JP2000332402A - 電子部品搭載装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各種電子部品の形状に対応し得る不活性ガス
の吹出し口を構成し、回路基板と電子部品との接合部の
酸化を防止して接合品質を安定化させる電子部品搭載装
置を提供する 【解決手段】 ボンディングヘッドの先端側に取り付け
られるボンディングツールを電子部品の背面に当接させ
てこれを所定の加熱源を用いて加熱することにより、電
子部品及び回路基板の電極同士を熱接合させてボンディ
ングを行う電子部品搭載装置において、上記電極同士の
熱接合に際してその接合部及びその近傍に対して不活性
ガスを吹き出す吹出し口を、上記ボンディングツールの
電子部品に当接する部分近傍に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、所定の電子部品を
回路基板に搭載する電子部品搭載装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の小型化・軽量化を実現
するために、半導体チップ等の電子部品を実装対象物で
ある回路基板上に直接に実装するフリップチップ実装が
用いられてきている。この工法では、一般に、電子部品
の電極部分にバンプが形成され、熱を加えてバンプを回
路基板上の電極に接合する。最近では、かかる工法を採
用する電子部品搭載装置として、電子部品を真空吸着し
ハンドリングしつつ、熱を加えて回路基板上の所定位置
に搭載するボンディングヘッドを有するものが主流とな
っている。

【０００３】これに関連して、図６及び７に、従来知ら
れた電子部品搭載装置におけるボンディングヘッドの一
例を示す。図６及び７は、それぞれ、ボンディングヘッ
ドの構成を示す断面説明図及びボンディングヘッドの下
端面を示す説明図である。このボンディングヘッド５０
は、電子部品５１を下端側で吸着保持しながら熱を加え
て回路基板５４上の所定位置に接合するもので、その下
端側には、回路基板５４に対する電子部品５１のボンデ
ィングを直接に行うボンディングツール５８が吸着保持
されている。このボンディングヘッド５０は、昇降機構
６６及び水平方向移動機構６７を備え、回路基板５４の
上方で昇降する若しくは水平方向に移動することができ
る。ボンディングヘッド５０の内部には、吸着保持され
るボンディングツール５８の下面側で電子部品５１を吸
着するためのエア経路６０（図中の中央にある経路）
と、上記ボンディングツール５８を吸着保持するための
エア経路６１（図中の左側にある経路）とが設けられて
いる。また、ヘッド５０の内部には、上記ヘッド５０の
下端面の周縁部に形成された複数の吹出し口６２ａに連
通するガス供給経路６２（図中の右側にある経路）が設
けられている。

【０００４】上記ボンディングヘッド５０では、ボンデ
ィングツール５８に吸着保持された電子部品５１が、そ
の下面側に形成されたバンプ６４と回路基板５４上に形
成された電極６５とが接触するように位置決めされた状
態（図６参照）で、所定の加熱源（不図示）により加熱
され上記バンプ６４が溶融させられることにより、回路
基板５４に接合されるようにしてボンディングが行われ
る。かかるボンディングの間に、上記バンプ６４と電極
６５との接合部６３の酸化を防止するために、ガス供給
経路６２を通じて、窒素Ｎ₂などの不活性ガスが供給さ
れ、吹出し口６２ａから上記接合部６３に対して吹き付
けられる。この不活性ガスは、ガス供給経路６２が連通
するガス供給源６８から供給される。上記不活性ガスの
吹出し口６２ａは、ボンディングヘッド５０の下端側
で、ボンディングツール５８が吸着される部分の外側近
傍に形成されており、図７からよく分かるように、ボン
ディングツール５８が吸着保持された状態で、ツール５
８の外周に沿って位置する。不活性ガスは、各吹出し口
６２ａから均等な量で吹き出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ボンディングヘッド５０では、不活性ガスの吹出し口６
２ａがヘッド５０の下端側に設けられているため、サイ
ズの異なる各種電子部品５１を対象とする場合には、上
記吹出し口６２ａの位置が電子回路５１と回路基板５４
との接合部６３から大きく離れることがある。この場合
には、接合部６３に達する不活性ガスは周囲の大気との
混合により濃度が低下し、接合部６３の酸化を十分に防
止することができず、接合品質が低下する惧れがある。
また、いずれの場合にも、上記吹出し口６２ａから基板
表面までの高さが同じであるため、圧力差が生じにく
く、回路基板５４に吹き付けられた不活性ガスは、電子
部品５１と基板５４との間に流路を確保し得ず、不活性
ガスが接合部６３まで到達しないことがある。これによ
り、接合部６３の酸化を十分に防止することができず、
安定した接合品質を得ることができなくなる。

【０００６】本発明は、上記技術的課題に鑑みてなされ
たもので、各種の部品形状に対応し得る不活性ガスの吹
出し口を構成し、回路基板と電子部品との接合部の酸化
を防止して接合品質を安定化させる電子部品搭載装置を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１に係る発
明は、ボンディングヘッドの先端側に取り付けられるボ
ンディングツールを電子部品の背面に当接させてこれを
所定の加熱源を用いて加熱することにより、電子部品及
び回路基板の電極同士を熱接合させてボンディングを行
う電子部品搭載装置において、上記電極同士の熱接合に
際してその接合部分に対して不活性ガスを吹き出す吹出
し口が、上記ボンディングツールの電子部品に当接する
部分近傍に設けられていることを特徴としたものであ
る。

【０００８】また、本願の請求項２に係る発明は、請求
項１に係る発明において、上記ボンディングツールにお
いて、上記吹出し口の一部が他の吹出し口と比べて電子
部品に当接する部分から離れて設けられていることを特
徴としたものである。

【０００９】更に、本願の請求項３に係る発明は、請求
項１又は２に係る発明において、上記加熱源がセラミッ
クヒータであることを特徴としたものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明
の実施の形態に係る電子部品搭載装置の内部構造を示す
斜視図である。この電子部品搭載装置１は、順次電子部
品３を回路基板５上の所定位置に位置決めした上で、電
子部品３に熱を加え、回路基板５に対して熱接合させる
ことによりボンディングを行うもので、その基本的な構
成として、電子部品３を保持しながら熱を加えるボンデ
ィングヘッド１０と、回路基板５が載置されるボンディ
ングステージ２１とを有している。ボンディングヘッド
１０は、ボンディングステージ２１上に吸着式に保持さ
れて配置される回路基板５の上方で、水平方向移動機構
１９及び昇降機構１８（図２参照）により、水平方向
（図中のＸ方向）及び鉛直方向（図中のＺ方向）に可動
である。この電子部品搭載装置１では、回路基板５に搭
載される電子部品３が、トレイ２０に複数収納されてお
り、ボンディングヘッド１０は、各電子部品３を順次取
り出して回路基板５上の所定位置に搭載するようになっ
ている。

【００１１】上記ボンディングステージ２１及びトレイ
２０は、水平方向（図中の上記Ｘ方向に直交するＹ方
向）に可動であるスライドベース２２上に固定されてお
り、該スライドベース２２の動作に伴ない、水平方向に
移動することができる。また、この電子部品搭載装置１
では、電子部品３の搭載作業に際して電子部品３及び回
路基板５の位置を認識する手段として、画像認識光学系
２５が装備されており、該画像認識光学系２５は、図中
のＸ及びＹ方向の両方向に可動であり、回路基板５が載
置されるボンディングステージ２２の動作に伴ない移動
する。この画像認識光学系２５は、視野の切替えによっ
て、その下方に位置する回路基板５及びその上方に位置
する電子部品３を位置認識するものである。

【００１２】電子部品３の搭載作業では、上記画像認識
光学系２５が電子部品３及び回路基板５の位置を認識す
ると、この位置情報に基づき、上記ボンディングヘッド
１０が電子部品３を吸着保持しながらハンドリングし、
回路基板５上の所定位置に電子部品３を位置決めする。
このように電子部品３が位置決めされた状態で、電子部
品３に熱が加えられて、その下端面に形成されたバンプ
４（図２参照）が溶融されることにより、電子部品３が
回路基板５に熱接合させられる。

【００１３】図２は、上記ボンディングヘッドの構成を
概略的に示す縦断面説明図である。このボンディングヘ
ッド１０は、上から順に、ボンディングヘッド本体９と
ウォータジャケット１５と加熱源１４とボンディングツ
ール２とが組合せられてなるもので、その内部には、一
端側でボンディングヘッド本体９から減圧装置（不図
示）に連通する一方、他端側でボンディングツール２の
下端面にて開口するエア経路１１（図中の中央にある経
路）と、一端側でボンディングヘッド本体９から減圧装
置（不図示）に連通する一方、他端側で加熱源１４の下
端面にて開口するエア経路１２（図中の左側にある経
路）とを有している。このボンディングヘッド１０で
は、上記エア経路１２における減圧作用により、上記加
熱源１４の下面側にボンディングツール２が吸着保持さ
れるとともに、上記エア経路１１における減圧作用によ
り、上記ボンディングツール２の下面側に回路基板３が
その背面において当接して吸着保持される。更に、ボン
ディングヘッド１０は、その内部に、一端側でボンディ
ングヘッド本体９からガス供給源１７に連通し、他端側
で加熱源１４の下端面にて開口する不活性ガス供給経路
１３（図中の右側にある経路）を有している。この不活
性ガス供給経路１３には、不活性ガス供給のオンオフを
制御し得る電磁弁１６が設けられている。

【００１４】このボンディングヘッド１０では、上記ボ
ンディングツール２が、その上面側に配置された加熱源
１４からの熱を受け、電子部品３の下端面に形成された
バンプ４を加熱溶融させて、回路基板５上の電極６と接
合させることにより、ボンディングが行われる。この実
施の形態では、上記加熱源１４として、セラミックヒー
タが用いられる。かかる電子部品３のボンディングに際
して、上記加熱源１４の上面側に配置されるウォータジ
ャケット１５の内部には、冷却水が循環させられ、これ
により、加熱源１４からヘッド上方への熱の伝達が遮断
され、ボンディングヘッド１０の熱膨張等による機械精
度の低下が防止される。

【００１５】また、このボンディングヘッド１０では、
電子部品３のボンディングの間に、上記電子部品３側の
バンプ４と回路基板５側の電極６との接合部７の酸化を
防止するために、上記ガス供給源１７から不活性ガス供
給経路１３を通じて供給される例えば窒素などの不活性
ガスが、接合部７に対して吹き付けられる。本実施の形
態では、この接合部７に対する不活性ガスの吹付けを実
現するために、上記ボンディングツール２の加熱源１４
に接触する上面側で、その周縁に沿って、所定深さの溝
部２ｃが設けられており、更に、この溝部２ｃの底面か
ら下方へ延び、ボンディングツール２の下端面にて開口
するガス流路２ｂが、所定間隔を隔てて複数設けられて
いる。上記溝部２ｃの幅は、図２から分かるように、ボ
ンディングツール２が他の部品とともに電子部品吸着用
のエア経路１１を構成するように加熱源１４の下端面に
吸着保持された状態で、上記エア経路１２には連通せ
ず、不活性ガス供給経路１３にのみ連通するように設定
されている。上記ガス流路２ｂは、ツール２の下面側
で、ガス吹出し口２ａとして開口する。かかる構造を備
えたボンディングツール２によれば、上記ガス供給源１
７から不活性ガス供給経路１３を通じて供給された不活
性ガスが、エア経路１３に連通する部分から溝部２ｃに
流れ込み、ボンディングツール２の周縁に沿って溝部２
ｃの全体に広がり、各ガス流路２ｂを経て上記吹出し口
２ａから均等に吹き出される。

【００１６】図３は、ボンディングツール２の下端面を
示す説明図である。このボンディングツール２では、電
子部品３（１点鎖線で示す）がエア経路１１における減
圧作用により吸着保持された状態で、ボンディングツー
ル２の下端面におけるガス吹出し口２ａが、電子部品３
の周囲近傍に位置することになる。これにより、ガス流
路２ｂを通じて供給される不活性ガスが、各吹出し口２
ａから電子部品３と回路基板５との接合部７に対して確
実に吹き付けられることになる。このように、電子部品
３と回路基板５との接合部７に比較的近い電子部品３の
周囲近傍から、上記接合部７に対して不活性ガスを確実
に吹き付けることにより、接合部７に到達した不活性ガ
スの濃度は雰囲気によっても余り低下せず、熱接合に際
して接合部７又は半田材等が酸化することを十分に防止
することができる。この結果、高品質なボンディングを
実現することができる。

【００１７】また、この実施の形態では、ボンディング
ツール２側に吹出し口２ａが設けられるので、吹出し口
２ａの位置が異なるボンディングツールを予め用意し
て、ボンディングヘッド１０の下端側にて吸着保持され
た状態でその吹出し口２ａが電子部品３の周囲近傍に位
置するボンディングツール２を電子部品３の形状及びサ
イズに応じて適宜選択するようにして、上記接合部７に
対する良好な不活性ガスの吹出しを、ボンディングツー
ル２の品種対応のみで実現することができる。なお、前
述した実施の形態において、ボンディングツール２は多
数の吹出し口２ａを有しているが、これに限定されるこ
となく、複数の吹出し口２ａの代わりにスリット状の開
口部若しくは連続した環状のスリットを有していてもよ
い。

【００１８】次に、本発明の他の実施の形態について詳
しく説明する。なお、以下の説明では、前述した実施の
形態における場合と同じものについては同一の符号を付
し、それ以上の説明を省略する。図４及び５は、それぞ
れ、本発明の他の実施の形態に係るボンディングヘッド
を概略的に示す断面説明図、及び、ボンディングツール
の下端面を示す説明図である。このボンディングヘッド
３０は、前述した実施の形態と同じ構成を有しており、
この実施の形態では、ボンディングツール３２の一辺側
で、所定深さの溝部３２ｃの底面から下方へ延びるガス
流路３３ｂに対応する部位にて、ツール３２の下面３３
が高くなるように設定されている。すなわち、ガス流路
３３ｂがボンディングツール３２の下端面で開口してな
る吹出し口３３ａが、ツール３２における他の吹出し口
３２ａよりも高い位置に形成され、ツール３２の下面側
における電子部品３に当接する部分から離れている。

【００１９】かかる構造を備えたボンディングツール３
２を用いた場合に、ボンディングヘッド３０内の不活性
ガス供給経路１３を通じて供給される不活性ガスが、高
さの異なる吹出し口３２ａ及び３３ａから吹き出される
と、高い位置にある吹出し口３３ａから吹き出される不
活性ガスによる接合部７への圧力が、接合部７の近傍に
位置する吹出し口３２ａのそれに比べて小さくなる。こ
の不活性ガスの圧力差により、電子部品３に当接する部
分近傍に吹出し口３２ａが位置する圧力の高い側から、
吹出し口３３ａが形成された圧力の低い側へ、電子部品
３と回路基板５との隙間を通過する不活性ガス気流が発
生することになる（矢印で示す）。これにより、接合部
７に到達した不活性ガスの濃度が安定して確保され、熱
接合に際して、接合部７又は半田材等の酸化を十分に防
止することができ、高品質なボンディングを達成するこ
とができる。

【００２０】なお、本発明は、例示された実施の形態に
限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
において、種々の改良及び設計上の変更が可能であるこ
とは言うまでもない。

【００２１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、電極同士の熱接合に際してその接合部に対し
て不活性ガスを吹き出す吹出し口が、ボンディングツー
ルの電子部品に当接する部分近傍に設けられているの
で、接合部に対して不活性ガスを確実に吹き付け、接合
部近傍の不活性ガスの濃度を安定して確保することがで
きる。これにより、熱接合に際して、接合部又は半田材
等の酸化を十分に防止することができ、高品質なボンデ
ィングを達成することができる。また、この発明によれ
ば、吹出し口の位置が異なるボンディングツールを予め
用意して、ボンディングヘッドの下端側にて吸着保持さ
れた状態でその吹出し口が電子部品の周囲近傍に位置す
るボンディングツールを電子部品の形状及びサイズに応
じて適宜選択するようにして、接合部に対する良好な不
活性ガスの吹出しを、ボンディングツールの品種対応の
みで実現することができる。

【００２２】また、本発明によれば、ボンディングツー
ルにおいて、不活性ガスの吹出し口の一部が他の吹出し
口と比べて電子部品に当接する部分から離れて設けられ
ているので、高い位置にある吹出し口から吹き出される
不活性ガスによる接合部への圧力が、接合部の近傍に位
置する吹出し口のそれに比べて小さくなり、かかる不活
性ガスの圧力差によって、電子部品と回路基板との隙間
を通過する不活性ガス気流を発生させることができる。
この結果、接合部に到達する不活性ガスの濃度が安定し
て確保され、熱接合に際して、接合部又は半田材等の酸
化を十分に防止することができ、高品質なボンディング
を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態に係る電子部品搭載装置
の内部構造を示す全体斜視図である。

【図２】 上記実施の形態に係るボンディングヘッドを
概略的に示す縦断面説明図である。

【図３】 上記実施の形態に係るボンディングツールの
下端面を示す説明図である。

【図４】 本発明の他の実施の形態に係るボンディング
ヘッドを概略的に示す縦断面説明図である。

【図５】 上記他の実施の形態に係るボンディングツー
ルの下端面を示す説明図である。

【図６】 従来のボンディングヘッドを概略的に示す縦
断面説明図である。

【図７】 従来のボンディングヘッドの下端面を示す説
明図である。

【符号の説明】

１…電子部品搭載装置 ２…ボンディングツール ２ａ…不活性ガス吹出し口 ３…電子部品 ４…バンプ ５…回路基板 ６…回路基板側電極 ７…接合部 １０…ボンディングヘッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 細谷 直人 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 西野 賢一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5E319 AA03 AC01 CC33 CC47 CC60 GG03

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボンディングヘッドの先端側に取り付け
   られるボンディングツールを電子部品の背面に当接させ
   てこれを所定の加熱源を用いて加熱することにより、電
   子部品及び回路基板の電極同士を熱接合させてボンディ
   ングを行う電子部品搭載装置において、 上記電極同士の熱接合に際してその接合部及びその近傍
   に対して不活性ガスを吹き出す吹出し口が、上記ボンデ
   ィングツールの電子部品に当接する部分近傍に設けられ
   ていることを特徴とする電子部品搭載装置。
2. 【請求項２】 上記ボンディングツールにおいて、上記
   吹出し口の一部が他の吹出し口と比べて電子部品に当接
   する部分から離れて設けられていることを特徴とする請
   求項１記載の電子部品搭載装置。
3. 【請求項３】 上記加熱源がセラミックヒータであるこ
   とを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品搭載装
   置。