JP2014123731A - 基板上に半導体チップを実装するための熱圧着ボンディング方法および装置 - Google Patents

基板上に半導体チップを実装するための熱圧着ボンディング方法および装置 Download PDF

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Abstract

【課題】基板上に半導体チップを実装するための熱圧着ボンディング方法および装置を提供する。
【解決手段】基板４上に半導体チップ５を実装するための熱圧着ボンディング方法であって：−ＴＣボンディングヘッド２上に移動可能に実装されたチップグリッパ８で半導体チップを拾い上げるステップ；−割り当てられた基板の場所の上方に前記チップグリッパを位置決めするステップ；−チップグリッパがＴＣボンディングヘッドに対して所定の距離だけ偏向させられる位置にＴＣボンディングヘッドを下げるステップ；−はんだの溶融温度を超える温度に半導体チップを加熱し、その結果、チップグリッパの偏向が再びゼロになるステップ；−半導体チップの温度が、はんだの溶融温度以下の値に下がるまで待つステップ；および−ＴＣボンディングヘッドを持ち上げるステップを備える。
【選択図】図１

Description

（優先権の主張）
出願者は、２０１２年１２月２１日に出願されたスイス特許出願第２９１５／１２の優先権を主張し、この開示は参照により本明細書に組み入れられる。
本発明は、基板上に半導体チップを実装するための熱圧着ボンディング方法および装置に関する。
熱圧着ボンディング方法は、たとえば、米国特許第６１３１７９５号明細書、米国特許第７２９６７２７号明細書、国際公開第２０１１１５２４７９号パンフレット、および国際公開第２０１２００２３００号パンフレットにより公知である。
米国特許第６１３１７９５号明細書 米国特許第７２９６７２７号明細書 国際公開第２０１１１５２４７９号パンフレット 国際公開第２０１２００２３００号パンフレット スイス特許出願第７０６５１２（Ａ１）号明細書
このような熱圧着ボンディング方法を改善することが本発明の目的である。
本発明は、半導体チップが順々にチップグリッパにより取り上げられ、基板上に実装される、基板の表面上に半導体チップを実装するための熱圧着ボンディング方法に関し、ＴＣボンディングヘッドが、基板の表面に垂直に伸びるＺ方向に駆動装置によって移動可能であり、チップグリッパは、ＴＣボンディングヘッド上にＺ方向に移動可能に実装され、ＴＣボンディングヘッドに固定された力伝達装置が、ＴＣボンディングヘッドの止め具の方向にチップグリッパの延長部分を押しつけるように構成され、チップグリッパは加熱装置を備え、半導体チップおよび基板の間にはんだ付けポイントの形の固体はんだ付け接続を作り出すために：
チップグリッパで半導体チップを拾い上げるステップ；
割り当てられた基板の場所の上方にチップグリッパを位置決めするステップ；
ＴＣボンディングヘッドに対して所定の距離ＤＳだけチップグリッパが偏向させられるＺ位置に駆動装置によってＴＣボンディングヘッドを下げ、その結果、チップグリッパの延長部分がＴＣボンディングヘッドの止め具に載らないステップ；
加熱装置によって半導体チップを加熱するステップ；
半導体チップがはんだ付けポイントのはんだの溶融温度を超える温度に到達すると、半導体チップの加熱を終了し、その結果、はんだ付けポイントが溶融し、チップグリッパの延長部分がＴＣボンディングヘッドの止め具上に位置するようになるステップ；
半導体チップの温度が、はんだの溶融温度以下の値に下がるまで待つステップ；および
ＴＣボンディングヘッドを持ち上げるステップ
が実行される。
熱圧着ボンディング方法は、前記待つステップの中にチップグリッパを能動的に冷却するステップをさらに備えてもよい。
熱圧着ボンディング方法は：
半導体チップの加熱開始から、チップグリッパの温度がはんだの溶融温度以下の所定の値に到達する時点まで、ＴＣボンディングヘッドに対するチップグリッパの実際の偏向Ｄを計測し、チップグリッパが所定の距離ＤＳだけ偏向されたままでいるような方法で、ＴＣボンディングヘッドのＺ位置を閉ループ制御するために、計測された偏向Ｄを使用するステップ
をさらに備えてもよい。
ＴＣボンディングヘッドを下げるステップは：
基板が載る支持物、およびＴＣボンディングヘッドが、チップグリッパにより加えられる力により互いに対して移動させられる距離ＤＴＳを決定し、距離ＤＳを距離ＤＴＳだけ低減するステップ
を備えてもよい。
ＴＣボンディングヘッドを下げるステップは：
基板が載る支持物、およびＴＣボンディングヘッドが、チップグリッパにより加えられる力により互いに対して移動させられる距離ＤＴＳを決定し、はんだが融解し始めるとすぐに、ＴＣボンディングヘッドを距離ＤＴＳだけ持ち上げるステップ
を別法として備えてもよい。
本発明による、基板の表面上に半導体チップを実装する装置が：
基板の表面に垂直に伸びるＺ方向に移動可能に実装され、止め具を備えるＴＣボンディングヘッド；
ＴＣボンディングヘッド上に、Ｚ方向に移動可能に実装され、延長部分を備えるチップグリッパ；
ＴＣボンディングヘッドに固定され、ＴＣボンディングヘッドの止め具に対してＺ方向にチップグリッパの延長部分を押しつける力伝達装置；
ＴＣボンディングヘッドをＺ方向に動かす駆動装置；
ＴＣボンディングヘッドのＺ位置を検出するための第１の位置計測要素；
ＴＣボンディングヘッドに対するチップグリッパの偏向を検出するための第２の位置計測要素；および
第１の位置計測要素または第２の位置計測要素により供給される位置信号に基づき駆動装置を選択的に制御するように設定された、駆動装置を制御するための閉ループ制御デバイス
を備える。
本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付図面は、本発明の１つまたは複数の実施形態を例示し、詳細な説明と共に、本発明の原理および実装形態を説明するのに役立つ。図面は縮尺どおりではない。
本発明による熱圧着ボンディング方法を遂行するのに適した装置、および本発明による熱圧着ボンディング方法のスナップショットを示す。 本発明による熱圧着ボンディング方法の他のスナップショットを示す。 本発明による熱圧着ボンディング方法の他のスナップショットを示す。 本発明による熱圧着ボンディング方法の他のスナップショットを示す。 配線図を示す。 弾性のある装置用に修正された熱圧着ボンディング方法の代替の装置およびスナップショットを示す。 弾性のある装置用に修正された熱圧着ボンディング方法の代替の装置およびスナップショットを示す。
熱圧着ボンディング方法は、はんだ付けポイントの形で、少ないはんだ付け接続から非常に多くのはんだ付け接続までを介して基板に接続される半導体チップの実装のための確立された方法である。基板はまた、ウェーハとすることができる。基板はさらに、他の基板にすでに実装された半導体チップとすることができる。半導体チップは、基板に押しつけられ、はんだが溶融し、はんだ付けポイントが溶解し、半導体チップおよび基板を互いに接続するまで加熱される。次いで、半導体チップは冷却され、その結果、はんだ付けポイントは固体化し、個体はんだ付け接続になる。
図面は、例示を明確にするために、縮尺どおりに示されておらず、特に、はんだ付けポイントおよび距離Ｄは、拡大された縮尺で示されている。
本発明による熱圧着ボンディング方法について、半導体チップの実装を参照して以下で詳細に説明する。本発明による熱圧着ボンディング方法はまた、他の構成要素を実装するために使用することができる。本発明を理解するために直接必要な自動半導体組立機械の部分だけを示す。
実施形態１
半導体実装装置が、半導体チップを順々に受け取り、これらの半導体チップを基板上に置くピック・アンド・プレース・システムを備える。ピック・アンド・プレース・システムは、熱圧着ボンディングヘッド（ＴＣボンディングヘッド）を備える。図１は、ＴＣボンディングヘッド２を備えるピック・アンド・プレース・システム１、および支持物３の上に提供され、ＴＣボンディングヘッド２により収容される半導体チップ５が実装される基板４を概略的に示す。ＴＣボンディングヘッド２は、通常は垂直な方向にあり、この場合はＺ方向として指定される、基板４の表面に対して垂直に伸びる方向に、ピック・アンド・プレース・システム１上で移動可能に実装される。ピック・アンド・プレース・システム１に移動可能に固定された駆動装置６が、ＴＣボンディングヘッド２をＺ方向に上下に動かすために使用される。第１の位置計測要素７が、ＴＣボンディングヘッド２のＺ位置を検出するために使用される。ＴＣボンディングヘッド２をピック・アンド・プレース・システム１に対してＺ方向に移動可能にする、この位置制御された駆動軸を、以下、Ｚ軸と呼ぶ。ＴＣボンディングヘッド２は、本発明による熱圧着ボンディング方法を遂行するために以下のように構成される。ＴＣボンディングヘッド２は、延長部分１０および吸引エリアを有するチップグリッパ８を備え、吸引エリアは、半導体チップ５を吸引するように、吸引エリア内で吸引力を作り出すために、真空を供給することができる。チップグリッパ８は、ＴＣボンディングヘッド２上でＺ方向に移動可能に実装される。ベアリングはたとえばエア・クッション・ベアリングである。ＴＣボンディングヘッド２は、止め具１１、およびチップグリッパ８の延長部分１０を止め具１１に押しつける力伝達装置１２をさらに備える。力伝達装置１２は、空気圧、水圧、または電気機械式力伝達装置、たとえばボイスコイルであるが、同じく、あらかじめぴんと張られたばねとすることもできる。チップグリッパ８の延長部分１０が止め具１１の上に載ったとき、チップグリッパ８は、ＴＣボンディングヘッド２に対してアイドル位置にある。前記アイドル位置からのチップグリッパ８の偏向が、止め具１１および延長部分１０の間の距離により定義され、この距離を以下、距離Ｄと呼ぶ。第２の位置計測要素９が、この距離Ｄを検出するために使用される。チップグリッパ８により保持される半導体チップ５が基板４に接触する時点が、タッチダウンとして知られている。タッチダウンは、第２の位置計測要素９によって検出されるが、同じく、別個のタッチダウン検出器によって決定されることができる。チップグリッパ８は、半導体チップ５を加熱するために加熱装置１３を含み、同じく、有利には半導体チップ５を能動的に冷却するための冷却システム、および一体化された温度センサを含む。ギャップ冷却を備えるこのようなチップグリッパ８の有利な一実施形態が、公開されたスイス特許出願第７０６５１２（Ａ１）号明細書に説明されている。冷却システムはまた、冷却用圧縮空気などの冷却流体を供給される、チップグリッパ８内に一体化された冷却チャネル（図示せず）を備えることができる。
第１の位置計測要素７は、ピック・アンド・プレース・システム１上に配置され、第２の位置計測要素９は、ＴＣボンディングヘッド２上に配置される。はんだからなるはんだ付けポイントは、参照番号１４で指定される。
半導体チップを実装するための、本発明による熱圧着ボンディング方法は、以下のステップを備える：
−チップグリッパ８で半導体チップ５を拾い上げるステップ。
−チップグリッパ８を基板４の割り当てられた基板の場所の上方に位置決めするステップ。
ピック・アンド・プレース・システム１は、ＴＣボンディングヘッド２をある位置に動かし、ＴＣボンディングヘッド２は、必要に応じて、自分の軸を中心にチップグリッパ８を回転させ、その結果、チップグリッパ８は、位置的に正確な方法で、割り当てられた基板の場所の上方で正しい向きに位置決めされる。力伝達装置１２は、チップグリッパ８の延長部分１０をＴＣボンディングヘッド２の止め具１１に所定の力で押しつけるような方法で設定され、その結果、チップグリッパ８は、Ｄ＝０のアイドル位置にＴＣボンディングヘッド２に対して位置する。この力は、典型的には比較的小さく、たとえば数ニュートンになる。
−チップグリッパ８が、所定の距離ＤＳだけＴＣボンディングヘッド２に対して偏向させられるＺ位置にＴＣボンディングヘッド２を下げるステップ。
距離ＤＳは、プロセスに依存する。距離ＤＳは、典型的には、はんだ付けポイント１４が、はんだの溶融中にサイズを低減される距離に対応する。したがって、ＤＳはまた、バンプつぶれ距離（ｂｕｍｐ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ）として知られている。
半導体チップ５が基板４に接触すると、チップグリッパ８が停止している間、ＴＣボンディングヘッド２だけが下方に動く。したがって、ＴＣボンディングヘッド２は、チップグリッパ８が所定の距離ＤＳだけＴＣボンディングヘッド２に対して偏向されるまで、すなわち、距離Ｄが値Ｄ＝ＤＳに到達するまで、そのような程度下げられる。このステップは、以下のようなさまざまな変形形態で実行することができる：
変形形態１
−ＴＣボンディングヘッド２を下げて、同時に距離Ｄをモニタするステップ。
距離Ｄは、半導体チップ５が基板４上に衝突する時点に増大し始める。これは、当分野でタッチダウンとして知られている。距離Ｄのモニタリングは、第２の位置計測要素９によって行われる。
−距離Ｄが増大すると判定されるとすぐに、ＴＣボンディングヘッド２のＺ位置を検出するステップ。
このＺ位置は、位置Ｚ１と指定される。位置Ｚ１は、タッチダウンが検出された時点の、ＴＣボンディングヘッド２のＺ位置に対応する。この時点は、タッチダウンが効果的に発生した時点の直後（すなわち、数ミリ秒）である。
−ＴＣボンディングヘッド２がＺ位置Ｚ２＝Ｚ１−ＤＳに到達したとき、ＴＣボンディングヘッド２の下降を停止するステップ。
これは、位置計測要素７によってモニタされる。
−ＴＣボンディングヘッド２のＺ位置を値Ｚ２に閉ループ制御するステップ。
変形形態２
−ＴＣボンディングヘッド２を下げて、同時に距離Ｄをモニタするステップ。
−止め具１１および延長部分１０の間の距離Ｄが所定の値Ｄ＝ＤＳに到達したことを第２の位置計測要素９が示すとき、ＴＣボンディングヘッド２の下降を停止するステップ。
−任意選択で、温度センサにより計測されるチップグリッパ８の温度が、はんだの溶融温度以下に依然としてある所定の値Ｔ３に到達するまで、距離Ｄ＝ＤＳが維持されるような方法で、ＴＣボンディングヘッド２のＺ位置を閉ループ制御するために第２の位置計測要素９を使用し、ＴＣボンディングヘッド２の現在のＺ位置に対応する、第１の位置計測要素７により示される値を読み取り、今から、ちょうど読み取られた値にＴＣボンディングヘッド２のＺ位置を閉ループ制御するために第１の位置計測要素７を使用するステップ。
図５は、回路図に基づき、この目的のために、駆動装置６を制御するために第１の位置計測要素７の位置信号または第２の位置計測要素９の位置信号が閉ループ制御デバイス１５にどのように供給されるかを示し、駆動装置６でＴＣボンディングヘッド２のＺ位置が制御される。
次に、力伝達装置１２により作り出された力は、接触力として知られ、さらに、チップグリッパ８の死重を含む比較的小さな力で半導体チップ５を基板４に押しつける。
力伝達装置１２により生成される力は、必要に応じて増大させられ、その結果、チップグリッパ８は、ボンディング力として知られる、より大きな力で半導体チップ５を基板４に押しつける。ボンディング力は、半導体チップ５のバンプの高さのどんな差もバンプコイニングにより補償されることを保証する。
図１は、タッチダウンが発生する前のＴＣボンディングヘッド２の下降中のスナップショットを示す。図２は、タッチダウンのときのスナップショットを示す。図３は、Ｚ位置Ｚ２および距離ＤＳに到達したときのスナップショットを示す。
−加熱装置１３は、半導体チップ５を加熱するためにスイッチを入れられる。
半導体チップ５は加熱される。力伝達装置１２は、接触力で、および任意選択で、ボンディング力でチップグリッパ８を、したがって、半導体チップ５を基板４に押しつける。
−任意選択で、力伝達装置１２を非活動化する、または少なくとも、半導体チップ５の温度がはんだの溶融温度に到達する前に力伝達装置１２の力を低減するステップ。少なくとも、チップグリッパ８が半導体チップ５を基板４に押しつける残留力が残る。残留力は、たとえば最初の接触力に等しい。
このとき、はんだの溶融温度にすぐに到達しそうである、すなわち、数ミリ秒以内に到達する。ＴＣボンディングヘッド２のＺ位置は、チップグリッパ８、およびチップグリッパ８と一緒に半導体チップ５がはんだの溶融温度に到達し、それを越えると同時に発生するつぶれの間に、距離ＤＳだけ下げられるような方法で設定される。
半導体チップ５の温度がはんだの溶融温度に到達するとすぐに、はんだ付けポイント１４は、力伝達装置１２により作り出され、チップグリッパ８によりはんだ付けポイント１４の上に伝達された圧力の結果、変形し始める。したがって、チップグリッパ８は、チップグリッパ８の延長部分１０がＴＣボンディングヘッド２の止め具１１に再び載るまで、すなわち、距離Ｄ＝０に到達するまで、ＴＣボンディングヘッド２に対して下方に動く。ここからは、チップグリッパ８はもはや基板４にどんな力も加えず、その結果、力伝達装置１２の非活動化がより早い時点にまだ発生していない限り、力伝達装置１２を非活動化することができる。
図４は、距離Ｄ＝０に到達した時点のスナップショットを示す。
−半導体チップ５の温度がはんだの溶融温度を超える値に到達することを保証する第１の所定の条件が満たされると、加熱装置１３を非活動化するステップ。
第１の所定の条件は、たとえば、チップグリッパ８の温度が、はんだの溶融温度を超える所定の値Ｔ１に到達したことである。あるいは、第１の所定の条件は、加熱装置１３の活動化以後、所定の期間が経過したこととすることができる。この継続期間は、チップグリッパ８の温度が、はんだの溶融温度を超える値に確実に到達した時間に設定される。ＴＣボンディングヘッド２は、Ｚ位置Ｚ２で保持され、かつチップグリッパ８の延長部分１０はＴＣボンディングヘッド２の止め具１１の上に載るので、はんだ付けポイント１４は圧縮されない。
−チップグリッパ８の温度が、はんだの溶融温度以下の値に下がるまで待つステップ。
このステップの継続期間は、好ましくは、たとえば以下により、チップグリッパ８を能動的に冷却することにより低減される：
−チップグリッパ８の冷却システムを活動化するステップ。
冷却は、はんだ付けポイント１４がうまく固体になるなで行われる。
−半導体チップ５の温度がはんだの溶融温度以下の値に低下したことを保証する第２の所定の条件が満たされると、チップグリッパ８の冷却システムを非活動化するステップ。第２の所定の条件は、たとえば、チップグリッパ８の温度が、はんだの溶融温度以下の所定の値Ｔ２に到達したことである。第２の所定の条件は、冷却の活動化以後、所定の期間が経過したという点で代替とすることができる。この期間は、チップグリッパ８の温度が、はんだの溶融温度以下の値に確実に到達するような長さに設定される。
−ＴＣボンディングヘッド２を持ち上げるステップ。
次の半導体チップを受け取るために、ピック・アンド・プレース・システム１によりＴＣボンディングヘッド２は持ち上げられ、離れたところに動かされる。
ピック・アンド・プレース・システム１の剛性が十分大きいために、基板４に加えられる接触力が基板支持物３を下方に押しつけることができない場合、実装方法を以下に説明するように実行することができる。しかしながら、ピック・アンド・プレース・システム１の剛性が不十分であり、その結果、基板４に加えられる接触力がＴＣボンディングヘッド２に対して基板支持物３を下方に移動し、したがって、ＴＣボンディングヘッド２に対して基板４をゼロ位置から偏向させる場合、上記で説明するような装置および方法は、言い換えれば、以下の実施形態２および３に従って修正される。
実施形態２
本装置では、第２の位置計測要素９は、距離センサ１６により置換され、距離センサ１６は、ＴＣボンディングヘッド２に取り付けられ、距離センサ１６、および基板４の支持物３または表面の間の距離Ａを計測する。図６は、半導体チップ５が基板４に接触する時点での、修正された装置を示す。支持物３は、ピック・アンド・プレース・システム１またはＴＣボンディングヘッド２のＺ軸に対してアイドル位置にある。図７は、ＴＣボンディングヘッド２の下降が完了した時点での、修正された装置を示す。支持物３は、システム全体の弾性のために、ＴＣボンディングヘッド２に対して値ＤＴＳだけ下げられ、チップグリッパ８は、値ＤＳ−ＤＴＳだけＴＣボンディングヘッド２に対して持ち上げられる。
熱圧着ボンディング中に発生している力が弾性変形を引き起こす、装置内のＴＣボンディングヘッド２の下降を、３つの連続する段階に、すなわち、距離Ａが連続的に減少する第１段階、距離Ａが一定のままである第２段階、および距離Ａが再び減少する第３段階に分割することができる。
第１段階では、半導体チップ５は基板４にまだ接触しない。したがって、距離Ａは、ＴＣボンディングヘッド２の下降中、連続的に減少する。
半導体チップ５が基板４に接触すると、第２段階が開始する。力伝達装置１２により作り出された力（上述の接触力）は、半導体チップ５を基板４に押しつけ、システム全体の弾性変形を引き起こし、その結果、基板４のための支持物３は、ピック・アンド・プレース・システム１のＺ軸に対して下方に押しつけられる、および／またはＴＣボンディングヘッド２はピック・アンド・プレース・システム１のＺ軸に対して上方に押しつけられる、および／またはピック・アンド・プレース・システム１は曲がる。要約すると、ＴＣボンディングヘッド２に対する支持物３の相対移動が、距離ＤＴＳだけ得られる。システム全体の変形が、接触力に対して向けられる力を作り出す。この力が接触力より小さい限り、力伝達装置１２は、チップグリッパ８の延長部分１０をＴＣボンディングヘッド２の止め具に押しつける。したがって、チップグリッパ８は、ＴＣボンディングヘッド２と一緒に下方に動き、支持物３を押しつけ、したがって、支持物３およびＴＣボンディングヘッド２をチップグリッパ８の通常の距離から距離ＤＴＳだけ互いに対して移動させる。通常の距離または通常の位置は、支持物３およびＴＣボンディングヘッド２の間の距離、またはチップグリッパ８の力の作用がない場合のチップグリッパ８の位置を意味する。この力が接触力と同じ大きさになると、システム全体の変形が終了する、すなわち、支持物３はその場で留まる。第２段階は終了する。第２段階では、距離Ａは一定のままである。
接触力および上述の力が等しい大きさの第３段階が開始する。ＴＣボンディングヘッド２の下降が継続する。支持物３が下方にさらに偏向させられないので、距離Ａは再び減少するが、このとき、チップグリッパ８は、ＴＣボンディングヘッド２に対して移動させられる。第３段階、したがって、ＴＣボンディングヘッド２の下降は、チップグリッパ８が距離Ｄ＝ＤＳ−ＤＴＳだけＴＣボンディングヘッド２に対して偏向させられると終了する。
ＴＣボンディングヘッド２を下げるステップは、これらの段階に従って、修正された方法で以下のように実行される：
−距離Ｄ＝ＤＳ−ＤＴＳだけＴＣボンディングヘッド２に対してチップグリッパ８が偏向させられるＺ位置までＴＣボンディングヘッド２を下げるステップであって、距離ＤＳがあらかじめ決定され、距離ＤＴＳがステップ中に決定されるステップ。
距離ＤＴＳは、ＴＣボンディングヘッド２の下降中に、以下のステップにより決定される。
−距離Ａをモニタし、距離Ａがもはや減少しない時点に第１の位置計測要素７により供給される第１のＺ値ｚ１１を読み取り、距離Ａが再び減少する時点に第１の位置計測要素７により供給される第２のＺ値ｚ１２を読み取り、距離ＤＴＳ＝ｚ１１−ｚ１２を計算するステップ。
結果は、第３段階の終わりには、ＴＣボンディングヘッド２は位置ｚ＝ｚ１１−ＤＳ−ＤＴＳに到達し、一方、支持物３およびＴＣボンディングヘッド２は、値ＤＴＳだけ通常の距離に関して互いに対して移動させられることになる。
半導体チップ５が、加熱中にはんだの溶融温度に到達し、この温度を超えるとき、はんだは溶融し、はんだ付けポイント１４はつぶれて、接触力は消滅する。その結果、システム全体はその通常の位置に距離ＤＴＳだけ動き、チップグリッパ８は、延長部分１０がＴＣボンディングヘッド２の止め具の上に載るチップグリッパ８のアイドル位置に距離ＤＳ−ＤＴＳだけ下方に動く。したがって、はんだ付けポイント１４は、距離ＤＳだけ圧縮される。
本方法は、ＤＴＳ＞ＤＳである場合、さらに修正される。装置は実施形態２と同じである。
実施形態３
ＴＣボンディングヘッド２を下げるステップは、実施形態２のように遂行されるが、ＴＣボンディングヘッド２は、チップグリッパ８が距離Ｄ＝ＤＳだけＴＣボンディングヘッド２に対して偏向させられるＺ位置に下げられるといる修正を伴う。支持物３がピック・アンド・プレース・システム１のＺ軸に対して下げられた程度を示す距離ＤＴＳは、実施形態２のように下降中に決定される。
ＴＣボンディングヘッド２の下降が終了すると、位置計測要素７のＺ値が読み取られ、値Ｚ３１として記憶される。距離Ａは、はんだが溶融するまで一定のままである。はんだの溶融が開始すると、接触力が消滅し、システム全体がその通常の位置に動く、すなわち、距離Ａはこの時点から減少し始める。
はんだの溶融が発生する時点は、距離Ａが減少し、その後、ＴＣボンディングヘッド２を距離ＤＴＳだけＺ高さＺ＝Ｚ３１＋ＤＴＳに持ち上げ始められたときに、距離センサ１６によって検出される。あるいは、半導体チップ５が、加熱中にはんだの溶融温度に到達した時点の直前、その最中、または直後に、ＴＣボンディングヘッド２は、距離ＤＴＳだけＺ高さＺ＝Ｚ１＋ＤＴＳに持ち上げられる。正確な時点は、プロセスの特性に依存する。ＴＣボンディングヘッド２の持ち上げが、十分急速な手法で行われることができることを保証するために、駆動装置６は、非常に力強い駆動装置、たとえば、リニアモータまたはボイスコイル駆動装置でなければならない。
本発明は、いくつかの利点を提供する：
−半導体チップを基板の場所まで下げるために１つの位置制御された駆動軸だけが、すなわち、ＴＣボンディングヘッド２のＺ軸が必要である。
−タッチダウンの検出、およびＤ＝０のアイドル位置から、Ｄ＝ＤＳまたはＤ＝ＤＳ−ＤＴＳ（ＴＣボンディングヘッド２が、タッチダウンポイントに到達後、さらに少し下げられるため）の偏向させられた位置への、および再びＤ＝０（はんだ付けポイント１４が柔らかくなり、チップグリッパ８の圧力を受けて変形するため）のアイドル位置への、チップグリッパ８の受動的動きだけにより、はんだ付けポイント１４の高さが狭い許容範囲内で非常に正確で一定不変になる。
−構造は、構造の機構および制御技術に関して単純である。
−はんだの溶融温度に到達する少し前まで距離Ｄ＝ＤＳが維持されるような方法でＴＣボンディングヘッド２のＺ位置を閉ループ制御するために第２の位置計測要素９を使用する任意選択のステップが、半導体チップ５の加熱中に発生する、チップグリッパ８の熱膨張が、距離Ｄに影響を及ぼさないことを保証し、さらに、チップグリッパ８の延長部分１０が、ＴＣボンディングヘッド２の止め具１１の上に不注意に載らないことを保証する。
−本方法または修正された方法は、接触力により変形しない高い剛性の装置だけでなく、接触力の影響を受けて弾性的に変形する装置の両方に適している。
１ ピック・アンド・プレース・システム
２ ＴＣボンディングヘッド
３ 支持物
４ 基板
５ 半導体チップ
６ 駆動装置
７ 第１の位置計測要素
８ チップグリッパ
９ 第２の位置計測要素
１０ 延長部分
１１ 止め具
１２ 力伝達装置
１３ 加熱装置
１４ はんだ付けポイント
１５ 閉ループ制御デバイス
１６ 距離センサ

Claims (6)

  1. 半導体チップ（５）が順々にチップグリッパ（８）により取り上げられ、基板（４）上に実装される、前記基板（４）の表面上に前記半導体チップ（５）を実装するための熱圧着ボンディング方法であって、ＴＣボンディングヘッド（２）が、前記基板（４）の前記表面に垂直に伸びるＺ方向に駆動装置（６）によって移動可能であり、前記チップグリッパ（８）は、前記ＴＣボンディングヘッド（２）上に前記Ｚ方向に移動可能に実装され、前記ＴＣボンディングヘッド（２）に固定された力伝達装置（１２）が、前記ＴＣボンディングヘッド（２）の止め具（１１）の方向に前記チップグリッパ（８）の延長部分（１０）を押しつけるように構成され、前記チップグリッパ（８）は加熱装置（１３）を備え、前記半導体チップ（５）および前記基板（４）の間にはんだ付けポイント（１４）の形の固体はんだ付け接続を作り出すために：
    前記チップグリッパ（８）で前記半導体チップ（５）を拾い上げるステップ；
    割り当てられた基板の場所（４）に前記チップグリッパ（８）を位置決めするステップ；
    前記ＴＣボンディングヘッド（２）に対して所定の距離ＤＳだけ前記チップグリッパ（８）が偏向させられるＺ位置に前記駆動装置（６）によって前記ＴＣボンディングヘッド（２）を下げ、その結果、前記チップグリッパ（８）の前記延長部分（１０）が前記ＴＣボンディングヘッド（２）の止め具（１１）に載らないステップ；
    前記加熱装置（１３）によって前記半導体チップ（５）を加熱するステップ；
    前記半導体チップ（５）が前記はんだ付けポイント（１４）のはんだの溶融温度を超える温度に到達すると、前記半導体チップ（５）の前記加熱を終了し、その結果、前記はんだ付けポイント（１４）が溶融し、前記チップグリッパ（８）の前記延長部分（１０）が前記ＴＣボンディングヘッド（２）の前記止め具（１１）上に位置するようになるステップ；
    前記半導体チップ（５）の温度が、前記はんだの前記溶融温度以下の値に下がるまで待つステップ；および
    前記ＴＣボンディングヘッド（２）を持ち上げるステップ
    が実行される熱圧着ボンディング方法。
  2. 前記待つステップ中に前記チップグリッパ（８）を能動的に冷却するステップをさらに備える、請求項１に記載の熱圧着ボンディング方法。
  3. 前記半導体チップ（５）の前記加熱の開始から、前記チップグリッパ（８）の前記温度が前記はんだの前記溶融温度以下の所定の値に到達した時点まで、前記ＴＣボンディングヘッド（２）に対する前記チップグリッパ（８）の実際の偏向Ｄを計測し、前記チップグリッパ（８）が前記所定の距離ＤＳだけ偏向されたままでいるような方法で、前記ＴＣボンディングヘッド（２）の前記Ｚ位置を閉ループ制御するために、前記計測された偏向Ｄを使用するステップ
    をさらに備える、請求項１または２に記載の熱圧着ボンディング方法。
  4. 前記ＴＣボンディングヘッド（２）を下げる前記ステップは：
    前記基板（４）が載る支持物（３）、および前記ＴＣボンディングヘッド（２）が、前記チップグリッパ（８）により加えられる力により互いに対して移動させられる距離ＤＴＳを決定し、前記距離ＤＳを前記距離ＤＴＳだけ低減するステップ
    を備える、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の熱圧着ボンディング方法。
  5. 前記ＴＣボンディングヘッド（２）を下げる前記ステップは：
    前記基板（４）が載る前記支持物（３）、および前記ＴＣボンディングヘッド（２）が、前記チップグリッパ（８）により加えられる前記力により互いに対して移動させられる距離ＤＴＳを決定し、前記はんだが融解し始めるとすぐに、前記ＴＣボンディングヘッド（２）を前記距離ＤＴＳだけ持ち上げるステップ
    を備える、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の熱圧着ボンディング方法。
  6. 基板（４）の表面上に半導体チップを実装する装置であって：
    前記基板（４）の前記表面に垂直に伸びるＺ方向に移動可能に実装され、止め具（１１）を備えるＴＣボンディングヘッド（２）；
    前記ＴＣボンディングヘッド（２）上に、前記Ｚ方向に移動可能に実装され、延長部分（１０）を備えるチップグリッパ（８）；
    前記ＴＣボンディングヘッド（２）に固定され、前記Ｚ方向に前記チップグリッパ（８）の前記延長部分（１０）を前記前記ＴＣボンディングヘッド（２）の前記止め具（１１）に押しつける力伝達装置（１２）；
    前記ＴＣボンディングヘッド（２）を前記Ｚ方向に動かす駆動装置（６）；
    前記ＴＣボンディングヘッド（２）のＺ位置を検出するための第１の位置計測要素（７）；
    前記ＴＣボンディングヘッド（２）に対する前記チップグリッパ（８）の偏向を検出するための第２の位置計測要素（９）；および
    前記第１の位置計測要素（７）または前記第２の位置計測要素（９）により供給される位置信号に基づき前記駆動装置（６）を選択的に制御するように設定された、前記駆動装置（６）を制御するための閉ループ制御デバイス（１５）
    を備える装置。
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