JP3539209B2 - バンプ付き電子部品のボンディング方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バンプ付き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電子部品のボンディング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
バンプ付き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。このボンディング過程において、良好な接合性を確保するためには、バンプを基板の電極に対して適切な圧着荷重値で押圧する必要がある。このため、従来のバンプ付き電子部品のボンディング方法においては、ボンディングヘッドをバンプ付き電子部品に当接させて押圧を開始し、押圧荷重が所定値に到達した後にこの荷重値を所定時間保持することによりバンプを電極に接合する制御方法が用いられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところでボンディング過程での電極に対するバンプの押圧状態を確認する意味で、電子部品と基板との隙間を適切に保つ必要がある。すなわちこの隙間が過大であれば押圧不足であり接合が完全になされてなく、また隙間が過小であれば押圧力によりバンプが押しつぶされて隣接したバンプとの短絡のおそれがあるなど、この隙間は接合状態の良否と密接な関係を有している。しかしながら、従来のバンプ付き電子部品のボンディング方法では、上述のように押圧荷重は制御されているものの、ボンディング過程でのバンプの押圧状態を制御することができず、その結果前述の隙間が一定せずに、押圧不足による接合不良や押圧過剰によるバンプのつぶれなど接合結果のばらつきが生じるという問題点があった。
【０００４】
そこで本発明は、接合結果のばらつきを防止することができるバンプ付き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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のバンプ付き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電極にボンディングするバンプ付き電子部品のボンディング方法であって、前記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る工程と、前記ボンディングヘッドを更に下降させてバンプの押圧荷重を増大させる工程と、前記押圧荷重を監視する工程と、この押圧荷重が目標値に到達したならば前記押圧荷重を作用させた状態で前記ボンディングヘッドに超音波振動を印加する工程と、前記バンプ付き電子部品と被圧着面との隙間を高さ計測手段により監視する工程と、この隙間が所定値に到達したならば前記超音波振動の印加を停止する工程とを含む。
【０００６】
本発明によれば、バンプ付き電子部品と被圧着面との隙間の変化を監視しながら超音波振動を印加してバンプを被圧着面に押圧し、この隙間が所定の隙間に到達したならば前記超音波振動の印加を停止することにより、適正な隙間を確保してばらつきのないボンディングを行うことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
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電子部品のボンディング装置の正面図、図２は同バンプ付き電子部品のボンディング方法のフロー図、図３（ａ）は同ボンディング過程におけるボンディングヘッドの高さを示すグラフ、図３（ｂ）は同ボンディング過程における押圧荷重を示すグラフ、図３（ｃ）は同ボンディング過程における超音波振動子駆動電源出力を示すグラフである。
【０００８】
まず、図１を参照してバンプ付き電子部品のボンディング装置の全体構造を説明する。１は支持フレームであって、その前面には第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が装着されており、そのロッド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を下方へ付勢する。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が設けられている。Ｚ軸モータ６は垂直な送りねじ７を回転させる。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に螺合している。したがってＺ軸モータ６が駆動して送りねじ７が回転すると、ナット８は送りねじ７に沿って上下動し、第１昇降板２や第２昇降板３も上下動する。
【０００９】
図１において、被圧着面である基板３２は基板ホルダ３３上に載せられており、基板ホルダ３４はテーブル３５上に載せられている。テーブル３４は可動テーブルであって、基板３２をＸ方向やＹ方向へ水平移動させ、基板３２を所定の位置に位置決めする。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を介してテーブル３４を制御する。またシリンダ４は荷重制御部３８を介して主制御部３５に接続されており、シリンダ４のロッド５の突出力すなわちボンディングツール２０でバンプ付きの電子部品３０を基板３２に押し付ける押圧荷重が制御される。
【００１０】
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、中央部の下面に設けられた保持部に電子部品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を基板３２に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は基板３２にボンディングされる。
【００１１】
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加重はロードセル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。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。
【００１２】
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、上記計測値、すなわちボンディングヘッド１０の高さ、押圧荷重および超音波振動子駆動出力がグラフ表示される。
【００１３】
このバンプ付き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、次に動作を図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。ボンディングツール２０の保持部に電子部品３０を真空吸着させて保持し、基板３２の上方に位置させた状態から図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のバンプが基板３２の電極上面に当接する。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）。
【００１４】
このタイミングｔ１よりｚ軸モータ６の駆動を超低速に切り換え、シリンダ４による電子部品３０の押圧荷重を徐々に増大させる（ＳＴ３）。また押圧開始とともに荷重読取部４２により押圧荷重を監視する（ＳＴ４）。そして押圧荷重が規定の圧着荷重として設定された目標値に到達したか否かが判断される（ＳＴ５）。タイミングｔ２にて押圧荷重が目標値に到達したならば、Ｚ軸モータ６の駆動を停止して電子部品３０を基板へ押し付ける押圧荷重を固定する（ＳＴ６）。
【００１５】
タイミングｔ１からタイミングｔ２の過程で、電子部品３０のバンプは押圧荷重によって変形し、ボンディングヘッド１０もこの変形に伴ってｈ１からｈ２へ下降する。タイミングｔ１の時点では、バンプの高さのばらつきや基板のうねり等により、ごく一部のバンプのみが基板に接触しているだけであるが、タイミングｔ２の時点では、ほぼ全てのバンプが基板と当接する。超音波接合においては超音波を印加する前に全てのバンプを基板に接触させておくことが接合品質を維持するために重要である。従って、押圧荷重の目標値は全てのバンプを基板に接触させるために必要な値に設定しておく。Ｚ軸モータ６を停止したら、超音波振動子２１の駆動が開始され（ＳＴ７）、これ以降に高さ読取部４１によるボンディングヘッド１０の高さ監視が開始する（ＳＴ８）。超音波が印加されることにより、バンプはさらに変形し、ボンディングヘッド１０は徐々に下降する。
【００１６】
そしてボンディングヘッド１０の高さが設定高さｈ３に到達したか否か、すなわち電子部品３０と基板３２との隙間が所定位置に到達したか否かが判断され（ＳＴ９）、タイミングｔ３にて設定高さに到達したならば超音波振動子駆動を停止する（ＳＴ１０）。この後ボンディングヘッド１０を上昇させて（ＳＴ１１）、電子部品３０のボンディングを終了する。このように、ボンディング過程においてボンディングヘッドの高さが設定高さになるまで電子部品の押圧および超音波振動の付加を継続し、設定高さに到達した時点で押圧と超音波振動付与を停止することにより、ボンディング過程終了時には、電子部品３０と基板３２との隙間が常に適正に保たれ、ばらつきのないボンディングを行うことができる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、バンプ付きの電子部品と被圧着面の間の隙間の変化を監視しながら超音波振動を印加してバンプを被圧着面に押圧し、この隙間が所定の隙間に到達したならば前記超音波振動の印加を停止するようにしたので、適正な隙間を確保してばらつきのないボンディングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のバンプ付き電子部品のボンディング装置の正面図
【図２】本発明の一実施の形態のバンプ付き電子部品のボンディング方法のフロー図
【図３】（ａ）本発明の一実施の形態のボンディング過程におけるボンディングヘッドの高さを示すグラフ
（ｂ）本発明の一実施の形態のボンディング過程における押圧荷重を示すグラフ
（ｃ）本発明の一実施の形態のボンディング過程における超音波振動子駆動電源出力を示すグラフ
【符号の説明】
１２ ホルダ
１３ ロードセル
２０ ボンディングツール
２１ 超音波振動子
３０ 電子部品
３２ 基板
３５ 主制御部
３８ 荷重制御部
３９ 超音波振動子駆動部
４０ リニアスケールユニット
４１ 高さ読取部
４２ 荷重読取部
４３ 電流測定部
【発明の属する技術分野】
本発明は、バンプ付き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電子部品のボンディング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
バンプ付き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。このボンディング過程において、良好な接合性を確保するためには、バンプを基板の電極に対して適切な圧着荷重値で押圧する必要がある。このため、従来のバンプ付き電子部品のボンディング方法においては、ボンディングヘッドをバンプ付き電子部品に当接させて押圧を開始し、押圧荷重が所定値に到達した後にこの荷重値を所定時間保持することによりバンプを電極に接合する制御方法が用いられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところでボンディング過程での電極に対するバンプの押圧状態を確認する意味で、電子部品と基板との隙間を適切に保つ必要がある。すなわちこの隙間が過大であれば押圧不足であり接合が完全になされてなく、また隙間が過小であれば押圧力によりバンプが押しつぶされて隣接したバンプとの短絡のおそれがあるなど、この隙間は接合状態の良否と密接な関係を有している。しかしながら、従来のバンプ付き電子部品のボンディング方法では、上述のように押圧荷重は制御されているものの、ボンディング過程でのバンプの押圧状態を制御することができず、その結果前述の隙間が一定せずに、押圧不足による接合不良や押圧過剰によるバンプのつぶれなど接合結果のばらつきが生じるという問題点があった。
【０００４】
そこで本発明は、接合結果のばらつきを防止することができるバンプ付き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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のバンプ付き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電極にボンディングするバンプ付き電子部品のボンディング方法であって、前記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る工程と、前記ボンディングヘッドを更に下降させてバンプの押圧荷重を増大させる工程と、前記押圧荷重を監視する工程と、この押圧荷重が目標値に到達したならば前記押圧荷重を作用させた状態で前記ボンディングヘッドに超音波振動を印加する工程と、前記バンプ付き電子部品と被圧着面との隙間を高さ計測手段により監視する工程と、この隙間が所定値に到達したならば前記超音波振動の印加を停止する工程とを含む。
【０００６】
本発明によれば、バンプ付き電子部品と被圧着面との隙間の変化を監視しながら超音波振動を印加してバンプを被圧着面に押圧し、この隙間が所定の隙間に到達したならば前記超音波振動の印加を停止することにより、適正な隙間を確保してばらつきのないボンディングを行うことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
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電子部品のボンディング装置の正面図、図２は同バンプ付き電子部品のボンディング方法のフロー図、図３（ａ）は同ボンディング過程におけるボンディングヘッドの高さを示すグラフ、図３（ｂ）は同ボンディング過程における押圧荷重を示すグラフ、図３（ｃ）は同ボンディング過程における超音波振動子駆動電源出力を示すグラフである。
【０００８】
まず、図１を参照してバンプ付き電子部品のボンディング装置の全体構造を説明する。１は支持フレームであって、その前面には第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が装着されており、そのロッド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を下方へ付勢する。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が設けられている。Ｚ軸モータ６は垂直な送りねじ７を回転させる。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に螺合している。したがってＺ軸モータ６が駆動して送りねじ７が回転すると、ナット８は送りねじ７に沿って上下動し、第１昇降板２や第２昇降板３も上下動する。
【０００９】
図１において、被圧着面である基板３２は基板ホルダ３３上に載せられており、基板ホルダ３４はテーブル３５上に載せられている。テーブル３４は可動テーブルであって、基板３２をＸ方向やＹ方向へ水平移動させ、基板３２を所定の位置に位置決めする。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を介してテーブル３４を制御する。またシリンダ４は荷重制御部３８を介して主制御部３５に接続されており、シリンダ４のロッド５の突出力すなわちボンディングツール２０でバンプ付きの電子部品３０を基板３２に押し付ける押圧荷重が制御される。
【００１０】
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、中央部の下面に設けられた保持部に電子部品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を基板３２に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は基板３２にボンディングされる。
【００１１】
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加重はロードセル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。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。
【００１２】
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、上記計測値、すなわちボンディングヘッド１０の高さ、押圧荷重および超音波振動子駆動出力がグラフ表示される。
【００１３】
このバンプ付き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、次に動作を図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。ボンディングツール２０の保持部に電子部品３０を真空吸着させて保持し、基板３２の上方に位置させた状態から図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のバンプが基板３２の電極上面に当接する。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）。
【００１４】
このタイミングｔ１よりｚ軸モータ６の駆動を超低速に切り換え、シリンダ４による電子部品３０の押圧荷重を徐々に増大させる（ＳＴ３）。また押圧開始とともに荷重読取部４２により押圧荷重を監視する（ＳＴ４）。そして押圧荷重が規定の圧着荷重として設定された目標値に到達したか否かが判断される（ＳＴ５）。タイミングｔ２にて押圧荷重が目標値に到達したならば、Ｚ軸モータ６の駆動を停止して電子部品３０を基板へ押し付ける押圧荷重を固定する（ＳＴ６）。
【００１５】
タイミングｔ１からタイミングｔ２の過程で、電子部品３０のバンプは押圧荷重によって変形し、ボンディングヘッド１０もこの変形に伴ってｈ１からｈ２へ下降する。タイミングｔ１の時点では、バンプの高さのばらつきや基板のうねり等により、ごく一部のバンプのみが基板に接触しているだけであるが、タイミングｔ２の時点では、ほぼ全てのバンプが基板と当接する。超音波接合においては超音波を印加する前に全てのバンプを基板に接触させておくことが接合品質を維持するために重要である。従って、押圧荷重の目標値は全てのバンプを基板に接触させるために必要な値に設定しておく。Ｚ軸モータ６を停止したら、超音波振動子２１の駆動が開始され（ＳＴ７）、これ以降に高さ読取部４１によるボンディングヘッド１０の高さ監視が開始する（ＳＴ８）。超音波が印加されることにより、バンプはさらに変形し、ボンディングヘッド１０は徐々に下降する。
【００１６】
そしてボンディングヘッド１０の高さが設定高さｈ３に到達したか否か、すなわち電子部品３０と基板３２との隙間が所定位置に到達したか否かが判断され（ＳＴ９）、タイミングｔ３にて設定高さに到達したならば超音波振動子駆動を停止する（ＳＴ１０）。この後ボンディングヘッド１０を上昇させて（ＳＴ１１）、電子部品３０のボンディングを終了する。このように、ボンディング過程においてボンディングヘッドの高さが設定高さになるまで電子部品の押圧および超音波振動の付加を継続し、設定高さに到達した時点で押圧と超音波振動付与を停止することにより、ボンディング過程終了時には、電子部品３０と基板３２との隙間が常に適正に保たれ、ばらつきのないボンディングを行うことができる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、バンプ付きの電子部品と被圧着面の間の隙間の変化を監視しながら超音波振動を印加してバンプを被圧着面に押圧し、この隙間が所定の隙間に到達したならば前記超音波振動の印加を停止するようにしたので、適正な隙間を確保してばらつきのないボンディングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のバンプ付き電子部品のボンディング装置の正面図
【図２】本発明の一実施の形態のバンプ付き電子部品のボンディング方法のフロー図
【図３】（ａ）本発明の一実施の形態のボンディング過程におけるボンディングヘッドの高さを示すグラフ
（ｂ）本発明の一実施の形態のボンディング過程における押圧荷重を示すグラフ
（ｃ）本発明の一実施の形態のボンディング過程における超音波振動子駆動電源出力を示すグラフ
【符号の説明】
１２ ホルダ
１３ ロードセル
２０ ボンディングツール
２１ 超音波振動子
３０ 電子部品
３２ 基板
３５ 主制御部
３８ 荷重制御部
３９ 超音波振動子駆動部
４０ リニアスケールユニット
４１ 高さ読取部
４２ 荷重読取部
４３ 電流測定部
Claims (1)
- ボンディングヘッドによってバンプ付き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電極にボンディングするバンプ付き電子部品のボンディング方法であって、前記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る工程と、前記ボンディングヘッドを更に下降させてバンプの押圧荷重を増大させる工程と、前記押圧荷重を監視する工程と、この押圧荷重が目標値に到達したならば前記押圧荷重を作用させた状態で前記ボンディングヘッドに超音波振動を印加する工程と、前記バンプ付き電子部品と被圧着面との隙間を高さ計測手段により監視する工程と、この隙間が所定値に到達したならば前記超音波振動の印加を停止する工程とを含むことを特徴とするバンプ付き電子部品のボンディング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15097898A JP3539209B2 (ja) | 1998-06-01 | 1998-06-01 | バンプ付き電子部品のボンディング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15097898A JP3539209B2 (ja) | 1998-06-01 | 1998-06-01 | バンプ付き電子部品のボンディング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11345829A JPH11345829A (ja) | 1999-12-14 |
| JP3539209B2 true JP3539209B2 (ja) | 2004-07-07 |
Family
ID=15508619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15097898A Expired - Fee Related JP3539209B2 (ja) | 1998-06-01 | 1998-06-01 | バンプ付き電子部品のボンディング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP3539209B2 (ja) |
-
1998
- 1998-06-01 JP JP15097898A patent/JP3539209B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11345829A (ja) | 1999-12-14 |
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