JP2014007329A - Bonding device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To individually cool chip mounting positions and shrink a substrate prior to a chip thereby preventing deformation, damage, and joining failure of the chip and the substrate, and to prevent the deterioration of the heat efficiency which is caused by cooling the next chip mounting position and shorten the work time of bonding.SOLUTION: The following means is adopted in a bonding device. Firstly, the bonding device includes: a bonding head 3 including chip holding means and heating means and a bonding stage 4 including substrate cooling means. Secondly, multiple chip mounting positions 47 are provided on a substrate 40. Thirdly, chips 7 are sequentially heated while being positioned at the chip mounting positions 47 to be bonded. Fourthly, the chip mounting positions 47 on the substrate 40, which is subject to bonding, are cooled by the substrate cooling means having multiple cooling parts 46 which independently cool the respective chip mounting positions 47.

Description

本発明は、基板にチップをボンディングするボンディング装置に関するもので、詳しくは、ボンディング装置における基板の冷却技術に特徴を有するものである。   The present invention relates to a bonding apparatus for bonding a chip to a substrate, and more specifically, has a feature in a substrate cooling technique in the bonding apparatus.

図8(A)に示されるように樹脂基板にチップを接合する方法として、基板40上のバンプ54とチップ7のバンプ54の位置合わせを行った後、荷重と加熱によって半田バンプ55を溶融させて接合する熱圧着方式がある。この熱圧着の工程では、所定の圧力を加えた後、チップ7側に高温をかけて接合を行うが、接合中にチップ7の熱が基板40に流れ、基板40の接合部分の温度を上昇させてしまう。その結果、チップ7と基板40とがともに熱膨張した状態で接合することとなる。   As shown in FIG. 8A, as a method of bonding the chip to the resin substrate, the bumps 54 on the substrate 40 and the bumps 54 of the chip 7 are aligned, and then the solder bumps 55 are melted by load and heating. There is a thermocompression bonding method. In this thermocompression bonding process, a predetermined pressure is applied and then bonding is performed by applying high temperature to the chip 7 side. During the bonding, the heat of the chip 7 flows to the substrate 40 and the temperature of the bonded portion of the substrate 40 is increased. I will let you. As a result, the chip 7 and the substrate 40 are bonded together in a thermally expanded state.

このとき、チップ7と基板40では熱膨張係数が違うため、チップ7と基板40とでは、図8(B)に示されるように伸び量が異なっている。即ち、チップ7より基板40の方が大きな伸び量となる。その後、ボンディングが終了し、温度が下がった時、チップ7と基板40が縮む前に半田バンプ55が先に固まる。このとき、チップ7と基板40の縮み量(図8(B)の矢印で示される方向の量)が異なっているので、基板40又はチップ7に応力がかかり、破損や反り等の変形や接合不良が生じていた。   At this time, since the coefficients of thermal expansion are different between the chip 7 and the substrate 40, the amount of elongation differs between the chip 7 and the substrate 40 as shown in FIG. 8B. That is, the substrate 40 has a larger amount of elongation than the chip 7. Thereafter, when the bonding is completed and the temperature is lowered, the solder bump 55 is first hardened before the chip 7 and the substrate 40 are contracted. At this time, since the amount of contraction between the chip 7 and the substrate 40 (the amount in the direction indicated by the arrow in FIG. 8B) is different, stress is applied to the substrate 40 or the chip 7 to cause deformation or bonding such as breakage or warpage. There was a defect.

そこで、特許文献1に示されるように、ボンディング中に基板を冷却して、製品の反りを防止する技術が開示された。しかしながら、特許文献1の技術は、図9(A)に示されるように、1つの基板に複数のチップを搭載する場合においても、基板全体を冷却している(図9(A)中斜線で示される部分を冷却している)ことから、次の被搭載位置まで冷却されることになり、次の被搭載位置での加熱効率が低下するという問題があった。   Therefore, as disclosed in Patent Document 1, a technique for cooling a substrate during bonding to prevent product warpage has been disclosed. However, as shown in FIG. 9A, the technique of Patent Document 1 cools the entire substrate even when a plurality of chips are mounted on one substrate (indicated by the oblique lines in FIG. 9A). Since the portion shown is cooled), it is cooled to the next mounted position, and there is a problem that the heating efficiency at the next mounted position is lowered.

特開2004−47670号公開特許公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-47670

本発明の第1の課題は、半田バンプ55が未固化のうちに、チップ7がボンディングされた基板40上の被搭載位置の裏面側(図8(C)中斜線で示される部分)を個別に独立して冷却することにより、伸び量及び縮み量の大きい基板40を先に縮め、チップ7や基板40の破損や変形を防止するとともに、接合不良を防止することを目的とする。
第2の課題は、図9(B)に示されるように、ボンディングヘッドがチップをボンディングしている基板の被搭載位置のみを裏面から冷却することにより(図9(B)中斜線で示される部分)、次の被搭載位置まで冷却してしまい、加熱効率を低下させるという問題をなくし、ボンディングの作業時間の短縮化を図ることを目的とする。
第3の課題は、簡便な構造によりボンディングしている基板の被搭載位置の個別冷却を行うことのできるボンディング装置を提供することを目的とする。
The first problem of the present invention is that the back side of the mounting position on the substrate 40 to which the chip 7 is bonded (the portion indicated by the slanted line in FIG. 8C) individually while the solder bump 55 is not solidified. By independently cooling the substrate 40, it is an object to shrink the substrate 40 having a large amount of elongation and shrinkage first, prevent damage and deformation of the chip 7 and the substrate 40, and prevent poor bonding.
As shown in FIG. 9B, the second problem is that only the mounting position of the substrate on which the bonding head is bonding the chip is cooled from the back surface (indicated by the oblique lines in FIG. 9B). Part), the object is to eliminate the problem of cooling to the next mounting position and lower the heating efficiency, and to shorten the bonding work time.
The third problem is to provide a bonding apparatus capable of performing individual cooling of the mounting position of the substrate bonded by a simple structure.

上記課題を解決するため、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、チップを保持するボンディングツールと加熱手段を有するボンディングヘッドと、基板を保持するとともに保持した基板を冷却する基板冷却手段を有するボンディングステージとを備える。
第2に、前記基板上の被搭載位置にチップを位置させた状態で当該チップを加熱して前記基板に当該チップをボンディングするとともに、前記基板冷却手段により前記基板を冷却するボンディング装置とする。
第3に、前記基板には、それぞれにチップが搭載される複数の被搭載位置が設けられるとともに、前記ボンディングヘッドは当該複数の被搭載位置のそれぞれに順次チップをボンディングするようにする。
第4に、前記基板冷却手段は、前記各被搭載位置に対応させて設けられるとともに、それぞれ独立して冷却動作させることが可能な複数の冷却部を有し、前記ボンディングヘッドがチップをボンディングしている基板の被搭載位置を裏面から冷却する。
In order to solve the above problems, the first invention employs the following means in the bonding apparatus.
First, a bonding head having a chip and a bonding head having a heating unit, and a bonding stage having a substrate cooling unit for holding the substrate and cooling the held substrate are provided.
Second, the chip is heated to bond the chip to the substrate while the chip is positioned at the mounting position on the substrate, and the substrate is cooled by the substrate cooling means.
Thirdly, the substrate is provided with a plurality of mounting positions on which chips are mounted, and the bonding head sequentially bonds the chips to the mounting positions.
Fourth, the substrate cooling means is provided corresponding to each of the mounting positions, and has a plurality of cooling units that can be cooled independently, and the bonding head bonds the chip. The mounted position of the substrate is cooled from the back side.

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とする。
第1に、上記ボンディングステージは、上記基板の裏面に当接する当接面を有する。
第2に、上記基板冷却手段の冷却部は、前記当接面に形成した冷却溝を前記ボンディングステージに保持した基板の裏面で閉鎖することにより形成される冷却通路と、当該冷却通路に冷却流体を供給し排出することが可能な冷却流体給排手段とから構成される。
The second invention is a bonding apparatus obtained by adding the following means to the first invention.
First, the bonding stage has a contact surface that contacts the back surface of the substrate.
Second, the cooling unit of the substrate cooling means includes a cooling passage formed by closing a cooling groove formed on the contact surface on the back surface of the substrate held on the bonding stage, and a cooling fluid in the cooling passage. Cooling fluid supply / discharge means capable of supplying and discharging the fluid.

第1の発明は、基板冷却手段が、チップをボンディングしている基板の被搭載位置を個別に独立して冷却するので、次の被搭載位置の冷却を防ぎ、次の被搭載位置での加熱効率の低下をなくし、ボンディングの作業時間の短縮を図ることができた。   In the first invention, since the substrate cooling means independently cools the mounting position of the substrate to which the chip is bonded, cooling of the next mounting position is prevented, and heating at the next mounting position is prevented. The reduction in efficiency was eliminated and the bonding work time was shortened.

第2の発明の効果ではあるが、基板冷却手段の冷却部を、冷却溝を基板の裏面で閉鎖することにより形成される冷却通路と、当該冷却通路に冷却流体を供給し排出することが可能な冷却流体給排手段とで構成することにより、ボンディングしている基板の被搭載位置の個別冷却を簡単な構造で行うことのできるボンディング装置となった。   Although it is the effect of 2nd invention, it is possible to supply the cooling fluid to the cooling passage formed by closing the cooling portion of the substrate cooling means by closing the cooling groove on the back surface of the substrate, and to discharge the cooling fluid. By being configured with a cooling fluid supply / discharge means, a bonding apparatus capable of performing individual cooling of the mounted position of the substrate to be bonded with a simple structure.

ボンディング装置の正面説明図Front view of bonding equipment 同平面説明図Same plane explanatory drawing ボンディングヘッド先端の内部説明図Internal explanatory drawing of the tip of the bonding head ボンディングステージの平面説明図Plane explanatory diagram of the bonding stage 基板とチップ搭載位置を示す平面説明図Plane explanatory diagram showing substrate and chip mounting position 1個の冷却部を示す平面説明図Plane explanatory view showing one cooling unit 基板へのチップ搭載動作を示す説明図Explanatory diagram showing chip mounting operation on the substrate 基板とチップの関係を示す説明図で、(A)は加熱開始前の状態を示す図であり、(B)は従来の加熱終了直後の状態を示す図であり、(C)は本実施例における加熱終了直後の状態を示す図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between a board | substrate and a chip | tip, (A) is a figure which shows the state before a heating start, (B) is a figure which shows the state immediately after completion | finish of the conventional heating, (C) is a present Example. It is a figure which shows the state immediately after completion | finish of heating in. 基板の冷却位置を示す説明図であり、(A)は従来の冷却位置を示す図であり、(B)は本実施例における冷却位置を示す図である。It is explanatory drawing which shows the cooling position of a board | substrate, (A) is a figure which shows the conventional cooling position, (B) is a figure which shows the cooling position in a present Example.

以下,図示の実施例と共に実施の形態について説明する。図1はボンディング装置の正面説明図であり、図2は同平面説明図であり、両図中、ボンディング装置は、チップ供給手段となるリレーステージ1と、フラックスステージ2と、基板冷却手段を有するボンディングステージ4と、ボンディングヘッド3と、ヘッド移動手段5と、ツール冷却手段6とを備える。   Hereinafter, embodiments will be described together with illustrated examples. FIG. 1 is a front view of a bonding apparatus, and FIG. 2 is a plan view of the same. In both figures, the bonding apparatus has a relay stage 1 serving as a chip supply means, a flux stage 2, and a substrate cooling means. A bonding stage 4, a bonding head 3, a head moving unit 5, and a tool cooling unit 6 are provided.

リレーステージ1は、チップ7が載置されるステージであって、Y軸移動機構となるY軸移動レール8に、Y軸方向(図2中上下方向)に、移動可能に装着されている。図2中、符号1はリレーステージであって、リレーステージ1の位置が、図示されていないピック&プレーサによりチップ7が、受け渡される位置であり、Y軸移動レール8上で後述するX軸移動レール31付近の下方に示される点線位置がチップ供給位置9である。   The relay stage 1 is a stage on which a chip 7 is placed, and is mounted on a Y-axis moving rail 8 serving as a Y-axis moving mechanism so as to be movable in the Y-axis direction (vertical direction in FIG. 2). In FIG. 2, reference numeral 1 denotes a relay stage, and the position of the relay stage 1 is a position where the chip 7 is delivered by a pick and placer (not shown), and an X axis which will be described later on the Y axis moving rail 8. The dotted line position shown below the vicinity of the moving rail 31 is the chip supply position 9.

尚、図2中符号2が、リレーステージ1に載置されたチップ7にフラックスを塗布するためのフラックストレイ20が配置されたフラックスステージである。チップ7をリレーステージ1からボンディングヘッド3に供給した後、チップ供給位置9からリレーステージ1をチップ7が受け渡される位置へ移動させると略同時にフラックスステージ2をチップ供給位置9へ位置させる。この間、ボンディングヘッド3はチップ供給位置9上方に待機しており、チップ供給位置9にフラックスステージ2が位置すると下降させて、保持したチップ7の裏面のみをフラックストレイ20中のフラックスにディップすることで、チップ7の裏面にフラックスを塗布する。   2 is a flux stage in which a flux tray 20 for applying a flux to the chip 7 mounted on the relay stage 1 is disposed. After supplying the chip 7 from the relay stage 1 to the bonding head 3, when the relay stage 1 is moved from the chip supply position 9 to a position where the chip 7 is transferred, the flux stage 2 is positioned at the chip supply position 9 almost simultaneously. During this time, the bonding head 3 stands by above the chip supply position 9 and is lowered when the flux stage 2 is positioned at the chip supply position 9 to dip only the back surface of the held chip 7 into the flux in the flux tray 20. Then, flux is applied to the back surface of the chip 7.

ボンディングステージ4は、基板40の保持手段及び基板冷却手段を有し、保持された基板40にチップ7がボンディングされるステージである。基板40には、チップ7がボンディングされる複数のチップ搭載位置47が設けられている。チップ搭載位置47が、本発明で言う被搭載位置である。   The bonding stage 4 has a holding means for the substrate 40 and a substrate cooling means, and is a stage where the chip 7 is bonded to the held substrate 40. A plurality of chip mounting positions 47 to which the chip 7 is bonded are provided on the substrate 40. The chip mounting position 47 is a mounting position referred to in the present invention.

ボンディングステージ4は、上面を、基板40の裏面が当接する当接面45とし、該当接面45には、図4に示されるように基板保持手段となる基板吸着孔53と基板冷却手段となる冷却部46が形成されている。   The bonding stage 4 has an upper surface as a contact surface 45 with which the back surface of the substrate 40 contacts, and the contact surface 45 serves as a substrate holding hole 53 as a substrate holding unit and a substrate cooling unit as shown in FIG. A cooling unit 46 is formed.

基板冷却手段である冷却部46は、基板40のチップ搭載位置47に対応させて複数個設けられる。冷却部46は、ボンディングステージ4の当接面45に形成した冷却溝48を図7に示されるようにボンディングステージ4に保持した基板40の裏面で閉鎖することにより形成される冷却通路49と、当該冷却通路49に冷却流体である冷却エアを供給し、排出することが可能な冷却流体給排手段となるエア流入孔50とエア流出孔51とから構成される。エア流入孔50及びエア流出孔51は、図6に示される。   A plurality of cooling units 46 serving as substrate cooling means are provided corresponding to the chip mounting positions 47 of the substrate 40. The cooling unit 46 includes a cooling passage 49 formed by closing a cooling groove 48 formed on the contact surface 45 of the bonding stage 4 with the back surface of the substrate 40 held on the bonding stage 4 as shown in FIG. The cooling passage 49 is composed of an air inflow hole 50 and an air outflow hole 51 serving as cooling fluid supply / discharge means capable of supplying and discharging cooling air as a cooling fluid. The air inflow hole 50 and the air outflow hole 51 are shown in FIG.

具体的には、ボンディングステージ4の上面で、各チップ搭載位置47に対応する位置の外縁部分に、図6に示されるようにチップサイズより一回り小さいサイズで冷却溝48を掘り、冷却溝48にエア流入孔50とエア流出孔51を開けることで形成する。   Specifically, on the upper surface of the bonding stage 4, a cooling groove 48 is dug in the outer edge portion at a position corresponding to each chip mounting position 47 so as to be slightly smaller than the chip size as shown in FIG. It is formed by opening an air inflow hole 50 and an air outflow hole 51.

各チップ搭載位置47に対応するそれぞれの冷却溝48の内側の中央部52は、基板40の裏面に当接し、基板40の裏面と冷却溝48とで冷却通路49を形成できるよう高いまま残しておく。中央部52のほぼ中心位置には基板40を吸着する基板吸着孔53が開けられている。   The central portion 52 inside each cooling groove 48 corresponding to each chip mounting position 47 is in contact with the back surface of the substrate 40 and remains high so that a cooling passage 49 can be formed by the back surface of the substrate 40 and the cooling groove 48. deep. A substrate suction hole 53 for sucking the substrate 40 is formed at a substantially central position of the central portion 52.

個々の冷却溝48に形成されたエア流入孔50は、各々独立してボンディングステージ4外周部に連通されており、個々のチップ搭載位置47下部に形成された冷却通路49に、冷却エアを流入させ、エア流出孔51より排出することにより、基板40のチップ搭載位置47を冷却する。即ち、冷却部46は、チップ7をボンディングしている基板40のチップ搭載位置47を裏面から冷却する。   The air inflow holes 50 formed in the individual cooling grooves 48 are independently communicated with the outer periphery of the bonding stage 4, and the cooling air flows into the cooling passages 49 formed at the lower part of the individual chip mounting positions 47. The chip mounting position 47 of the substrate 40 is cooled by discharging from the air outflow hole 51. That is, the cooling unit 46 cools the chip mounting position 47 of the substrate 40 to which the chip 7 is bonded from the back surface.

ボンディングプロセス中又はプロセスの加熱終了直後に、ボンディングステージ4の該当する部分、即ち、基板40のチップ搭載位置47に対応する位置の冷却部46に、冷却エアを流して、チップ搭載位置47の基板40を冷却し、溶けた半田バンプ55が完全に固まる前に、チップ搭載位置47の基板40の伸びを戻すことにより、接合後の不具合を防いでいる。   During the bonding process or immediately after the heating of the process is finished, cooling air is supplied to a corresponding portion of the bonding stage 4, that is, a cooling portion 46 at a position corresponding to the chip mounting position 47 of the substrate 40, and the substrate at the chip mounting position 47. 40 is cooled, and before the melted solder bump 55 is completely hardened, the extension of the substrate 40 at the chip mounting position 47 is restored, thereby preventing problems after joining.

尚、実施例では、冷却部46を、ボンディングステージ4の当接面45中、基板40の複数のチップ搭載位置47の対応位置に冷却溝48を掘り、該冷却溝48を基板40の裏面で閉鎖することにより冷却通路49を形成したものとするが、ボンディングステージ4の複数のチップ搭載位置47に対応する位置の内部にペルチェ素子を埋め込み、複数のチップ搭載位置47それぞれを個別独立して冷却できるようにしても良い。   In the embodiment, the cooling portion 46 is formed in the contact surface 45 of the bonding stage 4 at the position corresponding to the plurality of chip mounting positions 47 of the substrate 40, and the cooling groove 48 is formed on the back surface of the substrate 40. Although the cooling passage 49 is formed by closing, a Peltier element is embedded in a position corresponding to the plurality of chip mounting positions 47 of the bonding stage 4, and each of the plurality of chip mounting positions 47 is individually cooled. You may be able to do it.

ボンディングステージ4は、X軸移動機構によりX軸方向及びY軸移動機構によりY軸方向に移動可能なるようXYステージ44上に設けられる。   The bonding stage 4 is provided on the XY stage 44 so as to be movable in the X axis direction by the X axis moving mechanism and in the Y axis direction by the Y axis moving mechanism.

ボンディングヘッド3は、加熱方式の相違により第1実施例と第2実施例が考えられる。第1実施例はボンディングツール10を加熱して、チップ7を間接的に加熱する間接加熱方式を採用する場合のボンディングヘッド3であり、第2実施例は直接チップ7を加熱する直接加熱方式を採用する場合のボンディングヘッドである。ここでは第1実施例のボンディングヘッド3について説明する。第1実施例にかかるボンディングヘッド3は、チップ7を吸着保持する吸着面11が形成されたボンディングツール10と、ボンディングツール10の吸着部12と、当該ボンディングツール10にボンディングのための加熱を行う加熱部21を有し、加熱部21の下方に吸着部12を配置し、該吸着部12にボンディングツール10を保持させたものである。ボンディングツール10の吸着面11には、チップ7を吸着保持するためチップ吸着孔Cが穿設されている。   The bonding head 3 may be a first embodiment or a second embodiment depending on the heating method. The first embodiment is a bonding head 3 in the case of employing an indirect heating method in which the bonding tool 10 is heated to indirectly heat the chip 7, and the second embodiment is a direct heating method in which the chip 7 is directly heated. This is a bonding head when used. Here, the bonding head 3 of the first embodiment will be described. The bonding head 3 according to the first embodiment performs a bonding tool 10 formed with a suction surface 11 for sucking and holding the chip 7, a suction part 12 of the bonding tool 10, and heating the bonding tool 10 for bonding. The heating unit 21 is provided, the suction unit 12 is disposed below the heating unit 21, and the bonding tool 10 is held on the suction unit 12. A chip suction hole C is formed in the suction surface 11 of the bonding tool 10 to suck and hold the chip 7.

ボンディングツール10の吸着部12は、内部空間13を有するリング状部材であって、そのケーシング16にツール吸着用配管14及びチップ吸着用配管15が形成されている。又、ケーシング16の下端には、マスク17を挟んでツールベース18が、ツールベース止め19によりネジ止めされている。ツールベース18には、ボンディングツール10を吸着するツール吸着孔Aが穿設されている。   The suction portion 12 of the bonding tool 10 is a ring-shaped member having an internal space 13, and a tool suction pipe 14 and a chip suction pipe 15 are formed in the casing 16. A tool base 18 is screwed to the lower end of the casing 16 with a tool base stopper 19 with a mask 17 in between. A tool suction hole A for sucking the bonding tool 10 is formed in the tool base 18.

ツール吸着用配管14は、図示されていない真空源と接続することでツール吸着孔Aに真空吸引力を発生させ、その吸引力でボンディングツール10をツールベース18に吸着させる。尚、ボンディング装置を運転中は常時吸引する。   The tool suction pipe 14 is connected to a vacuum source (not shown) to generate a vacuum suction force in the tool suction hole A, and the bonding tool 10 is sucked to the tool base 18 by the suction force. Note that suction is always performed during operation of the bonding apparatus.

ツールベース18にはツール吸着孔Aとは別に、チップ吸着孔Bが穿設されている。ツールベース18のチップ吸着孔Bは、一方でボンディングツール10のチップ吸着孔Cと連続しており、他方では、チップ吸着用配管15が繋がった内部空間13に連通している。所望のタイミングでチップ吸着用配管15を図示しない真空源と接続することにより、ボンディングツール10のチップ吸着孔Cに真空吸引力を発生させ、チップ7をボンディングツール10に吸着保持する。   In addition to the tool suction hole A, a tip suction hole B is formed in the tool base 18. The chip suction hole B of the tool base 18 is continuous with the chip suction hole C of the bonding tool 10 on the one hand, and communicates with the internal space 13 to which the chip suction pipe 15 is connected on the other hand. By connecting the chip suction pipe 15 to a vacuum source (not shown) at a desired timing, a vacuum suction force is generated in the chip suction hole C of the bonding tool 10, and the chip 7 is sucked and held on the bonding tool 10.

ボンディングツール10を加熱する加熱部21には、図3に示されるように、レーザ光24を発振するレーザ発振器25と、当該レーザ発振器25が発振したレーザ光24を第1実施例でのボンディングヘッド3内に導光する導光手段となる照射筒26と、第1実施例にかかるボンディングヘッド3内でレーザ光24を受光し、ボンディングツール10へ照射する受光部22が設けられている。尚、レーザ発振器25は近赤外光レーザを発信する半導体レーザである。本実施例での加熱部21は、レーザ加熱方式によるものを利用しているが、従来より用いられているその他の加熱方式、例えば、セラミックヒータによる加熱方式であってもよい。   As shown in FIG. 3, the heating unit 21 that heats the bonding tool 10 includes a laser oscillator 25 that oscillates a laser beam 24, and a laser beam 24 that is oscillated by the laser oscillator 25. An irradiation tube 26 that serves as a light guiding means for guiding light into the light guide 3 and a light receiving portion 22 that receives the laser light 24 in the bonding head 3 according to the first embodiment and irradiates the bonding tool 10 are provided. The laser oscillator 25 is a semiconductor laser that emits a near-infrared laser. The heating unit 21 in this embodiment uses a laser heating method, but may be another heating method conventionally used, for example, a heating method using a ceramic heater.

受光部22のケーシング23内には、ミラー28が下方のボンディングツール10に向けて傾斜角度を設けて設置される。尚、受光部22のケーシング23内の空部とその下方に配置される吸着部12の内部空間13との間にはガラス板29が装着されている。   A mirror 28 is installed in the casing 23 of the light receiving unit 22 with an inclination angle toward the bonding tool 10 below. Note that a glass plate 29 is mounted between an empty portion in the casing 23 of the light receiving portion 22 and the internal space 13 of the suction portion 12 disposed below the light receiving portion 22.

レーザ発振器25から発振されたレーザ光24は、光ファイバー27から照射筒26を通り、受光部22のミラー28に向けて照射される。レーザ光24は、ミラー28により角度を変えられ、ボンディングツール10へと向い、ガラス板29を透過し、マスク開口30を通過し、ツールベース18を透過してボンディングツール10を加熱する。第1実施例のボンディングヘッド3におけるツールベース18は、石英ガラス製であり、レーザ光24が透過できる透明体である。   The laser beam 24 oscillated from the laser oscillator 25 is irradiated from the optical fiber 27 through the irradiation tube 26 toward the mirror 28 of the light receiving unit 22. The angle of the laser beam 24 is changed by the mirror 28, and the laser beam 24 is directed to the bonding tool 10, passes through the glass plate 29, passes through the mask opening 30, passes through the tool base 18, and heats the bonding tool 10. The tool base 18 in the bonding head 3 of the first embodiment is made of quartz glass and is a transparent body that can transmit the laser beam 24.

ボンディングヘッド3には、ヘッド移動手段としてX軸移動機構と昇降機構とθ軸移動機構(回転機構)とを有する。X軸移動機構は、X軸移動レール31とXスライダ32を有しており、ボンディングヘッド3は、Xスライダ32を介してX軸移動レール31上をX軸方向(図1及び図2中左右方向)に移動可能とされている。X軸移動機構により、ボンディングヘッド3はリレーステージ1上のチップ供給位置9とボンディングステージ4上のボンディング位置(基板40上のチップ搭載位置47)との間で往復移動する。   The bonding head 3 has an X-axis moving mechanism, an elevating mechanism, and a θ-axis moving mechanism (rotating mechanism) as head moving means. The X-axis moving mechanism has an X-axis moving rail 31 and an X slider 32, and the bonding head 3 moves on the X-axis moving rail 31 via the X slider 32 in the X-axis direction (left and right in FIGS. 1 and 2). Direction). By the X-axis moving mechanism, the bonding head 3 reciprocates between the chip supply position 9 on the relay stage 1 and the bonding position on the bonding stage 4 (chip mounting position 47 on the substrate 40).

ボンディングヘッド3の昇降機構は、Xスライダ32に昇降自在に装着されたベーススライダ34にヘッドベース35を取り付け、該ヘッドベース35に荷重制御装置を介してボンディングヘッド3を装着したものである。尚、ボンディングヘッド3は、図示しないθ軸移動機構を有し、チップ7のθ軸方向(回転方向)の姿勢を修正できるようになっている。   The elevating mechanism of the bonding head 3 is a mechanism in which a head base 35 is attached to a base slider 34 that is mounted on an X slider 32 so as to be movable up and down, and the bonding head 3 is attached to the head base 35 via a load control device. The bonding head 3 has a θ-axis moving mechanism (not shown) so that the posture of the chip 7 in the θ-axis direction (rotation direction) can be corrected.

ボンディングヘッド3の荷重制御装置は、ヘッドベース35に上下動自在に装着されたヘッドスライダ38にボンディングヘッド3を取り付け、ボンディングヘッド3に固着したアーム37と、これに接するロードセル36を有する。即ち、ボンディングの際の荷重制御は、ロードセル36によって行う。   The load control device for the bonding head 3 has an arm 37 fixed to the bonding head 3 and a load cell 36 in contact with the bonding head 3 attached to a head slider 38 mounted on the head base 35 so as to be movable up and down. That is, load control at the time of bonding is performed by the load cell 36.

詳述すると、次のようになる。ボンディング位置、即ち,基板40上のチップ搭載位置47でヘッドベース35を下降させると、ボンディングツール10が保持しているチップ7が基板40に当接することになり、ボンディングヘッド3の下降が規制される。当接時点まではボンディングヘッド3の自重すべてがアーム37を通してロードセル36にかかっている。   The details are as follows. When the head base 35 is lowered at the bonding position, that is, the chip mounting position 47 on the substrate 40, the chip 7 held by the bonding tool 10 comes into contact with the substrate 40, and the lowering of the bonding head 3 is restricted. The Until the contact time, the entire weight of the bonding head 3 is applied to the load cell 36 through the arm 37.

さらに、ヘッドベース35を下降させると、アーム37からロードセル36にかかっていた荷重が抜ける。即ち、チップ7が基板40に当接する前にかかっていた荷重(ボンディングヘッド3の自重分)が、減少する。この抜けた分が基板40にかかることになる。具体的には、ボンディングヘッド3の自重による荷重が30Nであった場合に、ロードセル36の表示値が25Nであれば、その差分の5Nが基板40に加わっている荷重となる。このようにして荷重を適正値で制御することになる。   Further, when the head base 35 is lowered, the load applied to the load cell 36 from the arm 37 is released. That is, the load applied to the chip 7 before contacting the substrate 40 (the weight of the bonding head 3) is reduced. This missing portion is applied to the substrate 40. Specifically, if the load due to the weight of the bonding head 3 is 30 N and the display value of the load cell 36 is 25 N, the difference 5 N is the load applied to the substrate 40. In this way, the load is controlled with an appropriate value.

X軸移動レール31には、カメラ用スライダ42がX軸方向(図1及び図2中左右方向)に移動可能に装着され、カメラ用スライダ42に上下動可能な昇降体43が取り付けられており、昇降体43に撮像手段としてのカメラ41が取り付けられている。カメラ41は、チップ7と基板40上のチップ搭載位置47とのそれぞれの位置情報を取得するため、上下を同時に撮像可能なカメラである。   A camera slider 42 is mounted on the X-axis moving rail 31 so as to be movable in the X-axis direction (left and right in FIGS. 1 and 2), and an elevating body 43 capable of moving up and down is attached to the camera slider 42. A camera 41 as an imaging means is attached to the elevating body 43. The camera 41 is a camera capable of simultaneously imaging the top and bottom in order to acquire position information of the chip 7 and the chip mounting position 47 on the substrate 40.

リレーステージ1とボンディングステージ4との間にはツール冷却手段6となる冷却ステージ60が配置される。冷却ステージ60は、その上面が冷却面61であり、冷却面61にボンディングツール10の吸着面11を当接させてボンディングツール10を冷却する。実施例での、冷却ステージ60は、冷却面61を冷却するペルチェ素子を有し、ボンディングツール10を強制冷却する。実施例では、ペルチェ素子を組み込んだ冷却ステージ60であるが、内部に冷却流体循環用の配管を配置したものでも良い。   Between the relay stage 1 and the bonding stage 4, a cooling stage 60 serving as the tool cooling means 6 is disposed. The upper surface of the cooling stage 60 is a cooling surface 61, and the bonding tool 10 is cooled by bringing the suction surface 11 of the bonding tool 10 into contact with the cooling surface 61. In the embodiment, the cooling stage 60 includes a Peltier element that cools the cooling surface 61 and forcibly cools the bonding tool 10. In the embodiment, the cooling stage 60 incorporates a Peltier element, but a cooling fluid circulation pipe may be arranged inside.

又、冷却ステージ60は、図示されていない、結露防止ガスを供給するガス供給装置を有する。ガス供給装置が供給する結露防止ガス雰囲気中でボンディングツール10の吸着面11と冷却ステージ60の冷却面61とを接触させることにより、冷却面61の結露を防止する。冷却面61が結露することにより、ツール冷却手段6の各所に錆が生じたりして、装置寿命が短くなる上、吸着面11に結露の液滴が付着すれば、装置内のダスト等が付着し、チップ7を汚染する結果、ボンディングに不具合を生じさせることになる。ガス供給装置は、このような結露が生じることを防止する。   The cooling stage 60 has a gas supply device that supplies a dew condensation prevention gas, not shown. By bringing the suction surface 11 of the bonding tool 10 and the cooling surface 61 of the cooling stage 60 into contact with each other in the condensation prevention gas atmosphere supplied by the gas supply device, condensation on the cooling surface 61 is prevented. Condensation on the cooling surface 61 causes rust at various locations on the tool cooling means 6 to shorten the life of the device. In addition, if dew droplets adhere to the suction surface 11, dust or the like in the device adheres. As a result, the chip 7 is contaminated, resulting in a defect in bonding. The gas supply device prevents such condensation from occurring.

尚、冷却のためのボンディングツール10と冷却ステージ60の当接は、ボンディングツール10側の昇降機構、具体的にはボンディングヘッド3の取り付けられているヘッドベース35の上下によるが、ツール冷却手段6のベース63に冷却ステージ60を昇降させる昇降手段を仕込んでおき、冷却ステージ60の上方にボンディングヘッド3を停止させた状態で、冷却ステージ60を上昇させて、冷却面61をボンディングツール10の吸着面11に接触させるようにしても良い。   The contact between the bonding tool 10 for cooling and the cooling stage 60 depends on the elevating mechanism on the bonding tool 10 side, specifically, the upper and lower sides of the head base 35 to which the bonding head 3 is attached. An elevating means for elevating the cooling stage 60 is prepared in the base 63 of the substrate, and the cooling stage 60 is raised in a state where the bonding head 3 is stopped above the cooling stage 60 to attract the cooling surface 61 to the bonding tool 10. You may make it contact the surface 11.

以下、実施例に係るボンディング装置の動作について説明する。チップ供給手段では、図示されていないピック&プレーサにより、リレーステージ1にチップ7を載置した後、リレーステージ1がチップ供給位置9へと移動する。チップ7をリレーステージ1からボンディングヘッド3に供給した後、チップ供給位置9からリレーステージ1をチップ7が受け渡される位置へ移動させると略同時にフラックスステージ2をチップ供給位置9へ位置させる。この間、ボンディングヘッド3はチップ供給位置9上方に待機しており、チップ供給位置9にフラックスステージ2が位置すると下降させて、保持したチップ7の裏面のみをフラックストレイ20中のフラックスにディップすることで、チップ7の裏面にフラックスを塗布する。   Hereinafter, the operation of the bonding apparatus according to the embodiment will be described. In the chip supply means, after the chip 7 is placed on the relay stage 1 by a pick and placer (not shown), the relay stage 1 moves to the chip supply position 9. After supplying the chip 7 from the relay stage 1 to the bonding head 3, when the relay stage 1 is moved from the chip supply position 9 to a position where the chip 7 is transferred, the flux stage 2 is positioned at the chip supply position 9 almost simultaneously. During this time, the bonding head 3 stands by above the chip supply position 9 and is lowered when the flux stage 2 is positioned at the chip supply position 9 to dip only the back surface of the held chip 7 into the flux in the flux tray 20. Then, flux is applied to the back surface of the chip 7.

その後、ボンディングヘッド3をボンディング位置、即ち、チップ搭載位置47上方に移動させ、カメラ41をチップ7と基板40上のボンディング位置,即ち,チップ搭載位置47との間に位置させ、それぞれの位置情報を取得する。そして、この位置情報に基づき、チップ7と基板40の位置合わせを行う。即ち、ボンディングヘッド3のθ軸移動機構により、チップ7のθ軸方向の姿勢を修正するとともに、ボンディングステージ4のXYステージ44により基板40のX軸方向の位置の修正とY軸方向の位置の修正を行う。   Thereafter, the bonding head 3 is moved above the bonding position, that is, the chip mounting position 47, and the camera 41 is positioned between the chip 7 and the bonding position on the substrate 40, that is, the chip mounting position 47. To get. Based on the position information, the chip 7 and the substrate 40 are aligned. That is, the θ-axis movement mechanism of the bonding head 3 corrects the posture of the chip 7 in the θ-axis direction, and the XY stage 44 of the bonding stage 4 corrects the position of the substrate 40 in the X-axis direction and the position of the Y-axis direction. Make corrections.

位置が決まったら、ボンディングヘッド3をロードセル36での荷重表示が所定の荷重となるまで下降させ、レーザ光24を発振してボンディングツール10を加熱することにより、チップ7を加熱してバンプを溶融し、チップ7を基板40にボンディングする。ボンディングヘッド3は、基板40に設けられる複数のチップ搭載位置47のそれぞれに順次チップ7をボンディングする。   When the position is determined, the bonding head 3 is lowered until the load display on the load cell 36 reaches a predetermined load, the laser beam 24 is oscillated and the bonding tool 10 is heated to heat the chip 7 and melt the bumps. Then, the chip 7 is bonded to the substrate 40. The bonding head 3 sequentially bonds the chips 7 to each of a plurality of chip mounting positions 47 provided on the substrate 40.

所定のチップ搭載位置47にチップ7のボンディングのための加熱が完了したら、当該チップ搭載位置47に対応する冷却部46の冷却通路49に冷却エアを流通させて所定時間だけ基板40を冷却する。当該チップ搭載位置47のみを独立して冷却するものであるので、次にボンディングするチップ搭載位置47を無駄に冷却することなく次のボンディング操作に移ることができる。   When the heating for bonding the chip 7 to the predetermined chip mounting position 47 is completed, the cooling air is passed through the cooling passage 49 of the cooling unit 46 corresponding to the chip mounting position 47 to cool the substrate 40 for a predetermined time. Since only the chip mounting position 47 is cooled independently, it is possible to proceed to the next bonding operation without wastefully cooling the chip mounting position 47 to be bonded next.

他方、ボンディングヘッド3は再びチップ供給位置9に移動する前に、ボンディングツール10をチップ搭載位置47から離脱させ、次に、冷却位置となるツール冷却手段6の冷却ステージ60の冷却面61上方へと移動させ、下降させて、冷却面61にボンディングツール10の吸着面11を当接させる。この際、図示されていないガス供給装置のノズルからドライエアか露点の低い窒素ガスを供給しておくことで冷却面61が結露することを防止する。   On the other hand, before the bonding head 3 moves to the chip supply position 9 again, the bonding tool 10 is detached from the chip mounting position 47, and then moved above the cooling surface 61 of the cooling stage 60 of the tool cooling means 6 to be the cooling position. Then, the suction surface 11 of the bonding tool 10 is brought into contact with the cooling surface 61. At this time, condensation of the cooling surface 61 is prevented by supplying dry air or nitrogen gas having a low dew point from a nozzle of a gas supply device (not shown).

所定時間だけボンディングヘッド3の吸着面11を冷却面61に接触させた後、冷却位置から離脱し、再びチップ供給位置9にボンディングヘッド3を移動させて次のチップ7を吸着する。   After the suction surface 11 of the bonding head 3 is brought into contact with the cooling surface 61 for a predetermined time, the bonding head 3 is detached from the cooling position, and the bonding head 3 is moved again to the chip supply position 9 to suck the next chip 7.

第1実施例のボンディングヘッド3での加熱方式では、ボンディングツール10にレーザ光24を照射して、ボンディングツール10を加熱することにより、チップ7を間接的に加熱するようにしているが、耐熱性の高いチップ7であれば、チップ7にレーザ光24を直接照射して、加熱する第2実施例のボンディングヘッドとすることも可能である。   In the heating method using the bonding head 3 of the first embodiment, the chip 7 is indirectly heated by irradiating the bonding tool 10 with the laser beam 24 and heating the bonding tool 10. If the chip 7 has high properties, the bonding head of the second embodiment in which the chip 7 is directly irradiated with the laser beam 24 and heated may be used.

この直接加熱方式の場合のボンディングヘッドでは、第1実施例のボンディングヘッド3におけるボンディングツール10を省略し、ツールベース18のチップ吸着孔Bによって、チップ7を保持するようになる。即ち、第2実施例にかかるボンディングヘッドでは、透明体であるツールベース18が、本発明でのチップを吸着保持する吸着面が形成されたボンディングツールとなるのである。直接加熱されたチップ7からツールベース18へと熱が伝導するので、この場合も冷却手段6での冷却が必要になる。   In the bonding head in the case of this direct heating method, the bonding tool 10 in the bonding head 3 of the first embodiment is omitted, and the chip 7 is held by the chip suction hole B of the tool base 18. That is, in the bonding head according to the second embodiment, the tool base 18 that is a transparent body is a bonding tool in which a suction surface for sucking and holding the chip according to the present invention is formed. Since heat is transferred from the directly heated tip 7 to the tool base 18, cooling by the cooling means 6 is also necessary in this case.

このような直接加熱方式であれば、第1実施例のボンディングヘッド3の間接加熱方式と比較して、ボンディングツール10を昇温させる時間だけ、タクトタイムを減少させることができる。   With such a direct heating method, the tact time can be reduced by the time for raising the temperature of the bonding tool 10 as compared with the indirect heating method of the bonding head 3 of the first embodiment.

1・・・・・・・・リレーステージ
2・・・・・・・・フラックスステージ
3・・・・・・・・ボンディングヘッド
4・・・・・・・・ボンディングステージ
5・・・・・・・・ヘッド移動手段
6・・・・・・・・ツール冷却手段
7・・・・・・・・チップ
8・・・・・・・・Y軸移動レール
9・・・・・・・・チップ供給位置
10・・・・・・・ボンディングツール
11・・・・・・・吸着面
12・・・・・・・吸着部
13・・・・・・・内部空間
14・・・・・・・ツール吸着用配管
15・・・・・・・チップ吸着用配管
16・・・・・・・ケーシング
17・・・・・・・マスク
18・・・・・・・ツールベース
19・・・・・・・ツールベース止め
20・・・・・・・フラックストレイ
21・・・・・・・加熱部
22・・・・・・・受光部
23・・・・・・・ケーシング
24・・・・・・・レーザ光
25・・・・・・・レーザ発振器
26・・・・・・・照射筒
27・・・・・・・光ファイバー
28・・・・・・・ミラー
29・・・・・・・ガラス板
30・・・・・・・マスク開口
31・・・・・・・X軸移動レール
32・・・・・・・Xスライダ
34・・・・・・・ベーススライダ
35・・・・・・・ヘッドベース
36・・・・・・・ロードセル
37・・・・・・・アーム
38・・・・・・・ヘッドスライダ
40・・・・・・・基板
41・・・・・・・カメラ
42・・・・・・・カメラ用スライダ
43・・・・・・・昇降体
44・・・・・・・XYステージ
45・・・・・・・当接面
46・・・・・・・冷却部
47・・・・・・・チップ搭載位置
48・・・・・・・冷却溝
49・・・・・・・冷却通路
50・・・・・・・エア流入孔
51・・・・・・・エア流出孔
52・・・・・・・中央部
53・・・・・・・基板吸着孔
54・・・・・・・バンプ
55・・・・・・・半田バンプ
60・・・・・・・冷却ステージ
61・・・・・・・冷却面
63・・・・・・・ベース
A・・・・・・・・ツール吸着孔
B・・・・・・・・チップ吸着孔
C・・・・・・・・チップ吸着孔
1 ... Relay stage 2 ... Flux stage 3 ... Bonding head 4 ... Bonding stage 5 ...・ ・ ・ Head moving means 6 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Tool cooling means 7 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Chip 8 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Y-axis moving rail 9 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・Chip supply position 10... Bonding tool 11... Adsorption surface 12... Adsorption part 13 .. Internal space 14.・ Pipe for tool suction 15 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Pip for chip suction 16 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Case 17 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Mask 18 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Tool base 19 ・ ・ ・ ・... Tool base stopper 20 ... Flux tray 21 ... Heat 22 ...... Light receiver 23 ... Casing 24 ... Laser light 25 ... Laser oscillator 26 ... Irradiation tube 27 ...・ ・ ・ ・ Optical fiber 28 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Mirror 29 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Glass plate 30 ・ ・ ・ ・ ・ ・ Mask opening 31 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ X axis moving rail 32 ・ ・ ・..... X slider 34 ... Base slider 35 ... Head base 36 ... Load cell 37 ... Arm 38 ... ··· Head slider 40 ··································································· Slider for camera・ XY stage 45 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Contact surface 46 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Cooling part 47 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Chip mounting position 48 ... Cooling groove 49 ... Cooling passage 50 ... Air inflow hole 51 ... Air outflow hole 52 ...・ Center part 53 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Board suction hole 54 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Bump 55 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Solder bump 60 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Cooling stage 61 ・ ・ ・ ・ ・ ・・ Cooling surface 63 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Base A ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Tool suction hole B ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Chip suction hole C ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Chip suction hole

Claims (2)

チップを保持するボンディングツールと加熱手段を有するボンディングヘッドと、
基板を保持するとともに保持した基板を冷却する基板冷却手段を有するボンディングステージとを備え、
前記基板上の被搭載位置にチップを位置させた状態で当該チップを加熱して前記基板に当該チップをボンディングするとともに、前記基板冷却手段により前記基板を冷却するボンディング装置において、
前記基板には、それぞれにチップが搭載される複数の被搭載位置が設けられるとともに、前記ボンディングヘッドは当該複数の被搭載位置のそれぞれに順次チップをボンディングするようにし、
前記基板冷却手段は、前記各被搭載位置に対応させて設けられるとともに、それぞれ独立して冷却動作させることが可能な複数の冷却部を有し、前記ボンディングヘッドがチップをボンディングしている基板の被搭載位置を裏面から冷却する
ことを特徴とするボンディング装置。
A bonding tool having a chip and a heating head having heating means;
A bonding stage having a substrate cooling means for holding the substrate and cooling the held substrate;
In the bonding apparatus that heats the chip in a state where the chip is positioned at the mounting position on the substrate and bonds the chip to the substrate, and cools the substrate by the substrate cooling means,
The substrate is provided with a plurality of mounting positions each having a chip mounted thereon, and the bonding head sequentially bonds the chip to each of the plurality of mounting positions,
The substrate cooling means is provided corresponding to each of the mounting positions, and has a plurality of cooling units that can be independently cooled, and the substrate is bonded to the chip by the bonding head. A bonding apparatus characterized in that the mounted position is cooled from the back surface.
上記ボンディングステージは、上記基板の裏面に当接する当接面を有し、
上記基板冷却手段の冷却部は、前記当接面に形成した冷却溝を前記ボンディングステージに保持した基板の裏面で閉鎖することにより形成される冷却通路と、当該冷却通路に冷却流体を供給し排出することが可能な冷却流体給排手段とから構成される
ことを特徴とする請求項1記載のボンディング装置。
The bonding stage has a contact surface that contacts the back surface of the substrate,
The cooling unit of the substrate cooling means supplies a cooling fluid to the cooling passage formed by closing a cooling groove formed on the contact surface at the back surface of the substrate held on the bonding stage, and supplies the cooling fluid to the cooling passage. The bonding apparatus according to claim 1, further comprising: a cooling fluid supply / discharge means capable of performing the operation.
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