JP2012114382A - Bonding apparatus - Google Patents

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    • H01L24/81Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide means which produces substrates on which chips have been tentatively placed in a previous process and simplifies a bonding head, thereby increasing the operating speed with a small structure and improving work efficiency.SOLUTION: In a state 23 where a chip 20 is tentatively placed on a substrate 21, a bonding head 30 moves down and a position where the bonding head 30 contacts with the chip is measured by a force sensor 31. Then, the chip is suctioned and the holding height is adjusted. The chip is heated and cooled by a pulse heater 38. This operation process increases the production speed.

Description

この発明は例えば半導体チップや半導体部品(以下チップと称す)を半田バンプ(半田製の突起電極や半田ボール)を介して基板の表面に実装(ボンディング)するボンディング装置およびボンディング方法に関するものである。 The present invention relates to, for example, a bonding apparatus and a bonding method for mounting (bonding) a semiconductor chip or a semiconductor component (hereinafter referred to as a chip) on a surface of a substrate via solder bumps (solder bump electrodes or solder balls).

半導体チップの実装方法は、主に、ワイヤボンディング(Wire Bonding)、TAB(Tape Automated
Bonding)およびフリップチップボンディング(Flip Chip Bonding )の3つの方法に分類される。
フリップチップボンディングにおいては、半導体チップを、その能動端子面をプリント基板に対向させた状態(フェースダウン状態)で、このプリント基板上に固定する必要がある。
このようにフリップチップボンディングの場合には、上記基板との接続媒体として半田バンプと称される半田製の突起電極を用いる技術がある。
半田材を用いた接続を行う場合には、フリップチップの場合には半導体チップ上と基板上にあらかじめ半田材を供給しておき、この半田材を加熱により再溶融させた後凝固させることで行うようになっている。
Semiconductor chip mounting methods are mainly wire bonding and TAB (Tape Automated).
There are three methods: Bonding) and Flip Chip Bonding.
In flip chip bonding, it is necessary to fix a semiconductor chip on this printed circuit board with its active terminal surface facing the printed circuit board (face-down state).
As described above, in the case of flip-chip bonding, there is a technique that uses a protruding electrode made of solder called a solder bump as a connection medium with the substrate.
In the case of the connection using the solder material, in the case of flip chip, the solder material is supplied on the semiconductor chip and the substrate in advance, and the solder material is remelted by heating and then solidified. It is like that.

本発明の従来例として特願平7-312125が提案されている。ボンディングステージ99に設置された基板94に電極パット911が、チップ90に設置された半田バンプ93と相対するようにボンディングツール94によって運搬される。
ボンディングツール94には吸引孔95から吸引することによって下端部にチップ90を吸着保持できるように構成されている。
また、ボンディングツール94には発熱部98が備えられており、発熱部98が昇温することによってチップ90を加熱し半田バンプ93を溶解させることができるようになっている。
ボンディングツール94はツールホルダ97によって、移動可能になっている。ツールホルダ97にはレーザ変位計96が備えられておりレーザ961を照射することによって、ボンディングツール94の高低を測定することが出来るようになっている。
Japanese Patent Application No. 7-312125 has been proposed as a conventional example of the present invention. The electrode pad 911 is transported by the bonding tool 94 to the substrate 94 placed on the bonding stage 99 so as to face the solder bumps 93 placed on the chip 90.
The bonding tool 94 is configured so that the chip 90 can be sucked and held at the lower end by sucking from the suction hole 95.
Further, the bonding tool 94 is provided with a heat generating portion 98, and when the heat generating portion 98 is heated, the chip 90 can be heated and the solder bump 93 can be dissolved.
The bonding tool 94 can be moved by a tool holder 97. The tool holder 97 is provided with a laser displacement meter 96, and the height of the bonding tool 94 can be measured by irradiating the laser 961.

レーザ変位計96の測定によってボンディングツール94は図4の(2)のグラフのように制御される。チップ90を吸着保持したボンディングツール94は、ツールホルダ97によってボンディングステージ99に載置された基板91上に移動し半田バンプ93と電極パッド911が正確に接合するように位置調整される。
その後図4の(2)のグラフの点A〜点Bのようにボンディングツール94は高速下降して半田バンプ93が電極パッド911に点Bで接触する。
By the measurement of the laser displacement meter 96, the bonding tool 94 is controlled as shown in the graph (2) of FIG. The bonding tool 94 holding the chip 90 is moved onto the substrate 91 placed on the bonding stage 99 by the tool holder 97, and the position is adjusted so that the solder bump 93 and the electrode pad 911 are accurately bonded.
Thereafter, as indicated by points A to B in the graph (2) of FIG. 4, the bonding tool 94 descends at a high speed, and the solder bump 93 contacts the electrode pad 911 at the point B.

その後、点C〜点Dにかけてボンディングツール94の位置は20μm程度、一旦下降する。このとき熱電対98が加熱してボンディングツール94を昇温して点D〜点Eの間でチップ90についた、半田バンプ93を溶解して電極パット911と接合させる。
次に点E〜点Fまでボンディングツール94を上昇させてチップ90と、基板91の間隔を調整するべく位置制御して所定位置で冷却し半田付けを完了する。
Thereafter, the position of the bonding tool 94 is once lowered by about 20 μm from point C to point D. At this time, the thermocouple 98 is heated to raise the temperature of the bonding tool 94, and the solder bump 93 attached to the chip 90 between the points D to E is melted and joined to the electrode pad 911.
Next, the bonding tool 94 is raised from the point E to the point F, the position is controlled to adjust the distance between the chip 90 and the substrate 91, and the soldering is completed by cooling at a predetermined position.

次に点F〜点Gの間でチップ90の冷却が行われる。点Gでチップ90の吸着保持が解除され、点G〜点Hの間でチップ90を開放したボンディングツール94は高速上昇する。
以上のような構成と制御によってチップ90は基板91の所定の位置に接合される。
Next, the chip 90 is cooled between the points F to G. The suction holding of the chip 90 is released at the point G, and the bonding tool 94 that has opened the chip 90 between the points G and H rises at a high speed.
With the configuration and control as described above, the chip 90 is bonded to a predetermined position on the substrate 91.

特願平7-312125Japanese Patent Application No. 7-312125

上述したような従来例に拠れば、吸着保持したチップ90を、正確に位置決めしなくてはならない。そのためにはボンディングツール94は上下動の他に回転機構も備えればならず、更には、下降しながら正確にチップ90を設置しなければならないので、画像処理用の高解析カメラなどで解析速度を早くする必要があり、全体構造が複雑になると共に、制御方法も大量のプログラムが必要であった。以上のような理由により一つの製品を仕上げる為の処理に時間がかかる原因になっていた。   According to the conventional example as described above, the chip 90 held by suction must be accurately positioned. For this purpose, the bonding tool 94 must be equipped with a rotation mechanism in addition to the vertical movement, and further, since the chip 90 must be accurately installed while descending, the analysis speed can be increased with a high-analysis camera for image processing. As a result, the overall structure becomes complicated and the control method requires a large amount of programs. For the reasons described above, processing for finishing one product takes time.

また、図4の(1)に図示されるようなレーザ変位計96による、半導体チップの保持高さhの測定方法では、基板91とチップ90の距離が正確に測定できないことがあった。例えば繰り返し発熱する発熱部98の影響でボンディングツール94全体が昇温し、熱影響によってボンディングツール94の全長が変化してしまい、半導体チップ90の保持高さhが異なってしまうことがあった。   Further, in the method for measuring the holding height h of the semiconductor chip using the laser displacement meter 96 as shown in FIG. 4 (1), the distance between the substrate 91 and the chip 90 may not be accurately measured. For example, the temperature of the bonding tool 94 as a whole is increased by the influence of the heat generating portion 98 that repeatedly generates heat, and the entire length of the bonding tool 94 changes due to the heat effect, and the holding height h of the semiconductor chip 90 may differ.

更には、ボンディングステージ99は基板91の電極パット911に半田が着きやすくするためにボンディングステージ99を昇温して基板91を加熱しておく必要があった。   Furthermore, in order for the bonding stage 99 to make it easier for solder to adhere to the electrode pads 911 of the substrate 91, it is necessary to raise the temperature of the bonding stage 99 and to heat the substrate 91.

ボンディングステージ99を加熱した熱は装置全体に伝わり様々な箇所を熱影響によって変化させるので図4の(1)の構成のようにツールホルダー97とボンディングツール94の間隔をレーザ961を用いて測定しても、チップ90と基板91の正確な距離を測定することは出来ず、不良品を製作してしまうことがあった。

Since the heat that heats the bonding stage 99 is transmitted to the entire device and changes various places due to the thermal effect, the distance between the tool holder 97 and the bonding tool 94 is measured using a laser 961 as shown in (1) of FIG. However, the exact distance between the chip 90 and the substrate 91 cannot be measured, and a defective product may be manufactured.

半田材を介在させて基板とチップを仮置した状態の電子部品をボンディングする装置であって、前記チップを吸着保持して上下動可能なヘッドと、前記ヘッドが前記チップに接触した接触位置を判断する力センサと、前記ヘッドを昇温冷却するパルスヒータと、前記ヘッドと前記力センサと前記パルスヒータを制御する制御部を備え、前記ヘッドが前記基板の上に仮置された前記チップに接触した接触位置を前記力センサで判断し、前記チップを前記ヘッドで吸着して、前記基板と前記チップの間隙が一定になるようにして、前記パルスヒータで前記ヘッドと前記チップを昇温し、前記基板と前記チップに介在した半田材を溶融させるように前記制御部が制御するようにしたことを特徴とするボンディング装置を提案するものである。   An apparatus for bonding an electronic component in a state where a substrate and a chip are temporarily placed with a solder material interposed therebetween, wherein a head capable of moving up and down by sucking and holding the chip, and a contact position where the head contacts the chip A force sensor for determining; a pulse heater for heating and cooling the head; and a control unit for controlling the head, the force sensor, and the pulse heater, wherein the head is temporarily placed on the substrate. The contact position is determined by the force sensor, the chip is adsorbed by the head, the gap between the substrate and the chip is made constant, and the head and the chip are heated by the pulse heater. The present invention proposes a bonding apparatus characterized in that the control unit controls the solder material interposed between the substrate and the chip to melt.

そして前記ヘッドが複数装着されたことを特徴とするボンディング装置を提案するものである。
The present invention proposes a bonding apparatus in which a plurality of the heads are mounted.

本発明ではあらかじめ前工程でチップを基板21上に仮置した状態23で、本体1に装填される。チップ20と基板21の間に入れられた半田24が所定位置に貼着されて基板21の上に仮置されている。そこでボンディングヘッド30は下降してヘッド下端部301がチップ20に接触した位置を力センサ31によって計測し、その計測位置から半導体チップの保持高さHを調整するように構成した。そのためボンディングヘッド30は位置決め機能が高精度でなくてもチップ20を吸着保持して一定高さになるように調整されれば良いので、簡単な構造にすることが出来ると共に、下降速度を早くすることができ製作速度を早くすることができるようになった。   In the present invention, the chip is preliminarily placed in the main body 1 in a state 23 temporarily placed on the substrate 21 in the previous step. A solder 24 put between the chip 20 and the substrate 21 is stuck at a predetermined position and temporarily placed on the substrate 21. Therefore, the bonding head 30 is lowered and the position where the head lower end 301 is in contact with the chip 20 is measured by the force sensor 31, and the holding height H of the semiconductor chip is adjusted from the measurement position. For this reason, the bonding head 30 can be adjusted so that the chip 20 is sucked and held at a certain height even if the positioning function is not highly accurate, so that the structure can be simplified and the lowering speed can be increased. And the production speed can be increased.

また、制御部5で制御する為のプログラムが簡便でよいので短時間で実行できるので複数のボンディングヘッド30を装備することができ、一台で複数のチップ20と基板21を半田処理でき量産効率が上昇した。 In addition, since the program for controlling by the control unit 5 can be simple and can be executed in a short time, a plurality of bonding heads 30 can be equipped, and a plurality of chips 20 and the substrate 21 can be soldered by one unit and mass production efficiency is achieved. Rose.

長時間の連続使用によりボンディングヘッド30やボンディングステージ35が熱影響で変化することがあっても図2の(2)のようにチップ20仮置済み基板23にボンディングヘッド30が接触位置の高さHを検出しその位置から高さHを調整するので装置の熱影響によって高さHに誤差を生じることが少なく、正確な制御をすることができるので、不良品の発生をおさえることができる。 Even if the bonding head 30 and the bonding stage 35 may change due to thermal effects due to continuous use for a long time, as shown in (2) of FIG. Since H is detected and the height H is adjusted from that position, there is little error in the height H due to the thermal effect of the apparatus, and accurate control can be performed, so that the generation of defective products can be suppressed.

たくさんのチップ仮置済み基板23を半田付けするためには、ボンディングステージ35は、大型にしたほうが保温性と熱効率がよく効率的である。また、ボンディングステージ35が熱影響によってチップ仮置済み基板23の載置高さが変化しても、ボンディングヘッド30がチップ20に接触してから高さ調整が行われるので、熱影響による変化に影響されにくく正確な半田付け作業が実行される。
複数のチップ仮置済み基板23を複数のボンディングヘッド30で半田付けするので、均一な製品を短いタクトで製作することができる。
In order to solder a large number of temporarily placed substrates 23, the bonding stage 35 is more efficient in terms of heat retention and thermal efficiency when it is made larger. In addition, even if the mounting height of the temporarily mounted substrate 23 changes due to the thermal effect of the bonding stage 35, the height is adjusted after the bonding head 30 contacts the chip 20, so the change due to the thermal effect Accurate soldering operations are performed that are not easily affected.
Since a plurality of chip temporarily placed substrates 23 are soldered with a plurality of bonding heads 30, a uniform product can be manufactured with a short tact.

図1は当該発明にかかる発明の外観図である。図2の(1)〜(4)はボンディングヘッド30の動作を図示したものである。更に図3は本体1の動作フローをフローチャートにして記載したものである。   FIG. 1 is an external view of the invention according to the invention. 2 (1) to (4) illustrate the operation of the bonding head 30. FIG. FIG. 3 is a flowchart showing the operation flow of the main body 1.

図1に基づいて本発明の概要を説明する。基板ローダ44によって供給されたキャリア42の中にチップ仮置済み基板23がつめられた状態で供給される。コンベア47などの送り機構によってキャリア42が本体1の中央部のボンディングステージ35に移送される。   The outline of the present invention will be described with reference to FIG. The substrate is supplied in a state where the chip temporarily placed substrate 23 is packed in the carrier 42 supplied by the substrate loader 44. The carrier 42 is transferred to the bonding stage 35 at the center of the main body 1 by a feeding mechanism such as a conveyor 47.

尚、本体1には制御部5が備えられており、本体の制御は全て制御部5によって制御される。ボンディングステージ35に移送されたチップ仮置済み基板23が格納されたキャリア42は、ボンディングヘッド30の下部に移動する。
ボンディングヘッド30は図1では6個図示されており、キャリア42に格納されたチップ仮置済み基板23を6個一斉に半田付けすることができる。
The main body 1 is provided with a control unit 5, and all control of the main body is controlled by the control unit 5. The carrier 42 storing the chip temporarily placed substrate 23 transferred to the bonding stage 35 moves to the lower part of the bonding head 30.
In FIG. 1, six bonding heads 30 are shown, and six of the chip temporarily placed substrates 23 stored in the carrier 42 can be soldered together.

ボンディングヘッド30の下部にチップ仮置済み基板23の入ったキャリア42が移送されると、6個のボンディングヘッドZ方向移動部40の駆動によって、6つのボンディングヘッドが下降し半田付け作業が行われる。
図1に記載されたキャリア42には、18個のチップ仮置済み基板23が格納されており、ボンディングヘッド30は6個あるので3工程でキャリア42内の全てのチップ仮置済み基板23に半田付け作業が終了する。
また、ボンディングヘッド30とキャリア42の位置がずれたときは、X方向の調整はボンディングヘッドX方向移動部41によって行われ、Y方向の調整はボンディングステージ35の移動によって行われる。
ただし、ボンディングヘッド30の吸引孔32がチップ20の中心部をずれたとしても、半田を溶解する間チップ20を吸着保持できればよいのでX方向とY方向に微調整することはない。
When the carrier 42 containing the chip temporarily placed substrate 23 is transferred to the lower part of the bonding head 30, the six bonding heads are lowered by the driving of the six bonding head Z-direction moving units 40 to perform the soldering operation. .
The carrier 42 shown in FIG. 1 stores 18 chips temporarily placed on the substrate 23, and since there are 6 bonding heads 30, all the chips temporarily placed on the substrate 23 in the carrier 42 are placed in 3 steps. The soldering operation is completed.
When the positions of the bonding head 30 and the carrier 42 are shifted, adjustment in the X direction is performed by the bonding head X direction moving unit 41, and adjustment in the Y direction is performed by moving the bonding stage 35.
However, even if the suction hole 32 of the bonding head 30 deviates from the center of the chip 20, it is sufficient that the chip 20 can be sucked and held while the solder is melted, so that fine adjustment in the X and Y directions is not required.

ボンディングヘッド30とチップ仮置済み基板23の間隔Hもしくは動作等は、ギャップ観察カメラ46によって撮像され、制御部5によって所定間隔になるよう解析され制御される。
半田付け作業の終わったキャリア42はもとのスルーコンベア47の位置に移送されそのまま押し出されて、基板アンローダ45のケース内に収納されて、半田付け作業が終了する。
An interval H or an operation between the bonding head 30 and the chip temporarily placed substrate 23 is captured by the gap observation camera 46, and is analyzed and controlled by the control unit 5 so as to be a predetermined interval.
The carrier 42 after the soldering operation is transferred to the original position of the through conveyor 47, pushed out as it is, and stored in the case of the board unloader 45, and the soldering operation is completed.

なおこの本体1の半田作業部分はケース491によって囲われており、ファン49とフィルタ(図示しない)を通して作業装置内をクリーンルーム化して空気を清浄にしている。
以上のような工程でボンディング作業が実行される。
The solder work portion of the main body 1 is surrounded by a case 491, and the working apparatus is made a clean room through a fan 49 and a filter (not shown) to clean the air.
The bonding operation is performed in the above process.

次に図2の(1)〜(4)について説明する。図2の(1)はボンディングヘッド30の下にチップ仮置済み基板23が載置された状態を示すものである。チップ20と基板21の間には既に所定の位置に半田ボール等の半田材が貼着されている。
また、ボンディングステージ35は暖められており、基板21は暖められ半田24が溶解しやすい状態になっている。
Next, (1) to (4) in FIG. 2 will be described. FIG. 2 (1) shows a state where the chip temporarily placed substrate 23 is placed under the bonding head 30. A solder material such as a solder ball is already attached between the chip 20 and the substrate 21 at a predetermined position.
Further, the bonding stage 35 is warmed, the substrate 21 is warmed, and the solder 24 is easily dissolved.

つぎに図2の(2)はボンディングヘッドZ方向移動部によってボンディングヘッド30が下降し、ヘッド先端部301がチップ20に接触した状態を示す。
このときのチップ20と基板21は高さHの間隔に保持されている。
Next, (2) of FIG. 2 shows a state in which the bonding head 30 is lowered by the bonding head Z direction moving portion, and the head tip portion 301 is in contact with the chip 20.
At this time, the chip 20 and the substrate 21 are held at an interval of height H.

ヘッド先端部301がチップ20に接触したことは力センサー31によってボンディングヘッド30の荷重変化として検出され制御部5に送信されると、ボンディングヘッドZ方向移動部40は直ちに停止し、その位置がチップ20の初期位置として記憶される。   When the contact of the head tip 301 with the chip 20 is detected as a load change of the bonding head 30 by the force sensor 31 and transmitted to the control unit 5, the bonding head Z-direction moving unit 40 immediately stops, and the position thereof is the chip. Stored as 20 initial positions.

その後図2の(3)の様に吸引孔32から空気が吸引されボンディングヘッド30の位置は変わらずに、チップ20が吸引されてボンディングヘッド30に吸着保持される。
次にあらかじめ設定された距離F〜Jにボンディングヘッド30が移動しながら(ただしまったく移動しない設定もある)チップ20を吸着保持したまま、パルスヒータ38が加熱し、半田24が溶解し図2の(4)のような状態になるようにボンディングヘッド30のZ方向の位置を調整する。
Thereafter, as shown in FIG. 2 (3), air is sucked from the suction holes 32, and the chip 20 is sucked and held by the bonding head 30 without changing the position of the bonding head 30.
Next, the pulse heater 38 is heated while the chip 20 is adsorbed and held while the bonding head 30 moves at a preset distance F to J (but there is a setting that does not move at all), and the solder 24 is melted as shown in FIG. The position of the bonding head 30 in the Z direction is adjusted so that the state shown in (4) is obtained.

その結果図2の(4)のように鼓状に溶解した半田241が完成し、そのままパルスヒータ38の加熱を停止することによって図2の(4)のような形状の半田付けが完成する。   As a result, the solder 241 melted in a drum shape is completed as shown in (4) of FIG. 2, and the heating of the pulse heater 38 is stopped as it is, thereby completing the soldering as shown in (4) of FIG.

上記のような構成によって、半田24が溶解してその表面張力によってその位置にとどまろうとする作用を利用して、半田が隣同士接続することを防止している。
このようにチップ20の位置が下側過ぎると溶解した半田の表面張力を破って隣同士が接続してしまうし、チップ20の位置が上側過ぎると溶解した半田の表面張力を超えて切れてしまう。そのような状況にならないようあらかじめ設定されたチップ20の位置になるようにボンディングヘッド30は制御されている。
その後、吸引孔32からの吸引が停止し、チップ20は開放され、チップ20の半田付け作業が完了する。
With the configuration as described above, the solder is prevented from being connected to each other by utilizing the action that the solder 24 melts and tries to stay at that position by the surface tension.
In this way, if the position of the chip 20 is too low, the surface tension of the melted solder is broken and the neighbors are connected to each other, and if the position of the chip 20 is too high, the surface tension of the melted solder is exceeded. . The bonding head 30 is controlled so that the position of the chip 20 is set in advance so that such a situation does not occur.
Thereafter, the suction from the suction hole 32 is stopped, the chip 20 is opened, and the soldering operation of the chip 20 is completed.

以上のようにボンディングヘッド30は上下動するだけでよく、回転する必要がないので軽量化できる。更に力センサ31とボンディングヘッドZ方向移動部40によってチップ20の調整位置が決定されるので複雑な構成を必要とせず、作業速度を早くすることができる。   As described above, the bonding head 30 only needs to move up and down and does not need to rotate, so that the weight can be reduced. Furthermore, since the adjustment position of the chip 20 is determined by the force sensor 31 and the bonding head Z direction moving unit 40, a complicated configuration is not required and the working speed can be increased.

なお、熱影響等によって機械全体が熱膨張したと考えられるときはダミーのチップ仮置済み基板をボンディングステージ35に載置して、ボンディングヘッド30を下降して、ヘッド先端部をダミーチップに接触させこの位置を基準位置にすれば、全体の熱膨張を解消することができる。上記熱膨張による誤差の測定は数分から数十分に一度行えばよい。   When it is considered that the entire machine has been thermally expanded due to thermal effects, etc., the dummy chip temporarily placed substrate is placed on the bonding stage 35, the bonding head 30 is lowered, and the head tip contacts the dummy chip. If this position is set as the reference position, the overall thermal expansion can be eliminated. The error due to thermal expansion may be measured once for several minutes to several tens of minutes.

図4に図示された従来式のボンディングツール94でも同様の基準点調整を行うことで熱膨張による誤差を解消することができるが、チップ90の吸着部とレーザ961による測定部が離れているので、熱影響による誤差が解消できない場合が考えられる。   Even with the conventional bonding tool 94 shown in FIG. 4, errors due to thermal expansion can be eliminated by performing the same reference point adjustment, but the adsorption part of the chip 90 and the measurement part by the laser 961 are separated. There are cases where errors due to heat effects cannot be resolved.

本発明の装置はチップ20を正確に載置することは考慮しなくてもよいので、ボンディングヘッド30には回転機構がいらない。なぜならば既にチップ20は基板21に載置された状態で供給されるので、チップ20の回転方向の位置制御は必要ないからである。   Since the apparatus of the present invention does not need to consider placing the chip 20 accurately, the bonding head 30 does not require a rotation mechanism. This is because the chip 20 is already supplied in a state of being placed on the substrate 21, so that position control in the rotation direction of the chip 20 is not necessary.

また、本発明はヘッド先端部がチップ20に接触した位置を基準にするので、熱影響によって誤差が生じても大きな問題にならないほど僅かである。無駄な機構を省いたボンディングヘッド30によって、作業速度を大幅に向上できる。 In addition, since the present invention is based on the position where the head tip is in contact with the chip 20, the error is so small that it does not cause a big problem even if an error occurs due to thermal effects. The working speed can be greatly improved by the bonding head 30 that eliminates a useless mechanism.

図3は本発明に係る装置1に搬入されたキャリア42のフローチャートを図示したものである。図1に図示された構成のようにスルーコンベア43がありキャリア42を他のラインに流すことができるようになっている。   FIG. 3 shows a flowchart of the carrier 42 carried into the apparatus 1 according to the present invention. As shown in FIG. 1, there is a through conveyor 43 that allows the carrier 42 to flow to another line.

以上のように本発明ではあらかじめ前工程でチップを基板21上に仮置した状態23で、本体1に装填される。チップ20と基板21の間に入れられた半田24が所定位置に貼着されて基板21の上に仮置されている。そこでボンディングヘッド30は下降してヘッド下端部301がチップ20に接触した位置を力センサ31によって計測し、その計測位置から半導体チップの保持高さHを調整するように構成した。
そのためボンディングヘッド30は位置決め機能が高精度でなくてもチップ20を吸着保持して一定高さになるように調整されれば良いので、簡単な構造にすることが出来ると共に、下降速度を早くすることができ製作速度を早くすることができるようになった。
As described above, in the present invention, the chip 1 is previously loaded in the main body 1 in a state 23 temporarily placed on the substrate 21 in the previous process. A solder 24 put between the chip 20 and the substrate 21 is stuck at a predetermined position and temporarily placed on the substrate 21. Therefore, the bonding head 30 is lowered and the position where the head lower end 301 is in contact with the chip 20 is measured by the force sensor 31, and the holding height H of the semiconductor chip is adjusted from the measurement position.
For this reason, the bonding head 30 can be adjusted so that the chip 20 is sucked and held at a certain height even if the positioning function is not highly accurate, so that the structure can be simplified and the lowering speed can be increased. And the production speed can be increased.

また、制御部5で制御する為のプログラムが簡便でよいので短時間で実行できるので複数のボンディングヘッド30を装備することができ、一台で複数のチップ20と基板21を半田処理でき量産効率が上昇した。 In addition, since the program for controlling by the control unit 5 can be simple and can be executed in a short time, a plurality of bonding heads 30 can be equipped, and a plurality of chips 20 and the substrate 21 can be soldered by one unit and mass production efficiency is achieved. Rose.

更に長時間の連続使用によりボンディングヘッド30やボンディングステージ35が熱影響で変化することがあっても図2の(2)のようにチップ20仮置済み基板23にボンディングヘッド30が接触位置の高さHを検出しその位置から高さF〜Jを調整するので装置の熱影響によって高さHに誤差を生じることが少なく、正確な制御をすることが出来、不良品の発生をおさえることができる。 Furthermore, even if the bonding head 30 and the bonding stage 35 change due to thermal effects due to continuous use for a long time, as shown in FIG. 2 (2), the bonding head 30 has a high contact position on the chip 20 temporarily placed substrate 23. Since the height H is detected and the heights F to J are adjusted from that position, there is little error in the height H due to the thermal effect of the device, accurate control can be performed, and the generation of defective products can be suppressed. it can.

たくさんのチップ仮置済み基板23を半田付けするためには、ボンディングステージ35は、大型にしたほうが保温性と熱効率がよく効率的である。また、ボンディングステージ35が熱影響によってチップ仮置隅基板23の載置高さが変化しても、ボンディングヘッド30がチップ20に接触してから高さ調整が行われるので、熱影響による変化に影響されにくく正確な半田付け作業が実行される。 In order to solder a large number of temporarily placed substrates 23, the bonding stage 35 is more efficient in terms of heat retention and thermal efficiency when it is made larger. Even if the mounting height of the chip temporary placement corner substrate 23 changes due to the thermal effect of the bonding stage 35, the height is adjusted after the bonding head 30 contacts the chip 20, so the change due to the thermal effect Accurate soldering operations are performed that are not easily affected.

そして複数のチップ仮置済み基板23を複数のボンディングヘッド30で半田付けするので、均一な製品を短いタクトで製作することができる。

Since a plurality of temporarily placed substrates 23 are soldered with a plurality of bonding heads 30, a uniform product can be manufactured with a short tact.

本発明は様々な形状の半田部材の実装に応用することができる。

The present invention can be applied to mounting solder members having various shapes.

ボンディング装置全体の斜視図である。It is a perspective view of the whole bonding apparatus. ボンディングヘッドの動作を図示したものである。The operation of the bonding head is illustrated. ボンディング装置の動作のフローチャートである。It is a flowchart of operation | movement of a bonding apparatus. 従来のボンディングツールとチップの保持高さのグラフGraph of holding height of conventional bonding tool and chip

1 ボンディング装置本体
5 制御部
20
チップ
21
基板
23 チップ仮置済み基板
24
半田
241 鼓状に溶解した半田
30
ボンディングヘッド
301 ヘッド先端部
31
力センサ
32
吸引孔
35 ボンディングステージ
38 パルスヒータ
40
ボンディングヘッドZ方向移動部
41
ボンディングヘッドX方向移動部
42
キャリア
43
スルーコンベア
44
基板ローダ
45
基板アンローダ
46
ギャップ観察カメラ
47
コンベア
49 ファン
491
ケース
90
チップ
91
基板
911
電極パッド
93 半田バンプ
94
ボディングツール
95
吸引孔
96
レーザ変位計
961 レーザ(光)
97
ツールホルダ
98
発熱部
99
ボンディングステージ



1 Bonding device body
5 Control unit
20
Chip
twenty one
substrate
23 Chip temporarily placed substrate
twenty four
solder
241 Solder dissolved in a drum shape
30
Bonding head
301 Head tip
31
Force sensor
32
Suction hole
35 Bonding stage
38 Pulse heater
40
Bonding head Z direction moving part
41
Bonding head X direction moving part
42
Career
43
Through conveyor
44
Board loader
45
Board unloader
46
Gap observation camera
47
Conveyor
49 fans
491
Case
90
Chip
91
substrate
911
Electrode pad
93 Solder bump
94
Boarding tools
95
Suction hole
96
Laser displacement meter
961 Laser (light)
97
Tool holder
98
Heat generation part
99
Bonding stage



Claims (2)

半田材を介在させて基板とチップを仮置した状態の電子部品をボンディングする装置であって、
前記チップを吸着保持して上下動可能なヘッドと、
前記ヘッドが前記チップに接触した接触位置を判断する力センサと、
前記ヘッドを昇温冷却するパルスヒータと、
前記ヘッドと前記力センサと前記パルスヒータを制御する制御部を備え、
前記ヘッドが前記基板の上に仮置された前記チップに接触した接触位置を前記力センサで判断し、前記チップを前記ヘッドで吸着して、前記基板と前記チップの間隙が一定になるようにして、前記パルスヒータで前記ヘッドと前記チップを昇温し、前記基板と前記チップに介在した半田材を溶融させるように前記制御部が制御するようにしたことを特徴とするボンディング装置。


An apparatus for bonding electronic components in a state where a substrate and a chip are temporarily placed with a solder material interposed therebetween,
A head capable of moving up and down by sucking and holding the chip;
A force sensor for determining a contact position where the head contacts the chip;
A pulse heater for heating and cooling the head;
A control unit for controlling the head, the force sensor, and the pulse heater;
The force sensor determines a contact position where the head contacts the chip temporarily placed on the substrate, and the chip is sucked by the head so that a gap between the substrate and the chip is constant. The control unit controls the temperature of the head and the chip with the pulse heater to melt the solder material interposed between the substrate and the chip.


前記ヘッドが複数装着されたことを特徴とする請求項1記載のボンディング装置。






2. The bonding apparatus according to claim 1, wherein a plurality of the heads are mounted.






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