JP3581684B2 - ダイボンダ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はダイボンダに関し、特に常温のピックアップポジションで半導体チップをピックアップし、ボンディングポジションで加熱された基材に半導体チップをボンディングするように、ピックアップポジションとボンディングポジション間を往復動作するコレットを有するダイボンダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体チップは、一般に、シリコンウェーハなどに多数個の半導体素子を形成した後、この多数個の半導体素子を形成したウェーハを粘着シートに貼着して、半導体素子間をダイシングによって切断分離して、多数個の半導体チップを製造した後、粘着シートを放射方向に伸展させて半導体チップ間の間隔を広げた状態で、粘着シートの周縁部分を金属リングに固定して、粘着シートから半導体チップを吸着ノズルで吸着することによってピックアップして、リードフレームなどの基材位置に移送して基材にボンディングしている。
【０００３】
図７は、上記の切断分離後の多数個の半導体チップ１を粘着シート２に貼着して、粘着シート２を放射方向に伸展させてその周縁部分を金属リング３にゴムリング４で固定した半導体チップユニット５の斜視図を示す。
【０００４】
図８は、ピックアップポジションＰａにおいて、上記の半導体チップユニット５から半導体チップ１を１個ずつピックアップする動作を説明する概略断面図で、粘着シート２の下方から突き上げ棒６で突き上げて半導体チップ１を上昇させることによって、半導体チップ１と粘着シート２との接着面積を減少させて接着力を低減させ、半導体チップ１の上方からコレット７で半導体チップ１を真空吸着して、ピックアップするようにしている。
【０００５】
半導体チップの基材へのボンディングは、信号用や小電力用の半導体チップの場合は、樹脂を用いることもあるが、中・高電力用の半導体チップの場合は、一般的に、半田や金−シリコン共晶などのろう材を用いて行なっている。
【０００６】
樹脂を用いる場合は、常温下での作業なので問題はないが、半田や金−シリコン共晶などのろう材を用いる場合は、リードフレームなどの基材を半田や金−シリコン共晶などのろう材が溶融する温度まで加熱する必要があり、一般に、図９に示すように、リードフレームなどの基材８は、ヒータを内蔵するヒータレール（図示せず）上を搬送して基材８を所定温度に加熱し、ろう材供給ポジションＰｂでろう材９を加熱された基材８上に供給して溶融させ、ボンディングポジションＰｃでコレット７に吸着した半導体チップ１を供給して、そのコレット７で半導体チップ１を基材８に押さえ付けて溶融したろう材９ａを押し広げてボンディングしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の粘着シート２から半導体チップ１をピックアップするピックアップポジションＰａは、通常、常温であるのに対して、ボンディングポジションＰｃの基材８は、半田の場合でその組成により約２５０〜３５０℃、金−シリコン共晶の場合は共晶点が３７０℃であるので約４００℃の高温に加熱されているので、ピックアップポジションＰａとボンディングポジションＰｃとでは、約２３０℃〜３８０℃の温度差がある。
【０００８】
したがって、半導体チップ１を供給するコレット７は、常温のピックアップポジションＰａと、高温のボンディングポジションＰｃとの間を往復することになり、ボンディングポジションＰｃでは半導体チップ１を高温の基材８に押し付けているために、当然、コレット７の温度も２００℃程度まで上昇することになる。
【０００９】
したがって、ボンディングポジションＰｃではコレット７およびコレットホルダが加熱されて膨張により伸張し、ピックアップポジションＰａではコレット７およびコレットホルダが温度低下により収縮するため、コレット７およびコレットホルダが伸張・収縮を繰り返してその寸法が絶えず変化することとなり、しかも、その伸縮量が一定しないために、ピックアップポジションＰａでのピックアップ高さ位置と、ボンディングポジションＰｃでのボンディング高さ位置との双方が不安定になり、ピックアップポジションＰａでは、半導体チップ１のピックアップミスや、逆に半導体チップ１に過大な押圧力が作用して半導体チップ１の破損やコレット７を損傷するということが起き、ボンディングポジションＰｃでは、半導体チップ１の押圧力不足によるボンディング不良や、逆に半導体チップ１に過大な押圧力が作用して半導体チップ１を破損したり、コレット７を損傷したりするという問題点があった。
【００１０】
特に、半導体チップ１への衝撃ダメージを小さくする目的で、コレット７を耐熱樹脂製とした場合は、コレット７が長時間高温に曝されるとその熱劣化が大きいのみならず、前記高さ位置のばらつきに起因するコレット７への衝撃力によってコレット７が損傷したり、あるいは損傷はしないまでも、コレット７の変形や摩耗が生じたりして、ますます高さ位置がばらつくという問題点があった。
【００１１】
そこで、本発明は、常温のピックアップポジションと高温のボンディングポジションとの間を往復するコレットを備えたダイボンダにおいて、上記の温度差に起因する半導体チップのピックアップ時およびボンディング時の不都合を生じないダイボンダを提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載されたダイボンダは、ピックアップポジションで半導体チップをピックアップし、ボンディングポジションで半導体チップを加熱された基材にボンディングするように、ピックアップポジションとボンディングポジション間を往復動作するコレットと、このコレットを保持するコレットホルダを有するダイボンダにおいて、前記コレットを保持するコレットホルダを冷却部に貫通させて取り付け、コレットホルダと冷却部との間に空間部を設けて、この空間部に冷却流体を供給する供給配管と、冷却流体を排出する排出配管とを接続したことを特徴とするものである。
【００１３】
上記のダイボンダによれば、ボンディングポジションおよびその近傍位置では、供給配管を通して空間部に冷却流体を供給することにより、コレットホルダおよびコレットを冷却することができ、コレットが高温に保持される時間を短縮して、コレットの熱劣化を防止することができる。また、ピックアップポジションおよびその近傍位置では、供給配管を通して供給する冷却流体の流量を低減することによって、ボンディングポジションとピックアップポジションとにおけるコレットホルダおよびコレットの温度差を低減することができ、温度差に起因するコレットホルダおよびコレットの伸縮差が低減されて、ピックアップポジションでのコレット高さ位置およびボンディングポジションでのコレット高さ位置を高精度で制御可能になり、ピックアップポジションでの半導体チップのピックアップミスや破損を防止でき、また、ボンディングポジションでのボンディング不良や半導体チップの破損を防止することができる。
【００１４】
本発明の請求項２に記載されたダイボンダは、前記空間部を、前記冷却部の内径寸法がコレットホルダの外形寸法がよりも大きい部分を設けて形成したことを特徴とするものである。
【００１５】
上記のダイボンダによれば、冷却部とコレットホルダとの間に容易に空間部を形成することができ、しかも、この空間部がコレットホルダの全周にわたって形成されるために、コレットホルダを全周面から効率よく冷却することができる。
【００１６】
本発明の請求項３に記載されたダイボンダは、前記コレットホルダが、前記冷却部に対して昇降自在に構成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
上記のダイボンダによれば、冷却部に対してコレットホルダを昇降させて、半導体チップへの押圧力を可変できるので、特に、半導体チップのピックアップ時およびボンディング時に、半導体チップへの押圧力を適正値に設定することができる。
【００１８】
本発明の請求項４に記載されたダイボンダは、前記コレットホルダに、前記冷却部とコレットホルダとの隙間から出る冷却流体がコレットの先端に向かわないように冷却流体の方向を変更する方向変更部材を設けたことを特徴とするものである。
【００１９】
上記のダイボンダによれば、冷却流体として窒素ガスや窒素ガスに水素ガスを加えた還元性ガスなどに比較して、入手容易で安価なエアを用いて、万一、エアが冷却部とコレットホルダとの隙間から漏出しても、漏出したエアの流動方向が方向変更部材によって変更されて、コレットの先端部に向かって流動しないので、高温に加熱されたリードフレームなどの基材のボンディング箇所にエアが吹き付けられることがなくなり、リードフレームなどの基材やろう材の酸化を防止することができ、半導体チップを基材に確実にボンディングすることができる。
【００２０】
本発明の請求項５に記載されたダイボンダは、前記空間部に供給する冷却流体の流量を、コレットの位置に応じて切り換える流量切り換え機構を設けたことを特徴とするものである。
【００２１】
このようなダイボンダによれば、冷却流体の流量切り換え機構によって、コレットおよびコレットホルダがボンディング動作中、またはコレットおよびコレットホルダがボンディングポジションへ下降動作を開始してからボンディング動作中およびボンディングポジションから上昇動作終了までの間は、空間部に供給する冷却流体の供給量を増大させて、コレットホルダおよびコレットを冷却し、コレットおよびコレットホルダがピックアップポジションでピックアップ動作中、またはピックアップポジションへ下降動作開始から、ピックアップ動作中およびピックアップポジションから上昇動作終了までの間は、空間部に供給する冷却流体の供給量を低減させることによって、ボンディングポジションとピックアップポジションとにおけるコレットおよびコレットホルダの温度差を低減させて、伸縮量を低減することができる。
【００２２】
なお、コレットおよびコレットホルダがボンディングポジションにあるときの冷却流体の流量は、コレットおよびコレットホルダが過度に冷却されて、半導体チップを通してのろう材温度を低下させて、半導体チップのボンディング性を損なうことのないように、適宜設定される。
【００２３】
本発明の請求項６に記載されたダイボンダは、前記空間部に供給する冷却流体の流量を、コレットの温度に応じて制御する流量制御機構を設けたことを特徴とするものである。
【００２４】
上記のダイボンダによれば、冷却流体の流量制御機構によって、コレットホルダ温度に応じて冷却流体の流量を制御して、コレットホルダおよびコレットを必要以上に冷却することを防止でき、また、コレットホルダが高温になり過ぎた場合は、冷却流体の流量を増大して、効果的に冷却することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のダイボンダの実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２６】
図１（Ａ）は、ダイボンダ１０の概略平面図で、図１（Ｂ）は概略正断面図を示す。このダイボンダ１０は、前述のような半導体チップユニット５を載置してＸ方向、Ｙ方向およびθ方向に移動可能なＸ−Ｙ−θテーブル２０と、リードフレームなどの基材８を加熱しながら搬送するヒータレール３０と、前記半導体チップユニット５から半導体チップ１を１個ずつピックアップして移送し、基材８にボンディングするコレットユニット４０とを有する。
【００２７】
前記Ｘ−Ｙ−θテーブル２０は、θ方向回転テーブル２１上に、Ｘ方向移動テーブル２２と、Ｙ方向移動テーブル２３とを有しており、Ｘ−Ｙ−θ方向に移動可能で、ピックアップする半導体チップ１をピックアップポジションＰａに位置させ得るようになっている。
【００２８】
前記ヒータレール３０は、下部にヒータ３１を内蔵しており、基材８の搬送路は側面板３２および天井板３３によって囲まれてトンネル３４に形成されており、トンネル３４内に窒素ガスなど不活性ガスまたは還元性ガスが供給されて、基材８および供給されたろう材９の酸化を防止するようになっている。なお、天井板３３の、後述するろう材供給ポジションＰｂおよびボンディングポジションＰｃには、それぞれろう材９および半導体チップ１を供給するための開口部３５，３６が設けられている。
【００２９】
前記コレットユニット４０は、昇降部材４１と、この昇降部材４１のアーム４２に取り付けられたコレットホルダ４３と、このコレットホルダ４３の先端に差し込みまたはねじ込みによって取り付けられたコレット４４と、前記昇降部材４１の下面に取り付けられてコレットホルダ４３を冷却する冷却部４５とを有しており、前記コレットホルダ４３およびコレット４４は、前記アーム４２および冷却部４５を貫通して昇降自在に取り付けられている。
【００３０】
図２（Ａ）は、前記コレットユニット４０の正面図、図２（Ｂ）は一部断面側面図、図２（Ｃ）は背面図、図２（Ｄ）は下面図である。前記冷却部４５の内径寸法は、コレットホルダ４３の外径寸法よりも大きく設定されており、それによって、冷却部４５の内面とコレットホルダ４３の外周面との間に空間部４６が形成されている。この空間部４６は、コレットホルダ４３の全周面にわたって形成されており、円筒状のものである。なお、この空間部４６は、上記の構成の他に、縦溝状、横溝状、斜め溝状、螺旋溝状などに形成してもよい。
【００３１】
前記冷却部４５には、空間部４６の一部に連通して、冷却流体の供給配管４７と、空間部４６の他部に連通して、冷却流体の排出配管４８とが設けられている。したがって、供給配管４７から窒素ガスやエアなどの冷却流体が供給されると、供給された冷却流体は、空間部４６を通ってコレットホルダ４３を冷却した後、排出配管４８から排出される。
【００３２】
この冷却流体が空間部４６を通り抜ける際に、冷却流体によってコレットホルダ４３が冷却されて、それによってコレットホルダ４３の下端に取り付けられているコレット４４の温度が低下させられる。なお、図２（Ｂ）では、コレットホルダ４３が冷却部４５に対して昇降自在であることを明確にするために、空間部４６以外の部分でも冷却部４５とコレットホルダ４３との間に隙間が在るように図示しているが、実際にはコレットホルダ４３の昇降動作を許容する最小限度の公差しか存在しない。
【００３３】
図３は、上記のダイボンダ１０における動作を説明するものであり、Ｐａはピックアップポジションで、Ｐｃはボンディングポジションである。ピックアップポジションＰａには、図７に示したような、多数個の半導体チップ１を粘着シート２に貼着した半導体チップユニット５が配置されており、この半導体チップユニット５から半導体チップ１を１個ずつピックアップする。ピックアップ動作は、例えば、図８に示したものと同様である。
【００３４】
前記ボンディングポジションＰｃには、銅製，銅合金製または鉄合金製のリードフレームなどの基材８が配置されている。この基材８は、図１に示すように、ヒータ３１を内蔵したヒータレール３０上を図１（Ａ）の上方から下方に向かって間欠的に搬送され、図示は省略するが、ろう材供給ポジションＰｂで半田や金−シリコン共晶などのろう材９が、天井板３３の開口部３５を通って供給され、前記ボンディングポジションＰｃでコレット４４に吸着された半導体チップ１が、天井板３３の開口部３６を通って供給されて、基材８にボンディングされる。
【００３５】
すなわち、図３のピックアップポジションＰａにおいて、コレット４４が下降して（１）、半導体チップユニット５から半導体チップ１を吸着し、コレット４４が上昇して（２）から水平移動して（３）、ボンディングポジションＰｃに到着すると、コレット４４が下降して（４）、基材８の所定位置に半導体チップ１を供給するとともに、所定の押圧力で押圧して、半導体チップ１を基材８にボンディングする。この間に、Ｘ−Ｙ−θテーブル２０によって、半導体チップユニット５の次の半導体チップ１が、ピックアップポジションＰａに移動して位置している。
【００３６】
基材８への半導体チップ１のボンディングが終了すると、コレット４４が上昇して（５）から水平移動して（６）、ピックアップポジションＰａに到着すると、コレット４４が再び下降して（１）、次の半導体チップ１を吸着する。
【００３７】
ここで、図３では、ピックアップポジションＰａの高さ位置を、ボンディングポジションＰｃの高さ位置よりも低くなるように段差を設けているが、これは、Ｘ−Ｙ−θテーブル２０で半導体チップユニット５をＸ−Ｙ−θ方向に移動させる際に、Ｘ−Ｙ−θテーブル２０が前記段差を利用してヒータレール３０の下方に入り込めるようにすることによって、ピックアップポジションＰａとボンディングポジションＰｃとの間隔寸法を小さくして、コレット４４の移動距離を小さくすることによって、ボンディングの高速化を図るためである。
【００３８】
以下、上記のような動作を繰り返して、コレットホルダ４３およびコレット４４は、ピックアップポジションＰａとボンディングポジションＰｃとの間を往復動作するが、コレットホルダ４３およびコレット４４が前記ボンディングポジションＰｃに到着した時に、供給配管４７への冷却流体の供給流量を増大して、コレットホルダ４３およびコレット４４を冷却する。また、コレットホルダ４３およびコレット４４が半導体チップ１のピックアップポジションＰａに到着した時に、供給配管４７から供給される冷却流体の供給量を低減または停止して、コレットホルダ４３およびコレット４４の冷却を低減または停止する。
【００３９】
図４は、空間部４６に供給した冷却流体が、万一、冷却部４５とコレットホルダ４３との摩耗などによって生じた隙間を通って漏出した場合の対応策として、漏れた冷却流体の流れ方向を変更する方向変更部材４９を設けた実施形態のコレットユニット４０Ａの一部拡大断面図を示したものである。すなわち、この実施形態の方向変更部材４９は、コレットホルダ４３の冷却部４５の空間部４６の下方に位置する部分に、１個または複数個のフランジ部４３ａを設けるとともに、コレットホルダ４４の冷却部４５の下方に位置する部分に、フランジ部４９ｂを設けたものである。
【００４０】
前記フランジ部４９ａは、冷却部４５とコレットホルダ４３との接触部の長さを増大して、冷却流体が漏れないようにするとともに、万一、漏れた場合には、冷却流体が冷却部４５とコレットホルダ４３との隙間に直接向かわないように、冷却流体の流れ方向を変更する。また、下方のフランジ部４９ｂは、万一漏れた冷却流体の流れ方向を、上方または横方向に変える。
【００４１】
すなわち、もし、上記の方向変更部材４９がない場合において、冷却部４５とコレットホルダ４３との隙間を通って冷却流体が下方に向かって漏出した場合、この冷却流体が窒素ガスなどの不活性ガスや、不活性ガスに水素を加えた還元性ガスのようなリードフレームなどの基材８やろう材９を酸化させないものであれば、冷却流体のロスは生じても、基材８やろう材９を酸化させるという問題はないが、不活性ガスや還元性ガスは高価であるという理由で、安価なエアを用いた場合は、漏出エアによって基材８やろう材９が酸化されて、半導体チップ１のボンディングができないか、あるいは、外観上は一応ボンディングされているかのように見えても、そのボンディング状態が不良になる場合がある。
【００４２】
しかしながら、上記のように、コレットホルダ４３に冷却流体の流れ方向を変更する方向変更部材４９（４９ａおよび４９ｂ）を設けておけば、冷却流体としてエアを用いていて、万一、エアが漏出した場合でも、その漏出エアが、方向変更部材４９によって、上方または横方向に変更されて、基材８およびろう材９に向かって流れることが阻止できるので、基材８およびろう材９の酸化を防止でき、半導体チップ１を確実に基材８にボンディングすることができるようになる。なお、上記のフランジ４９ａ，４９ｂはいずれか一方のみを用いるようにしてもよい。
【００４３】
図５（Ａ）は、空間部４５への冷却流体の供給流量を切り換える流量切り換え機構の一例としてのポート切り換え弁５０を示し、冷却流体の供給配管４７を途中で、分岐配管４７ａと４７ｂとに分岐させるとともに、冷却流体の排出配管４８を途中で、分岐配管４８ａと４８ｂとに分岐させ、これらの分岐配管４７ａ，４７ｂ間および分岐配管４８ａ，４８ｂ間に、ポート切り換え弁５０を介在させている。
【００４４】
ポート切り換え弁５０には、所定間隔で孔径が大きな孔５１ａ，５１ｂと、孔経が小さな孔５２ａ，５２ｂとが設けられている。すなわち、前記大きな孔５１ａと小さな孔５２ａとの間隔寸法ａおよび大きな孔５１ｂと小さな孔５２ｂとの間隔寸法ｂ（＝ａ）は、それぞれ分岐配管４７ａ，４７ｂ間の間隔寸法ｃおよび分岐配管４８ａ，４８ｂ間の間隔寸法ｄ（＝ｃ）よりも大きく設定されている。
【００４５】
したがって、分岐配管４７ａ，４７ｂには、大きな孔５１ａおよび小さな孔５２ａのいずれか一方のみが接続され、同様に、分岐配管４８ａ，４８ｂには、大きな孔５１ｂおよび小さな孔５２ｂのいずれか一方のみが接続される。
【００４６】
図５（Ａ）は、分岐配管４７ａが大きな孔５１ａに接続されるとともに、分岐配管４８ａが大きな孔５１ｂに接続されている。したがって、冷却流体の供給配管４７および排出配管４８の冷却流体の流量は大きい。この状態は、前述したコレットホルダ４３およびコレット４４がボンディングポジションＰｃで、半導体チップ１のボンディング作業中、またはコレットホルダ４３およびコレット４４がボンディングポジションＰｃへ下降動作開始から半導体チップ１のボンディング作業中およびボンディングポジションＰｃから上昇動作終了までの間などに対応している。
【００４７】
図５（Ｂ）は、ポート切り換え弁５０を図の上方に移動させて、分岐配管４７ｂに小さい孔５２ａを接続するとともに、分岐配管４８ｂに小さい孔５２ｂを接続した状態を示している。したがって、冷却流体の供給配管４７および排出配管４８の冷却流体の流量は小さい。この状態は、前述した、コレットホルダ４３およびコレット４４が半導体チップ１のピックアップポジションＰａで半導体チップ１をピックアップ動作中、またはピックアップポジションＰａへ下降動作開始からピックアップ動作中およびピックアップポジションＰａから上昇動作終了までの間などに対応している。
【００４８】
このようにして、コレットホルダ４３およびコレット４４の位置に応じて、冷却流体の流量を切り換えることができ、コレットホルダ４３およびコレット４４が半導体チップ１のボンディングポジションＰｃ位置またはその近傍位置では、供給配管４７および排出配管４８の冷却流体の流量を大きくして、コレットホルダ４３およびコレット４４を効率よく冷却するとともに、コレットホルダ４３およびコレット４４が半導体チップ１のピックアップポジションＰａまたはその近傍位置では、供給配管４７および排出配管４８の冷却流体の流量を小さくして、コレットホルダ４３およびコレット４４が冷却され過ぎないようにすることができる。
【００４９】
なお、上記実施形態では、ポート切り換え弁５０を冷却流体の流量を大流量と小流量とに切り換える場合について説明したが、孔径が小さな孔５２ａ，５２ｂを無くして、コレット４４が半導体チップ１のピックアップポジションＰｃまたはその近傍位置にある時には、供給配管４７および排出配管４８の冷却流体の流量を零にして、コレットホルダ４３およびコレット４４が冷却され過ぎないようにすることもできる。あるいは、前述の大きい孔５１ａ，５１ｂと小さい孔５２ａ，５２ｂと孔のない切り換え位置との３位置に切り換えるようにして、供給配管４７および排出配管４８の冷却流体の流量を、大、小、零の３段階に切り換えるようにしてもよい。
【００５０】
また、上記実施形態は、冷却流体の流量を２段階ないし３段階に切り換える場合について説明したが、例えば、冷却流体の連続的な流量制御機構部を設けてもよい。図６に示す流量制御機構部は、冷却流体の供給配管４７または排出配管４８のいずれか一方または両方に、ニードル弁などの流量可変型弁６０ａ，６０ｂを接続するとともに、コレットホルダ４３に温度センサ７０を取り付けて、この温度センサ７０の検出温度に応じて、弁制御部８０によって流量可変型弁６０ａ，６０ｂの開口度を制御して、冷却流体の流量を連続的に変化するようにしている。
【００５１】
すなわち、コレットホルダ４３およびコレット４４の温度が上昇し過ぎた場合は、弁制御部８０によって流量可変型弁６０ａ，６０ｂの開口度を大きくして、冷却流体の流量を増大して、コレットホルダ４３およびコレット４４を効果的に冷却し、コレットホルダ４３およびコレット４４の温度が下降してくると、弁制御部８０によって流量可変型弁６０ａ，６０ｂの開口度を小さくして、冷却流体の流量を小さくして、常に適正な冷却状態に制御する。
【００５２】
［実施例］
次に、本発明の実施例について説明する。
金−シリコン共晶によるボンディング動作（基材８の設定温度４００℃）の場合に、常温のエア供給流量を、コレットホルダ４３およびコレット４４が高温のボンディングポジションＰｃ位置およびその近傍位置にある時に１０リットル／ｍｉｎ、コレットホルダ４３およびコレット４４が低温のピックアップポジションＰａおよびその近傍位置にある時に５リットル／ｍｉｎと２段階に切り換えるようにした本発明のダイボンダでは、従来のダイボンダに比較して、コレットホルダ温度が略４０％低減でき、ボンディングポジションＰｃとピックアップポジションＰａとのコレットホルダ温度差による伸縮量が略１／５に低減でき、半導体チップ２０，０００個ボンディング後のコレット摩耗量が略１／６〜１／２５に低減できた。
【００５３】
【発明の効果】
本発明のダイボンダは、ピックアップポジションで半導体チップをピックアップし、ボンディングポジションで半導体チップを加熱された基材にボンディングするように、ピックアップポジションとボンディングポジション間を往復動作するコレットと、このコレットを保持するコレットホルダを有するダイボンダにおいて、前記コレットを保持するコレットホルダを冷却部に貫通させて取り付け、コレットホルダと冷却部との間に空間部を設けて、この空間部に冷却流体を供給する供給配管と、冷却流体を排出する排出配管とを接続したことを特徴とするものであるから、ボンディングポジションおよびその近傍位置では、空間部に供給する冷却流体の供給量を増大して、コレットホルダおよびコレットを冷却して、コレットホルダおよびコレットが高温度に保持される時間を短縮して、コレットの熱劣化を防止できるとともに、ボンディングポジションとピックアップポジションとのコレットホルダおよびコレットの温度差を小さくして、コレットホルダおよびコレットの伸縮による高さ位置の変化を小さくして、ピックアップ精度およびボンディング精度の向上が可能になり、ダメージなく半導体チップをボンディングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明のダイボンダの概略平面図、
（Ｂ）は（Ａ）のダイボンダの概略正断面図である。
【図２】（Ａ）は本発明のダイボンダにおけるコレットユニットの正面図、
（Ｂ）は（Ａ）のコレットユニットの一部断面側面図、
（Ｃ）は（Ａ）のコレットユニットの背面図、
（Ｄ）は（Ａ）のダコレットユニットの下面図である。
【図３】図１のダイボンダにおけるピックアップポジションとボンディングポジションとの間の動作状態を示した正面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係るダイボンダにおけるコレットユニットの一部断面側面図である。
【図５】（Ａ）は本発明のさらに他の実施形態に係るダイボンダにおける冷却流体の流量切り換え機構部の一例であるポート切り換え弁を冷却流体の流量大に切り換えた状態の断面図、
（Ｂ）はポート切り換え弁を冷却流体の流量小に切り換えた状態の断面図である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態に係るダイボンダにおける冷却流体の流量制御機構部の縦断側面図である。
【図７】半導体チップを粘着シートに貼着した半導体チップユニットの斜視図である。
【図８】半導体チップユニットからコレットで半導体チップをピックアップして基材にボンディングする動作説明図である。
【図９】半導体チップのボンディング動作説明図である。
【符号の説明】
１０ ダイボンダ
２０ Ｘ−Ｙ−θテーブル
３０ ヒータレール
４０ コレットユニット
４１ 昇降部材
４２ アーム
４３ コレットホルダ
４４ コレット
４５ 冷却部
４６ 空間部
４７ 冷却流体供給配管
４８ 冷却流体排出配管
４９ 冷却流体の方向変更部材
４９ａ，４９ｂ フランジ
５０ 冷却流体の流量ポート切り換え弁
６０ 流量可変型弁（ニードル弁）
７０ 温度センサ
８０ 流量制御部
【発明の属する技術分野】
本発明はダイボンダに関し、特に常温のピックアップポジションで半導体チップをピックアップし、ボンディングポジションで加熱された基材に半導体チップをボンディングするように、ピックアップポジションとボンディングポジション間を往復動作するコレットを有するダイボンダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体チップは、一般に、シリコンウェーハなどに多数個の半導体素子を形成した後、この多数個の半導体素子を形成したウェーハを粘着シートに貼着して、半導体素子間をダイシングによって切断分離して、多数個の半導体チップを製造した後、粘着シートを放射方向に伸展させて半導体チップ間の間隔を広げた状態で、粘着シートの周縁部分を金属リングに固定して、粘着シートから半導体チップを吸着ノズルで吸着することによってピックアップして、リードフレームなどの基材位置に移送して基材にボンディングしている。
【０００３】
図７は、上記の切断分離後の多数個の半導体チップ１を粘着シート２に貼着して、粘着シート２を放射方向に伸展させてその周縁部分を金属リング３にゴムリング４で固定した半導体チップユニット５の斜視図を示す。
【０００４】
図８は、ピックアップポジションＰａにおいて、上記の半導体チップユニット５から半導体チップ１を１個ずつピックアップする動作を説明する概略断面図で、粘着シート２の下方から突き上げ棒６で突き上げて半導体チップ１を上昇させることによって、半導体チップ１と粘着シート２との接着面積を減少させて接着力を低減させ、半導体チップ１の上方からコレット７で半導体チップ１を真空吸着して、ピックアップするようにしている。
【０００５】
半導体チップの基材へのボンディングは、信号用や小電力用の半導体チップの場合は、樹脂を用いることもあるが、中・高電力用の半導体チップの場合は、一般的に、半田や金−シリコン共晶などのろう材を用いて行なっている。
【０００６】
樹脂を用いる場合は、常温下での作業なので問題はないが、半田や金−シリコン共晶などのろう材を用いる場合は、リードフレームなどの基材を半田や金−シリコン共晶などのろう材が溶融する温度まで加熱する必要があり、一般に、図９に示すように、リードフレームなどの基材８は、ヒータを内蔵するヒータレール（図示せず）上を搬送して基材８を所定温度に加熱し、ろう材供給ポジションＰｂでろう材９を加熱された基材８上に供給して溶融させ、ボンディングポジションＰｃでコレット７に吸着した半導体チップ１を供給して、そのコレット７で半導体チップ１を基材８に押さえ付けて溶融したろう材９ａを押し広げてボンディングしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の粘着シート２から半導体チップ１をピックアップするピックアップポジションＰａは、通常、常温であるのに対して、ボンディングポジションＰｃの基材８は、半田の場合でその組成により約２５０〜３５０℃、金−シリコン共晶の場合は共晶点が３７０℃であるので約４００℃の高温に加熱されているので、ピックアップポジションＰａとボンディングポジションＰｃとでは、約２３０℃〜３８０℃の温度差がある。
【０００８】
したがって、半導体チップ１を供給するコレット７は、常温のピックアップポジションＰａと、高温のボンディングポジションＰｃとの間を往復することになり、ボンディングポジションＰｃでは半導体チップ１を高温の基材８に押し付けているために、当然、コレット７の温度も２００℃程度まで上昇することになる。
【０００９】
したがって、ボンディングポジションＰｃではコレット７およびコレットホルダが加熱されて膨張により伸張し、ピックアップポジションＰａではコレット７およびコレットホルダが温度低下により収縮するため、コレット７およびコレットホルダが伸張・収縮を繰り返してその寸法が絶えず変化することとなり、しかも、その伸縮量が一定しないために、ピックアップポジションＰａでのピックアップ高さ位置と、ボンディングポジションＰｃでのボンディング高さ位置との双方が不安定になり、ピックアップポジションＰａでは、半導体チップ１のピックアップミスや、逆に半導体チップ１に過大な押圧力が作用して半導体チップ１の破損やコレット７を損傷するということが起き、ボンディングポジションＰｃでは、半導体チップ１の押圧力不足によるボンディング不良や、逆に半導体チップ１に過大な押圧力が作用して半導体チップ１を破損したり、コレット７を損傷したりするという問題点があった。
【００１０】
特に、半導体チップ１への衝撃ダメージを小さくする目的で、コレット７を耐熱樹脂製とした場合は、コレット７が長時間高温に曝されるとその熱劣化が大きいのみならず、前記高さ位置のばらつきに起因するコレット７への衝撃力によってコレット７が損傷したり、あるいは損傷はしないまでも、コレット７の変形や摩耗が生じたりして、ますます高さ位置がばらつくという問題点があった。
【００１１】
そこで、本発明は、常温のピックアップポジションと高温のボンディングポジションとの間を往復するコレットを備えたダイボンダにおいて、上記の温度差に起因する半導体チップのピックアップ時およびボンディング時の不都合を生じないダイボンダを提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載されたダイボンダは、ピックアップポジションで半導体チップをピックアップし、ボンディングポジションで半導体チップを加熱された基材にボンディングするように、ピックアップポジションとボンディングポジション間を往復動作するコレットと、このコレットを保持するコレットホルダを有するダイボンダにおいて、前記コレットを保持するコレットホルダを冷却部に貫通させて取り付け、コレットホルダと冷却部との間に空間部を設けて、この空間部に冷却流体を供給する供給配管と、冷却流体を排出する排出配管とを接続したことを特徴とするものである。
【００１３】
上記のダイボンダによれば、ボンディングポジションおよびその近傍位置では、供給配管を通して空間部に冷却流体を供給することにより、コレットホルダおよびコレットを冷却することができ、コレットが高温に保持される時間を短縮して、コレットの熱劣化を防止することができる。また、ピックアップポジションおよびその近傍位置では、供給配管を通して供給する冷却流体の流量を低減することによって、ボンディングポジションとピックアップポジションとにおけるコレットホルダおよびコレットの温度差を低減することができ、温度差に起因するコレットホルダおよびコレットの伸縮差が低減されて、ピックアップポジションでのコレット高さ位置およびボンディングポジションでのコレット高さ位置を高精度で制御可能になり、ピックアップポジションでの半導体チップのピックアップミスや破損を防止でき、また、ボンディングポジションでのボンディング不良や半導体チップの破損を防止することができる。
【００１４】
本発明の請求項２に記載されたダイボンダは、前記空間部を、前記冷却部の内径寸法がコレットホルダの外形寸法がよりも大きい部分を設けて形成したことを特徴とするものである。
【００１５】
上記のダイボンダによれば、冷却部とコレットホルダとの間に容易に空間部を形成することができ、しかも、この空間部がコレットホルダの全周にわたって形成されるために、コレットホルダを全周面から効率よく冷却することができる。
【００１６】
本発明の請求項３に記載されたダイボンダは、前記コレットホルダが、前記冷却部に対して昇降自在に構成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
上記のダイボンダによれば、冷却部に対してコレットホルダを昇降させて、半導体チップへの押圧力を可変できるので、特に、半導体チップのピックアップ時およびボンディング時に、半導体チップへの押圧力を適正値に設定することができる。
【００１８】
本発明の請求項４に記載されたダイボンダは、前記コレットホルダに、前記冷却部とコレットホルダとの隙間から出る冷却流体がコレットの先端に向かわないように冷却流体の方向を変更する方向変更部材を設けたことを特徴とするものである。
【００１９】
上記のダイボンダによれば、冷却流体として窒素ガスや窒素ガスに水素ガスを加えた還元性ガスなどに比較して、入手容易で安価なエアを用いて、万一、エアが冷却部とコレットホルダとの隙間から漏出しても、漏出したエアの流動方向が方向変更部材によって変更されて、コレットの先端部に向かって流動しないので、高温に加熱されたリードフレームなどの基材のボンディング箇所にエアが吹き付けられることがなくなり、リードフレームなどの基材やろう材の酸化を防止することができ、半導体チップを基材に確実にボンディングすることができる。
【００２０】
本発明の請求項５に記載されたダイボンダは、前記空間部に供給する冷却流体の流量を、コレットの位置に応じて切り換える流量切り換え機構を設けたことを特徴とするものである。
【００２１】
このようなダイボンダによれば、冷却流体の流量切り換え機構によって、コレットおよびコレットホルダがボンディング動作中、またはコレットおよびコレットホルダがボンディングポジションへ下降動作を開始してからボンディング動作中およびボンディングポジションから上昇動作終了までの間は、空間部に供給する冷却流体の供給量を増大させて、コレットホルダおよびコレットを冷却し、コレットおよびコレットホルダがピックアップポジションでピックアップ動作中、またはピックアップポジションへ下降動作開始から、ピックアップ動作中およびピックアップポジションから上昇動作終了までの間は、空間部に供給する冷却流体の供給量を低減させることによって、ボンディングポジションとピックアップポジションとにおけるコレットおよびコレットホルダの温度差を低減させて、伸縮量を低減することができる。
【００２２】
なお、コレットおよびコレットホルダがボンディングポジションにあるときの冷却流体の流量は、コレットおよびコレットホルダが過度に冷却されて、半導体チップを通してのろう材温度を低下させて、半導体チップのボンディング性を損なうことのないように、適宜設定される。
【００２３】
本発明の請求項６に記載されたダイボンダは、前記空間部に供給する冷却流体の流量を、コレットの温度に応じて制御する流量制御機構を設けたことを特徴とするものである。
【００２４】
上記のダイボンダによれば、冷却流体の流量制御機構によって、コレットホルダ温度に応じて冷却流体の流量を制御して、コレットホルダおよびコレットを必要以上に冷却することを防止でき、また、コレットホルダが高温になり過ぎた場合は、冷却流体の流量を増大して、効果的に冷却することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のダイボンダの実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２６】
図１（Ａ）は、ダイボンダ１０の概略平面図で、図１（Ｂ）は概略正断面図を示す。このダイボンダ１０は、前述のような半導体チップユニット５を載置してＸ方向、Ｙ方向およびθ方向に移動可能なＸ−Ｙ−θテーブル２０と、リードフレームなどの基材８を加熱しながら搬送するヒータレール３０と、前記半導体チップユニット５から半導体チップ１を１個ずつピックアップして移送し、基材８にボンディングするコレットユニット４０とを有する。
【００２７】
前記Ｘ−Ｙ−θテーブル２０は、θ方向回転テーブル２１上に、Ｘ方向移動テーブル２２と、Ｙ方向移動テーブル２３とを有しており、Ｘ−Ｙ−θ方向に移動可能で、ピックアップする半導体チップ１をピックアップポジションＰａに位置させ得るようになっている。
【００２８】
前記ヒータレール３０は、下部にヒータ３１を内蔵しており、基材８の搬送路は側面板３２および天井板３３によって囲まれてトンネル３４に形成されており、トンネル３４内に窒素ガスなど不活性ガスまたは還元性ガスが供給されて、基材８および供給されたろう材９の酸化を防止するようになっている。なお、天井板３３の、後述するろう材供給ポジションＰｂおよびボンディングポジションＰｃには、それぞれろう材９および半導体チップ１を供給するための開口部３５，３６が設けられている。
【００２９】
前記コレットユニット４０は、昇降部材４１と、この昇降部材４１のアーム４２に取り付けられたコレットホルダ４３と、このコレットホルダ４３の先端に差し込みまたはねじ込みによって取り付けられたコレット４４と、前記昇降部材４１の下面に取り付けられてコレットホルダ４３を冷却する冷却部４５とを有しており、前記コレットホルダ４３およびコレット４４は、前記アーム４２および冷却部４５を貫通して昇降自在に取り付けられている。
【００３０】
図２（Ａ）は、前記コレットユニット４０の正面図、図２（Ｂ）は一部断面側面図、図２（Ｃ）は背面図、図２（Ｄ）は下面図である。前記冷却部４５の内径寸法は、コレットホルダ４３の外径寸法よりも大きく設定されており、それによって、冷却部４５の内面とコレットホルダ４３の外周面との間に空間部４６が形成されている。この空間部４６は、コレットホルダ４３の全周面にわたって形成されており、円筒状のものである。なお、この空間部４６は、上記の構成の他に、縦溝状、横溝状、斜め溝状、螺旋溝状などに形成してもよい。
【００３１】
前記冷却部４５には、空間部４６の一部に連通して、冷却流体の供給配管４７と、空間部４６の他部に連通して、冷却流体の排出配管４８とが設けられている。したがって、供給配管４７から窒素ガスやエアなどの冷却流体が供給されると、供給された冷却流体は、空間部４６を通ってコレットホルダ４３を冷却した後、排出配管４８から排出される。
【００３２】
この冷却流体が空間部４６を通り抜ける際に、冷却流体によってコレットホルダ４３が冷却されて、それによってコレットホルダ４３の下端に取り付けられているコレット４４の温度が低下させられる。なお、図２（Ｂ）では、コレットホルダ４３が冷却部４５に対して昇降自在であることを明確にするために、空間部４６以外の部分でも冷却部４５とコレットホルダ４３との間に隙間が在るように図示しているが、実際にはコレットホルダ４３の昇降動作を許容する最小限度の公差しか存在しない。
【００３３】
図３は、上記のダイボンダ１０における動作を説明するものであり、Ｐａはピックアップポジションで、Ｐｃはボンディングポジションである。ピックアップポジションＰａには、図７に示したような、多数個の半導体チップ１を粘着シート２に貼着した半導体チップユニット５が配置されており、この半導体チップユニット５から半導体チップ１を１個ずつピックアップする。ピックアップ動作は、例えば、図８に示したものと同様である。
【００３４】
前記ボンディングポジションＰｃには、銅製，銅合金製または鉄合金製のリードフレームなどの基材８が配置されている。この基材８は、図１に示すように、ヒータ３１を内蔵したヒータレール３０上を図１（Ａ）の上方から下方に向かって間欠的に搬送され、図示は省略するが、ろう材供給ポジションＰｂで半田や金−シリコン共晶などのろう材９が、天井板３３の開口部３５を通って供給され、前記ボンディングポジションＰｃでコレット４４に吸着された半導体チップ１が、天井板３３の開口部３６を通って供給されて、基材８にボンディングされる。
【００３５】
すなわち、図３のピックアップポジションＰａにおいて、コレット４４が下降して（１）、半導体チップユニット５から半導体チップ１を吸着し、コレット４４が上昇して（２）から水平移動して（３）、ボンディングポジションＰｃに到着すると、コレット４４が下降して（４）、基材８の所定位置に半導体チップ１を供給するとともに、所定の押圧力で押圧して、半導体チップ１を基材８にボンディングする。この間に、Ｘ−Ｙ−θテーブル２０によって、半導体チップユニット５の次の半導体チップ１が、ピックアップポジションＰａに移動して位置している。
【００３６】
基材８への半導体チップ１のボンディングが終了すると、コレット４４が上昇して（５）から水平移動して（６）、ピックアップポジションＰａに到着すると、コレット４４が再び下降して（１）、次の半導体チップ１を吸着する。
【００３７】
ここで、図３では、ピックアップポジションＰａの高さ位置を、ボンディングポジションＰｃの高さ位置よりも低くなるように段差を設けているが、これは、Ｘ−Ｙ−θテーブル２０で半導体チップユニット５をＸ−Ｙ−θ方向に移動させる際に、Ｘ−Ｙ−θテーブル２０が前記段差を利用してヒータレール３０の下方に入り込めるようにすることによって、ピックアップポジションＰａとボンディングポジションＰｃとの間隔寸法を小さくして、コレット４４の移動距離を小さくすることによって、ボンディングの高速化を図るためである。
【００３８】
以下、上記のような動作を繰り返して、コレットホルダ４３およびコレット４４は、ピックアップポジションＰａとボンディングポジションＰｃとの間を往復動作するが、コレットホルダ４３およびコレット４４が前記ボンディングポジションＰｃに到着した時に、供給配管４７への冷却流体の供給流量を増大して、コレットホルダ４３およびコレット４４を冷却する。また、コレットホルダ４３およびコレット４４が半導体チップ１のピックアップポジションＰａに到着した時に、供給配管４７から供給される冷却流体の供給量を低減または停止して、コレットホルダ４３およびコレット４４の冷却を低減または停止する。
【００３９】
図４は、空間部４６に供給した冷却流体が、万一、冷却部４５とコレットホルダ４３との摩耗などによって生じた隙間を通って漏出した場合の対応策として、漏れた冷却流体の流れ方向を変更する方向変更部材４９を設けた実施形態のコレットユニット４０Ａの一部拡大断面図を示したものである。すなわち、この実施形態の方向変更部材４９は、コレットホルダ４３の冷却部４５の空間部４６の下方に位置する部分に、１個または複数個のフランジ部４３ａを設けるとともに、コレットホルダ４４の冷却部４５の下方に位置する部分に、フランジ部４９ｂを設けたものである。
【００４０】
前記フランジ部４９ａは、冷却部４５とコレットホルダ４３との接触部の長さを増大して、冷却流体が漏れないようにするとともに、万一、漏れた場合には、冷却流体が冷却部４５とコレットホルダ４３との隙間に直接向かわないように、冷却流体の流れ方向を変更する。また、下方のフランジ部４９ｂは、万一漏れた冷却流体の流れ方向を、上方または横方向に変える。
【００４１】
すなわち、もし、上記の方向変更部材４９がない場合において、冷却部４５とコレットホルダ４３との隙間を通って冷却流体が下方に向かって漏出した場合、この冷却流体が窒素ガスなどの不活性ガスや、不活性ガスに水素を加えた還元性ガスのようなリードフレームなどの基材８やろう材９を酸化させないものであれば、冷却流体のロスは生じても、基材８やろう材９を酸化させるという問題はないが、不活性ガスや還元性ガスは高価であるという理由で、安価なエアを用いた場合は、漏出エアによって基材８やろう材９が酸化されて、半導体チップ１のボンディングができないか、あるいは、外観上は一応ボンディングされているかのように見えても、そのボンディング状態が不良になる場合がある。
【００４２】
しかしながら、上記のように、コレットホルダ４３に冷却流体の流れ方向を変更する方向変更部材４９（４９ａおよび４９ｂ）を設けておけば、冷却流体としてエアを用いていて、万一、エアが漏出した場合でも、その漏出エアが、方向変更部材４９によって、上方または横方向に変更されて、基材８およびろう材９に向かって流れることが阻止できるので、基材８およびろう材９の酸化を防止でき、半導体チップ１を確実に基材８にボンディングすることができるようになる。なお、上記のフランジ４９ａ，４９ｂはいずれか一方のみを用いるようにしてもよい。
【００４３】
図５（Ａ）は、空間部４５への冷却流体の供給流量を切り換える流量切り換え機構の一例としてのポート切り換え弁５０を示し、冷却流体の供給配管４７を途中で、分岐配管４７ａと４７ｂとに分岐させるとともに、冷却流体の排出配管４８を途中で、分岐配管４８ａと４８ｂとに分岐させ、これらの分岐配管４７ａ，４７ｂ間および分岐配管４８ａ，４８ｂ間に、ポート切り換え弁５０を介在させている。
【００４４】
ポート切り換え弁５０には、所定間隔で孔径が大きな孔５１ａ，５１ｂと、孔経が小さな孔５２ａ，５２ｂとが設けられている。すなわち、前記大きな孔５１ａと小さな孔５２ａとの間隔寸法ａおよび大きな孔５１ｂと小さな孔５２ｂとの間隔寸法ｂ（＝ａ）は、それぞれ分岐配管４７ａ，４７ｂ間の間隔寸法ｃおよび分岐配管４８ａ，４８ｂ間の間隔寸法ｄ（＝ｃ）よりも大きく設定されている。
【００４５】
したがって、分岐配管４７ａ，４７ｂには、大きな孔５１ａおよび小さな孔５２ａのいずれか一方のみが接続され、同様に、分岐配管４８ａ，４８ｂには、大きな孔５１ｂおよび小さな孔５２ｂのいずれか一方のみが接続される。
【００４６】
図５（Ａ）は、分岐配管４７ａが大きな孔５１ａに接続されるとともに、分岐配管４８ａが大きな孔５１ｂに接続されている。したがって、冷却流体の供給配管４７および排出配管４８の冷却流体の流量は大きい。この状態は、前述したコレットホルダ４３およびコレット４４がボンディングポジションＰｃで、半導体チップ１のボンディング作業中、またはコレットホルダ４３およびコレット４４がボンディングポジションＰｃへ下降動作開始から半導体チップ１のボンディング作業中およびボンディングポジションＰｃから上昇動作終了までの間などに対応している。
【００４７】
図５（Ｂ）は、ポート切り換え弁５０を図の上方に移動させて、分岐配管４７ｂに小さい孔５２ａを接続するとともに、分岐配管４８ｂに小さい孔５２ｂを接続した状態を示している。したがって、冷却流体の供給配管４７および排出配管４８の冷却流体の流量は小さい。この状態は、前述した、コレットホルダ４３およびコレット４４が半導体チップ１のピックアップポジションＰａで半導体チップ１をピックアップ動作中、またはピックアップポジションＰａへ下降動作開始からピックアップ動作中およびピックアップポジションＰａから上昇動作終了までの間などに対応している。
【００４８】
このようにして、コレットホルダ４３およびコレット４４の位置に応じて、冷却流体の流量を切り換えることができ、コレットホルダ４３およびコレット４４が半導体チップ１のボンディングポジションＰｃ位置またはその近傍位置では、供給配管４７および排出配管４８の冷却流体の流量を大きくして、コレットホルダ４３およびコレット４４を効率よく冷却するとともに、コレットホルダ４３およびコレット４４が半導体チップ１のピックアップポジションＰａまたはその近傍位置では、供給配管４７および排出配管４８の冷却流体の流量を小さくして、コレットホルダ４３およびコレット４４が冷却され過ぎないようにすることができる。
【００４９】
なお、上記実施形態では、ポート切り換え弁５０を冷却流体の流量を大流量と小流量とに切り換える場合について説明したが、孔径が小さな孔５２ａ，５２ｂを無くして、コレット４４が半導体チップ１のピックアップポジションＰｃまたはその近傍位置にある時には、供給配管４７および排出配管４８の冷却流体の流量を零にして、コレットホルダ４３およびコレット４４が冷却され過ぎないようにすることもできる。あるいは、前述の大きい孔５１ａ，５１ｂと小さい孔５２ａ，５２ｂと孔のない切り換え位置との３位置に切り換えるようにして、供給配管４７および排出配管４８の冷却流体の流量を、大、小、零の３段階に切り換えるようにしてもよい。
【００５０】
また、上記実施形態は、冷却流体の流量を２段階ないし３段階に切り換える場合について説明したが、例えば、冷却流体の連続的な流量制御機構部を設けてもよい。図６に示す流量制御機構部は、冷却流体の供給配管４７または排出配管４８のいずれか一方または両方に、ニードル弁などの流量可変型弁６０ａ，６０ｂを接続するとともに、コレットホルダ４３に温度センサ７０を取り付けて、この温度センサ７０の検出温度に応じて、弁制御部８０によって流量可変型弁６０ａ，６０ｂの開口度を制御して、冷却流体の流量を連続的に変化するようにしている。
【００５１】
すなわち、コレットホルダ４３およびコレット４４の温度が上昇し過ぎた場合は、弁制御部８０によって流量可変型弁６０ａ，６０ｂの開口度を大きくして、冷却流体の流量を増大して、コレットホルダ４３およびコレット４４を効果的に冷却し、コレットホルダ４３およびコレット４４の温度が下降してくると、弁制御部８０によって流量可変型弁６０ａ，６０ｂの開口度を小さくして、冷却流体の流量を小さくして、常に適正な冷却状態に制御する。
【００５２】
［実施例］
次に、本発明の実施例について説明する。
金−シリコン共晶によるボンディング動作（基材８の設定温度４００℃）の場合に、常温のエア供給流量を、コレットホルダ４３およびコレット４４が高温のボンディングポジションＰｃ位置およびその近傍位置にある時に１０リットル／ｍｉｎ、コレットホルダ４３およびコレット４４が低温のピックアップポジションＰａおよびその近傍位置にある時に５リットル／ｍｉｎと２段階に切り換えるようにした本発明のダイボンダでは、従来のダイボンダに比較して、コレットホルダ温度が略４０％低減でき、ボンディングポジションＰｃとピックアップポジションＰａとのコレットホルダ温度差による伸縮量が略１／５に低減でき、半導体チップ２０，０００個ボンディング後のコレット摩耗量が略１／６〜１／２５に低減できた。
【００５３】
【発明の効果】
本発明のダイボンダは、ピックアップポジションで半導体チップをピックアップし、ボンディングポジションで半導体チップを加熱された基材にボンディングするように、ピックアップポジションとボンディングポジション間を往復動作するコレットと、このコレットを保持するコレットホルダを有するダイボンダにおいて、前記コレットを保持するコレットホルダを冷却部に貫通させて取り付け、コレットホルダと冷却部との間に空間部を設けて、この空間部に冷却流体を供給する供給配管と、冷却流体を排出する排出配管とを接続したことを特徴とするものであるから、ボンディングポジションおよびその近傍位置では、空間部に供給する冷却流体の供給量を増大して、コレットホルダおよびコレットを冷却して、コレットホルダおよびコレットが高温度に保持される時間を短縮して、コレットの熱劣化を防止できるとともに、ボンディングポジションとピックアップポジションとのコレットホルダおよびコレットの温度差を小さくして、コレットホルダおよびコレットの伸縮による高さ位置の変化を小さくして、ピックアップ精度およびボンディング精度の向上が可能になり、ダメージなく半導体チップをボンディングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明のダイボンダの概略平面図、
（Ｂ）は（Ａ）のダイボンダの概略正断面図である。
【図２】（Ａ）は本発明のダイボンダにおけるコレットユニットの正面図、
（Ｂ）は（Ａ）のコレットユニットの一部断面側面図、
（Ｃ）は（Ａ）のコレットユニットの背面図、
（Ｄ）は（Ａ）のダコレットユニットの下面図である。
【図３】図１のダイボンダにおけるピックアップポジションとボンディングポジションとの間の動作状態を示した正面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係るダイボンダにおけるコレットユニットの一部断面側面図である。
【図５】（Ａ）は本発明のさらに他の実施形態に係るダイボンダにおける冷却流体の流量切り換え機構部の一例であるポート切り換え弁を冷却流体の流量大に切り換えた状態の断面図、
（Ｂ）はポート切り換え弁を冷却流体の流量小に切り換えた状態の断面図である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態に係るダイボンダにおける冷却流体の流量制御機構部の縦断側面図である。
【図７】半導体チップを粘着シートに貼着した半導体チップユニットの斜視図である。
【図８】半導体チップユニットからコレットで半導体チップをピックアップして基材にボンディングする動作説明図である。
【図９】半導体チップのボンディング動作説明図である。
【符号の説明】
１０ ダイボンダ
２０ Ｘ−Ｙ−θテーブル
３０ ヒータレール
４０ コレットユニット
４１ 昇降部材
４２ アーム
４３ コレットホルダ
４４ コレット
４５ 冷却部
４６ 空間部
４７ 冷却流体供給配管
４８ 冷却流体排出配管
４９ 冷却流体の方向変更部材
４９ａ，４９ｂ フランジ
５０ 冷却流体の流量ポート切り換え弁
６０ 流量可変型弁（ニードル弁）
７０ 温度センサ
８０ 流量制御部
Claims (6)
- ピックアップポジションで半導体チップをピックアップし、ボンディングポジションで半導体チップを加熱された基材にボンディングするように、ピックアップポジションとボンディングポジション間を往復動作するコレットと、このコレットを保持するコレットホルダを有するダイボンダにおいて、前記コレットを保持するコレットホルダを冷却部に貫通させて取り付け、コレットホルダと冷却部との間に空間部を設けて、この空間部に冷却流体を供給する供給配管と、冷却流体を排出する排出配管とを接続したことを特徴とするダイボンダ。
- 前記空間部を、前記冷却部の内径寸法がコレットホルダの外形寸法がよりも大きい部分を設けて形成したことを特徴とする請求項１に記載のダイボンダ。
- 前記コレットホルダが、前記冷却部に対して昇降自在に構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のダイボンダ。
- 前記コレットホルダに、前記冷却部とコレットホルダとの隙間から出る冷却流体がコレットの先端に向かわないように冷却流体の方向を変更する方向変更部材を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のダイボンダ。
- 前記空間部に供給する冷却流体の流量を、コレットの位置に応じて切り換える流量切り換え機構を設けたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のダイボンダ。
- 前記空間部に供給する冷却流体の流量を、コレットホルダの温度に応じて制御する流量制御機構を設けたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のダイボンダ。
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