專利名稱：超聲波振動接合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用超聲波振動將重疊的多個(gè)構(gòu)件接合的超聲波振動接合裝置。
如特開平10-22308號公報(bào)所公開的，本申請人提出過利用超聲波振動將重疊的多個(gè)構(gòu)件接合的超聲波振動接合裝置。
在用前述超聲波振動裝置將重疊的多個(gè)構(gòu)件接合時(shí)，由于被接合部分的大小和材料等的物性不同，有可能因?qū)χ丿B的多個(gè)構(gòu)件的接合部分施加過大的壓力而將接合部分壓壞，或因壓力過弱導(dǎo)致接合部分剝離等，形成接合不良。
為此，本發(fā)明的目的在于提供一種可根據(jù)被接合部分的大小和材料等的物性來選擇各種加壓曲線，以實(shí)現(xiàn)最佳接合的超聲波振動接合裝置。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種超聲波振動接合裝置，用支承在接合機(jī)構(gòu)上的諧振器和裝配機(jī)構(gòu)的裝配臺將重疊的多個(gè)構(gòu)件加壓保持在它們之間，從與諧振器結(jié)合的振子向諧振器傳遞超聲波振動，利用超聲波振動將重疊的多個(gè)構(gòu)件接合，其特點(diǎn)是，接合機(jī)構(gòu)具有接合作業(yè)的上下驅(qū)動機(jī)構(gòu)部和接合作業(yè)的負(fù)荷控制機(jī)構(gòu)部。
本發(fā)明的上下驅(qū)動機(jī)構(gòu)部將諧振器移動到裝配機(jī)構(gòu)的裝配臺上，負(fù)荷控制機(jī)構(gòu)在用諧振器和裝配臺對重疊的多個(gè)構(gòu)件進(jìn)行加壓保持后根據(jù)被接合部分的大小和材料等的物性選擇各種可實(shí)現(xiàn)超聲波振動接合的加壓力，由此實(shí)現(xiàn)重疊的多個(gè)構(gòu)件既沒有過度毀壞又不會發(fā)生剝離的最佳接合。
在本發(fā)明中，如果接合機(jī)構(gòu)部由電動機(jī)和與電動機(jī)輸出軸及支承諧振器的支架連接的螺栓·螺帽機(jī)構(gòu)組成，則與接合機(jī)構(gòu)部只由氣缸一類直線運(yùn)動單元構(gòu)成的場合相比，由于接合機(jī)構(gòu)部可將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動，故便于諧振器上下驅(qū)動時(shí)的速度控制。
在本發(fā)明中，如果負(fù)荷控制機(jī)構(gòu)部由與接合機(jī)構(gòu)部的輸出端和支承諧振器的支架連接的氣缸構(gòu)成，則與負(fù)荷控制機(jī)構(gòu)部由氣缸以外的單元構(gòu)成的場合相比，負(fù)荷控制機(jī)構(gòu)部可利用作為壓縮彈性流體的空氣來適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)對于重疊的多個(gè)構(gòu)件的加壓力。
在本發(fā)明中，如果負(fù)荷控制機(jī)構(gòu)部具有向在氣缸內(nèi)部隔成的平衡室和負(fù)荷室供給加壓空氣的加壓供給系統(tǒng)、及根據(jù)與負(fù)荷控制機(jī)構(gòu)連接的單元的重量來設(shè)定從加壓供給系統(tǒng)供給平衡室的加壓空氣壓力且根據(jù)被接合構(gòu)件的大小或材料來設(shè)定從加壓供給系統(tǒng)供給負(fù)荷室的加壓空氣壓力的設(shè)定裝置，則負(fù)荷控制機(jī)構(gòu)部可設(shè)定振動開始負(fù)荷設(shè)定值、第1負(fù)荷壓力設(shè)定值、第2負(fù)荷壓力設(shè)定值、平衡壓力設(shè)定值等各種加壓力控制條件。
在本發(fā)明中，如果在支承諧振器的支架上設(shè)置負(fù)荷傳感器，則可正確地檢測負(fù)荷控制機(jī)構(gòu)部支承的單元的重量，而且不必計(jì)算該重量。
對附圖的簡單說明圖1是本發(fā)明實(shí)施形態(tài)的超聲波振動接合裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是同一實(shí)施形態(tài)的接合作業(yè)流程圖。
以下結(jié)合


本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)。
圖1表示本發(fā)明一實(shí)施形態(tài)的超聲波振動接合裝置。本實(shí)施形態(tài)是一種在作為第1構(gòu)件的電路板92上裝配作為第2構(gòu)件的半導(dǎo)體芯片90的裝置。在半導(dǎo)體芯片90的一面上具有作為連接端子的平板狀或球狀的多個(gè)連接點(diǎn)91。在電路板92一面的芯片安裝位置上具有作為連接端子的平板狀或球狀的多個(gè)連接點(diǎn)93。芯片連接點(diǎn)91和電路板連接點(diǎn)93數(shù)量相同，位置各自對應(yīng)。芯片連接點(diǎn)91和電路板連接點(diǎn)93通過超聲波振動接合，由此將半導(dǎo)體芯片90裝配到電路板92上。
超聲波振動接合裝置大致上具有接合機(jī)構(gòu)1、內(nèi)裝計(jì)算機(jī)的控制裝置40、操作面板41及裝配機(jī)構(gòu)50。接合機(jī)構(gòu)1具有由伺服電動機(jī)一類的電動機(jī)2和螺栓·螺帽機(jī)構(gòu)3構(gòu)成的接合作業(yè)的上下驅(qū)動機(jī)構(gòu)部、及由氣缸4構(gòu)成的接合作業(yè)的負(fù)荷控制機(jī)構(gòu)部。在氣缸4的內(nèi)部由活塞7隔成下部的平衡室5和上部的負(fù)荷室6。而且，從平衡空氣供給系統(tǒng)8向平衡室5供給承擔(dān)氣缸4所支承的單元的重量用的加壓空氣，由負(fù)荷空氣供給系統(tǒng)11根據(jù)被接合部分的大小和材料物性等向負(fù)荷室6供給與接合時(shí)所需壓力相當(dāng)?shù)募訅嚎諝狻?7是作為平衡空氣供給系統(tǒng)8及負(fù)荷空氣供給系統(tǒng)11的加壓空氣供給源的氣泵，A是將負(fù)荷空氣供給系統(tǒng)11與氣泵37連接的連接記號。
在本實(shí)施形態(tài)中，由氣缸4支承的單元的重量是活塞7、活塞桿15、支架16、導(dǎo)桿17、諧振器18、振子30、半導(dǎo)體芯片90等的總重量，測力傳感器一類的負(fù)荷傳感器38設(shè)置在活塞桿15和支架16之間并將活塞桿15與支架16結(jié)合。由此使負(fù)荷傳感器38能夠感知向上的拉力及向下的推力，能夠正確地檢測氣缸4所支承的單元的重量。負(fù)荷傳感器38將檢測信號輸出到控制裝置40。B是將負(fù)荷傳感器38與控制裝置40連接的連接記號。
向控制裝置40輸入設(shè)在平衡空氣供給系統(tǒng)8中的壓力傳感器9的輸出信號、設(shè)在負(fù)荷空氣供給系統(tǒng)11中的壓力傳感器12的輸出信號、負(fù)荷傳感器38的輸出信號、及用操作面板41設(shè)定的設(shè)定信號等各種信號。在輸入了這些信號后，控制裝置40對設(shè)在平衡空氣供給系統(tǒng)8中的壓力調(diào)節(jié)閥10和設(shè)在負(fù)荷空氣供給系統(tǒng)11中的壓力調(diào)節(jié)閥13進(jìn)行控制，由此將平衡室5內(nèi)部的壓力設(shè)定在平衡壓力設(shè)定值BP，將負(fù)荷室6內(nèi)部的壓力設(shè)定為第1負(fù)荷壓力設(shè)定值PP1或第2負(fù)荷壓力設(shè)定值PP2及具有從第1負(fù)荷壓力設(shè)定值PP1向第2負(fù)荷壓力設(shè)定值PP2變化的多個(gè)變化斜度a、b、c中一個(gè)斜度的壓力變化。壓力調(diào)節(jié)閥10、13使用稱為精密減壓閥的閥和稱為電子壓力調(diào)節(jié)閥的電磁閥，前者利用主閥和降壓閥用先導(dǎo)閥作動的伺服平衡機(jī)構(gòu)，后者通過電壓或電流作動。譬如，精密減壓閥采用如下結(jié)構(gòu)步進(jìn)電動機(jī)一類的電氣作動器使導(dǎo)引艙(pilotcapsule)伸縮，該導(dǎo)引艙的伸縮引起先導(dǎo)閥動作，該先導(dǎo)閥的動作又使主閥或降壓閥動作，由此控制閥的二次壓力(閥輸出側(cè)的壓力)達(dá)到目標(biāo)壓力。利用步進(jìn)電動機(jī)一類的電氣作動器的精密減壓閥是尚未公開的新結(jié)構(gòu)的閥。
一旦操作者對操作面板41上的第1負(fù)荷壓力操作部42進(jìn)行操作以設(shè)定第1負(fù)荷壓力設(shè)定值PP1，操作面板41就將設(shè)定的第1負(fù)荷壓力設(shè)定值PP1在第1負(fù)荷壓力顯示部45顯示出并輸出到控制裝置40。一旦操作者對操作面板41上的第2負(fù)荷壓力操作部43進(jìn)行操作以設(shè)定第2負(fù)荷壓力設(shè)定值PP2，操作面板41就將設(shè)定的第2負(fù)荷壓力設(shè)定值PP2在第2負(fù)荷壓力顯示部46顯示出并輸出到控制裝置40。一旦操作者對操作面板41上的平衡壓力操作部44進(jìn)行操作以設(shè)定平衡壓力設(shè)定值BP，操作面板41就將設(shè)定的平衡壓力設(shè)定值BP在平衡壓力顯示部47顯示出并輸出到控制裝置40。在操作面板41上的負(fù)荷顯示部48中顯示從控制裝置40輸入的用負(fù)荷傳感器38檢測到的負(fù)荷。在通過平衡空氣供給系統(tǒng)8使供給平衡室5的平衡室5內(nèi)部的壓力與氣缸4所支承的單元的重量取得平衡的狀態(tài)下，一旦操作者對操作面板41上未圖示的復(fù)位按鈕進(jìn)行操作，操作面板41就將此時(shí)負(fù)荷傳感器38的檢測值、即實(shí)際負(fù)荷清除為零，同時(shí)負(fù)荷顯示部48顯示零。一旦操作者對操作面板41上的振動開始操作部49進(jìn)行操作，操作面板41就在負(fù)荷顯示部48中顯示振動開始負(fù)荷設(shè)定值SP，并輸出到控制裝置40。振動開始負(fù)荷設(shè)定值SP＜第1負(fù)荷壓力設(shè)定值PP1＜第2負(fù)荷壓力設(shè)定值PP2。
本實(shí)施形態(tài)的接合機(jī)構(gòu)1的電動機(jī)2安裝在固定基座32上，該基座32設(shè)置于設(shè)置基準(zhǔn)31，螺栓螺帽機(jī)構(gòu)3的螺紋桿與電動機(jī)2的輸出軸連接，螺栓螺帽機(jī)構(gòu)3的螺帽固定在升降座33上，氣缸4安裝于升降座33上。在安裝于活塞桿15上的支架16上裝有諧振器18，諧振器18的一端通過未圖示的無頭螺釘和螺紋孔與振子30同軸結(jié)合。當(dāng)電動機(jī)2正轉(zhuǎn)時(shí)，螺栓·螺帽3的螺紋桿也正轉(zhuǎn)，與該螺紋桿螺合的螺帽就使升降座33下降。而當(dāng)電動機(jī)2逆轉(zhuǎn)時(shí)，螺栓·螺帽3的螺紋桿也逆轉(zhuǎn)，與該螺紋桿螺合的螺帽就使升降座33上升。升降座33與豎設(shè)在固定基座32下方的左右導(dǎo)向柱34滑動接觸，不能旋轉(zhuǎn)地進(jìn)行升降。在各導(dǎo)向柱34的內(nèi)部嵌入可升降的導(dǎo)桿17。導(dǎo)桿17的下端與支架16結(jié)合。這樣，導(dǎo)桿17就通過升降座33的升降和氣缸4的伸縮而升降，使支架16與設(shè)置基準(zhǔn)31保持平行。
本實(shí)施形態(tài)的諧振器18具有喇叭體19和用未圖示的無頭螺釘和螺紋孔與其兩側(cè)同軸結(jié)合的2個(gè)增壓器21、22，各增壓器21、22分別支承在從支架16的左右向下方延伸的臂部23、24上，由此將諧振器18安裝在支架16的兩個(gè)支柱上。振子30通過未圖示的無頭螺釘和螺紋孔同軸地與增壓器21結(jié)合。振子30是壓電元件或磁畸變元件一類的能量轉(zhuǎn)換器，將從未圖示的超聲波發(fā)生器接受電力供給后發(fā)生并輸出規(guī)定頻率的縱向波超聲波振動的電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。在與增壓器21結(jié)合的振子30的輸出端存在超聲波振動的最大振動振幅點(diǎn)。
喇叭體19上具有與來自振子30的超聲波振動諧振的諧振頻率1個(gè)波長的長度，增壓器21、22具有與來自振子30的超聲波振動諧振的諧振頻率半個(gè)波長的長度。喇叭體19為四角板狀，在左右端部及中央部具有最大振動振幅點(diǎn)，在中央部的最大振動振幅點(diǎn)上設(shè)有從上下面向外側(cè)凸出的短四角柱狀接合作用部20。增壓器21、22為圓柱形，在左右兩端部上具有最大振動振幅點(diǎn)，在中央部的最小振動振幅點(diǎn)上設(shè)有從外側(cè)凸出的環(huán)狀支承部25、26。各支承部25、26容納于分別同軸狀地形成于臂部23、24上的通孔27、28中。通過未圖示的螺栓，將被從各臂部23、24的外側(cè)面切到通孔27、28的切縫分割的部分緊固，使各臂部23、24握緊支承部25、26。在接合作用部20上形成吸附半導(dǎo)體芯片90用的吸引孔部29。吸引孔部29與未圖示的具有真空泵或閥等的吸引系統(tǒng)連接，吸引系統(tǒng)使吸引孔部29將半導(dǎo)體芯片90吸附于接合作用部20。
裝配機(jī)構(gòu)50具有設(shè)在設(shè)置基準(zhǔn)31上的XYθ驅(qū)動部51和安裝在XYθ驅(qū)動部51上的裝配臺52。XYθ驅(qū)動部51對裝配臺52實(shí)行如下的位置控制，即，使裝配臺52沿與設(shè)置基準(zhǔn)31平行的平面的縱橫X方向和Y方向移動，同時(shí)以上述平面內(nèi)的某一點(diǎn)為中心沿與設(shè)置基準(zhǔn)31平行的平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角、即θ方向旋轉(zhuǎn)，使裝載在與設(shè)置基準(zhǔn)31平行的裝配臺52上面的被裝配對象、即電路板92的芯片裝配位置到達(dá)規(guī)定的位置。
XYθ驅(qū)動部51具有針對設(shè)置基準(zhǔn)31的X方向仰角調(diào)節(jié)部54和針對設(shè)置基準(zhǔn)31的Y方向仰角調(diào)節(jié)部55。正如裝配準(zhǔn)備作業(yè)時(shí)，或更換諧振器18時(shí)，或更換裝配臺52時(shí)一樣，當(dāng)不能確定裝配臺52的上側(cè)面與接合作用部20的下側(cè)面之間是否保持平行時(shí)，X方向仰角調(diào)節(jié)部54和Y方向仰角調(diào)節(jié)部55可通過人工操作來調(diào)節(jié)XYθ驅(qū)動部51對設(shè)置基準(zhǔn)31在X方向的仰角和XYθ驅(qū)動部51對設(shè)置基準(zhǔn)31在Y方向的仰角，以確保裝配臺52的上側(cè)面與接合作用部20的下側(cè)面之間的平行度。
接合機(jī)構(gòu)1和裝配機(jī)構(gòu)50上設(shè)有緊急停止裝置。該緊急停止裝置具有設(shè)在升降座33上的傳感器夾頭35和設(shè)在支架16上的限位傳感器36。而且在接合時(shí)，活塞7在即將全沖程地到達(dá)負(fù)荷室6之前，限位傳感器36就將檢測到的傳感器夾頭35的電氣信號輸出到控制裝置40，于是控制裝置40就停止電動機(jī)2的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。從而可防止上下驅(qū)動機(jī)構(gòu)部的力量施加到連接點(diǎn)91與電路板上的連接點(diǎn)93之間的被接合部分。也可以是傳感器夾頭35設(shè)在支架16上，限位傳感器36設(shè)在升降座33上。限位傳感器36既可是接觸式的也可是非接觸式的。
圖2是實(shí)施形態(tài)的接合作業(yè)流程圖，橫軸上表示被接合部分、即芯片上的連接點(diǎn)91與電路板上的連接點(diǎn)93接觸的瞬間時(shí)刻t0、振子30的振動開始時(shí)刻t1、一次接合開始時(shí)刻t2、一次接合結(jié)束時(shí)刻t3、二次負(fù)荷到達(dá)時(shí)刻t4、t5、t6，左縱軸上表示芯片上的連接點(diǎn)91與電路板上的連接點(diǎn)93接觸的瞬間實(shí)際負(fù)荷W0(W0＝BP-PP1)、振動開始時(shí)間t1的實(shí)際負(fù)荷W1(W1＝SP)、一次接合開始時(shí)刻t2的實(shí)際負(fù)荷W2(W2＝PP1)、二次到達(dá)時(shí)刻t4～t6各自的實(shí)際負(fù)荷W3(W3＝PP2)，右縱軸上振動開始負(fù)荷設(shè)定值SP、第1負(fù)荷壓力設(shè)定值PP1及第2負(fù)荷壓力設(shè)定值PP2。
以下說明實(shí)施形態(tài)的動作。操作者對操作面板41進(jìn)行操作，設(shè)定振動開始負(fù)荷設(shè)定值SP、平衡壓力設(shè)定值BP、第1負(fù)荷壓力設(shè)定值PP1、第2負(fù)荷壓力設(shè)定值PP2、振子30的全加振時(shí)間T、振動30的一次接合時(shí)間T1(圖2的t3-t1)、及從第1負(fù)荷壓力設(shè)定值PP1(與作為被接合部分的芯片連接點(diǎn)91和電路板連接點(diǎn)93的大小和材料物性對應(yīng))到達(dá)第2負(fù)荷壓力設(shè)定值PP2的壓力變化斜度。
關(guān)于前述斜度，譬如圖2中用虛線L1表示的斜度a、用實(shí)線L2表示的斜度b、及用雙點(diǎn)劃線表示的斜度c等所示，根據(jù)被接合部分的大小和材料等的物性而設(shè)有多個(gè)。從而，譬如將上述多個(gè)斜度a～c預(yù)先存入控制裝置40，再由操作者對操作面板41進(jìn)行操作，以從這些斜度a～c中選出與要接合的部分的大小和材料等物性相適應(yīng)的斜度，并將所選擇的斜度在控制裝置40中設(shè)定。譬如，當(dāng)操作者選擇了斜度a時(shí)，負(fù)荷室6內(nèi)部的壓力就在圖2的時(shí)刻t3～時(shí)刻t4的時(shí)間內(nèi)從第1負(fù)荷壓力設(shè)定值PP1變化為第2負(fù)荷壓力設(shè)定值PP2，當(dāng)操作者選擇了斜度b時(shí)，負(fù)荷室6內(nèi)部的壓力就在圖2的時(shí)刻t3～時(shí)刻t5的時(shí)間內(nèi)從第1負(fù)荷壓力設(shè)定值PP1變化為第2負(fù)荷壓力設(shè)定值PP2，當(dāng)操作者選擇了斜度c時(shí)，負(fù)荷室6內(nèi)部的壓力就在圖2的時(shí)刻t3～時(shí)刻t6的時(shí)間內(nèi)從第1負(fù)荷壓力設(shè)定值PP1變化為第2負(fù)荷壓力設(shè)定值PP2。
由于設(shè)定了上述控制條件，控制裝置40就對壓力調(diào)節(jié)閥10、13進(jìn)行驅(qū)動，將平衡室5內(nèi)部的壓力設(shè)定為平衡壓力設(shè)定值BP，將負(fù)荷室6內(nèi)部的壓力設(shè)定為第1負(fù)荷壓力設(shè)定值PP1。由此使活塞7位于氣缸4內(nèi)部的上下方向中間位置，具體說是位于氣缸4內(nèi)部的下降限度位置上。另外，接合機(jī)構(gòu)1的諧振器18停止在上升限度位置上，半導(dǎo)體芯片90被接合作用部20吸附，半導(dǎo)體芯片90上的連接點(diǎn)91面向下方，電路板92裝載于裝配機(jī)構(gòu)2的裝配臺52上，電路板92上的連接點(diǎn)93面向上方。在此狀態(tài)下，未圖示的測量裝置上的CCD攝象機(jī)將對芯片連接點(diǎn)91和電路板連接點(diǎn)93進(jìn)行攝象后的電氣信號輸出給控制裝置40。然后，控制裝置40對芯片連接點(diǎn)91與電路板連接點(diǎn)93之間的位置偏差進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)其計(jì)算結(jié)果，控制裝置40對裝配臺52作位置修正。即，裝配臺52作XY及θ方向驅(qū)動，以半導(dǎo)體芯片90為基準(zhǔn)對電路板92作位置修正，以使芯片連接點(diǎn)91的位置與電路板連接點(diǎn)93的位置對齊。
然后，一旦操作者按動操作面板41的起動按鈕，控制裝置40就對電動機(jī)2作正轉(zhuǎn)驅(qū)動，接合機(jī)構(gòu)1的諧振器18下降。于是如圖2所示，在時(shí)刻t0，芯片連接點(diǎn)91被推向電路板連接點(diǎn)93。接著，由于電動機(jī)2的旋轉(zhuǎn)使升降座33下降，且由于芯片連接點(diǎn)91與電路板連接點(diǎn)93抵接而使活塞7上升，使負(fù)荷室6的容積縮小、負(fù)荷室6內(nèi)部的壓力上升，在時(shí)刻t1，一旦實(shí)際負(fù)荷W1(W1＝SP)從負(fù)荷傳感器38輸入到控制裝置40，控制裝置40就向振子30發(fā)出振動開始的指令。因此振子30發(fā)出超聲波振動使諧振器18諧振，該諧振發(fā)出的超聲波振動從接合作用部20出發(fā)，經(jīng)過半導(dǎo)體芯片90作用于芯片連接點(diǎn)91和電路板連接點(diǎn)93的接觸部位，使芯片連接點(diǎn)92和電路板連接點(diǎn)93之間發(fā)生超聲波振動接合。
一旦電機(jī)2的旋轉(zhuǎn)使升降座33進(jìn)一步下降，且由于芯片連接點(diǎn)91與電路板連接點(diǎn)93的抵接而使活塞7上升，使負(fù)荷室6的容積減小、負(fù)荷室6內(nèi)部的壓力上升，在時(shí)刻t2，一旦實(shí)際負(fù)荷W2從負(fù)荷傳感器38輸入到控制裝置40，控制裝置40就對使壓力調(diào)節(jié)閥13的先導(dǎo)閥動作的步進(jìn)電動機(jī)一類的電氣作動器進(jìn)行控制。由此使負(fù)荷室6的壓力保持在第1負(fù)荷壓力設(shè)定值PP1，在從時(shí)刻t2到時(shí)刻t3期間，半導(dǎo)體芯片90被第1負(fù)荷壓力設(shè)定值PP與平衡壓力設(shè)定值BP之間的差壓負(fù)荷推向電路板92。
在前述控制條件設(shè)定中，如果操作者選擇設(shè)定斜度b，則時(shí)刻t3以后的將半導(dǎo)體芯片90推向電路板92的負(fù)荷就按圖2的實(shí)線L2發(fā)生壓力變化。從而，一旦到達(dá)時(shí)刻t3，控制裝置40就對壓力調(diào)節(jié)閥13的電氣作動器進(jìn)行控制。就是用負(fù)荷室6的壓力沿實(shí)線L2從第1負(fù)荷壓力設(shè)定值PP1向第負(fù)荷壓力設(shè)定值PP2上升的加壓曲線進(jìn)行控制。其壓力變化被負(fù)荷傳感器38檢測。然后，在從時(shí)刻t1開始到達(dá)全接合時(shí)間T的時(shí)刻，芯片連接點(diǎn)91與電路板連接點(diǎn)93之間利用超聲波振動進(jìn)行的接合結(jié)束，控制裝置40向振子30發(fā)出停止振動的指令，同時(shí)將電動機(jī)2從正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為逆轉(zhuǎn)。于是，接合機(jī)構(gòu)1的諧振器18上升，同時(shí)超聲波振動停止。
接著，一旦諧振器18到達(dá)上升限度位置，控制裝置40就停止電動機(jī)2的逆轉(zhuǎn)。在該諧振器18開始上升、或諧振器18在上升途中、或諧振器18到達(dá)上升限度位置的同時(shí)，控制裝置40控制壓力調(diào)節(jié)閥13的電氣作動器。就是進(jìn)行從負(fù)荷室6的壓力從到達(dá)實(shí)線L2上的全接合時(shí)間T后的壓力開始向第1負(fù)荷壓力設(shè)定值PP1下降的壓力控制。由此結(jié)束向電路板92上裝配1個(gè)半導(dǎo)體芯片90的裝配工序的1個(gè)周期。
總之，本實(shí)施形態(tài)是通過操作者在控制裝置40上設(shè)定振動開始負(fù)荷設(shè)定值SP、第1負(fù)荷壓力設(shè)定值PP1、第2負(fù)荷壓力設(shè)定值PP2、平衡壓力設(shè)定值BP、一次接合時(shí)間T1、全接合時(shí)間T、及根據(jù)被接合部分的大小和材料物性從多個(gè)斜度a～c選擇的斜度等控制條件，使控制裝置40對作為接合作業(yè)的負(fù)荷控制機(jī)構(gòu)部的氣缸室4的負(fù)荷室6內(nèi)部的壓力進(jìn)行控制，并對構(gòu)成接合作業(yè)的上下驅(qū)動部之一部的電動機(jī)2的正轉(zhuǎn)和逆轉(zhuǎn)進(jìn)行控制，使作為第1構(gòu)件的電路板92和作為第2構(gòu)件的半導(dǎo)體芯片90在從振動開始負(fù)荷設(shè)定值SP開始、經(jīng)過第1負(fù)荷壓力設(shè)定值PP1向第2負(fù)荷壓力設(shè)定值PP2逐漸上升的負(fù)荷下一邊接受超聲波振動一邊被接合。
前述振動開始負(fù)荷設(shè)定值SP、第1負(fù)荷壓力設(shè)定值PP1、第2負(fù)荷壓力設(shè)定值PP2、平衡壓力設(shè)定值BP、一次接合時(shí)間T1、全接合時(shí)間T(T＞T1)等控制條件采用根據(jù)被接合部分、即芯片連接點(diǎn)91和電路板連接點(diǎn)93的大小和材料等物性求出的值。譬如，當(dāng)?shù)?構(gòu)件與第2構(gòu)件間的接合部分較大或較硬時(shí)，就將第2負(fù)荷壓力設(shè)定值PP2設(shè)定為較高值，當(dāng)?shù)?構(gòu)件與第2構(gòu)件間的接合部分較小或較軟時(shí)，就將第2負(fù)荷壓力設(shè)定值PP2設(shè)定為較低值。從而，本實(shí)施形態(tài)可根據(jù)被接合部分的大小和材料等物性在負(fù)荷室6中設(shè)定各種接合時(shí)所需的壓力，可通過超聲波振動進(jìn)行最佳接合，不會發(fā)生接合部分被過度破壞或接合部分剝離的現(xiàn)象。
另外，本實(shí)施形態(tài)的接合機(jī)構(gòu)1具有由電動機(jī)2和螺栓·螺帽3組成的接合作業(yè)的上下驅(qū)動機(jī)構(gòu)部和由氣缸4組成的接合作業(yè)的負(fù)荷控制機(jī)構(gòu)部，故接合時(shí)上下驅(qū)動機(jī)構(gòu)的力不作用于接合部分，只有負(fù)荷控制機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的加壓力在接合時(shí)作用于接合部分。即，當(dāng)電動機(jī)2正轉(zhuǎn)、接合機(jī)構(gòu)1的諧振器18下降、芯片連接點(diǎn)91被推向電路板連接點(diǎn)93時(shí)，活塞7上升。因此，由電動機(jī)2產(chǎn)生的下降的力被活塞7的上升吸收而不作用于接合部分，而只有與負(fù)荷室6的壓力相當(dāng)?shù)募訅毫ψ饔糜诮雍喜糠?。從而，即使電動機(jī)2的旋轉(zhuǎn)速度提高，諧振器18的下降速度提高，也不會有急劇升高的沖擊力施加到接合部分，不會發(fā)生半導(dǎo)體芯片90或電路板92破裂的現(xiàn)象。
即使由于上述活塞7的上升使負(fù)荷室6的容積縮小，通過壓力調(diào)節(jié)閥13的壓力調(diào)節(jié)也能使負(fù)荷室6內(nèi)部的壓力保持在第1負(fù)荷壓力設(shè)定值PP1。從而，在全接合時(shí)間T的過程中，即使控制裝置40停止電動機(jī)2的正轉(zhuǎn)，也可以與負(fù)荷室6的容積縮小成比例，使負(fù)荷室6的壓力保持第1負(fù)荷壓力設(shè)定值PP1以及已選定的從第1負(fù)荷壓力設(shè)定值PP1向第2負(fù)荷壓力設(shè)定值PP2上升的斜度，不會對接合產(chǎn)生不良影響。
又由于本實(shí)施形態(tài)設(shè)有由傳感器夾頭35和限位傳感器36構(gòu)成的緊急停止裝置，故在活塞7達(dá)到上升限度之前就會強(qiáng)制地停止電動機(jī)2的正轉(zhuǎn)，由電動機(jī)2產(chǎn)生的下降的力不會施加給接合部分。
在前述實(shí)施形態(tài)中，是在接合機(jī)構(gòu)1的諧振器18停止于上升限度位置的接合作業(yè)初始狀態(tài)下將半導(dǎo)體芯片90吸附在諧振器18上，而如果將半導(dǎo)體芯片90重疊置于電路板92上方，再通過諧振器18的下降使接合作用部20將半導(dǎo)體芯片90推壓到電路板92上，則諧振器18就無需設(shè)置吸引孔29，使結(jié)構(gòu)更為簡單。
在前述實(shí)施形態(tài)中，是從操作面板41上給控制裝置40設(shè)定控制條件，而如果把與被接合部分的大小和材料相應(yīng)的多個(gè)控制條件預(yù)先存入控制裝置40作為有關(guān)的控制條件，并根據(jù)要接合的部分的大小和材料從存入的多個(gè)控制條件中選擇設(shè)定，則接合作業(yè)更加容易。
在前述實(shí)施形態(tài)中，是在活塞桿15與支架16之間設(shè)置負(fù)荷傳感器38，當(dāng)然也可以用圖1中雙點(diǎn)劃線表示的、相當(dāng)于上述負(fù)荷傳感器38的負(fù)荷傳感器53來代替負(fù)荷傳感器38設(shè)置在裝配臺上。在這種場合，如果將負(fù)荷傳感器38設(shè)置在與諧振器18的接合作用部20對應(yīng)的位置上，就能更準(zhǔn)確地檢測實(shí)際負(fù)荷。又，如前述實(shí)施形態(tài)所述，只在將活塞7、活塞桿15、導(dǎo)桿17、諧振器18、振子30、半導(dǎo)體芯片90等支承在支架16的狀態(tài)下，負(fù)荷傳感器53不能檢測由氣缸4支承的單元的重量，故活塞7、活塞桿15、支架16、導(dǎo)桿17、諧振器18、振子30、半導(dǎo)體芯片90等的總重量要通過計(jì)算求得，或最好是將平衡室5及負(fù)荷室6敞開于大氣中，至少使電動機(jī)2工作以使支架16下降，使接合作用部20或吸附在接合作用部20的半導(dǎo)體芯片90與裝配臺52接觸，再用傳感器53檢測由氣缸4支承的單元的重量。
權(quán)利要求
1.一種超聲波振動接合裝置，用支承在接合機(jī)構(gòu)上的諧振器和裝配機(jī)構(gòu)的裝配臺將重疊的多個(gè)構(gòu)件加壓保持在它們之間，從與諧振器結(jié)合的振子向諧振器傳遞超聲波振動，利用超聲波振動將重疊的多個(gè)構(gòu)件接合，其特征在于，接合機(jī)構(gòu)具有接合作業(yè)的上下驅(qū)動機(jī)構(gòu)部和接合作業(yè)的負(fù)荷控制機(jī)構(gòu)部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波振動接合裝置，其特征在于，接合機(jī)構(gòu)部由電動機(jī)和與電動機(jī)輸出軸及支承諧振器的支架連接的螺栓·螺帽機(jī)構(gòu)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波振動接合裝置，其特征在于，負(fù)荷控制機(jī)構(gòu)部由與接合機(jī)構(gòu)部的輸出端和支承諧振器的支架連接的氣缸構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波振動接合裝置，其特征在于，負(fù)荷控制機(jī)構(gòu)部具有向在氣缸內(nèi)部隔成的平衡室和負(fù)荷室供給加壓空氣的加壓供給系統(tǒng)、及根據(jù)與負(fù)荷控制機(jī)構(gòu)連接的單元的重量來設(shè)定從加壓供給系統(tǒng)供給平衡室的加壓空氣壓力且根據(jù)被接合構(gòu)件的大小和材料來設(shè)定從加壓供給系統(tǒng)供給負(fù)荷室的加壓空氣壓力的設(shè)定裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波振動接合裝置，其特征在于，在支承諧振器的支架上設(shè)置負(fù)荷傳感器。
全文摘要
一種超聲波振動接合裝置,操作者在控制裝置上設(shè)定振動開始負(fù)荷設(shè)定值、第1及第2負(fù)荷壓力設(shè)定值、平衡壓力設(shè)定值、一次接合時(shí)間、全接合時(shí)間及與接合部分的大小和材料相應(yīng)的壓力曲線的斜度等控制條件,使控制裝置控制負(fù)荷控制機(jī)構(gòu)部、即氣缸的負(fù)荷室內(nèi)部的壓力以及構(gòu)成上下驅(qū)動機(jī)構(gòu)部的電動機(jī)正轉(zhuǎn)和逆轉(zhuǎn),使第1和第2構(gòu)件在從振動開始時(shí)刻起經(jīng)過第1負(fù)荷壓力設(shè)定值逐漸向第2負(fù)荷壓力設(shè)定值上升的負(fù)荷下一邊接受超聲波振動一邊被接合。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)最佳接合。
文檔編號H01L21/607GK1277904SQ0011839
公開日2000年12月27日 申請日期2000年6月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月16日
發(fā)明者佐藤茂, 勝見貢, 中居誠也 申請人:株式會社厄泰克斯