JP4166620B2 - 半導体接合装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体接合装置に関し、特に半導体チップと実装基板との間に弾性部材を介在させて半導体チップを接合する半導体接合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信装置や顕微鏡と言った光学製品に搭載される半導体チップ若しくは実装基板に、例えばレンズやミラー等の光学的機能を付加して、デバイス全体として使用される部品数の削減や、製品の小型化、及び高機能化を目論んだ光デバイスの開発が盛んに行われている。これらの光デバイスには、その光学的機能を有効に発揮するために、半導体チップと実装基板との間隔を、所定の距離を保って接合しなければならないものも多い。また、その保たなければならない間隔の精度も、従来の半導体チップと実装基板との接合に比較して、より高いものが求められている。
【０００３】
従来の半導体チップと実装基板との接合に関しては、機械的な接合強度が確保され、なお且つ電気的な導通が得られることが主とした要求であり、半導体チップと実装基板との間隔を高精度に確保する要求があるものは少ない。したがってこれらのデバイスの接合に関して、半導体チップと実装基板との間隔を決定付ける要因である接合時の半導体チップ若しくは実装基板の高さ位置を高精度に制御する機能を有する接合装置もあまり見受けられない。
【０００４】
このような半導体チップの高さ位置を制御する接合装置として、特許文献１に示される半導体製造装置がある。図８を用いて、この特許文献１の半導体製造装置について説明する。
【０００５】
即ち、この半導体製造装置には、コントローラ１０８の制御に従って上下方向に移動可能なリニアモータ１０６が設置されている。リニアモータ１０６には半導体デバイス１０１を保持可能な搭載ノズル１０５が連結されている。そして、この搭載ノズル１０５の近傍には、搭載ノズル１０５の高さを検出可能な位置センサ１０７が設けられている。また、実装基板１０２を戴置する位置決めステージ１０４によって、実装基板１０２の位置決めが可能である。
【０００６】
このような構成において、まず、位置決めステージ１０４を用いて実装基板１０２の水平方向の位置決めを行う。そして、搭載ノズル１０５により半導体デバイス１０１を吸着保持した状態で、コントローラ１０８は、リニアモータ１０６を駆動して搭載ノズル１０５の降下を開始する。そして、このときの搭載ノズル１０５の高さを位置センサ１０７で測定し、搭載ノズル１０５の位置制御を行って、半導体デバイス１０１の半田バンプを実装基板１０２に接触させる。
【０００７】
このようにして、半導体デバイス１０１と実装基板１０２とが接触した時に、半導体デバイス１０１と実装基板１０２とをそれぞれヒータテーブル１０３によって加熱し、接合部の半田バンプを溶融させて液状になったところで、半田バンプを規定量だけ押しつぶすようにして実装基板１０２に対する半導体デバイス１０１の高さ方向の位置決めを行う。その後、半田バンプを引き伸ばすように搭載ノズル１０５を上昇させる。
【０００８】
なお、この特許文献１においては、搭載ノズル１０５を降下させる際に、リニアモータ１０６に流す駆動電流値に上限を設けておくことで、リニアモータ１０６が一定推力以上で駆動しないようにしている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−１３４５６３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１の手法とは別に、半導体チップと実装基板の間隔を高精度に確保するために、半導体チップと実装基板の間に弾性部材を介在させて、半導体チップと実装基板を接合する接合方法がある。この接合方法は、半導体チップ若しくは実装基板を押圧して半導体チップと実装基板との間に介在させた弾性部材を変形させ、このときの押圧力を制御することにより、弾性部材の変形量を制御して半導体チップと実装基板の間隔を決定するものである。
【００１１】
したがって、この接合方法においては、介在させる弾性部材のヤング率や大きさ等の特性、弾性部材の配置や個数、及び所望する半導体チップと実装基板の間隔によって弾性部材に加える押圧力を決定した上で、半導体製造装置は、正確にその押圧力を発生させることができるような構造になっていなければならない。
【００１２】
しかしながら、特許文献１では、押圧力を発生させるためのリニアモータに流す駆動電流値に上限を設け一定推力以上の発生を防止しているだけであり、リニアモータの駆動電流、即ち、推力を制御するものではない。また、実際にリニアモータが発生させている推力若しくは弾性部材に与えられている押圧力を確認することも不可能である。このため、当該半導体製造装置をもって当該接合方法を実施しても、半導体チップと実装基板の間隔を正確に決定することは困難である。
【００１３】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、半導体チップと実装基板の間隔を正確に決定して接合することが可能な半導体接合装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様の半導体接合装置は、半導体チップと実装基板との間に弾性部材を介在させて半導体チップを実装する半導体接合装置であって、上記半導体チップと上記実装基板とが接合される軸である第１の移動軸上で上記半導体チップを保持する保持部と、上記保持部に連結されたシャフトと、上記シャフトを上記半導体チップと上記実装基板との接合方向に移動可能な直動気体軸受と、上記シャフトと連結された出力軸を有するボイスコイルモータとからなる押圧力設定部と、上記押圧力設定部の上記ボイスコイルモータにより発生する推力と、上記半導体チップと上記保持部と上記シャフトと上記出力軸の自重とによる押圧力を検出するロードセルと、上記ロードセルによって検出された押圧力に応じた駆動信号を生成し、上記ボイスコイルモータに推力を発生させる駆動部と、上記押圧力設定部を上記第１の移動軸に対して平行且つ異なる軸である第２の移動軸上で上記接合方向に移動させ、上記押圧力設定部の押圧力を上記半導体チップを介して上記弾性部材に負荷する移動部とを具備する。
【００１５】
この第１の態様においては、半導体チップと実装基板との間に弾性部材を介在させた状態で、半導体チップに押圧力を与えて弾性部材を変形させ、その弾性部材の変形量をボイスコイルモータによって制御することで、半導体チップと実装基板との間隔を所望の値で接合する。
【００１６】
即ち、第１の態様では、ボイスコイルモータによって発生する推力と保持部および直動気体軸受の一部等の可動部の自重により発生する押圧力をロードセルによって測定しながら制御することが可能になる。したがって、半導体チップと実装基板の間に介在させた弾性部材の変形量を正確に制御することが可能になり、半導体チップと実装基板との間の距離を正確に位置決めして接合することが可能となる。
【００１７】
また、上記の目的を達成するために、本発明の第２の態様の半導体接合装置は、上記ロードセルは、上記移動部と上記ボイスコイルモータとの間に設置される。
また、上記の目的を達成するために、本発明の第３の態様の半導体接合装置は、第１の態様において、上記ロードセルによって検出された押圧力を表示可能な表示器を更に具備する。
これら第２及び第３の態様によれば、ロードセルによって検出した押圧力を確認しながら、駆動部によってボイスコイルモータの推力を調整することができるので、正確に押圧力を設定することが可能になる。
【００１８】
また、上記の目的を達成するために、本発明の第４の態様の半導体接合装置は、半導体チップと実装基板との間に弾性部材を介在させて半導体チップを実装する半導体接合装置であって、上記半導体チップと上記実装基板とが接合される軸である第１の移動軸上で上記半導体チップを保持する保持部と、上記保持部に連結されたシャフトと、上記シャフトを上記半導体チップと上記実装基板との接合方向に移動可能な直動気体軸受と、上記シャフトを懸架するための出力軸を有するボイスコイルモータと、上記シャフトと上記出力軸との間で付勢力を発生するバネ部材とからなる押圧力設定部と、上記シャフトと上記出力軸のとの間に配され、上記押圧力設定部の上記ボイスコイルモータにより発生する推力と上記出力軸の自重による押圧力を検出するロードセルと、上記ロードセルによって検出された押圧力に応じた駆動信号を生成し、上記ボイスコイルモータに推力を発生させる駆動部と、上記押圧力設定部を上記第１の移動軸に対して平行且つ異なる軸である第２の移動軸上で上記接合方向に移動させ、上記押圧力設定部の押圧力を上記半導体チップを介して上記弾性部材に負荷する移動部とを具備する。
この第４の態様においては、ロードセルをシャフトに設置することにより、実際に弾性部材が荷重を受けている際の押圧力を測定することが可能になる。これにより必要であれば、押圧力のフィードバック制御が可能であり、より正確に押圧力の設定若しくは制御を行うことが可能になる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る半導体接合装置について図１を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係る半導体接合装置の構成図である。
【００２０】
ベース１上にはイケール２が設置されており、このイケール２にはＺ方向（図面上下方向）に移動可能なＺステージ（特許請求の範囲に記載の移動部）３が設置されている。このＺステージ３にはガイド４が取り付けられており、このガイド４は、ボールネジ５を介してＺステージモータ６に取り付けられている。更に、Ｚステージモータ６には、ドライバ・コントローラ（以下、コントローラと称する）２３が接続されており、このコントローラ２３によりＺステージモータ６を任意の速度で回転させることが可能である。ここで、Ｚステージモータ６は、パルスモータやサーボモータ、若しくは超音波モータ等が考えられる。また、Ｚステージ３は、リニアモータ駆動であってもかまわない。この場合には、Ｚステージモータ６及びボールネジ５は必要ない。
【００２１】
即ち、コントローラ２３によりＺステージモータ６を駆動させると、その回転運動はボールネジ５により半導体チップ１０と実装基板１８との接合方向、即ち、図１のＺ方向の直線運動に変換される。更にボールネジ５の直線運動によりガイド４がＺ方向に直線移動し、それに案内されてＺステージ３もＺ方向に直線移動する。これにより、Ｚステージ３を任意の速度で任意の位置に移動可能である。なお、ガイド４は、クロスローラやボールガイド等の転がり案内機構、若しくはアリ溝による摺動機構等でかまわない。また、ボールネジ５は、台形ネジ等に代表される他種の送りネジであっても良く、ボールネジに限定するものではない。
【００２２】
また、Ｚステージ３上には直動気体軸受７が設置されている。この直動気体軸受７は、気体の粘性を利用して直動気体軸受７とシャフト８との隙間の気体圧力を高く保つことにより、シャフト８が、直動気体軸受７の壁面から浮いた状態で動くことが可能なように構成されている。また、直動気体軸受７は、そのシャフト８の移動軸がＺステージ３の移動軸と平行になるように設置されており、Ｚステージ３の移動とは別にＺ方向に移動可能である。
【００２３】
シャフト８の下端には保持部９が設けられており、この保持部９によって半導体チップ１０を、例えば吸着により保持可能である。なお、半導体チップ１０の保持方法は、把持、静電吸着、粘着、表面張力、レーザトラップ等の何れの方法であっても良く、真空吸着に限定するものではない。
【００２４】
一方、シャフト８の上端は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１１の出力軸１２と連結されている。ＶＣＭ１１は、駆動部１３と電気的に接続されている。この駆動部１３で発生された駆動信号を受けて、ＶＣＭ１１は、シャフト８をＺ方向に移動させる。また、駆動部１３による設定によりＶＣＭ１１の駆動信号を任意の値及び任意の極性に変更可能になっている。
【００２５】
ＶＣＭ１１の出力軸１２の上端には、センサ板１４が取り付けられており、更にこのセンサ板１４の下にロードセル１５が設置されている。このロードセルは、押圧力に応じた電圧を出力信号として発生させる素子である。即ち、ＶＣＭ１１が駆動してシャフト８が移動すると、それに応じてセンサ板１４も移動し、ロードセル１５に加わる押圧力が変化する。これに応じてロードセル１５の出力信号が変化するので、押圧力を検出することができる。また、ロードセル１５には、ロードセル１５に加えられた力を表示可能な表示器１６が電気的に接続されている。
【００２６】
ベース１にはステージ１７が設置されており、このステージ１７は、コントローラ２３と電気的に接続されている。ステージ１７は、コントローラ２３からの駆動信号に応じて、水平方向（図中ＸＹ方向）、Ｚ軸周りの回転方向、傾き方向（図中αβ方向）の各方向に移動可能であり、これにより、実装基板１８の位置決めが可能になっている。また、ステージ１７は、実装基板１８を例えば吸着により保持可能である。これにより、実装基板１８が半導体チップ１０と対向して配置される。半導体チップ１０上には、半導体チップ１０と実装基板１８との間隔（以下、基板間隔と称する）を作業者の所望の値にするために、変形可能な弾性部材２２が、所定の個数、所定の場所に配列されている。なお、弾性部材２２は、実装基板１８側に予め設けられていても良いし、半導体チップ１０若しくは実装基板１８を保持した後に、弾性部材２２を供給しても良い。
【００２７】
また、ステージ１７は、中央部が中空構造になっており、このステージ１７の下部には、実装基板１８の下側に光を照射可能なように集光レンズ１９が設置されている。この集光レンズ１９には、ファイバガイド２０が接続されている。また、ファイバガイド２０のもう一端には、ＵＶ光源２１が接続されている。このＵＶ光源２１は、紫外線硬化型の接着材を硬化させるための光源である。このため、実装基板１８は、石英ガラス等の紫外線透過率の高い材料であることが好ましい。
【００２８】
次に、図２を参照して第１の実施形態における部品接合時の手順について説明する。作業者は、保持部９により、半導体チップ１０を吸着保持する。次に、ステージ１７上に、実装基板１８を設置して吸着保持する。この状態で本半導体接合装置の動作を開始させる。
【００２９】
半導体接合装置のコントローラ２３は、まず、ステージ１７を動かして、半導体チップ１０に対して実装基板１８が所定の位置に来るように、実装基板１８の水平方向、回転方向、及び傾き方向の調整を行う（ステップＳ１）。なお、この位置決めは、例えば、ステージ１７と保持部９とに設けたマーカを一致させるようにステージ１７を動かすようにすればよい。また、ステージ１７は必ずしも自動ステージである必要はなく、手動で動作するステージであってもかまわない。
【００３０】
このステップＳ１の調整の後、作業者は、駆動部１３を動作させて、駆動信号をＶＣＭ１１に印加し、ＶＣＭ１１に推力を発生させる（ステップＳ２）。この推力は、センサ板１４を介してロードセル１５に伝えられる。表示器１６は、ロードセル１５によって検出された押圧力を表示する（ステップＳ３）。なお、実際にこのとき表示される押圧力には、ＶＣＭ１１で発生させた推力によるものに加え、保持部９や半導体チップ１０、ＶＣＭ１１の出力軸１２といった、センサ板１４と連結されている構成部品の重量の影響も加わる。作業者は、表示器１６で表示された押圧力を確認しながら、駆動部１３の電流信号の大きさ調整及び極性の選択を行い、押圧力を所望の値に設定する。駆動部１３は、この設定を受けてＶＣＭ１１の推力を調整して押圧力を調整する（ステップＳ４）。以後、ＶＣＭ１１の推力は、変更しない。なお、ステップＳ４の押圧力の調整は、作業者の手動操作によるものの他に、押圧力の設定値を予め入力しておき、それに応じて駆動部１３が押圧力の調整を行うようにしてもよい。なお、このときの押圧力の設定値は、所定の変形量で弾性部材２２が変形する押圧力である。この押圧力は、予め実験若しくは計算等により求めておくものとする。
【００３１】
押圧力の調整後、作業者の手動操作等を受けて、コントローラ２３は、Ｚステージモータ６を駆動させ、Ｚステージ３を実装基板１８に向かって降下させる（ステップＳ５）。Ｚステージ３が降下して行くと、半導体チップ１０と弾性部材２２が接触する。この状態で更にＺステージ３を降下させると、センサ板１４がロードセル１５から離れ、ロードセル１５に加わっていた押圧力は、弾性部材２２にかかるようになる。ここで、直動気体軸受７は、気体の粘性を利用して直動気体軸受７とシャフト８との隙間の気体圧力を高く保つことにより、シャフト８を直動気体軸受７の壁面から浮かせた状態で動かす機構であるので、直動気体軸受７とシャフトとの間において発生する摺動抵抗、及びその変動は極めて小さく無視できる程度のものである。したがって、Ｚステージ３の位置、言い換えれば直動気体軸受７とシャフト８の相対的な位置に係わらず、どの位置においても、ロードセル１５に与えられていた押圧力は、正確に弾性部材２２に与えられるようになる。このとき、弾性部材２２は、半導体チップ１０から与えられた押圧力によって、図３に示すように所定の量だけ潰れて変形する。
【００３２】
このとき駆動部１３は、センサ板１４がロードセル１５から離れたか否か、即ち、ロードセル１５で検出される押圧力がゼロになったか否かを判定し（ステップＳ６）、ロードセル１５で検出される押圧力がゼロになった時点でＺステージ３の降下を停止させる（ステップＳ７）。また、表示器１６に表示された値を確認しながら手動によりＺステージ３を停止させるようにしてもよい。更には、所定の変形量で弾性部材２２が変形するＺステージ３の降下位置を予め実験などにより求めておき、この降下位置に応じてＺステージ３を停止させるようにしてもよい。
【００３３】
Ｚステージ３を停止させた後は、半導体チップ１０と実装基板１８とを接合する（ステップＳ８）。即ち、弾性部材２２を変形させた状態で、図示しないディスペンサ等により、紫外線硬化型の接着剤２４を半導体チップ１０と実装基板１８の間に充填する。そして、ＵＶ光源２１により紫外線を発生させ、ファイバガイド２０を介してステージ１７の内部に紫外線を導く。ファイバガイド２０の先端に設置した集光レンズ１９により、紫外線は、所定のスポット径に拘束されて実装基板１８の下側から照射される。紫外線は実装基板１８を通過できるので、紫外線硬化型の接着剤２４は、紫外線により硬化し、半導体チップ１０と実装基板１８は、所望の基板間隔で接合される。なお、接着剤２４は、予め半導体チップ１０若しくは実装基板１８に塗布しておいても良い。また、必要とされるワークディスタンスや照射強度によっては、必ずしも集光レンズ１９を設置する必要はない。
【００３４】
以上説明したように、第１の実施形態においては、ロードセル１５により実際に発生している押圧力を確認しながらＶＣＭ１１の駆動信号を設定することができるので、正確に押圧力を設定することが可能である。したがって、弾性部材２２を正確に変形させることが可能であり、その結果、半導体チップ１０と実装基板１８の基板間隔を正確に所望の値に形成することが可能である。
【００３５】
なお、半導体チップ１０と実装基板１８を接合する接合部材は、紫外線硬化型の接着剤２４に限定するものではなく、熱硬化型の接着剤や、半田バンプ、金バンプ等の金属バンプであっても良い。これらの場合には、半導体チップ１０若しくは実装基板１８の少なくとも何れか一方を必要な温度に加熱可能なヒータを、保持部９若しくはステージ１７に設けておく必要がある。このように熱硬化型の接着剤などを用いる場合には、実装基板１８の材質は、紫外線透過率を考慮して選定する必要がなく、また、集光レンズ１９、ファイバガイド２０、及びＵＶ光源２１も必要ない。
【００３６】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態について図４を参照して説明する。この第２の実施形態は、ロードセルの配置が第１の実施形態と異なっている。以後、図１と同様の構成については、同一の参照符号を用いることで説明を省略し、図１と異なる部分についてのみ説明する。
【００３７】
即ち、第２の実施形態では、シャフト８の上端に、ロードセル１５が設置され、更にシャフト８は、バネ３１によってＶＣＭ１１の出力軸１２に懸架されている。バネ３１の本数は特に限定されないが、バネ３１の張力の合計は、ロードセル１５を含めシャフト８に付随する全ての部品の合計重量よりも大きくなくてはならない。
【００３８】
また、出力軸１２の上端にはストッパ３２が設けられており、ＶＣＭ１１からの出力軸１２の落下を防止している。ＶＣＭ１１は、駆動部１３に電気的に接続されており、また駆動部１３は、コントローラ２３に電気的に接続されている。即ち、コントローラ２３は、駆動部１３を制御して、ＶＣＭ１１の推力を任意に制御可能である。また、コントローラ２３は、表示器１６にも接続されており、ロードセル１５の出力を参照しながら駆動部１３を制御可能である。
【００３９】
ここで、図４において、ロードセル１５は、シャフト８と出力軸１２とによって狭持され、更にバネ３１によって圧縮応力を受けている。したがって、弾性部材２２に押圧力がかかっていなくてもロードセル１５からは、常に圧縮応力に対応する出力が発生する。
【００４０】
次に、図５を参照して第２の実施形態の部品接合時の手順について説明する。作業者は、保持部９により、半導体チップ１０を吸着保持する。次に、ステージ１７上に、実装基板１８を設置して吸着保持する。この状態で本半導体接合装置の動作を開始させる。
【００４１】
半導体接合装置のコントローラ２３は、まず、ステージ１７を動かして、半導体チップ１０に対して実装基板１８が所定の位置に来るように、実装基板１８の水平方向、回転方向、及び傾き方向の調整を行う（ステップＳ１１）。ここで、前述したように、ロードセル１５からは、バネ３１からの圧縮応力に対応する出力が発生している。コントローラ２３は、バネ３１からの圧縮応力がある状態で、表示器１６で表示される押圧力がゼロと表示されるように補正を行う（ステップＳ１２）。
【００４２】
次に、コントローラ２３は、駆動部１３を制御してＶＣＭ１１を駆動し、図４の上方向の推力を発生させる（ステップＳ１３）。なお、このときＶＣＭ１１に発生させる推力は、次のステップＳ１４でＺステージモータ６に発生させる推力と大きさが等しい力である。その後、Ｚステージモータ６を駆動させ、Ｚステージ３を実装基板１８に向かって降下させる（ステップＳ１４）。そして、コントローラ２３は、表示器１６からの出力により、ロードセル１５の出力を監視しながら、ロードセル１５からの出力が所定量増加したか否かを判定し（ステップＳ１５）、ロードセル１５からの出力が所定量増加したと判定した場合にＺステージ３の降下を停止させる（ステップＳ１６）。
【００４３】
Ｚステージ３を降下させ、弾性部材２２と実装基板１８とが接触する際、実装基板１８は、弾性部材２２から衝撃荷重を受けることになるが、出力軸１２をＶＣＭ１１の推力によって上向きに引き上げているので、弾性部材２２と実装基板１８とが接触する際の衝撃荷重を最小限に抑えることができる。
【００４４】
弾性部材２２と実装基板１８との接触後、更にＺステージ３を降下させると、ストッパ３２がＶＣＭ１１から離れ、ＶＣＭ１１の出力軸１２の自重による押圧力がロードセル１５を介して弾性部材２２への押圧力の一部として与えられるようになる。この押圧力の増加を検出することにより、コントローラ２３は、駆動部１３を制御してＺステージ３の降下を停止させる。なお、このときの押圧力は、表示器１６でも表示される。
【００４５】
次に、Ｚステージ３を停止させた後、コントローラ２３は、ロードセル１５で検出された信号を元に、所望の押圧力が得られるようにＶＣＭ１１を駆動する（ステップＳ１７）。このときの制御方式は、オープン制御であっても、クローズド制御であってもかまわない。
【００４６】
ステップＳ１７で所望の押圧力に調整した後は、第１の実施形態と同様にしてこの状態で、半導体チップ１０と実装基板１８とを接合する（ステップＳ１８）。
【００４７】
第２の実施形態においては、第１の実施形態と比較して、実際に弾性部材２２を押圧している間の押圧力をロードセル１５によって検出し、更にロードセル１５からの出力に基づいてＶＣＭ１１の推力を制御することができるので、より正確に押圧力を設定することが可能になる。したがって、弾性部材２２をより正確に変形させることが可能になり、半導体チップ１０と実装基板１８の基板間隔をより正確に形成することが可能である。
【００４８】
なお、シャフト８と出力軸１２は、軸やブッシュ等によりスラスト方向にガイドされていてもかまわない。また、ステップＳ１３の出力軸１２の引き上げは必ずしも必要ではなく、必要に応じて実施すれば良い。例えば、押圧力が小さい場合は省略することが可能である。
【００４９】
次に第２の実施形態に関する変形例を、図６を参照して説明する。なお、ここでは、第２の実施形態と異なる部分についてのみ記載する。この変形例における半導体接合装置の構成において、シャフト８のフランジ部４４に少なくとも２本のバネポスト４３がスラスト方向に設置されている。また、出力軸１２のフランジ部４５には、バネポスト４３の配置に対応した位置に、バネポスト４３の外径より大きな径の穴があけられており、出力軸１２は、バネポスト４３に支持されてスラスト方向に負荷なく移動可能に構成されている。更に、バネポスト４３には圧縮バネ４１が出力軸１２のフランジ部４５と接するように設置され、圧縮バネ４１のもう片側には、バネポスト４３を軸にスラスト方向に移動可能で、なお且つバネポスト４３に固定保持可能なカラー４２が設置されている。このような構造は、例えば、バネポスト４３の先端にネジを切り、カラー４２をこのネジに対応したナットにする構造であっても良い。なお、この他の構成は、第２の実施形態と同様である。
【００５０】
このような構成において、まず、カラー４２のスラスト位置を変更することにより、圧縮バネ４１の発生力を調整する。このとき、シャフト８及びそれに懸架される部材の重量を考慮してロードセル１５が出力軸１２に圧接されるように、圧縮バネ４１の発生力を調整する。次に、複数本ある圧縮バネ４１の発生力が偏らないように、各カラー４２のスラスト位置を決定する。
【００５１】
この変形例においては、第２の実施形態に示す装置と比較して、圧縮バネ４１の発生力が、容易に微調整可能であるので、シャフト８に設置したロードセル１５をフランジ４５に押し付ける力がより正確に、バランスよく調整することが可能である。したがって、ＶＣＭ１１が発生する推力をロードセル１５によって、より正確に測定することが可能になる。
【００５２】
以上実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は前述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
【００５３】
更に、上記した実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。例えば、図７に示すように第１の実施形態と第２の実施形態とを組み合わせて構成してもよいことは言うまでもないことである。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半導体チップと実装基板の間隔を正確に決定して接合することが可能な半導体接合装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態に係る半導体接合装置の構成を示す外観正面図である。
【図２】 本発明の第１の実施形態に係る半導体接合装置の接合手順について示したフローチャートである。
【図３】 部品接合時の弾性体の変形について示した図である。
【図４】 本発明の第２の実施形態に係る半導体接合装置の構成を示す外観正面図である。
【図５】 本発明の第２の実施形態に係る半導体接合装置の接合手順について示したフローチャートである。
【図６】 第２の実施形態の変形例について示した図である。
【図７】 第１の実施形態と第２の実施形態を組み合わせた構成を示す外観正面図である。
【図８】 従来例について説明するための図である。
【符号の説明】
１…ベース、２…イケール、３…Ｚステージ、４…ガイド、５…ボールネジ、６…Ｚステージモータ、７…直動気体軸受、８…シャフト、９…保持部、１０…半導体チップ、１１…ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）、１２…出力軸、１３…駆動部、１４…センサ板、１５…ロードセル、１６…表示器、１７…ステージ、１８…実装基板、１９…集光レンズ、２０…ファイバガイド、２１…ＵＶ光源、２２…弾性部材、２３…ドライバ・コントローラ（コントローラ）、２４…接着剤、３１…バネ、３２…ストッパ、４１…圧縮バネ、４２…カラー、４３…バネポスト、４４，４５…フランジ部
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体接合装置に関し、特に半導体チップと実装基板との間に弾性部材を介在させて半導体チップを接合する半導体接合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信装置や顕微鏡と言った光学製品に搭載される半導体チップ若しくは実装基板に、例えばレンズやミラー等の光学的機能を付加して、デバイス全体として使用される部品数の削減や、製品の小型化、及び高機能化を目論んだ光デバイスの開発が盛んに行われている。これらの光デバイスには、その光学的機能を有効に発揮するために、半導体チップと実装基板との間隔を、所定の距離を保って接合しなければならないものも多い。また、その保たなければならない間隔の精度も、従来の半導体チップと実装基板との接合に比較して、より高いものが求められている。
【０００３】
従来の半導体チップと実装基板との接合に関しては、機械的な接合強度が確保され、なお且つ電気的な導通が得られることが主とした要求であり、半導体チップと実装基板との間隔を高精度に確保する要求があるものは少ない。したがってこれらのデバイスの接合に関して、半導体チップと実装基板との間隔を決定付ける要因である接合時の半導体チップ若しくは実装基板の高さ位置を高精度に制御する機能を有する接合装置もあまり見受けられない。
【０００４】
このような半導体チップの高さ位置を制御する接合装置として、特許文献１に示される半導体製造装置がある。図８を用いて、この特許文献１の半導体製造装置について説明する。
【０００５】
即ち、この半導体製造装置には、コントローラ１０８の制御に従って上下方向に移動可能なリニアモータ１０６が設置されている。リニアモータ１０６には半導体デバイス１０１を保持可能な搭載ノズル１０５が連結されている。そして、この搭載ノズル１０５の近傍には、搭載ノズル１０５の高さを検出可能な位置センサ１０７が設けられている。また、実装基板１０２を戴置する位置決めステージ１０４によって、実装基板１０２の位置決めが可能である。
【０００６】
このような構成において、まず、位置決めステージ１０４を用いて実装基板１０２の水平方向の位置決めを行う。そして、搭載ノズル１０５により半導体デバイス１０１を吸着保持した状態で、コントローラ１０８は、リニアモータ１０６を駆動して搭載ノズル１０５の降下を開始する。そして、このときの搭載ノズル１０５の高さを位置センサ１０７で測定し、搭載ノズル１０５の位置制御を行って、半導体デバイス１０１の半田バンプを実装基板１０２に接触させる。
【０００７】
このようにして、半導体デバイス１０１と実装基板１０２とが接触した時に、半導体デバイス１０１と実装基板１０２とをそれぞれヒータテーブル１０３によって加熱し、接合部の半田バンプを溶融させて液状になったところで、半田バンプを規定量だけ押しつぶすようにして実装基板１０２に対する半導体デバイス１０１の高さ方向の位置決めを行う。その後、半田バンプを引き伸ばすように搭載ノズル１０５を上昇させる。
【０００８】
なお、この特許文献１においては、搭載ノズル１０５を降下させる際に、リニアモータ１０６に流す駆動電流値に上限を設けておくことで、リニアモータ１０６が一定推力以上で駆動しないようにしている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−１３４５６３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１の手法とは別に、半導体チップと実装基板の間隔を高精度に確保するために、半導体チップと実装基板の間に弾性部材を介在させて、半導体チップと実装基板を接合する接合方法がある。この接合方法は、半導体チップ若しくは実装基板を押圧して半導体チップと実装基板との間に介在させた弾性部材を変形させ、このときの押圧力を制御することにより、弾性部材の変形量を制御して半導体チップと実装基板の間隔を決定するものである。
【００１１】
したがって、この接合方法においては、介在させる弾性部材のヤング率や大きさ等の特性、弾性部材の配置や個数、及び所望する半導体チップと実装基板の間隔によって弾性部材に加える押圧力を決定した上で、半導体製造装置は、正確にその押圧力を発生させることができるような構造になっていなければならない。
【００１２】
しかしながら、特許文献１では、押圧力を発生させるためのリニアモータに流す駆動電流値に上限を設け一定推力以上の発生を防止しているだけであり、リニアモータの駆動電流、即ち、推力を制御するものではない。また、実際にリニアモータが発生させている推力若しくは弾性部材に与えられている押圧力を確認することも不可能である。このため、当該半導体製造装置をもって当該接合方法を実施しても、半導体チップと実装基板の間隔を正確に決定することは困難である。
【００１３】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、半導体チップと実装基板の間隔を正確に決定して接合することが可能な半導体接合装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様の半導体接合装置は、半導体チップと実装基板との間に弾性部材を介在させて半導体チップを実装する半導体接合装置であって、上記半導体チップと上記実装基板とが接合される軸である第１の移動軸上で上記半導体チップを保持する保持部と、上記保持部に連結されたシャフトと、上記シャフトを上記半導体チップと上記実装基板との接合方向に移動可能な直動気体軸受と、上記シャフトと連結された出力軸を有するボイスコイルモータとからなる押圧力設定部と、上記押圧力設定部の上記ボイスコイルモータにより発生する推力と、上記半導体チップと上記保持部と上記シャフトと上記出力軸の自重とによる押圧力を検出するロードセルと、上記ロードセルによって検出された押圧力に応じた駆動信号を生成し、上記ボイスコイルモータに推力を発生させる駆動部と、上記押圧力設定部を上記第１の移動軸に対して平行且つ異なる軸である第２の移動軸上で上記接合方向に移動させ、上記押圧力設定部の押圧力を上記半導体チップを介して上記弾性部材に負荷する移動部とを具備する。
【００１５】
この第１の態様においては、半導体チップと実装基板との間に弾性部材を介在させた状態で、半導体チップに押圧力を与えて弾性部材を変形させ、その弾性部材の変形量をボイスコイルモータによって制御することで、半導体チップと実装基板との間隔を所望の値で接合する。
【００１６】
即ち、第１の態様では、ボイスコイルモータによって発生する推力と保持部および直動気体軸受の一部等の可動部の自重により発生する押圧力をロードセルによって測定しながら制御することが可能になる。したがって、半導体チップと実装基板の間に介在させた弾性部材の変形量を正確に制御することが可能になり、半導体チップと実装基板との間の距離を正確に位置決めして接合することが可能となる。
【００１７】
また、上記の目的を達成するために、本発明の第２の態様の半導体接合装置は、上記ロードセルは、上記移動部と上記ボイスコイルモータとの間に設置される。
また、上記の目的を達成するために、本発明の第３の態様の半導体接合装置は、第１の態様において、上記ロードセルによって検出された押圧力を表示可能な表示器を更に具備する。
これら第２及び第３の態様によれば、ロードセルによって検出した押圧力を確認しながら、駆動部によってボイスコイルモータの推力を調整することができるので、正確に押圧力を設定することが可能になる。
【００１８】
また、上記の目的を達成するために、本発明の第４の態様の半導体接合装置は、半導体チップと実装基板との間に弾性部材を介在させて半導体チップを実装する半導体接合装置であって、上記半導体チップと上記実装基板とが接合される軸である第１の移動軸上で上記半導体チップを保持する保持部と、上記保持部に連結されたシャフトと、上記シャフトを上記半導体チップと上記実装基板との接合方向に移動可能な直動気体軸受と、上記シャフトを懸架するための出力軸を有するボイスコイルモータと、上記シャフトと上記出力軸との間で付勢力を発生するバネ部材とからなる押圧力設定部と、上記シャフトと上記出力軸のとの間に配され、上記押圧力設定部の上記ボイスコイルモータにより発生する推力と上記出力軸の自重による押圧力を検出するロードセルと、上記ロードセルによって検出された押圧力に応じた駆動信号を生成し、上記ボイスコイルモータに推力を発生させる駆動部と、上記押圧力設定部を上記第１の移動軸に対して平行且つ異なる軸である第２の移動軸上で上記接合方向に移動させ、上記押圧力設定部の押圧力を上記半導体チップを介して上記弾性部材に負荷する移動部とを具備する。
この第４の態様においては、ロードセルをシャフトに設置することにより、実際に弾性部材が荷重を受けている際の押圧力を測定することが可能になる。これにより必要であれば、押圧力のフィードバック制御が可能であり、より正確に押圧力の設定若しくは制御を行うことが可能になる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る半導体接合装置について図１を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係る半導体接合装置の構成図である。
【００２０】
ベース１上にはイケール２が設置されており、このイケール２にはＺ方向（図面上下方向）に移動可能なＺステージ（特許請求の範囲に記載の移動部）３が設置されている。このＺステージ３にはガイド４が取り付けられており、このガイド４は、ボールネジ５を介してＺステージモータ６に取り付けられている。更に、Ｚステージモータ６には、ドライバ・コントローラ（以下、コントローラと称する）２３が接続されており、このコントローラ２３によりＺステージモータ６を任意の速度で回転させることが可能である。ここで、Ｚステージモータ６は、パルスモータやサーボモータ、若しくは超音波モータ等が考えられる。また、Ｚステージ３は、リニアモータ駆動であってもかまわない。この場合には、Ｚステージモータ６及びボールネジ５は必要ない。
【００２１】
即ち、コントローラ２３によりＺステージモータ６を駆動させると、その回転運動はボールネジ５により半導体チップ１０と実装基板１８との接合方向、即ち、図１のＺ方向の直線運動に変換される。更にボールネジ５の直線運動によりガイド４がＺ方向に直線移動し、それに案内されてＺステージ３もＺ方向に直線移動する。これにより、Ｚステージ３を任意の速度で任意の位置に移動可能である。なお、ガイド４は、クロスローラやボールガイド等の転がり案内機構、若しくはアリ溝による摺動機構等でかまわない。また、ボールネジ５は、台形ネジ等に代表される他種の送りネジであっても良く、ボールネジに限定するものではない。
【００２２】
また、Ｚステージ３上には直動気体軸受７が設置されている。この直動気体軸受７は、気体の粘性を利用して直動気体軸受７とシャフト８との隙間の気体圧力を高く保つことにより、シャフト８が、直動気体軸受７の壁面から浮いた状態で動くことが可能なように構成されている。また、直動気体軸受７は、そのシャフト８の移動軸がＺステージ３の移動軸と平行になるように設置されており、Ｚステージ３の移動とは別にＺ方向に移動可能である。
【００２３】
シャフト８の下端には保持部９が設けられており、この保持部９によって半導体チップ１０を、例えば吸着により保持可能である。なお、半導体チップ１０の保持方法は、把持、静電吸着、粘着、表面張力、レーザトラップ等の何れの方法であっても良く、真空吸着に限定するものではない。
【００２４】
一方、シャフト８の上端は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１１の出力軸１２と連結されている。ＶＣＭ１１は、駆動部１３と電気的に接続されている。この駆動部１３で発生された駆動信号を受けて、ＶＣＭ１１は、シャフト８をＺ方向に移動させる。また、駆動部１３による設定によりＶＣＭ１１の駆動信号を任意の値及び任意の極性に変更可能になっている。
【００２５】
ＶＣＭ１１の出力軸１２の上端には、センサ板１４が取り付けられており、更にこのセンサ板１４の下にロードセル１５が設置されている。このロードセルは、押圧力に応じた電圧を出力信号として発生させる素子である。即ち、ＶＣＭ１１が駆動してシャフト８が移動すると、それに応じてセンサ板１４も移動し、ロードセル１５に加わる押圧力が変化する。これに応じてロードセル１５の出力信号が変化するので、押圧力を検出することができる。また、ロードセル１５には、ロードセル１５に加えられた力を表示可能な表示器１６が電気的に接続されている。
【００２６】
ベース１にはステージ１７が設置されており、このステージ１７は、コントローラ２３と電気的に接続されている。ステージ１７は、コントローラ２３からの駆動信号に応じて、水平方向（図中ＸＹ方向）、Ｚ軸周りの回転方向、傾き方向（図中αβ方向）の各方向に移動可能であり、これにより、実装基板１８の位置決めが可能になっている。また、ステージ１７は、実装基板１８を例えば吸着により保持可能である。これにより、実装基板１８が半導体チップ１０と対向して配置される。半導体チップ１０上には、半導体チップ１０と実装基板１８との間隔（以下、基板間隔と称する）を作業者の所望の値にするために、変形可能な弾性部材２２が、所定の個数、所定の場所に配列されている。なお、弾性部材２２は、実装基板１８側に予め設けられていても良いし、半導体チップ１０若しくは実装基板１８を保持した後に、弾性部材２２を供給しても良い。
【００２７】
また、ステージ１７は、中央部が中空構造になっており、このステージ１７の下部には、実装基板１８の下側に光を照射可能なように集光レンズ１９が設置されている。この集光レンズ１９には、ファイバガイド２０が接続されている。また、ファイバガイド２０のもう一端には、ＵＶ光源２１が接続されている。このＵＶ光源２１は、紫外線硬化型の接着材を硬化させるための光源である。このため、実装基板１８は、石英ガラス等の紫外線透過率の高い材料であることが好ましい。
【００２８】
次に、図２を参照して第１の実施形態における部品接合時の手順について説明する。作業者は、保持部９により、半導体チップ１０を吸着保持する。次に、ステージ１７上に、実装基板１８を設置して吸着保持する。この状態で本半導体接合装置の動作を開始させる。
【００２９】
半導体接合装置のコントローラ２３は、まず、ステージ１７を動かして、半導体チップ１０に対して実装基板１８が所定の位置に来るように、実装基板１８の水平方向、回転方向、及び傾き方向の調整を行う（ステップＳ１）。なお、この位置決めは、例えば、ステージ１７と保持部９とに設けたマーカを一致させるようにステージ１７を動かすようにすればよい。また、ステージ１７は必ずしも自動ステージである必要はなく、手動で動作するステージであってもかまわない。
【００３０】
このステップＳ１の調整の後、作業者は、駆動部１３を動作させて、駆動信号をＶＣＭ１１に印加し、ＶＣＭ１１に推力を発生させる（ステップＳ２）。この推力は、センサ板１４を介してロードセル１５に伝えられる。表示器１６は、ロードセル１５によって検出された押圧力を表示する（ステップＳ３）。なお、実際にこのとき表示される押圧力には、ＶＣＭ１１で発生させた推力によるものに加え、保持部９や半導体チップ１０、ＶＣＭ１１の出力軸１２といった、センサ板１４と連結されている構成部品の重量の影響も加わる。作業者は、表示器１６で表示された押圧力を確認しながら、駆動部１３の電流信号の大きさ調整及び極性の選択を行い、押圧力を所望の値に設定する。駆動部１３は、この設定を受けてＶＣＭ１１の推力を調整して押圧力を調整する（ステップＳ４）。以後、ＶＣＭ１１の推力は、変更しない。なお、ステップＳ４の押圧力の調整は、作業者の手動操作によるものの他に、押圧力の設定値を予め入力しておき、それに応じて駆動部１３が押圧力の調整を行うようにしてもよい。なお、このときの押圧力の設定値は、所定の変形量で弾性部材２２が変形する押圧力である。この押圧力は、予め実験若しくは計算等により求めておくものとする。
【００３１】
押圧力の調整後、作業者の手動操作等を受けて、コントローラ２３は、Ｚステージモータ６を駆動させ、Ｚステージ３を実装基板１８に向かって降下させる（ステップＳ５）。Ｚステージ３が降下して行くと、半導体チップ１０と弾性部材２２が接触する。この状態で更にＺステージ３を降下させると、センサ板１４がロードセル１５から離れ、ロードセル１５に加わっていた押圧力は、弾性部材２２にかかるようになる。ここで、直動気体軸受７は、気体の粘性を利用して直動気体軸受７とシャフト８との隙間の気体圧力を高く保つことにより、シャフト８を直動気体軸受７の壁面から浮かせた状態で動かす機構であるので、直動気体軸受７とシャフトとの間において発生する摺動抵抗、及びその変動は極めて小さく無視できる程度のものである。したがって、Ｚステージ３の位置、言い換えれば直動気体軸受７とシャフト８の相対的な位置に係わらず、どの位置においても、ロードセル１５に与えられていた押圧力は、正確に弾性部材２２に与えられるようになる。このとき、弾性部材２２は、半導体チップ１０から与えられた押圧力によって、図３に示すように所定の量だけ潰れて変形する。
【００３２】
このとき駆動部１３は、センサ板１４がロードセル１５から離れたか否か、即ち、ロードセル１５で検出される押圧力がゼロになったか否かを判定し（ステップＳ６）、ロードセル１５で検出される押圧力がゼロになった時点でＺステージ３の降下を停止させる（ステップＳ７）。また、表示器１６に表示された値を確認しながら手動によりＺステージ３を停止させるようにしてもよい。更には、所定の変形量で弾性部材２２が変形するＺステージ３の降下位置を予め実験などにより求めておき、この降下位置に応じてＺステージ３を停止させるようにしてもよい。
【００３３】
Ｚステージ３を停止させた後は、半導体チップ１０と実装基板１８とを接合する（ステップＳ８）。即ち、弾性部材２２を変形させた状態で、図示しないディスペンサ等により、紫外線硬化型の接着剤２４を半導体チップ１０と実装基板１８の間に充填する。そして、ＵＶ光源２１により紫外線を発生させ、ファイバガイド２０を介してステージ１７の内部に紫外線を導く。ファイバガイド２０の先端に設置した集光レンズ１９により、紫外線は、所定のスポット径に拘束されて実装基板１８の下側から照射される。紫外線は実装基板１８を通過できるので、紫外線硬化型の接着剤２４は、紫外線により硬化し、半導体チップ１０と実装基板１８は、所望の基板間隔で接合される。なお、接着剤２４は、予め半導体チップ１０若しくは実装基板１８に塗布しておいても良い。また、必要とされるワークディスタンスや照射強度によっては、必ずしも集光レンズ１９を設置する必要はない。
【００３４】
以上説明したように、第１の実施形態においては、ロードセル１５により実際に発生している押圧力を確認しながらＶＣＭ１１の駆動信号を設定することができるので、正確に押圧力を設定することが可能である。したがって、弾性部材２２を正確に変形させることが可能であり、その結果、半導体チップ１０と実装基板１８の基板間隔を正確に所望の値に形成することが可能である。
【００３５】
なお、半導体チップ１０と実装基板１８を接合する接合部材は、紫外線硬化型の接着剤２４に限定するものではなく、熱硬化型の接着剤や、半田バンプ、金バンプ等の金属バンプであっても良い。これらの場合には、半導体チップ１０若しくは実装基板１８の少なくとも何れか一方を必要な温度に加熱可能なヒータを、保持部９若しくはステージ１７に設けておく必要がある。このように熱硬化型の接着剤などを用いる場合には、実装基板１８の材質は、紫外線透過率を考慮して選定する必要がなく、また、集光レンズ１９、ファイバガイド２０、及びＵＶ光源２１も必要ない。
【００３６】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態について図４を参照して説明する。この第２の実施形態は、ロードセルの配置が第１の実施形態と異なっている。以後、図１と同様の構成については、同一の参照符号を用いることで説明を省略し、図１と異なる部分についてのみ説明する。
【００３７】
即ち、第２の実施形態では、シャフト８の上端に、ロードセル１５が設置され、更にシャフト８は、バネ３１によってＶＣＭ１１の出力軸１２に懸架されている。バネ３１の本数は特に限定されないが、バネ３１の張力の合計は、ロードセル１５を含めシャフト８に付随する全ての部品の合計重量よりも大きくなくてはならない。
【００３８】
また、出力軸１２の上端にはストッパ３２が設けられており、ＶＣＭ１１からの出力軸１２の落下を防止している。ＶＣＭ１１は、駆動部１３に電気的に接続されており、また駆動部１３は、コントローラ２３に電気的に接続されている。即ち、コントローラ２３は、駆動部１３を制御して、ＶＣＭ１１の推力を任意に制御可能である。また、コントローラ２３は、表示器１６にも接続されており、ロードセル１５の出力を参照しながら駆動部１３を制御可能である。
【００３９】
ここで、図４において、ロードセル１５は、シャフト８と出力軸１２とによって狭持され、更にバネ３１によって圧縮応力を受けている。したがって、弾性部材２２に押圧力がかかっていなくてもロードセル１５からは、常に圧縮応力に対応する出力が発生する。
【００４０】
次に、図５を参照して第２の実施形態の部品接合時の手順について説明する。作業者は、保持部９により、半導体チップ１０を吸着保持する。次に、ステージ１７上に、実装基板１８を設置して吸着保持する。この状態で本半導体接合装置の動作を開始させる。
【００４１】
半導体接合装置のコントローラ２３は、まず、ステージ１７を動かして、半導体チップ１０に対して実装基板１８が所定の位置に来るように、実装基板１８の水平方向、回転方向、及び傾き方向の調整を行う（ステップＳ１１）。ここで、前述したように、ロードセル１５からは、バネ３１からの圧縮応力に対応する出力が発生している。コントローラ２３は、バネ３１からの圧縮応力がある状態で、表示器１６で表示される押圧力がゼロと表示されるように補正を行う（ステップＳ１２）。
【００４２】
次に、コントローラ２３は、駆動部１３を制御してＶＣＭ１１を駆動し、図４の上方向の推力を発生させる（ステップＳ１３）。なお、このときＶＣＭ１１に発生させる推力は、次のステップＳ１４でＺステージモータ６に発生させる推力と大きさが等しい力である。その後、Ｚステージモータ６を駆動させ、Ｚステージ３を実装基板１８に向かって降下させる（ステップＳ１４）。そして、コントローラ２３は、表示器１６からの出力により、ロードセル１５の出力を監視しながら、ロードセル１５からの出力が所定量増加したか否かを判定し（ステップＳ１５）、ロードセル１５からの出力が所定量増加したと判定した場合にＺステージ３の降下を停止させる（ステップＳ１６）。
【００４３】
Ｚステージ３を降下させ、弾性部材２２と実装基板１８とが接触する際、実装基板１８は、弾性部材２２から衝撃荷重を受けることになるが、出力軸１２をＶＣＭ１１の推力によって上向きに引き上げているので、弾性部材２２と実装基板１８とが接触する際の衝撃荷重を最小限に抑えることができる。
【００４４】
弾性部材２２と実装基板１８との接触後、更にＺステージ３を降下させると、ストッパ３２がＶＣＭ１１から離れ、ＶＣＭ１１の出力軸１２の自重による押圧力がロードセル１５を介して弾性部材２２への押圧力の一部として与えられるようになる。この押圧力の増加を検出することにより、コントローラ２３は、駆動部１３を制御してＺステージ３の降下を停止させる。なお、このときの押圧力は、表示器１６でも表示される。
【００４５】
次に、Ｚステージ３を停止させた後、コントローラ２３は、ロードセル１５で検出された信号を元に、所望の押圧力が得られるようにＶＣＭ１１を駆動する（ステップＳ１７）。このときの制御方式は、オープン制御であっても、クローズド制御であってもかまわない。
【００４６】
ステップＳ１７で所望の押圧力に調整した後は、第１の実施形態と同様にしてこの状態で、半導体チップ１０と実装基板１８とを接合する（ステップＳ１８）。
【００４７】
第２の実施形態においては、第１の実施形態と比較して、実際に弾性部材２２を押圧している間の押圧力をロードセル１５によって検出し、更にロードセル１５からの出力に基づいてＶＣＭ１１の推力を制御することができるので、より正確に押圧力を設定することが可能になる。したがって、弾性部材２２をより正確に変形させることが可能になり、半導体チップ１０と実装基板１８の基板間隔をより正確に形成することが可能である。
【００４８】
なお、シャフト８と出力軸１２は、軸やブッシュ等によりスラスト方向にガイドされていてもかまわない。また、ステップＳ１３の出力軸１２の引き上げは必ずしも必要ではなく、必要に応じて実施すれば良い。例えば、押圧力が小さい場合は省略することが可能である。
【００４９】
次に第２の実施形態に関する変形例を、図６を参照して説明する。なお、ここでは、第２の実施形態と異なる部分についてのみ記載する。この変形例における半導体接合装置の構成において、シャフト８のフランジ部４４に少なくとも２本のバネポスト４３がスラスト方向に設置されている。また、出力軸１２のフランジ部４５には、バネポスト４３の配置に対応した位置に、バネポスト４３の外径より大きな径の穴があけられており、出力軸１２は、バネポスト４３に支持されてスラスト方向に負荷なく移動可能に構成されている。更に、バネポスト４３には圧縮バネ４１が出力軸１２のフランジ部４５と接するように設置され、圧縮バネ４１のもう片側には、バネポスト４３を軸にスラスト方向に移動可能で、なお且つバネポスト４３に固定保持可能なカラー４２が設置されている。このような構造は、例えば、バネポスト４３の先端にネジを切り、カラー４２をこのネジに対応したナットにする構造であっても良い。なお、この他の構成は、第２の実施形態と同様である。
【００５０】
このような構成において、まず、カラー４２のスラスト位置を変更することにより、圧縮バネ４１の発生力を調整する。このとき、シャフト８及びそれに懸架される部材の重量を考慮してロードセル１５が出力軸１２に圧接されるように、圧縮バネ４１の発生力を調整する。次に、複数本ある圧縮バネ４１の発生力が偏らないように、各カラー４２のスラスト位置を決定する。
【００５１】
この変形例においては、第２の実施形態に示す装置と比較して、圧縮バネ４１の発生力が、容易に微調整可能であるので、シャフト８に設置したロードセル１５をフランジ４５に押し付ける力がより正確に、バランスよく調整することが可能である。したがって、ＶＣＭ１１が発生する推力をロードセル１５によって、より正確に測定することが可能になる。
【００５２】
以上実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は前述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
【００５３】
更に、上記した実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。例えば、図７に示すように第１の実施形態と第２の実施形態とを組み合わせて構成してもよいことは言うまでもないことである。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半導体チップと実装基板の間隔を正確に決定して接合することが可能な半導体接合装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態に係る半導体接合装置の構成を示す外観正面図である。
【図２】 本発明の第１の実施形態に係る半導体接合装置の接合手順について示したフローチャートである。
【図３】 部品接合時の弾性体の変形について示した図である。
【図４】 本発明の第２の実施形態に係る半導体接合装置の構成を示す外観正面図である。
【図５】 本発明の第２の実施形態に係る半導体接合装置の接合手順について示したフローチャートである。
【図６】 第２の実施形態の変形例について示した図である。
【図７】 第１の実施形態と第２の実施形態を組み合わせた構成を示す外観正面図である。
【図８】 従来例について説明するための図である。
【符号の説明】
１…ベース、２…イケール、３…Ｚステージ、４…ガイド、５…ボールネジ、６…Ｚステージモータ、７…直動気体軸受、８…シャフト、９…保持部、１０…半導体チップ、１１…ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）、１２…出力軸、１３…駆動部、１４…センサ板、１５…ロードセル、１６…表示器、１７…ステージ、１８…実装基板、１９…集光レンズ、２０…ファイバガイド、２１…ＵＶ光源、２２…弾性部材、２３…ドライバ・コントローラ（コントローラ）、２４…接着剤、３１…バネ、３２…ストッパ、４１…圧縮バネ、４２…カラー、４３…バネポスト、４４，４５…フランジ部
Claims (4)
- 半導体チップと実装基板との間に弾性部材を介在させて半導体チップを実装する半導体接合装置であって、
上記半導体チップと上記実装基板とが接合される軸である第１の移動軸上で上記半導体チップを保持する保持部と、上記保持部に連結されたシャフトと、上記シャフトを上記半導体チップと上記実装基板との接合方向に移動可能な直動気体軸受と、上記シャフトと連結された出力軸を有するボイスコイルモータとからなる押圧力設定部と、
上記押圧力設定部の上記ボイスコイルモータにより発生する推力と、上記半導体チップと上記保持部と上記シャフトと上記出力軸の自重とによる押圧力を検出するロードセルと、
上記ロードセルによって検出された押圧力に応じた駆動信号を生成し、上記ボイスコイルモータに推力を発生させる駆動部と、
上記押圧力設定部を上記第１の移動軸に対して平行且つ異なる軸である第２の移動軸上で上記接合方向に移動させ、上記押圧力設定部の押圧力を上記半導体チップを介して上記弾性部材に負荷する移動部と、
を具備することを特徴とする半導体接合装置。 - 上記ロードセルは、上記移動部と上記ボイスコイルモータとの間に設置されることを特徴とする請求項１に記載の半導体接合装置。
- 上記ロードセルによって検出された押圧力を表示可能な表示器を更に具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体接合装置。
- 半導体チップと実装基板との間に弾性部材を介在させて半導体チップを実装する半導体接合装置であって、
上記半導体チップと上記実装基板とが接合される軸である第１の移動軸上で上記半導体チップを保持する保持部と、上記保持部に連結されたシャフトと、上記シャフトを上記半導体チップと上記実装基板との接合方向に移動可能な直動気体軸受と、上記シャフトを懸架するための出力軸を有するボイスコイルモータと、上記シャフトと上記出力軸との間で付勢力を発生するバネ部材とからなる押圧力設定部と、
上記シャフトと上記出力軸のとの間に配され、上記押圧力設定部の上記ボイスコイルモータにより発生する推力と上記出力軸の自重による押圧力を検出するロードセルと、
上記ロードセルによって検出された押圧力に応じた駆動信号を生成し、上記ボイスコイルモータに推力を発生させる駆動部と、
上記押圧力設定部を上記第１の移動軸に対して平行且つ異なる軸である第２の移動軸上で上記接合方向に移動させ、上記押圧力設定部の押圧力を上記半導体チップを介して上記弾性部材に負荷する移動部と、
を具備することを特徴とする半導体接合装置。
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