KR20060003032A

KR20060003032A - 본딩 장치 및 본딩 툴

Info

Publication number: KR20060003032A
Application number: KR1020057019875A
Authority: KR
Inventors: 마사후미 히주쿠리; 세이지 타카하시
Original assignee: 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
Priority date: 2003-04-23
Filing date: 2004-04-21
Publication date: 2006-01-09
Also published as: KR101049248B1; JP3966217B2; JP2004327590A; TW200503133A; CN100464928C; US20040211812A1; TWI312546B; WO2004094095A1; CN1777488A; US7156281B2

Abstract

본딩 장치는 접합대상물에 하중과 진동을 작용시키면서 상기 접합 대상물을 피접합면에 압착하기 위한 것이다. 상기 본딩 장치는 상기 접합 대상물에 접하는 본딩 툴(14)과, 상기 본딩 툴을 상기 접합 대상물에 누르는 가압 수단을 포함한다. 상기 본딩 툴은 가로로 긴 혼과, 상기 혼의 길이 방향을 따른 제1 방향으로 상기 혼(15)에 종진동을 부여하는 진동자(17)와, 상기 혼으로부터 상기 제1 방향과 대략 직교하는 제2 방향으로 돌출된 돌출 형상부(30)와, 상기 돌출 형상부(30)의 단부에 설치되고 상기 접합 대상물에 접하는 접합 작용부(31) 및, 상기 혼에 설치된 장착홀에 삽입된 가열 수단을 구비한다. 상기 가열 수단은 상기 장착홀의 내면으로부터 틈새를 가지고 상기 장착홀에 장착된다.

본딩 장치, 본딩 툴, 진동자, 혼

Description

본딩 장치 및 본딩 툴{Bonding device and bonding tool}

본 발명은 전자 부품 등의 접합 대상물을 기판의 전극 등의 피접합면에 본딩하는 전자 부품의 본딩 장치 및 본딩 툴에 관한 것이다.

전자 부품 등의 접합 대상물을 기판의 전극 등의 피접합면에 본딩하는 방법으로서, 초음파 압접을 이용하는 방법이 알려져 있다. 이 방법은 전자 부품을 피접합면에 대하여 가압하면서 전자 부품에 초음파 진동을 부여하고 접합면을 미소하게 진동시켜서 밀착시키는 것이다. 이 방법에 이용되는 본딩 툴은 진동 발생원의 진동을 전자 부품에 전달시키는 길고 가는 형상의 혼을 가지고 있고, 이 혼에 설치된 접합 작용부에 의해 전자 부품에 하중과 진동을 작용시키면서 전자 부품을 피접합면에 압착하여 본딩하도록 되어 있다. 따라서, 접합면에 전자부품이 잡합된다.

이러한 본딩 툴로서 혼에 히터를 내장한 것이 알려져 있다. 이에 따라 본딩시에 접합 작용부를 통해 전자 부품을 가열할 수 있어서 본딩 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 이러한 히터를 혼에 장착하는 방법으로서, 지금까지는 혼의 길이 방향에 직교하는 방향으로 설치된 장착홀에 봉 형상의 히터를 삽입하여 고정하는 방법이 이용되고 있었다(예를 들면, 일본특허공보 제 2000-200961호 (도3)).

전자 부품의 본딩에 있어서, 안정된 본딩 품질을 확보하기 위해서는 진동 발 생원으로부터 혼에 전달되는 초음파 진동의 전파 특성을 안정시켜서 전자 부품에 항상 안정된 진동을 부여하는 것이 필요하다. 그러나 이러한 안정된 진동 특성이 요구되는 본딩 툴에 대하여 상술한 종래의 히터 장착 방법의 구성을 그대로 적용하면 이하와 같은 문제가 발생한다.

먼저, 일반적인 구성에서는 봉 형상의 히터가 전파의 진동 방향을 가로질러 삽입되기 때문에, 진동하는 전파가 히터에 의해 방해를 받기 쉬웠다. 특히, 컴팩트한 전자부품을 위하여 커다란 히터가 작은 사이즈의 혼과 함께 채용되는 경우에 상술한 문제가 눈에 띄게 발생한다. 따라서, 일반적인 본딩 툴에 있어서, 고효율의 가열작업은 안정된 진동 특성을 실현하기에 적합하지 않다.

또한, 일반적인 구성에서는, 봉 형상의 히터가 장착홀에 삽입되는 동안, 히터가 혼에 고정된다. 따라서, 히터는 항상 장착홀의 내면에 가압된다. 그러나, 히터를 장착홀 내면에 누르는 접촉압은 반드시 항상 일정하지 않고, 온도 변화나 체결 수단의 느슨함 등에 의해 변동하는 경우가 많다. 이 때문에 혼 전체의 강성 분포가 변동하여 안정된 진동 특성이 유지되지 않는 경우가 있었다.

따라서, 본 발명은 안정된 진동 특성을 실현할 수 있는 본딩 장치 및 본딩 툴을 제공하는 것을 목적으로 한다.

청구항 1에 기재된 본딩 장치는, 접합 대상물에 하중과 진동을 작용시키면서 이 접합 대상물을 피접합면에 압착하는 본딩 장치이다. 상기 본딩 장치는 상기 접합 대상물에 접하는 본딩 툴과, 상기 본딩 툴을 상기 접합 대상물에 누르는 가압 수단을 포함한다. 상기 본딩 툴은 가로로 긴 혼과, 상기 혼의 길이방향을 따른 제 1방향으로 상기 혼에 종진동을 부여하는 진동자와, 상기 혼으로부터 상기 제 1방향과 대략 직교하는 제 2 방향으로 돌출된 돌출 형상부와, 상기 돌출 형상부의 단부에 설치되고 상기 접합 대상물에 접하는 접합 작용부 및, 상기 혼에 설치된 장착홀에 삽입된 가열수단을 구비한다. 상기 가열수단은 상기 장착홀의 내면으로부터 틈새를 가지고 상기 장착홀에 장착된다.

청구항 2에 기재된 본딩 장치는, 접합 작용부와 진동자 사이에서 상기 혼 내의 진동자로 열이 전달되는 것을 방지하기 위해 벤트부(vent part)가 설치되는 것을 특징으로 한다.

청구항 3에 기재된 본딩 장치는, 상기 벤트부가 상기 제 1방향을 따라 가로로 긴 슬릿(slit)인 것을 특징으로 한다.

청구항 4에 기재된 본딩 장치는, 가열 수단은 상기 혼의 진동의 최대 진폭에 대응하는 부품을 구비한 것을 특징으로 한다.

청구항 5에 기재된 본딩 툴은 접합 대상물에 하중과 진동을 부여하여 피접합면에 압력을 가하여 접합 대상물을 접합하기 위한 공구이다. 상기 본딩 툴은, 가로로 긴 혼과, 이 혼에 대하여 혼의 길이 방향을 따른 제1 방향으로 종진동을 부여하는 진동자와, 상기 혼으로부터 상기 제1 방향과 대략 직교하는 제2 방향으로 돌출하여 설치된 돌출 형상부와, 이 돌출 형상부의 단부에 설치되고 상기 접합 대상물에 접하는 접합 작용부와, 상기 혼에 설치된 장착홀에 삽입된 가열 수단을 구비한다. 상기 가열 수단은 상기 장착홀의 내면과의 사이에 틈새를 가지고 장착된다.

청구항 6에 기재된 본딩 툴은, 접합 작용부와 진동자 사이에서 상기 혼 내의 진동자로 열이 전달되는 것을 방지하기 위해 벤트부가 설치되는 것을 특징으로 한다.

청구항 7에 기재된 본딩 툴은, 상기 벤트부가 제 1방향을 따라 가로로 긴 슬릿인 것을 특징으로 한다.

청구항 8에 기재된 본딩 툴은, 상기 가열 수단은 상기 혼의 진동의 최대 진폭에 대응하는 부품을 구비한 것을 특징으로 한다.

청구항 9에 기재된 본딩 툴은, 접합 대상물에 하중과 진동을 부여하여 피접합면에 압력을 가하여 접합 대상물을 접합하기 위한 공구이다. 상기 본딩 툴은 가로로 긴 혼과, 이 혼에 대하여 혼의 길이 방향을 따른 제1 방향으로 종진동을 부여하는 진동자와, 상기 혼으로부터 상기 제1 방향과 대략 직교하는 제2 방향으로 돌출하여 설치된 돌출 형상부와, 이 돌출 형상부의 단부에 설치되고 상기 접합 대상물에 접하는 접합 작용부, 및 혼의 제 1방향으로 삽입되는 봉형상의 가열 수단을 구비한다.

청구항 10에 기재된 본딩 툴은, 접합 작용부와 진동자 사이에서 상기 혼 내의 진동자로 열이 전달되는 것을 방지하기 위해 벤트부가 설치되는 것을 특징으로 한다.

청구항 11에 기재된 본딩 툴은, 상기 벤트부가 제 1방향을 따라 가로로 긴 슬릿인 것을 특징으로 한다.

청구항 12에 기재된 본딩 툴은, 상기 가열 수단은 상기 혼의 진동의 최대 진폭에 대응하는 부품을 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 가열 수단은 혼의 제 1방향으로 삽입되거나 또는 상기 가열 수단은 상기 장착홀의 내면과의 사이에 틈새를 가지고 장착된다. 따라서, 안정된 진동 특성을 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 부품의 본딩 장치의 정면도.

도 2의 (a)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 부품의 본딩 툴의 사시도.

도 2의 (b)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 부품의 본딩 툴의 부분 상하 반전 사시도.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 부품의 본딩 툴의 정면도.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 부품의 본딩 툴의 정단면도.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전자 부품의 본딩 툴의 정단면도.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 본딩 장치의 정면도이다. 도 2(a)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 본딩 툴의 사시도이다. 도 2(b)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 본딩 툴의 부분 상하 반전 사시도이다. 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 부품의 본딩 툴의 정면도이다.

먼저, 도 1을 참조하여 전자 부품의 본딩 장치의 전체 구조를 설명한다. 제 1승강판(2)과 제 2승강판(3)이 지지프레임(1)의 전면에 승강 가능하게 설치되어 있 다. 제1 승강판(2)에는 실린더(4)가 장착된다. 실린더(4)의 봉(5)은 제2 승강판(3)에 연결되어 있다. 제2 승강판(3)에는 본딩 헤드(10)가 장착되어 있다. 지지 프레임(1)의 상면에는 Z축 모터(6)가 설치되어 있다. Z축 모터(6)는 수직 이송 스크류(7)를 회전시킨다. 이송 스크류(7)는 제1 승강판(2)의 배면에 설치된 너트(8)에 결합하고 있다. 따라서, Z축 모터(6)가 구동하여 이송 스크류(7)가 회전하면, 너트(8)가 이송 스크류(7)를 따라 수직으로 이동하고, 제 1승강판(2)과 제 2승강판(3) 역시 상하로 이동한다.

도 1에서, 상면이 전자 부품의 피접합면인 기판(46)은 기판 홀더(47) 상에 놓여진다. 기판 홀더(47)는 테이블(48) 상에 놓여진다. 테이블(48)은 가동 테이블로서, 기판(46)을 X방향과 Y방향으로 수평 이동시키고 기판(46)을 소정의 위치로 위치 결정한다. 테이블(48)은 전자 부품(40)에 대하여 기판(46)을 상대적으로 이동시키는 위치 결정 수단의 역할을 한다.

카메라(42)는 일축 테이블(43)에 장착된다. 경통(鏡筒, 44)은 카메라(42)로부터 전방으로 연장된다. 카메라(42)를 일축 테이블(43)을 따라 전진시키고, 쇄선으로 나타내는 바와 같이 경통(44)의 선단부를, 본딩 툴(14)의 하면에 흡착하여 유지된 범프 부착 전자 부품(40)과 기판(46)과의 사이에 위치시키고, 그 상태에서 전자 부품(40)과 기판(46)의 위치를 카메라(42)로 관찰한다.

인식부(53)는 카메라(42)로 촬상한 전자 부품(40)과 기판(46)의 화상을 인식하여 이들의 위치를 검출한다. 주 제어부(50)는 모터 구동부(51)를 통하여 Z축 모터(6) 즉 본딩 헤드(10)의 승강 동작을 제어하고, 테이블 제어부(52)를 통하여 테 이블(48) 즉 기판(46)의 위치 결정을 행한다. 또한, 주 제어부(50)는 인식부(53)에 의해 검출된 전자 부품(40)과 기판(46)의 위치로부터 수평면 내에서의 양자의 위치 이동을 연산하고, 이 위치 이동을 보정하도록 테이블(48)을 구동한다. 또한 주 제어부(50)에는 하중 제어부(54)와 흡인 장치(56)가 접속되어 있다.

가압 수단으로서의 실린더(4)는 하중 제어부(54)를 통하여 주 제어부(50)에 연결되어 있다. 따라서, 실린더(4) 봉(5)의 돌출력, 즉 본딩 툴(14)로 전자 부품(40)의 범프를 기판(46)으로 누르는 가압 하중이 제어된다. 흡인 장치(56)는 주 제어부(50)로부터의 명령에 의해 본딩 툴(14)에 의한 전자 부품(40)의 흡인·분리를 행한다. 진동자(17)는 초음파 진동자 구동부(55)를 통해 주 제어부(50)에 연결되어 있고, 주 제어부(50)로부터의 명령에 따라 진동자(17)가 초음파 진동자 구동부(55)에 의해 구동됨으로써 본딩 툴(14)에는 초음파 진동이 부여된다. 이때, 본딩 툴(14)의 진동은 공진 상태가 되어 있고 진동자(17)에 인가되는 전압과 전류의 위상차는 거의 제로가 되어 있다.

본딩 헤드(10)의 본체(11) 하단부에는 홀더(12)가 결합되어 있다. 홀더(12)에는 블록(13)이 장착되고 블록(13)에는 본딩 툴(14)이 고정되어 있다. 블록(13)의 측부의 돌부(13a)는 흡인 장치(56)에 접속되어 있다. 돌부(13a)에는 흡착 패드(19)가 설치되어 있고, 후술하는 바와 같이 흡착 패드(19)가 혼(15)에 접함으로써 흡인 장치(56)에 의해 전자 부품(40)의 흡착 유지가 가능하도록 되어 있다.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 본딩 툴(14)에 대하여 설명한다. 도 2(a)는 블록(13)으로부터 떼어낸 상태의 본딩 툴(14)의 비스듬한 상방으로부터의 사시도이 고, 도 2(b)는 본딩 툴(14)을 상하 반전한 상태의 혼(15)을 부분적으로 나타내고 있다. 또한 도 3은 본딩 툴(14)의 정면도와 함께 진동자(17)에 의해 혼(15)에 유발되는 정재파(stationary wave) 진동의 진폭의 그래프를 나타내고 있다.

도 2(a)에 도시한 바와 같이, 본딩 툴(14)은 가로로 긴 혼(15)을 주체로 하고 있다. 혼(15)은 금속 재료(예를 들면 스테인리스, 알루미늄, 티타늄 등) 등으로 이루어지며 구형 단면을 가지는 봉 형상 몸체로 되어 있고, 혼(15)의 일방측의 측단부에는 진동자(17)가 장착되어 있다. 또한 구형 단면의 높이 및 폭 치수는 혼의 길이 방향을 따라 치수를 연속적으로, 또는 단계적으로 변화시켜도 무방하다. 이에 따라 진동 부여 수단에 의해 부여되는 진동을 혼(15)에 있어서 확대·축소하는 조정이 가능해진다. 진동자(17)를 구동함으로써 혼(15)의 길이 방향을 따라 제1 방향(화살표a 방향)으로 종진동이 부여된다. 따라서 진동자(17)는 혼(15)의 길이 방향을 따른 제1 방향으로 진동을 부여하는 진동 부여 수단이 되어 있다.

혼(15)의 양측면(15b)에는 각각 얇은 리브(15c)가 혼(15)과 일체적으로 두 군데씩 중간 위치를 양분하는 배치로 설치되어 있다. 2개의 리브(15c)간의 치수는 진동 성분을 고정함에 따른 진동의 감쇠를 극소하게 하기 위하여 진동자(17)에 의해 부여되는 종진동의 반파장(L/2)과 같아지도록 설정된다(도 3 참조). 또한 상기 치수는 진동의 감쇠가 허용되는 범위이면 무방하고 반드시 L/2와 같지 않아도 무방하다.

리브(15c)는 혼(15)으로부터 외측으로 돌출하여 설치되어 있고, 리브(15c)에 설치된 부착홀(15d)에 볼트(미도시)를 삽입하여 블록(13)에 체결함으로써, 혼(15) 은 블록(13)에 양쪽 지지 상태로 고정된다. 즉 4개의 (2조의) 리브(15c)는 혼(15)을 블록(13)에 고정하는 고정부가 되어 있다.

이 혼(5)의 고정에 있어서, 4개의 리브(15c)를 혼(15)의 중심점에 관하여 대칭으로 배치하고 있으므로, 본딩 툴(14)을 블록(13)에 균형있게 고정할 수 있고, 또한 가압 수단으로부터 혼(15)에 부하된 하중을 균형있게 지지할 수 있다. 또한 리브(15c)의 개수는 4개에 한정되지 않고, 예를 들면 혼(15)의 마디의 상방에 2개 설치해도 무방하다.

요컨대 혼(15)에 부여된 하중을 균형있게 지지할 수 있으면 되고, 이 한도 내에서 리브의 개수는 몇 개라도 상관없다. 또한 부착홀(15d)에 볼트를 삽입하여 체결한 상태에 있어서 볼트가 혼(15)의 하면으로부터 돌출하지 않는 구성이 되어 있어, 본딩시에 기판상의 전자 부품 등과의 간섭을 발생하지 않고 고정할 수 있도록 되어 있다.

2조(4개)의 리브(15c)의 대략 중앙 위치에는 돌출 형상부(30)가 제1 방향과 직교하는 제2 방향(화살표b 방향)으로 돌출하여 형성되어 있다. 돌출 형상부(30)의 재질은 혼(15)과 동일한 재질인 쪽이 혼(15)과 일체적으로 형성할 수 있어서 바람직하나, 다른 재질이라도 무방하다. 다른 재질인 경우에는 혼(15)의 재질과의 밀도, 영률 및 쁘아송비의 차를 고려하여 돌출 형상부(30)의 형상·치수를 설정한다.

돌출 형상부(30)의 단부에는 접합 대상물로서의 전자 부품(40)에 접하는 접합 작용부(31)가 설치되어 있다. 접합 작용부(31)에 전자 부품(40)이 접한 상태에서 본딩 툴(14)에 누름 하중을 작용시킴으로써 전자 부품(40)의 범프는 기판(46)으 로 눌려지게 된다. 그리고 이 상태에서 진동자(17)를 구동하여 혼(15)에 종진동을 부여함으로써 전자 부품(40)은 기판(46)에 하중과 진동에 의해 압착된다. 이때 돌출 형상부(30)는 4개의 리브(15c)의 중앙에 위치하고 있으므로, 큰 누름 하중을 필요로 하는 대형 부품을 대상으로 하는 경우에 있어서도 균일한 누름 상태가 실현된다.

도 2(b)에 도시한 바와 같이, 접합 작용부(31)의 하면의 접합 작용면(31a)에는 흡착홀(31b)이 개공되어 있다. 흡착홀(31b)은 도 3에 도시한 바와 같이 혼(15)의 내부에 형성된 흡인로(16a, 16b)를 통해 혼(15)의 상면(15a)에 개구된 흡인홀(16c;도 2(a) 참조)에 연통하고 있다.

본딩 툴(14)이 블록(13)에 고정된 상태에 있어서, 돌부(13a)에 설치된 흡착 패드(19)가 혼(15)의 상면(15a)에 접함으로써(도 1 참조), 흡착홀(31b)은 흡인로(16a, 16b) 및 흡인홀(16c)을 통해 흡착 패드(19)와 연통한다. 따라서 흡착 패드(19)에 접속된 흡인 장치(56;도 1 참조)를 구동하여 공기를 흡인함으로써 흡착홀(31b)로부터 진공 흡인하여, 접합 작용면(31a)에 전자 부품(40)을 진공 흡착하여 유지할 수 있다. 즉 돌출 형상부(30)는 전자 부품(40)을 기판(46)에 대하여 누름과 동시에 전자 부품(40)의 상면에 접하여 전자 부품(40)을 흡착하여 유지하는 흡착자로서의 기능을 병행하여 가지고 있다.

또한 혼(15)의 길이 방향의 돌출 형상부(30)의 반대측에는 돌출 형상부(30)와 거의 동일 형상으로 돌출한 진동 밸런스부(32)가 설치되어 있다. 진동 밸런스부(32)의 재질은 혼(15)과 동일한 재질인 쪽이 혼(15)과 일체적으로 형성할 수 있어 서 바람직하나, 다른 재질이어도 무방하다. 다른 재질인 경우에는 혼(15)의 재질과의 밀도, 영률 및 쁘아송비의 차를 고려하여 진동 밸런스부(32)의 형상·치수를 설정한다.

진동 밸런스부(32)는 본딩 툴(14)에 있어서, 주로 질량 밸런스를 유지함으로써 혼(15)의 상하의 진동 밸런스를 유지하기 위하여 설치되어 있고, 혼의 두께 방향으로 관통하여 설치된 관통홀(32a)의 위치·형상·사이즈에 의해 밸런스량을 조정할 수 있도록 되어 있다. 이 진동 밸런스부(32)에 의해 혼(15)의 진동 분포 및 질량 분포는 제1 방향의 중심축에 대하여 거의 대칭이 되어 균일한 진동 전달이 확보된다.

다음으로 혼(15)의 진동 특성에 대하여 설명한다. 초음파 진동자 구동부(55)에 의해 진동자(17)를 혼(15)에 맞는 적절한 주파수(혼(15)을 공진 상태로 하는 주파수이면 충분한데, 바람직하게는 40kHz 이상 70kHz 이하로서, 60kHz정도이면 전자 부품의 본딩상 더욱 바람직하다.)로 구동하여 혼(15)에 제1 방향의 종진동을 부여하여 공진 상태를 만들어냄으로써 혼(15)에는 도 3의 그래프에 도시한 바와 같이 정재파 진동이 발생한다.

즉, 혼(15)의 정재파 진동에 있어서, 리브(15c)의 위치는 수평 방향의 변위가 거의 없는 파절(波節)이 되고, 리브(15c)의 중심에 위치하는 돌출 형상부(30)의 위치는 수평 방향의 진폭이 최대가 되는 파복(波腹)에 상당한다. 또한 돌출 형상부(30)의 위치는 이 정재파 진동의 파복의 위치에 일치하는 것이 바람직하나, 혼(15)을 고정하는 리브(15c)의 대략 중앙에 위치하고 있는 한, 정재파 진동의 파복의 위 치로부터 다소 이동해도 무방하다.

그리고 돌출 형상부(30)의 진동은 접합 작용면(31a)을 통해 전자 부품(40)에 전달된다. 이 전자 부품(40)으로의 진동 전달에 있어서는, 진동자(17)에 의해 혼(15)에 부여된 종진동 뿐만 아니라 후술하는 바와 같이 혼(15)의 종진동에 의해 돌출 형상부(30)에 유발되는 굽힘 진동이 중첩하여 전달된다.

다음으로 혼(15)에 구비된 가열 수단에 대하여 설명한다. 도 3에 도시한 바와 같이 혼(15)의 우반부에는 원형 단면의 장착홀(15e)이 길이 방향(제1 방향)으로 설치되어 있고, 장착홀(15e)에는 봉 형상의 가열 수단인 히터(18)가 길이 방향을 따라 삽입되어 있다. 히터(18)를 작동시킴으로써 혼(15)이 가열되고, 이에 따라 접합 작용면(31a)을 통해 전자 부품(40)이 가열된다. 이 가열에 의해 본딩 동작에 있어서 전자 부품(40)의 기판(46)으로의 압착을 단시간에 효율적으로 행할 수 있다.

혼(15)의 우단면 근방에는 복수의 슬릿(15g)이 길이 방향에 직교하는 수평 방향(도 3에 있어서 지면에 수직 방향)으로 설치되어 있다. 히터(18)를 연속하여 작동시키면 히터(18)로부터 발생한 열은 혼(15)을 거쳐 진동자(17)로 전달되어 진동자(17)를 승온시킨다. 진동자(17)의 승온은 진동 특성의 변동을 초래하는 요인이 되므로 진동자(17)로의 전열은 가능한 한 억제하는 것이 바람직하다. 이 때문에 본 실시예에서 나타내는 혼(15)에 있어서는, 이 전열 방향의 진동자(17)의 바로 앞쪽에 슬릿(15g)을 설치함으로써 혼(15)을 통해 전달되는 열을 슬릿(15g)에 의해 방산하여 진동자(17)로의 전열량을 최대한 적게 하도록 하고 있다.

즉, 가로로 긴 슬릿(15g)이 접합 작용부(31)와 진동자(17) 사이에서 상기 혼 (15) 내의 진동자로 열이 전달되는 것을 방지하기 위한 벤트부의 역할을 한다. 바람직하게는, 벤트부를 냉각하기 위한 냉각 수단이 설치된다. 냉각 수단으로서, 슬릿(15g)에 공기를 공급하는 공기 공급 수단이 채용될 수 있다. 상기 공기 공급 수단으로서, 튜브를 통해 압축된 공기를 공급하는 수단 또는 팬으로 공기를 공급하는 수단이 채용될 수 있다.

다음으로 히터(18)의 혼(15)으로의 장착 방법에 대하여 설명한다. 장착홀(15e)의 내경(d)은 히터(18)의 외경(D)보다도 조금 크게 설정되어 있고, 히터(18)를 장착홀(15e) 내로 삽입한 상태에 있어서, 히터(18)의 외면과 장착홀(15e)의 내면과의 사이에 작은 틈새를 가지고 장착된다. 즉 히터(18)는 혼(15)에 고착되지 않고 이동 가능한 상태, 즉 느슨한 부착 상태로 장착되도록 되어 있다.

혼(15)의 단부의 장착홀(15e)의 개공측 단부에는 히터(18)의 단면과의 틈새를 확보한 상태에서 엔드 플레이트(60)가 볼트(61)에 의해 고정되어 있고, 히터(18)가 장착홀(15e)로부터 빠지는 것을 방지한다. 즉 엔드 플레이트(60)는 히터(18)가 장착홀(15e)로부터 빠지는 것을 방지하는 빠짐 방지 수단이 되어 있다.

이와 같이 히터(18)의 장착을 느슨한 부착 상태로 함으로써 히터(18)를 장착홀(15e)의 내면으로 누르는 접촉압이 발생하지 않는다. 이 때문에 온도 변화에 의한 혼(15)의 팽창·수축이 발생한 경우에 있어서도 장착 상태가 변동하지 않고, 항상 일정한 장착 상태가 유지된다. 따라서 본딩 작업을 반복하여 실행하는 과정에 있어서 혼(15) 전체의 강성 분포의 변동이 발생하지 않고 안정된 진동 특성이 유지된다.

또한 히터(18)는 혼(15)에 고착되지 않기 때문에 혼(18)에는 초음파 진동이 직접 전달되지 않는다. 이 때문에 혼(18)에는 진동에 기인하는 파손이 잘 발생하지 않아서 혼(18)의 부품 수명을 연장할 수 있다.

(제2 실시예)

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 본딩 툴의 정단면도이다. 제 2실시예에 따르면, 제1 실시예에서 나타낸 본딩 툴(14)과 동일한 외형 형상·외형 구성을 가지는 본딩 툴(141)에 있어서, 제1 실시예의 히터(18)와 동등 또는 큰 사이즈의 히터(18A)를 혼(151) 내에 대략 좌우 대칭 배치로 장착하는 구성으로 한 것이다. 이와 동시에, 히터(18A)는 혼(151) 진동의 최대 진폭에 대응하는 부품을 구비한다.

도 4에 있어서, 혼(151)에는 원형단면의 장착홀(151e)이 우단면으로부터 흡인홀(16c)의 바로 앞쪽까지 길이 방향(제1 방향)으로 설치되어 있고, 장착홀(151e)에는 봉 형상의 가열 수단인 히터(18A)가 길이 방향을 따라 삽입되어 있다. 히터(18A)의 기능 및 장착 방법은 제1 실시예에 나타낸 히터(18)와 동일하고, 히터(18A)의 외면과 장착홀(151e)의 내면과의 사이에 작은 틈새를 가지고 장착된다. 혼(151)의 우단면 근방에는 제1 실시예의 슬릿(15g)과 동일한 슬릿(151g)이 설치되어 있다.

히터(18A)의 빠짐 방지는 장착홀(151e)의 내면에 칼라(collar) 부재(62)를 끼워 부착하고, 이 칼라 부재(62)를 셋 볼트(63)로 혼(151)에 고정함으로써 행해진다. 즉 칼라 부재(62)는 히터(18A)가 장착홀(151e)로부터 빠지는 것을 방지하는 빠 짐 방지 수단이 되어 있다. 이 구성에 있어서도 제1 실시예와 동일하게 안정된 진동 특성을 확보하는 효과를 얻는다. 또한 빠짐 방지의 방법으로서, 칼라 부재(62)를 끼워 부착하는 대신에 장착홀(151e) 내에 볼트를 돌출시키는 방법(제3 실시예 참조)을 이용해도 무방하다. 이 경우, 이 볼트가 빠짐 방지 수단이 된다.

(제3 실시예)

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 본딩 툴의 정단면도이다. 제1, 2 실시예에서는 혼을 길이 방향에 있어서 복수의 지지 위치에서 고정 지지하는 양쪽 지지형의 본딩 툴의 예를 나타냈는데, 본 발명은 양쪽 지지형의 본딩 툴에 한정되는 것이 아니고, 도 5에 도시한 바와 같은 한쪽 지지형의 본딩 툴에 대해서도 적용 가능하다.

도 5에 있어서 한쪽 지지형의 본딩 툴(142)은 제2 실시예에 나타낸 본딩 툴(141)에 있어서 돌출 형상부(30)로부터 우측의 부분을 절제한 구성이 되어 있고, 양쪽 지지형의 경우와 마찬가지로 정재파의 파절에 상당하는 위치에서 고정 지지되고, 정재파의 파복에 상당하는 위치에 접합 작용부(31)가 배치된 구성이 되어 있다.

혼(152)에는 원형 단면의 장착홀(152e)이 우단면으로부터 흡인홀(16c)의 바로 앞쪽까지 길이 방향(제1 방향)으로 설치되어 있고, 장착홀(152e)에는 봉 형상의 가열 수단인 히터(18B)가 길이 방향을 따라 삽입되어 있다. 히터(18B)의 기능 및 장착 상태는 제1 실시예에 도시한 히터(18)와 동일하고, 히터(18B)의 외면과 장착 홀(152e)의 내면과의 사이에 작은 틈새를 가지고 장착된다. 혼(152)의 우단면 근방에는 제1 실시예의 슬릿(15g)과 동일한 슬릿(152g)이 설치되어 있다.

히터(18B)의 빠짐 방지는 장착홀(152e) 내에 볼트(64)를 돌출시켜서 스토퍼로서 기능시킴으로써 행해진다. 즉, 볼트(64)는 히터(18B)가 장착홀(152e)로부터 빠지는 것을 방지하는 빠짐 방지 수단이 되어 있다. 이 구성에 있어서도 제1 실시예와 마찬가지로 안정된 진동 특성을 확보하는 효과를 얻는다. 또한 빠짐 방지의 방법으로서 볼트를 이용하는 대신에, 도 3에 도시한 바와 같이 엔드 플레이트를 혼(152)의 개공측 단부에 부착하는 방법을 이용해도 무방하다. 이 경우 이 엔드 플레이트가 빠짐 방지 수단이 된다.

상기 설명한 바와 같이 본 발명의 각 실시예에 나타낸 본딩 툴에 있어서는, 가열용의 히터를 혼의 길이 방향을 따른 제1 방향에 설치된 장착홀에 삽입하여 장착하는 구성에 있어서, 히터의 외면과 장착홀의 내면과의 사이에 작은 틈새를 가지고 장착하도록 하고 있다. 이에 따라 장착 상태를 항상 일정하게 유지하여 혼 전체의 강성 분포의 변동을 방지할 수 있어서 안정된 진동 특성을 실현할 수 있다.

본 발명에 따르면, 본딩 툴을 가열하는 봉 형상의 가열 수단이 혼의 길이방향을 따라 제 1방향으로 삽입되는 구조를 채용함으로써, 혼에서 진동이 전파되는 영향을 최소화시킬 수 있다. 고출력의 가열 수단이 작은 사이즈의 혼에 장착되더라도, 안정된 진동 특성의 실현에 적합한 고효율의 가열작업이 가능하다.

또한, 본 발명에 따르면, 혼에 설치된 장착홀에 가열 수단을 삽입하는 구성 에 있어서, 가열 수단을 장착홀의 내면과의 사이에 틈새를 가지고 장착하도록 함으로써, 장착 상태를 항상 일정하게 유지하여 혼 전체의 강성 분포의 변동을 방지할 수 있어서 안정된 진동 특성을 실현할 수 있다.

Claims

접합 대상물에 하중과 진동을 작용시키면서 상기 접합 대상물을 피접합면에 압착하는 본딩 장치로서,

상기 접합 대상물에 접하는 본딩 툴; 및

상기 본딩 툴을 상기 접합 대상물에 누르는 가압 수단을 포함하고, 상기 본딩 툴은, 가로로 긴 혼과, 상기 혼의 길이 방향을 따른 제1 방향으로 상기 혼에 종진동을 부여하는 진동자와, 상기 혼으로부터 상기 제1 방향과 대략 직교하는 제2 방향으로 돌출된 돌출 형상부와, 상기 돌출 형상부의 단부에 설치되고 상기 접합 대상물에 접하는 접합 작용부 및, 상기 혼에 설치된 장착홀에 삽입된 가열 수단을 구비하고, 상기 가열 수단은 상기 장착홀의 내면으로부터 틈새를 가지고 상기 장착홀에 장착되는 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
제 1항에 있어서,

상기 접합 작용부와 진동자 사이에 상기 혼 내의 진동자로 열이 전달되는 것을 방지하기 위해 벤트부를 구비하는 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
제 2항에 있어서,

상기 벤트부는 상기 제 1방향으로 가로로 긴 슬릿인 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
제 1항에 있어서,

상기 가열 수단은 상기 혼의 진동의 최대 진폭에 대응하는 부품을 구비한 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
접합 대상물에 하중과 진동을 작용시키면서 상기 접합 대상물을 피접합면에 압착하는 본딩 툴로서,

가로로 긴 혼;

상기 혼의 길이 방향을 따른 제1 방향으로 상기 혼에 종진동을 부여하는 진동자;

상기 혼으로부터 상기 제1 방향과 대략 직교하는 제2 방향으로 돌출된 돌출 형상부;

상기 돌출 형상부의 단부에 설치되고 상기 접합 대상물에 접하는 접합 작용부; 및

상기 혼에 설치된 장착홀에 삽입된 가열 수단을 포함하며, 상기 가열 수단은 상기 장착홀의 내면으로부터 틈새를 가지고 상기 장착홀에 장착되는 것을 특징으로 하는 본딩 툴.
제 5항에 있어서,

상기 접합 작용부와 진동자 사이에 상기 혼 내의 진동자로 열이 전달되는 것 을 방지하기 위해 벤트부를 구비하는 것을 특징으로 하는 본딩 툴.
제 6항에 있어서,

상기 벤트부는 상기 제 1방향으로 가로로 긴 슬릿인 것을 특징으로 하는 본딩 툴.
제 5항에 있어서,

상기 가열 수단은 상기 혼의 진동의 최대 진폭에 대응하는 부품을 구비한 것을 특징으로 하는 본딩 툴.
접합 대상물에 하중과 진동을 작용시키면서 상기 접합 대상물을 피접합면에 압착하는 본딩 툴로서,

가로로 긴 혼;

상기 혼의 길이 방향을 따른 제1 방향으로 상기 혼에 종진동을 부여하는 진동자;

상기 혼으로부터 상기 제1 방향과 대략 직교하는 제2 방향으로 돌출된 돌출 형상부;

상기 돌출 형상부의 단부에 설치되고 상기 접합 대상물에 접하는 접합 작용부; 및

상기 혼의 제 1방향으로 삽입되는 봉형상의 가열 수단을 포함하는 것을 특징 으로 하는 본딩 툴.
제 9항에 있어서,

상기 접합 작용부와 진동자 사이에 상기 혼 내의 진동자로 열이 전달되는 것을 방지하기 위해 벤트부를 구비하는 것을 특징으로 하는 본딩 툴.
제 10항에 있어서,

상기 벤트부는 상기 제 1방향으로 가늘고 긴 슬릿인 것을 특징으로 하는 본딩 툴.
제 9항에 있어서,

상기 가열 수단은 상기 혼의 진동의 최대 진폭에 대응하는 부품을 구비한 것을 특징으로 하는 본딩 툴.