专利名称：超声波漏斗型辐射体及使用该超声波漏斗型辐射体的超声波接合装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在多个接合对象物上施加超声波振动用的超声波漏斗型辐射体及使用该漏斗型辐射体的超声波接合装置。
背景技术：
专利文献1，日本特开2001-44242号公报专利文献2，日本特开2001-110850号公报在将半导体元件、压电元件等电子部件倒装安装之际使用超声波接合装置。
专利文献1中揭示了在接合部件上一边作用按压载荷和超声波振动，一边将接合部件接合在被接合面上的超声波接合装置。这种超声波接合装置在前端细形状的漏斗型辐射体的一端上安装在漏斗型辐射体长度方向上施加纵向振动的振动子，位于漏斗型辐射体纵向振动驻波的波腹位置，从该漏斗型辐射体开始在与纵向振动大致正交的方向上安装着接合工具。而且，在漏斗型辐射体近中央部处设置与施加按压载荷的加压装置连接的连接部。
另外，在专利文献2中，揭示了一种超声波结合装置，其结构为将略呈T字形的漏斗型辐射体横放，在其横向棒状部的一端安装振动子，纵向棒状部做成园筒状，将保持部件插入其中，在该保持部件的上端连接施加按压载荷的加压装置。在这种场合，施加按压载荷的装置(保持部件)，和使超声波作用的装置(漏斗型辐射体)用另外的部件构成，使功能分摊。
在专利文献1的场合存在着如下的问题，因为承受漏斗型辐射体纵向振动的接合工具挠曲振动，其端部如同振子般摇动，无法对接合面施加一定方向的超声波振动。因此，接合部的中央部和端部上产生不同的振动成分，在不同的部位产生不同的结合状态。其结果，接合就不均匀，接合质量下降，接合部件就增加额外的损坏，成为形成裂纹，碎片等的原因。
另一方面，专利文献2的场合也存在着以下的问题，因对接合部传递按压载荷的保持部件与传递超声波振动的漏斗型辐射体的园筒部并非完全分离，保持接触，振动也传到传递载荷的保持部件。因此，传递到接合部上的振动成为多次模，不能传递适于接合的振动，所以不能对接合面在一定的方向上施加超声波振动。因而，接合部的接合质量下降。
因此，本发明的目的在于提供一种超声波漏斗型辐射体，其使一定方向的超声波振动作用于接合面，能得到均匀、良好的接合质量。
另一目的在于提供一种超声波接合装置，通过加载荷而超声波漏斗型辐射体上不发生挠曲，使均匀的负载和振动作用于整个接合面上，从而能获得均匀，良好的接合质量。
发明内容
为达到上述目的，本发明第1发明的超声波漏斗型辐射体，将超声波振动施加在接合对象物上，用于对被接合对象物进行接合，包括具有左右的顶部和下顶部的漏斗型辐射体主体，设置在漏斗型辐射体主体的左右至少一方的顶部上的振动输入部，以及设置在漏斗型辐射体的下顶部，将超声波振动传给接合对象物的振动输出部；在对振动输入部输入略向振动输出部方向的超声波振动时，从振动输出部输出方向对于漏斗型辐射体主体的左右的顶部连线大致平行的超声波振动，在振动输出部的大致上面，存在着超声波振动的振幅微小的区域。
在上述振动输出部的大致上面，存在着超声波振动的振幅微小的区域。
另外，本发明第10方面的超声波接合装置，将按压载荷和超声波振动施加在接合对象物上，对被接合对象物进行接合，包括具有左右的顶部和下顶部、左右至少一方的顶部上有振动输入部、下顶部上有振动输入部的超声波漏斗型辐射体，安装在超声波漏斗型辐射体的振动输入部上，对该振动输入部输入略向振动输出部方向的超声波振动的振动输入装置，以及在超声波漏斗型辐射体下顶部的大致上面，与超声波振动的振隔微小的区域连接、在超声波漏斗型辐射体上施加向下的按压载荷的加载装置；超声波漏斗型辐射体配置成振动输出部能将按压载荷和超声波振动传给接合对象物，
加载装置配置成其按压载荷的矢量通过振动输出部上或其附近。
本发明第11方面的超声波接合方法，将按压载荷和超声波振动施加在接合对象物上，对被接合对象物进行接合，包括以下工序准备具有左右的顶部和下顶部、在左右至少一方的顶部有振动输入部、在下顶部有振动输出部的超声波漏斗型辐射体的工序，在超声波漏斗型辐射体的振动输出部上保持接合对象物的工序，使接合对象物抵压在被接合对象物上的工序，对超声波漏斗型辐射体的振动输入部输入略向振动输出部方向的超声波振动的工序，在超声波漏斗型辐射体下顶部的大致上面，将向下的按压载荷施加在超声波振动的振幅微小的区域上的工序，以及超声波漏斗型辐射体振动输出部将按压载荷和超声波振动传给接合对象物，对被接合对象物进行接合的工序。
本发明的超声波漏斗型辐射体做成具有左右的顶部和下顶部的形状，对于左右至少一方的顶部一输入略向下顶部方向的超声波振动，则在下顶部对漏斗型辐射体主体左右的顶部连线略为平行方向上就产生超声波振动。即从左右任一顶部斜向输入的超声波振动以下顶部开始作为水平方向的超声波振动而输出。被输出的超声波振动因为是不同于挠曲振动的定向振动，所以接合部的中央部和端部处不会发生不同的振动成分，在不同的部位产生不同的结合状态。其结果，在保证接合均匀、提高接合质量之同时，在接合部上不会增加额外的损坏，能防止裂纹、碎片以及缺陷等。
另外，在从左右任一个的顶部斜向输入超声波振动时，在下顶部的大致上面，存在超声波振动的振幅微小的区域，所以若保持该区域并向下方按压，则能对接合对象物施加恰当的按压载荷，而且，振动大致不向外部泄漏。
本发明第2方面的超声波漏斗型辐射体，可将漏斗型辐射体主体做成左右大致为对称的形状。
通过取略呈左右对称的形状，在超声波振动输入左右一方的顶部时，对与下顶部开始左右顶部的连线平行的方向上输出超声波振动。因而，若将漏斗型辐射体主体保持水平，则能从下顶部输出水平方向的超声波振动。
本发明第3方面的超声波漏斗型辐射体，可将漏斗型辐射体主体做成略呈倒三角形的形状。
这时，能从振动输出部输出比振动输入部输出的超声波振动振幅大的超声波振动，能获得振动效率很高的超声波漏斗型辐射体。
本发明第4方面的超声波漏斗型辐射体，理想的为在漏斗型辐射体主体超声波振动振幅微小的区域，设置对漏斗型辐射体主体施加向下的按压载荷的加载部。
在本发明的超声波漏斗型辐射体上应注意之外为，在对左右至少一方的顶部输入略向下顶部的超声波振动时，在下顶部大致上面，存在超声波振动振幅微小的区域(结点区域)。在使超声波漏斗型辐射体的下顶部(振动输出部)与接合对象物接触的场合，将上述结点区域作为加载部，若在该加载部上加上向的按压载荷，超声波漏斗型辐射体的振动不受限，另外，超声波振动传不到连接加载部的加载装置上，传给接合的振动就不会变成多次模。而且，因为加载部及载荷输出部位于按压矢量的轴线上或其附近，故超声波漏斗型辐射体上不产生挠曲应力，按压载荷能直接作用在接合对象物上。
这样，根据在振动输入部即下顶部上能得到水平方向的超声波振动，超声波振动不传给加载装置，超声波漏斗型辐射体不发生挠曲这三点特征，能使水平方向超声波振动和垂直方向的按压载荷有效地作用于接合对象物，做到均匀，优质的接合。
因为以前要求超声波漏斗型辐射体要有刚性，故限制了小型化和减轻重量，但，本发明中，对超声波漏斗型辐射体的弯曲，不必确保刚性，故能将超声波漏斗型辐射体做得既小，又轻。
本发明第5方面的超声波漏斗型辐射体，理想的为在振动输出部上安装能拆装的由接触接合对象的耐磨材料组成的接触部件。
对于超声波漏斗型辐射体虽然能运用适于振动特性的材料，但不一定就囿于耐久性高的材料。另外，在下顶部(振动输出部)上若使用由需磨材料组成的接触部件，则会使振动特性和耐久性两者对立。另外，在接触部件磨损时，只要通过调换接触部件，从而超声波漏斗型辐射体就能多次使用。
本发明第6方面的超声波漏斗型辐射体，也可对着接合面倾斜配置，使得形成接触部件和接合对象的接触面与接合对象物和波接合对象物的接合面平行。
因为能以任意的比例设定和加在接合对象物上的超声波振动的接合面平行的成分和垂直的成分，所以对于各种材料能谋求最佳的接合性。
本发明第7方面的超声波漏斗型辐射体，漏斗型辐射体主体也可持有与下顶部对面的上边，该上边上也可形成凹部或凸部。
超声波漏斗型辐射体上边的形状一改变，振动的位移分布就变化，因此通过改变上边的形状，能调整结合点到所希望的位置。
本发明第8方面的超声波漏斗型辐射体，也可使包括漏斗型辐射体主体的下顶部的中央部厚度和包括左右的顶部的两端部的厚度不同。
这时，因能任意设定输出部输出的超声波振动的振幅及驱动力，所以根据接合对象物，能谋求接合条件的最佳。
本发明第9方面的超声波漏斗型辐射体，也可在将振动输入部设置在漏斗型辐射体主体左右两方顶部上，对一方的振动输入部输入超声波振动之同，也可对另一方的振动输入部输入与上述超声波振动相位相反的超声波振动。
在左右的一方顶部输入超声波振动时，产生和在另一方的顶部上输入的超声波振动同步并相位相反的振动。因此，若在左右两方的振动输入部上输入彼此相位相反的超声波振动，从下顶部能输出比将超声波振动输入左右一方的顶部时驱动力更大的超声波振动。该输出振动也是定向的振动，故仍能保持本发明的特征。
图1表示本发明涉及的超声波接合头的超声波接合装置整体立体图。
图2表示图1所示的升降部件内部构造图。
图3表示超声波接合头的第1实施例立体图。
图4表示图3所示的超声波接合头的正面图。
图5(a)表示图3示出的超声波接合头所用的超声波漏斗型辐射体的位移矢量图，(b)表示位移等高图。
图6表示超声波接合头的第2实施例的正面图。
图7表示超声波接合头的第3实施例的正面图。
图8表示(a)为图7示出的超声波接合头所用的超声波漏斗型辐射体位移矢量图，(b)表示位移等高图。
图9表示超声波接合头的第4实施例正面图。
图10表示超声波接合头的第5实施例正面图。
图11表示超声波接合头的第6实施例正面图。
图12表示超声波接合头的第7实施例立体图。
图13表示超声波接合头的第8实施例立体图。
图14表示超声波接合头的第9实施例立体图。
图15表示超声波接合头的第10实施例立体图。
图16表示超声波接合头的第11实施例立体图。
图17表示超声波接合头的第12实施例立体图。
图18表示超声波漏斗型辐射体的第13实施例的位移矢量图。
图19表示超声波漏斗型辐射体的第14实施例的位移矢量图。
标号说明2基板(接合对象物)4部件(接合对象物)8超声波接合头(超声波接合装置)10A-10M超声波漏斗型辐射体11下顶部(振动输出部)12右顶部(振动输入部)14上边15斜边17接触部件18连接部(加载部)20振动子(施加振动装置)30加载装置32按压夹具具体实施形态图1表示本发明涉及的超声波接合头的接合装置的整体构成。
在该接合装置的装置机架1上面，装备着搭载支持被接合对象物的一示例即基板2的安装台3，及排列收容接合对象物的一示例即带凸出的芯片部件等部件4的部件供给部5。在装置机架1的上方，配备着将从部件供给部5取出的部件4供给部件输送台6的部件供给单元7，接受部件输送台6供给的部件4并接合在安装台3上面的基板2上的超声波接合头8，及支持该超声波接合头8使其升降的升降部件9等。
这里，安装台3因为要对准超声波接合头8所保持的部件4的位置，所以做成前后及水平方向上能水平移动的构成。另外，部件输送台6采用能上下及水平移动的构成，使得由部件供给单元7供给的部件4搬入超声波接合头8的上下移动路径内，交给超声波接合头8，图2表示升降部件9的具体构造的一个例子。
升降部件9包括底座40，由固定在底座40上的伺服电机等组成的升降装置41，安装在底座40上靠导向部42能在上下方向上自由移动的滑板43，及由固定在滑板43上的汽缸等组成的加载装置30等。升降装置41的转轴由螺旋轴41a构成，该螺旋轴41a和设在滑板43上的螺母部(图中未示出)靠螺旋结合。通过驱动升降装置41，滑板43上下移动，能使后述的超声波漏斗型辐射体10A保持的部件4降至基板2。加载装置30有活塞杆31，按压夹具32固定在活塞杆31的下端。按压夹具32和后所述，与超声波漏斗型辐射体10A的连接部18连接。通过配管44一旦向加载装置30一方的小室30a供给压缩空气，就能通过活塞杆31将向下的按压载荷传给超声波漏斗型辐射体10A。另一方面，另一方小室30b中的空气能通过配管45排出。在滑板43和按压夹具32之间设置着抵消超声波漏斗型辐射体10A载荷用的弹簧46。因此，对于从超声波漏斗型辐射体10A对接合对象物(部件4和基板2)的按压载荷可做成，使超声波漏斗型辐射体10A的自重不起作用，能够仅由供给加载装置30的小室30a的空气压力来设定。
还有，靠通过配管45将压缩空气供给另一方的小室30b，代替弹簧46，从而也能抵消超声波漏斗型辐射体10A的自重。
上述实施例中，利用弹簧作为加载装置30，但不限于此，当然也能利用音圈电动机，电动机和球螺旋机构的组合等其它的装置。
图3，图4表示超声波接合头8的第1实施例的详细结构。
该超声波接合头8和上所述将带凸起的部件4对着基板2加上按压载荷和超声波振动并接合，具备超声波漏斗型辐射体10A。
超声波漏斗型辐射体10A的主体为铝合金，超硬合金，钛合金，不锈钢等金属材料一体形成顶角向下的等腰三角形的块状部件，超声波漏斗型辐射体10A持有下顶部11和左右的顶部12，13，在下顶部11和左右顶部12，13上分别设置切削面。下顶部11的切削面与左右对称轴CL垂直，这里与上边14平行。左右顶部12，13的切削面与下顶部11的对向方向垂直，这里，分别对斜边15，16大致垂直。该实施例中下顶部11的顶角θ为60°～150°，理想的为设定在90°～120°范围内。
超声波漏斗型辐射体10A的下顶部11的切削面上固定着由耐磨材料(例如超硬合金，陶瓷，钻石等)组成的能拆卸的接触部17。接触部件17和部件4的接触面17b为持有所希望的表面粗糙度的加工过的平面，该接触部件17形成吸附部件4用的吸附孔17a。该吸附孔17a和超声波漏斗型辐射体10A上设置的吸引孔10a连通，吸引孔10a的上端通过图2所示的真空配管47与真空抽引装置(图中未示出)连接。还有，真空配管可能柔软弹性材料组成的软管构成。
压电振动子20固定在超声波漏斗型辐射体10A左右一方的顶部(这里为右顶部12)的切削面上。对超声波漏斗型辐射体10A的右顶部给出朝下顶部11方向的超声波振动Vin。这里，右顶部12的切削面对于斜边15大致垂直，所以振动方向大致和斜边15平行。振动方向对于斜边15可以有±10°左右的角度偏移。作为振动频率理想的为例如在20KHZ-200KHZ的范围内，这里使用的60KHZ。如上所述，超声波振动Vin一输入右顶部12，在下顶部11上输出对于左右的顶部12，13的连线HL方向平行的超声波振动Vout。另外，在与下顶部11对向的上边14的中央部附近，并且以上边14开始稍些下方位置的里外两面上突出设置法兰状的连接部18，连接部18和后所述设置振动的结点部，连接部18的突出长充设计成根据超声波振动频率不会共振。上述连接部18上，上述加载装置30的活塞杆31通过接压夹具32而连接。在按压夹具32上向下突出设置两根底柱32，这两根底柱32a靠螺柱等紧固件33固定在连接部18上。由此，按压夹具32不会与超声波漏斗型辐射体10A的连接部18以外的部位接触。
这里，按照图5说明超声波漏斗型辐射体10A的动作原理。
图5的(a)为位移矢量图，(b)为位移等高图。
对于上述那样形状的超声波漏斗型辐射体10A，例如从右顶部12一输入和斜边15平行的超声波振动Vin，就会产生图5的(a)中以三角箭头表示的位移矢量。图5(a)表示某一瞬间的位移矢量，三角形越大振幅也越大。从右顶部12输入斜向的振动Vin时，左顶部13上也产生对于斜边16平行的斜向的振动，下顶部11输出对于左右顶部12，13的连线HL平行的方向，即只在水平方向(水平振动成分100％，垂直振动成分0％)的超声波振动Vout。而且，下顶部11的输出振动Vout的振幅比右顶部12的输入振动Vin振幅大。即右顶部12输入的超声波振动Vin的振幅被放大，以下顶部11输入更大的超声波振动Vout。
如图5所示，超声波漏斗型辐射体10A中，在通过斜边15，16的大致中点的园孤状区域上存在振幅小的区域。尤其是就在下顶部11上方的上边14中央部的稍些下面的部位，并在左右对称轴CL上或其附近存在最小振幅区域(结合点部)，将设置在该结合点部内的连接部18作为加载部，若在这加载部18上连接加载装置30(按压夹具32)，则超声波振动不会从连接部18向加载装置30传播，不让外扰振动产生。另外，若通过加载装置30施加向下的按压载荷F，则如图4所示，因按压载荷F的矢量通过下顶部11，所以，对于超声波漏斗型辐射体10A不产生挠曲，能使按压载荷F直接作用在下顶部11上。还有，连接加载装置30的部位，并不仅限于上述最小振幅区域，在图5示出的振幅小的园弧状区域，如果按压载荷F的合，矢量设置在通过下顶部11的位置，则具有大致和上述同样的作用效果。
如上那样，在输出部即下顶部11上，能得到水平方向振幅大的超声波振动Vout，而且，超声波振动不会因加载装置30而受阻碍。然后，因为加在输入部18的按压载荷F的矢量的轴线通过下顶部11，所以超声波漏斗型辐射体10A上不发生挠曲。因而，超声波振动和按压载荷能均匀地作用于整个接合面，得到均匀、良好的接合。
再者，因超声波漏斗型辐射体10A为左右对称的形状，所以超声波振动的输入部在左右任一个的顶部12，13，都有同样的作用效果。
图6表示本发明涉及的超声波接合头的第2实施例。
该实施例为将和第1实施例同一形状的超声波漏斗型辐射体10B对着接合面倾斜配置，将接触部件17做成角形，使得和接合对象物接触的接触面17b与接合面平行。
另外，设置在超声波漏斗型辐射体10B上的连接部18对上边倾斜并固定成与接合面平行。
这时，在输出部即下顶部11和箭头所示输出斜向的超声波振动Vout，所以，接触部件17对接合对象物4给出斜向的振动，这样，通过使超声波漏斗型辐射体10B倾斜，并调整接触部件17的接触面17b的角度，从而能以任意的比例设定加在接合对象物上的超声波振动的接合面，平行的成分，和垂直的成分。由此，对于各种材料，都能谋求最佳的接合性能。
还有，加载装置30的按压载荷F的矢量方向从接触部件17和接合对象物4的接触面开始虽然多少有些偏移，但对接合性大致无影响。
图7表示本发明涉及的超声波接合头的第3实施例。
该实施例将超声波漏斗型辐射体10C的上边做成持有两个斜面14a，14b和一个底面14c的凹形体。还有，其它的构成和第1实施例(参照图4)相同，故赋于同一符号不再说明。
图8的(a)及(b)为上述超声波漏斗型辐射体10C的位移矢量图及位移等高图。
从图8可知，从左右一方的顶部12，13一输入朝下顶部11方向的超声波振动，可知在下顶部11上输出仅为水平方向(水平振动成分100％，垂直振动成分0％)的超声波振动。而且，与输入振动相比输出振动的振幅大。
图9表示本发明涉及的超声波接合头的第4实施例。
该实施例为第3实施例的变形例，在将超声波漏斗型辐射体10D的上边做成持有两个斜面14a，14b和一个底面14c的凹形体之同时，取斜面14a，14b的角度比第3实施例税的角度，使底面14c延长。
图10表示本发明涉及的超声波接合头的第5实施例。
该实施例将超声波漏斗型辐射体10E的上边做成持有两个斜面14a，14b的V字形体。
在这时，因上边14无水平的面，所以输出部输出的超声波振动方向不是和上边14平行，成为对漏斗型辐射体主体的左右对称轴垂直的方向。
图11表示本发明涉及的超声波接合头的第6实施例。
该实施例将超声波漏斗型辐射体10F的上边做成持有两个斜面14d，14e和顶面14f的角形体。
如上述第3-第6实施例所示，通过改变超声波漏斗型辐射体10C-10F的上边的形状，能将振动的位移分布调整成所希望的扮布。
图12表示本发明涉及的超声波接合头的第7实施例。
该实施例超声波漏斗型辐射体10G的斜边15a，15b做成不是平坦的，而是向上方弯曲的面。
这时，也和变更上边14的形状一样，能调节税振动的位移分布。
该实施例中，超声波漏斗型辐射体并不是严格的左右对称形状，但也能取得和其它实施形态10A-10F同样的作用效果。
图13表示本发明涉及的超声波接合头的第8实施例。
该实施例，超声波漏斗型辐射体10H的斜边15b，16b做成向下方弯曲的面。
这时，也能调整振动的位移分布。另外这一超声波漏斗型辐射体10H也不是严格的左右对称形状。
图14表示本发明涉及的超声波接合头的第9实施例。
该实施例将包括超声波漏斗型辐射体10I的下顶部11在内的中央部厚度做成比包括左右的顶部12，13在内的两端部的厚度逐渐加厚，在其间设置倾斜面12a，13a。
这时，与超声波振动Uin输入的右顶部12比，超声波振动Uout输出的下顶部11的厚度厚，所以振幅变小，但驱动力变大。
图15表示本发明涉及的超声波接合头的第10实施例。
该实施例，将包括超声波漏斗型辐射体10J的下顶部11在内的中央部厚度做成比包括左右的顶部12，13在内的两端部的厚度还要厚，并在其间设置高差部12b，13b。
这时，也和第7实施例一样，与超声波振动Uin输入的右顶部12比，超声波振动Uout输出的下顶部的厚度厚，所以振幅变小，驱动力增大。
这样，通过改变超声波漏斗型辐射体10I，10J的厚度，就能任意地调整振幅，驱动力。
图16表示本发明涉及的超声波接合头的第11实施例。
该实施例和第3实施例(参照图8)一样，将超声波漏斗型辐射体10K为在上边14形成特有两个斜面14a，14b和一个底面14c的凹状之同时，以将连接部18突出设置在超声波漏斗型辐射体10K的两侧面上的两根棒形部件来构成。
超声波漏斗型辐射体10K的下顶部11的顶角一旦大于120°，振动的结合点就离开2区域。因此，通过在各结合点上设置连接部18，能将按压载荷只加在结合点上，能谋取求稳定的振动特性。另外，判作也容易，成本也降低。
还有，在该例，虽将超声波漏斗型辐射体10K的上边14做成凹状，但也可与第1实施例一样为平坦的面，也可与第6实施例一样为凸状。
图17表示本发明涉及的超声波接合头的第12实施例。
该实施例分别在超声波漏斗型辐射体10A左右两方的顶部12，13上设置振动子20，21。众所周知各振动子20，21为压电元件20a，21a和电极板20b，21b互相每隔多片层迭而成，压电元件20a，21a如箭头所示，在厚度方向上极化。
各振动子21，21构成成其产生的超声波振动的相位相反。这里，设构成左右振动子20，21的压电元件20a，21a的极化方向为反方向。各个电极板20b，21b对于电源22并联连接。还有，23为控制振动子20，21用的控制电路。
这样，因为对左右的顶部12，13输入的超声波振动的相位相反，所以与只在左右一方的顶部12，13输入超声波振动的场合相比，能以下顶部11输出驱动力更大的超声波振动。
图18表示超声波漏斗型辐射体的第13实施例。
该超声波漏斗型辐射体10L，其下顶角θ取60°，全体大致呈V字形。这时，从图18的位移矢量也可知，在左右至少一方的顶部12，13上，朝下顶部11方向一输入超声波振动，下顶部11只在水平方向(水平振动成分100％，垂直振动成分0％)输出超声波振动。
图19表示超声波漏斗型辐射体的第14实施例。
该超声波漏斗型辐射体10M其下顶部11的顶角θ取150°。这时，从图19的位移矢量也可知，在左右至少一方的顶部12，13向下顶部11的方向输入超声波，则下顶部11就只在水平方向输出超声波振动。
本发明的超声波漏斗型辐射体并不限于左右对称形状，只要是具备本发明之特征与作用，亦可改变形状。
上述实施例中，虽对向带凸起部件的基板倒装安装进行说明，但本发明也适用于对具有称为TAB的多根引线的带状的芯片的接合，金属间的接合。即能适用于所有利用超声波振动使金属和金属接合的装置。
另外，上述实施例的超声波接合装置(超声波接合头)虽然为施加超声波振动和按压载荷面接合的装置，但也可再加热。这时，可设置加热超声波漏斗型辐射体，或安装台的加热装置。
上述实施例中，超声波漏斗型辐射体的下顶部上安装接触部件，但也可使下顶部直接接触接合对象物。另外，虽水平切削面设在下顶部上，但该切削面不是必需的，可以取任意的形状。
上述实施例的加载装置30和升降装置41分开设置，但也可将升降装置41作为加载装置30使用。
从上述说明可知，如采用本发明第1方面，则从漏斗型辐射体主体的左右任一个的顶部略向下顶部方向输入超声波振动，就从下顶部对左右顶部的连线大致平行的方向输出超声波振动。该输出的超声波振动为定向的振动，所以在接合部的中央部和端部不会产生不同的振动成分，接合状态不会因部位不同而异。其结果接合均匀，接合质量提高，同时，接合部不增加额外损坏，能防止裂纹，碎片等。
另外，因为在下顶部上存在超声波振动的振幅微小的区域，故若向下接压该区域，能对接合对象物施加恰当的按压载荷，而且，振动大致不向外部泄漏。
如第10，11方面所示，在超声波漏斗型辐射体大致下顶部上，超声波振动的振幅微小的区域上，设置对超声波漏斗型辐射体施加向下的按压载荷用的加载部时，加载与结合点部对应，所以超声波漏斗型辐射体的振动由于按压载荷不受阻碍，另外，超声波振动不向加载装置传播。由此，能使超声波振动和按压载荷互相不受影响地作用于接合对象物。
另外，施加向下的按压载荷的加载部和下顶部位于按压矢量的轴线上或其附近，故超声波漏斗型辐射体大致不挠曲，能使按压载荷直接作用于接合对象物上。
从上述的特征出发，通过利用本发明的超声波接合装置，能稳定地实现均匀，优质的接合，并能减少接合对象物的损坏。
另外，本发明不必考虑对于超声波漏斗型辐射体挠曲的刚性，所以，虽然有铝合金，钛合金等优良的振动特性，但还是能实现利用低刚性材料的小型，轻巧的漏斗型辐射体，提高振动特性。另外，通过小型，减轻重量，能实现高速动作，高精度，低成本地进行高精度的接合。
与接合对象物直接或间接地接触的超声波漏斗型辐射体的下顶部做成向下方突出的形状，故在接合面的周围即使有障碍物(其它的部件等)，也能不受干扰地接合。
权利要求
1.一种超声波漏斗型辐射体，将超声波振动施加在接合对象物上，用于对被接合对象物进行接合，其特征在于，包括具有左右的顶部和下顶部的漏斗型辐射体主体，设置在所述漏斗型辐射体主体的左右至少一方的顶部上的振动输入部，以及设置在所述漏斗型辐射体的下顶部，将超声波振动传给所述接合对象物的振动输出部；在对所述振动输入部输入略向振动输出部方向的超声波振动时，从所述振动输出部输出方向对于所述漏斗型辐射体主体的左右的顶部连线大致平行的超声波振动，在所述振动输出部的大致上面，存在着超声波振动的振幅微小的区域。
2.根据权利要求1所述的超声波漏斗型辐射体，其特征在于，所述漏斗型辐射体主体做成左右大致为对称的形状。
3.根据权利要求1或2所述的超声波漏斗型辐射体，其特征在于，所述漏斗型辐射体主体做成大致为倒三角形的形状。
4.根据权利要求1或2所述的超声波漏斗型辐射体，其特征在于，在所述漏斗型辐射体主体的超声波振动的振幅微小的区域上，设置对漏斗型辐射体主体施加向下按压载荷用的加载部。
5.根据权利要求1或2所述的超声波漏斗型辐射体，其特征在于，所述振动输出部上安装着能拆卸的、由接触所述接合对象物的耐磨材料组成的接触部件。
6.根据权利要求5所述的超声波漏斗型辐射体，其特征在于，所述漏斗型辐射体主体对于接合对象物和被接合对象物的接合面倾斜配置，与所述接触部件的接合对象物的接触面做成和所述接合面平行。
7.根据权利要求1或2所述的超声波漏斗型辐射体，其特征在于，所述漏斗型辐射体主体持有与下顶部对向的上边，所述上边形成凹部或凸部。
8.根据权利要求1或2所述的超声波漏斗型辐射体，其特征在于，使包括所述漏斗型辐射体主体的下顶部在内的中央部的厚度，与包括左右的顶部在内的两端部的厚度不同。
9.根据权利要求1或2所述的超声波漏斗型辐射体，其特征在于，在所述漏斗型辐射体主体的左右两方的顶部上设置振动输入部，构成为对一方的振动输出部输入超声波振动、同时也对另一方的振动输入部输入与所述超声波振动相位相反的超声波振动。
10.一种超声波接合装置，将按压载荷和超声波振动施加在接合对象物上，对被接合对象物进行接合，其特征在于，包括具有左右的顶部和下顶部、左右至少一方的顶部上有振动输入部、下顶部上有振动输入部的超声波漏斗型辐射体，安装在所述超声波漏斗型辐射体的振动输入部上，对该振动输入部输入略向振动输出部方向的超声波振动的振动输入装置，以及在所述超声波漏斗型辐射体下顶部的大致上面，与超声波振动的振幅微小的区域连接、在所述超声波漏斗型辐射体上施加向下的按压载荷的加载装置；所述超声波漏斗型辐射体配置成所述振动输出部能将按压载荷和超声波振动传给所述接合对象物，所述加载装置配置成其按压载荷的矢量通过所述振动输出部上或其附近。
11.一种超声波接合方法，将按压载荷和超声波振动施加在接合对象物上，对被接合对象物进行接合，其特征在于，包括以下工序准备具有左右的顶部和下顶部、在左右至少一方的顶部有振动输入部、在下顶部有振动输出部的超声波漏斗型辐射体的工序，在所述超声波漏斗型辐射体的振动输出部上保持接合对象物的工序，使所述接合对象物抵压在被接合对象物上的工序，对所述超声波漏斗型辐射体的振动输入部输入略向振动输出部方向的超声波振动的工序，在所述超声波漏斗型辐射体下顶部的大致上面，将向下的按压载荷施加在超声波振动的振幅微小的区域上的工序，以及所述超声波漏斗型辐射体振动输出部将按压载荷和超声波振动传给所述接合对象物，对被接合对象物进行接合的工序。
全文摘要
提供一种超声波接合装置，通过加载而超声波漏斗型辐射体上不产生挠曲，能使载荷和振动均匀地作用于接合面整体上，从而能获得均匀、优良的接合质量。这种超声波接合装置将按压载荷和超声波振动加在接合对象物上，对被接合对象物进行接合，包括形成左右对称的大致为倒三角形的超声波漏斗型辐射体10A，安装在超声波漏斗型辐射体的左右至少一方的顶部12，向下顶部11方向输入超声波振动的振动子20，以及与就在下顶部11的上方连接，在超声波漏斗型辐射体10A上施加向下的按压载荷的加载装置30。超声波辐射部的下顶部11上设置将接压载荷和超声波振动传给接合对象物的接触部件17。
文档编号H01L21/60GK1441475SQ0310665
公开日2003年9月10日 申请日期2003年2月25日 优先权日2002年2月25日
发明者東山祐三 申请人:株式会社村田制作所