(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を基板に超音波振動と荷重によりボンディングする超音波ボンディング装置であって、前記基板を下受けする基板下受け部と、この基板に搭載された電子部品を押圧するとともにこの電子部品に超音波振動を印加することにより電子部品と基板との接合面を超音波接合するボンディングツールと、電子部品がボンディングされた基板を取り出す基板取り出し手段と、前記ボンディングツールによる電子部品のボンディング過程において基板の下面と前記基板下受け部の上面との当接面に一時的に生じる基板固着状態を解消する固着解消手段とを備えたことを特徴とする超音波ボンディング装置。
【請求項２】
前記固着解消手段は、前記基板に対して前記当接面に略平行な方向の外力を作用させて固着面をせん断することを特徴とする請求項１記載の超音波ボンディング装置。
【請求項３】
前記固着解消手段は、前記基板に対して前記当接面に略垂直な方向の外力を作用させて固着面を引き離すことを特徴とする請求項１記載の超音波ボンディング装置。
【請求項４】
電子部品を基板に超音波振動と荷重によりボンディングする超音波ボンディング方法であって、前記基板を基板下受け部上に載置して基板の下面を基板下受け部の上面に当接させる基板載置工程と、この基板に搭載された電子部品をボンディングツールによって押圧するとともに超音波振動を印加することにより電子部品と基板との接合面を超音波接合するボンディング工程と、このボンディング工程において基板の下面と前記基板下受け部の上面との当接面に一時的に生じる基板固着状態を解消する固着解消工程と、固着状態が解消された後に電子部品がボンディングされた基板を取り出す基板取り出し工程とを含むことを特徴とする超音波ボンディング方法。
【請求項５】
前記固着解消工程において、前記基板に対して前記当接面に略平行な方向の外力を作用させて固着面をせん断することを特徴とする請求項４記載の超音波ボンディング方法。
【請求項６】
前記固着解消工程において、前記基板に対して前記当接面に略垂直な方向の外力を作用させて固着面を引き離すことを特徴とする請求項４記載の超音波ボンディング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を基板に超音波振動と荷重によりボンディングする超音波ボンディング装置および超音波ボンディング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体チップなどの電子部品を基板にボンディングする方法として超音波圧接を用いる方法が知られている。この方法は、ボンディングツールを電子部品に当接させ、電子部品を基板に対して押圧しながら超音波振動を付与し、電子部品と基板との接合面を相互に摩擦させてボンディングするものである。このボンディングを行う超音波ボンディング装置では、基板の下面を下受け面で支持した状態で、電子部品を基板の上面に対して押圧する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記ボンディングにおいては、ボンディングツールによって電子部品に伝達された荷重と超音波振動は、電子部品と基板との接合面に作用するのみならず、基板の下面と下受け面との当接面にも作用する。この結果、ボンディング過程において基板の下面と下受け面とが摩擦され、ボンディング後にこの当接面が一時的に固着された状態となる場合がある。
【０００４】
そしてこのような固着状態のまま基板を移載ヘッドによって吸着して取り出すと、移載ヘッドの吸着よりも固着力の方が強い場合には、移載ヘッドを上昇させた後にも基板が下受け面に残留する吸着ミスを生じる。このように従来の超音波ボンディングにおいては、基板と下受け面との固着に起因して、取り出し時の吸着ミスが発生するという問題点があった。
【０００５】
そこで本発明は、ボンディング後の取り出し時の吸着ミスを防止することができる超音波ボンディング装置および超音波ボンディング方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の超音波ボンディング装置は、電子部品を基板に超音波振動と荷重によりボンディングする超音波ボンディング装置であって、前記基板を下受けする基板下受け部と、この基板に搭載された電子部品を押圧するとともにこの電子部品に超音波振動を印加することにより電子部品と基板との接合面を超音波接合するボンディングツールと、電子部品がボンディングされた基板を取り出す基板取り出し手段と、前記ボンディングツールによる電子部品のボンディング過程において基板の下面と前記基板下受け部の上面との当接面に一時的に生じる基板固着状態を解消する固着解消手段とを備えた。
【０００７】
請求項２記載の超音波ボンディング装置は、請求項１記載の超音波ボンディング装置であって、前記固着解消手段は、前記基板に対して前記当接面に略平行な方向の外力を作用させて固着面をせん断する。
【０００８】
請求項３記載の超音波ボンディング装置は、請求項１記載の超音波ボンディング装置であって、前記固着解消手段は、前記基板に対して前記当接面に略垂直な方向の外力を作用させて固着面を引き離す。
【０００９】
請求項４記載の超音波ボンディング方法は、電子部品を基板に超音波振動と荷重によりボンディングする超音波ボンディング方法であって、前記基板を基板下受け部上に載置して基板の下面を基板下受け部の上面に当接させる基板載置工程と、この基板に搭載された電子部品をボンディングツールによって押圧するとともに超音波振動を印加することにより電子部品と基板との接合面を超音波接合するボンディング工程と、このボンディング工程において基板の下面と前記基板下受け部の上面との当接面に一時的に生じる基板固着状態を解消する固着解消工程と、固着状態が解消された後に電子部品がボンディングされた基板を取り出す基板取り出し工程とを含む。
【００１０】
請求項５記載の超音波ボンディング方法は、請求項４記載の超音波ボンディング方法であって、前記固着解消工程において、前記基板に対して前記当接面に略平行な方向の外力を作用させて固着面をせん断する。
【００１１】
請求項６記載の超音波ボンディング方法は、請求項４記載の超音波ボンディング方法であって、前記固着解消工程において、前記基板に対して前記当接面に略垂直な方向の外力を作用させて固着面を引き離す。
【００１２】
本発明によれば、ボンディングツールによって電子部品を押圧する際に基板の下面と基板下受け部の上面との当接面に一時的に生じる固着状態を解消する固着解消手段とを備えることにより、ボンディング後の取り出し時の吸着ミスを防止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の超音波ボンディング装置の斜視図、図２は本発明の一実施の形態の超音波ボンディングの対象となる基板および電子部品の斜視図、図３（ａ）は本発明の一実施の形態の超音波ボンディング装置のマスクプレートの平面図、図３（ｂ）は本発明の一実施の形態の超音波ボンディング装置のマスクプレートの断面図、図４、図５、図６は本発明の一実施の形態の超音波ボンディング方法の工程説明図である。
【００１４】
まず図１を参照して、超音波ボンディング装置の構造を説明する。図１において、基台１上には基板下受け部３が配設されている。基板下受け部３は、上面の下受け面によってボンディング対象の基板を下受けするとともに、内蔵されたヒータによって基板を加熱する。基板下受け部３の上面には、複数の開口部４ａが形成されたマスクプレート４が装着される。
【００１５】
基台１上に垂直に立設された複数のポスト２の上端には、水平なガイド部材５が固定されており、マスクプレート４の両端部はガイド部材５によってガイドされ、矢印ａ方向にスライド自在となっている。マスクプレート４の手前側の端部には、シリンダ６のロッド６ａが当接しており、ロッド６ａが突出することにより、マスクプレート４はガイド部材５によってガイドされた状態で水平移動する。またマスクプレート４の手前側の端部にはコイルバネ７が結合されており、コイルバネ７はマスクプレート４を常にシリンダ６側に付勢する。
【００１６】
基台１の後背側は部品供給部１０となっており、部品供給部１０には基板供給フィーダ１１およびチップ供給フィーダ１２が並行に配設されている。基板供給フィーダ１１、チップ供給フィーダ１２は、それぞれ複数のパッケージ基板１３（以下、単に「基板１３」と略記する。）、電子部品１４を手前側の取り出し位置まで順次搬送し、以下に説明する移載ヘッド１６、ボンディングヘッド１５に対して供給する。
【００１７】
ここで図２（ａ）、（ｂ）を参照して、基板１３および電子部品１４について説明する。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、電子部品１４は矩形のチップ型部品であり、下面には接続用の端子１４ａが形成されている。基板１３は、凹部１３ａが設けられたパッケージであり、凹部１３ａの底面には複数の電極１３ｂが電子部品１４の端子１４ａの位置に対応して形成されている。また基板１３には、電極１３ｂと電気的に接続された外部電極１３ｃが形成されている。電子部品１４を凹部１３ａ内に搭載して端子１４ａを電極１３ｂに当接させた状態で、電子部品１４を基板１３に対して押圧するとともに超音波振動を印加することにより、端子１４ａは電極１３ｂに超音波圧接される。
【００１８】
図１において、部品供給部１０およびマスクプレート４の上方には、移載ヘッド１６およびボンディングヘッド１５が水平移動自在に配設されている。移載ヘッド１６は、基板供給フィーダ１１から基板１３を取り出し、マスクプレート４に設けられた開口部４ａ内の基板下受け部３の上面に載置する。ボンディングヘッド１５は、下端部に設けられた接合作用部１５ａによってチップ供給フィーダ１２上の電子部品１４を吸着保持する。
【００１９】
そしてボンディングヘッド１５はマスクプレート４上に移動して基板１３に電子部品１４を搭載し、超音波振動と荷重によりボンディングする。電子部品１４がボンディングされた実装後の基板１３は、移載ヘッド１６によって開口部４ａから取り出され、完成品パッケージ１８として完成品搬出レール１７上に載置された後、搬出方向へ搬送される。
【００２０】
次に図３を参照して、マスクプレート４について説明する。図３（ａ）に示すように、マスクプレート４には開口部４ａが複数設けられており、図３（ｂ）に示すように基板１３は、開口部４ａ内の基板下受け部３の上面（下受け面）に載置される。基板下受け部３は上面の基板１３を加熱するとともに、内部空間３ａに連通して設けられた真空吸引源１９を駆動することにより、開口部４ａの位置に対応して設けられた吸着孔３ｂから真空吸引し、開口部４ａ内に載置された基板１３の下面を真空吸着により保持する。
【００２１】
図３（ａ）に示すように、マスクプレート４の側端部には、屈曲形状のピン溝４ｂが２カ所設けられており、マスクプレート４が基板下受け部３上に装着された状態では、ピン溝４ｂには位置が固定されたピン２０が嵌合している。この状態で、シリンダ６のロッド６ａを突出させることにより、マスクプレート４は矢印ｂ方向へロッド６ａの突出ストローク分だけ水平移動する。
【００２２】
このとき、ピン溝４ｂは寸法ｄだけ屈曲した形状で設けられているため、ピン２０がピン溝４ｂに対して相対移動する際に、マスクプレート４は矢印ｃ方向に寸法ｄだけ水平移動する。そしてロッド６ａを没入させると、マスクプレート４はコイルバネ７の付勢力により引き戻され、上述のロッド突出時の水平移動の軌跡を逆方向に移動する。このマスクプレート４の水平移動に伴い、開口部４ａ内に載置された基板１３は、開口部４ａの内端面が基板１３に当接することによりマスクプレート４の移動方向へ押送される。
【００２３】
この超音波ボンディング装置は上記のように構成されており、以下超音波ボンディング方法について、図４，図５，図６を参照して説明する。先ずマスクプレート４への基板１３の載置及び位置合わせについて、図４を参照して説明する。
【００２４】
図４（ａ）において、マスクプレート４の開口部４ａ内には、移載ヘッド１６によって基板１３が載置される。このとき、基板１３の姿勢や載置位置は正確に合わされておらず、個々の開口部４ａ内でばらついている。次いで、図４（ｂ）に示すように、シリンダ６のロッド６ａを突出させる。これにより、マスクプレート４はピン溝４ｂの屈曲形状に沿った水平移動を行う。そしてこの水平移動によって、各開口部４ａ内の基板１３は開口部４ａの２つの内端面ｅ，ｆによって押送される。
【００２５】
この後シリンダ６のロッド６ａを没入させることにより、図４（ｃ）に示すようにマスクプレート４はコイルバネ７によって引き戻される。これにより基板１３は開口部４ａの２つの内端面ｇ，ｈによって手前側に押送され、マスクプレート４が原位置に停止することにより、各基板１３は開口部４ａ内において一方側のコーナに沿った固定位置に位置合わせされた状態となる。
【００２６】
次いで吸着孔３ｂ（図３（ｂ）参照）から真空吸引することにより、基板１３は基板下受け部３の下受け面に保持される。そしてこのようにして位置合わせされ保持された基板１３に対して、電子部品１４のボンディングが行われる。このボンディングについて図５を参照して説明する。
【００２７】
図５（ａ）において、上記位置合わせされた基板１３には、ボンディングヘッド１５の接合作用部１５ａに保持された電子部品１４が位置合わせされる。次いで図５（ｂ）に示すように、電子部品１４の下面を基板１３の凹部１３ａの底面に着地させる。そして接合作用部１５ａを介して電子部品１４に荷重と超音波振動を印加することにより、電子部品１４の端子１４ａは基板１３の電極１３ｂにボンディングされる（図２参照）。
【００２８】
このとき、電子部品１４に印加される荷重と超音波振動は、電子部品１４と基板１３とをボンディングするように作用するのみならず、基板１３の下面と基板下受け部３の下受け面との当接面Ｂにも作用する。この結果、ボンディング過程において、この当接面Ｂが一時的に固着された状態となる場合がある。特に外部電極１３ｃのような金属部が基板１３の下面に形成されている場合には、このような現象が頻発する。このような固着状態は、ボンディング後の基板１３を移載ヘッド１６によって取り出す際の吸着ミスの原因となるため、本実施の形態の超音波ボンディング装置においては、以下に説明する固着解消動作を行うようにしている。
【００２９】
すなわち先ず吸着孔３ｂによる真空吸引を解除し、次いでシリンダ６を駆動してロッド６ａの突没動作を行わせる。これにより図５（ｃ）に示すように、マスクプレート４はシリンダ６のストロークに応じた往復動を行う。このとき、基板１３は開口部４ａの内端面によって水平方向に押送され、これにより当接面Ｂが一時的に固着状態にあっても、この押送動作によって固着状態が解消する。
【００３０】
この固着解消動作においては、開口部４ａの内端面によって基板１３に対して当接面Ｂに略平行な方向の外力を作用させて、固着面をせん断するようにしている。したがって、マスクプレート４及びシリンダ６は、当接面Ｂに略平行な方向の外力を作用させて固着面をせん断する固着解消手段となっている。
【００３１】
そしてこの固着解消動作の後、図５（ｄ）に示すように、基板１３に電子部品１４がボンディングされた完成品パッケージ１８を開口部４ａから取り出し、完成品搬出レール１７上に載置する。このとき、移載ヘッド１６によるピックアップに先立って、上述の固着解消動作を行うようにしているので、ピックアップ時の吸着ミスが発生しない。
【００３２】
なお、上記実施の形態では、固着解消動作においてマスクプレート４を水平移動させることにより、基板１３に対して当接面Ｂと平行方向の外力を作用させるようにしているが、固着解消動作において図６に示すような方法を用いてもよい。
【００３３】
図６（ａ）に示す例では、基板下受け部３に真空吸引源１９のみならず正圧付与手段２１を備え、ボンディング後に吸着孔３ｂからエアブローを行う。これにより、当接面Ｂがエアブローの力によって上下に引き離され、固着状態が解消する。このエアブローは、移載ヘッド１６を基板１３の上面に当接させた状態で行ってもよい。
【００３４】
また図６（ｂ）に示す例では、基板下受け部３に突き上げピン２２を昇降駆動するピン駆動機構２３を備え、吸着孔３ｂを介して突き上げピン２２を昇降させるようにしたものである。ボンディング後には、突き上げピン２２によって基板１３の下面をわずかに突き上げる。これにより、当接面Ｂが突き上げピン２２の力によって上下に引き離され、固着状態が解消する。
【００３５】
図６（ａ）、（ｂ）に示す上記２つの方法は、固着解消動作において、基板１３に対して当接面Ｂに略垂直な方向の外力を作用させて固着面を引き離すようにしている。図６（ａ）においては、吸着孔３ｂ及び正圧付与手段２１が、基板１３に対して当接面Ｂに略垂直な方向の外力を作用させて固着面を引き離す固着解消手段となっており、図６（ｂ）においては、突き上げピン２２及びピン駆動機構２３が、同様に固着解消手段となっている。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、ボンディングツールによって電子部品を押圧する際に基板の下面と下受け部の上面との当接面に一時的に生じる固着状態を解消する固着解消手段とを備えたので、ボンディング後の取り出し時の吸着ミスを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の超音波ボンディング装置の斜視図
【図２】本発明の一実施の形態の超音波ボンディングの対象となる基板および電子部品の斜視図
【図３】（ａ）本発明の一実施の形態の超音波ボンディング装置のマスクプレートの平面図
（ｂ）本発明の一実施の形態の超音波ボンディング装置のマスクプレートの断面図
【図４】本発明の一実施の形態の超音波ボンディング方法の工程説明図
【図５】本発明の一実施の形態の超音波ボンディング方法の工程説明図
【図６】本発明の一実施の形態の超音波ボンディング方法の工程説明図
【符号の説明】
３  基板下受け部
４  マスクプレート
４ａ  開口部
６  シリンダ
１３  基板
１４  電子部品
１５  ボンディングヘッド
１６  移載ヘッド
２１  正圧付与手段
２２  突き上げピン
２３  ピン駆動機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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