(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディングヘッドによって電子部品を基板に押圧して超音波振動を印加することにより前記電子部品をボンディングする電子部品のボンディング装置であって、前記基板が載置される基板載置部と、前記ボンディングヘッドに設けられ前記電子部品に当接して押圧するボンディングツールと、このボンディングツールに超音波振動を付与する振動付与手段と、前記ボンディングツールと別体で設けられ前記電子部品の基板への搭載に先立ってこの電子部品を加熱する部品加熱手段とを備え、前記部品加熱手段は電子部品の下面を接触させて加熱する部品加熱ステージであることを特徴とする電子部品のボンディング装置。
【請求項２】
前記基板は樹脂基板であり、前記基板載置部は載置された樹脂基板をこの樹脂基板のガラス転移温度以下の加熱温度で加熱する基板加熱手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の電子部品のボンディング装置。
【請求項３】
ボンディングヘッドによって電子部品を基板に押圧して超音波振動を印加することにより前記電子部品をボンディングする電子部品のボンディング方法であって、前記基板を基板載置部に載置する基板載置工程と、前記電子部品の基板への搭載に先立ってこの電子部品を加熱する部品加熱工程と、加熱された電子部品を前記ボンディングヘッドに備えられたボンディングツールによって基板に押圧するとともにボンディングツールに超音波振動を付与して電子部品を基板にボンディングするボンディング工程とを含み、前記部品加熱工程において電子部品の下面を部品加熱ステージに接触させて加熱することを特徴とする電子部品のボンディング方法。
【請求項４】
前記基板は樹脂基板であり、樹脂基板を前記基板載置部に備えられた加熱手段によってこの樹脂基板のガラス転移温度以下の加熱温度で加熱することを特徴とする請求項３記載の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、電子部品を基板にボンディングする電子部品の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。
【０００２】
【従来の技術】
バンプ付電子部品などの電子部品を基板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、バンプと基板の電極など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。このボンディングを良好な接合品質で効率よく行うためには、バンプを基板の電極に対して適切な圧着荷重で押圧するとともに、バンプと基板の電極との接合部を加熱することが効果的である。
【０００３】
このため従来より電子部品のボンディング装置には、電子部品または基板をボンディング動作に先立って予め加熱するための加熱手段が設けられている。電子部品を加熱する加熱方式としては、電子部品を保持して基板に押圧するボンディングツールに発熱体を組み込む方式が一般的であり、また基板を加熱する場合には、基板が載置される載置テーブルに発熱体を設ける方式が用いられていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の加熱方式には、以下に述べるような不都合があった。まずボンディングツールに発熱体を組み込む方式では、ボンディングツールに装備された超音波振動子の振動特性が加熱による温度上昇の影響で変化し、安定した超音波振動の付与が困難であった。そして超音波振動子への熱影響を防止しようとすれば、ボンディングツールに断熱機構や冷却機構を別途追加して設けなければならず、ボンディングツールの構造が複雑化してコンパクト化が阻害される結果となっていた。
【０００５】
また、上記問題点を回避するため基板を加熱する場合には、基板の材質によっては基板が温度上昇によって軟化することによる超音波接合時の不具合が避けられなかった。すなわち、超音波を用いたボンディングにおいては、電子部品のバンプと基板の電極とを接触させた状態で接触面を超音波振動によって微小に摺動させることが行われる。
【０００６】
このとき、基板が樹脂材質など温度上昇によって軟化する性質を有する材質である場合には、付与された超音波振動は軟化した基板の伸縮によって吸収されやすい。この結果、バンプと電極の接触面に超音波振動が有効に作用しなくなり、接合効率が低下するとともに接合品質を確保することが困難になっていた。このように、従来の電子部品のボンディング装置には、電子部品や基板の加熱方式に起因して、良好な接合品質で効率よくボンディングを行うことが困難であるという問題点があった。
【０００７】
そこで本発明は、接合効率の低下を防止して接合品質を確保することができる電子部品の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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の電子部品のボンディング装置は、ボンディングヘッドによって電子部品を基板に押圧して超音波振動を印加することにより前記電子部品をボンディングする電子部品のボンディング装置であって、前記基板が載置される基板載置部と、前記ボンディングヘッドに設けられ前記電子部品に当接して押圧するボンディングツールと、このボンディングツールに超音波振動を付与する振動付与手段と、前記ボンディングツールと別体で設けられ前記電子部品の基板への搭載に先立ってこの電子部品を加熱する部品加熱手段とを備え、前記部品加熱手段は電子部品の下面を接触させて加熱する部品加熱ステージである。
【００１０】
請求項２記載の電子部品のボンディング装置は、請求項１記載の電子部品のボンディング装置であって、前記基板は樹脂基板であり、前記基板載置部は載置された樹脂基板をこの樹脂基板のガラス転移温度以下の加熱温度で加熱する基板加熱手段を備えた。
【００１１】
請求項３記載の電子部品のボンディング方法は、ボンディングヘッドによって電子部品を基板に押圧して超音波振動を印加することにより前記電子部品をボンディングする電子部品のボンディング方法であって、前記基板を基板載置部に載置する基板載置工程と、前記電子部品の基板への搭載に先立ってこの電子部品を加熱する部品加熱工程と、加熱された電子部品を前記ボンディングヘッドに備えられたボンディングツールによって基板に押圧するとともにボンディングツールに超音波振動を付与して電子部品を基板にボンディングするボンディング工程とを含み、前記部品加熱工程において電子部品の下面を部品加熱ステージに接触させて加熱する。
【００１３】
請求項４記載の電子部品のボンディング方法は、請求項３記載の電子部品のボンディング方法であって、前記基板は樹脂基板であり、樹脂基板を前記基板載置部に備えられた基板加熱手段によってこの樹脂基板のガラス転移温度以下の加熱温度で加熱する。
【００１４】
本発明によれば、電子部品の基板への搭載に先だって、電子部品の下面を部品加熱手段に予め接触させて加熱することにより、基板の加熱による軟化を生じることなく接合面の温度を上昇させて、超音波接合を効率よく行うとともに接合品質を確保することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の電子部品のボンディング装置の側面図、図２は本発明の実施の形態１の電子部品のボンディング装置の部分正面図、図３は本発明の実施の形態１の電子部品のボンディング装置の部品加熱手段の説明図、図４、図５は本発明の実施の形態１の電子部品のボンディング方法の工程説明図である。
【００１６】
まず図１、図２を参照して電子部品のボンディング装置の構造について説明する。図１において、ＸＹテーブル１上には基板位置決め部２ａが設けられている。基板位置決め部２ａはＸＹテーブル１上に配置されたボンディングステージ３（基板載置部）を備えており、ボンディングステージ３上には基板４が載置されている。ボンディングステージ３は温度調節機能備えたヒータ３ａ（基板加熱手段）を内蔵しており、ヒータ３ａを作動させることにより、上面に載置された基板４を加熱できるようになっている。
【００１７】
基板４は、エポキシ系、ポリイミド系、アクリル系、ポリエチレンテレフタレートなどの樹脂を材質とする樹脂基板である。ヒータ３ａによって基板４を加熱する際には、当該基板４の樹脂材質のガラス転移温度以下の加熱温度で基板４が加熱されるように、温度調整機能によってヒータ３ａの設定温度が調整される。基板４の上面には電子部品実装用の電極４ａが設けられており、電極４ａの表面には金膜が形成されている。ボンディング時にヒータ３ａによって基板４を上述の設定温度で加熱することにより、基板４の樹脂材質が軟化しない範囲で電極４ａの温度を上昇させることができるようになっている。
【００１８】
図２に示すように、ＸＹテーブル１上の基板位置決め部２ａの側方には部品供給部２ｂが設けられており、部品供給部２ｂ上にはボンディング対象の電子部品９が収納されている。ＸＹテーブル１を駆動することにより、基板位置決め部２ａ、部品供給部２ｂを以下に説明するボンディング部５に対して水平方向に相対移動させることができるようになっている。電子部品９の下面には接続用の金電極９ａが形成されており、金電極９ａを基板４の電極４ａにボンディングすることにより、電子部品９は基板４に実装される。
【００１９】
図１において、基板位置決め部２ａの上方にはボンディング部５が配設されている。ボンディング部５は、ヘッド昇降機構６によって昇降するボンディングヘッド７を備えており、ボンディングヘッド７の下端部にはボンディングツール８（以下、単に「ツール８」と略記。）が装着される。図２に示すように、ツール８は細長形状の水平なホーン８ａを備えており、ホーン８ａの下面には、接合作用部８ｂが下方に突出して設けられている。
【００２０】
接合作用部８ｂの下面に吸着孔（図示せず）が設けられており、接合作用部８ｂを電子部品９の上面に当接させてこの吸着孔から真空吸引することにより、電子部品９を吸着して保持する。またホーン８ａの一方側の端部には、振動子８ｃ（振動付与手段）が装着されている。振動子８ｃを駆動することにより、ホーン８ａ、接合作用部８ｂを介して電子部品９に超音波振動が付与される。
【００２１】
ボンディング動作においては、電子部品９を吸着保持したホーン８ａの下方に基板位置決め部２ａを移動させる。そしてヘッド昇降機構６を駆動してボンディングヘッド７を基板位置決め部２ａ上の基板４に対して下降させ、電子部品９の金電極９ａを基板４の電極４ａに位置合わせして押圧する。このとき、振動子８ｃを駆動して、電子部品９に超音波振動を印加する。これにより電子部品９は、基板４に押圧荷重と超音波振動によってボンディングされる。
【００２２】
ボンディングヘッド７とボンディングステージ３との間の空間には、上下両方向の観察を同時に行うことが可能な上下観察光学装置１０が配設されている。上下観察光学装置１０は進退機構１１によって水平方向に進退可能に配設されており、上下観察光学装置１０がボンディングヘッド７とボンディングステージ３との間に進入することにより、ボンディングステージ３上の基板４およびボンディングヘッド７に保持されている電子部品９を同時に観察できるようになっている。
【００２３】
図１において、ボンディング部５の手前側（図１において左側）には、部品加熱手段としての赤外線照射ランプ１８が配設されている。赤外線照射ランプ１８は、移動テーブル１７によって水平移動可能となっており、赤外線照射ランプ１８がボンディング部５側に移動した状態では、図３に示すように赤外線照射ランプ１８はツール８の接合作用部８ｂに保持された電子部品９の下方に位置する。
【００２４】
この状態で赤外線照射ランプ１８を点灯することにより、電子部品９の下面側（電極形成面側）に対して赤外線が照射される。そして電子部品９の下面側は赤外線の輻射熱によって加熱され、金電極９ａの温度が上昇する。なお部品加熱手段の加熱源としては、赤外線照射ランプのほか、同様に赤外線を発生するセラミックヒータや、電磁誘導加熱によって電子部品９を昇温させる方法など、各種の加熱方法を用いることができる。
【００２５】
次にボンディング装置の制御系について説明する。制御部１４は、ヘッド昇降機構６、ＸＹテーブル１、移動テーブル１７の動作を制御する。これにより、ボンディングヘッド７によるボンディング動作や、ボンディング動作に先立って電子部品９を加熱する際の赤外線照射ランプ１８の動作制御が行われる。上下観察光学装置１０の撮像データは認識部１３に送られ、認識部１３がこれらの撮像データを認識処理することにより、ボンディングヘッド７に保持された電子部品９およびボンディングステージ３上の基板４の位置が検出される。前述の電子部品９の金電極９ａと基板４の電極４ａの位置合わせは、この位置検出結果に基づいて制御部１４が前述の各部を制御することにより行われる。
【００２６】
制御部１４は、表示部１５および操作・入力部１６と接続されている。操作・入力部１６は、各種データの入力や、動作指令のための操作コマンドの入力を行う。表示部１５は、上記操作入力時の案内画面を表示するほか、上下観察光学装置１０によって撮像された画面を表示する。
【００２７】
この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、次にボンディング方法について図４、図５を参照して説明する。まず図４（ａ）において、ボンディングステージ３上には、ボンディング対象の基板４が載置される（基板載置工程）。そしてヒータ３ａを作動させて、基板４を当該基板の樹脂材質のガラス転移温度以下の加熱温度で加熱する。これにより、基板４の電極４ａの温度が上昇する。
【００２８】
次いで図４（ｂ）に示すように、部品供給部２ｂをボンディングヘッド７のツール８の下方に位置させ、ヘッド昇降機構６を駆動してツール８を部品供給部２ｂ上の電子部品９に対して昇降させる。これにより、図４（ｃ）に示すように、ツール８の接合作用部８ｂに電子部品９が真空吸着により保持される。そしてこの状態で、上下観察光学装置１０をツール８の下方に進出させて、電子部品９および基板４の撮像が行われ、この撮像データを認識部１３が認識処理することにより、電子部品９および基板４の位置が検出される。
【００２９】
この後、搭載動作に移行する。まず電子部品９の基板４への搭載に先立って、移動テーブル１７を駆動して、図５（ａ）に示すように赤外線照射ランプ１８をツール８に保持された電子部品９の下方に位置させ、赤外線照射ランプ１８を点灯して電子部品９の下面側を赤外線によって加熱する（部品加熱工程）。これにより、電子部品９の金電極９ａが所定の加熱温度まで加熱される。このときの加熱温度は、電子部品９と基板４の種類の組み合わせに応じて、１００℃〜３００℃の間の温度に設定される。この部品加熱工程においては、超音波接合における接合部である金電極９ａを下方の至近位置から加熱するため、接合部を集中的に効率よく昇温させることができるようになっている。
【００３０】
次いでボンディングヘッド７を下降させるとともに、ＸＹテーブル１を駆動して基板４を水平移動させることにより、図５（ｂ）に示すように、ツール８に保持された電子部品９の金電極９ａと基板４の電極４ａとを図４（ｃ）に示す認識により求めた位置検出結果に基づいて位置合わせする。
【００３１】
そして図５（ｃ）に示すように、ツール８によって電子部品９を基板４に対して押圧することにより、電極４ａに金電極９ａを所定ボンディング荷重で押しつけるとともに、振動子８ｃを駆動して接合作用部８ｂを介して電子部品９に超音波振動を印加する。これにより、電子部品９は金電極９ａが電極４ａの表面に形成された金膜と拡散接合されることによりボンディングされ（ボンディング工程）、電子部品９の基板４への実装が完了する。
【００３２】
この超音波接合においては、接合対象の金電極９ａは赤外線照射ランプ１８によって、また電極４ａはヒータ３ａによって予め加熱されており、しかもこれらの加熱は基板４への部品搭載の直前に行われ温度低下が少ないことから、超音波ボンディング過程における接合温度を極力高温に保つことが可能となっている。これにより、金電極９ａと電極４ａの接合表面部分を軟化させて接合界面の面積を増大することができるとともに、接合過程における金属拡散を促進して良好な接合品質を得ることができる。
【００３３】
このとき、基板４の加熱に際しては、当該樹脂材質のガラス転移温度以下となるように加熱温度が設定されることから、基板４が過度に昇温することによる基板本体の軟化が発生しない。これにより、接合部の周囲の軟化した基板４が超音波振動を吸収することによる振動作用の損失が少なく、電子部品９に伝達された超音波振動を金電極９ａと電極４ａの接合部に有効に作用させて、効率のよい接合を行うことができる。
【００３４】
また、電子部品９を予め加熱する部品加熱手段をツール８と別体に設けていることから、この部品加熱によってツール８の温度が上昇することがない。このため振動子８ｃの温度上昇に起因する振動特性の変化を防止することができ、安定した振動付与が可能となっている。従って、部品加熱手段を内蔵した従来のボンディングツールに必要とされた断熱機構や冷却機構を設ける必要がなく、構造が簡単でコンパクトなボンディングツールが実現される。
【００３５】
なお上記実施の形態１では、基板４の種類として、温度上昇によって軟化しやすく本発明の効果が顕著に現れる樹脂基板を対象とした例を説明したが、本発明の対象は樹脂基板には限定されないことはもちろんである。また、ボンディングに先立って行われる基板４の加熱は必ずしも必須ではなく、電子部品９の加熱のみによっても上述の効果を得ることができる。
【００３６】
さらに上記実施の形態１では、接合部の材質の組み合わせとして、表面に金膜を有する電極４ａに金電極９ａを接合する例を示したが、金属表面を相互に押し当てて金属拡散によって接合を行うことが可能な組み合わせであれば、金以外の金属材質を接合部に用いてもよい。
【００３７】
（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２の電子部品のボンディング装置の部分正面図、図７は本発明の実施の形態２の電子部品のボンディング装置の動作説明図、図８は本発明の実施の形態２の電子部品のボンディング装置の部分正面図である。
【００３８】
図６において、ＸＹテーブル１上には、実施の形態１に示すものと同様の基板位置決め部２ａ、部品供給部２ｂが配設されており、基板位置決め部２ａと部品供給部２ｂの間には、ヒータ１９ａが内蔵された部品加熱ステージ１９が配置されている。ＸＹテーブル１を駆動することにより、基板位置決め部２ａ、部品加熱ステージ１９、部品供給部２ｂのいずれかをボンディングヘッド７の下方に位置させることができる。
【００３９】
図７（ａ）に示すように、ヒータ１９ａによって上面が加熱された状態の部品加熱ステージ１９に、ツール８によって部品供給部２ｂから取り出した電子部品９を載置し、電子部品９の下面の金電極９ａを部品加熱ステージ１９に接触させることにより、金電極９ａは部品加熱ステージ１９上面からの熱伝達により加熱される。すなわち、ここでは部品加熱ステージ１９が部品加熱手段となっている。
【００４０】
金電極９ａの部品加熱ステージ１９への押し当てを所定時間行ったならば、ツール８を上昇させてＸＹテーブル１を移動させ、図７（ｂ）に示すように、電子部品９を保持したツール８に対してボンディングステージ３上の基板４を位置合わせする。そして実施の形態１と同様に、金電極９ａを基板の電極４ａに押し当て、振動子８ｃを駆動して電子部品９に超音波振動を印加する。これにより、電子部品９は基板４にボンディングされる。
【００４１】
本実施の形態２においても、電子部品９の基板４への搭載に先だって金電極９ａを加熱していることから、実施の形態１に示す例と同様に、接合品質の確保と接合効率の向上が実現される。
【００４２】
なお、部品加熱ステージ１９を用いる構成として、図８に示すような構成、すなわち、部品供給部２ｂ’をＸＹステージ１と別個に配置し、移載ヘッド２０により部品供給部２ｂ’から電子部品９を取り出して部品加熱ステージ１９上に載置するようにしてもよい。この構成においては、部品加熱ステージ１９によって所定時間加熱された電子部品９を、ツール８によって保持して基板４にボンディングする。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、電子部品の基板への搭載に先だって、電子部品の下面を部品加熱手段に予め接触させて加熱するようにしたので、基板の加熱による軟化を生じることなく接合面の温度を上昇させて超音波接合を効率よく行うとともに接合品質を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の電子部品のボンディング装置の側面図
【図２】本発明の実施の形態１の電子部品のボンディング装置の部分正面図
【図３】本発明の実施の形態１の電子部品のボンディング装置の部品加熱手段の説明図
【図４】本発明の実施の形態１の電子部品のボンディング方法の工程説明図
【図５】本発明の実施の形態１の電子部品のボンディング方法の工程説明図
【図６】本発明の実施の形態２の電子部品のボンディング装置の部分正面図
【図７】本発明の実施の形態２の電子部品のボンディング装置の動作説明図
【図８】本発明の実施の形態２の電子部品のボンディング装置の部分正面図
【符号の説明】
３  ボンディングステージ
４  基板
４ａ  電極
５  ボンディング部
７  ボンディングヘッド
８  ボンディングツール（ツール）
９  電子部品
９ａ  金電極
１８  赤外線照射ランプ
【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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【図８】
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