JP4339726B2

JP4339726B2 - 部品のボンディング方法およびボンディング装置

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Publication number: JP4339726B2
Application number: JP2004073149A
Authority: JP
Inventors: 貴志大村; 和弘村田; 博基北川
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-03-15
Filing date: 2004-03-15
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2024-03-15
Also published as: JP2005260173A

Description

本発明は、例えば、スクライブ工程を経てウェハから切り離されただけのＩＣのようなバンプレス形チップ部品を回路基板などの装着対象物に直接ボンディグするといった、言わば次世代の実装工法に好適に活用できる部品のボンディング方法およびボンディング装置に関するものである。

近年、電子機器においては小型化および軽量化が求められており、それに伴い電子回路の実装密度を高めることを目的として、ウェハを個片に分割した半導体ベアチップを裏返して回路基板上に直接実装するフリップチップ実装工法が多用されている。例えば、フリップチップ実装工法により生産されているものとしては、半導体ベアチップと同寸法にパッケージするＣＳＰ（Chip Size Package)や複数の半導体ベアチップを回路基板上に実装するＭＣＭ(Multi Chip Module) があり、これらによる生産が増加しつつある。

上記フリップチップ実装工法の一つであるＳＢＢ(Stud Bump Bonding) 工法では、半導体ベアチップに配設された複数の電極パッド部上にそれぞれワイヤボンディング工法を応用してバンプ（突起物）を形成し、一方、半導体ベアチップの装着対象物である回路基板上にはパターン形成された複数の基板電極を形成し、各バンプを基板電極に接触させた状態で半導体ベアチップに圧力を加えながら、バンプに超音波を付与する超音波接合またはバンプに接着剤を付与する接着剤接合工法によりバンプと基板電極とが接合される。

また、従来では、チップ部品を装着対象物上の所望の位置に正確に配置するとともに、チップ部品と装着対象物の各々のボンディング面を均一に接触させてボンディングできるように図ったチップ部品のボンディング方法およびボンディング装置も提案されている（特許文献１参照）。

上記ボンディング方法では、チップ部品と装着対象物とをボンディング位置において所定の相対位置に位置決めした状態で互いに重合させ、二組の相対向する撮像手段と照明手段とを上記チップ部品と装着対象物を挟んで直交する二方向に配置し、チップ部品と装着対象物の平行度不良によって各々のボンディング面間に発生する隙間の透過光による明暗部を上記２つの撮像手段で撮影して、その撮影による画像データを画像処理して各々のボンディング面間の平行度を検出し、その検出した平行度に応じてチップ部品と装着対象物の相対角度位置を各々の平行度が許容範囲内になるように調整したのちに、チップ部品を装着対象物に接合するようにしている。
特開２００２−２１７２１６号広報

しかしながら、今後の基板の高密度化により、接合部も微細化される方向にある。その結果、バンプ自身も微細化しなければ、いけない。しかしバンプの微細化には、限度があり、バンプレスの工法が期待される。特に、今後において回路パターンが一層高密度化される傾向にあるから、その場合には上述の導電抵抗の増大がさらに著しくなり、これに起因して回路の誤動作などのトラブルが発生するおそれがある。

そこで、近い将来には、例えば、スクライブ工程を経てウェハから切り離されただけの所謂バンプレス形チップ部品をそのまま回路基板などの装着対象物に直接ボンディングするといった、言わば次世代の実装工法が採用される可能性が極めて高い。ところが、上記バンプレス形チップ部品を回路基板に直接ボンディングする場合には以下のような新たな問題が発生することが考えられる。

すなわち、上述したバンプレス形チップ部品を回路基板に直接ボンディングする場合には、チップ部品および回路基板の各々の電極部の表面を洗浄した上で真空雰囲気中または酸化しない雰囲気中で加圧しながら接触させることにより、上記各電極部同士を金属間結合の法則により直接的に相互接合する手段を採用することが一般的に考えられる。従来のバンプを介してチップ部品を装着対象物にボンディングする場合には、チップ部品と装着対象物との間に平行度のばらつきが存在しても、このばらつきをバンプにより吸収できることから、特に支障が生じないが、上述の金属間結合の法則により電極部を直接的に相互接合するに際しては、高密度に配設された双方の共に小さな電極部が正確な相対位置に位置決めされ、且つ互いに僅かな隙間も無い完全な接触状態となっていることが前提条件となる。この条件が満足されない状態で金属間結合の法則によるボンディングが行われた場合には、ボンディング強度の低下やボンディング部分の導電抵抗の増大などの不具合が発生してしまう。

これに対し、チップ部品および装着対象物の各々のボンディング面には、マクロ的に見た場合に、変形、ゆがみ、ひずみおよびうねりなどが存在することから、上述のチップ部品および装着対象物に高密度に配設された比較的多数個の各電極部の全てが相互に合致する正確な相対位置に位置決めして隙間無く完全に接触させるためには、チップ部品および装着対象物を数μｍオーダーの平行度が得られる状態に高精度に位置決めする必要がある。ところが、従来のボンディング方法では、所定の相対位置に位置決めして互いに重ね合わせたチップ部品と装着対象物の各々のボンディング面間に形成される隙間の透過光による明暗部を撮影し、この撮影による画像データを画像処理して各々のボンディング面間の平行度を検出し、その検出した平行度に応じてチップ部品と装着対象物の相対角度位置を各々の平行度が許容範囲内になるように調整しているので、このような位置決め手段では、チップ部品と装着対象物とを上述した正確な相対位置で隙間無く完全に接触させることは到底不可能である。

しかも、従来では、チップ部品と装着対象物の各々に付された位置決め用マークをカメラで撮像した画像データの画像処理に基づき算出した相対位置ずれ量に基づき相対位置の位置決めを行っているが、チップ部品と装着対象物とが正確な平行度で相対向していない状態で位置決め用マークの撮影が行われた場合には、画像処理により算出される位置決め用マークの検出位置が不正確なものとなるから、チップ部品と装着対象物とを正確な相対位置に位置決めすることが困難となる。さらに、所定の相対位置に位置決めしたチップ部品と装着対象物との平行度を補正するための角度調整を行うので、この角度調整時に一旦補正した相対位置がずれ易い。したがって、従来のボンディング技術は、上述したバンプレス形チップ部品を回路基板に直接ボンディングする際に採用することができない。

本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたもので、多数個の電極部が高密度に配設されたチップ部品と装着対象物との相対位置を高精度に位置決めして、各々の対応する電極同士を直接的に相互接合させるボンディグを支障無く行うことができる部品のボンディング方法およびボンディング装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、請求項１に係る発明の部品のボンディング方法は、チップ部品の各電極部を装着対象物の対応する各電極部に直接接合するに際して、前記チップ部品と前記装着対象物とが互いに離間した状態で、前記チップ部品の側周面の複数箇所を側方から撮影した画像データの画像処理の結果から算出した平面度補正量に基づき前記チップ部品を前記装着対象物に対し平行に対向する姿勢に補正する第１の工程と、互いに平行に相対向する前記チップ部品と前記装着対象物とを、各々に付された位置決め用マークをそれぞれ撮影した画像データの画像処理の結果から算出した相対位置ずれ補正量に基づき所定の相対位置に位置決めする第２の工程と、所定の相対位置に位置決めした前記チップ部品と前記装着対象物とを、真空雰囲気中または酸化しない雰囲気中で相互に重合して加圧することにより、前記チップ部品および前記装着対象物の各々の各電極部を接合する第３の工程と、を有し、第１の工程において、チップ部品を保持するボンディングヘッドと装着対象物を保持する可動保持台を回転させながら、または、回転中に一時停止させ、前記チップ部品の側周面および前記装着対象物の側周面を単一の撮像手段で撮影し、この撮影による複数の画像データにおける前記チップ部品側周面の高低差および前記装着対象物側周面の高低差から前記チップ部品と前記装着対象物の傾き量および傾き方向を平面度補正量として算出し、この算出した平面度補正量に基づいき前記チップ部品および前記装着対象物の姿勢を補正するようにしたことを特徴としている。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の第３の工程において、チップ部品を保持するボンディングヘッドの作動により前記チップ部品を装着対象物に重ねたのちに、前記ボンディングヘッドによる前記チップ部品の保持を解除して、重ね状態の前記チップ部品および前記装着対象物と前記ボンディングに設けられて前記チップ部品を前記装着対象物に所定圧力で押圧する回転押圧部とを相対移動させて、前記チップ部品の表面上で回転する前記回転押圧部により前記チップ部品をこれの全面にわたり前記装着対象物に前記所定圧力で押し付けるようにした。

請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明の第３の工程において、ボンディングヘッドの作動により前記チップ部品を装着対象物に重合するときに、前記ボンディングヘッドの回転押圧部により前記チップ部品の少なくとも１つの電極部を前記装着対象物の対応する電極部に所定圧力で押し付けて相互接合させるようにした。

請求項４に係る発明の部品のボンディング装置は、チップ部品を着脱自在に保持する保持機構と前記チップ部品を所定圧力で装着対象物に押し付ける回転押圧部とを備えて回転自在で、且つ昇降自在に設けられたボンディングヘッドと、前記ボンディングヘッドを回転させる部品回転駆動源と、前記回転押圧部に対し所定圧力で加圧する加圧制御駆動源と、前記保持機構に対し水平面に対する傾き角度を自在に調整可能な部品平面度調整機構と、前記装着対象物を前記チップ部品に相対向する配置で保持する保持台と、前記ボンディングヘッドまたは前記保持台の少なくとも一方を水平方向に移動させる移動機構と、前記ボンディングヘッドに保持された状態で前記部品回転駆動源の駆動により回転される前記チップ部品の側周面を側方から撮影する第１撮像手段と、離間状態で相対向する前記チップ部品および前記装着対象物にそれぞれ付された位置決め用マークをそれぞれ撮影する第２撮像手段と、前記第１および第２撮像手段がそれぞれ撮影した画像データを画像処理して前記チップ部品の平面度補正量および前記チップ部品と前記装着対象物との相対位置ずれ補正量を演算する画像処理部と、前記画像処理部が算出した平面度補正量および相対位置ずれ量補正に基づき前記部品平面度調整機構および移動機構をそれぞれ作動制御して、前記チップ部品を前記装着対象物に対し平行となる姿勢に修正させたのちに、前記チップ部品と前記装着対象物とを所定の相対位置に位置決めして、前記チップ部品を前記装着対象物に重ね、前記移動機構を作動させて重ね状態の前記チップ部品および前記装着対象物と前記回転押圧部とを相対移動させるように制御する制御手段と、を備えていることを特徴としている。

請求項１の発明では、チップ部品を装着対象物に対し平行となるように姿勢を補正した状態で、チップ部品と回路基板との各々の位置決め用マークの位置を検出して相対位置ずれ量を算出した上で、相対位置ずれ補正量に基づきチップ部品と装着対象物とを位置合わせするので、チップ部品と装着対象物とを０．１μｍオーダーの極めて高精度な相対位置に位置決めすることができる。したがって、このボンディング方法では、多数個の電極部が高密度に配設されたチップ部品であっても、このチップ部品と装着対象物の各々の多くの電極部の全てを相互に正確に合致させる位置決めを行うことが可能であり、チップ部品と装着対象物の各々の対応する電極部同士を直接接合させるボンディグを支障無く行うことができる。また、単一の撮像手段を備えるだけの簡単な構成により、この単一の撮像手段によってチップ部品および装着対象物の側周面を撮像することができ、この比較的多くの画像データの画像処理の結果から算出した補正量に基づきチップ部品と装着対象物を装着対象物に対し正確に平行となる姿勢に補正することができる。

請求項２の発明では、チップ部品に変形、ゆがみ、ひずみおよびうねりなどが存在していても、チップ部品における高密度に配設された多数個の電極部の全てを装着対象物の対応する各電極部に隙間の無い確実な密着状態で相互接合することができるため、チップ部品は高いボンディング強度で装着対象物にボンディングされ、チップ部品と装着対象物との双方の電極部間の導電抵抗を極めて低減することができる。

請求項３の発明では、チップ部品が装着対象物上に重ね合わされた時点で、チップ部品の各電極部のうちの少なくとも回転押圧部に対向する特定の電極部が対応する装着対象物の電極部に所定圧力で押し付けられて、この双方の特定の電極部が金属間結合の法則により強固に相互接合されてチップ部品が装着対象物に一体化されるから、回転押圧部によるチップ部品の全面の加圧を支障無く行うことができる。

請求項４の発明では、本発明の部品のボンディング方法を忠実に具現化して、ボンディング方法による効果を確実に得ることができる。

以下、本発明の最良の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施の形態に係る部品のボンディング方法を具現化した部品のボンディング装置の概略構成を示す縦断面図である。同図において、このボンディング装置は、真空雰囲気とされる真空チャンバ１の内部に、スクライブ工程を経てウェハから切り離されただけのＩＣなどのバンプレス形チップ部品２を保持するボンディングヘッド３と、チップ部品２の装着対象物である回路基板４を保持して位置決めする可動保持台７と、図示のセッティンク位置に相対向して配置されたチップ部品２および回路基板４をそれぞれ水平方向の側方から撮影する第１撮像手段８と、上記セッテイグ位置で相対向するチップ部品２および回路基板４の各々に付された後述の位置決め用マークを同時に撮影する第２撮像手段９などの主構成要素の殆ど全てが設置された構成になっている。

上記ボンディングヘッド３は、チップ部品２を着脱自在に保持する部品チャッキング機構部１０と、チップ部品２を回路基板４に押し付けながら回転する円柱状ローラからなる回転押圧部１１とを備えており、連結ブロック体１２を介して昇降体１３に対し吊下形態で回転自在に装着されている。このボンディングヘッド３は、昇降体１３の内部に設置されたヘッド回転用サーボモータ１４の駆動により連結ブロック体１２を介して回転される。上記昇降体１３は加重制御用サーボモータ１７の駆動によりガイドレール１８に沿って上下動される。上記加重制御用サーボモータ１７は予め設定された所定圧力で昇降体１３を介しボンディングヘッド３の回転押圧部１１を加圧するものである。

上記連結ブロック体１２には部品平面度調整機構１９が内蔵されており、この部品平面度調整機構１９は、ボンディングヘッド３、したがってこれに保持されているチップ部品２の平面度を調整する。ここで言う平面度とは、この実施の形態において水平度のことであり、したがって、部品平面度調整機構１９は、チップ部品２がほぼ正確な水平姿勢となるようにボンディングヘッド３の傾き角度を調整するものである。この部品平面度調整機構１９としては、周知の構成を有する既存のものが用いられており、例えば、球面滑動部を介して被調整部を支持するとともに複数個のピエゾ素子に対し選択的に通電して被調整部を介しチップ部品２が正確な水平状態に位置するようにボンディングヘッド３の傾きを調整する構成を備えている。

一方、真空チャンバ１の内部におけるボンディングヘッド３の下方箇所にはＸＹステージ２１が基台２２上に設けられており、このＸＹステージ２１は、水平面における互いに直交するＸ方向およびＹ方向に向けそれぞれ進退自在に移動可能となっている。このＸＹステージ２１上には上記可動保持台７が設置されており、したがって、可動保持台７は、自体に備えた基板チャッキング機構部２０により回路基板４を所定位置に保持した状態で、ＸＹステージ２１の作動によりＸ方向およびＹ方向に移動されるようになっており、これにより、可動保持台７上の回路基板４は上方のチップ部品２に対し所定の相対位置となるように位置調整される。

また、可動保持台７は、ＸＹステージ２１に取り付けられて一体的に移動する保持台回転用サーボモータ２３の駆動により回転されるようになっており、これにより、回路基板４は可動保持台７を介して回転されるようになっている。さらに、可動保持台７には基板平面度調整機構２４が内蔵されており、この基板平面度調整機構２４は、基板チャッキング機構部２０により可動保持台７の上面上に保持された回路基板４の平面度を調整するものであり、上述したチップ部品平面度調整機構１９と同様の構成を有して、回路基板４を正確な水平姿勢になるように調整するものである。したがって、この実施の形態では、チップ部品２と回路基板４とが、チップ部品平面度調整機構１９および基板平面度調整機構２４により共に水平配置となる姿勢に調整されることにより、互いに正確な平行配置に補正されるようになっている。

このボンディング装置はコントローラ２７により装置全体が制御されるようになっている。すなわち、コントローラ２７は、上述した部品チャッキング機構部１０、ヘッド回転用サーボモータ１４、加重制御用サーボモータ１７、基板チャッキング機構部２０、ＸＹステージ２１、保持台回転用サーボモータ２３、第１撮像手段８および第２撮像手段９などを制御するとともに、後述する画像処理部２８が行った演算結果による補正量に基づき部品平面度調整機構１９および基板平面度調整機構２４を制御する。

上記コントローラ２７は、チップ部品２を回路基板４にボンディングするのに先立って、ボンディングヘッド３に保持したチップ部品２を回路基板４に対し所定間隔で対向するセッティング位置に位置決めする制御を行う。上記第１撮像手段８は、自体に備えた部品撮像部８ａおよび基板撮像部８ｂによりセッティング位置のチップ部品２および可動保持台７上の回路基板４をそれぞれ側面から撮影できる位置に設置されている。部品撮像部８ａおよび基板撮像部８ｂは、それぞれＣＣＤカメラと光学レンズ系とを備えて構成されている。この第１撮像手段８で撮影された画像データは画像処理部２８に入力されて画像処理される。

上記第２撮像手段９は、第１撮像手段８に相対向する箇所において水平方向に移動自在に設けられており、作動機構（図示せず）の駆動により、上記セッティング位置のチップ部品２および回路基板４の間の撮影位置（実線の図示位置）と、チップ部品２および回路基板４から側方に離間した退避位置（２点鎖線の図示位置）との間で往復動される。この第２撮像手段９には、撮影位置においてチップ部品２および回路基板４の各々の後述するボンディング面に付された位置決め用マークを同時に撮影するための部品撮影部９ａおよび基板撮影部９ｂを具備している。この部品撮影部９ａおよび基板撮影部９ｂは、それぞれＣＣＤカメラと光学レンズ系とを備えて構成されている。この第２撮像手段９で撮影された画像データも画像処理部２８に送られて画像処理される。

図４（ａ）は、上記ボンディング装置によるボンディングの対象としているバンプレス形チップ部品２および回路基板４を示す斜視図である。バンプレス形チップ部品２は、既存の一般的なＩＣのようなバンプが形成されたものとは異なり、スクライブ工程を経てウェハから切り離されてチップ状とされただけのＩＣであって、回路基板４に対するボンディング面２ａに、所要個数の銅製の電極部２ｂが所定のパターンで高密度に形成されているとともに、複数の位置決め用マーク２ｃが所定位置にそれぞれ付記されている。一方、回路基板４には、チップ部品２に対するボンディング面４ａに、チップ部品２の各電極部２ｂに個々に対応した電極部４ｂが形成されているとともに、チップ部品２の位置決め用マーク２ｃに対応した箇所に位置決め用マーク４ｃが形成されている。

上記チップ部品２を回路基板４上にボンディングするに際しては、チップ部品２を、これの各位置決め用マーク２ｃが回路基板４の各位置決め用マーク４ｃに正確に合致する相対位置に位置決めして回路基板４上に重ねることにより、図４（ｂ）に示すように、チップ部品２の各電極部２ｂと回路基板４の各電極部４ｂとが、金属間結合の法則により、バンプを介在することなくそれぞれ直接的に相互接合される。なお、金属間結合の法則とは、二つの金属における洗浄した表面同士を真空雰囲気中または酸化しない雰囲気中において或る圧力を加えて接触させると、強固に相互接合する現象である。但し、この相互接合を正確、且つ確実に行うためには、以下の課題を解消する必要がある。

すなわち、上記ボンディング装置によるボンディングの対象となるバンプレス形チップ部品２は比較的多数の電極部２ｂが高密度に配設されたものであるから、チップ部品２と回路基板４とを、双方の各位置決め用マーク２ｃ，４ｃを極めて高精度に合致させた位置
合わ状態とした上で重ねる必要がある。

ところが上記バンプレス形チップ部品２は、電極部２ｂの高密度化に伴って必然的に既存のＩＣよりも厚みの薄いものとなるから、部品チャッキング機構部１０に保持されたときに比較的大きく変形する可能性があり、チップ部品２の位置決め用マーク２ｃをチップ部品２の変形状態のまま検出して、その検出位置を回路基板４の位置決め用マーク４ｃの検出位置に位置合わせしてチップ部品２と回路基板４との相対位置の位置決めを行うと、高密度に配設された双方の各電極部２ｂ，４ｂ間に位置ずれが生じてしまう。

また、上記ボンディング装置では、チップ部品２の各電極部２ｂと回路基板４の各電極部４ｂとを、バンプを介在することなくそれぞれ直接的に相互接合することから、特にチップ部品２における変形、ゆがみ、ひずみおよびうねりなどの存在に拘わらず、双方の電極部２ｂ，４ｂの全てを隙間の全く無い密着状態で相互接合する必要がある。

これに対し、上記ボンディング装置では、コントローラ２７が上述した課題を解消するように装置全体を制御することにより、好適なボンディングを行えるようになっている。つぎに、コントローラ２７の制御処理を示した図２のフローチャートに基づき、上記ボンディング装置によるボンディング工程について説明する。

先ず、コントローラ２７は、真空チャンバ１の内部を真空雰囲気中とした状態において、各々のボンディング面２ａ，４ａが予め洗浄された回路基板４とチップ部品２とが所定間隔で相対向する図１の図示状態にセッティングされたか否かを、図示省略したセンサからの検出信号の入力の有無に基づき常時判別して（ステップＳ１）、セッティングされたと判別した時点で、ヘッド回転用サーボモータ１４および保持台回転用サーボモータ２３に対し回転指令信号を与えるとともに、第１撮像手段８に対し部品撮像部８ａおよび基板撮像部８ｂによるチップ部品２および回路基板４の各々の側方からの撮影を指令する（ステップＳ２）。これにより、チップ部品２がボンディングヘッド３に保持された状態で回転され、且つ回路基板４が可動保持台７上に固定された状態で回転されるとともに、この回転中のチップ部品２および回路基板４の各々の側周面の複数箇所が第１撮像手段８の部品撮像部８ａおよび基板撮像部８ｂによりそれぞれ側方から撮影される。

上記撮影には、所定の低速度で定速回転されるチップ部品２および回路基板４を部品撮像部８ａおよび基板撮像部８ｂが一定の時間間隔で撮像する方法と、所定角度毎にチップ部品２および回路基板４の回転を一時停止させ、且つその回転停止時のタイミングでチップ部品撮像部８ａおよび基板撮像部８ｂで撮影する方法との何れかが採用される。何れの場合にも、チップ部品２および回路基板４の各々の側周面の複数箇所が撮影される。例えば、チップ部品２が一般的な平面視四角形のＩＣである場合には、そのチップ部品２の少なくとも４辺の側面が撮影される。このボンディング装置では、チップ部品２および回路基板４をそれぞれ回転させながら撮影することにより、単一の第１撮像手段８を用いるだけであるにも拘わらず、チップ部品２および回路基板４の各々の側周面の複数箇所を撮影できる。

上記第１撮像手段８の部品撮像部８ａおよび基板撮像部８ｂがそれぞれ撮影した画像データは画像処理部２８に対し入力される。画像処理部２８は、コントローラ２７からの指令を受けて、入力した画像データを画像処理してチップ部品２および回路基板４の各々の平面度を求める演算を行う（ステップＳ３）。具体的には、画像処理部２８が、チップ部品２および回路基板４を撮影した複数の画像データを比較対照してチップ部品２および回路基板４の各々の姿勢を画像認識し、例えば、チップ部品２および回路基板４が平面視四角形である場合に、これらの各４辺の高低差に基づき水平面に対する傾き角度および傾き方向を演算により算出する。

さらに、画像処理部２８は、上述のようにして算出した平面度情報に基づいて部品平面度調整機構１９および基板平面度調整機構２４をそれぞれ作動させるための平面度補正量を算出する演算を行う（ステップＳ４）。具体的に説明すると、平面度補正量は、チップ部品２および回路基板４をそれぞれ水平姿勢に補正するのに必要な補正量であって、水平面上で互いに直交するＸ軸方向およびＹ軸方向における傾きを補正するための補正角度および回動方向である。

コントローラ２７は、上述の平面度補正量を画像処理部２８から受け取ったならば、その平面度補正量に基づき部品平面度調整機構１９および基板平面度調整機構２４をそれぞれ作動制御する（ステップＳ５）。これにより、チップ部品２および回路基板４は、各々のボンディング面２ａ，４ａが共に許容範囲内の水平度に姿勢を補正されるから、所定の間隔を存して互いに平行に相対向する。

続いて、コントローラ２７は、第２撮像手段９を図１の２点鎖線で示す退避位置から実線で示す撮像位置まで移動させたのち、その第２撮像手段９を駆動させて部品撮像部９ａおよび基板撮像部９ｂによりチップ部品２および回路基板４の各々の位置決め用マーク２ｃ，４ｃをそれぞれ撮影させる（ステップＳ６）。この第２撮像手段９が撮影した画像データは画像処理部２８に対し送られる。

画像処理部２８は、第２撮像手段９から画像データが入力したのち、コントローラ２７から指令を受けたときに、入力画像データの画像処理を行って、チップ部品２および回路基板４の各々の位置決め用マーク２ｃ，４ｃの相対位置ずれ量を算出する演算を行う（ステップＳ７）。このときの画像データは、チップ部品および回路基板４が共に各々のボンディング面２ａ，４ａが許容範囲内の平行度に補正された状態で撮影されたものであるから、従来のように平行な相対位置に補正しないで位置決め用マークを撮像した画像データによる場合とは異なり、画像処理部２８で算出される相対位置ずれ量は極めて正確なものとなる。

画像処理部２８で相対位置ずれ量が算出されたならば、コントローラ２７は、その算出された相対位置ずれ量に基づきＸＹステージ２１を作動制御して回路基板４の位置を調整するとともに、ヘッド回転用サーボモータ１４または保持台回転用サーボモータ２３の何れか一方を回転制御してチップ部品２または回路基板４の何れか一方の水平面上での角度を調整する（ステップＳ８）。すなわち、コントローラ２７は、チップ部品２および回路基板４の各々の各位置決め用マーク２ｃ，４ｃが合致するように回路基板４および／またはチップ部品２を位置調整する。この位置調整は、上述したように極めて正確な相対位置ずれ量が零となるように行われるので、位置調整した後は、チップ部品２と回路基板４の各々の電極部２ｂ，４ｂがそれぞれ正確に相対向する配置に高精度に位置決めされる。

このようにしてチップ部品２と回路基板４との相対位置が高精度に位置決めされたならば、コントローラ２７は、第２撮像手段９を図１に２点鎖線で示す退避位置まで移動させたのちに、加重制御用サーボモータ１７に回転指令を与えることにより、昇降体１３を介しボンディングヘッド３を下降させて、ボンディングヘッド３に保持されているチップ部品２を回路基板４上に重ね合わさせる（ステップＳ９）。このとき、チップ部品２と回路基板４との相対位置が高精度に位置決めされているので、チップ部品２の全ての各電極部２ｂが回路基板４の対応する各電極部４ｂ上に正確に接触する。

ここで、加重制御用サーボモータ１７は、回転押圧部１１に対し予め設定された所定圧力を常時加えるようになっているので、チップ部品２が回路基板４上に重ね合わされた時点では、チップ部品２の各電極部２ｂのうちの少なくとも回転押圧部１１に対向する特定の電極部２ｂが対応する回路基板４の電極部４ｂに所定圧力で押し付けられて、上述した金属間結合の法則により強固に相互接合される。但し、この実施の形態のボンディング対象のバンプレス形チップ部品２は、各電極部２ｂが高密度に配設されて厚みの薄いものであることから、変形、ゆがみ、ひずみおよびうねりなどが存在している可能性があって、チップ部品２における上記特定の電極部２ｂを除く他の各電極部２ｂは回路基板４の対応する電極部４ｂに相互接合していないおそれがある。

そこで、コントローラ２７は、図３に実線で図示するように、ボンディングヘッド３の部品チャッキング機構部１０に対し開放方向に作動する指令を与えてチップ部品２の保持を解除させ（ステップＳ１０）たのち、ＸＹステージ２１を作動制御して、同図に矢印で示すように、回路基板４を円柱状ローラからなる回転押圧部１１の軸心に対し直交する方向（図の左右方向）に向け所定範囲内で移動させる（ステップＳ１１）。上記所定範囲は、回転押圧部１１がチップ部品２の全面にわたり移動する範囲である。

このとき、チップ部品２は、上記特定の電極部２ｂが回路基板４の対応する電極部４ｂに強固に相互接合されて回路基板４と一体化されているので、ＸＹステージ２１の作動に伴って回路基板４と一体に移動される。回転押圧部１１は、加重制御用サーボモータ１７から常に所定圧力となるように加圧されているので、チップ部品２の移動に伴い回転しながらチップ部品２を回路基板４に対し上記所定圧力で押し付ける。これにより、チップ部品２に変形、ゆがみ、ひずみおよびうねりなどが存在している場合であっても、チップ部品２の全ての電極部２ｂが回路基板４の対応する各電極部４ｂに金属間結合の法則により強固に相互接合される。

このように、上記ボンディング方法では、離間状態のチップ部品２と回路基板４とを、これらの側周面の複数箇所を撮像した比較的多くの画像データの画像処理の結果から演算により算出した補正量に基づき互いに平行となるように姿勢を補正した状態で、チップ部品２と回路基板４との各々の位置決め用マーク２ｃ，４ｃの位置を検出して相対位置ずれ量を算出した上で、この相対位置ずれ量に基づきチップ部品２と回路基板４とを位置合わせするので、チップ部品２と回路基板４とを０．１μｍオーダーの極めて高精度な相対位置に位置決めすることができ、しかも、この位置決め状態でチップ部品２を回路基板４に重ねたのちに、チップ部品２の全面を回転押圧部１１により所定圧力で回路基板４に押し付けて、チップ部品２に変形、ゆがみ、ひずみおよびうねりなどが存在していても、チップ部品２における高密度に配設された多数個の電極部２ｂの全てを回路基板４の対応する各電極部４ｂに隙間の無い確実な密着状態で相互接合することができる。そのため、チップ部品２は高いボンディング強度で回路基板４にボンディングされ、チップ部品２と回路基板４との双方の電極部２ｂ，４ｂ間の導電抵抗は極めて低いものとなる。

このようにしてチップ部品２の回路基板４へのボンディングが終了すると、コントローラ２７は、加重制御用サーボモータ１７を作動制御して、ボンディングヘッド３を図１に図示するセッティング位置まで上昇させ（ステップＳ１２）たのち、ボンディング工程が終了したか否かを判別して（ステップＳ１３）、終了であると判別するまで、ステップＳ１にリターンして上述と同様の制御処理を繰り返す。但し、同一の回路基板４に複数個のチップ部品２をボンディングする場合には、２個目以降のチップ部品２のボンディングに際して、回路基板４の平面度の補正が省略される。

なお、上記実施の形態では、真空チャンバ１の真空雰囲気中において金属間結合の法則によりチップ部品２を回路基板４にボンディングする場合を例示して説明したが、酸化しない雰囲気中、例えば、窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスの雰囲気中において金属間結合の法則によりチップ部品２を回路基板４にボンディングするようにしてもよい。また、上記実施の形態では、チップ部品２と回路基板４の両方の平面度を補正するようにして双方を極めて高精度に平行配置する場合について説明したが、装着対象物である回路基板４は、電極部４ｂが高密度に配設される場合であっても、変形、ゆがみ、ひずみおよびうねりなどが発生するおそれが少なくなるので、チップ部品２の平面度を上述のように補正するだけでもよい。

さらに、上記実施の形態では、ＸＹステージ２１の作動により回路基板４を水平方向に移動させてチップ部品２と回路基板４との相対位置を位置決めするようにしたが、ボンディングヘッド３を介してチップ部品２を水平方向に移動させるようにしてもよい。また、回転押圧部１１は、上記実施の形態の円柱状のローラに限らず、球状体を用いてもよく、要は回転しながらチップ部品２を回路基板４に押圧できるものであればよい。

チップ部品と装着対象物との相対位置を極めて高精度に位置することができるとともに、チップ部品が電極部を高密度に配設した厚みの薄いものであっても、このチップ部品の全ての電極部を装着対象物の対応する電極部に隙間の全く無い密着状態で相互接合することができるから、近い将来において実施が予想される次世代の実装工法、例えば、スクライブ工程を経てウェハから切り離されただけのＩＣのようなバンプレス形チップ部品を回路基板などの装着対象物に直接ボンディグする実装工法に好適に活用することが可能である。

本発明の一実施の形態に係るチップ部品のボンディング方法を具現化したチップ部品のボンディング装置の概略構成を示す縦断面図。同上のボンディング装置のコントローラによる制御処理を示したフローチャート。同上のボンディング装置におけるボンディングヘッドの動作を説明するための拡大図。（ａ）は同上のボンディング装置によるボンディングの対象としているバンプレス形チップ部品および回路基板を示す斜視図、（ｂ）はバンプレス形チップ部品を回路基板にボンディングした状態の側面図。

符号の説明

２バンプレス形チップ部品（チップ部品）
２ｂチップ部品の電極部
２ｃチップ部品の位置決め用マーク
３ボンディングヘッド
４回路基板（装着対象物）
４ｂ装着対象物の電極部
４ｃ装着対象物の位置決め用マーク
７可動保持台（保持台）
８第１撮像手段（撮像手段）
９第２撮像手段（撮像手段）
１０部品チャッキング機構部（保持機構）
１１回転押圧部
１４ヘッド回転用サーボモータ（部品回転駆動源）
１７加重制御用サーボモータ（加圧制御駆動源）
１９部品平面度調整機構
２１ＸＹステージ（移動機構）
２７コントローラ（制御手段）
２８画像処理部

Claims

チップ部品の各電極部を装着対象物の対応する各電極部に直接接合する部品のボンディング方法であって、
前記チップ部品と前記装着対象物とが互いに離間した状態で、前記チップ部品の側周面の複数箇所を側方から撮影した画像データの画像処理の結果から算出した平面度補正量に基づき前記チップ部品を前記装着対象物に対し平行に対向する姿勢に補正する第１の工程と、
互いに平行に相対向する前記チップ部品と前記装着対象物とを、各々に付された位置決め用マークをそれぞれ撮影した画像データの画像処理の結果から算出した相対位置ずれ補正量に基づき所定の相対位置に位置決めする第２の工程と、
所定の相対位置に位置決めした前記チップ部品と前記装着対象物とを、真空雰囲気中または酸化しない不活性ガスの雰囲気中で相互に重ねて加圧することにより、前記チップ部品および前記装着対象物の各々の各電極部を接合する第３の工程を有し、
第１の工程において、チップ部品を保持するボンディングヘッドと装着対象物を保持する可動保持台を回転させながら、または、回転中に一時停止させ、前記チップ部品の側周面および前記装着対象物の側周面を単一の撮像手段で撮影し、この撮影による複数の画像データにおける前記チップ部品側周面の高低差および前記装着対象物側周面の高低差から前記チップ部品と前記装着対象物の傾き量および傾き方向を平面度補正量として算出し、この算出した平面度補正量に基づき前記チップ部品および前記装着対象物の姿勢を補正するようにしたことを特徴とする部品のボンディング方法。
第３の工程において、チップ部品を保持するボンディングヘッドの作動により前記チップ部品を装着対象物に重ねたのちに、前記ボンディングヘッドによる前記チップ部品の保持を解除して、重ね状態の前記チップ部品および前記装着対象物と前記ボンディングヘッドに設けられて前記チップ部品を前記装着対象物に所定圧力で押圧する回転押圧部とを相対移動させて、前記チップ部品の表面上で回転する前記回転押圧部により前記チップ部品をこれの全面にわたり前記装着対象物に前記所定圧力で押し付けるようにした請求項１に記載の部品のボンディング方法。
第３の工程において、ボンディングヘッドの作動により前記チップ部品を装着対象物に
重ねるときに、前記ボンディングヘッドの回転押圧部により前記チップ部品の少なくとも１つの電極部を前記装着対象物の対応する電極部に所定圧力で押し付けて相互接合させるようにした請求項２に記載の部品のボンディング方法。
チップ部品を着脱自在に保持する保持機構と前記チップ部品を所定圧力で装着対象物に押し付ける回転押圧部とを備えて回転自在で、且つ昇降自在に設けられたボンディングヘッドと、
前記ボンディングヘッドを回転させる部品回転駆動源と、
前記回転押圧部に対し所定圧力で加圧する加圧制御駆動源と、
前記保持機構に対し水平面に対する傾き角度を自在に調整可能な部品平面度調整機構と、前記装着対象物を前記チップ部品に相対向する配置で保持する保持台と、
前記ボンディングヘッドまたは前記保持台の少なくとも一方を水平方向に移動させる移動機構と、
前記ボンディングヘッドに保持された状態で前記部品回転駆動源の駆動により回転される前記チップ部品の側周面を側方から撮影する第１撮像手段と、
離間状態で相対向する前記チップ部品および前記装着対象物にそれぞれ付された位置決め用マークをそれぞれ撮影する第２撮像手段と、
前記第１および第２撮像手段がそれぞれ撮影した画像データを画像処理して前記チップ部品の平面度補正量および前記チップ部品と前記装着対象物との相対位置ずれ補正量を演算する画像処理部と、
前記画像処理部が算出した平面度補正量および相対位置ずれ量補正に基づき前記部品平面度調整機構および移動機構をそれぞれ作動制御して、前記チップ部品を前記装着対象物に対し平行となる姿勢に修正させたのちに、前記チップ部品と前記装着対象物とを所定の相対位置に位置決めして、前記チップ部品を前記装着対象物に重合させ、前記移動機構を作動させて重ね状態の前記チップ部品および前記装着対象物と前記回転押圧部とを相対移動させるように制御する制御手段と、
を備えていることを特徴とする部品のボンディング装置。