JP2006263816A

JP2006263816A - Ultrasonic welding method and apparatus using the same

Info

Publication number: JP2006263816A
Application number: JP2006033979A
Authority: JP
Inventors: Takashi Uenishi; 孝史上西; Shiro Okada; 史朗岡田; Koichi Imai; 宏一今井; Koji Nishimura; 幸治西村
Original assignee: Toray Engineering Co Ltd
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2006-02-10
Publication date: 2006-10-05

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ultrasonic welding method capable of suppressing wear of a suction member that sucks and holds a tip component, and also to provide an apparatus using this method. <P>SOLUTION: Within a preset welding time, when welding of the tip component to a substrate is started, while a point of time comes for starting attenuation time, a ultrasonic generator is operated by an amplitude controller. The amplitude by ultrasonic vibration in the suction member is controlled to be smaller in proportion to the elapsed time until the time to complete the welding. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、電子部品などのチップ部品の電極を基板などのワークの電極に押圧および加熱しながら、当該接合部位に超音波振動を付与して接合する超音波接合方法およびこれを用いた装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic bonding method in which an electrode of a chip component such as an electronic component is pressed and heated on an electrode of a workpiece such as a substrate and ultrasonic vibration is applied to the bonding portion and an apparatus using the ultrasonic bonding method. .

２個の被接合部材の金属からなる両接合部位を接触させ、一方の被接合部材を吸着保持した状態で他方の被接合部材に押圧しながら超音波振動を付与して接合している。具体的には、接合開始にともなって、接合部位における超音波振動の振幅を所定の振幅になるまで大きくしてゆく。所定振幅になった時点から予め設定された接合時間が終了するまでの残り時間は、超音波振動の振幅を一定に保った状態で接合部位に超音波振動を付与している（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−１９８７７号公報 The two bonded parts made of metal of the two members to be bonded are brought into contact with each other, and the ultrasonic wave is applied to the other member to be bonded while the one member to be bonded is held by suction. Specifically, with the start of bonding, the amplitude of the ultrasonic vibration at the bonding site is increased until a predetermined amplitude is reached. The remaining time from the time when the predetermined amplitude is reached to the end of the preset bonding time is applying ultrasonic vibration to the bonding site in a state where the amplitude of the ultrasonic vibration is kept constant (for example, Patent Documents). 1).
JP-A-8-198777

しかしながら、従来の方法では、次のような問題がある。 However, the conventional method has the following problems.

すなわち、予め決められた接合時間内で、超音波接合が終了するまで超音波振動の振幅を一定に保った状態のまま接続部位の接合行なった場合、被接合部材を吸着保持している吸着部材の吸着面が短時間で磨耗してしまうといった問題ある。つまり、接合時間は、接合対象物の接合対象である被接合部材（チップ部品）の固体差を考慮して平均接合時間よりも長く、または最大時間に設定されている。そのため、これら設定時間よりも短時間で接合する物の場合、被接合部材の接合部位同士が接合時間内の早い時間に強固に金属結合され、吸着部材による被接合部材の吸着力を上回る。その結果、吸着部材の吸着面が、被接合部材の表面で滑り、摩擦により磨耗してしまう。 That is, when the connection part is joined while the amplitude of the ultrasonic vibration is kept constant until the ultrasonic joining is completed within a predetermined joining time, the suction member that holds and holds the member to be joined. There is a problem that the adsorbing surface is worn out in a short time. That is, the joining time is set to be longer than the average joining time or set to the maximum time in consideration of the solid difference of the members to be joined (chip parts) to be joined of the joining objects. Therefore, in the case of an object to be joined in a shorter time than these set times, the joined parts of the joined members are strongly metal-bonded at an earlier time within the joining time, and exceed the attracting force of the joined member by the attracting member. As a result, the suction surface of the suction member slides on the surface of the member to be joined and wears due to friction.

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、吸着部材の磨耗を抑制することができる超音波接合方法およびこれを用いた装置を提供することを主たる目的とする。 This invention is made | formed in view of such a situation, Comprising: It aims at providing the ultrasonic bonding method and apparatus using the same which can suppress abrasion of an adsorption | suction member.

この発明は、上記目的を達成するために次のような構成をとる。 The present invention has the following configuration in order to achieve the above object.

第１の発明は、吸着部材に吸着保持したチップ部品の電極をワークの電極に押圧しながら、両電極に超音波振動を付与して接合する超音波接合方法であって、
前記チップ部品の種類に応じて予め設定された接合時間のうち、所定時間経過後に前記両電極の接合部位における超音波振動の振幅を小さくしてゆく
ことを特徴とする。 The first invention is an ultrasonic bonding method for applying ultrasonic vibration to both electrodes and bonding them while pressing the electrode of the chip component adsorbed and held on the adsorption member against the electrode of the work,
Of the bonding time set in advance according to the type of the chip component, the amplitude of ultrasonic vibration at the bonding portion of the electrodes is reduced after a predetermined time has elapsed.

（作用・効果）第１の発明によると、所定時間内でチップ部品と基板の両電極同士が金属結合している場合に、当該接合強度よりも吸着部材によるチップ部品の吸着強度が弱いので、吸着部材の吸着面がチップ部品の表面で滑りが発生して擦れる。しかしながら、吸着部材が擦れるときに、超音波振動の振幅が小さいので吸着部材の吸着面とチップ部品の表面での摩擦が抑制される。その結果、吸着部材の吸着面の磨耗を抑制することができる。 (Operation / Effect) According to the first invention, when both the chip component and the substrate electrode are metal-bonded within a predetermined time, the adsorption strength of the chip component by the adsorption member is weaker than the bonding strength. The suction surface of the suction member slides on the surface of the chip component and rubs. However, since the amplitude of the ultrasonic vibration is small when the suction member is rubbed, friction between the suction surface of the suction member and the surface of the chip component is suppressed. As a result, it is possible to suppress wear on the suction surface of the suction member.

また、チップ部品の電極と基板の電極の金属結合よりも弱いチップ部品側の電極取り付け部分に加わる摩擦による伝達応力が抑制される。すなわち、チップ部品側の電極取り付け部分に加わる伝達応力によって発生しがちなクラックを抑制することができる。その結果、チップ部品の接合精度の向上を図ることができる。 Further, transmission stress due to friction applied to the electrode mounting portion on the chip component side, which is weaker than the metal bond between the electrode of the chip component and the electrode of the substrate, is suppressed. That is, it is possible to suppress cracks that tend to occur due to transmission stress applied to the electrode mounting portion on the chip component side. As a result, it is possible to improve the bonding accuracy of chip components.

さらに、両電極の接合が終了するまでの間は、超音波振動の振幅が小さい状態であっても、接続部位に超音波振動が継続的に付与されるので、押圧による金属変形を促進させる。したがって、押圧だけによる接合に比べて短い時間で両電極を接合することができる。 Furthermore, since the ultrasonic vibration is continuously applied to the connection part until the joining of the two electrodes is finished even if the amplitude of the ultrasonic vibration is small, metal deformation due to pressing is promoted. Therefore, both electrodes can be joined in a shorter time than joining by pressing alone.

なお、前記超音波振動の振幅の変化としては、例えば、接合時間のうち所定時間経過後から時間に比例して小さくしたり（第２の発明）、接合時間のうち所定時間経過後から経過時間に応じて段階的に小さくしたり（第３の発明）することが好ましい。このように設定することにより、第１の発明を好適に実施することができる。 The change in the amplitude of the ultrasonic vibration is, for example, decreased in proportion to the time after a predetermined time elapses in the joining time (second invention), or the time elapsed after the elapse of the predetermined time in the joining time. It is preferable to reduce the size step by step (third invention). By setting in this way, the first invention can be suitably implemented.

第４の発明は、第１ないし第３の発明において、さらに、接合時間のうち、電極の接合開始から所定時間経過するまでは、時間の経過に比例して超音波振動の振幅を大きくしてゆくことが好ましい。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the present invention, the amplitude of the ultrasonic vibration is increased in proportion to the passage of time until a predetermined time has elapsed from the start of joining the electrodes. It is preferable to go.

（作用・効果）第４の発明によると、接合開始と同時に所定振幅の超音波振動で終始接合させた場合に比べ、チップ部品と基板の両電極間に初期に加わる超音波振動による摩擦抵抗を低減することができる。すなわち、両電極間の摩擦が低減されることにより、吸着部材の吸着面とチップ部品の表面との間に伝わる伝達応力が抑制され、吸着部材の吸着面の摩擦による磨耗を抑制することができる。 (Operation / Effect) According to the fourth invention, compared to the case where the joining is started with the ultrasonic vibration having a predetermined amplitude at the same time as the joining is started, the frictional resistance due to the ultrasonic vibration applied between the chip component and the substrate is initially reduced. Can be reduced. That is, by reducing the friction between both electrodes, the transmission stress transmitted between the suction surface of the suction member and the surface of the chip component is suppressed, and wear due to the friction of the suction surface of the suction member can be suppressed. .

第５の発明は、第１ないし第４のいずれかの発明において、接合時間の経過にともなって、前記超音波振動を発生させる所定周波数帯域内で周波数を調整することが好ましい。 According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions, it is preferable that the frequency is adjusted within a predetermined frequency band in which the ultrasonic vibration is generated as the joining time elapses.

（作用・効果）第５の発明によると、超音波振動を発生させる所定周波数帯域内で周波数を調節することにより、チップ部品の電極形状などに応じた最適な超音波振動となる周波数を選択することができ、吸着部材の吸着面とチップ部品の表面での無駄な滑りを抑制することができる。 (Operation / Effect) According to the fifth aspect of the invention, by adjusting the frequency within a predetermined frequency band for generating ultrasonic vibration, a frequency that provides the optimum ultrasonic vibration according to the electrode shape of the chip component is selected. In other words, useless slippage between the suction surface of the suction member and the surface of the chip component can be suppressed.

第６の発明は、第１ないし第５のいずれかの発明において、前記ワークと前記チップ部品の両電極の接合部位に超音波振動が付与される最中に、当該接合部位を加熱することが好ましい。 According to a sixth invention, in any one of the first to fifth inventions, the ultrasonic wave vibration is applied to the joint portion between both electrodes of the workpiece and the chip component, and the joint portion is heated. preferable.

（作用・効果）第６の発明によると、接合部位を加熱することにより、両電極の変形が促進される。したがって、超音波接合の効率を向上させることができる。 (Operation / Effect) According to the sixth invention, the deformation of both electrodes is promoted by heating the joint portion. Therefore, the efficiency of ultrasonic bonding can be improved.

第７の発明は、チップ部品の電極とワークの電極を押圧しながら、両電極に超音波振動を付与して接合する超音波接合装置において、
前記チップ部品を保持する第１保持手段と、
前記第１保持手段を支持する支持手段と、
前記第１保持手段に超音波振動を付与する超音波振動付与手段と、
前記ワークを保持する第２保持手段と、
前記第１保持手段を支持した支持手段と前記第２保持手段の少なくともいずれか一方を昇降させる昇降駆動機構と、
前記超音波振動付与手段から第１保持手段に超音波が付与されたときに、前記チップ部品とワークの両電極の接合部位における超音波振動の振幅が、チップ部品の種類に応じて予め設定された接合時間のうち、所定時間経過後に小さくなってゆくように制御する振幅制御手段と、
を備えたことを特徴とする。 The seventh invention is an ultrasonic bonding apparatus for applying an ultrasonic vibration to both electrodes and bonding them while pressing an electrode of a chip component and an electrode of a workpiece.
First holding means for holding the chip component;
Support means for supporting the first holding means;
Ultrasonic vibration applying means for applying ultrasonic vibration to the first holding means;
Second holding means for holding the workpiece;
An elevating drive mechanism for elevating and lowering at least one of the supporting means supporting the first holding means and the second holding means;
When an ultrasonic wave is applied from the ultrasonic vibration applying unit to the first holding unit, the amplitude of the ultrasonic vibration at the joint portion between the electrode of the chip component and the workpiece is preset according to the type of the chip component. Amplitude control means for controlling so as to decrease after a predetermined time has elapsed,
It is provided with.

（作用・効果）第７の発明によると、第１保持手段は、チップ部品を保持する。支持手段は、第１保持手段を保持する。超音波振動付与手段は、第１保持手段に超音波振動を付与する。昇降駆動機構は、第１保持手段を支持した支持手段と第２保持手段の少なくともいずれか一方を昇降させる。振幅制御手段は、超音波振動付与手段から第１保持手段に超音波が付与されたときに、チップ部品とワークの両電極の接合部位における超音波振動の振幅が、チップ部品の種類に応じて接合開始から所定時間経過後に小さくなってゆくように制御する。 (Operation / Effect) According to the seventh invention, the first holding means holds the chip component. The support means holds the first holding means. The ultrasonic vibration applying means applies ultrasonic vibration to the first holding means. The elevating drive mechanism elevates and lowers at least one of the support means supporting the first holding means and the second holding means. The amplitude control means is configured such that when the ultrasonic wave is applied from the ultrasonic vibration applying means to the first holding means, the amplitude of the ultrasonic vibration at the joining portion between the electrode of the chip component and the workpiece depends on the type of the chip component. Control is performed so as to decrease after a predetermined time has elapsed since the start of bonding.

この構成によれば、支持手段または第２保持手段のいずれかを昇降させることにより、チップ部品の電極とワークの電極が加熱した状態で押圧される。また、この押圧状態にある両電極に超音波振動が付与されるとともの、所定時間経過後からは、接続部位である両電極部分における超音波振動の振幅が小さくされてゆく。したがって、所定時間内でチップ部品と基板の両電極同士が金属結合している場合に、吸着部材の吸着面とチップ部品の表面で継続的に加わる超音波振動による滑りが抑制される、両部材の摩擦も抑制される。したがって、第１の発明を好適に実現することができる。 According to this configuration, the electrode of the chip component and the electrode of the workpiece are pressed in a heated state by raising or lowering either the support means or the second holding means. In addition, the ultrasonic vibration is applied to both the electrodes in the pressed state, and the amplitude of the ultrasonic vibration at the both electrode portions that are the connection portions is reduced after a predetermined time has elapsed. Therefore, when both electrodes of the chip component and the substrate are metal-bonded within a predetermined time, both members are suppressed from slipping due to ultrasonic vibration continuously applied on the adsorption surface of the adsorption member and the surface of the chip component. Friction is also suppressed. Therefore, the first invention can be suitably realized.

第８の発明は、第７の発明において、前記振幅制御手段は、さらに、接合時間のうち、電極の接合開始から所定時間経過するまでは、時間の経過に比例して超音波振動の振幅を大きくしてゆくように制御することが好ましい。 In an eighth aspect based on the seventh aspect, the amplitude control means further controls the amplitude of the ultrasonic vibration in proportion to the passage of time until a predetermined time has elapsed from the start of joining of the electrodes. It is preferable to control so as to increase.

（作用・効果）第８の発明によると、上述の第４の方法発明を好適に実現することができる。 (Operation and Effect) According to the eighth invention, the above-described fourth method invention can be suitably realized.

第９の発明は、第７または第８の発明において、さらに、接合時間の経過にともなって、前記超音波振動を発生させる所定周波数帯域内で周波数を調整する周波数調整手段を備えた
ことを特徴とする。 The ninth invention is the seventh or eighth invention, further comprising a frequency adjusting means for adjusting a frequency within a predetermined frequency band in which the ultrasonic vibration is generated as the joining time elapses. And

（作用・効果）第９の発明によると、上述の第５の方法発明を好適に実現することができる。 (Operation / Effect) According to the ninth invention, the above-described fifth method invention can be suitably realized.

第１０の発明は、第７ないし第９のいずれかの発明において、さらに、前記ワークと前記チップ部品の両電極の接合部位を加熱する加熱手段を備えることが好ましい。 In a tenth aspect of the present invention, in any one of the seventh to ninth aspects, it is preferable that the apparatus further includes a heating unit that heats a joint portion between the workpiece and the electrode of the chip component.

（作用・効果）第１０の発明によると、上述の第６の方法発明を好適に実現することができる。 (Operation and Effect) According to the tenth invention, the above-described sixth method invention can be suitably realized.

この発明に係る超音波接合方法およびこれを用いた装置によれば、所定時間内でチップ部品と基板の両電極同士が金属結合している場合に、当該接合強度よりも吸着部材によるチップ部品の吸着強度が弱いので、吸着部材の吸着面がチップ部品の表面で滑りが発生して擦れる。しかしながら、吸着部材が擦れるときに、超音波振動の振幅が小さいので吸着部材の吸着面とチップ部品の表面での摩擦が抑制される。その結果、吸着部材の吸着面の磨耗を抑制することができる。 According to the ultrasonic bonding method and the apparatus using the ultrasonic bonding method according to the present invention, when both the chip component and the substrate electrode are metal-bonded within a predetermined time, the chip component by the adsorption member is more than the bonding strength. Since the suction strength is weak, the suction surface of the suction member slides on the surface of the chip part and rubs. However, since the amplitude of the ultrasonic vibration is small when the suction member is rubbed, friction between the suction surface of the suction member and the surface of the chip component is suppressed. As a result, it is possible to suppress wear on the suction surface of the suction member.

さらに、両電極の接合が終了するまでの間は、超音波振動の振幅が小さい状態であっても、接続部位に超音波振動が付与されるので、押圧による金属変形を促進させる。したがって、押圧だけによる接合に比べて短い時間で電極を接合することができる。 Further, until the joining of both electrodes is completed, even if the amplitude of the ultrasonic vibration is small, the ultrasonic vibration is applied to the connection site, and therefore metal deformation due to pressing is promoted. Therefore, it is possible to join the electrodes in a shorter time than joining by pressing alone.

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。なお、本実施例では、チップ部品としてバンプ付きの電子部品を基板に実装する場合を例にとって説明する。なお、チップ部品としては、その他に例えば、ＩＣチップ、半導体チップ、光素子、表面実装部品、ウエハなどの種類や大きさに関係なく、基板と接合させる側の全ての形態を示す。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In this embodiment, a case where an electronic component with a bump is mounted on a substrate as a chip component will be described as an example. In addition, as the chip component, for example, all forms on the side to be bonded to the substrate are shown regardless of the type and size of an IC chip, a semiconductor chip, an optical element, a surface mount component, a wafer, and the like.

また、基板としては、例えば、樹脂基板、ガラス基板、フィルム基板などチップ部品と接合される側の全ての形態を示す。 Moreover, as a board | substrate, all the forms of the side joined to chip components, such as a resin substrate, a glass substrate, a film substrate, are shown, for example.

図１は、本実施例に係る超音波接合装置の正面図である。 FIG. 1 is a front view of the ultrasonic bonding apparatus according to the present embodiment.

本実施例の超音波接合装置は、図１に示すように、基板１を吸着保持する基板ホルダ２を備えた可動テーブル３と、基台４の後部に立設された縦壁５に支持フレーム６を介して取り付けられ、先端でチップ部品７を吸着保持して基板１に実装（接合）する圧着ヘッド８を備えた圧着機構９と、基板ホルダ２に保持された基板１と圧着ヘッド８によって吸着保持されるチップ部品７の位置を認識するカメラ１０と、これら可動テーブル３、圧着ヘッド８、圧着機構９、およびカメラ１０などの駆動を制御する主制御部１１などが備えられている。なお、基板ホルダ２は、本発明の第２保持手段に相当する。 As shown in FIG. 1, the ultrasonic bonding apparatus according to the present embodiment includes a movable table 3 having a substrate holder 2 that holds the substrate 1 by suction, and a vertical frame 5 that is erected at the rear portion of the base 4. 6, a crimping mechanism 9 having a crimping head 8 that is mounted (bonded) to the substrate 1 by sucking and holding the chip component 7 at the tip, and the substrate 1 and the crimping head 8 held by the substrate holder 2. A camera 10 for recognizing the position of the chip component 7 to be sucked and held, a movable table 3, a pressure-bonding head 8, a pressure-bonding mechanism 9, a main controller 11 that controls driving of the camera 10, and the like are provided. The substrate holder 2 corresponds to the second holding means of the present invention.

可動テーブル３は、図中左右と前後の水平２軸（Ｘ、Ｙ）方向に移動自在に構成されている。また、可動テーブル３に備わった基板ホルダ２は、基板１が載置される表面部分に吸着孔（図示省略）が形成されており、当該吸着孔が図示しない真空ポンプと配管を介して連通接続されている。なお、本実施例では、基板ホルダ２における基板１の保持を吸着式にしているが、吸着式に限らず、可動ツメを使った機械式保持、静電気を使った静電吸着、磁石を使った磁気吸着など、任意の保持構造を用いることができる。 The movable table 3 is configured to be movable in two horizontal (X, Y) directions in the left and right and front and rear directions in the figure. Further, the substrate holder 2 provided in the movable table 3 has a suction hole (not shown) formed in the surface portion on which the substrate 1 is placed, and the suction hole is connected to a vacuum pump (not shown) through a pipe. Has been. In this embodiment, the holding of the substrate 1 in the substrate holder 2 is an adsorption type. However, the holding type is not limited to the adsorption type, and mechanical holding using a movable claw, electrostatic adsorption using static electricity, and a magnet are used. Any holding structure such as magnetic adsorption can be used.

圧着機構９は、支持フレーム６に固定されたシリンダ１２と、シリンダ１２の垂直下方に向けられたロッド１３に連結された本体１４と、本体１４の下方先端に設けられた圧着ヘッド８とから構成されている。つまり、シリンダ１２の伸縮動作に連動して圧着ヘッド８が昇降するように構成されている。なお、シリンダ１２は、本発明の昇降駆動機構に相当する。 The crimping mechanism 9 includes a cylinder 12 fixed to the support frame 6, a main body 14 connected to a rod 13 directed vertically downward of the cylinder 12, and a crimping head 8 provided at the lower end of the main body 14. Has been. That is, the pressure bonding head 8 is configured to move up and down in conjunction with the expansion and contraction operation of the cylinder 12. The cylinder 12 corresponds to the lifting drive mechanism of the present invention.

また、圧着ヘッド８は、図２に示すように、略Ｕ字形を上下反転させ、底面を本体１４の下部に連結されたフレーム１５と、当該フレーム１５の両側面に形成された貫通孔を両側から貫通する１組のブースター１６と、フレーム１５の内側で１組のブースター１６によって挟み込まれた状態で着脱可能に保持されたホーン１７とから構成されている。なお、フレーム１５は、本発明の支持手段に相当する。 Further, as shown in FIG. 2, the crimping head 8 has a substantially U-shaped upside down frame 15 with a bottom surface connected to the lower part of the main body 14, and through holes formed on both side surfaces of the frame 15 on both sides. And a horn 17 that is detachably held in a state of being sandwiched between the pair of boosters 16 inside the frame 15. The frame 15 corresponds to the support means of the present invention.

ブースター１６は、中央部分が太い円柱状であって、その両端が先端に向かうにつれて先細になるテーパー状となっている。また、図中左側のブースター１６には、当該ブースター１６に超音波振動を伝達付与するための圧電素子を備えた超音発生器１８を備えている。なお、超音波発生器１８とブースター１６、フレーム１５によるブースター１６の保持部分、およびブースター１６とホーン１７の各結節点は、超音波発生器１８から付与された超音波振動によって共振するときに振動振幅がゼロとなるノーダルポイントに設定されている。なお、超音波発生器１８は、本発明の超音波発生手段に相当する。 The booster 16 has a cylindrical shape with a thick central portion, and has a tapered shape in which both ends thereof taper toward the tip. In addition, the booster 16 on the left side in the figure includes an ultrasonic generator 18 including a piezoelectric element for transmitting and imparting ultrasonic vibration to the booster 16. The ultrasonic generator 18 and the booster 16, the holding portion of the booster 16 by the frame 15, and the nodes of the booster 16 and the horn 17 vibrate when they resonate due to the ultrasonic vibration applied from the ultrasonic generator 18. It is set to a nodal point where the amplitude is zero. The ultrasonic generator 18 corresponds to the ultrasonic generator of the present invention.

ホーン１７は、肉厚の板状の物であって、正面視して前後に格子状となるように貫通孔が形成されている。また、下面中央には、凸部からなるの吸着部材１９が設けられており、図示しない真空ポンプと連通接続された貫通孔２０が形成されている。また、高さ方向中間にある格子部分に穴が形成されており、当該穴にセラミックヒータ２２が挿入されるようになっている。当該セラミックヒータ２２の取り付け部分もノーダルポイントに設定されている。なお、吸着部材１９は、本発明の第１保持手段に相当する。 The horn 17 is a thick plate-like object, and through holes are formed so as to form a lattice shape in front and rear when viewed from the front. Further, a suction member 19 made of a convex portion is provided at the center of the lower surface, and a through hole 20 connected to a vacuum pump (not shown) is formed. Moreover, a hole is formed in the lattice portion in the middle of the height direction, and the ceramic heater 22 is inserted into the hole. The attachment portion of the ceramic heater 22 is also set to a nodal point. The suction member 19 corresponds to the first holding means of the present invention.

また、吸着部材１９には、超音波振動が付与されて基板１にチップ部品７が接合されるときにチップ部品７の表面との摩擦を抑制するためにフッ素コーティングが施されている。なお、超音発生器１８からブースター１６を介して伝達された振動振幅が最大となる位置にある。 Further, the adsorption member 19 is coated with fluorine to suppress friction with the surface of the chip component 7 when ultrasonic vibration is applied and the chip component 7 is bonded to the substrate 1. In addition, it exists in the position where the vibration amplitude transmitted from the supersonic generator 18 via the booster 16 becomes the maximum.

図１に戻り、カメラ１０は、水平２軸（Ｘ，Ｙ）方向および上下（Ｚ）方向に移動可能である。また、圧着ヘッド側に向かって進退する鏡筒２３を備えている。また、カメラ１０をＸ軸方向に前進させ、ホーン１７の吸着部材１９に吸着保持されたチップ部品７と基板１の間に位置させる。その状態でチップ部品７と基板１の位置を認識および観察し、観察結果を主制御部１１に送信するようになっている。なお、両部材の位置を認識および観察する手段としては、カメラ以外に、例えば、赤外線カメラ、センサなどの種類に関係なく基板１とチップ部品７の位置を認識できる全ての形態が適用できる。 Returning to FIG. 1, the camera 10 is movable in two horizontal axes (X, Y) and up and down (Z). In addition, a lens barrel 23 that advances and retracts toward the crimping head is provided. Further, the camera 10 is moved forward in the X-axis direction and is positioned between the chip component 7 and the substrate 1 that are sucked and held by the sucking member 19 of the horn 17. In this state, the positions of the chip component 7 and the substrate 1 are recognized and observed, and the observation result is transmitted to the main control unit 11. As a means for recognizing and observing the positions of both members, all forms other than the camera that can recognize the positions of the substrate 1 and the chip component 7 are applicable regardless of the types of infrared cameras, sensors, and the like.

主制御部１１は、操作部２４から設定入力された接合対象の基板１およびチップ部品７の種類に応じた接合条件を図示しないパターンテーブルから選択し、選択したパターンを振幅制御部２５に送信する。また主制御部１１は、可動テーブル３、シリンダ１２、カメラ１０などの駆動も操作部２４から設定入力された情報に基づいて総括的に制御している。 The main control unit 11 selects a bonding condition according to the types of the substrate 1 and the chip component 7 to be bonded set and input from the operation unit 24 from a pattern table (not shown), and transmits the selected pattern to the amplitude control unit 25. . The main control unit 11 also comprehensively controls driving of the movable table 3, the cylinder 12, the camera 10, and the like based on information set and input from the operation unit 24.

振幅制御部２５は、超音波発生器１８から発生する超音波振動によって共振するホーン１７の吸着部材１９における超音波振動の振幅を制御している。例えば、図３に示すように、チップ部品７の接合時間が１秒である場合、接合開始から０．５秒まではホーン１７の吸着部材１９での振幅が最大となるように維持し、接合終了時間の１秒に達した時点で振幅がゼロになるように０．５秒経過時点を減衰開始時間の起点とし、当該時点からの時間経過に比例して振幅が小さくなるように超音波発生器１８を操作する。なお、超音波振動の振幅の減衰開始時間としては、チップ部品７の種類によっても異なるが、予め決められた接合開始時間のうち、接合開始から１０〜５０％経過した時点に設定される。なお、振幅制御部２５は、本発明の振幅制御手段に相当する。 The amplitude control unit 25 controls the amplitude of the ultrasonic vibration in the adsorption member 19 of the horn 17 that resonates by the ultrasonic vibration generated from the ultrasonic generator 18. For example, as shown in FIG. 3, when the joining time of the chip component 7 is 1 second, the amplitude at the adsorption member 19 of the horn 17 is maintained to be the maximum from the start of joining until 0.5 seconds. Generates ultrasonic waves so that the amplitude starts at the time when 0.5 second has elapsed so that the amplitude becomes zero when the end time reaches 1 second, and the amplitude decreases in proportion to the passage of time from that time. The device 18 is operated. The attenuation start time of the amplitude of the ultrasonic vibration varies depending on the type of the chip component 7, but is set at a time when 10 to 50% has elapsed from the start of the joining in the predetermined joining start time. The amplitude control unit 25 corresponds to the amplitude control means of the present invention.

次に、上記実施例装置を用いて基板１にチップ部品７を接合する動作を、図４示すフローチャートに基づいて説明する。 Next, the operation of bonding the chip component 7 to the substrate 1 using the above-described embodiment apparatus will be described based on the flowchart shown in FIG.

先ず、操作部２４から接合対象の基板１およびチップ部品７の種類を選択入力し、接合時間など種々の初期条件が設定される（ステップＳ１）。 First, the types of the substrate 1 and the chip component 7 to be joined are selected and input from the operation unit 24, and various initial conditions such as the joining time are set (step S1).

初期設定が終了すると、基板ホルダ２に基板１が載置保持されるとともに、ホーン１７の先端の吸着部材１９によってチップ部品７が吸着保持されて接合処理が開始される（ステップＳ２）。 When the initial setting is completed, the substrate 1 is placed and held on the substrate holder 2, and the chip component 7 is sucked and held by the suction member 19 at the tip of the horn 17, and the joining process is started (step S2).

接合処理が開始すると、主制御部１１の制御によって、カメラ１０が作動する。カメラ１０は、鏡筒２３を前進させて基板１とチップ部品７の画像データを取得し、主制御部１１に当該データを送信する。主制御部１１は、受信した画像データに基づいて、基板１とチップ部品７の相対的な位置ずれを演算により求め、当該求まる検出結果に基づいて可動テーブル３をＸ、Ｙ方向に移動させて位置ずれを補正する（ステップＳ３）。 When the joining process starts, the camera 10 operates under the control of the main control unit 11. The camera 10 advances the lens barrel 23 to acquire image data of the substrate 1 and the chip component 7 and transmits the data to the main control unit 11. Based on the received image data, the main control unit 11 obtains a relative positional deviation between the substrate 1 and the chip component 7 by calculation, and moves the movable table 3 in the X and Y directions based on the obtained detection result. The misalignment is corrected (step S3).

位置ズレ補正が完了すると、主制御部１１の制御に基づいてシリンダ１２が作動し、圧着ヘッド８を所定位置まで降下させてチップ部品７を基板１に押圧する。同時に、セラミックヒータ２２によってホーン１７が所定温度に加温されるとともに、超音波発生器１８を駆動させてホーン１７に超音波振動の付与を開始する（ステップＳ４）。 When the positional deviation correction is completed, the cylinder 12 is operated based on the control of the main control unit 11, and the crimping head 8 is lowered to a predetermined position to press the chip component 7 against the substrate 1. At the same time, the horn 17 is heated to a predetermined temperature by the ceramic heater 22 and the ultrasonic generator 18 is driven to start applying ultrasonic vibration to the horn 17 (step S4).

接合開始にともなって振幅制御部２５が、予め設定された減衰開始時間に達したか否かをタイマカウントする。減衰開始時間に達すると予め選択されたパターンに基づいて、図３に示すように、超音波振動によるホーン１７の振幅を小さくしてゆく（ステップＳ５）。 As the joining starts, the amplitude control unit 25 counts whether or not a preset attenuation start time has been reached. When the attenuation start time is reached, the amplitude of the horn 17 due to ultrasonic vibration is reduced as shown in FIG. 3 based on a preselected pattern (step S5).

また、振幅制御部２５によるタイマカウントが所定時間になると（ステップＳ６）、超音波発生器１８からホーン１７への超音波振動の付与が停止され、圧着ヘッド８が上昇して基板１が取り出され、本接合処理が終了する。 When the timer count by the amplitude controller 25 reaches a predetermined time (step S6), the application of ultrasonic vibration from the ultrasonic generator 18 to the horn 17 is stopped, the pressure-bonding head 8 is raised, and the substrate 1 is taken out. The main joining process ends.

以上のように、ホーン１７に超音波振動を付与してチップ部品７を基板１に接合するときに、チップ部品７および基板１ごとに予め設定された接合時間のうち、所定時間経過後から時間の経過に比例して振幅がゼロとなるように振幅を小さくしてゆくことにより、ホーン１７の吸着部材１９の表面とチップ部品７の表面との摩擦が低減される、その結果、吸着部材１９の吸着面の磨耗も抑制される。つまり、チップ部品７と基板１の両電極３０，３１が強固に金属結合されても、振幅が小さくなってゆくので、吸着部材１９とチップ部品７の間の摩擦が低減される。 As described above, when the chip component 7 is bonded to the substrate 1 by applying ultrasonic vibration to the horn 17, the time after a predetermined time elapses in the bonding time preset for each of the chip component 7 and the substrate 1. By reducing the amplitude so that the amplitude becomes zero in proportion to the passage of time, the friction between the surface of the suction member 19 of the horn 17 and the surface of the chip component 7 is reduced. As a result, the suction member 19 The wear of the adsorption surface is also suppressed. That is, even if both the electrodes 30 and 31 of the chip component 7 and the substrate 1 are firmly metal-bonded, the amplitude decreases, so that the friction between the suction member 19 and the chip component 7 is reduced.

また、チップ部品７の電極３１と基板１の電極３０の金属結合よりも弱いチップ部品側の電極取り付け部分に加わる摩擦による伝達応力が抑制されるので、当該部分で発生しがちなクラックを抑制することができる。その結果、チップ部品７の接合精度の向上を図ることができる。 Further, since the transmission stress due to friction applied to the electrode mounting portion on the chip component side, which is weaker than the metal bond between the electrode 31 of the chip component 7 and the electrode 30 of the substrate 1, is suppressed, cracks that tend to occur in the portion are suppressed. be able to. As a result, the joining accuracy of the chip component 7 can be improved.

さらに、両電極３０，３１の接合が終了するまでの間は、振幅が小さい状態であっても、接続部位に超音波振動が継続的に付与されるので、押圧および加熱による金属変形が促進させられる。したがって、押圧と加熱だけによる接合に比べて短い時間で両電極３０，３１を接合することができる。 Further, until the joining of the electrodes 30 and 31 is completed, even if the amplitude is small, ultrasonic vibration is continuously applied to the connection site, so that metal deformation due to pressing and heating is promoted. It is done. Therefore, both electrodes 30 and 31 can be joined in a shorter time than joining by only pressing and heating.

なお、本発明は以下のような形態で実施することも可能である。 The present invention can also be implemented in the following forms.

（１）上記実施例では、減衰開始時間から経過時間に比例してリニアに振幅を小さくしているが、この形態に限定されず、時間の経過にともなって段階的に小さくしてゆくように制御してもよい。このように振幅を制御しても、上記実施例と同様の効果を奏する。 (1) In the above embodiment, the amplitude is linearly reduced in proportion to the elapsed time from the decay start time, but is not limited to this form, and is gradually reduced as time passes. You may control. Even if the amplitude is controlled in this way, the same effect as in the above-described embodiment can be obtained.

（２）上記実施例では、接合開始と同時に、接合部位の振幅が最大となるようにしていたが、図５に示すように、接合開始から減衰開始時間にかけて超音波振動による振幅を大きくしてゆくように制御してもよい。この構成によれば、接合開始と同時に一定の振幅で終始接合させた場合に比べ、チップ部品７と基板１の両電極間に初期に加わる超音波振動による摩擦抵抗を低減することができる。したがって、両電極間の摩擦が低減されることにより、吸着部材１９の吸着面とチップ部品７の表面との間に伝わる伝達応力が抑制され、吸着部材１９の吸着面の摩擦による磨耗を抑制することができる。 (2) In the above embodiment, the amplitude of the bonded portion is maximized simultaneously with the start of bonding. However, as shown in FIG. 5, the amplitude due to ultrasonic vibration is increased from the bonding start to the attenuation start time. You may control so that it may go. According to this configuration, it is possible to reduce frictional resistance due to ultrasonic vibration initially applied between the chip component 7 and the electrode of the substrate 1 as compared with the case where the bonding is started at a constant amplitude all the time at the start of the bonding. Therefore, by reducing the friction between the two electrodes, the transmission stress transmitted between the suction surface of the suction member 19 and the surface of the chip component 7 is suppressed, and wear due to the friction of the suction surface of the suction member 19 is suppressed. be able to.

（３）上記実施例では、ホーン１７に超音波振動を発生させる周波数を一定に保っているが、超音波振動を発生させる所定周波数の帯域幅で周波数を調整するように構成してもよい。この構成によれば、チップ部品７の電極形状などに応じた最適な超音波振動となる周波数を選択することができ、吸着部材１９の吸着面とチップ部品７の表面での無駄な滑りを抑制することができる。 (3) In the above embodiment, the frequency at which the horn 17 generates ultrasonic vibrations is kept constant, but the frequency may be adjusted with a predetermined frequency bandwidth that generates ultrasonic vibrations. According to this configuration, it is possible to select an optimum frequency of ultrasonic vibration according to the electrode shape and the like of the chip component 7, and to suppress unnecessary slippage between the suction surface of the suction member 19 and the surface of the chip component 7. can do.

実施例に係る超音波接合装置の全体を示す正面図である。It is a front view which shows the whole ultrasonic bonding apparatus which concerns on an Example. ホーンの要部構成を示す正面図である。It is a front view which shows the principal part structure of a horn. 振幅の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of an amplitude. 実施例装置の動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining operation | movement of an Example apparatus. 変形例に係る振幅の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the amplitude which concerns on a modification.

符号の説明Explanation of symbols

１ … 基板
２ … 基板ホルダ
７ … チップ部品
８ … 圧着ヘッド
１１ … 主制御部
１７ … ホーン
１８ … 超音波発生器
１９ … 吸着部材
２５ … 振幅制御部
３０ … 電極（基板）
３１ … 電極（チップ部品）

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Board | substrate 2 ... Board | substrate holder 7 ... Chip component 8 ... Crimp head 11 ... Main control part 17 ... Horn 18 ... Ultrasonic generator 19 ... Adsorption member 25 ... Amplitude control part 30 ... Electrode (board | substrate)
31 ... Electrode (chip component)

Claims

吸着部材に吸着保持したチップ部品の電極をワークの電極に押圧しながら、両電極に超音波振動を付与して接合する超音波接合方法であって、
前記チップ部品の種類に応じて予め設定された接合時間のうち、所定時間経過後に前記両電極の接合部位における超音波振動の振幅を小さくしてゆく
ことを特徴とする超音波接合方法。 An ultrasonic bonding method for bonding by applying ultrasonic vibration to both electrodes while pressing the electrode of the chip component adsorbed and held by the adsorption member against the electrode of the work,
An ultrasonic bonding method characterized by reducing the amplitude of ultrasonic vibration at a bonding portion of both electrodes after a predetermined time has elapsed among predetermined bonding times set in accordance with the type of the chip component.

請求項１に記載の超音波接合方法において、
前記超音波振動の振幅の変化は、接合時間のうち所定時間経過後に時間に比例して小さくしてゆく
ことを特徴とする超音波接合方法。 The ultrasonic bonding method according to claim 1,
The change in the amplitude of the ultrasonic vibration is reduced in proportion to the time after a predetermined time elapses in the bonding time.

請求項１に記載の超音波接合方法において、
前記超音波振動の振幅の変化は、接合時間のうち所定時間経過後に経過時間に応じて段階的に小さくしてゆく
ことを特徴とする超音波接合方法。 The ultrasonic bonding method according to claim 1,
The change in the amplitude of the ultrasonic vibration is gradually reduced according to the elapsed time after a predetermined time has elapsed in the bonding time.

請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の超音波接合方法において、
さらに、接合時間のうち、電極の接合開始から所定時間経過するまでは、時間の経過に比例して超音波振動の振幅を大きくしてゆく
ことを特徴とする超音波接合方法。 In the ultrasonic bonding method according to any one of claims 1 to 3,
Furthermore, the ultrasonic bonding method is characterized in that the amplitude of ultrasonic vibration is increased in proportion to the elapse of time until a predetermined time elapses from the start of electrode bonding in the bonding time.

請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の超音波接合方法において、
接合時間の経過にともなって、前記超音波振動を発生させる所定周波数帯域内で周波数を調整する
ことを特徴とする超音波接合方法。 In the ultrasonic joining method according to any one of claims 1 to 4,
A frequency is adjusted within a predetermined frequency band for generating the ultrasonic vibration as the bonding time elapses.

請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の超音波接合方法において、
前記ワークと前記チップ部品の両電極の接合部位に超音波振動が付与される最中に、当該接合部位を加熱する
ことを特徴とする超音波接合方法。 In the ultrasonic bonding method according to any one of claims 1 to 5,
An ultrasonic bonding method comprising heating the bonding portion while ultrasonic vibration is applied to the bonding portion between both electrodes of the workpiece and the chip component.

チップ部品の電極とワークの電極を押圧しながら、両電極に超音波振動を付与して接合する超音波接合装置において、
前記チップ部品を保持する第１保持手段と、
前記第１保持手段を支持する支持手段と、
前記第１保持手段に超音波振動を付与する超音波振動付与手段と、
前記ワークを保持する第２保持手段と、
前記第１保持手段を支持した支持手段と前記第２保持手段の少なくともいずれか一方を昇降させる昇降駆動機構と、
前記超音波振動付与手段から第１保持手段に超音波が付与されたときに、前記チップ部品とワークの両電極の接合部位における超音波振動の振幅が、チップ部品の種類に応じて予め設定された接合時間のうち、所定時間経過後に小さくなってゆくように制御する振幅制御手段と、
を備えたことを特徴とする超音波接合装置。 In the ultrasonic bonding apparatus that applies ultrasonic vibration to both electrodes and bonds them while pressing the electrode of the chip component and the electrode of the workpiece,
First holding means for holding the chip component;
Support means for supporting the first holding means;
Ultrasonic vibration applying means for applying ultrasonic vibration to the first holding means;
Second holding means for holding the workpiece;
An elevating drive mechanism for elevating and lowering at least one of the supporting means supporting the first holding means and the second holding means;
When an ultrasonic wave is applied from the ultrasonic vibration applying unit to the first holding unit, the amplitude of the ultrasonic vibration at the joint portion between the electrode of the chip component and the workpiece is preset according to the type of the chip component. Amplitude control means for controlling so as to decrease after a predetermined time has elapsed,
An ultrasonic bonding apparatus comprising:

請求項７に記載の超音波接合装置において、
前記振幅制御手段は、さらに、接合時間のうち、電極の接合開始から所定時間経過するまでは、時間の経過に比例して超音波振動の振幅を大きくしてゆくように制御する
ことを特徴とする超音波接合装置。 The ultrasonic bonding apparatus according to claim 7,
The amplitude control means further controls to increase the amplitude of the ultrasonic vibration in proportion to the elapse of time until a predetermined time elapses from the start of electrode joining in the joining time. Ultrasonic bonding device.

請求項７または請求項８に記載の超音波接合装置において、
さらに、接合時間の経過にともなって、前記超音波振動を発生させる所定周波数帯域内で周波数を調整する周波数調整手段を備えた
ことを特徴とする超音波接合装置。 The ultrasonic bonding apparatus according to claim 7 or 8,
The ultrasonic bonding apparatus further comprises frequency adjusting means for adjusting a frequency within a predetermined frequency band for generating the ultrasonic vibration as the bonding time elapses.

請求項７ないし請求項９のいずれかに記載の超音波接合装置において、
さらに、前記ワークと前記チップ部品の両電極の接合部位を加熱する加熱手段を備えた
ことを特徴とする超音波接合装置。

The ultrasonic bonding apparatus according to any one of claims 7 to 9,
Furthermore, the ultrasonic joining apparatus characterized by the above-mentioned. The heating means which heats the junction part of both the electrode of the said workpiece | work and the said chip component.