JP3520702B2 - 光照射用ボンディングヘッド - Google Patents

光照射用ボンディングヘッド

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    • H01L24/74Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies
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    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73201Location after the connecting process on the same surface
    • H01L2224/73203Bump and layer connectors
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  • Die Bonding (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体等のチップ
を基板等に実装するため紫外線(UV光)等の光により硬
化する接着剤(光硬化性絶縁樹脂)を使用するボンディ
ング装置において、ワークであるチップのハンドリング
及びボンディングを行なうボンディングヘッドの改良に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】 ボンディング装置1には、図6に示さ
れるように、基板が載置固定されx軸及びy軸に移動可
能なボンディングステージ2と、チップを吸着して基板
へ移送し、ボンディングを行なうボンディグヘッド3が
存在する。そしてボンディング方式として、基板とチッ
プ間の接続箇所にスタッドバンプを配し、スタッドバン
プ付近に光硬化性樹脂を塗布し、該光硬化性樹脂に紫外
線を照射して樹脂を硬化させることにより基板にチップ
をボンディングする実装方式が存在した。
【0003】この光硬化性樹脂を利用する実装方式は、
特公平6−80704号特許公報記載のごとき装置が存
在した。この装置では、図7(A)に示されるように、
ボンディングステージ2上に基板6を載置し、基板6上
面のスタッドバンプ8付近に光硬化性樹脂9を塗布し、
上方より吸着ヘッド4に吸着されたチップ7を供給す
る。
【0004】その後、図7(B)に示すように吸着ヘッ
ド4はチップ7を基板6上に残して退避し、加圧ヘッド
5が上方よりチップ7を押さえ、他方ボンディングステ
ージ2下方からは、従来方式の光照射装置10が近接
し、光を光硬化性樹脂9にあて硬化固定することにより
チップ7を基板6に実装するものである。
【0005】しかし、このような実装方式では、ボンデ
ィングステージ2は勿論のこと、基板6も透明でなけれ
ば、光照射装置10からの光(図7(B)の上向きの細
い矢印)が光硬化性樹脂9に照射されず、基板6の種
類、及びボンディングステージ2を限定するものであ
り、汎用性に欠ける装置であった。
【0006】又、光照射装置を下から当てるのではなく
側方より照射する方法も考えられるが、その方法によれ
ば、ボンディングステージ2や基板6に限定は加わらな
いものの別途光照射装置を配備し、それを移動、制御す
る必要が生じるものであった。
【0007】さらに、通常、照射装置のUV光源から出
た紫外線は、光ファイバケーブルにて伝送され、光ファ
イバケーブルの出射口から出たUV光は、直接光硬化性
樹脂に照射されるか、石英ガラスを介して光硬化性樹脂
に照射されている。この時、紫外線の照射強度が強けれ
ば強いほど光硬化性樹脂を早く硬化させることができる
が、照射強度を強くするには紫外線照射装置(UV光源)
の出力を大きくする必要があり、コストアップに繋がる
ものであった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を解決しようとするもので、ボンディングヘッド自体に
チップの吸引や加圧の役割の他、光照射装置の役割を持
たせ、紫外線等の光を半導体チップ等の真上から照射し
て光硬化性樹脂を硬化させる実装方式を採用したボンデ
ィンヘッドとし、更に、ボンディングツールにレンズを
組込み、レンズにより紫外線等の光を絞り込み、光密度
を高くすることを可能とした。これにより、チップのハ
ンドリングとチップへの加圧と光硬化性樹脂への紫外線
等の光の照射とを同じツールで行なうことにより、動作
工程を減少させ、ボンディングスピードの向上およびチ
ップの搭載精度の向上を図ることを目的とするものであ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、課題を解決す
るため、チップを基板等に光硬化性樹脂を用いて実装す
るボンディグ装置のボンディングヘッドにおいて、光照
射装置の出射口をボンディングヘッド内のチップ吸着面
の手前にチップ吸着面を照射するよう位置させて設け、
該出射口のチップ吸着面側にレンズを配置し、レンズの
チップ吸着面側に吸引装置と接続される真空室を設け、
真空室のチップ吸着面側に透明材料よりなり且つチップ
を吸着する通気孔を形成したチップ吸着部材を配置した
ことを特徴とする光照射用ボンディングヘッドを提供す
る。
【0010】
【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6は、本発明の一例が利用さ
れたボンディング装置1の概略を示すもので、図6中符
号3がボンディングヘッドであり、ボンディングヘッド
3は、上下動作を行なうためのZ軸駆動機構31及び紫
外線供給装置32を備えている。
【0011】ボンディングヘッド3は、図1のボンディ
ングヘッドの概略断面図に示されるように光ファイバケ
ーブル40及び該光ファイバケーブル40を保持するケ
ーブル保持体41、42と、その先端に配置されるボン
ディングツール11及びその加圧調整シャフト33より
なり、これらは、図6により明かなようにZ軸駆動機構
31に装着されている。
【0012】光ファイバケーブル40の一端は、紫外線
供給装置32の光源(図示されていない。)と接続されて
いる。他端の出射口43は、ケーブル保持体41下端よ
り突出し、ボンディングツール11の真空室50の真上
に設けられた加圧調整シャフト33の空部20に、出射
光が、チップ吸着面21に向かう方向性を持たして、挿
入されている。
【0013】図2で明らかなように、ボンディングツー
ル11は、加圧調整シャフト33下端に、ケーブル保持
体41、42とは分離して、固定された金属製保持器1
2をボディとして構成され、内部に真空室50が形成さ
れている。真空室50の上部で光ファイバケーブル40
の出射口43直下には集光レンズ13が配置されてお
り、側面には真空配管用継手14と連接する通気口51
が開口されており、真空配管用継手14から図示されて
いない吸引装置により真空吸引される。
【0014】真空室50の下部には、チップ吸着部材と
なるツールヘッド15が装備されている。ツールヘッド
15は金属製円筒16の内部に細い光ファイバ17を束
ねて、接着剤で接着したもので埋め、中央に通気路とし
ての通気パイプ18が入れられている。通気路はパイプ
のごとき部材を必要とするものではなく、通気路として
の役割をまっとうできる穴であってもよい。尚、光ファ
イバ17の接着は真空室50の真空を確保できるもので
なければならない。
【0015】この結果、真空配管用継手14から、真空
吸引されると真空室50内は、減圧され通気パイプ18
より吸引し、通気パイプ18の先端の半導体チップ7を
吸着保持するのである。
【0016】ボンディングヘッド3の上下動の基本は、
Z軸駆動機構31によるが、ボンディングの際の、加圧
力の調整は加圧調整シャフト33に装着されたウエイト
22と加圧調整シャフト33の保持部材24に取り付け
られたロードセル25により行なわれる。
【0017】この関係に付いて説明すると、ボンディン
グツール11を有する加圧調整シャフト33は、保持部
材24に対し、スライドユニット26、27により上下
動可能で、且つ、ロードセル25のボール28に乗った
状態で配置されている。ここで、保持部材24は、ケー
ブル保持体41、42と固定状態で、Z軸駆動機構31
に従って上下動する。
【0018】ここで、Z軸駆動機構31の動作により、
保持部材24を下降させると、最初、加圧調整シャフト
33も共に下降し、吸着されたチップ7が基板6に当接
した時点で加圧調整シャフト33の下降は停止する。こ
の時点から保持部材24の下降を継続すると、ロードセ
ル25により検出される荷重は減少し、チップ7及び基
板6にかかる荷重が増加する。ロードセル25の検出値
が0になったときチップ7及び基板6にウエイト22を
含む加圧調整シャフト33の全荷重がかかったことにな
る。
【0019】これ以上の保持部材24の下降は、加圧調
整シャフト33が、ロードセル25のボール28より離
れてしまうため、荷重増加はない。従って、それ以上の
荷重が必要な場合、ウエイト22の重量を増加させるこ
とにより対応する。すなわち、加圧調整シャフト33に
ウエイト22を取り付けた全体の重量範囲で荷重を設定
し、ロードセル25により、現実の荷重値をフィードバ
ックしなが保持部材24の下降を制御するのである。
尚、上限センサ23は、設定ミス等により保持部24が
必要以上に下降することを防止するものである。
【0020】以下、本発明の実施の形態であるボンディ
ング装置1の動作について説明する。基板6を載置した
ボンディングステージ2がX軸およびY軸駆動機構によ
り光硬化性樹脂供給装置の下方に移動し、基板6に光硬
化性樹脂を塗布する。その後ボンディングステージ2
は、ボンディング位置に移動する。
【0021】他方、ボンディングヘッド3はチップ供給
位置で、チップ7へ下降近接し、吸引装置が動作する。
ボンディングツール11の金属製保持器12の側面には
通気口51が開口されており、それに接続された真空配
管用継手14を介して真空吸引される。これによりチッ
プ7は、ボンディングツール11の吸着面21に吸着保
持され、上方へ移動しボンディングステージ2の移動を
待っている。尚、実施例でチップ7は、0.3mm角の
チップを利用している。
【0022】ボンディングステージ2が、ボンディング
ヘッド3の下方に来ると、ボンディングヘッド3は、Z
軸駆動機構31により下降し、チップ7が基板6に当接
する。このとき紫外線供給装置32が動作し、UV光源
より、紫外線が光ファイバケーブル40を通り、出射口
43より出射される。出射口43の下方には集光レンズ
13が存在するため、出射された紫外線は、集光レンズ
13によりチップ7付近に集光され、該チップ7付近の
光硬化性樹脂9に照射される。この状態を示すのが図5
である。
【0023】この時、ボンディングには一定の加圧が必
要であるので、ボンディングヘッド3は、Z軸駆動機構
31により若干下降されている。この際、加圧が強すぎ
ると基板6やチップ7の破壊、バンプの破壊による短絡
等の不都合が生じる危険があるため、ボンディングのた
めの加圧は、Z軸駆動機構31の下降動作に強制的に従
うもので無く、加圧調整シャフト33に装備されたウエ
イト22の重さの範囲内でロードセル25の荷重検出に
従って調整され加圧されている。
【0024】
【発明の効果】本発明は、次のような効果を発揮する。
第1に、チップを基板等に光硬化性樹脂を用いて実装す
るボンディグ装置のボンディングヘッドにおいて、光照
射をボンディングヘッドのチップ吸着部材により、行な
うものであるので、本発明に係る光照射用ボンディング
ヘッドは、一つのヘッドによりチップのハンドリング、
チップへの加圧及び光硬化性樹脂への光照射の役割を果
たすことができ、ボンディングの動作工程を減少させる
ことができ、ボンディングスピードの向上およびチップ
の搭載精度の向上を図ることができるものとなった。
【0025】また、本発明は、光照射装置の出射口にレ
ンズを配置しているため、集光レンズを用いれば、低出
力の紫外線照射装置で高いパワー密度の紫外線照射を行
うことができ、その結果、樹脂硬化時間を短くすること
が可能であるばかりか、拡散レンズを使用すれば、照射
エリアを広げることもできるものである。
【0026】請求項2記載の発明の効果ではあるが、ボ
ンディングツールにレンズが埋めこんであるのでワーク
であるチップサイズ即ちボンディングツールサイズ毎に
最適なレンズ焦点距離を選定しておくことによりツール
交換時にレンズ交換も同時に行うことができボンディン
グ装置使用時の段取が容易なものとなった。
【図面の簡単な説明】
【図1】ボンディングヘッドの概略断面図
【図2】本発明の実施例であるレンズ付ボンディングツ
ールの部分断面図
【図3】ボンディングツールの側面図
【図4】ツールヘッドの断面図
【図5】ボンディング方法を示す説明図
【図6】ボンディング装置の概要を示す側面図
【図7】従来の光硬化性絶縁樹脂による実装方式の動作
説明図
【符号の説明】
1......ボンディング装置 2......ボンディングステージ 3......ボンディングヘッド 4......吸着ヘッド 5......加圧ヘッド 6......基板 7......チップ 8......バンプ 9......光硬化性樹脂 10.....従来方式の光照射装置 11.....ボンディングツール 12.....金属製保持器 13.....集光レンズ 14.....真空配管用継手 15.....ツールヘッド 16.....金属製円筒 17.....光ファイバ 18.....通気パイプ 20.....空部 21.....チップ吸着面 22.....ウエイト 23.....上限センサ 24.....保持部材 25.....ロードセル 26、27..スライドユニット 28.....ボール 31.....Z軸駆動機構 32.....紫外線供給装置 33.....加圧調整シャフト 40.....光ファイバケーブル 41、42..ケーブル保持体 43.....出射口 50.....真空室 51.....通気口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/52

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】チップを基板に光硬化性樹脂を用いて実装
    するボンディグ装置のボンディングヘッドにおいて、光
    照射装置の出射口をボンディングヘッド内のチップ吸着
    面の手前にチップ吸着面を照射するよう位置させて設
    け、該出射口のチップ吸着面側にレンズを配置し、レン
    ズのチップ吸着面側に吸引装置と接続される真空室を設
    け、真空室のチップ吸着面側に透明材料よりなり且つチ
    ップを吸着する通気孔を形成したチップ吸着部材を配置
    したことを特徴とする光照射用ボンディングヘッド。
  2. 【請求項2】 チップを基板に光硬化性樹脂を用いて実
    装するボンディグ装置のボンディングヘッドにおいて、
    光照射装置の出射口をボンディングヘッド内のチップ吸
    着面の手前にチップ吸着面を照射するよう位置させて設
    け、該出射口のチップ吸着面側にボンディングツールを
    交換可能に配置し、ボンディングツールにレンズを配置
    し、レンズのチップ吸着面側に吸引装置と接続される
    真空室をボンディングツール内に設け、真空室のチップ
    吸着面側に透明材料よりなり且つチップを吸着する通気
    孔を形成したチップ吸着部材をボンディングツールに
    置したことを特徴とする光照射用ボンディングヘッド。
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