JP2000183115A - チップ接合用ノズル - Google Patents
チップ接合用ノズルInfo
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Abstract
プを常に接合されるプリント基板のパターンと平行な状
態で接合することが可能で、均一で強い接合強度を持っ
たチップの実装を可能とする。 【解決手段】 ノズルセンターを中心にチップの2辺の
エッジと平行に接触する相対する斜平面43と、前記ノ
ズルセンターに開口する真空吸引穴42とを備え、前記
斜平面43は表面硬度がHrC40以上の鏡面に形成さ
れている。また、前記鏡面の表面粗さを中心線平均粗さ
で表したとき、中心線平均粗さが1.6μm未満となる
ようにしている。
Description
を製造する際に、半導体、SAW素子等のチップを供給
装置から取り出してプリント基板へ高周波ボンディング
等で接合するためのチップ接合用ノズルに関する。
に、チップを供給装置から取り出し、プリント基板へ接
合する構成手段と方法について以下に説明する。また、
対象とするチップはフリップチップ工法によるフェイス
ダウン実装として使用されるものとする。
等のチップを個々に取り出し、チップをXYZ方向に移
動できる手段を備えた移載ノズルによって仮置き台まで
移動する。この時、供給装置に用意されたチップがフェ
イスアップである場合はその移動手段とその移載過程の
間でフェイスダウンの姿勢になるようフリップし、フェ
イスダウンである場合は移動のみとする。
動されたチップ1は、仮置き台上に設置してある前後左
右のそれぞれが動くセンタリング用の4つの爪11によ
り同図(B)のように位置矯正される。その後、図20
(C)の如く仮置き台10上のチップ1を移載ノズルと
は別のXYZ方向に移動手段を備え更に超音波を発生す
る振動装置に固定されたチップ接合用ノズル20を用
い、同図(D)のようにチップをその接合用ノズル20
によってピックアップし、移動し、同図(E)の如く接
合しようとするプリント基板30の目的位置の上部に位
置させる。この状態から接合用ノズル20の下部先端の
チップ1の表面に形成されてあるバンプ(導体金属)2
と、プリント基板30上の導体パターン(導体金属)3
1が接触するまで図20(F)の如く下降し、さらに同
図(G)のようにチップ1に圧力を加えてから超音波を
接合用ノズル20の先端に発生させ接合を行う。例え
ば、代表的な接合方法として GGI(Gold to Gold I
nterconection)等がある。また、他のフェイスダウン
実装の接合方法としては、熱による方法、熱と圧力によ
る方法、特殊な接合媒体をチップとプリント基板の間に
介在させる方法等があげられる。
装置は、特開昭59−208844号にも提案されてい
る。但し、ノズルの凹部は角錐状であると思量される。
示したように、従来一般的なチップ接合用ノズル20
は、チップ1をピックアップする下端面21が単純な平
坦面で、ノズルセンターに真空吸引穴22を形成したも
のである。このようなチップ接合用ノズル20を用いた
チップの接合では、接合しようとするチップ1の表面も
しくはチップの表面に形成されているバンプ2の高さと
接合されようとするプリント基板30のパターン31表
面の平行度を極めて正確に出すことは困難である。とく
に、最近のチップのバンプ数の増大、微細化により接合
に伴うバンプ自体の変形余裕度が少なくなっているの
で、バンプ2の頂点とプリント基板30間の平行度の小
さなずれも問題となってくる。例えば、図21のように
数ミクロン(μm)傾いた状態(傾き=h1−h2)で接
合用ノズル20を用いてチップ1を加圧した時、接合時
の加重応力の不均一によりチップ1の欠けやクラックが
発生したり、さらに直後の超音波の発生による接合に於
いては接合部の強度が不均一であったりすることで、接
合に必要な強度が得られなかった。特にこのチップ1と
プリント基板30との傾きによる接合不良は、超音波を
発生する振動方向に対し平行な場合(図21に図示の場
合)に多く発生していた。
ント基板に接合する場合にチップを常に接合されるプリ
ント基板のパターンと平行な状態で接合することが可能
で、均一で強い接合強度を持ったチップの実装が可能な
チップ接合用ノズルを提供することを目的とする。
の実施の形態において明らかにする。
に、本発明のチップ接合用ノズルは、ノズルセンターを
中心にチップの2辺のエッジと平行に接触する相対する
斜面と、前記ノズルセンターに開口する真空吸引穴とを
備え、前記斜面は鏡面に形成されていることを特徴とし
ている。
ルが、チップをピックアップする過程乃至プリント基板
に載置する過程でチップの下方向表面もしくはバンプ等
と呼ばれる各導体金属の頂点高さをプリント基板上面と
平行となるよう位置矯正し、更に接合するチップの表面
もしくは各導体金属頂点高さと接合される基板パターン
の面とが常に平行を保ちながら接触し、加圧され、超音
波等による接合ができるようにしている。
面の表面の硬度がHrC40以上であるとよい。
したとき、中心線平均粗さが1.6μm未満であること
が望ましい。
ノズルの実施の形態を図面に従って説明する。
に係るチップ接合用ノズルの先端構造について説明す
る。これらの図に示す如く、チップ接合用ノズル40は
ノズルセンターを中心にチップの2辺のエッジと平行に
接触する相対する斜平面43を有しており、この結果ノ
ズル先端面にチップ上部が部分的に入る凹部44が形成
されることになる。前記ノズルセンター、つまり凹部4
4の中心位置には真空吸引穴42が開口している。前記
斜平面43は鏡面に形成されており、好ましくは鏡面の
表面粗さを中心線平均粗さで表したとき、中心線平均粗
さが1.6μm未満に設定される。また、チップ接合用
ノズル40の材質は炭素鋼等であり、好ましくは表面処
理としてDLC(diamond like carbon)処理を施すよ
うにする。なお、斜平面43のノズルセンター軸Pに対
する傾斜角度θは30°≦θ≦60°で例えば45°に
設定する。
ズル40を用いたフェイスダウンのチップのプリント基
板への実装動作を示す。
るチップ1を仮置き台10の上に載せておく。次に、図
5(B)に示すようにチップ1の中心とチップ接合用ノ
ズル40の中心とが一致するように仮置き台10上で前
後左右のセンタリング用の4つの爪11で位置合せを行
う。チップ接合用ノズル40は、XYZ方向に移動手段
を備え更に超音波を発生する振動装置に固定されるもの
であり、この接合用ノズル40の先端形状は、図1乃至
図4のようにノズルセンターを中心にチップ1の2辺の
エッジと平行に接触する相対する斜平面43をもち、そ
の斜平面43はチップ1のエッジとの摩擦を極力小さく
するために鏡面加工し、さらにDLC表面処理を施して
ある。その後、図5(C)のように接合用ノズル40を
チップ上面の2辺のエッジに接触するまで降下させ、ノ
ズル先端で発生する真空吸引力によりチップ1を吸着保
持する。このピックアップする過程において、チップの
エッジが斜平面43を滑ることで、仮置き台10のチッ
プ載置面に対して接合用ノズル40のノズルセンター軸
Pが垂直になっていなくとも接合用ノズル40はチップ
1を前記チップ載置面と平行状態で吸着保持できる。
0で吸着保持されたチップ1は上昇し、接合されるプリ
ント基板30上の目的位置まで同図(E)のように移動
される。
を、チップ表面の各バンプ2の頂点高さとプリント基板
30上のパターン31とが接触する迄降下させ、さらに
チップ1を上方から加圧する。この時、接合用ノズル4
0の斜平面43がチップ1の2辺のエッジと接触し滑り
ながらチップ1の姿勢をプリント基板30の接合面と平
行に保つ動作を促す。仮置き台10のチップ載置面とプ
リント基板30の接合面とが完全に平行であれば、チッ
プ1の各バンプ2の頂点がプリント基板30の接合面に
均等に接する筈であるが、この接合用ノズル40によれ
ば、仮置き台10のチップ載置面とプリント基板30の
接合面との平行度にずれがあっても、接合するチップ1
と接合されるプリント基板30との間は平行に保たれ、
図5(G)のように接合用ノズル40を介してチップ1
に超音波振動を加えることにより、それぞれのバンプ2
とパターン接合面が均一な接合強度を持った接合が得ら
れる。
ンター軸Pとプリント基板30のパターン31を有する
接合面に対する垂線Qとの間に僅かな傾きα°がある場
合のチップ接合用ノズル40の動作を示し、接合用ノズ
ル40の斜平面43が摩擦の少ない鏡面でかつ硬い面で
あるためチップ1の2辺のエッジと接触しても円滑に滑
ることが可能で、チップ左右の基板接合面との間隔
h1,h2は同じ、つまりh1−h2=0となるようにチッ
プ1と基板接合面とが平行に保たれることがわかる。
ル40の斜平面43が鏡面にまで達しないやや粗い面で
ある場合と、鏡面加工を施してある場合とで、バンプの
接合強度(ここではシェア強度を測定した)及びバンプ
単位でみた割れ、クラック発生率がどのように変わるか
を示す。
でノズルセンター軸Pに対して対称な傾斜角45°の斜
平面43を形成したノズル40を用いるものであり、表
面粗さを中心線平均粗さで表したとき、中心線平均粗さ
が3.2μm程度である場合であって、図7はシェア強
度、図8はバンプ単位でみた割れ、クラック発生率を示
している。また、測定試料は形状の異なる品種、品種
、品種について各20個用意し、測定を行った。
ばらつきが非常に大きく、500gfを大きく下回る場
合が多く、強度不足が発生する頻度が多い問題がある。
また、図8から割れ、クラックも高率で発生しているこ
とがわかり、問題である。
の加工(バフ仕上げ)をノズルセンター軸Pに対して対
称な傾斜角45°の斜平面43に施したノズル40を用
いたものであり、表面粗さを中心線平均粗さで表したと
き、中心線平均粗さが0.2μm程度である場合であっ
て、図9はシェア強度、図10はバンプ単位でみた割
れ、クラック発生率を示している。また、測定試料は図
7、図8と同じである。
わたって、ばらつきが少なく、ほぼ500gf以上を確
保しており、強度不足は発生しないことがわかる。ま
た、図10から割れ、クラックも品種では皆無であ
り、これらの品種については問題ないことがわかる。
の効果を得ることができる。
センターを中心にチップ1の2辺のエッジと平行に接触
する相対する鏡面の斜平面43を備えているため、チッ
プ1のエッジが斜平面43を円滑に滑ってチップ1の姿
勢を変えることができる。従って、フリップチップのフ
ェイスダウン実装においてチップ1をプリント基板30
に接合する場合、チップ1を常に接合されるプリント基
板30のパターン31と平行な状態で接合することが可
能になり、これにより均一で強い接合強度を持った実装
が可能である。とくに、超音波接合の場合に有効性が高
い。
表面処理を施して表面硬度をHrC40以上の硬い面と
したことで、耐摩耗性を確保でき、長寿命とすることが
できる。
斜平面43を形成すればよく、加工が容易である。
側面は開放されているため、空気の流通があり、冷却効
果が高く、チップ1の温度上昇を緩和できる。また、チ
ップ接合用ノズル40先端部の温度変化も少なくでき
る。さらに、側面開放部分からチップ1とプリント基板
30との平行度や、バンプのつぶし量をモニターでき、
さらにノズル40や基板30の異常もモニター可能であ
る。
す。この場合、チップ接合用ノズル40Aはノズルセン
ター軸Pに非対称に相対する斜平面43A,43Bを形
成している。つまり、斜平面43Aが基板面(ノズルセ
ンター軸に垂直な平面)と成す角度θ1と斜平面43B
が基板面と成す角度θ2とが異なり、θ1>θ2である。
角度θ1の斜平面43Aの方がチップのエッジが摺動し
やすく、チップの片側エッジを基準にすることができ
る。
形態と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付し
て説明を省略する。
す。この場合、チップ接合用ノズル40Bはノズルセン
ター軸Pに対称な相対する円弧斜面45を形成してい
る。つまり、左右の円弧斜面45の曲率半径を等しく設
定している。この場合、両方の円弧斜面45がチップエ
ッジの滑り面として作用する。また、円弧面であるた
め、製造も比較的容易である。
形態と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付し
て説明を省略する。
形態を示す。この場合、チップ接合用ノズル40Cはノ
ズルセンター軸Pに対称な相対する斜平面43を形成し
ている点は第1の実施の形態と同じであるが、図13の
側面よりみたチップ接合用ノズル40Cの側面幅Wがチ
ップ1の側面幅Wcよりも狭くなっている。
プリント基板上に並べて実装する場合に、隣接チップが
邪魔にならず、高密度実装に適する。また、放熱効果も
優れており、チップ1の温度上昇を緩和できる。なお、
その他の構成は前述の第1の実施の形態と同様であり、
同一又は相当部分に同一符号を付して説明を省略する。
形態を示す。この場合、チップ接合用ノズル40Dはノ
ズルセンター軸Pに対称な相対する斜平面43を形成し
ている点は第1の実施の形態と同じであるが、板ばね等
のばね部材50を外周部に固着し、相対する斜平面43
による凹部44内に下部分が延長している。
下げ方向に付勢することで、図16のようにチップ1を
プリント基板30のパターン面に実装するときに、チッ
プ1と斜平面43間の摩擦を減じてチップ1のエッジが
さらに円滑に滑って姿勢を修正可能としている。なお、
その他の構成は前述の第1の実施の形態と同様であり、
同一又は相当部分に同一符号を付して説明を省略する。
び第8の実施の形態をそれぞれ示す。この場合、チップ
接合用ノズル40E,40F,40Gはノズルセンター
軸に対称な相対する斜平面43を形成している点は第1
の実施の形態と同じであるが、側面よりみたチップ接合
用ノズルの横幅が高さ方向の位置によって変化してい
る。これにより、チップのエッジが当たる位置でのチッ
プ接合用ノズルの幅W1,W2,W3が各々異なり、チッ
プ接合用ノズルを保持した超音波を発生する振動装置側
からみたチップ実装時のインピーダンスを変化させ、イ
ンピーダンス整合を図ることができる。なお、その他の
構成は前述の第1の実施の形態と同様であり、同一又は
相当部分に同一符号を付して説明を省略する。
接合用ノズルの鏡面仕上げの斜面をDLC処理で、非常
に硬度の高い斜面として形成したが、DLC処理に限ら
ず、HrC40以上の硬度のノズル材質又は表面処理と
すれば、実用上十分な耐摩耗性を確保できる。
接合用ノズルの斜面の表面粗さを中心線平均粗さが0.
2μm程度の極めて滑らかな鏡面としたが、図7及び図
8を測定したときの表面粗さよりも1ランク以上の滑ら
かな表面粗さ、つまり中心線平均粗さが1.6μm未満
にすることで、実質的に鏡面仕上げとなり、チップのエ
ッジと斜面間の摩擦抵抗を十分低減可能である。
きたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記
載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当
業者には自明であろう。
プ接合用ノズルによれば、チップのフェイスダウン実装
においてチップをプリント基板に接合する場合に、チッ
プを常に接合されるプリント基板のパターンと平行な状
態で接合可能となり、これにより均一で強い接合強度を
持った実装が可能である。
装の中でも圧力を接合要素として接合する場合全てに有
効であり、超音波を接合要素に持つ場合においてさらに
大きな効果が得られる。
の形態を示す斜視図である。
によるチップ実装動作を示す説明図である。
用ノズルのノズルセンター軸とに僅かなずれがある場合
の実装動作を説明する正断面図である。
ないやや粗い面である場合のバンプの接合強度(シェア
強度)を品種毎に示すグラフである。
ないやや粗い面である場合のバンプ単位でみた割れ、ク
ラック発生率を品種毎に示すグラフである。
のバンプの接合強度(シェア強度)を品種毎に示
すグラフである。
合のバンプ単位でみた割れ、クラック発生率を品種
毎に示すグラフである。
る。
る。
る。
る。
ピックアップ時の正面図である。
る。
る。
る。
動作を示す説明図である。
ップ接合用ノズルのノズルセンター軸とに僅かなずれが
ある場合の実装動作を説明する正断面図である。
E,40G チップ接合用ノズル 22,42 真空吸引穴 30 プリント基板 31 導体パターン 43,43A,43B 斜平面 44 凹部 45 円弧斜面 50 ばね部材
Claims (4)
- 【請求項1】 ノズルセンターを中心にチップの2辺の
エッジと平行に接触する相対する斜面と、前記ノズルセ
ンターに開口する真空吸引穴とを備え、前記斜面は鏡面
に形成されていることを特徴とするチップ接合用ノズ
ル。 - 【請求項2】 前記鏡面の表面の硬度がHrC40以上
である請求項1記載のチップ接合用ノズル。 - 【請求項3】 前記鏡面の表面粗さを中心線平均粗さで
表したとき、中心線平均粗さが1.6μm未満である請
求項1又は2記載のチップ接合用ノズル。 - 【請求項4】 前記斜面が平面又は円弧面である請求項
1,2又は3記載のチップ接合用ノズル。
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EP99124956A EP1011127B1 (en) | 1998-12-14 | 1999-12-14 | Chip junction nozzle |
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