JP3622727B2 - 超音波ボンディング装置および超音波ボンディング方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を基板に超音波振動と荷重によりボンディングする超音波ボンディング装置および超音波ボンディング方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体チップ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、ボンディングツールを電子部品に当接させ、電子部品を基板に対して押圧しながら超音波振動を付与し、電子部品と基板と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行う超音波ボンディング装置では、基板の下面を下受け面で支持した状態で、電子部品を基板の上面に対して押圧する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記ボンディングにおいては、ボンディングツールによって電子部品に伝達された荷重と超音波振動は、電子部品と基板との接合面に作用するのみならず、基板の下面と下受け面との当接面にも作用する。この結果、ボンディング過程において基板の下面と下受け面とが摩擦され、ボンディング後にこの当接面が一時的に固着された状態となる場合がある。
【0004】
そしてこのような固着状態のまま基板を移載ヘッドによって吸着して取り出すと、移載ヘッドの吸着よりも固着力の方が強い場合には、移載ヘッドを上昇させた後にも基板が下受け面に残留する吸着ミスを生じる。このように従来の超音波ボンディングにおいては、基板と下受け面との固着に起因して、取り出し時の吸着ミスが発生するという問題点があった。
【0005】
そこで本発明は、ボンディング後の取り出し時の吸着ミスを防止することができる超音波ボンディング装置および超音波ボンディング方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の超音波ボンディング装置は、電子部品を基板に超音波振動と荷重によりボンディングする超音波ボンディング装置であって、前記基板を下受けする基板下受け部と、この基板に搭載された電子部品を押圧するとともにこの電子部品に超音波振動を印加することにより電子部品と基板との接合面を超音波接合するボンディングツールと、電子部品がボンディングされた基板を取り出す基板取り出し手段と、前記ボンディングツールによる電子部品のボンディング過程において基板の下面と前記基板下受け部の上面との当接面に一時的に生じる基板固着状態を解消する固着解消手段とを備えた。
【0007】
請求項2記載の超音波ボンディング装置は、請求項1記載の超音波ボンディング装置であって、前記固着解消手段は、前記基板に対して前記当接面に略平行な方向の外力を作用させて固着面をせん断する。
【0008】
請求項3記載の超音波ボンディング装置は、請求項1記載の超音波ボンディング装置であって、前記固着解消手段は、前記基板に対して前記当接面に略垂直な方向の外力を作用させて固着面を引き離す。
【0009】
請求項4記載の超音波ボンディング方法は、電子部品を基板に超音波振動と荷重によりボンディングする超音波ボンディング方法であって、前記基板を基板下受け部上に載置して基板の下面を基板下受け部の上面に当接させる基板載置工程と、この基板に搭載された電子部品をボンディングツールによって押圧するとともに超音波振動を印加することにより電子部品と基板との接合面を超音波接合するボンディング工程と、このボンディング工程において基板の下面と前記基板下受け部の上面との当接面に一時的に生じる基板固着状態を解消する固着解消工程と、固着状態が解消された後に電子部品がボンディングされた基板を取り出す基板取り出し工程とを含む。
【0010】
請求項5記載の超音波ボンディング方法は、請求項4記載の超音波ボンディング方法であって、前記固着解消工程において、前記基板に対して前記当接面に略平行な方向の外力を作用させて固着面をせん断する。
【0011】
請求項6記載の超音波ボンディング方法は、請求項4記載の超音波ボンディング方法であって、前記固着解消工程において、前記基板に対して前記当接面に略垂直な方向の外力を作用させて固着面を引き離す。
【0012】
本発明によれば、ボンディングツールによって電子部品を押圧する際に基板の下面と基板下受け部の上面との当接面に一時的に生じる固着状態を解消する固着解消手段とを備えることにより、ボンディング後の取り出し時の吸着ミスを防止することができる。
【0013】
【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超音波ボンディング装置の斜視図、図2は本発明の一実施の形態の超音波ボンディングの対象となる基板および電子部品の斜視図、図3(a)は本発明の一実施の形態の超音波ボンディング装置のマスクプレートの平面図、図3(b)は本発明の一実施の形態の超音波ボンディング装置のマスクプレートの断面図、図4、図5、図6は本発明の一実施の形態の超音波ボンディング方法の工程説明図である。
【0014】
まず図1を参照して、超音波ボンディング装置の構造を説明する。図1において、基台1上には基板下受け部3が配設されている。基板下受け部3は、上面の下受け面によってボンディング対象の基板を下受けするとともに、内蔵されたヒータによって基板を加熱する。基板下受け部3の上面には、複数の開口部4aが形成されたマスクプレート4が装着される。
【0015】
基台1上に垂直に立設された複数のポスト2の上端には、水平なガイド部材5が固定されており、マスクプレート4の両端部はガイド部材5によってガイドされ、矢印a方向にスライド自在となっている。マスクプレート4の手前側の端部には、シリンダ6のロッド6aが当接しており、ロッド6aが突出することにより、マスクプレート4はガイド部材5によってガイドされた状態で水平移動する。またマスクプレート4の手前側の端部にはコイルバネ7が結合されており、コイルバネ7はマスクプレート4を常にシリンダ6側に付勢する。
【0016】
基台1の後背側は部品供給部10となっており、部品供給部10には基板供給フィーダ11およびチップ供給フィーダ12が並行に配設されている。基板供給フィーダ11、チップ供給フィーダ12は、それぞれ複数のパッケージ基板13(以下、単に「基板13」と略記する。)、電子部品14を手前側の取り出し位置まで順次搬送し、以下に説明する移載ヘッド16、ボンディングヘッド15に対して供給する。
【0017】
ここで図2(a)、(b)を参照して、基板13および電子部品14について説明する。図2(a)、(b)に示すように、電子部品14は矩形のチップ型部品であり、下面には接続用の端子14aが形成されている。基板13は、凹部13aが設けられたパッケージであり、凹部13aの底面には複数の電極13bが電子部品14の端子14aの位置に対応して形成されている。また基板13には、電極13bと電気的に接続された外部電極13cが形成されている。電子部品14を凹部13a内に搭載して端子14aを電極13bに当接させた状態で、電子部品14を基板13に対して押圧するとともに超音波振動を印加することにより、端子14aは電極13bに超音波圧接される。
【0018】
図1において、部品供給部10およびマスクプレート4の上方には、移載ヘッド16およびボンディングヘッド15が水平移動自在に配設されている。移載ヘッド16は、基板供給フィーダ11から基板13を取り出し、マスクプレート4に設けられた開口部4a内の基板下受け部3の上面に載置する。ボンディングヘッド15は、下端部に設けられた接合作用部15aによってチップ供給フィーダ12上の電子部品14を吸着保持する。
【0019】
そしてボンディングヘッド15はマスクプレート4上に移動して基板13に電子部品14を搭載し、超音波振動と荷重によりボンディングする。電子部品14がボンディングされた実装後の基板13は、移載ヘッド16によって開口部4aから取り出され、完成品パッケージ18として完成品搬出レール17上に載置された後、搬出方向へ搬送される。
【0020】
次に図3を参照して、マスクプレート4について説明する。図3(a)に示すように、マスクプレート4には開口部4aが複数設けられており、図3(b)に示すように基板13は、開口部4a内の基板下受け部3の上面(下受け面)に載置される。基板下受け部3は上面の基板13を加熱するとともに、内部空間3aに連通して設けられた真空吸引源19を駆動することにより、開口部4aの位置に対応して設けられた吸着孔3bから真空吸引し、開口部4a内に載置された基板13の下面を真空吸着により保持する。
【0021】
図3(a)に示すように、マスクプレート4の側端部には、屈曲形状のピン溝4bが2カ所設けられており、マスクプレート4が基板下受け部3上に装着された状態では、ピン溝4bには位置が固定されたピン20が嵌合している。この状態で、シリンダ6のロッド6aを突出させることにより、マスクプレート4は矢印b方向へロッド6aの突出ストローク分だけ水平移動する。
【0022】
このとき、ピン溝4bは寸法dだけ屈曲した形状で設けられているため、ピン20がピン溝4bに対して相対移動する際に、マスクプレート4は矢印c方向に寸法dだけ水平移動する。そしてロッド6aを没入させると、マスクプレート4はコイルバネ7の付勢力により引き戻され、上述のロッド突出時の水平移動の軌跡を逆方向に移動する。このマスクプレート4の水平移動に伴い、開口部4a内に載置された基板13は、開口部4aの内端面が基板13に当接することによりマスクプレート4の移動方向へ押送される。
【0023】
この超音波ボンディング装置は上記のように構成されており、以下超音波ボンディング方法について、図4,図5,図6を参照して説明する。先ずマスクプレート4への基板13の載置及び位置合わせについて、図4を参照して説明する。
【0024】
図4(a)において、マスクプレート4の開口部4a内には、移載ヘッド16によって基板13が載置される。このとき、基板13の姿勢や載置位置は正確に合わされておらず、個々の開口部4a内でばらついている。次いで、図4(b)に示すように、シリンダ6のロッド6aを突出させる。これにより、マスクプレート4はピン溝4bの屈曲形状に沿った水平移動を行う。そしてこの水平移動によって、各開口部4a内の基板13は開口部4aの2つの内端面e,fによって押送される。
【0025】
この後シリンダ6のロッド6aを没入させることにより、図4(c)に示すようにマスクプレート4はコイルバネ7によって引き戻される。これにより基板13は開口部4aの2つの内端面g,hによって手前側に押送され、マスクプレート4が原位置に停止することにより、各基板13は開口部4a内において一方側のコーナに沿った固定位置に位置合わせされた状態となる。
【0026】
次いで吸着孔3b(図3(b)参照)から真空吸引することにより、基板13は基板下受け部3の下受け面に保持される。そしてこのようにして位置合わせされ保持された基板13に対して、電子部品14のボンディングが行われる。このボンディングについて図5を参照して説明する。
【0027】
図5(a)において、上記位置合わせされた基板13には、ボンディングヘッド15の接合作用部15aに保持された電子部品14が位置合わせされる。次いで図5(b)に示すように、電子部品14の下面を基板13の凹部13aの底面に着地させる。そして接合作用部15aを介して電子部品14に荷重と超音波振動を印加することにより、電子部品14の端子14aは基板13の電極13bにボンディングされる(図2参照)。
【0028】
このとき、電子部品14に印加される荷重と超音波振動は、電子部品14と基板13とをボンディングするように作用するのみならず、基板13の下面と基板下受け部3の下受け面との当接面Bにも作用する。この結果、ボンディング過程において、この当接面Bが一時的に固着された状態となる場合がある。特に外部電極13cのような金属部が基板13の下面に形成されている場合には、このような現象が頻発する。このような固着状態は、ボンディング後の基板13を移載ヘッド16によって取り出す際の吸着ミスの原因となるため、本実施の形態の超音波ボンディング装置においては、以下に説明する固着解消動作を行うようにしている。
【0029】
すなわち先ず吸着孔3bによる真空吸引を解除し、次いでシリンダ6を駆動してロッド6aの突没動作を行わせる。これにより図5(c)に示すように、マスクプレート4はシリンダ6のストロークに応じた往復動を行う。このとき、基板13は開口部4aの内端面によって水平方向に押送され、これにより当接面Bが一時的に固着状態にあっても、この押送動作によって固着状態が解消する。
【0030】
この固着解消動作においては、開口部4aの内端面によって基板13に対して当接面Bに略平行な方向の外力を作用させて、固着面をせん断するようにしている。したがって、マスクプレート4及びシリンダ6は、当接面Bに略平行な方向の外力を作用させて固着面をせん断する固着解消手段となっている。
【0031】
そしてこの固着解消動作の後、図5(d)に示すように、基板13に電子部品14がボンディングされた完成品パッケージ18を開口部4aから取り出し、完成品搬出レール17上に載置する。このとき、移載ヘッド16によるピックアップに先立って、上述の固着解消動作を行うようにしているので、ピックアップ時の吸着ミスが発生しない。
【0032】
なお、上記実施の形態では、固着解消動作においてマスクプレート4を水平移動させることにより、基板13に対して当接面Bと平行方向の外力を作用させるようにしているが、固着解消動作において図6に示すような方法を用いてもよい。
【0033】
図6(a)に示す例では、基板下受け部3に真空吸引源19のみならず正圧付与手段21を備え、ボンディング後に吸着孔3bからエアブローを行う。これにより、当接面Bがエアブローの力によって上下に引き離され、固着状態が解消する。このエアブローは、移載ヘッド16を基板13の上面に当接させた状態で行ってもよい。
【0034】
また図6(b)に示す例では、基板下受け部3に突き上げピン22を昇降駆動するピン駆動機構23を備え、吸着孔3bを介して突き上げピン22を昇降させるようにしたものである。ボンディング後には、突き上げピン22によって基板13の下面をわずかに突き上げる。これにより、当接面Bが突き上げピン22の力によって上下に引き離され、固着状態が解消する。
【0035】
図6(a)、(b)に示す上記2つの方法は、固着解消動作において、基板13に対して当接面Bに略垂直な方向の外力を作用させて固着面を引き離すようにしている。図6(a)においては、吸着孔3b及び正圧付与手段21が、基板13に対して当接面Bに略垂直な方向の外力を作用させて固着面を引き離す固着解消手段となっており、図6(b)においては、突き上げピン22及びピン駆動機構23が、同様に固着解消手段となっている。
【0036】
【発明の効果】
本発明によれば、ボンディングツールによって電子部品を押圧する際に基板の下面と下受け部の上面との当接面に一時的に生じる固着状態を解消する固着解消手段とを備えたので、ボンディング後の取り出し時の吸着ミスを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の超音波ボンディング装置の斜視図
【図2】本発明の一実施の形態の超音波ボンディングの対象となる基板および電子部品の斜視図
【図3】(a)本発明の一実施の形態の超音波ボンディング装置のマスクプレートの平面図
(b)本発明の一実施の形態の超音波ボンディング装置のマスクプレートの断面図
【図4】本発明の一実施の形態の超音波ボンディング方法の工程説明図
【図5】本発明の一実施の形態の超音波ボンディング方法の工程説明図
【図6】本発明の一実施の形態の超音波ボンディング方法の工程説明図
【符号の説明】
3 基板下受け部
4 マスクプレート
4a 開口部
6 シリンダ
13 基板
14 電子部品
15 ボンディングヘッド
16 移載ヘッド
21 正圧付与手段
22 突き上げピン
23 ピン駆動機構
Claims (6)
- 電子部品を基板に超音波振動と荷重によりボンディングする超音波ボンディング装置であって、前記基板を下受けする基板下受け部と、この基板に搭載された電子部品を押圧するとともにこの電子部品に超音波振動を印加することにより電子部品と基板との接合面を超音波接合するボンディングツールと、電子部品がボンディングされた基板を取り出す基板取り出し手段と、前記ボンディングツールによる電子部品のボンディング過程において基板の下面と前記基板下受け部の上面との当接面に一時的に生じる基板固着状態を解消する固着解消手段とを備えたことを特徴とする超音波ボンディング装置。
- 前記固着解消手段は、前記基板に対して前記当接面に略平行な方向の外力を作用させて固着面をせん断することを特徴とする請求項1記載の超音波ボンディング装置。
- 前記固着解消手段は、前記基板に対して前記当接面に略垂直な方向の外力を作用させて固着面を引き離すことを特徴とする請求項1記載の超音波ボンディング装置。
- 電子部品を基板に超音波振動と荷重によりボンディングする超音波ボンディング方法であって、前記基板を基板下受け部上に載置して基板の下面を基板下受け部の上面に当接させる基板載置工程と、この基板に搭載された電子部品をボンディングツールによって押圧するとともに超音波振動を印加することにより電子部品と基板との接合面を超音波接合するボンディング工程と、このボンディング工程において基板の下面と前記基板下受け部の上面との当接面に一時的に生じる基板固着状態を解消する固着解消工程と、固着状態が解消された後に電子部品がボンディングされた基板を取り出す基板取り出し工程とを含むことを特徴とする超音波ボンディング方法。
- 前記固着解消工程において、前記基板に対して前記当接面に略平行な方向の外力を作用させて固着面をせん断することを特徴とする請求項4記載の超音波ボンディング方法。
- 前記固着解消工程において、前記基板に対して前記当接面に略垂直な方向の外力を作用させて固着面を引き離すことを特徴とする請求項4記載の超音波ボンディング方法。
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