專利名稱：電子元器件安裝裝置及電子元器件安裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用超聲波振動安裝電子元器件的金屬電極與布線基板的金 屬電極用的電子元器件安裝裝置及電子元器件安裝方法。
背景技術(shù)：
在將電子元器件安裝到印刷基板等的布線基板上的裝置中，以往利用接合 電子元器件的電極和布線基板的電極的種種方法，作為能在短時間內(nèi)且以較低 溫度實裝電子元器件的方法之一，已知有利用超聲波的接合方法(下面稱作超 聲波接合)。
上述超聲波接合中，利用超聲波振動使按壓在布線基板上的電子元器件振 動，使電子元器件的電極(例如形成有凸塊)與布線基板的電極電接合。這時， 所述凸塊可以形成于布線基板的電極上，也可以形成于電子元器件的電極和布 線基板的電極兩者上。
圖13 (a) (b)是表示以往的利用超聲波將電子元器件4安裝到布線基板 14上的電子元器件安裝裝置(下稱超聲波接合裝置)對電子元器件4的金屬電 極與布線基板14的金屬電極實施接合的狀態(tài)說明圖，l是超聲波振子，2是超 聲波焊頭(日文水一乂)， 3是工具。
圖13 (a)是剖視圖，圖13 (b)的右圖是除去布線基板后的仰視圖，圖 13 (b)的左圖的9是無載荷時的超聲波振幅，模擬地表示施加載荷時的超聲 波振動的傳遞量。
如圖13 (a)所示，由超聲波振子1發(fā)生的超聲波振動，通過傳遞超聲波 振動的超聲波焊頭2、和與搭載的電子元器件4直接接觸的工具3，傳遞到電 子元器件4，電子元器件4上的電極與布線基板14的電極被接合。
圖14是表示對電子元器件的各接合部施加負荷的載荷條件、超聲波振動 條件和電子元器件的各接合部的合格品、不合格品的關(guān)系的說明圖。橫軸是對各接合部施加負荷的載荷條件，縱軸是超聲波振動。
如該圖14所示，在低載荷或低超聲波振動的區(qū)域B中，接合所需的負荷
能量不足，會發(fā)生電子元器件4的電極與布線基板14的電極未被接合的接合 部的導(dǎo)電不良，或發(fā)生為確保作為產(chǎn)品所要求的可靠性所需要的接合強度(例 如，電子元器件4對布線基板14的剪切強度)不足之類的接合強度不足所引 起的接合不良。
另外，在高載荷或高超聲波振動的區(qū)域C中，因負荷能量的過負荷而破壞 電子元器件4或布線基板14。
因此，作為接合條件的載荷值和超聲波振動值，需要設(shè)定在能確保為確保 作為產(chǎn)品所要求的可靠性所需的接合強度、且不發(fā)生電子元器件4或布線基板 14的破壞的范圍內(nèi)。區(qū)域A能實現(xiàn)適當?shù)妮d荷且適當?shù)某暡ㄕ駝拥碾娮釉?器件4與布線基板14的良好的接合。
專利文獻1:日本專利特開2004 — 330228號公報
近年來，與接合電子元器件的電極和布線基板的電極的下述其他接合方式 相比，例如通過形成于凸塊上的導(dǎo)電性粘合材料來接合形成于電子元器件的電 極上的凸塊與布線基板的電極的接合方法，或者，通過含有導(dǎo)電性粒子的粘合 片來接合形成于電子元器件的電極上的凸塊與布線基板的電極的接合方法，或 者，接合形成于電子元器件上的釬焊凸塊與布線基板的電極的方法等，超聲波 接合方式被認為具有能在短時間內(nèi)且以較低溫度接合電子元器件的優(yōu)越性，被 期待著對多種電子元器件的接合形態(tài)的應(yīng)用。
特別是，在被預(yù)測圖像顯示用驅(qū)動器IC等的大型化且電極的窄間距化在 今后還會有所進展的電子元器件的接合形態(tài)中，由于會因接合時的溫度負荷所 引起的各構(gòu)成構(gòu)件的熱膨脹而產(chǎn)生接合位置偏移等不佳的情況，所以尤其期待 可在低溫下接合的超聲波接合方式的應(yīng)用。
超聲波接合中，為了將由工具傳遞的超聲波振動傳遞到電子元器件的整個 表面，工具的與超聲波振動方向垂直的方向的長度及平行的方向的長度被設(shè)定 成，和電子元器件的與超聲波振動方向垂直的方向的長度及平行的方向的長度 相同的長度，或者比電子元器件的與超聲波振動方向垂直的方向的長度及平行 的方向的長度要長，而且，工具的與超聲波振動方向垂直的方向的長度，在工具的元器件保持面中是相同的長度，而且工具的與超聲波振動方向平行的方向 的長度被設(shè)定成在工具保持面中是相同的長度。
然而，上述工具的形狀中，越是距工具的與超聲波振動方向平行的方向的 中心線較遠的工具的部位，超聲波振動的傳遞變得越差。
艮P，如圖13 (b)所示，在工具3的中央部和工具3的端部，產(chǎn)生超聲波 振幅9的變化，即對超聲波振動的傳遞產(chǎn)生差異，特別是在工具3的端部，超 聲波振動的傳遞變得極小。
如上所述，超聲波接合的接合條件需要定為電子元器件的電極與布線基板 的電極接合且不破壞的區(qū)域A的接合條件，但若對電子元器件的中央部的電極 與端部電極部的超聲波振動的傳遞產(chǎn)生差異，則對電子元器件內(nèi)的各接合部實 際所加負荷的接合條件具有如圖14所示那樣的范圍，找不到滿足在電子元器 件內(nèi)的整個接合部中確保接合強度、及不破壞電子元器件或布線基板的兩方面 的接合條件。圖14中Dl的范圍表示對與電子元器件的超聲波振動方向垂直的 方向上的端部實際所加負荷的接合條件的范圍。D 2的范圍表示對與電子元器 件的超聲波振動方向垂直的方向上的端部以外實際所加負荷的接合條件的范 圍。
或者，即使能找到滿足在電子元器件內(nèi)的整個接合部中確保接合強度、及 不破壞電子元器件或布線基板的兩方面的接合條件，也已經(jīng)變成了為確保合格 品所需的裕度較小的接合條件，批量生產(chǎn)中的接合條件的維持管理上非常困 難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述以往的問題而完成的，其目的在于，通過使超聲波接合 中的工具中央部與工具端部的超聲波振幅之差，即超聲波振動的傳遞之差減低 到零，或者使超聲波振動的傳遞之差減小，并找出滿足在電子元器件內(nèi)的整個 接合部中確保接合強度、及不破壞電子元器件或布線基板的兩方面的條件，進 一步確保裕度較大的接合條件范圍以確保合格品，從而使批量生產(chǎn)中的接合條 件的維持管理變得容易。
本發(fā)明的權(quán)利要求1所述的電子元器件安裝裝置，將由超聲波振子發(fā)生的
7超聲波振動通過超聲波焊頭和工具傳遞到布線基板上的電子元器件，使所述電 子元器件與所述布線基板接合，其特征為，設(shè)定成使得通過所述超聲波振子的 中心軸、且垂直于與所述電子元器件的接觸面的方向的所述工具的中央部的截 面積，比所述工具的其他部位的截面積要大。
本發(fā)明的權(quán)利要求2所述的電子元器件安裝裝置，其特征為，在權(quán)利要求 1中，設(shè)定成使得與超聲波振動方向平行的方向的所述工具的與所述電子元器 件的接觸面的中央部的長度，比所述工具的與所述電子元器件的接觸面的端部 的長度要長。
本發(fā)明的權(quán)利要求3所述的電子元器件安裝裝置，其特征為，在權(quán)利要求 1中，在所述工具的側(cè)面，形成與由所述超聲波振子給予的超聲波振動方向平 行的方向的溝部。
本發(fā)明的權(quán)利要求4所述的電子元器件安裝裝置，其特征為，在權(quán)利要求 1中，在所述工具的側(cè)面，形成與由所述超聲波振子給予的超聲波振動方向垂 直的方向的2個孔部，并將該2個孔部分別設(shè)置在相對于所述超聲波振子的中 心軸對稱的位置上。
本發(fā)明的權(quán)利要求5所述的電子元器件安裝裝置，將由超聲波振子發(fā)生的
超聲波振動通過超聲波焊頭和工具傳遞到布線基板上的電子元器件，使所述電 子元器件與所述布線基板接合，其特征為，設(shè)定成使得通過所述超聲波振子的
中心軸、且垂直于與所述電子元器件的接觸面的方向的所述工具的中央部的截 面積，比其他部位的截面積要小。
本發(fā)明的權(quán)利要求6所述的電子元器件安裝裝置，其特征在于，在權(quán)利要 求5中，在所述工具的與由所述超聲波振子給予的超聲波振動方向垂直的方向 的側(cè)面，形成孔部，并將所述孔部設(shè)置成使得該孔部的中心線存在于通過所述 工具的與所述電子元器件的接觸面的中央部和所述超聲波振子的中心軸的平 面上。
本發(fā)明的權(quán)利要求7所述的電子元器件安裝裝置，其特征為，在權(quán)利要求 5中，在所述工具的電子元器件保持面的中央部形成溝部。
本發(fā)明的權(quán)利要求8所述的電子元器件安裝裝置，將由超聲波振子發(fā)生的 超聲波振動通過超聲波焊頭和工具傳遞到布線基板上的電子元器件，使所述電子元器件與所述布線基板接合，其特征為，使通過所述超聲波振子的中心軸、 且垂直于所述工具與電子元器件的接觸面的方向的所述工具的中央部的材質(zhì) 與所述工具的其他部位的材質(zhì)，有所不同。
本發(fā)明的權(quán)利要求9所述的電子元器件安裝裝置，將由超聲波振子發(fā)生的 超聲波振動通過超聲波焊頭和工具傳遞到布線基板上的電子元器件，使所述電 子元器件與所述布線基板接合，其特征為，使通過所述超聲波振子的中心軸、 且垂直于所述工具與電子元器件的接觸面的方向的所述工具的中央部的材質(zhì) 組織與所述工具的其他部位的材質(zhì)組織，有所不同。
本發(fā)明的權(quán)利要求IO所述的電子元器件安裝方法，是使用權(quán)利要求1 6
中的任一項的電子元器件安裝裝置、并利用超聲波將電子元器件安裝到布線基 板上的電子元器件安裝方法，其特征為，具備使與由超聲波振子給予的超聲波 的振動方向平行的方向上的中央部的形狀和端部的形狀變化的工具、及保持該
工具的超聲波焊頭，所述電子元器件安裝方法包括通過所述超聲波焊頭和保 持電子元器件的所述工具、由所述超聲波振子向所述電子元器件給予超聲波振 動的工序；及通過安裝有所述超聲波焊頭的支承構(gòu)件和所述超聲波焊頭和所述 工具、將所述電子元器件按壓到所述布線基板上的工序。
本發(fā)明的權(quán)利要求11所述的電子元器件安裝方法，是使用權(quán)利要求8或9
所述的電子元器件安裝裝置、并利用超聲波將電子元器件安裝到布線基板上的 電子元器件安裝方法，其特征為，具備使與由超聲波振子給予的超聲波的振 動方向平行的方向上的中央部的與超聲波的振動方向垂直的方向的材質(zhì)或組 織、和與端部的超聲波的振動方向垂直的方向的材質(zhì)或組織變化的工具；及保 持該工具的超聲波焊頭，所述電子元器件安裝方法包括通過所述超聲波焊頭 和保持電子元器件的所述工具、由所述超聲波振子向所述電子元器件給予超聲 波振動的工序；及通過安裝有所述超聲波焊頭的支承構(gòu)件和所述超聲波焊頭和 所述工具、將所述電子元器件按壓到所述布線基板上的工序。
根據(jù)本發(fā)明，通過使超聲波接合的工具中央部與工具端部的超聲波振幅之 差即超聲波振動的傳遞之差減低到零，或使超聲波振動的傳遞之差減小，從而 能滿足確保電子元器件內(nèi)的整個接合部的接合強度、及不破壞電子元器件或布 線基板的兩方面的條件，進一步能確保裕度較大的接合條件范圍以確保合格品，因此，批量生產(chǎn)中的接合條件的維持管理變得容易。


圖1為本發(fā)明的超聲波接合裝置的實施方式1的簡要結(jié)構(gòu)圖。 圖2為本實施方式的接合動作的流程圖。
圖3是示出本實施方式的超聲波振動條件與載荷條件的分布圖、和各接合 時間下的電子元器件和布線基板部分的圖，(a)是示出超聲波振動與載荷條 件的分布圖，(bl) (b3)是示出各接合時間下的電子元器件和布線基板和 接合材料的結(jié)構(gòu)的剖視圖，(cl) (c3)是示出各接合時間下的配置在電子 元器件與布線基板之間的接合材料的與電子元器件上的電極的接觸面的區(qū)域 圖。
圖4是示出對本實施方式的電子元器件的各接合部施加負荷的載荷條件和 超聲波振動條件與電子元器件的各接合部的合格品、不合格品的關(guān)系的說明圖。
圖5示出本實施方式的接合頭，(a)為剖視圖，(b)的右圖為仰視圖， (b)的左圖為表示無載荷時的工具上位置與超聲波振幅的關(guān)系的說明圖，(b)
的下圖為表示無載荷時的超聲波焊頭與超聲波振幅的關(guān)系的說明圖。
圖6是從元器件保持面方向示出實施方式1的變形例的工具的立體圖。 圖7 (a) 、 (b)是從元器件保持面方向示出實施方式1的另一變形例的
工具的立體圖。
圖8是從元器件保持面方向示出實施方式1的另一變形例的工具的立體圖。
圖9是從元器件保持面方向示出實施方式1的另一變形例的工具的立體圖。
圖IO是從元器件保持面方向示出實施方式1的另一變形例的工具的立體圖。
圖11是從元器件保持面方向示出本發(fā)明的超聲波接合裝置的實施方式2
的工具的立體圖。
圖12是從元器件保持面方向示出本發(fā)明的超聲波接合裝置的實施方式2的工具的立體圖。
圖13是示出利用現(xiàn)有的超聲波接合裝置實施電子元器件與布線基板的接
合的狀態(tài)的說明圖，(a)為正視圖，(b)的右圖為除去布線基板后的仰視圖，
(b)的左圖表示無載荷時的工具上的位置與超聲波振幅的關(guān)系的說明圖。
圖14是示出現(xiàn)有裝置中對電子元器件的各接合部施加負荷的載荷條件和 超聲波振動條件與電子元器件的各接合部的合格品、不合格品的關(guān)系的說明圖。
具體實施例方式
以下根據(jù)圖1 圖12說明本發(fā)明的各實施方式。 (實施方式1)
圖1 圖IO示出本發(fā)明的實施方式。
圖1為本發(fā)明的超聲波接合裝置的簡要結(jié)構(gòu)圖。
該超聲波接合裝置包括保持布線基板14的布線基板保持部24，在布線基 板保持部24的+Z方向側(cè)，設(shè)有將電子元器件4接合到布線基板14上的接合 機構(gòu)21。在布線基板保持部24與接合機構(gòu)21之間，設(shè)有對電子元器件4和布 線基板14進行攝像的攝像機構(gòu)27。另外，設(shè)有將電子元器件4提供給接合機 構(gòu)21的供給機構(gòu)(未圖示)。該超聲波接合裝置中，通過由控制部40控制這 些機構(gòu)，從而對布線基板14與電子元器件4進行接合。
布線基板保持部24包括保持布線基板14的工作臺25和在X方向和Y方 向上移動工作臺25的工作臺移動機構(gòu)26。接合機構(gòu)21包括接合頭23、和在Z 方向上移動(升降)接合頭23的升降機構(gòu)22。攝像機構(gòu)27包括對電子元器件 4和布線基板14進行攝像的攝像單元28、和在X方向和Y方向上移動的攝像 單元移動機構(gòu)29。
圖2是與使用圖1所示的超聲波接合裝置使電子元器件4接合到布線基板
14上的動作相關(guān)的控制部40的流程圖。
控制部40首先用接合頭23吸附由供給機構(gòu)供給的電子元器件4 (S11)。 接著，攝像單元28移動到電子元器件4和布線基板14之間，對被吸附的
電子元器件4和保持于工作臺25上的布線基板14進行攝像(S12)。
11接著，將圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到控制部40，分別與預(yù)先存儲有的電子元器件4
與布線基板14的圖像數(shù)據(jù)進行比較，檢測出電子元器件4和布線基板14的位 置與方向(S13)。
接著，根據(jù)檢測結(jié)果，將電子元器件4和布線基板14校正到預(yù)先設(shè)定的 相對位置和方向上(S14)。
攝像單元28退避到不與電子元器件4或接合頭23接觸的位置，降下接合 頭23，將電子元器件4按壓接合到布線基板14上(S15)。
然后，通過解除接合頭23對電子元器件4的吸附，上升接合頭23(S16)， 從而完成接合動作的一個循環(huán)。
此外，在將電子元器件4和布線基板14校正到預(yù)先設(shè)定的相對位置和方 向的工序(S14)中，也可不用圖1所示的工作臺移動機構(gòu)26，而在接合機構(gòu) 21上另設(shè)移動機構(gòu)進行校正。
圖3是示出使電子元器件4接合的條件即超聲波振動條件與載荷條件的分 布圖、和各接合時間下的電子元器件4和布線基板14的部分的圖。
圖3中，(a)示出超聲波振動與載荷條件的分布圖，(bl) (b3)是 示出各接合時間下的電子元器件4與布線基板14、和使電子元器件4與布線基 板14接合的接合材料13的剖視圖，(cl) (c3)示出電子元器件4的電極 12與配置在布線基板14 一側(cè)的接合材料13的接觸面在各接合時間下的區(qū)域 圖。此外，圖中的5表示超聲波振動方向。
用圖3說明超聲波振動條件和載荷條件的各自分布、與在各接合時間下的 電子元器件4及布線基板14的狀態(tài)的關(guān)系。
首先，在施加超聲波振動之前，只用載荷施加構(gòu)件ll施加載荷。即，準 備在布線基板14的布線電極15上配置有接合材料13的布線基板14和電子元 器件4[(a)的O秒時，布線電極15的狀態(tài)(bl)，電子元器件4的狀態(tài)(cl): 初始區(qū)域30]。
接下來的tl秒間只施加載荷[(a) 0秒 tl秒，布線電極15的狀態(tài)(b2)， 電子元器件4的狀態(tài)(c2):因載荷而擴大的區(qū)域31]。這時施加的載荷F[N] 為U[s]后施加超聲波振動的情況下電子元器件4不產(chǎn)生位置偏移的足夠的值。
接著，在tl秒后至t2秒為止，施加超聲波振動P[W]和載荷F[N]，完成接合分布[(a) tl秒 t2秒，布線電極15的狀態(tài)(b3)，電子元器件4的狀態(tài) (c3):因載荷+超聲波振動而擴大的區(qū)域32]。
這里，因圖3的(c2)所示的接合材料13的載荷而擴大的區(qū)域31，因接 合強度低，為了電子元器件4不產(chǎn)生位置偏移，希望載荷F[N]為足夠且較小的值。
另外，本實施方式中，雖然以預(yù)先將接合材料13配置在布線上的布線基 板14與電子元器件4相對地接合的接合方法為例作了說明，但也可將接合材 料13預(yù)先配置到電子元器件4中。另外，tl[s]后的載荷或超聲波振動不一定 必須如圖3的(a)所示的那樣是一定的，另外，超聲波振動的控制因子也可 以不用功率W,而用電壓或電流。
圖4是示出本實施方式的對電子元器件4的各接合部施加負荷的載荷條件 和超聲波振動條件與電子元器件4的各接合部的合格品、不合格品的關(guān)系的說 明圖。橫軸是對各接合部施加負荷的載荷條件，縱軸是超聲波振動。在低載荷 或低超聲波振動的區(qū)域B中，接合所需的負荷能量不足，會發(fā)生電子元器件4 的電極與布線基板14的電極未被接合的接合部的電導(dǎo)通不良，或發(fā)生為確保 作為產(chǎn)品所要求的可靠性所需要的接合強度(例如，電子元器件4對布線基板 14的剪切強度)不足之類的接合強度不足所引起的接合不良。另外，在高載荷 或高超聲波振動的區(qū)域C中，因負荷能量的過負荷而破壞電子元器件4或布線 基板14。區(qū)域A中，能實現(xiàn)恰當?shù)妮d荷且恰當?shù)某暡ㄕ駝拥碾娮釉骷? 與布線基板14的良好的接合。區(qū)域E表示實際加載到電子元器件的各區(qū)域的 接合條件的范圍。
如圖4所示，作為接合條件的載荷值及超聲波振動，需要設(shè)定在能確保接 合強度且不發(fā)生電子元器件4或布線基板14的破壞的區(qū)域內(nèi)，也取決于接合 的面積或接合材料的特性，例如，如是載荷，則5N至500N左右是妥當?shù)模?如是超聲波振動，則換算成無載荷時的超聲波振幅，0.5|im至lO)im左右是妥當?shù)摹?br> 另外，當對電子元器件4和布線基板14的接合部，除載荷、超聲波振動 外還加熱時，則可促進接合材料13與電子元器件4的電極12和布線基板14 的布線電極15的相互擴散，能以更低載荷，更低超聲波振動來接合，因此，能擴大接合條件的界限，而且得到穩(wěn)定的品質(zhì)。 圖5示出圖1中所示的接合頭23。
圖5中，(a)是接合頭23的正面的部分剖視圖，(b)的右圖是接合頭 23的仰視圖，20是超聲波振子1的超聲波振子長度。(b)的左圖是示出無載 荷時的工具3上位置與超聲波振幅的關(guān)系的說明圖，(b)的下圖是示出無載 荷時的超聲波焊頭與超聲波振幅的關(guān)系的說明圖。
此外，圖5中還一并示出保持于接合頭23上的電子元器件4。另外，(b) 的左圖所示的無載荷時的超聲波振幅9，近似地表示載荷施加時的超聲波振動 的傳遞量。
如圖5所示，接合頭23由吸附電子元器件4的工具3、發(fā)生超聲波振動的 超聲波振子l、將超聲波振動傳遞到工具3的超聲波焊頭2、超聲波焊頭2的 支承構(gòu)件IO、及載荷施加構(gòu)件ll所構(gòu)成。超聲波焊頭2在長邊方向的中央部 具有超聲波振動的最大振幅點35，工具3配置于超聲波振動的最大振幅點35 即超聲波焊頭2的中央部。利用本結(jié)構(gòu)，能將超聲波振動以最高效率傳遞到電 子元器件4。
超聲波振子1配置于超聲波焊頭2的長邊方向的一端部，在超聲波的長邊 方向上進行超聲波振動。另外，超聲波焊頭2僅在超聲波振動的節(jié)點部(節(jié)部)34 由支承構(gòu)件10加以固定。利用這樣的結(jié)構(gòu)，能不阻礙超聲波焊頭2的超聲波 振動，并保持超聲波焊頭2。
對工具3施加載荷的載荷施加構(gòu)件11采用如下結(jié)構(gòu)，即，被配置于超聲 波焊頭2的最大振幅點35的工具3的位置之上，固定于超聲波焊頭2的超聲 波焊頭支承構(gòu)件10上。這種情況下也可采用如下結(jié)構(gòu)，即，在載荷施加構(gòu)件 11上配置支座，使得與配置超聲波焊頭2的和工具3相反的面的包含超聲波焊 頭最大振幅點35的表面相接觸。
工具3由具有在電子元器件4的接合中優(yōu)選的振動特性和振動傳遞特性的 不銹鋼、超硬合金、淬火鋼形成，其中心部包括用于吸附保持電子元器件4的 真空吸引用的吸引管路。
如圖5 (b)所示，設(shè)定實施方式1的工具3的形狀被設(shè)定成，使得通過超 聲波振子1的中心軸、且相對于與電子元器件4的接觸面為水平方向的工具3的中心部3a的截面積，比作為工具3的其他部位的端部3b的截面積要大。也 就是說，在與由超聲波振子1給予的超聲波振動方向平行的方向上，使工具3 的中央部3a的形狀與工具3的端部3b的形狀變化，使截面積有所不同，在與 由超聲波振子給予的超聲波振動方向5平行的方向上，工具3的中央部3a 的厚度比工具3的端部3b的厚度要大。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，則如圖5 (b)所示，與超聲波振動方向5垂直的方向上的 超聲波振幅9就大致相同。即，由于超聲波振動之差減低到零或減小，所以在 電子元器件4中的與超聲波振動方向5垂直的方向上的中央部3a與端部3b， 能使超聲波振動的傳遞之差減低到零或減小。
通過能在電子元器件4中的與超聲波振動方向5垂直的方向上的中央部3a 與端部3b使超聲波振動的傳遞之差減低到零或減小，從而如圖3 (bl) (b3) 所示那樣，能在電子元器件4的與超聲波振動方向5垂直的方向上的中央部與 端部的電極12、 15，使因載荷+超聲波振動而擴大的區(qū)域的面積差減低到零或 減小，能使電子元器件4的與超聲波振動方向5垂直的方向上的中央部與端部 的電極12、 15的接合強度差減低到零或減小，且能使接合時向電子元器件4 的與超聲波振動方向垂直的方向上的中央部與端部的電極12、 15給予的載荷 之差減低到零或減小。
因此，對電子元器件4的各接合部實際施加負荷的接合條件的范圍，例如， 如圖4所示，在不是發(fā)生因低載荷或低超聲波振動而引起的接合強度不足的不 合格的區(qū)域B與發(fā)生因高載荷或高超聲波振動而引起的電子元器件或布線基 板的破壞的不合格的區(qū)域C的接合合格品的區(qū)域A中，由于對同一電子元器 件整個表面上施加負荷的接合條件的范圍，與現(xiàn)有的接合條件的范圍相比變得 格外地小，所以能容易地設(shè)定在電子元器件與布線基板的整個接合部滿足確保 接合強度與非破壞兩方面的接合條件，能容易實現(xiàn)批量生產(chǎn)中的接合條件的維 持管理。
另外，工具3不一定要與超聲波焊頭2做成一體，也可采用工具3被安裝 成能相對于超聲波焊頭2裝卸的結(jié)構(gòu)。而且，作為利用工具3對電子元器件4 加以保持的方法，不限于吸引吸附，也可利用電氣或磁氣的吸附來保持。
另外，作為各構(gòu)件的材料，超聲波振子l用壓電元件，超聲波焊頭2用不銹鋼等較合適，但超聲波焊頭2只要是能傳遞由超聲波振子1發(fā)生的超聲波振 動的材料即可。
參照圖6 圖10示出的主要部分的立體圖，說明實施方式1的工具3的各
種變形例。
為了確保與上述實施方式1同樣的效果，說明在與由超聲波振子I給予的 超聲波振動方向5垂直的方向上，使工具3的中央部3a的形狀(截面積)、 與工具3的端部3b的形狀(截面積)變化時，和工具3的中央部3a的材質(zhì)(組 成)與工具3的端部3b的材質(zhì)(組成)變化時的變形例的工具3相關(guān)的結(jié)構(gòu)
圖6示出的例子中，在通過超聲波振子1的中心軸、并與由超聲波振子l 給予的超聲波振動方向5平行的方向的工具3的側(cè)面，形成有溝部41、 41。設(shè) 定溝部41、 41的寬度和深度的尺寸，使工具3的中央部3a與端部3b沒有振 動差，或振動差較小。
上述溝部41的形狀不限于圖6所示的形狀。也可形成多個溝部41、 41。
圖7 (a) (b)示出的例中，在與由超聲波振子1給予的超聲波振動方向 5垂直的方向的工具側(cè)面，形成有孔部42或孔部43。圖7(a)示例的孔部42、 42形成在工具3的端部3b上，設(shè)定成使得通過超聲波振子1的中心軸、且垂 直于與電子元器件4的接觸面的方向的工具3的中央部3a的截面積，比作為 工具3的其他部位的端部3b的截面積要大。
與此不同的是，圖7 (b)所示的例子的孔部43，形成在工具3的中央部 3a，其采用如下結(jié)構(gòu)，即，使得通過超聲波振子的中心軸、且垂直于與電子元 器件的接觸面的方向的工具3的中央部3a的截面積，比作為其他部位的端部 3b的截面積要小。
設(shè)定溝部42、 43的形狀和大小的尺寸，使工具3的中央部3a與端部3b 沒有振動差，或振動差較小。另外，也可形成多個孔部42、 43。
圖8示出的例子中，溝部44形成在工具3的上表面即元器件保持面的中 央部3a，使得通過超聲波振子的中心軸、且垂直于與電子元器件的接觸面的方 向的工具3的中央部3a的截面積，比作為其他部位的端部3b的截面積要小。 設(shè)定溝部44的寬度和深度，使工具3的中央部3a與端部3b沒有振動差，或 振動差較小。上述溝部44的形狀不限于圖8所示的形狀。另外，也可形成多個溝部44。
圖9示出的例子中，用不同材料形成工具3的中央部3a的材料(材質(zhì))、 和工具3的端部3b的材料(材質(zhì))。選擇材料的種類和材料的設(shè)置范圍，使 得工具3的中央部3a與端部3b沒有振動差，或振動差較小。
圖10示出的例子中，使工具3的中央部3a的材質(zhì)組成、與工具3的端部 3b的材質(zhì)組織(材料的微結(jié)構(gòu))不相同。例如，用同一種材料通過熱處理，使 工具3的中央部3a的組成與工具3的端部3b的組成變化。
作為上述的熱處理，例如高頻淬火回火或氮化等是有效的，只要是使得工 具3的中央部3a與端部3b沒有振動差，或振動差較小的熱處理即可。 (實施方式2)
另外，除了上述的實施方式1示出的任一個工具3外，還可如圖ll或圖 12那樣構(gòu)成超聲波焊頭2，來改變作用于電子元器件4的超聲波振動的大小。
圖11是示出實施方式2的超聲波焊頭2與工具3的部分立體圖。
在超聲波焊頭2上形成孔部50。本例中，在與由超聲波振子1給予的超聲 波振動方向5平行的方向的超聲波焊頭2的工具3的兩側(cè)部分，形成有孔部50。 設(shè)定孔部50的形狀和大小，使得工具3的中央部3a與端部3b沒有振動差， 或振動差較小。另外，也可形成多個孔部50。
圖12中，在與由超聲波振子1給予的超聲波振動方向5平行的方向的超 聲波焊頭2的側(cè)面，形成有突起部51。設(shè)定突起部51的形狀和大小，使得工 具3的中央部3a與端部3b沒有振動差，或振動差較小。另外，也可形成多個 突起部51。
以上，說明了本發(fā)明的實施方式，但本發(fā)明不限定于上述實施方式，能進 行各種變更，實施方式的組合等。
上述結(jié)構(gòu)的各實施方式的超聲波裝置，適用于需要安裝半導(dǎo)體芯片的圖像 顯示裝置用驅(qū)動器用的IC的安裝，另外，也適用于圖像顯示裝置用驅(qū)動器用 IC以外的各種電子元器件，例如半導(dǎo)體發(fā)光元件或SAW (表面聲波表面彈 性波)濾波器、或半導(dǎo)體裸芯片元器件等的安裝。
工業(yè)上的實用性
17根據(jù)本發(fā)明，能在布線基板上接合電子元器件時，同時滿足電子元器件與 布線基板的充分接合和非破壞的要求，對利用超聲波將電子元器件安裝到布線 基板上的各種技術(shù)是有用的。
權(quán)利要求
1.一種電子元器件安裝裝置，將由超聲波振子發(fā)生的超聲波振動通過超聲波焊頭和工具傳遞到布線基板上的電子元器件，使所述電子元器件與所述布線基板接合，其特征在于，設(shè)定成使得通過所述超聲波振子的中心軸、且垂直于與所述電子元器件的接觸面的方向的所述工具的中央部的截面積，比所述工具的其他部位的截面積要大。
2. 如權(quán)利要求l所述的電子元器件安裝裝置，其特征在于， 設(shè)定成使得與超聲波振動方向平行的方向的所述工具的與所述電子元器件的接觸面的中央部的長度，比所述工具的與所述電子元器件的接觸面的端部的長度要長。
3. 如權(quán)利要求l所述的電子元器件安裝裝置，其特征在于， 在所述工具的側(cè)面，形成與由所述超聲波振子給予的超聲波振動方向平行的方向的溝部。
4. 如權(quán)利要求l所述的電子元器件安裝裝置，其特征在于， 在所述工具的側(cè)面，形成與由所述超聲波振子給予的超聲波振動方向垂直的方向的2個孔部，并將該2個孔部分別設(shè)置在相對于所述超聲波振子的中心 軸對稱的位置上。
5. —種電子元器件安裝裝置，將由超聲波振子發(fā)生的超聲波振動通過超 聲波焊頭和工具傳遞到布線基板上的電子元器件，使所述電子元器件與所述布 線基板接合，其特征在于，設(shè)定成使得通過所述超聲波振子的中心軸、且垂直于與所述電子元器件的 接觸面的方向的所述工具的中央部的截面積，比其他部位的截面積要小。
6. 如權(quán)利要求5所述的電子元器件安裝裝置，其特征在于， 在所述工具的與由所述超聲波振子給予的超聲波振動方向垂直的方向的側(cè)面、形成孔部，并將所述孔部設(shè)置成使得該孔部的中心線存在于通過所述工 具的與所述電子元器件的接觸面的中央部、及所述超聲波振子的中心軸的平面 上。
7. 如權(quán)利要求5所述的電子元器件安裝裝置，其特征在于， 在所述工具的電子元器件保持面的中央部形成溝部。
8. —種電子元器件安裝裝置，將由超聲波振子發(fā)生的超聲波振動通過超聲波焊頭和工具傳遞到布線基板上的電子元器件，使所述電子元器件與所述布 線基板接合，其特征在于，使通過所述超聲波振子的中心軸、且垂直于所述工具與電子元器件的接觸 面的方向的所述工具的中央部的材質(zhì)與所述工具的其他部位的材質(zhì)，有所不同。
9. 一種電子元器件安裝裝置，將由超聲波振子發(fā)生的超聲波振動通過超聲波焊頭和工具傳遞到布線基板上的電子元器件，使所述電子元器件與所述布 線基板接合，其特征在于，使通過所述超聲波振子的中心軸、且垂直于所述工具與電子元器件的接觸 面的方向的所述工具的中央部的材質(zhì)組織與所述工具的其他部位的材質(zhì)組織，有所不同。
10. —種電子元器件安裝方法，是一種使用權(quán)利要求1至6中的任一項的 電子元器件安裝裝置、并利用超聲波將電子元器件安裝到布線基板上的電子元 器件安裝方法，其特征在于，具備使與由超聲波振子給予的超聲波的振動方向平行的方向上的中央部 的形狀和端部的形狀變化的工具、及保持該工具的超聲波焊頭， 所述電子元器件安裝方法包括通過所述超聲波焊頭和保持電子元器件的所述工具、由所述超聲波振子向所述電子元器件給予超聲波振動的工序；以及通過安裝有所述超聲波焊頭的支承構(gòu)件和所述超聲波焊頭、及所述工具， 將所述電子元器件按壓到所述布線基板上的工序。
11. 一種電子元器件安裝方法，使用權(quán)利要求8或權(quán)利要求9所述的電子 元器件安裝裝置、并利用超聲波將電子元器件安裝到布線基板上，其特征在于，具備使與由超聲波振子給予的超聲波的振動方向平行的方向上的中央部的與超聲波的振動方向垂直的方向的材質(zhì)或組織、和與端部的超聲波的振動方向垂直的方向的材質(zhì)或組織變化的工具；及保持該工具的超聲波焊頭，所述電子元器件安裝方法包括通過所述超聲波焊頭和保持電子元器件的所述工具、由所述超聲波振子向 所述電子元器件給予超聲波振動的工序；及通過安裝有所述超聲波焊頭的支承構(gòu)件和所述超聲波焊頭、及所述工具， 將所述電子元器件按壓到所述布線基板上的工序。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電子元器件安裝裝置及電子元器件安裝方法，在與由超聲波振子(1)給予的超聲波振動方向(5)平行的方向上，使工具(3)的中央部(3a)的形狀與工具(3)的端部(3b)的形狀變化，截面積不同，使得與超聲波振動方向(5)垂直的方向上的超聲波振幅(9)大致相同。這樣一來，能使在工具(3)的中央部(3a)與工具(3)的端部(3b)的超聲波振動之差減低到零或減小。
文檔編號H01L21/60GK101652845SQ20088001025
公開日2010年2月17日 申請日期2008年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月27日
發(fā)明者今村博之, 小林弘幸, 渡邊勝彥, 蛯原裕, 那須博 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社