(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合体に荷重と振動を伝達する複数のボンディングツールと、
前記複数のボンディングツールに荷重を印加して前記接合体を被接合体に押圧する荷重印加手段と、
前記複数のボンディングツールに対応して設けられ、対応するボンディングツールに独立して振動を印加する複数の振動印加手段と、
前記複数の振動印加手段の何れかに印加する高周波電圧を生成する高周波電圧生成部と、
前記高周波電圧を印加する何れかのボンディングツールを選択する選択手段と、
を備え、
前記選択手段により選択された前記何れかのボンディングツールに前記高周波電圧を印加するボンディング装置。
【請求項２】
前記複数のボンディングツールのそれぞれに固有の基本周波数と、前記複数のボンディングツールの振動印加手段にそれぞれ印加する前記高周波電圧の電圧値とを前記複数のボンディングツールに対応させて記憶する記憶部をさらに備え、
前記高周波電圧生成部が、前記選択手段により選択された前記何れかのボンディングツールに対応する前記基本周波数と前記電圧値に基づいて高周波電圧を生成し、前記複数のボンディングツールの何れにおいても同等の振動パワーを発生させる請求項１記載のボンディング装置。
【請求項３】
接合体に荷重と振動を伝達する複数のボンディングツールと、
前記複数のボンディングツールに荷重を印加して前記接合体を被接合体に押圧する荷重印加手段と、
前記複数のボンディングツールに対応して設けられ、対応するボンディングツールに独立して振動を印加する複数の振動印加手段と、
前記複数の振動印加手段の何れかに印加する高周波電圧を生成する高周波電圧生成部と、
前記高周波電圧を印加する何れかのボンディングツールを選択する選択手段と、
を備えたボンディング装置におけるボンディング方法であって、
前記複数のボンディングツールのうち何れかのボンディングツールを選択する工程と、
前記選択されたボンディングツールに印加する高周波電圧を生成する工程と、
前記生成された高周波電圧を前記選択されたボンディングツールの前記振動印加手段に印加するとともに前記選択されたボンディングツールに荷重を印加して前記接合体を前記被接合体に接合する工程と、
を含むボンディング方法。
【請求項４】
前記ボンディング装置が、前記複数のボンディングツールのそれぞれに固有の基本周波数と、前記複数のボンディングツールの振動印加手段にそれぞれ印加する前記高周波電圧の電圧値とを前記複数のボンディングツールに対応させて記憶する記憶部をさらに備え、
前記高周波電圧を生成する工程において、前記選択された何れかのボンディングツールに対応する前記基本周波数と前記電圧値に基づいて高周波電圧を生成し、前記複数のボンディングツールの何れにおいても同等の振動パワーを発生させる請求項３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、接合用のバンプが形成されたフリップチップ等の接合体を基板等の被接合体にボンディングする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。
【背景技術】
【０００２】
フリップチップ等の接合体を基板等の被接合体にボンディングする装置として、振動子を備えたボンディングツールに接合体を保持し、接合体を被接合体に対して押圧した状態でボンディングツールに振動を伝達することで接合体に振動を印加し、接合体の接合面（例えばフリップチップに形成されたバンプ等）と被接合体の被接合面（例えば基板上の電極等）との間に摩擦を生じさせて両者を接合する超音波接合装置が知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３５６５０６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、ボンディングツールには１つの接合体しか保持できないため、１つのボンディングツールのみでボンディングを行う従来のボンディング装置においてはタクトアップに限界があった。
【０００４】
そこで本発明は、独立した複数のボンディングツールによる連続ボンディングを可能にした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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載のボンディング装置は、接合体に荷重と振動を伝達する複数のボンディングツールと、前記複数のボンディングツールに荷重を印加して前記接合体を被接合体に押圧する荷重印加手段と、前記複数のボンディングツールに対応して設けられ、対応するボンディングツールに独立して振動を印加する複数の振動印加手段と、前記複数の振動印加手段の何れかに印加する高周波電圧を生成する高周波電圧生成部と、前記高周波電圧を印加する何れかのボンディングツールを選択する選択手段と、を備え、前記選択手段により選択された前記何れかのボンディングツールに前記高周波電圧を印加する。
【０００６】
請求項２記載のボンディング装置は、請求項１記載のボンディング装置において、前記複数のボンディングツールのそれぞれに固有の基本周波数と、前記複数のボンディングツールの振動印加手段にそれぞれ印加する前記高周波電圧の電圧値とを前記複数のボンディングツールに対応させて記憶する記憶部をさらに備え、前記高周波電圧生成部が、前記選択手段により選択された前記何れかのボンディングツールに対応する前記基本周波数と前記電圧値に基づいて高周波電圧を生成し、前記複数のボンディングツールの何れにおいても同等の振動パワーを発生させる。
【０００７】
請求項３記載のボンディング方法は、接合体に荷重と振動を伝達する複数のボンディングツールと、前記複数のボンディングツールに荷重を印加して前記接合体を被接合体に押圧する荷重印加手段と、前記複数のボンディングツールに対応して設けられ、対応するボンディングツールに独立して振動を印加する複数の振動印加手段と、前記複数の振動印加手段の何れかに印加する高周波電圧を生成する高周波電圧生成部と、前記高周波電圧を印加する何れかのボンディングツールを選択する選択手段と、を備えたボンディング装置におけるボンディング方法であって、前記複数のボンディングツールのうち何れかのボンディングツールを選択する工程と、前記選択されたボンディングツールに印加する高周波電
圧を生成する工程と、前記生成された高周波電圧を前記選択されたボンディングツールの前記振動印加手段に印加するとともに前記選択されたボンディングツールに荷重を印加して前記接合体を前記被接合体に接合する工程と、を含む。
【０００８】
請求項４記載のボンディング方法は、請求項３記載のボンディング方法であって、前記ボンディング装置が、前記複数のボンディングツールのそれぞれに固有の基本周波数と、前記複数のボンディングツールの振動印加手段にそれぞれ印加する前記高周波電圧の電圧値とを前記複数のボンディングツールに対応させて記憶する記憶部をさらに備え、前記高周波電圧を生成する工程において、前記選択された何れかのボンディングツールに対応する前記基本周波数と前記電圧値に基づいて高周波電圧を生成し、前記複数のボンディングツールの何れにおいても同等の振動パワーを発生させる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、独立した複数のボンディングツールによる連続ボンディングが可能となりタクトアップを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態のボンディング装置の全体構成図、図２は本発明の実施の形態のボンディング装置におけるボンディング動作を示すフローチャートである。
【００１１】
最初に、本実施の形態におけるボンディング装置の全体構成について、図１を参照して説明する。ボンディング装置は、荷重と振動を印加することにより接合体を被接合体に接合する装置であり、本実施の形態のボンディング装置１においては、ボンディングツール２に保持されたチップ３に荷重と振動を印加してボンディングステージ４に保持された基板５に接合するボンディング動作を実行する。ボンディングツール２はホーン等により構成され、接合体であるチップ３を吸着して保持する作用部２ａを下部に備えている。ボンディングステージ４は移動テーブル６に装着されており、被接合体である基板５を水平に保持した状態で水平移動自在に構成されている。移動テーブル６は、ボンディングステージ４に保持された基板５を水平移動させることで基板５に予め設定された接合箇所をチップ３の下方に相対的に位置決めする位置決め手段として機能する。
【００１２】
ボンディング装置１には複数のボンディングツール２が備えられており、各ボンディングツール２に保持されたチップ３に荷重および振動を印加可能に構成されている。各ボンディングツール２は、昇降機構７に独立して昇降可能な複数の昇降ヘッド８にそれぞれ装着されている。また、各ボンディングツール２には、圧電素子等により構成された複数の振動子９がそれぞれ装着されており、圧電素子等の電歪作用で発生する超音波の振動によりホーンが共振し、作用部２ａに保持されたチップ３に振動を印加して所定の振動パワーを発生させるようになっている。作用部２ａにチップ３を保持した状態でボンディングツール２を下降させると、チップ３の接合面に形成されたバンプ３ａが基板５に当接し、さらに下降させることでチップ３に荷重を印加して基板５に対して押圧する。このとき、チップ３に振動を印加すると、印加初期段階で接合界面の酸化皮膜や有機汚濁物等が除去され、予め設定された印加時間若しくはエネルギに達するとチップ３と基板５の接合が完了する。このように昇降機構７は、チップ３に荷重を印加する荷重印加手段として機能し、昇降ヘッド８の昇降移動量を調整することでチップ３に印加する荷重を調整するようになっている。また、振動子９は、チップ３に振動を印加する振動印加手段として機能する。
【００１３】
ボンディング装置１にはボンディング動作の制御を行う制御部１０が備えられており、制御部１０から送信される制御信号を受け、各駆動手段が所定の動作を実行するように構成されている。制御部１０には、ボンディング動作の制御に必要な各種データやプログラ
ム、例えばチップ３に関するデータや基板５に設定された接合箇所に関するデータ、ボンディング動作に関する制御プログラムが予め記憶された記憶部１１が含まれており、これらのデータやプログラムに基づいてボンディング動作の制御が行われる。
【００１４】
ボンディング装置１においては、複数のチップ３が基板５に設定された複数の接合箇所に適切な強度で接合されるようにボンディング動作の制御が行われる。そのため、各ボンディングツール２におけるボンディング条件、すなわちボンディング荷重、ボンディング時間、振動パワーなどのワークデータが記憶部１１に予め記憶されている。なお、振動パワーは一般に電力値で設定されるが、電力値のほか電流値、作用部２ａの振動振幅値等で設定してもよい。また、各ボンディングツール２により接合されるチップ３には材質や寸法が異なる多種類のものがあるので、ボンディング装置において取り扱われるチップ３の種類毎にボンディング条件が設定されて記憶されている。
【００１５】
ボンディング条件のうち振動パワーは、各振動子９に印加する高周波電圧によって設定されるので、各振動子９に印加する高周波電圧の制御を行う高周波電圧制御部２０が備えられている。高周波電圧制御部２０は、各振動子９に印加する高周波電圧の周波数および印加電圧を調整する機能を備えており、ボンディングを行うボンディングツール２に対応した高周波電圧を振動子９に印加するとともにボンディング中の共振周波数の変動を監視して振動子９に印加する高周波電圧の周波数を共振周波数の変動に追従させる制御を行う。
【００１６】
高周波電圧生成部２１は、所定の周波数の電圧を生成して各振動子９に印加する機能を備えている。各ボンディングツール２は同一形状のものであっても特に振動特性において多少の個体差が存在するため、各ボンディングツール２において同等の振動パワーを得るためには各ボンディングツール２に対応した電圧値と周波数の電圧を印加するのが望ましい。基準（初期値）となる周波数としては、各ボンディングツール２の基本周波数（ボンディングツールに荷重負荷が作用していない空中状態で発振させたときの共振周波数）が用いられる。また、印加する電圧の電圧値は、各ボンディングツール２における印加電圧値と振動パワー（例えば電力値）の相関関係に基づいて設定され、各ボンディングツール２に同等の振動パワーを発生させるため必要な電圧値が各ボンディングツール２に対応して設定される。各ボンディングツール２に対応して設定された周波数および電圧値は記憶部１１に記憶され、ボンディングを行うボンディングツール２に対応した周波数および電圧値の高周波電圧が高周波電圧生成部２１において生成され振動子９に印加される。
【００１７】
高周波電圧生成部２１と各ボンディングツール２の振動子９は接続切替部２２を介して通電可能に接続されている。接続切替部２２はフォトモスリレー等の半導体リレーで構成されており、制御部１０からの制御信号を受けて各振動子９と高周波電圧生成部２１との接続を切り替えることにより、ボンディングを行うボンディングツール２に高周波電圧を印加する。ボンディング装置１には、１つの基板５に対し３つのボンディングツール２が備えられているので、３つのボンディングツール２の各振動子９に所定の順番で高周波電圧を印加し、各ボンディングツール２に保持したチップ３を基板５に連続的にボンディングすることでスループットを向上させている。接続切替部２２は、高周波電圧生成部２１により生成された高周波電圧を印加するボンディングツール２を選択する選択手段として機能する。
【００１８】
検出部２３は、振動子９に通電する電力の電圧と電流をそれぞれ検出する機能を備えている。検出部２３により検出された電圧および電流は位相比較手段２４に送信される。一般に、ボンディングの際にボンディングツール２に荷重を印加すると、ボンディングツール２を構成するホーンの振動特性が変化して共振周波数に変動が生じることがある。これにより基準（初期値）となる周波数として印加する基本周波数との間にずれが生じて振動
パワーが低下する。そのため、位相比較手段２４において電圧と電流の位相差から共振周波数の変動量Δｆを検出して高周波電圧生成部２１に送信し、高周波電圧生成部２１から振動子９に印加する高周波電圧の周波数を変動させてボンディングツール２の共振周波数の変動に追従させる制御を行う。
【００１９】
このようにボンディング装置１は、全てのボンディングツール２に共通のボンディング条件が予め記憶されており、ボンディング条件のうち振動パワーについては各ボンディングツール２に対応して振動子９に印加する電圧の周波数および電圧値が記憶されている。従って、ボンディング動作を実行するボンディングツール２に対応した周波数および電圧値により設定されるボンディング条件に基づいてボンディング動作を制御することにより、全てのボンディングツール２において同等の振動パワーを発生させることが可能となり、ボンディングツール２毎の接合品質のばらつきを排除して均質な接合を実現することができる。また、１つの高周波電圧生成部２１で複数のボンディングツール２に高周波電圧を印加することができるので、ボンディング装置１の小型化、コストの低廉化を実現することができる。
【００２０】
次に、ボンディング装置１におけるボンディング動作について工程順に説明する。まず、ボンディング動作制御の基礎データとなるボンディング条件を設定する（ＳＴ１）。具体的には、ボンディング荷重、ボンディング時間、振動パワーなどのワークデータとして記憶部１１に記憶させる。このうち振動パワーについては各ボンディングツール２に対応して設定され、基本周波数と電圧値をボンディングツール２に対応させて記憶させる。次に、ボンディング装置１に備えられた複数のボンディングツール２のうち何れかのボンディングツール２を選択する（ＳＴ２）。ボンディング動作は記憶部１１に予め記憶された制御プログラムに従って制御され、予めプログラミングされた順番でボンディングツール２と高周波電圧生成部２１の接続が切り替えられる。なお、オペレータが選択手段である接続切替部２２を操作することで任意のボンディングツール２を選択することも可能である。次に、選択されたボンディングツール２に対応した高周波電圧を生成する（ＳＴ３）。各ボンディングツール２に対応して設定された周波数および電圧値は記憶部１１に記憶されており、選択されたボンディングツール２に対応した基本周波数および電圧値の高周波電圧が高周波電圧生成部２１において生成される。
【００２１】
次に、選択されたボンディングツール２に荷重と振動を印加してチップ３を基板５の所定の接合箇所に接合する（ＳＴ４）。これらの荷重および振動は記憶部１１に記憶されたボンディング条件に基づいて設定され、適切な強度で接合されるように制御される。また、記憶部１１に記憶された基板５の接合箇所データに基づいて移動テーブル６の制御が行われ、ボンディングツール２に保持されたチップ３の下方に基板５の接合箇所が位置決めされる。
【００２２】
以上の工程により、何れかのボンディングツール２に保持したチップ３を基板５の所定の接合箇所に接合するボンディング動作が一巡し、その後は、ＳＴ２〜ＳＴ４の工程を繰り返し行い、予めプログラミングされた実装箇所の全てにチップ３の接合を行う。ボンディング装置１においては、３つのボンディングツール２の各振動子９に所定の順番で高周波電圧を印加し、各ボンディングツール２に保持したチップ３を基板５に連続的にボンディングすることでスループットを向上させている。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明によれば、独立した複数のボンディングツールによる連続ボンディングが可能となりタクトアップを実現することができるので、基板に多数のチップを接合する分野において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態のボンディング装置の全体構成図
【図２】本発明の実施の形態のボンディング装置におけるボンディング動作を示すフローチャート
【符号の説明】
【００２５】
１  ボンディング装置
２  ボンディングツール
３  チップ（接合体）
５  基板（被接合体）
７  昇降機構（荷重印加手段）
９  振動子（振動印加手段）
１０  制御部
１１  記憶部
２１  高周波電圧生成部
２２  接続切替部（選択手段）
【図１】
0004508151.tif 000002
【図２】
0004508151.tif 000003