JP3599706B2 - チップボンディング装置 - Google Patents
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Description
この発明は、半導体素子などのチップを基板上にボンディングするチップボンディング装置に係り、特にチップを保持して基板上に圧着させるツール(以下、「ヘッド」という)の支持構造に関する。
背景技術
チップを基板上に直接実装するフリップチップ方式の代表的な工法の一つとして、ACF(Anisotropic conductive Film)工法がある。この工法は、チップを基板上に固着するための接着剤中に導電粒子を混ぜ合わせたACFを用いる。基板に貼られたACF上からチップを実装することにより、チップと基板の接着と同時に、上下電極間に挟まれた導電粒子により、チップと基板とが電気的に接続される。ACF工法では、ポリエステルフィルム上に接着剤をコーティングしたものをACFテープ送り部から供給し、セパレーターをはがし取りながら、接着材層に切れ目を入れヒートツールによって上部から加熱加圧する事により、ACFを基板側へ熱転写する。次にヘッドで保持されたチップをACFの上から圧着すると、接着剤中の導電粒子を介してチップのバンプと基板の電極とが導通する。圧着時にチップが加熱加圧されることにより、接着剤(バインダー)が硬化し、チップと基板とが導通された状態で接着する。
以下、チップを基板上に圧着する工程で用いられる従来のチップボンディング装置を図面を参照して説明する。第1図は従来のチップボンディング装置の概略構成を示している。
従来のチップボンディング装置は、チップを保持するヘッド1を基板2に向けて加圧する加圧シリンダー3が、逆Lの字状のヘッド支柱15に取り付けられている。加圧シリンダー3のロッド3aの中間部はスライド部16を介してヘッド支柱15に支持されている。また、加圧シリンダー3のロッド3aの下端にヘッド1が取り付けられている。ヘッド1の下方にテーブル6がある。このテーブル6上に、ACFが転写された基板2が保持されている。図示しないチップはヘッド1の下面に保持されている。この状態で加圧シリンダー3のロッド3aが伸張することにより、チップが基板2上に圧着される。
以上のように、従来のチップボンディング装置は、加圧シリンダー3、スライド部16、およびヘッド1が、ヘッド支柱15と一体になっているので、ヘッド1がチップを基板2上に加圧するときに、その反作用として、加圧シリンダー3が取り付けられたヘッド支柱15の水平部材が押し上げられて、ヘッド支柱15に曲げモーメントが作用し、ヘッド支柱15に撓みや反りが生じる。その結果、ヘッド1とテーブル6との間に数ミクロンオーダーのブレや平行度のくるいが生じる。
ヘッド1とテーブル6との間のブレや平行度のくるいにより、次のような不都合を生じる。すなわち、第2図に示す様にACF中の導電粒子21を挟むチップ22側のバンプ23と、基板2側の電極24とが擦れ合う(すなわち、水平面内で相対変位する)状態となる。これによりバンプ23と電極24との間にある導電粒子21は微少ではあるが転がり移動し、バンプ23と電極24との間に卵型の広がり空間ができる。その結果、導電粒子21とバンプ23、あるいは導電粒子21と電極24との接触面積が小さくなり、導電抵抗値が大きくなったり、また、そのバラツキを生じる原因となる。この解決策として、ヘッド支柱15の剛性を上げることも考えられるが、限界がある。
特に最近の傾向として、圧着工程の処理時間を短縮するなどの観点から、2ヘッド又はそれ以上のヘッドを使って同時にチップを圧着する装置が提案実施されており、このようなマルチヘッドの装置においては上記問題点は一層顕著に現れる。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、チップの圧着時に、ヘッドのブレや平行度のくるいが生じないようにすることを目的とする。
発明の開示
本発明は、基板上にチップを圧着するチップボンディング装置であって、チップを保持するヘッドと、前記ヘッドを基板に向けて加圧する加圧シリンダーと、前記加圧シリンダーを昇降変移可能に支持する第1の支持機構と、前記ヘッドを基板に向けて加圧したときに、前記加圧シリンダーに作用する反力を支持する、前記第1の支持機構とは分離独立した第2の支持機構とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、加圧シリンダーが第1の支持機構に昇降変移可能に支持されているので、チップ圧着時に加圧シリンダーに反力が作用すると、その反力は第2の支持機構に受け持たれる。この第2の支持機構は、加圧シリンダーを支持する第1の支持機構とは分離独立しているので、第2の支持機構が前記反力によって撓んだり反ったりしても、その影響は第1の支持機構に伝わらない。つまり、加圧シリンダーを支持する第1の支持機構が撓んだり反ったりしないので、圧着時にヘッドにブレや平行度のくるいが生じない。
第2の支持機構は、加圧シリンダーに接触することにより、加圧シリンダーに作用する反力を支持するように構成するのが好ましい。このように構成すれば、第1の支持機構だけでなく、加圧シリンダーも第2の支持機構の撓みや反りの影響を受けないので、圧着時のヘッドのブレや平行度のくるいを一層低減することができる。
第2の支持機構と加圧シリンダーとの接触構造は、直接的な接触、あるいは間接的な接触のいずれであってもよい。接触構造は、接触抵抗を小さくする観点から、例えば、球面状接点のような点接触が好ましい。
本発明は、一組のヘッドと加圧シリンダーとを備えた装置、あるいは複数組のヘッドと加圧シリンダーとを備えた装置のいずれにも適用可能である。複数組のヘッドと加圧シリンダーとを備えた装置の場合にも、各加圧シリンダーを昇降変移可能に支持する第1の支持機構と、各加圧シリンダーに作用する反力を支持する第2の支持機構とは、分離独立して構成される。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来装置の概略構成を示した図である。
第2図は、従来装置による圧着状態を示した断面図である。
第3図は、本発明に係るチップボンディング装置の第1実施例の概略構成を示した図である。
第4図は、実施例装置による圧着状態を示した断面図である。
第5図は、第2実施例装置の正面図である。
第6図は、第2実施例装置の側面図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の好適な実施例を図面を参照して説明する。
(第1実施例)
第3図は、本発明に係るチップボンディング装置の第1実施例の概略構成図である。
本実施例装置は、その下面にチップ(図示せず)を保持するヘッド1と、このヘッド1を基板2に向けて加圧する加圧シリンダー3と、この加圧シリンダー3を昇降変移可能に支持する第1の支持機構4と、ヘッド1を基板2に向けて加圧したときに、加圧シリンダー3に作用する反力を支持する、第1の支持機構4とは分離独立した第2の支持機構5とを備えている。
基板2はテーブル6上に保持されている。基板2のボンディング個所には予めACF(Anisotropic Conductive Film)が転写されている。
ヘッド1は、吸引機構あるいは機械式ツメなどの適宜な保持機構によって、その下面にチップを保持する。ヘッド1は加圧シリンダー3から延び出たロッド3aの下端に連結されている。
第1の支持機構4は、固定されたヘッド支柱7と、このヘッド支柱7に鉛直方向に配設されたガイドレール8と、このガイドレール8に摺動自在に嵌合されるとともに、加圧シリンダー3に連結された可動部材9とを備えている。ロッド3aの中間部位も同様のガイドレール8および可動部材9によって昇降変移可能に支持されている。
第2の支持機構5は、固定されたフレーム10と、このフレーム10に連結された反力受け部材11とを備え、この反力受け部材11が加圧シリンダー3の頂部に接触することにより、加圧シリンダー3に作用する反力を支持するようになっている。加圧シリンダー3の頂部には球面状の接点12が形成されており、この接点12を介して、反力受け部材11が加圧シリンダー3に作用する反力を点接触で支持している。
以上のように構成された実施例装置において、ヘッド1が加圧シリンダー3の作動に基きテーブル6の基板2上へチップを圧着するとき、加圧シリンダー3に作用する反力が、フレーム10と一体の反力受け部材11へ伝えられ、フレーム10と反力受け部材11とからなる第1の支持機構4はその押し上げ力に基きモーメントを受けて撓んだり、反ったりする。
しかし、本実施例では、第1の支持機構4への押し上げ力の影響を受けない様に、加圧シリンダー3を支持する第2の支持機構5を第1の支持機構4とは分離独立した構成としている。また、フレーム10及び反力受け部材11の撓みや反りの微動を吸収する様に、加圧シリンダー3を第1の支持機構4によって昇降変移可能に支持した。したがって、第2の支持機構5は、加圧シリンダー3からの押上げ力を受けて、撓みや反りを生じているが、第1の支持機構4に撓みや反りが生じないので、ヘッド1はガイドレール8に沿って鉛直に降下し、的確な圧着力をテーブル6に伝える。
さらに、加圧シリンダー3が作動してヘッド1を基板2に向けて加圧したとき、その反力によって、フレーム10と反力受け部材11に撓みや反りが生じるが、反力受け部材11と加圧シリンダー3との間が第1図に示した従来装置のように連結固定されていると、加圧シリンダー3が、反力受け部材11の撓みや反りの影響を受け、ガイドレール8に曲げモーメントを与えてしまうので、ヘッド1とテーブル6との間にブレや平行度のくるいが生じる。そこで、本実施例では、その曲げモーメントの影響を取り除く構成として、加圧シリンダー3の頂部と反力受け部材11との間に球面状の接点12を設け、反力受け部材11が加圧シリンダー3の反力を点接触で支持するようにした。これによって、第1の支持機構4が何ら曲げ力の影響を受けずにヘッド1を鉛直方向にスライドさせることができる。
したがって、ヘッド1とテーブル6との間の数ミクロンオーダーのブレや平行度のくるいを受けずに安定した圧着が可能となる。その結果、第4図に示すように、ACF中の導電粒子21をはさむチップ22側のバンプ23と基板2側の電極24とが擦り合うこともなく、バンプ23及び電極24に、導電粒子21が均一に変形して十分に抱え込まれる。その結果、バンプ23及び電極24と、導電粒子21との間の接触面積が大きくなって、導電抵抗値が小さくなり、またそのバラツキも小さくなる。
(第2実施例)
第2実施例装置は、チップの圧着を効率良く行うために、2ヘッド又はそれ以上のヘッドを備えた、いわゆるマルチヘッドタイプのチップボンディング装置である。第5図は第2実施例に係るマルチヘッドタイプのチップボンディング装置の正面図、第6図はその側面図である。
このチップボンディング装置は、複数個の加圧シリンダー3を昇降変移可能に支持する第1の支持機構30と、この第1の支持機構30とは分離独立しており、各加圧シリンダー3の作動により各ヘッド1が基板2に向けて同時に加圧されたときに、各加圧シリンダー3に作用する反力を支持する第2の支持機構31とを備えている。
第1の支持機構30は、固定されたヘッド支柱32と、このヘッド支柱32に昇降自在に取り付けられるとともに、各加圧シリンダー3を昇降変移可能に支持する昇降部材33とを備える。具体的には、ヘッド支柱32に鉛直方向にガイドレール34が配設され、このガイドレール34に可動部材35が摺動自在に嵌合し、この可動部材35が昇降部材33に連結している。また、昇降部材33にも同様に、各加圧シリンダー3に対応して複数個のガイドレール36が配設され、各ガイドレール36に可動部材37が摺動自在に嵌合し、これらの可動部材37が各加圧シリンダー3に連結している。なお、各加圧シリンダー3のロッド3aの中間部材は、昇降部材33に立設されたガイド部材38に案内されている。
第2の支持機構31は、固定されたフレーム39と、このフレーム39に連結された第1の反力受け部材40と、この第1の反力受け部材40に昇降自在に支持されるとともに、昇降部材33に点接触ないしは線接触で連結され、かつ昇降部材33に配設された複数個の加圧シリンダー3に接触する第2の反力受け部材41とを備えている。具体的には、第2の反力受け部材41の両端部に立設されたガイドポスト42が第1の反力受け部材40に配設されたガイド部材43に鉛直方向に案内されている。第2の反力受け部材41の下面中央部に略Lの字状の係止片44が連結されており、この係止片44が昇降部材33に回動自在に取り付けられた一対のローラ45に挟持されることにより、第2の反力受け部材41が昇降部材33に点接触ないしは線接触状態で連結されている。また、昇降部材33を各加圧シリンダー3と一体に昇降させるアクチュエータ(駆動手段)46が第1の反力受け部材40に配設されており、このアクチュエータ46の駆動軸46aが第2の反力受け部材41に連結している。アクチュエータ46としては、例えばエアーシリンダやサーボモータが用いられる。
次に第2実施例装置の動作を説明する。
初期状態において、各加圧シリンダー3は昇降部材33と一体に、上限位置にまで引き上げられている。チップの実装開始に伴い、アクチュエータ46が作動して、各加圧シリンダー3は昇降部材33と一体に下降する。ヘッド1がテーブル6上の所定高さ位置にまで下降したときに、アクチュエータ46による下降移動が停止する。続いて、各加圧シリンダー3が同時に作動して、各ヘッド1を基板に向けて加圧することにより、チップを各基板2上に同時に圧着する。
本実施例は、原理的には、第1実施例で説明した1ヘッドの場合と同様に、ヘッド1及び加圧シリンダー3を支える第1の支持機構30と、各加圧シリンダー3の反力を支持する第2の支持機構31とを分離独立して構成し、第1実施例と同様の効果を得ている。
第1実施例の1ヘッドタイプの装置においては、第3図に示したように、反力受け部材11のY方向のたわみだけ考慮すれば良かったが、第2実施例のようなマルチヘッドタイプの装置においては、X方向(ヘッド並列方向)のたわみも考慮するのが好ましい。そこで、第2実施例では、第1の反力受け部材40から上下方向にスライドガイドされた第2の反力受け部材41を昇降部材33に対して中央で点接触ないしは線接触状態で結合させるとともに、昇降部材33を昇降変移可能に構成している。また、各加圧シリンダー3と第2の反力受け部材41とを、第1実施例と同様に、球面状の接点12を介して接触させている。
したがって、第2実施例によれば、チップの圧着時に各加圧シリンダー3に作用する反力、特にY方向の撓みを生じさせる反力は、第2の反力受け部材41およびアクチュエータ46の駆動軸46aを介して、第1の反力受け部材40に伝達され、この第1の反力受け部材40で支持される(第6図参照)。上述したように第1の支持機構30と第2の支持機構31とは分離独立しており、また、第2の反力受け部材41と各加圧シリンダー3とは球面状接点12を介して接触しているので、上記反力によってヘッド支柱32がY方向に撓むことはない。
一方、チップ圧着時における各ヘッド1の加圧力にばらつきがあると、各加圧シリンダー3に作用する反力もばらつくので、結果として、各加圧シリンダー3間にX方向の撓みを生じさせる反力が作用する。各加圧シリンダー3は昇降変移可能であるので、前記反力は第2の反力受け部材41に作用する。この反力を受けた第2の反力受け部材41は、第5図に示すように、X方向に撓むが、第2の反力受け部材41と昇降部材33は点接触で連結されているので、この連結部分に曲げモーメントは作用しない。また、各加圧シリンダー3は昇降部材33に対して昇降変移可能で、かつ第2の反力受け部材41と各加圧シリンダー3とは球面状接点12で接触しているので、第2の反力受け部材41がX方向に撓んでも、各加圧シリンダー3に曲げモーメントが作用しない。したがって、昇降部材33がX方向に撓むことはない。
以上のように、本実施例装置によれば、マルチヘッドタイプのチップボンディング装置において、各ヘッド1とテーブル6との間にブレや平行度のくるいが生じることがなく、複数個のチップを同時に的確に基板上に圧着することができる。
なお、本発明はACF工法に限らず、種々のフリップチップ工法に適用可能である。すなわち、チップを基板上に直接に実装するフリップチップ工法おいては、基板上の電極チップ上にチップのバンプ(電極)を圧着するため、チップの全範囲で、数マイクロメートルオーダーの平行度が必要となり、ヘッドにモーメントが加わわらなく、且つ、平行度にくるいが生じない本方式が有効である。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明は、チップを保持するヘッドと、基板を保持するテーブルとの間に、ブレや平行度のくるいが生じないので、チップを基板上に圧着するフリップチップ工法に有用である。
Claims (10)
- 基板上にチップを圧着するチップボンディング装置であって、
チップを保持するヘッドと、前記ヘッドを基板に向けて加圧する加圧シリンダーと、前記加圧シリンダーを昇降変位可能に支持する第1の支持機構と、前記ヘッドを基板に向けて加圧したときに、前記加圧シリンダーに作用する反力を支持する、前記第1の支持機構とは分離独立した第2の支持機構とを備えたことを特徴とするチップボンディング装置。 - 請求項1に記載のチップボンディング装置において、
前記第2の支持機構は、前記加圧シリンダーに接触することにより、前記加圧シリンダーに作用する反力を支持するチップボンディング装置。 - 請求項2に記載のチップボンディング装置において、
前記第2の支持機構は、前記加圧シリンダーに点接触で接触するチップボンディング装置。 - 請求項3に記載のチップボンディング装置において、
前記第2の支持機構は、前記加圧シリンダーに球面状の接点で接触するチップボンディング装置。 - 請求項1に記載のチップボンディング装置において、
第1の支持機構は、固定されたヘッド支柱と、このヘッド支柱に鉛直方向に配設されたガイドレールと、このガイドレールに摺動自在に嵌合されるとともに、前記加圧シリンダーに連結された可動部材とを備えているチップボンディング装置。 - 請求項1に記載のチップボンディング装置において、
前記第2の支持機構は、固定されたフレームと、このフレームに連結された反力受け部材とを備え、この反力受け部材が前記加圧シリンダーに接触することにより、前記加圧シリンダーに作用する反力を支持するチップボンディング装置。 - 基板上にチップを圧着するチップボンディング装置であって、
チップを加圧するヘッドと、前記ヘッドを基板に向けて加圧する加圧シリンダーと、前記加圧シリンダーを昇降変位可能に支持する第1の支持機構と、前記ヘッドを基板に向けて加圧したときに、前記加圧シリンダーに作用する反力を支持する、前記第1の支持機構とは分離独立した第2の支持機構とを複数組備えたことを特徴とするチップボンディング装置。 - 請求項7に記載のチップボンディング装置において、
前記第1の支持機構は、前記各加圧シリンダーを昇降変位可能に支持し、
前記第2の支持機構は、前記第1の支持機構とは分離独立しており、前記各ヘッドを基板に向けて同時に加圧したときに、前記加圧シリンダーに作用する反力を支持するチップボンディング装置。 - 請求項7に記載のチップボンディング装置において、
前記第1の支持機構は、固定されたヘッド支柱と、このヘッド支柱に昇降自在取り付けられるとともに、各加圧シリンダーを昇降変位可能に支持する昇降部材とを備え、
前記昇降部材を各加圧シリンダーと一体に昇降させる駆動手段を備えているチップボンディング装置。 - 請求項9に記載のチップボンディング装置において、
前記第2の支持機構は、固定されたフレームと、このフレームに連結された第1の反力受け部材と、この第1の反力受け部材に昇降自在に支持されるとともに、前記昇降部材に点接触ないし線接触で連結され、かつ前記昇降部材に配設された各加圧シリンダーに接触する第2の反力受け部材とを備え、さらに、前記昇降部材の駆動手段は、前記第1の反力受け部材に取り付けられており、この駆動手段の駆動軸が前記第2の反力受け部材に連結しているチップボンディング装置。
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