(57)【要約】【課題】            電子部品などのチップ部品の電極を基板などのワークの電極に押圧および加熱しながら、当該接合部位に超音波振動を付与して接合する超音波接合方法において、吸着部材の摩耗を抑制し酸化物の散乱を防止する超音波ヘッドの清掃方法を提供する。【解決手段】        超音波ホーンに保持されたチップ部品とステージに保持された基板を認識手段によって認識するステップと、前記チップ部品と前記基板の位置合わせを行うステップと、前記超音波ホーンで前記チップを前記基板に接合するステップと、前記チップ部品と前記基板の接合毎に前記超音波ホーンの付着物の有無を検知するステップと、前記付着物が検出されると前記超音波ホーンを超音波発振せずに吸着孔よりエアーをはき出すステップと、はき出された付着物を前記吸着孔の下部に設けられた吸引ボックスで吸引するステップと、からなる超音波ホーンの清掃方法を提供する。【選択図】          図３
2008010488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波ホーンに保持されたチップ部品とステージに保持された基板を超音波接合する際、超音波ホーンを清掃する方法であって、
超音波ホーンに保持されたチップ部品とステージに保持された基板を認識手段によって認識するステップと、
前記チップ部品と前記基板の位置合わせを行うステップと、
前記超音波ホーンで前記チップを前記基板に接合するステップと、
前記チップ部品と前記基板の接合毎に前記超音波ホーンの付着物の有無を検知するステップと、
前記付着物が検出されると前記超音波ホーンを超音波発振せずにボックス底面の吸着孔よりエアーをはき出すステップと、
はき出された付着物を前記吸着孔の下部に設けられた吸引ボックスで吸引するステップと、
からなる超音波ホーンの清掃方法。
【請求項２】
付着物の検知を超音波ホーンの振幅制御部の出力の変化を用いて検出する請求項１に記載の超音波ホーンの清掃方法。
【請求項３】
付着物の検知をチップ部品を吸着するまえの吸着孔の圧力の変化を用いて検出する請求項１に記載の超音波ホーンの清掃方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品などのチップ部品の電極を基板などのワークの電極に押圧および加熱しながら、当該接合部位に超音波振動を付与して接合する超音波接合方法に用いる超音波ホーンの加圧面の清掃する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
チップ部品を基板に接合させる方法として、チップ部品の電極を基板の電極に接触させ、チップ部品を吸着保持した状態で基板の電極に押圧しながら超音波振動を付与して接合する超音波接合方法が知られている。チップ部品は超音波振動を付与する超音波ホーンに吸着保持されているが、接合を繰り返すうちに超音波ホーンに酸化物等が付着する。酸化物は、チップのエッジに残っているバリなどである。酸化物等の付着が超音波ホーンに堆積し、特にチップ部品の吸着用の孔を塞いでしまうと、超音波振動のチップ部品への伝達効率が落ちてしまい、接合部の品質に悪影響を及ぼすようになる。
【０００３】
このような超音波ホーンの付着物を除去して再生する方法として、特許文献１に記載されている超音波ヘッドを研磨する方法が知られている。特許文献１では、吸着ノズル（超音波ホーン）のチップ吸着面とチップとの間の滑り状態を検出する滑り検出器を設け、滑り検出器の検出結果に応じて吸着ノズルのチップ吸着面を研磨する方法が開示されている。また、研磨処理に代えて、洗浄液に吸着面を浸透させ超音波振動を吸着ノズルに与えて洗浄する方法が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、チップ搬送手段と一体型に設けられた清掃手段（ブラシ等）がチップ部品を超音波ホーンの吸着面に供給する毎に、吸着面を清掃する構成が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−０９１３８５号公報
【特許文献２】特開２００５−１６６９９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の方法では、次のような問題がある。
【０００７】
超音波ホーンの吸着面を研磨すると、ホーンの寿命に限界があり、定期的にホーンの交換が必要となる。さらに、超音波ホーンの付着物の除去をブラシなどの清掃手段で行うと、付着物を周囲に撒き散らし装置の不良や、製品の歩留まりを下げる問題がある。
【０００８】
ブラシの清掃後の付着物の散乱を防止するために、エアの吸引による清掃方法が考えられるが、酸化物が超音波ホーンのコーティング部材に食い込んでしまうとエアの吸引では付着物を除去することが難しい問題がある。
【０００９】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、吸着部材の摩耗を抑制し酸化物の散乱を防止する超音波ヘッドの清掃方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、超音波ホーンに保持されたチップ部品とステージに保持された基板を超音波接合する際、超音波ホーンを清掃する方法であって、
超音波ホーンに保持されたチップ部品とステージに保持された基板を認識手段によって認識するステップと、
前記チップ部品と前記基板の位置合わせを行うステップと、
前記超音波ホーンで前記チップを前記基板に接合するステップと、
前記チップ部品と前記基板の接合毎に前記超音波ホーンの付着物の有無を検知するステップと、
前記付着物が検出されると前記超音波ホーンを超音波発振せずに吸着孔よりエアーをはき出すステップと、
はき出された付着物を前記吸着孔の下部に設けられた吸引ボックスで吸引するステップと、
からなる超音波ホーンの清掃方法である。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、付着物の検知を超音波ホーンの振幅制御部の出力の変化を用いて検出する超音波ホーンの清掃方法である。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、付着物の検知をチップ部品を吸着するまえの吸着孔の圧力の変化を用いて検出する超音波ホーンの清掃方法である。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、超音波ホーンの付着物が吸着孔よりエアーが吹き出され付着物が対向した位置に配置された吸引ボックスに吸引される。これにより、付着物が周囲に散乱することなく吸引ボックスに回収され、付着物を周囲に撒き散らし装置の不良や、製品の歩留まりを下げることがない。また、吸着部材の摩耗を抑制することができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、超音波ホーンに酸化物が付着すると、超音波の伝達効率が落ち超音波ホーンの振幅が減少する。振幅の減少を振幅制御部が検出すると、さらに超音波発生器の出力を増加し振幅の減少を抑えようと動作する。従って、振幅制御部の出力の変化を監視することでホーンへの酸化物の付着を検出することができるので、定期的に超音波ホーンの表面を人手で確認する手間が省ける。
【００１５】
請求項３の発明によれば、超音波ホーンに酸化物が付着し、チップ吸着孔が目詰まりすると、チップを吸着する前の吸着孔の圧力があがる。従って、吸着孔の圧力の変化を監視することでホーンへの酸化物の付着を検出できるので、定期的に超音波ホーンの表面を人手で確認する手間が省ける。また、酸化物がホーンに食い込む前に付着を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
＜実施の形態１＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態１を説明する。なお、実施の形態１では、チップ部品としてバンプ付きの電子部品を基板に実装する場合を例にとって説明する。なお、チップ部品としては、その他に例えば、ＩＣチップ、半導体チップ、光素子、表面実装部品、ウエハなどの種類や大きさに関係なく、基板と接合させる側の全ての形態を示す。
【００１７】
また、基板としては、例えば、樹脂基板、ガラス基板、フィルム基板などのチップ部品と接合される側の全ての形態を示す。
【００１８】
図１は、実施の形態１に係る超音波接合装置の正面図である。
【００１９】
実施の形態１の超音波接合装置１００は、図１に示すように、基板１を吸着保持する基板ステージ２を備えた可動テーブル３と、基台４の後部に立設された縦壁５に支持フレーム６を介して取り付けられ、先端でチップ部品７を吸着保持して基板１に実装（接合）する圧着ヘッド８を備えた圧着機構９と、基板ステージ２に保持された基板１と圧着ヘッド８によって吸着保持されるチップ部品７の位置を認識するカメラ１０と、圧着ヘッド８に付着した酸化物を回収する吸引ボックス３０と、これら可動テーブル３、圧着ヘッド８、圧着機構９、およびカメラ１０などの駆動を制御する主制御部１１などが備えられている。
【００２０】
可動テーブル３は、図中左右と前後の水平２軸（Ｘ，Ｙ）方向に移動自在に構成されている。また、可動テーブル３に備わった基板ステージ２は、基板１が載置される表面部分に吸着孔２１が形成されており、当該吸着孔が吸引ポンプ２６と配管を介して接続されている。なお、実施の形態では、基板ステージ２における基板１の保持を吸着式にしているが、吸着式に限らず、可動ツメを使った機械式保持、静電気を使った静電吸着、磁石を使った磁気吸着など、任意の保持構造を用いることができる。
【００２１】
圧着機構９は、支持フレーム６に固定されたシリンダ１２と、シリンダ１２の垂直下方に向けられたロッド１３に連結されたヘッド本体１４と、ヘッド本体１４の下方先端に設けられた圧着ヘッド８とから構成されている。つまり、シリンダ１２の伸縮動作に連動して圧着ヘッド８が昇降するように構成されている。
【００２２】
圧着ヘッド８は、図２に示すように、略Ｕ字形を上下反転させ、底面を本体下部に連結されたフレーム１５と、当該フレーム１５の両側面に形成された貫通孔を両側から貫通する１組のブースター１６と、フレーム１５の内側で１組のブースター１６によって挟み込まれた状態で着脱可能に保持されたホーン１７とから構成されている。
【００２３】
ホーン１７は、肉厚の板状の物であって、正面視して前後に格子状となるように貫通孔が形成されている。また、下面中央には、凸部からなる吸着部材１９が設けられている。吸着部材１９は、超音波発生器１８からブースター１６を介して伝達された振動振幅が最大となる位置にある。吸着部材１９には、吸着孔２０が形成されており吸着孔２０からのエアーの吸い込みと吐き出しを切り換える切替器２９に配管を介して接続されている。切替器２９の他端には吸引ポンプ２６と加圧ポンプ２８の配管がそれぞれ接続されている。吸引ポンプ２６側の配管には吸引圧力を検出する圧力センサ２７が接続されている。圧力センサ２７の圧力信号は主制御部１１に送信するようになっている。
【００２４】
図１に戻り、カメラ１０は、水平２軸（Ｘ，Ｙ）方向および上下（Ｚ）方向に移動可能である。また、圧着ヘッド８側に向かって進退する鏡筒２３を備えている。また、カメラ１０をＸ軸方向に前進させ、ホーン１７の吸着部材１９に吸着保持されたチップ部品７と基板１の間に位置させる。その状態でチップ部品７と基板１の位置を認識および観察し、観察結果を主制御部１１に送信するようになっている。なお、両部材の位置および観察する手段としては、カメラ以外に、例えば、赤外線カメラ、センサなどの種類に関係なく基板１とチップ部品７の位置を認識できる全ての形態が適用できる。
【００２５】
主制御部１１は、操作部２４から設定入力された接合対象の基板１およびチップ部品７の種類に応じた接合条件を図示しないパターンテーブルから選択し、選択したパターンを振幅制御部２５に送信する。また主制御部１１は、可動テーブル３、シリンダ１２、カメラ１０などの駆動も操作部２４から設定入力された情報に基づいて統括的に制御している。
【００２６】
振幅制御部２５は、超音波発生器１８から発生する超音波振動によって共振するホーン１７の吸着部材１９における超音波振動の振幅を制御している。ホーン１７に酸化物が付着すると、超音波の伝達効率が落ちホーン１７の振幅が減少する。振幅の減少を振幅制御部２５が検出すると、さらに振幅制御部２５の出力を増加し振幅の減少を抑えようと動作する。従って、振幅制御部２５の出力の変化を監視することでホーンへの酸化物の付着を検出することができるようになっている。
【００２７】
吸引ボックス３０は、可動テーブル３に基板ステージ２と共に備えられており、吸引ポンプ３１に接続されている。
【００２８】
次に、上記装置を用いて基板１にチップ部品７を接合する動作を、図３に示すフロチャートに基づいて説明する。
【００２９】
先ず、操作部２４から接合対象の基板１およびチップ部品７の種類を選択し、接合時間などの初期条件が設定される（ステップＳ１）。
【００３０】
初期設定が終了すると、主制御部１１の制御によって、カメラ１０が作動する。カメラ１０は、鏡筒２３を前進させてホーン１７の画像データを取得し、主制御部１１に画像データを送信する（ステップＳ２）。
【００３１】
主制御部１１では基準となる圧着ヘッド８の画像データと送られてきた画像データの濃淡の比率等を比較し、所定値以下の比率の場合、付着物がホーン１７に存在していると判断する（ステップＳ３）。
【００３２】
付着物があると、カメラ１０が待機位置に戻った後、可動テーブル３が作動し吸引ボックス３０を圧着ヘッド８の下側に配置する（ステップＳ４）。付着物が無い場合、ステップＳ１０の接合処理が開始する。
【００３３】
次に、シリンダ１２が作動し、圧着ヘッド８を所定位置まで降下させる。そして、吸引ポンプ３１が作動し、吸引ボックス３０のエア吸引が開始する（ステップＳ５）。エア吸引の際、超音波発生器１８を作動させてホーン１７を超音波発振させて付着物をふるい落とす様にしてもよい。
【００３４】
次に、切替器２９を加圧ポンプ２８サイドに切り替え、加圧ポンプ２８を作動させてホーン１７の吸着孔２０よりエアを吐き出す（ステップＳ６）。所定時間（ｔ１）の後（ステップＳ７）、吸着孔２０からのエアの吐き出しと吸引ボックス３０からのエア吸引を停止し付着物の清掃作業を終える（ステップＳ８）。
【００３５】
次に、圧着ヘッド８が所定位置まで上昇し、チップ部品７の供給に備える。また、可動テーブル３が作動し、吸引ボックス３０を待機位置に移動させる（ステップＳ９）。
【００３６】
圧着ヘッド８の清掃作業が終了すると、基板ステージ２に基板１が載置保持されるとともに、ホーン１７の先端の吸着部材１９によってチップ部品７が吸着保持されて接合処理が開始される（ステップＳ１０）。
【００３７】
接合処理が開始すると、主制御部１１の制御によって、カメラ１０が作動する。カメラ１０は、鏡筒２３を前進させて基板１とチップ部品７の画像データを取得し、主制御部１１に当該データを送信する。主制御部１１は、受信した画像データに基づいて、基板１とチップ部品７の相対的な位置ずれを演算により求め、当該求まる検出結果に基づいて可動テーブル３をＸ、Ｙ方向に移動させて位置ずれを補正する（ステップＳ１１）。
【００３８】
位置ずれ補正が完了すると、主制御部１１の制御に基づいてシリンダ１２が作動し、圧着ヘッド８を所定位置まで降下させてチップ部品７を基板１に押圧する。同時に、超音波発生器１８を駆動させてホーン１７に超音波振動の付与と加圧を開始する（ステップＳ１２）。
【００３９】
振幅制御部２５による超音波付与のタイマカウントが所定時間（ｔ２）となると（ステップＳ１３）、超音波発生器１８からホーン１７への超音波振動の付与が完了する（ステップＳ１４）。
【００４０】
次に、シリンダ１２が作動し、圧着ヘッド８を所定位置まで上昇させて基板１を取り出す（ステップＳ１５）。続いて、ステップＳ２に戻り次の基板１にチップ部品７を接合する作業を開始する。
【００４１】
このように、超音波ホーンの付着物が吸着孔よりエアーが吹き出され付着物が対向した位置に配置された集塵ボックスに吸引される。これにより、付着物が周囲に散乱することなく集塵ボックスに回収され、付着物を周囲に撒き散らし装置の不良や、製品の歩留まりを下げることがない。
【００４２】
＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２では、実施の形態１と同じ構成の超音波接合装置１００を用いているので、装置の構成は省略し清掃方法について図４の動作フロチャートを用いて説明する。
【００４３】
先ず、操作部２４から接合対象の基板１およびチップ部品７の種類を選択し、接合時間などの初期条件が設定される（ステップＳ２１）。
【００４４】
初期設定が完了すると、基板ステージ２に基板１が載置保持されるとともに、ホーン１７の先端の吸着部材１９によってチップ部品７が吸着保持されて接合処理が開始される（ステップＳ２２）。
【００４５】
接合処理が開始すると、主制御部１１の制御によって、カメラ１０が作動する。カメラ１０は、鏡筒２３を前進させて基板１とチップ部品７の画像データを取得し、主制御部１１に当該データを送信する。主制御部１１は、受信した画像データに基づいて、基板１とチップ部品７の相対的な位置ずれを演算により求め、当該求まる検出結果に基づいて可動テーブル３をＸ、Ｙ方向に移動させて位置ずれを補正する（ステップＳ２３）。
【００４６】
位置ずれ補正が完了すると、主制御部１１の制御に基づいてシリンダ１２が作動し、圧着ヘッド８を所定位置まで降下させてチップ部品７を基板１に押圧する。同時に、超音波発生器１８を駆動させてホーン１７に超音波振動の付与と加圧を開始する（ステップＳ２４）。ホーン１７に酸化物が付着していると、超音波の伝達効率が落ちホーン１７の振幅が減少する。振幅の減少を振幅制御部２５が検出すると、さらに超音波発生器１８の出力を増加し振幅の減少を抑えようと動作する。従って、振幅制御部２５の出力の変化を監視することでホーン１７への酸化物の付着を検出することができる。振幅制御部２５の出力の変化は、主制御部１１に送られる。
【００４７】
振幅制御部２５による超音波付与のタイマカウントが所定時間（ｔ３）となると（ステップＳ２５）、超音波発生器１８からホーン１７への超音波振動の付与が完了する（ステップＳ２６）。
【００４８】
主制御部１１では基準となる振幅制御部２５の出力パターンと送られてきた出力パターンを比較し、所定範囲の出力を超える場合、付着物が圧着ヘッド８に存在していると判断する（ステップＳ２７）。付着物がない場合、シリンダ１２が作動し、圧着ヘッド８を所定位置まで上昇させて基板１を取り出し（ステップＳ３６）、ステップＳ２に戻り次の基板１にチップ部品７を接合する作業を開始する。
【００４９】
付着物がある場合、振幅制御部２５の出力を停止しホーン１７によるチップ部品７への超音波の付与を停止し、シリンダ１２を作動し圧着ヘッド８を所定位置まで上昇させる（ステップＳ２８）。基板１を基板ステージ２より取り外し超音波接合不良として処理をおこなう（ステップＳ２９）。
【００５０】
付着物がない場合の超音波発生器１８の出力とホーン１７の周波数を測定したグラフの一例を図５に示す。ホーン１７によるチップ部品７の押圧の間（図５のＡの期間）、超音波発生器１８の出力周波数は一定値を示している。また、超音波発生器１８の出力（発振パワー）は、押圧時は一定値を示している。
【００５１】
同様に、付着物がある場合の超音波発生器１８の出力とホーン１７の周波数を測定したグラフの一例を図６に示す。ホーン１７によるチップ部品７の押圧の間（図６のＢの期間）、超音波発生器１８の出力周波数が上昇している様子が観測されている。さらに、超音波発生器１８の出力も一定せずに上昇している。
【００５２】
このような、検出波形の違いを主制御部１１において、波形比較することにより一定値以上の変動があると、付着物がホーン１７の吸着部材１９に存在すると判断する。このように、超音波発生器１８の出力の変化を監視することでホーン１７への酸化物の付着を検出することができるので、定期的にホーン１７の表面を人手で確認する手間が省ける。
【００５３】
次に、圧着ヘッド８の清掃作業を開始するため、可動テーブル３が作動し吸引ボックス３０を圧着ヘッド８の下側に配置される（ステップＳ３０）。
【００５４】
次に、シリンダ１２が作動し、圧着ヘッド８を所定位置まで降下させる。そして、吸引ポンプ３１が作動し、吸引ボックス３０のエア吸引が開始する（ステップＳ３１）。
【００５５】
次に、切替器２９を加圧ポンプ２８サイドに切り替え、加圧ポンプ２８を作動させてホーン１７の吸着孔２０よりエアを吐き出す（ステップＳ３２）。所定時間（ｔ４）の後（ステップＳ３３）、吸着孔２０からのエアの吐き出しと吸引ボックス３０からのエア吸引を停止し付着物の清掃作業を終える（ステップＳ３４）。
【００５６】
次に、シリンダ１２が作動し、圧着ヘッド８を所定位置まで上昇させて（ステップＳ３５）、ステップＳ２２に戻り次の基板１にチップ部品７を接合する作業を開始する。
【００５７】
＜実施の形態３＞
次に、本発明の実施の形態３について説明する。実施の形態３では、実施の形態１と同じ構成の超音波接合装置１００を用いているので、装置の構成は省略し清掃方法について図７の動作フロチャートを用いて説明する。
【００５８】
先ず、操作部２４から接合対象の基板１およびチップ部品７の種類を選択し、接合時間などの初期条件が設定される（ステップＳ４１）。
【００５９】
初期設定が完了すると、切替器２９を吸引ポンプ２６サイドに切り替え、ホーン１７の吸着孔２０から吸引を開始する（ステップＳ４２）。吸引はチップ部品７を吸着保持する際も行われているが、実施の形態３では吸着孔２０の目詰まりを確認するために、チップ部品７の吸着作業の前に吸引を開始する。
【００６０】
次に、主制御部１１で圧力センサ２７の検出値と、予め設定してある基準値との比較を行い、基準値以上の圧力が検出させた場合は、ホーン１７に付着物があると判断する（ステップＳ４３）。このように、吸着孔２０の圧力の変化を監視することでホーン１７への酸化物の付着を検出できるので、定期的にホーン１７の表面を人手で確認する手間が省ける。また、酸化物がホーン１７に食い込む前に付着を検出することができる。
【００６１】
以下、実施の形態１のステップＳ４〜Ｓ１５と同様にホーン１７の清掃作業を行った後、チップ部品７と基板１の超音波接合作業を行う（ステップＳ４４〜Ｓ５５）。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】実施の形態１に係る超音波接合装置の全体を示す正面図である。
【図２】ホーンの要部構成を示す正面図である。
【図３】実施の形態１の動作を説明するフロチャートである。
【図４】実施の形態２の動作を説明するフロチャートである。
【図５】実施の形態２において超音波振動が正常な状態の出力グラフである。
【図６】実施の形態２において超音波振動が異常な状態の出力グラフである。
【図７】実施の形態３の動作を説明するフロチャートである。
【符号の説明】
【００６３】
１    基板
２    基板ステージ
３    可動テーブル
４    基台
５    縦壁
６    支持フレーム
７    チップ部品
８    圧着ヘッド
９    圧着機構
１０    カメラ
１１    主制御部
１２    シリンダ
１３    ロッド
１４    ヘッド本体
１５    フレーム
１６    ブースター
１７    ホーン
１８    超音波発生器
１９    吸着部材
２０    吸着孔
２１    吸着孔
２３    鏡筒
２４    操作部
２５    振幅制御部
２６    吸引ポンプ
２７    圧力センサ
２８    加圧ポンプ
２９    切替器
３０    吸引ボックス
３１    吸引ポンプ
１００    超音波接合装置
【図１】
2008010488.tif 000003
【図２】
2008010488.tif 000004
【図３】
2008010488.tif 000005
【図４】
2008010488.tif 000006
【図５】
2008010488.tif 000007
【図６】
2008010488.tif 000008
【図７】
2008010488.tif 000009