(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を基板上に押圧して接合するボンディングヘッドと、
前記電子部品に対向配置された前記基板を保持する基板ステージ下に、互いに対向して略等間隔に配置された複数の荷重検出機構と、
個々の前記荷重検出機構により検出された圧力検出値に基づいて、前記電子部品と前記基板との接合面における圧力状態を検知する圧力検知手段と、
ボンディングヘッドによる押圧力を調整する圧力調整手段と、
該圧力調整手段を制御する制御部とを少なくとも有し、
前記制御部が、予め設定した基準圧力と、個々の前記荷重検出機構による各圧力検出値の合計とを比較しながら、前記圧力調整手段に対してフィードバック制御を行い、
個々の前記荷重検出機構による各圧力検出値に基づいて、前記荷重検出機構１つ当たりの加圧力の上限及び下限のしきい値を、前記制御部に予め設定し、前記荷重検出機構による前記圧力検出値がしきい値を超えた場合に異常を表示することを特徴とするボンディング装置。
【請求項２】
電子部品を基板上に押圧して接合するボンディングヘッドと、
前記電子部品に対向配置された前記基板を保持する基板ステージ下に、互いに対向して略等間隔に配置された複数の荷重検出機構と、
個々の前記荷重検出機構により検出された圧力検出値に基づいて、前記電子部品と前記基板との接合面における圧力状態を検知する圧力検知手段と、
ボンディングヘッドによる押圧力を調整する圧力調整手段と、
該圧力調整手段を制御する制御部とを少なくとも有し、
前記制御部が、予め設定した基準圧力と、個々の前記荷重検出機構による各圧力検出値の合計とを比較しながら、前記圧力調整手段に対してフィードバック制御を行い、
個々の前記荷重検出機構による各圧力検出値に基づいて、前記荷重検出機構の１配列当たりの加圧力の上限及び下限のしきい値を、前記制御部に予め設定し、前記荷重検出機構による前記圧力検出値がしきい値を超えた場合に異常を表示することを特徴とするボンディング装置。
【請求項３】
電子部品の形状が多角形であり、該多角形における各角に対応した位置に荷重検出機構が配置された請求項１から２のいずれかに記載のボンディング装置。
【請求項４】
電子部品の形状が四角形であり、該四角形における四角に対応した位置に荷重検出機構が配置された請求項３に記載のボンディング装置。
【請求項５】
荷重検出機構がマトリックス状に配置された請求項１から４のいずれかに記載のボンディング装置。
【請求項６】
ボンディングヘッドにより電子部品を基板上に押圧して接合する押圧工程と、
前記電子部品に対向配置された前記基板を保持する基板ステージ下に、互いに対向して略等間隔に配置された複数の荷重検出機構により検出された、個々の圧力検出値に基づいて、前記電子部品と前記基板との接合面における圧力状態を検知する圧力検知工程と、
ボンディングヘッドによる押圧力を調整する圧力調整工程と、
予め設定した基準圧力と、個々の前記荷重検出機構による各圧力検出値の合計とを比較しながら、前記押圧力のフィードバック制御を行う制御工程とを少なくとも含み、
前記制御工程が、個々の前記荷重検出機構による各圧力検出値に基づいて、前記荷重検出機構１つ当たりの加圧力の上限及び下限のしきい値を予め設定し、前記荷重検出機構による圧力検出値がしきい値を超えた場合に異常を検知することを特徴とするボンディング方法。
【請求項７】
ボンディングヘッドにより電子部品を基板上に押圧して接合する押圧工程と、
前記電子部品に対向配置された前記基板を保持する基板ステージ下に、互いに対向して略等間隔に配置された複数の荷重検出機構により検出された、個々の圧力検出値に基づいて、前記電子部品と前記基板との接合面における圧力状態を検知する圧力検知工程と、
ボンディングヘッドによる押圧力を調整する圧力調整工程と、
予め設定した基準圧力と、個々の前記荷重検出機構による各圧力検出値の合計とを比較しながら、前記押圧力のフィードバック制御を行う制御工程とを少なくとも含み、
前記制御工程が、個々の前記荷重検出機構による各圧力検出値に基づいて、前記荷重検出機構の１配列当たりの加圧力の上限及び下限のしきい値を予め設定し、前記荷重検出機構による圧力検出値がしきい値を超えた場合に異常を検知することを特徴とするボンディング方法。
【請求項８】
電子部品の形状が多角形であり、該多角形における各角に対応した位置に荷重検出機構が配置された請求項６から７のいずれかに記載のボンディング方法。
【請求項９】
電子部品の形状が四角形であり、該四角形における四角に対応した位置に荷重検出機構が配置された請求項８に記載のボンディング方法。
【請求項１０】
個々の荷重検出機構による各圧力検出値に基づいて、電子部品と基板との接合面における接続状態のトレーサビリティを行う請求項６から９のいずれかに記載のボンディング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品をボンディングにより基板に実装する際、加圧力を高精度に制御し、製品品質を向上可能なボンディング装置及び高品質な製品を安定的に提供可能なボンディング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンピュータ等の電子機器の高速化、小型化に伴い、電子部品の高密度実装の要求が高まっており、１枚の基板上に複数の電子部品を積層する高集積基板が採用されている。また、高集積化を図るために、搭載する電子部品にバンプを形成し、基板上で加圧しながらバンプを熱溶着させるフリップチップボンディングが行われている。このようなフリップチップボンディングにおいては、益々小型化及び多ピン化が進んでおり、バンプ径の小型化及びバンプ接続端子間の狭ピッチ化への要求が高まっている。
しかし、前記バンプ接続端子間の狭ピッチ化が進み、ピッチが４０μｍ以下となると、基板の製造精度、バンプ形成時の製造バラツキなどにより、±１μｍ以内と高精度の搭載位置決めや、安定した荷重制御が行われない場合、端子間のショート等の接続不良の発生や、電子部品に与えるダメージが懸念される。ここで、端子間のショートは、バンプの潰し過ぎ、認識後の位置ズレなどにより生じ、電子部品へのダメージとしては、バンプ、電子部品、基板の端子部等の破損が挙げられる。
【０００３】
ところで、電子部品のボンディングには、従来より、昇降自在に設けられたボンディングツールと、該ボンディングツールにより電子部品を押圧したときの荷重を検出する荷重センサとを備えたボンディング装置が使用されている。該ボンディング装置においては、ボンディングツール支持部の上方に前記荷重センサを配置すると共に、前記ボンディングツール支持部に前記荷重センサを接触させ、前記ボンディングツール及び前記荷重センサを取り付けたボンディングヘッドを昇降機構により下降させて電子部品を基板に接合させる。このとき、前記ボンディングツールによる押圧荷重が、前記ボンディングツール支持部に接触配置された前記荷重センサにより検出されるようになっている。
【０００４】
従来のボンディング装置としては、具体的には、ボンディングツール支持部の自重を含めてスプリングを使用して懸架する方式を採用した装置（特許文献１参照）、ボンディングツール支持部に予め所定の荷重を付加し、ボンディングツールにより電子部品を押圧した際に、検出する荷重が減少するように構成した荷重検出機構及び検出する荷重が増加するように構成した荷重検出機構を備えた装置（特許文献２参照）、シリンダに予め所定の推力を発生させてフィードバック制御を行う装置（特許文献３参照）、ボンディングヘッドに平行調整機構を設けて、平行検出センサにより平行状態を判断する装置（特許文献４参照）、などが提案されている。
【０００５】
しかし、バンプ接続端子間の狭ピッチ化に伴い、高い搭載精度と荷重制御とが必要となる場合には、基板、バンプ等の部材間の精度バラツキにより、ボンディング接合時の設定荷重基準値の範囲内であっても、面内では応力のバラツキが発生しており、接続不良等が発生し、製品歩留りの低下に繋がっている。
また、ボンディング接合時の全体圧力である前記設定荷重基準値についても、ボンディングツール支持部には、昇降機構を構成する多数のスライドガイド、シャフト、シリンダ、スプリング等の機構部と、電子部品の吸着、加熱、冷却、及び傾き調整のための機構部と、更にはこれらに伴う配線、配管等の多数の構成部品が設けられているため、ボンディングツール支持部の上方に接触配置された荷重センサでは、配設位置、使用面積等が制限され、しかも前記構成部品による摩擦抵抗や熱影響を受け易く、検出値が変動し易いという問題がある。また、ここで検出されている圧力値は、あくまでも前記ボンディングツール支持部に掛かる荷重であるため、前記構成部品に対する傾斜荷重、水平分力等の逃げ荷重も含まれており、検出された荷重値は、必ずしも接合部分に印加された荷重であるとは言えず、定期的な荷重校正が必要とされる。
【０００６】
したがって、前記特許文献１〜４に記載の従来の荷重検出機構を備えたボンディング装置では、製品品質の更なる向上を図ることができず、より高精度に加圧力を制御し、製品品質を向上可能なボンディング技術の開発が望まれている。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１８３１１４号公報
【特許文献２】特開２００２−７６０６１号公報
【特許文献３】特開２００１−６８８９５号公報
【特許文献４】特開２００１−２２３２４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、従来における前記問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、電子部品をボンディングにより基板に実装する際、加圧力を高精度に制御し、製品品質を向上可能なボンディング装置及び高品質な製品を安定的に提供可能なボンディング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
本発明のボンディング装置は、電子部品を基板上に押圧して接合するボンディングヘッドと、前記電子部品に対向配置された前記基板を保持する基板ステージ下に、互いに対向して略等間隔に配置された複数の荷重検出機構と、個々の前記荷重検出機構により検出された圧力検出値に基づいて、前記電子部品と前記基板との接合面における圧力状態を検知する圧力検知手段とを少なくとも有することを特徴とする。
該ボンディング装置においては、前記基板ステージ下に、前記荷重検出機構を、互いに対向して略等間隔（例えば、マトリックス状）に複数配置したので、ボンディングツール支持部の近傍に前記荷重検出機構を配置する従来のボンディング装置に比して、平面上に配置するスペースの確保が容易で、しかも周囲に複雑な機構部がなく、昇降動作も不要であるため、前記基板ステージに印加される真の荷重を検出することができる。また、複数の前記荷重検出機構により、前記基板ステージ面の分布圧を測定することができ、前記ボンディングヘッドによる加圧力を高精度に制御し、製品品質を向上させることができる。
【００１０】
本発明のボンディング方法は、ボンディングヘッドにより電子部品を基板上に押圧して接合する押圧工程と、前記電子部品に対向配置された前記基板を保持する基板ステージ下に、互いに対向して略等間隔に配置された複数の荷重検出機構により検出された、個々の圧力検出値に基づいて、前記電子部品と前記基板との接合面における圧力状態を検知する圧力検知工程とを少なくとも含むことを特徴とする。
該ボンディング方法では、前記押圧工程において、前記ボンディングヘッドにより前記電子部品が前記基板上に押圧されて接合される。前記圧力検知工程において、前記電子部品に対向配置された前記基板を保持する前記基板ステージ下に、互いに対向して略等間隔に配置された複数の前記荷重検出機構により検出された、個々の圧力検出値に基づいて、前記電子部品と前記基板との接合面における圧力状態が検知される。その結果、前記基板ステージに印加される真の荷重が検出され、しかも前記基板ステージ面の分布圧も測定され、前記ボンディングヘッドによる加圧力が高精度に制御され、高品質な製品が安定的に、かつ高歩留まりで得られる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、従来における問題を解決することができ、電子部品をボンディングにより基板に実装する際、加圧力を高精度に制御し、製品品質を向上可能なボンディング装置及び高品質な製品を安定的に提供可能なボンディング方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明のボンディング装置及び本発明のボンディング方法について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１３】
（実施の形態１）
本発明のボンディング装置の第１の実施の形態を以下に図面を用いて説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るボンディング装置の概略構成を示す断面図である。
図１に示すボンディング装置は、フリップチップボンディングを行う装置であり、ボンディングヘッド１００を備えている。該ボンディングヘッド１００は、バンプが形成された電子部品を加熱及び加圧（押圧）することにより、前記バンプと基板における接続端子とを接合する機能を有する。
【００１４】
図１に示すように、ボンディングヘッド１００は、電子部品６を吸着して作動するボンディングツール７と、該ボンディングツール７を加熱することにより電子部品６に形成されたバンプ６Ａに熱を印加し、接合温度を１８０〜３５０℃程度となるように設定する加熱機構８とを有するボンディングツール支持部１０を備えている。ボンディングツール支持部１０は、突出部１０Ａが、コ字状の昇降ブロック１２に取り付けられたシリンダ１１と係合され、スライド自在なスライドガイド９を介して昇降ブロック１２に保持されている。また、ボンディングツール支持部１０の上部には、θモーター１３が配設されており、該θモーター１３は、電子部品６の位置決め時にθ回転補正を行う。
なお、シリンダ１１は、該シリンダの推力を固定して使用してもよいし、フィードバック制御によりシリンダの推力を可変にする、電空レギュレータ等の後述する圧力調整手段２２を用いて推力を変化させて使用してもよい。
【００１５】
また、昇降ブロック１２は、スライドガイド１５と、送りネジ１６と、該送りネジ１６の上部に配設されたＺモーター１７とからなる昇降機構１８に連結されており、コ字状の昇降ブロック１２における垂直部が、スライド自在なスライドガイド１５を介して送りネジ１６に保持されている。そして、電子部品６に対して必要以上の荷重が印加された場合、昇降機構１８に連結された昇降ブロック１２を上下に変動させることにより、設定荷重にフィードバック制御を行い、基板１、電子部品６、荷重センサ５等の損傷を防止することができるようになっている。
【００１６】
更に、接続端子１Ａが形成された基板１は、該基板１を吸着保持する基板吸着プレート２上に載置され、該基板吸着プレート２の下部には、基板１を加熱する基板ヒーター３及び断熱材４が設けられている。更に、断熱材４は、該断熱材４の四角（マトリックス状）に配置された４個の荷重センサ５により支持されている。なお、本実施の形態では、基板プレート２、基板ヒーター３及び断熱材４により基板ステージＳが構成されている。
【００１７】
そして、荷重センサ５による信号が、Ａ／Ｄコンバーター等の圧力検知手段２０により検知されて制御部２１に伝達され、電子部品６におけるバンプ６Ａに印加される総荷重と、基板ステージＳ面に対する分布圧とを測定し、更に圧力調整手段２２を制御することにより、ボンディングの設定荷重を調整するようになっている。
【００１８】
従来では、荷重センサの定格は、ボンディング装置として設定荷重に適用される最大の範囲を想定して決定されており、最大で５０ｋｇｆ以内の荷重範囲であれば、高圧用の荷重センサの定格としては５０ｋｇｆが、低圧用の荷重センサの定格としては５ｋｇｆが、それぞれ一般的に使用されている値である。このため、設定荷重が５〜１５ｋｇｆの場合、高圧用の５０ｋｇｆ定格を使用することとなり、精度が低くなるという問題がある。
一方、本発明の第１の実施の形態のボンディング装置によれば、荷重センサ５を４個使用しているので、それぞれの荷重センサ５に、最大荷重が分割して印加され、最大５０ｋｇｆの荷重範囲であっても、荷重センサ５の１個当たりに印加される荷重は、５０ｋｇｆの１／４、即ち１２．５ｋｇｆ程度であり、荷重センサ５の定格を下げることにより、直線性やヒステリシス特性の向上を図ることができる。
また、スライドガイド、スプリング、シリンダ等を備えた昇降機構の動作は、半導体装置の生産数を考慮すると、動作頻度が非常に高く、上述した複雑な構造及び制御により生じる摩擦抵抗等の影響を受け、装置状態が変化し易いが、本発明の第１の実施の形態のボンディング装置では、複雑な昇降機構を有さず昇降動作も不要な、基板１の下側に荷重センサ５を４個、マトリックス状に配置したので、ボンディング時にバンプ６Ａと接続端子１Ａとの接合部分に印加される真の荷重と基板ステージＳ面に対する分布圧とを検知することができる。
【００１９】
次に、本発明の第１の実施の形態に係るボンディング装置における荷重検出機構について説明する。なお、図２は、ボンディング装置における荷重検出機構を示す平面図である。
図２に示すように、基板１は、基板１に合わせて真空吸着溝が形成された基板吸着プレート２により吸着保持され、該基板吸着プレート２の下部には、基板１を加熱する基板ヒーター３が設置されており、一般に１００℃程度の基板加熱が行われるようになっている。また、基板ヒーター３の下方には、断熱材４を介して荷重センサ５が配置されている。ここで、荷重センサ５の許容温度範囲は、通常５０〜１００℃程度であり、基板の加熱及び前記電子部品接続時の接合の際の加熱（１８０〜３５０℃程度）による温度上昇に対して、荷重センサ５と基板ステージＳ移動用の駆動部（不図示）とを保護する必要があるため、断熱材４及び冷却機構（不図示）が配置されている。
【００２０】
本実施の形態では、第１の荷重センサ５Ａ、第２の荷重センサ５Ｂ、第３の荷重センサ５Ｃ及び第４の荷重センサ５Ｄの４個の荷重センサ５が、互いに対向して略等間隔に配置されており、図２に示すように、基板吸着プレート２の平面に対して四角に（マトリックス状）位置している。そして、荷重センサ５Ａ〜５Ｄそれぞれの検出信号が、Ａ／Ｄコンバーター等の圧力検知手段２０を経由して、制御部２１に出力されるようになっている。
また、荷重センサの形態及び配置態様としては、特に制限はなく、以下に示す様に種々の変形を行うことができる。即ち、例えば、図３Ａに示すように、荷重センサ５としてひずみゲージを用いて基板ステージＳを固定してもよいし、図３Ｂに示すように、荷重センサ５としてロードセル等の他の機構を組み合わせて、更にガイド部Ｇにより基板ステージＳを可動式に設けてもよいし、図３Ｃに示すように、４個の荷重センサ５Ａ〜５Ｄに加えて、更に第５の荷重センサ５Ｅ、第６の荷重センサ５Ｆ、第７の荷重センサ５Ｇ及び第８の荷重センサ５Ｈの４個の荷重センサを、互いに対向して略等間隔に、即ちマトリックス状に配置してもよい。図３Ｃに示すように、荷重センサ５の個数を増加させると（図３Ｃでは８個）、荷重測定ポイントが増加するため、荷重検出データをより詳細に得ることができる。
【００２１】
次に、ボンディング接合時のボンディング装置の動作（本発明のボンディング方法）を、図４に示すフローチャートを用いて説明する。
まず、基板１における接続端子１Ａと、電子部品６におけるバンプ６Ａとの接合時の加圧荷重（全体のボンディング荷重）として、基準圧力及びボンディングツール７の下降速度をマイクロコンピューター等の制御部２１にて数値設定する。ここで、本実施の形態においては、第１の荷重センサ５Ａ〜第４の荷重センサ５Ｄによる、各圧力検出値を使用して、荷重センサ１個当たりの加圧力の上限及び下限のしきい値の数値設定を行う。該しきい値は、基板１、バンプ６Ａ等の材料、構造、大きさなどにより適宜決定され、１バンプ当たりに印加される圧力、及び不良となる接続端子強度データ等を基に、電子部品の１角に配置された荷重センサ１個当たり、更には荷重センサを組み合わせた電子部品の１辺（荷重センサの配列１列）に対しても圧力検出を行うことにより設定することができる。また、しきい値を超えた場合に装置アラーム通知や稼動停止を行うことにより、異常の発生を早期に検出することができる。
【００２２】
次に、図５Ａに示すように、実際のボンディング接合時に、ボンディング荷重の基準圧力となるように、ボンディングツール７を昇降機構１８により降下させて、ボンディングツール７に吸着保持された電子部品６を、基板１に形成された接続端子１Ａに向けて降下させる。そして、図５Ｂに示すように、電子部品６と基板１とが接触したときから、予め設定された接合時間後に停止させてボンディングツール７を上昇させるまでの間の、第１の荷重センサ５Ａ〜第４の荷重センサ５Ｄの各圧力検出値を制御部２１に入力する。すると、図４に示すように、各圧力検出値に基づいて、制御部２１は、予め数値設定された基準圧力と、圧力センサ１（第１の荷重センサ５Ａ）〜圧力センサ４（第４の荷重センサ５Ｄ）の各圧力検出値の合計とを比較しながら、圧力調整手段２２にフィードバック制御を行う。すると、加圧モータドライバによりデジタル流量弁が調節され、シリンダ１１の流量が調整される。なお、流量は検知されて、制御部２１に伝達される。そして、サンプリングされた各圧力検出値と、電子部品６の１角及び１辺に対して予め数値設定された、加圧力の上限及び下限のしきい値とを比較し、基準圧力内であっても、しきい値を超えた場合には、異常発生とみなし、装置稼動停止と装置アラーム通知とを行うことにより、電子部品６の損傷を防止することができる。また、ボンディング接合毎にサンプリングされた各圧力検出値は、時系列でモニタリングすることができ、製造状態履歴として保管することにより、製品品質の向上とトレーサビリティの確保とを実現することができる。
【００２３】
次に、第１の荷重センサ５Ａ〜第４の荷重センサ５Ｄの各圧力検出状態について、図６Ａ及び図６Ｂを用いて説明する。
まず、電子部品６が下降して基板１と接触し、電子部品６の１個当たりに加圧する基準圧力に到達してから、予め設定された接合時間後に停止させてボンディングツール７を上昇させるまでの間の、第１の荷重センサ５Ａ〜第４の荷重センサ５Ｄの圧力検出値の合計となる、ボンディング荷重基準圧力（電子部品１個当たりの基準圧力）Ｘを時系列で表すと、図６Ａに示すようなグラフが得られる。
また、第１の荷重センサ５Ａ〜第４の荷重センサ５Ｄの検出状態が均等となる場合には、図６Ｂに示すように、荷重センサ１個当たりの圧力検出値Ｘ１は、ボンディング荷重基準圧力Ｘに対して１／４となる。これは、電子部品６における各バンプ６Ａに均一に荷重が印加されていることを示しており、この状態においては、電子部品６の破損等の懸念は生じない。
【００２４】
次いで、ボンディング接合時に不具合が生じた場合を、図７Ａ〜図７Ｆに示す。図７Ａでは、ボンディングツール７の傾斜による平行状態の異常が、図７Ｂでは、基板ステージＳの傾斜による平行状態の異常が、図７Ｃでは、バンプ６Ａの高さ異常が、それぞれ生じており、接続端子１Ａ及びバンプ６Ａの接続不良が発生している。また、図７Ｄでは、基板１と基板ステージＳとの間に異物Ｄが混入し、図７Ｅでは、電子部品６とボンディングツール７との間に異物Ｄが混入し、図７Ｆでは、接続端子１Ａとバンプ６Ａとの間に異物Ｄが混入し、それぞれ接続不良が発生している。このほか、基板精度やチップ厚みのバラツキ等によっても接続不良が生じる。これらの接続不良は、従来のボンディング装置における荷重検出機構では検知することができず、図６Ｂに示す、ボンディング荷重基準圧力Ｘ（電子部品１個当たりの総荷重基準圧力）が印加されてボンディングが終了するが、本発明の第１の実施の形態では、複数個の荷重センサ５の各圧力検出値に対してしきい値を設定しているため、接続不良等の異常を検出することができる。このように、従来のボンディング荷重の検出機構では、部品破壊、接続不良等が発生した時点で、異常が検出されないため、製造を続行することとなり、即ち、電子部品全体に印加される荷重が一部に集中的に印加され、電子部品の破損に繋がり、製造歩留りが低下する一方、本発明によれば、製品品質及び製造歩留りの向上を図ることができる。
【００２５】
また、前記異常が、電子部品６におけるバンプ６Ａが変形して収束する範囲の微小な変化であっても、本実施の形態によれば、第１の荷重センサ５Ａ〜第４の荷重センサ５Ｄの圧力検出値に差が生じることから、異常を検知することができる。即ち、例えば、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、ボンディングツール７や基板ステージＳの平行状態が悪化し、図２に示す、第１の荷重センサ５Ａ及び第２の荷重センサ５Ｂに対して、先に接触するように、電子部品６が傾斜している場合、設定された速度にてボンディング荷重の基準圧力が印加されるように制御されているため、図８Ａに示すように、第１の荷重センサ５Ａ及び第２の荷重センサ５Ｂが検知する荷重が、Ｘ２で表されるように、時間軸に対して先に上昇し、加圧によるバンプ６Ａの変形が進むに従って、Ｘ３で表されるように、第３の荷重センサ５Ｃ及び第４の荷重センサ５Ｄにも荷重が印加される。
【００２６】
同様に、図２に示す、第１の荷重センサ５Ａにのみ、先に接触するように電子部品６が傾斜している場合、図８Ｂに示すように、第１の荷重センサ５Ａが検知する荷重が、Ｘ４で表されるように、時間軸に対して先に上昇し、加圧によるバンプ６Ａの変形が進むに従って、Ｘ５で表されるように、第２の荷重センサ５Ｂ及び第３の荷重センサ５Ｃに荷重が印加され、最終的に、Ｘ６で表されるように、第４の荷重センサ４Ｄにも荷重が印加され、総ての荷重センサ５Ａ〜５Ｄに接触した時点から荷重のバラツキが収束していく。
このように、総ての荷重センサ５Ａ〜５Ｄに均一に接触している状態になるまでの間に、タイムラグが生じるが、本実施の形態に係るボンディング装置によれば、該タイムラグを検出することが可能となる。更に、先に接触する荷重センサには、他の荷重センサよりも圧力検出値が高くなる傾向が観られるため、電子部品６、バンプ６Ａ、基板１における接続端子１Ａ等による荷重と、電子部品６の１角及び１辺に対して予め数値設定された、加圧力の上限及び下限のしきい値とを比較し、部材の強度が許容範囲内で製造されたことを管理することが可能となり、製品の品質及び信頼性の向上を図ることができる。
【００２７】
本実施の形態では、上述したように、基板１素子当たりに対してボンディングを行ったが、基板上に複数の素子が配置されている場合にも、同様にボンディングを行うことができる。例えば、図９Ａ〜図９Ｄに示すように、基板３０上に４個の素子３１Ａ〜３１Ｄが配置されている場合、基板ステージを固定して、基板３０を移動させる送り動作を行うことにより、図９Ａ〜図９Ｄの順に、電子部品６のボンディングを行ってもよいし、基板ステージを分割してボンディングを行ってもよい。これらの態様は、多点取りに好適であり、多ピン化を図った半導体チップ、大面積の半導体チップ等のように、ボンディングの際に高荷重を要する場合にも、機構的に無理がない。
【００２８】
本発明のボンディング装置及びボンディング方法によれば、荷重センサを基板ステージ側にマトリックス状に複数配置し、該荷重センサの各検出位置での許容荷重のしきい値の上限及び下限の範囲で、接合部に印加される加圧力をフィードバック制御し、しかも基板ステージ面内の応力分布をモニターすることができるので、基板と電子部品とのボンディング時（生産時）の荷重検出機構の精度及び信頼性を向上させることができる。
また、電子部品のボンディング時に、ボンディングツールの平行状態の異常、異物混入、バンプ高さのバラツキ、基板における接続端子間の接続状態、ボンディングツールの昇降動作異常、昇降機構の磨耗、故障等の不具合を、生産時に検出することができるので、異常発生や不良品の存在を即座に検知することができる。このため、常に安定した状態での生産を管理し、不良品を製造し続けることなく、高品質な商品を高歩留りで得ることができる。
更に、異常発生時に、該異常を装置アラームとして通知するほか、装置の稼動を停止することができるので、品質管理記録としてトレーサビリティに利用することができる。
【００２９】
（従来例）
図１０Ａ及び図１０Ｂに、従来のボンディング装置の概略構成を示す。
図１０Ａに示すボンディング装置は、ボンディングヘッド２００を有しており、該ボンディングヘッド２００は、電子部品２０６を吸着して作動するボンディングツール２０７と、該ボンディングツール２０７を加熱することにより電子部品２０６に形成されたバンプ２０６Ａに熱を印加する加熱機構２０８とを有するボンディングツール支持部２１０を備えている。ボンディングツール支持部２１０は、突出部２１０Ａが、コ字状の昇降ブロック２１２に取り付けられたシリンダ２１１に係合されると共に、突出部２１０Ａの下面が、スプリング２３０により昇降ブロック２１０に付勢されている。また、ボンディングツール支持部２１０は、スライド自在なスライドガイド２０９を介して昇降ブロック２１２に保持されている。更に、ボンディングツール支持部２１０の上部には、回転モーター２１３が配設されており、該回転モーター２１３は、電子部品２０６の位置決め時に回転補正を行う。更に、シリンダ２１１の下方に位置するボンディングツール支持部２１０上には、ボンディングツール２０７の加圧力を検出するための荷重センサ２０５が配設されている。
【００３０】
また、昇降ブロック２１２は、スライドガイド２１５と、送りネジ２１６と、該送りネジ２１６の上部に配設された昇降モーター２１７とからなる昇降機構２１８に連結されており、コ字状の昇降ブロック２１２における垂直部が、スライド自在なスライドガイド２１５を介して送りネジ２１６に保持されている。そして、昇降機構２１８に連結された昇降ブロック２１２を上下に変動させることにより、ボンディングツール２０７を昇降させるようになっている。
【００３１】
更に、接続端子２０１Ａが形成された基板２０１は、該基板２０１を吸着保持する基板吸着プレート２０２上に載置され、該基板吸着プレート２０２の下部には、基板２０１を加熱する基板ヒーター２０３及び断熱材２０４が設けられている。
そして、荷重センサ２０５による信号が、圧力検知手段２２０により検知されて制御部２２１に伝達されると、制御部２２１が圧力調整手段２２２を制御することにより、該圧力調整手段２２２がバルプ２２３の流量を調整し、ボンディングツール２０７の加圧力が調整されるようになっている。
また、図１０Ｂに示す従来のボンディング装置においては、ボンディングヘッド３００を有しており、該ボンディングヘッド３００は、図１０Ａに示すボンディングヘッド２００において、荷重センサ２０５が、ボンディングツール支持部２１０の突出部２１０Ａの下方に位置する昇降ブロック２１２上に配設されている。
【００３２】
このように、図１０Ａ及び図１０Ｂに示す従来のボンディング装置においては、荷重センサ２０５の配設位置付近に、昇降機構２１８、ボンディングツール支持部２１０、加熱機構２０８等を構成する多くの部品が存在するため、これらの部品による摩擦抵抗や熱影響を受け易く、ボンディングツール２０７の荷重の検出値が変動し易い。しかも、検出値は、あくまでも、ボンディングツール２１０に掛かる荷重（全体の荷重）であるため、上述した第１の実施の形態のボンディング装置のように、電子部品のボンディング時に、ボンディングツールの平行状態の異常、異物混入、バンプ高さのバラツキ、基板における接続端子間の接続状態、ボンディングツールの昇降動作異常、昇降機構の磨耗、故障等の不具合を、生産時に検出することができないため、第１の実施の形態のボンディング装置を用いた場合に比して、得られる製品の品質に劣り、製造歩留りが低下する。
【００３３】
本発明の好ましい態様を付記すると、以下の通りである。
（付記１）  電子部品を基板上に押圧して接合するボンディングヘッドと、
前記電子部品に対向配置された前記基板を保持する基板ステージ下に、互いに対向して略等間隔に配置された複数の荷重検出機構と、
個々の前記荷重検出機構により検出された圧力検出値に基づいて、前記電子部品と前記基板との接合面における圧力状態を検知する圧力検知手段とを少なくとも有することを特徴とするボンディング装置。
（付記２）  電子部品の形状が多角形であり、該多角形における各角に対応した位置に荷重検出機構が配置された付記１に記載のボンディング装置。
（付記３）  電子部品の形状が四角形であり、該四角形における四角に対応した位置に荷重検出機構が配置された付記２に記載のボンディング装置。
（付記４）  荷重検出機構がマトリックス状に配置された付記１から３のいずれかに記載のボンディング装置。
（付記５）  ボンディングヘッドによる押圧力を調整する圧力調整手段と、該圧力調整手段を制御する制御部とを有してなり、前記制御部が、予め設定した基準圧力と、個々の荷重検出機構による各圧力検出値の合計とを比較しながら、前記圧力調整手段に対してフィードバック制御を行う付記１から４のいずれかに記載のボンディング装置。
（付記６）  個々の荷重検出機構による各圧力検出値に基づいて、前記荷重検出機構１つ当たりの加圧力の上限及び下限のしきい値を、前記制御部に予め設定する付記５に記載のボンディング装置。
（付記７）  個々の荷重検出機構による各圧力検出値に基づいて、前記荷重検出機構の１配列当たりの加圧力の上限及び下限のしきい値を、前記制御部に予め設定する付記５に記載のボンディング装置。
（付記８）  荷重検出機構による圧力検出値がしきい値を超えた場合に異常を表示する付記６から７のいずれかに記載のボンディング装置。
（付記９）  更にボンディング装置を停止する付記８に記載のボンディング装置。
（付記１０）  ボンディングヘッドにより電子部品を基板上に押圧して接合する押圧工程と、
前記電子部品に対向配置された前記基板を保持する基板ステージ下に、互いに対向して略等間隔に配置された複数の荷重検出機構により検出された、個々の圧力検出値に基づいて、前記電子部品と前記基板との接合面における圧力状態を検知する圧力検知工程とを少なくとも含むことを特徴とするボンディング方法。
（付記１１）  電子部品の形状が多角形であり、該多角形における各角に対応した位置に荷重検出機構が配置された付記１０に記載のボンディング方法。
（付記１２）  電子部品の形状が四角形であり、該四角形における四角に対応した位置に荷重検出機構が配置された付記１１に記載のボンディング方法。
（付記１３）  荷重検出機構がマトリックス状に配置された付記１０から１２のいずれかに記載のボンディング方法。
（付記１４）  ボンディングヘッドによる押圧力を調整する圧力調整工程と、予め設定した基準圧力と、個々の荷重検出機構による各圧力検出値の合計とを比較しながら、前記押圧力のフィードバック制御を行う制御工程とを含む付記１０から１３のいずれかに記載のボンディング方法。
（付記１５）  制御工程が、個々の荷重検出機構による各圧力検出値に基づいて、前記荷重検出機構１つ当たりの加圧力の上限及び下限のしきい値を予め設定する付記１４に記載のボンディング方法。
（付記１６）  制御工程が、個々の荷重検出機構による各圧力検出値に基づいて、前記荷重検出機構の１配列当たりの加圧力の上限及び下限のしきい値を予め設定する付記１４に記載のボンディング方法。
（付記１７）  荷重検出機構による圧力検出値がしきい値を超えた場合に異常を検知する付記１５から１６のいずれかに記載のボンディング方法。
（付記１８）  更に押圧工程を停止する付記１７に記載のボンディング方法。
（付記１９）  個々の荷重検出機構による各圧力検出値に基づいて、電子部品と基板との接合面における接続状態のトレーサビリティを行う付記１０から１８のいずれかに記載のボンディング方法。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明のボンディング装置は、電子部品をボンディングにより基板に実装する際、加圧力を高精度に制御し、製品品質を向上することができる。また、異常発生時に、該異常の通知又は装置の停止を行うことができ、品質管理記録としてトレーサビリティに利用することができる。このため、フラッシュメモリ、ＤＲＡＭ、ＦＲＡＭ、等を初めとする各種半導体装置の製造に好適に使用することができる。
本発明のボンディング方法は、加圧力を高精度に制御して、常に安定した状態で電子部品を基板に実装するため、不良品を製造し続けることなく、高品質な商品を高歩留まりで得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態のボンディング装置の概略構成を説明するための断面図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態のボンディング装置における荷重検出機構の概略構成を説明するための平面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の第１の実施の形態のボンディング装置における荷重検出機構の変形態様の一例を示す概略説明図（その１）である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の第１の実施の形態のボンディング装置における荷重検出機構の変形態様の一例を示す概略説明図（その２）である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の第１の実施の形態のボンディング装置における荷重検出機構の変形態様の一例を示す概略説明図（その３）である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態のボンディング装置の動作（ボンディング方法）を説明するためのフローチャートである。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の第１の実施の形態のボンディング装置を用いたボンディング方法におけるボンディング接合時の動作を示す概略説明図（その１）である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の第１の実施の形態のボンディング装置を用いたボンディング方法におけるボンディング接合時の動作を示す概略説明図（その２）である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の第１の実施の形態のボンディング装置の基準荷重と時間との関係の一例を示すグラフである。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の第１の実施の形態のボンディング装置の個別の荷重センサによる荷重と時間との関係を示すグラフである。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の第１の実施の形態のボンディング装置を用いたボンディング方法におけるボンディング接合時に生じる不具合の一例を示す概略説明図（その１）である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の第１の実施の形態のボンディング装置を用いたボンディング方法におけるボンディング接合時に生じる不具合の一例を示す概略説明図（その２）である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、本発明の第１の実施の形態のボンディング装置を用いたボンディング方法におけるボンディング接合時に生じる不具合の一例を示す概略説明図（その３）である。
【図７Ｄ】図７Ｄは、本発明の第１の実施の形態のボンディング装置を用いたボンディング方法におけるボンディング接合時に生じる不具合の一例を示す概略説明図（その４）である。
【図７Ｅ】図７Ｅは、本発明の第１の実施の形態のボンディング装置を用いたボンディング方法におけるボンディング接合時に生じる不具合の一例を示す概略説明図（その５）である。
【図７Ｆ】図７Ｆは、本発明の第１の実施の形態のボンディング装置を用いたボンディング方法におけるボンディング接合時に生じる不具合の一例を示す概略説明図（その６）である。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明の第１の実施の形態のボンディング装置の個別の荷重センサによる荷重と時間との関係の他の例を示すグラフ（その１）である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本発明の第１の実施の形態のボンディング装置の個別の荷重センサによる荷重と時間との関係の他の例を示すグラフ（その２）である。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の第１の実施の形態のボンディング装置の基板送り動作を説明するための工程図（その１）である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の第１の実施の形態のボンディング装置の基板送り動作を説明するための工程図（その２）である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、本発明の第１の実施の形態のボンディング装置の基板送り動作を説明するための工程図（その３）である。
【図９Ｄ】図９Ｄは、本発明の第１の実施の形態のボンディング装置の基板送り動作を説明するための工程図（その４）である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、従来のボンディング装置の概略構成の一例を説明するための断面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、従来のボンディング装置の概略構成の他の例を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１              基板
１Ａ            接続端子
２              基板吸着プレート
３              基板用ヒーター
４              断熱材
５              荷重センサ
５Ａ〜５Ｄ      荷重センサ
６              電子部品
６Ａ            バンプ
７              ボンディングツール
８              加熱機構
９，１５        スライドガイド
１０            ボンディングツール支持部
１１            シリンダ
１２            昇降ブロック
１３            θモーター
１６            送りネジ
１７            Ｚモーター
１８            昇降機構
２０            圧力検知手段
２１            制御部
２２            圧力調整手段
３０            基板
３１Ａ〜３１Ｄ  素子
１００          ボンディングヘッド
Ｓ              基板ステージ
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
0004825029.tif 000008
【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
0004825029.tif 000012
【図７Ｂ】
0004825029.tif 000013
【図７Ｃ】
0004825029.tif 000014
【図７Ｄ】
0004825029.tif 000015
【図７Ｅ】
0004825029.tif 000016
【図７Ｆ】
0004825029.tif 000017
【図８Ａ】
0004825029.tif 000018
【図８Ｂ】
0004825029.tif 000019
【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
0004825029.tif 000023
【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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