WO2003105214A1

WO2003105214A1 - ボンディングツール、および電子部品の接合装置

Info

Publication number: WO2003105214A1
Application number: PCT/JP2003/007067
Authority: WO
Inventors: 水野　亨; 小野関　善宏
Original assignee: ティーディーケイ株式会社
Priority date: 2002-06-10
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2003-12-18
Also published as: TW590810B; JP3914097B2; JP2004014903A; TW200400088A

Abstract

　超音波振動を発生させる振動源と、一端において前記振動源が結合され当該振動源で発生した超音波振動を伝搬可能な超音波ホーンと、この超音波ホーンに結合され当該超音波ホーンを介して伝搬された振動を電子部品に付与可能な振動付与部とを有したボンディングツールを有する。そして前記超音波ホーンを円弧部を有するようアーチ型に形成し、この円弧部の面対称位置に前記振動付与部を結合するとともに、前記円弧部の背面側に前記振動付与部に対向するツール取付部を設けるよう構成した。

Description

ボンディングッ一ル、および電子部品の接合装置技術分野

本発明は、バンプ付き電子部品の基板に形成された電極への接合に用いられるボンディングツール、および電子部品の接合装置に関する。背景技術

フリップチップなどのバンプ付き電子部品を実装する装置として、超音波圧接を用いる装置が知られている。この装置は、下部に固定したボンディングッールを用いて、バンプ付き電子部品のバンプを基板に形成された電極に超音波振動を付与しながら押圧し接合するものである。以下、図面を参照しながら説明する。

図 1 6は、従来のバンプ付き電子部品の接合装置 5 1を示す図である。同図の従来のバンプ付き電子部品の接合装置においては、ボンディングツール 5 3 の一端に設けたキヤビラリ一部 5 5に、バンプ付き電子部品 5 7を吸着させ、その下方に表面に電極が形成された基板 5 9がステージ 6 1上に固定して配置されている。バンプ付き電子部品 5 7は、バンプが形成されている面とが基板 5 9上の電極とが対向するように配置されている。この状態で、ボンディングツール 5 3からバンプ付き電子部品 5 7に超音波振動を付与しながら、バンプ付き電子部品 5 7のバンプを基板 5 9に形成された電極に押圧して接合する。

次に、図 1 7および図 1 8 A、 1 8 Bを参照して従来のボンディングツール 5 3からバンプ付き電子部品 5 7に付与される振動について説明する。図 1 7 は、図 1 0のボンディングツーリレ 5 3を拡大した図である。図1 8 は、ホーン（超音波ホ一ン） 6 5およびキヤピラリー部 5 5における振動の方向および変位量を示す図である。この図において、矢印の示す方向が振動方向であり、矢印の大きさは振動の変位量の大小を示している。図 1 8 Bはホーンの各位置 (横軸）におけるホーンの軸心に平行な振動の変位量（縦軸）の変化を示す図である。図 1 7または図 1 8 Aおよび図 1 8 Bに示すボンディングッ一レ 5 3 は、振動子 6 3で作られた振動を、ホーン 6 5を通してキヤビラリ一部 5 5へ伝える。キヤビラリ一部 5 5は、ホーンの先端部 6 5 aにおいて、その軸心 5

5 cがホーンの軸心 6 5 cと垂直となるように固定してある。このため、キヤピラリー部 5 5に伝えられた振動は、キヤピラリー部 5 5の軸心 5 5 cに垂直な方向の振動としてキヤピラリー部 5 5の先端部 5 5 bに吸着されたバンプ付き電子部品 5 7に伝えられる。この状態でバンプ付き電子部品 5 7を基板 5 9に押圧することにより、バンプ付き電子部品 5 7は基板 5 9に形成された電極に接合される。

ホーン 6 5を伝搬する振動は、図 1 8 Aおよび図 1 8 Bに示すように、ホーン 6 5を伝搬するにつれてその変位量が変化する。図 1 8 Bの例ではホーン

6 5の長さ方向において、 2つの節（変位量がゼロとなるところ）と 3つの腹 (変位量が最大となるところ）が存在し、腹となる位置にキヤビラリ一部 5 5 を固定しているため、大きな振動をキヤビラリ一部 5 5に伝えることができる。

( 1 ) 図 1 6または図 1 7に示すように従来のボンディングツールにおいては、振動子 6 3の軸心 6 3 cとホーン 6 5の軸心 6 5 cを同一直線上に設けている。基板 5 9は生産性向上のため複数個取りとなる場合が多く（図示せず)、従って基板 5 9およびステージ 6 1は大面積化する傾向にある。このため、ポンディングツール 5 3と大面積化した基板 5 9および既に基板上に配置された電子部品（図示せず）との干渉を避けるためには、 ①ボンディングツール 5 3を図面上方向（Z方向）に配置する、 ②ボンディングツール 5 3の保持部 6 6や振動子 6 3を水平方向（X方向）に延伸した位置に配置する、などといつた方法が考えられる。

前記①の方法を採った場合は、キヤピラリー部 5 5の長さに影響し、その強度および振動特性に影響を与えるため、ボンディングッ一ル 5 3を上方向（Z 方向）に移動配置するには限度がある。同様に前記②の方法を採った場合は、ホーン 6 5の長さに影響し、その強度および振動特性に影響を与えるため、ポンデイングツール 5 3を水平方向（X方向）に延伸するには限度がある。

さらに、前記②の方法を採り、大面積化した基板 5 9に可能な限り対応できるようにボンディングッ一ル 5 3を延伸した場合、バンプ付き電子部品の接合装置 5 1の持つ回転機能によりボンディングツール 5 3を回転させる際に、ステージ 6 1の周辺に存在する各種機構（図示せず）との干渉を考慮する必要があり、それらを水平方向（X方向）に待避させた位置に配置をすると、必然的にバンプ付き電子部品の接合装置全体の大型化を招く要因となっていた。

( 2 ) 従来の接合装置においては、図 1 7に示すように振動子 6 3およびホーン 6 5は、水平に配置されている。このためこれら振動子 6 3およびホーン 6 5が実装時に基板側と干渉しないように、キヤビラリ一部 5 5の長さを延長させなければならなかった。しかしキヤビラリ一部 5 5を延長させたことで、当該キヤピラリー部 5 5の剛性が低下し、振動子からの超音波振動によって、キヤピラリー部 5 5に共振が生じ、それにともないキヤビラリ一部に特有（キャピラリー部の長さ、材質、形状に応じた）の振動を発生する。 '

この振動の変位量の変化の様子を示したものが図 1 9および図 2 0である。図 1 9は、変位量がゼロとなる点（節）が二つ存在する場合（2次の共振モード）の変位量の変化を示す図である。図 2 0は、変位量がゼロとなる点（節）がーつだけ存在する場合（1次の共振モード）の変位量の変化を示す図である。このように構成された半径 rのキヤビラリ一部 5 5の振動は、先端部 5 5 b において弧に類似した曲線を描くように振動するため、図 2 1に示す通り Z方向成分を含んだ振動となる。ここで、図 2 1はキヤビラリ一部先端（電子部品の吸着部）の振動の方向と、その Z方向成分を示す図である。

このような振動を用いて、バンプと電極とを接合する場合には、バンプ付電子部品に伝えられる振動の Z方向成分は、キヤピラリー部の瘙方向の中央部 5 5 eでもつとも弱くなり、かつキヤビラリ一部の径方向の端部 5 5 fおよび 5 5 rでそれぞれ Z 2、 Z 1となり、 Z 2またはノおよび Z 1がもっとも強くなる傾向にある。このため、バンプに対して均一に振動を加えることができず、キヤビラリ一部の径方向の中央部 5 5 eに対向する部分では接合が弱く、キヤピラリー部の径方向の端部 5 5 fおよび 5 5 rに対向する部分では接合が強くなりやすく、全体として不均一となりやすい。さらに、与えられる振動が不均一であることに起因して、キヤビラリ一部の径方向の中央部 5 5 eに対向する部分の接合強度を十分に得ようとすると、キヤビラリ一部の径方向の端部 5 5 fおよび 5 5 rに対向する部分では、バンプ、電極または基板等にクラックが入る場合がある。

ところで従来のホーン 6 5においては、その先端部 6 5 aにてキヤピラリー部 5 5を保持するような片持ちの形態となっている。このような形態では、キャピラリー部 5 5に軸心 5 5 c方向の力（すなわち実装時における電子部品からの反力）が加わると、この力に比例してホーン 6 5側には変形が生じるのでキヤピラリー部 5 5の姿勢が安定せず、電子部品のバンプに対して均一に振動を加えることができなくなるおそれがあつた。

さらに既存の片持ち式の超音波ホーンでは、当該超音波ホーン内を伝搬する超音波振動の節となる部分に薄肉のフランジを形成し、このフランジを把持することで、超音波振動の伝搬効率を低下させずに固定を行うようにしているが、薄肉のフランジは外力に対し変形し易かった。このため電子部品への押圧によつてフランジに変形が生じ、これに伴い振動付与部の姿勢が変動し、電子部品に均一な超音波振動を加えることができなくなるおそれがあった。

また従来のホーン 6 5では、円断面のテーパ形状に薄肉フランジが形成された形状であるので、一体加工を行う際、前記薄肉フランジ部が加工途中に変形するおそれがあった。

また振動源から発せられる超音波振動は、電子部品への接合効率向上の目的から、接合装置 5 1側に伝搬されることなく、その殆どがキヤピラリー部 5 5 に伝搬されることが望ましい。このため高剛性でホーンの軸心に平行な振動 (縦波の振動）以外の振動の発生を防止できるとともに、超音波振動の伝搬効率の優れたホーン形状が望まれていた。

さらに従来のホーンにおいては、保持部を介して接合装置に結合されるので、当該接合装置とホーンとの経路が長くなりがちで、前記接合 g置に対するホ一ンの取付精度が低下するおそれがあった。このため接合装置に対し精度良く取り付けることができるホーン形状が望まれていた。発明の開示

本発明の目的は水平方向における小型化を実現することができるバンプ付き電子部品の接合装置を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、バンプ付き電子部品のバンプの基板に形成された電極への接合において、均一な接合を実現できるバンプ付き電子部品の接合装置を提供することにある。また、本発明のさらなる目的は、電子部品へのダメ —ジを少なくできるとともに、接合強度を向上でき、かつ、信頼性の高い接合が可能なバンプ付き電子部品の接合装置を提供することにある。

本発明では、これら従来のホーンに生じる問題点に着目し、ホーンの変形を抑えるとともに、振動効率の向上と、接合装置に対する取付精度を向上させたホーンを有するボンディングツール、および電子部品の接合装置を提供することを目的とする。

本発明の上記以外の目的及び本発明の特徴とするところは、添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読むことにより、一層明確になるであろう。本発明は、超音波ホ一ン形状をアーチ型に形成し面対称位置に振動付与部を設けるとともに、アーチ背面側にツール取付部を設けるようにすれば、このッ —ル取付部を直に接合装置側に取り付けることが可能になり、ホーン形状の剛性を確保することができるとともに、振動源から発せられた超音波振動が左右対称の超音波ホーンに伝搬されるので、ホーンの軸心に平行な振動（縦波の振動）以外の振動の発生を抑えることができるという知見に基づいてなされたものである。，

すなわち本発明に係るボンディングツールは、超音波振動を発生させる振動源と、一端において前記振動源が結合され当該振動源で発生した超音波振動を伝搬可能な超音波ホーンと、この超音波ホーンに結合され当該超音波ホーンを介して伝搬された振動を電子部品に付与可能な振動付与部とを有したボンディングツールであって、前記超音波ホーンを円弧部を有したアーチ型に形成し、この円弧部の面対称位置に前記振動付与部を結合するとともに、前記円弧部の背面側に前記振動付与部に対向するツール取付部を設けるよう構成した。

そして前記円弧部と前記ツール取付部との間に空隙を形成したり、あるいは前記超音波ホーン内を伝搬する超音波振動の節位置間を結ぶよう前記ツール取付部を形成することが望ましく、さらに詳細には、前記空隙は、穴形状であつたり、スリット形状であったり、スリットと穴の複合形状であればよい。また前記ツール取付部における前記振動付与部から垂下した位置に前記超音波ホーンの位置決め手段を設けたり、さらに該振動付与部の長さは、該超音波ホーンから与えられた振動が該振動付与部を電子部品へ伝搬する時に、該超音波ホーンと該電子部品との間に振動の節が発生しない長さに設定することが好ましい。

また本発明に係る電子部品の接合装置は、超音波振動を発生させる振動源と一端において前記振動源が結合され当該振動源で発生した超音波振動を伝搬可能な超音波ホーンとこの超音波ホーンに結合され当該超音波ホーンを介して伝搬された振動を電子部品に付与可能な振動付与部とを有したボンディングツールの固定をなす装着部と、この装着部に結合される昇降手段とを有し、前記ボンディングツールを介して前記電子部品を押圧することで基板への接合をなす電子部品の接合装置であって、前記ボンディングツールを前記超音波ホーンを円弧部を有したアーチ型に形成し、この円弧部の面対称位置に前記振動付与部を結合するとともに、前記円弧部の背面側に前記振動付与部に対向し前記装着部との結合をなすツール取付部を設けるよう構成した。

そして前記円弧部と前記ツール取付部との間に空隙を形成したり、あるいは前記超音波ホーン内を伝搬する超音波振動の節位置間を結ぶよう前記ツール取付部を形成することが望ましく、さらに詳細には、前記空隙は、穴形状であつたり、スリット形状であったり、スリットと穴の複合形状であればよい。また前記ツール取付部における前記振動付与部から垂下した位置に前記装着部に対する前記超音波ホーンの位置決め手段を設けることが望ましく、さらに前記振動付与部と前記位置決め手段と前記昇降手段とは、同一軸心上に配置されることが好ましい。また該振動付与部の長さは、該超音波ホーンから与えられた振動が該振動付与部を電子部品へ伝搬する時に、該超音波ホーンと該電子部品との間に振動の節が発生しない長さであることが望ましい。

上記構成によれば、超音波ホーンの取り付けはツール取付部によってなされる。ここで前記ッ一ル取付部は振動付与部に対向配置されているので、ツール取付部を介した接合装置からの押圧力は、片持ち梁に代表されるように迂回することなく垂直方向に伝達される。このため超音波ホーンの剛性を向上させることが可能となり、前記押圧力が加わった場合、超音波ホーンの姿勢が変動し、この変動に伴い振動付与部に傾きが生じ、電子部品のバンプに加える振動が不均一になることを防止することができる。また既存の超音波ホーンのように薄肉のフランジを使用せず、剛性の高いツール取付部にて超音波ホーンを装置側に固定するので、結合部の剛性を確保することができ、外力が及ぶことによつて振動付与部に姿勢変化が生じるのを防止することができる。さらに従来型のホーンでは薄肉フランジが存在するので、当該薄肉フランジが加工途中で変形するおそれがあつたが、本発明に係るアーチ型ホ一ンでは、その基本形状をヮィヤーカツトなどによって行うため、変形が発生することなく安定した加工精度を得ることが可能になる。

また前記押圧力は、ツール取付部から振動付与部に向かって垂直方向に加わるので、たとえ前記押圧力によって超音波ホーンに変形が生じても、振動付与部の姿勢が乱れることがない。このため本ボンディングツールを用いれば、電子部品のバンプに振動を均一に加えることが可能になる。さらに振動付与部は円弧部の面対称位置に結合されるので、超音波ホーンは、振動付与部を境界として左右対称の形状となる。このため超音波ホーンにホーンの軸心に平行な振動（縦波の振動）以外の振動が生じるのを防止することが可能になり、十分な振動を電子部品側に伝達することができる。またアーチ型形状からなる超音波ホーンに振動源が取り付けられているので、当該振動源は基板に対して角度を持って結合される。このため基板周辺に配置された他部品あるいは各種機構に振動源が干渉することを防止することが可能になり、ボンディングツールの小型化を達成することができる。

そして円弧部とツール取付部との間に空隙を形成すれば、振動源で発生した振動の大半を円弧部側に伝搬させることができ、ッ一ル取付部側に不要振動が伝搬するのを防止することが可能になり、振動付与部への振動の伝搬効率を向上させることができる。さらにツール取付部の両端を円弧部内を伝搬する超音波振動の節の位置と一致させれば、超音波振動の節の位置からは理論上、振動が伝搬しないのでツール取付部側に不要振動が伝搬するのを一層防止することができる。

なおツール取付部において、振動付与部から垂下した位置に超音波ホーンの位置決め手段を設けるようにすれば、振動付与部と位置決め手段とを結ぶ軸上で前記振動付与部が昇降するので、ボンィングツールが装着される接合装置、さらに詳細には昇降手段に接合される装着部に対する位置決め精度を向上させることができる。さらに振動付与部と位置決め手段に加えて、昇降手段も同一軸心上に配置すれば、軸心上に位置決め手段を設けたので、位置決め精度を向上させることが可能になることに加え、昇降手段からの押圧力を迂回することなく直接、振動付与部に伝えることができるので、前記押圧力の伝達経路途中に変形等が生じるのを防止することができる。また装着部に対する超音波ホーンの結合は、ツール取付部によって行われるが、これら装着部とツール取付部との接合は、単一の平面どうしを密着させるようにすることが望ましい。このように単一の面どうしを密着させるようにすれば、密着の際、双方の間に傾きやねじれ等が発生することを防止することができ、取付精度を向上させることができる。また上述したように、振動付与部と装着部との間にツール取付部を介在させるようにしたので（振動付与部に対向するようツール取付部を設けるようにしたので）、超音波ホーンの剛性が向上し、たとえ装着部側への結合の際に、超音波ホーンを変形させる力が加わっても、この超音波ホーンの剛性が、前記力を受け止めるので当該力が超音波ホーンに及ぶことがなく、もって振動付与部に姿勢変化等の障害が発生するのを防止することができる。

また超音波ホーンの先端は、円弧部によって凸型に形成されている。このため振動源や超音波ホーンの端部が、振動付与部から離れ、基板上の実装部品など、周囲の部材と干渉することがない。このため干渉を避けるために必要であつた振動付与部の長さを、短くすることができる。そして振動付与部の長さを超音波振動によって振動付与部に振動の節が発生しないだけの寸法まで短くすれば、振動付与部の長さ方向に生じる振動の発生を抑えることができ、電子部品に均一な振動を加えることができる。図面の簡単な説明図 1は、本実施の形態に係る電子部品の接合装置を示す断面説明図である。図 2は、図 1における要部拡大図である。

図 3は、超音波ホーンの形状を示す上側面図である。

図 4は、図 3に示す超音波ホーンの正面図である。

図 5は、超音波ホーンの振動モードを示す説明図である。

図 6は、横軸に距離、縦軸に振幅の度合いを設定し、図 5における定常振動の節と腹の状態を示した説明図である。

図 7は、超音波ホーンの応用例の形状を示す上側面図である。

図 8は、図 7に示す超音波ホーンの正面図である。

図 9は、同超音波ホーンの定常振動モードを示す説明図である。

図 1 0は、超音波ホーンの第 1変形例の形状を示す上側面図である。

図 1 1は、図 1 0に示す超音波ホーンの正面図である。

図 1 2は、同超音波ホーンの定常振動モードを示す説明図である。

図 1 3は、超音波ホーンの第 2変形例の形状を示す上側面図である。

図 1 4は、図 1 3に示す超音波ホ一ンの正面図である。

図 1 5は、同超音波ホーンの定常振動モードを示す説明図である。

図 1 6は、従来のバンプ付き電子部品の接合装置 5 1を示す図である。

図 1 7は、図 1 0の超音波振動を与えるためのボンディングッ一ルを拡大した図である。

図 1 8 Aは、超音波ホーン（ホ一ン）およびキヤビラリ一部における振動の方向および変位量を示す図である。図 1 8 Bはホーンの各部位における振動 (ホ一ンの軸心に平行な方向の振動)の変位量の変化を示す図である。

図 1 9は、変位量がゼロとなる点（節）が二つ存在する場合（2次の共振モード）の変位量の変化を示す図である。

図 2 0は、変位量がゼロとなる点（節）がーつだけ存在する場合（1次の共振モード）の変位量の変化を示す図である。図 2 1は、キヤピラリー部先端（電子部品の吸着部）の振動の方向と、その Z方向成分を示す図である。発明を実施するための最良の形態

以下に、ボンディングツール、および電子部品の接合装置に好適な具体的実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。

図 1は、本実施の形態に係る電子部品の接合装置を示す断面説明図であり、図 2は、図 1における要部拡大図である。

これらの図を用いて、まず本実施の形態の概略構成について説明する。本実施の形態に係る電子部品の接合装置 1は、本体部 2、ボンディングツール 3およびステージ 4等から構成される。

本体部 2は、固定ブロック 5と、垂直方向駆動機構 6と、昇降手段となる加圧機構 7とから構成される。垂直方向駆動機構 6は、固定ブロック 5に固定された軸受け 6 aとその軸受けを貫くポールネジ軸 6 bとからなる。加圧機構 7 は、複数の軸受け 7 a、 7 c、 7 6と軸7 13、 7 d、 7 f を鉛直方向（Z方向）に直列にならべたものであって、垂直方向駆動機構のポ一ルネジ軸 6 bに固定されている。また加圧機構 7の最下端には装着部 8が設けられ、当該装着部 8 の下面に形成された装着面 9にボンディングツール 3を固定可能としている。このように構成した接合装置 1においては、垂直方向駆動機構 6と加圧機構 7 の作用により、接合にかかる電子部品に合わせて、ボンディングツール 3を上下方向に移動させることができる。また、加圧機構 7により、接合時に電子部品に加わる圧力を調整することができる。

ボンディングツールについては後に詳述するため、ここではその概略を説明する。ボンディングツール 3の最下端には、振動付与部となるキヤピラリー部 1 0が固定されている。当該キヤビラリ一部 1 0の下端には、吸着器（不図示）によりバンプ付き電子部品 1 1を吸着することができる。キヤビラリ一部 1 0 の下方には電極が形成された基板 1 2を固定して配置するためのステージ 4 が設けられている。ステ一ジ 4は、水平方向（X— Y方向）に移動しても、常にボンディングツール 3先端のキヤビラリ一部 1 0の下方に位置するようになっている。バンプ付き電子部品 1 1は、バンプが形成されている面が基板 1 2の電極側に対向するように配置している。また、加圧機構 7により、バンプ付き電子部品 1 1を基板 1 2に押圧することができる。この状態で、ボンディングッ一ル 3のキヤビラリ一部 1 0からバンプ付き電子部品 1 1に振動子 1 5によって発生する超音波振動を付与しながら、バンプ付き電子部品 1 1のバンプを基板 1 2に形成された電極に押圧して接合することができる。

本実施の形態においては、ボンディングツールの構成およびキヤビラリ一部の形状に主な特徴があるため、これらについて以下で順次説明する。

( 1 ) ボンディングツール

図 3は、超音波ホーンの形状を示す上側面図であり、図 4は、図 3に示す超音波ホーンの正面図である。

図 2、図 3、図 4に示すように、本実施の形態に係るボンディングツール 3 は、電子部品の接合装置 1における本体部 2に固定されており、振動源となる振動子 1 5と、超音波ホーン 1 7と、キヤピラリー部 1 0とから構成されている。

超音波ホーン 1 7は、図 3に示すように一定の厚みからなり、その厚みは少なくともキヤピラリー部 1 0が結合可能であるとともに、本体部 2側による昇降に対して十分な強度を確保できるだけの寸法に設定されている。また図 4に示すように、超音波ホーン 1 7の正面形状は、左右が対称であるアーチ型となつている。すなわち超音波ホーン 1 7では、下向きに凸状となる円弧部 2 5と、当該円弧部 2 5の両端からはこの円弧部 2 5の接線方向に延長される直線部 2 7が形成されている。ここで円弧部 2 5と前記ツール取付部 2 7との間には、空隙となる抜き穴 2 8が形成され、円弧部 2 5とツール取付部 2 7とを分離するようにしている。

また円弧部 2 5と直線部 2 7との背面側には、本体部 2側への接合をなすためのツール取付部 2 9が形成されている。さらにこのツール取付部 2 9と直線部 2 7とを結ぶ端面 3 1の片側には、メネジ部 3 3が形成されており、このメネジ部 3 3に振動子 1 5の先端を螺合させることで、超音波ホーン 1 7に振動子 1 5を固定可能にする。

なおメネジ部 3 3によって固定される振動子 1 5の軸心は、円弧部 2 5の厚みの中央位置を通り、その後、直線部 2 7にて接線方向に延長される規定面 3 5内に含まれており、振動子 1 5で発生した超音波振動の大半が規定面 3 5上 (すなわち円弧部 2 5内）を伝搬するようにしている。すなわち振動子 1 5と超音波ホーン 1 7の軸心とは幾何学的に連続した形態となっている。また円弧部 2 5における最下端、すなわち超音波ホーン 1 7を左右対称に分ける境界面

3 7上には、キヤビラリ一取付穴 3 9が設けられており、キヤビラリ一部 1 0 をこのキヤピラリー取付穴 3 9に差し込み揷入させることで、超音波ホーン 1 7にキヤピラリー部 1 0を結合可能にしている。

さらにツール取付部 2 9における位置合わせ面 4 3において、前記キヤピラリー取付穴 3 9の軸心と交差する部分には、位置決め手段となる位置決め穴 4 1が形成されている。そして本体部 2側の装着面 9にあらかじめ形成された位置決め用の凸部（図示せず）を前記位置決め穴 4 1に凹凸嵌合させることで、本体部 2に対するボンディングツール 3の位置合わせを行うようにしている。なおツール取付部 2 9における位置合わせ面 4 3において、前記キヤビラリ —取付穴 3 9の左右には、貫通穴 4 5が形成されている。このため当該貫通穴

4 5に抜き穴 2 8側から結合用ポルトを挿入し、装着面 9側に設けられた図示しないメネジ部に、この結合用ポルトを螺合させることで、ボンディングツール 3と本体部 2に強固に結合できるようにしている。

また超音波ホーン 1 7に形成された抜き穴 2 8の形状は、以下によって設定される。

図 5は、超音波ホーンの定常振動モードを示す説明図であり、図 6は、横軸に距離、縦軸に振幅の度合いを設定し、図 5における定常振動の節と腹の状態を示した説明図である。なお図 5における矢印は、超音波振動の振幅の大小を示している。

これらの図に示すように、超音波ホーン 1 7に結合された振動子 1 5を稼働させると、当該振動子 1 5から超音波振動が発生し、この超音波振動が円弧部 2 5へと伝搬する。ここで円弧部 2 5と、その両側に位置する直線部 2 7の長さの合計は、図 6に示すように、超音波振動の 1波長（λ ) に相当するよう設定されているので、超音波振動の振幅が最大になるのは、超音波ホ一ン 1 7における両側の端面 3 1と、円弧部 2 5の中央であるキヤピラリー取付穴 3 9である。そして図 6における Α位置では、超音波振動の節になっているので、理論上ではこの位置に振動が発生することがない。このため超音波ホーン 1 7に形成された抜き穴 2 8の縁辺を A位置に一致させれば、直線部 2 7から円弧部 2 5へと伝搬する超音波振動が、ツール取付部 2 9側に伝搬するのを防止することができ、振動子 1 5から発生した殆どの超音波振動を円弧部 2 5側に伝搬させることができる。

このように構成されたボンディングツール 3では、キヤビラリ一部 1 0と位置決め穴 4 1が同一軸心上に配置されるので、本体部 2からの押圧力が余分な経路を介さずに直に加わる。このため押圧によって超音波ホーン 1 7に変形が生じても、キヤビラリ一部 1 0に姿勢変動が生じず、実装対称となる電子部品に均一な振動を加えることができるのである。さらに位置合わせ面 4 3は ^^割された複数の面から構成されるのではなく、位置決め穴 4 1の軸心まわりに形成された単一面であることから、この位置合わせ面 4 3を装着面 9に押しつけるだけで、容易に装着面 9に対するボンディングツール 3の姿勢を設定することが可能になる。また超音波ホーン 1 7をアーチ型に形成し、左右対称形状に PC漏細 67

15 したことから、前記超音波ホーン 1 7における剛性の向上が図れるとともに、ホーンの軸心に平行な振動（縦波の振動）以外の振動の発生が抑えられることはいうまでもない。

図 7は、超音波ホーンの応用例の形状を示す上側面図であり、図 8は、図 7 に示す超音波ホーンの正面図であり、図 9は、同超音波ホーンの定常振動モ一ドを示す説明図である。

なお本応用例では、超音波ホーンの形状が一部異なるだけで、その他の構成については同様であることから、共通の箇所に関しては同一の番号を付与して説明を行うこととする。

これらの図に示すように、応用例となる超音波ホーン 4 7では、円弧部 2 5 側とツール取付部 2 9側とを狭幅の脚部 4 9で接続した形態となっている。このように脚部 4 9の幅を狭くし、この脚部 4 9の先端を超音波振動の節の部分に接続すれば、ツール取付部 2 9に伝搬する不要振動 5 0 (図 5および図 9を参照）をより一層低減させることができる。

また本発明においては、抜き穴 2 8を空隙として説明を行ったがこの形態に限定されることもなく種々の変形が可能である。

図 1 0は、超音波ホーンの第 1変形例の形状を示す上側面図であり、図 1 1 は、図 1 0に示す超音波ホーンの正面図であり、図 1 2は、同超音波ホ一ンの定常振動モ一ドを示す説明図である。なお第 1変形例および後述する第 2変形例では、超音波ホーンの形状が一部異なるだけで、その他の構成については同様であることから、共通の篚所に関しては同一の番号を付与して説明を行うこととする。

これらの図に示すように第 1変形例となる超音波ホーン 5 2では、円弧部 2 5側とツール取付部 2 9側との間の空隙を、抜き穴 5 4とこの抜き穴 5 4の周囲に形成されたスリット 5 6とで構成した。このように前記空隙を、抜き穴 5 4とスリット 5 6との複合形態としても、前記スリット 5 6によって形成される左右一対の脚部 5 8によって円弧部 2 5側とツール取付部 2 9側との分離がなされるため、図 1 2に示すようにツール取付部 2 9に伝搬する不要振動 5 0をより一層低減させることができる。なお上記スリット 5 6の幅は、円弧部 2 5が振動子 1 5からの超音波振動によって振動した際、前記円弧部 2 5がッ一ル取付部 2 9側に接触しないだけの（干渉しないだけの）寸法以上に設定されればよく、具体的な寸法は加工機等の精度や、超音波ホーンの取り付け操作性などによつて設定すればよい。

図 1 3は、超音波ホーンの第 2変形例の形状を示す上側面図であり、図 1 4 は、図 1 3に示す超音波ホーンの正面図であり、図 1 5は、同超音波ホーンの定常振動モードを示す説明図である。

これらの図に示すように第 2変形例となる超音波ホーン 6 0では、第 1変形例となる超音波ホーン 5 2に対して抜き穴 5 4が無く、スリット 6 2のみで空隙を形成するようにしている。このような形態であっても前記スリット 6 2によって形成される左右一対の脚部 6 4によって円弧部 2 5側とツール取付部 2 9側との分離がなされるため、上述した種々の超音波ホーンと同様、図 1 5 に示すようにツール取付部 2 9に伝搬する不要振動 5 0をより一層低減させることが可能になる。

( 2 ) キヤビラリ一部

次に、本実施の形態で用いられるキヤピラリー部 1 0について述べる。

キヤピラリー部 1 0では、超音波ホーン 1 7から伝搬された振動の振幅が最大（腹）になっている。ところで超音波ホーン 1 7 (超音波ホーン 4 7も同様）では、円弧部 2 5が下向きの凸型形状を形成しているので、超音波ホーン 1 7 の端部や、振動子 1 5はキヤビラリ一部 1 0に対して上方に配置される。ゆえに超音波ホーン 1 7の端部や、振動子 1 5が基板側と干渉することが防止されるので、従来、干渉を避けるために、延長させていたキヤピラリー部 1 0を短くすることができる。そして当該キヤビラリ一部 1 0の長さは、振動がキヤピラリー部 1 0の先端部 1 O bまで伝搬しても、キヤビラリ一部に振動の変位量がゼロとなる点（節）が存在しないような長さに設定すればよく、本実施の形態においては、その長さは 1 mm以下であることが望ましい。

上記の思想に基づいてキヤビラリ一部 1 0の長さを設定すれば、当該キヤピラリー部 1 0の先端は、.従来のように弧に類似した曲線を描いて振動することはほとんどなく、水平方向（X方向）に振動することとなる。このため、バンプと電極とを接合するときにバンプ付き電子部品 1 1に伝える振動は、すべてのバンプに対して均一とすることが可能である。よって、バンプと電極との接合は、全体として均一とすることができるため、バンプ、電極または基板等にクラックが入るような不具合が生じるのを防止することができる。

以上のように構成したことにより、バンプ付き電子部品のバンプの基板に形成された電極への接合において、均一な接合を実現できるバンプ付き電子部品の接合装置を提供することができる。さらに、電子部品へのダメージを少なくできるとともに、接合強度を向上でき、かつ、信頼性の高い接合が可能なバンプ付き電子部品の接合装置を提供することができる。

以下に、本実施の形態の変形例について述べる。

本実施の形態においては、超音波ホーン 1 7における直線部 2 7は、基板の平面方向に対して一定の傾斜角度（図 4における角度 0を参照）に設定するようにしたが、この設定された傾斜角度に限定されることもなく設計および振動の伝搬において許容される角度、すなわちキヤビラリ一部 1 0に前記基板の平面方向と平行な振動が伝搬される角度であれば、設計の許容する範囲内でどのような角度であってもよい。さらに、ホーン 1 7および振動子 1 5は、図面の奥行き方向、手前方向等任意の方向に配置することも可能である。

ホーン 1 7における円弧部 2 5の曲率半径は、任意の値を取ることが可能である。また、円弧部 2 5の外縁形状は、円以外の非直線的形状 (楕円、サイクロイド等)の一部を構成するものであってもよい。さらに、ホーンの外縁形状に円 „

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18 弧部がなく複数の直線部を組み合わせたアーチ型としてもよい。

本実施の形態においては、ホーン 1 7は、 2つの直線部 2 7と、これら直線部 2 7に挟まれる円弧部 2 5とを有していたが、前記円弧部 2 5だけを残し、直線部 2 7を削除するように形成してもよい。

本実施例においては、キヤビラリ一部 1 0のキヤピラリー取付穴 3 9において、振動の振幅が最大（腹）となるようにしていたが、バンプと電極の接合条件によっては、キヤビラリ一部 1 0のキヤビラリ一取付穴 3 9が振動の振幅が最大 (腹)となる箇所から外れていてもよい。

本発明について上記実施の形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明における思想の範囲内において改良または変更が可能である。

以上、説明したように本発明によれば、ボンディングツールにおける超音波ホーンの先端は、円弧部によって凸型に形成されているので振動源等を基板側より離すことが可能になり、ボンディングツールおよび接合装置の小型化を図ることができる。そして振動付与部を基準としてボンディングッ一ルは左右対称になっていることから、ホーンの軸心に平行な振動（縦波の振動）以外の振動の発生を防止することができ、さらに前記振動付与部の直上にツール取付部を形成したことから、ツール自体の剛性の向上を図るとともに位置決め精度の向上を図ることができる。

Claims

請求の範囲

1 . 超音波振動を発生させる振動源と、一端において前記振動源が結合され当該振動源で発生した超音波振動を伝搬可能な超音波ホーンと、この超音波ホーンに結合され当該超音波ホーンを介して伝搬された振動を電子部品に付与可能な振動付与部とを有したボンディングツールであって、前記超音波ホーンを円弧部を有したアーチ型に形成し、この円弧部の面対称位置に前記振動付与部を結合するとともに、前記円弧部の背面側に前記振動付与部に対向するツール取付部を設けたことを特徴とするポンディングツール。

2 . 前記円弧部と前記ッ一ル取付部との間に空隙を形成したことを特徴とする請求項 1に記載のボンディングツール。

3 . 前記空隙は、穴形状であることを特徴とする請求項 2に記載のボンディングツール。

4. 前記空隙は、スリット形状であることを特徴とする請求項 2に記載のボンディングツール。

5 . 前記空隙は、スリットと穴の複合形状であることを特徴とする請求項 2に記載のボンディングツール。

6 . 前記超音波ホーン内を伝搬する超音波振動の節位置間を結ぶよう前記ツール取付部を形成したことを特徴とする請求項 1に記載のボンディングツール。

7 . 前記ツール取付部における前記振動付与部から垂下した位置に

' 前記超音波ホーンの位置決め手段を設けたことを特徴とする請求項 1に記載のボンディングツール。

8 . 前記振動付与部の長さは、前記超音波振動によって前記振動付与部に振動の節が発生しないだけの寸法に設定されることを特徴とする請求' 項 1に記載のボンディングツール。

9 . 超音波振動を発生させる振動源と一端において前記振動源が結合され当該振動源で発生した超音波振動を伝搬可能な超音波ホーンとこの超音波ホーンに結合され当該超音波ホーンを介して伝搬された振動を電子部品に付与可能な振動付与部とを有したボンディングツールの固定をなす装着部と、この装着部に結合される昇降手段とを有し、前記ボンディングッ一ルを介して前記電子部品を押圧することで基板への接合をなす電子部品の接合装置であって、前記ボンディングツールを前記超音波ホーンを円弧部を有したァ一チ型に形成し、この円弧部の面対称位置に前記振動付与部を結合するとともに、前記円弧部の背面側に前記振動付与部に対向し前記装着部との結合をなすッ —ル取付部を設けたことを特徴とする電子部品の接合装置。

1 0 . 前記円弧部と前記ツール取付部との間に空隙を形成したことを特徴とする請求項 9に記載の電子部品の接合装置。

1 1 . 前記空隙は、穴形状であることを特徴とする請求項 1 0に記載の電子部品の接合装置。

1 2 . 前記空隙は、スリット形状であることを特徴とする請求項 1 0に記載の電子部品の接合装置。

1 3 . 前記空隙は、スリットと穴の複合形状であることを特徴とする請求項 1 0に記載の電子部品の接合装置。

1 4 . 前記超音波ホーン内を伝搬する超音波振動の節位置間を結ぶよう前記ツール取付部を形成したことを特徵とする請求項 9に記載の電子部品の接合装置。

1 5 . 前記ツール取付部における前記振動付与部から垂下した位置に前記装着部に対する前記超音波ホーンの位置決め手段を設けたことを特徴とする請求項 9に.記載の電子部品の接合装置。

1 6 .. 前記振動付与部と前記位置決め手段と前記昇降手段とば、同 —軸心上に配置されることを特徴とする請求項 1 5に記載の電子部品の接合

1 7 . 前記振動付与部の長さは、前記超音波振動によって前記振動付与部に振動の節が発生しないだけの寸法に設定されることを特徴とする請求項 9に記載の電子部品の接合装置。