JP3455838B2 - 不活性ガス供給機構付ボンディングヘッド - Google Patents

不活性ガス供給機構付ボンディングヘッド

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JP3455838B2 JP02837897A JP2837897A JP3455838B2 JP 3455838 B2 JP3455838 B2 JP 3455838B2 JP 02837897 A JP02837897 A JP 02837897A JP 2837897 A JP2837897 A JP 2837897A JP 3455838 B2 JP3455838 B2 JP 3455838B2
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    • H01L2224/75745Suction holding means in the upper part of the bonding apparatus, e.g. in the bonding head

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップを回
路基板に電気的に加熱して接合するボンディング装置に
おけるボンディングヘッドの改良に関するものであり、
詳しくは加熱接合される部分の酸化を防止する機構を有
するボンディングヘッドに関するものである。 【0002】 【従来の技術】従来より、半導体チップを回路基板上に
直接加熱して接合する方法の一例として半田による接合
がある。この接合では接合部の酸化による接合不良が発
生することが知られており、これを防止するため接合部
周辺を不活性ガスによりシールドする手段が採用されて
いる。 【0003】この従来から知られている不活性ガスによ
る接合部のシールドは、図5に示すようにボンディング
ヘッド1の外部に設けられたガス配管2を使用し、不活
性ガスを供給するものであり、効果的に不活性ガスによ
るシールドを行なうため基板4の周囲の基板ステージ5
上に基板4を囲む囲い壁3を形成して半密閉構造とする
ことも行なわれている。 【0004】ここで外部の不活性ガス供給部6よりシー
ルドのための不活性ガスを供給する際、ボンディングヘ
ッド1は加熱接合のため一定温度を保たなければならな
いが、不活性ガスが供給されることにより加熱部の温度
が均一とならないという問題を引き起こしていた。そこ
でボンディングヘッド1の加熱部20と同様なガス温度
コントローラ24をガス配管2の途中に設けることが必
要であった。 【0005】又、ボンディングヘッド1と基板4の間は
通常0.3ミリメートル乃至3ミリメートル程度と非常
に小さな隙間であるため、効果的に不活性ガスによるシ
ールドをするためにはシールドガス配管ノズル位置の設
定や、その周囲に囲い壁3を形成して密閉状態とする必
要性があった。しかし、現実問題としては、従来利用さ
れていた図5のごとき構造では、接合部をシールドする
のに必要とされる酸素濃度に低減することのできるもの
ではなかった。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、半導体チッ
プ7の接合部の不活性ガスによるシールドを確実に行な
えると同時にボンディングヘッド1のボンディングのた
めの加熱を利用して、供給される不活性ガスを加熱し、
特別に不活性ガスを加熱するためのガス温度コントロー
ラ24を別途設ける必要もなく、且つ、接合後は半田硬
化スピードを向上させるため、ボンディングヘッド1や
接合部の冷却機能をも併せ持つ不活性ガス供給機構付ボ
ンディングヘッドを提供することを目的とする。 【0007】 【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、加熱部を有するボンディングヘッドの下面
側の半導体保持領域外に所望数の不活性ガス供給穴を設
け、加熱部を貫通又はこれに接触し、不活性ガス供給穴
に不活性ガスを供給するガス通路を形成し、上記ガス通
路に不活性ガス供給量の切替可能な不活性ガス供給部を
接続し、加熱部の加熱停止指令に基づき不活性ガスの供
給量を変更することを特徴とする不活性ガス供給機構付
ボンディングヘッドを提供する。 【0008】 【発明の実施の形態】以下、図面に従って本発明の実施
の形態につき説明する。図1は、不活性ガス供給機構付
きボンディングヘッドの一実施例の説明図であり、本実
施例は、加熱部20を有するボンディングヘッド1と不
活性ガス供給部6とガス供給量制御装置8、及び加熱停
止後のボンディングヘッド1の加熱部20の必要冷却温
度を感知する熱電対9とからなる。尚、図1中5は基板
ステージで、4が基板ステージ5上に配置される基板
で、7が基板4に接合される半導体チップである。 【0009】ボンディングヘッド1の下面側すなわち半
導体チップ7の保持面側の半導体保持領域10の外側に
所望数(図2の実施例では4個)の不活性ガス供給穴1
1が設けられている。実施例では、不活性ガス供給穴1
1は、ボンディングヘッド1の加熱部20の下面に交換
可能に装着されるボンディングツール21に設けられて
いるが、該ボンディングツール21が加熱部20と別体
である必要はなく、加熱部20の下端面にボンディング
ツール部が一体として形成されたもので、その加熱部2
0の下面に不活性ガス供給穴11が開けられたものであ
ってよい。尚、図2において半導体保持領域10の中心
部に設けられている穴は半導体チップ吸着穴12であ
り、図示されていない真空吸引装置が吸気通路14(図
1、図3及び図4で一点鎖線で示されている)に連結さ
れ、半導体チップ7をボンディングヘッド1に吸着保持
する役目を有する。 【0010】加熱部20を有するボンディングヘッド1
の内部にはボンディングヘッド1の加熱部20を貫通す
るガス通路13が形成されている。ガス通路13は不活
性ガス供給装置8から不活性ガス供給穴11に不活性ガ
スを供給する。図1、図3及び図4でガス通路13は点
線で示されている。 【0011】図1及び図3に示されるガス通路13は、
ボンディングヘッド1の加熱部20の内部を貫通するも
のであるが、加熱部20の熱源を利用できるものであれ
ば、内部を貫通するものだけでなく、加熱部20の外周
に巻付けたガス通路13や、単に加熱部20に沿って形
成されたガス通路13で有っても良い。尚、ガス通路1
3が加熱部20に接するのみで貫通しないものの場合、
不活性ガス供給穴11の役割は、ボンディングヘッド1
の下端部付近のガス通路13端部開口部が担当する。 【0012】尚、図3に示すようにボンディングヘッド
1の下端部の周囲に密閉用枠15を形成することで、不
活性ガスによるシールドを効果的に行なうこともでき
る。 【0013】上記ガス通路13には、不活性ガス供給量
の切替可能な不活性ガス供給部6が接続されている。不
活性ガス供給部6は、ガス供給ポンプ18と、高圧ガス
供給用の電磁弁17、レギュレータ16及び低圧ガス供
給用の電磁弁27、レギュレータ26を有している。図
1中上部の電磁弁17とレギュレータ16が高圧ガス供
給用で下部の電磁弁27とレギュレータ26が低圧ガス
供給用である。 【0014】不活性ガス供給部6は、ボンディングヘッ
ド1の加熱停止指令に基づき不活性ガスの供給量を変更
するガス供給量制御装置8が接続されている。ガス供給
量の変更は実施例によれば高圧ガスの供給(強)と低圧
ガスの供給(弱)の2種類が設定されている。 【0015】実施例の設定では、不活性ガス供給部6か
ら供給される不活性ガスは、窒素ガスを用い、不活性ガ
スの供給量としては強弱二段階とし、低圧ガス供給経路
を利用する弱で毎分1リットル、高圧ガス供給経路を利
用する強で毎分30リットルとする。他方、熱電対9が
感知する設定温度としては半田が硬化する摂氏180度
とする。 【0016】第一実施例の動作に付いて説明する。ま
ず、第一に、ボンディングを開始する。この時、ボンデ
ィングヘッド1の加熱部20の加熱も開始し、不活性ガ
スは弱にて供給される。弱で供給される不活性ガスは流
量が小さく流速も遅いのでガス通路13を移動中にボン
ディングヘッド1の加熱部20により充分加熱される。 【0017】第二に、ボンディングための加熱に必要な
所定時間経過後、ボンディングヘッド1の加熱部20の
加熱は停止する。第三に、ガス供給量制御装置8がボン
ディングヘッド1の加熱部20の加熱停止指令を受け、
不活性ガスを強に切替え供給する。強で供給される不活
性ガスは、流量も多く流速も速いのでガス通路13を移
動中に加熱停止となった加熱部20及びボンディングヘ
ッド1を冷却させる。第四に、ボンディングヘッド1の
温度感知センサとなる熱電対9により所定温度(前記設
定例では摂氏180度)が検出されたら不活性ガスの供
給を停止する。そして、第五に、ボンディングヘッド1
が上昇しボンディング動作は終了する。 【0018】次に図4に示す第二実施例の動作に付いて
説明する。第一に、ボンディング開始する。この時、不
活性ガスは弱にて供給される。ボンディングための加熱
の必要な所定時間経過後、ボンディングヘッド1の加熱
部20の加熱を停止する。第三に、不活性ガスを強に切
替え供給する。次に第二実施例では熱電対9がボンディ
ングヘッド1の加熱部20に付設されていないので、タ
イマー19により設定された所定時間(加熱部20が摂
氏180度になるための時間)経過後、不活性ガスの供
給を停止する。そして、第五に、ボンディングヘッド1
が上昇しボンディング動作は終了する。 【0019】尚、不活性ガスの弱から強への切り換えの
タイミングは、加熱部20の加熱停止指令を受け直ちに
行われる場合と、加熱停止指令を受けた後一定時間の経
過を待って行われる場合とがある。一定時間の経過後の
切り換えは、第一実施例の場合であれば、熱電対9が所
定温度(摂氏180度以上の設定温度)を検出するまで
待機し、所定温度を検出した時点で切り換えが行われ
る。又、第二実施例では観測された前記温度に至る所定
時間をタイマー19に設定し、所定時間が経過した後、
切り換えが行われる。 【0020】 【発明の効果】本発明は、次のような効果を発揮する。
第一に本発明は、加熱部を有するボンディングヘッドの
下面側の半導体保持領域外に所望数の不活性ガス供給穴
を設けたため、ボンディングヘッドの周囲を密閉構造と
しなくとも接合部を有効に不活性ガスによりシールドで
き、半田の酸化を確実に防止できるものとなった。 【0021】特に、現実問題としては、ボンディングヘ
ッドと基板の間は通常0.3ミリメートル及至3ミリメ
ートル程度であるため、シールドすべき範囲が狭く少量
の不活性ガスで効果的な接合部のシールドが行なえるも
のとなった。 【0022】第二に本発明は、ボンディングヘッドの加
熱部を貫通又はこれに接触するガス通路を設け、不活性
ガス供給穴に不活性ガスを供給するもの、視点を変えれ
ば、基板上のボンディング部に不活性ガスを供給するも
のあるので、ボンディングヘッドにより不活性ガスが加
熱され、不活性ガスを半導体とほぼ同等の温度にコント
ロールすることが可能となり、特別に加熱制御しなくて
も接合部の温度の均一性が可能となった。すなわち、シ
ールドガス専用の温度コントロールが不要となったので
ある。 【0023】第三に本発明は、ガス通路に不活性ガス供
給量の切替可能な不活性ガス供給部を接続し、ボンディ
ングヘッドの加熱部の加熱停止指令に基づき不活性ガス
の供給量を変更することを可能としため、加熱部の加熱
停止の後、不活性ガスの供給量を増加させることによ
り、ボンディングヘッド、ツールの蓄熱を放出でき、半
田の硬化を早めることができるものとなった。すなわ
ち、本発明は不活性ガスによる接合部のシールドだけで
なく、ガスの流量、流速を高くすることで加熱部やボン
ディングヘッド全体の冷却にも使用できるものとなっ
た。
【図面の簡単な説明】 【図1】不活性ガス供給機構付きボンディングヘッドの
一実施例の説明図 【図2】ボンディングヘッドの底面図 【図3】密閉用枠付きボンディングヘッドの側面図 【図4】不活性ガス供給機構付きボンディングヘッドの
他実施例の説明図 【図5】従来のボンディングヘッドと不活性ガス供給装
置の関係を示す説明図 【符号の説明】 1......ボンディングヘッド 2......ガス配管 3......囲い壁 4......基板 5......基板ステージ 6......不活性ガス供給部 7......半導体チップ 8......ガス供給量制御装置 9......熱電対 10.....半導体保持領域 11.....不活性ガス供給穴 12.....半導体チップ吸着穴 13.....ガス通路 14.....吸気通路 15.....密閉用枠 16、26..レギュレータ 17、27..電磁弁 18.....ガス供給ポンプ 19.....タイマー 20.....加熱部 21.....ボンディングツール 24.....ガス温度コントローラ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−312314(JP,A) 特開 平6−124980(JP,A) 特開 平3−236298(JP,A) 特開 平8−162501(JP,A) 特開 平8−17973(JP,A) 特開 昭57−126143(JP,A) 特開 平5−47846(JP,A) 特開 平5−47824(JP,A) 特開 平4−302446(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/60 H01L 21/603

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】加熱部を有するボンディングヘッドの下面
    側の半導体保持領域外に所望数の不活性ガス供給穴を設
    け、加熱部を貫通又はこれに接触し、不活性ガス供給穴
    に不活性ガスを供給するガス通路を形成し、上記ガス通
    路に不活性ガス供給量の切替可能な不活性ガス供給部を
    接続し、加熱部の加熱停止指令に基づき不活性ガスの供
    給量を変更することを特徴とする不活性ガス供給機構付
    ボンディングヘッド。
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