JP4001341B2 - ボンディング方法およびその装置 - Google Patents
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Description
この発明は、樹脂基板やガラス基板などの基板上に半導体素子や表面実装部品などの実装部材を実装するためのボンディング方法およびその装置に係り、特に基板上に実装部材を効率よく実装する技術に関する。
従来、基板（例えば、液晶、ＥＬ(Electro Luminescence)、プラズマディスプレイなどのフラット表示パネル）の製造工程において、実装部材（例えば、半導体チップなど）を基板に実装している。実装部材（以下、単に「チップ」という）を基板に実装するボンディング方法としては、基板とチップの間に樹脂、例えば異方導電性膜（ＡＣＦ：Anisotropic Conductive Film）や非導電性樹脂（ＮＣＰ：Non-Conductive Paste）などを介在させ、加熱圧着手段をチップ上方から押圧させながら、樹脂を加熱硬化してチップを基板に加熱圧着している（例えば、特許文献１参照）。
具体的には、図７に示すように、マルチヘッドでチップ４ごとに個々のヘッド３１とバックアップ７とで挟み込んで加熱圧着している。
特開２０００−１２４６８１号公報（図１）
しかしながら、このようなボンディング装置の場合には、次のような問題がある。
すなわち、チップには個々に厚みのバラツキがあり、チップごとにヘッドを押圧しなければ精度よく基板に固着させることができないという不都合がある。
すなわち、チップには個々に厚みのバラツキがあり、チップごとにヘッドを押圧しなければ精度よく基板に固着させることができないという不都合がある。
また、一括ヒートツールで弾性材を介して押圧した場合には、チップの厚みバラツキは吸収できても弾性材が厚くなるために熱が伝わりにくくなる。基板側からヒートステージで加熱したとしてもガラス基板など熱伝導率が低い基板の場合には、実装効率が悪化する。
また、隣接するチップ同士のピッチが狭いために、チップ形状よりも大形のヘッドで隣接するチップを同時に加熱圧着することができない。そのため、図７に示すように、例えばチップ４を１個飛ばしで加熱圧着するようにヘッド３１を配備しなければならい。つまり、複数個のチップ４を一度に加熱圧着することができないので、作業効率が悪いといった不都合がある。
また、このとき、下方から加熱硬化のための赤外線を照射するとヘッドが押圧していないチップ部分については、その箇所の樹脂が加圧されることなく硬化していまい、例えばＡＣＦを使用した場合、樹脂内の導電粒子がチップ側のバンプと基板電極に接触しない、結果、導通不良が発生するといった問題がある。
また、上述の導通不良を回避しようとすれば、ヘッドの加圧のかかっていないチップ部分への赤外線の照射を遮蔽する部材などを設けなければならず、装置構成が複雑になるとともに、作業効率の低下を招くといった不都合も生じている。
また、チップを高温で加熱した状態のまま加圧解除すると、樹脂がガラス転移点（Ｔｇ）以上であるために完全に硬化していない。そのため、高温によるチップと基板の熱膨張差による歪み・反りをもったまま加圧解除されることとなり、その歪み・反りにより押し付けられていた電極とバンプ間に隙間が生じ、抵抗値の増大、接合不良を起すといった問題もある。
さらに、チップと基板の線膨張係数が異なることから、樹脂を加熱硬化した後の冷却過程で、チップと基板の収縮量の差によって反りが発生し、この反りの影響でチップと基板を接合する樹脂に亀裂が発生したり、抵抗値が増大したり、接合不良を起すといった問題もある。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、基板に実装部材を効率よく実装するボンディング方法およびその装置を提供することを主たる目的とする。
この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、実装部材と基板の間に樹脂を介在させて実装部材を基板に実装するボンディング方法において、
基板上に整列されて配置された複数個の実装部材と加圧手段との間に弾性材を介在させた状態で、加圧手段と基板を支持する支持部材とにより挟み込んで複数個の実装部材を同時に加圧する加圧過程と、
縦断面が楕円状であり、この楕円の長軸端に実装部材と光源が対向配置されるとともに、この内壁を金属膜で被覆した楕円空間が実装部材の整列方向にわたって形成され、各実装部位に赤外線を照射するように構成された加熱手段で、前記加圧状態にある前記樹脂に赤外線を照射して加熱硬化する加熱過程とするものである。
すなわち、請求項１に記載の発明は、実装部材と基板の間に樹脂を介在させて実装部材を基板に実装するボンディング方法において、
基板上に整列されて配置された複数個の実装部材と加圧手段との間に弾性材を介在させた状態で、加圧手段と基板を支持する支持部材とにより挟み込んで複数個の実装部材を同時に加圧する加圧過程と、
縦断面が楕円状であり、この楕円の長軸端に実装部材と光源が対向配置されるとともに、この内壁を金属膜で被覆した楕円空間が実装部材の整列方向にわたって形成され、各実装部位に赤外線を照射するように構成された加熱手段で、前記加圧状態にある前記樹脂に赤外線を照射して加熱硬化する加熱過程とするものである。
（作用・効果）基板上の複数個の実装部材を覆うように弾性材を介在させ、この弾性材の上方から加圧手段により同時に加圧することにより、チップの厚みのバラツキが弾性材により吸収されてチップが均等に加圧される。このとき、基板側から照射した赤外線が基板を透過して樹脂を加熱硬化させる。したがって、基板上に複数個の実装部材を一度に効率よく実装することができる。
また、楕円体状をした内部空間を有する加熱手段の内壁を金属膜で被覆することにより、放射する赤外線が内部の金属膜で反射し、集光されて出力される。したがって、基板上の実装部材の箇所のみに赤外線を照射することができる。また、赤外線を集光して所定箇所に照射することができ、樹脂を効率よく加熱することができる。なお、ここで、楕円体状とは、その従断面が楕円状であって、奥行きを有するものである。
また、楕円体状をした内部空間を有する加熱手段の内壁を金属膜で被覆することにより、放射する赤外線が内部の金属膜で反射し、集光されて出力される。したがって、基板上の実装部材の箇所のみに赤外線を照射することができる。また、赤外線を集光して所定箇所に照射することができ、樹脂を効率よく加熱することができる。なお、ここで、楕円体状とは、その従断面が楕円状であって、奥行きを有するものである。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のボンディング方法において、前記樹脂は、導電粒子を混入した樹脂であることを特徴とするものである。
［作用・効果］導電粒子を含んだ樹脂を介在させて実装部材が基板に加熱圧着される。したがって、複数個の実装部材が均一に加圧されるので樹脂に含まれる導電粒子も均等に弾性変形する、結果、実装部材および基板に対する導電粒子の接触面積を十分に確保できるので、抵抗値不良を回避できる。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のボンディング方法において、前記基板は、フラット表示パネルであることを特徴とするものである。
［作用・効果］基板上の実装部材が一度に加熱圧着されるので、マルチヘッドのように複数回にわたる加熱処理を行なう必要がない。したがって、熱に対するストレスを受けやすいフラット表示パネルについて請求項１または請求項２に記載の方法を好適に実施することができる。また、フラット表示パネルは、赤外線を透過しやすいガラス基板であるので本方式に好適である。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のボンディング方法において、前記樹脂を加熱硬化した後にガラス転移点近傍以下まで冷却してから実装部材の加圧を解除する冷却過程を備えたことを特徴とするものである。
［作用・効果］実装部材を基板に加熱圧着した後に、その樹脂に応じたガラス転移点近傍以下まで冷却される。したがって、樹脂が略完全に硬化状態となり、かつ低温になってから加圧を解除するため、基板とチップの熱膨張差などからなる歪み・反りを防止でき、全ての電極で良好な接続を得ることができる。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のボンディング方法において、前記加熱過程で前記支持部材を同時に加熱することを特徴とするものである。
［作用・効果］支持部材を加熱することにより、支持部材からの熱が基板に伝達される。したがって、チップと基板の両方が加熱されて両部材が略同じ温度になることから、両部材の熱膨張係数の差により発生する反りを緩和することができる。特に、基板がフラット表示パネルである場合、赤外線は基板を透過してしまうので、支持部材の温度を上げて支持部材からフラット表示パネルに直接に熱を伝達するのが好ましい。
また、請求項６に記載の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のボンディング方法において、前記弾性体は、断熱性を有する部材であることを特徴とするものである。
［作用・効果］断熱性を有する弾性体で実装部材が覆われているので、被接合面から弾性体を通じて熱が逃げるのを防止することができる。したがって、樹脂の加熱硬化をより効率よく行なうことができる。
また、請求項７に記載の発明は、実装部材と基板の間に樹脂を介在させて実装部材を基板に実装するボンディング装置において、
前記基板を載置保持する保持テーブルと、
前記載置された基板上に整列されて配置された複数個の実装部材を同時に加圧する単一の加圧手段と、
前記複数個の実装部材を加圧するときに実装部材と加圧手段との間に介在させる弾性材と、
前記基板の前記実装部材を実装する部分を下方から支持する支持部材と、
前記基板の下方から赤外線を照射して樹脂を加熱硬化させる加熱手段とを備え、
前記加熱手段は、縦断面が楕円状であり、この楕円の長軸端に実装部材と光源が対向配置されるとともに、この内壁を金属膜で被覆した楕円空間が実装部材の整列方向にわたって形成され、各実装部位に赤外線を照射するように構成されていることを特徴とするものである。
前記基板を載置保持する保持テーブルと、
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前記基板の前記実装部材を実装する部分を下方から支持する支持部材と、
前記基板の下方から赤外線を照射して樹脂を加熱硬化させる加熱手段とを備え、
前記加熱手段は、縦断面が楕円状であり、この楕円の長軸端に実装部材と光源が対向配置されるとともに、この内壁を金属膜で被覆した楕円空間が実装部材の整列方向にわたって形成され、各実装部位に赤外線を照射するように構成されていることを特徴とするものである。
（作用・効果）保持テーブルに載置保持された基板上の複数個の実装部材が、弾性材を介して単一の加圧手段により上方から同時に加圧されるとともに、支持部材により下方から基板を介して支持される。このとき、基板下方から赤外線が照射されて樹脂が加熱硬化される。したがって、請求項１に記載の方法が好適に実現される。
また、楕円体状をした内部空間を有する加熱手段の内壁を金属膜で被覆することにより、放射する赤外線が内部の金属膜で反射し、集光されて出力される。したがって、基板上の実装部材の箇所のみに赤外線を照射することができる。また、赤外線を集光して所定箇所に照射することができ、樹脂を効率よく加熱することができる。なお、ここで、楕円体状とは、その縦断面が楕円状であって、奥行きを有するものである。
また、楕円体状をした内部空間を有する加熱手段の内壁を金属膜で被覆することにより、放射する赤外線が内部の金属膜で反射し、集光されて出力される。したがって、基板上の実装部材の箇所のみに赤外線を照射することができる。また、赤外線を集光して所定箇所に照射することができ、樹脂を効率よく加熱することができる。なお、ここで、楕円体状とは、その縦断面が楕円状であって、奥行きを有するものである。
また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のボンディング装置において、前記支持部材は、ガラスバックアップであって、加熱手段から出力される赤外線がこのガラスバックアップを通過して基板上に実装されるチップ部分のみを照射する出力部を形成するように、このガラスバックアップの基板側表面の一部を残して他の部分を金属膜で被覆したことを特徴とするものである。
［作用・効果］加熱手段から出力される赤外線が、ガラスバックアップを通過して基板上の実装部材が実装される箇所のみを照射する。したがって、基板を局部的に加熱するのみなので基板全体の温度上昇を回避することができる、結果、フラット表示パネルのような熱ストレスに弱い基板に利用するのに適している。
また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載のボンディング装置において、前記ガラスバックアップを金属膜で被覆し、かつ、赤外線照射と同時にガラスバックアップを加熱することを特徴とするものである。
［作用・効果］ガラスバックアップを金属膜で被覆し、熱線吸収板ガラスを併用することにより、ガラスバックアップ自体の温度が上げられヒータとして作用する。したがって、基板を支持しているガラスバックアップの先端部からチップが実装されている基板部分に直接に熱が伝達するとともに、赤外線の照射による加熱とにより、樹脂の加熱硬化を一層効率よく行うことができる。また、ガラスバックアップをヒータとして利用することができるので、別途ヒータを設ける必要がない。
また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載のボンディング装置において、前記ガラスバックアップを被覆した金属膜が、アルミニウム、金、銅、クロムのいずれかであることを特徴とするものである。
［作用・効果］ガラスバックアップを被覆する金属膜に、アルミニウム、金、銅、クロムのいずれいかを用いることにより請求項１１の装置を好適に実現することができる。
また、請求項１１に記載の発明は、請求項８または請求項１０に記載のボンディング装置において、前記ガラスバックアップを加熱するヒータを備えたことを特徴とするものである。
［作用・効果］ヒータによりガラスバックアップを加熱することにより、ガラスバックアップからの熱が基板に直接伝達される。したがって、赤外線の透過によって温度の上昇しにくいガラス基板を用い場合に、基板と実装部材との温度差を低減することができる。
また、請求項１２に記載の発明は、請求項７ないし請求項１１のいずれかに記載のボンディング装置において、前記加熱硬化した樹脂をガラス転移点近傍以下まで冷却する冷却手段を備えたことを特徴とするものである。
［作用・効果］実装部材を基板に加熱硬化した後にエアブロー等の冷却手段で冷却することにより、請求項４に記載の方法を好適に実現することができる。
また、請求項１３に記載の発明は、請求項７ないし請求項１２のいずれかに記載のボンディング装置において、基板の裏面側に向けてエアーを送るエアーノズルを備えたことを特徴とするものである。
［作用・効果］基板の裏面側にエアーノズルを備えることにより、樹脂を加熱硬化させて実装部材を基板に加熱圧着するとき、実装部分のみに赤外線が照射されて加熱され、他の基板裏面の領域はエアーにより冷却される。したがって、例えば、基板がガラス基板であって裏面に偏光膜を有するような場合、耐熱性の低い偏光膜を冷却保護することができる。
この発明に係るボンディング方法およびその装置によれば、複数個の実装部材と加圧手段との間に弾性材を介在させて、複数個の実装部材を覆う弾性材の部分を加圧手段で加圧することにより、実装部材を基板に同時に加熱圧着することができる。このとき、弾性材が実装部材の厚みのバラツキを吸収した状態で下部から赤外線により樹脂の硬化を行なうため、実装部材を基板に均一に加熱圧着することができる。また、ガラス転移点近傍以下まで冷却した後に加圧解除することで、信頼性の高いチップの接合が可能となる。
以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
本実施例ではＡＣＰ（Anisotropic Conductive Paste）、ＡＣＦ、ＮＣＰ、ＮＣＦ（Non-Conductive Film）などの樹脂を使用して、実装部材であるチップを基板に実装する場合を例に採って説明する。
なお、本発明における「実装部材」としては、例えば、ＩＣチップ、半導体チップ、光素子、表面実装部品、チップ、ウエハ、ＴＣＰ（Tape Carrier Package）、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）などの種類や大きさに関係なく、基板と接合させる側の全ての形態を示し、フラット表示パネルへのチップボンディングであるＣＯＧ（Chip On Glass）やＴＣＰ、およびＦＰＣのボンディングであるＯＬＢ（Outer Lead Bonding）が考えられる。
また、本発明における「基板」とは、例えば、樹脂基板、ガラス基板、フィルム基板などを示し、赤外光を透過しやすいか、吸収して熱せられやすい基板であればよい。
また、本発明における加熱手段から出力する「赤外線」としては、例えば、遠赤外部分や近赤外部分の波長を含んだものを示す。なお、近赤外線としては、例えば、波長が８００〜１２００ｎｍの範囲にあるのが好ましい。
先ず、本実施例に使用する装置について図面を参照して具体的に説明する。
図１は本発明に係るボンディング装置である本圧着装置の概略構成を示した斜視図、図２は実施例装置の要部構成を示した側面図、図３は実施例装置の概略構成を示した側面図である。
図１は本発明に係るボンディング装置である本圧着装置の概略構成を示した斜視図、図２は実施例装置の要部構成を示した側面図、図３は実施例装置の概略構成を示した側面図である。
図１に示すように、本発明おける本圧着装置１は、図示しない仮圧着ユニットから搬送されてくる基板２を水平保持する可動テーブル３と、チップ４を上方から加圧する加圧手段５と、チップ４と加圧手段５との間に介在させる弾性材６と、基板２の下方から加圧手段５とでチップ４を挟み込んで支持するガラスバックアップ７と、樹脂を加熱硬化させる赤外線照射部８と、基板２を冷却する冷却手段９とを備えている。
可動テーブル３は、図１に示すように、基板２を吸着保持する基板保持ステージ１０を備え、この基板保持ステージ１０が水平２軸（Ｘ，Ｙ）方向、上下（Ｚ）方向、およびＺ軸周り（θ）方向に、それぞれ移動自在に構成されている。
加圧手段５は、この手段５の上方に配設されたシリンダー１１と連結し、上下動可能なヘッド１２を備えている。このヘッド１２は、凸形状であって基板２のチップ整列方向に伸びている。つまり凸部先端で弾性材６を介して複数個のチップ４を同時に加圧する。
弾性材６は、加圧手段５とチップ４との間に介在するように、待機位置にあるヘッド１２を挟み込むように配備された巻取ローラ１３と繰り出しローラ１４とに懸架されている。なお、この弾性材６を巻き取ることにより、繰り出しローラ１４から新たな弾性材６が供給されるようになっている。なお、弾性材６には、例えばガラスクロス入りのシリコンシートなどが使用される。好ましくは、断熱性を有する弾性材である。
断熱性を有する弾性材を使用することにより、チップ２の非接合面側から弾性材に伝達される熱が逃げるのを防止することができる。したがって、樹脂の加熱硬化をより効率よく行なうことができる。
なお、弾性材６の厚みは、使用する部材などによって適宜に変更される。
ガラスバックアップ７は、図１および図２に示すように、その先端がチップ４の実装された基板２の裏面部分を支持できるように平坦部を有するテーパー状であり、加圧手段５と同様に基板２のチップ整列方向に伸びている。また、その基板側表面（図２では上方）の傾斜部１５には、アルミニウムが蒸着され、平坦部のみが開口している。つまり、赤外線照射部８から出力される赤外線が、ガラスバックアップ７を通過し、開口部１６のみから出力され、基板上の樹脂を照射するようになっている
また、ガラスバックアップ７の傾斜部１５にアルミニウムを蒸着することにより、その箇所から赤外線が漏れることがないので、チップ４が実装されていない基板上の箇所に赤外線が照射されない。また、熱線吸収板ガラスを併用することにより、ガラスバックアップ７を加熱し、その熱により基板２を加熱することができる。
したがって、基板２を局部的に加熱するだけで基板全体の温度上昇を回避することができる。また、ガラスバックアップ７自体は、赤外線を通過させるだけで、ヒータのように過渡の熱を蓄積しない、結果、ガラスバックアップ７自体から発生する熱によるストレスを基板２が受けない。
赤外線照射部８は、図１および図３に示すように、その外観がブロック状をしており、ガラスバックアップ７の下方に配備されている。その内部は楕円体状の空間１７を有しており、底部に赤外線（例えば、近赤外線や遠赤外線）を放射するヒータ１８が備えられている。また、その内壁には金属膜１９、例えば金などによって被覆されている。なお、赤外線照射部８は、本発明の加熱手段に相当する。
つまり、ヒータ１８から放射される赤外線が、内壁の金属膜１９によって反射し、出力側の開口部、つまり、図３の矢印に示すように、ガラスバックアップ７に向けて集光されて出力されるようになっている。
冷却手段９は、図２に示すように、ガラスバックアップ７の左右に配備され、ガラスバックアップ７の傾斜部１５と基板２の裏面側の間にエアーを供給するようになっている。つまり、赤外線が照射される基板裏面部分および基板２に隣接するガラスバックアップ７の傾斜部１５の表面を冷却する。
図３に示す制御部２０は、樹脂の加熱硬化処理が終了すると、冷却手段９からエアーを供給させて基板２およびガラスバックアップ７を冷却させるとともに、基板温度が樹脂のガラス転移点（Ｔｇ）に到達するとエアーの供給を停止するようにしている。
この冷却などの時間や条件の設定方法としては、事前テストによりチップ４、基板２、樹脂の各温度を測定しながら条件設定を行なう。そのため、実際の実装時は、予め求めた条件と時間に基づいて温度などをコントロールするので、温度などを実測する必要がない。
また、高速冷却する場合は、基板上部よりチップ４と樹脂、および基板上部を直接にエアブローすることが好ましい。
次に上述の実施例装置を用いてＡＣＦでチップを基板に実装する一巡の動作について図を参照しながら説明する。なお、本実施例では、前工程の仮圧着工程でチップが基板に予め仮圧着された状態で搬送されたものに対し、基板にチップを完全に本圧着する場合を例に採って説明する。
前段の仮圧着工程で樹脂を介してチップ４が仮圧着された基板２が、図示しない搬送機構により、本圧着装置１へと搬送される。この基板２は、可動テーブル３の基板保持ステージ１０に移載されて吸着保持される。基板保持ステージ１０は図示しない駆動機構によって、前方（図１のＹ方向）である、ヘッド１２とガラスバックアップ７との間に向かって移動し、ヘッド１２とガラスバックアップ７とでチップ４を上下方向から挟み込めるように基板２の位置合わせを行なう。
基板２の位置合わせが終了すると、図示しない駆動機構によりヘッド１２が下降し、このヘッド１２と基板２の下側にあるガラスバックアップ７とで複数個のチップ４が同時に挟み込まれる。このとき、チップ４とヘッド１２との間に介在する弾性材６がヘッド１２によって同時下降させられ、基板上に整列して実装された複数個のチップ４を同時に覆う。すなわち、加圧時に弾性材６が、図４に示すように、チップ４の厚みのバラツキを吸収し、各チップ４には略均一な圧力が加わる。
したがって、チップ４側のバンプ２１と基板電極２２の間に在る導電粒子２３も均一に弾性変形し、両電極間の接触抵抗を十分に確保する。
ヘッド１２とガラスバックアップ７とでチップ４が挟み込まれると、赤外線照射部８から赤外線が出力される。赤外線は、図３に示すように、赤外線照射部８の内壁で反射し、出力側の開口部で集光されてガラスバックアップ７に向けて出力される。
出力された赤外線は、ガラスバックアップ７を通過し、基板側の開口部１６から集光された状態で出力される。出力された赤外光（赤外線）は、基板２（ガラス基板）での吸収のみならず、基板２を透過し、樹脂およびチップ４でも吸収され、樹脂を効率よく加熱硬化させる。特に、赤外線を吸収した基板２とチップ４は、それら自体が温度上昇し、その熱を樹脂に伝達させる、したがって、基板上のチップ４が実装された箇所のみに赤外線が照射されるるとともに、実装部分のみの加熱を実現することができるようになっている。
所定時間、赤外線が照射されると赤外線の照射を終了し、冷却手段９からエアーを供給して基板２を裏面および／または上面から冷却する。
Ｔｇ温度近傍以下になったところで、加圧を解除してヘッド１２を上方の待機位置に復帰させ、基板保持ステージ１０を基板受け渡し位置まで移動する。受け渡し位置に移動した基板２は、図示しない基板搬送機構によって基板収納ユニットに搬送されて基板回収マガジンに収納される。
以上で１枚の基板２についてチップ４のボンディングが終了する。
上述のように、複数個のチップ４とヘッド１２の間に弾性材６を介在させて加熱圧着することにより、チップ４ごとの厚みのバラツキを弾性材６が吸収し、複数個のチップ４を一度に基板２に均等に加熱圧着することができ、加熱圧着時間の短縮、つまり、作業効率の向上を図ることができる。
また、基板側表面に赤外線を出力する開口部１６を設け、他の部分を金属膜で被覆するガラスバックアップ７と、内部空間１７の内壁全面を金属膜１９で被覆し、内部で反射した赤外線を集光して出力する赤外線照射部８とを利用することにより、基板２のチップ４が実装される箇所のみに赤外線を照射することができる。したがって、基板２の温度を局部的に上昇させるだけで、基板全体の温度上昇を回避することができる。
また、赤外線が基板を透過し、より強く樹脂を硬化させることができる。
上述のように、基板２への加熱時間の短縮および基板全体の温度上昇を回避することができることから、熱ストレスに弱いフラット表示パネルのような基板について、本実施例装置を有効に利用することができる。
さらに、樹脂を加熱硬化した後、ガラス転移点まで冷却してからヘッド１２による加圧を解除することにより、樹脂が略完全に硬化した状態となる。つまり、低温で加圧を解除するため、基板２とチップ４の熱膨張差により発生する歪み・反りをなくすことができる、結果、チップ４が確実に実装された基板を取り扱うことができる。
本実施例の装置構成としては、加圧手段周りのみが先の実施例１の装置と異なるので、同一箇所については同一符号を付すに留め、異なる部分について説明する。
図５は本発明に係るボンディング装置の要部構成を示した正面図である。
図５に示すように、本圧着装置は、図示しない仮圧着ユニットから搬送されてくる基板２を水平保持する可動テーブル３と、チップ４を上方から加圧する加圧手段５と、チップ４と加圧手段５との間に介在させる弾性材６と、基板２の下方から加圧手段５とでチップ４を挟み込んで支持するガラスバックアップ７と、ガラスバックアップ７を加熱するヒータ５０と、赤外線照射部８と、上方および下方のそれぞれから基板２に向けてエアーを供給するノズル５１と、これら各構成を総括的に制御する制御部５３とから構成されている。
可動テーブル３は、図１に示すように、基板２を吸着保持する基板保持ステージ１０を備え、この基板保持ステージ１０が水平２軸（Ｘ，Ｙ）方向、上下（Ｚ）方向、およびＺ軸周り（θ）方向に、それぞれ移動自在に構成されている。
加圧手段５のヘッド１２は、図示しないが、ヒータ（例えばセラミックヒータ）および冷却媒体を循環させる流路が設けられている。つまり、樹脂を加熱硬化するときに、ヒータによりヘッド１２を加熱し、弾性材６を加熱している。ヒータで弾性材６が加熱されることにより、チップ４が赤外線を吸収して持った熱が、非接合側に接触する弾性材６に熱伝達して損失するのを回避できる。すなわち、弾性材６が断熱性のない、若しくは断熱性の低い物に対して有効となる。
また、流路は、本圧着による加熱後の冷却過程において、ヘッド１２を冷却するためのものである。具体的には、ヒータの上部に設けられて流路に冷却媒体、例えばエアーや冷却水を循環させる。
ヒータ５０はガラスバックアップ７を加熱し、その熱により基板２を加熱するためのものである。このヒータ５０は、図５に示すように、基板２から所定距離をおいたガラスバックアップ７の側壁に取り付けられており、制御部５３により温度制御されている。
基板下方に配備したノズル５１は、ガラスバックアップ７を加熱したときにガラスバックアップ７が基板２に接触する部分の近傍領域の熱伝達を抑制するためのものであって、基板裏面に向けてエアーを供給するようになっている。
なお、ノズル５１は、制御部５３からの制御信号に応じてバルブＶの開閉操作によりエアー供給源５５からエアーが供給されるようになっている。
制御部５３は、ガラスバックアップ７を加熱するヒータ５０の温度調節、および基板２およびチップ４を冷却するためのノズル５１からのエアー供給の調節などを総括的に行っている。なお、具体的な各部の制御については後述する。
次に、上述の本圧着装置を用いて基板上の樹脂（ＡＣＦ）部分にチップを本圧着する場合であって、樹脂の加熱硬化後の冷却過程において温度を調節しながら基板にチップを固着する方法について説明する。以下、具体的な方法について、図６のフローチャートに沿って説明する。
＜ステップＳ１＞ 基板位置合わせ
基板２が、図示しない搬送機構により、本圧着装置へと搬送される。この基板２は、可動テーブル３の基板保持ステージ１０に移載されて吸着保持される。基板保持ステージ１０は図示しない駆動機構によって、前方（図１のＹ方向）である、ヘッド１２とガラスバックアップ７との間に向かって移動し、弾性材６を介してヘッド５とガラスバックアップ７とでチップ４を上下方向から挟み込めるように基板２の位置合わせを行なう。
基板２が、図示しない搬送機構により、本圧着装置へと搬送される。この基板２は、可動テーブル３の基板保持ステージ１０に移載されて吸着保持される。基板保持ステージ１０は図示しない駆動機構によって、前方（図１のＹ方向）である、ヘッド１２とガラスバックアップ７との間に向かって移動し、弾性材６を介してヘッド５とガラスバックアップ７とでチップ４を上下方向から挟み込めるように基板２の位置合わせを行なう。
＜ステップＳ２＞ 加熱工程
樹脂が、例えば１９０℃以上となるように実装部分への赤外線ＩＲの照射レベル（例えば、出力レベルまたはオン・オフ切り替えによる）および照射時間を制御部５３により調節している。ＡＣＦの場合の設定温度として好ましくは、２００〜２２０℃の範囲である。設定温度が１９０℃を下回ると樹脂の硬化促進を損なうからである。２２０℃を超え、さらに２４０℃以上になると、樹脂の耐熱に問題がある。
樹脂が、例えば１９０℃以上となるように実装部分への赤外線ＩＲの照射レベル（例えば、出力レベルまたはオン・オフ切り替えによる）および照射時間を制御部５３により調節している。ＡＣＦの場合の設定温度として好ましくは、２００〜２２０℃の範囲である。設定温度が１９０℃を下回ると樹脂の硬化促進を損なうからである。２２０℃を超え、さらに２４０℃以上になると、樹脂の耐熱に問題がある。
なお、このとき、ノズル５１から基板裏面に向けてエアーを供給し、チップ実装部分以外の領域の冷却を行なっている。つまり，耐熱性の低い偏光膜を備えたガラス基板に対して有効となる。
＜ステップＳ３＞ 冷却開始
加熱工程が終了すると、樹脂温度がＴｇ温度となるように冷却が開始される。具体的には、以下の手順で冷却が行なわれる。
加熱工程が終了すると、樹脂温度がＴｇ温度となるように冷却が開始される。具体的には、以下の手順で冷却が行なわれる。
先ず、制御部５３から加熱ＯＦＦ信号に基づいて図示しないバルブが開放されヘッド内にエアーの供給が開始される。このエアーの供給に伴ってヘッド内のヒータを冷却する。このとき、樹脂は大気開放状態による冷却とヘッド１２を積極的に冷却することによる伝熱で冷却効果を受ける。
樹脂ごとに応じたＴｇ温度近傍、例えばＡＣＦの場合、Ｔｇ温度＋２０℃に到達するとヘッド１２の冷却を停止し、制御部５３はバルブＶを開放操作して基板下方のノズル５１からチップ４に向けてエアーを供給するとともに、ヒータ５０の温度を調節する。
なお、これら温度調節の時間や条件の設定方法としては、事前テストにより、チップ４、基板２、および樹脂の各温度を測定しながら条件設定を行なう。
＜ステップＳ４＞ 加圧解除
冷却温度がＴｇ温度に到達すると、ヘッド１２によるチップ４への加圧を解除し、ヘッド１２を上方待機位置に復帰させる。
冷却温度がＴｇ温度に到達すると、ヘッド１２によるチップ４への加圧を解除し、ヘッド１２を上方待機位置に復帰させる。
＜ステップＳ５＞ 基板取り出し
ヘッド１２の加圧が解除されると、基板保持ステージ１０が基板受け渡し位置まで移動する。受け渡し位置に移動した基板２は、図示しない基板搬送機構によって基板収納ユニットに搬送されて基板回収マガジンに収納される。
ヘッド１２の加圧が解除されると、基板保持ステージ１０が基板受け渡し位置まで移動する。受け渡し位置に移動した基板２は、図示しない基板搬送機構によって基板収納ユニットに搬送されて基板回収マガジンに収納される。
以上で１枚の基板２についてチップ４の本圧着が終了する。
本発明は、上記の実施例に限らず、次のように変形実施することもできる。
（１）上記実施例では、赤外線照射部の内部空間の内壁全面を金属膜で被覆していたが、一部分を金属膜で被覆してもよい。例えば、図３に示す下半分のみを金属膜で被覆するようにしてもよい。
また、赤外線照射部を上下に分割可能な構成にしてもよい。そうすることで、メンテンスの向上を図ることができる。
（２）上記実施例では、ガラスバックアップ７の傾斜部１５にアルミニウムを蒸着していたが、アルミニウムに代えて、例えば金、銅、クロムなどを蒸着してもよい。
熱線吸収板ガラスを併用することにより、赤外線の照射に伴ってガラスバックアップ７自体の温度も上げられ、ガラスバックアップ７をヒータとして利用することができる。つまり、ガラスバックアップ７の温度が上がり、基板２と当接している先端部から基板２に直接に熱を伝達する。
したがって、樹脂を硬化させるとき、赤外線の照射によりチップ４と樹脂が加熱されると共に、基板２も同時に加熱されてチップ４と基板２とが略同じ温度まで上昇する。この状態で樹脂を加熱してチップ４を基板２に実装し、その後にチップ４と基板２とを樹脂が略完全に硬化するＴｇ温度近傍まで同時冷却することにより、チップ４と基板２の熱膨張係数の差により発生していた反りが緩和されてチップ４が基板２に確実に固着する。
特に、フラット表示パネルのようなガラス基板を用いた場合、チップ４とガラス基板の熱膨張係数が３ppmと略等しいことから、チップ４とガラス基板を同時加熱および同時冷却することにより、反りの発生を一層緩和することができる。
また、ガラス基板は赤外線を透過させて熱を蓄積しづらいことから、ガラスバックアップ７からガラス基板に直接に熱を伝達させることが好ましい。
また、フラット表示パネルにチップ４を実装する場合、熱によるストレスを基板全体に加えることが好ましくない。そのため、ガラスバックアップ７をヒータとして利用する場合、ガラスバックアップ７の傾斜部１５にエアブローを送り金属膜からの放射熱を基板２に与えず、基板に当接するガラスバックアップ７の先端から熱を局所的に伝達させることが好ましい。
１ … 本圧着装置
２ … 基板
３ … 可動テーブル
４ … チップ
５ … 加圧手段
６ … 弾性材
７ … ガラスバックアップ
８ … 赤外線照射部
２ … 基板
３ … 可動テーブル
４ … チップ
５ … 加圧手段
６ … 弾性材
７ … ガラスバックアップ
８ … 赤外線照射部
Claims (13)
- 実装部材と基板の間に樹脂を介在させて実装部材を基板に実装するボンディング方法において、
基板上に整列されて配置された複数個の実装部材と加圧手段との間に弾性材を介在させた状態で、加圧手段と基板を支持する支持部材とにより挟み込んで複数個の実装部材を同時に加圧する加圧過程と、
縦断面が楕円状であり、この楕円の長軸端に実装部材と光源が対向配置されるとともに、この内壁を金属膜で被覆した楕円空間が実装部材の整列方向にわたって形成され、各実装部位に赤外線を照射するように構成された加熱手段で、前記加圧状態にある前記樹脂に赤外線を照射して加熱硬化する加熱過程と
を備えたことを特徴とするボンディング方法。 - 請求項１に記載のボンディング方法において、
前記樹脂は、導電粒子を混入した樹脂であることを特徴とするボンディング方法。 - 請求項１または請求項２に記載のボンディング方法において、
前記基板は、フラット表示パネルであることを特徴とするボンディング方法。 - 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のボンディング方法において、
前記樹脂を加熱硬化した後にガラス転移点近傍以下まで冷却してから実装部材の加圧を解除する冷却過程を備えたことを特徴とするボンディング方法。 - 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のボンディング方法において、
前記加熱過程で前記支持部材を同時に加熱することを特徴とするボンディング方法。 - 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のボンディング方法において、
前記弾性体は、断熱性を有する部材であることを特徴とするボンディング方法。 - 実装部材と基板の間に樹脂を介在させて実装部材を基板に実装するボンディング装置において、
前記基板を載置保持する保持テーブルと、
前記載置された基板上に整列されて配置された複数個の実装部材を同時に加圧する単一の加圧手段と、
前記複数個の実装部材を加圧するときに実装部材と加圧手段との間に介在させる弾性材と、
前記基板の前記実装部材を実装する部分を下方から支持する支持部材と、
前記基板の下方から赤外線を照射して樹脂を加熱硬化させる加熱手段とを備え、
前記加熱手段は、縦断面が楕円状であり、この楕円の長軸端に実装部材と光源が対向配置されるとともに、この内壁を金属膜で被覆した楕円空間が実装部材の整列方向にわたって形成され、各実装部位に赤外線を照射するように構成されている
ことを特徴とするボンディング装置。 - 請求項７に記載のボンディング装置において、
前記支持部材は、ガラスバックアップであって、加熱手段から出力される赤外線がこのガラスバックアップを通過して基板上に実装されるチップ部分のみを照射する出力部を形成するように、このガラスバックアップの基板側表面の一部を残して他の部分を金属膜で被覆したことを特徴とするボンディング装置。 - 請求項８に記載のボンディング装置において、
前記ガラスバックアップを金属膜で被覆し、かつ、赤外線照射と同時にガラスバックアップを加熱することを特徴とするボンディング装置。 - 請求項９に記載のボンディング装置において、
前記ガラスバックアップを被覆した金属膜が、アルミニウム、金、銅、クロムのいずれかであることを特徴とするボンディング装置。 - 請求項８または請求項１０に記載のボンディング装置において、
前記ガラスバックアップを加熱するヒータを備えたことを特徴とするボンディング装置。 - 請求項７ないし請求項１１のいずれかに記載のボンディング装置において、
前記加熱硬化した樹脂をガラス転移点近傍以下まで冷却する冷却手段を備えたことを特徴とするボンディング装置。 - 請求項７ないし請求項１２のいずれかに記載のボンディング装置において、
基板の裏面側に向けてエアーを送るエアーノズルを備えたことを特徴とするボンディング装置。
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