JP3525892B2 - 電子部品のボンディング装置およびボンディングツール - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バンプ付き電子部
品などの電子部品を基板の電極などの被接合面にボンデ
ィングする電子部品のボンディング装置およびボンディ
ングツールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子部品を基板の電極などの被接合面に
ボンディングする方法として、超音波圧接を用いる方法
が知られている。この方法は、電子部品を被接合面に対
して押圧しながら電子部品に超音波振動を与え、接合面
を微小に振動させて摩擦を生じさせることにより接合面
を密着させるものである。この方法に用いられるボンデ
ィングツールは、振動発生源である超音波振動子の振動
を電子部品に伝達させる細長形状の棒体であるホーンを
有しており、このホーンに備えられた接合作用部によっ
て電子部品に荷重と振動を作用させながら、電子部品を
被接合面に圧着してボンディングするようになってい
る。

【０００３】この接合作用部にはボンディング時の負荷
（荷重と振動）が作用するため、繰り返し使用によって
電子部品との当接面が摩耗しやすい。このため、接合作
用部をホーンに対して着脱自在に構成し、摩耗によって
部品が損耗した場合には接合作用部のみを交換すること
が行われる。この接合作用部は、一般に耐摩耗性の観点
やホーンへの強固な締結を実現する目的で、超硬合金な
ど硬度が高く靭性に優れた材質を用いることが望まし
い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで電子部品の種
類によっては、電子部品に当接する接合作用部の当接面
の性状によって接合品質が左右される場合がある。例え
ば平滑でない表面を有する電子部品の場合に、前述のよ
うな高硬度材質の接合作用部を用いると、当接面に滑り
が生じて振動伝達が良好に行われないという難点があ
る。またこの難点を解消する目的で、交換式の接合作用
部の材質として電子部品との当接面に滑りを生じにくい
軟質の材料を用いると、ホーンへの装着部の接触面が締
結荷重によって変形し、強固な締結が妨げられて振動伝
達特性の再現性が確保できなくなる。

【０００５】このように、従来のボンディング装置に用
いられるボンディングツールには、交換式の接合作用部
の材質設定に起因して、ホーンから接合作用部への振動
伝達特性の再現性や接合作用部から電子部品への振動伝
達が確保されず、接合品質が安定しないという問題点が
あった。

【０００６】そこで本発明は、低コストで安定した振動
伝達を確保して安定した品質のボンディングを行うこと
ができる電子部品のボンディング装置およびボンディン
グツール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】請求項１記載の電子部品
のボンディング装置は、電子部品に荷重と振動を作用さ
せながらこの電子部品を被接合面に圧着する電子部品の
ボンディング装置であって、前記電子部品に当接するボ
ンディングツールと、このボンディングツールを前記電
子部品に押圧する押圧手段とを備え、前記ボンディング
ツールは、横長のホーンと、このホーンに振動を付与す
る振動子と、前記ホーンの定在波振動の腹に相当する位
置に着脱自在に締結され前記電子部品に荷重と振動を作
用させる接合作用部とを有し、この接合作用部は、硬質
材料より成り前記ホーンに締結される本体部と、前記硬
質材料より軟質の金属材料より成り前記本体部から下方
に延出して電子部品に当接する当接部とで構成される。

【０００８】請求項２記載の電子部品のボンディングツ
ールは、電子部品に荷重と振動を作用させながらこの電
子部品を被接合面に圧着するボンディングツールであっ
て、横長のホーンと、このホーンに振動を付与する振動
子と、前記ホーンの定在波振動の腹に相当する位置に着
脱自在に締結され前記電子部品に荷重と振動を作用させ
る接合作用部とを有し、この接合作用部は、硬質材料よ
り成り前記ホーンに締結される本体部と、前記硬質材料
より軟質の金属材料より成り前記本体部から下方に延出
して電子部品に当接する当接部とで構成される。

【０００９】本発明によれば、ホーンに着脱自在に締結
される接合作用部を、硬質材料より成りホーンに締結さ
れる本体部と、この硬質材料より軟質の金属材料より成
り本体部から下方に延出して電子部品に当接する当接部
とで構成することにより、ホーンから接合作用部への振
動伝達特性を保つとともに、電子部品との当接面の良好
な振動伝達を確保することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の電子
部品のボンディング装置の正面図、図２は本発明の一実
施の形態の電子部品のボンディングツールの上下反転斜
視図、図３は本発明の一実施の形態の電子部品のボンデ
ィングツールの正面図、図４、図５は本発明の一実施の
形態の電子部品のボンディングツールの部分断面図であ
る。

【００１１】まず、図１を参照して電子部品のボンディ
ング装置の全体構造を説明する。１は支持フレームであ
って、その前面には第１昇降板２と第２昇降板３が昇降
自在に設けられている。第１昇降板２にはシリンダ４が
装着されており、そのロッド５は第２昇降板３に結合さ
れている。第２昇降板３にはボンディングヘッド１０が
装着されている。支持フレーム１の上面にはＺ軸モータ
６が設けられている。Ｚ軸モータ６は垂直な送りねじ７
を回転させる。送りねじ７は第１昇降板２の背面に設け
られたナット８に螺合している。したがってＺ軸モータ
６が駆動して送りねじ７が回転すると、ナット８は送り
ねじ７に沿って上下動し、第１昇降板２や第２昇降板３
も上下動する。

【００１２】図１において、上面が電子部品の被接合面
である基板４６は基板ホルダ４７上に載せられており、
基板ホルダ４７はテーブル４８上に載せられている。テ
ーブル４８は可動テーブルであって、基板４６をＸ方向
やＹ方向へ水平移動させ、基板４６を所定の位置に位置
決めする。テーブル４８は電子部品４０に対して基板４
６を相対的に移動させる位置決め手段となっている。

【００１３】４２はカメラであって、一軸テーブル４３
に装着されている。４４はカメラ４２から前方へ延出す
る鏡筒である。カメラ４２を一軸テーブル４３に沿って
前進させ、鎖線で示すように鏡筒４４の先端部をボンデ
ィングツール１４の下面に吸着して保持された接合物と
してのバンプ付きの電子部品４０と基板４６の間に位置
させ、その状態で電子部品４０と基板４６の位置をカメ
ラ４２で観察する。

【００１４】５３は認識部であり、カメラ４２で撮像さ
れた電子部品４０や基板４６の画像を認識してこれらの
位置を検出する。５０は主制御部であり、モータ駆動部
５１を介してＺ軸モータ６すなわちボンディングヘッド
１０の昇降動作を制御し、テーブル制御部５２を介して
テーブル４８すなわち基板４６の位置決めを行う。また
主制御部５０は、認識部５３によって検出された電子部
品４０と基板４６の位置より、水平面内における両者の
位置ずれを演算し、この位置ずれを補正するようにテー
ブル４８を駆動する。さらに主制御部５０には、荷重制
御部５４と吸引装置５６が接続されている。

【００１５】押圧手段としてのシリンダ４は荷重制御部
５４を介して主制御部５０に接続されており、シリンダ
４のロッド５の突出力すなわちボンディングツール１４
で電子部品４０のバンプを基板４６に押し付ける押圧荷
重が制御される。吸引装置５６は主制御部５０からの指
令によってボンディングツール１４による電子部品４０
の吸引・吸引解除を行う。振動子１７は、超音波振動子
駆動部５５を介して主制御部５０に接続されており、主
制御部５０からの指令に従って超音波振動を行う。

【００１６】ボンディングヘッド１０の本体１１の下端
部にはホルダ１２が結合されている。ホルダ１２にはブ
ロック１３が装着され、ブロック１３にはボンディング
ツール１４が固定されている。ブロック１３の側部の突
部１３ａは吸引装置５６に接続されている。以下、図
２、図３を参照してボンディングツール１４について説
明する。

【００１７】図２および図３に示すように、ボンディン
グツール１４は横長のホーン１５を主体としている。ホ
ーン１５は細長形状の棒状体であり、平面視してその両
側部からセンターへ向って次第に幅狭となるテーパ面１
５ａを有している。ホーン１５のセンターには接合作用
部３０（圧着子）が下方へ突出して着脱自在に装着され
ている。図１において、ブロック１３の側面に設けられ
た突部１３ａには吸着パッド１９が装着されている。

【００１８】ホーン１５には接合作用部３０の吸着孔３
２に連通する真空吸引孔１６ａ，１６ｂが形成されてお
り、吸着パッド１９はホーン１５の上面の真空吸引孔１
６ｂに嵌合している。したがって吸着パッド１９に接続
された吸引装置５６（図１）を駆動してエアを吸引する
ことにより、接合作用部３０に開口した吸着孔３２（図
５）から真空吸引し、この接合作用部３０の下面にバン
プ付きの電子部品４０を真空吸着して保持することがで
きる。

【００１９】接合作用部３０は後述するように本体部３
０ａおよび本体部３０ａから下方に突出した当接部３０
ｂとで構成されており、振動と押圧手段（シリンダ４）
の押圧荷重を電子部品４０に作用させる。接合作用部３
０は電子部品４０を吸着して保持するとともに、ボンデ
ィング時には当接部３０ｂが電子部品４０の上面に当接
して電子部品４０を基板４６に対して押圧する。

【００２０】接合作用部３０から等距離隔てられた４ヶ
所には、リブ１５ｃがホーン１５と一体的に設けられて
いる。ブロック１３への取り付けバランスを良くするた
めに、４個のリブ１５ｃはホーン１５のセンターの接合
作用部３０を中心として平面視して対称に突設されてい
る。ボンディングツール１４は、リブ１５ｃに形成され
た貫通孔２０にボルトを螺入することにより、ブロック
１３の下面に着脱自在に装着されている。

【００２１】図２において、ホーン１５の側端部には振
動付与手段である振動子１７が装着されている。振動子
１７を駆動することにより、ホーン１５には縦振動（ホ
ーン１５の長手方向の振動）が付与され、接合作用部３
０は水平方向ａ（ホーン１５の長手方向）に振動する。
図３（ａ），（ｂ）に示すように、ホーン１５の形状は
両端部から中央部に向かって側面のテーパ面１５ａおよ
び上下面のテーパ面１５ｂを経て順次幅および高さが絞
られた形状となっている。

【００２２】これにより、振動子１７より接合作用部３
０に伝達される経路において超音波振動の振幅は増幅さ
れ、接合作用部３０には振動子１７が発振する振幅以上
の振動が伝達され、この振動は当接部３０ｂを介して電
子部品４０に伝達される。この電子部品４０への振動伝
達においては、振動子１７によってホーン１５を介して
伝達される縦振動のみならず、ホーン１５の縦振動によ
って突出形状の接合作用部３０に誘起される曲げ振動が
重畳して伝達される。

【００２３】次に図４、図５を参照して接合作用部３０
の構成および接合作用部３０のホーン１５への装着につ
いて説明する。図４、図５に示すように、接合作用部３
０は、ホーン１５に装着される本体部３０ａおよび本体
部３０ａから下方に延出して電子部品４０の上面に当接
する当接部３０ｂより成る。本体部３０ａは、ホーン１
５との強固な締結を可能とするため高い硬度を有し靱性
に優れた硬質材料である超硬合金で製作される。

【００２４】これに対し、当接部３０ｂの材質の選定に
際してはボンディング対象の電子部品４０との適合性が
考慮される。本実施の形態に示す例では、ＳＡＷフィル
タなど振動伝達時に滑りを生じやすい電子部品を対象と
することから、本体部３０ａに用いられる超硬合金と比
較して軟質の金属材料であるステンレス鋼などの材質が
選定される。当接部３０ｂには、吸着孔３２が当接部３
０ｂの下面の当接面３１に開孔して設けられている。

【００２５】図４に示すように、ホーン１５の中心部に
は上下方向に貫通する貫通孔１５ｈが設けられている。
この貫通孔１５ｈは、ホーン１５に振動子１７により誘
起される定在波振動の腹に相当する位置にホーン１５の
長さ方向に直交して設けられており、貫通孔１５ｈの上
部および下部にはそれぞれ内テーパ部１５ｇ、１５ｅが
設けられている。

【００２６】本体部３０ａの上面には内ねじ部３０ｃが
設けられ、内ねじ部３０ｃの外周面は内テーパ部１５ｅ
に対応した外テーパ部３０ｄとなっている。嵌合部材３
４は内テーパ部１５ｄに嵌合する外テーパ部３４ａを有
しており、嵌合部材３４の内孔３４ｂには外ねじ部材３
３が挿通する。外ねじ部材３３の下部には本体部３０ａ
の内ねじ部３０ｃと螺合する外ねじ部３３ａが設けられ
ており、外ねじ部材３３の内部には中間部の側面に開口
し下端部まで連通する吸引孔３３ｂが形成されている。

【００２７】接合作用部３０の締結時には、図５に示す
ように本体部３０ａの外テーパ部３０ｄを内テーパ部１
５ｅに、嵌合部材３４の外テーパ部３４ａを内テーパ部
１５ｇにそれぞれ嵌合させた状態で、外ねじ部材３３を
嵌合部材３４の内孔３４ｂに挿通させ、外ねじ部３３ａ
を本体部３０ａの内ねじ部３０ｃと螺合させて締め付け
る。これにより本体部３０ａの外テーパ部３０ｄは、外
ねじ部材３３によってホーン１５のテーパ部１５ｅに押
しつけられ固定締結される。

【００２８】この外ねじ部材３３による締結において、
嵌合部材３４の外テーパ部３４ａは内テーパ部１５ｇに
押しつけられた状態で締結される。したがって、外ねじ
部３３ａおよび内ねじ部３０ｃは接合作用部３０と嵌合
部材３４とを結合する締結手段となっている。

【００２９】接合作用部３０および嵌合部材３４をホー
ン１５に締結した状態では、貫通孔１５ｈの下部は接合
作用部３０の本体部３０ａによって、また上部は嵌合部
材３４および外ねじ部材３３によってそれぞれ密封さ
れ、貫通孔１５ｈの内部には上下を密封された内部空間
１５ｉが形成される。内部空間１５ｉには吸引孔１６ａ
が開口しており、吸引孔１６ａから真空吸引することに
より、内部空間１５ｉが真空吸引される。また外ねじ部
材３３が本体部３０ａの内ねじ部３０ｃに螺合した状態
では、吸引孔３３ｂが接合作用部３０の当接面３１に開
口した吸着孔３２と連通し、吸着孔３２は吸引孔３３ｂ
を介して内部空間１５ｉと連通する。すなわちこの締結
状態においてホーン１５に設けられた真空吸引孔１６ａ
は、内部空間１５ｉを介して吸着孔３２と連通する。

【００３０】上記のような構成を採用することにより、
接合作用部３０を着脱自在に交換可能なボンディングツ
ールにおいて、接合作用部３０の装着時の振動伝達特性
を常に良好に確保することができる。すなわち、本実施
の形態に示すボンディングツールでは、ホーン１５に締
結される本体部３０ａの材質として強固な締結が可能な
超硬合金などの硬質材料を用いるようにしていることか
ら、接合作用部３０は十分な面圧でホーン１５に締結さ
れる。

【００３１】これにより、ボンディング対象の電子部品
の種類に応じて接合作用部３０の当接部３０ｂの材質を
軟質の金属材料とした場合にあっても、接合作用部３０
全体を軟質の金属材料で製作する場合に生じる締結力不
足が発生せず、常に良好な振動伝達特性を再現すること
ができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、ホーンに着脱自在に締
結される接合作用部を、硬質材料より成りホーンに締結
される本体部と、この硬質材料より軟質の金属材料より
成り本体部から下方に延出して電子部品に当接する当接
部とで構成したので、ホーンから接合作用部への振動伝
達特性を保つとともに、電子部品との当接面の良好な振
動伝達を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディン
グ装置の正面図

【図２】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディン
グツールの上下反転斜視図

【図３】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディン
グツールの正面図

【図４】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディン
グツールの部分断面図

【図５】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディン
グツールの部分断面図

【符号の説明】

１４ ボンディングツール １５ ホーン １５ｈ 貫通孔 １６ａ、１６ｂ 真空吸引孔 １７ 振動子 ３０ 接合作用部 ３０ａ 本体部 ３０ｂ 当接部 ３２ 吸着孔 ４０ 電子部品 ４６ 基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡崎 誠 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平11−74315（ＪＰ，Ａ) 特開2000−91385（ＪＰ，Ａ) 特開2000−315708（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/60 311

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子部品に荷重と振動を作用させながらこ
   の電子部品を被接合面に圧着する電子部品のボンディン
   グ装置であって、前記電子部品に当接するボンディング
   ツールと、このボンディングツールを前記電子部品に押
   圧する押圧手段とを備え、前記ボンディングツールは、
   横長のホーンと、このホーンに振動を付与する振動子
   と、前記ホーンの定在波振動の腹に相当する位置に着脱
   自在に締結され前記電子部品に荷重と振動を作用させる
   接合作用部とを有し、この接合作用部は、硬質材料より
   成り前記ホーンに締結される本体部と、前記硬質材料よ
   り軟質の金属材料より成り前記本体部から下方に延出し
   て電子部品に当接する当接部とで構成されることを特徴
   とする電子部品のボンディング装置。
2. 【請求項２】電子部品に荷重と振動を作用させながらこ
   の電子部品を被接合面に圧着するボンディングツールで
   あって、横長のホーンと、このホーンに振動を付与する
   振動子と、前記ホーンの定在波振動の腹に相当する位置
   に着脱自在に締結され前記電子部品に荷重と振動を作用
   させる接合作用部とを有し、この接合作用部は、硬質材
   料より成り前記ホーンに締結される本体部と、前記硬質
   材料より軟質の金属材料より成り前記本体部から下方に
   延出して電子部品に当接する当接部とで構成されること
   を特徴とする電子部品のボンディングツール。