JP2003152030A - 半導体実装装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体チップを傷つけることなく、かつ安定
的にボンディングヘッドに移載することのできる半導体
実装装置を提供する。 【解決手段】 半導体チップ１０を載置する半導体載置
部１５と、この半導体載置部１５を下方より上下方向に
移動可能に支持する支持部１３との間に弾性部材１４を
配する一方、半導体載置部１５に半導体チップ１０より
も高く形成された柱部材１６を設け、この柱部材１６を
降下するボンディングヘッド１によって押圧することに
より、柱部材１６を介して半導体載置部１５を、ボンデ
ィングヘッド１の吸着面と半導体チップ１０との距離
を、柱部材１６と半導体チップ１０との高さの差に保ち
ながら弾性部材１４の弾性力に抗して降下させるように
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶パネル等に用
いられる回路基板上に半導体チップを実装する半導体実
装装置に関し、特に半導体チップの実装の際、半導体チ
ップをボンディングヘッドにより吸着するようにしたも
のに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体実装装置においては、半導
体載置部の上方に、半導体チップを吸着する吸着面を備
えたボンディングヘッドを昇降自在に配すると共に、実
装の際、ボンディングヘッドを降下させて半導体載置部
に載置された半導体チップを吸着面で吸着保持した後、
このボンディングヘッドにより半導体チップを回路基板
上へ熱圧着するようにしたものがある。

【０００３】そして、このような半導体実装装置の一例
としては、回路基板に半導体チップを直接実装するＣＯ
Ｇ（ｃｈｉｐ ｏｎ ｇｌａｓｓ）実装を行うものがあ
り、このような装置ではヒートツールにより半導体チッ
プを、異方性導電フィルムを介して回路基板に熱圧着す
るようにしている。なお、このよう構成の半導体実装装
置については特開平８−２８８３３７号公報に示されて
いる。

【０００４】ところで、図６は、このような従来の半導
体実装装置の構成を説明する正面図、図７はその側面図
であり、同図において、３は堅牢に作られた装置筐体、
２は装置筐体３に昇降自在に設けられると共に、先端に
半導体チップであるベアチップを吸着保持する吸着面を
有するボンディングヘッドであるツールヘッド１を備え
たヘッドユニットである。なお、このヘッドユニット２
は不図示のパルスモータにより駆動されて昇降すると共
に、不図示のシリンダーにより駆動されてベアチップの
圧着動作を行うようになっている。

【０００５】また、６はベアチップを搭載する半導体載
置部であるベアチップ搭載ステージ、７はこのベアチッ
プ搭載ステージ６の移動をガイドするスライドガイドレ
ール部材、８は回路基板１１を搭載すると共に不図示の
アライメント機構を備えたパネルステージ、９はパイレ
ックス（登録商標）ガラスからなる圧着ステージ、５は
圧着ステージ９を通して回路基板１１及びベアチップに
それぞれ設けられた不図示のアラインマークを認識する
ことにより、回路基板１１とベアチップの位置を確認す
るＣＣＤカメラである。

【０００６】次に、このように構成された半導体実装装
置におけるベアチップ熱圧着工程を簡単に説明する。

【０００７】まず、第１工程として、ベアチップ搭載ス
テージ６にベアチップをフェースダウンで位置決めして
搭載した後、このベアチップをベアチップ搭載ステージ
６に真空吸着にて固定する。ここで、このベアチップ搭
載ステージ６のベアチップ搭載面には、図８に示すよう
に段差加工部１２があり、この段差加工部１２の段差面
にベアチップ１０を突き当てることにより、チップ１０
の略位置決めを行うようにしている。なお、このベアチ
ップ搭載ステージ６へのベアチップ１０の搭載はロボッ
トを使っても良いし、作業者が行っても良い。

【０００８】次に、第２工程としてスライドガイドレー
ル部材７に沿ってベアチップ搭載ステージ６をヘッドユ
ニット２の直下位置に移動させる。

【０００９】次に、第３工程として、不図示のパルスモ
ータを駆動してヘッドユニット２をツールヘッド１がベ
アチップ搭載ステージ上のベアチップ１０に当たらない
位置にまで降下させた後、ベアチップ搭載ステージ６の
真空吸着を停止すると共にツールヘッド１による真空吸
着を開始し、ベアチップ１０をツールヘッド１の吸着面
に吸着保持する。なお、ベアチップ１０をベアチップ搭
載ステージ６からツールヘッド１に安定的に移載するた
めには、ツールヘッド１とベアチップ１０の間隔が常に
―定となるようにヘッドユニット２を位置制御する必要
がある。

【００１０】次に、このようにベアチップ１０をベアチ
ップ搭載ステージ６からツールヘッド１に移載した後、
第４工程としてヘッドユニット２を上昇させ、図６及び
図７に示す初期位置に戻す。また、ベアチップ搭載ステ
ージ６をヘッドユニット２の直下位置から、同図に示す
初期位置に待避させる。

【００１１】次に、第５工程として、ＣＣＤカメラ５の
焦点位置までパルスモータ駆動によりヘッドユニット２
を移動させ、ベアチップ１０に設けられた不図示のアラ
イメントマークを認識し、その後、再び初期位置までヘ
ッドユニット２を戻す。

【００１２】次に、第６工程として、回路基板１１をパ
ネルステージ８に搭載した後、圧着ステージ９上に移動
させ、ＣＣＤカメラにより回路基板１１の不図示のアラ
イメントマークを認識し、この後、パネルステージ８の
不図示のアライメント機構を使って回路基板側のアライ
メントマーク位置を第５工程にて認識したベアチップ側
のアライメントマーク位置に合わせる。なお、このベア
チップ１０及び回路基板１１のアライメントマークの認
識方法については、自動機であれば画像処理装置を用
い、マニュアル機あればＣＣＤ画像にカーソル表示を重
ねることなどで行われる。

【００１３】次に、第７工程としてヘッドユニット２を
圧着位置直前の位置まで降下させた後、シリンダー駆動
により、例えば圧力２０〜４０ｋｇｆ／ｃｍ^２、２０秒
程度、異方性導電フィルムの到達温度が１９０〜２３０
℃程度という条件により、ベアチップ１０を回路基板１
１に熱圧着する。なお、ベアチップ１０を回路基板１１
に熱圧着させる際に必要な不図示の異方性導電フィルム
は、回路基板１１のペアチップ実装位置に予め貼付され
ている。

【００１４】そして、最後に、このような熱圧着後、ヘ
ッドユニット２を初期位置に戻す。これにより、１回の
実装動作が完了し、この後、次のベアチップの実装が行
われる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
工程によりベアチップを回路基板に実装する従来の半導
体実装装置において、ベアチップをツールヘッドへ移載
させる際、ヘッドユニットをツールヘッドがベアチップ
搭載ステージ上のベアチップに当たらないぎりぎりの位
置まで降下させる必要があるが、位置制御精度によって
はヘッドユニット２を降下させ過ぎる場合がある。

【００１６】ここで、このようにヘッドユニット２を降
下させ過ぎると、ツールヘッド１がベアチップ１０に当
たり、これによりベアチップ１０に設けられたバンプが
破壊、あるいは変形してしまうことがある。

【００１７】また、ヘッドユニット２の降下が不十分で
ベアチップ１０とツールヘッド１の間隔が広くなると、
ベアチップ搭載ステージ６からのベアチップ１０の移載
が良好に行われず、このためツールヘッド１からベアチ
ップ１０が落下したり、或はツールヘッド１の所定位置
にベアチップ１０を吸着固定することができず、このよ
うな状態でベアチップ１０を熱圧着した場合には、接続
不良を起こしてしまうことがある。

【００１８】一方、ヘッドユニット２の位置制御を高精
度に行うようにした場合でも、ツールヘッド１の温度影
響によってヘッドユニット全体が熱膨張すると、例えば
装置立ち上げ時と、数時間可動させた後では、同じヘッ
ドユニット２の位置設定でも、ベアチップ１０とツール
ヘッド１の間隔が大きく異なってしまうことがある。

【００１９】なお、ヘッドユニット全体の熱膨張に対応
してベアチップ１０とツールヘッド１との間隔を―定に
保つため、ヘッドユニット２の熱膨張量に応じてヘッド
ユニット２の降下位置設定を変化させるようにした場合
には、複雑な制御等が必要となり、実用上、不可能であ
る。

【００２０】そこで、本発明はこのような現状に鑑みて
なされたものであり、ベアチップ（半導体チップ）を傷
つけることなく、かつ安定的にボンディングヘッドに移
載することのできる半導体実装装置を提供することを目
的とするものである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体載置部
の上方に半導体チップを吸着する吸着面を備えたボンデ
ィングヘッドを昇降自在に配すると共に、実装の際、前
記ボンディングヘッドを降下させて前記半導体載置部に
載置された半導体チップを前記吸着面で吸着保持した
後、前記半導体チップを回路基板上へ熱圧着する半導体
実装装置において、前記半導体載置部の下方に設けら
れ、該半導体載置部を上下方向に移動可能に支持する支
持部と、前記半導体載置部と支持部との間に配された弾
性部材と、前記半導体載置部に設けられると共に該半導
体載置部に載置される半導体チップよりも高く形成さ
れ、前記降下するボンディングヘッドにより押圧されて
該半導体載置部を降下させる柱部材と、を備え、前記ボ
ンディングヘッドが降下する際、該ボンディングヘッド
により前記柱部材を介して前記半導体載置部を、前記ボ
ンディングヘッドの吸着面と前記半導体チップとの距離
を前記柱部材と半導体チップとの高さの差に保ちながら
前記弾性部材の弾性力に抗して降下させるようにしたこ
とを特徴とするものである。

【００２２】また本発明は、前記柱部材は、前記ボンデ
ィングヘッドが前記半導体チップを吸着することのでき
る距離分該半導体チップよりも高くなっていることを特
徴とするものである。

【００２３】また本発明は、前記支持部は、前記半導体
載置部を支持するダンパ機構を備えていることを特徴と
するものである。

【００２４】また本発明のように、半導体チップを載置
する半導体載置部と、この半導体載置部を下方より上下
方向に移動可能に支持する支持部との間に弾性部材を配
する一方、半導体載置部に半導体チップよりも高く形成
された柱部材を設け、この柱部材を降下するボンディン
グヘッドによって押圧することにより、柱部材を介して
半導体載置部を、ボンディングヘッドの吸着面と半導体
チップとの距離を、柱部材と半導体チップとの高さの差
に保ちながら弾性部材の弾性力に抗して降下させるよう
にする。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。

【００２６】図１は本発明の第１の実施の形態に係る半
導体実装装置の構成を説明する図である。なお、同図に
おいて、図６と同一符号は同一又は相当部分を示してい
る。

【００２７】同図において、１５はベアチップ１０が搭
載される半導体載置部であるベアチップ搭載ステージで
あり、このベアチップ搭載ステージ１５には、ヘッドユ
ニット２の降下の際、ヘッドユニット２と共に降下する
ツールヘッド１と当接する柱部材である高さ調整ピン１
６がベアチップ１０の四隅方向に４ヶ所取り付けられて
いる。

【００２８】そして、このようにヘッドユニット２の降
下の際、ツールヘッド１と高さ調整ピン１６とを当接さ
せることにより、ツールヘッド１とベアチップ１０との
間隔を一定に保つことができるようになっている。ここ
で、この高さ調整ピン１６の高さＨは、ベアチップ高さ
よりもａだけ高くなるように加工されている。なお、こ
の時のａの値は、前もって検証したベアチップ１０が良
好にツールヘッド１に吸着されて移載される間隔であ
り、例えば２０μｍ程度である。

【００２９】また、１３はベアチップ搭載ステージ１５
を下方より支持すると共に、既述したスライドガイドレ
ール（図６参照）に取り付けられ、ヘッドユニット２の
直下位置まで移動する支持部であり、この支持部１３の
４隅にはガイドピン１８が垂設されており、さらにこの
ガイドピン１８には弾性部材であるコイルばね１４が取
り付けられている。

【００３０】そして、このガイドピン１８の上端部をベ
アチップ搭載ステージ１５の４隅に設けられた勘合穴１
９に嵌合することにより、ベアチップ搭載ステージ１５
はガイドピン１８及びコイルばね１４を介して支持部１
３により上下方向に移動可能に、かつ弾性的に支持され
るようになっている。

【００３１】なお、ベアチップ搭載ステージ１５の中央
部には吸着穴１７が設けられており、この吸着穴１７に
より、ベアチップ１０は真空吸着されて略位置固定され
るようになっている。また、ベアチップ搭載ステージ１
５には、図２に示すように段差加工部１２が形成されて
おり、この段差加工部１２の２つの端面にベアチップ１
０を突き当てることにより、ベアチップ１０の略位置決
めを行うことができるようになっている。

【００３２】ところで、このようにベアチップ搭載ステ
ージ１５にツールヘッド１に当接する高さ調整ピン１６
を設けると共に、ベアチップ搭載ステージ１５を支持部
１３により上下方向に移動可能に、かつ弾性的に支持す
ることにより、ヘッドユニット２が降下すると、ツール
ヘッド１が高さ調整ピン１６に突き当たり、これにより
ベアチップ搭載ステージ１５はヘッドユニット２が降下
を停止するまで、コイルばね１４を変形させながら、即
ちコイルばね１４の弾性力に抗しながら下方に移動する
ようになっている。

【００３３】なお、ヘッドユニット２の降下停止位置
は、本実施の形態においては、下方に移動したベアチッ
プ搭載ステージ１５と支持部１３との間隔が図１に示す
初期状態時の半分程度となるような位置に設定してい
る。

【００３４】ここで、このようにヘッドユニット２が停
止した時、ベアチップ搭載ステージ１５はコイルばね１
４の弾性力によりツールヘッド１に常に押し付けられて
いるため、ツールヘッド１とベアチップ１０との間隔は
常に所望間隔ａに保たれることになる。

【００３５】なお、ヘッドユニット２の降下位置がベア
チップ側にずれたり、熱膨張によりヘッドユニット２の
長さが延びた場合には、ツールヘッド１が高さ調整ピン
１６を介してベアチップ搭載ステージ１５をより下方に
押し込むようになるため、ベアチップ搭載ステージ１５
と支持部１３との間隔が狭まるようになり、これにより
ツールヘッド１とベアチップ１０との間隔は常に所望す
る間隔ａに保たれるようになっている。

【００３６】また、逆にヘッドユニット２の降下が不十
分な場合には、コイルばね１４の弾性力によりベアチッ
プ搭載ステージ１５が上方に移動するようになるため、
ベアチップ搭載ステージ１５と支持部１３との間隔が広
がり、これによりツールヘッド１とベアチップ１０との
間隔は常に所望する間隔ａに保たれるようになってい
る。

【００３７】次に、このように構成された半導体実装装
置のベアチップ移載動作について説明する。

【００３８】まず、第１工程として、ベアチップ１０を
ベアチップ搭載ステージ上で略位置決めした後、真空吸
着にて固定し、この後、図１に示すように支持部１３と
共にベアチップ搭載ステージ１５をツールユニット２の
直下位置にまで移動する。

【００３９】次に、第２工程として、この状態から不図
示のパルスモータを駆動してヘッドユニット２を降下さ
せる。これにより、図３の（ａ）に示すように、ツール
ヘッド１がベアチップ搭載ステージ１５に取り付けられ
た高さ調整ピン１６に突き当たり、この後、ヘッドユニ
ット２が更に降下すると、ベアチップ搭載ステージ１５
はコイルばね１４を変形させながら、支持部１３との間
隔が初期状態時の半分程度となる位置まで降下する。

【００４０】ここで、この時、ベアチップ搭載ステージ
１５の高さ調整ピン１６はコイルばね１４の弾性力によ
りツールヘッド１に常に押し付けられており、これによ
りツールヘッド１とベアチップ１０との間隔は常に所望
の間隔ａに保たれる。

【００４１】なお、ヘッドユニット２の降下位置がベア
チップ側にずれたり、熱膨張によりヘッドユニット２の
長さが延びた場合、ツールヘッド１がベアチップ搭載ス
テージ１５をより下方に押し込むようになるためツール
ヘッド１とベアチップ１０との間隔は常に所望する間隔
ａに保たれる。また、ヘッドユニット２の降下が不十分
な場合、コイルばね１４の弾性力によりベアチップ搭載
ステージ１５は上方に移動するため、ツールヘッド１と
ベアチップ１０との間隔は常に所望する間隔ａに保たれ
る。

【００４２】次に、このようにベアチップ搭載ステージ
１５と支持部１３との間隔が初期状態時の半分程度とな
る位置となるようにヘッドユニット２が降下した後、ベ
アチップ搭載ステージ１５の真空吸着を停止し、ツール
ヘッド側の真空吸着を開始すると、（ｂ）に示すように
ベアチップ１０はツールヘッド側の所定の位置へと安定
的に移載される。

【００４３】そして、この後、（ｃ）に示すようにヘッ
ドユニット２を上方へ待避させて、ベアチップ移載動作
は完了となる。なお、この時、ベアチップ搭載ステージ
１５と支持部１３との間隔は初期状態時に戻る。

【００４４】このように、支持部１３にベアチップ１０
の上面よりも所定長さａだけ高く形成された高さ調整ピ
ン１６を設けると共に、コイルばね１４を介してベアチ
ップ搭載ステージ１５を支持部１３に弾性的に保持する
ことにより、ツールヘッド１の吸着面とベアチップ１０
との距離を常に一定、即ち所望の間隔ａとすることがで
きる。

【００４５】これにより、ベアチップ１０をベアチップ
搭載ステージ１５からツールヘッド１ヘ移載する際、ツ
ールヘッド１の移載高さの多少の位置ずれやヘッドユニ
ット２の熱膨張等の原因によってバンプを傷つけたり、
落としたりすることがなくなるため、ベアチップ１０を
ツールヘッド１の所定の位置に安定的に移載することが
可能となり、これに伴い実装時間の短縮及びベアチップ
１０の信頼性の高い実装が可能となる。

【００４６】なお、ベアチップ搭載ステージ１５と支持
部１３との間に設ける弾性部材としてはコイルばね１４
以外に、ゴム材を用いても良い。また、ベアチップ搭載
ステージ１５にベアチップ１０を略位置決めする手段と
しては、既述した段差加工部１２以外にも、例えば図４
に示すように、ベアチップ１０を４方向から押圧する突
き当て治具２１を用いるようにしても良い。

【００４７】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。

【００４８】図５は本実施の形態に係る半導体実装装置
のベアチップ搭載ステージの断面図である。なお、同図
において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示して
いる。

【００４９】同図において、２０は支持部材上に取り付
けられると共に、ベアチップ搭載ステージ１５を支持す
るダンパ機構を構成するダンパであり、このダンパ２０
はヘッドユニット２の昇降方向に往復摺動するようにな
っている。そして、このようなダンパ２０を設けること
により、ツールヘッド１が高さ調整ピン１６に突き当た
るときや、ベアチップ１０がツールヘッド側に移載され
た後、ツールヘッド１が高さ調整ピン１６から離れると
きのベアチップ搭載ステージ１５の振動を抑制すること
ができる。

【００５０】また、このダンパ２０はベアチップ搭載ス
テージ１５がスライドガイドレール（図６参照）に沿っ
て移動する方向には略剛体とみなすことができるので、
この移動の際のベアチップ搭載ステージ１５の揺れを防
ぐことができる。これにより、ベアチップ搭載ステージ
１５は、次動作の位置へ素早く移行することができる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように本発明のように、ボ
ンディングヘッドが降下する際、半導体載置部を、ボン
ディングヘッドの吸着面と半導体チップとの距離を、柱
部材と半導体チップとの高さの差に保ちながら弾性部材
の弾性力に抗して降下させることにより、半導体チップ
を、傷つけることなく、かつ安定的にボンディングヘッ
ドに移載することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体実装装
置の構成を説明する図。

【図２】上記半導体実装装置のベアチップ搭載ステージ
の平面図。

【図３】上記半導体実装装置のベアチップ移載動作を説
明する図。

【図４】上記半導体実装装置のベアチップ搭載ステージ
上におけるベアチップの他の略位置決め方法を説明する
図。

【図５】本発明の第２の実施の形態に係る半導体実装装
置のベアチップ搭載ステージの断面図。

【図６】従来の半導体実装装置の構成を説明する正面
図。

【図７】上記従来の半導体実装装置の構成を説明する側
面図。

【図８】従来の半導体実装装置のベアチップ搭載ステー
ジ上におけるベアチップの略位置決め方法を説明する
図。

【符号の説明】

１ ツールヘッド ２ ヘッドユニット ６，１５ ベアチップ搭載ステージ １０ ベアチップ １１ 回路基板 １３ 支持部 １４ コイルばね １６ 高さ調整ピン １８ ガイドピン １９ 勘合穴 ２０ ダンパ ２１ 突き当て治具

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新堀 憲二 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 塩谷 泰史 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 5E319 AA03 AA07 AB06 AC01 CC12 CD04 GG15 5F044 KK06 LL09 PP15

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体載置部の上方に半導体チップを吸
   着する吸着面を備えたボンディングヘッドを昇降自在に
   配すると共に、実装の際、前記ボンディングヘッドを降
   下させて前記半導体載置部に載置された半導体チップを
   前記吸着面で吸着保持した後、前記半導体チップを回路
   基板上へ熱圧着する半導体実装装置において、 前記半導体載置部の下方に設けられ、該半導体載置部を
   上下方向に移動可能に支持する支持部と、 前記半導体載置部と支持部との間に配された弾性部材
   と、 前記半導体載置部に設けられると共に該半導体載置部に
   載置される半導体チップよりも高く形成され、前記降下
   するボンディングヘッドにより押圧されて該半導体載置
   部を降下させる柱部材と、 を備え、 前記ボンディングヘッドが降下する際、該ボンディング
   ヘッドにより前記柱部材を介して前記半導体載置部を、
   前記ボンディングヘッドの吸着面と前記半導体チップと
   の距離を前記柱部材と半導体チップとの高さの差に保ち
   ながら前記弾性部材の弾性力に抗して降下させるように
   したことを特徴とする半導体実装装置。
2. 【請求項２】 前記柱部材は、前記ボンディングヘッド
   が前記半導体チップを吸着することのできる距離分該半
   導体チップよりも高くなっていることを特徴とする請求
   項１記載の半導体実装装置。
3. 【請求項３】 前記支持部は、前記半導体載置部を支持
   するダンパ機構を備えていることを特徴とする請求項１
   記載の半導体実装装置。