JP4282214B2 - 超音波ホーンの取付方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波接合により半導体集積回路チップの電極パッドに電気接続用のバンプを形成するバンプボンディング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ベアチップタイプの半導体集積回路チップ（ＩＣチップ）の基板への実装技術の一つとして、フリップチップ法が知られている。このフリップチップ法は、ＩＣチップの電極パッドに電気接続用のバンプを形成し、このバンプと基板上に形成された配線電極とをリード線を介さずに直接接合するものである。また、このフリップチップ法におけるバンプ形成技術としては、通常のワイヤボンディング技術を応用し、超音波接合によりＩＣチップの電極パッドにバンプを形成するスタッドバンプボンディング技術が知られている。
【０００３】
図２３は、従来のスタッドバンプボンディング技術によるバンプボンディング装置を示している。このバンプボンディング装置は、超音波振動を発生する振動発生源１、この振動発生源１に基端側が連結された超音波ホーン２、この超音波ホーン２の先端に保持されたキャピラリ３、クランパ４、及び超音波ホーン２とクランパ４とが固定されたボンディングアーム５を備えている。上記キャピラリ３には、クランパ４を介してボンディングワイヤ６が挿通されている。上記ボンディングアーム５は、図示しない駆動機構により、ＸＹ方向の移動と矢印Ａで示す方向の回転が可能である。このボンディングアーム５の移動及び回転により、キャピラリ３はＸＹ方向及び図において上下方向に移動可能である。一方、バンプを形成する対象であるＩＣチップ８は、ヒータ９ａを内蔵したヒートステージ９上に載置される。
【０００４】
このバンプボンディング装置の動作を説明すると、図２４（Ａ）に示すように、上記キャピラリ３から突出するボンディングワイヤ６の先端が放電用トーチ１０との間で発生するスパーク電流により溶融し、ボール１１が形成される。次に、このボール１１（キャピラリ３の先端）がＩＣチップ８の電極８ａに対して所定の加圧力で押圧される。上記振動発生源１の発生する超音波振動は、超音波ホーン２の基端側から先端側へ縦波として伝達され、キャピラリ３を経てボール１１に印加される。その結果、図２４（Ｂ）に示すように、ボール１１が電極８ａに接合される。その後、ボンディングワイヤ６を把持したクランパ４が上昇し、図２４（Ｃ）に示すように、ボンディングワイヤ６はボール１１との接合部分付近で断裂する。電極８ａに接合されたボール１１と、ボール１１側に残ったボンディングワイヤ６とによりバンプ１３が形成される。
【０００５】
次に、上記超音波ホーン２のボンディングアーム５への取付構造について説明する。図２５（Ａ），（Ｂ）に示すように、超音波ホーン２にはフランジ１５が一体形成されている。このフランジ１５は、超音波ホーン２の軸線Ｌの方向（長手方向）における上記縦波の節に対応する位置Ｐにおいて超音波ホーン２の全周から軸線Ｌに対して垂直に延びる円環状部１５ａと、この円環状部１５ａの外周縁から軸線Ｌに対して平行に基端側へ向けて延びる筒状部１５ｂとを備えている。そのため、図２６に示すように、超音波ホーン２の上記軸線Ｌに対して垂直な断面の形状は、超音波ホーン２の周囲をフランジ１５の円環状部１５ａが間隔をあけて取り囲んだ二重構造となっている。なお、上記円環状部１５ａが縦波の節の位置Ｐに形成されているのは、縦波の節の位置Ｐでは軸線Ｌ方向の超音波ホーンの伸縮が最も小さいため、フランジ１５が超音波振動の伝達効率に与える影響を低減できるからである。ボンディングアーム５は、周知の割締め機構を有しており、図示しないねじで上記フランジ１５の筒状部１５ｂの外周を締め付けることにより、超音波ホーン２がボンディングアーム５に対して固定されている。
【０００６】
次に、キャピラリ３の超音波ホーン２への保持構造について説明する。
図２７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、超音波ホーン２の先端側の端面から基端側に向けてスリット１７が形成され、このスリット１７により一対の保持部２ａ，２ｂが形成されている。また、超音波ホーン２の先端側には軸線Ｌに対して直交する方向に円形孔１８が形成され、この円形孔１８により各保持部２ａ，２ｂのスリット１７側の側壁２ｃ，２ｄに軸線Ｌと直交する方向に延びる断面円弧状の保持溝２ｅ，２ｆが形成されている。さらに、超音波ホーン２の先端側には、上記軸線Ｌに対して直交し、かつ、上記スリット１７と交差するねじ孔１９が設けられている。このねじ孔１９に螺合したねじ２０を締め付けることにより保持部２ａ，２ｂを互いに接近させ、保持溝２ｅ，２ｆの溝壁間にキャピラリ３を挟み込んで固定している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来、図２４（Ａ）に示すＩＣチップ８の電極パッド８ａ間のピッチαは１２０μｍ程度であり、電極パッド８ａの面積が１００００μｍ2（１００μｍ×１００μｍの正方形）程度、図２４（Ｃ）に示すバンプ径βが８０μｍ程度に設定されていた。この場合、ボール１１を電極パッド８ａに対して押圧する加圧力を４０ｇ程度、振動発生源１の発生する超音波振動の周波数を６４ｋＨＺ程度に設定すればよい。
【０００８】
しかし、近時、この種のＩＣチップ８では、単位面積当たりの電極数を増加させるために、電極パッド８ａ間のピッチαの一層の縮小が要求されている。ピッチαを縮小するには、電極パッド８ａの面積及びバンプ径βを縮小する必要がある。そのため、ピッチαを縮小した場合に十分な接合強度と良好なバンプ形状を得るには、ボール１１の電極パッド８ａに対する加圧力を低減すると共に、振動発生源１の発生する超音波振動の振幅を小さくし周波数を高くする必要がある。
例えば、電極パッド８ａ間のピッチαを８０μｍ程度まで縮小する場合、電極パッド８ａの面積が４９００μｍ2（７０μｍ×７０μｍの正方形）程度、バンプ径βが５０μｍ程度となり、ボール１１の電極パッド８ａに対する加圧力を１０ｇ程度、超音波振動の周波数を１２０ｋＨＺ以上に設定する必要がある。
【０００９】
しかし、超音波振動の周波数を高く設定した場合、図２５に示す従来の超音波ホーン２の取付構造では、以下の問題が生じる。まず、超音波振動の周波数が高くなり波長が短くなると、超音波振動がフランジ１５へ伝達されることによる損失が大きくなり、キャピラリ３への超音波振動の伝達効率が低下する。また、フランジ１５は円環状部１５ａと筒状部１５ｂを備えるため、フランジ１５の円環状部１５ａと超音波ホーン２との接続部分ａに曲げモーメントが作用している。超音波振動の波長が短くなると、この曲げモーメントに起因するキャピラリ３への振動伝達効率の低下が大きくなる。これらフランジ１５への超音波振動の伝達及びフランジ１５と超音波ホーン２の接続部分に作用する曲げモーメントに起因する振動伝達効率の低下は、いずれも超音波振動の周波数１２０ｋＨＺ以上に設定すると特に顕著となり、適切なキャピラリ３の振動振幅が得られず、ボール１１が電極パッド８ａに接合されない場合もある。
【００１０】
また、上記従来の超音波ホーン２の取付構造では、図２８において、二点鎖線Ｇ１で示すように、割締め用のねじのトルク（超音波ホーン２に作用する拘束力）の変化に起因するインピーダンスの変化が非常に大きい。特に、割締め用のねじのトルクが５kgf・cmを上回ると、インピーダンスが大幅に増加する。
【００１１】
さらにまた、上記従来の超音波ホーン２の取付構造では、縦波の節の位置Ｐに正確にフランジ１５を形成する必要があるため、高い加工精度が要求され、超音波ホーン２の製造コストが高い。
【００１２】
上記図２７に示す従来のキャピラリ３の保持構造では、キャピラリ３の側周部に対して断面円弧状である保持溝２ｅ，２ｆの溝壁が当接するようになっている。しかし、キャピラリ３の側周部と収容溝２ｅ，２ｆの溝壁を完全に密着させることは加工精度上極めて困難であり、実際にはキャピラリ３の周方向の一部にのみ収容溝２ｅ，２ｆの溝壁が接触する。また、このキャピラリ３の側周部と収容溝２ｅ，２ｆの溝壁の接触位置は、キャピラリ３を交換する度に変化し、その結果、キャピラリ３を交換するとキャピラリ３の振動振幅が変化する。すなわち、従来のキャピラリ３の保持構造では、キャピラリ３を交換した際の振動振幅の再現性が低い。この振動振幅の再現性の低下も、超音波振動の周波数１２０ｋＨＺ以上に設定した場合に特に顕著となる。
【００１３】
本発明は、超音波振動を高周波化した場合の従来のバンプボンディング装置における問題を解決することを課題としている。すなわち、本発明は、高周波数の超音波振動を高い伝達効率でキャピラリに伝達することを課題としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、超音波ホーンをボンディングアームに取付ける方法であって、上記超音波ホーンを挿通させる挿通孔と、上記ボンディングアームに固定するための固定部とを備える取付部品を準備すると共に、互いに平行な第１及び第２の面を有するホーン差込部を備え、第１の面から第２の面までの長さが上記超音波ホーンの軸線方向における縦波の節の位置に対応し、かつ、上記ホーン差込部に上記第１の面から第２の面まで貫通するホーン差込孔が形成された治具を準備し、上記超音波ホーンを上記取付部材の挿通孔に挿通させ、上記超音波ホーンの基端側を上記第１の面側から上記治具のホーン差込孔に差込み、上記超音波ホーンの基端側の端面と上記第２の面とを一致させ、上記取付部材の超音波ホーン基端側の端面を上記第１の面に密接させ、取付部材を超音波ホーンに固定し、
超音波ホーンを治具から取り外し、かつ、上記超音波ホーンに固定された取付部材の固定部を、上記ボンディングアームに固定する超音波ホーンの取付方法を提供するものである。
【００１５】
本発明の取付方法では、治具が備えるホーン差込部の第１の面から第２の面までの長さが縦波の節の位置に対応しており、ホーン差込孔に差込んだ超音波ホーンの基端側の端面を第２の端面と一致させる。よって、取付部材の超音波ホーン基端側の端面をホーン差込部の第１の端面と密接させるだけで、取付部材を縦波の節に対応する位置に配置することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、図面に示す実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１から図３に示すように、本発明の第１実施形態に係るバンプボンディング装置は、バンプボンディング前のＩＣチップ（電子部品）８が収納されるローダ２５、ローダ２５から供給されたＩＣチップ８に対してバンプボンディングが実行されるヒートステージ９、ヒートステージ９から搬送されたバンプボンディング済みのＩＣチップ８が収納されるアンローダ２６、及び、ＩＣチップ８をローダ２５からヒートステージ９を経てアンローダ２６に搬送するための搬送機構（図示せず。）を備えている。上記ヒートステージ９はヒータ９ａを内蔵しており、上面にＩＣチップ８が載置される。
【００１７】
上記ヒートステージ９と対向してボンディングヘッド２７が配設されている。このボンディングヘッド２７は、ボンディング作業機構２８、ワイヤ供給機構２９及びカメラユニット３０を備えている。
【００１８】
上記ボンディング作業機構２８は、ＸＹ駆動機構３２により駆動されるＸＹテーブル３３、このＸＹテーブル３３に固定されたベース３４、及びこのベース３４に対して軸３５回りに回転可能に支持されたボンディングアーム３７を備えている。このボンディングアーム３７の一端はリニアモータからなるヘッド駆動機構３８に連結されている。このヘッド駆動機構３８によりボンディングアーム３７の一端が上昇及び降下し、それによって図２において矢印Ａで示すように上記ボンディングアーム３７が上記軸３５回りに回動する。また、上記ボンディングアーム３７には、ホーンホルダ（取付部品）３９によりチタン製の超音波ホーン４０が着脱可能に取付けられている。さらに、ボンディングアーム３７には変位センサ４２が取付けられている。
【００１９】
上記超音波ホーン４０の基端側にはピエゾ素子からなる振動発生源４３が連結されている。この振動発生源４３は、高周波電圧発生器４４から高周波電圧が供給されると超音波振動を発生する。一方、この超音波ホーン４０の先端側には、キャピラリ４５が保持されている。このキャピラリ４５は軸方向に貫通する孔４５ａを備えている（図８参照）。この孔４５ａにはワイヤ供給機構２９から供給される金製のボンディングワイヤ６が挿通され、キャピラリ４５の先端からボンディングワイヤ６の先端が突出するようになっている。また、キャピラリ４５は半径一定の円筒部４５ｂと、先端に向けて半径が漸次減少するテーパ部４５ｃとを備えている。キャピラリ４５は、上記ＸＹテーブル３３が移動することにより、ＸＹ方向に移動し、かつ、上記ヘッド駆動機構３８に駆動されてボンディングアーム３７が回動することにより、図において上下方向に移動する。キャピラリ４５の先端近傍には放電用トーチ４７（図３にのみ図示する。）が配設されている。この放電用トーチ４７にはスパーク発生装置４８が電気的に接続されている。
【００２０】
上記ワイヤ供給機構２９は、ボンディングワイヤ６を巻回状態で蓄えたリール４９（図１に図示する。）、エアを吹き付けることによりボンディングワイヤ６に張力を付与するエアテンショナー５０及びボンディングワイヤ６を把持するためのクランパ５２を備えている。このクランパ５２は、上記ボンディングアーム３７に固定されており、上記超音波ホーン４０と共に移動する。
【００２１】
上記カメラユニット３０は、上記ボンディングアーム３７の上方に配設されている。カメラユニット３０は、認識カメラ３０ａ、鏡筒３０ｂ及びプリズム３０ｃを備え、上記ヒートステージ９のＩＣチップ８を認識カメラ３０ａが撮像できるようになっている。
【００２２】
図２に示す制御装置５３は、このバンプボンディング装置全体の動作を制御するものであり、上記変位センサ４２及び認識カメラ３０ａを含むセンサ類からの入力信号に基づいて、上記ＸＹ駆動機構３２、ヘッド駆動機構３８、ヒータ９ａ、高周波電圧発生器４４及びスパーク発生装置４８を含む装置を制御する。
【００２３】
次に、このバンプボンディング装置の動作を説明する。
まず、認識カメラ３０ａの撮影する画像に基づいてＩＣチップ８をヒートステージ９上で位置決めする。また、上記ＸＹ駆動機構３２及びヘッド駆動機構３８により、キャピラリ４５の先端を電極パッド８ａの上方に移動させる（図２４（Ａ）参照）。次に、スパーク発生装置４８から放電用トーチ４７に高圧電圧を印加し、キャピラリ４５の先端から突出したボンディングワイヤ６の先端と、放電用トーチ４７との間にスパーク電流を発生させる。このスパーク電流によりボンディングワイヤ６の先端が溶融し、ボール１１が形成される（図２４（Ａ）参照）。次に、このボール１１を電極パッド８ａに対して所定の加圧力で押圧した後、高周波電圧発生器４４から振動発生源４３に高周波数（本実施形態では１２０kHZ）の電圧を印加する。振動発生源４３の発生する超音波振動は、超音波ホーン２の基端側から先端側へ縦波として伝達され、キャピラリ４５を経てボール１１に印加され、その結果、ボール１１が電極パッド８ａに接合される（図２４（Ｂ）参照）。その後、ボンディングアーム３７が回動することにより、ボンディングワイヤ６を把持したクランパ５２が上昇する。その結果、ボンディングワイヤ６はボール１１との接合部分付近で断裂し、バンプ１３が形成される（図２４（Ｃ）参照。）。
【００２４】
次に、上記超音波ホーン４０のボンディングアーム３７への取付構造を、図４から図６を参照して説明する。
まず、超音波ホーン４０は、軸線Ｌに対して直交する断面の形状が半径一定の円形である円柱部４０ａを基端側に備えると共に、軸線Ｌに対して直交する断面の形状が先端側に向けて漸次半径が減少する円形であるテーパ部４０ｂとを備えている。従って、超音波ホーン４０は軸線Ｌ方向のほぼ全体について凹凸のない形状となっている。言い換えるならば、キャピラリ４５が保持されるテーパ部４０ｂの先端は、後述するようにスリット４０ｃを挟んで対向する一対の保持部４０ｄ，４０ｅが形成されているが、それ以外の部分では超音波ホーン４０の軸線Ｌに対して直交する断面の輪郭は一つの閉鎖した線のみにより構成されている。
【００２５】
本実施形態のホーンホルダ３９は、基部（固定部）３９ａと、割締め部３９ｂとを備えている。上記基部３９ａは細長い板状であり、その両端部にはホーンホルダ３９をボンディングアーム３７に固定するためのねじ５５Ａ，５５Ｂが螺合するねじ孔３９ｃ，３９ｄが設けられている。一方、割締め部３９ｂは、基部３９ａの中央部分において厚みを増大させることにより形成されている。この割締め部３９ｂの中央には、割締め部３９ｂ及び基部３９ａを貫通する挿通孔３９ｅが設けられている。この挿通孔３９ｅの半径は、超音波ホーン４０の円柱部４０ａの半径よりも大きく設定されている。また、割締め部３９ｂには上記挿通孔３９ｅから割締め部３９ｂの一方の側部まで延びる第１のスリット３９ｆが形成され、このスリット３９ｆを挟んで対向する一対の把持部３９ｇ，３９ｈが形成されている。さらに、図において下側の把持部３９ｈと基部３９ａを分離する第２のスリット３９ｉが形成されている。さらにまた、上記把持部３９ｇ，３９ｈには締付用のねじ５６が螺合するねじ孔３９ｊ，３９ｋがそれぞれ形成されている。
【００２６】
上記挿通孔３９ｅの周壁３９ｌには、断面形状が二等辺三角形状である３個のホーン支持突起（支持突部）３９ｍ，３９ｎ，３９ｐが形成されている。図５に示すように、これら３個の突起３９ｍ〜３９ｐは、挿通孔３９ｅの断面中心に対して１２０度間隔で配置されている。
【００２７】
超音波ホーン４０は円柱部４０ａが挿通孔３９ｅに挿通されており、上記ねじ５６を把持部３９ｇ，３９ｈのねじ孔３９ｊ，３９ｋに螺合することにより挿通孔３９ｅを縮径している。そのため、上記ホーン支持突起３９ｍ〜３９ｐが超音波ホーン４０の円柱部４０ａに接触し、各ホーン支持突起３９ｍ〜３９ｐから超音波ホーン４０に作用する半径方向の拘束力により、ホーンホルダ３９が超音波ホーン４０に対して固定されている。図４に示すように、各ホーン支持突起３９ｍ〜３９ｐは超音波ホーン４０の軸線Ｌ方向の縦波の節に対応する位置Ｐ１で超音波ホーン４０に接触している。また、二等辺三角形状である各ホーン支持突起３９ｍ〜３９ｐの頂点が超音波ホーン４０の円柱部４０ａの側周部に接触している。すなわち、各ホーン支持突起３９ｍ〜３９ｐは超音波ホーン４０に対して周方向の点状に接触している。
【００２８】
図６に示すように、上記ホーンホルダ３９の挿通孔３９ｅに対応して、ボンディングアーム３７に挿通孔３７ａが設けられている。また、ホーンホルダ３９のねじ孔３９ｃ，３９ｄに対応して挿通孔３９ｅの両側にねじ孔３７ｂ，３７ｃが形成されている。超音波ホーン４０に固定されたホーンホルダ３９は、ねじ５５Ａ，５５Ｂをホーンホルダ３９及びボンディングアーム３７のねじ孔３９ｃ，３９ｄ，３７ｂ，３７ｃに螺合することにより、ボンディングアーム３７に固定されている。超音波ホーン４０の基端側は挿通孔３７ａからボンディングアーム３７の内部に突出している。
【００２９】
本実施形態の超音波ホーン４０のボンディングアーム３７への取付構造では、超音波ホーン４０にフランジを設けていないため、フランジの部分に超音波振動が伝達されることに起因する振動伝達効率の低下を防止することができる。また、超音波ホーン４０の軸線Ｌ方向の一部に曲げモーメントが作用することに起因する振動伝達効率の低下を防止することができる。さらに、超音波ホーンの軸線Ｌ方向における超音波振動の縦波の節と対応する位置にフランジを形成する必要がないため、超音波ホーン４０の加工に際して高い加工性が要求されず、超音波ホーン４０の製造コストを低減することができる。
【００３０】
上記縦波の節の位置Ｐ１では超音波ホーン４０の半径方向の振動は最大となるが、ホーンホルダ３９のホーン支持突起３９ｍ〜３９ｐは超音波ホーン４０に対して周方向の３箇所で点状に接触しており、各ホーン支持突起３９ｍ〜３９ｐの間では超音波ホーン４０の半径方向の振動は拘束されない。従って、本実施形態の超音波ホーン４０の取付構造では、節の位置Ｐ１における超音波ホーン４０の半径方向の振動に対する拘束力を最小限に低減し、それによって超音波振動の伝達効率の損失を一層低減することができる。
【００３１】
また、図２８において、実線Ｇ２で示すように超音波振動の周波数が２３０kHZの場合、割締め用のねじ５６のトルク（超音波ホーン４０に作用する拘束力）が変化してもインピーダンスは２０±１０Ωの範囲にあり、上記二点鎖線Ｇ１で示す従来の取付構造（図２５）と比較して、トルクの変化に対するインピーダンスの変化が非常に小さい。このように本実施形態の超音波ホーン４０の取付構造により、超音波ホーン４０に作用する拘束力の変化に起因するインピーダンスの変化を抑制することができる。
【００３２】
本実施形態では、ホーンホルダ３９は３個のホーン支持突起３９ｍ〜３９ｐを備えているが、４個以上のホーン支持突起を設けてもよい。また、図７（Ａ）に示すように、ホーン支持突起３９ｍ〜３９ｐの先端を超音波ホーン４０の円柱部４０ａと同一曲率の円弧状とし、ホーン支持突起３９ｍ〜３９ｐが超音波ホーン４０に対して周方向の円弧状に接触するようにしてもよい。さらに、図７（Ｂ）に示すように、ホーンホルダ３９に１個の環状のホーン支持突起３９ｑを設け、このホーン支持突起３９ｑが上記第１のスリット３９ｆに対応する部分を除いた超音波ホーン４０の周方向のほぼ全体において超音波ホーン４０に接触するようにしてもよい。
【００３３】
次に、キャピラリ４５の超音波ホーン４０への保持構造について、図８及び図９を参照して説明する。図８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、超音波ホーン４０の先端側の端面から基端側に向けて軸線Ｌに沿ってスリット４０ｃが形成されている。このスリット４０ｃにより超音波ホーン４０の先端は二又に分割されている。すなわち、超音波ホーン４０の先端にはスリット４０ｃを挟んで対向する一対の保持部４０ｄ，４０ｅが形成されている。また、超音波ホーン４０の先端側には、軸線Ｌと直交する方向にキャピラリ４５を差込むための貫通孔４０ｆが形成され、この貫通孔４０ｆにより各保持部４０ｄ，４０ｅのスリット４０ｃ側の側壁に軸線Ｌと直交する方向に貫通する保持溝４０ｇ，４０ｈが形成されている。図８（Ｂ）に示すように、上記貫通孔４０ｆは横断面形状が正方形であり、かつ、この正方形の一つの対角線が平面視で軸線Ｌと一致するように形成されている。従って、上記各保持部４０ｄ，４０ｅに形成された保持溝４０ｇ，４０ｈは、それぞれ互いに直交する平面からなる溝壁４０ｉ，４０ｊを備えている。また、これらの保持溝４０ｇ，４０ｈの横断面形状は、スリット４０ｃに対して対称である。さらに、超音波ホーン４０の先端側には、軸線Ｌに対して直交し、かつ、上記スリット４０ｃと交差するねじ孔４０ｋが設けられている。
【００３４】
キャピラリ４５は上記貫通孔４０ｆに差込まれており、円筒部４５ｂの両側がそれぞれ保持溝４０ｇ，４０ｈ内に配置されている。また、上記ねじ孔４０ｋに螺合したねじ５７を締め付けることにより保持部４０ｄ，４０ｅを互いに接近させ、各保持部４０ｄ，４０ｅに形成された保持溝４０ｇ，４０ｈの溝壁４０ｉ，４０ｊ間に円筒部４５ｂの側周部を挟み込んでいる。すなわち、キャピラリ４５は、保持溝４０ｇ，４０ｈの溝壁４０ｉ，４０ｊから円筒部４５ｂに作用する半径方向の拘束力により超音波ホーン４０の先端に保持されている。
【００３５】
上記のように、各保持溝４０ｇ，４０ｈの溝壁４０ｉ，４０ｊは互いに直交する平面からなり、かつ、これらの保持溝４０ｇ，４０ｈの横断面形状はスリット４０ｃに対して対称である。そのため、図９に示すように、平面視では各保持溝４０ｇ，４０ｈの溝壁４０ｉ，４０ｊがそれぞれ２つの接触位置Ｑ１，Ｑ２で円筒部４５ｂの側周部に対して点状に接触し、これらの接触位置Ｑ１，Ｑ２はキャピラリ４５の断面中心に対して９０度間隔で配置されている。また、各接触位置Ｑ１，Ｑ２では、円筒部４５ｂと溝壁４０ｉ，４０ｊは保持溝４０ｇ，４０ｈの長さ方向全体で接触している。
【００３６】
上記したように図２７に示す横断面形状が円弧状の保持溝２ｅ，２ｆによりキャピラリ２を保持する従来の保持構造では、キャピラリ３を交換すると保持溝２ｅ，２ｆの溝壁がキャピラリ３の側周部に対して接触する位置が変化する。これに対して本実施形態では、保持溝４０ｇ，４０ｈの溝壁４０ｉ，４０ｊはキャピラリ４５の側周部に対して周方向の点状に接触するため、キャピラリ４５を交換しても接触位置Ｑ１，Ｑ２は変化しない。よって、キャピラリ４５を交換したことによるキャピラリ４５の振動振幅の変化を低減することができ、キャピラリ４５を交換した際に良好な振動振幅の再現性が得られる。
【００３７】
本実施形態では、横断面が正方形の貫通孔４０ｆにより各保持部４０ｄ，４０ｅに保持溝４０ｇ，４０ｈを形成しているが、保持溝４０ｇ，４０ｈは横断面形状がスリット４０ｃに対して対称であり、かつ、溝壁４０ｉ，４０ｊがキャピラリ４５の周方向に点状に接触するものであればよい。例えば、図１０（Ａ）に示すように貫通孔４０ｆの横断面形状を菱形としてもよく、図１０（Ｂ）に示すように貫通孔４０ｆの横断面形状を三角形としてもよい。また、図１０（Ｃ）に示す例では、貫通孔４０ｆをキャピラリ４５の円筒部４５ｂよりも半径の大きい円形とし、各保持溝４０ｇ，４０ｈに長手方向全体に延びる２個の突起４０ｍ，４０ｎを設けている。さらに、図１０（Ｄ）に示す例では、各保持溝４０ｇ，４０ｈの溝壁４０ｉ，４０ｊのうち一方の溝壁４０ｉを平面とし、他方の溝壁４０ｊをキャピラリ４５と同一半径の円弧状の曲面としている。そのほか、貫通孔４０ｆを正六角形、正八角形等としてもよい。
【００３８】
図１１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す例では、図８（Ａ）〜（Ｃ）に示すキャピラリ４５の保持構造において、超音波ホーン４０の先端側の端面から基板側に向けて上記スリット４０ｃよりも幅の大きい断面円形の肉抜き孔４０ｐを設けている。この肉抜き孔４０ｐにより各保持溝４０ｇ，４０ｈはそれぞれ図において上下二段に分割されている。そのため、各保持溝４０ｇ，４０ｈの溝壁とキャピラリ４５の円筒部４５ｂは、キャピラリ４５の基端側で４箇所、キャピラリ４５の長手方向中央付近で４箇所の合計８箇所で接触している。この場合、キャピラリ４５の長手方向の２箇所で保持溝４０ｇ，４０ｈの溝壁４０ｉ，４０ｊが接触するため、キャピラリ４５を交換した際の振動振幅の変化をより一層低減することができ、振動振幅の再現性がより向上する。
なお、上記保持溝４０ｇ，４０ｈを上記図１０（Ａ）〜（Ｂ）に示す形状とした場合にも、肉抜き孔４０ｐを設けて各保持溝４０ｇ，４０ｈを二段に分割することができる。また、肉抜き孔４０ｐの断面形状は円形に限定されず、多角形や楕円であってもよい。また、複数個の肉抜き孔を設けてもよい。
【００３９】
（第２実施形態）
図１２及び図１３は、本発明の第２実施形態を示している。
この第２実施形態では、ホーンホルダ３９の挿通孔３９ｅの周壁には、超音波ホーン４０の軸線Ｌ方向の互いに隣接する２箇所の縦波の節に対応する位置Ｐ１，Ｐ２にそれぞれ支持突起３９ｍ，３９ｎ，３９ｐ，３９ｒ，３９ｓ，３９ｔを設けている。支持突起３９ｍ〜３９ｐ，３９ｒ〜３９ｔは断面形状が二等辺三角形状であり、挿通孔３９ｅの断面中心に対して１２０度間隔で配置されている（図５参照）。
【００４０】
本実施形態では、超音波ホーン４０は軸線方向の２箇所（位置Ｐ１，Ｐ２）がそれぞれ支持突起３９ｍ〜３９ｐ，３９ｒ〜３９ｓにより支持されるため、ボンディング作業時の超音波振動により超音波ホーン４０がホーンホルダ３９に対して傾動するのを防止することができる。また、超音波ホーン４０の軸線Ｌが挿通孔３９ｅの軸線に対して確実に平行となるように、超音波ホーン４０をホーンホルダ３９に取付けることができる。
【００４１】
なお、本実施形態におけるホーン支持突起３９ｍ〜３９ｐ，３９ｒ〜３９ｓは、図７（Ａ）に示す先端が円弧状であってもよく、図７（Ｂ）に示す環状であってもよい。また、互いに隣接する３箇所以上の縦波の節に対応する位置にそれぞれホーン支持突起を設けてもよい。
キャピラリ４５の保持構造を含む第２実施形態のその他の構成及び作用は第１実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４２】
（第３実施形態）
図１４から図１６は、本発明の第３実施形態を示している。この第３実施形態のホーンホルダ５９は、基部（固定部）５９ａと、筒部５９ｂとを備えている。上記基部５９ａは細長い板状であり、その両端部にはホーンホルダ３９をボンディングアーム３７に固定するためのねじ５５Ａ，５５Ｂが螺合するねじ孔５９ｃ，５９ｄが設けられている。一方、筒部５９ｂは基部５９ａの中央部分から突出しており、超音波ホーン４０が挿通される挿通孔５９ｅが設けられている。この挿通孔５９ｅの半径は、超音波ホーン４０の円柱部４０ａの半径よりも大きく設定されている。
【００４３】
また、筒部５９ｂには、挿通孔５９ｅの断面中心に対して１２０度間隔で配置された３個のねじ孔５９ｆ，５９ｇ，５９ｈが設けられている。これらのねじ孔５９ｆ〜５９ｈには、それぞれセットビス（ピン状部材）６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃが螺合しており、筒部５９ｂから突出するセットビス６１Ａ〜６１Ｂの先端が超音波ホーン４０の円柱部４０ａに接触している。そして、各セットビス６１Ａ〜６１Ｂから超音波ホーン４０に対して作用する半径方向の拘束力により、ホーンホルダ５９に対して超音波ホーン４０が固定されている。
【００４４】
上記ねじ孔５９ｆ〜５９ｈの位置は、セットビス６１Ａ〜６１Ｂの先端が軸線Ｌ方向の縦波の節に対応する位置Ｐ１で超音波ホーン４０に接触するように設定されている。また、各セットビス６１Ａ〜６１Ｃの先端は超音波ホーン４０に対して周方向の点状に接触している。
【００４５】
本実施形態の超音波ホーン４０の取付構造では、超音波ホーン４０にフランジを設けていないため、フランジへの超音波振動の伝達やフランジの部分に作用する曲げモーメントに起因する振動伝達効率の低下を防止することができる。さらに、セットビス６１Ａ〜６１Ｃの先端は超音波ホーン４０に対して点状に接触するため、節の位置Ｐ１における超音波ホーン４０の半径方向の振動に対する拘束力を最小限に低減し、それによって超音波振動の伝達効率の損失を一層低減することができる。
【００４６】
なお、上記セットビス６１Ａ〜６１Ｂに代えて、ホーンホルダ５８の筒部５９ｂに対して着脱可能なピンを設け、このピンの先端が超音波ホーン４０の側周部に接触するようにしてもよい。
キャピラリ４５の保持構造を含む第３実施形態のその他の構成及び作用は第１実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４７】
（第４実施形態）
図１７及び図１８は、本発明の第４実施形態を示している。
ホーンホルダ５９の筒部５９には、超音波ホーン４０の軸線Ｌ方向の互いに隣接する２箇所の縦波の節に対応する位置Ｐ１，Ｐ２にそれぞれねじ孔５９ｆ，５９ｇ，５９ｈ，５９ｉ，５９ｊ，５９ｋを設けている。また、これらのねじ孔５９ｆ〜５９ｈ，５９ｉ〜５９ｋに螺合したセットビス６１Ａ〜６１Ｃ，６１Ｄ〜６１Ｆの先端が、それぞれ縦波の節の位置Ｐ１，Ｐ２で超音波ホーン４０に接触している。このように、本実施形態では、超音波ホーン４０は軸線方向の２箇所（位置Ｐ１，Ｐ２）がそれぞれセットビス６１Ａ〜６１Ｃ，６１Ｄ〜６１Ｆにより支持されるため、ボンディング作業時の超音波振動により超音波ホーン４０がホーンホルダ３９に対して傾動するのを防止することができる。また、超音波ホーン４０の軸線Ｌが挿通孔５９ｅの軸線に対して確実に平行となるように、超音波ホーン４０をホーンホルダ３９に取付ことができる。
キャピラリ４５の保持構造を含む第４実施形態のその他の構成及び作用は第３実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４８】
次に、上記超音波ホーン４０をボンディングアーム３７に対して取付ける方法を、第１実施形態のホーンホルダ３９を使用する場合を例に説明する。
まず、図１９及び図２０に示す治具６５を使用して超音波ホーン４０にキャピラリ４５及びホーンホルダ３９を固定する。この治具６５は、ホーン差込部６５ａ、キャピラリ差込部６５ｂ、及びホーン差込部６５ａとキャピラリ差込部６５ｂを連結する板状の連結部６５ｃを備えている。上記ホーン差込部６５ａは互いに平行な第１の面６５ｄと第２の面６５ｅを備えている。第１の面６５ｄから第２の面６５ｅまでの長さＤは、超音波ホーン４０の軸線Ｌ方向における縦波の節の位置に対応している。また、ホーン差込部６５ａには、第１の面６５ｄから第２の面６５ｅまで貫通するようにホーン差込孔６５ｆが形成されている。一方、上記キャピラリ差込部６５ｂには、上記ホーン差込孔６５ｆの軸線上にあり、かつ、上記連結部６５ｃの上面６５ｇに対して垂直に延びるキャピラリ差込スリット６５ｈが形成されている。
【００４９】
まず、超音波ホーン４０をホーンホルダ３９の挿通孔３９ｅに挿通させる。次に、超音波ホーン４０の基端側を第１の面６５ｄ側から治具６５のホーン差込孔６５ｆに差込む。さらに、キャピラリ４５を超音波ホーン４０の貫通孔４０ｆ及びキャピラリ差込部６５ｂのキャピラリ差込スリット６５ｈに差込んだ後、ねじ５７で固定する。
【００５０】
次に、図２０に示すように、超音波ホーン４０の基端側の端面をホーン差込部６５ａの第２の面６５ｅに一致させる。その後、ホーンホルダ３９を第１の面６５ｄに向けて移動させ、ホーンホルダ３９の基部３９ａ（ホーンホルダ３９の超音波ホーン４０の基端側の端面）を第１の面６５ｄに密接させる。この状態で、ホーンホルダ３９の支持突起３９ｍ〜３９ｐが、縦波の節に対応する位置Ｐ１にある。また、この状態では、ホーンホルダ３９の図において下側の面が連結部６５ｃに当接することにより、軸線Ｌに対するホーンホルダ３９の回転角度位置が位置決めされる。
【００５１】
次に、ねじ５６をホーンホルダ３９の割締め部３９ｂのねじ孔３９ｇ，３９ｈに螺合して挿通孔３９ｅを縮径させ、ホーンホルダ３９を超音波ホーン４０に固定する。上記のようにホーンホルダ３９は、支持突起３９ｍ〜３９ｐが超音波ホーン４０の軸線Ｌ方向の縦波の節に対応する位置Ｐ１に位置決めされているため、各支持突起３９ｍ〜３９ｐの先端は確実にこの位置Ｐ１で超音波ホーン４０に接触する。また、キャピラリ４５の先端が差込まれているキャピラリ差込スリット６５ｈは連結部６５ｃの上面６５ｇに対して垂直であり、かつ、連結部６５ｃの上面６５ｇによりホーンホルダ３９の軸線Ｌ回りの回転角度位置が位置決めされている。よって、ホーンホルダ３９の長手方向（ねじ孔３９ｃ，３９ｄを通る直線方向）に対してキャピラリ４５が直角に延びるように、ホーンホルダ３９とキャピラリ４５との軸線Ｌ回りの相対的な回転角度位置が位置決めされている。
その後、超音波ホーン４０を治具６５から外し、ねじ５５Ａ，５５Ｂにより超音波ホーン４０に固定されたホーンホルダ３９をボンディングアーム３７に取付ける。
【００５２】
なお、第２実施形態から第４実施形態のホーンホルダ３９を使用する場合も同様の工程で超音波ホーン４０をボンディングアーム３７に取付けることができる。
【００５３】
（第５実施形態）
図２１は、本発明の第５実施形態を示している。
この第５実施形態では、超音波ホーン４０の軸線Ｌ方向の縦波の節と対応する位置に断面形状がＶ字状である環状溝４０ｑを超音波ホーン４０の周方向全体に設けている。一方、ホーンホルダ６９は、第３実施形態のものと同一構造である。セットピン６１Ａ〜６１Ｃの先端は環状溝４０ｑ内で超音波ホーン４０に接触し、これらのセットピン６１Ａ〜６１Ｃの先端から作用する半径方向の拘束力により超音波ホーン４０がホーンホルダ３９に固定されている。このように縦波の節と対応する位置に環状溝４０ｑを設けておけば、セットピン６１Ａ〜６１Ｃの先端を確実に縦波の節の位置で超音波ホーン４０に接触させることができる。
キャピラリ４５の保持構造を含む第５実施形態のその他の構成及び作用は第１実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５４】
（第６実施形態）
図２２は、本発明の第５実施形態を示している。
この第６実施形態では、超音波ホーン４０の軸線Ｌ方向の縦波の節と対応する位置Ｐ１に半径方向にのみ延びるフランジ（円環状部）４０ｒを設けている。ホーンホルダ３９はホーン保持突起３９ｍ〜３９ｐ（図６参照）を備えていない点を除いて、第１実施形態のものと同一構造である。ホーンホルダ３９は、フランジ４０ｒの外周縁を割閉め部３９ｂで締め付けることにより、超音波ホーン４０に固定されている。
【００５５】
上記フランジ４０ｒは、図２５に示す従来のものと異なり半径方向にのみ延びており、筒状部１５ｂに相当する部分を備えていない。そのため、ホーンホルダ３９の割締め部３９ｂから超音波ホーン４０には半径方向の拘束力のみが作用し、フランジ４０ｒと超音波ホーン４０の接続部分に曲げモーメントが作用しない。よって、超音波ホーン４０に曲げモーメントが作用することに起因する振動伝達効率の低下を防止することができる。
第６実施形態のキャピラリ４５の保持構造を含むその他の構成及び作用は第１実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の取付方法では、治具が備えるホーン差込部の第１の面から第２の面までの長さが縦波の節の位置に対応しており、ホーン差込孔に差込んだ超音波ホーンの基端側の端面を第２の端面と一致させる。よって、取付部材の超音波ホーン基端側の端面をホーン差込部の第１の端面と密接させるだけで、取付部材を縦波の節に対応する位置に配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態に係るバンプボンディング装置を示す斜視図である。
【図２】 第１実施形態に係るバンプボンディング装置を示す要部側面図である。
【図３】 第１実施形態に係るバンプボンディング装置を示す要部正面図である。
【図４】 第１実施形態における超音波ホーンの取付構造を示す図３のIV−IV線での断面図である。
【図５】 図４のV−V線での断面図である。
【図６】 第１実施形態における超音波ホーンの取付構造を示す分解斜視図である。
【図７】 （Ａ）及び（Ｂ）は、ホルダの他の例を示す図５と同様の断面図である。
【図８】 第１実施形態におけるキャピラリの超音波アームへの保持構造を示し、（Ａ）は超音波ホーンの端面図、（Ｂ）は超音波ホーンの部分平面図、（Ｃ）は図８（Ｂ）のVIII−VIII線での断面図である。
【図９】 はキャピラリと保持溝の関係を説明するための部分拡大平面図である。
【図１０】 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）は保持溝の他の例を示す平面図である。
【図１１】 キャピラリの超音波ホーンへの保持構造の他の例を示し、（Ａ）は超音波ホーンの端面図、（Ｂ）は超音波ホーンの部分平面図、（Ｃ）は図１１（Ｂ）のXI−XI線での断面図である。
【図１２】 本発明の第２実施形態における超音波ホーンの取付構造を示す図４と同様の断面図である。
【図１３】 第２実施形態における超音波ホーンの取付構造を示す分解斜視図である。
【図１４】 本発明の第３実施形態における超音波ホーンの取付構造を示す図４と同様の断面図である。
【図１５】 図１４のXV−XV線での断面図である。
【図１６】 第３実施形態における超音波ホーンの取付構造を示す分解斜視図である。
【図１７】 本発明の第４実施形態における超音波ホーンの取付構造を示す図４と同様の断面図である。
【図１８】 第４実施形態における超音波ホーンの取付構造を示す分解斜視図である。
【図１９】 超音波ホーン、ホーンホルダ及び治具を示す分解斜視図である。
【図２０】 超音波ホーン及びホーンホルダが治具に組み付けられた状態での図１９のXX−XX線での断面図である。
【図２１】 本発明の第５実施形態における超音波ホーンの取付構造を示す図４と同様の断面図である。
【図２２】 本発明の第６実施形態における超音波ホーンの取付構造を示す図４と同様の断面図である。
【図２３】 従来のバンプボンディング装置を示す要部概略図である。
【図２４】 バンプボンディングの工程を示し、（Ａ）はボールの形成工程を示す断面図、（Ｂ）はボールの電極パッドへの接合工程を示す断面図、（Ｃ）はボンディングワイヤの切断工程を示す断面図である。
【図２５】 （Ａ）及び（Ｂ）は従来の超音波ホーンのボンディングアームへの取付構造を示す断面図である。
【図２６】 図２５（Ｂ）のXXV−XXV線での断面図である。
【図２７】 キャピラリの超音波アームへの保持構造を示し、（Ａ）は超音波ホーンの端面図、（Ｂ）は超音波ホーンの部分平面図、（Ｃ）は図２７（Ｂ）のXXVII− XXVII線での断面図である。
【図２８】 ねじの締付トルクとインピーダンスの関係を示す線図である。
【符号の説明】
６ ボンディングワイヤ
８ ＩＣチップ（電子部品）
８ａ 電極パッド
９ ヒートステージ
９ａ ヒータ
２５ ローダ
２６ アンローダ
２７ ボンディングヘッド
２８ ボンディング作業機構
２９ ワイヤ供給機構
３０ カメラユニット
３０ａ 認識カメラ
３０ｂ 鏡筒
３０ｃ プリズム
３２ ＸＹ駆動機構
３３ ＸＹテーブル
３４ ベース
３５ 軸
３７ ボンディングアーム
３７ａ 挿通孔
３７ｂ，３７ｃ ねじ孔
３８ ヘッド駆動機構
３９ ホーンホルダ
３９ａ 基部
３９ｂ 割締め部
３９ｃ，３９ｄ ねじ孔
３９ｅ 挿通孔
３９ｆ，３９ｉ スリット
３９ｇ，３９ｈ 把持部
３９ｊ，３９ｋ ねじ孔
３９ｌ 周壁
３９ｍ，３９ｎ，３９ｐ，３９ｑ，３９ｒ，３９ｓ，３９ｔ ホーン支持突起（支持突部）
４０ 超音波ホーン
４０ａ 円柱部
４０ｂ テーパ部
４０ｃ スリット
４０ｄ，４０ｅ 保持部
４０ｆ 貫通孔
４０ｇ，４０ｈ 保持溝
４０ｉ，４０ｊ 溝壁
４０ｋ ねじ孔
４０ｍ，４０ｎ 突起
４０ｐ 肉抜き孔
４０ｑ 環状溝
４０ｒ フランジ
４２ 変位センサ
４３ 振動発生源
４４ 高周波電圧発生器
４５ キャピラリ
４５ａ 孔
４５ｂ 円筒部
４５ｃ テーパ部
４７ 放電用トーチ
４８ スパーク発生装置
４９ リール
５０ エアテンショナー
５２ クランパ
５３ 制御装置
５５Ａ，５５Ｂ ねじ
５６ ねじ
５７ ねじ
５９ ホーンホルダ
５９ａ 基部（固定部）
５９ｂ 筒部
５９ｃ，５９ｄ ねじ孔
５９ｅ 挿通孔
５９ｆ，５９ｇ，５９ｈ，５９ｉ，５９ｊ，５９ｋ ねじ孔
６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃ，６１Ｄ，６１Ｅ，６１Ｆ セットビス
６５ 治具
６５ａ ホーン差込部
６５ｂ キャピラリ差込部
６５ｃ 連結部
６５ｄ，６５ｅ 面
６５ｆ ホーン差込孔
６５ｇ 上面
６５ｈ キャピラリ差込スリット
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波接合により半導体集積回路チップの電極パッドに電気接続用のバンプを形成するバンプボンディング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ベアチップタイプの半導体集積回路チップ（ＩＣチップ）の基板への実装技術の一つとして、フリップチップ法が知られている。このフリップチップ法は、ＩＣチップの電極パッドに電気接続用のバンプを形成し、このバンプと基板上に形成された配線電極とをリード線を介さずに直接接合するものである。また、このフリップチップ法におけるバンプ形成技術としては、通常のワイヤボンディング技術を応用し、超音波接合によりＩＣチップの電極パッドにバンプを形成するスタッドバンプボンディング技術が知られている。
【０００３】
図２３は、従来のスタッドバンプボンディング技術によるバンプボンディング装置を示している。このバンプボンディング装置は、超音波振動を発生する振動発生源１、この振動発生源１に基端側が連結された超音波ホーン２、この超音波ホーン２の先端に保持されたキャピラリ３、クランパ４、及び超音波ホーン２とクランパ４とが固定されたボンディングアーム５を備えている。上記キャピラリ３には、クランパ４を介してボンディングワイヤ６が挿通されている。上記ボンディングアーム５は、図示しない駆動機構により、ＸＹ方向の移動と矢印Ａで示す方向の回転が可能である。このボンディングアーム５の移動及び回転により、キャピラリ３はＸＹ方向及び図において上下方向に移動可能である。一方、バンプを形成する対象であるＩＣチップ８は、ヒータ９ａを内蔵したヒートステージ９上に載置される。
【０００４】
このバンプボンディング装置の動作を説明すると、図２４（Ａ）に示すように、上記キャピラリ３から突出するボンディングワイヤ６の先端が放電用トーチ１０との間で発生するスパーク電流により溶融し、ボール１１が形成される。次に、このボール１１（キャピラリ３の先端）がＩＣチップ８の電極８ａに対して所定の加圧力で押圧される。上記振動発生源１の発生する超音波振動は、超音波ホーン２の基端側から先端側へ縦波として伝達され、キャピラリ３を経てボール１１に印加される。その結果、図２４（Ｂ）に示すように、ボール１１が電極８ａに接合される。その後、ボンディングワイヤ６を把持したクランパ４が上昇し、図２４（Ｃ）に示すように、ボンディングワイヤ６はボール１１との接合部分付近で断裂する。電極８ａに接合されたボール１１と、ボール１１側に残ったボンディングワイヤ６とによりバンプ１３が形成される。
【０００５】
次に、上記超音波ホーン２のボンディングアーム５への取付構造について説明する。図２５（Ａ），（Ｂ）に示すように、超音波ホーン２にはフランジ１５が一体形成されている。このフランジ１５は、超音波ホーン２の軸線Ｌの方向（長手方向）における上記縦波の節に対応する位置Ｐにおいて超音波ホーン２の全周から軸線Ｌに対して垂直に延びる円環状部１５ａと、この円環状部１５ａの外周縁から軸線Ｌに対して平行に基端側へ向けて延びる筒状部１５ｂとを備えている。そのため、図２６に示すように、超音波ホーン２の上記軸線Ｌに対して垂直な断面の形状は、超音波ホーン２の周囲をフランジ１５の円環状部１５ａが間隔をあけて取り囲んだ二重構造となっている。なお、上記円環状部１５ａが縦波の節の位置Ｐに形成されているのは、縦波の節の位置Ｐでは軸線Ｌ方向の超音波ホーンの伸縮が最も小さいため、フランジ１５が超音波振動の伝達効率に与える影響を低減できるからである。ボンディングアーム５は、周知の割締め機構を有しており、図示しないねじで上記フランジ１５の筒状部１５ｂの外周を締め付けることにより、超音波ホーン２がボンディングアーム５に対して固定されている。
【０００６】
次に、キャピラリ３の超音波ホーン２への保持構造について説明する。
図２７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、超音波ホーン２の先端側の端面から基端側に向けてスリット１７が形成され、このスリット１７により一対の保持部２ａ，２ｂが形成されている。また、超音波ホーン２の先端側には軸線Ｌに対して直交する方向に円形孔１８が形成され、この円形孔１８により各保持部２ａ，２ｂのスリット１７側の側壁２ｃ，２ｄに軸線Ｌと直交する方向に延びる断面円弧状の保持溝２ｅ，２ｆが形成されている。さらに、超音波ホーン２の先端側には、上記軸線Ｌに対して直交し、かつ、上記スリット１７と交差するねじ孔１９が設けられている。このねじ孔１９に螺合したねじ２０を締め付けることにより保持部２ａ，２ｂを互いに接近させ、保持溝２ｅ，２ｆの溝壁間にキャピラリ３を挟み込んで固定している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来、図２４（Ａ）に示すＩＣチップ８の電極パッド８ａ間のピッチαは１２０μｍ程度であり、電極パッド８ａの面積が１００００μｍ2（１００μｍ×１００μｍの正方形）程度、図２４（Ｃ）に示すバンプ径βが８０μｍ程度に設定されていた。この場合、ボール１１を電極パッド８ａに対して押圧する加圧力を４０ｇ程度、振動発生源１の発生する超音波振動の周波数を６４ｋＨＺ程度に設定すればよい。
【０００８】
しかし、近時、この種のＩＣチップ８では、単位面積当たりの電極数を増加させるために、電極パッド８ａ間のピッチαの一層の縮小が要求されている。ピッチαを縮小するには、電極パッド８ａの面積及びバンプ径βを縮小する必要がある。そのため、ピッチαを縮小した場合に十分な接合強度と良好なバンプ形状を得るには、ボール１１の電極パッド８ａに対する加圧力を低減すると共に、振動発生源１の発生する超音波振動の振幅を小さくし周波数を高くする必要がある。
例えば、電極パッド８ａ間のピッチαを８０μｍ程度まで縮小する場合、電極パッド８ａの面積が４９００μｍ2（７０μｍ×７０μｍの正方形）程度、バンプ径βが５０μｍ程度となり、ボール１１の電極パッド８ａに対する加圧力を１０ｇ程度、超音波振動の周波数を１２０ｋＨＺ以上に設定する必要がある。
【０００９】
しかし、超音波振動の周波数を高く設定した場合、図２５に示す従来の超音波ホーン２の取付構造では、以下の問題が生じる。まず、超音波振動の周波数が高くなり波長が短くなると、超音波振動がフランジ１５へ伝達されることによる損失が大きくなり、キャピラリ３への超音波振動の伝達効率が低下する。また、フランジ１５は円環状部１５ａと筒状部１５ｂを備えるため、フランジ１５の円環状部１５ａと超音波ホーン２との接続部分ａに曲げモーメントが作用している。超音波振動の波長が短くなると、この曲げモーメントに起因するキャピラリ３への振動伝達効率の低下が大きくなる。これらフランジ１５への超音波振動の伝達及びフランジ１５と超音波ホーン２の接続部分に作用する曲げモーメントに起因する振動伝達効率の低下は、いずれも超音波振動の周波数１２０ｋＨＺ以上に設定すると特に顕著となり、適切なキャピラリ３の振動振幅が得られず、ボール１１が電極パッド８ａに接合されない場合もある。
【００１０】
また、上記従来の超音波ホーン２の取付構造では、図２８において、二点鎖線Ｇ１で示すように、割締め用のねじのトルク（超音波ホーン２に作用する拘束力）の変化に起因するインピーダンスの変化が非常に大きい。特に、割締め用のねじのトルクが５kgf・cmを上回ると、インピーダンスが大幅に増加する。
【００１１】
さらにまた、上記従来の超音波ホーン２の取付構造では、縦波の節の位置Ｐに正確にフランジ１５を形成する必要があるため、高い加工精度が要求され、超音波ホーン２の製造コストが高い。
【００１２】
上記図２７に示す従来のキャピラリ３の保持構造では、キャピラリ３の側周部に対して断面円弧状である保持溝２ｅ，２ｆの溝壁が当接するようになっている。しかし、キャピラリ３の側周部と収容溝２ｅ，２ｆの溝壁を完全に密着させることは加工精度上極めて困難であり、実際にはキャピラリ３の周方向の一部にのみ収容溝２ｅ，２ｆの溝壁が接触する。また、このキャピラリ３の側周部と収容溝２ｅ，２ｆの溝壁の接触位置は、キャピラリ３を交換する度に変化し、その結果、キャピラリ３を交換するとキャピラリ３の振動振幅が変化する。すなわち、従来のキャピラリ３の保持構造では、キャピラリ３を交換した際の振動振幅の再現性が低い。この振動振幅の再現性の低下も、超音波振動の周波数１２０ｋＨＺ以上に設定した場合に特に顕著となる。
【００１３】
本発明は、超音波振動を高周波化した場合の従来のバンプボンディング装置における問題を解決することを課題としている。すなわち、本発明は、高周波数の超音波振動を高い伝達効率でキャピラリに伝達することを課題としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、超音波ホーンをボンディングアームに取付ける方法であって、上記超音波ホーンを挿通させる挿通孔と、上記ボンディングアームに固定するための固定部とを備える取付部品を準備すると共に、互いに平行な第１及び第２の面を有するホーン差込部を備え、第１の面から第２の面までの長さが上記超音波ホーンの軸線方向における縦波の節の位置に対応し、かつ、上記ホーン差込部に上記第１の面から第２の面まで貫通するホーン差込孔が形成された治具を準備し、上記超音波ホーンを上記取付部材の挿通孔に挿通させ、上記超音波ホーンの基端側を上記第１の面側から上記治具のホーン差込孔に差込み、上記超音波ホーンの基端側の端面と上記第２の面とを一致させ、上記取付部材の超音波ホーン基端側の端面を上記第１の面に密接させ、取付部材を超音波ホーンに固定し、
超音波ホーンを治具から取り外し、かつ、上記超音波ホーンに固定された取付部材の固定部を、上記ボンディングアームに固定する超音波ホーンの取付方法を提供するものである。
【００１５】
本発明の取付方法では、治具が備えるホーン差込部の第１の面から第２の面までの長さが縦波の節の位置に対応しており、ホーン差込孔に差込んだ超音波ホーンの基端側の端面を第２の端面と一致させる。よって、取付部材の超音波ホーン基端側の端面をホーン差込部の第１の端面と密接させるだけで、取付部材を縦波の節に対応する位置に配置することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、図面に示す実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１から図３に示すように、本発明の第１実施形態に係るバンプボンディング装置は、バンプボンディング前のＩＣチップ（電子部品）８が収納されるローダ２５、ローダ２５から供給されたＩＣチップ８に対してバンプボンディングが実行されるヒートステージ９、ヒートステージ９から搬送されたバンプボンディング済みのＩＣチップ８が収納されるアンローダ２６、及び、ＩＣチップ８をローダ２５からヒートステージ９を経てアンローダ２６に搬送するための搬送機構（図示せず。）を備えている。上記ヒートステージ９はヒータ９ａを内蔵しており、上面にＩＣチップ８が載置される。
【００１７】
上記ヒートステージ９と対向してボンディングヘッド２７が配設されている。このボンディングヘッド２７は、ボンディング作業機構２８、ワイヤ供給機構２９及びカメラユニット３０を備えている。
【００１８】
上記ボンディング作業機構２８は、ＸＹ駆動機構３２により駆動されるＸＹテーブル３３、このＸＹテーブル３３に固定されたベース３４、及びこのベース３４に対して軸３５回りに回転可能に支持されたボンディングアーム３７を備えている。このボンディングアーム３７の一端はリニアモータからなるヘッド駆動機構３８に連結されている。このヘッド駆動機構３８によりボンディングアーム３７の一端が上昇及び降下し、それによって図２において矢印Ａで示すように上記ボンディングアーム３７が上記軸３５回りに回動する。また、上記ボンディングアーム３７には、ホーンホルダ（取付部品）３９によりチタン製の超音波ホーン４０が着脱可能に取付けられている。さらに、ボンディングアーム３７には変位センサ４２が取付けられている。
【００１９】
上記超音波ホーン４０の基端側にはピエゾ素子からなる振動発生源４３が連結されている。この振動発生源４３は、高周波電圧発生器４４から高周波電圧が供給されると超音波振動を発生する。一方、この超音波ホーン４０の先端側には、キャピラリ４５が保持されている。このキャピラリ４５は軸方向に貫通する孔４５ａを備えている（図８参照）。この孔４５ａにはワイヤ供給機構２９から供給される金製のボンディングワイヤ６が挿通され、キャピラリ４５の先端からボンディングワイヤ６の先端が突出するようになっている。また、キャピラリ４５は半径一定の円筒部４５ｂと、先端に向けて半径が漸次減少するテーパ部４５ｃとを備えている。キャピラリ４５は、上記ＸＹテーブル３３が移動することにより、ＸＹ方向に移動し、かつ、上記ヘッド駆動機構３８に駆動されてボンディングアーム３７が回動することにより、図において上下方向に移動する。キャピラリ４５の先端近傍には放電用トーチ４７（図３にのみ図示する。）が配設されている。この放電用トーチ４７にはスパーク発生装置４８が電気的に接続されている。
【００２０】
上記ワイヤ供給機構２９は、ボンディングワイヤ６を巻回状態で蓄えたリール４９（図１に図示する。）、エアを吹き付けることによりボンディングワイヤ６に張力を付与するエアテンショナー５０及びボンディングワイヤ６を把持するためのクランパ５２を備えている。このクランパ５２は、上記ボンディングアーム３７に固定されており、上記超音波ホーン４０と共に移動する。
【００２１】
上記カメラユニット３０は、上記ボンディングアーム３７の上方に配設されている。カメラユニット３０は、認識カメラ３０ａ、鏡筒３０ｂ及びプリズム３０ｃを備え、上記ヒートステージ９のＩＣチップ８を認識カメラ３０ａが撮像できるようになっている。
【００２２】
図２に示す制御装置５３は、このバンプボンディング装置全体の動作を制御するものであり、上記変位センサ４２及び認識カメラ３０ａを含むセンサ類からの入力信号に基づいて、上記ＸＹ駆動機構３２、ヘッド駆動機構３８、ヒータ９ａ、高周波電圧発生器４４及びスパーク発生装置４８を含む装置を制御する。
【００２３】
次に、このバンプボンディング装置の動作を説明する。
まず、認識カメラ３０ａの撮影する画像に基づいてＩＣチップ８をヒートステージ９上で位置決めする。また、上記ＸＹ駆動機構３２及びヘッド駆動機構３８により、キャピラリ４５の先端を電極パッド８ａの上方に移動させる（図２４（Ａ）参照）。次に、スパーク発生装置４８から放電用トーチ４７に高圧電圧を印加し、キャピラリ４５の先端から突出したボンディングワイヤ６の先端と、放電用トーチ４７との間にスパーク電流を発生させる。このスパーク電流によりボンディングワイヤ６の先端が溶融し、ボール１１が形成される（図２４（Ａ）参照）。次に、このボール１１を電極パッド８ａに対して所定の加圧力で押圧した後、高周波電圧発生器４４から振動発生源４３に高周波数（本実施形態では１２０kHZ）の電圧を印加する。振動発生源４３の発生する超音波振動は、超音波ホーン２の基端側から先端側へ縦波として伝達され、キャピラリ４５を経てボール１１に印加され、その結果、ボール１１が電極パッド８ａに接合される（図２４（Ｂ）参照）。その後、ボンディングアーム３７が回動することにより、ボンディングワイヤ６を把持したクランパ５２が上昇する。その結果、ボンディングワイヤ６はボール１１との接合部分付近で断裂し、バンプ１３が形成される（図２４（Ｃ）参照。）。
【００２４】
次に、上記超音波ホーン４０のボンディングアーム３７への取付構造を、図４から図６を参照して説明する。
まず、超音波ホーン４０は、軸線Ｌに対して直交する断面の形状が半径一定の円形である円柱部４０ａを基端側に備えると共に、軸線Ｌに対して直交する断面の形状が先端側に向けて漸次半径が減少する円形であるテーパ部４０ｂとを備えている。従って、超音波ホーン４０は軸線Ｌ方向のほぼ全体について凹凸のない形状となっている。言い換えるならば、キャピラリ４５が保持されるテーパ部４０ｂの先端は、後述するようにスリット４０ｃを挟んで対向する一対の保持部４０ｄ，４０ｅが形成されているが、それ以外の部分では超音波ホーン４０の軸線Ｌに対して直交する断面の輪郭は一つの閉鎖した線のみにより構成されている。
【００２５】
本実施形態のホーンホルダ３９は、基部（固定部）３９ａと、割締め部３９ｂとを備えている。上記基部３９ａは細長い板状であり、その両端部にはホーンホルダ３９をボンディングアーム３７に固定するためのねじ５５Ａ，５５Ｂが螺合するねじ孔３９ｃ，３９ｄが設けられている。一方、割締め部３９ｂは、基部３９ａの中央部分において厚みを増大させることにより形成されている。この割締め部３９ｂの中央には、割締め部３９ｂ及び基部３９ａを貫通する挿通孔３９ｅが設けられている。この挿通孔３９ｅの半径は、超音波ホーン４０の円柱部４０ａの半径よりも大きく設定されている。また、割締め部３９ｂには上記挿通孔３９ｅから割締め部３９ｂの一方の側部まで延びる第１のスリット３９ｆが形成され、このスリット３９ｆを挟んで対向する一対の把持部３９ｇ，３９ｈが形成されている。さらに、図において下側の把持部３９ｈと基部３９ａを分離する第２のスリット３９ｉが形成されている。さらにまた、上記把持部３９ｇ，３９ｈには締付用のねじ５６が螺合するねじ孔３９ｊ，３９ｋがそれぞれ形成されている。
【００２６】
上記挿通孔３９ｅの周壁３９ｌには、断面形状が二等辺三角形状である３個のホーン支持突起（支持突部）３９ｍ，３９ｎ，３９ｐが形成されている。図５に示すように、これら３個の突起３９ｍ〜３９ｐは、挿通孔３９ｅの断面中心に対して１２０度間隔で配置されている。
【００２７】
超音波ホーン４０は円柱部４０ａが挿通孔３９ｅに挿通されており、上記ねじ５６を把持部３９ｇ，３９ｈのねじ孔３９ｊ，３９ｋに螺合することにより挿通孔３９ｅを縮径している。そのため、上記ホーン支持突起３９ｍ〜３９ｐが超音波ホーン４０の円柱部４０ａに接触し、各ホーン支持突起３９ｍ〜３９ｐから超音波ホーン４０に作用する半径方向の拘束力により、ホーンホルダ３９が超音波ホーン４０に対して固定されている。図４に示すように、各ホーン支持突起３９ｍ〜３９ｐは超音波ホーン４０の軸線Ｌ方向の縦波の節に対応する位置Ｐ１で超音波ホーン４０に接触している。また、二等辺三角形状である各ホーン支持突起３９ｍ〜３９ｐの頂点が超音波ホーン４０の円柱部４０ａの側周部に接触している。すなわち、各ホーン支持突起３９ｍ〜３９ｐは超音波ホーン４０に対して周方向の点状に接触している。
【００２８】
図６に示すように、上記ホーンホルダ３９の挿通孔３９ｅに対応して、ボンディングアーム３７に挿通孔３７ａが設けられている。また、ホーンホルダ３９のねじ孔３９ｃ，３９ｄに対応して挿通孔３９ｅの両側にねじ孔３７ｂ，３７ｃが形成されている。超音波ホーン４０に固定されたホーンホルダ３９は、ねじ５５Ａ，５５Ｂをホーンホルダ３９及びボンディングアーム３７のねじ孔３９ｃ，３９ｄ，３７ｂ，３７ｃに螺合することにより、ボンディングアーム３７に固定されている。超音波ホーン４０の基端側は挿通孔３７ａからボンディングアーム３７の内部に突出している。
【００２９】
本実施形態の超音波ホーン４０のボンディングアーム３７への取付構造では、超音波ホーン４０にフランジを設けていないため、フランジの部分に超音波振動が伝達されることに起因する振動伝達効率の低下を防止することができる。また、超音波ホーン４０の軸線Ｌ方向の一部に曲げモーメントが作用することに起因する振動伝達効率の低下を防止することができる。さらに、超音波ホーンの軸線Ｌ方向における超音波振動の縦波の節と対応する位置にフランジを形成する必要がないため、超音波ホーン４０の加工に際して高い加工性が要求されず、超音波ホーン４０の製造コストを低減することができる。
【００３０】
上記縦波の節の位置Ｐ１では超音波ホーン４０の半径方向の振動は最大となるが、ホーンホルダ３９のホーン支持突起３９ｍ〜３９ｐは超音波ホーン４０に対して周方向の３箇所で点状に接触しており、各ホーン支持突起３９ｍ〜３９ｐの間では超音波ホーン４０の半径方向の振動は拘束されない。従って、本実施形態の超音波ホーン４０の取付構造では、節の位置Ｐ１における超音波ホーン４０の半径方向の振動に対する拘束力を最小限に低減し、それによって超音波振動の伝達効率の損失を一層低減することができる。
【００３１】
また、図２８において、実線Ｇ２で示すように超音波振動の周波数が２３０kHZの場合、割締め用のねじ５６のトルク（超音波ホーン４０に作用する拘束力）が変化してもインピーダンスは２０±１０Ωの範囲にあり、上記二点鎖線Ｇ１で示す従来の取付構造（図２５）と比較して、トルクの変化に対するインピーダンスの変化が非常に小さい。このように本実施形態の超音波ホーン４０の取付構造により、超音波ホーン４０に作用する拘束力の変化に起因するインピーダンスの変化を抑制することができる。
【００３２】
本実施形態では、ホーンホルダ３９は３個のホーン支持突起３９ｍ〜３９ｐを備えているが、４個以上のホーン支持突起を設けてもよい。また、図７（Ａ）に示すように、ホーン支持突起３９ｍ〜３９ｐの先端を超音波ホーン４０の円柱部４０ａと同一曲率の円弧状とし、ホーン支持突起３９ｍ〜３９ｐが超音波ホーン４０に対して周方向の円弧状に接触するようにしてもよい。さらに、図７（Ｂ）に示すように、ホーンホルダ３９に１個の環状のホーン支持突起３９ｑを設け、このホーン支持突起３９ｑが上記第１のスリット３９ｆに対応する部分を除いた超音波ホーン４０の周方向のほぼ全体において超音波ホーン４０に接触するようにしてもよい。
【００３３】
次に、キャピラリ４５の超音波ホーン４０への保持構造について、図８及び図９を参照して説明する。図８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、超音波ホーン４０の先端側の端面から基端側に向けて軸線Ｌに沿ってスリット４０ｃが形成されている。このスリット４０ｃにより超音波ホーン４０の先端は二又に分割されている。すなわち、超音波ホーン４０の先端にはスリット４０ｃを挟んで対向する一対の保持部４０ｄ，４０ｅが形成されている。また、超音波ホーン４０の先端側には、軸線Ｌと直交する方向にキャピラリ４５を差込むための貫通孔４０ｆが形成され、この貫通孔４０ｆにより各保持部４０ｄ，４０ｅのスリット４０ｃ側の側壁に軸線Ｌと直交する方向に貫通する保持溝４０ｇ，４０ｈが形成されている。図８（Ｂ）に示すように、上記貫通孔４０ｆは横断面形状が正方形であり、かつ、この正方形の一つの対角線が平面視で軸線Ｌと一致するように形成されている。従って、上記各保持部４０ｄ，４０ｅに形成された保持溝４０ｇ，４０ｈは、それぞれ互いに直交する平面からなる溝壁４０ｉ，４０ｊを備えている。また、これらの保持溝４０ｇ，４０ｈの横断面形状は、スリット４０ｃに対して対称である。さらに、超音波ホーン４０の先端側には、軸線Ｌに対して直交し、かつ、上記スリット４０ｃと交差するねじ孔４０ｋが設けられている。
【００３４】
キャピラリ４５は上記貫通孔４０ｆに差込まれており、円筒部４５ｂの両側がそれぞれ保持溝４０ｇ，４０ｈ内に配置されている。また、上記ねじ孔４０ｋに螺合したねじ５７を締め付けることにより保持部４０ｄ，４０ｅを互いに接近させ、各保持部４０ｄ，４０ｅに形成された保持溝４０ｇ，４０ｈの溝壁４０ｉ，４０ｊ間に円筒部４５ｂの側周部を挟み込んでいる。すなわち、キャピラリ４５は、保持溝４０ｇ，４０ｈの溝壁４０ｉ，４０ｊから円筒部４５ｂに作用する半径方向の拘束力により超音波ホーン４０の先端に保持されている。
【００３５】
上記のように、各保持溝４０ｇ，４０ｈの溝壁４０ｉ，４０ｊは互いに直交する平面からなり、かつ、これらの保持溝４０ｇ，４０ｈの横断面形状はスリット４０ｃに対して対称である。そのため、図９に示すように、平面視では各保持溝４０ｇ，４０ｈの溝壁４０ｉ，４０ｊがそれぞれ２つの接触位置Ｑ１，Ｑ２で円筒部４５ｂの側周部に対して点状に接触し、これらの接触位置Ｑ１，Ｑ２はキャピラリ４５の断面中心に対して９０度間隔で配置されている。また、各接触位置Ｑ１，Ｑ２では、円筒部４５ｂと溝壁４０ｉ，４０ｊは保持溝４０ｇ，４０ｈの長さ方向全体で接触している。
【００３６】
上記したように図２７に示す横断面形状が円弧状の保持溝２ｅ，２ｆによりキャピラリ２を保持する従来の保持構造では、キャピラリ３を交換すると保持溝２ｅ，２ｆの溝壁がキャピラリ３の側周部に対して接触する位置が変化する。これに対して本実施形態では、保持溝４０ｇ，４０ｈの溝壁４０ｉ，４０ｊはキャピラリ４５の側周部に対して周方向の点状に接触するため、キャピラリ４５を交換しても接触位置Ｑ１，Ｑ２は変化しない。よって、キャピラリ４５を交換したことによるキャピラリ４５の振動振幅の変化を低減することができ、キャピラリ４５を交換した際に良好な振動振幅の再現性が得られる。
【００３７】
本実施形態では、横断面が正方形の貫通孔４０ｆにより各保持部４０ｄ，４０ｅに保持溝４０ｇ，４０ｈを形成しているが、保持溝４０ｇ，４０ｈは横断面形状がスリット４０ｃに対して対称であり、かつ、溝壁４０ｉ，４０ｊがキャピラリ４５の周方向に点状に接触するものであればよい。例えば、図１０（Ａ）に示すように貫通孔４０ｆの横断面形状を菱形としてもよく、図１０（Ｂ）に示すように貫通孔４０ｆの横断面形状を三角形としてもよい。また、図１０（Ｃ）に示す例では、貫通孔４０ｆをキャピラリ４５の円筒部４５ｂよりも半径の大きい円形とし、各保持溝４０ｇ，４０ｈに長手方向全体に延びる２個の突起４０ｍ，４０ｎを設けている。さらに、図１０（Ｄ）に示す例では、各保持溝４０ｇ，４０ｈの溝壁４０ｉ，４０ｊのうち一方の溝壁４０ｉを平面とし、他方の溝壁４０ｊをキャピラリ４５と同一半径の円弧状の曲面としている。そのほか、貫通孔４０ｆを正六角形、正八角形等としてもよい。
【００３８】
図１１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す例では、図８（Ａ）〜（Ｃ）に示すキャピラリ４５の保持構造において、超音波ホーン４０の先端側の端面から基板側に向けて上記スリット４０ｃよりも幅の大きい断面円形の肉抜き孔４０ｐを設けている。この肉抜き孔４０ｐにより各保持溝４０ｇ，４０ｈはそれぞれ図において上下二段に分割されている。そのため、各保持溝４０ｇ，４０ｈの溝壁とキャピラリ４５の円筒部４５ｂは、キャピラリ４５の基端側で４箇所、キャピラリ４５の長手方向中央付近で４箇所の合計８箇所で接触している。この場合、キャピラリ４５の長手方向の２箇所で保持溝４０ｇ，４０ｈの溝壁４０ｉ，４０ｊが接触するため、キャピラリ４５を交換した際の振動振幅の変化をより一層低減することができ、振動振幅の再現性がより向上する。
なお、上記保持溝４０ｇ，４０ｈを上記図１０（Ａ）〜（Ｂ）に示す形状とした場合にも、肉抜き孔４０ｐを設けて各保持溝４０ｇ，４０ｈを二段に分割することができる。また、肉抜き孔４０ｐの断面形状は円形に限定されず、多角形や楕円であってもよい。また、複数個の肉抜き孔を設けてもよい。
【００３９】
（第２実施形態）
図１２及び図１３は、本発明の第２実施形態を示している。
この第２実施形態では、ホーンホルダ３９の挿通孔３９ｅの周壁には、超音波ホーン４０の軸線Ｌ方向の互いに隣接する２箇所の縦波の節に対応する位置Ｐ１，Ｐ２にそれぞれ支持突起３９ｍ，３９ｎ，３９ｐ，３９ｒ，３９ｓ，３９ｔを設けている。支持突起３９ｍ〜３９ｐ，３９ｒ〜３９ｔは断面形状が二等辺三角形状であり、挿通孔３９ｅの断面中心に対して１２０度間隔で配置されている（図５参照）。
【００４０】
本実施形態では、超音波ホーン４０は軸線方向の２箇所（位置Ｐ１，Ｐ２）がそれぞれ支持突起３９ｍ〜３９ｐ，３９ｒ〜３９ｓにより支持されるため、ボンディング作業時の超音波振動により超音波ホーン４０がホーンホルダ３９に対して傾動するのを防止することができる。また、超音波ホーン４０の軸線Ｌが挿通孔３９ｅの軸線に対して確実に平行となるように、超音波ホーン４０をホーンホルダ３９に取付けることができる。
【００４１】
なお、本実施形態におけるホーン支持突起３９ｍ〜３９ｐ，３９ｒ〜３９ｓは、図７（Ａ）に示す先端が円弧状であってもよく、図７（Ｂ）に示す環状であってもよい。また、互いに隣接する３箇所以上の縦波の節に対応する位置にそれぞれホーン支持突起を設けてもよい。
キャピラリ４５の保持構造を含む第２実施形態のその他の構成及び作用は第１実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４２】
（第３実施形態）
図１４から図１６は、本発明の第３実施形態を示している。この第３実施形態のホーンホルダ５９は、基部（固定部）５９ａと、筒部５９ｂとを備えている。上記基部５９ａは細長い板状であり、その両端部にはホーンホルダ３９をボンディングアーム３７に固定するためのねじ５５Ａ，５５Ｂが螺合するねじ孔５９ｃ，５９ｄが設けられている。一方、筒部５９ｂは基部５９ａの中央部分から突出しており、超音波ホーン４０が挿通される挿通孔５９ｅが設けられている。この挿通孔５９ｅの半径は、超音波ホーン４０の円柱部４０ａの半径よりも大きく設定されている。
【００４３】
また、筒部５９ｂには、挿通孔５９ｅの断面中心に対して１２０度間隔で配置された３個のねじ孔５９ｆ，５９ｇ，５９ｈが設けられている。これらのねじ孔５９ｆ〜５９ｈには、それぞれセットビス（ピン状部材）６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃが螺合しており、筒部５９ｂから突出するセットビス６１Ａ〜６１Ｂの先端が超音波ホーン４０の円柱部４０ａに接触している。そして、各セットビス６１Ａ〜６１Ｂから超音波ホーン４０に対して作用する半径方向の拘束力により、ホーンホルダ５９に対して超音波ホーン４０が固定されている。
【００４４】
上記ねじ孔５９ｆ〜５９ｈの位置は、セットビス６１Ａ〜６１Ｂの先端が軸線Ｌ方向の縦波の節に対応する位置Ｐ１で超音波ホーン４０に接触するように設定されている。また、各セットビス６１Ａ〜６１Ｃの先端は超音波ホーン４０に対して周方向の点状に接触している。
【００４５】
本実施形態の超音波ホーン４０の取付構造では、超音波ホーン４０にフランジを設けていないため、フランジへの超音波振動の伝達やフランジの部分に作用する曲げモーメントに起因する振動伝達効率の低下を防止することができる。さらに、セットビス６１Ａ〜６１Ｃの先端は超音波ホーン４０に対して点状に接触するため、節の位置Ｐ１における超音波ホーン４０の半径方向の振動に対する拘束力を最小限に低減し、それによって超音波振動の伝達効率の損失を一層低減することができる。
【００４６】
なお、上記セットビス６１Ａ〜６１Ｂに代えて、ホーンホルダ５８の筒部５９ｂに対して着脱可能なピンを設け、このピンの先端が超音波ホーン４０の側周部に接触するようにしてもよい。
キャピラリ４５の保持構造を含む第３実施形態のその他の構成及び作用は第１実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４７】
（第４実施形態）
図１７及び図１８は、本発明の第４実施形態を示している。
ホーンホルダ５９の筒部５９には、超音波ホーン４０の軸線Ｌ方向の互いに隣接する２箇所の縦波の節に対応する位置Ｐ１，Ｐ２にそれぞれねじ孔５９ｆ，５９ｇ，５９ｈ，５９ｉ，５９ｊ，５９ｋを設けている。また、これらのねじ孔５９ｆ〜５９ｈ，５９ｉ〜５９ｋに螺合したセットビス６１Ａ〜６１Ｃ，６１Ｄ〜６１Ｆの先端が、それぞれ縦波の節の位置Ｐ１，Ｐ２で超音波ホーン４０に接触している。このように、本実施形態では、超音波ホーン４０は軸線方向の２箇所（位置Ｐ１，Ｐ２）がそれぞれセットビス６１Ａ〜６１Ｃ，６１Ｄ〜６１Ｆにより支持されるため、ボンディング作業時の超音波振動により超音波ホーン４０がホーンホルダ３９に対して傾動するのを防止することができる。また、超音波ホーン４０の軸線Ｌが挿通孔５９ｅの軸線に対して確実に平行となるように、超音波ホーン４０をホーンホルダ３９に取付ことができる。
キャピラリ４５の保持構造を含む第４実施形態のその他の構成及び作用は第３実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４８】
次に、上記超音波ホーン４０をボンディングアーム３７に対して取付ける方法を、第１実施形態のホーンホルダ３９を使用する場合を例に説明する。
まず、図１９及び図２０に示す治具６５を使用して超音波ホーン４０にキャピラリ４５及びホーンホルダ３９を固定する。この治具６５は、ホーン差込部６５ａ、キャピラリ差込部６５ｂ、及びホーン差込部６５ａとキャピラリ差込部６５ｂを連結する板状の連結部６５ｃを備えている。上記ホーン差込部６５ａは互いに平行な第１の面６５ｄと第２の面６５ｅを備えている。第１の面６５ｄから第２の面６５ｅまでの長さＤは、超音波ホーン４０の軸線Ｌ方向における縦波の節の位置に対応している。また、ホーン差込部６５ａには、第１の面６５ｄから第２の面６５ｅまで貫通するようにホーン差込孔６５ｆが形成されている。一方、上記キャピラリ差込部６５ｂには、上記ホーン差込孔６５ｆの軸線上にあり、かつ、上記連結部６５ｃの上面６５ｇに対して垂直に延びるキャピラリ差込スリット６５ｈが形成されている。
【００４９】
まず、超音波ホーン４０をホーンホルダ３９の挿通孔３９ｅに挿通させる。次に、超音波ホーン４０の基端側を第１の面６５ｄ側から治具６５のホーン差込孔６５ｆに差込む。さらに、キャピラリ４５を超音波ホーン４０の貫通孔４０ｆ及びキャピラリ差込部６５ｂのキャピラリ差込スリット６５ｈに差込んだ後、ねじ５７で固定する。
【００５０】
次に、図２０に示すように、超音波ホーン４０の基端側の端面をホーン差込部６５ａの第２の面６５ｅに一致させる。その後、ホーンホルダ３９を第１の面６５ｄに向けて移動させ、ホーンホルダ３９の基部３９ａ（ホーンホルダ３９の超音波ホーン４０の基端側の端面）を第１の面６５ｄに密接させる。この状態で、ホーンホルダ３９の支持突起３９ｍ〜３９ｐが、縦波の節に対応する位置Ｐ１にある。また、この状態では、ホーンホルダ３９の図において下側の面が連結部６５ｃに当接することにより、軸線Ｌに対するホーンホルダ３９の回転角度位置が位置決めされる。
【００５１】
次に、ねじ５６をホーンホルダ３９の割締め部３９ｂのねじ孔３９ｇ，３９ｈに螺合して挿通孔３９ｅを縮径させ、ホーンホルダ３９を超音波ホーン４０に固定する。上記のようにホーンホルダ３９は、支持突起３９ｍ〜３９ｐが超音波ホーン４０の軸線Ｌ方向の縦波の節に対応する位置Ｐ１に位置決めされているため、各支持突起３９ｍ〜３９ｐの先端は確実にこの位置Ｐ１で超音波ホーン４０に接触する。また、キャピラリ４５の先端が差込まれているキャピラリ差込スリット６５ｈは連結部６５ｃの上面６５ｇに対して垂直であり、かつ、連結部６５ｃの上面６５ｇによりホーンホルダ３９の軸線Ｌ回りの回転角度位置が位置決めされている。よって、ホーンホルダ３９の長手方向（ねじ孔３９ｃ，３９ｄを通る直線方向）に対してキャピラリ４５が直角に延びるように、ホーンホルダ３９とキャピラリ４５との軸線Ｌ回りの相対的な回転角度位置が位置決めされている。
その後、超音波ホーン４０を治具６５から外し、ねじ５５Ａ，５５Ｂにより超音波ホーン４０に固定されたホーンホルダ３９をボンディングアーム３７に取付ける。
【００５２】
なお、第２実施形態から第４実施形態のホーンホルダ３９を使用する場合も同様の工程で超音波ホーン４０をボンディングアーム３７に取付けることができる。
【００５３】
（第５実施形態）
図２１は、本発明の第５実施形態を示している。
この第５実施形態では、超音波ホーン４０の軸線Ｌ方向の縦波の節と対応する位置に断面形状がＶ字状である環状溝４０ｑを超音波ホーン４０の周方向全体に設けている。一方、ホーンホルダ６９は、第３実施形態のものと同一構造である。セットピン６１Ａ〜６１Ｃの先端は環状溝４０ｑ内で超音波ホーン４０に接触し、これらのセットピン６１Ａ〜６１Ｃの先端から作用する半径方向の拘束力により超音波ホーン４０がホーンホルダ３９に固定されている。このように縦波の節と対応する位置に環状溝４０ｑを設けておけば、セットピン６１Ａ〜６１Ｃの先端を確実に縦波の節の位置で超音波ホーン４０に接触させることができる。
キャピラリ４５の保持構造を含む第５実施形態のその他の構成及び作用は第１実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５４】
（第６実施形態）
図２２は、本発明の第５実施形態を示している。
この第６実施形態では、超音波ホーン４０の軸線Ｌ方向の縦波の節と対応する位置Ｐ１に半径方向にのみ延びるフランジ（円環状部）４０ｒを設けている。ホーンホルダ３９はホーン保持突起３９ｍ〜３９ｐ（図６参照）を備えていない点を除いて、第１実施形態のものと同一構造である。ホーンホルダ３９は、フランジ４０ｒの外周縁を割閉め部３９ｂで締め付けることにより、超音波ホーン４０に固定されている。
【００５５】
上記フランジ４０ｒは、図２５に示す従来のものと異なり半径方向にのみ延びており、筒状部１５ｂに相当する部分を備えていない。そのため、ホーンホルダ３９の割締め部３９ｂから超音波ホーン４０には半径方向の拘束力のみが作用し、フランジ４０ｒと超音波ホーン４０の接続部分に曲げモーメントが作用しない。よって、超音波ホーン４０に曲げモーメントが作用することに起因する振動伝達効率の低下を防止することができる。
第６実施形態のキャピラリ４５の保持構造を含むその他の構成及び作用は第１実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の取付方法では、治具が備えるホーン差込部の第１の面から第２の面までの長さが縦波の節の位置に対応しており、ホーン差込孔に差込んだ超音波ホーンの基端側の端面を第２の端面と一致させる。よって、取付部材の超音波ホーン基端側の端面をホーン差込部の第１の端面と密接させるだけで、取付部材を縦波の節に対応する位置に配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態に係るバンプボンディング装置を示す斜視図である。
【図２】 第１実施形態に係るバンプボンディング装置を示す要部側面図である。
【図３】 第１実施形態に係るバンプボンディング装置を示す要部正面図である。
【図４】 第１実施形態における超音波ホーンの取付構造を示す図３のIV−IV線での断面図である。
【図５】 図４のV−V線での断面図である。
【図６】 第１実施形態における超音波ホーンの取付構造を示す分解斜視図である。
【図７】 （Ａ）及び（Ｂ）は、ホルダの他の例を示す図５と同様の断面図である。
【図８】 第１実施形態におけるキャピラリの超音波アームへの保持構造を示し、（Ａ）は超音波ホーンの端面図、（Ｂ）は超音波ホーンの部分平面図、（Ｃ）は図８（Ｂ）のVIII−VIII線での断面図である。
【図９】 はキャピラリと保持溝の関係を説明するための部分拡大平面図である。
【図１０】 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）は保持溝の他の例を示す平面図である。
【図１１】 キャピラリの超音波ホーンへの保持構造の他の例を示し、（Ａ）は超音波ホーンの端面図、（Ｂ）は超音波ホーンの部分平面図、（Ｃ）は図１１（Ｂ）のXI−XI線での断面図である。
【図１２】 本発明の第２実施形態における超音波ホーンの取付構造を示す図４と同様の断面図である。
【図１３】 第２実施形態における超音波ホーンの取付構造を示す分解斜視図である。
【図１４】 本発明の第３実施形態における超音波ホーンの取付構造を示す図４と同様の断面図である。
【図１５】 図１４のXV−XV線での断面図である。
【図１６】 第３実施形態における超音波ホーンの取付構造を示す分解斜視図である。
【図１７】 本発明の第４実施形態における超音波ホーンの取付構造を示す図４と同様の断面図である。
【図１８】 第４実施形態における超音波ホーンの取付構造を示す分解斜視図である。
【図１９】 超音波ホーン、ホーンホルダ及び治具を示す分解斜視図である。
【図２０】 超音波ホーン及びホーンホルダが治具に組み付けられた状態での図１９のXX−XX線での断面図である。
【図２１】 本発明の第５実施形態における超音波ホーンの取付構造を示す図４と同様の断面図である。
【図２２】 本発明の第６実施形態における超音波ホーンの取付構造を示す図４と同様の断面図である。
【図２３】 従来のバンプボンディング装置を示す要部概略図である。
【図２４】 バンプボンディングの工程を示し、（Ａ）はボールの形成工程を示す断面図、（Ｂ）はボールの電極パッドへの接合工程を示す断面図、（Ｃ）はボンディングワイヤの切断工程を示す断面図である。
【図２５】 （Ａ）及び（Ｂ）は従来の超音波ホーンのボンディングアームへの取付構造を示す断面図である。
【図２６】 図２５（Ｂ）のXXV−XXV線での断面図である。
【図２７】 キャピラリの超音波アームへの保持構造を示し、（Ａ）は超音波ホーンの端面図、（Ｂ）は超音波ホーンの部分平面図、（Ｃ）は図２７（Ｂ）のXXVII− XXVII線での断面図である。
【図２８】 ねじの締付トルクとインピーダンスの関係を示す線図である。
【符号の説明】
６ ボンディングワイヤ
８ ＩＣチップ（電子部品）
８ａ 電極パッド
９ ヒートステージ
９ａ ヒータ
２５ ローダ
２６ アンローダ
２７ ボンディングヘッド
２８ ボンディング作業機構
２９ ワイヤ供給機構
３０ カメラユニット
３０ａ 認識カメラ
３０ｂ 鏡筒
３０ｃ プリズム
３２ ＸＹ駆動機構
３３ ＸＹテーブル
３４ ベース
３５ 軸
３７ ボンディングアーム
３７ａ 挿通孔
３７ｂ，３７ｃ ねじ孔
３８ ヘッド駆動機構
３９ ホーンホルダ
３９ａ 基部
３９ｂ 割締め部
３９ｃ，３９ｄ ねじ孔
３９ｅ 挿通孔
３９ｆ，３９ｉ スリット
３９ｇ，３９ｈ 把持部
３９ｊ，３９ｋ ねじ孔
３９ｌ 周壁
３９ｍ，３９ｎ，３９ｐ，３９ｑ，３９ｒ，３９ｓ，３９ｔ ホーン支持突起（支持突部）
４０ 超音波ホーン
４０ａ 円柱部
４０ｂ テーパ部
４０ｃ スリット
４０ｄ，４０ｅ 保持部
４０ｆ 貫通孔
４０ｇ，４０ｈ 保持溝
４０ｉ，４０ｊ 溝壁
４０ｋ ねじ孔
４０ｍ，４０ｎ 突起
４０ｐ 肉抜き孔
４０ｑ 環状溝
４０ｒ フランジ
４２ 変位センサ
４３ 振動発生源
４４ 高周波電圧発生器
４５ キャピラリ
４５ａ 孔
４５ｂ 円筒部
４５ｃ テーパ部
４７ 放電用トーチ
４８ スパーク発生装置
４９ リール
５０ エアテンショナー
５２ クランパ
５３ 制御装置
５５Ａ，５５Ｂ ねじ
５６ ねじ
５７ ねじ
５９ ホーンホルダ
５９ａ 基部（固定部）
５９ｂ 筒部
５９ｃ，５９ｄ ねじ孔
５９ｅ 挿通孔
５９ｆ，５９ｇ，５９ｈ，５９ｉ，５９ｊ，５９ｋ ねじ孔
６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃ，６１Ｄ，６１Ｅ，６１Ｆ セットビス
６５ 治具
６５ａ ホーン差込部
６５ｂ キャピラリ差込部
６５ｃ 連結部
６５ｄ，６５ｅ 面
６５ｆ ホーン差込孔
６５ｇ 上面
６５ｈ キャピラリ差込スリット
Claims (1)
- 超音波ホーンをボンディングアームに取付ける方法であって、
上記超音波ホーンを挿通させる挿通孔と、上記ボンディングアームに固定するための固定部とを備える取付部品を準備すると共に、互いに平行な第１及び第２の面を有するホーン差込部を備え、第１の面から第２の面までの長さが上記超音波ホーンの軸線方向における縦波の節の位置に対応し、かつ、上記ホーン差込部に上記第１の面から第２の面まで貫通するホーン差込孔が形成された治具を準備し、
上記超音波ホーンを上記取付部材の挿通孔に挿通させ、
上記超音波ホーンの基端側を上記第１の面側から上記治具のホーン差込孔に差込み、上記超音波ホーンの基端側の端面と上記第２の面とを一致させ、
上記取付部材の超音波ホーン基端側の端面を上記第１の面に密接させ、
取付部材を超音波ホーンに固定し、
超音波ホーンを治具から取り外し、かつ、
上記超音波ホーンに固定された取付部材の固定部を、上記ボンディングアームに固定する
超音波ホーンの取付方法。
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Publications (2)
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