(57)【要約】【課題】接合過程における接合不良の発生を防止することができ、接合条件パラメータ設定の操作性に優れた電子部品接合装置および電子部品接合方法を提供することを目的とする。【解決手段】電子部品を押圧荷重と振動によって基板に接合する電子部品接合において、電子部品を基板に対して押し付ける押圧動作、超音波振動付与および吸着ツールによる吸引・ブローなどの接合条件パラメータを接合条件設定画面上で設定し、接合過程においては設定された接合条件に従って押圧手段、振動付与手段、吸引解除手段を制御し、電子部品に振動を付与しているときに真空吸引からブローに切り換えて電子部品の吸引を解除する。これにより、接合過程の終期において電子部品と吸着ツールとの相対滑りの拘束を解除し、一旦接合した接合界面が剥離する接合不良の発生を防止することができる。【選択図】図３
2005235817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を押圧荷重と振動によって基板に接合する電子部品接合装置であって、電子部品を吸引手段で吸引することによって吸着保持する吸着ツールと、前記基板を載置する基板載置部と、前記基板載置部に載置された基板に対して前記吸着ツールに保持された電子部品を押圧する押圧手段と、前記吸着ツールを介して前記電子部品に振動を付与する振動付与手段と、前記吸引手段による前記電子部品の吸引を解除する吸引解除手段と、前記電子部品に振動を付与しているときに前記吸引解除手段を制御して前記電子部品の吸引を解除する吸引制御手段とを備えたことを特徴とする電子部品接合装置。
【請求項２】
電子部品を押圧荷重と振動によって基板に接合する電子部品接合装置であって、電子部品を吸引手段で吸引することによって吸着保持する吸着ツールと、前記基板を載置する基板載置部と、前記基板載置部に載置された基板に対して前記吸着ツールに保持された電子部品を押圧する押圧手段と、前記吸着ツールを介して前記電子部品に振動を付与する振動付与手段と、前記吸引手段による前記電子部品の吸引を解除する吸引解除手段と、前記押圧手段、振動付与手段および吸引解除手段を機能させるタイミングを表示手段に表示されたタイミング設定画面上で設定するタイミング設定手段とを備えたことを特徴とする電子部品接合装置。
【請求項３】
電子部品を押圧荷重と振動によって基板に接合する電子部品接合方法であって、電子部品を吸引手段で吸引することによって吸着保持する吸着ツールと、前記基板を載置する基板載置部と、前記基板載置部に載置された基板に対して前記吸着ツールに保持された電子部品を押圧する押圧手段と、前記吸着ツールを介して前記電子部品に振動を付与する振動付与手段とを備えた電子部品接合装置を用い、前記電子部品に振動を付与しているときに前記電子部品の吸引を解除することを特徴とする電子部品接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品を基板に接合する電子部品接合装置および電子部品接合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フリップチップなど接合用電極としてのバンプが形成されたバンプ付き電子部品を基板に実装する装置として、電子部品に荷重と振動を作用させてバンプを基板の電極に接合する超音波接合装置が知られている（例えば特許文献１）。超音波接合においては、電子部品の背面に当接した超音波ツールを介して電子部品に振動を伝達する。超音波接合を効率よく行うためには、超音波ツールから電子部品への振動伝達を安定して効率よく行う必要があることから、上述の特許文献例においては、超音波振動の伝達と電子部品の吸着保持を兼ねた吸着ツールの部品当接面に、凹状の面取り部を設けるようにしている。これにより、超音波接合過程において、電子部品と吸着ツールとの相対滑りを防止して振動伝達効率を確保することができるという効果がある。
【特許文献１】特開２００１−１２７１１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述の特許文献例のように、超音波接合過程における電子部品と吸着ツールとの相対滑りを拘束する方法では、バンプと電極との接合部が損傷する不具合が生じる場合がある。すなわち超音波接合の過程においては、当初はバンプと電極とは相対的に滑りながら押圧される状態にあるが、接合が進行すると接合界面は金属接合されて固着し、相対滑りが許容されにくくなる。
【０００４】
そしてこの状態において、上述のように電子部品と吸着ツールとの相対滑りが拘束された状態下で振動付与が継続されると、一旦接合したバンプと電極との接合界面に剥離が生じ、接合不良となる場合がある。このような接合不良を防止するためには、振動付与条件や押圧条件などの接合条件パラメータを適切に設定する必要があるが、従来装置においてはこれらの接合条件パラメータを適正に設定するための操作が必ずしも容易ではなく、操作性の改善が望まれていた。
【０００５】
そこで本発明は、接合過程における接合不良の発生を防止することができ、接合条件パラメータ設定の操作性に優れた電子部品接合装置および電子部品接合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】
【０００６】
本発明の電子部品接合装置は、電子部品を押圧荷重と振動によって基板に接合する電子部品接合装置であって、電子部品を吸引手段で吸引することによって吸着保持する吸着ツールと、前記基板を載置する基板載置部と、前記基板載置部に載置された基板に対して前記吸着ツールに保持された電子部品を押圧する押圧手段と、前記吸着ツールを介して前記電子部品に振動を付与する振動付与手段と、前記吸引手段による前記電子部品の吸引を解除する吸引解除手段と、前記電子部品に振動を付与しているときに前記吸引解除手段を制御して前記電子部品の吸引を解除する吸引制御手段とを備えた。
【０００７】
また本発明の電子部品接合装置は、電子部品を押圧荷重と振動によって基板に接合する電子部品接合装置であって、電子部品を吸引手段で吸引することによって吸着保持する吸着ツールと、前記基板を載置する基板載置部と、前記基板載置部に載置された基板に対し
て前記吸着ツールに保持された電子部品を押圧する押圧手段と、前記吸着ツールを介して前記電子部品に振動を付与する振動付与手段と、前記吸引手段による前記電子部品の吸引を解除する吸引解除手段と、前記押圧手段、振動付与手段および吸引解除手段を機能させるタイミングを表示手段に表示されたタイミング設定画面上で設定するタイミング設定手段とを備えた。
【０００８】
本発明の電子部品接合方法は、電子部品を押圧荷重と振動によって基板に接合する電子部品接合方法であって、電子部品を吸引手段で吸引することによって吸着保持する吸着ツールと、前記基板を載置する基板載置部と、前記基板載置部に載置された基板に対して前記吸着ツールに保持された電子部品を押圧する押圧手段と、前記吸着ツールを介して前記電子部品に振動を付与する振動付与手段とを備えた電子部品接合装置を用い、前記電子部品に振動を付与しているときに前記電子部品の吸引を解除する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電子部品に振動を付与しているときに吸引解除手段によって電子部品の吸引を解除することにより、接合過程の終期において電子部品と吸着ツールとの相対滑りの拘束を解除することができ、一旦接合した接合界面が剥離する接合不良の発生を防止することができる。
【００１０】
また本発明によれば、押圧手段、振動付与手段および吸引解除手段を機能させるタイミングを、表示手段に表示されたタイミング設定画面上で設定するタイミング設定手段を備えることにより、接合条件パラメータの設定を操作性よく行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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接合装置の正面図、図２は本発明の一実施の形態の電子部品接合装置の制御系の構成を示すブロック図、図３は本発明の一実施の形態の電子部品接合装置の接合条件設定画面を示す図である。
【００１２】
まず図１を参照して、電子部品接合装置の構成を説明する。この電子部品接合装置は、下面にバンプが設けられたフリップチップなどの電子部品を押圧荷重と振動によって基板に接合する機能を有するものである。図１において基板載置部１上には、電極２ａが形成された基板２が載置されている。基板載置部１の上方には、ボンディング部３が配設されている。ボンディング部３はモータおよびエンコーダを内蔵した昇降押圧駆動部４を備えている。昇降押圧駆動部４のモータはＺ軸ドライバ１１によって駆動され、これにより昇降押圧駆動部４はホルダ５に保持されたボンディングツール６を昇降駆動する。このとき、モータの回転量はエンコーダによって検出され、検出信号はアンプ１０を介してＺ軸ドライバ１１に伝達される。
【００１３】
ボンディングツール６は、下方に突出した接合作用部６ａを備えており、接合作用部６ａの下面にはボンディングツール６の内部に設けられた吸引孔６ｂが開口している。吸引孔６ｂの他端はボンディングツール６の上面に開口しており、吸引孔６ｂはボンディングツール６の上面に当接した吸引パッド６ｃを介して吸引・ブロー切換弁１２に接続されている。吸引・ブロー切換弁１２には吸引手段である真空吸引源１３およびブロー手段である正圧源１４が接続されており、吸引・ブロー切換弁１２を切り換えることにより、吸引孔６ｂからの真空吸引動作と、吸引孔６ｂへ正圧を付与するブロー動作とを切り換えることができる。
【００１４】
接合作用部６ａの下面に電子部品を当接させた状態で吸引孔６ｂから真空吸引することにより、接合作用部６ａは電子部品７を真空吸着により保持する。したがって、接合作用
部６ａは、電子部品７を吸引手段で吸引することによって吸着保持する吸着ツールとなっている。また真空吸引源１３によって吸引孔６ｂから真空吸引しながら接合作用部６ａに電子部品７を吸着保持しているときに、吸引・ブロー切換弁１２を切り換えて正圧源１４から吸引孔６ｂに正圧を付与することにより、吸引孔６ｂからの真空吸引を解除することができる。したがって、正圧源１４および吸引・ブロー切換弁１２は、吸引手段による電子部品７の吸引を解除する吸引解除手段となっている。
【００１５】
接合作用部６ａに電子部品７を保持した状態で、昇降押圧駆動部４を駆動してボンディングツール６を下降させることにより、電子部品７は基板２に対して押圧される。したがって、昇降押圧駆動部４は、基板載置部１に載置された基板２に対して吸着ツールに保持された電子部品７を押圧する押圧手段となっている。このときボンディングツール６に装着された振動子８をＵＳドライバ９によって駆動することにより、電子部品７には接合作用部６ａを介して超音波振動が付与される。したがって、振動子８は吸着ツールを介して電子部品７に振動を付与する振動付与手段となっている。
【００１６】
次に図２を参照して、制御系の構成を説明する。荷重制御部１５はＺ軸ドライバ１１を制御することにより、ボンディングツール６によって電子部品７を基板２に対して押圧する際の押圧荷重を制御する。昇降位置制御部１６は、Ｚ軸ドライバ１１を制御することにより、ボンディングツール６の昇降動作における高さ位置を制御する。吸引・ブロー制御部１７は、吸引・ブロー切換弁１２の切換動作を制御する。振動付与制御部１８はＵＳドライバ９による振動子８の駆動を制御する。
【００１７】
振動子８を駆動して電子部品７に振動を付与しているときに、吸引・ブロー制御部１７によって吸引・ブロー切換弁１２を切り換えることにより、電子部品７の吸引を解除することができる。したがって、吸引・ブロー制御部１７は、電子部品７に振動を付与しているときに吸引解除手段を制御して電子部品７の吸引を解除する吸引制御手段となっている。
【００１８】
演算部２０はＣＰＵであり、記憶部２１に記憶されたプログラムを実行することにより、各種の処理動作を実行する。記憶部２１は上述のプログラムのほか、以下に説明する接合条件パラメータなど電子部品接合動作に必要なデータを記憶する。接合条件設定部２２は、電子部品７を基板２に接合する際の接合条件パラメータを設定する。ここでは、ボンディングツール６によって電子部品７を基板２に押圧する際の押圧荷重の大きさおよび押圧タイミング、振動子８によってボンディングツール６を介して超音波振動を付与する際の超音波出力および付与タイミング、真空吸引源１３、正圧源１４による吸引・ブローのタイミングを示す各パラメータが、それぞれ、荷重設定部２２ａ、ＵＳ出力設定部２２ｂ、吸引・ブロー設定部２２ｃによって設定される。
【００１９】
操作・入力部２３は、キーボードやマウスなどの入力手段であり、操作コマンドの指令入力や各種データの入力操作を行う。表示部２４は表示パネルであり、操作・入力部２３による入力操作時の案内画面を表示する。接合条件設定部２２による接合条件設定は、表示部２４に表示される条件設定画面上で、操作・入力部２３からデータ入力を行うことにより実行できるようになっている。
【００２０】
図３を参照して、接合条件設定画面について説明する。図３は、接合条件設定部２２による接合条件設定において、表示部２４の表示画面２４ａに表示される接合条件設定画面を示している。接合条件設定画面においては、押圧、超音波振動付与、吸引・ブローの各動作のタイムチャートが、時間軸（横軸）を一致させて表示される。そして、表示画面２４ａ上において操作・入力部２３によって荷重値、超音波出力、およびタイミングなどの必要事項を入力することにより、接合条件の設定が行われる。
【００２１】
したがって、接合条件設定画面は押圧手段、振動付与手段および吸引解除手段を機能させるタイミングを設定するタイミング設定画面であり、接合条件設定部２２および操作・入力部２３は、押圧手段、振動付与手段および吸引解除手段を機能させるタイミングを表示手段に表示されたタイミング設定画面上で設定するタイミング設定手段となっている。このようなタイミング設定手段を備えることにより、押圧、超音波振動付与、吸引・ブローの各動作タイミングを同一画面上で一覧性よく表示させることができる。したがって、接合条件設定作業を各動作相互の関連を明確に把握しながら操作性よく行うことができるようになっている。
【００２２】
接合条件設定の具体例について、図３を参照して説明する。この例では、まず昇降押圧駆動部４による押圧荷重を３段階に変化させるようにしている。すなわち、ボンディングツール６が下降して電子部品７が基板２に着地して押圧が開始されるタイミングｔ０から荷重値はＰ１（第１の押圧荷重）まで増加し、荷重値がＰ１に到達したタイミングｔ１からタイミングｔ２まで荷重値はＰ１に保持される。そしてタイミングｔ２において荷重値はＰ２（第２の押圧荷重）まで増加し、タイミングｔ３までこの荷重値Ｐ２が保持される。その後、荷重値はＰ１よりも小さいＰ３（第３の押圧荷重）まで減少して、接合が完了するタイミングｔ４まで荷重値はＰ３に保持される。
【００２３】
次に超音波振動付与について説明する。電子部品７が着地した後、上述のタイミングｔ１，ｔ２の間に設定されるタイミングｔ５にて振動子８の駆動が超音波出力Ｗ１で開始され、タイミングｔ３より早いタイミングｔ６までこの出力が保たれる。そしてその後超音波出力を徐々に減少させながら超音波振動付与が継続され、タイミングｔ３，ｔ４の間に設定されるタイミングｔ７にて振動付与を停止する。
【００２４】
次に吸引・ブロー動作について説明する。電子部品７をボンディングツール６に保持するため、電子部品７は基板２に着地する前から接合作用部６ａに吸着保持された状態にあり、接合動作が開始されるタイミングｔ０以降も真空吸引源１３による吸引が継続される。そしてタイミングｔ６、ｔ３の間に設定されるタイミングｔ８にて、吸引・ブロー切換弁１２を切り換えて吸引孔６ｂに正圧を付与するブロー動作に切り換える。その後、ブロー動作はタイミングｔ４よりも遅いタイミングｔ９まで継続される。
【００２５】
上述のように設定された接合条件に基づき、図１に示す電子部品接合装置を用いて実行される電子部品接合方法について説明する。まず接合動作の開始に際しては、ボンディングツール６によって電子部品７を第１の押圧荷重Ｐ１で基板２に対して押圧する。これにより、電子部品７のバンプの下面が基板２の電極２ａの表面に接触する。
【００２６】
そして図３に示すタイミングｔ５にて、超音波振動を出力Ｗ１で印加して超音波接合を開始し、その後タイミングｔ２にて押圧荷重を第２の押圧荷重Ｐ２に増加する。これにより、バンプの下面と電極２ａの表面との接合界面は金属接合が進行し、徐々に固着強度が増大する。そしてこの間、吸引孔６ｂからの真空吸引は継続して行われ、電子部品７は接合作用部６ａに吸着保持されている。このため、振動子８によってボンディングツール６に付与される超音波振動は、接合作用部６ａを介して電子部品７に良好に伝達される。
【００２７】
この後、超音波振動の付与が継続しているタイミングｔ８にて、吸引孔６ｂからの吸引がブローに切り換えられる。すなわち、電子部品７に振動を付与しているときに吸引孔６ｂによる電子部品７の吸引を解除する。これにより、電子部品７は接合作用部６ａによる吸着保持が解除され、接合作用部６ａの下面に対して水平方向の相対滑りが許容されるようになる。
【００２８】
このため、電子部品と吸着ツールとの相対滑りが拘束された状態下で振動付与が継続された場合に発生しやすい不具合、すなわち接合過程において一旦接合したバンプと電極との接合界面に剥離が生じることによる接合不良の発生を防止することができるとともに、接合条件パラメータ設定の操作性に優れた電子部品接合装置が実現される。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の電子部品接合装置は、一旦接合した接合界面が剥離する接合不良の発生を防止することができるという効果を有し、フリップチップなどバンプを基板に接合することにより電子部品を実装する分野に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施の形態の電子部品接合装置の正面図
【図２】本発明の一実施の形態の電子部品接合装置の制御系の構成を示すブロック図
【図３】本発明の一実施の形態の電子部品接合装置の接合条件設定画面を示す図
【符号の説明】
【００３１】
１  基板載置部
２  基板
２ａ  電極
４  昇降押圧駆動部
６  ボンディングツール
６ａ  接合作用部
７  電子部品
８  振動子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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