JP2007220769A - Thermocompression bonding device of semiconductor component - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体部品を基板に熱圧着する半導体部品の熱圧着装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor component thermocompression bonding apparatus for thermocompression bonding a semiconductor component to a substrate.
シリコンチップに回路が形成された半導体部品を基板に実装する装置として、熱圧着装置が知られている。この熱圧着装置では、保持ツールによって吸着保持された半導体部品を加熱しながら基板に対して押圧することにより、半田接合や異方性導電剤などによって半導体部品を基板に接合する(例えば特許文献1参照)。このような熱圧着装置において、半導体部品を加熱するための加熱手段として、セラミックヒータが一般に用いられている(特許文献2参照)。セラミックヒータは、窒化アルミニウムなどのセラミックに発熱回路を形成した構成となっており、使用するセラミックの性質、例えば良好な熱衝撃性を利用して急速加熱が可能となるなど優れた特性を有している。熱圧着装置においては、半導体部品を保持する保持ツールをこのセラミックヒータに接触させ、接触熱伝達によって加熱を行う方式が用いられる。
近年電子機器の小型化・高機能化の要請から実装基板は高密度化し、高集積度の実装が求められるようになっていることから、半導体部品の回路パターンは従来に増して微細化している。ところがこのような微細パターンの半導体部品を対象とする熱圧着装置に、上述のセラミックヒータを用いる場合には、次のような不都合を生じる場合がある。 In recent years, mounting boards have become denser due to demands for miniaturization and higher functionality of electronic devices, and high integration mounting is required. Therefore, circuit patterns of semiconductor components are becoming finer than ever. . However, when the above-described ceramic heater is used in a thermocompression bonding apparatus intended for semiconductor components having such a fine pattern, the following inconvenience may occur.
すなわち、半導体部品を保持する保持ツールは、絶縁性の良好なセラミックヒータを介して電気的に絶縁された状態にあることから、セラミックヒータ作動時の磁界によって保持ツールに発生する渦電流によって、保持ツールが半導体部品とともに帯電する現象が生じる。そして部品実装時に帯電した状態の半導体部品が基板に着して導通する際に、場合によっては半導体部品自体が電気的にダメージを受けるという不具合が発生する。このような半導体部品のダメージは、半導体部品を複数層重ねるいわゆるチップオンチップ構造の実装形態においてより顕著に現れるようになっている。 In other words, since the holding tool for holding the semiconductor components is electrically insulated through a ceramic heater having good insulation, the holding tool is held by an eddy current generated in the holding tool by a magnetic field when the ceramic heater is activated. The tool is charged with semiconductor components. When a semiconductor component that is charged at the time of component mounting is attached to the substrate and becomes conductive, there is a problem that the semiconductor component itself is electrically damaged in some cases. Such damage to the semiconductor component appears more prominently in a so-called chip-on-chip structure in which a plurality of semiconductor components are stacked.
そこで本発明は、保持ツールが帯電することによる半導体部品のダメージを防止することができる半導体部品の熱圧着装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a thermocompression bonding apparatus for a semiconductor component that can prevent damage to the semiconductor component due to charging of the holding tool.
本発明の半導体部品の熱圧着装置は、半導体部品を基板に熱圧着する半導体部品の熱圧着装置であって、前記基板に対して昇降し電気的に接地された導電性の昇降ブロックと、前記昇降ブロックに設けられ交流電圧を印加することにより発熱するセラミックヒータと、前記セラミックヒータに着脱自在に装着され前記半導体部品に当接して保持する保持ツールと、前記保持ツールに当接して電気的に導通する導電部と、前記昇降ブロックと前記導電部とを電気的に接続する導電接続部材とを備えた。 A thermocompression bonding apparatus for a semiconductor component according to the present invention is a thermocompression bonding apparatus for a semiconductor component for thermocompression bonding a semiconductor component to a substrate, wherein the conductive elevating block is moved up and down with respect to the substrate and electrically grounded. A ceramic heater that is provided in the elevating block and generates heat by applying an AC voltage, a holding tool that is detachably attached to the ceramic heater and holds the semiconductor component in contact with the ceramic heater, and contacts and electrically contacts the holding tool A conductive portion that conducts, and a conductive connection member that electrically connects the elevating block and the conductive portion are provided.
本発明によれば、半導体部品に当接して保持しセラミックヒータに着脱自在に装着される保持ツールと、保持ツールに当接して電気的に導通する導電部と、昇降ブロックと導電
部とを電気的に接続する導電接続部材とを備えた構成を採用することにより、保持ツールへの帯電を防止して半導体部品の電気的なダメージを防止することができる。
According to the present invention, the holding tool that is held in contact with the semiconductor component and is detachably attached to the ceramic heater, the conductive portion that is in contact with and electrically connected to the holding tool, the lifting block and the conductive portion are electrically connected. By adopting a configuration including a conductive connecting member that is connected in a connected manner, the holding tool can be prevented from being charged and electrical damage to the semiconductor component can be prevented.
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施の形態の半導体部品の熱圧着装置の正面図、図2、図3,図4は本発明の一実施の形態の半導体部品の熱圧着装置の熱圧着ヘッドの構造説明図、図5は本発明の一実施の形態の半導体部品の熱圧着装置の動作説明図である。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a front view of a semiconductor component thermocompression bonding apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2, 3, and 4 are structures of a thermocompression bonding head of a semiconductor component thermocompression bonding apparatus according to an embodiment of the present invention. Explanatory drawing and FIG. 5 are operation | movement explanatory drawings of the thermocompression bonding apparatus of the semiconductor component of one embodiment of this invention.
まず図1を参照して半導体部品を基板に熱圧着する半導体部品の熱圧着装置1の構造を説明する。図1において、基台2上には保持テーブル3が設けられており、保持テーブル3は半導体部品であるチップ6を供給する部品トレイ5およびチップ6が熱圧着により実装される基板4を保持する。基板4の上面には電極4aが設けられており、チップ6の下面に形成されたバンプ6aを電極4aに熱圧着によって接合することにより、チップ6は基板4に実装される。
First, the structure of a semiconductor component
保持テーブル3の上方には、実装機構部13が配設されている。実装機構部13はX方向に配設された移動テーブル14によって水平往復動する移動ブロック15に、熱圧着ヘッド16を連結した構成となっている。移動ブロック15は熱圧着ヘッド16を昇降させるための昇降機構を内蔵しており、移動テーブル14および移動ブロック15を駆動することにより、熱圧着ヘッド16はX方向への水平移動および昇降動作を行う。
A
熱圧着ヘッド16の下端部には下面に吸引孔12aが設けられた保持ツール12が装着されており、保持ツール12をチップ6に当接させた状態で吸引孔12aから真空吸着することにより、熱圧着ヘッド16はチップ6を吸着して保持する。また吸引孔12aからの真空吸引を解除することにより、熱圧着ヘッド16によるチップ6の吸着保持が解除される。そして熱圧着ヘッド16による吸着保持・保持解除動作と、熱圧着ヘッド16の水平移動・昇降動作を組み合わせて行うことにより、後述する部品圧着動作が実行される。
A
保持テーブル3の斜め上方には、認識ユニット7が配設されている。認識ユニット7は、上方の撮像視野と下方の撮像視野を単一撮像動作で撮像可能な2視野光学系を備えた撮像ユニット8を、移動機構9によってX方向に進退させる構成となっている。基板4が保持テーブル3に保持され、且つチップ6を吸着保持した熱圧着ヘッド16が基板4の直上に位置した状態で、撮像ユニット8を基板4と熱圧着ヘッド16との間に進出させることにより、基板4の電極4aとチップ6とを同一の撮像動作によって撮像して認識することができる。認識ユニット7は、基板4および熱圧着ヘッド16によって保持されたチップ6を光学的に認識する認識手段となっている。
A recognition unit 7 is disposed obliquely above the holding table 3. The recognition unit 7 has a configuration in which an
保持テーブル3の上方の熱圧着ヘッド16の移動範囲には、ツール交換部10が配設されている。ツール交換部10は保持ツール12を収納保持するツール収納部11を備えており、熱圧着ヘッド16をツール収納部11の上方に移動させてツール収納部11に保持された保持ツール12に対して熱圧着ヘッド16を昇降させるツール交換動作を行わせることにより、熱圧着ヘッド16に既に装着済みの保持ツール12とツール収納部11に収納された新たな保持ツール12とを自動的に交換することができる。熱圧着ヘッド16を移動させる実装機構部13およびツール交換部10は、ツール収納部11に収納された保持ツール12とセラミックヒータ23に装着された保持ツール12とを交換するツール交換手段となっている。
A
次に図2を参照して、熱圧着ヘッド16の構造を説明する。図2(a)に示すように、熱圧着ヘッド16は移動ブロック15に結合されて基板4に対して昇降する昇降ブロック
20を備えている。昇降ブロック20の下部には、結合軸部21を介して冷却部としての冷却ジャケット22およびセラミックヒータ23が固定的に装着され、さらにセラミックヒータ23の下面には保持ツール12が着脱自在に装着されている。昇降ブロック20は導電性の良好な金属で構成されており、実装機構部13を介して装置本体の接地部と導通して、電気的に接地された状態にある。なお、基板4も保持テーブル3を介して装置本体の接地部と導通して、電気的に接地された状態にある。
Next, the structure of the
昇降ブロック20に装着して設けられたセラミックヒータ23は、SiN(窒化珪素)など、耐熱性・電気的絶縁性に優れたセラミックで製作されており、内蔵された発熱体24により昇温する。発熱体24は板状の基板に発熱回路パターンを形成した形態となっており、発熱回路パターンに交流電圧を印加することにより発熱する。また保持ツール12は、SiC(炭化珪素)など導電性を有するセラミックで製作されており、セラミックヒータ23に着脱自在に装着される。熱圧着ヘッド16による熱圧着時には、保持ツール12はチップ6に当接して保持するとともに、セラミックヒータ23の熱をチップ6に伝達する。
The
セラミックヒータ23の下面はツール装着面23aとなっており、ツール装着面23aには吸引孔23bが開口している。吸引孔23bは冷却ジャケット22、結合軸部21を貫通して設けられた吸引経路を介して真空吸引源に接続されており、吸引孔23bから真空吸引することにより、保持ツール12はツール装着面23aに吸着保持される。この状態において、吸引孔12aはセラミックヒータ23、冷却ジャケット22、結合軸部21を貫通して設けられた吸引経路を介して図示しない真空吸引源と接続される。
The lower surface of the
保持ツール12は上面よりも低い位置において両側端から水平に延出した張出し部12cを有しており、保持ツール12をセラミックヒータ23に保持させた状態では、ツール装着面23aと張出し部12cの上面の導電接触面12dとの間には、隙間25が形成される。冷却ジャケット22の両側面には、略L字形状の導電バネ部材27が固着端子26によって固定されており、固着端子26にはさらに昇降ブロック20と導通する導電コード28が接続されて、導電バネ部材27は昇降ブロック20と電気的に導通した状態となっている。
The
保持ツール12をツール装着面23aに装着した状態では、導電バネ部材27が屈曲して水平方向内側に延出した接触端部27aは、隙間25内に進入し、導電接触面12dに接触した状態となる。導電バネ部材27は導電性の良好な金属の板バネ部材を曲げ加工して形成されており、保持ツール12がセラミックヒータ23から離脱して接触端部27aが自由端となった状態においては、接触端部27aは幾分下垂した形状(図2(b)参照)となっている。そして保持ツール12をセラミックヒータ23に吸着保持させて、図2(a)に示すように、張出し部12cが接触端部27aに接触して押し上げた状態では、接触端部27aは弾発力によって導電接触面12dに押し付けられ、これにより導電バネ部材27は保持ツール12と導通する。すなわち、保持ツール12は導電バネ部材27、導電コード28を介して昇降ブロック20と導通する。
In a state in which the holding
これにより、装置稼動状態において保持ツール12に滞留する電荷は導電バネ部材27、導電コード28、昇降ブロック20を介して接地部に速やかに放電して帯電状態が解消される。上記構成において、導電バネ部材27は保持ツール12に当接して電気的に導通する導電部となっており、弾発力によって保持ツール12に当接するバネ部材によって構成されている。そして導電コード28は昇降ブロック20と導電部とを電気的に接続する導電接続部材として機能している。
Thereby, the electric charge staying in the holding
ここで、装置稼動状態における保持ツール12の帯電現象およびこれに起因して発生す
る部品破損について説明する。近年の半導体部品の高密度化に伴って回路パターンの微細化が進行するに従い、半導体部品の電気的衝撃に対する耐性が不可避的に低下している。このため半導体部品を基板に実装する実装工程などにおいて、半導体部品が電気的衝撃によって破損する事例が発生しており、このような事例に対する対策が求められるようになっている。以下に説明する保持ツールの帯電現象に関する記述は、上述の課題を解決するために発明者が方策を追及する過程において明らかにされたものであり、従来においては知られていなかった新たな知見である。
Here, the charging phenomenon of the holding
熱圧着ヘッド16による熱圧着動作時には、セラミックヒータ23に内蔵された発熱体24の発熱回路に交流電流が流れ、これにより熱圧着ヘッド16において発熱体24を取り巻くように磁場が形成される。そしてこの磁場により、導電性の保持ツール12には磁力を打ち消す方向に渦電流が発生し、この渦電流により保持ツール12と装置本体の接地部との間には電位差が生じる。
At the time of the thermocompression bonding operation by the
保持ツール12と昇降ブロック20との間には電気抵抗の高い絶縁体より成るセラミックヒータ23が介在しているため、従来装置においては保持ツール12と接地部との間に発生した電位差はそのまま保たれ、保持ツール12は常に帯電した状態にあった。そして保持ツール12に帯電していた電荷は、部品搭載動作において保持ツール12に保持されたチップ6が基板に着地した瞬間に、チップ6を介して基板に向かって放電する。そしてこの放電により、チップ6の回路部分が電気的にダメージを受けて部品破損にいたる事例が発生する場合があった。このような事例は回路パターンの微細化に伴い、特に半導体装置を積層して実装するチップオンチップ構造においてより顕著になっている。
Since a
本発明は上述の新たな知見に基づいてなされたものであり、従来は昇降ブロックとの間にセラミックヒータが介在することにより、装置本体から電気的に絶縁された状態となっていた保持ツールを、電気的に接地された状態に保つようにしたものである。これにより、微細回路パターンを有する半導体部品を熱圧着対象とする場合においても、本実施の形態に示す熱圧着装置によれば、半導体部品が帯電することによる半導体部品のダメージを防止することができる。 The present invention has been made on the basis of the above-mentioned new knowledge. Conventionally, a holding tool that has been electrically insulated from the apparatus main body by interposing a ceramic heater between the lifting block and the like is provided. , And kept in an electrically grounded state. Thereby, even when a semiconductor component having a fine circuit pattern is to be subjected to thermocompression bonding, according to the thermocompression bonding apparatus shown in the present embodiment, damage to the semiconductor component due to charging of the semiconductor component can be prevented. .
図3は、図2に示すセラミックヒータ23に替えて、表面が導電性を有するセラミックヒータ123を用いた例を示している。図3において、冷却ジャケット22の下面には、図2と同様の発熱体24を内蔵したセラミックヒータ123が装着されている。ツール装着面123aにはセラミックヒータ23と同様に吸引孔123bが設けられており、吸引孔123bから真空吸引することによりツール装着面123aには保持ツール112が吸着保持される。保持ツール112の吸着保持面112bには、図2に示す保持ツール12と同様の吸引孔112aが設けられており、保持ツール112をセラミックヒータ123に装着した状態では、吸引孔112aはセラミックヒータ123、冷却ジャケット22、結合軸部21を貫通して真空吸引源と接続される。
FIG. 3 shows an example in which a
セラミックヒータ123の表面は、導電膜29によって被覆されている。導電膜29は酸化チタンの被膜より成るチタンコートによって形成されており、セラミックヒータ123の耐熱性・耐摩耗性を向上させるとともに、絶縁体より成るセラミックヒータ123に導電性を与える機能を有している。保持ツール112をセラミックヒータ123に装着した状態では、保持ツール112はセラミックヒータ123の導電膜29を介して冷却ジャケット22と導通し、さらに導電コード28、昇降ブロック20を介して装置本体の接地部と導通する。
The surface of the
これにより、図2に示す例と同様に、装置稼動状態において保持ツール112に生じた帯電は速やかに導電膜29、導電コード28、昇降ブロック20を介して接地部に放電し
て帯電状態が解消される。この例では、セラミックヒータ123の表面に形成された導電性被膜である導電膜29が、導電部として機能している。このような構成を採用することにより、熱圧着ヘッドの構造を簡略化することができるとともに、保持ツールは広い接触面積で冷却ジャケット22と導通し、安定した接地効果が実現される。なお導電性被膜としてはチタンコートに限定されるものではなく、他の種類のものを用いてもよく、ダイヤモンドコートなど耐熱性・耐摩耗性を有するものであれば望ましい。
As a result, as in the example shown in FIG. 2, the charge generated in the
また図4に示すように、熱圧着ヘッド16において、保持ツール12の電位を計測するために、導電バネ部材27を電位計測器31、パーソナルコンピュータ32と接続するようにしてもよい。すなわち、図2に示す例において冷却ジャケット22の両側端部に2つ設けられた導電バネ部材27のうち、1つを導電コード28を介して昇降ブロック20と導通させ、他を導電コード30を介して電位計測器31に接続する。
As shown in FIG. 4, in the
これにより、保持ツール12の電位を電位計測器31によって計測し、計測結果をパーソナルコンピュータ32によって取り込むことが可能となり、装置稼動状態において必要に応じて保持ツール12の帯電状態を監視することができる。すなわちこの例では、導電部は2系統の導通経路を備え、一方は前記導電接続部材である導電コード28と導通し、他方は保持ツール12の帯電状態を計測する計測手段である電位計測器31と導通する構成となっている。
As a result, the potential of the holding
次に図5を参照して、熱圧着装置による部品圧着動作を説明する。まず図5(a)に示すように、熱圧着ヘッド16を保持テーブル3上の部品トレイ5の上方へ移動させ、実装対象となるチップ6に熱圧着ヘッド16を位置合わせして下降させる。そして保持ツール12をチップ6に当接させ、吸引孔12aから真空吸引してチップ6を吸着保持する。この後、熱圧着ヘッド16によってチップ6を部品トレイ5から取り出して、図5(b)に示すように、基板4上へ移動させる。
Next, the component crimping operation by the thermocompression bonding apparatus will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 5A, the
このときセラミックヒータ23は作動状態にあり、保持ツール12を介してのチップ6の加熱が開始される。この加熱過程において、保持ツール12にはセラミックヒータ23の発熱体24に交流電流が流れることによる渦電流が発生するが、前述のように保持ツール12は電気的に接地された状態にあるため、装置本体の接地部との間に電位差が発生しない。
At this time, the
そして熱圧着ヘッド16がこの位置において待機した状態で、図5(b)に示すように、撮像ユニット8を基板4と熱圧着ヘッド16との間に進出させ、撮像ユニット8に備えられた2視野光学系によって、チップ6と基板4とを同一撮像動作で撮像する。撮像結果は認識処理部(図示省略)によって認識処理され、チップ6と基板4の電極4aが認識される。そしてこの認識結果に基づいて、チップ6と電極4aとの位置合わせが行われる。
Then, with the
この後撮像ユニット8が熱圧着ヘッド16の下方から退避したならば、図5(c)に示すように、熱圧着ヘッド16を下降させて、チップ6を基板4に着地させ、所定の押圧荷重で押圧状態を保持する。このとき、保持ツール12と接地部との間には電位差が存在せず帯電状態にないため、保持ツール12が帯電状態のまま部品圧着動作を実行することに起因する電気的な部品破損が発生しない。
Thereafter, if the
本発明の半導体部品の熱圧着装置は、保持ツールへの帯電を防止して半導体部品の電気的なダメージを防止することができるという効果を有し、チップオンチップ構造の半導体装置の製造分野など、微細パターンを有する半導体部品を熱圧着により実装する分野に有用である。 The thermocompression bonding apparatus for a semiconductor component according to the present invention has an effect of preventing the holding tool from being electrically charged to prevent electrical damage to the semiconductor component, such as a manufacturing field of a semiconductor device having a chip-on-chip structure. It is useful in the field of mounting a semiconductor component having a fine pattern by thermocompression bonding.
1 熱圧着装置
4 基板
6 チップ
10 ツール交換部
12 保持ツール
13 実装機構部
16 熱圧着ヘッド
20 昇降ブロック
22 冷却ジャケット
23、123 セラミックヒータ
24 発熱体
27 導電バネ部材(導電部)
28 導電コード(導電接続部材)
29 導電膜(導電性被膜)
31 電位計測器(計測手段)
DESCRIPTION OF
28 Conductive cord (conductive connection member)
29 Conductive film (conductive film)
31 Electric potential measuring instrument (measuring means)
Claims (5)
前記基板に対して昇降し電気的に接地された導電性の昇降ブロックと、前記昇降ブロックに設けられ交流電圧を印加することにより発熱するセラミックヒータと、前記セラミックヒータに着脱自在に装着され前記半導体部品に当接して保持する保持ツールと、前記保持ツールに当接して電気的に導通する導電部と、前記昇降ブロックと前記導電部とを電気的に接続する導電接続部材とを備えたことを特徴とする半導体部品の熱圧着装置。 A semiconductor component thermocompression bonding apparatus for thermocompression bonding a semiconductor component to a substrate,
A conductive lifting block that is raised and lowered with respect to the substrate and is electrically grounded, a ceramic heater that is provided in the lifting block and generates heat when an AC voltage is applied thereto, and is detachably mounted on the ceramic heater and the semiconductor A holding tool that contacts and holds the component; a conductive portion that contacts the holding tool and is electrically connected; and a conductive connection member that electrically connects the lifting block and the conductive portion. A thermocompression bonding apparatus for semiconductor parts.
2. The semiconductor component according to claim 1, wherein the conductive portion includes two conduction paths, one of which is connected to the conductive connecting member, and the other is connected to a measuring unit that measures a charged state of the holding tool. Thermocompression bonding equipment.
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