JP2005079117A

JP2005079117A - 半導体素子のボンディング装置及びボンディング方法

Info

Publication number: JP2005079117A
Application number: JP2003209632A
Authority: JP
Inventors: Motojiro Shibata; 元二郎芝田; Mutsumi Suematsu; 睦末松; Kazumi Otani; 和巳大谷
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2005-03-24

Abstract

【課題】実装基板に対して半導体チップを平行に押し付けることができるようにする。
【解決手段】ホーンホルダ６に保持された半導体チップ１２をボンディング面１３ａに押し付けてボンディングするリニアモータ３と、ボンディングヘッド１に設けられ、半導体チップ１２がボンディング面１３ａに押し付けられたことを検知して出力する変位センサ１５と、半導体チップ１２のボンディグ動作に先立ち、ボンディング面１３ａに対し平行状態にされた半導体チップ１２が変位センサ１５によって検出されることにより出力される出力値を予め記憶する記憶装置１８と、半導体チップ１２のボンディング動作時に、変位センサ１５から出力される出力値が記憶装置１８によって予め記憶されている出力値と一致するように駆動軸２を動作させる制御装置１７とを具備する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＩＣなどの半導体チップをバンプ（突起電極）を介して実装基板の表面にフェースダウン（電極を下向き）方向に超音波を印加してボンディングする半導体素子のボンディング装置及びボンディング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のボンデンィング装置は、ツールにより半導体チップを吸着保持し、このチップを実装基板に押し付けて実装する。
【０００３】
ところで、このボンデンィング装置には、ボンディング面に対する半導体チップの接触を検知する変位センサを備え、この変位センサがボンディング面に対し半導体チップが接触することを検知することに基づいて前記半導体チップの下降を停止させてボンディングを開始するものがある。ボンディング開始後においては、半導体チップの位置を変化させることなく、その高さを一定に維持するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１８５５７５号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来においては、半導体チップがボンディング面に押し付けられたことを検出することにより、その高さ位置でボンディングヘッド全体を停止させていたため、実装基板に対してチップが平行にならないで傾いてしまうことがあり、超音波が効率良く伝わらないという問題があった。
【０００６】
また、実装基板に対して半導体チップが平行な状態になったとしても、ボンディング動作中にバンプが潰れた場合には、半導体チップの平行度が変化してしまうという不都合がある。
【０００７】
本発明は、上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、ボンディング面に対して半導体素子を平行に押し付けることができるようにした半導体素子のボンディング装置及びボンディング方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載のものは、ボンディングヘッドと、このボンディングヘッドに揺動自在に支持され、半導体素子を保持する保持手段と、前記ボンディングヘッドを垂直方向に沿って移動させることにより前記保持部材に保持された半導体素子をボンディング面に押し付けてボンディングする駆動手段と、前記ボンディングヘッドに設けられ、前記半導体素子が前記ボンディング面に押し付けられたことを検知して出力する検出手段と、前記半導体素子のボンディグ動作に先立ち、前記ボンディング面に対し平行状態にされた半導体素子が前記検出手段によって検出されることにより出力される出力値を予め記憶する記憶手段と、前記半導体素子のボンディング動作時に、前記検出手段から出力される出力値が前記記憶手段によって予め記憶されている出力値と一致するように前記駆動手段を動作させる制御手段とを具備する
請求項５記載のものは、ボンディングヘッドに揺動自在に支持される保持手段により半導体素子を保持する保持工程と、前記ボンディングヘッドを駆動手段より垂直方向に沿って移動させることにより前記保持手段に保持された半導体素子をボンディング面に押し付けてボンディングするボンディング工程と、前記ボンディングヘッドに設けられた検出手段により前記半導体素子が前記ボンディング面に押し付けられたことを検出する検出工程と、前記ボンディング動作に先立ち、前記ボンディング面に対し平行状態にされた半導体素子が前記検出手段によって検出されることにより出力される出力値を予め記憶手段により記憶する記憶工程と、前記半導体素子のボンディング動作時に、前記検出手段の出力値が前記記憶手段によって予め記憶されている出力値と一致するように前記駆動手段の動作を制御する制御工程とを具備する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施の形態を参照して詳細に説明する。
【００１０】
図１は本発明の一実施の形態であるボンディング装置を示す構成図である。
【００１１】
図中１はボンディングヘッドで、このボンディングヘッド１は取付部１ａを介して垂直な駆動軸２に取付けられ、ボンディングヘッド１は駆動軸２の正逆回転により昇降される。リニアモータ３は、下方に力が働くように電流を流す加圧用モータである。
【００１２】
ボンディングヘッド１には支持シャフト５を介して揺動自在に保持手段を構成するホーンホルダ６が取付けられている。ホーンホルダ６は自重キャンセル用として吊バネ２１により上方に付勢され、リニアモータ３によってその先端側がストッパ２２に当接されるように常時下方に加圧している。
【００１３】
ホーンホルダ６にはホーン７が保持されている。このホーン７の一端部には、ツール９が垂直状態に取付けられ、他端部には振動子（図示しない）が連結されている。ツール９の下端部には半導体素子として例えばＩＣなどの半導体チップ１２が吸着保持され、実装基板１３に取付けられるようになっている。
【００１４】
また、ボンディングヘッド１には、検出手段としての変位センサ１５が設けられている。この変位センサ１５はボンディング動作時における実装基板１３のボンディング面１３ａに対する半導体チップ１２の接触を検出するものである。さらに、この変位センサ１５は、ボンディング動作に先立ち、ツール９に保持された半導体チップ１２が水平にされたときの状態を予め検出するものである。
【００１５】
図２はボンディングヘッド１の駆動を制御する駆動制御系を示すものである。
【００１６】
変位センサ１５には、検出データの送信回路を介して制御手段としての制御装置１７及び記憶手段としての記憶装置１８が接続されている。記憶装置１８は記憶データの送信回路を介して制御装置１７に接続され、制御装置１７には、制御回路を介して駆動軸２が接続されている。
【００１７】
記憶装置１８はボンディング動作に先立ち、水平にされた半導体チップ１２が変位センサ１５によって検知されたことに基づいて出力される変位センサ１５の出力値を記憶しておくものである。
【００１８】
制御装置１７は変位センサ１５からの検知信号の送信に基づいて駆動軸２の駆動を制御するとともに、ボンディング動作中継続して変位センサ１５からの出力信号を得て、その出力値が記憶装置１８によって予め記憶されている変位センサ１５の出力値に一致するように駆動軸２の駆動を制御するようになっている。
【００１９】
次に、上記したボンディング装置を用いて半導体チップ１２をボンディングする場合について説明する。
【００２０】
まず、ボンディング動作に先立ち、ツール９に保持された半導体チップ１２を水平状態にしてこれを変位センサ１５により検出して出力し、その出力値（電圧）を記憶装置１８に予め記憶しておく。
【００２１】
この記憶後、ボンデンィング動作を開始する。即ち、図３に示すように、ツール９に吸着保持された半導体チップ１２をそのバンプ（突起電極）を実装基板１３に向けて対向させる。ついで、垂直駆動軸２を回転させてボンディングヘッド１を下降させる。この下降により、半導体チップ１２が実装基板１３に接触すると、変位センサ１５により検出される。この検出により制御装置１７によって一旦、駆動軸２の駆動が停止されてボンディングヘッド１の下降が停止される。
【００２２】
このとき、制御装置１７により、変位センサ１５の出力値がボンディング動作に先立ち、予め記憶装置１８に記憶されている変位センサ１５の出力値に一致しているか否かが判別される。
【００２３】
一致していないと判別された場合には、制御装置１７により駆動軸２が再び駆動される。これにより、ボンディングヘッド１が下降され、出力値が一致すると、図４に示すように変位センサ１５とホーンホルダ６との間の距離が所定距離Ｓとなり、半導体チップ１２がボンディング面１３ａに対し平行に圧接される。このように平行に圧接されたのち、制御装置１７により駆動軸２３の駆動が停止されてボンディングヘッド１の下降が停止されるとともに、超音波がツール９を介して実装基板１３に伝達されて良好な接合が得られることになる。
【００２４】
また、上記したボンディング動作中において、半導体チップ１２のバンプ（突起電極）が潰れることがある。この場合には、ツール９に保持される半導体チップ１２の平行度が変化する。しかし、このときには、変位センサ１５の出力値（電圧）がリアルタイムで検出され、予め求めておいた出力値になるように、制御装置１７により駆動軸２が駆動される。これにより、ボンディングヘッド１が下降され、チップ１２は一定の平行度が維持される。
【００２５】
上記したように、ツール９に保持された半導体チップ１２の平行度を常に一定に保つことができるため、超音波が効率良くツール９及び半導体チップ１２から実装基板１３に伝達され、良好な接合が得られる。
【００２６】
また、ボンディング動作中にバンプが潰れることでボンディングツール（チップ）の平行度が変化しても、変位センサ１５の出力値（電圧）をリアルタイムで検出してイニシャルの変位になるようにボンディングヘッド１の駆動軸２を駆動させるため、一定の平行度を保つことができ、良好な接合が可能になる。
【００２７】
なお、上記した実施の形態においては、超音波フリップチップボンダを例に挙げているが、これに限られることなく、その他のボンダなどにも応用することができることは勿論である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように、半導体素子がボンディング面に押し付けられたときに検出手段から出力される出力値が記憶手段によって予め記憶されている検出手段の出力値と一致するように駆動手段を動作させるため、ボンディング面に対し半導体素子の平行度を常に一定に保つことができ、良好なボンディングが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である半導体素子のボンディング装置を示す概略的構成図。
【図２】図１のボンディング装置の駆動制御系を示すブロック図。
【図３】図１のボンディング装置のボンディング動作を示す図。
【図４】図１のボンディング装置のボンディング動作を示す図。
【符号の説明】
１…ボンディングヘッド、２…駆動軸（駆動手段）、３…リニアモータ（加圧手段）、６…ホーンホルダ（保持手段）、１２…半導体チップ（半導体素子）、１３ａ…ボンディング面、１５…変位センサ（検出手段）、１７…制御装置（制御手段）、１８…記憶装置（記憶手段）。

Claims

ボンディングヘッドと、
このボンディングヘッドに揺動自在に支持され、半導体素子を保持する保持手段と、
前記ボンディングヘッドを垂直方向に沿って移動させることにより前記保持部材に保持された半導体素子をボンディング面に押し付けてボンディングする駆動手段と、
前記ボンディングヘッドに設けられ、前記半導体素子が前記ボンディング面に押し付けられたことを検知して出力する検出手段と、
前記半導体素子のボンディグ動作に先立ち、前記ボンディング面に対し平行状態にされた半導体素子が前記検出手段によって検出されることにより出力される出力値を予め記憶する記憶手段と、
前記半導体素子のボンディング動作時に、前記検出手段から出力される出力値が前記記憶手段によって予め記憶されている出力値と一致するように前記駆動手段を動作させる制御手段と、
を具備することを特徴とする半導体素子のボンディング装置。
ボンディングヘッドに揺動自在に支持される保持手段により半導体素子を保持する保持工程と、
前記ボンディングヘッドを駆動手段により垂直方向に沿って移動させることにより前記保持手段に保持された半導体素子をボンディング面に押し付けてボンディングするボンディング工程と、
前記ボンディングヘッドに設けられた検出手段により前記半導体素子が前記ボンディング面に押し付けられたことを検出する検出工程と、
前記ボンディング動作に先立ち、前記ボンディング面に対し平行状態にされた半導体素子が前記検出手段によって検出されることにより出力される出力値を予め記憶手段により記憶する記憶工程と、
前記半導体素子のボンディング動作時に、前記検出手段の出力値が前記記憶手段によって予め記憶されている出力値と一致するように前記駆動手段の動作を制御する制御工程と、
を具備することを特徴とする半導体素子のボンディング方法。