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

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

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。

Claims (8)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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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