超聲波接合方法及超聲波接合裝置的製作方法
2023-05-14 03:07:56
專利名稱：超聲波接合方法及超聲波接合裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及向接合構件施加超聲波振動而與被接合面接合的超聲波接合方法及超聲波接合裝置。
背景技術：
在將半導體元件和壓電元件等的電子元件倒裝式(flip-chip)組裝在基板等上時，大多是使用超聲波接合裝置。
在日本專利特開2001-44242號公報(特許文獻1)中揭示了一種將按壓荷重和超聲波振動作用於接合構件、將接合構件與被接合面接合的超聲波接合裝置。如圖8所示，該超聲波接合裝置是在前端尖狀的柄臂(horn)70的一端部安裝著施加柄臂70長度方向的縱向振動的振動子71，在柄臂70的縱向振動的駐波的腹部位置，從該柄臂70的與縱向振動方向大致正交的方向上安裝有結合工具72。並在柄臂70的大致中央部設置有與施加按壓荷重的加壓裝置的連結部73。柄臂70振動時，向結合工具72前端的與接合構件74的接觸部72a傳遞大致水平的振動。此時，向接合構件74的振動傳遞是利用由結合工具72的接觸部72a推壓接合構件74時產生的磨擦力來進行的。
在圖8所示的結構中，向接合構件74的振動傳遞是由結合工具72的接觸部72a與接合構件74間的磨擦力所左右。因此，一旦接合構件74與被接合面75的磨擦力大於結合工具72的接觸部72a與接合構件74的磨擦力，則在結合工具72的接觸部72a與接合構件74之間發生滑移，不能充分地向接合構件74傳遞振動，結果是存在著接合不良的問題。又由於超聲波振動的振幅小(以約0.6μm為限度)，接合能小，故存在接合時間長和難以常溫接合的問題。
另一方面，在日本專利特開2001-110850號公報(特許文獻2)中揭示了一種可防止接合構件對吸附工具的超聲波振動方向錯位的超聲波接合裝置。即，如圖9所示，在接合構件80的上面預先形成倒角部80a，通過與設於結合工具81的超聲波振動方向的2邊的倒角部81a抵接，以防止接合構件80的錯位。
在此場合，接合構件80的倒角部80a與結合工具81的倒角部81a抵接，雖然不受圖8所示的磨擦力左右，但因需要在接合構件80上形成新的倒角部80a，故存在著導致成本上升的問題。又，接合構件80吸附時，有可能使接合構件80傾斜，不一定能正確地將倒角部80a、81a抵接。並且，由於在接合構件80的倒角部80a上產生大的力，因此存在著接合構件80發生裂開和缺陷的可能性。
為此，本發明的目的在於提供一種可高效率地將附加構件的超聲波振動傳遞給接合構件、可得到良好的接合品質、且不需要在接合構件上進行倒角部等特殊性加工、可防止接合構件的傾斜、裂開和缺陷等發生的超聲波接合方法及其超聲波接合裝置。
發明內容
為了實現上述目的，本發明第1技術方案的超聲波接合方法，它是一種向接合構件施加超聲波振動、使其與被接合面接合的方法，其特徵在於，所述接合構件的超聲波振動方向的兩側面由施加所定超聲波振動的附加構件和夾持構件所夾持，所述夾持構件利用從所述附加構件經由接合構件傳遞的超聲波振動設定成以與附加構件的同一方向且以大致同一的振幅進行同步振動，所述夾持構件在將接合構件推壓至附加構件的狀態下將接合構件與被接合面接合。
又，本發明第5技術方案的超聲波接合裝置，它是一種向接合構件施加超聲波振動、使其與被接合面接合的裝置，其特徵在於，包括發生超聲波振動的振動子；支承所述接合構件的超聲波振動的一側面、向接合構件附加所述振動子發生的超聲波振動的附加構件；支承所述接合構件的超聲波振動的另一側面、利用從所述附加構件經由接合構件傳遞的超聲波振動、以與附加構件同一方向且大致同一振幅進行同步振動的夾持構件；以及與所述夾持構件的節點部連結、沿著由所述附加構件和夾持構件夾持接合構件的方向對夾持構件施力的施力裝置，可使所述附加構件、夾持構件和接合構件在超聲波振動方向上一體振動。
在第1技術方案中，由於接合構件的超聲波振動方向的兩側面由施加超聲波振動的附加構件和夾持構件所夾持，因此，附加構件、接合構件和夾持構件同步振動，可高效地將附加構件的振動傳遞給接合構件。這樣，不需要在接合構件上實施倒角等新的加工，可將振動穩定地向接合構件傳遞，可得到低成本且良好的接合品質。
本發明中，由於可在不受磨擦力左右的情況下將振動傳遞給接合構件，因此，可利用大的振幅(例如1μm以上)使接合構件發生偏差小的振動，這樣，可對於接合部發生大的接合能，可進行短時間接合和常溫接合。
又，由於由附加構件和夾持構件將接合構件的超聲波振動方向的兩側面夾持，因此，與以往設置有倒角的場合相比，大的力不會作用於接合構件的一部分，可防止接合構件的裂開和缺陷。
也可如第2技術方案所示，使夾持構件的共振頻率與超聲波振動的頻率錯開，以使夾持構件的振幅與附加構件的振幅大體相等。
夾持構件利用從附加構件經由接合構件傳遞的超聲波振動設定成與附加構件以同一方向且大致同一振幅進行同步振動。也可將夾持構件的共振頻率與超聲波振動的頻率設定為同一，但該場合時，存在著因夾持構件的構造而使夾持構件的振幅大於附加構件的振幅、接合構件與附加構件或夾持構件反覆進行大的接離的可能性。這樣，接合構件與附加構件及夾持構件之間會產生較大的間隙，有時會使向接合構件傳遞振動的效率下降。
為此，通過將夾持構件的共振頻率稍許與超聲波振動頻率錯開，可抑止最大振幅，可儘可能地將夾持構件的振幅接近於附加構件，減小接合構件與附加構件及夾持構件之間產生的間隙，結果是可高度維持向接合構件的振動傳遞效率。附加構件與夾持構件的振幅差最好在10％以下。
另外，作為夾持構件振幅的調整方法，如上所述，除了採用將共振頻率與超聲波振動的頻率錯開的方法之外，還有將夾持構件的作用點(接合構件的夾持點)與最大振幅點錯開的方法以及通過變更夾持構件的材質(特別是減衰係數)和尺寸等來進行調整的方法。
也可如第3技術方案所示，在附加超聲波振動的同時，接合構件相對於被接合面在壓接方向上向附加構件施加所定的按壓荷重。
通過控制接合構件與被接合面之間的按壓荷重，可始終得到穩定的接合品質。
也可如第4技術方案所示，在附加超聲波振動的同時，對接合構件與被接合面的對向距離進行控制。
在此場合，通過對接合構件與被接合面間的距離進行位置控制，可控制接合構件與被接合面的間隙。當接合構件是帶有凸度(bump)的高頻率元件時，因晶片與基板的間隙影響到特性，故對接合後的間隙精度有要求。又，在對欠滿等的樹脂的間隙的浸透程度的控制方面，間隙量的控制也很重要。利用以往的磨擦力進行接合時，為產生磨擦力而需要有所定的加壓力，故難以進行間隙控制，但在本發明中，通過對接合構件與被接合面的對向距離進行控制，可使凸度的壓壞量保持一定，可使晶片與基板的間隙一定。
在本發明第5技術方案中，由於接合構件由附加構件和夾持構件夾持，夾持構件利用從附加構件經由接合構件傳遞的超聲波振動進行同步振動，因此，可高效地從附加構件將振動傳遞給接合構件。施力裝置向由夾持構件和附加構件夾持接合構件的方向施力，該施力裝置與夾持構件的節點部連結，故振動不會向施力裝置傳遞。這樣，可將振動子的振動高效地傳遞給附加構件、接合構件和夾持構件。
由於超聲波振動不會向外部漏出，因此，可將夾持構件支承在與附加構件分體的別的構件上。夾持構件可任意選擇撓曲振動方法或縱向振動方法等。
作為施力裝置既可使用缸體、電磁閥等的作動器，也可使用單純的彈簧構件。使用作動器時，因容易將接合構件夾持或釋放，故有關接合作業的動作不會延遲。使用彈簧構件時，在將接合構件從附加構件與夾持構件間取出時，只需設置可解除彈簧構件的力的任一機構即可。
也可如第6技術方案所示，附加構件具有支承接合構件的超聲波振動方向一側面的第1面和以相對被接合面大致平行地支承接合構件的上面的第2面，在第2面設置有吸引接合構件的吸孔。
若在附加構件上設置支承接合構件側面的第1面和支承上面的第2面，則既可容易地將按壓荷重從附加構件施加於接合構件，又可使向接合構件的推入量的控制簡單化。又由於支承上面的第2面相對被接合面大致平行，因此，元件保持時不會傾斜，可大致平行地與被接合面接合。
第7技術方案與第3技術方案一樣，是屬於通過荷重控制來進行接合構件與被接合面的場合。第8技術方案與第4技術方案一樣，是屬於通過位置控制來進行接合構件與被接合面的場合。
前者場合可得到穩定的接合品質，後者場合可使接合構件與被接合面的間隙控制簡單化。
第9技術方案是使用形成大致左右對稱的大致倒三角形的超聲波柄臂作為附加構件，在超聲波柄臂的左右至少一方的頂部安裝著振動子，在超聲波柄臂的下頂部設置有向接合構件施加超聲波振動的輸出部，在相對於與超聲波柄臂左右的某一方的頂部鄰接的斜邊從振動子輸入大致平行的超聲波振動時，從輸出部輸出水平方向的超聲波振動。
這樣，在輸出部即下頂部得到水平方向的超聲波振動，並且，在超聲波柄臂上不會發生撓曲，故可向接合構件提供水平方向的超聲波振動，可實現良好品質的接合。
採用上述倒三角形的柄臂時，在與柄臂的下頂部對向的上邊的中央部附近存在著最小振幅區域(節點區域)。使用超聲波柄臂的下頂部作為接合作用部時，將上述節點區域作為荷重輸入部，若向該輸入部施加向下方的按壓荷重，則不會阻礙超聲波柄臂的振動，超聲波振動不會向荷重附加裝置傳遞，無不良影響。並且，由於荷重附加裝置與超聲波柄臂的連結部位於按壓矢量的軸線上或其附近，因此，超聲波柄臂上不會發生彎曲應力，可將按壓荷重直接作用於接合對象物。
從上述說明中可以看出，採用本發明的第1技術方案，由於接合構件的超聲波振動方向的兩側面由附加構件和夾持構件所夾持，因此，附加構件、接合構件和夾持構件同步振動，可高效地將附加構件的振動傳遞給接合構件。這樣，不需要在接合構件上實施倒角等的特殊性加工，可將振動穩定地向接合構件傳遞，可得到低成本且良好的接合品質。
本發明中，由於可在不受磨擦力左右的情況下將振動傳遞給接合構件，因此，可利用大的振幅使接合構件振動，這樣，可對於接合部發生大的接合能，可進行短時間接合和常溫接合。
又，由於由附加構件和夾持構件將接合構件的超聲波振動方向的兩側面夾持，因此，與以往設置有倒角的場合相比，大的力不會作用於接合構件的一部分，可防止接合構件的裂開和缺陷。
採用本發明的第4技術方案，可實施第1技術方案的超聲波接合方法簡單的裝置。又，施力裝置向由夾持構件和附加構件夾持接合構件的方向施加力，該施力裝置與夾持構件的節點部連結，故振動不會向施力裝置傳遞，可將振動子的振動高效地傳遞給附加構件、接合構件和夾持構件。
附圖的簡單說明
圖1為具有本發明超聲波接合裝置的結合裝置的全體立體圖。
圖2為圖2所示的升降塊的主視圖。
圖3為圖2所示的升降塊的左側視圖。
圖4為圖2所示的超聲波接合裝置的第1實施例的放大剖視圖。
圖5為升降塊的第2實施例的主視圖。
圖6為圖5所示的升降塊的左側視圖。
圖7為本發明超聲波接合裝置的第3實施例的主視圖。
圖8為傳統的超聲波接合裝置一例的主視圖。
圖9為傳統的超聲波接合裝置另一例的局部剖視圖。
具體實施例方式
圖1為具有本發明超聲波接合裝置的結合裝置一例，特別是表示在基板上倒裝式組裝帶凸度的晶片元件的倒裝裝置的全體構成。在該結合裝置的裝置構架1的上面配置有搭載支承被接合面一例的基板2的安裝臺3、以及整列收容有接合構件即帶凸度的晶片元件4的元件供給部5。在裝置構架1的上方配置有元件搬送臺6、將從元件供給部5取出的元件4向元件搬送臺6供給的元件供給組件7、接受向元件搬送臺6供給的元件4後與安裝臺3上的基板2接合的超聲波接合裝置8、以及支承該超聲波接合裝置8進行升降的升降塊9等。其中，安裝臺3為了能與保持於超聲波接合裝置8的元件4位置一致而採用可沿X方向和Y方向水平移動的結構，通過內裝式加熱器對支承於其一面的基板2進行加熱。又，元件搬送臺6是將由元件供給組件7供給的元件4搬入超聲波接合裝置8的上下移動路徑內，並交付給超聲波接合裝置8，可沿Z方向和X方向移動。
圖2、圖3表示升降塊9的具體結構一例，圖4表示超聲波接合裝置8一例的詳細結構。
升降塊9包括底座40；由固定於底座40的伺服電機等構成的升降驅動裝置41；安裝於底座40、由導向部42可沿上下方向移動自如的滑動板43；以及由固定於滑動板43上的氣缸等構成的荷重附加裝置30等。升降驅動裝置41的迴轉軸由絲槓軸41a構成，該絲槓軸41a與設於滑動板43的螺母48螺合。絲槓軸41a的前端部由軸承49迴轉自如地支承。通過驅動升降驅動裝置41，滑動板43上下進行移動，可使保持於後述的超聲波柄臂10的元件4下降至基板2。荷重附加裝置30具有活塞杆31，在活塞杆31的下端固定著按壓夾具32。如後所述，按壓夾具32與超聲波柄臂10的連結部18連結。在通過配管44將加壓空氣供給至荷重附加裝置30的一方的室30a時，可通過活塞杆31將向下方的按壓荷重提供給超聲波柄臂10。另一方面，存在於另一方的室30b的空氣通過配管45可排出。在滑動板43與按壓夾具32之間張設有抵消自重用的彈簧46。該彈簧46不僅能抵消超聲波柄臂10的自重，而且能抵消按壓夾具32以及位於該內部的作動器33等吊掛於彈簧46的所有構件的自重。這樣，在從超聲波柄臂10向接合對象物(元件4和基板2)施加的按壓荷重中，這些構件的自重不起作用，只要通過向荷重附加裝置30的室30a供給的氣壓即可設定。
也可不用彈簧46，而是通過在另一方的室30b中插裝配管45供給加壓氣體來抵消自重。
上述實施例是使用氣缸作為荷重附加裝置30，但不限定於此，也可使用音圈電機、電機與滾珠絲杆機構的組合等的其它手段。
按壓夾具32呈盒狀，在其內部例如固定著由氣缸等構成的直動型作動器33。作動器33的作動軸33a可沿圖2的水平方向移動，在作動軸33a上通過擺動自如的銷34軸支承著夾持構件35上端的節點部。另外，33b是作動器33作動用的空氣配管。在按壓夾具32的下面垂設有一體狀的一對軸承部32a，將固定於夾持構件35的中間節點部的擺動軸36的兩端部軸支承在這些軸承部32a之間。這樣，作動器33的作動軸33a前進時，夾持構件35將擺動軸36作為支點進行迴轉，如後所述，可由超聲波接合裝置8的超聲波柄臂10將元件4夾持。本實施例的夾持構件35是經過材質、形狀設計的棒狀構件，在柄臂10發生的超聲波振動的頻率(例如60kHz)附近能產生3次撓曲振動，非接觸地上下貫通於超聲波接合裝置8的柄臂10的縱孔10b中。又，擺動軸36也是非接觸地前後貫通於柄臂10的橫孔10c中。這樣，夾持構件35和擺動軸36處於與柄臂10的非接觸狀態。另外，在柄臂10上與縱孔10b的左右對稱位置上形成有平衡用的縱孔10d。
如上所述，由於夾持構件35的上端節點部與作動軸33a連結，中間節點部固定著擺動軸36，因此如圖4所示，在以3次撓曲方式使夾持構件35振動時，振動基本上不向作動軸33a和擺動軸36傳遞，可防止振動的漏出。在夾持構件35的下端部即振動的腹部位置可裝取地固定著由樹脂等形成的抵接構件37。該抵接構件37對元件4的超聲波振動方向的兩側面進行按壓。
本實施例中，夾持構件35的材質是超硬合金(楊氏模數580GPa、密度13.9×103kg/m3)，該3次撓曲振動的共振頻率設定為約61kHz。即，將夾持構件35的共振頻率相對於超聲波振動的頻率(60kHz)有意識地錯開1kHz。這樣，夾持構件35的超聲波振動頻率的振幅小於共振頻率的振幅(最大振幅)，可使安裝於夾持構件35下端部的抵接構件37的振幅與後述的安裝於超聲波柄臂10的下頂部11的抵接構件17的振幅大體相同。結果是可將元件4穩定地夾持於兩抵接構件37、17之間，可有效地向元件4施加超聲波振動。可將兩抵接構件37、17的振幅差控制在10％以內，在本實施例中，通過將頻率錯開1kHz將振幅差設定為約5％。另外，頻率的錯開量可根據夾持構件35的材質和尺寸等而有所不同。
如上所述，超聲波接合裝置8通過施加按壓荷重和超聲波振動，將帶凸度的元件4與基板2接合，並具有倒二等邊三角形的超聲波柄臂10。超聲波柄臂10的本體由鋁合金、超硬合金、鈦合金、不鏽鋼等的金屬材料一體形成。在超聲波柄臂10的下頂部11和左右頂部12、13分別設置有切割面。下頂部11的切割面與上邊14呈平行狀，左右頂部12、13的切割面分別與斜邊15、16大致呈垂直狀。本實施例的下頂部11的頂角θ設定在60°～150°、最好是90°～120°範圍內。
本實施例是將超聲波柄臂10的上邊14形成具有2個斜面14a、14b和1個底面14c的凹狀體，但上邊14既可為平坦，也可是凸狀。
在超聲波柄臂10的下頂部11的切割面可裝取地安裝著耐磨損性材料(如超硬合金、陶瓷、金剛石等)組成的抵接構件17。如4所示，抵接構件17是L字形剖面的構件，具有支承元件4的超聲波振動方向一側面的面17a和支承元件4上面的面17b。元件4的超聲波振動方向的另一側面由所述夾持構件35的抵接構件37支承。
另外，在抵接構件17上形成有吸引元件4用的吸孔17c。該吸孔17c與設於超聲波柄臂10的吸孔10a連通，該吸孔10a的上端部通過圖2所示的真空配管47與真空吸引裝置(未圖示)連接。真空配管47可由柔彈性材料組成的軟管所構成。
在超聲波柄臂10左右一方的頂部(圖中是右頂部13)的切割面固定著壓電振動子20，向超聲波柄臂10的右頂部13施加與斜邊16平行的超聲波振動Uin。振動方向也可相對於斜邊16錯開約±10°的角度。作為振動頻率，例如以20kHz～200kHz為宜，本例中採用約60kHz。因超聲波柄臂10左右形狀對稱，故無論將振動子20設置於左右頂部12、13的任一方，均具有同樣的作用效果。在與下頂部11對向的上邊14的中央部附近且稍許離上邊14下方位置的表裡兩面凸設有凸緣狀的連結部18。設計時，連結部18設置在柄臂10振動的節點部，連結部18的凸出長度不會由超聲波振動頻率引起共振。所述連結部18通過按壓夾具32與所述荷重附加裝置30的活塞杆31連結。在按壓夾具32上凸設有朝向下方的2個腳部32b，這些腳部32b由螺栓等的締結工具38固定於連結部18。這樣，按壓夾具32不會與超聲波柄臂10的連結部18以外的部位接觸。
在向上述形狀的超聲波柄臂10、例如向左頂部13輸入與斜邊16大致平行的超聲波振動Uin時，下頂部11發生水平方向(與被接合面2平行)的振動Uout。並且，下頂部11的振幅大於右頂部13。即，加大了從右頂部13輸入的超聲波振動Uin的振幅，可從下頂部11輸入大的超聲波振動Uout。
由於將超聲波柄臂10的節點區域內設置的連結部18作為荷重輸入部，將荷重附加裝置30(按壓夾具32)與該輸入部18連結，因此，超聲波振動不會從連結部18傳遞給荷重附加裝置30，不會發生幹擾振動。在由荷重附加裝置30施加向下方的按壓荷重時，因按壓荷重的矢量通過下頂部11，故超聲波柄臂10上不會發生撓曲，按壓荷重可直接作用於下頂部11。這樣，可將超聲波振動和按壓荷重均勻地作用於整個接合面2，可得到均一且良好的接合。
如上所述，元件4的超聲波振動方向的兩側面由設於柄臂10的抵接構件17和設於夾持構件35的抵接構件37夾持。由於抵接構件37設置在由超聲波振動同步振動的夾持構件35上，因此，兩抵接構件17、37同步振動，可高效地將柄臂10的振動傳遞給元件4。特別是在本例中，由於元件4由夾持構件35振動的腹部(抵接構件37)支承，因此，可將柄臂10的振動基本無損耗地傳遞給元件4。
本發明中，由於是在由柄臂10和夾持構件35將元件4的超聲波振動方向的兩側面夾持的同時進行振動的，因此，可利用大的振幅(例如1μm以上)使元件4振動，這樣，可對接合面2發生大的接合能，可進行短時間接合和常溫接合。
又，由於由附加構件和夾持構件將接合構件的超聲波振動方向的兩側面夾持，因此，與以往設置有倒角的場合相比，大的力不會作用於接合構件的一部分，可防止接合構件的裂開和缺陷。
下面說明由上述結構組成的結合裝置的動作。
在將元件4結合在基板2上時，搭載支承於安裝臺3上的基板通過內裝於安裝臺3的加熱器進行預先加熱。為了將元件4保持於抵接構件17、37之間，朝夾持構件35前端的抵接構件37從抵接構件17打開的方向驅動作動器33，使抵接構件17與元件搬送臺6上供給的元件4的側面抵接，其次，朝關閉方向驅動作動器33，將元件4夾持於抵接構件17、37之間。接著，在將基板2與元件4對準位置之後，使超聲波接合裝置8下降，元件4與基板2接觸，由荷重附加裝置30施加所定的按壓荷重。此時，若從壓電振動子20向超聲波柄臂10的右頂部13施加超聲波振動Uin，則在抵接構件17上發生與被接合面2大致平行的振幅Uout，將振動傳遞給元件4。此時，夾持構件35也通過元件4傳遞振動，使夾持構件35同步振動。結果是柄臂10的抵接構件17、元件4和夾持構件35的抵接構件37同步振動，能可靠地將元件4與基板2接合。
圖5和圖6表示具有本發明的超聲波接合裝置的升降塊的第2實施例。
在第1實施例中，由荷重附加裝置30施加所定的按壓荷重，同時利用超聲波振動將元件4與基板2接合，但在本實施例中，採用位置控制替代了荷重控制進行元件4與基板2的接合，對其間隙量進行控制。另外，與圖2、圖3相同的部分標有同一符號，省略其重複說明。
在夾具32的上方設置有由軸50a和襯套50b組成的滑動導向器50。軸50a與夾具32的上面連結，插通於設置在導向器殼體52內部的襯套50b及其導向止動器51中。導向止動器51對軸50a的締結、釋放的兩位置進行控制。在導向器殼體52與夾具32之間張設有自重抵消用的彈簧46。另外，彈簧46的上端也可與滑動板43連結。
上述結構的升降塊的作動如下。
首先，在將導向止動器51釋放的狀態下，使保持元件4的超聲波接合裝置8下降，基板2與元件4接觸。此時，超聲波接合裝置8因被自重抵消用的彈簧46所吊下，故設於元件4上的凸度基本上不壓壞。這樣，即使基板2上有凹凸，凸度也基本上不壓壞(壓壞量保持一定)。
其次，使導向止動器51發揮作用(締結)，將超聲波接合裝置8約束在相對滑動板43不能上下方向移動的狀態。接著，驅動升降驅動裝置41使滑動板43下降，此時，超聲波接合裝置8也一起下降，同時附加超聲波振動，將元件4與基板2接合。當下降至所定量之後，停止下降，完成接合。
由於由抵接構件17、37將元件4的超聲波振動方向的兩側面夾持，因此，不需要向元件4附加發生振動傳遞用的磨擦力的荷重。這樣，可在凸度不壓壞至必要以上的情況下將元件4與基板2接合。通過對超聲波接合裝置8的下降量進行控制，可將接合後的元件4與基板2的間隙控制在所需值。
圖7表示超聲波接合裝置的第3實施例。
本實施例中，在附加上下方向荷重的荷重附加裝置60的下端部固定著夾具61，在該夾具61一方的腳部61a上安裝著超聲波柄臂62。在超聲波柄臂62的一端部安裝著振動子63，另一端部即振動的腹部與棒狀的附加構件64連結。附加構件64接受來自柄臂62的超聲波振動，發生以與柄臂62的連結部及將下端部為振動腹部的撓曲振動。在附加構件64的下端部安裝著支承元件4的超聲波振動方向的一側面及其上面的抵接構件65，該抵接構件65向元件4附加下方向的按壓荷重和水平方向的超聲波振動。
在夾具61另一方的腳部61a的下端部固定著作動器66，在該作動器66的下面設置有由作動器66可水平方向移動的作動構件67。作動構件67通過連結部67a與以縱向振動方式振動的夾持構件68的節點部連結。夾持構件68具有與附加構件64的共振頻率大致相等的共振頻率，相對於基板2(被接合面)可大致平行狀縱向振動(伸縮振動)，連結部67a位於該節點部，由振動的腹部將元件4的超聲波振動方向的另一側面支承。另外，也可在夾持構件68與元件4的接觸部72a設置樹脂等構成的抵接構件。
在上述實施例的超聲波接合裝置中，也是在從振動子63向柄臂62施加超聲波振動時，經柄臂62增幅後將超聲波振動傳遞給附加構件64進行撓曲振動。由於元件4的超聲波振動方向的兩側面由安裝於附加構件64的抵接構件65和夾持構件68夾持，因此，撓曲振動的附加構件64、元件4和夾持構件68進行同步振動。這樣，可高效地將超聲波振動傳遞給元件4，可靠地將元件4與基板2接合。
上述實施例對帶凸度的元件4倒裝式組裝在基板上的結構作了說明，但本發明也適用於晶片對具有稱為TAB的多個導線的帶條的結合以及金屬相互間的接合。即，可適用於利用超聲波振動將金屬與金屬接合的所有的裝置。
第1、第2實施例是將抵接構件安裝於超聲波柄臂10的下頂部，但也可在下頂部直接設置與接合構件的超聲波振動方向的一側面及上面抵接的支承面。
第1、第2實施例是將振動附加裝置(振動子)安裝於超聲波柄臂10的左右任一頂部，但也可在左右雙方的頂部分別安裝振動子。在此場合，輸出部即下頂部可得到大的輸出。但此時，各自的振動子的振動數應相同，並且它的相位必須反轉。
第1實施例是將夾持構件35的擺動軸36由與超聲波柄臂10分體的按壓夾具32的軸承部32a支承，但也可支承於柄臂10的節點部，但最好是使支承於軸承部32a一方的振動漏出量少。
權利要求
1.一種超聲波接合方法，系向接合構件施加超聲波振動、使其與被接合面接合，其特徵在於，所述接合構件的超聲波振動方向的兩側面由附加所定超聲波振動的附加構件和夾持構件所夾持，所述夾持構件利用從所述附加構件經由接合構件傳遞的超聲波振動設定成與附加構件的同一方向且以大致同一的振幅進行同步振動，所述夾持構件在將接合構件推壓至附加構件的狀態下將接合構件與被接合面接合。
2.如權利要求1所述的超聲波接合方法，其特徵在於，使所述夾持構件的共振頻率與所述超聲波振動的頻率錯開，以使所述夾持構件的振幅與所述附加構件的振幅大體相等。
3.如權利要求1所述的超聲波接合方法，其特徵在於，在所述附加超聲波振動的同時，所述接合構件相對於被接合面在壓接方向上向所述附加構件附加所定的按壓荷重。
4.如權利要求1所述的超聲波接合方法，其特徵在於，在附加所述超聲波振動的同時，對所述接合構件與被接合面的對向距離進行控制。
5.一種向接合構件施加超聲波振動、使其與被接合面接合的超聲波接合裝置，其特徵在於，包括發生超聲波振動的振動子；支承所述接合構件的超聲波振動的一側面、向接合構件旋加所述振動子發生的超聲波振動的附加構件；支承所述接合構件的超聲波振動的另一側面、利用從所述附加構件經由接合構件傳遞的超聲波振動、以與附加構件同一方向且大致同一振幅進行同步振動的夾持構件；以及與所述夾持構件的節點部連結、沿著由所述附加構件和夾持構件夾持接合構件的方向對夾持構件施力的施力裝置，可使所述附加構件、夾持構件和接合構件在超聲波振動方向上一體振動。
6.如權利要求5所述的超聲波接合裝置，其特徵在於，所述附加構件具有支承所述接合構件的超聲波振動方向一側面的第1面和以相對被接合面大致平行地支承所述接合構件的上面的第2面，在所述第2面設置有吸引所述接合構件的吸孔。
7.如權利要求6所述的超聲波接合裝置，其特徵在於，設置有向所述附加構件附加向下方的按壓荷重並控制該按壓荷重的荷重控制裝置。
8.如權利要求6所述的超聲波接合裝置，其特徵在於，設置有控制所述附加構件下降量的位置控制裝置。
9.如權利要求5所述的超聲波接合裝置，其特徵在於，所述附加構件由左右對稱的倒三角形的超聲波柄臂構成，在所述超聲波柄臂的左右至少一方的頂部安裝有所述振動子，在所述超聲波柄臂的下頂部設置有向所述接合構件施加超聲波振動的輸出部，在將平行的超聲波振動相對於與超聲波柄臂左右的任一方的頂部鄰接的斜邊從所述振動子輸入時，從所述輸出部輸出水平方向的超聲波振動。
全文摘要
一種向接合構件(4)施加超聲波振動、使其與被接合面(2)接合的超聲波方法，接合構件(4)的超聲波振動方向的兩側面由附加所定超聲波振動的附加構件(10、17)和夾持構件(35、37)所夾持。夾持構件(35、37)利用從附加構件(10、17)經由接合構件(4)傳遞的超聲波振動進行同步振動，並在將接合構件(4)推壓至附加構件(10、17)的狀態下將接合構件(4)與被接合面(2)接合。由此，可高效率地將附加構件的超聲波振動傳遞給接合構件，可得到良好的接合品質，並且不需要在接合構件上進行倒角部等特殊性加工，可防止接合構件的傾斜、裂開和缺陷等發生。
文檔編號B23K20/10GK1490859SQ03157789
公開日2004年4月21日 申請日期2003年8月29日 優先權日2002年8月29日
發明者東山 三, 東山祐三 申請人:株式會社村田製作所