接合用工具、電子元器件安裝裝置以及接合用工具的製造方法
2023-10-22 22:24:22
專利名稱：接合用工具、電子元器件安裝裝置以及接合用工具的製造方法
技術領域：
本發明涉及例如用於將電子元器件安裝到電路板上的接合用工具、電子元器件安裝裝置以及接合用工具的製造方法。
背景技術：
已知有各種方法用於將電子元器件中的凸出電極(bump electrode)與印刷電路板的電極接合。例如，超聲波接合方法就是其中的一種接合方法，能夠在短時間內將電子元器件與電路板接合。
此處，超聲波接合方法是指在將電子元器件按壓在電路板上的同時，利用超聲波振動來使該電子元器件發生振動，並因在接合面上的局部側滑產生的表麵皮膜的破壞及飛濺進行接合，利用這種接合而以原子水平將電子元器件的電極與電路板的電極電氣接合。以下，參照圖10，對利用上述超聲波接合方法的現有的接合用工具9的結構及動作進行說明。另外，圖10是現有的接合用工具9的示意主視圖。現有的接合用工具9是利用超聲波振動器52使電子元器件8振動，來將電子元器件8與電路板81接合的裝置(例如，參照專利文獻I)。接合用工具9包括軸式凹模(horn)91、超聲波振動器52及電子元器件保持部93。電子元器件保持部93具有筒狀的陽模嵌合部932，在軸式凹模91上形成有與陽模嵌合部932的形狀相對應的陰模嵌合部9151，陽模嵌合部932通過粘接層916而與陰模嵌合部9151嵌合。在下面的說明中，使用用於確定三維空間的直角坐標系的、相互正交的三條實數直線即X軸、Y軸、Z軸。軸式凹模91是長度方向為傳遞超聲波振動的X方向的實質性稜柱。軸式凹模91具有與YZ平面平行的對稱面SI、與XY平面平行的對稱面S2及與ZX平面平行的對稱面S3(未圖示)。在軸式凹模91的軸式凹模突出部915上形成具有與陽模嵌合部932的形狀相對應的形狀的陰模嵌合部9151，其中，上述軸式凹模突出部915在與XY平面平行的兩個面內設置在(一 Z) —側的下表面上。陰模嵌合部9151是斷面形狀為長方形的槽。電子元器件保持部93具有稜柱形的陽模嵌合部932和設在前端部531上、將電子元器件8保持在與陽模嵌合部932相反一側的電子元器件保持面5311。陽模嵌合部932是斷面形狀為長方形的凸條。此處主要參照圖11和圖12來對電子元器件保持部93的陽模嵌合部932隔著粘接層916而與軸式凹模91的陰模嵌合部9151嵌合的結構進行更詳細地說明。圖11是現有接合用工具9的電子元器件保持部93附近的示意主視圖。另外，圖12是現有接合用工具9的賦予超聲波振動的電子元器件保持部93附近的示意主視圖。陽模嵌合部932具有頂面F93、側面F93'及F93"。陰模嵌合部9151具有頂面F91、側面F91'及F91"。接合用工具9的製造可以通過以下方式進行將用於形成粘接層916的焊料配置在陽模嵌合部932與陰模嵌合部9151之間，對陽模嵌合部932和陰模嵌合部9151 —邊加壓一邊加熱，由此來形成粘接層916，並使陽模嵌合部932與陰模嵌合部9151嵌合。例如，最好將薄片狀的焊料貼在陽模嵌合部932或陰模嵌合部9151的粘接面上，夾入電子元器件保持部93和軸式凹模91之間，一邊加壓一邊使溫度上升來使焊料熔融，然後再使溫度下降。此處，為了便於進行如上所述在薄片狀焊料粘貼在粘接面的狀態下將陽模嵌合部放入陰模嵌合部9151的深處的工序，必須確保陽模嵌合部932與陰模嵌合部9151之間有 足夠的間隙。為此，頂面F93的寬度W93需要比底面F91的寬度W91小很多。專利文獻I :日本專利特許第3788351號公報
發明內容
發明所要解決的技術問題然而，採用上述現有的接合用工具9時，有時不能適應更高品質的超聲波接合。本發明人分析其原因如下。即，若如上所述為了確保陽模嵌合部932與陰模嵌合部9151之間有足夠的間隙而使寬度W93比寬度W91小很多，則在如上所述使焊料以熔融的狀態夾入電子元器件保持部93與軸式凹模91並進行加壓時，容易發生電子元器件保持部93在X方向上的移位。一旦發生這樣的移位，側面F93'與側面F91'之間的粘接層916的厚度t'便不等於側面F93"與側面F91"之間的粘接層916的厚度t"(即t'古t ")。這樣一來，電子元器件保持部93關於對稱面SI的面對稱性就可能在陽模嵌合部932與陰模嵌合部9151嵌合時受到影響。其結果是，有時便無法實現良好的振動特性及振動傳遞特性。此外，如圖11所示，採用上述現有的接合用工具時，頂面F93與底面F91之間的粘接層916的厚度t反而容易縮小。這樣一來，如圖12所示，作為與傳遞超聲波振動的X方向正交的Z方向的變位而發生的軸式凹模91的扭曲就不會被粘接層916吸收，而是原封不動地傳遞到電子元器件保持部93，當電子元器件8的尺寸較大時等，有可能破壞電子元器件保持面5311的平坦性。其結果是，有時會導致電子元器件8所受的超聲波振動的均勻性變差。有一種尺寸設計是使由軸式凹模突出部915及前端部531的撓曲振動引起的電子元器件保持面5311整體的傾斜與在共振狀態下因其寬度變化產生的軸式凹模91主體撓曲、從而引起的軸式凹模突出部915的根部傾斜相抵，使電子元器件保持面5311整體保持接近水平的狀態，但即便如此，也不能避免電子元器件保持面5311因上述的扭曲而受損。考慮到上述現有技術的問題，本發明的目的在於提供一種能夠進行更高品質的超聲波接合的接合用工具、電子元器件安裝裝置以及接合用工具的製造方法。解決技術問題所採用的技術方案
本發明第I方案是一種接合用工具，包括軸式凹模，該軸式凹模用於傳遞超聲波振動；超聲波振動器，該超聲波振動器設置在所述軸式凹模的一端並產生所述超聲波振動；以及電子元器件保持部，該電子元器件保持部用於對電子元器件進行保持，所述電子元器件保持部具有頭部較細的陽模嵌合部和將所述電子元器件保持在與所述陽模嵌合部相反一側的電子元器件保持面，在所述軸式凹模的規定面上，形成有與所述陽模嵌合部的形狀相對應的陰模嵌合部，所述陽模嵌合部隔著粘接層與所述陰模嵌合部嵌合。 本發明第2方案是在第I方案的接合用工具的基礎上，所述陽模嵌合部是斷面形狀為梯形的凸條，所述陰模嵌合部是斷面形狀為梯形的槽，所述凸條的頂面隔著所述粘接層而與所述槽的底面相對，所述凸條的頂面的寬度比所述槽的底面的寬度大。第3方案是在是在第2方案的接合用工具的基礎上，所述軸式凹模是長邊方向為傳遞所述超聲波振動的方向的實質性稜柱，所述槽在所述稜柱的下側的面上沿著與所述稜柱的長邊方向正交的方向形成。第4方案是在第3方案的接合用工具的基礎上，所述凸條的頂面與所述槽的底面之間的所述粘接層的厚度比所述凸條的側面與隔著上述粘接層而和所述凸條的側面相對的所述槽的側面之間的所述粘接層的厚度大。第5方案是在第3方案的接合用工具的基礎上，所述粘接層的厚度為200μπι以下。第6方案是在第3方案的接合用工具的基礎上，所述電子元器件保持部的、與所述電子元器件保持面正交的方向上的高度與所述電子元器件保持部的、傳遞所述超聲波振動的方向上的寬度之比(高度/寬度)為1/10以上。第7方案是在第3方案的接合用工具的基礎上，構成所述軸式凹模的材料的楊氏模量比構成所述粘接層的材料的楊氏模量大，構成所述電子元器件保持部的材料的楊氏模量比構成所述粘接層的材料的楊氏
模量大。第8方案是在第3方案的接合用工具的基礎上，構成所述粘接層的材料是焊料。第9方案是一種電子元器件安裝裝置，包括電路板保持部，該電路板保持部用於對電路板進行保持；電子元器件供給部，該電子元器件供給部用於供給所述電子元器件；電子元器件安裝單元，該電子元器件安裝單元用於將所供給的上述電子元器件安裝在被保持的上述電路板上，所述電子元器件安裝單元具有電子元器件安裝部，所述電子元器件安裝部具有按壓單元和第I方案中記載的接合用工具，所述推壓單元通過所述接合用工具的所述電子元器件保持部來將所述電子元器件相對於所述電路板推壓。第10方案是第I方案的接合用工具的製造方法，包括以下步驟陽模嵌合部形成步驟，在該步驟中形成所述陽模嵌合部；陰模嵌合部形成步驟，在該步驟中形成所述陰模嵌合部；焊料配置步驟，在該步驟中將用於形成所述粘接層的焊料配置在所述陽模嵌合部與所述陰模嵌合部之間；以及嵌合步驟，在該步驟中利用規定的夾具對所述陽模嵌合部和所述陰模嵌合部一邊加壓一邊在恆溫槽中加熱，由此形成所述粘接層，並使所述陽模嵌合部與所述陰模嵌合部嵌合。
發明效果根據本發明，可提供一種能進行更高品質的超聲波接合的接合用工具、電子元器件安裝裝置以及接合用工具的製造方法。
圖I是本發明實施方式的電子元器件安裝裝置的示意主視圖。圖2是本發明實施方式的電子元器件安裝裝置的示意俯視圖。圖3是本發明實施方式的接合用工具的示意主視圖。圖4是本發明實施方式的接合用工具的軸式凹模附近的示意仰視圖。圖5是本發明實施方式的接合用工具的電子元器件保持部附近的示意主視圖(之—X圖6是本發明實施方式的接合用工具的賦予超聲波振動的電子元器件保持部附近的示意主視圖。圖7是本發明實施方式的接合用工具的電子元器件保持部附近的示意主視圖(之二)。圖8是本發明實施方式的接合用工具的電子元器件保持部附近的示意主視圖(之三)。圖9是本發明實施方式的接合用工具的電子元器件保持部附近的示意主視圖(之四)。圖10是現有的接合用工具的示意主視圖。圖11是現有的接合用工具的電子元器件保持部附近的示意主視圖。圖12是現有的接合用工具的賦予超聲波振動的電子元器件保持部附近的示意主視圖。
具體實施例方式以下，參照附圖詳細對本發明的實施方式進行詳細說明。首先，主要參照圖I及圖2來對本發明實施方式的電子元器件安裝裝置I的結構進行說明。圖I是本發明實施方式的電子元器件安裝裝置I的示意主視圖。圖2是本發明實施方式的電子元器件安裝裝置I的示意俯視圖。
電子元器件安裝裝置I是所謂倒裝片(flip chip)安裝裝置，將用於系統LSI (大規模集成電路)等的微小電子元器件8 (參照圖3，下同)反轉，且將該反轉的電子元器件8同時安裝和接合在安裝對象、即印刷電路板等電路板81上。電子元器件安裝裝置I包括電路板保持部2、電子元器件安裝單元3、電子元器件供給部4及攝像部11。在電路板保持部2的(+ Z側)、即上方側設有電子元器件安裝單元3，該電子元器件安裝單元3用於將電子元器件8安裝到被電路板保持部2保持的電路板81上。在電路板保持部2的(一 X側)設有將電子元器件8供給至電子元器件安裝單元3的電子元器件供給部4。在電路板保持部2與電子元器件供給部4之間設有攝像部11，該攝像部11對利用電子元器件供給部4供給到電子元器件安裝單元3的電子元器件8進行攝像。這些機構受控制部10控制並進行電子元器件8相對於電路板81的安裝。此處依次對電路板保持部2、電子元器件安裝單元3、電子元器件供給部4及攝像部11的結構進行說明。 首先，電路板保持部2是對電路板81進行保持的單元。電路板保持部2包括對電路板81進行保持的載放臺21和使載放臺21沿Y方向移動的載放臺移動機構22。接著，電子元器件安裝單元3是將所供給的電子元器件8安裝到被保持的電路板81上的單元。電子元器件安裝單元3包括具有按壓單元33及接合用工具5的電子元器件安裝部31 ;以及使電子元器件安裝部31沿X方向移動的安裝部移動機構32。按壓單元33是利用接合用工具5的電子元器件保持部53 (參照圖3，下同)將電子元器件8推壓到電路板81上的單元。按壓單元33利用具有電動機(未圖示)的升降機構而沿著Z方向移動，並具有轉軸35，在轉軸35的下端固定有工具支承部34(參照圖3，下同)。接合用工具5包括軸式凹模5 (參照圖3，下同)、超聲波振動器52 (參照圖3，下同)及電子元器件保持部53。接合用工具5還包括配置在其上表面的板狀支承臺54 (參照圖3，下同);以及固定在支承臺54上的支承塊541、542 (參照圖3，下同)。板狀支承臺54與位於按壓單元33最下端且固定在轉軸35的下端上的工具支承部34連接。接合用工具5就這樣安裝在按壓單元33上並相對於電路板81而相對地升降。後面對接合用工具5的結構進行更詳細地說明。電子元器件供給部4是供給電子元器件8的單元。電子元器件供給部4包括將電子元器件8配置在規定位置上的電子元器件配置部41 ;將電子元器件8從電子元器件配置部41取出並予以保持的供給頭42 ;使供給頭42沿X方向移動的供給頭移動機構43 ；以及使供給頭42轉動並稍微升降的轉動機構44。電子元器件配置部41包括用於載放多個電子元器件8的電子元器件託盤411 ；對電子元器件託盤411進行保持的載放臺412 ;使電子元器件託盤411與載放臺412 —起沿X方向及Y方向移動的託盤移動機構413。在電子元器件託盤411上，使要安裝到電路板81上的預定的多個電子元器件8處於安裝後狀態的下表面、即形成有與電路板81接合的電極部的接合面朝向上側，從而以與安裝到電路板81上的方向相反的方向載放。
供給頭42包括供給用筒夾421，該供給用筒夾421將通過利用在前端部形成的吸引口吸附進行保持的電子元器件8供給至接合用工具5。而電子元器件8可以是LED (發光二極體)片、半導體雷射等半導體發光元件、封裝的IC (集成電路)、電阻、電容器、微小的半導體裸片等半導體、SAW (表面聲波)濾波器和攝像模塊等半導體以外的電子元器件中的任意一種。電子元器件8的電極部既可以是在電子元器件8的電極圖案上用金(Au)形成的突起凸出部，也可以根據電子元器件8而採用電鍍凸出部等，還可以是電極圖案本身。另外，也可以在電路板81的電極上設置突起凸出部來代替在電子元器件8的電極圖案上形成的突起凸出部。另外，電路板81可以是用樹脂形成的電路板，也可以是用玻璃及半導體等樹脂以外的材料形成的電路板。攝像部11是設置在通過安裝部移動機構32移動的電子元器件安裝部31的、特別是接合用工具5的移動路徑的正下方，從(一 Z)側對保持在接合用工具5上的電子元器件8進行攝像的單元。攝像部11設置在不會與移動的電子元器件安裝部31發生幹涉的位置上。在電路板81的(+ X)側，設有研磨部7，該研磨部7對用於保持電子元器件8的接·合用工具5的前端部531 (參照圖3,下同)進行研磨。研磨部7包括具有平坦的水平研磨麵711的片狀研磨部件71 ;以及對研磨部件71進行保持的研磨部件保持部72，研磨部7安裝在載放臺21的(+ X)側，通過載放臺移動機構22而與載放臺21 —體地沿Y方向移動。此處，主要參照圖3和圖4對接合用工具5的結構進行更詳細地說明(在說明接合用工具5的結構的同時也對接合用工具5的製造方法進行說明)。圖3是本發明實施方式的接合用工具5的示意主視圖。圖4是本發明實施方式的接合用工具5的軸式凹模51附近的示意仰視圖。如上所述，接合用工具5包括軸式凹模51、超聲波振動器52及電子元器件保持部53。電子元器件保持部53具有頭部較細的陽模嵌合部532，在軸式凹模51上形成有與陽模嵌合部532的形狀相對應的陰模嵌合部5151,陽模嵌合部532隔著粘接層516與陰模嵌合部5151嵌合。構成電子元器件保持部53的材料例如是超硬合金，在將電子元器件8安裝到電路板81上時，這種超硬合金不易因受到來自電子元器件8的力而發生磨損。為了保持理想的振動特性和振動傳遞特性，構成軸式凹模51的材料例如是與構成超聲波振動器52的不鏽鋼等材料配合而選定的不鏽鋼。為了使構成電子元器件保持部53的超硬合金和構成軸式凹模51的不鏽鋼基本上不發生超聲波振動的傳遞損耗，構成粘接層516的材料例如是能夠牢固地粘接的銀焊料等焊料。接合用工具5的製造可以通過以下方式進行將用於形成粘接層516的焊料配置在陽模嵌合部532與陰模嵌合部5151之間,利用規定的夾具對陽模嵌合部532和陰模嵌合部5151 —邊加壓一邊在恆溫槽中加熱，由此來形成粘接層516,並使陽模嵌合部532與陰模嵌合部5151嵌合。例如，最好將薄片狀的焊料貼在陽模嵌合部532或陰模嵌合部5151的粘接面上，夾入電子元器件保持部53和軸式凹模51之間，一邊加壓一邊使溫度上升來使焊料熔融，然後再使溫度下降。
陽模嵌合部532頭部較細，陰模嵌合部5151則是與陽模嵌合部532的形狀相對應的形狀。從而，在陽模嵌合部532與陰模嵌合部5151之間即使不特意確保間隙，也能容易地進行將陽模嵌合部532放入陰模嵌合部5151的深處的工序，而上述間隙如上所述，有可能無法實現良好的振動特性和振動傳遞特性。後面對電子元器件保持部52的陽模嵌合部532隔著粘接層516而與軸式凹模51的陰模嵌合部5151嵌合的結構進行更詳細地說明。此處，依次對超聲波振動器52、軸式凹模51及電子元器件保持部53的結構進行更詳細地說明。超聲波振動器52是設於軸式凹模51的(一 X)側的一端,利用壓電兀件(未圖不)來產生超聲波振動的單元。由超聲波振動器52產生的超聲波振動通過軸式凹模51作為縱向振動而傳遞到電子元器件保持部53，且經由電子元器件保持部53而作用至電子元器件8。
軸式凹模51是傳遞超聲波振動的單元。軸式凹模51是長邊方向為傳遞超聲波振動的X方向的實質性稜柱體。軸式凹模51將X方向設定為傳遞超聲波振動的長邊方向並具有長度L，且具有與YZ平面平行的對稱面(即將上述的長度L 一分為二的平面)SI、與XY平面平行的對稱面S2以及與ZX平面平行的對稱面S3。軸式凹模51具有以超聲波振動的規定頻率來成為共振狀態、且通過增幅來使超聲波振動穩定的結構。波腹點(anti nodal point) Pl是表示與超聲波振動的振幅在共振狀態下最大的波腹相對應的X方向上的點。本實施方式中的超聲波振動具有兩個節點，更接近軸式凹模51的(一 X)側的一端的波節點(nodal point)P2及更接近軸式凹模51的(+X)側的另一端的波節點P3是表示與超聲波振動的振幅在共振狀態下幾乎為零的節點相對應的X方向上的點。波腹點Pl設置在對稱面SI上，波節點P2及波節點P3則關於對稱面SI而大致面對稱地存在。在軸式凹模51的軸式凹模突出部515上形成有與陽模嵌合部532的形狀相對應的陰模嵌合部5151，該軸式凹模突出部515在與XY平面平行的兩個面內的靠(一 Z)—側的下表面上，在X方向上以波腹點Pl的位置為基準來設置。陰模嵌合部5151是斷面形狀為梯形的槽。並且，槽是在稜柱的與XY平面平行的兩個面內的靠(一 Z)—側的下側的面上，沿著與稜柱的長度方向、即X方向正交的Y方向形成的。軸式凹模保持塊511、512、513及514在軸式凹模51的與ZX平行的兩個側面上各設置兩個。更具體地，軸式凹模保持塊511及512設置在軸式凹模51的與ZX平行的兩個面內的靠(一 Y)側的側面上，軸式凹模保持塊513及514設置在軸式凹模51的與ZX平行的兩個面內的靠(十Y)側的側面上。此外，軸式凹模保持塊511及513在X方向上以波節點P2的位置為基準來設置，軸式凹模保持塊512及514在X方向上以波節點P3的位置為基準來設置。軸式凹模保持塊511及513固定在支承塊541上，軸式凹模保持塊512及514固定在支承塊542上。此處，由於軸式凹模保持塊511、512、513及514具有相同的結構，因此，對軸式凹模保持塊511的結構進行詳細說明。軸式凹模保持塊511具有在軸式凹模51的與ZX平面平行的兩個面內的靠(一 Y)側的側面上，以波節點P2的位置為基準設置的肋5112和與肋5112接合的本體5113。本體5113具有與肋5112鄰接而沿肋5112的長邊方向形成的切5114。軸式凹模保持塊511通過軸式凹模固定螺釘5111而被固定在支承塊541上，該軸式凹模固定螺釘5111插入沿Z方向貫穿本體5113的孔。肋5112是長度方向即高度方向為與傳遞超聲波振動的X方向正交的Z方向、寬度方向為X方向的實質性細稜柱。不過，肋5112的高度最好是在考慮到軸式凹模51的物理性質等的情況下將其設定得足夠大。這是因為，在按壓單元33按壓電子元器件8的Z方向上，需要確保有足夠的剛性，而能在承受按壓時的負荷的同時傳遞按壓力。在本實施方式中，軸式凹模保持塊511、 512、513及514在軸式凹模51的與ZX平行的兩個側面上各設置兩個，且設置具有與肋5112相同結構的足夠數量的肋，因此，能夠確保與電子元器件8的尺寸或數量的增加相應的、足以承受按壓時的負荷的剛性。另外，肋5112的寬度最好是在考慮到軸式凹模51的物理性質等的情況下將其設定得充分小。這是因為，在傳遞超聲波振動的X方向上，需要確保使電子元器件8在超聲波振動下振動所需的充分的自由度。當然，切口 5114是用於更大地確保這種自由度的結構。另外，電子元器件保持部53是對電子元器件8進行保持的單元。電子元器件保持部53具有頭部較細的陽模嵌合部532和設在前端部531上、將電子元器件8保持在與陽模嵌合部532相反一側的電子元器件保持面5311。陽模嵌合部532是斷面形狀為梯形的凸條。電子元器件保持部53無論是關於對稱面SI還是關於對稱面S3都大致面對稱。電子元器件保持部53具有通過利用吸引路600進行真空吸附來將電子元器件8保持在對稱面SI與對稱面S3的交線上的安裝中心點P上的前端部531。前端部531是具有Z方向的高度hz且具有最適於電子元器件8的尺寸及種類的斷面形狀。不過，前端部531的高度hz是在考慮到軸式凹模突出部515的Z方向高度hz'等之後設計成如下大小在將電子元器件8安裝到電路板81上時，電子元器件保持部53不會與已經安裝到電路板81上的其它電子元器件發生碰撞，並且不會產生較大的撓曲振動。另外，吸引路600隔著與耐熱性高的管子64連接的矽酮樹脂等的吸附墊61，且通過支承臺54及工具支承部34而與真空泵(未圖示)連接。此處主要參照圖5來對電子元器件保持部53的陽模嵌合部532隔著粘接層516而與軸式凹模51的陰模嵌合部5151嵌合的結構進行更詳細地說明。圖5是本發明實施方式的接合用工具5的電子元器件保持部53附近的示意主視圖(之一)。如上所述，陽模嵌合部532是斷面形狀為梯形的凸條，陰模嵌合部5151是斷面形狀為梯形的槽。陽模嵌合部532具有凸條的頂面F53和凸條的側面F53'及F53"。凸條的頂面F53與XY平面平行，該XY平面與傳遞超聲波振動的X方向平行。位於(一 X)側的側面F53'及位於(+ X)側的側面F53"與Y方向平行，但與頂面F53不平行，但無論是關於對稱面SI還是關於對稱面S3，都呈大致面對稱狀態。接著，形成如下錐形形狀，該錐形形狀無論是關於對稱面SI還是關於對稱面S3，都大致面對稱，且末端朝向(一 Z)側逐漸擴展，即前端朝向(+Z)側逐漸尖細。如上所述，陰模嵌合部5151呈與陽模嵌合部532的形狀相對應的形狀，其具有槽的底面F51及槽的側面F51'和F51"。凸條的頂面F53與槽的底面F51之間的粘接層516的厚度T (I)比凸條的側面F53'與隔著粘接層516而和凸條的側面F53'相對的槽的側面F51'之間的粘接層516的厚度T'大，並且(2)比凸條的側面F53"與隔著粘接層516而和凸條的側面F53"相對的槽的側面F51"之間的粘接層516的厚度T"大。
此外，凸條的頂面F53隔著粘接層516而與槽的底面F51相對，凸條的頂面F53的寬度W53比底面F51的寬度W51大。一旦使寬度W53比寬度W51大，就能避免陽模嵌合部532過分地進入陰模嵌合部5151的深處，因此，能夠實現厚度T較大的結構，並且能夠容易地如上所述實現厚度T比厚度T'及T"大的結構。用於形成上述粘接層516的片狀焊料的厚度大致相同，但一旦對陽模嵌合部532和陰模嵌合部5151—邊加壓一邊加熱，則配置於側面F53'與側面F5r之間以及側面F53"與側面F51"之間的空間內的片狀焊料便會熔融而流入頂面F53與底面F51之間的空間內，能夠最終實現上述的厚度T比厚度T'及T"大的結構。當然，最好對片狀焊料的分量進行調節，以使粘接層516填充陽模嵌合部532與陰模嵌合部5151之間的空間。在厚度Iw及T"較小的結構中，在如上所述將焊料以熔融狀態夾入電子元器件保持部53與軸式凹模51之間且進行加壓時，更不易發生電子元器件保持部53在X方向上的移位。因此，在將陽模嵌合部532與陰模嵌合部5151嵌合時，電子兀器件保持部53關於對稱面SI的面對稱性不易受損，因此能夠實現更理想的振動特性和振動傳遞特性。另外，在厚度T'及T"較小的結構中，接合所需的軸式凹模51的振動就不會被粘接層516吸收，而是幾乎全部有效地傳遞到電子元器件保持部53，其中，上述軸式凹模51的振動是作為在接合面上出現局部側滑的X方向上的變位而產生的。從而，減少了使這種接合所需的振動消散的可能性，因此，提高了電子元器件8所受到的超聲波振動的穩定性。另外，在厚度T較大的結構中，如圖6所示，作為Z方向的變位而產生的軸式凹模51的扭曲便被粘接層516吸收而幾乎不會傳遞到電子元器件保持部53，其中，圖6是本發明實施方式的接合用工具5的、賦予超聲波振動的電子元器件保持部53附近的示意主視圖。因此，即使在電子元器件8的尺寸較大等情況下，也能減少電子元器件保持面5311的平坦性受損的可能性，因此，能夠提高電子元器件8所受的超聲波振動的均勻性。不過，粘接層516的厚度最好是在任何部位上都為200 μ m以下。若預先使粘接層516的厚度在任何部位上都為200 μ m以下，則即便是上述接合所需的軸式凹模51的振動也會被粘接層516所吸收，因此，基本不可能出現超聲波振動傳遞損耗。另外，頂面F53與側面F53'之間的邊緣上的角度Φ'為鈍角，並和頂面F53與側面F53"之間的邊緣上的角度Φ"相等(即Φ' = Φ" >90° )，底面F51與側面F51'之間的邊緣上的角度Θ '是鈍角，並和底面F51與側面F51"之間的邊緣上的角度Θ "(即Θ ' = Θ " > 90。)。若使角度Φ'與角度Θ '相等(gp Φ' = Θ ')，則不易在陽模嵌合部532與陰模嵌合部5151之間產生間隙，因此容易實現厚度T'及T"較小的結構。另外,如圖7所示，若使角度Φ '比角度Θ'大(g卩Φ' > Θ / )，就更容易實施使陽模嵌合部532進入陰模嵌合部5151深處的工序，其中，圖7是本發明實施方式的接合用工具5的電子元器件保持部53附近的示意主視圖(之二)。另外，如圖8所示，若使角度Φ'比角度Θ'小(即Φ' < Θ')，就可避免陽模嵌合部532過度進入陰模嵌合部5151深處，因此，容易實現厚度T較大的結構，其中，圖8是本發明實施方式的接合用工具5的電子元器件保持部53附近的示意主視圖(之三)。當然，也可以如圖9所示，對頂面53與側面F53,之間的邊緣和/或頂面53與側面F53"之間的邊緣實施切角倒圓角的處理，其中，圖9是本發明實施方式的接合用工具5的電子元器件保持部53附近的示意主視圖(之四)。
較為理想的是，電子元器件保持部53的、與電子元器件保持面5311正交的Z方向上的高度Hz與電子元器件保持部53的、傳遞超聲波的X方向上的寬度Wx之間的比率(高度Hz/寬度Wx)為1/10以上。若如上所述設定高度Hz/寬度\，則電子元器件保持部53就不會成為過於扁平的形狀，即使在如上所述在將陽模嵌合部532與陰模嵌合部5151嵌合時，也能防止因電子元器件保持部53、軸式凹模51以及粘接層516的熱膨脹率不同而導致在電子元器件保持部53和/或粘接層516上出現裂紋，因此，能夠實現更理想的振動特性及振動傳遞特性。較為理想的是，構成軸式凹模51的材料的楊氏模量比構成粘接層516的材料的楊氏模量大，並且構成電子兀器件保持部53的材料的楊氏模量比構成粘接層516的材料的楊氏模量大。楊氏模量表示在彈性範圍內產生單位變形所需的應力，該楊氏模量從大到小依次為構成電子元器件保持部53的超硬合金、構成軸式凹模51的不鏽鋼、構成粘接層516的焊料。若預先這樣設定楊氏模量的大小關係，上述軸式凹模51的扭曲就會被剛性比軸式凹模51低的粘接層516所吸收，而幾乎不會傳遞到剛性比粘接層516高的電子元器件保持部53，即使在電子元器件8的尺寸較大等情況下，也能減少電子元器件保持面5133的平坦性受損的可能性，因此能夠更加提高電子元器件8所受的超聲波振動的均勻性。接著，參照圖I 圖3來對本發明實施方式的電子元器件安裝裝置I的動作進行說明。多個電子元器件8以接合面朝向(+ Z)側的方式載放在電子元器件託盤411上，託盤移動機構413使該電子元器件託盤411朝位於(一 X)側的供給頭42的下方移動，供給用筒夾421利用吸引力吸附電子元器件8的接合面。供給頭移動機構43 —邊使供給頭42反轉一邊朝(+ X)方向移動，供給用筒夾421在交接電子元器件8的位置上與接合用工具5相對。一旦按壓單元33使轉軸35略微下降、且接合用工具5通過吸引而從供給筒夾421接受電子元器件8，則供給用筒夾421便停止吸引。按壓單元33使轉軸35略微上升，並使供給用筒夾421退讓到原來的位置上。電子元器件安裝部31朝向攝像部11的正上方移動，攝像部11對保持在接合用工具5的電子元器件保持部53上的電子元器件8進行攝像。攝像部11輸出圖像數據，控制部10基於所輸出的圖像數據來對電子元器件安裝部31進行控制，以修正電子元器件8的姿勢。
而當控制部10判斷電子元器件8的姿勢因吸附錯誤等而處於不能修正的狀態時，便中止電子元器件8的安裝動作，電子元器件安裝部31朝零件回收機構(未圖示)的上方移動，來將電子元器件8回收。安裝部移動機構32使電子元器件安裝部31向預定安裝電子元器件8的、保持在電路板保持部的電路板81的上方移動。接合用工具5朝向電路板81下降，在電子元器件8的接合面上形成的凸出電極與電路板81上的電極接觸。按壓單元33使轉軸35下降來按壓電子元器件8。接合用工具5的超聲波振動器52產生超聲波振動。在電子元器件8的接合面上形成的凸出電極與電路板81上的電極作電氣接合，電子元器件8的接合與其安裝同時進行。 一旦電子元器件8的安裝結束，接合用工具5便停止吸引，按壓單元33使接合用工具5上升。要確認前端部531的與電子元器件8抵接的面是否需要研磨。當判斷為需要研磨時，電子元器件安裝部31就向研磨部7的上方移動，並將前端部531按壓到研磨部件71上，以賦予用於通過超聲波振動器52來進行研磨所需的振動。當前端部531的研磨結束時，或判斷為不需進行研磨時，要確認是否繼續電子元器件8的安裝。在要繼續電子元器件8的安裝時，電子元器件安裝部31再度朝與供給用筒夾421之間交接電子元器件8的位置移動，反覆進行用於將電子元器件8安裝到電路板81上的上述安裝動作。一旦所需的全部電子元器件8均被安裝到電路板81上，就結束安裝動作。不過，上述的「平行」等數學用語中除了嚴格的平行外，只要是不會對實現上述功能帶來阻礙，還包括大致平行的情況。當然，本發明不限於上述實施方式，還可作各種變形。工業上的可利用性本發明的接合用工具、電子元器件安裝裝置以及接合用工具的製造方法能夠進行更高品質的超聲波接合，其可用於例如將電子元器件安裝到電路板上。(符號說明)8電子元器件81電路板33按壓單元34工具支承部35 轉軸5接合用工具51軸式凹模511、512、513、514軸式凹模保持塊5111軸式凹模固定螺釘5112 肋
5113 本體5114 切口515軸式凹模突出部5151陰模嵌合部516粘接層52超聲波振動器53電子元器件保持部
531前端部5311電子元器件保持面532陽模嵌合部54支承臺541、542 支承塊61吸附墊64 管子600吸引路
權利要求
1.一種接合用工具，包括 軸式凹模，該軸式凹模用於傳遞超聲波振動； 超聲波振動器，該超聲波振動器設置在所述軸式凹模的一端並產生所述超聲波振動；以及 電子元器件保持部，該電子元器件保持部用於對電子元器件進行保持， 所述電子元器件保持部具有頭部較細的陽模嵌合部和將所述電子元器件保持在與所述陽模嵌合部相反一側的電子元器件保持面， 在所述軸式凹模的規定面上，形成有與所述陽模嵌合部的形狀相對應的陰模嵌合部， 所述陽模嵌合部隔著粘接層與所述陰模嵌合部嵌合。
2.如權利要求I所述的接合用工具，其特徵在於， 所述陽模嵌合部是斷面形狀為梯形的凸條， 所述陰模嵌合部是斷面形狀為梯形的槽， 所述凸條的頂面隔著所述粘接層而與所述槽的底面相對， 所述凸條的頂面的寬度比所述槽的底面的寬度大。
3.如權利要求2所述的接合用工具，其特徵在於， 所述軸式凹模是長邊方向為傳遞所述超聲波振動的方向的實質性稜柱， 所述槽在所述稜柱的下側的面上沿著與所述稜柱的長邊方向正交的方向形成。
4.如權利要求3所述的接合用工具，其特徵在於， 所述凸條的頂面與所述槽的底面之間的所述粘接層的厚度比所述凸條的側面與隔著所述粘接層而和所述凸條的側面相對的所述槽的側面之間的所述粘接層的厚度大。
5.如權利要求3所述的接合用工具，其特徵在於， 所述粘接層的厚度為200 μ m以下。
6.如權利要求3所述的接合用工具，其特徵在於， 所述電子元器件保持部的、與所述電子元器件保持面正交的方向上的高度與所述電子元器件保持部的、傳遞所述超聲波振動的方向上的寬度之比(高度/寬度)為1/10以上。
7.如權利要求3所述的接合用工具，其特徵在於， 構成所述軸式凹模的材料的楊氏模量比構成所述粘接層的材料的楊氏模量大， 構成所述電子元器件保持部的材料的楊氏模量比構成所述粘接層的材料的楊氏模量大。
8.如權利要求3所述的接合用工具，其特徵在於， 構成所述粘接層的材料是焊料。
9.一種電子元器件安裝裝置，包括 電路板保持部，該電路板保持部用於對電路板進行保持； 電子元器件供給部，該電子元器件供給部用於供給所述電子元器件；以及電子元器件安裝單元，該電子元器件安裝單元用於將所供給的所述電子元器件安裝在被保持的所述電路板上， 所述電子元器件安裝單元具有電子元器件安裝部， 所述電子元器件安裝部具有按壓單元和權利要求I所述的接合用工具， 所述推壓單元通過所述接合用工具的所述電子元器件保持部來將所述電子元器件相對於所述電路板推壓。
10.一種權利要求I所述的接合用工具的製造方法，包括以下步驟 陽模嵌合部形成步驟，在該步驟中形成所述陽模嵌合部； 陰模嵌合部形成步驟，在該步驟中形成所述陰模嵌合部； 焊料配置步驟，在該步驟中將用於形成所述粘接層的焊料配置在所述陽模嵌合部與所述陰模嵌合部之間；以及 嵌合步驟，在該步驟中利用規定的夾具對所述陽模嵌合部和所述陰模嵌合部一邊加壓一邊在恆溫槽中加熱，由此形成所述粘接層，並使所述陽模嵌合部與所述陰模嵌合部嵌合。
全文摘要
在現有的接合用工具中，有時很難進行高質量的超聲波接合。接合用工具(5)包括傳遞超聲波振動的軸式凹模(51)；設於軸式凹模(51)的一端且產生超聲波振動的超聲波振動器(52)；以及用於對電子元器件(8)進行保持的電子元器件保持部(53)，電子元器件保持部(53)包括頭部較細的陽模嵌合部(532)和將電子元器件(8)保持在與陽模嵌合部(532)相反一側的電子元器件保持面(5311)，在軸式凹模(51)的規定面上形成有與陽模嵌合部(532)的形狀相對應的陰模嵌合部(5151)，陽模嵌合部(532)隔著粘接層(516)與陰模嵌合部(5151)嵌合。
文檔編號H05K13/04GK102893383SQ201180023840
公開日2013年1月23日 申請日期2011年4月12日 優先權日2010年5月20日
發明者藤田亮, 蛯原裕 申請人:松下電器產業株式會社