JP4288363B2 - 超音波実装ツール及び電子部品の実装装置 - Google Patents

Description

この発明はたとえば被実装部材となるポリイミド製のテープ状部材などの基板に電子部品としての半導体チップなどを超音波振動を利用して圧着するための超音波実装ツール及び電子部品の実装装置に関する。

たとえば、電子部品であるバンプ付きの半導体チップを被実装部材である基板に実装する場合、この半導体チップに押圧荷重と超音波振動を与えて上記基板に実装する方法が知られている。つまり、半導体チップを基板の被接合面に所定の圧力で加圧して超音波振動を与えて基板と半導体チップとの接触面を接合させるというものである。

このような実装は超音波実装ツールを用いて行われる。超音波実装ツールはホーンを有する。このホーンの長手方向の一端には振動子が接続固定されている。この振動子には超音波発振器が接続される。この超音波発振器は上記振動子にたとえば４０ｋＨｚの高周波電圧を印加する。それによって、振動子が超音波振動するから、その振動波によって上記ホーンも超音波振動する。つまり、ホーンは長手方向である、横方向に超音波振動する。このホーンの振動を横振動とする。

上記ホーンの中途部の振動が最大となる部分の下面には上記半導体チップを吸着保持するツール部が突出形成されている。このツール部に対応する上記ホーンの上面には荷重受け部が突出形成されている。この荷重受け部にはステンレスなどの金属材料によって形成されたブラケットが長手方向の中途部の下面を接触させて設けられる。このブラケットの両端部は、上記ホーンの振動が最小となる部分にねじ止め固定される。

上記ホーンは上記ブラケットによって実装装置の上下方向に駆動される可動部に取り付けられる。それによって、上記可動部に加わる荷重は、上記ブラケットによって上記荷重受け部を介して上記ツール部に確実に伝達されることになる。

すなわち、上記荷重受け部によって上記ブラケットの長手方向中途部だけを上記ホーンの上面に部分的に接触させることで、上記ホーンを上記可動部に上記ブラケットによって確実に連結するとともに、上記ブラケットと上記荷重受け部とを摺動可能とし、上記振動子によって上記ホーンの上記ツール部の部分を確実に超音波振動させることができるようにしている。
特許第３８４８６３７号明細書

長手方向の中途部下面を上記荷重受け部に接触させた上記ブラケットの両端部を上記ホーンにねじ止め固定すると、このブラケットは上方に凸形状に湾曲変形する。それによって、ブラケットの中途部下面は上記荷重受け部の上面全体に面接触した状態から両端のエッジ部だけが線接触した状態となる。

荷重受け部のエッジ部にブラケットが線接触した状態で上記ホーンが上記振動子によって横方向に超音波振動させられ、上記ブラケットに対して上記荷重受け部が横方向にずれ動くと、上記荷重受け部の一方のエッジ部と他方のエッジ部とが湾曲したブラケットの下面に対して交互に衝突を繰り返す。

それによって、ブラケットとホーンに設けられた荷重受け部とが円滑に摺動しなくなるから、超音波振動のパワーロスが生じ、半導体チップを基板に確実に圧着、すなわち実装することができなくなる虞があるばかりか、衝突部分が早期に磨耗したり、変形してホーンの機能が低下するなどのことがある。

この発明は、ブラケットの両端部をホーンに固定しても、このブラケットの荷重受け部に接触した部分が湾曲変形し難いようにした超音波実装ツール及び電子部品の実装装置を提供することにある。

この発明は、上下駆動される可動部に取り付けられ電子部品を被実装部材に押圧荷重と振動とによって圧着する超音波実装ツールであって、
ホーンと、
このホーンの一端に接続されホーンを振動させる振動子と、
上記ホーンの下面の振動が最大となる部分に設けられた上記電子部品を保持するツール部と、
上記ホーンの上面の上記ツール部に対応する位置に突設された荷重受け部と、
下面の長手方向中途部を上記荷重受け部に当接させるとともに長手方向の両端部が上記ホーンの振動が最小となる部分に連結固定されていて、上記可動部に取り付けられてこの可動部に加わる荷重を上記荷重受け部を介して上記ツール部に伝達するブラケットと、
このブラケットの両端部と上記荷重受け部に当接した中途部との間の部分に設けられこの間の部分の剛性を他の部分よりも低くして上記ブラケットの両端部を上記ホーンに連結固定したときに湾曲変形して上記ブラケットの上記荷重受け部に当接した部分が湾曲変形するのを阻止する低剛性部と
を具備したことを特徴とする超音波実装ツールにある。

上記低剛性部は、上記ブラケットの幅方向に貫通する空洞部によって形成されていることが好ましい。

この発明は、電子部品を被実装部材に押圧荷重と振動とによって圧着する電子部品の実装装置であって、
上下方向に駆動される可動部と、
この可動部に対向して設けられ上面に上記被実装部材が保持されるステージと、
上記可動部に取り付けられ上記電子部品を保持してこの電子部品に振動を付与しその振動と上記可動部の下降による押圧力とで上記電子部品を上記被実装部材に圧着する超音波実装ツールとを具備し、
上記超音波実装ツールは、
ホーンと、
このホーンの一端に接続されホーンを振動させる振動子と、
上記ホーンの下面の振動が最大となる部分に設けられた上記電子部品を保持するツール部と、
上記ホーンの上面の上記ツール部に対応する位置に突設された荷重受け部と、
下面の長手方向中途部を上記荷重受け部に当接させるとともに長手方向の両端部が上記ホーンの振動が最小となる部分に連結固定されていて、上記可動部に取り付けられてこの可動部に加わる荷重を上記荷重受け部を介して上記ツール部に伝達するブラケットと、
このブラケットの両端部と上記荷重受け部に当接した中途部との間の部分に設けられこの間の部分の剛性を他の部分よりも低くして上記ブラケットの両端部を上記ホーンに連結固定したときに湾曲変形して上記ブラケットの上記荷重受け部に当接した部分が湾曲変形するのを阻止する低剛性部と
によって構成されていることを特徴とする電子部品の実装装置にある。

この発明によれば、ブラケットの両端部をホーンに連結固定すると、このブラケットは両端部と荷重受け部に接触した部分との間に設けられた低剛性部が湾曲変形し、荷重受け部と接触した部分が湾曲変形するのが抑制される。そのため、ブラケットと荷重受け部との面接触状態が維持されるから、ホーンを超音波振動させると、ブラケットと荷重受け部とが円滑に摺動し、エネルギーロスや磨耗が生じるのを防止できる。

以下、この発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
図１はこの発明の実装装置の側面図で、図２は正面図である。図１に示すように、この実装装置は装置本体１を備えている。この装置本体１にはＹガイド体２がＹ方向に沿って設けられ、このＹガイド体２には矢印で示すＹ可動体３がＹ方向に駆動可能に設けられている。

上記Ｙ可動体３の前端面には上下方向に所定間隔で離間した一対のＸガイド体４がＸ方向に沿って設けられている。このＸガイド体４にはＸ可動体５が駆動可能に設けられている。このＸ可動体５は側面形状が逆Ｌ字状に形成されていて、垂直壁の外面に上記Ｘガイド体４に移動可能に係合する受け部６が設けられている。

Ｘ可動体５の垂直壁５ａの内面には上下方向に沿って一対のＺガイド体７がＸ方向に所定間隔で離間して設けられている。このＺガイド体７には可動体としてのＺ可動体８が矢印で示す上下方向に駆動可能に設けられている。このＺ可動体８の上面と、上記Ｘ可動体５の水平壁５ｂの下面との間には複数、たとえば４つのばね１１が張設されていて、上記Ｚ可動体８を上昇方向に付勢している。

上記Ｘ可動体５の水平壁の上面にはＺ駆動源であるシリンダ１２が軸線を垂直にして設けられている。このシリンダ１２のロッド１３の先端には押圧部材１４が設けられている。この押圧部材１４は上記Ｚ可動体８の上面に回転軸線を水平にして設けられたローラ１５に当接している。したがって、上記シリンダ１２のロッド１３が突出方向に付勢されると、上記Ｚ可動体８をばね１１の復元力に抗して下降方向に駆動させることができるようになっている。

上記Ｚ可動体８の下面にはθ駆動源１６が設けられている。このθ駆動源１６によって回転駆動されるθ可動体１７には超音波実装ツール２１が取り付けられている。この超音波実装ツール２１は図３（ａ）に示すように角柱状のホーン２２を有する。このホーン２２の長手方向一端には振動子２３が連結固定されている。この振動子２３には図示しない発振器が接続されていて、この発振器からたとえば４０ｋＨｚの高周波電圧が印加される。それによって、上記振動子２３とともに上記ホーン２２が超音波振動する。

上記ホーン２２の長手方向中央部の下面、つまり上記ホーン２２に伝播する振動波による振動が最大となる部分、つまり図３（ｃ）にＳ１で示す振動の腹の部分には矩形状のベース部２４及びベース部２４の下面から突出するツール部２５がホーン２２の幅方向全長にわたって形成されている。このツール部２５には図示しない吸引孔が下端面に開口形成されていて、この下端面に電子部品としての半導体チップＣが吸着保持される。

上記ホーン２２の上面の上記ツール部２５と対応する長手方向の中央部である、振動波の腹の部分Ｓ１には上記ベース２４とほぼ同じ平面形状の荷重受け部２６が突出形成されている。なお、上記ツール部２５と荷重受け部２６は、上記ホーン２２と一体形成されている。

上記荷重受け部２６の上面には、上記ホーン２２と同じ幅寸法で、長さ寸法がホーン２２よりも短い帯板状のブラケット２７が長手方向中央部の下面を接触させて設けられている。このブラケット２７の両端部はそれぞれねじ２８によって上記ホーン２２の横振動が最小となる、図３（ｃ）にＳ２で示す上記振動波の節の部分に連結固定されている。

上記ブラケット２７の両端部分と上記荷重受け部２６に接触した部分との間の部分は、この部分の剛性をブラケット２７の他の部分よりも低くする低剛性部２７ａに形成されている。具体的には上記低剛性部２７ａはブラケット２７の幅方向に貫通する空洞部２９によって形成されている。この空洞部２９はブラケット２７の長手方向に沿って長いＨ形状で、隅部は応力集中を避けるようＲ状に形成されている。

したがって、上記ブラケット２７を荷重受け部２６を介してホーン２２に固定するため、ブラケット２７の両端部のねじ２８をホーン２２に締め込むと、ブラケット２７は図３（ａ）に示す状態から図３（ｂ）に示すように、空洞部２９が形成された低剛性部２７ａが弾性変形して湾曲する。そのため、ブラケット２７の両端部分をホーン２２にねじ２８によって連結固定しても、このブラケット２７の長手方向中央部分と荷重受け部２６とは面接触状態が維持されることになる。

なお、上記空洞部２９の形状は楕円形状や円形状などであってもよく、要はブラケット２７に低剛性部２７ａを形成することができる形状であればよい。
上記ブラケット２７は、上記荷重受け部２６に接触した部分の上面が上記θ可動体１７の下面に取り付け固定される。したがって、上記超音波実装ツール２１はＸ、Ｙ、Ｚ及びθ方向に駆動可能となっている。

上記超音波実装ツール２１の下方にはステージ３１が配設されている。このステージ３１は、詳細は図示しないがＸ、Ｙ、及びＺ方向に駆動可能となっている。ステージ３１の上面にはポリイミド製のテープ状部材などの基板３２が供給載置される。この基板３２に対して上記超音波実装ツール２１のツール部２５が位置決めされて下降する。それによって、ツール部２５に保持された半導体チップＣがＺ可動体８による加圧力と、ホーン２２の横振動とによって上記基板３２に圧着される。

このように構成された超音波実装ツール２１によれば、この超音波実装ツール２１のホーン２２をＺ可動体８に連結するブラケット２７空洞部２９によって低剛性部２７ａを形成するようにした。

そのため、上記ブラケット２７の両端部をねじ２８によってホーン２２に連結固定すると、ブラケット２７は空洞部２９が形成された低剛性部２７ａが弾性的に変形し、荷重受け部２６に接触した長手方向中央部分はほとんど弾性変形することがない。

したがって、ブラケット２７と荷重受け部２６とは面接触状態が維持されるから、振動子２３に通電してホーン２２を横振動させると、上記ブラケット２７に対して上記荷重受け部２６が円滑に摺動する。その結果、ホーン２２はパワーロスを生じることなく確実に超音波振動するから、ツール部２５に保持された半導体チップＣを基板３２に確実に、しかも効率よく圧着することができる。

さらに、上記ホーン２２の荷重受け部２６はブラケット２７と面接触した範囲内で横方向に振動する。そのため、上記荷重受け部２６の端縁がブラケット２７に衝突して早期に磨耗したり、変形するなどのこともないから、ホーン２２の機能が損なわれるのも防止できる。

なお、電子部品は半導体チップに限られず、基板に実装された半導体チップをモールドしたバンプ付きＩＣ装置であってもよく、基板はリードフレームであってもＴＡＢ用のテープであってもよく、要は超音波振動を利用して実装することができる電子部品と基板であればよい。

この発明の一実施の形態を示す実装装置の概略的構成を示す側面図。 図１に示す実装装置の正面図。 （ａ）はブラケットが変形する前の状態を示す超音波実装ツールの正面図、（ｂ）はねじを締め込んでブラケットが変形した状態を示す超音波実装ツールの正面図、（ｃ）はホーンに発生する振動の波形を示す図である。

符号の説明

８…Ｚ可動体、２１…超音波実装ツール、２２…ホーン、２３…振動子、２５…ツール部、２６…荷重受け部、２７…ブラケット、２７ａ…低剛性部、２９…空洞部、３２…基板、Ｃ…半導体チップ（電子部品）。

Claims (3)

1. 上下駆動される可動部に取り付けられ電子部品を被実装部材に押圧荷重と振動とによって圧着する超音波実装ツールであって、
   ホーンと、
   このホーンの一端に接続されホーンを振動させる振動子と、
   上記ホーンの下面の振動が最大となる部分に突設された上記電子部品を保持するツール部と、
   上記ホーンの上面の上記ツール部に対応する位置に設けられた荷重受け部と、
   下面の長手方向中途部を上記荷重受け部に当接させるとともに長手方向の両端部が上記ホーンの振動が最小となる部分に連結固定されていて、上記可動部に取り付けられてこの可動部に加わる荷重を上記荷重受け部を介して上記ツール部に伝達するブラケットと、
   このブラケットの両端部と上記荷重受け部に当接した中途部との間の部分に設けられこの間の部分の剛性を他の部分よりも低くして上記ブラケットの両端部を上記ホーンに連結固定したときに湾曲変形して上記ブラケットの上記荷重受け部に当接した部分が湾曲変形するのを阻止する低剛性部と
   を具備したことを特徴とする超音波実装ツール。
2. 上記低剛性部は、上記ブラケットの幅方向に貫通する空洞部によって形成されていることを特徴とする請求項１記載の超音波実装ツール。
3. 電子部品を被実装部材に押圧荷重と振動とによって圧着する電子部品の実装装置であって、
   上下方向に駆動される可動部と、
   この可動部に対向して設けられ上面に上記被実装部材が保持されるステージと、
   上記可動部に取り付けられ上記電子部品を保持してこの電子部品に振動を付与しその振動と上記可動部の下降による押圧力とで上記電子部品を上記被実装部材に圧着する超音波実装ツールとを具備し、
   上記超音波実装ツールは、
   ホーンと、
   このホーンの一端に接続されホーンを振動させる振動子と、
   上記ホーンの下面の振動が最大となる部分に設けられた上記電子部品を保持するツール部と、
   上記ホーンの上面の上記ツール部に対応する位置に突設された荷重受け部と、
   下面の長手方向中途部を上記荷重受け部に当接させるとともに長手方向の両端部が上記ホーンの振動が最小となる部分に連結固定されていて、上記可動部に取り付けられてこの可動部に加わる荷重を上記荷重受け部を介して上記ツール部に伝達するブラケットと、
   このブラケットの両端部と上記荷重受け部に当接した中途部との間の部分に設けられこの間の部分の剛性を他の部分よりも低くして上記ブラケットの両端部を上記ホーンに連結固定したときに湾曲変形して上記ブラケットの上記荷重受け部に当接した部分が湾曲変形するのを阻止する低剛性部と
   によって構成されていることを特徴とする電子部品の実装装置。

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