KR100651152B1 - 전자 부품의 본딩 방법 및 전자 부품의 본딩 장치 - Google Patents

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Abstract

플렉시블한 기판에 IC 칩 등의 전자 부품을 진동에 의해 접착시키는 것이며, 또한 그 때 기판에 흠이 발생하지 않도록 하는 것이다.
이 전자 부품의 본딩 방법은 헤드(2)가 전자 부품(12)을 지지하는 공정과, 이 지지된 전자 부품(12)이 제1 소정 위치로 이동하는 공정과, 기판으로서 가요성(可撓性)을 가지는 플렉시블 기판(11)을 사용하고, 이 플렉시블 기판(11)이 제2 소정 위치로 이동하는 공정과, 플렉시블 기판(11)을 탑재하는 탑재면(6a)의 표면 거칠기를 0.01∼0.5㎛로 한 기판 탑재 테이블(6)이 플렉시블 기판(11)을 지지하는 공정과, 헤드(2) 또는 기판 탑재 테이블(6) 중 어느 한쪽 또는 양자가 진동함으로써 전자 부품(12)과 플렉시블 기판(11)이 압접(壓接) 접합되는 공정과, 전자 부품(12)이 헤드(2)에 의한 지지 상태로부터 비지지 상태로 되는 공정과, 플렉시블 기판(11)이 기판 탑재 테이블(6)에 의한 지지 상태로부터 비지지 상태로 되는 공정을 가진다.
플렉시블 기판, IC 칩, 전자 부품, 헤드, 기판 탑재 테이블.

Description

전자 부품의 본딩 방법 및 전자 부품의 본딩 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR BONDING ELECTRONIC COMPONENTS}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 전자 부품의 본딩 장치의 주요 구성 요소를 나타내는 도면이며, 기판 탑재 테이블의 일부와 기판 누름판을 단면도로서 표시한 정면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 전자 부품의 본딩 장치 중 기판 탑재측 부재의 평면도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 전자 부품의 본딩 장치에서의 COF 테이프와 기판 누름판과의 관계를 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 1에 나타낸 전자 부품의 본딩 장치에 있어서, 전자 부품과 COF 테이프를 위치 맞춤하는 공정을 설명하기 위한 도면이며, 기판 누름판이나 기판 탑재측 부재를 생략하여 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1에 나타낸 전자 부품의 본딩 장치에 사용되는 카메라 유닛의 투시도이며, (a)는 평면도, (b)는 좌측면도, (c)는 정면도이다.
도 6은 도 1에 나타낸 전자 부품의 본딩 장치에서 사용되고 있는 IC 칩과 COF 테이프의 위치 맞춤 방법을 설명하기 위한 플로 차트이다.
도 7은 도 1에 나타낸 전자 부품의 본딩 장치에서 사용되고 있는 IC 칩과 COF 테이프를 압접(壓接) 접합하는 방법을 설명하기 위한 플로 차트이다.
도 8은 도 1에 나타낸 전자 부품의 본딩 장치를 사용하여, 상하 2 방향으로부터 초음파 진동을 인가하여 제조한 제품의 평가를 나타낸 도면이며, 플렉시블 기판의 두께에 대한 압접 강도와, 기판(테이프) 강도와, 기판의 흠과, 제품 평가의 각 평가를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 1에 나타낸 전자 부품의 본딩 장치에 사용되는 위치 결정 구동 기구의 블록도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 관한 전자 부품의 본딩 장치의 주요 구성 요소를 나타내는 도면이며, 기판 탑재 테이블의 일부와 기판 누름판을 단면도로서 표시한 정면도이다.
도 11은 도 10에 나타낸 전자 부품의 본딩 장치를 사용하여, 상 방향으로부터만 초음파 진동을 인가하여 제조한 제품의 평가를 나타낸 도면이며, 플렉시블 기판의 두께에 대한 압접 강도와, 기판 강도와, 기판의 이면(裏面)에 발생하는 흠을 고려하지 않은 제품 평가의 각 평가를 나타낸 도면이다.
도 12는 도 10에 나타낸 전자 부품의 본딩 장치를 사용하여, 상 방향으로부터만 초음파 진동을 인가하여 제조한 제품의 평가를 나타낸 도면이며, 탑재면의 표면 거칠기에 대한, 전사에 의한 불량(흠) 발생과, 압접 강도의 각 평가를 나타낸 도면이다.
도 13은 압접 접합 시에 발생하는 흠의 장소를 설명하는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 전자 부품의 본딩 장치, 2: 진동 헤드(헤드), 2a: 진동 혼, 2b: 진동 헤드 압접부, 2c: 진동 헤드용 진동자, 3: 기판 탑재측 부재, 3a: 기판용 진동자, 4: 단열층, 5: 기판 가열부, 6: 기판 탑재 테이블, 6a: 탑재면, 6b: 단부(段部), 6c: 맞물림 구멍, 6d: 세경부(細徑部), 6e: 긴 구멍, 7: 히터, 8: 온도 센서, 9: 진공 흡착 구멍, 9a: 수직부, 9b: 큰 口자형의 홈부, 9c: 작은 口자형의 홈부, 9d: 타원형의 오목부, 10: 진공 파이프, 11: COF 테이프(플렉시블 기판), 11a: 천공, 12: IC 칩(전자 부품), 13: 기판 누름판, 14: 개구, 15: 노치, 16: 전기 접속 단자부, 17: 카메라 유닛, 18: 광학계, 19: 촬상부, 20a, 20b: 카메라 개구, 21: 프리즘, 22a, 22b: 미러, 23, 24: CCD, 25: 위치 맞춤 기구, 26: X축 테이블, 27: Y축 테이블, 29: 링 조명, 30: 장치 컨트롤러, 31: 모터 드라이버, 32: 화상 처리 장치, 33: 플래시 조명 제어 기구, 51: 전자 부품의 본딩 장치, 52: 기판 탑재측 부재.
본 발명은 플렉시블한 기판에 전자 부품을 진동을 이용하여 압접(壓接) 접합하는 전자 부품의 본딩 방법 및 전자 부품의 본딩 장치에 관한 것이다.
종래부터 진동을 인가(印加)하여 전자 부품을 세라믹스제의 기판에 접합하는 장치가 널리 실용화되고 있다. 이들 장치에 사용되는 진동자는 통상 1개이다. 세라믹스제의 기판은 재질이 단단하여 진동을 받아도 변형되기 어렵다. 그러므로, 세라믹스제의 기판이 물리적으로 고정되어 있으면, 전자 부품의 진동에 추종하여 움직이는 일이 없다. 그 결과, 전자 부품과 세라믹스제의 기판 사이에 상대 운동이 발생하여 양호한 마찰 접합이 가능하게 된다.
그러나, 진동자가 하나인 경우, 진동 방향이 하나로 되기 때문에, 접합부의 형상이 진동 방향으로 긴 타원이 되는 결점이 있다. 이 결점을 해결하려고 하는 기술로서, 진동자를 2개 사용하여 진동 방향을 2 방향으로 하는 기술이 일본국 특개평 11(1999)-284028호 공보에 개시되어 있다.
이 공보의 기술은 SAW(Surface Acoustic Wave) 소자 등의 전자 부품을 플립 칩ㆍ본딩하기 위한 본딩 방법과 그 장치에 관한 것이며, 세라믹 기판에 형성되어 있는 전극과, SAW 소자 등의 전자 부품에 형성된 금(金) 범프를 가열하면서 압접하는 것이다. 이 종래의 기술은 세라믹스 기판에 진동을 인가하는 제1 진동자와, 전자 부품에 진동을 인가하는 제2 진동자를 가지며, 이들 2개의 진동자에 의해 압착 부위에 대하여 복수 방향으로부터 초음파를 인가함으로써, 압착부의 범프 형상을 대략 원형으로 하는 것을 특징으로 하고 있다.
한편, 전자 제품은 박형화를 위해 패키지를 박형으로 하기 쉬운 TCP(Tape Carrier Package)가 많이 이용되고 있다. TCP의 제조 방식으로서, TAB(Tape Automated Bonding) 방식과 COF(Chip On Flexible Circuit Board or Chip On Film) 방식이 있다. 양 방식 중, COF 방식은 플립 칩 실장(實裝)에 많이 이용되고 있다.
그러나, IC 칩을 실장하는 필름[테이프와 동의(同義)]은 플렉시블, 즉, 가요가요성(可撓性)을 가지므로, IC 칩과 같은 전자 부품을 초음파를 이용하여 진동시켜 접합하는, 이른바 진동 압접 방식은 사용할 수 없다. 이것은 플렉시블 기판이 초음파 에너지를 흡수하여 버리기 때문이다. 이 때문에, TAB 방식이나 COF 방식으로 테이프에 전자 부품을 접합하는 방법은 납땜, 금 범프와 주석계 범프를 이용한 Au-Sn 접합, 이방성(異方性) 도전 필름인 ACF(anisotropic conductive film)를 이용하는 방식, 이방성 도전 페이스트인 ACP(anisotropic conductive paste)를 이용하는 방식, NCP(non conductive paste)를 이용하는 방식 등의 각종 접착 방식이 관용(慣用)되고 있다.
플렉시블한 수지 기판이 되는 필름은 부드러운 자질이기 때문에, 진동을 주면 변형되기 쉽다고 하는 문제를 가지고 있다. 즉, 전자 부품을 플렉시블한 수지 기판에 압접에 의해 고정하려고 하는 경우, 플렉시블한 수지 기판이 전자 부품에 접촉하고 있는 부분은 전자 부품의 진동에 추종하여 어느 정도 움직여 버린다. 그러므로, 전자 부품의 표면과, 이 전자 부품에 압접되는 플렉시블한 수지 기판의 표면과의 상대 운동(마찰)은 크게 감소된다. 특히, 진동의 주파수가 높고, 또한 진폭이 수십 미크론 이하로 작은 진동 모드의 경우, 그 경향은 강해진다.
이 때문에, 진동자가 1개인 종래의 방법에서는, 플렉시블한 수지 기판에 전자 부품을 진동 압접해도 접착 강도는 매우 작아 실용(實用)에 이바지할 수 없다. 또 진동자를 2개 사용하여, 전자 부품과 플렉시블한 수지 기판 쌍방을 진동시키는 방법은 진동자 1개의 경우와 비교하여 압접 강도는 높아지지만, 불균일이 커 실용적이 되지 못한다. 이 때문에, 전자 부품과 플렉시블한 수지 기판을 진동을 이용하여 압접에 의해 접합하는 방법은 실용화되는 데 이르지 못하고 있다.
그리고, 전술한 납땜 등 종래의 여러 가지 접합 방법은 진동을 이용한 압접에 의한 접합과 비교하여, 접착 강도와 품질의 신뢰성이 떨어진다고 하는 문제가 있다. 예를 들면, Au-Sn 접합의 방법에서는, 고상(固相) 확산 온도가 높고 열 스트레스가 크기 때문에, 실장할 수 있는 대상 부품의 조합은 크게 제약된다.
본 발명자는 플렉시블한 수지 기판에 전자 부품을 압접에 의해 고정해도, 불균일이 발생하지 않는 방법을 찾기 위해, 진동자를 2개 사용한 경우의 압착 강도의 불균일을 계속적으로 해석ㆍ연구하고 있다. 그 결과, 압접 강도와 2개의 진동자의 각각 주파수 사이에 일정한 법칙이 있는 것이나, 압착 강도에 관해 압접 강도와 2개의 진동자의 각각 진폭 사이에 일정한 법칙이 있는 것을 발견했다.
또 그 후, 플렉시블한 수지 기판에 따라서는, 전자 부품측에만 초음파 진동을 가하는 것만으로도 충분한 접착 강도가 얻어지는 것이 판명되었다. 이 때문에, 이 진동 압접 방식의 응용 범위가 넓어지게 되었다. 그러나, 2개의 진동자를 사용하는 경우나 1개의 진동자를 사용하는 경우의 어느 것에서도, 플렉시블한 수지 기판을 탑재하는 기판 탑재 테이블의 표면 거칠기가 수지 기판에 전사되어 버려, 겉보기 상 흠이 되어 버린다고 하는 새로운 문제가 발생되어 왔다.
예를 들면, 도 13에 나타낸 바와 같이, 전자 부품(101)의 하방에 설치된 금 범프(102)를 플렉시블한 수지 기판(103)에 형성된 전극이 되는 리드부(104)에, 전자 부품(101)측을 진동시켜 접착시킬 때, 기판 탑재 테이블(105)의 표면 거칠기가 수지 기판(103)에 전사되어 버리는 것이다. 이 전사되는 표면 거칠기는 수지 기판(103)의 이면(裏面)인 화살표 A나 화살표 B 부분에, 겉보기 상 흠으로 나타난 다.
본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 플렉시블 기판에 IC 칩 등의 전자 부품을 진동에 의해 접착할 수 있는 전자 부품의 본딩 방법 및 전자 부품의 본딩 장치를 제공하는 것에 있다. 또 다른 발명은 플렉시블 기판에 IC 칩 등의 전자 부품을 진동에 의해 접착시켜도 기판에 흠이 발생하지 않는 전자 부품의 본딩 방법 및 전자 부품의 본딩 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 헤드에 지지된 전자 부품이 진동을 이용하여 기판에 압접(壓接) 접합되는 전자 부품의 본딩 방법에 있어서, 헤드로서 진동하는 헤드를 사용하고, 그 진동 헤드가 전자 부품을 지지하는 공정과, 이 지지된 전자 부품이 제1 소정 위치로 이동하는 공정과, 기판으로서 수지제의 플렉시블 기판을 사용하고, 이 플렉시블 기판이 제2 소정 위치로 이동하는 공정과, 기판 탑재 테이블이 플렉시블 기판을 지지하는 공정과, 전자 부품이 플렉시블 기판에 근접하는 공정과, 헤드의 진동 주파수가 기판 탑재 테이블의 진동 주파수보다 커지는 상태에서 양자가 진동하면서 전자 부품과 플렉시블 기판이 압접 접합되는 공정과, 전자 부품이 헤드로부터 이간(離間)되는 공정과, 기판 탑재 테이블에 지지되어 있는 플렉시블 기판이 기판 탑재 테이블로부터 이간되는 공정을 가지는 것으로 하고 있다.
본 발명에서는, 플렉시블 기판에 IC 칩 등의 전자 부품을 진동에 의해 접착할 수 있게 된다. 즉, 기판 탑재 테이블로부터 수지제의 플렉시블 기판에 인가되 는 진동은 그 주파수가 낮아지면, 플렉시블 기판과 전자 부품과의 압접면까지 효율 양호하게 도달한다. 한편, 헤드의 진동은 한계는 있지만 그 주파수가 높아도, 플렉시블 기판과 전자 부품과의 압접면까지 효율 양호하게 도달한다. 큰 진동 에너지를 플렉시블 기판과 전자 부품과의 압접면에 인가하기 위해서는, 진동 수파수를 헤드 쪽을 기판 탑재 테이블보다 높게 하는 것이 매우 유효하다.
또 압접 접합되는 공정으로서, 기판 탑재 테이블의 진동 진폭이 헤드의 진동 진폭보다 커지는 상태에서 양자가 진동하면서 전자 부품과 플렉시블 기판이 압접 접합되는 공정을 사용하도록 해도 된다. 이와 같이 해도, 플렉시블 기판에 IC 칩 등의 전자 부품을 진동에 의해 접착할 수 있게 된다.
플렉시블 기판으로서, 예를 들면, COF 테이프를 사용한 경우, 폴리이미드 수지나 PET 수지가 COF 테이프에 많이 사용되고 있으며, 세라믹스와 비교하여 진동의 감쇠가 현저하게 크다. 또한 플렉시블 기판은 변형되기 쉬우므로, 세로 진동뿐만 아니라 가로 진동에서도 전달 효율이 나쁘다. 진동의 감쇠가 크고 또한 전달 효율이 나쁜 플렉시블 기판을 진동시키는 기판 탑재 테이블의 진폭을, 이 공정과 같이, 헤드보다 크게 함으로써, 균형이 양호한 진동을 플렉시블 기판과 전자 부품과의 접합면에 인가할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 다른 발명은 헤드에 지지된 전자 부품이 진동을 이용하여 기판에 압접 접합되는 전자 부품의 본딩 방법에 있어서, 헤드가 전자 부품을 지지하는 공정과, 이 지지된 전자 부품이 제1 소정 위치로 이동하는 공정과, 기판으로서 플렉시블 기판을 사용하고, 이 플렉시블 기판이 제2 소정 위치로 이동 하는 공정과, 플렉시블 기판을 탑재하는 탑재면의 표면 거칠기를 0.01∼0.5㎛로 한 기판 탑재 테이블이 플렉시블 기판을 지지하는 공정과, 전자 부품이 플렉시블 기판에 근접하는 공정과, 헤드의 진동 주파수가 기판 탑재 테이블의 진동 주파수보다 커지는 상태에서 양자가 진동하면서 전자 부품과 플렉시블 기판이 압접 접합되는 공정과, 전자 부품이 헤드로부터 이간되는 공정과, 기판 탑재 테이블에 지지되어 있는 플렉시블 기판이 기판 탑재 테이블로부터 이간되는 공정을 가지는 것으로 하고 있다. 또 압접 접합되는 공정으로서, 기판 탑재 테이블의 진동 진폭이 헤드의 진동 진폭보다 커지는 상태에서 양자가 진동하면서 전자 부품과 플렉시블 기판이 압접 접합되는 공정을 사용하도록 해도 된다.
본 발명에서는, 플렉시블 기판에 IC 칩 등의 전자 부품을 진동에 의해 접착할 수 있다고 하는 효과에 더하여, 기판 탑재 테이블의 표면 거칠기가 0.01∼0.5㎛의 범위 내이기 때문에, 접합이 확실하게 실행되는 동시에 플렉시블 기판에 흠이 나지 않거나 또는 흠이 나도 약간인 것이 된다.
또 본 발명은 헤드에 지지된 전자 부품이 진동을 이용하여 기판에 압접 접합되는 전자 부품의 본딩 방법에 있어서, 헤드가 전자 부품을 지지하는 공정과, 이 지지된 전자 부품이 제1 소정 위치로 이동하는 공정과, 기판으로서 가요성을 가지는 플렉시블 기판을 사용하고, 이 플렉시블 기판이 제2 소정 위치로 이동하는 공정과, 플렉시블 기판을 탑재하는 탑재면의 표면 거칠기를 0.01∼0.5㎛로 한 기판 탑재 테이블이 플렉시블 기판을 지지하는 공정과, 헤드 또는 기판 탑재 테이블 중 어느 한쪽 또는 양자가 진동함으로써 전자 부품과 플렉시블 기판이 압접 접합되는 공 정과, 전자 부품이 헤드에 의한 지지 상태로부터 비지지 상태로 되는 공정과, 플렉시블 기판이 기판 탑재 테이블에 의한 지지 상태로부터 비지지 상태로 되는 공정을 가지고 있다.
본 발명에서도, 플렉시블 기판에 IC 칩 등의 전자 부품을 진동에 의해 접착할 수 있게 된다. 또 기판 탑재 테이블의 표면 거칠기가 0.01∼0.5㎛의 범위 내이기 때문에, 접합이 확실하게 실행되는 동시에 플렉시블 기판에 흠이 나지 않거나 또는 흠이 나도 약간인 것이 된다.
또 수지는 방진재(防振材)와 같이 두꺼워지면 진동이 전달되기 어렵지만, 수지제의 플렉시블 기판의 두께를 얇게 하면, 진동은 어느 정도 양호하게 전달된다. 이 때문에, 기판을 수지제의 플렉시블 기판으로 하고 그 두께를 10∼200㎛로 하는 것이 바람직하다. 이 구성으로 하면, 수지제의 플렉시블 기판과 전자 부품의 압접면에 진동이 충분히 전달되므로, 압접 강도를 높게 할 수 있다. 그리고, 플렉시블 기판을 누르는 기판 누름판 개구의 4각형 내변과 접착되는 전자 부품과의 거리를 0.5∼5mm로 하면, 수지제의 플렉시블 기판과 전자 부품과의 압접면에 진동이 충분히 전달되므로, 압축 강도를 높게 할 수 있다.
또한 플렉시블 기판으로서는 COF 테이프 또는 TAB 테이프로 하는 것이 바람직하다. 이 구성을 사용함으로써, 테이프에 흠을 내지 않고 TCP를 제조하는 것이 가능하게 된다.
또 플렉시블 기판의 두께는 10∼50㎛의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 전자 부품측으로의 진동만으로도 전자 부품을 플렉시블 기판에 압 접 접합시키는 것이 가능하게 되는 동시에, 진동에 의한 악영향(기판이 찢어지거나 하는 등)을 방지하는 것이 가능하게 된다.
또 전자 부품과 플렉시블 기판의 적어도 한쪽을 가열하는 것이 바람직하다. 이 구성으로 함으로써, 전자 부품과 플렉시블 기판과의 압접 강도를 보다 크게 할 수 있다.
또 본 발명의 전자 부품 본딩 장치는 전자 부품을 지지하는 헤드와, 기판을 탑재하는 기판 탑재 테이블을 구비하고, 진동을 헤드와 기판 탑재 테이블의 양자에 가함으로써 전자 부품을 기판에 압접 접합하는 전자 부품의 본딩 장치에 있어서, 기판으로서 두께가 10∼200㎛의 COF 테이프 또는 TAB 테이프를 사용 가능하게 구성하고 있다. 그리고 헤드의 진동 주파수가 기판 탑재 테이블의 진동 주파수보다 커지는 상태에서, 양자가 진동할 수 있도록 구성하거나, 기판 탑재 테이블의 진동 진폭이 헤드의 진동 진폭보다 커지는 상태에서, 양자가 진동할 수 있도록 구성하거나 하고 있다.
이들 장치는 두께가 아주 얇은 플렉시블 기판에 IC 칩 등의 전자 부품을 진동에 의해 접착할 수 있는 것이 된다.
그리고, 헤드와 기판 탑재 테이블을 수평 방향이며 서로 90°상이한 방향으로 왕복 진동 가능하게 구성하는 것이 바람직하다. 이 구성에서는, 헤드와 기판 탑재 테이블이 90°상이한 방향으로 왕복 진동하므로 접합 강도가 향상된다. 또 양자가 각각 진동자에 의해 진동되므로 진동의 제어가 용이하게 된다.
또 다른 발명의 전자 부품 본딩 장치는 전자 부품을 지지하는 헤드와, 기판 을 탑재하는 기판 탑재 테이블을 구비하고, 진동을 헤드 또는 기판 탑재 테이블 중 어느 한쪽 또는 양자에 가함으로써 전자 부품을 기판에 압접 접합하는 전자 부품의 본딩 장치에 있어서, 기판으로서 테이프형의 플렉시블 기판을 사용 가능하게 구성하고, 기판 탑재 테이블의 기판을 탑재하는 탑재면의 표면 거칠기를 0.01∼0.5㎛로 하고 있다.
본 발명에서는, 기판 탑재 테이블의 표면 거칠기가 0.01∼0.5㎛의 범위 내이기 때문에, 접합이 확실하게 실행되는 동시에 플렉시블 기판에 흠이 나지 않거나 또는 흠이 나도 약간인 것이 된다. 또 이 구성에 의해 새로 발견된 과제인 플렉시블 기판에 흠이 난다고 하는 문제를 해결할 수 있게 되어, 겉보기 상 깨끗하고 또한 신뢰성이 높은 전자 부품 첨부 플렉시블 기판을 얻을 수 있다.
또 플렉시블 기판을 두께가 10∼200㎛의 COF 테이프 또는 TAB 테이프로 하고, 표면 거칠기를 0.05∼0.2㎛로 하는 것이 바람직하다. 이 구성을 사용하면, 신뢰성이 높은 TCP를 얻을 수 있는 동시에, 테이프면에 흠이 나지 않거나 또는 흠이 나도 아주 작은 것으로 할 수 있다.
또 헤드를 진동시키는 헤드용 진동자와 기판 탑재 테이블을 진동시키는 기판용 진동자를 설치하고, 헤드와 기판 탑재 테이블을 수평 방향이며 서로 90°상이한 방향으로 왕복 진동시키는 동시에, 헤드와 기판 탑재 테이블의 각 진동 주파수 또는 각 진동의 적어도 한쪽이 양자에 의해 상이하도록 진동 가능하게 구성하는 것이 바람직하다. 이 구성에서는, 헤드와 기판 탑재 테이블이 90°상이한 방향으로 왕복 진동하므로, 접합 강도가 향상된다. 또 양자가 각각 진동자에 의해 진동되므 로, 진동의 제어가 용이하게 된다. 또한 진동의 주파수 또는 진폭의 적어도 한쪽이 양자에 의해 상이하도록 진동 가능하게 구성되어 있으므로, 접합 강도의 업이 용이하게 된다.
또한 헤드를 진동 가능하게 하게 하고, 기판 탑재 테이블을 고정한 상태에서 헤드에 지지되는 전자 부품을 초음파 진동으로 수평 방향으로 0.2∼3.6㎛ 왕복 진동시킴으로써, 전자 부품을 플렉시블 기판에 압접 접합 가능하게 구성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성하면, 일반적으로 사용되고 있는 종래 구조, 즉 전자 부품측만을 진동시킨다고 하는 구조를 사용할 수 있어, 장치의 품질 안정성, 저코스트화를 달성할 수 있다. 또 진동량이 0.2∼3.6㎛의 범위이기 때문에, 플렉시블 기판이 얇은 테이프라도 안정된 접합이 가능하게 된다.
이하, 본 발명에 관한 전자 부품의 본딩 방법 및 전자 부품의 본딩 장치의 실시예를 도면을 참조하면서 설명한다. 그리고, 먼저 제1 실시예에 대하여 도 1 내지 도 9를 참조하면서 설명한다.
이 전자 부품의 본딩 장치는 초음파 진동 등의 진동을 이용한 전자 부품의 접합을 하는 것이다. 초음파 진동을 이용한 접합을 하는 초음파 접합은 접합시킬 전자 부품을 기판측에 꽉 눌러 가압하면서 초음파 진동을 발생시킴으로써 접합하는 것이다. 따라서, 이 명세서에서는 초음파 등의 진동을 이용한 접합을 적당히 압접 접합이라고 부르는 것으로 한다.
압접 접합의 경우, 그 진동 초기의 단계에서, 접합 계면(界面)의 산화 피막이나 오염이 제거된다. 이와 동시에 접촉 부분에 마찰열이 발생하여, 소정의 접합 시간 또는 에너지에 달하면 접합이 완료된다. 계면이 깨끗하면 강한 접합이 얻어진다. 또 결정립끼리 원자 간 거리가 될 때까지 접근하면, 강력한 인력(引力)이 작용하여 고상(固相) 확산 접합한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 전자 부품의 본딩 장치(이하, 단순히 본딩 장치라고 함)의 주요 구성 요소를 나타내는 도면이다. 본딩 장치(1)는 헤드가 되는 전자 부품용의 진동 헤드(2)(브란슨사제)와, 기판 탑재측 부재(3)를 가진다.
진동 헤드(2)는 진동 혼(horn)(2a)과, 진동 헤드 압접부(2b)와, 진동 헤드용 진동자(2c)를 구비한다. 기판 탑재측 부재(3)는 기판용 진동자(3a)와, 단열층(4)과, 기판 가열부(5)와, 기판 탑재 테이블(6)과, 히터(7)와, 온도 센서(8)와, 진공 흡착 구멍(9)과, 진공 파이프(10)를 구비한다.
진동 헤드(2)와 기판 탑재측 부재(3) 사이에는, 플렉시블한(가요성을 가지는) 수지 기판이 되는 COF 테이프(11)가 도 1에서 좌측으로부터 우측으로 간헐적으로 진행되어 가는 상태로 배치된다. 이 COF 테이프(11)에는, 전자 부품이 되는 IC 칩(12)이 본딩된다. 기판 탑재 테이블(6) 상에는 기판 누름판(13)이 탑재되어 있다.
본딩 장치(1)는 상측에 설치된 진동 헤드(2)와, 하측에 설치된 기판 탑재측 부재(3)에 의해, IC 칩(12)을 COF 테이프(11)에 대하여 압접 접합하는 구조로 되어 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 진동 혼(2a)의 선단부 바닥면에는, 진동 헤드 압 접부(2b)가 형성되고, 압전 소자로 이루어지는 진동 헤드용 진동자(2c)가 진동 혼(2a)의 후단부에 설치되어 있다. 진동 헤드 압접부(2b)는 초경(超硬) 재료로 이루어지지만, 특히 이에 한정되지 않는다. 진동 헤드 압접부(2b)의 표면을 질화 티탄이나 탄소 티탄 등으로 코트하는 것이 바람직하다. 그와 같이 코트를 하면, 그 기재(基材)가 어느 것이라도 내구성이 현저하게 향상된다.
진동 헤드용 진동자(2c)의 진동은 진동 혼(2a) 중을 전파하여 진동 헤드 압접부(2b)에 수검된다. 진동 헤드 압접부(2b) 진동의 수직 성분을 제로로 하기 위해, 진동 혼(2a)은 수평면에 대하여 어느 각도를 갖고 장착되어 있다. 이에 따라, 진동 헤드 압접부(2b)는 플렉시블 기판이 되는 COF 테이프(11)의 평면에 대하여 평행한 수평 방향으로만 진동하게 된다. 진동 주파수는 10∼60kHz이다. IC 칩(12)의 흡착, 위치 맞춤, 후술하는 카메라 유닛(17)으로부터의 퇴피, 및 COF 테이프(11)로부터의 퇴피 등을 위해, 진동 헤드(2)를 상하와 좌우로 이동시키는 구동 기구(도시 생략)가 설치되어 있다.
진동 혼 압접부(2b)에는, IC 칩(12)을 진공 흡착하여, 진동 헤드(2)에 지지(고정)하기 위한 직경 0.8mm의 흡착 구멍이 형성되어 있다(도시 생략). 이 진동 헤드(2)에 형성되는 흡착 구멍은 기판 탑재 테이블(6)에 형성된 진공 흡착 구멍(9)과 동일한 구성을 가지고 있다. 그리고, 진동 혼(2a)에 IC 칩(12)을 가열하는 히터를 내장하도록 해도 된다. 이 경우, 기판 가열부(5)와 동일한 구성을 사용해도 된다.
기판용 진동 헤드가 되는 기판 탑재측 부재(3)는 기판용 진동자(3a)로 여진(勵振)된 진동을 COF 테이프(11)에 인가하는 기능 외에, COF 테이프(11)를 흡착ㆍ지 지하는 기능과 COF 테이프(11)를 가열하는 기능을 구비하고 있다.
기판용 진동자(3a)에는, 외부로부터 주어진 자계에 대응하여 신축(伸縮)되는 초자왜(超磁歪) 소자를 이용하고 있다. 진동 주파수는 10∼30kHz이다. 초자왜 소자는 열에 약하다. 그러므로, 기판용 진동자(3a)와 기판 가열부(5) 사이에 단열층(4)을 형성하여, 기판 가열부(5)에서 발생하는 열에 의한 기판용 진동자(3a)의 과열을 방지하고 있다. 그리고, 초자왜 소자는 압전 소자와 동일하게 고주파 진동을 발생하는 소자이며, 압전 소자와 비교하여 낮은 주파수 영역에서 우수한 특성을 발휘한다. 그러나, 전자 부품의 본딩 기술 영역에서는, 초자왜 소자의 기능을 압전 소자로 대용하는 것도 가능하며, 그 반대도 가능하다.
단열층(4)은 주로 다공질 세라믹스로 이루어진다. 다공질 세라믹스는 다른 재료와 비교하면, 내고온(耐高溫) 특성과, 진동의 저감쇠 특성과, 비교적 높은 강도 특성 등의 종합 특성이 우수한 단열재이다.
기판 가열부(5)는 단열층(4)과 기판 탑재 테이블(6) 사이에 배치되어 있다. 그리고, 기판 가열부(5)에는 히터(7)와, 온도 센서(8)와, 진공을 발생시키는 진공원에 연결하는 진공 파이프(10)가 설치되어 있다. 이 기판 가열부(5)로부터의 열은 기판 탑재 테이블(6) 이외에는 전도되기 어렵도록 설계되어 있다. 히터(7)는 시스(sheath) 히터이며, 온도 센서(8)는 열전쌍(thermocouple)이다.
기판 탑재 테이블(6)은 수지제의 플렉시블 기판이 되는 COF 테이프(11)를 탑재하여 지지(흡착ㆍ고정)하는 기능 외에, 압접 시의 진동 헤드(2)의 하중을 받는 기능과, COF 테이프(11)에 히터(7)의 열을 전달하는 역할을 담당하고 있다. 이 기 판 탑재 테이블(6)에는, COF 테이프(11)가 탑재되는 탑재면(6a)과, COF 테이프(11)의 진행 방향 양단에 형성되는 단부(段部)(6b, 6b)가 형성되어 있다. 그 단부(6b, 6b)에는, 4개의 나사 맞물림 구멍(6c)과, 하나의 세경(細徑) 구멍(6d)과, 하나의 긴 구멍(6e)이 형성되어 있다.
진공 흡착 구멍(9)은 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 5개의 수직 방향으로 연장되는 수직부(9a)와, IC 칩(12)을 둘러싸는 2개의 크고 작은 ㅁ자형의 홈부(9b, 9c)와, 5개의 수직부(9a)가 바닥 쪽에서 이어지는 타원형의 오목부(9d)를 가지고 있다. 그리고, 4개의 수직부(9a) 선단은 홈부(9b, 9c)에 각 2개씩 배치되고, 중앙의 수직부(9a)만 탑재면(6a)에 형성되어 있다.
기판 탑재 테이블(6)의 도 1에서의 상하 방향의 높이는 12mm가 되며, 홈부(9b, 9c)의 각 홈 깊이는 0.5mm가 되며, 오목부(9d)의 깊이는 1mm로 되어 있다. 이 때문에, 수직부(9a)의 길이는 10.5mm로 되어 있다. ㅁ자형의 홈부(9b)를 둘러싸는 탑재면(6a)의 표면 거칠기, ㅁ자형의 홈부(9b와 9c)로 둘러싸이는 부분의 탑재면(6a)의 표면 거칠기 및 작은 ㅁ자형의 홈부(9c)로 둘러싸이는 표면 거칠기는 모두 동일하게 되어, R Max가 0.05∼0.2㎛로 설정되어 있다.
그리고, 이 값은 후술하는 바와 같이, 0.01∼0.5㎛ 사이에 설정해도 된다. 또 이와 같은 경면(鏡面) 가공은 적어도 작은 ㅁ자형의 홈부(9c)로 둘러싸인 부분, 즉 IC 칩(12)을 탑재하는 IC 탑재면만으로 되지만, 이 실시예에서는, COF 테이프(11)가 접촉되는 모든 탑재면(6a)에 전술한 R Max 0.05∼0.2㎛의 경면 가공이 실시되어 있다. 또 이 경면 가공은 당초의 장치에는 실시되어 있지 않았기 때 문에, 그 탑재면(6a)의 표면 거칠기는 수 ㎛ 이상이었다. 이하에서는, 탑재면(6a)의 표면 거칠기만 상이한 당초 장치의 평가 데이터에 대해서도 적당히 설명하기로 한다.
기판 탑재측 부재(3)는 도 1의 화살표 A 방향으로 COF 테이프(11)를 보낼 때, 기판 탑재 테이블(6)과 COF 테이프(11)가 접촉하지 않도록 수직 방향으로 이동할 수 있도록 되어 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 기판 누름판(13의 중앙부에는, 4각형의 개구(14)가 형성되고, 그 진행 방향 전후에는 노치(15, 15)가 형성되어 있다. 이 개구(14)는 진동 헤드(2)의 선단부 바닥면과 진동 헤드 압접부(2b)가 들어가도록 설계되어 있다. 그리고, 개구(14)의 외주는 진동 헤드(2)와의 접촉을 방지하기 위해, 큰 모따기, 즉 외측으로 갈수록 두꺼워지는 슬로프(13a)가 형성되어 있다.
또 기판 누름판(13)은 COF 테이프(11)를 보낼 때, COF 테이프(11)에 형성되어 있는 전기 접속 단자부(16)(도 3, 도 4에서 점선으로 나타낸 부분 참조)나, 접합된 IC 칩(12)과 접촉하여 그들을 손상시키지 않도록 수직 방향으로 이동할 수 있는 구조로 되어 있다. 이 전기 접속 단자부(16)는 도 13에 나타내는 종래의 리드부(104)에 상당하는 것이다. 또한 기판 누름판(13)에서 COF 테이프(11)를 가압하여 고정했을 때, COF 테이프(11)에 형성되어 있는 전기 접속 단자부(16)와, COF 테이프(11)에 압접 접합된 각 IC 칩(12)을 개구(14)와 노치(15)에 의해 퇴피시켜, 이 기판 누름판(13)과 접촉하지 않는 형상으로 되어 있다.
COF 테이프(11)는 진공 흡착 구멍(9)에 의한 진공 흡착과 기판 누름판(13)에 의한 누름에 의해, 기판 탑재 테이블(6)에 지지되는 동시에 고정된다. 한편, COF 테이프(11)의 압접면(도 1에서는 상면)은 COF 테이프(11)의 두께분만큼 기판 탑재 테이블(6)로부터 벗어나 있다. COF 테이프(11)는 플렉시블이며, 기판 누름판(13)으로 이 COF 테이프(11)를 고정해도, 강한 세라믹스제의 기판과는 달리 COF 테이프(11)의 압접면을 움직이지 않도록 완전히 고정할 수는 없다. 즉, COF(11)의 상면과 하면 사이에는 부드러운 수지 부재가 존재하고 있기 때문에, COF 테이프(11)의 주위를 강하게 고정해도, COF 테이프(11)의 개구(14)에 존재하고 있는 상면이나 하면은 진동을 받으면 수평 방향으로 신장되거나 수축되거나 한다.
또한 COF 테이프(11)의 압접면에서의 고정 정도는 전술한 테이프의 두께 외에, 기판 누름판(13)의 개구(14)를 형성하는 내측 단면과 IC 칩(12)과의 거리에 크게 의존한다. 진공 흡착 구멍(9)의 기능은 이 고정 강도를 높이기 위한 것이며, 주로 COF 테이프(11)를 고정하는 것에 있다. COF 테이프(11)는 진공 흡착 구멍(9)에 의해서도 흡착 고정되어 있지만, 주로 기판 누름판(13)의 누름에 의해 강하게 고정되어 있다.
도 1 및 도 3에서는, 도면을 보기 쉽게 하기 위해, 기판 누름판(13)과 IC 칩(12)과의 거리를 크게 도시하고 잇지만, 이 거리는 진동 헤드(2)와 접촉하지 않는 범위에서 아주 작게 하는 것이 바람직하다. 이 실시예에서는, 개구(14)를 구획하는 단면(端面)으로부터 개구(14) 내에 위치하는 IC 칩(12)까지의 최소 거리를 1.5mm로 하고 있다. 이 최소 거리는, 바람직하게는, 0.5∼5mm이며, 보다 바람직하게는, 0.8∼2mm이다. 이 값을 0.5mm 이상으로 하면, 진동 헤드(2)와 기판 누름판(13)의 접촉 리스크가 크게 감소되는 한편, 5mm 이하로 하면, 개구(14)에 배치되는 COF 테이프(11)의 움직임을 상당한 정도 억제할 수 있다.
또 진동 헤드 압접부(2b)의 진동 방향과 기판 탑재 테이블(6)의 진동 방향은 서로 수평 방향이며, 또한 직교하고 있다. 직교하면, 2개의 진동이 진폭을 제거하는 일은 없어진다. 또한 진동의 주파수를 상이하게 함으로써, 2개 진동의 합성 벡터는 일정한 방향뿐만 아니라, 랜덤 방향을 취하게 된다.
COF 테이프(11)에 IC 칩(12)을 탑재하고, 기판 탑재 테이블(6)과, 진동 헤드용 진동자(2c)를 서로 직교하는 방향으로 또한 수평 방향으로 진동시킨 경우의 상황을 이하에 나타낸다.
진동 헤드용 진동자(2c)의 진동 주파수를 40kHz로 한 경우, 진동 혼(2a)의 진폭은 약 3㎛(미크론)가 되며, IC 칩(12)의 진폭은 1.8㎛가 되며, IC 칩(12)의 진폭은 진동 혼(2a) 진폭의 6할 전후로 감쇠된다. 진동 헤드용 진동자(2c)의 진동 주파수를 60kHz로 한 경우, 진동 혼(2a)의 진폭은 약 1㎛가 되며, IC 칩(12)의 진폭은 0.2㎛가 되며, 진폭은 2할 전후로 감쇠된다.
이상과 같이, 진동 주파수가 높아지면, 진동 에너지는 커지지만, 전달 로스가 커지므로, 진동 주파수는 진동의 감쇠를 감안하여 결정한다. 그리고, 전자 부품이 되는 IC 칩(12)의 왕복 진동(진폭)의 크기를 0.2∼3.6㎛로 하면, 접합 강도나 흠의 발생 방지의 면에서 바람직한 것이 된다.
도 3은 COF 테이프(11)와 기판 누름판(13)의 관계를 평면도로 나타낸 것이다. COF 테이프(11)의 양단에는 맞물림 구멍이 되는 이송을 위한 천공(11a)이 약 간의 간격을 두고 연속적으로 형성되어 있고, 중앙부에는 배선(도시 생략)과 전기 접속 단자부(16)가 형성되어 있다. COF 테이프(11)는 도 3에서의 화살표 A 방향으로 보내진다. 진행 방향 바로 앞의 노치(15)는 COF 테이프(11)에 형성되어 있는 전기 접속 단자부(16)에 기판 누름판(13)을 접촉시키지 않기 위한 퇴피부로 되어 있다. 진행 방향 후측의 노치(15)는 전기 접속 단자부(16)나 압접 접합된 IC 칩(12)에 기판 누름판(13)이 접촉하지 않도록 하는 퇴피부로 되어 있다.
기판 누름판(13)은 COF 테이프(11)가 플렉시블하므로, 그것을 안정되게 누를 수 있도록, 압접되는 IC 칩(12)의 주변에만 한정되지 않고 IC 칩(12)의 탑재 피치 P[IC 칩(12) 사이의 거리]의 2∼7배의 폭 W로 되어, COF 테이프(11)를 넓게 누를 수 있는 형상으로 되어 있다.
도 4는 진동 헤드 압접부(2b)에 흡착된 후, 소정 위치(제1 소정 위치)로 이동된 IC 칩(12)과, 소정 위치(제2 소정 위치)로 이송된 COF 테이프(11)의 전기 접속 단자부(16)를 카메라 유닛(17)으로 촬영하여 위치 맞춤하는 공정을 설명하기 위한 도면이다. 도 4에서는, 진동 혼(2a) 선단부의 바닥부에 배치된 진동 헤드 압접부(2b)에 IC 칩(12)이 흡착되어 있다. 그리고, 도 4에서는 기판 누름판(13)이나 기판 탑재측 부재(3)가 생략되어 있다.
카메라 유닛(17)의 개구(14) 주변에 위치하는 부분에는, 링 조명(29)(도 9 참조)이 설치되어 있고(도 4에서는 생략), 그 광을 받아 IC 칩(12)이 카메라 유닛(17)에 촬영된다. 이 링 조명(29)을 이용하여 플래시 촬영을 할 수도 있다. 동일하게, COF 테이프(11) 상에 형성된 미접합의 전기 접속 단자부(16)도 카메라 유닛(17)에 촬영된다. 그리고, 도 4의 COF 테이프(11)에는, 미접합의 전기 접속 단자부(16)(도 4에서는 미접합에 대하여 높이 방향을 확대하여 나타냄)와 압접된 IC 칩(12)이 나타나고, 도 4에서는 또한 COF 테이프(11)의 이송 방향으로서 화살표 A가 나타나 있다.
도 5는 카메라 유닛(17)의 내부 구성을 설명하는 투시도이며, (a)는 평면도, (b)는 좌측면도, (c)는 정면도이다. 카메라 유닛(17)은 상하의 피사체를 촬영할 수 있도록 2개의 유닛부로 구성되어 있다. 카메라 유닛(17)은 광학계(18)와 촬상부(19)로 이루어진다.
광학계(18)는 2계통으로 나누어지며, 그 하나는 COF 테이프(11) 상의 전기 접속 단자부(16)의 화상을 하측의 카메라 개구(20a)로부터 편입하여, 프리즘(21)으로 수직 방향으로부터 수평 방향이 되도록 90°굽히고, 또한 미러(22a)로 90°수평 방향으로 굽혀 CCD(Charge Coupled Device)(23)에 입력한다. 카메라 개구(20a), 프리즘(21), 미러(22a) 및 CCD(23)에 의해 한쪽의 유닛부가 형성된다. 촬상부(19)에서는, CCD(23)에 입력된 화상을 전기 신호로 변환하고, 그 신호를 화상 처리 장치(32)(도 9 참조)에 전송한다. 도 5에서, 실선의 화살표는 이 계통의 광의 진행 방향을 나타낸다.
광학계(18)의 다른 쪽은 진동 헤드 압접부(2b)에 흡착된 IC 칩(12)의 화상을 상측의 카메라 개구(20b)로부터 편입하여, 프리즘(21)으로 수직 방향으로부터 수평 방향이 되도록 90°굽히고, 또한 미러(22b)로 90°굽혀 CCD(24)에 입력한다. 카메라 개구(20b), 프리즘(21), 미러(22b) 및 CCD(24)에 의해 다른 쪽의 유닛부가 형성 된다. 그리고, 촬상부(19)에서는, CCD(24)에 입력된 화상을 전기 신호로 변환하고, 그 신호를 화상 처리 장치(32)에 전송한다. 도 5에서, 1점 쇄선의 화살표는 이 다른 쪽 계통의 광 진행 방향을 나타낸다.
도 5 (b) (c)에는, 하와 상의 카메라 개구(20a, 20b)와 프리즘(21)이 도시되어 있다. 이 도면에 나타낸 바와 같이, 이 실시에에서는, 하와 상의 각 피사체의 화상을 각각의 카메라 개구(20a, 20b)로부터 편입하여, 동일 평면 상에 배치된 2계통 광학계(18)의 각 계통에서 화상을 전송하고, CCD(23, 24)에서 디지털 신호로 변환한다.
진동 헤드(2)가 지지되어 있는 IC 칩(12)과 COF 테이프(11)와의 위치 맞춤이 이루어지고, 또한 카메라 유닛(17)이 퇴피된 후에, 진동 헤드(2)는 IC 칩(12)을 COF 테이프(11)에 압접 접합하기 위해 강하된다.
그리고, 통상, 진동 헤드(2)를 COF 테이프(11)와의 위치 맞춤 후에 수직 방향으로 하강 이동시키면, 위치 맞춤 정밀도가 저하된다. 이 위치 맞춤 정밀도의 저하를 방지하기 위해서는, 진동 헤드(2)의 이동 거리를 짧게 하는 것이 유효하다. 이 를 위해, 본 실시예에서는, 카메라 개구(20a, 20b) 부근의 두께(수직 방향의 폭)를 얇게 하고 있다. 카메라 개구(20a, 20b) 부근의 카메라 유닛(17)의 두께를 얇게 하는 수단으로서는, 이 실시예에 나타낸 바와 같이, 2계통으로 나누어지는 광학계(18)를 동일 평면에 배치하거나, 광학계(18)와 촬상부(19)를 구분하여 광학계(18)를 촬상부(19)보다 얇게 하는 것이 바람직하다.
그리고, COF 테이프(11)의 위치 맞춤을 위해서는, COF 테이프(11)에 형성되 어 있는 위치 마크(얼라인먼트 마크)를 이용하고 있다. 진동 헤드(2)에 지지된 IC 칩(12)의 위치 맞춤에는, IC 칩(12)에 그려져 있는 회로 배선 패턴을 이용한다. 그리고, IC 칩(12) 대신에 회로 기판을 COF 테이프(11)에 압접 접합하는 경우에는, 회로 기판에 형성되어 있는 위치 마크를 이용한다. 위치 마크의 형상으로서는, 직경 0.2mm의 ○ 표시를 사용하고 있다. 위치 마크의 그 밖의 형상으로서는, 4각형, × 표시 등이라도 되며, 치수는 0.1∼5mm가 바람직하다.
도 6은 전자 부품[여기에서는, IC 칩(12)이라고 함]과, 수지제의 플렉시블 기판[여기에서는, COF 테이프(11)이라고 함] 상의 전기 접속 단자부(16)와의 위치 맞춤(얼라인먼트)에 관한 플로 차트이다. 그리고, 이하의 동작 제어는 본딩 장치(1)의 장치 컨트롤러(30)(도 9 참조)가 실행한다.
먼저, 진동 헤드(2)가 IC 칩(12)를 지지하는 공정을 개시한다. 즉, IC 칩(12)이 들어가 있는 트레이(도시 생략) 상으로 진동 헤드(2)가 이동하고, 진동 헤드(2)는 IC 칩(12)을 진동 헤드 압접부(2b)에 흡착 고정함으로써 지지된다(스텝 S1). 그리고, 테이프로 뒷면 대기되고, 다이싱(dicing)에 의해 컷된 웨이퍼 기판의 경우에는, 뒷면 대기한 테이프가 트레이에 대신하는 것이 되는 일도 있다.
다음에, IC 칩(12)이 제1 소정 위치로 이동하는 공정으로 옮긴다. 즉, IC 칩(12)을 COF 테이프(11)와의 압접 위치(제1 소정 위치)로 이동시키기 위해, IC 칩(12)을 흡착 고정함으로써 지지된 진동 헤드(2)가 제1 소정 위치로 이동한다(스텝 S2).
다음에, COF 테이프(11)가 제2 소정 위치로 이동하는 공정으로 옮긴다. 즉, COF 테이프(11)는 장치 컨트롤(30)의 제어에 의해, 기판 탑재 테이블(6)과 기판 누름판(13)으로부터 이간된 자유 상태에서 진행하여, COF 테이프(11)의 전기 접속 단자부(16)가 IC 칩(12)과의 압접 위치(제2 소정 위치)로 이동한다(스텝 S3).
다음에, COF 테이프(11)를 기판 탑재 테이블(16)에 지지하는 공정으로 옮긴다. 즉, 기판 탑재측 부재(3)가 상승함으로써, 기판 탑재 테이블(6)이 상승하고, 기판 탑재 테이블(6)은 COF 테이프(11)를 진공 흡착 구멍(9)에 의한 흡착력을 이용하여 흡착함으로써 COF 테이프(11)를 지지한다(스텝 S4). 또한, 기판 누름판(13)이 하강하여, COF 테이프(11)는 기판 탑재 테이블(6)과 기판 누름판(13) 사이에 고정된다(스텝 S5). 이에 따라, 기판 탑재 테이블(6)은 COF 테이프(11)를 강하게 지지한다.
다음에, IC 칩(12)과 COF 테이프(11)가 위치 맞춤되는 방향으로 옮긴다. 먼더, 카메라 유닛(17)은 위치 마크를 촬영할 수 있는 위치로 이동한다(스텝 S6). 그리고, 카메라 유닛(17)은 COF 테이프(11)의 위치 마크와, IC 칩(12)의 회로 배선 패턴 또는 위치 마크의 화상을 동시에 촬영하여, 그 화상 데이터를 카메라 유닛(170 내에 편입한다(스텝 S7).
다음에, 화상 처리 장치(32)(도 9 참조)는 COF 테이프(11)의 위치 마크 좌표와, IC 칩(12)의 회로 배선 패턴의 소정 위치 또는 위치 마크의 좌표를 계산한다(스텝 S8). COF 테이프(11)의 위치 마크 또는 IC 칩(12)의 위치 마크(또는 회로 배선 패턴의 소정 위치)에 관한 좌표의 오차가 소정 범위를 넘고 있는 경우(스텝 S9에서 YES), 장치 컨트롤러(30)(도 9 참조)는 위치 어긋남이 있다고 판단하고, 진동 헤드(2)를 이동시켜 IC 칩(12)측의 위치 맞춤을 실행한다(스텝 S10). 촬영된 위치 마크의 좌표 오차가 소정 범위 내인 경우(스텝 S9에서 NO)에는, 장치 컨트롤러(30)는 위치 어긋남이 없다고 판단하고, 진동 헤드(2)의 이동은 실행하지 않고 다음 공정으로 진행한다.
이 실시예에서는, COF 테이프(11) 상의 위치 마크 화상을 테이프나 투명 기판을 투과시키지 않고 직접 편입하고 있으므로, 투명 기판을 사용한 경우에 발생하는 광학적 왜곡에 의한 위치 판독 정밀도의 저하를 일으키지 않고, 마크 위치의 검출 위치 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또 2개 부품의 위치 맞춤 정밀도는 2개 부품의 좌표를 따로따로 상이한 시각에 측정하면, 각 좌표를 따로따로 산출할 필요가 생겨, 각각의 원점으로부터의 좌표 오차가 가산된다. 한편, 전술한 바와 같이, 2개 부품의 위치를 동일 부재이며 또한 동일 시각에 측정하면, 2개의 측정 위치의 상대 관계만을 파악하면 2개 부품의 위치 맞춤이 가능하게 된다. 이 때문에, 2개 부품의 원점으로부터의 좌표의 각 오차를 고려할 필요가 없어진다. 바꿔 말하면, 카메라 유닛(17)이 움직이고 있어도, 정밀도 양호하게 2개 부품의 위치 맞춤 데이터를 편입할 수 있다. 이와 같은 동일 부재 중의 광학계(18)에 의한 동시 촬영은 잔류 진동의 검출을 하고 있지 않은 위치 제어 방식인 오픈 제어에 유효한 방법이다. 이 점에 대하여 이하에 설명한다.
카메라 유닛(17)은 위치 맞춤마다 위치 마크나 회로 배선 패턴의 소정 위치(이하, 단순히 위치 마크라고 함)로 이동하여 위치 마크를 촬영하고, IC 칩(12)을 COF 테이프(11)에 압접 접합할 때에는, 촬영 위치로부터 퇴피하고 있다. 카메라 유닛(17)은 단시간에 완전히 정지하는 것이 어려워 잔류 진동이 남는다.
잔류 진동이 어느 정도 큰 경우, IC 칩(12)의 위치 마크와 COF 테이프(11) 상의 위치 마크를 상이한 시각에 촬영하면, 측정되어 계산된 위치 마크의 좌표에는 잔류 진동의 영향이 포함된다. 그러나, IC 칩(12)의 위치 맞춤을 COF 테이프(11)의 위치 마크를 기준으로 하여 동시 촬영을 하면 상기 문제는 생기지 않는다. 즉, IC 칩(12)의 위치 마크와 COF 테이프(11) 상의 위치 마크를 동일한 카메라 유닛(17)으로 동시에 촬영하면, 카메라 유닛(17)의 잔류 진동은 거의 문제가 없어진다.
이와 같이, 본 실시예의 위치 맞춤 방법을 사용하면, 2개 부품의 위치 맞춤 정밀도가 현저하게 향상된다. 또 전술한 스텝 S7에서, 상하의 피사체를 촬영하고, 그 화상을 동시에 편입함으로써, 화상 편입을 위해 잔류 진동의 저하를 기다린다고 하는 시간을 생략할 수 있어 택트의 단축을 초래한다.
도 7은 IC 칩(12)의 범프 전극[종래의 금 범프(102)에 상당]을 COF 테이프(11) 상의 전기 접속 단자부(16)에 초음파 진동을 이용하여 본딩하는 방법에 관한 플로 차트이다.
위치 맞춤이 되는 스텝 SA는 IC 칩(12)과 COF 테이프(11)의 위치 맞춤(얼라인먼트)에 관한 전술한 스텝 S1∼S10과 거의 동일하다. 그리고, 이 경우, 스텝 S7의 동시 촬영은 필수 요건이 아니다. 이것은 IC 칩(12)과 COF 테이프(11)는 이미 위치 맞춤이 종료되어 있기 때문이며, 이 스텝 SA에서는 약간의 수정을 하는 데 불 과하기 때문이다.
이하에, 도 7을 이용하여 위치 맞춤 후의 공정에 대하여 설명한다.
먼저, 장치 컨트롤러(30)는 위치 맞춤용 카메라 유닛(17)을 퇴피시킨다(스텝 S11). 그리고, 적어도 다음의 스텝 S12가 실행되기 직전에는, 진동 혼(2a)의 온도는 300℃가 되고, 또 기판 가열부(5)의 온도는 200℃가 된다. 그리고, 이 가열은 진동 헤드(2)측에서는 실행되지 않고 기판 가열부(5)에서만 실행되도록 해도 된다.
다음에, 장치 컨트롤러(30)는 진동 헤드(2)를 강하시킴으로써, IC 칩(12)을 COF 테이프(11)에 근접시키는 공정을 실행한다(스텝 S12).
다음에, 장치 컨트롤러(30)는 진동 헤드용 진동자(2c)의 진동 주파수를 기판용 진동자(3a)의 진동 주파수보다 큰 주파수로 하는 조건으로, 진동 헤드용 진동자(2c)와 기판용 진동자(3a)를 여진시켜, IC 칩(12)과 COF 테이프(11)를 압접 접합하는 공정을 실행한다.
보다 구체적으로는, 진동 헤드용 진동자(2c)의 주파수를 40kHz로 하고, 기판용 진동자(3a)의 주파수를 18kHz로 하는 조건으로, 진동 헤드용 진동자(2c)와 기판용 진동자(3a)를 수평 방향에서 서로 직교하는 방향으로 여진한다(스텝 S13). 이 때의 여진 헤드 압접부(2b)의 진폭은 8㎛이며, 기판 탑재 테이블(6)의 진폭은 14㎛이다.
양자가 근접한 위치로부터 다시 진동 헤드(2)를 하강시키고, IC 칩(12)을 COF 테이프(11)의 전기 접속 단자부(16)에 0.5초 누르게 한다(스텝 S14). 그리고, 이 실시예에서는, IC 칩(12)의 치수는 종횡이 2×10mm이며 두께가 0.4mm이며, 단자(범프)수는 40개이다. 압접 하중은 개략 100그램/범프이며, 전체로서는, 40N(뉴톤)이다. 또 탑재면(6a)의 경면 가공은, 전술한 바와 같이, 그 요철이 R Max로 0.05∼2.0㎛의 범위가 되는 정도로 되어 있다.
다음에, 장치 컨트롤러(30)는 IC 칩(12)을 진동 헤드(2)로부터 이간시키는 공정을 실행시킨다. 구체적으로는, 장치 컨트롤러(30)는 IC 칩(12)을 흡착하고 있는 진공을 브레이크하여, 진동 헤드 압접부(2b)를 IC 칩(12)으로부터 떼어 놓는다(스텝 S15).
다음에, 장치 컨트롤러(30)는 기판 탑재 테이블(6)에 고정되어 있는 COF 테이프(11)를 기판 탑재 테이블(6)로부터 이간시키는 공정을 실행시킨다. 구체적으로는, 장치 컨트롤러(30)는 COF 테이프(11)를 흡착하고 있는 진공 브레이크와, 기판 누름판(13)의 상승을 실행하여, COF 테이프(11)를 자유롭게 한다(스텝 S16). 또한 장치 컨트롤러(30)의 제어에 의해, 진동 헤드(2)는 다음의 IC 칩(12)을 픽업하는 위치로 이동한다.
다음에, 장치 컨트롤러(30)의 제어에 의해, 기판 탑재 테이블(6)이 강하된다(스텝 S17). 다음에, COF 테이프(11)는 1피치 진행되어, 다음의 본딩 조작으로 들어간다(스텝 S18).
이 실시예에서는, 진동 헤드용 진동자(2c)의 주파수를 기판용 진동자(3a)의 주파수보다 높게 하고 있다. 또 진동의 진폭은 주파수와는 반대로 기판용 진동자(3a)에 의해 진동하는 기판 탑재 테이블(6)의 진폭을 진동 헤드용 진동자(2c)에 의해 진동하는 진동 헤드 압접부(2b)의 진폭보다 크게 하고 있다. 상하의 주파수를 상이하게 함으로써, 랜덤 끼워 맞춤이 가능하게 되어 양호한 압접 강도를 얻을 수 있다.
진동 헤드용 진동자(2c)의 주파수가 기판용 진동자(3a)의 주파수보다 낮아지면, 에너지 효율이 나빠지는 동시에, 양호한 압접 강도가 얻어지기 어렵게 된다. 이것은 COF 테이프(11)에 부여하는 주파수가 높을수록, COF 테이프(11)의 압접면에 전달되는 기판용 진동자(3a)로부터의 에너지 로스가 커지기 때문이다. 한편, IC 칩(12)은 진동의 감쇠가 작으므로, 주파수를 어느 정도 높게 하여 에너지를 크게 하는 쪽이 유리하다. 이 때문에, 진동 헤드용 진동자(2c)의 주파수는 기판용 진동자(3a) 주파수의 1.2∼4배가 양호하다. 보다 바람직하게는, 1.5배∼2.5배이다. 그러나, 진동 헤드용 진동자(2c)의 주파수를 기판용 진동자(3a)의 주파수보다 낮게 해도, 동일한 주파수의 경우와 비교하여 압접 강도는 양호하게 되어, 이와 같은 주파수 관계로서도 양호하다.
본 발명에서는, 진동 헤드용 진동자(2c)의 진폭을 2∼12㎛, 기판용 진동자(3a)의 진폭을 3∼20㎛에서 실험했다. 진동 헤드용 진동자(2c)의 진폭을 기판용 진동자(3a)의 진폭보다 크게 하기 위해서는, 진동 헤드용 진동자(2c)의 진동 주파수를 낮게 할 필요가 있어, 에너지 효율이 나빠지는 동시에 양호한 압접 강도가 얻어지기 어렵게 된다. 진동 헤드용 진동자(2c)의 진폭은 기판용 진동자(3a) 진폭의 1/4∼1.2배가 바람직하다. 보다 바람직하게는, 1/2.5∼1/1.5배이다.
진동 헤드용 진동자(2c)의 진동 주파수, 즉 진동 혼(2a)의 주파수를 40kHz로 한 경우, 진동 혼(2a)의 진폭은 약 3㎛이며, COF 테이프(11)에 눌려진 상태의 IC 칩(12)의 진폭은 진동 혼(2a)에 대하여 약 6∼7할 정도로 감쇠된 약 1.8∼2㎛였다. 한편, 진동 혼(2a)의 주파수를 60kHz로 한 경우, 진동 혼(2a)의 진폭은 약 1㎛이며, COF 테이프(11)에 눌려진 상태의 IC 칩(12)의 진폭은 진동 혼(2a)에 대하여 약 2할 정도로 감쇠된 약 0.2㎛였다. 따라서, 진동 헤드용 진동자(2c)의 진동 주파수, 즉 진동 혼(2a)의 주파수를 약 40kHz로 하면, 진동 혼(2a)의 주파수를 약 60kHz로 한 경우와 비교하여, 진동 혼(2a)의 진폭이 커지고, 또한 IC 칩(12)에 전해지는 진동의 감쇠도 작아져, IC 칩(12)의 접합부에 주어지는 에너지의 로스가 작아진다.
각 진동자(2c, 3a)의 여진 개시와 IC 칩(12)의 COF 테이프(11)에의 누름 개시 타이밍은 각 진동자(2c, 3a)의 여진 개시가 IC 칩(12)의 누름 개시보다 빨라도 늦어도 된다. 보다 바람직한 조건은 각 진동자(2c, 3a)의 여진 개시와 IC 칩(12)의 누름 개시가 동시이다.
도 8은 COF 테이프(11)의 두께와 실용성과의 관계를 나타낸다.
사용한 COF 테이프(11)는 두께가 5∼300㎛의 폴리이미드 수지이다. 압접 강도가 실용에 견딜 정도로 높은 경우에는 ○으로, 낮은 경우에는 ×로, 중간의 경우에는 △으로 나타내고 있다. 동일하게, 테이프 강도(=기판 강도)가 실용에 견디는 경우에는 ○으로, 견디지 못하는 경우에는 ×로, 중간의 경우에는 △으로 나타내고 있다. 또 COF 테이프(11)의 이면에 기판 탑재 테이블(6)의 탑재면(6a) 표면 거칠기가 전사되지 않는 경우에는 ○으로, 전사되어 약간 흠으로서 확인할 수 있는 정도는 △으로, 전사되어 흠으로서 눈에 띠는 경우에는 ×로 나타내고 있다. 제품의 평가는 제품으로서 합격하는 경우에는 ○으로, 불합격의 경우에는 ×로, 중간의 경우에는 △으로 나타내고 있다.
도 8에서 판단하면, 바람직한 COF 테이프(11)의 두께는 10∼200㎛이다. 보다 바람직한 COF 테이프(11)의 두께는 작업성의 면 등을 고려하면, 20∼70㎛이다. 그리고, 그 탑재면(6a)의 표면 거칠기가 수 ㎛ 이상인 당초의 장치에서도, 압접 강도와 기판 강도의 평가 데이터는 도 8에 나타낸 것과 동일했다. 그리고, 기판의 흠이 전사되는지 여부는 당초의 장치[탑재면(6a)의 표면 거칠기가 수 ㎛ 이상인 장치]에서는 평가하지 않았지만, 그 후의 다른 평가 데이터 등에서는, 도 8에 나타낸 모든 두께의 플렉시블 기판에 대하여, 기판의 흠이 전사되고 있었다고 추측된다.
도 9는 본딩 장치(1)에서의 진동 헤드(2)의 선단부 바닥면에 장착된 IC 칩(12)을 COF 테이프(11)에 대하여 수평 방향의 위치 결정하기 위한 위치 맞춤 기구(25)를 구성하는 주된 요소의 블록도이다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 위치 맞춤 기구(25)는 진동 헤드(2)를 X축 방향으로 이동시키는 X축 테이블(26)과, 진동 헤드(2)를 Y축 방향으로 이동시키는 Y축 테이블(27)과, 카메라 유닛(17)과, 링 조명(29)과, 장치 컨트롤러(30)와, 모터 드라이버(31)와, 화상 처리 장치(32)와, 플래시 조명 제어 기구(33)를 가지고 있다. 이 위치 맞춤 기구(25)는 IC 칩(12)의 COF 테이프(11)에 대한 위치 맞춤을 하고, 이 IC 칩(12)이 흡착 지지되어 있는 진동 혼(2a)을 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동시킨다.
X축 테이블(26)은 진동 혼(2a)의 X축 방향(도 1의 지면에 대하여 수직 방향) 으로의 구동을 제어하기 위한 것이며, 진동 혼(2a)의 X축 방향의 위치를 검출하는 인코더를 가지고 있다. 이 X축 테이블(26)은 진동 혼(2a)의 X축 방향에서의 위치 데이터를 장치 컨트롤러(30), 모터 드라이버(31) 및 화상 처리 장치(32)에 상시 보낸다.
Y축 테이블(27)은 진동 혼(2a)의 Y축 방향[COF 테이블(11)의 진행 방향]으로의 구동을 제어하기 위한 것이며, 진동 혼(2a)의 Y축 방향 위치를 검출하는 인코더를 가지고 있다. 이 Y축 테이블(27)은 진동 혼(2a)의 Y축 방향에서의 위치 데이터를 장치 컨트롤러(30), 모터 드라이버(31) 및 화상 처리 장치(32)에 상시 보낸다.
장치 컨트롤러(30)는 이 본딩 장치(1) 전체의 제어를 담당하는 것이며, 구체적으로는 X축 테이블(26), Y축 테이블(27), 모터 드라이버(31), 화상 처리 장치(32), 플래시 조명 제어 기구(33), 기판 탑재측 부재(3)(도 9에서는 생략), 기판 누름판(13)(도 9에서는 생략), COF 테이프(11)의 이송 등 각 동작을 제어한다.
장치 컨트롤러(30)는 X축 테이블(26) 및 Y축 테이블(27)로부터 상시 보내져 오는 위치 데이터와, 화상 처리 장치(32)로부터 보내져 오는 화상 데이터에 따라, 모터 드라이버(31), 화상 처리 장치(32), 플래시 조명 제어 기구(33), 기판 탑재측 부재(3), 기판 누름판(13) 및 COF 테이프(11)의 이송 기구 등의 동작 제어를 실행한다. 또 장치 컨트롤러(30)는 진동 헤드(2)에 지지되어 있는 IC 칩(12)이나 COF 테이프(11)의 위치 데이터를 정기적으로 스캔하여 간헐적으로 판독하도록 해도 된다.
장치 컨트롤러(30)는 X축 테이블(26) 및 Y축 테이블(27)로부터의 위치 데이 터에 따라, IC 칩(12)이 COF 테이프(11)의 수평 방향에서의 소정 위치 상방에 접근한 것을 인식하면, 화상 처리 장치(32)에 화상을 편입하는 취지의 지령 신호를 보낸다. 동시에, 장치 컨트롤러(30)는 플래시 조명 제어 기구(33)에 대하여, 플래시 조명을 조사하는 취지의 지령 신호를 보낸다. 그리고, 양 테이블(26, 27)로부터의 위치 데이터를 감시하고, 이 데이터에 따라 플래시 조명 제어 기구(33)에 지령 신호를 보낼 때까지의 지연 시간은, 바람직하게는 제로이지만, 각 테이블(26, 27)의 잔류 진동 주파수의 1/10 이하이면 큰 문제는 없다.
데이터 드라이버(31)는 장치 컨트롤러(30)의 제어에 의해, 진동 헤드(2), 즉, 진동 혼(2a)을 X축 방향 및 Y축 방향으로 구동시킨다. 화상 처리 장치(32)는 장치 컨트롤러(30)의 제어에 의해, 카메라 유닛(17)으로 촬영하고 있는 영상을 화상 처리한다. 이 화상 처리 장치(32)는 카메라 유닛(17)으로부터 화상 데이터를 수취하는 동시에, X축 테이블(26) 및 Y축 테이블(27)로부터 위치 데이터를 수취한다.
그리고, 화상 처리 장치(32)는 장치 컨트롤러(30)로부터의 지령 신호를 수취하여, 카메라 유닛(17)의 촬영 동작을 제어하는 동시에, 동시의 타이밍으로 플래시 조명 제어 기구(33)에 플래시 조명 동작을 개시시키는 개시 신호를 보낸다. 플래시 조명 제어 기구(33)는 화상 처리 장치(32) 및 장치 컨트롤러(30)로부터 각각의 지령 신호를 수취하면, 링 조명(29)을 동작시켜 플래시 조명을 실행한다.
이 플래시 조명과 동시에, 카메라 유닛(17)은 COF 테이프(11)와 IC 칩(12)의 각 위치 마크를 동시 촬영하거나, IC 칩(12)의 범프 전극과 COF 테이프(11)의 전기 접속 단자부(16)를 촬영하거나 한다. 그 촬영된 화상은, 전술한 바와 같이, 화상 처리 장치(32)에서 처리되고, 장치 컨트롤러(30)에서 위치 상태가 계산된다. 이 계산 결과에 따라 위치 맞춤이 실행된다.
도 6에 기재한 위치 맞춤 방법은 전술한 IC 칩(12) 등의 전자 부품과, 그것을 실장하는 COF 테이프(11) 등 수지제의 플렉시블 기판과의 위치 맞춤 정밀도의 향상과 택트 시간의 단축을 가능하게 하는 것이다. 대상이 되는 기판은 플렉시블한 수지제의 기판(테이프를 포함함)에 한정되지 않고, 강성이 높은 수지 테이프, 강성이 높은 수지 기판 및 강성이 높은 세라믹스 기판에 적용할 수 있다. 그러나, 기판의 이면에 기판 탑재 테이블(6)의 표면 거칠기가 전사되는 것은 플렉시블한 기판의 경우이며, 기판 탑재 테이블(6)의 탑재면(6a)에의 경면 가공은 플렉시블한 기판에 전자 부품을 압접 접합하는 경우에 적합한 것이 된다.
또 도 6의 위치 맞춤 방법이나 도 7의 압접 접합 방법에서는, 2개의 진동자(2c, 3a)를 사용한 예를 나타냈지만, 도 6이나 도 7에 기재한 각 방법은 진동자가 1개의 경우, 예를 들면, 진동 헤드용 진동자(2c)만을 사용하는 경우에도 적용할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제2 실시예에 관한 전자 부품의 본딩 장치 및 전자 부품의 본딩 방법에 대하여, 도 10 내지 도 12를 참조하면서 설명한다. 그리고, 이 제2 실시예의 전자 부품 본딩 장치(51)는 제1 실시예와 비교하면, 진동자가 진동 헤드(2)측에만 형성되어 있는 점이 상이할 뿐이며, 그 밖의 점은 제1 실시예의 본딩 장치(1)와 동일하기 때문에, 동일 부재에는 동일 부호를 붙이는 동시에, 그 설 명을 생략 또는 간략화하기로 한다.
이 본딩 장치(51)는, 도 10에 나타낸 바와 같이, 진동 헤드(2)와, 기판 탑재측 부재(52)를 가지고 있다. 진동 헤드용 진동자(2c)는 10∼60kHz의 주파수로 진동한다. 이에 따라, 진동 혼(2a)은 그 값, 즉 10∼60kHz의 주파수로 진동하게 된다. 기판 탑재측 부재(52)에는, 제1 실시예에 관한 본딩 장치(1)의 기판 탑재측 부재(3)에 존재하고 있는 기판용 진동자(3a)와 단열층(4)이 형성되어 있지 않다.
기판 탑재 테이블(6)의 탑재면(6a)에는, R Max로 0.2㎛의 표면 거칠기가 되는 경면 가공이 실시되어 있다. 그러나, 본딩 장치(51)의 개발에 있어서는, 우선은 경면 가공을 실시하지 않은 것을 사용하여, 하나의 진동자만으로 어느 정도 두께의 플렉시블 기판이면 제품으로서 만족할 수 있는 것이 얻어지는가를 확인했다. 평가 항목은 기판을 흠을 제외한 3 항목으로 했다. 이 결과를 도 11에 나타낸다. 이 도 11에 나타낸 바와 같이, 플렉시블 기판[COF 테이프(11)]의 두께가 5∼100㎛이면, 어느 정도 만족할 수 있는 제품을 얻을 수 있고, 10∼50㎛이면 매우 바람직한 제품을 얻울 수 있는 것이 판명되었다.
그러나, 제품 평가로서 ○의 평가를 얻은 것을 포함하여, 모든 COF 테이프(11)의 이면에, 경면 가공을 실시하지 않은 탑재면(6a)의 표면 거칠기가 그대로 전사되어 흠으로서 나타나 있었다. 이 때문에, 도 11에 나타낸 모든 제품이 제품 평가로서는 최종적으로 ×로 되었다. 이 표면 거칠기의 전사라고 하는 새로운 문제에의 대책으로서, 탑재면(6a)의 경면 가공을 실시했다. 이 때에, 경면 가공의 정도가 표면 거칠기의 전사면으로부터 말해 어느 정도가 양호한가의 실험을 했다. 이 실험에서는 탑재면(6a)의 표면 거칠기로서, R Max로 0.001㎛에서 2.0㎛의 것으 사용했다. 이 결과를 도 12에 나타낸다.
도 12에 나타낸 바와 같이, 전사에 의한 불량 발생의 문제는 표면 거칠기의 R Max가 0.001㎛에서 0.5㎛의 범위이면 대략 만족할 수 있고, 0.001∼0.2㎛이면 더욱 바람직한 것이 된다. 한편, 압접 강도의 면에서는, 표면 거칠기의 R Max가 0.01㎛ 이상이면 대략 만족할 수 있는 것이 되며, 0.05㎛ 이상이면 매우 바람직한 것이 된다. 도 12에 나타낸 실험 결과가 얻어졌을 때에 사용한 플렉시블 기판이 되는 COF 테이프(11)는 그 두께가 5∼50㎛의 것이다. 구체적으로는 도 11에 나타낸 실험 결과에서는, 압접 강도의 면에서 ○의 평가가 이루어진 5㎛, 10㎛, 20㎛, 30㎛, 50㎛의 5 종류이다.
도 12에 나타낸 데이터로부터 다음의 것이 추측된다. 표면 거칠기를 어느 정도 이상 크게 하면, 마찰이 커져 COF 테이프(11)의 위치 고정이 향상되어 압접 강도가 업된다고 판단된다. 한편, 표면 거칠기는 R Max로 0.5㎛ 이하로 하면, 플렉시블 기판의 탄력성이 효과가 있어, 표면 거칠기의 전사가 이루어지지 않아, 거의 흠으로서 나타나지 않는 것이라고 판단된다.
그리고, 도 12에 나타낸 데이터의 취득 시, 진동 헤드(2)는 도 10의 지면과 수직 방향으로 진동되고 있다. 이 방향은 전기 접속 단자부(16)가 연장 형성되는 방향(리드의 다리가 튀어 나오고 있는 방향)에 대하여 직각의 방향이 된다. 이 진동 방향을 COF 테이프(11)의 진행 방향으로 하거나 그 밖의 방향으로 해도 된다.
전술한 각 실시예는 본 발명의 바람직한 예이지만, 본 발명의 요지를 일탈하 지 않는 범위에서 여러 가지 변경 실시 가능하다. 예를 들면, 전술한 각 실시예에서는, 플렉시블 기판으로서 수지제의 COF 테이프(11)를 사용했지만, TAB 방식에 사용되는 TAB 테이프를 사용해도 된다. 또 플렉시블한 기판이면 테이프 이외의 기판이나 수지제 이외의 기판에도 적용할 수 있다.
또 전술한 실시예에서는, 상하 2 방향으로부터 초음파 진동을 인가하는 예와, 상 방향으로부터 초음파 진동을 인가하는 예를 나타냈지만, 하 방향으로부터만 초음파 진동을 인가하도록 해도 된다. 또 진동자로서는, 초음파 진동을 부여하는 것으로 했지만, 접합시키는 양 부재의 성질이나 필요하게 되는 강도에 따라서는 초음파가 아니고, 음역(音域)의 진동을 부여하도록 해도 된다.
또 상하 방향의 2 방향으로부터 초음파 진동을 인가하는 경우, 전술한 바와 같이, 직교하는 2 방향으로부터 인가하는 것이 바람직하지만, 동일 방향으로 하거나, 교차하는 각도를 90°가 아니고 다른 각도가 되도록 진동 방향을 설정해도 된다. 또한 상하 2 방향으로부터의 진동 인가의 경우, 양 진동의 주파수나 진폭을 상이하게 하도록 하는 것이 바람직하지만, 양 진동의 주파수를 동일하게 하거나, 진폭을 동일하게 해도 된다. 또 주파수나 진폭을 상이하게 하는 경우, 제1 실시예와는 반대의 관계가 되도록 설정해도 된다.
또 플렉시블 기판에 접합하는 전자 부품으로서는, IC 칩 외에 표면 탄성파 소자, 저항 소자 등 다른 전자 부품으로 해도 된다. 또 기판 탑재측 부재(3, 52)로서는, 기판 가열부(5)를 갖지 않는 것으로 해도 된다. 또한 플렉시블 기판은 진공 흡착과 기판 누름판(13)에 의한 누름의 양자로 탑재면(6a)에 지지 고정되지만, 어느 한쪽만으로 하거나, 양자 또는 어느 한쪽에 더하여, 또는 그것들에 대신하여 마그넷 흡착 등 다른 고정 수단을 사용해도 된다. 또 전자 부품의 진동 헤드(2)에 의한 지지로서는, 진공 흡착 외에 처킹 등의 다른 지지 수단을 사용해도 된다.
또 도 1이나 도 9에 기재된 구성 요소의 전부가 아니고, 그것들의 일부를 가지는 본딩 장치로 본 발명의 본딩 방법을 사용하여 본딩을 실시할 수 있다. 또한 본 발명이 되는 전자 부품의 본딩 방법은 이 방법을 사용하여 제조된 제품, 예를 들면, TCP에도 적용할 수 있다.
본 발명의 전자 부품 본딩 방법 및 전자 부품의 본딩 장치에 의하면, 플렉시블 기판에 IC 칩 등의 전자 부품을 압접 접합할 수 있다. 또 다른 발명의 전자 부품 본딩 방법 및 전자 부품 본딩 장치에 의하면, 플렉시블 기판에 IC 칩 등의 전자 부품을 압접 접합할 때에 플렉시블 기판에 흠이 발생하지 않도록 할 수 있다.

Claims (16)

  1. 헤드에 지지된 전자 부품이 진동을 이용하여 기판에 압접(壓接) 접합되는 전자 부품의 본딩 방법에 있어서,
    상기 헤드로서 진동하는 헤드를 사용하고, 상기 진동 헤드가 상기 전자 부품을 지지하는 공정과,
    상기 지지된 전자 부품이 제1 소정 위치로 이동하는 공정과,
    상기 기판으로서 수지제의 플렉시블 기판을 사용하고, 상기 플렉시블 기판이 제2 소정 위치로 이동하는 공정과,
    기판 탑재 테이블이 상기 플렉시블 기판을 지지하는 공정과,
    상기 전자 부품이 상기 플렉시블 기판에 근접하는 공정과,
    상기 헤드의 진동 주파수가 상기 기판 탑재 테이블의 진동 주파수보다 큰 상태에서 상기 헤드와 상기 기판 탑재 테이블이 진동하면서 상기 전자 부품과 상기 플렉시블 기판이 압접 접합되는 공정과,
    상기 전자 부품이 상기 헤드로부터 이간(離間)되는 공정과,
    상기 기판 탑재 테이블에 지지되어 있는 상기 플렉시블 기판이 상기 기판 탑재 테이블로부터 이간되는 공정
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 부품의 본딩 방법.
  2. 헤드에 지지된 전자 부품이 진동을 이용하여 기판에 압접 접합되는 전자 부 품의 본딩 방법에 있어서,
    상기 헤드로서 진동하는 헤드를 사용하고, 상기 진동 헤드가 상기 전자 부품을 지지하는 공정과,
    상기 지지된 전자 부품이 제1 소정 위치로 이동하는 공정과,
    상기 기판으로서 수지제의 플렉시블 기판을 사용하고, 상기 플렉시블 기판이 제2 소정 위치로 이동하는 공정과,
    기판 탑재 테이블이 상기 플렉시블 기판을 지지하는 공정과,
    상기 전자 부품이 상기 플렉시블 기판에 근접하는 공정과,
    상기 기판 탑재 테이블의 진동 진폭이 상기 헤드의 진동 진폭보다 큰 상태에서 상기 기판 탑재 테이블과 상기 헤드가 진동하면서 상기 전자 부품과 상기 플렉시블 기판이 압접 접합되는 공정과,
    상기 전자 부품이 상기 헤드로부터 이간되는 공정과,
    상기 기판 탑재 테이블에 지지되어 있는 상기 플렉시블 기판이 상기 기판 탑재 테이블로부터 이간되는 공정
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 부품의 본딩 방법.
  3. 헤드에 지지된 전자 부품이 진동을 이용하여 기판에 압접 접합되는 전자 부품의 본딩 방법에 있어서,
    상기 헤드가 상기 전자 부품을 지지하는 공정과,
    상기 지지된 전자 부품이 제1 소정 위치로 이동하는 공정과,
    상기 기판으로서 가요성(可撓性)을 가지는 플렉시블 기판을 사용하고, 상기 플렉시블 기판이 제2 소정 위치로 이동하는 공정과,
    상기 플렉시블 기판을 탑재하는 탑재면의 표면 거칠기를 0.01∼0.5㎛로 한 기판 탑재 테이블이 상기 플렉시블 기판을 지지하는 공정과,
    상기 전자 부품이 상기 플렉시블 기판에 근접하는 공정과,
    상기 헤드의 진동 주파수가 상기 기판 탑재 테이블의 진동 주파수보다 커지는 상태에서 상기 헤드와 상기 기판 탑재 테이블이 진동하면서 상기 전자 부품과 상기 플렉시블 기판이 압접 접합되는 공정과,
    상기 전자 부품이 상기 헤드로부터 이간되는 공정과,
    상기 기판 탑재 테이블에 지지되어 있는 상기 플렉시블 기판이 상기 기판 탑재 테이블로부터 이간되는 공정
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 부품의 본딩 방법.
  4. 헤드에 지지된 전자 부품이 진동을 이용하여 기판에 압접 접합되는 전자 부품의 본딩 방법에 있어서,
    상기 헤드가 상기 전자 부품을 지지하는 공정과,
    상기 지지된 전자 부품이 제1 소정 위치로 이동하는 공정과,
    상기 기판으로서 가요성을 가지는 플렉시블 기판을 사용하고, 상기 플렉시블 기판이 제2 소정 위치로 이동하는 공정과,
    상기 플렉시블 기판을 탑재하는 탑재면의 표면 거칠기를 0.01∼0.5㎛로 한 기판 탑재 테이블이 상기 플렉시블 기판을 지지하는 공정과,
    상기 전자 부품이 상기 플렉시블 기판에 근접하는 공정과,
    상기 기판 탑재 테이블의 진동 진폭이 상기 헤드의 진동 진폭보다 커지는 상태에서 상기 기판 탑재 테이블과 상기 헤드가 진동하면서 상기 전자 부품과 상기 플렉시블 기판이 압접 접합되는 공정과,
    상기 전자 부품이 상기 헤드로부터 이간되는 공정과,
    상기 기판 탑재 테이블에 지지되어 있는 상기 플렉시블 기판이 상기 기판 탑재 테이블로부터 이간되는 공정
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 부품의 본딩 방법.
  5. 헤드에 지지된 전자 부품이 진동을 이용하여 기판에 압접 접합되는 전자 부품의 본딩 방법에 있어서,
    상기 헤드가 상기 전자 부품을 지지하는 공정과,
    상기 지지된 전자 부품이 제1 소정 위치로 이동하는 공정과,
    상기 기판으로서 가요성을 가지는 플렉시블 기판을 사용하고, 상기 플렉시블 기판이 제2 소정 위치로 이동하는 공정과,
    상기 플렉시블 기판을 탑재하는 탑재면의 표면 거칠기를 0.01∼0.5㎛로 한 기판 탑재 테이블이 상기 플렉시블 기판을 지지하는 공정과,
    상기 헤드 또는 상기 기판 탑재 테이블 중 어느 한쪽 또는 양자가 진동함으로써 상기 전자 부품과 상기 플렉시블 기판이 압접 접합되는 공정과,
    상기 전자 부품이 상기 헤드에 의한 지지 상태로부터 비지지 상태로 되는 공정과,
    상기 플렉시블 기판이 상기 기판 탑재 테이블에 의한 지지 상태로부터 비지지 상태로 되는 공정
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 부품의 본딩 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플렉시블 기판은 두께가 10∼200㎛의 수지제인 것을 특징으로 하는 전자 부품의 본딩 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 플렉시블 기판은 COF 테이프 또는 TAB 테이프인 것을 특징으로 하는 전자 부품의 본딩 방법.
  8. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플렉시블 기판의 두께가 10∼50㎛인 것을 특징으로 하는 전자 부품의 본딩 방법.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 부품과 상기 플렉시블 기판 중 적어도 하나는 가열되는 것을 특징 으로 하는 전자 부품의 본딩 방법.
  10. 전자 부품을 지지하는 헤드와, 기판을 탑재하는 기판 탑재 테이블을 구비하고, 상기 헤드와 상기 기판 탑재 테이블 양자에 진동을 가함으로써 상기 전자 부품을 상기 기판에 압접 접합하는 전자 부품의 본딩 장치에 있어서,
    상기 기판으로서 두께가 10∼200㎛의 COF 테이프 또는 TAB 테이프를 상기 기판으로서 사용하고,
    상기 헤드의 진동 주파수가 상기 기판 탑재 테이블의 진동 주파수보다 큰 상태에서, 상기 헤드와 상기 기판 탑재 테이블이 진동하는 것을 특징으로 하는 전자 부품의 본딩 장치.
  11. 전자 부품을 지지하는 헤드와, 기판을 탑재하는 기판 탑재 테이블을 구비하고, 상기 헤드와 상기 기판 탑재 테이블 양자에 진동을 가함으로써 상기 전자 부품을 상기 기판에 압접 접합하는 전자 부품의 본딩 장치에 있어서,
    상기 기판으로서 두께가 10∼200㎛의 COF 테이프 또는 TAB 테이프를 상기 기판으로서 사용하고,
    상기 기판 탑재 테이블의 진동 진폭이 상기 헤드의 진동 진폭보다 큰 상태에서, 상기 기판 탑재 테이블과 상기 헤드가 진동하는 것을 특징으로 하는 전자 부품의 본딩 장치.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 헤드와 상기 기판 탑재 테이블을 수평 방향으로서 서로 90°상이한 방향으로 왕복 진동 가능하게 구성하는 것을 특징으로 하는 전자 부품의 본딩 장치.
  13. 전자 부품을 지지하는 헤드와, 기판을 탑재하는 기판 탑재 테이블을 구비하고, 상기 헤드 또는 상기 기판 탑재 테이블 중 어느 한쪽 또는 양자에 진동을 가함으로써 상기 전자 부품을 상기 기판에 압접 접합하는 전자 부품의 본딩 장치에 있어서,
    테이프형의 플렉시블 기판을 상기 기판으로서 사용하고,
    상기 기판 탑재 테이블의 상기 기판을 탑재하는 탑재면의 표면 거칠기를 0.01∼0.5㎛로 하는 것을 특징으로 하는 전자 부품의 본딩 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 플렉시블 기판은 두께가 10∼200㎛의 COF 테이프 또는 TAB 테이프로 하고, 상기 표면 거칠기가 0.05∼0.2㎛인 것을 특징으로 하는 전자 부품의 본딩 장치.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 헤드를 진동시키는 헤드용 진동자와 상기 기판 탑재 테이블을 진동시키는 기판용 진동자를 설치하고, 상기 헤드와 상기 기판 탑재 테이블을 수평 방향으 로서 서로 90°상이한 방향으로 왕복 진동시키는 동시에, 상기 헤드와 상기 기판 탑재 테이블 각각의 진동 주파수 또는 각각의 진동 중 적어도 한쪽이 상기 헤드와 상기 기판 탑재 테이블에 의해 상이하게 진동할 수 있도록 구성하는 것을 특징으로 하는 전자 부품의 본딩 장치.
  16. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 헤드를 진동 가능하게 하고, 상기 기판 탑재 테이블을 고정한 상태에서 상기 헤드에 지지되는 전자 부품을 초음파 진동으로 수평 방향으로 0.2∼3.6㎛ 왕복 진동시킴으로써, 상기 전자 부품을 상기 플렉시블 기판에 압접 접합 가능하게 구성하는 것을 특징으로 하는 전자 부품의 본딩 장치.
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