超音波実装ツール及び電子部品の実装装置
【課題】ホーンが軸方向に伸縮する横振動だけでなく、上下方向に撓むたわみ振動が生じないようにした超音波実装ツールを提供することにある。
【解決手段】断面形状が四角形状のホーン２２と、ホーンの軸方向の一端に接続されホーンを軸方向に超音波振動させる振動子２３と、ホーンの外面の４つの面のうちの１つの面の振動が最大となる部分に突設された半導体チップを保持するツール部２４と、ホーンの外面の１つの面と対向する面の振動が最大となる部分に設けられホーンがツール部の質量によって軸方向と異なる方向に超音波振動するのを阻止するバランス部材２７具備する。
【解決手段】断面形状が四角形状のホーン２２と、ホーンの軸方向の一端に接続されホーンを軸方向に超音波振動させる振動子２３と、ホーンの外面の４つの面のうちの１つの面の振動が最大となる部分に突設された半導体チップを保持するツール部２４と、ホーンの外面の１つの面と対向する面の振動が最大となる部分に設けられホーンがツール部の質量によって軸方向と異なる方向に超音波振動するのを阻止するバランス部材２７具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は基板に半導体チップなどの電子部品を超音波振動によって実装する超音波実装ツール及び電子部品の実装装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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としてのポリイミド製のテープ状部材などの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ながら超音波振動を与え、基板に形成されたリードと半導体チップのバンプとの接触部分を接合させるというものである。
【０００３】
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断面形状が四角形状をなしたホーンを有する。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、振動子が駆動されて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。
【０００４】
上記ホーンの軸方向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。このツール部の下端面である、吸着面には複数の吸引孔が開口形成されていて、この吸引孔に生じる吸引力によって上記半導体チップが上記吸着面に吸着保持される。
【０００５】
上記ツール部に半導体チップが吸着保持されたならば、上記超音波実装ツールを下降させて半導体チップを基板に所定の圧力で押圧し、それと同時に超音波実装ツールを軸方向に超音波振動させることで、上記半導体チップを上記基板に実装するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４２８８３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記ホーンには上述したように下面に上記ツール部が設けられている。ホーンの下面にツール部を設けると、そのツール部によって上記ホーンの軸線を中心とする下側部分と上側部分との質量のバランスが損なわれることになる。
【０００８】
そのため、上記ホーンを上記振動子によって超音波振動させると、上記ホーンの下側部分と上側部分との質量のアンバランスによって上記ホーンは軸方向に伸縮する超音波振動（横振動）だけでなく、軸方向と交差する上下方向にも超音波振動することになる。つまり、ホーンは軸方向に伸縮するだけでなく、上下方向に撓みながら超音波振動する。
【０００９】
そのため、上記ツール部に保持された半導体チップを基板に対して均一に押圧できなくなるため、実装不良を招くということがあったり、半導体チップの厚さが薄い場合には欠けや割れが発生する虞がある。
【００１０】
さらに、ホーンが撓みながら振動することで、ホーンの円滑な伸縮方向への超音波振動が妨げられる。そのため、ホーンに加わる負荷が大幅に増大するため、上記ホーンの発振効率が大きく低下するということがある。
【００１１】
この発明は、振動子によってホーンを超音波振動させたときに、このホーンが撓み方向に超音波振動せずに、伸縮振動である、軸方向にだけ超音波振動させることができるようにした超音波ツール及びこの超音波ツールを用いた電子部品の実装装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明は、電子部品を被実装部材に押圧荷重と超音波振動によって実装するための超音波実装ツールであって、
断面形状が四角形のホーンと、
このホーンの軸方向の一端に接続され上記ホーンを上記軸方向に超音波振動させる振動子と、
上記ホーンの外面の４つの面のうちの１つの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、
上記ホーンの外面の上記１つの面と対向する面の振動が最大となる部分に設けられ上記ホーンが上記ツール部の質量によって上記軸方向と異なる方向に超音波振動するのを阻止するバランス部材と
を具備したことを特徴とする超音波実装ツールにある。
【００１３】
上記ホーンには軸方向の中途部と両端部との３箇所に振動が最大となる部分を有し、
上記ツール部は上記１つの面の軸方向の中途部の振動が最大となる部分に設けられ、上記バランス部材は上記ツール部の軸方向の両端部の振動が最大となる２つの部分に均等な質量に分割されて設けられることが好ましい。
【００１４】
上記ホーンには軸方向の一端部と他端部との２箇所に振動が最大となる部分を有し、
上記ツール部は上記１つの面の軸方向の一端部の振動が最大となる部分に設けられ、上記バランス部材は上記ツール部の軸方向の一端部の上記１つの面と対向する面に設けられることが好ましい。
【００１５】
上記バランス部材は、上記ツール部と同じ質量であることが好ましい。
【００１６】
上記バランス部材の質量は、上記ツール部の質量に、このツール部が上記電子部品を被実装部材に押圧するときの荷重に対応する質量を加えた質量であることが好ましい。
【００１７】
上記ツール部は板状のベースに一体的に形成されていて、上記ベースは上記ホーンの外面の上記１つの面に着脱可能にねじ止め固定されることが好ましい。
【００１８】
この発明は、電子部品を被実装部材に押圧荷重と超音波振動によって実装するための電子部品の実装装置であって、
上下方向と水平方向のうちの少なくとも上下方向に駆動される可動部と、
上面に上記被実装部材が載置されるステージと、
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超音波振動を付与し、その超音波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ステージ上の上記被実装部材に実装する超音波実装ツールを具備し、
上記超音波実装ツールは請求項１に記載された構成であることを特徴とする電子部品の実装装置にある。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、ホーンの外面のツール部が設けられた１つの面と対向する面の振動が最大となる部分に、上記ホーンが上記ツール部の質量によって上記軸方向と異なる方向に超音波振動するのを阻止するバランス部材を設けるようにした。
【００２０】
そのため、上記振動子によって上記ホーンを超音波振動させたとき、このホーンは軸方向に伸縮しながら振動し、上記軸方向と交差する撓み方向に振動するということがなくなるから、被実装部材に対する電子部品の実装を確実に、しかもホーンの発振効率を低下させることなく行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の一実施の形態の実装装置の概略的構成を示す側面図。
【図２】図１の実装装置の正面図。
【図３】超音波実装ツールのホーンのツール部とバランス部材が取り付けられた部分を拡大して示す図。
【図４】超音波実装ツールのホーンの断面図。
【図５】この発明の第２の実施の形態を示す超音波実装ツールの正面図。
【図６】この発明の第３の実施の形態を示す超音波実装ツールの正面図。
【図７】この発明の第４の実施の形態を示す超音波実装ツールのホーンの断面図。
【図８】この発明の第５の実施の形態を示す超音波実装ツールのホーンの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１乃至図４はこの発明の第１の実施の形態を示す。図１は後述する構成の超音波実装ツール２１が用いられた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Ｙ可動体３が矢印で示すＹ方向に駆動可能に設けられている。
【００２３】
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、この垂直壁５ａ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。
【００２４】
上記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Ｚ可動体８が矢印Ｚ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。
【００２５】
上記Ｘ可動体５の水平壁５ｂの上面にはシリンダやリニアモータなどのＺ駆動源１２が軸線を垂直にして設けられている。このＺ駆動源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Ｚ駆動源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。
【００２６】
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４に示すように断面形状が四角形状をなしたホーン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。
【００２７】
上記振動子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の高周波電圧が上記振動子２３に印加される。それによって、上記振動子２３が駆動され、この振動子２３とともに上記ホーン２２が超音波振動する。つまり、上記ホーン２２は図２に示す軸線Ｏ方向に伸縮する横振動をする。
【００２８】
上記ホーン２２の長さ寸法は、上記振動子２３で発生する超音波振動の１波長の長さに設定されている。それによって、上記ホーン２２には長手方向の中央部及び両端部の３箇所に超音波振動の腹となる、振幅が最大となる部分があり、そのうちの長手方向中央部の下面にはツール部２４が設けられている。
【００２９】
上記ツール部２４は、図３と図４に示すように四角形状の第１のベース部２４ａを有し、この第１のベース部２４ａの一側面（下面）には後述する電子部品としての鎖線で示す矩形状の半導体チップＣに対応する大きさの矩形状をなした保持加圧部２５が第２のベース部２５ａを介して設けられている。なお、保持加圧部２５は第２のベース部２５ａを設けずに、第１のベース部２４ａに直接、設けるようにしてもよい。
【００３０】
上記第１のベース部２４ａは、上記ホーン２２の下面にねじ２６ａによって着脱可能に取り付け固定されている。上記保持加圧部２５には図示しない吸引孔が開口形成されている。この吸引孔には図示しない吸引ポンプの吸引力が作用するようになっていて、それによって上記保持加圧部２５には上記半導体チップＣが吸着保持される。
【００３１】
上記ホーン２２の上面には、下面に設けられた上記ツール部２４に対応する長手方向の中央部である、振動波の腹の部分に、上記ツール部２４の上記ねじ２６ａを含む質量と同じ質量のバランス部材２７が設けられている。
【００３２】
上記バランス部材２７は、上記ツール部２４とほぼ同じ大きさの矩形状の第１の板材２７ａの上面にこれよりも小さな第２の板材２７ｂを接合してなり、上記第１の板材２７ａの四隅部を上記ホーン２２の上面にねじ２６ｂによって着脱可能に取り付け固定されている。そして、ねじ２６ｂを含む上記バランス部材２７の質量が上記ツール部２４の質量と同じになるよう設定されている。なお、上記バランス部材２７は上記ホーン２２と一体形成してもよい。
【００３３】
図４に示すように、上記ホーン２２は上述したように断面の外形状が四角形状であるが、放電加工などによって周囲に薄い板状の側壁２２ａを残し、四隅部には軸方向に貫通する４つの貫通孔２２ｂが穿設されている。それによって、上記ホーン２２は４つの側壁２２ａ及びこの４つの側壁２２ａによって囲まれた十字状の芯部２２ｃによって構成されている。つまり、この芯部２２ｃは中心部から上下方向と左右方向に同じ長さで突出する４つの突出部２２ｄを有する形状となっている。
【００３４】
上記ホーン２２に軸方向に貫通する４つの貫通孔２２ｂを形成することで、このホーン２２の質量が大幅に低減されている。たとえば、４つの貫通孔２２ｂの面積を、ホーン２２の全体の断面積の２分の１とすれば、ホーン２２の質量を、このホーン２２が中実の場合の約半分にすることができる。
【００３５】
図１と図２に示すように、上記ホーン２２の上面には、このホーン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２８が長手方向中央部の下面を上記バランス部材２７の第２の板材２７ｂの上面に接触させて設けられている。このブラケット２８の両端部はそれぞれねじ２９によって上記ホーン２２の横振動が最小となる、振動波の節の部分に連結固定されている。なお、ねじ２９は上記ホーン２２の芯部２２ｃにねじ込まれている。
【００３６】
上記ブラケット２８の両端部分と上記バランス部材２７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２８の他の部分よりも低くする低剛性部２８ａに形成されている。上記低剛性部２８ａはブラケット２８の幅方向に貫通する空洞によって形成されている。この空洞はブラケット２８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。
【００３７】
したがって、上記ブラケット２８を上記ホーン２２に上記バランス部材２７を介して固定するため、ブラケット２８の両端部のねじ２９をホーン２２に締め込むと、ブラケット２８の空洞部３０が形成された低剛性部２８ａが弾性変形して湾曲する。
【００３８】
そのため、ブラケット２８の両端部分をホーン２２にねじ２９によって連結固定しても、このブラケット２８の長手方向中央部分とバランス部材２７とは面接触状態が維持されることになる。
【００３９】
上記ブラケット２８は、上記バランス部材２７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。
【００４０】
図１と図２に示すように、上記超音波実装ツール２１の下方にはヒータ３１ａが内蔵されたステージ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。
【００４１】
上記基板３２に対して上記超音波実装ツール２１のツール部２４が位置決めされて下降する。それによって、ツール部２４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の横振の超音波振動によって上記基板３２に圧着される。
【００４２】
このように構成された実装装置においては、超音波実装ツール２１の振動子２３を作動させてホーン２２を超音波振動させる。そして、このホーン２２のツール部２４の保持加圧部２５に吸着保持されて上記ホーン２２とともに超音波振動する半導体チップＣを、基板３２に所定の加圧力で押圧する。それによって、上記半導体チップＣは上記基板３２に実装されることになる。
【００４３】
上記ホーン２２は下面の振動の振幅が最大となる腹の部分にツール部２４が設けられ、上面の上記ツール部２４と対応する部分には上記ツール部２４と同じ質量のバランス部材２７が設けられている。それによって、上記ホーン２２は軸線Ｏを中心とする下側部分と上側部分の質量が同じに設定されている。
【００４４】
そのため、ホーン２２を振動子２３によって超音波振動させると、このホーン２２は軸線Ｏを中心とする下側部分と上側部分の質量が同じであるため、軸方向に対して伸縮する横方向だけに超音波振動し、上下方向に振動することがない。つまり、ホーン２２は上下方向に撓みながら超音波振動するということがない。
【００４５】
それによって、上記ツール部２４の保持加圧部２５に吸着保持された半導体チップＣは基板３２の板面に対して平行方向に振動するから、半導体チップＣを損傷させるようなことなく、基板３２に確実に圧着することができる。
【００４６】
しかも、半導体チップＣが基板３２の板面に対して平行に振動することで、ホーン２２が軸線０方向に対して円滑に伸縮しながら超音波振動するから、ホーン２２が撓んで振動する場合に比べ、ホーン２２に加わる負荷が増大することで、ホーン２２の発振効率が大きく低下するということのない。つまり、ホーン２２の発振効率を充分に高めることができる。
【００４７】
上記ホーン２２には軸方向に貫通する４つの貫通孔２２ｂが形成されている。それによって、ホーン２２の質量は貫通孔２２ｂが形成されていない中実状の場合に比べて大幅に低減されている。つまり、超音波実装ツール２１の質量が低減される。
【００４８】
上記ホーン２２の質量が低減されれば、このホーン２２のツール部２４の保持加圧部２５によって半導体チップＣを図示しない受け渡しツールから受け取ってステージ３１上の基板３２に実装するために、上記超音波実装ツール２１（ホーン２２）を水平方向及び上下方向に移動させて位置決めする際、その移動及び位置決めに要するタクトタイムを大幅に短縮することができるばかりか、停止時の超音波実装ツール２１の振動を抑制することができる。
【００４９】
つまり、ホーン２２の水平方向及び上下方向に対する移動と位置決めは、このホーン２２の質量に大きく左右されることになるから、ホーン２２の質量が低減されることで、ホーン２２の移動及び位置決めに要するタクトタイムを短縮し、振動を抑制することで、半導体チップＣの実装効率及び実装精度を向上させることができることになる。
【００５０】
上記実施の形態では、ねじ２６ｂを含むバランス部材２７の質量を、ねじ２６ａを含むツール部２４の質量と同じに設定した。ところで、基板３２に実装される半導体チップＣがたとえば数ｍｍ角程度の小さな場合には、実装時に半導体チップＣを基板３２に加圧する加圧力があまり大きくない。
【００５１】
そのため、半導体チップＣの実装時にホーン２２が加圧力の反力として受ける力もあまり大きくならないから、その反力がツール部２２の下面側に質量として作用してツール部２２に撓み振動が生じることはほとんどない。
【００５２】
つまり、バランス部材２７の質量をツール部２４の質量と同じに設定することで、ホーン２２に撓み振動が発生するのを防止することができる。
【００５３】
しかしながら、半導体チップＣの大きさがたとえば数十ｍｍ角程度に大きくなると、実装時の加圧力も大幅に増大するから、ホーン２２に作用する反力も大きくなり、その反力に相当する質量がホーン２２の下面側に付加されたとみなすことができる。
【００５４】
したがって、半導体チップＣが大きくなって半導体チップＣの実装時の加圧力が大きくなる場合には、バランス部材２７の質量を、ホーン２２に作用する実装時の加圧力の反力を加味した質量に設定する。すなわち、バランス部材２７の質量に加圧力の半分を加味すればよい。
【００５５】
それによって、半導体チップＣを基板３２に実装する際の加圧力が増大してその反力がホーン２２の下面に加わっても、その反力を加味した質量のバランス部材２７によってホーン２２に撓み振動が発生するのを防止することができる。
【００５６】
つまり、バランス部材２７の質量は、基板３２に半導体チップＣを実装するときの加圧力の大きさ、つまり半導体チップＣの大きさを考慮して設定することで、半導体チップＣを実装するときの加圧力が変化した場合でも、ホーン２２に撓み振動が生じるのを防止することができる。
【００５７】
上記ホーン２の上面に設けられたバランス部材２７にはブラケット２８が圧接するから、上記ブラケット２８の圧接力がバランス部材２７の質量を実質的に増大させることになる。
【００５８】
したがって、バランス部材２７の質量を、ホーン２２に作用する実装時の加圧力の反力とともに、上記バランス部材２７に対するブラケット２８の圧接力を加味して設定することで、超音波振動するホーン２２に撓み振動が生じるのをさらに確実に防止することができる。
【００５９】
上記バランス部材２７は上記ホーン２２の上面にねじ２６ｂによって着脱可能に取り付けられている。そのため、バランス部材２７を異なる質量のものに交換する際、その交換を容易に行なうことができる。
【００６０】
上記ツール部２４は、その第１のベース部２４ａの四隅部が上記ホーン２２の下面にねじ２６ａによって着脱可能に取り付けられている。そのため、長期の使用によって上記ツール部２４の保持加圧部２５が所定以上に磨耗した場合、上記ツール部２４の交換を容易に行なうことができる。
【００６１】
ところで、従来、上記ツール部２４はホーン２２の下面にねじ込み方式で着脱可能に取り付けられていた。その場合、磨耗したツール部２４を取り外し、新たなツール部２４をホーン２の下面にねじ込むと、上記ツール部２４の保持加圧部２５の上記ホーン２２の下面に対する取り付け角度が元の状態から周方向に数度ずれるということが発生し易かった。
【００６２】
しかしながら、上記ツール部２４はホーン２２の下面にねじ２６ａによって着脱可能に取り付ける構造としている。そのため、ツール部２４を新たなものに交換した場合にも、その保持加圧部２５の上記ホーン２２の下面に対する取り付け角度を元の状態と同じ角度、つまり常に一定の角度に設定することができる。
【００６３】
それによって、ツール部２４を交換しても、保持加圧部２５の取り付け角度が周方向にずれるのを防止できるから、保持加圧部２５による半導体チップＣの保持状態がずれ、基板３２に対する半導体チップＣの実装精度の低下を招くのを防止することができる。
【００６４】
上記第１の実施の形態では、上記ホーン２２の長さ寸法を振動子２３で発生する超音波振動の１波長とすることで、上記ホーン２２の長手方向の中途部及び両端部の３箇所が超音波振動の振幅が最大となる腹となる。
【００６５】
そして、そのうちの、長手方向中央部の上面、つまりツール部２４が設けられた下面に対応する上面に、ツール部２４と同じ質量或いはホーン２２に作用する実装時の加圧力の反力を加味した質量のバランス部材２７を設けるようにした。
【００６６】
それに代わって、図５に示す第２の実施の形態のように、バランス部材をツール部２４の半分の質量の２つのバランス部材２７ｃ，２７ｃに分割し、各バランス部材２７ｃ，２７ｃを、上記ホーン２２の長手方向両端部の振幅が最大となる部分の上面にそれぞれねじ２６ｂ（図示せず）によって着脱可能に取り付けるようにしてもよい。
【００６７】
その場合、同図に鎖線で示すように、ブラケット２８の下面に凸部２８ｂを設け、この凸部２８ｂをホーン２２の上面に圧接させれば、超音波実装ツール２１をθ可動体１７にブラケット２８を介して取り付けることができる。
【００６８】
このように、バランス部材２７ｃ，２７ｃを２つに分けて設けるようにしても、第１の実施の形態と同様、ホーン２２の軸線Ｏを中心とする下側部分と上側部分との質量のバランスを同じにすることができるから、ホーン２２を超音波振動させたときに、このホーン２２に圧縮方向の横振動以外の、撓み振動が発生するのを防止することができる。
【００６９】
図６はこの発明の第３の実施の形態である。第１の実施の形態では超音波実装ツール２１のホーン２２の長さ寸法を、振動子２３で発生する超音波振動の１波長の長さに設定したが、この実施の形態ではホーン２２の長さ寸法が超音波振動の波長の半分の長さに設定されている。
【００７０】
その場合、上記ホーン２２に軸方向の両端部が超音波振動の振幅が最大となる腹となるから、ツール部２４とバランス部材２７は上記ホーン２２に軸方向の先端部或いは振動子２３側の後端部、この実施の形態では先端部に設ける。
【００７１】
このような構成であっても、上記第１の実施の形態と同様、ホーン２２を伸縮方向にだけ確実に超音波振動させることができる。
【００７２】
図７は放電加工されるホーン２２の断面形状の変形例を示す第４の実施の形態である。この実施の形態ではホーン２２に形成される芯部２２ｃを上記第１の実施の形態の十字形状から、中心部から左右方向に突出した２つの突出部２２ｄを除去した形状となっている。この場合、ホーン２２の軸方向に貫通する貫通孔２２ｂは上記芯部２２ｃの左右に位置する２つとなる。
【００７３】
このような形状とすることで、芯部２２ｃが４つの突出部２２ｄを有する場合に比べてさらにホーン２２の質量を低減することができるから、半導体チップＣの実装時におけるタクトタイムをより一層、短縮することが可能となる。
【００７４】
なお、この第４の実施の形態において、図示はしないが、上記芯部２２ｃの中芯部に貫通孔２２ｂを形成し、ホーン２２の質量をさらに低減させるようにしてもよい。
【００７５】
図８はホーン２２の変形例を示す第５の実施の形態で、この実施の形態では上記ホーン２２の芯部２２ｃの形状が第１の実施の形態のように十字状の場合であって、ホーン２２に放電加工によって貫通孔２２ｂを形成する代わりに、芯部２２ｃだけを放電加工によって形成し、この芯部２２ｃの周囲に、４枚の板材３４を上記芯部２２ｃの各突出部２２ｄの端面にねじ止め或いは接着などの固定手段によって固定して設け、上記ホーン２２を構成するようにしている。
【００７６】
なお、隣り合う各板材３４の側端は、接着や溶接などの手段で固定してもよいし、固定しなくてもよいが、固定した方が芯部２２ｃと板材３４とが一体的に確実に超音波振動し易くなる。
【００７７】
上記第１の実施の形態ではツール部２４とバランス部材２７をホーン２２と別体とし、ホーン２２の下面と上面にそれぞれねじ２６ａ，２６ｂによって着脱可能に取り付けるようにしたが、ホーン２２を放電加工する際に、上記ツール部２４とバランス部材２７をホーン２２と一体加工するようにしてもよい。その場合、ねじ２６ａ，２６ｂが不要になるから、上記ツール部２４とバランス部材２７の質量に上記ねじ２６ａ，２６ｂの質量は含まれないことになる。
【００７８】
また、上記ツール部２４とバランス部材２７をホーン２２にねじ止め固定する場合であっても、ねじ２６ａと２６ｂを同じ質量とすれば、これらの質量を無視できるから、バランス部材２７をツール部２４と同じ質量とすればよい。
【００７９】
また、上記各実施の形態では半導体チップＣの質量を考慮せず、ツール部２４の質量に対してバランス部材２７の質量を設定したが、半導体チップＣのサイズが大きくなった場合にはこの半導体チップＣの質量も考慮してバランス部材２７の質量を設定した方がよい。
【００８０】
それによって、ホーン２２の超音波振動がより一層、撓み方向に振動するのが防止された横振動となるから、半導体チップＣの実装を発振効率の低下を招くことなく、確実に行なうことが可能となる。
【符号の説明】
【００８１】
２１…超音波実装ツール、２２…ホーン、２３…振動子、２４…ツール部、２４ａ…ベース部、２５…保持加圧部、２７…バランス部材。
【技術分野】
【０００１】
この発明は基板に半導体チップなどの電子部品を超音波振動によって実装する超音波実装ツール及び電子部品の実装装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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としてのポリイミド製のテープ状部材などの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ながら超音波振動を与え、基板に形成されたリードと半導体チップのバンプとの接触部分を接合させるというものである。
【０００３】
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断面形状が四角形状をなしたホーンを有する。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、振動子が駆動されて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。
【０００４】
上記ホーンの軸方向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。このツール部の下端面である、吸着面には複数の吸引孔が開口形成されていて、この吸引孔に生じる吸引力によって上記半導体チップが上記吸着面に吸着保持される。
【０００５】
上記ツール部に半導体チップが吸着保持されたならば、上記超音波実装ツールを下降させて半導体チップを基板に所定の圧力で押圧し、それと同時に超音波実装ツールを軸方向に超音波振動させることで、上記半導体チップを上記基板に実装するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４２８８３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記ホーンには上述したように下面に上記ツール部が設けられている。ホーンの下面にツール部を設けると、そのツール部によって上記ホーンの軸線を中心とする下側部分と上側部分との質量のバランスが損なわれることになる。
【０００８】
そのため、上記ホーンを上記振動子によって超音波振動させると、上記ホーンの下側部分と上側部分との質量のアンバランスによって上記ホーンは軸方向に伸縮する超音波振動（横振動）だけでなく、軸方向と交差する上下方向にも超音波振動することになる。つまり、ホーンは軸方向に伸縮するだけでなく、上下方向に撓みながら超音波振動する。
【０００９】
そのため、上記ツール部に保持された半導体チップを基板に対して均一に押圧できなくなるため、実装不良を招くということがあったり、半導体チップの厚さが薄い場合には欠けや割れが発生する虞がある。
【００１０】
さらに、ホーンが撓みながら振動することで、ホーンの円滑な伸縮方向への超音波振動が妨げられる。そのため、ホーンに加わる負荷が大幅に増大するため、上記ホーンの発振効率が大きく低下するということがある。
【００１１】
この発明は、振動子によってホーンを超音波振動させたときに、このホーンが撓み方向に超音波振動せずに、伸縮振動である、軸方向にだけ超音波振動させることができるようにした超音波ツール及びこの超音波ツールを用いた電子部品の実装装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明は、電子部品を被実装部材に押圧荷重と超音波振動によって実装するための超音波実装ツールであって、
断面形状が四角形のホーンと、
このホーンの軸方向の一端に接続され上記ホーンを上記軸方向に超音波振動させる振動子と、
上記ホーンの外面の４つの面のうちの１つの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、
上記ホーンの外面の上記１つの面と対向する面の振動が最大となる部分に設けられ上記ホーンが上記ツール部の質量によって上記軸方向と異なる方向に超音波振動するのを阻止するバランス部材と
を具備したことを特徴とする超音波実装ツールにある。
【００１３】
上記ホーンには軸方向の中途部と両端部との３箇所に振動が最大となる部分を有し、
上記ツール部は上記１つの面の軸方向の中途部の振動が最大となる部分に設けられ、上記バランス部材は上記ツール部の軸方向の両端部の振動が最大となる２つの部分に均等な質量に分割されて設けられることが好ましい。
【００１４】
上記ホーンには軸方向の一端部と他端部との２箇所に振動が最大となる部分を有し、
上記ツール部は上記１つの面の軸方向の一端部の振動が最大となる部分に設けられ、上記バランス部材は上記ツール部の軸方向の一端部の上記１つの面と対向する面に設けられることが好ましい。
【００１５】
上記バランス部材は、上記ツール部と同じ質量であることが好ましい。
【００１６】
上記バランス部材の質量は、上記ツール部の質量に、このツール部が上記電子部品を被実装部材に押圧するときの荷重に対応する質量を加えた質量であることが好ましい。
【００１７】
上記ツール部は板状のベースに一体的に形成されていて、上記ベースは上記ホーンの外面の上記１つの面に着脱可能にねじ止め固定されることが好ましい。
【００１８】
この発明は、電子部品を被実装部材に押圧荷重と超音波振動によって実装するための電子部品の実装装置であって、
上下方向と水平方向のうちの少なくとも上下方向に駆動される可動部と、
上面に上記被実装部材が載置されるステージと、
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超音波振動を付与し、その超音波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ステージ上の上記被実装部材に実装する超音波実装ツールを具備し、
上記超音波実装ツールは請求項１に記載された構成であることを特徴とする電子部品の実装装置にある。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、ホーンの外面のツール部が設けられた１つの面と対向する面の振動が最大となる部分に、上記ホーンが上記ツール部の質量によって上記軸方向と異なる方向に超音波振動するのを阻止するバランス部材を設けるようにした。
【００２０】
そのため、上記振動子によって上記ホーンを超音波振動させたとき、このホーンは軸方向に伸縮しながら振動し、上記軸方向と交差する撓み方向に振動するということがなくなるから、被実装部材に対する電子部品の実装を確実に、しかもホーンの発振効率を低下させることなく行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の一実施の形態の実装装置の概略的構成を示す側面図。
【図２】図１の実装装置の正面図。
【図３】超音波実装ツールのホーンのツール部とバランス部材が取り付けられた部分を拡大して示す図。
【図４】超音波実装ツールのホーンの断面図。
【図５】この発明の第２の実施の形態を示す超音波実装ツールの正面図。
【図６】この発明の第３の実施の形態を示す超音波実装ツールの正面図。
【図７】この発明の第４の実施の形態を示す超音波実装ツールのホーンの断面図。
【図８】この発明の第５の実施の形態を示す超音波実装ツールのホーンの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１乃至図４はこの発明の第１の実施の形態を示す。図１は後述する構成の超音波実装ツール２１が用いられた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Ｙ可動体３が矢印で示すＹ方向に駆動可能に設けられている。
【００２３】
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、この垂直壁５ａ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。
【００２４】
上記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Ｚ可動体８が矢印Ｚ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。
【００２５】
上記Ｘ可動体５の水平壁５ｂの上面にはシリンダやリニアモータなどのＺ駆動源１２が軸線を垂直にして設けられている。このＺ駆動源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Ｚ駆動源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。
【００２６】
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４に示すように断面形状が四角形状をなしたホーン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。
【００２７】
上記振動子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の高周波電圧が上記振動子２３に印加される。それによって、上記振動子２３が駆動され、この振動子２３とともに上記ホーン２２が超音波振動する。つまり、上記ホーン２２は図２に示す軸線Ｏ方向に伸縮する横振動をする。
【００２８】
上記ホーン２２の長さ寸法は、上記振動子２３で発生する超音波振動の１波長の長さに設定されている。それによって、上記ホーン２２には長手方向の中央部及び両端部の３箇所に超音波振動の腹となる、振幅が最大となる部分があり、そのうちの長手方向中央部の下面にはツール部２４が設けられている。
【００２９】
上記ツール部２４は、図３と図４に示すように四角形状の第１のベース部２４ａを有し、この第１のベース部２４ａの一側面（下面）には後述する電子部品としての鎖線で示す矩形状の半導体チップＣに対応する大きさの矩形状をなした保持加圧部２５が第２のベース部２５ａを介して設けられている。なお、保持加圧部２５は第２のベース部２５ａを設けずに、第１のベース部２４ａに直接、設けるようにしてもよい。
【００３０】
上記第１のベース部２４ａは、上記ホーン２２の下面にねじ２６ａによって着脱可能に取り付け固定されている。上記保持加圧部２５には図示しない吸引孔が開口形成されている。この吸引孔には図示しない吸引ポンプの吸引力が作用するようになっていて、それによって上記保持加圧部２５には上記半導体チップＣが吸着保持される。
【００３１】
上記ホーン２２の上面には、下面に設けられた上記ツール部２４に対応する長手方向の中央部である、振動波の腹の部分に、上記ツール部２４の上記ねじ２６ａを含む質量と同じ質量のバランス部材２７が設けられている。
【００３２】
上記バランス部材２７は、上記ツール部２４とほぼ同じ大きさの矩形状の第１の板材２７ａの上面にこれよりも小さな第２の板材２７ｂを接合してなり、上記第１の板材２７ａの四隅部を上記ホーン２２の上面にねじ２６ｂによって着脱可能に取り付け固定されている。そして、ねじ２６ｂを含む上記バランス部材２７の質量が上記ツール部２４の質量と同じになるよう設定されている。なお、上記バランス部材２７は上記ホーン２２と一体形成してもよい。
【００３３】
図４に示すように、上記ホーン２２は上述したように断面の外形状が四角形状であるが、放電加工などによって周囲に薄い板状の側壁２２ａを残し、四隅部には軸方向に貫通する４つの貫通孔２２ｂが穿設されている。それによって、上記ホーン２２は４つの側壁２２ａ及びこの４つの側壁２２ａによって囲まれた十字状の芯部２２ｃによって構成されている。つまり、この芯部２２ｃは中心部から上下方向と左右方向に同じ長さで突出する４つの突出部２２ｄを有する形状となっている。
【００３４】
上記ホーン２２に軸方向に貫通する４つの貫通孔２２ｂを形成することで、このホーン２２の質量が大幅に低減されている。たとえば、４つの貫通孔２２ｂの面積を、ホーン２２の全体の断面積の２分の１とすれば、ホーン２２の質量を、このホーン２２が中実の場合の約半分にすることができる。
【００３５】
図１と図２に示すように、上記ホーン２２の上面には、このホーン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２８が長手方向中央部の下面を上記バランス部材２７の第２の板材２７ｂの上面に接触させて設けられている。このブラケット２８の両端部はそれぞれねじ２９によって上記ホーン２２の横振動が最小となる、振動波の節の部分に連結固定されている。なお、ねじ２９は上記ホーン２２の芯部２２ｃにねじ込まれている。
【００３６】
上記ブラケット２８の両端部分と上記バランス部材２７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２８の他の部分よりも低くする低剛性部２８ａに形成されている。上記低剛性部２８ａはブラケット２８の幅方向に貫通する空洞によって形成されている。この空洞はブラケット２８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。
【００３７】
したがって、上記ブラケット２８を上記ホーン２２に上記バランス部材２７を介して固定するため、ブラケット２８の両端部のねじ２９をホーン２２に締め込むと、ブラケット２８の空洞部３０が形成された低剛性部２８ａが弾性変形して湾曲する。
【００３８】
そのため、ブラケット２８の両端部分をホーン２２にねじ２９によって連結固定しても、このブラケット２８の長手方向中央部分とバランス部材２７とは面接触状態が維持されることになる。
【００３９】
上記ブラケット２８は、上記バランス部材２７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。
【００４０】
図１と図２に示すように、上記超音波実装ツール２１の下方にはヒータ３１ａが内蔵されたステージ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。
【００４１】
上記基板３２に対して上記超音波実装ツール２１のツール部２４が位置決めされて下降する。それによって、ツール部２４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の横振の超音波振動によって上記基板３２に圧着される。
【００４２】
このように構成された実装装置においては、超音波実装ツール２１の振動子２３を作動させてホーン２２を超音波振動させる。そして、このホーン２２のツール部２４の保持加圧部２５に吸着保持されて上記ホーン２２とともに超音波振動する半導体チップＣを、基板３２に所定の加圧力で押圧する。それによって、上記半導体チップＣは上記基板３２に実装されることになる。
【００４３】
上記ホーン２２は下面の振動の振幅が最大となる腹の部分にツール部２４が設けられ、上面の上記ツール部２４と対応する部分には上記ツール部２４と同じ質量のバランス部材２７が設けられている。それによって、上記ホーン２２は軸線Ｏを中心とする下側部分と上側部分の質量が同じに設定されている。
【００４４】
そのため、ホーン２２を振動子２３によって超音波振動させると、このホーン２２は軸線Ｏを中心とする下側部分と上側部分の質量が同じであるため、軸方向に対して伸縮する横方向だけに超音波振動し、上下方向に振動することがない。つまり、ホーン２２は上下方向に撓みながら超音波振動するということがない。
【００４５】
それによって、上記ツール部２４の保持加圧部２５に吸着保持された半導体チップＣは基板３２の板面に対して平行方向に振動するから、半導体チップＣを損傷させるようなことなく、基板３２に確実に圧着することができる。
【００４６】
しかも、半導体チップＣが基板３２の板面に対して平行に振動することで、ホーン２２が軸線０方向に対して円滑に伸縮しながら超音波振動するから、ホーン２２が撓んで振動する場合に比べ、ホーン２２に加わる負荷が増大することで、ホーン２２の発振効率が大きく低下するということのない。つまり、ホーン２２の発振効率を充分に高めることができる。
【００４７】
上記ホーン２２には軸方向に貫通する４つの貫通孔２２ｂが形成されている。それによって、ホーン２２の質量は貫通孔２２ｂが形成されていない中実状の場合に比べて大幅に低減されている。つまり、超音波実装ツール２１の質量が低減される。
【００４８】
上記ホーン２２の質量が低減されれば、このホーン２２のツール部２４の保持加圧部２５によって半導体チップＣを図示しない受け渡しツールから受け取ってステージ３１上の基板３２に実装するために、上記超音波実装ツール２１（ホーン２２）を水平方向及び上下方向に移動させて位置決めする際、その移動及び位置決めに要するタクトタイムを大幅に短縮することができるばかりか、停止時の超音波実装ツール２１の振動を抑制することができる。
【００４９】
つまり、ホーン２２の水平方向及び上下方向に対する移動と位置決めは、このホーン２２の質量に大きく左右されることになるから、ホーン２２の質量が低減されることで、ホーン２２の移動及び位置決めに要するタクトタイムを短縮し、振動を抑制することで、半導体チップＣの実装効率及び実装精度を向上させることができることになる。
【００５０】
上記実施の形態では、ねじ２６ｂを含むバランス部材２７の質量を、ねじ２６ａを含むツール部２４の質量と同じに設定した。ところで、基板３２に実装される半導体チップＣがたとえば数ｍｍ角程度の小さな場合には、実装時に半導体チップＣを基板３２に加圧する加圧力があまり大きくない。
【００５１】
そのため、半導体チップＣの実装時にホーン２２が加圧力の反力として受ける力もあまり大きくならないから、その反力がツール部２２の下面側に質量として作用してツール部２２に撓み振動が生じることはほとんどない。
【００５２】
つまり、バランス部材２７の質量をツール部２４の質量と同じに設定することで、ホーン２２に撓み振動が発生するのを防止することができる。
【００５３】
しかしながら、半導体チップＣの大きさがたとえば数十ｍｍ角程度に大きくなると、実装時の加圧力も大幅に増大するから、ホーン２２に作用する反力も大きくなり、その反力に相当する質量がホーン２２の下面側に付加されたとみなすことができる。
【００５４】
したがって、半導体チップＣが大きくなって半導体チップＣの実装時の加圧力が大きくなる場合には、バランス部材２７の質量を、ホーン２２に作用する実装時の加圧力の反力を加味した質量に設定する。すなわち、バランス部材２７の質量に加圧力の半分を加味すればよい。
【００５５】
それによって、半導体チップＣを基板３２に実装する際の加圧力が増大してその反力がホーン２２の下面に加わっても、その反力を加味した質量のバランス部材２７によってホーン２２に撓み振動が発生するのを防止することができる。
【００５６】
つまり、バランス部材２７の質量は、基板３２に半導体チップＣを実装するときの加圧力の大きさ、つまり半導体チップＣの大きさを考慮して設定することで、半導体チップＣを実装するときの加圧力が変化した場合でも、ホーン２２に撓み振動が生じるのを防止することができる。
【００５７】
上記ホーン２の上面に設けられたバランス部材２７にはブラケット２８が圧接するから、上記ブラケット２８の圧接力がバランス部材２７の質量を実質的に増大させることになる。
【００５８】
したがって、バランス部材２７の質量を、ホーン２２に作用する実装時の加圧力の反力とともに、上記バランス部材２７に対するブラケット２８の圧接力を加味して設定することで、超音波振動するホーン２２に撓み振動が生じるのをさらに確実に防止することができる。
【００５９】
上記バランス部材２７は上記ホーン２２の上面にねじ２６ｂによって着脱可能に取り付けられている。そのため、バランス部材２７を異なる質量のものに交換する際、その交換を容易に行なうことができる。
【００６０】
上記ツール部２４は、その第１のベース部２４ａの四隅部が上記ホーン２２の下面にねじ２６ａによって着脱可能に取り付けられている。そのため、長期の使用によって上記ツール部２４の保持加圧部２５が所定以上に磨耗した場合、上記ツール部２４の交換を容易に行なうことができる。
【００６１】
ところで、従来、上記ツール部２４はホーン２２の下面にねじ込み方式で着脱可能に取り付けられていた。その場合、磨耗したツール部２４を取り外し、新たなツール部２４をホーン２の下面にねじ込むと、上記ツール部２４の保持加圧部２５の上記ホーン２２の下面に対する取り付け角度が元の状態から周方向に数度ずれるということが発生し易かった。
【００６２】
しかしながら、上記ツール部２４はホーン２２の下面にねじ２６ａによって着脱可能に取り付ける構造としている。そのため、ツール部２４を新たなものに交換した場合にも、その保持加圧部２５の上記ホーン２２の下面に対する取り付け角度を元の状態と同じ角度、つまり常に一定の角度に設定することができる。
【００６３】
それによって、ツール部２４を交換しても、保持加圧部２５の取り付け角度が周方向にずれるのを防止できるから、保持加圧部２５による半導体チップＣの保持状態がずれ、基板３２に対する半導体チップＣの実装精度の低下を招くのを防止することができる。
【００６４】
上記第１の実施の形態では、上記ホーン２２の長さ寸法を振動子２３で発生する超音波振動の１波長とすることで、上記ホーン２２の長手方向の中途部及び両端部の３箇所が超音波振動の振幅が最大となる腹となる。
【００６５】
そして、そのうちの、長手方向中央部の上面、つまりツール部２４が設けられた下面に対応する上面に、ツール部２４と同じ質量或いはホーン２２に作用する実装時の加圧力の反力を加味した質量のバランス部材２７を設けるようにした。
【００６６】
それに代わって、図５に示す第２の実施の形態のように、バランス部材をツール部２４の半分の質量の２つのバランス部材２７ｃ，２７ｃに分割し、各バランス部材２７ｃ，２７ｃを、上記ホーン２２の長手方向両端部の振幅が最大となる部分の上面にそれぞれねじ２６ｂ（図示せず）によって着脱可能に取り付けるようにしてもよい。
【００６７】
その場合、同図に鎖線で示すように、ブラケット２８の下面に凸部２８ｂを設け、この凸部２８ｂをホーン２２の上面に圧接させれば、超音波実装ツール２１をθ可動体１７にブラケット２８を介して取り付けることができる。
【００６８】
このように、バランス部材２７ｃ，２７ｃを２つに分けて設けるようにしても、第１の実施の形態と同様、ホーン２２の軸線Ｏを中心とする下側部分と上側部分との質量のバランスを同じにすることができるから、ホーン２２を超音波振動させたときに、このホーン２２に圧縮方向の横振動以外の、撓み振動が発生するのを防止することができる。
【００６９】
図６はこの発明の第３の実施の形態である。第１の実施の形態では超音波実装ツール２１のホーン２２の長さ寸法を、振動子２３で発生する超音波振動の１波長の長さに設定したが、この実施の形態ではホーン２２の長さ寸法が超音波振動の波長の半分の長さに設定されている。
【００７０】
その場合、上記ホーン２２に軸方向の両端部が超音波振動の振幅が最大となる腹となるから、ツール部２４とバランス部材２７は上記ホーン２２に軸方向の先端部或いは振動子２３側の後端部、この実施の形態では先端部に設ける。
【００７１】
このような構成であっても、上記第１の実施の形態と同様、ホーン２２を伸縮方向にだけ確実に超音波振動させることができる。
【００７２】
図７は放電加工されるホーン２２の断面形状の変形例を示す第４の実施の形態である。この実施の形態ではホーン２２に形成される芯部２２ｃを上記第１の実施の形態の十字形状から、中心部から左右方向に突出した２つの突出部２２ｄを除去した形状となっている。この場合、ホーン２２の軸方向に貫通する貫通孔２２ｂは上記芯部２２ｃの左右に位置する２つとなる。
【００７３】
このような形状とすることで、芯部２２ｃが４つの突出部２２ｄを有する場合に比べてさらにホーン２２の質量を低減することができるから、半導体チップＣの実装時におけるタクトタイムをより一層、短縮することが可能となる。
【００７４】
なお、この第４の実施の形態において、図示はしないが、上記芯部２２ｃの中芯部に貫通孔２２ｂを形成し、ホーン２２の質量をさらに低減させるようにしてもよい。
【００７５】
図８はホーン２２の変形例を示す第５の実施の形態で、この実施の形態では上記ホーン２２の芯部２２ｃの形状が第１の実施の形態のように十字状の場合であって、ホーン２２に放電加工によって貫通孔２２ｂを形成する代わりに、芯部２２ｃだけを放電加工によって形成し、この芯部２２ｃの周囲に、４枚の板材３４を上記芯部２２ｃの各突出部２２ｄの端面にねじ止め或いは接着などの固定手段によって固定して設け、上記ホーン２２を構成するようにしている。
【００７６】
なお、隣り合う各板材３４の側端は、接着や溶接などの手段で固定してもよいし、固定しなくてもよいが、固定した方が芯部２２ｃと板材３４とが一体的に確実に超音波振動し易くなる。
【００７７】
上記第１の実施の形態ではツール部２４とバランス部材２７をホーン２２と別体とし、ホーン２２の下面と上面にそれぞれねじ２６ａ，２６ｂによって着脱可能に取り付けるようにしたが、ホーン２２を放電加工する際に、上記ツール部２４とバランス部材２７をホーン２２と一体加工するようにしてもよい。その場合、ねじ２６ａ，２６ｂが不要になるから、上記ツール部２４とバランス部材２７の質量に上記ねじ２６ａ，２６ｂの質量は含まれないことになる。
【００７８】
また、上記ツール部２４とバランス部材２７をホーン２２にねじ止め固定する場合であっても、ねじ２６ａと２６ｂを同じ質量とすれば、これらの質量を無視できるから、バランス部材２７をツール部２４と同じ質量とすればよい。
【００７９】
また、上記各実施の形態では半導体チップＣの質量を考慮せず、ツール部２４の質量に対してバランス部材２７の質量を設定したが、半導体チップＣのサイズが大きくなった場合にはこの半導体チップＣの質量も考慮してバランス部材２７の質量を設定した方がよい。
【００８０】
それによって、ホーン２２の超音波振動がより一層、撓み方向に振動するのが防止された横振動となるから、半導体チップＣの実装を発振効率の低下を招くことなく、確実に行なうことが可能となる。
【符号の説明】
【００８１】
２１…超音波実装ツール、２２…ホーン、２３…振動子、２４…ツール部、２４ａ…ベース部、２５…保持加圧部、２７…バランス部材。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を被実装部材に押圧荷重と超音波振動によって実装するための超音波実装ツールであって、
断面形状が四角形のホーンと、
このホーンの軸方向の一端に接続され上記ホーンを上記軸方向に超音波振動させる振動子と、
上記ホーンの外面の４つの面のうちの１つの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、
上記ホーンの外面の上記１つの面と対向する面の振動が最大となる部分に設けられ上記ホーンが上記ツール部の質量によって上記軸方向と異なる方向に超音波振動するのを阻止するバランス部材と
を具備したことを特徴とする超音波実装ツール。
【請求項２】
上記ホーンには軸方向の中途部と両端部との３箇所に振動が最大となる部分を有し、
上記ツール部は上記１つの面の軸方向の中途部の振動が最大となる部分に設けられ、上記バランス部材は上記ツール部の軸方向の両端部の振動が最大となる２つの部分に均等な質量に分割されて設けられることを特徴とする請求項１記載の超音波実装ツール。
【請求項３】
上記ホーンには軸方向の一端部と他端部との２箇所に振動が最大となる部分を有し、
上記ツール部は上記１つの面の軸方向の一端部の振動が最大となる部分に設けられ、上記バランス部材は上記ツール部の軸方向の一端部の上記１つの面と対向する面に設けられることを特徴とする請求項１記載の超音波実装ツール。
【請求項４】
上記バランス部材は、上記ツール部と同じ質量であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の超音波実装ツール。
【請求項５】
上記バランス部材の質量は、上記ツール部の質量に、このツール部が上記電子部品を被実装部材に押圧するときの荷重に対応する質量を加えた質量であることを特徴とする請求項１又乃至３のいずれかに記載の超音波実装ツール。
【請求項６】
上記ツール部は板状のベースに一体的に形成されていて、上記ベースは上記ホーンの外面の上記１つの面に着脱可能にねじ止め固定されることを特徴とする請求項１記載の超音波実装ツール。
【請求項７】
電子部品を被実装部材に押圧荷重と超音波振動によって実装するための電子部品の実装装置であって、
上下方向と水平方向のうちの少なくとも上下方向に駆動される可動部と、
上面に上記被実装部材が載置されるステージと、
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超音波振動を付与し、その超音波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ステージ上の上記被実装部材に実装する超音波実装ツールを具備し、
上記超音波実装ツールは請求項１に記載された構成であることを特徴とする電子部品の実装装置。
【請求項１】
電子部品を被実装部材に押圧荷重と超音波振動によって実装するための超音波実装ツールであって、
断面形状が四角形のホーンと、
このホーンの軸方向の一端に接続され上記ホーンを上記軸方向に超音波振動させる振動子と、
上記ホーンの外面の４つの面のうちの１つの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、
上記ホーンの外面の上記１つの面と対向する面の振動が最大となる部分に設けられ上記ホーンが上記ツール部の質量によって上記軸方向と異なる方向に超音波振動するのを阻止するバランス部材と
を具備したことを特徴とする超音波実装ツール。
【請求項２】
上記ホーンには軸方向の中途部と両端部との３箇所に振動が最大となる部分を有し、
上記ツール部は上記１つの面の軸方向の中途部の振動が最大となる部分に設けられ、上記バランス部材は上記ツール部の軸方向の両端部の振動が最大となる２つの部分に均等な質量に分割されて設けられることを特徴とする請求項１記載の超音波実装ツール。
【請求項３】
上記ホーンには軸方向の一端部と他端部との２箇所に振動が最大となる部分を有し、
上記ツール部は上記１つの面の軸方向の一端部の振動が最大となる部分に設けられ、上記バランス部材は上記ツール部の軸方向の一端部の上記１つの面と対向する面に設けられることを特徴とする請求項１記載の超音波実装ツール。
【請求項４】
上記バランス部材は、上記ツール部と同じ質量であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の超音波実装ツール。
【請求項５】
上記バランス部材の質量は、上記ツール部の質量に、このツール部が上記電子部品を被実装部材に押圧するときの荷重に対応する質量を加えた質量であることを特徴とする請求項１又乃至３のいずれかに記載の超音波実装ツール。
【請求項６】
上記ツール部は板状のベースに一体的に形成されていて、上記ベースは上記ホーンの外面の上記１つの面に着脱可能にねじ止め固定されることを特徴とする請求項１記載の超音波実装ツール。
【請求項７】
電子部品を被実装部材に押圧荷重と超音波振動によって実装するための電子部品の実装装置であって、
上下方向と水平方向のうちの少なくとも上下方向に駆動される可動部と、
上面に上記被実装部材が載置されるステージと、
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超音波振動を付与し、その超音波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ステージ上の上記被実装部材に実装する超音波実装ツールを具備し、
上記超音波実装ツールは請求項１に記載された構成であることを特徴とする電子部品の実装装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−９９７５９（Ｐ２０１２−９９７５９Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４８４１９（Ｐ２０１０−２４８４１９）
【出願日】平成２２年１１月５日（２０１０．１１．５）
【出願人】（０００００２４２８）芝浦メカトロニクス株式会社 (907)
【出願人】（３０３０１９８４６）ＥＳＢ株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月５日（２０１０．１１．５）
【出願人】（０００００２４２８）芝浦メカトロニクス株式会社 (907)
【出願人】（３０３０１９８４６）ＥＳＢ株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
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