(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下面にバンプが形成された電子部品をボンディングヘッドによって基板に押圧して超音波振動を印加することにより前記電子部品をボンディングする電子部品のボンディング装置であって、前記基板の下面に当接しこの基板を弾性的に保持する弾性保持手段と、前記ボンディングヘッドを昇降させる昇降手段と、このボンディングヘッドに装着され電子部品に当接するボンディングツールと、このボンディングツールに超音波振動を印加する振動付与手段と、前記当接面を介して電子部品を前記ワークに対して押圧する加圧手段とを備え、前記ボンディングツールの接合作用部の電子部品との当接面の大きさを、ボンディング対象の電子部品の外形寸法によって規定される上限寸法よりも小さく、かつ電子部品の下面の最外縁の相対向する電極間の内方寸法によって規定される下限寸法よりも大きく設定することにより、前記接合作用部を電子部品に全面的に当接させて部分的な摩耗が生じないようにしたことを特徴とするバンプ付き電子部品のボンディング装置。
【請求項２】
下面にバンプが形成された電子部品をボンディングヘッドによって基板に押圧して超音波振動を印加することにより前記電子部品をボンディングする電子部品のボンディング方法であって、前記基板の下面に当接しこの基板を弾性的に保持する弾性保持手段上に基板を載置する工程と、電子部品を基板上に搭載する工程と、電子部品をボンディンツールによって基板に対して押圧することにより基板を弾性保持手段によって弾性的に保持する工程と、ボンディングツールを介して電子部品に超音波振動を印加することにより電子部品を基板に接合する工程とを含み、前記ボンディングツールが電子部品と当接する接合作用部の電子部品との当接面の大きさを、ボンディング対象の電子部品の外形寸法によって規定される上限寸法よりも小さく、かつ電子部品の下面の最外縁の相対向する電極間の内方寸法によって規定される下限寸法よりも大きく設定することにより、前記接合作用部を電子部品に全面的に当接させて部分的な摩耗が生じないようにしたことを特徴とするバンプ付き電子部品のボンディング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フリップチップなどのバンプ付き電子部品をワークにボンディングするバンプ付き電子部品のボンディング装置およびボンディング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
バンプ付き電子部品などの電子部品を基板などのワーク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、電子部品のバンプを基板に押圧しながら超音波振動を付与し、バンプと基板の電極など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。このボンディングにおいて、電子部品がボンディングされる基板の種類は多様であり、パッケージ状の小型基板に電子部品をボンディングする場合がある。この場合には、パッケージを基板保持部上に真空吸着などの方法で保持させた状態で電子部品の搭載・ボンディングが行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、セラミックなどの素材より成るパッケージでは、製作時の誤差や変形により外形形状の精度が保たれているとは限らず、一般に上下方向のそりやたわみが生じ易い。このため、ボンディング装置においてパッケージを真空吸着によって保持してもパッケージの姿勢が安定しない場合が多い。そして姿勢が不安定なまま超音波振動が印加しながら電子部品を押圧すると、ボンディング時にパッケージの位置ずれが生じやすく、これにより接合不良が発生する。このように、従来のボンディング装置では、小型のパッケージを対象として超音波接合を行う際にパッケージを安定して保持することが困難で、接合品質が確保されないという問題点があった。
【０００４】
そこで本発明は、電子部品がボンディングされる基板を安定した姿勢で保持でき、接合品質を確保することができるバンプ付き電子部品のボンディング装置およびボンディング方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のバンプ付き電子部品のボンディング装置は、下面にバンプが形成された電子部品をボンディングヘッドによって基板に押圧して超音波振動を印加することにより前記電子部品をボンディングする電子部品のボンディング装置であって、前記基板の下面に当接しこの基板を弾性的に保持する弾性保持手段と、前記ボンディングヘッドを昇降させる昇降手段と、このボンディングヘッドに装着され電子部品に当接するボンディングツールと、このボンディングツールに超音波振動を印加する振動付与手段と、前記当接面を介して電子部品を前記ワークに対して押圧する加圧手段とを備え、前記ボンディングツールの接合作用部の電子部品との当接面の大きさを、ボンディング対象の電子部品の外形寸法によって規定される上限寸法よりも小さく、かつ電子部品の下面の最外縁の相対向する電極間の内方寸法によって規定される下限寸法よりも大きく設定することにより、前記接合作用部を電子部品に全面的に当接させて部分的な摩耗が生じないようにした。
【０００６】
請求項２記載のバンプ付き電子部品のボンディング方法は、下面にバンプが形成された電子部品をボンディングヘッドによって基板に押圧して超音波振動を印加することにより前記電子部品をボンディングする電子部品のボンディング方法であって、前記基板の下面に当接しこの基板を弾性的に保持する弾性保持手段上に基板を載置する工程と、電子部品を基板上に搭載する工程と、電子部品をボンディンツールによって基板に対して押圧することにより基板を弾性保持手段によって弾性的に保持する工程と、ボンディングツールを介して電子部品に超音波振動を印加することにより電子部品を基板に接合する工程とを含み、前記ボンディングツールが電子部品と当接する接合作用部の電子部品との当接面の大きさを、ボンディング対象の電子部品の外形寸法によって規定される上限寸法よりも小さく、かつ電子部品の下面の最外縁の相対向する電極間の内方寸法によって規定される下限寸法よりも大きく設定することにより、前記接合作用部を電子部品に全面的に当接させて部分的な摩耗が生じないようにした。
【０００７】
本発明によれば、基板の下面に当接しこの基板を弾性的に保持する弾性保持手段を備え、ボンディング時には基板を弾性保持手段に対して押圧して弾性的に保持した状態で超音波振動を印加することにより、ボンディング時の基板の姿勢を安定させて接合品質を確保することができる。
【０００８】
【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電子部品のボンディング装置の正面図、図２は本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング装置のボンディングツールの電子部品に対する相対大きさを示す説明図、図３は本発明の一実施の形態のボンディング装置による電子部品のボンディングの説明図、図４（ａ）は本発明の一実施の形態の基板保持用キャリアの斜視図、図４（ｂ）は本発明の一実施の形態の基板保持部の部分断面図である。
【０００９】
まず図１を参照して電子部品のボンディング装置について説明する。図１において基板位置決め部１は移動テーブル２を備えており、移動テーブル２上には加熱手段を備えた基板保持部３が設けられている。基板保持部３は、バンプ付きの電子部品５がボンディングされるワークであるパッケージ状の基板４（図３（ａ）参照）を保持する。
【００１０】
基板保持部３の上面には、ゴムや樹脂などの弾性材質で製作された板部材３ａが装着されている。電子部品５のボンディング時には、基板４が板部材３ａ上に載置され、基板４は電子部品５を介して板部材３ａに対して押圧される。このとき、板部材３ａは基板４を弾性的に保持する。したがって、板部材３ａは基板の下面に当接しこの基板４を弾性的に保持する弾性保持手段となっている。
【００１１】
基準位置決め部１の上方にはボンディング部１０が配設されている。ボンディング部１０の垂直なフレーム１１には、ガイド部材１２が上下方向に配設されており、ガイド部材１２によって昇降ブロック１３は昇降自在となっている。昇降ブロック１３にはナット部材１４が固着されており、ナット部材１４にはＺ軸モータ１６によって回転駆動される送りねじ１５が螺入している。
【００１２】
昇降ブロック１３の下部にはボンディングヘッド１７が配設されており、ボンディングヘッド１７は加圧部１８を内蔵している。加圧部１８はボンディングツール１９と結合されており、ボンディングツール１９の下面には電子部品５を吸着孔１９ｂ（図２参照）によって吸着保持するとともに電子部品５を基板４に押圧してボンディングする接合作用部１９ａが設けられている。
【００１３】
ボンディングツール１９には振動付与手段である振動子２０が装着されており、振動子２０を駆動することにより、ボンディングツール１９の接合作用部１９ａを介して電子部品５に超音波振動が付与される。Ｚ軸モータ１６を駆動することにより昇降ブロック１３は昇降し、したがってボンディングヘッド１７もともに昇降する。Ｚ軸モータ１６、送りねじ１５、ナット部材１４は、ボンディングヘッド１７の昇降手段となっている。
【００１４】
加圧部１８は図外の圧力源に接続されており、圧力源から所定圧力に設定されたエアを加圧部１８に供給することにより、加圧部１８は接合作用部１９ａを介して電子部品５を基板保持部３に保持された基板４に押圧する。したがって加圧部１８は、電子部品５を基板４に対して押圧する加圧手段となっている。
【００１５】
次に図２を参照して、ボンディングツール１９の接合作用部１９ａとボンディング対象のバンプ付きの電子部品５との相対的な大きさについて説明する。図２（ａ），（ｂ）に示すように、矩形の接合作用部１９ａのそれぞれの辺の大きさＴＸ，ＴＹは、電子部品５の外形寸法ＰＸ，ＰＹによって規定される上限寸法より小さく、かつ電子部品下面の最外縁に位置し相対向するバンプ５ｂの接合止端部間の内法寸法、すなわち最外縁の相対向する電極５ａ間の内法寸法ＢＸ，ＢＹによって規定される下限寸法より大きく設定されている。
【００１６】
接合作用部１９ａの寸法をこのように設定することは、以下に説明するような意義を有する。すなわち、接合作用部１９ａの電子部品５との当接面が電子部品５に対して過大で、接合作用部１９ａが電子部品５の外側にはみ出しているような場合には、接合作用部１９ａの下面の電子部品５との当接部のみが摩耗し、使用に伴って接合作用部１９ａの下面に段差が生じる。そしてこの段差部が電子部品５の上面に当接すると、ボンディング時に電子部品５に傾きが生じ、ボンディング不良を生じる。
【００１７】
また、接合作用部１９ａが電子部品５に対して過小である場合には、電子部品５の電極５ａに形成された全てのバンプ５ｂをボンディング面に対して均一に押圧することができず、同様にボンディング不良を生じる。これに対し、本実施の形態に示すような相対寸法に設定することにより、接合作用部１９ａは電子部品５と全面的に当接することから部分的な摩耗を生じることがない。しかも、接合作用部１９ａは全てのバンプ５ｂに対して有効に押圧荷重を伝達することが可能な寸法であることから、上述のようなボンディング不良を生じることなく良好なボンディング品質を確保することができる。
【００１８】
この電子部品のボンディング装置は上記の様に構成されており、以下、ボンディング動作について説明する。まず、図１において基板保持部３の板部材３ａ上には、電子部品５が実装されるパッケージ状の基板４が載置される。このとき、基板４は製作時の誤差によって完全な平面形状とはなっておらず、図３（ｂ）に示すように、上に凸状または下に凸状のそりを生じている場合がある。
【００１９】
次いで図外の部品供給部からバンプ付きの電子部品５が取り出される。電子部品５は、ボンディングツール１９の接合作用部１９ａに吸着孔１９ｂによって吸着されて保持される。そしてボンディングツール１９を基板保持部３上で基板４に対して下降させることにより、電子部品５は基板４に搭載され、次いで加圧部１８によって電子部品５を基板４に押圧することにより、基板４を板部材３ａに対して押しつける。そして振動子２０を駆動して超音波振動をボンディングツール１９を介して電子部品５に印加することにより、電子部品５のボンディングが行われる。
【００２０】
このボンディング過程において、前述のように基板４にそり変形が生じている場合にあっても、基板保持部３の上面には弾性に富む板部材３ａが装着されていることから、図３（ｂ）に示すように電子部品５を押圧することにより基板４が板部材３ａの表面に沈下し、基板４は板部材３ａによって安定した姿勢で弾性的に保持される。したがって、従来の電子部品実装装置で生じていたような、基板４のそり変形に起因するボンディング不良が発生しない。
【００２１】
なお、上記実施の形態では、弾性保持手段としてブロック状の基板保持部３の上面に弾性材質の板部材３ａを直接装着した例を示しているが、これに限定されず各種の形態が可能である。例えば、図４（ａ）に示すように、基板４をキャリア６に保持させた状態でボンディングが行われるような場合には、下面に弾性保持手段としての弾性板７を装着した弾性支持式のキャリア６を用いる。これにより、基板４が上方から押圧されたときに、基板４は弾性的に保持され、そり変形を弾性板７によって吸収させて良好な姿勢を保持することができる。
【００２２】
更に、図４（ｂ）に示すように、基板４をトレイ８によって保持した状態でボンディングを行う場合には、ボンディングステーションに配設される下受け部材９の上面に弾性保持手段としての弾性板９ａを装着したものを用いる。これにより、下受け部材９を上昇させて基板４を下面から弾性板９ａによって弾性的に保持することができ、同様にボンディング時の基板４の姿勢を良好に保持することができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、基板の下面に当接しこの基板を弾性的に保持する弾性保持手段を備え、ボンディング時には基板を弾性保持手段に対して押圧して弾性的に保持した状態で超音波振動を印加するようにしたので、ボンディング時の基板の姿勢を安定させて接合品質を確保することができる。またボンディングツールの接合作用部の電子部品との当接面の大きさを、ボンディング対象の電子部品の外形寸法によって規定される上限寸法よりも小さく、かつ電子部品の下面の最外縁の相対向する電極間の内方寸法によって規定される下限寸法よりも大きく設定したもので、接合作用部を電子部品に全面的に当接させて部分的な摩耗が生じないようにし、全てのバンプに対して有効に押圧荷重を伝達して良好なボンディング品質を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング装置の正面図
【図２】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング装置のボンディングツールの電子部品に対する相対大きさを示す説明図
【図３】本発明の一実施の形態のボンディング装置による電子部品のボンディングの説明図
【図４】（ａ）本発明の一実施の形態の基板保持用キャリアの斜視図
（ｂ）本発明の一実施の形態の基板保持部の部分断面図
【符号の説明】
３  基板保持部
３ａ  板部材
４  基板
５  電子部品
５ａ  電極
５ｂ  バンプ
１３  昇降ブロック
１７  ボンディングヘッド
１８  加圧部
１９  ボンディングツール
１９ａ  接合作用部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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