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KR101121385B1 - 본딩 툴, 전자부품 장착장치 및 전자부품 장착방법 - Google Patents

본딩 툴, 전자부품 장착장치 및 전자부품 장착방법 Download PDF

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KR101121385B1
KR101121385B1 KR1020090120339A KR20090120339A KR101121385B1 KR 101121385 B1 KR101121385 B1 KR 101121385B1 KR 1020090120339 A KR1020090120339 A KR 1020090120339A KR 20090120339 A KR20090120339 A KR 20090120339A KR 101121385 B1 KR101121385 B1 KR 101121385B1
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KR
South Korea
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horn
electronic component
heater
unit
bonding
Prior art date
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히로시 에비하라
가츠히코 와타나베
료 후지타
Original Assignee
파나소닉 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

종래의 본딩 툴에서는 질 높은 초음파 접합을 하기가 어려운 경우가 있었다.
초음파 진동을 전달하는 혼(51)과, 혼(51)의 일단에 설치되고, 초음파 진동을 발생하는 초음파 진동자(52)와, 혼(51)의 일단과 혼(51)의 타단 사이에 설치되며, 히터(57)가 배치되는 히터 배치부(570)와, 혼(51)의 일단과 혼(51)의 타단 사이에 설치되며, 전자부품(8)을 지지하고, 히터(57)에 의해서 가열되는 접합 작용부(53)와, 히터 배치부와 혼(51)의 일단 사이에 설치되고 유체가 유통하는 제 1 냉각부(515)와, 히터 배치부(51)의 타단 사이에 설치되고 유체가 유통하는 제 2 냉각부(516)를 구비한 본딩 툴.
Figure R1020090120339
본딩, 초음파, 진동자, 혼, 히터, 냉각

Description

본딩 툴, 전자부품 장착장치 및 전자부품 장착방법{BONDING TOOL, ELECTRONIC COMPONENT MOUNTING APPARATUS AND ELECTRONIC COMPONENT MOUNTING METHOD}
본 발명은 전자부품을 회로기판 등에 장착하는 본딩 툴, 전자부품 장착장치 및 전자부품 장착방법에 관한 것이다.
전자부품의 범프 전극을 프린트 기판의 전극과 접합하기 위한 다양한 접합방법이 알려져 있다.
예를 들어, 초음파 접합방법은 그와 같은 접합방법의 하나로, 전자부품을 회로기판에 단시간에 접합할 수 있다.
여기서, 초음파 접합방법은 접합 작용부에 지지된 전자부품을 회로기판에 압압(押壓)하면서 그 전자부품을 초음파 진동에 의해서 진동시켜서, 접합 면에서의 국부적 슬립에 의해 발생하는 표면 피막의 파괴 및 비산에 의한 본딩을 이용하여 원자 레벨에서 전자부품의 전극을 회로기판의 전극과 전기적으로 접합하는 접합방법이다.
그래서, 도 16을 참조하면서 상술한 초음파 접합방법을 이용하는 종래의 본 딩 툴의 구성 및 동작에 대하여 설명한다.
또, 도 16은 종래의 본딩 툴(1000)의 개략적인 부분 단면도이다.
종래의 본딩 툴(1000)은 전자부품(1910)을 초음파 진동자(1400)에 의해서 진동시켜서 회로기판(1920)에 대하여 전자부품(1910)의 본딩을 하기 위한 장치이다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
또, 상기의 문헌의 모든 개시는 그대로 인용(참조)함으로써 여기에 일체화한다.
즉, 혼(horn)(1200)의 형상은 X방향을 길이방향으로 하는 각주(角柱)이고, 혼(1200)의 (-X) 측의 일단에 설치된 초음파 진동자(1400)에 의해서 발생한 초음파 진동은 혼(1200)에 의해서 X방향으로 전달되며, 그 초음파 진동이 접합 작용부(1500)를 통해서 전자부품(1910)에 인가된다.
그리고 회로기판(1920)에 대한 전자부품(1910)의 본딩에서의 접합의 신뢰성은 초음파 진동이 전달되는 X방향으로 혼(1200)을 관통하는 히터 장착 공동부(cavity part)(1610)의 내부에 (+X) 측에서 삽입된 히터(1600)를 이용하여 향상된다.
즉, 히터(1600)에 의해서 발생한 열은 혼(1200)에 의해서 전달되며, 열이 접합 작용부를 통해서 전자부품(1910)에 인가된다.
또, 리드 선(1810 및 1820)은 히터(1600) 및 열전대(1700)를 외부의 전원(도시생략)에 각각 접속하기 위한 배선이며, 승강 블록(lift block)(1100)에 체결된 브래킷(1110)에 결합이 되어 있다.
그런데 히터(1600)에 의해서 발생한 열은 혼(1200)을 통해서 초음파 진동자(1400)에도 전달된다.
따라서, 열에 민감한 초음파 진동자(1400)에서는 수명의 저하, 전기특성의 변화 및 진동특성의 변동 등이 발생할 우려가 있다.
그래서, 초음파 진동이 전달되는 X방향과 직교하는 Y방향으로 혼(1200)을 관통하고, 흡착 패드(1310)를 통해서 공급된 공기가 유통하는 4개의 통기 구멍인 냉각부(1300)가 히터(1600)와 초음파 진동자(1400) 사이에 설치되어 있다.
이에 따라, 초음파 진동자(1400)에 전달될 열이 통기 구멍을 유통하는 공기에 의해서 방산되어 히터(1600)에 의해서 발생한 열에 의한 초음파 진동자(1400)에 대한 악영향은 감소한다.
특허문헌 1 : 일본국 특개 2005-347505호 공보
그러나 상술한 종래의 본딩 툴에서는 보다 질이 높은 초음파 접합을 하기에는 적합하지 않음이 판명되었다.
즉, 본 발명자는 혼(1200)은 히터(1600)에 의해서 가열되면 팽창하나, 그 가열시의 팽창방법이 혼(1200)의 길이방향인 X방향에 대하여 비대칭적으로 되어버리는 것이 그 문제의 원인이라고 분석하였다.
더 구체적으로 설명하면, 히터(1600)와 혼(1200)의 (-X) 측의 일단 사이에는 냉각부(1300)가 설치되어 있으며, 열이 통기 구멍을 유통하는 공기에 의해서 방산되므로 가열 시의 팽창의 정도가 작다.
그러나 히터(1600)와 혼(1200)의 (+X) 측의 타단 사이에는 냉각부는 설치되어 있지 않고, 열이 잘 방산되지 않으므로 가열 시의 팽창의 정도가 크다.
그 결과, 혼(1200)의 가열 시의 팽창방법이 혼(1200)의 길이방향인 X방향에 대하여 비대칭적으로 되면, 전자부품(1910)이 회로기판(1920)에 대하여 기울어져서 지지된 전자부품(1910)이 진동하는 방향이나 진폭이 본래의 설계 값에서 어긋나 버리거나 진동 모드가 변화해버리거나 한다.
본 발명은 상술한 종래의 과제를 고려하여 더 질이 높은 초음파 접합을 할 수 있는 본딩 툴, 전자부품 장착장치 및 전자부품 장착방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 제 1 본 발명은, 초음파 진동을 전달하는 혼과, 상기 혼의 일단에 설치되고, 상기 초음파 진동을 발생하는 초음파 진동자와, 상기 혼의 상기 일단과 상기 혼의 타단 사이에 설치되고, 히터가 배치되는 히터 배치부와, 상기 혼의 상기 일단과 상기 혼의 상기 타단 사이에 설치되며, 전자부품을 지지하고, 상기 히터에 의해서 가열되는 접합 작용부와, 상기 히터 배치부와 상기 혼의 상기 일단 사이에 설치되고, 유체가 유통하는 제 1 냉각부와, 상기 히터 배치부와 상기 혼의 상기 타단 사이에 설치되며, 유체가 유통하는 제 2 냉각부를 구비한 본딩 툴이다.
또, 제 2 본 발명은, 상기 히터 배치부는 상기 초음파 진동이 전달되는 방향과 직교하는 방향으로 상기 혼을 관통하는 히터 삽입 구멍인 제 1 본 발명의 본딩 툴이다.
또, 제 3 본 발명은, 상기 히터는 상기 히터 삽입 구멍의 벽부(壁部)와 소정의 공간을 사이에 두고 외부에 설치되어 있는 압압 유닛(pressing unit)에 연결되며, 상기 혼의 외측에 배치된 히터 지지 블록에 고정되는 제 2 본 발명의 본딩 툴이다.
또, 제 4 본 발명은, 상기 접합 작용부가 상기 혼의 하면에 설치되고, 상기 히터 배치부는 상기 접합 작용부의 바로 위에 설치되는 제 1 본 발명의 본딩 툴이다.
또, 제 5 본 발명은, 상기 히터 배치부와 상기 제 1 냉각부 사이의 거리는 상기 히터 배치부와 상기 제 2 냉각부 사이의 거리와 동일한 제 1 본 명의 본딩 툴이다.
또, 제 6 본 발명은, 상기 제 1 냉각부 및 제 2 냉각부는 상기 초음파 진동이 전달되는 방향과 직교하는 방향으로 상기 혼을 관통하고, 기체가 유통하는 통기 구멍인 제 1 본 발명의 본딩 툴이다.
또, 제 7 본 발명은, 상기 통기 구멍의 개구부의 형상은 상기 초음파 진동이 전달되는 방향을 길이방향으로 하는 폭이 좁은 직사각형인 제 6 본 발명의 본딩 툴이다.
또, 제 8 본 발명은, 상기 혼의 형상은 각주이고, 상기 접합 작용부는 상기 혼의 하면에 설치되며, 상기 혼을 지지하기 위한 혼 지지 블록이 상기 혼의 양 측면에 각각 설치되어 있는 제 1 본 발명의 본딩 툴이다.
또, 제 9 본 발명은, 상기 혼 지지 블록은 상기 혼의 측면에 설치된 리브와, 상기 리브에 접합 된 본체를 가지며, 상기 리브의 길이방향은 상기 초음파 진동이 전달되는 방향과 직교하는 방향으로, 상기 혼의 상기 하면과 직교하는 방향인 제 8 본 발명의 본딩 툴이다.
또, 제 10 본 발명은, 상기 본체는 상기 리브에 인접하고, 상기 리브의 상기 길이방향으로 형성된 홈을 갖는 제 9 본 발명의 본딩 툴이다.
또, 제 11 본 발명은, 상기 혼 지지 블록은 상기 혼의 상기 양 측면에 각각 2개씩 설치되어 있으며, 상기 제 1 냉각부는 2개의 상기 혼 지지 블록 중 상기 혼의 상기 일단에 더 가까운 상기 혼 지지 블록과, 상기 혼의 상기 일단 사이에 설치되고, 상기 제 2 냉각부는 2개의 상기 혼 지지 블록 중 상기 혼의 상기 타단에 더 가까운 상기 혼 지지 블록과, 상기 혼의 상기 타단 사이에 설치되어 있는 제 8 본 발명의 본딩 툴이다.
또, 제 12 본 발명은, 상기 초음파 진동은 2개의 노달 포인트(Nodal Point)를 가지며, 상기 제 1 냉각부는 상기 2개의 노달 포인트 내의 상기 혼의 상기 일단에 더 가까운 상기 노달 포인트와, 상기 혼의 상기 일단 사이에 설치되며, 상기 제 2 냉각부는 상기 2개의 노달 포인트 내의 상기 혼의 상기 타단에 더 가까운 상기 노달 포인트와, 상기 혼의 상기 타단 사이에 설치되어 있는 제 1 본 발명의 본딩 툴이다.
또, 제 13 본 발명은, 상기 제 1 냉각부 및 상기 제 2 냉각부 중 적어도 일방에 상기 유체를 유통시키는 유체유통 유닛이 외부에 설치되어 있는 제 1 본 발명의 본딩 툴이다.
또, 제 14 본 발명은, 상기 전자부품을 흡인에 의해서 지지하기 위한 흡인로의 흡인구가 상기 접합 작용부에 형성되고, 상기 흡인로의 배기구가 상기 혼의 상면의 상기 혼의 상기 타단 보다도 상기 혼의 상기 일단에 더 가까운 부분에 형성되며, 상기 흡인로는 횡 혈과, 상기 흡인구를 상기 횡 혈에 연결하는 제 1 종 혈과, 상기 배기구를 상기 횡 혈에 연결하는 제 2 종 혈로 구성되어 있고, 상기 흡인로의 일부는 상기 혼의 상기 일단의 상기 초음파 진동이 접촉하는 부분에서 천공된 구멍인 제 1 본 발명의 본딩 툴이다.
또, 제 15 본 발명은, 대상물을 지지하는 지지부와, 전자부품을 공급하는 공급부와, 상기 지지된 대상물에 상기 공급된 전자부품을 장착하는 장착 유닛을 구비하고, 상기 장착유닛은 부품 장착부를 가지며, 상기 부품 장착부는 압압 유닛과, 제 1 본 발명의 본딩 툴을 가지고, 상기 압압 유닛은 상기 본딩 툴의 상기 접합 작 용부를 통해서 상기 대상물에 대하여 상기 전자부품을 압압하는 전자부품 장착장치이다.
또, 제 16 본 발명은, 제 15 본 발명의 전자부품 장착장치를 사용하여 상기 대상물에 대하여 상기 전자부품을 장착하기 위한 전자부품 장착방법으로, 상기 접합 작용부를 이용하여 상기 전자부품을 지지하는 전자부품 지지 스텝과, 상기 압압 유닛을 이용하여 상기 대상물에 대하여 상기 전자부품을 압압하는 압압 스텝과, 상기 초음파 진동자를 이용하여 상기 초음파 진동을 발생하는 초음파 진동 발생 스텝과, 상기 히터를 이용하여 상기 접합 작용부를 가열하는 가열 스텝과, 상기 제 1 냉각부와 제 2 냉각부를 이용하여 상기 유체를 유통시키는 유체유통 스텝을 구비한 전자부품 장착방법이다.
본 발명의 구성에 의해 더욱 질이 높은 초음파 접합이 가능한 본딩 툴, 전자부품 장착장치 및 전자부품 장착방법을 제공할 수 있다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1 및 2를 주로 참조하면서 본 실시 예에서의 전자부품 장착장치(1)의 전체 구성에 대하여 설명한다.
또, 도 1은 본 발명의 실시 예의 전자부품 장착장치(1)의 개략적인 정면도이다. 또, 도 2는 본 발명의 실시 예의 전자부품 장착장치(1)의 개략적인 평면도이다.
전자부품 장착장치(1)는 시스템 LSI(Large Scale Integration) 등에 이용되는 미세한 전자부품(8)(도 3 참조, 이하 동일)을 반전하여, 대상물인 프린트 기판 등의 회로기판(9)에 대하여 그 반전된 전자부품(8)의 장착과 접합을 동시에 하는 소위 플립 칩 실장장치이다.
전자부품 장착장치(1)는 기판 지지부(2), 부품장착 유닛(3), 부품 공급부(4), 촬상부(11)를 구비하고 있다.
기판 지지부(2)의 (+Z) 측, 즉 상방 측에는 기판 지지부(2)에 지지된 회로기판(9)에 전자부품(8)을 장착하기 위한 부품장착 유닛(3)이 설치되어 있다.
기판 지지부(2)의 (-X) 측에는 부품장착 유닛(3)에 전자부품(8)을 공급하는 부품 공급부(4)가 설치되어 있다.
기판 지지부(2)와 부품 공급부(4) 사이에는 부품 공급부(4)에 의해서 부품장착 유닛(3)에 공급된 전자부품(8)을 촬상하는 촬상부(11)가 설치되어 있다.
이들 기구가 제어부(10)에 의해서 제어되어 회로기판(9)에 대한 전자부품(8)의 장착이 이루어진다.
여기서, 기판 지지부(2), 부품장착 유닛(3), 부품 공급부(4) 및 촬상부(11)의 구성에 대하여 순서대로 더 상세하게 설명한다.
먼저, 기판 지지부(2)는 회로기판(9)을 지지하는 스테이지(21)와, 스테이지(21)를 Y방향으로 이동하는 스테이지 이동기구(22)를 구비하고 있다.
다음에, 부품장착 유닛(3)은 압압 유닛(33), 및 본딩 툴(5)을 갖는 부품 장착부(31)와, 부품 장착부(31)를 X방향으로 이동시키는 장착부 이동기구(32)를 구비 하고 있다.
압압 유닛(33)은 접합 작용부(53)(도 3 참조, 이하 동일)를 통해서 대상물인 회로기판(9)에 대하여 전자부품(8)을 압압하는 유닛이다. 이 압압 유닛(33)은 모터(도시생략)를 갖는 승강기구를 이용하여 Z방향으로 이동시킬 수 있는 샤프트(35)를 갖고 있다.
본딩 툴(5)은 후술하는 것과 같이 해서 압압 유닛(33)에 장착되어 있으며, 회로기판(9)에 대하여 상대적으로 승강된다.
또, 본딩 툴(5)의 구성에 대해서는 다음에 상세하게 설명한다.
다음에, 부품 공급부(5)는 소정의 위치에 전자부품(8)을 배치하는 부품 배치부(41)와, 부품 배치부(41)에서 전자부품(8)을 인출하여 지지하는 공급 헤드(42)와, 공급 헤드(42)를 X방향으로 이동하는 공급 헤드 이동기구(43)와, 공급 헤드(42)를 회동 및 약간 승강하는 회동기구(44)를 구비하고 있다.
부품 배치부(41)는 다수의 전자부품(8)이 재치(載置)되는 부품 트레이(411)와, 부품 트레이(411)를 지지하는 스테이지(412)와, 부품 트레이(411)를 스테이지(412)와 함께 X방향 및 Y방향으로 이동하는 트레이 이동기구(413)를 구비하고 있다.
부품 트레이(411)에는 회로기판(9)에 장착될 예정의 다수의 전자부품(8)이 실장 후의 상태에서의 하면, 즉 회로기판(9)에 접합이 되는 전극부가 형성된 접합 면을 상측을 향해서 회로기판(9)에 장착되는 방향과는 반대방향으로 재치되어 있다.
공급 헤드(42)는 선단부에 형성된 흡인구를 이용하는 흡착에 의해서 지지한 전자부품(8)을 본딩 툴(5)에 공급하는 공급 콜릿(421)을 구비하고 있다.
또, 전자부품(8)은 LED(Light Emitting Diode) 칩, 반도체 레이저 등의 반도체 발광소자, 패키지 된 IC(Integrated Circuit), 저항, 콘덴서, 미세한 반도체 베어 칩 등의 반도체, SAW(Surface Acoustic Wave) 필터, 및 카메라 모듈 등의 반도체 이외의 전자부품 중 어느 하나라도 좋다.
또, 회로기판(9)은 수지에 의해서 형성된 회로기판, 유리 및 반도체 등의 수지 이외의 재료에 의해서 형성된 회로기판 중 어느 하나라도 좋다.
또, 전자부품(8)의 전극부는 전자부품(8)의 전극패턴에 금(Au)으로 형성된 돌기 범프라도 좋으며, 전자부품(8)에 따라서는 도금 범프 등이라도 좋고, 전극패턴 자체라도 좋다.
또, 전자부품(8)의 전극패턴에 형성되는 돌기 범프 대신에 돌기 범프가 회로기판(9)의 전극에 설치되어 있어도 좋다.
그리고 촬상부(11)는 장착부 이동기구(32)에 의해서 이동되는 부품 장착부(31), 특히 본딩 툴(5)의 이동경로의 아래에 설치되며, 본딩 툴(5)에 지지된 전자부품(8)을 (-Z) 측에서 촬상하는 유닛이다.
촬상부(11)는 이동되는 부품 장착부(31)와 간섭하지 않은 위치에 설치되어 있다.
또, 회로기판(9)의 (+X) 측에는 전자부품(8)을 지지하기 위한 본딩 툴(5)의 선단부(531)(도 3 참조, 이하 동일)를 연마하는 연마부(7)가 설치되어 있다.
또, 연마부(7)는 스테이지(21)의 (+X) 측에 장착되어 있으며, 스테이지 이동기구(22)에 의해서 스테이지(21)와 일체적으로 Y방향으로 이동된다.
또, 연마부(7)는 편평하고 수평인 연마 면(711)을 갖는 시트 형상의 연마 부재(71)와, 연마 부재(71)를 지지하는 연마 부재 지지부(72)를 구비하고 있다.
여기서, 도 3 및 4를 주로 참조하면서 본딩 툴(5)의 구성에 대하여 상세하게 설명한다.
또, 도 3은 본 발명의 실시 예의 본딩 툴(5)의 개략적인 정면도이다. 또, 도 4는 본 발명의 실시 예의 본딩 툴(5)의 개략적인 평면도이다.
본딩 툴(5)은 혼(51), 초음파 진동자(52), 접합 작용부(53), 히터 배치부(570), 제 1 냉각부(515), 제 2 냉각부(516)를 구비하고 있다.
또, 본딩 툴(5)은 상면에 배치된 판 형상의 홀더(54), 홀더(54)에 고정되는 홀더 블록(541 및 542), 히터 지지 블록(571 및 572)을 구비하고 있다.
판 형상의 홀더(54)는 압압 유닛(33)의 최하단에 위치하는 툴 지지부(34)에 연결되어 있다. 이 툴 지지부(34)는 압압 유닛(33)의 샤프트(5)의 하단에 고정되어 있다.
혼(51)은 초음파 진동을 전달하는 유닛이다. 혼(51)은 초음파 진동의 소정의 주파수에서 공진 상태가 되는 구조를 하고 있다. 혼(51)의 형상은 실질적으로 X방향을 길이방향으로 해서 길이 L을 가지며, YZ 평면에 평행한 대칭면(즉, 길이 L의 각주를 이등분하는 평면, 이하 동일)(S1), 및 XY평면으로 평행한 대칭면(S2)을 갖는 각주이다.
또, 혼(51)의 형상은 상술한 것과 같이 각주이다. 그러나 혼(51)의 형상은 원주 등이라도 좋다.
초음파 진동자(52)는 혼(51)의 (-X) 측의 일 단에 설치되며, 압전소자(도시생략)를 이용하여 초음파 진동을 발생하는 유닛이다.
초음파 진동자(52)에 의해서 발생한 초음파 진동은 X방향을 진행방향으로 하고, 매질(媒質)의 진동이 동일한 진행방향에 대하여 평행한 종 진동으로 하여 각주의 밑면의 중앙에 위치하는 접합 작용부(53)까지 전달된다.
포인트 P1은 초음파 진동의 진폭이 공진 상태에서 최대인 배(antinode)에 대응하는 X방향의 위치를 나타내는 포인트이다. 본 실시 예에서의 초음파 진동은 2개의 노달 포인트(nodal point)를 가지고 있으며, 혼(51)의 (-X) 측의 일단에 더 가까운 포인트 P2 및 혼(51)의 (+X) 측의 타단에 더 가까운 포인트 P3은 초음파 진동의 진폭이 공진 상태에서 대략 0인 마디(node)에 대응하는 X방향의 위치를 나타내는 포인트이다. 포인트 P1은 대칭면 S1 상에 존재하고, 포인트 P2 및 P3은 대칭면 S1에 대하여 대략 면 대칭으로 존재한다.
초음파 진동자(52)에 의해서 발생한 초음파 진폭은 혼(51)에 의해서 X방향으로 전달되며, 초음파 진동이 접합 작용부(53)를 통해서 전자부품(8)에 인가된다.
여기서, 도 3, 4 및 도 5를 주로 참조하면서 히터 배치부(570)의 구성에 대하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 5는 본 발명의 실시 예의 본딩 툴(5)의 히터 배치부(570) 근방의 개략적인 사시도이다.
히터 배치부(570)는 혼(51)의 (-X) 측의 일단과 혼(51)의 (+X) 측의 타단 사이에 설치되며, 히터(57)가 삽입 배치되는 부분이다.
히터 배치부(570)는 대칭면 S1에 대해서도 대칭면 S2에 대해서도 대략 면 대칭으로 설치되어 있다. 더 구체적으로는 히터 배치부(570)는 히터(57)에 의해서 가열될 접합 작용부(53)의 바로 위, 즉 (+Z) 측에 설치되어 있으며, 초음파 진동이 전달되는 X방향과 직교하는 Y방향으로 혼(51)을 관통하는 히터 삽입 구멍이다.
히터(57)에 의해서 발생한 250℃ 정도의 열은 혼(51)에 의해서 전달되며, 열이 접합 작용부(53)를 통해서 전자부품(8)에 인가된다.
그리고 히터(57)는 상기의 히터 삽입 구멍의 벽부와 소정의 공간δ을 사이에 두고 배치되어 있다.
히터(57)의 양단은 히터 지지 블록(571 및 572)에 히터 고정 나사(58)에 의해서 고정되어 있다. 이 히터 지지 블록(571 및 572)은 외부의 압압 유닛(33)에 연결되어 있는 홀더(54)의 하면에 고정되어 있다. 이때, 히터 지지 블록(571 및 572)은 혼(51)에 대하여 소정의 간격(G1 및 G2)을 각각 두고 홀더(54)의 하면에 고정되어 있다.
이 구조에 의해서 히터(57)는 혼(51)에 접촉하는 일은 없고, 따라서 히터(57)는 초음파 진동의 전달방향으로 배치되지 않으며, 대신에 이 전달방향으로 직교하는 방향으로 배치되어 있어도 초음파 진동의 특성에 악영향을 미칠 염려가 없다.
더 구체적으로 설명하면, 상술한 종래의 본딩 툴에서는 혼(1200)의 형상은 초음파 진동이 전달되는 X방향을 길이방향으로 하는 각주이며, 히터(1600)는 X방향으로 혼(1200)을 관통하는 히터 장착 공동부(空洞部)(1610)의 내부에 (+X) 측에서 삽입되어 있다.
이와 같은 종래의 본딩 툴의 구성에는 히터(1600)가 혼(1200)과 직접적으로 접촉하고 있음에도 불구하고 히터(1600)의 삽입 그 자체가 진동특성을 변동시킬 우려는 별로 없다. 그 이유는 히터 장착 공동부(1610)의 내경은 히터(1600)의 외경과 대략 동일하고, 초음파 진동에 의해서 슬라이딩 되는 히터(1600)의 변위는 히터 장착 공동부(1610)가 혼(1200)을 관통하는 X방향으로 대략 속박되어 있으므로, X방향으로 전달되는 초음파 진동은 히터(1600)의 변위에 의한 영향을 별로 받지 않기 때문이다. 물론, 상술한 종래의 본딩 툴의 구성에는 히터(1600)의 교환이 용이하지 않다는 등의 단점이 있다. 그러나 히터(1600)의 삽입 그 자체가 진동특성을 변동시켜버릴 우려를 회피하기 위해서는 히터(1600)는 초음파 진동이 전달되는 X방향으로 혼(120)을 관통하는 히터 장착 공동부(1610)의 내부에 삽입되어 있는 구성을 채용하는 것이 필수라고 하는 것이 당업자의 상식이었다.
또, 이와 같은 종래의 구성을 채용한 경우에는 히터 장착 공동부(1610)가 존재하므로 히터(1600)와 혼(1200)의 (+X) 측의 타단 사이에는 냉각부를 설치할 공간이 없음은 말할 것도 없다.
여기서, 간격δ의 크기에 대하여 구체적으로 설명한다.
즉, 가열이 이루어진 때에는 혼(51) 및 히터(57)는 팽창하므로 간격 δ은 감소한다.
그래서, 간격δ은 혼(51) 및 히터(57)가 가열 시에 팽창하는 것을 예측하여 비 가열시에 0.05㎜ 정도가 되도록 설정되어 있다.
더 구체적으로 설명하면, 가열 시의 팽창에 의한 간격 δ의 감소는 혼(51) 및 히터(57) 측에서 크더라도 각각 0.01㎜ 정도, 즉 합계가 크더라도 0.02㎜ 정도에 지나지 않는다. 그리고 초음파 진동의 진폭은 크더라도 0.003㎜ 정도이다. 따라서 간격 δ이 비 가열 시에 0.05㎜ 정도로 설정되어 있으면, 초음파 진동 및 가열을 이용하여 회로기판(9)에 대하여 전자부품(8)을 장착할 때에도 히터(57)가 혼(51)에 충돌해 버리는 일은 없다.
물론, 가열은 간격 δ이 존재해도 열 복사나 열 대류에 의해서 지장없이 이루어지나, 간격 δ가 지나치게 커지면 가열이 비효율적으로 되는 경우가 있다.
그래서 염가의 카트리지 히터가 히터(57)로 이용되는 경우에는 간격 δ은 현상의 카트리지 히터의 제작 정밀도도 고려하여 0.02~0.2㎜ 정도가 되도록 설정하는 것이 바람직하다.
물론, 간격 δ에는 액의 누설(leak)이 발생하거나 진동 모드가 변화하거나 할 우려가 없는 젤 형상의 물질 등이 장전(裝塡)되어 있어도 좋다. 또는 탄력성이 큰 고무 등의 재료를 장전시켜도 좋다.
본 실시 예에서는 혼(51)의 형상이 X방향을 길이방향으로 하는 각주이고, 히터 삽입 구멍이 X방향과 직교하는 Y방향으로 혼(51)을 관통하는 구성을 채용함으로써 고장 등에 수반되는 히터(57)의 교환이 상당이 용이하게 되어 있다.
또, 히터 배치부(570)가 대칭면(S1)에 대해서 대략 면 대칭으로 설치되어 있 는 구성을 채용함으로써 가열 시의 온도분포를 X방향에 대하여 더 대칭적으로 할 수 있다.
또, 열전대 고정 플레이트(55)에 의해서 고정된 열전대(59)는 고 정밀도의 온도제어를 하기 위해서 접합 작용부(53)의 온도를 측정하는 유닛이다.
접합 작용부(53)는 혼(51)의 (-X) 측의 일단과 혼(51)의 (+X) 측의 타단 사이에 설치되고, 전자부품(8)을 지지하며, 히터(57)에 의해서 가열되는 유닛이다. 접합 작용부(53)는 혼(51)의 대칭면 S1에 대해서 대략 면 대칭으로 설치되어 있다. 더 구체적으로는, 접합 작용부(53)는 X방향에 관하여 포인트 P1의 위치에서 혼(51)의 XY평면에 평행한 2면 중에서 (-Z) 측의 하면에 설치되어 있다.
접합 작용부(53)는 바람직한 진동특성 및 진동 전달특성을 갖는 스테인리스 강(鋼)에 의해서 형성되어 있으며, 흡인로(600)를 이용하여 전자부품(8)을 흡인에 의해서 지지하기 위한 선단부(531)를 갖고 있다. 선단부(531)의 형상은 휨 진동을 발생시키지 않을 정도의 크기로 설계된 Z방향의 높이 hz를 갖는 전자부품(80)의 사이즈 및 종류에 최적의 단면형상을 갖는 기둥체이다.
여기서, 도 6을 주로 참조하면서 흡인로(600)의 구성에 대하여 상세하게 설명한다.
또, 도 6은 본 발명의 실시 예의 본딩 툴(5)의 홀더(54)나 홀더 블록(541, 542), 히터 지지 블록(571, 572)을 제외한 개략적인 정면도이다.
흡인로(600)는 혼(51)의 상면에 설치된 배기구(602)와, 선단부(531)에 설치된 흡인로(601)와, 흡인로(600)의 일부인 횡 혈(橫穴)(600a), 흡인로(601)를 횡 혈(600a)에 연결하는 종 혈(縱穴)(600b), 및 배기구(602)를 횡 혈(600a)에 연결되는 종 혈(600c)을 갖고 있다. 흡인로(600)의 형상은 짧은 종 혈(600b)을 무시하면 실질적으로 T자형이다.
흡인로(600)의 일부인 횡 혈(600a)은 혼(51)의 (-X) 측의 일단의 초음파 진동자(52)가 접촉하는 부분에서 천공(bore)된 구멍이다. 또, 본 실시 예에서는 초음파 진동자(52)가 상기의 횡 혈의 개구 부분(600d)에 접촉할 때까지 진공성을 확보하기 위한 마개 등의 부재는 필요하지 않다.
전자부품(8)을 흡인에 의해서 지지하기 위한 흡인로(600)의 흡인구(601)는 접합 작용부(53)의 전자부품(8)을 흡인에 의해서 지지하기 위한 선단부(531)의 XY평면에 평행한 하면의 대략 중앙에 형성되어 있다.
흡인로(600)의 배기구(602)는 혼(51)의 XY평면에 평행한 2면 중에서 (+Z) 측의 상면의 혼(51)의 (+X) 측의 타단 보다도 혼(51)의 (-X) 측의 일단에 더 가까운 부분에 형성되어 있다.
배기구(602)는 내열성이 높은 튜브(64)에 연결된 실리콘 수지 등의 흡착 패드(61)를 개재하고, 홀더(54) 및 툴 지지부(34)를 통해서 진공펌프(도시생략)에 연결되어 있다.
제 1 냉각부(515)가 혼(51)의 (-X) 측의 일단에 더 가까운 부분에 설치되어 있으며, 종 혈(600c)은 제 1 냉각부(515)의 근방을 통과하고 있으므로 흡착 패드(61) 및 튜브(64)가 히터(57)에 의해서 발생한 열 때문에 열화하여 버릴 우려가 감소된다.
또, 흡인로(600)의 배기구(602)는 상술한 것과 같이, 혼(51)의 XY평면에 평행한 2면 중에서 (+Z) 측의 상면의 혼(51)의 (+X) 측의 타단 보다도 혼(51)의 (-X) 측의 일단에 더 가까운 부분에 형성되어 있다.
그러나 도 7에 나타낸 것과 같이, 흡인로(600')의 배기구(602')는 본 발명의 실시 예의 본딩 툴(5)의 혼(51')의 XY평면에 평행한 2면 중에서 (+Z) 측의 상면의 혼(51')의 (-X) 측의 일단보다도 혼(51')의 (+X) 측의 타단에 더 가까운 부분에 형성되어 있어도 좋다. 제 2 냉각부(516)가 혼(51')의 (+X) 측의 타단에 더 가까운 부분에 설치되어 있고, 종 혈(600c')은 제 2 냉각부(516)의 근방을 통과하고 있으므로 흡착 패드(61) 및 튜브(64)가 히터(57)에 의해서 발생한 열 때문에 열화해 버릴 우려가 마찬가지로 감소된다. 단, 횡 혈(600a')은 그 길이가 짧을수록 천공이 용이함은 말할 것도 없으므로, 그와 같은 구성을 채용하는 경우에는 횡 혈(600a')의 길이가 지나치게 커지지 않도록 주의할 필요가 있다.
또, 흡인로(600')의 일부인 횡 혈(600a')은 상술한 것과 같이, 혼(51')의 (-X) 측의 일단의 초음파 진동자(52')가 접촉하는 부분에서 천공된 구멍이다. 그러나 도 8에 나타낸 것과 같이, 흡인로(600")의 일부인 횡 혈(600a")이 본 발명의 실시 예에서의 본딩 툴(5)의 혼(51")의 (+X) 측의 타단에서 천공된 구멍이어도 좋다. 단, 그와 같은 구성을 채용하는 경우에는 진공성을 확보하기 위한 마개(603) 등의 부재가 필요하다.
다음에, 압압 유닛(33)이 혼(51)을 지지하면서 압압하기 위해서 필요한 구조를 설명한다.
혼 지지 블록(511, 512, 513 및 514)은 압압 유닛(33)이 혼(51)을 지지하여 압압하기 위한 유닛으로, 혼(51)의 XZ평면에 평행한 좌우측면에 각각 2개씩 설치되어 있다. 더 구체적으로는, 혼 지지 블록(511 및 512)이 혼(51)의 XZ평면에 평행한 2면 중에서 (-Y) 측의 측면에 설치되어 있으며, 혼 지지 블록(513 및 514)이 혼(51)의 XZ 평면에 평행한 2면 중에서 (+Y) 측의 측면에 설치되어 있다.
그리고 혼 지지 블록(511 및 513)은 X방향에 관하여 포인트 P2의 위치를 기준으로 설치되어 있으며, 혼 지지 블록(512 및 514)은 X방향에 관하여 포인트 P3의 위치를 기준으로 설치되어 있다.
혼 지지 블록(511 및 513)은 홀더 블록(541)에 고정되어 있으며, 혼 지지 블록(512 및 514)은 홀더 블록(542)에 고정되어 있다. 홀더 블록(541, 542)은 상술한 것과 같이 홀더(54)의 하면에 고정되어 있다.
또, 홀더 블록(541 및 542)은 초음파 진동이 전달되는 X방향과 직교하는 Y방향으로 홀더 블록(541 및 542)을 관통하며, 공기가 유통하는 슬릿 형상의 홀더 블록 통기구멍(543 및 544)을 각각 갖고 있다. 홀더 블록 통기구멍(543 및 544)은 히터(57)에 의해서 발생한 열을 방산하는 동시에 압압 시의 하중 및 온도변화 등에 의한 노달 포인트의 위치의 변동을 흡수하기 위한 구조이다.
여기서, 혼 지지 블록(511, 512, 513 및 514)은 다양한 구성을 하고 있으므로, 도 9 및 도 10을 주로 참조하면서 혼 지지 블록(511)의 구성에 대하여 상세하게 설명한다.
또, 도 9는 본 발명의 실시 예에서의 본딩 툴(5)의 혼 지지 블록(511)의 근 방의 개략적인 사시도이다. 또, 도 10은 본 발명의 실시 예의 본딩 툴(5)의 혼 지지 블록(511)의 근방의 개략적인 횡단면도이다.
혼 지지 블록(511)은 혼(51)의 XZ평면에 평행한 2면 중에서 (-Y) 측의 측면에 포인트 P2의 위치를 기준으로 설치된 리브(5112)와, 리브(5112)에 접합된 본체(5113)를 가지고 있다. 본체(5113)는 리브(5112)에 인접해서 리브(5112)의 길이방향으로 형성된 홈(5114)을 갖는다. 혼 지지 블록(511)은 본체(5113)를 종 방향으로 관통하는 구멍에 삽입된 혼 고정 나사(5111)에 의해서 홀더 블록(541)에 고정되어 있다.
리브(5112)의 길이방향은 초음파 진동이 전달되는 X방향과 직교하는 Z방향으로, 혼(51)의 XY평면에 평행한 2면 중에서 (-Z) 측의 하면에 직교하는 방향이다. 리브(5112)는 혼(51)에 대향하는 본체(5113)의 면 F1의 (-X) 측의 단부에 설치되어 있다.
그리고 리브(5112)의 형상은 실질적으로 Z방향을 상기의 길이방향으로 하여 높이 h를 가지며, X방향을 폭 방향으로 하여 폭 w를 갖는 폭이 좁은 각주이다.
여기서, 높이 h 및 폭 w의 크기에 대하여 구체적으로 각각 설명한다.
먼저, 높이 h는 혼(51)의 물성 등도 고려하여 충분히 크게 설정하는 것이 바람직하다. 그 이유는 압압 유닛(33)이 전자부품(8)을 압압하는 Z방향에 관해서는 압압 시의 하중에 견디면서 압압력을 전달하기에 충분한 강성(剛性)을 확보할 필요가 있기 때문이다. 본 실시 예에서는 혼 지지 블록(511, 512, 513 및 514)이 혼(51)의 XZ 평면에 평행한 양측 면에 각각 2개씩 설치되어 있으며, 리브(5112)와 동일한 구성을 갖는 충분한 개수의 리브가 설치되어 있으므로 전자부품(8)의 사이즈나 개수의 증가에 따른 압압 시의 하중에 충분히 견딜 수 있는 강성을 확보할 수 있다.
다음에, 폭 w는 혼(51)의 물성 등도 고려하여 충분히 작게 설정하는 것이 바람직하다. 그 이유는 초음파 진동이 전달되는 X방향에 관해서는 전자부품(8)이 초음파 진동에 의해서 진동하기 위한 충분한 자유도를 확보할 필요가 있기 때문이다. 물론 홈(5114)은 이와 같은 자유도를 더욱 크게 확보하기 위한 구조이다.
또, 리브(5112)는 상술한 것과 같이 면(F1)의 (-X) 측의 단부에 설치되어 있다. 그러나 도 11에 나타낸 것과 같이 리브(5112')가 본체(5113)의 면 F1의 중앙부에 설치되어 있어도 좋다. 단, 리브(5112')도 포인트 P2의 위치를 기준으로 해서 설치하는 것이 바람직함은 말할 것도 없으므로 그와 같은 구성을 채용하는 경우에는 혼 지지 블록(511')이 제 1 냉각부(515)의 통기 구멍의 개구 부분을 크게 덮지 않도록 주의하면서 동 개구부분의 면적을 충분히 확보할 필요가 있다.
물론, 히터(57)에 의해서 발생한 열이 멀리까지 전달되는 것을 회피하기 위해서는 제 1 냉각부(515)가 포인트 P2와 히터(57) 사이에 설치되어 있는 구성도 유효하므로 그와 같은 구성을 채용하는 것이 설계상에서 가능한 경우에는 리브(5112')와 동일한 구성을 갖는 리브가 면 F1의 (+X) 측의 단부에 설치되어 있어도 좋다.
또, 홈(5114)은 상술한 것과 같이 면 F1에 인접하는 본체(5113)의 면 F2이 단부에 설치되어 있다. 그러나 도 12에 나타낸 것과 같이, 홈(5114')이 본체(5113) 의 면 F1의 단부에 설치되어 있어도 좋다. 전자부품(8)이 X방향에 관하여 초음파 진동에 의해서 진동하기 위한 충분한 자유도를 확보하는 것이 마찬가지로 가능하다.
다음에, 제 1, 제 2 냉각부(515, 516)에 대하여 설명한다. 도 3, 도 4에 나타낸 것과 같이, 제 1 냉각부(515)는 히터 배치부(570)와 혼(51)의 (-X) 측의 일단 사이에 설치되며, 공기가 유통하는 유닛이다. 더 구체적으로는 제 1 냉각부(515)는 초음파 진동자가 전달되는 X방향과 직교하는 Y방향으로 혼(51)을 관통하여 공기가 유통하는 4개의 슬릿 형상의 통기 구멍으로, 대칭면 S2에 대하여 대략 면 대칭으로 설치되어 있다.
제 2 냉각부(516)는 히터 배치부(570)와 혼(51)의 (+X) 측의 타단 사이에 설치되며, 공기가 유통하는 유닛이다. 더 구체적으로는 제 2 냉각부(516)도 초음파 진동이 전달되는 X방향과 직교하는 Y방향으로 혼(51)을 관통하여 공기가 유통하는 4개의 슬릿 형상의 통기 구멍으로, 대칭면 S2에 대하여 대략 면 대칭으로 설치되어 있다.
그리고 제 1 냉각부(515) 및 제 2 냉각부(516)는 대칭면 S1에 대하여 대략 면 대칭으로 설치되어 있다. 더 구체적으로는 히터 배치부(570)와 제 1 냉각부(515) 사이의 거리(D1)는 히터 배치부(570)와 제 2 냉각부(516) 사이의 거리 D2와 동일하다.
또, 제 1 냉각부(515)는 혼(51)의 (-X) 측의 일단에 더 가까운 혼 지지 블록(511 및 513)과, 혼(51)의 (-X) 측의 일단 사이에 설치되고, 제 2 냉각부(516)는 혼(51)의 (+X) 측의 타단에 더 가까운 혼 지지 블록(512 및 514)과 혼(51)의 (+X) 측의 타단 사이에 설치되어 있다.
또, 제 1 냉각부(515)는 혼(51)의 (-X) 측의 일단에 더 가까운 포인트 P2와, 혼(51)의 (-X) 측의 일단 사이에 설치되고, 제 2 냉각부(516)는 혼(51)의 (+X) 측의 타단에 더 가까운 포인트 P3과, 혼(51)의 (+X) 측의 타단 사이에 설치되어 있다.
요는, 제 1 냉각부(515) 및 제 2 냉각부(516)는 히터 배치부(570)와 혼(51)의 (-X) 측의 일단 사이, 및 히터 배치부(570)와 혼(51)의 (+X) 측의 타단 사이에 각각 나뉘어서 독립적으로, 그리고 대칭면 S2에 대하여 대략 면 대칭으로 설치되어 있다.
따라서, 혼(51)의 가열 시의 팽창방법이 혼(51)의 길이방향인 X방향에 관하여 비 대칭적으로 되는 것이 상당히 억제되므로 지지된 전자부품(8)이 진동하는 방향이나 진폭이 본래의 설계 값에서 변화해버리거나 진동모드가 변화해버리거나 할 우려가 감소된다.
따라서 전자부품 장착장치(1)는 안정된 전자부품의 접합을 할 수 있다.
여기서, 제 1 냉각부(515) 및 제 2 냉각부(516)의 내부구조는 동일한 구성을 하고 있으므로, 도 13을 주로 참조하면서 제 1 냉각부(515)의 구성에 대하여 상세하게 설명한다.
또, 도 13은 본 발명의 실시 예의 본딩 툴(5)의 제 1 냉각부(515)의 개략적인 단면도이다.
공기가 유통하는 4개의 슬릿 형상의 통기 구멍은 좌우 측면에 직교하는 방향으로 설치된 관통 구멍에 와이어를 삽입하고, 그 와이어를 이용해서 초음파 진동의 전달방향으로 슬릿을 설치하는 와이어 커터 가공에 의해서 각각 형성되어 있다.
그리고 종 혈(515a)이 공기가 유통하는 4개의 슬릿 형상의 통기 구멍과, 외부에 설치된 유체유통 유닛(517)이 공기를 유통시키기 위한 통기구(525)를 연결하고 있다.
통기 구멍의 개구부의 형상은 실질적으로 초음파 진동이 전달되는 X방향을 길이방향으로 하는 폭이 좁은 직사각형이다.
상기의 직사각형은 4개 모두 Z방향을 폭 방향으로 해서 폭 W를 가지나, (1) 혼(51)의 XY평면에 평행한 2면에 인접하는 2개의 직사각형은 X방향을 상기의 길이방향으로 해서 길이 L1을 가지고, (2) 이들 직사각형 사이에 있는 남은 2개의 직사각형은 X방향을 동일한 길이방향으로 해서 길이 L2(<L1)을 갖는다.
물론, 히터(57)에 의해서 발생한 열을 효율 좋게 방산하기 위해서는 직사각형의 면적 W×L1 및 W×L2를 어느 정도는 크게 설정하는 것이 바람직하다.
또, 앞에서 설명한 바와 같이, 본 실시 예에서는 리브(5112)가 면 F1의 (-X) 측의 단부에 설치되어 있는 구성이 채용되어 있으므로, 혼 지지 블록(511)이 제 1 냉각부(515)의 통기 구멍의 개구 부분을 덮을 우려는 없이 길이 L1 및 L2를 충분히 크게 설정할 수 있다.
그러나 직사각형의 면적 W×L1 및 W×L2는 진동특성을 변동시켜 버리거나 혼 강성을 저하시켜 버리거나 하지 않도록 너무 크지 않게 설정하는 것이 바람직하다.
이에, 폭 W, 및 길이 L1 및 L2의 크기에 대하여 더 구체적으로 각각 설명한다.
먼저, 폭 W는 혼(51)의 물성 등도 고려하여 지나치게 크지 않도록 설정하는 것이 바람직하다. 그 이유는 히터(57)에 의해서 발생한 열을 효율 좋게 방산하기 위해서 통기 구멍을 유통하는 공기의 유속을 어느 정도는 확보할 필요가 있기 때문이다. 즉, 폭이 지나치게 크면 공기의 흐름이 너무 늦어지며, 공기의 흐름이 너무 늦어지면 외부로의 방열의 효율이 떨어진다.
다음에, 길이 L1 및 L2도 혼(51)의 물성 등도 고려하여 지나치게 크지 않도록 설정하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 길이 L1 및 L2는 혼(51)의 전체 길이에 해당하는 길이 L의 20% 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 그 이유는 길이 L1 및 L2가 지나치게 크면 초음파 진동의 공진점이 증가하여 부공진(副共振)이 그와 같은 공진점에 가까운 위치에서 발생하므로 진동특성의 제어가 곤란해지기 때문이다. 또, 길이 L2를 길이 L1보다도 작게 취하는 것은 혼(51)의 XY평면에 평행한 2면에서 떨어진 위치(중앙 근처)에서는 상기의 부공진이 발생하는 현상이 현저해지기 때문이다.
또, 제 1 냉각부(515) 및 제 2 냉각부(516)에 공기를 유통시키는 유체유통 유닛(517)이 외부에 설치되어 있다.
도 3에 나타낸 것과 같이, 유체유통 유닛(517)은 내열성이 높은 튜브(65)에 연결된 실리콘 수지 등의 흡착 패드(62) 및 내열성이 높은 튜브(66)에 연결된 실리콘 수지 등의 흡착 패드(63)를 통해서 각각 제 1 냉각부(515) 및 제 2 냉각부(516) 에 연결되어 있다.
따라서, 히터(57)에 의해서 발생된 열은 더 효율 좋게 방산되고, 혼(51)의 가열 시의 팽창방법이 혼(51)의 길이방향인 X방향에 대하여 비 대칭적으로 되는 일이 더 적어지므로 지지된 전자부품(8)이 진동하는 방향이나 진폭이 본래의 설계 값에서 변화해버리거나 진동모드가 변화해버리거나 하는 우려가 더 감소된다.
따라서, 전자부품 장착장치(1)는 더 안정된 전자부품의 접합을 할 수 있다.
또, 제 1 냉각부(515) 및 제 2 냉각부(516)에는 상술한 것과 같이 공기가 유통된다. 그러나 제 1 냉각부(515) 및 제 2 냉각부(516)에는 물 등의 액체의 냉각매체가 방열기가 접속된 순환경로를 이용하여 유통되어도 좋다.
또, 유체유통 유닛(517)은 상술한 것과 같이 제 1 냉각부(515) 및 제 2 냉각부(516)를 공기를 유통시키는 공통된 유닛으로 외부에 설치되어 있다. 그러나 유체 유통 유닛(517)과 동일한 구성을 갖는 유체유통 유닛을 별개로 독립해서 설치하고, 제 1 냉각부(515) 및 제 2 냉각부(516)를 각각 독립해서 유체를 유통시켜도 좋다.
다음에, 도 1~도 3을 주로 참조하면서 본 실시 예의 전자부품 장착장치의 동작에 대하여 설명한다. 또, 본 실시 예의 전자부품 장착장치의 동작에 대하여 설명하면서, 본 발명의 전자부품 장착방법의 일 실시 예에 대해서도 설명한다.
트레이 이동기구(413)가 다수의 전자부품(8)이 접합 면을 (+Z) 측을 향해서 재치된 부품 트레이(411)를 (-X) 측에 위치해 있는 공급 헤드(42)의 하방으로 이동시키고, 공급 콜릿(421)은 전자부품(8)의 접합 면을 흡인에 의해서 흡착한다.
그리고 공급 헤드 이동기구(43)는 공급 헤드(42)를 반전시키면서 (+X) 방향 으로 이동시키고, 공급 콜릿(421)은 부품 장착부(31)의 본딩 툴(5)과 전자부품(8)을 건네받기 위한 위치에서 대향한다.
이어서, 압압 유닛(33)은 샤프트(35)를 약간 하강시켜서, 접합 작용부(53)가 선단부(531)에서 전자부품(8)의 상면을 흡인에 의해서 흡착하면, 공급 콜릿(421)은 흡인을 정지하고, 접합 작용부(53)가 공급 콜릿(421)에서 전자부품(8)을 수신한다.
이렇게 해서 접합 작용부(53)는 전자부품(8)을 지지한다(전자부품 지지 스텝).
전자부품(8)이 수신되면, 압압 유닛(33)은 샤프트(35)를 약간 상승시키며, 공급 헤드(42)가 원래의 위치로 퇴피(退避)한다.
그리고 공급 헤드(42)의 퇴피와 병행하여 부품 장착부(31)가 촬상부(11)의 바로 위로 이동하며, 촬상부(11)는 선단부(531)로 지지되어 있는 전자부품(8)을 촬상한다.
촬상부(11)가 출력한 화상 데이터는 제어부(10)에 송신되고, 제어부(10)는 송신된 화상 데이터에 의거하여 부품 장착부(31)를 제어하여 전자부품(8)의 자세를 보정한다.
또, 제어부(10)가 전자부품(8)의 자세가 흡착 에러 등 때문에 보정이 불가능한 상태라고 판단한 경우에는, 전자부품(8)의 장착동작이 중지되며, 부품 장착부(31)가 부품 회수기구(도시생략)의 상방으로 이동하여 전자부품(8)이 회수된다.
장착부 이동기구(32)는 부품 장착부(31)를 기판 지지부(2)에 지지되는 회로기판(9)에서의 전자부품(8)이 장착될 예정의 위치의 상방으로 이동시킨다.
다음에, 본딩 툴(5)이 회로기판(9)을 향해서 하강하고, 전자부품(8)의 접합 면에 형성된 범프와 회로기판(9)에서의 전극이 접촉한다.
이어서, 압압 유닛(33)은 샤프트(35)를 하강시킨다.
이렇게 해서 압압 유닛(33)은 전자부품(8)을 압압한다(압압 스텝).
그리고 초음파 진동자(52)는 초음파 진동을 발생하고(초음파 진동 발생 스텝), 히터(57)는 접합 작용부(53)를 가열하며(가열 스텝), 제 1 냉각부(515) 및 제 2 냉각부(516)는 공기를 유통시킨다(유통 스텝).
이와 같이 해서 전자부품(8)의 접합 면에 형성된 범프가 회로기판(9)에서의 전극과 전기적으로 접합이 되며, 전자부품(8)의 접합이 그 장착과 동시에 이루어진다.
전자부품(8)의 장착이 종료하면, 접합 작용부(53)는 전자부품(8)의 흡인을 정지하며, 압압 유닛(33)은 접합 작용부(53)를 전자부품(8)에서 떨어져서 상승시킨다.
이어서, 선단부(531)의 전자부품(8)에 접촉하는 면의 연마가 필요한가 여부가 확인된다.
연마가 필요하다고 판단된 경우에는 부품 장착부(31)는 연마부(7)의 상방으로 이동하고, 선단부(531)가 연마부재(71)에 압압되어 초음파 진동자(52)에 의해서 연마를 위한 진동이 부여된다.
선단부(531)의 연마가 종료한 경우, 또는 연마가 필요 없다고 판단된 경우에는 전자부품(8)의 장착을 계속할지 여부가 확인된다.
그리고 전자부품(8)의 장착을 계속하는 경우에는 부품 장착부(31)는 공급 콜릿(421)과 전자부품(8)의 수도를 위한 위치에 다시 이동하고, 회로기판(9)에 전자부품(8)을 장착하기 위한 상기의 장착동작이 반복된다.
그리고 필요한 모든 전자부품(8)이 회로기판(9)에 장착되면 장착동작은 종료한다.
또, 다음에 상술하는 것과 같이, 본 실시 예에서는 지지된 전자부품(8)이 진동하는 방향이나 진폭이 본래의 설계 값에서 변화해버리거나 진동모드가 변화해버릴 우려가 적다.
즉, 제 1 냉각부(515) 및 제 2 냉각부(516)가 대칭면 S2에 대하여 대략 면 대칭으로 설치되어 있으므로 혼(51)의 가열 시의 팽창에 의한 길이나 두께의 증대 방법이 X방향에 대하여 대략 대칭적으로 된다. 그러면, 본 발명의 실시 예에서의 전자부품 장착장치(1)의 동작원리를 설명하기 위한 설명 도(1)인 도 14(A)에 나타내 있는 것과 같이, 압압 시에는 혼 지지 블록(512) 측으로부터의 압압 시의 하중 f12이 혼 지지 블록(511) 측으로부터의 하중 f11과 대략 동일해진다. 따라서, 본 발명의 실시 예에서의 전자부품 장착장치(1)에 의해서 초음파 진동이 인가된 전자부품(8)의 진동궤적을 설명하기 위한 설명 도(1)인 도 14(B)에 나타내 있는 것과 같이, 전자부품(8)의 진동은 이상적인 X방향의 직선상의 왕복운동은 되지 않으나, 길이가 긴 축 방향이 X방향과 일치하는 XY평면 내에서의 이심률(離心率)이 1에 가까운 타원 상의 운동이 된다. 즉, 전자부품(8)의 진동궤적이 히터(57)에 의한 가열 때문에 크게 변화하는 일은 없다.
그러나 만약 임시로 제 1 냉각부(515) 만이 설치되어 있다고 하면, 혼(51)의 가열 시의 팽창에 의한 길이나 두께의 증대방법이 X방향에 대하여 대칭적으로는 되지 않는다. 즉, 히터 배치부(570)와 혼(51)의 (+X) 측의 타단 사이에서는 히터 배치부(570)와 혼(51)의 (-X) 측의 일단 사이보다도 혼(51)의 가열 시의 팽창에 의한 길이나 두께의 증대방법이 커진다. 그러면, 본 발명의 실시 예에서의 전자부품 장착장치(1)의 동작원리를 설명하기 위한 설명 도(2)인 도 15(A)에 나타나 있는 것과 같이, 압압 시에는 혼 지지 블록(512) 측으로부터의 압압 시의 하중 f22가 혼(51)의 두께의 증대에 수반하는 반작용 때문에 혼 지지 블록(511) 측으로부터의 하중 f21보다도 커진다. 따라서, 본 발명의 실시 예에서의 전자부품 장착장치(1)에 의해서 초음파 진동이 인가된 전자부품(8)의 진동궤적을 설명하기 위한 설명 도(2)인 도 15(B)에 나타나 있는 것과 같이, 전자부품(8)의 진동은 길이가 긴 축의 방향이 이제는 X방향과는 일치하지 않는 XY평면 내에서의 타원 상의 운동으로 되어 버린다.
또, 전자부품 장착장치(1)는 히터(57)에 의한 매우 높은 가열온도를 유지하기 위한 고 정밀도의 온도제어를 하는 것이 요구되는 금과 금의 합금을 수반하는 반도체 플립 칩 실장 등에서는 매우 유효하다.
또, 전자부품 장착장치(1)는, (1) 전자부품(8)이 혼(51)의 길이방향인 X방향 등에 대하여 사이즈가 큰 칩, 또는 Z방향으로 얇은 칩, 및/또는 (2) 회로기판(9)이 전자배선이 시트 형상으로 되어 있는 테이프 재, 또는 전기배선이 수지 위에 있는 기재인 반도체 플립 칩 실장 등에서도 유효하다.
왜냐하면, 그와 같은 고도의 반도체 플립 칩 실장에서는 지지된 전자부품(8)이 진동하는 방향이나 진폭이 본래의 설계 값에서 변화해버리거나 진동모드가 변화해버리거나 하는 우려를 줄일 필요성은 더 높아지나, 본 발명의 전자부품 장착장치(1)에 관해서는 상술한 것과 같이 그와 같은 우려는 적다. 따라서, 본 발명의 전자부품 장착장치(1)는 전자부품(8)이 회로기판(9)에 대하여 기울어버려서 전자부품(8) 또는 회로기판(9)의 전극 등에서의 손상 또는 접합불량이 발생하는 현상 등에 대응하여 장치의 평행조정 등을 할 필요가 거의 없다.
이와 같이 대응할 수 있는 전자부품(8)의 디바이스 사이즈 및 품종이 종래보다도 많아지므로 본 발명의 전자부품 장착장치(1)는 다양한 분야에서 유효하다.
또, 본 발명에서 직교, 평행 등의 수학적 용어는 엄밀하게 수직, 평행한 경우 이외에 이들 기능을 달성하기 위해서 지장이 없는 한 대략 직교, 대략 평행 등의 경우도 포함한다.
물론 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형이 가능하다.
본 발명의 본딩 툴, 전자부품 장착장치, 및 전자부품 장착방법은 더 질 높은 초음파 접합을 할 수 있으며, 반도체 플립 칩 실장 등으로 유용하다.
도 1은 본 발명의 실시 예의 전자부품 장착장치의 개략적인 정면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예의 전자부품 장착장치의 개략적인 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예의 본딩 툴의 개략적인 정면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예의 본딩 툴의 개략적인 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예의 본딩 툴의 히터 배치부의 근방의 개략적인 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예의 본딩 툴의 흡인로 등의 개략적인 정면도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예의 본딩 툴의 흡인로 등의 개략적인 정면도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예의 본딩 툴의 흡인로 등의 개략적인 정면도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예의 본딩 툴의 혼 지지 블록의 근방의 개략적인 사시도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예의 본딩 툴의 혼 지지 블록의 근방의 개략적인 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시 예의 본딩 툴의 혼 지지 블록의 근방의 개략적인 단면도이다.
도 12는 본 발명의 실시 예의 본딩 툴의 혼 지지 블록의 근방의 개략적인 단면도이다.
도 13은 본 발명의 실시 예의 본딩 툴의 제 1 냉각부의 개략적인 단면도이다.
도 14(A)는 본 발명의 실시 예의 전자부품 장착장치의 동작원리를 설명하기 위한 설명도(1), (B) 본 발명의 실시 예의 전자부품 장착장치에 의해서 초음파 진동이 인가된 전자부품의 진동궤적(軌跡)을 설명하기 위한 설명 도(1)이다.
도 15(A)는 본 발명의 실시 예의 전자부품 장착장치의 동작원리를 설명하기 위한 설명도(2), (B)는 본 발명의 실시 예의 전자부품 장착장치에 의해서 초음파 진동이 인가된 전자부품의 진동궤적을 설명하기 위한 설명 도(2)이다.
도 16은 종래의 본딩 툴의 개략적인 정면도이다.
(부호의 설명)
8 전자부품
9 회로기판
33 압압 유닛
34 툴 지지부
35 샤프트
5 본딩 툴
51 혼
511, 512, 513, 514 혼 지지 블록
5111 혼 고정 나사
515 제 1 냉각부
516 제 2 냉각부
52 초음파 진동자
53 접합 작용부
531 선단부
54 홀더
541, 542 홀더블록
543, 544 홀더블록 통기 구멍
55 열전대 고정 플레이트
57 히터
570 히터 배치부
571, 572 히터 지지블록
58 히터 고정 나사
59 열전대
61, 62, 63 흡착 패드
64, 65, 66 튜브
600 흡인로
1000 본딩 툴
1100 승강 블록
1110 브래킷
1200 혼
1300 냉각부
1310 흡착 패드
1400 초음파 진동자
1500 접합 작용부
1600 히터
1610 히터장착 공동부
1700 열전대
1810, 1820 리드 선
1910 전자부품
1920 회로기판

Claims (16)

  1. 초음파 진동을 전달하는 혼과,
    상기 혼의 일단에 설치되며, 상기 초음파 진동을 발생하는 초음파 진동자와,
    상기 혼의 상기 일단과 상기 혼의 타단 사이에 설치되며, 히터가 배치되는 히터 배치부와,
    상기 혼의 상기 일단과 상기 혼의 상기 타단 사이에 설치되며, 전자부품을 지지하고, 상기 히터에 의해서 가열되는 접합 작용부와,
    상기 히터 배치부와 상기 혼의 상기 일단 사이에 설치되고, 유체가 유통하는 제 1 냉각부와,
    상기 히터 배치부와 상기 혼의 상기 타단 사이에 설치되고, 유체가 유통하는 제 2 냉각부를 구비한 본딩 툴.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터 배치부는 상기 초음파 진동이 전달되는 방향과 직교하는 방향으로 상기 혼을 관통하는 히터 삽입 구멍인 본딩 툴.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 히터는 상기 히터 삽입 구멍의 벽부(壁部)와 소정의 간격을 사이에 두고 외부에 설치되어 있는 압압 유닛(pressing unit)에 연결되며, 상기 혼의 외측에 배치된 히터 지지 블록에 고정되는 본딩 툴.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 접합 작용부는 상기 혼의 하면에 설치되고,
    상기 히터 배치부는 상기 접합 작용부의 바로 위에 설치되는 본딩 툴.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터 배치부와 상기 제 1 냉각부 사이의 거리는 상기 히터 배치부와 상기 제 2 냉각부 사이의 거리와 동일한 본딩 툴.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 냉각부 및 상기 제 2 냉각부는 상기 초음파 진동이 전달되는 방향과 직교하는 방향으로 상기 혼을 관통하여 기체가 유통하는 통기 구멍인 본딩 툴.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 통기 구멍의 개구부의 형상은 상기 초음파 진동이 전달되는 방향을 길이방향으로 하는 폭이 좁은 직사각형인 본딩 툴.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼의 형상은 각주(角柱)이고,
    상기 접합 작용부는 상기 혼의 하면에 설치되며,
    상기 혼을 지지하기 위한 혼 지지 블록이 상기 혼의 양 측면에 각각 설치되어 있는 본딩 툴.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 혼 지지 블록은 상기 혼의 측면에 설치된 리브와, 상기 리브에 접합된 본체를 가지며,
    상기 리브의 길이방향은 상기 초음파 진동이 전달되는 방향과 직교하는 방향으로, 상기 혼의 상기 하면과 직교하는 방향인 본딩 툴.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 본체는 상기 리브에 인접하고, 상기 리브의 상기 길이방향으로 형성된 홈을 갖는 본딩 툴.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 혼 지지 블록은 상기 혼의 상기 양 측면에 각각 2개씩 설치되어 있으며,
    상기 제 1 냉각부는 2개의 상기 혼 지지 블록 중 상기 혼의 상기 일단에 더 가까운 상기 혼 지지 블록과 상기 혼의 상기 일단 사이에 설치되고,
    상기 제 2 냉각부는 2개의 상기 혼 지지 블록 중 상기 혼의 상기 타단에 더 가까운 상기 혼 지지 블록과 상기 혼의 상기 타단 사이에 설치되어 있는 본딩 툴.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 초음파 진동은 2개의 노달 포인트(nodal point)를 가지며,
    상기 제 1 냉각부는 상기 2개의 노달 포인트 중 상기 혼의 상기 일단에 더 가까운 상기 노달 포인트와 상기 혼의 상기 일단 사이에 설치되며,
    상기 제 2 냉각부는 상기 2개의 노달 포인트 중 상기 혼의 상기 타단에 더 가까운 노달 포인트와 상기 혼의 상기 타단 사이에 설치되어 있는 본딩 툴.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 냉각부 및 상기 제 2 냉각부 중 적어도 일방에 상기 유체를 유통시키는 유체유통 유닛이 외부에 설치되어 있는 본딩 툴.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자부품을 흡인에 의해서 지지하기 위한 흡인로의 흡인구가 상기 접합 작용부에 형성되고,
    상기 흡인로의 배기구가 상기 혼의 상면의 상기 혼의 상기 타단 보다도 상기 혼의 상기 일단에 더 가까운 부분에 형성되며,
    상기 흡인로는 횡 혈과, 상기 흡인구를 상기 횡 혈에 연결하는 제 1 종 혈과, 상기 배기구를 상기 횡 혈에 연결하는 제 2 종 혈로 구성되어 있고,
    상기 흡인로의 일부는 상기 혼의 상기 일단의 상기 초음파 진동자가 접촉하는 부분에서 천공된 구멍인 본딩 툴.
  15. 대상물을 지지하는 지지부와,
    전자부품을 공급하는 공급부와,
    상기 지지된 대상물에 상기 공급된 전자부품을 장착하는 장착유닛을 구비하며,
    상기 장착유닛은 부품 장착부를 가지고,
    상기 부품 장착부는 압압 유닛과, 청구항 1에 기재된 본딩 툴을 가지며,
    상기 압압 유닛은 상기 본딩 툴의 상기 접합 작용부를 통해서 상기 대상물에 대하여 상기 전자부품을 압압하는 전자부품 장착장치.
  16. 청구항 15에 기재된 전자부품 장착장치를 사용하여 상기 대상물에 대하여 상기 전자부품을 장착하기 위한 전자부품 장착방법으로,
    상기 접합 작용부를 이용하여 상기 전자부품을 지지하는 전자부품 지지스텝과,
    상기 압압 유닛을 이용하여 상기 대상물에 대하여 상기 전자부품을 압압하는 압압스텝과,
    상기 초음파 진동자를 이용하여 상기 초음파 진동을 발생하는 초음파진동 발생스텝과,
    상기 히터를 이용하여 상기 접합 작용부를 가열하는 가열스텝과,
    상기 제 1 냉각부와 제 2 냉각부를 이용하여 상기 유체를 유통시키는 유체유통스텝을 구비한 전자부품 장착방법.
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