JP2833184B2

JP2833184B2 - チップのボンディング装置及びその方法

Info

Publication number: JP2833184B2
Application number: JP25250190A
Authority: JP
Inventors: 了今井; 茂和平野; 安敏北沢; 俊明助田; 嘉昭丸山
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-09-20
Filing date: 1990-09-20
Publication date: 1998-12-09
Anticipated expiration: 2013-12-09
Also published as: JPH04130636A

Description

【発明の詳細な説明】〔概要〕特にCOGにおけるチップのボンディング装置及びその
方法に関し、チップの位置ずれや接着剤の多寡が起こらないように
することを目的とし、上面に基板を吸着保持してXYθ方向に移動する基板支持
台と、熱硬化性樹脂からなる接着剤を液面制御可能に貯
留して前後に移動する接着剤供給器と、基板支持台と接
着剤供給器の上方に配設され、かつ下端部にチップの裏
面を吸着保持して歩進的に上下動するチップ保持手段を
有し、前記チップ保持手段は、基板の上にチップが実装
される際、チップの表面を接着剤に浸漬して接着剤層を
形成させるものであり、かつ接着剤層が基板の所定の位
置近傍に当接されながら基板が位置決めされたあと、チ
ップを基板に押圧するものであるようにボンディング装
置を構成し、また、前記のチップ保持手段が、直下に移
動された前記の接着剤供給器の上面に降下して、保持し
ているチップの表面を接着剤に浸漬して接着剤層を形成
させたあと上昇し、次いで、前記チップ保持手段が、真
下に移動された前記の基板支持台に保持されている基板
の所定の位置近傍に降下して、接着剤層を基板に当接さ
せ、次いで、前記基板支持台が微動して基板を所定の位
置に位置決めさせ、次いで、前記チップ保持手段が微動
してチップを基板に押圧させるようにボンディング方法
を構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、チップのボンディング装置とそれの方法に
係わり、特にCOGにおいて、接着剤の付着量とチップが
基板に実装される際の押圧速度を制御して、チップの位
置ずれや接着剤の多寡が起こらないようになしたチップ
のボンディング装置及びその方法に関する。

近年、半導体装置は、集積度が上がるとともに機能が
高度化し、それに伴ってパッケージから引き出される端
子の本数がますます増大する傾向にあり、端子ピッチが
ますます狭くなっている。

一方、パッケージの厚みやパッケージの値段を惜しん
で電子機器をより薄くしたいとかより安くしたいとかの
要請も強くなっている。そこで、半導体チップを直に基
板に実装する技術が実施されている。

こうした基板にチップを直付けする中で、例えば液晶
表示装置のような表示素子自体がガラス基板からなる表
示デバイスなどにおいては、駆動回路を構成するチップ
をガラス基板に直に実装するいわゆるCOG（Chip On Gla
ss）技術が重要な生産技術となっている。

そして、このCOGにおいては、端子の数が多くピッチ
も狭いチップを、如何に薄く実装面積を小さくし、しか
も効率的に信頼性よく実装するかが課題となっている。

〔従来の技術〕

COGは、目的や用途に応じて方式が使い分けられてい
るが、例えばプラスチックやセラミックなどからなるプ
リント板にチップを直付けするCOB（Chip On Board）の
一形態である。

半導体チップの表面の周縁部には、端子を外部に取り
出すためにAuやはんだなどからなる突出した電極部が設
けられ、Auバンプとかはんだバンプなどと呼ばれてい
る。一般的なCOBにおいては、このバンプと基板に設け
られたパッドを如何にボンディングするかによっていろ
いろな方式が採られるが、COGの場合には基板がガラス
板なので、制約を受けることは避けられない。

COGにおいて、実装高さや実装面積をより小さくする
には、チップを引っ繰り返してバンプをパッドに直付け
するいわゆるフェイスダウンボンディングが行われる。
そして、このボンディングには、ガラス基板の耐熱性を
考慮して樹脂製の接着剤が用いられる。

第４図はCOGの一例の断面図である。

図中、１は基板、11はパッド、31は接着剤、４はチッ
プ、41はバンプである。

同図において、例えば、チップ４には、Auバンプ41が
突出して設けられている。

基板１はチップ４が実装されるガラス板であり、図示
してないが、中央部に例えば液晶表示セルと、周辺部に
駆動回路が設けられている。そして、チップ４が実装さ
れる領域には、チップ４に対応した位置に例えばAuが被
着されたパッド11が設けられている。

接着剤31は、チップ４を基板１に固着させて振動衝撃
などに耐えるとともに、バンプ41とパッド11の導通を維
持しながら外気から保護するためのいわゆるポッティン
グ用の樹脂である。この接着剤31には、例えばエポキシ
系やシリコーン系の熱硬化性樹脂とか、基板１が透明な
ガラス板の場合には例えばアクリル系の紫外線硬化性樹
脂などが用いられる。

チップ４をフェースダウンし、予め接着剤31が滴下さ
れた基板１のパッド11にバンプ41を位置合わせして押圧
する。そして、図示してない熱源や紫外線光源などの硬
化手段によって接着剤31を硬化させる。接着剤31が硬化
する際の収縮力によってバンプ41とパッド11が互いに圧
接されるので、パッド11とバンプ41に導通可能にボンデ
ィングされる。

この方式は、マイクロバンプ方式と呼ばれ、接着剤31
の硬化温度を基板１を構成するガラスの耐熱温度よりも
はるかに低く設定できるので、COGには好都合である。

第５図はCOGのボンディング装置の一例の要部の斜視
図である。

図中、１は基板、２は基板支持台、４はチップ、５は
チップ保持手段、６は位置検知手段、８はディスペンサ
である。

基板支持台２はいわゆるXYθテーブルで、上面に基板
１を真空吸着保持して、位置決めのために前後左右方向
に移動させたり回転させたりできるようになっている。
また、保持された基板１のチップ４が実装される領域
が、基板支持台２の下方から素通しに見えるように透視
孔21が明けられている。

チップ保持手段５は、下方の先端にチップ４を真空吸
着して、チップ４をフェイスダウンして基板１の所定の
位置に押圧するもので、エアシリンダ52によって上下動
するようになっている。

ディスペンサ８は熱硬化性樹脂とか紫外線硬化性樹脂
などからなる未硬化の接着剤31の供給治具で、先端の開
口から少量の接着剤31を基板１のチップ４が実装される
所定の位置に供給する。

位置検知手段６は基板支持台２の下方に配設されてお
り、例えば基板１に実装されるチップ４の位置マークな
どを透視孔21と基板１を透して基板１の裏側から検知す
るようになっている。

まず、基板１を吸着保持した基板支持台２を、位置検
知手段６によって位置検知しながらチップ保持手段５の
真下の所定の位置に移動させる。次いで、ディスペンサ
８によって基板１の所定の位置に接着剤31を滴下する。
次いで、チップ４を吸着保持したチップ保持手段５がエ
アシリンダ51によって駆動されて降下し、チップ４に設
けられたバンプ41が基板１に設けられたパッド11に載っ
かった状態で押圧される。このとき、接着剤31が基板１
とチップ４とに挟まれて周辺に押し広げられて基板１と
チップ４との間に充填され、ポッティングが行われるこ
とになる。

この操作を複数回繰り返して順次チップ４を基板１に
載せ、接着剤31を熱とか紫外線とかによって硬化させれ
ば第４図に示したような構成のCOGが終わる。

ところで、例えば、バンプやパッドのパターン幅は10
0μｍ程度でピッチが250μｍである。従って、位置ずれ
に起因して起こる短絡とか接続不良とかを避けるために
は、チップを実装する際に必要な位置決め精度を少なく
とも100μｍ以内にすることが必要である。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように、COGにおいては、基板がガラス板で平滑
である上に、バンプの厚みが10μｍ、パッドの厚みが５
μｍといったように巨視的には平らなチップと基板を、
ぬるぬるした接着剤を介して位置決め精度よく当接させ
る必要がなる。

従って、チップの押圧速度を制御せずに押圧すると、
接着剤の粘性影響や基板が基板支持台の孔に押下されて
生じる撓みなどによってチップが位置ずれを起こし、短
絡や接続不良が間々起こることが避けられない。

また、ディスペンサを用いた接着剤の供給は、接着剤
の粘度が高いと所定の供給量を制御することが厄介であ
り、粘度が低いと隣接するチップのパッドにまで接着剤
が流れて所定の厚みに制御し難い問題があった。

そこで本発明は、接着剤の付着量とチップが基板に実
装される際の押圧速度を制御して、チップの位置ずれや
接着剤の多寡が起こらないようになしたチップのボンデ
ィング装置及びその方法を提供することを目的としてい
る。

〔課題を解決するための手段〕

上で述べた課題は、上面に基板を吸着保持してXYθ方向に移動する基板支
持台と、熱硬化性樹脂からなる接着剤を液面制御可能に
貯留して前後に移動する接着剤供給器と、基板支持台と
接着剤供給器の上方に配設され、かつ下端部にチップの
裏面を吸着保持して歩進的に上下動するチップ保持手段
を有し、前記チップ保持手段は、基板の上にチップが実装され
る際、チップの表面を接着剤に浸漬して接着剤層を形成
させるものであり、かつ接着剤層が基板の所定の位置近
傍に当接されながら基板が位置決めされたあと、チップ
を基板に押圧するものであるように構成されたボンディ
ング装置と、前記のチップ保持手段が、直下に移動された前記の接
着剤供給器の上面に降下して、保持しているチップの表
面を接着剤に浸漬して接着剤層を形成させたあと上昇
し、次いで、前記チップ保持手段が、真下に移動された前
記の基板支持台に保持されている基板の所定の位置近傍
に降下して、接着剤層を基板に当接させ、次いで、前記基板支持台が微動して基板を所定の位置
に位置決めさせ、次いで、前記チップ保持手段が微動してチップを基板
に押圧させるように構成されたボンディング方法と、によって解決される。

〔作用〕

従来のCOGにおいては、基板の方にディスペンサによ
って接着剤を滴下し、チップの押下速度を制御せずに押
圧しているので、接着剤の付着量に多寡を生じたりチッ
プの位置ずれが起きたりすることが避けられなかったの
に対して、本発明においては、接着剤をチップの方に付
着させ、かつチップの押圧速度を制御するようにしてい
る。

すなわち、接着剤供給器に貯留されている接着剤は、
液面の高さを制御して常に一定の高さになるようにして
いる。そして、まず、チップの表面に接着剤層が形成さ
れるように、チップの極く表面だけを接着剤に浸漬する
ようにしている。

次いで、チップを基板に載せるに際しては、チップ保
持手段によって保持されたチップを基板の所定の位置近
傍に降下させて接着剤層を基板に当接させながら基板支
持台を微動させて基板の位置決めを行うようにしてい
る。

次いで、基板が所定の位置に位置決めされたら、チッ
プ保持手段を微動させてチップを基板に押圧するように
している。

このように、チップの方に接着剤層を設けて接着剤の
付着量を加減する。また、接着剤のみが基板に当接して
いる状態で基板を位置決めを行うと基板に押圧力が掛か
らないので、基板が撓んだり接着剤の粘性に反発されて
チップが位置ずれしたりすることが防げ、しかもその間
に接着剤を基板に馴染ませることができる。そして、基
板の位置が決まったらチップを垂直に押圧させる。

こうして、接着剤を制御性よく付着させて位置決め精
度よくCOGを行うことができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例の要部の斜視図、第２図は
第１図の工程の説明図、第３図は本発明の他の実施例の
要部の側断面図である。

図中、１は基板、２は基板支持台、21は透視孔、22は
石英窓、３は接着剤供給器、31は接着剤、32は接着剤
層、４はチップ、５はチップ保持手段、51はステッピン
グモータ、６は位置検知手段、７は紫外線光源である。

実施例:1 第１図において、基板１は例えば液晶表示素子を構成
するガラス板で、周辺部に駆動回路がパターニングされ
ている。また、チップ４の周縁部には、例えば100μｍ
四方で隣合う間隔が150μｍ、高さが10μｍのバンプ41
が設けられている。そして、基板１の、チップ４が実装
される領域には、バンプ41に対応したパッド11が列設さ
れている。

基板支持台２は、図示してないアクチュエータによっ
て前後左右と回転方向に粗動と微動されるXYθテーブル
で、上面に基板１が真空吸着されて保持できるようにな
っている。そして、基板１のチップ４が搭載される領域
に対応した位置に透視孔21が設けられている。

接着剤供給器３は、基板支持台２の後方に配設されて
前後に移動できるようになっており、例えばエポキシ系
の熱硬化性樹脂からなる接着剤31が貯留されている。そ
して、接着剤31の液面が常に一定の高さに保てるよう制
御されている。

チップ保持手段５は、下端面にチップ４の裏面を真空
吸着して、こゝではステッピングモータ51で駆動される
カムを介して歩進的に上下動されるようになっており、
チップ４を押圧する荷重は加圧ばねによって行ってい
る。

位置検知手段６は、基板１に記された位置決め用のマ
ークを光学的に読み取る例えばビデオカメラで、基板支
持台２の下方に配設され透視孔21から基板１を透して検
知するようになっている。

第２図（Ａ）において、基板１が保持されたチップ保
持手段５の直下に、接着剤31が貯留された接着剤供給器
３が前進する。そして、その接着剤供給器３の真上から
チップ保持手段５が制御性よく降下して、下向きになっ
ているチップ４の極く表面が接着剤31に浸漬されて上昇
する。そうすると、チップ４の表面に接着剤層32が被着
される。接着剤供給器３は後退する。

次いで、同図（Ｂ）において、基板１のチップ４が実
装される領域がチップ保持手段５の直下になるように基
板支持台２が後退する。そして、チップ保持手段５が制
御性よく降下して、チップ４に被着された接着剤層32の
表面が基板１の所定の位置の100μｍ以内の近傍に当接
した位置で停止する。そして、その状態で位置検知手段
６によって位置検知しながら、基板１が所定の位置に位
置するように基板支持台２を微動させる。この約３秒間
の間に、接着剤層32が基板１に扱かれ、基板１によく馴
染むようになる。

次いで、同図（Ｃ）において、チップ保持手段５が制
御性よく微動して垂下し、チップ４のバンプ41には、１
個当たり20gの荷重を加えて約５秒間押圧する。そうす
ると、接着剤層32がチップ４に押されて周囲に広がり、
いわゆるポッティングがなされる。そして、チップ４の
真空吸着を解いてチップ保持手段５を上昇させると、チ
ップ４が接着剤層32を介して基板１に載置される。

こうして順次チップ４を基板１の載置し終わったら、
別に設けられた加熱手段によって接着剤層32を熱硬化さ
せれば、チップ４が位置決め精度よく基板１にボンディ
ングされる。

実施例:2 第３図において、接着剤31は、例えばアクリル系の紫
外線硬化性樹脂からなっている。

基板支持台２の透視孔21には、石英窓22が嵌められて
いる。また、基板支持台２の下方には紫外線光源７が配
設され、紫外線を透過する石英窓22と基板１を透して基
板１にボンディングされたチップ４を照射できるように
なっている。

実施例１と同様にして基板１にチップ４が載置されて
基板支持台２が移動し次のチップ４が処理される間、載
置済みのチップ４の接着剤層32が、例えば200Wの紫外線
光源７によって20秒間照射されて硬化される。

こうすると、チップ４を基板１に載せる工程と接着剤
層32を硬化させる工程を連続して行うことができる。ま
た、透視孔21に石英窓22を嵌めることによって、チップ
４に設けられるバンプ41の数が増えてチップ保持手段５
によってチップ４を押圧する荷重が大きくなっても、基
板１が撓んでチップ４が位置ずれすることを防ぐことが
できる。

チップに設けられるバンプとそのバンプに対応して基
板に設けられるパッドの寸法や配列には、種々の変形が
可能である。

また、チップ保持手段がチップを押圧する荷重は、接
着剤の粘性やバンプの形状などによって異なり、荷重の
掛け方や制御性よく上下動させる駆動手段にも、種々の
変形が可能である。

さらに、紫外線光源の出力や照射時間は、紫外線硬化
性樹脂の特性や接着剤の付着量などによって異なり、種
々の変形が可能である。

〔発明の効果〕

従来のCOGにおいては、基板に接着剤を垂らし、その
上からチップを押圧して位置決めを行っていた。それに
対して、本発明においては、チップに接着剤層を設け、
その接着剤層を基板と当接させながら位置決めをしてか
ら押圧するようにしている。

その結果、接着剤の付着量を加減でき、位置決めする
際に基板に荷重が掛からず、位置決めしながら接着剤を
基板に馴染ませることができるので、チップの位置ずれ
を防いで位置決め精度よくボンディングすることができ
る。

従って、本発明は、今後ますます発展が期待されてい
る特に液晶表示素子のようなガラスを基板とした電子デ
バイスのCOGに寄与するところが大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部の斜視図、第２図は第１図の工程の説明図、第３図は本発明の他の実施例の要部の側断面図、第４図はCOGの一例の断面図、第５図はCOGのボンディング装置の一例の要部の斜視
図、である。図において、１は基板、２は基板支持台、21は透視孔、 22は石英窓、３は接着剤供給器、31は接着剤、 32は接着剤層、４はチップ、５はチップ保持手段、51はステッピングモータ、６は位置検知手段、７は紫外線光源、である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者助田俊明神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者丸山嘉昭神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (56)参考文献特開平４−105330（ＪＰ，Ａ) 特開平３−225934（ＪＰ，Ａ) 特開平１−310550（ＪＰ，Ａ) 特開平３−16148（ＪＰ，Ａ) 特開平２−54945（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/60 311 H01L 21/52

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】上面に基板（１）を吸着保持してXYθ方向
に移動する基板支持台（２）と、熱硬化性樹脂からなる
接着剤（31）を液面制御可能に貯留して前後に移動する
接着剤供給器（３）と、該基板支持台（２）と接着剤供
給器（３）の上方に配設され、かつ下端部にチップ
（４）の裏面を吸着保持して歩進的に上下動するチップ
保持手段（５）を有し、前記チップ保持手段（５）は、前記基板（１）の上に前
記チップ（４）が実装される際、該チップ（４）の表面
を前記接着剤（31）に浸漬して接着剤層（32）を形成さ
せるものであり、かつ該接着剤層（32）が該基板（１）
の所定の位置近傍に当接されながら該基板（１）が位置
決めされたあと、該チップ（４）を該基板（１）に押圧
するものであることを特徴とするチップのボンディング装置。
【請求項２】前記基板（１）が、透明なガラス板からな
り、かつ前記基板支持台（２）が、該基板（１）に前記
チップ（４）が実装される領域に対応した透視孔（21）
を有し、かつ前記基板支持台（２）の下方に配設された
位置検知手段（６）が、該透視孔（21）と該基板（１）
を透して該基板（１）の位置を検知する請求項１記載のチップのボンディング装置。
【請求項３】前記接着剤（31）が、紫外線硬化性樹脂か
らなり、かつ前記基板支持台（２）の下方に配設された
紫外線光源（７）が、前記透視孔（21）と基板（１）を
透して前記接着剤層（32）を照射する請求項２記載のチップのボンディング装置。
【請求項４】前記基板支持台（２）の透視孔（21）に石
英窓（22）が嵌められている請求項２記載のチップのボンディング装置。
【請求項５】前記チップ保持手段（５）の上下動が、ス
テッピングモータ（51）によってなされる請求項１記載のチップのボンディング装置。
【請求項６】請求項１記載のチップ保持手段（５）が、
直下に移動された請求項１記載の接着剤供給器（３）の
上面に降下して、保持している前記チップ（４）の表面
を前記接着剤（31）に浸漬して接着剤層（32）を形成さ
せたあと上昇し、次いで、前記チップ保持手段（５）が、真下に移動され
た請求項１記載の基板支持台（２）に保持されている前
記基板（１）の所定の位置近傍に降下して、前記接着剤
層（32）を該基板（１）に当接させ、次いで、前記基板支持台（２）が微動して前記基板
（１）を所定の位置に位置決めさせ、次いで、前記チップ保持手段（５）が微動して前記チッ
プ（４）を前記基板（１）に押圧させることを特徴とするチップのボンディング方法。