JP3565019B2 - Bonding method for electronic components with bumps - 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後の接合品質不良の原因となる要因として、電子部品の位置ずれや、バンプ高さのばらつきなどがある。このような状態でボンディングを行うと、電子部品を正しい姿勢で、すなわちバンプが均一に電極に接触した状態で押圧できないことにより、バンプが部分的に偏って押しつぶされたり、バンプ高さの不足により電極に十分に接合されないバンプが生じるなど、種々のボンディング不良を発生させる原因となる。
【0004】
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、ボンディング過程が正常に進行しているか否かを知ることができなかった。このため、ボンディング後の製品が押圧不足やバンプのつぶれなどの不具合が生じたまま次工程に送られる場合があり、ボンディング後の信頼性が確保されないという問題点があった。
【0005】
そこで本発明は、ボンディング後の信頼性に優れた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。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載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、前記ボンディング過程において、前記ボンディングヘッドが前記バンプ付き電子部品を被圧着面に対して押圧開始したタイミングから、押圧完了したタイミングまでの前記ボンディングヘッドの下降量で示される第1指標値と、前記ボンディングヘッドによって前記バンプ付き電子部品を押圧する押圧荷重値が最大値に到達した後に減少して極小値となるまでの荷重減少値で示される第2指標値と、前記超音波振動を印加する振動子の駆動電源の最大電流値、振動印加開始から前記最大電流に到達するまでの到達時間もしくはボンディング過程における電流の積分値のいずれか、またはこれらの組み合わせによって示される第3指標値を監視する工程と、前記第1指標値、第2指標値および第3指標値のそれぞれに設定される基準値と、前記第1指標値、第2指標値および第3指標値とのそれぞれの偏差を求める工程と、これらの偏差をそれぞれの指標値について予め設定された許容値と比較する工程と、前記偏差が前記許容値を超えているならば当該指標値についての不良判定を出力する工程とを含む。
【0007】
本発明によれば、ボンディング過程においてボンディングヘッドの下降量、押圧荷重の減少値および超音波振動の駆動電力にそれぞれ基づいた3種類の指標値を設定し、これらの指標値と予め設定された基準値との偏差を監視し、偏差が許容値を超えたならば不良判定することにより、ボンディング後の信頼性を確保することができる。
【0008】
【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。
【0009】
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。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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
こ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のグラフを参照して説明する。ボンディングツール20の吸着面に電子部品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が下降して電子部品30のバンプが基板32の電極上面に当接したタイミングt1より、シリンダ4を駆動させてボンディングヘッド10を更に下降させ、電子部品30のバンプを基板32に対しての押圧し(ST2)、このときより高さ読取部41による高さ監視および荷重読取部42により押圧荷重を監視する(ST3)。そしてタイミングt2にて押圧荷重が設定値に到達したならば、超音波振動子21の駆動が開始され(ST4)、このときより電流計測部43による超音波振動子の駆動電流の監視が開始する(ST5)。そしてタイミングt3にて所定押圧時間が経過したならば超音波振動子21の駆動を停止する(ST6)。
【0015】
上記のボンディング過程において、ボンディングの進行状況の良否を判定するために以下の3種類の指標値が監視される。まず、図3(a)に示すように、ボンディングヘッド10が電子部品30を基板32に対して押圧開始したタイミングから、所定のボンディング時間が経過するまでのボンディングヘッド10の下降量hが第1指標値として監視される。この下降量hを監視することにより、押圧終了時に電子部品30と基板32との隙間が適正な範囲にあるか否か、すなわち、押圧不足によるバンプと電極面の接合不良、また押圧過剰によるバンプのつぶれなどの不良が生じているか否かを推定することができる。
【0016】
次に図3(b)に示すように、ボンディングヘッド10によって電子部品30を押圧する押圧荷重値が、最大値に到達した後に減少して極小値とがなるまでの荷重減少値fが、第2指標値として監視される。この荷重減少量fを監視することにより、電子部品30の位置ずれによってボンディングツール20が電子部品を正常に押圧していない状態や、バンプ寸法のばらつきによる片あたりなどの異常を検出することができる。
【0017】
さらに図3(c)に示すように、超音波振動を印加する振動子の駆動電源の最大電流値imax、振動印加開始から前記最大電流値imaxに到達するまでに要する到達時間Timax、ボンディング過程における電流積分値∫idtが第3指標値として監視される。これらを監視することにより、ボンディング時に付与される超音波振動の負荷状態を推定することができ、バンプの片あたりやバンプの滑りなどによって生じる負荷の異常を検出することができる。なお、これらの第3指標値を構成する最大電流値imax、到達時間Timaxおよび電流積分値∫idtのうち、いずれかまたはこれらを組み合わせて第3指標値としてもよい。
【0018】
これらの第1指標値、第2指標値および第3指標値のそれぞれには、正常なボンディング過程において予想される代表的な数値としての基準値が設定されている。そしてこれらの基準値と、第1指標値、第2指標値および第3指標値のそれぞれの偏差を求め(ST7)、これらの偏差をそれぞれの指標値について予め正常なばらつきの範囲として設定された許容値と比較する(ST8)。そしてこれらの偏差が許容値を超えているならば当該指標値についての不良判定を出力する(ST9)。
【0019】
この後ボンディングヘッド10を上昇させて(ST10)、電子部品30のボンディングを終了するが、このとき不良判定が出力された電子部品30はボンディング後に分別され、さらに検査された後、詳細な良否判定が行われる。このように、ボンディング過程において接合品質と密接な関連を有する項目よりなる指標値を監視し、指標値が正常範囲を超えたものについて不良判定することにより、接合不良の電子部品がそのまま後工程に送られることを防止して、ボンディング後の信頼性を確保することができる。
【0020】
【発明の効果】
本発明によれば、ボンディング過程においてボンディングヘッドの下降量、押圧荷重の減少値および超音波振動の駆動電力にそれぞれ基づいた3種類の指標値を設定し、これらの指標値と予め設定された基準値との偏差を監視し、偏差が許容値を超えたならば不良判定するようにしたので、接合不良の電子部品を分別することができ、ボンディング後の信頼性を確保することができる。
【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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for bonding electronic components with bumps, which bonds the electronic component with bumps to a surface to be compressed such as a substrate.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A method using ultrasonic pressure welding is known as a method of bonding an electronic component with a bump to a surface to be compressed such as a substrate. In this method, ultrasonic vibration is applied while pressing the bumps of the electronic component against the substrate, and the bonding surfaces are rubbed against each other for bonding. In order to ensure good bondability in this bonding process, it is necessary to press the bump against the electrode of the substrate with an appropriate pressure load value. For this reason, in the conventional method of bonding electronic components with bumps, the bonding head is brought into contact with the electronic component with bumps to start pressing, and after the pressing load reaches a predetermined value, this load value is held for a predetermined time. Has been used to control the bonding of the bumps to the electrodes.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, factors that cause poor bonding quality after bonding include displacement of electronic components and variations in bump height. When bonding is performed in such a state, the electronic component cannot be pressed in a correct posture, that is, in a state where the bumps are uniformly contacted with the electrodes, and the bumps are partially crushed and crushed, or the bump height is insufficient. This causes various bonding defects, such as generation of bumps that are not sufficiently bonded to the electrodes.
[0004]
However, in the conventional method of bonding electronic components with bumps, although the pressing load is controlled as described above, it is not possible to know whether the bonding process is proceeding normally. For this reason, the product after bonding may be sent to the next step with problems such as insufficient pressing and crushing of bumps, and there has been a problem that reliability after bonding cannot be ensured.
[0005]
Therefore, an object of the present invention is to provide a bonding method of an electronic component with bumps having excellent reliability after bonding.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
2. The method for bonding electronic components with bumps according to
[0007]
According to the present invention, in the bonding process, three types of index values are set based on the amount of descent of the bonding head, the reduced value of the pressing load, and the driving power of the ultrasonic vibration, respectively, and these index values and a preset reference value are set. By monitoring the deviation from the value and determining the failure if the deviation exceeds the allowable value, reliability after bonding can be ensured.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a front view of a bonding apparatus for an electronic component with bumps according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a flowchart of a bonding method for the electronic component with bumps, and FIG. FIG. 3B is a graph showing the pressing load in the bonding process, and FIG. 3C is a graph showing the output power of the ultrasonic transducer driving power in the bonding process.
[0009]
First, the overall structure of a bonding device for electronic components with bumps will be described with reference to FIG.
[0010]
In FIG. 1, a
[0011]
A
[0012]
In the bonding process, the following three types of measured values are set as monitoring targets. First, the pressing load at the time of bonding is detected by the load cell 13, read as load data by the
[0013]
The drive current of the
[0014]
This bonding apparatus is configured as described above. Next, the operation will be described with reference to the graph of FIG. 3 along the flow of FIG. The
[0015]
In the above bonding process, the following three types of index values are monitored to determine whether the progress of the bonding is good or bad. First, as shown in FIG. 3A, the descending amount h of the bonding head 10 from the timing when the bonding head 10 starts pressing the
[0016]
Next, as shown in FIG. 3B, the pressing load value for pressing the
[0017]
Further, as shown in FIG. 3C, the maximum current value imax of the driving power supply of the vibrator for applying the ultrasonic vibration, the arrival time Timax required from the start of the vibration application to the maximum current value imax, the bonding process The current integrated value ∫idt is monitored as a third index value. By monitoring these, it is possible to estimate the load state of the ultrasonic vibration applied at the time of bonding, and it is possible to detect a load abnormality caused by a bump contact or bump slippage. It should be noted that any of the maximum current value imax, the arrival time Timax, and the current integrated value 構成 idt that constitute these third index values may be used as the third index value.
[0018]
Each of the first index value, the second index value, and the third index value is set with a reference value as a typical numerical value expected in a normal bonding process. Then, deviations of these reference values and the first index value, the second index value, and the third index value are obtained (ST7), and these deviations are set in advance as a normal variation range for each index value. A comparison is made with an allowable value (ST8). If these deviations exceed the permissible value, a failure judgment for the index value is output (ST9).
[0019]
Thereafter, the bonding head 10 is raised (ST10), and the bonding of the
[0020]
【The invention's effect】
According to the present invention, in the bonding process, three types of index values are set based on the amount of descent of the bonding head, the reduced value of the pressing load, and the driving power of the ultrasonic vibration, respectively, and these index values and a preset reference value are set. Since the deviation from the value is monitored, and if the deviation exceeds an allowable value, a defect is determined, so that it is possible to sort out electronic components having defective bonding, and to ensure reliability after bonding.
[Brief description of the drawings]
FIG. 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 of a bonding method for electronic components with bumps according to an embodiment of the present invention; (B) Graph showing the height of the bonding head in the bonding process of one embodiment of the present invention (b) Graph showing the pressing load in the bonding process of one embodiment of the present invention (c) Graph of one embodiment of the present invention Graph showing ultrasonic oscillator drive power supply output during bonding process [Description of symbols]
12 Holder 13
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