JP2696617B2 - ダイボンディング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、ダイボンディング装
置に関し、ＬＥＤアレイまたはＣＣＤイメージセンサな
どの、長状のチップ上面に複数個の素子が等間隔に作り
こまれた半導体チップを、上記素子が等間隔直線状に並
ぶようにしてボンディングすることができるように構成
したものに関する。

【０００２】

【従来の技術】光プリンタなどに用いられるプリントヘ
ッドが備えるべき微小間隔で一列に並ぶ発光ドットは、
単一の半導体チップによって構成することが不可能なた
め、所定個数の発光ドットが作りこまれた作成可能な長
さの半導体チップを、長手方向に一列に並ぶようにして
基板にボンディングすることにより形成される。

【０００３】一つの半導体チップ内に作りこまれる複数
個の発光ドットについては、精密なウエハプロセスによ
って形成されるために、隣合うドット間の間隔は正確と
なっているし、ドットが並ぶことによる直線性も、正確
性が担保されている。しかしながら、このような半導体
チップを長手方向に複数個並べる場合、各チップの位置
決めを正確に行わないと、プリントヘッド全長にわたっ
て要求されるドット列の直線性が達成されないし、ま
た、相隣合う半導体チップどうしの端部のドット間の間
隔が、同一チップ内でのドット間間隔と異なってしまう
ことなる。このように、とりわけ異なるチップどうしの
連結部において、ドット間間隔に不整合が生じたり、複
数個並べられる半導体チップのいずれかのチップに傾き
が生じてドット列の直線性がくずれたりすることは、印
字品質に著しい不具合を招来させることになるので、極
力避けねばならない。このように、半導体チップを複数
個直線状に並べて基板に対してボンディングする場合、
半導体チップの正確な位置決めが要求されるのである。

【０００４】従来、この種の半導体チップの位置決めの
ための方策としては、たとえば、特開平２−２０６１３
６号公報に示されたものがある。この公報に示されたも
のは、各半導体チップの外形に対するドットの位置が正
確、かつ異なるチップ間において画一となっていること
を前提として、基板上にいったん並べられた複数個の半
導体チップの幅方向の位置の修正を、位置決めガイド面
をもったコレットを上方から押しつけることによって行
うようにしたものである。なお、同公報には、各半導体
チップの幅方向の位置の修正については述べられている
が、長手方向の位置の修正は不用なものとして前提され
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に開示された位置決め技術は、位置決め部材を、半導
体チップの外形に作用させて行うものである。この場
合、各半導体チップ間において、半導体チップの外形に
対する各素子の位置精度が担保されている場合において
はある程度の信頼性が確保できると思われるが、このよ
うに各半導体チップの画一性をきわめて高度に担保する
ことは、半導体チップの製造工程において、きわめて高
度な技術および高コストを要する。実際のところ、この
種の半導体チップは、図８に示されるように、チップそ
れ自体の平面形状はある程度正確に形成されていても、
その上面に作りこまれるドット列のチップ外形に対する
精度は、一定に担保されていない場合が多い。すなわ
ち、図８に示されるように、チップ上に形成されている
ドット列の位置は、そのチップ幅方向の誤差およびチッ
プ長手方向の誤差がそれぞれバラツキをもって生じるの
である。

【０００６】そうすると、図８に示されるようなチッ
プ、および図９に示されるようなチップが混在して供給
されるような場合、上記特開平２−２０６１３６号公報
に示されるた技術のように、チップの外形を規制してそ
の位置を修正したとしても、その修正後の結果、全ての
ドット列が正確に直線状に並ぶとは限らないし、また、
隣合うチップ間のドット間隔に不整合が生じうるのであ
る。

【０００７】なお、半導体チップ上に複数個の素子を作
りこみ、そしてこのような半導体チップを直線状に並べ
ることによってヘッドを構成するものとしては、上記の
ような光プリントヘッドの他、イメージセンサがある。
イメージセンサは、発光素子の代わりに、複数個の受光
素子を等間隔一列に作りこんだ長状のイメージセンサチ
ップを複数個一列直線状に配置して形成される。そし
て、これらにおいて、半導体チップの製造手法およびチ
ップ外形に対して素子ドットの位置が狂うことは、同様
である。したがって、ＬＥＤアレイを用いた光プリント
ヘッドと、ＣＣＤイメージセンサチップを用いたイメー
ジセンサヘッドには、従来同様の問題があったのであ
る。

【０００８】この発明は上述の事情のもとで考えだされ
たものであって、ＬＥＤアレイあるいはＣＣＤイメージ
センサチップなどの長状のチップの上面に複数個の素子
が長手方向等間隔に作りこまれた半導体チップを複数個
一列に並べてボンディングする場合において、仮に、チ
ップ外形に対する素子位置精度にバラツキがあったとし
ても、それには関係なく、並べられた半導体チップ上の
連続する全ての素子の間隔が等間隔となり、かつ直線状
となるように構成したダイボンディング装置を提供する
ことをその課題としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本願発明では、次の技術的手段を講じている。すな
わち、本願発明は、ＬＥＤアレイまたはＣＣＤイメージ
センサなどの、長状のチップの上面に長手方向等間隔に
複数個の素子が作りこまれた半導体チップを基板にボン
ディングするための装置であって、少なくとも基板をそ
の長手方向に精密搬送できるボンディングステージと、
このボンディングステージの側方に配置されたダイパレ
ットから半導体チップを吸着コレットで吸着保持すると
ともに、この吸着コレットを回転させて上記半導体チッ
プの回転姿勢を調整しつつこの半導体チップを上記基板
上に載置することができるダイハンドリング装置と、上
記ボンディングステージの上方に配置されたカメラによ
って撮影される画像から、基板上にすでにボンディング
された半導体チップまたは／およびコレットに保持され
て基板上に搬入されている半導体チップ上の素子位置を
認識する認識手段と、上記認識手段によって認識され
る、すでにボンディングされた半導体チップ上の素子
と、上記コレットに保持されて基板上に搬入されている
半導体チップ上の素子とが、等間隔直線状となるよう
に、上記ボンディングステージまたは／およびダイハン
ドリング装置を制御する制御手段と、を備えていること
を特徴としている。

【００１０】

【発明の作用および効果】本願発明は要するに、基板上
にすでにボンディングされた半導体チップと、これから
ボンディングしようとする半導体チップとを、これらの
外形によることなく、これらの上面に作りこまれている
素子の位置を基準として、これらの素子が全て等間隔に
一直線状に連続するようにして、すでにボンディングさ
れた半導体チップに対してこれからボンディングしよう
とするチップとを関連づけながら、半導体チップを、直
線状に並べてボンディングしようとするのである。

【００１１】ボンディングステージは、少なくともこれ
が支持する基板の長手方向に、制御手段による制御を受
けて精密送りできるようになっている。また、ダイハン
ドリング装置は、上記制御手段による制御を受けて、吸
着コレットを回転制御できるようになっている。また、
吸着コレットに保持された半導体チップをボンディング
ステージ上の基板の幅方向に関して位置調整できるよう
にするために、ボンディングステージまたは上記吸着コ
レットの一方または双方が、ボンディングステージ上の
基板の幅方向にその位置を微調整できるようになってい
る。もちろんかかる基板方向の微調整も、上記の制御手
段による制御を受けて行われる。

【００１２】上記制御手段は、すでに基板上にボンディ
ングされた半導体チップに対する吸着コレットに保持さ
れてまさにボンディングされようとする半導体チップの
相対関係を、双方の上面に作りこまれている複数個の素
子列が、一直線状にあり、しかも等間隔となるように調
整し、こうして調整された後、上記の吸着コレットによ
って保持されている半導体チップが、基板上に載置され
る。

【００１３】上記のような制御は、たとえば、次のよう
にして行われる。まず、基板上の一定位置上方に導入さ
れた吸着コレットに保持されている基板上の素子画像か
ら、この素子の並ぶ方向が、すでにボンディングされて
いる半導体チップ上の素子列と平行となるように、吸着
コレットが回転制御される。次いで、すでにボンディン
グされている半導体チップ上の素子列の延長直線状の吸
着コレットに保持されている半導体チップ上の素子列が
一致するように、ボンディングステージまたは吸着コレ
ットが、相対的に、上記基板の幅方向に位置調節され
る。

【００１４】次いで、吸着コレットに保持されている半
導体チップを、基板上面直近まで下降させ、この時点に
おいて、すでにボンディングされている半導体チップの
端部の素子と、吸着コレットに保持されている半導体チ
ップの端部の素子との間の間隔が、同一チップ上に並ぶ
素子間間隔と等しくなるように、ボンディングステージ
が基板の長手方向に移動させられる。しかる後、吸着コ
レットに保持されている半導体素子は、そのままわずか
に降下して、基板上に載置される。もちろん、基板上に
はあらかじめ導電性接着剤が塗布されており、こうして
吸着コレットによって載置された半導体チップは、後に
基板を加熱炉に入れることにより、基板上に最終的に固
着される。

【００１５】このようにして、本願発明のダイボンディ
ング装置は、基板上にすでにボンディングされている半
導体チップと、これからボンディングしようとする半導
体チップとを、これらの外形ではなく、これらの上面に
作りこまれている素子列どうしの関係を認識しながら、
これらの素子列が連続して等間隔の素子列を形成し、か
つ直線状となるようにしながら順次半導体チップを基板
上にボンディングしていくように構成しているから、外
形に対する素子の位置にバラツキ誤差があっても、それ
とは関係なく、複数個ボンディングされた半導体チップ
上の素子が、基板の長手方向全長にわたって正確な直線
性をもち、しかも、全長にわたって全ての素子間間隔が
一定となる。こうしてボンディングされた半導体チップ
によって構成される光プリントヘッドが印字ムラなどの
ないきわめて高品質の印字を行うことができることは、
容易に想像できるであろう。

【００１６】また、光プリントヘッドに用いられるＬＥ
Ｄアレイだけではなく、イメージセンサヘッドにおい
て、基板上に同様の手法によってボンディングされるＣ
ＣＤイメージセンサチップについても、そのボンディン
グにおいて本願発明装置を用いれば、複数個並べられる
イメージセンサチップにおいて、ヘッドの長手方向全長
にわたって受光素子列が正確な直線を形成し、しかも、
各素子間間隔が全て一定となる。したがって、かかるイ
メージセンサヘッドによって読み込まれるイメージの品
位も、格段に向上させられるのである。

【００１７】

【実施例の説明】図１は、本願発明のダイボンディング
装置１の概略構成を示す側面図である。ダイパレット支
持台２に、ダイパレット３に保持された恰好で、このダ
イボンディング装置１に供給される半導体チップ４は、
一つずつダイハンドリング装置５の吸着コレット６によ
ってピックアップされながら、ボンディングステージ７
上に支持されている基板８まで搬送され、所定の姿勢制
御および位置決めが行われて後、この基板８に対してボ
ンディングされるようになっている。

【００１８】上記ダイパレット３は、図２に示すよう
に、複数行複数列のチップ保持凹部９をもち、各凹部内
にＬＥＤアレイあるいはＣＣＤイメージセンサチップな
どの、長手方向等間隔に複数個の素子ｃが作りこまれた
半導体チップ４があらかじめ装填されている。このダイ
パレット３が搬入されかつこれを支持する上記ダイパレ
ット支持台２は、したがって、ダイパレット上に並ぶ半
導体チップ４の列方向、および行方向、すなわちＸ・Ｙ
方向に移動可能なテーブルを備えている。かかるＸ・Ｙ
テーブルは、後記する制御装置１０によって駆動され、
吸着コレット６が順次ダイパレット３上の半導体チップ
４をピックアップできるようになっている。

【００１９】上記ダイハンドリング装置５は、上記吸着
コレット６を先端に有するアーム１１を、一定の行程間
を往復移動できるとともに、上記吸着コレット６の上下
動が可能なように構成されている。吸着コレット６は、
アーム１１の先端に支持された垂直軸１２周りに回転制
御しうるようになっている。本実施例において、上記ア
ーム１１の移動方向は、ダイパレット３に並べられてい
る半導体チップ４の幅方向、すなわちＹ方向である。そ
してこのアーム１１のＹ方向への往復移動および上記吸
着コレット６の回転動は、いずれも後記する制御装置１
０によって精密制御できるようになっている。

【００２０】上記アーム１１は、図３に表れているよう
に、その搬送方向（Ｙ方向）に向けて先端が水平状に延
出するように形成されており、かつその先端の幅は、コ
レット６によって保持される半導体チップ４の長さより
小さな幅となっている。したがって、通常、上記吸着コ
レット６によって保持される半導体チップ４は、その両
端部がアーム１１の両側部から突出しており、したがっ
て、この半導体チップ４の上面が、アーム１１の上方か
らカメラ１８によって観察できるようになっている。な
お、図１において符号１３は、吸着コレット６を回転駆
動するためのサーボモータを示す。

【００２１】一方、ボンディングステージ７は、少なく
ともこれに載置保持される基板８の長手方向に精密送り
制御しうるものであることを要するが、本実施例におい
ては、基板の長手方向（Ｘ方向）のみならず基板の幅方
向（Ｙ方向）にも精密送り制御できるように構成されて
いる。すなわち、支持ベース１４に対して副ベース１５
が、サーボモータ１６によって駆動されるいわゆるボー
ル送りねじ機構によってＸ方向に往復移動可能に支持さ
れるとともに、副ベース１５に対して上記ボンディング
ステージ７が、サーボモータ１７によって駆動されるボ
ール送りねじ機構によってＹ方向に往復移動されるよう
に支持されている。なお、このボンディングステージ７
のＸまたはＹ方向への移動も、後記する制御装置１０に
よって制御されるようになっている。

【００２２】図１において符号１８は、上記基板８の上
にすでにボンディングされた半導体チップあるいはコレ
ット６に保持されて、まさに基板上にボンディングされ
ようとする半導体チップ４上の素子ｃ…の位置を認識す
る認識手段１９の入力部としての光学的カメラを示して
いる。このカメラ１８によって撮影された半導体チップ
４の上面の画像は、二値化された上で同半導体チップの
上面に作りこまれた素子ｃ…の位置を認識できるように
なっている。かかる認識手段１９によって認識される各
半導体チップ４上の素子ｃの認識情報は、すでにボンデ
ィングされた半導体チップ４上の素子列ｃ…に対してコ
レット６に保持されながらこれからボンディングされよ
うとする半導体チップ４上の素子列ｃ…が、同一直線上
にあってしかもすべての素子間隔が等間隔となるよう
に、上記ボンディングステージ７のＸ：Ｙ方向の位置、
上記吸着コレット６の回転位置（θ）、あるいは上記吸
着コレット６のＹ方向位置を制御するための制御入力情
報として用いられる。

【００２３】上記認識手段１９および、ボンディングス
テージ７あるいはダイハンドリング装置５を制御するた
めの制御手段１０ａは、マイクロコンピュータなどによ
って形成される。この場合、認識手段１９と、制御手段
１０ａと別個のマイクロコンピュータによって構成して
もよいし、同一のマイクロコンピュータ内に形成しても
よい。

【００２４】次に、上記制御手段１０ａによるダイハン
ドリング装置５およびボンディングステージ７に対する
制御の手法の一例を説明する。まず、ボンディングステ
ージ７上に別途の位置決め装置によって正確に保持され
ている基板８に対して、一番目の半導体チップ４がボン
ディングされる。この場合、まず、基板８のＸＹ方向の
位置が、この基板８に上記認識手段１９によって認識し
うるマーキングを施しておくなどすることにより、この
マーキングが絶対座標上の所定位置にくるようにボンデ
ィングステージ７を制御するようにすればよい。そのた
めには、たとえば、基板８上のマーキングを認識して、
このマーキングの基準座標からのＸ方向およびＹ方向の
ずれを検出し、このずれ量が０となるようにボンディン
グステージ７を制御するなどすればよい。

【００２５】一番目の半導体チップ４が、ダイパレット
３からピックアップされて上記基板８の上方に誘導され
てきたとき、この半導体チップ４上の素子ｃが画像認識
され、図３に示すように、Ｘ方向に対する素子列の傾斜
角θが認識され、このθが０となるように、すなわち素
子列の方向がＸ方向と一致するように、吸着コレット６
を回転させる制御が行われる。次に、基板８上のマーキ
ングを基準として、半導体チップ４のＹ方向の位置が吸
着コレット６またはボンディングステージ７をＹ方向に
位置修正することにより所定の位置に設定される。この
ようにして、吸着コレット６に保持される半導体チップ
４の姿勢および基板８に対する位置が決定された後、吸
着コレット６が基板上に向けて下降することにより、半
導体チップ４が基板８上の所定の位置にボンディングさ
れる。なお、このとき、基板８の所定部位には、あらか
じめ溶融状態にある導電性接着剤が塗布されている。

【００２６】次に、こうしてボンディングされた一番目
の半導体チップ４の長手方向に並べられるべき二番目以
降の半導体チップ４のボンディング操作は、次のように
して行われる。ダイパレット３からピックアップされた
半導体チップ４が基板８の上方に誘導されると、上記と
同様にして、図４に示すように、この半導体チップ上の
素子列が、Ｘ方向を向くように吸着コレット６の回転制
御が行われる。なおこのとき、ボンディングステージ７
は、ほぼ半導体チップ４の長さと対応する距離Ｘ方向に
送られているものとする。次に半導体チップ４が基板上
に接触する直前まで下降させ、すでにボンディングされ
ている半導体チップ４上の素子と、吸着コレット６に保
持されている半導体チップ４の端部の素子とのＹ方向の
ずれ量が認識され、このずれ量が０となるように、吸着
コレット６またはボンディングステージ７がＹ方向に移
動させられる。この時点で、すでにボンディングされて
いる半導体チップ４の素子列と、吸着コレット６に保持
されている半導体チップ４の素子列は、同一直線上に位
置するようになる（図５参照）。

【００２７】次に、すでにボンディングされている半導
体チップの端部に位置する素子ｃと、吸着コレット６に
保持されている半導体チップ４の端部の素子ｃとの間の
距離ｄが認識され（図５）、この距離ｄが、同一チップ
ないでの素子間間隔ｐと等しくなるように、ボンディン
グステージ７がＸ方向に移動制御される。こうして決め
られた半導体チップ４の姿勢およびすでにボンディング
された半導体チップ４の素子列に対する相対位置が保持
されたまま、吸着コレット６がさらにわずかに下降し、
これによって２番目の半導体チップ４が基板８上にボン
ディングされる。同様にして、三番目以降の半導体チッ
プ４がすでにボンディングされたチップの長手方向に隣
合うようにして次々にボンディングされる（図６参
照）。

【００２８】上記の手法によって基板上に長手方向一列
に並べられた複数個の半導体チップ４は、各半導体チッ
プ４の外形基準によって互いの相対位置が決定されるの
ではなく、互いの上面に作りこまれた素子列どうしの相
互関係を考慮して相対的に位置づけられている。すなわ
ち、隣合う半導体チップ４上の素子列が一直線上に存在
するようになっており、しかも、隣合うチップの両端の
素子どうしの間隔が、同一チップ内での素子間間隔ｐと
同一としてある。したがって、本願発明のダイボンディ
ング装置によって基板に複数個並べられた半導体チップ
４は、その外形に対する素子列の位置が、様々にバラツ
キあってずれていたとしても、図７に示すように、この
ようなずれには関係なく、複数個基板上にボンディング
された半導体チップを長手方向に連続する全ての素子列
が、同一直線上にあり、しかも全て等間隔に配置される
ことになる。

【００２９】このようにして、チップ上の素子列基準で
複数個の半導体チップを互いに位置決めしつつボンディ
ングされてなる光プリントヘッド、あるいはＣＣＤイメ
ージセンサヘッドによれば、素子列の延びる方向での印
字ムラあるいは読み取りムラなどといった品質の悪化を
招来することなく、印字品質あるいは読み取り品質がき
わめて高度なものとなるのである。

【００３０】もちろん、この発明の範囲は、上述の実施
例に限定されるものではない。たとえば、本実施例にお
いては、ボンディングステージ７を、Ｘ方向のみなら
ず、Ｙ方向にも精密送りできるように構成しているが、
ダイハンドリング装置５のアーム１１ないしこれに支持
される吸着コレット６が、Ｙ方向に精密送りできるもの
であれば、ボンディングステージ７におけるＹ方向の精
密送り機構は、特に必要なくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の一実施例の全体構成を示す側面図で
ある。

【図２】ダイパレットの一例を示す平面図である。

【図３】図１のIII −III 線矢視図に相当する図であ
り、１個目の半導体チップの位置決め制御を示す図であ
る。

【図４】

【図５】

【図６】２個目以降の半導体チップの位置決め制御を示
す図である。

【図７】本願発明装置によって基板上にボンディングさ
れた隣接する半導体チップ間、位置関係を示す拡大平面
図である。

【図８】

【図９】半導体チップ中、外形に対して素子位置がずれ
ている例を示す平面図である。

【符号の説明】

１ ダイボンディング ３ ダイパレット ５ ダイハンドリング装置 ６ 吸着コレット ７ ボンディングステージ １０ａ 制御手段 １８ カメラ １９ 認識手段

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＬＥＤアレイまたはＣＣＤイメージセン
   サなどの、長状のチップの上面に長手方向等間隔に複数
   個の素子が作りこまれた半導体チップを基板にボンディ
   ングするための装置であって、 少なくとも基板をその長手方向に精密搬送できるボンデ
   ィングステージと、 このボンディングステージの側方に配置されたダイパレ
   ットから半導体チップを吸着コレットで吸着保持すると
   ともに、この吸着コレットを回転させて上記半導体チッ
   プの回転姿勢を調整しつつこの半導体チップを上記基板
   上に載置することができるダイハンドリング装置と、 上記ボンディングステージの上方に配置されたカメラに
   よって撮影される画像から、基板上にすでにボンディン
   グされた半導体チップまたは／およびコレットに保持さ
   れて基板上に搬入されている半導体チップ上の素子位置
   を認識する認識手段と、 上記認識手段によって認識される、すでにボンディング
   された半導体チップ上の素子と、上記コレットに保持さ
   れて基板上に搬入されている半導体チップ上の素子と
   が、等間隔直線状となるように、上記ボンディングステ
   ージまたは／およびダイハンドリング装置を制御する制
   御手段と、 を備えることを特徴とするダイボンディング装置。