JP3872568B2 - チップ熱圧着ツール - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、チップ熱圧着ツール、更に詳しくは、液晶基板等の各種の回路基板に半導体チップをボンディングする際に用いられる熱圧着ツールに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、液晶基板等、各種の回路基板に半導体チップをボンディングする際に用いられるチップ熱圧着ツールは、各種型式のものが公知である。その一つとして、例えば、特開平7−86341号公報において開示されているように、ツール本体の下端にセラミックホルダーを装着すると共に前記セラミックホルダーの下端にセラミックヒータ及びセラミック圧子を装着したチップ熱圧着ツールが挙げられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この種のチップ熱圧着ツールは、セラミックホルダーとセラミックヒータとセラミック圧子との一体化、すなわち、三者相互間の固着を、適当な接着剤を用いて行っている関係上、接着剤の塗布厚さの不均一性に起因する熱膨脹の相違や接着力の経時的な劣化等により、セラミック圧子の平行度が経時的に変化し易くて一定しないといった欠点を有していた。
【0004】
加えて、ツール本体が金属製である為、ツール本体とセラミックホルダーとをボルト締めにより固着していたが、この箇所の加熱冷却が繰り返されることに起因してボルト締めに緩みが生じたり、或いは、ツール本体1の上端部に装着されている平行度調整機構(図示されていない)に熱が伝わって、それ等の影響を受けて、この面からもセラミック圧子の平行度が変化し易かった。
【0005】
その為、かかる欠点を解消すべく各種の試みがなされているが、未だ十分な技術が開発されていないのが実状である。なお、セラミック圧子の平行度は、特に、ミクロン単位の精度が要求されるボンディングにおいて問題視され、かつ、それが一定に保たれないと、ボンディング時にチップずれ等が生じて高精度のボンディングが困難になる。
【0006】
本発明は、このような欠点に鑑みて発明されたものであって、セラミックホルダーとセラミックヒータとセラミック圧子とを焼結せしめると共に、セラミックホルダーに冷却スリットを設けることにより、セラミック圧子の平行度が経時的に変化するのを有効に防止することができることを見い出し本発明をなし得たものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明に係るチップ熱圧着ツールは、請求項1に記載するように、ツール本体の下端に直接若しくはツール本体の下端に装着されている接続ブロックの下端にセラミックホルダーを装着すると共に前記セラミックホルダーの下端にセラミックヒータ及びセラミック圧子を装着したチップ熱圧着ツールにおいて、前記セラミックホルダーと前記セラミックヒータと前記セラミック圧子とを焼結せしめると共に前記セラミックホルダーに冷却スリットを設け、前記セラミックホルダーが、前記セラミックヒータの発熱部の上端面上に形成された第1エアー吹出し通路を有していると共に、前記セラミックホルダーと前記ツール本体、若しくは、前記セラミックホルダーと前記接続ブロックとが、前記第1エアー吹出し通路に連通される第1エアー供給通路を形成する為の接続孔を有したことを特徴とするものである。
【0008】
なお、請求項2に記載するように、セラミックヒータの発熱部及びセラミック圧子の上端部が、セラミックホルダーの下端面に形成されている取付け用凹部に嵌挿されて焼結せしめられているのが好ましい。
【0010】
また、請求項3に記載するように、セラミックホルダーが、ツール本体若しくは接続ブロックの下端に当接される上端面に第2エアー吹出し通路を有していると共に、ツール本体若しくは接続ブロックが前記第2エアー吹出し通路に連通される第2エアー供給通路を有しているのが好ましい。
【0011】
更に、請求項4に記載するように、セラミック圧子がチップ吸着孔を有していると共に、セラミックヒータとセラミックホルダーとツール本体、若しくはセラミックヒータとセラミックホルダーと接続ブロックとが、前記チップ吸着孔に連通される吸気通路を形成する為の接続孔を有しているのが好ましい。
【0012】
【発明の実施の形態】
正面図である図1及び図1の左側面図である図2において、チップ熱圧着ツールの下端部分が示されているが、このツールの下端部分は、金属製のツール本体1の下端に直接、セラミックホルダー2(セラミック製のホルダー)が複数のボルト3により装着されていると共にセラミックホルダー2の下端に、セラミックヒータ4及びセラミック圧子5(セラミック製の圧子)が焼結されている。
【0013】
すなわち、セラミックヒータ4は、図3において示されているように、発熱部6と端子部7とをT字状に配した所定厚さ(例えば、1mm程度)のパネル体に形成されているが、このヒータ4の発熱部6が、セラミックホルダー2の下端面に形成されている取付け用凹部8に嵌挿されてセラミックホルダー2と焼結されている共にセラミック圧子5の上端部も、取付け用凹部8に嵌挿されてセラミックホルダー2及びセラミックヒータ4と焼結されている。
【0014】
なお、前記焼結は、例えば、窒化けい素粉が混入されているバインダーを各部の接触面に塗布した状態で数千気圧下、1700℃〜1800℃に加熱して行うことができ、かつ、これにより、セラミックホルダー2とセラミックヒータ4とセラミック圧子5とを一体化させることができるが、その際、セラミックヒータ4の発熱部6及びセラミック圧子5の上端部が、取付け用凹部8に嵌挿されているので、位置ずれを生じさせないで強固に接合することができる。
【0015】
また、セラミックヒータ4は、図3及び図4(発熱部6の縦断面図)において示されているように、電気絶縁材であるセラミック材10で発熱体9を被覆して構成され、その端子部7から発熱体9の端子11を突出せしめていると共に発熱部6に接続孔12を貫通せしめており、そして、この接続孔12は、図1において示されているように、セラミック圧子5に貫通せしめられているチップ吸着孔13とセラミックホルダー2に貫通せしめられている接続孔14とに接続されている。
【0016】
なお、図1においては、接続孔14の上端が示されていないが、接続孔14は、ツール本体1に貫通せしめられている接続孔15に接続されている。このように、接続孔12と14と15とでチップ吸着孔13に連通される吸気通路16を形成している。その為、ツール本体1に装着されている耐圧ホース17を経て吸気することによりチップ吸着孔13から吸気することができ、従って、セラミック圧子5で半導体チップ(図示されていない)を吸着保持することができる。
【0017】
加えて、セラミックホルダー2に、長穴状の複数の冷却スリット18と第1エアー吹出し通路19と接続孔20(図5参照)とが貫通せしめられているが、第1エアー吹出し通路19は、セラミックヒータ4の発熱部6の上端面上に形成され、かつ、第1において、その左右両端が開口せしめられている。
【0018】
また、接続孔20は、第1エアー吹出し通路19とツール本体1に貫通せしめられている接続孔21(図5参照)とに接続されている。このように、接続孔20と21とで第1エアー吹出し通路19に連通される第1エアー供給通路22を形成している。
【0019】
なお、第1エアー供給通路22は、図6において示されているように一対設けられている。その為、ツール本体1に装着されている耐圧ホース23(図5参照)を経てエアーを供給することにより、図1において、第1エアー吹出し通路19の左右両端の開口からエアーを吹き出すことができる。
【0020】
よって、セラミックヒータ4の発熱部6から発せられる熱が、かかるエアーによって奪われ、従って、セラミックヒータ4及びセラミック圧子5を急速に冷却することができると共にセラミックホルダー2に過度に伝導するのを防止することができる。また、それに加えて、冷却スリット18により、加熱されたセラミックホルダー2を冷却して、セラミックホルダー2と金属製のツール本体1との接合部が過度に加熱されるのを防止することができる。
【0021】
なお、更に、図2において示されているように、セラミックホルダー2の上端面に一対の第2エアー吹出し通路24が設けられているが、第2エアー吹出し通路24は、同図において、前後両端が開口せしめられ、かつ、この第2エアー吹出し通路24に、ツール本体1に貫通せしめられている第2エアー供給通路25が連通されている。
【0022】
その為、ツール本体1に装着されている耐圧ホース26を経てエアーを供給することにより、図2において、第2エアー吹出し通路24の前後両端の開口からエアーを吹き出すことができる。よって、セラミックホルダー2と金属製のツール本体1との接合部を強制的に冷却することができる。
【0023】
このように、本発明に係るチップ熱圧着ツールの一つは、熱膨脹率の低い金属製のツール本体1の下端に直接、装着されたセラミックホルダー2とセラミックヒータ4とセラミック圧子5とを焼結すると共にセラミックホルダー2に冷却スリット18を設けている。
【0024】
その為、ツール本体1を下方へ移動させて、図示されていないボンディングステージ上にセットされている回路基板に半導体チップを熱圧着(すなわち、ボンディング)することを次々と行っても、セラミック圧子5の平行度が短期間で規定外に変化してしまうのを有効に防止することができる。なお、平面度についても同様である。
【0025】
すなわち、本発明においては、ホルダー、ヒータ及び圧子のいずれもセラミック製にしているから、セラミックホルダー2とセラミックヒータ4とセラミック圧子5とを焼結することができて強固に一体化することができ、そして、熱伝導性が悪いというセラミック材の特性からして、それらを用いることにより惹起される過剰加熱を冷却スリット18を設けることにより阻止し、このようなことの相乗効果として、セラミック圧子5の平行度が短期間で規定外に変化してしまうのを有効に防止している。
【0026】
加えて、セラミックヒータ4の発熱部6及びセラミック圧子5の上端部を、セラミックホルダー2の下端面に形成されている取付け用凹部8に嵌挿せしめて焼結しているので、より有効にそれを防止することができる。
【0027】
更に、セラミックヒータ4の発熱部6の上端面上に第1エアー吹出し通路19を形成すると共に、これに連通される第1エアー供給通路を形成しているので、セラミックヒータ4の発熱部6からセラミックホルダー2への熱伝導を抑制することができて、より一層有効にそれを防止することができる。
【0028】
更に、セラミックホルダー2の上端面に第2エアー吹出し通路24を形成すると共に、これに連通される第2エアー供給通路25をツール本体1に形成しているので、更により一層有効にそれを防止することができる。
【0029】
なお、本発明に係るチップ熱圧着ツールは、吸気通路16及びチップ吸着孔13を設けていないものであってもよいが、それらを設けている方が好ましい。また、セラミックホルダー2、セラミックヒータ4及びセラミック圧子5は、アルミナ、ジルコニアのような酸化物系セラミックや、窒化アルミニウム、窒化ほう素、窒化けい素のような非酸化物系セラミックのいずれを用いて構成してもよいが、好ましくは、セラミック圧子5は、前者に比して熱伝導率の高い後者が用いられる。
【0030】
また、ツール本体1に対してセラミックホルダー2を適当な接着剤を用いて装着してもよいが、セラミックヒータ4が損傷した場合等において交換することができるようにボルト締めにより装着するのが好ましく、更に、その他のクランプ機構であってもよい。
【0031】
また、冷却スリット18は、貫通せしめられるのが好ましいが、貫通させないで所定深さに設けてもよく、かつ、その個数は必要に応じて所定個数が選択されると共に、その形状も必要に応じて所定形状に設けられる。
【0032】
以上、金属製のツール本体1の下端に直接、セラミックホルダー2を装着した場合の形態について述べたが、本発明においては、図7〜9おいて示されているように、金属製のツール本体1の下端に、金属製の接続ブロック30を装着し、そして、この接続ブロック30の下端にセラミックホルダー2を装着すると共にセラミックホルダー2とセラミックヒータ4とセラミック圧子5とを焼結してもよい。
【0033】
なお、図7は正面図、図8,9は図7の左側面図であるが、これらの図において示されているように、接続ブロック30には、吸気通路16aを形成する為の接続孔15aが貫通せしめられていると共に、第2エアー供給通路25a及び第1エアー供給通路22aを形成する為の接続孔21aが貫通せしめられ、そして、第1エアー供給通路22aは、図6において示されている上述の第1エアー供給通路22と同様に、図9において前後方向に所定間隔に一対設けられ、更に、耐圧ホース17a、23a,26aが装着されている。
【0034】
よって、金属製のツール本体1の下端に接続ブロック30を装着したチップ熱圧着ツールにおいても、金属製のツール本体1の下端に直接、セラミックホルダー2を装着したチップ熱圧着ツールと同様に、セラミックヒータ4の発熱部6からセラミックホルダー2への熱伝導を抑制することができて、より一層有効にそれを防止することができる等の上述の優れた効果を奏し得る。
【0035】
なお、図示されていないが、接続ブロック30は、ボルト締めにより金属製のツール本体1の下端に装着されている。また、セラミック圧子5に、測温用の熱電対31(図2,8参照)が装着されていると共に、ツール本体1は、図示されていないXYZテーブルを介して三軸方向へ移動し得るように装着されている。しかし、これ以外の、例えば、Z軸方向だけに移動、或いはそれらに加えて所定角度θに回転し得るように装着してもよい。更に、第1,2エアー供給通路22(又は22a),25(又は25a)から第1,2エアー吹出し通路19,24に供給されるエアーについても、常温エアー、冷却エアーのいずれであってもよい。
【0036】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によると、セラミック圧子の平行度が経時的に変化するのを効果的に防止することができるチップ熱圧着ツールを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】チップ熱圧着ツールの下端部分の正面図である。
【図2】図1の左側面図である。
【図3】セラミックヒータの斜視図である。
【図4】セラミックヒータの発熱部の縦断面図である。
【図5】図1の左側面図である。
【図6】チップ熱圧着ツールの下端部分の正面図である。
【図7】チップ熱圧着ツールの下端部分の正面図である。
【図8】図7の左側面図である。
【図9】図7の左側面図である。
【符号の説明】
1 ツール本体
2 セラミックホルダー
4 セラミックヒータ
5 セラミック圧子
6 発熱部
8 取付用凹部
12 接続孔
13 チップ吸着孔
14 接続孔
15,15a 接続孔
16,16a 吸気通路
18 冷却スリット
19 第1エアー吹出し通路
20 接続孔
21,12a 接続孔
22,22a 第1エアー供給通路
24 第2エアー吹出し通路
25,25a 第2エアー供給通路
30 接続ブロック
Claims (4)
- ツール本体の下端に直接若しくはツール本体の下端に装着されている接続ブロックの下端にセラミックホルダーを装着すると共に前記セラミックホルダーの下端にセラミックヒータ及びセラミック圧子を装着したチップ熱圧着ツールにおいて、前記セラミックホルダーと前記セラミックヒータと前記セラミック圧子とを焼結せしめると共に前記セラミックホルダーに冷却スリットを設け、前記セラミックホルダーが、前記セラミックヒータの発熱部の上端面上に形成された第1エアー吹出し通路を有していると共に、前記セラミックホルダーと前記ツール本体、若しくは、前記セラミックホルダーと前記接続ブロックとが、前記第1エアー吹出し通路に連通される第1エアー供給通路を形成する為の接続孔を有したことを特徴とするチップ熱圧着ツール。
- セラミックヒータの発熱部及びセラミック圧子の上端部が、セラミックホルダーの下端面に形成されている取付け用凹部に嵌挿されて焼結せしめられていることを特徴とする請求項1に記載のチップ熱圧着ツール。
- セラミックホルダーが、ツール本体若しくは接続ブロックの下端に当接される上端面に第2エアー吹出し通路を有していると共に、ツール本体若しくは接続ブロックが前記第2エアー吹出し通路に連通される第2エアー供給通路を有していることを特徴とする請求項1又は2に記載のチップ熱圧着ツール。
- セラミック圧子がチップ吸着孔を有していると共に、セラミックヒータとセラミックホルダーとツール本体、若しくはセラミックヒータとセラミックホルダーと接続ブロックとが、前記チップ吸着孔に連通される吸気通路を形成する為の接続孔を有していることを特徴とする請求項1,2,又は3に記載のチップ熱圧着ツール。
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