專利名稱：鍵合工具、電子元器件安裝裝置和電子元器件安裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將電子元器件安裝于電路基板等的鍵合工具、電子元器件安裝裝置和電子元器件安裝方法。
背景技術(shù)：
已知有用于將電子元器件的電極與電路基板的電極接合的各種接合方法。例如，超聲波接合方法是上述接合方法中的一種，其能在短時(shí)間內(nèi)將電子元器件 接合于電路基板。此處，所謂超聲波接合方法，是指在由加熱器加熱的電子元器件保持部上保持電 子元器件，將該電子元器件按壓在電路基板上，并利用超聲波振動使該電子元器件振動，從 而將電子元器件的電極與電路基板的電極電接合的接合方法。因此，參照圖11對利用上述超聲波接合方法的以往的電子元器件安裝裝置的結(jié) 構(gòu)和動作進(jìn)行說明。此處，圖11是以往的電子元器件安裝裝置的概略主視圖。以往的電子元器件安裝裝置包括保持電子元器件1的鍵合工具9003、保持電路 基板2的電路基板保持單元9006、以及將鍵合工具9003所保持的電子元器件1朝著電路基 板保持單元9006所保持的電路基板2按壓的按壓單元(未圖示)(例如參照專利文獻(xiàn)1)。另外，原樣引用(參照)上述文獻(xiàn)的全部揭示內(nèi)容，將其結(jié)合于此。鍵合工具9003包括零件安裝單元9030、腳部9312、支撐部9005、以及加熱器保 持部9324，腳部9312和加熱器保持部9324分別單獨(dú)形成，彼此分開。零件安裝單元9030具有喇叭9031、超聲波振子9004、以及電子元器件保持部 9009。喇叭9031是傳遞超聲波振動的部件，形成有供加熱器9033隔開規(guī)定空隙插入的 加熱器插入孔9311。超聲波振子9004是固定于喇叭9031的(+X)側(cè)的一端并產(chǎn)生超聲波 振動的部件。電子元器件保持部9009是固定于喇叭9031的另一端、保持電子元器件1并 由加熱器9033加熱的部件。支撐部9005分別支撐腳部9312和加熱器保持部9324。腳部9312在喇叭9031的超聲波振動的節(jié)點(diǎn)(nodal point)PO處從喇叭9031的 (+Y)側(cè)和(-Y)側(cè)這兩側(cè)跨過喇叭9031地對喇叭9031保持。加熱器保持部9324從喇叭9031的(+Y)側(cè)和(_Y)側(cè)這兩側(cè)跨過加熱器9033地保持。鍵合工具9003所保持的電子元器件1被按壓單元(未圖示)朝著電路基板2按 壓，并同時(shí)賦予熱量和超聲波振動。電子元器件1的電極和電路基板2的電極利用這樣的 熱量和超聲波振動進(jìn)行接合。專利文獻(xiàn)1 國際公開第07/129700號小冊子(例如第一頁、圖6)但是，已判明用上述以往的電子元器件安裝裝置進(jìn)行質(zhì)量更高的超聲波接合并不王困相本發(fā)明者分析認(rèn)為，加熱器9033接觸加熱器插入孔9311是導(dǎo)致上述不理想的原因。更具體而言，在利用加熱器9033進(jìn)行加熱時(shí)，加熱器保持部9324會因熱膨脹而朝 箭頭B所示的方向、S卩(-Z)側(cè)伸展。其結(jié)果是，加熱器9033也朝箭頭B方向變位。另外，通過上述加熱，喇叭9031也因熱膨脹而膨脹，朝箭頭A所示的方向伸展。其 結(jié)果是，加熱器插入孔9311也朝箭頭A方向變位。另一方面，固定有喇叭9031的腳部9312的節(jié)點(diǎn)PO不產(chǎn)生變位。因此，在利用加熱器9033進(jìn)行加熱時(shí)，加熱器9033有時(shí)會接觸加熱器插入孔 9311。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述以往的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種能進(jìn)行質(zhì)量更高的超聲波接合 的鍵合工具、電子元器件安裝裝置和電子元器件安裝方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，第一發(fā)明的鍵合工具包括零件安裝單元，該零件安裝單元具有喇叭(horn)、超聲波振子和電子元器件保持 部，上述喇叭傳遞超聲波振動并形成有供加熱器隔開規(guī)定的空隙插入的加熱器插入孔，上 述超聲波振子固定于上述喇叭，產(chǎn)生上述超聲波振動，上述電子元器件保持部固定于上述 喇叭，保持電子元器件，并由上述加熱器加熱；腳部，該腳部在上述喇叭的上述超聲波振動的節(jié)點(diǎn)處從上述喇叭的兩側(cè)保持上述 喇叭；支撐部，該支撐部支撐上述腳部；以及加熱器保持部，該加熱器保持部從上述喇叭的兩側(cè)保持上述加熱器，上述腳部與上述加熱器保持部一體形成。第二發(fā)明的鍵合工具是在第一發(fā)明的鍵合工具中，上述腳部設(shè)于上述喇叭的兩側(cè)，且在各側(cè)空開規(guī)定間隔在傳遞上述超聲波振動的 方向上分為兩個(gè)部分，上述加熱器保持部設(shè)于上述喇叭的兩側(cè)，在各側(cè)配置于上述規(guī)定間隔之間。第三發(fā)明的鍵合工具是在第二發(fā)明的鍵合工具中，空開上述規(guī)定間隔分為上述兩個(gè)部分的上述腳部與配置于上述規(guī)定間隔之間的 上述加熱器保持部一體形成。第四發(fā)明的鍵合工具是在第三發(fā)明的鍵合工具中，上述支撐部呈板狀，上述腳部固定于上述支撐部的下表面，上述加熱器保持部與上述腳部并排配置，在上述支撐部與上述加熱器保持部之間形成有規(guī)定空間。第五發(fā)明的鍵合工具是在第四發(fā)明的鍵合工具中， 上述喇叭呈傳遞上述超聲波振動的方向?yàn)殚L度方向的方柱形狀， 上述加熱器插入孔在與傳遞上述超聲波振動的方向正交的方向上貫穿上述喇叭，
用于保持上述加熱器的加熱器保持孔分別形成于設(shè)在上述喇叭兩側(cè)的上述加熱 器保持部。第六發(fā)明的鍵合工具是在第五發(fā)明的鍵合工具中，上述加熱器呈圓柱形狀，上述加熱器保持孔的中心軸與上述加熱器插入孔的中心軸一致。第七發(fā)明的鍵合工具是在第六發(fā)明的鍵合工具中，上述加熱器插入孔在與上述喇叭的兩側(cè)的側(cè)面正交的方向上貫穿上述喇叭。第八發(fā)明的鍵合工具是在第七發(fā)明的鍵合工具中，上述加熱器是兩個(gè)加熱器，上述加熱器插入孔和上述加熱器保持孔分別對應(yīng)上述兩個(gè)加熱器而形成，上述加熱器插入孔的開口部形狀是以傳遞上述超聲波振動的方向作為長度方向 的橢圓形。第九發(fā)明的鍵合工具是在第七發(fā)明的鍵合工具中，上述加熱器插入孔的中心軸與上述喇叭的上述長度方向上的中心軸正交，上述加熱器插入孔關(guān)于包含上述加熱器插入孔的中心軸并與上述喇叭的上述長 度方向上的中心軸正交的平面呈面對稱。第十發(fā)明的鍵合工具是在第七發(fā)明的鍵合工具中，上述加熱器插入孔的中心軸與上述喇叭的上述長度方向上的中心軸正交，上述加熱器插入孔關(guān)于包含上述喇叭的上述長度方向上的中心軸并與上述加熱 器插入孔的中心軸正交的平面呈面對稱。第十一發(fā)明的鍵合工具是在第七發(fā)明的鍵合工具中，上述加熱器插入孔的中心軸與上述喇叭的上述長度方向上的中心軸正交，上述加熱器插入孔關(guān)于包含上述加熱器插入孔的中心軸和上述喇叭的上述長度 方向上的中心軸的平面呈面對稱。第十二發(fā)明的鍵合工具是在第七發(fā)明的鍵合工具中，在上述支撐部上固定上述腳部的四個(gè)部位關(guān)于包含上述加熱器插入孔的中心軸 并與上述喇叭的上述長度方向上的中心軸正交的平面以及包含上述喇叭的上述長度方向 上的中心軸并與上述加熱器插入孔的中心軸正交的平面呈面對稱。第十三發(fā)明的鍵合工具是在第一發(fā)明的鍵合工具中，上述喇叭具有作為冷卻部的通氣孔。第十四發(fā)明的鍵合工具是在第一發(fā)明的鍵合工具中，通氣孔形成于上述腳部的與上述加熱器保持部相鄰的部位。第十五發(fā)明的鍵合工具是在第一發(fā)明的鍵合工具中，通氣孔形成于上述支撐部的與上述腳部相鄰的部位。第十六發(fā)明的鍵合工具是在第一發(fā)明的鍵合工具中，供溫度計(jì)插入的溫度計(jì)插入孔形成于上述喇叭。第十七發(fā)明的鍵合工具是在第一發(fā)明的鍵合工具中，上述規(guī)定空隙的大小為0. 075mm以上、0.1mm以下。第十八發(fā)明的電子元器件安裝裝置包括
第一發(fā)明的鍵合工具，該鍵合工具保持上述電子元器件；電路基板保持單元，該電路基板保持單元保持電路基板；以及按壓單元，該按壓單元將上述鍵合工具所保持的上述電子元器件朝著上述電路基 板保持單元所保持的上述電路基板按壓。第十九發(fā)明的電子元器件安裝方法，使用第十八發(fā)明的電子元器件安裝裝置，將 上述電子元器件安裝于上述電路基板，包括利用上述鍵合工具來保持上述電子元器件的電子元器件保持步驟；利用上述電路基板保持單元來保持上述電路基板的電路基板保持步驟；利用上述按壓單元，將上述鍵合工具所保持的上述電子元器件朝著上述電路基板 保持單元所保持的上述電路基板按壓的按壓步驟；利用上述超聲波振子來產(chǎn)生上述超聲波振動的超聲波振動產(chǎn)生步驟；以及利用上述加熱器來加熱上述電子元器件保持部的加熱步驟。根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，可提供一種能進(jìn)行質(zhì)量更高的超聲波接合的鍵合工具、電子 元器件安裝裝置和電子元器件安裝方法。


圖1是本發(fā)明實(shí)施方式的電子元器件安裝裝置的概略主視圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施方式的鍵合工具的概略主視圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施方式的鍵合工具的概略仰視圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施方式的鍵合工具的加熱器插入孔、加熱器保持孔和加熱器的概 略放大剖視圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施方式的鍵合工具的另一加熱器插入孔、加熱器保持孔和加熱器 的概略放大剖視圖。圖6是本發(fā)明實(shí)施方式的鍵合工具的又一加熱器插入孔、加熱器保持孔和加熱器 的概略放大剖視圖。圖7是本發(fā)明實(shí)施方式的鍵合工具的再一加熱器插入孔、加熱器保持孔和加熱器 的概略放大剖視圖。圖8是本發(fā)明另一實(shí)施方式的鍵合工具的概略主視圖。圖9是圖8的本發(fā)明實(shí)施方式的鍵合工具的概略仰視圖。圖10是圖8的本發(fā)明實(shí)施方式的鍵合工具的加熱器插入孔的概略主視圖。圖11是以往的電子元器件安裝裝置的概略主視圖。(符號說明)1電子元器件2電路基板3鍵合工具30零件安裝單元31 喇叭311、311a、311b 加熱器插入孔312 腳部
3121、3122、3123、3124 肋313第一冷卻部3131 豎孔3132 吸附墊3133 管314第二冷卻部3211、3212、3213、3214 腳部通氣孔3221、3222、3223、3224 螺栓孔3231、3232、3233、3234 螺栓324加熱器保持部325、325a、325b 加熱器保持孔33、33a、33b 加熱器331加熱器凸緣332加熱器電源供給線333、334 間隔件335、336 螺栓34溫度計(jì)插入孔4超聲波振子5支撐部5a、5b 凸條511、512支撐部通氣孔6電路基板保持單元7接合頭部8按壓單元81連結(jié)部82 塊83驅(qū)動機(jī)構(gòu)84導(dǎo)向件85致動器9電子元器件保持部
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。首先，主要參照圖1對本實(shí)施方式的電子元器件安裝裝置的結(jié)構(gòu)及其動作、以及 電子元器件安裝方法進(jìn)行說明。此處，圖1是本發(fā)明實(shí)施方式的電子元器件安裝裝置的概略主視圖。本實(shí)施方式的電子元器件安裝裝置包括保持電子元器件1的鍵合工具3、保持電 路基板2的電路基板保持單元6、以及將鍵合工具3所保持的電子元器件1朝著電路基板保 持單元6所保持的電路基板2按壓的按壓單元8。
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此處，依次對按壓單元8的結(jié)構(gòu)、鍵合工具3的結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行更詳細(xì)的說明。首先，對按壓單元8的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。按壓單元8包括AC (交流)伺服電動機(jī)等致動器85。滾珠絲杠等驅(qū)動機(jī)構(gòu)83與致動器85組合，致動器85的驅(qū)動力通過塊82傳遞到 連結(jié)部81。連結(jié)部81配置成使接受致動器85的驅(qū)動力的點(diǎn)位于穿過安裝中心點(diǎn)P的Z方 向的直線L上，上述安裝中心點(diǎn)P是電子元器件1安裝于電路基板2的安裝中心點(diǎn)。保持 鍵合工具3的接合頭部7配置在連結(jié)部81的(-Z)側(cè)，利用致動器85的驅(qū)動力沿著導(dǎo)向件 84在Z方向上移動。鍵合工具3所保持的電子元器件1被按壓單元8朝著電路基板2按壓，并同時(shí)賦 予熱量和超聲波振動。電子元器件1的電極和電路基板2的電極利用這樣的熱量和超聲波 振動進(jìn)行接合。另外，也可在電子元器件1和/或電路基板2具有的多個(gè)電極上配置凸點(diǎn)等導(dǎo)電 性突起，以便容易進(jìn)行接合。接著，主要參照圖2和圖3對鍵合工具3的結(jié)構(gòu)進(jìn)行更詳細(xì)的說明。此處，圖2是本發(fā)明實(shí)施方式的鍵合工具3的概略主視圖，圖3是本發(fā)明實(shí)施方式 的鍵合工具3的概略仰視圖。鍵合工具3包括零件安裝單元30、腳部312、支撐部5、以及加熱器保持部324，如 后文中詳細(xì)說明，腳部312和加熱器保持部324 —體形成。零件安裝單元30具有喇叭31、超聲波振子4、以及電子元器件保持部9。喇叭31是傳遞超聲波振動的部件，形成有供筒形加熱器等加熱器33隔開規(guī)定空 隙插入的加熱器插入孔311。喇叭31具有在超聲波振動的規(guī)定頻率下成為諧振狀態(tài)的構(gòu) 造。喇叭31實(shí)質(zhì)上呈方柱形狀，以X方向作為傳遞超聲波振動的長度方向，是具有與YZ平 面平行的對稱面(即，將上述長度二等分的平面)S1、與ZX平面平行的對稱面S2以及與XY 平面平行的對稱面S3的方柱。喇叭31的長度方向中心軸是對稱面S2與對稱面S3的交線。喇叭31的形狀在本實(shí)施方式中是方柱，但當(dāng)然也可以是圓柱等。如下面詳細(xì)說明，鍵合工具3關(guān)于對稱面SI、S2和S3具有各種高對稱性。因此，即使利用加熱器33進(jìn)行加熱時(shí)，鍵合工具3的熱分布乃至熱應(yīng)變在所有方 向上也都大致均等。因此，可很大程度地減小鍵合工具3所保持的電子元器件1的振動模 式偏離原本的設(shè)計(jì)值的可能性等。因此，幾乎不必針對例如電子元器件1相對于電路基板 2 (參照圖1)傾斜、電子元器件1或電路基板2的電極產(chǎn)生損傷或接合不良的現(xiàn)象進(jìn)行裝置 的平行調(diào)整等。超聲波振子4是固定于喇叭31的(+X)側(cè)的一端并利用壓電元件(未圖示)產(chǎn)生 超聲波振動的部件。由超聲波振子4產(chǎn)生的超聲波振動作為縱向振動由喇叭31傳遞至電子元器件保 持部9，并通過電子元器件保持部9施加于電子元器件1。反節(jié)點(diǎn)(antinodal point) PI是表示與超聲波振動的振幅在諧振狀態(tài)下為最大波 腹對應(yīng)的X方向上的位置的點(diǎn)。本實(shí)施方式的超聲波振動具有兩個(gè)節(jié)，更靠近喇叭31的 (+X)側(cè)的一端的節(jié)點(diǎn)P2和更靠近喇叭31的(-X)側(cè)的另一端的節(jié)點(diǎn)P3是表示與超聲波振 動的振幅在諧振狀態(tài)下大致為零的節(jié)對應(yīng)的X方向上的位置的點(diǎn)。反節(jié)點(diǎn)P1存在于對稱面S1上，節(jié)點(diǎn)P2和P3關(guān)于對稱面S1大致呈面對稱。電子元器件保持部9是固定在喇叭31上、保持電子元器件1并由加熱器33加熱 的部件。電子元器件保持部9以反節(jié)點(diǎn)P1的位置為基準(zhǔn)設(shè)于喇叭31的下表面，電子元器 件1通過真空吸附而被保持于對稱面S1與對稱面S2的交線上的安裝中心點(diǎn)P。接著，支撐部5具有與XY平面平行的板的形狀，在其下表面的前后(X方向)2個(gè) 部位具有沿Y方向延伸的凸條5a、5b，在各凸條5a、5b下表面的左右2個(gè)部位、總計(jì)4個(gè)部 位利用后述的穿通螺栓保持著腳部312。這樣，腳部312固定于支撐部5的凸條5a、5b。在凸條5a、5b上固定腳部312的四 個(gè)部位關(guān)于包含加熱器插入孔311的中心軸并與喇叭31的長度方向中心軸正交的對稱面 S1、以及包含喇叭31的長度方向的中心軸并與加熱器插入孔311的中心軸正交的對稱面S2 呈面對稱。更具體而言，在腳部312的上述四個(gè)部位，供螺栓3231、3232、3233和3234分別 插入的螺栓孔3221、3222、3223和3224形成為關(guān)于對稱面S1和S2均呈面對稱。另一方面，在支撐部5的上表面安裝有接合頭部7 (參照圖1)。接著，腳部312在喇叭31的超聲波振動的節(jié)點(diǎn)P2和P3處從喇叭31的(+Y)側(cè)和 (-Y)側(cè)保持喇叭31。更具體而言，腳部312利用長度方向?yàn)閆方向的肋3121、3122、3123和3124在四 個(gè)部位保持喇叭31。因此，在按壓單元8按壓電子元器件1的Z方向上，能確保傳遞按壓力 用的足夠的剛性。并且，肋3121和3123以節(jié)點(diǎn)P2的位置為基準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)置，肋3122和3124以節(jié)點(diǎn) P3的位置為基準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)置。因此，在傳遞超聲波振子4所產(chǎn)生的超聲波振動的X方向上，能 確保用于利用超聲波振動使電子元器件1振動的足夠的自由度。接著，加熱器保持部324從喇叭31的(+Y)側(cè)和(_Y)側(cè)保持加熱器33。如上所述，腳部312設(shè)于喇叭31的(+Y)側(cè)和(-Y)側(cè)，且在各側(cè)空開規(guī)定的間隔 在傳遞超聲波振動的X方向上分為兩個(gè)部分。其結(jié)果是，總計(jì)分為四個(gè)部分。另外，如上所 述，加熱器保持部324設(shè)于喇叭31的(+Y)側(cè)和(-Y)側(cè)，且在各側(cè)在上述腳部312的規(guī)定 間隔之間與腳部312配置成一體。也就是說，空開規(guī)定間隔分為兩個(gè)部分的腳部312和在 X方向上與腳部312并排地配置于其規(guī)定間隔之間的加熱器保持部324形成為一體。并且，在支撐部5的下表面與加熱器保持部324之間形成有規(guī)定的空間S。并且，在本實(shí)施方式中，腳部312與加熱器保持部324如上所述形成為一體，腳部 312、加熱器保持部324和喇叭31形成為一體。更具體而言，腳部312和加熱器保持部324以利用肋3121、3122、3123和3124在四 個(gè)部位與喇叭31連續(xù)的方式，利用一種原材料通過線切割機(jī)加工形成為一體。另外，加熱 器插入孔311和加熱器保持孔325以兩者的中心軸一致的方式通過一次穿孔加工而形成。 由于利用這種加工精度高的線切割機(jī)加工和穿孔加工，因此鍵合工具3的與振動特性等相 關(guān)的個(gè)體差異幾乎不存在。并且，如上所述，肋3121和3123以節(jié)點(diǎn)P2的位置為基準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)置，肋3122和3124 以節(jié)點(diǎn)P3的位置為基準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)置，因此，超聲波振子4所產(chǎn)生的超聲波振動幾乎不傳遞到 存在于腳部312之間的加熱器保持部324。因此，即使在超聲波振子4產(chǎn)生超聲波振動時(shí)， 由與腳部312 —體形成的加熱器保持部324保持的加熱器33也幾乎不變位。并且，超聲波振動也幾乎不傳遞到固定有腳部312的支撐部5。另一方面，在利用加熱器33進(jìn)行加熱時(shí)，支撐部5幾乎不變位，但腳部312因熱膨 脹而伸展，從支撐部5觀察會朝(-Z)側(cè)變位。不過，如上所述，腳部312、加熱器保持部324和喇叭31形成為一體，因此，加熱器 保持部324及喇叭31與腳部312 —起朝(-Z)側(cè)變位，加熱器保持部324與喇叭31的相對 位置關(guān)系本身幾乎不變化。因此，即使在利用加熱器33進(jìn)行加熱時(shí)，由加熱器保持部324保持的加熱器33也 幾乎不會接觸到形成于喇叭31的加熱器插入孔311。因此，在本實(shí)施方式中，能進(jìn)行以往不可能進(jìn)行的、可利用于伴隨使金與金接合的 半導(dǎo)體倒裝法安裝等的在高溫區(qū)域內(nèi)的質(zhì)量高的超聲波接合。加熱器33實(shí)質(zhì)上的長度方向?yàn)榕c傳遞超聲波振動的X方向正交的Y方向，且加熱 器33呈具有對稱面SI、S2和S3的圓柱形狀。另外，加熱器33的形狀在本實(shí)施方式中為圓柱，但也可以是方柱等，加熱器插入 孔311和加熱器保持孔325對應(yīng)加熱器33的形狀形成即可。用于保持加熱器33的加熱器保持孔325分別形成于設(shè)在喇叭31的(+Y)側(cè)和(_Y) 側(cè)的腳部312的加熱器保持部324。加熱器保持孔325的中心軸與加熱器插入孔311的中
心軸一致。加熱器插入孔311與傳遞超聲波振動的X方向正交，在與喇叭31的(+Y)側(cè)和(-Y) 側(cè)的側(cè)面正交的方向上貫穿喇叭31。如上所述，喇叭31的長度方向中心軸是對稱面S2與 對稱面S3的交線，加熱器插入孔311的中心軸是對稱面S1與對稱面S3的交線。因此，加 熱器插入孔311的中心軸與喇叭31的長度方向中心軸正交。另外，加熱器插入孔311關(guān)于(1)包含加熱器插入孔311的中心軸并與喇叭31的 長度方向中心軸正交的對稱面S1、(2)包含喇叭31的長度方向中心軸并與加熱器插入孔 311的中心軸正交的對稱面S2、以及(3)包含加熱器插入孔311的中心軸和喇叭31的長度 方向中心軸的對稱面S3均呈面對稱。喇叭31具有第一冷卻部313和第二冷卻部314，該第一冷卻部313和第二冷卻部 314利用形成于與加熱器插入孔311相鄰的部位的通氣孔進(jìn)行設(shè)置。在喇叭31的固定有超聲波振子4的(+X)側(cè)的一端與加熱器插入孔311之間，第 一冷卻部313利用在與傳遞超聲波振動的X方向正交的Y方向上貫穿喇叭31的三個(gè)通氣 孔設(shè)置成關(guān)于對稱面S2和S3大致呈面對稱。另外，上述三個(gè)通氣孔利用豎孔3131并通過與管3133連結(jié)的吸附墊3132而與氣 泵(未圖示)連結(jié)。因此，第一冷卻部313例如能抑制耐熱溫度為100°C左右的超聲波振子4因通過喇 叭31的熱傳導(dǎo)而產(chǎn)生故障的現(xiàn)象。第二冷卻部314具有與第一冷卻部313同樣的結(jié)構(gòu)，在喇叭31的(-X)側(cè)的一端 與加熱器插入孔311之間設(shè)置成與第一冷卻部313關(guān)于對稱面S1大致呈面對稱。因此，第二冷卻部314例如能抑制喇叭31因熱膨脹而在(-X)側(cè)和(+X)側(cè)非對稱 地變大、電子元器件1相對于電路基板2(參照圖1)傾斜而引起的電子元器件1的電極與 電路基板2的電極之間的距離變得不均等的現(xiàn)象。
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腳部通氣孔3211、3212、3213和3214以關(guān)于對稱面S1和S2均呈面對稱的方式形 成于腳部312的與加熱器保持部324相鄰的部位。腳部通氣孔3211形成于對稱面S1的(+X)側(cè)和對稱面S2的(_Y)側(cè)，在Z方向 上貫穿腳部312。腳部通氣孔3212形成于對稱面S1的(-X)側(cè)和對稱面S2的(-Y)側(cè)，在 Z方向上貫穿腳部312。腳部通氣孔3213形成于對稱面S1的(+X)側(cè)和對稱面S2的(+Y) 側(cè)，在Z方向上貫穿腳部312。腳部通氣孔3214形成于對稱面S1的(-X)側(cè)和對稱面S2的 (+Y)側(cè)，在Z方向上貫穿腳部312。因此，腳部通氣孔3211、3212、3213和3214減少熱量通過腳部312散發(fā)，例如能抑 制位于腳部312之前的支撐部5顯著變形的現(xiàn)象。另外，支撐部通氣孔511和512以關(guān)于對稱面S1呈面對稱的方式分別形成于支撐 部5的凸條5a、5b的與腳部312相鄰的部位。支撐部通氣孔511形成于對稱面S1的(+X)側(cè)，在Y方向上貫穿支撐部5。支撐部 通氣孔512形成于對稱面S1的(-X)側(cè)，在Y方向上貫穿支撐部5。因此，支撐部通氣孔511和512減少熱量通過支撐部5散發(fā)，例如能抑制位于支撐 部5之前的接合頭部7 (參照圖1)變形的現(xiàn)象。供溫度計(jì)支撐板(未圖示)所支撐的熱電偶或輻射溫度計(jì)等溫度計(jì)(未圖示)隔 開規(guī)定間隙插入的溫度計(jì)插入孔34形成于喇叭31。溫度計(jì)插入孔34以關(guān)于對稱面S2呈面對稱的方式，在傳遞超聲波振動的X方向 上從喇叭31的(-X)側(cè)的另一端穿通至被加熱器33加熱的電子元器件保持部9附近。溫度計(jì)被插入至即使在利用振動超聲波振子4產(chǎn)生超聲波時(shí)和利用加熱器33進(jìn) 行加熱時(shí)也不會接觸溫度計(jì)插入孔34的深度。另外，上述規(guī)定的間隙也設(shè)定得較大，以防 如上所述溫度計(jì)接觸溫度計(jì)插入孔34。當(dāng)然，較為理想的是，預(yù)先確定由溫度計(jì)測定的溫度與由電子元器件保持部9保 持的電子元器件1的溫度的相關(guān)關(guān)系，通過考慮這種相關(guān)關(guān)系的反饋來高精度地進(jìn)行溫度 控制。如上所述，加熱器33隔開規(guī)定的空隙插入加熱器插入孔311，如圖4所示，考慮到 加熱器33的加熱性能和加熱器插入孔311的穿孔加工的精度等，較為理想的是規(guī)定空隙的 大小S為0. 075mm以上、0. 1mm以下。此處，圖4是本發(fā)明實(shí)施方式的鍵合工具3的加熱器插入孔311和加熱器保持孔 325附近的概略剖視圖。若空隙過小，則在利用超聲波振子4(參照圖2)產(chǎn)生超聲波振動時(shí)和利用加熱器 33進(jìn)行加熱時(shí)，加熱器33有時(shí)會接觸加熱器插入孔311。因此，空隙的大小8被設(shè)定得較 大，以防如上所述加熱器33接觸加熱器插入孔311。若空隙過大，則即使考慮熱輻射和熱對流，加熱的效率有時(shí)也會變差。因此，空隙 的大小S被設(shè)定得較小，以防如上所述加熱的效率變差。另外，在上述本實(shí)施方式中，規(guī)定的空隙是按如下方法形成的，即，如圖4所示，針 對具有與加熱器電源供給線332連接的加熱器凸緣331的加熱器33的桿部分，通過切削加 工來減小位于頭部與尾部之間的主體部的口徑。在這種實(shí)施方式中，例如為保證高的切削加工精度，就必須只對頭部與尾部之間的主體部進(jìn)行切削加工，因此存在稍有困難的缺點(diǎn)，但幾乎不產(chǎn)生因頭部和尾部處的切削 加工而引起的加熱器33與加熱器保持孔325之間的晃動，加熱器33、加熱器插入孔311和 加熱器保持孔325形成為關(guān)于對稱面S1、S2和S3 (參照圖2和圖3)均呈面對稱，因此具有 加熱器插入孔311和加熱器保持孔325可通過一次穿孔加工容易地形成的優(yōu)點(diǎn)。不過，如圖5 圖7所示，規(guī)定的空隙也可按其它方法形成。上面說明的本實(shí)施方式的電子元器件安裝裝置的動作和電子元器件安裝方法的 一實(shí)施方式總結(jié)如下。1.首先，鍵合工具3保持電子元器件1 (電子元器件保持步驟)。2.另外，電路基板保持單元6保持電路基板2 (電路基板保持步驟)。3.之后，按壓單元8將鍵合工具3所保持的電子元器件1朝著電路基板保持單元 6所保持的電路基板2按壓(按壓步驟)。更具體而言，按壓單元8通過塊82將致動器85的驅(qū)動力傳遞到連結(jié)部81。然后，按壓單元8使保持鍵合工具3的接合頭部7沿著導(dǎo)向件84在Z方向上移動。這樣，將鍵合工具3所保持的電子元器件1朝著電路基板2按壓。4.另外，超聲波振子4產(chǎn)生超聲波振動(超聲波振動產(chǎn)生步驟)。5.另外，加熱器33加熱電子元器件保持部9(加熱步驟)。當(dāng)然，按壓、超聲波振動產(chǎn)生、加熱這各個(gè)步驟同時(shí)進(jìn)行。這樣，電子元器件1的電極和電路基板2的電極利用熱和超聲波振動進(jìn)行接合。這樣，本實(shí)施方式的電子元器件安裝裝置和方法可利用具有上述結(jié)構(gòu)的鍵合工具 3來進(jìn)行質(zhì)量高的超聲波接合。接著，對各種其它實(shí)施方式進(jìn)行說明。此處，圖5 7是本發(fā)明實(shí)施方式的鍵合工具3的加熱器插入孔311和加熱器保 持孔325附近的概略放大剖視圖。在圖5所示的實(shí)施方式中，規(guī)定的空隙是通過利用切削加工減小主體部和尾部的 口徑的方法形成的。這種實(shí)施方式中，加熱器33的加工與圖4時(shí)相比要容易，但由于加熱 器保持孔325的大小與加熱器插入孔311的大小不同，因此很難使雙方的中心軸精密對齊， 有產(chǎn)生晃動的傾向。另外，在圖6所示的實(shí)施方式中，規(guī)定的空隙是通過利用切削加工減小頭部、主體 部和尾部的口徑的方法形成的。這種實(shí)施方式中，在保證高的切削加工精度方面，由于對頭 部、主體部和尾部全部進(jìn)行切削加工即可，因此極為容易。另一方面，插入加熱器33與加熱 器保持孔325間的空間的全部或一部分的間隔件333和334(參照圖6)的安裝等存在困難。另外，在圖7所示的實(shí)施方式中，規(guī)定的空隙使用螺栓335、336來代替圖6中的間 隔件333、334。S卩，是通過將螺栓335、336在XZ平面內(nèi)以120度的間隔從3個(gè)方向直接抵 住加熱器并調(diào)節(jié)三根螺栓的旋緊狀態(tài)來確保空隙的方法。這種情況下，加熱器33的加工方 法容易。另外，在上述本實(shí)施方式中，如圖2和圖3所示，加熱器是一個(gè)加熱器33。不過，如圖8和圖9所示，加熱器也可以是兩個(gè)加熱器。此處，圖8是本發(fā)明實(shí)施方式的鍵合工具3的概略主視圖，圖9是本發(fā)明實(shí)施方式 的鍵合工具3的概略仰視圖。
在圖8和圖9所示的實(shí)施方式中，加熱器是筒形加熱器等加熱器33a和33b。
另外，加熱器插入孔31 Ia和31 Ib、加熱器保持孔325a和325b分別對應(yīng)兩個(gè)加熱 器33a和33b形成。加熱器插入孔311a和311b形成為關(guān)于對稱面Sl呈面對稱。加熱器插入孔311a 形成于對稱面Sl的(+X)側(cè)，在Y方向上貫穿喇叭31。加熱器插入孔311b形成于對稱面 Sl的(-X)側(cè)，在Y方向上貫穿喇叭31。加熱器保持孔325a和325b形成為關(guān)于對稱面Sl呈面對稱。加熱器保持孔325a 形成于對稱面Sl的(+X)側(cè)，在Y方向上貫穿加熱器保持部324。加熱器保持孔325b形成 于對稱面Sl的(-X)側(cè)，在Y方向上貫穿加熱器保持部324。在這種實(shí)施方式中，具有能更高效地對保持電子元器件1的電子元器件保持部9 進(jìn)行加熱的優(yōu)點(diǎn)，但由于加熱器33a和33b的排列方向上的加熱的非對稱性，加熱器33a和 33b可能會接觸加熱器插入孔311a和311b。
因此，為了克服上述缺點(diǎn)，如圖10所示，加熱器插入孔31 Ia和31 Ib的開口部形狀 也可以是以傳遞超聲波振動的X方向作為長度方向的橢圓形。此處，圖10是本發(fā)明實(shí)施方式的鍵合工具3的加熱器插入孔311a和311b附近的 概略主視圖。SP，如上所述，加熱器插入孔311a形成于對稱面Sl的(+X)側(cè)，加熱器插入孔311b 形成于對稱面Sl的(-X)側(cè)，因此，喇叭31因熱膨脹而在X方向上比其它方向上更大幅度 地伸展。更具體而言，當(dāng)加熱狀態(tài)下的加熱器33a和33b的溫度約500 600°C時(shí)，加熱狀 態(tài)下的電子元器件1的溫度約300°C。這樣的話，當(dāng)在常溫即約0°C的非加熱狀態(tài)下的加熱器33a與加熱器33b之間的X 方向距離D約25mm、喇叭31的線膨脹系數(shù)約0. 000013/K時(shí)，加熱狀態(tài)下的X方向距離D與 非加熱狀態(tài)下的距離D相比增加約0. 0975 ( = 0. 000013 X 25 X 300) mm，會產(chǎn)生加熱器插入 孔311a和311b的開口部形狀結(jié)果在X方向上被壓縮的現(xiàn)象。不過，若加熱器插入孔311a和311b的開口部形狀是預(yù)見了這種現(xiàn)象的以X方向 作為長度方向的橢圓形，則在利用加熱器33a和33b進(jìn)行加熱時(shí)，可很大程度地降低加熱器 33a和33b接觸加熱器插入孔311a和311b的可能性。這樣，根據(jù)圖10的實(shí)施方式，即使在使用多個(gè)加熱器時(shí)，也能進(jìn)一步避免因膨脹 而產(chǎn)生接觸的不理想情況。另外，上述本實(shí)施方式中，腳部312和加熱器保持部324利用一種原材料通過線切 割機(jī)加工而形成為一體。不過，例如也可采用這樣的方式腳部312和加熱器保持部324最 初分體成形，之后被接合或連結(jié)，最終形成一體。另外，在上面的說明中提到“對稱”時(shí)，不必是數(shù)學(xué)意義上的嚴(yán)格對稱，只要不違背 本發(fā)明的目的，也包含一定程度不“對稱”的情況。本發(fā)明的鍵合工具、電子元器件安裝裝置和電子元器件安裝方法能進(jìn)行質(zhì)量更高 的超聲波接合，對于半導(dǎo)體倒裝法安裝等而言是有用的。
權(quán)利要求
一種鍵合工具，其特征在于，包括零件安裝單元，該零件安裝單元具有喇叭、超聲波振子和電子元器件保持部，所述喇叭傳遞超聲波振動并形成有供加熱器隔開規(guī)定的空隙插入的加熱器插入孔，所述超聲波振子固定于所述喇叭，產(chǎn)生所述超聲波振動，所述電子元器件保持部固定于所述喇叭，保持電子元器件，并由所述加熱器加熱；腳部，該腳部在所述喇叭的所述超聲波振動的節(jié)點(diǎn)處從所述喇叭的兩側(cè)保持所述喇叭；支撐部，該支撐部支撐所述腳部；以及加熱器保持部，該加熱器保持部從所述喇叭的兩側(cè)保持所述加熱器，所述腳部與所述加熱器保持部一體形成。
2.如權(quán)利要求1所述的鍵合工具，其特征在于，所述腳部設(shè)于所述喇叭的兩側(cè)，且在各側(cè)空開規(guī)定間隔在傳遞所述超聲波振動的方向 上分為兩個(gè)部分，所述加熱器保持部設(shè)于所述喇叭的兩側(cè)，且在各側(cè)配置于所述規(guī)定間隔之間。
3.如權(quán)利要求2所述的鍵合工具，其特征在于，空開所述規(guī)定間隔分為所述兩個(gè)部分 的所述腳部與配置于所述規(guī)定間隔之間的所述加熱器保持部一體形成。
4.如權(quán)利要求3所述的鍵合工具，其特征在于， 所述支撐部呈板狀，所述腳部固定于所述支撐部的下表面，所述加熱器保持部與所述腳部并排配置，在所述支撐部與所述加熱器保持部之間形成有規(guī)定空間。
5.如權(quán)利要求4所述的鍵合工具，其特征在于，所述喇叭呈傳遞所述超聲波振動的方向?yàn)殚L度方向的方柱形狀， 所述加熱器插入孔在與傳遞所述超聲波振動的方向正交的方向上貫穿所述喇叭， 用于保持所述加熱器的加熱器保持孔分別形成于設(shè)在所述喇叭兩側(cè)的所述加熱器保 持部。
6.如權(quán)利要求5所述的鍵合工具，其特征在于， 所述加熱器呈圓柱形狀，所述加熱器保持孔的中心軸與所述加熱器插入孔的中心軸一致。
7.如權(quán)利要求6所述的鍵合工具，其特征在于，所述加熱器插入孔在與所述喇叭的兩側(cè)的側(cè)面正交的方向上貫穿所述喇叭。
8.如權(quán)利要求7所述的鍵合工具，其特征在于， 所述加熱器是兩個(gè)加熱器，所述加熱器插入孔和所述加熱器保持孔分別對應(yīng)所述兩個(gè)加熱器而形成， 所述加熱器插入孔的開口部形狀是以傳遞所述超聲波振動的方向作為長度方向的橢 圓形。
9.如權(quán)利要求7所述的鍵合工具，其特征在于，所述加熱器插入孔的中心軸與所述喇叭的所述長度方向上的中心軸正交，所述加熱器插入孔關(guān)于包含所述加熱器插入孔的中心軸并與所述喇叭的所述長度方向上的中心軸正交的平面呈面對稱。
10.如權(quán)利要求7所述的鍵合工具，其特征在于，所述加熱器插入孔的中心軸與所述喇叭的所述長度方向上的中心軸正交， 所述加熱器插入孔關(guān)于包含所述喇叭的所述長度方向上的中心軸并與所述加熱器插 入孔的中心軸正交的平面呈面對稱。
11.如權(quán)利要求7所述的鍵合工具，其特征在于，所述加熱器插入孔的中心軸與所述喇叭的所述長度方向上的中心軸正交， 所述加熱器插入孔關(guān)于包含所述加熱器插入孔的中心軸和所述喇叭的所述長度方向 上的中心軸的平面呈面對稱。
12.如權(quán)利要求7所述的鍵合工具，其特征在于，在所述支撐部上固定所述腳部的四個(gè) 部位關(guān)于包含所述加熱器插入孔的中心軸并與所述喇叭的所述長度方向上的中心軸正交 的平面以及包含所述喇叭的所述長度方向上的中心軸并與所述加熱器插入孔的中心軸正 交的平面呈面對稱。
13.如權(quán)利要求1所述的鍵合工具，其特征在于，所述喇叭具有作為冷卻部的通氣孔。
14.如權(quán)利要求1所述的鍵合工具，其特征在于，通氣孔形成于所述腳部的與所述加熱 器保持部相鄰的部位。
15.如權(quán)利要求1所述的鍵合工具，其特征在于，通氣孔形成于所述支撐部的與所述腳 部相鄰的部位。
16.如權(quán)利要求1所述的鍵合工具，其特征在于，供溫度計(jì)插入的溫度計(jì)插入孔形成于 所述喇叭。
17.如權(quán)利要求1所述的鍵合工具，其特征在于，所述規(guī)定空隙的大小為0.075mm以上、 0. Imm以下。
18.一種電子元器件安裝裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求1所述的鍵合工具，該鍵合工具保持所述電子元器件； 電路基板保持單元，該電路基板保持單元保持電路基板；以及 按壓單元，該按壓單元將所述鍵合工具所保持的所述電子元器件朝著所述電路基板保 持單元所保持的所述電路基板按壓。
19.一種電子元器件安裝方法，使用權(quán)利要求18所述的電子元器件安裝裝置將所述電 子元器件安裝于所述電路基板，其特征在于，包括利用所述鍵合工具來保持所述電子元器件的電子元器件保持步驟； 利用所述電路基板保持單元來保持所述電路基板的電路基板保持步驟； 利用所述按壓單元，將所述鍵合工具所保持的所述電子元器件朝著所述電路基板保持 單元所保持的所述電路基板按壓的按壓步驟；利用所述超聲波振子來產(chǎn)生所述超聲波振動的超聲波振動產(chǎn)生步驟；以及 利用所述加熱器來加熱所述電子元器件保持部的加熱步驟。
全文摘要
一種鍵合工具、電子元器件安裝裝置和電子元器件安裝方法。以往的鍵合工具有時(shí)很難進(jìn)行質(zhì)量高的超聲波接合。本發(fā)明的鍵合工具包括零件安裝單元(30)，該零件安裝單元(30)具有喇叭(31)、超聲波振子(4)和電子元器件保持部(9)，喇叭(31)形成有供加熱器(33)隔開規(guī)定的空隙插入的加熱器插入孔(311)，傳遞超聲波振動，超聲波振子(4)固定于喇叭(31)，產(chǎn)生超聲波振動，電子元器件保持部(9)固定于喇叭(31)，保持電子元器件(1)，并由加熱器(33)加熱；腳部(312)，該腳部(312)在喇叭(31)的超聲波振動的節(jié)點(diǎn)P2和P3處從喇叭(31)的兩側(cè)保持喇叭(31)；支撐部(5)，該支撐部(5)支撐腳部(312)；以及加熱器保持部(324)，該加熱器保持部(324)從喇叭(31)的兩側(cè)保持加熱器(33)，腳部(312)與加熱器保持部(324)一體形成。
文檔編號H05K13/04GK101827514SQ201010134870
公開日2010年9月8日 申請日期2010年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月2日
發(fā)明者渡邊勝彥, 藤田亮, 蛯原裕 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社