(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディングツールの下面に高さのばらつきがある複数のバンプを有するバンプ付電子部品を吸着して保持し、このバンプ付電子部品のバンプをボンディングツールによりうねりのある基板の電極に対して押圧するとともに、このバンプ付電子部品に振動を付与して前記バンプを基板の電極にボンディングするバンプ付電子部品のボンディング方法であって、前記バンプに塑性変形を生じさせ得る大きさの第１の押圧荷重と、この第１の押圧荷重よりも低荷重であって前記バンプを電極に超音波振動によってボンディングするための適正なボンディング荷重である第２の押圧荷重とを設定しておき、ボンディング動作時には、まず前記第１の押圧荷重でバンプ付電子部品を基板の電極に押圧してバンプの高さのばらつきや基板のうねりに起因する片当り状態を解消して全てのバンプを電極に当接させ、次いで前記第２の押圧荷重で押圧するとともに前記バンプ付電子部品に振動を付与することを特徴とするバンプ付電子部品のボンディング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バンプ付電子部品を基板にボンディングするバンプ付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】
フリップチップなどのバンプ付電子部品の実装方法として、超音波圧接を用いる方法が知られている。この方法は、バンプ付電子部品のバンプを基板に形成された電極に押圧し、バンプ付電子部品に超音波振動を付与しながらバンプと基板の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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この超音波圧接によってバンプと電極とを良好に接合するためには、バンプと基板の電極とが接合に必要とされる適正な条件で接触していることが求められ、多数のバンプを有するバンプ付電子部品の場合には、これら全てのバンプを均一に電極に当接させることが必要となる。ところが、電子部品に形成されるバンプの高さは、製造工程での誤差により必ずしも均一ではなくある範囲内でばらついている。またバンプ付電子部品が実装される基板も完全な平面ではなく、うねりを生じて部分的に高低差が存在する場合がある。
【０００４】
このため、ボンディング時にバンプ付電子部品を基板に搭載した状態では、バンプと基板の電極面との当り面は、必ずしも全てのバンプが均一に当接した状態とはならず、部分的にバンプが電極と接触していない、いわゆる片当りの状態となる場合がある。
【０００５】
この状態のままボンディング動作を開始して超音波振動を付与すると、接触状態の良い一部のバンプに超音波振動が集中して作用したり、またバンプと電極の間に部分的に隙間があるためにボンディングツールと電子部品との当り面にガタが生じる結果、正常なボンディングが行われずに接合強度が低下するという問題点があった。
【０００６】
そこで本発明は、接合強度に優れたボンディングを安定して行うことができるバンプ付電子部品のボンディング方法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】
本発明のバンプ付電子部品のボンディング方法は、ボンディングツールの下面に高さのばらつきがある複数のバンプを有するバンプ付電子部品を吸着して保持し、このバンプ付電子部品のバンプをボンディングツールによりうねりのある基板の電極に対して押圧するとともに、このバンプ付電子部品に振動を付与して前記バンプを基板の電極にボンディングするバンプ付電子部品のボンディング方法であって、前記バンプに塑性変形を生じさせ得る大きさの第１の押圧荷重と、この第１の押圧荷重よりも低荷重であって前記バンプを電極に超音波振動によってボンディングするための適正なボンディング荷重である第２の押圧荷重とを設定しておき、ボンディング動作時には、まず前記第１の押圧荷重でバンプ付電子部品を基板の電極に押圧してバンプの高さのばらつきや基板のうねりに起因する片当り状態を解消して全てのバンプを電極に当接させ、次いで前記第２の押圧荷重で押圧するとともに前記バンプ付電子部品に振動を付与するようにした。
【０００８】
本発明によれば、ボンディング動作時に、バンプに塑性変形を生じさせる大きさの第１の押圧荷重で押圧した後に、この第１の押圧荷重よりも低い適正なボンディング荷重で押圧しながら振動を付与することにより、バンプと基板の電極との当接状態を均一にして接合強度に優れたボンディングを行うことができる。
【０００９】
【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電子部品のボンディング装置の正面図、図２は同バンプ付電子部品のボンディングツールの斜視図、図３（ａ）は同バンプ付電子部品のボンディングツールの正面図、図３（ｂ）は同バンプ付電子部品のボンディングツールの平面図、図４（ａ），（ｂ）は同バンプ付電子部品と基板の断面図、図５（ａ）は同バンプ付電子部品のボンディング時の押圧荷重の変化を示すグラフ、（ｂ）は同バンプ付電子部品のボンディング時の超音波振動付与のタイミングチャートである。
【００１０】
まず、図１を参照してバンプ付電子部品のボンディング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。
【００１１】
図１において、基板３２は基板ホルダ３４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３５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。
【００１２】
４２はカメラであって、一軸テーブル４３に装着されている。４４はカメラ４２から前方へ延出する鏡筒である。カメラ４２を一軸テーブル４３に沿って前進させ、鎖線で示すように鏡筒４４の先端部をボンディングツール１４の下面に吸着して保持されたバンプ付電子部品３０と基板３２の間に位置させ、その状態でバンプ付電子部品３０と基板３２の位置をカメラ４２で観察する。そしてこの観察結果によりバンプ付電子部品３０と基板３２の相対的な位置ずれを検出する。検出された位置ずれは、テーブル３５を駆動して基板３２をＸ方向やＹ方向へ水平移動させることにより補正し、これによりバンプ付電子部品３０と基板３２の位置合わせがなされる。
【００１３】
図１において、５０は主制御部であり、モータ駆動部５１を介してＺ軸モータ６を制御し、またテーブル制御部５２を介してテーブル３５を制御し、また認識部５３を介してカメラ４２に接続されている。またシリンダ４は荷重制御部５４を介して主制御部５０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１４でバンプ付電子部品３０を基板３２に押し付ける押圧荷重が制御される。
【００１４】
ボンディングヘッド１０の本体１１の下端部にはホルダ１２が結合されている。ホルダ１２にはブロック１３が装着され、ブロック１３にはボンディングツール１４が固定されている。以下、図２〜図４を参照してブロック１３およびボンディングツール１４について説明する。
【００１５】
図２に示すように、ボンディングツール１４のホーン１５は細長形状の棒状体であり、側面にはホーン１５の中央から等距離隔てられた４ヶ所にリブ１５ａがホーン１５と一体的に設けられている。ボンディングツール１４は、リブ１５ａによってブロック１３の下面に固定されている。
【００１６】
ボンディングツール１４の中央部の下面には、下方に突出しバンプ付電子部品３０を真空吸着して保持する保持部１５ｅが設けられ、この保持部１５ｅの下面は電子部品吸着用の吸着面１５ｆとなっている。吸着面１５ｆにはホーン１５に設けられた真空吸引用の内孔１６の一端が開口して吸着孔１６ａを形成している。内孔１６の他端はホーン１５の上面のリブ１５ａの位置に開口して吸引孔１６ｂを形成している。
【００１７】
ブロック１３の側面に設けられた突部１３ａには管部１８が下方に突出して設けられており、図４に示すように管部１８の下端部に装着された吸着パッド１９は、ホーン１５の上面の吸引孔１６ｂの位置に当接している。したがって突部１３ａに接続され突部１３ａの内孔１３ｂによって管部１８と連通したチューブ２０から、吸引装置２１を駆動してエアを吸引することにより、内孔１６を介して吸着面１５ｅに開口した吸着孔１６ａ（図３（ａ），（ｂ））から真空吸引し、この吸着面１５ｆにバンプ付電子部品３０を真空吸着して保持することができる。
【００１８】
ホーン１５の側端面には振動付与手段である振動子１７が装着されている。振動子１７を駆動することにより、ホーン１５には縦振動が付与され、保持部１５ｅは水平方向（図３（ａ）に示す矢印ａ方向）に振動する。図３（ｂ）に示すように、ホーン１５の形状は両端部１５ｂからテーパ部１５ｃを経て中央部１５ｄの方向に順次幅が絞られた形状となっており、これにより、振動子１７より保持部１５ｅに伝達される経路において超音波振動の振幅は増幅され、保持部１５ｅには振動子１７が発振する振幅以上の振動が伝達される。
【００１９】
このバンプ付電子部品のボンディング装置は上記のように構成されており、次に動作を説明する。図１においてボンディングツール１４の吸着面１５ｅにバンプ付電子部品３０を真空吸着させて保持し、基板３２の上方に位置させる。そこで鏡筒４４を前進させてカメラ４２でバンプ付電子部品３０と基板３２の画像を入手し、認識部５３へ画像データが送られる。主制御部５０はこの画像データからバンプ付電子部品３０と基板３２の相対的な位置ずれを検出し、この検出結果にしたがってテーブル３５を駆動し、基板３２を水平移動させて位置補正を行う。
【００２０】
次にＺ軸モータ６が駆動してボンディングヘッド１０が下降し、バンプ付電子部品３０のバンプを基板３２の電極３３に押圧する。このとき、図４（ａ）に示すように基板３２の上面に高低差があり、部分的にバンプ３１と電極３３の間に隙間ｃが生じる場合がある。そこで、このような基板３２の上面の高低差や、あるいはバンプ３１の高さのばらつきによって生じるバンプ３１と電極３３の隙間ｃや当接状態の不均一を解消するため、ボンディング動作時に荷重制御部５４により押圧荷重の制御を行う。
【００２１】
この押圧荷重の制御について、図５を参照して説明する。まずボンディング動作開始時に、ボンディングツール１４を下降させる。これにより、図５（ａ）に示すようにバンプ付電子部品３０のバンプ３１が基板３２の電極３３に当接したタイミングｔ１から押圧荷重は上昇する。そして押圧荷重がバンプ３１に塑性変形を生じさせ得る荷重である第１の押圧荷重Ｆ１に到達したならば、この荷重にて所定時間押圧状態を保持する。
【００２２】
これにより、バンプ３１のうち既に電極３３に当接しているものから順次押圧荷重により塑性変形し、この結果バンプ３１の高さのばらつきや基板３２のうねりに起因する片当り状態が解消されて、図４（ｂ）に示すように全てのバンプ３１が電極３３に当接した状態となる。この第１の押圧荷重Ｆ１は、対象となるバンプ付電子部品３０のバンプ３１のサイズや数量に基づいて計算により設定しても良く、また実際のボンディングを試行した結果に基づいて設定しても良い。
【００２３】
次いで、図５（ａ）に示すように、タイミングｔ２にて押圧荷重を第１の押圧荷重Ｆ１から第２の押圧荷重Ｆ２に切り換える。この第２の押圧荷重は、第１の押圧荷重よりも低荷重に設定され、超音波振動によってボンディングするために最適な荷重として設定される。このタイミングｔ２と同時に、またはタイミングｔ２以後振動子１７を駆動してボンディングツール１４によりバンプ付電子部品３０に超音波振動を付与する。これにより、全てのバンプ３１と電極３３とが均一に当接した状態で、当接面に超音波振動が作用し、偏りのない均一なボンディングを行うことができる。
【００２４】
このように本実施の形態は、接合不良の原因となるバンプ３１と電極３３の片当り状態を解消するために高荷重でバンプ付電子部品３０を押圧し、その後は適正なボンディング荷重に切り換えるようにしたものである。これにより、過大な高荷重でボンディングを行うことによるバンプ３１のつぶれや接合強度の低下等の新たな接合不良を招くことなく、片当り状態を解消して接合強度に優れた良好なボンディングを行うことができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、ボンディング動作時に、バンプに塑性変形を生じさせ得る第１の押圧荷重で押圧してバンプと基板の電極の片当り状態を解消した後に、この第１の押圧荷重よりも低い適正なボンディング荷重で押圧しながら振動を付与するようにしているので、過大な高荷重でボンディングを行うことによるバンプのつぶれや接合強度の低下等の新たな接合不良を招くことなく、片当り状態を解消して接合強度に優れた良好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電子部品のボンディング装置の正面図
【図２】本発明の一実施の形態のバンプ付電子部品のボンディングツールの斜視図
【図３】（ａ）本発明の一実施の形態のバンプ付電子部品のボンディングツールの正面図
（ｂ）本発明の一実施の形態のバンプ付電子部品のボンディングツールの平面図
【図４】（ａ）本発明の一実施の形態のバンプ付電子部品と基板の断面図
（ｂ）本発明の一実施の形態のバンプ付電子部品と基板の断面図
【図５】（ａ）本発明の一実施の形態のバンプ付電子部品のボンディング時の押圧荷重の変化を示すグラフ
（ｂ）本発明の一実施の形態のバンプ付電子部品のボンディング時の超音波振動付与のタイミングチャート
【符号の説明】
１０  ボンディングヘッド
１３  ブロック
１４  ボンディングツール
１５ｅ  保持部
１６ａ  吸着孔
１７  振動子
３０  バンプ付電子部品
３１  バンプ
３２  基板
３３  電極
５０  主制御部
５４  荷重制御部
【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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