JP2004303938A - 超音波振動状態検出装置、電子部品の実装装置及び実装方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】この発明はチップをキヤリアテープにボンディングするときの超音波振動状態を容易かつ確実に測定できるようにした実装装置を提供することにある。
【解決手段】チップを超音波振動によってキヤリアテープに実装する実装装置において、
上記チップを上記キヤリアテープに実装するボンディングツール4と、このボンディングツールに超音波振動を与える超音波振動発生装置3a,17と、上記ボンディングツールを振動させたときにこのボンディングツールに発生する音を測定するマイクロホン11と、このマイクロホンの測定値に基いて上記ボンディングツールの振動状態の良否を判別する制御装置とを具備する。
【選択図】 図1
【解決手段】チップを超音波振動によってキヤリアテープに実装する実装装置において、
上記チップを上記キヤリアテープに実装するボンディングツール4と、このボンディングツールに超音波振動を与える超音波振動発生装置3a,17と、上記ボンディングツールを振動させたときにこのボンディングツールに発生する音を測定するマイクロホン11と、このマイクロホンの測定値に基いて上記ボンディングツールの振動状態の良否を判別する制御装置とを具備する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は超音波振動の状態を検出する装置、電子部品を超音波振動を用いて被実装部材に実装するための実装装置及び実装方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
たとえば電子部品としての半導体チップを、被実装部材としての回路基板やキヤリアテープなどに実装する場合、上記チップの電極が形成された面を下に向け、上記キヤリアテープなどに実装する、いわゆるフェースダウンボンディングが知られている。
【0003】
フェースダウンボンディングにおいては、チップを保持したボンディングツールを超音波振動させることで、上記チップの電極を、キヤリアテープに形成されたリードに接合させるということが行なわれている。
【0004】
超音波振動を利用してチップをキヤリアテープに実装する場合、チップに与えられる超音波振動の強さ、つまり振幅が設定に対してずれを生じると、上記チップのボンディング状態も変化することになる。その結果、チップをキヤリアテープに正常な状態でボンディングすることができなくなり、接合不良やチップの損傷を招く虞がある。
【0005】
そこで、ボンディングツールの振動状態を測定することで、上記チップが上記キヤリアテープに対して所定の振幅の超音波振動でボンディングされているか否かを判定するということが考えられている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
物体の振動状態を測定する手段としてはレーザドップラー振動計が知られている。しかしながら、レーザドップラー振動計は高価であり、しかも比較的大型であるため、実装装置自体に設置スペースを確保することが困難なことが多く、さらにレーザ光の焦点距離やターゲットまでの水平度の調整や測定に多くの手間がかかるため、実用的でないということがある。
【0007】
また、ボンディングツールの振動状態を単に測定するだけでは、このボンディングツールによって行なわれるボンディング状態の良否を正確に判定することが難しい。
【0008】
この発明は、比較的安価で、しかも設置スペースも小さくて済む超音波検出装置を提供することにある。
【0009】
また、この発明は、振動状体の判定時毎にいちいち高価なレーザドップラー振動計を用いずに振動状態を測定できるとともに、良好な実装作業を行なうことができる電子部品の実装装置及び実装方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ツールに超音波振動を付与する超音波発生装置と、
超音波振動を生じているツールから発生する音を測定するマイクロホンと、
このマイクロホンの測定値に基いて前記ツールの振動状態を求める制御装置とを具備したことを特徴とする超音波振動状態検出装置にある。
【0011】
この発明は、電子部品を超音波振動を用いて被実装部材に実装する実装装置において、
上記電子部品を上記被実装部材に実装するボンディングツールと、
このボンディングツールに超音波振動を与える超音波振動発生装置と、
上記ボンディングツールを上記超音波振動発生装置によって振動させているときに発生する音を測定するマイクロホンと、
このマイクロホンの測定値に基いて上記ボンディングツールの振動状態の良否を判別する判別手段と
を具備したことを特徴とする電子部品の実装装置にある。
【0012】
上記判別手段は、予め設定した超音波振動の振幅と、上記マイクロホンの測定値に基き求めた振幅とを比較する比較部を有することが好ましい。
【0013】
上記超音波振動発生装置は、振動子と、この振動子に発振信号を印加する超音波発振器を有し、
上記比較部は、この比較部での比較に基いて上記発振信号を補正する補正信号を上記超音波発振器に出力することが好ましい。
【0014】
上記マイクロホンの測定値と、上記比較部での比較値とを記録する記録部を有することが好ましい。
【0015】
この発明は、電子部品を超音波振動が与えられたボンディングツールを用いて被実装部材に実装する実装方法において、
上記ボンディングツールを超音波振動させる工程と、
上記ボンディングツールを超音波振動させたときに発生する音をマイクロホンで測定する工程と、
上記マイクロホンの測定値に基いて上記電子部品を実装するための上記超音波振動状態の良否を判別する工程と
具備したことを特徴とする電子部品の実装方法にある。
【0016】
上記マイクロホンで測定する工程は、上記電子部品を上記被実装部材に実装しているときに行なうことが好ましい。
【0017】
上記マイクロホンで測定する工程は、上記ボンディングツールによって上記電子部品を上記被実装部材に実装する前に行なうことが好ましい。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながらこの発明の一実施の形態を説明する。
【0019】
図1はこの発明の一実施の形態に係る実装装置の概略的構成図を示し、この実装装置はボンディングヘッド1を備えている。このボンディングヘッド1は図示しない駆動源によってX、Y、及びZ方向に駆動されるようになっている。
【0020】
上記ボンディングヘッド1には保持具2が設けられ、この保持具2には超音波ホーン3の一端部近辺が保持され、最端部には圧電素子などの振動子3aが一体に取り付けられている。そして、この振動子3aには、超音波発振器17から発振信号なる所定の電力が印加されて発振し、またこの電力を変えることで、その振幅を変化させることができる。
【0021】
一方、上記超音波ホーン3の他端部にはボンディングツール4が軸線をほぼ垂直にして取り付けられている。そこで、振動子3aが超音波発振器17によって駆動されると発振し、その振動は超音波ホーン3を介してボンディングツール4を振動させることになる。したがって、本実施の形態では、振動子3aと超音波発振器17とで超音波振動発生装置を構成している。
【0022】
なお、ボンディングツール4は、その下端面にたとえば真空吸着などによって電子部品としての半導体チップ5(以下、単にチップという)を吸着保持することができるようになっている。
【0023】
上記チップ5は図示しない部品供給部に電極5a(図2に示す)が形成された面、つまり電極面を上にして供給されており、この部品供給部から同じく図示しない反転ピックアップツールで電極面を吸着して取り出される。
【0024】
部品供給部からチップ5を取り出した上記反転ピックアップツールは180度回転して上記チップ5を反転させ、電極面を下にする。その状態で、上記ボンディングツール4がチップ5の電極面とは反対側の面を吸着して上記ピックアップツールから受け取る。したがって、ボンディングツール4に吸着されたチップ5は電極面を下に向けていることになる。
【0025】
上記ボンディングヘッド1と対応する箇所には、ボンディングステージ7が配設されている。このボンディングステージ7の上面には被実装部材としての基板やキヤリアテープ、この実施の形態ではキヤリアテープ8が紙面と直交する方向に沿って間欠的に駆動されるようになっている。
【0026】
キヤリアテープ8が所定の位置に駆動されると、上記ボンディングツール4はX、Y方向に位置決めされた後、Z方向下方に駆動される。ここで、ボンディングツール4がZ方向下方に駆動を開始すると、ボンディングツール4には超音波振動が付与されるようになり、そして、ボンディングツール4に保持されたキヤリアテープ8に接すると、超音波振動しているボンディングツール4により、チップ5とキヤリアテープ8間にボンディング荷重が付与される。それによって、上記チップ5の電極5aが上記キヤリアテープ8の図示しないリードに接合されることになる。
【0027】
上記ボンディングステージ7の近くには、マイクロホン11がたとえば自在アーム10などによって設置位置の調整自在に設けられている。このマイクロホン11は、先端がボンディングツール4に向かうよう位置決めされる。
【0028】
上記振動子3aが上記超音波発振器17の発振信号によって駆動されると、ボンディングツール4は振動することになるが、このボンディングツール4の振動によって発生する音(振動音)が上記マイクロホン11によって測定される。ここで、使用されるマイクロホン11は、当然ながらチップ5の接合に用いられる超音波領域に音を測定可能なものが選択される。この実施の形態では、マイクロホン11は20〜60kHzの超音波の音波を測定することができるようになっている。
【0029】
ここで、振動子3aに印加される発振信号、この場合、電力と、この発振信号による振動子3aの振動によって誘起されるボンデッィングツール4の振幅と、ボンディングツール4が振動することで発生する音のマイクロホン11による測定値との関係は、事前に実験等によって求めておく。これは、例えば次のように求めることが可能である。
【0030】
まず、ある所定の値の電力を振動子3aに印加し、ボンディングツール4を振動させる。そして、ボンディングツール4が振動することによって発生する音(振幅)マイクロホン11によって測定し、この測定値を振動子3aに印加した電力値と関連付けて記録しておく。例えば、制御装置13のメモリ部に記憶させる。
【0031】
次に、振動子3aに印加する電力は変えずに、レーザドップラー振動計などを用い、振動しているボンディングツール4の振幅を求める。この振幅も、マイクロホン11の測定値と同様に振動子3aに印加した電力値と関連付けて制御装置13のメモリ部に記憶させる。
【0032】
さてこの時点で、振動子3aに印加される1つの電力値に対する、マイクロホン11による測定値とボンディングツール4の振幅、つまり3者の関連が求められたことになる。
【0033】
したがって、上記と同様な装置を複数回繰り返すことにより、繰り返し分の上記した3者の関係のテーブルを得ることができる。換言すると、マイクロホン11の測定値から、ボンディングツール4の振幅が間接的に測定できることになる。そこで、次にこの関係を利用した本実施の形態の制御系について図3を用いて説明する。
【0034】
図3に示すように、上記マイクロホン11による測定値は、測定信号Mとなって制御装置13の検出部14に入力される。測定信号Mは、上記検出部14でボンディングツール4の振幅Tに変換されて比較部15に出力される。つまり、この検出部14は不図示のメモリ部を有していて、上記した振動子3aに印加される電力値、マイクロホン11による測定値、ボンディングツール4の振幅の3者の関係を示すテーブルはここに記憶されている。上記比較部15には記録部16が接続され、上記マイクロホン16が測定した測定信号M、つまりボンディングツール4の振動によって生じた振動音(振幅)を記録するようになっている。
【0035】
上記超音波ホーン3は超音波発振器17からの発振信号Dによって振動子3aが振動することで超音波振動する。上記発振信号Dは設定部18からの振幅設定値Sに基いて上記振動子3aに出力される。設定部18の振幅設定値Sは上記比較部15にも入力され、ここで上記検出部14で測定信号Mから変換された振幅Tと比較される。
【0036】
上記ボンディングツール4が設定部18からの設定値Sに応じた振幅で超音波振動していれば、比較部15での比較値Cは正常値としての“1”であるが、設定値Sに比べて超音波振動の振幅が異なる場合には比較値が変化する。たとえば、ボンディングツール4の超音波振動の振幅が小さくなると、比較値は1よりも小さくなり、振幅が設定値よりも大きくなると、比較値は1よりも大きくなる。
【0037】
比較値が正常値である“1”から変化すると、上記比較部15から上記駆動部17に補正信号Hが出力される。この補正信号Hは例えば比較値が“1”より小さい場合には超音波発振器17から出力される発振信号Dなる電力を一定量増加させるような、また比較値が“1”より大きい場合には逆に一定量減少させるような信号である。
【0038】
それによって、超音波発振器17から振動子3aに出力される発振信号Dが制御されるから、振動子3aによって駆動されるボンディングツール4の超音波振動の振幅が設定値に近づくことになる。
【0039】
つぎに、上記構成の実装装置によってキヤリアテープ8にチップ5をボンディングする際の動作を説明する。ボンディングツール4が図示しない反転ピックアップツールからチップ5を吸着すると、X、Y方向に位置決めされる。つまり、チップ5がキヤリアテープ8のボンディング位置に位置決めされる。ついで、上記ボンディングツール4はZ方向下方に駆動される。このとき、振動子3aが超音波は発振器17からの駆動信号によって駆動されて超音波振動する。それによって、超音波ホーン9に取り付けられたボンディングツール4も超音波振動する。
【0040】
それによって、図2に示すようにチップ5の電極5aがキヤリアテープ8に形成された図示しないリードに接合するから、上記電極5aが上記リードに超音波振動を用いて接合されることになる。
【0041】
このように、チップ5をキヤリアテープ8に実装する際、ボンディングツール4の超音波振動によって生じる音がマイクロホン11によって測定され、その測定信号Mは検出部14にて振幅Tに変換され、比較部15に入力される。
【0042】
上記比較部15には、振動子3aを駆動するために設定部18で設定された振幅設定値Sが入力され、ここで設定値Sと上記振幅Tとが比較される。上記マイクロホン11の測定値から求めたボンディングツール4の振幅が上記設定値Sに応じた振幅(強度)であれば、比較値Cが“1”となるため、比較部15から超音波発振器17へは補正信号Hが出力されない。つまり、ボンディングツール4は設定部18で設定された設定値Sに基く振幅で駆動されていることになるから、上記チップ5はキヤリアテープ8に設定された状態で確実にボンディングされていることになる。
【0043】
しかしながら、超音波ホーン3やボンディングツール4の不具合が生じると、振動しているボンディングツール4での振幅が設定値からずれを生じるようになり、上記比較部15での比較値Cが“1”よりも小さくなったり、大きくなったりする。そのため、チップ5をキヤリアテープ8に所定の強度でボンディングできなくなったり、強度が強すぎてチップ5を損傷させる虞がある。
【0044】
上記比較部15での比較値Cが“1”にならない場合、上記比較部15からは上記超音波発生器17に補正信号Hが出力される。この補正信号Hによって、上記超音波発生器17から出力される、振動子3aを駆動する発振信号Dの強度が制御される。つまり、振動子3aを駆動する発振信号Dが設定部18で設定された振幅設定値Sに応じた強度に補正される。
【0045】
その結果、ボンディングツール4が設定された振幅で超音波振動し、チップ5のボンディングが上記設定部18で設定された設定値Sに応じた強度で行なわれるから、そのボンディングを確実に、しかもチップ5を損傷させるようなことなく行なうことができる。
【0046】
上記マイクロホン11による測定信号Mと、上記比較部15での比較値Cとは記録部16によって記録される。そのため、上記記録部16に記録されたデータをモニタリングすれば、過去のボンディング状態、つまり生産経過を確実に把握することができるから、不良品の発生の有無やマイクロホン11によるボンディングツール4の超音波振動の測定に基くフィードバック制御が精密に行なわれているか否かも知ることができる。
【0047】
上記ボンディングツール4の振動状態をマイクロホン11によって測定するようにした。そのため、レーザドップラー振動計を用いる場合に比べて小型で安価であるから、設置が容易であり、しかも測定に際して設置精度や複雑な測定操作を必要としないから、現場での使用を容易に行なうことができる。また、同じ理由により、実装装置に組み込むことが容易で、装置の小型化も達成できる。
【0048】
上記マイクロホン11により超音波振動するボンディングツール4から発生する音を測定する時点は、上記一実施の形態で説明したようにボンディングツール4によってチップ5をキヤリアテープ8に実際にボンディングするときであってもよいが、ボンディングを開始する前に超音波ホーン3を作動させて測定するようにしてもよい。
【0049】
ボンディングを開始する前にボンディングツール4の振動音を測定するようにすれば、ボンディングツール4や超音波ホーン3を交換した場合などには、それらの交換後の取付け状態が確実か否かなどを判定することができる。
【0050】
上記一実施の形態では、比較部15での比較値Cに基いて振動子3aの駆動をフィードバック制御したが、比較部15での比較を記録部16に記録表示し、作業者がその記録を見ることでボンディング状態を判定したり、記録部16から警報を出すなどして作業を中断するようにしてもよい。
【0051】
また、上記したフィードバック制御であるが、これは、ボンディングツールが超音波振動している間、常に行なうようにしてもよいし、超音波振動を開始してから所定時間経過するまでの間だけ行なうようにしてもよい。さらには、実装するチップ全てに対してこのフィードバック制御を行なうのではなく、所定数、たとえば10個のチップを実装する間隔で行い、その間の実装動作に関しては上記フィードバック制御を行なわないようにしてもよい。
【0052】
また、電子部品としてはチップに限られず、コンデンサやコイルなどであってもよく、要は被実装部材に超音波振動を用いてボンディングすることができる電子部品であればこの発明を利用することができる。さらに、被実装部材としてはキヤリアテープに限られず、リードフレームやプリント基板などであってもよい。
【0053】
また、本発明は、電子部品の実装に限らず、たとえばワイヤボンディング装置に用いるボンディングツールの超音波振動状態の検出等、超音波振動を生じているツールのその超音波振動状態の検出に広く用いることができる。
【0054】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、比較的安価で、しかも設置スペースも小さくて済む超音波状態検出装置を提供することができる。
【0055】
また、この発明によれば、振動状体の測定時毎にいちいち高価なレーザドップラー振動計を用いずに振動状態を測定できるとともに、良好な実装作業を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施の形態に係る実装装置の概略的構成図。
【図2】チップのボンディング状態を拡大して示す説明図。
【図3】マイクロホンの測定信号に基いてボンディングツールの駆動を制御するための制御回路図。
【符号の説明】
3…超音波ホーン、4…ボンディングツール、8…キヤリアテープ(被実装部材)、11…マイクロホン、13…制御装置、15…比較部、16…記録部、17…駆動部、18…設定部。
【発明の属する技術分野】
この発明は超音波振動の状態を検出する装置、電子部品を超音波振動を用いて被実装部材に実装するための実装装置及び実装方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
たとえば電子部品としての半導体チップを、被実装部材としての回路基板やキヤリアテープなどに実装する場合、上記チップの電極が形成された面を下に向け、上記キヤリアテープなどに実装する、いわゆるフェースダウンボンディングが知られている。
【0003】
フェースダウンボンディングにおいては、チップを保持したボンディングツールを超音波振動させることで、上記チップの電極を、キヤリアテープに形成されたリードに接合させるということが行なわれている。
【0004】
超音波振動を利用してチップをキヤリアテープに実装する場合、チップに与えられる超音波振動の強さ、つまり振幅が設定に対してずれを生じると、上記チップのボンディング状態も変化することになる。その結果、チップをキヤリアテープに正常な状態でボンディングすることができなくなり、接合不良やチップの損傷を招く虞がある。
【0005】
そこで、ボンディングツールの振動状態を測定することで、上記チップが上記キヤリアテープに対して所定の振幅の超音波振動でボンディングされているか否かを判定するということが考えられている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
物体の振動状態を測定する手段としてはレーザドップラー振動計が知られている。しかしながら、レーザドップラー振動計は高価であり、しかも比較的大型であるため、実装装置自体に設置スペースを確保することが困難なことが多く、さらにレーザ光の焦点距離やターゲットまでの水平度の調整や測定に多くの手間がかかるため、実用的でないということがある。
【0007】
また、ボンディングツールの振動状態を単に測定するだけでは、このボンディングツールによって行なわれるボンディング状態の良否を正確に判定することが難しい。
【0008】
この発明は、比較的安価で、しかも設置スペースも小さくて済む超音波検出装置を提供することにある。
【0009】
また、この発明は、振動状体の判定時毎にいちいち高価なレーザドップラー振動計を用いずに振動状態を測定できるとともに、良好な実装作業を行なうことができる電子部品の実装装置及び実装方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ツールに超音波振動を付与する超音波発生装置と、
超音波振動を生じているツールから発生する音を測定するマイクロホンと、
このマイクロホンの測定値に基いて前記ツールの振動状態を求める制御装置とを具備したことを特徴とする超音波振動状態検出装置にある。
【0011】
この発明は、電子部品を超音波振動を用いて被実装部材に実装する実装装置において、
上記電子部品を上記被実装部材に実装するボンディングツールと、
このボンディングツールに超音波振動を与える超音波振動発生装置と、
上記ボンディングツールを上記超音波振動発生装置によって振動させているときに発生する音を測定するマイクロホンと、
このマイクロホンの測定値に基いて上記ボンディングツールの振動状態の良否を判別する判別手段と
を具備したことを特徴とする電子部品の実装装置にある。
【0012】
上記判別手段は、予め設定した超音波振動の振幅と、上記マイクロホンの測定値に基き求めた振幅とを比較する比較部を有することが好ましい。
【0013】
上記超音波振動発生装置は、振動子と、この振動子に発振信号を印加する超音波発振器を有し、
上記比較部は、この比較部での比較に基いて上記発振信号を補正する補正信号を上記超音波発振器に出力することが好ましい。
【0014】
上記マイクロホンの測定値と、上記比較部での比較値とを記録する記録部を有することが好ましい。
【0015】
この発明は、電子部品を超音波振動が与えられたボンディングツールを用いて被実装部材に実装する実装方法において、
上記ボンディングツールを超音波振動させる工程と、
上記ボンディングツールを超音波振動させたときに発生する音をマイクロホンで測定する工程と、
上記マイクロホンの測定値に基いて上記電子部品を実装するための上記超音波振動状態の良否を判別する工程と
具備したことを特徴とする電子部品の実装方法にある。
【0016】
上記マイクロホンで測定する工程は、上記電子部品を上記被実装部材に実装しているときに行なうことが好ましい。
【0017】
上記マイクロホンで測定する工程は、上記ボンディングツールによって上記電子部品を上記被実装部材に実装する前に行なうことが好ましい。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながらこの発明の一実施の形態を説明する。
【0019】
図1はこの発明の一実施の形態に係る実装装置の概略的構成図を示し、この実装装置はボンディングヘッド1を備えている。このボンディングヘッド1は図示しない駆動源によってX、Y、及びZ方向に駆動されるようになっている。
【0020】
上記ボンディングヘッド1には保持具2が設けられ、この保持具2には超音波ホーン3の一端部近辺が保持され、最端部には圧電素子などの振動子3aが一体に取り付けられている。そして、この振動子3aには、超音波発振器17から発振信号なる所定の電力が印加されて発振し、またこの電力を変えることで、その振幅を変化させることができる。
【0021】
一方、上記超音波ホーン3の他端部にはボンディングツール4が軸線をほぼ垂直にして取り付けられている。そこで、振動子3aが超音波発振器17によって駆動されると発振し、その振動は超音波ホーン3を介してボンディングツール4を振動させることになる。したがって、本実施の形態では、振動子3aと超音波発振器17とで超音波振動発生装置を構成している。
【0022】
なお、ボンディングツール4は、その下端面にたとえば真空吸着などによって電子部品としての半導体チップ5(以下、単にチップという)を吸着保持することができるようになっている。
【0023】
上記チップ5は図示しない部品供給部に電極5a(図2に示す)が形成された面、つまり電極面を上にして供給されており、この部品供給部から同じく図示しない反転ピックアップツールで電極面を吸着して取り出される。
【0024】
部品供給部からチップ5を取り出した上記反転ピックアップツールは180度回転して上記チップ5を反転させ、電極面を下にする。その状態で、上記ボンディングツール4がチップ5の電極面とは反対側の面を吸着して上記ピックアップツールから受け取る。したがって、ボンディングツール4に吸着されたチップ5は電極面を下に向けていることになる。
【0025】
上記ボンディングヘッド1と対応する箇所には、ボンディングステージ7が配設されている。このボンディングステージ7の上面には被実装部材としての基板やキヤリアテープ、この実施の形態ではキヤリアテープ8が紙面と直交する方向に沿って間欠的に駆動されるようになっている。
【0026】
キヤリアテープ8が所定の位置に駆動されると、上記ボンディングツール4はX、Y方向に位置決めされた後、Z方向下方に駆動される。ここで、ボンディングツール4がZ方向下方に駆動を開始すると、ボンディングツール4には超音波振動が付与されるようになり、そして、ボンディングツール4に保持されたキヤリアテープ8に接すると、超音波振動しているボンディングツール4により、チップ5とキヤリアテープ8間にボンディング荷重が付与される。それによって、上記チップ5の電極5aが上記キヤリアテープ8の図示しないリードに接合されることになる。
【0027】
上記ボンディングステージ7の近くには、マイクロホン11がたとえば自在アーム10などによって設置位置の調整自在に設けられている。このマイクロホン11は、先端がボンディングツール4に向かうよう位置決めされる。
【0028】
上記振動子3aが上記超音波発振器17の発振信号によって駆動されると、ボンディングツール4は振動することになるが、このボンディングツール4の振動によって発生する音(振動音)が上記マイクロホン11によって測定される。ここで、使用されるマイクロホン11は、当然ながらチップ5の接合に用いられる超音波領域に音を測定可能なものが選択される。この実施の形態では、マイクロホン11は20〜60kHzの超音波の音波を測定することができるようになっている。
【0029】
ここで、振動子3aに印加される発振信号、この場合、電力と、この発振信号による振動子3aの振動によって誘起されるボンデッィングツール4の振幅と、ボンディングツール4が振動することで発生する音のマイクロホン11による測定値との関係は、事前に実験等によって求めておく。これは、例えば次のように求めることが可能である。
【0030】
まず、ある所定の値の電力を振動子3aに印加し、ボンディングツール4を振動させる。そして、ボンディングツール4が振動することによって発生する音(振幅)マイクロホン11によって測定し、この測定値を振動子3aに印加した電力値と関連付けて記録しておく。例えば、制御装置13のメモリ部に記憶させる。
【0031】
次に、振動子3aに印加する電力は変えずに、レーザドップラー振動計などを用い、振動しているボンディングツール4の振幅を求める。この振幅も、マイクロホン11の測定値と同様に振動子3aに印加した電力値と関連付けて制御装置13のメモリ部に記憶させる。
【0032】
さてこの時点で、振動子3aに印加される1つの電力値に対する、マイクロホン11による測定値とボンディングツール4の振幅、つまり3者の関連が求められたことになる。
【0033】
したがって、上記と同様な装置を複数回繰り返すことにより、繰り返し分の上記した3者の関係のテーブルを得ることができる。換言すると、マイクロホン11の測定値から、ボンディングツール4の振幅が間接的に測定できることになる。そこで、次にこの関係を利用した本実施の形態の制御系について図3を用いて説明する。
【0034】
図3に示すように、上記マイクロホン11による測定値は、測定信号Mとなって制御装置13の検出部14に入力される。測定信号Mは、上記検出部14でボンディングツール4の振幅Tに変換されて比較部15に出力される。つまり、この検出部14は不図示のメモリ部を有していて、上記した振動子3aに印加される電力値、マイクロホン11による測定値、ボンディングツール4の振幅の3者の関係を示すテーブルはここに記憶されている。上記比較部15には記録部16が接続され、上記マイクロホン16が測定した測定信号M、つまりボンディングツール4の振動によって生じた振動音(振幅)を記録するようになっている。
【0035】
上記超音波ホーン3は超音波発振器17からの発振信号Dによって振動子3aが振動することで超音波振動する。上記発振信号Dは設定部18からの振幅設定値Sに基いて上記振動子3aに出力される。設定部18の振幅設定値Sは上記比較部15にも入力され、ここで上記検出部14で測定信号Mから変換された振幅Tと比較される。
【0036】
上記ボンディングツール4が設定部18からの設定値Sに応じた振幅で超音波振動していれば、比較部15での比較値Cは正常値としての“1”であるが、設定値Sに比べて超音波振動の振幅が異なる場合には比較値が変化する。たとえば、ボンディングツール4の超音波振動の振幅が小さくなると、比較値は1よりも小さくなり、振幅が設定値よりも大きくなると、比較値は1よりも大きくなる。
【0037】
比較値が正常値である“1”から変化すると、上記比較部15から上記駆動部17に補正信号Hが出力される。この補正信号Hは例えば比較値が“1”より小さい場合には超音波発振器17から出力される発振信号Dなる電力を一定量増加させるような、また比較値が“1”より大きい場合には逆に一定量減少させるような信号である。
【0038】
それによって、超音波発振器17から振動子3aに出力される発振信号Dが制御されるから、振動子3aによって駆動されるボンディングツール4の超音波振動の振幅が設定値に近づくことになる。
【0039】
つぎに、上記構成の実装装置によってキヤリアテープ8にチップ5をボンディングする際の動作を説明する。ボンディングツール4が図示しない反転ピックアップツールからチップ5を吸着すると、X、Y方向に位置決めされる。つまり、チップ5がキヤリアテープ8のボンディング位置に位置決めされる。ついで、上記ボンディングツール4はZ方向下方に駆動される。このとき、振動子3aが超音波は発振器17からの駆動信号によって駆動されて超音波振動する。それによって、超音波ホーン9に取り付けられたボンディングツール4も超音波振動する。
【0040】
それによって、図2に示すようにチップ5の電極5aがキヤリアテープ8に形成された図示しないリードに接合するから、上記電極5aが上記リードに超音波振動を用いて接合されることになる。
【0041】
このように、チップ5をキヤリアテープ8に実装する際、ボンディングツール4の超音波振動によって生じる音がマイクロホン11によって測定され、その測定信号Mは検出部14にて振幅Tに変換され、比較部15に入力される。
【0042】
上記比較部15には、振動子3aを駆動するために設定部18で設定された振幅設定値Sが入力され、ここで設定値Sと上記振幅Tとが比較される。上記マイクロホン11の測定値から求めたボンディングツール4の振幅が上記設定値Sに応じた振幅(強度)であれば、比較値Cが“1”となるため、比較部15から超音波発振器17へは補正信号Hが出力されない。つまり、ボンディングツール4は設定部18で設定された設定値Sに基く振幅で駆動されていることになるから、上記チップ5はキヤリアテープ8に設定された状態で確実にボンディングされていることになる。
【0043】
しかしながら、超音波ホーン3やボンディングツール4の不具合が生じると、振動しているボンディングツール4での振幅が設定値からずれを生じるようになり、上記比較部15での比較値Cが“1”よりも小さくなったり、大きくなったりする。そのため、チップ5をキヤリアテープ8に所定の強度でボンディングできなくなったり、強度が強すぎてチップ5を損傷させる虞がある。
【0044】
上記比較部15での比較値Cが“1”にならない場合、上記比較部15からは上記超音波発生器17に補正信号Hが出力される。この補正信号Hによって、上記超音波発生器17から出力される、振動子3aを駆動する発振信号Dの強度が制御される。つまり、振動子3aを駆動する発振信号Dが設定部18で設定された振幅設定値Sに応じた強度に補正される。
【0045】
その結果、ボンディングツール4が設定された振幅で超音波振動し、チップ5のボンディングが上記設定部18で設定された設定値Sに応じた強度で行なわれるから、そのボンディングを確実に、しかもチップ5を損傷させるようなことなく行なうことができる。
【0046】
上記マイクロホン11による測定信号Mと、上記比較部15での比較値Cとは記録部16によって記録される。そのため、上記記録部16に記録されたデータをモニタリングすれば、過去のボンディング状態、つまり生産経過を確実に把握することができるから、不良品の発生の有無やマイクロホン11によるボンディングツール4の超音波振動の測定に基くフィードバック制御が精密に行なわれているか否かも知ることができる。
【0047】
上記ボンディングツール4の振動状態をマイクロホン11によって測定するようにした。そのため、レーザドップラー振動計を用いる場合に比べて小型で安価であるから、設置が容易であり、しかも測定に際して設置精度や複雑な測定操作を必要としないから、現場での使用を容易に行なうことができる。また、同じ理由により、実装装置に組み込むことが容易で、装置の小型化も達成できる。
【0048】
上記マイクロホン11により超音波振動するボンディングツール4から発生する音を測定する時点は、上記一実施の形態で説明したようにボンディングツール4によってチップ5をキヤリアテープ8に実際にボンディングするときであってもよいが、ボンディングを開始する前に超音波ホーン3を作動させて測定するようにしてもよい。
【0049】
ボンディングを開始する前にボンディングツール4の振動音を測定するようにすれば、ボンディングツール4や超音波ホーン3を交換した場合などには、それらの交換後の取付け状態が確実か否かなどを判定することができる。
【0050】
上記一実施の形態では、比較部15での比較値Cに基いて振動子3aの駆動をフィードバック制御したが、比較部15での比較を記録部16に記録表示し、作業者がその記録を見ることでボンディング状態を判定したり、記録部16から警報を出すなどして作業を中断するようにしてもよい。
【0051】
また、上記したフィードバック制御であるが、これは、ボンディングツールが超音波振動している間、常に行なうようにしてもよいし、超音波振動を開始してから所定時間経過するまでの間だけ行なうようにしてもよい。さらには、実装するチップ全てに対してこのフィードバック制御を行なうのではなく、所定数、たとえば10個のチップを実装する間隔で行い、その間の実装動作に関しては上記フィードバック制御を行なわないようにしてもよい。
【0052】
また、電子部品としてはチップに限られず、コンデンサやコイルなどであってもよく、要は被実装部材に超音波振動を用いてボンディングすることができる電子部品であればこの発明を利用することができる。さらに、被実装部材としてはキヤリアテープに限られず、リードフレームやプリント基板などであってもよい。
【0053】
また、本発明は、電子部品の実装に限らず、たとえばワイヤボンディング装置に用いるボンディングツールの超音波振動状態の検出等、超音波振動を生じているツールのその超音波振動状態の検出に広く用いることができる。
【0054】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、比較的安価で、しかも設置スペースも小さくて済む超音波状態検出装置を提供することができる。
【0055】
また、この発明によれば、振動状体の測定時毎にいちいち高価なレーザドップラー振動計を用いずに振動状態を測定できるとともに、良好な実装作業を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施の形態に係る実装装置の概略的構成図。
【図2】チップのボンディング状態を拡大して示す説明図。
【図3】マイクロホンの測定信号に基いてボンディングツールの駆動を制御するための制御回路図。
【符号の説明】
3…超音波ホーン、4…ボンディングツール、8…キヤリアテープ(被実装部材)、11…マイクロホン、13…制御装置、15…比較部、16…記録部、17…駆動部、18…設定部。
Claims (8)
- ツールに超音波振動を付与する超音波発生装置と、
超音波振動を生じているツールから発生する音を測定するマイクロホンと、
このマイクロホンの測定値に基いて前記ツールの振動状態を求める制御装置と
を具備したことを特徴とする超音波振動状態検出装置。 - 電子部品を超音波振動を用いて被実装部材に実装する実装装置において、
上記電子部品を上記被実装部材に実装するボンディングツールと、
このボンディングツールに超音波振動を与える超音波振動発生装置と、
上記ボンディングツールを上記超音波振動発生装置によって振動させているときに発生する音を測定するマイクロホンと、
このマイクロホンの測定値に基いて上記ボンディングツールの振動状態の良否を判別する判別手段と
を具備したことを特徴とする電子部品の実装装置。 - 上記判別手段は、予め設定した超音波振動の振幅と、上記マイクロホンの測定値に基き求めた振幅とを比較する比較部を有することを特徴とする請求項2記載の電子部品の実装装置。
- 上記超音波振動発生装置は、振動子と、この振動子に発振信号を印加する超音波発振器を有し、
上記比較部は、この比較部での比較に基いて上記発振信号を補正する補正信号を上記超音波発振器に出力することを特徴とする請求項3記載の電子部品の実装装置。 - 上記マイクロホンの測定値と、上記比較部での比較値とを記録する記録部を有することを特徴とする請求項3記載の電子部品の実装装置。
- 電子部品を超音波振動が与えられたボンディングツールを用いて被実装部材に実装する実装方法において、
上記ボンディングツールを超音波振動させる工程と、
上記ボンディングツールを超音波振動させたときに発生する音をマイクロホンで測定する工程と、
上記マイクロホンの測定値に基いて上記電子部品を実装するための上記超音波振動状態の良否を判別する工程と
具備したことを特徴とする電子部品の実装方法。 - 上記マイクロホンで測定する工程は、上記電子部品を上記被実装部材に実装しているときに行なうことを特徴とする請求項6記載の電子部品の実装方法。
- 上記マイクロホンで測定する工程は、上記ボンディングツールによって上記電子部品を上記被実装部材に実装する前に行なうことを特徴とする請求項6記載の電子部品の実装方法。
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JP2003094904A JP2004303938A (ja) | 2003-03-31 | 2003-03-31 | 超音波振動状態検出装置、電子部品の実装装置及び実装方法 |
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