JPH11345829A - バンプ付き電子部品のボンディング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 接合結果のばらつきを防止することができる
バンプ付き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】 ボンディングヘッドによってバンプ付き
の電子部品のバンプを被圧着面の電極に押圧して超音波
振動を印加することによりボンディングするボンディン
グ方法において、ボンディングヘッドを下降させてバン
プを電極に当接させ、押圧荷重を増大させて目標値に到
達するのを監視し、目標値に到達したならば押圧荷重を
作用させた状態でボンディングヘッドに超音波振動を印
加する。そして電子部品と被圧着面の間の隙間の変化を
監視し、この隙間が所定の隙間に到達したならば超音波
振動の印加を停止するようにした。これにより、電子部
品と被圧着面との適正な隙間を確保して、ばらつきのな
い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す
る必要がある。このため、従来のバンプ付き電子部品の
ボンディング方法においては、ボンディングヘッドをバ
ンプ付き電子部品に当接させて押圧を開始し、押圧荷重
が所定値に到達した後にこの荷重値を所定時間保持する
ことによりバンプを電極に接合する制御方法が用いられ
ていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところでボンディング
過程での電極に対するバンプの押圧状態を確認する意味
で、電子部品と基板との隙間を適切に保つ必要がある。
すなわちこの隙間が過大であれば押圧不足であり接合が
完全になされてなく、また隙間が過小であれば押圧力に
よりバンプが押しつぶされて隣接したバンプとの短絡の
おそれがあるなど、この隙間は接合状態の良否と密接な
関係を有している。しかしながら、従来のバンプ付き電
子部品のボンディング方法では、上述のように押圧荷重
は制御されているものの、ボンディング過程でのバンプ
の押圧状態を制御することができず、その結果前述の隙
間が一定せずに、押圧不足による接合不良や押圧過剰に
よるバンプのつぶれなど接合結果のばらつきが生じると
いう問題点があった。

【０００４】そこで本発明は、接合結果のばらつきを防
止することができるバンプ付き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。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のバンプ付き電子
部品のボンディング方法は、ボンディングヘッドによっ
てバンプ付き電子部品のバンプを被圧着面の電極に押圧
して超音波振動を印加することにより前記電極にボンデ
ィングするバンプ付き電子部品のボンディング方法であ
って、前記ボンディングヘッドを下降させて前記バンプ
を前記電極に当接させる工程と、前記ボンディングヘッ
ドを更に下降させてバンプの押圧荷重を増大させる工程
と、前記押圧荷重を監視する工程と、この押圧荷重が目
標値に到達したならば前記押圧荷重を作用させた状態で
前記ボンディングヘッドに超音波振動を印加する工程
と、前記バンプ付き電子部品と被圧着面との隙間を高さ
計測手段により監視する工程と、この隙間が所定値に到
達したならば前記超音波振動の印加を停止する工程とを
含む。

【０００６】本発明によれば、バンプ付き電子部品と被
圧着面との隙間の変化を監視しながら超音波振動を印加
してバンプを被圧着面に押圧し、この隙間が所定の隙間
に到達したならば前記超音波振動の印加を停止すること
により、適正な隙間を確保してばらつきのないボンディ
ングを行うことができる。

【０００７】

【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ボンディング装置の正面図、図２は
同バンプ付き電子部品のボンディング方法のフロー図、
図３（ａ）は同ボンディング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３（ｂ）は同ボンディン
グ過程における押圧荷重を示すグラフ、図３（ｃ）は同
ボンディング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。

【０００８】まず、図１を参照してバンプ付き電子部品
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。シリンダ４は常時第２昇降板３を
下方へ付勢する。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。

【０００９】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。

【００１０】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３
０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。

【００１１】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。

【００１２】ボンディング過程における超音波振動子２
１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振動子駆動出力がグラフ表
示される。

【００１３】このバンプ付き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、次に動作を図２のフ
ローに沿って図３のグラフを参照しながら説明する。ボ
ンディングツール２０の保持部に電子部品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２のフローが開始する。まずタイミングｔ０にてＺ軸
モータ６を駆動して電子部品３０を保持したボンディン
グヘッド１０を下降させる（ＳＴ１）。この後ボンディ
ングヘッド１０は下降し、タイミングｔ１にて電子部品
３０のバンプが基板３２の電極上面に当接する。すると
ロードセル１３の出力が変化してこの当接が主制御部３
５によって検出される（ＳＴ２）。

【００１４】このタイミングｔ１よりｚ軸モータ６の駆
動を超低速に切り換え、シリンダ４による電子部品３０
の押圧荷重を徐々に増大させる（ＳＴ３）。また押圧開
始とともに荷重読取部４２により押圧荷重を監視する
（ＳＴ４）。そして押圧荷重が規定の圧着荷重として設
定された目標値に到達したか否かが判断される（ＳＴ
５）。タイミングｔ２にて押圧荷重が目標値に到達した
ならば、Ｚ軸モータ６の駆動を停止して電子部品３０を
基板へ押し付ける押圧荷重を固定する（ＳＴ６）。

【００１５】タイミングｔ１からタイミングｔ２の過程
で、電子部品３０のバンプは押圧荷重によって変形し、
ボンディングヘッド１０もこの変形に伴ってｈ１からｈ
２へ下降する。タイミングｔ１の時点では、バンプの高
さのばらつきや基板のうねり等により、ごく一部のバン
プのみが基板に接触しているだけであるが、タイミング
ｔ２の時点では、ほぼ全てのバンプが基板と当接する。
超音波接合においては超音波を印加する前に全てのバン
プを基板に接触させておくことが接合品質を維持するた
めに重要である。従って、押圧荷重の目標値は全てのバ
ンプを基板に接触させるために必要な値に設定してお
く。Ｚ軸モータ６を停止したら、超音波振動子２１の駆
動が開始され（ＳＴ７）、これ以降に高さ読取部４１に
よるボンディングヘッド１０の高さ監視が開始する（Ｓ
Ｔ８）。超音波が印加されることにより、バンプはさら
に変形し、ボンディングヘッド１０は徐々に下降する。

【００１６】そしてボンディングヘッド１０の高さが設
定高さｈ３に到達したか否か、すなわち電子部品３０と
基板３２との隙間が所定位置に到達したか否かが判断さ
れ（ＳＴ９）、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（ＳＴ１０）。この
後ボンディングヘッド１０を上昇させて（ＳＴ１１）、
電子部品３０のボンディングを終了する。このように、
ボンディング過程においてボンディングヘッドの高さが
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、ボンディング過程終了
時には、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。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、バンプ付きの電子部品
と被圧着面の間の隙間の変化を監視しながら超音波振動
を印加してバンプを被圧着面に押圧し、この隙間が所定
の隙間に到達したならば前記超音波振動の印加を停止す
るようにしたので、適正な隙間を確保してばらつきのな
い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
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き電子部品の
ボンディング方法のフロー図

【図３】（ａ）本発明の一実施の形態のボンディング過
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ボンディング過程におけ
る押圧荷重を示すグラフ （ｃ）本発明の一実施の形態のボンディング過程におけ
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 １３ ロードセル ２０ ボンディングツール ２１ 超音波振動子 ３０ 電子部品 ３２ 基板 ３５ 主制御部 ３８ 荷重制御部 ３９ 超音波振動子駆動部 ４０ リニアスケールユニット ４１ 高さ読取部 ４２ 荷重読取部 ４３ 電流測定部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ボンディングヘッドによってバンプ付き電
   子部品のバンプを被圧着面の電極に押圧して超音波振動
   を印加することにより前記電極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であって、前記ボン
   ディングヘッドを下降させて前記バンプを前記電極に当
   接させる工程と、前記ボンディングヘッドを更に下降さ
   せてバンプの押圧荷重を増大させる工程と、前記押圧荷
   重を監視する工程と、この押圧荷重が目標値に到達した
   ならば前記押圧荷重を作用させた状態で前記ボンディン
   グヘッドに超音波振動を印加する工程と、前記バンプ付
   き電子部品と被圧着面との隙間を高さ計測手段により監
   視する工程と、この隙間が所定値に到達したならば前記
   超音波振動の印加を停止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ボンディング方法。