TWI549206B - Jointing device - Google Patents

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TWI549206B
TWI549206B TW102126383A TW102126383A TWI549206B TW I549206 B TWI549206 B TW I549206B TW 102126383 A TW102126383 A TW 102126383A TW 102126383 A TW102126383 A TW 102126383A TW I549206 B TWI549206 B TW I549206B
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Shuichi Takanami
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Kaijo Kk
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Description

接合裝置
本發明是關於接合裝置，尤其是關於驅動將金屬線接合之接合工具的振動頻率可任意設定之接合裝置。
歷來，已知的打線接合裝置係以金屬線將半導體晶片的電極與已形成在基板上之配線用的引腳接合。打線接合裝置係將已形成在金屬線的前端部之金屬球與超音波振動同時押壓至半導體晶片的電極予以接合，並且將金屬線超音波振動同時押壓至引腳，將半導體晶片的電極與基板上的引腳接合。在打線接合裝置之可在二次元方向上移動之XY定位滑台上載置固定接合頭。成為接合頭之接合臂為能以支撐軸為中心旋轉之構成，具有超音波焊頭，係在接合臂其中一方的前端安裝有作為接合工具的瓷嘴、及另一方透過超音波焊頭將超音波振動施加給瓷嘴的作為超音波施加手段之超音波振動子。
然而，歷來，接合臂的超音波焊頭必須有以λ/2(音波長)為基本之長度，且作為接合臂安裝在接合頭時，由於固定λ/4這一段的位置，對於該長度及支撐方法等有所規範。因而，為了要解決這些規範，在日本專利文獻1中揭示一種在接合臂的瓷嘴安裝附近組裝藉由電致伸縮或磁致伸縮效應將振動傳達給瓷嘴的壓電元件之打線接合裝置。
另外，在日本專利文獻2中揭示一種在瓷嘴組裝振動產生機構之低質量振動子。
另外，在日本專利文獻3中揭示一種在瓷嘴周邊的周方向複數個位置設置彼此鄰接配置的複數個壓電元件將具有既定的相位偏移的電壓供應給各壓電元件之打線接合裝置。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
【專利文獻1】日本專利特開平5-275502號公報
【專利文獻2】美國專利第5,890,643號
【專利文獻3】日本專利特開平6-204302號公報
日本專利文獻1中揭示的打線接合裝置為在接合臂的瓷嘴安裝附近組裝將振動傳達給瓷嘴的壓電元件之構成。日本專利文獻1中的接合臂係壓電元件的振動透過框狀的振動傳達部傳達給瓷嘴。然而，作為驅動壓電元件的負荷之振動傳達部的質量變大，且使振動傳達部本身擁有固有振動數，以150kHz等的高頻驅動會有困難。另外，為了要驅動較重的負荷必然會使壓電元件大型化。
另外，壓電元件係被固定在已設置在接合臂之框狀的孔，由於透過框體對壓電元件施壓，會有框體的彈簧性阻礙壓電元件的延伸而無法有效傳達振動的問題。
另外，日本專利文獻2中由於將使用壓電元件的振動產生機構組裝在瓷嘴而必須有專用的瓷嘴，在通常使用的瓷嘴設置振動產生機構會有困難。再者，由 於在消耗品也就是瓷嘴組裝振動產生機構會導致高價。
另外，日本專利文獻1、2、3中，壓電元件均會有受到來自被加熱過的工件(被接合的零組件)之熱的影響之虞。尤其，日本專利文獻2、3中，由於壓電元件組裝在瓷嘴的外周，接合時接近工件致使瓷嘴上的振動產生機構變成高溫狀態。再者，在高頻下使用壓電元件的情況，壓電元件本身發熱致使振動產生機構變成更高溫狀態，會有壓電元件受熱損壞或壓電元件的性能下降之虞。
因而，驅動接合臂的壓電元件之振動傳達部等的負荷達到輕量小型化，要求將穩定的振動傳達給瓷嘴。進而，要求減少來自被加熱過的工件對壓電元件之熱的影響。
於是，本發明的目的係提供一種使驅動壓電元件的負荷達到輕量小型化，可將穩定的振動傳達給瓷嘴，且可任意選擇頻率及/或振動振幅的大小，進而，可減少來自工件對壓電元件之熱的影響之接合裝置。
為了要達成上述目標，本發明的接合裝置，其特徵為，具有：接合臂，係在與接合工具的中心軸交叉的方向上延伸，並且具有對向於該接合工具的中心軸之承接部；一對的瓷嘴保持部，係隔著前述接合工具的中心軸對稱配置，銜接於接合工具；一對的壓電元件，係隔著前述接合工具的中心軸對稱配置，銜接於前述瓷嘴保持部以產生超音波振動；振盪器，係驅動前述壓電元件；及加壓手段，係由隔著前述接合工具的中心軸對向於前述接合臂的承接部配置之加壓體及使該加壓體朝向前述接合臂的承接部移動之移動手段 所構成；在使前述一對的壓電元件、前述一對的瓷嘴保持部以及前述接合工具位於前述接合臂的承接部與前述加壓體之間的狀態下使該加壓體移動，以使前述一對的瓷嘴保持部及前述接合工具保持在前述接合臂。
另外，如前述本發明的接合裝置，其中，前述瓷嘴保持部係由低導熱率的材質所構成。
如前述本發明的接合裝置，其中，前述振盪器係以彼此180度相位差的波形驅動一對的前述壓電元件。
另外，如前述本發明的接合裝置，其中，前述瓷嘴保持部係以其中一面銜接於前述接合工具的外周之未達半圓的面的方式形成彎曲形狀以保持接合工具，另一面銜接於前述壓電元件的振動面(位移面)予以安裝。
另外，如前述本發明的接合裝置，其中，前述壓電元件為積層由陶瓷所組成的壓電元件之積層壓電元件。
另外，如前述本發明的接合裝置，其中，前述振盪器係每一接合點，可改變設定前述壓電元件的驅動頻率。
另外，如前述本發明的接合裝置，其中，前述接合臂還具有形成有用以插入前述接合工具的孔之板狀的框體，前述一對的壓電元件及前述一對的瓷嘴保持部配置在前述框體的上面，前述的接合工具係以前端位於前述框體的下面側的方式插入形成在前述框體的孔。
另外，如前述本發明的接合裝置，其中，前 述框體的前述上面設有距離一定之對向的壁面，前述一對的壓電元件、前述一對的瓷嘴保持部以及前述接合工具配置在前述框體上面的壁面其中一方與前述加壓手段的加壓體之間，前述加壓手段係藉由透過前述移動手段可改變前述加壓體之前述框體上面的壁面其中一方為止的距離，變化加壓的大小。
依據本發明，由於驅動壓電元件的負荷達到輕量化，可使瓷嘴的反應性變佳且依照接合條件切換用於第1接合點、第2接合點的頻率，並可選擇各接合點最適的頻率。
另外，藉由驅動壓電元件的負荷輕量化，可使瓷嘴的反應性變佳且改變接合中瓷嘴的振動振幅大小。例如，可最先為了要除去表面的氧化膜而以增大瓷嘴的振動振幅的方式驅動，接著減小瓷嘴的振動振幅予以接合。
另外，藉由驅動壓電元件的負荷輕量化，可使瓷嘴的反應性變佳且焊墊與金屬球的接合時間縮短，增加半導體零組件每單位時間的產量。
另外，一對的壓電元件為對瓷嘴對稱配置，各壓電元件由於以彼此間180度相位差的驅動波形驅動，其中一方的壓電元件延伸時，另一方的壓電元件則收縮位移，故不具有彈簧性的特性，透過瓷嘴保持部對瓷嘴作用均等的力，可使整個瓷嘴均等振動(位移)。
另外，依據本發明，由於透過瓷嘴保持部將來自壓電元件的振動傳達給瓷嘴(接合工具)，可減輕已升溫的瓷嘴對壓電元件的熱影響。
另外，藉由以低導熱率的材質構成瓷嘴保持 部，可減輕熱影響。
另外，壓電元件收容於接合臂的框內，由於藉由接合臂的框體使壓電元件不致曝露在來自工件的熱，可減輕熱影響。
另外，由於如同過去並非利用振動子的共振，可選擇最適於使用瓷嘴的頻率，以所選擇的頻率驅動壓電元件。
1‧‧‧接合裝置(打線接合裝置)
2‧‧‧接合頭
3‧‧‧XY定位滑台
5‧‧‧接合臂
6‧‧‧框體
6a、6b‧‧‧端面
6c‧‧‧突起部(承接部)
6d‧‧‧突起部
7‧‧‧內部空間(開口部)
8‧‧‧接合工具(瓷嘴)
9、10‧‧‧瓷嘴保持部
11、12‧‧‧積層壓電元件
15‧‧‧加壓產生部
16‧‧‧可動部
17‧‧‧椎形部
18‧‧‧椎形部(加壓體)
17a、18a‧‧‧具有彎曲的平面
17b、18b‧‧‧傾斜面
17c、18c‧‧‧加壓面
20‧‧‧螺栓
25‧‧‧導引金屬配件
26‧‧‧安裝部
27‧‧‧安裝孔
28‧‧‧線性馬達
29‧‧‧編碼器
30‧‧‧支撐軸
31‧‧‧連接金屬配件
33‧‧‧控制部
35‧‧‧振盪器
36‧‧‧波形產生器
38、39‧‧‧電力增幅器
45‧‧‧驅動單元
50‧‧‧半導體元件
51‧‧‧導線架
52‧‧‧金屬球
53‧‧‧金屬線
第1圖為顯示接合臂的構成之圖，第1(a)圖為接合臂之側面圖，第1(b)圖為接合臂之下面圖。
第2圖為第1(a)圖所示的A-A線之剖面圖，且是顯示接合臂的構成之平面圖。
第3圖為顯示驅動積層壓電元件之振盪器的構成之方塊圖。
第4圖為顯示施加給積層壓電元件的電壓波形之圖。
第5圖為說明接合臂之瓷嘴的振動之圖，第5(a)圖為顯示當電壓波形的1周期其中一方的半周期施加給積層壓電元件時瓷嘴的振動(位移)方向之圖，第5(b)圖為顯示電壓波形1周期另一方的半周期施加給積層壓電元件時瓷嘴的振動(位移)方向之圖。
第6圖為顯示已安裝接合臂之接合裝置的構成之方塊圖。
以下參考圖面說明用以實施本發明的接合裝置的形態。此外，本發明的接合裝置係以已組裝在從側面看具有大致口字形狀之接合臂之作為接合工具的 瓷嘴為中心，使在接合臂的長邊方向上保持瓷嘴之一對的瓷嘴保持部與銜接於瓷嘴保持部以產生超音波振動之一對的壓電元件對稱配置，達到振動驅動部的輕量小型化，且藉由加壓產生部對瓷嘴保持部、壓電元件加壓，將穩定的振動傳達給瓷嘴，進而對壓電元件減少來自工件之熱的影響。
〔接合臂的構成〕
以下，參考第1圖及第2圖說明作為接合裝置之打線接合裝置的接合臂。第1圖為顯示接合臂的構成之圖，第1(a)圖為顯示接合臂之側面圖，第1(b)圖為顯示接合臂之下面圖。第2圖為第1(a)圖所示的A-A線之剖面圖，且是顯示接合臂的構成之平面圖。
如第1(a)圖所示，接合臂5具有：瓷嘴8，係作為接合工具8；一對的瓷嘴保持部9、10，係押壓瓷嘴8的外周以保持瓷嘴8；壓電元件，係作為振動驅動源(以下，將壓電元件稱為積層壓電元件11、12)；及加壓產生部15，係從一定方向對瓷嘴8、瓷嘴保持部9、10以及積層壓電元件11、12施加負載予以加壓之作為加壓手段。
如第1(a)圖、第2圖所示，接合臂5從側面看具有大致口字形狀，形成框體6。框體6的上面及下面具有用以安裝瓷嘴8之孔。另外，側面藉由框體6設有內部空間(以下亦稱為開口部)7，在接合臂5的開口部7，以瓷嘴8為中心左右對稱收納瓷嘴保持部9、10及積層壓電元件11、12。另外，在開口部7的兩端面具有突起部6c、6d，突起部6c、6d係以上面及下面成平行的方式呈突狀設置在端面6a、6b之開口部7的上面及下面的中心位置。設有此突起部6c之開口部7的端面， 如同後述以透過導引金屬配件25承載藉由加壓體的移動加壓之接合工具8、瓷嘴保持部9、10以及積層壓電元件11、12的方式構成，構成本發明的承接部。此外，也可以省略突起部6c，由整個端面來支撐導引金屬配件25。
另外，接合臂5的承接部設置在開口部的端面6a之突起部6c，但也可在呈大致L形狀之板狀的框體的端設置承接部。另外，還可在呈大致L形狀之板狀的框體的兩端其中一方設置承接部。
作為接合工具8的瓷嘴8係具有用以將金屬線穿過軸心之細孔，藉由瓷嘴保持部9、10支撐，時而一面將已形成在瓷嘴8的前端之金屬球對焊墊施加負載一面予以接合，時而一面將從瓷嘴8的前端伸出的金屬線對引腳的表面施加負載一面予以接合。另外，接合中對瓷嘴8施予超音波振動，相較於瓷嘴8無超音波振動的情況，可在較低的加熱溫度下進行接合。
瓷嘴保持部9、10係用以保持瓷嘴8以將積層壓電元件11、12的振動傳達給瓷嘴8。如第2圖所示，與瓷嘴保持部9、10的瓷嘴銜接之面，向瓷嘴保持部9、10本身的內側彎曲，以銜接於瓷嘴8的外周之未達半圓的面的方式安裝。如第1(a)圖、第2圖所示，瓷嘴保持部9、10係以瓷嘴8為中心分別設置在對稱位置。瓷嘴保持部9、10的另一面則是分別銜接於積層壓電元件11、12的振動面。
此外，瓷嘴保持部9、10係以不鏽鋼、超合金等低導熱率的材質小型形成，質量為0.1公克左右輕量化。如此，瓷嘴保持部9、10沿著瓷嘴8的外周設置。
另外，如第2圖所示，以對瓷嘴的中心軸對 稱位於接合臂5內的方式，設置一對的積層壓電元件11、12。位於積層壓電元件11、12的瓷嘴8側之振動面銜接於瓷嘴保持部9、10，其中一方的積層壓電元件11的其他振動面銜接於加壓產生部15的作為加壓體的錐形部18。另外，另一方的積層壓電元件12的其他振動面銜接導引金屬配件25的面。
積層壓電元件11、12係在厚度0.1mm程度的作為壓電板的陶瓷及壓電板的表面交互多層積層厚度數μm的內部電極。這種構成的積層壓電元件11、12中，藉由施加電壓所產生的位移量與壓電板的積層數及施加給電極之電壓的大小成比例。因而，積層壓電元件與單板型壓電元件作比較，可獲得較大的位移量。藉此，作為振動子的壓電元件適於積層壓電元件。
如同上述過，接合臂5係以瓷嘴5為中心沿著接合臂5的長邊方向，左右對稱配置一對的瓷嘴保持部9、10及一對的積層壓電元件11、12。
第1(a)圖所示的導引金屬配件25安裝在接合臂5的開口部7之端面6a的突起部6c與積層壓電元件12之間。導引金屬配件25的其中一面設有導引槽，導引金屬配件25的另一面以緊貼於積層壓電元件12的振動構成。安裝導引金屬配件25例如使沿著將導引金屬配件25的導引槽設置在接合臂5的開口部7其中一方的端面6a之突起部6c滑動安裝在接合臂5。藉由接合臂5的開口部7之端面6a的突起部6c與導引金屬配件25的導引槽嵌合，不致受扭轉等的影響，導引金屬配件25及積層壓電元件12不致於維持在開口部7內部的安裝狀態而跳脫，且可維持與開口部7的上面及下面的平行狀態。
〔加壓產生部的構成〕
如第2圖所示，加壓產生部15係內建於接合臂5，從一方向對在長邊方向上依序配列的積層壓電元件11、瓷嘴保持部9、瓷嘴8、瓷嘴保持部10、積層壓電元件12以及導引金屬配件25的各個接觸面加壓。藉此，可提高在各個接觸面的緊貼性。
如第1(a)圖、第2圖所示，加壓產生部15配置在接合臂5之開口部7的一端。加壓產生部15具有呈梯形柱形狀的可動部16；位於可動部16左右之錐形部17、18以及組裝在可動部16之螺栓20。在加壓產生部15的可動部16設有貫穿的孔。螺栓20的金屬圓棒的一端有螺紋，螺栓20的有螺紋的圓棒旋轉鎖入可動部16的螺紋孔。另外，可動部16的外周具有傾斜面，傾斜面與椎形部17、18的一部分緊貼。
此外，加壓產生部15的椎形部18係成為加壓體，加壓產生部15的可動部16及螺栓20，構成使作為加壓體的錐形部18朝向接合臂的承接部6a移動之移動手段。
位於可動部16的左右之椎形部17、18在第2圖中成為大致梯形形狀。位於瓷嘴8端之椎形部18的成為加壓面18c的一端銜接於積層壓電元件11的振動面，椎形部18的另一端如第2圖所示具有彎曲的平面18a及傾斜面18b。椎形部18的傾斜面18b與可動部16的傾斜面緊貼。另一方面，位於接合臂5之開口部7的端面6b端之椎形部17的成為加壓面17c的其中一端銜接於接合臂5的開口部7的突起部6d(第1(a)圖所示)，椎形部17的另一端如第2圖所示具有彎曲的平面17a及傾斜面17b，椎形部18的傾斜面17b與可動部16的 傾斜面緊貼。
在椎形部17、18的具有彎曲的平面17a、18a之包圍彎曲的空間插入螺栓20。螺栓20貫穿椎形部17、18之彎曲的空間插入設置在可動部16的中心之螺紋孔。
如第2圖所示，藉由順時鐘方向旋轉螺栓20，使可動部16移動到螺栓20的頭部端。藉由可動部16移動到螺栓20的頭部端，使作為加壓體的椎形部17、18藉由椎形面向左右擴張移動，對接合臂5之壁面的突起部6d及積層壓電元件11加諸加壓力。
此外，在接合臂5的開口部7組裝積層壓電元件11、12及瓷嘴保持部9、10時，將瓷嘴保持部9銜接於積層壓電元件11其中一方的振動面予以固定，且將瓷嘴保持部10接著在積層壓電元件12其中一方的振動面，並將導引金屬配件25接著在積層壓電元件12另一方的振動面予以固定。之後，應以積層壓電元件11、12及瓷嘴保持部9、10，對接合臂5的開口部7之上板、下板的內壁存有間隙的方式定位，藉由加壓產生部15調整加壓等。藉此，可消除與上板、下板的內壁接觸造成振動的影響。
如此，加壓產生部15係以藉由可改變成為加壓面17c、18c之接合臂5的開口部(內部空間)7之兩端的壁面為止的距離，變化加壓的大小，對積層壓電元件11、12、瓷嘴保持部9、10等的接觸面加諸加壓力的方式構成，達到楔子的功能。
此外，加壓產生部15位於瓷嘴8與接合臂5的突起部6d之間，不過也可以將加壓產生部15隔著瓷嘴8設置在相反的位置即瓷嘴8與突起部6c之間的位置。
另外，作為加壓手段的加壓產生部15並不受限於上述過的構成，若為藉由移動手段可加壓固定的話即可，例如利用氣壓缸的固定、利用球珠螺桿的結合、利用夾持的加壓等任何一種皆可。
另外，如第1(b)圖所示，接合臂5的底部(下面)，即接合時對向於工件的面，由於藉由框體6成為平面以阻斷來自工件的熱，故內建於接合臂5之積層壓電元件11、12不會直接受熱。因而，可藉由接合臂5減輕熱對積層壓電元件11、12的影響。
另外，積層壓電元件由於透過輕量小型化形成之瓷嘴保持部9、10對瓷嘴施加振動，故瓷嘴的反應性變佳，且還可選擇各接合點最適的頻率。
〔積層壓電元件的驅動電路〕
其次，利用第3圖及第4圖說明驅動已組裝在接合臂5的積層壓電元件11、12之振盪器。第3圖為顯示驅動積層壓電元件之振盪器的構成之方塊圖。第4圖為顯示施加給積層壓電元件的電壓波形之圖。
如第3圖所示，驅動積層壓電元件11、12的振盪器35具有波形產生器36及電力增幅器38、39。此外，第3圖所示的積層壓電元件11、12使用單電壓型壓電元件。波形產生器36根據來自接合裝置1的控制部33的訊號將具有既定的頻率之正弦波的訊號輸出到電力增幅器38、39。接合裝置1的控制部33將用以產生驅動積層壓電元件11、12的電壓波形之正弦波的振幅、頻率、偏壓值的各資料輸出至波形產生器36。波形產生器36根據來自接合裝置1的控制部33之資料設定內建之振盪器(未圖示)的正弦波的振幅、頻率、偏壓值等的驅動條件。藉由來自接合裝置1的控制部33之 起動訊號，波形產生器36則對電力增幅器38、39輸出訊號。此外，從波形產生器36輸出至電力增幅器38、39之訊號分別有180度相位差。電力增幅器38、39將來自波形產生器36的訊號電力增幅，電力增幅器38為輸出至積層壓電元件11，電力增幅器39則為輸出至積層壓電元件12。此外，電力增幅器38、39具備用以根據來自波形產生器36的指令電壓定電壓驅動積層壓電元件11、12所必要電壓、電流容量。
〔積層壓電元件的驅動波形〕
第4圖為顯示從電力增幅器38、39輸出的供應電壓波形的一個例子。如第4圖所示，從電力增幅器38、39輸出之供應電壓的波形為正弦波電壓波形。這點是因要防止伴隨供應電壓急遽變化破壞積層壓電元件11、12或產生共振之故。此外，第4圖中，以實線表示積層壓電元件11的驅動波形，以虛線表示積層壓電元件12的驅動波形。
如第4圖所示，積層壓電元件11、12的驅動波形為相同頻率但具有180度相位差。另外，在積層壓電元件11、12為單電壓型壓電元件的情況，施加正的偏壓電壓以使驅動電壓不致變成負電壓。第4圖所示的例子中，電壓波形的振幅為100V，偏壓電壓為75V，最大電壓為125V，最低電壓為25V。另外，第4圖所示的t0至t4表示1周期，這時的頻率為1/(t4-t0)。
如第4圖所示，積層壓電元件11、12為在t0分別施加偏壓電壓75V，在t1積層壓電元件11施加最大電壓125V，積層壓電元件12施加最低電壓75V的狀態。另外，在t2即半周期，回到分別施加最低電壓75V的狀態，在t3為積層壓電元件11施加最小電壓 25V，積層壓電元件12施加最大電壓125V的狀態。之後，在t4成為分別施加偏壓電壓75V的狀態。如此，積層壓電元件11、12以相同頻率但有180度相位差的波形驅動。此外，積層壓電元件11、12在驅動之前，預先以變成偏壓電壓也就是驅動開始電壓的方式設定各元件。
〔瓷嘴的振動〕
其次，利用第5圖說明接合臂之瓷嘴的振動。第5圖為說明接合臂之瓷嘴的振動之圖，第5(a)圖為顯示當電壓波形1周期其中一方的半周期施加給積層壓電元件時瓷嘴的振動(位移)方向之圖，第5(b)圖為電壓波形1周期周另一方的半周期施加給積層壓電元件時瓷嘴的振動(位移)方向之圖。
對積層壓電元件11施加具有來自振盪器35之正弦波的波形之高頻電壓。另外，從振盪器35對積層壓電元件12施加具有積層壓電元件11所施加之正弦波的高頻電壓的相位偏移180度之正弦波的波形之高頻電壓。當施加第4圖所示的t3至t5之半周期的高頻電壓時，如第5(a)圖所示，積層壓電元件11的振動面例如以如箭頭所示延伸的方式動作時，積層壓電元件12的振動面以如箭頭所示收縮的方式動作。此外，積層壓電元件11、12的振動面在與接合臂5的長邊方向相同的方向移位。此時，瓷嘴8在第5(a)圖所示的箭頭方向上移位。
另一方面，當施加第4圖所示的t1至t3之半周期的高頻電壓時，如第5(b)圖所示，積層壓電元件11的振動面例如以如箭頭所示縮收的方式動作時，積層壓電元件12的振動面以如箭頭所示延伸的方式動作。 此時，瓷嘴8在第5(b)圖所示的箭頭方向上移位。
藉此，每一驅動波形的半周期改變瓷嘴8的位移方向，將高頻電壓連續施加給積層壓電元件11、12，對瓷嘴8產生振動。另外，瓷嘴8的振動數係藉由驅動積層壓電元件11、12之高頻電壓的頻率決定。積層壓電元件11、12藉由來自振盪器35的高頻電壓，感應引起振動透過瓷嘴保持部9、10使振動傳達給瓷嘴8。此外，施加給積層壓電元件11、12之高頻電壓的頻率可至150KHz程度為止，可至150KHz程度的振動數為止驅動瓷嘴8。
如此，一對的壓電元件對瓷嘴對稱配置，各壓電元件以彼此180度相位差的驅動波形驅動，故當其中一方的壓電元件延伸時，另一方的壓電元件縮收位移，因而不致具有彈簧性的特性，透過瓷嘴保持部對瓷嘴作用均等的力，可使整個瓷嘴均等振動(位移)。
〔接合裝置〕
其次，利用第6圖說明已安裝接合臂之接合裝置。第6圖為顯示已安裝接合臂之接合裝置的構成之方塊圖。如第6圖所示，作為接合裝置1之打線接合裝置1的接合臂5透過連接金屬配件31安裝在接合頭2的驅動臂。接合頭2的驅動臂具備：線性馬達28，係在上下方向上擺動接合臂5、及編碼器29，係檢測出接合臂5之瓷嘴8的位置。線性馬達28係藉由驅動單元45控制，使線性馬達28的可動部上下移動，透過支撐軸30使接合臂5在上下方向上擺動。接合頭2係搭載在XY定位滑台3上，藉由驅動單元45控制XY定位滑台3，可使使接合臂5的瓷嘴8位於工件上的接合點正上方。
此外，第6圖所示的作為接合裝置1之打線 接合裝置1具有：工件夾機構(未圖示)，係在接合頭2進行金屬線53的把持、火炬桿(torch rod)(未圖示)，係用以在瓷嘴前端形成金屬球52及金屬線供應機構(未圖示)，係供應金屬線53等。
接合動作係以藉由XY定位滑台3使瓷嘴8位於接合點正上方的方式控制。接合頭2藉由線性馬達28使接合臂下降，藉由編碼器檢測出瓷嘴8的前端是否碰觸到接合點。此外，通常第1接合點為半導體元件50的焊墊，的2接合點導線架51的引腳。在瓷嘴的前端伸出接合於第1接合點的金屬球52或接合於第2接合點的金屬線53。由編碼器29的訊號確認瓷嘴8的前端已碰觸到接合點後，對接合臂5的瓷嘴8施加接合負載，且從振盪器35對積層壓電元件11、12供應驅動電壓以使瓷嘴8振動，進行接合。積層壓電元件11、12依來自振盪器35之驅動電壓的頻率振動，且以依驅動電壓的大小之振動振幅超音波振動。積層壓電元件11、12的振動透過瓷嘴保持部9、10傳達給瓷嘴8。既定時間對瓷嘴8施加接合負載及超音波振動後，結束接合點的接合。
如以上敘述過，本發明的接合裝置係使驅動壓電元件的負荷達到輕量化，故瓷嘴的反應性變佳且可依照接合條件切換在第1接合點、第2接合點的頻率，並可選擇各接合點最適的頻率。
另外，藉由驅動積層壓電元件的負荷輕量化，瓷嘴的反應性變佳且可改變接合中瓷嘴的振動振幅大小。例如，最先為了要除去表面的氧化膜而以增大瓷嘴的振動振幅的方式驅動，接著可減小瓷嘴的振動振幅予以接合。
另外，藉由驅動積層壓電元件的負荷輕量化，瓷嘴的反應性變佳且縮短焊墊與金屬球的接合時間，可增加半導體零組件每單位時間的產量。
另外，本發明的接合裝置由於透過瓷嘴保持部將來自壓電元件的振動傳達給瓷嘴(接合工具)，故可減輕已升溫的瓷嘴對壓電元件的熱影響。
另外，以低導熱率的材質構成瓷嘴保持部，可減輕熱影響。
另外，積層壓電元件收容於接合臂的框內，藉由接合臂的框體使壓電元件不致直接曝露在來自工件的熱中，故可減輕熱的影響。
另外，針對由一對的積層壓電元件所組成的接合臂，已敘述過同時驅動一對的積層壓電元件的實施具體例，不過也可以是一對的積層壓電元件當中只驅動其中一方的積層壓電元件。
另外，針對由一對的積層壓電元件所組成的接合臂，也可將其中一方的積層壓電元件用於振動用的致動器，另一方的壓電元件作為振動感測器，檢測出瓷嘴的振動狀態。
此外，本發明的接合裝置並不受限於打線接合裝置，也可適用於其他的接合裝置，例如凸塊接合器(bump bonder)等。
本發明只要不脫離該本質上的精神可以多數形式加以具體化。所以上述過實施具體例當然只是作說明而已並非要限制本發明。
5‧‧‧接合臂
7‧‧‧開口部
8‧‧‧瓷嘴
9‧‧‧瓷嘴保持部
10‧‧‧瓷嘴保持部
11‧‧‧積層壓電元件
12‧‧‧積層壓電元件
15‧‧‧加壓產生部
16‧‧‧可動部
17‧‧‧錐形部
17a‧‧‧平面
17b‧‧‧傾斜面
17c‧‧‧加壓面
18‧‧‧錐形部
18a‧‧‧平面
18b‧‧‧傾斜面
18c‧‧‧加壓面
20‧‧‧螺栓
25‧‧‧導引金屬配件
26‧‧‧安裝部
27‧‧‧安裝孔

Claims (7)

  1. 一種接合裝置，其特徵為，具有：接合臂，係在與接合工具的中心軸交叉的方向上延伸，並且具有對向於該接合工具的中心軸之承接部；一對的瓷嘴保持部，係隔著前述接合工具的中心軸對稱配置，銜接於接合工具；一對的積層壓電元件，係隔著前述接合工具的中心軸對稱配置，銜接於前述瓷嘴保持部以產生超音波振動；振盪器，係驅動前述積層壓電元件；及前述瓷嘴保持部係以其中一面銜接於前述接合工具外周並形成彎曲形狀以保持接合工具，另一面銜接於前述壓電元件的振動面，前述積層壓電元件的振動經前述接合工具傳達給前述瓷嘴保持部；加壓手段，以呈梯形柱形狀的可動部與位於前述可動部左右的椎形部，前述可動部的外周具有與前述椎形部緊密的傾斜面，在使前述積層壓電元件、前述瓷嘴保持部以及前述接合工具位於前述接合臂的承接部與前述加壓產生部的椎形部之間的狀態下使前述可動部移動，以使前述一對的瓷嘴保持部及前述接合工具保持在前述接合臂。
  2. 如請求項1之接合裝置，其中，前述瓷嘴保持部係由低導熱率的材質所構成。
  3. 如請求項1之接合裝置，其中，前述振盪器係以彼此180度相位差的波形驅動一對的前述積層壓電元件。
  4. 如請求項1之接合裝置，其中，前述積層壓電元件為積層由陶瓷所組成的壓電元件。
  5. 如請求項1之接合裝置，其中，前述振盪器係每一接合點可改變設定前述壓電元件的驅動頻率。
  6. 如請求項1之接合裝置，其中，前述接合臂還具有形成有用以插入前述接合工具的孔之板狀的框體，前述一對的積層壓電元件及前述一對的瓷嘴保持部配置在前述框體的上面，前述的接合工具係以前端位於前述框體的下面側的方式插入形成在前述框體的孔。
  7. 如請求項1至6中任一項之接合裝置，其中，前述框體的前述上面設有距離一定之對向的壁面，前述一對的積層壓電元件、前述一對的瓷嘴保持部以及前述接合工具，配置在前述框體上面的壁面其中一方與前述加壓手段的加壓體之間，前述加壓手段係藉由透過移動手段可改變前述加壓體之前述框體上面的壁面其中一方為止的距離，變化加壓的大小。
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