電子部品実装装置及びその方法
【課題】熱溶融する接合金属を介して電子部品と基板とを接合する電子部品実装装置において、ボンディング品質を向上させる。
【解決手段】基板４２と接離方向に駆動され、電子部品３１を基板４２に熱圧着するボンディングツール２８と、ボンディングツール２８の基板４２との接離方向の位置を検出するリニアスケール６１、リニアスケールヘッド６２と、制御部５０と、を備え、制御部５０は、電子部品３１を加熱しながらボンディングツール２８が基準位置から所定の距離だけ基板４２に近づいた場合、電子部品３１の電極と基板４２の電極との間のはんだ皮膜４４が熱溶融したと判断し、その際のボンディングツール２８の基板４２に対する接離方向の位置を保持するボンディングツール位置保持プログラム５５を有する。
【解決手段】基板４２と接離方向に駆動され、電子部品３１を基板４２に熱圧着するボンディングツール２８と、ボンディングツール２８の基板４２との接離方向の位置を検出するリニアスケール６１、リニアスケールヘッド６２と、制御部５０と、を備え、制御部５０は、電子部品３１を加熱しながらボンディングツール２８が基準位置から所定の距離だけ基板４２に近づいた場合、電子部品３１の電極と基板４２の電極との間のはんだ皮膜４４が熱溶融したと判断し、その際のボンディングツール２８の基板４２に対する接離方向の位置を保持するボンディングツール位置保持プログラム５５を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品を基板等に実装する電子部品実装装置の構造及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電極にはんだバンプを形成した、はんだバンプ付電子部品を熱圧着によって基板に実装する方法が多く用いられている。この方法は、圧着ツールによって電子部品を基板に押圧するとともに、電子部品を加熱してはんだを溶融させ、基板の電極にはんだ接合するものである。この熱圧着工程において、はんだバンプ溶融した後も押圧を続けると、溶融したはんだを押しつぶしてしまうこととなるため、はんだバンプの溶融前に熱圧着ツールの位置を固定し、はんだバンプのつぶれを防止することが行われている。しかし、熱圧着ツールが固定された状態でも押圧荷重を検出するロードセルには荷重による変形ひずみが残っており、この残留しているひずみが開放される際に熱圧着ツールが下方向に移動し、溶融したはんだバンプを押しつぶすことがあった。
【０００３】
そこで、はんだバンプの溶融前に熱圧着ツールの押圧荷重を低減し、熱圧着ツールではんだバンプを有する電子部品を基板に押圧し、電子部品の加熱を開始した後、押圧荷重が所定の値以下に減少した場合に、はんだが溶融したと判断して熱圧着ツールを上昇させる方法が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００４】
また、熱圧着ツールによって電子部品の温度の上昇を開始した後、ヘッドツールの電子部品の押圧荷重を一定制御とし、ロードセルによって測定している荷重の減少を検出してはんだが溶融したものと判断し、ヘッドツールの荷重を一定荷重制御から吸着ノズル先端高さの位置を一定とする位置制御に切り替えて、はんだ溶融時にも電子部品の背面高さの管理を確実に行う方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３３９９３２３号明細書
【特許文献２】特許第３３９９３２４号明細書
【特許文献３】特開２００３−３１９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、近年、電子部品の電極に金バンプを成形し、基板の銅電極の表面に薄いはんだの皮膜を設け、金バンプの金とはんだとを熱溶融接合する金はんだ溶融接合が用いられることが多い。この場合、基板の電極の表面に形成される皮膜の厚さは１０から３０μｍ程度と薄いので、特許文献１から３に記載された従来技術では荷重が減少した直後の熱圧着ツールの沈みこみ量がはんだの皮膜厚さよりも大きく、電子部品の実装の際に電子部品の電極に形成された金バンプの先端が基板の銅電極の表面に接触してしまう場合があった。この際、熱圧着ツールを上昇させる前に電子部品や金バンプに荷重がかかり、その荷重で電子部品が損傷を受けたり、金バンプと銅電極との接触により金バンプが変形して隣接する金バンプ同士が接触したりして良好なボンディング品質を維持できない場合があった。
【０００７】
そこで、本発明は、熱溶融する接合金属を介して電子部品と基板とを接合する電子部品実装装置において、ボンディング品質を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電子部品実装装置は、熱溶融する接合金属を介して電子部品の電極と基板の電極とを接合し、電子部品を基板の上に実装する電子部品実装装置であって、基板と接離方向に駆動され、電子部品を基板に熱圧着するボンディングツールと、ボンディングツールの基板との接離方向に駆動する駆動部と、ボンディングツールの基板との接離方向の位置を検出する位置検出部と、駆動部によってボンディングツールの基板との接離方向の位置を変化させる制御部と、を備え、制御部は、電子部品を加熱しながらボンディングツールが基準位置から所定の距離だけ基板に近づいた場合、電子部品の電極と基板の電極との間の接合金属が熱溶融したと判断し、その際のボンディングツールの基板に対する接離方向の位置を保持するボンディングツール位置保持手段を有すること、を特徴とする。
【０００９】
本発明の電子部品実装装置において、電子部品は電極の上にバンプが形成され、基板は電極に接合金属の皮膜が形成され、制御部は、さらに、位置検出部からの信号に基づいてバンプと皮膜との当接を判断する当接検出手段と、当接検出手段によってバンプと皮膜とが当接したと判断した場合に、ボンディングツールの基板に対する位置を基準位置として設定する基準位置設定手段を有すること、としても好適である。
【００１０】
本発明の電子部品実装装置において、制御部は、さらに、基準位置設定手段によって基準位置を設定した後、ボンディングツールの基板との接離方向の距離が増加から減少に変化した場合、ボンディングツールの基板に対する位置を第２の基準位置として設定する第２の基準位置設定手段と、電子部品を加熱しながらボンディングツールが第２の基準位置から第２の所定の距離だけ基板に近づいた場合、電子部品の電極と基板の電極との間の接合金属が熱溶融したと判断し、その際のボンディングツールの基板に対する接離方向の位置を保持する第２のボンディングツール位置保持手段と、を有すること、としても好適である。
【００１１】
本発明の電子部品実装方法は、熱溶融する接合金属を介して電子部品の電極と基板の電極とを接合し、電子部品を基板の上に実装する電子部品実装方法であって、基板と接離方向に駆動され、電子部品を基板に熱圧着するボンディングツールと、ボンディングツールの基板との接離方向に駆動する駆動部と、ボンディングツールの基板との接離方向の位置を検出する位置検出部と、を備える電子部品実装装置を準備する工程と、電子部品を加熱しながらボンディングツールが基準位置から所定の距離だけ基板に近づいた場合、電子部品の電極と基板の電極との間の接合金属が熱溶融したと判断し、その際のボンディングツールの基板に対する接離方向の位置を保持するボンディングツール位置保持工程とを有すること、を特徴とする。
【００１２】
本発明の電子部品実装方法において、電子部品は電極の上にバンプが形成され、基板は電極に接合金属の皮膜が形成され、位置検出部からの信号に基づいてバンプと皮膜との当接を判断する当接検出工程と、当接検出工程によってバンプと皮膜とが当接したと判断した場合に、ボンディングツールの基板に対する位置を基準位置として設定する基準位置設定工程をさらに有すること、としても好適である。
【００１３】
本発明の電子部品実装方法において、さらに、基準位置設定工程によって基準位置を設定した後、ボンディングツールの基板との接離方向の距離が増加から減少に変化した場合、ボンディングツールの基板に対する位置を第２の基準位置として設定する第２の基準位置設定工程と、電子部品を加熱しながらボンディングツールが第２の基準位置から第２の所定の距離だけ基板に近づいた場合、電子部品の電極と基板の電極との間の接合金属が熱溶融したと判断し、その際のボンディングツールの基板に対する接離方向の位置を保持する第２のボンディングツール位置保持工程と、を有すること、としても好適である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、熱溶融する接合金属を介して電子部品と基板とを接合する電子部品実装装置において、ボンディング品質を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態である電子部品実装装置の構成を示す系統図である。
【図２】本発明の実施形態である電子部品実装装置にセットされた電子部品と基板とを示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態である電子部品実装装置に用いられるリニアスケールを示す模式図である。
【図４】本発明の実施形態である電子部品実装装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態である電子部品実装装置の動作中のボンディングツールの位置と、押圧荷重と、はんだ層の温度変化を示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態である電子部品実装装置によって金バンプとはんだ皮膜とが金はんだ溶融接合する工程を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように本発明の電子部品実装装置１００は、ベース１０と、ベース１０から上部に向かって延びるフレーム１１と、フレーム１１の上部から張り出した上部フランジ１２と、フレーム１１の側面に上下方向に設けられたガイド１４と、ガイド１４に上下方向にスライド自在に取り付けられたスライダ１６と、スライダ１６に固定されてスライダ１６と共に上下方向に移動可能な昇降ブロック１５と、昇降ブロック１５に固定されたナット１７と、ナット１７にねじ込まれる送りねじ１８と、上部フランジ１２に固定されて送りねじ１８を回転させるモータ１３と、昇降ブロック１５の下部に取り付けられたボイスコイルモータ２０と、ボイスコイルモータ２０によって上下方向に移動するロッド２６と、ロッド２６の先端に取り付けられたセラミックヒータ２７と、セラミックヒータ２７の下端に取り付けられて電子部品３１を吸着するボンディングツール２８と、基板４２を吸着固定するボンディングステージ４１と、制御部５０とを備えている。モータ１３とボイスコイルモータ２０とはボンディングツール２８を上下方向に駆動する駆動部である。
【００１７】
ボイスコイルモータ２０は、ケーシング２１と、ケーシング２１の内周に沿って固定される永久磁石の固定子２２と、固定子２２の内周に配置される可動子であるコイル２３と、を含んでいる。ロッド２６は、ケーシング２１に板ばね２５を介して取り付けられている。また、ロッド２６にはＬ字形でその垂直部分に細かな目盛りが設けられたリニアスケール６１が固定されている。また、リニアスケール６１と対向するケーシング２１の外面には、リニアスケール６１に設けられた目盛りを読み取るリニアスケールヘッド６２が取り付けられている。リニアスケール６１とリニアスケールヘッド６２とはボンディングツール２８の高さ方向の位置を検出する位置検出部を構成する。ボイスコイルモータ２０のコイル２３には電源１９から駆動用電源が供給されている。ボンディングステージ４１は内部にボンディングステージ４１に吸着固定された基板４２を加熱するステージヒータ４８を備えている。
【００１８】
制御部５０は、内部に信号処理を行うＣＰＵ５１とメモリ５２とを含むコンピュータであり、メモリ５２の中には、ボンディングの制御を行うボンディングプログラム５３と、制御用データ５８と、基準位置設定プログラム５４と、ボンディングツール位置保持プログラム５５と、第２の基準位置設定プログラム５６と、第２のボンディングツール位置保持プログラム５７と、当接検出プログラム５９とを含んでいる。
【００１９】
モータ１３は制御部５０に接続され、制御部５０の指令によって回転方向、回転角度が制御されるよう構成され、電源１９は制御部５０に接続され、制御部５０の指令によってコイル２３に出力する電流、電圧を変化させるように構成され、セラミックヒータ２７、ステージヒータ４８は制御部５０に接続され、制御部５０の指令によってその発熱状態が制御されるよう構成されている。
【００２０】
図２に示すように、ボンディングツール２８の先端に上下反転されて吸着された電子部品３１は、表面に複数の電極３２が設けられており、その各電極３２の上に各金バンプ３３が形成されている。金バンプ３３は、電極３２側の円板型の基部３４と円錐形で基部から突き出した突部３５とを有している。また、ボンディングステージ４１に吸着固定された基板４２は、表面に銅電極４３が形成され、銅電極４３の表面にはんだ皮膜４４が形成されている。このはんだ皮膜４４の厚さは非常に薄く、１０から３０μｍ程度である。電極３２、金バンプ３３と、基板の銅電極４３はそれぞれ対向するように配置されている。
【００２１】
図３に示すようにリニアスケール６１はリニアスケール本体６１ａの上に非常に細かいピッチＬで目盛り６１ｂが設けられたものである。リニアスケールヘッド６２は内部にリニアスケール６１の目盛り６１ｂを照射する光源と、光源からの光を透過させる格子と、リニアスケール６１の目盛り６１ｂで反射した光を検出する受光デバイスと、受光デバイスから入力された信号を処理する信号処理部とを含んでいる。光源から出射した光は格子を通ってリニアスケール６１の目盛り６１ｂで反射し、フォトダイオードのような受光デバイスの上で干渉縞を生成する。リニアスケール６１が目盛り６１ｂの長手方向に向かってリニアスケールヘッド６２と相対的に移動すると、その干渉縞が移動し、受光デバイスから目盛り６１ｂのピッチＬあるいは、ピッチＬの１／２の周期の正弦波信号が出力される。正弦波信号は、その位相が９０度ずれた二相正弦波である。リニアスケールヘッド６２は信号処理部で上記の二相正弦波の出力差に基づいてリニアスケール６１とリニアスケールヘッド６２との相対的な移動量を出力する。移動量の検出精度は目盛り６１ｂのピッチＬが例えば、数μｍの場合には１ｎｍ程度となる。
【００２２】
以上のように構成された電子部品実装装置１００によって図２に示した電子部品３１を基板４２に接合するボンディング動作について図４から図６を参照しながら説明する。ここで、電子部品は半導体チップ、トランジスタ、ダイオード等を含むものである。図２に示すように、電子部品３１の電極３２と基板４２の銅電極４３との位置合わせができたら、制御部５０は図４のステップＳ１０１、図５の時間ｔ１からｔ２に示すように、ボンディングツールを初期高さＨ０から降下させる降下動作を開始する。この降下動作は、図１に示すモータ１３を回転させて送りねじ１８を回転させ、送りねじ１８がねじ込まれているナット１７が固定されている昇降ブロック１５を下方向に移動させることによって行う。制御部５０は、モータ１３の回転角度によって降下位置を検出し、図４のステップＳ１０２に示すように図５に示す所定の高さＨ１まで降下したかどうかを判断する。高さＨ１まで降下すると、金バンプ３３とはんだ皮膜４４、銅電極４３とは図６（ａ）に示すようにかなり接近しているが、まだ金バンプ３３の突部３５とはんだ皮膜４４との間には隙間が開いている。降下動作ではボイスコイルモータ２０、ロッド２６、ボンディングツール２８とが一体となって降下していくので、ロッド２６に取り付けられているリニアスケール６１とボイスコイルモータ２０のケーシング２１との間には高さの差が発生せず、リニアスケールヘッド６２からの検出信号は初期出力から変動しない。
【００２３】
そして、制御部５０は、所定の高さＨ１まで降下したと判断したらモータ１３を停止させて降下動作を停止し、図４のステップＳ１０３に示すように、図２に示す金バンプ３３の先端が基板４２の銅電極４３のはんだ皮膜４４に当接する位置を検出するサーチ動作を開始する。図５の時間ｔ２からｔ３に示すようにサーチ動作は金バンプ３３の突部３５の先端がはんだ皮膜４４の表面に当接するまでボンディングツール２８の高さを少しずつ下げて行く動作である。この、動作は例えば、次のようにボイスコイルモータ２０のコイル２３への通電電流を変化させることによって行う。
【００２４】
制御部５０がサーチ動作の降下位置の指令を出力すると、電源１９はその降下位置の指令値に基づいてボイスコイルモータ２０のコイル２３に電流を通電する。すると、コイル２３は下方向に移動し、その先端２４がロッド２６の上端に接触する。ロッド２６は板ばね２５によってケーシング２１に取り付けられているので、コイル２３に流れる電流が増加してコイル２３の先端２４がロッド２６を押し下げ、その押し下げ力に応じて板ばね２５がたわむと、ロッド２６が下方向に移動してボンディングツール２８の先端がしだいに降下していく。ロッド２６が下方向に移動すると、ロッド２６に固定されているリニアスケール６１とボイスコイルモータ２０のケーシング２１との間の相対高さに差ができてくるため、リニアスケールヘッド６２はリニアスケール６１の移動量を検出する。制御部５０はこのリニアスケールヘッド６２の検出する信号の変化に基づいてボンディングツール２８の降下位置を取得し、降下位置の指令値にフィードバックをかけて電源から出力する電流を調整する。そして、コイル２３に流す電流を少しずつ増加させてボンディングツール２８の先端を少しずつ降下させるサーチ動作を行うことができる。
【００２５】
サーチ動作の間、制御部５０は、図４のステップＳ１０４に示すように、当接検出手段によって金バンプ３３の突部３５の先端がはんだ皮膜４４の表面に当接しているかどうかを監視している。金バンプ３３の突部３５の先端がはんだ皮膜４４に当接すると、コイル２３の下方向への移動が停止し、リニアスケールヘッド６２によって検出する降下位置とサーチ動作の際の降下位置の指令値との間に差ができてくる。制御部５０は、この降下位置の指令値とリニアスケールヘッド６２によって検出した降下位置との差が所定の閾値を超えた場合に、金バンプ３３の突部３５の先端がはんだ皮膜４４に当接したと判断する（当接検出工程）。なお、リニアスケール６１の上下方向の位置は金バンプ３３の突部３５の先端がはんだ皮膜４４に当接した際に目盛り６１ｂの長手方向の中央がリニアスケールヘッド６２の正面に来るように調整されているので、リニアスケールヘッド６２は金バンプ３３の突部３５の先端がはんだ皮膜４４に当接した位置を中心に上下方向の移動量を測定することができる。
【００２６】
図４のステップＳ１０５、図５の時間ｔ３に示すように、制御部５０は、金バンプ３３の突部３５の先端がはんだ皮膜４４に当接したと判断したら、ボンディングツール２８が基準位置の高さＨ２に達したと判断し、その際のリニアスケールヘッド６２によって検出した高さＨ２をボンディングツール２８の基準高さ（基準位置）として設定する（基準位置設定）。また、図６（ｂ）に金バンプ３３の突部３５の先端がはんだ皮膜４４に当接した状態を示す。
【００２７】
制御部５０は、基準高さを設定したら、図４のステップＳ１０６に示すように、ボンディングツール２８が基板４２を押し下げる押圧荷重が一定となる荷重一定動作を行う。この動作は、たとえば、ボイスコイルモータ２０のコイル２３に通電する電流の値が略一定となるようにして、コイル２３の先端２４がロッド２６を押し下げる力が一定となるようにすることとしてもよい。また、先に述べたように、ボンディングツール２８が基板４２を押し下げる押圧荷重を検出する荷重センサを設け、この荷重サンサによって検出する押圧荷重が一定となる様にコイル２３の電流を変化させるように制御してもよい。図４のステップＳ１０７に示すように、制御部５０は、リニアスケールヘッド６２によって検出した高さ方向の移動量と基準高さＨ２との差をとって金バンプ３３の突部３５の先端がはんだ皮膜４４に当接した際のボンディングツール２８の高さＨ２（基準高さ）から基板４２に近づいた距離、つまり基準高さＨ２からの下向きの移動距離を沈み込み量Ｄとして計算する。制御部５０は、図４のステップＳ１０８に示す様に沈み込み量Ｄが所定の閾値を超えるかどうかの監視を開始する。
【００２８】
図５の時間ｔ１から時間ｔ３の間は金バンプ３３の突部３５の先端がはんだ皮膜４４に当接してないので、はんだ皮膜４４の温度は図１に示すステージヒータ４８によって基板４２の温度と同じ温度Ｔ０となっている。一方、電子部品３１はボンディングツール２８の上部に配置されたセラミックヒータ２７によってより高温に加熱されている。このため、図５の時間ｔ３に金バンプ３３の突部３５の先端がはんだ皮膜４４に当接すると、金バンプ３３の突部３５の先端からはんだ皮膜４４に熱が伝わり始める。そして、図５の時間ｔ４になると、はんだ皮膜４４の温度が上昇し始める。そして、図５の時間ｔ４から時間ｔ５にかけてはんだ皮膜４４の温度が上昇していくと、それにつれて銅電極４３の温度も上昇し、その結果、銅電極４３とはんだ皮膜４４とが熱膨張する。この間、押し下げ荷重は一定なので、ボンディングツール２８の位置は、金バンプ３３の先端がはんだ皮膜４４に当接した際の基準高さＨ２からしだいに上昇し、時間ｔ５には高さＨ３まで上昇する。この際、ボンディングツール２８の位置は基準高さＨ２より高い高さＨ３であるから、図５に示すように、基準高さＨ２からの下向きの移動量Ｄ１（＝Ｈ２−Ｈ３）はマイナスとなるので沈み込み量Ｄは所定の閾値を超えていない。
【００２９】
図５に示す時間ｔ５にはんだ皮膜４４の温度がはんだの溶融温度である温度Ｔ１まで上昇すると、はんだ皮膜４４の溶融が始まる。この際、ボンディングツール２８は押圧荷重一定となるように制御されているので、図６（ｃ）に示すように、金バンプ３３の突部３５が溶融したはんだ皮膜４４の中に沈み込んでいく。つまり、図４に示す時間ｔ５、高さＨ３でボンディングツール２８の高さが上昇から降下に変化する。そして、降下した突部３５の周囲は溶融したはんだ４５によって取り囲まれる。この様に、金バンプ３３の突部３５の先端がはんだ皮膜４４の中に沈み込んで行くと、ボンディングツール２８の高さは基準高さＨ２よりも低い位置となり、基準高さＨ２から下方向への移動量である沈み込み量Ｄがプラスとなっていく。そして、図５の時間ｔ６に示すように、ボンディングツールの高さが高さＨ４となって沈み込み量Ｄ（＝Ｈ２―Ｈ４）が所定の値となると、図６（ｃ）に示すように、金バンプ３３の突部３５の先端と基板４２の銅電極４３との間にははんだ皮膜４４が数μｍの厚みで存在した状態となる。そして、沈み込み量Ｄが所定の閾値を超えると、図４のステップＳ１０９に示すように、制御部５０は、はんだ皮膜４４が熱溶融したと判断して荷重一定制御を停止し、ボンディングツール２８の高さが時間ｔ６の高さＨ４で一定に保持するボンディングツール位置保持動作を開始する。
【００３０】
この動作は、一例を挙げれば、ボンディングツール２８の高さが高さＨ６の状態のリニアスケールヘッド６２によって検出する上下方向の移動量を検出し、基準高さＨ２との差が所定の閾値以下となるようにボイスコイルモータ２０のコイル２３への通電電流を変化させるようにしてもよい。はんだ皮膜４４の厚さは１０から３０μｍであることから、ボンディングツール２８の上下方向の位置をリニアスケールヘッド６２によって１ｎｍ程度で計測、制御することによって、図６（ｃ）に示すように、金バンプ３３の突部３５の先端と基板４２の銅電極４３との間にはんだ皮膜４４による厚さ数μｍの状態を維持することができる。
【００３１】
制御部５０は、ボンディングツール位置保持動作を開始すると同時に図４のステップＳ１１０に示すように、冷却動作を開始する。この冷却動作は、たとえば、ボンディングツール２８を加熱しているセラミックヒータ２７をオフとするとともに、セラミックヒータ２７に冷却空気を供給して冷却し、セラミックヒータ２７とともにボンディングツール２８およびその先に吸着されている電子部品３１を冷却するものである。これによって、図６（ｃ）に示すように、金バンプ３３の突部３５の先端と基板４２の銅電極４３との間にはんだ皮膜４４の厚さが数μｍの状態を維持したまま、はんだ４５が冷却されていく。そして、図５の時間ｔ７に示すように、はんだ皮膜４４の温度がはんだの凝固温度Ｔ３まで低下すると、はんだが凝固し、図６（ｄ）に示すように金バンプ３３の突部３５の先端と基板４２の銅電極４３との間にははんだ皮膜４４の厚さが数μｍの状態ではんだ４５が凝固して接合金属４６となる。制御部５０は、図４のステップＳ１１１に示すように、所定の時間が経過したら、冷却が完了したものと判断し、ボンディングツール２８による電子部品３１の吸着を解除し、図４のステップＳ１１２に示すようにモータ１３によって送りねじ１８を回転させてボンディングツール２８を初期高さＨ０まで上昇させて電子部品３１のボンディングを終了する。
【００３２】
以上述べたように、本実施形態の電子部品実装装置１００は、はんだ皮膜４４の溶融をボンディングツール２８の沈み込み量Ｄによって判断して、荷重一定制御からボンディングツール位置保持制御に移行するので、はんだ溶融による微小な沈み込み量Ｄの位置にボンディングツール２８の高さを維持することができる。これによって、薄いはんだ皮膜４４の厚さの中に金バンプ３３の突部３５の先端が位置し、金バンプ３３の突部３５の先端が基板４２の銅電極４３に接触しない状態ではんだを凝固させて電子部品３１の実装を行うことができる。そして、金バンプ３３の突部３５と銅電極４３とが接触することを抑制することができ、金バンプ３３が変形して隣接する金バンプ３３と接触して不良となったり、接触による荷重で電子部品が損傷したりすることを抑制することができ、ボンディングの品質を向上させることができる。
【００３３】
以上述べた実施形態では、金バンプ３３の突部３５の先端がはんだ皮膜４４に当接した状態の高さを、ボンディングツール２８が基準高さＨ２として設定することとして説明したが、図５に示す時間ｔ５に示すように、金バンプ３３の突部３５の先端がはんだ皮膜４４に当接した後、ボンディングツール２８の高さが上昇から降下に変化した際の高さＨ３を第２の基準高さとしてもよい（第２の基準位置設定）。この場合、先に説明した実施形態と同様に、沈み込み量が図５に示すＤ２＝Ｈ３−Ｈ４、となった際に荷重一定制御からボンディングツール位置保持制御に切り替える（第２のボンディングツール位置保持動作）。この場合も先に述べた実施形態と同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【００３４】
１０ ベース、１１ フレーム、１２ 上部フランジ、１３ モータ、１４ ガイド、１５ 昇降ブロック、１６ スライダ、１７ ナット、１８ 送りねじ、１９ 電源、２０ ボイスコイルモータ、２１ ケーシング、２２ 固定子、２３ コイル、２４ 先端、２５ 板ばね、２６ ロッド、２７ セラミックヒータ、２８ ボンディングツール、３１ 電子部品、３２ 電極、３３ 金バンプ、３４ 基部、３５ 突部、４１ ボンディングステージ、４２ 基板、４３ 銅電極、４４ はんだ皮膜、４５ はんだ、４６ 接合金属、４８ ステージヒータ、５０ 制御部、５１ ＣＰＵ、５２ メモリ、５３ ボンディングプログラム、５４ 基準位置設定プログラム、５５ ボンディングツール位置保持プログラム、５６ 第２の基準位置設定プログラム、５７ 第２のボンディングツール位置保持プログラム、５８ 制御用データ、５９ 当接検出プログラム、６１ リニアスケール、６１ａ リニアスケール本体、６１ｂ 目盛り、６２ リニアスケールヘッド、１００ 電子部品実装装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品を基板等に実装する電子部品実装装置の構造及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電極にはんだバンプを形成した、はんだバンプ付電子部品を熱圧着によって基板に実装する方法が多く用いられている。この方法は、圧着ツールによって電子部品を基板に押圧するとともに、電子部品を加熱してはんだを溶融させ、基板の電極にはんだ接合するものである。この熱圧着工程において、はんだバンプ溶融した後も押圧を続けると、溶融したはんだを押しつぶしてしまうこととなるため、はんだバンプの溶融前に熱圧着ツールの位置を固定し、はんだバンプのつぶれを防止することが行われている。しかし、熱圧着ツールが固定された状態でも押圧荷重を検出するロードセルには荷重による変形ひずみが残っており、この残留しているひずみが開放される際に熱圧着ツールが下方向に移動し、溶融したはんだバンプを押しつぶすことがあった。
【０００３】
そこで、はんだバンプの溶融前に熱圧着ツールの押圧荷重を低減し、熱圧着ツールではんだバンプを有する電子部品を基板に押圧し、電子部品の加熱を開始した後、押圧荷重が所定の値以下に減少した場合に、はんだが溶融したと判断して熱圧着ツールを上昇させる方法が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００４】
また、熱圧着ツールによって電子部品の温度の上昇を開始した後、ヘッドツールの電子部品の押圧荷重を一定制御とし、ロードセルによって測定している荷重の減少を検出してはんだが溶融したものと判断し、ヘッドツールの荷重を一定荷重制御から吸着ノズル先端高さの位置を一定とする位置制御に切り替えて、はんだ溶融時にも電子部品の背面高さの管理を確実に行う方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３３９９３２３号明細書
【特許文献２】特許第３３９９３２４号明細書
【特許文献３】特開２００３−３１９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、近年、電子部品の電極に金バンプを成形し、基板の銅電極の表面に薄いはんだの皮膜を設け、金バンプの金とはんだとを熱溶融接合する金はんだ溶融接合が用いられることが多い。この場合、基板の電極の表面に形成される皮膜の厚さは１０から３０μｍ程度と薄いので、特許文献１から３に記載された従来技術では荷重が減少した直後の熱圧着ツールの沈みこみ量がはんだの皮膜厚さよりも大きく、電子部品の実装の際に電子部品の電極に形成された金バンプの先端が基板の銅電極の表面に接触してしまう場合があった。この際、熱圧着ツールを上昇させる前に電子部品や金バンプに荷重がかかり、その荷重で電子部品が損傷を受けたり、金バンプと銅電極との接触により金バンプが変形して隣接する金バンプ同士が接触したりして良好なボンディング品質を維持できない場合があった。
【０００７】
そこで、本発明は、熱溶融する接合金属を介して電子部品と基板とを接合する電子部品実装装置において、ボンディング品質を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電子部品実装装置は、熱溶融する接合金属を介して電子部品の電極と基板の電極とを接合し、電子部品を基板の上に実装する電子部品実装装置であって、基板と接離方向に駆動され、電子部品を基板に熱圧着するボンディングツールと、ボンディングツールの基板との接離方向に駆動する駆動部と、ボンディングツールの基板との接離方向の位置を検出する位置検出部と、駆動部によってボンディングツールの基板との接離方向の位置を変化させる制御部と、を備え、制御部は、電子部品を加熱しながらボンディングツールが基準位置から所定の距離だけ基板に近づいた場合、電子部品の電極と基板の電極との間の接合金属が熱溶融したと判断し、その際のボンディングツールの基板に対する接離方向の位置を保持するボンディングツール位置保持手段を有すること、を特徴とする。
【０００９】
本発明の電子部品実装装置において、電子部品は電極の上にバンプが形成され、基板は電極に接合金属の皮膜が形成され、制御部は、さらに、位置検出部からの信号に基づいてバンプと皮膜との当接を判断する当接検出手段と、当接検出手段によってバンプと皮膜とが当接したと判断した場合に、ボンディングツールの基板に対する位置を基準位置として設定する基準位置設定手段を有すること、としても好適である。
【００１０】
本発明の電子部品実装装置において、制御部は、さらに、基準位置設定手段によって基準位置を設定した後、ボンディングツールの基板との接離方向の距離が増加から減少に変化した場合、ボンディングツールの基板に対する位置を第２の基準位置として設定する第２の基準位置設定手段と、電子部品を加熱しながらボンディングツールが第２の基準位置から第２の所定の距離だけ基板に近づいた場合、電子部品の電極と基板の電極との間の接合金属が熱溶融したと判断し、その際のボンディングツールの基板に対する接離方向の位置を保持する第２のボンディングツール位置保持手段と、を有すること、としても好適である。
【００１１】
本発明の電子部品実装方法は、熱溶融する接合金属を介して電子部品の電極と基板の電極とを接合し、電子部品を基板の上に実装する電子部品実装方法であって、基板と接離方向に駆動され、電子部品を基板に熱圧着するボンディングツールと、ボンディングツールの基板との接離方向に駆動する駆動部と、ボンディングツールの基板との接離方向の位置を検出する位置検出部と、を備える電子部品実装装置を準備する工程と、電子部品を加熱しながらボンディングツールが基準位置から所定の距離だけ基板に近づいた場合、電子部品の電極と基板の電極との間の接合金属が熱溶融したと判断し、その際のボンディングツールの基板に対する接離方向の位置を保持するボンディングツール位置保持工程とを有すること、を特徴とする。
【００１２】
本発明の電子部品実装方法において、電子部品は電極の上にバンプが形成され、基板は電極に接合金属の皮膜が形成され、位置検出部からの信号に基づいてバンプと皮膜との当接を判断する当接検出工程と、当接検出工程によってバンプと皮膜とが当接したと判断した場合に、ボンディングツールの基板に対する位置を基準位置として設定する基準位置設定工程をさらに有すること、としても好適である。
【００１３】
本発明の電子部品実装方法において、さらに、基準位置設定工程によって基準位置を設定した後、ボンディングツールの基板との接離方向の距離が増加から減少に変化した場合、ボンディングツールの基板に対する位置を第２の基準位置として設定する第２の基準位置設定工程と、電子部品を加熱しながらボンディングツールが第２の基準位置から第２の所定の距離だけ基板に近づいた場合、電子部品の電極と基板の電極との間の接合金属が熱溶融したと判断し、その際のボンディングツールの基板に対する接離方向の位置を保持する第２のボンディングツール位置保持工程と、を有すること、としても好適である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、熱溶融する接合金属を介して電子部品と基板とを接合する電子部品実装装置において、ボンディング品質を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態である電子部品実装装置の構成を示す系統図である。
【図２】本発明の実施形態である電子部品実装装置にセットされた電子部品と基板とを示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態である電子部品実装装置に用いられるリニアスケールを示す模式図である。
【図４】本発明の実施形態である電子部品実装装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態である電子部品実装装置の動作中のボンディングツールの位置と、押圧荷重と、はんだ層の温度変化を示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態である電子部品実装装置によって金バンプとはんだ皮膜とが金はんだ溶融接合する工程を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように本発明の電子部品実装装置１００は、ベース１０と、ベース１０から上部に向かって延びるフレーム１１と、フレーム１１の上部から張り出した上部フランジ１２と、フレーム１１の側面に上下方向に設けられたガイド１４と、ガイド１４に上下方向にスライド自在に取り付けられたスライダ１６と、スライダ１６に固定されてスライダ１６と共に上下方向に移動可能な昇降ブロック１５と、昇降ブロック１５に固定されたナット１７と、ナット１７にねじ込まれる送りねじ１８と、上部フランジ１２に固定されて送りねじ１８を回転させるモータ１３と、昇降ブロック１５の下部に取り付けられたボイスコイルモータ２０と、ボイスコイルモータ２０によって上下方向に移動するロッド２６と、ロッド２６の先端に取り付けられたセラミックヒータ２７と、セラミックヒータ２７の下端に取り付けられて電子部品３１を吸着するボンディングツール２８と、基板４２を吸着固定するボンディングステージ４１と、制御部５０とを備えている。モータ１３とボイスコイルモータ２０とはボンディングツール２８を上下方向に駆動する駆動部である。
【００１７】
ボイスコイルモータ２０は、ケーシング２１と、ケーシング２１の内周に沿って固定される永久磁石の固定子２２と、固定子２２の内周に配置される可動子であるコイル２３と、を含んでいる。ロッド２６は、ケーシング２１に板ばね２５を介して取り付けられている。また、ロッド２６にはＬ字形でその垂直部分に細かな目盛りが設けられたリニアスケール６１が固定されている。また、リニアスケール６１と対向するケーシング２１の外面には、リニアスケール６１に設けられた目盛りを読み取るリニアスケールヘッド６２が取り付けられている。リニアスケール６１とリニアスケールヘッド６２とはボンディングツール２８の高さ方向の位置を検出する位置検出部を構成する。ボイスコイルモータ２０のコイル２３には電源１９から駆動用電源が供給されている。ボンディングステージ４１は内部にボンディングステージ４１に吸着固定された基板４２を加熱するステージヒータ４８を備えている。
【００１８】
制御部５０は、内部に信号処理を行うＣＰＵ５１とメモリ５２とを含むコンピュータであり、メモリ５２の中には、ボンディングの制御を行うボンディングプログラム５３と、制御用データ５８と、基準位置設定プログラム５４と、ボンディングツール位置保持プログラム５５と、第２の基準位置設定プログラム５６と、第２のボンディングツール位置保持プログラム５７と、当接検出プログラム５９とを含んでいる。
【００１９】
モータ１３は制御部５０に接続され、制御部５０の指令によって回転方向、回転角度が制御されるよう構成され、電源１９は制御部５０に接続され、制御部５０の指令によってコイル２３に出力する電流、電圧を変化させるように構成され、セラミックヒータ２７、ステージヒータ４８は制御部５０に接続され、制御部５０の指令によってその発熱状態が制御されるよう構成されている。
【００２０】
図２に示すように、ボンディングツール２８の先端に上下反転されて吸着された電子部品３１は、表面に複数の電極３２が設けられており、その各電極３２の上に各金バンプ３３が形成されている。金バンプ３３は、電極３２側の円板型の基部３４と円錐形で基部から突き出した突部３５とを有している。また、ボンディングステージ４１に吸着固定された基板４２は、表面に銅電極４３が形成され、銅電極４３の表面にはんだ皮膜４４が形成されている。このはんだ皮膜４４の厚さは非常に薄く、１０から３０μｍ程度である。電極３２、金バンプ３３と、基板の銅電極４３はそれぞれ対向するように配置されている。
【００２１】
図３に示すようにリニアスケール６１はリニアスケール本体６１ａの上に非常に細かいピッチＬで目盛り６１ｂが設けられたものである。リニアスケールヘッド６２は内部にリニアスケール６１の目盛り６１ｂを照射する光源と、光源からの光を透過させる格子と、リニアスケール６１の目盛り６１ｂで反射した光を検出する受光デバイスと、受光デバイスから入力された信号を処理する信号処理部とを含んでいる。光源から出射した光は格子を通ってリニアスケール６１の目盛り６１ｂで反射し、フォトダイオードのような受光デバイスの上で干渉縞を生成する。リニアスケール６１が目盛り６１ｂの長手方向に向かってリニアスケールヘッド６２と相対的に移動すると、その干渉縞が移動し、受光デバイスから目盛り６１ｂのピッチＬあるいは、ピッチＬの１／２の周期の正弦波信号が出力される。正弦波信号は、その位相が９０度ずれた二相正弦波である。リニアスケールヘッド６２は信号処理部で上記の二相正弦波の出力差に基づいてリニアスケール６１とリニアスケールヘッド６２との相対的な移動量を出力する。移動量の検出精度は目盛り６１ｂのピッチＬが例えば、数μｍの場合には１ｎｍ程度となる。
【００２２】
以上のように構成された電子部品実装装置１００によって図２に示した電子部品３１を基板４２に接合するボンディング動作について図４から図６を参照しながら説明する。ここで、電子部品は半導体チップ、トランジスタ、ダイオード等を含むものである。図２に示すように、電子部品３１の電極３２と基板４２の銅電極４３との位置合わせができたら、制御部５０は図４のステップＳ１０１、図５の時間ｔ１からｔ２に示すように、ボンディングツールを初期高さＨ０から降下させる降下動作を開始する。この降下動作は、図１に示すモータ１３を回転させて送りねじ１８を回転させ、送りねじ１８がねじ込まれているナット１７が固定されている昇降ブロック１５を下方向に移動させることによって行う。制御部５０は、モータ１３の回転角度によって降下位置を検出し、図４のステップＳ１０２に示すように図５に示す所定の高さＨ１まで降下したかどうかを判断する。高さＨ１まで降下すると、金バンプ３３とはんだ皮膜４４、銅電極４３とは図６（ａ）に示すようにかなり接近しているが、まだ金バンプ３３の突部３５とはんだ皮膜４４との間には隙間が開いている。降下動作ではボイスコイルモータ２０、ロッド２６、ボンディングツール２８とが一体となって降下していくので、ロッド２６に取り付けられているリニアスケール６１とボイスコイルモータ２０のケーシング２１との間には高さの差が発生せず、リニアスケールヘッド６２からの検出信号は初期出力から変動しない。
【００２３】
そして、制御部５０は、所定の高さＨ１まで降下したと判断したらモータ１３を停止させて降下動作を停止し、図４のステップＳ１０３に示すように、図２に示す金バンプ３３の先端が基板４２の銅電極４３のはんだ皮膜４４に当接する位置を検出するサーチ動作を開始する。図５の時間ｔ２からｔ３に示すようにサーチ動作は金バンプ３３の突部３５の先端がはんだ皮膜４４の表面に当接するまでボンディングツール２８の高さを少しずつ下げて行く動作である。この、動作は例えば、次のようにボイスコイルモータ２０のコイル２３への通電電流を変化させることによって行う。
【００２４】
制御部５０がサーチ動作の降下位置の指令を出力すると、電源１９はその降下位置の指令値に基づいてボイスコイルモータ２０のコイル２３に電流を通電する。すると、コイル２３は下方向に移動し、その先端２４がロッド２６の上端に接触する。ロッド２６は板ばね２５によってケーシング２１に取り付けられているので、コイル２３に流れる電流が増加してコイル２３の先端２４がロッド２６を押し下げ、その押し下げ力に応じて板ばね２５がたわむと、ロッド２６が下方向に移動してボンディングツール２８の先端がしだいに降下していく。ロッド２６が下方向に移動すると、ロッド２６に固定されているリニアスケール６１とボイスコイルモータ２０のケーシング２１との間の相対高さに差ができてくるため、リニアスケールヘッド６２はリニアスケール６１の移動量を検出する。制御部５０はこのリニアスケールヘッド６２の検出する信号の変化に基づいてボンディングツール２８の降下位置を取得し、降下位置の指令値にフィードバックをかけて電源から出力する電流を調整する。そして、コイル２３に流す電流を少しずつ増加させてボンディングツール２８の先端を少しずつ降下させるサーチ動作を行うことができる。
【００２５】
サーチ動作の間、制御部５０は、図４のステップＳ１０４に示すように、当接検出手段によって金バンプ３３の突部３５の先端がはんだ皮膜４４の表面に当接しているかどうかを監視している。金バンプ３３の突部３５の先端がはんだ皮膜４４に当接すると、コイル２３の下方向への移動が停止し、リニアスケールヘッド６２によって検出する降下位置とサーチ動作の際の降下位置の指令値との間に差ができてくる。制御部５０は、この降下位置の指令値とリニアスケールヘッド６２によって検出した降下位置との差が所定の閾値を超えた場合に、金バンプ３３の突部３５の先端がはんだ皮膜４４に当接したと判断する（当接検出工程）。なお、リニアスケール６１の上下方向の位置は金バンプ３３の突部３５の先端がはんだ皮膜４４に当接した際に目盛り６１ｂの長手方向の中央がリニアスケールヘッド６２の正面に来るように調整されているので、リニアスケールヘッド６２は金バンプ３３の突部３５の先端がはんだ皮膜４４に当接した位置を中心に上下方向の移動量を測定することができる。
【００２６】
図４のステップＳ１０５、図５の時間ｔ３に示すように、制御部５０は、金バンプ３３の突部３５の先端がはんだ皮膜４４に当接したと判断したら、ボンディングツール２８が基準位置の高さＨ２に達したと判断し、その際のリニアスケールヘッド６２によって検出した高さＨ２をボンディングツール２８の基準高さ（基準位置）として設定する（基準位置設定）。また、図６（ｂ）に金バンプ３３の突部３５の先端がはんだ皮膜４４に当接した状態を示す。
【００２７】
制御部５０は、基準高さを設定したら、図４のステップＳ１０６に示すように、ボンディングツール２８が基板４２を押し下げる押圧荷重が一定となる荷重一定動作を行う。この動作は、たとえば、ボイスコイルモータ２０のコイル２３に通電する電流の値が略一定となるようにして、コイル２３の先端２４がロッド２６を押し下げる力が一定となるようにすることとしてもよい。また、先に述べたように、ボンディングツール２８が基板４２を押し下げる押圧荷重を検出する荷重センサを設け、この荷重サンサによって検出する押圧荷重が一定となる様にコイル２３の電流を変化させるように制御してもよい。図４のステップＳ１０７に示すように、制御部５０は、リニアスケールヘッド６２によって検出した高さ方向の移動量と基準高さＨ２との差をとって金バンプ３３の突部３５の先端がはんだ皮膜４４に当接した際のボンディングツール２８の高さＨ２（基準高さ）から基板４２に近づいた距離、つまり基準高さＨ２からの下向きの移動距離を沈み込み量Ｄとして計算する。制御部５０は、図４のステップＳ１０８に示す様に沈み込み量Ｄが所定の閾値を超えるかどうかの監視を開始する。
【００２８】
図５の時間ｔ１から時間ｔ３の間は金バンプ３３の突部３５の先端がはんだ皮膜４４に当接してないので、はんだ皮膜４４の温度は図１に示すステージヒータ４８によって基板４２の温度と同じ温度Ｔ０となっている。一方、電子部品３１はボンディングツール２８の上部に配置されたセラミックヒータ２７によってより高温に加熱されている。このため、図５の時間ｔ３に金バンプ３３の突部３５の先端がはんだ皮膜４４に当接すると、金バンプ３３の突部３５の先端からはんだ皮膜４４に熱が伝わり始める。そして、図５の時間ｔ４になると、はんだ皮膜４４の温度が上昇し始める。そして、図５の時間ｔ４から時間ｔ５にかけてはんだ皮膜４４の温度が上昇していくと、それにつれて銅電極４３の温度も上昇し、その結果、銅電極４３とはんだ皮膜４４とが熱膨張する。この間、押し下げ荷重は一定なので、ボンディングツール２８の位置は、金バンプ３３の先端がはんだ皮膜４４に当接した際の基準高さＨ２からしだいに上昇し、時間ｔ５には高さＨ３まで上昇する。この際、ボンディングツール２８の位置は基準高さＨ２より高い高さＨ３であるから、図５に示すように、基準高さＨ２からの下向きの移動量Ｄ１（＝Ｈ２−Ｈ３）はマイナスとなるので沈み込み量Ｄは所定の閾値を超えていない。
【００２９】
図５に示す時間ｔ５にはんだ皮膜４４の温度がはんだの溶融温度である温度Ｔ１まで上昇すると、はんだ皮膜４４の溶融が始まる。この際、ボンディングツール２８は押圧荷重一定となるように制御されているので、図６（ｃ）に示すように、金バンプ３３の突部３５が溶融したはんだ皮膜４４の中に沈み込んでいく。つまり、図４に示す時間ｔ５、高さＨ３でボンディングツール２８の高さが上昇から降下に変化する。そして、降下した突部３５の周囲は溶融したはんだ４５によって取り囲まれる。この様に、金バンプ３３の突部３５の先端がはんだ皮膜４４の中に沈み込んで行くと、ボンディングツール２８の高さは基準高さＨ２よりも低い位置となり、基準高さＨ２から下方向への移動量である沈み込み量Ｄがプラスとなっていく。そして、図５の時間ｔ６に示すように、ボンディングツールの高さが高さＨ４となって沈み込み量Ｄ（＝Ｈ２―Ｈ４）が所定の値となると、図６（ｃ）に示すように、金バンプ３３の突部３５の先端と基板４２の銅電極４３との間にははんだ皮膜４４が数μｍの厚みで存在した状態となる。そして、沈み込み量Ｄが所定の閾値を超えると、図４のステップＳ１０９に示すように、制御部５０は、はんだ皮膜４４が熱溶融したと判断して荷重一定制御を停止し、ボンディングツール２８の高さが時間ｔ６の高さＨ４で一定に保持するボンディングツール位置保持動作を開始する。
【００３０】
この動作は、一例を挙げれば、ボンディングツール２８の高さが高さＨ６の状態のリニアスケールヘッド６２によって検出する上下方向の移動量を検出し、基準高さＨ２との差が所定の閾値以下となるようにボイスコイルモータ２０のコイル２３への通電電流を変化させるようにしてもよい。はんだ皮膜４４の厚さは１０から３０μｍであることから、ボンディングツール２８の上下方向の位置をリニアスケールヘッド６２によって１ｎｍ程度で計測、制御することによって、図６（ｃ）に示すように、金バンプ３３の突部３５の先端と基板４２の銅電極４３との間にはんだ皮膜４４による厚さ数μｍの状態を維持することができる。
【００３１】
制御部５０は、ボンディングツール位置保持動作を開始すると同時に図４のステップＳ１１０に示すように、冷却動作を開始する。この冷却動作は、たとえば、ボンディングツール２８を加熱しているセラミックヒータ２７をオフとするとともに、セラミックヒータ２７に冷却空気を供給して冷却し、セラミックヒータ２７とともにボンディングツール２８およびその先に吸着されている電子部品３１を冷却するものである。これによって、図６（ｃ）に示すように、金バンプ３３の突部３５の先端と基板４２の銅電極４３との間にはんだ皮膜４４の厚さが数μｍの状態を維持したまま、はんだ４５が冷却されていく。そして、図５の時間ｔ７に示すように、はんだ皮膜４４の温度がはんだの凝固温度Ｔ３まで低下すると、はんだが凝固し、図６（ｄ）に示すように金バンプ３３の突部３５の先端と基板４２の銅電極４３との間にははんだ皮膜４４の厚さが数μｍの状態ではんだ４５が凝固して接合金属４６となる。制御部５０は、図４のステップＳ１１１に示すように、所定の時間が経過したら、冷却が完了したものと判断し、ボンディングツール２８による電子部品３１の吸着を解除し、図４のステップＳ１１２に示すようにモータ１３によって送りねじ１８を回転させてボンディングツール２８を初期高さＨ０まで上昇させて電子部品３１のボンディングを終了する。
【００３２】
以上述べたように、本実施形態の電子部品実装装置１００は、はんだ皮膜４４の溶融をボンディングツール２８の沈み込み量Ｄによって判断して、荷重一定制御からボンディングツール位置保持制御に移行するので、はんだ溶融による微小な沈み込み量Ｄの位置にボンディングツール２８の高さを維持することができる。これによって、薄いはんだ皮膜４４の厚さの中に金バンプ３３の突部３５の先端が位置し、金バンプ３３の突部３５の先端が基板４２の銅電極４３に接触しない状態ではんだを凝固させて電子部品３１の実装を行うことができる。そして、金バンプ３３の突部３５と銅電極４３とが接触することを抑制することができ、金バンプ３３が変形して隣接する金バンプ３３と接触して不良となったり、接触による荷重で電子部品が損傷したりすることを抑制することができ、ボンディングの品質を向上させることができる。
【００３３】
以上述べた実施形態では、金バンプ３３の突部３５の先端がはんだ皮膜４４に当接した状態の高さを、ボンディングツール２８が基準高さＨ２として設定することとして説明したが、図５に示す時間ｔ５に示すように、金バンプ３３の突部３５の先端がはんだ皮膜４４に当接した後、ボンディングツール２８の高さが上昇から降下に変化した際の高さＨ３を第２の基準高さとしてもよい（第２の基準位置設定）。この場合、先に説明した実施形態と同様に、沈み込み量が図５に示すＤ２＝Ｈ３−Ｈ４、となった際に荷重一定制御からボンディングツール位置保持制御に切り替える（第２のボンディングツール位置保持動作）。この場合も先に述べた実施形態と同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【００３４】
１０ ベース、１１ フレーム、１２ 上部フランジ、１３ モータ、１４ ガイド、１５ 昇降ブロック、１６ スライダ、１７ ナット、１８ 送りねじ、１９ 電源、２０ ボイスコイルモータ、２１ ケーシング、２２ 固定子、２３ コイル、２４ 先端、２５ 板ばね、２６ ロッド、２７ セラミックヒータ、２８ ボンディングツール、３１ 電子部品、３２ 電極、３３ 金バンプ、３４ 基部、３５ 突部、４１ ボンディングステージ、４２ 基板、４３ 銅電極、４４ はんだ皮膜、４５ はんだ、４６ 接合金属、４８ ステージヒータ、５０ 制御部、５１ ＣＰＵ、５２ メモリ、５３ ボンディングプログラム、５４ 基準位置設定プログラム、５５ ボンディングツール位置保持プログラム、５６ 第２の基準位置設定プログラム、５７ 第２のボンディングツール位置保持プログラム、５８ 制御用データ、５９ 当接検出プログラム、６１ リニアスケール、６１ａ リニアスケール本体、６１ｂ 目盛り、６２ リニアスケールヘッド、１００ 電子部品実装装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱溶融する接合金属を介して電子部品の電極と基板の電極とを接合し、前記電子部品を前記基板の上に実装する電子部品実装装置であって、
前記基板と接離方向に駆動され、前記電子部品を前記基板に熱圧着するボンディングツールと、
前記ボンディングツールの前記基板との接離方向に駆動する駆動部と、
前記ボンディングツールの前記基板との接離方向の位置を検出する位置検出部と、
前記駆動部によって前記ボンディングツールの前記基板との接離方向の位置を変化させる制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記電子部品を加熱しながら前記ボンディングツールが基準位置から所定の距離だけ前記基板に近づいた場合、前記電子部品の電極と前記基板の電極との間の前記接合金属が熱溶融したと判断し、その際の前記ボンディングツールの前記基板に対する接離方向の位置を保持するボンディングツール位置保持手段を有すること、
を特徴とする電子部品実装装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電子部品実装装置であって、
前記電子部品は電極の上にバンプが形成され、
前記基板は電極に接合金属の皮膜が形成され、
前記制御部は、さらに、
前記位置検出部からの信号に基づいて前記バンプと前記皮膜との当接を判断する当接検出手段と、
前記当接検出手段によって前記バンプと前記皮膜とが当接したと判断した場合に、前記ボンディングツールの前記基板に対する位置を前記基準位置として設定する基準位置設定手段を有すること、
を特徴とする電子部品実装装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電子部品実装装置であって、
前記制御部は、さらに、
前記基準位置設定手段によって前記基準位置を設定した後、前記ボンディングツールの前記基板との接離方向の距離が増加から減少に変化した場合、前記ボンディングツールの前記基板に対する位置を第２の基準位置として設定する第２の基準位置設定手段と、
前記電子部品を加熱しながら前記ボンディングツールが前記第２の基準位置から第２の所定の距離だけ前記基板に近づいた場合、前記電子部品の電極と前記基板の電極との間の前記接合金属が熱溶融したと判断し、その際の前記ボンディングツールの前記基板に対する接離方向の位置を保持する第２のボンディングツール位置保持手段と、を有すること、
を特徴とする電子部品実装装置。
【請求項４】
熱溶融する接合金属を介して電子部品の電極と基板の電極とを接合し、前記電子部品を前記基板の上に実装する電子部品実装方法であって、
前記基板と接離方向に駆動され、前記電子部品を前記基板に熱圧着するボンディングツールと、
前記ボンディングツールの前記基板との接離方向に駆動する駆動部と、前記ボンディングツールの前記基板との接離方向の位置を検出する位置検出部と、を備える電子部品実装装置を準備する工程と、
前記電子部品を加熱しながら前記ボンディングツールが基準位置から所定の距離だけ前記基板に近づいた場合、前記電子部品の電極と前記基板の電極との間の前記接合金属が熱溶融したと判断し、その際の前記ボンディングツールの前記基板に対する接離方向の位置を保持するボンディングツール位置保持工程とを有すること、
を特徴とする電子部品実装方法。
【請求項５】
請求項４に記載の電子部品実装方法であって、
前記電子部品は電極の上にバンプが形成され、
前記基板は電極に接合金属の皮膜が形成され、
前記位置検出部からの信号に基づいて前記バンプと前記皮膜との当接を判断する当接検出工程と、
前記当接検出工程によって前記バンプと前記皮膜とが当接したと判断した場合に、前記ボンディングツールの前記基板に対する位置を前記基準位置として設定する基準位置設定工程をさらに有すること、
を特徴とする電子部品実装方法。
【請求項６】
請求項５に記載の電子部品実装方法であって、
さらに、
前記基準位置設定工程によって前記基準位置を設定した後、前記ボンディングツールの前記基板との接離方向の距離が増加から減少に変化した場合、前記ボンディングツールの前記基板に対する位置を第２の基準位置として設定する第２の基準位置設定工程と、
前記電子部品を加熱しながら前記ボンディングツールが前記第２の基準位置から第２の所定の距離だけ前記基板に近づいた場合、前記電子部品の電極と前記基板の電極との間の前記接合金属が熱溶融したと判断し、その際の前記ボンディングツールの前記基板に対する接離方向の位置を保持する第２のボンディングツール位置保持工程と、を有すること、
を特徴とする電子部品実装方法。
【請求項１】
熱溶融する接合金属を介して電子部品の電極と基板の電極とを接合し、前記電子部品を前記基板の上に実装する電子部品実装装置であって、
前記基板と接離方向に駆動され、前記電子部品を前記基板に熱圧着するボンディングツールと、
前記ボンディングツールの前記基板との接離方向に駆動する駆動部と、
前記ボンディングツールの前記基板との接離方向の位置を検出する位置検出部と、
前記駆動部によって前記ボンディングツールの前記基板との接離方向の位置を変化させる制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記電子部品を加熱しながら前記ボンディングツールが基準位置から所定の距離だけ前記基板に近づいた場合、前記電子部品の電極と前記基板の電極との間の前記接合金属が熱溶融したと判断し、その際の前記ボンディングツールの前記基板に対する接離方向の位置を保持するボンディングツール位置保持手段を有すること、
を特徴とする電子部品実装装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電子部品実装装置であって、
前記電子部品は電極の上にバンプが形成され、
前記基板は電極に接合金属の皮膜が形成され、
前記制御部は、さらに、
前記位置検出部からの信号に基づいて前記バンプと前記皮膜との当接を判断する当接検出手段と、
前記当接検出手段によって前記バンプと前記皮膜とが当接したと判断した場合に、前記ボンディングツールの前記基板に対する位置を前記基準位置として設定する基準位置設定手段を有すること、
を特徴とする電子部品実装装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電子部品実装装置であって、
前記制御部は、さらに、
前記基準位置設定手段によって前記基準位置を設定した後、前記ボンディングツールの前記基板との接離方向の距離が増加から減少に変化した場合、前記ボンディングツールの前記基板に対する位置を第２の基準位置として設定する第２の基準位置設定手段と、
前記電子部品を加熱しながら前記ボンディングツールが前記第２の基準位置から第２の所定の距離だけ前記基板に近づいた場合、前記電子部品の電極と前記基板の電極との間の前記接合金属が熱溶融したと判断し、その際の前記ボンディングツールの前記基板に対する接離方向の位置を保持する第２のボンディングツール位置保持手段と、を有すること、
を特徴とする電子部品実装装置。
【請求項４】
熱溶融する接合金属を介して電子部品の電極と基板の電極とを接合し、前記電子部品を前記基板の上に実装する電子部品実装方法であって、
前記基板と接離方向に駆動され、前記電子部品を前記基板に熱圧着するボンディングツールと、
前記ボンディングツールの前記基板との接離方向に駆動する駆動部と、前記ボンディングツールの前記基板との接離方向の位置を検出する位置検出部と、を備える電子部品実装装置を準備する工程と、
前記電子部品を加熱しながら前記ボンディングツールが基準位置から所定の距離だけ前記基板に近づいた場合、前記電子部品の電極と前記基板の電極との間の前記接合金属が熱溶融したと判断し、その際の前記ボンディングツールの前記基板に対する接離方向の位置を保持するボンディングツール位置保持工程とを有すること、
を特徴とする電子部品実装方法。
【請求項５】
請求項４に記載の電子部品実装方法であって、
前記電子部品は電極の上にバンプが形成され、
前記基板は電極に接合金属の皮膜が形成され、
前記位置検出部からの信号に基づいて前記バンプと前記皮膜との当接を判断する当接検出工程と、
前記当接検出工程によって前記バンプと前記皮膜とが当接したと判断した場合に、前記ボンディングツールの前記基板に対する位置を前記基準位置として設定する基準位置設定工程をさらに有すること、
を特徴とする電子部品実装方法。
【請求項６】
請求項５に記載の電子部品実装方法であって、
さらに、
前記基準位置設定工程によって前記基準位置を設定した後、前記ボンディングツールの前記基板との接離方向の距離が増加から減少に変化した場合、前記ボンディングツールの前記基板に対する位置を第２の基準位置として設定する第２の基準位置設定工程と、
前記電子部品を加熱しながら前記ボンディングツールが前記第２の基準位置から第２の所定の距離だけ前記基板に近づいた場合、前記電子部品の電極と前記基板の電極との間の前記接合金属が熱溶融したと判断し、その際の前記ボンディングツールの前記基板に対する接離方向の位置を保持する第２のボンディングツール位置保持工程と、を有すること、
を特徴とする電子部品実装方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２５４０３２（Ｐ２０１１−２５４０３２Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２８４８０（Ｐ２０１０−１２８４８０）
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【出願人】（０００１４６７２２）株式会社新川 (128)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【出願人】（０００１４６７２２）株式会社新川 (128)
【Ｆターム（参考）】
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