JP2015065328A - Bonding device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電極パッド上に導電用ペーストが塗布されている基板上に、デバイスチップを接合するボンディング装置に関する。 The present invention relates to a bonding apparatus for bonding a device chip onto a substrate on which a conductive paste is applied on an electrode pad.
従来より、配線基板上に抵抗器やコンデンサ、リアクタンス、スイッチング回路などが組み込まれた部品(いわゆる、デバイスチップ)が接合された基板モジュールが、種々の用途で用いられている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a substrate module in which a component (a so-called device chip) in which a resistor, a capacitor, a reactance, a switching circuit and the like are incorporated on a wiring board is used in various applications.
さらに近年はハイブリッド自動車や電気自動車の普及に伴い、パワートランジスタやパワーデバイスと呼ばれるデバイスチップが接合された基板モジュールが普及しており、接合方法について種々検討されている(例えば、特許文献1,2)。
Furthermore, in recent years, with the spread of hybrid vehicles and electric vehicles, substrate modules to which device chips called power transistors and power devices are joined are widely used, and various joining methods have been studied (for example,
基板モジュールを構成する基板上に複数のデバイスチップを接合する場合、デバイスチップを1つずつ接合するよりも、複数同時に接合する方が、生産性向上のために好ましい。しかし、基板の表面には、10〜100μm程度のうねりがある。そして、電極パッドとデバイスチップとを接合するために塗布される導電用ペーストは、隣接するデバイスチップや電極同士のショートを防ぐために、必要最小限の量しか塗布されていない。 When bonding a plurality of device chips on a substrate constituting a substrate module, it is preferable to bond a plurality of device chips at the same time rather than bonding the device chips one by one in order to improve productivity. However, the surface of the substrate has a swell of about 10 to 100 μm. The conductive paste applied to join the electrode pad and the device chip is applied only in a minimum amount in order to prevent a short circuit between adjacent device chips and electrodes.
そのため、このような基板上に、複数のデバイスチップを一度に接合しようとすると、それぞれの電極パッドとデバイスチップ間の間隔が、基板のうねりなどの影響により少しずつ異なるため、従来の技術では、導電ペーストとデバイスチップとの接触が不均一となり、結果的に接合不良を招くおそれがあるという課題があった。 Therefore, when trying to join a plurality of device chips on such a substrate at a time, the distance between each electrode pad and device chip is slightly different due to the influence of the substrate swell, etc. There has been a problem that contact between the conductive paste and the device chip becomes non-uniform, resulting in poor bonding.
なお、ここで言う接合不良とは、デバイスチップと導電用ペーストの接触面積が、本来接触すべき面積に満たない場合や、接合時に導電用ペーストが過度にはみ出して隣接するデバイスチップや電極パッドとショートする状態を意味する。 Note that the bonding failure referred to here is when the contact area between the device chip and the conductive paste is less than the area that should be contacted, or when the conductive paste excessively protrudes during bonding and the adjacent device chip or electrode pad. It means a short circuit.
そこで、本発明の目的は、複数のデバイスチップを同時に接合する際に、それぞれのデバイスチップと電極パッドとの接合不良を防ぐことができるボンディング装置を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a bonding apparatus that can prevent a bonding failure between each device chip and an electrode pad when a plurality of device chips are bonded simultaneously.
以上の課題を解決するために、第1の発明は、
基板表面に設けられた複数の電極パッド上に、複数のデバイスチップを接合するボンディング装置であって、
前記基板を水平方向に載置するステージ部と、
前記基板上の電極パッドの位置・間隔に対応させた状態で前記複数のデバイスチップを供給するチップ供給部と、
前記基板上にボンディングする複数のデバイスチップを一度に保持するヘッド部と、
前記ステージ部に対して前記ヘッド部を上下方向に昇降移動させるヘッド昇降機構と、
前記ヘッド部を上下方向に加振するヘッド加振部とを備え、
前記ヘッド部には、前記複数のデバイスチップを加熱するヒータ部が備えられ、
前記基板表面上に設けられた前記複数の電極パッド上に、前記複数のデバイスチップを同時に接合することを特徴とする、ボンディング装置である。
In order to solve the above problems, the first invention provides:
A bonding apparatus for bonding a plurality of device chips on a plurality of electrode pads provided on a substrate surface,
A stage portion for placing the substrate in a horizontal direction;
A chip supply unit for supplying the plurality of device chips in a state corresponding to the positions and intervals of the electrode pads on the substrate;
A head portion for holding a plurality of device chips bonded on the substrate at a time;
A head elevating mechanism that moves the head unit up and down with respect to the stage unit;
A head excitation unit for exciting the head unit in the vertical direction,
The head unit includes a heater unit for heating the plurality of device chips,
The bonding apparatus is characterized in that the plurality of device chips are simultaneously bonded onto the plurality of electrode pads provided on the substrate surface.
第2の発明は、第1の発明において、
前記ヘッド加振部は、前記ヘッド部を前記ステージ部側に下降させた状態で、前記ヘッド昇降機構の昇降動作を繰り返すことにより、当該ヘッド部を上下方向に加振するものであることを特徴とする。
According to a second invention, in the first invention,
The head vibration unit is configured to vibrate the head unit in the vertical direction by repeating the lifting operation of the head lifting mechanism while the head unit is lowered to the stage unit side. And
第3の発明は、第2の発明において、
前記ヘッド部の昇降移動を上下方向に規制する昇降ガイド部をさらに備え、
前記ヘッド部が取り付けられた前記昇降ガイド部の可動側部材と、前記ヘッド昇降機構の可動側部材とが、球面軸受けを介して連結されていることを特徴とする。
According to a third invention, in the second invention,
An elevating guide part for regulating the elevating movement of the head part in the vertical direction;
The movable side member of the elevating guide unit to which the head unit is attached and the movable side member of the head elevating mechanism are connected via a spherical bearing.
第4の発明は、第1〜3のいずれかの発明において、
前記ヘッド部を前記ステージ部側に向けてさらに加圧するヘッド加圧部をさらに備えた
ことを特徴とする。
In a fourth invention according to any one of the first to third inventions,
A head pressurizing unit that further pressurizes the head unit toward the stage unit is further provided.
第5の発明は、第4の発明において、
前記ヘッド加圧部の作用点が、前記ヘッド部を上下方向に移動させるための可動側部材又は当該可動側部材に取り付けられた連結部材にはたらく構成をしていることを特徴とする。
A fifth invention is the fourth invention,
The point of action of the head pressurizing unit is configured to act on a movable member for moving the head unit in the vertical direction or a connecting member attached to the movable member.
複数チップを同時に接合する際に、複数のデバイスチップと電極パッドとの接合不良を防ぐことができる。 When bonding a plurality of chips at the same time, it is possible to prevent a bonding failure between the plurality of device chips and the electrode pads.
本発明を実施するための形態について、図を用いながら説明する。なお、説明を簡単に行うため、接合対象となる基板Wには、その表面に4つの電極パッドP1〜P4が形成されており、その上に各々デバイスチップC1〜C4を接合する形態を例示する。
また各図においては、直交座標系の3軸をX、Y、Zとし、XY平面を水平面、Z方向を鉛直方向とする。特に、X方向は、矢印の方向を手前側、その逆方向を奥側と表現し、Y方向は、矢印の方向を右側、その逆方向を左側と表現し、Z方向は矢印の方向(重力上方)を上側、その逆方向を下側と表現する。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. For simplicity of explanation, the substrate W to be bonded has four electrode pads P1 to P4 formed on the surface thereof, and a mode in which the device chips C1 to C4 are bonded to the respective electrodes is illustrated. .
In each figure, the three axes of the orthogonal coordinate system are X, Y, and Z, the XY plane is the horizontal plane, and the Z direction is the vertical direction. In particular, the X direction represents the direction of the arrow as the front side, and the opposite direction as the back side, the Y direction represents the direction of the arrow as the right side, the opposite direction as the left side, and the Z direction represents the direction of the arrow (gravity). The upper direction is expressed as the upper side, and the opposite direction is expressed as the lower side.
図1は、本発明を具現化する形態の一例の全体を示す概略図である。
本発明に係るボンディング装置1は、ステージ部2と、チップ供給部7と、ヘッド部3と、ヘッド昇降機構4と、ヘッド加振部5とを備えて構成されている。
FIG. 1 is a schematic view showing the whole of an example embodying the present invention.
A
ステージ部2は、デバイスチップの接合対象となる基板Wを水平方向に載置するものである。ステージ部2は、基板Wの載置時や入れ替え時は基板保持力が作用せず、基板を載置した後に基板保持力が作用する、基板載置台21を備えた構成としておく。
The
具体的には、基板載置台21は、その表面であって、載置される基板Wの外形より内側部分に、溝や孔を設けておく。そして、これら溝や孔は、外部の真空発生機構(図示せず)と切替バルブ(図示せず)などを介して接続しておき、真空状態と大気解放状態に切り替え出来るようにしておく。 Specifically, the substrate mounting table 21 is provided with a groove or a hole on the surface thereof and on the inner side of the outer shape of the substrate W to be mounted. These grooves and holes are connected via an external vacuum generation mechanism (not shown) and a switching valve (not shown), etc., so that they can be switched between a vacuum state and an atmospheric release state.
或いは、基板載置台21は、基板Wを保持するために必要な面積の静電チャックを備え、基板Wを保持したり、保持解除したりできる構成としても良い。そうすることで、基板載置台21は、適宜、基板Wを保持し、保持解除することができる。 Alternatively, the substrate mounting table 21 may include an electrostatic chuck having an area necessary for holding the substrate W, and may be configured to hold or release the substrate W. By doing so, the substrate mounting table 21 can appropriately hold and release the substrate W.
ステージ部2は、移動の必要がなければ、装置フレーム10に取り付けても良い。
The
一方、ステージ部2は、Y方向に移動させる必要があれば、図1に示すように、Y方向に移動可能な構成としておくことが好ましい。この場合、装置フレーム10上に、Y方向に伸びる一対のレール25を配置し、レール25上をY方向に移動するY軸スライダー26を備えておく。そして、外部からの制御信号に基づいて、Y軸スライダー26を所定の方向に、所定の速度で移動させ、所定の場所で静止させる、Y軸スライダー駆動機構(図示せず)を備えておく。
On the other hand, if it is necessary to move the
具体的には、Y軸スライダー駆動機構は、Y軸スライダー26を、回転モータとボールねじにより駆動するものや、リニアモータにより駆動するもの、エアシリンダや油圧シリンダーにより駆動するものが例示できる。そうすれば、ステージ部2における、基板Wを載置したり次の基板と入れ替えたりする場所と、チップデバイスを接合する場所とを、個別に設定することができる。
Specifically, examples of the Y-axis slider drive mechanism include those that drive the Y-
チップ供給部7は、基板W上の電極パッドP1〜P4の位置・間隔に対応させた状態で、これら電極パッドP1〜P4の上にボンディングする複数のデバイスチップC1〜C4を供給するものである。具体的には、チップ供給部7は、複数のデバイスチップC1〜C4を載置する、チップ供給台71を備えて構成されている。より具体的な形態を例示すると、チップ供給台71は、デバイスチップC1〜C4の外形と対応した凹み部72を有し、この凹み部72の深さは、デバイスチップC1〜C4の厚みよりも浅く設定されている。さらにこの凹み部72の位置・間隔は、基板Wの電極パッドP1〜P4の位置・間隔に合わせて配置されている。そのため、デバイスチップC1〜C4は、チップ供給台71の凹み部72に落とし込まれ、かつ、各チップの表面がチップ供給台71の表面よりも上側にある状態で整列配置される。なお、チップ供給部7は、ステージ部2とは物理的に干渉しない位置に配置しておく。例えば、図1には、ステージ部2が手前側、チップ供給部7が奥側に配置さている様子が示されている(後述の図3も同じ)。
The chip supply unit 7 supplies a plurality of device chips C1 to C4 to be bonded onto the electrode pads P1 to P4 in a state corresponding to the positions and intervals of the electrode pads P1 to P4 on the substrate W. . Specifically, the chip supply unit 7 includes a
チップ供給部7は、凹み部を有するチップ供給台71に限定されず、他の形態であっても良い。例えば、平坦なチップ供給台に、デバイスチップC1〜C4の外形に沿う基準ピンや基準バーなどのチップ位置決め用部材を配置して構成しておく。そして、これらチップ位置決め用部材は、デバイスチップC1〜C4を沿わせることで、各チップが基板W上の電極パッドP1〜P4の位置・間隔に対応させた状態となるように配置しておく。 The chip supply unit 7 is not limited to the chip supply table 71 having a recess, but may be in another form. For example, a chip positioning member such as a reference pin or a reference bar along the outer shape of the device chips C1 to C4 is arranged on a flat chip supply base. These chip positioning members are arranged so that each chip corresponds to the position / interval of the electrode pads P1 to P4 on the substrate W by aligning the device chips C1 to C4.
或いは、チップ供給部7は、平坦なチップ供給台と、デバイスチップC1〜C4を所定の位置・間隔で整列配置させるチップマウンタ−とを備えた構成をしたものであっても良い。つまり、平坦なチップ供給台の上に、基板Wの電極パッドP1〜P4の位置・間隔と対応した状態で、電極パッドP1〜P4を整列配置させておく。 Alternatively, the chip supply unit 7 may be configured to include a flat chip supply table and a chip mounter that aligns and arranges the device chips C1 to C4 at predetermined positions and intervals. That is, the electrode pads P1 to P4 are arranged and arranged on the flat chip supply base in a state corresponding to the positions and intervals of the electrode pads P1 to P4 of the substrate W.
チップ供給部7は、このような構成をしているため、デバイスチップC1〜C4を、基板W上の電極パッドP1〜P4の位置・間隔に対応させた状態で予め配置しておくことができる。そのため、これらチップは、ヘッド部3を用いて一度にピックアップでき、基板Wの電極パッドP1〜P4上に所定の位置・間隔を保ってボンディングすることができる。
Since the chip supply unit 7 has such a configuration, the device chips C1 to C4 can be arranged in advance in a state corresponding to the positions and intervals of the electrode pads P1 to P4 on the substrate W. . Therefore, these chips can be picked up at once using the
ヘッド部3は、基板W上にボンディングする複数のデバイスチップチップC1〜C4を一度に保持するものである。ヘッド部3は、チップ保持部31と、ヒータ部32とを備えて構成されている。
The
チップ保持部31は、複数のデバイスチップチップC1〜C4を保持するものである。チップ保持部31は、デバイスチップC1〜C4をピックアップし基板Wに接合するまでは保持力を作用させ、接合後にヘッド上昇させる前から次のデバイスチップをピックアップするまでは保持力を作用させない構成としておく。
The
具体的には、チップ保持部31は、その表面であって、ピックアップするデバイスチップC1〜C4の外形より内側部分に、溝や孔を設けておく。そして、これら溝や孔は、外部の真空発生機構(図示せず)と切替バルブ(図示せず)などを介して接続しておき、真空状態と大気解放状態に切り替え出来るようにしておく。そうすることで、チップ保持部31は、適宜、デバイスチップC1〜C4を吸着保持し、保持解除することができる。
Specifically, the
なお、上述のステージ部2の基板載置台21と、チップ供給部7のチップ載置台71とと、ヘッド部3のチップ保持部31とは、互いに平行となるように予め調整しておく。
The substrate mounting table 21 of the
ヒータ部32は、導電用ペーストCPを加熱するものである。
具体的には、ヒータ部32は、セラミックヒータやシーズヒータなどを用いて構成することができ、外部からの電圧や電圧制御により、加熱ON/OFを切り替えたり、加熱温度が設定できるようにしておく。ヒータ部32をヘッド部3に備えることで、複数のデバイスチップチップC1〜C4を介して導電用ペーストCPを加熱することができる。
The
Specifically, the
図2は、本発明を具現化する形態の一例の要部を示す概略図である。
図2には、ステージ部2の基板載置台21と、ヘッド部3のチップ保持部31とヒータ部32と、チップ保持部31の下面で保持されたデバイスチップC1〜C4が示されている。さらに、基板載置台21上には、本発明に係るボンディング装置1で接合対象として扱う基板Wが載置されている。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a main part of an example of a form embodying the present invention.
FIG. 2 shows the substrate mounting table 21 of the
なお、本発明に係るボンディング装置1で接合対象として扱う基板Wは、その表面に形成された電極パッドP1〜P4上に、導電用ペーストCPが予め適量塗布されている。さらに、この導電用ペーストCPは、接合時の圧力を考慮した上で、例えばスクリーン印刷によって、電極パッドP1〜P4の外形より内側に所定の厚みで(つまり、必要量だけ)塗布される。
In addition, the board | substrate W handled as a joining target with the
ヘッド昇降機構4は、ステージ部2及びチップ供給部7に対してヘッド部3を上下方向に昇降移動させるものである。ヘッド部3は、ヘッド昇降機構4の可動側部材であるZ軸スライダー43に取り付けられている。
The
図3は、本発明を具現化する形態の一例の全体を示す概略図である。
図1は、ヘッド昇降機構4のZ軸スライダー43とヘッド部3が上昇した状態を示しており、図3は、Z軸スライダー43とヘッド部3が下降した状態を示している。
FIG. 3 is a schematic view showing the whole of an example embodying the present invention.
FIG. 1 shows a state where the Z-
具体的には、ヘッド昇降機構4は、ベースプレート41と、ベースプレート41上に配置したZ方向に伸びる一対のレール42と、レール42上をZ方向に移動するZ軸スライダー46を備えておく。そして、Z軸スライダー43には、ボールねじ44を介して回転モータ45が取り付けられている。回転モータ45は、外部からの制御信号に基づいて、所定の方向に所定の回転速度で回転し、所定の角度で静止することができる。そのため、外部からの信号制御に基づいて、Z軸スライダー43を所定の方向に、所定の速度で移動させ、所定の場所で静止させることができる。さらに具体的には、回転モータ45の回転をメカニカルに制止させる、ブレーキ機構(図示せず)を備えた構成としても良い。また、ヘッド部3は、適宜連結部材33,34,35を介して、Z軸スライダー43に取り付けられている。そのため、ヘッド部3は、外部からの制御信号に基づいて、上下方向に昇降移動でき、所定の位置で静止することができる。
Specifically, the
また、ヘッド昇降機構4は、上述のような回転モータを用いた形態に限らず、エアシリンダや油圧シリンダーを用いて、Z軸スライダー43を上下方向に昇降移動させる構成としても良い。
Further, the
なお、ヘッド昇降機構4は、ヘッド部3を水平方向に移動する必要がなければ、連結部材11を介して装置フレーム10に固定状態で取り付けても良い。この場合、上述のチップ供給部7には、ステージ部2と物理的に干渉しない状態を維持しつつ、チップ載置台71をヘッド部3の下方まで移動させ、その状態で待機させる機構を備えた構成としておく。
The
一方、ヘッド昇降機構4は、X方向に移動させる必要があれば、図1,3に示すような、X方向に移動可能な構成としておくことが好ましい。この場合、連結部材11上に、X方向に伸びる一対のレール15を配置し、レール15上をX方向に移動するX軸スライダー16を備えておく。そして、外部からの制御信号に基づいて、X軸スライダー16を所定の速度で移動させ、所定の場所で制止させる、X軸スライダー駆動機構(図示せず)を備えておく。
On the other hand, the
具体的には、X軸スライダー駆動機構は、X軸スライダー16を、回転モータとボールねじにより駆動するものや、リニアモータにより駆動するもの、エアシリンダや油圧シリンダーにより駆動するものが例示できる。そうすれば、ヘッド部3によりデバイスチップC1〜C4をピックアップする場所と、チップデバイスC1〜C4を基板Wに接合する場所を、個別に設定することができる。
Specifically, examples of the X-axis slider drive mechanism include those that drive the
ヘッド加振部5は、ヘッド部3を上下方向に加振するものである。具体的には、ヘッド加振部5は、高周波振動発生器51などが例示でき、連結部材33,34を介してヘッド部3が取り付けられている連結部材35に取り付けておく。高周波振動発生器51は、外部の制御信号に基づいて、所定の振幅・周波数で、適宜振動する。更に具体的には、高周波振動発生器51は、その内部に回転モータを備え、その回転モータに取り付けられた偏心おもりが回転することで、矢印52に示す方向に振動が発生するものが例示できる。或いは、高周波振動発生器51は、所定の重量を有する振動子が往復動することで、矢印52に示す方向に振動が発生するものでも良い。
The
なお、デバイスチップのボンディングに用いられる導電用ペーストCPは、高粘度のため、単なる加圧だけでは均一に押し広げることが難しい。つまり、導電用ペーストCPが塗布されている領域の中央部と周辺部とでは、導電用ペーストCPの厚みを均一に保ったままで薄く押し広げることが難しい。そのため、接合前のデバイスチップC1〜C4を電極パッドP1〜P4上に塗布された導電用ペーストCPと接触させた後、加振することにより、加振を加えない場合よりもさらに、導電用ペーストCPを均一に薄く押し広げつつ、デバイスチップC1〜C4と電極パッドP1〜P4との間隔を近づけることができる。そのため、本発明に係るボンディング装置1は、特に高粘度の導電用ペーストCPが塗布された基板Wに対して複数のデバイスチップを接合するのに好適な形態と言える。
Since the conductive paste CP used for bonding the device chip has a high viscosity, it is difficult to spread the paste uniformly by simple pressure. In other words, it is difficult to spread the conductive paste CP thinly while keeping the thickness of the conductive paste CP uniform at the central portion and the peripheral portion of the region where the conductive paste CP is applied. Therefore, by bringing the device chips C1 to C4 before bonding into contact with the conductive paste CP applied on the electrode pads P1 to P4 and then applying the vibration, the conductive paste is further applied as compared with the case where no vibration is applied. The distance between the device chips C1 to C4 and the electrode pads P1 to P4 can be reduced while pushing the CP uniformly and thinly. Therefore, it can be said that the
ボンディング動作の一連のフローは、以下の通りである。
図4は、本発明を具現化する形態の一例を示すフロー図である。
予めステージ部2には、電極パッドP1〜P4に接合用ペーストが塗布された基板Wを載置しておく(s11)。また、デバイスチップ供給部には、接合用デバイスチップC1〜C4を所定の位置・方向にアライメントされた状態で並べて配置しておく(s21)。
A series of flow of the bonding operation is as follows.
FIG. 4 is a flowchart showing an example of a form embodying the present invention.
A substrate W having a bonding paste applied to the electrode pads P1 to P4 is placed on the
続いて、ステージ部2の吸着保持を行い(s12)、基板Wの位置アライメントを行っい(s13)、ステージ部2を接合位置まで移動させ(s14)、静止させる(s15)。
Subsequently, the suction holding of the
一方、ヘッド部3を接合用デバイスチップC1〜C4をピックアップするために、チップ供給部7の上方の所定の位置へ移動し(s22)、ヘッド部3を下降させ(s23)、デバイスチップC1〜C4を真空吸着し(s24)、再びヘッド部3を上昇させ(s25)、ヘッド部3を接合位置まで移動させ(s26)、ステージ部3の上方で待機させる(s27)。
On the other hand, in order to pick up the bonding device chips C1 to C4, the
そして、ステージ部2とヘッド部3が接合可能な状態であれば、ヘッド部3を下降させる(s31)。ヘッド部3が下降し、基板Wの電極パッドP1〜P4上に塗布された導電用ペーストCPの上にデバイスチップC1〜C4が接触したかどうかを判断する(s32)。なお、この接触判断は、回転モータの電流値が上昇したり、Z軸スライダーの位置や位置変化量の減少に基づいて判断したり、ステージ部2やヘッド部3に予め組み込んでおいた圧力センサの信号出力に基づいて判断したりすることが可能である。
If the
そして、基板Wの電極パッドP1〜P4上に塗布された導電用ペーストCPの上にデバイスチップC1〜C4が接触したと判断されれば、ヘッド加振部5を作動させて導電用ペーストCPを均一に薄く押し広げる(s34)。
When it is determined that the device chips C1 to C4 are in contact with the conductive paste CP applied on the electrode pads P1 to P4 of the substrate W, the
そして、ヒータ部を作動させ(s35)、デバイスチップC1〜C4と電極パッドP1〜P4とを接合する。 And a heater part is operated (s35) and device chip C1-C4 and electrode pad P1-P4 are joined.
デバイスチップC1〜C4と電極パッドP1〜P4とが接合されれば(s37)、ヘッド部3の真空吸着や、ヘッド加振部・ヒータ部の各部を作動状態から停止状態にし(s38)、ヘッド部3を上昇させる(s39)。
If the device chips C1 to C4 and the electrode pads P1 to P4 are bonded (s37), the vacuum suction of the
そして、ステージ部2を基板入れ替え位置へ移動させ(s40)、基板の吸着状態を解除し(s41)、デバイスチップC1〜C4が接合された基板を取り出す(s42)。
Then, the
本発明に係るボンディング装置1は、上述の各機器を制御するための制御部をさらに備え、人が介在しながら半自動で、若しくは、ボンディング動作や諸条件を予め設定しておき、プログラムに基づいて自動的に、上述した一連のボンディング動作(s11〜s42)
を行う。
The
I do.
本発明に係るボンディング装置1は、上述のような構成をしているため、基板Wの表面上に設けられた複数の電極パッドP1〜P4上に、複数のデバイスチップC1〜C4を同時に接合することができる。その上、基板Wの表面にうねりなどがあり、各電極パッドP1〜P4と、その上に接合される各デバイスチップC1〜C4との間隔にバラツキがあったとしても、導電用ペーストCPが均一に塗り広げられた状態で接合が行われる。そのため、複数チップを同時に接合する際に、複数のデバイスチップと電極パッドとの接合不良を防ぐことができる。
Since the
[別の形態]
なお、本発明の適用にあたり、ヘッド加振部5は、図1,3を用いて上述したような、高周波振動発生器51をヘッド部3に取り付けた構成に限定されず、図5,6に示すような構成のヘッド加振部5aとしても良い。
[Another form]
In applying the present invention, the
図5,6は、本発明を具現化する形態の別の一例の全体を示す概略図である。
なお、図5は、ヘッド部3が上昇した状態を示しており、図6は、ヘッド部3が下降した状態を示している。
5 and 6 are schematic views showing the whole of another example embodying the present invention.
5 shows a state in which the
本発明に係るボンディング装置1aは、ボンディング装置1と共通する構成のステージ部2,ヘッド部3を備えつつ、異なる構成のヘッド昇降部4aを備えて構成されている。
A
ヘッド昇降機構4aは、ステージ部2に対してヘッド部3を上下方向に昇降移動させるものである。ヘッド部3は、ヘッド昇降機構4aの可動側部材であるシャフト47に取り付けられている。
The
具体的には、ヘッド昇降機構4aは、直動シリンダーユニット40aにより構成されている。直動シリンダーユニット40aは、筐体46と、シャフト47と、シャフト47を出し入れするための加圧流体供給ポート46a,46bを備えて構成されている。筐体46は、その内部が密閉された中空になっており、加圧流体供給ポート46a,46bに供給される流体の圧力差により、シャフト47に接続された弁板48が、筐体46内で往復動作するように構成されている。
Specifically, the
より具体的には、直動シリンダーユニット40aの加圧流体供給ポート46a側の圧力f1aが、加圧流体供給ポート46b側の圧力f1bよりも小さくなる(例えば、加圧流体供給ポート46a側を大気解放し、加圧流体供給ポート46b側に圧縮エアを供給する)状態にすれば、図5に示すように、シャフト47とヘッド部3が上昇した状態となる。
More specifically, the pressure f1a on the pressurized
逆に、直動シリンダーユニット40aの加圧流体供給ポート46a側の圧力f1aが、加圧流体供給ポート46b側の圧力f1bよりも大きくなる(例えば、加圧流体供給ポート46a側に圧縮エアを供給し、加圧流体供給ポート46b側を大気解放する)状態にすれば、図6に示すように、シャフト47とヘッド部3がステージ部2側に下降した状態となる。
Conversely, the pressure f1a on the pressurized
ヘッド加振部5aは、ヘッド部3をステージ部2側に下降させた状態で、ヘッド昇降機構4aの昇降動作を繰り返すことにより、ヘッド部3を上下方向に加振するものである。具体的には、ヘッド加振部5aは、ヘッド昇降機構4aの直動シリンダーユニット40aの往復動作を高速で切り替えることにより具現化できる。
The head vibration unit 5a vibrates the
図7は、本発明を具現化する形態の別の一例におけるタイムチャートである。
図7(a)は、縦軸をヘッド部の高さZh、横軸を時刻tとし、ヘッド部3の高さの経時変化を示す図である。
図7(b)は、縦軸を圧力f、横軸を時刻tとし、直動シリンダーユニット40に供給する圧力差(f1a−f1b)の経時変化を示す図である。
FIG. 7 is a time chart in another example of a form embodying the present invention.
FIG. 7A is a diagram showing the temporal change in the height of the
FIG. 7B is a diagram showing the change with time of the pressure difference (f1a−f1b) supplied to the
より具体的には、直動シリンダーユニット40aのシャフト47を下降させて、ヘッド部3を上昇端位置からペースト接触位置(デバイスチップC1〜C4と導電用ペーストCPとが接触する位置)まで下降させる(図6に示す状態)。さらに、ヘッド部3をステージ部2側に下降させた状態にしつつ、シャフト47を上下方向に昇降移動させる圧力(f1a,f1b)を高速で(例えば、10〜数百Hzで)切り替わるように、加圧流体供給ポート46a,46bに導入するエア圧や油圧を反転させる制御を行う。
More specifically, the
そして、所定の加振動作を行った後、ヘッド部3のヒータ部32を作動させて加熱を開始する。
Then, after performing a predetermined vibration operation, the
なお上述では、図5,6に示したように、直動シリンダーユニット40を用いて、ヘッド昇降機構4a、5aを構成した形態を例示した。しかし、本発明に係るヘッド昇降機構とは、これ以外の形態でも良く、例えば、図1,3に示したような、ボールねじ44と回転モータ45によりZ軸スライダー43が上下方向に昇降する、ヘッド昇降機構4を用いた形態でも具現化できる。この場合、回転モータ45を、Z軸スライダー43が下降する側の回転トルクが高速で強弱するように、回転方向を高速で(例えば、10〜数百Hzで)反転させる制御を行う。
In the above description, as shown in FIGS. 5 and 6, the form in which the
本発明に係るボンディング装置1aは、上述のような構成をしているため、ヘッド部3を加振するための構成を簡素化しつつ、確実に導電用ペーストCPが均一に塗り広げることができる。
Since the
[別の形態]
なお、図5,6を用いて上述した本発明に係るボンディング装置1aは、ヘッド部3の昇降移動を上下方向に規制する昇降ガイド部49をさらに備え、ヘッド部3が取り付けられた昇降ガイド部49の可動側部材であるシャフト49sと、ヘッド昇降機構4aの可動側部材であるシャフト47とが、球面軸受Sを介して連結されている構成とすることが好ましい。
[Another form]
The
具体的には、昇降ガイド部49は、Z方向に所定の長さを有する円柱状のシャフト49sと、リニアブッシュ49bとを備えて構成されている。リニアブッシュ49bは、ベースプレート41上に取り付けられており、シャフト49sがZ方向にのみ移動可能な構成をしている。
Specifically, the elevating / lowering
この形態であれば、ヘッド昇降機構4aの剛性を保つことが難しく、ヘッド部3が水平方向にぶれが生じやすい場合に、ヘッド昇降機構4aの水平方向の剛性を高め、ヘッド部3が水平方向にぶれてしまうことを防ぐことができる。特に、この構成であれば、ヘッド部3を下降させ、デバイスチップC1〜C4を電極パッドP1〜P4側に押さえつけたときに生じやすい、ヘッド部3の水平方向のぶれを無くし、常に下向きの押しつけ力が作用させることができる。そのため、デバイスチップC1〜C4が、隣接する他の電極パッドやその上に塗布された導電用ペーストCPと短絡してしまうことを防ぐことができる。
With this configuration, it is difficult to maintain the rigidity of the
さらに、シャフト47とシャフト49sは、球面軸受Sを介して連結されているため、上下方向のガタ付きが無い。そのため、ヘッド部3に加えられる上下方向の加振力が、減衰されずに伝わり、効率よく導電用ペーストCPを押し広げることができる。
Further, since the
[別の形態]
なお、本発明の適用にあたり、本発明に係るボンディング装置1,1aは、ヘッド加圧部6をさらに備えた構成としても良い。
[Another form]
In applying the present invention, the
ヘッド加圧部6は、ヘッド部3をステージ部2側に向けてさらに加圧するものである。
具体的には、ヘッド加圧部6は、図5,6に示すような構成とすることができる。つまり、ヘッド加圧部6は、ヘッド部3に取り付けられた連結部材を介して、ヘッド部3を上下方向に移動させるための可動側部材であるシャフト49aを、ステージ部2側にさらに押さえつける機構を備えた構成をしている。
The
Specifically, the
より具体的には、ヘッド加圧部6は、直動シリンダーユニット60と、押さえ部材65とを備えて構成されている。直動シリンダーユニット60は、筐体61と、シャフト62と、シャフト62を出し入れするための加圧流体供給ポート61a,61bを備えて構成されている。筐体61は、その内部が密閉された中空になっており、加圧流体供給ポート61a,61bに供給される流体の圧力差により、シャフト62に接続された弁板63が、筐体61内で往復動作するように構成されている。
More specifically, the
シャフト62の一端は、押さえ部材65と、ナックルジョイント67を介して取り付けられている。押さえ部材65は、直線型若しくは略L字型(略V字型を含む)の形状をしており、ナックルジョイント66を介して、装置フレーム10の連結部材11に取り付けられている。
One end of the
このような構成をしているため、押さえ部材65は、シャフト62の往復動作に伴い、ナックルジョイント66の軸部を中心として、先端部68が上下方向に回動する構成をしている。
Because of such a configuration, the pressing
より具体的には、直動シリンダーユニット60の加圧流体供給ポート61a側の圧力f2aが、加圧流体供給ポート61b側の圧力f2bよりも大きくなる(例えば、加圧流体供給ポート61a側に圧縮エアを供給し、加圧流体供給ポート61b側を大気解放する)状態にすれば、図5に示すように、シャフト62は矢印62vに示す方向に下がり、押さえ部材65の先端部68は、矢印68vに示す方向に上昇した状態となる。この状態では、先端部68がヘッド3に連結されている連結部材36と離れており、ヘッド部3をステージ部2側に押さえつける押し付け力は作用していない。
More specifically, the pressure f2a on the pressurized
逆に、直動シリンダーユニット60の加圧流体供給ポート61a側の圧力f2aが、加圧流体供給ポート62b側の圧力f2bよりも小さくなる(例えば、加圧流体供給ポート61a側を大気解放し、加圧流体供給ポート46b側に圧縮エアを供給する)状態にすれば、図6に示すように、シャフト62は矢印62vに示す方向に上がり、押さえ部材65の先端部68は、矢印68vに示す方向に下降した状態となる。この状態では、先端部68がヘッド3に連結されている連結部材36を押さえ付けており、ヘッド部3をステージ部2側に押さえつける押し付け力が作用する。
Conversely, the pressure f2a on the pressurized
このような構成をしているため、ヘッド加圧部6を備えたボンディング装置は、ヘッド昇降部の下降動作とヘッド加振部の加振により導電用ペーストCPが押し広げられた後、デバイスチップC1〜C4と電極パッドP1〜P4との間隔を維持することができる。さらには、デバイスチップC1〜C4を基板W側にさらに押し込んで、僅かながら電極パッドP1〜P4との間隔を近づけることができる。
Due to such a configuration, the bonding apparatus including the
このとき、ヘッド加圧部6は、押さえ部材65の先端部68が連結部材36に接する点を押し込み力の作用点とし、連結部材36上の当該作用点には、ヘッド部3をステージ部2に向けて押し付ける力がはたらく構成をしている。そのため、ヘッド加圧部3でヘッド部3を押し込む力を大きく設定しても、ヘッド昇降部4の上下動作に頼らずに加圧することができる。そうすることで、ヘッド昇降部4のみにより加圧力を付与した場合に生じる様な、X軸スライダー15やヘッド昇降機構4の直動ガイド部分に余分なストレスが加わることを防ぐことができる。
At this time, the
そのため、ステージ部2とヘッド部3の平行度を維持した状態で、デバイスチップと電極パッドを接合するためにデバイスチップC1〜C4を加熱し、導電用ペーストCPの溶剤が揮発して体積減少しても、接触面積全面に導電用ペーストCPが行き渡った状態で接合を終えることができる。
Therefore, the device chips C1 to C4 are heated in order to join the device chip and the electrode pad while maintaining the parallelism between the
[別の形態]
図8は、本発明を具現化する形態のさらに別の一例の要部を示す側面図である。
図8に示す形態は、図5,6に示した構成とは異なり、ヘッド部3を上下方向に移動させるための可動側部材であるシャフト49a1の先端部が露出している。さらに、シャフト49a1の先端部側面には連結部材36aが取り付けられており、連結部材36aに球面軸受けSが取り付けられている。つまり、ヘッド加圧部6は、押さえ部材65の先端部68が連結部材49a1に接する点を押し込み力の作用点とし、連結部材49a1の先端部の当該作用点には、ヘッド部3をステージ部2に向けて押し付ける力がはたらく構成をしている。その他の構成は、図5,6に示した構成と同様である。
[Another form]
FIG. 8: is a side view which shows the principal part of another example of the form which embodies this invention.
The form shown in FIG. 8 differs from the configuration shown in FIGS. 5 and 6 in that the tip of the shaft 49a1, which is a movable side member for moving the
そのため、図8に示す形態は、ヘッド加圧部6の作用点である押さえ部材65の先端部68が、直接シャフト49a1に接触し、シャフト49a1を押さえ付けることにより、ヘッド部3をステージ部2側にさらに押さえつけることができ、上述の形態と同様に、ステージ部2とヘッド部3の平行度を維持した状態で、デバイスチップと電極パッドを接合するためにデバイスチップC1〜C4を加熱し、導電用ペーストCPの溶剤が揮発して体積減少しても、接触面積全面に導電用ペーストCPが行き渡った状態で接合を終えることができる。
Therefore, in the embodiment shown in FIG. 8, the
[別の形態]
上述の説明では、導電用ペーストCPを加熱するヒータ部32が、ヘッド部3に備えられている構成を例示した。しかし、本発明を具現化する上では、この形態に限定されず、ステージ部2に組み込んだヒータ部により、導電ペーストCPを基板W側から加熱する形態としても良い。具体的には、ヒータ部は、ステージ部2の基板載置台21にセラミックヒータやシーズヒータ、ラバーヒータやなどを組み込んだ構成とし外部からの電圧や電圧制御により、加熱ON/OFを切り替えたり、加熱温度が設定できるようにしておく。或いは、基板載置台21の表面を透明ガラスで構成し、基板Wが載置される部分にITO電極をパターニングし、このITO電極に電流・電圧を印加することにより基板Wを加熱できる構成(いわゆる、ガラスヒータ)としても良い。
[Another form]
In the above description, the configuration in which the
さらに、導電用ペーストCPを加熱するヒータ部は、ヘッド部2とステージ部2の双方に備えた構成であっても良い。そうすることで、接合のための加熱時間が短くて済むため、生産効率を向上させることができる。
Further, the heater unit for heating the conductive paste CP may be configured to be provided in both the
1 ボンディング装置
2 ステージ部
3 ヘッド部
4 ヘッド昇降機構
5 ヘッド加振部
6 ヘッド加圧部
7 チップ供給部
10 装置フレーム
11 連結部材
15 レール
16 X軸スライダー
21 基板載置台
25 レール
26 Y軸スライダー
31 チップ保持部
32 ヒータ部
33 連結部材
34 連結部材
35 連結部材
40 直動駆動ユニット
40a 直動シリンダーユニット
41 ベースプレート
42 レール
43 Z軸スライダー
44 ボールねじ
45 回転モータ
46 筐体
46a 加圧流体供給ポート
46b 加圧流体供給ポート
47 シャフト
48 弁板
49 昇降ガイド部
49s シャフト
49b リニアブッシュ
51 高周波振動発生器
52 矢印(加振方向)
60 直動シリンダーユニット
61 筐体
61a 加圧流体供給ポート
61b 加圧流体供給ポート
62 シャフト
62v 矢印(シャフト移動方向)
63 弁板
65 押さえ部材
66 ナックルジョイント
67 ナックルジョイント
68 先端部
68v 矢印(回動方向)
71 チップ載置台
72 凹み部
S 球面軸受
W 基板
C1〜C4 デバイスチップ
P1〜P4 電極パッド
CP 導電用ペースト
DESCRIPTION OF
60 Linear
63
71 Chip mounting table 72 Recessed portion S Spherical bearing W Substrate C1 to C4 Device chip P1 to P4 Electrode pad CP Conductive paste
Claims (4)
前記基板を水平方向に載置するステージ部と、
前記基板上の電極パッドの位置・間隔に対応させた状態で前記複数のデバイスチップを供給するチップ供給部と、
前記基板上にボンディングする複数のデバイスチップを一度に保持するヘッド部と、
前記ステージ部に対して前記ヘッド部を上下方向に昇降移動させるヘッド昇降機構と、
前記ヘッド部を上下方向に加振するヘッド加振部とを備え、
前記ヘッド部には、前記複数のデバイスチップを加熱するヒータ部が備えられ、
前記基板表面上に設けられた前記複数の電極パッド上に、前記複数のデバイスチップを同時に接合することを特徴とする、ボンディング装置。
A bonding apparatus for bonding a plurality of device chips on a plurality of electrode pads provided on a substrate surface,
A stage portion for placing the substrate in a horizontal direction;
A chip supply unit for supplying the plurality of device chips in a state corresponding to the positions and intervals of the electrode pads on the substrate;
A head portion for holding a plurality of device chips bonded on the substrate at a time;
A head elevating mechanism that moves the head unit up and down with respect to the stage unit;
A head excitation unit for exciting the head unit in the vertical direction,
The head unit includes a heater unit for heating the plurality of device chips,
A bonding apparatus, wherein the plurality of device chips are simultaneously bonded onto the plurality of electrode pads provided on the substrate surface.
ことを特徴とする、請求項1に記載のボンディング装置。
The head vibration unit is configured to vibrate the head unit in the vertical direction by repeating the lifting operation of the head lifting mechanism while the head unit is lowered to the stage unit side. The bonding apparatus according to claim 1.
前記ヘッド部が取り付けられた前記昇降ガイド部の可動側部材と、前記ヘッド昇降機構の可動側部材とが、球面軸受けを介して連結されている
ことを特徴とする、請求項2に記載のボンディング装置。
An elevating guide for limiting the elevating movement of the head in the vertical direction;
The bonding according to claim 2, wherein the movable side member of the elevating guide unit to which the head unit is attached and the movable side member of the head elevating mechanism are connected via a spherical bearing. apparatus.
ことを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載のボンディング装置。 The bonding apparatus according to claim 1, further comprising a head pressurization unit that further pressurizes the head unit toward the stage unit.
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