KR20130005303A - 전자부품 실장 장치 및 그 방법 - Google Patents

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코지 호조
마코토 타카하시
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가부시키가이샤 신가와
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Abstract

기판(42)과 접리 방향으로 구동되고, 전자부품(31)을 기판(42)에 열압착하는 본딩 툴(28)과, 본딩 툴(28)의 기판(42과의 접리 방향의 위치를 검출하는 리니어 스케일(61), 리니어 스케일 헤드(62)와, 제어부(50)를 구비하고, 제어부(50)는 전자부품(31)을 가열하면서 본딩 툴(28)이 기준위치로부터 소정의 거리만큼 기판(42)에 근접한 경우, 전자부품(31)의 전극과 기판(42)의 전극 사이가 땜납 피막(44)이 열용융되었다고 판단하고, 그 때의 본딩 툴(28)의 기판(42)에 대한 접리 방향의 위치를 유지한다. 이것에 의해, 열용융되는 접합금속을 통하여 전자부품과 기판을 접합하는 전자부품 실장 장치에서, 본딩 품질을 향상시킨다.

Description

전자부품 실장 장치 및 그 방법{ELECTRONIC PACKAGING DEVICE AND METHOD}
본 발명은 전자부품을 기판 등에 실장하는 전자부품 실장 장치의 구조 및 그 방법에 관한 것이다.
전극에 땜납 범프를 형성한 땜납 범프 부착 전자부품을 열압착에 의해 기판에 실장하는 방법이 많이 이용되고 있다. 이 방법은, 압착 툴에 의해 전자부품을 기판에 누름과 아울러, 전자부품을 가열하여 땜납을 용융시켜, 기판의 전극에 땜납 접합하는 것이다. 이 열압착 공정에서, 땜납 범프 용융한 후도 누름을 계속하면, 용융한 땜납을 눌러 찌부러뜨려 버리게 되기 때문에, 땜납 범프의 용융 전에 열압착 툴의 위치를 고정하여, 땜납 범프의 파쇄를 방지하는 것이 행해지고 있다. 그러나, 열압착 툴이 고정된 상태에서도 누름 하중을 검출하는 로드 셀에는 하중에 의한 스트레인이 남아있고, 이 잔류하고 있는 스트레인이 개방될 때에 열압착 툴이 하방향으로 이동하여, 용융된 땜납 범프를 눌러 찌부러뜨리는 경우가 있었다.
그래서, 땜납 범프의 용융 전에 열압착 툴의 누름 하중을 저감하고, 열압착 툴로 땜납 범프를 갖는 전자부품을 기판에 누르고, 전자부품의 가열을 개시한 후, 누름 하중이 소정의 값 이하로 감소한 경우에, 땜납이 용융되었다고 판단하고 열압착 툴을 상승시키는 방법이 제안되어 있다(예를 들면 특허문헌 1, 2 참조).
또한 열압착 툴에 의해 전자부품의 온도의 상승을 개시한 후, 헤드 툴의 전자부품의 누름 하중을 일정 제어로 하고, 로드 셀에 의해 측정하고 있는 하중의 감소를 검출하여 땜납이 용융된 것으로 판단하고, 헤드 툴의 하중을 일정 하중 제어로부터 흡착 노즐 선단 높이의 위치를 일정하게 하는 위치 제어로 전환하여, 땜납 용융시에도 전자부품의 배면 높이의 관리를 확실하게 행하는 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 3 참조).
일본 특허 제3399323호 명세서 일본 특허 제3399324호 명세서 일본 특개 2003-31993호 공보
(발명의 개요)
(발명이 해결하고자 하는 과제)
한편, 최근, 전자부품의 전극에 금 범프를 성형하고, 기판의 구리전극의 표면에 얇은 땜납의 피막을 입히고, 금 범프의 금과 땜납을 열용융 접합하는 금 땜납 용융접합이 사용되는 경우가 많다. 이 경우, 기판의 전극의 표면에 형성되는 피막의 두께는 10부터 30㎛ 정도로 얇으므로, 특허문헌 1부터 3에 기재된 종래기술에서는 하중이 감소한 직후의 열압착 툴의 가라앉음량이 땜납의 피막 두께보다도 커, 전자부품의 실장시에 전자부품의 전극에 형성된 금 범프의 선단이 기판의 구리전극의 표면에 접촉해 버리는 경우가 있었다. 이때, 열압착 툴을 상승시키기 전에 전자부품이나 금 범프에 하중이 걸려, 그 하중으로 전자부품이 손상을 받거나, 금 범프와 구리전극과의 접촉에 의해 금 범프가 변형되어 인접하는 금 범프끼리 접촉하거나 하여 양호한 본딩 품질을 유지할 수 없는 경우가 있었다.
그래서, 본 발명은, 열용융되는 접합금속을 통하여 전자부품과 기판을 접합하는 전자부품 실장 장치에 있어서, 본딩 품질을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 전자부품 실장 장치는 열용융되는 접합금속을 통하여 전자부품의 전극과 기판의 전극을 접합하고, 전자부품을 기판 위에 실장하는 전자부품 실장 장치로서, 기판과 접리 방향으로 구동되고, 전자부품을 기판에 열압착하는 본딩 툴과, 본딩 툴을 기판과의 접리 방향으로 구동하는 구동부와, 본딩 툴의 기판과의 접리 방향의 위치를 검출하는 위치검출부와, 구동부에 의해 본딩 툴의 기판과의 접리 방향의 위치를 변화시키는 제어부를 구비하고, 제어부는, 전자부품을 가열하면서 본딩 툴이 기준위치로부터 소정의 거리만큼 기판에 근접한 경우, 전자부품의 전극과 기판의 전극 사이의 접합금속이 열용융되었다고 판단하고, 그 때의 본딩 툴의 기판에 대한 접리 방향의 위치를 유지하는 본딩 툴 위치 유지 수단을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전자부품 실장 장치에 있어서, 전자부품은 전극 위에 범프가 형성되고, 기판은 전극에 접합금속의 피막이 형성되고, 제어부는, 또한, 위치검출부로부터의 신호에 기초하여 범프와 피막의 맞닿음을 판단하는 맞닿음 검출 수단과, 맞닿음 검출 수단에 의해 범프와 피막이 맞닿았다고 판단한 경우에, 본딩 툴의 기판에 대한 위치를 기준위치로서 설정하는 기준위치 설정 수단을 갖는 것으로 해도 적합하다.
본 발명의 전자부품 실장 장치에 있어서, 제어부는, 또한, 기준위치 설정 수단에 의해 기준위치를 설정한 후, 본딩 툴의 기판과의 접리 방향의 거리가 증가에서 감소로 변화된 경우, 본딩 툴의 기판에 대한 위치를 제 2 기준위치로서 설정하는 제 2 기준위치 설정 수단과, 전자부품을 가열하면서 본딩 툴이 제 2 기준위치로부터 제 2 소정의 거리만큼 기판에 근접한 경우, 전자부품의 전극과 기판의 전극 사이의 접합금속이 열용융되었다고 판단하고, 그 때의 본딩 툴의 기판에 대한 접리 방향의 위치를 유지하는 제 2 본딩 툴 위치 유지 수단을 갖는 것으로 해도 적합하다.
본 발명의 전자부품 실장 방법은 열용융되는 접합금속을 통하여 전자부품의 전극과 기판의 전극을 접합하고, 전자부품을 기판 위에 실장하는 전자부품 실장 방법으로서, 기판과 접리 방향으로 구동되고, 전자부품을 기판으로 열압착하는 본딩 툴과, 본딩 툴을 기판과의 접리 방향으로 구동하는 구동부와, 본딩 툴의 기판과의 접리 방향의 위치를 검출하는 위치검출부를 구비하는 전자부품 실장 장치를 준비하는 공정과, 전자부품을 가열하면서 본딩 툴이 기준위치로부터 소정의 거리만큼 기판에 근접한 경우, 전자부품의 전극과 기판의 전극 사이의 접합금속이 열용융되었다고 판단하고, 그 때의 본딩 툴의 기판에 대한 접리 방향의 위치를 유지하는 본딩 툴 위치 유지 공정을 특징으로 한다.
본 발명의 전자부품 실장 방법에 있어서, 전자부품은 전극 위에 범프가 형성되고, 기판은 전극에 접합금속의 피막이 형성되고, 위치검출부로부터의 신호에 기초하여 범프와 피막의 맞닿음을 판단하는 맞닿음 검출 공정과, 맞닿음 검출 공정에 의해 범프와 피막이 맞닿았다고 판단된 경우, 본딩 툴의 기판에 대한 위치를 기준위치로서 설정하는 기준위치 설정 공정을 더 갖는 것으로 해도 적합하다.
본 발명의 전자부품 실장 방법에 있어서, 또한, 기준위치 설정 공정에 의해 기준위치를 설정한 후, 본딩 툴의 기판과의 접리 방향의 거리가 증가에서 감소로 변화된 경우, 본딩 툴의 기판에 대한 위치를 제 2 기준위치로서 설정하는 제 2 기준위치 설정 공정과, 전자부품을 가열하면서 본딩 툴이 제 2 기준위치로부터 제 2 소정의 거리만큼 기판에 근접한 경우, 전자부품의 전극과 기판의 전극 사이의 접합금속이 열용융되었다고 판단하고, 그 때의 본딩 툴의 기판에 대한 접리 방향의 위치를 유지하는 제 2 본딩 툴 위치 유지 공정으로 갖는 것으로 해도 적합하다.
본 발명은 열용융되는 접합금속을 통하여 전자부품과 기판을 접합하는 전자부품 실장 장치에 있어서, 본딩 품질을 향상시킬 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태인 전자부품 실장 장치의 구성을 도시하는 계통도.
도 2는 본 발명의 실시형태인 전자부품 실장 장치에 세팅된 전자부품과 기판을 나타내는 설명도.
도 3은 본 발명의 실시형태인 전자부품 실장 장치에 사용되는 리니어 스케일을 도시하는 모식도.
도 4는 본 발명의 실시형태인 전자부품 실장 장치의 동작을 나타내는 플로우차트.
도 5는 본 발명의 실시형태인 전자부품 실장 장치의 동작 중의 본딩 툴의 위치와, 누름 하중과, 땜납층의 온도변화를 나타내는 설명도.
도 6은 본 발명의 실시형태인 전자부품 실장 장치에 의해 금 범프와 땜납 피막이 금 땜납 용융접합되는 공정을 나타내는 설명도.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 전자부품 실장 장치(100)는 베이스(10)와, 베이스(10)로부터 상부를 향하여 뻗는 프레임(11)과, 프레임(11)의 상부로부터 튀어나온 상부 플랜지(12)와, 프레임(11)의 측면에 상하 방향에 설치된 가이드(14)와, 가이드(14)에 상하 방향으로 슬라이딩 자유롭게 부착된 슬라이더(16)와, 슬라이더(16)에 고정되어 슬라이더(16)와 함께 상하 방향으로 이동 가능한 승강 블록(15)과, 승강 블록(15)에 고정된 너트(17)와, 너트(17)에 돌려 넣어지는 이송나사(18)와, 상부 플랜지(12)에 고정되어 이송나사(18)를 회전시키는 모터(13)와, 승강 블록(15)의 하부에 부착된 보이스 코일 모터(20)와, 보이스 코일 모터(20)에 의해 상하 방향으로 이동하는 로드(26)와, 로드(26)의 선단에 부착된 세라믹 히터(27)와, 세라믹 히터(27)의 하단에 장착되어 전자부품(31)을 흡착하는 본딩 툴(28)과, 기판(42)을 흡착 고정하는 본딩 스테이지(41)와, 제어부(50)를 구비하고 있다. 모터(13)와 보이스 코일 모터(20)는 본딩 툴(28)을 상하 방향으로 구동하는 구동부이다.
보이스 코일 모터(20)는 케이싱(21)과, 케이싱(21)의 내주를 따라 고정되는 영구자석의 고정자(22)와, 고정자(22)의 내주에 배치되는 가동자인 코일(23)을 포함하고 있다. 로드(26)는 케이싱(21)에 판 스프링(25)을 사이에 두고 부착되어 있다. 또한 로드(26)에는 L자형이고 그 수직 부분에 미세한 눈금이 형성된 리니어 스케일(61)이 고정되어 있다. 또한 리니어 스케일(61)과 대향하는 케이싱(21)의 외면에는, 리니어 스케일(61)에 설치된 눈금을 읽어내는 리니어 스케일 헤드(62)가 부착되어 있다. 리니어 스케일(61)과 리니어 스케일 헤드(62)는 본딩 툴(28)의 높이 방향의 위치를 검출하는 위치검출부를 구성한다. 보이스 코일 모터(20)의 코일(23)에는 전원(19)으로부터 구동용 전원이 공급되고 있다. 본딩 스테이지(41)는 내부에 본딩 스테이지(41)에 흡착 고정된 기판(42)을 가열하는 스테이지 히터(48)를 구비하고 있다.
제어부(50)는 내부에 신호처리를 행하는 CPU(51)와 메모리(52)를 포함하는 컴퓨터이며, 메모리(52) 속에는, 본딩의 제어를 행하는 본딩 프로그램(53)과, 제어용 데이터(58)와, 기준위치 설정 프로그램(54)과, 본딩 툴 위치 유지 프로그램(55)과, 제 2 기준위치 설정 프로그램(56)과, 제 2 본딩 툴 위치 유지 프로그램(57)과, 맞닿음 검출 프로그램(59)을 포함하고 있다.
모터(13)는 제어부(50)에 접속되고, 제어부(50)의 지령에 의해 회전방향, 회전각도가 제어되도록 구성되고, 전원(19)은 제어부(50)에 접속되고, 제어부(50)의 지령에 의해 코일(23)에 출력하는 전류, 전압을 변화시키도록 구성되고, 세라믹 히터(27), 스테이지 히터(48)는 제어부(50)에 접속되고, 제어부(50)의 지령에 의해 그 발열 상태가 제어되도록 구성되어 있다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 본딩 툴(28)의 선단에 상하 반전되어 흡착된 전자부품(31)은 표면에 복수의 전극(32)이 설치되어 있고, 그 각 전극(32) 위에 각 금 범프(33)가 형성되어 있다. 금 범프(33)는 전극(32)측의 원판형의 기부(基部)(34)와 원추형이고 기부로부터 돌출된 돌출부(35)를 가지고 있다. 또한 본딩 스테이지(41)에 흡착 고정된 기판(42)은 표면에 구리전극(43)이 형성되고, 구리전극(43)의 표면에 땜납 피막(44)이 형성되어 있다. 이 땜납 피막(44)의 두께는 대단히 얇고, 10부터 30㎛ 정도이다. 전극(32), 금 범프(33)와, 기판의 구리전극(43)은 각각 대향하도록 배치되어 있다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 리니어 스케일(61)은 리니어 스케일 본체(61a) 위에 대단히 미세한 피치(L)로 눈금(61b)이 형성된 것이다. 리니어 스케일 헤드(62)는 내부에 리니어 스케일(61)의 눈금(61b)을 조사하는 광원과, 광원으로부터의 광을 투과시키는 격자와, 리니어 스케일(61)의 눈금(61b)에서 반사한 광을 검출하는 수광 디바이스와, 수광 디바이스로부터 입력된 신호를 처리하는 신호처리부를 포함하고 있다. 광원으로부터 출사한 광은 격자를 통과하여 리니어 스케일(61)의 눈금(61b)에서 반사되고, 포토다이오드와 같은 수광 디바이스상에서 간섭무늬를 생성한다. 리니어 스케일(61)이 눈금(61b)의 길이 방향을 향하여 리니어 스케일 헤드(62)와 상대적으로 이동하면, 그 간섭무늬가 이동하고, 수광 디바이스로부터 눈금(61b)의 피치(L) 또는, 피치(L)의 1/2의 주기의 정현파 신호가 출력된다. 정현파 신호는 그 위상이 90도 어긋난 이상(二相)) 정현파이다. 리니어 스케일 헤드(62)는 신호처리부에서 상기의 이상 정현파의 출력차에 기초하여 리니어 스케일(61)과 리니어 스케일 헤드(62)의 상대적인 이동량을 출력한다. 이동량의 검출 정밀도는 눈금(61b)의 피치(L)가, 예를 들면, 수㎛인 경우에는 1nm 정도가 된다.
이상과 같이 구성된 전자부품 실장 장치(100)에 의해 도 2에 도시한 전자부품(31)을 기판(42)에 접합하는 본딩 동작에 대하여 도 4로부터 도 6을 참조하면서 설명한다. 여기에서, 전자부품은 반도체칩, 트랜지스터, 다이오드 등을 포함하는 것이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 전자부품(31)의 전극(32)과 기판(42)의 구리전극(43)과의 얼라인먼트를 할 수 있으면, 제어부(50)는 도 4의 스텝 S101, 도 5의 시간 t1부터 t2에 나타나 있는 바와 같이 본딩 툴을 초기높이 H0로부터 강하시키는 강하동작을 개시한다. 이 강하동작은 도 1에 도시하는 모터(13)를 회전시켜서 이송나사(18)를 회전시켜, 이송나사(18)가 돌려 넣어져 있는 너트(17)가 고정되어 있는 승강 블록(15)을 하방향으로 이동시킴으로써 행한다. 제어부(50)는 모터(13)의 회전각도에 의해 강하위치를 검출하고, 도 4의 스텝 S102에 나타내는 바와 같이 도 5에 도시하는 소정의 높이 H1까지 강하했는지 아닌지를 판단한다. 높이 H1까지 강하하면, 금 범프(33)와 땜납 피막(44), 구리전극(43)은 도 6(a)에 도시하는 바와 같이 상당히 접근해 있지만, 아직 금 범프(33)의 돌출부(35)와 땜납 피막(44) 사이에는 간극이 벌어져 있다. 강하동작에서는 보이스 코일 모터(20), 로드(26), 본딩 툴(28)이 일체로 되어 강하해 가므로, 로드(26)에 부착되어 있는 리니어 스케일(61)과 보이스 코일 모터(20)의 케이싱(21) 사이에는 높이의 차가 발생하지 않아, 리니어 스케일 헤드(62)로부터의 검출신호는 초기출력으로부터 변동되지 않는다.
그리고, 제어부(50)는 소정의 높이 H1까지 강하했다고 판단되면 모터(13)를 정지시켜 강하동작을 정지하고, 도 4의 스텝 S103에 나타내는 바와 같이, 도 2에 도시하는 금 범프(33)의 선단이 기판(42)의 구리전극(43)의 땜납 피막(44)에 맞닿는 위치를 검출하는 서치 동작을 개시한다. 도 5의 시간 t2부터 t3에 나타나 있는 바와 같이 서치 동작은 금 범프(33)의 돌출부(35)의 선단이 땜납 피막(44)의 표면에 맞닿을 때까지 본딩 툴(28)의 높이를 조금씩 내려가는 동작이다. 이, 동작은 예를 들면, 다음과 같이 보이스 코일 모터(20)의 코일(23)로의 통전 전류를 변화시킴으로써 행한다.
제어부(50)가 서치 동작의 강하 위치의 지령을 출력하면, 전원(19)은 그 강하위치의 지령값에 기초하여 보이스 코일 모터(20)의 코일(23)에 전류를 통전한다. 그러면, 코일(23)은 하방향으로 이동하고, 그 선단(24)이 로드(26)의 상단에 접촉한다. 로드(26)는 판 스프링(25)에 의해 케이싱(21)에 장착되어 있으므로, 코일(23)에 흐르는 전류가 증가하여 코일(23)의 선단(24)이 로드(26)를 밀어 내리고, 그 밀어 내리는 힘에 따라 판 스프링(25)이 휘면, 로드(26)가 하방향으로 이동하여 본딩 툴(28)의 선단이 점차 강하해 간다. 로드(26)가 하방향으로 이동하면, 로드(26)에 고정되어 있는 리니어 스케일(61)과 보이스 코일 모터(20)의 케이싱(21) 사이의 상대높이에 차이가 생겨 가기 때문에, 리니어 스케일 헤드(62)는 리니어 스케일(61)의 이동량을 검출한다. 제어부(50)는 이 리니어 스케일 헤드(62)의 검출하는 신호의 변화에 기초하여 본딩 툴(28)의 강하 위치를 취득하고, 강하 위치의 지령값에 피드백을 걸어 전원으로부터 출력하는 전류를 조정한다. 그리고, 코일(23)에 흐르는 전류를 조금씩 증가시켜 본딩 툴(28)의 선단을 조금씩 강하시키는 서치 동작을 행할 수 있다.
서치 동작 동안, 제어부(50)는, 도 4의 스텝 S104에 나타내는 바와 같이, 맞닿음 검출 수단에 의해 금 범프(33)의 돌출부(35)의 선단이 땜납 피막(44)의 표면에 맞닿아 있는지 아닌지를 감시하고 있다. 금 범프(33)의 돌출부(35)의 선단이 땜납 피막(44)에 맞닿으면, 코일(23)의 하방향으로의 이동이 정지하고, 리니어 스케일 헤드(62)에 의해 검출하는 강하위치와 서치 동작 때의 강하위치의 지령값 사이에 차이가 생겨 간다. 제어부(50)는 이 강하위치의 지령값과 리니어 스케일 헤드(62)에 의해 검출한 강하위치와의 차가 소정의 임계값을 초과한 경우에, 금 범프(33)의 돌출부(35)의 선단이 땜납 피막(44)에 맞닿았다고 판단한다(맞닿음 검출 공정). 또한, 리니어 스케일(61)의 상하 방향의 위치는 금 범프(33)의 돌출부(35)의 선단이 땜납 피막(44)에 맞닿았을 때에 눈금(61b)의 길이 방향의 중앙이 리니어 스케일 헤드(62)의 정면에 오도록 조정되어 있으므로, 리니어 스케일 헤드(62)는 금 범프(33)의 돌출부(35)의 선단이 땜납 피막(44)에 맞닿은 위치를 중심으로 상하 방향의 이동량을 측정할 수 있다.
도 4의 스텝 S105, 도 5의 시간 t3에 나타나 있는 바와 같이 제어부(50)는 금 범프(33)의 돌출부(35)의 선단이 땜납 피막(44)에 맞닿았다고 판단하면, 본딩 툴(28)이 기준위치의 높이 H2에 도달했다고 판단하고, 그 때의 리니어 스케일 헤드(62)에 의해 검출한 높이 H2를 본딩 툴(28)의 기준높이(기준위치)로서 설정한다(기준위치 설정). 또한 도 6(b)에 금 범프(33)의 돌출부(35)의 선단이 땜납 피막(44)에 맞닿은 상태를 도시한다.
제어부(50)는, 기준높이를 설정하면, 도 4의 스텝 S106에 나타내는 바와 같이 본딩 툴(28)이 기판(42)을 밀어 내리는 누름 하중이 일정하게 되는 하중 일정 동작을 행한다. 이 동작은, 예를 들면, 보이스 코일 모터(20)의 코일(23)에 통전하는 전류의 값이 대략 일정하게 되도록 하여, 코일(23)의 선단(24)이 로드(26)를 밀어 내리는 힘이 일정하게 되도록 하는 것으로 해도 된다. 또한 앞에 기술한 바와 같이, 본딩 툴(28)이 기판(42)을 밀어 내리는 누름 하중을 검출하는 하중 센서를 설치하고, 이 하중 센서에 의해 검출하는 누름 하중이 일정하게 되도록 코일(23)의 전류를 변화시키도록 제어해도 된다. 도 4의 스텝 S107에 나타내는 바와 같이, 제어부(50)는 리니어 스케일 헤드(62)에 의해 검출한 높이 방향의 이동량과 기준높이 H2와의 차를 채용하여 금 범프(33)의 돌출부(35)의 선단이 땜납 피막(44)에 맞닿았을 때의 본딩 툴(28)의 높이 H2(기준높이)로부터 기판(42)에 근접한 거리, 즉 기준높이 H2로부터의 하향의 이동거리를 가라앉음량(D)으로서 계산한다. 제어부(50)는, 도 4의 스텝 S108에 나타내는 바와 같이, 가라앉음량(D)이 소정의 임계값을 초과하는지 아닌지의 감시를 개시한다.
도 5의 시간 t1부터 시간 t3의 사이는 금 범프(33)의 돌출부(35)의 선단이 땜납 피막(44)에 맞닿지 않으므로, 땜납 피막(44)의 온도는 도 1에 도시하는 스테이지 히터(48)에 의해 기판(42)의 온도와 동일한 온도 T0이 되고 있다. 한편, 전자부품(31)은 본딩 툴(28)의 상부에 배치된 세라믹 히터(27)에 의해 보다 고온으로 가열되어 있다. 이 때문에, 도 5의 시간 t3에 금 범프(33)의 돌출부(35)의 선단이 땜납 피막(44)에 맞닿으면, 금 범프(33)의 돌출부(35)의 선단으로부터 땜납 피막(44)에 열이 전달되기 시작한다. 그리고, 도 5의 시간 t4가 되면, 땜납 피막(44)의 온도가 상승하기 시작한다. 그리고, 도 5의 시간 t4로부터 시간 t5에 걸쳐서 땜납 피막(44)의 온도가 상승해 가면, 그것에 따라 구리전극(43)의 온도도 상승하고, 그 결과, 구리전극(43)과 땜납 피막(44)이 열팽창한다. 이 동안, 밀어 내리기 하중은 일정하므로, 본딩 툴(28)의 위치는 금 범프(33)의 선단이 땜납 피막(44)에 맞닿았을 때의 기준높이 H2로부터 차차로 상승하여, 시간 t5에는 높이 H3까지 상승한다. 이때, 본딩 툴(28)의 위치는 기준높이 H2보다 높은 높이 H3이기 때문에, 도 5에 도시하는 바와 같이, 기준높이 H2로부터의 하향의 이동량(D1)(=H2-H3)은 마이너스가 되므로 가라앉음량(D)은 소정의 임계값을 초과하고 있지 않다.
도 5에 도시하는 시간 t5에 땜납 피막(44)의 온도가 땜납의 용융온도인 온도 T1까지 상승하면, 땜납 피막(44)의 용융이 시작된다. 이때, 본딩 툴(28)은 누름 하중 일정하게 되도록 제어되어 있으므로, 도 6(c)에 도시하는 바와 같이, 금 범프(33)의 돌출부(35)가 용융된 땜납 피막(44) 속에 가라앉아 간다. 즉, 도 4에 도시하는 시간 t5, 높이 H3로 본딩 툴(28)의 높이가 상승으로부터 강하로 변화된다. 그리고, 강하한 돌출부(35)의 주위는 용융된 땜납(45)에 의해 둘러싸여진다. 이와 같이, 금 범프(33)의 돌출부(35)의 선단이 땜납 피막(44) 속에 가라앉아 가면, 본딩 툴(28)의 높이는 기준높이 H2보다도 낮은 위치가 되고, 기준높이 H2로부터 하방향으로의 이동량인 가라앉음량(D)이 플러스로 되어 간다. 그리고, 도 5의 시간 t6에 나타나 있는 바와 같이 본딩 툴의 높이가 높이 H4가 되어 가라앉음량(D)(=H2-H4)이 소정의 값이 되면, 도 6(c)에 도시하는 바와 같이, 금 범프(33)의 돌출부(35)의 선단과 기판(42)의 구리전극(43) 사이에는 땜납 피막(44)이 수㎛의 두께로 존재한 상태가 된다. 그리고, 가라앉음량(D)이 소정의 임계값을 초과하면, 도 4의 스텝 S109에 나타내는 바와 같이, 제어부(50)는 땜납 피막(44)이 열용융되었다고 판단하여 하중 일정 제어를 정지하고, 본딩 툴(28)의 높이가 시간 t6의 높이 H4로 일정하게 유지되는 본딩 툴 위치 유지 동작을 개시한다.
이 동작은, 일례를 들면, 본딩 툴(28)의 높이가 높이 H6인 상태의 리니어 스케일 헤드(62)에 의해 검출되는 상하 방향의 이동량을 검출하고, 기준높이 H2와의 차가 소정의 임계값 이하가 되도록 보이스 코일 모터(20)의 코일(23)로의 통전 전류를 변화시키도록 해도 된다. 땜납 피막(44)의 두께는 10에서 30㎛이므로, 본딩 툴(28)의 상하 방향의 위치를 리니어 스케일 헤드(62)에 의해 1nm 정도로 계측, 제어함으로써, 도 6(c)에 도시하는 바와 같이, 금 범프(33)의 돌출부(35)의 선단과 기판(42)의 구리전극(43) 사이에 땜납 피막(44)에 의한 두께 수㎛의 상태를 유지할 수 있다.
제어부(50)는 본딩 툴 위치 유지 동작을 개시함과 동시에 도 4의 스텝 S110에 나타내는 바와 같이, 냉각 동작을 개시한다. 이 냉각 동작은, 예를 들면, 본딩 툴(28)을 가열하고 있는 세라믹 히터(27)를 오프로 함과 아울러, 세라믹 히터(27)에 냉각공기를 공급하여 냉각하고, 세라믹 히터(27)와 함께 본딩 툴(28) 및 그 앞에 흡착되어 있는 전자부품(31)을 냉각하는 것이다. 이것에 의해, 도 6(c)에 도시하는 바와 같이, 금 범프(33)의 돌출부(35)의 선단과 기판(42)의 구리전극(43) 사이에 땜납 피막(44)의 두께가 수㎛의 상태를 유지한 채, 땜납(45)이 냉각되어 간다. 그리고, 도 5의 시간 t7에 나타나 있는 바와 같이 땜납 피막(44)의 온도가 땜납의 응고온도 T3까지 저하하면, 땜납이 응고하여, 도 6(d)에 도시하는 바와 같이, 금 범프(33)의 돌출부(35)의 선단과 기판(42)의 구리전극(43) 사이에는 땜납 피막(44)의 두께가 수㎛의 상태에서 땜납(45)이 응고되어 접합금속(46)이 된다. 제어부(50)는, 도 4의 스텝 S111에 나타내는 바와 같이, 소정의 시간이 경과하면, 냉각이 완료된 것으로 판단하고, 본딩 툴(28)에 의한 전자부품(31)의 흡착을 해제하고, 도 4의 스텝 S112에 나타내는 바와 같이 모터(13)에 의해 이송나사(18)를 회전시켜 본딩 툴(28)을 초기높이(H0)까지 상승시켜 전자부품(31)의 본딩을 종료한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 전자부품 실장 장치(100)는 땜납 피막(44)의 용융을 본딩 툴(28)의 가라앉음량(D)에 의해 판단하고, 하중 일정 제어로부터 본딩 툴 위치 유지 제어로 이행하므로, 땜납 용융에 의한 미소한 가라앉음량(D)의 위치에 본딩 툴(28)의 높이를 유지할 수 있다. 이것에 의해, 얇은 땜납 피막(44)의 두께 속에 금 범프(33)의 돌출부(35)의 선단이 위치하고, 금 범프(33)의 돌출부(35)의 선단이 기판(42)의 구리전극(43)에 접촉하지 않는 상태에서 땜납을 응고시켜 전자부품(31)의 실장을 행할 수 있다. 그리고, 금 범프(33)의 돌출부(35)와 구리전극(43)이 접촉하는 것을 억제할 수 있어, 금 범프(33)가 변형되어 인접하는 금 범프(33)와 접촉하여 불량이 되거나, 접촉에 의한 하중으로 전자부품이 손상되거나 하는 것을 억제할 수 있어, 본딩의 품질을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 실시형태에서는, 금 범프(33)의 돌출부(35)의 선단이 땜납 피막(44)에 맞닿은 상태의 높이를 본딩 툴(28)이 기준높이 H2로서 설정함으로써 설명했지만, 도 5에 나타내는 시간 t5에 나타나 있는 바와 같이 금 범프(33)의 돌출부(35)의 선단이 땜납 피막(44)에 맞닿은 후, 본딩 툴(28)의 높이가 상승에서 강하로 변화되었을 때의 높이 H3을 제 2 기준높이로 해도 된다(제 2 기준위치 설정). 이 경우, 먼저 설명한 실시형태와 마찬가지로, 가라앉음량이 도 5에 도시하는 D2=H3-H4로 되었을 때에 하중 일정 제어로부터 본딩 툴 위치 유지 제어로 전환하다(제 2 본딩 툴 위치 유지 동작). 이 경우도 앞에 기술한 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 이상에서 설명한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 의해 규정되어 있는 본 발명의 기술적 범위 또는 본질로부터 일탈하지 않는 모든 변경 및 수정을 포함하는 것이다.
10 베이스 11 프레임
12 상부 플랜지 13 모터
14 가이드 15 승강 블록
16 슬라이더 17 너트
18 이송나사 19 전원
20 보이스 코일 모터 21 케이싱
22 고정자 23 코일
24 선단 25 판 스프링
26 로드 27 세라믹 히터
28 본딩 툴 31 전자부품
32 전극 33 금 범프
34 기부 35 돌기부
41 본딩 스테이지 42 기판
43 구리전극 44 땜납 피막
45 땜납 46 접합금속
48 스테이지 히터 50 제어부
51 CPU 52 메모리
53 본딩 프로그램 54 기준위치 설정 프로그램
55 본딩 툴 위치 유지 프로그램 56 제 2 기준위치 설정 프로그램
57 제 2 본딩 툴 위치 유지 프로그램 58 제어용 데이터
59 맞닿음 검출 프로그램 61 리니어 스케일
61a 리니어 스케일 본체 61b 눈금
62 리니어 스케일 헤드 100 전자부품 실장 장치.

Claims (6)

  1. 전자부품 실장 장치로서,
    상기 기판과 접리 방향으로 구동되고, 상기 전자부품을 상기 기판에 열압착하는 본딩 툴과,
    상기 본딩 툴을 상기 기판과의 접리 방향으로 구동하는 구동부와,
    상기 본딩 툴의 상기 기판과의 접리 방향의 위치를 검출하는 위치검출부와,
    상기 구동부에 의해 상기 본딩 툴의 상기 기판과의 접리 방향의 위치를 변화시키는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 전자부품을 가열하면서 상기 본딩 툴이 기준위치로부터 소정의 거리만큼 상기 기판에 근접시킨 경우, 상기 전자부품의 전극과 상기 기판의 전극 사이의 상기 접합금속이 열용융되었다고 판단하고, 그 때의 상기 본딩 툴의 상기 기판에 대한 접리 방향의 위치를 유지하는 본딩 툴 위치 유지 수단을 갖고,
    열용융되는 접합금속을 통하여 전자부품의 전극과 기판의 전극을 접합하고, 상기 전자부품을 상기 기판 위에 실장하는 것을 특징으로 하는 전자부품 실장 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자부품은 전극 위에 범프가 형성되고,
    상기 기판은 전극에 접합금속의 피막이 형성되고,
    상기 제어부는, 또한,
    상기 위치검출부에서의 신호에 기초하여 상기 범프와 상기 피막과의 맞닿음을 판단하는 맞닿음 검출 수단과,
    상기 맞닿음 검출 수단에 의해 상기 범프와 상기 피막이 맞닿았다고 판단한 경우에, 상기 본딩 툴의 상기 기판에 대한 위치를 상기 기준위치로서 설정하는 기준위치 설정 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 전자부품 실장 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는, 또한,
    상기 기준위치 설정 수단에 의해 상기 기준위치를 설정한 후, 상기 본딩 툴의 상기 기판과의 접리 방향의 거리가 증가에서 감소로 변화된 경우, 상기 본딩 툴의 상기 기판에 대한 위치를 제 2 기준위치로서 설정하는 제 2 기준위치 설정 수단과,
    상기 전자부품을 가열하면서 상기 본딩 툴이 상기 제 2 기준위치로부터 제 2 소정의 거리만큼 상기 기판에 근접한 경우, 상기 전자부품의 전극과 상기 기판의 전극 사이의 상기 접합금속이 열용융되었다고 판단하고, 그 때의 상기 본딩 툴의 상기 기판에 대한 접리 방향의 위치를 유지하는 제 2 본딩 툴 위치 유지 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 전자부품 실장 장치.
  4. 전자부품 실장 방법으로서,
    상기 기판과 접리 방향으로 구동되고, 상기 전자부품을 상기 기판에 열압착하는 본딩 툴과,
    상기 본딩 툴을 상기 기판과의 접리 방향으로 구동하는 구동부와, 상기 본딩 툴의 상기 기판과의 접리 방향의 위치를 검출하는 위치검출부를 구비하는 전자부품 실장 장치를 준비하는 공정과,
    상기 전자부품을 가열하면서 상기 본딩 툴이 기준위치로부터 소정의 거리만큼 상기 기판에 근접시킨 경우, 상기 전자부품의 전극과 상기 기판의 전극 사이의 상기 접합금속이 열용융되었다고 판단하고, 그 때의 상기 본딩 툴의 상기 기판에 대한 접리 방향의 위치를 유지하는 본딩 툴 위치 유지 공정을 갖고,
    열용융되는 접합금속을 통하여 전자부품의 전극과 기판의 전극을 접합하고, 상기 전자부품을 상기 기판 위에 실장하는 것을 특징으로 하는 전자부품 실장 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전자부품은 전극 위에 범프가 형성되고,
    상기 기판은 전극에 접합금속의 피막이 형성되고,
    상기 위치검출부로부터의 신호에 기초하여 상기 범프와 상기 피막과의 맞닿음을 판단하는 맞닿음 검출 공정과,
    상기 맞닿음 검출 공정에 의해 상기 범프와 상기 피막이 맞닿았다고 판단한 경우에, 상기 본딩 툴의 상기 기판에 대한 위치를 상기 기준위치로서 설정하는 기준위치 설정 공정을 더 갖는 것을 특징으로 하는 전자부품 실장 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    또한,
    상기 기준위치 설정 공정에 의해 상기 기준위치를 설정한 후, 상기 본딩 툴의 상기 기판과의 접리 방향의 거리가 증가에서 감소로 변화된 경우, 상기 본딩 툴의 상기 기판에 대한 위치를 제 2 기준위치로서 설정하는 제 2 기준위치 설정 공정과,
    상기 전자부품을 가열하면서 상기 본딩 툴이 상기 제 2 기준위치로부터 제 2 소정의 거리만큼 상기 기판에 근접한 경우, 상기 전자부품의 전극과 상기 기판의 전극 사이의 상기 접합금속이 열용융되었다고 판단하고, 그 때의 상기 본딩 툴의 상기 기판에 대한 접리 방향의 위치를 유지하는 제 2 본딩 툴 위치 유지 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 전자부품 실장 방법.
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