超音波ホーン
【課題】超音波ホーンの共振時にフランジ部の圧縮応力による微小膨張変形の影響が固定部分に及ばないようにし、かつフランジ支持強度を保って、超音波ホーンの上下方向の振動を防止する。
【解決手段】超音波ホーンの長手方向中心軸上に、取付フランジの中心に対して先後に延びて、その長さが超音波ホーンのフランジ部の幅寸法以上のスリットと、少なくともその一部がスリット部の超音波ホーン外面にある断面形状変更部とを有し、スリット先端部と後端部の前記超音波ホーンの断面の応力中心点を結ぶ直線よりも、フランジ部の前記超音波ホーンの断面の応力中心点が内側にあるようにする。
【解決手段】超音波ホーンの長手方向中心軸上に、取付フランジの中心に対して先後に延びて、その長さが超音波ホーンのフランジ部の幅寸法以上のスリットと、少なくともその一部がスリット部の超音波ホーン外面にある断面形状変更部とを有し、スリット先端部と後端部の前記超音波ホーンの断面の応力中心点を結ぶ直線よりも、フランジ部の前記超音波ホーンの断面の応力中心点が内側にあるようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤボンディング装置、フリップチップボンディング装置等に用いられる超音波ホーンの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤボンディング装置、フリップチップボンディング装置等に用いられる超音波ホーン１０は、図２３（ａ）に示すように、キャピラリ１２、フランジ１３、超音波振動子１１が取り付けられている。超音波ホーン１０は、振幅拡大のためにテーパが形成されており、先端に行くほど先が細い円錐台状になっており、超音波振動子１１は超音波ホーン１０の後端部に固定されている。この超音波振動子１１の発生する超音波振動は、縦波として超音波ホーン１０を伝わり、超音波ホーン１０はその形状や材質で定まった共振周波数で共振し、定在波が発生する。超音波ホーン１０には振幅の大きい部分１６と振幅の発生しない節１８が発生する。図２３（ｂ）はこの振幅を示した図で、縦軸は中心線に垂直な面（先後方向）の振幅を示している。ボンディング用のキャピラリ１２は先端部で振幅の大きくなる位置１６に取り付けられている。また、超音波ホーン１０は振幅の発生しない節１８の位置に取り付けられたフランジ１３によって、ワイヤボンディング装置、フリップチップボンディング装置等に取り付けられている。
【０００３】
また、フリップチップボンディングに用いられる超音波ホーン６０は、図２８（ａ）に示すように、超音波ホーン６０の中央部に加工装置であるツール６１が取り付けられ、超音波ホーン６０の後端部６５に超音波振動子１１が取り付けられている。超音波ホーン６０は振動拡大のために両端からツール６１の取り付けられている中央部に向かって細くなっている。超音波振動子１１の発生する超音波振動は縦波として超音波ホーン６０を伝わり、先端部６４で反射されて超音波ホーン６０に定在波を発生させる。図２８（ｂ）は、この定在波の様子を示した模式図である。超音波振動子１１の取り付けられている後端部６５と、超音波が反射される先端部６４には定在波の振幅の大きい腹部６３が形成され、また、中央のツール６１の取り付けられている部分も振動の腹部６３となって前後に振動する。一方、ツール６１の両側には振幅の発生しない節部１８が発生する。この節部１８の位置にフランジ１３が取り付けられている。フランジ１３はその外側にＵ字型の取り付け部７０を有しており、この取り付け部７０によって超音波ホーン６０はフリップチップボンディング装置に取り付けられている。
【０００４】
図２４に示すように、このような超音波ホーン１０,６０が共振状態にあるときには、節となっているフランジ１３の取り付け部分には、後端部よりの共振による圧縮応力Ｐ１と先端部よりの共振による圧縮応力Ｐ２がかかる。この応力によりフランジ取り付け部分は超音波ホーン１０の軸方向に圧縮応力を受ける。この圧縮応力によって超音波ホーン１０のフランジ取り付け部分には軸方向の縦ひずみが発生すると共にポアソン比分だけの軸直角方向の横ひずみが発生する。この結果、超音波ホーン１０，６０はフランジ取り付け部分において、軸方向に圧縮変形すると共に、軸直角方向には膨張変形を生じ、フランジ取り付け部分の中心線からの半径ｒ２は、膨張変形によって軸直角方向にε１だけ変位し、その寸法がｒ２＋ε１となる。これにしたがって、フランジ１３の先端位置及びフランジ取り付け孔１５の位置も共に軸直角方向にほぼε１だけ変位することとなる。この変形は超音波ホーンの共振に起因するものであることから、変位は振動となって現れてくる。また、フランジ１３は装置に固定されていることからこの変位により、フランジ１３及び取り付け孔１５に応力が発生することとなる。
【０００５】
このような、フランジ取り付け部分の応力を緩和するために、図２３（ａ）に示すようにフランジの取り付け孔１５と超音波ホーン１０の間のフランジの肉厚を薄くした構造(たとえば、特許文献１参照)や、フランジ１３に円筒部分を設けて、この部分で超音波ホーン１０を支持するようにした構造(たとえば、特許文献２参照)や、フランジ１３の外側にＵ字型の取り付け部７０を備えてこの部分で超音波ホーンを支持するようにした構造（例えば、特許文献３参照）が用いられている。また、図２５、図２６に示すようにフランジ１３の取り付け孔１５との間にスロットを設けた構造が用いられている(たとえば、特許文献１参照)。これらの構造はいずれも、装置への固定部分と超音波ホーン１０の間に強度を低くした部分を設けて、その部分の変形で歪を吸収するようにして、固定部分での応力の緩和を図ったものである。また、図２７に示すように超音波ホーン１０のフランジ取り付け部にスロット２１Ｓを入れたものもある(たとえば、特許文献１参照)。この構造は、圧縮による膨張により超音波ホーン１０がスロット２１Ｓ側に変形して応力の低減を図ることはできるが、フランジの取り付け強度上から超音波ホーンの円周に沿って超音波ホーンがフランジに固定されているため、上記圧縮による膨張に起因する超音波ホーンのフランジの振動を抑えることができない。
【０００６】
【特許文献１】米国特許５，５９５，３２８号明細書
【特許文献２】特開２００１−２４０２５号公報
【特許文献３】特開２００１−３８２９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のような、超音波による圧縮応力による膨張変形は、非常に小さいものであるが、これが固定点となるフランジ部に発生すると、インピーダンスが大きくなり最適な周波数からずれた周波数で発振する等の超音波共振への悪影響が発生し、ボンディング品質を劣化させるという問題があった。また、微小振動の発生は、リークといわれる超音波ホーンの振動エネルギーの損失を発生させ、これによりキャピラリやツールの振動が不十分となってボンディング品質を劣化させるという問題があった。
【０００８】
また、ワイヤボンディング装置やフリップチップボンディング装置を高速化しようとすると、超音波ホーンの高速上下動が必要になってくる。このような高速上下動は、従来よりも大きな力を支持部に及ぼすこととなる。しかし、上記のような従来技術では、取り付け部に強度の低い部分を設けて固定部分に発生する応力を吸収させていることから、支持強度が高速化によって生じる大きな力に対抗できず、超音波ホーン１０は、その上下動に伴って上下方向に振動する。特にワイヤボンディング装置では、このような上下方向の振動が発生すると、ボンディング中にボールに余計な力が掛り、ボールのつぶれ形状の不良が発生し、半導体装置のファインピッチ化により小さくなったボール径には対処できなくなるという問題があった。また逆に取り付け部の強度を確保しようとするとフランジ部の振動を抑えられないという問題があった。
【０００９】
そこで本発明は、共振時の圧縮応力による微小膨張変形の影響が固定部分に及ばないようにして、最適な周波数からずれた周波数で発振する等の超音波共振への悪影響およびリークを防止し、ボンディングの品質を向上させる超音波ホーンを提供することにある。
【００１０】
また、本発明の目的は、上記の微小膨張変形の影響が固定部分に及ばないようにしつつフランジ支持強度を保って、超音波ホーンの上下方向の振動を防止し、ワイヤボンディング装置及びフリップチップボンディング装置の高速化及びワイヤボンディング装置が半導体のファインピッチ化に対応できるような超音波ホーンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の目的は、加工用装置が取り付けられる先端部と、先端部より太く、超音波振動子が取り付けられる後端部と、先端部と後端部の間の両側面の超音波振動子によって発生される振動の節部位置に装置取り付け用フランジが形成されている超音波ホーンであって、取り付けフランジ中心に対して先後に伸びて、超音波ホーンの長手方向中心軸上にその長さが取り付けフランジの厚さ以上のスリットが設けられたスリット部と、少なくともその一部が、スリット部の超音波ホーン外面にある、断面形状変更部とを有し、スリット先端部と後端部の超音波ホーンの断面の応力中心点を結ぶ直線よりも、対向するフランジ部の超音波ホーンの断面の応力中心点が内側にあることによって達成することができる。また、本発明の目的は、上記の断面変更部をフランジ部と先端部及びフランジ部と後端部の中間部側面がそれぞれ、あるいはその片側を曲面とすることによっても達成することができるし、先端部側端部と後端部側端部の両方あるいは片方のスリット幅はフランジ部のスリット幅よりも広くても達成できる。また、スリットは複数であり、スリット先端部と後端部の超音波ホーンの側面側のスリットと超音波ホーン側面間の断面の応力中心点を結ぶ直線よりも、フランジ部の前記超音波ホーンの側面側のスリットと超音波ホーン側面間の断面の応力中心点が、内側にあることによっても達成できる。
【００１２】
本発明の目的は、先に述べた超音波ホーンにおいて、加工用装置が取り付けられる先端部と、先端部より太い後端部と、先端部と後端部の間にありその内部に超音波振動子が取り付けられ、超音波振動子の中央位置で超音波ホーンの両側面に装置取り付け用フランジが形成され、振動子と両側の各取り付け用フランジとの間に、複数のスリットが設けられ、スリット先端部と後端部の超音波ホーンの側面側の前記スリットと前記超音波ホーン側面間の断面の応力中心点を結ぶ直線よりも、フランジ部の前記超音波ホーンの側面側の前記スリットと前記超音波ホーン側面間の断面の応力中心点が内側にあること
によっても達成することができる。
【００１３】
また、本発明の目的は、加工用装置が取り付けられる先端部と、先端部より太く、超音波振動子が取り付けられる後端部と、先端部と後端部の間の両側面の、前記超音波振動子によって発生される振動の節部位置に、装置取り付け用フランジが形成されている超音波ホーンであって、第１の材質からなる第１材料部分と、第１の材質よりもヤング率が小さい第２の材質からなる第２材料部分とを有し、取り付けフランジ中心に対して先後に伸びて、超音波ホーンの長手方向中心軸上に、その長さが取り付けフランジの厚さ以上のスリットが設けられた第１材料部分と、取り付けフランジ中心に対して先後に伸びて、スリットに対向する超音波ホーン各外側面からスリットに向かって半円柱状に形成された前記第２材料部分とを含み、スリット先端部と後端部の前記超音波ホーンの断面の第１材料部分の応力中心点を結ぶ直線よりも、フランジ部の前記超音波ホーンの断面の第１材料部分の断面の応力中心点が、内側にあることによっても達成できる。
【００１４】
本発明の目的は、加工用装置が取り付けられる先端部と、先端部より太く、超音波振動子が取り付けられる円筒状の後端部と、先端部と後端部の間の両側面の、超音波振動子によって発生される振動の節部位置に、装置取り付け用フランジが形成されている超音波ホーンであって、取り付けフランジ中心に対して先後方向に伸びて、超音波ホーンの長手方向中心と同軸に、その長さが取り付けフランジの厚さ以上の円環状隙間が設けられた円環状隙間部と、少なくともその一部が、円環状隙間部の超音波ホーン外面にある断面形状変更部とを有し、円環状隙間の先端部と後端部の超音波ホーンの断面の応力中心円を結ぶ円筒面よりも、フランジ部の超音波ホーンの断面の応力中心円が内側にあることによっても達成できる。また、この断面変更部は円筒形状のフランジ部外周と、円筒形状の後端部外周を結ぶ曲面であってもよい。そして、上記の円環状隙間のために、超音波ホーン長手方向中心軸と同軸上に設けられた中心孔と、中心孔と同軸上に配設されたその中心孔径より外径寸法が小さい心棒とを有していてもよいし、超音波ホーン長手方向中心軸と同軸上に後端部から開けられたネジ部を有する中心孔と、中心孔のネジ部に超音波ホーン後端部側よりネジ込まれ、円環状隙間部の前記中心内径よりも外径が小さい突端部分を有する固定ネジとを有していてもよい。そして、超音波ホーン長手方向中心軸と同軸上に設けられた先端部側端部と後端部側端部の中心孔の直径は、フランジ部の前記中心孔の直径よりも大きくなっていることでもよい。
【００１５】
本発明の目的は、先に述べた超音波ホーンにおいて、加工用装置が取り付けられる先端部と、先端部より太い後端部と、先端部と後端部の間にありその内部に超音波振動子が取り付けられ、超音波振動子の中央位置で前記超音波ホーンの両側面に装置取り付け用フランジが形成されていることでも達成できる。また、本発明の目的は、振動子は、超音波ホーン長手方向中心軸と同軸上に後端部から開けられたネジ部を有する中心孔内に配設され、中心孔のネジ部に前記超音波ホーン後端部側よりネジ込まれ、振動子に当接して振動子を固定する固定ネジを有することによっても達成できる。さらに本発明の目的は、超音波ホーンのフランジが一体加工にて形成されていることによっても達成できるし、
本発明の超音波ホーンをワイヤボンディング装置またはフリップチップボンディング装置に用いることによっても達成できる。
【００１６】
本発明の目的は、超音波振動子が取り付けられる後端部と、前記超音波振動子によって発生される振動の腹部端となる先端部と、前記先端部と前記後端部との間にあって、前記超音波振動子によって発生される振動の腹部位置に取り付けられる加工装置と、前記加工装置の先後側で、前記超音波振動子によって発生される振動の節部位置にあって、前記加工装置の反対側に形成された装置取り付け用フランジと、を備えた超音波ホーンであって、前記それぞれの取り付けフランジ中心に対して先後に延びて、前記取り付けフランジの側から前記加工装置の側に向かって湾曲している湾曲部を有することによって達成できる。
【００１７】
本発明の目的は、超音波振動子が取り付けられる後端部と、前記超音波振動子によって発生される振動の腹部端となる先端部と、前記先端部と前記後端部との間にあって、前記超音波振動子によって発生される振動の腹部位置に取り付けられた加工装置と、前記加工装置の先後側で、前記超音波振動子によって発生される振動の節部位置の両側面に形成された装置取り付け用フランジと、を備え、前記超音波振動子は、前記装置取り付けフランジの中心に前記超音波振動子の中央位置が合うように配設されている超音波ホーンであって、前記それぞれの装置取り付け用フランジ中心に対して先後に伸びて、前記超音波ホーンの長手方向中心軸上に、その長さが前記それぞれの取り付け用フランジの厚さ以上のスリットが設けられたスリット部と、少なくともその一部が、前記それぞれのスリット部の前記超音波ホーン外面にある、断面形状変更部とを有し、前記超音波ホーンの断面にあるスリット先端部と後端部の応力中心点を結ぶ直線よりも、前記超音波ホーンの断面にあるフランジ部の応力中心点が内側にあることによって達成できる。ここで、それぞれの前記取り付け用フランジ中心に対して先後に伸びて設けられたそれぞれのスリット部は複数のスリットを有し、超音波ホーン側面側スリットと前記超音波ホーン側面との間の断面にあるそれぞれのスリット先端部と後端部の応力中心点を結ぶ直線よりも、前記超音波ホーンの側面側スリットと前記超音波ホーン側面との間の断面にあるそれぞれのフランジ部の応力中心点が内側にあること、としてもよい。
【００１８】
本発明の目的は、先端部と後端部との間にあって、その内部に取り付けられた超音波振動子と、前記先端部と前記後端部との間にあって、前記超音波振動子によって発生される振動の腹部位置に取り付けられた加工装置と、前記加工装置の先後側にあって、前記超音波振動子によって発生される振動の節部位置の両側面に形成された装置取り付け用フランジと、を備え、前記超音波振動子は、前記装置取り付けフランジの中心に前記超音波振動子の中央位置が合うように配設されている超音波ホーンであって、前記それぞれの装置取り付け用フランジ中心に対して先後に伸びて、前記超音波振動子と両側面のそれぞれの取り付け用フランジとの間にあって、その長さが前記それぞれの取り付けフランジの厚さ以上の複数のスリットが設けられたスリット部と、少なくともその一部が、前記それぞれのスリット部の前記超音波ホーン外面にある、断面形状変更部とを有し、超音波ホーンの側面側スリットと前記超音波ホーン側面との間の断面にあるそれぞれのスリット先端部と後端部の応力中心点を結ぶ直線よりも、前記超音波ホーンの側面側スリットと前記超音波ホーン側面との間の断面にあるフランジ部の応力中心点が内側にあることによって達成できる。ここで、それぞれの前記スリットの先端部側端部と後端部側端部の両方あるいは片方のスリット幅はフランジ部のスリット幅よりも広いこととしてもよい。
【００１９】
本発明の目的は、円筒状の先端部と円筒状の後端部との間にあって、その内部に取り付けられた超音波振動子と、前記先端部と前記後端部との間にあって、前記超音波振動子によって発生される振動の腹部位置に取り付けられた加工装置と、前記加工装置の先後側にあって、前記超音波振動子によって発生される振動の節部位置に形成された装置取り付け用フランジと、を備え、前記超音波振動子は、前記装置取り付け用フランジの中心に前記超音波振動子の中央位置が合うように配設されている超音波ホーンであって、前記それぞれの装置取り付け用フランジ中心に対して先後方向に伸びて、前記超音波ホーンの長手方向中心と同軸に、その長さが前記それぞれの取り付け用フランジの厚さ以上の円環状隙間が設けられた円環状隙間部と、少なくともその一部が、前記それぞれの円環状隙間部の超音波ホーン外面にある断面形状変更部とを有し、前記超音波ホーンの前記それぞれの円環状隙間の先端部と後端部の応力中心円を結ぶ円筒面よりも、前記超音波ホーンのそれぞれのフランジ部の応力中心円が内側にあることによって達成できる。ここで、それぞれの前記円環状隙間の先端部側端部と後端部側端部の両方あるいは片方の円環状隙間外径はフランジ部の円環状隙間外径よりも広いこと、としてもよいし、それぞれの前記断面変更部は、それぞれの前記フランジ取り付け中心に対し先後に延びた前記超音波ホーン側面のいずれか一方又は両方の曲面部分であること、としてもよい。
【００２０】
また、本発明の目的は、本発明の超音波ホーンをフリップチップボンディング装置に用いることによっても達成できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、共振時の圧縮応力による微小膨張変形の影響が固定部分に及ばないようにして、最適な周波数からずれた周波数で発振する等の超音波共振への悪影響およびリークを防止し、ボンディングの品質を向上させる効果を有する。また、本発明は、フランジ支持強度を保って、超音波ホーンの上下方向の振動を防止することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の第１から第１２の実施形態について以下に説明する。
【実施例１】
【００２３】
本発明の第１の実施形態について図１、図２を用いて説明する。図１は本発明の第１の実施形態の超音波ホーンを示す全体斜視図であり、図２はフランジ部分の拡大斜視図である。本発明の第１の実施形態の超音波ホーン１０は、ワイヤボンディング装置に用いられるもので、図１に示すように、キャピラリ１２、フランジ１３、超音波振動子１１を有している。超音波ホーン１０の先端部、フランジ取り付け部分は矩形断面形状であり、後端部は円形断面形状を有している。フランジ取り付け部分から先端部にかけては振幅拡大のために幅が徐々に狭くなり、先端部が最も細くなっている。この先端部には加工用装置であるキャピラリ１２が取り付けられている。また、超音波ホーン１０の後端部は円形断面形状を有し、ここに超音波振動子１１がナット３７によって固定されている。従来技術で説明したのと同様、節となる部分にフランジ１３が取り付けられている。このフランジ１３は超音波ホーン１０の両側面に、超音波ホーン１０と一体に削り出し加工によって形成されている。そして、フランジ１３にあけられた取り付け孔１５によって超音波ホーンはワイヤボンディング装置に固定される。
【００２４】
超音波ホーン１０の上下面は、フランジ取り付け部分から後端部の少し手前まで、厚さが一様の平坦面になっている。そして、この平坦面から後端部にかけて斜面状の切り上げ部分があり、矩形断面形状から円形断面形状につながっている。一方、超音波ホーン１０のフランジ１３が取り付けられている両側面は、フランジ取り付け部に接して後端部の方向に延びている円筒面で矩形断面から円形断面形状につながっている。この部分は側面の円筒面に応じてその断面形状が変化する断面形状変更部２４である。
【００２５】
超音波ホーン１０には、長手方向にフランジ中心線に対して先後方向に対象で、上面から下面に垂直に貫通したスリット２２が設けられている。スリット２２の一端は断面形状変更部２４まで延びており、スリット２２の先端側の端部と後端側の端部はフランジ中心部分よりスリット幅が広くなって、端部は超音波振動の反射を防止するために略円筒面をなしている。また、スリット２２の長さはフランジ１３の厚さ以上であればよいが、本発明の第１の実施形態では、これより長く、超音波ホーンのフランジ部の幅Ｗよりも長くなっている。スリットはフランジ中心線付近で平行部を有していてもよいし、全体的に曲面で構成された繭形の形状であってもよい。
【００２６】
次に、本発明の第１の実施形態の動作について、図３、図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）、図４（ｄ）、図４（ｅ）を参照しながら説明する。従来技術の超音波ホーンの動作と同様、超音波振動子１１の発生する超音波振動は、縦波として超音波ホーン１０を伝わり、超音波ホーン１０はその形状や材質で定まった共振周波数で共振し、定在波が発生する。超音波ホーン１０には先後方向の振幅の大きい部分と振幅の発生しない節が発生し、この節の位置にフランジ１３が取り付けられている。図３に示すように、このような超音波ホーン１０が共振状態にあるときには、節となっているフランジ１３の取り付け部分には、後端部よりの共振による圧縮応力Ｐ１と先端部よりの共振による圧縮応力Ｐ３がかかる。この応力によりフランジ取り付け部分は超音波ホーン１０の軸方向に圧縮応力を受ける。
【００２７】
このような圧縮応力がかかるときのスリット２２の周りの変形は次のように説明される。ここで、図３に示すように、スリット後端部の超音波ホーン断面はスリット後端部における超音波ホーンの断面又は後端部に円筒面のようにスリット幅が狭くなる部分を有している時には、後端部に近いスリット幅が最も広くなっている部分の超音波ホーンの断面をいうものとする。また、スリット先端部の超音波ホーン断面はスリット先端部における超音波ホーンの断面又は先端部に円筒面のようにスリット幅が狭くなる部分を有している時には、先端部に近いスリット幅が最も広くなっている部分の超音波ホーンの断面をいうものとする。フランジ部超音波ホーン断面はフランジの中心線上の超音波ホーンの断面をいうものとする。
【００２８】
超音波ホーン後端部からかかる圧縮応力Ｐ１はスリット後端部の超音波ホーン断面にも圧縮応力として作用する。このスリット後端部の超音波ホーン断面の断面積に圧縮応力を掛けるとスリット後端部の超音波ホーン断面の応力中心点２５に作用する荷重Ｆ１が求められる。ここで応力中心点２５は通常は、スリット後端部超音波ホーン断面の図心となり、応力分布を考慮する必要があるときは応力分布の重み付けをして求めた図心である。これによって、超音波ホーン後端部からの圧縮応力Ｐ１はスリット後端部超音波ホーン断面の応力中心点２５に作用する荷重Ｆ１に置き換えることができる。同様に超音波ホーン先端部からの圧縮応力Ｐ３もスリット先端部超音波ホーン断面の応力中心点２７に作用する荷重Ｆ３に置き換えることができる。また、超音波ホーン後端部と先端部からの圧縮応力は共にフランジ部にもかかる。フランジ中心位置では後端部と先端部からの応力の方向が反対で大きさが等しい状態となっている。これを先と同様の方法で、フランジ部超音波ホーン断面の応力中心点２６に作用する、方向が逆で同じ大きさの荷重Ｆ２に置き換えることができる。
【００２９】
図３に上記の各荷重Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３及び各応力中心点２５、２６、２７を示す。各応力中心点２５、２６、２７は、それぞれ超音波ホーンの中心軸からの距離がそれぞれＬ１，Ｌ２，Ｌ３である。Ｌ１は断面形状変更部とスリット後端部のスリット幅がフランジ部のスリット幅よりも広くなっていることからＬ２より大きく、Ｌ１とＬ２の差はδ１である。また、Ｌ３はスリット先端部のスリット幅がフランジ部のスリット幅よりも広くなっていることからＬ２より大きく、Ｌ３とＬ２の差はδ３である。これにより、フランジ部超音波ホーン断面の応力中心点２６はスリット後端部超音波ホーン断面の応力中心２５、スリット先端部超音波ホーン断面の応力中心点２７より内側になっている。そしてフランジ部超音波ホーン断面の応力中心点２６はスリット後端部超音波ホーン断面の応力中心２５とスリット先端部超音波ホーン断面の応力中心点２７を結ぶ直線１４よりもδ２だけ内側になっている。
【００３０】
以上のように、各応力を各荷重に置き換え、フランジ部の超音波ホーン断面とスリット後端部の超音波ホーン断面の間の部分の要素を取り出すと、図４（ａ）のようになる。
要素には後端部側から荷重Ｆ１左向きにかかり、先端部側から荷重Ｆ３が右向きにかかり、要素は圧縮を受けている。図４（ｂ）に示すように、この圧縮荷重によって要素は先後方向に圧縮されると共に、ポアソン比に応じた分だけ軸直角方向に膨張し、フランジの取り付けられている側面を外側にε２だけ押し出し、スリットの面を中心線側にε２だけ押し出すように変形する。一方、荷重Ｆ１のかかるスリット後端部の超音波ホーン断面の応力中心２５と荷重Ｆ３のかかるスリット先端部の超音波ホーン断面の応力中心２７を結ぶ直線と、フランジ部超音波ホーン断面の応力中心点２６は荷重の方向と直角方向にδ２だけずれているので、このδ２によって要素には要素をスリット側に曲げようとする曲げモーメント働く。図４（ｃ）に示すように、要素はこの曲げモーメントによってスリットのある中心線側に曲がり変形を生じる。図４（ｄ）に示すように、この曲がりによる中心軸側への変位量ε３とフランジの取り付けられている側面の外側への変位量ε２は方向が逆で大きさが略等しく、フランジが取り付けられている側面の変位量はその差、ε２−ε３＝ε５となって非常に小さくなる。逆にスリットのある中心軸側は両方の変位量の合計量、ε２＋ε３＝ε４となって大きく中心軸側に変位することとなる。フランジが取り付けられている側面の変位が非常に小さくなるので、フランジ１３にあけられている取り付け孔１５の位置の変化量も非常に小さくなる。
【００３１】
図４（ｅ）に超音波ホーンのフランジ部分の全体の変形の様子を示す。図４（ｅ）において、実線は変形後の形状を示し、破線は変形前の形状を示す。後端側の圧縮応力Ｐ１と先端側からの圧縮応力Ｐ３によって全体的に圧縮変形をする。一方、フランジ部の超音波ホーン断面の応力中心点２６はスリット後端部の超音波ホーン断面の応力中心２５とスリット先端部の超音波ホーン断面の応力中心点２７を結ぶ直線１４よりも内側にあることから、フランジが取り付けられている側面はほとんど変位せず、スリットのある中心軸側は大きく中心軸側にε６だけ変位することとなる。フランジが取り付けられている側面の変位が非常に小さくなることからフランジの取り付け孔１５までの距離Ｌ４もほとんど変化しないこととなる。
【００３２】
以上説明したように、本発明の第１の実施形態では、超音波ホーンに発生する圧縮による膨張変位の振動を逆方向の曲げ変位振動で相殺するという効果を奏する。この効果はコンピュータによる構造解析でも確認されている。構造解析結果によると、特に断面形状変更部２４の効果は大きく、単に超音波ホーン１０にスリット２２を設けた場合には、フランジの取り付け孔１５の軸直角方向の変位量は１０-7のオーダーであるものが、断面形状変更部２４を設けることによってその変位量が１０-9のオーダーに減少している。このことから、断面形状変更部２４を設けることによってフランジの取り付け孔１５の変位量を数１０分の１以下に低減できるという顕著な効果を奏することがわかる。また、この構造解析によるとスリットの長さは超音波ホーンのフランジ部の幅Ｗ以上にすると効果が顕著になるという結果が出ている。本発明の第１の実施形態は断面形状変更部２４がフランジ部と超音波ホーンの後端部の間に設けられているが、この断面形状変更部２４はフランジ部と超音波ホーン先端部との間にも設けられていてもよい。この場合はさらにフランジの取り付け孔１５の変位量を低減することができる。
【００３３】
本発明の第１の実施形態は、共振時の圧縮応力による微小膨張変形の影響が固定部分に及ばないようにすることができるので、最適な周波数からずれた周波数で発振する等の超音波共振への悪影響およびリークを防止し、ボンディングの品質を向上させる効果を有する。さらに、本発明の第１の実施形態は、フランジ１３の固定点となる取り付け孔１５と超音波ホーン１０の間に強度を低下させた部分を設けずに、共振時の圧縮応力による微小膨張変形の影響が固定部分に及ばないようにすることができるので、フランジ１３は十分な支持強度を有することとなり、超音波ホーン１０の上下方向の振動を防止することができるという効果を奏する。この結果、ワイヤボンディング装置の高速化に対応できると共にワイヤ先端のボール径の不良を防止できるので半導体装置のファインピッチ化に対応できるという効果を奏する。さらにスリット２２の先端部と後端部を略円筒面として超音波の振動が反射されることを防止しているので、スリット２２を設けることによる超音波伝達効率を低下させることもない。
【実施例２】
【００３４】
図５を参照しながら本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態において、第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を用いて説明は省略する。
【００３５】
本発明の第２の実施形態はスリット２２を複数本（図中では２本入れたものを示す）有するものである。スリット２２は第１の実施形態と同様に先端部と後端部を略円筒面としているが、円筒面の中心を側面側にオフセットしてスリットが超音波ホーン１０の中心線側に突出しないような形状としている。動作は実施形態１の動作と同様で、超音波ホーン断面の応力中心点２６が一番外側のスリット後端部の超音波ホーン断面の応力中心２５と、一番外側のスリット先端部の超音波ホーン断面の応力中心点２７を結ぶ直線１４よりも内側になっていることから、超音波ホーン側面の膨張による変位と曲げによる変位が相殺されて、その側面の変位が非常に小さくなる。また、圧縮応力が複数のスリットへの変形によって吸収されることから、フランジの変位を抑えつつ、第１の実施形態よりも超音波ホーン１０に発生する応力を低減することができる効果を奏する。
【実施例３】
【００３６】
図６を参照しながら本発明の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態において、第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を用いて説明は省略する。
【００３７】
図６において、超音波ホーン１０の中心軸周りは第１の材料部分３９であり、その中にスリット２２を有している。図中斜線を付した部分は第２の材料部分である。第１の材料は例えばステンレス鋼であり、第２の材料はこの第１の材料よりもヤング率が小さい例えばアルミである。第１の材料部分と第２の材料部分によって超音波ホーン１０が形成され、第１の実施形態と同様、フランジ取り付け部は矩形断面を有し、第２の材料部分はこの矩形断面の両側面から中心のスリット２２に向かって半円柱状に形成され、フランジ中心線付近で厚く、フランジ中心線から離れるに従って薄くなっている。第１の材料部分と第２の材料部分は境界４１を有している。
【００３８】
以下、第３の実施形態の動作について説明する。第１の実施形態と同様に超音波ホーンには、先端部、後端部から圧縮応力が作用する。この力は第１の材料部分３９にかかると共に第２の材料部分４０にも作用する。しかし、第２の材料は第１の材料に対してヤング率が低い材料であることから、その変形は第１の材料部分の変形に追従することとなる。つまり、全体の変形は第１の材料部分の変形によって決定されることとなる。第１の実施形態と同様に超音波ホーン後端部からかかる圧縮応力Ｐ１はスリット後端部の超音波ホーンの第１材料部分の断面にも圧縮応力として作用する。このスリット後端部の超音波ホーンの第１材料部分の断面の断面積に圧縮応力を掛けると第１材料部分のスリット後端部の超音波ホーン断面の応力中心点５５に作用する荷重Ｆ１１が求められる。ここで応力中心点５５は通常は、スリット後端部超音波ホーンの第１材料部分の断面の図心となり、応力分布を考慮する必要があるときは応力分布の重み付けをして求めた図心である。これによって、超音波ホーン後端部からの圧縮応力Ｐ１はスリット後端部の超音波ホーンの第１材料部分の断面の応力中心点５５に作用する荷重Ｆ１１に置き換えることができる。同様に超音波ホーン先端部からの圧縮応力Ｐ３もスリット先端部の超音波ホーンの第１材料部分の断面の応力中心点５７に作用する荷重Ｆ１３に置き換えることができる。また、超音波ホーン後端部と先端部からの圧縮応力は共にフランジ部にもかかる。フランジ中心位置では後端部と先端部からの応力の方向が反対で大きさが等しい状態となっている。これを先と同様の方法で、フランジ部の超音波ホーンの第１材料部分の断面の応力中心点５６に作用する、方向が逆で同じ大きさの荷重Ｆ１２に置き換えることができる。
【００３９】
図６に上記の各荷重Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ１３及び各応力中心点５５、５６、５７を示す。各応力中心点５５、５６、５７は、第１の実施形態と同様、それぞれ超音波ホーンの中心軸からの距離がそれぞれＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３である。第１の材料部分はフランジ中心線付近では細くなっており、フランジ中心線から離れるに従って太くなっていることから、フランジ部の超音波ホーンの第１材料部分の断面の応力中心点５６は、スリット先端及び後端部超音波ホーンの第１材料部分の断面の応力中心５５、５７を結ぶ直線５４よりもδ１２だけ内側になっている。これによって、第１の実施形態と同様、圧縮力による第１の材料部分の膨張変位の振動を逆方向の曲げ変位振動で相殺するという効果を奏する。一方、第２の材料部分は第１の材料よりヤング率が低く、第１の材料の変形に追従して変形することから、フランジ中心線と第１の材料部分と第２の材料部分の境界４１の交点４２の位置ほとんど変位せず、フランジ１３の取り付け孔１５の位置もほとんど変形せず、第１の実施形態と同様、フランジの変位、振動を防止することができる効果を奏する。
【実施例４】
【００４０】
図７を参照しながら本発明の第４の実施形態について説明する。図７は本発明の第４の実施形態のフランジ部の斜視図であり第４の実施形態において、第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を用いて説明は省略する。
【００４１】
本発明の第４の実施形態の超音波ホーン１０は、ワイヤボンディング装置に用いられるもので、その内部に孔３０が明けられその中に超音波振動子１１が超音波ホーン後端部からねじ込まれたボルト３１によって固定されている。この孔３０は超音波振動子１１よりもほんの僅か直径が大きく、外周には微小な円環状隙間３３があり、超音波ホーン１０と超音波振動子１１は接触しないようになっている。超音波振動子１１はその軸方向の中央位置において振動の節を形成することから、この超音波振動子１１の軸方向の中央位置にあたる超音波ホーンの両側面にフランジ１３が設けられている。また、本発明の第１の実施形態と同様にフランジ１３と超音波ホーン後端部との間の側面には断面形状変更部２４が設けられ、長手方向にフランジ中心線に対して先後方向に対象で、上面から下面に垂直にスリット２２が設けられている。スリットの位置、形状、長さは本発明の第１の実施形態と同様である。
【００４２】
本発明の第４の実施形態の動作は実施形態１の動作と同様で、超音波ホーン断面の応力中心点２６がスリット後端部の超音波ホーン断面の応力中心２５と、スリット先端部の超音波ホーン断面の応力中心点２７を結ぶ直線１４よりも内側になっていることから、超音波ホーン側面の膨張による変位と曲げによる変位が相殺されて、その側面の変位が非常に小さくなる。
【００４３】
これにより、共振時の圧縮応力による微小膨張変形の影響が固定部分に及ばないようにすることができるとともに、フランジ１３が十分な支持強度を持っているので、本発明の第１の実施形態と同様に、最適な周波数からずれた周波数で発振する等の超音波共振への悪影響およびリークを防止し、ボンディングの品質を向上させると同時に音波ホーンの上下方向の振動を防止しうることができるという効果を奏する。また、超音波振動子１１とフランジ１３を同一の節におくことにより、節の位置とフランジ１３の位置のずれによって生じるフランジの振動を防止しうるという効果を奏する。さらに超音波振動子１１が超音波ホーンの内部に取り付けられていることから構造をコンパクトにできることから、より上下方向の振動を防止することができると共にワイヤ先端のボール径の不良を防止できるので、よりいっそうのワイヤボンディング装置の高速化、半導体装置のファインピッチ化に対応できるという効果を奏する。
【実施例５】
【００４４】
図８を参照しながら、本発明の第５の実施形態について説明する。図８は本発明の第５の実施形態のフランジ部の斜視図であり、第５の実施形態において、第１または第４の実施形態と同一の部分には同一の符号を用いて説明は省略する。本発明の第５の実施形態の超音波ホーン１０は、ワイヤボンディング装置に用いられるもので、第４実施形態と同様の構造で内部に超音波振動子１１が超音波ホーン後端部からボルト３１によって固定されている。この超音波振動子１１の軸方向の中央位置にあたる超音波ホーンの両側面にフランジ１３が設けられ、本発明の第１の実施形態と同様にフランジ１３と超音波ホーン後端部との間の側面には断面形状変更部２４が設けられている。内部の孔３０と超音波ホーンの両側面とのそれぞれの間に、上面から下面に貫通して垂直にスリット２２が設けられている。このスリット２２は長手方向にはフランジ中心線に対して先後方向に対象になっている。スリットの形状は第１の実施形態と同様である。
【００４５】
本発明の第５の実施形態の動作は実施形態１の動作と同様で、フランジ部超音波ホーンのスリット２２と超音波ホーン側面間の断面の応力中心点２６がスリット先端部及び後端部の超音波ホーンのスリット２２と超音波ホーン側面間の断面の応力中心２５と２７を結ぶ直線１４よりも内側になっていることによって、超音波ホーン側面の膨張による変位と曲げによる変位が相殺されて、その側面の変位が非常に小さくなる。第５の実施例ではスリット２２が２つ設けられていることから超音ホーン側面の変位は、第１、第４の実施形態よりもさらに低減されるという効果を奏する。これによって本発明の第２の実施形態の効果に加えて、さらにボンディング品質の向上、ワイヤボンディング装置の高速化、半導体装置のファインピッチ化に対応できるという効果を奏する。
【実施例６】
【００４６】
本発明の第６の実施形態について図９から図１１を用いて説明する。図９は本発明の第６の実施形態の超音波ホーンを示すフランジ部分の拡大斜視図であり、図１０はフランジ部分の軸直角方向の断面図であり、図１１はフランジ取り付け部分の平面図断面図である。本発明の第６の実施形態の超音波ホーン１０は、ワイヤボンディング装置に用いられるもので、先端部、フランジ取り付け部、後端部共に円形断面形状を有している。フランジ取り付け部分から先端部にかけては振幅拡大のために直径が徐々に小さくなり、先端部が最も細くなっている。この先端部には加工用装置であるキャピラリ１２が取り付けられる。また、超音波ホーン１０の後端部に超音波振動子１１が固定されている。本発明の第１の実施形態と同様、振動の節となる部分にフランジ１３が取り付けられている。このフランジ１３は超音波ホーン１０の両側面に、超音波ホーン１０と一体に削り出し加工によって形成されている。そして、フランジ１３にあけられた取り付け孔１５によって超音波ホーンは装置に固定される。
【００４７】
一方、超音波ホーン１０のフランジ１３から後端部にかけて、フランジ取り付け部に接して後端部の方向に延びている断面形状変更部２４を有している。この断面形状変更部２４は、円弧を超音波ホーン１０の中心軸周りに回転させて形成されるラッパ形の形状をしており、フランジ取り付け部から後端部に向かってその断面形状が大きくなっていくように変化していく。
【００４８】
超音波ホーン１０には、その内部に孔３０が明けられその中に同軸上に心棒３２が超音波ホーン後端部から挿入され、ボルト３１によって固定されている。この孔３０は心棒３２よりもほんの僅か直径が大きく、外周には微小な円環状隙間３３が形成されている。この孔３０と心棒３２と円環状隙間３３は、長手方向にフランジ中心線に対して先後方向に対象になるように配設されており、その一端は断面形状変更部２４まで延びている。この円環状隙間３３の長手方向長さはフランジ１３の厚さ以上であればよいが、本発明の第６の実施形態では、これより長く超音波ホーンのフランジ部の直径よりも長くなっている。
【００４９】
次に、本発明の第６の実施形態の動作について説明する。第１の実施形態と同様に超音波振動子１１の発生する超音波振動によって節となるフランジ取り付け部分は超音波ホーン１０の長手方向に圧縮応力を受ける。
【００５０】
このような圧縮応力がかかるときの円環状隙間３３の周りの変形は次のように説明される。ここで、図１０、１１に示すように、超音波ホーン後端部からかかる圧縮応力Ｐ１は円環状隙間後端部の超音波ホーン断面にも圧縮応力として作用する。円環状隙間後端部の超音波ホーン断面の断面積に圧縮応力を掛け、応力中心円３４の周長で割ると円環状隙間後端部の超音波ホーン断面の応力中心円３４に作用する円環荷重Ｆ４が求められる。ここで応力中心円３４は通常は、円環状隙間後端部における孔３０の直径と超音波ホーン外面の直径の平均直径であり、応力分布を考慮する必要があるときは半径方向の応力分布の重み付けをして求めた平均直径である。これによって、超音波ホーン後端部からの圧縮応力Ｐ１は円環状隙間後端部超音波ホーン断面の応力中心円３４に作用する円環荷重Ｆ４に置き換えることができる。同様に超音波ホーン先端部からの圧縮応力Ｐ３も円環状隙間先端部の超音波ホーン断面の応力中心円３６に作用する円環荷重Ｆ６に置き換えることができる。また、フランジ中心位置では後端部と先端部からの応力の方向が反対で大きさが等しい状態となっている。これを先と同様の方法で、フランジ部の超音波ホーン断面の応力中心円３５に作用する方向が逆で同じ大きさの円環荷重Ｆ５に置き換えることができる。
【００５１】
図１１に上記の各円環荷重Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６及び各応力中心円３４、３５、３６を示す。各応力中心円３４、３５、３６は、それぞれ直径Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３である。Ｄ１は断面形状変更部があることからＤ２より大きくなっている。そして、円環状隙間の先端部と後端部の超音波ホーンの断面の応力中心円３６及び３４を結ぶ円筒面よりも、フランジ部の超音波ホーンの断面の応力中心円３５が内側になっている。
【００５２】
第１の実施形態と同様に、各応力を各円環荷重に置き換え、フランジ部超音波ホーン断面と円環状隙間後端部超音波ホーン断面の間の部分の要素を取り出すと、先に第１の実施形態の動作説明で述べたのと同様、応力中心円３４、３５、３６の大きさの差による曲げモーメントによって、この要素は、円環状隙間の方向に向かって直径が小さくなるように変形する。図１２に示すように、超音波ホーンの外面ではこの直径が小さくなる変形と圧縮荷重による膨張で直径が大きくなる方向の変形が相殺されて、外面の直径はほとんど変化せず、逆に円環状隙間の設けられている内径側は直径が小さくなる変形に直径が小さくなる方向への膨張変形が加わり、より内径側に変形する。
【００５３】
このことから、本発明の第６の実施形態は、第１の実施形態と同様の効果を奏することができ、さらに、超音波ホーンのフランジ取り付け部の外周面全部に渡ってその変位を非常に少なくすることができるので、第１の実施形態よりも大きなフランジを取り付けあるいは一体成型によって設けることができる。このことより、超音波ホーンのフランジ１３は側面に設けるのみでなく、全周に渡って設けることができ、より支持強度の大きいフランジとしてさらに超音波ホーンの上下方向の振動を防止することができる。このことにより、よりいっそうワイヤ先端のボール径の不良を防止でき、ワイヤボンディング装置の高速化、半導体装置のファインピッチ化に対応できるという効果を奏する。
【００５４】
本発明の第６の実施形態は断面形状変更部２４がフランジ部と超音波ホーンの後端部の間に設けられているが、この断面形状変更部２４はフランジ部と超音波ホーン先端部との間にも設けられていてもよい。この場合はさらにフランジの取り付け孔１５の変位量を低減することができる。また、本発明の第６の実施形態は心棒３２とボルト３１を別々のものとしたが、ボルト３１の先端に心棒と同様の直径、長さの突起部分を設けてこれを超音波ホーンの後端部からねじ込んで構成することとしても同様の効果を奏することができる。また、図１８に示すように、このボルト３１は後端部にネジを回すことができるような角柱部分３８を設けて、この角柱部分でネジを回して心棒３２を固定し、その後、超音波振動子１１を後端部からはめ込んで、ナット３７で超音波振動子１１を固定するように構成することができる。
【実施例７】
【００５５】
図１３を参照して、本発明の第７の実施形態について説明する。第６実施形態と同一の部分には同一の符号を用いて説明は省略する。本発明の第７の実施形態の超音波ホーン１０は、ワイヤボンディング装置に用いられるもので、その内部に孔３０が明けられその中に超音波振動子１１と心棒３２が超音波ホーン後端部からボルト３１によって固定されている。この孔３０は超音波振動子１１及び心棒３２よりもほんの僅か直径が大きく、外周には実施形態４と同様に微小な円環状隙間３３が形成されている。この隙間によって超音波ホーン１０と超音波振動子１１は接触しないようになっている。超音波振動子１１は第４の実施形態同様、その軸方向の中央位置において振動の節を形成することから、この超音波振動子１１の軸方向の中央位置にあたる超音波ホーン１０の両側面にフランジ１３が設けられている。円環状隙間３３の長手方向長さは、第６の実施形態と同様、フランジ取付部の超音波ホーンのフランジ幅よりも長くなっている。
【００５６】
本発明の第７の実施形態の動作は第６の実施形態の動作と同様、応力中心円３４、３５、３６の大きさの差による曲げモーメントによって、内径側は円環状隙間の方向に向かって直径が小さくなるように変形し、超音波ホーンの外面ではこの直径が小さくなる変形と圧縮荷重による膨張で直径が大きくなる方向の変形が相殺されて、外面の直径はほとんど変化せず、超音波ホーンのフランジ取り付け部の外周面全部に渡ってその変位を非常に少なくすることができる。これにより実施形態４と同様の効果を奏すると共に、本発明の実施形態２と同様に、超音波振動子１１とフランジ１３が同じ節に設けられていることとなり、節の位置とフランジ１３の位置のずれによって生じるフランジの振動を防止しうるという効果および超音波振動子１１が超音波ホーンの内部に取り付けられていることから構造をコンパクトにできることから、より上下方向の振動を防止することができ、よりいっそうのワイヤ先端のボール径の不良を防止でき、ワイヤボンディング装置の高速化、半導体装置のファインピッチ化に対応できるという効果を奏する。
【実施例８】
【００５７】
本発明の第８の実施形態について図１４、１５、１６を参照しながら説明する。本発明の第６の実施形態と同様の部分については同様の符号を用いて説明は省略する。本発明の第８の実施形態はワイヤボンディング装置に用いられるもので、第６の実施形態と同様、超音波ホーン１０には、その内部に孔３０が明けられその中の同軸上に心棒３２が超音波ホーン後端部からボルト３１によって固定されている。図１４及び１５に示すように、この孔３０はフランジ中心線上にて心棒３２よりもほんの僅か直径が大きく、後端部及び先端部に行くほどその直径が大きい、円錐台を二つ合わせたような形状をしている。一方、心棒３２は一様な直径の丸棒であることから、心棒３２の外周の微小な円環状隙間３３はフランジ中心線上で最も狭く、後端部及び先端部の方向に隙間が大きくなるように形成されている。また、この孔３０と心棒３２と円環状隙間３３は、長手方向にフランジ中心線に対して先後方向に対象になるように配設されており、その一端は断面形状変更部２４まで延びている。第６の実施形態と同様、円環状隙間３３の軸方向長さはフランジ部の超音波ホーンの直径よりも大きくなっている。
【００５８】
このような形状としているため、図１５、１６に示すように、円環状隙間後端部の超音波ホーン断面の応力中心円３４及び円環状隙間先端部の超音波ホーン断面の応力中心円３６はいずれもフランジ部の超音波ホーン断面の応力中心円３５よりも直径が大きく、円環状隙間の先端部と後端部の超音波ホーンの断面の応力中心円３６及び３４を結ぶ円筒面よりも、フランジ部の超音波ホーンの断面の応力中心円３５が内側になっている。そして、応力中心円３４、３５の大きさの差および、応力中心円３５、３６の大きさの差によって発生する曲げモーメントにより、フランジ中心線付近では、第６の実施形態の場合より円環状隙間の方向に向かってより直径が小さくなるように変形する。超音波ホーンの外面ではこの直径が小さくなる変形と圧縮荷重による膨張で直径が大きくなる方向の変形が相殺されて、外面の直径は本発明の実施形態６の場合より更に小さくなる。
【００５９】
このことから、本発明の第８の実施形態は、第６の実施形態以上に超音波ホーンのフランジ取り付け部の外周面全部に渡ってその変位をさらに少なくすることができるので、第６の実施形態よりも共振時の圧縮応力による微小膨張変形の影響がさらに固定部分に及ばないようにすることができる。したがって、第６の実施形態の効果に加えてさらに最適な周波数からずれた周波数で発振する等の超音波共振への悪影響およびリークを防止し、ボンディングの品質を向上させる効果を有する。
【００６０】
本発明の第８の実施形態は第６の実施形態と同様、ボルト３１の先端に心棒と同様の直径、長さの突起部分を設けてこれを超音波ホーンの後端部からねじ込んで構成すること
もできるし、図１８に示すように、ボルト３１の後端部の角柱部分３８で心棒３２を締め付けて、その後、超音波振動子１１を後端部からナット３７で固定するように構成することもできる。
【実施例９】
【００６１】
本発明の第９の実施形態について、図１７を参照して説明する。本発明の第７、第８の実施形態と同様の部分については同様の符号を用いて説明は省略する。本発明の第９の実施形態は第８の実施形態と同様、超音波ホーン１０は、その内部に円錐台を二つ合わせたような形状の孔３０を有し、その内部に本発明の第５の実施形態と同様に超音波振動子１１、心棒３２が配設されている。
【００６２】
このため、本発明の第９の実施形態は本発明の第８の実施形態と同様に、ワイヤボンディング装置に用いられるもので、円環状隙間後端部の超音波ホーン断面の応力中心円３４及び円環状隙間先端部の超音波ホーン断面の応力中心円３６はいずれもフランジ部の超音波ホーン断面の応力中心円３５よりも直径が大きくなっており、応力中心円３４、３５の大きさの差および、応力中心円３５、３６の大きさの差によって、フランジ中心線付近では、第６の実施形態より円環状隙間の方向に向かってより直径が小さくなるように変形する。超音波ホーンの外面ではこの直径が小さくなる変形と圧縮荷重による膨張で直径が大きくなる方向の変形が相殺されて、外面の直径は本発明の第６の実施形態の場合より更に変化が小さくなるという効果と、本発明の第４、第７の実施形態と同様に、超音波振動子１１がフランジ１３と同じ節に設けられているため、節の位置とフランジ１３の位置のずれによって生じるフランジの振動を防止しうるという効果および超音波振動子１１が超音波ホーンの内部に取り付けられていることから構造をコンパクトにできる。これにより、より上下方向の振動を防止することができることから、ワイヤ先端のボール径の不良を防止し、ワイヤボンディング装置の高速化、半導体装置のファインピッチ化に対応できるという効果を奏する。
【実施例１０】
【００６３】
本発明の第１０の実施形態について、図１９、図２０を参照しながら説明する。図１９は本発明の第１０の実施形態の超音波ホーン６０の斜視図であり、図２０は本発明の第１０の実施形態の超音波ホーン６０の側面図及び動作説明図である。
【００６４】
図１９に示すように、本発明の第１０の実施形態の超音波ホーン６０は後端部６５に超音波振動子１１が取り付けられ、中央の下面には加工装置であるツール６１が取り付けられている。そしてツール６１と先端部６４との間およびツール６１と後端部６５の間の上面にはフランジ１３ａ，１３ｂが取り付けられ、それぞれのフランジは接続部材６６で接続されている。超音波ホーン６０のフランジ１３ａ，１３ｂの取り付けられている部分はフランジ１３ａ，１３ｂの側からツール６１のほうに向かって湾曲している湾曲部６２を有している。湾曲部６２の下面６２ｃ，６２ｆは最も下側に湾曲しているフランジ取り付け部分で超音波ホーン６０の下面より下側に出ないように、湾曲部６２の両側は超音波ホーン６０の下面から上に向かって段差がつけられている。
【００６５】
図２０（ａ）は本発明の第１０の実施形態の側面図でその動作を示し、図２０（ｂ）は超音波振動の様子を示した図である。図２０（ａ）の破線は超音波振動子１１による振動が発生していない静止状態を示し、実線は超音波振動子１１によって後端部６５から圧縮力がかかっている状態における超音波ホーン６０の変形状態を示している。超音波振動子１１によって発生した超音波振動は超音波ホーン６０に縦波の定在波を発生させる。この定在波は図２０（ｂ）に示すように、超音波振動子１１の取り付けられている超音波ホーンの後端部６５、超音波が反射する先端部６４及び中央部においては先後方向の振幅の大きな腹部となり、中央の腹部にはツール６１が取り付けられている。一方、定在波はその先後方向の振幅がほとんどない節部１８を生ずる。ツール６１の先端部側と後端部側にはそれぞれ節部１８が発生し、この節部１８の位置にフランジ１３ａ，１３ｂが形成されている。超音波振動子１１が図２０（ａ）の実線で示すように、超音波ホーン６０の後端部６５に圧縮力を加える状態のときには、図２０（ａ）の矢印で示すように、ツール６１と後端部６５の間の超音波ホーン６０は定在波によって両側から圧縮荷重を受ける。すると先に図４（ａ）〜図４（ｄ）において説明した動作原理と同様の原理によって、湾曲部６２の上面６２ａ，６２ｂはそれぞれフランジ１３ａの方向に向かって図２０（ｂ）の破線から実線のように曲げ変形を生じる。また、湾曲部の下面６２ｃは圧縮力による膨張と湾曲部６２自体の下方向に凸となるような曲げ変形によって図２０（ｂ）の破線から実線のように下方向に変位する。しかし、湾曲部６２の上面のフランジ１３ａの取り付け部は、曲げ変形による下方向への変位と膨張による上方向への変位が相殺されるため、ほとんど変位しない。
【００６６】
一方、ツール６１と超音波ホーン６０の先端部６４の間は、上記の定在波によって逆に引っ張り荷重を受ける。すると上記の圧縮荷重の場合と反対に、湾曲部６２の上面６２ｄ，６２ｅはそれぞれフランジ１３ｂを中心から超音波ホーン６０の先端部６４と後端部６５の方向かって図２０（ｂ）の破線から実線のように曲げ変形を生じる。また、湾曲部の下面６２ｆは引っ張り力による収縮と湾曲部６２自体の上方向に凸となるような曲げ変形によって図２０（ｂ）の破線から実線のように上方向に変位する。しかし、湾曲部６２の上面のフランジ１３ｂの取り付け部は、曲げ変形による上方向への変位と収縮による下方向への変位が相殺されるため、ほとんど変位しない。
【００６７】
このように、本発明の第１０の実施形態は、２つのフランジ１３ａ，１３ｂ共に超音波振動子１１による定在波によって発生する圧縮、引っ張り応力によっても、超音波ホーン６０との取り付け位置が変位しないことから、共振時の圧縮、引っ張り応力による微小膨張、収縮変形の影響が固定部分に及ばないようにすることができる。これにより、最適な周波数からずれた周波数で発振する等の超音波共振への悪影響およびリークを防止し、ボンディングの品質を向上させる効果を奏する。さらに、フランジ１３ａ，１３ｂは十分な支持強度を有することとなり、超音波ホーン６０の振動を防止することができ、フリップチップボンディング装置の高速化に対応できるという効果を奏する。
【実施例１１】
【００６８】
本発明の第１１の実施形態について図２１を参照しながら説明する。図２１（ａ）は本発明の第１１の実施形態の超音波ホーン６０の平面図で、図２１（ｂ）は超音波振動の様子を示した図である。この超音波ホーン６０も先の本発明の第１０の実施形態と同様に後端部６５に超音波振動子１１が取り付けられており、発生した超音波は先端部６４で反射され、中央と先端部６４と後端部６５に超音波振動の腹部６３が発生する。ツール６１は中央の腹部６３に配設されている。そして超音波振動の節部１８位置の両側面にフランジ１３ａ，１３ｂが形成されている。超音波ホーン両側のフランジ１３ａ，１３ｂはそれぞれ接続材６６によって接続され、それぞれの接続部材６６には固定用の孔１５が備えられている。超音波ホーン６０の中心軸上のそれぞれのフランジ１３ａ，１３ｂの位置にはスリット２２ａ，２２ｂがそれぞれのフランジ１３ａ，１３ｂの中心から超音波ホーンの先端部６４及び後端部６５の方向に延びて配設されている。超音波ホーン６０の両側面であって、後端部側のフランジ１３ａと後端部６５の間には、フランジ１３ａの取り付け部から後端部６５に向かって超音波ホーン６０の幅が広くなっていくような曲面を持つ断面形状変更部２４ａが形成されている。同様に、超音波ホーン６０の両側面であって先端部側のフランジ１３ｂと先端部６４の間には、フランジ１３ｂの取り付け部から先端部６４に向かって超音波ホーン６０の幅が広くなっていくような曲面を持つ断面形状変更部２４ｂが形成されている。
【００６９】
超音波ホーン６０の動作時の、フランジ１３ａ，１３ｂ、スリット２２ａ，２２ｂ、断面形状変更部２４ａ，２４ｂの動作は先に述べた本発明の第１の実施形態と同様で、異なるのは、上記の本発明の第１０の実施形態と同様、どちらか一方のフランジ部分が圧縮状態となっている時に他の一方のフランジ部分は引っ張り状態となっていることである。しかし、圧縮状態、引っ張り状態のいずれの状態となってもフランジ１３ａ，１３ｂの取り付け部分はほとんど変位せず、これによる微小膨張、収縮変形の影響が装置への固定孔１５の位置に及ばないようにすることができるので、最適な周波数からずれた周波数で発振する等の超音波共振への悪影響およびリークを防止し、ボンディングの品質を向上させる効果を奏する。さらに、フランジ１３ａ，１３ｂは十分な支持強度を有することとなり、超音波ホーン６０の上下方向の振動を防止することができ、フリップチップボンディング装置の高速化に対応できるという効果を奏する。
【００７０】
また、本実施形態でも、本発明の第２の実施形態と同様に複数のスリットを設けるようにしてもよい。また、本発明の第４、第５の実施形態と同様にフランジ部分に超音波振動子１１を取り付けるようにしてもよいし、超音波ホーン６０の内部に配設した超音波振動子１１の両側にスリット２２を形成するようにしてもよい。更に超音波振動子１１は２つのフランジ１３ａ，１３ｂのそれぞれの位置に取り付けてもよいし、いずれか一方の位置にのみ取り付けるようにしてもよい。超音波振動子１１を超音波ホーン６０の内部に取り付ける場合には、超音波振動の節部１８がフランジ１３の中心になるように、超音波振動子１１の中央部をフランジ１３の中心に一致させて配設するのが好適である。また、いずれか一方のフランジ部分の内部にのみ超音波振動子１１を取り付ける場合には、他方のフランジ部分には１つのスリット２２を設けてもよいし、複数のスリットを設けてもよい。このように超音波振動子１１を超音波ホーン６０の内部に取り付けた場合には、本発明の上記の効果に加えて、後端部６５に超音波振動子１１を設ける必要がなくなることから、超音波ホーン６０の全体長さ短くでき、フリップチップボンディング装置をコンパクトにすることができるという効果を奏する。
【実施例１２】
【００７１】
本発明の第１２の実施形態について図２２を参照しながら説明する。図２２（ａ）は本発明の第１２の実施形態の超音波ホーン６０の部分側断面図で、図２２（ｂ）は超音波振動の様子を示した図である。この超音波ホーン６０は超音波振動子１１ａ，１１ｂを超音波ホーン６０の内部に配設して全体の長さが短くなる様にしたものである。超音波ホーン６０は円筒状の先端部６４と後端部６５を有しており、超音波振動子１１ａ，１１ｂの発振する超音波振動による定在波によって先端部６４と後端部６５と中央部に振幅の大きくなる腹部６３が発生し、中央部とそれぞれの端部との間に節部１８が発生するような長さとなっている。そして節部１８の超音波ホーン外面は鼓型の形状の断面形状変更部２４が形成されており、外面にはフランジ１３ａ，１３ｂが取り付けられ、各フランジ１３ａ，１３ｂは接続部材６６によって接続されている。超音波ホーン６０の内部には、超音波振動子１１ａ，１１ｂがその中心がフランジ１３ａ，１３ｂの中心に一致するような位置であって、超音波ホーンの中心軸上に心棒３２ａ，３２ｂとボルト３１ａ，３１ｂによって固定されている。このように超音波振動子１１を取り付けることによって、超音波振動の節部１８とフランジ１３ａ，ａ３ｂの中心を合わせて、フランジ１３ａ，１３ｂの振動の低減を図ることが出来る。超音波振動子１１ａ，１１ｂの外面と超音波ホーン６０の内面との間には円環状隙間３３ａ，３３ｂが形成されている。この円環状隙間３３ａ，３３ｂはそれぞれのフランジ１３ａ，１３ｂの中心から先端部６４、後端部６５の方向に伸びて、各フランジの中心から離れるほど円環状隙間３３ａ，３３ｂの幅が広くなるように、各フランジの中心から離れるほど円環状隙間３３ａ，３３ｂの外径が大きくなるよう形成されている。
【００７２】
本実施形態の動作時のフランジ１３ａ，１３ｂ、円環状隙間３３ａ，３３ｂ、断面形状変更部２４ａ，２４ｂの動作は先に述べた本発明の第６の実施形態と同様で、異なるのは、上記の本発明の第１０の実施形態と同様、どちらか一方のフランジ部分が圧縮状態となっている時に他の一方のフランジ部分は引っ張り状態となっていることである。本実施形態は本発明の第１１の実施形態と同様の効果を奏すると共に、全体をコンパクトにすることができるという効果を奏する。本実施形態でも、超音波振動子１１は、どちらか一方のフランジ部にのみ取付けて、他方のフランジ部は超音波振動子１１を有する側と同様の形状の円環状隙間のみを持つように構成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、先端または中央に取り付けられた加工装置を変更することによって、ワイヤボンディング装置、フリップチップボンディング装置以外の超音波接合装置にも適用できる。また、先端の形状を変更することによって、超音波を利用した外科手術用装置などの医用機器にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の第１の実施形態の斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のフランジ部分の斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の動作説明図（１）である。
【図４（ａ）】本発明の第１の実施形態の動作説明図（２）である。
【図４（ｂ）】本発明の第１の実施形態の動作説明図（３）である。
【図４（ｃ）】本発明の第１の実施形態の動作説明図（４）である。
【図４（ｄ）】本発明の第１の実施形態の動作説明図（５）である。
【図４（ｅ）】本発明の第１の実施形態の動作説明図（６）である。
【図５】本発明の第２の実施形態のフランジ部斜視図である。
【図６】本発明の第３の実施形態のフランジ部の長手方向平面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態を示すフランジ部の斜視図である。
【図８】本発明の第５の実施形態を示すフランジ部の斜視図である。
【図９】本発明の第６の実施形態を示すフランジ部の斜視図である。
【図１０】本発明の第６の実施形態を示すフランジ部軸断面図である。
【図１１】本発明の第６の実施形態を示すフランジ部長手方向断面図である。
【図１２】本発明の第６の実施形態の動作説明図である。
【図１３】本発明の第７の実施形態を示すフランジ部斜視図である。
【図１４】本発明の第８の実施形態を示すフランジ部斜視図である。
【図１５】本発明の第８の実施形態を示すフランジ部軸断面図である。
【図１６】本発明の第８の実施形態を示すフランジ部長手方向断面図である。
【図１７】本発明の第９の実施形態のフランジ部斜視図である。
【図１８】超音波振動子と心棒の固定方法を示す説明図である。
【図１９】本発明の第１０の実施形態のフランジ部斜視図である。
【図２０】本発明の第１０の実施形態の側面図及び動作説明図である。
【図２１】本発明の第１１の実施形態の平面図である。
【図２２】本発明の第１２の実施形態の部分側断面図である。
【図２３】従来技術による超音波ホーンの部分断面図（１）である。
【図２４】従来技術による超音波ホーンの振動説明図である。
【図２５】従来技術による超音波ホーンの部分断面図（２）である。
【図２６】従来技術による超音波ホーンのフランジ部軸断面図（１）である。
【図２７】従来技術による超音波ホーンのフランジ部軸断面図（２）である。
【図２８】従来技術による超音波ホーンの平面図及び動作説明図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０，６０ 超音波ホーン、１１，１１ａ，１１ｂ 超音波振動子、１２ キャピラリ、１３，１３ａ，１３ｂ フランジ、１４ 直線、１５ 孔、１６ 位置、１８ 節、２２，２２ａ，２２ｂ スリット、２４，２４ａ，２４ｂ 断面形状変更部、２５−２７ 応力中心点、３０ 孔、３１，３１ａ，３１ｂ ボルト、３２，３２ａ，３２ｂ 心棒、３３，３３ａ，３３ｂ 円環状隙間、３４−３６ 応力中心円、３７ ナット、３８ 角柱部分、３９ 第１材料部分、４０ 第２材料部分、４１ 境界、４２ 交点、５５−５７ 応力中心点、６１ ツール、６２ 湾曲部、６２ａ〜６２ｆ 湾曲面、６３ 腹部、Ｄ１−Ｄ３ 直径、ｒ２ 半径、Ｆ１−Ｆ３ 荷重、Ｆ４−Ｆ６ 円環荷重、Ｆ１１−Ｆ１３ 荷重、Ｌ１−Ｌ４ 距離、Ｌ１１−Ｌ１３ 距離、Ｐ１−Ｐ３ 圧縮応力、Ｗ 幅、δ１−δ３ 距離差、δ１１−δ１３ 距離差、ε１−ε５ 変位量。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤボンディング装置、フリップチップボンディング装置等に用いられる超音波ホーンの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤボンディング装置、フリップチップボンディング装置等に用いられる超音波ホーン１０は、図２３（ａ）に示すように、キャピラリ１２、フランジ１３、超音波振動子１１が取り付けられている。超音波ホーン１０は、振幅拡大のためにテーパが形成されており、先端に行くほど先が細い円錐台状になっており、超音波振動子１１は超音波ホーン１０の後端部に固定されている。この超音波振動子１１の発生する超音波振動は、縦波として超音波ホーン１０を伝わり、超音波ホーン１０はその形状や材質で定まった共振周波数で共振し、定在波が発生する。超音波ホーン１０には振幅の大きい部分１６と振幅の発生しない節１８が発生する。図２３（ｂ）はこの振幅を示した図で、縦軸は中心線に垂直な面（先後方向）の振幅を示している。ボンディング用のキャピラリ１２は先端部で振幅の大きくなる位置１６に取り付けられている。また、超音波ホーン１０は振幅の発生しない節１８の位置に取り付けられたフランジ１３によって、ワイヤボンディング装置、フリップチップボンディング装置等に取り付けられている。
【０００３】
また、フリップチップボンディングに用いられる超音波ホーン６０は、図２８（ａ）に示すように、超音波ホーン６０の中央部に加工装置であるツール６１が取り付けられ、超音波ホーン６０の後端部６５に超音波振動子１１が取り付けられている。超音波ホーン６０は振動拡大のために両端からツール６１の取り付けられている中央部に向かって細くなっている。超音波振動子１１の発生する超音波振動は縦波として超音波ホーン６０を伝わり、先端部６４で反射されて超音波ホーン６０に定在波を発生させる。図２８（ｂ）は、この定在波の様子を示した模式図である。超音波振動子１１の取り付けられている後端部６５と、超音波が反射される先端部６４には定在波の振幅の大きい腹部６３が形成され、また、中央のツール６１の取り付けられている部分も振動の腹部６３となって前後に振動する。一方、ツール６１の両側には振幅の発生しない節部１８が発生する。この節部１８の位置にフランジ１３が取り付けられている。フランジ１３はその外側にＵ字型の取り付け部７０を有しており、この取り付け部７０によって超音波ホーン６０はフリップチップボンディング装置に取り付けられている。
【０００４】
図２４に示すように、このような超音波ホーン１０,６０が共振状態にあるときには、節となっているフランジ１３の取り付け部分には、後端部よりの共振による圧縮応力Ｐ１と先端部よりの共振による圧縮応力Ｐ２がかかる。この応力によりフランジ取り付け部分は超音波ホーン１０の軸方向に圧縮応力を受ける。この圧縮応力によって超音波ホーン１０のフランジ取り付け部分には軸方向の縦ひずみが発生すると共にポアソン比分だけの軸直角方向の横ひずみが発生する。この結果、超音波ホーン１０，６０はフランジ取り付け部分において、軸方向に圧縮変形すると共に、軸直角方向には膨張変形を生じ、フランジ取り付け部分の中心線からの半径ｒ２は、膨張変形によって軸直角方向にε１だけ変位し、その寸法がｒ２＋ε１となる。これにしたがって、フランジ１３の先端位置及びフランジ取り付け孔１５の位置も共に軸直角方向にほぼε１だけ変位することとなる。この変形は超音波ホーンの共振に起因するものであることから、変位は振動となって現れてくる。また、フランジ１３は装置に固定されていることからこの変位により、フランジ１３及び取り付け孔１５に応力が発生することとなる。
【０００５】
このような、フランジ取り付け部分の応力を緩和するために、図２３（ａ）に示すようにフランジの取り付け孔１５と超音波ホーン１０の間のフランジの肉厚を薄くした構造(たとえば、特許文献１参照)や、フランジ１３に円筒部分を設けて、この部分で超音波ホーン１０を支持するようにした構造(たとえば、特許文献２参照)や、フランジ１３の外側にＵ字型の取り付け部７０を備えてこの部分で超音波ホーンを支持するようにした構造（例えば、特許文献３参照）が用いられている。また、図２５、図２６に示すようにフランジ１３の取り付け孔１５との間にスロットを設けた構造が用いられている(たとえば、特許文献１参照)。これらの構造はいずれも、装置への固定部分と超音波ホーン１０の間に強度を低くした部分を設けて、その部分の変形で歪を吸収するようにして、固定部分での応力の緩和を図ったものである。また、図２７に示すように超音波ホーン１０のフランジ取り付け部にスロット２１Ｓを入れたものもある(たとえば、特許文献１参照)。この構造は、圧縮による膨張により超音波ホーン１０がスロット２１Ｓ側に変形して応力の低減を図ることはできるが、フランジの取り付け強度上から超音波ホーンの円周に沿って超音波ホーンがフランジに固定されているため、上記圧縮による膨張に起因する超音波ホーンのフランジの振動を抑えることができない。
【０００６】
【特許文献１】米国特許５，５９５，３２８号明細書
【特許文献２】特開２００１−２４０２５号公報
【特許文献３】特開２００１−３８２９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のような、超音波による圧縮応力による膨張変形は、非常に小さいものであるが、これが固定点となるフランジ部に発生すると、インピーダンスが大きくなり最適な周波数からずれた周波数で発振する等の超音波共振への悪影響が発生し、ボンディング品質を劣化させるという問題があった。また、微小振動の発生は、リークといわれる超音波ホーンの振動エネルギーの損失を発生させ、これによりキャピラリやツールの振動が不十分となってボンディング品質を劣化させるという問題があった。
【０００８】
また、ワイヤボンディング装置やフリップチップボンディング装置を高速化しようとすると、超音波ホーンの高速上下動が必要になってくる。このような高速上下動は、従来よりも大きな力を支持部に及ぼすこととなる。しかし、上記のような従来技術では、取り付け部に強度の低い部分を設けて固定部分に発生する応力を吸収させていることから、支持強度が高速化によって生じる大きな力に対抗できず、超音波ホーン１０は、その上下動に伴って上下方向に振動する。特にワイヤボンディング装置では、このような上下方向の振動が発生すると、ボンディング中にボールに余計な力が掛り、ボールのつぶれ形状の不良が発生し、半導体装置のファインピッチ化により小さくなったボール径には対処できなくなるという問題があった。また逆に取り付け部の強度を確保しようとするとフランジ部の振動を抑えられないという問題があった。
【０００９】
そこで本発明は、共振時の圧縮応力による微小膨張変形の影響が固定部分に及ばないようにして、最適な周波数からずれた周波数で発振する等の超音波共振への悪影響およびリークを防止し、ボンディングの品質を向上させる超音波ホーンを提供することにある。
【００１０】
また、本発明の目的は、上記の微小膨張変形の影響が固定部分に及ばないようにしつつフランジ支持強度を保って、超音波ホーンの上下方向の振動を防止し、ワイヤボンディング装置及びフリップチップボンディング装置の高速化及びワイヤボンディング装置が半導体のファインピッチ化に対応できるような超音波ホーンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の目的は、加工用装置が取り付けられる先端部と、先端部より太く、超音波振動子が取り付けられる後端部と、先端部と後端部の間の両側面の超音波振動子によって発生される振動の節部位置に装置取り付け用フランジが形成されている超音波ホーンであって、取り付けフランジ中心に対して先後に伸びて、超音波ホーンの長手方向中心軸上にその長さが取り付けフランジの厚さ以上のスリットが設けられたスリット部と、少なくともその一部が、スリット部の超音波ホーン外面にある、断面形状変更部とを有し、スリット先端部と後端部の超音波ホーンの断面の応力中心点を結ぶ直線よりも、対向するフランジ部の超音波ホーンの断面の応力中心点が内側にあることによって達成することができる。また、本発明の目的は、上記の断面変更部をフランジ部と先端部及びフランジ部と後端部の中間部側面がそれぞれ、あるいはその片側を曲面とすることによっても達成することができるし、先端部側端部と後端部側端部の両方あるいは片方のスリット幅はフランジ部のスリット幅よりも広くても達成できる。また、スリットは複数であり、スリット先端部と後端部の超音波ホーンの側面側のスリットと超音波ホーン側面間の断面の応力中心点を結ぶ直線よりも、フランジ部の前記超音波ホーンの側面側のスリットと超音波ホーン側面間の断面の応力中心点が、内側にあることによっても達成できる。
【００１２】
本発明の目的は、先に述べた超音波ホーンにおいて、加工用装置が取り付けられる先端部と、先端部より太い後端部と、先端部と後端部の間にありその内部に超音波振動子が取り付けられ、超音波振動子の中央位置で超音波ホーンの両側面に装置取り付け用フランジが形成され、振動子と両側の各取り付け用フランジとの間に、複数のスリットが設けられ、スリット先端部と後端部の超音波ホーンの側面側の前記スリットと前記超音波ホーン側面間の断面の応力中心点を結ぶ直線よりも、フランジ部の前記超音波ホーンの側面側の前記スリットと前記超音波ホーン側面間の断面の応力中心点が内側にあること
によっても達成することができる。
【００１３】
また、本発明の目的は、加工用装置が取り付けられる先端部と、先端部より太く、超音波振動子が取り付けられる後端部と、先端部と後端部の間の両側面の、前記超音波振動子によって発生される振動の節部位置に、装置取り付け用フランジが形成されている超音波ホーンであって、第１の材質からなる第１材料部分と、第１の材質よりもヤング率が小さい第２の材質からなる第２材料部分とを有し、取り付けフランジ中心に対して先後に伸びて、超音波ホーンの長手方向中心軸上に、その長さが取り付けフランジの厚さ以上のスリットが設けられた第１材料部分と、取り付けフランジ中心に対して先後に伸びて、スリットに対向する超音波ホーン各外側面からスリットに向かって半円柱状に形成された前記第２材料部分とを含み、スリット先端部と後端部の前記超音波ホーンの断面の第１材料部分の応力中心点を結ぶ直線よりも、フランジ部の前記超音波ホーンの断面の第１材料部分の断面の応力中心点が、内側にあることによっても達成できる。
【００１４】
本発明の目的は、加工用装置が取り付けられる先端部と、先端部より太く、超音波振動子が取り付けられる円筒状の後端部と、先端部と後端部の間の両側面の、超音波振動子によって発生される振動の節部位置に、装置取り付け用フランジが形成されている超音波ホーンであって、取り付けフランジ中心に対して先後方向に伸びて、超音波ホーンの長手方向中心と同軸に、その長さが取り付けフランジの厚さ以上の円環状隙間が設けられた円環状隙間部と、少なくともその一部が、円環状隙間部の超音波ホーン外面にある断面形状変更部とを有し、円環状隙間の先端部と後端部の超音波ホーンの断面の応力中心円を結ぶ円筒面よりも、フランジ部の超音波ホーンの断面の応力中心円が内側にあることによっても達成できる。また、この断面変更部は円筒形状のフランジ部外周と、円筒形状の後端部外周を結ぶ曲面であってもよい。そして、上記の円環状隙間のために、超音波ホーン長手方向中心軸と同軸上に設けられた中心孔と、中心孔と同軸上に配設されたその中心孔径より外径寸法が小さい心棒とを有していてもよいし、超音波ホーン長手方向中心軸と同軸上に後端部から開けられたネジ部を有する中心孔と、中心孔のネジ部に超音波ホーン後端部側よりネジ込まれ、円環状隙間部の前記中心内径よりも外径が小さい突端部分を有する固定ネジとを有していてもよい。そして、超音波ホーン長手方向中心軸と同軸上に設けられた先端部側端部と後端部側端部の中心孔の直径は、フランジ部の前記中心孔の直径よりも大きくなっていることでもよい。
【００１５】
本発明の目的は、先に述べた超音波ホーンにおいて、加工用装置が取り付けられる先端部と、先端部より太い後端部と、先端部と後端部の間にありその内部に超音波振動子が取り付けられ、超音波振動子の中央位置で前記超音波ホーンの両側面に装置取り付け用フランジが形成されていることでも達成できる。また、本発明の目的は、振動子は、超音波ホーン長手方向中心軸と同軸上に後端部から開けられたネジ部を有する中心孔内に配設され、中心孔のネジ部に前記超音波ホーン後端部側よりネジ込まれ、振動子に当接して振動子を固定する固定ネジを有することによっても達成できる。さらに本発明の目的は、超音波ホーンのフランジが一体加工にて形成されていることによっても達成できるし、
本発明の超音波ホーンをワイヤボンディング装置またはフリップチップボンディング装置に用いることによっても達成できる。
【００１６】
本発明の目的は、超音波振動子が取り付けられる後端部と、前記超音波振動子によって発生される振動の腹部端となる先端部と、前記先端部と前記後端部との間にあって、前記超音波振動子によって発生される振動の腹部位置に取り付けられる加工装置と、前記加工装置の先後側で、前記超音波振動子によって発生される振動の節部位置にあって、前記加工装置の反対側に形成された装置取り付け用フランジと、を備えた超音波ホーンであって、前記それぞれの取り付けフランジ中心に対して先後に延びて、前記取り付けフランジの側から前記加工装置の側に向かって湾曲している湾曲部を有することによって達成できる。
【００１７】
本発明の目的は、超音波振動子が取り付けられる後端部と、前記超音波振動子によって発生される振動の腹部端となる先端部と、前記先端部と前記後端部との間にあって、前記超音波振動子によって発生される振動の腹部位置に取り付けられた加工装置と、前記加工装置の先後側で、前記超音波振動子によって発生される振動の節部位置の両側面に形成された装置取り付け用フランジと、を備え、前記超音波振動子は、前記装置取り付けフランジの中心に前記超音波振動子の中央位置が合うように配設されている超音波ホーンであって、前記それぞれの装置取り付け用フランジ中心に対して先後に伸びて、前記超音波ホーンの長手方向中心軸上に、その長さが前記それぞれの取り付け用フランジの厚さ以上のスリットが設けられたスリット部と、少なくともその一部が、前記それぞれのスリット部の前記超音波ホーン外面にある、断面形状変更部とを有し、前記超音波ホーンの断面にあるスリット先端部と後端部の応力中心点を結ぶ直線よりも、前記超音波ホーンの断面にあるフランジ部の応力中心点が内側にあることによって達成できる。ここで、それぞれの前記取り付け用フランジ中心に対して先後に伸びて設けられたそれぞれのスリット部は複数のスリットを有し、超音波ホーン側面側スリットと前記超音波ホーン側面との間の断面にあるそれぞれのスリット先端部と後端部の応力中心点を結ぶ直線よりも、前記超音波ホーンの側面側スリットと前記超音波ホーン側面との間の断面にあるそれぞれのフランジ部の応力中心点が内側にあること、としてもよい。
【００１８】
本発明の目的は、先端部と後端部との間にあって、その内部に取り付けられた超音波振動子と、前記先端部と前記後端部との間にあって、前記超音波振動子によって発生される振動の腹部位置に取り付けられた加工装置と、前記加工装置の先後側にあって、前記超音波振動子によって発生される振動の節部位置の両側面に形成された装置取り付け用フランジと、を備え、前記超音波振動子は、前記装置取り付けフランジの中心に前記超音波振動子の中央位置が合うように配設されている超音波ホーンであって、前記それぞれの装置取り付け用フランジ中心に対して先後に伸びて、前記超音波振動子と両側面のそれぞれの取り付け用フランジとの間にあって、その長さが前記それぞれの取り付けフランジの厚さ以上の複数のスリットが設けられたスリット部と、少なくともその一部が、前記それぞれのスリット部の前記超音波ホーン外面にある、断面形状変更部とを有し、超音波ホーンの側面側スリットと前記超音波ホーン側面との間の断面にあるそれぞれのスリット先端部と後端部の応力中心点を結ぶ直線よりも、前記超音波ホーンの側面側スリットと前記超音波ホーン側面との間の断面にあるフランジ部の応力中心点が内側にあることによって達成できる。ここで、それぞれの前記スリットの先端部側端部と後端部側端部の両方あるいは片方のスリット幅はフランジ部のスリット幅よりも広いこととしてもよい。
【００１９】
本発明の目的は、円筒状の先端部と円筒状の後端部との間にあって、その内部に取り付けられた超音波振動子と、前記先端部と前記後端部との間にあって、前記超音波振動子によって発生される振動の腹部位置に取り付けられた加工装置と、前記加工装置の先後側にあって、前記超音波振動子によって発生される振動の節部位置に形成された装置取り付け用フランジと、を備え、前記超音波振動子は、前記装置取り付け用フランジの中心に前記超音波振動子の中央位置が合うように配設されている超音波ホーンであって、前記それぞれの装置取り付け用フランジ中心に対して先後方向に伸びて、前記超音波ホーンの長手方向中心と同軸に、その長さが前記それぞれの取り付け用フランジの厚さ以上の円環状隙間が設けられた円環状隙間部と、少なくともその一部が、前記それぞれの円環状隙間部の超音波ホーン外面にある断面形状変更部とを有し、前記超音波ホーンの前記それぞれの円環状隙間の先端部と後端部の応力中心円を結ぶ円筒面よりも、前記超音波ホーンのそれぞれのフランジ部の応力中心円が内側にあることによって達成できる。ここで、それぞれの前記円環状隙間の先端部側端部と後端部側端部の両方あるいは片方の円環状隙間外径はフランジ部の円環状隙間外径よりも広いこと、としてもよいし、それぞれの前記断面変更部は、それぞれの前記フランジ取り付け中心に対し先後に延びた前記超音波ホーン側面のいずれか一方又は両方の曲面部分であること、としてもよい。
【００２０】
また、本発明の目的は、本発明の超音波ホーンをフリップチップボンディング装置に用いることによっても達成できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、共振時の圧縮応力による微小膨張変形の影響が固定部分に及ばないようにして、最適な周波数からずれた周波数で発振する等の超音波共振への悪影響およびリークを防止し、ボンディングの品質を向上させる効果を有する。また、本発明は、フランジ支持強度を保って、超音波ホーンの上下方向の振動を防止することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の第１から第１２の実施形態について以下に説明する。
【実施例１】
【００２３】
本発明の第１の実施形態について図１、図２を用いて説明する。図１は本発明の第１の実施形態の超音波ホーンを示す全体斜視図であり、図２はフランジ部分の拡大斜視図である。本発明の第１の実施形態の超音波ホーン１０は、ワイヤボンディング装置に用いられるもので、図１に示すように、キャピラリ１２、フランジ１３、超音波振動子１１を有している。超音波ホーン１０の先端部、フランジ取り付け部分は矩形断面形状であり、後端部は円形断面形状を有している。フランジ取り付け部分から先端部にかけては振幅拡大のために幅が徐々に狭くなり、先端部が最も細くなっている。この先端部には加工用装置であるキャピラリ１２が取り付けられている。また、超音波ホーン１０の後端部は円形断面形状を有し、ここに超音波振動子１１がナット３７によって固定されている。従来技術で説明したのと同様、節となる部分にフランジ１３が取り付けられている。このフランジ１３は超音波ホーン１０の両側面に、超音波ホーン１０と一体に削り出し加工によって形成されている。そして、フランジ１３にあけられた取り付け孔１５によって超音波ホーンはワイヤボンディング装置に固定される。
【００２４】
超音波ホーン１０の上下面は、フランジ取り付け部分から後端部の少し手前まで、厚さが一様の平坦面になっている。そして、この平坦面から後端部にかけて斜面状の切り上げ部分があり、矩形断面形状から円形断面形状につながっている。一方、超音波ホーン１０のフランジ１３が取り付けられている両側面は、フランジ取り付け部に接して後端部の方向に延びている円筒面で矩形断面から円形断面形状につながっている。この部分は側面の円筒面に応じてその断面形状が変化する断面形状変更部２４である。
【００２５】
超音波ホーン１０には、長手方向にフランジ中心線に対して先後方向に対象で、上面から下面に垂直に貫通したスリット２２が設けられている。スリット２２の一端は断面形状変更部２４まで延びており、スリット２２の先端側の端部と後端側の端部はフランジ中心部分よりスリット幅が広くなって、端部は超音波振動の反射を防止するために略円筒面をなしている。また、スリット２２の長さはフランジ１３の厚さ以上であればよいが、本発明の第１の実施形態では、これより長く、超音波ホーンのフランジ部の幅Ｗよりも長くなっている。スリットはフランジ中心線付近で平行部を有していてもよいし、全体的に曲面で構成された繭形の形状であってもよい。
【００２６】
次に、本発明の第１の実施形態の動作について、図３、図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）、図４（ｄ）、図４（ｅ）を参照しながら説明する。従来技術の超音波ホーンの動作と同様、超音波振動子１１の発生する超音波振動は、縦波として超音波ホーン１０を伝わり、超音波ホーン１０はその形状や材質で定まった共振周波数で共振し、定在波が発生する。超音波ホーン１０には先後方向の振幅の大きい部分と振幅の発生しない節が発生し、この節の位置にフランジ１３が取り付けられている。図３に示すように、このような超音波ホーン１０が共振状態にあるときには、節となっているフランジ１３の取り付け部分には、後端部よりの共振による圧縮応力Ｐ１と先端部よりの共振による圧縮応力Ｐ３がかかる。この応力によりフランジ取り付け部分は超音波ホーン１０の軸方向に圧縮応力を受ける。
【００２７】
このような圧縮応力がかかるときのスリット２２の周りの変形は次のように説明される。ここで、図３に示すように、スリット後端部の超音波ホーン断面はスリット後端部における超音波ホーンの断面又は後端部に円筒面のようにスリット幅が狭くなる部分を有している時には、後端部に近いスリット幅が最も広くなっている部分の超音波ホーンの断面をいうものとする。また、スリット先端部の超音波ホーン断面はスリット先端部における超音波ホーンの断面又は先端部に円筒面のようにスリット幅が狭くなる部分を有している時には、先端部に近いスリット幅が最も広くなっている部分の超音波ホーンの断面をいうものとする。フランジ部超音波ホーン断面はフランジの中心線上の超音波ホーンの断面をいうものとする。
【００２８】
超音波ホーン後端部からかかる圧縮応力Ｐ１はスリット後端部の超音波ホーン断面にも圧縮応力として作用する。このスリット後端部の超音波ホーン断面の断面積に圧縮応力を掛けるとスリット後端部の超音波ホーン断面の応力中心点２５に作用する荷重Ｆ１が求められる。ここで応力中心点２５は通常は、スリット後端部超音波ホーン断面の図心となり、応力分布を考慮する必要があるときは応力分布の重み付けをして求めた図心である。これによって、超音波ホーン後端部からの圧縮応力Ｐ１はスリット後端部超音波ホーン断面の応力中心点２５に作用する荷重Ｆ１に置き換えることができる。同様に超音波ホーン先端部からの圧縮応力Ｐ３もスリット先端部超音波ホーン断面の応力中心点２７に作用する荷重Ｆ３に置き換えることができる。また、超音波ホーン後端部と先端部からの圧縮応力は共にフランジ部にもかかる。フランジ中心位置では後端部と先端部からの応力の方向が反対で大きさが等しい状態となっている。これを先と同様の方法で、フランジ部超音波ホーン断面の応力中心点２６に作用する、方向が逆で同じ大きさの荷重Ｆ２に置き換えることができる。
【００２９】
図３に上記の各荷重Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３及び各応力中心点２５、２６、２７を示す。各応力中心点２５、２６、２７は、それぞれ超音波ホーンの中心軸からの距離がそれぞれＬ１，Ｌ２，Ｌ３である。Ｌ１は断面形状変更部とスリット後端部のスリット幅がフランジ部のスリット幅よりも広くなっていることからＬ２より大きく、Ｌ１とＬ２の差はδ１である。また、Ｌ３はスリット先端部のスリット幅がフランジ部のスリット幅よりも広くなっていることからＬ２より大きく、Ｌ３とＬ２の差はδ３である。これにより、フランジ部超音波ホーン断面の応力中心点２６はスリット後端部超音波ホーン断面の応力中心２５、スリット先端部超音波ホーン断面の応力中心点２７より内側になっている。そしてフランジ部超音波ホーン断面の応力中心点２６はスリット後端部超音波ホーン断面の応力中心２５とスリット先端部超音波ホーン断面の応力中心点２７を結ぶ直線１４よりもδ２だけ内側になっている。
【００３０】
以上のように、各応力を各荷重に置き換え、フランジ部の超音波ホーン断面とスリット後端部の超音波ホーン断面の間の部分の要素を取り出すと、図４（ａ）のようになる。
要素には後端部側から荷重Ｆ１左向きにかかり、先端部側から荷重Ｆ３が右向きにかかり、要素は圧縮を受けている。図４（ｂ）に示すように、この圧縮荷重によって要素は先後方向に圧縮されると共に、ポアソン比に応じた分だけ軸直角方向に膨張し、フランジの取り付けられている側面を外側にε２だけ押し出し、スリットの面を中心線側にε２だけ押し出すように変形する。一方、荷重Ｆ１のかかるスリット後端部の超音波ホーン断面の応力中心２５と荷重Ｆ３のかかるスリット先端部の超音波ホーン断面の応力中心２７を結ぶ直線と、フランジ部超音波ホーン断面の応力中心点２６は荷重の方向と直角方向にδ２だけずれているので、このδ２によって要素には要素をスリット側に曲げようとする曲げモーメント働く。図４（ｃ）に示すように、要素はこの曲げモーメントによってスリットのある中心線側に曲がり変形を生じる。図４（ｄ）に示すように、この曲がりによる中心軸側への変位量ε３とフランジの取り付けられている側面の外側への変位量ε２は方向が逆で大きさが略等しく、フランジが取り付けられている側面の変位量はその差、ε２−ε３＝ε５となって非常に小さくなる。逆にスリットのある中心軸側は両方の変位量の合計量、ε２＋ε３＝ε４となって大きく中心軸側に変位することとなる。フランジが取り付けられている側面の変位が非常に小さくなるので、フランジ１３にあけられている取り付け孔１５の位置の変化量も非常に小さくなる。
【００３１】
図４（ｅ）に超音波ホーンのフランジ部分の全体の変形の様子を示す。図４（ｅ）において、実線は変形後の形状を示し、破線は変形前の形状を示す。後端側の圧縮応力Ｐ１と先端側からの圧縮応力Ｐ３によって全体的に圧縮変形をする。一方、フランジ部の超音波ホーン断面の応力中心点２６はスリット後端部の超音波ホーン断面の応力中心２５とスリット先端部の超音波ホーン断面の応力中心点２７を結ぶ直線１４よりも内側にあることから、フランジが取り付けられている側面はほとんど変位せず、スリットのある中心軸側は大きく中心軸側にε６だけ変位することとなる。フランジが取り付けられている側面の変位が非常に小さくなることからフランジの取り付け孔１５までの距離Ｌ４もほとんど変化しないこととなる。
【００３２】
以上説明したように、本発明の第１の実施形態では、超音波ホーンに発生する圧縮による膨張変位の振動を逆方向の曲げ変位振動で相殺するという効果を奏する。この効果はコンピュータによる構造解析でも確認されている。構造解析結果によると、特に断面形状変更部２４の効果は大きく、単に超音波ホーン１０にスリット２２を設けた場合には、フランジの取り付け孔１５の軸直角方向の変位量は１０-7のオーダーであるものが、断面形状変更部２４を設けることによってその変位量が１０-9のオーダーに減少している。このことから、断面形状変更部２４を設けることによってフランジの取り付け孔１５の変位量を数１０分の１以下に低減できるという顕著な効果を奏することがわかる。また、この構造解析によるとスリットの長さは超音波ホーンのフランジ部の幅Ｗ以上にすると効果が顕著になるという結果が出ている。本発明の第１の実施形態は断面形状変更部２４がフランジ部と超音波ホーンの後端部の間に設けられているが、この断面形状変更部２４はフランジ部と超音波ホーン先端部との間にも設けられていてもよい。この場合はさらにフランジの取り付け孔１５の変位量を低減することができる。
【００３３】
本発明の第１の実施形態は、共振時の圧縮応力による微小膨張変形の影響が固定部分に及ばないようにすることができるので、最適な周波数からずれた周波数で発振する等の超音波共振への悪影響およびリークを防止し、ボンディングの品質を向上させる効果を有する。さらに、本発明の第１の実施形態は、フランジ１３の固定点となる取り付け孔１５と超音波ホーン１０の間に強度を低下させた部分を設けずに、共振時の圧縮応力による微小膨張変形の影響が固定部分に及ばないようにすることができるので、フランジ１３は十分な支持強度を有することとなり、超音波ホーン１０の上下方向の振動を防止することができるという効果を奏する。この結果、ワイヤボンディング装置の高速化に対応できると共にワイヤ先端のボール径の不良を防止できるので半導体装置のファインピッチ化に対応できるという効果を奏する。さらにスリット２２の先端部と後端部を略円筒面として超音波の振動が反射されることを防止しているので、スリット２２を設けることによる超音波伝達効率を低下させることもない。
【実施例２】
【００３４】
図５を参照しながら本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態において、第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を用いて説明は省略する。
【００３５】
本発明の第２の実施形態はスリット２２を複数本（図中では２本入れたものを示す）有するものである。スリット２２は第１の実施形態と同様に先端部と後端部を略円筒面としているが、円筒面の中心を側面側にオフセットしてスリットが超音波ホーン１０の中心線側に突出しないような形状としている。動作は実施形態１の動作と同様で、超音波ホーン断面の応力中心点２６が一番外側のスリット後端部の超音波ホーン断面の応力中心２５と、一番外側のスリット先端部の超音波ホーン断面の応力中心点２７を結ぶ直線１４よりも内側になっていることから、超音波ホーン側面の膨張による変位と曲げによる変位が相殺されて、その側面の変位が非常に小さくなる。また、圧縮応力が複数のスリットへの変形によって吸収されることから、フランジの変位を抑えつつ、第１の実施形態よりも超音波ホーン１０に発生する応力を低減することができる効果を奏する。
【実施例３】
【００３６】
図６を参照しながら本発明の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態において、第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を用いて説明は省略する。
【００３７】
図６において、超音波ホーン１０の中心軸周りは第１の材料部分３９であり、その中にスリット２２を有している。図中斜線を付した部分は第２の材料部分である。第１の材料は例えばステンレス鋼であり、第２の材料はこの第１の材料よりもヤング率が小さい例えばアルミである。第１の材料部分と第２の材料部分によって超音波ホーン１０が形成され、第１の実施形態と同様、フランジ取り付け部は矩形断面を有し、第２の材料部分はこの矩形断面の両側面から中心のスリット２２に向かって半円柱状に形成され、フランジ中心線付近で厚く、フランジ中心線から離れるに従って薄くなっている。第１の材料部分と第２の材料部分は境界４１を有している。
【００３８】
以下、第３の実施形態の動作について説明する。第１の実施形態と同様に超音波ホーンには、先端部、後端部から圧縮応力が作用する。この力は第１の材料部分３９にかかると共に第２の材料部分４０にも作用する。しかし、第２の材料は第１の材料に対してヤング率が低い材料であることから、その変形は第１の材料部分の変形に追従することとなる。つまり、全体の変形は第１の材料部分の変形によって決定されることとなる。第１の実施形態と同様に超音波ホーン後端部からかかる圧縮応力Ｐ１はスリット後端部の超音波ホーンの第１材料部分の断面にも圧縮応力として作用する。このスリット後端部の超音波ホーンの第１材料部分の断面の断面積に圧縮応力を掛けると第１材料部分のスリット後端部の超音波ホーン断面の応力中心点５５に作用する荷重Ｆ１１が求められる。ここで応力中心点５５は通常は、スリット後端部超音波ホーンの第１材料部分の断面の図心となり、応力分布を考慮する必要があるときは応力分布の重み付けをして求めた図心である。これによって、超音波ホーン後端部からの圧縮応力Ｐ１はスリット後端部の超音波ホーンの第１材料部分の断面の応力中心点５５に作用する荷重Ｆ１１に置き換えることができる。同様に超音波ホーン先端部からの圧縮応力Ｐ３もスリット先端部の超音波ホーンの第１材料部分の断面の応力中心点５７に作用する荷重Ｆ１３に置き換えることができる。また、超音波ホーン後端部と先端部からの圧縮応力は共にフランジ部にもかかる。フランジ中心位置では後端部と先端部からの応力の方向が反対で大きさが等しい状態となっている。これを先と同様の方法で、フランジ部の超音波ホーンの第１材料部分の断面の応力中心点５６に作用する、方向が逆で同じ大きさの荷重Ｆ１２に置き換えることができる。
【００３９】
図６に上記の各荷重Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ１３及び各応力中心点５５、５６、５７を示す。各応力中心点５５、５６、５７は、第１の実施形態と同様、それぞれ超音波ホーンの中心軸からの距離がそれぞれＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３である。第１の材料部分はフランジ中心線付近では細くなっており、フランジ中心線から離れるに従って太くなっていることから、フランジ部の超音波ホーンの第１材料部分の断面の応力中心点５６は、スリット先端及び後端部超音波ホーンの第１材料部分の断面の応力中心５５、５７を結ぶ直線５４よりもδ１２だけ内側になっている。これによって、第１の実施形態と同様、圧縮力による第１の材料部分の膨張変位の振動を逆方向の曲げ変位振動で相殺するという効果を奏する。一方、第２の材料部分は第１の材料よりヤング率が低く、第１の材料の変形に追従して変形することから、フランジ中心線と第１の材料部分と第２の材料部分の境界４１の交点４２の位置ほとんど変位せず、フランジ１３の取り付け孔１５の位置もほとんど変形せず、第１の実施形態と同様、フランジの変位、振動を防止することができる効果を奏する。
【実施例４】
【００４０】
図７を参照しながら本発明の第４の実施形態について説明する。図７は本発明の第４の実施形態のフランジ部の斜視図であり第４の実施形態において、第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を用いて説明は省略する。
【００４１】
本発明の第４の実施形態の超音波ホーン１０は、ワイヤボンディング装置に用いられるもので、その内部に孔３０が明けられその中に超音波振動子１１が超音波ホーン後端部からねじ込まれたボルト３１によって固定されている。この孔３０は超音波振動子１１よりもほんの僅か直径が大きく、外周には微小な円環状隙間３３があり、超音波ホーン１０と超音波振動子１１は接触しないようになっている。超音波振動子１１はその軸方向の中央位置において振動の節を形成することから、この超音波振動子１１の軸方向の中央位置にあたる超音波ホーンの両側面にフランジ１３が設けられている。また、本発明の第１の実施形態と同様にフランジ１３と超音波ホーン後端部との間の側面には断面形状変更部２４が設けられ、長手方向にフランジ中心線に対して先後方向に対象で、上面から下面に垂直にスリット２２が設けられている。スリットの位置、形状、長さは本発明の第１の実施形態と同様である。
【００４２】
本発明の第４の実施形態の動作は実施形態１の動作と同様で、超音波ホーン断面の応力中心点２６がスリット後端部の超音波ホーン断面の応力中心２５と、スリット先端部の超音波ホーン断面の応力中心点２７を結ぶ直線１４よりも内側になっていることから、超音波ホーン側面の膨張による変位と曲げによる変位が相殺されて、その側面の変位が非常に小さくなる。
【００４３】
これにより、共振時の圧縮応力による微小膨張変形の影響が固定部分に及ばないようにすることができるとともに、フランジ１３が十分な支持強度を持っているので、本発明の第１の実施形態と同様に、最適な周波数からずれた周波数で発振する等の超音波共振への悪影響およびリークを防止し、ボンディングの品質を向上させると同時に音波ホーンの上下方向の振動を防止しうることができるという効果を奏する。また、超音波振動子１１とフランジ１３を同一の節におくことにより、節の位置とフランジ１３の位置のずれによって生じるフランジの振動を防止しうるという効果を奏する。さらに超音波振動子１１が超音波ホーンの内部に取り付けられていることから構造をコンパクトにできることから、より上下方向の振動を防止することができると共にワイヤ先端のボール径の不良を防止できるので、よりいっそうのワイヤボンディング装置の高速化、半導体装置のファインピッチ化に対応できるという効果を奏する。
【実施例５】
【００４４】
図８を参照しながら、本発明の第５の実施形態について説明する。図８は本発明の第５の実施形態のフランジ部の斜視図であり、第５の実施形態において、第１または第４の実施形態と同一の部分には同一の符号を用いて説明は省略する。本発明の第５の実施形態の超音波ホーン１０は、ワイヤボンディング装置に用いられるもので、第４実施形態と同様の構造で内部に超音波振動子１１が超音波ホーン後端部からボルト３１によって固定されている。この超音波振動子１１の軸方向の中央位置にあたる超音波ホーンの両側面にフランジ１３が設けられ、本発明の第１の実施形態と同様にフランジ１３と超音波ホーン後端部との間の側面には断面形状変更部２４が設けられている。内部の孔３０と超音波ホーンの両側面とのそれぞれの間に、上面から下面に貫通して垂直にスリット２２が設けられている。このスリット２２は長手方向にはフランジ中心線に対して先後方向に対象になっている。スリットの形状は第１の実施形態と同様である。
【００４５】
本発明の第５の実施形態の動作は実施形態１の動作と同様で、フランジ部超音波ホーンのスリット２２と超音波ホーン側面間の断面の応力中心点２６がスリット先端部及び後端部の超音波ホーンのスリット２２と超音波ホーン側面間の断面の応力中心２５と２７を結ぶ直線１４よりも内側になっていることによって、超音波ホーン側面の膨張による変位と曲げによる変位が相殺されて、その側面の変位が非常に小さくなる。第５の実施例ではスリット２２が２つ設けられていることから超音ホーン側面の変位は、第１、第４の実施形態よりもさらに低減されるという効果を奏する。これによって本発明の第２の実施形態の効果に加えて、さらにボンディング品質の向上、ワイヤボンディング装置の高速化、半導体装置のファインピッチ化に対応できるという効果を奏する。
【実施例６】
【００４６】
本発明の第６の実施形態について図９から図１１を用いて説明する。図９は本発明の第６の実施形態の超音波ホーンを示すフランジ部分の拡大斜視図であり、図１０はフランジ部分の軸直角方向の断面図であり、図１１はフランジ取り付け部分の平面図断面図である。本発明の第６の実施形態の超音波ホーン１０は、ワイヤボンディング装置に用いられるもので、先端部、フランジ取り付け部、後端部共に円形断面形状を有している。フランジ取り付け部分から先端部にかけては振幅拡大のために直径が徐々に小さくなり、先端部が最も細くなっている。この先端部には加工用装置であるキャピラリ１２が取り付けられる。また、超音波ホーン１０の後端部に超音波振動子１１が固定されている。本発明の第１の実施形態と同様、振動の節となる部分にフランジ１３が取り付けられている。このフランジ１３は超音波ホーン１０の両側面に、超音波ホーン１０と一体に削り出し加工によって形成されている。そして、フランジ１３にあけられた取り付け孔１５によって超音波ホーンは装置に固定される。
【００４７】
一方、超音波ホーン１０のフランジ１３から後端部にかけて、フランジ取り付け部に接して後端部の方向に延びている断面形状変更部２４を有している。この断面形状変更部２４は、円弧を超音波ホーン１０の中心軸周りに回転させて形成されるラッパ形の形状をしており、フランジ取り付け部から後端部に向かってその断面形状が大きくなっていくように変化していく。
【００４８】
超音波ホーン１０には、その内部に孔３０が明けられその中に同軸上に心棒３２が超音波ホーン後端部から挿入され、ボルト３１によって固定されている。この孔３０は心棒３２よりもほんの僅か直径が大きく、外周には微小な円環状隙間３３が形成されている。この孔３０と心棒３２と円環状隙間３３は、長手方向にフランジ中心線に対して先後方向に対象になるように配設されており、その一端は断面形状変更部２４まで延びている。この円環状隙間３３の長手方向長さはフランジ１３の厚さ以上であればよいが、本発明の第６の実施形態では、これより長く超音波ホーンのフランジ部の直径よりも長くなっている。
【００４９】
次に、本発明の第６の実施形態の動作について説明する。第１の実施形態と同様に超音波振動子１１の発生する超音波振動によって節となるフランジ取り付け部分は超音波ホーン１０の長手方向に圧縮応力を受ける。
【００５０】
このような圧縮応力がかかるときの円環状隙間３３の周りの変形は次のように説明される。ここで、図１０、１１に示すように、超音波ホーン後端部からかかる圧縮応力Ｐ１は円環状隙間後端部の超音波ホーン断面にも圧縮応力として作用する。円環状隙間後端部の超音波ホーン断面の断面積に圧縮応力を掛け、応力中心円３４の周長で割ると円環状隙間後端部の超音波ホーン断面の応力中心円３４に作用する円環荷重Ｆ４が求められる。ここで応力中心円３４は通常は、円環状隙間後端部における孔３０の直径と超音波ホーン外面の直径の平均直径であり、応力分布を考慮する必要があるときは半径方向の応力分布の重み付けをして求めた平均直径である。これによって、超音波ホーン後端部からの圧縮応力Ｐ１は円環状隙間後端部超音波ホーン断面の応力中心円３４に作用する円環荷重Ｆ４に置き換えることができる。同様に超音波ホーン先端部からの圧縮応力Ｐ３も円環状隙間先端部の超音波ホーン断面の応力中心円３６に作用する円環荷重Ｆ６に置き換えることができる。また、フランジ中心位置では後端部と先端部からの応力の方向が反対で大きさが等しい状態となっている。これを先と同様の方法で、フランジ部の超音波ホーン断面の応力中心円３５に作用する方向が逆で同じ大きさの円環荷重Ｆ５に置き換えることができる。
【００５１】
図１１に上記の各円環荷重Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６及び各応力中心円３４、３５、３６を示す。各応力中心円３４、３５、３６は、それぞれ直径Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３である。Ｄ１は断面形状変更部があることからＤ２より大きくなっている。そして、円環状隙間の先端部と後端部の超音波ホーンの断面の応力中心円３６及び３４を結ぶ円筒面よりも、フランジ部の超音波ホーンの断面の応力中心円３５が内側になっている。
【００５２】
第１の実施形態と同様に、各応力を各円環荷重に置き換え、フランジ部超音波ホーン断面と円環状隙間後端部超音波ホーン断面の間の部分の要素を取り出すと、先に第１の実施形態の動作説明で述べたのと同様、応力中心円３４、３５、３６の大きさの差による曲げモーメントによって、この要素は、円環状隙間の方向に向かって直径が小さくなるように変形する。図１２に示すように、超音波ホーンの外面ではこの直径が小さくなる変形と圧縮荷重による膨張で直径が大きくなる方向の変形が相殺されて、外面の直径はほとんど変化せず、逆に円環状隙間の設けられている内径側は直径が小さくなる変形に直径が小さくなる方向への膨張変形が加わり、より内径側に変形する。
【００５３】
このことから、本発明の第６の実施形態は、第１の実施形態と同様の効果を奏することができ、さらに、超音波ホーンのフランジ取り付け部の外周面全部に渡ってその変位を非常に少なくすることができるので、第１の実施形態よりも大きなフランジを取り付けあるいは一体成型によって設けることができる。このことより、超音波ホーンのフランジ１３は側面に設けるのみでなく、全周に渡って設けることができ、より支持強度の大きいフランジとしてさらに超音波ホーンの上下方向の振動を防止することができる。このことにより、よりいっそうワイヤ先端のボール径の不良を防止でき、ワイヤボンディング装置の高速化、半導体装置のファインピッチ化に対応できるという効果を奏する。
【００５４】
本発明の第６の実施形態は断面形状変更部２４がフランジ部と超音波ホーンの後端部の間に設けられているが、この断面形状変更部２４はフランジ部と超音波ホーン先端部との間にも設けられていてもよい。この場合はさらにフランジの取り付け孔１５の変位量を低減することができる。また、本発明の第６の実施形態は心棒３２とボルト３１を別々のものとしたが、ボルト３１の先端に心棒と同様の直径、長さの突起部分を設けてこれを超音波ホーンの後端部からねじ込んで構成することとしても同様の効果を奏することができる。また、図１８に示すように、このボルト３１は後端部にネジを回すことができるような角柱部分３８を設けて、この角柱部分でネジを回して心棒３２を固定し、その後、超音波振動子１１を後端部からはめ込んで、ナット３７で超音波振動子１１を固定するように構成することができる。
【実施例７】
【００５５】
図１３を参照して、本発明の第７の実施形態について説明する。第６実施形態と同一の部分には同一の符号を用いて説明は省略する。本発明の第７の実施形態の超音波ホーン１０は、ワイヤボンディング装置に用いられるもので、その内部に孔３０が明けられその中に超音波振動子１１と心棒３２が超音波ホーン後端部からボルト３１によって固定されている。この孔３０は超音波振動子１１及び心棒３２よりもほんの僅か直径が大きく、外周には実施形態４と同様に微小な円環状隙間３３が形成されている。この隙間によって超音波ホーン１０と超音波振動子１１は接触しないようになっている。超音波振動子１１は第４の実施形態同様、その軸方向の中央位置において振動の節を形成することから、この超音波振動子１１の軸方向の中央位置にあたる超音波ホーン１０の両側面にフランジ１３が設けられている。円環状隙間３３の長手方向長さは、第６の実施形態と同様、フランジ取付部の超音波ホーンのフランジ幅よりも長くなっている。
【００５６】
本発明の第７の実施形態の動作は第６の実施形態の動作と同様、応力中心円３４、３５、３６の大きさの差による曲げモーメントによって、内径側は円環状隙間の方向に向かって直径が小さくなるように変形し、超音波ホーンの外面ではこの直径が小さくなる変形と圧縮荷重による膨張で直径が大きくなる方向の変形が相殺されて、外面の直径はほとんど変化せず、超音波ホーンのフランジ取り付け部の外周面全部に渡ってその変位を非常に少なくすることができる。これにより実施形態４と同様の効果を奏すると共に、本発明の実施形態２と同様に、超音波振動子１１とフランジ１３が同じ節に設けられていることとなり、節の位置とフランジ１３の位置のずれによって生じるフランジの振動を防止しうるという効果および超音波振動子１１が超音波ホーンの内部に取り付けられていることから構造をコンパクトにできることから、より上下方向の振動を防止することができ、よりいっそうのワイヤ先端のボール径の不良を防止でき、ワイヤボンディング装置の高速化、半導体装置のファインピッチ化に対応できるという効果を奏する。
【実施例８】
【００５７】
本発明の第８の実施形態について図１４、１５、１６を参照しながら説明する。本発明の第６の実施形態と同様の部分については同様の符号を用いて説明は省略する。本発明の第８の実施形態はワイヤボンディング装置に用いられるもので、第６の実施形態と同様、超音波ホーン１０には、その内部に孔３０が明けられその中の同軸上に心棒３２が超音波ホーン後端部からボルト３１によって固定されている。図１４及び１５に示すように、この孔３０はフランジ中心線上にて心棒３２よりもほんの僅か直径が大きく、後端部及び先端部に行くほどその直径が大きい、円錐台を二つ合わせたような形状をしている。一方、心棒３２は一様な直径の丸棒であることから、心棒３２の外周の微小な円環状隙間３３はフランジ中心線上で最も狭く、後端部及び先端部の方向に隙間が大きくなるように形成されている。また、この孔３０と心棒３２と円環状隙間３３は、長手方向にフランジ中心線に対して先後方向に対象になるように配設されており、その一端は断面形状変更部２４まで延びている。第６の実施形態と同様、円環状隙間３３の軸方向長さはフランジ部の超音波ホーンの直径よりも大きくなっている。
【００５８】
このような形状としているため、図１５、１６に示すように、円環状隙間後端部の超音波ホーン断面の応力中心円３４及び円環状隙間先端部の超音波ホーン断面の応力中心円３６はいずれもフランジ部の超音波ホーン断面の応力中心円３５よりも直径が大きく、円環状隙間の先端部と後端部の超音波ホーンの断面の応力中心円３６及び３４を結ぶ円筒面よりも、フランジ部の超音波ホーンの断面の応力中心円３５が内側になっている。そして、応力中心円３４、３５の大きさの差および、応力中心円３５、３６の大きさの差によって発生する曲げモーメントにより、フランジ中心線付近では、第６の実施形態の場合より円環状隙間の方向に向かってより直径が小さくなるように変形する。超音波ホーンの外面ではこの直径が小さくなる変形と圧縮荷重による膨張で直径が大きくなる方向の変形が相殺されて、外面の直径は本発明の実施形態６の場合より更に小さくなる。
【００５９】
このことから、本発明の第８の実施形態は、第６の実施形態以上に超音波ホーンのフランジ取り付け部の外周面全部に渡ってその変位をさらに少なくすることができるので、第６の実施形態よりも共振時の圧縮応力による微小膨張変形の影響がさらに固定部分に及ばないようにすることができる。したがって、第６の実施形態の効果に加えてさらに最適な周波数からずれた周波数で発振する等の超音波共振への悪影響およびリークを防止し、ボンディングの品質を向上させる効果を有する。
【００６０】
本発明の第８の実施形態は第６の実施形態と同様、ボルト３１の先端に心棒と同様の直径、長さの突起部分を設けてこれを超音波ホーンの後端部からねじ込んで構成すること
もできるし、図１８に示すように、ボルト３１の後端部の角柱部分３８で心棒３２を締め付けて、その後、超音波振動子１１を後端部からナット３７で固定するように構成することもできる。
【実施例９】
【００６１】
本発明の第９の実施形態について、図１７を参照して説明する。本発明の第７、第８の実施形態と同様の部分については同様の符号を用いて説明は省略する。本発明の第９の実施形態は第８の実施形態と同様、超音波ホーン１０は、その内部に円錐台を二つ合わせたような形状の孔３０を有し、その内部に本発明の第５の実施形態と同様に超音波振動子１１、心棒３２が配設されている。
【００６２】
このため、本発明の第９の実施形態は本発明の第８の実施形態と同様に、ワイヤボンディング装置に用いられるもので、円環状隙間後端部の超音波ホーン断面の応力中心円３４及び円環状隙間先端部の超音波ホーン断面の応力中心円３６はいずれもフランジ部の超音波ホーン断面の応力中心円３５よりも直径が大きくなっており、応力中心円３４、３５の大きさの差および、応力中心円３５、３６の大きさの差によって、フランジ中心線付近では、第６の実施形態より円環状隙間の方向に向かってより直径が小さくなるように変形する。超音波ホーンの外面ではこの直径が小さくなる変形と圧縮荷重による膨張で直径が大きくなる方向の変形が相殺されて、外面の直径は本発明の第６の実施形態の場合より更に変化が小さくなるという効果と、本発明の第４、第７の実施形態と同様に、超音波振動子１１がフランジ１３と同じ節に設けられているため、節の位置とフランジ１３の位置のずれによって生じるフランジの振動を防止しうるという効果および超音波振動子１１が超音波ホーンの内部に取り付けられていることから構造をコンパクトにできる。これにより、より上下方向の振動を防止することができることから、ワイヤ先端のボール径の不良を防止し、ワイヤボンディング装置の高速化、半導体装置のファインピッチ化に対応できるという効果を奏する。
【実施例１０】
【００６３】
本発明の第１０の実施形態について、図１９、図２０を参照しながら説明する。図１９は本発明の第１０の実施形態の超音波ホーン６０の斜視図であり、図２０は本発明の第１０の実施形態の超音波ホーン６０の側面図及び動作説明図である。
【００６４】
図１９に示すように、本発明の第１０の実施形態の超音波ホーン６０は後端部６５に超音波振動子１１が取り付けられ、中央の下面には加工装置であるツール６１が取り付けられている。そしてツール６１と先端部６４との間およびツール６１と後端部６５の間の上面にはフランジ１３ａ，１３ｂが取り付けられ、それぞれのフランジは接続部材６６で接続されている。超音波ホーン６０のフランジ１３ａ，１３ｂの取り付けられている部分はフランジ１３ａ，１３ｂの側からツール６１のほうに向かって湾曲している湾曲部６２を有している。湾曲部６２の下面６２ｃ，６２ｆは最も下側に湾曲しているフランジ取り付け部分で超音波ホーン６０の下面より下側に出ないように、湾曲部６２の両側は超音波ホーン６０の下面から上に向かって段差がつけられている。
【００６５】
図２０（ａ）は本発明の第１０の実施形態の側面図でその動作を示し、図２０（ｂ）は超音波振動の様子を示した図である。図２０（ａ）の破線は超音波振動子１１による振動が発生していない静止状態を示し、実線は超音波振動子１１によって後端部６５から圧縮力がかかっている状態における超音波ホーン６０の変形状態を示している。超音波振動子１１によって発生した超音波振動は超音波ホーン６０に縦波の定在波を発生させる。この定在波は図２０（ｂ）に示すように、超音波振動子１１の取り付けられている超音波ホーンの後端部６５、超音波が反射する先端部６４及び中央部においては先後方向の振幅の大きな腹部となり、中央の腹部にはツール６１が取り付けられている。一方、定在波はその先後方向の振幅がほとんどない節部１８を生ずる。ツール６１の先端部側と後端部側にはそれぞれ節部１８が発生し、この節部１８の位置にフランジ１３ａ，１３ｂが形成されている。超音波振動子１１が図２０（ａ）の実線で示すように、超音波ホーン６０の後端部６５に圧縮力を加える状態のときには、図２０（ａ）の矢印で示すように、ツール６１と後端部６５の間の超音波ホーン６０は定在波によって両側から圧縮荷重を受ける。すると先に図４（ａ）〜図４（ｄ）において説明した動作原理と同様の原理によって、湾曲部６２の上面６２ａ，６２ｂはそれぞれフランジ１３ａの方向に向かって図２０（ｂ）の破線から実線のように曲げ変形を生じる。また、湾曲部の下面６２ｃは圧縮力による膨張と湾曲部６２自体の下方向に凸となるような曲げ変形によって図２０（ｂ）の破線から実線のように下方向に変位する。しかし、湾曲部６２の上面のフランジ１３ａの取り付け部は、曲げ変形による下方向への変位と膨張による上方向への変位が相殺されるため、ほとんど変位しない。
【００６６】
一方、ツール６１と超音波ホーン６０の先端部６４の間は、上記の定在波によって逆に引っ張り荷重を受ける。すると上記の圧縮荷重の場合と反対に、湾曲部６２の上面６２ｄ，６２ｅはそれぞれフランジ１３ｂを中心から超音波ホーン６０の先端部６４と後端部６５の方向かって図２０（ｂ）の破線から実線のように曲げ変形を生じる。また、湾曲部の下面６２ｆは引っ張り力による収縮と湾曲部６２自体の上方向に凸となるような曲げ変形によって図２０（ｂ）の破線から実線のように上方向に変位する。しかし、湾曲部６２の上面のフランジ１３ｂの取り付け部は、曲げ変形による上方向への変位と収縮による下方向への変位が相殺されるため、ほとんど変位しない。
【００６７】
このように、本発明の第１０の実施形態は、２つのフランジ１３ａ，１３ｂ共に超音波振動子１１による定在波によって発生する圧縮、引っ張り応力によっても、超音波ホーン６０との取り付け位置が変位しないことから、共振時の圧縮、引っ張り応力による微小膨張、収縮変形の影響が固定部分に及ばないようにすることができる。これにより、最適な周波数からずれた周波数で発振する等の超音波共振への悪影響およびリークを防止し、ボンディングの品質を向上させる効果を奏する。さらに、フランジ１３ａ，１３ｂは十分な支持強度を有することとなり、超音波ホーン６０の振動を防止することができ、フリップチップボンディング装置の高速化に対応できるという効果を奏する。
【実施例１１】
【００６８】
本発明の第１１の実施形態について図２１を参照しながら説明する。図２１（ａ）は本発明の第１１の実施形態の超音波ホーン６０の平面図で、図２１（ｂ）は超音波振動の様子を示した図である。この超音波ホーン６０も先の本発明の第１０の実施形態と同様に後端部６５に超音波振動子１１が取り付けられており、発生した超音波は先端部６４で反射され、中央と先端部６４と後端部６５に超音波振動の腹部６３が発生する。ツール６１は中央の腹部６３に配設されている。そして超音波振動の節部１８位置の両側面にフランジ１３ａ，１３ｂが形成されている。超音波ホーン両側のフランジ１３ａ，１３ｂはそれぞれ接続材６６によって接続され、それぞれの接続部材６６には固定用の孔１５が備えられている。超音波ホーン６０の中心軸上のそれぞれのフランジ１３ａ，１３ｂの位置にはスリット２２ａ，２２ｂがそれぞれのフランジ１３ａ，１３ｂの中心から超音波ホーンの先端部６４及び後端部６５の方向に延びて配設されている。超音波ホーン６０の両側面であって、後端部側のフランジ１３ａと後端部６５の間には、フランジ１３ａの取り付け部から後端部６５に向かって超音波ホーン６０の幅が広くなっていくような曲面を持つ断面形状変更部２４ａが形成されている。同様に、超音波ホーン６０の両側面であって先端部側のフランジ１３ｂと先端部６４の間には、フランジ１３ｂの取り付け部から先端部６４に向かって超音波ホーン６０の幅が広くなっていくような曲面を持つ断面形状変更部２４ｂが形成されている。
【００６９】
超音波ホーン６０の動作時の、フランジ１３ａ，１３ｂ、スリット２２ａ，２２ｂ、断面形状変更部２４ａ，２４ｂの動作は先に述べた本発明の第１の実施形態と同様で、異なるのは、上記の本発明の第１０の実施形態と同様、どちらか一方のフランジ部分が圧縮状態となっている時に他の一方のフランジ部分は引っ張り状態となっていることである。しかし、圧縮状態、引っ張り状態のいずれの状態となってもフランジ１３ａ，１３ｂの取り付け部分はほとんど変位せず、これによる微小膨張、収縮変形の影響が装置への固定孔１５の位置に及ばないようにすることができるので、最適な周波数からずれた周波数で発振する等の超音波共振への悪影響およびリークを防止し、ボンディングの品質を向上させる効果を奏する。さらに、フランジ１３ａ，１３ｂは十分な支持強度を有することとなり、超音波ホーン６０の上下方向の振動を防止することができ、フリップチップボンディング装置の高速化に対応できるという効果を奏する。
【００７０】
また、本実施形態でも、本発明の第２の実施形態と同様に複数のスリットを設けるようにしてもよい。また、本発明の第４、第５の実施形態と同様にフランジ部分に超音波振動子１１を取り付けるようにしてもよいし、超音波ホーン６０の内部に配設した超音波振動子１１の両側にスリット２２を形成するようにしてもよい。更に超音波振動子１１は２つのフランジ１３ａ，１３ｂのそれぞれの位置に取り付けてもよいし、いずれか一方の位置にのみ取り付けるようにしてもよい。超音波振動子１１を超音波ホーン６０の内部に取り付ける場合には、超音波振動の節部１８がフランジ１３の中心になるように、超音波振動子１１の中央部をフランジ１３の中心に一致させて配設するのが好適である。また、いずれか一方のフランジ部分の内部にのみ超音波振動子１１を取り付ける場合には、他方のフランジ部分には１つのスリット２２を設けてもよいし、複数のスリットを設けてもよい。このように超音波振動子１１を超音波ホーン６０の内部に取り付けた場合には、本発明の上記の効果に加えて、後端部６５に超音波振動子１１を設ける必要がなくなることから、超音波ホーン６０の全体長さ短くでき、フリップチップボンディング装置をコンパクトにすることができるという効果を奏する。
【実施例１２】
【００７１】
本発明の第１２の実施形態について図２２を参照しながら説明する。図２２（ａ）は本発明の第１２の実施形態の超音波ホーン６０の部分側断面図で、図２２（ｂ）は超音波振動の様子を示した図である。この超音波ホーン６０は超音波振動子１１ａ，１１ｂを超音波ホーン６０の内部に配設して全体の長さが短くなる様にしたものである。超音波ホーン６０は円筒状の先端部６４と後端部６５を有しており、超音波振動子１１ａ，１１ｂの発振する超音波振動による定在波によって先端部６４と後端部６５と中央部に振幅の大きくなる腹部６３が発生し、中央部とそれぞれの端部との間に節部１８が発生するような長さとなっている。そして節部１８の超音波ホーン外面は鼓型の形状の断面形状変更部２４が形成されており、外面にはフランジ１３ａ，１３ｂが取り付けられ、各フランジ１３ａ，１３ｂは接続部材６６によって接続されている。超音波ホーン６０の内部には、超音波振動子１１ａ，１１ｂがその中心がフランジ１３ａ，１３ｂの中心に一致するような位置であって、超音波ホーンの中心軸上に心棒３２ａ，３２ｂとボルト３１ａ，３１ｂによって固定されている。このように超音波振動子１１を取り付けることによって、超音波振動の節部１８とフランジ１３ａ，ａ３ｂの中心を合わせて、フランジ１３ａ，１３ｂの振動の低減を図ることが出来る。超音波振動子１１ａ，１１ｂの外面と超音波ホーン６０の内面との間には円環状隙間３３ａ，３３ｂが形成されている。この円環状隙間３３ａ，３３ｂはそれぞれのフランジ１３ａ，１３ｂの中心から先端部６４、後端部６５の方向に伸びて、各フランジの中心から離れるほど円環状隙間３３ａ，３３ｂの幅が広くなるように、各フランジの中心から離れるほど円環状隙間３３ａ，３３ｂの外径が大きくなるよう形成されている。
【００７２】
本実施形態の動作時のフランジ１３ａ，１３ｂ、円環状隙間３３ａ，３３ｂ、断面形状変更部２４ａ，２４ｂの動作は先に述べた本発明の第６の実施形態と同様で、異なるのは、上記の本発明の第１０の実施形態と同様、どちらか一方のフランジ部分が圧縮状態となっている時に他の一方のフランジ部分は引っ張り状態となっていることである。本実施形態は本発明の第１１の実施形態と同様の効果を奏すると共に、全体をコンパクトにすることができるという効果を奏する。本実施形態でも、超音波振動子１１は、どちらか一方のフランジ部にのみ取付けて、他方のフランジ部は超音波振動子１１を有する側と同様の形状の円環状隙間のみを持つように構成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、先端または中央に取り付けられた加工装置を変更することによって、ワイヤボンディング装置、フリップチップボンディング装置以外の超音波接合装置にも適用できる。また、先端の形状を変更することによって、超音波を利用した外科手術用装置などの医用機器にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の第１の実施形態の斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のフランジ部分の斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の動作説明図（１）である。
【図４（ａ）】本発明の第１の実施形態の動作説明図（２）である。
【図４（ｂ）】本発明の第１の実施形態の動作説明図（３）である。
【図４（ｃ）】本発明の第１の実施形態の動作説明図（４）である。
【図４（ｄ）】本発明の第１の実施形態の動作説明図（５）である。
【図４（ｅ）】本発明の第１の実施形態の動作説明図（６）である。
【図５】本発明の第２の実施形態のフランジ部斜視図である。
【図６】本発明の第３の実施形態のフランジ部の長手方向平面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態を示すフランジ部の斜視図である。
【図８】本発明の第５の実施形態を示すフランジ部の斜視図である。
【図９】本発明の第６の実施形態を示すフランジ部の斜視図である。
【図１０】本発明の第６の実施形態を示すフランジ部軸断面図である。
【図１１】本発明の第６の実施形態を示すフランジ部長手方向断面図である。
【図１２】本発明の第６の実施形態の動作説明図である。
【図１３】本発明の第７の実施形態を示すフランジ部斜視図である。
【図１４】本発明の第８の実施形態を示すフランジ部斜視図である。
【図１５】本発明の第８の実施形態を示すフランジ部軸断面図である。
【図１６】本発明の第８の実施形態を示すフランジ部長手方向断面図である。
【図１７】本発明の第９の実施形態のフランジ部斜視図である。
【図１８】超音波振動子と心棒の固定方法を示す説明図である。
【図１９】本発明の第１０の実施形態のフランジ部斜視図である。
【図２０】本発明の第１０の実施形態の側面図及び動作説明図である。
【図２１】本発明の第１１の実施形態の平面図である。
【図２２】本発明の第１２の実施形態の部分側断面図である。
【図２３】従来技術による超音波ホーンの部分断面図（１）である。
【図２４】従来技術による超音波ホーンの振動説明図である。
【図２５】従来技術による超音波ホーンの部分断面図（２）である。
【図２６】従来技術による超音波ホーンのフランジ部軸断面図（１）である。
【図２７】従来技術による超音波ホーンのフランジ部軸断面図（２）である。
【図２８】従来技術による超音波ホーンの平面図及び動作説明図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０，６０ 超音波ホーン、１１，１１ａ，１１ｂ 超音波振動子、１２ キャピラリ、１３，１３ａ，１３ｂ フランジ、１４ 直線、１５ 孔、１６ 位置、１８ 節、２２，２２ａ，２２ｂ スリット、２４，２４ａ，２４ｂ 断面形状変更部、２５−２７ 応力中心点、３０ 孔、３１，３１ａ，３１ｂ ボルト、３２，３２ａ，３２ｂ 心棒、３３，３３ａ，３３ｂ 円環状隙間、３４−３６ 応力中心円、３７ ナット、３８ 角柱部分、３９ 第１材料部分、４０ 第２材料部分、４１ 境界、４２ 交点、５５−５７ 応力中心点、６１ ツール、６２ 湾曲部、６２ａ〜６２ｆ 湾曲面、６３ 腹部、Ｄ１−Ｄ３ 直径、ｒ２ 半径、Ｆ１−Ｆ３ 荷重、Ｆ４−Ｆ６ 円環荷重、Ｆ１１−Ｆ１３ 荷重、Ｌ１−Ｌ４ 距離、Ｌ１１−Ｌ１３ 距離、Ｐ１−Ｐ３ 圧縮応力、Ｗ 幅、δ１−δ３ 距離差、δ１１−δ１３ 距離差、ε１−ε５ 変位量。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工用装置が取り付けられる先端部と、
前記先端部より太く、超音波振動子が取り付けられる後端部と、
前記先端部と前記後端部の間の両側面の、前記超音波振動子によって発生される振動の節部位置に、装置取り付け用フランジが形成されている超音波ホーンであって、
前記取り付けフランジ中心に対して先後に伸びて、前記超音波ホーンの長手方向中心軸上に、その長さが前記取り付けフランジの厚さ以上のスリットが設けられたスリット部と、
少なくともその一部が、前記スリット部の前記超音波ホーン外面にある、断面形状変更部とを有し、
スリット先端部と後端部の前記超音波ホーンの断面の応力中心点を結ぶ直線よりも、フランジ部の前記超音波ホーンの断面の応力中心点が内側にあること
を特徴とする超音波ホーン。
【請求項２】
断面変更部はフランジ部と先端部及び前記フランジ部と後端部の中間部側面がそれぞれ、あるいはその片側が曲面であること、
を特徴とする請求項１に記載の超音波ホーン。
【請求項３】
スリットの先端部側端部と後端部側端部の両方あるいは片方のスリット幅はフランジ部のスリット幅よりも広いこと、
を特徴とする請求項１または２に記載の超音波ホーン。
【請求項４】
複数のスリットが設けられ、スリット先端部と後端部の超音波ホーンの側面側の前記スリットと前記超音波ホーン側面間の断面の応力中心点を結ぶ直線よりも、フランジ部の前記超音波ホーンの側面側の前記スリットと前記超音波ホーン側面間の断面の応力中心点が、内側にあること
を特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波ホーン。
【請求項５】
加工用装置が取り付けられる先端部と、
前記先端部より太い後端部と、
前記先端部と前記後端部の間にありその内部に超音波振動子が取り付けられ、前記超音波振動子の中央位置で前記超音波ホーンの両側面に装置取り付け用フランジが形成され、
振動子と両側の各取り付け用フランジとの間に、複数のスリットが設けられ、
スリット先端部と後端部の超音波ホーンの側面側の前記スリットと前記超音波ホーン側面間の断面の応力中心点を結ぶ直線よりも、フランジ部の前記超音波ホーンの側面側の前記スリットと前記超音波ホーン側面間の断面の応力中心点が内側にあること
を特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波ホーン。
【請求項６】
加工用装置が取り付けられる先端部と、
前記先端部より太く、超音波振動子が取り付けられる後端部と、
前記先端部と前記後端部の間の両側面の、前記超音波振動子によって発生される振動の節部位置に、装置取り付け用フランジが形成されている超音波ホーンであって、
第１の材質からなる第１材料部分と、
前記第１の材質よりもヤング率が小さい第２の材質からなる第２材料部分とを有し、
前記取り付けフランジ中心に対して先後に伸びて、前記超音波ホーンの長手方向中心軸上に、その長さが前記取り付けフランジの厚さ以上のスリットが設けられた第１材料部分と、
前記取り付けフランジ中心に対して先後に伸びて、前記スリットに対向する超音波ホーン各外側面からスリットに向かって半円柱状に形成された前記第２材料部分とを含み、
前記スリット先端部と後端部の前記超音波ホーンの断面の第１材料部分の応力中心点を結ぶ直線よりも、フランジ部の前記超音波ホーンの断面の第１材料部分の断面の応力中心点が、内側にあること
を特徴とする超音波ホーン。
【請求項７】
加工用装置が取り付けられる先端部と、
前記先端部より太く、超音波振動子が取り付けられる円筒状の後端部と、
前記先端部と前記後端部の間の両側面の、前記超音波振動子によって発生される振動の節部位置に、装置取り付け用フランジが形成されている超音波ホーンであって、
前記取り付けフランジ中心に対して先後方向に伸びて、前記超音波ホーンの長手方向中心と同軸に、その長さが前記取り付けフランジの厚さ以上の円環状隙間が設けられた円環状隙間部と、
少なくともその一部が、前記円環状隙間部の超音波ホーン外面にある断面形状変更部とを有し、
前記円環状隙間の先端部と後端部の前記超音波ホーンの断面の応力中心円を結ぶ円筒面よりも、フランジ部の前記超音波ホーンの断面の応力中心円が内側にあること
を特徴とする超音波ホーン。
【請求項８】
断面変更部は円筒形状のフランジ部外周と、円筒形状の後端部外周を結ぶ曲面であること、
を特徴とする請求項７に記載の超音波ホーン。
【請求項９】
超音波ホーン長手方向中心軸と同軸上に設けられた中心孔と、
前記中心孔と同軸上に配設された前記中心孔径より外径寸法が小さい心棒とを有すること、
を特徴とする請求項７又は８に記載の超音波ホーン。
【請求項１０】
超音波ホーン長手方向中心軸と同軸上に後端部から開けられたネジ部を有する中心孔と、
前記中心孔のネジ部に超音波ホーン後端部側よりネジ込まれ、円環状隙間部の前記中心内径よりも外径が小さい突端部分を有する固定ネジとを有すること、
を特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の超音波ホーン。
【請求項１１】
超音波ホーン長手方向中心軸と同軸上に設けられた中心孔の先端部側端部と後端部側端部の直径は、フランジ部の前記中心孔の直径よりも大きいこと、
を特徴とする請求項９または１０に記載の超音波ホーン。
【請求項１２】
フランジが一体加工にて形成されていること、
を特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の超音波ホーン。
【請求項１３】
加工用装置が取り付けられる先端部と、
前記先端部より太い後端部と、
前記先端部と前記後端部の間にありその内部に超音波振動子が取り付けられ、前記超音波振動子の中央位置で前記超音波ホーンの両側面に装置取り付け用フランジが形成されていること、
を特徴とする請求項１から４のいずれか１項または請求項６から１２のいずれか１項に記載の超音波ホーン。
【請求項１４】
振動子は、超音波ホーン長手方向中心軸と同軸上に後端部から開けられたネジ部を有する中心孔内に配設され、
前記中心孔のネジ部に前記超音波ホーン後端部側よりネジ込まれ、前記振動子に当接して前記振動子を固定する固定ネジを有すること、
を特徴とする請求項１３に記載の超音波ホーン。
【請求項１５】
ワイヤボンディング装置に用いられること
を特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の超音波ホーン。
【請求項１６】
超音波振動子が取り付けられる後端部と、
前記超音波振動子によって発生される振動の腹部端となる先端部と、
前記先端部と前記後端部との間にあって、前記超音波振動子によって発生される振動の腹部位置に取り付けられる加工装置と、
前記加工装置の先後側で、前記超音波振動子によって発生される振動の節部位置にあって、前記加工装置の反対側に形成された装置取り付け用フランジと、を備えた超音波ホーンであって、
前記それぞれの取り付けフランジ中心に対して先後に延びて、前記取り付けフランジの側から前記加工装置の側に向かって湾曲している湾曲部を有すること、
を特徴とする超音波ホーン。
【請求項１７】
超音波振動子が取り付けられる後端部と、
前記超音波振動子によって発生される振動の腹部端となる先端部と、
前記先端部と前記後端部との間にあって、前記超音波振動子によって発生される振動の腹部位置に取り付けられた加工装置と、
前記加工装置の先後側で、前記超音波振動子によって発生される振動の節部位置の両側面に形成された装置取り付け用フランジと、を備えた超音波ホーンであって、
前記それぞれの装置取り付け用フランジ中心に対して先後に伸びて、前記超音波ホーンの長手方向中心軸上に、その長さが前記それぞれの取り付けフランジの厚さ以上のスリットが設けられたスリット部と、
少なくともその一部が、前記それぞれのスリット部の前記超音波ホーン外面にある、断面形状変更部とを有し、
前記超音波ホーンの断面にあるスリット先端部と後端部の応力中心点を結ぶ直線よりも、前記超音波ホーンの断面にあるフランジ部の応力中心点が内側にあること
を特徴とする超音波ホーン。
【請求項１８】
それぞれの前記取り付け用フランジ中心に対して先後に伸びて設けられたそれぞれのスリット部は複数のスリットを有し、超音波ホーン側面側スリットと前記超音波ホーン側面との間の断面にあるそれぞれのスリット先端部と後端部の応力中心点を結ぶ直線よりも、前記超音波ホーンの側面側スリットと前記超音波ホーン側面との間の断面にあるそれぞれのフランジ部の応力中心点が内側にあること、
を特徴とする請求項１７に記載の超音波ホーン。
【請求項１９】
先端部と後端部との間にあって、その内部に取り付けられた超音波振動子と、
前記先端部と前記後端部との間にあって、前記超音波振動子によって発生される振動の腹部位置に取り付けられた加工装置と、
前記加工装置の先後側にあって、前記超音波振動子によって発生される振動の節部位置の両側面に形成された装置取り付け用フランジと、を備え、
前記超音波振動子は、前記装置取り付けフランジの中心に前記超音波振動子の中央位置が合うように配設されている超音波ホーンであって、
前記装置取り付け用フランジ中心に対して先後に伸びて、前記超音波振動子と両側面の装置取り付け用フランジとの間にあって、その長さが前記取り付け用フランジの厚さ以上の複数のスリットが設けられたスリット部と、
少なくともその一部が、前記それぞれのスリット部の前記超音波ホーン外面にある、断面形状変更部とを有し、
超音波ホーンの側面側スリットと前記超音波ホーン側面との間の断面にあるそれぞれのスリット先端部と後端部の応力中心点を結ぶ直線よりも、前記超音波ホーンの側面側スリットと前記超音波ホーン側面との間の断面にあるフランジ部の応力中心点が内側にあること、
を特徴とする超音波ホーン。
【請求項２０】
それぞれの前記スリットの先端部側端部と後端部側端部の両方あるいは片方のスリット幅はフランジ部のスリット幅よりも広いこと、
を特徴とする請求項１７から１９のいずれか１項に記載の超音波ホーン。
【請求項２１】
円筒状の先端部と円筒状の後端部との間にあって、その内部に取り付けられた超音波振動子と、
前記先端部と前記後端部との間にあって、前記超音波振動子によって発生される振動の腹部位置に取り付けられた加工装置と、
前記加工装置の先後側にあって、前記超音波振動子によって発生される振動の節部位置に形成された装置取り付け用フランジと、を備え、
前記超音波振動子は、前記装置取り付け用フランジの中心に前記超音波振動子の中央位置が合うように配設されている超音波ホーンであって、
前記それぞれの装置取り付け用フランジ中心に対して先後方向に伸びて、前記超音波ホーンの長手方向中心と同軸に、その長さが前記それぞれの取り付け用フランジの厚さ以上の円環状隙間が設けられた円環状隙間部と、
少なくともその一部が、前記それぞれの円環状隙間部の超音波ホーン外面にある断面形状変更部とを有し、
前記超音波ホーンの前記それぞれの円環状隙間の先端部と後端部の応力中心円を結ぶ円筒面よりも、前記超音波ホーンのそれぞれのフランジ部の応力中心円が内側にあること
を特徴とする超音波ホーン。
【請求項２２】
それぞれの前記円環状隙間の先端部側端部と後端部側端部の両方あるいは片方の円環状隙間外径はフランジ部の円環状隙間外径よりも広いこと、
を特徴とする請求項２１に記載の超音波ホーン。
【請求項２３】
それぞれの前記断面変更部は、それぞれの前記フランジ取り付け中心に対し先後に延びた前記超音波ホーン側面のいずれか一方又は両方の曲面部分であること、
を特徴とする請求項１７から２２のいずれか１項に記載の超音波ホーン。
【請求項２４】
フリップチップボンディング装置に用いられること、
を特徴とする請求項１から２３のいずれか１項に記載の超音波ホーン。
【請求項１】
加工用装置が取り付けられる先端部と、
前記先端部より太く、超音波振動子が取り付けられる後端部と、
前記先端部と前記後端部の間の両側面の、前記超音波振動子によって発生される振動の節部位置に、装置取り付け用フランジが形成されている超音波ホーンであって、
前記取り付けフランジ中心に対して先後に伸びて、前記超音波ホーンの長手方向中心軸上に、その長さが前記取り付けフランジの厚さ以上のスリットが設けられたスリット部と、
少なくともその一部が、前記スリット部の前記超音波ホーン外面にある、断面形状変更部とを有し、
スリット先端部と後端部の前記超音波ホーンの断面の応力中心点を結ぶ直線よりも、フランジ部の前記超音波ホーンの断面の応力中心点が内側にあること
を特徴とする超音波ホーン。
【請求項２】
断面変更部はフランジ部と先端部及び前記フランジ部と後端部の中間部側面がそれぞれ、あるいはその片側が曲面であること、
を特徴とする請求項１に記載の超音波ホーン。
【請求項３】
スリットの先端部側端部と後端部側端部の両方あるいは片方のスリット幅はフランジ部のスリット幅よりも広いこと、
を特徴とする請求項１または２に記載の超音波ホーン。
【請求項４】
複数のスリットが設けられ、スリット先端部と後端部の超音波ホーンの側面側の前記スリットと前記超音波ホーン側面間の断面の応力中心点を結ぶ直線よりも、フランジ部の前記超音波ホーンの側面側の前記スリットと前記超音波ホーン側面間の断面の応力中心点が、内側にあること
を特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波ホーン。
【請求項５】
加工用装置が取り付けられる先端部と、
前記先端部より太い後端部と、
前記先端部と前記後端部の間にありその内部に超音波振動子が取り付けられ、前記超音波振動子の中央位置で前記超音波ホーンの両側面に装置取り付け用フランジが形成され、
振動子と両側の各取り付け用フランジとの間に、複数のスリットが設けられ、
スリット先端部と後端部の超音波ホーンの側面側の前記スリットと前記超音波ホーン側面間の断面の応力中心点を結ぶ直線よりも、フランジ部の前記超音波ホーンの側面側の前記スリットと前記超音波ホーン側面間の断面の応力中心点が内側にあること
を特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波ホーン。
【請求項６】
加工用装置が取り付けられる先端部と、
前記先端部より太く、超音波振動子が取り付けられる後端部と、
前記先端部と前記後端部の間の両側面の、前記超音波振動子によって発生される振動の節部位置に、装置取り付け用フランジが形成されている超音波ホーンであって、
第１の材質からなる第１材料部分と、
前記第１の材質よりもヤング率が小さい第２の材質からなる第２材料部分とを有し、
前記取り付けフランジ中心に対して先後に伸びて、前記超音波ホーンの長手方向中心軸上に、その長さが前記取り付けフランジの厚さ以上のスリットが設けられた第１材料部分と、
前記取り付けフランジ中心に対して先後に伸びて、前記スリットに対向する超音波ホーン各外側面からスリットに向かって半円柱状に形成された前記第２材料部分とを含み、
前記スリット先端部と後端部の前記超音波ホーンの断面の第１材料部分の応力中心点を結ぶ直線よりも、フランジ部の前記超音波ホーンの断面の第１材料部分の断面の応力中心点が、内側にあること
を特徴とする超音波ホーン。
【請求項７】
加工用装置が取り付けられる先端部と、
前記先端部より太く、超音波振動子が取り付けられる円筒状の後端部と、
前記先端部と前記後端部の間の両側面の、前記超音波振動子によって発生される振動の節部位置に、装置取り付け用フランジが形成されている超音波ホーンであって、
前記取り付けフランジ中心に対して先後方向に伸びて、前記超音波ホーンの長手方向中心と同軸に、その長さが前記取り付けフランジの厚さ以上の円環状隙間が設けられた円環状隙間部と、
少なくともその一部が、前記円環状隙間部の超音波ホーン外面にある断面形状変更部とを有し、
前記円環状隙間の先端部と後端部の前記超音波ホーンの断面の応力中心円を結ぶ円筒面よりも、フランジ部の前記超音波ホーンの断面の応力中心円が内側にあること
を特徴とする超音波ホーン。
【請求項８】
断面変更部は円筒形状のフランジ部外周と、円筒形状の後端部外周を結ぶ曲面であること、
を特徴とする請求項７に記載の超音波ホーン。
【請求項９】
超音波ホーン長手方向中心軸と同軸上に設けられた中心孔と、
前記中心孔と同軸上に配設された前記中心孔径より外径寸法が小さい心棒とを有すること、
を特徴とする請求項７又は８に記載の超音波ホーン。
【請求項１０】
超音波ホーン長手方向中心軸と同軸上に後端部から開けられたネジ部を有する中心孔と、
前記中心孔のネジ部に超音波ホーン後端部側よりネジ込まれ、円環状隙間部の前記中心内径よりも外径が小さい突端部分を有する固定ネジとを有すること、
を特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の超音波ホーン。
【請求項１１】
超音波ホーン長手方向中心軸と同軸上に設けられた中心孔の先端部側端部と後端部側端部の直径は、フランジ部の前記中心孔の直径よりも大きいこと、
を特徴とする請求項９または１０に記載の超音波ホーン。
【請求項１２】
フランジが一体加工にて形成されていること、
を特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の超音波ホーン。
【請求項１３】
加工用装置が取り付けられる先端部と、
前記先端部より太い後端部と、
前記先端部と前記後端部の間にありその内部に超音波振動子が取り付けられ、前記超音波振動子の中央位置で前記超音波ホーンの両側面に装置取り付け用フランジが形成されていること、
を特徴とする請求項１から４のいずれか１項または請求項６から１２のいずれか１項に記載の超音波ホーン。
【請求項１４】
振動子は、超音波ホーン長手方向中心軸と同軸上に後端部から開けられたネジ部を有する中心孔内に配設され、
前記中心孔のネジ部に前記超音波ホーン後端部側よりネジ込まれ、前記振動子に当接して前記振動子を固定する固定ネジを有すること、
を特徴とする請求項１３に記載の超音波ホーン。
【請求項１５】
ワイヤボンディング装置に用いられること
を特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の超音波ホーン。
【請求項１６】
超音波振動子が取り付けられる後端部と、
前記超音波振動子によって発生される振動の腹部端となる先端部と、
前記先端部と前記後端部との間にあって、前記超音波振動子によって発生される振動の腹部位置に取り付けられる加工装置と、
前記加工装置の先後側で、前記超音波振動子によって発生される振動の節部位置にあって、前記加工装置の反対側に形成された装置取り付け用フランジと、を備えた超音波ホーンであって、
前記それぞれの取り付けフランジ中心に対して先後に延びて、前記取り付けフランジの側から前記加工装置の側に向かって湾曲している湾曲部を有すること、
を特徴とする超音波ホーン。
【請求項１７】
超音波振動子が取り付けられる後端部と、
前記超音波振動子によって発生される振動の腹部端となる先端部と、
前記先端部と前記後端部との間にあって、前記超音波振動子によって発生される振動の腹部位置に取り付けられた加工装置と、
前記加工装置の先後側で、前記超音波振動子によって発生される振動の節部位置の両側面に形成された装置取り付け用フランジと、を備えた超音波ホーンであって、
前記それぞれの装置取り付け用フランジ中心に対して先後に伸びて、前記超音波ホーンの長手方向中心軸上に、その長さが前記それぞれの取り付けフランジの厚さ以上のスリットが設けられたスリット部と、
少なくともその一部が、前記それぞれのスリット部の前記超音波ホーン外面にある、断面形状変更部とを有し、
前記超音波ホーンの断面にあるスリット先端部と後端部の応力中心点を結ぶ直線よりも、前記超音波ホーンの断面にあるフランジ部の応力中心点が内側にあること
を特徴とする超音波ホーン。
【請求項１８】
それぞれの前記取り付け用フランジ中心に対して先後に伸びて設けられたそれぞれのスリット部は複数のスリットを有し、超音波ホーン側面側スリットと前記超音波ホーン側面との間の断面にあるそれぞれのスリット先端部と後端部の応力中心点を結ぶ直線よりも、前記超音波ホーンの側面側スリットと前記超音波ホーン側面との間の断面にあるそれぞれのフランジ部の応力中心点が内側にあること、
を特徴とする請求項１７に記載の超音波ホーン。
【請求項１９】
先端部と後端部との間にあって、その内部に取り付けられた超音波振動子と、
前記先端部と前記後端部との間にあって、前記超音波振動子によって発生される振動の腹部位置に取り付けられた加工装置と、
前記加工装置の先後側にあって、前記超音波振動子によって発生される振動の節部位置の両側面に形成された装置取り付け用フランジと、を備え、
前記超音波振動子は、前記装置取り付けフランジの中心に前記超音波振動子の中央位置が合うように配設されている超音波ホーンであって、
前記装置取り付け用フランジ中心に対して先後に伸びて、前記超音波振動子と両側面の装置取り付け用フランジとの間にあって、その長さが前記取り付け用フランジの厚さ以上の複数のスリットが設けられたスリット部と、
少なくともその一部が、前記それぞれのスリット部の前記超音波ホーン外面にある、断面形状変更部とを有し、
超音波ホーンの側面側スリットと前記超音波ホーン側面との間の断面にあるそれぞれのスリット先端部と後端部の応力中心点を結ぶ直線よりも、前記超音波ホーンの側面側スリットと前記超音波ホーン側面との間の断面にあるフランジ部の応力中心点が内側にあること、
を特徴とする超音波ホーン。
【請求項２０】
それぞれの前記スリットの先端部側端部と後端部側端部の両方あるいは片方のスリット幅はフランジ部のスリット幅よりも広いこと、
を特徴とする請求項１７から１９のいずれか１項に記載の超音波ホーン。
【請求項２１】
円筒状の先端部と円筒状の後端部との間にあって、その内部に取り付けられた超音波振動子と、
前記先端部と前記後端部との間にあって、前記超音波振動子によって発生される振動の腹部位置に取り付けられた加工装置と、
前記加工装置の先後側にあって、前記超音波振動子によって発生される振動の節部位置に形成された装置取り付け用フランジと、を備え、
前記超音波振動子は、前記装置取り付け用フランジの中心に前記超音波振動子の中央位置が合うように配設されている超音波ホーンであって、
前記それぞれの装置取り付け用フランジ中心に対して先後方向に伸びて、前記超音波ホーンの長手方向中心と同軸に、その長さが前記それぞれの取り付け用フランジの厚さ以上の円環状隙間が設けられた円環状隙間部と、
少なくともその一部が、前記それぞれの円環状隙間部の超音波ホーン外面にある断面形状変更部とを有し、
前記超音波ホーンの前記それぞれの円環状隙間の先端部と後端部の応力中心円を結ぶ円筒面よりも、前記超音波ホーンのそれぞれのフランジ部の応力中心円が内側にあること
を特徴とする超音波ホーン。
【請求項２２】
それぞれの前記円環状隙間の先端部側端部と後端部側端部の両方あるいは片方の円環状隙間外径はフランジ部の円環状隙間外径よりも広いこと、
を特徴とする請求項２１に記載の超音波ホーン。
【請求項２３】
それぞれの前記断面変更部は、それぞれの前記フランジ取り付け中心に対し先後に延びた前記超音波ホーン側面のいずれか一方又は両方の曲面部分であること、
を特徴とする請求項１７から２２のいずれか１項に記載の超音波ホーン。
【請求項２４】
フリップチップボンディング装置に用いられること、
を特徴とする請求項１から２３のいずれか１項に記載の超音波ホーン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４（ａ）】
【図４（ｂ）】
【図４（ｃ）】
【図４（ｄ）】
【図４（ｅ）】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２】
【図３】
【図４（ａ）】
【図４（ｂ）】
【図４（ｃ）】
【図４（ｄ）】
【図４（ｅ）】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【公開番号】特開２００７−１２９１８１（Ｐ２００７−１２９１８１Ａ）
【公開日】平成１９年５月２４日（２００７．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−９３２９４（Ｐ２００６−９３２９４）
【出願日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【出願人】（０００１４６７２２）株式会社新川 (128)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月２４日（２００７．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【出願人】（０００１４６７２２）株式会社新川 (128)
【Ｆターム（参考）】
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