JP2012104692A - ボンディング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品のボンディングに必要な熱量を確保するため、複数の光照射手段をボンディングヘッドの外周に配置することで、高出力を確保できるボンディングヘッドを有するボンディング装置を提供する。
【解決手段】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４を吸着保持する保持ツール２を有したボンディングヘッド３と、光を発する光源５と、光源から照射された光を保持ツールまで導光する導光手段６、７とを有し、ボンディング時に保持ツールに吸着保持された電子部品に光を照射して加熱するボンディング装置である。第２に、光源は複数の光照射手段をボンディングヘッドの外周に配置して形成される。第３に、光照射手段がボンディングヘッドの外周から内方に向けて光を照射する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子部品に光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ある。

従来、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、電子部品を吸着保持する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、電子部品を加熱する方式が知られている（特許文献１）。この方式では、加熱時間が短くて済む上、特別な冷却手段も必要とせず、短時間で冷却することができる。

このボンディング装置では、小さな電子部品の場合には適するが、大きな電子部品にあっては、加熱のための出力が不足する場合があった。更に、近年、電子部品であるチップの裏側に、貫通電極や冷却のための薄膜の金が成膜されている場合があり、このような場合には、ＹＡＧレーザ光などは、その多くが反射されてしまい、チップの均一かつ充分な加熱昇温ができないという問題が生じていた。

特許第３１９５９７０号特許公報

本発明は、電子部品のボンディングに必要な熱量を確保するため、複数の光照射手段をボンディングヘッドの外周に配置することで、高出力を確保できるボンディングヘッドを有するボンディング装置を提供し、上記課題を解決する。

第１の発明は、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保持ツールを有したボンディングヘッドと、光を発する光源と、前記光源から照射された光を前記保持ツールまで導光する導光手段とを有し、ボンディング時に前記保持ツールに吸着保持された電子部品に光を照射して加熱するボンディング装置である。
第２に、前記光源は複数の光照射手段を前記ボンディングヘッドの外周に配置して形成される。
第３に、前記光照射手段が前記ボンディングヘッドの外周から内方に向けて光を照射する。

第２の発明は、第１の発明に次の手段を付加したボンディング装置である。
第１に、導光手段として、アクシコンミラーと、カライドを有し、ボンディングヘッドの内部に、前記アクシコンミラーと前記カライドが配置される。
第２に、前記アクシコンミラーが光照射手段から内方に向けて出射される光を下方に反射する。
第３に、この下方に反射された光を前記カライドが整形すると共に均一化して上記保持ツールに保持された電子部品まで導光する。

第３の発明は、第１又は第２の発明における光照射手段から照射される光が紫外線であることを付加したボンディング装置である。

本発明は、電子部品のボンディングに必要な熱量を確保するため、複数の光照射手段をボンディングヘッドの外周に配置することで、高出力を確保できるボンディングヘッドを有するボンディング装置となった。

第２の発明の効果ではあるが、カライドを用いて光を全反射して、電子部品まで導光するため、ボンディングヘッド自体が昇温されて熱膨張で歪んだり、変形したりすることのないボンディング装置となった。

更に、第３の発明の効果ではあるが、光照射手段から照射される光が紫外線であることにより、ＩＣチップ等（電子部品）の裏面に金属膜などがある場合であっても均一な加熱ができるボンディング装置となった。

本発明に係るボンディング装置に用いられるボンディングヘッドの第１実施例を示す断面説明図 同ボンディングヘッドにおける高出力ＵＶーＬＥＤの配置を示す平面説明図 同ボンディングヘッド内の導光状態を示す断面説明図 異なるアクシコンミラーを用いたボンディングヘッドの第２実施例を示す断面説明図

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。
図１は、本発明に係るボンディング装置に用いられるボンディングヘッドの第１実施例を示す断面説明図であり、同図に従って説明する。本実施例に係るボンディング装置は、電子部品をプリント基板に接合する装置である。実施例における電子部品は、ＩＣチップ４であり、ＩＣチップ４は電子部品としては大きい５０ｍｍ×５０ｍｍのサイズのものを利用する。このＩＣチップ４の裏面の配線材料には金が用いられている。

ボンディング装置は、ボンディングヘッドと、ＬＥＤ光源と、導光手段とを有する。図１中符号３はボンディングヘッドであり、符号８は、ボンディングヘッド３のホルダであり、符号１は、ボンディングヘッド３の支持固定部材である。ボンディングヘッド３は、支持固定部材１により図示されていない昇降装置に装着されている。尚、図中符号９は、上部フランジである。

ボンディングヘッド３は、その先端、具体的にはホルダ８の先端（図１では下方端部）に電子部品たるＩＣチップ４を吸着保持する保持ツール２を有する。保持ツール２には、ＩＣチップ４を吸着保持するための吸引口１０が形成されている。更に、保持ツール２は、石英やサファイアといったＬＥＤ光１２を透過する部材を用いる。

ボンディングヘッド３のホルダ８には、真空吸引手段１１との接続口１６が形成されている。ボンディングヘッド３は、ホルダ８の接続口１６と保持ツール２の吸引口１０以外が密閉されている。そのため、真空吸引手段１１を作動させると、ＩＣチップ４は吸引口１０に働く吸引力により保持ツール２に吸着される。吸引口１０と真空吸引手段１１は接続されている。

図１中符号５は高出力ＵＶーＬＥＤ５であり、本発明における光照射手段となる。高出力ＵＶーＬＥＤ５は、紫外線領域の光（好ましくは３６５ｎｍの波長の光）を照射するものである。高出力ＵＶーＬＥＤ５は、複数個、実施例では１２個が、ボンディングヘッド３のホルダ８の上部でホルダ８の周囲を囲むように配置され、上部フランジ９とホルダ８の間に発光部１５をボンディングヘッド３の内方に向けて（具体的には、ＬＥＤ光１２がアクシコンミラー６に向かうように）取り付けられている。

高出力ＵＶーＬＥＤ５からボンディングヘッド３の内方へ照射されたＬＥＤ光１２を保持ツール２まで導光する導光手段として、アクシコンミラー６及びカライド７がある。アクシコンミラー６は円錐形で、テーパ部１３即ち円錐面が鏡面とされており、ボンディングヘッド３のホルダ８の内部に頂部１４を下方に向け、底円部を上部フランジ９に装着されて保持されている。

尚、図１及び図３に示す第１実施例のボンディングヘッド３におけるアクシコンミラー６は、円錐形のものであるが、図４に示す第２実施例のボンディングヘッド３のアクシコンミラー６のように、テーパ部１３（鏡面とされる円錐面）を内方に曲状に凹む形状にすると共に、頂部（円錐形の下端）１４をカットした断面台形状にすることによって、水平出射されたＬＥＤ光１２をより効率的に下方に導くことができる。

アクシコンミラー６の下方には、カライド７が配置される。カライド７は、筒形で内側が鏡面の多重反射体であり、上部開口が円で、下方に行くに連れて徐々に縮径されると共に、下部開口が四角となる。このカライド７は、アクシコンミラー６より入射する円形のＬＥＤ光１２を全反射し、縮小しながら、ＩＣチップ４のサイズに相当する四角形のＬＥＤ光１２へと整形する。実施例では、ＩＣチップ４が四角形であるため、カライド７による整形も四角形とされているが、カライド７の下方開口を任意の形状にすることにより様々な形状にも対応が可能である。

尚、図示の実施例では、カライド７の下端は、ボンディングヘッド３の下端に装着されている保持ツール２に達しているが、ボンディングヘッド３の先端部で、カライド７の端部と保持ツール２の間に平凸レンズやシリンドリカルレンズといった光学レンズを配置して、任意のサイズの集光パターンを整形することが可能である。この点は図示されていない。

以下、本実施例の動作につき説明する。まず半導体チップ供給装置より供給されるＩＣチップ４は半田バンプを下方に位置させて供給される。該ＩＣチップ４は上面中心を保持ツール２の吸引口１０によって吸着されて取出される。同時に別設の駆動装置によりプリント基板がボンディング位置に供給される。

保持ツール２をボンディング位置に移動させ、位置合わせを行った後、保持ツール２をＩＣチップ４の半田バンプがプリント基板のリード線と接触するまで下降させる。

この時点で、高出力ＵＶーＬＥＤ５よりＬＥＤ光１２の照射が開始される。図３は、本発明に係るボンディング装置に用いられるボンディングヘッド３内の導光状態を示す断面説明図である。

高出力ＵＶーＬＥＤ５から水平出射されたＬＥＤ光１２はアクシコンミラー６で下方に向けて反射され、カライド７により、円形のＬＥＤ光１２から縮小し、均一なＩＣチップ４のサイズに相当するＬＥＤ光１２へと整形される。整形されたＬＥＤ光１２は保持ツール２を透過して、ＩＣチップ４に照射され、該照射によって半田バンプが溶けて、ＩＣチップ４がプリント基板に溶着される。この間の加圧は別途制御手段により制御されている。この照射は保持ツール２が透光性に優れているので、ＩＣチップ４全面に照射可能である。

整形されたＬＥＤ光１２は保持ツール２を透過してＩＣチップ４に直接照射され、ＩＣチップ４の加熱に使われる。実施例では、５０ｍｍ×５０ｍｍのサイズのＩＣチップ４を用いたが、この大きさであっても摂氏３００度まで４秒で昇温が可能であった。尚、本実施例では、光源としてＬＥＤを使用したが、固体レーザ、半導体レーザといったレーザや、キセノンランプといったランプを用いるようにしてもよい。

１・・・・・・・・支持固定部材
２・・・・・・・・保持ツール
３・・・・・・・・ボンディングヘッド
４・・・・・・・・ＩＣチップ
５・・・・・・・・高出力ＵＶーＬＥＤ
６・・・・・・・・アクシコンミラー
７・・・・・・・・カライド
８・・・・・・・・ホルダ
９・・・・・・・・上部フランジ
１０・・・・・・・吸引口
１１・・・・・・・真空吸引手段
１２・・・・・・・ＬＥＤ光
１３・・・・・・・テーパ部
１４・・・・・・・頂部
１５・・・・・・・発光部
１６・・・・・・・接続口

Claims (3)

1. 先端に電子部品を吸着保持する保持ツールを有したボンディングヘッドと、光を発する光源と、前記光源から照射された光を前記保持ツールまで導光する導光手段と、を有し、ボンディング時に前記保持ツールに吸着保持された電子部品に光を照射して加熱するボンディング装置において、
   前記光源は複数の光照射手段を前記ボンディングヘッドの外周に配置して形成され、
   前記光照射手段が前記ボンディングヘッドの外周から内方に向けて光を照射することを特徴とするボンディング装置。
   
2. 上記導光手段として、アクシコンミラーと、カライドを有し、上記ボンディングヘッドの内部に、前記アクシコンミラーと前記カライドが配置され、
   前記アクシコンミラーが上記光照射手段から内方に向けて出射される光を下方に反射し、
   この下方に反射された光を前記カライドが整形すると共に均一化して上記保持ツールに保持された電子部品まで導光する
   ことを特徴とする請求項１に記載のボンディング装置。
   
3. 上記光照射手段から照射される光が紫外線であることを特徴とする請求項１又は２に記載のボンディング装置。

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