JP4546576B2 - バンプ接合判定装置及び方法、並びに半導体部品製造装置及び方法 - Google Patents
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Description
又、上記バンプ11の接合を行うとき、上記バンプ11を上記Y方向又はX方向へ振動させて上記バンプ11と回路基板20側の電極部21との間に摩擦熱を発生させて、上記ボンディングステージ3の加熱温度の低減を図りかつ上記バンプの接合を強固なものにするため、上記バンプ接合装置5には上記バンプを振動させるための超音波振動発生装置9を備えている。該超音波振動発生装置9は、図31に示すように、圧電素子91と該圧電素子91が一端部に接続される超音波ホーン92とを備え、圧電素子91を複数積層しており、これらの圧電素子91に電圧が印加されることで超音波振動を発生し、発生する例えば上記Y方向への振動を超音波ホーン92にて増幅する。超音波ホーン92の他端部には、上記半導体チップ150を保持するノズル93が固定されており、圧電素子91の上記振動により、ノズル93、即ちノズル93に保持されている半導体チップ150が上記Y方向へ超音波振動する。尚、圧電素子91は例えば上記Y方向へ振動するが、発生した振動が上記半導体チップ150へ伝導する過程にて種々の方向への振動が生じ、上記半導体チップ150では主たる振動方向は上記Y方向であるが実際には種々の方向へ振動している。
上記接合の進行に起因する上記振動の減衰を検出する振動減衰検出装置と、
上記振動減衰検出装置にて検出された上記振動減衰に基づき上記接合の良否を判定する判定装置と、
を備える。
上記判定装置は、上記振動減衰に起因する上記インピーダンス値の増加傾向に基づき上記接合の良否を判定するように構成することもできる。
さらに又、上記バンプ接合判定装置において、上記振動減衰検出装置は、レーザ光を利用して上記振動の振動幅を測定する測長装置を有し、上記判定装置は上記振動幅の減衰に基づき上記接合の良否を判定するように構成することもできる。
上記判定装置は、上記振動成分電流分離装置から出力される上記振動成分電流に基づき上記接合の良否を判定するように構成することもできる。
上記接合の進行に起因する上記振動の減衰を検出し、検出した振動減衰に基づき上記接合の良否を判定する。
振動発生装置に対して上記超音波振動を発生させ、上記バンプを介して行われる接合中の上記振動発生装置に関するインピーダンスを送出するインピーダンス出力装置と、
送出される上記インピーダンスの変化と、上記電子部品と上記回路基板とが良好に接合したときの良品インピーダンス変化とを比較して上記接合の良否を判断する接合判断装置と、
を備えた。
上記圧力制御装置にて、上記バンプを介して上記電子部品を上記回路基板上に押圧するときの上記電子部品保持部材の変位を計測する計測装置と、をさらに備え、
上記接合判断装置は、さらに、上記計測装置が送出する上記電子部品保持部材変位の変化と、上記電子部品と上記回路基板とが良好に接合したときの良品変位変化とを比較して上記接合の良否を判断するように構成することもできる。
上記接合判断装置は、さらに、上記圧力制御装置が送出する上記電子部品保持部材の押圧力の変化と、上記電子部品と上記回路基板とが良好に接合したときの良品押圧力変化とを比較して上記接合の良否を判断するように構成することもできる。
上記良品インピーダンス変化、上記良品変位変化、及び上記良品押圧力変化を記憶する第2記憶装置と、をさらに備え、
上記接合判断装置は、上記第1記憶装置及び上記第2記憶装置に記憶されている、上記インピーダンス変化と上記良品インピーダンス変化、上記電子部品保持部材変位変化と上記良品変位変化、及び上記電子部品保持部材押圧力変化と上記良品押圧力変化をそれぞれ比較して上記接合の良否を判断するように構成することもできる。
上記接合判断装置により上記電子部品と上記回路基板とが接合不良と判断されたときの上記インピーダンス変化を記憶する第3記憶装置と、をさらに備え、
上記接合判断装置は、上記電子部品と上記回路基板とが接合不良と判断されたときの上記インピーダンス変化を上記表示装置に表示させるとともに上記第3記憶装置に記憶させるように構成することもできる。
上記電極と上記電極部との接合開始から接合終了までの間における上記超音波振動の発生に関するインピーダンスの変化と、上記電子部品と上記回路基板とが良好に接合したときの上記接合開始から上記接合終了までの間の良品インピーダンス変化とを比較して、上記接合の良否を判断する。
上記インピーダンスの変化と上記良品インピーダンス変化との比較に加えて、さらに、上記接合開始から上記接合終了までの間における上記電子部品と上記回路基板との変位の変化と、上記電子部品と上記回路基板とが良好に接合したときの上記接合開始から上記接合終了までの間における良品変位変化との比較、及び上記接合開始から上記接合終了までの間における上記電子部品と上記回路基板との押圧力の変化と、上記電子部品と上記回路基板とが良好に接合したときの上記接合開始から上記接合終了までの間における良品押圧力変化との比較の少なくとも一方を行い、上記接合の良否を判断するように構成することもできる。
又、上記「発明の開示」に記載した、「判定装置」の機能を果たす一例として、下記の第2実施形態及び第3実施形態においては制御装置が相当するが、これに限定されるものではない。
又、上記「発明の開示」に記載した、「振動発生装置」の機能を果たす一例として本実施形態ではバンプ接合装置105に備わり圧電素子91を有する超音波振動発生装置9が相当するが、これに限定されるものではない。
図1に示すように、上記実施形態のバンプ接合判定装置を有する半導体部品製造装置101の構造は、基本的に上述した半導体部品製造装置1の構造に類似するが、半導体部品製造装置101では詳細後述するバンプ接合判定方法を実行させる制御装置110を備えた点が特徴となる。即ち、半導体部品製造装置101は、大別して、部品供給装置102、ボンディングステージ103、部品反転装置104、バンプ接合装置105、回路基板搬送装置106、及び制御装置110を備える。ここで、上記部品供給装置102は上述した従来の部品供給装置2に相当し、上記ボンディングステージ103は上述した従来のボンディングステージ3に相当し、上記部品反転装置104は上述した従来の部品反転装置4に相当し、上記バンプ接合装置105は上述した従来のバンプ接合装置5に相当し、上記回路基板搬送装置106は上述した従来の回路基板搬送装置6に相当する。よって、部品供給装置102、ボンディングステージ103、部品反転装置104、バンプ接合装置105、及び回路基板搬送装置106について、以下に示すように補足説明を加えるものを除き、ここでの詳しい説明は省略する。
上記ボンディングステージ103は、図3に示すように、いわゆるボールねじ構造にてなり駆動部としてのモータ114を有するY軸ロボット107にて、Y方向へ滑動する。又、ボンディングステージ103は、回路基板搬送装置106から供給される回路基板20の大きさに応じて、該回路基板20をボンディングステージ103上に載置するため、上記回路基板20のY方向に沿った周縁部分を保持しX方向に可動な基板規正部115と、上記回路基板20のX方向に沿った周縁部分を保持しY方向に可動な基板規正部116とを備える。又、上記ボンディングステージ103には、上記回路基板20を吸着保持するための吸入用通路が形成されており上記吸入用通路は吸引装置117に連通している。又、バンプ接合のために上記回路基板20を約150℃に加熱する加熱装置118が備わる。
このようなバンプ接合装置105をX軸方向へ移動させるX軸ロボット108は、本実施形態では図2に示すようにいわゆるボールねじ構造を有し、駆動部としてのモータ123を有する。
図7のステップ(図では「S」にて示す)1にて、制御装置110は、上記X軸ロボット108及びY軸ロボット107の動作制御を行い、接合すべき上記電極部21に対向してバンプ11を配置した後、ステップ2にて、上記ボイスコイルモータ121を駆動してバンプ11と上記電極部21とを接触させ、バンプ11を電極部21へ押圧していき図33に示すバンプ12の形状とする。ステップ3では、バンプ12の状態になった時点で超音波振動発生装置9を動作させることでバンプ12に超音波振動を作用させる。尚、このときバンプ12はさらにつぶれるほど押圧されず、そのままの形状を維持する。このようなバンプ12への上記超音波振動は、上記発振器133から圧電素子91へ電流、電圧を供給することで発生する。又、バンプ12へ作用する上記超音波振動は、本実施形態では、超音波振動発生装置9の圧電素子91にて発生する周波数60KHzの超音波振動であり、これにてノズル93の半導体チップ150の保持部分において1〜2μmの振幅が得られる。
又、上記平衡値は、上述のように予め実験等によって上記接合必要時間を求める際に同時に測定し決定しておく値であり、上記平衡値に達したとの判断は、上述のようにして予め定めた平衡値のほぼ1割以内に上記インピーダンス値が含まれたことで判断する。本実施形態の場合、上記平衡値は上記40オームであり、40±3オーム内に上記インピーダンス値が含まれたときに平衡値に達したと判断するように設定している。
上述したような判定基準から、例えば図6に示すグラフ144のように、上記インピーダンス値が上記安定時間の間、平衡値を維持しないような場合には、判定装置141は、良好な接合ができていないと判断する。
上述のように構成される半導体部品製造装置101における動作について以下に説明する。
上述の第1実施形態では、バンプ12と電極部21との接合の進行に起因する半導体チップ150の振動の減衰について圧電素子91のインピーダンス値の変化を検出して、制御装置110にて上記インピーダンス値の変化に基づき上記接合の良否を判定したが、上記振動の減衰を測定する方法としてはこれに限定されるものではない。
尚、半導体部品製造装置301のその他の動作は、上述した半導体部品製造装置101における動作と同様であり、ここでの説明は省略する。
上述の第1実施形態では、バンプ12と電極部21との接合の進行に起因する半導体チップ150の振動の減衰について圧電素子91のインピーダンス値の変化を検出して、制御装置110にて上記インピーダンス値の変化に基づき上記接合の良否を判定したが、上記振動の減衰を測定する方法としてはこれに限定されるものではない。
即ち、バンプ12へ超音波振動の作用を開始したときからの時間経過につれて半導体チップ150の振動が減少すること、上記作用開始時から上記接合必要時間が経過した時点にて振動値が平衡値に達すること、上記接合必要時間経過時から安定時間にて上記平衡値を維持することのこれらすべての条件が満たされたときに、上記制御装置410は上記接合が良好であると判断する。
このような第3実施形態におけるバンプ接合判定装置であっても、接合実行中に上記接合の良否を判定することができる。
尚、半導体部品製造装置401のその他の動作は、上述した半導体部品製造装置101における動作と同様であり、ここでの説明は省略する。
本第4実施形態は、上述した第1実施形態の半導体部品製造装置101の変形例であり、図17に当該第4実施形態の半導体部品製造装置501の構成を示す。
当該半導体部品製造装置501の構成は、半導体部品製造装置101の構成に類似しており、半導体部品製造装置101の制御装置110に代えて制御装置510を設け、バンプ接合装置105に代えてバンプ接合装置505を設けている。半導体部品製造装置501におけるその他の構成については、半導体部品製造装置101の構成と変わるところはない。よって、以下には、バンプ接合装置505及び制御装置510について説明し、その他の構成部分についての説明は省略する。
531は表示装置である。
まず、半導体チップ150を吸着したノズル93は、VCM121によって回路基板20の上面まで下降する。半導体チップ150が回路基板20に接触する直前、即ちバンプ11が回路基板20の電極部21に接触した時点で、VCMドライバ522は、CPU530からの指令信号532によって、位置制御方式から電流制御方式に切り替えられ、VCM121のコイルに一定の電流536を流すことにより、予め設定された圧力の制御を実行する。同時に、CPU530は超音波発振信号533を超音波発振器133へ送出して、半導体チップ150の電極13に形成されているバンプ11と、回路基板20の電極部21との接合を開始する。即ち、上記超音波発振信号533の供給により、超音波発振器133は、超音波振動発生装置9に60kHz〜70kHzのSIN波の電圧534を加えることにより、ノズル93の先端に吸着された半導体チップ150を振動させることができる。又、超音波発振器133は発振中に超音波振動発生装置9からフィードバックされる電流535と上記SIN波の電圧534とに基づいて、インピーダンスを求めて、超音波インピーダンス信号524としてA/D変換器523へ出力する。
接合を開始すると、CPU530は、ステップ#51でVCM121の制御方式を位置フィードバック制御から電流フィードバック制御方式に切り換えて、ステップ#52にて超音波発振器133をONにして超音波振動発生装置9を動作させ、超音波振動を発振させる。予め接合時間として設定しているt[ms]時間が経過するまでの間にて、以下のステップ#54〜ステップ#56の処理が実行されるが、ステップ#53では、上記接合時間の経過の有無が判断される。
上述した動作にて、例えば半導体チップ150の電極13に設けたバンプ11と回路基板20の電極部21との接合中に超音波振動発生装置9におけるインピーダンスやVCM121へ供給する電流、ノズル93の下降移動量を計測し、それらの波形データを良品波形データと比較することによって、不良品は取り除き、良品のみを次工程に進ませることで接合品質を向上することができる。
さらに、又、上述した動作の変形例として、図26〜図29に示す接合判定動作を行わせることもできる。尚、図26〜図29において、図25に示す動作と同じ動作については同じステップ番号を付し、ここでの説明を省略する。
上述のステップ#55の次のステップ#61では、上記接合中にて、CPU530は、FIFO527から送出され上記フィルタリング処理がなされた上記インピーダンス波形データと、第2メモリ528から読み出した良品インピーダンス波形データとを比較する。そして、その差の絶対値が予め設定された許容値を超えるときには、ステップ#64に進む。ステップ#64では、CPU530は、当該サンプリング時刻においては不良になりつつあるバンプ11と電極部21との接合状態が良好に転じるように、超音波発振器133に対して超音波振動発生装置9への超音波出力電圧を大きく又は小さくして、接合条件の変更を行う。このようにステップ#64にて1回、接合条件を変更したことから、ステップ#65にて、上記接合条件変更回数nに1を加える。そしてステップ#68では、上記接合条件変更回数nが予め設定している設定回数を超えるか否かが判断され、超えていなければステップ#53に戻る。ステップ#53では上述した動作が行われる。一方、上記設定回数を超えている場合、つまり上記設定回数にわたり修復を試みたが接合状態が改善されない場合には、修復不可能と判断して、上述したステップ#58に進む。
図26〜図29に示す動作を実行することによって、超音波振動発生装置9におけるインピーダンスやVCM121へ供給する電流、ノズル93の下降移動量を計測し、それらの波形データをリアルタイムで監視することによって、接合中に接合状態が悪化した場合には、接合条件を変更することにより、不良品の発生を防止し歩留まりを向上することができる。
11 バンプ
101 半導体部品製造装置
110 制御装置
140 振動減衰検出装置
141 判定装置
301 半導体部品製造装置
310 制御装置
311 振動成分電流分離器
401 半導体部品製造装置
410 制御装置
411 測長装置
Claims (10)
- 電子部品と回路基板とを相対的に振動させて上記電子部品の電極と上記回路基板の電極部とをバンプを介して接合して半導体部品を製造するときに該接合時におけるバンプ接合良否の判定を行うバンプ接合判定装置において、
振動発生装置に対して上記振動を発生させ、上記バンプを介して行われる接合中の上記振動発生装置に関するインピーダンスの値を送出するインピーダンス出力装置と、
送出される上記インピーダンスの変化の波形データと、上記電子部品と上記回路基板とが良好に接合したときの良品インピーダンス変化の波形データとを比較して、この波形データの差の絶対値が、予め設定されている許容値を超えるときには接合不良と見なして、上記接合の良否を判断する判定装置とを備える、バンプ接合判定装置。 - 電子部品と回路基板とを相対的に振動させて上記電子部品の電極と上記回路基板の電極部とをバンプを介して接合するときに該接合時におけるバンプ接合良否の判定を行うバンプ接合判定方法において、
上記電極と上記電極部との接合開始から接合終了までの間における上記振動の発生に関するインピーダンスの変化の波形データと、上記電子部品と上記回路基板とが良好に接合したときの上記接合開始から上記接合終了までの間の良品インピーダンス変化の波形データとを比較して、この波形データの差の絶対値が、予め設定されている許容値を超えるときには接合不良と見なして、上記接合の良否を判断する、バンプ接合判定方法。 - 超音波振動を用いて電子部品の電極と回路基板の電極部とをバンプを介して接合して半導体部品を製造する半導体部品製造装置において、
振動発生装置に対して上記超音波振動を発生させ、上記バンプを介して行われる接合中の上記振動発生装置に関するインピーダンスの値を送出するインピーダンス出力装置と、
送出される上記インピーダンスの変化の波形データと、上記電子部品と上記回路基板とが良好に接合したときの良品インピーダンス変化の波形データとを比較して、この波形データの差の絶対値が、予め設定されている許容値を超えるときには接合不良と見なして、上記接合の良否を判断する接合判断装置とを備える、半導体部品製造装置。 - 電子部品保持部材に上記電子部品を保持し上記電子部品保持部材を上記回路基板の厚み方向へ移動させて上記バンプを介して上記電子部品を上記回路基板上に圧力制御をしながら実装する圧力制御装置と、
上記圧力制御装置にて、上記バンプを介して上記電子部品を上記回路基板上に押圧するときの上記電子部品保持部材の変位を計測する計測装置と、
をさらに備え、
上記接合判断装置は、さらに、上記計測装置が送出する上記電子部品保持部材変位の変化の波形データと、上記電子部品と上記回路基板とが良好に接合したときの良品変位変化の波形データとを比較して、この波形データの差の絶対値が、予め設定されている許容値を超えるときには、接合不良と見なして、上記接合の良否を判断する、請求項3に記載の半導体部品製造装置。 - 電子部品保持部材に上記電子部品を保持し上記電子部品保持部材を上記回路基板の厚み方向へ移動させて上記電子部品を上記回路基板上に圧力制御をしながら実装し、かつ上記バンプを介して上記電子部品を上記回路基板上に押圧するときの上記電子部品保持部材の押圧力を送出する圧力制御装置と、をさらに備え、
上記接合判断装置は、さらに、上記圧力制御装置が送出する上記電子部品保持部材の押圧力の変化の波形データと、上記電子部品と上記回路基板とが良好に接合したときの良品押圧力変化の波形データとを比較して、この波形データの差の絶対値が、予め設定されている許容値を超えるときには接合不良と見なして、上記接合の良否を判断する、請求項3に記載の半導体部品製造装置。 - 上記圧力制御装置は、さらに、上記電子部品を上記回路基板上に押圧するときの上記電子部品保持部材の押圧力をさらに送出し、上記接合判断装置は、さらに、上記圧力制御装置が送出する上記電子部品保持部材の押圧力の変化の波形データと、上記電子部品と上記回路基板とが良好に接合したときの良品押圧力の変化の波形データとを比較して、この波形データの差の絶対値が、予め設定されている許容値を超えるときには接合不良と見なして、上記接合の良否を判断する、請求項4に記載の半導体部品製造装置。
- 上記インピーダンス出力装置から送出される上記インピーダンスの変化の波形データ、上記計測装置が送出する上記電子部品保持部材変位の変化の波形データ、及び上記圧力制御装置が送出する上記電子部品保持部材押圧力の変化の波形データを記憶する第1記憶装置と、
上記良品インピーダンス変化の波形データ、上記良品変位変化の波形データ、及び上記良品押圧力変化の波形データを記憶する第2記憶装置と、をさらに備え、
上記接合判断装置は、上記第1記憶装置及び上記第2記憶装置に記憶されている、上記インピーダンス変化の波形データと上記良品インピーダンス変化の波形データ、上記電子部品保持部材変位変化の波形データと上記良品変位変化の波形データ、及び上記電子部品保持部材押圧力変化の波形データと上記良品押圧力変化の波形データをそれぞれ比較して、この3つの波形データのそれぞれの差の絶対値の全てが、予め設定されている許容値を超えるときには、接合不良と見なして、上記接合の良否を判断する、請求項6に記載の半導体部品製造装置。 - 超音波振動を用いて電子部品の電極と回路基板の電極部とをバンプを介して接合して半導体部品を製造する半導体部品製造方法において、
上記電極と上記電極部との接合開始から接合終了までの間における上記超音波振動の発生に関するインピーダンスの変化の波形データと、上記電子部品と上記回路基板とが良好に接合したときの上記接合開始から上記接合終了までの間の良品インピーダンス変化の波形データとを比較して、この波形データの差の絶対値が、予め設定されている許容値を超えるときには接合不良と見なして、上記接合の良否を判断する、半導体部品製造方法。 - 上記超音波振動を作用させ、かつ上記バンプを挟んで上記回路基板の厚み方向に上記電子部品と上記回路基板とが接近するように移動させて互いに押圧し、
上記インピーダンスによる上記接合の良否の判断に加えて、さらに、上記接合開始から上記接合終了までの間における上記電子部品と上記回路基板との変位の変化の波形データと、上記電子部品と上記回路基板とが良好に接合したときの上記接合開始から上記接合終了までの間における良品変位変化の波形データとの比較をして、この波形データの差の絶対値が、予め設定されている許容値を超えるときには、接合不良と見なして、上記接合の良否を判断する、請求項8に記載の半導体部品製造方法。 - 上記超音波振動を作用させ、かつ上記バンプを挟んで上記回路基板の厚み方向に上記電子部品と上記回路基板とが接近するように移動させて互いに押圧し、
上記インピーダンスによる上記接合の良否の判断に加えて、さらに、上記接合開始から上記接合終了までの間における上記電子部品と上記回路基板との押圧力の変化の波形データと、上記電子部品と上記回路基板とが良好に接合したときの上記接合開始から上記接合終了までの間における良品押圧力変化の波形データとの比較をして、この波形データの差の絶対値が、予め設定されている許容値を超えるときには接合不良と見なして、上記接合の良否を判断する、請求項8に記載の半導体部品製造方法。
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