JP4732894B2 - ボンディング方法及びボンディング装置 - Google Patents

Description

本発明は、フィルムキャリアなどのフレキシブル基板の電極と、電子部品などの電極とを接合してボンディングするフレキシブル基板のボンディング装置及びボンディング方法に関するものである。

表面に多数の電極を形成したフィルムキャリアと、対応する多数の電極を形成した半導体チップなどからなる電子部品とを熱圧着により一括接続する技術が知られている（例えば特許文献１を参照）。フィルムキャリアは、基材であるポリイミド樹脂の上に銅などからなる電極であるインナーリード及びアウターリードが形成されている。一方、電子部品が例えば半導体チップである場合には、半導体基板表面に形成された電極部にはバンプが形成され、前記フィルムキャリアのインナーリードと半導体チップの電極とを熱圧着によりボンディングを行って接続する。

図８は、フレキシブル基板１０７と電子部品１０５とを熱圧着により接続するボンディング装置の概念的ブロック図である。図示しない移動機構により上下に移動可能な熱圧着ツール１００と、図示しない移動機構により前後及び左右に移動可能なテーブル１０３と、移動可能な位置合わせ用カメラ１０９と、制御部１１０とから構成されている。熱圧着ツール１００の内部には接合作用部１０２を加熱するためのヒーター１０１と、接合作用部１０２に電子部品１０５を真空吸着するための真空パイプが構成されている。テーブル１０３はテーブルの表面に設置されるフレキシブル基板１０７を加熱するためのヒーター１０４を備えている。電子部品１０５の表面にはＡｕ等からなるバンプ１０６が形成されている。フィルムキャリアからなるフレキシブル基板１０７の表面には、電子部品１０５のバンプ１０６に対応する電極であるインナーリード１０８が形成されている。

図９は、フレキシブル基板と電子部品とを図８に示したボンディング装置によりボンディングする方法を示すフローチャート図である。まず、フレキシブル基板１０７のインナーリード１０８の電極ピッチを、熱圧着すべき電子部品１０５のバンプ１０６のピッチよりも短く形成する。次に、熱圧着ツール１００に電子部品１０５を真空吸着させて設置し、テーブル１０３にフレキシブル基板１０７を設置して位置合わせを行う（ステップＳ１００）。次に、電子部品１０５をヒーター１０１により所定温度に加熱すると共に（ステップＳ１０１）、フレキシブル基板１０７をヒーター１０４により所定温度に加熱する（ステップＳ１０２）。

次に、位置合わせ用カメラ１０９をテーブル１０３と熱圧着ツール１００との間隙に移動して電子部品１０５のバンプ１０６とフレキシブル基板１０７のインナーリード１０８との位置を計測して制御部１１０によりテーブル１０３を図示しない移動機構により移動させて位置合わせを行う。次に、位置合わせ用カメラ１０９によりフレキシブル基板１０７のインナーリード幅又は基準マーク長を計測し（ステップＳ１０３）、計測値が予め入力しておいた基準値より短いときにはフレキシブル基板１０７を更に加熱し（ステップＳ１０４のＮｏ）、計測値が基準値に達したときは（ステップＳ１０４のＹｅｓ）位置合わせ用カメラ１０９を移動して作業領域から除去し（ステップＳ１０５）、熱圧着ツール１００を下降させ（ステップＳ１０６）、ボンディングを行う（ステップＳ１０７）。

上記の熱圧着の場合に、インナーリード１０８のピッチとバンプ１０６のピッチとを同一に設計すると、電子部品１０５及びフレキシブル基板１０７のいずれもが加熱されて熱膨張の差により互いにその位置が合致しなくなるという問題が発生する。そこで、熱膨張時におけるフレキシブル基板１０７の伸びデータを予め入手し、この伸びデータに基づいて、インナーリード１０８の電極ピッチを熱圧着時の熱膨張による伸び量を予め見込んで短く設計し、インナーリード１０８の電極間距離又は基準マークの距離を測定しながらフレキシブル基板１０７を加熱して膨張させた上で、電子部品のバンプ１０６に位置合わせして、ボンディングを行っていた。
特開２００３−２４３４５２号公報

しかしながら、上記の公知例においては、フレキシブル基板を加熱する工程が製造サイクルタイムを増加させるという問題があった。特に、位置合わせ用カメラにより計測し、フレキシブル基板上に形成した基準マーク長が基準値に達しない場合にはフレキシブル基板をさらに加熱することになり、時間を要する、という課題があった。

また、フレキシブル基板を載置するテーブルを加熱するための加熱手段を必要とするため、装置が複雑となった。

また、ポリイミド等を用いたフィルムキャリアからなるフレキシブル基板は、水分の含有量に応じてその熱膨張が変化するので、製造サイクルタイムを増加あるいはサイクルタイムのばらつきを生じさせる、という課題があった。

また、フレキシブル基板上の基準マーク長の計測後に作業領域から位置合わせ用カメラを移動除去した後に、熱圧着ツールが下降してボンディングを開始するまでの間に、接近してくる熱圧着ツールによりフレキシブル基板がさらに加熱されて膨張するため、その熱膨張による増加量を制御することができず、高精度のボンディングを安定に行うことができない、という課題があった。

本発明においては、上記課題を解決するために以下の手段を講じた。

（１） 所定の電極間距離を有する複数電極が形成された電子部品をフレキシブル基板の対応する複数電極に熱圧着するボンディング方法において、前記対応する複数電極の電極間距離を前記電子部品の所定の電極間距離よりも長くしたフレキシブル基板を用意する工程と、前記電子部品を熱圧着ツールに設置すると共に、前記フレキシブル基板をテーブルに設置する工程と、前記熱圧着ツールにより前記電子部品を加熱する工程と、前記電子部品の電極と前記フレキシブル基板の電極との間の位置を合わせる工程と、前記熱圧着ツール又は／及び前記テーブルを所定の相対速度で接近させる工程と、前記電子部品の電極と前記フレキシブル基板の電極とを熱圧着する工程と、を有するボンディング方法とした。

（２） 電極が形成された電子部品と対応する電極多形成されたフレキシブル基板とを熱圧着するボンディング装置において、前記電子部品を設置して前記電子部品を加熱する加熱手段を備える熱圧着ツールと、前記フレキシブル基板を設置するテーブルと、前記テーブルに設置されたフレキシブル基板を冷却させるための冷却手段と、前記電子部品の電極と前記フレキシブル基板の対応する電極との間の位置合わせを行う位置合わせ手段と、前記熱圧着ツールと前記テーブルとを接近させる駆動機構と、制御部とから構成されるボンディング装置とした。

（３） 所定の電極間距離を有する複数電極が形成された電子部品をフレキシブル基板の対応する複数電極に熱圧着するボンディング方法によって形成された電子部品及びフレキシブル基板からなる電子装置において、前記対応する複数電極の電極間距離を前記電子部品の所定の電極間距離よりも長くしたフレキシブル基板を用意する工程と、前記電子部品を熱圧着ツールに設置すると共に、前記フレキシブル基板をテーブルに設置する工程と、前記熱圧着ツールにより前記電子部品を加熱する工程と、前記電子部品の電極と前記フレキシブル基板の電極との間の位置を合わせる工程と、前記熱圧着ツール又は／及び前記テーブルを所定の相対速度で接近させる工程と、前記電子部品の電極と前記フレキシブル基板の電極とを熱圧着する工程とにより形成された電子装置とした。

電子部品が熱圧着ツールに設置される熱膨張による伸び量を予め見込んで、フレキシブル基板に形成した複数電極の電極間距離を、圧着すべき電子部品に形成した所定の電極間距離よりも長くしたことにより、電子部品が熱圧着ツールに設置されて加熱され、熱膨張により電子部品の電極間距離が広がった場合であっても、フレキシブル基板の電極と電子部品の電極とのずれを低減して熱圧着を行うことができるボンディング方法を提供することができるという効果を有する。

また、テーブルに設置されたフレキシブル基板を冷却する冷却手段を設けたことにより、加熱された熱圧着ツールが接近してもフレキシブル基板の熱膨張を低減させ、かつ、その熱膨張による増加量を一定とすることができるので、フレキシブル基板の電極と電子部品の電極とがずれること抑制して高精度で熱圧着による接続を行うことができるボンディング装置を提供することができるという利点を有する。

また、熱膨張による電極間距離の増分を見込んで電子部品の電極とフレキシブル基板の対応する電極とを高精度でボンディングを行うことができるために、狭ピッチの極微細電極を有する電子装置を提供することができるという利点を有する。

本発明の実施の形態に係るボンディング方法は次の工程を有する。

まず、所定の電極間距離を有する複数電極が形成された電子部品と、この電子部品の電極に対応する複数電極が形成されたフレキシブル基板を用意する。この場合に、フレキシブル基板の対応する複数電極の電極間距離は、熱圧着されるべき電子部品の所定の電極間距離よりも長くする。ここで、電子部品としては半導体チップや水晶振動子等を用いることができる。これらの電子部品には外部と電気的に導通をとるための電極が形成されている。この電極の表面には金（Ａｕ）や半田などからなるバンプが形成されている。また、フレキシブル基板としては、ポリイミド樹脂をベースにその表面に銅（Ｃｕ）等からなるインナーリード及びアウターリードからなる電極が形成されたフィルムキャリア等を用いることができる。このインナーリード又はアウターリードのボンディングすべき表面には、錫や金などの薄膜が形成されている。

次に、電子部品を熱圧着ツールに設置させて加熱し、また、フレキシブル基板をテーブルに設置する。金バンプの場合には、熱圧着ツールにより電子部品を３５０〜４００℃に加熱する。次に、熱圧着ツール又はテーブルを移動して固定し、電子部品とフレキシブル基板との相対的位置を合わせる。位置合わせは、単に熱圧着ツール又はテーブルを所定の位置に移動して固定する方法のほかに、位置合わせ用カメラを用いて微細位置の調整を行う方法を採用することもできる。位置合わせ用カメラを用いる場合には、熱圧着ツール又はテーブルを移動後に位置合わせ用カメラを電子部品とフレキシブル基板との間の作業領域に挿入移動する。そして、電子部品の電極又は基準マークとフレキシブル基板の電極又は基準マークの位置を検出して、この結果に基づいて熱圧着ツール又はテーブルの移動量を算出し、制御部によりテーブル又は熱圧着ツールを移動させて微調整を行う。次に、熱圧着ツール又はテーブルを所定の速度で接近させる。そして、電子部品の電極とフレキシブル基板の電極とを圧力をかけて押し付けることにより接着させる。

また、フレキシブル基板の対応する電極間距離を、常温における電子部品の電極間距離よりも０．０１％〜０．１５％長く形成する。電子部品が熱圧着ツールにより加熱され、その電極間隔が伸びる伸び量を予め見込むことにより、電子部品の電極とフレキシブル基板の電極とが圧着するときの位置ずれを低減させることができるからである。

また、電子部品とフレキシブル基板とを圧着する工程の前、後、又は前後において、テーブルを冷却する。圧着する前にテーブルを冷却することにより、フレキシブル基板が熱圧着ツールにより加熱されて膨張し、熱圧着ツールが下降して電子部品の電極がフレキシブル基板の電極に当接する際に互いに位置ずれが発生することを防止することができる。更に熱圧着後にテーブルを冷却することにより、次にテーブルに設置されるフレキシブル基板の温度上昇を抑制し、フレキシブル基板の熱膨張による電極間の位置ずれを防止することができる。

また、熱圧着ツールとテーブルとを所定の速度で接近させる工程においては、例えば熱圧着ツールをテーブルに向けて下降させて圧着する場合には、その下降速度を約１０ｍｍ／ｓｅｃ〜５０ｍｍ／ｓｅｃで行う。熱圧着ツールは、例えば約４００℃に加熱されており、熱圧着ツールの下降速度が遅い場合にはテーブルに設置されたフレキシブル基板の温度を上昇させ、フレキシブル基板が熱膨張して、当接する電極間に位置ずれを発生させる。後に詳述するが、熱圧着ツールの接近速度を１０ｍｍ／ｓｅｃ〜５０ｍｍ／ｓｅｃとすることにより、フレキシブル基板の熱膨張率が一定となる。その結果、電極間の位置ずれを抑制して高精度で熱圧着することができる。

また、フレキシブル基板の複数電極の電極間距離を熱圧着すべき電子部品の複数電極の電極間距離よりも所定の長さを長くするその増分は、電子部品が熱圧着ツールにより加熱されて電極間距離が熱膨張により増加したその増分から、熱圧着ツール又はテーブルを移動してこれらが接近し、電子部品の電極とフレキシブル基板の電極とが当接するまでの間にフレキシブル基板の電極間距離が熱膨張により膨張したその増分を引いた値と略同一となるように設計する。こうすることにより、電極同士を高精度で接続することができる。

上記のボンディング方法によれば、電極間距離の±０．０１％以下の精度を実現することができる。例えば電極間距離が２０ｍｍの電子部品の電極をフレキシブル基板の対応する電極に熱圧着する場合において、±２μｍ以下の精度でボンディングを行うことができる。その結果、電極幅の狭い電極同士のボンディングが可能となる。これらの電極は銅等の金属電極が用いられている。熱圧着ツールが接近するときにフレキシブル基板上の電極幅が狭いほうがフレキシブル基板の温度上昇を抑制することができる。例えばフレキシブル基板上の複数電極の電極幅を２０μｍ以下とすることにより、フレキシブル基板の温度上昇を抑制することができ、その結果更に位置合わせ精度を向上させることができる。

次に、本発明の実施の形態に係るボンディング装置は次の構成を有する。

電子部品を真空吸着等により設置し、ヒーター等の加熱手段によって電子部品を加熱する加熱手段を備えた熱圧着ツールと、フレキシブル基板を真空吸着等により固定して設置するためのテーブルと、電子部品の電極とフレキシブル基板の電極との位置合わせを行うための位置合わせ手段と、テーブルに設置されたフレキシブル基板を冷却するための冷却手段と、熱圧着ツールとテーブルとを接近させるための駆動機構と、加熱手段及び冷却手段等を制御するための制御部とを有する。

熱圧着ツールは、電子部品を吸着するための真空手段と、吸着した電子部品を加熱するためのヒーターとを有し、電子部品を接着する台座部分である接合作用部等を有している。また、熱圧着ツールは昇降手段に接続し、更にシリンダー等により加圧される加圧部に接続している。また、接合作用部にはその温度を検出するための温度検出手段を備えている。

テーブルは、フレキシブル基板を吸着するための真空手段と、フレキシブル基板を冷却するための冷却手段を備えている。テーブルは、水平方向に移動する移動手段の上に設置されており、ボンディングの作業領域外に移動してフレキシブル基板を設置し、再び作業領域内に戻してボンディングを行うことができる。更に、前記移動手段とテーブルとの間にＸＹ移動テーブルからなるＸＹ移動手段を付加し、テーブルの位置の微調整を行うことができるようにすることができる。これにより、電子部品の電極とフレキシブル基板の電極との位置合わせを高精度で行うことができる。

位置合わせ手段は、テーブルが移動してテーブルの所定の位置にフレキシブル基板を設置し、次にテーブルが元の位置に移動して熱圧着を行う作業領域の予め定められた位置で停止させるストッパとすることができる。また、電子部品を熱圧着ツールに設置し、テーブルにフレキシブル基板を設置して熱圧着による接続を行う作業領域に移動した後に、電子部品とフレキシブル基板との間に位置合わせ用カメラを移動挿入し、この位置合わせ用カメラにより対応する電極の相対位置を検出して位置ずれ量を算出し、この算出された位置ずれ量に基づいて制御部がＸＹ移動手段を駆動してテーブルの位置を移動させて位置合わせを行うようにすることができる。この場合の位置合わせ手段は、位置合わせ用カメラ及びＸＹ移動手段となる。

制御部は、接合作用部を所定の温度に維持するために加熱手段を制御し、フレキシブル基板が所定温度以上とならないように冷却手段を制御すると共に、熱圧着ツールとテーブルとを接近させるための駆動機構の動作等を制御する。

本実施の形態においては、電子部品が所定の温度に加熱されていることを条件に、位置合わせ工程終了後直ちに熱圧着ツールとテーブルとを接近させて熱圧着を行うことができる。そのために、テーブルを加熱してフレキシブル基板の温度を上昇させて、所定の温度に達したときに熱圧着ツールを下降させて熱圧着を行う方法と比較して、短時間にボンディングを行うことができ、製造時におけるサイクルタイムを短縮することができる。

また、冷却手段としては、テーブル内に冷却用パイプを配設して冷却水を循環させる。また、テーブル内にペルチェ素子を設置して電気的にテーブルを冷却することができる。これにより、加熱された熱圧着ツールにより室温以上にフレキシブル基板やテーブルが加熱されることを防止することができ、電極間の接合精度を高めることができる。

また、冷却手段としては、テーブル外から室温又は冷却された大気を送風することにより行うことができる。

また、テーブルの材料を、ダイヤモンド、導電性金属、窒化アルミニュウム、窒化珪素、アルミナ、スチール、超鋼材、チタン、ステンレス鋼材、セラミック、酸化チタンのいずれかの材料又は複合材料を用いることができる。これらの材料は放熱性が高く、そのために熱圧着ツールが近接することによるテーブルの蓄熱を抑えることができ、毎回のボンディング開始時にはテーブルの温度を室温に保持することができ、そのために電極間の接合位置精度を向上させて、製造不良率を下げることができる。

本発明の実施の形態に係る電子部品及びフレキシブル基板からなる電子装置は、電子部品の電極とフレキシブル基板の電極との接続電極の位置ずれが極めて少ない。そのために、例えば２０μｍ以下の電極幅あるいは電極間隔を有する電子部品やフレキシブル基板を用いた電子装置を実現することができる。

次に、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

＜第１の実施の形態について＞
図１は、本実施の形態に係るボンディング装置１の模式的ブロック図である。熱圧着ツール２は、電子部品４を接合作用部１１の上に真空吸着するための真空手段を有し（図示しない）、また、熱圧着ツール２及び電子部品４を加熱するための加熱手段であるヒーター３を備えている。テーブル６は、フレキシブル基板８を吸着する真空手段を有し（図示しない）、また、フレキシブル基板８を冷却するための冷却用パイプ又はペルチェ素子から成る冷却手段７を備えている。熱圧着ツール２は昇降駆動部及び加圧手段（図示しない）からなる駆動機構に設置されている。テーブル６は移動手段（図示しない）の上に設置されており、熱圧着ツール２の下の作業領域から外部へ移動してフレキシブル基板８を載置し、再び作業領域に移動して位置合わせ手段である停止手段により停止する。また、熱圧着ツール２への電子部品の装着は、テーブル６が熱圧着を行う作業領域外へ移動したときに、他の稼動装置に電子部品を載置したツールが熱圧着ツール２の下部に移動し、熱圧着ツール２が下降して当該ツール上の電子部品を吸着する自動供給システムにより供給される。

テーブル６はステンレス鋼材を使用しているが、放熱性のよい材料、例えばダイヤモンド、導電性金属、窒化アルミニュウム、窒化珪素、アルミナ、スチール、超鋼材、チタン、セラミック、酸化チタンのいずれかの材料又は複合材料を使用することができる。

制御部１０は、熱圧着ツール２のヒーター３への電力供給、熱圧着ツール２の温度管理、熱圧着ツールの昇降駆動部及び加圧手段の制御、テーブル６の移動、冷却手段への電力供給、テーブルの温度管理等を行う。

半導体チップからなる電子部品４の上には電極としてのＡｕからなる複数のバンプ５が形成されている。電子部品４として、半導体チップの他に水晶振動子等の他の電子素子を用いることができる。ポリイミドフィルムからなるフレキシブル基板８の上にはインナーリードやアウターリードからなる複数の電極９が形成されている。本実施の形態におけるブロック図においては、フレキシブル基板８の電極９に電子部品４のバンプ５を熱圧着によりボンディングする直前の状態を示している。

図２は、本実施の形態に係るボンディング方法を表すフローチャート図である。まず、ポリイミド樹脂からなる基材に複数の電極９を形成したフレキシブル基板８を用意する。電極９の間隔は、熱圧着によって接続すべき電子部品４上の対応するバンプ５の電極間距離よりも長くして形成する。このフレキシブル基板８をテーブル６に設置して真空吸着させる（ステップＳ１）。そして、制御部１０からの信号により、熱圧着を行う作業領域にテーブル６を移動して所定の位置に固定し（ステップＳ２）、同時にテーブル６を冷却手段７により冷却してフレキシブル基板８を冷却する（ステップＳ３）。なお、冷却手段７をテーブル６の外部に設けてテーブル６上のフレキシブル基板８に室温又は冷却した大気を送風して冷却するようにしても良い。

また、上記ステップＳ１〜ステップＳ３と平行して、複数のバンプ５が形成された電子部品４を熱圧着ツール２の接合作用部１１に真空吸着させる（ステップＳ４）。制御部１０からの信号によりヒーター３に電力を供給して熱圧着ツール２の接合作用部１１を加熱し、電子部品４を加熱する（ステップＳ５）。接合作用部１１の温度が所定の温度に達しないときは更に加熱し（ステップＳ６のＮｏ）、所定の温度に達したときには（ステップＳ６のＹｅｓ）熱圧着ツール２を下降させる（ステップＳ７）。これらの制御は制御部１０により行う。接合作用部１１の温度は通常３５０℃〜４００℃に設定する。電子部品４のバンプ５とフレキシブル基板８の電極９とが、金−金接合の場合や、金−錫接合の場合には、接合作用部１１の温度を３８０℃以下に設定するのが好ましい。

次に、熱圧着ツール２を所定の速度で下降させてバンプ５と電極９とを当接させて所定の圧力を印加してボンディングを行う（ステップ８）。次に、熱圧着ツール２の真空吸着を解除して熱圧着ツール２を上昇させ（ステップＳ９）、テーブル６を移動手段により移動し、同時にテーブル６を冷却手段７により冷却する（ステップＳ１０）。次にボンディングされた電子部品４をフレキシブル基板８と共にテーブル６から取り外して（ステップＳ１１）一連の動作を終了する。

図３は、本実施の形態のボンディングについて、電子部品４の電極であるバンプ５とフレキシブル基板８の上の電極９との位置関係を説明するための概念図である。図３（ａ）は室温におけるバンプ５と電極９の位置関係を示し、図３（ｂ）は熱圧着ツール２により加熱された電子部品４のバンプ５とフレキシブル基板８の電極９との位置関係を示し、図３（ｃ）は熱圧着ツール２を下降させてバンプ５と電極９とを当接してボンディングを行っている状態を示し、図３（ｄ）はボンディング装置１から電子部品４とフレキシブル基板８を取り外したときの状態を示す図である。

まず図３（ａ）において示すように、フレキシブル基板８上の電極９の間隔は、加熱される前の電子部品４上のバンプ５の間隔よりも長さの増分ｔ₁長く形成する。長さｔ₁は電子部品４の材料や加熱温度等により影響を受けるが、バンプ５の間隔に対して０．０１％〜０．１５％長くする。より好ましくは、０．０５％〜０．０８％長くする。

次に図３（ｂ）に示すように、電子部品４が加熱された結果熱膨張による長さの増分ｔ₂伸びる。例えば電子部品４として半導体チップを用いた場合には、膨張係数が約３ｐｐｍ／℃であることから、バンプ５の電極間隔が２０μｍとして温度４００℃まで加熱すると、長さの増分ｔ₂は約２４μｍとなる。即ち、狭ピッチの微細電極をボンディングする場合には、この長さの増分を考慮しなければ正しくボンディングを行うことができないことを意味する。

次に、図３（ｃ）に示すように、熱圧着ツール２を下降させてバンプ５と電極９とを当接させると、フレキシブル基板８は熱圧着ツール２の熱により長さの増分ｔ₃の熱膨張が生ずる。フレキシブル基板８は冷却されているテーブル上に載置されているが、熱圧着ツール２からの輻射熱により加熱され、そのために熱膨張するものと考えられる。そこで、この熱膨張を考慮してフレキシブル基板８上の電極９の間隔を電子部品４上のバンプ５の間隔よりも長さの増分ｔ₁長く設計する。即ち、長さの増分ｔ₁は電子部品４の熱膨張による長さの増分ｔ₂からフレキシブル基板８の熱膨張による長さの増分ｔ₃を引いた値とすればよい。このように設計することにより、熱圧着後のバンプ５と電極９との間の位置ずれを±０．０１％以内の高精度の接合を実現することができた。なお、このｔ₃のフレキシブル基板８の熱膨張は、後述するように熱圧着ツール２の下降速度にも関連する。

次に、図３（ｄ）に示すように、電子部品４を熱圧着ツールから取り外し室温に戻すことにより冷却されて収縮する。その結果、電極９の間に位置するフレキシブル基板８には若干のたわみが生ずる。このたわみは電子部品４の収縮のほうがフレキシブル基板８の収縮よりも大きいためであるが、電子部品４やフレキシブル基板８の機能に影響を与えるレベルではないので、問題にする必要が無い。

従来方法においては電子部品４のバンプ電極間隔よりもフレキシブル基板８の電極間隔を短く設計し、フレキシブル基板８を加熱して熱膨張させてボンディングを行っていた。しかしフレキシブル基板は水分等の含有量により熱膨張量にバラツキを生じた。本実施の形態においては、従来法とは反対に、フレキシブル基板８の電極９の間隔を電子部品４のバンプ５の間隔よりも長くする。そしてボンディングの際にはフレキシブル基板８を冷却する。これにより、電極間の位置ずれを減少させて、高精度のボンディングを行うことができるようにした。

図４は、熱圧着ツール２の下降速度とフレキシブル基板８（図においてはＦＰＣと記す）の寸法変化率を示すグラフである。横軸が熱圧着ツール２の下降速度を表し、縦軸がフレキシブル基板８の寸法変化率を表す。熱圧着ツールの下降速度を極めて遅くした場合の変化率を概ね１００％として、下降速度を上昇させた。その結果、熱圧着ツール２の下降速度が１０ｍｍ／ｓｅｃより遅いときには、熱圧着ツール２からの熱輻射によりフレキシブル基板８の寸法変化率は大きく変化する。しかし、下降速度が概ね１０ｍｍ／ｓｅｃ以上、特に約１５ｍｍ／ｓｅｃ以上である場合にはフレキシブル基板８の寸法変化率は極めて小さくほぼ一定となる。寸法変化率が一定であることは、フレキシブル基板８の熱による変化量を正確に見込むことができることを意味する。従って、熱圧着ツール２の下降速度を約１０ｍｍ／ｓｅｃ以上とすることが好ましい。より好ましくは、その下降速度を１５ｍｍ／ｓｅｃ以上とする。

また、図４に示したフレキシブル基板８の理論寸法変化率は９９．８７％であり、一方上記グラフより熱圧着ツール２の下降速度が１０ｍｍ／ｓｅｃ以上の安定する寸法変化率が概ね９９．４５％である。従って、これらの値の差を室温における電子部品４のバンプ５の電極間距離に対してフレキシブル基板８の電極間距離を長くするその増分の値とすればよい。即ち、上記の例においては０．０７％と算出することができる。しかし、電子部品の材料や、熱圧着ツール２温度設定、あるいは、フレキシブル基板８の材質等の影響を考慮して、室温における電子部品４の電極間距離に対して、フレキシブル基板８上の電極間距離の設計上の増分を、０．０１％〜０．１５％、より好ましくは、０．０５％〜０．０８％にするのがよい。

＜第２の実施の形態について＞
図５は、他の実施の形態に係るボンディング装置１の模式的ブロック図である。図１と同一のブロック又は素子については同一の符号を付している。

ボンディング装置１は、電子部品４を接合作用部１１に真空吸着するための真空手段（図示しない）と、電子部品４を加熱するためのヒーター３を備えた熱圧着ツール２と、フレキシブル基板８を真空吸着するための吸着手段（図示しない）と、フレキシブル基板８を冷却するための冷却手段７と、テーブルの温度を検出するための温度検出手段１３を備えたテーブル６と、熱圧着ツール２を駆動するための昇降駆動部（図示しない）の制御、ヒーター３の制御、テーブル６を移動させるための移動手段（図示しない）の制御、冷却手段７の制御等を行う制御部１０から構成されている。

更に、電子部品４の上に形成された電極であるバンプ５又は位置合わせ用の基準マークの位置、及び、フレキシブル基板８の上に形成された電極９又は位置合わせ用の基準マークの位置を検出するための位置合わせ手段である位置合わせ用カメラ１４を備えている。位置合わせ用カメラ１４は、電子部品４を載置した熱圧着ツール２とフレキシブル基板８を載置したテーブル６との間に挿入自在に駆動機構（図示しない）により駆動される。また、位置合わせ手段として、位置合わせ用カメラ１４の他に顕微鏡やその他のセンサーを用いることができる。

その他ボンディング装置１の構成は、図１で説明した構成と同一である。ここで、テーブル６はステンレス鋼材を使用しているが、放熱性のよい材料、例えばダイヤモンド、導電性金属、窒化アルミニュウム、窒化珪素、アルミナ、スチール、超鋼材、チタン、セラミック、酸化チタンのいずれかの材料又は複合材料を使用することができる。その他、本実施の形態におけるボンディング装置１の構成は、図１において説明した構成と同じである。

図６及び図７は、本実施の形態に係るボンディング方法を表すフローチャート図である。まず、ポリイミド樹脂からなる基材に複数の電極９を形成したフレキシブル基板８を用意する。電極９の電極間距離は、熱圧着して接続すべき電子部品４上の対応するバンプ５の室温における所定の電極間距離よりも長くして形成する。このフレキシブル基板８をテーブル６に設置して真空吸着させる（ステップＳ２１）。そして、制御部１０からの信号により、熱圧着を行う作業領域にテーブル６を移動して所定の位置に固定し、必要に応じてテーブル６を冷却手段７により冷却してフレキシブル基板８を冷却する。

また、接合用電極であるバンプ５を形成した電子部品４を熱圧着ツール２の接合作用部１１に真空吸着させる（ステップＳ２２）。次に熱圧着ツール２の接合作用部１１をヒーター３により加熱する（ステップＳ２３）。接合作用部１１の温度は通常３５０℃〜４００℃に加熱する。接合部に金や錫を用いる場合には、接合作用部１１の温度を３８０℃以下に設定する。

接合作用部１１の温度を図示しない温度検出手段により検出し、接合作用部１１の温度が所定温度に達しないときには（ステップＳ２４のＮｏ）、更に加熱し、所定温度に達したことを温度検出手段が検出したときには（ステップＳ２４のＹｅｓ）、位置合わせ用カメラ１４を熱圧着ツール２とテーブル６との間に挿入して、位置測定を行う（ステップＳ２５）。位置測定は、電子部品４のバンプ５又は位置合わせ用の基準マークと、フレキシブル基板８上の電極９又は所定の位置合わせ用の基準マークとの位置測定を行う。バンプ５と電極９との位置関係が、例えば図３（ｂ）に示す所定の関係からずれていることを検出した場合には制御部１０はテーブル６を検出された位置ずれ量を移動させる（ステップＳ２６）。移動後に更に位置関係を測定し、バンプ５と電極９とが所定の位置関係に達しない場合には（ステップＳ２７のＮｏ）、更にテーブル６を移動して調整し、所定の位置関係に達したときには（ステップＳ２７のＹｅｓ）、位置合わせ用カメラ１４を作業領域外へ移動する（ステップＳ２８）。

テーブル６は冷却手段７により冷却し（ステップＳ２９）、温度検出手段によりテーブル６の温度を検出し、所定温度以下に達していないと制御部１０が判定した場合には更に冷却を持続し（ステップＳ３０のＮｏ）、所定温度に達したことを検出して（ステップＳ３０のＹｅｓ）、熱圧着ツール２を下降させる（ステップＳ３１）。所定の温度として、例えば３０℃に設定することができる。熱圧着ツール２の下降速度は、好ましくは１０ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度で行う。更に、より好ましくは１５ｍｍ／ｓｅｃの速度で行う。既に説明したように、この速度で下降させることにより、フレキシブル基板８の寸法変化率が一定するからであり、その結果、高精度でバンプ５と電極９とを当接させることができるからである。

バンプ５と電極９とを当接後に所定の加圧を与えて維持してボンディングを行う。ボンディングの時間は０．１ｓｅｃ〜０．５ｓｅｃが好ましい。さらに、０．３ｓｅｃの間にボンディングを行うことがより好ましい。ボンディング時間が長く成るとテーブル６を加熱し、次の電子部品４をボンディングする際にフレキシブル基板８の冷却に時間を要することになり、生産性を悪化させるからである。

次に、電子部品４の真空吸着を解除して熱圧着ツール２を上昇させ（ステップＳ３３）、テーブル６を移動して電子部品４と接合したフレキシブル基板８とを取り出し（ステップＳ３４）、次のボンディングに備えるためにテーブル６を冷却し（ステップＳ３５）、所定温度、例えば３０℃以下となったときに（ステップＳ３６のＹｅｓ）、スタートへ戻る。

なお、上記の実施の形態において、ステップＳ２９及びステップＳ３０を必要に応じて省略することができる。フレキシブル基板８をテーブル６にセットするステップＳ２１の工程においてテーブル６が十分冷却されている場合には、テーブル６の熱容量により温度上昇を抑えることができるからである。また、ステップＳ３５及びステップＳ３６を必要に応じて省略することができる。ステップＳ２９及びステップＳ３０においてテーブル６が十分冷却され、テーブル６の熱容量により熱圧着ツール２によるボンディング後において温度上昇が許容範囲内であれば、冷却する必要が無いからである。

また、上記実施の形態において、熱圧着ツール２が下降してボンディングを行う例について説明してきたが、熱圧着ツール２を固定し、テーブル６が上昇してボンディングを行う場合でも、本発明の範囲内である。

本実施形態におけるボンディング装置の模式的ブロック図である。 本実施形態におけるボンディング方法を表すフローチャート図である。 本実施形態における電子部品４の電極であるバンプ５とフレキシブル基板８の上の電極９との位置関係を説明するための概念図である。 本実施形態における熱圧着ツールの下降速度とフレキシブル基板８の寸法変化率を表すグラフである。 本実施形態における他のボンディング装置の模式的ブロック図である。 本実施形態における他のボンディング方法を表すフローチャート図である。 本実施形態における他のボンディング方法を表すフローチャート図である。 従来公知のボンディング装置の概念的ブロック図である。 従来公知のボンディング方法を示すフローチャート図である。

符号の説明

１ ボンディング装置
２ 熱圧着ツール
３ ヒーター
４ 電子部品
５ バンプ
６ テーブル
７ 冷却手段
８ フレキシブル基板
１０ 制御部
１１ 接合作用部

Claims (9)

1. 所定の電極間距離を有する複数電極が形成された電子部品をフレキシブル基板の対応する複数電極に熱圧着するボンディング方法において、
   前記フレキシブル基板の対応する複数電極の電極間距離を前記電子部品の所定の電極間距離よりも長くした前記フレキシブル基板を用意する工程と、
   前記電子部品を熱圧着ツールに設置すると共に、前記フレキシブル基板をテーブルに設置する工程と、
   前記テーブルを冷却する工程と、
   前記熱圧着ツールにより前記電子部品を加熱する工程と、
   前記電子部品の電極と前記フレキシブル基板の電極との間の位置を合わせる工程と、
   前記熱圧着ツール又は／及び前記テーブルを所定の相対速度で接近させる工程と、
   前記電子部品の電極と前記フレキシブル基板の電極とを熱圧着する工程と、
   を有することを特徴とするボンディング方法。
2. 前記フレキシブル基板の対応する複数電極の電極間距離を、室温において前記電子部品の前記所定の電極間距離よりも０．０１％〜０．１５％長く形成したことを特徴とする請求項１に記載のボンディング方法。
3. 前記熱圧着する工程の後、前記テーブルを冷却することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のボンディング方法。
4. 前記接近させる工程は、前記熱圧着ツール及び／又は前記テーブルを１０ｍｍ／ｓｅｃ〜５０ｍｍ／ｓｅｃの相対速度で接近させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のボンディング方法。
5. 前記フレキシブル基板の対応する複数電極の電極間距離を長くする長さの増分は、前記電子部品を加熱したときに生じる前記所定の電極間距離の熱膨張による長さの増分から、前記熱圧着ツール又は／及び前記テーブルを接近させたときに生じる前記フレキシブル基板の対応する複数電極の電極間距離の熱膨張による長さの増分を引いた値と略同一であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のボンディング方法。
6. 所定の電極間距離を有する複数電極が形成された電子部品をフレキシブル基板の対応する複数電極に熱圧着するボンディング装置において、
   前記電子部品を設置して前記電子部品を加熱する加熱手段を備える熱圧着ツールと、
   前記フレキシブル基板の対応する複数電極の電極間距離を前記電子部品の所定の電極間距離よりも長くした前記フレキシブル基板を設置し、高い放熱性を有する材料で形成されたテーブルと、
   前記テーブルに設置されたフレキシブル基板を冷却するための冷却手段と、
   前記電子部品の電極と前記フレキシブル基板の対応する電極との間の位置合わせを行う位置合わせ手段と、
   前記熱圧着ツールと前記テーブルとを接近させるための駆動機構と、
   前記加熱手段及び冷却手段を制御する制御部とから構成されることを特徴とするボンディング装置。
7. 前記テーブルは、ダイヤモンド、導電性金属、窒化アルミニュウム、窒化珪素、アルミナ、スチール、超鋼材、チタン、ステンレス鋼材、セラミック、酸化チタンのいずれかの材料又は複合材料からなることを特徴とする請求項６に記載のボンディング装置。
8. 前記冷却手段は、前記テーブル内に設置した冷却用パイプ又はペルチェ素子であることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のボンディング装置。
9. 前記冷却手段は、室温又は冷却された大気を送風する送風手段であることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載のボンディング装置。

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