专利名称：键合工具、电子元器件安装装置和电子元器件安装方法
技术领域：
本发明涉及一种将电子元器件安装于电路基板等的键合工具、电子元器件安装装置和电子元器件安装方法。
背景技术：
已知有用于将电子元器件的电极与电路基板的电极接合的各种接合方法。例如，超声波接合方法是上述接合方法中的一种，其能在短时间内将电子元器件 接合于电路基板。此处，所谓超声波接合方法，是指在由加热器加热的电子元器件保持部上保持电 子元器件，将该电子元器件按压在电路基板上，并利用超声波振动使该电子元器件振动，从 而将电子元器件的电极与电路基板的电极电接合的接合方法。因此，参照图11对利用上述超声波接合方法的以往的电子元器件安装装置的结 构和动作进行说明。此处，图11是以往的电子元器件安装装置的概略主视图。以往的电子元器件安装装置包括保持电子元器件1的键合工具9003、保持电路 基板2的电路基板保持单元9006、以及将键合工具9003所保持的电子元器件1朝着电路基 板保持单元9006所保持的电路基板2按压的按压单元(未图示)(例如参照专利文献1)。另外，原样引用(参照)上述文献的全部揭示内容，将其结合于此。键合工具9003包括零件安装单元9030、脚部9312、支撑部9005、以及加热器保 持部9324，脚部9312和加热器保持部9324分别单独形成，彼此分开。零件安装单元9030具有喇叭9031、超声波振子9004、以及电子元器件保持部 9009。喇叭9031是传递超声波振动的部件，形成有供加热器9033隔开规定空隙插入的 加热器插入孔9311。超声波振子9004是固定于喇叭9031的(+X)侧的一端并产生超声波 振动的部件。电子元器件保持部9009是固定于喇叭9031的另一端、保持电子元器件1并 由加热器9033加热的部件。支撑部9005分别支撑脚部9312和加热器保持部9324。脚部9312在喇叭9031的超声波振动的节点(nodal point)PO处从喇叭9031的 (+Y)侧和(-Y)侧这两侧跨过喇叭9031地对喇叭9031保持。加热器保持部9324从喇叭9031的(+Y)侧和(_Y)侧这两侧跨过加热器9033地保持。键合工具9003所保持的电子元器件1被按压单元(未图示)朝着电路基板2按 压，并同时赋予热量和超声波振动。电子元器件1的电极和电路基板2的电极利用这样的 热量和超声波振动进行接合。专利文献1 国际公开第07/129700号小册子(例如第一页、图6)但是，已判明用上述以往的电子元器件安装装置进行质量更高的超声波接合并不王困相本发明者分析认为，加热器9033接触加热器插入孔9311是导致上述不理想的原因。更具体而言，在利用加热器9033进行加热时，加热器保持部9324会因热膨胀而朝 箭头B所示的方向、S卩(-Z)侧伸展。其结果是，加热器9033也朝箭头B方向变位。另外，通过上述加热，喇叭9031也因热膨胀而膨胀，朝箭头A所示的方向伸展。其 结果是，加热器插入孔9311也朝箭头A方向变位。另一方面，固定有喇叭9031的脚部9312的节点PO不产生变位。因此，在利用加热器9033进行加热时，加热器9033有时会接触加热器插入孔 9311。
发明内容
鉴于上述以往的问题，本发明的目的在于提供一种能进行质量更高的超声波接合 的键合工具、电子元器件安装装置和电子元器件安装方法。为了实现上述目的，第一发明的键合工具包括零件安装单元，该零件安装单元具有喇叭(horn)、超声波振子和电子元器件保持 部，上述喇叭传递超声波振动并形成有供加热器隔开规定的空隙插入的加热器插入孔，上 述超声波振子固定于上述喇叭，产生上述超声波振动，上述电子元器件保持部固定于上述 喇叭，保持电子元器件，并由上述加热器加热；脚部，该脚部在上述喇叭的上述超声波振动的节点处从上述喇叭的两侧保持上述 喇叭；支撑部，该支撑部支撑上述脚部；以及加热器保持部，该加热器保持部从上述喇叭的两侧保持上述加热器，上述脚部与上述加热器保持部一体形成。第二发明的键合工具是在第一发明的键合工具中，上述脚部设于上述喇叭的两侧，且在各侧空开规定间隔在传递上述超声波振动的 方向上分为两个部分，上述加热器保持部设于上述喇叭的两侧，在各侧配置于上述规定间隔之间。第三发明的键合工具是在第二发明的键合工具中，空开上述规定间隔分为上述两个部分的上述脚部与配置于上述规定间隔之间的 上述加热器保持部一体形成。第四发明的键合工具是在第三发明的键合工具中，上述支撑部呈板状，上述脚部固定于上述支撑部的下表面，上述加热器保持部与上述脚部并排配置，在上述支撑部与上述加热器保持部之间形成有规定空间。第五发明的键合工具是在第四发明的键合工具中， 上述喇叭呈传递上述超声波振动的方向为长度方向的方柱形状， 上述加热器插入孔在与传递上述超声波振动的方向正交的方向上贯穿上述喇叭，
用于保持上述加热器的加热器保持孔分别形成于设在上述喇叭两侧的上述加热 器保持部。第六发明的键合工具是在第五发明的键合工具中，上述加热器呈圆柱形状，上述加热器保持孔的中心轴与上述加热器插入孔的中心轴一致。第七发明的键合工具是在第六发明的键合工具中，上述加热器插入孔在与上述喇叭的两侧的侧面正交的方向上贯穿上述喇叭。第八发明的键合工具是在第七发明的键合工具中，上述加热器是两个加热器，上述加热器插入孔和上述加热器保持孔分别对应上述两个加热器而形成，上述加热器插入孔的开口部形状是以传递上述超声波振动的方向作为长度方向 的椭圆形。第九发明的键合工具是在第七发明的键合工具中，上述加热器插入孔的中心轴与上述喇叭的上述长度方向上的中心轴正交，上述加热器插入孔关于包含上述加热器插入孔的中心轴并与上述喇叭的上述长 度方向上的中心轴正交的平面呈面对称。第十发明的键合工具是在第七发明的键合工具中，上述加热器插入孔的中心轴与上述喇叭的上述长度方向上的中心轴正交，上述加热器插入孔关于包含上述喇叭的上述长度方向上的中心轴并与上述加热 器插入孔的中心轴正交的平面呈面对称。第十一发明的键合工具是在第七发明的键合工具中，上述加热器插入孔的中心轴与上述喇叭的上述长度方向上的中心轴正交，上述加热器插入孔关于包含上述加热器插入孔的中心轴和上述喇叭的上述长度 方向上的中心轴的平面呈面对称。第十二发明的键合工具是在第七发明的键合工具中，在上述支撑部上固定上述脚部的四个部位关于包含上述加热器插入孔的中心轴 并与上述喇叭的上述长度方向上的中心轴正交的平面以及包含上述喇叭的上述长度方向 上的中心轴并与上述加热器插入孔的中心轴正交的平面呈面对称。第十三发明的键合工具是在第一发明的键合工具中，上述喇叭具有作为冷却部的通气孔。第十四发明的键合工具是在第一发明的键合工具中，通气孔形成于上述脚部的与上述加热器保持部相邻的部位。第十五发明的键合工具是在第一发明的键合工具中，通气孔形成于上述支撑部的与上述脚部相邻的部位。第十六发明的键合工具是在第一发明的键合工具中，供温度计插入的温度计插入孔形成于上述喇叭。第十七发明的键合工具是在第一发明的键合工具中，上述规定空隙的大小为0. 075mm以上、0.1mm以下。第十八发明的电子元器件安装装置包括
第一发明的键合工具，该键合工具保持上述电子元器件；电路基板保持单元，该电路基板保持单元保持电路基板；以及按压单元，该按压单元将上述键合工具所保持的上述电子元器件朝着上述电路基 板保持单元所保持的上述电路基板按压。第十九发明的电子元器件安装方法，使用第十八发明的电子元器件安装装置，将 上述电子元器件安装于上述电路基板，包括利用上述键合工具来保持上述电子元器件的电子元器件保持步骤；利用上述电路基板保持单元来保持上述电路基板的电路基板保持步骤；利用上述按压单元，将上述键合工具所保持的上述电子元器件朝着上述电路基板 保持单元所保持的上述电路基板按压的按压步骤；利用上述超声波振子来产生上述超声波振动的超声波振动产生步骤；以及利用上述加热器来加热上述电子元器件保持部的加热步骤。根据本发明的结构，可提供一种能进行质量更高的超声波接合的键合工具、电子 元器件安装装置和电子元器件安装方法。
图1是本发明实施方式的电子元器件安装装置的概略主视图。图2是本发明实施方式的键合工具的概略主视图。图3是本发明实施方式的键合工具的概略仰视图。图4是本发明实施方式的键合工具的加热器插入孔、加热器保持孔和加热器的概 略放大剖视图。图5是本发明实施方式的键合工具的另一加热器插入孔、加热器保持孔和加热器 的概略放大剖视图。图6是本发明实施方式的键合工具的又一加热器插入孔、加热器保持孔和加热器 的概略放大剖视图。图7是本发明实施方式的键合工具的再一加热器插入孔、加热器保持孔和加热器 的概略放大剖视图。图8是本发明另一实施方式的键合工具的概略主视图。图9是图8的本发明实施方式的键合工具的概略仰视图。图10是图8的本发明实施方式的键合工具的加热器插入孔的概略主视图。图11是以往的电子元器件安装装置的概略主视图。(符号说明)1电子元器件2电路基板3键合工具30零件安装单元31 喇叭311、311a、311b 加热器插入孔312 脚部
3121、3122、3123、3124 肋313第一冷却部3131 竖孔3132 吸附垫3133 管314第二冷却部3211、3212、3213、3214 脚部通气孔3221、3222、3223、3224 螺栓孔3231、3232、3233、3234 螺栓324加热器保持部325、325a、325b 加热器保持孔33、33a、33b 加热器331加热器凸缘332加热器电源供给线333、334 间隔件335、336 螺栓34温度计插入孔4超声波振子5支撑部5a、5b 凸条511、512支撑部通气孔6电路基板保持单元7接合头部8按压单元81连结部82 块83驱动机构84导向件85致动器9电子元器件保持部
具体实施例方式下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。首先，主要参照图1对本实施方式的电子元器件安装装置的结构及其动作、以及 电子元器件安装方法进行说明。此处，图1是本发明实施方式的电子元器件安装装置的概略主视图。本实施方式的电子元器件安装装置包括保持电子元器件1的键合工具3、保持电 路基板2的电路基板保持单元6、以及将键合工具3所保持的电子元器件1朝着电路基板保 持单元6所保持的电路基板2按压的按压单元8。
8
此处，依次对按压单元8的结构、键合工具3的结构分别进行更详细的说明。首先，对按压单元8的结构进行说明。按压单元8包括AC (交流)伺服电动机等致动器85。滚珠丝杠等驱动机构83与致动器85组合，致动器85的驱动力通过块82传递到 连结部81。连结部81配置成使接受致动器85的驱动力的点位于穿过安装中心点P的Z方 向的直线L上，上述安装中心点P是电子元器件1安装于电路基板2的安装中心点。保持 键合工具3的接合头部7配置在连结部81的(-Z)侧，利用致动器85的驱动力沿着导向件 84在Z方向上移动。键合工具3所保持的电子元器件1被按压单元8朝着电路基板2按压，并同时赋 予热量和超声波振动。电子元器件1的电极和电路基板2的电极利用这样的热量和超声波 振动进行接合。另外，也可在电子元器件1和/或电路基板2具有的多个电极上配置凸点等导电 性突起，以便容易进行接合。接着，主要参照图2和图3对键合工具3的结构进行更详细的说明。此处，图2是本发明实施方式的键合工具3的概略主视图，图3是本发明实施方式 的键合工具3的概略仰视图。键合工具3包括零件安装单元30、脚部312、支撑部5、以及加热器保持部324，如 后文中详细说明，脚部312和加热器保持部324 —体形成。零件安装单元30具有喇叭31、超声波振子4、以及电子元器件保持部9。喇叭31是传递超声波振动的部件，形成有供筒形加热器等加热器33隔开规定空 隙插入的加热器插入孔311。喇叭31具有在超声波振动的规定频率下成为谐振状态的构 造。喇叭31实质上呈方柱形状，以X方向作为传递超声波振动的长度方向，是具有与YZ平 面平行的对称面(即，将上述长度二等分的平面)S1、与ZX平面平行的对称面S2以及与XY 平面平行的对称面S3的方柱。喇叭31的长度方向中心轴是对称面S2与对称面S3的交线。喇叭31的形状在本实施方式中是方柱，但当然也可以是圆柱等。如下面详细说明，键合工具3关于对称面SI、S2和S3具有各种高对称性。因此，即使利用加热器33进行加热时，键合工具3的热分布乃至热应变在所有方 向上也都大致均等。因此，可很大程度地减小键合工具3所保持的电子元器件1的振动模 式偏离原本的设计值的可能性等。因此，几乎不必针对例如电子元器件1相对于电路基板 2 (参照图1)倾斜、电子元器件1或电路基板2的电极产生损伤或接合不良的现象进行装置 的平行调整等。超声波振子4是固定于喇叭31的(+X)侧的一端并利用压电元件(未图示)产生 超声波振动的部件。由超声波振子4产生的超声波振动作为纵向振动由喇叭31传递至电子元器件保 持部9，并通过电子元器件保持部9施加于电子元器件1。反节点(antinodal point) PI是表示与超声波振动的振幅在谐振状态下为最大波 腹对应的X方向上的位置的点。本实施方式的超声波振动具有两个节，更靠近喇叭31的 (+X)侧的一端的节点P2和更靠近喇叭31的(-X)侧的另一端的节点P3是表示与超声波振 动的振幅在谐振状态下大致为零的节对应的X方向上的位置的点。反节点P1存在于对称面S1上，节点P2和P3关于对称面S1大致呈面对称。电子元器件保持部9是固定在喇叭31上、保持电子元器件1并由加热器33加热 的部件。电子元器件保持部9以反节点P1的位置为基准设于喇叭31的下表面，电子元器 件1通过真空吸附而被保持于对称面S1与对称面S2的交线上的安装中心点P。接着，支撑部5具有与XY平面平行的板的形状，在其下表面的前后(X方向)2个 部位具有沿Y方向延伸的凸条5a、5b，在各凸条5a、5b下表面的左右2个部位、总计4个部 位利用后述的穿通螺栓保持着脚部312。这样，脚部312固定于支撑部5的凸条5a、5b。在凸条5a、5b上固定脚部312的四 个部位关于包含加热器插入孔311的中心轴并与喇叭31的长度方向中心轴正交的对称面 S1、以及包含喇叭31的长度方向的中心轴并与加热器插入孔311的中心轴正交的对称面S2 呈面对称。更具体而言，在脚部312的上述四个部位，供螺栓3231、3232、3233和3234分别 插入的螺栓孔3221、3222、3223和3224形成为关于对称面S1和S2均呈面对称。另一方面，在支撑部5的上表面安装有接合头部7 (参照图1)。接着，脚部312在喇叭31的超声波振动的节点P2和P3处从喇叭31的(+Y)侧和 (-Y)侧保持喇叭31。更具体而言，脚部312利用长度方向为Z方向的肋3121、3122、3123和3124在四 个部位保持喇叭31。因此，在按压单元8按压电子元器件1的Z方向上，能确保传递按压力 用的足够的刚性。并且，肋3121和3123以节点P2的位置为基准进行设置，肋3122和3124以节点 P3的位置为基准进行设置。因此，在传递超声波振子4所产生的超声波振动的X方向上，能 确保用于利用超声波振动使电子元器件1振动的足够的自由度。接着，加热器保持部324从喇叭31的(+Y)侧和(_Y)侧保持加热器33。如上所述，脚部312设于喇叭31的(+Y)侧和(-Y)侧，且在各侧空开规定的间隔 在传递超声波振动的X方向上分为两个部分。其结果是，总计分为四个部分。另外，如上所 述，加热器保持部324设于喇叭31的(+Y)侧和(-Y)侧，且在各侧在上述脚部312的规定 间隔之间与脚部312配置成一体。也就是说，空开规定间隔分为两个部分的脚部312和在 X方向上与脚部312并排地配置于其规定间隔之间的加热器保持部324形成为一体。并且，在支撑部5的下表面与加热器保持部324之间形成有规定的空间S。并且，在本实施方式中，脚部312与加热器保持部324如上所述形成为一体，脚部 312、加热器保持部324和喇叭31形成为一体。更具体而言，脚部312和加热器保持部324以利用肋3121、3122、3123和3124在四 个部位与喇叭31连续的方式，利用一种原材料通过线切割机加工形成为一体。另外，加热 器插入孔311和加热器保持孔325以两者的中心轴一致的方式通过一次穿孔加工而形成。 由于利用这种加工精度高的线切割机加工和穿孔加工，因此键合工具3的与振动特性等相 关的个体差异几乎不存在。并且，如上所述，肋3121和3123以节点P2的位置为基准进行设置，肋3122和3124 以节点P3的位置为基准进行设置，因此，超声波振子4所产生的超声波振动几乎不传递到 存在于脚部312之间的加热器保持部324。因此，即使在超声波振子4产生超声波振动时， 由与脚部312 —体形成的加热器保持部324保持的加热器33也几乎不变位。并且，超声波振动也几乎不传递到固定有脚部312的支撑部5。另一方面，在利用加热器33进行加热时，支撑部5几乎不变位，但脚部312因热膨 胀而伸展，从支撑部5观察会朝(-Z)侧变位。不过，如上所述，脚部312、加热器保持部324和喇叭31形成为一体，因此，加热器 保持部324及喇叭31与脚部312 —起朝(-Z)侧变位，加热器保持部324与喇叭31的相对 位置关系本身几乎不变化。因此，即使在利用加热器33进行加热时，由加热器保持部324保持的加热器33也 几乎不会接触到形成于喇叭31的加热器插入孔311。因此，在本实施方式中，能进行以往不可能进行的、可利用于伴随使金与金接合的 半导体倒装法安装等的在高温区域内的质量高的超声波接合。加热器33实质上的长度方向为与传递超声波振动的X方向正交的Y方向，且加热 器33呈具有对称面SI、S2和S3的圆柱形状。另外，加热器33的形状在本实施方式中为圆柱，但也可以是方柱等，加热器插入 孔311和加热器保持孔325对应加热器33的形状形成即可。用于保持加热器33的加热器保持孔325分别形成于设在喇叭31的(+Y)侧和(_Y) 侧的脚部312的加热器保持部324。加热器保持孔325的中心轴与加热器插入孔311的中
心轴一致。加热器插入孔311与传递超声波振动的X方向正交，在与喇叭31的(+Y)侧和(-Y) 侧的侧面正交的方向上贯穿喇叭31。如上所述，喇叭31的长度方向中心轴是对称面S2与 对称面S3的交线，加热器插入孔311的中心轴是对称面S1与对称面S3的交线。因此，加 热器插入孔311的中心轴与喇叭31的长度方向中心轴正交。另外，加热器插入孔311关于(1)包含加热器插入孔311的中心轴并与喇叭31的 长度方向中心轴正交的对称面S1、(2)包含喇叭31的长度方向中心轴并与加热器插入孔 311的中心轴正交的对称面S2、以及(3)包含加热器插入孔311的中心轴和喇叭31的长度 方向中心轴的对称面S3均呈面对称。喇叭31具有第一冷却部313和第二冷却部314，该第一冷却部313和第二冷却部 314利用形成于与加热器插入孔311相邻的部位的通气孔进行设置。在喇叭31的固定有超声波振子4的(+X)侧的一端与加热器插入孔311之间，第 一冷却部313利用在与传递超声波振动的X方向正交的Y方向上贯穿喇叭31的三个通气 孔设置成关于对称面S2和S3大致呈面对称。另外，上述三个通气孔利用竖孔3131并通过与管3133连结的吸附垫3132而与气 泵(未图示)连结。因此，第一冷却部313例如能抑制耐热温度为100°C左右的超声波振子4因通过喇 叭31的热传导而产生故障的现象。第二冷却部314具有与第一冷却部313同样的结构，在喇叭31的(-X)侧的一端 与加热器插入孔311之间设置成与第一冷却部313关于对称面S1大致呈面对称。因此，第二冷却部314例如能抑制喇叭31因热膨胀而在(-X)侧和(+X)侧非对称 地变大、电子元器件1相对于电路基板2(参照图1)倾斜而引起的电子元器件1的电极与 电路基板2的电极之间的距离变得不均等的现象。
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脚部通气孔3211、3212、3213和3214以关于对称面S1和S2均呈面对称的方式形 成于脚部312的与加热器保持部324相邻的部位。脚部通气孔3211形成于对称面S1的(+X)侧和对称面S2的(_Y)侧，在Z方向 上贯穿脚部312。脚部通气孔3212形成于对称面S1的(-X)侧和对称面S2的(-Y)侧，在 Z方向上贯穿脚部312。脚部通气孔3213形成于对称面S1的(+X)侧和对称面S2的(+Y) 侧，在Z方向上贯穿脚部312。脚部通气孔3214形成于对称面S1的(-X)侧和对称面S2的 (+Y)侧，在Z方向上贯穿脚部312。因此，脚部通气孔3211、3212、3213和3214减少热量通过脚部312散发，例如能抑 制位于脚部312之前的支撑部5显著变形的现象。另外，支撑部通气孔511和512以关于对称面S1呈面对称的方式分别形成于支撑 部5的凸条5a、5b的与脚部312相邻的部位。支撑部通气孔511形成于对称面S1的(+X)侧，在Y方向上贯穿支撑部5。支撑部 通气孔512形成于对称面S1的(-X)侧，在Y方向上贯穿支撑部5。因此，支撑部通气孔511和512减少热量通过支撑部5散发，例如能抑制位于支撑 部5之前的接合头部7 (参照图1)变形的现象。供温度计支撑板(未图示)所支撑的热电偶或辐射温度计等温度计(未图示)隔 开规定间隙插入的温度计插入孔34形成于喇叭31。温度计插入孔34以关于对称面S2呈面对称的方式，在传递超声波振动的X方向 上从喇叭31的(-X)侧的另一端穿通至被加热器33加热的电子元器件保持部9附近。温度计被插入至即使在利用振动超声波振子4产生超声波时和利用加热器33进 行加热时也不会接触温度计插入孔34的深度。另外，上述规定的间隙也设定得较大，以防 如上所述温度计接触温度计插入孔34。当然，较为理想的是，预先确定由温度计测定的温度与由电子元器件保持部9保 持的电子元器件1的温度的相关关系，通过考虑这种相关关系的反馈来高精度地进行温度 控制。如上所述，加热器33隔开规定的空隙插入加热器插入孔311，如图4所示，考虑到 加热器33的加热性能和加热器插入孔311的穿孔加工的精度等，较为理想的是规定空隙的 大小S为0. 075mm以上、0. 1mm以下。此处，图4是本发明实施方式的键合工具3的加热器插入孔311和加热器保持孔 325附近的概略剖视图。若空隙过小，则在利用超声波振子4(参照图2)产生超声波振动时和利用加热器 33进行加热时，加热器33有时会接触加热器插入孔311。因此，空隙的大小8被设定得较 大，以防如上所述加热器33接触加热器插入孔311。若空隙过大，则即使考虑热辐射和热对流，加热的效率有时也会变差。因此，空隙 的大小S被设定得较小，以防如上所述加热的效率变差。另外，在上述本实施方式中，规定的空隙是按如下方法形成的，即，如图4所示，针 对具有与加热器电源供给线332连接的加热器凸缘331的加热器33的杆部分，通过切削加 工来减小位于头部与尾部之间的主体部的口径。在这种实施方式中，例如为保证高的切削加工精度，就必须只对头部与尾部之间的主体部进行切削加工，因此存在稍有困难的缺点，但几乎不产生因头部和尾部处的切削 加工而引起的加热器33与加热器保持孔325之间的晃动，加热器33、加热器插入孔311和 加热器保持孔325形成为关于对称面S1、S2和S3 (参照图2和图3)均呈面对称，因此具有 加热器插入孔311和加热器保持孔325可通过一次穿孔加工容易地形成的优点。不过，如图5 图7所示，规定的空隙也可按其它方法形成。上面说明的本实施方式的电子元器件安装装置的动作和电子元器件安装方法的 一实施方式总结如下。1.首先，键合工具3保持电子元器件1 (电子元器件保持步骤)。2.另外，电路基板保持单元6保持电路基板2 (电路基板保持步骤)。3.之后，按压单元8将键合工具3所保持的电子元器件1朝着电路基板保持单元 6所保持的电路基板2按压(按压步骤)。更具体而言，按压单元8通过块82将致动器85的驱动力传递到连结部81。然后，按压单元8使保持键合工具3的接合头部7沿着导向件84在Z方向上移动。这样，将键合工具3所保持的电子元器件1朝着电路基板2按压。4.另外，超声波振子4产生超声波振动(超声波振动产生步骤)。5.另外，加热器33加热电子元器件保持部9(加热步骤)。当然，按压、超声波振动产生、加热这各个步骤同时进行。这样，电子元器件1的电极和电路基板2的电极利用热和超声波振动进行接合。这样，本实施方式的电子元器件安装装置和方法可利用具有上述结构的键合工具 3来进行质量高的超声波接合。接着，对各种其它实施方式进行说明。此处，图5 7是本发明实施方式的键合工具3的加热器插入孔311和加热器保 持孔325附近的概略放大剖视图。在图5所示的实施方式中，规定的空隙是通过利用切削加工减小主体部和尾部的 口径的方法形成的。这种实施方式中，加热器33的加工与图4时相比要容易，但由于加热 器保持孔325的大小与加热器插入孔311的大小不同，因此很难使双方的中心轴精密对齐， 有产生晃动的倾向。另外，在图6所示的实施方式中，规定的空隙是通过利用切削加工减小头部、主体 部和尾部的口径的方法形成的。这种实施方式中，在保证高的切削加工精度方面，由于对头 部、主体部和尾部全部进行切削加工即可，因此极为容易。另一方面，插入加热器33与加热 器保持孔325间的空间的全部或一部分的间隔件333和334(参照图6)的安装等存在困难。另外，在图7所示的实施方式中，规定的空隙使用螺栓335、336来代替图6中的间 隔件333、334。S卩，是通过将螺栓335、336在XZ平面内以120度的间隔从3个方向直接抵 住加热器并调节三根螺栓的旋紧状态来确保空隙的方法。这种情况下，加热器33的加工方 法容易。另外，在上述本实施方式中，如图2和图3所示，加热器是一个加热器33。不过，如图8和图9所示，加热器也可以是两个加热器。此处，图8是本发明实施方式的键合工具3的概略主视图，图9是本发明实施方式 的键合工具3的概略仰视图。
在图8和图9所示的实施方式中，加热器是筒形加热器等加热器33a和33b。
另外，加热器插入孔31 Ia和31 Ib、加热器保持孔325a和325b分别对应两个加热 器33a和33b形成。加热器插入孔311a和311b形成为关于对称面Sl呈面对称。加热器插入孔311a 形成于对称面Sl的(+X)侧，在Y方向上贯穿喇叭31。加热器插入孔311b形成于对称面 Sl的(-X)侧，在Y方向上贯穿喇叭31。加热器保持孔325a和325b形成为关于对称面Sl呈面对称。加热器保持孔325a 形成于对称面Sl的(+X)侧，在Y方向上贯穿加热器保持部324。加热器保持孔325b形成 于对称面Sl的(-X)侧，在Y方向上贯穿加热器保持部324。在这种实施方式中，具有能更高效地对保持电子元器件1的电子元器件保持部9 进行加热的优点，但由于加热器33a和33b的排列方向上的加热的非对称性，加热器33a和 33b可能会接触加热器插入孔311a和311b。
因此，为了克服上述缺点，如图10所示，加热器插入孔31 Ia和31 Ib的开口部形状 也可以是以传递超声波振动的X方向作为长度方向的椭圆形。此处，图10是本发明实施方式的键合工具3的加热器插入孔311a和311b附近的 概略主视图。SP，如上所述，加热器插入孔311a形成于对称面Sl的(+X)侧，加热器插入孔311b 形成于对称面Sl的(-X)侧，因此，喇叭31因热膨胀而在X方向上比其它方向上更大幅度 地伸展。更具体而言，当加热状态下的加热器33a和33b的温度约500 600°C时，加热状 态下的电子元器件1的温度约300°C。这样的话，当在常温即约0°C的非加热状态下的加热器33a与加热器33b之间的X 方向距离D约25mm、喇叭31的线膨胀系数约0. 000013/K时，加热状态下的X方向距离D与 非加热状态下的距离D相比增加约0. 0975 ( = 0. 000013 X 25 X 300) mm，会产生加热器插入 孔311a和311b的开口部形状结果在X方向上被压缩的现象。不过，若加热器插入孔311a和311b的开口部形状是预见了这种现象的以X方向 作为长度方向的椭圆形，则在利用加热器33a和33b进行加热时，可很大程度地降低加热器 33a和33b接触加热器插入孔311a和311b的可能性。这样，根据图10的实施方式，即使在使用多个加热器时，也能进一步避免因膨胀 而产生接触的不理想情况。另外，上述本实施方式中，脚部312和加热器保持部324利用一种原材料通过线切 割机加工而形成为一体。不过，例如也可采用这样的方式脚部312和加热器保持部324最 初分体成形，之后被接合或连结，最终形成一体。另外，在上面的说明中提到“对称”时，不必是数学意义上的严格对称，只要不违背 本发明的目的，也包含一定程度不“对称”的情况。本发明的键合工具、电子元器件安装装置和电子元器件安装方法能进行质量更高 的超声波接合，对于半导体倒装法安装等而言是有用的。
权利要求
一种键合工具，其特征在于，包括零件安装单元，该零件安装单元具有喇叭、超声波振子和电子元器件保持部，所述喇叭传递超声波振动并形成有供加热器隔开规定的空隙插入的加热器插入孔，所述超声波振子固定于所述喇叭，产生所述超声波振动，所述电子元器件保持部固定于所述喇叭，保持电子元器件，并由所述加热器加热；脚部，该脚部在所述喇叭的所述超声波振动的节点处从所述喇叭的两侧保持所述喇叭；支撑部，该支撑部支撑所述脚部；以及加热器保持部，该加热器保持部从所述喇叭的两侧保持所述加热器，所述脚部与所述加热器保持部一体形成。
2.如权利要求1所述的键合工具，其特征在于，所述脚部设于所述喇叭的两侧，且在各侧空开规定间隔在传递所述超声波振动的方向 上分为两个部分，所述加热器保持部设于所述喇叭的两侧，且在各侧配置于所述规定间隔之间。
3.如权利要求2所述的键合工具，其特征在于，空开所述规定间隔分为所述两个部分 的所述脚部与配置于所述规定间隔之间的所述加热器保持部一体形成。
4.如权利要求3所述的键合工具，其特征在于， 所述支撑部呈板状，所述脚部固定于所述支撑部的下表面，所述加热器保持部与所述脚部并排配置，在所述支撑部与所述加热器保持部之间形成有规定空间。
5.如权利要求4所述的键合工具，其特征在于，所述喇叭呈传递所述超声波振动的方向为长度方向的方柱形状， 所述加热器插入孔在与传递所述超声波振动的方向正交的方向上贯穿所述喇叭， 用于保持所述加热器的加热器保持孔分别形成于设在所述喇叭两侧的所述加热器保 持部。
6.如权利要求5所述的键合工具，其特征在于， 所述加热器呈圆柱形状，所述加热器保持孔的中心轴与所述加热器插入孔的中心轴一致。
7.如权利要求6所述的键合工具，其特征在于，所述加热器插入孔在与所述喇叭的两侧的侧面正交的方向上贯穿所述喇叭。
8.如权利要求7所述的键合工具，其特征在于， 所述加热器是两个加热器，所述加热器插入孔和所述加热器保持孔分别对应所述两个加热器而形成， 所述加热器插入孔的开口部形状是以传递所述超声波振动的方向作为长度方向的椭 圆形。
9.如权利要求7所述的键合工具，其特征在于，所述加热器插入孔的中心轴与所述喇叭的所述长度方向上的中心轴正交，所述加热器插入孔关于包含所述加热器插入孔的中心轴并与所述喇叭的所述长度方向上的中心轴正交的平面呈面对称。
10.如权利要求7所述的键合工具，其特征在于，所述加热器插入孔的中心轴与所述喇叭的所述长度方向上的中心轴正交， 所述加热器插入孔关于包含所述喇叭的所述长度方向上的中心轴并与所述加热器插 入孔的中心轴正交的平面呈面对称。
11.如权利要求7所述的键合工具，其特征在于，所述加热器插入孔的中心轴与所述喇叭的所述长度方向上的中心轴正交， 所述加热器插入孔关于包含所述加热器插入孔的中心轴和所述喇叭的所述长度方向 上的中心轴的平面呈面对称。
12.如权利要求7所述的键合工具，其特征在于，在所述支撑部上固定所述脚部的四个 部位关于包含所述加热器插入孔的中心轴并与所述喇叭的所述长度方向上的中心轴正交 的平面以及包含所述喇叭的所述长度方向上的中心轴并与所述加热器插入孔的中心轴正 交的平面呈面对称。
13.如权利要求1所述的键合工具，其特征在于，所述喇叭具有作为冷却部的通气孔。
14.如权利要求1所述的键合工具，其特征在于，通气孔形成于所述脚部的与所述加热 器保持部相邻的部位。
15.如权利要求1所述的键合工具，其特征在于，通气孔形成于所述支撑部的与所述脚 部相邻的部位。
16.如权利要求1所述的键合工具，其特征在于，供温度计插入的温度计插入孔形成于 所述喇叭。
17.如权利要求1所述的键合工具，其特征在于，所述规定空隙的大小为0.075mm以上、 0. Imm以下。
18.一种电子元器件安装装置，其特征在于，包括权利要求1所述的键合工具，该键合工具保持所述电子元器件； 电路基板保持单元，该电路基板保持单元保持电路基板；以及 按压单元，该按压单元将所述键合工具所保持的所述电子元器件朝着所述电路基板保 持单元所保持的所述电路基板按压。
19.一种电子元器件安装方法，使用权利要求18所述的电子元器件安装装置将所述电 子元器件安装于所述电路基板，其特征在于，包括利用所述键合工具来保持所述电子元器件的电子元器件保持步骤； 利用所述电路基板保持单元来保持所述电路基板的电路基板保持步骤； 利用所述按压单元，将所述键合工具所保持的所述电子元器件朝着所述电路基板保持 单元所保持的所述电路基板按压的按压步骤；利用所述超声波振子来产生所述超声波振动的超声波振动产生步骤；以及 利用所述加热器来加热所述电子元器件保持部的加热步骤。
全文摘要
一种键合工具、电子元器件安装装置和电子元器件安装方法。以往的键合工具有时很难进行质量高的超声波接合。本发明的键合工具包括零件安装单元(30)，该零件安装单元(30)具有喇叭(31)、超声波振子(4)和电子元器件保持部(9)，喇叭(31)形成有供加热器(33)隔开规定的空隙插入的加热器插入孔(311)，传递超声波振动，超声波振子(4)固定于喇叭(31)，产生超声波振动，电子元器件保持部(9)固定于喇叭(31)，保持电子元器件(1)，并由加热器(33)加热；脚部(312)，该脚部(312)在喇叭(31)的超声波振动的节点P2和P3处从喇叭(31)的两侧保持喇叭(31)；支撑部(5)，该支撑部(5)支撑脚部(312)；以及加热器保持部(324)，该加热器保持部(324)从喇叭(31)的两侧保持加热器(33)，脚部(312)与加热器保持部(324)一体形成。
文档编号H05K13/04GK101827514SQ201010134870
公开日2010年9月8日 申请日期2010年3月1日 优先权日2009年3月2日
发明者渡边胜彦, 藤田亮, 蛯原裕 申请人:松下电器产业株式会社