JP2010123786A - Bonding device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,不活性ガス雰囲気中で基板に電子部品をボンディングするボンディング装置の改良に関するもので,主として集合基板のような大型な基板に,電子部品を複数回ボンディングするボンディング装置を対象に開発されたものである。 The present invention relates to an improvement of a bonding apparatus for bonding an electronic component to a substrate in an inert gas atmosphere, and has been developed mainly for a bonding apparatus for bonding an electronic component to a large substrate such as a collective substrate multiple times. It is a thing.
従来より,基板に発光体などの小型半導体チップをボンディングする場合,低酸素濃度雰囲気下で高温プロセスを実施しないと,基板と半導体チップの間での拡散性が悪くなり,適正なるボンディング強度を得られないため,窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気により,酸素濃度を低下させ,そこでボンディングする方法が知られていた。 Conventionally, when a small semiconductor chip such as a light emitter is bonded to a substrate, the diffusibility between the substrate and the semiconductor chip is degraded unless a high-temperature process is performed in a low oxygen concentration atmosphere, and an appropriate bonding strength is obtained. Therefore, there has been known a method of bonding by reducing the oxygen concentration in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas.
上記酸素濃度を低下させる方法は,特許文献1に示されるように,ボンディングステージ回りに基板を覆う被覆手段(特許文献1では還元ボックスと称する)を設け,被覆手段で覆われた内側に不活性ガス(特許文献1では還元ガス)を供給するものであった。この被覆手段で覆われた内側で,基板に電子部品をボンディングするため,被覆手段の上部にはボンディングヘッドの先端が挿入できる開口部が開けられていた。
As shown in
従来は,基板のサイズが小さかったことや,ボンディング箇所が1つであったため,ボンディングヘッドが挿入される開口部を極力小さくすることができ,ボンディングヘッドの先端とそれが挿入される開口部との間からの酸素の回り込みは容認できる限度であった。しかし,最近の基板は,生産性を考慮して,集合基板となり,サイズも大型化してきた。このような大型の集合基板では,ボンディング位置が数か所あるため,ボンディングヘッドの先端が挿入される開口部を小さくできず,開口部とボンディングヘッド先端との間からの酸素の回り込みを防ぐことができなくなってしまった。 Conventionally, since the size of the substrate was small and there was only one bonding location, the opening into which the bonding head is inserted can be made as small as possible. The tip of the bonding head and the opening into which it is inserted The oxygen sneak in between was an acceptable limit. However, recent boards have become collective boards and have become larger in size in consideration of productivity. In such a large aggregate substrate, since there are several bonding positions, the opening into which the tip of the bonding head is inserted cannot be made small, and oxygen wraparound between the opening and the bonding head tip can be prevented. I can't.
本発明は,被覆手段上部に設けられたボンディングヘッド先端部挿入用開口部の位置を変更可能として,ボンディングヘッドの先端が挿入される開口部を極力小さくしても,集合基板のような大型で多数か所のボンディング位置を有する基板に対して,不活性ガス雰囲気中で電子部品をボンディングすることができるボンディング装置とすることを目的とする。 The present invention makes it possible to change the position of the bonding head tip insertion opening provided at the upper part of the covering means, and even if the opening into which the tip of the bonding head is inserted is made as small as possible, it is not as large as a collective substrate. It is an object of the present invention to provide a bonding apparatus capable of bonding an electronic component to a substrate having a number of bonding positions in an inert gas atmosphere.
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,電子部品を保持するボンディングヘッドと,電子部品が搭載される基板を支持するボンディングステージと,ボンディングステージ上で基板の周囲及び上方を覆うとともに上部にボンディングヘッドの先端を挿入させる開口を有する被覆手段と,被覆手段で覆われた内部に不活性ガスを供給する気体供給手段とを備え,不活性ガス雰囲気中で1つの基板の異なるボンディング位置に電子部品を複数回ボンディングするボンディング装置とする。
The first invention employs the following means in the bonding apparatus in order to solve the above problems.
First, a bonding head for holding an electronic component, a bonding stage for supporting a substrate on which the electronic component is mounted, and an opening for covering the periphery and top of the substrate on the bonding stage and inserting the tip of the bonding head at the top. And a bonding apparatus for bonding an electronic component a plurality of times at different bonding positions on a single substrate in an inert gas atmosphere, comprising a covering means having a gas supply means for supplying an inert gas to the inside covered with the covering means. To do.
第2に,前記被覆手段は,基板の周囲を取り囲む外周部材と,基板上方を覆うとともにボンディングヘッドの先端を挿入させる開口部を形成した上方部材と,これら外周部材と上方部材を密接させる結合手段とを備える。 Second, the covering means includes an outer peripheral member that surrounds the periphery of the substrate, an upper member that covers the upper portion of the substrate and has an opening for inserting the tip of the bonding head, and a coupling means that closely contacts the outer peripheral member and the upper member. With.
第3に,外周部材と上方部材の密接状態を解除して外周部材に対して上方部材を相対移動させ,ボンディングステージ上の基板に対する上方部材の開口部の位置を変更可能とする。 Third, the close state between the outer peripheral member and the upper member is released, and the upper member is moved relative to the outer peripheral member, so that the position of the opening of the upper member relative to the substrate on the bonding stage can be changed.
第2の発明は 第1の発明に,基板におけるボンディング位置の変更に伴う,ボンディングステージに対するボンディングヘッドの相対移動に従って,外周部材に対して上方部材を相対移動させる移動手段を備えることを付加したボンディング装置である。 The second invention is the bonding according to the first invention, further comprising a moving means for moving the upper member relative to the outer peripheral member in accordance with the relative movement of the bonding head with respect to the bonding stage in accordance with the change of the bonding position on the substrate. Device.
本発明は,被覆手段上部に設けられたボンディングヘッド先端部の挿入用開口部の位置を変更可能としているので,該開口部の位置を目的のボンディング位置に移動させることができる。したがって,ボンディングヘッドの先端が挿入される開口部は,1つのボンディング位置にボンディングする場合と同じく極力小さくできる。このため集合基板のような大型で多数個のボンディング位置を有する基板に対しても,容易に不活性ガス雰囲気中で電子部品をボンディングすることができるボンディング装置となった。 In the present invention, since the position of the insertion opening at the tip of the bonding head provided on the upper part of the covering means can be changed, the position of the opening can be moved to the target bonding position. Therefore, the opening into which the tip of the bonding head is inserted can be made as small as possible when bonding at one bonding position. For this reason, it has become a bonding apparatus that can easily bond electronic components in an inert gas atmosphere even to a large substrate such as a collective substrate having a large number of bonding positions.
不活性ガス雰囲気中でのボンディングとなるため,フラックスの使用が不要となり,洗浄工程を省くことができ,生産コストを下げることができた。特に,発光体のような薄膜電極のような場合には,洗浄してもフラックス除去が難しかったが,フラックスを不要としたので,生産コストの低減だけでなく,ボンディング後の電子製品の性能においても高品質なものを得ることができるものとなった。 Since bonding is performed in an inert gas atmosphere, the use of flux is unnecessary, the cleaning process can be omitted, and the production cost can be reduced. In particular, in the case of a thin film electrode such as a light emitter, it was difficult to remove the flux even after cleaning. However, since the flux was unnecessary, not only the production cost was reduced but also the performance of the electronic product after bonding. Even high quality can be obtained.
以下,図面に従って,実施例とともに本発明の実施の形態について説明する。
本発明に利用するフリップチップボンダの概要について説明する。実施例でのフリップチップボンダは,電子部品である半導体チップ1をボンディング位置が数か所ある集合基板2に複数回のボンディング動作によりボンディングする装置である。実施例での集合基板2は,異なる4箇所に半導体チップ1をボンディングするものを用いている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described together with examples according to the drawings.
An outline of the flip chip bonder used in the present invention will be described. The flip chip bonder in the embodiment is an apparatus for bonding a
フリップチップボンダは図1に示されるように,半導体チップ1を吸着保持するボンディングツール4を有するボンディングヘッド3と,半導体チップ1をボンディングツール4に供給するチップ供給部5と,集合基板2が載置され,ボンディングが行われるボンディングステージとしての基板ステージ6と,ボンディングヘッド3をチップ供給部5のチップ供給位置と基板ステージ6上のボンディング位置との間で移動させるヘッドY軸移動機構7と,本発明における被覆手段となる窒素パージブロック8,窒素パージフード9及びフードY軸移動機構10と,本発明における不活性ガスを供給する気体供給手段となる窒素ガス供給機構とを備えている。
As shown in FIG. 1, the flip chip bonder includes a bonding head 3 having a bonding tool 4 that holds the
ボンディングヘッド3は,Y軸方向(図1中左右方向)への移動のためのヘッドY軸移動機構7の移動プレート11に設けられており,半導体チップ1を吸着保持するボンディングツール4と,移動プレート11にヘッドZ軸移動機構12を介して上下動自在に取り付けられているボンディングヘッドボディ13と,ボンディングヘッドボディ13内に配置され,ボンディングツール4のθ軸方向(回転方向)の移動を行うθ軸移動機構と,ボンディングツール4に保持された半導体チップ1を加熱するパルスヒータ装置を有している。これによりボンディングヘッド3は,Y軸,Z軸及びθ軸での移動及び半導体チップの加熱の機構を有することになる。
The bonding head 3 is provided on a moving
ボンディングヘッド3は,チップ供給部5の供給位置でボンディングツール4に半導体チップ1を吸着保持し,移動及び下降して集合基板2の1つのボンディング位置に,半導体チップ1を搭載し,加熱して接合し,冷却後固定して最初のボンディングを完了する。その後,上昇して,再度,チップ供給位置に戻り,次の半導体チップ1を吸着保持し,移動して集合基板2上の異なるボンディング位置に,次の半導体チップ1をボンディングする動作を繰り返す。なお,ボンディングヘッド3には,ボンディングヘッド3とともにY軸方向及びZ軸方向への移動が可能なトップカメラ14が備えられている。
The bonding head 3 sucks and holds the
基板ステージ6は,内部に加熱用カートリッジヒータ15,窒素ガス供給路16及び図示されていない基板吸着用の真空吸引路及び基板吸着用の基板バキューム孔24が設けられている。基板ステージ6は,X軸方向(前後方向でY軸と直交する方向)へのステージX軸移動機構18を備えている。なお,チップ供給部5と基板ステージ6の間には,ボンディングツール4の移動経路の下方に,ボトムカメラ19が備えられている。
The
基板ステージ6上には,本発明における被覆手段の一部を構成する窒素パージブロック8が設けられている。窒素パージブロック8は,中央に集合基板2が配置される大きさの空部20が形成され,該集合基板2の周囲を取り囲む大きさの外周部材であって,基板ステージ6上に設けられる。窒素パージブロック8には,空部20の内壁面に窒素ガス噴出口25,上面に窒素パージフード9を密着させるためのバキューム溝17が形成されている。バキューム溝17は,図示されていない真空吸引源と吸引通路21で接続されており,窒素ガス噴出口25は,図示しないボンベ等のガス供給手段に接続されて気体供給機構を構成している基板ステージ6や,窒素パージブロック8や,窒素ガス噴出部23に形成された窒素ガス供給路16と接続されている。
On the
窒素パージフード9は,中央部にボンディングヘッド3の先端のボンディングツール4が挿入されるヘッド挿入開口部22が空けられた板状体である。ヘッド挿入開口部22は,ボンディングヘッド3のボンディングツール4が挿入できる限度で極力小さく形成されている。なお,窒素パージフード9は,バキューム溝17の吸引力により窒素パージブロック8上面に密着結合が可能で,更に,該密着を解除することで,窒素パージブロック8上面をフードY軸移動機構10によりY軸方向に移動可能とされている。なお,窒素パージフード9のヘッド挿入開口部22の周囲には2層目窒素ガス噴出部23を設けてある。
The
以下,実施例のフリップチップボンダの動作について説明する。
まず,半導体チップ1は,ウエハ又はチップトレイで供給され,ボンディングヘッド3のボンディングツール4に吸着保持される。ボンディングツール4で吸着保持された半導体チップ1は,ボトムカメラ19にて画像処理され,吸着状態が認識される。他方,集合基板2は,バキューム溝17の吸引力を解除した状態で,窒素パージフード9をフードY軸移動機構10により退避させて,基板ステージ6上に設置された窒素パージブロック8の空部20の上方を開放して,この空部20内に搬入され,基板バキューム孔24の吸引力で基板ステージ6上に固定される。
The operation of the flip chip bonder of the embodiment will be described below.
First, the
ステージX軸移動機構18により基板ステージ6を移動させ,フードY軸移動機構10により窒素パージフード9を移動させ,ヘッド挿入開口部22を集合基板2の所定のボンディング位置に配置させる。その後,トップカメラ14により集合基板の画像処理を行う。ボンディング位置合わせのための画像処理である。
The
この際,加熱された基板ステージ6内部の窒素ガス供給路16にパージ用の窒素ガスを通過させ,窒素ガスを加熱する。加熱された窒素ガスは,窒素パージブロック8の内周部に設けられた窒素ガス噴出口25より,集合基板2に向けて四方より噴射される。このように窒素ガスを加熱することにより,半導体チップ1や集合基板2が窒素ガスの噴射により冷却されることを防止している。なお,窒素ガスの加熱は,基板ステージ6を加熱するカートリッジヒータ15の近傍に窒素ガス供給路16を配置することで,特別な加熱手段を要しないものとなっている。その後,ボンディングヘッド3を下降させて,ヘッド挿入開口部22からボンディングツール4を空部20内に挿入させる。このとき窒素パージブロック8の上部には窒素パージフード9があり,バキューム溝17の吸引力で固定されているため,酸素の回り込みを防ぐことができる。その後,窒素パージブロック8の空部20内の酸素濃度を測定し,適正値に至ったところで,前記画像処理に従って位置補正を行い,ボンディングツール4をさらに下降させて,半導体チップ1は,集合基板2にボンディングされることになる。なお,位置補正の際には,バキューム溝17の吸引力を解除し,ボンディングヘッド3のY軸方向への移動に従ってフードY軸移動機構10を作動させて,ボンディングツール4と一体的に窒素パージフード9を移動させる。また,窒素パージフード9のヘッド挿入開口部22の周囲には2層目窒素ガス噴出部23を設けてあるため,ここからも窒素ガスが噴出され,ボンディングツール4とヘッド挿入開口部22との隙間からの酸素の回り込みをより確実に防止している。
At this time, the purge nitrogen gas is passed through the heated nitrogen
1個目の半導体チップ1が,所定位置にボンディングされた後,ボンディングヘッド3は上昇して,再度,チップ供給位置に戻り,次の半導体チップ1を吸着保持する。この時,第2のボンディング位置にヘッド開口部22を移動させるのには,窒素パージフード9を,フードY軸移動機構10によりY軸方向に移動させるか,又は,ステージX軸移動機構18により基板ステージ6をX軸方向に移動させるか,または,これらの複合動作により行われる。
After the
なお,実施例では窒素ガスは加熱されて供給されることとされているが,窒素ガス供給路16による窒素ガスの供給圧を高低切り換え可能に構成し,ボンディング時は,低圧で窒素ガス噴射口25から加熱された窒素ガスを吹き出すようにし,ボンディング後は,高圧で噴射させて,ボンディングツール4や基板ステージ6,半導体チップ1や集合基板2を冷却するよう構成することもできる。
In the embodiment, the nitrogen gas is heated and supplied. However, the supply pressure of the nitrogen gas through the nitrogen
1・・・・・半導体チップ
2・・・・・集合基板
3・・・・・ボンディングヘッド
4・・・・・ボンディングツール
5・・・・・チップ供給部
6・・・・・基板ステージ
7・・・・・ヘッドY軸移動機構
8・・・・・窒素パージブロック
9・・・・・窒素パージフード
10・・・・フードY軸移動機構
11・・・・移動プレート
12・・・・ヘッドZ軸移動機構
13・・・・ボンディングヘッドボディ
14・・・・トップカメラ
15・・・・カートリッジヒータ
16・・・・窒素ガス供給路
17・・・・バキューム溝
18・・・・ステージX軸移動機構
19・・・・ボトムカメラ
20・・・・空部
21・・・・吸引通路
22・・・・ヘッド挿入開口部
23・・・・窒素ガス噴出部
24・・・・基板バキューム孔
25・・・・窒素ガス噴出口
DESCRIPTION OF
Claims (2)
電子部品が搭載される基板を支持するボンディングステージと,
ボンディングステージ上で基板の周囲及び上方を覆うとともに上部にボンディングヘッドの先端を挿入させる開口を有する被覆手段と,
被覆手段で覆われた内部に不活性ガスを供給する気体供給手段とを備え,
不活性ガス雰囲気中で1つの基板の異なる位置に電子部品を複数回ボンディングするボンディング装置であって,
前記被覆手段は,基板の周囲を取り囲む外周部材と,基板上方を覆うとともにボンディングヘッドの先端を挿入させる開口部を形成した上方部材と,これら外周部材と上方部材を密接させる結合手段とを備え,
外周部材と上方部材の密接状態を解除して外周部材に対して上方部材を相対移動させ,ボンディングステージ上の基板に対する上方部材の開口部の位置を変更可能としたことを特徴とするボンディング装置。
A bonding head for holding electronic components;
A bonding stage that supports a substrate on which electronic components are mounted;
Coating means having an opening for covering the periphery and top of the substrate on the bonding stage and inserting the tip of the bonding head at the top;
Gas supply means for supplying an inert gas to the inside covered with the covering means,
A bonding apparatus that bonds electronic components to different positions on a single substrate in an inert gas atmosphere multiple times.
The covering means includes an outer peripheral member that surrounds the periphery of the substrate, an upper member that covers the upper portion of the substrate and has an opening for inserting the tip of the bonding head, and a coupling means that closely contacts the outer peripheral member and the upper member.
A bonding apparatus characterized in that the close state between the outer peripheral member and the upper member is released and the upper member is moved relative to the outer peripheral member to change the position of the opening of the upper member relative to the substrate on the bonding stage.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2019140205A (en) * | 2018-02-08 | 2019-08-22 | Tdk株式会社 | Mounting apparatus and mounting method |
Citations (2)
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JPH07153783A (en) * | 1993-11-30 | 1995-06-16 | Nec Corp | Semiconductor manufacturing equipment |
JP2003260586A (en) * | 2002-03-08 | 2003-09-16 | Fuji Electric Co Ltd | Reduction-type solder joining apparatus |
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2008
- 2008-11-20 JP JP2008296622A patent/JP2010123786A/en active Pending
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