(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディングヘッドによってバンプ付き電子部品のバンプを被圧着面の電極に押圧して超音波振動を印加することにより前記電極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方法であって、前記ボンディング過程において、前記ボンディングヘッドが前記バンプ付き電子部品を被圧着面に対して押圧開始したタイミングから、押圧完了したタイミングまでの前記ボンディングヘッドの下降量で示される第１指標値と、前記ボンディングヘッドによって前記バンプ付き電子部品を押圧する押圧荷重値が最大値に到達した後に減少して極小値となるまでの荷重減少値で示される第２指標値と、前記超音波振動を印加する振動子の駆動電源の最大電流値、振動印加開始から前記最大電流に到達するまでの到達時間もしくはボンディング過程における電流の積分値のいずれか、またはこれらの組み合わせによって示される第３指標値を監視する工程と、前記第１指標値、第２指標値および第３指標値のそれぞれに設定される基準値と、前記第１指標値、第２指標値および第３指標値とのそれぞれの偏差を求める工程と、これらの偏差をそれぞれの指標値について予め設定された許容値と比較する工程と、前記偏差が前記許容値を超えているならば当該指標値についての不良判定を出力する工程とを含む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、バンプ付き電子部品を基板などの被圧着面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方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
バンプ付電子部品を基板などの被圧着面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、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。このボンディング過程において良好な接合性を確保するためには、バンプを基板の電極に対して適切な圧着荷重値で押圧する必要がある。このため、従来のバンプ付き電子部品のボンディング方法においては、ボンディングヘッドをバンプ付き電子部品に当接させて押圧を開始し、押圧荷重が所定値に到達した後にこの荷重値を所定時間保持することによりバンプを電極に接合する制御方法が用いられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところでボンディング後の接合品質不良の原因となる要因として、電子部品の位置ずれや、バンプ高さのばらつきなどがある。このような状態でボンディングを行うと、電子部品を正しい姿勢で、すなわちバンプが均一に電極に接触した状態で押圧できないことにより、バンプが部分的に偏って押しつぶされたり、バンプ高さの不足により電極に十分に接合されないバンプが生じるなど、種々のボンディング不良を発生させる原因となる。
【０００４】
しかしながら、従来のバンプ付き電子部品のボンディング方法では、上述のように押圧荷重は制御されているものの、ボンディング過程が正常に進行しているか否かを知ることができなかった。このため、ボンディング後の製品が押圧不足やバンプのつぶれなどの不具合が生じたまま次工程に送られる場合があり、ボンディング後の信頼性が確保されないという問題点があった。
【０００５】
そこで本発明は、ボンディング後の信頼性に優れたバンプ付き電子部品の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記載のバンプ付き電子部品のボンディング方法は、ボンディングヘッドによってバンプ付き電子部品のバンプを被圧着面の電極に押圧して超音波振動を印加することにより前記電極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方法であって、前記ボンディング過程において、前記ボンディングヘッドが前記バンプ付き電子部品を被圧着面に対して押圧開始したタイミングから、押圧完了したタイミングまでの前記ボンディングヘッドの下降量で示される第１指標値と、前記ボンディングヘッドによって前記バンプ付き電子部品を押圧する押圧荷重値が最大値に到達した後に減少して極小値となるまでの荷重減少値で示される第２指標値と、前記超音波振動を印加する振動子の駆動電源の最大電流値、振動印加開始から前記最大電流に到達するまでの到達時間もしくはボンディング過程における電流の積分値のいずれか、またはこれらの組み合わせによって示される第３指標値を監視する工程と、前記第１指標値、第２指標値および第３指標値のそれぞれに設定される基準値と、前記第１指標値、第２指標値および第３指標値とのそれぞれの偏差を求める工程と、これらの偏差をそれぞれの指標値について予め設定された許容値と比較する工程と、前記偏差が前記許容値を超えているならば当該指標値についての不良判定を出力する工程とを含む。
【０００７】
本発明によれば、ボンディング過程においてボンディングヘッドの下降量、押圧荷重の減少値および超音波振動の駆動電力にそれぞれ基づいた３種類の指標値を設定し、これらの指標値と予め設定された基準値との偏差を監視し、偏差が許容値を超えたならば不良判定することにより、ボンディング後の信頼性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バンプ付き電子部品のボンディング装置の正面図、図２は同バンプ付き電子部品のボンディング方法のフロー図、図３（ａ）は同ボンディング過程におけるボンディングヘッドの高さを示すグラフ、図３（ｂ）は同ボンディング過程における押圧荷重を示すグラフ、図３（ｃ）は同ボンディング過程における超音波振動子駆動電源出力を示すグラフである。
【０００９】
まず、図１を参照してバンプ付き電子部品のボンディング装置の全体構造を説明する。１は支持フレームであって、その前面には第１昇降板２と第２昇降板３が昇降自在に設けられている。第１昇降板２にはシリンダ４が装着されており、そのロッド５は第２昇降板３に結合されている。第２昇降板３にはボンディングヘッド１０が装着されている。支持フレーム１の上面にはＺ軸モータ６が設けられている。Ｚ軸モータ６は垂直な送りねじ７を回転させる。送りねじ７は第１昇降板２の背面に設けられたナット８に螺合している。したがってＺ軸モータ６が駆動して送りねじ７が回転すると、ナット８は送りねじ７に沿って上下動し、第１昇降板２や第２昇降板３も上下動する。
【００１０】
図１において、被圧着面である基板３２は基板ホルダ３３上に載せられており、基板ホルダ３４はテーブル３５上に載せられている。テーブル３４は可動テーブルであって、基板３２をＸ方向やＹ方向へ水平移動させ、基板３２を所定の位置に位置決めする。主制御部３５は、モータ駆動部３６を介してＺ軸モータ６を制御し、またテーブル制御部３７を介してテーブル３４を制御する。またシリンダ４は荷重制御部３８を介して主制御部３５に接続されており、シリンダ４のロッド５の突出力すなわちボンディングツール２０でバンプ付きの電子部品３０を基板３２に押し付ける押圧荷重が制御される。
【００１１】
ボンディングヘッド１０の本体１１の下端部にはロードセル１３を介してホルダ１２が結合されている。ホルダ１２にはブロック１４が装着されており、ブロック１４にはボンディングツール２０が固定されている。ボンディングツール２０は超音波振動を発生する超音波振動子２１を備えており、超音波振動子２１は超音波振動子駆動部３９により駆動される。ボンディングツール２０は、中央部の下面に設けられた保持部に電子部品３０を吸着して保持する。電子部品３０を保持した状態でボンディングヘッド１０を下降させ、電子部品３０を基板３２に押圧しながら超音波振動子２１を駆動することにより、電子部品３０は基板３２にボンディングされる。
【００１２】
上記ボンディング過程において、以下に述べる３種類の計測値が監視対象として設定されている。まずボンディング時の押圧加重はロードセル１３によって検出され、荷重読取部４２によって荷重データとして読みとられ、主制御部３５に伝達される。また、ボンディングヘッド１０の高さ位置は、第２昇降板３に設けられたリニアスケールユニット４０によって計測され、高さ読取部４１によって高さデータとして読みとられて主制御部３５へ伝達される。このときの高さ計測の基準となる基準面は基板３２の上面であり、予め標準的な基準面を想定して、固定された基準面を設定しておいてもよく、また基板によるばらつきを排除するため、ボンディング動作の都度基板３２の上面の高さ位置を計測して基準面を補正するようにしてもよい。
【００１３】
ボンディング過程における超音波振動子２１の駆動電流は、電流測定部４３によって測定され、測定結果は主制御部３５へ伝達される。主制御部３５には表示部４４が接続されており、表示部４４のモニタ画面には、上記計測値、すなわちボンディングヘッド１０の高さ、押圧荷重および超音波振動子駆動出力がグラフ表示される。
【００１４】
このボンディング装置は上記のように構成されており、次に動作を図２のフローに沿って図３のグラフを参照して説明する。ボンディングツール２０の吸着面に電子部品３０を真空吸着させて保持し、基板３２の上方に位置させた状態から図２のフローが開始する。まずタイミングｔ０にて電子部品３０を保持したボンディングヘッド１０を下降させる（ＳＴ１）。この後ボンディングヘッド１０が下降して電子部品３０のバンプが基板３２の電極上面に当接したタイミングｔ１より、シリンダ４を駆動させてボンディングヘッド１０を更に下降させ、電子部品３０のバンプを基板３２に対しての押圧し（ＳＴ２）、このときより高さ読取部４１による高さ監視および荷重読取部４２により押圧荷重を監視する（ＳＴ３）。そしてタイミングｔ２にて押圧荷重が設定値に到達したならば、超音波振動子２１の駆動が開始され（ＳＴ４）、このときより電流計測部４３による超音波振動子の駆動電流の監視が開始する（ＳＴ５）。そしてタイミングｔ３にて所定押圧時間が経過したならば超音波振動子２１の駆動を停止する（ＳＴ６）。
【００１５】
上記のボンディング過程において、ボンディングの進行状況の良否を判定するために以下の３種類の指標値が監視される。まず、図３（ａ）に示すように、ボンディングヘッド１０が電子部品３０を基板３２に対して押圧開始したタイミングから、所定のボンディング時間が経過するまでのボンディングヘッド１０の下降量ｈが第１指標値として監視される。この下降量ｈを監視することにより、押圧終了時に電子部品３０と基板３２との隙間が適正な範囲にあるか否か、すなわち、押圧不足によるバンプと電極面の接合不良、また押圧過剰によるバンプのつぶれなどの不良が生じているか否かを推定することができる。
【００１６】
次に図３（ｂ）に示すように、ボンディングヘッド１０によって電子部品３０を押圧する押圧荷重値が、最大値に到達した後に減少して極小値とがなるまでの荷重減少値ｆが、第２指標値として監視される。この荷重減少量ｆを監視することにより、電子部品３０の位置ずれによってボンディングツール２０が電子部品を正常に押圧していない状態や、バンプ寸法のばらつきによる片あたりなどの異常を検出することができる。
【００１７】
さらに図３（ｃ）に示すように、超音波振動を印加する振動子の駆動電源の最大電流値ｉｍａｘ、振動印加開始から前記最大電流値ｉｍａｘに到達するまでに要する到達時間Ｔｉｍａｘ、ボンディング過程における電流積分値∫ｉｄｔが第３指標値として監視される。これらを監視することにより、ボンディング時に付与される超音波振動の負荷状態を推定することができ、バンプの片あたりやバンプの滑りなどによって生じる負荷の異常を検出することができる。なお、これらの第３指標値を構成する最大電流値ｉｍａｘ、到達時間Ｔｉｍａｘおよび電流積分値∫ｉｄｔのうち、いずれかまたはこれらを組み合わせて第３指標値としてもよい。
【００１８】
これらの第１指標値、第２指標値および第３指標値のそれぞれには、正常なボンディング過程において予想される代表的な数値としての基準値が設定されている。そしてこれらの基準値と、第１指標値、第２指標値および第３指標値のそれぞれの偏差を求め（ＳＴ７）、これらの偏差をそれぞれの指標値について予め正常なばらつきの範囲として設定された許容値と比較する（ＳＴ８）。そしてこれらの偏差が許容値を超えているならば当該指標値についての不良判定を出力する（ＳＴ９）。
【００１９】
この後ボンディングヘッド１０を上昇させて（ＳＴ１０）、電子部品３０のボンディングを終了するが、このとき不良判定が出力された電子部品３０はボンディング後に分別され、さらに検査された後、詳細な良否判定が行われる。このように、ボンディング過程において接合品質と密接な関連を有する項目よりなる指標値を監視し、指標値が正常範囲を超えたものについて不良判定することにより、接合不良の電子部品がそのまま後工程に送られることを防止して、ボンディング後の信頼性を確保することができる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、ボンディング過程においてボンディングヘッドの下降量、押圧荷重の減少値および超音波振動の駆動電力にそれぞれ基づいた３種類の指標値を設定し、これらの指標値と予め設定された基準値との偏差を監視し、偏差が許容値を超えたならば不良判定するようにしたので、接合不良の電子部品を分別することができ、ボンディング後の信頼性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バンプ付き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バンプ付き電子部品のボンディング方法のフロー図
【図３】（ａ）本発明の一実施の形態のボンディング過程におけるボンディングヘッドの高さを示すグラフ
（ｂ）本発明の一実施の形態のボンディング過程における押圧荷重を示すグラフ
（ｃ）本発明の一実施の形態のボンディング過程における超音波振動子駆動電源出力を示すグラフ
【符号の説明】
１２  ホルダ
１３  ロードセル
２０  ボンディングツール
２１  超音波振動子
３０  電子部品
３２  基板
３５  主制御部
３８  荷重制御部
３９  超音波振動子駆動部
４０  リニアスケールユニット
４１  高さ読取部
４２  荷重読取部
４３  電流測定部
【図１】
0003565019.tif 000002
【図２】
0003565019.tif 000003
【図３】
0003565019.tif 000004