JP4952201B2 - Component joining apparatus and ultrasonic horn - Google Patents
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Description
本発明は、超音波ホーンの接合作用部で部品を被接合面に押し付けながら超音波ホーンに超音波振動を与えて部品を被接合面に接合する部品接合装置及び超音波ホーンに関するものである。 The present invention relates to a component bonding apparatus and an ultrasonic horn that apply ultrasonic vibration to an ultrasonic horn while pressing the component against a surface to be bonded by a bonding operation portion of the ultrasonic horn and bond the component to the surface to be bonded.
半導体チップのような部品(電子部品)を基板の被接合面に接合する部品接合装置として、超音波振動を用いるものが知られている。この部品接合装置は、昇降自在な昇降部材に横長の棒状部材である超音波ホーンを長手方向及び幅方向が水平になるように固定し、超音波ホーンの下面から下方に突出した接合作用部で部品を被接合面に押し付けながら超音波ホーンに超音波振動を与え、部品を微小に振動させて被接合面に密着させるものである。 2. Description of the Related Art As a component bonding apparatus for bonding a component (electronic component) such as a semiconductor chip to a bonded surface of a substrate, an apparatus using ultrasonic vibration is known. This component joining apparatus fixes a ultrasonic horn, which is a horizontally long rod-like member, to a vertically movable elevating member so that the longitudinal direction and the width direction are horizontal, and is a joining action portion protruding downward from the lower surface of the ultrasonic horn. Ultrasonic vibration is applied to the ultrasonic horn while pressing the part against the surface to be joined, and the part is vibrated minutely to adhere to the surface to be joined.
この超音波ホーンは、幅方向の両側面に設けられた複数の固定部が昇降部材に固定されるが、これらの固定部は接合作用部を超音波ホーンの長手方向に挟み、かつ超音波ホーン内に生じる定在波(超音波ホーン内を長手方向に進行する縦振動の進行波と反射波の合成波)の節の位置に設けられるので、定在波の腹に位置する接合作用部は大きな振幅で長手方向に振動(揺動)することになり、部品は効率良く接合される(特許文献1)。
ところで、近年、接合対象とする部品が大型化してきており、これに伴って部品に与える振動振幅を従来よりも大きくする必要がでてきている。部品に与える振動の振幅を従来よりも大きくするには、振動子へ供給する電力を増大させて超音波ホーン全体の振動振幅を大きくすればよいが、超音波ホーン全体の振動振幅を大きくするためには部品接合装置の各部の補強が必要であり、装置全体が大型化してしまうという問題点がある。 By the way, in recent years, parts to be joined have been increased in size, and accordingly, the vibration amplitude given to the parts has to be made larger than before. In order to increase the amplitude of vibration applied to the parts, the power supplied to the vibrator should be increased to increase the vibration amplitude of the entire ultrasonic horn. To increase the vibration amplitude of the entire ultrasonic horn, However, it is necessary to reinforce each part of the component joining apparatus, and there is a problem that the entire apparatus becomes large.
そこで本発明は、従来よりも大型の部品を効率良く接合することができる部品接合装置及び超音波ホーンを提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the components joining apparatus and ultrasonic horn which can join a large sized component more efficiently than before.
請求項1に記載の部品接合装置は、昇降自在な昇降部材と、昇降部材に固定された超音波ホーンとを有し、超音波ホーンの下面から下方に突出して設けられた接合作用部で部品を被接合面に押し付けながら超音波ホーンに振動を与えて部品を被接合面に接合する部品接合装置であって、超音波ホーンの幅方向の両側面に設けられて昇降部材に固定される複数の固定部が、前記幅方向に対向し、かつ接合作用部を超音波ホーンの長手方向に挟む位置に配設されており、接合作用部を前記長手方向に挟んで接合作用部に直近する固定部同士の間に、接合作用部の根元を前記長手方向に挟んで前記幅方向に延びる一対の溝が設けられている。
The component joining apparatus according to
請求項2に記載の超音波ホーンは、部品接合装置において昇降自在な昇降部材に固定され、下面に下方に突出して設けられた接合作用部で部品を被接合面に押し付けながら部品接合装置から与えられる振動を受けて部品を被接合面に接合する超音波ホーンであって、超音波ホーンの幅方向の両側面に設けられて昇降部材に固定される複数の固定部が、前記幅方向に対向し、かつ接合作用部を超音波ホーンの長手方向に挟む位置に配設されており、接合作用部を前記長手方向に挟んで接合作用部に直近する固定部同士の間に、接合作用
部の根元を前記長手方向に挟んで前記幅方向に延びる一対の溝が設けられている。
The ultrasonic horn according to
本発明では、超音波ホーンの接合作用部の根元に溝が設けられており、これにより接合作用部の実質的な高さが増大されるので、接合作用部の振動(揺動)振幅を大きくすることができ、大型の部品の接合を効率良く行うことができる。また、部品接合装置の各部を補強する必要はなく、低コスト化が図られる。 In the present invention, a groove is provided at the base of the joining action portion of the ultrasonic horn, and this increases the substantial height of the joining action portion, so that the vibration (swing) amplitude of the joining action portion is increased. And large parts can be joined efficiently. Moreover, it is not necessary to reinforce each part of a component joining apparatus, and cost reduction is achieved.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明の一実施の形態における部品接合装置の正面図、図2は本発明の一実施の形態における超音波ホーンの部分断面正面図、図3は本発明の一実施の形態における超音波ホーンの部分断面正面図、図4は本発明の一実施の形態における超音波ホーンの平面図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a front view of a component joining apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a partial sectional front view of an ultrasonic horn according to an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a plan view of an ultrasonic horn according to an embodiment of the present invention.
図1において、部品接合装置1は上面に基板保持部2を有した位置決めテーブル3と、位置決めテーブル3の上方に備えられた接合機構4を有しており、接合機構4は昇降押圧機構5によって昇降自在な昇降部材6と、昇降部材6の下部に取り付けられた超音波ホーン7を備えている。超音波ホーン7は横長の棒状の部材であり、長手方向(図1の紙面と平行な左右方向)及び幅方向(図1の紙面に垂直な方向)が水平になるように昇降部材6に固定されている。超音波ホーン7の下部には接合作用部材8が取り付けられている。
In FIG. 1, a
図2において、超音波ホーン7の長手方向の中央部には超音波ホーン7の厚さ方向(図2における紙面上下方向)に貫通して延びた貫通穴7aが設けられており(図2(a))、接合作用部材8はこの貫通穴7aに下方から挿入され、超音波ホーン7の上方から貫通穴7a内に取り付けられた螺子部材9によって貫通穴7a内に固定されている(図2(b))。
In FIG. 2, a through hole 7a extending in the thickness direction of the ultrasonic horn 7 (the vertical direction in the drawing in FIG. 2) is provided in the central portion of the
貫通穴7aは下方に広がって超音波ホーン7の下面7b及び上面7cに開口しており、貫通穴7aの内面は円錐状のテーパ面7dになっている。接合作用部材8は下面に接合作用面8aを有した接合作用部8bと接合作用部8bから上方に延出した延出部8cから成り、接合作用部8bの上部と延出部8cの上部にはそれぞれテーパ面8d,8eが形成されている。接合作用部材8はこれらテーパ面8d,8eを貫通穴7aのテーパ面7dに下方から当接させて貫通穴7aに対する位置決めがなされている。螺子部材9は接合作用部材8の延出部8cの上部に設けられた螺子穴8fに螺入され、接合作用部材8が螺子部材9によって超音波ホーン7に取り付けられた状態では、接合作用部材8の接合作用部8bは超音波ホーン7の下面7bから下方に突出した状態となっている。
The through hole 7a extends downward and opens to the
図3において、超音波ホーン7の内部には第1吸引管路7eが設けられている。この第1吸引管路7eの一端側は超音波ホーン7の上面7cの開口部(上面開口部7f)に繋がっており、他端側は接合作用部材8の両テーパ面8d,8eの中間部(延出部8cの根元部分)と超音波ホーン7のテーパ面7dに囲まれて形成される管路中継空間7gに繋がっている。また、この管路中継空間7gには、接合作用部材8内を延びて一端が接合作用面8aに開口した第2吸引管路8gの他端が連通しており、第1吸引管路7eと第2吸引管路8gは管路中継空間7gを介して互いに繋がった状態となっている。更に、超音波ホーン7の上面開口部7fは、超音波ホーン7の外部を延びた外部管路11を介して真空吸引源12に繋がっているので(図1参照)、真空吸引源12を作動させて空気を吸引すれば、接合作用面8aに当接させた半導体チップ14を接合作用面8aに吸着保持することができる。
In FIG. 3, a first suction pipe 7 e is provided inside the
図1及び図3において、超音波ホーン7の長手方向の一端側(図1及び図3の紙面右側
)には超音波ホーン7に超音波振動を与えるための振動子10が取り付けられている。この振動子10は超音波ホーン7の外部に設けられた振動子駆動部(図示せず)から指令を受けて駆動され、超音波ホーン7の長手方向に縦振動を与える。
1 and 3, a
図4において、超音波ホーン7の幅方向の両側面7hには、昇降部材6に取り付けられる4つの固定部7kが外方に延びて設けられている。これら4つの固定部7kは超音波ホーン7の幅方向に対向し、かつ接合作用部材8(接合作用部8b)を長手方向に挟む位置に配設されている。各固定部7kには超音波ホーン7の高さ方向(部品接合装置1の上下方向)に貫通したボルト穴7mが設けられており、このボルト穴7mを貫通して設けられるボルト(図示せず)によって超音波ホーン7は昇降部材6に固定される。
In FIG. 4, on both side surfaces 7h in the width direction of the
ここで、超音波ホーン7を昇降部材6に固定(拘束)することによる振動の減衰を最小にするため、超音波ホーン7の長手方向に対向する2つの固定部7kは、超音波ホーン7内に生じる定在波の半波長分の距離をおいた隣接する節の位置に設けられている。従って、超音波ホーン7の長手方向に縦振動の共振状態を作り出すことができる適切な周波数の超音波振動を超音波ホーン7に与えることにより、その超音波振動の定在波の腹に位置する接合作用部8bを超音波ホーン7の長手方向に大きな振幅で振動(揺動)させることができる。
Here, in order to minimize the attenuation of vibration caused by fixing (restraining) the
図3及び図4において、接合作用部8bを超音波ホーン7の長手方向に挟んで接合作用部8bに直近する固定部7k同士の間には、接合作用部8bの根元を超音波ホーン7の長手方向に挟んで超音波ホーン7の幅方向に延びる一対の溝7pが設けられている。この超音波ホーン7の幅方向に延びる一対の溝7pは、接合作用部8bの実質的な高さを増大させるためのものである。すなわち、この超音波ホーン7における、接合作用部8bの超音波ホーン7の下面7bからの高さはhであるが、接合作用部8bの溝7pの底部からの高さ、すなわち実質的な高さはhよりも大きいHとなっている(図3)。
3 and FIG. 4, the base of the bonding action portion 8 b is located between the fixed portions 7 k sandwiching the bonding action portion 8 b in the longitudinal direction of the
半導体チップ14を基板13の上面の被接合面13aに接合するには、基板13を基板保持部2の上面に保持したうえで、超音波ホーン7の接合作用面8aに半導体チップ14を吸着保持させる。そして、昇降押圧機構5によって昇降部材6を(すなわち超音波ホーン7を)下降させ、半導体チップ14の下面に形成された半田バンプ14aを基板13の被接合面13aに押し付ける。この状態で図示しないヒータによって超音波ホーン7を加熱し、超音波ホーン7に吸着保持した半導体チップ14と基板13の温度を上昇させて半田バンプ14aを溶融させつつ、振動子10を駆動して超音波ホーン7に超音波振動を与えると、超音波ホーン7の接合作用部8bは半導体チップ14を吸着したまま超音波ホーン7の長手方向に振動(揺動)するので、半導体チップ14には荷重と振動が同時に作用し、溶融した半田バンプ14aによって半導体チップ14が基板13の被接合面13aに接合される。
In order to bond the
ここで、本実施の形態における部品接合装置1では、超音波ホーン7の接合作用部8bの根元に溝7pが設けられており、これにより接合作用部8bの実質的な高さが増大されるので、超音波ホーン7の同じ振動振幅に対し、溝7pを有しない従来のものよりも接合作用部8bの振動(揺動)振幅が大きくなる。すなわち、本実施の形態における部品接合装置1では、振動子10へ供給する電力を大幅に増大させることなく接合作用部8bの振動(揺動)振幅を大きくすることができ、従って大型の半導体チップ14(部品)の接合を効率良く行うことができる。また、本実施の形態における部品接合装置1では、振動子10へ供給する電力を大幅に増大させずに大型の半導体チップ14の接合を行うことができるので、部品接合装置1の各部を補強する必要はなく、低コスト化も実現できる。
Here, in the
本実施の形態における超音波ホーン7のように根元に溝7pを設けるのではなく、接合
作用部8bそのものの高さを増大させることによって振動振幅を大きくする方法も考えられるが、この場合は接合作用部8bが下方に延びるために超音波ホーン7の重量が増加してしまう。この点、本実施の形態における部品接合装置1では、接合作用部8bは延ばさないうえに溝7pを形成する分重量が軽減されるので、超音波ホーン7を従来よりも軽量化することができる。
Instead of providing the
これまで本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上述の実施の形態に示したものに限定されない。例えば、上述の実施の形態では、接合作用部8bは接合作用部材8の一部として超音波ホーン7に対して着脱自在な構成であったが、接合作用部8bは超音波ホーン7の下面7bから下方に突出して半導体チップ14(部品)を被接合面13aに押し付ける機能を有していればよく、必ずしも超音波ホーン7に着脱自在である必要はない。
Although the embodiments of the present invention have been described so far, the present invention is not limited to those shown in the above-described embodiments. For example, in the above-described embodiment, the bonding operation portion 8 b is configured to be detachable from the
従来よりも大型の部品を効率良く接合することができる。 Larger parts than before can be joined efficiently.
1 部品接合装置
6 昇降部材
7 超音波ホーン
7b 下面
7h 側面
7k 固定部
7p 溝
8b 接合作用部
13a 被接合面
14 半導体チップ(部品)
DESCRIPTION OF
Claims (2)
超音波ホーンの幅方向の両側面に設けられて昇降部材に固定される複数の固定部が、前記幅方向に対向し、かつ接合作用部を超音波ホーンの長手方向に挟む位置に配設されており、接合作用部を前記長手方向に挟んで接合作用部に直近する固定部同士の間に、接合作用部の根元を前記長手方向に挟んで前記幅方向に延びる一対の溝が設けられていることを特徴とする部品接合装置。 The ultrasonic horn has an elevating member that can freely move up and down, and an ultrasonic horn fixed to the elevating member. A component joining apparatus for joining a component to a surface to be joined by applying vibration,
A plurality of fixing portions provided on both side surfaces of the ultrasonic horn in the width direction and fixed to the elevating member are disposed at positions facing the width direction and sandwiching the bonding operation portion in the longitudinal direction of the ultrasonic horn. And a pair of grooves extending in the width direction with the base of the joining action portion sandwiched in the longitudinal direction is provided between the fixing portions that are closest to the joining action portion with the joining action portion sandwiched in the longitudinal direction. A component joining apparatus characterized by comprising:
超音波ホーンの幅方向の両側面に設けられて昇降部材に固定される複数の固定部が、前記幅方向に対向し、かつ接合作用部を超音波ホーンの長手方向に挟む位置に配設されており、接合作用部を前記長手方向に挟んで接合作用部に直近する固定部同士の間に、接合作用部の根元を前記長手方向に挟んで前記幅方向に延びる一対の溝が設けられていることを特徴とする超音波ホーン。 The component joining device is fixed to a liftable member that can be raised and lowered, and receives a vibration from the component joining device while pressing the component against the surface to be joined by a joint acting portion that protrudes downward on the lower surface. An ultrasonic horn for joining,
A plurality of fixing portions provided on both side surfaces of the ultrasonic horn in the width direction and fixed to the elevating member are disposed at positions facing the width direction and sandwiching the bonding operation portion in the longitudinal direction of the ultrasonic horn. And a pair of grooves extending in the width direction with the base of the joining action portion sandwiched in the longitudinal direction is provided between the fixing portions that are closest to the joining action portion with the joining action portion sandwiched in the longitudinal direction. An ultrasonic horn characterized by having
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