JP2009099869A - Bonding device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子部品にレーザを照射することにより加熱して接合するボンディング装置の改良に関するもので、レーザ加熱手段に特徴を有するものである。 The present invention relates to an improvement of a bonding apparatus that heats and joins electronic components by irradiating a laser, and has a feature in laser heating means.
従来より、電子部品にボンディングヘッドの内側からレーザを照射することにより加熱して接合するボンディング装置として、特許文献1に示されるように、ボンディングツールをレーザが透過可能なものとして、電子部品に対し直接レーザを照射し、電子部品を加熱して接合する方式が知られている。
Conventionally, as a bonding apparatus that heats and joins an electronic component by irradiating a laser from the inside of the bonding head, as shown in
この種のボンディング装置のレーザ加熱装置では、レーザ発振器に供給する電流のON・OFFによりレーザの発振・停止を制御でき、且つ、電流値を増減することによってレーザのエネルギ強度を制御できるようになっていた。
更に、この種のボンディング装置では、レーザが直接電子部品に照射されることから、所定の電流を供給することにより電子部品の急速加熱が可能であり、また、レーザを停止するだけで急速冷却が可能であり、ボンディング時間を短縮できるというメリットを有していた。
In this type of bonding apparatus, the laser heating device can control the oscillation and stop of the laser by turning on and off the current supplied to the laser oscillator, and can control the energy intensity of the laser by increasing and decreasing the current value. It was.
Furthermore, in this type of bonding apparatus, since the laser is directly irradiated onto the electronic component, the electronic component can be rapidly heated by supplying a predetermined current, and rapid cooling can be performed only by stopping the laser. This has the advantage that the bonding time can be shortened.
しかし、図4に示されるように、設定された電流値i及び設定された時間tのみの制御であるため、レーザ発振器に対して急激な電流のON・OFFを繰り返すことになり、レーザ発振器の耐久性が問題となっていた。また、急激な冷却を嫌う電子部品も存在した。例えば、電子部品を急速冷却すると、ハンダが固まる際にムラになり変形したり、内部応力が発生したりするのである。これによりボンディングの安定性や位置精度は悪くなっていた。 However, as shown in FIG. 4, since the control is performed only for the set current value i and the set time t, a sudden current is repeatedly turned on and off for the laser oscillator. Durability was a problem. There were also electronic components that disliked rapid cooling. For example, when an electronic component is rapidly cooled, it becomes uneven and deforms when the solder is hardened, or internal stress is generated. As a result, the stability and positional accuracy of bonding deteriorated.
ボンディング装置の加熱手段には、電子部品を吸着保持しているボンディングツールにレーザを照射し加熱し、ボンディングツールを介して電子部品を加熱する方式(ジュール熱ヒータ加熱方式)も存在した。この方式では、電子部品を保持しているボンディングツールに熱電対を設けて、実際の温度を検出し、設定された温度プロファイルに沿うように電流値をフィードバック制御することができた。 As a heating means of the bonding apparatus, there is also a method (Joule heater heating method) in which a bonding tool holding and holding an electronic component is irradiated with a laser and heated, and the electronic component is heated via the bonding tool. In this method, a thermocouple was provided in the bonding tool holding the electronic component, the actual temperature was detected, and the current value could be feedback controlled so as to follow the set temperature profile.
しかし、レーザを電子部品に照射して加熱する方式では、レーザが電子部品に直接照射され加熱されているため、ボンディングツールの温度を測定しても制御の役には立たず、更に、電子部品の温度を直接測定することはできないため、電流値をフィードバック制御できるものではなかった。すなわち、直接電子部品にレーザを照射して加熱する従来のレーザ加熱方式には、急激な冷却を嫌う電子部品には対応できていなかったのである。 However, in the method of heating by irradiating the electronic component with the laser, since the laser is directly irradiated to the electronic component and heated, measuring the temperature of the bonding tool is not useful for the control. Since it was not possible to directly measure the temperature, the current value could not be feedback controlled. In other words, the conventional laser heating method in which the electronic component is directly irradiated with a laser to heat it has not been able to cope with an electronic component that does not like rapid cooling.
本発明は、レーザ加熱手段に、ボンディングの際のレーザ発振器に印加する電流プロファイルを設定するプロファイル設定手段と、設定されたプロファイルに沿ってレーザ発振器に印加する電流値を制御する制御手段と、を備えることにより、レーザ加熱手段が、ボンディングする電子部品に適合するように電流の立上がりから立下がりまで制御可能とされ、ボンディングの安定性及び位置精度を向上させることができると共にレーザ発振器の寿命を延ばすことを可能としたボンディング装置とすることを目的とする。 In the present invention, the laser heating means includes a profile setting means for setting a current profile to be applied to the laser oscillator at the time of bonding, and a control means for controlling a current value applied to the laser oscillator along the set profile. By providing, the laser heating means can be controlled from the rise of the current to the fall so as to suit the electronic component to be bonded, so that the stability and positional accuracy of the bonding can be improved and the life of the laser oscillator is extended. It is an object of the present invention to provide a bonding apparatus that can do this.
第1の発明は、上記課題を解決するためボンディング装置に次の手段を採用する。
第1に、先端に電子部品を吸着保持するボンディングツールを有するボンディングヘッドと、電流を印加することによりレーザを発振するレーザ発振器を有しレーザ発振器から発振されたレーザをボンディングツールに保持された電子部品に照射して加熱するレーザ加熱手段と、を備えたボンディング装置とする。
第2に、レーザ加熱手段は、ボンディングの際のレーザ発振器に印加する電流プロファイルを設定するプロファイル設定手段と、設定された電流プロファイルに沿ってレーザ発振器に印加する電流値を制御する制御手段とを備える。
The first invention employs the following means in the bonding apparatus in order to solve the above problems.
First, there is a bonding head having a bonding tool that sucks and holds an electronic component at the tip, and a laser oscillator that oscillates a laser by applying an electric current, and the laser that is oscillated from the laser oscillator is held by the bonding tool. A bonding apparatus including a laser heating unit that irradiates and heats parts.
Second, the laser heating means includes profile setting means for setting a current profile to be applied to the laser oscillator at the time of bonding, and control means for controlling a current value applied to the laser oscillator in accordance with the set current profile. Prepare.
第2の発明は、第1の発明に、プロファイル設定手段が、温度プロファイルに基づいて電流プロファイルを設定するものであるという事項を付加したボンディング装置である。 A second invention is a bonding apparatus in which the matter that the profile setting means sets a current profile based on a temperature profile is added to the first invention.
本発明は、レーザ加熱手段が、ボンディングの際のレーザ発振器に印加する電流プロファイルを設定するプロファイル設定手段と、設定された電流プロファイルに沿ってレーザ発振器に印加する電流値を制御する制御手段とを備えたものであるため、電流の立上がりから立下がりまでの制御が可能となり、ボンディングの安定性及び位置精度を向上させることができると共にレーザ発振器の寿命を延ばすことを可能とした。 The present invention includes: profile setting means for setting a current profile to be applied to the laser oscillator during bonding by the laser heating means; and control means for controlling a current value to be applied to the laser oscillator along the set current profile. As a result, it is possible to control the current from rising to falling, improving the bonding stability and position accuracy and extending the life of the laser oscillator.
以下、図面に従って、実施例と共に本発明の実施の形態について説明する。実施例におけるボンディング装置は、電子部品である半導体チップ1を基板2にボンディングする装置である。尚、図1中符号13は、半導体チップ1を載置固定し、位置合わせのため移動可能とされた載置ステージである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described together with examples according to the drawings. The bonding apparatus in the embodiment is an apparatus for bonding a
ボンディング装置は、半導体チップ1を吸着保持するボンディングツール3を先端部(下端部)に有するボンディングヘッド4を備えており、移動可能とされている。即ち、ボンディングヘッド4は、チップ供給位置でボンディングツール3に半導体チップ1を吸着保持し、ボンディング位置に移動して、下降して基板2に半導体チップ1を搭載し、加熱して接合し、冷却後固定してボンディングを完了し、上昇して、再度、チップ供給位置に戻る動作を繰り返す。
The bonding apparatus includes a bonding
ボンディングヘッド4の内部は、空部5とされ、該空部5には、ボンディングツール3に保持された半導体チップ1をボンディングヘッド4の内側からレーザを照射して加熱するレーザ加熱装置6が配置されている。
The inside of the
ボンディングヘッド4の下端部にはボンディングツール3が装着されている。ボンディングツール3は、実施例では熱膨張が小さく、レーザ17の透過性の良い石英ガラスが用いられているが、レーザ17を透過する素材であれば良い。ボンディングツール3の中央部には、半導体チップ1を吸着保持するための吸着孔19が形成されている。更に、ボンディングツール3のボンディングヘッド4内部側に位置する表面(図1中では上面)には、反射防止膜が形成されている。
A
ボンディングヘッド4には、吸引通路7が形成されており、空部5は、該吸引通路7とボンディングヘッド4の下端に装着されたボンディングツール3の吸着孔19以外は、密閉されている。更に、吸引通路7は、吸引装置8と接続されているため、吸引装置8により真空吸引することにより、ボンディングヘッド4内の空部5には負圧が付与され、ボンディングツール3の吸着孔19に半導体チップ1が吸着保持可能となる。
A
レーザ加熱装置6は、光源となるレーザ発振器14と、レーザ発振器14に印加する電流プロファイルを決定し且つそれに従ってレーザ発振器14に印加する電流値を制御するコントロール装置20と、レーザ発振器14と接続されておりボンディングヘッド4内にレーザ出射口10を位置させた光ファイバ9と、該出射口10から出射されたのレーザ17を集束する集光手段たる集光レンズ11と、レーザ17の照射範囲を限定するための遮蔽板15を有する。尚、光ファイバ9から出射されたレーザ17は、拡散して集光レンズ11に入射するため、レーザ17の集光点12は、集光レンズ11の焦点位置より下方に設けられている。
The laser heating device 6 is connected to the
コントロール装置20は、CPU25と、電源を含む電圧リミット付定電流回路21と、断線検知用のフォトセンサ18と接続された照度読取回路22と、テストチップ31に取り付けられた熱電対24と接続された温度読取回路23を有している。
The
コントロール装置20による電流プロファイルの設定は、次のような手順で行われる。
第1に、設定準備としてボンディングの際のチップ位置に熱電対24付きのテストチップ31を装着する。
第2に、コントロール装置20のモニタ画面に温度プロファイルの設定画面を表示させて、生産時における温度プロファイルを入力する。
第3に、入力された温度プロファイルに応じた電流プロファイルをコントロール装置20で求める。
The setting of the current profile by the
First, as a preparation for setting, a
Second, a temperature profile setting screen is displayed on the monitor screen of the
Third, the
電流プロファイルの具体的な求め方は次のように行われる。
入力された温度プロファイルに沿うと思われる電流を印加して、実際に熱電対24付きテストチップ31をレーザ17により加熱し、入力した温度プロファイルの設定温度までのテストチップ31の実際の立上がり時間が、設定した立上がり時間となるよう印加電流値を試行錯誤により求めて、記憶させる。すなわち図3に示すように設定電流値i1、そこまでの立上がり時間t1、設定電流値i1での照射時間t2、設定電流値i2、そこまでの変更時間t3、設定電流値i2での照射時間t4、立下がり時間t5を求めるのである。
A specific method for obtaining the current profile is performed as follows.
By applying a current that seems to follow the input temperature profile, the
上記方法は温度プロファイルから電流プロファイルを求めているが、直接電流プロファイルを設定するようにしても良い。
更に、次のようにして電流プロファイルを求めることもできる。
第1に、設定準備として、チップ位置に熱電対24付きのテストチップ31を装着する。
第2に、電流値と温度関係や立上がりや立下がり時間の関係の沢山のデータを蓄積しておく。
第3に、画面に温度プロファイルの設定画面を表示させて、生産時における温度プロファイルを入力する。
第4に、その温度プロファイルに応じた電流プロファイルを予め記憶しているデータから適正な電流プロファイルを求めるのである。
In the above method, the current profile is obtained from the temperature profile, but the current profile may be set directly.
Furthermore, the current profile can be obtained as follows.
First, as a setting preparation, a
Secondly, a large amount of data on the relationship between the current value and temperature and the relationship between the rise time and fall time is stored.
Third, the temperature profile setting screen is displayed on the screen, and the temperature profile during production is input.
Fourth, an appropriate current profile is obtained from data in which a current profile corresponding to the temperature profile is stored in advance.
生産時にコントロール装置20は、記憶した電流プロファイルで電流を制御し、レーザ発振器14に、電源を含む電圧リミット付の定電流回路21を介して電流を印加する。これによりレーザ発振器14は、レーザ17を発振する。実施例でのレーザ発振器14は、ボンディングヘッド4とは別体で装備され、光ファイバ9を介してボンディングヘッド4までレーザを導光するようにしているが、ボンディングヘッド4にレーザ発振器14を一体的に設けたものであっても良い。光ファイバ9のレーザ出射口10は、図1の実施例では、ボンディングツール3に対向して下向きに設置されている。勿論、反射鏡などを設けることにより、向きを限定されることのないものとなる。
During production, the
集光レンズ11は、図1の実施例では1枚の凸レンズを用いているが、複数枚のレンズを用いても良い。集光レンズ11は、ボンディングヘッド4内のホルダ16に支持されている。集光レンズ11によるレーザの集光点12は、ボンディングヘッド4の内部である空部5内に設けている。尚、集光レンズ11の表裏面は反射防止膜が形成されている。また、集光手段として、凹面鏡を使用しても良い。
As the condenser lens 11, a single convex lens is used in the embodiment of FIG. 1, but a plurality of lenses may be used. The condenser lens 11 is supported by a
遮蔽板15は、集光レンズ11を通過したレーザ17が、照射されるべき半導体チップ1からはみ出さないようするためのものである。遮蔽板15は、図1に示す実施例では存在するが、集光レンズ11のみで照射範囲が半導体チップ1に限定する調整が可能な場合は設けなくとも良い。
The shielding
レーザ17が、半導体チップ1からはみ出していると基板2に照射されて基板2が加熱されて、膨張する危険を有している。基板2が樹脂からなるような場合にはシリコンからなる基板2に比べて大きく膨張してしまう。基板2が加熱され膨張した状態でボンディングするとバンプと電極の位置がずれる上、冷却して元に戻った場合でも半導体チップ1が曲がったりして、不良品になることがあった。遮蔽板15はこの危険を回避するために設けられている。
If the
尚、ボンディングヘッド4内のボンディングツール3の斜め上方には、ボンディングツール3に吸着された半導体チップ1に照射されたレーザ17の反射光を検出するための反射光検出用のフォトセンサ18を設けている。フォトセンサ18は、ボンディングヘッド4が、チップ供給位置とボンディング位置との間で往復移動することから、光ファイバ9が繰り返ししごかれ、断線することがあるので、そのような事態を検出しようとするために設けられたものである。尚、フォトセンサ18からの信号は、照度読取回路22を介してCPU25に入力される。
A reflected
以下、ボンディングの動作について説明すると、先ず、ボンディング位置では、載置ステージ13上に基板2が供給される。他方、チップ供給位置では、ボンディングヘッド4が半導体チップ1をボンディングツール3に吸着保持する。その後、ボンディングヘッド4は、ボンディング位置に移動し、下降し、荷重制御をし、同時にコントロール装置20は、記憶した電流プロファイルで電流を制御し、レーザ発振器14に、電源を含む電圧リミット付の定電流回路21より電流を印加する。
Hereinafter, the bonding operation will be described. First, the
レーザ発振器14はレーザ17を半導体チップ1に向かって照射し、半導体チップ1を加圧加熱してボンディングする。レーザ17の照射をOFFにすると冷却されるが、電流プロファイルに沿って急激な冷却は避けられているので、半導体チップ1は、基板2に適正に固着される。その後、ボンディングヘッド4は、上昇し、次のボンディング動作を繰り返すことになる。
The
1・・・・・半導体チップ
2・・・・・基板
3・・・・・ボンディングツール
4・・・・・ボンディングヘッド
5・・・・・空部
6・・・・・レーザ加熱装置
7・・・・・吸引通路
8・・・・・吸引装置
9・・・・・光ファイバ
10・・・・レーザ出射口
11・・・・集光レンズ
12・・・・集光点
13・・・・載置ステージ
14・・・・レーザ発振器
15・・・・遮蔽板
16・・・・ホルダ
17・・・・レーザ
18・・・・フォトセンサ
19・・・・吸着孔
20・・・・コントロール装置
21・・・・定電流回路
22・・・・照度読取回路
23・・・・温度読取回路
24・・・・熱電対
25・・・・CPU
31・・・・テストチップ
DESCRIPTION OF
31 ... Test chip
Claims (2)
電流を印加することによりレーザを発振するレーザ発振器を有しレーザ発振器から発振されたレーザをボンディングツールに保持された電子部品に照射して加熱するレーザ加熱手段と、を備えたボンディング装置において、
レーザ加熱手段は、ボンディングの際のレーザ発振器に印加する電流プロファイルを設定するプロファイル設定手段と、設定された電流プロファイルに沿ってレーザ発振器に印加する電流値を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするボンディング装置。
A bonding head having a bonding tool for adsorbing and holding electronic components at the tip;
In a bonding apparatus comprising: a laser heating unit that has a laser oscillator that oscillates a laser by applying an electric current, and irradiates and heats an electronic component held by the bonding tool with a laser oscillated from the laser oscillator.
The laser heating means includes profile setting means for setting a current profile to be applied to the laser oscillator during bonding, and control means for controlling a current value to be applied to the laser oscillator along the set current profile. A characteristic bonding apparatus.
Priority Applications (4)
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Citations (2)
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JP2000040712A (en) * | 1998-07-22 | 2000-02-08 | Shibuya Kogyo Co Ltd | Bonding device |
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2007
- 2007-10-18 JP JP2007271725A patent/JP2009099869A/en active Pending
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JPH09166422A (en) * | 1995-12-18 | 1997-06-24 | Nec Corp | Device and method for inspecting bump junction |
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