JP3809125B2 - 半導体チップボンディング用ヘッドおよび半導体チップボンディング方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体チップボンディング用ヘッドおよび半導体チップボンディング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
金バンプを形成した半導体チップを実装基板にはんだによりフリップチップボンディングする場合には、図5に示すようなボンディング用ヘッド10を用いている。
このボンディング用ヘッド10は、ヘッド本体部12と、該ヘッド本体部12に取りつけられたヒーター板13と、吸引孔14を有し、ヒーター板13下面に当接して取りつけられた吸着ツール15と、冷却部とを有する。
冷却部は、ヘッド本体部12およびヒーター板13を貫通して設けられた冷却風供給路16と(図6)、ヒーター板13下面に形成されてヒーター板13側壁面に開口し、冷却風供給路16と連通する冷却風通路17とを有する(図7)。18は冷却エアポートである。
【0003】
そして、吸着ツール15に吸引保持された半導体チップを吸着ツール15を介してヒータ板13により加熱し、この加熱された半導体チップを実装基板に押圧して、半導体チップに設けられたバンプを介して実装基板に設けられたはんだ層を溶融し、次いで冷却部により前記溶融はんだを冷却凝固させることにより半導体チップを実装基板上にフリップチップボンディングするのである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに上記半導体チップのボンディング方法には次のような課題がある。
すなわち、上記ヒーター板は、パルスヒーター等により対象物(吸着ツール、半導体チップ)を短時間に加熱可能である。しかしながら、昇温は比較的短時間で行えるものの、冷却は容易でなく、溶融したはんだを冷却、凝固させるまで、吸着ツールにより半導体チップを長時間押圧していなければならず、タクトタイム短縮のために、上記のように冷却部により急冷するようにしているが、冷却効果が十分でなく、望むようなタクトタイム短縮が得られていない。
そこで本発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、冷却効果が高く、タクトタイムの短縮が図れる半導体チップボンディング用ヘッドおよび半導体チップボンディング方法を提供するにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために次の構成を有する。
すなわち、本発明に係る半導体チップボンディング用ヘッドは、ヘッド本体部と、該ヘッド本体部に取りつけられたヒーター板と、吸引孔を有し、前記ヒーター板下面に当接して取りつけられた吸着ツールと、冷却部とを有し、吸着ツールに吸引保持された半導体チップを吸着ツールを介してヒータ板により加熱し、この加熱された半導体チップを実装基板に押圧して、半導体チップに設けられたバンプを介して実装基板に設けられたはんだ層を溶融し、次いで冷却部により前記溶融はんだを冷却凝固させることにより半導体チップを実装基板上にフリップチップボンディングする半導体チップボンディング用ヘッドにおいて、前記冷却部は、前記ヘッド本体部および前記ヒーター板を貫通する冷却風供給路と、前記吸着ツール上面に形成されて吸着ツール側壁面に開口し、前記冷却風供給路と連通する、吸着ツールおよびヒーター板冷却用の冷却風通路とを具備することを特徴とする。
【0006】
前記冷却風通路が、前記吸着ツールに設けられた吸引孔を囲む広い面積で形成されていることを特徴とする。
前記吸着ツールは、前記ヒーター板下面に当接する板状部と、該板状部下面に柱状に突設され、下面に前記吸引孔が開口する柱状部とを有し、該柱状部に、柱状部側壁に開口する通孔が設けられていることを特徴とする。
また、前記吸着ツール下面に冷却フィンが突設されていることを特徴とする。
さらに前記冷却部が、前記吸着ツールに吸着ツール外部から冷風を吹きつける冷却ノズルを有することを特徴とする。
【0007】
また本発明に係る半導体チップボンディング用ヘッドは、ヘッド本体部と、該ヘッド本体部に取りつけられたヒーター板と、吸引孔を有し、前記ヒーター板下面に当接して取りつけられた吸着ツールと、冷却部とを有し、吸着ツールに吸引保持された半導体チップを吸着ツールを介してヒータ板により加熱し、この加熱された半導体チップを実装基板に押圧して、半導体チップに設けられたバンプを介して実装基板に設けられたはんだ層を溶融し、次いで冷却部により前記溶融はんだを冷却凝固させることにより半導体チップを実装基板上にフリップチップボンディングする半導体チップボンディング用ヘッドにおいて、前記吸着ツールは、前記ヒーター板下面に当接する板状部と、該板状部下面に柱状に突設され、下面に前記吸引孔が開口する柱状部とを有し、前記冷却部は、前記柱状部に設けられ、柱状部側壁に開口する通孔を有することを特徴とする。
【0008】
また本発明に係る半導体チップボンディング方法では、上記ボンディングヘッドを用い、吸着ツールによって半導体チップを吸着保持し、ヒーター板によって吸着ツールを介して半導体チップを加熱し、該加熱された半導体チップを実装基板に押圧して、半導体チップに設けられたバンプを介して実装基板に設けられたはんだ層を溶融し、次いで冷却部の冷却風供給路から前記吸着ツールに形成された冷却風通路に冷風を供給し、前記溶融したはんだを冷却、凝固させて半導体チップを実装基板にフリップチップボンディングすることを特徴としている。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、ボンディングヘッド20の正面図である。図5に示す従来ヘッド10と同一の部材は同一符号で示した。
ヘッド本体12に断熱ブロック12aを介してヒーター板13が取りつけられている。ヒーター板13はパルスヒーターが組み込まれて、対象物を短時間に加熱可能である。ヒーター板13は断熱ブロック12aに取り付けネジ(図示せず)によって固定されている。ヒーター板13はセラミック板を用いることができる。
【0010】
ヒーター板13に、吸着ツール15が図示しない取り付けネジによって固定されている。吸着ツール15もセラミック製とすることができるが、これに限定されるものではない。
吸着ツール15は、図2に示すように、ヒーター板13とほぼ同じ大きさに形成され、ヒーター板13下面に当接する板状部15aと、この板状部15a下面に突設され、吸引孔14を有する柱状部15bとからなる。
吸着ツール15には、半導体チップ21を吸着可能な吸引孔14が上下方向に開口されている。この吸引孔14は、ヘッド本体12、ヒーター板13を貫通して設けられた吸引孔22と連通している。吸引孔22は図示しない真空吸引装置に接続される。
【0011】
吸着ツール15の上面には、図2(a)に示すように、吸着ツール15の板状部15bの側壁面に開口する凹部からなる冷却風通路23が設けられている。
この冷却風通路23は、吸引孔14を囲むようにして、吸着ツール15の上面に広い面積で設けるとよい。
冷却風通路23は、ヘッド本体12およびヒーター板13を貫通して設けられた冷却風供給路16と連通する。冷却風供給路16には接続口18に冷風供給パイプ(図示せず)が接続されて冷風が供給される。
【0012】
なお、ボンディングヘッド20は、図示しない3次元駆動装置に搭載され、半導体チップ21をボンディングする実装基板24の上方空間内で自在に移動可能に配設される。
【0013】
本実施の形態は上記のように構成されている。
半導体チップ21を実装基板24にボンディングするには次のようになされる。
まず、半導体チップ21が収容されているトレー(図示せず)から、吸着ツール15によって半導体チップ21を吸着して保持する。次いでヘッド20は実装基板24上の所定位置に移動される。ヒーター板13に所要時間通電され、ヒーター板13によって吸着ツール15を介して半導体チップ21が加熱される。
次いでヘッド20が下降され、加熱された半導体チップ21が実装基板24上の所要実装箇所に押圧される。半導体チップ21に設けられたバンプ(図示せず)を介して実装基板24に設けられたはんだ層(図示せず)が溶融される。
次いで冷却風供給路16から吸着ツール15に形成された冷却風通路23に冷風が供給され、溶融したはんだが冷却、凝固され、これにより半導体チップ21が実装基板24にフリップチップボンディングされる。
次いでヘッド20が上昇され、次の半導体チップ21のボンディングがなされる。
【0014】
本実施の形態では、上記のように、ヒーター板13下面と接する吸着ツール15の上面に、広い面積の冷却風通路23を設け、多量の冷風を供給できるようにしたので、吸着ツール15が素早く冷却され、これに保持されている半導体チップ21も冷却され、したがってはんだも素早く冷却、凝固されて半導体チップ21がボンディングされることになる。
したがって、タクトタイムの短縮化が図れる。
従来では、前記のように、冷却風通路がヒーター板13下面に設けられ、ヒーター板13の構造上の制約から広い面積あるいは断面積の冷却風通路が設けられなかったので、冷却効率が悪く、タクトタイムの短縮が図れなかったのである。
本実施の形態では、従来に比して、冷却時間を76%(2.6秒から1.98秒)に短縮できた。
【0015】
図3は他の実施の形態を示す。
本実施の形態では、吸着ツール15の柱状部15bに、柱状部15bの側壁面に開口する通孔25を設けている。この通孔25は、吸着ツール15の大気との接触面積を大きくするためのもので、実施例では、柱状部15b内に格子状に設けた。
このように、本実施の形態では、吸着ツール15の大気との接触面積を大きくしたので、それだけ吸着ツール15ひいては半導体チップ21の冷却を早め、はんだを素早く凝固させることができる。
これにより、冷却時間を88%(2.6秒から2.30秒)に短縮できた。
【0016】
なお、本実施の形態では、図1に示すように、吸着ツール15に吸着ツール外部から冷風を吹きつける冷却ノズル27を設けるとさらに好適である。
このように冷却ノズル27を設けて、通孔25内に強制的に冷風を吹き込むことによってさらに冷却効率を高めることができる。
また本実施の形態でも、図2に示す冷却部(冷却風通路23等)を併用することで一層冷却効率を高めることができる。
【0017】
図4はさらに他の実施の形態を示す。
本実施の形態では、吸着ツール15の板状部15a下面に、多数の冷却フィン29を突設している。本実施の形態でも吸着ツール15の大気との接触面積(表面積)を増大でき、それだけ冷却効率を高めることができる。従来例に比して、冷却時間を90%(2.6秒から2.34秒)に短縮できた。
また本実施の形態でも、図1に示すように、冷却ノズル27を設けて、吸着ツール15に強制的に冷風を吹き付けることでさらに冷却効率を高めることができる。
また、図2、および/または図3に示す態様を併用することで一層冷却効率を高めることができる。
【0018】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、簡単な構造で、容易にはんだ凝固時間、したがってタクトタイムを短縮できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 ヘッド全体の構造を示す概略図である。
【図2】 第1の実施の形態を示す説明図である。
【図3】 第2の実施の形態を示す説明図である。
【図4】 第3の実施の形態を示す説明図である。
【図5】 従来のヘッドの概略を示す説明図である。
【図6】 冷却風供給路の説明図である。
【図7】 ヒーター板の下面に設けた冷却風通路を示す説明図である。
【符号の説明】
12 ヘッド本体
13 ヒーター板
14 吸引孔
15 吸着ツール
16 冷却風供給路
20 ヘッド
21 半導体チップ
22 吸引孔
23 冷却風通路
24 実装基板
25 通孔
27 冷却ノズル
29 冷却フィン
Claims (8)
- ヘッド本体部と、該ヘッド本体部に取りつけられたヒーター板と、吸引孔を有し、前記ヒーター板下面に当接して取りつけられた吸着ツールと、冷却部とを有し、吸着ツールに吸引保持された半導体チップを吸着ツールを介してヒータ板により加熱し、この加熱された半導体チップを実装基板に押圧して、半導体チップに設けられたバンプを介して実装基板に設けられたはんだ層を溶融し、次いで冷却部により前記溶融はんだを冷却凝固させることにより半導体チップを実装基板上にフリップチップボンディングする半導体チップボンディング用ヘッドにおいて、
前記冷却部は、前記ヘッド本体部および前記ヒーター板を貫通する冷却風供給路と、前記吸着ツール上面に形成されて吸着ツール側壁面に開口し、前記冷却風供給路と連通する、吸着ツールおよびヒーター板冷却用の冷却風通路とを具備することを特徴とする半導体チップボンディング用ヘッド。 - 前記冷却風通路が、前記吸着ツールに設けられた吸引孔を囲む広い面積で形成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体チップボンディング用ヘッド。
- 前記吸着ツールは、前記ヒーター板下面に当接する板状部と、該板状部下面に柱状に突設され、下面に前記吸引孔が開口する柱状部とを有し、
該柱状部に、柱状部側壁に開口する通孔が設けられていることを特徴とする請求項1または2記載の半導体チップボンディング用ヘッド。 - 前記吸着ツール下面に冷却フィンが突設されていることを特徴とする請求項1、2または3記載の半導体チップボンディング用ヘッド。
- 前記冷却部が、前記吸着ツールに吸着ツール外部から冷風を吹きつける冷却ノズルを有することを特徴とする請求項3または4記載の半導体チップボンディング用ヘッド。
- ヘッド本体部と、該ヘッド本体部に取りつけられたヒーター板と、吸引孔を有し、前記ヒーター板下面に当接して取りつけられた吸着ツールと、冷却部とを有し、吸着ツールに吸引保持された半導体チップを吸着ツールを介してヒータ板により加熱し、この加熱された半導体チップを実装基板に押圧して、半導体チップに設けられたバンプを介して実装基板に設けられたはんだ層を溶融し、次いで冷却部により前記溶融はんだを冷却凝固させることにより半導体チップを実装基板上にフリップチップボンディングする半導体チップボンディング用ヘッドにおいて、
前記吸着ツールは、前記ヒーター板下面に当接する板状部と、該板状部下面に柱状に突設され、下面に前記吸引孔が開口する柱状部とを有し、
前記冷却部は、前記柱状部に設けられ、柱状部側壁に開口する通孔を有することを特徴とする半導体チップボンディング用ヘッド。 - 前記冷却部が、前記吸着ツールに吸着ツール外部から冷風を吹きつける冷却ノズルを有することを特徴とする請求項6記載の半導体チップボンディング用ヘッド。
- 請求項1〜7いずれか1項記載の半導体チップボンディング用ヘッドを用い、
吸着ツールによって半導体チップを吸着保持し、ヒーター板によって吸着ツールを介して半導体チップを加熱し、該加熱された半導体チップを実装基板に押圧して、半導体チップに設けられたバンプを介して実装基板に設けられたはんだ層を溶融し、次いで冷却部の冷却風供給路から前記吸着ツールに形成された冷却風通路に冷風を供給し、前記溶融したはんだを冷却、凝固させて半導体チップを実装基板にフリップチップボンディングすることを特徴とする半導体チップボンディング方法。
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