JP2003059972A - ボンディングヘッド及びこれを備えたボンディング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コレットの交換時の振動特性に影響を与える
ことなく、半導体チップのパッドと基板上のリードとの
接合が確実に行えること。 【解決手段】 超音波振動の進行方向におけるλ／２の
位置を中心としてｄの長さを有する第１の振動伝達部
と、第１の振動伝達部と振動子間に結合されて前記進行
方向における（λ−ｄ）／２の長さを有し、第１の振動
伝達部に向かって次第に幅広となるテーパ面を側面に有
する第２の振動伝達部と、第１の振動伝達部の他端に結
合されて前記進行方向における（λ−ｄ）／２の長さを
有し、第１の振動伝達部に向かって次第に幅広となるテ
ーパ面を側面に有する第３の振動伝達部とを有する振動
伝達部材で構成し、第１の振動伝達部の下部に、ダクト
部と、ダクト部の下端に設けたコレットを位置決めする
位置決め溝と、弾性によりコレットを保持するコレット
保持部とからなるコレット保持突出部を設けるようにす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップのパ
ッド上に形成された表面電極と基板上に形成された配線
用リードとを接合するボンディングヘッド及びこれを備
えたボンディング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体チップ（例えばフリップチ
ップ）のパッド上に形成された表面電極と基板上に形成
された配線用リードとを超音波振動により接合するボン
ディング装置としては、図１６に示すボンディングヘッ
ドを使用したものが知られている。図１６に示すよう
に、従来のボンディングヘッドは、振動子５０に結合し
た超音波ホーン５１と、超音波ホーン５１の先端に取り
付けられたボンディングツールとしてのコレット５２
と、超音波ホーン５１を支持する支持具５３等で構成さ
れている。ボンディングヘッドはコレット５２の先端で
半導体チップを真空吸着し、基板上に形成された配線用
リードに半導体チップを押圧して接合する。この時、コ
レット５２により半導体チップに超音波振動が印加され
る。また、必要により熱等を加えて接合する場合もあ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図１６に示すように、
従来のボンディングヘッドは、超音波ホーン５１の先端
にボンディングツールとしてのコレット５２が取り付け
られている。半導体チップと基板のリードとの接合時に
超音波振動が超音波ホーン５１によりコレット５２に印
加され、このとき、コレット５２の半導体チップに接し
た面は、ボンディング時の荷重、振動によって摩耗す
る。コレット５２の面の摩耗が進むと正常なボンディン
グができないため、定期的にコレットを交換する必要が
ある。

【０００４】しかしながら、コレットの交換を行った場
合に、超音波ホーンの振動特性が変化することがある。
このため、コレットの交換後に、超音波ホーンの振動特
性の確認、コレットの取り付け位置の調整を行う必要が
ある。

【０００５】また、コレットがホーンと一体となってい
る場合は、ホーン全体を交換する必要があり、このた
め、ランニングコストが高くなり、また、ホーンの交換
に時間を要していた。

【０００６】そこで、本発明は、コレットの着脱を自在
に行うことができ、また、コレットの交換時のホーンへ
の取り付け位置を常に一定にすることにより、振動特性
に影響を与えることなく、安定したボンディングが可能
なボンディングヘッド及びこれを備えたボンディング装
置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によるボンディン
グヘッドは、超音波振動を印加して接合対象物と被接合
部材とを接合するボンディングヘッドであって、超音波
振動を発生する振動子と、前記超音波振動の１波長をλ
として、超音波振動の進行方向におけるλ／２の位置を
中心としてｄの長さを有する第１の振動伝達部と、該第
１の振動伝達部と前記振動子間に結合されて前記進行方
向における（λ−ｄ）／２の長さを有し、前記第１の振
動伝達部に向かって次第に幅広となるテーパ面を側面に
有する第２の振動伝達部と、該第１の振動伝達部の他端
に結合されて前記進行方向における（λ−ｄ）／２の長
さを有し、前記第１の振動伝達部に向かって次第に幅広
となるテーパ面を側面に有する第３の振動伝達部とを有
する振動伝達部材と、前記第２の振動伝達部及び前記第
３の振動伝達部の超音波振動の節の位置に設けられた支
持部材と、 ボンディングツールとしてのコレットと、
前記第１の振動伝達部の下部に、前記コレットを着脱可
能に取り付けられるコレット保持突出部を有するもので
ある。

【０００８】また、本発明によるボンディングヘッドの
コレット保持突出部は、前記振動伝達部材の超音波振動
の進行方向の面にテーパを設けたものである。

【０００９】また、本発明によるボンディングヘッドの
コレット保持突出部は、ダクト部と、該ダクト部の下端
に設けられて前記コレットを位置決めする位置決め溝
と、弾性により前記コレットを保持するコレット保持部
とからなるものである。

【００１０】また、本発明によるボンディングヘッドの
コレットは、補助金具としての適合子を介してコレット
保持突出部に保持されるものである。

【００１１】また、本発明によるボンディング装置は、
超音波振動を印加して接合対象物と被接合部材とを接合
するボンディングヘッドを有するボンディング装置であ
って、超音波振動を発生する振動子と、前記超音波振動
の１波長をλとして、超音波振動の進行方向におけるλ
／２の位置を中心としてｄの長さを有する第１の振動伝
達部と、該第１の振動伝達部と前記振動子間に結合され
て前記進行方向における（λ−ｄ）／２の長さを有し、
前記第１の振動伝達部に向かって次第に幅広となるテー
パ面を側面に有する第２の振動伝達部と、該第１の振動
伝達部の他端に結合されて前記進行方向における（λ−
ｄ）／２の長さを有し、前記第１の振動伝達部に向かっ
て次第に幅広となるテーパ面を側面に有する第３の振動
伝達部とを有する振動伝達部材と、第２の振動伝達部及
び第３の振動伝達部の超音波振動の節の位置に設けられ
た支持部材と、 ボンディングツールとしてのコレット
と、前記第１の振動伝達部の下部に、前記コレットを着
脱可能に取り付けられるコレット保持突出部とを有する
ボンディングヘッドを備え、前記ボンディングヘッドを
駆動する圧接機構と、前記ボンディングヘッド及び前記
圧接機構の制御を行う制御手段とを有するものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明によるボンディング
ヘッド及びこれを備えたボンディング装置の実施の形態
について、図１乃至図１５を参照して説明する。

【００１３】図１は、本発明によるボンディングヘッド
１０の実施の形態を示す斜視図、図２（ａ）は、図１に
示すボンディングヘッド１０の平面図、図２（ｂ）は、
図１に示すボンディングヘッド１０の正面図、図２
（ｃ）は、図１に示すボンディングヘッド１０の振動モ
ードを示す図、図３（ａ）は、図１に示すボンディング
ヘッド１０の寸法を示した平面図、（ｂ）は、図１に示
すボンディングヘッド１０の寸法を示した正面図、図４
は、第１の振動伝達部１ａの下部のコレット保持突出部
４及びコレット７の断面図、図５は、コレット保持突出
部４へのコレット７の取り付けを示す断面図、図６は、
コレット保持突出部４へのコレット７の取り付けた状態
を示す断面図、図７は、ネジ１３によるコレット保持突
出部４へのコレット７の固定を示した断面図、図８は、
コレット７をコレット保持部４ｃの保持面４ｃａからの
左右及び下からの力で保持する例を示した断面図、図９
は、コレット７をコレット保持部４ｃの保持面４ｃａか
らの左右及び斜め下からの力で保持する例を示した断面
図、図１０は、適合子１２を使用して、コレット７をコ
レット保持突出部４に取り付けた例を示した断面図、図
１１は、本発明によるボンディングヘッド１０の振動伝
達部材１の固定について示した図、図１２は、本発明に
よるボンディングヘッド１０の振動子２を駆動する発振
器１８の構成を示すブロック図、図１３は、本発明によ
るボンディングヘッド１０の振動伝達部材１の振動時の
変位状態を視覚的に表した図、図１４は、図１３に示す
振動伝達部材１のコレット保持突出部４付近を拡大して
振動時の変位状態を視覚的に表した図、図１５は、本発
明によるボンディングヘッド１０を備えたボンディング
装置の構成を示す図である。

【００１４】図１、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すよ
うに、ボンディングヘッド１０は、所定の周波数の超音
波振動を発生する１つの振動子２と、振動子２と結合し
て振動子２からの超音波振動を接合対象物２２（図１５
に図示）に伝播する振動伝達部材１と、振動伝達部材１
を支持固定する支持部材３（第１の支持部材３ａ、第２
の支持部材３ｂ、第３の支持部材３ｃ及び第４の支持部
材３ｄ）と、接合対象物２２を吸着し、超音波振動を接
合対象物２２に印加するボンディングツールとしてのコ
レット（吸着子）７を有する。なお、図１で２点鎖線で
示す固定部材１９は、圧接機構１５（図１５に示す）に
固定支持するためのものである。

【００１５】図１乃至図３に示すように、振動子２は、
例えばＰＺＴ（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ：圧電）素
子等で構成され、ケーブル１４を介して発振器１８から
所定の周波数の電圧が印加されて超音波振動を発生す
る。振動子２の超音波振動の進行方向ｕにおける全長
は、超音波振動の１波長λに対してλ／２で設定されて
いる。発振器１８から印加される電圧の周波数は、１５
ｋＨｚ〜２００ｋＨｚのものが使用可能である。しかし
て、本実施の形態は、１５ｋＨｚ〜２００ｋＨｚのう
ち、６０ｋＨｚの高周波を使用している。

【００１６】振動伝達部材１は、ジュラルミン、ステン
レス鋼（ＳＵＳ）、アルミニウム、チタン合金、超硬等
の金属から形成されている。振動伝達部材１の全長は、
振動子２が発生する超音波振動の進行方向ｕの共振長、
すなわち超音波振動の半波長（λ／２）の整数倍に設定
されており、本実施の形態では、振動子２が発生する超
音波振動の進行方向ｕにおける全長がλ／２の２倍であ
るλである。

【００１７】図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、
振動伝達部材１は、超音波振動の進行方向ｕにおけるλ
／２（超音波振動の腹）の位置を中心としてｄの長さを
有する第１の振動伝達部１ａと、第１の振動伝達部１ａ
と振動子２との間に結合されて超音波振動の進行方向ｕ
における長さが（λ−ｄ）／２である第２の振動伝達部
１ｂと、第１の振動伝達部１ａの他端、すなわち振動子
２と対向する側の端部に結合されて超音波振動の進行方
向ｕにおける長さが（λ−ｄ）／２である第３の振動伝
達部１ｃとからなる。

【００１８】図３（ａ）及び図３（ｂ）は振動伝達部材
１を形成する第１の振動伝達部１ａ、第２の振動伝達部
１ｂ及び第３の振動伝達部１ｃの各部の寸法を示し、第
１の振動伝達部１ａは、超音波振動の進行方向ｕの長さ
がｄ、幅はｍ、高さがｈの寸法からなる。

【００１９】また、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すよ
うに、第２の振動伝達部１ｂ及び第３の振動伝達部１ｃ
の超音波振動の進行方向ｕにおける長さは（λ−ｄ）／
２であり、第１の振動伝達部１ａに結合された第２の振
動伝達部１ｂ及び第３の振動伝達部１ｃの各面の幅は、
第１の振動伝達部１ａの幅と同一のｍであり、高さはｋ
である。また、第２の振動伝達部１ｂの振動子２に結合
している面及び第３の振動伝達部１ｃの端面（λの位置
の面）の幅はｎ、高さは幅と同一寸法のｎである。ただ
し、ｎ≧ｍ及びｋ≧ｎとなるように幅及び高さを規定し
ている。また、第１の振動伝達部１ａの幅ｍをｍ＝ｄと
なるようにしてもよい。

【００２０】第２の振動伝達部１ｂの表面の形状は、第
１の振動伝達部１ａに結合された面が長方形あり、振動
子２に結合している面が正方形、その他の面（図３
（ａ）、図３（ｂ）に示す１ｂｓ１，１ｂｓ２、１ｂ
ｔ、１ｂｂ）は台形もしくは長方形（ｎ＝ｍ時）であ
る。

【００２１】また、第３の振動伝達部１ｃの表面の形状
は、第１の振動伝達部１ａに結合された面が長方形あ
り、端面が正方形、その他の面（図３（ａ）、図３
（ｂ）に示す１ｃｓ１，１ｃｓ２、１ｃｔ、１ｃｂ）は
台形もしくは長方形（ｎ＝ｍ時）である。なお、第２の
振動伝達部１ｂ及び第３の振動伝達部１ｃでの対を成す
面（図３（ａ）、図３（ｂ）に示す１ｂｓ１と１ｂｓ
２、１ｂｔと１ｂｂ、１ｃｓ１と１ｃｓ２、１ｃｔと１
ｃｂ）の台形もしくは長方形は同一形状となっている。

【００２２】また、図２（ｂ）及び図３（ｂ）に示すよ
うに、第２の振動伝達部１ｂ及び第３の振動伝達部１ｃ
の側面（図３（ａ）、図３（ｂ）に示す１ｂｓ１と１ｂ
ｓ２、１ｃｓ１と１ｃｓ２）は、第１の振動伝達部１ａ
に向って次第に幅広となるテーパ面を有している。

【００２３】図３（ｂ）に示すように、第２の振動伝達
部１ｂ及び第３の振動伝達部１ｃの上面（１ｂｔ，１ｃ
ｔ）及び下面（１ｂｂ，１ｃｂ）は、振動子２及び振動
伝達部材１の長手方向に於ける中心軸に対してテーパ角
（θ）を有している。なお、テーパ角（θ）は、４５度
以内となるように規定している。

【００２４】また、図３（ａ）及び図３(ｂ)に示すよう
に、第２の振動伝達部１ｂの振動子２と結合した面の面
積はｍ×ｋであり、第１の振動伝達部１ａに結合した面
の面積はｎ×ｎとなっている。第２の振動伝達部１ｂの
振動子２と結合した面と第１の振動伝達部１ａに結合し
た面とは、同一の面積を有するようになっている。すな
わち、ｎ×ｎ＝ｍ×ｋの関係となっている。これにより
振動伝達部１の振動の変成比（超音波の振幅増幅比）は
１である。なお、図３（ａ）に示す幅ｍを変えることに
より、超音波振動の変成比を可変することができる。

【００２５】図２（ｂ）及び図３（ｂ）に示すように、
第１の振動伝達部１ａの下面には、接合対象物２２とし
ての半導体チップ（図１５に図示）を押圧して振動子２
からの超音波振動を印加して接合対象物２２と被接合部
材２３としての基板（図１５に図示）との接合を行うボ
ンディングツールとしてのコレット７が保持されてい
る。コレット７は、第１の振動伝達部１ａの下部に設け
られたコレット保持突出部４で保持されている。

【００２６】なお、コレット７は、図２（ｂ）及び図３
（ｂ）に示すように、第１の振動伝達部１ａにおける超
音波振動の振幅が最大になる位置に取付られている。

【００２７】以下に、図４乃至図１０を用いて、コレッ
ト７のコレット保持突出部４への着脱及び固定について
説明する。なお、図４乃至図１０は、図２（ａ）のＬ−
Ｌ方向からみたコレット保持突出部４及びコレット７の
断面図を示すものである。

【００２８】図４に示すように、コレット保持突出部４
は、振動伝達部材１の振動方向Ｕにテーパ面４ａを有し
ている。コレット保持突出部４は、ダクト部８と、ダク
ト部８の下端に設けた位置決め溝４ｂと、テーパ面４ａ
と平行に形成された割４ｄと、弾性を有するコレット保
持部４ｃより構成されている。

【００２９】図４に示すように、コレット７は、下面に
接合対象物２２としての半導体チップを吸着する吸着面
７ａと、上部に第１の振動伝達部１ａのコレット保持突
出部４に挿着するための位置決め突起部７ｃと、左右側
面に第１の振動伝達部１ａのコレット保持突出部４に固
定するための被保持面７ｄとからなり、吸着面７ａと垂
直の中心軸上に吸引を行うための吸着穴７ｂが設けられ
ている。

【００３０】コレット保持突出部４のダクト部８は、吸
引部９（図２（ｂ）に示す）からの吸引力を付与するも
のである。ダクト部８は、第１の振動伝達部１ａの長手
方向の中心線上に設けられており、第１の振動伝達部１
ａの上面近傍まで形成可能である。また、吸引部９は、
第１の振動伝達部１ａの長手方向部の側面の略中心位置
若しくは該中心位置の対称線上に設けられており、ダク
ト部８と接続されている。なお、本実施の形態では図示
せぬチューブが着脱可能であるが、チューブをダクト部
８に直接接着してもよく、その場合、吸引部９の構成部
材を少なくすることができる。

【００３１】コレット保持突出部４の位置決め溝４ｂ
は、図４に示すように、ダクト部８の下端に設けられて
おり、コレット７の上面に突出した位置決め突起部７ｃ
を挿着して、コレット７を位置決めするものである。

【００３２】コレット保持突出部４のコレット保持部４
ｃは、コレット保持突出部４の内部にテーパ面４ａと平
行に形成された割４ｄの下部に位置し、側面にコレット
７を固定保持する保持面４ｃａを有する。また、コレッ
ト保持部４ｃにはネジ穴４ｃｂまたはネジ通し穴４ｃｃ
が設けられており、また、コレット保持部４ｃは、割４
ｄにより弾性を有するようになっている。

【００３３】次に、コレット７の着脱及びコレット７の
固定及び保持について説明する。

【００３４】図５に示すように、コレット保持部４ｃの
ネジ穴４ｃｂにネジ１３を挿入して、コレット保持部４
ｃの保持面４ｃａを左右に広げて（図５に矢印で示
す）、コレット７を位置決め溝４ｂに挿着する。

【００３５】そして、図６に示すように、ネジ１３を取
り外して、コレット保持部４ｃの保持面４ｃａの弾性力
でコレット７を固定及び保持するようにする。

【００３６】なお、図６は、コレット７の吸着面７ａで
接合対象物（半導体チップ）２２を吸着している状態を
示している。

【００３７】図７は、コレット保持突出部４のテーパ面
４ａに対して垂直に、ネジ通し穴４ｃｃ、及び割４ｄを
貫通したネジ穴４ｃｂをコレット保持部４ｃに設けらた
ものである。コレット７を位置決め溝４ｂに取り付け
て、ネジ１３をコレット保持部４ｃのネジ通し穴４ｃｃ
及びネジ穴４ｃｂに挿入して、コレット保持部４ｃの保
持面４ｃａを左右に縮めることにより、コレット７を固
定するものである。なお、ネジ１３はコレット保持突出
部４に取り付けた状態で使用する。

【００３８】また、図８及び図９にコレット７をコレッ
ト保持突出部４に固定する他の例を示す。

【００３９】図８に示すように、コレット保持部４ｃの
保持面４ｃａに段差を設けて、また、コレット７の被保
持面７ｄにも段差を設けて、コレット保持突出部４は保
持面４ｃａの左右及び下からの力でコレット７を保持す
るものである（図８に力の方向を矢印で示す）。

【００４０】図９は、コレット保持部４ｃの保持面４ｃ
ａの一部テーパを付けて、コレット保持突出部４は保持
面４ｃａの左右及び斜め下からの力でコレット７を保持
するものである（図９に力の方向を矢印で示す）。

【００４１】図８及び図９に示すように、コレット７に
下からの保持力が作用するため、コレット７の吸着穴７
ｂとコレット保持突出部４のダクト部８とが密着した状
態でコレット保持突出部４はコレット７を保持すること
ができる。

【００４２】また、図１０に示す例は、コレット７を補
助金具としての適合子１２に装着して、コレット７を適
合子１２を介してコレット保持突出部４に取り付けたも
のである。適合子１２を使用することにより、小チップ
を吸着して、ボンディングする小型のコレット７にも対
応することが出来る。

【００４３】なお、図４乃至図１０に示すコレット保持
部４ｃは、コレット保持突出部４の左右側面の２個所に
設けているが、コレット保持部４ｃをコレット保持突出
部４の側面のどちらか１個所に設けて、コレット７を保
持するようにしてもよい。

【００４４】また、図２（ｂ）に示すように、第１の振
動伝達部１ａの上面には、コレット保持突出部４及びコ
レット７との総質量と同等の質量を持つバランス部５を
有している。バランス部５は、コレット保持突出部４及
びコレット７との総質量と同等の質量を有することによ
り、第１の振動伝達部１ａの振動の安定化を図るもので
ある。

【００４５】また、第１の振動伝達部１ａの長手方向部
の一方の側面に吸引部と同等の質量を有する吸引バラン
ス部６が設けられており、第１の振動伝達部１ａの振動
の安定化を計っている。なお、吸引力を付与する吸引機
構については図示していないが、公知の吸引機構を用い
ている。また、前記吸引バランス部６は本実施の形態で
は用いられているが必須のものではなく設けなくてもよ
い。

【００４６】次に、本発明によるボンディングヘッド１
０は、図１乃至図３に示すように、振動伝達部材１を支
持固定する支持部材３としての第１の支持部材３ａ、第
２の支持部材３ｂ、第３の支持部材３ｃ、第４の支持部
材３ｄが、振動伝達部材１の全長（λ）の範囲内に配置
されている。図２（ａ）及び図２（ｃ）に示すように、
第１の支持部材３ａ及び第２の支持部材３ｂは、第２の
振動伝達部１ｂの両側面に振動子２と結合している面よ
り超音波振動の進捗方向のλ／４の位置（超音波振動の
節）に、また、第３の支持部材３ｃ及び第４の支持部材
３ｄは、第３の振動伝達部１ｃの両側面に端面よりλ／
４の位置（超音波振動の節）にそれぞれ設けられてい
る。第１の支持部材３ａ、第２の支持部材３ｂ、第３の
支持部材３ｃ、第４の支持部材３ｄは、円柱の形状をな
しており、第２の振動伝達部１ｂの両側面及び第３の振
動伝達部１ｃの両側面に設けられた取り付け用の穴に嵌
合して結合されている。

【００４７】コレット保持突出部４に保持されたコレッ
ト７は、互いにλ／２の距離を隔てて設けられた第１の
支持部材３ａと第３の支持部材３ｃ及び第２の支持部材
３ｂと第４の支持部材３ｄとの間に位置しているため、
接合対象物２２に付与する押圧力が均一化され、振動伝
達部材１に高荷重が付加された場合であっても振動伝達
部材１のたわみや変形が抑止されて超音波振動を高効率
で印加することができる。

【００４８】本発明によるボンディングヘッド１０は、
コレット保持突出部４に保持されたコレット７に圧接機
構１５（図１５に示す）からの荷重を印加するための固
定部材１９が設けられている。図１１に示すように、固
定部材１９は第１固定部材１９ａ及び第２固定部材１９
ｂよりなり、振動子２及び振動伝達部材１の長手方向に
於ける中心軸に向かって支持部材３を拘束して、振動伝
達部材１を前記固定部材１９に固定するようになってい
る。第１固定部材１９ａは、支持部材３と結合するする
ための、円形の穴及び長穴が設けられている。各穴の深
さは、固定部材１９を結合したときに振動伝達部材１に
接触しない寸法となっている。円形の穴は、支持部材３
と嵌合するためのものであり、長穴は支持部材３とＺ方
向に密着し、Ｘ方向に対してはフリーの状態である。ま
た、第２固定部材１９ｂにも支持部材３と結合するため
の円形の穴又は長穴が設けられている。なお、支持部材
３を固定部材１９に嵌合する個所は少なくとも１個所以
上設けるようにしている。振動伝達部材１が固定部材１
９と結合した状態では、超音波振動の進行方向には、拘
束されないため、振動伝達部材１の電気的なインピーダ
ンスの変化がなく、安定した振動が可能となる。

【００４９】また、図１２に示すように、振動子２を駆
動する発振器１８は、所定の周波数を発振する発振回路
１８ａと、発振回路１８ａから発振される周波数により
駆動する駆動回路１８ｂと、駆動回路１８ｂの駆動周波
数を電力増幅する増幅回路１８ｃと、振動子２への駆動
力を付与すると共に振動子２とのインピーダンスの整合
を行うタンク回路１８ｄと、タンク回路１８ｄの出力を
受けて発振回路１８ａに振幅帰還を行う振幅帰還回路１
８ｅとからなる。

【００５０】以上の構成からなるボンディングヘッド１
０の振動伝達部材１の振動時の変位状態を視覚的に表し
たものを図１３に示す。また、図１４は、振動伝達部材
１のコレット保持突出部４付近を拡大して振動時の変位
状態を視覚的に表したものである。図１３及び図１４に
おける２点鎖線は、振動していないときの位置を表す。
また、メッシュ（要素）で示した振動伝達部材１は、振
動時の振動伝達部材１の各部の変位の状態を示してい
る。図１３及び図１４に示すように、振動時の振動伝達
部材１のコレット保持突出部４及びコレット７は、Ｘ方
向に変位しており、Ｚ方向の変位は見られない。また、
図１３に示すように、振動伝達部材１の第１の振動伝達
部１ａのＺ方向に於けるたわみが発生していない。これ
は、超音波振動子２による振動伝達部材１内の縦振動
と、第１の振動伝達部１ａで発生するたわみ振動とが合
成された結果、Ｘ方向のみの振動が生成されるためであ
る。

【００５１】本発明による第１の実施の形態としてのボ
ンディングヘッド１０は、以下のような効果を奏する。

【００５２】振動伝達部材１の超音波振動の進行方向ｕ
における全長がλに設定されており、全体が小型化され
ている。振動伝達部材１を支持固定する支持部材３及び
コレット保持突出部４は、振動伝達部材１の全長（λ）
の範囲内に配置され、コレット保持突出部４に保持され
たコレット７は、互いにλ／２の距離を隔てて設けられ
た第１の支持部材３ａと第２の支持部材３ｂとの間に位
置しているため、接合対象物２２に付与する押圧力が均
一化される。また、振動伝達部材１に高荷重が付加され
た場合であっても、振動伝達部材１のたわみや変形が抑
止可能で超音波振動を高効率で印加することができる。
第１の支持部材３ａ及び第２の支持部材３ｂは、超音波
振動の伝播に影響を及ぼさないノーダル・ポイントに設
けられ、それぞれ振動伝達部材１の両端から均等な距離
（λ／４）を隔てた位置に設けられ、振動伝達部材１が
片持支持とならないのでバランスよく保持され、接合対
象物２２への押圧力を均一にすることができる。

【００５３】また、ボンディングヘッド１０は、接合対
象物２２を吸着する吸着部７を備えているが、ダクト部
８は、第１の振動伝達部１ａの長手方向の中心線上に設
けられており、また、吸引部９は、第１の振動伝達部１
ａの長手方向部の側面の略中心位置に設け、第１の振動
伝達部１ａの長手方向部の一方の側面に吸引部と同等の
質量を有する吸引バランス部６を設けたいるため、振動
のバランスを崩すことなく、コレット保持突出部４は安
定した振動を行うことができる。また、コレット保持突
出部４に保持されたコレット７は、図１３及び図１４に
示したようにＸ方向にのみ振動が発生する。すなわち、
接合対象物２２に対して平行に振動するため、接合が均
一に行われる。

【００５４】次に、本発明によるボンディングヘッド１
０を備えたボンディング装置について、図１５を参照し
て説明する。

【００５５】図１５に示すように、ボンディング装置２
０は、接合対象物２２及び接対象物２２が接合される被
接合部材２３が載置される載置台１６と、接合対象物２
２に超音波振動を印加して接合対象物２２としての半導
体チップと被接合部材２３としての基板のリードとを接
合するボンディングヘッド１０と、ボンディングヘッド
１０を保持し、このボンディングヘッド１０に押圧力を
付与する荷重機構１５と、発振器１８、制御部（ＣＰ
Ｕ）１７とを有する。

【００５６】制御手段としての制御部（ＣＰＵ）１７
は、マイクロコンピュータ等で構成されて装置全体の制
御を行うものであり、外部の図示せぬ操作手段からの操
作指令に基づいて作動する。

【００５７】載置台１６は、図示せぬ搬送手段により搬
送される被接合部材２３を所定の位置に位置決め可能で
ある。しかして、載置台１６を制御部１７からの制御信
号に基づいて矢印ｘ方向及びｙ方向（図１５の紙面に垂
直な方向）の二次元方向に移動可能としてもよい。

【００５８】圧接機構１５は、モータ等を有しボンディ
ングヘッド１０を矢印ｚ方向に昇降動作させて位置決め
する駆動部１５ａと、モータ、エアシリンダ及び油圧シ
リンダ等で構成され、ロッド１５ｃの突出量を可変して
先端部に取り付けられた固定部材１９を介してボンディ
ングヘッド１０による接合対象物２２への押圧力を付与
する荷重機構部１５ｂとで構成されている。また、駆動
部１５ａの移動量及び荷重機構部１５ｂによるロッド１
５ｃの突出量は、制御部（ＣＰＵ）１７により制御され
る。

【００５９】次に、上記の構成からなるボンディング装
置２０の動作について説明する。図１５に示すように、
載置台１６上に接合対象物２２及び被接合部材２３が載
置位置決めされると、駆動部１５ａが作動してボンディ
ングヘッド１０が矢印ｚ方向に下降して所定の高さに位
置決めされる。続いて、荷重機構部１５ｂが作動してボ
ンディングヘッド１０のコレット７が接合対象物２２に
当接して一定の圧力で押圧して振動子２からの超音波振
動が印加されて接合対象物２２と被接合部材２３との接
合が行われる。次に、駆動部１５ａ及び荷重機構部１５
ｂを作動させてボンディングヘッド１０を所定の高さま
で上昇させて次のボンディング接続に備える。そして、
前記動作を繰り返して接合対象物２２と被接合部材２３
とのボンディング接続を繰り返す。

【００６０】以上述べたように、本発明によるボンディ
ングヘッド１０及びこれを備えたボンディング装置は、
コレット７が接合対象物２２としてのＩＣチップに対し
て平行な振動を行い、たわみ振動等の発生が無いため、
安定したボンディングが可能である。本発明によるボン
ディングヘッド１０は、接合対象物２２としてＩＣチッ
プ等の電子部品、被接合部材２３として基板上に形成さ
れたリードとのボンディング接続について述べたが、接
合対象物２２及び被接合部材２３として金属や合成樹脂
製の板状部材等のボンディング接続も可能である。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のボンディ
ングヘッドによれば、コレットは、互いにλ／２の距離
を隔てて設けられた第１の支持部材と第２の支持部材と
の間に位置しているため、接合対象物に付与する押圧力
が均一化される。また、振動伝達部材に高荷重が付加さ
れた場合であっても、振動伝達部材のたわみや変形が抑
止可能で超音波振動を高効率で印加することができる。

【００６２】また、本発明のボンディングヘッドは、コ
レットの着脱を自在に行うことができ、また、コレット
のホーンへの取り付け状態が常に一定となるため、振動
特性に影響を与えることなく、安定したボンディングが
可能となる。

【００６３】また、本発明のボンディングヘッドのコレ
ットは、接合対象物に対して平行に振動するため、接合
対象物と被接合部材との接合を確実に行われるため、ボ
ンディング品質が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるボンディングヘッドの実施の形態
を示す斜視図である。

【図２】（ａ）は、図１に示すボンディングヘッドの平
面図、（ｂ）は、図１に示すボンディングヘッドの正面
図、（ｃ）は、図１に示すボンディングヘッドの振動モ
ードを示す図である。

【図３】（ａ）は、図１に示すボンディングヘッドの寸
法を示した平面図、（ｂ）は、図１に示すボンディング
ヘッドの寸法を示した正面図である。

【図４】第１の振動伝達部の下部のコレット保持突出部
及びコレットの断面図を示す。

【図５】コレット保持突出部へのコレットの取り付けを
示す断面図である。

【図６】コレット保持突出部へのコレットの取り付けた
状態を示す断面図である。

【図７】ネジによるコレット保持突出部へのコレットの
固定を示した断面図である。

【図８】コレットをコレット保持部の保持面からの左右
及び下からの力で保持する例を示した断面図である。

【図９】コレットをコレット保持部の保持面からの左右
及び斜め下からの力で保持する例を示した断面図であ
る。

【図１０】適合子を使用して、コレットをコレット保持
突出部に取り付けた例を示した断面図である。

【図１１】本発明によるボンディングヘッドの振動伝達
部材の固定について示した図である。

【図１２】本発明によるボンディングヘッドの振動子を
駆動する発振器の構成を示すブロック図である。

【図１３】本発明によるボンディングヘッドの振動伝達
部材の振動時の変位状態を視覚的に表した図である。

【図１４】図１３に示す振動伝達部材のコレット保持突
出部付近を拡大して 振動時の変位状態を視覚的に表し
た図である。

【図１５】本発明によるボンディングヘッドを備えたボ
ンディング装置の構成を示す図である。

【図１６】従来のボンディングヘッドの構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 振動伝達部材 １ａ 第１の振動伝達部 １ｂ 第２の振動伝達部 １ｂｓ１，１ｂｓ２ 第２の振動伝達部の側面 １ｂｔ 第２の振動伝達部の上面 １ｂｂ 第２の振動伝達部の下面 １ｃ 第３の振動伝達部 １ｃｓ１，１ｃｓ２ 第３の振動伝達部の側面 １ｃｔ 第３の振動伝達部の上面 １ｃｂ 第２の振動伝達部の下面 ２、５０ 振動子 ３ 支持部材 ３ａ 第１の支持部材 ３ｂ 第２の支持部材 ３ｃ 第３の支持部材 ３ｄ 第４の支持部材 ４ コレット保持突出部 ４ａ テーパ面 ４ｂ 位置決め溝 ４ｃ コレット保持部 ４ｃａ 保持面 ４ｃｂ ネジ穴 ４ｃｃ ネジ通し穴 ４ｄ 割 ５ バランス部 ６ 吸引バランス部 ７，５２ コレット（吸着子） ７ａ 吸着面 ７ｂ 吸着穴 ７ｃ 位置決め突起部 ７ｄ 被保持面 ８ ダクト部 ９ 吸引部 １０ ボンディングヘッド １２ 適合子 １３ ネジ １４ ケーブル １５ 圧接機構 １５ａ 駆動部 １５ｂ 荷重機構部 １５ｃ ロッド １６ 載置台 １７ 制御部（ＣＰＵ） １８ 発振器 １９ 固定部材 １９ａ 第１固定部材 １９ｂ 第２固定部材 ２０ ボンディング装置 ２２ 接合対象物（半導体チップ） ２３ 被接合部材 ５１ 超音波ホーン ５３ 支持具

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波振動を印加して接合対象物と被接
   合部材とを接合するボンディングヘッドであって、 超音波振動を発生する振動子と、 前記超音波振動の１波長をλとして、超音波振動の進行
   方向におけるλ／２の位置を中心としてｄの長さを有す
   る第１の振動伝達部と、 該第１の振動伝達部と前記振動子間に結合されて前記進
   行方向における（λ−ｄ）／２の長さを有し、前記第１
   の振動伝達部に向かって次第に幅広となるテーパ面を側
   面に有する第２の振動伝達部と、 該第１の振動伝達部の他端に結合されて前記進行方向に
   おける（λ−ｄ）／２の長さを有し、前記第１の振動伝
   達部に向かって次第に幅広となるテーパ面を側面に有す
   る第３の振動伝達部とを有する振動伝達部材と、 前記第２の振動伝達部及び前記第３の振動伝達部の超音
   波振動の節の位置に設けられた支持部材と、 ボンディングツールとしてのコレットと、 前記第１の振動伝達部の下部に、前記コレットを着脱可
   能に取り付けられるコレット保持突出部とを有すること
   を特徴とするボンディングヘッド。
2. 【請求項２】 前記コレット保持突出部は、前記振動伝
   達部材の超音波振動の進行方向の面にテーパを設けたこ
   とを特徴とする請求項１記載のボンディングヘッド。
3. 【請求項３】 前記コレット保持突出部は、ダクト部
   と、該ダクト部の下端に設けられて前記コレットを位置
   決めする位置決め溝と、弾性により前記コレットを保持
   するコレット保持部とからなることを特徴とする請求項
   １記載のボンディングヘッド。
4. 【請求項４】 前記コレットは、補助金具としての適合
   子を介してコレット保持突出部に保持されることを特徴
   とする請求項１記載のボンディングヘッド。
5. 【請求項５】 超音波振動を印加して接合対象物と被接
   合部材とを接合するボンディングヘッドを有するボンデ
   ィング装置であって、 超音波振動を発生する振動子と、 前記超音波振動の１波長をλとして、超音波振動の進行
   方向におけるλ／２の位置を中心としてｄの長さを有す
   る第１の振動伝達部と、 該第１の振動伝達部と前記振動子間に結合されて前記進
   行方向における（λ−ｄ）／２の長さを有し、前記第１
   の振動伝達部に向かって次第に幅広となるテーパ面を側
   面に有する第２の振動伝達部と、 該第１の振動伝達部の他端に結合されて前記進行方向に
   おける（λ−ｄ）／２の長さを有し、前記第１の振動伝
   達部に向かって次第に幅広となるテーパ面を側面に有す
   る第３の振動伝達部とを有する振動伝達部材と、 第２の振動伝達部及び第３の振動伝達部の超音波振動の
   節の位置に設けられた支持部材と、 ボンディングツールとしてのコレットと、 前記第１の振動伝達部の下部に、前記コレットを着脱可
   能に取り付けられるコレット保持突出部とを有するボン
   ディングヘッドを備え、 前記ボンディングヘッドを駆動する圧接機構と、 前記ボンディングヘッド及び前記圧接機構の制御を行う
   制御手段とを有することを特徴とするボンディング装
   置。