JP3632534B2

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Publication number: JP3632534B2
Application number: JP33816399A
Authority: JP
Inventors: 稔唐沢; 秀明加藤; 眞理荻原
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-11-29
Filing date: 1999-11-29
Publication date: 2005-03-23
Anticipated expiration: 2019-11-29
Also published as: JP2001156115A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チップに形成されたバンプを介してチップを基板に接合するチップの接合装置及び接合方法と、その接合状態を検査する接合検査装置及び接合検査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の民生用電子機器の小型化、薄型化の要求に対応するため、ＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）チップ（以下、単にチップという）と、回路パターンが形成されたガラスエポキシ基板、セラミック基板やパッケージのベース等（以下、単に基板という）との電気的な接続（接合）は、金線等を介したワイヤーボンディングからバンプを介したフェースダウンボンディングに移行してきている。
【０００３】
このチップと基板の接合の信頼性は、ワイヤーボンディングの場合は金線等が例えばチップの上部から基板に向けて延びているので、金線等の外観を検査することで、ある程度確認することができる。ところが、フェースダウンボンディングの場合はバンプがチップの陰に隠れてしまうので、バンプの外観を検査することができない。このため、チップと基板の接合の信頼性を向上させた接合装置及び接合方法や、チップと基板の接合の状態を検査する接合検査装置及び接合検査方法が、種々提案されている。
【０００４】
接合装置や接合方法としては、例えば、特開平４−３５２４３９号公報には、ボンディングツールでチップを基板に押圧し、この状態でチップと基板との隙間に硬化収縮性樹脂を浸透・硬化させ、この硬化による収縮を利用してチップと基板の接合の信頼性を向上させた接合方法が提案されている。
【０００５】
さらに、特開平６−２０９０２８号公報には、チップに形成された複数のバンプの高さを均一化させるためのレベリング工程を行った後、チップと基板を接合し、その信頼性を向上させた接合方法及び接合装置が提案されている。
【０００６】
さらに、特開平６−３１０５６６号公報には、基板におけるチップの実装部の中心に、バンプを一定量だけ潰した状態と同じ高さに突出した半抜き状態の突出部を設けておく。そして、チップを基板側へ押し下げてバンプを潰しながら突出部に当接させたときに、チップの傾斜を突出部により水平に矯正し、チップと基板の接合の信頼性を向上させた接合方法が提案されている。
【０００７】
また、接合検査装置や接合検査方法としては、例えば、母集団となる複数のチップが接合された基板（以下、単にチップ接合基板という）の中から所定数量をサンプリングし、それらを超音波検査や破壊検査して母集団の接合状態を推定する装置や方法、あるいは複数のチップ接合基板を熱衝撃試験してスクリーニングにより検査する装置や方法、あるいは複数のチップ接合基板をＸ線により検査する装置や方法が提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のチップと基板の接合の信頼性を向上させた接合装置及び接合方法では、以下の問題がある。
【０００９】
特開平４−３５２４３９号公報記載の接合方法では、硬化収縮性樹脂の一定の硬化が進むまでは、ボンディングツールでチップを基板に押圧し続ける必要があるため、チップと基板の接合サイクルタイムが長くなり、生産性が劣るという問題がある。
【００１０】
特開平６−２０９０２８号公報記載の接合方法及び接合装置では、チップと基板を接合する前にバンプをレベリングする必要があるため、余分な工程が増えることになり、生産性が劣るという問題がある。
【００１１】
特開平６−３１０５６６号公報記載の接合方法では、チップと基板を接合する前に基板に突出部を設ける必要があるため、余分な工程が増えることになり、生産性が劣るという問題がある。
【００１２】
また、上述した従来のチップと基板の接合の状態を検査する接合検査装置及び接合検査方法では、以下の問題がある。
【００１３】
超音波検査を用いた接合検査装置及び接合検査方法では、検査精度が低いため、より小型のチップに対応できないという問題がある。さらに、超音波検査や破壊検査を用いた接合検査装置及び接合検査方法では、サンプリングしたチップ接合基板を液体中に浸漬したり切断する必要があるため、サンプリング数量分のチップ接合基板が無駄になるという問題がある。
【００１４】
熱衝撃試験を用いた接合検査装置及び接合検査方法では、熱衝撃の程度によってはチップ接合基板が不良になるおそれがあるという問題がある。
【００１５】
Ｘ線を用いた接合検査装置及び接合検査方法では、バンプの変形状態を見て接合状態を判断する必要があるため、接合不良を見落としてしまうおそれがあるという問題がある。そして、使用環境温度やチップの発熱によりチップと基板との間で熱膨張差が発生し、接合部に機械的応力が掛かると、上記接合不良の接合部が剥離したり変形して導通不良となり、チップ接合基板の信頼性が低下するという問題がある。
【００１６】
本発明の目的は、上記課題を解消して、チップを基板に接合する際の生産性を高めることができるチップの接合装置及び接合方法と、チップ接合基板の歩留まりを高めることができると共に、品質及び信頼性を高めることができるチップの接合検査装置及び接合検査方法を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、チップに形成された複数のバンプを介して前記チップを基板に接合するチップの接合方法において、チップ側と基板側との間に温度差を予め設ける工程と、
前記複数のバンプを前記基板に接触させる第１の工程と、前記基板の表面における前記バンプ周辺の温度変化を認識する第２の工程と、前記チップと前記基板との接触状態を判断する第３の工程と、前記接触状態の判断結果に基づいて、前記チップの接触状態を修正しながら前記チップを前記基板に接合する第４の工程とを有し、前記第１〜４の工程を順に行うことを特徴とするチップの接合方法である。
【００１８】
この請求項１の発明では、チップと基板との間で温度差を生じさせている。このため、温度差が生じた状態のチップと基板を接触させると、バンプを介して熱が伝導し、基板の表面におけるバンプ周辺の温度が変化することになる。そして、この温度変化は、バンプと基板との接触度合いによって大きく変化することになる。よって、基板の表面における全バンプ周辺の温度変化を画像認識することにより、全バンプと基板との接触状態を判断することができる。そして、この判断結果に基づいて、一部のバンプと基板との間に接触不良があっても、上記バンプと基板との接触状態を改善するようにしているので、全バンプを基板に均一に接触させることができ、チップを基板に迅速かつ確実に接合することができる。
【００１９】
請求項２の発明は、チップに形成された複数のバンプを介して前記チップを基板に接合するチップの接合方法において、チップ側と基板側との間に温度差を予め設ける工程と、前記複数のバンプそれぞれについて、前記チップを前記基板に高精度に接触させたときの前記バンプ周辺の基準熱画像パターンＢｏを、前記温度認識手段により予め認識する工程と、前記複数のバンプを前記基板に接触させる第１の工程と、前記複数のバンプそれぞれについて、前記バンプ周辺の熱画像パターンＢｍａｘを、前記温度認識手段により認識する第２の工程と、前記複数のバンプそれぞれについて、前記基準熱画像パターンＢｏと前記熱画像パターンＢｍａｘとを比較することにより、前記チップと前記基板との接触状態を判断する第３の工程と、前記接触状態の判断結果に基づいて、前記チップの接触状態を修正しながら前記チップを前記基板に接合する第４の工程とを有し、前記第１〜４の工程を順に行うことを特徴とするチップの接合方法である。
【００２０】
この請求項２の発明では、バンプと基板との接触度合いが最良のときに、バンプを介して伝導する熱により形成されるバンプを中心とした円形状の基準となる熱画像パターンの大きさを、予め認識して記憶している。このため、接合対象のチップの全バンプを基板に接触させたときの熱画像パターンの大きさを認識し、基準熱画像パターンと比較することにより、全バンプと基板との接触状態を容易かつ確実に判断することができる。
【００２１】
請求項３の発明は、チップに形成された複数のバンプを介して前記チップを基板に接合するチップの接合方法において、チップ側と基板側との間に温度差を予め設ける工程と、
前記チップを前記基板に高精度に接触させ、前記基板の表面における前記バンプ周辺の平均温度が所定温度以上変化した領域が最大になったときの基準熱画像パターンＢｏを、前記複数のバンプそれぞれについて予め記憶する工程と、前記複数のバンプを前記基板に接触させる第１の工程と、前記温度認識手段により前記基板の表面における前記バンプ周辺の平均温度が前記所定温度以上変化した領域が最大になったときの熱画像パターンＢｍａｘを、前記複数のバンプそれぞれについて認識する第２の工程と、前記複数のバンプそれぞれについて、前記熱画像パターンＢｍａｘの大きさが前記基準熱画像パターンＢｏの大きさ以上に大きいときは、前記バンプと前記基板との接触状態は「良」であると判断し、前記熱画像パターンＢｍａｘの大きさが前記基準熱画像パターンＢｏの大きさより小さいときは、前記バンプと前記基板との接触状態は「不良」であると判断する第３の工程と、
前記第３の工程で全ての前記複数のバンプの接触状態を「良」と判断したときは前記チップを前記基板に接合し、前記第３の工程で一部または全ての前記複数のバンプの接触状態を「不良」と判断したときは前記チップの接触状態を修正しながら前記チップを前記基板に接合する第４の工程とを有し、前記第１〜４の工程を順に行うことを特徴とするチップの接合方法である。
【００２２】
この請求項３の発明では、バンプと基板との接触度合いが最良のときに、バンプを介して伝導する熱により形成されるバンプを中心とした円形状の基準となる熱画像パターンの大きさを、予め認識して記憶している。このため、接合対象のチップの全バンプを基板に接触させたときの熱画像パターンの大きさを認識し、基準熱画像パターンと比較することにより、全バンプと基板との接触状態を容易かつ確実に判断することができる。
【００２３】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の構成において、前記第４の工程において、前記第３の工程で一部または全ての前記複数のバンプの接触状態を「不良」と判断したときは前記チップを傾斜させ前記チップと前記基板とを再接触させ接合するチップの接合方法である。
【００２４】
この請求項４の発明では、バンプと基板との接触状態を改善するようにしているので、全バンプを基板に均一に接触させることができ、チップを基板に迅速かつ確実に接合することができる。
【００２５】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の構成において、前記チップを超音波振動させて前記チップと前記基板とを接合するチップの接合方法である。
【００２６】
この請求項５の発明では、チップと基板との接合に超音波を併用しているので、チップと基板との接合状態を更に確実なものとすることができる。
【００２７】
請求項６の発明は、請求項５に記載の構成において、前記第４の工程は、前記チップを傾斜させるとともに、前記接触状態に応じて加圧力、加圧時間、超音波出力のうち少なくとも１つの接合条件を調整し接合するチップの接合方法である。
【００２８】
この請求項６の発明では、バンプと基板との接触状態を改善するようにしているので、全バンプを基板に均一に接触させることができ、チップを基板に迅速かつ確実に接合することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３６】
図１は、本発明のチップの接合装置の実施形態を示す概略構成図である。
【００３７】
この接合装置１００は、装置本体１１０に配設されたチップ処理部１２０及び基板処理部１４０と、基板２の表面の温度変化を画像認識する赤外線カメラ（温度認識手段）１６０と、各部を制御するコンピュータ（制御手段）１８０等で大略構成されている。
【００３８】
チップ処理部１２０は、チップ１を保持するボンディングツール（チップ保持手段）１２１と、チップ１を超音波振動させる超音波発振器（超音波発生手段）１２２と、チップ１を傾斜させるボンディングツールＶ軸制御機構（チップ接合修正手段）１２３と、チップ１を昇降させるボンディングツール昇降機構１２４を備えている。
【００３９】
ボンディングツール１２１は、略円錐状に形成され、軸（Ｖ軸）が垂直を向くように配置されており、貫通孔１２１ａに接続されている図示しない真空ポンプの作用により下端にチップ１を真空吸着して保持するようになっている。
【００４０】
超音波発振器１２２は、略円錐台状に形成され、先端にボンディングツール１２１が連結された超音波ホーン１２２ａと、この超音波ホーン１２２ａの後端に連結された振動子１２２ｂを有しており、振動子１２２ｂで発生した超音波を超音波ホーン１２２ａで増幅・伝達し、ボンディングツール１２１に保持されたチップ１を超音波振動させてチップ１と基板２とを接合するようになっている。
【００４１】
ボンディングツールＶ軸制御機構１２３は、超音波発振器１２２に連結されており、ボンディングツール１２１と共にチップ１をＶ軸周りで傾斜させてチップ１と基板２との接触状態を修正するようになっている。
【００４２】
ボンディングツール昇降機構１２４は、装置本体１１０の上面に立設されたガイドバー１２４ａと、ボンディングツールＶ軸制御機構１２３に連結され、ガイドバー１２４ａに沿って移動可能なスライダー１２４ｂを有しており、ボンディングツール１２１と共にチップ１を降下させて基板２に押し付け、チップ１と基板２とを接合するようになっている。
【００４３】
基板処理部１４０は、基板２を保持する加工テーブル（基板保持手段）１４１と、基板２を加熱するヒータ（温調手段）１４２を備えている。
【００４４】
加工テーブル１４１は、略平板状に形成され、装置本体１１０の上面に水平に配設されており、基板２を載置して図示しないクランプ等により固定し保持するようになっている。
【００４５】
ヒータ１４２は、加工テーブル１４１下方の装置本体１１０内に配設されており、加工テーブル１４１に保持された基板２を加熱し、チップ１と基板２とを接合するようになっている。
【００４６】
赤外線カメラ１６０は、例えば赤外線熱画像計測装置（商品名：ＬＡＩＲＤ３Ａシリーズ、メーカー名：ニコン（株））が使用され、基板２が放射する赤外線の量的変化を撮影して基板２の表面の温度変化を画像認識するようになっている。
【００４７】
コンピュータ１８０は、例えばデスクトップ型のパーソナルコンピュータが使用され、ボンディングツール１２１に配設された図示しない真空ポンプ、超音波発振器１２２、ボンディングツールＶ軸制御機構１２３、ボンディングツール昇降機構１２４、加工テーブル１４１に配設された図示しないクランプ、ヒータ１４２、赤外線カメラ１６０等を制御するようになっている。
【００４８】
以上のような構成の接合装置１００によれば、ヒータ１４２により加工テーブル１４１に保持された基板２を加熱することで、ボンディングツール１２１に保持されたチップ１と基板２との間で温度差を生じさせている。このため、ボンディングツール昇降機構１２４によりチップ１のバンプ１ａを基板２の回路パターン２ａに接触させると、バンプ１ａを介して熱が伝導し、基板２の表面におけるバンプ１ａ周辺の温度が変化することになる。即ち、比較的低温のバンプ１ａが比較的高温の回路パターン２ａに接触すると、基板２の表面におけるバンプ１ａ周辺の温度は瞬間的に低下し、再び元の温度に上昇する。このときの温度変化の様子は、赤外線カメラ１６０により画像認識することができ、バンプ１ａを中心とした円形状の低温領域が一旦大きくなり、ある大きさになった後に小さくなって消滅する。そして、この低温領域の最大の大きさは、バンプ１ａと基板２との接触度合いによって大きく変化することになる。よって、赤外線カメラ１６０により基板２の表面における全バンプ１ａ周辺の温度変化を画像認識することにより、全バンプ１ａと回路パターン２ａとの接触状態を判断することができる。そして、この判断結果に基づいて、ボンディングツールＶ軸制御機構１２３により全バンプ１ａを回路パターン２ａに均一に接触させ、ボンディングツール昇降機構１２４による加圧、ヒータ１４２による加熱及び超音波発振器１２２による超音波、即ち超音波併用熱圧着によりチップ１を基板２に接合する。
【００４９】
このような構成において、その動作例を図２のフローチャートを参照して説明する。
【００５０】
ここで、バンプ１ａが形成されたチップ１として、金バンプを有するＩＣチップを使用し、回路パターン２ａが形成された基板２として、下地層にタングステンメタライズ層（２０μｍ〜３０μｍ）、中間層にニッケルメッキ層（２μｍ〜６μｍ）、最表層に金フラッシュメッキ層（０．５μｍ〜１．２μｍ）が成膜された回路パターンを有するセラミック基板を使用する。
【００５１】
先ず、準備作業として、この接合装置１００を使用して例えばチップ１の表面温度が室温、図３に示す基板２におけるチップ１の接合部周辺の所定領域Ａの平均表面温度がＴ°Ｃ（室温よりも高い温度）の場合にチップ１を基板２に高精度に接触したときの、基板２の表面における全バンプ１ａ周辺の温度変化を赤外線カメラ１６０により画像認識させる。そして、その画像データに基づいて平均表面温度Ｔ°ＣよりΔＴ°Ｃ以上低い円形状の低温領域の大きさが最大になったときの熱画像パターンをコンピュータ１８０により計算処理させる。このときの温度変化は、チップ１や基板２の種類が同一で、接合装置１００の作動条件が同一であれば、ほぼ所定の温度になるので、赤外線カメラ１６０により認識される熱画像パターンは、ほぼ同一の大きさとなる。そして、この熱画像パターンを基準熱画像パターンとしてコンピュータ１８０に予め登録する。さらに、各種制御データもコンピュータ１８０に登録する（ステップＳ１）。以上の準備作業は、通常は初回のみでよい。
【００５２】
次に、個別の接合作業に入る。図示しないコンベア等の移動機構を作動させて基板２を加工テーブル１４１上に載置し、図示しないクランプを作動させて基板２を加工テーブル１４１上に固定・保持させる。そして、ヒータ１４２を作動させて基板２を加熱する（ステップＳ２）。このとき、基板２の表面の温度を赤外線カメラ１６０により画像認識させ、その画像データに基づいて基板２におけるチップ１の接合部周辺の所定領域Ａの平均表面温度（Ｔ°Ｃ）をコンピュータ１８０により計算処理させる（ステップＳ３）。
【００５３】
次に、図示しない真空ポンプを作動させてチップ１をボンディングツール１２１に真空吸着させ、ボンディングツール昇降機構１２４を作動させてチップ１を基板２方向に下降させる（ステップＳ４）。そして、チップ１のバンプ１ａを基板２の回路パターン２ａに押圧する。これと同時に、基板２の表面における全バンプ１ａ周辺の温度変化を赤外線カメラ１６０により画像認識させ、その画像データに基づいて平均表面温度Ｔ°ＣよりΔＴ°Ｃ以上低い熱画像パターンをコンピュータ１８０により計算処理させる。即ち、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、バンプ１ａを中心とした円形状の低温領域Ｂは図示矢印方向に向かって一旦大きくなり、ある大きさの低温領域Ｂｍａｘになった後、図４（Ｄ）〜（Ｅ）に示すように、低温領域Ｂは図示矢印方向に向かって小さくなって消滅するので、この低温領域Ｂｍａｘを熱画像パターンとして求める（ステップＳ５）。尚、図４では、１つのバンプ１ａのみについて図示している。
【００５４】
次に、図４（Ｆ）に示すように、これらの熱画像パターンＢｍａｘの大きさと予め記憶していた基準熱画像パターンＢｏの大きさとをコンピュータ１８０により比較させ、各熱画像パターンＢｍａｘの大きさが基準熱画像パターンＢｏの大きさ以上に大きいときは、バンプ１ａと基板２との接触状態は「良」であると判断し、超音波発振器１２２を作動させてチップ１を超音波振動させチップ１と基板２とを接合し、そのチップ接合基板を次工程に搬送する。一方、一部または全部の熱画像パターンの大きさが基準熱画像パターンの大きさより小さいときは、バンプ１ａと基板２との接触状態は「不良」であると判断する（ステップＳ６）。そして、ボンディングツールＶ軸制御機構１２３を作動させて小さい熱画像パターンとなったバンプ１ａが基板２と良好に接触するようにチップ１を傾斜させ、チップ１と基板２を再接触させ接合する（ステップＳ７）。接合する際、接触状態に応じて加圧力、加圧時間、超音波出力等の接合条件をコンピュータ１８０で適正に調整すれば、接合の信頼性は一層向上する。これにより、接触不良のバンプ１ａを修正し、全バンプ１ａと回路パターン２ａとの接合度合いを高めることができるので、良品のチップ接合基板を得ることができる。
【００５５】
この接合装置１００により得られたチップ接合基板を用いて、１サイクルあたり３０分／−４０°Ｃ〜１２０°Ｃの熱衝撃試験を５００サイクル行ったところ、接続抵抗の変化は０．１Ω以内という良好な結果が得られた。また、１０００時間の温度７０°Ｃ／湿度９０％の高温高湿放置試験を行ったところ、接続抵抗の変化は０．１Ω以内という良好な結果が得られた。
【００５６】
尚、上述した実施形態では、チップ１と基板２との間で温度差を付けるため、基板２を加熱するヒータ１４２を配設したが、このヒータ１４２の代わりにチップ１を加熱するヒータを配設しても同様の効果が得られ、またチップ１あるいは基板２を冷却するクーラを配設しても同様の効果が得られる。さらに、基板２あるいはチップ１を加熱するヒータと、チップ１あるいは基板２を冷却するクーラを共に配設しても同様の効果が得られる。
【００５７】
図５は、本発明のチップの接合検査装置の実施形態を示す概略構成図である。
【００５８】
この接合検査装置２００は、装置本体２１０に配設されたチップ処理部２２０及び基板処理部２４０と、チップ接合基板３の基板２の表面の温度変化を画像認識する赤外線カメラ（温度認識手段）２６０と、各部を制御するコンピュータ（制御手段）２８０等で大略構成されている。
【００５９】
チップ処理部２２０は、チップ接合基板３のチップ１を加熱するヒータ（チップ温調手段）２２１と、ヒータ２２１を昇降させるヒータ昇降機構２２２を備えている。
【００６０】
ヒータ２２１は、電熱線２２１ａ及び熱電対２２１ｂが接続された加熱温調器２２１ｃと、電熱線２２１ａ及び熱電対２２１ｂが内蔵された角柱状のヘッド２２１ｄを有しており、ヘッド２２１ｄを下端に貼り付けられているクッション材２２１ｅを介してチップ接合基板３のチップ１に接触させることにより、チップ１を加熱するようになっている。クッション材２２１ｅは、シリコンシートあるいは金属微粉末等を含有したシリコンシート等の比較的熱伝導性の良好な材料で構成し、ヘッド２２１ｄからの熱を効率良くチップ１に伝える。また、クッション材２２１ｅは、クッション性に富むため、ヘッド２２１ｄにてチップ１を偏りなく押圧できる。
【００６１】
ヒータ昇降機構２２２は、装置本体２１０の上面に立設されたガイドバー２２２ａと、ヒータ２２１のヘッド２２１ｄに連結され、ガイドバー２２２ａに沿って移動可能なスライダー２２２ｂを有しており、ヒータ２２１のヘッド２２１ｄを下降させてチップ接合基板３のチップ１に押し付けるようになっている。
【００６２】
基板処理部２４０は、チップ接合基板３の基板２を保持するセット部２４１と、チップ接合基板３のチップ１と基板２を冷却するクーラ（チップ接合基板温調手段）２４２を備えている。
【００６３】
セット部２４１は、略平板状に形成され、装置本体２１０の上面に水平に配設された載置台２４１ａと、この載置台２４１ａの上面から側面にかけて設けられた貫通孔２４１ｂに接続された真空ポンプ２４１ｃを有しており、チップ接合基板３の基板２を載置台２４１ａ上に載置して真空ポンプ２４１ｃにより真空吸着し保持するようになっている。
【００６４】
クーラ２４２は、載置台２４１ａに内蔵された冷却管２４２ａ及び熱電対２４２ｂと、冷却管２４２ａ及び熱電対２４２ｂが接続された冷却温調器２４２ｃを有しており、載置台２４１ａ上に載置されたチップ接合基板３のチップ１と基板２を冷却するようになっている。
【００６５】
赤外線カメラ２６０は、例えば赤外線熱画像計測装置（商品名：ＬＡＩＲＤ３Ａシリーズ、メーカー名：ニコン（株））が使用され、基板２が放射する赤外線の量的変化を撮影して基板２の表面の温度変化を画像認識するようになっている。
【００６６】
コンピュータ２８０は、例えばデスクトップ型のパーソナルコンピュータが使用され、ヒータ２２１の加熱温調器２２１ｃ、ヒータ昇降機構２２２、セット部２４１の真空ポンプ２４１ｃ、クーラ２４２の冷却温調器２４２ｃ、赤外線カメラ２６０等を制御するようになっている。
【００６７】
以上のような構成の接合検査装置２００によれば、ヒータ２２１により載置台２４１ａに保持されたチップ接合基板３のチップ１を加熱し、クーラ２４２により載置台２４１ａに保持されたチップ接合基板３の基板２を冷却することで、チップ１と基板２との間で温度差を生じさせている。このため、バンプ１ａを介して熱が伝導し、基板２の表面におけるバンプ１ａ周辺の温度が変化することになる。即ち、基板２の表面におけるバンプ１ａ周辺の温度は瞬間的に上昇し、再び元の温度に下降する。このときの温度変化の様子は、赤外線カメラ２６０により画像認識することができ、バンプ１ａを中心とした円形状の高温領域が一旦大きくなり、ある大きさになった後に小さくなって消滅する。そして、この高温領域の最大の大きさは、バンプ１ａと基板２との接合度合いによって大きく変化することになる。よって、赤外線カメラ２６０により基板２の表面における全バンプ１ａ周辺の温度変化を画像認識することにより、全バンプ１ａと基板２との接合状態を判断することができる。そして、この判断結果に基づいて、チップ接合基板３の良否を判定し選別する。
【００６８】
このような構成において、その動作例を図６及び図７のフローチャートを参照して説明する。
【００６９】
ここで、バンプ１ａが形成されたチップ１として、金バンプを有するＩＣチップを使用し、回路パターン２ａが形成された基板２として、下地層にタングステンメタライズ層（２０μｍ〜３０μｍ）、中間層にニッケルメッキ層（２μｍ〜６μｍ）、最表層に金フラッシュメッキ層（０．５μｍ〜１．２μｍ）が成膜された回路パターンを有するセラミック基板を使用する。
【００７０】
先ず、図６に示す準備作業として、ヒータ２２１の加熱温調器２２１ｃを作動させてヘッド２２１ｄを例えば室温より高い所定の温度に加熱すると共に、クーラ２４２の冷却温調器２４２ｃを作動させて載置台２４１ａを例えば室温より低い所定の温度に冷却する（ステップＳ１）。そして、チップ接合基板３を載置台２４１ａ上に載置し（ステップＳ２）、真空ポンプ２４１ｃを作動させてチップ接合基板３を載置台２４１ａ上に真空吸着させ保持させ、チップ接合基板３全体を所定の低温度に冷却する（ステップＳ３）。続いて、ヒータ昇降機構２２２を作動させてヘッド２２１ｄをチップ１方向に下降させ、クッション材２２１ｅを介してチップ１を所定時間押圧する（ステップＳ４）。そして、この押圧している間及びその後しばらく、基板２の表面における全バンプ１ａ周辺（図３に示す基板２におけるチップ１の接合部周辺の所定領域Ａ）の温度変化を赤外線カメラ２６０により画像認識させる（ステップＳ５）。そして、平均表面温度ｔ°Ｃ（上記所定の低温度に近い温度）よりΔｔ°Ｃ以上高い円形状の高温領域の大きさが最大になったときの熱画像パターンをコンピュータ２８０により計算処理させる（ステップＳ６）。以上のステップＳ２〜Ｓ６の動作を適切なサンプル数で実施する。その後、複数の高温領域の最大熱画像パターンより、良品と見なすことができる最小熱画像パターンを基準熱画像パターンとしてコンピュータ２８０に予め登録する。さらに、各種制御データもコンピュータ２８０に登録する（ステップＳ７）。以上の準備作業は、通常は初回のみでよい。
【００７１】
次に、図７に示す個別のチップ接合基板３の検査作業に入る。ヒータ２２１の加熱温調器２２１ｃを作動させてヘッド２２１ｄを例えば室温より高い所定の温度に加熱すると共に、クーラ２４２の冷却温調器２４２ｃを作動させて載置台２４１ａを例えば室温より低い所定の温度に冷却する（ステップＳ１１）。そして、図示しないコンベアを作動させてチップ接合基板３を載置台２４１ａ上に載置し（ステップＳ１２）、真空ポンプ２４１ｃを作動させてチップ接合基板３を載置台２４１ａ上に真空吸着させ保持させ、チップ接合基板３全体を所定の低温度に冷却する（ステップＳ１３）。続いて、ヒータ昇降機構２２２を作動させてヘッド２２１ｄをチップ１方向に下降させ、クッション材２２１ｅを介してチップ１を所定時間押圧する（ステップＳ１４）。そして、この押圧している間及びその後しばらく、基板２の表面における全バンプ１ａ周辺（図３に示す基板２におけるチップ１の接合部周辺の所定領域Ａ）の温度変化を赤外線カメラ２６０により画像認識させる（ステップＳ１５）。そして、平均表面温度ｔ°Ｃ（上記所定の低温度に近い温度）よりΔｔ°Ｃ以上高い円形状の高温領域の大きさが最大になったときの熱画像パターンをコンピュータ２８０により計算処理させる（ステップＳ１６）。そして、これらの熱画像パターンの大きさと予め記憶していた基準熱画像パターンの大きさとをコンピュータ２８０により比較させ、各熱画像パターンの大きさが基準熱画像パターンの大きさ以上に大きいときは、チップ接合基板３は良品であると判断し、そのチップ接合基板３を次工程に搬送する。一方、一部または全部の熱画像パターンの大きさが基準熱画像パターンの大きさより小さいときは、チップ接合基板３は不良品であると判断し、そのチップ接合基板３を排除する（ステップＳ１７）。これにより、良品と不良品のチップ接合基板３を確実に選別することができる。
【００７２】
尚、上述した実施形態では、チップ接合基板３のチップ１と基板２との間で温度差を付けるため、チップ１を加熱するヒータ２２１と基板２を冷却するクーラ２４２を配設したが、チップ１を冷却するクーラと基板２を加熱するヒータを配設しても同様の効果が得られる。バンプ材質を金として説明したが、半田バンプ等でチップと基板とを接合したチップ接合基板でも適用でき、また、超音波接合方式で説明したが、リフロー接合方式で得られたチップ接合基板にも適用できる。
【００７３】
図８は、本発明のチップの接合検査装置の別の実施形態を図５に対応させて示す概略構成図であり、同一構成個所は同一番号を付して説明を省略する。
【００７４】
この接合検査装置３００は、チップ処理部３２０が図５の接合検査装置２００のチップ処理部２２０と異なる構成となっている。
【００７５】
チップ処理部３２０は、チップ接合基板３のチップ１を加熱するヒータ（チップ温調手段）３２１と、ヒータ３２１を昇降させるヒータ昇降機構２２２を備えている。
【００７６】
ヒータ３２１は、ランプ３２１ａ及び熱電対３２１ｂが接続された加熱温調器３２１ｃと、ランプ３２１ａからの光を絞るためのレンズ３２１ｄと、ランプ３２１ａからの光を所定時間のみ透過させ所定時間以外は遮蔽するためのシャッタ３２１ｅと、ランプ３２１ａからの光をチップ接合基板３のチップ１のみに照射するためのマスク３２１ｆを有しており、ランプ３２１ａからの光をチップ接合基板３のチップ１に照射させることにより、チップ１を加熱するようになっている。
【００７７】
ヒータ昇降機構２２２は、装置本体２１０の上面に立設されたガイドバー２２２ａと、ヒータ３２１のランプ３２１ａ等に連結され、ガイドバー３２２ａに沿って移動可能なスライダー２２２ｂを有しており、ヒータ３２１のランプ３２１ａ等を下降させてチップ１に近接させるようになっている。
【００７８】
以上のような構成の接合検査装置３００によれば、ヒータ３２１により載置台２４１ａに保持されたチップ接合基板３のチップ１を所定時間シャッタ３２１ｅを開放することにより加熱し、クーラ２４２により載置台２４１ａに保持されたチップ接合基板３の基板２を冷却することで、チップ１と基板２との間で温度差を生じさせている。このため、図５の接合検査装置２００と同様に、赤外線カメラ２６０により基板２の表面における全バンプ１ａ周辺の温度変化を画像認識することにより、全バンプ１ａと基板２との接触状態を判断することができる。そして、この判断結果に基づいて、チップ接合基板３の良否を判定し選別する。
【００７９】
このような構成において、その動作例を説明する。
【００８０】
ここで、バンプ１ａが形成されたチップ１として、金バンプを有するＩＣチップを使用し、回路パターン２ａが形成された基板２として、下地層にタングステンメタライズ層（２０μｍ〜３０μｍ）、中間層にニッケルメッキ層（２μｍ〜６μｍ）、最表層に金フラッシュメッキ層（０．５μｍ〜１．２μｍ）が成膜された回路パターンを有するセラミック基板を使用する。
【００８１】
先ず、準備作業として、ヒータ３２１の加熱温調器３２１ｃを作動させてランプ３２１ａを例えば室温より高い所定の温度に加熱すると共に、クーラ２４２の冷却温調器２４２ｃを作動させて載置台２４１ａを例えば室温より低い所定の温度に冷却する。そして、チップ接合基板３を載置台２４１ａ上に載置し、真空ポンプ２４１ｃを作動させてチップ接合基板３を載置台２４１ａ上に真空吸着させ保持させ、チップ接合基板３全体を所定の低温度に冷却する。続いて、シャッタ３２１ｅは閉じた状態でヒータ昇降機構２２２を作動させてランプ３２１ａ等をチップ１方向に所定の高さまで下降させて近接させる。そして、シャッタ３２１ｅを開け、その後しばらく、基板２の表面における全バンプ１ａ周辺（図３に示す基板２におけるチップ１の接合部周辺の所定領域Ａ）の温度変化を赤外線カメラ２６０により画像認識させる。そして、平均表面温度ｔ°Ｃ（上記所定の低温度に近い温度）よりΔｔ°Ｃ以上高い円形状の高温領域の大きさが最大になったときの熱画像パターンをコンピュータ２８０により計算処理させる。以上の動作を適切なサンプル数で実施する。その後、複数の高温領域の最大熱画像パターンより、良品と見なすことができる最小熱画像パターンを基準熱画像パターンとしてコンピュータ２８０に予め登録する。さらに、各種制御データもコンピュータ２８０に登録する。以上の準備作業は、通常は初回のみでよい。
【００８２】
次に、個別のチップ接合基板３の検査作業に入る。ヒータ３２１の加熱温調器３２１ｃを作動させてランプ３２１ａを例えば室温より高い所定の温度に加熱すると共に、クーラ２４２の冷却温調器２４２ｃを作動させて載置台２４１ａを例えば室温より低い所定の温度に冷却する。そして、図示しないコンベアを作動させてチップ接合基板３を載置台２４１ａ上に載置し、真空ポンプ２４１ｃを作動させてチップ接合基板３を載置台２４１ａ上に真空吸着させ保持させ、チップ接合基板３全体を所定の低温度に冷却する。続いて、シャッタ３２１ｅは閉じた状態でヒータ昇降機構２２２を作動させてランプ３２１ａ等をチップ１方向に所定の高さまで下降させて近接させる。そして、シャッタ３２１ｅを開け、その後しばらく、基板２の表面における全バンプ１ａ周辺（図３に示す基板２におけるチップ１の接合部周辺の所定領域Ａ）の温度変化を赤外線カメラ２６０により画像認識させる。そして、平均表面温度ｔ°Ｃ（上記所定の低温度に近い温度）よりΔｔ°Ｃ以上高い円形状の高温領域の大きさが最大になったときの熱画像パターンをコンピュータ２８０により計算処理させる。そして、これらの熱画像パターンの大きさと予め記憶していた基準熱画像パターンの大きさとをコンピュータ２８０により比較させ、各熱画像パターンの大きさが基準熱画像パターンの大きさ以上に大きいときは、チップ接合基板３は良品であると判断し、そのチップ接合基板３を次工程に搬送する。一方、一部または全部の熱画像パターンの大きさが基準熱画像パターンの大きさより小さいときは、チップ接合基板３は不良品であると判断し、そのチップ接合基板３を排除する。これにより、良品と不良品のチップ接合基板３を確実に選別することができる。
【００８３】
尚、上述した実施形態では、チップ接合基板３のチップ１と基板２との間で温度差を付けるため、チップ１を加熱するヒータ３２１と基板２を冷却するクーラ２４２を配設したが、チップ１を冷却するクーラと基板２を加熱するヒータを配設しても同様の効果が得られる。
【００８４】
本実施形態の接合装置１００及び接合検査装置２００、３００では、最小の基準熱画像パターンを設定し、この最小の基準熱画像パターンを超えたときに接合が良好であると評価するようにしているが、さらに最大の基準熱画像パターンも設定し、最小の基準熱画像パターンと最大の基準熱画像パターンとの範囲内に入ったときに接合が良好であると評価するようにすれば、全ての接合状態を均一にすることができる。また、接合対象や接合検査対象の種類が変更になっても、データを単に入れ替えるのみで対応可能であるので、迅速な処理が可能となる。
【００８５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、チップと基板との間で温度差を生じさせ、バンプを介して熱を伝導させるようにしているので、バンプと基板との接触度合いによって基板の表面におけるバンプ周辺の温度変化は、大きく変化することになる。従って、基板の表面における全バンプ周辺の温度変化を画像認識することにより、全バンプと基板との接触状態を判断し、この判断結果に基づいて、全バンプを基板に均一に接触させることにより、チップを基板に迅速かつ確実に接合することができ、またチップ接合基板の良否を迅速かつ確実に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のチップの接合装置の実施形態を示す概略構成図。
【図２】図１のチップの接合装置の動作例を説明するためのフローチャート。
【図３】図１のチップの接合装置により熱画像パターンを得る際の測定範囲を示す斜視図。
【図４】図１のチップの接合装置により熱画像パターンを得る際の挙動を示す平面図。
【図５】本発明のチップの接合検査装置の実施形態を示す概略構成図。
【図６】図５のチップの接合検査装置の動作例を説明するための第１のフローチャート。
【図７】図５のチップの接合検査装置の動作例を説明するための第２のフローチャート。
【図８】本発明のチップの接合検査装置の別の実施形態を示す概略構成図。
【符号の説明】
１チップ
１ａバンプ
２基板
２ａ回路パターン
３チップ接合基板
１００接合装置
１１０装置本体
１２０チップ処理部
１２１ボンディングツール
１２１ａ貫通孔
１２２超音波発振器
１２２ａ超音波ホーン
１２２ｂ振動子
１２３ボンディングツールＶ軸制御機構
１２４ボンディングツール昇降機構
１２４ａガイドバー
１２４ｂスライダー
１４０基板処理部
１４１加工テーブル
１４２ヒータ
１６０赤外線カメラ
１８０コンピュータ
２００接合検査装置
２１０装置本体
２２０チップ処理部
２２１ヒータ
２２１ａ電熱線
２２１ｂ熱電対
２２１ｃ加熱温調器
２２１ｄヘッド
２２１ｅクッション材
２２２ヒータ昇降機構
２２２ａガイドバー
２２２ｂスライダー
２４０基板処理部
２４１セット部
２４１ａ載置台
２４１ｂ貫通孔
２４１ｃ真空ポンプ
２４２クーラ
２４２ａ冷却管
２４２ｂ熱電対
２４２ｃ冷却温調器
２６０赤外線カメラ
２８０コンピュータ
３００接合検査装置
３２０チップ処理部
３２１ヒータ
３２１ａランプ
３２１ｂ熱電対
３２１ｃ加熱温調器
３２１ｄレンズ
３２１ｅシャッタ
３２１ｆマスク[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a chip bonding apparatus and bonding method for bonding a chip to a substrate via bumps formed on the chip, and a bonding inspection apparatus and bonding inspection method for inspecting the bonding state.
[0002]
[Prior art]
In order to meet the recent demand for smaller and thinner consumer electronic devices, IC (Integrated Circuit) chips (hereinafter simply referred to as chips), glass epoxy substrates on which circuit patterns are formed, ceramic substrates and package bases Etc. (hereinafter simply referred to as “substrate”) has been shifted from wire bonding via a gold wire or the like to face-down bonding via a bump.
[0003]
In the case of wire bonding, the reliability of the bonding between the chip and the substrate can be confirmed to some extent by inspecting the appearance of the gold wire or the like because, for example, the gold wire extends from the top of the chip toward the substrate. it can. However, in the case of face-down bonding, since the bumps are hidden behind the chip, the appearance of the bumps cannot be inspected. For this reason, various bonding apparatuses and bonding methods that improve the reliability of bonding between the chip and the substrate, and bonding inspection apparatuses and bonding inspection methods that inspect the bonding state between the chip and the substrate have been proposed.
[0004]
As a bonding apparatus and a bonding method, for example, in JP-A-4-352439, a chip is pressed against a substrate with a bonding tool, and in this state, a curing shrinkable resin is permeated and cured in a gap between the chip and the substrate. There has been proposed a bonding method in which the reliability of bonding between the chip and the substrate is improved by utilizing the shrinkage due to the curing.
[0005]
Furthermore, in Japanese Patent Laid-Open No. 6-209028, after performing a leveling process for making the heights of a plurality of bumps formed on the chip uniform, the chip and the substrate are joined to improve the reliability. A joining method and a joining apparatus have been proposed.
[0006]
Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 6-310666, a half-bumped protruding portion protruding at the same height as a state in which a bump is crushed by a certain amount is provided at the center of a chip mounting portion on a substrate. Then, when the chip is pushed down to the substrate side and brought into contact with the protruding portion while crushing the bump, the inclination of the chip is corrected horizontally by the protruding portion, and the bonding method is improved in the reliability of bonding between the chip and the substrate. Proposed.
[0007]
In addition, as a bonding inspection apparatus and a bonding inspection method, for example, a predetermined number is sampled from a substrate to which a plurality of chips serving as a population are bonded (hereinafter simply referred to as a chip bonding substrate), and ultrasonic inspection or An apparatus or method for estimating the bonding state of a population by destructive inspection, an apparatus or method for inspecting a plurality of chip-bonded substrates by thermal shock testing and screening, or an apparatus for inspecting a plurality of chip-bonded substrates by X-ray A method has been proposed.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The above-described conventional bonding apparatus and bonding method that improve the reliability of bonding between the chip and the substrate have the following problems.
[0009]
In the bonding method described in Japanese Patent Laid-Open No. 4-352439, it is necessary to continue to press the chip against the substrate with a bonding tool until the curing shrinkable resin progresses to a certain level. Therefore, the bonding cycle time between the chip and the substrate is long. Therefore, there is a problem that productivity is inferior.
[0010]
In the joining method and joining apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-209028, bumps need to be leveled before joining the chip and the substrate, which increases the number of extra steps, resulting in poor productivity. .
[0011]
In the joining method described in Japanese Patent Laid-Open No. 6-310666, since it is necessary to provide a protruding portion on the substrate before joining the chip and the substrate, there is a problem that extra steps are added and productivity is inferior.
[0012]
Further, the above-described conventional bonding inspection apparatus and bonding inspection method for inspecting the bonding state between the chip and the substrate have the following problems.
[0013]
The bonding inspection apparatus and bonding inspection method using ultrasonic inspection have a problem that the inspection accuracy is low, so that it is not possible to deal with a smaller chip. Furthermore, in the bonding inspection apparatus and bonding inspection method using ultrasonic inspection and destructive inspection, it is necessary to immerse or cut the sampled chip bonded substrate in a liquid, so that the chip bonded substrates corresponding to the sampling quantity are wasted. There is a problem.
[0014]
In the bonding inspection apparatus and the bonding inspection method using the thermal shock test, there is a problem that the chip bonded substrate may be defective depending on the degree of thermal shock.
[0015]
In the bonding inspection apparatus and the bonding inspection method using X-rays, it is necessary to determine the bonding state by looking at the deformation state of the bumps. And if a thermal expansion difference occurs between the chip and the substrate due to the operating environment temperature or the heat generated by the chip, and mechanical stress is applied to the joint, the joint with the poor joint peels off or deforms, resulting in poor conduction. There is a problem that the reliability of the chip bonded substrate is lowered.
[0016]
The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, increase the productivity when bonding the chip to the substrate, increase the yield of the chip bonding substrate, and improve the yield of the chip bonding substrate. It is another object of the present invention to provide a chip bonding inspection apparatus and bonding inspection method capable of improving reliability.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The invention of claim 1 is a chip bonding method in which the chip is bonded to the substrate via a plurality of bumps formed on the chip, and a step of previously providing a temperature difference between the chip side and the substrate side;
A first step of bringing the plurality of bumps into contact with the substrate; a second step of recognizing a temperature change around the bump on the surface of the substrate; and a third step of determining a contact state between the chip and the substrate. And a fourth step of joining the chip to the substrate while correcting the contact state of the chip based on the determination result of the contact state, and sequentially performing the first to fourth steps. This is a method for joining chips.
[0018]
According to the first aspect of the present invention, a temperature difference is generated between the chip and the substrate. For this reason, when the chip in a state where the temperature difference has occurred is brought into contact with the substrate, heat is conducted through the bump, and the temperature around the bump on the surface of the substrate changes. This temperature change greatly changes depending on the degree of contact between the bump and the substrate. Therefore, the contact state between all the bumps and the substrate can be determined by recognizing an image of the temperature change around all the bumps on the surface of the substrate. Based on the determination result, even if there is a contact failure between some of the bumps and the substrate, the contact state between the bumps and the substrate is improved. The chip can be brought into contact, and the chip can be quickly and reliably bonded to the substrate.
[0019]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a chip bonding method in which the chip is bonded to a substrate through a plurality of bumps formed on the chip, and a step of previously providing a temperature difference between the chip side and the substrate side; For each of the bumps, a step of recognizing the reference thermal image pattern Bo around the bump when the chip is brought into contact with the substrate with high accuracy by the temperature recognition means, and contacting the plurality of bumps with the substrate A first step of recognizing the thermal image pattern Bmax around the bump for each of the plurality of bumps by the temperature recognition means; and the reference thermal image pattern Bo for each of the plurality of bumps. And the thermal image pattern Bmax to determine a contact state between the chip and the substrate, and And a fourth step of bonding the chip to the substrate while correcting the contact state of the chip based on the determination result of the touch state, and performing the first to fourth steps in order. This is a chip joining method.
[0020]
According to the second aspect of the present invention, when the degree of contact between the bump and the substrate is the best, the size of the thermal image pattern serving as a circular reference centering on the bump formed by the heat conducted through the bump is determined. , Recognized and stored in advance. For this reason, the size of the thermal image pattern when all the bumps of the chip to be bonded are brought into contact with the substrate is recognized, and the contact state between all the bumps and the substrate is easily and surely compared with the reference thermal image pattern. Can be judged.
[0021]
According to a third aspect of the present invention, in the chip bonding method of bonding the chip to the substrate via a plurality of bumps formed on the chip, a step of previously providing a temperature difference between the chip side and the substrate side;
For each of the plurality of bumps, a reference thermal image pattern Bo is obtained when the chip is brought into contact with the substrate with high accuracy, and the area where the average temperature around the bumps on the surface of the substrate changes more than a predetermined temperature is maximized. The step of storing in advance, the first step of bringing the plurality of bumps into contact with the substrate, and the region where the average temperature around the bumps on the surface of the substrate has changed by the temperature recognition means is maximized. A second step of recognizing the thermal image pattern Bmax for each of the plurality of bumps, and for each of the plurality of bumps, the size of the thermal image pattern Bmax is greater than or equal to the size of the reference thermal image pattern Bo. When it is larger, it is determined that the contact state between the bump and the substrate is “good”, and the thermal image pattern Bmax When the magnitude is less than the magnitude of the reference thermal image pattern Bo, the contact state between the substrate and the bumps and the third step of determining to be "bad",
When it is determined that the contact state of all the plurality of bumps is “good” in the third step, the chip is bonded to the substrate, and part or all of the plurality of bumps are contacted in the third step. A fourth step of bonding the chip to the substrate while correcting the contact state of the chip when the state is determined to be “defective”, and performing the first to fourth steps in order. This is a chip joining method.
[0022]
In the invention of claim 3, when the degree of contact between the bump and the substrate is the best, the size of the thermal image pattern serving as a reference for a circular shape centered on the bump formed by heat conducted through the bump is set. , Recognized and stored in advance. For this reason, the size of the thermal image pattern when all the bumps of the chip to be bonded are brought into contact with the substrate is recognized, and the contact state between all the bumps and the substrate is easily and surely compared with the reference thermal image pattern. Can be judged.
[0023]
According to a fourth aspect of the present invention, in the configuration according to any one of the first to third aspects, in the fourth step, the contact state of a part or all of the plurality of bumps is “defective” in the third step. When it is determined that the chip is tilted, the chip is tilted and the chip and the substrate are brought into contact with each other again to join the chips.
[0024]
In the invention of claim 4, since the contact state between the bump and the substrate is improved, all the bumps can be brought into uniform contact with the substrate, and the chip can be bonded to the substrate quickly and reliably. .
[0025]
A fifth aspect of the present invention is a chip joining method in which the chip is ultrasonically vibrated to join the chip and the substrate in the configuration according to any one of the first to fourth aspects.
[0026]
According to the fifth aspect of the present invention, since the ultrasonic wave is used in the bonding between the chip and the substrate, the bonding state between the chip and the substrate can be further ensured.
[0027]
According to a sixth aspect of the present invention, in the configuration according to the fifth aspect, in the fourth step, the tip is tilted and at least one of pressurizing force, pressurizing time, and ultrasonic output is selected according to the contact state. This is a chip joining method in which two joining conditions are adjusted and joined.
[0028]
In the invention of claim 6, since the contact state between the bump and the substrate is improved, all the bumps can be brought into uniform contact with the substrate, and the chip can be bonded to the substrate quickly and reliably. .
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
[0036]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a chip bonding apparatus according to the present invention.
[0037]
The bonding apparatus 100 controls a chip processing unit 120 and a substrate processing unit 140 disposed in the apparatus main body 110, an infrared camera (temperature recognition means) 160 that recognizes a temperature change on the surface of the substrate 2, and each unit. A computer (control means) 180 and the like are generally configured.
[0038]
The chip processing unit 120 includes a bonding tool (chip holding means) 121 that holds the chip 1, an ultrasonic oscillator (ultrasonic wave generation means) 122 that ultrasonically vibrates the chip 1, and a bonding tool V-axis control that tilts the chip 1. A mechanism (chip bonding correcting means) 123 and a bonding tool elevating mechanism 124 for elevating the chip 1 are provided.
[0039]
The bonding tool 121 is formed in a substantially conical shape, and is arranged so that the axis (V-axis) faces vertically, and the chip 1 is vacuum-adsorbed to the lower end by the action of a vacuum pump (not shown) connected to the through hole 121a. To hold.
[0040]
The ultrasonic oscillator 122 is formed in a substantially truncated cone shape, and includes an ultrasonic horn 122a having a bonding tool 121 connected to the tip thereof, and a vibrator 122b connected to the rear end of the ultrasonic horn 122a. The ultrasonic wave generated by the vibrator 122b is amplified and transmitted by the ultrasonic horn 122a, and the chip 1 held by the bonding tool 121 is ultrasonically vibrated to bond the chip 1 and the substrate 2 together.
[0041]
The bonding tool V-axis control mechanism 123 is connected to the ultrasonic oscillator 122 and tilts the chip 1 around the V-axis together with the bonding tool 121 to correct the contact state between the chip 1 and the substrate 2. .
[0042]
The bonding tool lifting mechanism 124 includes a guide bar 124a erected on the upper surface of the apparatus main body 110, and a slider 124b that is connected to the bonding tool V-axis control mechanism 123 and is movable along the guide bar 124a. The chip 1 is lowered together with the bonding tool 121 and pressed against the substrate 2 to bond the chip 1 and the substrate 2 together.
[0043]
The substrate processing unit 140 includes a processing table (substrate holding means) 141 that holds the substrate 2 and a heater (temperature control means) 142 that heats the substrate 2.
[0044]
The processing table 141 is formed in a substantially flat plate shape, and is disposed horizontally on the upper surface of the apparatus main body 110. The substrate 2 is placed and fixed and held by a clamp or the like (not shown).
[0045]
The heater 142 is disposed in the apparatus main body 110 below the processing table 141, and heats the substrate 2 held on the processing table 141 to join the chip 1 and the substrate 2 together.
[0046]
For example, an infrared thermal image measuring device (trade name: LAIRD 3A series, manufacturer name: Nikon Corporation) is used as the infrared camera 160, and a quantitative change of infrared rays emitted from the substrate 2 is photographed to capture the surface of the substrate 2. Image recognition of temperature changes.
[0047]
As the computer 180, for example, a desktop personal computer is used, and a vacuum pump (not shown) disposed in the bonding tool 121, an ultrasonic oscillator 122, a bonding tool V-axis control mechanism 123, a bonding tool lifting mechanism 124, and a processing table 141 are used. A clamp (not shown), a heater 142, an infrared camera 160, and the like are arranged.
[0048]
According to the bonding apparatus 100 having the above-described configuration, the substrate 2 held on the processing table 141 is heated by the heater 142, thereby causing a temperature difference between the chip 1 held on the bonding tool 121 and the substrate 2. It is generated. For this reason, when the bump 1a of the chip 1 is brought into contact with the circuit pattern 2a of the substrate 2 by the bonding tool elevating mechanism 124, heat is conducted through the bump 1a, and the temperature around the bump 1a on the surface of the substrate 2 changes. become. That is, when the relatively low-temperature bump 1a comes into contact with the relatively high-temperature circuit pattern 2a, the temperature around the bump 1a on the surface of the substrate 2 is instantaneously lowered and again raised to the original temperature. The state of the temperature change at this time can be recognized by the infrared camera 160, and the circular low-temperature region centering on the bump 1a becomes once larger, then becomes smaller and then disappears. The maximum size of the low-temperature region greatly varies depending on the degree of contact between the bump 1a and the substrate 2. Therefore, the contact state between all the bumps 1a and the circuit pattern 2a can be determined by recognizing the temperature change around all the bumps 1a on the surface of the substrate 2 by the infrared camera 160. Based on this determination result, the bonding tool V-axis control mechanism 123 causes all the bumps 1a to uniformly contact the circuit pattern 2a, pressurization by the bonding tool lifting mechanism 124, heating by the heater 142, and supersonic by the ultrasonic oscillator 122. The chip 1 is bonded to the substrate 2 by sonication, ie, thermocompression bonding with ultrasonic waves.
[0049]
In such a configuration, an example of the operation will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0050]
Here, an IC chip having gold bumps is used as the chip 1 on which the bumps 1a are formed, and a tungsten metallized layer (20 to 30 μm) is used as the base layer and the nickel layer is used as the intermediate layer as the substrate 2 on which the circuit pattern 2a is formed. A ceramic substrate having a circuit pattern in which a plating layer (2 μm to 6 μm) and a gold flash plating layer (0.5 μm to 1.2 μm) are formed on the outermost layer is used.
[0051]
First, as a preparatory work, for example, using this bonding apparatus 100, the surface temperature of the chip 1 is room temperature, for example, and the average surface temperature of the predetermined region A around the bonding portion of the chip 1 on the substrate 2 shown in FIG. When the chip 1 is brought into contact with the substrate 2 with high accuracy in the case of a higher temperature), the temperature change around the entire bump 1a on the surface of the substrate 2 is recognized by the infrared camera 160. Then, based on the image data, the thermal image pattern when the size of the circular low temperature region that is lower than the average surface temperature T ° C by ΔT ° C or more is maximized is calculated by the computer 180. The temperature change at this time is almost a predetermined temperature if the types of the chip 1 and the substrate 2 are the same and the operating conditions of the bonding apparatus 100 are the same. Therefore, the thermal image pattern recognized by the infrared camera 160 is It becomes almost the same size. Then, this thermal image pattern is registered in advance in the computer 180 as a reference thermal image pattern. Furthermore, various control data are also registered in the computer 180 (step S1). The above preparatory work is usually only required for the first time.
[0052]
Next, an individual joining operation is started. A moving mechanism such as a conveyor (not shown) is operated to place the substrate 2 on the processing table 141, and a clamp (not shown) is operated to fix and hold the substrate 2 on the processing table 141. Then, the substrate 142 is heated by operating the heater 142 (step S2). At this time, the temperature of the surface of the substrate 2 is image-recognized by the infrared camera 160, and the average surface temperature (T ° C) of the predetermined area A around the bonding portion of the chip 1 on the substrate 2 is determined by the computer 180 based on the image data. Calculation processing is performed (step S3).
[0053]
Next, a vacuum pump (not shown) is operated to cause the chip 1 to be vacuum-adsorbed to the bonding tool 121, and the bonding tool lifting mechanism 124 is operated to lower the chip 1 toward the substrate 2 (step S4). Then, the bump 1 a of the chip 1 is pressed against the circuit pattern 2 a of the substrate 2. At the same time, a temperature change around all the bumps 1a on the surface of the substrate 2 is recognized by the infrared camera 160, and a thermal image pattern lower than the average surface temperature T ° C by ΔT ° C or more based on the image data is obtained by the computer 180. Let the calculation process. That is, as shown in FIGS. 4A to 4C, the circular low temperature region B centering on the bump 1a is once enlarged in the direction of the arrow in the figure, and then reaches a certain size of the low temperature region Bmax. As shown in FIGS. 4D to 4E, the low temperature region B becomes smaller in the direction of the arrow and disappears, so this low temperature region Bmax is obtained as a thermal image pattern (step S5). In FIG. 4, only one bump 1a is shown.
[0054]
Next, as shown in FIG. 4F, the size of these thermal image patterns Bmax and the size of the reference thermal image pattern Bo stored in advance are compared by the computer 180, and the size of each thermal image pattern Bmax. Is larger than the size of the reference thermal image pattern Bo, it is determined that the contact state between the bump 1a and the substrate 2 is “good”, and the ultrasonic oscillator 122 is activated to ultrasonically vibrate the chip 1 and chip. 1 and the substrate 2 are bonded, and the chip bonded substrate is transferred to the next process. On the other hand, when the size of a part or all of the thermal image pattern is smaller than the size of the reference thermal image pattern, it is determined that the contact state between the bump 1a and the substrate 2 is “bad” (step S6). Then, by operating the bonding tool V-axis control mechanism 123, the chip 1 is tilted so that the bump 1a having a small thermal image pattern is in good contact with the substrate 2, and the chip 1 and the substrate 2 are re-contacted and bonded ( Step S7). When joining, the joining reliability such as pressurizing force, pressurizing time, and ultrasonic output is appropriately adjusted by the computer 180 according to the contact state, so that the joining reliability is further improved. As a result, the poor contact bump 1a can be corrected and the degree of bonding between all the bumps 1a and the circuit pattern 2a can be increased, so that a good chip bonded substrate can be obtained.
[0055]
When a thermal shock test of 30 minutes / −40 ° C. to 120 ° C. was performed for 500 cycles using the chip bonded substrate obtained by the bonding apparatus 100, the change in connection resistance was within 0.1Ω. Good results were obtained. Further, when a high temperature and high humidity standing test was performed at a temperature of 70 ° C./humidity of 90% for 1000 hours, a good result was obtained that the change in connection resistance was within 0.1Ω.
[0056]
In the above-described embodiment, the heater 142 for heating the substrate 2 is provided in order to create a temperature difference between the chip 1 and the substrate 2. However, a heater for heating the chip 1 is provided instead of the heater 142. Even if it is provided, the same effect can be obtained, and even if a cooler for cooling the chip 1 or the substrate 2 is provided, the same effect can be obtained. Further, the same effect can be obtained even if a heater for heating the substrate 2 or the chip 1 and a cooler for cooling the chip 1 or the substrate 2 are provided together.
[0057]
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the chip bonding inspection apparatus of the present invention.
[0058]
The bonding inspection apparatus 200 includes a chip processing unit 220 and a substrate processing unit 240 disposed in the apparatus main body 210, and an infrared camera (temperature recognition unit) 260 that recognizes a temperature change on the surface of the substrate 2 of the chip bonding substrate 3. And a computer (control means) 280 for controlling each unit.
[0059]
The chip processing unit 220 includes a heater (chip temperature adjusting means) 221 that heats the chip 1 of the chip bonding substrate 3 and a heater lifting mechanism 222 that moves the heater 221 up and down.
[0060]
The heater 221 has a heating temperature controller 221c to which the heating wire 221a and the thermocouple 221b are connected, and a prismatic head 221d in which the heating wire 221a and the thermocouple 221b are built, and the head 221d is attached to the lower end. The chip 1 is heated by being brought into contact with the chip 1 of the chip bonding substrate 3 through the attached cushion material 221e. The cushion material 221e is made of a material having relatively good thermal conductivity, such as a silicon sheet or a silicon sheet containing metal fine powder, and efficiently transfers heat from the head 221d to the chip 1. Moreover, since the cushion material 221e is rich in cushioning properties, the head 221d can press the chip 1 evenly.
[0061]
The heater lifting mechanism 222 includes a guide bar 222a erected on the upper surface of the apparatus main body 210 and a slider 222b that is connected to the head 221d of the heater 221 and is movable along the guide bar 222a. The head 221 d is lowered and pressed against the chip 1 of the chip bonding substrate 3.
[0062]
The substrate processing unit 240 includes a set unit 241 that holds the substrate 2 of the chip bonding substrate 3 and a cooler (chip bonding substrate temperature adjusting means) 242 that cools the chip 1 and the substrate 2 of the chip bonding substrate 3.
[0063]
The set portion 241 is formed in a substantially flat plate shape, and is a mounting table 241a disposed horizontally on the upper surface of the apparatus main body 210, and a vacuum pump connected to a through hole 241b provided from the upper surface to the side surface of the mounting table 241a. The substrate 2 of the chip bonding substrate 3 is mounted on the mounting table 241a and is vacuum-adsorbed and held by the vacuum pump 241c.
[0064]
The cooler 242 includes a cooling pipe 242a and a thermocouple 242b built in the mounting table 241a, and a cooling temperature controller 242c to which the cooling pipe 242a and the thermocouple 242b are connected, and is mounted on the mounting table 241a. The chip 1 and the substrate 2 of the chip bonding substrate 3 are cooled.
[0065]
The infrared camera 260 uses, for example, an infrared thermal image measurement device (trade name: LAIRD 3A series, manufacturer name: Nikon Corporation), and photographs the quantitative change of infrared rays emitted from the substrate 2 to detect the surface of the substrate 2. Image recognition of temperature changes.
[0066]
The computer 280 is, for example, a desktop personal computer, and includes a heating temperature controller 221c of the heater 221, a heater lifting mechanism 222, a vacuum pump 241c of the set unit 241, a cooling temperature controller 242c of the cooler 242, an infrared camera 260, and the like. It comes to control.
[0067]
According to the bonding inspection apparatus 200 configured as described above, the chip 1 of the chip bonding substrate 3 held on the mounting table 241 a is heated by the heater 221 and the chip bonding substrate 3 held on the mounting table 241 a by the cooler 242. By cooling the substrate 2, a temperature difference is generated between the chip 1 and the substrate 2. For this reason, heat is conducted through the bump 1a, and the temperature around the bump 1a on the surface of the substrate 2 changes. That is, the temperature around the bump 1a on the surface of the substrate 2 instantaneously rises and then falls back to the original temperature. The state of the temperature change at this time can be recognized by the infrared camera 260, and the circular high-temperature region centering on the bump 1a becomes once larger, then becomes smaller and then disappears. The maximum size of the high temperature region varies greatly depending on the degree of bonding between the bump 1 a and the substrate 2. Therefore, by recognizing the temperature change around all the bumps 1a on the surface of the substrate 2 by the infrared camera 260, it is possible to determine the bonding state between all the bumps 1a and the substrate 2. Then, based on the determination result, the quality of the chip bonded substrate 3 is determined and selected.
[0068]
In such a configuration, an example of the operation will be described with reference to the flowcharts of FIGS.
[0069]
Here, an IC chip having gold bumps is used as the chip 1 on which the bumps 1a are formed, and a tungsten metallized layer (20 to 30 μm) is used as the base layer and the nickel layer is used as the intermediate layer as the substrate 2 on which the circuit pattern 2a is formed. A ceramic substrate having a circuit pattern in which a plating layer (2 μm to 6 μm) and a gold flash plating layer (0.5 μm to 1.2 μm) are formed on the outermost layer is used.
[0070]
First, as a preparatory work shown in FIG. 6, the heating temperature controller 221c of the heater 221 is operated to heat the head 221d to a predetermined temperature higher than room temperature, for example, and the cooling temperature controller 242c of the cooler 242 is operated. The mounting table 241a is cooled to a predetermined temperature lower than room temperature, for example (step S1). Then, the chip bonding substrate 3 is mounted on the mounting table 241a (step S2), the vacuum pump 241c is operated to hold the chip bonding substrate 3 by vacuum suction on the mounting table 241a, and the entire chip bonding substrate 3 is predetermined. (Step S3). Subsequently, the heater elevating mechanism 222 is operated to lower the head 221d in the direction of the chip 1 and press the chip 1 for a predetermined time via the cushion material 221e (step S4). During this pressing and for a while after that, the temperature change in the vicinity of all the bumps 1a on the surface of the substrate 2 (predetermined area A around the bonding portion of the chip 1 in the substrate 2 shown in FIG. 3) is recognized by the infrared camera 260. (Step S5). Then, the computer 280 calculates the thermal image pattern when the size of the circular high temperature region that is Δt ° C or more higher than the average surface temperature t ° C (temperature close to the predetermined low temperature) is maximized (see FIG. Step S6). The operations in steps S2 to S6 are performed with an appropriate number of samples. Thereafter, a minimum thermal image pattern that can be regarded as a non-defective product is registered in advance in the computer 280 as a reference thermal image pattern from a plurality of maximum thermal image patterns in a high temperature region. Further, various control data are also registered in the computer 280 (step S7). The above preparatory work is usually only required for the first time.
[0071]
Next, the inspection work for the individual chip bonding substrate 3 shown in FIG. 7 is started. The heating temperature controller 221c of the heater 221 is operated to heat the head 221d to a predetermined temperature higher than room temperature, for example, and the cooling temperature controller 242c of the cooler 242 is operated to set the mounting table 241a to a predetermined temperature lower than room temperature, for example. (Step S11). Then, a conveyor (not shown) is operated to place the chip bonding substrate 3 on the mounting table 241a (step S12), and the vacuum pump 241c is operated to hold the chip bonding substrate 3 by vacuum suction on the mounting table 241a. The entire chip bonding substrate 3 is cooled to a predetermined low temperature (step S13). Subsequently, the heater elevating mechanism 222 is operated to lower the head 221d in the direction of the chip 1, and press the chip 1 for a predetermined time via the cushion material 221e (step S14). During this pressing and for a while after that, the temperature change in the vicinity of all the bumps 1a on the surface of the substrate 2 (predetermined area A around the bonding portion of the chip 1 in the substrate 2 shown in FIG. 3) is recognized by the infrared camera 260. (Step S15). Then, the computer 280 calculates the thermal image pattern when the size of the circular high temperature region that is Δt ° C or more higher than the average surface temperature t ° C (temperature close to the predetermined low temperature) is maximized (see FIG. Step S16). Then, the size of these thermal image patterns and the size of the reference thermal image pattern stored in advance are compared by the computer 280, and when the size of each thermal image pattern is larger than the size of the reference thermal image pattern, The chip bonded substrate 3 is determined to be a non-defective product, and the chip bonded substrate 3 is transferred to the next process. On the other hand, if the size of a part or all of the thermal image pattern is smaller than the size of the reference thermal image pattern, it is determined that the chip bonded substrate 3 is a defective product, and the chip bonded substrate 3 is excluded (step S17). . Thereby, the good and defective chip bonded substrates 3 can be reliably selected.
[0072]
In the above-described embodiment, the heater 221 for heating the chip 1 and the cooler 242 for cooling the substrate 2 are disposed in order to create a temperature difference between the chip 1 and the substrate 2 of the chip bonding substrate 3. Even if a cooler for cooling 1 and a heater for heating the substrate 2 are provided, the same effect can be obtained. Although the bump material has been described as gold, it can also be applied to a chip bonding substrate in which the chip and the substrate are bonded by solder bumps, etc., and the ultrasonic bonding method has been described, but the chip bonding substrate obtained by the reflow bonding method is also applicable. Applicable.
[0073]
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing another embodiment of the chip bonding inspection apparatus according to the present invention corresponding to FIG. 5, and the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0074]
In the bonding inspection apparatus 300, the chip processing unit 320 is different from the chip processing unit 220 of the bonding inspection apparatus 200 in FIG.
[0075]
The chip processing unit 320 includes a heater (chip temperature adjusting means) 321 that heats the chip 1 of the chip bonding substrate 3 and a heater lifting mechanism 222 that moves the heater 321 up and down.
[0076]
The heater 321 includes a heating temperature controller 321c to which the lamp 321a and the thermocouple 321b are connected, a lens 321d for narrowing the light from the lamp 321a, and transmits the light from the lamp 321a for a predetermined time and shields the light except for the predetermined time. And a mask 321f for irradiating only the chip 1 of the chip bonding substrate 3 with light from the lamp 321a, and irradiating the chip 1 of the chip bonding substrate 3 with light from the lamp 321a. As a result, the chip 1 is heated.
[0077]
The heater elevating mechanism 222 includes a guide bar 222a erected on the upper surface of the apparatus main body 210 and a slider 222b that is connected to the lamp 321a and the like of the heater 321 and is movable along the guide bar 322a. The lamp 321a and the like are lowered so as to be close to the chip 1.
[0078]
According to the bonding inspection apparatus 300 having the above configuration, the chip 1 of the chip bonded substrate 3 held on the mounting table 241a by the heater 321 is heated by opening the shutter 321e for a predetermined time, and the mounting table 241a is cooled by the cooler 242. A temperature difference is generated between the chip 1 and the substrate 2 by cooling the substrate 2 of the chip bonding substrate 3 held on the substrate. Therefore, as in the bonding inspection apparatus 200 of FIG. 5, the contact state between all the bumps 1 a and the substrate 2 is determined by recognizing an image of the temperature change around all the bumps 1 a on the surface of the substrate 2 by the infrared camera 260. be able to. Then, based on the determination result, the quality of the chip bonded substrate 3 is determined and selected.
[0079]
An operation example of such a configuration will be described.
[0080]
Here, an IC chip having gold bumps is used as the chip 1 on which the bumps 1a are formed, and a tungsten metallized layer (20 to 30 μm) is used as the base layer and the nickel layer is used as the intermediate layer as the substrate 2 on which the circuit pattern 2a is formed. A ceramic substrate having a circuit pattern in which a plating layer (2 μm to 6 μm) and a gold flash plating layer (0.5 μm to 1.2 μm) are formed on the outermost layer is used.
[0081]
First, as a preparatory work, the heating temperature controller 321c of the heater 321 is operated to heat the lamp 321a to a predetermined temperature higher than room temperature, for example, and the cooling temperature controller 242c of the cooler 242 is operated to set the mounting table 241a to, for example, Cool to a predetermined temperature below room temperature. Then, the chip bonding substrate 3 is mounted on the mounting table 241a, the vacuum pump 241c is operated, and the chip bonding substrate 3 is vacuum-adsorbed and held on the mounting table 241a so that the entire chip bonding substrate 3 is kept at a predetermined low temperature. Cooling. Subsequently, with the shutter 321e closed, the heater elevating mechanism 222 is operated to bring the lamp 321a and the like down to a predetermined height in the direction of the chip 1 so as to approach each other. Then, the shutter 321e is opened, and for a while after that, the infrared camera 260 causes the infrared camera 260 to recognize an image of the temperature change around all the bumps 1a on the surface of the substrate 2 (predetermined region A around the joint portion of the chip 1 on the substrate 2 shown in FIG. 3). Then, the computer 280 calculates the thermal image pattern when the size of the circular high temperature region that is Δt ° C or more higher than the average surface temperature t ° C (temperature close to the predetermined low temperature) is maximized. The above operation is performed with an appropriate number of samples. Thereafter, a minimum thermal image pattern that can be regarded as a non-defective product is registered in advance in the computer 280 as a reference thermal image pattern from a plurality of maximum thermal image patterns in a high temperature region. Further, various control data are also registered in the computer 280. The above preparatory work is usually only required for the first time.
[0082]
Next, the inspection work of the individual chip bonding substrate 3 is started. The heating temperature controller 321c of the heater 321 is operated to heat the lamp 321a to a predetermined temperature higher than room temperature, for example, and the cooling temperature controller 242c of the cooler 242 is operated to set the mounting table 241a to a predetermined temperature lower than room temperature, for example. Cool down. Then, a conveyor (not shown) is operated to place the chip bonding substrate 3 on the mounting table 241a, and the vacuum pump 241c is operated to hold the chip bonding substrate 3 by vacuum suction on the mounting table 241a. The whole is cooled to a predetermined low temperature. Subsequently, with the shutter 321e closed, the heater elevating mechanism 222 is operated to bring the lamp 321a and the like down to a predetermined height in the direction of the chip 1 so as to approach each other. Then, the shutter 321e is opened, and for a while after that, the infrared camera 260 causes the infrared camera 260 to recognize an image of the temperature change around all the bumps 1a on the surface of the substrate 2 (predetermined region A around the joint portion of the chip 1 on the substrate 2 shown in FIG. 3). Then, the computer 280 calculates the thermal image pattern when the size of the circular high temperature region that is Δt ° C or more higher than the average surface temperature t ° C (temperature close to the predetermined low temperature) is maximized. Then, the size of these thermal image patterns and the size of the reference thermal image pattern stored in advance are compared by the computer 280, and when the size of each thermal image pattern is larger than the size of the reference thermal image pattern, The chip bonded substrate 3 is determined to be a non-defective product, and the chip bonded substrate 3 is transferred to the next process. On the other hand, when the size of a part or all of the thermal image pattern is smaller than the size of the reference thermal image pattern, it is determined that the chip bonded substrate 3 is a defective product, and the chip bonded substrate 3 is excluded. Thereby, the good and defective chip bonded substrates 3 can be reliably selected.
[0083]
In the above-described embodiment, the heater 321 that heats the chip 1 and the cooler 242 that cools the substrate 2 are disposed in order to create a temperature difference between the chip 1 and the substrate 2 of the chip bonding substrate 3. Even if a cooler for cooling 1 and a heater for heating the substrate 2 are provided, the same effect can be obtained.
[0084]
In the bonding apparatus 100 and the bonding inspection apparatuses 200 and 300 according to the present embodiment, a minimum reference thermal image pattern is set, and when the minimum reference thermal image pattern is exceeded, it is evaluated that the bonding is good. However, if the maximum reference thermal image pattern is also set, and the joining is evaluated to be good when it falls within the range of the minimum reference thermal image pattern and the maximum reference thermal image pattern, The joining state can be made uniform. In addition, even if the type of the bonding target or the bonding inspection target is changed, it is possible to cope with the problem by simply exchanging data.
[0085]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since a temperature difference is generated between the chip and the substrate and heat is conducted through the bumps, the surface of the substrate is changed depending on the degree of contact between the bumps and the substrate. The temperature change around the bump will change greatly. Therefore, by recognizing the temperature change around all the bumps on the surface of the substrate, the contact state between all the bumps and the substrate is judged, and based on this judgment result, all the bumps are brought into uniform contact with the substrate, The chip can be quickly and reliably bonded to the substrate, and the quality of the chip bonded substrate can be determined quickly and reliably.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a chip bonding apparatus according to the present invention.
2 is a flowchart for explaining an operation example of the chip bonding apparatus of FIG. 1;
3 is a perspective view showing a measurement range when a thermal image pattern is obtained by the chip bonding apparatus of FIG. 1. FIG.
4 is a plan view showing a behavior when a thermal image pattern is obtained by the chip bonding apparatus of FIG. 1; FIG.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a chip bonding inspection apparatus according to the present invention.
6 is a first flowchart for explaining an operation example of the chip bonding inspection apparatus of FIG. 5;
FIG. 7 is a second flowchart for explaining an operation example of the chip bonding inspection apparatus of FIG. 5;
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing another embodiment of the chip bonding inspection apparatus of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 chip
1a Bump
2 Substrate
2a Circuit pattern
3 Chip bonding substrate
100 Joining equipment
110 Device body
120 Chip processor
121 Bonding tool
121a Through hole
122 Ultrasonic oscillator
122a ultrasonic horn
122b vibrator
123 Bonding tool V-axis control mechanism
124 Bonding tool lifting mechanism
124a Guide bar
124b slider
140 Substrate processing unit
141 Processing table
142 Heater
160 Infrared camera
180 computers
200 Bonding inspection device
210 Device body
220 Chip processor
221 Heater
221a Heating wire
221b thermocouple
221c Heating temperature controller
221d head
221e Cushion material
222 Heater lifting mechanism
222a Guide bar
222b slider
240 Substrate processing unit
241 Set part
241a Mounting table
241b Through hole
241c Vacuum pump
242 Cooler
242a Cooling pipe
242b thermocouple
242c Cooling temperature controller
260 Infrared camera
280 computer
300 Bonding inspection device
320 Chip processor
321 Heater
321a lamp
321b Thermocouple
321c Heating temperature controller
321d lens
321e Shutter
321f mask

Claims

In the chip bonding method of bonding the chip to the substrate through a plurality of bumps formed on the chip,
Providing a temperature difference in advance between the chip side and the substrate side;
A first step of contacting the plurality of bumps with the substrate;
For each of the plurality of bumps, a second step of recognizing a temperature change around the bumps on the surface of the substrate;
A third step of determining a contact state between the chip and the substrate;
A fourth step of bonding the chip to the substrate while correcting the contact state of the chip based on the determination result of the contact state, and performing the first to fourth steps in order. Chip joining method.

In the chip bonding method of bonding the chip to the substrate through a plurality of bumps formed on the chip,
Providing a temperature difference in advance between the chip side and the substrate side;
For each of the plurality of bumps, a step of recognizing in advance by the temperature recognition means a reference thermal image pattern Bo around the bump when the chip is brought into contact with the substrate with high accuracy;
A first step of contacting the plurality of bumps with the substrate;
For each of the plurality of bumps, a second step of recognizing the thermal image pattern Bmax around the bump by the temperature recognition means;
A third step of determining a contact state between the chip and the substrate by comparing the reference thermal image pattern Bo and the thermal image pattern Bmax for each of the plurality of bumps;
A fourth step of bonding the chip to the substrate while correcting the contact state of the chip based on the determination result of the contact state, and performing the first to fourth steps in order. Chip joining method.

In the chip bonding method of bonding the chip to the substrate through a plurality of bumps formed on the chip,
Providing a temperature difference in advance between the chip side and the substrate side;
For each of the plurality of bumps, a reference thermal image pattern Bo is obtained when the chip is brought into contact with the substrate with high accuracy, and the region where the average temperature around the bumps on the surface of the substrate changes more than a predetermined temperature becomes maximum. Storing in advance;
A first step of contacting the plurality of bumps with the substrate;
A second step of recognizing, for each of the plurality of bumps, a thermal image pattern Bmax when the region where the average temperature around the bumps on the surface of the substrate has changed by the temperature recognition means has become the maximum. ,
For each of the plurality of bumps, when the size of the thermal image pattern Bmax is larger than the size of the reference thermal image pattern Bo, it is determined that the contact state between the bump and the substrate is “good”. When the size of the thermal image pattern Bmax is smaller than the size of the reference thermal image pattern Bo, a third step of determining that the contact state between the bump and the substrate is “bad”;
When it is determined that the contact state of all the plurality of bumps is “good” in the third step, the chip is bonded to the substrate, and part or all of the plurality of bumps are contacted in the third step. A fourth step of bonding the chip to the substrate while correcting the contact state of the chip when the state is determined to be “defective”, and performing the first to fourth steps in order. Chip joining method.

In the fourth step, when it is determined that the contact state of some or all of the plurality of bumps is “defective” in the third step, the chip is tilted and the chip and the substrate are recontacted and bonded. The chip joining method according to claim 1, wherein the chip joining method is performed.

The chip bonding method according to claim 1, wherein, in the fourth step, the chip and the substrate are bonded by ultrasonically vibrating the chip.

In the fourth step, when it is determined that the contact state of a part or all of the plurality of bumps is “bad” in the third step, the chip is inclined, and a pressurizing force is applied according to the contact state. 6. The chip bonding method according to claim 5, wherein bonding is performed by adjusting at least one bonding condition among the pressurizing time and the ultrasonic output.