JPH11265913A - バンプ付電子部品のボンディング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 バンプ付電子部品のバンプをボンディン
グツールにより基板の電極に対して押圧するとともに振
動を付与してバンプを基板の電極にボンディングするボ
ンディング方法において、バンプに塑性変形を生じさせ
得る第１の押圧荷重Ｆ１と、バンプをボンディングする
ための適正なボンディング荷重である第２の押圧荷重Ｆ
２とを設定しておき、ボンディング動作時には、まず第
１の押圧荷重Ｆ１で押圧し、次いで第２の押圧荷重Ｆ２
で押圧するとともにバンプ付き電子部品に振動を付与す
るようにした。これにより基板の高低差やバンプ高さに
ばらつきがある場合でも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。

Description

【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、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、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３
２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３
０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１
４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１５
ａ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１３
ａ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１
６ａ（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３
２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５
０はこの画像データからバンプ付電子部品３０と基板３
２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３
３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ｔ
２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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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、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。