JP2001094245A

JP2001094245A - 電子部品実装装置

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Publication number: JP2001094245A
Application number: JP26507099A
Authority: JP
Inventors: Akira Shiomi; 陽塩見; Kenji Okamoto; 健二岡本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-09-20
Filing date: 1999-09-20
Publication date: 2001-04-06
Anticipated expiration: 2019-09-20
Also published as: JP4223159B2

Abstract

(57)【要約】【課題】接合の良否を正確に判定できる電子部品実装
装置を提供する。【解決手段】ノズル２によりＩＣチップ１５を保持
し、これをプリント配線基板１６の所定の位置に圧接
し、超音波振動により電極バンプ１７を溶融させてＩＣ
チップ１５の電極とプリント配線基板１６のランド１８
を接合する電子部品実装装置において、超音波インピー
ダンスと、ノズル変位量と、ノズル圧力と、電極バンプ
温度とを測定し、これらの波形データ若しくは温度デー
タと、基準データとを比較して、接合中の状態および接
合温度の良否を判断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波の振動エネ
ルギーを利用して、ＩＣチップ等の電子部品をプリント
配線基板に実装する電子部品実装装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体電子部品は狭ピッチ化、多
電極化の傾向にあり、そのため、ＩＣチップ部品のよう
に半導体電子部品の電極にバンプを形成し、超音波の振
動エネルギーを利用して、直接、プリント配線基板に実
装する方式が実用化されてきた。それに伴って、携帯型
の電話やパーソナルコンピューターも、さらに、小型軽
量化が可能となった。しかし、狭ピッチ電極での接合は
高精度の実装設備が必要であり、さらに、接合時に不良
が発生すると不良箇所を修正することが不可能で、不良
品は廃棄しなければならなかった。

【０００３】従来の技術として、特開平７−１４２５４
５号公報に記載されている「フリップチップ部品の実装
装置」では、赤外線撮像手段によって、フリップチップ
ＩＣを実装する前後にバンプの状態や接合状態を確認
し、良否判定に従って不良品を取り除き、良品のみを次
工程に進める実装方法である。この方法は、ヒーター付
きノズルで吸着されたフリップチップＩＣをプリント配
線基板の所定の位置に移動させて実装し、その直後に下
面から赤外線カメラで撮像し、画像データから基板の接
合部のみを抽出して、接合部の位置ずれや接合面積を計
算し、予め設定された許容値と比較することによって実
装状態の良否を判定するものであった。

【０００４】また、特開平１０−７５０９６号公報に記
載されている「フリップチップ部品の実装装置」では、
ＣＣＤカメラを用いて、フリップチップＩＣをプリント
配線基板に接合する直前に、バンプやバンプ頂頭部の導
電性接着剤の量や形状を計測することによって電極の状
態の良否を判定し、良品のみをプリント配線基板に接合
する方法である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記の従来の技術にお
いて、赤外線カメラやＣＣＤカメラを用いてＩＣチップ
のバンプなど電極形状を抽出し、画像処理する方法で
は、接合状態を電極の形状や面積などの外観上でしか良
否判定できなかった。形状や面積などの外観上の検査で
は、本当に接合されているか否かは正確に判定できない
という問題があった。

【０００６】また、従来の技術では、仮に、形状で不良
を検出できたとしても、それを何らかの手を加えて良品
にすることは不可能であり、歩留まりを向上できないと
いう問題があった。

【０００７】本発明は、前記従来の問題に鑑みなされた
もので、接合の良否をより正確に判定できる電子部品実
装装置の提供を第１の目的とし、不良品が発生するおそ
れがあるときは、それを良品にすることができる電子部
品実装装置の提供を第２の目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記第１の目的を達成す
るために、本発明の電子部品実装装置は、保持部材によ
り電子部品を保持し、これをプリント配線基板の所定位
置に圧接し、超音波振動により電極バンプを溶融させて
前記電子部品の電極とプリント配線基板のランドを接合
する電子部品実装装置において、前記超音波インピーダ
ンス測定手段と、前記保持部材の変位量測定手段と、前
記保持部材の圧力測定手段と、前記三者の測定手段によ
り測定されたデータとこれらに対応する基準データとを
比較して接合中の状態の良否を判定する手段と、前記電
極バンプ温度計測手段と、前記電極バンプの測定温度デ
ータとこれの基準データとを比較して接合温度の良否を
判断する手段とを有する。

【０００９】このように、本発明の電子部品実装装置で
は、接合中の状態の良否の判定および接合温度の良否の
判定の２つの判定を行うことにより、従来の手法よりさ
らに正確に接合の良否を判定することが可能となる。前
記三者の測定手段により測定されたデータと比較する基
準データは、良品製造時のデータ（良品データ）が好ま
しく、また電極バンプ温度の基準データは、電極バンプ
の許容温度であることが好ましい。

【００１０】本発明の装置において、前記接合中の状態
の良否判定手段および前記接合温度良否判定手段により
接合の良否を判定する手段と、前記判定結果を表示する
手段と、前記判定手段により接合不良と判定した場合に
装置を停止させ、その時の測定データを記憶しかつ前記
表示手段に表示する手段とを備えることが好ましい。

【００１１】前記第２の目的を達成するために、本発明
の装置において、さらに、前記接合中の状態の良否判定
手段および前記接合温度良否判定手段により、接合中の
状態が悪化したと判定された場合、保持部材圧力および
超音波発振の条件を調整して接合状態を良好にする制御
手段を有することが好ましい。これによれば、不良品の
発生を未然に防止することができ、歩留まりを向上でき
る。

【００１２】本発明の装置において、前記接合中の状態
の良否を判定する手段は、測定データを記憶する第一の
記憶手段と、基準データを記憶する第二の記憶手段と、
前記第一および第二の記憶手段に記憶された両データを
比較する手段とを有することが好ましい。

【００１３】本発明の装置において、前記超音波インピ
ーダンス測定手段は、接合中の超音波インピーダンス信
号出力手段と、前記出力手段から出力されるアナログ信
号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段を有するこ
とが好ましい。

【００１４】本発明の装置において、前記電極バンプ温
度計測手段は、電極バンプを赤外線カメラで撮像し、撮
像された信号を画像処理して電極バンプの温度を計測す
る手段であることが好ましい。

【００１５】本発明の装置において、さらに、前記保持
部材のプリント配線基板に対する圧力を制御する手段を
有することが好ましい。

【００１６】本発明の装置において、前記超音波インピ
ーダンス測定データ、前記保持部材変位量測定データお
よび前記保持部材圧力測定データおよびこれらに対応す
る基準データは、波形データであることが好ましい。

【００１７】本発明の装置において、前記保持部材は、
ノズルであり、この先端に電子部品を吸着して保持する
ことが好ましい。

【００１８】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の電子部品実装装
置の例を、図面に基づき説明する。

【００１９】（実施形態１）まず、図７に本発明の電子
部品実装装置の一例の概略構成を示す。同図において、
３０は、超音波ホーンとボイスコイルモータ（以下「Ｖ
ＣＭ」という）を搭載したヘッド部である。３１は、Ｘ
軸ロボットであり、ヘッド部３０を水平方向に移動させ
る。３２は、Ｙ軸ロボットであり、位置合わせ用のＣＣ
Ｄカメラ３３とボンディングステージ３４を垂直方向に
移動させる。３５は、プリント配線基板３７を供給する
供給リールである。プリント配線基板３７にＩＣチップ
が実装されると再びテープに格納されて巻き取りリール
３６に収納される。３８は、複数枚のウエハが格納され
ているマガジンリフタ部である。ＩＣチップの供給は、
マガジンリフタ部３８から、一枚のウエハをウエハ突き
上げユニット３９に供給し、反転ツール４０によってＩ
Ｃチップをピックアップして、ヘッド部３０のノズルに
わたす。ノズルに吸着されたＩＣチップは、ＶＣＭによ
って降下し、ボンディングステージ３４にセットされた
プリント配線基板上の所定位置に配置され、ここで超音
波振動によって電極バンプが溶融して接合される。

【００２０】つぎに、図１は、この装置のヘッド部制御
の概略構成を示す図である。同図において、１はＶＣＭ
であり、２はＩＣチップ１５を吸着するノズルである。
３は超音波ホーンであり、プリント配線基板１８の上に
ＩＣチップが配置されると超音波振動を発生して両者を
接合する。４はＶＣＭの内部に取り付けられているリニ
アセンサであり、ＶＣＭ１の上下方向の移動時の現在位
置を計測するためのものである。５はＶＣＭ１のドライ
バーであり、これは位置、速度、電流のフィードバック
制御を実行する。６は超音波発振器である。７はＡ／Ｄ
変換器であり、インピーダンス信号２６、電流信号２２
もしくは現在位置信号２３の各アナログ信号をデジタル
信号に変換する。８は先入れ先出しメモリ（以下「ＦＩ
ＦＯ」という）であり、Ａ／Ｄ変換器７で逐次変換され
たデジタル信号を一時的に格納する。２７は電子部品の
電極バンプを撮像する赤外線カメラであり、２８の温度
計測器により赤外線カメラ２７で撮像された信号を画像
処理し電極バンプの温度の計測結果をＣＰＵ９へ転送す
る。１０は、良品の波形データおよびバンプの許容温度
が格納されているメモリ１であり、１１は接合不良検出
時に波形データおよびバンプ温度を格納するメモリ２で
ある。なお、超音波接合の良否判定にはバンプ温度の監
視が重要であるため、赤外線カメラ２７を使用した。

【００２１】つぎに、この装置によるプリント配線基板
への電子部品の実装例について、図１〜図５に基づき説
明する。

【００２２】まず、図１において、ＩＣチップ１５を吸
着したノズル２は、ＶＣＭ１によってプリント配線基板
１６の上面にまで下降する。ＩＣチップ１５がプリント
配線基板１６に接触した時点で、ＶＣＭドライバーは、
ＣＰＵ９からの指令信号２１によって電流制御方式に切
り替えて、ＶＣＭ１のコイルに流す電流を一定にするこ
とにより、予め設定された圧力の制御を実行する。同時
に、ＣＰＵ９は超音波発振信号２４をＯＮにし、接合を
開始する。超音波発振器６は、超音波ホーン３に６０ｋ
Ｈｚ〜７０ｋＨｚのｓｉｎ波の電圧を加えることによ
り、ノズル先端に吸着されたＩＣチップ１５を振動させ
ることができる。また、超音波発信器６は発振中に超音
波ホーン３からフィードバックされる電流と上記ｓｉｎ
波の電圧からインピーダンスを求めて、超音波インピー
ダンス信号２６を出力する。接合中、Ａ／Ｄ変換器によ
り、インピーダンス信号２６、電流信号２２もしくは現
在位置信号２３をデジタル信号に変換し、逐次、ＦＩＦ
Ｏに格納する。また、赤外線カメラ２７からインタフェ
ース２８を介してバンプの温度分布を撮像したデータを
転送する。ＣＰＵ９は、図２もしくは図３に示す各波形
データおよび図４に示す電極バンプ温度データを得るこ
とができる。

【００２３】図２は、接合中の良好な状態の各波形デー
タである。同図において、（ａ）は接合時間ｔと超音波
インピーダンスとの関係を示す波形データであり、
（ｂ）は接合時間ｔとＶＣＭのコイルに流れる電流との
関係を示す波形データであり、（ｃ）は接合時間ｔとノ
ズルの下降移動量との関係を示す波形データである。同
図（ａ）に示すように、ＩＣチップがプリント配線基板
に接触し、超音波振動を与えると、初めは接合していな
いため負荷が軽くインピーダンスも小さいが、しだいに
接合してくると負荷が重くなり、インピーダンスも大き
くなる。一定時間が経過するとインピーダンスも変化し
なくなる。同図（ｂ）に示すように、ＶＣＭのコイルに
流れる電流は、接合開始時は小さく、その後徐々に大き
くなる。また、この指令が、ＶＣＭドライバにＣＰＵか
ら出力される。同図（Ｃ）に示すように、ノズルの下降
移動量（Ｃ）は、接合中は徐々に下降し、接合が完了す
ればそれ以上の下降はなく一定になる。

【００２４】図３は、接合中の不良な状態の各波形デー
タである。同図（ａ）に示すように、超音波インピーダ
ンス波形では、初めは、接合していないため負荷が軽く
インピーダンスも小さいが、時間が経過しても、インピ
ーダンスは変化し続け、接合不良となる。また、同図
（ｂ）に示すように、ＶＣＭのコイルに流れる電流波形
において、指令値に対して突発的な波形（異常ピーク）
が観測されると、ＩＣチップの電極が何らかの原因でつ
ぶれた可能性があり、接合不良となる。同図（ｃ）に示
すように、ノズルの下降移動量の波形では、接合中は徐
々に下降しているが、接合が完了しても、設定された移
動量よりも小さいため接合不良となる。

【００２５】図４は、接合中の赤外線カメラで撮像した
バンプ温度の状態を示している。接合中、バンプ１７は
超音波によりプリント配線基板１６上のランド１８との
間に摩擦熱が発生して溶融する。この時にバンプ温度が
バンプ１７とプリント配線基板１６上のランド１８との
間で金属同士が結晶化する温度（以下「金属間再結晶温
度」という）以上であればバンプは接合される。しか
し、バンプ温度が金属間再結晶温度以下であればバンプ
１７は接合不良となる。

【００２６】つぎに、この装置における制御の一例を、
図５のフローチャートを主とし、随時図１〜４を参照し
ながら説明する。

【００２７】接合を開始すると、ＣＰＵ９は、ＶＣＭの
制御方式を、位置フィードバック制御から電流フィード
バック制御に切り替えて（ステップ♯１）、超音波発振
器をＯＮにして超音波ホーン３を発振させる（ステップ
♯２）。そして、接合時間が予め設定されたｔ［ｍｓ］
になるまで、ステップ♯４からステップ♯７までの処理
を実行する。接合時間がｔ［ｍｓ］を経過している場合
は、次の工程に進む。

【００２８】ステップ♯４で、Ａ／Ｄ変換データをＦＩ
ＦＯに格納する。ステップ♯５は、ＦＩＦＯに格納され
た各波形データのノイズ成分を除去するためにフィルタ
リング処理を実行する。ステップ♯６で、メモリ１（１
０）に格納されている良品波形データと比較して、その
差の絶対値が、予め設定されている許容値以上であれ
ば、接合不良とみなしてステップ♯９に進み、装置を停
止させる。また、ステップ♯６で許容値を超えない場合
は、ステップ♯７に進み、ここで、赤外線カメラで撮像
された電子部品の画像処理を行い、バンプ温度を測定す
る。そして、ステップ♯８で、メモリ１（１０）に格納
されているバンプの許容温度と比較して、その差が、予
め設定されている許容値以上であれば接合不良とみな
し、ステップ♯９に進んで装置を停止させる。ステップ
♯９で装置を停止させた場合は、不良波形データおよび
バンプ温度をメモリ２（１１）に格納し（ステップ♯１
０）、波形データおよびバンプ温度をディスプレイに表
示する（ステップ♯１１）。また、ステップ♯１１で、
停止ブザーおよび停止ランプがＯＮになり、作業者に接
合不良が発生したことを通知する。

【００２９】また、許容温度の比較において（ステップ
♯８）、許容値を超えない場合はステップ♯３に戻り、
接合時間がｔ［ｍｓ］を経過したかが再度判断され、経
過している場合は、次の工程に進む。

【００３０】このような、一連の制御により、接合品質
を向上させることが可能となる。

【００３１】（実施形態２）つぎに、接合中に不良を検
出した場合、これを修復する装置の例について、図６の
フローチャートを主とし、図１から図４を随時参照して
説明する。この装置の制御等において、接合中の不良を
検出する制御等は、実施形態１の装置と同様である。ま
た、図６において、図５と同じステップは、同じ番号を
付している。

【００３２】この装置において、接合中に、ステップ♯
１３でインピーダンス波形について測定波形と良品波形
とを比較し、その絶対値が予め設定された許容値を超え
る場合、ステップ♯１６に進む。ステップ♯１６では、
超音波出力電圧を大きく又は小さくして接合条件を変更
することにより、不良になりつつある接合状態を良好状
態にする。

【００３３】ステップ♯１３での比較において、許容値
を超えない場合は、ステップ♯１４に進み、ここでＶＣ
Ｍ電流波形について、測定波形と良品波形とを比較し、
その絶対値が許容値を超える場合は、ステップ♯１８に
進む。ステップ♯１８では、ＶＣＭに流す電流条件を変
更することにより、不良になりつつある接合状態を良好
状態にする。

【００３４】ステップ♯１４の比較において、許容値を
超えない場合は、ステップ♯１５に進み、ここでノズル
位置の測定波形と良品波形とを比較し、その絶対値が許
容値を超える場合は、ステップ♯１９に進む。ステップ
♯１９で、電流指令値変更を行い、不良になりつつある
接合状態を良好な状態にする。

【００３５】ステップ♯１５の比較において、許容値を
超えない場合は、ステップ♯７に進んでバンプ温度を計
測し、さらにステップ♯８に進んでバンプ温度の測定値
と許容値とを比較する。その結果、許容値を超える場合
は、ステップ♯１９に進み、ここで超音波出力電圧を変
更し、不良になりつつある接合状態を良好な状態にす
る。ステップ♯８で、許容値を超えないと判断した場合
は、ステップ♯３に戻る。

【００３６】前記ステップ♯１６、ステップ♯１８およ
びステップ♯１９において、各種条件の変更を行った
後、一連の処理回数を加算する（ｎ＝ｎ＋１）。そし
て、ステップ♯２０で、処理回数（ｎ）をカウントし、
ｎが予め設定されたカウント（ｃｏｕｎｔ）値よりも大
きくなった場合（＞）は、修復不能と判断して、ステッ
プ♯１０およびステップ♯１１に進み、不良波形データ
およびバンプ温度をメモリ２に格納し、これらをディス
プレイに表示するとともに、装置を停止し、停止ブザー
および停止ランプをＯＮにする。また、処理回数（ｎ）
が予め設定されたカウント値以下（＜＝）であれば、再
度、ステップ♯３に戻る。

【００３７】このような制御を行うことにより、この装
置では、不良になりつつある接合状態を良好な状態に
し、歩留まりを向上させる。

【００３８】

【発明の効果】以上のように、本発明の電子部品実装装
置では、ＩＣチップ等の電子部品とプリント配線基板の
ランドの接合中に、超音波インピーダンスと、保持部材
の変位量と、保持部材の圧力と、バンプ温度とを測定
し、これらの測定データと、これらに対応する基準デー
タとを比較し、接合中の状態の良否および接合温度の良
否を判断することにより、不良品を除去し、良品のみを
次工程に進ませる。したがって、本発明の装置は、接合
不良を減少できる。また、本発明の装置において、接合
中において、接合状態が悪化したときに、接合条件を適
宜変更すれば、不良品の発生を未然に防止でき、歩留ま
りを向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子部品実装装置の一実施例における
ヘッド部の制御構成を示す構成図である。

【図２】（ａ）は良好な接合状態におけるインピーダン
ス波形の一例であり、（ｂ）は良好な接合状態における
ＶＣＭ電流波形の一例であり、（ｃ）は良好な接合状態
におけるノズル位置波形の一例である。

【図３】（ａ）は不良な接合状態におけるインピーダン
ス波形の一例であり、（ｂ）は不良な接合状態における
ＶＣＭ電流波形の一例であり、（ｃ）は不良な接合状態
におけるノズル位置波形の一例である。

【図４】バンプ温度状態の一例を示す説明図である。

【図５】前記実施例における制御手順を示すフローチャ
ートである。

【図６】本発明の電子部品実装装置のその他の実施例に
おける制御手順を示すフローチャートである。

【図７】本発明の電子部品実装装置のさらにその他の実
施例の概略構成を示す斜視図である。

【符号の説明】

２ノズル１５ＩＣチップ１６プリント配線基板１７電極バンプ１８ランド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】保持部材により電子部品を保持し、これ
をプリント配線基板の所定位置に圧接し、超音波振動に
より電極バンプを溶融させて前記電子部品の電極とプリ
ント配線基板のランドを接合する電子部品実装装置にお
いて、前記超音波インピーダンス測定手段と、前記保持
部材の変位量測定手段と、前記保持部材の圧力測定手段
と、前記三者の測定手段により測定されたデータとこれ
らに対応する基準データとを比較して接合中の状態の良
否を判定する手段と、前記電極バンプ温度計測手段と、
前記電極バンプの測定温度データとこれの基準データと
を比較して接合温度の良否を判断する手段とを有する電
子部品実装装置。
【請求項２】接合中の状態の良否判定手段および接合
温度良否判定手段により接合の良否を判定する手段と、
前記判定結果を表示する手段と、前記判定手段により接
合不良と判定した場合に装置を停止させ、その時の測定
データを記憶しかつ前記表示手段に表示する手段とを備
える請求項１に記載の電子部品実装装置。
【請求項３】接合中の状態の良否判定手段および接合
温度良否判定手段により、接合中の状態が悪化したと判
定された場合、保持部材圧力および超音波発振の条件を
調整して接合中の状態を良好にする制御手段を有する請
求項１または２に記載の電子部品実装装置。
【請求項４】接合中の状態の良否を判定する手段が、
測定データを記憶する第一の記憶手段と、基準データを
記憶する第二の記憶手段と、前記第一および第二の記憶
手段に記憶された両データを比較する手段とを有する請
求項１〜３のいずれか一項に記載の電子部品実装装置。
【請求項５】超音波インピーダンス測定手段が、接合
中の超音波インピーダンス信号出力手段と、前記出力手
段から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換す
るＡ／Ｄ変換手段とを有する請求項１〜４のいずれか一
項に記載の電子部品実装装置。
【請求項６】電極バンプ温度計測手段が、電極バンプ
を赤外線カメラで撮像し、撮像された信号を画像処理し
て電極バンプの温度を計測する手段である請求項１〜５
のいずれか一項に記載の電子部品実装装置。
【請求項７】保持部材のプリント配線基板に対する圧
力を制御する手段を有する請求項１〜６のいずれか一項
に記載の電子部品実装装置。
【請求項８】超音波インピーダンス測定データ、保持
部材変位量測定データおよび保持部材圧力測定データお
よびこれらに対応する基準データが、波形データである
請求項１〜７のいずれか一項に記載の電子部品実装装
置。
【請求項９】保持部材が、ノズルであり、この先端に
電子部品を吸着して保持する請求項１〜８のいずれか一
項に記載の電子部品実装装置。