(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品に形成されたバンプを基板の電極にボンディングするバンプ付き電子部品の実装方法であって、前記基板の平面度データを求める工程と、この平面度データに基づいて電子部品のボンディング座標ごとのバンプ高さを算出し、このバンプ高さにしたがって電子部品にワイヤボンディングによりバンプを形成する工程と、バンプ形成後の電子部品の各バンプを前記基板の対応する電極にボンディングする工程とを含むことを特徴とするバンプ付き電子部品の実装方法。
【請求項２】
前記基板の平面度データを求める工程において、バンプ付き電子部品を前記基板に押圧してバンプを変形させ、この変形量により前記基板の各電極位置での高さの差を検出することを特徴とする請求項１記載のバンプ付き電子部品の実装方法。
【請求項３】
前記基板の平面度データを求める工程において、高さ計測ユニットにより基板の電極の高さのばらつきを求めることを特徴とする請求項１記載のバンプ付電子部品の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バンプ付き電子部品を基板などの被圧着面にボンディングするバンプ付き電子部品のボンディング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
バンプ付き電子部品を基板などの被圧着面にボンディングする方法として超音波圧接を用いる方法が知られている。この方法は、電子部品のバンプを基板に押圧しながら超音波振動を付与し、接合面を相互に摩擦させてボンディングするものである。このボンディング過程において、良好な接合性を確保するためには、バンプを基板の電極に対して適切な圧着荷重値で押圧し、バンプを均一にばらつきなく基板の電極に当接させる必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで電子部品が実装される基板の種類には、セラミックパッケージなどそりを生じやすく、平面度を確保するのが困難なものがある。このような基板にバンプ付き電子部品をボンディングする際には、基板の電極によって高さが異なるため部分的にバンプが接触しない部分が生じやすい。このような状態のまま超音波振動を印加してボンディングを行うと、接触している一部のバンプにのみ圧着荷重が集中してバンプがつぶれたり、また振動によって電子部品ががたつき位置ずれを起こすなど正常なボンディングが行えない場合がある。このように、従来のバンプ付き電子部品の実装方法には、実装対象の基板の種類によっては、平面度が確保されないことにより正常にボンディングが行えない場合があるという問題点があった。
【０００４】
そこで本発明は、平面度が確保されない基板に対しても正常にボンディングを行うことができるバンプ付き電子部品の実装方法を提供することを目的とする。
【０００５】
請求項１記載のバンプ付き電子部品の実装方法は、電子部品に形成されたバンプを基板の電極にボンディングするバンプ付き電子部品の実装方法であって、前記基板の平面度データを求める工程と、この平面度データに基づいて電子部品のボンディング座標ごとのバンプ高さを算出し、このバンプ高さにしたがって電子部品にワイヤボンディングによりバンプを形成する工程と、バンプ形成後の電子部品の各バンプを前記基板の対応する電極にボンディングする工程とを含む。
【０００６】
請求項２記載のバンプ付き電子部品の実装方法は、請求項１記載のバンプ付き電子部品の実装方法であって、前記基板の平面度データを求める工程において、バンプ付き電子部品を前記基板に押圧してバンプを変形させ、この変形量により前記基板の各電極位置での高さの差を検出するようにした。
また請求項３記載のバンプ付き電子部品の実装方法は、請求項１記載のバンプ付き電子部品の実装方法であって、前記基板の平面度データを求める工程において、高さ計測ユニットにより基板の電極の高さのばらつきを求めるようにした。
【０００７】
各請求項記載の発明によれば、バンプ付き電子部品が実装される基板の平面度データを予め求めておき、電子部品にバンプを形成する際には前記平面度データに基づいてバンプ高さを補正してバンプを形成することにより、平面度を確保するのが困難な基板に対してもバンプを均一に当接させて不具合なく正常なボンディングを行うことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
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バンプ付き電子部品の実装装置の正面図、図２は同ワイヤボンディング装置の構成を示すブロック図、図３は同バンプ付き電子部品のバンプ形成を示すフロー図、図４は同バンプ付き電子部品の実装方法を示すフロー図、図５（ａ）は同実装過程におけるボンディングヘッドの高さを示すグラフ、図５（ｂ）は同実装過程における押圧荷重を示すグラフ、図５（ｃ）は同実装過程における超音波振動子駆動電源出力を示すグラフである。
【０００９】
まず、図１を参照してバンプ付き電子部品の実装装置の全体構造を説明する。１は支持フレームであって、その前面には第１昇降板２と第２昇降板３が昇降自在に設けられている。第１昇降板２にはシリンダ４が装着されており、そのロッド５は第２昇降板３に結合されている。第２昇降板３にはボンディングヘッド１０が装着されている。支持フレーム１の上面にはＺ軸モータ６が設けられている。Ｚ軸モータ６は垂直な送りねじ７を回転させる。送りねじ７は第１昇降板２の背面に設けられたナット８に螺合している。したがってＺ軸モータ６が駆動して送りねじ７が回転すると、ナット８は送りねじ７に沿って上下動し、第１昇降板２や第２昇降板３も上下動する。
【００１０】
図１において、被圧着面である基板３２は基板ホルダ３３上に載せられており、基板ホルダ３４はテーブル３５上に載せられている。テーブル３４は可動テーブルであって、基板３２をＸ方向やＹ方向へ水平移動させ、基板３２を所定の位置に位置決めする。主制御部３５は、モータ駆動部３６を介してＺ軸モータ６を制御し、またテーブル制御部３７を介してテーブル３４を制御する。またシリンダ４は荷重制御部３８を介して主制御部３５に接続されており、シリンダ４のロッド５の突出力すなわちボンディングツール２０でバンプ付きの電子部品３０を基板３２に押し付ける押圧荷重が制御される。
【００１１】
ボンディングヘッド１０の本体１１の下端部にはロードセル１３を介してホルダ１２が結合されている。ホルダ１２にはブロック１４が装着されており、ブロック１４にはボンディングツール２０が固定されている。ボンディングツール２０は超音波振動を発生する超音波振動子２１を備えており、超音波振動子２１は超音波振動子駆動部３９により駆動される。ボンディングツール２０は、中央部の下面に設けられた保持部に電子部品３０を吸着して保持する。電子部品３０を保持した状態でボンディングヘッド１０を下降させ、電子部品３０を基板３２に押圧しながら超音波振動子２１を駆動することにより、電子部品３０は基板３２にボンディングされる。
【００１２】
上記ボンディング過程において、以下に述べる３種類の計測値が監視対象として設定されている。まずボンディング時の押圧加重はロードセル１３によって検出され、荷重読取部４２によって荷重データとして読みとられ、主制御部３５に伝達される。また、ボンディングヘッド１０の高さ位置は、第２昇降板３に設けられたリニアスケールユニット４０によって計測され、高さ読取部４１によって高さデータとして読みとられて主制御部３５へ伝達される。このときの高さ計測の基準となる基準面は基板３２の上面であり、予め標準的な基準面を想定して、固定された基準面を設定しておいてもよく、また基板によるばらつきを排除するため、ボンディング動作の都度基板３２の上面の高さ位置を計測して基準面を補正するようにしてもよい。
【００１３】
ボンディング過程における超音波振動子２１の駆動電流は、電流測定部４３によって測定され、測定結果は主制御部３５へ伝達される。主制御部３５には表示部４４が接続されており、表示部４４のモニタ画面には、上記計測値、すなわちボンディングヘッド１０の高さ、押圧荷重および超音波駆動出力がグラフ表示される。
【００１４】
次に、本実施の形態において電子部品にバンプを形成するために用いられるワイヤボンディング装置の構成について、図２を参照して説明する。図２において、ワイヤボンディング装置５０のホーン５１の先端には、キャピラリツール５２が装着されている。駆動部５３を駆動することにより、キャピラリツール５２は上下動し、キャピラリツール５２に挿通したワイヤ５４の先端に形成されたボール５５を、電子部品３０の電極３１に押圧する。押圧と同時にホーン５１に備えられた超音波振動子（図外）を駆動することにより、ボール５５は電子部品３０の電極３１にボンディングされ、電極３１上にはバンプ５５’が形成される。
【００１５】
このとき、押圧荷重制御部５８によって駆動部５３を制御することにより、押圧荷重が制御され電極３１上に形成されるバンプ５５’の高さを制御することができる。また、スパーク電流制御部５８によってトーチ５６とワイヤ５４の間に発生するスパークを制御することにより、ワイヤ５４の先端に形成されるボール５５のサイズを調整することができ、同様にバンプ５５’の高さを調整することができる。
【００１６】
図２において、６０は高さ計測ユニットであり、電子部品３０が実装される基板３２の、電極６３の高さのばらつきを計測する。すなわち載置台６１に載置された基板３２の各電極６３に、レーザ変位センサ６４からレーザ光を照射して反射光を受光することにより、各電極６３の相対的な高さの差を計測する。データ記憶部６５は計測された各電極６３の相対的な高さの差を表す平面度データを記憶する。制御部５９は平面度データに基づいて各電極６３に形成されるバンプの高さを算出する。バンプサイズ記憶部６６は、算出されたバンプの高さを記憶する。ボンディング座標記憶部６７は、バンプが形成される電極の座標を記憶する。
【００１７】
このバンプ付き電子部品のボンディング装置およびバンプ形成用のワイヤボンディング装置は上記のように構成されており、次にこれらの装置を用いて行われるボンディング方法について図３および図４のフロー沿って説明する。はじめに図３を参照して電子部品３０にバンプを形成する方法について説明する。まず、高さ計測ユニット６０により、実装対象基板３２の各電極６３の高さを計測する（ＳＴ１）。次に、計測された平面度データをワイヤボンディング装置５０のデータ記憶部６５に転送し、記憶させる（ＳＴ２）。
【００１８】
この高さ計測と、平面度データの取得は、実装対象基板３２の各品種ごと、あるいは適切な括りのロットごとに所定量のサンプルを抽出し、これらのサンプルに対して行われるものである。そしてこれらのサンプルから得られた平面度データから、当該品種またはロットの基準となる平面度データを求め、以下に述べるバンプ形成時の補正データとして使用する。同一品種の基板であれば変形の傾向は同一であり、変形量もあるばらつきの範囲内に収まっていることが経験的に知られているからである。
【００１９】
次に、計測された平面度データに基づき電子部品のボンディング座標ごとのバンプ高さを算出し（ＳＴ３）、各座標毎にバンプ高さをバンプサイズ記憶部６６に記憶させる（ＳＴ４）。この後、記憶されたバンプ高さにしたがって、電子部品３０の電極にワイヤボンディングによりバンプを形成する（ＳＴ５）。そしてバンプ形成後の電子部品３０の各バンプ５５’を基板３２の対応する電極６３にボンディングする（ＳＴ６）。各バンプ５５’は、基板３２の変形の傾向に応じて高さが補正されているので、平面度を確保するのが困難な基板に対してもバンプ５５’を均一に当接させて、ばらつきなく正常なボンディングを行うことができる。
【００２０】
なお、基板３２の平面度データを求める方法として、基板３２の個々の電極６３の高さを計測する代わりに、バンプが形成された電子部品３０を基板３２に押圧してバンプを変形させ、変形後のバンプの高さを計測することにより、基板３２の平面度データを求めるようにしてもよい。
【００２１】
ここで、ＳＴ６にて行われるボンディングについて、図４のフローに沿って説明する。ボンディングツール２０の吸着面に電子部品３０を真空吸着させて保持し、基板３２の上方に位置させた状態から図４のフローが開始する。まずタイミングｔ０にて電子部品３０を保持したボンディングヘッド１０を下降させる（ＳＴ１１）。この後ボンディングヘッド１０が下降してタイミングｔ１にて電子部品３０のバンプが基板３２の電極上面にタッチしたことが検出される（ＳＴ１２）。
【００２２】
このタイミングｔ１よりシリンダ４を駆動させて電子部品３０のバンプを基板３２に対しての押圧を開始し（ＳＴ１３）、このときより荷重読取部４２により押圧荷重を監視する（ＳＴ１４）。そして押圧荷重が規定の圧着荷重として設定された設定値に到達したか否かが判断される（ＳＴ１５）。タイミングｔ２にて押圧荷重が設定値に到達したならば、超音波振動子２１の駆動が開始され（ＳＴ１６）、これ以降に高さ読み取り部４１によるボンディングヘッド１０の高さ監視が開始する（ＳＴ１７）。
【００２３】
そしてボンディングヘッド１０の高さが設定高さに到達したか否かが判断され（ＳＴ１８）、タイミングｔ３にて設定高さに到達したならば超音波振動子駆動を停止する（ＳＴ１９）。この後ボンディングヘッド１０を上昇させて電子部品３０のボンディングを終了する。上記のボンディング過程において、ボンディングヘッド１０の高さが設定高さになるまで電子部品の押圧および超音波振動の付加を継続し、設定高さに到達した時点で押圧と超音波振動付与を停止することにより、電子部品３０と基板３２との隙間が常に適正に保たれ、ばらつきのないボンディングを行うことができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、バンプ付き電子部品が実装される基板の平面度データを予め求めておき、電子部品にバンプを形成する際には前記平面度データに基づいてバンプ高さを調整してバンプを形成するようにしたので、平面度を確保するのが困難な基板に対してもバンプを均一に当接させて不具合なく正常なボンディングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のバンプ付き電子部品の実装装置の正面図
【図２】本発明の一実施の形態のワイヤボンディング装置の構成を示すブロック図
【図３】本発明の一実施の形態のバンプ付き電子部品のバンプ形成を示すフロー図
【図４】本発明の一実施の形態のバンプ付き電子部品の実装方法を示すフロー図
【図５】（ａ）本発明の一実施の形態の実装過程におけるボンディングヘッドの高さを示すグラフ
（ｂ）本発明の一実施の形態の実装過程における押圧荷重を示すグラフ
（ｃ）本発明の一実施の形態の実装過程における超音波振動子駆動電源出力を示すグラフ
【符号の説明】
１２  ホルダ
２０  ボンディングツール
２１  超音波振動子
３０  電子部品
３１  電極
３２  基板
３５  主制御部
３８  荷重制御部
５０  ワイヤボンディング装置
６０  高さ計測ユニット
【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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