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図面 (7)

課題

周波数の高い高周波で安定した超音波振動を実現でき、良好なボンディングが可能な超音波振動子を提供する。

解決手段

中空圧電素子11と、圧電素子11の背面に設けられた内側中央部にリブ12aを持つ半波長整数倍の長さを有するブロック12と、圧電素子11の前面に設けられた内側中央部にリブ13aを持つ半波長の整数倍の長さを有するブロック13とを有し、ブロック12、13のリブ12a、13a間をボルト14で締結し、各ブロック12、13のリブ12a、13aが超音波振動の節に当たり、ボルト14が共振する必要がないようにし、圧電素子11とブロック12、13の長さを管理することで安定した振動特性を実現できるようにした。

概要

背景

従来から、IC関連のワイヤボンディング技術を応用して、金バンプフリップチップICの電極パッド部に超音波接合するスタッドバンプボンディング技術が知られている。

通常、ワイヤボンディングやバンプ形成には、図5に示すような、60KHzから120KHz程度の振動周波数超音波ホーン装置が用いられている。超音波ホーン装置は、超音波振動子21と、超音波ホーン22と、ワイヤ挿通ICチップ接合するキャピラリー23とから構成されている。その超音波振動子21には、図6に示すような、中空圧電素子31と、その前後に設けたブロック32、33とをボルト34で締め上げて構成されたランジュバン型ボルト締め振動子に代表されるものが用いられている。

概要

周波数の高い高周波で安定した超音波振動を実現でき、良好なボンディングが可能な超音波振動子を提供する。

中空の圧電素子11と、圧電素子11の背面に設けられた内側中央部にリブ12aを持つ半波長整数倍の長さを有するブロック12と、圧電素子11の前面に設けられた内側中央部にリブ13aを持つ半波長の整数倍の長さを有するブロック13とを有し、ブロック12、13のリブ12a、13a間をボルト14で締結し、各ブロック12、13のリブ12a、13aが超音波振動の節に当たり、ボルト14が共振する必要がないようにし、圧電素子11とブロック12、13の長さを管理することで安定した振動特性を実現できるようにした。

目的

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、周波数の高い高周波で安定した超音波振動を実現でき、良好なボンディングが可能な超音波振動子を提供することを目的としている。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

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請求項1

中空圧電素子と、圧電素子の背面に設けられた内側中央部にリブを持つ半波長整数倍の長さを有するブロックと、圧電素子の前面に設けられた内側中央部にリブを持つ半波長の整数倍の長さを有するブロックとを有し、圧電素子の前後に設けた各ブロックのリブ間ボルト締結したことを特徴とする超音波振動子

請求項2

圧電素子の背面と前面に設けられたブロックが導電性ブロックから成り、圧電素子の背面の導電性ブロックより絶縁物を介してボルトを通したことを特徴とする請求項1記載の超音波振動子。

請求項3

圧電素子の背面に設けたブロックのリブ中央にボルト穴を設け、圧電素子の前面に設けたブロックのリブ中央にねじ穴を設け、圧電素子の背面のブロックよりボルトを通して前面のブロックのねじ穴にねじ込み、ブロック間を締結したことを特徴とする請求項1又は2に記載の超音波振動子。

請求項4

中空の圧電素子と、圧電素子の背面に設けられた内側中央部にリブを持つ半波長の整数倍の長さを有する導電性ブロックと、圧電素子の前面に設けられた内側中央部にリブを持つ半波長の整数倍の長さを有する導電性ブロックとを有し、さらに前面に中空の圧電素子と、圧電素子の前面に設けられた内側中央部にリブを持つ半波長の整数倍の長さを有するブロックの組み合わせを整数倍有し、端部のブロックのリブ間を、絶縁物を介してボルトで締結したことを特徴とする超音波振動子。

技術分野

0001

本発明は、半導体素子などの接合に使用されるスタッドバンプの形成やワイヤリングの形成のための超音波ホーン用の超音波振動子に関するものである。

背景技術

0002

従来から、IC関連のワイヤボンディング技術を応用して、金バンプフリップチップICの電極パッド部に超音波接合するスタッドバンプボンディング技術が知られている。

0003

通常、ワイヤボンディングやバンプ形成には、図5に示すような、60KHzから120KHz程度の振動周波数の超音波ホーン装置が用いられている。超音波ホーン装置は、超音波振動子21と、超音波ホーン22と、ワイヤ挿通ICチップに接合するキャピラリー23とから構成されている。その超音波振動子21には、図6に示すような、中空圧電素子31と、その前後に設けたブロック32、33とをボルト34で締め上げて構成されたランジュバン型ボルト締め振動子に代表されるものが用いられている。

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、図6に示す従来の技術における超音波振動子21は、中空の圧電素子31と、その前後に設けたブロック32、33から成る半波長の長さを有する共振状態と、前後に設けたブロック間を締め上げるボルト34の半波長の長さを有する共振状態とが合成された半波長の長さを有する共振状態を形成させなければならない。ところが、IC接合温度低温化やファインピッチ化に対応するために、超音波振動子の高周波化が求められてくると、圧電素子31とブロック32、33とボルト34間の共振状態の形成が困難になってくるという問題がある。

0005

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、周波数の高い高周波で安定した超音波振動を実現でき、良好なボンディングが可能な超音波振動子を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0006

本発明の超音波振動子は、中空の圧電素子と、圧電素子の背面に設けられた内側中央部にリブを持つ半波長の整数倍の長さを有するブロックと、圧電素子の前面に設けられた内側中央部にリブを持つ半波長の整数倍の長さを有するブロックとを有し、圧電素子の前後に設けた各ブロックのリブ間をボルトで締結したものであり、圧電素子とその前後のブロックとが、それぞれ半波長の整数倍の長さから構成され、各ブロックのリブは超音波振動の節にあたり、その節(リブ)間を締結するボルトは共振する必要がない。したがって、圧電素子とその前後のブロックの長さを管理することで安定した振動特性を実現することができる。

0007

また、圧電素子の背面と前面に設けられたブロックは導電性ブロックにて構成することができ、その場合圧電素子の背面の導電性ブロックより絶縁物を介してボルトを通すのが好ましい。

0008

また、圧電素子の背面に設けたブロックのリブ中央にボルト穴を設け、圧電素子の前面に設けたブロックのリブ中央にねじ穴を設け、圧電素子の背面のブロックよりボルトを通して前面のブロックのねじ穴にねじ込み、ブロック間を締結すると、ボルトを締結するナットを不要にできる。

0009

また、本発明の超音波振動子は、中空の圧電素子と、圧電素子の背面に設けられた内側中央部にリブを持つ半波長の整数倍の長さを有する導電性ブロックと、圧電素子の前面に設けられた内側中央部にリブを持つ半波長の整数倍の長さを有する導電性ブロックとを有し、さらに前面に中空の圧電素子と、圧電素子の前面に設けられた内側中央部にリブを持つ半波長の整数倍の長さを有するブロックの組み合わせを整数倍有し、端部のブロックのリブ間を、絶縁物を介してボルトで締結したものであり、圧電素子とその前後のブロックとが複数個それぞれ半波長の整数倍の長さから構成され、各ブロックのリブは超音波縦振動の節にあたり、その節(リブ)間を締結するボルトは共振する必要がない。したがって、複数個の圧電素子とその前後の複数個のブロックとの、それぞれの長さを管理することで、安定した高パワー高振幅)の振動特性を実現することができる。

発明を実施するための最良の形態

0010

以下、本発明の超音波振動子の各実施形態について、図1図4を参照して説明する。

0011

(第1の実施形態)本実施形態の超音波振動子の構成を示す図1において、超音波振動子1は、中空で、両端に電極17、18を有する圧電素子11と、圧電素子11の背面に設けられた内側中央部にリブ12aを持つ半波長の整数倍の長さを有する導電性のブロック12と、圧電素子11の前面に設けられた内側中央部にリブ13aを持つ半波長の整数倍の長さを有する導電性のブロック13とを有し、圧電素子11の前後に設けたブロック12、13のリブ12aと13a間を、圧電素子11の背面側の導電性ブロック12より絶縁カラー15を介してボルト14を通し、前面側のブロック13のリブ13aに当接配置したナット16をボルト14の先端部の雄ねじ部14aに螺合し、締結して構成されている。12b、13bは、リブ12a、13aの中心に形成されたボルト穴である。

0012

この超音波振動子1は、図4に示すように、超音波ホーン2に取付けられ、圧電素子11の両端電極17、18に超音波発振器4により超音波信号が与えられる。

0013

次に、動作を説明する。中空の圧電素子11の電極17、18に超音波発振器4より超音波信号が与えられると、圧電素子11が振動を発生し、その前後に設けられた各ブロック12、13が共振され、超音波振動子1全体が共振状態となる。これと同時に、超音波ホーン2、キャピラリ3を含む全体が共振状態となる。

0014

その際にも圧電素子11と、その前後のブロック12、13がそれぞれ半波長(λ/2)の整数倍の長さに構成され、各ブロック12、13のリブ12a、13aは超音波振動の節に当たり、その節間を締結するボルト14は共振する必要がないので、圧電素子11とその前後のブロック12、13の長さを管理することで安定した振動特性を実現することができる。

0015

(第2の実施形態)本実施形態の超音波振動子の構成を示す図2において、超音波振動子1は、中空で、両端に電極17、18を有する圧電素子11と、圧電素子11の背面に設けられた内側中央部にリブ12aを持つ半波長の整数倍の長さを有する導電性のブロック12と、圧電素子11の前面に設けられた内側中央部にリブ13aを持つ半波長の整数倍の長さを有する導電性のブロック13とを有し、圧電素子11の背面に設けた導電性のブロック12のリブ12aの中央にボルト穴12bを設け、圧電素子11の前面に導電性のブロック13のリブ13aの中央にねじ穴13cを設け、圧電素子11の背面側の導電性のブロック12より絶縁カラー15を介してボルト14を通し、圧電素子11の前面側の導電性のブロック13のねじ穴13cにねじ込み、ブロック12、13間を締結して構成されている。この実施形態ではブロック13のリブ13aにねじ穴13cを形成しているので、ナット16が不要となる。

0016

この超音波振動子1は、図4に示すように、超音波ホーン2に取付けられ、圧電素子11の両端電極17、18に超音波発振器4により超音波信号が与えられる。

0017

次に、動作を説明する。中空の圧電素子11の電極17、18に、超音波発振器4より超音波信号が与えられると、圧電素子11が振動を発生し、その前後に設けられた各導電性のブロック12、13が共振され、超音波振動子1全体が共振状態となる。これと同時に、超音波ホーン2、キャピラリ3を含む全体が共振状態となる。

0018

その際にも圧電素子11と、その前後の導電性のブロック12、13がそれぞれ半波長(λ/2)の整数倍の長さに構成され、各ブロック12、13のリブ12a、13aは超音波振動の節に当たり、その節間を締結するボルト14は共振する必要がないので、圧電素子11とその前後のブロック12、13の長さを管理することで安定した振動特性を実現することができる。

0019

(第3の実施形態)本実施形態の超音波振動子の構成を示す図3において、超音波振動子1は、中空で、両端に電極17、18を有する圧電素子11aと、圧電素子11aの背面に設けられた内側中央部にリブ12aを持つ半波長の整数倍の長さを有する導電性のブロック12と、圧電素子11aの前面に設けられた内側中央部にリブ20aを持つ半波長の整数倍の長さを有する導電性のブロック20を有し、さらにその前面に中空の前端に電極19を持つ圧電素子11bと、この圧電素子11bの前面に設けられた内側中央部にリブ13aを持つ半波長の整数倍の長さを有する導電性のブロック13の組み合わせを整数倍有し、端部の導電性のブロック12、13のリブ12a、13a間を、絶縁カラー15を介してボルト14とナット16で締結して構成されている。

0020

この超音波振動子1は、図4に示すように、超音波ホーン2に取付けられ、圧電素子11aの電極18と、圧電素子11aの電極17及び圧電素子11bの電極19との間に超音波発振器4により超音波信号が与えられる。

0021

次に、動作を説明する。中空の圧電素子11a、11bの電極17、19(同電位)と電極18に、超音波発振器4より超音波信号が与えられると、圧電素子11a、11bが振動を発生し、その前後に設けられた各導電性のブロック12、13、20が共振され、超音波振動子1全体が共振状態となる。これと同時に、超音波ホーン2、キャピラリ3を含む全体が共振状態となる。

0022

その際にも圧電素子11a、11bと、その前後の導電性のブロック12、13、20がそれぞれ半波長(λ/2)の整数倍の長さに構成され、各ブロック12、13のリブ12a、13aは超音波振動の節に当たり、その節間を締結するボルト14は共振する必要がないので、圧電素子11a、11bとその前後のブロック12、13、20の長さを管理することで安定した振動特性を実現することができる。

発明の効果

0023

本発明の超音波振動子によれば、以上のように中空の圧電素子と、圧電素子の背面と前面にそれぞれ設けられた内側中央部にリブを持つ半波長の整数倍の長さを有するブロックを有し、両ブロックのリブ間をボルトで締結して構成しているので、ブロックのリブは超音波振動の節にあたり、その節であるリブ間を締結するボルトは共振する必要がないので、圧電素子とブロックの長さを管理することで、高い周波数の高周波領域で安定した振動特性を実現でき、この超音波振動子を用いることで良好なボンディング性能を得ることができる。

図面の簡単な説明

0024

図1本発明の超音波振動子の第1の実施形態を示し、(a)は正面図、(b)は縦断正面図、(c)は超音波振動波形図である。
図2本発明の超音波振動子の第2の実施形態を示し、(a)は正面図、(b)は縦断正面図、(c)は超音波振動波形図である。
図3本発明の超音波振動子の第3の実施形態を示し、(a)は正面図、(b)は縦断正面図、(c)は超音波振動波形図である。
図4本発明の超音波振動子を適用した超音波ホーン装置を示し、(a)は正面図、(b)は超音波振動波形図である。
図5従来例の超音波振動子を適用した超音波ホーン装置を示し、(a)は正面図、(b)は超音波振動波形図である。
図6従来例の超音波振動子を示し、(a)は正面図、(b)は縦断正面図、(c)は超音波振動波形図である。

--

0025

1超音波振動子
11、11a、11b圧電素子
12ブロック
12aリブ
12bボルト穴
13 ブロック
13a リブ
13cねじ穴
14ボルト
15絶縁カラー
20 ブロック
20a リブ

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