JP2010245306A - Method of bonding electronic component with bump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フリップチップなどのバンプ付きの電子部品を基板などの被圧着面にボンディングするバンプ付きの電子部品のボンディング方法に関するものである。 The present invention relates to a bumping electronic component bonding method for bonding a bumped electronic component such as a flip chip to a surface to be bonded such as a substrate.
フリップチップなどのバンプ付きの電子部品を、基板などの被圧着面にボンディングする方法として超音波圧接を用いる方法が知られている。この方法は、電子部品のバンプを基板に押圧しながら超音波振動を付与し、接合面を相互に摩擦させてボンディングするものである(特許文献1参照)。この特許文献に示す先行技術例においては、コレットツールに吸着された半導体チップをボンディングするフリップチップボンディングにおいて、予めボンディング条件として設定された所定荷重と超音波振動を印加する例が示されている。そしてここでは、荷重と超音波振動が作用することによるバンプの沈み込み量を監視しながらボンディング動作を実行する例が示されている。 As a method of bonding an electronic component with a bump such as a flip chip to a surface to be bonded such as a substrate, a method using ultrasonic pressure welding is known. In this method, ultrasonic vibration is applied while pressing bumps of an electronic component against a substrate, and bonding surfaces are rubbed against each other for bonding (see Patent Document 1). In the prior art example shown in this patent document, an example of applying a predetermined load and ultrasonic vibration set in advance as bonding conditions is shown in flip chip bonding for bonding a semiconductor chip adsorbed to a collet tool. Here, an example is shown in which a bonding operation is performed while monitoring the amount of bump depression due to the action of a load and ultrasonic vibration.
しかしながら上述の先行技術例においては、バンプを沈み込ませながら超音波振動を印加するようにしていることに起因して、接合状態が不安定になりやすいという課題があった。すなわち、バンプを沈み込ませる過程においては、バンプが押しつぶされることによってバンプ下面と電極の被圧着面との当接面積が変化する。換言すれば、バンプの下面のうち、最初に当接した中央部には長時間超音波振動の作用が及ぶが、バンプ下面の周辺部にはバンプを沈み込ませる過程の最終段階においてのみ超音波振動が作用する。このため、同一バンプの内部において中央部と周辺部とで接合状態が均一とならず、良好な接合強度が得られないという課題があった。 However, in the above-described prior art examples, there is a problem that the joining state is likely to be unstable due to the application of ultrasonic vibration while the bumps are submerged. That is, in the process of sinking the bump, the contact area between the lower surface of the bump and the pressure-bonded surface of the electrode changes as the bump is crushed. In other words, the center part of the lower surface of the bump that has first contacted is subjected to the action of ultrasonic vibration for a long time, but the ultrasonic wave is applied only at the final stage of the process of sinking the bump in the peripheral part of the lower surface of the bump. Vibration acts. For this reason, there is a problem that the bonding state is not uniform between the central portion and the peripheral portion in the same bump, and a good bonding strength cannot be obtained.
そこで本発明は、同一バンプの内部において均一な接合状態を実現して、良好な接合強度を確保することができるバンプ付きの電子部品のボンディング方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for bonding an electronic component with a bump capable of realizing a uniform bonding state inside the same bump and ensuring a good bonding strength.
本発明のバンプ付きの電子部品のボンディング方法は、ボンディングヘッドによってバンプ付きの電子部品のバンプを被圧着面の電極に押圧して超音波振動を印加することにより、前記バンプを前記電極にボンディングするバンプ付きの電子部品のボンディング方法であって、前記電子部品を保持したボンディングヘッドを下降させて前記バンプを前記電極に当接させた後、前記バンプが所定の高さになるまで前記ボンディングヘッドを更に下降させる工程と、前記ボンディングヘッドの高さ位置を計測する高さ計測手段により、前記電子部品と被圧着面との間の隙間を監視する工程と、前記隙間を予め設定された目標値に維持した状態で、前記電子部品に超音波振動を所定時間印加する工程とを含む。 In the bonding method of an electronic component with bumps according to the present invention, the bump is bonded to the electrode by applying ultrasonic vibration by pressing the bump of the electronic component with bump against the electrode on the surface to be bonded by a bonding head. A method of bonding an electronic component with a bump, wherein the bonding head holding the electronic component is lowered to bring the bump into contact with the electrode, and then the bonding head is moved until the bump reaches a predetermined height. A step of further lowering, a step of monitoring a gap between the electronic component and the surface to be pressed by a height measuring means for measuring a height position of the bonding head, and setting the gap to a preset target value. And applying ultrasonic vibration to the electronic component for a predetermined time in the maintained state.
本発明によれば、バンプ付きの電子部品のバンプを被圧着面の電極に押圧して超音波振動を印加することによりバンプを電極にボンディングするバンプ付きの電子部品のボンディングにおいて、電子部品を保持したボンディングヘッドを下降させてバンプを電極に当
接させてバンプが所定の高さになるまでボンディングヘッドを更に下降させ、バンプ付きの電子部品と被圧着面との隙間を予め設定された目標値に維持した状態でボンディングヘッドに超音波振動を所定時間印加することにより、超音波振動が印加される時間をバンプ下面において被圧着面と当接する全範囲について等しくすることができ、同一バンプの内部において均一な接合状態を実現して、良好な接合強度を確保することができる。
According to the present invention, the electronic component is held in the bonding of the bumped electronic component by bonding the bump to the electrode by applying the ultrasonic vibration by pressing the bump of the electronic component with the bump against the electrode on the surface to be bonded. The bonding head is lowered, the bump is brought into contact with the electrode, the bonding head is further lowered until the bump reaches a predetermined height, and the gap between the electronic component with the bump and the surface to be pressed is set in advance. By applying ultrasonic vibration to the bonding head for a predetermined time while maintaining the same, the time during which ultrasonic vibration is applied can be made equal over the entire area in contact with the surface to be pressed on the lower surface of the bump. A uniform bonding state can be realized and good bonding strength can be ensured.
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施の形態のバンプ付きの電子部品のボンディング装置の正面図、図2は本発明の一実施の形態のバンプ付きの電子部品のボンディング方法を示すフロー図、図3は本発明の一実施の形態のバンプ付きの電子部品のボンディング方法におけるボンディングヘッドの高さの時間的変化および超音波振動子駆動部の駆動電源出力を示すグラフ、図4は本発明の一実施の形態のバンプ付きの電子部品のボンディング方法におけるバンプの挙動を示す図である。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a front view of a bonding apparatus for electronic components with bumps according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a flowchart showing a bonding method for electronic components with bumps according to an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a graph showing temporal changes in the height of the bonding head and drive power output of the ultrasonic transducer drive unit in the method for bonding electronic components with bumps according to an embodiment of the present invention. It is a figure which shows the behavior of the bump in the bonding method of the electronic component with a bump of form.
まず、図1を参照してバンプ付きの電子部品のボンディング装置の全体構造を説明する。垂直に配設された支持フレーム1の前面には、第1昇降板2と第2昇降板3が昇降自在に設けられている。第1昇降板2にはシリンダ4がロッド5を下方に向けた垂直姿勢で装着されており、ロッド5は第2昇降板3に結合されている。シリンダ4は常時第2昇降板3を下方へ付勢しており、第2昇降板3にはボンディングヘッド10が装着されている。支持フレーム1の上面にはZ軸モータ6が設けられており、Z軸モータ6は垂直な送りねじ7を回転駆動する。送りねじ7は第1昇降板2の背面に設けられたナット8に螺合しており、Z軸モータ6によって送りねじ7を回転駆動することによりナット8は送りねじ7に沿って上下動し、これにより第1昇降板2および第2昇降板3も上下動する。
First, the overall structure of a bonding apparatus for electronic components with bumps will be described with reference to FIG. A first
図1において、基板32は被圧着面である上面32aを上向きにした姿勢で基板ホルダ33上に載せられており、上面32aには電子部品30のバンプ30aがボンディングされる電極32b(図4参照)が形成されている。基板ホルダ33は可動テーブル34上に載せられており、可動テーブル34を駆動することにより基板ホルダ33はX方向、Y方向へ水平移動し、これにより基板32は所定の位置に位置決めされる。
In FIG. 1, a
制御系について説明する。主制御部35は、モータ駆動部36を介してZ軸モータ6を制御し、またテーブル制御部37を介して可動テーブル34を制御する。また主制御部35は荷重制御部38を介してシリンダ4のロッド5の突出力を制御する。これにより、ボンディングツール20によってバンプ付きの電子部品30を基板32に対して押し付ける押圧荷重が制御される。
The control system will be described. The
ボンディングヘッド10の本体11の下端部には、ロードセル13を介してホルダ12が結合されている。ホルダ12にはブロック14が装着されており、ブロック14にはボンディングツール20が固定されている。ボンディングツール20は超音波振動を発生する超音波振動子21を備えており、超音波振動子21は超音波振動子駆動部39により駆
動される。ボンディングツール20は、中央部の下面に突出して設けられた保持部20aに電子部品30を吸着して保持する。電子部品30を保持した状態でボンディングヘッド10を下降させ、電子部品30のバンプ30aを基板32の電極32bに対して押圧しながら超音波振動子21を駆動することにより、電子部品30には超音波振動が印加され、バンプ30aは基板32の電極32bにボンディングされる。
A
上記ボンディング過程において、以下に述べる3種類の計測値が監視対象として設定されている。まずボンディング時の押圧荷重はロードセル13によって検出され、荷重読取部42によって荷重データとして読みとられ、主制御部35に伝達される。また、ボンディングヘッド10の高さ位置は、第2昇降板3に設けられたリニアスケールユニット40によって計測され、高さ読取部41によって高さデータとして読みとられて主制御部35へ伝達される。リニアスケールユニット40および高さ読取部41は、ボンディングヘッド10の高さ位置を計測する高さ計測手段を構成する。
In the bonding process, the following three types of measurement values are set as monitoring targets. First, the pressing load at the time of bonding is detected by the
このときの高さ計測の基準となる基準面は基板32の上面32aであり、予め標準的な基準面を想定して、固定された基準面を設定しておいてもよく、また基板によるばらつきを排除するため、ボンディング動作の都度基板32の上面の高さ位置を計測して基準面を補正するようにしてもよい。上述の高さ計測手段によってボンディングヘッド10の高さ位置を計測することにより、その時点における基板32の上面32aと電子部品30との間の隙間、換言すれば押圧荷重によって高さ方向に幾分押しつぶされて変形した状態のバンプ30aの高さを計測することができる。
The reference surface used as a reference for height measurement at this time is the
ボンディング過程における超音波振動子21の駆動電流は、電流測定部43によって測定され、測定結果は主制御部35へ伝達される。主制御部35には表示部44が接続されており、表示部44のモニタ画面には、図3に示すように、上記計測値、すなわちボンディングヘッド10の高さ(図3(a))および超音波振動子駆動部39による電源出力(図3(b))がグラフ表示される。なお本発明の実施の形態に示すバンプ付きの電子部品のボンディング方法においては、ロードセル13によって検出され、荷重読取部42によって読みとられる荷重データを参照することなく、ボンディング動作の制御を行うようにしている。
The drive current of the
このバンプ付きの電子部品のボンディング装置は上記のように構成されており、次に ボンディングヘッド10によってバンプ付きの電子部品30のバンプ30aを被圧着面の電極に押圧し、電子部品30に超音波振動を印加することにより、バンプ30aを電極32bにボンディングするバンプ付きの電子部品のボンディング方法について、図2のフローに沿って図3のグラフを参照しながら説明する。
This bonding apparatus for electronic components with bumps is configured as described above. Next, the
まずボンディングツール20の保持部20aに電子部品30を真空吸着させて保持し、電子部品30を基板32の上方に位置させて電極32bに対して位置合わせした状態から、図2のフローが開始する。まずタイミングt0にてZ軸モータ6を駆動して、電子部品30を保持したボンディングヘッド10を下降させる(ST1)。この後ボンディングヘッド10は下降し、タイミングt1にて電子部品30のバンプ30aが基板32の電極32bに当接する。するとロードセル13の出力が変化してこの当接が主制御部35によって検出される(ST2)。
First, the
このタイミングt1の後さらにボンディングヘッド10を下降させて、ボンディングツール20によって電子部品30を押し下げ、バンプ押圧を開始する(ST3)。すなわち電子部品30をさらに下降させてバンプ30aを基板32に押し付ける。またバンプ押圧開始とともに高さ読取部41によりバンプ高さを監視する(ST4)。すなわちリニアスケールユニット40および高さ読取部41より成る高さ計測手段によって、ボンディング
ヘッド10の高さ位置を計測することにより、電子部品30と基板32との間の隙間の寸法で示されるバンプ高さ、すなわち上下方向に幾分つぶされて変形した状態のバンプ30aの高さを常に計測する。
After this timing t1, the
タイミングt1からタイミングt2の過程で、電子部品30のバンプ30aは、ボンディングヘッド10がh1からh2へ下降することにより、ボンディングツール20によって押しつぶされて変形しバンプ高さが減少する。そしてこのバンプ高さの減少により、バンプ30aの基板32への当接状態が均一化される。すなわちバンプ30aが最初に基板32に当接したタイミングt1の時点では、バンプ30aの高さのばらつきや基板32のうねり等により、ごく一部のバンプ30aのみが基板32に接触しているだけであるが、ボンディングヘッド10が予め規定された目標高さh2まで下降したタイミングt2の時点では、全てのバンプ30aは予め規定されたバンプ高さb(図4参照)まで押しつぶされて変形しており、全てのバンプ30aが基板32と当接した状態となる。
In the process from timing t1 to timing t2, the
ボンディングヘッド10の目標高さh2は、次のようにして決定される。まず、対象となる電子部品30におけるバンプ3aの高さのばらつき状態を示すデータを取得する。そしてこれらの高さのばらつきを考慮し、これらのバンプ30aを一律に上から押し付けて上下方向に変形させた場合に、全てのバンプ30aが略均一な当接状態となるようなバンプ高さbを推定する。そしてこのバンプ高さbに対応してボンディングヘッド10の目標高さh2を設定する。換言すれば、前述の高さ計測手段がボンディングツール10の高さ位置を監視することにより、バンプ30aのバンプ高さb(電子部品30と基板32との間の隙間)を監視していることになる。
The target height h2 of the
そしてこのバンプ高さの監視においては、バンプ高さが規定の目標値として設定されたバンプ高さbに到達したか否かが判断される(ST5)。そしてタイミングt2にてバンプ高さが目標値bに到達したならば、すなわち図3(a)に示すように、ボンディングヘッド高さhがh2に到達したならば、Z軸モータ6の駆動を停止して、Z軸の高さ(ボンディングヘッド10の高さ位置)を保持する(ST6)。これにより、電子部品30と基板32との間の隙間は、予め設定された目標値bに維持される。
In this bump height monitoring, it is determined whether or not the bump height has reached the bump height b set as a prescribed target value (ST5). If the bump height reaches the target value b at timing t2, that is, if the bonding head height h reaches h2, as shown in FIG. 3A, the driving of the Z-
次いで図3(b)に示すように、超音波振動ONにより超音波振動子21の駆動が開始され(ST7)、次いで超音波振動ONから所定時間(t2〜t3の時間)が経過したか否かを監視する(ST8)。そしてここで所定時間の経過が確認されたならば、超音波振動をOFFにし(ST9)、次いで電子部品30を基板32にボンディングした後のボンディングヘッド10を上昇させる(ST10)。これにより、1つのバンプ付きの電子部品30を対象としたボンディング動作の1サイクルが終了する。
Next, as shown in FIG. 3B, driving of the
すなわち上述のバンプ付きの電子部品30のボンディング方法は、ボンディングヘッド10によって電子部品30のバンプ30aを被圧着面の電極32bに押圧して超音波振動を印加することにより、バンプ30aを電極32bにボンディングするものであり、電子部品30を保持したボンディングヘッド10を下降させてバンプ30aを電極32bに当接させた後、バンプ30aが予め設定された所定のバンプ高さbになるまでボンディングヘッド10を更に下降させる工程と、ボンディングヘッド10の高さ位置を計測する高さ計測手段により、電子部品30と被圧着面である電極32bとの間の隙間を監視する工程と、この隙間を予め設定された目標値に維持した状態で、ボンディングツール20に超音波振動を所定時間印加する工程とを含む形態となっている。
That is, in the bonding method of the
ボンディングツール20に超音波振動を所定時間(t2〜t3)印加する工程においては、図4に示すように、ボンディングヘッド高さhは常にh2に保持されており、したがって電子部品30のバンプ30aのバンプ高さbも、常に予め設定された目標値に維持さ
れている。したがってバンプ30aの下面が電極32bに押圧されて当接する当接部の面積Aは、超音波振動がONされる振動作用時間(t2〜t3)を通じて常に一定に保たれる。
In the step of applying ultrasonic vibration to the
すなわち、本実施の形態に示すボンディング動作においては、バンプ30aへの振動作用時間の最初から最後まで、バンプ30aの下端部は常に同一の面積Aで被圧着面に押し付けられた状態を保つ。したがってバンプ30aが被圧着面に当接した面積Aの全範囲において、振動作用時間の最初から最後まで超音波振動が同一時間だけ作用する。これにより、同一のバンプ30a内において面積Aの全範囲について均一な接合状態が実現され、良好な接合強度を確保することができる。
That is, in the bonding operation shown in the present embodiment, the lower end portion of the
また上記実施の形態に示すバンプ付きの電子部品のボンディング方法においては、電子部品30のバンプ30aを目標値として設定されたバンプ高さbまで変形させるように制御すればよいことから、ボンディングヘッド10によって電子部品30を基板32に対して押圧するボンディング荷重を、ボンディング条件を規定する要素として考慮する必要がない。これにより、適正なボンディング条件を見出すために実行される条件出し作業において、対象となる基板とバンプとの組み合わせや、ボンディングに先だって塗布される樹脂の有無などの種々の要素条件が異なる場合にあっても、条件出し作業におけるボンディング条件の組み合わせを簡略化することが可能となり、適正なボンディング条件の設定を容易に行うことができる。
In the bonding method of the electronic component with bumps shown in the above embodiment, the
本発明のバンプ付きの電子部品のボンディング方法は、同一バンプの内部において均一な接合状態を実現して、良好な接合強度を確保することができるという効果を有し、フリップチップなどのバンプ付きの電子部品をボンディングツールによって基板に実装する分野において有用である。 The method for bonding an electronic component with bumps according to the present invention has an effect that a uniform bonding state can be realized inside the same bump and a good bonding strength can be ensured. This is useful in the field of mounting electronic components on a substrate with a bonding tool.
10 ボンディングヘッド
20 ボンディングツール
21 超音波振動子
30 電子部品
30a バンプ
32 基板
32a 上面(被圧着面)
32b 電極
40 リニアスケールユニット(高さ計測手段)
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記電子部品を保持したボンディングヘッドを下降させて前記バンプを前記電極に当接させた後、前記バンプが所定の高さになるまで前記ボンディングヘッドを更に下降させる工程と、前記ボンディングヘッドの高さ位置を計測する高さ計測手段により、前記電子部品と被圧着面との間の隙間を監視する工程と、前記隙間を予め設定された目標値に維持した状態で、前記電子部品に超音波振動を所定時間印加する工程とを含むことを特徴とするバンプ付きの電子部品のボンディング方法。 In the bonding method of an electronic component with a bump for bonding the bump to the electrode by pressing the bump of the electronic component with the bump against the electrode on the surface to be bonded by a bonding head and applying ultrasonic vibration to the electronic component. There,
A step of lowering the bonding head holding the electronic component to bring the bump into contact with the electrode and then lowering the bonding head until the bump reaches a predetermined height; and a height of the bonding head. A step of monitoring a gap between the electronic component and the surface to be bonded by a height measuring means for measuring a position, and an ultrasonic vibration in the electronic component in a state where the gap is maintained at a preset target value. And a step of applying for a predetermined time. A method for bonding electronic components with bumps.
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2009
- 2009-04-07 JP JP2009092614A patent/JP4998502B2/en active Active
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