JP3850351B2 - 電子部品素子の実装方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子や圧電素子等の電子部品素子をフェースダウンボンディングにより回路基板上に実装するための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体素子や圧電素子等の電子部品素子を回路基板上に実装するのにフェースダウンボンディングが採用されている。
【０００３】
かかるフェースダウンボンディングにて電子部品素子の実装を行なう場合、多数の回路配線が設けられている回路基板をステージ上に固定し、その一主面に、複数個のＡｕバンプを下面に有したフリップチップ型の電子部品素子を、Ａｕバンプが対応する回路配線の接続パッドに当接するようにして回路基板上に載置するとともに、該電子部品素子をボンディングヘッドで回路基板側へ押圧し、この状態でＡｕバンプに対し熱や超音波振動等を印加し、Ａｕバンプを接続パッドに熱圧着することにより電子部品素子の実装が行なわれている。
【０００４】
また、上述した従来の実装プロセスでは、キャリア上に載置している複数の回路基板を真空吸着器等を用いて１個ずつ取り出した上、これをステージ上に固定し、電子部品素子の実装作業が終わった後で、回路基板を再びキャリア上に戻し、次のプロセスへと移送するようにしていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の実装方法においては、回路基板の固定に真空吸着器が用いられており、近時の回路基板の小型化に対応するには、支持面に設けられる吸着穴の大きさを回路基板のサイズに応じた小さな穴に設計する必要がある。
【０００６】
しかしながら、真空吸着器の吸着穴が小さくなると、吸着力が著しく低下することとなるため、回路基板を強固に固定するのに必要な吸着力を得ることが困難になってしまい、特にＡｕバンプの熱圧着に際して超音波振動等を印加する場合には、振動によって電子部品素子と回路基板との間に位置ズレを生じ、Ａｕバンプを良好に接合することが不可となる欠点を有していた。
【０００７】
そこで上記欠点を解消するために、電子部品素子の実装時、回路基板の一主面をボンディングヘッドと押さえ機構で電子部品素子と共に押圧することが提案されている。
【０００８】
しかしながら、回路基板と電子部品素子とを同時に押圧した場合、これらの部材を押圧する際の衝撃等によって回路基板−電子部品素子間に位置ズレを生じることがあり、しかもこの場合、超音波振動は回路基板に対しても印加されることから、熱圧着作業中、回路基板−電子部品素子間のズレ量が超音波振動によって徐々に拡大してしまい、結局、Ａｕバンプを接続パッドに正確に接合することが不可となる欠点が誘発される。
【０００９】
また近時の電子装置の小型化に伴い、極めて精密なボンディング精度が要求されており、そのためにはボンディングヘッドと押さえ治具との位置関係をより高い精度で制御しなければならなくなってきている。
【００１０】
更に上述した従来の実装方法では、回路基板をキャリアから１個ずつ取り出して電子部品素子を実装するようにしているため、作業効率が極めて悪く、電子装置の生産性向上に供することが困難であった。
【００１１】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、電子部品素子のＡｕバンプを回路基板の接続パッドに対して良好に接合することが可能で、かつ、作業効率ならびに生産性に優れた電子部品素子の実装方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子部品素子の実装方法は、電子部品素子が載置される実装領域と非実装領域とに区画された回路基板をキャリアの一主面に設けた複数の凹部内に個々に収容してステージに載置する工程と、前記回路基板の上面のうち非実装領域を押さえ治具でもって下方に押圧する工程と、前記押さえ治具で前記回路基板を押圧した状態のまま、下面にＡｕバンプを有した電子部品素子をボンディングヘッドで保持して前記回路基板の実装領域に載置するとともに、前記電子部品素子の上面を前記ボンディングヘッドで押圧しつつ前記電子部品素子のＡｕバンプに熱を印加して前記Ａｕバンプを前記回路基板の接続パッドに熱圧着する工程とを含む電子部品素子の実装方法であって、前記凹部の底面に外部の真空ポンプ部に連通される吸着穴を設けるとともに、前記回路基板を前記吸着穴上に載置することにより前記凹部の底面に真空吸着し、前記Ａｕバンプの熱圧着に際し、前記押さえ治具と前記ボンディングヘッドとを非接触にした状態で、前記Ａｕバンプに対して前記ボンディングヘッドより超音波振動を印加することを特徴とするものである。
【００１３】
また本発明の電子部品素子の実装方法は、上記構成において、前記ボンディングヘッド及び前記押さえ治具を機構的に連結しており、かつ、前記電子部品素子の実装に際して、前記押さえ治具が下降動作を開始してから前記回路基板上面の押圧を開始するまでの間、前記ボンディングヘッド及び前記押さえ治具の下降動作も連動して行なわせるとともに、前記押さえ治具が前記回路基板上面の押圧を開始した後、前記ボンディングヘッドの下降動作のみを継続させて前記電子部品素子を前記回路基板上に載置することを特徴とするものである。
【００１４】
また本発明の電子部品素子の実装方法は、上記各構成において、前記回路基板に対する前記押さえ治具の押圧力と前記電子部品素子に対する前記ボンディングヘッドの押圧力とを独立して設定することを特徴とするものである。
【００１５】
また本発明の電子部品素子の実装方法は、上記各構成において、前記ボンディングヘッドで保持した前記電子部品素子を前記回路基板上に載置するタイミングを前記押さえ治具が前記回路基板上面の押圧を開始するタイミングよりも遅らせるように前記押さえ治具及び前記ボンディングヘッドの動作を制御し連動させることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の実装方法によれば、まず回路基板の非実装領域を押さえ治具で押圧した後、電子部品素子を回路基板の実装領域に搭載するようにしたことから、電子部品素子のＡｕバンプを接続パッドに熱圧着する際に、回路基板を良好かつ強固に固定して回路基板−電子部品素子間の位置ズレを有効に防止することができ、Ａｕバンプを回路基板の接続パッドに対して良好に接合することが可能となる。
また本発明の実装方法によれば、Ａｕバンプの熱圧着に際し、Ａｕバンプに対してボンディングヘッドより超音波振動を印加するようにすれば、回路基板−電子部品素子間に大きな位置ズレが発生することなく、Ａｕバンプを接続パッドに対して短時間で効率良く接合することができる。
【００１７】
更に本発明の実装方法によれば、ボンディングヘッドと押さえ治具を機構的に連結させ、電子部品素子の実装に伴う両者の上下移動を一部連動させて行なうようにすることにより、ボンディングヘッドと押さえ治具の相対位置制御を精度良く、しかも高速に行なうことができるようになり、小型の回路基板を用いる場合であっても作業効率が低下することなく精密で確実なボンディングを行なうことが可能となる。
【００１８】
また更に本発明の実装方法によれば、回路基板に対する押さえ治具の押圧力と電子部品素子に対するボンディングヘッドの押圧力とを独立して設定可能とすることにより、回路基板及び電子部品素子に対して、回路基板の固定、並びにＡｕバンプの熱圧着に適した強さの押圧力を印加することができる。従って、Ａｕバンプの熱圧着に超音波振動等を利用する場合であっても押さえ治具の押圧力を回路基板の固定に必要な強さに調整することができ、ボンディングの作業性を良好となすことができる利点もある。
【００１９】
更にまた本発明の実装方法によれば、ボンディングヘッドで保持した電子部品素子を回路基板上に載置するタイミングを押さえ治具によって回路基板を押圧するタイミングよりも遅らせるようにしたことから、回路基板の位置ズレが発生することなく、電子部品素子を回路基板の所定の位置に確実に載置することができる。
【００２０】
また更に本発明の実装方法によれば、キャリアの凹部に回路基板を収容した状態のまま、電子部品素子を回路基板上に搭載することにより、電子部品素子の実装作業を極めて効率良く行なうことができるようになる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の実装方法により製作した電子装置の断面図であり、１は回路基板、３は接続パッド、４は電子部品素子、５はＡｕバンプである。
【００２２】
前記回路基板１は、セラミック材料やガラス−セラミック材料等によって矩形状をなすように形成されており、該回路基板１の上面には、その内側に後述する電子部品素子４を収容するための矩形状の枠体２が回路基板１の外周に沿って一体的に取着されている。
【００２３】
前記回路基板１及び枠体２の上面及び内部には、図示しない回路配線やビアホール等が所定パターンに設けられており、また前記枠体２の内側に位置する回路基板１の上面には電子部品素子４のＡｕバンプ５が熱圧着される複数個の接続パッド３が設けられている。
【００２４】
前記回路基板１は、その一主面（上面）が、電子部品素子４が実装される実装領域と、それ以外の領域（非実装領域）とに区画されており、かかる一主面で枠体２や電子部品素子４等を支持するための支持母材として機能する。尚、前記回路基板１の他主面（下面）には、回路基板１をマザーボード等の外部配線板に搭載する際、回路基板１の回路配線等をマザーボード等の配線導体に電気的に接続するための端子電極（図示せず）が設けられる。
【００２５】
かかる回路基板１は、ガラス−セラミック材料から成る場合、セラミック成分としてクリストバライト、石英、コランダム（αアルミナ）、ムライト、コージェライト等の絶縁セラミック材料やＭｇＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、ＴｉＯ２等の誘電体セラミック材料，Ｎｉ−Ｚｎフェライト、Ｍｎ−Ｚｎフェライト等の磁性体セラミック材料等が、またガラス成分としてはＢ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、アルカリ土類酸化物を含むガラスフリット等が用いられ、これらのセラミック材料やガラス材料に有機溶剤等を添加・混合して得た所定のセラミックグリーンシートを複数層、積層した上、これをプレス成形し、更に高温で焼成することによって回路基板１及び枠体２が一体的に形成される。
【００２６】
また、回路基板１及び枠体２の上面や内部に設けられる回路配線やビアホールは、先に述べた回路基板１の形成時、セラミックグリーンシート間、或いはセラミックグリーンシートに予め設けておいた貫通孔の内部に、例えばＡｇ、Ｗ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属を含む導電材料を介在もしくは充填させておき、これらをセラミックグリーンシートの焼成時に同時に焼成することによって形成される。
【００２７】
尚、前記セラミックグリーンシートの厚みは例えば２０μｍ〜３００μｍに、回路基板１等に設けられる回路配線の厚みは例えば５μｍ〜２５μｍに設定され、またビアホールの内部に充填されるビアホール導体の直径は例えば５０μｍ〜３００μｍに設定される。
【００２８】
そして上述した回路基板１の一主面で、枠体２の内側には、電子部品素子４が搭載されている。
【００２９】
前記電子部品素子４としては、半導体素子や圧電素子，フィルタ，コンデンサ等の電子部品素子が用いられ、このような電子部品素子４の下面には、金（Ａｕ）もしくは金を主成分とする金属により略球状をなすように形成されたＡｕバンプ５が複数個、設けられている。
【００３０】
かかる電子部品素子４は一般にフリップチップと呼ばれており、従来周知のフェースダウンボンディング、即ち、電子部品素子４の下面に設けられている複数個のＡｕバンプ５を、回路基板１上の対応する接続パッド３に個々に熱圧着させて接合することにより回路基板１上の所定位置に搭載される。
【００３１】
そして、上述した電子装置は、マザーボード等の外部配線板上に搭載された上、携帯電話やパーソナルコンピュータ等の電子デバイスに組み込まれることによって電子装置として機能する。
【００３２】
次に上述した電子装置の電子部品素子４を回路基板１上に実装する方法について図２、図３及び図４を用いて説明する。尚、図２は本発明の一実施形態に係る実装方法を説明するための工程毎の断面図、図３は本発明の実装方法に用いられる実装装置の押さえ治具とボンディングヘッドとの位置関係を示す平面図、図４は本発明の実装方法に用いられる実装装置の側面図である。
【００３３】
（１）まず、図２（ａ）に示す如く、一主面に枠体２を取着した回路基板１を準備し、これをステージ１０上に配設したキャリア１１の凹部１２内に載置する。
【００３４】
前記回路基板１は、前述した如く、その一主面を、電子部品素子４が載置される実装領域と、枠体２等が取着される非実装領域とに区画してあり、先に述べた製法によって製作される。
【００３５】
一方、前記ステージ１０は、その上面でキャリア１１を支持するためのものであり、その内部には、後述する電子部品素子４のＡｕバンプ５を回路基板１の接続パッド３に対して熱圧着するのに必要な所定の熱エネルギーを発生させるためヒータが内蔵され、このようなヒータによって電子部品素子４のＡｕバンプ５を例えば１８０℃の温度で加熱する。
【００３６】
また前記ステージ１０上に配設するキャリア１１は、その一主面（上面）に設けた凹部１２内に電子部品素子４が収容されるようになっており、該凹部１２の開口部は回路基板１よりも若干大きめのサイズ、具体的には回路基板１の外形よりも縦方向及び横方向に０．２ｍｍ程大きく形成されている。
【００３７】
本実施形態においては、キャリア１１の凹部底面に、外部の真空ポンプ等に接続・連通されている吸着穴２０を設けてあり、この吸着穴で回路基板１の他主面（図中の下面）を真空吸着することにより回路基板１をキャリア１１の所定位置に仮固定している。
【００３８】
（２）次に、図２（ｂ）に示す如く、実装装置の押さえ治具１３で、回路基板１の非実装領域を下方（ステージ１０側）に押圧し、電子部品素子４の圧着作業が完了するまでの間、この状態を維持する。
【００３９】
前記押さえ治具１３は、枠体２と同様の矩形状をなすように形成され、その中央部には、後述する（３）の工程でボンディングヘッド１４で保持した電子部品素子４を上下方向に通過させるための貫通穴１３ａが設けられており、回路基板１の非実装領域、具体的には、枠体２の上面を押圧するようになっている。
【００４０】
尚、前記枠体２が押さえ治具１３より受ける荷重は例えば１２００ｇｆ〜２５００ｇｆに設定され、かかる押圧力と前述の吸着力とによって、回路基板１を凹部１２内の所定位置に固定することとなる。
【００４１】
そしてこのような実装装置の押さえ治具１３とボンディングヘッド１４は、連結アーム２２によって機構的に連結しており、押さえ治具１３とボンディングヘッド１４はＺ軸駆動部２１によって鉛直軸方向の上下運動が一部連動して動作するように、具体的には、押さえ治具１３が下降動作を開始してから回路基板上面の押圧を開始するまでの間はボンディングヘッド１４と押さえ治具１３の下降動作が連動して行なわれ、押さえ治具１３が回路基板上面の押圧を開始した後はボンディングヘッド１４の下降動作のみが継続して行なわれ、このような一連の動作を経て電子部品素子４を回路基板１上に実装するようになっている。
【００４２】
このような実装装置を用いて電子部品素子の実装作業を行なうことにより、ボンディングヘッド１４と押さえ治具１３の相対位置制御を精度良く、しかも高速に行なうことができるようになり、小型の回路基板１を用いる場合であっても作業効率が低下することなく精密で確実なボンディングを行なうことが可能となる。
【００４３】
（３）次に、図２（ｃ）に示す如く、ボンディングヘッド１４で電子部品素子４を保持し、これを押さえ機構１３によって固定している回路基板１の実装領域に載置する。
【００４４】
前記ボンディングヘッド１４には、その下面に外部の真空ポンプ等に接続し連通させている吸着穴が設けられており、かかるボンディングヘッド１４で電子部品素子４を真空吸着することにより電子部品素子４をボンディングヘッド１４の下端部に保持する。
【００４５】
このボンディングヘッド１４も昇降自在に可動して、先に述べた押さえ治具１３と連動するように、即ち、押さえ治具１３によって回路基板１を押圧するタイミングから所定時間経過した後で電子部品素子４を回路基板１上に載置するように下降動作を制御してあり、このとき、電子部品素子４は押さえ治具１３によってしっかりと固定した回路基板１に対して位置合わせするため、回路基板１に対する電子部品素子４の位置合わせがより正確に行なわれることとなる。
【００４６】
尚、前記電子部品素子４は、その下面に複数個のＡｕバンプ５を有しており、これらのＡｕバンプ５を回路基板１の対応する接続パッド３と当接するようにして回路基板１に位置合わせする。また前記電子部品素子４の位置合わせは、従来周知の画像認識技術等を採用し、ＸＹ軸駆動部２３をＸ−Ｙ方向に移動することによって行なう。
【００４７】
（４）次に、電子部品素子４の上面をボンディングヘッド１４で下方に押圧しつつ、電子部品素子４のＡｕバンプ５に熱と超音波振動とを印加し、これによって電子部品素子４のＡｕバンプ５を回路基板１の接続パッド３に接合する。
【００４８】
このとき、電子部品素子４がボンディングヘッド１４から受ける荷重の大きさは徐々に増大するように制御され、例えば電子部品素子４への荷重が１０ｇｆに到達した時点で超音波振動の印加を開始し、また荷重が５０ｇｆに到達した時点で超音波振動の印加を終了するとともに、ボンディングヘッド１４による押圧力の印加を解除する。
【００４９】
また一方、Ａｕバンプ５に対して印加する熱は、ステージ１０に内蔵しておいたヒータより供給されるようになっており、このような熱とボンディングヘッド１４からの押圧力と超音波振動とをＡｕバンプ５に対して同時に印加することにより、Ａｕバンプ５を回路基板１の接続パッド３に対し短時間で効率良く熱圧着する。
【００５０】
この場合、回路基板１は、電子部品素子４を載置する前より押さえ治具１３でキャリア１１上の所定位置に良好に固定しており、電子部品素子４を載置する際の衝撃やＡｕバンプ５を熱圧着する際の超音波振動等によって回路基板１−電子部品素子４間に大きな位置ズレを生じることはないことから、Ａｕバンプ５を回路基板１の接続パッド３に対して良好に接合することができる。
【００５１】
しかも、この場合、回路基板１に対する押さえ治具１３の押圧力と電子部品素子４に対するボンディングヘッド１４の押圧力は、個々に独立して設定可能としていることから、回路基板１及び電子部品素子４に対してそれぞれの固定に適した強さの押圧力を印加することができ、従って、本実施形態のように回路基板１に対して超音波振動を印加する場合であっても回路基板１に対する押圧力を強める等して押圧力を最適な強さに調整しておけば、回路基板１−電子部品素子４間の位置ズレを確実に防止することができ、ボンディングの作業性を良好となすことができる。
【００５２】
また、ここでキャリア１１の一主面（上面）には、図５に示すような複数の凹部１２が形成されており、複数の回路基板１はキャリア１１の各凹部１２に収容された状態でステージ１０に移載され、しかる後、キャリア１１上に配された各回路基板１の上面に電子部品素子４を実装するようになっている。この場合、移載不良が発生することは殆どなく、ボンディング作業の効率化を図ることもできる。
【００５３】
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更・改良等が可能である。
【００５４】
また上述の実施形態において回路基板１の一主面に取着した枠体２の上部を樹脂材や蓋体で封止するようにしても構わない。
【００５５】
更に上述の実施形態においては電子部品素子４を内部に収容するための枠体２を回路基板１の一主面に一体的に取着するようにしたが、枠体２の存在しない回路基板上に電子部品素子を実装する場合にも上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明の実装方法によれば、まず回路基板の非実装領域を押さえ治具で押圧した後、電子部品素子を回路基板の実装領域に搭載するようにしたことから、電子部品素子のＡｕバンプを接続パッドに熱圧着する際に、回路基板を良好かつ強固に固定して回路基板−電子部品素子間の位置ズレを有効に防止することができ、Ａｕバンプを回路基板の接続パッドに対して良好に接合することが可能となる。
また本発明の実装方法によれば、Ａｕバンプの熱圧着に際し、Ａｕバンプに対してボンディングヘッドより超音波振動を印加するようにすれば、回路基板−電子部品素子間に大きな位置ズレが発生することなく、Ａｕバンプを接続パッドに対して短時間で効率良く接合することができる。
【００５７】
更に本発明の実装方法によれば、ボンディングヘッドと押さえ治具を機構的に連結させ、電子部品素子の実装に伴う両者の上下移動を一部連動させて行なうようにすることにより、ボンディングヘッドと押さえ治具の相対位置制御を精度良く、しかも高速に行なうことができるようになり、小型の回路基板を用いる場合であっても作業効率が低下することなく精密で確実なボンディングを行なうことが可能となる。
【００５８】
また更に本発明の実装方法によれば、回路基板に対する押さえ治具の押圧力と電子部品素子に対するボンディングヘッドの押圧力とを独立して設定可能とすることにより、回路基板及び電子部品素子に対して、回路基板の固定、並びにＡｕバンプの熱圧着に適した強さの押圧力を印加することができる。従って、Ａｕバンプの熱圧着に超音波振動等を利用する場合であっても押さえ治具の押圧力を回路基板の固定に必要な強さに調整することができ、ボンディングの作業性を良好となすことができる利点もある。
【００５９】
更にまた本発明の実装方法によれば、ボンディングヘッドで保持した電子部品素子が回路基板上に載置するタイミングを押さえ治具によって回路基板を押圧するタイミングよりも遅らせるようにしたことから、回路基板の位置ズレが発生することなく、電子部品素子を回路基板の所定の位置に確実に載置することができる。
【００６０】
また更に本発明の実装方法によれば、キャリアの凹部に回路基板を収容した状態のまま、電子部品素子を回路基板上に搭載することにより、電子部品素子の実装作業を極めて効率良く行なうことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実装方法により製作した電子装置の断面図である。
【図２】 （ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施形態に係る実装方法を説明するための工程毎の断面図である。
【図３】 本発明の実装方法に使用される実装装置の押さえ治具とボンディングヘッドの位置関係を示す平面図である。
【図４】 本発明の実装方法に用いられる実装装置の構成を示す図である。
【図５】 本発明の実装方法に用いられるキャリヤの外観斜視図である。
【符号の説明】
１・・・回路基板
２・・・枠体
３・・・接続パッド
４・・・電子部品素子
５・・・Ａｕバンプ
１０・・・ステージ
１１・・・キャリア
１２・・・凹部
１３・・・押さえ治具
１４・・・ボンディングヘッド
２１・・・Ｚ軸駆動部
２２・・・連結アーム
２３・・・ＸＹ駆動部
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子や圧電素子等の電子部品素子をフェースダウンボンディングにより回路基板上に実装するための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体素子や圧電素子等の電子部品素子を回路基板上に実装するのにフェースダウンボンディングが採用されている。
【０００３】
かかるフェースダウンボンディングにて電子部品素子の実装を行なう場合、多数の回路配線が設けられている回路基板をステージ上に固定し、その一主面に、複数個のＡｕバンプを下面に有したフリップチップ型の電子部品素子を、Ａｕバンプが対応する回路配線の接続パッドに当接するようにして回路基板上に載置するとともに、該電子部品素子をボンディングヘッドで回路基板側へ押圧し、この状態でＡｕバンプに対し熱や超音波振動等を印加し、Ａｕバンプを接続パッドに熱圧着することにより電子部品素子の実装が行なわれている。
【０００４】
また、上述した従来の実装プロセスでは、キャリア上に載置している複数の回路基板を真空吸着器等を用いて１個ずつ取り出した上、これをステージ上に固定し、電子部品素子の実装作業が終わった後で、回路基板を再びキャリア上に戻し、次のプロセスへと移送するようにしていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の実装方法においては、回路基板の固定に真空吸着器が用いられており、近時の回路基板の小型化に対応するには、支持面に設けられる吸着穴の大きさを回路基板のサイズに応じた小さな穴に設計する必要がある。
【０００６】
しかしながら、真空吸着器の吸着穴が小さくなると、吸着力が著しく低下することとなるため、回路基板を強固に固定するのに必要な吸着力を得ることが困難になってしまい、特にＡｕバンプの熱圧着に際して超音波振動等を印加する場合には、振動によって電子部品素子と回路基板との間に位置ズレを生じ、Ａｕバンプを良好に接合することが不可となる欠点を有していた。
【０００７】
そこで上記欠点を解消するために、電子部品素子の実装時、回路基板の一主面をボンディングヘッドと押さえ機構で電子部品素子と共に押圧することが提案されている。
【０００８】
しかしながら、回路基板と電子部品素子とを同時に押圧した場合、これらの部材を押圧する際の衝撃等によって回路基板−電子部品素子間に位置ズレを生じることがあり、しかもこの場合、超音波振動は回路基板に対しても印加されることから、熱圧着作業中、回路基板−電子部品素子間のズレ量が超音波振動によって徐々に拡大してしまい、結局、Ａｕバンプを接続パッドに正確に接合することが不可となる欠点が誘発される。
【０００９】
また近時の電子装置の小型化に伴い、極めて精密なボンディング精度が要求されており、そのためにはボンディングヘッドと押さえ治具との位置関係をより高い精度で制御しなければならなくなってきている。
【００１０】
更に上述した従来の実装方法では、回路基板をキャリアから１個ずつ取り出して電子部品素子を実装するようにしているため、作業効率が極めて悪く、電子装置の生産性向上に供することが困難であった。
【００１１】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、電子部品素子のＡｕバンプを回路基板の接続パッドに対して良好に接合することが可能で、かつ、作業効率ならびに生産性に優れた電子部品素子の実装方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子部品素子の実装方法は、電子部品素子が載置される実装領域と非実装領域とに区画された回路基板をキャリアの一主面に設けた複数の凹部内に個々に収容してステージに載置する工程と、前記回路基板の上面のうち非実装領域を押さえ治具でもって下方に押圧する工程と、前記押さえ治具で前記回路基板を押圧した状態のまま、下面にＡｕバンプを有した電子部品素子をボンディングヘッドで保持して前記回路基板の実装領域に載置するとともに、前記電子部品素子の上面を前記ボンディングヘッドで押圧しつつ前記電子部品素子のＡｕバンプに熱を印加して前記Ａｕバンプを前記回路基板の接続パッドに熱圧着する工程とを含む電子部品素子の実装方法であって、前記凹部の底面に外部の真空ポンプ部に連通される吸着穴を設けるとともに、前記回路基板を前記吸着穴上に載置することにより前記凹部の底面に真空吸着し、前記Ａｕバンプの熱圧着に際し、前記押さえ治具と前記ボンディングヘッドとを非接触にした状態で、前記Ａｕバンプに対して前記ボンディングヘッドより超音波振動を印加することを特徴とするものである。
【００１３】
また本発明の電子部品素子の実装方法は、上記構成において、前記ボンディングヘッド及び前記押さえ治具を機構的に連結しており、かつ、前記電子部品素子の実装に際して、前記押さえ治具が下降動作を開始してから前記回路基板上面の押圧を開始するまでの間、前記ボンディングヘッド及び前記押さえ治具の下降動作も連動して行なわせるとともに、前記押さえ治具が前記回路基板上面の押圧を開始した後、前記ボンディングヘッドの下降動作のみを継続させて前記電子部品素子を前記回路基板上に載置することを特徴とするものである。
【００１４】
また本発明の電子部品素子の実装方法は、上記各構成において、前記回路基板に対する前記押さえ治具の押圧力と前記電子部品素子に対する前記ボンディングヘッドの押圧力とを独立して設定することを特徴とするものである。
【００１５】
また本発明の電子部品素子の実装方法は、上記各構成において、前記ボンディングヘッドで保持した前記電子部品素子を前記回路基板上に載置するタイミングを前記押さえ治具が前記回路基板上面の押圧を開始するタイミングよりも遅らせるように前記押さえ治具及び前記ボンディングヘッドの動作を制御し連動させることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の実装方法によれば、まず回路基板の非実装領域を押さえ治具で押圧した後、電子部品素子を回路基板の実装領域に搭載するようにしたことから、電子部品素子のＡｕバンプを接続パッドに熱圧着する際に、回路基板を良好かつ強固に固定して回路基板−電子部品素子間の位置ズレを有効に防止することができ、Ａｕバンプを回路基板の接続パッドに対して良好に接合することが可能となる。
また本発明の実装方法によれば、Ａｕバンプの熱圧着に際し、Ａｕバンプに対してボンディングヘッドより超音波振動を印加するようにすれば、回路基板−電子部品素子間に大きな位置ズレが発生することなく、Ａｕバンプを接続パッドに対して短時間で効率良く接合することができる。
【００１７】
更に本発明の実装方法によれば、ボンディングヘッドと押さえ治具を機構的に連結させ、電子部品素子の実装に伴う両者の上下移動を一部連動させて行なうようにすることにより、ボンディングヘッドと押さえ治具の相対位置制御を精度良く、しかも高速に行なうことができるようになり、小型の回路基板を用いる場合であっても作業効率が低下することなく精密で確実なボンディングを行なうことが可能となる。
【００１８】
また更に本発明の実装方法によれば、回路基板に対する押さえ治具の押圧力と電子部品素子に対するボンディングヘッドの押圧力とを独立して設定可能とすることにより、回路基板及び電子部品素子に対して、回路基板の固定、並びにＡｕバンプの熱圧着に適した強さの押圧力を印加することができる。従って、Ａｕバンプの熱圧着に超音波振動等を利用する場合であっても押さえ治具の押圧力を回路基板の固定に必要な強さに調整することができ、ボンディングの作業性を良好となすことができる利点もある。
【００１９】
更にまた本発明の実装方法によれば、ボンディングヘッドで保持した電子部品素子を回路基板上に載置するタイミングを押さえ治具によって回路基板を押圧するタイミングよりも遅らせるようにしたことから、回路基板の位置ズレが発生することなく、電子部品素子を回路基板の所定の位置に確実に載置することができる。
【００２０】
また更に本発明の実装方法によれば、キャリアの凹部に回路基板を収容した状態のまま、電子部品素子を回路基板上に搭載することにより、電子部品素子の実装作業を極めて効率良く行なうことができるようになる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の実装方法により製作した電子装置の断面図であり、１は回路基板、３は接続パッド、４は電子部品素子、５はＡｕバンプである。
【００２２】
前記回路基板１は、セラミック材料やガラス−セラミック材料等によって矩形状をなすように形成されており、該回路基板１の上面には、その内側に後述する電子部品素子４を収容するための矩形状の枠体２が回路基板１の外周に沿って一体的に取着されている。
【００２３】
前記回路基板１及び枠体２の上面及び内部には、図示しない回路配線やビアホール等が所定パターンに設けられており、また前記枠体２の内側に位置する回路基板１の上面には電子部品素子４のＡｕバンプ５が熱圧着される複数個の接続パッド３が設けられている。
【００２４】
前記回路基板１は、その一主面（上面）が、電子部品素子４が実装される実装領域と、それ以外の領域（非実装領域）とに区画されており、かかる一主面で枠体２や電子部品素子４等を支持するための支持母材として機能する。尚、前記回路基板１の他主面（下面）には、回路基板１をマザーボード等の外部配線板に搭載する際、回路基板１の回路配線等をマザーボード等の配線導体に電気的に接続するための端子電極（図示せず）が設けられる。
【００２５】
かかる回路基板１は、ガラス−セラミック材料から成る場合、セラミック成分としてクリストバライト、石英、コランダム（αアルミナ）、ムライト、コージェライト等の絶縁セラミック材料やＭｇＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、ＴｉＯ２等の誘電体セラミック材料，Ｎｉ−Ｚｎフェライト、Ｍｎ−Ｚｎフェライト等の磁性体セラミック材料等が、またガラス成分としてはＢ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、アルカリ土類酸化物を含むガラスフリット等が用いられ、これらのセラミック材料やガラス材料に有機溶剤等を添加・混合して得た所定のセラミックグリーンシートを複数層、積層した上、これをプレス成形し、更に高温で焼成することによって回路基板１及び枠体２が一体的に形成される。
【００２６】
また、回路基板１及び枠体２の上面や内部に設けられる回路配線やビアホールは、先に述べた回路基板１の形成時、セラミックグリーンシート間、或いはセラミックグリーンシートに予め設けておいた貫通孔の内部に、例えばＡｇ、Ｗ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属を含む導電材料を介在もしくは充填させておき、これらをセラミックグリーンシートの焼成時に同時に焼成することによって形成される。
【００２７】
尚、前記セラミックグリーンシートの厚みは例えば２０μｍ〜３００μｍに、回路基板１等に設けられる回路配線の厚みは例えば５μｍ〜２５μｍに設定され、またビアホールの内部に充填されるビアホール導体の直径は例えば５０μｍ〜３００μｍに設定される。
【００２８】
そして上述した回路基板１の一主面で、枠体２の内側には、電子部品素子４が搭載されている。
【００２９】
前記電子部品素子４としては、半導体素子や圧電素子，フィルタ，コンデンサ等の電子部品素子が用いられ、このような電子部品素子４の下面には、金（Ａｕ）もしくは金を主成分とする金属により略球状をなすように形成されたＡｕバンプ５が複数個、設けられている。
【００３０】
かかる電子部品素子４は一般にフリップチップと呼ばれており、従来周知のフェースダウンボンディング、即ち、電子部品素子４の下面に設けられている複数個のＡｕバンプ５を、回路基板１上の対応する接続パッド３に個々に熱圧着させて接合することにより回路基板１上の所定位置に搭載される。
【００３１】
そして、上述した電子装置は、マザーボード等の外部配線板上に搭載された上、携帯電話やパーソナルコンピュータ等の電子デバイスに組み込まれることによって電子装置として機能する。
【００３２】
次に上述した電子装置の電子部品素子４を回路基板１上に実装する方法について図２、図３及び図４を用いて説明する。尚、図２は本発明の一実施形態に係る実装方法を説明するための工程毎の断面図、図３は本発明の実装方法に用いられる実装装置の押さえ治具とボンディングヘッドとの位置関係を示す平面図、図４は本発明の実装方法に用いられる実装装置の側面図である。
【００３３】
（１）まず、図２（ａ）に示す如く、一主面に枠体２を取着した回路基板１を準備し、これをステージ１０上に配設したキャリア１１の凹部１２内に載置する。
【００３４】
前記回路基板１は、前述した如く、その一主面を、電子部品素子４が載置される実装領域と、枠体２等が取着される非実装領域とに区画してあり、先に述べた製法によって製作される。
【００３５】
一方、前記ステージ１０は、その上面でキャリア１１を支持するためのものであり、その内部には、後述する電子部品素子４のＡｕバンプ５を回路基板１の接続パッド３に対して熱圧着するのに必要な所定の熱エネルギーを発生させるためヒータが内蔵され、このようなヒータによって電子部品素子４のＡｕバンプ５を例えば１８０℃の温度で加熱する。
【００３６】
また前記ステージ１０上に配設するキャリア１１は、その一主面（上面）に設けた凹部１２内に電子部品素子４が収容されるようになっており、該凹部１２の開口部は回路基板１よりも若干大きめのサイズ、具体的には回路基板１の外形よりも縦方向及び横方向に０．２ｍｍ程大きく形成されている。
【００３７】
本実施形態においては、キャリア１１の凹部底面に、外部の真空ポンプ等に接続・連通されている吸着穴２０を設けてあり、この吸着穴で回路基板１の他主面（図中の下面）を真空吸着することにより回路基板１をキャリア１１の所定位置に仮固定している。
【００３８】
（２）次に、図２（ｂ）に示す如く、実装装置の押さえ治具１３で、回路基板１の非実装領域を下方（ステージ１０側）に押圧し、電子部品素子４の圧着作業が完了するまでの間、この状態を維持する。
【００３９】
前記押さえ治具１３は、枠体２と同様の矩形状をなすように形成され、その中央部には、後述する（３）の工程でボンディングヘッド１４で保持した電子部品素子４を上下方向に通過させるための貫通穴１３ａが設けられており、回路基板１の非実装領域、具体的には、枠体２の上面を押圧するようになっている。
【００４０】
尚、前記枠体２が押さえ治具１３より受ける荷重は例えば１２００ｇｆ〜２５００ｇｆに設定され、かかる押圧力と前述の吸着力とによって、回路基板１を凹部１２内の所定位置に固定することとなる。
【００４１】
そしてこのような実装装置の押さえ治具１３とボンディングヘッド１４は、連結アーム２２によって機構的に連結しており、押さえ治具１３とボンディングヘッド１４はＺ軸駆動部２１によって鉛直軸方向の上下運動が一部連動して動作するように、具体的には、押さえ治具１３が下降動作を開始してから回路基板上面の押圧を開始するまでの間はボンディングヘッド１４と押さえ治具１３の下降動作が連動して行なわれ、押さえ治具１３が回路基板上面の押圧を開始した後はボンディングヘッド１４の下降動作のみが継続して行なわれ、このような一連の動作を経て電子部品素子４を回路基板１上に実装するようになっている。
【００４２】
このような実装装置を用いて電子部品素子の実装作業を行なうことにより、ボンディングヘッド１４と押さえ治具１３の相対位置制御を精度良く、しかも高速に行なうことができるようになり、小型の回路基板１を用いる場合であっても作業効率が低下することなく精密で確実なボンディングを行なうことが可能となる。
【００４３】
（３）次に、図２（ｃ）に示す如く、ボンディングヘッド１４で電子部品素子４を保持し、これを押さえ機構１３によって固定している回路基板１の実装領域に載置する。
【００４４】
前記ボンディングヘッド１４には、その下面に外部の真空ポンプ等に接続し連通させている吸着穴が設けられており、かかるボンディングヘッド１４で電子部品素子４を真空吸着することにより電子部品素子４をボンディングヘッド１４の下端部に保持する。
【００４５】
このボンディングヘッド１４も昇降自在に可動して、先に述べた押さえ治具１３と連動するように、即ち、押さえ治具１３によって回路基板１を押圧するタイミングから所定時間経過した後で電子部品素子４を回路基板１上に載置するように下降動作を制御してあり、このとき、電子部品素子４は押さえ治具１３によってしっかりと固定した回路基板１に対して位置合わせするため、回路基板１に対する電子部品素子４の位置合わせがより正確に行なわれることとなる。
【００４６】
尚、前記電子部品素子４は、その下面に複数個のＡｕバンプ５を有しており、これらのＡｕバンプ５を回路基板１の対応する接続パッド３と当接するようにして回路基板１に位置合わせする。また前記電子部品素子４の位置合わせは、従来周知の画像認識技術等を採用し、ＸＹ軸駆動部２３をＸ−Ｙ方向に移動することによって行なう。
【００４７】
（４）次に、電子部品素子４の上面をボンディングヘッド１４で下方に押圧しつつ、電子部品素子４のＡｕバンプ５に熱と超音波振動とを印加し、これによって電子部品素子４のＡｕバンプ５を回路基板１の接続パッド３に接合する。
【００４８】
このとき、電子部品素子４がボンディングヘッド１４から受ける荷重の大きさは徐々に増大するように制御され、例えば電子部品素子４への荷重が１０ｇｆに到達した時点で超音波振動の印加を開始し、また荷重が５０ｇｆに到達した時点で超音波振動の印加を終了するとともに、ボンディングヘッド１４による押圧力の印加を解除する。
【００４９】
また一方、Ａｕバンプ５に対して印加する熱は、ステージ１０に内蔵しておいたヒータより供給されるようになっており、このような熱とボンディングヘッド１４からの押圧力と超音波振動とをＡｕバンプ５に対して同時に印加することにより、Ａｕバンプ５を回路基板１の接続パッド３に対し短時間で効率良く熱圧着する。
【００５０】
この場合、回路基板１は、電子部品素子４を載置する前より押さえ治具１３でキャリア１１上の所定位置に良好に固定しており、電子部品素子４を載置する際の衝撃やＡｕバンプ５を熱圧着する際の超音波振動等によって回路基板１−電子部品素子４間に大きな位置ズレを生じることはないことから、Ａｕバンプ５を回路基板１の接続パッド３に対して良好に接合することができる。
【００５１】
しかも、この場合、回路基板１に対する押さえ治具１３の押圧力と電子部品素子４に対するボンディングヘッド１４の押圧力は、個々に独立して設定可能としていることから、回路基板１及び電子部品素子４に対してそれぞれの固定に適した強さの押圧力を印加することができ、従って、本実施形態のように回路基板１に対して超音波振動を印加する場合であっても回路基板１に対する押圧力を強める等して押圧力を最適な強さに調整しておけば、回路基板１−電子部品素子４間の位置ズレを確実に防止することができ、ボンディングの作業性を良好となすことができる。
【００５２】
また、ここでキャリア１１の一主面（上面）には、図５に示すような複数の凹部１２が形成されており、複数の回路基板１はキャリア１１の各凹部１２に収容された状態でステージ１０に移載され、しかる後、キャリア１１上に配された各回路基板１の上面に電子部品素子４を実装するようになっている。この場合、移載不良が発生することは殆どなく、ボンディング作業の効率化を図ることもできる。
【００５３】
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更・改良等が可能である。
【００５４】
また上述の実施形態において回路基板１の一主面に取着した枠体２の上部を樹脂材や蓋体で封止するようにしても構わない。
【００５５】
更に上述の実施形態においては電子部品素子４を内部に収容するための枠体２を回路基板１の一主面に一体的に取着するようにしたが、枠体２の存在しない回路基板上に電子部品素子を実装する場合にも上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明の実装方法によれば、まず回路基板の非実装領域を押さえ治具で押圧した後、電子部品素子を回路基板の実装領域に搭載するようにしたことから、電子部品素子のＡｕバンプを接続パッドに熱圧着する際に、回路基板を良好かつ強固に固定して回路基板−電子部品素子間の位置ズレを有効に防止することができ、Ａｕバンプを回路基板の接続パッドに対して良好に接合することが可能となる。
また本発明の実装方法によれば、Ａｕバンプの熱圧着に際し、Ａｕバンプに対してボンディングヘッドより超音波振動を印加するようにすれば、回路基板−電子部品素子間に大きな位置ズレが発生することなく、Ａｕバンプを接続パッドに対して短時間で効率良く接合することができる。
【００５７】
更に本発明の実装方法によれば、ボンディングヘッドと押さえ治具を機構的に連結させ、電子部品素子の実装に伴う両者の上下移動を一部連動させて行なうようにすることにより、ボンディングヘッドと押さえ治具の相対位置制御を精度良く、しかも高速に行なうことができるようになり、小型の回路基板を用いる場合であっても作業効率が低下することなく精密で確実なボンディングを行なうことが可能となる。
【００５８】
また更に本発明の実装方法によれば、回路基板に対する押さえ治具の押圧力と電子部品素子に対するボンディングヘッドの押圧力とを独立して設定可能とすることにより、回路基板及び電子部品素子に対して、回路基板の固定、並びにＡｕバンプの熱圧着に適した強さの押圧力を印加することができる。従って、Ａｕバンプの熱圧着に超音波振動等を利用する場合であっても押さえ治具の押圧力を回路基板の固定に必要な強さに調整することができ、ボンディングの作業性を良好となすことができる利点もある。
【００５９】
更にまた本発明の実装方法によれば、ボンディングヘッドで保持した電子部品素子が回路基板上に載置するタイミングを押さえ治具によって回路基板を押圧するタイミングよりも遅らせるようにしたことから、回路基板の位置ズレが発生することなく、電子部品素子を回路基板の所定の位置に確実に載置することができる。
【００６０】
また更に本発明の実装方法によれば、キャリアの凹部に回路基板を収容した状態のまま、電子部品素子を回路基板上に搭載することにより、電子部品素子の実装作業を極めて効率良く行なうことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実装方法により製作した電子装置の断面図である。
【図２】 （ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施形態に係る実装方法を説明するための工程毎の断面図である。
【図３】 本発明の実装方法に使用される実装装置の押さえ治具とボンディングヘッドの位置関係を示す平面図である。
【図４】 本発明の実装方法に用いられる実装装置の構成を示す図である。
【図５】 本発明の実装方法に用いられるキャリヤの外観斜視図である。
【符号の説明】
１・・・回路基板
２・・・枠体
３・・・接続パッド
４・・・電子部品素子
５・・・Ａｕバンプ
１０・・・ステージ
１１・・・キャリア
１２・・・凹部
１３・・・押さえ治具
１４・・・ボンディングヘッド
２１・・・Ｚ軸駆動部
２２・・・連結アーム
２３・・・ＸＹ駆動部
Claims (4)
- 電子部品素子が載置される実装領域と非実装領域とに区画された回路基板をキャリアの一主面に設けた複数の凹部内に個々に収容してステージに載置する工程と、
前記回路基板の上面のうち非実装領域を押さえ治具でもって下方に押圧する工程と、
前記押さえ治具で前記回路基板を押圧した状態のまま、下面にＡｕバンプを有した電子部品素子をボンディングヘッドで保持して前記回路基板の実装領域に載置するとともに、前記電子部品素子の上面を前記ボンディングヘッドで押圧しつつ前記電子部品素子のＡｕバンプに熱を印加して前記Ａｕバンプを前記回路基板の接続パッドに熱圧着する工程と
を含む電子部品素子の実装方法であって、
前記凹部の底面に外部の真空ポンプ部に連通される吸着穴を設けるとともに、前記回路基板を前記吸着穴上に載置することにより前記凹部の底面に真空吸着し、
前記Ａｕバンプの熱圧着に際し、前記押さえ治具と前記ボンディングヘッドとを非接触にした状態で、前記Ａｕバンプに対して前記ボンディングヘッドより超音波振動を印加することを特徴とする電子部品素子の実装方法。 - 前記ボンディングヘッド及び前記押さえ治具を機構的に連結しており、かつ、前記電子部品素子の実装に際して、前記押さえ治具が下降動作を開始してから前記回路基板上面の押圧を開始するまでの間、前記ボンディングヘッド及び前記押さえ治具の下降動作も連動して行なわせるとともに、前記押さえ治具が前記回路基板上面の押圧を開始した後、前記ボンディングヘッドの下降動作のみを継続させて前記電子部品素子を前記回路基板上に載置することを特徴とする請求項１に記載の電子部品素子の実装方法。
- 前記回路基板に対する前記押さえ治具の押圧力と前記電子部品素子に対する前記ボンディングヘッドの押圧力とを独立して設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子部品素子の実装方法。
- 前記ボンディングヘッドで保持した前記電子部品素子を前記回路基板上に載置するタイミングを前記押さえ治具が前記回路基板上面の押圧を開始するタイミングよりも遅らせるように前記押さえ治具及び前記ボンディングヘッドの動作を制御し連動させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電子部品素子の実装方法。
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