刃先を、化学気相成長（ＣＶＤ）や物理気相成長（ＰＶＤ）により、窒化チタン、炭窒化チタン、チタンアルミナイトライド、アルミクロムナイトライドなどの硬質物質によりコーティングしてもよい。

また、刃先が被接合物および基板に向くように切断手段としての切断刃を作用部４０に一体的に形成してもよい。このようにすれば、切断刃による基板２３，２４などの切断の際に超音波振動が印加されるため、効率よく基板２３，２４などを切断することができる。

＜第５実施形態＞
この発明の接合装置の第５実施形態について図８を参照して説明する。図８は超音波振動接合装置２００の第５実施形態における共振器７に設けられた作用部１４０の部分底面図であって、（ａ）は作用部１４０および挟持体１５１の部分底面図を示し、（ｂ）はフレキシブル基板２２３が挟持体１５１に保持された状態を示す図である。

この実施形態が、上記した第１ないし第４実施形態と異なる点は、作用部１４０の作用面１４０ａと挟持体１５１に形成された挿通窓１５２の形状が異なる点である。その他の構成および動作は上記した第１ないし第４実施形態と同様であるため、相当符号を付すことによりその構成および動作の説明を省略する。

図８（ａ）に示すように、この実施形態では、作用部１４０の先端面に短冊形状の２つの作用面１４０ａが凸設されており、挟持体１５１には、作用面１４０ａの形状に応じた２つの挿通窓１５２が形成されている。また、挟持体１５１の挟持面１５１ａの２つの挿通窓１５２の間には、フレキシブル基板２２３を吸着保持するための吸着溝１５５が形成されている（開口は図示省略）。

このように構成すれば、図８（ｂ）に示すように、フレキシブル基板２２３の両側に形成された電極パターン２２３ａと作用面１４０ａとが位置合わせされた状態で挟持体１５１の挟持面１５１ａにフレキシブル基板２２３が吸着保持されて、フレキシブル基板２２３に形成された電極パターン２２３ａと、基板２４の所定位置に形成された電極パターン２４ａとの位置合わせが行われる。そして、基板２４の所定位置にフレキシブル基板２２３が重ね合わされた状態でフレキシブル基板２３の所定領域（電極パターン２２３ａが形成された領域）に作用部１４０から接合エネルギーが与えられて、フレキシブル基板２２３が基板２４の所定位置に接合される。

以上のように、この実施形態によれば、上記した第１実施形態と同様の効果を奏することができると共に、フレキシブル基板２２３の電極パターン２２３ａが形成された領域に接合エネルギーが集中して印加されて、電極パターン２２３ａが形成された領域周辺への接合エネルギーの伝達が抑制されるため、例えば、フレキシブル基板２２３の中央部分に電子素子が実装済みであったとしても、フレキシブル基板２２３が基板２４の所定位置に接合される際の接合エネルギーによりフレキシブル基板２２３に実装済みの電子素子が破損するのが防止される。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能であり、例えば、上記した実施形態では、作用面４０ａ，１４０ａの全周が挟持体５１，１５１に囲まれるように挿通窓５２，１５２が形成されているが、作用部４０，１４０から与えられる接合エネルギーが伝達するのを防止したい方向から作用面４０ａ，１４０ａを囲むように挟持体５１，１５１を形成すればよく、必ずしも作用面４０ａ，１４０ａの全周を囲むように挟持体５１，１５１を形成しなくともよい。

また、上記した実施形態では、基板２３やチップ部品１２３などを保持する構成として、真空ポンプで吸引することによる吸着機構を例に挙げて説明したが、基板２３やチップ部品１２３などを保持する構成としてはこれに限られず、静電吸着による吸着機構や、機械式のチャック機構による保持機構、磁石による磁力を利用した保持機構など、ヘッド部２６に基板２３やチップ部品１２３などを保持することができればどようなものであってもよい。

また、上記した共振器７の形状、材質、大きさなどは一例であって、共振器７をどのように形成してもよい。また、作用部４０，１４０が設けられる共振器７の位置は中央部分に限られず、例えば、共振器７の側端の周面部に作用部４０，１４０を設けてもよいし、最大振幅部以外の箇所に作用部４０，１４０を設けてもよい。

また、ステージ１０に保持される基板としては、プリント基板やガラス基板、フレキシブル基板、フィルム基板、ウエハ、リードフレーム基板、金属箔基板、単層および多層樹脂基板など、どのようなものであってもよい。また、ステージ１０に保持される基板に接合される被接合物としては、半導体基板、樹脂製の基板、フレキシブル基板、フィルム基板またはこれらの基板をダイシングしたチップ、電子部品、電気部品、リードフレーム基板、金属箔、金属バー、タブ形状のリード電極、（被膜）電線など、種々の部品を基板に接合することができ、接合部分の材料が超音波振動を印加することで接合できるものであればどのようなものであってもよい。例えば、Ｓｉ、ＳｉＯ_２、ガラス、イオン酸リチウム、酸化物単結晶（ＬＴ）、セラミックス系を含む酸化物等により形成されるウエハやチップなどに、金属溶融バンプあるいは配線パターンを形成したものどうしを接合することができる。

また、上記した実施形態では、本発明の接合装置として超音波振動接合装置２００を例に挙げて説明したが、熱から成る接合エネルギーを作用部から与えることにより、基板の所定位置に被接合物を熱圧着して接合したり、はんだなどのろう材を溶融して接合したり、熱硬化型接着剤を硬化することにより接合したりする接合装置にこの発明を適用してももちろんよい。

また、上記した実施形態では、挟持体５１，１５１は、共振器７と同じ材質により形成されているが、挟持体５１，１５１を形成する材質を共振器７と異なる材質としてももちろんよく、スポンジやウレタンゴムなどの振動吸収部材により挟持体５１，１５１を形成してもよい。このようにすれば、超音波振動から成る接合エネルギーが挟持体５１，１５１を越えて所定領域Ａ周辺に伝達するのを効率よく阻止することができる。

また、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、発泡スチロールなどの断熱材により挟持体５１，１５１を形成してもよく、ヒートシンク構造（冷却板）を有する形状に挟持体５１，１５１を形成してもよい。このように構成すると、熱から成る接合エネルギーが挟持体５１，１５１を越えて所定領域Ａ周辺に伝達するのを効率よく阻止することができる。

また、上記した実施形態では、挟持体５１，１５１または作用部４０の作用面４０ａに被接合物が保持され、保持された被接合物と基板とが位置調整（アライメント）されることにより、基板の所定位置に被接合物が接合されるように構成されているが、基板と被接合物との位置調整を先に行い、基板と被接合物とが非常に近接した状態、あるいは、基板の所定位置に接着剤などにより被接合物が仮付けされた状態で、作用部の作用面により押圧して超音波振動または熱から成る接合エネルギーを所定領域Ａに与えることにより、基板の所定位置に被接合物が接合されるようにしてもよい。

また、挟持体５１，１５１の挟持面５１ａ，１５１ａにアライメントマークとして、ピン形状の凸部を設け、挟持体５１，１５１に基板を供給するときに、基板に形成されたアライメント用孔に挟持面５１ａ，１５１ａに設けられたピン形状の凸部を挿通させることで、挟持体５１，１５１と基板とのアライメントを行うようにしてもよい。

また、例えばリードフレーム基板に被接合物を作用部から超音波振動を印加することにより接合するときに、リードフレーム基板のリード部分に作用部から超音波振動を伝達することで、当該リード部分が超音波振動で破断して切断されるように、作用部を切断手段として機能させてもよい。

また、共振器の作用部を囲む挟持体の挿通窓の内側面などにバキューム穴を設け、外部に設けられた吸引ユニットにより吸引することで、バキューム穴から接合時に生じるゴミや塵などを吸引除去するようにしてもよい。

７ 共振器
１０ ステージ
２３ 他の基板（被接合物）
２３ａ 電極パターン
２４ 基板
２４ａ 電極パターン
２６ ヘッド部（ヘッド）
２８ 実装機構（位置調整手段）
４０，１４０ 作用部
５０ 挟持機構（伝達阻止部）
５１，１５１ 挟持体（保持部）
９０ 切断手段
１２３ チップ部品（被接合物）
２２３ フレキシブル基板（被接合物）
２００ 超音波振動接合装置（接合装置）
Ａ 所定領域

Claims (3)

1. 基板の所定位置に形成された電極パターンに被接合物である他の基板の所定領域に形成された電極パターンを接合する接合装置において、
   前記基板を保持するステージと、
   前記基板および前記基板の所定位置に重ね合わされた前記他の基板の前記所定領域に少なくとも超音波振動または熱から成る接合エネルギーを与える作用部と、前記所定領域周辺への前記作用部からの前記接合エネルギーの伝達を阻止する伝達阻止部とが設けられたヘッドと、
   前記他の基板の電極パターンと前記基板の電極パターンとの位置合わせを行う位置調整手段とを備え、
   前記伝達阻止部は、
   前記作用部の周辺に配置され、前記他の基板の電極パターンに前記接合エネルギーが与えられるように前記所定領域と前記作用部とを位置合わせした状態で保持する挟持体を有し、該挟持体と前記ステージとの間に前記基板と一緒に前記他の基板を挟持する挟持機構を備え、
   前記挟持体に保持された前記他の基板の電極パターンを、前記位置調整手段により前記基板の電極パターンに位置合わせした後に、前記挟持機構により前記挟持体と前記ステージとの間に前記基板および前記他の基板を一緒に挟持して、前記他の基板の電極パターンと前記基板の電極パターンとを接合することを特徴とする接合装置。
2. 前記挟持機構が挟持状態にあるときに、前記他の基板の少なくとも一部を切断する切断手段をさらに備える請求項１に記載の接合装置。
3. 前記ヘッドは、前記作用部が設けられた共振器を備え、
   前記作用部は、前記接合エネルギーとして、少なくとも、前記共振器が超音波振動することによる超音波振動を前記所定領域に与える請求項１または２に記載の接合装置。
   

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