JP6064173B2

JP6064173B2 - ボンディング装置

Info

Publication number: JP6064173B2
Application number: JP2013211543A
Authority: JP
Inventors: 坪井　保孝; 保孝坪井; 山田　晃; 山田　　晃; 辻川　俊彦; 俊彦辻川
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-10-09
Filing date: 2013-10-09
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2033-10-09
Also published as: CN104564943B; US20150096687A1; US10058019B2; CN104564943A; JP2015076499A

Description

本発明は、光硬化性の接着剤を介して光透過性を有する基板に電子部品を接合するボンディング装置に関するものである。

従来、光透過性を有するガラス基板（以下、「基板」と略称する）に光硬化性の接着剤を介してＩＣやＦＰＣ等の電子部品を接合するボンディング装置が知られている（例えば特許文献１）。このようなボンディング装置では、光透過性を有する透過部材の下受け面で基板の縁部を下受けし、この縁部に接着剤を介して予め搭載された電子部品を圧着ツールによって所定時間だけ押圧する。この押圧時に、複数のＬＥＤライト等から成る光照射部から光を接着剤に向けて下方から照射する。照射された光は透過部材と基板を通過して接着剤に到達し、これにより接着剤の硬化を促進させながら基板に電子部品を低温度で圧着することができる。

特開平９−６９５４３号公報

透過部材を介して基板上の接着剤に光を入射させながら基板と電子部品を接合させて実装基板を生産する形態下においては、光照射部から透過部材の下受け面に向かって照射された光が、下受け面上の所定の照射エリア内において一定の照度で均一に照射されることが実装品質上きわめて重要となる。そのため、照射エリア内の各位置の照度を測定して照射ムラの検査を定期的に実施する必要があるが、従来ではそれを実現するための有効な手段が存在していなかった。

そこで本発明は、接着剤を介して電子部品が接合される基板の接合領域を下受けする透過部材の下受け面における照射エリア内の照度分布を容易に把握することができるボンディング装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の本発明は、光透過性を有する透過部材を有し、光透過性を有する基板の少なくとも電子部品が接合される接合領域を前記透過部材の下受け面によって下受けするバックアップ部と、光硬化性を有する接着剤を介して前記接合領域に予め搭載された電子部品を押圧して前記基板に圧着する圧着部と、前記基板と前記電子部品との間に介在する前記接着剤の硬化を促進するための光を前記下受け面に向けて下方から照射する光照射部とを備え、前記光照射部からの光が前記下受け面を介して前記接着剤に入射した状態で当該接着剤の上面に搭載された電子部品を押圧することによって、前記基板に電子部品を接合するボンディング装置であって、前記下受け面における前記光照射部からの光の照度分布を測定する光分布測定手段を備えた。

本発明によれば、透過部材の下受け面における光照射部からの光の照度分布を測定する光分布測定手段を備えたので、透過部材の下受け面における照射エリア内の照度分布を容易に把握することができる。

本発明の一実施の形態におけるボンディング装置の斜視図本発明の一実施の形態におけるボンディング装置の側面図本発明の一実施の形態におけるバックアップ部及び光照射部の部分斜視図（ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態における光検知センサの取り付け方法を示す説明図本発明の一実施の形態におけるボンディング装置の制御系のブロック図（ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の一実施の形態における電子部品の圧着動作を示す説明図（ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態における照度を測定するための動作を示す説明図本発明の一実施の形態における表示部に表示される画面を示す図

まず図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態におけるボンディング装置の全体構成について説明する。ボンディング装置１は基板２にＩＣ、ＦＰＣ（フレキシブル基板）、ＴＣＰ（テープキャリアパッケージ）等の電子部品３を圧着により接合する機能を有しており、基台４に基板位置決め部５、バックアップ部６及び圧着部７及び光照射部８を配設して構成されている。基板２は２枚の透明なガラス基板を積層した構成となっている。ボンディング装置１には、下層側のガラス基板が露呈された複数の縁部２ａ，２ｂに光硬化性の接着剤９（図６）を介して複数の電子部品３が仮圧着された基板２が搬入される。このボンディング装置１では、基板２の縁部２ａに仮圧着された電子部品３を接合する。

図２において、基板位置決め部５は、Ｘ軸テーブル１０Ｘ、Ｙ軸テーブル１０Ｙ、Ｚθ軸テーブル１０Ｚθを積層した構成の基板位置決めテーブル１０上に、基板保持ステージ１１を装着した構造となっている。Ｘ軸テーブル１０Ｘを駆動することによりＹ軸テーブル１０Ｙは水平方向（Ｘ方向）に移動し、Ｙ軸テーブル１０Ｙを駆動することによりＺθ軸テーブル１０ＺθはＸ方向と水平面内において直交するＹ方向に移動する。また、Ｚθ軸テーブル１０Ｚθを駆動することにより、基板保持ステージ１１はＸＹ平面に対して垂直な軸（Ｚ軸）方向へ昇降し、Ｚ軸を中心に回転する。基板保持ステージ１１の上面には、作業対象となる基板２が保持される。Ｘ軸テーブル１０Ｘ及びＹ軸テーブル１０Ｙは、水平移動機構を構成する。

図２及び図３において、バックアップ部６はＸ方向に延びて設けられた支持ベース１２上に、同じくＸ方向に延びたブロック状の透過部材１３を配設して構成される。支持ベース１２には側面から上面に向かって切り欠きが形成されており、透過部材１３の下面の一部は支持ベースに１２からはみだして露呈した状態となっている。

透過部材１３の上面は、基板位置決めテーブル１０を駆動することによって所定の圧着作業位置に位置決めされた基板２の縁部２ａを下受けする下受け面となっている。したがって、電子部品３が接合される領域を含む基板２の縁部２ａは、電子部品３の圧着時に透過部材１３によって支持される。このようにバックアップ部６は、光透過性を有する透過部材１３を有し、光透過性を有する基板２の少なくとも電子部品３が接合される接合領域を透過部材１３の下受け面によって下受けする。また基板位置決めテーブル１０は、基板２を移動させて電子部品３が接合される接合領域を下受け面に位置決めするための基板位置決め機構となっている。

図１及び図２において、圧着部７は、基台４上に立設された門型のフレーム１４に、複数の昇降押圧機構１５によって個別に昇降駆動される複数の圧着ツール１６をＸ方向に並べて配設した構成となっている。各圧着ツール１６の下方には透過部材１３が位置している。各圧着ツール１６にはヒータ１７が内蔵されており、電子部品３の押圧時に電子部品３を加熱する。

昇降押圧機構１５を駆動することにより、各圧着ツール１６は透過部材１３の上方においてロッド１５ａを介して昇降する。これにより、ヒータ１７によって電子部品３を加熱しながら押圧して基板２に圧着することができる。このように圧着部７は、光透過性を有する接着剤９を介して接合領域に予め搭載された電子部品３を押圧して基板２に圧着する。

図１、図２及び図３において、光照射部８は複数（本実施の形態では４個）の光照射器１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄから構成される。各光照射器１８Ａ〜１８Ｄは、透過部材１３の下方において各圧着ツール１６と対応する位置に配設されている。光照射器１８Ａ〜１８Ｄは、仮圧着の状態の電子部品３に接着する接着剤９の硬化を促進する作用を有する光を、透過部材１３に向けて下方から照射する。

各光照射器１８Ａ〜１８ＤにはＬＥＤ等から成る複数の光源が内蔵されており、照射される光は所定の幅をもって拡散する。全ての光照射器１８Ａ〜１８Ｄによって光を照射したときの透過部材１３の下受け面上における照射エリアＥは、基板２の縁部２ａにおいて接合対象となる電子部品３が存在する領域を含む。このように光照射部８は、基板２と電子部品３との間に介在する接着剤９の硬化を促進するための光を下受け面に向けて下方から照射する。

次に図４（ａ），（ｂ）、図７（ａ），（ｂ）を参照して、光検知センサ１９について説明する。光検知センサ１９は、照射エリアＥ内における光照射器１８Ａ〜１８Ｄからの光の照度の測定に用いられる。光検知センサ１９には光が入射する受光口（直径は約１〜３ｍｍ）２０が形成されており、後述するボンディング装置１に備えられた制御部２４（図５）とケーブル２１によって接続されている。

光検知センサ１９には、フォトダイオード等の受光素子が内蔵されている。受光素子に入射した光照射器１８Ａ〜１８Ｄからの光は電気信号に変換され、光検知センサ１９に内蔵されたＡ／Ｄ変換回路等によって照度値に変換される。そして、この照度値はケーブル２１を通じて制御部２４に出力される。

透過部材１３の下受け面の上方に光検知センサ１９を位置合わせすると、透過部材１３を透過した光照射器１８Ａ〜１８Ｄからの光が受光口２０を通じて受光素子に入射する。これにより、受光口２０の下方において照射エリアＥ内の所定の位置に入射した光照射器１８Ａ〜１８Ｄからの光を検知する。このように光検知センサ１９は、透過部材１３の下受け面における照射エリアＥ内の所定の位置に入射した光照射部８からの光を検知する。なお、光検知センサ１９によって光を検知可能な範囲は受光口２０の大きさと等しいため、受光口の位置するごく狭い範囲の光の強さを正確に計測することができる。このため、照射エリアＥの全体の光の分布を知るためには、光検知センサ１９を透過部材１３の上方で移動させ、受光口２０の位置を変更しながらそれぞれの位置で光を検知する必要がある。

次に、光検知センサ１９の取り付け構造について説明する。図４（ａ），（ｂ）において、光検知センサ１９は矩形の板状部材２２の一端部において受光口２０を露呈させた状態で固定されている。板状部材２２には上下に貫通する複数の取り付け穴２２ａが形成されている。また、基板保持ステージ１１には取り付け穴２２ａの位置に対応して複数の螺子穴１１ａが形成されている。

対応する取り付け穴２２ａと螺子穴１１ａが上下に一致するように板状部材２２と基板保持ステージ１１を重ね合わせ、複数のネジ２３を取り付け穴２２ａと螺子穴１１ａに螺合させることにより、光検知センサ１９は板状部材２２を介して基板保持ステージ１１に固定される（図４（ｂ））。また、ネジ２３による固定を解除することにより、光検知センサ１９は板状部材２２とともに基板保持ステージ１１から取り外される。このように、光検知センサ１９は基板位置決めテーブル１０に対して着脱自在に装着される。そして、光検知センサ１９を基板位置決めテーブル１０に固定した状態でＸ軸テーブル１０Ｘ，Ｙ軸テーブル１０Ｙを駆動することにより、光検知センサ１９を透過部材１３の上方でＸＹ方向に水平移動させることができる。

上記構成において、Ｘ軸テーブル１０Ｘは光検知センサ１９を一の水平方向に移動させる第１の移動テーブルとなっており、Ｙ軸テーブル１０Ｙは光検知センサ１９を一の水平方向と水平面内において直交する方向に移動させる第２の移動テーブルとなっている。また、基板位置決めテーブル１０は、照射エリアＥを含む透過部材１３の下受け面の上方で光検知センサ１９を移動させる光検知センサ移動手段としても機能する。すなわち、光検知センサ移動手段は基板位置決め機構も兼ねている。

次に図５を参照して、ボンディング装置１の制御系について説明する。ボンディング装置１に備えられた制御部２４は、記憶部２５、機構制御部２６、照度測定部２７、照度分布作成部２８及び表示処理部２９を含んで構成されている。また、制御部２４は基板位置決めテーブル１０、昇降押圧機構１５、ヒータ１７、光照射器１８Ａ〜１８Ｄ、操作・入力部３０及び表示部３１と接続されている。さらに、制御部２４はケーブル２１を介して光検知センサ１９と接続されている。なお、光検知センサ１９は後述する照度測定のときだけ制御部２４と接続される。

記憶部２５は圧着処理プログラム２５ａ、照度分布測定処理プログラム２５ｂを記憶する。圧着処理プログラム２５ａは、電子部品３を圧着するための動作プログラムであり、記憶部２５に別途記憶された基板２を位置決めする際の座標値を示す基板位置決めデータ、電子部品３の圧着順序、各電子部品圧着点の位置を特定する圧着位置データ等を参照して圧着のための処理を実行する。照度分布測定処理プログラム２５ｂは、照射エリアＥ内における各測定位置の照度を測定して照度分布を作成するための動作プログラムであり、記憶部２５に別途記憶された複数の測定位置の座標データ等を参照して照度の測定を実行する。

機構制御部２６は、圧着処理プログラム２５ａや照度分布測定処理プログラム２５ｂからの指令に基づいて基板位置決めテーブル１０、昇降押圧機構１５、ヒータ１７、光照射器１８Ａ〜１８Ｄ等を作動させる制御部である。

照度測定部２７は、照度分布測定処理プログラム２５ｂからの要求に応じて光検知センサ１９から送信された照度値を測定位置と関連付けて記憶部２５に記憶する。照度分布作成部２８は、照度測定部２７による照度の測定結果に基づき、照射エリアＥの照度分布を示す情報を含む照度分布データを作成する。この照度分布データには、照射エリアＥ内における各測定位置の照度を数値に応じて視覚的に区別した照度分布の画像が含まれる。このように照度分布作成部２８は、照射エリアＥ内の複数の測定位置の測定結果に基づいて照度分布を作成する照度分布作成手段となっている。作成された照度分布データは、記憶部２５に記憶される。本実施の形態では、光検知センサ１９、基板位置決めテーブル１０、照度分布測定処理プログラム２５ｂ、照度測定部２７、照度分布作成部２８が、下受け面における光照射部からの光の分布を測定する光分布測定手段となっている。

表示処理部２９は、照度分布データをはじめとする各種のデータを表示部３１に表示する。操作・入力部３０はタッチパネル、マウス等の操作・入力手段であり、表示部３１上でなされる操作指示や各種の入力等の処理を行う。表示部３１はモニタ等の表示手段から成り、照度の測定を開始するための操作指示画面や照度分布データを含む各種データを表示する。このように表示処理部２９及び表示部３１は、照度分布を表示する照度分布表示手段となっている。

本実施の形態におけるボンディング装置１は以上のような構成から成り、次に図６を参照して電子部品３の圧着動作について説明する。基板保持ステージ１１に基板２が搬入された後、制御部２４は基板位置決めテーブル１０を制御して基板２を所定の圧着作業位置に位置決めする（ＳＴ１：基板位置決め工程）。すなわち図６（ａ）に示すように、基板位置決めテーブル１０は圧着ツール１６の下方に電子部品３が位置するよう基板２の縁部２ａを透過部材１３に接触させる（矢印ａ）。

次いで図６（ｂ）に示すように、制御部２４はヒータ１７によって加熱された圧着ツール１６を下降させ（矢印ｂ）、電子部品３を加熱しながら所定時間だけ押圧する（ＳＴ２：押圧工程）。これに前後して、制御部２４は光照射器１８Ａ〜１８Ｄから光を照射させる（矢印ｃ）（ＳＴ３：光照射工程）。接着剤９は圧着ツール１６の熱と光照射器１８Ａ〜１８Ｄからの光によって硬化を促進され、最終的に電子部品３は基板２に押圧された状態で硬化した接着剤９によって基板２に固定される。

電子部品３を所定時間だけ押圧したならば、図６（ｃ）に示すように、制御部２４は光照射器１８Ａ〜１８Ｄからの光の照射を停止させ、その後、圧着ツール１６を上昇させる（矢印ｄ）（ＳＴ４：圧着ツール上昇工程）。以上の工程を経て、電子部品３は硬化した接着剤９を介して基板２に圧着される。このようにボンディング装置１は、光照射部８からの光が下受け面を介して接着剤９に入射した状態で当該接着剤９の上面に搭載された電子部品３を押圧することによって、基板２に電子部品３を接合する。

次に図７及び図８を参照して、光照射部８から透過部材１３の下受け面に入射した光を測定するボンディング装置１における照度の測定方法について説明する。以下に説明する動作は、生産開始前や基板品種の変更に伴う段取り替え作業時の他、電子部品接合後の基板２を対象とした検査において、特定の接合位置における電子部品３の接合不良が連続して検出された場合等に行う。照度の測定に先立ち、作業者は基板保持ステージ１１に光検知センサ１９を取り付けておく（図４（ｂ））。そして、作業者が表示部３１に表示された測定開始スイッチ（不図示）を操作することによって、照度分布測定処理プログラム２５ｂによる照度の測定が開始される。

まず図７（ａ）に示すように、制御部２４は光照射器１８Ａ〜１８Ｄから光を照射させる（ＳＴ１１：光照射工程）。次いで、制御部２４は基板位置決めテーブル１０によって透過部材１３の下受け面における照射エリアＥの上方で光検知センサ１９を移動させ、照射エリアＥ内に設定された測定位置に光検知センサ１９の受光口２０を位置させる（ＳＴ１２：光検知センサ位置決め工程）。

本実施の形態では、図７（ｂ）に示す測定位置Ｐ１が測定開始位置として設定されており、制御部２４はまず測定位置Ｐ１の上方に受光口２０が位置するよう光検知センサ１９を移動させる。光検知センサ１９は受光口２０から入射した光照射器１８Ａ〜１８Ｄからの光を検知する。

次いで、制御部２４は検知した光に基づいて照射エリアＥ内の所定の位置の照度を測定する（ＳＴ１３：照度測定工程）。すなわち、制御部２４は測定位置Ｐ１において光検知センサ１９が検知した光の照度を示す照度値を読み取る。測定した照度値は測定位置Ｐ１と関連付けられて記憶部２５に記憶される。

その後、制御部２４は図７（ｂ）に示す矢印ｅ方向に光検知センサ１９を移動させる。そして、照射エリアＥ内において予め設定された複数の測定位置Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４・・・Ｐｎに入射する光照射器１８Ａ〜１８Ｄからの光を光検知センサ１９によって順次測定する。

このように、基板位置決めテーブル１０を用いて光検知センサ１９を透過部材１３上で移動させることで、透過部材１３の下受け面における照射エリアＥ内の照度を容易に測定することができる。また、光検知センサ１９の移動手段として基板２の位置決めに用いる基板位置決めテーブル１０を転用しているので、光検知センサ１９を移動させるための専用の機構を別途設ける必要がなく、ボンディング装置１の複雑化を防止するとともに製造コストを低廉化することができる。

全ての測定位置Ｐｎ（ｎ＝１，２，３・・・）における照度の測定を終えたならば、照射エリアＥ内の各測定位置Ｐｎの測定結果に基づいて照度分布を作成する（ＳＴ１４：照度分布作成工程）。すなわち、制御部２４は記憶部２５にアクセスして照射エリアＥの各測定位置Ｐｎにおける照度を参照することにより、マップ化した照射エリアＥの照度分布の画像を含む照度分布測定データを作成する。作成した照度分布データは記憶部２５に記憶される。

次いで、制御部２４は表示処理部２９を介して照射エリアＥの照度分布を表示部３１に表示する（ＳＴ１５：照度分布表示工程）。図８に示すように、表示部３１の画面３１ａには、照射エリアＥを含む透過部材１３の下受け面の一部と、照射エリアＥ内の各測定位置Ｐｎにおける照度を数値に応じて視覚的に区別した照度分布の画像が表示される。図８において、照射エリアＥ内の左上の領域Ｅ１は規定の照度に足りず、また領域Ｅ３は不必要に照度が高く、規定の照度を満たす領域Ｅ２を含めた照射エリアＥ全体として照度分布が不均一であることを視覚的に確認することができる。

作業者は、表示部３１に表示された照度分布を視認することにより、照射エリアＥ内のどの位置の照度がどの程度低下しているか、若しくはどの程度高くなっているかを容易に判断することができる。そして、作業者はこの照度分布に基づいて光照射器１８Ａ〜１８Ｄの取付け位置や姿勢、出力等の調整を的確に行うことができる。

光照射器１８Ａ〜１８Ｄの調整作業を終えたならば、作業者は照度の測定を再び実施させ、照度分布を画面３１ａに表示させて照度分布が改善されたかを確認する。このように、本発明のボンディング装置１によれば、照射エリアＥにおける照度分布を客観的に把握できるので、作業者による光照射器１８Ａ〜１８Ｄの調整作業を効率よく正確に行うことができる。

本発明はこれまで説明した実施に形態に限定されるものではない。例えば、照射エリア内における各位置の照度を測定するための手段は、光検知センサ移動手段によって移動させることが可能なものであれば、光検知センサと機能を共通にする限りにおいて種々のものを用いてもよい。また、制御部に照度の判定機能を設け、照射エリア内における所定の位置の照度が予め定めた基準値よりも低い（若しくは高い）場合には、ボンディング装置に設けられたシグナルタワーやブザー等の報知手段によって作業者にその旨を報知するようにしてもよい。

また、光照射部としては１個の光源のみを内蔵した光照射器や、複数の光源を透過部材の長手方向に設けることで複数の接合領域に同時に照射可能な大型の光照射器を用いてもよい。また、照度分布の表示態様は任意であり、照度分布画像を３次元で表したものであってもよい。さらに、本発明の実施の形態では光検知センサ１９を板状部材２２と基板保持ステージ１１を介して基板位置決め機構に装着しているが、光検知センサ１９を基板位置決め機構へ装着する方法はこれに限らず当業者が思いつく範囲で適宜変更しても良い。例えば、基板位置決め機構から取り外した基板保持ステージ１１に替えて光検知センサ１９を装着した部材を装着しても良い。

本発明によれば、透過部材の下受け面における照射エリア内の照度分布を容易に把握することができ、基板に光硬化性の接着剤を介して電子部品を圧着する電子部品実装分野において有用である。

１ボンディング装置
２基板
３電子部品
６バックアップ部
７圧着部
８光照射部
９接着剤
１０基板位置決めテーブル
１０ＸＸ軸テーブル
１０ＹＹ軸テーブル
１３透過部材
１９光検知センサ
２５ｂ照度分布測定処理プログラム
２７照度測定部
２８照度分布作成部
２９表示処理部
３１表示部
Ｅ照射エリア

Claims

光透過性を有する透過部材を有し、光透過性を有する基板の少なくとも電子部品が接合される接合領域を前記透過部材の下受け面によって下受けするバックアップ部と、光硬化性を有する接着剤を介して前記接合領域に予め搭載された電子部品を押圧して前記基板に圧着する圧着部と、前記基板と前記電子部品との間に介在する前記接着剤の硬化を促進するための光を前記下受け面に向けて下方から照射する光照射部とを備え、前記光照射部からの光が前記下受け面を介して前記接着剤に入射した状態で当該接着剤の上面に搭載された電子部品を押圧することによって、前記基板に電子部品を接合するボンディング装置であって、
前記下受け面における前記光照射部からの光の照度分布を測定する光分布測定手段を備えたことを特徴とするボンディング装置。
前記光分布測定手段は、
前記下受け面における照射エリア内の所定の位置に入射した前記光照射部からの光を検知する光検知センサと、
前記照射エリア内の複数の測定位置に前記光検知センサを移動させる光検知センサ移動手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のボンディング装置。
前記照射エリア内の前記複数の測定位置の測定結果に基づいて前記照度分布を作成する照度分布作成手段と、前記照度分布を表示する照度分布表示手段をさらに備えたことを特徴とする請求項２に記載のボンディング装置。
前記光検知センサ移動手段は、前記光検知センサを一の水平方向に移動させる第１の移動テーブルと、前記光検知センサを前記一の水平方向と水平面内において直交する方向に移動させる第２の移動テーブルから成る水平移動機構を含むことを特徴とする請求項２又は３に記載のボンディング装置。
前記光検知センサ移動手段は、前記基板を移動させて前記接合領域を前記下受け面に位置決めするための基板位置決め機構を兼ねていることを特徴とする請求項４に記載のボンディング装置。
前記光検知センサは、前記基板位置決め機構に対して着脱自在に装着されることを特徴とする請求項５に記載のボンディング装置。