JP3687638B2 - 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
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Description
【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、超音波接合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圧着部により押圧しながら超音波振動を与え、接合面を微小に振動させて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ホーンを有しており、このホーンに設けられた圧着部により電子部品に荷重と振動を加えながら、電子部品を被接合面にボンディングするようになっている。
【0003】
圧着部は、一般にホーンの中で最も振幅の大きい振動の腹に相当する部位に設けられる。そしてこの圧着部にホーンを介して伝達される振動によって電子部品が接合されるようになっている。また接合効果を上げるためにボンディングツールにはヒータが設けられ、これにより圧着部を加熱するようになっていたが、従来、ヒータは振動の節に相当する部位に設けられていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ホーンの振動の節に相当する部位は、超音波振動にともなう応力やひずみが大きく、したがってヒータにも大きな応力が発生し、ヒータを破損しやすく、ヒータの寿命も短くなるという問題点があった。
【0005】
そこで本発明は、ボンディングツールの圧着部を加熱するヒータなどの加熱部に生じる応力を極力小さく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。
【0006】
【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接合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、このホーンに対して振動を付与する振動子と、ホーンの振動の腹に設けられて電子部品を圧着する圧着部とを有し、前記ホーンの振動の腹に相当する部位に前記ホーン及び前記圧着部を加熱するためのヒータを設けた。
【0007】
請求項2記載の電子部品の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、ホーンの振動の腹に設けられて電子部品を圧着する圧着部とを有し、前記腹に相当する部位に前記ホーン及び前記圧着部を加熱するためのヒータを設けた。
【0008】
本発明によれば、ホーン及び圧着部を加熱するヒータは、ホーンの振動の腹に相当する部位に設けているので、ボンディングツールを加熱するヒータに生じる応力を極力小さくでき、ヒータの寿命も長くなる。また圧着部とヒータは振動の腹に設けられているので、ヒータにより圧着子を熱効率よく加熱できる。
【0009】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1における電子部品のボンディング装置の正面図、図2は本発明の実施の形態1における電子部品のボンディングツールの正面図、図3は本発明の実施の形態1における電子部品のボンディングツールの平面図、図4は本発明の実施の形態1における電子部品のボンディングツールの上下反転部分斜視図、図5は本発明の実施の形態1における電子部品のボンディングツールの部分断面図、図6は本発明の実施の形態1における電子部品のボンディングツールの部分平面図である。
【0010】
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にはボンディングツールの押圧手段としてのシリンダ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。
【0011】
図1において、電子部品のボンディング対象物としての基板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。基板46の上面が電子部品の被接合面となる。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46を相対的に移動させる位置決め手段となっている。
【0012】
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。
【0013】
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。49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の制御すなわち基板46の位置決めを行う。また主制御部49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49には、荷重制御部54や吸引装置56a、56b等が接続されている。
【0014】
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49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56aは主制御部49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49に接続されており、主制御部49からの指令に従って振動子17が超音波振動子駆動部55によって駆動されることにより、ボンディングツール14には超音波振動が付与される。このとき、ボンディングツール14の振動は共振状態となっており、振動子17に印加される電圧と電流の位相差はほぼゼロとなっている。
【0015】
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にはボンディングツール14の取付体としてのブロック13が装着され、ブロック13の下部にはボンディングツール14が固定されている。パッド19aはホーン15に穿孔された第1の吸引孔16aの開孔端に当接しており(図2も参照)、第1の吸引装置56aに接続されている。
【0016】
以下、図2〜図4を参照してボンディングツール14について説明する。図2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は金属材料(例えばステンレス、アルミニウム、チタン等)等から成る棒状体であり、ホーン15の1方の側端部には超音波振動器から成る振動子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の長手方向に沿った方向に縦振動が付与される。
【0017】
ホーン15の両側面には細片状の連結部20が突設されており、連結部20の先端部にはブロック形の取付部21が形成されている。連結部20は弾性的な屈曲自在部となっている。また取付部21にはねじなどの止具24を挿入する挿入孔22と、スリット23が上下に貫通して形成されている。止具24を挿入孔22に挿入し、ブロック13の脚部13aに螺着することにより、ホーン15はブロック13に両持ち支持状態で保持・固定される。また止具24と挿脱することにより、ボンディングツール14はブロック13に着脱自在に装着される。ホーン15の中央部下面には、圧着部30が着脱自在に装着されている。取付部21は、圧着部30を中心に対称に、ホーン15の左右両側面に合計4個設けられている。
【0018】
図3、図4において、圧着部30は、板状の台部31に箱形の突出部32を突設して成っている。突出部32の下面には凹部33が形成されており、その中央に電子部品40の吸着孔34が形成されている。吸着孔34を包囲するように、枠形の閉ループ状の周壁となる突部35が突出部32の縁部に突設されており、また凹部33のバンプ(後述)に相当する位置にはリブ36がスポット的に複数個突設されている。
【0019】
ホーン15の中央部下面には台部31を嵌め込む凹部37が浅く形成されており、且つ凹部37の表面には溝状の通気部38が枠形の閉ループ状に形成されている。また凹部37の中央には吸着孔34に連接する第1の吸引孔16aが形成されている。
【0020】
図2において、第1の吸引装置56aを駆動することにより、電子部品40は圧着部30の下面に真空吸着される。パッド19a、第1の吸引孔16a、吸着孔34はその真空吸引路となっている。図4に示すように、その状態で、電子部品40のバンプ41に対応する位置には、突出部32の周囲に壁状に突設された突部35とリブ36が位置しており、したがってバンプ41を突部35とリブ36により背後からバックアップして、バンプ41をしっかり基板46に押し付けることができる。
【0021】
振動子17が駆動すると、ホーン15はブロック13への取付位置(止具24による取付部21の固着位置)を節とし、その中央部(圧着部30の取付位置)を腹とする定在波振動をする。図2において、Wはこの振動波を示している。ホーン15の振動波Wの腹に相当する部位に加熱部としての円筒状のヒータ50が設けられている。
【0022】
図4おいて、ホーン15に穿孔された第2の吸引孔16bは通気部38に連通している。図2に示すように、第2の吸引孔16bの開孔端にはパッド19bが接続されており、パッド19bは第2の吸引装置56b(図1)に接続されている。したがって第2の吸引装置56bが駆動することにより、その真空吸引圧により台部31は通気部38に真空吸着され(図5も参照)、これにより圧着部30はホーン15の下面に保持される。また第2の吸引装置56bによる真空吸引状態を解除すれば、圧着部30はホーン15から取りはずされる。すなわち第2の吸引装置56bは、圧着部30をホーン15に着脱自在に保持する保持手段となっている。勿論、電子部品40や圧着部30を吸引する吸引手段は任意に設計できるものであって、吸引装置を1つとし、吸引路にバルブを設けるなどして電子部品40の吸引路と圧着部30の吸引路の開閉を切替えることにより、電子部品40や圧着部30を選択的あるいは同時に真空吸着して保持するようにしてもよい。
【0023】
この電子部品のボンディング装置は、圧着部30の下面に電子部品40を真空吸着して保持し、バンプ41を基板46の電極に接地させてホーン15を超音波振動させることにより、電子部品40に荷重と振動を与えてバンプ41を電極にボンディング(接合)する。このとき、ボンディング効果を高めるために、ヒータ50によりホーン15を加熱するが、ヒータ50は振動波Wの腹に相当する部位に設けられているので、ヒータ50には大きな応力を生じない。また圧着部30とヒータ50は振動の腹に互いに近接して設けられているので、ヒータ50により圧着部30を熱効率よく加熱できる。また電子部品40のバンプ41の直上には突部35やリブ36が形成されているので、バンプ41は突部35やリブ36により基板46にしっかり押し付けられる。
【0024】
また図6において、振動子17の駆動によりホーン15はその長手方向aに振動し、またこれと直交方向bにも若干振動する。ここで長手方向aの振動は、突片20が同方向a’へ屈曲することにより許容し、直交方向bの振動は取付部21が破線に示すように矢印b’方向へ弾性変形することにより許容される。この取付部21の矢印b’方向への弾性変形は、スリット23を形成したこと及び取付部21自体の弾性により許容される。このように、連結部20や取付部21が矢印a’方向や矢印b’方向へ弾性変形することにより、ホーン15の矢印a方向や矢印b方向への振動は許容され、ホーン15は十分に振動することができる。したがって、連結部20はホーン15の長手方向aへの振動許容部となっており、またスリット23は直交方向bへの振動許容部となっている。
【0025】
また圧着部30を長期間使用すると、その下面は次第に摩耗する。この場合、圧着部30をホーン15から取りはずし、その下面を研磨することにより下面の平面出しを行うが、圧着部30の下面はその全面が面一な平面ではなく、突部35やリブ36がスポット的に突設された構造であるので、突部35やリブ36が面一となるようにこれらの下面を研磨すればよく、この平面出しのための研磨は容易に行うことができる。
【0026】
(実施の形態2)
図7は本発明の実施の形態2における電子部品のボンディングツールの部分斜視図、図8は本発明の実施の形態2における電子部品のボンディングツールの平面図である。
【0027】
本実施の形態2では、実施の形態1のヒータ50に替えて、シート状のヒータ60が弾性と耐熱性を有する接着剤61によりホーン15の表面に貼着されている。本実施の形態では、ヒータ60はホーン15の前面と背面に貼着されている。なお、背面のヒータ60は図示されていない。
【0028】
ホーン15の側面から突出する細片状の第1の連結部70の先端部に細片状の第2の連結部71が突設されている。第1の連結部70と第2の連結部71は平面視してT字形であり、第2の連結部71の先端部に取付部73が形成されている。第1の連結部70と第2の連結部71は弾性を有する屈曲自在部である。取付部73には止具24の挿入孔74が形成されている。ヒータ60と取付部73の取付構造以外の構成は実施の形態1と同じである。
【0029】
ヒータ60は弾性を有する接着剤61によりホーン15に貼着されているので、ホーン15の振動を阻害せず、したがってホーン15は十分に振動される。またホーン15の長手方向aへの振動は第1の連結部70が同方向a’へ屈曲することにより吸収し、ホーン15の直交方向bへの振動は第2の連結部71が図8において破線で示すように屈曲することにより吸収する。すなわち、第1の連結部70はホーン15の長手方向aへの振動許容部となっており、第2の連結部71は直交方向への振動許容部となっている。上記各実施の形態から明らかなように、ホーン15の振動許容部は様々な形態が可能である。
【0030】
【発明の効果】
本発明は、ホーン及び圧着部を加熱するヒータは、ホーンの振動の腹に相当する部位に設けているので、ヒータに生じる応力は小さく、したがって振動によってヒータが受けるダメージも小さく、ヒータの寿命は長くなる。また圧着部とヒータは振動の腹に設けられているので、ヒータにより圧着部を熱効率よく加熱できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1における電子部品のボンディング装置の正面図
【図2】本発明の実施の形態1における電子部品のボンディングツールの正面図
【図3】本発明の実施の形態1における電子部品のボンディングツールの平面図
【図4】本発明の実施の形態1における電子部品のボンディングツールの上下反転部分斜視図
【図5】本発明の実施の形態1における電子部品のボンディングツールの部分断面図
【図6】本発明の実施の形態1における電子部品のボンディングツールの部分平面図
【図7】本発明の実施の形態2における電子部品のボンディングツールの部分斜視図
【図8】本発明の実施の形態2における電子部品のボンディングツールの平面図
【符号の説明】
14 ボンディングツール
15 ホーン
16a 第1の吸引孔
16b 第2の吸引孔
17 振動子
30 圧着部
34 吸着孔
35 突部
36 リブ
38 通気部
40 電子部品
41 バンプ
46 基板
50 ヒータ(加熱部)
56a 第1の吸引装置
56b 第2の吸引装置
Claims (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接合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、ホーンの振動の腹に設けられて電子部品を圧着する圧着部とを有し、前記ホーンの振動の腹に相当する部位に前記ホーン及び前記圧着部を加熱するためのヒータを設けたことを特徴とする電子部品のボンディング装置。
- 横長のホーンと、このホーンに振動を付与する振動子と、ホーンの振動の腹に設けられて電子部品を圧着する圧着部とを有し、前記腹に相当する部位に前記ホーン及び前記圧着部を加熱するためのヒータを設けたことを特徴とする電子部品のボンディングツール。
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