JP2005079527A - 電子部品実装装置、電子部品実装方法および電子回路装置 - Google Patents

電子部品実装装置、電子部品実装方法および電子回路装置 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、実装条件、実装部品等に左右されることなく、常に安定した信頼性の高い部品接合強度で電子部品を実装できる電子部品実装装置および電子部品実装方法と、常に安定した信頼性の高い回路動作が期待できる電子回路基板および電子回路装置を提供することを課題とする。
【解決手段】回路基板１０の被接合面１０ａに実装する電子部品２０の接合面２０ａに対して、その接合面内で、少なくとも２方向にホーン５３，５４を超音波振動させて、電子部品２０の接合面２０ａを回路基板１０の被接合面１０ａに接合し電子部品２０を回路基板１０に実装する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超音波振動を用いて半導体チップ等の電子部品を基板面に実装する技術を適用した電子部品実装装置、電子部品実装方法および電子回路装置に関する。
従来、超音波振動を用いて半導体チップ等の電子部品を基板面に実装する技術としては、電子部品の接合面に対し、その面方向に、即ち、接合面の面内で、一方向にホーンを超音波振動させて電子部品を基板面に接合し実装する技術と、電子部品の接合面に対し、垂直（縦）方向にホーンを超音波振動させて電子部品を基板面に接合し実装する技術があった（例えば特許文献１参照）。
しかしながら接合面の面内で、一方向にホーンを超音波振動させて電子部品を基板面に接合し実装する技術は、振動方向と基板の被接合面に於ける接合部のパターン配列方向とにより、接合強度に大きな差が生じるという問題があった。また、電子部品の接合面に対し、垂直（縦）方向にホーンを超音波振動させて電子部品を基板面に接合し実装する技術は、特に扁平状の薄型（チップ状）電子部品に於いて、その面と直交する方向に超音波振動が加わることから、実装時若しくは実装後に於ける部品の損傷頻度が高く回路動作上の信頼性が低いという問題があった。
特開２００２−２１０４０９号公報
上述したように、超音波振動を用いて半導体チップ等の電子部品を基板面に実装する従来の技術に於いては、接合強度にばらつきが生じる、実装部品の損傷頻度が高く回路動作上の信頼性が低い等の問題があった。
本発明は、実装条件、実装部品等に左右されることなく、常に安定した信頼性の高い部品接合強度で電子部品を実装できる電子部品実装装置および電子部品実装方法を提供することを目的とする。また本発明は、常に安定した信頼性の高い回路動作が期待できる電子回路装置を提供することを目的とする。
本発明は、基板に実装する電子部品の接合面に対して、その接合面内で、少なくとも２方向にホーンを超音波振動させて、電子部品を基板面に接合し実装するボンディング技術を特徴とする。このボンディング技術によれば、電子部品の接合面に対し、垂直（縦）方向に超音波振動が加わることによるチップ状電子部品の損傷を回避して、歩留まりがよく、しかも信頼性の高い安定した回路動作が期待できる。また、振動の方向が電子部品の接合面の面内に於いて一様化されないことから、すべての向きのパターン配置に対して安定した信頼性の高い均一な部品接合強度で電子部品を実装できる。
歩留まりがよく信頼性の高い安定した回路動作が期待できる。
以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
本発明の実施形態に係る電子部品実装装置の構成を図１に示す。この本発明に係る電子部品実装装置として、例えば超音波フリップチップボンディング装置を挙げることができる。
本発明の実施形態に係る電子部品実装装置は、図１に示すように、加圧制御部３０と、超音波ボンディングツール５０と、発振器を含んだ超音波振動制御回路６０とを具備して構成される。
加圧制御部３０は、電子部品２０の接合面２０ａを回路基板１０の被接合面１０ａに接合させて電子部品２０を回路基板１０に実装する際に、実装回路基板１０の被接合面１０ａに対して、超音波ボンディングツール５０のノズル５５に吸着して保持された電子部品２０の接合面２０ａを所定圧で加圧する。
超音波ボンディングツール５０は、図１（ｂ）に斜視図で示すように、十字状に組まれた第１のホーン５３および第２のホーン５４と、第１のホーン５３の長手方向一端に設けた第１の超音波振動子５１と、第２のホーン５４の長手方向一端に設けた第２の超音波振動子５２と、第１のホーン５３と第２のホーン５４の交差部下面に設けたノズル５５とを具備して構成される。第１のホーン５３と第２のホーン５４の交差部下面に設けたノズル５５の先端には、回路基板１０の被接合面１０ａに実装される電子部品２０を真空吸着して当該電子部品２０をノズル面の定位置に保持するための真空吸着口（吸引孔）５５ａが設けられる。
超音波振動制御回路６０は、発振器を有し、超音波ボンディングツール５０の第１のホーン５３に設けた第１の超音波振動子５１、および第２のホーン５４に設けた第２の超音波振動子５２に、それぞれ所定周波数の（例えば６０ＫＨZ 程度の）超音波駆動信号を供給して、第１の超音波振動子５１および第２の超音波振動子５２を駆動制御する。例えば図２に実線で示す駆動信号（Ｓａ）を第１の超音波振動子５１に供給し、図２に破線で示す駆動信号（Ｓｂ）を第２の超音波振動子５２に供給して、第１の超音波振動子５１と、第２の超音波振動子５２を所定の時間単位で交互に駆動制御する。この駆動制御により、第１の超音波振動子５１は上記駆動信号（Ｓａ）に従い第１のホーン５３に電子部品２０の接合面２０ａに図示矢印ａ方向の超音波振動を付与し、第２の超音波振動子５２は上記駆動信号（Ｓｂ）に従い第２のホーン５４に図示矢印ｂ方向の超音波振動を付与する。尚、この際の矢印ａ，ｂで示す各振動方向は、それぞれ電子部品２０の接合面２０ａに沿う方向（接合面２０ａの面内方向）である。尚、ここでは、回路基板１０の被接合面１０ａに設けたバンプ（例えば金めっきを施したバンプ）と電子部品２０の接合面２０ａに設けたバンプとを纏めて符号１５で示している。
上記構成の電子部品実装装置に於いて、回路基板１０の被接合面１０ａに電子部品２０を実装する際は、超音波ボンディングツール５０のノズル５５に真空吸着され超音波ボンディングツール５０の定位置に保持された電子部品２０の接合面２０ａを回路基板１０の被接合面１０ａに対し所定圧で加圧する。
これと並行して発振器を含んだ超音波振動制御回路６０は、超音波ボンディングツール５０の第１の超音波振動子５１および第２の超音波振動子５２に超音波駆動信号を供給して、第１の超音波振動子５１により第１のホーン５３に矢印ａ方向の超音波振動を付与し、第２の超音波振動子５２により第２のホーン５４に矢印ｂ方向の超音波振動を付与する。
例えば図２に実線で示す超音波駆動信号（Ｓａ）を第１の超音波振動子５１に供給し、図２に破線で示す超音波駆動信号（Ｓｂ）を第２の超音波振動子５２に供給して、第１の超音波振動子５１と第２の超音波振動子５２を所定の時間単位で交互に駆動制御する。
これにより、第１の超音波振動子５１は上記駆動信号（Ｓａ）に従い第１のホーン５３に電子部品２０の接合面２０ａに図示矢印ａ方向の超音波振動を付与し、第２の超音波振動子５２は上記駆動信号（Ｓｂ）に従い第２のホーン５４に図示矢印ｂ方向の超音波振動を付与する。
この第１のホーン５３および第２のホーン５４の超音波振動に伴い、超音波ボンディングツール５０のノズル５５に保持された電子部品２０の接合面２０ａが、当該電子部品２０の接合面２０ａに沿う矢印ａ方向および矢印ｂ方向の各超音波振動を交互に受け、その各面方向の超音波振動で電子部品２０の接合面２０ａが回路基板１０の被接合面１０ａに接合されて、電子部品２０が回路基板１０に実装される。
この際、電子部品２０の接合面２０ａは、当該接合面２０ａに直交する垂直（縦）方向の振動が付与されることなく回路基板１０の被接合面１０ａに接合されることから、電子部品２０の上面および下面に対して過度の振動が加わらず、電子部品２０の損傷を回避して、歩留まりのよい超音波ボンディングが行える、しかも電子部品２０に過度の振動が加わらないことから、部品実装後に於いても信頼性の高い安定した回路動作が維持できる。
さらに、電子部品２０の接合面２０ａは、当該接合面２０ａに沿う矢印ａ方向および矢印ｂ方向の各超音波振動を交互に受けて、回路基板１０の被接合面１０ａに接合されることから、回路基板１０の被接合面１０ａに設けたすべての向きのパターン配置に対して均一な部品接合強度を確保できる。
この際のパターン配置に対する部品接合強度の違いを図３に示している。回路基板１０上の電子部品２０が実装される被接合面１０ａの各辺（四辺）に設けられた配線パターン１１，１２について、矢印ａ方向のみの超音波振動で電子部品２０の接合面２０ａを回路基板１０の被接合面１０ａに接合した際は、振動方向（矢印ａ方向）に沿って延びる配線パターン１１に対しては必要とされる接合強度に十分なバンプの接合面が形成される（ｊ１参照）が、振動がパターンの幅方向に沿う配線パターン１２に関しては、必要とされる接合強度に十分なバンプの接合面を形成できず（ｊ２参照）、従って、接合部Ｐａに対して接合部Ｐｂは十分な接合強度を確保できない。これに対して、矢印ａ方向と、矢印ｂ方向との超音波振動で電子部品２０の接合面２０ａを回路基板１０の被接合面１０ａに接合した際は、配線パターン１１，１２のそれぞれについて必要とされる接合強度に十分なバンプの接合面（ｊａ，ｊｂ）が形成でき、すべての配線パターン１１，１２に対して接合強度にムラのない接合が可能となる。尚、電子部品２０を実装する回路基板１０は、リジット基板に限るものではなく、フレキシブル基板であってもよい。
上記した実施形態では、第１の超音波振動子５１と第２の超音波振動子５２とを図２に示す駆動信号（Ｓａ，Ｓｂ）に従って交互に間歇駆動したが、例えば図４に示すように、第１の超音波振動子５１を図示実線で示す駆動信号により駆動し、第２の超音波振動子５２を図示破線で示す駆動信号により駆動して、電子部品２０の接合面２０ａに対し、その面内で回転する方向に超音波振動を付与してもよい。
または図５に示すように、第１の超音波振動子５１を図示実線で示す駆動信号により駆動し、第２の超音波振動子５２を図示一点鎖線で示す駆動信号により駆動して、電子部品２０の接合面２０ａに対し、その面内で楕円状に回転するような超音波振動を付与してもよい。
または図６に示すように、第１の超音波振動子５１を図示実線で示す駆動信号により駆動し、第２の超音波振動子５２を図示一点鎖線で示す駆動信号により駆動して、電子部品２０の接合面２０ａに対し、その面内で一定しないベクトル方向の超音波振動を付与してもよい。
上記したいずれの駆動信号による超音波振動に於いても、回路基板１０の被接合面１０ａに実装する電子部品２０の接合面２０ａに対して、その接合面内で、少なくとも２方向にホーン５３，５４を超音波振動させて、電子部品２０の接合面２０ａを回路基板１０の被接合面１０ａに接合し電子部品２０を回路基板１０に実装するボンディング装置を実現できる。このような同一面内で少なくとも２方向に超音波振動を付与するボンディング技術を用いるにより、電子部品の接合面に対し、垂直（縦）方向に超音波振動が加わることによるチップ状電子部品の損傷を回避できることから、歩留まりがよく、しかも部品実装後に於いて信頼性の高い安定した回路動作を維持することができる。また、振動の方向が電子部品の接合面の面内に於いて一様化されないことから、すべての向きのパターン配置に対して安定した信頼性の高い均一な部品接合強度で電子部品を実装できる。
尚、上記した実施形態では、第１のホーン５３と第２のホーン５４を十字状に組んで超音波ボンディングツール５０を構成したが、例えばＹ状の各頂点に超音波振動子を設けた構成として同一面内で３方向に超音波振動を付与する構成等、同一面内で複数の方向に超音波振動を付与する構成であれば種々の変形が可能である。
本発明に係る電子部品実装装置の構成を示す図。 本発明に係る電子部品実装装置が用いる駆動信号の例を示す信号波形図。 本発明に係る電子部品実装装置の接合強度を説明するための図。 本発明に係る電子部品実装装置が用いる駆動信号の例を示す信号波形図。 本発明に係る電子部品実装装置が用いる駆動信号の例を示す信号波形図。 本発明に係る電子部品実装装置が用いる駆動信号の例を示す信号波形図。
符号の説明
１０…回路基板、１０ａ…被接合面、１１，１２…配線パターン、２０…電子部品、２０ａ…接合面、３０…加圧制御部、５０…超音波ボンディングツール、５１…第１の超音波振動子、５２…第２の超音波振動子、５３…第１のホーン、５４…第２のホーン、５５…ノズル、６０…超音波振動制御回路。

Claims (12)

  1. 基板に実装される電子部品を保持した状態で前記基板の被接合面に対して前記電子部品の接合面を加圧する加圧手段と、
    前記電子部品を保持した状態で、該電子部品の接合面の面内で少なくとも２方向の振動を付与する振動付与手段とを備え、
    前記加圧手段と振動付与手段によって前記電子部品の接合面を前記基板の被接合面に接合し、前記電子部品を前記基板に実装することを特徴とする電子部品実装装置。
  2. 前記加圧手段は、
    十字状に組まれた一対のホーンの交差部に、前記電子部品を吸着し保持するノズルを設けたボンディングツールと、
    前記ボンディングツールのノズルで保持した電子部品の接合面を前記基板の被接合面に加圧する加圧制御手段とを具備する請求項１記載の電子部品実装装置。
  3. 前記振動付与手段は、
    長手方向の一端に第１の振動子を設けた第１のホーンと長手方向の一端に第２の振動子を設けた第２のホーンとを互いに交差させ、その交差部に被接合電子部品を吸着し保持するノズルを設けたボンディングツールと、
    前記ノズルに固定した電子部品の接合面を前記第１の振動子により前記基板の被接合面内で第１の方向に振動させ、前記第２の振動子により前記基板の被接合面内で第２の方向に振動させる振動制御手段とを具備する請求項１記載の電子部品実装装置。
  4. 前記振動付与手段は、前記第１の振動子と、前記第２の振動子とを交互に駆動制御する制御手段を具備する請求項３記載の電子部品実装装置。
  5. 前記振動付与手段は、前記第１の振動子と、前記第２の振動子とを互いに異なる振動数で駆動制御する制御手段を具備する請求項３記載の電子部品実装装置。
  6. 前記振動付与手段は、前記第１の振動子と、前記第２の振動子とを互いに所定の位相差をもたせて駆動制御する制御手段を具備する請求項３記載の電子部品実装装置。
  7. 基板に実装される電子部品を保持した状態で、前記電子部品の接合面を前記基板の被接合面に対して加圧しつつ、前記電子部品の接合面の面内で少なくとも２方向の超音波振動を付与して、前記電子部品の接合面を前記基板の被接合面に接合し、前記電子部品を前記基板に実装することを特徴とする電子部品実装方法。
  8. 前記超音波振動は、十字状に組まれた一対のホーンと、当該一対のホーンの各一端に設けた振動子とを備えたボンディングツールにより付与される請求項７記載の電子部品実装方法。
  9. 前記各振動子を所定の時間単位で交互に駆動して、前記電子部品の接合面の面内で２方向に超音波振動を付与する請求項８記載の電子部品実装方法。
  10. 電子部品の実装位置に前記電子部品の接合面が接合する被接合面を有する回路基板と、
    前記回路基板の被接合面に接合する接合面を有し、当該接合面の面内で少なくとも２方向の超音波振動を受けて前記接合面が前記回路基板の被接合面に接合し前記回路基板の実装位置に実装された電子部品と
    を具備したことを特徴とする電子回路装置。
  11. 前記電子部品は、前記接合面に複数のめっき電極を行列方向に配列した半導体装置である請求項１０記載の電子回路装置。
  12. 前記回路基板は、フレキシブル基板若しくはリジット基板である請求項１０記載の電子回路装置。
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