(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディングヘッドの先端側に取り付けられるボンディングツールを電子部品の背面に当接させてこれを所定の加熱源を用いて加熱することにより、電子部品及び回路基板の電極同士を熱接合させてボンディングを行う電子部品搭載装置において、
上記電極同士の熱接合に際してその接合部及びその近傍に対して不活性ガスを吹き出す吹出し口が、上記ボンディングツールの電子部品に当接する部分近傍に設けられ、上記ボンディングツールにおいて上記吹出し口の一部が他の吹出し口と比べて電子部品に当接する部分から離れて設けられていることを特徴とする電子部品搭載装置。
【請求項２】
上記加熱源がセラミックヒータであることを特徴とする請求項１記載の電子部品搭載装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の電子部品を回路基板に搭載する電子部品搭載装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型化・軽量化を実現するために、半導体チップ等の電子部品を実装対象物である回路基板上に直接に実装するフリップチップ実装が用いられてきている。この工法では、一般に、電子部品の電極部分にバンプが形成され、熱を加えてバンプを回路基板上の電極に接合する。最近では、かかる工法を採用する電子部品搭載装置として、電子部品を真空吸着しハンドリングしつつ、熱を加えて回路基板上の所定位置に搭載するボンディングヘッドを有するものが主流となっている。
【０００３】
これに関連して、図６及び７に、従来知られた電子部品搭載装置におけるボンディングヘッドの一例を示す。図６及び７は、それぞれ、ボンディングヘッドの構成を示す断面説明図及びボンディングヘッドの下端面を示す説明図である。このボンディングヘッド５０は、電子部品５１を下端側で吸着保持しながら熱を加えて回路基板５４上の所定位置に接合するもので、その下端側には、回路基板５４に対する電子部品５１のボンディングを直接に行うボンディングツール５８が吸着保持されている。このボンディングヘッド５０は、昇降機構６６及び水平方向移動機構６７を備え、回路基板５４の上方で昇降する若しくは水平方向に移動することができる。ボンディングヘッド５０の内部には、吸着保持されるボンディングツール５８の下面側で電子部品５１を吸着するためのエア経路６０（図中の中央にある経路）と、上記ボンディングツール５８を吸着保持するためのエア経路６１（図中の左側にある経路）とが設けられている。また、ヘッド５０の内部には、上記ヘッド５０の下端面の周縁部に形成された複数の吹出し口６２ａに連通するガス供給経路６２（図中の右側にある経路）が設けられている。
【０００４】
上記ボンディングヘッド５０では、ボンディングツール５８に吸着保持された電子部品５１が、その下面側に形成されたバンプ６４と回路基板５４上に形成された電極６５とが接触するように位置決めされた状態（図６参照）で、所定の加熱源（不図示）により加熱され上記バンプ６４が溶融させられることにより、回路基板５４に接合されるようにしてボンディングが行われる。かかるボンディングの間に、上記バンプ６４と電極６５との接合部６３の酸化を防止するために、ガス供給経路６２を通じて、窒素Ｎ2などの不活性ガスが供給され、吹出し口６２ａから上記接合部６３に対して吹き付けられる。この不活性ガスは、ガス供給経路６２が連通するガス供給源６８から供給される。
上記不活性ガスの吹出し口６２ａは、ボンディングヘッド５０の下端側で、ボンディングツール５８が吸着される部分の外側近傍に形成されており、図７からよく分かるように、ボンディングツール５８が吸着保持された状態で、ツール５８の外周に沿って位置する。不活性ガスは、各吹出し口６２ａから均等な量で吹き出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のボンディングヘッド５０では、不活性ガスの吹出し口６２ａがヘッド５０の下端側に設けられているため、サイズの異なる各種電子部品５１を対象とする場合には、上記吹出し口６２ａの位置が電子回路５１と回路基板５４との接合部６３から大きく離れることがある。この場合には、接合部６３に達する不活性ガスは周囲の大気との混合により濃度が低下し、接合部６３の酸化を十分に防止することができず、接合品質が低下する惧れがある。
また、いずれの場合にも、上記吹出し口６２ａから基板表面までの高さが同じであるため、圧力差が生じにくく、回路基板５４に吹き付けられた不活性ガスは、電子部品５１と基板５４との間に流路を確保し得ず、不活性ガスが接合部６３まで到達しないことがある。これにより、接合部６３の酸化を十分に防止することができず、安定した接合品質を得ることができなくなる。
【０００６】
本発明は、上記技術的課題に鑑みてなされたもので、各種の部品形状に対応し得る不活性ガスの吹出し口を構成し、回路基板と電子部品との接合部の酸化を防止して接合品質を安定化させる電子部品搭載装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１に係る発明は、ボンディングヘッドの先端側に取り付けられるボンディングツールを電子部品の背面に当接させてこれを所定の加熱源を用いて加熱することにより、電子部品及び回路基板の電極同士を熱接合させてボンディングを行う電子部品搭載装置において、上記電極同士の熱接合に際してその接合部分に対して不活性ガスを吹き出す吹出し口が、上記ボンディングツールの電子部品に当接する部分近傍に設けられ、上記ボンディングツールにおいて上記吹出し口の一部が他の吹出し口と比べて電子部品に当接する部分から離れて設けられていることを特徴としたものである。
【０００８】
また、本願の請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、上記加熱源がセラミックヒータであることを特徴としたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る電子部品搭載装置の内部構造を示す斜視図である。この電子部品搭載装置１は、順次電子部品３を回路基板５上の所定位置に位置決めした上で、電子部品３に熱を加え、回路基板５に対して熱接合させることによりボンディングを行うもので、その基本的な構成として、電子部品３を保持しながら熱を加えるボンディングヘッド１０と、回路基板５が載置されるボンディングステージ２１とを有している。ボンディングヘッド１０は、ボンディングステージ２１上に吸着式に保持されて配置される回路基板５の上方で、水平方向移動機構１９及び昇降機構１８（図２参照）により、水平方向（図中のＸ方向）及び鉛直方向（図中のＺ方向）に可動である。この電子部品搭載装置１では、回路基板５に搭載される電子部品３が、トレイ２０に複数収納されており、ボンディングヘッド１０は、各電子部品３を順次取り出して回路基板５上の所定位置に搭載するようになっている。
【００１１】
上記ボンディングステージ２１及びトレイ２０は、水平方向（図中の上記Ｘ方向に直交するＹ方向）に可動であるスライドベース２２上に固定されており、該スライドベース２２の動作に伴ない、水平方向に移動することができる。また、この電子部品搭載装置１では、電子部品３の搭載作業に際して電子部品３及び回路基板５の位置を認識する手段として、画像認識光学系２５が装備されており、該画像認識光学系２５は、図中のＸ及びＹ方向の両方向に可動であり、回路基板５が載置されるボンディングステージ２２の動作に伴ない移動する。この画像認識光学系２５は、視野の切替えによって、その下方に位置する回路基板５及びその上方に位置する電子部品３を位置認識するものである。
【００１２】
電子部品３の搭載作業では、上記画像認識光学系２５が電子部品３及び回路基板５の位置を認識すると、この位置情報に基づき、上記ボンディングヘッド１０が電子部品３を吸着保持しながらハンドリングし、回路基板５上の所定位置に電子部品３を位置決めする。このように電子部品３が位置決めされた状態で、電子部品３に熱が加えられて、その下端面に形成されたバンプ４（図２参照）が溶融されることにより、電子部品３が回路基板５に熱接合させられる。
【００１３】
図２は、上記ボンディングヘッドの構成を概略的に示す縦断面説明図である。このボンディングヘッド１０は、上から順に、ボンディングヘッド本体９とウォータジャケット１５と加熱源１４とボンディングツール２とが組合せられてなるもので、その内部には、一端側でボンディングヘッド本体９から減圧装置（不図示）に連通する一方、他端側でボンディングツール２の下端面にて開口するエア経路１１（図中の中央にある経路）と、一端側でボンディングヘッド本体９から減圧装置（不図示）に連通する一方、他端側で加熱源１４の下端面にて開口するエア経路１２（図中の左側にある経路）とを有している。このボンディングヘッド１０では、上記エア経路１２における減圧作用により、上記加熱源１４の下面側にボンディングツール２が吸着保持されるとともに、上記エア経路１１における減圧作用により、上記ボンディングツール２の下面側に回路基板３がその背面において当接して吸着保持される。
更に、ボンディングヘッド１０は、その内部に、一端側でボンディングヘッド本体９からガス供給源１７に連通し、他端側で加熱源１４の下端面にて開口する不活性ガス供給経路１３（図中の右側にある経路）を有している。この不活性ガス供給経路１３には、不活性ガス供給のオンオフを制御し得る電磁弁１６が設けられている。
【００１４】
このボンディングヘッド１０では、上記ボンディングツール２が、その上面側に配置された加熱源１４からの熱を受け、電子部品３の下端面に形成されたバンプ４を加熱溶融させて、回路基板５上の電極６と接合させることにより、ボンディングが行われる。この実施の形態では、上記加熱源１４として、セラミックヒータが用いられる。かかる電子部品３のボンディングに際して、上記加熱源１４の上面側に配置されるウォータジャケット１５の内部には、冷却水が循環させられ、これにより、加熱源１４からヘッド上方への熱の伝達が遮断され、ボンディングヘッド１０の熱膨張等による機械精度の低下が防止される。
【００１５】
また、このボンディングヘッド１０では、電子部品３のボンディングの間に、上記電子部品３側のバンプ４と回路基板５側の電極６との接合部７の酸化を防止するために、上記ガス供給源１７から不活性ガス供給経路１３を通じて供給される例えば窒素などの不活性ガスが、接合部７に対して吹き付けられる。本実施の形態では、この接合部７に対する不活性ガスの吹付けを実現するために、上記ボンディングツール２の加熱源１４に接触する上面側で、その周縁に沿って、所定深さの溝部２ｃが設けられており、更に、この溝部２ｃの底面から下方へ延び、ボンディングツール２の下端面にて開口するガス流路２ｂが、所定間隔を隔てて複数設けられている。上記溝部２ｃの幅は、図２から分かるように、ボンディングツール２が他の部品とともに電子部品吸着用のエア経路１１を構成するように加熱源１４の下端面に吸着保持された状態で、上記エア経路１２には連通せず、不活性ガス供給経路１３にのみ連通するように設定されている。上記ガス流路２ｂは、ツール２の下面側で、ガス吹出し口２ａとして開口する。
かかる構造を備えたボンディングツール２によれば、上記ガス供給源１７から不活性ガス供給経路１３を通じて供給された不活性ガスが、エア経路１３に連通する部分から溝部２ｃに流れ込み、ボンディングツール２の周縁に沿って溝部２ｃの全体に広がり、各ガス流路２ｂを経て上記吹出し口２ａから均等に吹き出される。
【００１６】
図３は、ボンディングツール２の下端面を示す説明図である。このボンディングツール２では、電子部品３（１点鎖線で示す）がエア経路１１における減圧作用により吸着保持された状態で、ボンディングツール２の下端面におけるガス吹出し口２ａが、電子部品３の周囲近傍に位置することになる。これにより、ガス流路２ｂを通じて供給される不活性ガスが、各吹出し口２ａから電子部品３と回路基板５との接合部７に対して確実に吹き付けられることになる。
このように、電子部品３と回路基板５との接合部７に比較的近い電子部品３の周囲近傍から、上記接合部７に対して不活性ガスを確実に吹き付けることにより、接合部７に到達した不活性ガスの濃度は雰囲気によっても余り低下せず、熱接合に際して接合部７又は半田材等が酸化することを十分に防止することができる。この結果、高品質なボンディングを実現することができる。
【００１７】
また、この実施の形態では、ボンディングツール２側に吹出し口２ａが設けられるので、吹出し口２ａの位置が異なるボンディングツールを予め用意して、ボンディングヘッド１０の下端側にて吸着保持された状態でその吹出し口２ａが電子部品３の周囲近傍に位置するボンディングツール２を電子部品３の形状及びサイズに応じて適宜選択するようにして、上記接合部７に対する良好な不活性ガスの吹出しを、ボンディングツール２の品種対応のみで実現することができる。
なお、前述した実施の形態において、ボンディングツール２は多数の吹出し口２ａを有しているが、これに限定されることなく、複数の吹出し口２ａの代わりにスリット状の開口部若しくは連続した環状のスリットを有していてもよい。
【００１８】
次に、本発明の他の実施の形態について詳しく説明する。なお、以下の説明では、前述した実施の形態における場合と同じものについては同一の符号を付し、それ以上の説明を省略する。
図４及び５は、それぞれ、本発明の他の実施の形態に係るボンディングヘッドを概略的に示す断面説明図、及び、ボンディングツールの下端面を示す説明図である。このボンディングヘッド３０は、前述した実施の形態と同じ構成を有しており、この実施の形態では、ボンディングツール３２の一辺側で、所定深さの溝部３２ｃの底面から下方へ延びるガス流路３３ｂに対応する部位にて、ツール３２の下面３３が高くなるように設定されている。すなわち、ガス流路３３ｂがボンディングツール３２の下端面で開口してなる吹出し口３３ａが、ツール３２における他の吹出し口３２ａよりも高い位置に形成され、ツール３２の下面側における電子部品３に当接する部分から離れている。
【００１９】
かかる構造を備えたボンディングツール３２を用いた場合に、ボンディングヘッド３０内の不活性ガス供給経路１３を通じて供給される不活性ガスが、高さの異なる吹出し口３２ａ及び３３ａから吹き出されると、高い位置にある吹出し口３３ａから吹き出される不活性ガスによる接合部７への圧力が、接合部７の近傍に位置する吹出し口３２ａのそれに比べて小さくなる。この不活性ガスの圧力差により、電子部品３に当接する部分近傍に吹出し口３２ａが位置する圧力の高い側から、吹出し口３３ａが形成された圧力の低い側へ、電子部品３と回路基板５との隙間を通過する不活性ガス気流が発生することになる（矢印で示す）。これにより、接合部７に到達した不活性ガスの濃度が安定して確保され、熱接合に際して、接合部７又は半田材等の酸化を十分に防止することができ、高品質なボンディングを達成することができる。
【００２０】
なお、本発明は、例示された実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、電極同士の熱接合に際してその接合部に対して不活性ガスを吹き出す吹出し口が、ボンディングツールの電子部品に当接する部分近傍に設けられているので、接合部に対して不活性ガスを確実に吹き付け、接合部近傍の不活性ガスの濃度を安定して確保することができる。これにより、熱接合に際して、接合部又は半田材等の酸化を十分に防止することができ、高品質なボンディングを達成することができる。また、この発明によれば、吹出し口の位置が異なるボンディングツールを予め用意して、ボンディングヘッドの下端側にて吸着保持された状態でその吹出し口が電子部品の周囲近傍に位置するボンディングツールを電子部品の形状及びサイズに応じて適宜選択するようにして、接合部に対する良好な不活性ガスの吹出しを、ボンディングツールの品種対応のみで実現することができる。
【００２２】
また、本発明によれば、ボンディングツールにおいて、不活性ガスの吹出し口の一部が他の吹出し口と比べて電子部品に当接する部分から離れて設けられているので、高い位置にある吹出し口から吹き出される不活性ガスによる接合部への圧力が、接合部の近傍に位置する吹出し口のそれに比べて小さくなり、かかる不活性ガスの圧力差によって、電子部品と回路基板との隙間を通過する不活性ガス気流を発生させることができる。この結果、接合部に到達する不活性ガスの濃度が安定して確保され、熱接合に際して、接合部又は半田材等の酸化を十分に防止することができ、高品質なボンディングを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態に係る電子部品搭載装置の内部構造を示す全体斜視図である。
【図２】  上記実施の形態に係るボンディングヘッドを概略的に示す縦断面説明図である。
【図３】  上記実施の形態に係るボンディングツールの下端面を示す説明図である。
【図４】  本発明の他の実施の形態に係るボンディングヘッドを概略的に示す縦断面説明図である。
【図５】  上記他の実施の形態に係るボンディングツールの下端面を示す説明図である。
【図６】  従来のボンディングヘッドを概略的に示す縦断面説明図である。
【図７】  従来のボンディングヘッドの下端面を示す説明図である。
【符号の説明】
１…電子部品搭載装置
２…ボンディングツール
２ａ…不活性ガス吹出し口
３…電子部品
４…バンプ
５…回路基板
６…回路基板側電極
７…接合部
１０…ボンディングヘッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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