JP2004537853A - 基板に半導体素子を取り付けるための工程、装置、及びこれに必要な部品 - Google Patents
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Abstract
本発明は、基板(20)に半導体素子(12)を実装するための工程及び装置(10)を提供する。詳細には、装置(10)は、基板(20)に半導体素子(12)を配置するための支持フレーム(40)に配置された配置機構(300)を含む。リフローブン/炉(400)が装置(10)に組み込まれているため、半導体素子(12)及び基板(20)を外部の炉に移送する必要がない。本発明の別の特徴は、吸引によって移送される基板を効率的に吸引できるように適合された改良真空基板チャックアレイ(200、250)を提供することを含む。本発明の更なる特徴は、基板(20)に設けられる共晶はんだ(610)の酸化を防止するためにフラックスレスリフロー工程を含む。
Description
【0001】
発明の技術分野
本発明は、基板に半導体素子を取付け、かつ/またはボンディングするのに有用な工程、装置、及びこれに必要な部品に関する。
【0002】
背景技術
リフロー(すなわち、はんだ付け)工程が、ダイを基板にボンディングするために用いられる。リフロー工程は通常、各ダイが基板に載置された後に行われる。具体的には、ボンディングヘッドによって各ダイが基板に載置された後、ボンディングヘッドによりダイが加熱され、ダイが基板にボンディングされる。この加熱工程がそれぞれのダイに対して繰り返されるため、ダイと基板の組立て工程に時間がかかり効率が悪い。別法では、一群の基板上にダイがそれぞれ載置された後、1回の加熱工程を行うことができる。より具体的には、ダイ取付け装置により基板上にダイが配置された後、ダイと基板の組立体が、コンベヤシステムなどの別の移動機構によってその取付け装置から外部リフローブン/炉に移送される。このように外部リフローブン/炉に移送される間に、ダイと基板が互いにずれて、ダイと基板の不整合が生じる可能性がある。
【0003】
ダイの基板へのはんだ付けでは、例えば、ダイを基板に一時的に固定するためにフラックスが用いられてきた。フラックスを用いたはんだ付け工程に関連して、様々な問題が明らかにされた。例えば、光電子デバイスが、光信号の偏向及び吸収によって残留フラックスに反応してしまう。この結果、フラックスレスはんだ付け工程が、ダイ/基板組立体の製造に用いられるようになってきた。フラックスレスはんだ付けはまた、近年、残留フラックスの洗浄に用いられるクロロフルオロカーボンなどの一般的な化学薬品の環境への影響に配慮して、一層その重要性が増してきた。フラックスレスはんだ付けは、通常は比較的高温で行われるため、ダイ/基板組立体に有害なはんだの酸化が起こり易い。様々なフラックスレスはんだ付けが試みられてきたが、ある程度の成果しか上がっていない。
【0004】
真空基板チャックアレイもまた、ダイ/基板の組立ての際に基板を保持するために開発されてきた。図9A及び図9Bを参照すると、真空開口858を介した吸引により、基板820が真空基板チャックアレイ850に形成された開口852内に保持されている。一般に、開口852の底部の角854が丸く形成されるため、基板820が開口852の底部856に対してフラットに配置されない(すなわち、図示(9B)されているようにぴったりとは接触しない)。この結果、真空開口858を介した基板820の吸引が非効率的かつ/または非効果的となっている。
【0005】
上記したように、従来のダイ/基板の組立て工程及び装置には様々な問題や欠点がある。従って、このような問題や欠点を解消する改良された工程及び装置が要望されている。
【0006】
発明の開示
本発明は、上記した従来技術の不都合及び欠点を、新規の改良したダイボンディング装置及びその方法及びその部品を提供することで解消する。本発明の一態様によると、本装置は、半導体構成要素を基板に配置するために、支持フレーム及びその支持フレームに取り付けられた配置機構を含む。リフローオーブン即ちリフロー用の炉が配置機構に近接したフレームに直接設けられているため、複数の基板及びその基板に配置された半導体構成要素を直接フレーム上で実質的に一回の動作で加熱することができ、これにより半導体構成要素及び基板を外部の炉に移送する必要がない。
【0007】
半導体構成要素を基板に取り付けるための方法も提供する。この方法によると、支持フレーム上に配置された配置ステーションで、各半導体構成要素を対応する1つの基板上に配置する。次に、加熱ステーションで基板及び半導体構成要素を加熱する。加熱ステーションは、加熱ステップをフレーム上で直接実施できるように、配置ステーションに近接したフレーム上に直接取り付けられたオーブンを有する。配置ステップを実施する前に、フレーム上に移動可能に取り付けられた支持面に基板を配置することができる。基板は、加熱ステップが終了するまで支持面に配置しておくことができる。
【0008】
本発明の別の態様によると、複数の基板を移送するための装置が、基板を受容することができる大きさ及び形状を有する複数の開口を備えた少なくとも1つのプレートを含む。それぞれの開口は、側壁及び底部壁によって画定されている。それぞれの底部壁は、対応する1つの開口内に受容された基板を吸引するための機構を有する。それぞれの側壁は、対応する1つの底部壁と共同して実質的に鋭角な角を形成するため、基板を対応する1つの底部壁に対して実質的にフラットに配置することができる。プレートは、互いに取り付けられた第1のプレートと第2のプレートを含み得る。このような場合、第1のプレートに、このプレートを貫通した開口を形成することができる。側壁は、第1のプレートによって画定されており、底部壁は第2のプレートによって画定されている。それぞれの側壁及び底部壁は実質的に真直である。
【0009】
本発明の別の態様は、実質的に気密された区画内に基板及びその基板に配置された半導体構成要素を配置するステップと、その区画内に含まれている空気を排気するステップとを含む取付け方法を提供する。基板と半導体構成要素との間には、共晶はんだが配置されている。基板と半導体構成要素との間に配置された共晶はんだをリフローするために、区画内に加熱されたガスが所定時間に亘って供給され、その区画が加熱される。加熱されたガスは、共晶はんだの酸化を防止するために実質的に酸素を含まない。このようにして、フラックスレスはんだ付けを実施することができる。
【0010】
発明の最適な実施形態
本発明をよりよく理解できるように、添付の図面を用いて本発明の詳細を後述する。
【0011】
図1‐図3を参照すると、フリップチップ・ダイボンディング装置すなわちボンディングシステム10が示されている。詳細は後述するが、ダイボンディング装置10は、オプトエレクトロニク組立体30の製造においてフリップダイすなわち半導体構成要素12を基板部材20(図26を参照)に正確に整合/取付け/ボンディングするために適合されている。具体的には、ダイボンディング装置10は、共晶はんだ610(図26を参照)を用いてダイ12を基板部材20にボンディングするためにバッチ・フラックスレス・リフロー工程(すなわち、はんだ付け工程)600(図25を参照)を実施できるように適合されている。理解及び説明を容易にするために、ダイ12及び基板部材20を以下に簡単に説明し、続いてダイボンディング装置10の構造を説明する。
【0012】
主に図5、図6、及び図26を参照すると、ダイ12は、好ましくは予備形成され、移送中、工程中、検査中、及び組立て中にダイ12を保護するようにデザインされたワッフル/ゲルパックすなわちトレイ14で移送される。ダイ12を、要求に応じてピックアップすることができる。具体的には、トレイ14の下側を吸引して、ダイピックアップツールまたは真空ピックアップツールを用いて各ダイ12を容易に取り除くことができる。ダイ12と同様に、基板部材20は、好ましくは予め形成され、組立てのためにダイボンディング装置10に移送される。各基板部材20は、上面22、底面24、側面26a‐26d、及びコーナーエッジ28a‐28d(図10A及び図10Bを参照)を含む。
【0013】
ダイボンディング装置10は、主装置ベース組立体40(図1‐図3を参照)、X‐Y基板ステージ組立体50(図3及び図4を参照)、ダイ送り組立体80及び基板送り組立体81(図6‐図8を参照)、ボンディングヘッド組立体300(図4及び図5を参照)、X−Y−Z光学半組立体360(図6を参照)を有する光学系組立体340(図5を参照)、一体型2段階リフローブン/炉組立体400(図4、及び図17‐図24を参照)、電子制御システム700(図1を参照)、電空制御システム720(図1を参照)、及びコンピュータ制御システム740(図1及び図3を参照)を含む。ダイボンディング装置10のこれらの各構成部品の構造及び動作について以下に詳述する。
【0014】
主に図1‐図3を参照すると、主装置ベース組立体40は、ダイボンディング装置10の様々な構成要素を支持するための水平バー部材44a及び垂直バー部材44bを有するフレーム組立体42を含む。ダイボンディング装置10の構成要素には、例えば、X‐Y基板ステージ組立体50、基板送り組立体81、ボンディングヘッド組立体300、光学系組立体340、一体型リフローブン組立体400、電子制御システム700、電空制御システム720、及びコンピュータ制御システム740が含まれる。ベース組立体40はまた、システムベース46を含む。システムベース46は、好ましくは花崗岩材料から形成される実質的に矩形の上面46a(図1及び図2を参照)を備えている。花崗岩システムベース46は、高性能軸受け(不図示)によって案内される可動式構成要素及び組立体を含む、ダイボンディング装置10を支持するその構成要素に安定性を付与するために用いられ、これにより信頼性の高いボンディング工程が実現されている。花崗岩システムベース46はまた、強い力で繰り返されるボンディング動作に必要な剛性及び安定性をボンディング装置10に付与している。花崗岩システムベース46は、入出力(I/O)数が多い適用例、及び/または高い結合力(例えば、最大100kg)の下で比較的速く硬化する接着材料を用いた適用例に特に適している。別法では、システムベース46は、他の材料から形成することもできる。システムベース46は、そこにボルトなどで取り付けられた上部花崗岩ブリッジ48を含む。上部花崗岩ブリッジ48は、ボンディングヘッド組立体300(図4及び図5を参照)並びに光学系組立体340の様々な構成部品(図6を参照)を支持するように適合されている。
【0015】
図3及び図4を参照すると、X‐Y基板ステージ組立体50が、ダイ送り組立体80、ボンディングヘッド組立体300、及び一体型リフローブン組立体400(図17を参照)の様々な構成要素を受容すなわち支持するように適合されている。具体的には、X‐Y基板ステージ組立体50は、上部Xステージ52、中間Yステージ54、及び下部静止プラットフォーム56を含む。X‐Y基板ステージ組立体50はまた、Xステージモータ組立体58(図6を参照)、Yステージモータ組立体60(図6を参照)、及び光配向組立体362(図6を参照)を含む。Xステージ52は、Xステージモータ組立体58によってX軸方向に移動可能であり、Yステージ54は、Yステージモータ組立体60によってY軸方向に移動可能である。従来のあらゆる範囲の移動及び/または分解能を、Xステージ52及びYステージ54に適用することができる。X‐Y基板ステージ組立体50の下部静止プラットフォーム56は、システムベース46の上面46aに取り付けられている。
【0016】
ダイ送り組立体80及び基板送り組立体81には、一対のマガジンホルダ82a及び82b、マガジンローダ84、グリッパー半組立体86、複数のワッフル/ゲルパックすなわちトレイホルダ88、及びキャリヤガイド部材170(図3及び図6‐図8Aを参照)が設けられている。マガジンホルダ82a及び82bはそれぞれ、ダイボンディング装置10(図3を参照)の前面に近接して配置されており、ハウジング本体90を含む。図8及び図8Aを参照すると、ハウジング本体90のそれぞれは、運搬用ハンドル94が設けられた上部壁92、底部壁96、及び側壁98及び100を含み、これらの壁部により、前部開口104及び後部開口を有する内部区画102が形成されている。各ハウジング本体90はまた、前部開口104及びリア開口のそれぞれを覆うような大きさ及び形状の前部カバー及び後部カバー110を含む。側壁98及び100の内面112及び114はそれぞれ、複数の支持レッジ116a‐116iを備えている。
【0017】
ここで図8Aを参照すると、ダイボンディング装置10はまた、キャリヤ部材すなわちボート120を備えている。具体的には、キャリヤ部材120のそれぞれは、好ましくは矩形であって、ステンレス鋼などの金属から形成されるキャリヤハウジング122を含む。キャリヤハウジング122のそれぞれは、複数の取り付け開口131を備えた一対の長手方向に延びたガイド130a及び130bを含む。キャリヤ部材120の延長ガイド130a及び130bは、キャリヤ部材120をマガジンホルダ82a及び82bの対応する一方の内部区画102内に配置するために、マガジンホルダ82a及び82bの支持レッジ116a‐116iの対応するセットに取外し可能に係合するような大きさ及び形状を有する。各キャリヤハウジング122はまた、実質的に矩形の複数のアレイ状の開口132a‐132eを備えている。保持ポスト134a‐134hが、後述する目的のためにアレイ状の開口132a‐132eのそれぞれの周りに配置されている。
【0018】
図3及び図8に示されているように、X‐Yステージ組立体50に近接して配置されたマガジンローダ84は、マガジンエレベータ140、エレベータモータ142、及び一対のクランピング部材144a及び144bを含む。マガジンエレベータ140は、グリッパー半組立体86(図7を参照)がボンディング工程のためにマガジンホルダ82aまたは82bからキャリヤ部材120をグリップしてアンロードするために、Z軸方向にマガジンローダ84を移動できるように構成されている。各クランピング部材144a及び144bは、マガジンホルダ82a及び82bをマガジンローダ84に固定するために、マガジンホルダ82a及び82bに係合するような大きさ及び形状を有する。
【0019】
ここで図6及び図7を参照すると、X‐Yステージ組立体50の上部Xステージ52に取り付けられたグリッパー半組立体86が、グリッパーモータ150、グリッパードライブプーリー152、グリッパーベルト154、及びグリッパーボールスライド156を含む。グリッパー半組立体86はまた、グリッパーハウジング158、グリッパーエアシリンダー160、及びその端部の一対のホルダすなわちグリッパー164a及び164bを有するグリッパー部材162を備えている。グリッパー部材162のホルダ164a及び164bは、Xステージ52に移動可能に取り付けられており、キャリヤ部材120の選択した一方の端部を保持して、マガジンローダ84からアンロードし、キャリヤガイド部材170に配置するように適合されている。
【0020】
図5及び図6を参照されたい。ワッフル/ゲルパックすなわちトレイホルダ88が、ダイ12を含むワッフル/ゲルパック14をその上に受容するように適合されている。具体的には、トレイホルダ88は、X‐Yステージ組立体50のXステージ52上に取り付けられており、そのXステージ52と共に移動可能である。各トレイホルダ88は、好ましくは矩形であって、対応する1つのワッフル/ゲルパック14を取外し可能に固定するために真空開口168を有する。
【0021】
ここで図6及び図7を参照されたい。キャリヤガイド部材170が、トレイホルダ88に近接したX‐Yステージ組立体50のXステージ52に取り付けられている。具体的には、キャリヤガイド部材170は、一対のキャリヤガイド支持体172a及び172bを備えている。各キャリヤガイド支持体は、キャリヤガイド部材170上のキャリヤ部材120を保持するためにその支持体から突き出た取付けタブ174を有する。取付けタブ174はそれぞれ、キャリヤ部材120の長手方向の延長ガイド130a及び130bの取付け開口131(図8Aを参照)の対応する1つに受容されるような形状及び大きさを有する。
【0022】
ボンディングヘッド組立体300(図4及び図5を参照)は、従来のボンディングヘッド組立体と同様の方式で構成され動作する。例えば、ボンディングヘッド組立体300は、装置10のダイ配置ステーションに配置されており、ハウジング半組立体302、ピッチ及びロール半組立体304、及び上部チャック半組立体306を含む。ハウジング半組立体302は、ボンディングヘッド組立体300の様々な電子部品、空気式部品及び/または機械部品(例えば、モータ、マニフォールド、真空エゼクター及びカメラ部品)を受容するように適合されている。ピッチ及びロール半組立体304は、平面性の誤差を排除または低減するように適合されたレベリング機構であって、ハウジング半組立体302の下端部に連結されている。上部チャック半組立体306は、ピッチ及びロール半組立体304に取り付けられており、トレイホルダ88に配置されたワッフル/ゲルパック14から個々にダイ12をピックアップするためのダイピックアップツール(不図示)を保持するように適合されている。上部チャック半組立体306はまた、ピックアップしたダイ12を加熱するように適合されている。これに関連して、上部チャック半組立体306は、加熱要素、冷却ジャケット、及び真空ホルダ(不図示)を備えている。
【0023】
図5及び図6を参照すると、光学系組立体340は、従来の光学系組立体と同様に構成され動作する。例えば、光学系組立体340は、複数の光学カメラ342及びランプハウス部材344を含む。光学系組立体340は、選択した1つのダイ12の位置を求め、ワッフル/ゲルパック14内のその位置を決定するように適合されている。更に、光学系組立体340は、ダイ12を基板部材20に正確に取り付け/整合するために、基板部材20の対応する1つに対してダイ12の向きを決定するように適合されている。
【0024】
図6に示されているX−Y−Z光学ステージ半組立体360は、従来のX−Y−Z光学ステージ半組立体と同様に形成され動作し、光学系組立体340を作動させるためにデザインされている。例えば、X−Y−Z光学ステージ半組立体360は、X軸、Y軸、及びZ軸方向に選択的に移動可能な光学ステージ362、並びに個々のダイ12と基板部材20との高精度の整合を得るための光学プローブ364を含む。
【0025】
図1に示されている電子制御システム700は、ダイボンディング装置10の動作を制御するように適合されている。具体的には、電子制御システム700は、ダイボンディング装置10の構成要素(例えば、X‐Y基板ステージ組立体50、ダイ送り組立体80、基板送り組立体81、ボンディングヘッド組立体300、X−Y−Z光学半組立体360、及びリフローブン組立体400)の動作を制御するための様々な電子/電気部品(例えば、制御モジュール、主電源、固体リレー、サーボモータ、サーボモータ制御装置、及び他の従来の電子部品)を備えている。
【0026】
図1及び図7に示されている電空制御システム720は、ダイボンディング装置10の様々な構成要素(例えば、X‐Y基板ステージ組立体50、ダイ送り組立体80、基板送り組立体81、ボンディングヘッド組立体300、X−Y−Z光学半組立体360、及びリフローブン組立体400)の電空動作を制御するように適合されている。具体的には、電空制御システム720は、様々なエアシリンダー及びエアソレノイド弁を動作させるためのこのような構成部品にエアコンプレッサまたは空気供給源(不図示)から加圧空気を供給するように適合されている。
【0027】
図1及び図3に示されているように、コンピュータ制御システム740は、フリップチップボンディング分野で用いられている従来のコンピュータ制御システムと同様に構成され動作する。例えば、コンピュータ制御システム740は、マイクロプロセッサ742、ユーザーインターフェイスを有するモニター744、及びマウス750を備えたキーボード748を含む。マイクロプロセッサ742は、ダイボンディング装置10の様々な動作パラメータの設定及び/または制御を行うように適合されている。これらのパラメータには、温度、圧力、移動、出力、時間、力、真空、光学的配置、及び平面性などが含まれる。ダイボンディング装置10は、2つの動作レベルを有するウィンドウズ型ユーザーインターフェイスにより動作する。第1のレベルは、ダイボンディング装置10に指令を出して、力の変化、離間ボンディング、及び温度ランピングなどの複数のステップからなる工程のために所定の動作ステップを完了させるオペレーターレベルである。第2のレベルは、ダイボンディング装置10に指令を出して、自動診断、データロギング、及びダイの向きの分析などを実行させるエンジニアレベルである。別法では、コンピュータ制御システム740とともに別のタイプのユーザーインターフェイスを用いることができる。
【0028】
図10‐図13を参照すると、ダイボンディング装置10及び/または従来のダイボンディング装置と共に使用できるように適合された真空基板チャックアレイ200が示されている。具体的には、真空基板チャックアレイ200は、アレイ状の基板部材20(図10A及び図10Bを参照)を受容して移送するように適合されている。これに関連して、真空基板チャックアレイ200は、ステンレス鋼などの金属から形成された上部プレート部材202及び下部プレート部材222を含む。上部プレート部材202は、実質的に平坦な上面204、実質的に平坦な底面206、及び側面208a‐208dを有する。上部プレート部材202はまた、上面204及び底面206に対して実質的に垂直な方向に貫通した複数の孔210を含む。それぞれの開口210は、好ましくは従来のフライス加工によって形成され、実質的に垂直方向を向いた、すなわち上面204に実質的に直交する実質的に真直な壁部211(図10Bを参照)によって画定されている。各開口210はまた、基板部材20の対応する1つのコーナーエッジ28a‐28dを受容するために、そのコーナーエッジに第2の開口212a‐212dを備えている(図10A及び図10Bを参照)。スロット214a及び214bが、開口210のそれぞれに横方向外向きに延びており(図10Aを参照)、ピンセット60を用いて基板部材20を対応する1つの開口210に配置するまたは取り出す時に、ピンセット60のピンサー62a及び62bを受容するために用いられる。第2の開口212a‐212d及び/またはスロット214a及び214dは、従来の穿孔工程で形成されるのが好ましい。また、取付け孔216a‐216hが、上部プレート部材202に設けられており、側面208a‐208dに沿って配置されている(図10及び図11を参照)。開口210、第2の開口212a‐212d、及び/またはスロット214a‐214bは、他の従来の工程(例えば、電線放電加工(EDM:wire electrical discharge machining)工程)で形成することができる。
【0029】
図10‐図13に示されているように、下部プレート部材222は、上面224、底面226、及び側面228a‐228dを含む。下部プレート部材222はまた、列と行からなるアレイ状に配列された複数の隆起プラットフォーム230を備えている(図10B及び図11を参照)。具体的には、隆起プラットフォーム230は、ステンレス鋼などの金属からなる直方体ブロックをフライス加工して形成するのが好ましい。別法では、他の方法を用いて隆起プラットフォーム230を形成することができる。各隆起プラットフォーム230は、実質的に矩形であって、実質的に平坦すなわち真直な上面232及び側面234a‐234dを含む(図11を参照)。更に、各隆起プラットフォーム230は、後述する目的のために上部プレート部材202の対応する1つの開口210内に受容される大きさ及び形状を有する。真空開口236a及び236bが、各隆起プラットフォーム230を完全に貫通している。また、取り付け孔238a‐238hが、側面228a‐228dに沿って下部プレート部材222に設けられている。このため、取り付けボルト218を、下部プレート部材222の取り付け孔238a‐238h及び上部プレート部材202の取り付け孔216a‐216hのそれぞれに通して、下部プレート部材222を上部プレート部材202に取外し可能に取り付けることができる。
【0030】
主に図12を参照すると、下部プレート部材222には、複数のY軸方向の通路240a‐240i及び一対のX軸方向の通路242a及び242bが設けられている。具体的には、Y軸方向の通路240a‐240i及びX軸方向の通路242a及び242bは、隆起プラットフォーム230を形成する前あるいは後に従来の穿孔法により下部プレート部材222を穿孔して形成することができ、穿孔した孔の開口端部にプラグ243を挿入して気密封止する。Y軸方向の通路240a‐240iは、X軸方向の通路242a及び242bと交差して、Y軸方向の通路240a‐240iとX軸方向の通路242a及び242bが互いに連通している。更に、Y軸方向の各通路240a‐240iは、後述する目的のために隆起プラットフォーム230の対応する1つの真空開口236a及び236bと連通している(図10Bを参照)。下部プレート部材222の底面226は、複数の真空開口すなわちオリフィス244a‐244dを含む(図13を参照)。真空開口244a、244b及び真空開口244c、244dはそれぞれ、X軸方向の通路242a及び242b、従ってY軸方向の通路240a‐240iに連通している。
【0031】
上部プレート部材202と下部プレート部材222が適切に組み立てられて真空基板チャックアレイ200が形成されると、隆起プラットフォーム230のそれぞれが、上部プレート部材202の対応する1つの開口210内に受容され、その上面232が上部プレート部材202の上面よりも下に位置する(図10‐図10Bを参照)。この方式では、隆起プラットフォーム230の上面232のそれぞれが、上部プレート部材202の開口210の対応する1つと共同して、基板部材20をその中に受容できる大きさ及び形状の壁部246を画定する。隆起プラットフォーム230の各上面232はまた、対応する1つの開口210の壁部と共同して、実質的に鋭い(例えば、直角)底部角248を形成する。この結果、基板部材20が真空基板チャックアレイ200のウェル246内に配置されると、基板部材20は、壁部246の底部端を画定する隆起プラットフォーム230の上面と接触可能すなわち係合可能となる。これに関して、第2の開口212a‐212dにより、上部プレート部材200の開口210と基板部材20のコーナーエッジ28a‐28dとの間に別の間隙が形成され(図10Aを参照)、これにより、真空基板チャックアレイ200のウェル246内への基板部材20の装着が容易になると共に、基板部材20を隆起プラットフォーム230の上面232に実質的にフラットに配置することが容易になる。この方式では、従来の真空基板チャックアレイと比べ、基板部材20が、隆起プラットフォーム230の真空開口236a及び236bを介した吸引によって、より効率的かつ/または効果的にグリップされ得る。具体的には、図9A及び図9Bを参照すると、従来の真空基板チャックアレイ850は、基板部材820を受容するための開口すなわちウェル852を備えている。従来の真空基板チャックアレイ850の開口852は、丸いまたは傾斜した底部角854を有するため、基板部材820と開口852の底面856との係合すなわち接触が妨げられている(すなわち、基板部材820は丸い底部角854によって底面856よりも上方に延在する)。この結果、従来の真空基板チャックアレイ850では、真空開口850を介した基板820の吸引が非効率的かつ/または非効果的になっている。図10A及び図10Bを参照すると、開口210が上部プレート部材202を貫通し、ウェル246の底部端が隆起プラットフォーム230の上面232によって画定されているため、実質的に直角な底部角248が形成され、基板部材20が隆起プラットフォーム230に対して実質的にフラットに延在するため、基板部材20をより効率的かつ/または効果的に吸引することができる。
【0032】
図14‐図16を参照すると、改良した形態の真空基板チャックアレイ20が例示されている。具体的には、真空基板チャックアレイ250は、後述する点を除いて図10‐図13に示されている真空基板チャックアレイ200と基本的に同一の構造を有し、同様に動作する。真空基板チャックアレイ250は、上部プレート部材252及び下部プレート部材272を含む。上部プレート部材252は、上面254、底面256、及び側面258a‐258dを含む。開口260が、EDM加工または他の従来の加工法によって上部プレート252に形成されている。具体的には、開口260が、底面256から上面254まで上部プレート部材252を貫通している。更に、各開口260は、横方向に配列された一連のウェル262、並びに対応する1つの開口260から外向きに延びたスロット266a及び266bを含む。これらのスロットは、基板部材20が真空基板チャックアレイ250にピンセット60で配置されるときに、ピンセット60のピンサー62aまたはピンサー62bを受容する(図14Aを参照)。第2の開口268a‐268dが、対応する1つの基板部材20のコーナーエッジ28a‐28dを受容するためにウェル262のそれぞれの角に設けられている。各開口260はまた、ピンセット60のピンサー62a及び62bを受容できるように、近接する一対のウェル262間に延在するアレイ状の溝264を含む(図14Aを参照)。
【0033】
ここで図15及び図16を参照すると、下部プレート部材272は、実質的に平坦な上面274、底面276、及び側面278a‐278dを含む。上面274は、横方向に整列された複数の真空開口280a及び280bを含み、底面276は、複数のU字型の溝282a‐282i及び284を含む。溝284は、拡大部分284aを備えている。溝282a‐282lはそれぞれ、溝284と交差して互いに連通している。更に、溝282a‐282lはそれぞれ、対応する真空開口280a‐280bと連通している(図14B及び図16を参照)。
【0034】
図14を参照すると、上部プレート部材252が複数の位置で底部プレート部材272にスポット溶接され、上部プレート部材252と下部プレート部材272が互いに固定されている。別法では、上部プレート部材252は、別の従来の取り付け機構(例えば、ボルト)を用いて下部プレート部材272に取り付けることができる。上部プレート部材252は、真空開口280a及び280bのそれぞれの対が、上部プレート部材252の対応する1つのウェル262と整合するように下部プレート部材272に取り付けられている(図14‐図14Bを参照)。この方式では、真空基板チャックアレイ250に導入された基板部材20を、溝284、282a‐282l、及び真空開口280a及び280bを介した吸引によりウェル262内に確実に保持することができる。開口260、従ってウェル262が上部プレート部材252を貫通し、その底部開口端が下部プレート部材272の上面274によって塞がれ、それぞれのウェル262が実質的に直角の縁すなわち底部角286を有する底部を備えている。従って、基板部材20がウェル262内に適切に受容され(すなわち、基板部材20が下部プレート部材272の上面274と係合すなわち接触する)、これにより、より効率的かつ/または効果的に基板部材20を真空開口280a及び280bを介して吸引することができる。
【0035】
図10‐図16を参照されたい。真空基板チャックアレイ200及び250は共に幅広い用途に用いることができるが、真空基板チャックアレイ200は、比較的厚みの薄いダイと共に用いるのが特に適していることに留意されたい。具体的には、真空基板チャックアレイ200のウェル246の深さは、隆起プラットフォーム230の高さによって決定すなわち制御されるため、真空基板チャックアレイ200は、上部プレート部材202の厚みを薄くすることなく、従って上部プレート部202の安定性及び/または剛性を低下させることなく、薄いダイに用いることができる。また、ダイボンディング装置は、複数すなわち別の真空基板チャックアレイ200及び/または真空基板チャックアレイ250を備える。
【0036】
主に図17‐図19及び図21を参照すると、ボンディング装置10の加熱ステーションに配置されたリフローオーブン組立体400が、オーブンフレーム支持半組立体402、オーブンハウジング半組立体412、及びガスヒーター半組立体542を含む。図17及び図18を参照すると、オーブンフレーム支持半組立体402は、複数の支持ブラケット404a‐404d、複数の取付けプレート406a‐406d、シャフトハウジング部材408、及び支持モーター410(図19を参照)を含む。具体的には、支持ブラケット404a及び404bは、取付けプレート406a及び406bに取り付けられており、支持ブラケット404c及び404dは、取付けプレート406c及び406dに取り付けられている。取付けプレート406aは、リフローオーブン組立体400を装置ベース組立体40に取り付けるために、その装置ベース組立体40の上部花崗岩ブリッジ48に取り付けられている。支持プレート406cがシャフトハウジング部材408に取り付けられた支持モーター410に取り付けられており、これにより、オーブンハウジング半組立体412が支持モーター410の動作に応じてZ軸方向に選択的に移動可能である。
【0037】
ここで図18、図20A、及び図20Bを参照すると、オーブンハウジング半組立体412は、外部オーブンハウジングシェル414、内部オーブンハウジングシェル444、内部ウォータージャケット部材494、及び断熱ベース部材524を含む。外部オーブンハウジングシェル414は、上部壁416、前部壁418、後部壁420、側壁422及び424を含む。これらの壁部が内部チャンバ426を形成し、その中に断熱層428を受容する(図20A及び図21を参照)。外部オーブンハウジングシェル414は、外周縁430a‐430dを含む。外部オーブンハウジングシェル414の上部壁416は複数の取付け開口432を備える。これらの開口を介して取付けねじでオーブンハウジング半組立体412を取付けプレート406dに取り付けて、オーブンハウジング半組立体412が取付けプレート406dと同時に移動するようにする。前部壁418は前部T字型開口436を備え、後部壁420は後部T字型開口438を備えている。
【0038】
図20A及び図20Bに示されているように、内部オーブンハウジングシェル444は、上部壁446、前部壁448、後部壁450、及び側壁452及び454を含み、これらの壁部により、開口した底部端458を有する内部オーブン区画456が形成されている。内部外周ベース部分460は、前部壁448、後部壁450、及び側壁452及び454と一体に形成されており、開口した底端部458から延びた複数の取付け開口462を有する。ベース部分460は、それぞれが複数の取付け開口466を備えた外周側壁464a‐464dを含む。内部バッフル壁468(図21を参照)は、後述する目的のために上部壁446から延びている。チューブ開口470及び472が前部壁448に形成されており、チューブ開口474及び476が後部壁450に形成されている。長さに沿った複数の孔480及びキャップド端部(すなわち閉じた端部)482を有する金属チューブ478が、リフロー工程600中に内部オーブン区画456内に窒素ガス(N2)を導入するために、前部壁448のチューブ開口472を介して、内部オーブン区画456内に設けられている。同様に、長さに沿った複数の孔486及びキャップド端部(すなわち閉じた端部)488を有する金属チューブ484が、真空ポンプ490(図25を参照)を用いて内部オーブン区画456を真空引きするために後部壁450のチューブ開口476を介して内部オーブン区画456に設けられている。
【0039】
図20A、図20B、及び図21を参照すると、外部オーブンハウジングシェル414の内部チャンバ426内に設けられる内部ウィータージャケット部材494が、その一端に中空の壁部496を備える。中空壁部496は、一体形成された水入口管継手498を含む。中空壁部500が、内部ウォータージャケット部材494の反対側の端部に設けられており、中空壁部500と一体形成された水出口管継手502を含む。中空壁部496の水入口管継手498は、外部オーブンハウジングシェル414の前部壁418のT字型開口436内に受容され、一方、水出口管継手502は、外部オーブンハウジングシェル414の後部壁420のT字型開口438内に受容されている(図17及び図18を参照)。チューブ504が、水入口管継手498から水出口管継手502に水が流れるように中空壁部496と500との間に延在する。チューブ504は、中空壁部496及び500と一体形成されている。別法では、チューブ504は、液漏れしないように中空壁部496及び500に取付け可能な個別の部材であってもよい。中空壁部496は一対の開口506及び508を含み、一方、中空壁部500は一対の開口510及び512を含む。中空壁部496及び500の開口506及び512はそれぞれ、チューブ478及び484を受容するような大きさ及び形状を有する。入口熱電対(T/C)プローブ514(図25を参照)が、内部ウィータージャケット部材494に流入する水の温度を測定するために水入口管継手498に設けられており、出口熱電対(T/C)プローブ516が、内部ウォータージャケット部材494から排出される水の温度を測定するために水出口管継手502に設けられている。内部ウォータージャケット部材494は、断熱材429も備えている(図21を参照)。
【0040】
図20A及び図20Bを参照すると、シリコーン、スチレン、及び他のポリマー材料などの好適な材料から形成される、実質的に矩形の断熱ベース部材524が、上面526、底面528、側面530a‐530d、及びその側面に近接して設けられた複数の取付け開口532を有する。断熱ベース部材524はまた、複数の基板チャックアレイ開口534a‐534eを備え、これらの各開口は、真空基板チャックアレイ200または真空基板チャックアレイ250を受容するような大きさ及び形状を有する。具体的には、開口534a‐534eは、内部オーブン区画456の一部を成している。取付けねじ434(図18を参照)を断熱ベース部材524の取付け開口532及びベース部460の取付け開口462に通して、断熱ベース部材524を内部オーブンハウジングシェル444(図18を参照)を取外し可能に取り付けることができる。
【0041】
ここで図17、図19、図22、及ぶ図25を参照すると、ヒーター半組立体542は、窒素ガス(N2)供給源544、入口レギュレータ545、バルブ546、ヒーター548、加熱された窒素の温度を測定するための出口熱電対(T/C)プローブ550、ガス及び空気出口レギュレータ/バルブ部材552、及びガスライン554を含む。ヒーター半組立体542はまた、入口レギュレータ545に窒素(N2)ガスを供給するためのガスポンプ556を含む。詳細は後述するが、ヒーター半組立体542は、窒素ガスを所定の温度(例えば、最大約400℃)に加熱して、この加熱した窒素ガスを内部オーブン区画456に送り、これによりオーブン区画内の酸素を実質的に完全に除去し、フラックスレスリフロー工程600を実施する際にはんだ610(図26を参照)が酸化するのを防止するように適合されている。導入される窒素ガスはまた、基板チャックアレイ200または250に保持されたダイ/基板組立体30に等しく圧力を加えるためにも用いられる。
【0042】
図21、図23及び図24を参照すると、ダイボンディング装置10は、下部チャック半組立体562も備えている。具体的には、下部チャック半組立体562は、ベース部566、及びそのベース部566に取り付けられた複数のプラットフォーム564a‐564eを有する。プラットフォーム564a‐564eはそれぞれ、開口570を備えている。開口570は、その上に配置される対応する真空基板チャックアレイ250の溝284の拡大部分284aと連通するような大きさ及び形状を有する。開口570は、真空基板チャックアレイ200の真空開口の構成(すなわち真空開口244a‐244d)に適合するように変更することができる。開口568及び開口572は、後述する目的のためにそれぞれのプラットフォーム564a‐564eに設けられている。下部チャック半組立体562はまた、ベース部566内に取り付けられるウォータージャケット要素574を含む。移動機構576が、その上にベース部566を支持するために、X‐Yステージ組立体50の上部Xステージ52に取り付けられている。移動機構576はまた、ベース部566、従ってプラットフォーム564a‐564eをZ軸方向に選択的に移動させることができるように適合されている。プラットフォーム564a‐564eはそれぞれ、基板チャックアレイ200または250によって移送される基板20を加熱するために加熱要素580を含む。
【0043】
図26を参照されたい。共晶はんだ610が、ダイ12をその共晶はんだに載せる前に各基板部材20に予め堆積される。一般に、共晶はんだは、その主構成成分(例えば、金)のリフロー温度よりも低いリフロー温度を有する合金からなる。本発明によると、共晶はんだ610は、金と錫を含む合金から形成されるのが好ましい。約80%の金と約20%の錫の合金からなる共晶はんだ610は、本発明と共に用いるのに特に適している。具体的には、金−錫(80:20)合金はが好ましい。なぜなら、その溶融点が純金の溶融温度(すなわち800℃を超える)よりも相当低い約283℃であるため、低いリフロー温度でリフロー工程600を実施できる。別法では、別の金と錫の割合を用いて共晶はんだ610を形成することができる。更に、共晶はんだ610は、別の好適な合金または材料(例えば、鉛と錫、インジウムと錫、銀と錫、金とビスマスなど)から形成することができる。
【0044】
ダイボンディング装置10の動作についての詳細を後述する。ダイボンディング装置10は、真空基板チャックアレイ200及び250の両方のタイプに用いることができるが、説明及び理解を容易にするために、ダイボンディング装置10の動作は、真空基板チャックアレイ250についてのみ説明する。ここで図6を参照されたい。ダイ12を含むワッフル/ゲルパック14が、ワッフル/ゲルパックホルダ88にロードされ、真空開口168を介した吸引により所定の位置に保持される。また、基板部材20は、ピンセット60または他の配置装置(例えば、真空式ピックアップ装置)により基板チャックアレイ250の開口260内に手動で配置される。真空基板チャックアレイ250は、キャリヤ部材120のアレイ状の開口132a‐132e内に導入される。基板チャックアレイ250はそれぞれ、キャリヤ部材120の対応する保持ポスト134a‐134hのセットによって、キャリヤ部材120のアレイ状の開口132a‐132eの対応する1つに個別にその中心に配置される(図8Aを参照)。次にキャリヤ部材120が、マガジンホルダ82a及び82bの中に挿入される。具体的には、キャリヤ部材120の延長ガイド130a及び130bのそれぞれが、マガジンホルダ82a及び82bの支持レッジ116a‐116iの対応する1つに受容され、キャリヤ部材120がマガジンホルダ82a及び82bの一方の中に取外し可能に支持される(図8Aを参照)。次にマガジンホルダ82a及び82bが、マガジンローダ84上に配置され、クランピング部材144a及び144bのそれぞれによって所定の位置に保持され、これによりX‐Yステージ組立体50に近接し、このX‐Yステージ組立体50がマガジンホルダ82a及び82bにアクセス可能になる(図8を参照)。
【0045】
マガジンホルダ82a及び82bがマガジンローダ84上に適切に配置されると、X‐Yステージ組立体50がマガジンローダ84の近傍に移動する。マガジンエレベータ140が動作して、キャリヤ部材120の1つがグリッパー半組立体86のホルダ164a及び164bによって保持されるように、マガジンローダ84がZ軸方向に調節される。次にグリップされたキャリヤ部材120がグリッパー半組立体86によって、マガジンローダ82a及び82bの対応する1つから引き出され、X‐Yステージ組立体50の移動によりキャリヤガイド部材170上にロードされる。キャリヤガイド部材170の取付けタブ174が、キャリヤ部材120の長手方向の延長ガイド130a及び130bの取付け開口132内に受容され、キャリヤ部材120がキャリヤガイド部材170に固定される。従って、キャリヤ部材120は、下部チャック半組立体562の上方に近接して配置されている。次に下部チャック半組立体562の移動機構576が動作して、プラットフォーム564a‐564eがZ軸方向に上昇する。この結果、プラットフォーム564a‐564eが、キャリヤ部材120上に設けられた真空基板チャックアレイ250の底面276と係合し、これにより、基板チャックアレイ250がキャリヤ部材120のアレイ開口132a‐132eから持ち上げられる(図7、図21、図23、及び図24を参照)。具体的には、プラットフォーム564a‐564eの真空開口570が、基板チャックアレイ250のU字型溝284の拡大部分284aと整合する(図16及び図23を参照)。プラットフォーム564a‐564eが上方に移動して基板チャックアレイ250と接触すると、プラットフォーム564a‐564eの真空開口570(図23を参照)を介して基板チャックアレイ250が吸引される。この結果、基板チャックアレイ250から、拡大部分284a、U字型溝284、282a‐282l、及び真空開口280a及び280eを介して基板部材20のそれぞれが吸引される図14A‐図16を参照)。この方式では、基板部材20が吸引によって保持され、基板チャックアレイ250内に確実に固定される。基板部材20に対する吸引は、全てのフラックスレスリフロー工程600を含む全ての取付け工程がダイボンディング装置10により完全に終了するまで続けられる。また、下部チャック半組立体562の加熱要素580が動作して、所定の背景温度になるまで基板部材20が加熱される。基板部材20は、後述する仮付け工程の間中この背景温度に維持されるのが好ましい。
【0046】
ボンディングヘッド組立体300の上部チャック半組立体306は、ツールネスト(不図示)からの適当なダイピックアップツール(不図示)を備えている。このダイピックアップツールは、X‐Yステージ組立体50(図4−図6を参照)上のホルダ88に保持されたワッフル/ゲルパック14からダイ12をピックアップするために用いられる。上部チャック半組立体306は、保持しているダイが所定の背景温度に加熱されるように従来の方式で加熱される。ダイ12の1つがボンディングヘッド組立体300によってピックアップされると、X‐Yステージ組立体50が動作して、基板チャックアレイ250内に保持されている予め選択された1つの基板部材20が、上部チャック半組立体306、従ってピックアップされたダイ12の下側に配置される。光学系組立体340の光学プローブ364を用いて従来の整合工程が実施される。ダイ12が対応する基板部材20と適切に整合したら、上部チャック半組立体306が下降して、ダイ12が基板部材20に仮付けされる。これに関連して、上部チャック半組立体306が、ダイ12が基板部材20に適切に仮付けされるように、約10g〜約100kgの範囲の圧力を加えるのが好ましい。
【0047】
ダイ12を基板部材20に適切に仮付けすることは重要である。具体的には、仮付けが適切でないと、はんだ610が適切にリフローしないで、ダイ12が基板部材20から簡単に外れてしまう可能性がある。適切/良好な仮付けを得るために、金−錫はんだ610が堆積された基板部材20にダイ12が取り付けられるときに、基板部材20が、好ましくは約100℃〜約300℃の範囲、より好ましくは約200℃の仮付け(すなわち背景)温度まで下部チャック半組立体562によって加熱され、一方、ダイ12は、好ましくは最大約200℃、より好ましくは約100℃の仮付け(すなわち背景)温度まで上部チャック半組立体306によって加熱される。このような仮付け温度は、適用例の条件及び/または要求(例えば、用いるはんだのタイプによって異なる)によって様々に変化し得るが、220℃を超えて加熱されると急速に酸化する傾向にあるため、はんだ610のリフロー温度よりも低くする。はんだ610の酸化が生じると、基板部材20上のダイ12の金属化層とはんだ610との間に障壁が形成され、はんだ610の適切なリフローが妨げられる恐れがある。次にダイ12が、基板部材20上に堆積されたはんだ610に対して上記した力で押圧される。
【0048】
上記した整合工程及び仮付け工程が、基板チャックアレイ250に保持された全ての基板部材20にダイ12が仮付けされるまで、ダイボンディング装置10によって繰り返される。整合工程及び仮付け工程が完了したら、マスフラックスレスリフロー工程600が行われる。具体的には、基板20がダイ12に適切に仮付けされた状態で、X‐Yステージ組立体50がX軸方向及び/またはY軸方向に移動して、下部チャック半組立体562、従って真空チャックアレイ250がリフローオーブン組立体400の真下に配置される。次に、支持モーター410によりハウジング半組立体412がZ軸方向に下方に移動し、これによりオーブンハウジング半組立体412の基板チャックアレイ開口534a‐534dのそれぞれに、基板チャックアレイ250の対応する1つが受容され、基板20及びダイ12が内部オーブン区画456内に配置される。具体的には、断熱ベース部材524が、基板チャックアレイ250に係合して実質的に気密される。次に真空ポンプ490が動作して、空気が内部オーブン区画456からチューブ484を介して排気される。次に、加熱された窒素ガス(N2)または不活性ガスが内部オーブン区画456内に導入される。具体的には、窒素ガスは、レギュレータ545及びバルブ546を介してガス供給源544からヒーター548に供給される(図21及び図25を参照)。次に窒素ガスは、好ましくは約200℃〜約400℃の範囲、より好ましくは約350℃の所定温度まで加熱される。次に加熱された窒素ガスが、好ましくは約1cfm〜約30cfm(約0.028m3/分〜約0.84m3/分)の範囲の所定の流速でチューブ478を介してオーブン区画456に供給され、内部オーブン区画456内の圧力が好ましくは大気圧から約30psi(約206.85kPa)に維持される。別法では、特定の動作条件及び/または要求に従って、別のガスの流速及び区画内圧力を用いることができる。内部オーブン区画456に設けられたバッフル壁468により、加熱された窒素ガスが区画456内を均等に循環する(すなわち、バッフル壁468が内部オーブン区画456内の乱流を防止する)。下部チャック半組立体562のプラットフォーム564a‐564eが、好ましくは約200℃〜約400℃の範囲、より好ましくは約330℃のリフロー温度まで加熱される。リフロー温度は、加熱された窒素ガス(N2)と共に、はんだ610が適切にリフローするまで所定時間維持される。特定の動作条件及び/または要求に従って、加熱窒素ガス及びプラットフォーム564a‐564eに対する他のリフロー温度を選択することができる。リフロー工程600の間、オーブンハウジング半組立体412の内部ウォータージャケット部材494及び下部チャック半組立体562のウォータージャケット要素574を水が循環して断熱層が形成される(これにより、例えば、外側オーブンハウジングシェル414が加熱するのが防止され、安全性が高まる)。リフロー工程600の間、チューブ484を介した内部オーブン区画456の吸引は、常にオンまたはオフすることができる。
【0049】
上記したリフロー工程の間、以下の要領でダイ12が基板部材20に対して移動しないようにされる。金−錫はんだ610の厚みは、通常は3μm〜6μmの範囲である。ダイ12の下側は、例えば金で金属化され、通常は粗く、凹凸を有する。基板20に仮付けする時に、これらの凹凸がアンカーとして機能し、リフロー中にダイ12がはんだ610内に保持される。仮付け温度がリフロー温度よりも著しく低いため、はんだ610は固体の状態である。しかしながら、はんだ610は、加熱されると柔らかくなる。柔らかいはんだ610は、ダイ12の金属化された下側の隅々が金−錫はんだ610に押圧されるのを可能にする。この結果、アンカーがはんだ610が流れる導管として作用し、図26に示されているような均一な接着が得られる。
【0050】
リフローの所定時間が経過したら、冷却サイクルが開始される。具体的には、ヒーター半組立体542のヒーター548が停止される。「冷たい」すなわち加熱されていない窒素ガスが、ヒーター半組立体542によってチューブ478を介して内部オーブン区画456内に導入される。プラットフォーム564a‐564eのヒーター要素580もまた停止され、「冷たい」すなわち加熱されていない空気が、冷却を助けるためにプラットフォーム564a‐564eの開口572及び/または開口568を介して基板チャックアレイ250に供給される。別法では、「冷たい」すなわち加熱されていない窒素ガスを下部チャック半組立体562に供給することができる。
【0051】
オーブン区画456内の温度が下部チャック半組立体562の背景温度(例えば、約200℃)まで低下したら、ガスの供給が停止される。次に支持モーター410が動作して、リフローオーブン組立体400のオーブンハウジング半組立体412がZ軸方向に上昇する。このようにして、断熱ベース部材524上の真空基板チャックアレイの開口534a‐534dが、真空基板チャックアレイ250から離間する。次にX‐Yステージ組立体50が、マガジンローダ84のマガジンホルダ82a及び82b(図8を参照)のロード/アンロード位置に戻る。次に下部チャック半組立体562のプラットフォーム564a‐564eの真空開口570の吸引が停止され、従って基板部材20への吸引が停止される。次に移動機構576によって下部チャック半組立体562がZ軸方向に下降し、これにより真空基板チャックアレイ250がキャリヤ部材120のアレイ開口132a‐132e内にロードされる。次に、グリッパー部材162によって、キャリヤ部材120(完成したダイ/基板組立体30が基板チャックアレイ250のそれぞれの中に受容されている)がマガジンホルダ82aまたは82b内に戻される。次にマガジンホルダ82a及び82bが、後の取付け/ボンディングサイクルのために、コンピュータシステム740によって次のキャリヤ部材120にインデックスされる。
【0052】
本発明は、上記した従来技術に対して様々な利点を提供することを理解されたい。例えば、リフローオーブン組立体400がダイボンディング装置10に直接取り付けられているため(すなわち一体)、ダイ12が基板20に仮付けされた後、リフロー工程のために別の移送機構を用いて、真空基板チャックアレイ200または250をX‐Y基板ステージ組立体50から外部の炉/オーブンに移送する必要がない。具体的には、リフロー工程を実施する前は、ダイ12は基板20に仮付けされているだけで固定されてないため、僅かな移動または振動によって、ダイ12が基板部材20からずれる恐れがある。リフローオーブン組立体400がダイボンディング装置10と一体であり、かつ全てのリフロー工程600がダイボンディング装置10内で行われるため、移動及び/または振動を最小化することができる。更に、基板部材20は、仮付け工程及びリフロー工程の間、吸引によって下部チャック半組立体562に常に保持されている。言い換えれば、ダイ/基板組立体が互いに確実に固定される(すなわち、はんだ付け)まで吸引が続けられるため、ダイ12の基板部材に対する正確な配置及びボンディングが容易である。更に、リフローオーブン400が、一回の動作すなわちステップで複数のダイ及び基板のバッチリフローができるように適合されているため、従来のリフロー工程と比べ、基板部材20へのダイ12のボンディングを相当短い時間(例えば、300の組立体をバッチリフローする場合、ダイ/基板組立体1つ当たり1秒)で行うことができる。例えば、従来の工程のリフローステップは、通常はそれぞれのダイに対して実施されるため、それぞれのダイの加熱及び冷却にかなりの時間を必要とする。加えて、全ての取付け/ボンディング工程の間、真空基板チャックアレイ200または250を用いて基板部材20を保持するため、基板部材20の移動が防止され、これにより基板部材20に対するダイ12の正確な取付けが容易になる。
【0053】
本発明のリフロー工程600はまた、上記した従来技術に対して様々な利点を提供する。例えば、周囲空気が内部オーブン区画456から排気され、加熱された窒素が内部オーブン区画456内に導入されるため、はんだ610のリフローが実質的に酸素が存在しない環境で行われ、これにより、はんだ610の酸化が防止される。更に、リフロー中、ダイ12は、保持部材によって保持されるのではなく、内部オーブン区画456内に導入された窒素ガスによる正圧によって保持されるため、均一な圧力がダイ12に加えられる。この結果、ダイ12が、Z軸方向で安定に達する傾向にある。更に、通常はダイがリフロー中にホルダによって保持される従来のリフロー法とは異なり、本発明のリフロー工程600では、ダイを基板に対して押圧し過ぎる可能性のあるホルダを用いないため、はんだのロスを最小にすることができる。この結果、ダイ表面にはんだが分散される可能性が最小化される。更に、本発明のリフロー工程600では、より多くのはんだがダイ12の下側に残るため、せん断強さが増大する。
【0054】
本発明の様々な変更形態及び変形形態が可能であることを理解されたい。例えば、本発明は光電子デバイスと共に用いるのに特に適しているが、他のタイプのダイ及び/または基板と共に用いることもできる。加えて、ダイボンディング装置10の構成要素(例えば、リフロー工程600、リフローオーブン組立体400、真空基板チャックアレイ200及び250)は、それぞれ個別に、または互いに組み合わせて用いることができる。
【0055】
真空基板チャックアレイ200及び250もまた、様々な変更形態及び変形形態が可能である。例えば、真空基板チャックアレイ200の真空開口236a及び236bの吸引、ならびに真空基板チャックアレイ250の真空開口280a及び280bの吸引はそれぞれ、通路240a‐240i、242a、242bまたは溝282a‐282l、284以外の機構によって行うことができる。言い換えれば、あらゆる吸引用の溝または通路の構造/構成を真空基板チャックアレイ200及び250に用いることができる。更に、真空基板チャックアレイ200及び250の開口210及び260がそれぞれ、異なった数の真空開口(例えば、それぞれの開口210または260に対して1つの真空開口)を有するようにもできる。真空基板チャックアレイ200、250の上部及び下部プレート部材202、222及び上部及び下部プレート部材252、272は、あらゆる従来の取付け機構(例えば、プレス嵌め、溶接等)によって互いに取り付けることができる。更に、真空基板チャックアレイ200及び250は、異なった大きさ及び形状にすることができる。
【0056】
リフロー工程600もまた、様々な変更形態及び変形形態を有し得る。例えば、リフロー工程600は、他の不活性(すなわち酸素を追い出す)ガスまたはフォーミングガス(例えば、窒素と水素の混合物)を用いて行うことができる。加えて、リフロー工程600の最中、チューブ484を介して内部オーブン区画456を連続的すなわち絶えず吸引することができる。更に、他の共晶はんだをはんだ610として用いることができる。
【0057】
ここに記載した実施形態は単に例示目的であって、当業者であれば本発明の概念及び範囲から逸脱することなく様々な変更形態及び変形形態が可能であることを理解できよう。このような全ての変更形態及び変形形態は、上記したものを含め、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲内に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【0058】
【図1】本発明に従って形成されたダイボンディング装置の正面図である。
【図2】図1に示されているダイボンディング装置の側面図である。
【図3】図1及び図2に示されているダイボンディング装置の平面図である。
【図4】ボンディングヘッド組立体、光学系組立体、一体型リフローオーブン組立体、及びダイボンディング装置のX‐Y基板ステージ組立体を例示する、図1‐図3に示されているダイボンディング装置の部分斜視図である。
【図5】図4に示されているボンディングヘッド組立体の拡大斜視図である。
【図6】ダイボンディング装置のダイ送り組立体、及びX、Y、及びZ工学半組立体を例示する、図1‐図3に示されているダイボンディング装置の部分斜視図である。
【図7】ダイボンディング装置のグリッパー半組立体及びキャリヤガイド部材を例示する、図1‐図3に示されているダイボンディング装置の部分斜視図である。
【図8】図1‐図3に示されているダイボンディング装置の基板送り組立体の斜視図である。
【図8A】図8に示されている基板送り組立体のマガジンホルダの斜視図である。
【図9A】開口内に基板部材が配置されている従来の真空基板チャックアレイの一部の平面図である。
【図9B】図9Aに示されている従来の真空基板チャックアレイの線9B‐9Bに沿って見た断面図である。
【図10】本発明に従って形成された真空基板チャックアレイの斜視図である。
【図10A】図10に示されている真空基板チャックアレイの一部の拡大図である。
【図10B】図10Aに示されている真空基板チャックアレイの線10B‐10Bに沿って矢印の方向から見た断面図である。
【図11】図10に示されている真空基板チャックアレイの組立分解斜視図である。
【図12】図11に示されている真空基板チャックアレイの下部プレート部材の線12‐12に沿って見た断面図である。
【図13】図11に示されている真空基板チャックアレイの下部プレート部材の斜視図である。
【図14】本発明に従って形成された改良された真空基板チャックアレイの斜視図である。
【図14A】図14に示されている真空基板チャックアレイの一部の斜視図である。
【図14B】図14Aに示されている真空基板チャックアレイを、線14B‐14Bに沿って矢印の方向から見た断面図である。
【図15】図14に示されている真空基板チャックアレイの組立分解斜視図である。
【図16】図14及び図15に示されている真空基板チャックアレイの下部プレート部材の斜視図である。
【図17】図4に示されているリフローオーブン組立体を上方から見た斜視図である。
【図18】図17に示されているリフローオーブン組立体のオーブンフレーム支持半組立体及びオーブンハウジング半組立体を下方から見た斜視図である。
【図19】図17及び図18に示されているリフローオーブン組立体を横から見た斜視図である。
【図20A】図18に示されているオーブンハウジング半組立体を上方から見た組立分解斜視図である。
【図20B】図18に示されているオーブンハウジング半組立体を下方から見た組立分解斜視図である。
【図21】図17に示されているリフローオーブン組立体の模式図である。
【図22】図17に示されているリフローオーブン組立体のガスヒーター半組立体の側面図である。
【図23】図1‐図3に示されているダイボンディング装置の下部チャック半組立体の斜視図である。
【図24】図23に示されている下部チャック半組立体の側面図である。
【図25】本発明に従ったフラックスレスリフロー工程の模式的な線図である。
【図26】図25に例示されているリフロー工程の前及び後の基板及びダイを示す模式図である。
発明の技術分野
本発明は、基板に半導体素子を取付け、かつ/またはボンディングするのに有用な工程、装置、及びこれに必要な部品に関する。
【0002】
背景技術
リフロー(すなわち、はんだ付け)工程が、ダイを基板にボンディングするために用いられる。リフロー工程は通常、各ダイが基板に載置された後に行われる。具体的には、ボンディングヘッドによって各ダイが基板に載置された後、ボンディングヘッドによりダイが加熱され、ダイが基板にボンディングされる。この加熱工程がそれぞれのダイに対して繰り返されるため、ダイと基板の組立て工程に時間がかかり効率が悪い。別法では、一群の基板上にダイがそれぞれ載置された後、1回の加熱工程を行うことができる。より具体的には、ダイ取付け装置により基板上にダイが配置された後、ダイと基板の組立体が、コンベヤシステムなどの別の移動機構によってその取付け装置から外部リフローブン/炉に移送される。このように外部リフローブン/炉に移送される間に、ダイと基板が互いにずれて、ダイと基板の不整合が生じる可能性がある。
【0003】
ダイの基板へのはんだ付けでは、例えば、ダイを基板に一時的に固定するためにフラックスが用いられてきた。フラックスを用いたはんだ付け工程に関連して、様々な問題が明らかにされた。例えば、光電子デバイスが、光信号の偏向及び吸収によって残留フラックスに反応してしまう。この結果、フラックスレスはんだ付け工程が、ダイ/基板組立体の製造に用いられるようになってきた。フラックスレスはんだ付けはまた、近年、残留フラックスの洗浄に用いられるクロロフルオロカーボンなどの一般的な化学薬品の環境への影響に配慮して、一層その重要性が増してきた。フラックスレスはんだ付けは、通常は比較的高温で行われるため、ダイ/基板組立体に有害なはんだの酸化が起こり易い。様々なフラックスレスはんだ付けが試みられてきたが、ある程度の成果しか上がっていない。
【0004】
真空基板チャックアレイもまた、ダイ/基板の組立ての際に基板を保持するために開発されてきた。図9A及び図9Bを参照すると、真空開口858を介した吸引により、基板820が真空基板チャックアレイ850に形成された開口852内に保持されている。一般に、開口852の底部の角854が丸く形成されるため、基板820が開口852の底部856に対してフラットに配置されない(すなわち、図示(9B)されているようにぴったりとは接触しない)。この結果、真空開口858を介した基板820の吸引が非効率的かつ/または非効果的となっている。
【0005】
上記したように、従来のダイ/基板の組立て工程及び装置には様々な問題や欠点がある。従って、このような問題や欠点を解消する改良された工程及び装置が要望されている。
【0006】
発明の開示
本発明は、上記した従来技術の不都合及び欠点を、新規の改良したダイボンディング装置及びその方法及びその部品を提供することで解消する。本発明の一態様によると、本装置は、半導体構成要素を基板に配置するために、支持フレーム及びその支持フレームに取り付けられた配置機構を含む。リフローオーブン即ちリフロー用の炉が配置機構に近接したフレームに直接設けられているため、複数の基板及びその基板に配置された半導体構成要素を直接フレーム上で実質的に一回の動作で加熱することができ、これにより半導体構成要素及び基板を外部の炉に移送する必要がない。
【0007】
半導体構成要素を基板に取り付けるための方法も提供する。この方法によると、支持フレーム上に配置された配置ステーションで、各半導体構成要素を対応する1つの基板上に配置する。次に、加熱ステーションで基板及び半導体構成要素を加熱する。加熱ステーションは、加熱ステップをフレーム上で直接実施できるように、配置ステーションに近接したフレーム上に直接取り付けられたオーブンを有する。配置ステップを実施する前に、フレーム上に移動可能に取り付けられた支持面に基板を配置することができる。基板は、加熱ステップが終了するまで支持面に配置しておくことができる。
【0008】
本発明の別の態様によると、複数の基板を移送するための装置が、基板を受容することができる大きさ及び形状を有する複数の開口を備えた少なくとも1つのプレートを含む。それぞれの開口は、側壁及び底部壁によって画定されている。それぞれの底部壁は、対応する1つの開口内に受容された基板を吸引するための機構を有する。それぞれの側壁は、対応する1つの底部壁と共同して実質的に鋭角な角を形成するため、基板を対応する1つの底部壁に対して実質的にフラットに配置することができる。プレートは、互いに取り付けられた第1のプレートと第2のプレートを含み得る。このような場合、第1のプレートに、このプレートを貫通した開口を形成することができる。側壁は、第1のプレートによって画定されており、底部壁は第2のプレートによって画定されている。それぞれの側壁及び底部壁は実質的に真直である。
【0009】
本発明の別の態様は、実質的に気密された区画内に基板及びその基板に配置された半導体構成要素を配置するステップと、その区画内に含まれている空気を排気するステップとを含む取付け方法を提供する。基板と半導体構成要素との間には、共晶はんだが配置されている。基板と半導体構成要素との間に配置された共晶はんだをリフローするために、区画内に加熱されたガスが所定時間に亘って供給され、その区画が加熱される。加熱されたガスは、共晶はんだの酸化を防止するために実質的に酸素を含まない。このようにして、フラックスレスはんだ付けを実施することができる。
【0010】
発明の最適な実施形態
本発明をよりよく理解できるように、添付の図面を用いて本発明の詳細を後述する。
【0011】
図1‐図3を参照すると、フリップチップ・ダイボンディング装置すなわちボンディングシステム10が示されている。詳細は後述するが、ダイボンディング装置10は、オプトエレクトロニク組立体30の製造においてフリップダイすなわち半導体構成要素12を基板部材20(図26を参照)に正確に整合/取付け/ボンディングするために適合されている。具体的には、ダイボンディング装置10は、共晶はんだ610(図26を参照)を用いてダイ12を基板部材20にボンディングするためにバッチ・フラックスレス・リフロー工程(すなわち、はんだ付け工程)600(図25を参照)を実施できるように適合されている。理解及び説明を容易にするために、ダイ12及び基板部材20を以下に簡単に説明し、続いてダイボンディング装置10の構造を説明する。
【0012】
主に図5、図6、及び図26を参照すると、ダイ12は、好ましくは予備形成され、移送中、工程中、検査中、及び組立て中にダイ12を保護するようにデザインされたワッフル/ゲルパックすなわちトレイ14で移送される。ダイ12を、要求に応じてピックアップすることができる。具体的には、トレイ14の下側を吸引して、ダイピックアップツールまたは真空ピックアップツールを用いて各ダイ12を容易に取り除くことができる。ダイ12と同様に、基板部材20は、好ましくは予め形成され、組立てのためにダイボンディング装置10に移送される。各基板部材20は、上面22、底面24、側面26a‐26d、及びコーナーエッジ28a‐28d(図10A及び図10Bを参照)を含む。
【0013】
ダイボンディング装置10は、主装置ベース組立体40(図1‐図3を参照)、X‐Y基板ステージ組立体50(図3及び図4を参照)、ダイ送り組立体80及び基板送り組立体81(図6‐図8を参照)、ボンディングヘッド組立体300(図4及び図5を参照)、X−Y−Z光学半組立体360(図6を参照)を有する光学系組立体340(図5を参照)、一体型2段階リフローブン/炉組立体400(図4、及び図17‐図24を参照)、電子制御システム700(図1を参照)、電空制御システム720(図1を参照)、及びコンピュータ制御システム740(図1及び図3を参照)を含む。ダイボンディング装置10のこれらの各構成部品の構造及び動作について以下に詳述する。
【0014】
主に図1‐図3を参照すると、主装置ベース組立体40は、ダイボンディング装置10の様々な構成要素を支持するための水平バー部材44a及び垂直バー部材44bを有するフレーム組立体42を含む。ダイボンディング装置10の構成要素には、例えば、X‐Y基板ステージ組立体50、基板送り組立体81、ボンディングヘッド組立体300、光学系組立体340、一体型リフローブン組立体400、電子制御システム700、電空制御システム720、及びコンピュータ制御システム740が含まれる。ベース組立体40はまた、システムベース46を含む。システムベース46は、好ましくは花崗岩材料から形成される実質的に矩形の上面46a(図1及び図2を参照)を備えている。花崗岩システムベース46は、高性能軸受け(不図示)によって案内される可動式構成要素及び組立体を含む、ダイボンディング装置10を支持するその構成要素に安定性を付与するために用いられ、これにより信頼性の高いボンディング工程が実現されている。花崗岩システムベース46はまた、強い力で繰り返されるボンディング動作に必要な剛性及び安定性をボンディング装置10に付与している。花崗岩システムベース46は、入出力(I/O)数が多い適用例、及び/または高い結合力(例えば、最大100kg)の下で比較的速く硬化する接着材料を用いた適用例に特に適している。別法では、システムベース46は、他の材料から形成することもできる。システムベース46は、そこにボルトなどで取り付けられた上部花崗岩ブリッジ48を含む。上部花崗岩ブリッジ48は、ボンディングヘッド組立体300(図4及び図5を参照)並びに光学系組立体340の様々な構成部品(図6を参照)を支持するように適合されている。
【0015】
図3及び図4を参照すると、X‐Y基板ステージ組立体50が、ダイ送り組立体80、ボンディングヘッド組立体300、及び一体型リフローブン組立体400(図17を参照)の様々な構成要素を受容すなわち支持するように適合されている。具体的には、X‐Y基板ステージ組立体50は、上部Xステージ52、中間Yステージ54、及び下部静止プラットフォーム56を含む。X‐Y基板ステージ組立体50はまた、Xステージモータ組立体58(図6を参照)、Yステージモータ組立体60(図6を参照)、及び光配向組立体362(図6を参照)を含む。Xステージ52は、Xステージモータ組立体58によってX軸方向に移動可能であり、Yステージ54は、Yステージモータ組立体60によってY軸方向に移動可能である。従来のあらゆる範囲の移動及び/または分解能を、Xステージ52及びYステージ54に適用することができる。X‐Y基板ステージ組立体50の下部静止プラットフォーム56は、システムベース46の上面46aに取り付けられている。
【0016】
ダイ送り組立体80及び基板送り組立体81には、一対のマガジンホルダ82a及び82b、マガジンローダ84、グリッパー半組立体86、複数のワッフル/ゲルパックすなわちトレイホルダ88、及びキャリヤガイド部材170(図3及び図6‐図8Aを参照)が設けられている。マガジンホルダ82a及び82bはそれぞれ、ダイボンディング装置10(図3を参照)の前面に近接して配置されており、ハウジング本体90を含む。図8及び図8Aを参照すると、ハウジング本体90のそれぞれは、運搬用ハンドル94が設けられた上部壁92、底部壁96、及び側壁98及び100を含み、これらの壁部により、前部開口104及び後部開口を有する内部区画102が形成されている。各ハウジング本体90はまた、前部開口104及びリア開口のそれぞれを覆うような大きさ及び形状の前部カバー及び後部カバー110を含む。側壁98及び100の内面112及び114はそれぞれ、複数の支持レッジ116a‐116iを備えている。
【0017】
ここで図8Aを参照すると、ダイボンディング装置10はまた、キャリヤ部材すなわちボート120を備えている。具体的には、キャリヤ部材120のそれぞれは、好ましくは矩形であって、ステンレス鋼などの金属から形成されるキャリヤハウジング122を含む。キャリヤハウジング122のそれぞれは、複数の取り付け開口131を備えた一対の長手方向に延びたガイド130a及び130bを含む。キャリヤ部材120の延長ガイド130a及び130bは、キャリヤ部材120をマガジンホルダ82a及び82bの対応する一方の内部区画102内に配置するために、マガジンホルダ82a及び82bの支持レッジ116a‐116iの対応するセットに取外し可能に係合するような大きさ及び形状を有する。各キャリヤハウジング122はまた、実質的に矩形の複数のアレイ状の開口132a‐132eを備えている。保持ポスト134a‐134hが、後述する目的のためにアレイ状の開口132a‐132eのそれぞれの周りに配置されている。
【0018】
図3及び図8に示されているように、X‐Yステージ組立体50に近接して配置されたマガジンローダ84は、マガジンエレベータ140、エレベータモータ142、及び一対のクランピング部材144a及び144bを含む。マガジンエレベータ140は、グリッパー半組立体86(図7を参照)がボンディング工程のためにマガジンホルダ82aまたは82bからキャリヤ部材120をグリップしてアンロードするために、Z軸方向にマガジンローダ84を移動できるように構成されている。各クランピング部材144a及び144bは、マガジンホルダ82a及び82bをマガジンローダ84に固定するために、マガジンホルダ82a及び82bに係合するような大きさ及び形状を有する。
【0019】
ここで図6及び図7を参照すると、X‐Yステージ組立体50の上部Xステージ52に取り付けられたグリッパー半組立体86が、グリッパーモータ150、グリッパードライブプーリー152、グリッパーベルト154、及びグリッパーボールスライド156を含む。グリッパー半組立体86はまた、グリッパーハウジング158、グリッパーエアシリンダー160、及びその端部の一対のホルダすなわちグリッパー164a及び164bを有するグリッパー部材162を備えている。グリッパー部材162のホルダ164a及び164bは、Xステージ52に移動可能に取り付けられており、キャリヤ部材120の選択した一方の端部を保持して、マガジンローダ84からアンロードし、キャリヤガイド部材170に配置するように適合されている。
【0020】
図5及び図6を参照されたい。ワッフル/ゲルパックすなわちトレイホルダ88が、ダイ12を含むワッフル/ゲルパック14をその上に受容するように適合されている。具体的には、トレイホルダ88は、X‐Yステージ組立体50のXステージ52上に取り付けられており、そのXステージ52と共に移動可能である。各トレイホルダ88は、好ましくは矩形であって、対応する1つのワッフル/ゲルパック14を取外し可能に固定するために真空開口168を有する。
【0021】
ここで図6及び図7を参照されたい。キャリヤガイド部材170が、トレイホルダ88に近接したX‐Yステージ組立体50のXステージ52に取り付けられている。具体的には、キャリヤガイド部材170は、一対のキャリヤガイド支持体172a及び172bを備えている。各キャリヤガイド支持体は、キャリヤガイド部材170上のキャリヤ部材120を保持するためにその支持体から突き出た取付けタブ174を有する。取付けタブ174はそれぞれ、キャリヤ部材120の長手方向の延長ガイド130a及び130bの取付け開口131(図8Aを参照)の対応する1つに受容されるような形状及び大きさを有する。
【0022】
ボンディングヘッド組立体300(図4及び図5を参照)は、従来のボンディングヘッド組立体と同様の方式で構成され動作する。例えば、ボンディングヘッド組立体300は、装置10のダイ配置ステーションに配置されており、ハウジング半組立体302、ピッチ及びロール半組立体304、及び上部チャック半組立体306を含む。ハウジング半組立体302は、ボンディングヘッド組立体300の様々な電子部品、空気式部品及び/または機械部品(例えば、モータ、マニフォールド、真空エゼクター及びカメラ部品)を受容するように適合されている。ピッチ及びロール半組立体304は、平面性の誤差を排除または低減するように適合されたレベリング機構であって、ハウジング半組立体302の下端部に連結されている。上部チャック半組立体306は、ピッチ及びロール半組立体304に取り付けられており、トレイホルダ88に配置されたワッフル/ゲルパック14から個々にダイ12をピックアップするためのダイピックアップツール(不図示)を保持するように適合されている。上部チャック半組立体306はまた、ピックアップしたダイ12を加熱するように適合されている。これに関連して、上部チャック半組立体306は、加熱要素、冷却ジャケット、及び真空ホルダ(不図示)を備えている。
【0023】
図5及び図6を参照すると、光学系組立体340は、従来の光学系組立体と同様に構成され動作する。例えば、光学系組立体340は、複数の光学カメラ342及びランプハウス部材344を含む。光学系組立体340は、選択した1つのダイ12の位置を求め、ワッフル/ゲルパック14内のその位置を決定するように適合されている。更に、光学系組立体340は、ダイ12を基板部材20に正確に取り付け/整合するために、基板部材20の対応する1つに対してダイ12の向きを決定するように適合されている。
【0024】
図6に示されているX−Y−Z光学ステージ半組立体360は、従来のX−Y−Z光学ステージ半組立体と同様に形成され動作し、光学系組立体340を作動させるためにデザインされている。例えば、X−Y−Z光学ステージ半組立体360は、X軸、Y軸、及びZ軸方向に選択的に移動可能な光学ステージ362、並びに個々のダイ12と基板部材20との高精度の整合を得るための光学プローブ364を含む。
【0025】
図1に示されている電子制御システム700は、ダイボンディング装置10の動作を制御するように適合されている。具体的には、電子制御システム700は、ダイボンディング装置10の構成要素(例えば、X‐Y基板ステージ組立体50、ダイ送り組立体80、基板送り組立体81、ボンディングヘッド組立体300、X−Y−Z光学半組立体360、及びリフローブン組立体400)の動作を制御するための様々な電子/電気部品(例えば、制御モジュール、主電源、固体リレー、サーボモータ、サーボモータ制御装置、及び他の従来の電子部品)を備えている。
【0026】
図1及び図7に示されている電空制御システム720は、ダイボンディング装置10の様々な構成要素(例えば、X‐Y基板ステージ組立体50、ダイ送り組立体80、基板送り組立体81、ボンディングヘッド組立体300、X−Y−Z光学半組立体360、及びリフローブン組立体400)の電空動作を制御するように適合されている。具体的には、電空制御システム720は、様々なエアシリンダー及びエアソレノイド弁を動作させるためのこのような構成部品にエアコンプレッサまたは空気供給源(不図示)から加圧空気を供給するように適合されている。
【0027】
図1及び図3に示されているように、コンピュータ制御システム740は、フリップチップボンディング分野で用いられている従来のコンピュータ制御システムと同様に構成され動作する。例えば、コンピュータ制御システム740は、マイクロプロセッサ742、ユーザーインターフェイスを有するモニター744、及びマウス750を備えたキーボード748を含む。マイクロプロセッサ742は、ダイボンディング装置10の様々な動作パラメータの設定及び/または制御を行うように適合されている。これらのパラメータには、温度、圧力、移動、出力、時間、力、真空、光学的配置、及び平面性などが含まれる。ダイボンディング装置10は、2つの動作レベルを有するウィンドウズ型ユーザーインターフェイスにより動作する。第1のレベルは、ダイボンディング装置10に指令を出して、力の変化、離間ボンディング、及び温度ランピングなどの複数のステップからなる工程のために所定の動作ステップを完了させるオペレーターレベルである。第2のレベルは、ダイボンディング装置10に指令を出して、自動診断、データロギング、及びダイの向きの分析などを実行させるエンジニアレベルである。別法では、コンピュータ制御システム740とともに別のタイプのユーザーインターフェイスを用いることができる。
【0028】
図10‐図13を参照すると、ダイボンディング装置10及び/または従来のダイボンディング装置と共に使用できるように適合された真空基板チャックアレイ200が示されている。具体的には、真空基板チャックアレイ200は、アレイ状の基板部材20(図10A及び図10Bを参照)を受容して移送するように適合されている。これに関連して、真空基板チャックアレイ200は、ステンレス鋼などの金属から形成された上部プレート部材202及び下部プレート部材222を含む。上部プレート部材202は、実質的に平坦な上面204、実質的に平坦な底面206、及び側面208a‐208dを有する。上部プレート部材202はまた、上面204及び底面206に対して実質的に垂直な方向に貫通した複数の孔210を含む。それぞれの開口210は、好ましくは従来のフライス加工によって形成され、実質的に垂直方向を向いた、すなわち上面204に実質的に直交する実質的に真直な壁部211(図10Bを参照)によって画定されている。各開口210はまた、基板部材20の対応する1つのコーナーエッジ28a‐28dを受容するために、そのコーナーエッジに第2の開口212a‐212dを備えている(図10A及び図10Bを参照)。スロット214a及び214bが、開口210のそれぞれに横方向外向きに延びており(図10Aを参照)、ピンセット60を用いて基板部材20を対応する1つの開口210に配置するまたは取り出す時に、ピンセット60のピンサー62a及び62bを受容するために用いられる。第2の開口212a‐212d及び/またはスロット214a及び214dは、従来の穿孔工程で形成されるのが好ましい。また、取付け孔216a‐216hが、上部プレート部材202に設けられており、側面208a‐208dに沿って配置されている(図10及び図11を参照)。開口210、第2の開口212a‐212d、及び/またはスロット214a‐214bは、他の従来の工程(例えば、電線放電加工(EDM:wire electrical discharge machining)工程)で形成することができる。
【0029】
図10‐図13に示されているように、下部プレート部材222は、上面224、底面226、及び側面228a‐228dを含む。下部プレート部材222はまた、列と行からなるアレイ状に配列された複数の隆起プラットフォーム230を備えている(図10B及び図11を参照)。具体的には、隆起プラットフォーム230は、ステンレス鋼などの金属からなる直方体ブロックをフライス加工して形成するのが好ましい。別法では、他の方法を用いて隆起プラットフォーム230を形成することができる。各隆起プラットフォーム230は、実質的に矩形であって、実質的に平坦すなわち真直な上面232及び側面234a‐234dを含む(図11を参照)。更に、各隆起プラットフォーム230は、後述する目的のために上部プレート部材202の対応する1つの開口210内に受容される大きさ及び形状を有する。真空開口236a及び236bが、各隆起プラットフォーム230を完全に貫通している。また、取り付け孔238a‐238hが、側面228a‐228dに沿って下部プレート部材222に設けられている。このため、取り付けボルト218を、下部プレート部材222の取り付け孔238a‐238h及び上部プレート部材202の取り付け孔216a‐216hのそれぞれに通して、下部プレート部材222を上部プレート部材202に取外し可能に取り付けることができる。
【0030】
主に図12を参照すると、下部プレート部材222には、複数のY軸方向の通路240a‐240i及び一対のX軸方向の通路242a及び242bが設けられている。具体的には、Y軸方向の通路240a‐240i及びX軸方向の通路242a及び242bは、隆起プラットフォーム230を形成する前あるいは後に従来の穿孔法により下部プレート部材222を穿孔して形成することができ、穿孔した孔の開口端部にプラグ243を挿入して気密封止する。Y軸方向の通路240a‐240iは、X軸方向の通路242a及び242bと交差して、Y軸方向の通路240a‐240iとX軸方向の通路242a及び242bが互いに連通している。更に、Y軸方向の各通路240a‐240iは、後述する目的のために隆起プラットフォーム230の対応する1つの真空開口236a及び236bと連通している(図10Bを参照)。下部プレート部材222の底面226は、複数の真空開口すなわちオリフィス244a‐244dを含む(図13を参照)。真空開口244a、244b及び真空開口244c、244dはそれぞれ、X軸方向の通路242a及び242b、従ってY軸方向の通路240a‐240iに連通している。
【0031】
上部プレート部材202と下部プレート部材222が適切に組み立てられて真空基板チャックアレイ200が形成されると、隆起プラットフォーム230のそれぞれが、上部プレート部材202の対応する1つの開口210内に受容され、その上面232が上部プレート部材202の上面よりも下に位置する(図10‐図10Bを参照)。この方式では、隆起プラットフォーム230の上面232のそれぞれが、上部プレート部材202の開口210の対応する1つと共同して、基板部材20をその中に受容できる大きさ及び形状の壁部246を画定する。隆起プラットフォーム230の各上面232はまた、対応する1つの開口210の壁部と共同して、実質的に鋭い(例えば、直角)底部角248を形成する。この結果、基板部材20が真空基板チャックアレイ200のウェル246内に配置されると、基板部材20は、壁部246の底部端を画定する隆起プラットフォーム230の上面と接触可能すなわち係合可能となる。これに関して、第2の開口212a‐212dにより、上部プレート部材200の開口210と基板部材20のコーナーエッジ28a‐28dとの間に別の間隙が形成され(図10Aを参照)、これにより、真空基板チャックアレイ200のウェル246内への基板部材20の装着が容易になると共に、基板部材20を隆起プラットフォーム230の上面232に実質的にフラットに配置することが容易になる。この方式では、従来の真空基板チャックアレイと比べ、基板部材20が、隆起プラットフォーム230の真空開口236a及び236bを介した吸引によって、より効率的かつ/または効果的にグリップされ得る。具体的には、図9A及び図9Bを参照すると、従来の真空基板チャックアレイ850は、基板部材820を受容するための開口すなわちウェル852を備えている。従来の真空基板チャックアレイ850の開口852は、丸いまたは傾斜した底部角854を有するため、基板部材820と開口852の底面856との係合すなわち接触が妨げられている(すなわち、基板部材820は丸い底部角854によって底面856よりも上方に延在する)。この結果、従来の真空基板チャックアレイ850では、真空開口850を介した基板820の吸引が非効率的かつ/または非効果的になっている。図10A及び図10Bを参照すると、開口210が上部プレート部材202を貫通し、ウェル246の底部端が隆起プラットフォーム230の上面232によって画定されているため、実質的に直角な底部角248が形成され、基板部材20が隆起プラットフォーム230に対して実質的にフラットに延在するため、基板部材20をより効率的かつ/または効果的に吸引することができる。
【0032】
図14‐図16を参照すると、改良した形態の真空基板チャックアレイ20が例示されている。具体的には、真空基板チャックアレイ250は、後述する点を除いて図10‐図13に示されている真空基板チャックアレイ200と基本的に同一の構造を有し、同様に動作する。真空基板チャックアレイ250は、上部プレート部材252及び下部プレート部材272を含む。上部プレート部材252は、上面254、底面256、及び側面258a‐258dを含む。開口260が、EDM加工または他の従来の加工法によって上部プレート252に形成されている。具体的には、開口260が、底面256から上面254まで上部プレート部材252を貫通している。更に、各開口260は、横方向に配列された一連のウェル262、並びに対応する1つの開口260から外向きに延びたスロット266a及び266bを含む。これらのスロットは、基板部材20が真空基板チャックアレイ250にピンセット60で配置されるときに、ピンセット60のピンサー62aまたはピンサー62bを受容する(図14Aを参照)。第2の開口268a‐268dが、対応する1つの基板部材20のコーナーエッジ28a‐28dを受容するためにウェル262のそれぞれの角に設けられている。各開口260はまた、ピンセット60のピンサー62a及び62bを受容できるように、近接する一対のウェル262間に延在するアレイ状の溝264を含む(図14Aを参照)。
【0033】
ここで図15及び図16を参照すると、下部プレート部材272は、実質的に平坦な上面274、底面276、及び側面278a‐278dを含む。上面274は、横方向に整列された複数の真空開口280a及び280bを含み、底面276は、複数のU字型の溝282a‐282i及び284を含む。溝284は、拡大部分284aを備えている。溝282a‐282lはそれぞれ、溝284と交差して互いに連通している。更に、溝282a‐282lはそれぞれ、対応する真空開口280a‐280bと連通している(図14B及び図16を参照)。
【0034】
図14を参照すると、上部プレート部材252が複数の位置で底部プレート部材272にスポット溶接され、上部プレート部材252と下部プレート部材272が互いに固定されている。別法では、上部プレート部材252は、別の従来の取り付け機構(例えば、ボルト)を用いて下部プレート部材272に取り付けることができる。上部プレート部材252は、真空開口280a及び280bのそれぞれの対が、上部プレート部材252の対応する1つのウェル262と整合するように下部プレート部材272に取り付けられている(図14‐図14Bを参照)。この方式では、真空基板チャックアレイ250に導入された基板部材20を、溝284、282a‐282l、及び真空開口280a及び280bを介した吸引によりウェル262内に確実に保持することができる。開口260、従ってウェル262が上部プレート部材252を貫通し、その底部開口端が下部プレート部材272の上面274によって塞がれ、それぞれのウェル262が実質的に直角の縁すなわち底部角286を有する底部を備えている。従って、基板部材20がウェル262内に適切に受容され(すなわち、基板部材20が下部プレート部材272の上面274と係合すなわち接触する)、これにより、より効率的かつ/または効果的に基板部材20を真空開口280a及び280bを介して吸引することができる。
【0035】
図10‐図16を参照されたい。真空基板チャックアレイ200及び250は共に幅広い用途に用いることができるが、真空基板チャックアレイ200は、比較的厚みの薄いダイと共に用いるのが特に適していることに留意されたい。具体的には、真空基板チャックアレイ200のウェル246の深さは、隆起プラットフォーム230の高さによって決定すなわち制御されるため、真空基板チャックアレイ200は、上部プレート部材202の厚みを薄くすることなく、従って上部プレート部202の安定性及び/または剛性を低下させることなく、薄いダイに用いることができる。また、ダイボンディング装置は、複数すなわち別の真空基板チャックアレイ200及び/または真空基板チャックアレイ250を備える。
【0036】
主に図17‐図19及び図21を参照すると、ボンディング装置10の加熱ステーションに配置されたリフローオーブン組立体400が、オーブンフレーム支持半組立体402、オーブンハウジング半組立体412、及びガスヒーター半組立体542を含む。図17及び図18を参照すると、オーブンフレーム支持半組立体402は、複数の支持ブラケット404a‐404d、複数の取付けプレート406a‐406d、シャフトハウジング部材408、及び支持モーター410(図19を参照)を含む。具体的には、支持ブラケット404a及び404bは、取付けプレート406a及び406bに取り付けられており、支持ブラケット404c及び404dは、取付けプレート406c及び406dに取り付けられている。取付けプレート406aは、リフローオーブン組立体400を装置ベース組立体40に取り付けるために、その装置ベース組立体40の上部花崗岩ブリッジ48に取り付けられている。支持プレート406cがシャフトハウジング部材408に取り付けられた支持モーター410に取り付けられており、これにより、オーブンハウジング半組立体412が支持モーター410の動作に応じてZ軸方向に選択的に移動可能である。
【0037】
ここで図18、図20A、及び図20Bを参照すると、オーブンハウジング半組立体412は、外部オーブンハウジングシェル414、内部オーブンハウジングシェル444、内部ウォータージャケット部材494、及び断熱ベース部材524を含む。外部オーブンハウジングシェル414は、上部壁416、前部壁418、後部壁420、側壁422及び424を含む。これらの壁部が内部チャンバ426を形成し、その中に断熱層428を受容する(図20A及び図21を参照)。外部オーブンハウジングシェル414は、外周縁430a‐430dを含む。外部オーブンハウジングシェル414の上部壁416は複数の取付け開口432を備える。これらの開口を介して取付けねじでオーブンハウジング半組立体412を取付けプレート406dに取り付けて、オーブンハウジング半組立体412が取付けプレート406dと同時に移動するようにする。前部壁418は前部T字型開口436を備え、後部壁420は後部T字型開口438を備えている。
【0038】
図20A及び図20Bに示されているように、内部オーブンハウジングシェル444は、上部壁446、前部壁448、後部壁450、及び側壁452及び454を含み、これらの壁部により、開口した底部端458を有する内部オーブン区画456が形成されている。内部外周ベース部分460は、前部壁448、後部壁450、及び側壁452及び454と一体に形成されており、開口した底端部458から延びた複数の取付け開口462を有する。ベース部分460は、それぞれが複数の取付け開口466を備えた外周側壁464a‐464dを含む。内部バッフル壁468(図21を参照)は、後述する目的のために上部壁446から延びている。チューブ開口470及び472が前部壁448に形成されており、チューブ開口474及び476が後部壁450に形成されている。長さに沿った複数の孔480及びキャップド端部(すなわち閉じた端部)482を有する金属チューブ478が、リフロー工程600中に内部オーブン区画456内に窒素ガス(N2)を導入するために、前部壁448のチューブ開口472を介して、内部オーブン区画456内に設けられている。同様に、長さに沿った複数の孔486及びキャップド端部(すなわち閉じた端部)488を有する金属チューブ484が、真空ポンプ490(図25を参照)を用いて内部オーブン区画456を真空引きするために後部壁450のチューブ開口476を介して内部オーブン区画456に設けられている。
【0039】
図20A、図20B、及び図21を参照すると、外部オーブンハウジングシェル414の内部チャンバ426内に設けられる内部ウィータージャケット部材494が、その一端に中空の壁部496を備える。中空壁部496は、一体形成された水入口管継手498を含む。中空壁部500が、内部ウォータージャケット部材494の反対側の端部に設けられており、中空壁部500と一体形成された水出口管継手502を含む。中空壁部496の水入口管継手498は、外部オーブンハウジングシェル414の前部壁418のT字型開口436内に受容され、一方、水出口管継手502は、外部オーブンハウジングシェル414の後部壁420のT字型開口438内に受容されている(図17及び図18を参照)。チューブ504が、水入口管継手498から水出口管継手502に水が流れるように中空壁部496と500との間に延在する。チューブ504は、中空壁部496及び500と一体形成されている。別法では、チューブ504は、液漏れしないように中空壁部496及び500に取付け可能な個別の部材であってもよい。中空壁部496は一対の開口506及び508を含み、一方、中空壁部500は一対の開口510及び512を含む。中空壁部496及び500の開口506及び512はそれぞれ、チューブ478及び484を受容するような大きさ及び形状を有する。入口熱電対(T/C)プローブ514(図25を参照)が、内部ウィータージャケット部材494に流入する水の温度を測定するために水入口管継手498に設けられており、出口熱電対(T/C)プローブ516が、内部ウォータージャケット部材494から排出される水の温度を測定するために水出口管継手502に設けられている。内部ウォータージャケット部材494は、断熱材429も備えている(図21を参照)。
【0040】
図20A及び図20Bを参照すると、シリコーン、スチレン、及び他のポリマー材料などの好適な材料から形成される、実質的に矩形の断熱ベース部材524が、上面526、底面528、側面530a‐530d、及びその側面に近接して設けられた複数の取付け開口532を有する。断熱ベース部材524はまた、複数の基板チャックアレイ開口534a‐534eを備え、これらの各開口は、真空基板チャックアレイ200または真空基板チャックアレイ250を受容するような大きさ及び形状を有する。具体的には、開口534a‐534eは、内部オーブン区画456の一部を成している。取付けねじ434(図18を参照)を断熱ベース部材524の取付け開口532及びベース部460の取付け開口462に通して、断熱ベース部材524を内部オーブンハウジングシェル444(図18を参照)を取外し可能に取り付けることができる。
【0041】
ここで図17、図19、図22、及ぶ図25を参照すると、ヒーター半組立体542は、窒素ガス(N2)供給源544、入口レギュレータ545、バルブ546、ヒーター548、加熱された窒素の温度を測定するための出口熱電対(T/C)プローブ550、ガス及び空気出口レギュレータ/バルブ部材552、及びガスライン554を含む。ヒーター半組立体542はまた、入口レギュレータ545に窒素(N2)ガスを供給するためのガスポンプ556を含む。詳細は後述するが、ヒーター半組立体542は、窒素ガスを所定の温度(例えば、最大約400℃)に加熱して、この加熱した窒素ガスを内部オーブン区画456に送り、これによりオーブン区画内の酸素を実質的に完全に除去し、フラックスレスリフロー工程600を実施する際にはんだ610(図26を参照)が酸化するのを防止するように適合されている。導入される窒素ガスはまた、基板チャックアレイ200または250に保持されたダイ/基板組立体30に等しく圧力を加えるためにも用いられる。
【0042】
図21、図23及び図24を参照すると、ダイボンディング装置10は、下部チャック半組立体562も備えている。具体的には、下部チャック半組立体562は、ベース部566、及びそのベース部566に取り付けられた複数のプラットフォーム564a‐564eを有する。プラットフォーム564a‐564eはそれぞれ、開口570を備えている。開口570は、その上に配置される対応する真空基板チャックアレイ250の溝284の拡大部分284aと連通するような大きさ及び形状を有する。開口570は、真空基板チャックアレイ200の真空開口の構成(すなわち真空開口244a‐244d)に適合するように変更することができる。開口568及び開口572は、後述する目的のためにそれぞれのプラットフォーム564a‐564eに設けられている。下部チャック半組立体562はまた、ベース部566内に取り付けられるウォータージャケット要素574を含む。移動機構576が、その上にベース部566を支持するために、X‐Yステージ組立体50の上部Xステージ52に取り付けられている。移動機構576はまた、ベース部566、従ってプラットフォーム564a‐564eをZ軸方向に選択的に移動させることができるように適合されている。プラットフォーム564a‐564eはそれぞれ、基板チャックアレイ200または250によって移送される基板20を加熱するために加熱要素580を含む。
【0043】
図26を参照されたい。共晶はんだ610が、ダイ12をその共晶はんだに載せる前に各基板部材20に予め堆積される。一般に、共晶はんだは、その主構成成分(例えば、金)のリフロー温度よりも低いリフロー温度を有する合金からなる。本発明によると、共晶はんだ610は、金と錫を含む合金から形成されるのが好ましい。約80%の金と約20%の錫の合金からなる共晶はんだ610は、本発明と共に用いるのに特に適している。具体的には、金−錫(80:20)合金はが好ましい。なぜなら、その溶融点が純金の溶融温度(すなわち800℃を超える)よりも相当低い約283℃であるため、低いリフロー温度でリフロー工程600を実施できる。別法では、別の金と錫の割合を用いて共晶はんだ610を形成することができる。更に、共晶はんだ610は、別の好適な合金または材料(例えば、鉛と錫、インジウムと錫、銀と錫、金とビスマスなど)から形成することができる。
【0044】
ダイボンディング装置10の動作についての詳細を後述する。ダイボンディング装置10は、真空基板チャックアレイ200及び250の両方のタイプに用いることができるが、説明及び理解を容易にするために、ダイボンディング装置10の動作は、真空基板チャックアレイ250についてのみ説明する。ここで図6を参照されたい。ダイ12を含むワッフル/ゲルパック14が、ワッフル/ゲルパックホルダ88にロードされ、真空開口168を介した吸引により所定の位置に保持される。また、基板部材20は、ピンセット60または他の配置装置(例えば、真空式ピックアップ装置)により基板チャックアレイ250の開口260内に手動で配置される。真空基板チャックアレイ250は、キャリヤ部材120のアレイ状の開口132a‐132e内に導入される。基板チャックアレイ250はそれぞれ、キャリヤ部材120の対応する保持ポスト134a‐134hのセットによって、キャリヤ部材120のアレイ状の開口132a‐132eの対応する1つに個別にその中心に配置される(図8Aを参照)。次にキャリヤ部材120が、マガジンホルダ82a及び82bの中に挿入される。具体的には、キャリヤ部材120の延長ガイド130a及び130bのそれぞれが、マガジンホルダ82a及び82bの支持レッジ116a‐116iの対応する1つに受容され、キャリヤ部材120がマガジンホルダ82a及び82bの一方の中に取外し可能に支持される(図8Aを参照)。次にマガジンホルダ82a及び82bが、マガジンローダ84上に配置され、クランピング部材144a及び144bのそれぞれによって所定の位置に保持され、これによりX‐Yステージ組立体50に近接し、このX‐Yステージ組立体50がマガジンホルダ82a及び82bにアクセス可能になる(図8を参照)。
【0045】
マガジンホルダ82a及び82bがマガジンローダ84上に適切に配置されると、X‐Yステージ組立体50がマガジンローダ84の近傍に移動する。マガジンエレベータ140が動作して、キャリヤ部材120の1つがグリッパー半組立体86のホルダ164a及び164bによって保持されるように、マガジンローダ84がZ軸方向に調節される。次にグリップされたキャリヤ部材120がグリッパー半組立体86によって、マガジンローダ82a及び82bの対応する1つから引き出され、X‐Yステージ組立体50の移動によりキャリヤガイド部材170上にロードされる。キャリヤガイド部材170の取付けタブ174が、キャリヤ部材120の長手方向の延長ガイド130a及び130bの取付け開口132内に受容され、キャリヤ部材120がキャリヤガイド部材170に固定される。従って、キャリヤ部材120は、下部チャック半組立体562の上方に近接して配置されている。次に下部チャック半組立体562の移動機構576が動作して、プラットフォーム564a‐564eがZ軸方向に上昇する。この結果、プラットフォーム564a‐564eが、キャリヤ部材120上に設けられた真空基板チャックアレイ250の底面276と係合し、これにより、基板チャックアレイ250がキャリヤ部材120のアレイ開口132a‐132eから持ち上げられる(図7、図21、図23、及び図24を参照)。具体的には、プラットフォーム564a‐564eの真空開口570が、基板チャックアレイ250のU字型溝284の拡大部分284aと整合する(図16及び図23を参照)。プラットフォーム564a‐564eが上方に移動して基板チャックアレイ250と接触すると、プラットフォーム564a‐564eの真空開口570(図23を参照)を介して基板チャックアレイ250が吸引される。この結果、基板チャックアレイ250から、拡大部分284a、U字型溝284、282a‐282l、及び真空開口280a及び280eを介して基板部材20のそれぞれが吸引される図14A‐図16を参照)。この方式では、基板部材20が吸引によって保持され、基板チャックアレイ250内に確実に固定される。基板部材20に対する吸引は、全てのフラックスレスリフロー工程600を含む全ての取付け工程がダイボンディング装置10により完全に終了するまで続けられる。また、下部チャック半組立体562の加熱要素580が動作して、所定の背景温度になるまで基板部材20が加熱される。基板部材20は、後述する仮付け工程の間中この背景温度に維持されるのが好ましい。
【0046】
ボンディングヘッド組立体300の上部チャック半組立体306は、ツールネスト(不図示)からの適当なダイピックアップツール(不図示)を備えている。このダイピックアップツールは、X‐Yステージ組立体50(図4−図6を参照)上のホルダ88に保持されたワッフル/ゲルパック14からダイ12をピックアップするために用いられる。上部チャック半組立体306は、保持しているダイが所定の背景温度に加熱されるように従来の方式で加熱される。ダイ12の1つがボンディングヘッド組立体300によってピックアップされると、X‐Yステージ組立体50が動作して、基板チャックアレイ250内に保持されている予め選択された1つの基板部材20が、上部チャック半組立体306、従ってピックアップされたダイ12の下側に配置される。光学系組立体340の光学プローブ364を用いて従来の整合工程が実施される。ダイ12が対応する基板部材20と適切に整合したら、上部チャック半組立体306が下降して、ダイ12が基板部材20に仮付けされる。これに関連して、上部チャック半組立体306が、ダイ12が基板部材20に適切に仮付けされるように、約10g〜約100kgの範囲の圧力を加えるのが好ましい。
【0047】
ダイ12を基板部材20に適切に仮付けすることは重要である。具体的には、仮付けが適切でないと、はんだ610が適切にリフローしないで、ダイ12が基板部材20から簡単に外れてしまう可能性がある。適切/良好な仮付けを得るために、金−錫はんだ610が堆積された基板部材20にダイ12が取り付けられるときに、基板部材20が、好ましくは約100℃〜約300℃の範囲、より好ましくは約200℃の仮付け(すなわち背景)温度まで下部チャック半組立体562によって加熱され、一方、ダイ12は、好ましくは最大約200℃、より好ましくは約100℃の仮付け(すなわち背景)温度まで上部チャック半組立体306によって加熱される。このような仮付け温度は、適用例の条件及び/または要求(例えば、用いるはんだのタイプによって異なる)によって様々に変化し得るが、220℃を超えて加熱されると急速に酸化する傾向にあるため、はんだ610のリフロー温度よりも低くする。はんだ610の酸化が生じると、基板部材20上のダイ12の金属化層とはんだ610との間に障壁が形成され、はんだ610の適切なリフローが妨げられる恐れがある。次にダイ12が、基板部材20上に堆積されたはんだ610に対して上記した力で押圧される。
【0048】
上記した整合工程及び仮付け工程が、基板チャックアレイ250に保持された全ての基板部材20にダイ12が仮付けされるまで、ダイボンディング装置10によって繰り返される。整合工程及び仮付け工程が完了したら、マスフラックスレスリフロー工程600が行われる。具体的には、基板20がダイ12に適切に仮付けされた状態で、X‐Yステージ組立体50がX軸方向及び/またはY軸方向に移動して、下部チャック半組立体562、従って真空チャックアレイ250がリフローオーブン組立体400の真下に配置される。次に、支持モーター410によりハウジング半組立体412がZ軸方向に下方に移動し、これによりオーブンハウジング半組立体412の基板チャックアレイ開口534a‐534dのそれぞれに、基板チャックアレイ250の対応する1つが受容され、基板20及びダイ12が内部オーブン区画456内に配置される。具体的には、断熱ベース部材524が、基板チャックアレイ250に係合して実質的に気密される。次に真空ポンプ490が動作して、空気が内部オーブン区画456からチューブ484を介して排気される。次に、加熱された窒素ガス(N2)または不活性ガスが内部オーブン区画456内に導入される。具体的には、窒素ガスは、レギュレータ545及びバルブ546を介してガス供給源544からヒーター548に供給される(図21及び図25を参照)。次に窒素ガスは、好ましくは約200℃〜約400℃の範囲、より好ましくは約350℃の所定温度まで加熱される。次に加熱された窒素ガスが、好ましくは約1cfm〜約30cfm(約0.028m3/分〜約0.84m3/分)の範囲の所定の流速でチューブ478を介してオーブン区画456に供給され、内部オーブン区画456内の圧力が好ましくは大気圧から約30psi(約206.85kPa)に維持される。別法では、特定の動作条件及び/または要求に従って、別のガスの流速及び区画内圧力を用いることができる。内部オーブン区画456に設けられたバッフル壁468により、加熱された窒素ガスが区画456内を均等に循環する(すなわち、バッフル壁468が内部オーブン区画456内の乱流を防止する)。下部チャック半組立体562のプラットフォーム564a‐564eが、好ましくは約200℃〜約400℃の範囲、より好ましくは約330℃のリフロー温度まで加熱される。リフロー温度は、加熱された窒素ガス(N2)と共に、はんだ610が適切にリフローするまで所定時間維持される。特定の動作条件及び/または要求に従って、加熱窒素ガス及びプラットフォーム564a‐564eに対する他のリフロー温度を選択することができる。リフロー工程600の間、オーブンハウジング半組立体412の内部ウォータージャケット部材494及び下部チャック半組立体562のウォータージャケット要素574を水が循環して断熱層が形成される(これにより、例えば、外側オーブンハウジングシェル414が加熱するのが防止され、安全性が高まる)。リフロー工程600の間、チューブ484を介した内部オーブン区画456の吸引は、常にオンまたはオフすることができる。
【0049】
上記したリフロー工程の間、以下の要領でダイ12が基板部材20に対して移動しないようにされる。金−錫はんだ610の厚みは、通常は3μm〜6μmの範囲である。ダイ12の下側は、例えば金で金属化され、通常は粗く、凹凸を有する。基板20に仮付けする時に、これらの凹凸がアンカーとして機能し、リフロー中にダイ12がはんだ610内に保持される。仮付け温度がリフロー温度よりも著しく低いため、はんだ610は固体の状態である。しかしながら、はんだ610は、加熱されると柔らかくなる。柔らかいはんだ610は、ダイ12の金属化された下側の隅々が金−錫はんだ610に押圧されるのを可能にする。この結果、アンカーがはんだ610が流れる導管として作用し、図26に示されているような均一な接着が得られる。
【0050】
リフローの所定時間が経過したら、冷却サイクルが開始される。具体的には、ヒーター半組立体542のヒーター548が停止される。「冷たい」すなわち加熱されていない窒素ガスが、ヒーター半組立体542によってチューブ478を介して内部オーブン区画456内に導入される。プラットフォーム564a‐564eのヒーター要素580もまた停止され、「冷たい」すなわち加熱されていない空気が、冷却を助けるためにプラットフォーム564a‐564eの開口572及び/または開口568を介して基板チャックアレイ250に供給される。別法では、「冷たい」すなわち加熱されていない窒素ガスを下部チャック半組立体562に供給することができる。
【0051】
オーブン区画456内の温度が下部チャック半組立体562の背景温度(例えば、約200℃)まで低下したら、ガスの供給が停止される。次に支持モーター410が動作して、リフローオーブン組立体400のオーブンハウジング半組立体412がZ軸方向に上昇する。このようにして、断熱ベース部材524上の真空基板チャックアレイの開口534a‐534dが、真空基板チャックアレイ250から離間する。次にX‐Yステージ組立体50が、マガジンローダ84のマガジンホルダ82a及び82b(図8を参照)のロード/アンロード位置に戻る。次に下部チャック半組立体562のプラットフォーム564a‐564eの真空開口570の吸引が停止され、従って基板部材20への吸引が停止される。次に移動機構576によって下部チャック半組立体562がZ軸方向に下降し、これにより真空基板チャックアレイ250がキャリヤ部材120のアレイ開口132a‐132e内にロードされる。次に、グリッパー部材162によって、キャリヤ部材120(完成したダイ/基板組立体30が基板チャックアレイ250のそれぞれの中に受容されている)がマガジンホルダ82aまたは82b内に戻される。次にマガジンホルダ82a及び82bが、後の取付け/ボンディングサイクルのために、コンピュータシステム740によって次のキャリヤ部材120にインデックスされる。
【0052】
本発明は、上記した従来技術に対して様々な利点を提供することを理解されたい。例えば、リフローオーブン組立体400がダイボンディング装置10に直接取り付けられているため(すなわち一体)、ダイ12が基板20に仮付けされた後、リフロー工程のために別の移送機構を用いて、真空基板チャックアレイ200または250をX‐Y基板ステージ組立体50から外部の炉/オーブンに移送する必要がない。具体的には、リフロー工程を実施する前は、ダイ12は基板20に仮付けされているだけで固定されてないため、僅かな移動または振動によって、ダイ12が基板部材20からずれる恐れがある。リフローオーブン組立体400がダイボンディング装置10と一体であり、かつ全てのリフロー工程600がダイボンディング装置10内で行われるため、移動及び/または振動を最小化することができる。更に、基板部材20は、仮付け工程及びリフロー工程の間、吸引によって下部チャック半組立体562に常に保持されている。言い換えれば、ダイ/基板組立体が互いに確実に固定される(すなわち、はんだ付け)まで吸引が続けられるため、ダイ12の基板部材に対する正確な配置及びボンディングが容易である。更に、リフローオーブン400が、一回の動作すなわちステップで複数のダイ及び基板のバッチリフローができるように適合されているため、従来のリフロー工程と比べ、基板部材20へのダイ12のボンディングを相当短い時間(例えば、300の組立体をバッチリフローする場合、ダイ/基板組立体1つ当たり1秒)で行うことができる。例えば、従来の工程のリフローステップは、通常はそれぞれのダイに対して実施されるため、それぞれのダイの加熱及び冷却にかなりの時間を必要とする。加えて、全ての取付け/ボンディング工程の間、真空基板チャックアレイ200または250を用いて基板部材20を保持するため、基板部材20の移動が防止され、これにより基板部材20に対するダイ12の正確な取付けが容易になる。
【0053】
本発明のリフロー工程600はまた、上記した従来技術に対して様々な利点を提供する。例えば、周囲空気が内部オーブン区画456から排気され、加熱された窒素が内部オーブン区画456内に導入されるため、はんだ610のリフローが実質的に酸素が存在しない環境で行われ、これにより、はんだ610の酸化が防止される。更に、リフロー中、ダイ12は、保持部材によって保持されるのではなく、内部オーブン区画456内に導入された窒素ガスによる正圧によって保持されるため、均一な圧力がダイ12に加えられる。この結果、ダイ12が、Z軸方向で安定に達する傾向にある。更に、通常はダイがリフロー中にホルダによって保持される従来のリフロー法とは異なり、本発明のリフロー工程600では、ダイを基板に対して押圧し過ぎる可能性のあるホルダを用いないため、はんだのロスを最小にすることができる。この結果、ダイ表面にはんだが分散される可能性が最小化される。更に、本発明のリフロー工程600では、より多くのはんだがダイ12の下側に残るため、せん断強さが増大する。
【0054】
本発明の様々な変更形態及び変形形態が可能であることを理解されたい。例えば、本発明は光電子デバイスと共に用いるのに特に適しているが、他のタイプのダイ及び/または基板と共に用いることもできる。加えて、ダイボンディング装置10の構成要素(例えば、リフロー工程600、リフローオーブン組立体400、真空基板チャックアレイ200及び250)は、それぞれ個別に、または互いに組み合わせて用いることができる。
【0055】
真空基板チャックアレイ200及び250もまた、様々な変更形態及び変形形態が可能である。例えば、真空基板チャックアレイ200の真空開口236a及び236bの吸引、ならびに真空基板チャックアレイ250の真空開口280a及び280bの吸引はそれぞれ、通路240a‐240i、242a、242bまたは溝282a‐282l、284以外の機構によって行うことができる。言い換えれば、あらゆる吸引用の溝または通路の構造/構成を真空基板チャックアレイ200及び250に用いることができる。更に、真空基板チャックアレイ200及び250の開口210及び260がそれぞれ、異なった数の真空開口(例えば、それぞれの開口210または260に対して1つの真空開口)を有するようにもできる。真空基板チャックアレイ200、250の上部及び下部プレート部材202、222及び上部及び下部プレート部材252、272は、あらゆる従来の取付け機構(例えば、プレス嵌め、溶接等)によって互いに取り付けることができる。更に、真空基板チャックアレイ200及び250は、異なった大きさ及び形状にすることができる。
【0056】
リフロー工程600もまた、様々な変更形態及び変形形態を有し得る。例えば、リフロー工程600は、他の不活性(すなわち酸素を追い出す)ガスまたはフォーミングガス(例えば、窒素と水素の混合物)を用いて行うことができる。加えて、リフロー工程600の最中、チューブ484を介して内部オーブン区画456を連続的すなわち絶えず吸引することができる。更に、他の共晶はんだをはんだ610として用いることができる。
【0057】
ここに記載した実施形態は単に例示目的であって、当業者であれば本発明の概念及び範囲から逸脱することなく様々な変更形態及び変形形態が可能であることを理解できよう。このような全ての変更形態及び変形形態は、上記したものを含め、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲内に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【0058】
【図1】本発明に従って形成されたダイボンディング装置の正面図である。
【図2】図1に示されているダイボンディング装置の側面図である。
【図3】図1及び図2に示されているダイボンディング装置の平面図である。
【図4】ボンディングヘッド組立体、光学系組立体、一体型リフローオーブン組立体、及びダイボンディング装置のX‐Y基板ステージ組立体を例示する、図1‐図3に示されているダイボンディング装置の部分斜視図である。
【図5】図4に示されているボンディングヘッド組立体の拡大斜視図である。
【図6】ダイボンディング装置のダイ送り組立体、及びX、Y、及びZ工学半組立体を例示する、図1‐図3に示されているダイボンディング装置の部分斜視図である。
【図7】ダイボンディング装置のグリッパー半組立体及びキャリヤガイド部材を例示する、図1‐図3に示されているダイボンディング装置の部分斜視図である。
【図8】図1‐図3に示されているダイボンディング装置の基板送り組立体の斜視図である。
【図8A】図8に示されている基板送り組立体のマガジンホルダの斜視図である。
【図9A】開口内に基板部材が配置されている従来の真空基板チャックアレイの一部の平面図である。
【図9B】図9Aに示されている従来の真空基板チャックアレイの線9B‐9Bに沿って見た断面図である。
【図10】本発明に従って形成された真空基板チャックアレイの斜視図である。
【図10A】図10に示されている真空基板チャックアレイの一部の拡大図である。
【図10B】図10Aに示されている真空基板チャックアレイの線10B‐10Bに沿って矢印の方向から見た断面図である。
【図11】図10に示されている真空基板チャックアレイの組立分解斜視図である。
【図12】図11に示されている真空基板チャックアレイの下部プレート部材の線12‐12に沿って見た断面図である。
【図13】図11に示されている真空基板チャックアレイの下部プレート部材の斜視図である。
【図14】本発明に従って形成された改良された真空基板チャックアレイの斜視図である。
【図14A】図14に示されている真空基板チャックアレイの一部の斜視図である。
【図14B】図14Aに示されている真空基板チャックアレイを、線14B‐14Bに沿って矢印の方向から見た断面図である。
【図15】図14に示されている真空基板チャックアレイの組立分解斜視図である。
【図16】図14及び図15に示されている真空基板チャックアレイの下部プレート部材の斜視図である。
【図17】図4に示されているリフローオーブン組立体を上方から見た斜視図である。
【図18】図17に示されているリフローオーブン組立体のオーブンフレーム支持半組立体及びオーブンハウジング半組立体を下方から見た斜視図である。
【図19】図17及び図18に示されているリフローオーブン組立体を横から見た斜視図である。
【図20A】図18に示されているオーブンハウジング半組立体を上方から見た組立分解斜視図である。
【図20B】図18に示されているオーブンハウジング半組立体を下方から見た組立分解斜視図である。
【図21】図17に示されているリフローオーブン組立体の模式図である。
【図22】図17に示されているリフローオーブン組立体のガスヒーター半組立体の側面図である。
【図23】図1‐図3に示されているダイボンディング装置の下部チャック半組立体の斜視図である。
【図24】図23に示されている下部チャック半組立体の側面図である。
【図25】本発明に従ったフラックスレスリフロー工程の模式的な線図である。
【図26】図25に例示されているリフロー工程の前及び後の基板及びダイを示す模式図である。
Claims (75)
- 半導体構成要素を基板に取り付けるための装置であって、
支持フレームと、
半導体構成要素を基板上に配置するための前記フレームに取り付けられた配置手段と、
複数の基板及びその基板に配置された半導体構成要素を、直接前記フレームで実質的に一回の動作で加熱するための、前記配置手段に近接して前記フレームに直接取り付けられたオーブンとを含むことを特徴とする装置。 - 前記オーブンが、第1の位置とその第1の位置とは異なる第2の位置との間で移動可能であることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記オーブンが、前記加熱動作が実施されるときに、前記第1の位置に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の装置。
- 前記オーブンが、前記加熱動作の前及び後は前記第2の位置に配置されていることを特徴とする請求項3に記載の装置。
- 前記オーブンが加熱区画を含み、前記加熱動作が実施される前に、複数の基板及び半導体構成要素を前記区画内に配置するべく、前記オーブンが前記第2の位置から前記第1の位置に垂直下方に移動可能であることを特徴とする請求項4に記載の装置。
- 前記オーブンが、前記加熱動作が実施された後で、半導体構成要素がボンディングされた複数の基板を前記区画から出すべく、前記第1の位置から前記第2の位置に垂直上方に移動可能であることを特徴とする請求項5に記載の装置。
- 前記オーブンが下側部分を含み、前記区画が、複数の基板及びその基板に配置された半導体構成要素を受容するための、前記下側部分に形成された少なくとも1つの開口を含むことを特徴とする請求項6に記載の装置。
- 前記オーブンが、その前記下側部分を画定するベース部材を含み、前記少なくとも1つの開口が、前記ベース部材に直線的に配列された複数の開口を含むことを特徴とする請求項7に記載の装置。
- 前記複数の開口がそれぞれ、複数の基板及びその基板に配置された半導体構成要素を受容するような大きさ及び形状を有することを特徴とする請求項8に記載の装置。
- 前記オーブンが、下側端部を有する外側ハウジングシェルと、その下側端部に近接して配置されたべース部材とを含むことを特徴とする請求項4に記載の装置。
- 前記オーブンが、前記外側ハウジングシェルに形成された、前記ベース部材に複数の開口を備えた加熱区画と、加熱されたガスを前記区画、従って前記開口に供給するための供給手段とを含むことを特徴とする請求項10に記載の装置。
- 前記供給手段が、前記区画内に設けられた第1の穿孔チューブを含むことを特徴とする請求項11に記載の装置。
- 前記オーブンが、前記区画からガスを除去するための除去手段を含むことを特徴とする請求項12に記載の装置。
- 前記除去手段が、前記区画に設けられた第2の穿孔チューブを含むことを特徴とする請求項13に記載の装置。
- 更に、前記供給手段に加熱されたガスを搬送するための前記フレームに設けられた搬送手段を含み、前記搬送手段が、ガス供給源、及びそのガス供給源と前記第1のチューブとの間に配置されたヒーターを含むことを特徴とする請求項14に記載の装置。
- 更に、前記フレームに取り付けられたポンプを含み、前記ポンプが、前記区画からガスを抜き取るべく前記第2のチューブを吸引するために前記第2のチューブに連結されていることを特徴とする請求項15に記載の装置。
- 前記オーブンが、前記加熱動作の実施中に、前記区画を断熱するために前記外側ハウジングシェルに取り付けられた断熱ジャケットを含むことを特徴とする請求項16に記載の装置。
- 前記外側ハウジングシェルが両端に一対の端部を備えており、前記断熱ジャケットが、前記外側ハウジングシェルに設けられた、前記両端部間に延在する複数のチューブを含み、これらのチューブが、前記区画を取り囲むように前記外側ハウジングシェルに配設されており、前記加熱動作の実施中に、その内部を水が通過できるような大きさ及び形状を有することを特徴とする請求項17に記載の装置。
- 前記断熱ジャケットが一対の中空壁部を含み、前記中空壁部の一方が、前記外側ハウジングシェルの一方の前記端部に近接して配置されており、前記中空壁部の他方が、前記外側ハウジングシェルの他方の前記端部に近接して配置されており、水が一方の前記中空壁部から他方の前記中空壁部に流れることができるように、前記中空壁部が前記断熱ジャケットの前記チューブに取り付けられていることを特徴とする請求項18に記載の装置。
- 前記オーブンが、前記断熱ジャケットに設けられた断熱層と、この断熱層に少なくとも部分的に覆われた、前記区画を画定する内部ハウジングシェルとを含むことを特徴とする請求項19に記載の装置。
- 更に、複数の基板を支持するためのステージを含み、このステージが、その上に配置された基板を前記配置手段によって保持された半導体構成要素に整合させることができるように、前記フレームに移動可能に取り付けられていることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記配置手段が配置ステーションに配置されており、前記オーブンが加熱ステーションに配置されており、複数の基板及びその基板に配置された半導体構成要素を前記配置ステーションから前記加熱ステーションに移送できるように、前記ステージが移動可能であることを特徴とする請求項21に記載の装置。
- 前記ステージが、その上に配置された複数の基板をグリップするための吸引式グリップ手段を含むことを特徴とする請求項22に記載の装置。
- 前記配置手段がボンディングヘッドを含むことを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 複数の基板を移送するための装置であって、
それぞれが基板を受容できる大きさ及び形状を有する複数の開口を備えた少なくとも1つのプレートを含み、
前記各開口が、側壁及び底部壁によって画定され、
前記各底部壁が、対応する1つの前記開口に受容された基板を吸引するための吸引手段を含み、
前記各側壁が、対応する1つの前記底部壁と共同して実質的に鋭角な角を形成し、これにより基板が対応する1つの前記底部壁に対して実質的にフラットに配置されることを特徴とする装置。 - 前記少なくとも1つのプレートが、互いに取り付けられた第1のプレート及び第2のプレートを含み、前記開口が前記第1のプレートに形成されていることを特徴とする請求項25に記載の装置。
- 前記開口が前記第1のプレートを貫通していることを特徴とする請求項26に記載の装置。
- 前記側壁が、前記第1のプレートによって画定されており、前記底部壁が前記第2のプレートによって画定されており、前記各側壁及び前記各底部壁が実質的に真直であることを特徴とする請求項27に記載の装置。
- 前記各側壁が対応する1つの前記底部壁に対して実質的に直角であることを特徴とする請求項28に記載の装置。
- 前記第1のプレートが実質的に平面の上面及び底面を有しており、前記側壁が前記上面及び前記下面に対して実質的に垂直に向いていることを特徴とする請求項29に記載の装置。
- 前記第2のプレートが前記第1のプレートの前記底面に取り付けられており、複数のプラットフォームを含み、その各プラットフォームが、前記第2のプレートから上方に突出しており、対応する1つの前記開口内に受容されていることを特徴とする請求項30に記載の装置。
- 前記各プラットフォームが、前記第1のプレートの前記上面よりも垂直方向に低い位置に配置された上面を含み、この上面が、対応する1つの前記開口の前記底部壁を画定していることを特徴とする請求項31に記載の装置。
- 前記各プラットフォームの前記上面が実質的に水平方向に向いており、前記各開口の前記側壁が実質的に垂直方向に向いていることを特徴とする請求項32に記載の装置。
- 前記吸引手段が、それぞれが対応する1つの前記プラットフォームの前記上面に形成された複数の孔を含み、この対応する1つの孔と連通した複数の通路が前記第2のプレートに形成されていることを特徴とする請求項33に記載の装置。
- 前記第2のプレートが、前記第1のプレートの前記底面とは反対側に位置する底面を含み、前記底面が、前記通路の少なくとも1つと連通する少なくとも1つのオリフィスを含み、これにより、前記オリフィス、前記通路、及び前記孔を介して前記開口内に受容された基板を吸引できることを特徴とする請求項34に記載の装置。
- 前記第2のプレートが、前記第1のプレートの前記底面に当接した実質的に平面の上面を含み、前記開口の前記底部壁が、前記第2のプレートの前記上面によって画定されていることを特徴とする請求項30に記載の装置。
- 前記吸引手段が、前記第2のプレートの前記上面に形成された複数の孔を含み、前記第2のプレートが、複数の開口した溝を有する実質的に平面の底面を含み、前記各溝が前記孔を吸引できるように少なくとも1つの前記孔と連通していることを特徴とする請求項36に記載の装置。
- 前記各開口が、それぞれが基板を受容できる大きさ及び形状を有する複数のウェルを含み、前記開口の前記各ウェルが実質的に直線状に配列されていることを特徴とする請求項37に記載の装置。
- 前記各開口が複数の連結溝を含み、これらの各溝が、対応する1つの前記開口における近接する一対の前記ウェル間に形成されていることを特徴とする請求項38に記載の装置。
- 前記底部壁が前記第2のプレートによって画定されていることを特徴とする請求項26に記載の装置。
- 前記各開口が複数の第2の開口を含み、その第2の開口のそれぞれが、対応する1つの前記開口に受容された基板の角を受容するように位置していることを特徴とする請求項25に記載の装置。
- 半導体構成要素を基板に取り付けるための方法であって、
支持フレーム上に位置する載置ステーションで、前記各半導体構成要素を対応する1つの前記基板上に載置するステップと、
加熱ステーションで前記基板及びその基板に載置された前記半導体構成要素を加熱するステップとを含み、
前記加熱ステーションが、前記フレーム上で直接前記加熱ステップを実施するために、前記載置ステーションに近接した前記フレームに直接取り付けられたオーブンを有することを特徴とする方法。 - 前記載置ステップを実施する前に、前記フレーム上に移動可能に取り付けられた支持面に前記基板を配置するステップを更に含み、前記基板が前記加熱ステップが完了するまで前記支持面上に配置されていることを特徴とする請求項42に記載の方法。
- 前記載置ステップを実施した後に、前記基板及びその基板上に載置された前記半導体構成要素を前記載置ステーションから前記加熱ステーションに移送するために前記支持面を移動させるステップとを含むことを特徴とする請求項43に記載の方法。
- 更に、前記基板を前記支持面に取外し可能に固定するために前記基板を吸引するステップを含み、前記基板が、前記載置ステップの最初から前記加熱ステップの最後まで常に前記支持面に固定されていることを特徴とする請求項44に記載の方法。
- 前記支持面が、前記フレーム上に移動可能に取り付けされたステージ上に配置されており、前記基板を吸引するための複数の孔を有することを特徴とする請求項45に記載の方法。
- 前記オーブンが加熱区画を含み、
更に、前記加熱ステップを実施する前に、前記基板及びその基板上に配置された前記半導体構成要素を前記区画内に配置するべく、前記オーブンを第1の位置から第2の位置に移動させるステップを含むことを特徴とする請求項43に記載の方法。 - 更に、前記加熱ステップを実施した後に、前記基板及びその基板にボンディングされた前記半導体構成要素を前記区画から出すべく、前記オーブンを前記第2の位置から前記第1の位置に移動させるステップを含むことを特徴とする請求項47に記載の装置。
- 前記各半導体構成要素及び対応する1つの前記基板が、それらの間にはんだを備え、前記加熱するステップが、前記はんだをリフローするために実施されることを特徴とする請求項43に記載の方法。
- 更に、前記加熱ステップを実施した後に、前記はんだを固化して前記半導体構成要素を前記基板にボンディングするために前記オーブンを冷却するステップを含むことを特徴とする請求項49に記載の方法。
- 半導体構成要素を基板に取り付けるための方法であって、
基板とその基板上に配置された半導体構成要素を実質的に気密された区画内に配置するステップであって、前記基板と前記半導体構成要素の間に共晶はんだが配置されている、前記ステップと、
前記区画内に含まれている空気を排気するステップと、
前記基板と前記半導体構成要素との間に配置された前記共晶はんだをリフローするために、所定時間にわたって加熱されたガスを前記区画内に供給して前記区画を加熱するステップとを含み、
前記加熱されたガスが、前記共晶はんだの酸化を防止するために実質的に酸素を含んでいないことを特徴とする方法。 - 前記はんだが、金と錫を含む合金からなることを特徴とする請求項51に記載の方法。
- 前記合金が、約80%の金と約20%の錫を有することを特徴とする請求項52に記載の方法。
- 前記区画を所定の圧力レベルに維持するために、前記加熱されたガスが前記区画内に供給されることを特徴とする請求項51に記載の方法。
- 前記区画が、前記加熱されたガスが前記区画内で実質的に均一に循環するようにバッフルを備えていることを特徴とする請求項54に記載の方法。
- 前記圧力レベルの範囲が大気圧から約30psi(約206.85kPa)の範囲であることを特徴とする請求項55に記載の方法。
- 前記ガスが、前記半導体構成要素に対して実質的に等しい圧力を加えることを特徴とする請求項56に記載の方法。
- 前記加熱されたガスが約1cfm〜約3cfm(約0.028m3/分〜約0.84m3/分)の範囲の流速で供給されることにより、前記区画が前記圧力レベルに維持されることを特徴とする請求項57に記載の方法。
- 前記加熱されたガスが、約200℃〜約400℃の範囲のリフロー温度に加熱されることを特徴とする請求項55に記載の方法。
- 前記リフロー温度が約350℃であることを特徴とする請求項59に記載の方法。
- 前記基板が、前記加熱ステップを実施する間、常にプラットフォームに支持されており、前記区画が前記プラットフォームによって密閉されていることを特徴とする請求項59に記載の方法。
- 更に、前記区画を加熱する前記ステップの実施中に前記プラットフォームを加熱するステップを含むことを特徴とする請求項61に記載の方法。
- 前記プラットフォームが、約200℃〜約400℃の範囲の第2のリフロー温度に加熱されることを特徴とする請求項62に記載の方法。
- 前記第2のリフロー温度が約330℃であることを特徴とする請求項63に記載の方法。
- 前記排気ステップが、前記加熱ステップを実施する前に行われることを特徴とする請求項51に記載の方法。
- 前記排気ステップが、前記加熱ステップを実施する前及びその最中に行われることを特徴とする請求項51に記載の方法。
- 前記加熱されたガスが、不活性ガス及びフォーミングガスからなる群から選択されることを特徴とする請求項51に記載の方法。
- 前記加熱されたガスが窒素であることを特徴とする請求項67に記載の方法。
- 前記配置ステップを実施する前に、前記はんだが前記半導体構成要素と前記基板との間に配置されるように前記半導体構成要素を前記基板に載置するステップを更に含むことを特徴とする請求項51に記載の方法。
- 前記載置ステップが、前記半導体構成要素を前記基板上に堆積された前記はんだに対して押圧するステップを含むことを特徴とする請求項69に記載の方法。
- 前記載置ステップが、前記押圧するステップを実施する前に、前記基板を第1の仮付け温度に、前記第2の半導体構成要素を第2の仮付け温度に加熱するステップを含み、前記第1の仮付け温度及び前記第2の仮付け温度が前記はんだのリフロー温度よりも低いことを特徴とする請求項70に記載の方法。
- 前記第1の仮付け温度が、約100℃〜約300℃の範囲であり、前記第2の仮付け温度が約200℃以下であることを特徴とする請求項71に記載の方法。
- 前記第1の仮付け温度が約200℃であり、前記第2の仮付け温度が約100℃であることを特徴とする請求項72に記載の方法。
- 更に、前記加熱ステップを実施した後に、前記半導体構成要素を前記基板にボンディングするために、前記区画を冷却するステップを含むことを特徴とする請求項51に記載の方法。
- 前記冷却ステップが、加熱されていないガスを前記区画に供給して行われることを特徴とする請求項74に記載の方法。
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