(57)【要約】【課題】電子部品の装着方向に垂直な面内における位置ずれを、回転ずれ（捩れ）も含めて接合前に検査する。【解決手段】表面にボール状のバンプ２５が形成された電子部品２２を搭載ヘッド２０に保持する工程と、電子部品と実装基板とを互いに位置決めしながら、搭載ヘッドを実装基板に向けて変位させることで、実装基板の実装面に形成された電極にバンプを加圧接触させる工程と、加圧接触させた状態でバンプを溶融させて接合する工程と、を備え、搭載ヘッドに保持した電子部品を実装基板に対して位置決めしながら加圧接触させた際に、搭載ヘッドに加わる搭載方向に対して垂直な面内に発生する同じ方向の２つの荷重を、垂直な面内において互いに離間した２箇所に配置した荷重測定手段Ｓにより測定することにより、バンプと電極との位置ずれを検出する。【選択図】図３
2012069742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に配列された複数の電極パッドにそれぞれボール状のバンプが形成された電子部品を、前記バンプを形成した面が実装基板の実装面に向くように搭載ヘッドに保持する工程と、
前記電子部品と実装基板とを互いに位置決めしながら、前記搭載ヘッドを実装基板に向けて変位させることで、実装基板の実装面に形成された電極に前記バンプを加圧接触させる工程と、
加圧接触させた状態で前記バンプを溶融させることにより、バンプを介して電子部品と実装基板とを電気的に接合する工程と、
を備え、
前記搭載ヘッドに保持した電子部品を実装基板に対して位置決めしながら加圧接触させた際に、前記搭載ヘッドに加わる搭載方向に対して垂直な面内に発生する同じ方向の２つの荷重を、前記垂直な面内において互いに離間した２箇所において測定することにより、前記バンプと電極との位置ずれを検出することを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項２】
前記搭載ヘッドに保持した電子部品を実装基板に対して位置決めしながら加圧接触させた際に、前記搭載ヘッドに加わる搭載方向に対して垂直な面内に発生する互いに直交する第１の方向と第２の方向の各荷重を測定し、しかも、前記第１の方向と第２の方向のいずれか一方の方向の荷重は、いずれか他方の方向に互いに離間した２箇所において測定することにより、前記バンプと電極との位置ずれを検出することを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装方法。
【請求項３】
表面に配列された複数の電極パッドにそれぞれボール状のバンプが形成された電子部品を、前記バンプを形成した面が実装基板の実装面に向くように保持する搭載ヘッドと、
前記電子部品と実装基板とを互いに位置決めする手段と、
前記搭載ヘッドを実装基板に向けて変位させることで、実装基板の実装面に形成された電極に前記バンプを加圧接触させる手段と、
加圧接触させた状態で前記バンプを溶融させることにより、バンプを介して電子部品と実装基板とを電気的に接合する手段と、
前記搭載ヘッドに保持した電子部品を実装基板に対して位置決めしながら加圧接触させた際に、前記搭載ヘッドに加わる搭載方向に対して垂直な面内に発生する同じ方向の２つの荷重を、前記垂直な面内において互いに離間した２箇所において測定する荷重測定手段と、
を具備することを特徴とする電子部品の実装装置。
【請求項４】
前記搭載ヘッドに保持した電子部品を実装基板に対して位置決めしながら加圧接触させる際に、前記搭載ヘッドに加わる搭載方向に対して垂直な面内に発生する互いに直交する第１の方向と第２の方向の各荷重を測定する荷重測定手段を有し、しかも、前記第１の方向と第２の方向のいずれか一方の方向の荷重を測定する荷重測定手段が、いずれか他方の方向に互いに離間した２箇所に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の電子部品の実装装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品（半導体チップ等）を実装基板にフリップチップ実装するための実装方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
実装基板上に電子部品を実装する方法のひとつとして、フリップチップ実装が知られている。フリップチップ実装とは、半導体チップ表面上の電極パッドにバンプと呼ばれる金属突起を形成し、チップをフリップ（裏返す）することで、実装基板の電極とチップバンプ部とを接続する方法である。
【０００３】
ところで、フリップチップ実装は、半導体チップの実装面に形成されたバンプを介して、チップ表面の電極パッドを実装基板の電極に直接接続するため、接続部分を外から認識することができない。そのため、チップの搭載位置ずれの検査は、実装基板への搭載後に専用の検査機を用いて行うことが一般的である。従って、位置ずれ不良品が検出されても、既に接合した後であるので、不良の電子部品はそのまま廃棄せざるを得ない。また、搭載機のトラブル起因による位置ずれの場合は、搭載から検査までタイムラグがあるため、その間、不良品を作り続ける危険がある。よって、位置ずれが発生したら直ちに位置ずれを検出する方法が期待されている。
【０００４】
電子部品を実装基板の実装面にバンプを介して接続する実装方法における搭載位置ずれ検査の方法としては、電子部品のバンプと実装基板の電極の接続部分が容易に認識できないために、Ｘ線検査機で電子部品の上方または下方から透過画像を確認する方法、搭載した電子部品の側面からバンプと電極を直接認識する方法、バンプと電極を認識する代わりに、実装基板の位置決めマークと電子部品の外形を認識することによりバンプと電極の位置ずれを推測する方法、等がある。
【０００５】
しかしながら、Ｘ線検査機により位置ずれを認識する方法は、高価なＸ線検査装置が必要となるため、製品のコストアップの要因となる。また、搭載時間以上に検査時間がかかってしまうため、生産性が低下してしまう。よって、多くの場合、抜き取り検査とならざるを得ない。
【０００６】
また、搭載した電子部品の側面から接合状態を認識する方法は、電子部品の周囲に観測用光学系を配置するスペースが必要となり、電子部品周辺の実装密度が低下するという課題がある。また、４方向から確認するため、搭載時間以上に検査時間がかかってしまい、Ｘ線検査機を用いる場合と同様に、抜き取り検査とならざるを得ない場合が多い。
【０００７】
また、バンプと電極を認識する代わりに、実装基板の位置決めマークと電子部品の外形を認識することにより、バンプと電極の位置ずれを推測する方法は、計測したバンプと電極との位置ずれ量に電子部品のダイシング精度が含まれる関係上、微細化の進展するバンプと電極の位置ずれ計測では測定誤差が大きくなってしまう。
【０００８】
また、上記３つの方法は、搭載接合後に検査を行うため、位置ずれ不良が発見できたとしても、その電子部品は廃棄しなければならない。さらに、搭載接合工程から位置ずれ検査工程までのタイムラグがあり、搭載機のトラブル起因による位置ずれが発生しても、そのトラブルの発見が遅れてしまい、その間、不良品をつくり続けてしまうという課題もある。
【０００９】
一方、上述した検査方法の課題を解消することの可能な技術として、特許文献１に、基板を保持する基板保持部と、電子部品を保持する保持ヘッドと、保持ヘッドまたは基板保持部に取り付けられて、電子部品の装着方向に略垂直でかつ互いに略直交する２方向の水平荷重を受けて電圧を発生する２つの圧電素子を装着方向に重ねて有する荷重センサと、荷重センサにより検出される前記２方向の水平荷重の値を座標値とする２次元空間上の位置と、予め設定されている前記２次元空間上の許容範囲とを比較して、電子部品の装着異常を検出する装着異常検出部と、を備える電子部品装着装置の記載がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−１９９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に記載された電子部品装着装置によれば、例えば、保持ヘッド（搭載ヘッド）に作用する、電子部品の装着方向（Ｚ方向）に略垂直でかつ互いに略直交する２方向（Ｘ方向及びＹ方向）の水平荷重を測定することができるので、その水平荷重のデータから、電子部品の表面のバンプと実装基板の電極とのＸ方向及びＹ方向の位置ずれを検出することも可能であると思われる。
【００１２】
しかし、実際のバンプと電極の位置ずれには、Ｘ方向の位置ずれやＹ方向の位置ずれの他に、回転方向の位置ずれ（捩れ）も存在する可能性があり、特許文献１に記載された技術によっても、そのような回転方向の位置ずれまでは検出できないという問題があることが分かった。
【００１３】
本発明は、上記事情を考慮し、電子部品の装着方向に垂直な面内における位置ずれを、捩れも含めて接合前に検査し得る電子部品の実装方法及び装置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】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の電子部品の実装方法は、表面に配列された複数の電極パッドにそれぞれボール状のバンプが形成された電子部品を、前記バンプを形成した面が実装基板の実装面に向くように搭載ヘッドに保持する工程と、前記電子部品と実装基板とを互いに位置決めしながら、前記搭載ヘッドを実装基板に向けて変位させることで、実装基板の実装面に形成された電極に前記バンプを加圧接触させる工程と、加圧接触させた状態で前記バンプを溶融させることにより、バンプを介して電子部品と実装基板とを電気的に接合する工程と、を備え、前記搭載ヘッドに保持した電子部品を実装基板に対して位置決めしながら加圧接触させた際に、前記搭載ヘッドに加わる搭載方向に対して垂直な面内に発生する同じ方向の２つの荷重を、前記垂直な面内において互いに離間した２箇所において測定することにより、前記バンプと電極との位置ずれを検出することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の電子部品の実装装置は、表面に配列された複数の電極パッドにそれぞれボール状のバンプが形成された電子部品を、前記バンプを形成した面が実装基板の実装面に向くように保持する搭載ヘッドと、前記電子部品と実装基板とを互いに位置決めする手段と、前記搭載ヘッドを実装基板に向けて変位させることで、実装基板の実装面に形成された電極に前記バンプを加圧接触させる手段と、加圧接触させた状態で前記バンプを溶融させることにより、バンプを介して電子部品と実装基板とを電気的に接合する手段と、前記搭載ヘッドに保持した電子部品を実装基板に対して位置決めしながら加圧接触させた際に、前記搭載ヘッドに加わる搭載方向に対して垂直な面内に発生する同じ方向の２つの荷重を、前記垂直な面内において互いに離間した２箇所において測定する荷重測定手段と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る電子部品の実装方法及び装置によれば、電子部品を実装基板に接合する前の加圧している段階で、電子部品の表面のバンプと実装基板の電極との位置ずれを検出することができる。そのため、位置ずれを検出した場合でも、位置ずれした電子部品を再度搭載し直すことが可能となり、仕損を減らすことができる。また、位置ずれが発生した瞬間に直ちに位置ずれを検出できるため、搭載機トラブル等による不良品の作り続けを回避することができる。また、互いに離間した２箇所で同じ方向の２つの荷重を検出するので、２箇所の荷重検出値の差を利用して、電子部品の表面のバンプと実装基板の電極の搭載方向と垂直な面内における捩れ（θ）を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態の電子部品の実装装置の要部概略構成を示す斜視図である。
【図２】同実装装置の要部断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ矢視図である。
【図４】同装置の動作説明図で、バンプと電極の間にＸ方向の位置ずれがある場合を示す要部断面図である。
【図５】同装置の動作説明図で、バンプと電極の間に位置ずれがない場合を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は実施形態の実装装置の要部概略構成を示す斜視図、図２は同装置の要部断面図、図３は図２のＡ−Ａ矢視図である。図４及び図５は同装置の動作説明図で、図４はバンプと電極の間にＸ方向の位置ずれがある場合、図５は位置ずれがない場合をそれぞれ示す要部断面図である。
【００１９】
この実装装置は、図１〜図３に示すように、実装基板１１を固定する基板ステージ１０と、表面に配列された複数の電極パッド（不図示）にそれぞれボール状のバンプ２５が形成された電子部品２２を、バンプ２５を形成した面が実装基板１１の実装面に向くように保持する搭載ノズル２１と、搭載ノズル２１の上面と接した搭載ヘッド２０と、搭載ノズル２１を搭載ヘッド２０の搭載ノズル接触面に押しつけ且つ搭載ヘッド２０の中央方向へ搭載ノズル２１を押しつける圧縮バネ２３と、基板ステージ１０に対して搭載ヘッド２０を近接離間させる方向に移動させる搭載ヘッド移動機構（不図示）と、電子部品に対して実装基板を実装面に平行な方向の位置を位置決めする位置決め手段（不図示）と、を備えている。ここで、搭載ヘッド移動機構は、搭載ヘッド２０を実装基板１１に向けて変位させることで、実装基板１１の実装面に形成された電極１５にバンプ２５を加圧接触させる手段に相当する。
【００２０】
また、この実装装置は、さらに、加圧接触させた状態でバンプ２５を溶融させることにより、バンプ２５を介して電子部品２２と実装基板１１とを電気的に接合する手段（不図示）と、搭載ヘッド２０に保持した電子部品２２を実装基板１１に対して位置決めしながら加圧接触させた際に、搭載ヘッド２０に加わる搭載方向（Ｚ方向）に対して垂直な面内に発生する互いに直交する第１の方向（Ｘ方向）と第２の方向（Ｙ方向）の各荷重を測定する荷重測定手段Ｓと、を備えている。この場合、第１の方向（Ｘ方向）と第２の方向（Ｙ方向）のいずれか一方の方向の荷重を測定する荷重測定手段Ｓが、いずれか他方の方向に互いに離間した２箇所に配置されている。
【００２１】
荷重測定手段Ｓは、搭載ノズル２１に加わる搭載方向（Ｚ方向）に対して垂直方向に発生する力を圧縮バネ２３を介して測定するもので、Ｘ方向に１個、Ｙ方向に適当な間隔をあけて２個の合計で３個設けられており、Ｘ方向の１個の荷重測定手段Ｓｘは、搭載ヘッド２０に加わるＸ方向の力を検出し、Ｙ方向の２個の荷重測定手段Ｓｙ１、Ｓｙ２は、搭載ヘッド２０に加わるＹ方向の力をＸ方向に離れた２箇所で検出する。従って、回転方向であるθ方向の力を検出することができる。なお、荷重測定手段Ｓの配置は、Ｙ方向に１個、Ｘ方向に適当な間隔をあけて２個配置してもよい。
【００２２】
次に、図３及び図４を参照して電子部品の実装方法を説明する。
まず、パッケージ表面に配列された複数の電極パッド（不図示）にそれぞれボール状のバンプ２５が形成された電子部品２２を、バンプ２５を形成した面が実装基板１１の実装面に向くように搭載ノズル２１で吸着して搭載ヘッド２０に保持する。次に位置決め手段により、電子部品２２のバンプ２５と実装基板１１の電極との位置が一致するように、実装基板１１を実装面に平行な方向に位置決めする。
【００２３】
次に搭載ヘッド移動機構により、搭載ヘッド２０を基板ステージ１０方向へ移動させ、電子部品２２のバンプ２５と実装基板１１の電極１５を加圧力Ｆをかけて加圧接触させる。このとき、図４に示すように、実装基板１１の電極１５に対して電子部品２２側のバンプ２５がずれていると、搭載ヘッド２０に加えた加圧力Ｆの分散荷重ｆの反力ｒは、電極１５とバンプ２５の接触位置において垂直方向（Ｚ方向）の力ｒｚと水平方向（Ｘ方向及びＹ方向）の力ｒｘ（ｒｙは不図示）に分解され、搭載ノズル２１には、全てのバンプ２５と電極１５の接触位置で発生した水平方向の力の総和が負荷される。
【００２４】
搭載ノズル２１は、搭載ヘッド２０に対して圧縮バネ２３を介して水平方向の自由度があるため、搭載ノズル２１に負荷される力により、搭載ノズル２１が、搭載ヘッド２０に対して移動し（移動量は搭載ノズル２１に負荷される力を圧縮バネ２３のバネ定数で除した値）、圧縮バネ２３を変形させる。そして、圧縮バネ２３の変形により、搭載ノズル２１に負荷される力が、荷重測定手段Ｓにより測定される。
【００２５】
例えば、実装基板１１に対して電子部品２２がＸ方向にずれている場合は、搭載ノズル２１にはＸ方向の力が負荷され、その力の大きさは、Ｘ方向に配置されている荷重測定手段Ｓｘで検出される。また、実装基板１１に対して電子部品２２がＹ方向にずれている場合は、搭載ノズル２１にはＹ方向の力が負荷され、その力の大きさは、Ｙ方向に配置されている２つの荷重測定手段Ｓｙ１、Ｓｙ２で検出される値の和となる。
【００２６】
また、実装基板１１に対して電子部品２２がθ方向（回転方向）にずれている場合は、搭載ノズル２１にはθ方向の力が負荷され、その力の大きさは、Ｙ方向に配置されている２つの荷重測定手段Ｓｙ１、Ｓｙ２で検出される値の差となる。
【００２７】
また、各方向のずれ量と、各荷重測定手段Ｓｘ，Ｓｙ１、Ｓｙ２により検出される搭載ノズル２１に負荷される各方向の力の大きさとは相関関係があり、予めずれ量と、搭載ノズル２１に負荷される力の関係の相関データを取得することにより、電子部品２２を実装基板１１に搭載する工程において、電子部品２２のバンプ２５と実装基板１１の電極１５が接触した時に各荷重測定手段Ｓ（Ｓｘ、Ｓｙ１、Ｓｙ２）の測定値を観測し、搭載ノズル２１に負荷される力が検出されたら、その力の方向と大きさから、実装基板１１と電子部品２２の位置ずれ方向と位置ずれ量を算出し、電子部品２２を把持したまま搭載ヘッド２０を上昇させ、各方向（Ｘ、Ｙ、θ）の位置ずれ量を位置決めステージで補正した後に再度、搭載ヘッド２０を下降させ、電子部品２２を実装基板１１上に搭載する。その後、再度荷重力検出手段Ｓの測定値を観測し、搭載ノズル２１に負荷される力が検出されなければ、電子部品２２は精度良く実装基板１１に搭載されていることとなり、搭載工程を完了する。
【００２８】
バンプ２５と電極１５の位置ずれがない場合は、図５に示すように、搭載ヘッドに付加した加圧力Ｆの分散荷重ｆと反力ｒとが搭載方向（Ｚ方向）に釣り合った関係になることで、全ての分散荷重ｆが基板ステージ１０に伝えられ、搭載ヘッド２０には搭載方向に対して垂直方向の力は発生せず、よって荷重測定手段Ｓは３個とも力を検出しない。
【００２９】
以上のように、本実施形態の実装装置及び方法によれば、電子部品２２を実装基板１１に接合する前の加圧している段階で、電子部品２２の表面のバンプ２５と実装基板１１の電極１５との位置ずれを検出することができる。そのため、位置ずれを検出した場合でも、位置ずれした電子部品２２を再度搭載し直すことが可能となり、仕損を減らすことができる。また、位置ずれが発生した瞬間に直ちに位置ずれを検出できるため、搭載機トラブル等による不良品の作り続けを回避することができる。
【００３０】
また、互いに離間した２箇所で同じ方向の２つの荷重を検出するので、２箇所の荷重検出値の差を利用して、電子部品２２の表面のバンプ２５と実装基板１１の電極１５の搭載方向と垂直な面内における捩れ（θ）を検出することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１１  実装基板
１５  電極
２０  搭載ヘッド
２２  電子部品
２５  バンプ
Ｓ  荷重測定手段
【図１】
2012069742.tif 000003
【図２】
2012069742.tif 000004
【図３】
2012069742.tif 000005
【図４】
2012069742.tif 000006
【図５】
2012069742.tif 000007