JP2003303856A - 半導体チップボンディング用ヘッドおよび半導体チップボンディング方法 - Google Patents

半導体チップボンディング用ヘッドおよび半導体チップボンディング方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷却効果が高く、タクトタイムの短縮が図れ
る半導体チップボンディング用ヘッドを提供する。 【解決手段】 ヘッド本体部１２と、該ヘッド本体部１
２に取りつけられたヒーター板１３と、吸引孔１４を有
し、ヒーター板１３下面に当接して取りつけられた吸着
ツール１５と、冷却部とを有し、前記冷却部は、ヘッド
本体部１２およびヒーター板１３を貫通する冷却風供給
路１６と、吸着ツール１５上面に形成されて吸着ツール
１５側壁面に開口し、冷却風供給路１６と連通する、吸
着ツール１５およびヒーター板１３冷却用の冷却風通路
２３とを具備することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体チップボンデ
ィング用ヘッドおよび半導体チップボンディング方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】金バンプを形成した半導体チップを実装
基板にはんだによりフリップチップボンディングする場
合には、図５に示すようなボンディング用ヘッド１０を
用いている。このボンディング用ヘッド１０は、ヘッド
本体部１２と、該ヘッド本体部１２に取りつけられたヒ
ーター板１３と、吸引孔１４を有し、ヒーター板１３下
面に当接して取りつけられた吸着ツール１５と、冷却部
とを有する。冷却部は、ヘッド本体部１２およびヒータ
ー板１３を貫通して設けられた冷却風供給路１６と（図
６）、ヒーター板１３下面に形成されてヒーター板１３
側壁面に開口し、冷却風供給路１６と連通する冷却風通
路１７とを有する（図７）。１８は冷却エアポートであ
る。
【０００３】そして、吸着ツール１５に吸引保持された
半導体チップを吸着ツール１５を介してヒータ板１３に
より加熱し、この加熱された半導体チップを実装基板に
押圧して、半導体チップに設けられたバンプを介して実
装基板に設けられたはんだ層を溶融し、次いで冷却部に
より前記溶融はんだを冷却凝固させることにより半導体
チップを実装基板上にフリップチップボンディングする
のである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかるに上記半導体チ
ップのボンディング方法には次のような課題がある。す
なわち、上記ヒーター板は、パルスヒーター等により対
象物（吸着ツール、半導体チップ）を短時間に加熱可能
である。しかしながら、昇温は比較的短時間で行えるも
のの、冷却は容易でなく、溶融したはんだを冷却、凝固
させるまで、吸着ツールにより半導体チップを長時間押
圧していなければならず、タクトタイム短縮のために、
上記のように冷却部により急冷するようにしているが、
冷却効果が十分でなく、望むようなタクトタイム短縮が
得られていない。そこで本発明は上記課題を解決すべく
なされたものであり、その目的とするところは、冷却効
果が高く、タクトタイムの短縮が図れる半導体チップボ
ンディング用ヘッドおよび半導体チップボンディング方
法を提供するにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために次の構成を有する。すなわち、本発明に係る
半導体チップボンディング用ヘッドは、ヘッド本体部
と、該ヘッド本体部に取りつけられたヒーター板と、吸
引孔を有し、前記ヒーター板下面に当接して取りつけら
れた吸着ツールと、冷却部とを有し、吸着ツールに吸引
保持された半導体チップを吸着ツールを介してヒータ板
により加熱し、この加熱された半導体チップを実装基板
に押圧して、半導体チップに設けられたバンプを介して
実装基板に設けられたはんだ層を溶融し、次いで冷却部
により前記溶融はんだを冷却凝固させることにより半導
体チップを実装基板上にフリップチップボンディングす
る半導体チップボンディング用ヘッドにおいて、前記冷
却部は、前記ヘッド本体部および前記ヒーター板を貫通
する冷却風供給路と、前記吸着ツール上面に形成されて
吸着ツール側壁面に開口し、前記冷却風供給路と連通す
る、吸着ツールおよびヒーター板冷却用の冷却風通路と
を具備することを特徴とする。
【０００６】前記冷却風通路が、前記吸着ツールに設け
られた吸引孔を囲む広い面積で形成されていることを特
徴とする。前記吸着ツールは、前記ヒーター板下面に当
接する板状部と、該板状部下面に柱状に突設され、下面
に前記吸引孔が開口する柱状部とを有し、該柱状部に、
柱状部側壁に開口する通孔が設けられていることを特徴
とする。また、前記吸着ツール下面に冷却フィンが突設
されていることを特徴とする。さらに前記冷却部が、前
記吸着ツールに吸着ツール外部から冷風を吹きつける冷
却ノズルを有することを特徴とする。
【０００７】また本発明に係る半導体チップボンディン
グ用ヘッドは、ヘッド本体部と、該ヘッド本体部に取り
つけられたヒーター板と、吸引孔を有し、前記ヒーター
板下面に当接して取りつけられた吸着ツールと、冷却部
とを有し、吸着ツールに吸引保持された半導体チップを
吸着ツールを介してヒータ板により加熱し、この加熱さ
れた半導体チップを実装基板に押圧して、半導体チップ
に設けられたバンプを介して実装基板に設けられたはん
だ層を溶融し、次いで冷却部により前記溶融はんだを冷
却凝固させることにより半導体チップを実装基板上にフ
リップチップボンディングする半導体チップボンディン
グ用ヘッドにおいて、前記吸着ツールは、前記ヒーター
板下面に当接する板状部と、該板状部下面に柱状に突設
され、下面に前記吸引孔が開口する柱状部とを有し、前
記冷却部は、前記柱状部に設けられ、柱状部側壁に開口
する通孔を有することを特徴とする。
【０００８】さらに本発明に係る半導体チップボンディ
ング用ヘッドは、ヘッド本体部と、該ヘッド本体部に取
りつけられたヒーター板と、吸引孔を有し、前記ヒータ
ー板下面に当接して取りつけられた吸着ツールと、冷却
部とを有し、吸着ツールに吸引保持された半導体チップ
を吸着ツールを介してヒータ板により加熱し、この加熱
された半導体チップを実装基板に押圧して、半導体チッ
プに設けられたバンプを介して実装基板に設けられたは
んだ層を溶融し、次いで冷却部により前記溶融はんだを
冷却凝固させることにより半導体チップを実装基板上に
フリップチップボンディングする半導体チップボンディ
ング用ヘッドにおいて、前記冷却部は、前記吸着ツール
下面に突設された冷却フィンであることを特徴とする。
【０００９】また本発明に係る半導体チップボンディン
グ方法では、上記ボンディングヘッドを用い、吸着ツー
ルによって半導体チップを吸着保持し、ヒーター板によ
って吸着ツールを介して半導体チップを加熱し、該加熱
された半導体チップを実装基板に押圧して、半導体チッ
プに設けられたバンプを介して実装基板に設けられたは
んだ層を溶融し、次いで冷却部の冷却風供給路から前記
吸着ツールに形成された冷却風通路に冷風を供給し、前
記溶融したはんだを冷却、凝固させて半導体チップを実
装基板にフリップチップボンディングすることを特徴と
している。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は、ボンデ
ィングヘッド２０の正面図である。図５に示す従来ヘッ
ド１０と同一の部材は同一符号で示した。ヘッド本体１
２に断熱ブロック１２ａを介してヒーター板１３が取り
つけられている。ヒーター板１３はパルスヒーターが組
み込まれて、対象物を短時間に加熱可能である。ヒータ
ー板１３は断熱ブロック１２ａに取り付けネジ（図示せ
ず）によって固定されている。ヒーター板１３はセラミ
ック板を用いることができる。
【００１１】ヒーター板１３に、吸着ツール１５が図示
しない取り付けネジによって固定されている。吸着ツー
ル１５もセラミック製とすることができるが、これに限
定されるものではない。吸着ツール１５は、図２に示す
ように、ヒーター板１３とほぼ同じ大きさに形成され、
ヒーター板１３下面に当接する板状部１５ａと、この板
状部１５ａ下面に突設され、吸引孔１４を有する柱状部
１５ｂとからなる。吸着ツール１５には、半導体チップ
２１を吸着可能な吸引孔１４が上下方向に開口されてい
る。この吸引孔１４は、ヘッド本体１２、ヒーター板１
３を貫通して設けられた吸引孔２２と連通している。吸
引孔２２は図示しない真空吸引装置に接続される。
【００１２】吸着ツール１５の上面には、図２（ａ）に
示すように、吸着ツール１５の板状部１５ｂの側壁面に
開口する凹部からなる冷却風通路２３が設けられてい
る。この冷却風通路２３は、吸引孔１４を囲むようにし
て、吸着ツール１５の上面に広い面積で設けるとよい。
冷却風通路２３は、ヘッド本体１２およびヒーター板１
３を貫通して設けられた冷却風供給路１６と連通する。
冷却風供給路１６には接続口１８に冷風供給パイプ（図
示せず）が接続されて冷風が供給される。
【００１３】なお、ボンディングヘッド２０は、図示し
ない３次元駆動装置に搭載され、半導体チップ２１をボ
ンディングする実装基板２４の上方空間内で自在に移動
可能に配設される。
【００１４】本実施の形態は上記のように構成されてい
る。半導体チップ２１を実装基板２４にボンディングす
るには次のようになされる。まず、半導体チップ２１が
収容されているトレー（図示せず）から、吸着ツール１
５によって半導体チップ２１を吸着して保持する。次い
でヘッド２０は実装基板２４上の所定位置に移動され
る。ヒーター板１３に所要時間通電され、ヒーター板１
３によって吸着ツール１５を介して半導体チップ２１が
加熱される。次いでヘッド２０が下降され、加熱された
半導体チップ２１が実装基板２４上の所要実装箇所に押
圧される。半導体チップ２１に設けられたバンプ（図示
せず）を介して実装基板２４に設けられたはんだ層（図
示せず）が溶融される。次いで冷却風供給路１６から吸
着ツール１５に形成された冷却風通路２３に冷風が供給
され、溶融したはんだが冷却、凝固され、これにより半
導体チップ２１が実装基板２４にフリップチップボンデ
ィングされる。次いでヘッド２０が上昇され、次の半導
体チップ２１のボンディングがなされる。
【００１５】本実施の形態では、上記のように、ヒータ
ー板１３下面と接する吸着ツール１５の上面に、広い面
積の冷却風通路２３を設け、多量の冷風を供給できるよ
うにしたので、吸着ツール１５が素早く冷却され、これ
に保持されている半導体チップ２１も冷却され、したが
ってはんだも素早く冷却、凝固されて半導体チップ２１
がボンディングされることになる。したがって、タクト
タイムの短縮化が図れる。従来では、前記のように、冷
却風通路がヒーター板１３下面に設けられ、ヒーター板
１３の構造上の制約から広い面積あるいは断面積の冷却
風通路が設けられなかったので、冷却効率が悪く、タク
トタイムの短縮が図れなかったのである。本実施の形態
では、従来に比して、冷却時間を７６％（２．６秒から
１．９８秒）に短縮できた。
【００１６】図３は他の実施の形態を示す。本実施の形
態では、吸着ツール１５の柱状部１５ｂに、柱状部１５
ｂの側壁面に開口する通孔２５を設けている。この通孔
２５は、吸着ツール１５の大気との接触面積を大きくす
るためのもので、実施例では、柱状部１５ｂ内に格子状
に設けた。このように、本実施の形態では、吸着ツール
１５の大気との接触面積を大きくしたので、それだけ吸
着ツール１５ひいては半導体チップ２１の冷却を早め、
はんだを素早く凝固させることができる。これにより、
冷却時間を８８％（２．６秒から２．３０秒）に短縮で
きた。
【００１７】なお、本実施の形態では、図１に示すよう
に、吸着ツール１５に吸着ツール外部から冷風を吹きつ
ける冷却ノズル２７を設けるとさらに好適である。この
ように冷却ノズル２７を設けて、通孔２５内に強制的に
冷風を吹き込むことによってさらに冷却効率を高めるこ
とができる。また本実施の形態でも、図２に示す冷却部
（冷却風通路２３等）を併用することで一層冷却効率を
高めることができる。
【００１８】図４はさらに他の実施の形態を示す。本実
施の形態では、吸着ツール１５の板状部１５ａ下面に、
多数の冷却フィン２９を突設している。本実施の形態で
も吸着ツール１５の大気との接触面積（表面積）を増大
でき、それだけ冷却効率を高めることができる。従来例
に比して、冷却時間を９０％（２．６秒から２．３４
秒）に短縮できた。また本実施の形態でも、図１に示す
ように、冷却ノズル２７を設けて、吸着ツール１５に強
制的に冷風を吹き付けることでさらに冷却効率を高める
ことができる。また、図２、および／または図３に示す
態様を併用することで一層冷却効率を高めることができ
る。
【００１９】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、簡単な
構造で、容易にはんだ凝固時間、したがってタクトタイ
ムを短縮できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ヘッド全体の構造を示す概略図である。
【図２】第１の実施の形態を示す説明図である。
【図３】第２の実施の形態を示す説明図である。
【図４】第３の実施の形態を示す説明図である。
【図５】従来のヘッドの概略を示す説明図である。
【図６】冷却風供給路の説明図である。
【図７】ヒーター板の下面に設けた冷却風通路を示す説
明図である。
【符号の説明】
１２ ヘッド本体 １３ ヒーター板 １４ 吸引孔 １５ 吸着ツール １６ 冷却風供給路 ２０ ヘッド ２１ 半導体チップ ２２ 吸引孔 ２３ 冷却風通路 ２４ 実装基板 ２５ 通孔 ２７ 冷却ノズル ２９ 冷却フィン

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ヘッド本体部と、該ヘッド本体部に取り
    つけられたヒーター板と、吸引孔を有し、前記ヒーター
    板下面に当接して取りつけられた吸着ツールと、冷却部
    とを有し、吸着ツールに吸引保持された半導体チップを
    吸着ツールを介してヒータ板により加熱し、この加熱さ
    れた半導体チップを実装基板に押圧して、半導体チップ
    に設けられたバンプを介して実装基板に設けられたはん
    だ層を溶融し、次いで冷却部により前記溶融はんだを冷
    却凝固させることにより半導体チップを実装基板上にフ
    リップチップボンディングする半導体チップボンディン
    グ用ヘッドにおいて、 前記冷却部は、前記ヘッド本体部および前記ヒーター板
    を貫通する冷却風供給路と、前記吸着ツール上面に形成
    されて吸着ツール側壁面に開口し、前記冷却風供給路と
    連通する、吸着ツールおよびヒーター板冷却用の冷却風
    通路とを具備することを特徴とする半導体チップボンデ
    ィング用ヘッド。
  2. 【請求項２】 前記冷却風通路が、前記吸着ツールに設
    けられた吸引孔を囲む広い面積で形成されていることを
    特徴とする請求項１記載の半導体チップボンディング用
    ヘッド。
  3. 【請求項３】 前記吸着ツールは、前記ヒーター板下面
    に当接する板状部と、該板状部下面に柱状に突設され、
    下面に前記吸引孔が開口する柱状部とを有し、 該柱状部に、柱状部側壁に開口する通孔が設けられてい
    ることを特徴とする請求項１または２記載の半導体チッ
    プボンディング用ヘッド。
  4. 【請求項４】 前記吸着ツール下面に冷却フィンが突設
    されていることを特徴とする請求項１、２または３記載
    の半導体チップボンディング用ヘッド。
  5. 【請求項５】 前記冷却部が、前記吸着ツールに吸着ツ
    ール外部から冷風を吹きつける冷却ノズルを有すること
    を特徴とする請求項３または４記載の半導体チップボン
    ディング用ヘッド。
  6. 【請求項６】 ヘッド本体部と、該ヘッド本体部に取り
    つけられたヒーター板と、吸引孔を有し、前記ヒーター
    板下面に当接して取りつけられた吸着ツールと、冷却部
    とを有し、吸着ツールに吸引保持された半導体チップを
    吸着ツールを介してヒータ板により加熱し、この加熱さ
    れた半導体チップを実装基板に押圧して、半導体チップ
    に設けられたバンプを介して実装基板に設けられたはん
    だ層を溶融し、次いで冷却部により前記溶融はんだを冷
    却凝固させることにより半導体チップを実装基板上にフ
    リップチップボンディングする半導体チップボンディン
    グ用ヘッドにおいて、 前記吸着ツールは、前記ヒーター板下面に当接する板状
    部と、該板状部下面に柱状に突設され、下面に前記吸引
    孔が開口する柱状部とを有し、 前記冷却部は、前記柱状部に設けられ、柱状部側壁に開
    口する通孔を有することを特徴とする半導体チップボン
    ディング用ヘッド。
  7. 【請求項７】 ヘッド本体部と、該ヘッド本体部に取り
    つけられたヒーター板と、吸引孔を有し、前記ヒーター
    板下面に当接して取りつけられた吸着ツールと、冷却部
    とを有し、吸着ツールに吸引保持された半導体チップを
    吸着ツールを介してヒータ板により加熱し、この加熱さ
    れた半導体チップを実装基板に押圧して、半導体チップ
    に設けられたバンプを介して実装基板に設けられたはん
    だ層を溶融し、次いで冷却部により前記溶融はんだを冷
    却凝固させることにより半導体チップを実装基板上にフ
    リップチップボンディングする半導体チップボンディン
    グ用ヘッドにおいて、 前記冷却部は、前記吸着ツール下面に突設された冷却フ
    ィンであることを特徴とする半導体チップボンディング
    用ヘッド。
  8. 【請求項８】 前記冷却部が、前記吸着ツールに吸着ツ
    ール外部から冷風を吹きつける冷却ノズルを有すること
    を特徴とする請求項６または７記載の半導体チップボン
    ディング用ヘッド。
  9. 【請求項９】 請求項１〜８いずれか１項記載の半導体
    チップボンディング用ヘッドを用い、 吸着ツールによって半導体チップを吸着保持し、ヒータ
    ー板によって吸着ツールを介して半導体チップを加熱
    し、該加熱された半導体チップを実装基板に押圧して、
    半導体チップに設けられたバンプを介して実装基板に設
    けられたはんだ層を溶融し、次いで冷却部の冷却風供給
    路から前記吸着ツールに形成された冷却風通路に冷風を
    供給し、前記溶融したはんだを冷却、凝固させて半導体
    チップを実装基板にフリップチップボンディングするこ
    とを特徴とする半導体チップボンディング方法。
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